JP5802878B2 - マイクロナノバブル発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体中でマイクロナノバブルを発生させるマイクロナノバブル発生装置に関する。

近年、様々な技術分野において、液体中に微細気泡を発生させる技術が利用されており、例えば、水中にマイクロオーダー或いはナノオーダーの微細気泡を含有するマイクロナノバブル含有水を用いて、水生生物の育成や、汚染水の水質浄化、殺菌等を行なう技術が知られている。このようなマイクロナノバブルを発生させるための装置が種々提案されている。

このようなマイクロナノバブルを発生させる装置として、図４に示すように、流体導入路（液体供給口）９７から送り込まれた加圧液体は間隙Ｓ１から液体注入孔９１ａへ、間隙Ｓ２から液体注入孔９１ｂへ、間隙Ｓ３から液体注入孔９１ｃへ、間隙Ｓ４から液体注入孔９１ｄへ順次通過し、各液体注入孔で気液発生槽９２に送り込まれなかった液体は再び間隙Ｓ１で流体導入路９７から送り込まれた加圧液体と一緒になる。

各液体注入孔から送り込まれた液体は気液発生槽９２で旋回流となり、その旋回流の旋回軸に発生する負圧部分に対して気体を気体導入口（気体供給口）９４から導入することにより、導出される液体中にマイクロナノバブルを発生させる装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００８−２９００１１号公報

しかしながら、上述のマイクロナノバブル発生装置では、間隙Ｓ１を移動する加圧液体の一部を液体注入孔９１ａに送り込むと、間隙Ｓ２に残る液体の流量は減少するので液体圧が下がり、間隙Ｓ２から液体注入孔９１ｂに送り込める液体の流量は液体注入孔９１ａに比べて減少する。同様に液体注入孔９１ｃ、液体注入孔９１ｄと更に送り込める液体の流量は減少してしまい、効率良くマイクロナノバブルを発生できないという問題があった。

本発明は、この様な従来の問題点を解決するものであり、液体供給口から液体の流れに沿って順次各液体注入孔に流れ込む液体の流量が減少することなく、どの液体注入孔からも概ね均一の流量で液体を気液発生槽に注入でき、効率よくマイクロナノバブルを発生できるマイクロナノバブル発生装置を提供することを目的とする。

本発明のマイクロナノバブル発生装置は、内面が円筒形状で、前記内面の円周接線方向に液体を注入する複数の液体注入孔を有し、一端側に短絡壁を有し、他端側に気液排出口を有する気液発生槽と、気液発生槽を少なくとも部分的に覆い、液体供給口から供給される液体を気液発生槽に対して液体注入孔から注入する外殻槽と、気液発生槽に対して気体を供給する気体供給手段とを有する。

外殻槽から注入した液体により気液発生槽の中に円筒の内面に沿って液体が旋回する旋回流を発生させ、気体供給手段によって供給した気体を前記旋回流の剪断力によりマイクロナノバブル化して、マイクロナノバブル化した気体と供給した液体とが混合した気液を生成して気液排出口より排出するマイクロナノバブル発生装置である。

気液発生槽の周方向外面を形成する側壁と外殻槽の内面とで形成される間隙を液体の流路とし、前記間隙は、液体供給口から供給される液体の流量の減少に応じて狭くなる様に構成されている。

本発明によれば、液体供給口から供給される液体を外殻槽で無駄に回流させることなく、複数の液体注入孔から概ね均一の流量で気液発生槽に注入されるので、効率よくマイクロナノバブルを発生させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るマイクロナノバブル発生装置の構成を説明する為の図 本発明の第２の実施の形態に係るマイクロナノバブル発生装置の構成を説明する為の図 本発明の第３の実施の形態に係るマイクロナノバブル発生装置の構成を説明する為の図 従来のマイクロナノバブル発生装置の構成を示す図

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロナノバブル発生装置の斜視図であり、図１（ｂ）は液体注入孔１１ａ，１１ｂが形成された位置で気液発生槽１２を軸方向と直交する方向に沿って切断した断面図であり、図１（ｃ）は気液発生槽を軸方向に沿って切断した断面図である。
マイクロナノバブル発生装置１０は、気液発生槽１２と、外殻槽１３と、気体供給部１４とを備える。

液体である水を予め加圧して液体供給部２１から供給し、その水に対して、気体である空気を予め加圧して気体供給部１４から供給して、空気泡混じりの水を液体供給口１７に供給する様に構成している。

気液発生槽１２は、内面が円筒形状で、内面の円周接線方向に水を注入する２本の液体注入孔１１ａ，１１ｂを有し、一端側に短絡壁１５を有し、他端側に気液排出口１６を有する。外殻槽１３は、気液発生槽１２を部分的に覆い、液体供給口１７から供給される気泡混じりの水を気液発生槽１２に対して、液体注入孔１１ａ，１１ｂから注入する。

気液発生槽１２の周方向外面を形成する側壁１８と外殻槽１３の内面１９とで形成される間隙２０を水の流路とし、気液発生槽１２の円筒軸芯を外殻槽１３の円筒軸芯からずらせて、間隙２０を、液体供給口１７から供給される水の流量の減少に応じて狭くなる様にしている。

外殻槽１３から注入した空気泡混じりの水は液体注入孔１１ａ，１１ｂから概ね均等な流量で気液発生槽１２の中に円筒の内面に沿って空気泡混じりの水が旋回する旋回流を発生させ、水に含まれた空気泡を旋回流の剪断力によりマイクロナノバブル化して、マイクロナノバブル化した空気と水とが混合した気液を生成して気液排出口１６より水槽中（図示せず）に排出する。

以上説明した様に、本実施の形態によれば、気液発生槽１２の円筒軸芯を外殻槽１３の円筒軸芯からずらせて、間隙２０を、液体供給口１７から供給される水の流量の減少に応じて狭くなる様にしているので、液体供給口１７から供給される水を外殻槽で無駄に回流させることなく、液体注入孔１１ａ，１１ｂから均一の流量で気液発生槽１２に注入されるので、効率よくマイクロナノバブルを発生させることができる。
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。

例えば、液体は水に限定されない。塩酸・硫酸・硝酸・炭酸・リン酸等の無機酸、乳酸・酢酸・ギ酸・クエン酸・シュウ酸等の有機酸、水酸化ナトリウム・水酸化カリウム・水酸化カルシウム・水酸化バリウム・アンモニア等の塩基、塩化ナトリウム等の塩類や、上記が混ざったものとして海水等の水溶液、マヨネーズ等のエマルジョン、血液等の懸濁液、塗料や乳等のコロイド、メタノール・エタノール・プロパノール・イソプロパノール等のアルコール類、アセトン・ヘキサン・トルエン・テトラクロロエチレン・酢酸メチル・酢酸エチル等の有機溶媒や石油等の鉱油でもよい。

さらに、気体は空気に限定されない。水素・重水素・酸素・オゾン・窒素・二酸化炭素・塩素・二酸化窒素・一酸化窒素・二酸化硫黄・一酸化硫黄・硫化水素やヘリウム・アルゴン・ネオン等の希ガスでもよい。さらに、空気泡混じりの水の供給方法は、水と空気を別々に加圧してから混ぜる方法に限定されない。加圧前の水と空気を混合してからポンプ等で加圧しても良い。この方法によれば、ポンプの旋回流により空気泡を予め微細にでき、マイクロナノバブルの生成効率や品質を向上できる。

さらに、液体注入孔の数は２個に限定されず、２個以上であれば良い。また、液体注入孔の配置は気液発生槽１２を軸方向と直交する１面に限定されず、複数面に配置しても良い。

さらに、気体供給手段は気体供給部１４限定されない。第２の実施の形態及び第３の実施の形態で後述する短絡壁に設けた気体供給口でもよい。さらに、液体注入孔１１ａ，１１ｂの径はストレート状に限定されない。第３の実施の形態で後述する気液発生槽１２の壁の内面側が外面側より狭くしても良い。

さらに、後述する第２の実施の形態の様に、気液排出口１６の近傍に、先端を気液排出口１６に向けて、円錐体，多角錐体，底面開口で内部が空洞の円錐体か多角錐体のキャップ若しくは先端が開口の円錐体か多角錐体のキャップを支持体で気液発生槽１２等に固定設置してもよい。これにより、水槽中へのマイクロナノバブルの拡散を促進し、マイクロナノバブルの合一を低減できる。
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図２（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロナノバブル発生装置の液体注入孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが形成された位置で気液発生槽３２を軸方向と直交する方向に沿って切断した断面図であり、図２（ｂ）は気液発生槽３２を軸方向に沿って切断した断面図である。
マイクロナノバブル発生装置３０は、気液発生槽３２と、外殻槽３３と、気体供給口３４とを備える。

気液発生槽３２は、内面が円筒形状で、内面の円周接線方向に水を注入する４本の液体注入孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを有し、一端側に短絡壁３５を有し、他端側に気液排出口３６を有する。外殻槽３３は、気液発生槽３２を部分的に覆い、液体供給口３７から供給される水を気液発生槽３２に対して、液体注入孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄから注入する。

気体供給口３４は、短絡壁３５に設けられている。気液発生槽３２の周方向外面を形成する側壁３８と外殻槽３３の内面３９とで形成される間隙４０を水の流路とし、外殻槽３３の円筒内面３９の形状を円筒から変形させて、間隙４０を、液体供給口３７から供給される水の流量の減少に応じて狭くなる様にしている。

外殻槽３３から注入した水は液体注入孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄから概ね均等な流量で気液発生槽３２の中に円筒の内面に沿って水が旋回する旋回流を発生させ、気体供給口３４から供給された空気を旋回流の剪断力によりマイクロナノバブル化して、マイクロナノバブル化した空気と水とが混合した気液を生成して気液排出口３６より水槽中（図示せず）に排出する。

気液排出口３６の近傍に、先端を気液排出口３６に向けて、先端が開口の円錐体のキャップ４５を支持体４６で気液発生槽３２に固定設置してある。これにより、水槽中へのマイクロナノバブルの拡散を促進し、マイクロナノバブルの合一を低減できる。

以上説明した様に、本実施の形態によれば、外殻槽３３の円筒内面３９の形状を円筒から変形させて、間隙４０を、液体供給口３７から供給される水の流量の減少に応じて狭くなる様にしているので、液体供給口３７から供給される水を外殻槽で無駄に回流させることなく、液体注入孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄから概ね均一の流量で気液発生槽３２に注入されるので、効率よくマイクロナノバブルを発生させることができる。
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。

例えば、液体は第１の実施の形態同様に水に限定されない。さらに、気体は第１の実施の形態同様に空気に限定されない。さらに、液体注入孔の数は４個に限定されず、２個以上であれば良い。また、液体注入孔の配置は第１の実施の形態同様に気液発生槽１２を軸方向と直交する１面に限定されない。

さらに、気体供給手段は短絡壁に設けた気体供給口に限定されない。第１の実施の形態同様の構成でもよい。さらに、液体注入孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの径はストレート状に限定されない。第３の実施の形態で後述する気液発生槽３２の壁の内面側が外面側より狭くしても良い。

さらに、キャップ４５は先端が開口の円錐体に限定されず多角錐体でも良く、また、先端が開口してなくても良く、底面開口で内部が空洞のキャップでなく円錐体や他角錐体でも良い。
さらに、外殻槽３３の円筒内面３９の形状に応じて円筒肉厚を例えば均一となる様に円筒外面の形状も変形させても良い。
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図３（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロナノバブル発生装置の液体注入孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄが形成された位置で気液発生槽５２を軸方向と直交する方向に沿って切断した断面図であり、図３（ｂ）は気液発生槽５２を軸方向に沿って切断した断面図である。
マイクロナノバブル発生装置５０は、気液発生槽５２と、外殻槽５３と、気体供給口５４とを備える。

気液発生槽５２は、内面が円筒形状で、内面の円周接線方向に水を注入する４本の液体注入孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを有し、一端側に短絡壁５５を有し、他端側に気液排出口５６を有する。液体注入孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの径は、気液発生槽５２の壁の内面側が外面側より狭くなっている。外殻槽５３は、気液発生槽５２を部分的に覆い、液体供給口５７から供給される水を気液発生槽５２に対して、液体注入孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄから注入する。

気体供給口５４は、短絡壁５５に設けられている。気液発生槽５２の周方向外面を形成する側壁５８と外殻槽５３の内面５９とで形成される間隙６０を水の流路とし、気液発生槽５２の円筒外面５８の形状を円筒から変形させて、間隙６０を、液体供給口５７から供給される水の流量の減少に応じて狭くなる様にしている。

外殻槽５３から注入した水は概ね均等な流量で液体注入孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄに送り込まれ、更に各液体注入孔の径は気液発生槽の壁の内面側が外面側より狭いので気液発生槽５２に注入される水の流速は増し、気液発生槽５２の中に円筒の内面に沿って水が旋回する旋回流を発生させ、気体供給口５４から供給された空気を旋回流の剪断力によりマイクロナノバブル化して、マイクロナノバブル化した空気と水とが混合した気液を生成して気液排出口５６より水槽中（図示せず）に排出する。

以上説明した様に、本実施の形態によれば、気液発生槽５２の円筒外面５８の形状を円筒から変形させて、間隙６０を、液体供給口５７から供給される水の流量の減少に応じて狭くなる様にしているので、液体供給口５７から供給される水を外殻槽で無駄に回流させることなく、液体注入孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄから概ね均一の流量で気液発生槽５２に注入されるので、効率よくマイクロナノバブルを発生させることができる。
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。

例えば、液体は第１の実施の形態及び第２の実施の形態同様に水に限定されない。さらに、気体は第１の実施の形態及び第２の実施の形態同様に空気に限定されない。さらに、液体注入孔の数は４個に限定されず、２個以上であれば良い。また、液体注入孔の配置は第１の実施の形態及び第２の実施の形態同様に気液発生槽１２を軸方向と直交する１面に限定されない。

さらに、気体供給手段は短絡壁に設けた気体供給口に限定されない。第１の実施の形態同様の構成でもよい。さらに、液体注入孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの径は気液発生槽５２の壁の内面側が外面側より狭く形状に限定されない。第１の実施の形態及び第２の実施の形態同様にストレート状でも良い。

さらに、第２の実施の形態の様に、気液排出口５６の近傍に、先端を気液排出口５６に向けて、円錐体，多角錐体，底面開口で内部が空洞の円錐体か多角錐体のキャップ若しくは先端が開口の円錐体か多角錐体のキャップを支持体で気液発生槽５２等に固定設置してもよい。

さらに、外殻槽５３の円筒内面５９の形状を円筒から変形させ、且つ、気液発生槽５２の円筒外面５８の形状も円筒から変形させて、間隙６０を、液体供給口５７から供給される水の流量の減少に応じて狭くなる様にしても良い。

産業上の利用の可能性

本発明に係るマイクロナノバブル発生装置は、水生生物の育成や、汚染水の水質浄化、殺菌等を行なうマイクロナノバブルを発生させるための装置として好適である。

１０，３０，５０ マイクロナノバブル発生装置
１１ａ，１１ｂ，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ 液体注入孔
１２，３２，５２ 気液発生槽
１３，３３，５３ 外殻槽
１４ 気体供給部
１５，３５，５５ 短絡壁
１６，３６，５６ 気液排出口
１７，３７，５７ 液体供給口
１８，３８，５８ 気液発生槽の側壁
１９，３９，５９ 外殻槽の内面
２０，４０，６０ 間隙
２１ 液体供給部２１
３４，５４ 気体供給口
４５ キャップ
４６ 支持体

Claims (10)

1. 内面が円筒形状で、前記内面の円周接線方向に液体を注入する複数の液体注入孔を有し、一端側に短絡壁を有し、他端側に気液排出口を有する気液発生槽と、
   前記気液発生槽を少なくとも部分的に覆い、液体供給口から供給される液体を前記気液発生槽に対して前記液体注入孔から注入する外殻槽と、
   前記気液発生槽に対して気体を供給する気体供給手段とを有し、
   前記外殻槽から注入した液体により前記気液発生槽の中に円筒の内面に沿って液体が旋回する旋回流を発生させ、前記気体供給手段によって供給した気体を前記旋回流の剪断力によりマイクロナノバブル化して前記マイクロナノバブル化した気体と前記供給した液体とが混合した気液を生成して前記気液排出口より排出するマイクロナノバブル発生装置であって、
   前記気液発生槽の周方向外面を形成する側壁と前記外殻槽の内面とで形成される間隙を前記液体の流路とし、前記間隙は、前記液体供給口から供給される液体の流量の減少に応じて狭くなり、ついには前記周方向外面を形成する側壁と前記外殻槽の内面とが接する様に構成されていることを特徴とするマイクロナノバブル発生装置。
2. 前記液体注入孔の径は、前記気液発生槽の壁の内面側が外面側より狭いことを特徴とする請求項１記載のマイクロナノバブル発生装置。
3. 前記気体供給手段は、前記短絡壁に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロナノバブル発生装置。
4. 前記液体供給口より供給する液体にあらかじめ前記気体を含ませることにより、前記液体注入孔が前記気体供給手段も兼用することを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロナノバブル発生装置。
5. 前記気液発生槽の円筒軸芯を前記外殻槽の円筒軸芯からずらせることで前記間隙を狭くしていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のマイクロナノバブル発生装置。
6. 前記外殻槽の円筒内面形状を円筒から変形させることにより前記間隙を狭くしていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のマイクロナノバブル発生装置。
7. 前記気液発生槽の円筒外面形状を円筒から変化させることにより前記間隙を狭くしていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のマイクロナノバブル発生装置。
8. 前記気液排出口の近傍に、先端を前記気液排出口に向けて円錐体若しくは多角錐体を設置することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のマイクロナノバブル発生装置。
9. 前記円錐体若しくは多角錐体は、底面開口で内部が空洞のキャップであることを特徴とする請求項８記載のマイクロナノバブル発生装置。
10. 前記キャップの先端に穴が開いていることを特徴とする請求項９記載のマイクロナノバブル発生装置。

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