(57)【要約】【課題】ナノレベル以下の気泡を発生することのできる気泡発生器を使用することで様々な用途を提供する。【解決手段】気体を供給する供給口とナノレベル以下の気泡を発生する気泡発生部を有する気泡発生器であって、気泡発生部内部にはビーズが有しており、気体を供給することにより、ビーズと混合接触し、ナノレベル以下の気泡を発生させる。また、当該気泡発生器を水中もしくは酸触媒溶液へ浸漬させ、気体を供給することによって、水中もしくは酸触媒溶液中に気泡を発生させ、気泡に含まれる揮発性有機化合物を除去することができる。【選択図】図１
2020025951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を供給する供給口とナノレベル以下の気泡を発生する気泡発生部を有する気泡発生器。
【請求項２】
前記請求項１において、気泡発生部内部にはビーズが有しており、気体を供給することにより、ビーズと混合接触し、ナノレベル以下の気泡を発生する気泡発生器。
【請求項３】
前記請求項２において、ビーズの構造は球状であり、表面に凹凸を有しているビーズであって、気泡発生部内部に入れることによって、気体とビーズが接する気泡発生器。
【請求項４】
前記請求項１、前記請求項２、前記請求項３において、ビーズは気泡発生部内に無数に存在している気泡発生器。
【請求項５】
前記請求項１、前記請求項２、前記請求項３、前記請求項４において、気泡発生部は無数の孔が開いており、孔の大きさは１μｍ以下である気泡発生器。
【請求項６】
前記請求項１、前記請求項２、前記請求項３、前記請求項４、前記請求項５において、気泡発生器を水中もしくは酸触媒溶液へ浸漬させ、気体を供給することによって、水中もしくは酸触媒溶液中に気泡を発生する気泡発生器。
【請求項７】
前記請求項１、前記請求項２、前記請求項３、前記請求項４、前記請求項５、前記請求項６において、気泡発生器から発生する気泡と水中もしくは酸触媒溶液と接触することによって、気泡に含まれる揮発性有機化合物を除去することのできる気泡発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ナノレベル以下の気泡を発生することのできる気泡発生器を使用する空気洗浄機に関するものである。さらに、本発明は当該気泡発生器を水中もしくは酸触媒溶液へ浸漬させ、気体を供給することによって、水中もしくは酸触媒溶液中に気泡を発生させ、気泡に含まれる発がん性物質等、有害物質を除去する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  各種の産業や水処理設備、環境改善設備にて液体に気体を溶解させる用途が多くある。例えば、オゾンガスの溶解での殺菌、脱色、脱臭、難分解物質の促進酸化での利用や高濃度の微細気泡（マイクロバブル）を発生させた入浴施設や洗浄装置、排水処理装置などの利用が進んでいる。また、河川、湖沼、ダムでの貧酸素による生態系の破壊や環境悪化も進んでおり、それの改善が必要とされている。さらに、漁業でも、湾内の貧酸素化や陸上養殖、蓄養、水耕栽培での酸素供給で、省エネルギー、省スペースで低価格な気泡発生器が望まれている。【０００３】  従来の気泡発生器として特許文献１では、気液混合タンクに、その内部空間を上下で分離する多孔質部材が設けられているもの。その内部空間を液体導入側と液体流出側との２つに仕切る仕切り板が設けられているとともに、この仕切り板において液体導入側の面上に導入される液体を受け入れる筒体が設けられ、さらに前記仕切り板において前記筒体の外周領域に前記２つに仕切った空間相互を連通させて異物流出を可能とする通孔が設けられているもの。その内部に受け入れた液体を運転停止時に通孔側へ流出させるための水抜き部が設けられているものが開示されている。【０００４】  特許文献２では、気液混合流体のいずれかの前記流体が圧送されて内部に貯留されている液体の液面上に噴射されて気液溶解液を生成する一次側槽と、前記一次側槽内の余剰気体を分離する二次側槽とからなったものが開示されている。【０００５】  特許文献３では、密閉タンクに重管構造の流路延長手段を設け、上部気体溜りより内側の管に供給された液体がこの内側の管の下部を通ってこの管の外側に配置された管に供給され、液体はこの外側の管の上部を通ってさらにこの管の外側に配置された管に供給される動作が１回以上繰り返され、最外周の管とタンクの内周の間に流入した液体を気体溶解水として排出するように構成したものが開示されている。【０００６】  特許文献４では、タンク内上部に配置され最上部分が開口し、その開口径よりも深く形成される液泡生成容器部と、その上部に配置され前記タンク内の圧縮気体を巻き込みながら噴射する噴射供給部と、下流側に取り付けられ圧縮気体を溶解した加圧液体の排出口を備えたものが開示されている。【０００７】  特許文献５では、断面円形の直筒状をした、両側の端部を閉塞した側壁部をもった水平方向に対して１０〜４５度の傾斜角度θで傾斜する姿勢で配置されている筒状体の気泡発生器で上下方向の略中央付近には気体と液体との界面が位置し、界面より上部の上流側の部分は、気体が貯留される気体貯留部になるとともに、界面より下流側の部分は、液体が貯留される液体貯留部となる。噴射口は、気体貯留部の内壁面か、界面寄りの位置か、あるいは界面より若干下側の液体貯留部の内壁面に形成され、流出口は、液体貯留部の端部付近の内壁面に形成されたものが開示されている。【０００８】  特許文献６では、気液加圧溶解混合器へ混気ポンプから液体および気体の混合流が導入されて気液溶解が行われる、水平方向に延びる上部通路と、前記上部通路の下方に前記上部通路から間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留される、水平方向に延びる下部通路と��前記上部通路の後端から下方に立ち下がるとともに、前記上下部通路を連通する立下り通路とを備えているものが開示されている。【０００９】  特許文献７では、溢流壁により区画された曝気部と液取出部とを備え、上部が蓋で覆われて実質的に密閉状態になっている水槽と、液取出部の下部から液を取り出して曝気部に圧送するポンプを有する循環路と、循環路の吐出端にガスを吸入して気液混相流を形成するように設けられ、かつスロート端部を水槽内の液中に突入させて気液混相流を液中に噴射するように設けられた液−気エゼクタと、液−気エゼクタから吐出される気液混相流を利用して水槽内上部の液を吸入し、気液混相流と混合するように水没して設けられた液−液エゼクタと、液−液エゼクタの吐出端に連結されて水槽の底部に向って延び、かつ混合流を下向流で通過させる筒状の下向管と、溢流壁を溢流する曝気部上面の気泡を曝気処理液とともに排出するように液取出部内に設けられた流出口とを備えたものが開示されている。【００１０】  特許文献８では、底部にのみ設けた開口部が水中に開口する箱状の酸素供給室を設けるとともに、該酸素供給室内に酸素を供給する酸素供給経路と、該酸素供給室内の水面に向けて水を噴出する水噴出経路とを設けたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３６８０６７０号広報
【特許文献２】特開２００５−９５８７８号広報
【特許文献３】特許第３７７０１３３号広報
【特許文献４】特許第３９２９４７２号広報
【特許文献５】特開２００８−１４９２９４号広報
【特許文献６】特開２００９−７２６６２号広報
【特許文献７】特許第３５５５５５７号広報
【特許文献８】特開平１１−７０３９２号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】解決しようとする問題点は、気液分離や気液接触の効率の低さのために気泡発生器が大きかったり、供給エネルギーロスが多かったり、立て置き横置きの制限があったり、コスト高であること。以下に上記特許文献の課題点をそれぞれ示す。【００１３】  特許文献１では、気液分離のために多孔質部材を設けると、異物の詰まりが予想される。また、仕切り板の形状から、下部空間へ気泡が流れ込んだり、空気溜まりが発生する可能性がある。さらに、水抜き部より、気泡が出て先の通孔へ流出する可能性もある。【００１４】  特許文献２では、一体形成の場合は、液面上への噴射が強いと、気泡が流出してしまい、気液との混合範囲をほぼ中間までに留める必要がある、そうすると必然的に溶解能力に限度を生じる。また、溶解部と分離部を連通管で接続したものは、より大きなスペースを必要とする。【００１５】  特許文献３では、延長手段、気液分離手段がタンクに占める割合が大きく且つ、２重の筒体を組み込むために、密閉タンクが大きくなり、コストアップとなる。【００１６】  特許文献４では、液泡生成容器部の割合がタンク全容積に対し少なく、気液接触量が少ない。また、気液分離部（下部溶液溜まり部）を大きくしないと気泡が流出する。結果大きいサイズのタンクが必要となる。【００１７】  特許文献５では、エジェクター（示されていないが）により気液混合体を筒状体の気泡発生器に導入する場合、気液混合比（ボイド率）を大きくすることは難しい。また、ポンプと気泡発生器の間にエジェクターを設けると余分な圧力を消費し、消費電力の増大となる。【００１８】  特許文献６では、水中に微細気泡（マイクロバブル）の気泡核を発生させることにより、空気を水中に溶解・混合させる気液加圧溶解混合器であるために、このノズル部で大きな圧力を消費し、また、微細気泡のため気液接触面積の絶対量が少ない。そのために、所望の溶解水を作るのに高圧のポンプが必要となり、消費電力の増大となる。【００１９】  特許文献７では、深い槽へ気液混合体が筒状の下向管を流動するには、気泡の浮力によるエアリフトに勝るエネルギーを要す。また、エアリフトを抑えるには気泡径を小さくする必要があり、いずれもエジェクターに圧力を多くかける必要があり、動力が大きくなる。【００２０】  特許文献８では、槽内への処理水の拡散や遠方への送水では、送水管以外に別途に設けた装置が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】  本発明は気泡発生器内部のビーズが気泡と接触することによってナノレベル以下の気泡が発生できる気泡発生器である。【００２２】  請求項１は気泡発生器は気体をポンプやエジェクター等によって発生器の供給口から供給され、気体発生部から気泡を発生することができる。気泡発生器の形状は円柱でも、円盤でも、球状でも、気泡を発生することのできる形状であればよい。【００２３】  請求項２は気泡発生部内部にはビーズが有しており、気体を供給することにより、ビーズと混合接触し、ナノレベル以下の気泡を発生することができる。気体はポンプやエジェクター等によって供給される。【００２４】  請求項３はビーズの構造は球状であり、表面に凹凸を有しているビーズであって、気泡発生部内部に入れることによって、気体とビーズが接触し、ナノレベル以下の気泡を発生することができる。凹凸をつけたビーズに気体が接触することによって気体発生部内部で混合状態となり、剪断力が働き、ナノレベル以下の気泡を発生させることができる。【００２５】  請求項４はビーズは気泡発生部内部に無数に存在しており、ビーズの量により気泡径を調整することができる。気泡発生部内部にビーズが半分以上有することでナノレベル以下の気泡が発生可能である。【００２６】  請求項５は気泡発生器の気泡発生部は無数の孔が開いており、孔の大きさが１μｍ以下である気泡発生器である。孔の大きさは１ｎｍ以下とすると気泡は発生しにくい。【００２７】  請求項６は気泡発生器を水中もしくは酸触媒溶液へ浸漬させ、気体を供給することによって、水中もしくは酸触媒溶液中に気泡を発生する気泡発生器である。気泡発生器の材料は気泡が発生させることができるものであればどんなものでも可能であるが、酸触媒溶液にも使用可能であるように、セラミック等の耐久性のあるものが好ましい。【００２８】  請求項７は気泡発生器から発生する気泡と水中もしくは酸触媒溶液と接触することによって、気泡に含まれる揮発性有機化合物を除去することのできる気泡発生器である。当該気泡発生器を使用し、除去装置を作製することもできる。また、ビーズの量を調整することによって気泡発生器の大きさも変えることができ、小さくすることも可能である。揮発性有機化合物は引火性、発癌性物質であり、トルエン、アセトン、エチレンオキサイド、酢酸エチルなどがあげられ、大気に放出すると環境への影響が考えられる。
【発明の効果】
【００２９】  気体を供給する供給口とナノレベル以下の気泡を発生する気泡発生部を有する気泡発生器であって、気泡発生部内部にはビーズが有しており、気体を供給することにより、ビーズと混合接触し、ナノレベル以下の気泡を発生させる。
また、当該気泡発生器を水中もしくは酸触媒溶液へ浸漬させ、気体を供給することによって、水中もしくは酸触媒溶液中に気泡を発生させ、気泡に含まれる揮発性有機化合物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は気泡発生器の円筒型断面図である。
【図２】図２は気泡発生器の円盤型断面図である。
【図３】図３はビーズの粒子の形状模式図の一例である。
【図４】図４はビーズの粒子の形状模式図の一例である。
【図５】図５は気泡発生器を使用した空気洗浄機の模式図の一例である。
【図６】図６は気泡発生器を使用した揮発性有機化合物を除去する装置の模式図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】  以下に本発明の実施の形態を説明する。
（実施形態１）
本発明の請求項１に記載の気泡発生器の円筒型断面図である。この気泡発生器は気体を供給する供給口とナノレベル以下の気泡を発生する気泡発生部を有する構造からなっている。気体を供給する供給口１とナノレベル以下の気泡を発生する気泡発生部２を備え、簡易で良好な気泡を発生することのできる気泡発生器である（図１）。また、気泡発生器は気泡を発生できる形状であれば、円盤型（図２）でも、球状でもかまわない。
【００３２】（実施形態２）
本発明の請求項２に記載の気泡発生部内部にはビーズが有しており、気体を供給することにより、ビーズと混合接触し、ナノレベル以下の気泡を発生する気泡発生器である。図３はビーズの構造である。ビーズの大きさは１０ｍｍ以下の大きさで中心が球状で、その表面に半球状の突出物が出ているビーズである。
【００３３】（実施形態３）
本発明の請求項３に記載のビーズの構造は球状であり、表面には凹凸を有しているビーズである。ビーズの表面は図３のように円弧状Ｒになっており、円弧状Ｒが気体接触することによってナノレベル以下の気泡を発生することができる。Ｒはどのサイズでも可能であるが、円弧が多いほど効果が見られる。
【００３４】（実施形態４）
本発明の請求項４に記載のビーズは気泡発生器の気泡発生部内に無数に存在している。ビーズの量を変えることによって気泡径の大きさを変えることができる。実験によりビーズの量を半分以上にするとナノレベル以下の気泡を発生することを確認している。
【００３５】（実施形態５）
本発明の請求項５に記載の気泡発生部は無数の孔が開いており、孔の大きさは１μｍ以下である気泡発生器である。孔の大きさを１ｎｍ以下とすると気泡は発生しにくい。
【００３６】（実施形態６）
本発明の請求項６に記載の気泡発生器は水中もしくは酸触媒溶液へ浸漬させ、気体を供給することによって、水中もしくは酸触媒溶液中に気泡を発生することができる。気泡発生器の材料は気泡が発生させることができるものであればどんなものでも可能であるが、酸触媒溶液にも使用可能であるように、セラミック等の耐久性のあるものが好ましい。
【００３７】（実施形態７）
本発明の請求項７に記載の気泡発生器から発生する気泡と水中もしくは酸触媒溶液と接触することによって、気泡に含まれる揮発性有機化合物を除去することができる。これにより空気洗浄機や揮発性有機化合物を除去できる装置に取り入れることができる。
【実施例】
【実施例１】
【００３８】  気泡発生器を使用し、揮発性有機化合物を処理できる装置を作製した。装置の構成はポンプやエジェクター等、処理槽、処理槽は気泡発生器と水と触媒であるイオン交換樹脂からなる。以下は実験の結果である。ナノレベル以下の気泡は透明であり、気泡と溶液の反応を目視で確認することは難しいので、分析方法はＧＣ及びＧＣ−ＭＳによって行った。実験に使用した気体はＶＯＣの１つであるエチレンオキサイドガスを使用した。その結果、無害化能力は９９．９％以上であった（処理スピードは１ｍ３／分間）。また、無害化能力は１年以上維持することができ、ＰＭ２．５やハウスダスト等の性能効果も従来の製品と比べ２倍以上を有することもわかった。揮発性有機化合物を処理できる装置以外にも、小型空気洗浄機にも使用が可能であり、その場合は上記の構造にＨＥＰＡや活性炭を取り付けることによって対応が可能である。また、イオン交換樹脂は処理を行い再利用も可能であり、使用している水は吸着フィルターを取り付けることによってクリーンにされる。
【実施例２】
【００３９】  実施例１には触媒としてイオン交換樹脂を使用したが、酸触媒を使用して無害化することも可能である。酸触媒は硫酸や塩酸などの固体酸が良い。本実験では硫酸を用いた。触媒を変えて行ったところ、無害化能力は９９．９％以上であった（処理スピードは１ｍ３／分間）。また、無害化能力は１年以上維持することができ、ＰＭ２．５やハウスダスト等の性能効果も従来の製品と比べ２倍以上を有することもわかった。揮発性有機化合物を処理できる装置以外にも、小型空気洗浄機にも使用が可能であり、その場合は上記の構造にＨＥＰＡや活性炭を取り付けることによって対応が可能である。
【実施例３】
【００４０】  大気中に含まれている揮発性有機化合物を処理すると様々な副生成物が生成される。副生成物は溶液に溶け込むものもあれば排出されるものもあるが、有害なものはないことを確認している（つまり、処理槽内で無害化されている）。また、溶液に溶け込んでいるものを分離し再利用することも可能である。分離方法として蒸留等の方法を用いて行っている。例えば、揮発性有機化合物の１つであるエチレンオキサイドはエチレングリコールを生成するが、本実施例ではエチレングリコールをペットボトルや塗料の材料へ再利用することを確認した。
【実施例４】
【００４１】  ビーズの形状についてナノレベル以下の気泡を発生させるため、ビーズの量を検討した。１０ｍｍ以下のビーズに気泡発生器内部へビーズ量を変えて気泡径を定量レーザー回折散乱法を用いて測定した。表１はビーズの量と気泡径の結果である。気泡発生器はφ３００×Ｈ３００の円筒型を使用しているが、発生器はどのサイズでも同様の結果となった。【００４２】
【表１】
2020025951.tif 000003
【００４３】  表１より、ビーズ量により気泡径が変わっていくことがわかった。上記結果はビーズが球状であり、量が増えると気体との摩擦が増えると考え、実施例５に突出したビーズを使用した場合の気泡径結果をまとめた。ビーズの量は２０％以上としている。
【実施例５】
【００４４】  無数の半円の突出した１０ｍｍ以下のビーズに気泡発生器内部へビーズ量を変えて気泡径を定量レーザー回折散乱法を用いて測定した。表２はビーズの量と気泡径の結果である。気泡発生器はφ３００×Ｈ３００の円筒型を使用しているが、発生器はどのサイズでも同様の結果となった。【００４５】  ビーズが球状の場合は気泡径は１〜１０μｍであった。【００４６】
【表２】
2020025951.tif 000004
2020025951.tif 000005
【００４７】
【表３】
2020025951.tif 000006
【００４８】  ビーズ表面に凹凸がついた場合と円弧がついた場合でナノレベル以下の気泡径サイズは変わらないことがわかった。また、球状と比較して、表面に突出もしくは円弧をつけることが気泡径に影響することもわかった。この結果より、ビーズの凹凸表面とビーズの量により、ナノレベルの気泡径を発生することが可能であることがわかった。ナノレベル以下の気泡径は１００ｎｍ以下と考えており、ビーズ量を半分以上とすることによって実現できる。【００４９】  本発明の特定の実施形態について説明を行ったが、この技術分野における当業者は本明細書において記述された上記の実施形態を容易に修正することができることは明らかである。従って、本発明は、この明細書で示された特定の実施形態に限定されることなく、他のいかなる修正、変更、実施の形態への利用に適用されるものであり、それゆえに、他のすべての修正、変更、実施形態は、本発明の精神および範囲内に入るものとみなされるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００５０】  本発明に係る気体発生器は、化学工場等の気液反応や、魚介類養殖や水耕栽培での酸素供給や、オゾンガス、微細気泡を使った殺菌、脱色、脱臭、難分解物質の促進酸化、上下水処理、入浴施設や洗浄装置、除去装置、空気洗浄機等での利用、また近年、河川、湖沼、ダムでの貧酸素による生態系の破壊や環境悪化も進んでおり、その改善にも利用可能である。
【符号の説明】
【００５１】１．円筒型供給口
２．円筒型気泡発生器
３．ビーズ
４．円筒型気泡発生部
５．円盤型供給口
６．円盤型気泡発生部
７．円盤型気泡発生器
８．ビーズ（突出付）
９．ビーズ（円弧付）
１０．  空気洗浄機
１１．  エジェクター
１２．  ポンプ
１３．  処理槽
１４．  水と触媒の混合溶液
１５．  揮発性有機化合物除去装置
１６．  酸触媒溶液
【図１】
2020025951.tif 000007
【図２】
2020025951.tif 000008
【図３】
2020025951.tif 000009
【図４】
2020025951.tif 000010
【図５】
2020025951.tif 000011
【図６】
2020025951.tif 000012