(57)【要約】【課題】多量の気泡を含有する気泡含有液体を生成することができる気泡含有液体製造装置及び気泡含有液体製造システムを提供する。【解決手段】本発明の一形態に係る気泡含有液体製造装置は、ケーシングと、剪断機構部とを具備する。ケーシングは、気体が送入された液体が流入する入口と、出口とを有する。剪断機構部は、入口と出口との間に設けられ、入口から出口へ向かう液体に剪断力を付与する。剪断機構部は、回転体と、回転付与部と、対向部材とを有する。回転体は、回転軸と、複数の凹部が面内に形成された第１構造面を外周部に有する筒部とを有し、ケーシングの内部に回転可能に配置される。回転付与部は、回転軸に設けられ、回転体に回転軸まわりの回転力を付与する。対向部材は、第１構造面と所定のクリアランスを介して対向する内周部を有し、ケーシングの内壁部に設けられる。【選択図】図１
2020168598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が送入された液体が流入する入口と、出口とを有するケーシングと、
前記入口と前記出口との間に設けられ、前記入口から前記出口へ向かう液体に剪断力を付与する剪断機構部と
を具備し、
前記剪断機構部は、
回転軸と、複数の凹部が面内に形成された第１構造面を外周部に有する筒部とを有し、前記ケーシングの内部に回転可能に配置された回転体と、
前記回転軸に設けられ、前記回転体に前記回転軸まわりの回転力を付与する回転付与部と、
前記第１構造面と所定のクリアランスを介して対向する内周部を有し、前記ケーシングの内壁部に設けられた筒状の対向部材と
を有する
気泡含有液体製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記対向部材の内周部は、前記第１構造面と対向し複数の凹部が面内に形成された第２構造面を有する
気泡含有液体製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記第１構造面及び前記第２構造面の少なくとも１つは、前記複数の凹部として、円形または多角形の複数の凹部を含む
気泡含有液体製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記所定のクリアランスは、１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である
気泡含有液体製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記出口は、水平方向に延びる送出管に接続される
気泡含有液体製造装置。
【請求項６】
液体を貯留するタンクと、
入口と出口とを有するケーシングと、前記入口と前記出口との間に設けられ、前記入口から前記出口へ向かう液体に剪断力を付与する剪断機構部と、前記入口に接続され、前記入口に導入される液体に気体を送入する気体送入部と、前記剪断機構部に取り付けられ、前記モータの駆動により前記入口から前記出口へ向けて液体を移送するポンプ部と、を有し、前記タンクの内部に設置された気泡含有液体製造装置と
を具備し、
前記剪断機構部は、
回転軸と、複数の凹部が面内に形成された第１構造面を外周部に有する筒部とを有し、前記ケーシングの内部に回転可能に配置された回転体と、
前記回転軸に設けられ、前記回転体及び前記ポンプ部に前記回転軸まわりの回転力を付与するモータと、
前記第１構造面と所定のクリアランスを介して対向する内周部を有し、前記ケーシングの内壁部に設けられた筒状の対向部材と
を有する
気泡含有液体製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中にウルトラファインバブル等の気泡を発生させる気泡含有液体製造装置及び気泡含有液体製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水等の液体に微小な気泡を含有させた気泡含有液体の普及が進んでいる。微小な気泡には、直径１μｍ以下のウルトラファインバブル（ＵＦＢ：ultra fine bubble)や直径１０μｍ以下のマイクロバブル、直径１ｍｍ以下のミリバブル等がある。特にＵＦＢを含有するＵＦＢ水は、魚介類の鮮度維持や微生物培養、滅菌医療、各種洗浄等の分野での利用が検討されている。
【０００３】
現在利用されているＵＦＢ製造装置では、液体に気体を送入した後、送液ポンプによって高圧化して気体を過剰溶解させ、圧力開放することで多量の気泡を発生させる。さらに、気液混相流体が剪断ミキサーを通過することにより気泡を微細化する。例えば、特許文献１には、処理対象の流体を空気と水とが混合された状態の気液混合流体にして流体混合器へ供給する静止型流体混合装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４９１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のようなＵＦＢ製造装置では、高圧化した液体に気体を送入する必要があり、特に多量の気体を送入して多量の気泡を含有する気泡含有液体を生成することは容易ではなかった。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、多量の気泡を含有する気泡含有液体を生成することができる気泡含有液体製造装置及び気泡含有液体製造システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態に係る気泡含有液体製造装置は、ケーシングと、剪断機構部とを具備する。
前記ケーシングは、気体が送入された液体が流入する入口と、出口とを有する。
前記剪断機構部は、前記入口と前記出口との間に設けられ、前記入口から前記出口へ向かう液体に剪断力を付与する。
前記剪断機構部は、回転体と、回転付与部と、対向部材とを有する。
前記回転体は、回転軸と、複数の凹部が面内に形成された第１構造面を外周部に有する筒部とを有し、前記ケーシングの内部に回転可能に配置される。
前記回転付与部は、前記回転軸に設けられ、前記回転体に前記回転軸まわりの回転力を付与する。
前記対向部材は、前記第１構造面と所定のクリアランスを介して対向する内周部を有し、前記ケーシングの内壁部に設けられる。
【０００８】
上記気泡含有液体製造装置においては、回転体を回転させて第１構造面と対向部材との間の液体に剪断力を付与するように構成される。これにより、液体に含まれる気体の泡は微細化され、微細化された気泡を含有する気泡含有液体を生成することができる。
【０００９】
前記対向部材の内周部は、前記第１構造面と対向し複数の凹部が面内に形成された第２構造面を有してもよい。
これにより、液体に大きな剪断仕事を付与して強い旋回流を生じさせることができる。これにより気泡の微細化が促進され、多量の気泡を含有する気泡含有液体を効率よく生成することができる。
【００１０】
前記第１構造面及び前記第２構造面の少なくとも１つは、前記複数の凹部として、円形または多角形の複数の凹部を含んでもよい。
【００１１】
前記所定のクリアランスは、１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であってもよい。
【００１２】
本発明の一形態に係る気泡含有液体製造システムは、液体を貯留するタンクと、気泡含有液体製造装置とを具備する。
前記気泡含有液体製造装置は、入口と出口とを有するケーシングと、前記入口と前記出口との間に設けられ、前記入口から前記出口へ向かう液体に剪断力を付与する剪断機構部と、前記入口に接続され、前記入口に導入される液体に気体を送入する気体送入部と、前記剪断機構部に取り付けられ、前記モータの駆動により前記入口から前記出口へ向けて液体を移送するポンプ部と、を有する。前記気泡含有液体製造装置は、前記タンクの内部に設置される。
前記剪断機構部は、回転体と、モータと、筒状の対向部材とを有する。
前記回転体は、回転軸と、複数の凹部が面内に形成された第１構造面を外周部に有する筒部とを有し、前記ケーシングの内部に回転可能に配置される。
前記モータは、前記回転軸に設けられ、前記回転体及び前記ポンプ部に前記回転軸まわりの回転力を付与する。
前記対向部材は、前記第１構造面と所定のクリアランスを介して対向する内周部を有し、前記ケーシングの内壁部に設けられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、多量の気泡を含有する気泡含有液体を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る気泡含有液体製造装置の構成を示す模式的な縦断面図である。
【図２】図１における［Ａ］−［Ａ］線方向断面図である。
【図３】上記気泡含有液体製造装置における回転体と対向部材とを示す斜視図である。
【図４】上記気泡含有液体製造装置における第１構造面と第２構造面との間を流れる気泡含有液体の状態を示す模式図である。
【図５】上記第１構造面と第２構造面との間のクリアランスの大きさと、乱流エネルギ（κ）及び乱流散逸率（ε）との関係を示すシミュレーション結果である。
【図６】比較例１に係る製造装置の構成を示す縦断面図である。
【図７】比較例１に係る製造装置における回転板の概略斜視図である。
【図８】比較例１に係る製造装置の作用を説明する模式図である。
【図９】気泡含有製造装置の他の構成例における特性値を評価したシミュレーション結果である。
【図１０】上記気泡含有液体製造装置におけるポンプ部の構成の変形例を示す図であって、Ａは斜視図、Ｂは正面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る気泡含有液体製造装置の模式的断面図である。
【図１２】図１１における［Ｂ］−［Ｂ］線方向断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る気泡含有液体製造システムの構成を示す模式図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る気泡含有液体製造装置の模式的断面図である。
【図１５】第１の実施形態に係る気泡含有液体製造装置を備えた気泡含有液体製造システムとしてのタンクユニットの構成を示す模式図である。
【図１６】上記タンクユニットを備えたシステムの概略構成図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係る気泡含有液体製造装置における羽根車の構成の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
［気泡含有液体製造装置の構成］
図１は、本実施形態に係る気泡含有液体製造装置１００の構成を示す模式的な縦断面図、図２は、図１における［Ａ］−［Ａ］線方向断面図である。
【００１７】
本実施形態の気泡含有液体製造装置１００は、微小な気泡を含有する液体（以下、気泡含有液体）を製造する装置である。気泡には、大きさによって直径１μｍ以下のウルトラファインバブル（ＵＦＢ：ultra fine bubble)、直径１０μｍ以下のマイクロバブル、直径１ｍｍ以下のミリバブル等の種類がある。気泡含有液体が含有する気泡はいずれの大きさのものであってもよいが、典型的にはＵＦＢである。
【００１８】
気泡を形成する気体は特に限定されず、例えば、空気、窒素、酸素又はオゾン等とすることができる。気泡含有液体を構成する液体は特に限定されず、用途に応じて適宜選択可能である。用途例については後述する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の気泡含有液体製造装置１００は、ケーシング１０と、剪断機構部２０と、ポンプ部３０とを備える。
【００２０】
（ケーシング）
ケーシング１０は、金属材料あるいは合成樹脂材料で構成され、入口１１ａと出口１１ｂとを有する。入口１１ａと出口１１ｂは、ケーシング１０の内部を介して相互に連通しており、入口１１ａには気泡を含有した液体が送入され、出口１１ｂからは剪断機構部２０において上記気泡が微細化された液体が送出される。入口１１ａには送入管１３の継手部１３１が接続され、出口１１ｂには送出管の継手部（図示略）が接続される。出口１１ｂは、水平方向に延びる吐出管に接続されることが好ましく、これにより出口１１ｂ近傍での空気溜まりの発生を防ぐことができる。
【００２１】
入口１１ａに接続される送入管１３は、図示しないタンクに接続される。タンク内には気泡含有液体を構成する液体が貯留される。送入管１３には、タンクから吸入した液体へ気体を送入する気体送入管が接続され、当該気体送入管を介して気泡を含有した液体が入口１１ａに送入される。一方、出口１１ｂに接続される送出管も上記タンクに接続されており、気泡含有液体製造装置１００によって製造された気泡含有液体が上記タンクへ還流される。
【００２２】
なお、継手部１３１は、ベンチュリ管などの気体送入管で構成されてもよい。この場合、送入管１３に別途の気体送入管を設ける必要がなくなるので、気泡含有液体製造システムの構成の簡素化を図ることができる。
【００２３】
ケーシング１０は、一端が開口する有底の円筒形状からなるケース本体１１と、ケース本体１１の開口部を液密に閉塞する蓋部１２とを有する。入口１１ａはケース本体１１の底部１１０の中心に設けられ、出口１１ｂはケース本体１１の側周部に設けられる。蓋部１２は円板形状を有し、ケース本体１１の開口端部に設けられたフランジ部１１ｃにシールリングＳ１を介して複数の締結具（図示略）により固定される。ケース本体１１の側周部の適宜の位置には、水抜き用のドレン孔１４及びそれを閉塞する栓（図示略）がそれぞれ設けられている。
【００２４】
（剪断機構部）
剪断機構部２０は、回転体２１と、回転付与部としてのモータ２２と、対向部材２３とを有する。図３は、回転体２１と対向部材２３とを示す斜視図である。
【００２５】
剪断機構部２０は、後述するように、回転体２１の第１構造面Ｓ１と対向部材２３の第２構造面Ｓ２との間に形成された円環状の剪断室２０ｓにおいて、入口１１ａから出口１１ｂへ向かう液体に剪断力を付与することで、液体中の気泡を微細化するように構成される。
【００２６】
回転体２１は、回転軸２１１と、筒部としての円筒部２１２とを有する。回転軸２１１は、ケース本体１１の軸心に沿って延び、蓋部１２の中心孔１２ｈに固定された軸受部材Ｂによって回転可能に支持される。蓋部１２の中心孔１２ｈは、蓋部１２の外面に設置されたカバー１５により液密に閉塞される。
【００２７】
円筒部２１２は、回転軸２１１の一端側に取り付けられ、典型的には金属材料で構成される。本実施形態において、円筒部２１２は、アルミニウムやチタン等の軽量の金属材料で構成されるとともに、入口１１ａ側が開口する有底の円筒形状に形成される。これにより円筒部２１２の軽量化を図れるため、モータ２２の負荷を軽減することができる。なお、円筒部２１２は、中空構造に限られず、中実構造であってもよい。
【００２８】
円筒部２１２は、周壁２１２ａと、底部２１２ｂとを有する。周壁２１２ａの外周部には、複数の凹部Ｓ１０（図３参照）が面内に形成された第１構造面Ｓ１を外周部に有する円筒状の筒部材２１０が一体的に取り付けられている。筒部材２１０は、典型的には、アルミニウム等の金属材料で構成される。底部２１２ｂの中心部には回転軸２１１が貫通するとともに、回転軸２１１と一体的に固定されるボス部２１２ｃが設けられる。
【００２９】
第１構造面Ｓ１は、回転軸２１１を軸心とする円筒状の曲面であって、対向部材２３に対向する筒部材２１０の外周部に形成された凹凸面である。筒部材２１０の直径は特に限定されず、例えば、１５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。筒部材２１０の軸方向長さも特に限定されず、本実施形態では約８０ｍｍである。
【００３０】
モータ２２は、回転軸２１１の他端側に取り付けられ、回転体２１に回転軸２１１まわりの回転力を付与する。モータ２２は、ケーシング１０の外部に配置され、本実施形態ではカバー１５の外面に設置される。モータ２２の駆動軸は、回転体２１の回転軸２１１に連結され、あるいは、回転体２１の回転軸２１１と一体的に構成される。
【００３１】
モータ２２は、典型的には、回転数が可変の電動モータで構成される。回転数は特に限定されず、微細化すべき気泡の大きさ、液体の流量などに応じて任意に設定可能であり、例えば、１０００ｒｐｍ以上８０００ｒｐｍ以下、本実施形態では、３０００ｒｐｍである。
【００３２】
対向部材２３は、ケーシング１０の内壁部に設けられた円筒状の部材であって、回転体２１の外周部（筒部材２１０の外周部）に形成された第１構造面Ｓ１と所定のクリアランスＣを介して対向する内周部を有する。
【００３３】
対向部材２３の内周部は、面内に複数の凹部Ｓ２０（図３参照）が形成された第２構造面Ｓ２を構成する。第２構造面Ｓ２は、筒部材２１０と同心的な円筒状の曲面であって、第１構造面Ｓ１と対向する対向部材２３の内周部に形成された凹凸面である。第１構造面Ｓ１と第２構造面Ｓ２との間のクリアランスＣは、第１構造面Ｓ１及び第２構造面Ｓ２の全周にわたって一定であり、これら第１構造面Ｓ１及び第２構造面Ｓ２の間に形成された環状の空間部が剪断室２０ｓとして形成される。
【００３４】
剪断室２０ｓは、入口１１ａに接続される送入管１３の流路断面積（送入管１３の軸方向に垂直な断面積）よりも大きな断面積で形成される。これにより、剪断室２０ｓを通過する液体の圧損を低減して所望とする流量を確保することができる。剪断室２０ｓの断面積は、クリアランスＣの大きさで調整可能である。
【００３５】
図３に示すように、第１構造面Ｓ１の凹部Ｓ１０及び第２構造面Ｓ２の凹部Ｓ２０はそれぞれ、円筒状の曲面に形成された複数の円形のディンプルで構成される。本実施形態において凹部Ｓ１０，Ｓ２０はそれぞれ同一の大きさ、深さで形成されるが、勿論これに限られず、相互に異なる大きさ、深さで形成されてもよい。凹部Ｓ１０，Ｓ２０の大きさ、深さは特に限定されず、本実施形態では、直径が約３ｍｍ、深さが約１．７ｍｍである。
【００３６】
凹部Ｓ１０は、円筒部２１２の軸方向及び周方向にそれぞれ所定のピッチ（配列間隔）で形成される。同様に、凹部Ｓ２０は、対向部材２３の軸方向及び周方向にそれぞれ所定のピッチ（配列間隔）で形成される。凹部Ｓ１０，Ｓ２０の配列間隔は特に限定されず、例えば、１ｍｍである。
【００３７】
凹部Ｓ１０，Ｓ２０の形成方法は特に限定されず、例えば、機械加工、転写、レーザ加工、エッチング加工などが挙げられる。凹部Ｓ１０，Ｓ２０の開口部のエッジは直角に近いほど好ましく、これにより、第１構造面Ｓ１及び第２構造面Ｓ２間の相対回転による液体へ剪断負荷をより効率よく付与することができる。
【００３８】
凹部Ｓ１０，Ｓ２０は、円形のディンプル形状に限られず、三角形、四角形などの多角形状であってもよい。特に、六角形状のハニカム構造の場合、複数の凹部を高密度で形成することができる。また、凹部Ｓ１０，Ｓ２０は独立した形状のものに限られず、格子状や放射状等のような凹凸面を形成できる各種形状のものが採用可能である。
【００３９】
第１構造面Ｓ１を有する筒部材２１０の固定方法は特に限定されず、例えば、円筒部２１２への圧入や接合材による接着などであってもよい。あるいは、円筒部２１２の外周部及び筒部材２１０の内周部に相互に螺合するネジ溝が形成されてもよい。第１構造面Ｓ１は、円筒部２１２の外周部に直接設けられてもよい。この場合、筒部材２１０が不要となり、回転体２１を構成する部品点数の削減を図ることができる。
【００４０】
一方、対向部材２３は、ケース本体１１の内周部に固定される。固定方法は特に限定されず、例えば、圧入、接合材による接着などであってもよい。あるいは、ケース本体１１の内周部及び対向部材２３の外周部に相互に螺合するネジ溝が形成されてもよい。さらに対向部材２３は、ケース本体１１の一部として設けられてもよく、この場合、第２構造面Ｓ２は、ケース本体１１の内周部に直接形成されてもよい。
【００４１】
第１構造面Ｓ１と第２構造面Ｓ２との間のクリアランスＣは特に限定されず、液体の種類や流量、回転体２１の回転数あるいは回転速度等に応じて適宜設定される。例えば、液体が水の場合には、クリアランスＣの大きさは、１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、より好ましくは、１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。クリアランスＣが１．０ｍｍ未満の場合、液体の圧力損失が大きくなり、出口１１ｂから吐出される液体の流量が低下する傾向にある。一方、クリアランスＣが３．０ｍｍを超える場合、第１構造面Ｓ１と第２構造面Ｓ２との間で液体に作用する剪断応力が低下し、例えば１μｍ以下のサイズに気泡を微細化することが困難になる傾向にある。クリアランスＣは、典型的には、筒部材２１０及び対向部材２３の厚みで調整される。
【００４２】
（ポンプ部）
ポンプ部３０は、モータ２２の駆動により入口１１ａから出口１１ｂへ向けて液体を移送することが可能に構成される。
【００４３】
ポンプ部３０は、ベース部３１と、複数の翼部３２とを有する。ベース部３１は、円筒部２１２の開口部側の端部（入口１１ａ側の端部）に固定されることで、回転体２１と一体的に回転する。ベース部３１は、第１構造面Ｓ１を有する筒部材２１０と同一の外径を有する円板形状を有し、典型的には、回転体２１と同様に金属材料で構成される。複数の翼部３２は、入口１１ａに向かって突出するようにベース部３１と一体的に設けられる。複数の翼部３２は、図３に示すようにベース部３１の中心部から周縁部に向かって旋回しながら放射状に延びるように形成される。
【００４４】
ポンプ部３０は、遠心ポンプ（渦巻きポンプ）を構成し、複数の翼部３２は、遠心羽根車に対応する。つまり、ポンプ部３０は、ベース部３１の中心（回転軸心）からその径方向に向かう液体の流れを形成する。複数の翼部３２は、液体に旋回を与えてエネルギを増加させ、入口１１ａから剪断室２０ｓ、そして出口１１ｂへ向けて液体を移送する吐出圧力を形成する。
【００４５】
本実施形態では、翼部３２がその内周側から外周側に向かって幅が大きくなるような流線形状に形成される。これにより、翼部３２間に形成される液体の流路３３（図３参照）の十分な幅を確保できるとともに、流路３３の幅を一様化できるため、流路３３を流れる液体の低抵抗化を実現することができる。
【００４６】
翼部３２の外径及び高さ（ベース部３１からの突出高さ）も特に限定されないが、翼部３２の外径及び高さが大きいほど高い吐出圧力を得ることができる。翼部３２の外径は、典型的には、ベース部３１の外径と同一の大きさ（例えば、１５０ｍｍ〜２００ｍｍ）に設定される。この場合、翼部３２の高さは２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下とすることができる。これにより、例えば、流量４０Ｌ／ｍｉｎ、回転数３０００ｒｐｍの条件下で、０．１８ＭＰａ〜０．４３ＭＰａの吐出圧を得ることができる。
【００４７】
本実施形態の気泡含有液体製造装置１００は、ポンプ部３０を備えているため、入口１１ａへ液体を送入する配管系に液圧ポンプを設置する必要がなくなり、システムの簡素化を図ることができる。
【００４８】
［気泡含有液体製造装置の動作］
続いて、以上のように構成される本実施形態の気泡含有液体製造装置１００の動作について説明する。
【００４９】
モータ２２が起動し、回転体２１が所定回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）で回転する。これにより、ポンプ部３０が回転体２１とともに回転し、図示しないタンクから液体が吸入される。タンクから吸入された液体は、送入管１３に接続された気体送入管を介して気体が送入された後、入口１１ａに導入される。
【００５０】
入口１１ａに導入された液体は、ポンプ部３０による旋回作用を受けて所定の吐出圧で剪断室２０ｓへ供給される。剪断室２０ｓにおいて、回転体２１の第１構造面Ｓ１は、対向部材２３の第２構造面Ｓ２に対して相対回転する。剪断室２０ｓに供給された液体は、ポンプ３０による旋回作用に伴う遠心力と、互いに相対回転する第１構造面Ｓ１及び第２構造面Ｓ２の間で剪断応力を受けることで、液体中の気泡が微細化される。生成された気泡含有液体は、出口１１ｂから送出される。
【００５１】
図４は、剪断室２０ｓにおける第１構造面Ｓ１と第２構造面Ｓ２との間を流れる気泡含有液体の状態を示す模式図である。図４に示すように気泡Ｂ１を含む液体が矢印方向に流れると、相互に相対回転する第１構造面Ｓ１と第２構造面Ｓ２とによって剪断応力が印加され、凹部Ｓ１０，Ｓ２０内に気泡含有液体の噴流が発生する。図４において噴流が生じる領域を線Ｓで示す。各凹部Ｓ１０，Ｓ２０内においてはこの噴流によって比較的小さな渦Ｍが発生し、気泡Ｂ１に作用する。これにより気泡Ｂ１が気泡Ｂ２に微細化される。
【００５２】
特に本実施形態では、第１構造面Ｓ１及び第２構造面Ｓ２の２つの凹凸面の間で液体に剪断力を付与するように構成されているため、これら構造面Ｓ１，Ｓ２によって液体をしっかりとニップした状態で剪断することができる。したがって、凹凸面が１つの場合と比較して非常に高い剪断エネルギを液体に付与することができ、これにより効率よく気泡の微細化を促進することが可能である。
【００５３】
なお、回転体２１における筒部材２１０の軸方向長さをより大きくすることで、第１構造面Ｓ１（及び第２構造面Ｓ２）の面積を拡張してもよい。これにより、液体が入口１１ａから出口１１ｂにまで至る過程で剪断力が付与される時間あるいは距離が増大するため、微細気泡の生成効率がより向上し、ＵＦＢの生成量を大幅に増加させることができる。
【００５４】
図５は、流体解析ソフトを用いて行ったシミュレーション結果であり、第１構造面Ｓ１と第２構造面Ｓ２との間のクリアランスＣの大きさと、乱流エネルギ（κ）及び乱流散逸率（ε）との関係を示している。ここでは、図６及び図７に示した構造の製造装置１０５と比較して、本実施形態の気泡含有液体製造装置１００の特性を評価した。
【００５５】
図６は比較例１に係る製造装置１０５の構成を示す縦断面図、図７は製造装置１０５における回転板１２３の概略斜視図である。以下、比較例１に係る製造装置１０５について説明する。
【００５６】
図６に示すように、比較例１に係る製造装置１０５は、ケーシング１２１の内部に配置された直径１５０ｍｍの回転板１２３をモータ１２４で回転させ、回転板１２３の表面に形成された凹凸面１２６と、この凹凸面１２６に所定のクリアランスＣ'を介して対向する対向部材１２２との間で液体に剪断力を付与することで、気泡含有液体を製造する。回転板１２３の凹凸面１２６は、図７に示すように六角形状の複数の凹部が形成されたハニカム構造面であり、その凹凸面１２６に対向する対向部材１２２の表面１２２ａは平面である。凹凸面１２６と対向部材１２２との間には、対向部材１２２の中心部に形成された入口１２２ｃから導入される液体に剪断力を付与して気泡含有液体を生成する剪断室Ｆが形成され、生成した気泡含有液体をケーシング１２１の側周部に形成された出口１２１ｄから送出するように構成される。
【００５７】
上記構成の比較例１に係る製造装置１０５において、回転板１２３の回転数を３０００ｒｐｍ、入口１２２ｃから送入される液体の流量を４０Ｌ／ｍｉｎ、クリアランスＣ'の大きさを１ｍｍとして、剪断室Ｆにおける乱流エネルギ（κ）及び乱流散逸率（ε）を測定した。一方、図１に示した本実施形態の気泡含有液体製造装置１００において、回転体２１の回転数を３０００ｒｐｍ、入口１１ａから送入される液体の流量を４０Ｌ／ｍｉｎ、クリアランスＣの大きさを１ｍｍ（解析例１）、２ｍｍ（解析例２）及び３ｍｍ（解析例３）として、剪断室２０ｓにおける乱流エネルギ（κ）及び乱流散逸率（ε）を測定した。なお、解析例１〜３においては、回転体２１の直径を１５０ｍｍ、回転体２１における筒部材２１０の軸方向長さを８０ｍｍとした。
【００５８】
ここで、乱流エネルギ（κ）は、流れの乱れの強さを表し、乱流散逸率（ε）は、当該乱れが消えていく速さを表し、乱流散逸率の値が大きいほど、発生する渦が小さいことを意味する。これらの特性値は、気泡含有液体の生成能力に与える影響が強いと考えられており、乱流エネルギ（κ）は気泡微細化の全体的な強さに、乱流散逸率（ε）は渦サイズ、つまり気泡の微細化レベルにそれぞれ関係する。
【００５９】
図５は、比較例１での測定値を１としたときの解析例１〜３での測定値を示している。図５に示すように、解析例１〜３によれば、比較例１よりも高い乱流エネルギ（κ）及び乱流散逸率（ε）が得られる。このことから、本実施形態の気泡含有液体製造装置１００によれば、比較例１に係る製造装置１０５よりも気泡含有液体の生成能力が極めて高いことが確認される。
【００６０】
比較例１に係る製造装置の特性値が解析例１〜３よりも低い理由としては、剪断室Ｆにおける液体の旋回流のエネルギを十分に回収できないことが考えられる。例えば、図８Ａに模式的に示すように、固定面である対向部材１２２からの視点にて、回転板１２３の非回転時においては放射状であった液体の流線が、回転板１２３の回転に伴い、図８Ｂに示すように強い旋回流に変化する。しかし、回転板１２３からの視点では、図８Ｃに示すように、液体の流線は多少の旋回軌道を描くものの、回転板１２３の流れの供回りにより、凹凸面１２６の凹部を通過する流線は限定的である。これは、凹凸面１２６が液体に対して大きな抵抗となって強い旋回流を生じさせるが、凹凸面１２６の全域にわたって旋回流が行き渡らないためと考えられる。
【００６１】
これに対して本実施形態の気泡含有液体製造装置１００によれば、回転体２１の軸心（回転軸２１１）と同心的な筒状の空間が剪断室２０ｓとして形成されているため、入口１１ａから出口１１ｂへ向かう液体の螺旋状の旋回流を形成することができる。これにより、第１構造面Ｓ１及び第２構造面Ｓ２の凹部Ｓ１０，Ｓ２０を通過する流線の数を飛躍的に増加させることができるため、比較例１よりも強い剪断力を液体に付与してより大きな特性値（乱流エネルギ（κ）及び乱流散逸率（ε））が得られるものと推察される。
【００６２】
さらに本実施形態では、剪断室２０ｓが第１構造面Ｓ１及び第２構造面Ｓ２の２つの凹凸面で挟まれた空間で構成されるため、剪断室２０ｓにおいて液体に強い剪断力を効果的に付与することができる。このため、比較例１よりもＵＦＢの含有密度が高い気泡含有液体を効率良く生成することができる。
【００６３】
なお、解析例１〜３を比較すると、クリアランスＣが大きくなるに従い、乱流エネルギ（κ）は増大する傾向にあるのに対して、乱流散逸率（ε）は減少する傾向にある。このことから、これらの解析例の中では、乱流エネルギ（κ）と乱流散逸率（ε）がいずれも比較的高い値である解析例２（クリアランスＣ＝２ｍｍ）が最適値であると判断される。
【００６４】
なお、本実施形態の気泡含有液体製造装置１００は、対向部材２３に第２構造面Ｓ２を設けたが、これを省略することも可能である。つまり、第１構造面Ｓ１に対向する対向部材２３の表面は滑らかな円筒面であってもよい。
【００６５】
図９は、第２構造面Ｓ２を有しない製造装置（解析例４）と、図６及び図７を参照して説明した比較例１に係る製造装置１０５との特性を比較して示すシミュレーション結果である。併せて、上述した解析例２に係る製造装置と、比較例１において対向部材１２２の表面１２２ａを凹凸面１２６と同様な凹凸面で構成した製造装置（比較例２）の特性をそれぞれ示す。ここでも、比較例１での測定値を１としたときの相対値として比較例２、解析例２，４の特性値を示す。なお、比較例２では回転部材１２６と対向部材１２２との間のクリアランスを比較例１と同様に１ｍｍとし、解析例４では第１構造面Ｓ１と対向部材２３とのクリアランスを１ｍｍとした。また、回転数及び流量は、それぞれ３０００ｒｐｍ及び４０Ｌ／ｍｉｎとした。
【００６６】
図９に示すように、解析例４においても比較例１，２よりも高い乱流エネルギ（κ）及び乱流散逸率（ε）が得られることが確認された。また、解析例２，４を比較して明らかなように、第２構造面Ｓ２を有する解析例２の方が第２構造面Ｓ２を有しない解析例４よりも高い乱流エネルギ（κ）及び乱流散逸率（ε）が得られることが確認された。
【００６７】
（ポンプ部の変形例）
ポンプ部３０は、図３に示した構成に限られず、図１０Ａ，Ｂに示すような構成が採用されてもよい。図１０Ａは、ポンプ部３０'の斜視図、図１０Ｂはその正面図である。
【００６８】
図１０Ａ，Ｂに示すポンプ部３０'は、複数の翼部３２の間に形成された複数の突起部３４を有する。複数の突起部３４は、複数の翼部３２の間に形成された流路３３に設けられ、ベース部３１の表面から所定の高さで突出する。各流路３３に複数の突起部３４が配置されることで、流路３３を流れる液体中の気泡を分散させて、剪断室２０ｓにおける気泡の微細化を効率よく行うことが可能となる。
【００６９】
各突起部３４の形状は特に限定されない。突起部３４は、例えば、直径３ｍｍ〜４ｍｍ、高さ１０ｍｍ程度である。突起部３４の数や間隔も特に限定されず、任意に設定可能である。
【００７０】
突起部３４は、流路３３に設けられる例に限られず、例えば、翼部３２の側面に設けられてもよい。また、突起部３４に代えて、凹部が設けられてもよい。これらのような構成でも上述と同様な作用効果を得ることができる。
【００７１】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る気泡含有液体製造装置２００の模式的断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
【００７２】
本実施形態の気泡含有液体製造装置２００は、ケーシング１０と、剪断機構部２２０とを備え、剪断機構部２２０の回転付与部が羽根車２４で構成されている点で、第１の実施形態と異なる。
【００７３】
羽根車２４は、回転軸２１１に設けられ、回転体２１に回転軸２１１まわりの回転力を付与する。羽根車２４は、ケーシング１０の内部に配置され、入口１１ａに導入される液体の圧力を受けて回転するように構成される。これにより、モータなどの駆動源を必要とすることなく回転体２１を回転させることができる。
【００７４】
本実施形態において回転軸２１１の一端は、ケース本体１１の底部１１０の中心孔に固定された軸受部材Ｂ１により回転可能に支持され、回転軸２１１の他端は、蓋部１２の中心孔に固定された軸受部材Ｂ２により回転可能に支持される。ケース本体１１の底部１１０の中心孔及び蓋部１２の中心孔はそれぞれ、カバー１６１，１６２により液密に閉塞される。入口１１ａ及び出口１１ｂはそれぞれケース本体１１の側周部に設けられ、入口１１ａには、入口１１ａに導入される液体に気体を送入するベンチュリ管などの気体送入部４０を介して送入管１３に接続される。
【００７５】
図１２は、図１１における［Ｂ］−［Ｂ］線方向断面図である。羽根車２４は、回転軸２１１に一体的に取り付けられたハブ部２４１と、ハブ部２４１の周面から放射状に延びる複数の羽根部２４２と、ハブ部２４１の軸方向に複数の羽根部２４２を支持する一対の円形の支持板２４３とを有する。ハブ部２４１、羽根部２４２及び支持板２４３は、典型的には金属材料で構成されるが、合成樹脂材料で構成されてもよい。金属材料としては、アルミニウムやチタンなどの比較的軽量の材料が好ましい。
【００７６】
羽根部２４２の枚数やスキュー角は特に限定されず、入口１１ａに導入される液体の流量などに応じて適宜設定可能である。本実施形態では羽根部２４２の数は８、スキュー角θは０°〜４５°の範囲で設定される。
【００７７】
羽根車２４は、上述のように入口１１ａに導入される液体の圧力を受けて回転し、その回転駆動力が回転軸２１１を介して円筒部２１２へ伝達される。これにより第１構造面Ｓ１が第２構造面Ｓ２に対して相対的に回転する。第１構造面Ｓ１と第２構造面Ｓ２との間のクリアランスは、第１の実施形態と同様に、１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることが好ましい。羽根車２４の回転方向は特に限定されず、本実施形態では、図１２において反時計方向に回転するように構成される。回転体２１の回転数（回転速度）は、羽根車２４の直径や、羽根部２４２の数や幅の大きさ、スキュー角θ、入口１１ａに導入される液体の流量などによって任意に調整可能である。
【００７８】
例えば、羽根車２４の直径を１５０ｍｍ〜２００ｍｍ、羽根部２４２の数を８枚、羽根部２４２の幅を１０ｍｍ、羽根部２４２のスキュー角θを１０°、回転効率を０．７として試算すると、流量が２０Ｌ／ｍｉｎのときは２００ｒｐｍ、流量が４０Ｌ／ｍｉｎのときは４００ｒｐｍ、そして、流量が６０Ｌ／ｍｉｎのときは６００ｒｐｍの回転数が得られる。羽根車２４としては、上述した水車のような構造以外にも、例えば、プロペラの羽根状のものも採用可能である。
【００７９】
本実施形態においても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、入口１１ａに気体送入部４０が接続されているため、送入管１３が液圧ポンプの吐出口や水道の蛇口などに取り付けられてもよい。この場合、液圧ポンプの吐出圧あるいは水道圧によって羽根車２４が回転し、第１構造面Ｓ１及び第２構造面Ｓ２によって気泡含有液体に所定の剪断力が付与される。したがって、このような構成によっても微細な気泡を多量に含有する気泡含有液体を製造することができる。
【００８０】
＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。図１３は、本実施形態に係る気泡含有液体製造システム１の構成を示す模式図である。同図に示すように、気泡含有液体製造システム１は、循環タンク１０１、液圧ポンプ１０２、気体送入部１０３、気体送入ライン１０４、気泡含有液体製造装置３００、熱交換器１０６及び完成タンク１０７を備える。
【００８１】
気泡を形成する気体は特に限定されず、例えば、空気、Ｎ２、Ｏ２又はＯ３等とすることができる。また、気泡含有液体は異種の気体によって形成された気泡を含有してもよい。気泡含有液体を構成する液体は特に限定されないが、典型的には水である。
【００８２】
［気泡含有液体製造システムの構成］
循環タンク１０１は、原液又は未完成の気泡含有液体を貯留する。循環タンク１０１には循環タンク１０１内の液体量を計測する液面計ＦＳ１が設けられている。循環タンク１０１は、配管Ｌ１によって液圧ポンプ１０２と接続されている。配管Ｌ１には給液弁Ｖ１及び排液弁Ｖ２が接続されている。
【００８３】
液圧ポンプ１０２は、配管Ｌ２によって気体送入部１０３と接続されている。液圧ポンプ１０２は、循環タンク１０１から配管Ｌ１を介して供給される液体を配管Ｌ２を介して気体送入部１０３に圧送する。配管Ｌ２には圧力・流量調整弁Ｖ３、流量計ＦＬ１、圧力計ＦＰ１、フィルタＦＦ１、及び圧力計ＦＰ２が接続されている。フィルタＦＦ１は、配管Ｌ２を流れる液体から不純物を除去するためのフィルタである。
【００８４】
気体送入部１０３は、細径部を有する管である。配管Ｌ２から供給された液体は、細径部において流速が上昇し、その圧力が一時的に低下する。気体送入部１０３はベンチュリ管であってもよい。
気体送入ライン１０４は、気体送入部１０３の細径部とガスボンベ等のガス源とを接続し、細径部を流れる液体に気体を送入する。気体送入ライン１０４が気体送入部１０３に接続されていることにより、ガスの送入圧を低減させることができる。
【００８５】
気体送入部１０３は配管Ｌ３を介して気泡含有液体製造装置３００に接続されており、気体が送入された液体を気泡含有液体製造装置３００に供給する。配管Ｌ３には圧力・流量調整弁Ｖ４が接続されている。
【００８６】
気泡含有液体製造装置３００は、配管Ｌ３から供給された液体に含まれる気体の気泡を微細化し、微細な気泡を含有する気泡含有液体を生成する。気泡含有液体製造装置３００の構成については後述する。気泡含有液体製造装置３００は配管Ｌ４によって熱交換器１０６に接続されている。配管Ｌ４には圧力・流量調整弁Ｖ５、圧力計ＦＰ３及び温度計ＦＴ１が接続されている。
【００８７】
熱交換器１０６は、配管Ｌ４から供給された気泡含有液体を冷却する。気泡含有液体は主に気泡含有液体製造装置３００の通過によって高温となっているためである。熱交換器１０６の構造は特に限定されない。熱交換器１０６は配管Ｌ５によって三方弁Ｖ６に接続されている。配管Ｌ５には温度計ＦＴ２が接続されている。
【００８８】
三方弁Ｖ６は、配管Ｌ５と循環ライン１６５又は完成ライン１６６を接続する。循環ライン１６５は三方弁Ｖ６と循環タンク１０１とを接続し、完成ライン１６６は三方弁Ｖ６と完成タンク１０７とを接続する。
【００８９】
完成タンク１０７は、完成した気泡含有液体を貯留する。完成タンク１０７には配管Ｌ６が接続され、配管Ｌ６には排液弁Ｖ７が接続されている。
【００９０】
［気泡含有液体製造装置の構成］
続いて、本実施形態の気泡含有液体製造装置３００の構成について説明する。図１４は気泡含有液体製造装置３００の模式的断面図である。なお、図１４において上述の第１の実施形態と共通する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
【００９１】
本実施形態の気泡含有液体製造装置３００は、ケーシング１０と、剪断機構部３２０とを備え、ポンプ部３０の代わりに、第３構造面Ｓ３を有する円板部材２１３を有する点で、第１の実施形態と異なる。
【００９２】
本実施形態において剪断機構部３２０は、回転体３２１と、モータ２２と、対向部材２３とを有する。回転体３２１は、回転軸２１１と、円筒部２１２と、円板部材２１３とを有する。
【００９３】
円板部材２１３は、円筒部２１２の開口部に固定される。円板部材２１３は、円筒部２１２の外径と同一の外径を有し、円筒部２１２の開口部を閉塞する。円板部材２１３は、ケース本体１１の底部１１０の内面と所定のクリアランスＣ１を介して対向している。円板部材２１３は、回転軸２１１の先端に固定されており、モータ２２の駆動により、円筒部２１２と一体的に回転可能に構成される。
【００９４】
第３構造面Ｓ３は、回転軸２１１と直交する円形の平面であって、ケース本体１１の底部１１０と対向する円板部材２１３の表面に形成された凹凸面である。第３構造面Ｓ３は、例えば、図７を参照して説明した凹凸面１２６と同様に、六角形状の複数の凹部が形成されたハニカム構造面で構成される。第３構造面Ｓ３と対向するケース本体１１の底部１１０内面は、典型的には平坦面あるが、これに限られず、第３構造面Ｓ３と同様な凹凸面であってもよい。
【００９５】
第３構造面Ｓ３とケース本体１１の底部１１０内面との間のクリアランスＣ１は、例えば、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好適である。モータ２２の回転数は、第１の実施形態と同様に、例えば、１０００ｒｐｍ以上８０００ｒｐｍ以下である。
【００９６】
［気泡含有液体製造システムの動作］
続いて、気泡含有液体製造システム１の動作について説明する。
【００９７】
図１３を参照して、液圧ポンプ１０２によって液体が循環タンク１０１から気体送入部１０３に圧送され、気体送入ライン１０４から気体が液体に送入される。気体が送入された液体はさらに気泡含有液体製造装置３００に圧送され、送入管１２ａ及び入口１１ａを介してケーシング１０の入口１１ａに導入される（図１４参照）。
【００９８】
気泡含有液体製造装置３００においては、モータ２２の駆動により、回転体３２１が回転軸２１１のまわりに所定の回転数で回転する。これにより、円筒部２１２の第１構造面Ｓ１は、対向部材２３の第２構造面Ｓ２に対して所定のクリアランスＣを介して対向した状態で相対回転する。一方、円板部材２１３の第３構造面Ｓ３は、ケース本体１１の底部１１０の内面に対して所定のクリアランスＣ１を介して対向した状態で相対回転する。
【００９９】
ケーシング１０の入口１１ａに導入された液体は、第３構造面Ｓ３とケース本体１１の底部１１０との隙間、及び、第１構造面Ｓ１と第２構造面との間の隙間を通って、出口１１ｂから送出される。この際、入口１１ａに導入された液体は、第３構造面Ｓ３とケース本体１１の底部１１０との間で剪断力を付与され、更に、第１構造面Ｓ１と第２構造面Ｓ２との間でも剪断力を付与されるため、液体に含有された気泡が効率よく微細化される。これにより、ＵＦＢの生成効率および生成量をより一層高めることができる。
【０１００】
気泡含有液体製造装置３００から送出された気泡含有液体は、配管Ｌ４を介して熱交換器１０６へ供給されて冷却される。熱交換器１０６によって冷却された液体は、三方弁Ｖ６を介して循環タンク１０１又は完成タンク１０７に供給される。循環タンク１０１に供給された気泡含有液体は、再度液圧ポンプ１０２によって再び気泡含有液体製造装置３００に向けて圧送されることで、気泡の高密度化がなされる。
【０１０１】
気泡含有液体製造システム１では例えば一定時間、循環タンク１０１を介して液体を循環させ、気泡を高密度化させた後、三方弁Ｖ６を操作して生成した気泡含有液体を完成タンク１０７に貯留させることができる。また、循環タンク１０１を利用せず、一度のサイクルのみで気泡含有液体を完成タンク１０７に貯留させてもよい。完成タンク１０７に貯留された気泡含有液体は、配管Ｌ６から排液され、利用される。
【０１０２】
＜第４の実施形態＞
［気泡含有液体製造システム］
上述の第１の実施形態に係る気泡含有液体製造装置１００は、モータ２２により駆動されるポンプ部３０を備えているため、例えば、液体を貯留したタンクの中に設置するなど、循環ラインを構成することなくタンク内で気泡含有液体を製造することができる。
【０１０３】
図１５は、第１の実施形態に係る気泡含有液体製造装置１００を備えた気泡含有液体製造システムとしてのタンクユニット５００の構成を示す模式図である。図１５に示すように、タンクユニット５００は、液体Ｌを貯留可能なタンク５５０と、タンク５５０に配置された気泡含有液体製造装置１００と、を備える。
【０１０４】
タンクユニット５００は、例えば、ケーシング１０をタンク５５０に取り付けるための取付部（図示せず）を有しており、タンク５５０の壁部の内面に取り付けられる。気泡含有液体製造装置１００は、本実施形態において、ケーシング１０の入口１１ａ及び出口１１ｂを含む全体がタンク５５０の液体Ｌに浸漬されることが可能に構成される。この場合、気体送入部４０を有する送入管１３は、ケーシング１０からタンク５５０の外部まで延び、図示しない気体源と接続される。また、モータ２２は、典型的にはタンク５５０の外部に配置される。これに限られず、モータ２２は、ケーシング１０とともに液体Ｌに浸漬可能に構成されてもよい。
【０１０５】
タンク５５０の壁部の外面には、気泡含有液体製造装置１００の図示しない入力操作部が設けられていてもよい。これにより、ユーザによる気泡含有液体製造装置１００の起動及び停止等の入力操作が可能となる。
【０１０６】
本実施形態のタンクユニット５００においては、気泡含有液体製造装置１００がタンク５５０の液体Ｌを吸入して高密度の微細気泡含有液体を生成し、タンク５５０の液体Ｌ中に吐出する。さらに液体Ｌが気泡含有液体製造装置１００を複数回通過することで、タンク５５０における液体の微細気泡の密度を高める。
【０１０７】
以上のように、本実施形態のタンクユニット５００によれば、タンク５５０内において気泡含有液体の製造及び貯留が可能であるため、気泡含有液体を循環する配管ラインが不要となる。これにより、システムをコンパクトに構築することができるため、気泡含有液体を処理液として使用する設備の構成の簡素化を図ることができる。
【０１０８】
図１６は、上述のタンクユニット５００を備えたシステム６００の概略構成図である。
【０１０９】
図１６に示すシステム６００は、研削装置に用いられる研削液（クーラント液）を供給する研削液供給システムとして構成される。本実施形態の気泡含有液体は、ＵＦＢ等の微細気泡を含有した研削液であり、以下、気泡含有研削液とも称する。
【０１１０】
ＵＦＢ等の微細気泡は、研削液の汚染の原因物質に対する界面活性作用や静菌作用、研削液の臭気の抑制作用等を有する。また、気泡含有研削液により、研削加工時の研削粉の目詰まりが防止でき、砥石等の工具の交換頻度の低減や被加工品の品位向上等が可能となる。
【０１１１】
システム６００は、上述した構成のタンクユニット５００と、液体供給ライン６１０と、液体供給部６２０と、廃液回収部６３０と、廃液回収ライン６４０と、を備える。
【０１１２】
タンクユニット５００は、液体（気泡含有研削液）Ｌを収容可能なタンク５５０と、タンク５５０に配置された気泡含有液体製造装置１００と、を備える。タンク５５０は、気泡含有研削液Ｌを貯留可能なリザーバタンクとして構成される。上述のように、気泡含有液体製造装置１００のケーシング１０は、タンク５５０の壁部の内面に取り付けられる。
【０１１３】
液体供給ライン６１０は、例えば、第１の配管６１１と、送液ポンプ６１２と、第２の配管６１３と、を有する。
【０１１４】
第１の配管６１１は、タンクユニット５００と送液ポンプ６１２とを接続する。図１６の例では、第１の配管６１１は、タンク５５０の底部に接続されている。第１の配管６１１には、給液弁６１４及び排液弁６１５と、フィルタ６１６とが接続されている。フィルタ６１６は、第１の配管６１１を流れる気泡含有研削液Ｌから不純物を除去するために用いられる。
【０１１５】
送液ポンプ６１２は、第１の配管６１１と第２の配管６１３とに接続される。送液ポンプ６１２は、タンクユニット５００から第１の配管６１１を介して供給される気泡含有研削液Ｌを第２の配管６１３へ送液する。
【０１１６】
第２の配管６１３には、例えば、圧力計６１７ａ及び流量計６１７ｂと、圧力・流量調整弁６１８と、液体供給弁６１９と、が接続されている。圧力・流量調整弁６１８は、圧力計６１７ａ及び流量計６１７ｂの測定結果に基づいて、第２の配管６１３における気体含有研削液Ｌの圧力及び流量を調整する。第２の配管６１３は、液体供給弁６１９を介して液体供給部６２０に接続されている。
【０１１７】
液体供給部６２０は、研削装置７００に気泡含有研削液を供給する。研削装置７００は、例えばワークＷを研削加工する砥石等の工具７１０と、ワークＷを保持する保持テーブル７２０と、を備える。液体供給部６２０は、例えば、工具７１０とワークＷとの間に気泡含有液体Ｌを供給する。
【０１１８】
廃液回収部６３０は、研削装置７００に供給した気泡含有研削液Ｌを廃液として回収するための構成である。廃液回収部６３０は、例えば保持テーブル７２０の下部に配置された図示しない容器及び排水口等を含む。
【０１１９】
廃液回収ライン６４０は、廃液回収部６３０に接続され、回収された気泡含有研削液Ｌをタンク５５０に供給する。廃液回収ライン６４０は、第３の配管６４１と、第３の配管６４１に接続された圧力・流量調整弁６４２及びフィルタ６４３とを有する。フィルタ６４３は、廃液回収ライン６４０の第３の配管６４１を流れる研削液から不純物を除去するために用いられる。
【０１２０】
以上の構成の気泡含有液体供給システム６００では、まず、研削液の原液がタンク５５０に充填される。そして、気泡含有液体製造装置１００が起動される。これにより、タンク５５０内の研削液原液が気泡含有研削液Ｌに置換される。
【０１２１】
タンク５５０内で生成された気泡含有研削液Ｌは、液体供給ライン６１０を通って液体供給部６２０から研削装置７００に供給される。これにより、ワークＷが気泡含有研削液Ｌを用いて研削加工される。
【０１２２】
保持テーブル７２０から流出した使用後の気泡含有研削液Ｌは、廃液回収部６３０を介して廃液回収ライン６４０に供給される。そして、廃液回収ライン６４０のフィルタ６４３において研削屑等の不純物が除去され、再びタンク５５０に供給される。
【０１２３】
気泡含有液体製造装置１００は、ＵＦＢ等の微細気泡を高密度に生成することができる。これにより、タンク５５０内に充填された研削液を短時間で気泡含有研削液Ｌに置換することができる。したがって、気泡含有研削液Ｌを準備するための時間を短縮し、研削加工の生産性を高めることができる。
【０１２４】
また、高密度の微細気泡により、上記洗浄作用や目詰まり防止作用等を十分に発揮することができる。したがって、研削液や工具、配管等の交換頻度を低減させ、研削加工に係るコストを抑制することができる。
【０１２５】
さらに、気泡含有液体製造装置１００がタンク５５０内に配置されていることにより、システム全体の小型化を実現することができる。また、気泡含有液体製造装置１００及びタンクユニット５００を既存の研削液供給システムへ容易に導入することができ、導入コストを抑制することができる。
【０１２６】
また、気泡含有液体製造装置１００は小型かつ低コストであるため、求める微細気泡の密度等に応じて、気泡含有液体供給システム６００をフレキシブルに構成することができる。例えば、タンクユニット５００は、タンク５５０に対し、複数の気泡含有液体製造装置１００を備えた構成としてもよい。これにより、例えばタンク５５０が大きい場合でも、高密度の気泡含有液体を短時間で大量に製造することができる。
【０１２７】
＜その他の実施形態＞
例えば、ＵＦＢは、上述の洗浄作用の他、酸化抑制作用、気体供給作用等、多様な作用を有する。そこで、本発明に係る気泡含有液体製造装置と、収容部（タンク）と、液体供給部と、を備えた気泡含有液体供給システムは、以下のような用途にも用いることができる。
【０１２８】
例えば、本発明に係る気泡含有液体供給システムは、液体として例えば精製水、気体として例えば空気やオゾンを用いて、食品や精密機器等を洗浄する洗浄水供給システムとして構成することもできる。
【０１２９】
また、本発明に係る気泡含有液体供給システムは、液体として例えば精製水、気体として例えば窒素を用いて、魚肉等の酸化を防止する酸化防止水供給システムとして構成することもできる。
【０１３０】
あるいは、本発明に係る気泡含有液体供給システムは、液体として例えば水、気体として例えば二酸化酸素や空気を用いて、浴槽用の気泡含有液体供給システムとして構成することもできる。この気泡含有液体供給システムは、給湯システム内に組み込まれていてもよいし、給湯システムに接続されていてもよい。あるいは、浴槽本体を「収容部」とし、浴槽の一部に気泡含有液体製造装置を取り付けて、浴槽を、気泡含有液体製造装置を備えた気泡含有液体貯留容器として構成してもよい。
【０１３１】
また、本発明に係る気泡含有液体供給システムは、液体として例えば水又は海水、気体として例えば酸素を用いて、魚等の水生動物の養殖用水供給システムとして構成することができる。これにより、養殖に用いる水に酸素を十分に混合することができ、水性動物の成長を促進させることができる。
【０１３２】
また、本発明に係る気泡含有液体供給システムは、液体として例えば水又は液体肥料、気体として例えば二酸化炭素又は窒素を用いて、植物の潅水システムとして構成することができる。これにより、所望の気体を混合させた気泡含有液体を植物に供給することができ、植物の生長等を促すことができる。
【０１３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【０１３４】
例えば以上の第１の実施形態では、ポンプ部３０を備えた気泡含有液体製造装置１００を例に挙げて説明したが、ポンプ部３０は省略されてもよい。この場合、入口１１ａに液体を送入する配管ラインに液圧ポンプが別途配置されればよい。
【０１３５】
また以上の第１の実施形態では、ポンプ部３０が遠心ポンプとして構成されたが、これに限られず、ベーンポンプやカスケードポンプ（渦流ポンプ）などの他のポンプ構造が採用されてもよい。
【０１３６】
また、以上の第２の実施形態では、回転付与部としての羽根車２４が回転体２１と同一の外径で形成されたが、これに限られない。例えば、図１７に示すように羽根車２４０の外径は、回転体２１の外径よりも小さくてもよい。この場合、羽根車２４０の容積が小さくなる結果、羽根車２４０の回転数が増大し、回転体２１による液体への剪断力も高めることができる。
【０１３７】
なお、羽根部２４２の形状は、上述した流線形状に限られず、図１７に示したように放射状に直線的に延びるように形成されてもよい。
【０１３８】
さらに以上の各実施形態では、回転体２１を構成する円筒部２１２が円筒形状に形成されたが、これに限られず、回転体の筒部は円錐台形状であってもよい。この場合、当該筒部に所定のクリアランスを介して対向する対向部材もまた、上記円錐台形状に形成される。円錐台形状の筒部及び対向部材は、例えば、ケーシングの入口側から出口側に向かって直径が大きくなる姿勢で設置される。
【符号の説明】
【０１３９】
１０…ケーシング
１１ａ…入口
１１ｂ…出口
２０，２２０…剪断機構部
２０ｓ…剪断室
２１…回転体
２２…モータ
２３…対向部材
２４，２４０…羽根車
３０…ポンプ部
３１…ベース部
３２…翼部
３４…突起部
４０…気体送入部
１００，２００…気泡含有液体製造装置
２１１…回転軸
２１２…円筒部
５００…タンクユニット
６００…気泡含有液体製造システム
Ｓ１…第１構造面
Ｓ２…第２構造面
Ｓ３…第３構造面
Ｓ１０，Ｓ２０…凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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