(57)【要約】【課題】液中に装置を配置させることなく、マイクロバブルを発生させる。【解決手段】マイクロバブル発生装置１０は、液体を旋回流にするための流路２４を備える。流路２４の開口部１２Ｅは鉛直下向きに向けられる。旋回された液体は、流路２４の開口部１２Ｅから、膜状でかつ放射状に広がるようにして下方に噴出する。液体は、落下により、膜が破壊され、水滴状になり、液体Ｅの液面に衝突し、これにより、液体Ｅにマイクロバブルが発生する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口から液体を膜状にかつ広がるように噴出させる流路を備え、前記噴出された液体は、落下により膜が破壊して水滴状に変化し、液面に衝突することにより液中にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置。
【請求項２】
前記液体を前記開口から放射状に噴出させることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項３】
前記開口が下方に向けられ、前記液体が下向きに噴出されることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項４】
前記流路の一部で前記液体の旋回流を発生させて、前記開口から噴出させることを特徴とする請求項３に記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項５】
前記流路の一部は、螺旋状に形成されることを特徴とする請求項４に記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項６】
前記流路は、筒形を呈することを特徴とする請求項２に記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項７】
前記筒形の流路の開口は、径方向外側に向けられることを特徴とする請求項６に記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項８】
流路を流された液体を開口から膜状にかつ広がるように噴出させて、前記噴出された液体は、落下により膜が破壊して水滴状に変化し、液面に衝突することにより液中にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気や酸素等の微細気泡を液体中に発生させるためのマイクロバブル発生装置及びマイクロバブル発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば空気や酸素ガス等を水等の液体に効率的に溶解させるために、液体中にマイクロバブルを発生させる場合がある。マイクロバブルを発生させる装置の一例としては、内部で旋回流を発生させるとともに、底部が開口されたハウジングと、加圧液体をハウジング内部に送る液体導入路と、ハウジング内部に気体を導入する気体導入路とを備えるものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
このような装置では、ハウジング底部を液体中に配置した状態で、ハウジング内に加圧液体を送り、その加圧液体をハウジング中で旋回させつつ下降させる。そして、その旋回する液体の負圧部分に気体導入路からの気体を吸い込ませて気液を混合させ、開口からマイクロバブルを含有する液体を放出させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４２２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の装置では、液体中にマイクロバブルを発生させるためには、ハウジング底部を液体中に配置させる必要がある。しかし、マイクロバブルを発生させる液体が例えば回転または移動する容器中に溜められているような場合や、液体中に内容物があるような場合、ハウジング底部を液体中に配置させることが困難なことがある。また、上記マイクロバブル発生装置は、液体導入路と、気体導入路とを設けなければならず、その構成が複雑になる。
【０００６】
そこで、本発明は、簡単な構造を有し、かつ装置を液体中に配置させることなく、マイクロバブルを発生させることが可能なマイクロバブル発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るマイクロバブル発生装置は、開口から液体を膜状にかつ広がるように噴出させる流路を備え、噴出された液体は、落下により膜が破壊して水滴状に変化し、液面に衝突することにより液中にマイクロバブルを発生させることを特徴とする。
【０００８】
液体は開口から放射状に噴出させることが好ましく、また開口は下方に向けられ、液体が下向きに噴出されていたほうが良い。
【０００９】
流路の一部で液体の旋回流を発生させて、開口から噴出させることが好ましく、旋回流を発生するために、流路の一部は、螺旋状に形成されることが好ましい。流路は、筒形を呈していても良く、この場合、筒形の流路の開口は、径方向外側に向けられる。
【００１０】
本発明に係るマイクロバブル発生方法は、流路を流された液体を開口から膜状にかつ広がるように噴出させて、噴出された液体は、落下により膜が破壊して水滴状に変化し、液面に衝突することにより液中にマイクロバブルを発生させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単な構成で、マイクロバブル発生装置を液体中に配置させることなく、マイクロバブルを発生することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態におけるマイクロバブル発生装置の断面図である。
【図２】第１の実施形態における変形例を示すブロック部材の頂面図である。
【図３】第１の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図４】第２の実施形態におけるマイクロバブル発生装置の断面図である。
【図５】第２の実施形態の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロバブル発生装置１０の構成を示す断面図である。
【００１４】
マイクロバブル発生装置１０は、略円筒形状を有するハウジング１１を備え、ハウジング１１にはその円筒軸Ｘに沿って連通する回転対称な空洞１２が設けられる。すなわち、ハウジング１１には、回転対称な内周面が形成される。装置１０は、後述するように、ハウジング１１の底部１１Ａが下方に、頂部１１Ｂが上方に向けられて使用されるものである。
【００１５】
ハウジング１１は、頂部１１Ｂ側から順に、連結部１２Ａ、螺旋流路形成部１２Ｂ、縮径部１２Ｃ、螺旋流形成部１２Ｄ、開口部１２Ｅが構成される。連結部１２Ａの内周面は、内径Ｄ１の円筒形状をなし、螺旋流路形成部１２Ｂの内周面は、内径Ｄ１よりも一回り小さい内径Ｄ２を有する円筒形状をなす。縮径部１２Ｃは、その内周面が内径Ｄ２よりもひと回り小さい内径Ｄ３を有する円筒形状をなす部分と、内径Ｄ３よりも小さい内径Ｄ４の円筒形状をなす旋回流路形成部１２Ｄへと軸Ｘに沿って漸次縮径（本実施形態では、直線的に縮径）する部分とから形成される。また開口部１２Ｅは、旋回流形成部１２Ｄ（すなわち、内径Ｄ４）から一旦僅かに縮径した後、円筒形状をなす部分に続き、さらにハウジング１１の下端面（すなわち、底面）に向けて拡径し、その底面において円形を成す開口部１２Ｅの径は内径Ｄ４に略一致する。ハウジング１１は、後述する固定部材１５及び連結部材１７によってその頂部１１Ｂ側（すなわち、連結部１２Ａ）が気密に塞がれる。
【００１６】
ハウジング１１の内部には、ブロック部材１３が配置される。ブロック部材１３は、螺旋流形成部１２Ｂに嵌入される円筒部１３Ａと、円筒部１３Ａから突出し、下方に向かって縮径する切頭円錐形の突出部１３Ｂとを備える。円筒部１３Ａ及び突出部１３Ｂは、軸Ｘを中心に回転対称である。円筒部１３Ａの外周面には、螺旋状の凸条１４が一体的に設けられる。円筒部１３Ａの外径Ｄ５は螺旋流形成部１２Ｂの内径Ｄ２よりも小さく、その高さは螺旋流路形成部１２Ｂに略等しい。また、螺旋状の凸条１４の外径は螺旋流路形成部１２Ｂの内径Ｄ２に略等しい。円筒部１３Ａが螺旋流路形成部１２Ｂの内部に嵌入されると、凸条１４の下端部は、螺旋流路形成部１２Ｂと縮径部１２Ｃの間の段部に係合し、これにより、ブロック部材１３が軸方向下向きに移動することが規制される。このとき、円筒部１３Ａの外周面と螺旋流路形成部１２Ｂの内周面に挟まれた空間には、螺旋流路形成部１２Ｂの内周面に当接する凸条１４により仕切られた螺旋状の流路が形成される。
【００１７】
円筒部１３Ａが螺旋流路形成部１２Ｂに嵌め入れられた状態において、突出部１３Ｂは縮径部１２Ｃの内部に張り出しており、その先端はほぼ旋回流形成部１２Ｄの入り口高さに達する。このとき、突出部１３Ｂの外周面（錐面）と縮径部１２Ｃの内周面との間には隙間２２が形成される。
【００１８】
連結部１２Ａには固定部材１５が気密的に嵌入され、ブロック部材１３の螺旋状凸条１４の上端部は、固定部材１５の下端部に係合される。さらに、この状態において、固定部材１５の上端部は、連結部１２Ａの内周面に形成された環状の溝に嵌合されるＣリング１６により軸方向移動が規制される。これにより、ブロック部材１３及び固定部材１５は、ハウジング１１に対して軸方向に固定される。
【００１９】
固定部材１５の中央には、軸Ｘに沿って連通するネジ穴が設けられ、ネジ穴には雄ネジを備えた連結部材１７が気密的に螺着される。連結部材１７には、軸Ｘに沿って通路１７Ａが連通されるとともに、雄ネジと反対側にチューブ１８が連結される。チューブ１８の内部は通路１７Ａとともに、高圧液体を螺旋流路形成部１２Ｂ内の螺旋流路へと供給するための供給流路１９を構成する。また、ブロック部材１３と連結部材１７の間には、ブロック部材１３の頂面を覆う空間２１が形成され、空間２１は、供給流路１９の一部を構成する。チューブ１８は、ポンプなどの液体供給装置（図示せず）に連結され、液体供給装置から供給流路１９を通って例えば高圧液体が螺旋流路形成部１２Ｂの螺旋流路へと供給される。なお、高圧液体は、後述する液体Ｅと同種の液体であって、例えば水である。
【００２０】
次に、本実施形態に係るマイクロバブル発生装置１０の作用について図１を参照して説明する。マイクロバブル発生装置１０は、例えば、所定の容器等に溜められた液体Ｅ（例えば、水）にマイクロバブルを発生させるものである。マイクロバブル発生装置１０は、所定距離おいて、液体Ｅの液面の上方に配置され、開口部１２Ｅが下方に向けられる。このとき、ハウジング１１の軸Ｘは略鉛直になる。なお、開口部１２Ｅ（すなわち、底面）と液面との離間距離は、例えば２００ｍｍ程度である。
【００２１】
本実施形態では、ポンプから供給された高圧液体（例えば、水）は、螺旋流路形成部１２Ｂに形成された螺旋流路を通って、縮径部１２Ｃに噴出される。このとき、液体は、螺旋流路に沿って噴出されるので、縮径部１２Ｃの内周面の周方向に沿って螺旋ピッチに対応する下向き成分を有する流速で噴出される。噴出された液体は、縮径する縮径部１２Ｃの内周面と、ブロック部材１３の突出部１３Ｂの外周面との間の隙間２２を、螺旋を描きながら下降して流れ、旋回流として螺旋流形成部１２Ｄに放出される。
【００２２】
旋回流は、螺旋流形成部１２Ｄの内周面の周方向に沿いつつ螺旋状に下降して流れ、開口部１２Ｅから下方に噴出する。すなわち、高圧液体は、螺旋流路と、隙間２２と、螺旋流形成部１２Ｄの内部空間２３とから成る流路２４を下向きに流され、開口部１２Ｅから旋回流として噴出される。
【００２３】
なお、縮径部１２Ｃは、下方に向かってその径が小さくなるので、液体の回転速度は、縮径部１２Ｃにおいて下方に向かうに従って上昇し、螺旋流形成部１２Ｄでは安定した旋回流が形成される。すなわち、旋回流形成部１２Ｄの内部における、液体の回転速度分布は、略一定となる。なお、旋回流形成部１２Ｄや開口部１２Ｅでは、その中央部で負圧が発生し、軸Ｘにおける負圧が最大となる。
【００２４】
旋回流として開口１２Ｅから噴出される液体は、図１に示すように、膜状でかつ放物線を描くように放射状に広がって下方に噴出される。すなわち、開口部１２Ｅからは、膜状の液体が、傘状に広げられて噴出される。これにより、開口部１２Ｅから下方に噴出した液体は、落下により膜が徐々に破壊し、後述するマイクロバブルよりも径が十分に大きい微細な水滴状に変化する。水滴状の液体は、液体Ｅの液面に衝突し、液体Ｅ内部にマイクロバブルを発生させる。なお、水滴状の液体は、液面に衝突する際、その表面に付着する微細な空気粒を液体Ｅ中に取り込み、その液体Ｅ中に取り込まれた微細な空気粒が液体Ｅ中においてマイクロバブルになると考えられる。マイクロバブルは、その気泡径が例えば５０μｍ以下となるものである。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、装置１０を液体Ｅ中に配置させることなく、マイクロバブルを液体Ｅ中に発生することができる。したがって、例えば、液体Ｅが回転または移動する容器中に溜められているような場合や、液体Ｅ中に内容物があるような場合でも、液体Ｅ中にマイクロバブルを発生することが可能になる。また、ハウジング１１内部に、気体を供給しなくてもマイクロバブルを発生することが可能になるので、装置１０の構造を簡略化することが可能である。
【００２６】
なお、図１で示されるマイクロバブル発生装置１０では、ブロック部材１３の外周に設けられた凸条１４が１条のときの例を図示したが、凸条１４の数は２条以上でもよい。また、ブロック部材１３の外周面を円筒面のままとして、螺旋流路形成部１２Ｃの内周面に凸条が設けられても良い。なお、図２に、変形例としてのブロック部材１３として外周面に２つの凸条１４Ａ、１４Ｂを備える場合のブロック部材１３の頂面図を示す。なお、螺旋（すなわち、旋回流）の旋回方向は、右巻きでも左巻きでもよい。
【００２７】
図３は、マイクロバブル発生装置１０の変形例を示すものである。以下本変形例について説明するが、本変形例では、図１に示すものと同一の機能を有する部材については、同一符号を付してその説明を省略する。なお、本変形例は、マイクロバブル発生装置１０が複数使用される場合の例であり、高圧液体は、メイン流路６０を通って、そのメイン流路６０から分岐された各供給流路１９に供給される。
【００２８】
図１で例示したマイクロバブル装置１０では、パイプ１８、固定部材１５、及び連結部材１７が別部材として設けられたが、本実施形態では、これらは接続管５０として一体に形成される。接続管５０は、その内部に供給流路１９を構成する通路５０Ａが、軸Ｘに沿って形成される。接続管５０は、一端側に雄ネジを備え、連結部１２Ａの内周面に形成された雌ネジに螺合され、ハウジング１１に連結される。なお、接続管５０には、螺合作業のためにナット部５０Ｂが一体的に設けられる。また、接続管５０と連結部１２Ａの内周面の間には、気密のためのシール部材（ゴムパッキングなど）５４が介挿される。
【００２９】
接続管５０の他端は、メイン流路６０を分岐するためのＴ字継手５１の分岐管５２に連結される。接続管５０と分岐管５２の連結は、例えば分岐管５２内に接続管５０を圧入して、接続管５０の外周面に設けられた環状の爪５７を、分岐管５２の内周面に形成された環状の溝に引っ掛けることにより行われる。本変形例では、２組の溝と爪により接続管５０とＴ字継手５１の連結が行われ、接続管５０はＴ字継手５１に、軸Ｘ周りに回転自在に一体化される。接続管５０の外周面と分岐管５２の内周面の間には、気密のためのシール部材５５が介挿される。
【００３０】
また、本変形例では、ハウジング１１の外形は、径の大きな円筒形状を呈する固定部４１と、同軸で径の小さい円筒形状を呈する先端部４２から構成され、先端部４２の外周面に雄ネジが設けられる。本実施形態では、先端部４２の雄ネジ及び固定部４１は、装置１０を板部材４３に固定するために用いられる。先端部４２は、その外径に略等しい穴が設けられた板部材４３に挿通され、その後ナット４４が先端部４２の雄ネジに螺合される。すなわち、板部材４３が固定部４１とナット４４の間に挟まれ、装置１０は板部材４３に固定される。さらに、本変形例では、縮径部１２Ｃの内周面は、円筒形状をなす部分が省略されて、円筒軸Ｘに沿って漸次縮径する部分のみから構成される。
【００３１】
本変形では、接続管５０が用いられたことによって、マイクロバブル発生装置１０の部品点数を減らすことができる。また、ハウジングに連結される接続管は、Ｔ字継手に回転自在に係合されているためハウジングの連結作業が行いやすく、連結後もＴ字継手がハウジングに対して自在に回転することもできる。
【００３２】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロバブル発生装置を説明するための模式的な断面図である。本実施形態では、マイクロバブル発生装置３０は、内部に空洞を有するハウジング３５と、ハウジング３５の内部に挿入される芯部材３６とを備え、ハウジング３５の内周面と、芯部材３６の外周面の間に筒状の流路３１が形成される。
【００３３】
筒状の流路３１は、軸Ｘを中心に回転対称に形成されるとともに、その下側部分が拡径されて構成され、ハウジング３５の底部で流路３１は開口される。すなわち、筒状の流路３１は、円筒部３２と、その円筒部３２の下方に接続される切頭円錐筒部３３とから構成され、切頭円錐筒部３３が開口部３１Ｅを構成し、流路３１の開口部３１Ｅは、斜め下向きに向けられる。すなわち、流路３１の開口部３１Ｅは、径方向外側に向けられる。
【００３４】
マイクロバブル発生装置３０は、軸Ｘが略鉛直になるように、所定距離おいて、液体Ｅ（例えば、水）の液面上方に配置される。筒状の流路３１は、上端が不図示の液体供給装置（図示せず）に連結される。液体供給装置からの高圧液体は、流路３１の内部を下方に進み、開口部３１Ｅから膜状に噴出される。開口部３１Ｅから噴出される液体は、開口部３１Ｅが径方向外側に向けられるため、図４に示すように放物線状かつ放射状に広げられて下方に噴出される。すなわち、開口部３１Ｅからは、第１の実施形態と同様に、膜状の液体が傘状に広げられて噴出される。そのため、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、液体Ｅ中にマイクロバブルが発生する。
【００３５】
なお、本実施形態では、開口部３１Ｅは、斜め下向きに向けられたが、下向きに向けられなくても良い。例えば、図５に示すように、円筒状の流路３１の下端部が、略水平に外側に進められ、開口部３１Ｅは、略水平横向きに向けられても良い。すなわち、開口部３１Ｅは、ハウジング３５の外周面の全周に環状に開口される。
【００３６】
なお、本実施形態では、液体を噴出するための流路は筒形でなくても良く、上記図４、５で示した流路３１の円周方向における一部から成り、例えば弧状であっても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１０、３０  マイクロバブル発生装置
１１  ハウジング
１２Ｅ  開口部
１３  ブロック部材
２４  流路
【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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