(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧状態で気体が溶解している液体の流路を、各々異なる複数の流路に分岐させ、上記複数に分岐した各流路の分岐点から合流点の途中に各々減圧弁を設け、複数に分岐していた流路を再び合流させて液体出口に接続し、各分岐流路に流れる液体の流量を制御して、上記液体出口から流出する液体中の気泡径を調節する気泡径制御方法。
【請求項２】
上記液体の流量制御は、上記減圧弁に調節バルブを用いて、この調節バルブの開度を調節して各分岐流路の流量を制御するものである請求項１記載の気泡径制御方法。
【請求項３】
上記複数の分岐した流路は、各々流路の上記減圧弁から上記合流点までの上記液体が流れる時間が各々異なるように形成されている請求項１又は２記載の気泡径制御方法。
【請求項４】
加圧状態で気体が溶解している液体の流路の液体出口までの間に、直列に所定間隔をおいて複数のバルブを設け、上記複数のバルブの内の任意の１つを減圧弁として用い、他のバルブは解放状態にし、上記減圧弁として用いるバルブを適宜変更することにより、流路内での上記液体の滞留時間を変え、その流路内で析出する気泡径を調節する気泡径制御方法。
【請求項５】
加圧状態で気体が溶解している液体の流路を、各々異なる複数の流路に分岐させ、上記複数に分岐した各流路の分岐点から合流点の途中に各々複数のバルブを設け、上記各分岐流路の上記複数のバルブの内の各々任意の１つを減圧弁として用い、他のバルブは解放状態にし、上記減圧弁として用いるバルブを適宜変更することにより、その減圧弁から上記合流点までの流路内での上記液体の滞留時間を変え、その流路内で析出する気泡径を調節する気泡径制御方法。
【請求項６】
加圧状態で気体が溶解している液体が流れる流路と、この流路の下流に設けられ各々異なる複数の流路に分岐させる分岐点とその分岐した流路が合流する合流点と、この合流点の下流側に設けられた液体出口と、上記複数に分岐した各液体流路の上記分岐点から合流点の途中に設けられた各々減圧弁と、上記複数の液体流路に流れる液体流量を調節する流量制御手段とを設け、各分岐流路に流れる液体の流量を制御して上記液体出口から流出する液体中の気泡径を調節する気泡径制御装置。
【請求項７】
上記液体の流量制御手段は、上記減圧弁に開度調節可能な調節バルブを用いたものである請求項６記載の気泡径制御装置。
【請求項８】
上記複数の分岐した流路は、各々流路の上記減圧弁から上記合流点までの体積を異なるものに形成されている請求項６又は７記載の気泡径制御装置。
【請求項９】
加圧状態で気体が溶解している液体の流路と、この流路の液体出口までの間に直列に所定間隔をおいて複数のバルブを設け、上記複数のバルブの内の任意の１つを減圧弁として用い、他のバルブは解放状態にし、その減圧弁から出口までの流路体積を変えて、その流路内で析出する気泡径を調節する気泡径制御装置。
【請求項１０】
流体流路の一部を絞った絞り部と、この絞り部の下流の流路に上記絞り部よりもわずかに広い筒状部を設け、この筒状部の下流側に流路を徐々に広げた広がり部を設け、上記筒状部に気体流入口を設け、上記広がり部の下流側に段階的に上から下に液体が流れ落ちる形状の流路を設け、この流路の上記絞り部に上流側から液体圧送手段で液体を圧送し、上記筒状部に設けられた気体流入口から気体を吸引させ、段階的に上から下に流れ落ちる形状の流路で、上記圧送された液体に上記吸引した気体を加圧溶解させて気体が溶解した気体溶解液を製造する気体溶解液製造手段を設け、この気体溶解液製造手段により製造された上記液体を上記流路に流す請求項６，７，８又は９記載の気泡径制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加圧状態で気体を液体中に溶解させ、その後減圧させることにより過飽和となった気体を微細気泡として析出させて、微細気泡を製造する際の供給気泡群の気泡径分布を制御する気泡径制御方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体中に溶解した気体を析出させて、その気泡径を制御する方法として、加圧水の流れを壁にぶつける方法があった。この場合、壁に気泡を衝突させることにより、気泡同士の合体を生じさせ、微細気泡を大きくさせるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法の場合、析出した後の気泡径の分布を任意に制御することができず、しかも小さい気泡を大きくすることしかできないものであった。さらに、気泡径分布は水温によっても変化するが、従来の方法では気泡径の制御ができないために、水温変化による気泡径変化に対して、これを調整することはできないものであった。また、従来の方法では、析出した気泡を液体とともに壁にぶつけるので、気泡径分布全体が大きくなり細かい気泡が無くなってしまうという欠点があった。
【０００４】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で気泡径の制御を容易に可能にする気泡径制御方法と装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、加圧状態で気体が過飽和状態等で溶解している液体の流路を、各々異なる複数の流路に分岐させ、上記複数に分岐した各流路の分岐点から合流点の途中に各々減圧弁を設け、その後複数に分岐していた流路を再び合流させて液体出口に接続し、各分岐流路に流れる液体の流量を制御して上記液体出口から流出する液体中の気泡径を調節する気泡径制御方法である。上記液体の流量制御は、上記減圧弁に調節バルブを用いて、この調節バルブの開度を調節して各分岐流路の流量を制御するものである。上記複数の分岐した流路は、各々流路長を変えるか流路径を変える等により、上記減圧弁から上記合流点までの体積を異なるものに形成し、液体滞留時間を変えるものである。
【０００６】
またこの発明は、加圧状態で気体が過飽和状態等で溶解している液体の流路の液体出口までの間に、直列に所定間隔をおいて複数のバルブを設け、上記複数のバルブの内の任意の１つを減圧弁として用い、他のバルブは解放状態にし、上記減圧弁として用いるバルブを適宜変更することによりその減圧弁より下流側の流路体積を変え、液体滞留時間を変えて、その流路内で析出する気泡径を調節する気泡径制御方法である。
【０００７】
さらに、加圧状態で気体が過飽和状態等で溶解している液体の流路を、各々異なる複数の流路に分岐させ、上記複数に分岐した各流路の分岐点から合流点の途中に各々複数のバルブを設け、上記各分岐流路の上記複数のバルブの内の各々任意の１つを減圧弁として用い、他のバルブは解放状態にし、上記減圧弁として用いるバルブを適宜変更することにより、その減圧弁から上記合流点までの流路内での上記液体の滞留時間を変え、その流路内で析出する気泡径を調節する気泡径制御方法である。
【０００８】
またこの発明は、加圧状態で気体が過飽和状態等で溶解している液体が流れる流路を設け、この流路の下流に各々異なる複数の流路に分岐させる分岐点とその分岐した流路が合流する合流点を設け、この合流点の下流側に液体出口を設け、上記複数に分岐した各液体流路の上記分岐点から合流点の途中に各々減圧弁を設け、上記複数の液体流路に流れる液体流量を調節する流量制御手段を設け、各分岐流路に流れる液体の流量を制御して上記液体出口から流出する液体中の気泡径を調節する気泡径制御装置である。上記液体の流量制御手段は、上記減圧弁として開度調節可能な調節バルブを用いて、各分岐流路の流量を任意に制御するものである。
【０００９】
またこの発明は、加圧状態で気体が過飽和状態等で溶解している液体の流路を設け、この流路の液体出口までの間に、直列に所定間隔をおいて複数のバルブを設け、上記複数のバルブの内の任意の１つを減圧弁として用い、他のバルブは解放状態にし、その減圧弁から出口までの流路体積や液体の滞留時間を変え、その流路内で析出する気泡径を調節する気泡径制御装置である。
【００１０】
またこの発明は、流体流路の一部を絞った絞り部と、この絞り部の下流の流路に上記絞り部よりもわずかに広い筒状部を設け、この筒状部の下流側に流路を徐々に広げた広がり部を設け、上記筒状部に気体流入口を設け、上記広がり部の下流側に段階的に上から下に液体が流れ落ちる形状の流路を設け、この流路の上記絞り部に上流側からポンプ等の液体圧送手段手段で液体を圧送し、上記筒状部に設けられた気体流入口から気体を吸引させ、段階的に上から下に流れ落ちる形状の流路で、上記圧送された液体に吸引した気体を加圧溶解させて気体が溶解した気体溶解液を製造する気体溶解液製造手段を設け、この気体溶解液製造手段により気体が過飽和状態等で溶解した上記液体を、上記減圧弁等が設けられた上記流路に流す気泡径制御装置である。
【００１１】
この発明の気泡径制御方法と装置は、複数の異なる流路に分岐した流路の減圧弁以降の流路の長さや太さを変えることにより各流路の体積を変え、この流路を液体が通過する所要時間を変化させることで、各流路で異なる気泡径の分布をもつ微細気泡群を作る。さらに、分岐後の各流路を流れる液体流量比率を適宜設定することにより各流路で作られた微細気泡群の量を制御し、合流点で合流した微細気泡群の気泡径分布を制御するものである。
【００１２】
またこの発明の気泡径制御方法と装置は、気体が過飽和状態で溶解している液体の流路に直列に所定間隔をおいて設けた複数のバルブの内の任意の１つを減圧弁として用い、他のバルブは解放状態にすることにより、減圧弁として用いるバルブより下流側の液体出口までの流路の体積を調節し、液体がこの流路を通過する所要時間を変化させることで、微細気泡群の気泡径分布を制御するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下この発明の気泡径制御方法と装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４はこの発明の第１実施形態を示したもので、この実施形態の気泡径制御装置は、加圧状態で気体が過飽和状態またはそれ以下の状態で溶解している液体（以下加圧水と称す）の流路１１の入り口１０の下流に分岐点１２が設けられ、流路１１が流路１４と流路１６の二つに分岐している。流路１４と流路１６には、各流路の途中にそれぞれ減圧弁として開度調節可能なバルブ１８とバルブ２０が設けられている。各流路１４と流路１６は、その下の合流点２２で合流し、液体出口２４に至る。分岐した各流路１４と流路１６の各バルブ１８，２０から合流点２２までの流路長は、流路１６が流路１４よりも長く、流路体積が流路に比例して大きく形成されている。尚、この実施形態では流路を２本に分岐させたが、適宜３本以上の数の流路に分岐させても良く、流路１４と流路１６の内径を変えてもよく、流路１４と流路１６の流路体積を異なるものにするか、液体の滞留時間が各流路で異なるようにすれば良いものである。
【００１４】
次に、この実施形態の気泡径制御装置の作用について説明する。加圧水の入り口１０から加圧水が流路１１内に流入すると、加圧水は分岐点１２で流路１４、流路１６に分かれて流れる。各流路１４と流路１６において各バルブ１８，２０を通過すると、その下流側の静圧は相対的に低いので加圧水は減圧され、加圧状態で溶解していた気体が減圧によって微細気泡として析出し、その微細気泡を含んだ液体が合流点２２に流入する。
【００１５】
ここで、バルブ１８から合流点２２までの流路長の短い流路１４での気泡径と気泡数の相対的分布は、図２の点線で示すように、小さい気泡径分布の微細気泡群が形成され、バルブ２０から合流点２２までの流路長の長い流路１６では、図２の一点鎖線で示すように、大きい気泡径分布の微細気泡群が形成される。これらの異なる気泡径分布の気泡群が合流点２２で合流することで、図２の実線で示すような分布の気泡群を得ることができる。
【００１６】
さらに、図２に示した気泡径分布は各流路の気泡群の量ががほぼ等しい場合の分布であり、この分布を変える場合は、流量制御手段としてバルブ１８とバルブ２０の開度を適宜に調節することにより可能となる。即ち、相対的に流路１４の流量の割合を大きくした場合は、図３に示すように、比較的小さい気泡径の分布が得られ、流路１６の流量の割合を大きくした場合は図４に示すように比較的大きい気泡径分布が得られる。またこの方法で微細気泡群を合成した場合、流路１４で形成される気泡径の下限から流路１６で形成される気泡径の上限までの幅広い分布の微細気泡群が得られる。なお、この実施形態では、分岐した各流路の流量制御手段と減圧弁を兼用してバルブ１８，２０を用いたが、各々別々に取り付けてもよいものである。
【００１７】
次に、この発明の第２実施形態の気泡径制御方法と装置について、図５、図６を基にして説明する。この実施形態の気泡径制御方法と装置は、加圧水の流路２８の入り口２６の下流側に、開度調節可能なバルブ３０が設けられ、このバルブ３０の下流側に流路３２を経て同様のバルブ３４が設けられ、バルブ３４の下流側に出口流路３６が設けられている。
【００１８】
この実施形態の気泡径制御方法と装置の作用について説明する。先ず、加圧水が入り口２６から流路内に流入し、バルブ３０を全開にしバルブ３４を減圧弁として適切な絞りに設定すると、減圧弁３４以降の長さが出口流路３６のみとなり、相対的に減圧弁３４以降の流路体積が小さく、図６の点線に示したような小さい気泡径分布の微細気泡群が得られる。また、バルブ３０を減圧弁として適切な絞りに設定しバルブ３４を全開にすると、減圧弁であるバルブ３０以降の長さが流路３２、バルブ３４、流路３４となり、全体の流路体積が大きくなり、図６の一点鎖線に示したような大きい気泡径分布の微細気泡群が得られる。なお、この実施形態では、バルブ３０，３４を直列に２個使用しているが、適宜３個以上使用してもかまわない。
【００１９】
次に、この発明の第３実施形態の気泡径制御方法と装置について図７に基づいて説明する。この実施形態の気泡径制御方法と装置は、加圧水の入り口３８の直近の下流側の分岐点４０で、流路が流路４２と流路４４の二つに分岐している。流路４２と流路４４には、各流路の途中にそれぞれ開度調節可能なバルブ４６，４８と、同様のバルブ５０，５２の各２個づつのバルブが設けられている。そして、各流路４２，４４は、下流の合流点５４で合流し、液体出口５６に至る。分岐した各流路４２，４４の各バルブ４６，４８，５０，５２から合流点５４までの長さは、各々異なるものとなっている。
【００２０】
この第３実施形態の気泡径制御方法と装置では、各流路４２，４４において上記第２実施形態と同様に、流路の上流側のバルブ４６，５０を減圧弁として使用すると、下流側のバルブ４８，５２を減圧弁として用いた場合より相対的に大きい気泡径分布の気泡群が得られる。さらに、流路４２より流路４４の流路長さが長いため、上記第１実施形態と同様に、流路４４の方が流路４２よりも大きい気泡径分布の気泡群が得られる。従って、これらの各流路４２，４４に流す加圧水の比率と減圧弁として使用するバルブを適宜選択することで、様々な気泡径分布の気泡群を液体中に作り出すことができる。なお、この実施形態では、流路を２つに分岐させたが、適宜３本以上に分岐させてもよい。また分岐した各流路４２，４４に２個づつのバルブを設けたが、適宜３個以上設けてもよく、各流路のバルブ数は１以上で適宜設定可能なものである。
【００２１】
次に、この発明の第４実施形態の気泡径制御方法と装置について図８に基づいて説明する。この実施形態では、上記第１実施形態の加圧水の入り口１０に気体溶解液（加圧水）を供給する気体溶解液製造手段として、図８に示す気体溶解液製造装置６１を取り付けたものである。気体溶解液製造装置６１は、流体流路の一部を絞った絞り部５８と、この絞り部５８の下流に、流路を絞り部５８よりもわずかに広げた筒状部６０を設け、この筒状部６０の下流側に、流路を徐々に広げた広がり部６２を設け、筒状部６０に気体流入口６４を有する。さらに、広がり部６２の下流には、段階的に上から下に流れ落ちる形状の流路６６を設ける。そして、この流路の絞り部５８に上流から液体の圧送手段であるポンプ６８で液体を圧送し、筒状部６０に設けられた気体流入口６４から気体を吸引させ、段階的に上から下に流れ落ちる形状の流路６６内で、圧送された液体に吸引した気体を加圧溶解させるものである。
【００２２】
これにより、気体溶解液（加圧水）を容易に連続的に流すことができ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。ここで、この第４実施形態では、加圧水の入り口１０と気体溶解液製造装置６１の間にバルブ７０が設けられている。このバルブ７０は、バルブ１８とバルブ２０だけでは加圧水の圧力の微調節が困難な場合に、圧力の微調節を行うために設けられている。従って、微調節の必要の無い場合やバルブ１８とバルブ２０で容易に微調節できる場合は省略してもよい。
【００２３】
次に、この発明の第５実施形態の気泡径制御方法と装置について、図９に基づいて説明する。この実施形態では、上記第２実施形態の加圧水の入り口２６に、加圧水を供給する手段として上記第４実施形態の気体溶解液製造装置６１を取り付けたものである。これにより、気体溶解液（加圧水）を容易に連続的に流すことができ、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
次に、この発明の第６実施形態の気泡径制御方法と装置について図１０を基にして説明する。この実施形態では、上記第３実施形態の加圧水の入り口３８に加圧水を供給する手段として、上記第４実施形態の気体溶解液製造装置６１を取り付けたものである。これにより、気体溶解液を容易に連続的に流すことができ、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
尚、気体溶解液製造装置は、上記実施形態のものに限らず、気体を収容した加圧容器内に液体を噴射して、気体が過飽和状態に溶解した加圧水を製造するものでもよく、適宜選択可能なものである。また流路やバルブ、減圧弁は、適宜のものを選択可能であり、流路長さや太さも流量に合わせて適宜設計可能なものである。また、上記気体はその用途に合わせて適宜選択されるものであり、上記液体も水以外の任意の液体を利用可能なものである。
【００２６】
【実施例】
この発明の第４実施形態の装置を用いて、気泡径分布の制御の実験を行ったところ、気泡群の平均気泡径２０ミクロン〜８０ミクロンの間で任意の気泡径に制御可能であった。
【００２７】
また、液体の温度の変化によって気泡群の気泡径分布が変化するが、各実施形態４、実施形態５、実施形態６の装置を用いて、水温による気泡径分布の変化に対応させて、気泡径の制御を行ったところ、２℃〜５０℃の水温変化に対して、流路長等を調節することにより、安定して同じ気泡径分布の気泡群を製造することができた。
【００２８】
【発明の効果】
この発明の気泡径制御方法と装置によれば、簡単な構成で気泡径の制御を容易に可能にするものであり、所望の気泡径の気泡を有した液体を温度等の要因にかかわりなく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態の気泡径制御装置の概略図である。
【図２】この発明の第１実施形態の気泡径制御装置により得られる気泡径と気泡数を示すグラフである。
【図３】この発明の第１実施形態の気泡径制御装置により得られる他の気泡径と気泡数を示すグラフである。
【図４】この発明の第１実施形態の気泡径制御装置により得られる他の気泡径と気泡数を示すグラフである。
【図５】この発明の第２実施形態の気泡径制御装置の概略図である。
【図６】この発明の第２実施形態の気泡径制御装置により得られる気泡径と気泡数を示すグラフである。
【図７】この発明の第３実施形態の気泡径制御装置の概略図である。
【図８】この発明の第４実施形態の気泡径制御装置の概略図である。
【図９】この発明の第５実施形態の気泡径制御装置の概略図である。
【図１０】この発明の第６実施形態の気泡径制御装置の概略図である。
【符号の説明】
１０，２６，３８    入り口
１１，１４，１６，２８，３２，３６，４２，４４    流路
１８，２０，３０，３４，４６，４８，５０，５２，７０    バルブ
２０，４０    分岐点
２２，５４    合流点
２４，５６    液体出口
６１    気体溶解液製造装置
【図１】
0003640451.tif 000002
【図２】
0003640451.tif 000003
【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】
0003640451.tif 000008
【図８】
0003640451.tif 000009
【図９】
0003640451.tif 000010
【図１０】
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