(57)【要約】【課題】気体を溶液に導入させる際に、溶液内の気泡を微細化する。【解決手段】気体導入装置１０は、排出部１１０、配管１３０、及び超音波印加部１４０を備えている。排出部１１０は多孔質材料からなる。配管１３０は排出部１１０に接続されており、気体を排出部１１０に案内する。そして超音波印加部１４０は、排出部１１０に超音波振動を印加する。ここで加えられる超音波振動の周波数は、例えば２０ｋＨｚ以上である。なお、気体導入装置１０は、気体が導入する溶液を保持する第１容器１６０を備えていてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質材料からなる排出部と、
前記排出部に接続され、気体を前記排出部に案内する配管と、
前記排出部に超音波振動を印加する超音波印加部と、
を備える気体導入装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気体導入装置において、
前記気体が導入する溶液を保持する第１容器を備え、
前記排出部は前記第１容器内に配置されている気体導入装置。
【請求項３】
請求項２に記載の気体導入装置において、
冷媒が導入される第２容器を備え、
前記第１容器は前記第２容器内に配置されている気体導入装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の気体導入装置において、
前記溶液は水であり、
前記気体はオゾンである気体導入装置。
【請求項５】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の気体導入装置において、
前記多孔質材料の平均空孔径は、３００μｍ以下である気体導入装置。
【請求項６】
多孔質材料からなる排出部と、前記排出部に接続されていて気体を前記排出部に案内する配管と、を備える装置を準備し、
前記排出部を溶液内に浸漬させた状態で、前記配管に気体を供給しつつ前記排出部に超音波振動を印加する気体導入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体導入装置及び気体導入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細な気泡を溶液内で発生させることにより、気体を溶液に溶解させる技術が注目されている。例えば非特許文献１には、気体が通過可能な中空の超音波ホーンを用いて微細な気泡を溶液内で発生させることが記載されている。非特許文献１において、中空部の開放端は一つの孔になっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】中尾高明、他１名、「超音波を用いたマイクロバブル発生装置の開発」、日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集、２０１０年１０月３１日〜３１日、Ｐ１２１−１２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、溶液内の気泡をさらに微細化する方法を検討した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、多孔質材料からなる排出部と、
前記排出部に接続され、気体を前記排出部に案内する配管と、
前記排出部に超音波振動を印加する超音波印加部と、
を備える気体導入装置が提供される。
【０００６】
本発明によれば、多孔質材料からなる排出部と、前記排出部に接続されていて気体を前記排出部に案内する配管と、を備える装置を準備し、
前記排出部を溶液内に浸漬させた状態で、前記配管に気体を供給しつつ前記排出部に超音波振動を印加する気体導入方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、気体を溶液に導入させる際に、溶液内の気泡を微細化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る気体導入装置１０の構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態に係る気体導入装置１０の構成を示す図である。
【図３】第３の実施形態に係る気体導入装置１０の構成を示す図である。
【図４】実施例１，２及び比較例１，２のそれぞれにおける、製造過程における酸素の溶存量の経時変化を測定した結果を示すグラフである。
【図５】実施例１において、装置を停止してからの溶存酸素量の経時変化を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る気体導入装置１０の構成を示す図である。本図に示す気体導入装置１０は、排出部１１０、配管１３０、及び超音波印加部１４０を備えている。排出部１１０は多孔質材料からなる。配管１３０は排出部１１０に接続されており、気体を排出部１１０に案内する。そして超音波印加部１４０は、排出部１１０に超音波振動を印加する。ここで加えられる超音波振動の周波数は、例えば２０ｋＨｚ以上である。以下詳細に説明する。
【００１１】
排出部１１０には、例えばエアーストーンとして販売されている材料を用いることができる。排出部１１０には、他の多孔質材料を用いても良い。排出部１１０を構成する多孔質材料の平均空孔径は、３００μｍ以下であるのが好ましい。なお、この平均空孔径は、例えば多孔質材料の断面を観察することにより測定される。
【００１２】
超音波印加部１４０には、振動子１４２が取り付けられている。振動子１４２は制御部１５０からの制御信号に基づいて、超音波領域の周波数で振動する。振動子１４２で発生した振動は、超音波印加部１４０を介して排出部１１０に伝達する。
【００１３】
気体導入装置１０は、第１容器１６０を備えている。第１容器１６０は、気体が導入される溶液を保持している。そして排出部１１０は、第１容器１６０内の溶液に浸漬される。この状態で、超音波印加部１４０を用いて排出部１１０に超音波振動を加え、さらに配管１３０を介して排出部１１０に気体を供給する。すると、気体は、排出部１１０を介して溶液内に排出される。この際、排出部１１０は多孔質であるため、気体は、溶液に排出される際に、微細な気泡になる。さらにこの排出時において、排出部１１０には超音波振動が加えられている。このため、気体は、溶液に排出される際に、さらに微細な気泡になる。
【００１４】
なお、気体導入装置１０が用いる溶媒は、例えば水であるが、他の液体であってもよい。また、気体導入装置１０が溶媒に溶かす気体は、例えば酸素又はオゾンであるが、アンモニア、窒素、又は水素などの他の気体であっても良い。
【００１５】
例えば溶媒が水であり、気体がオゾンである場合、気体導入装置１０を用いることにより、オゾン水を製造できる。オゾン水内におけるオゾンの溶存量は、一般的に急激に低下する。従って、オゾン水の保存可能期間は短い。しかし、本実施形態の方法を用いると、オゾン水内のオゾンは非常に微細な気泡として水の中に導入されているため、オゾン水の保存可能期間を長くすることができる。また、気体導入装置１０は小型であるため、容易に持ち運びすることができる。
【００１６】
また、第１容器１６０には、溶液の導入口及び排出口が設けられていても良い。この場合、気体が導入された（例えば溶解した）溶液を連続的に製造することができる。
【００１７】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る気体導入装置１０の構成を示す図である。本実施形態に係る気体導入装置１０は、第２容器１７０を有している点を除いて、第１の実施形態に係る気体導入装置１０と同様の構成である。
【００１８】
第２容器１７０の内部には冷媒、例えば冷却水が導入される。この冷媒は、導入管１７２から第２容器１７０の内部に導入され、さらに排出管１７４を介して第２容器１７０から排出される。冷媒は循環していても良い。そして、第１容器１６０は、第２容器１７０の内部に配置される。
【００１９】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、排出部１１０には超音波振動が加えられるため、第１容器１６０内において溶媒の温度が上昇する可能性が出てくる。溶媒の温度が上昇すると、溶媒内の気体の溶存量は減少しやすくなる。これに対して本実施形態では、第１容器１６０は第２容器１７０内の冷媒によって冷却される。従って、第１容器１６０内の溶媒の温度が上昇することを抑制できる。
【００２０】
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る気体導入装置１０の構成を示す図である。本実施形態に係る気体導入装置１０は、超音波印加部１４０の位置を除いて、第１または第２の実施形態に係る気体導入装置１０と同様の構成である。本図は、第２の実施形態と同様の場合を示している。
【００２１】
本実施形態において、超音波印加部１４０は、配管１３０のうち接続部１２０の近傍に位置する部分に接している。すなわち本実施形態では、超音波印加部１４０は、排出部１１０を直接振動させるのではなく、配管１３０及び接続部１２０を介して排出部１１０を振動させる。
【００２２】
本実施形態によっても、第１または第２の実施形態と同様の効果が得られる。また、排出部１１０に超音波印加部１４０を接触させる必要がないため、排出部１１０と溶媒の界面の面積を広くすることができる。従って、溶媒にさらに多くの気体を溶解させることができる。
【実施例】
【００２３】
第２の実施形態に示した気体導入装置１０を用いて、水に酸素を導入した。この際、超音波振動の出力を第１の出力とした場合（実施例１）と、第１の出力の５０％とした場合（実施例２）の２通りの方法で酸素水を製造した。
【００２４】
また、比較例として、超音波印加部１４０を動作させなかった場合（比較例１）と、気体導入装置１０を動作させずに酸素を全く導入しなかった場合（比較例２）のそれぞれにおいてもサンプルを作成した。
【００２５】
図４は、実施例１，２及び比較例１，２のそれぞれにおける、製造過程における酸素の溶存量の経時変化を測定した結果を示している。本図から、気体導入装置１０を用いることにより、水中の溶存酸素量が非常に多くなることが分かった。
【００２６】
なお、本実施例で用いた溶存酸素の測定機器における測定可能範囲は、２０ｍｇ／ｌであった。このため、実施例１において、２分以降の酸素溶存量の実際の値は、本グラフよりも大きいと推定される。
【００２７】
図５は、実施例１において、装置を停止してからの溶存酸素量の経時変化を測定した結果を示す。本図から、気体導入装置１０を用いて製造された酸素水は、溶存酸素量が低下しにくいことがわかった。
【００２８】
なお、上述した傾向は、酸素以外の気体を用いた場合でも同様である、と推定される。
【００２９】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００３０】
１０ 気体導入装置
１１０ 排出部
１２０ 接続部
１３０ 配管
１４０ 超音波印加部
１４２ 振動子
１５０ 制御部
１６０ 第１容器
１７０ 第２容器
１７２ 導入管
１７４ 排出管
【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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