(57)【要約】  吐出部（１００）は、液体とその液体中に分散した気泡とを含む気液混合流体（ＦＬ）を吐出する。吐出部（１００）によって吐出される気液混合流体（ＦＬ）は、両端が開口した管状をなす気泡微細化用管状体（２００）に導入される。吐出部（１００）から気液混合流体（ＦＬ）が吐出される圧力によって、気泡微細化用管状体（２００）の内圧が、気泡が液体に溶解する程度に高められ、高められた内圧による気泡の液体への溶解が、気液混合流体（ＦＬ）が気泡微細化用管状体（２００）を流れる期間にわたって進行する。これにより、気液混合流体（ＦＬ）に含まれる気泡が、気泡微細化用管状体（２００）において微細化される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体と前記液体中に分散した気泡とを含む気液混合流体を形成すると共に、形成した前記気液混合流体を吐出する吐出部と、
両端が開口した管状をなしており、前記吐出部によって吐出される前記気液混合流体が一端から導入されると共に、導入された前記気液混合流体を他端へ案内する気泡微細化用管状体と、を備え、
前記吐出部から前記気液混合流体が吐出される圧力によって、前記気泡微細化用管状体の内圧が、前記気泡が前記液体に溶解する程度に高められ、高められた前記内圧による前記気泡の前記液体への溶解が、前記気液混合流体が前記気泡微細化用管状体を流れる期間にわたって進行することにより、前記気液混合流体に含まれる前記気泡が、前記気泡微細化用管状体において微細化される、
気泡形成装置。
【請求項２】
前記気泡微細化用管状体が、
前記気泡微細化用管状体における前記気液混合流体が流れる部分の断面積をＸ、前記気液混合流体の流路に沿う前記気泡微細化用管状体の経路長をＹとしたとき、Ｙ／Ｘで定義される長尺度が２５０［１／ｍｍ］以上である形状をなしている、
請求項１に記載の気泡形成装置。
【請求項３】
前記気泡微細化用管状体が、
前記気泡微細化用管状体の内部において、前記気液混合流体にディーン渦を形成させる遠心力が前記気液混合流体に作用するように、湾曲した形状をなしている、
請求項１又は２に記載の気泡形成装置。
【請求項４】
前記気泡微細化用管状体が、コイル状に複数回巻かれた形状をなしている、
請求項３に記載の気泡形成装置。
【請求項５】
前記吐出部が、大気圧より高く０．３ＭＰａ以下の値に前記内圧が高められる条件で、前記気液混合流体を前記気泡微細化用管状体に導入することにより、前記気泡微細化用管状体において、前記気泡の平均直径が、１／５以下に微細化される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の気泡形成装置。
【請求項６】
前記気泡微細化用管状体を複数本備え、
前記吐出部から吐出される前記気液混合流体が、複数本の前記気泡微細化用管状体を並列に流れるように、前記吐出部に複数本の前記気泡微細化用管状体が接続されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の気泡形成装置。
【請求項７】
前記吐出部が、
前記気液混合流体を構成する前記液体と、前記気液混合流体の前記気泡を構成する気体との流量を、各々独立に調整することができる構成を有する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の気泡形成装置。
【請求項８】
前記気泡微細化用管状体を介して前記気液混合流体の温度を調整する温度調整手段、
をさらに備える、
請求項１から７のいずれか１項に記載の気泡形成装置。
【請求項９】
液体と前記液体中に分散した気泡とを含む気液混合流体を形成する事前工程と、
前記事前工程において形成された前記気液混合流体を、両端が開口した管状をなす気泡微細化用管状体に通す気泡微細化工程と、を含み、
前記気泡微細化工程では、前記気液混合流体を前記気泡微細化用管状体に導入する圧力によって、前記気泡微細化用管状体の内圧を、前記気泡が前記液体に溶解する程度に高め、高められた前記内圧による前記気泡の前記液体への溶解を、前記気液混合流体が前記気泡微細化用管状体を流れる期間にわたって進行させることにより、前記気液混合流体に含まれる前記気泡を、前記気泡微細化用管状体において微細化させる、
気泡形成方法。
【請求項１０】
前記気泡微細化工程では、
大気圧より高く０．３ＭＰａ以下の値に前記内圧が高められる条件で、前記気液混合流体を前記気泡微細化用管状体に導入することにより、前記気泡微細化用管状体において、前記気泡の平均直径を、１／５以下に微細化させる、
請求項９に記載の気泡形成方法。
【請求項１１】
前記気泡微細化工程では、
前記気泡微細化用管状体の内部に、レイノルズ数が３０００以上の、前記気液混合流体の流れが形成される条件で、前記気液混合流体を前記気泡微細化用管状体に導入する、
請求項９又は１０に記載の気泡形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気泡形成装置及び気泡形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、タンクを用いて、液体中に気泡が分散した気液混合流体を得る気泡形成装置が開示されている。この装置では、まず、気体と液体とをタンク内で加圧することにより、タンク内で気体を液体に溶解させる。次に、タンク内の圧力を大気圧へと高めることにより、液体に溶解していた気体を液体中に気泡として出現させる。【０００３】
特許文献２には、多孔質部材を用いて、液体中に気泡が分散した気液混合流体を得る気泡形成装置が開示されている。この装置は、多孔質部材を通して気体を液体中に噴出させることにより、液体中に気泡が分散した気液混合流体を形成し、形成した気液混合流体を管状の放出部を通して外部に放出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０７１６２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６５９３９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の気泡形成装置は、圧力調整弁を用いて、タンクの加圧と大気圧への解放とを交互に繰り返し、タンク内の圧力が大気圧へと高められる際に、タンクから気液混合流体を放出する。このため、タンクを加圧する期間は、気液混合流体の放出が中断され、気液混合流体を連続的に得ることができない。【０００６】
特許文献２の気泡形成装置は、上記放出部から気液混合流体を連続的に放出することができるが、気液混合流体に含まれる気泡の微細化に関して改善の余地がある。特許文献２は、上記放出部の具体的な構成について何ら開示しておらず、上記放出部が気泡を微細化する作用を実質的に奏しているとは言い難い。【０００７】
本発明の目的は、溶解によって微細化された気泡を含む気液混合流体を、連続的に得ることができる気泡形成装置及び気泡形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る気泡形成装置は、
液体と前記液体中に分散した気泡とを含む気液混合流体を形成すると共に、形成した前記気液混合流体を吐出する吐出部と、
両端が開口した管状をなしており、前記吐出部によって吐出される前記気液混合流体が一端から導入されると共に、導入された前記気液混合流体を他端へ案内する気泡微細化用管状体と、を備え、
前記吐出部から前記気液混合流体が吐出される圧力によって、前記気泡微細化用管状体の内圧が、前記気泡が前記液体に溶解する程度に高められ、高められた前記内圧による前記気泡の前記液体への溶解が、前記気液混合流体が前記気泡微細化用管状体を流れる期間にわたって進行することにより、前記気液混合流体に含まれる前記気泡が、前記気泡微細化用管状体において微細化される。【０００９】
前記気泡微細化用管状体が、
前記気泡微細化用管状体における前記気液混合流体が流れる部分の断面積をＸ、前記気液混合流体の流路に沿う前記気泡微細化用管状体の経路長をＹとしたとき、Ｙ／Ｘで定義される長尺度が２５０［１／ｍｍ］以上である形状をなしていてもよい。【００１０】
前記気泡微細化用管状体が、
前記気泡微細化用管状体の内部において、前記気液混合流体にディーン渦を形成させる遠心力が前記気液混合流体に作用するように、湾曲した形状をなしていてもよい。【００１１】
前記気泡微細化用管状体が、コイル状に複数回巻かれた形状をなしていてもよい。【００１２】
前記吐出部が、大気圧より高く０．３ＭＰａ以下の値に前記内圧が高められる条件で、前記気液混合流体を前記気泡微細化用管状体に導入することにより、前記気泡微細化用管状体において、前記気泡の平均直径が、１／５以下に微細化されるように構成されていてもよい。【００１３】
前記気泡微細化用管状体を複数本備え、
前記吐出部から吐出される前記気液混合流体が、複数本の前記気泡微細化用管状体を並列に流れるように、前記吐出部に複数本の前記気泡微細化用管状体が接続されていてもよい。【００１４】
前記吐出部が、
前記気液混合流体を構成する前記液体と、前記気液混合流体の前記気泡を構成する気体との流量を、各々独立に調整することができる構成を有していてもよい。【００１５】
前記気泡微細化用管状体を介して前記気液混合流体の温度を調整する温度調整手段、
をさらに備えてもよい。【００１６】
本発明に係る気泡形成方法は、
液体と前記液体中に分散した気泡とを含む気液混合流体を形成する事前工程と、
前記事前工程において形成された前記気液混合流体を、両端が開口した管状をなす気泡微細化用管状体に通す気泡微細化工程と、を含み、
前記気泡微細化工程では、前記気液混合流体を前記気泡微細化用管状体に導入する圧力によって、前記気泡微細化用管状体の内圧を、前記気泡が前記液体に溶解する程度に高め、高められた前記内圧による前記気泡の前記液体への溶解を、前記気液混合流体が前記気泡微細化用管状体を流れる期間にわたって進行させることにより、前記気液混合流体に含まれる前記気泡を、前記気泡微細化用管状体において微細化させる。【００１７】
前記気泡微細化工程では、
大気圧より高く０．３ＭＰａ以下の値に前記内圧が高められる条件で、前記気液混合流体を前記気泡微細化用管状体に導入することにより、前記気泡微細化用管状体において、前記気泡の平均直径を、１／５以下に微細化させてもよい。【００１８】
前記気泡微細化工程では、
前記気泡微細化用管状体の内部に、レイノルズ数が３０００以上の、前記気液混合流体の流れが形成される条件で、前記気液混合流体を前記気泡微細化用管状体に導入してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、気液混合流体が気泡微細化用管状体に導入されてから、気泡微細化用管状体から導出されるまでの期間に、気泡微細化用管状体において、気泡の液体への溶解が進行する。このため、溶解によって微細化された気泡を含む気液混合流体を、連続的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１に係る気泡形成装置の構成を示す概念図。
【図２】実施形態１に係る気泡微細化用管状体の経路長方向に平行な断面図。
【図３】実施形態１に係る気泡微細化用管状体の経路長方向に垂直な断面図。
【図４】実施形態２に係る気泡形成装置の構成を示す概念図。
【図５】実施形態３に係る気泡形成装置の構成を示す概念図。
【図６】実施例１で得た気液混合流体中の気泡の直径別頻度分布を示すグラフ。
【図７】実施例２で得た気液混合流体中の気泡の直径別頻度分布を示すグラフ。
【図８】実施例３で得た気液混合流体中の気泡の直径別頻度分布を示すグラフ。
【図９】実施例４で得た気液混合流体中の気泡の直径別頻度分布を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、実施形態に係る気泡形成装置について説明する。図中、同一又は対応する部分に同一の符号を付す。
【００２２】
［実施形態１］
図１に示すように、本実施形態に係る気泡形成装置４００は、液体とその液体中に分散した気泡とを含む気液混合流体ＦＬを吐出する吐出部１００と、吐出部１００によって吐出される気液混合流体ＦＬが通される気泡微細化用管状体２００とを備える。
【００２３】
気泡微細化用管状体２００は、両端が開口した管状をなしている。吐出部１００によって吐出される気液混合流体ＦＬは、気泡微細化用管状体２００の一端２０１から導入される。気泡微細化用管状体２００は、一端２０１から導入された気液混合流体ＦＬを、他端２０２へ案内し、他端２０２から連続的に放出させる。
【００２４】
また、気泡微細化用管状体２００は、一端２０１から他端２０２までの間に、コイル状に複数回巻かれた形状をなすコイル状部２０３を有する。コイル状部２０３の意義については後述する。
【００２５】
吐出部１００は、気泡微細化用管状体２００の一端２０１と連通した気密かつ液密な容器よりなる気液混合室１０と、気液混合室１０内に配置された多孔質部材２０と、多孔質部材２０を通して気液混合室１０内に気体を供給する気体ポンプ３０と、気液混合室１０に液体を供給する液体ポンプ４０とを有する。
【００２６】
液体ポンプ４０は、配管５１によって気液混合室１０と接続されている。液体ポンプ４０は、液体源ＬＳから液体を取り込み、取り込んだ液体を、配管５１を通して気液混合室１０に吐出する。これにより、気液混合室１０が液体で満たされる。
【００２７】
一方、気体ポンプ３０は、配管５２によって多孔質部材２０と接続されている。気体ポンプ３０は、気体源ＧＳから気体を取り込み、取り込んだ気体を、配管５２及び多孔質部材２０を通して、気液混合室１０内に吐出する。
【００２８】
多孔質部材２０は、気液混合室１０内で液体に浸っている。多孔質部材２０は、多数の微細な通気孔が形成された多孔質構造を有しており、気体ポンプ３０から供給される気体を多孔質構造において気泡化させて液体中に放出する。これにより、気液混合室１０において、液体中に気泡が分散した気液混合流体ＦＬが形成される。
【００２９】
なお、多孔質部材２０は、具体的には、多孔質膜によって構成されている。但し、多孔質部材２０は多孔質膜に限られず、例えば、金属又はセラミックスの焼結体を多孔質部材２０として用いてもよい。
【００３０】
また、吐出部１００は、気液混合流体ＦＬを構成する液体と、気液混合流体ＦＬの気泡を構成する気体との流量を、各々独立に調整することができる構成を有する。具体的には、配管５１には、弁６１が設けられており、弁６１によって液体の流量を調整することができる。また、配管５２にも、弁６２が設けられており、弁６２によって気体の流量を調整することができる。
【００３１】
また、配管５１には、配管５１の内圧を計測する圧力計７１が設けられている。配管５２には、配管５２の内圧を計測する圧力計７２が設けられている。ユーザは、圧力計７１の計測結果によって液体の流量を確認することができ、圧力計７２の計測結果によって気体の流量を確認することができる。
【００３２】
また、気液混合室１０にも、気液混合室１０の内圧を計測する圧力計７３が設けられている。ユーザは、吐出部１００から気泡微細化用管状体２００に気液混合流体ＦＬが吐出される圧力を、圧力計７３の計測結果によって確認することができる。ユーザは、その圧力計７３が示す圧力を、弁６１及び６２を用いて所望の値に調整することができる。
【００３３】
以下、気泡形成装置４００の作用について説明する。
【００３４】
気体ポンプ３０が気体を吐出する圧力と、液体ポンプ４０が液体を吐出する圧力とによって、気液混合室１０の内圧が上昇する。この結果、気液混合室１０から気泡微細化用管状体２００に、気液混合流体ＦＬが流れ込む。気泡微細化用管状体２００は、一端２０１から導入される気液混合流体ＦＬを、コイル状部２０３を経由させて、他端２０２へ案内し、他端２０２から放出させる。
【００３５】
気泡微細化用管状体２００の内部には、気液混合流体ＦＬの流れを絞る絞り部は設けられていない。気泡微細化用管状体２００における気液混合流体ＦＬが流れる部分の断面積は、一端２０１から他端２０２にわたって一定である。
【００３６】
しかし、気泡微細化用管状体２００は、充分に細く長い形状を有していると共に、コイル状部２０３も有している。このため、気泡微細化用管状体２００において圧力損失が生じる。この結果、気泡微細化用管状体２００の内圧が上昇する。
【００３７】
具体的には、吐出部１００が気液混合流体ＦＬを吐出する圧力、即ち気液混合室１０の内圧によって、気泡微細化用管状体２００の内圧が、気泡が液体に溶解する程度に高められる。このため、その高められた内圧による気泡の液体への溶解が、気液混合流体ＦＬが気泡微細化用管状体２００を流れる期間にわたって進行する。これにより、気液混合流体ＦＬに含まれる気泡が、気泡微細化用管状体２００において微細化される。
【００３８】
気泡微細化用管状体２００の内圧が、気泡が液体に溶解する程度に高められるようにするための一手段として、気泡微細化用管状体２００は、気泡微細化用管状体２００における気液混合流体ＦＬが流れる部分の断面積をＸ、気液混合流体ＦＬの流路に沿う気泡微細化用管状体２００の経路長をＹとしたとき、Ｙ／Ｘで定義される長尺度が２５０［１／ｍｍ］以上である形状をなしている。
【００３９】
具体的には、気泡微細化用管状体２００の内径は５［ｍｍ］以下であり、気泡微細化用管状体２００の経路長は、５［ｍ］以上である。なお、気泡微細化用管状体２００における圧力損失を一層確実なものとするために、長尺度Ｙ／Ｘは、５００［１／ｍｍ］以上であることが好ましく、７５０［１／ｍｍ］以上であることがより好ましい。
【００４０】
また、気泡微細化用管状体２００の内圧が、気泡が液体に溶解する程度に高められるようにするためのもう一つの手段として、本実施形態では、コイル状部２０３における気泡微細化用管状体２００の巻き数を、５以上としている。なお、気泡微細化用管状体２００における圧力損失を一層確実なものとするために、コイル状部２０３の巻き数は、１０以上であることが好ましく、１５以上であることがより好ましい。
【００４１】
上述した構成により、気泡微細化用管状体２００の内圧を、例えば、大気圧より高く０．３ＭＰａ以下の値に高めることができ、気泡微細化用管状体２００において、気泡の平均直径を、１／５以下、より好ましくは１／１０以下に微細化することができる。例えば、気液混合室１０における気泡の平均直径が１０［μｍ］以下の場合、気泡微細化用管状体２００の他端２０２から、平均直径が２［μｍ］以下、より好ましくは１［μｍ］以下の気泡を含む気液混合流体ＦＬを得ることができる。また、気液混合室１０における気泡の平均直径が１［μｍ］以下の場合、気泡微細化用管状体２００の他端２０２から、平均直径が２００［ｎｍ］以下、より好ましくは１００［ｎｍ］以下の気泡を含む気液混合流体ＦＬを得ることができる。
【００４２】
また、気泡微細化用管状体２００に気液混合流体ＦＬが通されたとき、気泡微細化用管状体２００の内部には渦が生じる。以下、これについて具体的に説明する。
【００４３】
図２に示すように、気泡微細化用管状体２００の内部には、気泡微細化用管状体２００の経路長方向に平行な断面内で、乱流渦（Turbulent vortex）ＴＶが生じる。この乱流渦ＴＶは、吐出部１００が、気泡微細化用管状体２００の内部における気液混合流体ＦＬの流れのレイノルズ数（Reynolds number）が３０００以上となる条件で、気液混合流体ＦＬを気泡微細化用管状体２００に導入することで実現されたものである。この乱流渦ＴＶによって、気泡微細化用管状体２００における気泡の微細化が促進される。
【００４４】
図３に示すように、気泡微細化用管状体２００の経路長方向に垂直な断面内には、ディーン渦（Dean vortex）ＤＶも形成される。このディーン渦ＤＶは、上述したコイル状部２０３で気液混合流体ＦＬに作用する遠心力によって形成される。図３には、気液混合流体ＦＬに遠心力が作用する向きを矢印で示した。このディーン渦ＤＶによっても、気泡微細化用管状体２００における気泡の微細化が促進される。このように、上述したコイル状部２０３は、気泡微細化用管状体２００に圧力損失を生じさせる役割のみならず、ディーン渦ＤＶを形成する役割も果たしている。
【００４５】
以上説明した本実施形態に係る気泡形成装置４００によれば、次の効果が得られる。
【００４６】
気液混合流体ＦＬが気泡微細化用管状体２００に導入されてから、気泡微細化用管状体２００から導出されるまでの期間に、気泡微細化用管状体２００において、気泡の液体への溶解が進行する。このため、気液混合流体ＦＬを気泡微細化用管状体２００に連続的に導入することにより、溶解によって微細化された気泡を含む気液混合流体ＦＬを、連続的に得ることができる。
【００４７】
特許文献１に開示される従来技術では、タンク内での加圧により気体を液体に一旦完全に溶解させてから、所望サイズの気泡が出現するように、タンク内の圧力を大気圧へと高めていた。これに対して、本実施形態によれば、気体を液体に一旦完全に溶解させる工程を経る必要がなく、気泡を直接的に所望サイズへと微細化することができる。また、気泡を所望サイズへと微細化するために、気液混合流体ＦＬを、気泡微細化用管状体２００に一回通せば足りる。このため、溶解によって微細化された気泡を含む気液混合流体ＦＬを、効率的に得ることができる。
【００４８】
また、気体を液体に一旦完全に溶解させる工程を経る必要がないため、気泡形成装置４００内において生じる最大圧力を、従来技術に比べて低減できる。具体的には、気泡微細化用管状体２００の内圧は、０．３ＭＰａ以下の値、好ましくは０．２ＭＰａ以下の値に高めれば充分である。このように、気泡形成装置４００内で生じる圧力を従来よりも低減できるため、気泡形成装置４００の重厚化を抑えることができ、かつ気泡形成装置４００に故障が生じにくい。
【００４９】
なお、気泡微細化用管状体２００内で乱流渦ＴＶ及びディーン渦ＤＶが生じるようにしたので、それら乱流渦ＴＶ及びディーン渦ＤＶを生じさせない場合に比べると、気泡形成装置４００の内圧が低くても、気泡を所望サイズへと微細化することができる。つまり、乱流渦ＴＶ及びディーン渦ＤＶを生じさせることは、気泡微細化用管状体２００の内圧を低減することに寄与している。
【００５０】
特許文献１に開示される従来技術では、タンク内における液体と気体の挙動がランダムであるため、タンク内の圧力が大気圧へと高められたときに得られる気液混合流体の、気泡と液体の割合を制御することが困難であった。これに対して、本実施形態では、気泡微細化用管状体２００の形状が定まっているため、気泡微細化用管状体２００を通過する前の気液混合流体ＦＬにおける気泡と液体の割合と、気泡微細化用管状体２００を通過した後の気液混合流体ＦＬにおける気泡と液体の割合とが、無相関となりにくい。
【００５１】
そして、気泡微細化用管状体２００の通過前の気液混合流体ＦＬにおける気泡と液体の割合は、弁６１及び６２を用いて独立に調整できるので、気泡微細化用管状体２００の通過後の気液混合流体ＦＬにおける気泡と液体の割合も独立に調整できる。
【００５２】
［実施形態２］
上記実施形態１では、気液混合流体ＦＬを積極的に温度調整しなかったが、気泡形成装置４００は、気泡微細化用管状体２００を介して気液混合流体ＦＬの温度を調整する温度調整手段をさらに備えてもよい。以下、その具体例について説明する。
【００５３】
図４に示すように、本実施形態に係る気泡形成装置５００は、気泡微細化用管状体２００を介して気液混合流体ＦＬの温度を調整する温度調整手段としての温度調整装置３００を備える。温度調整装置３００は、温度調整用液体が貯められる恒温液槽３１０と、恒温液槽３１０内の温度調整用液体を予め定められた温度に保つ温度調整器３２０とを有する。温度調整用液体には、例えば水を用いることができる。
【００５４】
本実施形態では、気泡微細化用管状体２００のコイル状部２０３が、熱伝導の良好な金属、具体的には、銅よりなり、恒温液槽３１０内の温度調整用液体に浸っている。このため、コイル状部２０３を介して気液混合流体ＦＬの温度を調整することができる。コイル状部２０３は、表面積が大きいため、気液混合流体ＦＬの温度調整が容易である。
【００５５】
本実施形態によれば、所望の温度に調整された気液混合流体ＦＬを得ることができる。また、気液混合流体ＦＬの温度によって、気泡微細化用管状体２００内における気泡の液体への溶解度を調整することもできる。気液混合流体ＦＬの温度が低い程、気泡が液体に溶けやすく、気液混合流体ＦＬの温度が高い程、気泡が液体に溶けにくい。
【００５６】
［実施形態３］
上記実施形態１では、１本の気泡微細化用管状体２００を用いて気泡を微細化したが、気泡形成装置４００は、気泡微細化用管状体２００を複数本備えてもよい。以下、その具体例について説明する。
【００５７】
図５に示すように、本実施形態に係る気泡形成装置６００は、２本の気泡微細化用管状体２１０及び２２０を備える。吐出部１００から吐出される気液混合流体ＦＬが、２本の気泡微細化用管状体２１０及び２２０を並列に流れるように、吐出部１００の気液混合室１０に、２本の気泡微細化用管状体２１０及び２２０が接続されている。
【００５８】
本実施形態によれば、気泡微細化用管状体２１０及び２２０において、気泡の微細化を並列に行うことができるので、気泡の微細化を効率的に行うことができる。
【００５９】
［実施例１］
図１に示した気泡形成装置４００を用い、気泡微細化用管状体２００によって微細化された気泡を含む気液混合流体ＦＬを得た。気液混合流体ＦＬを構成する気体には、空気を用い、液体には、蒸留水を用いた。
【００６０】
また、気泡微細化用管状体２００には、内径が４［ｍｍ］で経路長が１０［ｍ］の金属管を用いた。この金属管の上記長尺度Ｙ／Ｘは、７９６［１／ｍｍ］である。また、コイル状部２０３の直径は約２０［ｃｍ］であり、コイル状部２０３の巻き数は１５とした。
【００６１】
まず、気液混合室１０において、空気よりなる気泡が蒸留水に分散されてなる気液混合流体ＦＬを形成した。気液混合室１０における気液混合流体ＦＬに含まれる気泡の平均直径は、１［μｍ］であった。
【００６２】
次に、その気液混合流体ＦＬを、気泡微細化用管状体２００の内圧が０．２［ＭＰａ］に高められ、かつ気液混合流体ＦＬの流れのレイノルズ数が３０００以上となる条件で、気泡微細化用管状体２００に導入させた。すると、気泡微細化用管状体２００の他端２０２から、溶解によって微細化された気泡を含む気液混合流体ＦＬが連続的に放出された。
【００６３】
図６に、気泡微細化用管状体２００から放出された気液混合流体ＦＬ中の気泡の直径別頻度分布を示す。グラフＡは、度数分布を示し、グラフＢは、累積度数分布を示す。気液混合流体ＦＬに含まれる気泡の平均直径は、１００ｎｍ以下であった。即ち、気泡微細化用管状体２００にて、気泡の平均直径が１／１０以下に微細化されたことが確認された。
【００６４】
［実施例２］
気液混合流体ＦＬを構成する気体に酸素を用いたこと以外は、実施例１と同じ条件で、溶解によって微細化された気泡を含む気液混合流体ＦＬを得た。
【００６５】
図７に、得られた気液混合流体ＦＬ中の気泡の直径別頻度分布を示す。グラフＣは、度数分布を示し、グラフＤは、累積度数分布を示す。気液混合流体ＦＬに含まれる気泡の平均直径は、１００ｎｍ以下であった。即ち、気泡微細化用管状体２００にて、気泡の平均直径が１／１０以下に微細化されたことが確認された。
【００６６】
［実施例３］
気液混合流体ＦＬを構成する液体に水道水を用いたこと以外は、実施例１と同じ条件で、溶解によって微細化された気泡を含む気液混合流体ＦＬを得た。
【００６７】
図８に、得られた気液混合流体ＦＬ中の気泡の直径別頻度分布を示す。グラフＥは、度数分布を示し、グラフＦは、累積度数分布を示す。気液混合流体ＦＬに含まれる気泡の平均直径は、１００ｎｍ以下であった。即ち、気泡微細化用管状体２００にて、気泡の平均直径が１／１０以下に微細化されたことが確認された。
【００６８】
［実施例４］
気液混合流体ＦＬを構成する液体に水道水を用い、気体に酸素を用いたこと以外は、実施例１と同じ条件で、溶解によって微細化された気泡を含む気液混合流体ＦＬを得た。
【００６９】
図９に、得られた気液混合流体ＦＬ中の気泡の直径別頻度分布を示す。グラフＧは、度数分布を示し、グラフＨは、累積度数分布を示す。気液混合流体ＦＬに含まれる気泡の平均直径は、１００ｎｍ以下であった。即ち、気泡微細化用管状体２００にて、気泡の平均直径が１／１０以下に微細化されたことが確認された。
【００７０】
以上、本発明の実施形態と実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、以下に述べる変形も可能である。
【００７１】
上記実施形態１では、気泡微細化用管状体２００にコイル状部２０３を設けたが、コイル状部２０３は必須ではない。気泡微細化用管状体２００の一部分が湾曲していれば、ディーン渦ＤＶが形成され得る。また、気泡を微細化させるにあたり、ディーン渦ＤＶの形成は必須ではない。直線状に延びる直管よりなる気泡微細化用管状体においても、圧力損失による内圧の上昇は生じ得、上昇した内圧で気泡が微細化され得る。
【００７２】
図１には、理解を容易にするために、気体源ＧＳを示したが、例えば気体が空気である場合には、気体源ＧＳを省略できる。また、気体源ＧＳとして、気体が圧入されたボンベを用いる場合は、そのボンベからの気体の吐出圧を利用できるため、気体ポンプ３０を省略し得る。また、液体として水道水を用いる場合のように、加圧された液体が得られる場合は、液体源ＬＳと液体ポンプ４０を省略し得る。
【００７３】
上記実施形態１では、気泡微細化用管状体２００における気液混合流体ＦＬが流れる部分の断面積が、一端２０１から他端２０２にわたって一定であったが、このことは必須ではない。気泡微細化用管状体２００の断面積が、気泡微細化用管状体２００の経路長方向の位置によって異なっていてもよい。例えば、気泡微細化用管状体２００内に、気液混合流体ＦＬの流れを絞る絞り部が設けられていてもよい。気泡微細化用管状体２００の断面積が経路長方向の位置によって異なる場合、長尺度Ｙ／Ｘを定義する断面積をＸとは、気泡微細化用管状体２００における断面積の最大値を指すものとする。
【００７４】
上記実施形態３では、気泡形成装置６００が２本の気泡微細化用管状体２１０及び２２０を備えたが、気泡形成装置６００は３本以上の気泡微細化用管状体を備えてもよい。また、それら複数本の気泡微細化用管状体の寸法及び形状が、互いに異なっていてもよい。
【００７５】
本発明は、その広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な変形が可能とされる。上記実施形態及び実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示される。請求の範囲内及びそれと同等の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【００７６】
本出願は、２０１７年６月７日に日本国に出願された特願２０１７−１１２２４５号に基づく。本明細書中に特願２０１７−１１２２４５号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明に係る泡形成装置及び気泡形成方法は、微細化された気泡を含む気液混合流体の形成に用いることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０…気液混合室、
２０…多孔質部材、
３０…気体ポンプ、
４０…液体ポンプ、
５１，５２…配管、
６１，６２…弁、
７１，７２，７３…圧力計、
１００…吐出部、
２００，２１０，２２０…気泡微細化用管状体、
２０１…気泡微細化用管状体の一端、
２０２…気泡微細化用管状体の他端、
２０３…コイル状部、
３００…温度調整装置（温度調整手段）、
３１０…恒温液槽、
３２０…温度調整器、
４００，５００，６００…気泡形成装置、
ＬＳ…液体源、
ＧＳ…気体源、
ＦＬ…気液混合流体、
ＴＶ…乱流渦、
ＤＶ…ディーン渦。
【図１】
2018225510.tif 000003
【図２】
2018225510.tif 000004
【図３】
2018225510.tif 000005
【図４】
2018225510.tif 000006
【図５】
2018225510.tif 000007
【図６】
2018225510.tif 000008
【図７】
2018225510.tif 000009
【図８】
2018225510.tif 000010
【図９】
2018225510.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月4日(2019.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体と前記液体中に分散した気泡とを含む気液混合流体を形成すると共に、形成した前記気液混合流体を吐出する吐出部と、
両端が開口した管状をなしており、前記吐出部によって吐出される前記気液混合流体が一端から導入されると共に、導入された前記気液混合流体を他端へ案内する気泡微細化用管状体と、
前記気泡微細化用管状体を介して前記気液混合流体の温度を調整する温度調整手段と、を備え、
前記吐出部から前記気液混合流体が吐出される圧力によって、前記気泡微細化用管状体の内圧が、前記気泡が前記液体に溶解する程度に高められ、高められた前記内圧による前記気泡の前記液体への溶解が、前記気液混合流体が前記気泡微細化用管状体を流れる期間にわたって進行することにより、前記気液混合流体に含まれる前記気泡が、前記気泡微細化用管状体において微細化され、
前記気泡微細化用管状体が、
前記気液混合流体にディーン渦を形成させる遠心力が前記気液混合流体に作用するように、コイル状に複数回巻かれたコイル状部、
を有し、
前記温度調整手段が、
温度調整用液体が貯められる恒温液槽と、
前記恒温液槽内の前記温度調整用液体を予め定められた温度に保つ温度調整器と、
を有し、
前記コイル状部が、前記恒温液槽内の前記温度調整用液体に浸っている、
気泡形成装置。
【請求項２】
前記気泡微細化用管状体が、
前記気泡微細化用管状体における前記気液混合流体が流れる部分の断面積をＸ、前記気液混合流体の流路に沿う前記気泡微細化用管状体の経路長をＹとしたとき、Ｙ／Ｘで定義される長尺度が５００［１／ｍｍ］以上である形状をなしている、
請求項１に記載の気泡形成装置。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記気泡微細化用管状体の内部に、レイノルズ数が３０００以上の、前記気液混合流体の流れが形成され、
前記吐出部が、大気圧より高く０．３ＭＰａ以下の値に前記内圧が高められる条件で、前記気液混合流体を前記気泡微細化用管状体に導入することにより、前記気泡微細化用管状体において、前記気泡の平均直径が、１／５以下に微細化される、
請求項１又は２に記載の気泡形成装置。
【請求項６】
前記気泡微細化用管状体を複数本備え、
前記吐出部から吐出される前記気液混合流体が、複数本の前記気泡微細化用管状体を並列に流れるように、前記吐出部に複数本の前記気泡微細化用管状体が接続されている、
請求項１、２、又は５に記載の気泡形成装置。
【請求項７】
前記吐出部が、
前記気液混合流体を構成する前記液体と、前記気液混合流体の前記気泡を構成する気体との流量を、各々独立に調整することができる構成を有する、
請求項１、２、５、又は６に記載の気泡形成装置。
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月16日(2019.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体と前記液体中に分散した気泡とを含む気液混合流体を形成すると共に、形成した前記気液混合流体を吐出する吐出部と、
両端が開口した管状をなしており、前記吐出部によって吐出される前記気液混合流体が一端から導入されると共に、導入された前記気液混合流体を他端へ案内する気泡微細化用管状体と、
前記気泡微細化用管状体を介して前記気液混合流体の温度を調整する温度調整手段と、
を備え、
前記温度調整手段が、
温度調整用液体が貯められる恒温液槽と、
前記恒温液槽内の前記温度調整用液体を予め定められた温度に保つ温度調整器と、
を有し、
前記気泡微細化用管状体が、
前記気液混合流体にディーン渦を形成させる遠心力が前記気液混合流体に作用するように、コイル状に複数回巻かれており、かつ前記恒温液槽内の前記温度調整用液体に浸っているコイル状部、
を有し、
前記気泡微細化用管状体の内径が５［ｍｍ］以下であり、かつ前記気泡微細化用管状体における前記気液混合流体が流れる部分の断面積をＸ、前記気液混合流体の流路に沿う前記気泡微細化用管状体の経路長をＹとしたとき、Ｙ／Ｘで定義される長尺度が５００［１／ｍｍ］以上であり、
前記吐出部が、前記気泡微細化用管状体の内部に、レイノルズ数が３０００以上の、前記気液混合流体の流れが形成され、かつ前記気泡微細化用管状体の内圧が、大気圧より高く０．３［ＭＰａ］以下の値に高められる条件で、前記気液混合流体を前記気泡微細化用管状体の前記一端に導入し、
前記気液混合流体が前記気泡微細化用管状体を流れる期間にわたって、前記内圧による前記気泡の前記液体への溶解が進行することにより、前記気泡微細化用管状体において、前記気泡の平均直径が１／１０以下に微細化され、
前記気泡微細化用管状体の前記他端から、前記気泡の前記平均直径が１００［ｎｍ］以下であり、かつ前記気泡の密度が３．７［億個／ｍＬ］以上の前記気液混合流体が得られる、
気泡形成装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
前記気泡微細化用管状体を複数本備え、
前記吐出部から吐出される前記気液混合流体が、複数本の前記気泡微細化用管状体を並列に流れるように、前記吐出部に複数本の前記気泡微細化用管状体が接続されている、
請求項１に記載の気泡形成装置。
【請求項７】
前記吐出部が、
前記気液混合流体を構成する前記液体と、前記気液混合流体の前記気泡を構成する気体との流量を、各々独立に調整することができる構成を有する、
請求項１又は６に記載の気泡形成装置。
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月11日(2019.11.11)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、気泡形成装置に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の目的は、溶解によって微細化された気泡を含む気液混合流体を、連続的に得ることができる気泡形成装置を提供することである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る気泡形成装置は、
液体と前記液体中に分散した気泡とを含む気液混合流体を形成すると共に、形成した前記気液混合流体を吐出する吐出部と、
両端が開口した管状をなしており、前記吐出部によって吐出される前記気液混合流体が一端から導入されると共に、導入された前記気液混合流体を他端へ案内する気泡微細化用管状体と、
前記気泡微細化用管状体を介して前記気液混合流体の温度を調整する温度調整手段と、
を備え、
前記温度調整手段が、
温度調整用液体が貯められる恒温液槽と、
前記恒温液槽内の前記温度調整用液体を予め定められた温度に保つ温度調整器と、
を有し、
前記気泡微細化用管状体が、
前記気液混合流体にディーン渦を形成させる遠心力が前記気液混合流体に作用するように、コイル状に複数回巻かれており、かつ前記恒温液槽内の前記温度調整用液体に浸っているコイル状部、
を有し、
前記気泡微細化用管状体の内径が５［ｍｍ］以下であり、かつ前記気泡微細化用管状体における前記気液混合流体が流れる部分の断面積をＸ、前記気液混合流体の流路に沿う前記気泡微細化用管状体の経路長をＹとしたとき、Ｙ／Ｘで定義される長尺度が５００［１／ｍｍ］以上であり、
前記吐出部が、前記気泡微細化用管状体の内部に、レイノルズ数が３０００以上の、前記気液混合流体の流れが形成され、かつ前記気泡微細化用管状体の内圧が、大気圧より高く０．３［ＭＰａ］以下の値に高められる条件で、前記気液混合流体を前記気泡微細化用管状体の前記一端に導入し、
前記気液混合流体が前記気泡微細化用管状体を流れる期間にわたって、前記内圧による前記気泡の前記液体への溶解が進行することにより、前記気泡微細化用管状体において、前記気泡の平均直径が１／１０以下に微細化され、
前記気泡微細化用管状体の前記他端から、前記気泡の前記平均直径が１００［ｎｍ］以下であり、かつ前記気泡の密度が３．７［億個／ｍＬ］以上の前記気液混合流体が得られる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体と前記液体中に分散した気泡とを含む気液混合流体を形成すると共に、形成した前記気液混合流体を吐出する吐出部と、
両端が開口した管状をなしており、前記吐出部によって吐出される前記気液混合流体が一端から導入されると共に、導入された前記気液混合流体を他端へ案内する気泡微細化用管状体と、
前記気泡微細化用管状体を介して前記気液混合流体の温度を調整する温度調整手段と、
を備え、
前記温度調整手段が、
温度調整用液体が貯められる恒温液槽と、
前記恒温液槽内の前記温度調整用液体を予め定められた温度に保つ温度調整器と、
を有し、
前記気泡微細化用管状体が、
前記気液混合流体にディーン渦を形成させる遠心力が前記気液混合流体に作用するように、コイル状に複数回巻かれており、かつ前記恒温液槽内の前記温度調整用液体に浸っているコイル状部、
を有し、
前記気泡微細化用管状体の内径が５［ｍｍ］以下であり、かつ前記気泡微細化用管状体における前記気液混合流体が流れる部分の断面積をＸ、前記気液混合流体の流路に沿う前記気泡微細化用管状体の経路長をＹとしたとき、Ｙ／Ｘで定義される長尺度が５００［１／ｍｍ］以上であり、
前記吐出部が、前記気泡微細化用管状体の内部に、レイノルズ数が３０００以上の、前記気液混合流体の流れが形成され、かつ前記気泡微細化用管状体の内圧が、大気圧より高く０．３［ＭＰａ］以下の値に高められる条件で、前記気液混合流体を前記気泡微細化用管状体の前記一端に導入し、
前記気液混合流体が前記気泡微細化用管状体を流れる期間にわたって、前記内圧による前記気泡の前記液体への溶解が進行することにより、前記気泡微細化用管状体において、前記気泡の平均直径が１／１０以下に微細化され、
前記気泡微細化用管状体の前記他端から、前記気泡の前記平均直径が１００［ｎｍ］以下であり、かつ前記気泡の密度が３．７［億個／ｍＬ］以上の前記気液混合流体が得られる、
気泡形成装置。
【請求項２】
前記気泡微細化用管状体を複数本備え、
前記吐出部から吐出される前記気液混合流体が、複数本の前記気泡微細化用管状体を並列に流れるように、前記吐出部に複数本の前記気泡微細化用管状体が接続されている、
請求項１に記載の気泡形成装置。
【請求項３】
前記吐出部が、
前記気液混合流体を構成する前記液体と、前記気液混合流体の前記気泡を構成する気体との流量を、各々独立に調整することができる構成を有する、
請求項１又は２に記載の気泡形成装置。
【国際調査報告】
2018225510.tif 000012
2018225510.tif 000013
2018225510.tif 000014
2018225510.tif 000015