(57)【要約】【課題】より安定した態様のマイクロバブルを発生できるマイクロバブル発生装置を提供する。【解決手段】マイクロバブル発生装置１は、液体ポンプ２０と、気体を加圧するためのコンプレッサ３１と、液体ｆ中に圧縮気体を混合することで、マイクロバブルの気泡径よりも大きな気泡径を有する大バブルを液体ｆ中に発生させる給気モジュール５と、給気モジュール５からの液体ｆ中にマイクロバブルを発生させるためのマイクロバブル発生部材７と、液体ｆ中でのバブル発生の有無を監視するための第１監視部４１と、第１監視部４１と協働してマイクロバブル発生の異常の有無を監視するための第２監視部４２と、を備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を送るための液体ポンプと、
気体を加圧するためのコンプレッサと、
前記液体中に前記コンプレッサから送り出された圧縮気体を混合することで、マイクロバブルの気泡径よりも大きな気泡径を有する大バブルを前記液体中に発生させる給気モジュールと、
前記給気モジュールから送り出された前記液体が通過することで前記液体中にマイクロバブルを発生させるためのマイクロバブル発生部材と、
前記液体中でのバブル発生の有無を監視するための第１監視部と、
前記第１監視部と協働して前記マイクロバブル発生の異常の有無を監視するための第２監視部と、
を備えていることを特徴とする、マイクロバブル発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロバブル発生装置であって、
前記第１監視部は、前記コンプレッサから前記給気モジュールへ送られる前記圧縮気体を監視することを特徴とする、マイクロバブル発生装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のマイクロバブル発生装置であって、
前記第２監視部は、前記液体ポンプから前記給気モジュールへ送られる前記液体を監視することを特徴とする、マイクロバブル発生装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のマイクロバブル発生装置であって、
制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第１監視部および前記第２監視部の監視結果に基づいて前記液体ポンプの出力および前記給気モジュールへの前記圧縮流体の供給を制御することを特徴とする、マイクロバブル発生装置。
【請求項５】
請求項４に記載のマイクロバブル発生装置であって、
前記制御部は、前記第１監視部および前記第２監視部の監視結果と、当該監視結果に対応するように予め設定されたテーブルと、に基づいて前記液体ポンプの出力および前記給気モジュールへの前記圧縮流体の供給を制御することを特徴とする、マイクロバブル発生装置。
【請求項６】
請求項５に記載のマイクロバブル発生装置であって、
前記テーブルは、前記液体ポンプの流量と前記給気モジュールへ与えられる前記圧縮気体の圧力との関係に基づくテーブルであることを特徴とする、マイクロバブル発生装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のマイクロバブル発生装置であって、
前記第１監視部は、前記気体の圧力を検出する圧力センサを含み、
前記第２監視部は、前記液体の流量を検出する流量センサを含んでいることを特徴とする、マイクロバブル発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の洗浄等に用いられるマイクロバブル発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の洗浄等に用いられるマイクロバブル発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の構成は、給気膜モジュール（６）と称する装置に水および圧縮空気を供給することで、液体中にミリバブル（直径が１ｍｍ程度の微細気泡）を発生させる。そして、ミリバブルが生じた液体は、せん断応力発生型ノズル（８）を通過することで、マイクロバブルを発生する。そして、せん断応力発生型ノズル（８）でマイクロバブルが生じた液体は、バブル循環容器（９）を通ってせん断応力発生型ノズル（８）および給気膜モジュール（６）を繰り返し通過することで、より気泡が微細化された状態となる。そして、バブル循環容器（９）で貯められた液体は、洗浄用チューブポンプ（１０）によって洗浄器具（１）へ吐出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２４０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、給気膜モジュール（６）への水の供給量、および、圧縮空気の供給量をきめ細かく監視している構成ではない。このため、マイクロバブルの発生態様を安定できないおそれがある。
【０００５】
上記の課題は、特に医療用のマイクロバブル発生装置において大きく存在するけれども、他の分野に用いられるマイクロバブル発生装置においても同様に存在する。
【０００６】
本願発明は、上記の課題に鑑みることにより、より安定した態様のマイクロバブルを発生できるマイクロバブル発生装置を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するための本発明に係るマイクロバブル発生装置は、液体を送るための液体ポンプと、気体を加圧するためのコンプレッサと、前記液体中に前記コンプレッサから送り出された圧縮気体を混合することで、マイクロバブルの気泡径よりも大きな気泡径を有する大バブルを前記液体中に発生させる給気モジュールと、前記給気モジュールから送り出された前記液体が通過することで前記液体中にマイクロバブルを発生させるためのマイクロバブル発生部材と、前記液体中でのバブル発生の有無を監視するための第１監視部と、前記第１監視部と協働して前記マイクロバブル発生の異常の有無を監視するための第２監視部と、を備えている。
【０００８】
この構成によると、第１監視部によって、液体中にバブルが発生しているか否かを監視できる。また、第２監視部を用いることによって、液体中におけるマイクロバブル発生の異常の有無を監視できる。これにより、液体中においてマイクロバブルが正常に発生しているか否かを監視できるので、この監視結果を通じて、より安定した態様のマイクロバブルをマイクロバブル発生装置で発生できる。
【０００９】
（２）前記第１監視部は、前記コンプレッサから前記給気モジュールへ送られる前記圧縮気体を監視する場合がある。
【００１０】
この場合、第１監視部の監視結果から、給気モジュールにおいて液体に混合される圧縮空気の圧力等の状態を監視できる。これにより、マイクロバブル発生装置は、液体中でのバブル発生の有無をより確実に監視できる。
【００１１】
（３）前記第２監視部は、前記液体ポンプから前記給気モジュールへ送られる前記液体を監視する場合がある。
【００１２】
この場合、第２監視部の監視結果から、給気モジュールへ供給される液体の流量等の状態を監視できる。これにより、マイクロバブル発生装置は、第１監視部による圧縮空気の監視結果と併せて、液体中でマイクロバブル発生の有無を監視できる。
【００１３】
（４）前記マイクロバブル発生装置は、制御部をさらに備え、前記制御部は、前記第１監視部および前記第２監視部の監視結果に基づいて前記液体ポンプの出力および前記給気モジュールへの前記圧縮流体の供給を制御する場合がある。
【００１４】
この場合、制御部は、２つの監視部の監視結果に基づいて、より確実にマイクロバブルがマイクロバブル発生部材で発生するように制御できる。
【００１５】
（５）前記制御部は、前記第１監視部および前記第２監視部の監視結果と、当該監視結果に対応するように予め設定されたテーブルと、に基づいて前記液体ポンプの出力および前記給気モジュールへの前記圧縮流体の供給を制御する場合がある。
【００１６】
この場合、制御部は、第１監視部および第２監視部の監視結果を、当該監視結果に対応するように予め設定されたテーブルで参照することで、液体ポンプの流量およびコンプレッサからの圧縮気体の圧力の適切な制御値を簡易且つ正確に設定できる。
【００１７】
（６）前記テーブルは、前記液体ポンプの流量と前記給気モジュールへ与えられる前記圧縮気体の圧力との関係に基づくテーブルである場合がある。
【００１８】
この場合、制御部は、液体中でのマイクロバブルの発生により適した液体流量と圧縮空気の圧力とを簡易に設定できる。
【００１９】
（７）前記第１監視部は、前記気体の圧力を検出する圧力センサを含み、前記第２監視部は、前記液体の流量を検出する流量センサを含んでいる場合がある。
【００２０】
この場合、圧縮気体の圧力および液体の流量を監視するという簡易な構成で、マイクロバブル発生異常の有無を監視できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、より安定した態様のマイクロバブルを発生できるマイクロバブル発生装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロバブル発生装置の概略構成を示す概念図である。
【図２】テーブルをグラフで示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロバブル発生装置１の概略構成を示す概念図である。図１を参照して、マイクロバブル発生装置１は、生理食塩水等の液体にマイクロバブルを発生させるために用いられる。本実施形態では、マイクロバブル発生装置１が医療用に用いられる形態を例に説明する。
【００２５】
マイクロバブル発生装置１は、例えば、外科手術中における直腸等の粘膜洗浄（内臓等の患部の洗浄）に用いられる。また、マイクロバブル発生装置１は、マイクロバブルを含む無菌水が生体組織を損傷させない粒度、流量、吐出圧等を有するように設計される。本実施形態では、マイクロバブル発生装置１は、無菌水の流量（１分当たりの無菌水の吐出量）と、無菌水中のマイクロバブルの濃度（無菌水の単位体積当たりのマイクロバブルの含有割合）と、を調整可能である。
【００２６】
マイクロバブル発生装置１は、粒径（気泡径）１０μｍ〜１００μｍのマイクロバブルを多く含む液体を生成可能に設計される。ここで、マイクロバブルとは、１〜１００μｍの気泡径を有する気泡のことをいい、１μｍ未満の気泡径のナノバブルも含む。また、マイクロバブル発生装置１からの液体ｆの吐出量の設計値は、毎分１リットル以下に設定されている。本実施形態では、マイクロバブル発生装置１において、液体ｆの吐出量の上限値は、毎分７００ミリリットルであり、通常の使用時における液体ｆの吐出量は、毎分６００ミリリットル程度に設定されている。
【００２７】
本実施形態では、マイクロバブル発生装置１は、持ち運び可能な大きさのポータブルタイプの装置であり、医療関係者によって持ち運び可能に構成されている。
【００２８】
マイクロバブル発生装置１は、第１チューブ２と、液体ポンプ装置３と、第２チューブ４と、給気モジュール５と、エアコンプレッサ装置６と、マイクロバブル発生部材７と、第３チューブ８と、ノズル９と、制御ユニット１０と、を有している。
【００２９】
第１チューブ２は、ゴムチューブ等のチューブ部材であり、可撓性を有している。第１チューブ２の一端は、生理食塩水（無菌水）等の液体ｆが貯められている輸液バッグ１２にカップリング１３を介して接続されており、輸液バッグ１２から液体ｆを供給されるように構成されている。なお、第１チューブ２に供給される液体は、輸液バッグ１２に貯められている液体に限らず、他の容器または液体供給管等から供給される液体であってもよい。第１チューブ２の他端には、液体ポンプ装置３の液体ポンプ２０が取り付けられている。
【００３０】
液体ポンプ装置３は、第１チューブ２を通過した液体ｆを加圧するとともにこの液体ｆを給気モジュール５に送るために設けられている。液体ポンプ装置３からは、液体ｆが所定の流量で送られる。本実施形態では、液体ポンプとして、ローラーポンプが採用される例を説明する。なお、液体ポンプとして、他の形式のポンプが用いられてもよい。
【００３１】
液体ポンプ装置３は、液体ｆを送るための液体ポンプ２０と、ポンプモータ２１と、第１モータドライバ２２と、を有している。
【００３２】
液体ポンプ２０は、第１チューブ２と同様の材質のチューブで形成された弾力性を有するチューブ本体２０ａと、回転ローラ２０ｂと、を有している。チューブ本体２０ａは、第１チューブ２および第２チューブ４と図示しないカップリングを介して接続されていてもよいし、第１チューブ２および第２チューブ４と一体成形されていてもよい。回転ローラ２０ｂは、所定の回転軸線回りを回転することにより、チューブ本体２０ａを圧縮する位置を液体ｆの流れ方向に沿って進める。これにより、チューブ本体２０ａ内の液体ｆを流れ方向の下流側へ加圧しながら送る。このような構成により、液体ポンプ２０は、液体ｆを低流量、且つ、低圧で第２チューブ４へ送り出すことができる。
【００３３】
液体ポンプ２０は、例えば、水圧＝０．１５Ｍｐａ、流量＝毎分０．５リットル〜毎分１リットル程度の送液機能を発揮できるように設定される。なお、この流量は、上述の範囲外に設定されていてもよい。この液体ポンプ２０は、ポンプモータ２１によって駆動される。
【００３４】
ポンプモータ２１は、例えば、ＤＣモータであり、第１モータドライバ２２を介して制御部４０によって制御される。制御部４０によるモータ制御方式がＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御等の電流制御方式であれば、制御部４０によるポンプモータ２１の制御をよりきめ細かく実現できる。その結果、液体ポンプ２０による精密な流量制御が可能となる。上記の構成を有する液体ポンプ装置３のチューブ本体２０ａは、第２チューブ４を介して給気モジュール５に接続されている。
【００３５】
本実施形態では、第２チューブ４は、第１チューブ２と同様の材質を用いて形成された弾力性を有するチューブ部材である。第２チューブ４は、給気モジュール５の後述する液体受入部５ｂに接続されている。
【００３６】
給気モジュール５は、輸液バッグ１２からノズル９に至る液体ｆの供給経路の途中に設けられた気泡発生部材であり、本実施形態では、図示しない中空糸膜を介して液体ｆ中に微細気泡（大バブル）を発生させるように構成されている。この微細気泡の気泡径（直径）は、マイクロバブルの気泡径よりも大きく設定されている。この微細気泡として、直径が１ｍｍ〜数ｍｍ程度のミリバブルを例示できる。なお、給気モジュール５は、液体ｆにエアコンプレッサ装置６から送り出された圧縮気体を混合することで液体ｆ中にミリバブルを発生させることが可能に構成されていればよく、具体的な構成は限定されない。
【００３７】
本実施形態では、給気モジュール５は、ケース５ａと、ケース５ａの内部と外部とを連続させるように形成された液体受入部５ｂ、液体吐出部５ｃおよび気体受入部５ｄと、を有している。
【００３８】
ケース５ａは、中空形状に形成されており、液体ｆと気体とを混合通過させることが可能に構成されている。液体受入部５ｂは、第２チューブ４に図示しないカップリング等を用いて接続されており、第２チューブ４を通過した液体ｆをケース５ａ内に導入するように構成されている。気体受入部５ｄは、気体チューブ３０の一端に図示しないカップリング等を用いて接続されており、エアコンプレッサ装置６で加圧された気体（圧縮気体）をケース５ａ内に導入するように構成されている。
【００３９】
圧縮気体としては、空気の他に、酸素、二酸化炭素、窒素、オゾン等が必要に応じて使用される。本実施形態では、圧縮気体として圧縮空気が用いられる。
【００４０】
なお、微細気泡を含む液体ｆが炭酸水の場合、炭酸水が持つ保温性による血管拡張効果でＴＡＯ（閉塞性結成血管炎）やＡＳＯ（閉塞性動脈硬化症）の症状を改善することも考えられる。また、生体の洗浄の際に組織の化学的損傷を防ぐために生体不活性な窒素ガスを圧縮気体とすることも考えられる。さらに、生体の洗浄部位の殺菌効果を高めるために加圧ガスをオゾンとすることも考えられる。
【００４１】
また、ガスによる微細気泡を含む加圧液体を用いて生体を洗浄することで、脈管形成や血管新生に関与する血管内皮細胞増殖因子「ＶＥＧＦ（vascular endothelial growth factor）」を活性化させることも考えられる。
【００４２】
液体吐出部５ｃは、ケース５ａ内でミリバブルを生じた液体ｆをケース５ａから吐出するために筒状（本実施形態では、円筒状）に設けられており、マイクロバブル発生部材７に直接または図示しないチューブを介して接続されている。
【００４３】
給気モジュール５は、多数の中空糸膜（図示せず）を有している。そして、中空糸膜の中空部内に液体ｆを流しながら、中空糸膜の外側から圧縮気体を送り込むことにより、中空糸膜を通して、液体ｆ中に気体が進入する。これにより、液体ｆにミリバブルが発生し、ミリバブルを含む液体ｆが得られる。
【００４４】
上記の給気モジュール５に圧縮空気を供給するためのエアコンプレッサ装置６は、気体チューブ３０と、空気を加圧するためのコンプレッサ３１と、コンプレッサモータ３２と、第２モータドライバ３３と、フィルタ３４と、調整弁３５と、を有している。
【００４５】
気体チューブ３０は、第１チューブ２と同様の材料を用いて形成され弾力性を有するチューブであり、複数に分割されている。気体チューブ３０の一端に、コンプレッサ３１が取り付けられている。
【００４６】
コンプレッサ３１は、空気を圧縮することで当該空気を圧縮空気として吐出するように構成されている。このようなコンプレッサとして、ターボ形コンプレッサ、容積形コンプレッサ等、種々の方式のコンプレッサを例示できる。なお、本実施形態では、加圧された空気は最終的に人体に触れるため、無給油式のコンプレッサが好ましく、また、コンプレッサ３１は比較的小型であるため、スクロール式コンプレッサが好ましい。このコンプレッサ３１は、当該コンプレッサ３１の周囲の空気を吸引するとともに、当該空気を圧縮し、その後吐出する。このコンプレッサ３１から吐出される圧縮気体の圧力は、例えば、０．２５ＭＰａ程度に設定される。なお、この圧力は、上述の数値以外に設定されていてもよい。このコンプレッサ３１は、コンプレッサモータ３２によって駆動される。
【００４７】
コンプレッサモータ３２は、例えば、ＤＣモータであり、第２モータドライバ３３を介して制御部４０によって制御される。コンプレッサモータ３２の出力によってコンプレッサ３１が駆動されることにより加圧された空気は、気体チューブ３０を通り、除菌フィルタ等で構成されたフィルタ３４を通過することで除菌された後、気体チューブ３０の途中部に設けられた調整弁３５、および、気体受入部５ｄを通って、給気モジュール５内に進入する。そして、圧縮空気は、前述したように、給気モジュール５内において、液体ｆ内に取り込まれる。
【００４８】
調整弁３５は、気体チューブ３０内の圧縮空気の圧力を調整するために設けられている。本実施形態では、調整弁３５は、流量調整弁であり、気体チューブ３０内の圧縮空気の流量を調整するように構成されている。調整弁３５は、例えば、大気開放部３５ａを有しており、気体チューブ３０内の圧縮空気を気体チューブ３０の外部（大気）に放出可能である。大気開放部３５ａの開度（給気モジュール５へ向かう通路から大気開放部３５ａへ向かう通路の開度）は、ソレノイド等のアクチュエータの駆動によって変更される。このアクチュエータは、制御部４０によって制御されており、制御部４０からの指令信号に応じて、大気開放部３５ａの開度を調整する。
【００４９】
マイクロバブル発生部材７は、給気モジュール５から送り出された、ミリバブルを含む液体ｆを通過させることで、液体ｆ中にマイクロバブルを発生させるように構成されている。
【００５０】
給気モジュール５から吐出される液体ｆの圧力（水圧）は、０．２ＭＰａ〜０．３ＭＰａ程度、例えば０．２５ＭＰａ程度に設定される。
【００５１】
マイクロバブル発生部材７を通過した液体ｆ内のバブルは、実質的に、マイクロバブル（ナノバブルを含む）のみを含み、ミリバブルは実質的に含まれていないと考えることができる。マイクロバブル発生部材７は、細くなった流路を有することで、液体ｆにせん断応力を発生させる部材であり、このせん断応力発生機能により、液体ｆにマイクロバブルを発生させる。
【００５２】
本実施形態では、マイクロバブル発生部材７の数は、１であるけれども、２つ以上のマイクロバブル発生部材７が直列に配置されてもよい。本実施形態では、マイクロバブル発生部材７から吐出された液体ｆが、マイクロバブル発生部材７を再度通過することなくノズル９に供給されるように（１ｐａｓｓ回路となるように）構成されている。
【００５３】
マイクロバブル発生部材７は、細長い筒状に形成されている。マイクロバブル発生部材７は、当該マイクロバブル発生部材７の内部の通路に設けられた絞り部３６を有している。
【００５４】
絞り部３６は、マイクロバブル発生部材７内における液体通路の途中部に設けられている。流れ方向（マイクロバブル発生部材７の軸方向）と直交する断面における空間の断面積は、マイクロバブル発生部材７内において絞り部３６で小さくなっている。この絞り部３６を通過した液体ｆにマイクロバブルが発生する。マイクロバブル発生部材７は、第３チューブ８を介してノズル９に接続されている。
【００５５】
ノズル９は、マイクロバブル発生部材７から吐出された液体ｆが送られ、当該液体ｆをマイクロバブル発生装置１の外部に吐出するように構成されている。ノズル９は、術者によって把持可能な長さに形成されている。なお、ノズル９から吐出された液体ｆを吸引（回収）するための吸引部がノズル９に設けられていてもよい。吸引部が設けられている場合、ノズル９には、真空ポンプ等の吸引源（図示せず）が接続される。
【００５６】
上記の構成によってマイクロバブルを含む液体ｆが吐出されるマイクロバブル発生装置１は、制御ユニット１０によって動作制御される。次に、制御ユニット１０の構成をより具体的に説明する。制御ユニット１０は、マイクロバブル発生装置１のノズル９からの液体ｆの流量ｆｒおよび液体ｆ中のマイクロバブルの濃度等を制御するために設けられている。
【００５７】
制御ユニット１０は、制御部４０と、液体ｆ中でのバブル発生の有無を監視するための第１監視部４１と、第１監視部４１と協働してマイクロバブル発生の異常の有無を監視するための第２監視部４２と、マイクロバブル発生部材７から吐出された液体ｆ中におけるマイクロバブルの発生度合いを監視するための第３監視部４３と、濃度設定部材４４と、流量設定部材４５と、異常報知ランプ４６と、を有している。
【００５８】
本実施形態では、エアコンプレッサ装置６、制御ユニット１０、ポンプモータ２１、および、第１モータドライバ２２は、ハウジング４７に収容されている。また、液体ポンプ２０および給気モジュール５は、ハウジング４７に取り付けられている。
【００５９】
制御部４０は、液体ポンプ２０からの液体ｆの流量ｆｒの制御、および、コンプレッサ３１から給気モジュール５へ供給される圧縮空気の空気圧ｐｒの制御を行うように構成されている。
【００６０】
制御部４０は、例えば、ハードウェア・プロセッサ（ＣＰＵ、ＦＰＧＡなど）および不揮発性メモリなどのデバイスで構成される。なお、制御部４０は、ポンプモータ２１、コンプレッサモータ３２、および、調整弁３５を制御できればよく、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で構成されていてもよい。制御部４０として、回路基板上に半導体等の構成部品が実装された構成を例示できる。
【００６１】
制御部４０は、第１モータドライバ２２へ制御信号を出力することで、液体ポンプモータ２１および液体ポンプ２０の動作を制御する。本実施形態では、制御部４０は、エアコンプレッサ装置６の第２モータドライバ３３へは一定の電力を供給することで、コンプレッサモータ３２の回転数を一定に維持する。そして、制御部４０は、調整弁３５へ制御信号を出力することで、調整弁３５の開度を調整し、これにより、給気モジュール５に供給される圧縮空気の空気圧を制御する。
【００６２】
制御部４０は、液体ポンプ装置３の第１モータドライバ２２と、エアコンプレッサ装置６の第２モータドライバ３３と、調整弁３５と、第１監視部４１と、第２監視部４２と、第３監視部４３と、濃度設定部材４４と、流量設定部材４５と、異常報知ランプ４６と、に接続されている。
【００６３】
第１監視部４１は、コンプレッサ３１から給気モジュール５へ送られる圧縮空気を監視するために設けられている。本実施形態では、第１監視部４１は、気体チューブ３０内の気体の圧力を検出する圧力センサを用いて形成されている。第１監視部４１は、気体チューブ３０内の圧力を検出するともにこの圧力検出結果を示す信号を制御部４０に与えることが可能な構成であればよい。第１監視部４１として、例えば、空気圧に応じた気体チューブ３０の膨らみ量を検出するセンサを例示できる。第１監視部４１は、気体チューブ３０内の圧縮空気とは非接触のセンサであることが、圧縮空気の汚染防止の観点から好ましい。
【００６４】
第２監視部４２は、液体ポンプ２０から給気モジュール５へ送られる液体ｆを監視するために設けられている。本実施形態では、第２監視部４２は、第２チューブ４内の液体ｆの流量、すなわち、バブルが生成される前の状態における液体ｆの流量を計測するように構成されている。第２監視部４２は、第２チューブ４内の液体ｆの流量を検出するともにこの流量検出結果を示す信号を制御部４０に与えることが可能な構成であればよい。第２監視部４２として、例えば、電磁式流量センサ、コリオリ式流量センサ等を例示できる。第２監視部４２は、第２チューブ４内の液体ｆとは非接触の流量センサであることが、液体ｆの汚染防止の観点から好ましい。
【００６５】
第３監視部４３は、マイクロバブル発生部材７から第３チューブ８を通ってノズル９へ送られる液体ｆにおけるマイクロバブルの状態（濃度、粒径分布等）を監視するために設けられている。本実施形態では、第３監視部４３は、第３チューブ８内の液体ｆにおけるマイクロバブルの濃度を計測するように構成されている。液体ｆは、給気モジュール５に供給されるまでは無色透明であり、液体ｆにおけるマイクロバブルの濃度（含有割合）が高いほど、白濁度合いが高くなる。第３監視部４３は、例えば、第３チューブ８内の液体ｆの濁り度合いを検出するともにこの濁り度合いを示す信号を制御部４０に与えることが可能な構成であればよい。第３監視部４３として、例えば、フォトセンサ、ＣＣＤカメラ等の撮像カメラ、液体中のマイクロバブルの粒径分布を計測する粒径分布測定装置等を例示できる。第３監視部４３は、第３チューブ８内の液体ｆとは非接触のセンサであることが、液体ｆの汚染防止の観点から好ましい。
【００６６】
制御部４０は、第１監視部４１および第２監視部４２の監視結果に基づいて、液体ポンプ２０の流量ｆｒ、および、給気モジュール５へ供給される圧縮空気の空気圧ｐｒをフィードバック制御する。本実施形態では、制御部４０は、第１監視部４１および第２監視部４２の監視結果と、当該監視結果に対応するように予め設定されたテーブルと、に基づいて液体ポンプ２０の流量ｆｒ、および、給気モジュール５へ供給される圧縮空気の空気圧ｐｒを制御する。テーブルは、制御部４０に記憶されている。
【００６７】
図２は、テーブルをグラフで示す図である。図２のグラフの横軸は、液体ポンプ２０の出力軸の回転数（以下、ポンプ回転数ｒｐｍともいう）を示している。グラフの縦軸は、給気モジュール５へ供給される圧縮空気の空気圧ｐｒを示している。このように、テーブルは、ポンプ回転数ｒｐｍ（液体ｆの流量ｆｒ）と圧縮空気の空気圧ｐｒとの関係に基づくテーブルである。制御部４０は、液体ポンプ２０の出力軸の回転数を制御することで、液体ｆの流量ｆｒを制御する。
【００６８】
図１および図２を参照して、制御部４０は、テーブルで特定されるポンプ回転数ｒｐｍと空気圧ｐｒとの関係を、例えば、数値データとして記憶している。グラフに示されているように、ポンプ回転数ｒｐｍが最小回転数ｒｐｍ０未満である場合、ノズル９からの液体ｆの吐出量を十分に確保することができないため、ポンプ回転数ｒｐｍが最小回転数ｒｐｍ０以上である場合のテーブルが設定されている。ポンプ回転数ｒｐｍが最小回転数ｒｐｍ０以上であれば、ノズル９からの液体ｆの吐出量を十分に確保できる。
【００６９】
グラフから明らかなように、テーブルには、バブル未発生領域Ａ１と、バブリング発生領域Ａ２と、マイクロバブル発生領域Ａ３と、が規定されている。
【００７０】
マイクロバブル未発生領域Ａ１は、ノズル９から吐出される液体ｆについて、ミリバブルおよびマイクロバブルを含むバブルが液体ｆ中に実質的に発生しない領域をいう。「バブルが液体ｆ中に実質的に発生しない」とは、例えば、液体ｆの単位体積あたりのバブルの体積割合が数％未満である場合をいう。
【００７１】
マイクロバブル未発生領域Ａ１は、空気圧ｐｒがゼロから所定の第２空気圧ｐｒ２の範囲に存在している。より具体的には、マイクロバブル未発生領域Ａ１は、ポンプ回転数ｒｐｍが最小回転数ｒｐｍ０以上で且つ第２回転数ｒｐｍ２未満のときは、空気圧ｐｒがゼロから第２空気圧ｐｒ２のときに存在する。また、マイクロバブル未発生領域Ａ１は、ポンプ回転数ｒｐｍが第２回転数ｒｐｍ２から所定の第３回転数ｒｐｍ３のときは、ポンプ回転数ｒｐｍの増加に伴い空気圧ｐｒの上限が第２空気圧ｐｒ２から第１空気圧ｐｒ１まで低下する。また、マイクロバブル未発生領域Ａ１は、ポンプ回転数ｒｐｍが第３回転数ｒｐｍ３を超えている場合は、空気圧ｐｒがゼロから所定の第１空気圧ｐｒ１のときに存在する。
【００７２】
バブリング発生領域Ａ２は、ノズル９から吐出される液体ｆについて、ミリバブルよりも大きなバブルが発生しており、液体ｆにおけるマイクロバブルの存在に適しない領域をいう。
【００７３】
バブリング発生領域Ａ２は、空気圧ｐｒが第２空気圧ｐｒ２から第３空気圧ｐｒ３の範囲に存在している。また、本実施形態では、バブリング発生領域Ａ２は、ポンプ回転数ｒｐｍが最小回転数ｒｐｍ０から所定の第４回転数ｒｐｍ４の範囲に存在している。そして、バブリング発生領域Ａ２における空気圧ｐｒの上限は、第３空気圧ｐｒ３である。一方、バブリング発生領域Ａ２における空気圧ｐｒの下限は、ポンプ回転数ｒｐｍが最小回転数ｒｐｍ０以上第１回転数ｒｐｍ１未満の間は、第２空気圧ｐｒ２で一定であり、ポンプ回転数ｒｐｍが第１回転数ｒｐｍ１〜第４回転数ｒｐｍ４までの間では、ポンプ回転数ｒｐｍの増加に伴い第２空気圧ｐｒ２から第３空気圧ｐｒ３まで連続的に且つ非線形に増加している。
【００７４】
マイクロバブル発生領域Ａ３は、ノズル９から吐出される液体ｆについて、マイクロバブルが含まれており、且つ、ミリバブルの粒径以上の粒径のバブルが実質的に含まれていない領域をいう。マイクロバブル発生領域Ａ３は、ポンプ回転数ｒｐｍが最小回転数ｒｐｍ０から所定の第５回転数ｒｐｍ５までの間で、且つ、空気圧ｐｒがゼロから第３空気圧ｐｒ３までの領域において、マイクロバブル未発生領域Ａ１およびバブリング発生領域Ａ２を除いた領域となる。なお、回転数ｒｐｍｎ＜ｒｐｍｎ＋１（ｎ＝１，２，３，４）であり、空気圧ｐｒｍ＜ｐｒｍ＋１（ｍ＝１，２）である。
【００７５】
制御部４０は、第１監視部４１で検出された空気圧ｐｒと、第２監視部４２で検出された液体流量ｆｒとに対応する、グラフ上の点（参照点Ｐ）を参照する。本実施形態では、流量ｆｒに対応するポンプ回転数ｒｐｍが制御部４０で算出される。制御部４０は、参照点Ｐがマイクロバブル未発生領域Ａ１またはバブリング発生領域Ａ２にあるとき、空気圧ｐｒおよび液体流量ｆｒがマイクロバブル発生領域Ａ３内に収まるよう、ポンプモータ２１の回転数、および、エアコンプレッサ装置６の調整弁３５の開度の少なくとも一方を調整することで、ポンプ回転数ｒｐｍと空気圧ｐｒの少なくとも一方を調整する。このとき、制御部４０は、例えば、ポンプモータ２１および調整弁３５のうち、調整弁３５の開度を優先して調整する。これにより、液体ｆの流量を変更せずに、マイクロバブルを含む液体ｆがノズル９から吐出されるような制御が可能となる。
【００７６】
また、制御部４０は、濃度設定部材４４および流量設定部材４５での設定値に基づいて、ポンプモータ２１および調整弁３５を制御する。
【００７７】
濃度設定部材４４は、液体ｆ中のマイクロバブルの濃度を設定するために設けられている。濃度設定部材４４は、例えば、ボリューム調整部材としての回転操作部材等を用いて形成されており、液体ｆ中のマイクロバブルの濃度を複数段階または無段階に設定可能である。濃度設定部材４４は、例えば、作業者の手作業で操作される。濃度設定部材４４での濃度設定結果を示す信号は、制御部４０へ出力される。制御部４０は、濃度設定部材４４での濃度設定値に応じたマイクロバブルの濃度となるよう、調整弁３５を制御する。
【００７８】
例えば、マイクロバブルの濃度を高くする変更がなされた場合、制御部４０は、給気モジュール５への圧縮空気の空気圧ｐｒを高くするように、調整弁３５の開度を制御する。一方、マイクロバブルの濃度を低くする変更がなされた場合、制御部４０は、給気モジュール５への圧縮空気の空気圧ｐｒを低くするように、調整弁３５の開度を制御する。制御部４０は、濃度設定部材４４が操作されたとき、流量ｆｒは変更しない。なお、濃度設定部材４４での設定値の変更に伴い、制御部４０は、ポンプモータ２１の出力（液体ｆの流量ｆｒ）も調整してもよい。
【００７９】
流量設定部材４５は、ノズル９から吐出される液体ｆ中の流量ｆｒを設定するために設けられている。流量設定部材４５は、例えば、ボリューム調整部材としての回転操作部材等を用いて形成されており、液体ｆの流量を複数段階または無段階に設定可能である。流量設定部材４５は、例えば、作業者の手作業で操作される。流量設定部材４５での流量設定結果を示す信号は、制御部４０へ出力される。制御部４０は、流量設定部材４５での流量設定値に応じた流量ｆｒとするとともに、マイクロバブルの濃度は変化しないよう、ポンプモータ２１および調整弁３５を制御する。
【００８０】
例えば、流量ｆｒを高くする変更がなされた場合、制御部４０は、ポンプモータ２１の回転数（ポンプ回転数ｒｐｍ）を高くする制御を行うとともに、給気モジュール５への空気圧ｐｒが変化しないように、調整弁３５の開度を制御する。一方、流量を低くする変更がなされた場合、制御部４０は、ポンプモータ２１の回転数（ポンプ回転数ｒｐｍ）を低くする制御を行うとともに、給気モジュール５への圧縮空気の空気圧ｐｒが変化しないように、調整弁３５の開度を制御する。
【００８１】
上記の構成により、本実施形態では、制御部４０は、マイクロバブルの濃度および液体ｆの流量ｆｒを互いに独立して設定可能である。
【００８２】
本実施形態では、制御部４０は、第３監視部４３によるマイクロバブルの濃度検出結果に基づいて、マイクロバブルの発生に異常が発生しているか否かを検出する。例えば、濃度設定部材４４での設定値および流量設定部材４５での設定値が、マイクロバブル発生領域Ａ３に対応する値から外れている場合、第３チューブ８を通過する液体ｆのバブルが正常状態ではなくなり、第３監視部４３におけるマイクロバブルの濃度検出結果に異常が生じる。この場合、制御部４０は、第３監視部４３の監視結果に基づいて、異常報知ランプ４６を点灯する。この異常報知ランプ４６の点灯を見た作業者は、濃度設定部材４４での設定値および流量設定部材４５での設定値を、適切な値に設定し直すことができる。第３監視部４３が用いられることで、第３チューブ８内の実際の液体ｆの状態を監視した結果に基づいて、制御部４０がより正確に異常報知を行える。
【００８３】
なお、制御部４０は、第３監視部４３の監視結果に基づいて、ポンプモータ２１の回転数（ポンプ回転数ｒｐｍ）および調整弁３５の開度を制御してもよい。この場合、例えば、液体ｆ中の透明度が所定のしきい値以上である結果、バブルが発生していないことを第３監視部４３が検出した場合、制御部４０は、ポンプ回転数ｒｐｍおよび空気圧ｐｒがマイクロバブル未発生領域Ａ１における値にあると判定し、ポンプ回転数ｒｐｍおよび空気圧ｐｒがマイクロバブル発生領域Ａ３における値となるように制御してもよい。また、例えば、液体ｆ中の透明度が所定のしきい値以上であるけれども気泡が多く発生している結果、バブリングが発生していることを第３監視部４３が検出した場合、制御部４０は、ポンプ回転数ｒｐｍおよび空気圧ｐｒがバブリング発生領域Ａ２における値にあると判定し、ポンプ回転数ｒｐｍおよび空気圧ｐｒがマイクロバブル発生領域Ａ３における値となるように制御してもよい。
【００８４】
また、制御部４０は、コンプレッサ３１からの圧縮空気の空気圧ｐｒが異常に増減した場合（例えば、１分間当たりの空気圧ｐｒの変化量が所定値を超えた場合）、コンプレッサ３１の電源をオフにすることで、コンプレッサ３１を緊急停止させるとともに、異常報知ランプ４６を点灯するように構成されている。また、制御部４０は、液体ポンプ２０による液体ｆの流量ｆｒが異常に増減した場合（例えば、１分間当たりの流量ｆｒの変化量が所定値を超えた場合）、ポンプモータ２１の電源をオフにすることで、液体ポンプ２０を緊急停止させるとともに、異常報知ランプ４６を点灯するように構成されている。このように、マイクロバブル発生装置１は、ポンプモータ２１およびコンプレッサ３１の緊急停止が可能な安全機構を有している。
【００８５】
以上説明したように、マイクロバブル発生装置１によると、第１監視部４１によって、液体ｆ中にバブルが発生しているか否かを監視できる。また、第２監視部４２を用いることによって、液体ｆ中におけるマイクロバブル発生の異常の有無を監視できる。これにより、液体ｆ中においてマイクロバブルが正常に発生しているか否かを監視できるので、この監視結果を通じて、より安定した態様のマイクロバブルをマイクロバブル発生装置１で発生できる。
【００８６】
また、マイクロバブル発生装置１によると、第１監視部４１は、コンプレッサ３１から給気モジュール５へ送られる圧縮空気を監視する。この構成によると、第１監視部４１の監視結果から、給気モジュール５において液体ｆに混合される圧縮空気の圧力等の状態を監視できる。これにより、制御部４０は、液体ｆ中でのバブル発生の有無をより確実に監視できる。
【００８７】
また、マイクロバブル発生装置１によると、第２監視部４２は、液体ポンプ２０から給気モジュール５へ送られる液体ｆを監視する。この構成によると、第２監視部４２の監視結果から、給気モジュール５へ供給される液体ｆの流量ｆｒ等の状態を監視できる。これにより、制御部４０は、第１監視部４１による圧縮空気の監視結果と併せて、液体ｆ中でマイクロバブル発生の有無を監視できる。
【００８８】
また、マイクロバブル発生装置１によると、制御部４０は、第１監視部４１および第２監視部４２の監視結果に基づいて液体ポンプ２０の出力および給気モジュール５への圧縮空気の供給を制御する。この構成によると、制御部４０は、２つの監視部４１，４２の監視結果に基づいて液体ポンプ２０および調整弁３５を制御することで、より確実にマイクロバブルがマイクロバブル発生部材７で発生するように制御できる。
【００８９】
また、マイクロバブル発生装置１によると、液体ｆの流量ｆｒが想定よりも多い場合、マイクロバブルの発生量が相対的に減少する。一方、液体ｆの流量ｆｒが想定よりも少ない場合、流量ｆｒに対して空気圧ｐｒが過多となり、バブリングが発生してしまう。このような、マイクロバブルの適切な発生がされない状況が生じることを、第１監視部４１および第２監視部４２の監視結果に基づく制御部４０の制御によって、抑制できる。
【００９０】
また、マイクロバブル発生装置１によると、制御部４０は、第１監視部４１および第２監視部４２の監視結果と、当該監視結果に対応するように予め設定されたテーブルと、に基づいて液体ポンプ２０の出力および給気モジュール５への圧縮空気の供給を制御する。この構成によると、制御部４０は、第１監視部４１および第２監視部４２の監視結果を、当該監視結果に対応するように予め設定されたテーブルで参照することで、液体ポンプ２０の流量ｆｒおよびコンプレッサ３１からの圧縮空気の空気圧ｐｒの適切な制御値を簡易且つ正確に設定できる。
【００９１】
また、マイクロバブル発生装置１によると、テーブルは、液体ポンプ２０の流量ｆｒと給気モジュール５へ与えられる圧縮空気の空気圧ｐｒとの関係に基づくテーブルである。この構成によると、制御部４０は、液体ｆ中でのマイクロバブルの発生により適した液体ｆの流量ｆｒと圧縮空気の空気圧ｐｒとを簡易に設定できる。
【００９２】
また、マイクロバブル発生装置１によると、第１監視部４１は、気体の圧力を検出する圧力センサを含み、第２監視部４２は、液体ｆの流量ｆｒを検出する流量センサを含んでいる。この構成によると、圧縮空気の空気圧ｐｒおよび液体ｆの流量ｆｒを監視するという簡易な構成で、マイクロバブル発生異常の有無を、制御部４０が監視できる。
【００９３】
また、マイクロバブル発生装置１によると、制御部４０は、濃度設定部材４４と流量設定部材４５のそれぞれからの指令信号に基づいて、液体ｆ中におけるマイクロバブルの濃度と、液体ｆの流量ｆｒとを互いに独立して設定する。この構成によると、マイクロバブル発生装置１から吐出される液体ｆの流量ｆｒおよびマイクロバブルの濃度のそれぞれを、よりきめ細かく設定できる。
【００９４】
以上、本発明の実施形態について説明した。しかしながら、本発明は上述の実施の形態に限られず、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。
【００９５】
（１）例えば、上述の実施形態において、第２チューブ４と第３チューブ８とに接続されたバイバスチューブを設け、さらに、バイパスチューブからノズル９に向かう液体とマイクロバブル発生部材７からノズル９へ向かう液体とを択一的にノズル９に供給する制御弁を設けてもよい。この場合、例えば、制御部４０は、ポンプモータ２１およびコンプレッサモータ３２の駆動開始から所定時間経過するまでの間、バイパスチューブからの液体がノズル９へ供給されるように制御弁を制御するとともに、ポンプモータ２１およびコンプレッサモータ３２の駆動開始から所定時間経過後は、マイクロバブル発生部材７からの液体がノズル９へ供給されるように制御弁を制御する。これにより、ポンプモータ２１およびコンプレッサモータ３２の駆動開始からマイクロバブル発生の準備が整うまでの間、ノズル９からはバブルを含まない液体を吐出させ、マイクロバブル発生の準備が整ってからは、ノズル９からマイクロバブルを含む液体を吐出させることができる。これにより、所望のマイクロバブルが液体中に発生するまでの間に、ノズル９から吐出される液体において、バブルのバブル径が不均等な状態となることを抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、マイクロバブル発生装置として、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１  マイクロバブル発生装置
５  給気モジュール
７  マイクロバブル発生部材
２０  液体ポンプ
３１  コンプレッサ
４０  制御部
４１  第１監視部
４２  第２監視部
ｆ  液体
ｆｒ  流量
ｐｒ  圧縮気体の圧力
【図１】
2018149506.tif 000003
【図２】
2018149506.tif 000004