(57)【要約】【課題】均一な大きさの微細気泡を安定して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。【解決手段】ノズルを用いて液体中に微細気泡を発生させるマイクロバブル発生装置であって、ノズルは、ノズルの表裏面の一方に開口を有する多数の第１微細孔と、表裏面の他方に開口を有する多数の第２微細孔とを有し、各第１微細孔を前記第２微細孔に連通させ、表裏面の一方に気体を加え、表裏面の他方に沿って液体を相対移動させることにより、他方の面に生成した気泡を相対移動させた液体で分離することで、液体中に微細気泡を発生させる【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルを用いて液体中に微細気泡を発生させるマイクロバブル発生装置であって、
前記ノズルは、該ノズルの表裏面の一方に開口を有する多数の第１微細孔と、前記表裏面の他方に開口を有する多数の第２微細孔とを有し、前記各第１微細孔を前記第２微細孔に連通させ、
前記表裏面の一方に気体を加え、前記表裏面の他方に沿って液体を相対移動させることにより、前記他方の面に生成した気泡を前記相対移動させた前記液体で分離することで、前記液体中に微細気泡を発生させることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
【請求項２】
前記第１微細孔と前記第２微細孔とを連通する通路に袋穴部を有す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】
前記ノズルは、前記第１微細孔を有する第１層と、前記第２微細孔を有する第２層と、前記第１層及び前記第２層の間に配され、前記袋穴部を有する第３層と、を備えたシート状に形成された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４】
前記袋穴部は、前記第２微細孔の径より２倍以上の径を有していることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項５】
隣り合う前記第２微細孔は、該第２微細孔の径の長さに対して３以下を乗算した長さのピッチで配されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項６】
前記ノズルは、前記第１微細孔の径、前記第２微細孔の径、及び、前記袋穴部の径がそれぞれ異なることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項７】
前記第１微細孔の径、前記第２微細孔の径、又は、前記袋穴部の少なくとも１つは、その孔の軸方向に対し直交する方向で断面にした断面形状が多角形を含む異形状であることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項８】
前記ノズルは、筒体に形成され、前記筒体の内壁面又は外壁面の一方が前記気体に面し、前記筒体の内壁面又は外壁面の他方が前記液体に面するように配されたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロバブル発生装置、及び、ノズルを用いて液体中に微細気泡を発生させるマイクロバブル発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中で発生する時の気泡直径が５０μｍ以下の気泡は、マイクロバブルやナノバブルと呼ばれる。通常の気泡が水中を急激に上昇して表面で破裂して消えるのに対し、マイクロバブルやナノバブルと呼ばれる微細気泡は、水中で縮小していき、やがて消滅するが、消滅するまでの水中での滞在時間が長いという特性がある。一方で、気泡直径が５０μｍより大きい気泡は、発生してから比較的短時間で消滅してしまうことが知られている。
【０００３】
微細気泡は、水中での滞在時間が長いという特性を利用して、近年、実用的な範囲に、例えば、環境浄化、農・水産業、医療などの広範な分野に適用がされつつある。気泡直径が均一な微細気泡を安定的に発生させるマイクロバブル発生装置の開発が急がれている。このマイクロバブル発生装置で発生させる微細気泡は、例えば、１０μｍから５０μｍまでの気泡直径のものが対象となる。
【０００４】
従来の気泡発生装置としては、例えば、高圧の気体を用いたり、生成されたバブルを高速回転したブレードなどを用いて細分化することで、気泡を発生させていた。また、従来の技術としては、各室を仕切り壁で区画し、仕切り壁に多数の小孔を形成し、小孔に気液混合水を通過させることで、微細気泡を発生させるものがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２６４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の気泡発生装置では、高圧の気体を用い、また、ブレードを高速回転させるため、装置の消耗を抑え難く、耐久性が低下し、また、装置の可動部分で発生する熱の影響を受けて、発生する気泡に熱が伝達されてしまうという問題点がある。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載された従来の技術では、仕切り壁の小孔が、気液混合水を小孔にスムーズに通過させるため、小孔の下面側及び上面側にテーパ部を形成している。それにより、下面側と上面側との間に形成された中間部の径は、上面側の径に比べて小さくなっている。仕切り壁の小孔をマイクロバブル発生装置のノズルとして利用し、例えば、気液混合水に代えて、気体を上記仕切り壁の小孔に通すようにした場合、仕切り壁の小孔に気泡が付着して成長するため、細かな気泡を発生させ難いという問題点がある。
【０００８】
また、できるだけ小さな気泡直径を有する微細気泡を発生させるためには、小孔の上面側の径をできるだけ小さくしていく必要がある。しかし、小孔の上面側の径を小さくしていくと、上面側の径より小さな径で小孔の中間部を形成する必要がある。例えば、気体室と液体室とを仕切り壁で区画し、気体室中の気体を小孔に通す場合に、小径である中間部に気体を通すときの抵抗が大きく、圧力損失が生じる。その圧力損失により、小孔が目詰まりを起こし、微細気泡を安定して発生させることが困難になり、発生しても微細気泡の大きさが不均一になるという問題点がある。仮に、大きさが均一な微細気泡を発生することが可能であれば、例えば、動植物の成長に対してどの大きさの微細気泡が有効であるかを試験によって評価することが可能となり、反対に、大きさが不均一な微細気泡を用いたのでは、動植物の成長に有効な微細気泡の大きさ又は大きさの範囲を特定することができない。
【０００９】
さらに、気体室内を大気圧（１０１３２５Ｐａ）近傍の圧力、特に、大気圧より低い圧力（負圧）に保つ場合には、微細気泡を安定して発生させることがさらに困難となり、発生する微細気泡の大きさがさらに不均一になるという問題点がある。
【００１０】
この発明は、上記の問題を解決するものであり、均一な大きさの微細気泡を安定して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】
【００１１】
上記課題を解決するため、この発明は、流体側に生成された気泡が、流体を相対移動させることで、分離されることに着目した。
具体的に、この発明の一の形態は、ノズルを用いて液体中に微細気泡を発生させるマイクロバブル発生装置であって、前記ノズルは、該ノズルの表裏面の一方に開口を有する多数の第１微細孔と、前記表裏面の他方に開口を有する多数の第２微細孔とを有し、前記各第１微細孔を前記第２微細孔に連通させ、前記表裏面の一方に気体を加え、前記表裏面の他方に沿って液体を相対移動させることにより、前記他方の面に生成した気泡を前記相対移動させた前記液体で分離することで、前記液体中に微細気泡を発生させることを特徴とするマイクロバブル発生装置である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によると、均一な大きさの微細気泡を効率よく発生させることが可能となる。
【００１３】
この発明の一の形態によると、第１微細孔から第２微細孔に一定圧の気体を通し、第２微細孔に生成した気泡を相対移動させた流体で分離することで、均一な微細気泡を安定して発生させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の一実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成図である。
【図２】水槽及びノズルユニットの一部を破断して示す断面図である。
【図３Ａ】ノズルユニットの断面図である。
【図３Ｂ】ノズルユニットの部分拡大断面図である。
【図４】ノズルの表裏面に配置された微細孔を示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】本実施形態の変形例を示し、ノズルの表裏面に配置された微細孔を示す平面図である。
【図７】ノズルの部分拡大断面図であって、第２微細孔に生成された気泡及び分離された微細気泡を示す図である。
【図８】本実施形態の変形例を示すマイクロバブル発生装置の主要構成図である。
【図９】微細気泡の粒子径とその発生頻度との関係を表示した図である。
【図１０】微細気泡の粒子径を横軸に、各粒子径を有する微細気泡の発生頻度を縦軸に示したヒストグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（構成）
この発明の一実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成について図１及び図２を参照して説明する。図１はマイクロバブル発生装置の構成図、図２は水槽及びノズルユニットの一部を破断して示す断面図である。なお、この実施形態においては、液体には水が用いられ、また、気体には空気が用いられている。
【００１６】
マイクロバブル発生装置は、空圧レギュレータ１、ノズルユニット２、水槽３、ポンプ４、貯蔵タンク５、三方弁６、レギュレータ７、及び、水槽３内の圧力を計測するための圧力計８を有している。ノズルユニット２は、水槽３の中心部に内装されるように設けられている。
【００１７】
ポンプ４を作動させるための空気をレギュレータ７及び三方弁６を介してポンプ４に送る。それにより、貯蔵タンク５内の水（液体）をポンプ４に引き込み、ポンプ４から水槽３の下部に供給し、水槽３を満たす。さらに、水槽３内の水を、水槽３の上部から排出し、貯蔵タンク５に戻す。以上の経路により、水を循環させる。また、特に、水槽３内では、水をノズルユニット２の表面に沿わせながら（ノズルユニット２を巡回させながら）、水槽３の下部から上部に移動させる。圧力計８が計測した水槽３内の水圧の計測結果を基に、レギュレータ７がポンプ４に送る作動用空気の圧力を０．１〜０．３［Ｍｐａ］の範囲で調整することにより、ポンプ４から水槽３への水の供給量を０〜１０［Ｌ／ｍ］の範囲で調節可能に構成されている。
【００１８】
外気としての空気（気体）を、空圧レギュレータ１を介してノズルユニット２に取り込み、ノズルユニット２内の空気を一定圧に保持する。空圧レギュレータ１により、ノズルユニット２内の圧力を０．００３〜０．１［Ｍｐａ］の範囲で調整する。
【００１９】
（ノズルユニット）
次に、ノズルユニット２及び水槽３について図２〜図６を参照して説明する。図２は水槽及びノズルユニットの一部を破断して示す断面図、図３Ａは、ノズルユニットの断面図、図３Ｂは、ノズルユニットの部分拡大断面図、図４はノズルの表裏面に配置された微細孔を示す平面図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図、図６は、本実施形態の変形例を示し、ノズルの表裏面に配置された微細孔を示す平面図である。
【００２０】
先ず、水槽３について説明する。水槽３は、円筒形状に形成された外筒３１と、外筒３１の上下開口を塞ぐための水槽フランジ３２、３３とを有している。外筒３１の下部には、供給口部材３４が設けられ、外筒３１の上部には、排出口部材３５が設けられている。また、水槽フランジ３２には、嵌め込み口３６が設けられている。水をポンプから供給口部材３４を通って水槽３内に供給し、水槽３内の上部まで溜める。さらに、水を水槽３内に供給した場合に、水槽３の上部の排出口部材３５から水槽３外に排出される。したがって、水を常時、水槽３内の上部まで溜めておくことが可能となる。
【００２１】
次に、ノズルユニット２について説明する。外筒３１の筒軸に沿ってノズルユニット２が配置されている。ノズルユニット２は、内筒であるノズル２０と、ノズル２０の上下口を塞ぐためのノズル固定フランジ２６、２７と、取入口部材２８と、排出口部材２９とを有している。空気漏れまた水漏れしないように、上側のノズル固定フランジ２６と嵌め込み口３６との間の隙間にシーリング（図示省略）が施され、及び、排出口部材２９とその嵌め込み口との間の隙間にシーリング（図示省略）が施されている。
【００２２】
上側のノズル固定フランジ２６には、空圧レギュレータ１から空気をノズル２０内に取り入れるための取入口部材２８が一体的に成形され、下側のノズル固定フランジ２７には、ノズル２０内の空気をレギュレータ７へ排出するための排出口部材２９が一体的に成形されている。排出口部材２９には、微細気泡を発生させる場合に閉じられ、ノズル２０内の空気、水を排出する場合に開かれる弁（図示省略）が接続されている。
【００２３】
ノズル２０は、第１層２１、第２層２２、及び、第３層２３を有するシート状に形成される。各層２１〜２３を隙間なく重ね合わせ、さらに、円筒形状に丸めて、端部２０Ａ、２０Ｂ同士を電気溶接する。丸めた状態のノズル２０を図３Ａに示す。端部２０Ａ、２０Ｂ同士に設けられた溶接部ＷＤを図３Ｂに示す。
【００２４】
各層を重ね合わせたノズル２０丸めるとき、ノズル固定フランジ２６、２７を巻き込むようにする。丸めたノズル２０と、そのノズル２０に巻き込まれたノズル固定フランジ２６、２７とを互いに溶接して、一体化させる。
【００２５】
第１層２１は、ノズル２０の表裏面の一方を構成し、第２層２２は、ノズル２０の表裏面の他方を構成し、第３層２３は、第１層２１と第２層２２との間の層を構成する。なお、第１層２１、第２層２２、及び、第３層２３の各層を、それぞれ一つの層により構成したものを示したが、これに限らず、２以上の層で構成しても良い。例えば、第３層２３の厚みが、第１層２１や第２層２２の各厚さに対し、２倍以上である場合には、第３層２３を２以上の層で構成しても良い。
【００２６】
第１層２１には、多数の第１微細孔２１１が設けられている。第２層２２には、前記各第１微細孔２１１に対応して多数の第２微細孔２２１が設けられている。第３層２３には、第１微細孔２１１とその第１微細孔２１１に対応して設けられた第２微細孔２２１とを連通する通路が形成され、通路の中間には径が広がった拡開部である袋穴部２３１が設けられている。
【００２７】
各層２１〜２３の材料、及び、製法等については、所定形状の微細孔２１１〜２３１が形成可能であれば、特に限定するものではないが、例えば、各層２１〜２３の製法としては、ニッケル合金を材料とした電鋳により製造される。製造された各層２１〜２３は、０．１２［ｍｍ］〜０．１５［ｍｍ］の板厚を有している。
【００２８】
次に、第１微細孔２１１、第２微細孔２２１、及び、袋穴部２３１について詳細に説明する。以下の説明において、第１微細孔２１１又は第２微細孔２２１の両者を区別しないで示す場合は、単に「微細孔」という。
【００２９】
微細孔２１１の口径、２２１の口径、袋穴部２３１の内径の相対的な関係については、特に限定するものではなく、相互に異なっていても良いし、次の関係を有していても良い。
【００３０】
微細孔２１１、２２１の口径をα１、袋穴部２３１の内径をα２とすると、α１＜α２≦２×α１の関係を満たしていることが好ましく。さらに、２×α１＝α２の関係を満たしていることが好ましい。２×α１＝α２の関係を持つ微細孔２１１、２２１と袋穴部２３１とを図４に示す。
【００３１】
また、微細孔２１１、２２１は同一の正方形の外形形状を有し、袋穴部２３１の外形形状は、微細孔２１１、２２１の外形形状と相似であり、第１微細孔２１１、第２微細孔２２１、及び、袋穴部２３１の各辺同士は対応していることが好ましい。また、第１微細孔２１１及び第２微細孔２２１、及び、袋穴部２３１の各壁面は、表面粗さＲａ＝１５０［μｍ］を有している。
【００３２】
さらに、微細孔２１１、２２１の口径α１は、３［μｍ］≦α１≦２０［μｍ］の関係を満たすことが好ましい。３［μｍ］≦α１≦２０［μｍ］とした場合、上記２×α１＝α２の関係から、袋穴部２３１の内径α２は、６［μｍ］≦α２≦４０［μｍ］の関係を満たすこととなる。
【００３３】
さらに、隣り合う第２微細孔２２１のピッチについて説明する。隣り合う第２微細孔２２１のピッチをＰとすると、Ｐ＝３×α１の関係を満たすことが好ましい。前記Ｐ＝３×α１の関係から、第２微細孔２２１の口径α１を、例えば、３［μｍ］、５［μｍ］、１０［μｍ］、２０［μｍ］と大きくすると、それに応じて、ピッチＰが、９［μｍ］、１５［μｍ］、３０［μｍ］、６０［μｍ］と長くなる。微細孔２１１、２２１の口径α１、袋穴部２３１の内径α２、及び、ピッチＰの関係を図４に示す。
【００３４】
次に、各層２１〜２３の板厚について説明する。ノズル２０の板厚方向の高さをＨとすると、７２［μｍ］≦Ｈ≦２２０［μｍ］の関係を満たすことが好ましい。１２０［μｍ］≦Ｈ≦１５０［μｍ］の関係を満たすことがさらに好ましい。また、微細孔２１１、２２１の板厚方向の高さをＨ１、袋穴部２３１の板厚方向の高さをＨ２とすると、２×Ｈ１＝Ｈ２の関係を満たすことが好ましい。ノズル２０の板厚方向の高さをＨ、微細孔２１１、２２１の板厚方向の高さをＨ１、及び、袋穴部２３１の板厚方向の高さをＨ２として、各高さ関係を図５に示す。以上に挙げた口径α１、板厚方向の高さＨ１の微細孔２１１、２２１、及び、内径α２、板厚方向の高さＨ２の袋穴部２３１を形成すれば、均一な大きさの微細気泡を安定的に発生させることが可能となる。
【００３５】
なお、微細孔２１１、２２１、及び、袋穴部２３１の外形形状は、三角形であっても良く、五角形以上の多角形であっても良い。また、菱形であっても良い。菱形の微細孔２１１、２２１、及び、袋穴部２３１を図６に示す。菱形の微細孔２１１、２２１の場合において、長い方の対角線の長さを微細孔２１１、２２１の口径α１、短い方の対角線の長さを微細孔２１１、２２１の口径β１とし、菱形の袋穴部２３１の場合において、長い方の対角線の長さを袋穴部２３１の内径α２、短い方の対角線の長さを袋穴部２３１の内径β２とすると、内径α２、β２、隣り合う微細孔２１１、２２１の間のピッチＰ、Ｐ１の関係は、Ｐ＝３×α１、Ｐ１＝３×β１となる。微細孔２１１、２２１の口径α１、β１、袋穴部２３１の内径α２、β２、ピッチＰ、Ｐ１を図６に示す。
【００３６】
次に、微細孔２１１、２２１及び袋穴部２３１の形状と、発生する微細気泡との関係について説明する。
【００３７】
先に、水槽３内の液体中に発生させる微細気泡の気泡直径の大きさは、微細孔２１１、２２１の形状、空気が微細孔２１１、２２１に接するときの界面張力、空気が水に接するときの界面張力、空気に対して微細孔２１１、２２１が濡れやすいか濡れにくいかという性質（濡れ性）、ノズル２０内の圧力などに起因する。例えば、空気が微細孔２１１、２２１に接するときの界面張力が大きいと、気泡が微細孔２１１、２２１に付着して、長時間剥離せず、そのため、水槽３内の液体中に発生させる微細気泡の気泡直径が大きくなる。なるべく小さな気泡直径の微細気泡を発生させるには、例えば、空気が微細孔２１１、２２１と接する接触面積を少なくすれば良い。空気と微細孔２１１、２２１との接触面積を少なくする観点から、第１微細孔２１１、第２微細孔２２１、及び、袋穴部２３１の外形形状は、例えば、三角形であることが望ましい。
【００３８】
また、数多くの微細気泡を発生させるためには、ノズル２０の有効領域に多数の微細孔２１１、２２１が形成されば良い。微細孔２１１、２２１から発生させる微細気泡の気泡直径を同じ大きさとすれば、微細孔２１１、２２１の外形形状が三角形〜多角形〜円形状（角数が無限の角形）になるに応じて、有効領域内の微細孔２１１、２２１の孔数が多くなる。数多くの微細気泡を発生させる観点から、円形状に近い多角形であることが望ましい。
【００３９】
以上の２つの観点を踏まえた結果、なるべく小さな気泡直径の微細気泡を多数発生させるための微細孔２１１、２２１の外形形状の一例としては、上記する正方形（四角形）が挙げられるが、これに限らず、微細孔２１１、２２１の外形形状は、発生すべき微細気泡の気泡直径の大きさや、発生する微細気泡の数などの利用態様によって決められる。例えば、三角形、五角以上の多角形であっても良く、微細孔２１１、２２１を星形の異形形状にしても良い。
【００４０】
（マイクロバブルの発生）
次に、本マイクロバブルの発生装置を用いて、微細気泡を発生させる一連の動作について図１、図２及び図７を参照して説明する。図７は、ノズル２０の部分拡大断面図であって、第２微細孔２２１に生成された気泡Ｂ’及び分離された微細気泡Ｂを示す図である。図７において、ノズル２０の上方が水槽３内の水（液体）Ｗ、ノズル２０の下方がノズル２０内部に供給された空気（気体）Ｇを示す。
【００４１】
先ず、水を水槽３内に供給する。ポンプ４から水槽３の下部（供給口部材３４）を通って水槽３内に供給された水は、ノズル２０の周囲を回りながら（第２層２２の表面に沿って周方向に移動しながら）、水槽３内に溜められ、水槽３の上部（排出口部材３５）から貯蔵タンクへ排出される。したがって、水は、第２層２２の表面に沿って周方向に移動しながら、水槽３の下部から上部に移動する。水が第２層２２の表面に沿って移動する周方向Ｃを図２及び図７に示す。また、水槽３の下部から水槽３内に供給される水の移動方向Ｃ１、及び、水槽３の上部から排出される水の移動方向Ｃ２を図２に示す。
【００４２】
供給口部材３４、及び、排出口部材３５は、水を第２層２２の表面に沿って周方向Ｃに移動させるような位置に配置される。例えば、供給口部材３４、及び、排出口部材３５は、その口先を水槽３の内周面に沿った方向（ノズル２０から反らせた方向）に向けて配置される。また、ノズル２０に空気を供給する。空圧レギュレータ１により、ノズル２０内を大気圧より低めの所定の圧力（負圧）に保つ。
【００４３】
ノズル２０内の圧力により、空気が第１微細孔２１１から袋穴部２３１に入る。空気の通路としての袋穴部２３１が第１微細孔２１１より広いため、空気を予め定められた圧力に安定させることができる。ノズル２０内の圧力、及び、第２微細孔２２１の出口の圧力の高低差により、空気が袋穴部２３１から第２微細孔２２１の入口に導かれ、第２微細孔２２１の出口に気泡となって付着する。第２微細孔２２１の出口に２１に付着した気泡Ｂ’を図７に示す。このように、気泡Ｂ’が付着するのは、気泡Ｂ’が第２微細孔２２１の出口に接するときの界面張力を主とする、気泡Ｂ’に対して、図７において下方向（ノズル２０内部の方向）に働く力に拠っている。
【００４４】
第２微細孔２２１の出口に現れた気泡Ｂ’は、上記したように、第２層２２の表面に沿って周方向に移動する水により、第２微細孔５２の出口からの分離（剪断）を促され、微細気泡Ｂとなる。このようにして微細気泡Ｂが水Ｗの中に発生する。
【００４５】
本実施形態では、袋穴部２３１が緩衝領域となり、緩衝領域を経ることで、安定した圧力が第２微細孔２２１に送られるため、生成された気泡Ｂ’の大きさ（水槽３側へ膨らむ高さ）が均一となり、その気泡Ｂ’を分離させた微細気泡Ｂの直径も均一となる。水槽３側へ膨らむ高さｈ３を図７に示す。比較例として、空気の通路の途中に袋穴部２３１を設けないストレートの微細孔の場合、ノズル２０内の空気が、緩衝領域を経ることなく直接に微細孔に送られるため、生成された気泡Ｂ’の大きさが均一にならず、その気泡Ｂ’を分離させた微細気泡Ｂの直径も不均一となる。
【００４６】
また、正方形の外形形状を有する第２微細孔２２１の四隅に接触していない気泡Ｂ’を図４に示す。第２微細孔２２１の四隅から絶えず空気が抜けていくため、第２微細孔２２１に必要量の空気が安定して送られ、各微細孔において、気泡Ｂ’が確実に生成されるため、生成された気泡Ｂ’の大きさ（高さｈ３）が均一となり、その気泡Ｂ’を分離させた微細気泡Ｂの直径も均一となる。なお、第２微細孔２２１の外形形状としては、前記正方形に限らず、丸穴形状以外の多角形の異形状であれば良い。比較例として、丸穴形状を有する微細孔では、気泡Ｂ’との間に隙間が生じないため、微細孔に必要量の空気が安定して送られず、各微細孔において、気泡Ｂ’が生成されたり、生成されなかったりするため、微細孔に必要量の空気を送るときの安定性が低下していき、気泡Ｂ’の大きさが均一にならず、そのＢ’を分離させた微細気泡Ｂの直径も不均一となる。
【００４７】
さらに、発生させる微細気泡Ｂの直径及びその発生数については、以下のことが考察される。ノズル２０内の空気圧を低下させた場合、微細気泡Ｂの直径は小さくなる傾向にある。また、水槽３内への水の供給量を多くして、水の流速を高くした場合、微細気泡Ｂの発生数は多くなる傾向にある。
【００４８】
上記実施形態では、気体として空気、液体として水を例に挙げたが、本発明は、これらに限らない。例えば、気体としてはオゾンであっても良く、液体としては溶剤であっても良い。
【００４９】
また、前記実施形態において、水槽３にノズル２０を内装し、ノズル２０の内部に空気を供給したマイクロバブル発生装置を示した（図１及び図２参照）。これに限らない。例えば、気体槽にノズル２０を内装し、ノズル２０の内部に液体を供給するように、液体槽と気体槽とが前記実施形態に対し逆の態様であっても良い。この逆の態様を変形例として、図８に示す。図８は、変形例に係るマイクロバブル発生装置の主要構成図である。変形例に係るマイクロバブル発生装置では、ノズル２０の内部の液体中に微細気泡が発生する。なお、変形例であっても、微細孔２１１、２２１、及び、袋穴部２３１の形状や隣接間ピッチＰ等のノズル２０の基本的な構成は、前記実施形態と同様である。
【００５０】
また、前記実施形態では、ノズル２０に対して、水槽３内の水を移動させ、第２層２２の表面に沿って水を相対移動させることで、第２微細孔２２１に生じた気泡Ｂ’を分離するようにしたが、水槽３内の水に対して、ノズル２０を筒軸中心に回転させて、第２層２２の表面に沿って水を相対移動させるようにしても良い。
【００５１】
さらに、実施形態では、円筒形のノズル２０を示したが、平板形状のノズル２０であっても良い。この場合、例えば、平板形状のノズル２０の上を液体槽、ノズルの下を気体槽とし、液体槽に液体を供給し、液体をノズル２０の表面に沿って移動させ、気体槽に供給した気体を、液体中に微細気泡として発生させる。
【実施例】
【００５２】
次に、この発明の実施例について図９及び図１０を参照して説明する。図９は、微細気泡の粒子径とその発生頻度との関係を表示した図、図１０は、微細気泡の粒子径を横軸に、各粒子径を有する微細気泡の発生頻度を縦軸に示したヒストグラムである。
【００５３】
なお、実施例においては、ノズル２０は、正方形で、口径α１＝１８［μｍ］の微細孔２１１、２２１、及び、正方形で、内径α２＝３６［μｍ］の袋穴部２３１を有するものを用いた。また、ノズル２０内の空気圧を０．０２〜０．０３［Ｍｐａ］、ポンプ４に供給される空気の圧力をレギュレータ７により０．１〜０．２５［Ｍｐａ］に調整し、水の供給量を毎分５〜７［リットル］、水温を１７〜１８［°Ｃ］に維持した。
【００５４】
以上の条件の下で、水槽３内の水１０［ミリリットル］を採取し、発生する微細気泡の粒子径、頻度を測定した。微細気泡の気泡直径を測定する方法として、堀場製作所製の動的光散乱粒径分布測定装置を用いた。測定結果を図９に体積換算粒子径分布として示す。また、測定結果を基に作成したヒストグラムを図１０に示す。なお、図１０に示すヒストグラムにおいて、発生させた微細気泡の気泡直径の範囲が狭いほど均一な大きさの微細気泡を得られたこととなる。
【００５５】
（評価）
次に、実施例に係るノズル２０を用いて、発生させた微細気泡の大きさにを評価する。
実施例において、発生させた微細気泡の気泡直径の範囲は、０．１５［μｍ］〜１．３１８［μｍ］であった。すなわち、図９中の積算（％）が０．１２９のとき、気泡直径０．１５［μｍ］の微細気泡が始めて発生し、図９中の積算（％）が１００のとき、気泡直径１．３１８［μｍ］の微細気泡が発生し、それ以上の直径の微細気泡は発生しなかった。すなわち、本実施例では、気泡直径５０μｍ以下のマイクロバブルやナノバブルと呼ばれる微細気泡が発生した。また、図９中の積算（％）が５１．７５６のとき、最高の発生頻度（％）１６．０５１で、気泡直径０．４４５［μｍ］の微細気泡が発生した。
【００５６】
実施例では、気泡直径０．４４５［μｍ］の微細気泡を中心にして、気泡直径の範囲が０．１５［μｍ］〜１．３１８［μｍ］までの均一な大きさの微細気泡を安定的に発生させることができた。
【符号の説明】
【００５７】
Ｇ  空気（気体）
Ｂ  微細気泡
Ｂ’  気泡
Ｃ  周方向（水の流れ方向）
Ｗ  水（液体）
ＷＤ  溶接部
１  空圧レギュレータ
２  ノズルユニット
２０  ノズル
２１  第１層
２２  第２層
２３  第３層
２１１  第１微細孔
２２１  第２微細孔
２３１  袋穴部
２６  ノズル固定フランジ
２７  ノズル固定フランジ
２８  取入口部材
２９  排出口部材
３  水槽
３１  外筒
３２  水槽フランジ
３３  水槽フランジ
３４  供給口部材
３５  排出口部材
３６  嵌め込み口
４  ポンプ
５  貯蔵タンク
６  三方弁
７  レギュレータ
８  圧力計
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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