(57)【要約】      （修正有）【課題】振動子から振動板を介して気体放出ヘッドに振動を伝達するにあたり、効率よく振動を伝達する、ナノサイズバブル発生器の提供。【解決手段】本発明のナノサイズバブル発生器は、液体を貯留する貯留槽１と、貯留槽１に貯留された液体内に浸漬される、微細孔を有する気体放出ヘッド２と、気体放出ヘッド２に気体を供給する気体供給手段３と、液体内に気体を放出している気体放出ヘッド２に振動を連続的に印加する振動手段４とを備えている。振動手段４は、振動を発生する振動子４１と、振動子４１の振動を気体放出ヘッド２に伝達する振動板４２と有し、本発明では、振動板４２が、気体放出ヘッド２の上方に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体内にナノサイズバブルを発生可能なナノサイズバブル発生器であって、
液体を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽に貯留された液体内に浸漬される、微細孔を有する気体放出ヘッドと、
前記気体放出ヘッドに気体を供給する気体供給手段と、
液体内に気体を放出している前記気体放出ヘッドに振動を連続的に印加する振動手段と
を備え、
前記振動手段は、振動を発生する振動子と、前記振動子の振動を前記気体放出ヘッドに伝達する振動板と有し、
前記振動板が、前記気体放出ヘッドの上方に設けられることを特徴とするナノサイズバブル発生器。
【請求項２】
前記振動板は、前記貯留槽を密閉する蓋からなる請求項１に記載のナノサイズバブル発生器。
【請求項３】
前記振動板は、前記振動子に固定されて前記振動子に共振する共振部と、前記振動子に共振しないよう構成される非共振部とを有し、
前記非共振部は、前記共振部との境界に設けられる前記共振部より剛性の高い高剛性部により拘束されるか、又は、
前記非共振部は、それ自体が前記共振部より高剛性である請求項１、又は請求項２に記載のナノサイズバブル発生器。
【請求項４】
液体内にナノサイズバブルを発生させるナノサイズバブル発生方法であって、
貯留槽の液体内に浸漬した微細孔を有する気体放出ヘッドに、連続的に振動を印加しながら、前記気体放出ヘッドから気体を液体内に放出する気体放出工程を備え、
前記気体放出工程は、振動子により前記気体放出ヘッドの上方に設けた振動板を介して前記気体放出ヘッドに振動を印加することを特徴とするナノサイズバブル発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体内に気体を導入して保持する技術に関し、特に、液体内に浸漬した微細孔を有する気体放出ヘッドを、液体に対し相対的に振動させながら、当該気体放出ヘッドから気体を放出してナノサイズバブルを生成するナノサイズバブル発生器、及びナノサイズバブル発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体中の微小気泡について、直径が１μｍ以上１ｍｍ未満のものを「マイクロサイズバブル」といい、直径が１ｎｍ以上１μｍ未満のものを「ナノサイズバブル」というものと定義して説明すると、マイクロサイズバブルは、液体中を上昇しながら水中に溶解し、水面に到達する前に消滅するか、あるいは、水面に到達した後、破裂して消滅することが知られている。
これに対し、ナノサイズバブルは、浮力が極めて小さいため、ブラウン運動により揺動して浮上せず、水中に長期間残存することが知られており、液体中にナノサイズバブルを多量に安定した状態で生成できれば溶解度を越えて液体中に気体を保持できることから、その生成法が各種提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１では、液体中に生成したマイクロサイズバブルに物理的刺激を加えることにより、マイクロサイズバブルを急激に収縮させてナノサイズバブルを発生させ、液体中に電解質イオンを添加することでナノサイズバブルを安定化させる方法が開示されている。
【０００４】
ところが、特許文献２の記載によれば、特許文献１に係る製造方法はマイクロサイズバブルを急激に縮小させた際に起こる圧壊により、急激な温度上昇と衝撃波が発生することで、液体中に一旦溶解した気体が気液面から自然放出されるため、液体内における気体の溶存量を増大させることが難しく、しかも、マイクロサイズバブルの圧壊時に発生する衝撃波は連続的に増大するため、その増幅された衝撃波によってナノサイズバブル自体が圧潰してしまい、生成されたナノサイズバブルの保持が難しいという問題が有る。
【０００５】
そこで、特許文献２では、液体内に浸漬した微細孔を有する気体放出ヘッドに振動を連続的に印加しながら、気体放出ヘッドから気体を液体内に放出することで、マイクロサイズバブルを圧壊させることなくナノサイズバブルを液体中に導入して保持する気体導入保持方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１４４６６９号公報
【特許文献２】特許第６０３９１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２の気体導入保持方法では、振動子の振動を気体放出ヘッドに伝える振動板が貯留槽の底に設けられているため、振動板に水圧がかかってその振動が妨げられ、効率よく気体放出ヘッドに振動を伝えられないという問題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、振動子の振動を効率よく気体放出ヘッドに伝達可能なナノサイズバブル発生器、及びナノサイズバブル発生方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた発明は、液体内にナノサイズバブルを発生可能なナノサイズバブル発生器であって、液体を貯留する貯留槽と、前記貯留槽に貯留された液体内に浸漬される、微細孔を有する気体放出ヘッドと、前記気体放出ヘッドに気体を供給する気体供給手段と、液体内に気体を放出している前記気体放出ヘッドに振動を連続的に印加する振動手段とを備え、前記振動手段は、振動を発生する振動子と、前記振動子の振動を前記気体放出ヘッドに伝達する振動板と有し、前記振動板が、前記気体放出ヘッドの上方に設けられることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るナノサイズバブル発生器は、このように、振動板が液体に浸漬される気体放出ヘッドの上方に設けられているため、振動板が気体放出ヘッドの下方に設けられている場合に比べて、貯留槽に貯留された液体から受ける圧力が小さく、振動を妨げられることを抑制できるため、振動子の振動を効率よく気体放出ヘッドに伝達できる。
【００１０】
前記振動板は、前記貯留槽を密閉する蓋からなることが好ましい。このように、振動板が貯留槽を密閉する蓋を兼ねることによりナノサイズバブル発生器の構造を簡素化できる。
【００１１】
前記振動板は、前記振動子に固定されて前記振動子に共振する共振部と、前記振動子に共振しないよう構成される非共振部とを有し、前記非共振部は、前記共振部との境界に設けられる前記共振部より剛性の高い高剛性部により拘束されるか、又は、前記非共振部は、それ自体が前記共振部より高剛性であることが好ましい。
このように、振動板に共振部と非共振部を設けることで、共振部の大きさを、気体放出ヘッドに共振するのに最適の大きさにしながら、振動板全体の大きさを、例えば、振動板に貯留槽の蓋を兼ねさせる等の目的に合わせて、自由に決定できる。
【００１２】
本発明は、液体内にナノサイズバブルを発生させるナノサイズバブル発生方法であって、貯留槽の液体内に浸漬した微細孔を有する気体放出ヘッドに、連続的に振動を印加しながら、前記気体放出ヘッドから気体を液体内に放出する気体放出工程を備え、前記気体放出工程は、振動子により前記気体放出ヘッドの上方に設けた振動板を介して前記気体放出ヘッドに振動を印加することを特徴とするナノサイズバブル発生方法を含む。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明に係るナノサイズバブル発生器、及びナノサイズバブル発生方法によれば、振動子の振動を効率よく気体放出ヘッドに伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るナノサイズバブル発生器の要部を示す正面視断面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るナノサイズバブル発生器の要部断面図である。
【図４】図３におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るナノサイズバブル発生器の要部断面図である。
【図６】図５におけるＺ−Ｚ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、適宜図面を用いながら本発明の実施形態について詳述する。ただし、本発明は以下の実施形態に限られるものではない。
【００１６】
（第１実施形態）
図１、図２は、本発明の第１実施形態に係るナノサイズバブル発生器１００を示している。ナノサイズバブル発生器１００は、液体内に、ナノサイズバブルを発生させるための装置であり、図１に示すように、液体を貯留する貯留槽１と、貯留槽１に貯留された液体内に浸漬される、微細孔を有する気体放出ヘッド２と、気体放出ヘッド２に気体を供給する気体供給管（気体供給手段）３と、液体内に気体を放出している前記気体放出ヘッド２に振動を連続的に印加する振動手段４とを、主に備えている。
【００１７】
液体内に導入する気体としては、特に限定されず、空気、水素、オゾン、窒素等公知の気体を適宜に用いることができる。気体を導入する液体としても特に限定されず、水道水、純水の他、各種の液体を適宜に用いることができる。
【００１８】
貯留槽１は、塩化ビニル等の透明な板材を、図１、図２のように、略直方体の箱型に組み立てて形成され、長手方向の一端（図１の右端）となる側面１ａを貫通する液体流入口５と、長手方向の他端（図１の左端）となる側面１ｂを貫通する液体流出口６とを備えている。液体流入口５には、バルブ５２により開閉される給水管５１が連結し、液体流出口６には、バルブ６２により開閉される液体送出管６１が連結している。
【００１９】
気体放出ヘッド２は、図１に示すように、通気性の多孔質体により矩形の板状に形成されたヘッド本体２１と、ヘッド本体２１と板厚、長さを共通する樹脂製の長板からなるチャンバー２２とを備えている。ヘッド本体を構成する多孔質体としては特に限定されず、セラミックス、金属、樹脂、その他の各種の多孔質体を、液体や気体の種類、気体放出ヘッドの振動数等の条件により、適宜に採用できる。
ヘッド本体２１とチャンバー２２は、それぞれの上面と下面を密着させるようにして、一対のＬ字金具２４，２４により１枚の板状に連結されている。気体放出ヘッド２は、チャンバー２２の内部を長手方向に延びる水平孔２３ａと水平孔２３ａから下方に延び、チャンバー２２からヘッド本体２１まで達する複数の垂直孔２３ｂ，２３ｂ，…とからなる通気路２３が設けられ、通気路２３へ気体を供給すると、ヘッド本体２１の微細孔から気体が噴出するよう構成されている。
【００２０】
ヘッド本体２１は、各面（２１ａ〜２１ｅ、図１、図２参照）に、多数（例えば、１ｃｍ３あたり数千〜数十万個）の微細孔が分散配置されている。ヘッド本体２１の微細孔の穴径は、ナノサイズバブルを発生可能な穴径であれば特に限定されず、適宜の穴径を用いることができるが、２．５μｍ以下が好ましく、特に１μｍ以下が好ましい。
【００２１】
気体供給管（気体導入手段）３は、図１に示すように、気体放出ヘッド２における通気路２３の入り口からなる気体供給口３２へ連結されて通気路２３へ、ナノサイズバブルとして液体内に発生させる気体を供給する。
【００２２】
振動手段４は、図１に示すように、気体放出ヘッド２の長手方向に列設される一対のランジュバン型の振動子４１，４１と、振動子４１，４１の下面に固定される振動板４２とを備えている。振動子４１，４１は図外の発信装置により高周波電圧を印加されて振動する。
【００２３】
振動子４１が気体放出ヘッド２に印加する振動の周波数は、気体放出ヘッド２からナノサイズバブルを発生可能である限り特に限定されないが、３０００Ｈｚ以上が好ましく、３００００Ｈｚ以上がより好ましく、４００００Ｈｚ以上が特に好ましい。
【００２４】
また、振動子４１が気体放出ヘッド２へ印加する振動の振幅は、気体放出ヘッド２からナノサイズバブルを発生可能である限り特に限定されないが、１μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。
【００２５】
振動板４２は、図１、図２に示すように、矩形の金属板からなり、周縁がパッキン４３を介して貯留槽１の上部開口の周縁に螺子固定されて貯留槽１を密封しており、貯留槽１の蓋を兼ねている。
気体放出ヘッド２は、図２に示すように、振動板４２の下面にＬ字金具２４により固定されている。振動板４２は、縦横の長さ、及び一対の振動子４１，４１の距離を適宜に設定することで、振動子４１へ共振するように構成されている。
【００２６】
振動板４２と、貯留槽１に貯留された液体の液面の間には、貯留槽１に貯留した液体から放出された気体を貯留するために、空間（気体貯留室１４）を設けることができる。気体貯留室１４は、貯留した液体から放散した導入対象の気体を貯留して、気体貯留室１４内における当該気体の分圧を上昇させ、当該気体の液体中への再溶解を促し、液体からの放散を抑制する。
振動板４２には、気体貯留室１４から過大の圧力を逃がすために、安全弁７２を設けた気体放出管７１に連通する気体放出口７が設けられている。
【００２７】
次に、ナノサイズバブル発生器１００を用いて行う気体放出工程Ｓ１及び各部の作用効果について説明する。
気体放出工程Ｓ１は、貯留槽１の液体内に浸漬した気体放出ヘッド２に振動を連続的に印加しながら、気体放出ヘッド２から気体を液体内に放出するにあたり、振動子４１，４１により気体放出ヘッド２の上方に設けた振動板４２を介して気体放出ヘッド２に振動を印加する工程である。
以下、液体として水道水を用い、気体として空気を導入する例について、具体的に説明する。
【００２８】
ナノサイズバブル発生器１００を用いて、ナノサイズバブルを生成する際には、まず、バルブ５２を開いて、給水管５１を介して、液体流入口５から貯留槽１に水道水を供給する。
気体放出ヘッド２が十分に水道水に浸ったら、振動板４２と水面の間に空間（気体貯留室１４）を残すようにして、バルブ５２を閉塞する。
しかる後、不図示のガスポンプにより加圧した空気を、適宜に流量を調節しながら、給気管３を介して気体供給口３２へ供給する。
すると、気体放出ヘッド２の通気路２３からヘッド本体２１の微細孔へ空気が圧送されて、ヘッド本体２１の各面２１ａ〜２１ｅに開口する微細孔から空気が放出される。
【００２９】
この状態で、図外の発信装置により高周波電圧を供給して振動子４１,４１を振動させると、振動板４２が、振動子４１，４１に共振し、振動を増幅させて、Ｌ字金具２４，２４を介して、気体放出ヘッド２に伝達し、気体放出ヘッド２を略鉛直方向に振動させる。
本実施形態に係る振動板４２は、貯留槽１に貯留された液体の液面上に設けられるので、当該液体の液圧を受けることがなく、効率よく振動板の振動を気体放出ヘッド２に伝達できる。
【００３０】
ヘッド本体２１から放出された空気は、振動による水流で引きちぎられて微細化し、ナノサイズバブルとなって水中へ拡散する。この際、振動方向に垂直な面２１ａ〜２１ｄから発生する気体が、特に効果的に微細化される。
【００３１】
気体放出ヘッド２から放出された空気のうち、ナノサイズバブルとなるものや水中に溶存するもの以外は、水面から気体貯留室１４に放出されて貯留される。
気体貯留室１４の圧力が上昇し、これに伴い酸素や窒素の分圧も上昇する。これにより、気体貯留室１４に放出された酸素や窒素が水中に再溶解する。また水中に溶解している酸素や窒素が水面から放出されることを抑制できる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、図３、図４を用いて、本発明の第２実施形態に係るナノサイズバブル発生器２００について説明する。ただし、第２実施形態以降の実施形態において第１実施形態と共通する部材は、同一符号を用いて説明を省略する。
ナノサイズバブル発生器２００は、ナノサイズバブルを導入した液体を連続して取り出すことを目的としたもので、特別に構成された貯留槽２０１と、振動手段２０４とを備えている。
【００３３】
即ち、貯留槽２０１は、図３に示すように、長手方向（図３の左右方向）の液体流入口５側に、主貯留槽２１１が設けられ、長手方向の液体流出口６側に副貯留槽２１２が設けられて、主貯留槽２１１と副貯留槽２１２は、板状の越流壁２１３により仕切られている。越流壁２１３は幅方向（図４の左右方向）の両端、及び下端を貯留槽２０１の内壁に隙間なく密着させて、液体流入口５から流入した液体を主貯留槽２１１に貯留するとともに、上方の隙間２１３ａを介して、主貯留槽２１１から溢れた液体を副貯留槽２１２へ越流させるよう構成されている。
【００３４】
第２実施形態における振動手段２０４は、振動板２４２が、図３、図４に示すように、中央に設けられる矩形板状の共振部２４２ａと、共振部２４２ａの四方の端縁から上方へ垂設される角枠状の高剛性部２４２ｃと、高剛性部２４２ｃの上縁から水平かつ外方へ延出する略ロの字状（額縁状）をなす枠板状の非共振部２４２ｂとを備えており、一対の振動子４１，４１は、共振部２４２ａに固定されている。共振部２４２ａは、縦横の長さを適宜に設定することで、振動子４１，４１へ共振するよう構成され、非共振部２４２ｂは、高剛性部２４２ｃを角枠状に設けることで共振部より剛性を高くして、共振部２４２ａに共振しないよう設けられている。
このように、振動板２４２に共振部２４２ａと非共振部２４２ｂを設けることで、貯留槽２０１の上部開口を塞ぐ蓋を兼ねるための全体寸法と、振動子４１，４１の振動を効率よく気体放出ヘッド２へ伝達するのに必要な共振部２４２ａの寸法の両方を同時に確保することができる。
【００３５】
気体放出ヘッド２は、図３に示すように、共振部２４２ａの下面にＬ字金具２４，２４により固定され、Ｌ字金具２４，２４を介し、共振部２４２ａの振動を受けて振動する。
【００３６】
尚、振動板２４２は、非共振部２４２ｂをパッキン４３を介して貯留槽２０１の上部開口の周縁に螺子固定され、貯留槽２０１を密封している。貯留槽２０１に液体を貯留すると、その液面と、振動板２４２の間に気体貯留室２１４が設けられる。また、主貯留槽２１１の液体は、通気口７を開放して、底壁１ｃに設けたドレン９より排出する。
【００３７】
（第３実施形態）
図５、図６は、本発明の第３実施形態に係るナノサイズバブル発生器３００を示している。本実施形態に係る振動手段３０４における振動板３４２は、矩形の板状をなし、中央に肉薄に設けられた平面視矩形の共振部３４２ａを有し、周縁部に共振部３４２ａより肉厚に設けられることで、共振部３４２ａより剛性を高くした平面視略ロの字状（額縁状）の非共振部３４２ｂとを備えている。共振部３４２ａの上面に振動子４１，４１が固定され、下面にＬ字金具２４，２４を回して、気体放出ヘッド２が固定される。
【００３８】
以上、本発明のナノサイズバブル発生器は、上記の実施形態に限らず、例えば、振動板は、貯留槽の蓋を兼ねなくてもよい。振動板は、非共振部を備えなくともよいし、高剛性部を備えなくともよい。共振部を、第２実施形態とは逆に、非共振部より上側に突出した箱体の天面により構成してもよい。また、非共振部は、上下の一面、又は両面に別の板材を貼着することで共振部より肉厚としてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
ナノサイズバブル発生器１００,２００，３００
貯留槽１、２０１
気体放出ヘッド２
気体供給手段３
振動手段４，２０４，３０４
振動子４１
振動板４２，２４２，３４２
共振部２４２ａ，３４２ａ
非共振２４２ｂ，３４２ｂ
高剛性部２４２ｃ
【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】
2019181336.tif 000007
【図６】
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