(57)【要約】【課題】粒径がマイクロメートルオーダーの気泡を効率的に発生させることを可能とする微細気泡発生器を提供する。【解決手段】円筒形の第一の円筒状密閉容器と、気液混合流体の旋回可能な空間を有する円筒形第二の円筒状開放容器と、第一の円筒状密閉容器の内側面の接線方向に沿って気液混合流体を導入する導入口９と、エジェクター導入口６を備えた気液導入口９と、第一の円筒状密閉容器のエジェクター導入口６が配設された面と直交する底面壁３と、その壁面と対向し、導入口９の近くに位置する天井壁５と、円筒形第二の円筒状開放容器の中心軸線に位置し、天井壁５を貫通した気液吐出口１５を備えた第二の円筒状開放容器により構成され、気液混合流体に旋回力を加え、剪断力により気泡を微細化する微細気泡発生器１。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向側面に導入口を備えた略円筒状の第一の円筒状密閉容器と、当該第一の円筒状密閉容器よりやや小さく、かつその内側に断面形状が同心円状となるように収容され、軸心方向の両端が開放された第二の円筒状開放容器とを備え、前記導入口から流入した流体が、前記第一の円筒状密閉容器の内壁と第二の円筒状開放容器の外壁によって区画された空間に沿って旋回しながら流入する気液発生装置において、前記第二の円筒状開放容器の軸心方向の一端は、第一の円筒状密閉容器の天井壁を貫通し、他端は第一の円筒状密閉容器内側の底面壁近傍まで延在して対向配置されている、ことを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
導入口は、第一の円筒状密閉容器の外周壁の一部を貫通して設けられ、かつ軸方向天井壁寄りに設けられていることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
導入口は、流体流入口を備えた流入部とその外周方向から空気を導入する開口部を備え、気液混合した流体を第一の円筒状密閉容器内に導入させるエジェクター導入口であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の微細気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、微細な気泡を溶解させた流体を用いて様々な産業用或いは一般家庭用で利用される装置であって、特に植物などの成長を促進するための微細な気液混合水を発生させるための微細気泡発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、微細気泡（マイクロバブル）を含んだ気液混合流体は、液中に様々な気体を溶解して微細気泡を生成させた流体とし、液中に供給できる技術として、閉鎖性水域の貧酸素水塊の解消、排水処理における微生物の活性化手段、水耕栽培等における植物の成長促進、物質表面の汚れ物質の除去、様々な産業や一般家庭において用いられている。【０００３】  例えば、特許第３６８２２８６号公報では、特許文献１に記載の発明の如く、微細気泡発生装置に気液混合液を導入する方式は、大量の気体を導入でき、気液の混合比率もあらかじめ所定値に制御できるため、大規模な水環境への適用を想定した場合には利点を有する。しかし、この方式は、気液の混合比率を制御するための別途の装置を必要とするため、附帯設備も含めた装置全体の小型化は困難であり、たとえば装置を手持ちで植物に散水するなど、小規模な水環境への適用は難しいという問題がある。【０００４】  特開２００８−２７２７１９号記載の技術では、気液旋回室内に導入された気液混合流体を軸線方向に広がらないように複数の環状溝を有し、気液混合流体導入口が配設された面と直交する気液混合流体導入口が設けられていない壁面に対し、気液混合流体の旋回流を生じさせるとされている。また、その壁面で反転し、吐出口が設けられている反対の壁面に向かって、旋回速度を高め、吐出口へ吐出されるとされている。【０００５】  また、特開２０１１−０８８０７９号記載の技術は、微細気泡発生装置に外部より気液をポンプを使用し圧送する構造であるため、市水での使用は不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３６８２２８６号公報
【特許文献２】特開２００８−２７２７１９
【特許文献３】特開２０１１−０８８０７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  上述の旋回式微細気泡発生装置は、いずれも高速回転により中心渦部に負圧を発生させる為に、多量の気体の流入は難しい構成となり、又、外部で気液を作り圧送する為に装置が大型化してしまうという問題はさけられなかった。【０００８】  本発明は、上述の背景技術に鑑みてなされたものであり、気液の発生をエジェクター部とし、細かな気泡の微細化は、第一．二の円筒状容器とする微細気泡発生器などを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  この発明によれば、上述の目的を達成するために、特許請求の範囲に記載のとおりの構成を採用している。以下、この発明を詳細に説明する。【００１０】  本発明の第１の課題解決手段は
周方向側面に導入口を備えた略円筒状の第一の密閉容器と、当該第一の密閉容器よりやや小さく、かつその内側に断面形状が同心円状となるように収容され、軸心方向の両端が開放された第二の円筒状開放容器とを備え、前記導入口から流入した流体が、前記第一の円筒状密閉容器の内壁と第二の円筒状開放容器の外壁によって区画された空間に沿って旋回しながら流入する気液発生装置において、前記第二の円筒状開放容器の軸心方向の一端は、第一の円筒状密閉容器の天井壁を貫通し、他端は第一の円筒状密閉容器内側の底面壁近傍まで延在して対向配置されている、ことを特徴とする微細気泡発生装置である。【００１１】  本発明の第２の課題解決手段は、
微細気泡発生器と、周方向側面に導入口を備えた略円筒状の第一の密閉容器と、当該第一の円筒状密閉容器よりやや小さく、かつその内側に断面形状が同心円状となるように収容され、軸心方向の両端が開放された第二の円筒状開放容器とを備え、前記導入口から流入した流体が、前記第一の円筒状密閉容器の内壁と第二の円筒状開放容器の外壁によって区画された空間に沿って旋回しながら流入する気液発生装置において、前記第二の円筒状開放容器の軸心方向の一端は、第一の円筒状密閉容器の天井壁を貫通し、他端は第一の円筒状密閉容器内側の底面壁近傍まで延在して対向配置されている、ことを特徴とする微細気泡発生装置と
前記微細気泡発生器に流体を供給するポンプと、
前記ポンプの吸込口に接続された吸込管と、
前記ポンプの吐出口に接続され、前記気液導入口に接続されたポンプ吐出管と、
前記微細気泡発生器から吐出される微細気泡含有流体の旋回流により形成される負圧軸に位置する気液墳出口と、
前記エジェクター導入口から導入された気液混合流体は、前記第二円筒状開放容器の周りを周回した後に、前記底壁面で反転し、前記第二の円筒状開放容器の解放された一端から流入し、前記第二の円筒状開放容器の一端から他端へと流れる微細気泡発生装置である。
【発明の効果】
【００１２】  本発明によれば、発生する微細気泡を小さくすることができる微細気泡発生器などが得られる。さらに本発明の他の目的、特徴又は利点は、後述する本発明の実施の形態や添付する図面に基づく詳細な説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の実施形態を示す微細気泡発生装置の構成を示す断面図
【図１Ｂ】同微細気泡発生装置の流体流入口のＡ−Ａ線断面図
【図２】同微細気泡発生装置の実施形態の一つである植物への噴霧例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】  以下、本発明の構成及び作用を図１Ａ〜図２に基づいて説明する。
【００１５】  これまでの旋回式微細気泡発生装置は、いずれも気泡を微細化するものではあるが、気泡発生部が槽内の水中のみでの使用に限られている場合が多くあるが、本微細気泡発生装置は屋外での使用が可能であり、直接、植物への散布も可能な微細気泡発生装置を提供することを目的としている。
【００１６】  図１Ａにおいて、本実施形態の一つの微細気泡発生器１は、周方向側面に導入口９を備えた略円筒状の第一の円筒状密閉容器２と、当該第一の円筒状密閉容器２よりやや小さく、かつその内側に断面形状が同心円状となるように収容され、軸心方向の両端が開放された第二の円筒状開放容器４とを備え、前記導入口から流入した流体が、前記第一の円筒状密閉容器２の内壁と第二の円筒状開放容器の外壁によって区画された空間に沿って旋回しながら流入する気液発生装置において、前記第二の円筒状開放容器の軸心方向の一端は、第一の円筒状密閉容器の天井壁５を貫通し、他端は第一の円筒状密閉容器内側の底面壁３近傍まで延在して対向配置されている。
【００１７】  図１Ａ及び図１Ｂ、図２において、導入口９は、第一の円筒状密閉容器の外周壁の一部を貫通して設けられ、かつ軸方向天井壁寄りに設けられていることを特徴とし、導入口９は、流体流入口１０を備えた流入部とその外周方向から空気を導入する開口部７を備え、気液混合した流体を第一の円筒状密閉容器内に導入させるエジェクター導入口６である。
【００１８】  更に図１Ａ及び図１Ｂ、図２を参照して本発明装置の作用について説明すると、第一の密閉容器２及び第二の開放器４からなる構造により、相反する流れが接することを防ぐことが可能となり、外部旋回流１６および内部旋回流１７、双方の流速の低下を防ぐことができ、より整流された外部旋回流１６および内部旋回流１７を発生させることができる。したがって、エジェクター導入口６から導入する気液混合流体に対し、これまでの旋回式微細気泡発生装置よりも、効率よく第二の円筒状開放容器内の気液混合流体に旋回力を加えることができるため、気液混合流体に含まれる気体により大きな剪断力を生じ、気泡の微細化が促進される。
【００１９】  なお、流体には、液体に気体が混合したもの、液体中に気体が溶け込んだものなどが含まれる。液体の例としては、水、溶媒、ガソリンなどを挙げることができる。気体の例としては、窒素、酸素、二酸化炭素、オゾン、エチレン、水素などを挙げることができる。ここでは、主として、気液混合流体を微細気泡発生器に導入する場合について説明する。
【００２０】  以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】  図１は、本発明の実施形態の微細気泡発生器の構成を示し、Ａはその縦断図、Ｂは、図に示すところのＡ−Ａ′断面を示す。
【００２２】  図１Ａにおいて、微細気泡発生器１は、円筒形の第一の円筒状密閉容器と、気液混合流体の旋回可能な空間を有する円筒形第二の円筒状開放容器と、第一の円筒状密閉容器の内側面の接線方向に沿って気液混合流体を導入する導入口９と、エジェクター導入口６を備えた気液導入口９と、第一の円筒状密閉容器のエジェクター導入口６が配設された面と直交する底面壁３と、その壁面と対向し、導入口９の近くに位置する天井壁５と、円筒形第二の円筒状開放容器の中心軸線に位置し、天井壁５を貫通した気液吐出口１５を備えた第二の円筒状開放容器により構成されている。
【００２３】  図１Ａに示すように、第二の円筒状開放容器は、円筒形の第一の円筒状密閉容器の中心軸線上に略同心円状に収納配置し、その一端は第一の密閉容器の天井壁５を貫通し、他端は第一の密閉容器の底面壁３に近い位置にまで至り、この二つの円筒により微細気泡発生器１は二重円筒構造を形成している。第二の円筒状開放容器に備えられた気液吐出口１５は底面壁３に近い位置に設けられている。
【００２４】  図１Ａに示すように、第一の円筒状密閉容器２の外周壁の一部に貫通して設けられたエジェクター導入部６の中央には開口部７が設けられ、外部から気体が流入する構造となっている。流体流入口１０から流入した水などの流体は、開口部７から導入した大気などの気体を溶解しながら高速でエジェクター導入口から第一の密閉容器２内に流入する。流入した気液混合流体は、第二の円筒状開放容器の中心軸線に位置する第二の円筒状開放容器と第一の円筒状密閉容器の間を円筒形のケーシングの内側面に沿うように流れることにより、第一の円筒状開放容器内の底面壁３に向かって整流された外部旋回流１６を発生させることができる。
【００２５】  外部旋回流１６は前記底面壁３方向に向かって進んだのち、底面壁３で反転して、第一の密閉容器内に同心円状に設けられた第二の開放容器の他端側の小径の開口部に流入し旋回速度を高められて内部旋回流１７を形成する。この内部旋回流１７は高速旋回流を形成しており、遠心力により、その中心付近に負圧空洞部１８が形成される。
【００２６】  上述のように、微細気泡発生器１は第二の円筒状開放容器の中心軸線に位置する天井壁５を貫通し、底面壁３に近い位置にまで至る気液吐出口１５を備えた第二の円筒状開放容器を設けることにより、第二の円筒状開放容器と第一の円筒状密閉容器の間を第一の円筒状密閉容器の内側面に沿うようにエジェクター導入口６から導入された気液混合流体が外部旋回流１６を生じながら底面壁３で反転し、その後、気液混合流体は気液吐出口１５を備えた第二の円筒状開放容器の内部に内部旋回流１７を生じながら通過し、第二の円筒状開放容器から吐出される。
【００２７】  これにより、相反するベクトルの流れが隣接することを防ぐことが可能となり、外部旋回流１６および内部旋回流１７、双方の流速の低下を防ぐことができ、より整流された外部旋回流１６および内部旋回流１７を発生させることができる。
【００２８】  したがって、導入口９から導入する気液混合流体に対し、これまでの旋回式微細気泡発生装置よりも低圧で、効率よく第二の円筒状開放容器内の気液混合流体に旋回力を加えることができるため、気液混合流体に含まれる気体により大きな剪断力を生じ、気泡の微細化が促進される。
【００２９】  なお、第二の円筒状開放容器内に収容され、周方向断面が同心円となる、より小径の第三の円筒状開放容器を設け、全体として三重円筒構造の円筒状容器を備えた微細気泡装置とすることもできる。この場合は、上記第二の円筒状開放容器の一端側には閉塞壁を設け、上記第三の円筒状開放容器の一端を貫通させた構造とする。これにより、気液混合流体はさらに反転を繰り返して、より気泡の微細化が促進される構造の微細気泡発生装置としてもよい。
【００３０】  図２は、図１に示す微細気泡発生器１を備え、流体を圧送するポンプ１２、吸入管１３、流体タンク１４、ポンプ吐出管１１、吐出管１５の構成を示す説明図である。同図において、微細気泡発生器１はポンプ１２よりポンプ吐出管１１を通し、前記ポンプより流体が圧送される。ポンプ１２は流体タンク１４より吸込管１３を通し、流体を吸い上げる。
【００３１】  更に、図２において、微細気泡発生器１で発生した気液混合流体は吐出管１５を経て、大気へ吐出される。吐出管の材質はフレキシブルな金属ホース、布性の耐圧ホースでも可能であり、先端を絞り遠くへ飛ばす事も霧状で散布する事も可能となる。
【００３２】  また、これまでの旋回式微細気泡発生装置は微細気泡を発生させるために、発生器を直接水中に浸漬しておく必要があったが、本実施形態の微細気泡発生装置１は本微細気泡装置へ圧送された流体を接続する事により、微細気泡を得ることができる。
【００３３】  微細気泡発生器等の上述の部品の材料は、金属材料、各種プラスティック材料を用いることができる。例えば、鉄・クロム・ニッケルの合金、ステンレス鋼、ＳＵＳＵ３０４、ＳＵＳ３１６でも製作は可能である。また、テフロン（登録商標）、ポリカーボネート等の樹脂材料での製作も可能である。また、微細気泡発生器等に、テフロンコーティング、表面塗装、制電塗装、メッキ等を施してもよい。
【００３４】  以上詳細に説明した本発明に係る微細気泡発生装置の用途は、上述した実施の形態の用途に限定されない。例えば、次のような産業分野で利用することも可能である。
【００３５】  食品・農業分野への応用としては、微細気泡によるノロウイルスの不活化、カキ体内におけるウイルスの不活化、微細気泡オゾンを用いた水耕栽培培養液の殺菌と浄化、微細気泡オゾンによる培養液および根の殺菌、ナノバブルの農業利用がある。
【００３６】  医療分野への応用としては、微細気泡超音波造影剤などの臨床応用、造影超音波の肝疾患診断への適応、微細気泡超音波造影剤、臨床診断、微細気泡の破壊を用いた血管新生療法、超音波と微細気泡による血管新生の機序、微細気泡の超音波マニピュレーション、超音波中で微細気泡に働く音響放射圧、超音波による微細気泡の捕捉、微細気泡を用いた酵母菌の超音波捕捉、超音波と微細気泡を用いた遺伝子導入、超音波と微細気泡（造影剤）を併用したキャビテーション増強、超音波刺激と微細気泡併用による遺伝子導入、動物モデルへの応用、微細気泡によるペットの皮膚病治療・皮膚洗浄がある。
【００３７】  環境分野への応用としては、微細気泡法を用いたハイブリッド型環境処理技術、励起した酸素微細気泡の液相への導入、微細気泡による油汚染土壌の浄化、汚染サイトにおける気泡連行法による浄化、水質の浄化、微細気泡による水中有機物などの化学物質の分解、オゾンによる有害物質の分解、微細気泡による貧酸素水塊の解消、運河における微細気泡発生、人工汽水湖への微細気泡の適用、航路における微細気泡の適用、湖沼や河川の水質浄化と溶存酸素濃度増加、油−水エマルションにおける油水分離技術、炭素繊維と微細気泡を用いた生物ろ過装置による染色工場排水の処理、微細気泡を利用した洗浄技術、微細気泡による環境配慮型洗浄技術、微細気泡による油汚れの除去、微細気泡状の注入により節水を実現した洗濯乾燥機、船舶への利用、微細気泡による船体抵抗低減技術、気泡力学による船舶水中雑音予測法の開発がある。
【００３８】  装置開発としては、低電力な微細気泡発生装置、バブルジェット式エアリフトポンプ（バブルジェットは登録商標）、オリフィスを通じた微細気泡発生との複合、微細気泡を利用した家庭用洗浄装置がある。さらに、微細気泡を利用した半閉鎖性水域の環境改善、微細気泡を利用したガスハイドレート生成、微細気泡の圧壊を利用した水処理技術、酸素マイクロバブルによる防腐剤無添加かまぼこなどへ応用できる可能性がある。
【００３９】  上述のように、微細気泡発生器１は円筒形第二の円筒状開放容器の中心軸線に位置する天井壁５を貫通し、底面壁３に近い位置にまで至る気液吐出口１５を備えた気第二の円筒状開放容器を設けることにより、気第二の円筒状開放容器と円筒形の第一の円筒状密閉容器の間を円筒形の第一の円筒状密閉容器の内側面に沿うようにエジェクター導入口６から導入された気液混合流体が外部旋回流１６を生じながら底面壁３で反転し、その後、気液混合流体は気液吐出口１５を備えた気第二の円筒状開放容器の内部に内部旋回流１７を生じながら通過し、円筒形第二の円筒状開放容器から吐出される。
【００４０】  これにより、相反するベクトルの流れが隣接することを防ぐことが可能となり、外部旋回流１６および内部旋回流１７、双方の流速の低下を防ぐことができ、より整流された外部旋回流１６および内部旋回流１７を発生させることができる。したがって、エジェクター導入口６から導入する気液混合流体に対し、これまでの旋回式微細気泡発生装置よりも低圧で、効率よく第二の円筒状開放容器内の気液混合流体に旋回力を加えることができるため、気液混合流体に含まれる気体により大きな剪断力を生じ、気泡の微細化が促進される。
【００４１】  上述のように、これまでの装置においては、旋回流を生じさせるために整流させる機構を設け、また、液体等が導入される導入口が配設された面と直交した導入口から離れた壁面に対し、旋回流を生じさせ、該壁面に衝突した後、反転し、吐出口のある壁面側に向かい、導入口から離れた壁面に向かって流れる旋回流の内側を逆向きに旋回流を生じながら、吐出口に向かって流れるため、相反するベクトルの流れが隣接するため、双方の流速に損失が生じていた。
【００４２】  また、上述の損失により、流体の旋回流の旋回流速が低下し、ポンプにより流体に圧力をかけ気液旋回室内に送り込み、旋回流を発生させるために、多くのエネルギーを必要としていた。
【００４３】  上述のように、微細気泡発生器１は円筒形第二の円筒状開放容器の中心軸線に位置する天井壁５を貫通し、底面壁３に近い位置にまで至る気液吐出口１５を備えた気第二の円筒状開放容器を設けることにより、気第二の円筒状開放容器と円筒形の第一の円筒状密閉容器の間を円筒形の第一の円筒状密閉容器の内側面に沿うようにエジェクター導入口６から導入された気液混合流体が外部旋回流１６を生じながら底面壁３で反転し、その後、気液混合流体は気液吐出口１５を備えた気第二の円筒状開放容器の内部に内部旋回流１７を生じながら通過し、円筒形第二の円筒状開放容器から吐出される。
【００４４】  これにより、相反するベクトルの流れが隣接することを防ぐことが可能となり、外部旋回流１６および内部旋回流１７、双方の流速の低下を防ぐことができ、より整流された外部旋回流１６および内部旋回流１７を発生させることができる。したがって、エジェクター導入口６から導入する気液混合流体に対し、これまでの旋回式微細気泡発生装置よりも低圧で、効率よく第二の円筒状開放容器内の気液混合流体に旋回力を加えることができるため、気液混合流体に含まれる気体により大きな剪断力を生じ、気泡の微細化が促進される。
【００４５】  また、本実施形態によれば、導入された流体の経路を隔離することによって、流体の旋回流の運動エネルギーの損失を低減することが可能になるため、発生する微細気泡を小さくすることができる微細気泡発生器が得られる。さらに、本実施形態によれば、導入された流体の経路を隔離することによって、流体の旋回流の運動エネルギーの損失を低減することが可能になるため、発生する微細気泡を小さくすることができる微細気泡発生器が得られる。
【００４６】  以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が実施形態の修正又は代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００４７】  また、この発明の説明用の実施形態が上述の目的を達成することは明らかであるが、多くの変更や他の実施例を当業者が行うことができることも理解されるところである。特許請求の範囲、明細書、図面及び説明用の各実施形態のエレメント又はコンポーネントを他の１つまたは組み合わせとともに採用してもよい。特許請求の範囲は、かかる変更や他の実施形態をも範囲に含むことを意図されており、これらは、この発明の技術思想および技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】  上述の技術は、流体中に粒径がマイクロメートルオーダーの微細気泡を効率よく発生させるのに、有益な技術であり、例えば、本発明の微細気泡発生器を備えた微細気泡発生装置により供給された微細気泡含有流体は水環境への酸素供給、医療、福祉、洗浄、化学工業、排水処理、生物活性、水産業、農業など広範な分野における微細気泡の有効利用の可能性を拡大するものである。
【符号の説明】
【００４９】１  微細気泡発生器
２  第一円筒状密閉容器
３  底面壁
４  第二円筒状開放容器
５  天井壁
６  エジェクター導入口
７  開口部
８  流入口
９  導入口
１０  流体流入口
１１  ポンプ吐出管
１２  ポンプ
１３  吸入管
１４  流体タンク
１５  吐出口
１６  外部旋回流
１７  内部旋回流
１８  負圧空洞部
【図１Ａ】
2015020165.tif 000003
【図１Ｂ】
2015020165.tif 000004
【図２】
2015020165.tif 000005