(57)【要約】【課題】効率良くナノバブルを生成することができるナノバブル生成装置を提供する。【解決手段】せん断リング１４は、ケーシングの内部空間において第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを形成する。また、せん断リング１４には、形成した第１空間と第２空間とを連通させる孔部（１４５）を有する。インペラ１３は、第１空間Ｓ１において、せん断リング１４の内周側壁面と所定の隙間を開けて配備されている。ナノバブル生成装置１は、インペラ１３を回転させることにより気液混合流体を第１空間Ｓ１に取り込む。ナノバブル生成装置１は、インペラ１３の回転により付勢され、せん断リング１４に到達した第１の気液混合流体に内在する気泡を、孔部（１４５）の縁と羽根１３ａの端部とによりせん断する。ナノバブル生成装置１は、孔部（１４５）を通過し、第２空間Ｓ２を経由した気泡せん断後の気液混合流体をケーシング外へ向けて排出する。【選択図】図１
2015080771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気泡が内在する気液混合流体が流入する内部空間を有するケーシングと、
このケーシングの内部空間に、前記気液混合流体が流入する第１空間と、前記気液混合流体を流出させるための第２空間とを形成するとともに、前記第１空間と前記第２空間とを連通させる孔部を有する孔付リングと、
前記第１空間に流入した第１の気液混合流体に内在する気泡をせん断するための端部を有するインペラと、
その気泡が前記端部でせん断され、さらに前記孔部を経て前記第２空間に流入した第２の気液混合流体をケーシング外に向けて排出する排出機構と、
を有することを特徴とするナノバブル生成装置。
【請求項２】
気泡が内在する気液混合流体が流入する内部空間を有するケーシングと、
このケーシングの内部空間に、前記気液混合流体が流入する第１空間と、前記気液混合流体を流出させるための第２空間とを形成するとともに、前記第１空間と前記第２空間とを孔部を通じて連通させる孔付リングと、
この孔付リングの内側に配設され、その端部が、前記孔付リングの内壁に対向して配備され、前記第１空間において回転可能に構成されたインペラと、
前記インペラの回転により付勢され、前記第１空間に流入して前記孔付リングの孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該孔部の縁と当該インペラの端部とによりせん断するせん断機構と、
このせん断機構により気泡がせん断された気液混合流体が前記第２空間を経由してケーシング外に向けて排出する排出機構と、を有することを特徴とする、
ナノバブル生成装置。
【請求項３】
前記孔付リングは、その上端部又は下端部の少なくとも一方の端部から当該孔付リングの内側方向に延出した第１の鍔部を有しており、
前記第１の鍔部は、前記インペラの端部とは異なる端部と対向する外壁に前記孔部の縁の一部と連設された凹部が形成されており、
前記せん断機構は、前記インペラの回転により付勢され、前記第１空間に流入して前記凹部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該凹部の縁と前記インペラの端部とは異なる端部とによりせん断すること特徴とする、
請求項２に記載のナノバブル生成装置。
【請求項４】
前記孔付リングは、その上端部及び下端部のそれぞれから当該孔付リングの外側方向に延出した第２の鍔部を有しており、
前記第２の鍔部は、前記ケーシングの内部空間の壁面と密接する形状に形成されており、この第２の鍔部を有する孔付リングを当該内部空間に配備することにより前記第２空間が形成されることを特徴とする、
請求項２又は３に記載のナノバブル生成装置。
【請求項５】
前記せん断機構は、前記第２の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合が、前記第１の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合よりも高い割合となるように前記気泡をせん断することを特徴とする、
請求項２又は３に記載のナノバブル生成装置。
【請求項６】
気泡が内在する気液混合流体が流入する内部空間を有するケーシングを備え、回転可能に構成されたインペラの回転により付勢され、この内部空間に流入した気液混合流体を当該ケーシング外に向けて排出するポンプに装着する孔付リングであって、
このケーシングの内部空間に、前記気液混合流体が流入する第１空間と、前記気液混合流体を流出させるための第２空間とを形成するリングと、
前記第１空間と前記第２空間とを連通させるために前記リングに設けられた孔部と、を有しており、
前記リングの内側に配設され、その端部が、前記リングの内壁に対向して配備され、前記第１空間において前記インペラの回転により付勢され、当該第１空間に流入して前記孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該孔部の縁と当該インペラの端部とによりせん断し、当該気泡がせん断された気液混合流体を前記第２空間を経由してケーシング外に向けて排出するように構成される、
孔付リング。
【請求項７】
前記リングは、その上端部又は下端部の少なくとも一方の端部から当該リングの内側方向に延出した第１の鍔部を有しており、
前記第１の鍔部は、前記インペラの端部とは異なる端部と対向する外壁に前記孔部の縁の一部と連設された凹部が形成されており、
前記インペラの回転により付勢され、前記第１空間に流入して前記凹部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該凹部の縁と前記インペラの端部とは異なる端部とによりせん断するように構成される、
請求項６に記載の孔付リング。
【請求項８】
前記リングは、その上端部及び下端部のそれぞれから当該リングの外側方向に延出した第２の鍔部を有しており、
前記第２の鍔部は、前記ケーシングの内部空間の壁面と密接する形状に形成されており、この第２の鍔部を有するリングを当該内部空間に配備することにより前記第２空間が形成されるように構成される、
請求項６又は７に記載の孔付リング。
【請求項９】
前記孔部の縁と前記インペラの一の端部とによる前記気泡のせん断は、前記第２の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合が、前記第１の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合よりも高い割合となるようにせん断することを特徴とする、
請求項６に記載の孔付リング。
【請求項１０】
前記凹部の縁と前記インペラの端部とは異なる端部とによる前記気泡のせん断は、前記第２の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合が、前記第１の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合よりも高い割合となるようにせん断することを特徴とする、
請求項７に記載の孔付リング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体中にナノバブル（超微細な気泡）を発生させるナノバブル生成装置、特に気泡の微細化を促進する孔付リングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノバブルの生成は、例えば加圧ポンプからマイクロバブル（微細な気泡）ノズルに水と空気を送り、加圧混入させることにより生成したマイクロバブルに対して、別途、超音波により物理的な刺激を付与して圧壊させる方法が知られている。しかし、この様な方法を採用するナノバブル生成装置では、その装置を構成する各機器が複雑化し、しかもナノバブル生成のエネルギー効率が低い。そのため、ナノバブルの生成に係る費用対効果が満足し得るものとはならないという問題がある。
【０００３】
この問題に対し、特許文献１に開示されたナノバブル生成装置は、円基板に複数の羽根を備えたインペラを回転駆動軸の回転により液体と共に気体を吸引して管状ケーシング内に気体を含む液流を発生させる。これと共に、この液流を流水口を通過させて直進液流となし、該液流をインペラの羽根の回転面に直交する方向に流出させ、該インペラの羽根で直進液流をせん断することにより微細気泡を生成させる、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３９６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたナノバブル生成装置による超微細気泡（ナノバブル）の生成は、上記の工程で生成した微細気泡（マイクロバブル）を繰返しせん断するような機械的刺激を該マイクロバブルに与えて生成するというものである。そのため、インペラの回転方向は、一般に流通している通常の水中ターボファン（あるいは水中ポンプ）のインペラの回転方向とは逆に回転させる必要がある。
また、気液混合の直進液流をインペラの羽根でせん断しながら、さらに掻き込むように作用させて羽根内に留まる時間を長くすることにより、繰り返しのせん断を実現している。つまり、羽根内に溜まっている気液混合流体を円周方向へ直接放出する作用は生じない。そのため、回転中心部の近傍の圧力を高めることで外に向けて放出（排出）させている。その結果、回転中心部近傍の圧力が高まれば流水口から流入する直進液流も押し返してしまい、相反する圧力の微妙な制御が必要になると共に、ナノバブル生成の効率向上が図れない、という問題が残る。
【０００６】
また、特許文献１に開示されたナノバブル生成装置では、少なくとも吸入フィンとインペラの２つの羽根車を必要とし、さらに、これらが取付けられた回転軸の上下の軸受けから発塵する恐れがある。また、一般に流通している水中ポンプのインペラの回転方向とは逆方向の回転にする必要があり、装置の製造においてこれらを流用するには困難が伴う。そのため、装置製造のコストダウンが図れない、という問題が残る。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解消し、効率良くナノバブルを生成することができるナノバブル生成装置を提供することを、主たる課題とする。また、効率良くナノバブルを生成するための孔付リングを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のナノバブル生成装置は、気泡が内在する気液混合流体が流入する内部空間を有するケーシングと、このケーシングの内部空間に、前記気液混合流体が流入する第１空間と、前記気液混合流体を流出させるための第２空間とを形成するとともに、前記第１空間と前記第２空間とを連通させる孔部を有する孔付リングと、前記第１空間に流入した第１の気液混合流体に内在する気泡をせん断するための端部を有するインペラと、その気泡が前記端部でせん断され、さらに前記孔部を経て前記第２空間に流入した第２の気液混合流体をケーシング外に向けて排出する排出機構と、を有することを特徴とする。
これにより、第１空間に気液混合流体が流入してから第２空間を経由して排出されるまでの一連の液流がスムースになり、第一機能として効率良くナノバブルを生成することができる。
【０００９】
また、本発明の他のナノバブル生成装置は、気泡が内在する気液混合流体が流入する内部空間を有するケーシングと、このケーシングの内部空間に、前記気液混合流体が流入する第１空間と、前記気液混合流体を流出させるための第２空間とを形成するとともに、前記第１空間と前記第２空間とを孔部を通じて連通させる孔付リングと、この孔付リングの内側に配設され、その端部が、前記孔付リングの内壁に対向して配備され、前記第１空間において回転可能に構成されたインペラと、前記インペラの回転により付勢され、前記第１空間に流入して前記孔付リングの孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該孔部の縁と当該インペラの端部とによりせん断するせん断機構と、このせん断機構により気泡がせん断された気液混合流体が前記第２空間を経由してケーシング外に向けて排出する排出機構と、を有することを特徴とする。
これにより、孔付リングの孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡は、この孔部の縁とインペラの端部とにより効率良くせん断することができる。そのため、第二機能として効率良くナノバブルを生成することができる。
【００１０】
また、本発明の孔付リングは、気泡が内在する気液混合流体が流入する内部空間を有するケーシングを備え、回転可能に構成されたインペラの回転により付勢され、この内部空間に流入した気液混合流体を当該ケーシング外に向けて排出するポンプに装着する孔付リングであって、このケーシングの内部空間に、前記気液混合流体が流入する第１空間と、前記気液混合流体を流出させるための第２空間とを形成するリングと、前記第１空間と前記第２空間とを連通させるために前記リングに設けられた孔部と、を有しており、前記リングの内側に配設され、その端部が、前記リングの内壁に対向して配備され、前記第１空間において前記インペラの回転により付勢され、当該第１空間に流入して前記孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該孔部の縁と当該インペラの端部とによりせん断し、当該気泡がせん断された気液混合流体を前記第２空間を経由してケーシング外に向けて排出するように構成される、孔付リングである。
これにより、孔付リングの孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡は、この孔部の縁とインペラの端部とにより効率良くせん断することができる。そのため、効率良くナノバブルを生成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、付勢されて第１空間に流入した気液混合流体が孔付リングの孔部に到達し、これに内在する気泡は孔部の縁とインペラの端部とによりせん断される。そして、気泡せん断後の気液混合流体は、第２空間を経由してケーシング外に向けて排出される。そのため、第１空間に気液混合流体が流入してから第２空間を経由して排出されるまでの一連の液流をスムースにすることができる。また、孔付リングの孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡は、この孔部の縁とインペラの端部とにより効率良くせん断することができる。これにより、効率良くナノバブルを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は、本実施形態のナノバブル生成装置の概略縦断面図。（ｂ）は、本実施形態のナノバブル生成装置の側面図。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、インペラの構成例を示す図。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、せん断リングの構成例を示す図。
【図４】マイクロバブルを含んだ気液混合流体について説明するための図表。
【図５】第１空間へ取り込まれた第１の気液混合流体が、インペラ及びせん断リングによるせん断過程を経て、孔部を通過し、第２の気液混合流体として第２空間へと流動するまでを模式的に示した図。
【図６】インペラとせん断リングの凹部によるせん断過程について説明するための図。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、本実施形態のナノバブル生成装置において、せん断リング装着の有無によるナノバブル生成数の差異を検証した結果を説明するための図表。
【図８】（ａ）は、気泡サイズ０．２［μｍ］のものについて、せん断リング１４装着の有無による差異を表したグラフ。（ｂ）は、気泡サイズ０．３［μｍ］のものについて、せん断リング１４装着の有無による差異を表したグラフ。
【図９】気泡サイズ０．５［μｍ］のものについて、せん断リング１４装着の有無による差異を表したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。なお、本実施形態においては、過流ポンプの一例である磁気浮上型ポンプに、後述する孔付リングを装着した場合の例を挙げて説明する。なお、説明においてこの孔付リングを「せん断リング」と呼ぶ場合もある。
ここで磁気浮上型ポンプとは、例えばレビトロポンプとも呼ばれるものであり、インペラ（羽根車）を回転させるための回転軸（シャフトと軸受）を必要としない形式のポンプである。具体的には、ケーシング内に非接触状態で配備されたインペラを高速回転させることにより過流を発生させて液体を吸上げ、その後、吸い上げた液体を所定の排出口から排出する。そのため、ケーシング内での発塵を防止することができる。また、インペラの回転は、インペラの筺体内部に配備されたロータと、ケーシング側に配備されたコイルとを作用させることにより回転駆動する構成が採用されている。
なお、説明においてマイクロバブルと示す場合には、気泡サイズが１．０［μｍ］以上のバブル（気泡）を指すものとし、ナノバブルと示す場合には、気泡サイズが１．０［μｍ］未満のバブルを指すものとする。また、マイクロバブル及びナノバブルを区別する必要がない場合には、気泡又は単にバブルと示す。
【００１４】
図１は、本実施形態のナノバブル生成装置の概略縦断面図（ａ）と、側面図（ｂ）である。図１（ａ）に示すナノバブル生成装置１は、本体ケーシング１０、上蓋ケーシング１１、上蓋ケーシング１１に設けられた管状の吸引ノズル１２、インペラ１３、せん断リング１４、排出ノズル１５を含んで構成される。ナノバブル生成装置１は、インペラ１３の回転開始又は停止、単位時間当たりの回転数などを制御するための制御部２０に接続される。なお、本体ケーシング１０の外側には、インペラ１３を回転駆動するための図示しないコイルが配備される。
【００１５】
ナノバブル生成装置１のインペラ１３は、図１（ａ）に示すように、本体ケーシング１０と上蓋ケーシング１１とにより形成されるケーシングの内部空間に、且つ、せん断リング１４の内側となるように配備される。また、インペラ１３は、図１（ｂ）に示すように、側面形状が平面と曲面とを組み合わせた断面弓形状の羽根１３ａを４枚備えており、この羽根１３ａそれぞれが一体的に時計回り方向に回転する。なお、羽根１３ａの回転方向は、例えば、一般に流通している過流ポンプの、円基板の上面側に面形状が円弧状の羽根を突出させたインペラの回転方向と同じ方向である。
【００１６】
ナノバブル生成装置１のせん断リング１４は、図１（ａ）に示すように、本体ケーシング１０と上蓋ケーシング１１とにより形成されるケーシングの内部空間に配備される。また、せん断リング１４は、図１（ａ）に示すように、その内壁と羽根１３ａの端部との間に所定の隙間（例えば、１［ｍｍ］）を設けて、このインペラ１３の外周を覆うことができるサイズに形成される。つまり、インペラ１３は、せん断リング１４の内側に配設される。なお、この場合の羽根１３ａの端部は、羽根１３ａの側面の端側である。
ケーシングの内部空間にせん断リング１４を配備し、インペラ１３と上蓋ケーシング１１、せん断リング１４の内壁面とにより形成される空間を、第１空間（Ｓ１）と呼ぶ。また、本体ケーシング１０の内壁面とせん断リング１４の外壁面とで形成される空間を第２空間（Ｓ２）と呼ぶ。このように、せん断リング１４を装着することにより、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２が形成される。
【００１７】
ナノバブル生成装置１は、インペラ１３を回転させて、吸引ノズル１２の吸引口からマイクロバブル（微細気泡）を含んだ気液混合流体を第１空間Ｓ１へと取り込む。その後、第１空間へと流入した気液混合流体に内在する気泡を、回転するインペラ１３とせん断リング１４とよりせん断してナノバブル（超微細気泡）化する。そして、気泡がせん断された気液混合流体は、第２空間Ｓ２を経由して排出ノズル１５よりケーシング外に向けて流出（排出）される。このように、ナノバブル生成装置１は、回転可能に構成された1ンペラ１３、気液混合流体に内在する気泡をせん断するせん断機構、気泡がせん断された後の気液混合流体をケーシング外に排出する排出機構を含んで構成される。
以下、インペラ１３の構成例、せん断リング１４の構成例、並びに、せん断過程の詳細について説明する。
【００１８】
図２は、インペラ１３の構成例を示す図である。図２（ａ）は、インペラ１３の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すインペラ１３のＡ−Ａ断面図である。
インペラ１３は、開口部１３０が設けられた円環形状の蓋部１３１、その内部に図示しないロータが配備された円柱形状のロータケース部１３２、断面弓形状の４枚の羽根１３ａを含んで構成される。羽根１３ａは、同軸芯状に配置された蓋部１３１とロータケース部１３２により狭着される。これにより、本体ケーシング１０の外側に配備された図示しないコイルと、ロータケース部１３２の内部に配備された図示しないロータによる回転駆動力が羽根１３ａに伝達される。
【００１９】
蓋部１３１とロータケース部１３２により狭着される羽根１３ａは、図２（ａ）に示すように、その側面のなかで平面と曲面とが交わる２つの辺の内、一方の辺が開口部１３０の縁に接するように配置される。さらに、羽根１３ａの一辺が開口部１３０に接する位置を起点にして、この縁上を反時計回りに９０［°］回転した位置から、外方向に向かう法線上に他の一方の辺が接するように配置される。なお、羽根１３ａの枚数の他、羽根の形状やサイズ、吸引する流体の粘性度合などの要因に合わせて、羽根１３ａの配置方法、例えば角度や向きなどを変えることができる。
【００２０】
羽根１３ａの側面と蓋部１３１の下底面、ロータケース部１３２の上底面、せん断リング１４の内周側壁とにより囲まれる空間は、第１空間Ｓ１の一部を構成する。例えば、第１空間Ｓ１に流入し、開口部１３０を通過した第１の気液混合流体（図２（ｂ）中の矢印点線ｘ）は、インペラ１３の回転力により付勢され、図２（ｂ）中の矢印点線ｙで示すように流動する。その後、せん断リング１４の内壁に到達する。
【００２１】
図３は、せん断リング１４の構成例を示す図である。図３（ａ）は、せん断リング１４の上面図であり、図３８（ｂ）は、図３（ａ）に示すせん断リング１４のＢ−Ｂ断面図である。
せん断リング１４は、図３（ａ）に示すように、それぞれが円環形状に形成され、同軸芯状に配置された上鍔部１４１、下鍔部１４２、側壁部１４３を含んで構成されたリングである。せん断リング１４の側壁部１４３には、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通するための孔部１４５が複数個配備される。この孔部１４５は、例えば直径５［ｍｍ］の円形状をしており、側壁部１４３の壁面に均等に配備される。なお、孔部１４５の形状及びサイズ、配備間隔などは任意に設定することができる。
【００２２】
せん断リング１４の上鍔部１４１は、図３（ｂ）に示すように、側壁部１４３の上端部から外側方向へ所定の長さだけ延出するようにして配備される。また、せん断リング１４の下鍔部１４２は、図３（ｂ）に示すように、側壁部１４３の下端部から外側方向に所定の長さだけ延出する部位と、内側方向に所定の長さだけ延出する部位が生じるように配備される。下鍔部１４２の内側方向に延出した部位の上底面には、側壁部１４３に配備された孔部１４５の間隔に合わせて、その縁の形状の一部と連設された凹部１４６が形成される。なお、この凹部１４６は、羽根１３ａの弓形状底面の一方と所定の隙間（例えば、１．５［ｍｍ］）を設けた状態で対向する。側壁部１４３を基準にして、その内側方向に延出している部位を第１の鍔部と呼び、外側方向に延出している部位を第２の鍔部と呼ぶ。
【００２３】
上鍔部１４１の上底面は、せん断リング１４をケーシング内に装着した際に、本体ケーシング１０の所定部位に密接する形状に形成される（図１（ａ）参照）。また、下鍔部１４２の下底面は、上蓋ケーシング１１の所定部位に密接する形状に形成される（図１（ａ）参照）。上鍔部１４１及び下鍔部１４２それぞれの第２の鍔部は、本体ケーシング１０の内壁の所定部位に密接する形状に形成される（図１（ａ）参照）。ケーシングの内部空間にこのような形状に形成されたせん断リング１４を配備することにより、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２が形成される。また、ケーシングの内部空間の壁面に密接させることにより、せん断リング１４とインペラ１３とが共回りしてしまうことを防止することができる。
【００２４】
図４は、第１空間Ｓ１に取り込まれるマイクロバブルを含んだ気液混合流体について説明するための図表である。図４に示す表は、一般に広く流通しているマイクロバブル発生機を用いて、超純水をマイクロバブル水として生成し、生成回数別の単位量（１０［ｃｃ］）に内在する気泡の気泡サイズ及びその個数の計測結果を示している。なお、この計測においては、リオン製パーティクルカウンタを使用している。具体的な計測機器の構成は、パーティクルカウンタ（型式：ＫＬ−２２）、シリンジサンプラ（型式：ＫＺ−３０Ｓ）、プリンタ（型式：ＫＰ−０５Ｌ）である。
【００２５】
図４に示す表は、マイクロバブル水の生成を、条件を同じくして計５回行い、各生成回毎に気泡サイズ０．２［μｍ］、０．３［μｍ］、０．５［μｍ］、１．０［μｍ］、２．０［μｍ］の１０［ｃｃ］当たりの個数の計測結果である。図４に示すように、１回目から５回目まで各回の平均値は、気泡サイズ０．２［μｍ］のものが８５３個、０．３［μｍ］のものが２６８個、０．５［μｍ］のものが２７個、１．０［μｍ］のものが４個、２．０［μｍ］のものが３３１個という結果である。
このようにして生成されたマイクロバブル水には、マイクロバブルの他、ナノバブルも含まれていることが見て取れる。
【００２６】
本実施形態のナノバブル生成装置１では、予め生成された気液混合流体（例えば、マイクロバブル水）を第１空間Ｓ１へと取り込み、取り込んだマイクロバブル水に内在する気泡をせん断する。気泡をせん断することにより、単位量当たりのナノバブルの総個数を増加させる。つまり、気泡全体におけるナノバブルの割合を高めることができる。その他、このマイクロバブル水に内在するナノバブルをより微細なナノバブルにすることもできる。
以下、インペラ１３及びせん断リング１４によるせん断過程の詳細について説明する。
【００２７】
図５は、第１空間Ｓ１へ取り込んだ気液混合流体の気泡を、インペラ１３とせん断リング１４とによるせん断過程を経て、気泡せん断後の気液混合流体が第２空間Ｓ２に流入するまでを模式的に示した図である。図５中に示す矢印点線は、開口部１３０を介して流入する気液混合流体の液流経路の一例を示すものである。
インペラ１３が回転することにより、第２空間Ｓ２の圧力に比べて第１空間Ｓ１の圧力が相対的に高まる。そのため、図５に示すように、第１空間Ｓ１においてインペラ１３の回転力により付勢された気液混合流体は、孔部１４５を通過して第２空間Ｓ２へとスムースに流入する。さらに、せん断リング１４の側壁部１４３により、孔部１４５以外では気液混合流体の通過は阻まれる。そのため、孔部１４５に到達した気液混合流体に加わる圧力は、第１空間Ｓ１内の他の気液混合流体に加わる圧力よりも相対的に高いものとなる。これにより、気泡せん断後の気液混合流体が孔部１４５を通過する際の流速が高まり、第２空間Ｓ２への流入をよりスムースに行うことができる。
また、相対的に高い圧力が加えられた状態で孔部１４５に到達した気液混合流体に内在する気泡は、せん断リング１４の内壁に沿って流体をそぎ切るように移動している羽根１３ａの端部と孔部１４５の縁とによりせん断される。このようにして、気泡はせん断され、微細化される。
また、孔部１４５に到達した気液混合流体に内在する気泡には、さらに、せん断する際の圧力も付与される。そのため、気泡に物理的刺激（例えば、せん断）を与えることにより、当該気泡を潰す圧壊をより促進させることができる。
【００２８】
図６は、インペラ１３とせん断リング１４の凹部１４６とによるせん断過程について説明するための図である。図６中に示す矢印点線は、開口部１３０を介して流入する気液混合流体の液流経路の一例を示すものである。
図５において説明したように、インペラ１３が回転力することにより、第２空間Ｓ２の圧力に比べて第１空間Ｓ１の圧力が相対的に高まる。そのため、図６に示すように、第１空間Ｓ１においてインペラ１３の回転力により付勢された気液混合流体は、凹部１４６から孔部１４５を経て第２空間Ｓ２へとスムースに流入する。さらに、第１の鍔部である下鍔部１４２により、凹部１４６以外では気液混合流体の孔部１４５の通過が阻まれる。そのため、凹部１４６に到達した気液混合流体に加わる圧力は、第１空間Ｓ１内の他の気液混合流体に加わる圧力よりも相対的に高いものとなる。これにより、気泡せん断後の気液混合流体が孔部１４５を通過する際の流速が高まり、第２空間Ｓ２への流入をよりスムースに行うことができる。
また、相対的に高い圧力が加えられた状態で凹部１４６に到達した気液混合流体に内在する気泡は、凹部１４６が形成されている下鍔部１４２の上底面に沿って流体をそぎ切るように移動している羽根１３ａの端部と凹部１４６の縁とによりせん断される。このようにして、気泡はせん断され、微細化される。なお、この場合の羽根１３ａの端部とは、凹部１４６と対向する羽根１３ａの弓形状底面の端部である。
また、凹部１４６に到達した気液混合流体に内在する気泡には、さらに、せん断する際の圧力も付与される。そのため、気泡に物理的刺激（例えば、せん断）を与えることにより、当該気泡を潰す圧壊をより促進させることができる。
【００２９】
このように、羽根１３ａの側面の端部と孔部１４５の縁とによる気泡のせん断に加えて、羽根１３ａの底面の端部と凹部１４６の縁とによる気泡のせん断も行われる。そのため、さらに効率良くナノバブルを生成することができる。
【００３０】
図７は、本実施形態のナノバブル生成装置１において、せん断リング１４装着の有無によるナノバブル生成数の差異を検証した結果を説明するための図表である。図７（ａ）は、ナノバブル生成装置１にせん断リング１４を装着しなかった場合における、インペラ１３の単位時間当たりの回転数に応じた、気泡サイズ別の生成個数の計測結果を示している。また、図７（ｂ）は、ナノバブル生成装置１にせん断リング１４を装着した場合における、インペラ１３の単位時間当たりの回転数に応じた、気泡サイズ別の生成個数の計測結果を示している。なお、共に、図４を用いて既に説明したマイクロバブル水を使用し、前述したリオン製パーティクルカウンタを用いて気泡サイズ１．０［μｍ］以下のものを計測している。
【００３１】
図７（ａ）に示す表は、せん断リング１４を装着しなかった場合の、インペラ１３の単位時間当たりの回転数別に、気泡サイズ０．２［μｍ］、０．３［μｍ］、０．５［μｍ］、１．０［μｍ］の１０［ｃｃ］当たりの個数を計測した結果である。
図７（ａ）の表に示す計測結果と、図４の表に示す計測結果とを比較すると、気泡サイズ０．２［μｍ］、０．３［μｍ］、０．５［μｍ］のそれぞれにおいて、計測された気泡の個数が増加していることが見て取れる。
【００３２】
図７（ｂ）に示す表は、せん断リング１４を装着した場合の、インペラ１３の単位時間当たりの回転数別に気泡サイズ０．２［μｍ］、０．３［μｍ］、０．５［μｍ］、１．０［μｍ］の１０［ｃｃ］当たりの個数を計測した結果である。
図７（ａ）の表に示す計測結果と、図７（ｂ）の表に示す計測結果とを比較すると、インペラ１３の単位時間当たりの回転数に関わらず、気泡サイズ０．２［μｍ］、０．３［μｍ］、０．５［μｍ］のそれぞれにおいて、計測された気泡の個数が増加していることが見て取れる。ナノバブル生成装置１にせん断リング１４を装着することにより、せん断リング１４が未装着の場合と比べて、全体として生成されるナノバブルの全体数が平均して１６［％］増加している。
【００３３】
図８（ａ）、（ｂ）、図９のそれぞれは、図７に示す検証結果を気泡サイズ別にグラフ化したものである。図８（ａ）は、気泡サイズ０．２［μｍ］のものについて、せん断リング１４装着の有無による差異を表したグラフである。図８（ｂ）は、気泡サイズ０．３［μｍ］のものについて、せん断リング１４装着の有無による差異を表したグラフである。図９は、気泡サイズ０．５［μｍ］のものについて、せん断リング１４装着の有無による差異を表したグラフである。各グラフそれぞれの縦軸は、１０［ｃｃ］当たりの気泡の個数を示しており、横軸は、インペラ１３の単位時間当たりの回転数を示している。
【００３４】
各グラフからは、気泡サイズ０．２［μｍ］、気泡サイズ０．３［μｍ］、気泡サイズ０．５［μｍ］の何れにおいても、インペラ１３の単位時間当たりの回転数に関わらず、せん断リング１４を装着した方が、生成されるナノバブルの数が増加していることが見て取れる。
【００３５】
この様に、本実施形態のナノバブル生成装置１は、予め生成しておいたマイクロバブル水を第１空間Ｓ１へと取り込み、取り込んだマイクロバブル水に内在する気泡をインペラ１３及びせん断リング１４によりせん断する。これにより、単位量当たりに含まれるナノバブルの個数を増加させることができる。さらに、マイクロバブル水に内在するナノバブルをせん断し、より微細なナノバブルにすることができる。
【００３６】
また、本実施形態のナノバブル生成装置１では、せん断リング１４により第１空間Ｓ１、第２空間Ｓ２が形成される。これにより、インペラ１３の回転により第１空間に流入した気液混合流体が、これに内在する気泡をせん断した後に第２空間Ｓを経て排出ノズル１５からケーシング外へ向けて排出されるまでの一連の液流をスムースにすることができる。そのため、効率良くナノバブルを生成することができる。
【００３７】
また、本実施形態のナノバブル生成装置１の構成の一部として、一般に広く流通している過流型ポンプを採用することができる。これにより、機器製造コストの低減を図ることができる。
【００３８】
また、本実施形態のせん断リング１４は、孔部１４５及び凹部１４６を有する。そのため、羽根１３ａの側面の端部と孔部１４５の縁とによる気泡のせん断に加えて、羽根１３ａの底面の端部と凹部１４６の縁とによる気泡のせん断も行われる。これより、より効率良くナノバブルの生成を行うことができる。
また、孔部１４５、並びに、凹部１４６に到達した気液混合流体に内在する気泡には、さらに、せん断する際の圧力も付与される。そのため、気泡に物理的刺激（例えば、せん断）を与えることにより、当該気泡を潰す圧壊が促進され、効率良くより多くのナノバブルを生成することができる。
【００３９】
上記説明した実施形態は、本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲が、これらの例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・ナノバブル生成装置、１０・・・本体ケーシング、１１・・・上蓋ケーシング、１２・・・吸引ノズル、１３・・・インペラ、１３ａ・・・羽根、１４・・・せん断リング（孔付リング）、１５・・・排出ノズル、２０・・・制御部、１３０・・・開口部、１３１・・・蓋部、１３２・・・ロータケース部、１４１・・・上鍔部、１４２・・・下鍔部、１４３・・・側壁部、１４５・・・孔部、Ｓ１・・・第１空間、Ｓ２・・・第２空間。
【図１】
2015080771.tif 000003
【図２】
2015080771.tif 000004
【図３】
2015080771.tif 000005
【図４】
2015080771.tif 000006
【図５】
2015080771.tif 000007
【図６】
2015080771.tif 000008
【図７】
2015080771.tif 000009
【図８】
2015080771.tif 000010
【図９】
2015080771.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月21日(2014.11.21)
【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】
気泡が内在する気液混合流体が流入する内部空間を有するケーシングと、
このケーシングの内部空間に、前記気液混合流体が流入する第１空間と、前記気液混合流体を流出させるための第２空間とを形成するとともに、前記第１空間と前記第２空間とを孔部を通じて連通させる孔付リングと、
この孔付リングの内側に配設され、その端部が、前記孔付リングの内壁に対向して配備され、前記第１空間において回転可能に構成されたインペラと、
前記インペラの回転により付勢され、前記第１空間に流入して前記孔付リングの孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該孔部の縁と当該インペラの端部とによりせん断するせん断機構と、
このせん断機構により気泡がせん断された気液混合流体が前記第２空間を経由してケーシング外に向けて排出する排出機構と、を有することを特徴とする、
ナノバブル生成装置。
【請求項２】
前記孔付リングは、その上端部又は下端部の少なくとも一方の端部から当該孔付リングの内側方向に延出した第１の鍔部を有しており、
前記第１の鍔部は、前記インペラの端部とは異なる端部と対向する外壁に前記孔部の縁の一部と連設された凹部が形成されており、
前記せん断機構は、前記インペラの回転により付勢され、前記第１空間に流入して前記凹部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該凹部の縁と前記インペラの端部とは異なる端部とによりせん断すること特徴とする、
請求項１に記載のナノバブル生成装置。
【請求項３】
前記孔付リングは、その上端部及び下端部のそれぞれから当該孔付リングの外側方向に延出した第２の鍔部を有しており、
前記第２の鍔部は、前記ケーシングの内部空間の壁面と密接する形状に形成されており、この第２の鍔部を有する孔付リングを当該内部空間に配備することにより前記第２空間が形成されることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のナノバブル生成装置。
【請求項４】
前記せん断機構は、前記第２の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合が、前記第１の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合よりも高い割合となるように前記気泡をせん断することを特徴とする、
請求項１又は２に記載のナノバブル生成装置。
【請求項５】
気泡が内在する気液混合流体が流入する内部空間を有するケーシングを備え、回転可能に構成されたインペラの回転により付勢され、この内部空間に流入した気液混合流体を当該ケーシング外に向けて排出するポンプに装着する孔付リングであって、
このケーシングの内部空間に、前記気液混合流体が流入する第１空間と、前記気液混合流体を流出させるための第２空間とを形成するリングと、
前記第１空間と前記第２空間とを連通させるために前記リングに設けられた孔部と、を有しており、
前記リングの内側に配設され、その端部が、前記リングの内壁に対向して配備され、前記第１空間において前記インペラの回転により付勢され、当該第１空間に流入して前記孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該孔部の縁と当該インペラの端部とによりせん断し、当該気泡がせん断された気液混合流体を前記第２空間を経由してケーシング外に向けて排出するように構成される、
孔付リング。
【請求項６】
前記リングは、その上端部又は下端部の少なくとも一方の端部から当該リングの内側方向に延出した第１の鍔部を有しており、
前記第１の鍔部は、前記インペラの端部とは異なる端部と対向する外壁に前記孔部の縁の一部と連設された凹部が形成されており、
前記インペラの回転により付勢され、前記第１空間に流入して前記凹部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該凹部の縁と前記インペラの端部とは異なる端部とによりせん断するように構成される、
請求項５に記載の孔付リング。
【請求項７】
前記リングは、その上端部及び下端部のそれぞれから当該リングの外側方向に延出した第２の鍔部を有しており、
前記第２の鍔部は、前記ケーシングの内部空間の壁面と密接する形状に形成されており、この第２の鍔部を有するリングを当該内部空間に配備することにより前記第２空間が形成されるように構成される、
請求項５又は６に記載の孔付リング。
【請求項８】
前記孔部の縁と前記インペラの一の端部とによる前記気泡のせん断は、前記気泡がせん断された気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合が、前記第１空間に流入して前記孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合よりも高い割合となるようにせん断することを特徴とする、
請求項５に記載の孔付リング。
【請求項９】
前記凹部の縁と前記インペラの端部とは異なる端部とによる前記気泡のせん断は、前記気泡がせん断された気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合が、前記第１空間に流入して前記孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合よりも高い割合となるようにせん断することを特徴とする、
請求項６に記載の孔付リング。