(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体と液体とを混合して気体含有液を生成する気液混合部と、
前記気液混合部から供給された前記気体含有液を処理する気体含有液処理部と、
前記気体含有液処理部から供給された前記気体含有液中に気泡を生成する気泡生成部とを備え、
前記気体含有液処理部は、
環状の内周面を有する複数の腹部と、環状の内周面を有する複数の節部とを交互に含む流路を有し、前記流路に沿って前記気体含有液を搬送する流路形成部材と、
前記流路形成部材内において前記流路に沿って設けられ、ワイヤである線状部材と、
前記流路形成部材内において前記線状部材の周囲に設けられ、複数の腹部と複数の節部とを前記流路に沿って交互に含み、前記気体含有液の流れに対する障害物として機能する障害物部材と、
を備える気体含有液生成装置。
【請求項２】
前記流路の長さ方向における前記障害物部材の各腹部の寸法は、前記流路の幅方向における前記障害物部材の各腹部の寸法よりも長い、請求項１に記載の気体含有液生成装置。
【請求項３】
前記流路の長さ方向における前記障害物部材の各腹部の寸法は、前記流路の長さ方向における前記流路形成部材の各腹部の寸法よりも長い、請求項１または２に記載の気体含有液生成装置。
【請求項４】
前記障害物部材は、前記腹部として、第１体積を有する第１腹部と、前記第１体積よりも小さい第２体積を有する第２腹部とを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の気体含有液生成装置。
【請求項５】
前記流路の長さ方向または幅方向における前記第１腹部の寸法は、前記流路の長さ方向または幅方向における前記第２腹部の寸法よりも長い、請求項４に記載の気体含有液生成装置。
【請求項６】
前記気体含有液処理部は、前記障害物部材として、互いに分離された複数の障害物部材を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の気体含有液生成装置。
【請求項７】
前記障害物部材は、メッシュ状の形状を有する、請求項１または６に記載の気体含有液生成装置。
【請求項８】
前記流路形成部材は、折り曲げ可能に構成されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の気体含有液生成装置。
【請求項９】
前記流路形成部材は、らせん形状に折り曲げ可能である、請求項８に記載の気体含有液生成装置。
【請求項１０】
前記気体含有液処理部は、
前記流路形成部材に前記気体含有液を導入する入口部と、
前記流路形成部材から前記気体含有液を排出する出口部とを備え、
前記入口部は、前記線状部材の一方の端部を固定する第１固定部を備え、
前記出口部は、前記線状部材の他方の端部を固定する第２固定部を備える、
請求項１から９のいずれか１項に記載の気体含有液生成装置。
【請求項１１】
前記入口部は、前記線状部材の一方の端部に設けられ、前記気体含有液を撹拌する第１邪魔板を備え、
前記出口部は、前記線状部材の他方の端部に設けられ、前記気体含有液を撹拌する第２邪魔板を備える、
請求項１０に記載の気体含有液生成装置。
【請求項１２】
前記入口部と前記出口部の一方は、オスネジ溝を備え、
前記入口部と前記出口部の他方は、メスネジ溝を備える、
請求項１０または１１に記載の気体含有液生成装置。
【請求項１３】
前記気液混合部は、前記線状部材の一方の端部を固定する第１固定部を備え、
前記気泡生成部は、前記線状部材の他方の端部を固定する第２固定部を備える、
請求項１から９のいずれか１項に記載の気体含有液生成装置。
【請求項１４】
前記気液混合部は、前記線状部材の一方の端部に設けられ、前記気体含有液を撹拌する第１邪魔板を備え、
前記気泡生成部は、前記線状部材の他方の端部に設けられ、前記気体含有液を撹拌する第２邪魔板を備える、
請求項１３に記載の気体含有液生成装置。
【請求項１５】
気体含有液を処理する気体含有液処理機構であって、
環状の内周面を有する複数の腹部と、環状の内周面を有する複数の節部とを交互に含む流路を有し、前記流路に沿って前記気体含有液を搬送する流路形成部材と、
前記流路形成部材内において前記流路に沿って設けられ、ワイヤである線状部材と、
前記流路形成部材内において前記線状部材の周囲に設けられ、複数の腹部と複数の節部とを前記流路に沿って交互に含み、前記気体含有液の流れに対する障害物として機能する障害物部材と、
を備える気体含有液処理機構。
【請求項１６】
気体と液体とを混合して気体含有液を生成する気液混合部と、
前記気液混合部から供給された前記気体含有液を処理する気体含有液処理部と、
前記気体含有液処理部から供給された前記気体含有液中に気泡を生成する気泡生成部とを備え、
前記気体含有液処理部は、
環状の内周面を有する複数の腹部と、環状の内周面を有する複数の節部とを交互に含む流路を有し、前記流路に沿って前記気体含有液を搬送する流路形成部材と、
前記流路形成部材内において前記流路に沿って設けられた線状部材と、
前記流路形成部材内において前記線状部材の周囲に設けられ、複数の腹部と複数の節部とを前記流路に沿って交互に含み、前記気体含有液の流れに対する障害物として機能する障害物部材と、
を備え、
前記障害物部材は、前記腹部として、第１体積を有する第１腹部と、前記第１体積よりも小さい第２体積を有する第２腹部とを含む、気体含有液生成装置。
【請求項１７】
気体含有液を処理する気体含有液処理機構であって、
環状の内周面を有する複数の腹部と、環状の内周面を有する複数の節部とを交互に含む流路を有し、前記流路に沿って前記気体含有液を搬送する流路形成部材と、
前記流路形成部材内において前記流路に沿って設けられた線状部材と、
前記流路形成部材内において前記線状部材の周囲に設けられ、複数の腹部と複数の節部とを前記流路に沿って交互に含み、前記気体含有液の流れに対する障害物として機能する障害物部材と、
を備え、
前記障害物部材は、前記腹部として、第１体積を有する第１腹部と、前記第１体積よりも小さい第２体積を有する第２腹部とを含む、気体含有液処理機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体含有液生成装置および気体含有液処理機構に関し、例えば、ナノバブル水の生成用に適用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロバブルを含有するマイクロバブル水や、ナノバブルを含有するナノバブル水が、様々な技術分野で注目されている。マイクロバブルやナノバブルの定義として明確な定義はないが、一般に、マイクロバブルとは、粒径（直径）が１μｍから１００μｍ程度の気泡を指し、ナノバブルとは、粒径（直径）が１μｍ未満の気泡を指す（特許文献１および２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−７７５６６号公報
【特許文献２】特開２０１４−１４７８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、マイクロバブルやナノバブルなどの気泡は、気体と液体とを混合して気体含有液を生成し、気体含有液を噴射することにより生成される。近年の研究により、気泡は、気体含有液中に気泡核が生成された後、気泡核同士が結合することで生成されることが分かってきた。気泡核とは、気泡になる前の気体分子が液体分子から離れて集合した集合体である。また、多数の気泡核を含有する気体含有液からは、ナノバブルのような微細な気泡を多数生成できることも分かってきた。
【０００５】
気体含有液を種々の用途に使用する場合、気泡は微細であることが望ましく、気体含有液は微細な気泡を高濃度に含有していることが望ましい。理由は、微細な気泡は、気体含有液中で長時間持続するからである。微細な気泡を高濃度に含有する気体含有液は、上述のように、気泡核を高濃度に含有する気体含有液から生成可能である。よって、気体含有液中に多数の気泡核を生成することで、微細な気泡を高濃度に含有する気体含有液を生成可能な手法を実現することが求められる。
【０００６】
また、気体含有液の用途は近年、工業分野や一般消費分野だけでなく、農業分野や医療分野にも拡大しつつある。そのため、微細な気泡を高濃度に含有する気体含有液を簡単な構造で生成可能な気体含有液生成装置へのニーズが高まっている。
【０００７】
そこで、本発明は、微細な気泡を高濃度に含有する気体含有液を生成可能な気体含有液生成装置および気体含有液処理機構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の気体含有液生成装置は、気体と液体とを混合して気体含有液を生成する気液混合部と、前記気液混合部から供給された前記気体含有液を処理する気体含有液処理部と、前記気体含有液処理部から供給された前記気体含有液中に気泡を生成する気泡生成部とを備え、前記気体含有液処理部は、環状の内周面を有する複数の腹部と、環状の内周面を有する複数の節部とを交互に含む流路を有し、前記流路に沿って前記気体含有液を搬送する流路形成部材と、前記流路形成部材内において前記流路に沿って設けられた線状部材と、前記流路形成部材内において前記線状部材の周囲に設けられ、前記気体含有液の流れに対する障害物として機能する障害物部材とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、微細な気泡を高濃度に含有する気体含有液を生成可能な気体含有液生成装置および気体含有液処理機構を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の気体含有液生成装置の構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態における気泡核の生成過程を説明するための図である。
【図３】第１実施形態の気泡核生成部の構成を示す断面図である。
【図４】第１実施形態の気泡核生成部の寸法を説明するための断面図である。
【図５】第１実施形態の気泡核生成部の用法を説明するための概略図である。
【図６】第１実施形態の気泡核生成部の用法を説明するための外観図である。
【図７】第１実施形態の第１変形例の気体含有液生成装置の構成を示す概略図である。
【図８】第１実施形態の第２変形例の気体含有液生成装置の構成を示す概略図である。
【図９】第１実施形態の第３変形例の気泡核生成部の構成を示す断面図である。
【図１０】第１実施形態の第４変形例の気泡核生成部の構成を示す断面図である。
【図１１】第２実施形態の気体含有液生成装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の気体含有液生成装置の構成を示す概略図である。
【００１３】
図１の気体含有液生成装置は、気液混合部１１と、気体含有液処理部の例である気泡核生成部１２と、気泡生成部の例である起泡部１３と、清成槽１４とを備えている。気泡核生成部１２は、気体含有液処理機構の例でもある。
【００１４】
気液混合部１１は、気体１と液体２とを混合して、気体含有液３を生成する。気体１の例としては、酸素が挙げられる。符号１ａは、気体分子（例えば酸素分子）を表す。液体２の例としては、水が挙げられる。符号２ａは、液体分子（例えば水分子）を表す。
【００１５】
気泡核生成部１２は、気液混合部１１から供給された気体含有液３を処理して、気体含有液３中に多数の気泡核３ａを生成する。気泡核３ａは、気体分子１ａが液体分子２ａから離れて集合した集合体である。気泡核生成部１２は例えば、気体含有液３を乱流化することで、気体含有液３中に多数の気泡核３ａを生成することができる。
【００１６】
起泡部１３は、気泡核生成部１２から供給された気体含有液３を処理して、気体含有液３中に多数の気泡３ｂを生成する。気泡３ｂは、気泡核３ａ同士が結合することにより生成される。起泡部１３は例えば、気体含有液３を噴射することで、気体含有液３中に多数の気泡３ｂを生成することができる。
【００１７】
清成槽１４には、起泡部１３から供給された気体含有液３が貯留される。本実施形態の気体含有液生成装置は、清成槽１４に、気体含有液３として、粒径が５０〜５００ｎｍのナノバブルを高濃度に含有するナノバブル水を供給することができる。
【００１８】
図２は、第１実施形態における気泡核３ａの生成過程を説明するための図である。
【００１９】
図２(ａ)は、気液混合部１１により生成された気体含有液３を、気泡核生成部１２により処理する様子を示している。
【００２０】
一般に、常温常圧の条件下で気体１が液体２中に溶け込む量は、気体１や液体２の種類により上限が決まっている。この上限を超える量の気体１を液体２中に溶け込ませるためには、ポンプなどを使用して気体１を液体２中に機械的かつ強制的に溶け込ませる必要がある。このようにして得られる気体含有液３を、過飽和気体含有液と呼ぶ。
【００２１】
気体含有液３中に気泡核３ａを生成する際、気体含有液３として過飽和気体含有液を使用すると、多数の気泡核３ａを生成できることが判明している。そこで、本実施形態の気液混合部１１は、気体含有液３として、過飽和気体含有液を生成する。過飽和気体含有液を生成可能な気液混合部１１の構造については、後述する。
【００２２】
また、気泡核３ａは、気体含有液３に圧力変動や熱変動（温度変動）を加えることで生成されることが判明している。そこで、本実施形態の気泡核生成部１２は、気体含有液３に圧力変動を加えることで、気泡核３ａを生成する。気体含有液３に圧力変動を加えることが可能な気泡核生成部１２の構造については、後述する。
【００２３】
図２(ａ)は、過飽和気体含有液である気体含有液３に、圧力変動や熱変動を加える様子を示している。気体含有液３に圧力変動を加えると、気体含有液３中に圧力が高い部分と低い部分が生じる。また、気体含有液３に熱変動を加えると、気体含有液３中に温度が高い部分と低い部分が生じる。
【００２４】
この場合、気体分子１ａは、圧力の低い部分や温度の高い部分に集合する。図２(ｂ)は、気体分子１ａがこれらの部分に集合する様子を示している。
【００２５】
その結果、図２(ｃ)に示すように、気体分子１ａが集合した集合体である気泡核３ａが生成される。気泡核３ａの生成過程のシミュレーションによれば、気泡核３ａの粒径は、０．５〜１．０ｎｍ程度であることが判明している。
【００２６】
図３は、第１実施形態の気泡核生成部１２の構成を示す断面図である。
【００２７】
気泡核生成部１２は、流路形成チューブ２１と、入口部２２と、出口部２３と、ワイヤ２４と、障害物部材２５とを備えている。流路形成チューブ２１は、流路形成部材の例である。ワイヤ２４は、線状部材の例である。
【００２８】
流路形成チューブ２１は、図３に示すように蛇腹構造の流路を有し、流路に沿って気体含有液３を搬送する。流路形成チューブ２１の流路は、環状の内周面を有する複数の腹部２１ａと、環状の内周面を有する複数の節部２１ｂとを交互に含んでいる。各腹部２１ａの最外部の直径は、各節部２１ｂの最内部の直径よりも大きく設定されている。本実施形態では、各腹部２１ａや各節部２１ｂの内周面が、らせん状ではなく環状に延びている。
【００２９】
流路形成チューブ２１は、鉄などの金属で形成されていてもよいし、プラスチックなどの非金属で形成されていてもよい。本実施形態の流路形成チューブ２１は、複数個の金属部品を連結して形成されており、様々な形状に折り曲げ可能に構成されている。例えば、流路形成チューブ２１は、Ｕ字形状やらせん形状に折り曲げ可能である。これにより、流路形成チューブ２１を狭いスペースに配置することや、気体含有液３の蛇行により多数の気泡核３ａを生成することが可能となる。
【００３０】
入口部２２は、流路形成チューブ２１の一方の端部に連結されており、気液混合部１１から流路形成チューブ２１に気体含有液３を導入する。入口部２２は、オスネジ溝２２ａと、第１固定部２２ｂと、第１邪魔板２２ｃとを備えている。
【００３１】
出口部２３は、流路形成チューブ２１の他方の端部に連結されており、流路形成チューブ２１から起泡部１３に気体含有液３を排出する。出口部２３は、メスネジ溝２３ａと、第２固定部２３ｂと、第２邪魔板２３ｃとを備えている。
【００３２】
オスネジ溝２２ａは、入口部２２の外周面に設けられている。メスネジ溝２３ａは、出口部２３の内周面に設けられている。オスネジ溝２２ａは例えば、図３の流路形成チューブ２１を別の流路形成チューブ２１と連結するために使用される。同様に、メスネジ溝２３ａは例えば、図３の流路形成チューブ２１を別の流路形成チューブ２１と連結するために使用される。なお、本実施形態では、入口部２２の内周面にメスネジ溝を設けてもよいし、出口部２３の外周面にオスネジ溝を設けてもよい。
【００３３】
第１固定部２２ｂは、入口部２２内に設けられており、ワイヤ２４の一方の端部を固定するために使用されている。第２固定部２３ｂは、出口部２３内に設けられており、ワイヤ２４の他方の端部を固定するために使用されている。本実施形態では、ワイヤ２４の両端部の位置が第１および第２固定部２２ｂ、２３ｂにより固定されている。
【００３４】
第１邪魔板２２ｃは、入口部２２内で第１固定部２２ｂの付近に設けられており、入口部２２内の気体含有液３を撹拌する機能を有する。第２邪魔板２３ｃは、出口部２３内で第２固定部２３ｂの付近に設けられており、出口部２３内の気体含有液３を撹拌する機能を有する。本実施形態では、第１および第２邪魔板２２ｃ、２３ｃにより気体含有液３が撹拌されることで、気体含有液３に圧力変動が加えられ、気体含有液３中に気泡核３ａが発生しやすくなる。
【００３５】
ワイヤ２４は、流路形成チューブ内２１において流路に沿って設けられている。ワイヤ２４の一方の端部は、第１固定部２２ｂにより固定されており、ワイヤ２４の他方の端部は、第２固定部２３ｂにより固定されている。ワイヤ２４は、流路に沿って延びる線状の形状を有し、流路の幅方向断面（輪切り断面）の中央部に配置されている。本実施形態のワイヤ２４は、鉄などの金属で形成されているが、プラスチックなどの非金属で形成されていてもよい。ワイヤ２４の例は、撚線ワイヤである。
【００３６】
障害物部材２５は、流路形成チューブ２１内においてワイヤ２４の周囲に設けられており、気体含有液３の流れに対する障害物として機能する。障害物部材２５は、ワイヤ２４に固定されることで、流路の幅方向断面の中央部に配置されている。本実施形態の障害物部材２５は、鉄などの金属で形成されているが、プラスチックなどの非金属で形成されていてもよい。
【００３７】
本実施形態では、気体含有液３の流れが障害物部材２５により十分に変化するように、障害物部材２５の形状や配置が設定されている。例えば、障害物部材２５は、複数の腹部２５ａと複数の節部２５ｂとを流路に沿って交互に含む形状を有している。また、障害物部材２５は、複数の金属線を組み合わせたメッシュ状の形状を有している。よって、気体含有液３は、図３に矢印で示すように、障害物部材２５の外形に沿って流れたり、障害物部材２５に衝突したり、障害物部材２５のメッシュを通過したりするなど、様々な態様で流路内を流れる。なお、障害物部材２５の例は、各腹部２５ａが２００〜３００個の網目を有する金網である。
【００３８】
以上のように、本実施形態の気泡核生成部１２では、蛇腹構造の流路を有する流路形状チューブ２１内を気体含有液３が流れ、かつ、気体含有液３の流れは障害物部材２５からの影響を受ける。よって、気体含有液３の流れは、流路の中央部でも周辺部でも気泡核生成部１２から影響を受ける。
【００３９】
例えば、流路の中央部の気体含有液３は、障害物部材２５の外形に沿って流れたり、障害物部材２５に衝突したり、障害物部材２５のメッシュを通過したりする。また、流路の周辺部の気体含油液３は、図３に矢印で示すように、流路形状チューブ２１の腹部２１ａの溝に入り込んだり、流路形状チューブ２１の腹部２１ａの溝に沿って環状に周回したりする。このとき、溝はらせん状ではなく環状であるため、気体含有液３は入口部２２から出口部２３へと流れにくくなり、気体含有液３の流れが溝により大きく変化し得る。
【００４０】
よって、本実施形態によれば、流路形状チューブ２１や障害物部材２５により気体含有液３の流れを変化させることができ、これにより気体含有液３中に多数の気泡核３ａを生成することができる。具体的には、本実施形態によれば、流路形状チューブ２１や障害物部材２５により気体含有液３に渦流を起こし気体含有液３を乱流化することで、気体含有液３中に多数の気泡核３ａを生成することができる。気体含有液３が通常のチューブを通過する場合には、気体含有液３は一般に層流化するが、本実施形態の気泡核生成部１２によれば、気体含有液３を乱流化することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、流路形状チューブ２１や障害物部材２５という簡単な構造で気泡核生成部１２を構成でき、さらには、流路形状チューブ２１の折り曲げも可能である。これにより、気体含有液生成装置を様々な状況で使用することや、気体含有液生成装置を狭いスペースに配置することや、気体含有液生成装置の製造コストや消費エネルギーを低減することが容易になる。
【００４２】
これは例えば、気体含有液生成装置を、工業分野や一般消費分野だけでなく、農業分野や医療分野にも適用する際に有用である。理由は、気体含有液生成装置を農業分野や医療分野に適用する際には、様々な場所に装置を持ち運ぶこと、メンテナンスや電源確保が難しい状況で装置を使用すること、場合によっては装置を使い捨てにすること、などが要求されるからである。
【００４３】
図４は、第１実施形態の気泡核生成部１２の寸法を説明するための断面図である。
【００４４】
符号Ａは、入口部２２の内周面の直径を示す。符号Ｂは、流路の長さ方向における流路形成チューブ２１の各腹部２１ａの寸法（厚さ）を示す。符号Ｃは、流路の長さ方向における流路形成チューブ２１の各節部２１ｂの寸法（厚さ）を示す。
【００４５】
本実施形態では、各腹部２１ａの厚さＢと、各節部２１ｂの厚さＣが、同じ厚さに設定されている（Ｂ＝Ｃ）。また、入口部２２の内周面の直径Ａは、図４に示すように、各節部２１ｂの最内部の直径とほぼ同じに設定され、各腹部２１ａの最外部の直径よりも小さく設定されている。また、各腹部２１ａと各節部２１ｂの厚さＢ、Ｃは、入口部２２の内周面の直径Ａの１／４に設定されている（Ｂ＝Ｃ＝Ａ／４）。なお、入口部２２の内周面の直径Ａは例えば１〜２ｃｍであり、流路形成チューブ２１の長さは例えば１０〜２０ｃｍである。
【００４６】
符号Ｄは、流路の長さ方向における障害物部材２５の各腹部２５ａの寸法を示す。符号Ｅは、流路の幅方向における障害物部材２５の各腹部２５ａの寸法を示す。以下、寸法Ｄを各腹部２５ａの長さと呼び、寸法Ｅを各腹部２５ａの直径と呼ぶ。
【００４７】
本実施形態では、各腹部２５ａの長さＤは、各腹部２５ａの直径Ｅよりも長く設定されている（Ｄ＞Ｅ）。具体的には、各腹部２５ａの長さＤは、各腹部２５ａの直径Ｅの２倍に設定されている（Ｄ＝２Ｅ）。また、各腹部２５ａの直径Ｅは、入口部２２の内周面の直径Ａよりも短く設定されている（Ｅ＜Ａ）。具体的には、各腹部２５ａの直径Ｅは、入口部２２の内周面の直径Ａの２／３に設定されている（Ｅ＝２Ａ／３）。これにより、障害物部材２５を流路形成チューブ２１内に収容することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、障害物部材２５の各腹部２５ａの長さＤは、流路形成チューブ２１の各腹部２１ａの厚さＢよりも長く設定されている（Ｄ＞Ｂ）。具体的には、障害物部材２５の各腹部２５ａの長さＤは、流路形成チューブ２１の各腹部２１ａの厚さＢの１６／３に設定されている（Ｄ＝１６Ｂ／３）。
【００４９】
なお、これらの寸法Ａ〜Ｅの関係は一例に過ぎず、これらの寸法Ａ〜Ｅにその他の関係を適用しても構わない。また、図４に示す腹部２１ａや腹部２５ａの個数は、作図の便宜上、実際に気体含有液生成装置を製造する場合の一般的な腹部２１ａや腹部２５ａの個数よりも少なく描かれていることに留意されたい。
【００５０】
図５は、第１実施形態の気泡核生成部１２の用法を説明するための概略図である。
【００５１】
図５(ａ)は、上述の構成を有する１個の気泡核生成部１２を示している。本実施形態の流路形成チューブ２１は、様々な形状に折り曲げ可能に構成されており、例えば、Ｕ字形状やらせん形状に折り曲げ可能である。図５(ａ)は、Ｕ字形状に折り曲げられた流路形成チューブ２１を示している。
【００５２】
図５(ｂ)は、上述の構成を有する２個の気泡核生成部１２を示している。本実施形態の各気泡核生成部１２は、入口部２２のオスネジ溝２２ａを出口部２３のネスネジ溝２３ａに締結できるように構成されている。よって、複数の気泡核生成部１２を互いに連結することができる。図５(ｂ)は、一方の気泡核生成部１２のオスネジ溝２２ａを他方の気泡核生成部１２のネスネジ溝２３ａに締結することで、互いに連結された２個の気泡核生成部１２を示している。本実施形態によれば、複数の気泡核生成部１２の連結により気体含有液生成装置の気泡核生成機能を調整することが可能となる。
【００５３】
図６は、第１実施形態の気泡核生成部１２の用法を説明するための外観図である。
【００５４】
図６(ａ)と図６(ｂ)は、上述の構成を有する１個の気泡核生成部１２を示しており、具体的には、らせん形状に折り曲げられた流路形成チューブ２１を２方向から観察した様子を示している。本実施形態によれば、流路形成チューブ２１をらせん形状に折り曲げることで、流路形成チューブ２１を狭いスペースに配置することや、気体含有液３の蛇行により多数の気泡核３ａを生成することが可能となる。なお、図６(ａ)と図６(ｂ)は、上述の説明とは別のタイプの入口部２２と出口部２３の例を示していることに留意されたい。
【００５５】
以下、本実施形態の種々の変形例について説明する。
【００５６】
［第１変形例］
図７は、第１実施形態の第１変形例の気体含有液生成装置の構成を示す概略図である。
【００５７】
図７は、循環流路Ｐに順番に配置された気液混合部１１、気泡核生成部１２、起泡部１３、および清成槽１４を示している。本変形例の気液混合部１１はポンプであり、例えばインペラーの回転やピストンの並進により気体１と液体２とを混合して、気体含有液３を生成する。この気体含有液３は、気泡核生成部１２と起泡部１３とを介して清成槽１４に供給される。本変形例の起泡部１３は、気体含有液３の噴射により気泡３ｂを生成するベンチュリー管である。
【００５８】
清成槽１４に貯留された気体含有液３は、循環流路を介して再び気液混合部１１に供給される。本変形例によれば、気体含有液３の循環により気体含有液３中の気泡３ｂの濃度を向上させることが可能となる。
【００５９】
［第２変形例］
図８は、第１実施形態の第２変形例の気体含有液生成装置の構成を示す概略図である。
【００６０】
本変形例の気液混合部１１と起泡部１３は、第１変形例と同様に、ポンプとベンチュリー管である。気液混合部１１は、気体１を導入する気体入口部３１と、液体２を導入する液体入口部３２と、これらの気体１と液体２から生成された気体含有液３を排出する出口部３３とを備えている。起泡部１３は、気体含有液３を外部からベンチュリー部４２に導入する導入部４１と、気体含有液３を噴射するベンチュリー管として機能するベンチュリー部４２と、気体含有液３をベンチュリー部４２から外部に排出する排出部４３とを備えている。
【００６１】
図８は、複数の気泡核生成部１２を連結して構成される気泡核生成装置の例として、２つの気泡核生成装置Ｇ１、Ｇ２を示している。気泡核生成装置Ｇ１は、図５(ｂ)と同様に２つの気泡核生成部１２をネジ締結して構成されており、気泡核生成装置Ｇ１を通過した気体含有液３が流路Ｐ１を介して起泡部１３に供給されている。一方、気泡核生成装置Ｇ２は、４つの気泡核生成部１２を中間流路を介して連結して構成されており、気泡核生成装置Ｇ２を通過した気体含有液３が流路Ｐ２を介して起泡部１３に供給されている。気泡核生成装置Ｇ１の２つの気泡核生成部１２は、直線形状の流路を形成しているのに対し、気泡核生成装置Ｇ２の４つの気泡核生成部１２は、曲線形状の流路を形成している。
【００６２】
このように、個々の気泡核生成部１２は、様々な形で気体含有液生成装置に実装可能である。なお、図８は、作図の便宜上、２つの気泡核生成装置Ｇ１、Ｇ２を備える気体含有液生成装置を示しているが、本変形例の気体含有液生成装置は、これらの気泡核生成装置Ｇ１、Ｇ２のうちの一方のみを備える形で構成して構わない。
【００６３】
［第３変形例］
図９は、第１実施形態の第３変形例の気泡核生成部１２の構成を示す断面図である。
【００６４】
本変形例の障害物部材２５は、腹部２５ａとして、体積の大きな第１腹部Ｎ１と、体積の小さな第２腹部Ｎ２とを含んでいる。各第１腹部Ｎ１の体積は、第１体積の例である。各第２腹部Ｎ２の体積は、第２体積の例である。
【００６５】
本変形例によれば、気体含有液３が流路内を進むにつれて、各腹部２５ａの体積が変化することで、気体含有液３にさらなる圧力変動を加えることができる。具体的には、第１腹部Ｎ１と第２腹部Ｎ２が交互に配置されているため、気体含有液３に周期的（波動的）な圧力変動を加えることができる。よって、本変形例によれば、気体含有液３中の気泡核３ａの濃度をさらに向上させることが可能となる。
【００６６】
本変形例では、流路の長さ方向における各第１腹部Ｎ１の寸法（長さ）が、流路の長さ方向における各第２腹部Ｎ２の寸法（長さ）よりも長く設定されている。さらに、流路の幅方向における各第１腹部Ｎ１の寸法（直径）が、流路の幅方向における各第２腹部Ｎ２の寸法（直径）よりも長く設定されている。その結果、各第１腹部Ｎ１の体積が、各第２腹部Ｎ２の体積よりも大きく設定されている。
【００６７】
ただし、本変形例では、その他の寸法関係を採用して、各第１腹部Ｎ１の体積を各第２腹部Ｎ２の体積より大きく設定してもよい。例えば、各第１腹部Ｎ１の長さを各第２腹部Ｎ２の長さより長く設定し、各第１腹部Ｎ１の直径を各第２腹部Ｎ２の直径と同じに設定してもよい。逆に、各第１腹部Ｎ１の長さを各第２腹部Ｎ２の長さと同じに設定し、各第１腹部Ｎ１の直径を各第２腹部Ｎ２の直径より長く設定してもよい。
【００６８】
［第４変形例］
図１０は、第１実施形態の第４変形例の気泡核生成部１２の構成を示す断面図である。
【００６９】
本変形例の気泡核生成部１２は、第３変形例と同様に、体積の異なる腹部Ｍ１〜Ｍ３を含む障害物部材２５を備えている。また、本変形例の気泡核生成部１２は、別の障害物部材２５として、互いに分離された複数の障害物部材Ｍ４〜Ｍ８を備えている。腹部Ｍ１〜Ｍ３は、１個の物体を構成しているのに対し、障害物部材Ｍ４〜Ｍ８は、互いに分離された別々の物体である。また、障害物部材Ｍ４〜Ｍ８は、様々な体積を有している。
【００７０】
本変形例によれば、第３変形例と同様に、気体含有液３に大きな圧力変動を加えることができる。よって、本変形例によれば、第３変形例と同様に、気体含有液３中の気泡核３ａの濃度を大きく向上させることが可能となる。
【００７１】
第３および第４変形例では、様々な形状の障害物部材２５や腹部２５ａにより、気体含有液３の流れを複雑に変化させることができる。これにより、流路形成チューブ２１内に川の流れのような複雑な流れを実現することが可能となり、複雑な乱流を実現することが可能となる。よって、これらの変形例によれば、気泡核生成部１２の気泡核生成機能をより高めることが可能となる。
【００７２】
以上のように、本実施形態の気泡核生成部１２内を気体含有液３が流れる際には、気体含有液３の流れは、流路の中央部では障害物部材２５からの影響を受け、流路の周辺部では流路形状チューブ２１の蛇腹構造からの影響を受ける。よって、本実施形態によれば、流路形状チューブ２１や障害物部材２５により気体含有液３中に多数の気泡核３ａを生成することが可能となり、これにより、微細な気泡３ｂを高濃度に含有する気体含有液３を生成することが可能となる。
【００７３】
また、本実施形態の気泡核生成部１２によれば、気体含有液３に高圧を加えて気体含有液３を高速で噴射しなくても、乱流の作用により低圧の気体含有液３で多数の気泡核３ａを生成することができる。よって、本実施形態によれば、この観点からも気体含有液生成装置の製造コストや消費エネルギーを低減することが可能となる。
【００７４】
実験によれば、気体含有液３に０ＭＰａ、１．５ＭＰａ、３ＭＰａの圧力を加え、図３の気泡核生成部１２により気体含有液３を処理したところ、清成槽１４内の気体含有液３のナノバブル濃度はそれぞれ、０．５６×１０９個／ｍｌ、１．０５×１０９個／ｍｌ、２．４１×１０９個／ｍｌとなった。
【００７５】
一方、図３の気泡核生成部１２からワイヤ２４と障害物部材２５とを除去し、かつ図３の流路形成チューブ２１を通常のチューブに置き換えて、同じ実験を行った。この場合、気体含有液３に０ＭＰａ、１．５ＭＰａ、３ＭＰａの圧力を加えて気体含有液３を処理したところ、清成槽１４内の気体含有液３のナノバブル濃度はそれぞれ、０．２７×１０９個／ｍｌ、０．５７×１０９個／ｍｌ、１．０５×１０９個／ｍｌとなった。
【００７６】
この結果から、前者の気泡核生成部１２（本実施形態）を使用する場合には、後者の気泡核生成部１２を使用する場合に比べて、気体含有液３のナノバブル濃度が約２倍に増加することが判明した。
【００７７】
（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態の気体含有液生成装置の構成を示す概略図である。
【００７８】
本実施形態では、第１実施形態の入口部２２が、入口部２２と同様の機能を有する気液混合部１１に置き換えられており、第１実施形態の出口部２３が、出口部２３と同様の機能を有する起泡部１３に置き換えられている。その結果、気液混合部１１、気泡核生成部１２、および起泡部１３が一体化されている。
【００７９】
気液混合部１１は、気体入口部３１と、液体入口部３２と、出口部３３と、第１固定部３４と、第１邪魔板３５と、オスネジ溝３６とを備えている。起泡部１３は、導入部４１と、ベンチュリー部４２と、排出部４３と、第２固定部４４と、第２邪魔板４５とを備えている。
【００８０】
気体入口部３１は、気液混合部１１に気体１を導入する。液体入口部３２は、気液混合部１２に液体２を導入する。出口部３３は、ノズル形状を有しており、液体２を噴射することで液体２を流路形成チューブ２１内に排出する。一方、気体１は、出口部３３の外側から流路形成チューブ２１内に流入する。その結果、液体２の噴射の勢いにより気体１と液体２とが混合され、気体含有液３が流路形成チューブ２１の入口付近で生成される。
【００８１】
導入部４１は、気体含有液３を気泡核生成部１２からベンチュリー部４２に導入する。ベンチュリー部４２は、気体含有液３を噴射するベンチュリー管として機能する。排出部４３は、気体含有液３をベンチュリー部４２から外部に排出する。起泡部１３は、ベンチュリー部４２により気体含有液３を噴射することで、気体含有液３中に多数の気泡３ｂを生成することができる。
【００８２】
第１固定部３４は、気液混合部１１内に設けられており、ワイヤ２４の一方の端部を固定するために使用されている。第２固定部４４は、起泡部１３内に設けられており、ワイヤ２４の他方の端部を固定するために使用されている。本実施形態では、ワイヤ２４の両端部の位置が第１および第２固定部３４、４４により固定されている。
【００８３】
第１邪魔板３５は、気液混合部１１内で第１固定部４４の付近に設けられており、気液混合部１１内の液体２を撹拌する機能を有する。第２邪魔板４５は、起泡部１３内で第２固定部４５の付近に設けられており、起泡部１３内の気体含有液３を撹拌する機能を有する。本実施形態では、第１および第２邪魔板３５、４５により液体２や気体含有液３が撹拌されることで、液体２や気体含有液３に圧力変動が加えられ、気体含有液３中に気泡核３ａが発生しやすくなる。
【００８４】
本実施形態では、気液混合部１１がポンプを使用しないで構成されている。よって、本実施形態の気液混合部１１は、電力なしで機能することができる。同様に、本実施形態の気泡核生成部１２と起泡部１３は、電力なしで機能するように構成されている。よって、図１１に示す気液混合部１１、気泡核生成部１２、および起泡部１３の一体化構造は、電力なしで使用することが可能である。
【００８５】
なお、本実施形態では、気体含有液生成装置全体を無電力で動作するように構成してもよいし、上記の一体化構造以外の部分で電力を使用するように気体含有液生成装置を構成してもよい。前者の場合には、微細な気泡３ｂを高濃度に含有する気体含有液３を電力なしで生成することが可能となる。また、後者の場合にも、微細な気泡３ｂを高濃度に含有する気体含有液３を少ない消費電力で生成することが可能となる。
【００８６】
第１実施形態において気液混合部１１がポンプの場合には、ポンプの負圧により気液混合部１１内に気体１を導入することができる。一方、本実施形態では、気液混合部１１内に気体１を導入する方法が問題となる。例えば、本実施形態の気液混合部１１には、アスピレート式の気体吸入機構によって気体１を導入してもよい。
【００８７】
以上、本発明の具体的な態様の例を、本発明の第１および第２実施形態により説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更を加えて実施することができる。本発明の範囲には、このような変更を加えた形態も含まれる。
【符号の説明】
【００８８】
１：気体、１ａ：気体分子、２：液体、２ａ：液体分子、
３：気体含有液、３ａ：気泡核、３ｂ：気泡、
１１：気液混合部、１２：気泡核生成部、１３：起泡部、１４：清成槽、
２１：流路形成チューブ、２１ａ：腹部、２１ｂ：節部、
２２：入口部、２２ａ：オスネジ溝、２２ｂ：第１固定部、２２ｃ：第１邪魔板、
２３：出口部、２３ａ：メスネジ溝、２３ｂ：第２固定部、２３ｃ：第２邪魔板、
２４：ワイヤ、２５：障害物部材、２５ａ：腹部、２５ｂ：節部、
３１：気体入口部、３２：液体入口部、３３：出口部、
３４：第１固定部、３５：第１邪魔板、３６：オスネジ溝、
４１：導入部、４２：ベンチュリー部、４３：排出部、
４４：第２固定部、４５：第２邪魔板
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0006771960.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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