(57)【要約】【課題】小さな出力のポンプで気泡径が極めて小さな微細気泡を発生させ得る微細気泡発生システムを提供する。【解決手段】微細気泡発生システム１０は、液体を吸引する液体吸引部と液体を吐出する液体吐出部とを有するポンプ４を備えている。ポンプ４の上流側の循環用配管７には、外部から気体を吸引して、気体を液体中に気泡として混入させる気泡混入部３が取り付けられている。また、ポンプ４の下流側の循環用配管７には、ポンプ４から吐出された気泡を分裂させる気泡分裂部５が取り付けられている。【選択図】図１
2007209953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吸引して吐出するポンプと、
前記ポンプの内部または外部の流路の前記液体が吸引されている位置に設けられ、外部から気体を吸引して、前記気体を前記液体中に気泡として混入させる気泡混入部と、
前記ポンプの内部または外部の流路の前記液体が吐出されている位置に設けられ、前記気泡を分裂させる気泡分裂部とを備えた、微細気泡発生システム。
【請求項２】
液体を吸引して吐出するポンプと、
前記ポンプの内部または外部の流路の前記液体が吸引されている位置に設けられ、外部から気体を吸引して、前記気体を前記液体中に気泡として混入させる気泡混入部とを備え、
前記ポンプが前記気泡を分裂させる、微細気泡発生システム。
【請求項３】
前記気泡混入部は、前記液体の流れを利用して旋回流を生じさせる形状を有し、前記旋回流に生じた負圧部において前記気泡を発生させる、請求項１または２に記載の微細気泡発生システム。
【請求項４】
前記気泡混入部は、前記旋回流の回転中心軸に沿って吸引された前記液体と前記旋回流の回転中心軸に沿って吸引された気体とを衝突させることによって前記気泡を発生させる、請求項３に記載の微細気泡発生システム。
【請求項５】
前記気泡混入部は、オリフィスを有し、
前記液体が前記オリフィスを通過するときに前記気泡が発生する、請求項１または２に記載の微細気泡発生システム。
【請求項６】
前記気泡混入部は、前記気体に圧力を加える加圧機構を有し、
前記加圧機構は、前記液体中に間欠的に前記気体を送り込むことによって、前記気泡を発生させる、請求項１または２に記載の微細気泡発生システム。
【請求項７】
前記気泡混入部は、微細な貫通孔を有し、
前記気体が前記微細な貫通孔を通過するときに前記気泡が発生する、請求項１または２に記載の微細気泡発生システム。
【請求項８】
前記気泡は、１μｍ〜２０００μｍの直径を有するマイクロバブルである、請求項１または２に記載の微細気泡発生システム。
【請求項９】
前記気泡分裂部は、オリフィスを有し、
前記液体が前記オリフィスを通過するときに前記気泡が分裂する、請求項１に記載の微細気泡発生システム。
【請求項１０】
前記気泡分裂部は、ベンチュリ管を有し、
前記液体が前記ベンチュリ管を通過するときに前記気泡が分裂する、請求項１に記載の微細気泡発生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体を吸引して微細な気泡を発生させる微細気泡発生システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、微細気泡発生装置が用いられている。たとえば、特開２００３−１２６６６５号公報においては、旋回流式の微細気泡発生装置が開示されている。この微細気泡発生装置においては、旋回流によって気柱が生成される気柱生成部が設けられている。気柱生成部の下流の管路にはキャビテーション用ノズルが接続されている。気柱生成部は円筒部空間を有している。円筒状内部空間の側面には、その空間において旋回流を発生させるための液体導入管部が接続されている。液体導入管部は、円筒状内部空間の接線方向に沿って延びるように、気柱生成部に接続されている。また、液体導入管は、ポンプによって加圧された液体を円筒状空間に導く。その結果、円筒状空間内で旋回流が発生する。旋回流の中心部には負圧部が形成されている。
【０００３】
気体は、気体導入部から円筒状内部空間へ導入され、旋回流の中心部へ導かれる。その結果、気柱が生成される。気柱において気泡が生成される。その気泡は、キャビテーション式ノズルのキャビテーション発生用の細口および拡大開口を通過するときに、微細気泡に分裂する。
【０００４】
また、特開２００５−２７０９３５号公報においては、微細気泡発生装置が開示されている。この微細気泡発生装置においては、ポンプの上流において、旋回流によって負圧部が形成される。また、負圧部には気体が吸込まれる。それにより、旋回流の剪断力によって気体がせん断され、液体中に気泡が混入する。
【０００５】
ポンプ内の液体の圧力はポンプの吸引力によって小さくなっている。そのため、ポンプ内では気泡にかかる圧力は相対的に小さくなっている。一方、ポンプの下流においては、ポンプの吸引力が作用しないため、液体の圧力は相対的に大きくなっている。そのため、気泡は液体の圧力によって収縮させられる。その結果、気泡は、微細気泡に変化する。
【０００６】
前述の微細気泡発生装置は、上流側から下流側へ向かって内径が小さくなる第１の円錐状の空間を有している。円錐状空間に液体が導入される。また、第１の円錐状の空間の頂点には円柱状の空間が繋がっている。この円柱状の空間には、気体を導く気体吸引部が繋がっている。また、円柱状の空間には、上流側から下流側へ向かって内径が大きくなる第２の円錐状の空間が繋がっている。
【０００７】
前述の微細気泡発生装置が使用されるときには、第１の円錐状の空間に液体が導入される。その後、円柱状の空間に液体が導かれる。このとき、円柱状の空間内においては、液体の流速は大きくなっている。そのため、液体にかかる圧力は小さくなっている。また、液体が円柱状の空間を通過するときに、気体が気体吸引部を介して液体中に混入される。その後、気体を含む液体は、第２の円錐状の空間に導かれる。第２の円錐状の空間に導かれた気体を含む液体は、圧力が低下する。その結果、気体と液体とが混合される。つまり、気泡が生成される。
【０００８】
なお、前述の微細気泡発生装置によれば、駆動圧力が０．０３Ｍｐａ程度である小型ポンプが用いられても、微細気泡を生成することが可能である。
【特許文献１】特開２００３−１２６６６５号公報
【特許文献２】特開２００５−２７０９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特開２００３−１２６６６５号公報において開示されているような微細気泡発生装置においては、常温かつ常圧の水中においてキャビテーションを発生させるために、キャビテーション発生部を約０．０３気圧以下にする必要がある。また、ベルヌーイの法則を考慮すると、縮流を発生させて、局所的に流速を大きくする必要がある。その縮流を発生させるための部分では、かなり大きく圧力が上昇し、１ＭＰａ以上の出力を有する大型のポンプを使用しないと、負圧部が形成されない。そのため、気体吸引部から気柱生成部へ気体が吸引されない。
【００１０】
一方、特開２００５−２７０９３５号公報において開示されているような微細気泡発生装置によれば、駆動圧力が０．０３Ｍｐａ程度である小型ポンプが用いられても、微細気泡を生成することが可能であるが、次のような問題がある。
【００１１】
前述の微細気泡発生装置によれば、圧力が低下した大きな気泡が、その気体分子数を変化させることなく、常圧の液体中に戻される。それにより、気体の状態方程式に従って、気泡が縮小化される。そのため、気泡の密度は増加しない。また、気泡は分裂されないため、気泡のサイズを極めて小さくすることはできない。
【００１２】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小さな出力のポンプで気泡径が極めて小さな微細気泡を発生させ得る微細気泡発生システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一の局面の微細気泡発生システムは、液体を吸引して吐出するポンプと、ポンプの内部または外部の流路の液体が吸引されている位置に設けられ、外部から気体を吸引して、気体を液体中に気泡として混入させる気泡混入部と、ポンプの内部または外部の流路の液体が吐出されている位置に設けられ、気泡を分裂させる気泡分裂部とを備えている。
【００１４】
上記の構成によれば、ポンプの動力が小さくても、極めて小さな気泡径を有する微細気泡を発生させることが可能になる。
【００１５】
また、気泡混入部は、ポンプの外部に設けられていてもよいが、気泡混入部は、ポンプの内部に設けられていてもよい。これによれば、微細気泡発生システムを小型化することが可能になる。
【００１６】
本発明の他の局面の微細気泡発生システムは、液体を吸引して吐出するポンプと、ポンプの内部または外部の液体が吸引されている位置に設けられ、外部から気体を吸引して、気体を液体中に気泡として混入させる気泡混入部とを備えている。また、前述のポンプは気泡を分裂させる機能を有している。
【００１７】
上記の構成によっても、ポンプの動力が小さくても、極めて小さな気泡径を有する微細気泡を発生させることが可能である。
【００１８】
また、気泡混入部は、液体の流れを利用して旋回流を生じさせる形状を有し、旋回流に生じた負圧部において気泡を発生させるものである。気泡混入部は、旋回流の回転中心軸に沿って吸引された液体と旋回流の回転中心軸に沿って吸引された気体とを衝突させることによって気泡を発生させるものである。
【００１９】
また、気泡混入部がオリフィスを有し、液体がオリフィスを通過するときに気泡が発生してもよい。
【００２０】
前述の気泡混入部は、気体に圧力を加える加圧機構を有し、加圧機構が液体中に間欠的に気体を送り込むことによって、気泡を発生させるものであってもよい。
【００２１】
また、気泡混入部は、微細な貫通孔を有し、気体が微細な貫通孔を通過するときに気泡が発生するものであってもよい。
【００２２】
また、気泡は、直径１μｍ〜２０００μｍ程度のマイクロバブルであれば、気泡の伸縮に起因するポンプの動力の低下の度合いは極めて小さい。
【００２３】
また、気泡分裂部は、オリフィスを有し、液体がオリフィスを通過するときに気泡が分裂することによって、微細な気泡が形成されるものであってもよい。
【００２４】
また、気泡分裂部は、ベンチュリ管を有し、液体がベンチュリ管を通過するときに気泡が分裂するものであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の微細気泡発生システムを説明する。
本実施の形態の微細気泡発生システム１０は、図１および図２に示すように、液体槽１に循環用配管７を介して微細な気泡を送り込むためのものである。図１においては、ポンプ４が駆動することにより、液体が、矢印で示すように、循環用配管７を介して、液体層１、気泡混入部３、ポンプ４、および気泡分裂部５の順に循環する。
【００２６】
微細気泡発生システム１０は、液体を吸引する液体吸引部と液体を吐出する液体吐出部とを有するポンプ４を備えている。ポンプ４の上流側の循環用配管７には、外部から気体を吸引して、気体を液体中に気泡として混入させる気泡混入部３が取り付けられている。ポンプ４の上流側の循環用配管７内の液体は、ポンプ４の吸引によって負圧になっており、ポンプ４の下流側の循環用配管７内の液体は、ポンプ４の吐出によって正圧になっている。なお、気泡混入部３が液体中に混入させる気泡のサイズは２ｍｍ以下であるもとする。また、ポンプ４の下流側の循環用配管７には、ポンプ４から吐出された気泡を分裂させる気泡分裂部５が取り付けられている。
【００２７】
一般に、ポンプ４の吸引力が液体に作用している。そのため、ポンプ４の上流側の液体の圧力は、ポンプ４の下流側の液体の圧力に比較して小さい。したがって、上記の本実施の形態の微細気泡発生システム１０のように、気泡混入部３がポンプ４の上流側の循環用配管７に設けられていれば、気泡混入部３がポンプ４の下流側の循環用配管７に設けられている微細気泡発生システム１０に比較して、少ないポンプ動力で液体中に気泡を混入させることができる。さらに、ポンプ４の下流において気泡分裂部５によって気泡を微細気泡に変化させることができる。したがって、ポンプの動力が小さくても、極めて小さな気泡径を有する微細気泡を発生させることが可能になる。
【００２８】
なお、ポンプ４内に吸引される気泡の径は、２ｍｍ以下であり、極めて小さい。そのため、気泡の伸縮に起因するポンプ動力の低下の度合いは極めて小さい。
【００２９】
また、気泡分裂部５は、液体の圧力を変動させたり、または、液体に乱流を生じさせたりして、気泡を分裂する。しかしながら、ポンプ４の上流の液体とポンプ４の下流の液体とは、ポンプ４内のインペラ等によって、分離されている。そのため、ポンプ４の上流の液体とポンプ４の下流の液体との相互干渉は極めて小さい。したがって、気泡分裂部５の存在に起因して、ポンプ４の吸引性能に悪影響が及ぼされるおそれはない。
【００３０】
また、図３に示すように、気泡混入部３が、循環用配管７ではなく、ポンプ４内の液体吸引部に設けられていれば、微細気泡発生システム１０を小型化することが可能になる。図３においては、気体導入管３４は、ポンプ４を貫通しており、気泡混入部３に接続され、外部から気体を気泡混入部３内へ導く。なお、ポンプ４内の液体吸引部とは、インペラ４ｃよりも上流側において液体が負圧になっている部分であり、ポンプ４内の液体吐出部以外の部分である。液体吐出部とは、インペラ４ｃの下流側において液体が正圧になっている部分である。
【００３１】
また、気泡分裂部５は、液体吸引部であれば、インペラ４ｃまたはボリュートケーシング４ｄ等のポンプ４を構成する部品に設けられていてもよい。さらに、ポンプ４自体が気泡分裂部として機能してもよい。つまり、ポンプ４のインペラ４ｃの回転によって、気泡Ｂが分裂されて、微細気泡ｂが生成されてもよい。これによれば、気泡混入部３がポンプ４内の液体吸引部に設けられているだけで、微細気泡を生成することができる。
【００３２】
また、図４に示すように、気泡混入部３は、液体の流れを利用して旋回流を生じさせる形状を有し、旋回流に生じた負圧部において気泡を発生させるものであってもよい。
【００３３】
図４に示された気泡混入部３は、円筒部３３と円筒部３３の両端に取り付けられた円盤状部３１および３５とを備えている。円盤状部３１および３５は、それぞれ、その中心位置に、貫通孔３１ａおよび３５ａを有している。貫通孔３１ａには循環用配管７が接続されている。貫通孔３５ａには気体吸引部３４が接続されている。また、円筒部３３には、接線方向に沿って延びるように、気液混合体を吐出する循環用配管７が接続されている。円筒部３３の内側の空間は円柱形状を有している。
【００３４】
ポンプ４が始動すると、循環用配管７および貫通孔３１ａを介して、円筒部３３内に液体が導入される。円筒部３３内の液体は、円筒部３３に設けられた循環用配管７から円柱の接線方向に沿って吐出される。それにより、円筒部３３内の液体中には旋回流が生じる。旋回流の回転中心軸の近傍の液体は負圧になっている。したがって、気体が外部から気体吸引部３４および貫通孔３５ａを介して円筒部３３内の液体中へ吸引される。
【００３５】
円柱空間においては、気体は旋回流の回転中心軸に沿って進行する。また、循環用配管７および貫通孔３１ａを介して円柱空間内に流入した液体も旋回流の回転中心軸に沿って進行する。したがって、円柱空間に吸引された液体と円柱空間内に吸引された気体とが衝突する。その結果、気泡が効率的に形成される。また、発生した気泡は、円柱空間から循環用配管７へ吐出される。
【００３６】
なお、旋回流を発生させることが可能であれば、気泡混入部３の構造は前述の構造に限定されない。
【００３７】
また、気液混合体が吐出される循環用配管７、液体が吸引される循環用配管７、円筒部３３、および気体吸引部３４の順に、液体の状態が定常化される。
【００３８】
また、気液混合体が吐出される循環用配管７は、液体が吸引される循環用配管７の近傍ではなく、気体吸引部３４の近傍に設けられている。また、内径に関しては、円筒部３３＞気液混合体が吐出される循環用配管７＞液体が吸引される循環用配管７＞気体吸引部３４という関係が成立することが望ましい。これによれば、気泡混入部３から円筒部３３へ気体が吸引され易くなる。
【００３９】
前述の円柱空間においては、旋回流の中心部に負圧部が形成される。気体が、気体吸引部３４から円柱空間の負圧部へ吸引され、旋回流の剪断力によって、気泡へ変化する。
【００４０】
また、上記の気泡混入部３によれば、旋回流による剪断力に加えて、液体と気体とが衝突するときの衝撃によって、気体が剪断され、気泡が形成される。そのため、直径が小さな気泡を形成することが可能である。
【００４１】
また、液体が気泡混入部３へ流れ込む前に気体が気泡混入部３に流れ込んでしまう場合には、体積が大きな気体が液体中に塊として存在する。そのため、気体の塊の伸縮に起因してポンプ４の動力が低下してしまう。これを防止するために、気体吸引部３４に流量調整用バルブが設けられてもよい。この流量調整用バルブの開閉を制御することによって、気体の吸引を開始するタイミングが制御されてもよい。これによれば、液体が吸引され旋回流が発生した後で、流量調整用バルブを開けば、液体が気泡混入部３へ流れ込む前に気体が気泡混入部３に流れ込むことが防止される。したがって、大きな気体の塊が液体中に存在することにより、ポンプ４の動力が低下することが防止される。
【００４２】
また、気体吸引部３４に逆止弁が設けられていれば、液体が気体吸引部３４を逆流して外部に漏れることが確実に防止される。なお、旋回流が発生する円柱空間に常に液体が充填されている状態になる構造を有する気体混入部３が採用されることが望ましい。
【００４３】
また、図５に示すように、気泡混入部３がベンチュリ管３００を有し、液体がベンチュリ管３００を通過するときに気泡が発生してもよい。
【００４４】
前述のベンチュリ管３００は、上流側から下流側へ向かって内径が小さくなる円錐状空間３７を有している。また、円錐状空間３７の頂点には円柱状空間３８が繋がっている。この円柱状空間３８には、気体を導く気体吸引部３４が繋がっている。また、円柱状空間３８には、上流側から下流側へ向かって内径が大きくなる円錐状空間３９が繋がっている。
【００４５】
前述の気泡混入部３において気泡が生成されるときには、液体Ｌが循環用配管７から円錐状空間３７へ導入される。その後、液体Ｌは円錐状空間３７から円柱状空間３８へ流れる。このとき、円柱状空間３８を流れる液体Ｌの速度は、円錐状空間３７を流れる液体Ｌの速度よりも大きくなっている。そのため、ベルヌーイの法則に従って、円柱状空間３８を流れる液体Ｌの圧力は、円錐状空間３７を流れる液体Ｌの圧力よりも小さくなっている。その結果、液体Ｌが円柱状空間３８を通過するときに、気体Ｇが気体吸引部３４を介して液体Ｌ中に吸い込まれる。つまり、気液混合体ＧＬが形成される。その後、気液混合体ＧＬが、円柱状空間３８から円錐状空間３９へ流れる。円錐状空間３９を流れる気液混合体ＧＬの圧力は、円柱状空間３８を流れる気液混合体ＧＬの圧力よりも大きくなる。その結果、気体Ｇの塊が崩壊して気泡となる。つまり、気泡Ｂが生成される。なお、図５には、気泡混入部３内の圧力分布が示されている。
【００４６】
この現象は、図１２に示すように、ベンチュリ管の代わりにオリフィスが用いられる場合においても発生する。オリフィスＯの近傍の液体の圧力は縮流に起因する液体の流速の増加に伴って低下する。一方、オリフィスＯの下流においては液体の流速が低下するため、液体の圧力が増加する。したがって、図１２に示すように、気泡混入部３にオリフィスＯが設けられていても、気泡混入部３内にベンチュリ管が設けられている場合に得られる効果と同様の効果を得ることができる。なお、気泡混入部３にオリフィスＯが設けられている場合においても、図１２に示すように、オリフィスＯを径方向に貫通する気体吸引部３４が設けられており、外部の空気が気体吸引部３４を介してオリフィスＯの貫通孔ＯＯ内に気体Ｇの塊として導かれる。その後、気体Ｇの塊が崩壊して気泡Ｂが生成される。
【００４７】
また、図６に示すように、気泡混入部３は、気体に圧力を加える加圧機構３０を有し、加圧機構３０が液体中に間欠的に気体を送り込むことによって、気泡Ｂを発生させるものであってもよい。加圧機構３０はエアレータのような加圧式の気体圧入ポンプで強制的に気泡Ｂを液体中に混入させるものである。
【００４８】
なお、ポンプ４の上流の液体の圧力は、ポンプ４の下流の液体の圧力に比較して低い。そのため、ダイヤフラムポンプ等によって気体を液体中に強制的に押し込んでも、液体の逆流が生じず、液体中に気体を混入することが可能である。これによれば、気体の加圧圧入が間欠的に生じるため、気体Ｇは分断され気泡Ｂとなる。
【００４９】
また、気泡混入部３は、図７および図８に示すように、複数の微細な貫通孔３００を有し、気体Ｇが複数の微細な貫通孔３００を通過するときに気泡Ｂが発生するものであってもよい。つまり、膜乳化を生じさせる程度の大きさを有する複数の貫通孔３００に気体の塊を通過させ、液体中に気泡を混入させる気泡混入部３が用いられてもよい。これによれば、気体Ｇは、貫通孔３００を通過するときに、貫通孔３００および液体の表面張力によって分断され、気泡Ｂになる。
【００５０】
なお、貫通孔３００は、幅と長さとの比が１：３〜４の楕円形であることが望ましい。また、気泡Ｂの径は貫通孔３００の平面視における長さにほぼ一致する。
【００５１】
たとえば、１００μｍ以下の気泡Ｂの径が必要な場合には、幅３０μｍかつ長さ１００μｍ以下の楕円形状の貫通孔３００が形成されていることが望ましい。
【００５２】
また、微小な貫通孔３００を介して気体Ｇを液体中に吸引するためには、前述の旋回流によって気体Ｇを吸引する方式、ベンチュリ管によって気体Ｇを吸引する方式、および気体圧入ポンプを用いる方式のいずれが用いられてもよい。
【００５３】
気泡混入部３において生成された気泡は、ミリサイズの直径を有する気泡であってもよいが、気泡の伸縮に起因するポンプ４の動力の低下を防止するためには、気泡Ｂの径は１μｍ〜２０００μｍであることが望ましい。つまり、気泡混入部３において生成される気泡は、マイクロバブルであることが望ましい。これによれば、一般的な遠心ポンプがポンプ４として用いられても、ポンプ４の動力の低下は殆んど生じない。
【００５４】
また、図９に示すように、本実施の形態の気泡分裂部５は、循環用配管７に設けられたオリフィスＯである。これによれば、液体がオリフィスＯを通過するときに気泡Ｂが分裂し、微細気泡ｂが形成される。
【００５５】
なお、気泡分裂部５がオリフィスＯを有していれば、キャビテーションが生じなくても、オリフィスＯの貫通孔ＯＯを通過する液体Ｌの圧力変動によって、気泡Ｂが崩壊する。  
【００５６】
また、図１０は、標準状態で、流路径φが２０ｍｍであり、オリフィス径φが４ｍｍであり、オリフィス厚が０．５ｍｍであり、液体Ｌの流量が３Ｌ／ｍｉｎである場合における気泡Ｂの径と気泡分裂確率との関係を示している。
【００５７】
オリフィスＯが設けられていると、キャビテーションが発生しなくても、オリフィスＯの貫通孔ＯＯを通過する液体Ｌの圧力変動によって、マイクロジェット効果が生じ、気泡Ｂが崩壊する。
【００５８】
気泡Ｂが圧力変動で崩壊するか否かは、圧力変動が、気泡Ｂ自体の内圧に打ち勝って気泡を分裂することが可能であるか否かによって決定される。したがって、大きい気泡Ｂほど僅かの圧力変動で崩壊する。
【００５９】
その圧力変動値としては、気泡Ｂの径と液体Ｌの表面張力とによって決定される自己加圧に起因した気泡の内圧の少なくとも２０倍（ゲージ圧表示）以上であることが好ましい。また、前述値は、気泡の内圧の１００倍以上であることがさらに好ましい。
【００６０】
たとえば、流路径φ２０ｍｍ、孔径φ４ｍｍ、かつ厚さ０．５ｍｍのオリフィスＯに３Ｌ／ｍｉｎの液体が流れる場合には、約４００μｍ径の気泡Ｂの５０％および１０００ｍｍ径の気泡Ｂの１００％が崩壊し、微細気泡ｂになる。気泡Ｂは崩壊した後、その径が約１／４になり、その数が約６４倍になる。
【００６１】
また、流路径φ２０ｍｍ、孔径φ４ｍｍ、かつ厚さ０．５ｍｍのオリフィスＯに１８Ｌ／ｍｉｎの液体が流れる場合には、前述の場合よりも流体エネルギーおよび圧力変動値のいずれもが大きくなる。気泡Ｂの径が約１００μｍ以上であれば、その気泡Ｂは１００％崩壊する。この条件下では、径が１００μｍ以下のマイクロバブルを製造することが可能になる。
【００６２】
なお、液体Ｌは、オリフィスＯの貫通孔ＯＯを通過するときに、その流速が最も大きくなり、ベルヌーイの法則に従って、その圧力が最も小さくなる。このとき、液体Ｌの絶対圧が液体Ｌの飽和蒸気圧以下になれば、キャビテーションが発生する。
【００６３】
自己加圧を除いた気泡Ｂの内圧は、標準状態においては、絶対圧標記では１気圧(ゲージ圧で０気圧)になる。前述のキャビテーションが生じる場合には、飽和蒸気圧(液体が標準状態の水である場合）は、絶対圧標記で約０．０３気圧になるため、気泡Ｂがより崩壊し易くなっている。
【００６４】
図１０において、流路径φ２０ｍｍ、孔径φ４ｍｍ、かつ厚さ０．５ｍｍのオリフィスＯに１１Ｌ／ｍｉｎの液体が流れる場合には、貫通孔ＯＯ内でキャビテーションの発生が始まる。オリフィスＯの貫通孔ＯＯに流れ込む前においては、気泡は、キャビテーション核として機能し、飽和蒸気圧(標準状態で０．０３気圧以下の負圧（陰圧）の気泡Ｂに成長している。
【００６５】
気泡Ｂは、オリフィスＯの貫通孔ＯＯの下流での僅かの圧力上昇で容易に崩壊し、さらに、常圧状態中に戻される。そのため、より微細で高密度の微細気泡ｂを製造することが可能になる。
【００６６】
オリフィスＯの貫通孔ＯＯの径が３ｍｍと前述の値よりも小さい場合には、より少ない流量でもキャビテーションが発生し易くなっている。言い換えれば、液体ＬがオリフィスＯの貫通孔ＯＯを通過するときに生じる縮流の速度が大きければ、液体Ｌの流量が小さくても、多量の微細気泡ｂを発生させることが可能である。
【００６７】
上記のように、オリフィスＯを用いる場合には、液体Ｌの圧力変動およびキャビテーションのうちいずれかによって、気泡Ｂが液体Ｌ中に形成される。
【００６８】
また、図１１に示すように、気泡分裂部５がポンプ４の内部の液体吐出部に設けられていてもよい。これによっても、微細気泡発生システム１０を小型化することが可能になる。
【００６９】
また、縮流による圧力変動およびキャビテーションを発生させる機構は、オリフィスＯに限定されない。気泡分裂部５は、図５を用いて説明したようなベンチュリ管３００を有し、液体がベンチュリ管３００を通過するときに気泡が分裂するものであってもよい。
【００７０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施の形態の微細気泡発生システムの概略構成を示す図である。
【図２】実施の形態の微細気泡発生システムにおいて用いられるポンプを説明するための図である。
【図３】気泡混入部がポンプ内に設けられた微細気泡発生システムを説明するための図である。
【図４】旋回流によって液体中に気泡を混入させる気泡混入部を説明するための図である。
【図５】ベンチュリ効果を利用して液体中に気泡を混入させる気泡混入部を説明するための図である。
【図６】実施の形態の他の例の微細気泡発生システムの概略構成を示す図である。
【図７】気体が微細な複数の貫通孔を通過するときに気泡が液体中に混入する気泡混入部を説明するための上面図である。
【図８】気体が微細な複数の貫通孔を通過するときに気泡が液体中に混入する気泡混入部を説明するための断面図である。
【図９】オリフィスを有する気泡分裂部を説明するための図である。
【図１０】オリフィスを通過する気泡の径とオリフィスを通過した気泡の分裂確率との関係を示す図である。
【図１１】内部に気泡分裂部が設けられたポンプを説明するための図である。
【図１２】オリフィスを有する気泡混入部を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  液体槽、３  気泡混入部、４  ポンプ、４ｃ  インペラ、４ｄ  ボリュートケーシング、５  気泡分裂部、７  循環用配管、１０  微細気泡発生システム、３０  加圧機構、３１  円盤状部、３１ａ  貫通孔、３３  円筒部、３４  気体吸引部、３５ａ  貫通孔、３７  円錐状空間、３８  円柱状空間、３９  円錐状空間、３００  ベンチュリ管、Ｂ  気泡、ｂ  微細気泡、Ｇ  気体、ＧＬ  気液混合体、Ｌ  液体、Ｏ  オリフィス、ＯＯ  貫通孔。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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