(57)【要約】【課題】溶液中の微細気泡の濃度を容易に所定の濃度で制御できる微細気泡制御装置および微細気泡制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】本開示にかかる微細気泡制御装置は、溶媒に微細気泡を導入して微細気泡懸濁液を生成する微細気泡発生機と、微細気泡懸濁液と溶媒とを混合して混合液を生成する混合部と、混合液の微細気泡の濃度を測定する測定部と、微細気泡の濃度が所定の範囲内に収まるように、測定部で測定した微細気泡の濃度に基づいて混合部への溶媒の導入量を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒に微細気泡を導入して微細気泡懸濁液を生成する微細気泡発生機と、
前記微細気泡懸濁液と前記溶媒とを混合して混合液を生成する混合部と、
前記混合液の前記微細気泡の濃度を測定する測定部と、
前記微細気泡の濃度が所定の範囲内に収まるように、前記測定部で測定した前記微細気泡の濃度に基づいて前記混合部への前記溶媒の導入量を制御する制御部と、を備える、
微細気泡制御装置。
【請求項２】
前記微細気泡のサイズが１マイクロメートル以下である、
請求項１に記載の微細気泡制御装置。
【請求項３】
前記測定部を較正する較正部をさらに備える、
請求項１に記載の微細気泡制御装置。
【請求項４】
前記制御部の制御手段が流体抵抗である、
請求項１に記載の微細気泡制御装置。
【請求項５】
前記測定部が弾性波センサである、
請求項１に記載の微細気泡制御装置。
【請求項６】
溶媒中に微細気泡を導入して微細気泡懸濁液を生成し、
前記微細気泡を導入する前の前記溶媒と前記微細気泡懸濁液とを混合して混合液を生成することにより、前記混合液の前記微細気泡の濃度を所定の濃度に制御する、
微細気泡制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、微細気泡制御装置および微細気泡制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細気泡は、近年、様々な用途への応用が期待されている。微細気泡を含む溶液は、例えば、水質浄化、食品洗浄、微細加工プロセス工程における洗浄または有機合成等に用いられる。
【０００３】
これらの用途において、溶液中の微細気泡の濃度は、それぞれの用途に適する所定の範囲に制御される。微細気泡の濃度を制御する微細気泡発生装置としては、例えば、特許文献１に記載されている水処理装置がある。
【０００４】
従来の水処理装置は、ナノバブルを用いて有機フッ素化合物を含有する被処理水を処理する。強力な酸化分解力を有するナノバブルは、有機フッ素化合物を分解処理する。水処理装置は、処理水槽と、有機フッ素化合物の濃度を検出する濃度検出部と、複数のナノバブル発生機と、ナノバブル発生機の運転台数を制御する制御部とを備える。制御部は、被処理水中の有機フッ素化合物の濃度に応じて、複数のナノバブル発生機のうち、運転させるナノバブル発生機の台数を制御する。このようにして、水処理装置は、ナノバブルの発生量を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５５０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の水処理装置は、ナノバブル発生機の運転台数を制御することにより、被処理水中のナノバブルの濃度を調整する。被処理水中のナノバブルの濃度は、ナノバブル発生機の発生能力に依存する。例えば、被処理水中のナノバブルの濃度の下限値は、ナノバブル発生機の１台の発生能力で決まる。
【０００７】
このように、従来の水処理装置は、微細気泡の濃度の細かい調節を行うことが難しく、被処理水中のナノバブルの濃度を所定の濃度に制御することは容易ではない。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するものであり、溶液中の微細気泡の濃度を容易に所定の濃度で制御できる微細気泡制御装置および微細気泡制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の微細気泡制御装置は、溶媒に微細気泡を導入して微細気泡懸濁液を生成する微細気泡発生機と、微細気泡懸濁液と溶媒とを混合して混合液を生成する混合部と、混合液の微細気泡の濃度を測定する測定部と、微細気泡の濃度が所定の範囲内に収まるように、測定部で測定した微細気泡の濃度に基づいて混合部への溶媒の導入量を制御する制御部と、を備える。
【００１０】
本開示の微細気泡制御方法は、溶媒中に微細気泡を導入して微細気泡懸濁液を生成し、微細気泡を導入する前の溶媒と微細気泡懸濁液とを混合して混合液を生成することにより、混合液の微細気泡の濃度を所定の濃度に制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本開示に係る微細気泡制御装置および微細気泡制御方法は、溶液中の微細気泡の濃度を容易に所定の濃度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係る微細気泡制御装置を示すブロック図
【図２】実施の形態に係る微細気泡制御装置の別の例を示すブロック図
【図３】実施の形態に係る微細気泡制御方法を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施の形態に係る微細気泡制御装置および微細気泡制御方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１４】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。
（実施の形態）
図１は、本実施の形態における微細気泡制御装置１０を模式的に示すブロック図である。
【００１５】
微細気泡制御装置１０は、微細気泡発生機１と、混合部２と、測定部３と、制御部４と、を備える。微細気泡発生機１は、溶媒中に微細気泡を発生させて微細気泡懸濁液を生成する。混合部２は、微細気泡懸濁液と溶媒とを混合して混合液を生成する。測定部３は、混合液中の微細気泡の濃度を測定する。制御部４は、測定部３により測定された微細気泡の濃度を予め設定された所定の濃度に調整するように、混合部２に導入される溶媒の導入量を制御する。
【００１６】
このような構成とすることにより、微細気泡制御装置１０は、溶液中の微細気泡の濃度を容易に所定の濃度に制御することができる。また、微細気泡発生機１の制御を行う必要がないため、簡単な構成の微細気泡制御装置１０を実現することができる。
【００１７】
微細気泡制御装置１０に導入される溶媒は、例えば、純水や、水道水、河川水、海水などである。なお、溶媒は、これらに限らず、用途に応じて様々な液体を選択できる。溶媒および溶液は、図１に示す矢印に沿って流れる。
【００１８】
微細気泡発生機１は、溶媒を導入する第一配管１１が接続されている。微細気泡発生機１は、第一配管１１から導入された溶媒中に微細気泡を発生させることにより、微細気泡懸濁液を生成する。微細気泡懸濁液は、第二配管１２を通って混合部２へ送られる。
【００１９】
微細気泡発生機１において微細気泡を発生させる方法としては、例えば、加圧溶解方式またはせん断方式が用いられる。加圧溶解方式は、高圧条件下において気体を溶媒に溶解させた後、溶媒の圧力を低下させる方法である。減圧を行うことにより、溶媒に溶解していた気体は、再気泡化される。この再気泡化の際に、微細気泡が生成される。また、せん断方式は、溶媒を導入する際に働くせん断力を利用して気体を微細化させることにより、
微細気泡を生成する方法である。せん断方式には、特殊な機械的設計を施した設備が用いられる。微細気泡発生機１は、これらの方法を用いることにより、微細気泡を発生させることができる。なお、微細気泡発生機１は、他の方法を用いて、溶媒に微細気泡を導入してもよい。
【００２０】
微細気泡制御装置１０は、複数の微細気泡発生機１を備えてもよい。複数の微細気泡発生機１を用いることにより、微細気泡懸濁液中の微細気泡の濃度を高くすることができる。
【００２１】
第一配管１１は、第一分岐部１７を有する。第一分岐部１７で第一配管１１から分岐された第三配管１３は、混合部２に接続される。溶媒の一部は、第三配管１３を通って、混合部２に送られる。
【００２２】
混合部２において、第二配管１２から導入される微細気泡懸濁液と、第三配管１３から導入される溶媒とが混合される。混合部２は、例えば、微細気泡懸濁液と溶媒とを混合するための混合槽である。混合部２内において、微細気泡懸濁液と溶媒とは、例えば、攪拌、振とうまたは拡散により混合される。混合液は、溶媒と微細気泡懸濁液との混合物である。混合液は、第四配管１４を通って、微細気泡制御装置１０の外部へ送られる。
【００２３】
混合部２内では、微細気泡懸濁液に含まれる微細気泡の量と混合液に含まれる微細気泡の量は、ほぼ同じである。一方、混合液の溶液の全量は、微細気泡懸濁液の全量よりも多い。つまり、微細気泡懸濁液は、溶媒により希釈されている。このように、微細気泡懸濁液に、溶媒を混合することにより、微細気泡の濃度を調整することができる。
【００２４】
また、混合部２は、混合液を攪拌する攪拌機構を備えてもよい。攪拌機構は、例えば、モータなどの回転体と棒などの攪拌子とからなる。攪拌機構を用いることにより、微細気泡懸濁液と溶媒とを効率良く混合することができる。
【００２５】
微細気泡懸濁液と溶媒との混合は、ゆっくりと行われることが好ましい。これにより、微細気泡の消滅を抑制することができる。
【００２６】
なお、混合部２は、混合槽に限定されない。例えば、混合部２は、微細気泡懸濁液と溶媒とが混合される配管の一部等でもよい。
【００２７】
第四配管１４は、第二分岐部１８を有する。第二分岐部１８で第四配管１４から分岐された第五配管１５は、測定部３に接続される。混合部２で混合された混合液の一部は、第五配管１５を通って、測定部３に送られる。
【００２８】
測定部３は、第五配管１５から導入される混合液中の微細気泡の濃度を測定する。微細気泡の濃度を測定する方法は、例えば、電気抵抗法またはレーザー散乱法などがある。電気抵抗法は、流路を挟むように対向して設けた電極間に電圧を印加することにより、流路内の抵抗値を測定する方法である。流路内の溶液に微細気泡が含まれる場合、測定される抵抗値が変化する。したがって、変化した抵抗値を計算することで、溶液に含まれる微細気泡の濃度を見積もる。また、レーザー散乱法は、溶液にレーザーを照射して散乱光強度を測定する方法である。光散乱強度のパターンの変化を検出することにより、溶液中の微細気泡の濃度を見積もる。なお、測定部３は、さらに別の方法を用いて、溶液中の微細気泡の濃度を測定してもよい。
【００２９】
例えば、弾性波センサを用いて、溶液中の微細気泡の濃度を測定してもよい。弾性波素子の共振周波数を利用した弾性波センサは、その表面に微細気泡が付着することにより、
高感度の応答を示す。そのため、溶液中の微細気泡の濃度が低い場合であっても、弾性波センサを用いることにより、溶液中の微細気泡の濃度を精度良く測定することができる。
【００３０】
測定部３を通過した混合液は排出される。
【００３１】
なお、測定部３を通過することにより混合液の微細気泡の濃度が変化しない場合、混合液は、第四配管１４内に戻してもよい。これにより、微細気泡を含む混合液を無駄にすることがない。
【００３２】
また、測定部３は、混合部２に設けられていてもよい。
【００３３】
微細気泡制御装置１０は、さらに測定部３を校正する校正部５を備えてもよい。これにより、測定部３は、高い測定感度を維持することができるため、微細気泡を安定して測定できる。
【００３４】
測定部３は、測定した情報を、電気信号に変換して信号線１９に送信する。
【００３５】
制御部４は、第一分岐部１７または第三配管１３に設けられる。制御部４は、第三配管１３を流れて混合部２に導入される溶媒の量を制御している。
【００３６】
ここで、微細気泡制御装置１０に導入される溶媒の量は一定である。そのため、制御部４は、第三配管１３に流れる溶媒の量を制御することにより、第一配管１１から微細気泡発生機１に導入される溶媒の量を間接的に制御することができる。制御部４での流量の制御方法には、例えば、流体抵抗による流路制御方法が用いられる。制御部４には、例えば、ニードルバルブや電磁弁等が用いられる。ニードルバルブや電磁弁等は、弁の開閉具合といった簡単な構造の変化により配管内の流体抵抗を変化させることができる。そのため、第三配管１３内の溶媒の流量を変化させることができる。なお、制御部４は、別の方法を用いて、配管内の溶媒の流量を制御してもよい。制御部４は、簡単な構造で流量を制御できる構成が望ましい。
【００３７】
制御部４は、信号線１９を介して、測定部３が測定した情報を受信する。制御部４は、受信した情報に基づいて、混合部２に導入する溶媒の導入量を制御する。ここで、制御部４には、微細気泡の所定の濃度が予め設定されている。そのため、制御部４は、測定された微細気泡の濃度と設定された所的の微細気泡の濃度との差が小さくなるように、微細気泡発生機１および混合部２に導入される溶媒の量を制御する。
【００３８】
例えば、測定された微細気泡の濃度が、設定された所定の微細気泡の濃度よりも高い場合、制御部４は、第三配管１３を流れる溶媒の流量を多くする。これにより、混合部２に導入される溶媒の量が増加する。また相対的に、微細気泡発生機１に導入される溶媒の量は減少するため、微細気泡発生機１から混合部２へ導入される微細気泡の量は減少する。そのため、混合部２内の混合液中の微細気泡濃度を下げることができる。また、測定された微細気泡の濃度が、設定された所定の微細気泡の濃度よりも低い場合、制御部４は、第三配管１３から混合部２に導入される溶媒の流量を少なくし、相対的に微細気泡発生機１に導入される溶媒の流量を増加させる。これにより、混合部２に導入される溶媒の量が減少するため、混合部２内の混合液中の微細気泡の濃度を上げることができる。
【００３９】
具体的には、制御部４は、以下の式を用いて、微細気泡発生機１に導入する溶媒の量、および、混合部２に導入する溶媒の量の増減を算出する。
【００４０】
第一配管１１に導入される全流量をＬ、第一分岐部１７によって分岐され、微細気泡発
生機１に導入される流量をＬ１、第三配管１３を通って混合部２に導入される流量をＬ２とする。このとき、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２である。
【００４１】
微細気泡発生機１に導入される流量の増減分△Ｌ１は以下の式（１）により表される。また、混合部２に導入される流量の増減分△Ｌ２は以下の式（２）により表される。
【００４２】
△Ｌ１＝Ｌ（Ｃ２−Ｃ）／Ｃ１          （１）
△Ｌ２＝Ｌ（Ｃ−Ｃ２）／Ｃ１          （２）
ここで、Ｃは測定部３が測定した混合液の微細気泡の濃度、Ｃ１は微細気泡発生機１が発生させる微細気泡濃度、Ｃ２は所定の濃度である。
【００４３】
Ｃ１の値は、微細気泡発生機１の能力に応じて決められる値である。例えば、Ｃ１の値は、微細気泡発生機１に設定される。また、微細気泡制御装置１０の初期動作において、第二配管１２を流れる溶媒の流量Ｌ２を０にした状態で、測定部３で計測される溶液の微細気泡の濃度をＣ１の値としてもよい。
【００４４】
また、Ｃ１の値は、混合部２に導入される前の第二配管１２において計測した微細気泡懸濁液の微細気泡の濃度でもよい。Ｃ１の値として、計測された微細気泡懸濁液の微細気泡の濃度を用いることにより、微細気泡制御装置１０は、より精度の高い微細気泡の濃度の制御を行うことができる。
【００４５】
なお、流量の算出は、測定部３で行ってもよい。この場合、測定部３が送信する情報は、微細気泡発生機１に導入する溶媒の流量、または、混合部２に導入する溶媒の流量である。
【００４６】
このように、制御部４において、混合部２に導入される溶媒の量を制御することにより、混合液の微細気泡の濃度を設定した所定の濃度に調整することができる。なお、所定の濃度は、ある程度の範囲を有していても良い。
【００４７】
なお、微細気泡発生機１に導入される溶媒の流量Ｌ１を固定して、混合部２に導入される溶媒の流量Ｌ２を制御して、混合液の微細気泡の濃度を調整することもできる。
【００４８】
微細気泡は、一般的に、直径１００μｍ以下の気泡を意味する。微細気泡発生機１が発生させる微細気泡は、直径が１μｍ以下の気泡であることが好ましい。直径が１μｍ以下の微細気泡は、溶液中において消滅しにくいため、微細気泡は、溶液中に長時間にわたって存在できる。そのため、微細気泡を含む溶液は、通常の水溶液と同等に扱うことができる。また、微細気泡懸濁液と溶媒とを混合する過程において、微細気泡が混合により消滅しにくいため、容易に溶液中の微細気泡の濃度を調整することができる。
【００４９】
図２は、本実施の形態における別の微細気泡制御装置２０を示すブロック図である、図２に示すように、微細気泡制御装置２０において、第二配管１２を分岐させて、第一分岐部１７と微細気泡発生機１との間の第一配管１１に接続される第六配管１６を設けてもよい。これにより、微細気泡懸濁液は、再び微細気泡発生機１に導入される。微細気泡発生機１に微細気泡懸濁液を複数回導入することにより、微細気泡懸濁液の微細気泡の濃度をさらに増加させることができる。さらに、微細気泡が第三配管１３に入らないため、混合部２での微細気泡の濃度の調整を容易に行うことができる。
【００５０】
また、第四配管１４を分岐させて、第一分岐部１７と微細気泡発生機１との間の第一配管１１に接続することにより、混合液を微細気泡発生機１に導入してもよい。微細気泡懸濁液、および、混合液は、微細気泡発生機１に直接導入されてもよい。
【００５１】
次に、微細気泡制御方法について説明する。
【００５２】
図３は、本実施の形態における微細気泡制御装置１０を用いた微細気泡制御方法を示すフローチャートである。
【００５３】
ステップ（Ｓ０１）において、生成したい溶液中の微細気泡の所定の濃度Ｃ２を設定する。
【００５４】
次に、微細気泡制御装置１０は、設定した所定の濃度Ｃ２と、微細気泡発生機１の微細気泡の発生能力Ｃ１と比較する（ステップ（Ｓ０２））。発生能力Ｃ１は、微細気泡発生機１が発生できる微細気泡の濃度を意味する、ステップ（Ｓ０２）において、所定の濃度Ｃ２が微細気泡発生機１の発生能力Ｃ１より大きい場合（Ｓ０２：Ｎｏ）、微細気泡発生機１の運転台数を増やして発生能力Ｃ１を大きくする（ステップ（Ｓ０９））。なお、図２に示すように、微細気泡懸濁液を微細気泡発生機１に再度導入することにより、発生能力Ｃ１を高めてもよい
ステップ（Ｓ０３）において、微細気泡発生機１に溶媒が導入される。初期段階においては、制御部４は、適当な値で微細気泡発生機１および第三配管１３への流量を制御する（ステップ（Ｓ０４））。なお、ステップ（Ｓ０２）とステップ（Ｓ０３）の順序は入れ替えてもよい。
【００５５】
ステップ（Ｓ０５）において、微細気泡発生機１が生成する微細気泡懸濁液および第三配管１３から導入される溶媒は、混合槽で混合され、混合液が生成される。その後、ステップ（Ｓ０６）において、測定部３は、混合液の微細気泡の濃度Ｃを測定する。
【００５６】
ステップ（Ｓ０７）では、混合液の微細気泡の濃度Ｃと、所定の濃度Ｃ２とを比較する。混合液の微細気泡の濃度Ｃと所定の濃度Ｃ２とが等しい場合、微細気泡制御装置１０は、一定時間運転を継続させる（ステップ（Ｓ０８））。その後、ステップ（Ｓ０６）の動作に戻り、混合液の微細気泡の濃度のモニタリングを行う。
【００５７】
また、ステップ（Ｓ０７）において、混合液の微細気泡の濃度Ｃと所定の濃度Ｃ２とが異なる場合、制御部４における第三配管１３の流量の増減分を算出する（ステップ（Ｓ１０））。その後、ステップ（Ｓ０４）の動作に戻る。ステップ（Ｓ０４）では、算出された第三配管１３の流量の増減分を基に、制御部４は、第三配管１３の流量を制御する。これにより、混合部２での、微細気泡懸濁液と溶媒との混合割合を制御することができる。したがって、溶液の微細気泡の濃度を所定の濃度に調整することができる。
【００５８】
その後、ステップ（Ｓ０４）以降の動作を繰り返して、溶液の微細気泡の濃度を所定の濃度の状態で維持する。
【００５９】
以上に説明したように、本開示における微細気泡制御装置１０および微細気泡制御方法は、測定部３が測定した微細気泡の濃度Ｃと、予め設定した所定の微細気泡の濃度Ｃ２の差に応じて、制御部４は、混合部２への溶媒の流入量を制御する。これにより、混合部２内で微細気泡懸濁液と溶媒を種々の割合で混合し、微細気泡の濃度を所定の濃度に容易に調整することが出来る。また、本開示における微細気泡制御装置１０および微細気泡制御方法を用いることにより、ダイナミックレンジが広く、細かい微細気泡の濃度調整が可能となる。
【００６０】
以上、一つまたは複数の態様に係る微細気泡制御装置および微細気泡制御方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではな
い。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本開示に係る微細気泡制御装置および微細気泡制御方法は、水質浄化、食品洗浄、微細加工プロセス工程における洗浄または気相―液相反応による有機合成などの化学反応プロセスに有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１  微細気泡発生機
２  混合部
３  測定部
４  制御部
５  校正部
１０、２０  微細気泡制御装置
１１  第一配管
１２  第二配管
１３  第三配管
１４  第四配管
１５  第五配管
１６  第六配管
１７  第一分岐部
１８  第二分岐部
１９  信号線
【図１】
2016203142.tif 000003
【図２】
2016203142.tif 000004
【図３】
2016203142.tif 000005