(57)【要約】【課題】微細な気泡を発生させる装置（微細気泡発生装置）、および微細な気泡を発生させる方法（微細気泡発生方法）を提供すること。【解決手段】液体導入部、気体導入部、及び気泡含有液体の吐出孔を有するエジェクター型気泡発生ノズルと、前記ノズルに連結された衝突板とを備え、前記衝突板が、前記吐出孔から吐出される気泡含有液体中の気泡が衝突する位置に設けられていることを特徴とする微細気泡発生装置。また、前記液体導入部に液体を導入し、前記気体導入部に気体を導入した後、前記吐出孔から気泡含有液体を吐出させ、次いで該気泡含有液体中の気泡を前記衝突板に衝突させることを特徴とする微細気泡発生方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体導入部、気体導入部、及び気泡含有液体の吐出孔を有するエジェクター型気泡発生ノズルと、
前記ノズルに連結された衝突板とを備え、
前記衝突板が、前記吐出孔から吐出される気泡含有液体中の気泡が衝突する位置に設けられていることを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
請求項１記載の液体導入部に液体を導入し、請求項１記載の気体導入部に気体を導入した後、請求項１記載の吐出孔から気泡含有液体を吐出させ、次いで該気泡含有液体中の気泡を請求項１記載の衝突板に衝突させることを特徴とする微細気泡発生方法。
【請求項３】
前記気体導入部に導入する気体の単位時間あたりの導入体積に対する、前記液体導入部に導入する液体の単位時間あたりの導入体積の比が、１〜５０である請求項２に記載の微細気泡発生方法。
【請求項４】
前記液体が、有機化合物である請求項２又は３に記載の微細気泡発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な気泡を発生させる装置（微細気泡発生装置）や、微細な気泡を発生させる方法（微細気泡発生方法）に関する。
【背景技術】
【０００２】
気泡径の小さい気泡は液体への溶解性が高く、例えば、酸素の気泡を含有する水は、河川の浄化等に利用されている。このような気泡を発生させる装置として、国際特許０１／０３６１０５号パンフレット（特許文献１）には、液体導入部、気体導入部、及び気泡含有液体の吐出孔を有するいわゆるエジェクター方式を採用した気泡発生ノズル（以下、エジェクター型気泡発生ノズルということがある。）が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】国際特許０１／０３６１０５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記ノズルを使用して気泡を発生させる場合、すなわち該ノズルの液体導入部に液体を導入し、該ノズルの気体導入部に気体を導入して気泡を発生させる場合には、液体の単位時間あたりの導入体積（以下、液体の導入速度ということがある。）を、気体の単位時間あたりの導入体積（以下、気体の導入速度ということがある。）に対して、非常に大きくしなければ気泡径の小さな気泡を発生することはできなかった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、気体の導入速度に対して、液体の導入速度をさほど大きくしなくても、気泡径の小さい気泡、すなわち微細な気泡を発生させうる装置を提供することにある。
【０００６】
本発明者らは、鋭意検討の結果、前記エジェクター型気泡発生ノズルと、該ノズルに連結された衝突板とを備え、前記衝突板が、前記吐出孔から吐出される気泡含有液体中の気泡が衝突する位置に設けられている装置により、上記目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明は、液体導入部、気体導入部、及び気泡含有液体の吐出孔を有するエジェクター型気泡発生ノズルと、前記ノズルに連結された衝突板とを備え、前記衝突板が、前記吐出孔から吐出される気泡含有液体中の気泡が衝突する位置に設けられていることを特徴とする微細気泡発生装置を提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、前記液体導入部に液体を導入し、前記気体導入部に気体を導入した後、前記吐出孔から気泡含有液体を吐出させ、次いで該気泡含有液体中の気泡を前記衝突板に衝突させることを特徴とする微細気泡発生方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、気体の導入速度に対して、液体の導入速度をさほど大きくすることなく、気泡径の小さい気泡、すなわち微細な気泡を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１及び図２を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の微細気泡発生装置を例示する側面図であり、図２は、本発明の微細気泡発生装置の使用状態を例示する側面図である。尚、これらは模式的に表したものであり、本発明はこれらに限られるものではない。
【００１１】
本発明の微細気泡発生装置は、図１に示すように、エジェクター型気泡発生ノズル１と、該ノズル１に連結された衝突板７とを備えるものである。ここでいうエジェクター型気泡発生ノズル１は、液体導入部２、気体導入部３、及び気泡含有液体の吐出孔４を有するものであることができる。かかるエジェクター型気泡発生ノズル１としては、一般的に使用されているものが挙げられ、例えば、オーラテック社製の「Ｏ−ＭＡＸ  タイプ−Ｉ型、エジェクタータイプ」等を挙げることができる。
【００１２】
液体導入部２は、エジェクター型気泡発生ノズル１内に液体を導入するための導入孔であり、通常、液体導入用配管５が液体導入部２に取り付けられ、該配管５を通じて液体が導入される。気体導入部３は、エジェクター型気泡発生ノズル１内に気体を導入するための導入孔であり、通常、気体導入用配管６が気体導入部３に取り付けられ、該配管６を通じて気体が導入される。
【００１３】
液体及び気体がエジェクター型気泡発生ノズル１内に導入されることにより、該ノズル１内で液体と気体が混ざり合い、液体中に気泡が発生する。その後、吐出孔４から、気泡を含有する液体（気泡含有液体）が吐出される。
【００１４】
本発明の微細気泡発生装置は、上記の如くエジェクター型気泡発生ノズル１の吐出孔４から気泡含有液体が吐出された際、該気泡含有液体中の気泡が衝突する位置に衝突板７が設けられていることを特徴とする。このような位置に衝突板７が設けられることにより、気体の導入速度に対して、液体の導入速度をさほど大きくすることなく、気泡径の小さい気泡、すなわち微細な気泡を効果的に発生させることができる。かかる衝突板７は、上述したように、吐出孔４から吐出される気泡含有液体中の気泡が衝突する位置に設けられていればよく、衝突板７の向きも、衝突板７に気泡が衝突するような向きであればよい。好ましくは、気泡含有液体の吐出方向に対して垂直になるような向きであるのがよい。また、吐出孔４と衝突板７との距離も、衝突板７に気泡が衝突するような距離であればよい。エジェクター型気泡発生ノズル１の大きさにもよるが、例えば、該ノズル１として、オーラテック社製の「Ｏ−ＭＡＸ  タイプ−Ｉ型、エジェクタータイプ」を使用した場合には、吐出孔４と衝突板７との距離は、３〜５０ｍｍ程度であるのが好ましく、３〜２０ｍｍ程度であるのがより好ましい。
【００１５】
また、衝突板７の大きさについても、衝突板７に気泡が衝突するような大きさであればよい。衝突板７の材質については、導入される液体や気体に対して不活性なものであればよく、衝突板７として、例えば、金属製の板や、表面をフッ素樹脂やガラスでライニング処理した板等を用いることができる。
【００１６】
エジェクター型気泡発生ノズル１と衝突板７とは、通常、連結部材８を介して連結される。衝突板７に気泡が衝突することにより負荷が生じるため、上記ノズル１と連結部材８、及び、連結部材８と衝突板７は、それぞれ該負荷に耐えられるように接合される。
【００１７】
エジェクター型気泡発生ノズル１と連結部材８との連結位置は、連結可能な位置であれば特に制限はない。衝突板７と連結部材８との連結位置は、特に制限はないが、衝突板７の端に連結されるのが好ましい。また、連結部材８の個数については、特に制限はないものの、上記負荷に耐えるという観点から、複数個であるのが好ましい。
【００１８】
次に、本発明の微細気泡発生装置の使用方法について説明する。まず、上述したように、液体導入用配管５を通じて液体導入部２に液体を導入し、気体導入用配管６を通じて気体導入部３に気体を導入する。かかる液体は外部から導入してもよいし、図２に示すように、予め容器１４内に充填されている液体１３を、液体導入用配管５の途中に設けられた循環ポンプ１１により循環して、液体導入部２に導入してもよい。この場合、循環ポンプ１１の出力を調節することにより、液体の循環速度や導入速度を調節することができる。
【００１９】
気体は、通常、外部から導入される。また、図２に示すように、気体導入用配管６の途中にマスフローコントローラーを設けて、これを調節することにより、気体の導入速度を制御することができる。
【００２０】
液体としては、例えば、メタノール、エタノールの如きアルコール、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランの如きエーテル、ヘキサン、シクロヘキサンの如き脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエンの如き芳香族炭化水素等の有機化合物や水が挙げられる。本発明においては、中でも有機化合物が好適に用いられる。
【００２１】
気体としては、例えば、空気、酸素、窒素、水素、ヘリウム、オゾン、塩素等が挙げられる。
【００２２】
液体の単位時間あたりの導入体積、すなわち液体の導入速度や、気体の単位時間あたりの導入体積、すなわち気体の導入速度については、適宜選択しうるが、本発明においては、気体の導入速度に対する液体の導入速度の比が、１〜５０であるのが好ましい。本発明では、このように液体の導入速度が、気体の導入速度に対してさほど大きくしなくても、エジェクター型気泡発生ノズル１から発生した気泡を衝突板７に衝突させることにより、より微細な気泡を発生することができる。また、液体の導入速度を低くすることにより、該ノズル１内の圧力損失を抑えることができ、またかかる圧力損失に由来するエネルギーロスも抑えることができる。本発明の微細気泡発生装置はかかる点で有利である。
【００２３】
本発明の微細気泡発生装置により発生する気泡の大きさは、液体の導入速度や気体の導入速度によりかわりうるが、通常は０．１０ｍｍ〜０．６０ｍｍ程度である。
【００２４】
上記のように発生させた微細な気泡は、河川の洗浄や、気体を原料とした酸化反応や還元反応等に有用であり、本発明の微細気泡発生装置は、かかる分野への適用が可能である。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらによって限定されるものではない。尚、気泡径は、気泡を高速度カメラ（ＲＥＤＬＡＫＥ社製、ＭｏｔｉｏｎＳｃｏｐｅ  Ｍｉ）により撮影して得られた画像を、画像解析ソフト（Ｍｅｄｉａ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製、Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ  ＰＬＵＳ  Ｖｅｒ６）により画像解析し、得られた気泡径分布から平均気泡径として算出した。
【００２６】
実施例１
図２に示すような装置により実施した。まず、液体導入用配管５を液体導入部２に取り付け、気体導入用配管６を気体導入部３に取り付けた。次に、予めシクロヘキサンを２．５Ｌ入れておいた容器１４（３Ｌのガラス製ビーカー）に、エジェクター型気泡発生ノズル１（オーラテック社製の「Ｏ−ＭＡＸ  タイプ−Ｉ型、エジェクタータイプ」）、連結部材８、及び衝突板７（テトラフルオロエチレン製、縦５ｃｍ、横５ｃｍの正方形）を、シクロヘキサンに浸かるように入れた。また、液体吸入口１２もシクロヘキサンに浸かるように入れた。尚、このときの吐出孔４と衝突板７との距離は５ｍｍであった。その後、循環ポンプ１１により、シクロヘキサンを１Ｌ／分の速度で循環させて、これを上記ノズル１内に導入した。一方、気体供給口１０に窒素を供給し、マスフローコントローラー９を調節して、窒素の導入速度を５０ｍｌ／分として、窒素を上記ノズル１内に導入した。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は２０であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．４１２ｍｍであった。
【００２７】
実施例２
窒素の導入速度を１００ｍｌ／分として導入した以外は、実施例１と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は１０であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．４３７ｍｍであった。
【００２８】
実施例３
窒素の導入速度を２００ｍｌ／分として導入した以外は、実施例１と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は５であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．４３１ｍｍであった。
【００２９】
実施例４
窒素の導入速度を５００ｍｌ／分として導入した以外は、実施例１と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は２であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．５２５ｍｍであった。
【００３０】
実施例５
シクロヘキサンを１．５Ｌ／分で循環させた以外は、実施例１と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は３０であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．４３４ｍｍであった。
【００３１】
実施例６
シクロヘキサンを１．５Ｌ／分で循環させ、窒素の導入速度を１００ｍｌ／分とした以外は、実施例１と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は１５であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．４３９ｍｍであった。
【００３２】
実施例７
シクロヘキサンを１．５Ｌ／分で循環させ、窒素の導入速度を２００ｍｌ／分とした以外は、実施例１と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は７．５であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．５２１ｍｍであった。
【００３３】
実施例８
シクロヘキサンを２．０Ｌ／分で循環させた以外は、実施例１と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は４０であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．４２４ｍｍであった。
【００３４】
実施例９
シクロヘキサンを２．０Ｌ／分で循環させ、窒素の導入速度を１００ｍｌ／分とした以外は、実施例１と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は２０であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．４４６ｍｍであった。
【００３５】
実施例１０
シクロヘキサンを２．０Ｌ／分で循環させ、窒素の導入速度を２００ｍｌ／分とした以外は、実施例１と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は１０であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．４７２ｍｍであった。
【００３６】
実施例１１
シクロヘキサンを２．０Ｌ／分で循環させ、窒素の導入速度を５００ｍｌ／分とした以外は、実施例１と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は４であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．４６９ｍｍであった。
【００３７】
比較例１
衝突板７を用いなかった以外は、実施例１と同様の操作を行った。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．６１７ｍｍであった。
【００３８】
比較例２
衝突板７を用いなかった以外は、実施例２と同様の操作を行った。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．７１２ｍｍであった。
【００３９】
比較例３
衝突板７を用いなかった以外は、実施例３と同様の操作を行った。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は０．８５３ｍｍであった。
【００４０】
比較例４
衝突板７を用いなかった以外は、実施例４と同様の操作を行った。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は１．０１７ｍｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の微細気泡発生装置を例示する側面図である。
【図２】本発明の微細気泡発生装置の使用状態を例示する側面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    エジェクター型気泡発生ノズル
２    液体導入部
３    気体導入部
４    気泡含有液体の吐出孔
５    液体導入用配管
６    気体導入用配管
７    衝突板
８    連結部材
９    マスフローコントローラー
１０  気体供給口
１１  循環ポンプ
１２  液体吸入口
１３  液体
１４  容器
【図１】
2009112975.tif 000002
【図２】
2009112975.tif 000003