JP2008168293A - マイクロバブル発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粒径が均一なマイクロバブルを発生することのできるマイクロバブル発生装置を提供する。
【解決手段】水に気体を溶解した溶解水を製造するための溶解水製造手段と、この溶解水製造手段から供給された溶解水からマイクロバブルを発生させるためのバブル発生ノズル４９とを備え、前記溶解水製造手段は、水と気体を混合して混合水とするためのポンプ１１と、気体を溶解するための気体溶解装置２７とを備え、前記気体溶解装置２７は、密閉した容器２９の上部に備えた流入口３３を前記容器２９内の、前記ポンプ１１から流入された混合水の上面から僅かに下方位置に没入して備えると共に混合水内の余分な気体を排出するための排出弁３７を前記容器２９の上端部に備え、前記容器２９の底部付近に備えた流出口４３は、前記混合水に溶解していない小さな気泡を浮上させて溶解していない小さな気泡を除却した状態の水を吸入するために、前記流入口から流出口に至る水の流速が遅くなる領域で前記容器２９の底面２９Ｂに近接して下側に向けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒径が１μｍ〜５０μｍ程度のマイクロバブルを発生するためのマイクロバブル発生装置に関する。

マイクロバブル発生装置は、例えば水槽内の水をポンプによって吸引し、上記ポンプによって圧送される水内に、コンプレッサによって空気を圧入して水と空気とを混合した混合液を製造し、この混合液を気体溶解装置に導入して余分な空気を排出した溶解水を製造する。そして、ノズルを介して上記溶解水を、水槽内へ吐出することにより、溶解した気体を微細な気泡として発生させるものである（例えば特許文献１参照）。

歯科用うがい水供給装置は、紙コップに所定の水が注入されると、その重さを検知して水の注水を停止する構成である（例えば特許文献２参照）。
特開２００３−２６５９３８号公報 特開平６−３０４１９２号公報

前記特許文献１に記載のマイクロバブル発生装置における気体溶解装置は、密閉した容器内に、下部から上端部付近に至る仕切板を備えることによって前記容器内を第１，第２の撹拌・混合路に構成してある。そして、前記第１の撹拌・混合路の下部に備えた流入口から、水と空気とを混合した混合水を流入し、前記仕切板を乗り越えて第２の撹拌・混合路に流入した混合水は、第２の撹拌・混合路の下部に設けた流出口から流出される構成である。なお、混合水内の余分な空気を排出するために、前記容器の上部には空気抜き弁が設けられている。

前記構成においては、水に空気を溶解した溶解水を製造することができるものの、前記容器内には、余分な空気の浮力による上昇流によって流入口から第１の撹拌・混合路内を急上昇する流れが生じる。そして、前記容器内が大気圧よりも大きな圧力に保持されていることにより、前記仕切板を乗り越えて第２の撹拌・混合路内を下降して下部の流出口に至る水流中には、浮上せずに水の流れによって運ばれる小さな気泡を含んだ状態のまま流出口から排出されることがある。また、容器内に仕切板を備える構成であることにより、構成が複雑であり、かつ比較的大型である。

したがって、ノズルから溶解水を吐出して微細なマイクロバブルを発生させるとき、上記マイクロバブルに比較して粒径が極めて大きな気泡が生じることがあり、微細なマイクロバブルの粒径の均一化を図る上において、また、小型化を図る上においてさらなる改善が求められていた。

また、歯科用うがい水供給装置においては、単に水を供給するのみならず、殺菌機能を有することが望まれている。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、水に気体を溶解した溶解水を製造するための溶解水製造手段と、この溶解水製造手段から供給された溶解水からマイクロバブルを発生させるためのバブル発生ノズルとを備え、前記溶解水製造手段は、水と気体を混合して混合水とするためのポンプと、気体を溶解するための気体溶解装置とを備え、前記気体溶解装置は、密閉した容器の上部に備えた流入口を前記容器内の、前記ポンプから流入された混合水の上面から僅かに下方位置に没入して備えると共に混合水内の余分な気体を排出するための排出弁を前記容器の上端部に備え、前記容器の底部付近に備えた流出口は、前記混合水に溶解していない小さな気泡を浮上させて溶解していない小さな気泡を除却した状態の水を吸入するために、前記流入口から流出口に至る水の流速が遅くなる領域で前記容器の底面に近接して下側に向けてあることを特徴とするものである。

本発明によれば、溶解水中の余分な気体を充分に除去することができるものであり、溶解水をノズルから吐出して微細気泡を発生させるとき、気泡の粒径がほぼ均一になるものである。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、図１に示すように、本発明の実施形態に係るマイクロバブル発生装置１は、持ち運び自在なケーシング３を備えている。上記ケーシング３は、箱状のケーシング本体５に対して蓋部材７を開閉自在に備えた構成であって、前記ケーシング本体５内には、小型のモータ９によって回転駆動されるポンプ１１が装着してある。このポンプ１１は例えば渦流ポンプ又はカスケードポンプなどのごとき適宜のポンプよりなるものであって、ポンプ１１の吸引口１３は吸引路１５を介して、水を貯留した貯水槽１７又は水道などの水源に接続してある。

前記ポンプ１１に吸引される水に空気を混合して混合水（混合液）とするために、前記吸引路１５の途中には、外気を吸引するための気体吸引路１９が分岐接続してある。前記気体吸引路１９から前記吸引路１５内へ外気（空気）を吸引する構成としては、吸引路１５にはポンプ１１の吸引作用による負圧が発生しているので、吸引路１５に気体吸引路１９を接続する構成でもって容易に実施可能である。

水にオゾンを溶解しようとする場合には、前記気体吸引路１９にオゾン供給手段２１を接続すればよいものである。このオゾン供給手段２１としては、空気中で放電を行う構成やオゾンを貯留したボンベとすることができる。なお、オゾン供給手段２１の接続としては、前記吸引路１５に対して前記気体吸引路１９と並列に接続した構成でもよいものである。

前記ポンプ１１の吐出口２３は、接続路２５を介して気体溶解装置２７に接続してある。この気体溶解装置２７は、前記ポンプ１１などと溶解水製造手段を構成するものであって、密閉した密閉容器２９を備えている。この密閉容器２９の上部側の位置には、前記接続路２５と接続した流入管３１を備えている。この流入管３１の内端部（流入口）３３は、下側に向けてあって前記密閉容器２９内に貯留された状態にある水面３５より僅かに下側に没入してある。

さらに、前記密閉容器２９の上部には、前記ポンプ１１によって密閉容器２９内に流入された混合液（混合水）内の余分な気体を排出するための排出弁３７が備えられている。上記排出弁３７は、密閉容器２９の上部から過剰気体（空気）を排出する機能を有すると共に、前記密閉容器２９内の圧力を大気圧よりも大きな所定の圧力に保持する機能を有するものである。前記排出弁３７は、例えばボール等のごとき弁体３９を備えた逆止弁等よりなるものであって、この逆止弁の排気孔は、前記密閉容器２９内の圧力が大きく低下することのないように微細孔に形成してある。

前記密閉容器２９の底部（底面）２９Ｂ付近には、密閉容器２９内の溶解水を外部へ流出するための流出管４１が備えられている。この流出管４１の入口（流出口）４３は、前記密閉容器２９の底面に近接して下側に指向してあって、密閉容器２９の底部２９Ｂと前記流出管４１の入口４３との間には、数ｍｍ程度の僅かな間隔が設けてある。そして、前記流入管３１の内端部（流入口）３３と前記流出管４１との間には、前記流入口３３から前記流出管４１に至る水の流速が極めて遅くなるゆったりとした流れの領域である滞留領域が形成されている。

換言すれば、上記滞留領域は、前記流入口３３から密閉容器２９内に流入した水がほぼ滞留する態様となる領域であって、前記流入口３３から流入したときの動的な水の流れの勢いが緩和されて一時的に静的な流れの淀み態様とする領域であって、この滞留領域の水が前記流出管４１を経て外部へ排出されるものである。

上記構成により、流入管３１の流入口３３から密閉容器２９内に流入した混合水内の大きな気泡は、流入口３３の部分から直ちに浮上上昇するものである。したがって、混合水内の大きな気泡の存在に起因する水の上昇流は、前記流入口３３から上側の部分であり、密閉容器２９の底部付近に影響を与えるようなことはない。

また、流出管４１の流出口４３は、密閉容器２９の底部２９Ｂ付近に配置してあり、しかも底面２９Ｂに近接して下側に向けて配置してあるので、密閉容器２９内の水面から流出口４３に至る高さ寸法を可能な限り大きくすることができ、水に溶解していない、例えば粒径が０．０８ｍｍ程以上の小さな気泡が浮上する時間をより大きく稼ぐことができる。そして、流出口４３においては密閉容器２９の底面２９Ｂに当接接触した後の静かなゆったりとした流れの水を吸引することになる。

したがって、大きなほとんどの気泡は上部において浮上し除去され、かつ混合水が底部２９Ｂに至る過程において、より小さな気泡が次第に浮上除去される。そして、浮上することなく穏やかな流れに乗って下側へ移動した例えば粒径が０．０８ｍｍ程度の小さな気泡は底面に当接接触し、そのときの反動で浮上し除去される。また小さな気泡の一部は底面に付着することがある。そして、付着した気泡に次の小さな気泡が当接すると、そのときの刺激で付着が解除されて浮上し除去されるものである。

すなわち、前記流出口４３に流入する直前においては、混合水を底面に当接接触せしめることによって溶解することのない小さな気泡の除去が行われるものである。そして、上記構成により、前記流入口３３のほぼ真下に前記流出口４３を配置することが可能であって、全体的構成の小型化を図ることができるものである。

前記流出管４１には接続路（接続管）４７を介してバブル発生ノズル４９が接続してある。このノズル４９は、図２に示すように、前記接続管４７を接続したノズル本体５１を備えている。このノズル本体５１において前記接続管４７へ連通した連通穴５３にはバブル発生カートリッジ５５が着脱可能に取付けてある。

より詳細には、前記バブル発生カートリッジ５５は、図２に示すように、一端側を壁部によって閉じて他端側を開口した形態の円筒形状のカートリッジ本体５７を備えており、このカートリッジ本体５７内には、微細目の網部材５９，適数の小孔を備えたオリフィス６１を、カートリッジ本体５７の他端側の開口から順次挿入し、螺入したリング状のナット、スナップリング等のごときリング状の固定具６３によって着脱可能に固定してある。そして、前記カートリッジ本体５７の一端側の壁部と前記網部材５９との間には圧力解放室６５が備えられており、この圧力解放室６５の周壁には複数の貫通孔６７が形成してある。

前記カートリッジ本体５７の一端側は、前記ノズル本体５１における前記連通穴５３から、ノズル本体５１に形成した大径の穴よりなる撹拌室６９内に突出してあり、前記カートリッジ本体５７の前記貫通孔６７は撹拌室６９に連通してある。

以上のごとき構成において、モータ９を駆動してポンプ１１を回転駆動すると、貯水槽１７内の水が吸引路１５を介して吸引されると共に、空気が気体吸引路１９を介して吸引される。なお気体吸引路１９にオゾンボンベを接続したときにはオゾンが吸引されることになる。

ポンプ１１に吸引された水と空気等の気体はポンプ１１内において撹拌混合され、空気の一部は水に溶解されて、気体溶解装置２７における密閉容器２９内へ流入管３１の流入口３３から下方向へ指向して噴射される。そして、この密閉容器２９内の上部付近においては、噴射された水によって上部の水が撹拌されて、空気の溶解が行われる。この際、水に溶解することのない余分な空気は、密閉容器２９内の水面３５に浮上集中し、排出弁３７を介して外部へ排出される。すなわち、水内の空気が大きな気泡となって浮上することに起因する急速な上昇流は、前記流入口３３から上側の部分に生じているものである。なお、前記密閉容器２９内の圧力は外気圧よりも常に高圧に保持されているものである。

前記密閉容器２９の底部２９Ｂ付近は、前記流入管３１から流入した水によって撹拌されることのない静的な滞留態様、すなわち溶解していない例えば粒径０．０８ｍｍ程度以上の気泡を浮上させて流入管３１に流入することのない程度にゆったりした流れの状態にある。そして、この底部２９Ｂ付近の溶解水は、流出管４１から接続管４７を経てバブル発生ノズル４９へ供給される。

前記流出管４１の流出口４３は密閉容器２９の底部２９Ｂから数ｍｍ程度離れた位置において下側（底部側）に向けてあるので、前記流出口４３に流入する水は、密閉容器２９の底面２９Ｂに当接、接触してから流入するものである。したがって、飽和状態にある水が底部に接触すると、浮上することなく底面付近に流れてきた例えば粒径が０．０８ｍｍ程度以上の小さな気泡が底部２９Ｂに当接し、その反動で浮上し除去される。また、底部２９Ｂに付着した一部の小さな気泡は、次の小さな気泡の当接による刺激によって浮上され、浮上除去されるものである。

したがって、前記流出口４３へ流入する飽和状態の水は、溶解していない小さな気泡よりなる余分な空気が除去された状態にあるものである。よって、前記流出口４３から流入する飽和状態の水は、溶解していない小さな気泡を含まずに適正な飽和状態にあるものである。

接続管４７からノズル４９へ流入した溶解水は、オリフィス６１の小孔を通過すると、圧力が開放されるので、溶解水に溶解していた気体（空気）が微細気泡となって発生する。この発生した微細な気泡は網部材５９によってさらに微細化されて圧力解放室６５へ噴射される。圧力解放室６５において溶解水の圧力がさらに解放されるので、溶解していた気体が微細気泡となってさらに発生すると共に、圧力解放室６５の一端側の壁部に衝突してさらに微細化される。

そして、前記圧力解放室６５から貫通孔６７を通過して撹拌室６９へ噴射された溶解水はさらに圧力の解放を受けて微細な気泡をさらに発生すると共に撹拌作用により微細化されて粒径が１μｍ〜５０μｍ程度のマイクロバブルとなり、外部へ噴出されることになる。

すでに理解されるように、気体溶解装置２７からノズル４９へ供給される溶解水は溶解していない余分な空気を除去した状態にあり、かつ溶解することなく水の流れに乗って移送されるような微小気泡（例えば粒径が０．０８ｍｍ以上）も含まれていないので、ほぼ均一なマイクロバブルを発生することができる。したがって、粒径の比較的大きな気泡の浮上に追従してマイクロバブルが浮上するようなことがなく、マイクロバブルの水中に漂う時間を長くすることができ、マイクロバブルの効果を保持することができるものである。

前記構成のマイクロバブル発生装置を利用した歯科用うがい水供給装置は、前記オゾン供給装置２１を備えると共に、前記ノズル４９を底部に備え、このノズル４９から発生させたマイクロバブルのうがい水７５をコップ（図示省略）へ供給する供給口７７を備えた透明な容器７９を備えた構成である。

前記構成において、マイクロバブル発生装置１を駆動すると、ノズル４９から容器７９内に、オゾンを含んだマイクロバブルが発生される。そして、粒径が１μｍ〜５０μｍ程度のマイクロバブルが容器７９内に発生されると、容器７９内が乳白色となり、外部からマイクロバブルの発生が確認できる。そして、うがいを行うときには、マイクロバブルが破裂するときに超音波を発生すること、またマイクロバブルが自己加圧効果によって縮小し、小さくなって消える瞬間に圧壊という現象を生じる。この圧壊の現象においては、断熱圧縮的な作用を受けるので、数千度で数千気圧の領域を極めて微小領域に形成するものである。そして、この微小領域において−ＯＨなどのフリーラジカルを発生させる。すなわち前述の超高温度やフリーラジカルを利用することで、水溶液中のさまざまな化学物質を分解することが可能であり、口腔内の洗浄を効果的に行うことができるものである。また、オゾンの存在により、口腔内の殺菌を行うことができる。

本発明の実施形態に係るマイクロバブル発生装置の概念的、概略的な説明図である。 ノズルの断面説明図である。

符号の説明

９ モータ
１１ ポンプ
１７ 貯水槽
２３ 吐出口
２７ 気体溶解装置
２９ 密閉容器
３１ 流入管
３３ 内端部（流入口）
３５ 水面
３７ 排出弁
４１ 流出管
４３ 入口
４９ バブル発生ノズル
５１ ノズル本体
５５ バブル発生カートリッジ
５７ カートリッジ本体
５９ 網部材
６１ オリフィス
６５ 圧力解放室
６９ 撹拌室

Claims (1)

1. 水に気体を溶解した溶解水を製造するための溶解水製造手段と、この溶解水製造手段から供給された溶解水からマイクロバブルを発生させるためのバブル発生ノズルとを備え、前記溶解水製造手段は、水と気体を混合して混合水とするためのポンプと、気体を溶解するための気体溶解装置とを備え、前記気体溶解装置は、密閉した容器の上部に備えた流入口を前記容器内の、前記ポンプから流入された混合水の上面から僅かに下方位置に没入して備えると共に混合水内の余分な気体を排出するための排出弁を前記容器の上端部に備え、前記容器の底部付近に備えた流出口は、前記混合水に溶解していない小さな気泡を浮上させて溶解していない小さな気泡を除却した状態の水を吸入するために、前記流入口から流出口に至る水の流速が遅くなる領域で前記容器の底面に近接して下側に向けてあることを特徴とするマイクロバブル発生装置。