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WO2007136030A1 - 微細気泡発生装置 - Google Patents

微細気泡発生装置 Download PDF

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WO2007136030A1
WO2007136030A1 PCT/JP2007/060354 JP2007060354W WO2007136030A1 WO 2007136030 A1 WO2007136030 A1 WO 2007136030A1 JP 2007060354 W JP2007060354 W JP 2007060354W WO 2007136030 A1 WO2007136030 A1 WO 2007136030A1
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WO
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fluid
end wall
gas
introduction hole
cylindrical member
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2007/060354
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hideyasu Tsuji
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marubeni Corp
Original Assignee
Marubeni Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Marubeni Corp filed Critical Marubeni Corp
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Priority to US12/227,524 priority patent/US8186653B2/en
Priority to CA2653001A priority patent/CA2653001C/en
Publication of WO2007136030A1 publication Critical patent/WO2007136030A1/ja
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Priority to US13/462,243 priority patent/US8523151B2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • B05B7/30—Apparatus in which liquids or other fluent materials from different sources are brought together before entering the discharge device in which one liquid or other fluent material is fed or drawn through an orifice into a stream of a carrying fluid the first liquid or other fluent material being fed by gravity, or sucked into the carrying fluid
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for generating fine bubbles, and more particularly to a fine bubble generating apparatus capable of generating a large amount of nanobubbles having a diameter of a nano level.
  • the present invention relates to an apparatus that has a shaped internal space, introduces a liquid containing gas into the internal space to cause a swirling flow, and refines the gas by a shearing force generated by the swirling flow.
  • the apparatus disclosed in this publication has a cylindrical swirl flow generating member immersed in a liquid in a liquid storage tank that generates fine bubbles so as to extend upward and downward.
  • the swirl flow generating member is provided with one introduction hole for introducing the gas-liquid mixed fluid at the upper end portion thereof so as to intersect the inner peripheral surface of the cylindrical member in a tangential direction, and at the lower end portion thereof a funnel.
  • a fluid discharge port is provided at the lower end thereof.
  • a pipe for supplying pressurized fluid with a pumping force is connected to the introduction hole, and an aspirator is connected to the middle of the pipe, and the liquid in which air is mixed as bubbles through the aspirator swirls through the introduction hole. It is introduced into the flow generating member.
  • the introduced gas-liquid mixed fluid advances downward while turning inside the swirling flow generating member, and is discharged into the liquid storage tank while turning the fluid discharge locus at the lower end of the member.
  • a cutting force is generated between the discharged gas-liquid mixed fluid and the liquid in the storage tank, and bubbles in the gas-liquid mixed fluid are refined.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-117368 discloses a microbubble generator having a cylindrical member having an inner peripheral surface such as a cylindrical shape.
  • air is introduced into a pump for supplying liquid together with liquid, and a gas-liquid mixed fluid containing bubbles is formed in the pump, and the gas-liquid mixed fluid is placed in the cylindrical member. It is designed to be introduced through one introduction hole provided near one end.
  • the introduced gas-liquid mixed fluid turns inside the cylindrical member while swirling. Advancing in the axial direction toward the other end, it is discharged from the discharge port provided at the other end, and the bubbles are refined.
  • This publication also introduces a gas-liquid mixed fluid into the cylindrical member through an introduction hole provided in the axial center portion of the cylindrical member, and the introduced gas-liquid mixed liquid is introduced into both ends of the cylindrical member.
  • An apparatus is also disclosed in which it is swung toward the end and discharged from discharge ports provided at both ends.
  • Japanese Patent No. 3682286 discloses a bubble refining device including a swirl flow generating member having an egg-shaped or elliptical inner surface immersed in a liquid in a liquid storage tank.
  • a swirl flow generating member having an egg-shaped or elliptical inner surface immersed in a liquid in a liquid storage tank.
  • one introduction hole for introducing the gas-liquid mixed fluid is provided at the center of the major axis of the ellipse, and the gas-liquid mixed fluid introduced from the introduction hole is provided at discharge ports provided at both ends in the major axis direction. Then, the discharge loci are discharged.
  • the gas in the gas-liquid mixed fluid is said to be refined by a swirling flow in the swirling flow generating member and a shearing force applied when discharged.
  • JP-A-2002-11335 and 2002-166151 describe a gas-liquid mixed flow from two gas-liquid mixing introduction holes spaced in the axial direction in a swirl flow generating member having a cylindrical inner peripheral surface.
  • An apparatus is disclosed in which a body is introduced to discharge a discharge rocker gas-liquid mixed fluid provided at both ends of a swirl flow generating member.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-276589
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-117368
  • Patent Document 3 Patent No. 3682286
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-11335
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-166151
  • Each of the above-described fine bubble generators is a force that generates a swirling flow in a gas-liquid mixed fluid, thereby miniaturizing bubbles contained in the fluid, and generates bubbles (nano bubbles) at the nano level. What was done efficiently was unseen power.
  • An object of the present invention is to provide a microbubble generator that enables efficient generation of nanobubbles. Means for solving the problem
  • a cylindrical member having a cylindrical inner peripheral surface
  • a first end wall member set to close one end of the tubular member
  • a second end wall member set to close the other end of the tubular member
  • a fluid swirl chamber defined by the tubular member, the first end wall member, and the second end wall member;
  • the cylindrical member is provided at a position closer to the second end wall member than the axial center position of the cylindrical member so as to penetrate the cylindrical member, and introduces the gas-liquid mixed fluid into the fluid swirl chamber in the tangential direction.
  • a fine bubble generating device having a gas swirling shear device is provided.
  • a feature of this microbubble generator is that the fluid introduction hole is provided at a position closer to the second end wall member than the center position in the axial direction of the cylindrical member.
  • most of the gas-liquid mixed fluid introduced into the fluid swirl chamber through the fluid introduction hole is provided with a discharge port unlike the fine bubble generating device having one fluid introduction hole described above.
  • the swirl flow proceeds toward the first end wall member that is not directed, and reverses while being directed toward the radial center of the fluid swirl chamber by the first end wall, further increasing the swirl speed, to the second end wall member Direct force, fluid outlet force is also discharged to the outside.
  • the fluid introduction hole can be set close to the second end wall member. More Specifically, the fluid introduction hole has a circular cross section, and the second end wall member can be separated in the axial direction by a length at least 0.5 to 2 times the diameter of the fluid introduction hole.
  • the axial length of the fluid swirl chamber is preferably 6 times or more the diameter of the fluid introduction hole. This is to make the path of the swirl flow toward the first end wall member and the first end wall member force as long as possible the path of the swirl flow toward the second end wall member.
  • the fluid introduction hole is inscribed in the inner wall surface of the fluid swirl chamber and extends in the tangential direction, with respect to the extension direction of the fluid introduction hole. It is preferable to extend at an angle larger than 30 ° and smaller than 30 °, more preferably about 15 ° to 20 °. This figure was obtained from an actual prototype, and we could see more efficient generation of nanobubbles than setting the fluid introduction hole in the true tangential direction.
  • the inner peripheral surface of the cylindrical member is mirror-finished, and a portion of the inner peripheral surface corresponding to the fluid introduction hole opened in the inner peripheral surface of the cylindrical member in the circumferential direction is arranged in the axial direction of the inner peripheral surface.
  • a plurality of annular grooves having a width and a depth of 1 mm or less, which are spaced apart from each other, can be provided.
  • the gas-liquid mixed fluid introduced into the fluid swirl chamber can be swirled in a state that does not spread much in the axial direction.
  • the cylindrical member and the first and second end wall members have a natural frequency different from the frequency generated by the fluid introduced into the swirl chamber from the fluid introduction hole. If the vibration of the cylindrical member becomes large, it will be an obstacle to smoothly generate a swirling flow, and this is prevented.
  • the vortex pump is connected to the fluid introduction hole of the gas swirl shear device and supplies liquid to the fluid swirl chamber, and includes a casing and an impeller that rotates in the casing.
  • the liquid inlet formed in the peripheral wall of the casing, the gas inlet formed in the peripheral wall of the casing, and the liquid and the gas provided in the peripheral wall of the casing and sucked by the rotation of the impeller are mixed.
  • the fluid outlet of the vortex pump may be connected to the fluid introduction hole of the gas swirl shear device.
  • the disperser includes a cylindrical member having a cylindrical inner peripheral surface, and end wall members set so as to close both ends of the cylindrical member, and the axis of the cylindrical member A fluid inlet connected to the fluid discharge hole of the gas swirl shear device and a fluid outlet provided so as to penetrate the end wall member along the axis of the cylindrical member at the central portion in the direction. Can do.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a microbubble generator according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the inside of a gas swirl shear device used in a microbubble generator.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line ⁇ - ⁇ in FIG.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a microbubble generator 10 according to the present invention.
  • the apparatus 10 includes a vortex pump 12 for making a gas-liquid mixed fluid, and a gas swirl for receiving the gas-liquid mixed fluid produced by the vortex pump and refining the gas contained in the gas-liquid mixed fluid It has a shearing device 14 and a disperser 16 for dispersing and discharging a fluid whose gas is refined by the gas swirl shearing device.
  • the disperser 16 is immersed in the liquid in the liquid storage tank 36, and the fine bubbles are dispersed and released into the liquid L in the liquid storage tank 36. Further, the liquid in the liquid storage tank 36 is supplied to the pump 12 via the Neuve 38.
  • the vortex pump 12 includes a housing 20 and an impeller 22 that is housed in the housing and driven to rotate.
  • the housing 20 is connected to a pipe 38 and is connected to a liquid storage tank 36.
  • a liquid suction hole 24 for sucking the liquid in the pipe into the pipe, and a gas suction hole connected to the liquid suction hole I hole so that gas is sucked into the liquid flowing in the liquid suction hole 24 26 and a discharge hole 28 for discharging the liquid sucked into the housing and the gas-liquid mixed fluid formed by mixing by the rotation of the gas force impeller 22 is provided.
  • the discharge hole 28 has a smaller diameter than the liquid suction hole 24 so that the fluid discharge speed to the gas swirl shear device 14 is increased.
  • a pipe 30 is connected to the gas suction hole 26, and a solenoid valve 32 is attached to the pipe.
  • the solenoid valve 32 is closed, and the pump After starting, it is opened after a certain time (for example, 60 seconds). This is to minimize the generation of cavitation in the pump by the gas sucked into the pump.
  • the gas swirl shear device 14 includes a cylindrical member 40 having a cylindrical inner peripheral surface, and a first member set to close one end of the cylindrical member 40. Defined by the end wall member 42, the second end wall member 44 set to close the other end of the tubular member 40, the tubular member 40, the first end wall member 42, and the second end wall member 44.
  • the fluid swirl chamber 46 and the cylindrical member 40 are provided so as to pass through the cylindrical member 40 at a position closer to the second end wall member 44 than the center position in the axial direction of the cylindrical member 40.
  • the swirl chamber 46 is provided with a fluid introduction hole 48 introduced in the tangential direction thereof, and a fluid discharge hole 50 penetrating the second end wall member 44 along the central axis of the inner peripheral surface of the cylindrical member 40.
  • a connecting pipe 54 connected to the fluid introduction hole 48 is attached to the outer peripheral surface of the cylindrical member 40 and connected to a pipe 55 extending from the discharge hole 28 of the pump 12. It is like this.
  • the second end wall member 44 is attached with a connecting pipe 54 communicated with the fluid discharge hole 50 and connected to a pipe extending between the second end wall member 44 and the disperser 16.
  • the fluid introduction hole 48 is set close to the second end wall member 44.
  • the fluid introduction hole 48 has a circular cross section, and the fluid introduction hole 48 has a circular shape. It is separated from the second end wall member 44 by approximately the diameter of the hole 48.
  • the fluid swirl chamber 46 has an axial length that is at least five times the diameter of the fluid introduction hole 48, and has a diameter of Is at least 4 times the diameter of the fluid introduction hole. In the illustrated example, the axial length is about 12 times and the diameter is about 5 times the diameter of the fluid introduction hole 48.
  • the fluid introduction hole 48 and the connecting pipe 54 connected to the fluid introduction hole 48 are inscribed tangential lines in which the fluid introduction hole 48 is inscribed in the inner wall surface of the fluid swirl chamber 46 and extends in the tangential direction.
  • T it is set so as to extend at an angle 0 between 10 ° and 30 ° around the inner contact I, and preferably about 15 ° to 20 °.
  • the inner peripheral surface of the cylindrical member is mirror-finished, and a portion of the inner peripheral surface corresponding to the fluid introduction hole 48 opened in the inner peripheral surface in the circumferential direction is provided in the axial direction of the inner peripheral surface.
  • a plurality of annular grooves 56 having a width and a depth of 1 mm or less, which are spaced apart from each other, are provided. In the example shown in the figure, five grooves are provided in the inner peripheral surface portion corresponding to the fluid introduction hole 48 in the circumferential direction, and one additional groove is provided on each side thereof. Further, the specific size of the annular groove 56 is 0.3 mm in depth and 0.5 mm in width.
  • the tubular member 40 and the first and second end wall members 42, 44 have a natural frequency different from the frequency generated by the fluid introduced from the fluid introduction hole 48 into the swirl chamber 46. It is made to have mass etc.
  • the disperser 16 includes a cylindrical member 60 having a cylindrical inner peripheral surface, and end wall members 62 set so as to close both ends of the cylindrical member.
  • a fluid inlet 64 communicated with the fluid discharge hole 50 of the gas swirl shear device 14 at the central portion in the axial direction, and a fluid outlet 66 provided so as to penetrate the end wall member along the axis of the cylindrical member.
  • the fluid discharged from the fluid discharge hole 50 of the gas swirl shear device 14 flows into the disperser 16 from the fluid inlet 64 of the disperser 16, and is divided into both sides in the axial direction while swirling. To be dispersed and released into the liquid in the liquid storage tank.
  • the pump 12 In order to operate the fine bubble generating device 10, the pump 12 is driven to suck the liquid in the liquid storage tank, and the pump 12, the gas swirl shear device 14, the disperser 16 and the liquid storage tank 36 are connected. A circulating liquid flow is generated.
  • the solenoid valve 32 is opened after a certain time, for example, 60 seconds after the pump 12 is driven, air is sucked through the pipe 30, and a fluid mixture of gas and liquid is introduced into the pump housing. Is done.
  • the gas-liquid mixed fluid introduced into the pump housing Driven along the inner peripheral surface of the housing by one action and discharged through the discharge hole 28, the gas in the fluid is subjected to a shearing force due to the turbulent flow generated in the fluid while being finely divided. Can occur, and some can even be down to the micro level.
  • the gas-liquid mixed fluid from the discharge hole 28 is introduced into the fluid swirl chamber 46 of the gas swirl shear device 14 and is swirled as described above, receiving a strong shearing force, This gas is further refined.
  • the strong shear force in this gas swirl shear device allows many gases to be refined to the nano level.
  • the gas-liquid mixed fluid discharged from the gas swirl shear device 14 is discharged into the liquid storage tank 36 while being swirled again by the disperser 16. For this reason, bubbles are also refined in this disperser.
  • the liquid is circulated through the liquid storage tank force pump 12, the gas swirl shear device 14, and the disperser 16, but the liquid is supplied to the pump. Apart from 36, power may be supplied. However, by using a circulation system as shown in the example in the figure, the gas is refined, so finer bubbles can be obtained.
  • the tubular member 40 and the end wall members 42 and 44 of the fluid swirl shear device are made of 10 mm-thick stainless steel, the axial length of the fluid swirl chamber is 110 mm, and the inner diameter is 4 3—
  • the inner diameter of the fluid introduction hole 48 and the connection pipe 54 is 10 mm, the distance from the second end wall member 44 to the center line of the fluid introduction hole 48 is 20 mm, the attachment angle ⁇ of the connection pipe 54 is about 18 degrees, and the pump It was confirmed that many nanobubbles were generated at a discharge rate of 120 liters per minute.
  • microbubble generator of the present invention
  • the microbubble generator can be used for various applications.
  • the water in which nanobubbles are generated by the fine bubble generating apparatus that is useful in the present invention is a surface active action, a fiber with high wettability, a metal mold, a machine part, It can be a silicon wafer or other various types. In cleaning silicon wafers, nitrogen nanobubbles are preferred.
  • water containing a surfactant is injected into a super heavy oil tank deep underground.
  • the ability to suck up the super heavy oil mixed with this water can reduce the use of surfactant by using nano bubble water, and also separate the extracted super heavy oil into the surfactant power Work can be greatly reduced.
  • Nanobubble water is highly permeable, and can be used for alcohol brewing, for example. That is, for example, when brewing sake, the rice is first soaked in water for about 24 hours and then steamed, but if it is soaked in nanobubble water, a quarter of about 6 hours is sufficient.
  • activated sludge that is, bacteria can be activated by using nanobubble water. Can improve the efficiency of cleansing.
  • the nanobubbles can exert a physiological activity. For example, if a hand is put into the nanobubbles, the pores open and the sebum in the pores is removed. Also, if used in a bath, the effect of warm bath can be enhanced.
  • nanobubbles can generate explosive power in a microscopic region by destroying nanobubbles of water with ultrasonic waves or light energy.
  • it can be used for gene separation during gene recombination. Is possible.

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Abstract

　ナノレベルの微細気泡を効率良く発生することを可能とする微細気泡発生装置を提供する。この装置は、円筒状の内周面を有する筒状部材４０と、該筒状部材の一端を閉じるように設定される第１端壁部材４２と、筒状部材の他端を閉じるように設定される第２端壁部材４４とを有する。筒状部材４０、第１端壁部材４２、及び、第２端壁部材４４は流体旋回室４６を画定する。筒状部材の第２端壁部材４４に近い位置には、気液混合流体を流体旋回室４６の周面の接線方向に供給するための流体導入孔４８が設けられる。第２端壁部材には、流体旋回室の内周面の中心軸線に沿って貫通する流体吐出孔５０が設けられる。気液混合流体は、第２端壁部材近くで流体旋回室内に導入され、その多くは、流体旋回室の内周面に沿って旋回しながら第1端壁部材に向かい、反転して、第２端壁部材に向かい、流体吐出孔から排出される。

Description

明 細 書
微細気泡発生装置
技術分野
[0001] 本発明は、微細気泡を発生するための装置に係り、特に、直径がナノレベルとされ たナノバブルを大量に発生することを可能にする微細気泡発生装置に関する。 背景技術
[0002] 近年、直径力ミクロレベル、ナノレベルとされた微細バブルの種々の利用方法が注 目されており、また、微細バブル発生のための装置が種々提案されている力 本発明 は、円筒形にされた内部空間を有し、該内部空間に気体を含む液体を導入して旋回 流を起こさせ、旋回流により生じる剪断力によって気体を微細化する装置に関する。
[0003] この種の装置としては、例えば、特開 2001— 276589号〖こ開示されてもの力ある。
この公報に開示された装置は、微細気泡を発生させる液体貯留タンク内の液中に上 下方向に延びるようにして浸漬された筒状の旋回流発生部材を有する。該旋回流発 生部材は、その上端部分に気液混合流体を導入する 1つの導入孔が該筒状部材の 内周面に対して接線方向で交わるように設けられ、その下端部分には漏斗状部分が 設けられ、その下端に流体吐出口が設けられている。導入孔にはポンプ力もの加圧 流体を供給するパイプが接続され、該パイプの途中にはァスピレータが接続されて、 該ァスビレータを通して空気が気泡として混入された液体が、該導入孔を介して旋回 流発生部材内部に導入される。導入された気液混合流体は、旋回流発生部材内部 を旋回しながら下方に進み、同部材の下端の流体吐出ロカ 旋回しながら液体貯留 タンク内に吐出される。吐出された気液混合流体と貯留タンク内の液体との間には剪 断力が生じ、気液混合流体内の気泡が微細化される。
[0004] 特開 2003— 117368は、円筒形などとされた内周面を有する筒状部材を有する微 細気泡発生装置を開示している。この装置では、液体供給のためのポンプに液体と 共に空気を導入し、該ポンプ内で気泡を含んだ気液混合流体を作り、この気液混合 流体を筒状部材内に、該筒状部材の一端近くに設けた 1つの導入孔を通して導入す るようになっている。導入された気液混合流体は、旋回しながら筒状部材内を他端に 向けて軸線方向で進み、該他端に設けられた吐出口から吐出され、気泡が微細化さ れる。この公報はまた、筒状部材の軸線方向中心部分に設けた導入孔を通して気液 混合流体を該筒状部材内に導入するようにし、導入された気液混合液体が該筒状 部材の両端に向けて旋回して進み、該両端に設けた吐出口から吐出されるようにし た装置も開示している。
[0005] 特許 3682286号は、液体貯留槽の液体内に浸漬される、卵形又は楕円形の内周 面を有する旋回流発生部材を備える気泡微細化装置を開示して 、る。この装置では 、楕円の長軸の中心部分に気液混合流体を導入する 1つの導入孔が設けられ、該 導入孔から導入された気液混合流体が、長軸方向両端に設けられた吐出口に向つ て旋回流となって進み、該吐出ロカ 排出される。気液混合流体中の気体は、旋回 流発生部材内での旋回流及び吐出される際に力かる剪断力などによって微細化さ れるとされている。
[0006] 特開 2002— 11335及び同 2002— 166151は、円筒状内周面を有する旋回流発 生部材内に、その軸線方向で間隔をあけた 2つの気液混合導入孔から気液混合流 体を導入し、旋回流発生部材の両端に設けた吐出ロカ 気液混合流体を吐出する 装置を開示している。
特許文献 1：特開 2001— 276589号公報
特許文献 2：特開 2003 - 117368号公報
特許文献 3：特許 3682286号
特許文献 4：特開 2002— 11335号公報
特許文献 5：特開 2002— 166151号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 上述した微細気泡発生装置は、いずれも気液混合流体に旋回流を生じさせること により流体内に含まれる気泡を微細化するものである力 ナノレベルでの気泡（ナノ バブル)発生を効率良く行なうものは見られな力つた。
[0008] 本発明は、ナノバブルを効率良く発生することを可能とする微細気泡発生装置を提 供することを目的としている。 課題を解決するための手段
[0009] すなわち、本発明は
円筒状の内周面を有する筒状部材と、
該筒状部材の一端を閉じるように設定される第 1端壁部材と、
該筒状部材の他端を閉じるように設定される第 2端壁部材と、
該筒状部材、該第 1端壁部材、及び、該第 2端壁部材によって画定される流体旋回 室と、
該筒状部材の軸線方向の中心位置よりも第 2端壁部材寄りの位置に該筒状部材を 貫通するように設けられ、気液混合流体を該流体旋回室内に、その接線方向で導入 する 1つの流体導入孔と、
該筒状部材の内周面の中心軸線に沿って該第 2端壁部材を貫通する流体吐出孔 と、
を備える気体旋回剪断装置を有する微細気泡発生装置を提供する。
[0010] この微細気泡発生装置の特徴は、流体導入孔を該筒状部材の軸線方向の中心位 置よりも第 2端壁部材寄りの位置に設けたことである。このようにしたことで、流体導入 孔を通して流体旋回室内に導入された気液混合流体の多くは、前述した 1つの流体 導入孔を備えた微細気泡発生装置とは異なり、吐出口が設けられていない第 1端壁 部材に向けて旋回流となって進み、第 1端壁によって当該流体旋回室の半径方向中 心部に向けられながら反転し、旋回速度を更に高め、第 2端壁部材に向力ぃ、流体 吐出口力も外部へ吐出されるようになる。
[0011] すなわち、この装置においては、流体旋回室内に導入された気液混合流体の多く は、前述の従来装置におけるように単純に吐出口に向うのとは異なり、ー且、吐出口 のある方向とは反対方向に旋回流として進む。そして、その旋回流は、第 1端壁部材 によって反転させられ該第 1端壁部材力 第 2端壁部材に向けて進むことになるが、 このときの旋回回転半径は第 1端壁部材に向力うときに比べて小さくなるので、その 流速は高速となり、従って、該液体内に含まれる気体への剪断力が大きくなり、その 微細化が促進される。
[0012] 具体的には、流体導入孔は、第 2端壁部材に近接して設定することができる。より具 体的には、流体導入孔が断面円形とされ、少なくとも流体導入孔の直径の 0. 5〜2 倍の長さだけ第 2端壁部材カも軸線方向で離されるようにすることができる。
[0013] 流体導入孔を第 2端壁部材に接するようにしないのは、流体導入孔を通して導入さ れた気液混合流体が第 2端壁による摩擦抵抗により、旋回速度が低下されるのを防 ぐためである。
[0014] また、流体旋回室の軸線方向長さは、流体導入孔の直径の 6倍以上とすることが好 ましい。第 1端壁部材に向う旋回流、そして第 1端壁部材力 第 2端壁部材に向う旋 回流の経路できるだけ長くするためである。
[0015] 更に、流体導入孔が、流体旋回室の内壁面に内接して接線方向に延びることを仮 想した該流体導入孔の延長方向に対し、該流体旋回室に対する内接点を中心に 10 ° より大きく 30° より小さい角度で延びるようにすることが好ましぐより好ましくは、 1 5° 〜20° 程度とする。この数値は、実際の試作品により得た数字であり、流体導入 孔を真の接線方向に設定するより効率の良いナノバブル発生を見ることができた。
[0016] 筒状部材の内周面は鏡面仕上げとし、筒状部材の内周面に開口した流体導入孔 に周方向で対応する当該内周面の部分に、該内周面の軸線方向で相互に間隔をあ けて設けられた、幅及び深さが lmm以下の複数の環状溝を有するようにすることが できる。
[0017] このようにすることにより、流体旋回室内に導入された気液混合流体を、軸線方向 で余り広がらな 、状態で旋回流とすることができる。
[0018] 該筒状部材及び第 1及び第 2端壁部材が、該流体導入孔から旋回室内に導入され る流体によって発生する振動数とは異なる固有振動数を有するようにする。筒状部材 の振動が大きくなると、円滑に旋回流が発生するための支障となるので、これを防止 するものである。
[0019] より具体的には、気体旋回剪断装置の該流体導入孔に接続され液体を該流体旋 回室に供給する渦流ポンプであって、ケーシングと、該ケーシング内で回転するイン ペラ一と、該ケーシングの周壁に形成された液体入口と、該ケーシングの周壁に形 成された気体入口と、該ケーシングの周壁に設けられ、該インペラ一の回転により吸 引された液体と気体とが混合されて形成された気液混合流体を吐出する流体出口と を有する渦流ポンプを有し、該渦流ポンプの流体出口が、該気体旋回剪断装置の流 体導入孔に接続されるようにすることができる。このような渦流ポンプを使用すること によって気体旋回剪断装置に導入される前に気体が微細化され、より効率の良いナ ノバブル発生が可能となる。
[0020] 気体旋回剪断装置の流体吐出孔には、気体旋回剪断装置力 吐出された流体を 分散放出する分散器を接続することが好ましい。具体的には、この分散器は、円筒 状の内周面を有する筒状部材と、該筒状部材の両端を閉じるように設定された端壁 部材とを有し、該筒状部材の軸線方向の中心部分に気体旋回剪断装置の流体吐出 孔に連通された流体入口と、該筒状部材の軸線に沿って端壁部材を貫通するように 設けられた流体出口とを有するものとすることができる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明に係る微細気泡発生装置を説明するための図である。
[図 2]微細気泡発生装置で用いられて 、る気体旋回剪断装置の内部を説明するため の図である。
[図 3]図 2における ΙΠ-ΙΙΙ線断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、添付図面に基づき、本発明に係る微細気泡発生装置の実施形態につき説 明する。
[0023] 図 1は、本発明に係る微細気泡発生装置 10の説明図である。該装置 10は、気液 混合流体を作るための渦流ポンプ 12と、該渦流ポンプで作られた気液混合流体を 受け入れて該気液混合流体中に含まれる気体を微細化するための気体旋回剪断装 置 14と、該気体旋回剪断装置によって気体が微細化された流体を分散排出するた めの分散器 16とを有している。分散器 16は、液体貯留槽 36内の液体内に浸漬され ており、微細化された気泡を該液体貯留槽 36内の液体 L内に分散放出するようにな つている。また、液体貯留槽 36の液体はノイブ 38を介してポンプ 12に供給されるよ うになつている。
[0024] 渦流ポンプ 12は、ハウジング 20と、該ハウジング内に収納されて回転駆動されるィ ンぺラー 22とを有する。ハウジング 20には、パイプ 38に接続されて、液体貯留槽 36 内の液体を当該パイプ内に吸引するための液体吸引孔 24と、該液体吸弓 I孔に連通 されて、液体吸引孔 24内を流れる液体内に気体が吸引されるようにする気体吸引孔 26と、ハウジング内に吸引された液体及び気体力インペラ一 22の回転により混合さ れて形成された気液混合流体を吐出する吐出孔 28が設けられている。吐出孔 28は 、液体吸引孔 24よりも直径が小さくされており、気体旋回剪断装置 14への流体吐出 速度が大きくなるようにして 、る。
[0025] 気体吸引孔 26には、パイプ 30が接続されており、該パイプにはソレノイドバルブ 32 が取り付けられており、ポンプ 12を駆動するときには、ソレノイドバルブ 32は閉じた状 態にされ、ポンプ始動後、一定時間（例えば 60秒）が経ってから開放されるようにされ ている。これは、ポンプ内に吸引される気体によるポンプ内でのキヤビテーシヨン発生 をできるだけ少なくするためである。
[0026] 気体旋回剪断装置 14は、図 2及び図 3に示すように、円筒状の内周面を有する筒 状部材 40と、該筒状部材 40の一端を閉じるように設定された第 1端壁部材 42と、筒 状部材 40の他端を閉じるように設定された第 2端壁部材 44と、筒状部材 40、第 1端 壁部材 42、及び、第 2端壁部材 44によって画定される流体旋回室 46と、筒状部材 4 0の軸線方向の中心位置よりも第 2端壁部材 44寄りの位置に筒状部材 40を貫通す るように設けられ、気液混合流体を流体旋回室 46内に、その接線方向で導入する流 体導入孔 48と、筒状部材 40の内周面の中心軸線に沿って第 2端壁部材 44を貫通 する流体吐出孔 50とを備える。
[0027] 図示の例では、筒状部材 40の外周面には流体導入孔 48に連通された接続用管 5 4が取り付けられており、ポンプ 12の吐出孔 28から延びるパイプ 55に接続されるよう になっている。また、第 2端壁部材 44には流体吐出孔 50に連通された接続用管 54 が取り付けられており、分散器 16との間に延びるパイプに接続されるようになってい る。
[0028] また、図示の例では、該流体導入孔 48は、第 2端壁部材 44に近接して設定されて おり、具体的には、流体導入孔 48が断面円形とされ、該流体導入孔 48のほぼ直径 分だけ第 2端壁部材 44から離されて 、る。
[0029] 流体旋回室 46は、その軸線方向長さが、流体導入孔 48の直径の 5倍以上、直径 が流体導入孔の直径の 4倍以上とされる。図示の例では、流体導入孔 48の直径に 対して軸線方向長さが約 12倍、直径が約 5倍とされている。
[0030] また、流体導入孔 48及びそれの連通された接続用管 54は、当該流体導入孔 48が 流体旋回室 46の内壁面に内接して接線方向に延びることを仮想したその内接接線 Tに対し、内接点 Iを中心に 10° 以上 30° 以内の角度 0で延びるように設定され、 好ましくは約 15° 〜20° とされる。
[0031] 筒状部材の内周面は鏡面仕上げとされ、該内周面に開口した流体導入孔 48に周 方向で対応する当該内周面の部分には、該内周面の軸線方向で相互に間隔をあけ て設けられた、幅及び深さが lmm以下の複数の環状溝 56が設けられる。図示の例 では、流体導入孔 48に周方向で対応する内周面部分に 5本の溝が設けられており、 更に、その両側に 1本ずつ追加の溝が設けられている。また、環状溝 56の具体的サ ィズとしては、深さ 0. 3mm、幅 0. 5mmとされている。
[0032] 筒状部材 40及び第 1及び第 2端壁部材 42, 44は、流体導入孔 48から旋回室 46 内に導入される流体によって発生する振動数とは異なる固有振動数を有するような 質量等を有するようにされる。
[0033] 分散器 16は、円筒状の内周面を有する筒状部材 60と、該筒状部材の両端を閉じ るように設定された端壁部材 62とを有し、筒状部材 60の軸線方向の中心部分に気 体旋回剪断装置 14の流体吐出孔 50に連通された流体入口 64と、筒状部材の軸線 に沿って該端壁部材を貫通するように設けられた流体出口 66とを有する。
[0034] 気体旋回剪断装置 14の流体吐出孔 50から吐出された流体は、分散器 16の流体 入口 64から該分散器 16内に流入し、旋回しながら軸線方向両側に分かれて、流体 出口 66から液体貯槽内の液体内に分散放出される。
[0035] 微細気泡発生装置 10を作動させるには、ポンプ 12を駆動し、液体貯留槽内の液 体を吸引し、該ポンプ 12、気体旋回剪断装置 14、分散器 16そして液体貯留槽 36を 循環する液体の流れを生じさせる。
[0036] ポンプ 12が駆動されて力も一定時間後、例えば 60秒後にソレノイドバルブ 32が開 かれ、空気がパイプ 30を通って吸引され、ポンプのハウジング内には気液が混合し た流体が導入される。ポンプのハウジング内に導入された気液混合流体は、インペラ 一の作用によって該ハウジング内の内周面に沿って駆動されて吐出孔 28を介して吐 出されるが、その間に、流体内の気体は該流体内に生じる乱流による剪断力を受け て微細化が行なわれ、一部はミクロレベルまでなるものも生じ得る。
[0037] 吐出孔 28からの気液混合流体は、気体旋回剪断装置 14の流体旋回室 46内に導 入され、該室内で前述の如き旋回流とされ、強力な剪断力を受けて、内部の気体が 更に微細化される。この気体旋回剪断装置内での強力な剪断力は多くの気体がナノ レベルまで微細化されるのを可能とする。
[0038] 気体旋回剪断装置 14から吐出された気液混合流体は、分散器 16によって再度旋 回流とされながら液体貯留槽 36内に放出される。このため、この分散器においても気 泡の微細化は行なわれる。
[0039] 図示の例では、液体は液体貯留槽力 ポンプ 12、気体旋回剪断装置 14、分散器 16を通って循環するようになされて 、るが、ポンプへの液体の供給は該液体貯留槽 36とは別のところ力 供給するようにしても良い。ただ、図示の例のように循環式にす ることにより、気体の微細化が口返し行なわれることになるので、より微細な気泡を得 ることが可能となる。
[0040] 具体的な実施例としては、流体旋回剪断装置の筒状部材 40、端壁部材 42, 44を 10mm厚のステンレススチールで作り、流体旋回室の軸線方向長さ 110mm、内径 4 3— 55mmとし、流体導入孔 48及び接続管 54の内径を 10mm、第 2端壁部材 44か ら流体導入孔 48の中心線までの間隔を 20mm、接続管 54の取付角度 Θを約 18度 、ポンプからの吐出量を毎分 120リットルとした場合、ナノレベルとされた微細気泡が 多数発生されるのが確認された。
[0041] 以上、本発明の微細気泡発生装置の実施形態につき述べたが、この微細気泡発 生装置は種々の用途に使用することができる。
[0042] 例えば、本発明に力かる微細気泡発生装置でナノバブルを発生した水（以下、「ナ ノバブル水」とする）は界面活性作用、濡れ性が高ぐ繊維、金属金型、機械部品、シ リコン.ウェハーその他種々のものとすることができる。シリコン 'ウェハーの洗浄にお いては、窒素のナノバブルとすることが好ましい。また、地底に埋蔵されている超重質 油を採掘するためには、界面活性剤を含んだ水を地中深くにある超重質油槽に注入 し、この水と混じった超重質油を吸い上げることが行なわれる力 ナノバブル水を用 いれば、界面活性剤の使用を少なくすることができ、また、採掘した超重質油を界面 活性剤力 分離する作業も大幅に軽減することが可能となる。
[0043] また、ナノバブル水は、浸透性が高ぐ例えば、アルコール醸造などに利用すること ができる。すなわち、例えば、 日本酒を醸造する場合、精米を初めに水に 24時間位 浸けた後で蒸すが、ナノバブル水に浸けた場合は 4分の 1の 6時間位で十分となる。
[0044] また、パンや魚肉練り製品などを作るときに、窒素を使ったナノバブル水を作り、こ のナノバブル水により小麦粉や魚肉を練ると、小麦粉や魚肉中の好気性菌が死滅す るので、腐敗防止用剤を使用することなぐこれらパンや魚肉練り製品などの腐敗を 防止することが可能となる。
[0045] 更に、河川などの水の浄ィ匕に使用することもでき、特に、活性汚泥法を用いた浄ィ匕 槽では、ナノバブル水を用いれば、活性汚泥すなわちバクテリアを活性ィ匕することが でき、浄ィ匕効率を向上することができる。
[0046] さらに、本発明に係る微細気泡発生装置により石油などの燃焼油に酸素若しくは空 気のナノバブルを発生させれば、その燃焼効率を大幅に改善することが可能である。
[0047] 更に、ナノバブルには生理活性作用を奏することができ、例えば、ナノバブルに手 を入れれば、毛穴が開き毛穴にある皮脂が除去される。また、お風呂で使えば、温浴 効果を高めることができる。
[0048] また、ナノバブル水のナノバブルを超音波などや光エネルギーなどで破壊すること による微小領域での爆発力を生じることができ、例えば、これにより遺伝子組み換え の際の遺伝子切離しに使用することが可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 円筒状の内周面を有する筒状部材と、
該筒状部材の一端を閉じるように設定される第 1端壁部材と、
該筒状部材の他端を閉じるように設定される第 2端壁部材と、
該筒状部材、該第 1端壁部材、及び、該第 2端壁部材によって画定される流体旋回 室と、
該筒状部材の軸線方向の中心位置よりも第 2端壁部材寄りの位置に該筒状部材を 貫通するように設けられ、気液混合流体を該流体旋回室内に、その接線方向で導入 する流体導入孔と、
該筒状部材の内周面の中心軸線に沿って該第 2端壁部材を貫通する流体吐出孔 と、
を備える気体旋回剪断装置を有する微細気泡発生装置。
[2] 該流体導入孔が、該第 2端壁部材に近接して設定されて ヽる請求項 1に記載の微 細気泡発生装置。
[3] 該流体導入孔が断面円形とされ、少なくとも該流体導入孔の直径の 0. 5〜2倍の 長さだけ該第 2端壁部材力 該軸線方向で離されている請求項 2に記載の微細気泡 発生装置。
[4] 該流体旋回室の軸線方向長さが、該流体導入孔の直径の 6倍以上とされている請 求項 3に記載の微細気泡発生装置。
[5] 該流体導入孔が、該流体旋回室の内壁面に内接して接線方向に延びることを仮想 した該流体導入孔の延長方向に対し、該流体旋回室に対する内接点を中心に 10° 以上 30° 以内の角度で延びるように設定されて!ヽる請求項 1乃至 4の ヽずれかに記 載の微細気泡発生装置。
[6] 該筒状部材の内周面が鏡面仕上げとされ、
該筒状部材の内周面に開口した該流体導入孔に周方向で対応する当該内周面の 部分に、該内周面の軸線方向で相互に間隔をあけて設けられた、幅及び深さが lm m以下の複数の環状溝を有する請求項 5に記載の微細気泡発生装置。
[7] 該筒状部材及び第 1及び第 2端壁部材が、該流体導入孔から旋回室内に導入され る流体によって発生する振動数とは異なる固有振動数を有する請求項 5に記載の微 細気泡発生装置。
[8] 気体旋回剪断装置の該流体導入孔に接続され液体を該流体旋回室に供給する渦 流ポンプであって、ケーシングと、該ケーシング内で回転するインペラ一と、該ケーシ ングの周壁に形成された液体入口と、該ケーシングの周壁に形成された気体入口と 、該ケーシングの周壁に設けられ、該インペラ一の回転により吸引された液体と気体 とが混合されて形成された気液混合流体を吐出する流体出口とを有する渦流ポンプ を有し、該渦流ポンプの流体出口が、該気体旋回剪断装置の流体導入孔に接続さ れて 、る請求項 1乃至 4の 、ずれかに記載の微細気泡発生装置。
[9] 該気体旋回剪断装置の流体吐出孔に接続されて、該気体旋回剪断装置から吐出 された流体を分散放出する分散器を有する請求項 8に記載の微細気泡発生装置。
[10] 該分散器が、円筒状の内周面を有する筒状部材と、該筒状部材の両端を閉じるよ うに設定された端壁部材とを有し、該筒状部材の軸線方向の中心部分に該気体旋 回剪断装置の該流体吐出孔に連通された流体入口と、該筒状部材の軸線に沿って 該端壁部材を貫通するように設けられた流体出口とを有する請求項 9に記載の微細 気泡発生装置。
[11] 請求項 1乃至 10のいずれかの微細気泡発生装置を使用して微細気泡を含んだ水 を作り、該水を用いて物品の洗浄を行なうようにした洗浄方法。
[12] 請求項 1乃至 10のいずれかの微細気泡発生装置を使用して微細気泡を含んだ水 を作り、該水に穀粒を浸漬し、該穀粒の含有水分を増加させる方法。
[13] 請求項 1乃至 10のいずれかの微細気泡発生装置を使用して微細窒素気泡を含ん だ水を作り、該水を用いて食品の練り材料を作る方法。
[14] 請求項 1乃至 10のいずれかの微細気泡発生装置を使用して燃料油内に微細酸素 気泡を発生し、燃焼効率のよい燃焼油を作る方法。
[15] 活性汚泥を用いた浄ィ匕槽の活性ィ匕汚泥を活性化させる方法にぉ ヽて、請求項 1乃 至 10のいずれかの微細気泡発生装置を使用して浄ィ匕槽内の水に微細気泡を発生 させ、活性汚泥を活性化させるようにした方法。
[16] 超重質油を採掘する方法において、超重質油の埋蔵層に請求項 1乃至 10のいず れかの微細気泡発生装置を使用して作った微細気泡を供給し、該水を吸引して超 重質油を採掘するようにした方法。
請求項 1乃至 10のいずれかの微細気泡発生装置を使用して浄ィ匕槽内の水を温浴 に使用して温浴効果を向上させる方法。
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