説明

マイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体発生装置、およびマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体、並びにマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体の製造方法

【課題】液体中に気体微粒子、液体あるいは粉体微粒子を混入させて微細なマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を液中に浮遊させ、種々のマイクロバブル、あるいはマイクロ粒子を発生させると同時に、目的に適うようにマイクロバブルの粒径、あるいは分布が自由に設定できるマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置及びそれによって得られた液体、その製造方法を提供する。
【解決手段】液体槽1に液体6を貯蔵し、この液体槽に連通した圧力槽4に多孔のノズル2を設けてノズルを通して気体、液体あるいは粉体及びその混合物をノズルから振動源3の振動で液体槽内に所定の粒径と分布を有するマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を発生させるマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置とするとともに、同装置によりマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を有する液体を製造する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液体中に微細な気泡、あるいは粉体を混入して生成したマイクロバブル、マイクロ粒子を発生させるマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体発生装置、およびマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体、並びにマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、微細な気泡を液体中に発生させるには、液体と気泡を発生させるための装置を用意して、上記液体に気泡を注入、あるいは液体を撹拌等によって直接気泡を当該液体中に発生させるマイクロバブルを発生装置が提案されている。
マイクロバブル発生装置として、例えば、液体を電気分解によってマイクロバブルを発生させるため、多孔質性を有する導電性材料を用いて液体を電気分解するための2電極で構成した特開2007−38149号が提案されている。
【特許文献1】特開2007−38149号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところが、先行技術として上述の公報に示された構成では、導電性材料に多孔質性を有するチタン又は導電性セラミック等の比較的高価な材料を用いる必要があると共に、上記マイクロバブルを形成させる場合、そのマイクロバブルの粒径又はその分布のコントロールが出来ない、あるいは気体(ガス)として酸素、水素に限定される欠点があるので、マイクロバブル発生装置として、種々の要求に応えられるものではなく、必ずしも有効な構成とはいえない。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明は、上記要求に対して、マイクロバブルあるいはマイクロ粒子の径あるいはその分布がコントロール出来、更に、液体中に気体のマイクロバブル、又は液体、固体およびその混合体の微細な粒径を有するマイクロ粒子を液体中に発生させることが出来る新規な構成のマイクロバブル、マイクロ粒子発生装置、及びマイクロバブル、マイクロ粒子を有する液体、並びにその製造方法を提供するものである。
【0005】
先ず、本発明は、液体槽と、多数の貫通孔を有する多孔のノズルと、圧力槽と、超音波振動素子を有する振動源からなり、上記液体槽に所定の液体を貯蔵し、圧力槽に気体、液体、粉体、あるいはその混合体を注入し、ホーンを構成する多孔のノズルを通して液体中に圧入または噴射することによって、上記液体中に種々の超微細な気泡または液体、気体、固体、およびその混合体の微粒子体を発生させるマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体発生装置、およびマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体、並びにマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体の製造方法を提供すものである。
【0006】
更に、本発明は、上記圧力槽に設けた振動源の超音波振動素子を上記多孔のノズルに密着させて多孔を有する多孔膜を振動させて、液体槽に向かって圧力槽から所定の気体、液体、粉体、およびその混合体等を、上記液体中にマイクロバブル、マイクロ粒子として発生させる構成を提案するものである。
【0007】
また、本発明は、上記振動源に超音波振動素子を用いる、あるいは超音波振動素子としてチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリューム、フェライト等を用いることによって上記液体槽中に微細な粒径のマイクロバブル、マイクロ粒子を発生させる構成である。
【0008】
更に、本発明は、上記振動源の周波数及び電圧を調整し、上記多孔のノズルの孔形状、孔径を種々選択することによって上記液体槽中に発生させるマイクロバブル、マイクロ粒子の粒径を調整することが可能なマイクロバブル、マイクロ粒子発生装置を提案する。
また、本発明は、上記装置および構成により製作されたマイクロバブル、マイクロ粒子を含む機能性を有する液体、その液体の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明に関わるマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体発生装置は、上述の構成によって液体槽に貯蔵した液体中に、気体、液体、粉体、あるいはその混合体として例えば油脂等を適宜選択して、ノズルの孔径、密度に応じて所定の粒径、あるいはその分布を有する微細な粒体としてのマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を発生させることができる。
【0010】
この場合、上記多孔のノズルの素材として耐食性を有するものを選べば、多孔のノズルの寿命が長く、従って装置としての寿命も長く保つことが可能となる。
この際、更に、上記多孔のノズルの表面を、液体槽内の液体に応じて親水性、撥水性、あるいは撥油性処理を施すことによって気液の界面及び液界面に位置する多孔のノズルの液体切れ、気体切れの有効に微細な粒径のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を発生させることが出来る。
【0011】
また、上記振動源の電圧、周波数を選択することによって多孔のノズル振動モードが制御出来る、その結果マイクロバブルあるいはマイクロ粒子の直径を制御できるので、従来では得られなかったマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子の粒子径を発生源である多孔のノズルの表面で粒子径が制御可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、図面に従って本発明を説明する。
図1(A)は本発明の一実施例で、本発明の構成要素である圧電振動素子を圧力槽の一端に設けた例の断面概略図、(B)は多孔のノズルの斜視図である。図2(A)は圧電振動素子を多孔のノズルに密着させ多孔のノズルを直接振動させて、液体槽中に微細な粒径のマイクロバブル、マイクロ粒子を発生させる実施例の断面概略図で、(B)は多孔のノズルの斜視図ある。図1(B)及び図2(B)は、各々図1(A)及び図2(A)に対応して振動源に用いる圧電振動素子の一例を示す。
【0013】
本発明に関わるマイクロバブル、マイクロ粒子発生装置は、内部に液体6を貯蔵する液体槽1と、前記液体槽1の下部近傍の側壁に設けられた多数の微細な貫通孔を有する多孔のノズル2と、所定の気体、粉体、又は液体が投入されて圧力(P1)が与えられるとともに、前記多孔のノズル2を介して前記液体槽1に連設された圧力槽4と、前記圧力槽4における前記多孔のノズル2に対向する位置の側壁に圧電振動素子が設けられた振動源3と、前記振動源3に設けた圧電振動素子に接続され、所定の電圧と周波数を有する駆動信号を発生する駆動源5とから少なくとも構成されている。
【0014】
次に、図1(A)及び図1(B) について説明すると、マイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置は、圧電振動素子等からなる駆動源5から圧力槽4の一方の壁からなる振動源3に対して所定の電圧と周波数を有する駆動信号を供給し、振動源3の圧電振動素子を所定の振幅と、所定の振動を発生させる。
上記液体槽1における前記多孔のノズル2の近傍は、中に貯蔵された液体の重量に伴う一定の圧力(P0)となっている。前記圧力(P0)と前記圧力槽4に加えられる圧力(P1)の関係は、P1>P0の関係に設定しておく。
【0015】
先ず、実施例である図1について説明する。マイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置は、液体槽1に投入された液体6と、多数の微細な貫通孔を設けた多孔のノズル2と、振動源3に設けた超音波振動素子と、一定の圧力(P1)がエアポンプ等によって加えられた圧力槽4と、所定の電圧によって上記多孔のノズル2に向かって振動を発生させる駆動源5で上記超音波振動素子を駆動させることにより、圧力槽4から多孔を有するノズル2を通して液体槽1内にマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子として多孔のノズル2の孔の大きさに対応した、極めて微細な気泡及び微粒子となって発生させることができる。
【0016】
図1は(A)、(B)で示すように、この場合、多孔のノズル2と振動源3とは、別体で上記振動源3を圧力槽4の端部に上記多孔のノズル2に対向した位置に配置してある。
従って、この例において、上記振動源3は、多孔のノズル2に向かって圧力槽4のホーンとしての機能を用いるべく振動源3に設けた圧電振動素子によって振動を与える構成である。
【0017】
一方、図2に示した例において、本発明に関わるマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置は、内部に液体6を貯蔵する液体槽1と、前記液体槽1の下部近傍の側壁に設けられた多数の微細な貫通孔を有する多孔のノズル2と、所定の気体、粉体、又は液体が投入されて圧力(P1)が与えられるとともに、前記多孔のノズル2を介して前記液体槽1に連設された圧力槽4と、前記多孔のノズル2に密着させた振動源3と、前記振動源3に設けた圧電振動素子に接続され、所定の電圧と周波数を有する駆動信号を発生する駆動源5とから少なくとも構成されている。この図2の実施例は、圧力槽4の端部が図2の右端のようにストレート構造で事足り、圧力P1を加える部分が簡単な構造となる。
【0018】
例えば、圧力槽4に12パスカルの圧力をかけ、振動源にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用い、6V の電圧印加で130kHzの振動を発生させ、多孔のノズルの孔径を2.0 μmφにして、酸素ガスを液体層1に注入したところ、おおよそ数μmφ、好ましくは5μmφの酸素ガス微粒子が液中に注入出来た。
【0019】
また、圧力槽4にサラダオイルを入れその中に200 nmの粒径の銀の粉末を3重量パーセント混合して12パスカルの圧力をかけながら振動源3にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用い、6ボルトの電圧で、130kHzの交流を印加させた場合、多孔ノズルの孔径を6μmφにして銀の微粒子を混入させると、液体中には微細な銀粉末が上記サラダオイルによって覆われた状態の微粒子が得られる。
【0020】
次に、振動源3に用いる圧電振動素子は、極めて振動効率が良いチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリューム、フェライトを使用すれば有効である。また、上記液体槽に貯蔵させる液体6は、水あるいは各種化学薬品、特に、薬剤でも良く、また、有機溶媒でも良い。上記液体槽1に貯蔵された液体は、圧力槽4に挿入するものを、それぞれ要求する機能を有した気体、液体、粉体、およびその混合体を選べば、新たな機能を有する液体として調合が可能となる。
【0021】
金属粒子を製作は、上記多孔のノズル2を挟んで液体槽1に還元液を、圧力槽4に金属錯塩溶液をそれぞれ投入して、圧力槽4より金属錯塩溶液の微粒子を噴射させ、酸化還元反応を行うことができる。
【0022】
また、上記多孔のノズル3を挟んで液体槽1に摂氏50度〜90度の液体を投入し圧力槽4に所定の樹脂を合成するモノマーと、開始剤、たとえば、メタクリル酸メチル(モノマー Methacrylate−MMA)、エチレングリコールジアメタアクリル(Ethylene Glyco Diametha Acryl−EGDMA)、アゾビスイソスプチロニトリル(Azobis Isobutyronitrile−AIBN)、硬化剤、触媒の混合液を投入し、圧力槽4よりモノマー混合液を多孔のノズル3より微粒子を液体槽1に噴射させ、液体槽1の液中にモノマー粒子を一定時間漂わせ、モノマーをポリマー樹脂に合成して、その結果、ポリマーのマイクロ粒子を発生させることが出来る。
【0023】
更に、上記多孔のノズル2を挟んで液体槽1に酸性水溶液、例えば塩酸の1規定溶液を満たし、圧力槽4に珪酸ソーダの50%水溶液を投入し、多孔のノズル3を通じて圧力槽4より珪酸ソーダ溶液の微粒子を液体槽1の酸性溶液に噴射し、珪酸ソーダが中和され、二酸化珪素(SiO2)の微粒子に合成することができる。
【0024】
更に、振動源3に設けた超音波振動素子に与える駆動源5からの駆動信号の電圧あるいは周波数を変えることによって、マイクロバブルの粒径を変化させて所望のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を発生させることができる。上記多孔のノズル2の孔径を変えることによって、上述のような粒径あるいは分布を変化させることも可能となる。
【0025】
上記多孔のノズル2の材質を種々の材料を用いて選択すれば、耐食性が達成することが出来ると共に、特に、薬剤の調合、あるいは食品の製造に本発明を用いる場合、人体等に無害な材質を選択出来る。
【0026】
更に、上記多孔のノズル2に表面処理、即ち、上記多孔のノズル2の表面に親水性、撥水性、親油性、あるいは撥油性処理を行うことによって、液体槽1に貯蔵する液体と、圧力槽4に挿入する材料を選択することが出来る。また、液体槽1に貯蔵する液体は、燃料とした場合、本発明によって、マイクロバブルを上記液体中に発生させると、その燃焼効率が向上させることが可能となり、例えば、輸送機器におけるエンジンに利用することが出来る。
【0027】
上記圧力槽4に水に対して溶解しにくい無機ガス、あるいは有機ガスを挿入することによって、液体中に気泡を保持することが可能となり、その結果、同液体を農業、園芸、林業関係の、殺菌、酸素供給、等各種の目的に対応した水が出来る。その気体の例として、酸素ガス、オゾン、窒素ガス、二酸化炭素ガス、あるいはメタンガス、ブタンガスを含む有機ガスを、たとえば、数μmφ、好ましくは5μmφ以下にする事により液中にいつまでも存在する所定の気泡混入液が得られる。
【産業上の利用可能性】
【0028】
以上のように、本発明のマイクロバブル発生装置は、種々の目的、例えば、薬剤の調合、微細な粒径のマイクロバブルを有する燃料用、あるいは農業用の肥料又は薬品等に利用でき、その応用範囲は極めて広い。
本発明は、上述した内容に限定することなく、マイクロバブル、マイクロ粒子発生装置として、更に、同装置で得られたマイクロバブル、マイクロ粒子を有する液体は種々の目的に多用可能である
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】(A)は本発明の一実施例で、本発明の構成要素である圧電振動素子を圧力槽の一端に設けた例の断面概略図、(B)は多孔のノズルの斜視図である。(実施例1)
【図2】(A)は圧電振動素子を多孔のノズルに密着させ多孔のノズルを直接振動させて、液体槽中に微細な粒径のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を発生させる実施例の断面概略図、(B)は多孔のノズルの斜視図である。(実施例2)
【符号の説明】
【0030】
1 液体槽
2 多孔のノズル
3 振動源
4 圧力槽
5 駆動源
6 液体

【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体を貯蔵する液体槽1と、
多数の貫通孔を有する多孔のノズル2と、
所定の周波数と振幅で振動を与える超音波振動素子を有すると共にホーンとして構成した振動源3と、
上記液体槽1に連通した圧力槽4と、
から構成されており、
上記圧力槽4に注入した気体、液体あるいは両物質内に粉体を混入し、上記圧力槽4から上記多孔のノズル2を通して振動源3のエネルギーにより圧力槽4内の物質の微細な粒径のマイクロバブル及びマイクロ粒子を液体槽1の液体中に発生させることを特徴としたマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体発生装置。
【請求項2】
液体を貯蔵する液体槽1と、
多数の貫通孔を有する多孔のノズル2と、
所定の周波数と振幅で振動を与える超音波振動素子を振動源3に設け、該超音波振動素子を上記多孔のノズル2に直接振動を与える、あるいは上記多孔のノズルと距離を置いた位置から振動を上記多孔のノズル2に向けて与える振動源3と、
上記液体槽1に連通した圧力槽4と、
から構成されており、
上記圧力槽4に注入した気体、液体あるいは両物質内に粉体を混入し上記圧力槽4から上記多孔のノズル2を通して微細な粒径のマイクロバブル、マイクロ粒子を上記液体槽1の液体中に発生させることを特徴としたマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体発生装置。
【請求項3】
上記液体槽1に連通した圧力槽4に圧力ポンプによって所定の圧力を加え、上記液体槽1に向かって気体を送り込み、上記液体中に微細な粒径の気泡を発生させることを特徴とした請求項1記載、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体発生装置。
【請求項4】
上記圧力槽4に粉体を挿入し、上記液体槽1に向かって上記粉体を液体又は気体に混入させて上記液体中に微細な粒径のマイクロバブルを上記液体中に発生させることを特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項5】
上記振動源3に設けた圧電振動素子としてチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリュウム、フェライト等を用い、上記液体槽1に対して振動を与えることを特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項6】
上記振動源3における圧電振動素子の周波数、あるいは振幅を調整することにより上記マイクロバブル、マイクロ粒子の粒径を調整し液体槽1内に噴射させることを特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項7】
上記多孔のノズル2の孔径及び形状、及びその分布よって上記マイクロバブル、マイクロ粒子の粒径、あるいは分布を調整することを特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項8】
上記多孔質ノズル2の形状を、入り口と出口の孔の面積を同一になしたことを特徴とする請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項9】
上記多孔のノズル2の形状を、入り口と出口の孔の面積を相違させたことを特徴とする請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項10】
上記多孔のノズル2に、耐食性を有する金属又は耐食性金属のメッキを施した金属、及びプラスチック、セラミックあるいはその複合体を用いたことを特徴とする請求項1、又は請求項2に記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項11】
上記液体槽1内に貯蔵する液体及び圧力槽4に注入する液体及び気体に応じて、上記多孔のノズル2の表面に親水性、撥水性、親油性、あるいは撥油性を有する表面処理を施すことを特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項12】
上記液体槽1 に各種燃料用の液体を貯蔵し、圧力槽4に酸素ガスを入れ、当該燃料用の液体中に50μ以下のマイクロバブルの酸素を供給し、酸素ガスを当該燃料液体中に浮遊させて燃焼効率を向上させることを特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項13】
上記多孔のノズル2に電鋳金属を用いたことを特徴とし、上記金属としてニッケル、ニッケル合金、白金族の合金、金、銀、銅及びその合金を用いることを特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項14】
上記多孔のノズル3を挟んで液体槽1に還元液、圧力槽4に金属錯塩溶液を投入し、圧力槽4より錯塩溶液の微粒子を噴射させ酸化還元反応により金属微粒子を製作することを特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項15】
上記多孔のノズル2を挟んで液体槽1に摂氏50度〜90度の液体を投入し、圧力槽4に目的の樹脂を合成するモノマーと開始剤、硬化剤、触媒の混合液を投入して圧力槽4よりモノマー混合液を多孔のノズル2より微粒子を液体槽1に噴射させ、液体槽1の液中にモノマー粒子を一定時間漂わせてモノマーをポリマー粒子に合成することを特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項16】
上記多孔のノズル2を挟んで液体槽1に酸性水溶液圧力槽4に珪酸ソーダの水溶液を投入し、上記多孔のノズルを通じて圧力槽4より珪酸ソーダ溶液の微粒子を液体槽1の酸性溶液に噴射し、珪酸ソーダが中和され二酸化珪素(SiO2)の微粒子に合成することを特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項17】
圧力槽4に気体として酸素ガス、オゾン、窒素ガス、二酸化炭素ガスを含む無機ガス、あるいはメタンガス、ブタンガスを含む有機ガスを挿入することを特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項18】
上記液体槽1に水を投入し、圧力槽4に有機溶媒、油脂を挿入することを特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項19】
上記圧力槽4にセラミック、金属等の無機粉、医薬品、ポリマー及び食品関係等の有機微粉を上記気体及び液体の混合物を構成して満たし、多孔のノズル2を通じ液体槽1に満たした対応する液体に微粒子化した粒子を噴射させ、液体槽1の液中にその微粒子を漂わせること特徴とした請求項1、又は請求項2記載のマイクロバブルおよび/またはマイクロ微粒子発生装置。
【請求項20】
請求項1ないし請求項19に記載したマイクロバブル発生装置によって生成したことを特徴とするマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子の製造方法。
【請求項21】
請求項1ないし請求項20に記載したマイクロバブル発生装置によって生成したことを特徴とするマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子が混入した液体。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2009−78223(P2009−78223A)
【公開日】平成21年4月16日(2009.4.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−249049(P2007−249049)
【出願日】平成19年9月26日(2007.9.26)
【出願人】(396026710)株式会社オプトニクス精密 (34)
【Fターム(参考)】