マイクロバブルの気泡電位制御装置および気泡電位制御方法
【課題】水環境蘇生、環境改善に有効なマイクロバブルを効果的に発生させることを可能としたマイクロバブルの気泡電位制御装置および気泡電位制御方法を提供する。
【解決手段】筒状である本体パイプと、本体パイプの一端から他端側に向けて該本体パイプの内側に液体を吐出させる液体供給管と、本体パイプの内側に気体を供給する気体供給管と、本体パイプの壁に設けられた複数のスリットと、本体パイプの筒状である内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、を備え、複数のスリットは、少なくとも１つの該スリットにおいて本体パイプの筒状の軸との成す角が他のスリットとは異なることを特徴とする。
【解決手段】筒状である本体パイプと、本体パイプの一端から他端側に向けて該本体パイプの内側に液体を吐出させる液体供給管と、本体パイプの内側に気体を供給する気体供給管と、本体パイプの壁に設けられた複数のスリットと、本体パイプの筒状である内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、を備え、複数のスリットは、少なくとも１つの該スリットにおいて本体パイプの筒状の軸との成す角が他のスリットとは異なることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロバブルの気泡電位制御装置および気泡電位制御方法に関するものであり、さらに詳細には、パイプ内にプレート（衝突壁）及び空気供給管を設置し、断面積変化で流れる水の流速変化を起こしてパイプ内を負圧にすることで気体の自吸を行い、さらにパイプ内に設置したプレートとパイプに形成した開口（例えばスリット等）のみを使用して、発生する泡のマイクロ化を行うとともに高電位のマイクロバブルを発生させることができるマイクロバブルの気泡電位制御装置および気泡電位制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロバブルとは直径が数十μｍの泡であり、その特徴として
（１）気体同士の合体や吸収が起こらず、単一気体のままで水中に長時間滞留し、比較的寿命が長い、
（２）浮上速度が極めて遅いことから、水中での分散性、拡散性に優れている、
（３）マイクロバブルの電位を高くすることにより、その分散性および安定性を向上させることができる、
等を挙げることができる。
この特徴を活かすことで、閉鎖水域における水質浄化・アオコ発生の抑制等、水環境蘇生にその有効性が確認されている。現在、マイクロバブル発生装置は種々開発されているおり（特許文献１）、マイクロバブルの流体力学発生メカニズムは、ほぼ解明されてきているが、その帯電メカニズムは不明な点も多い。
【０００３】
また、マイクロバブルの発生装置としてパイプ内にプレート（衝突壁）を設置し、流れる水の流速変化を起こしてパイプ内を負圧にすることで気体の自吸を行い、さらにパイプ内に設置したプレートとパイプに形成した開口（例えばスリット等）のみを使用して、発生する泡のマイクロ化を行うさらにスリット角度を３０°、６０°、９０°とすることが提案されている（特許文献２）。
【０００４】
また、マイクロバブルについて、マイナス略３０〜マイナス略７０ミリボルト程度の気泡電位を有し、気泡径が小さくなるに従い、その気泡電位量の絶対値が逆比例して増加することを特徴とする略３０μｍ以下の微細気泡が知られていた（特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２６６６５号公報
【特許文献２】特開２００５−３３４８６９号公報
【特許文献３】特開２００２−１４３８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来においてマイクロバブルの気泡電位を制御するという試みはされていなかった。具体的には、上記した特許文献１、２に記載のマイクロバブル発生装置では、該マイクロバブルの電位については開示されていなかった。また、特許文献３には、マイクロバブルの電位について記載があるものの、電位の高さはマイクロバブルの粒子径のみに依存するものとし、電位の高さを他の方法により高くすることについて開示するものではなかった。
【０００７】
そこで本発明は、気泡電位を制御し、水環境蘇生、環境改善に有効なマイクロバブルを効果的に発生させることを可能としたマイクロバブルの気泡電位制御装置および気泡電位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】
【０００８】
発明者らは、鋭意検討の結果以下の知見に基づき発明を完成させた。すなわち、パイプに接続した気体供給管の差し位置を調整することで、パイプ内を流れる液体に流速変化を与え、パイプ内に負圧を作り、パイプに接続した気体供給管からパイプ内に気体を自吸させる。気体の混入した水をパイプ内でプレートに衝突させることで、せん断作用を利用して気体塊を粉砕し、パイプに形成した開口および／又はプレート後方の流路からマイクロバブルを発生させる。
【０００９】
また、スリットを用いることで、スリット部ではスリットと元の流れの方向に流れが分かれることにより力が作用して気泡が微細化される。さらにスリットによる絞り効果、スリット通過時とスリットから放出された直後の流れの間の速度勾配によるせん断力によっても気泡が微細化される。またスリットに角度を付けることで効率的にマイクロバブルを発生させることができる。
【００１０】
さらに、異なった傾斜角を有する複数のスリットを組み合わせたり、スリット開口部よりも上流側に配置した副流路を備えたり、又は本体パイプを配置する液体や本体パイプ内を流れる吐出液体のｐＨを調整する技術を適用する。これにより、マイクロバブルの気泡電位を変化させることができるとともに、これまでになく効率的に該マイクロバルブを発生させることが可能となる。以下、本発明について説明する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、筒状である本体パイプと、本体パイプの一端から他端側に向けて該本体パイプの内側に液体を吐出させる液体供給管と、本体パイプの内側に気体を供給する気体供給管と、本体パイプの壁に設けられた複数のスリットと、本体パイプの筒状である内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、を備え、複数のスリットは、少なくとも１つの該スリットにおいて本体パイプの筒状の軸との成す角が他のスリットとは異なることを特徴とする気泡電位制御装置を提供することにより前記課題を解決する。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、筒状である本体パイプと、本体パイプの一端から他端側に向けて該本体パイプの内側に液体を吐出させる液体供給管と、本体パイプの内側に気体を供給する気体供給管と、本体パイプの壁に設けられた複数のスリットと、本体パイプの筒状である内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、流路断面縮小部及び流路断面拡大部を有する流路である副流路と、を備える気泡電位制御装置を提供することにより前記課題を解決する。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のマイクロバブル気泡電位制御装置の気体供給管、液体供給管、および衝突壁のうち少なくとも１つが本体パイプから着脱可能であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、内側に気体を流入可能に取り付けられた気体供給管と、内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、が備えられた筒状である本体パイプを、ｐＨ２〜ｐＨ１１に調整した液体中に浸漬して配置し、本体パイプの内側に液体を吐出して供給するとともに、吐出して供給された液体の本体パイプ内の流れにより発生する負圧により、気体供給管から気体を流入させ、本体パイプ内で、吐出して供給された液体と気体とを混合し、混合された液体及び気体を衝突壁に衝突させてマイクロバブルを発生させることを特徴とする気泡電位制御方法を提供することにより前記課題を解決する。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、内側に気体を流入可能に取り付けられた気体供給管と、内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、が備えられた筒状である本体パイプを液体中に配置し、本体パイプの内側にｐＨ２〜ｐＨ１１に調整した液体を吐出して供給するとともに、吐出して供給された液体の本体パイプ内の流れにより発生する負圧により、気体供給管から気体を流入させ、本体パイプ内で、吐出して供給された液体と気体とを混合し、混合された液体及び気体を衝突壁に衝突させて、気液界面での不安定現象によりマイクロバブルを発生させることを特徴とする気泡電位制御方法を提供することにより前記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、極めて簡単な構造（スリットを用いる等の簡単な構造）で、容易にマイクロバブルを発生させる装置を提供できる。従って、閉鎖水域の水質浄化にとどまらず、個人家庭レベルでの使用が可能となり、生活排水の浄化、洗浄効果による洗剤量の低減、マイクロバブル崩壊時の圧力波を利用した生理活性による血流増加での入浴時の保温効果、および水上、水中輸送機器の流体抵抗低減にも利用できる。
【００１７】
また装置の構造を圧力損失が少なくかつ小型化することができ（一般家庭の水道に直接取り付けても発生可能）、マイクロバブルの気泡電位制御装置の省エネルギー化を図ることが可能となる。さらに高電位のマイクロバブルをこれまでになく効率的に発生させることもでき、分散性、および安定性に優れたマイクロバブルを発生させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、パイプに接続した気体供給管の差し位置を調整することで、パイプ内を流れる液体に流速変化を与え、パイプ内に負圧を作り、パイプに接続した気体供給管からパイプ内に気体を自吸させる。気体の混入した水をパイプ内でプレートに衝突させることで、せん断作用を利用して気体塊を粉砕し、パイプに形成した開口及び／又はプレート後方の流路からマイクロバブルを発生させる。
【００１９】
さらには、異なった傾斜角を有する複数のスリットを組み合わせたり、スリット開口部よりも上流側に配置した副流路を備えたり、又は本体パイプを配置する液体や本体パイプ内を流れる吐出液体のｐＨを調整するという技術を適用することにより、高電位のマイクロバブルをこれまでになく効率的に発生させることができるものである。
【００２０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
【００２１】
図１は第一実施形態に係るマイクロバブルの気泡電位制御装置１の全体構成図、図２はマイクロバブルの気泡電位制御装置１のうちマイクロバブル発生手段１０に注目した拡大図である。マイクロバブルの気泡電位制御装置１は、気体供給管２、開閉コック３、ポンプ４、液体供給管５、流量調整バルブ６、及びマイクロバブル発生手段１０を備えている。
【００２２】
気体供給管２は、マイクロバブルとなる気体をマイクロバブル発生手段１０に供給するための管であり、ここには気体の流入を許容、又は禁止するための開閉コック３が配置されている。ポンプ４は、液体を液体供給管５を介してマイクロバブル発生手段１０に送るポンプである。液体供給管５にはマイクロバブル発生手段１０へ流入する液体の流量を調整する流量調整バルブ６が備えられている。
【００２３】
マイクロバブル発生手段１０は、図２から特にわかるように、本体パイプ１１、スリット１２、スリット１３、１４、…１７、及び衝突壁としてのプレート１８、を備えている。本体パイプ１１は、円筒状の部材である。本体パイプ１１の円筒の軸方向両端部は開放されており、一方には上述した液体供給管５が接続され、本体パイプ１１の内側に液体を供給することが可能となっている。また、本体パイプ１１の円周状側面からは本体パイプ１１の内側に気体供給管２が差し込まれている。従って、ここからマイクロバブルとなる気体が本体パイプ１１内に供給される。
【００２４】
スリット１２は、本体パイプ１１の壁１１ａを貫通するスリットで、本体パイプ１１の円筒の軸方向（図２の紙面左右方向）を幅、円筒周方向を長手方向に有するスリットである。図３にスリットの配置を模式的に示した。スリット１２は、本体パイプ１１の円筒の軸（Ａ）に対して角度θ１を有して設けられている。
【００２５】
スリット１３、１４、…、１７は、スリット１２よりプレート１８側に本体パイプ１１の円筒の軸方向に並列され、本体パイプ１１の壁１１ａを貫通するスリットである。スリット１３、１４、…、１７もスリット１２と同様、本体パイプ１１の円筒の軸方向（図２の紙面左右方向）を幅、円筒半径方向を長手方向に有するスリットであるが、図３からわかるように、本体パイプ１１の円筒の軸（Ａ）に対して液体流入口から離隔する方に向けて上記θ１とは異なるθ２の角度を有して設けられている。
【００２６】
ここで、スリット１２、１３、…、１７においては、本体パイプ１１入口流路の断面積を分母とし、全てのスリット１２、１３、…、１７の断面積（スリット幅×スリット長さ）の和を分子とした断面積比Ｒが、１．３＜Ｒ≦２．０であることが好ましい。
【００２７】
また、θ１及びθ２の角度はθ１とθ２とが異なっていれば特に限定されるものではない。本実施形態では１つの例としてθ１＝９０度、θ２＝６０度である場合を示した。さらに、スリット位置も本実施形態のように本体パイプ１１の下方に限定されることなく、上方であってもよい。
【００２８】
本実施形態では、スリットが設けられる形態について説明したが、必ずしもこれに限定されることはなく、これに準じる開口が設けられればよい。例えばスリット状でなくても、複数の並列された貫通穴が上記のスリットに沿った形態で設けられてもよい。
【００２９】
プレート１８（衝突壁）は、図２に示すようにスリット１７より下流側に配置される板状の部材である。プレート１８は、本体パイプ１１内の流路断面を適宜割合で閉塞することできるように形成されている。本実施形態では、プレート１８は本体パイプ１１内の当該流路を全て閉塞するように配置されている。
【００３０】
かかる構成を備えるマイクロバブルの気泡電位制御装置１により高い電位を有するマイクロバブルを発生させることができる。
【００３１】
次に、マイクロバブルの気泡電位制御装置１よるマイクロバブルの発生方法について説明する。図４は、マイクロバブルの気泡電位制御装置１によりマイクロバブルを発生させている場面を模式的に示した図である。
【００３２】
図４からわかるように、液体貯留槽７内に、マイクロバブルの気泡電位制御装置１、及びポンプ４等を配置する。この状態でポンプ４を動作させて液体を汲み上げる。すると、液体供給管５を介して、マイクロバブルの気泡電位制御装置１内に液体が吐出される。吐出された吐出液体は本体パイプ１１内に流れこみ、プレート１８に衝突する。
【００３３】
この時、この吐出液体の流速は変化し、この流速変化により、気体供給管２の先端部付近が負圧となり、この負圧によって気体が開閉コック（作動時には開いている）３を介して吸引されて本体パイプ１１内の液体に混入する。気体が混入した液体はプレート１８に衝突し、気体は微小化され、微小化した気体は本体パイプ１１に形成したスリット１２、１３、１４、…、１７から本体パイプ１１の外へ出る。
【００３４】
スリット１２の角度を他のスリットに対して変更することにより、上流側のスリットから比較的大きなサイズの気泡が本体パイプ１１の外に逃げ、その割合が他のスリットに対して大きくなる。そして、下流側に導かれるパイプ内の二相流のボイド率が変化し、気液界面の不安定現象に影響を及ぼし、発生する電位に違いが生じると推測される。
【００３５】
このように、マイクロバブルの気泡電位制御装置１によるマイクロバブルの発生方法により高い電位のマイクロバブルを発生させることが可能となる。
【００３６】
図５は、変形例に係る本発明のマイクロバブルの気泡電位制御装置１’、１’’のうちマイクロバブル発生手段１０’、１０’’の構成を模式的に示したものである。マイクロバブルの気泡電位制御装置１’、１’’のマイクロバブル発生手段１０’、１０’’は、上記したマイクロバブル発生手段１０とスリットの形態が異なる。それ以外の構成はマイクロバブルの気泡電位制御装置１と共通するのでここでは図示及び説明を省略する。
【００３７】
図５（ａ）に示したマイクロバブル発生手段１０’は、気体供給管２に近い側の２つのスリット１２’、１３’が、本体パイプ１１’の円筒の軸方向（図５の紙面左右方向）を幅、円筒半径方向を長手方向に有するスリットである。そしてスリット１２’、１３’は、本体パイプ１１の円筒の軸（Ａ’）に対してθ１’の角度を有して設けられている。一方、残りのスリット１４’、１５’、１６’、１７’は、その端部が気体供給管２から離隔するように、円筒の軸（Ａ’）に対してθ２’の角度を有して設けられている。ここで図５（ａ）に示した例は、θ１’が９０度、θ２’が６０度である。
【００３８】
図５（ｂ）に示したマイクロバブル発生手段１０’’は、気体供給管２に近い側の１つのスリット１２’’が、本体パイプ１１’’の円筒の軸方向（図５の紙面左右方向）を幅、円筒半径方向を長手方向に有するスリットである。そしてその端部が気体供給管２に向けられるように、本体パイプ１１の円筒の軸（Ａ’’）に対してθ１’’の角度を有して設けられている。一方、残りのスリット１３’’１４’’、…、１７’’は、その端部が気体供給管２から離隔するように、円筒の軸（Ａ’’）に対してθ２’’の角度を有して設けられている。ここで図５（ｂ）に示した例は、θ１’’が１２０度、θ２’’が６０度である。
【００３９】
次に第二実施形態に係る本発明のマイクロバブルの気泡電位制御装置について説明する。図６には、第二実施形態のマクロバブルの気泡電位制御装置のうちマイクロバブル発生手段３０を示した。他の構成については、上記した第一実施形態に係るマイクロバブルの気泡電位制御装置１と共通なので、ここでは図示及び説明を省略する。
【００４０】
第二実施形態のマイクロバブルの気泡電位制御装置に備えられるマイクロバブル発生手段３０は、本体パイプ３１、スリット１２、スリット１３、１４、…１７、及び衝突壁としてのプレート１８、を備えている。本体パイプ３１は、円筒状の部材である。本体パイプ３１の円筒の軸方向両端部は開放されており、一方には液体供給管５（図１参照）が接続され、本体パイプ３１の内側に液体を供給することが可能となっている。また、本体パイプ３１の円周状側面からは本体パイプ３１の内側に気体供給管２が差し込まれている。従って、ここからマイクロバブルとなる気体が本体パイプ３１内に供給される。
【００４１】
さらに本体パイプ３１には、気体供給管２が差し込まれた位置と、スリット１２との間に縮拡管部３２が設けられている。当該縮拡管部３２では、本体パイプ３１の液体供給管（図１参照）側端部からスリット１２側に向けて、傾斜して流路断面が縮小し、さらに傾斜して流路断面が拡大する。これにより当該縮管部分において本体パイプ３１内を流れる気液二相流のボイド率（流体の単位断面積あたりに含まれる気泡の面積割合）を変化させる（大きくする）ことができ、さらに効果的にマイクロバブルの電位を高くすることが可能となる。
【００４２】
縮拡管部３２における図６にφで示した傾斜の程度は、特に限定されるものではないが、大きくしすぎると流体の流れが阻害される影響の方が大きくなる虞があることから、０度より大きく１０度以下であることが好ましく、３度〜７度がさらに好ましい。
【００４３】
その他、スリット１２、スリット１３、１４、…、１７、及びプレート１８については、上記したマイクロバブル発生手段１０と共通するので、ここでは説明を省略する。
【００４４】
ここでは、第二実施形態として縮拡管部３２、スリット１２、及びスリット１３、１４、…がいずれも具備された例を説明したが、これに限定されることなく、縮拡管部と少なくとも１つのスリットが備えられていればよい。すなわち、縮拡管部が備えられていれば、スリットの形状や角度に限定されることなく上記効果を奏するものとなる。
【００４５】
このように、第二実施形態に係るマイクロバブルの気泡電位制御装置によっても、高い電位のマイクロバブルを発生させることが可能となる。
【００４６】
次に第三実施形態に係る本発明のマイクロバブル発生方法について説明する。図７には、本方法に供されるマイクロバブルの気泡電位制御装置４１及び該装置によりマイクロバブルを発生させている場面を模式的に示した。マイクロバブルの気泡電位制御装置４１では、ここに備えられるマイクロバブル発生手段５０において、スリット５２、５３、…、５７の全てのスリットは本体パイプ５１の円筒の軸に対して同じ角度を有している。本実施形態では、スリット５２、５３、…、５７の端部が気体供給管２から離隔するように円筒の軸に対して６０度傾斜している。
【００４７】
かかるマイクロバブルの気泡電位制御装置４１によりマイクロバブルを発生させる。すなわち、液体貯留槽４７の液体内に、マイクロバブル発生手段５０、及びポンプ４等を浸漬させる。この状態でポンプ４を動作させて液体を汲み上げる。すると、液体供給管５を介して、マイクロバブル発生手段５０内に液体が吐出される。吐出された吐出液体は本体パイプ１１内に流れこみ、プレート５８に衝突する。
【００４８】
ここで、液体貯留槽４７の中に満たされ、マイクロバブル発生手段５０内に吐出される液体は、ｐＨ２〜ｐＨ１１に調整されている。これにより生成されるマイクロバブルの電位を高くすることができる。
【００４９】
本体パイプ５１内で、吐出液体の流速は変化し、この流速変化により、気体供給管２の先端部付近が負圧となり、この負圧によって気体が開閉コック３（作動時には開いている）を介して吸引されて本体パイプ５１内の液体内に混入する。気体が混入した液体はプレート５８に衝突し、気体は微小化され、微小化した気体はスリット５２、５３、…、５７から外に出る。
【００５０】
このようにｐＨを所定の値とすることにより、高い電位のマイクロバブルを発生させることができる。これはｐＨを変化させることで、ＯＨ−イオンの割合が変化するからである。ここでＯＨ−は疎水性イオンのため、水ではない気泡表面に集まるので、その結果気泡電位が変化する。
【００５１】
次に変形例に係る本発明のマイクロバブル発生方法について説明する。図８には、本方法に供されるマイクロバブルの気泡電位制御装置４１及び該装置によりマイクロバブルを発生させている場面を模式的に示した。マイクロバブルの気泡電位制御装置４１は上記第三実施形態に係る本発明のマイクロバブル発生方法と同じである。
【００５２】
本変形例では、マイクロバブル発生手段５０は、ｐＨの調節されていない液体の入った液体貯留槽４７’の液体に浸漬され、ポンプ４が液体貯留槽４８’に入れられたｐＨを調整した液体の中に浸漬されている。従って、マイクロバブル発生手段５０にはｐＨの調節された液体が供給される。
【００５３】
このように、マイクロバブル発生手段５０をｐＨの調節された液体に浸漬しなくても、該マイクロバブル発生手段５０内にｐＨの調節された液体が供給されれば本発明のマイクロバブル発生方法とすることができる。
【実施例】
【００５４】
次に実施例によりさらに詳しく説明する。ただし、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００５５】
（実施例１）
実施例１では、図１に示したマイクロバブルの気泡電位制御装置を用いてマイクロバブルを発生させ、その電位を測定した。比較例として、マイクロバブル発生手段に備えられるスリットが全て本体パイプの軸に対して６０度であるものにより発生させたマイクロバブルの電位を測定した。詳しくは次の通りである。
【００５６】
マイクロバブル発生手段の本体パイプは、内径６ｍｍ、厚さ１ｍｍ、長さ１５０ｍｍのアクリル管を用いた。気体供給管は、内径３ｍｍのアルミニウム管で、液体流入側の端部から２０ｍｍ離隔した位置に配置した。また、プレートは任意の厚さのアルミニウムにより形成した。そして該プレートは、本体パイプの下流側端部から１０ｍｍの位置で流路断面を１００％閉塞（全閉）するように配置した。
【００５７】
スリットは、全部で１０本設け、そのうちの気体供給管に最も近い１本を本体パイプの円筒軸に直角となるように設け、その他は６０度になるように傾けて具備した。スリットの幅はすべて０．５ｍｍ、スリット間隔は１０ｍｍである。
【００５８】
また、本体ポンプ内へ流入される液体は水であり、その流量は１２〜５０Ｌ／分とした。
【００５９】
発生したマイクロバブルの電位は、ゼータ電位により評価し、該ゼータ電位は電気詠動法により測定した。また、マイクロバブルの直径はマイクロスコープによる直接測定をするとともに、光透過法により測定した。
【００６０】
図９に結果のグラフを示した。図９はマイクロバブルの直径を横軸に、ゼータ電位を縦軸にとったグラフである。これをみてもわかるように、同じ直径であっても本発明の装置により形成されたマイクロバブルの方が高い電位を有している。
【００６１】
（実施例２）
実施例２では、本体パイプ内へ吐出させる吐出液体のｐＨを変えてその時発生したマイクロバブルの電位を測定した。実施例２では、図７に示したマイクロバブル発生方法によりマイクロバブルを発生させた。ここでマイクロバブル発生手段のスリットは全て本体パイプの円筒軸から６０度の傾きを有して設けられる。他の構成については実施例１と同じである。
【００６２】
ｐＨは、４．０、６．８、１０．０の３種についておこなった。ｐＨの調整は、水酸化ナトリウム、塩酸及び硫酸の混合比を変更することによりおこなった。
【００６３】
結果を図１０に示す。図１０はマイクロバブルの直径を横軸に、ゼータ電位を縦軸にとったグラフである。これをみてもわかるように本発明の装置により、ｐＨを変えることにより、形成されるマイクロバブルの電位を変えることが可能となる。
【００６４】
これによれば、ｐＨの値を大きくすることにより、マイクロバブルの電位を高くすることができる。
【００６５】
以上、現時点において最も実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う、マイクロバブルの気泡電位制御装置および気泡電位制御方法も本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第一実施形態にかかるマイクロバブルの気泡電位制御装置の全体構成図である。
【図２】マイクロバブル発生手段の拡大図である。
【図３】マイクロバブル発生手段を模式的に示した図である。
【図４】図１のマイクロバブルの気泡電位制御装置によりマイクロバブルを発生させる一場面を示す図である。
【図５】変形例にかかるマイクロバブルの気泡電位制御装置のうちマイクロバブル発生手段を模式的に示した図である
【図６】第二実施形態にかかるマイクロバブルの気泡電位制御装置のうちマイクロバブル発生手段を示した図である。
【図７】第三実施形態にかかるマイクロバブル発生方法を説明するための図である。
【図８】変形例であるマイクロバブル発生方法を説明するための図である。
【図９】実施例１の結果を示すグラフである。
【図１０】実施例２の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１ マイクロバブルの気泡電位制御装置
２ 気体供給管
３ 開閉コック
４ ポンプ
５ 液体供給管
６ 流量調整バルブ
７ 液体貯留槽
１０ マイクロバブル発生手段
１１ 本体パイプ
１２、１３、１４、１５、１６、１７ スリット
１８ プレート
３２ 縮拡管部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロバブルの気泡電位制御装置および気泡電位制御方法に関するものであり、さらに詳細には、パイプ内にプレート（衝突壁）及び空気供給管を設置し、断面積変化で流れる水の流速変化を起こしてパイプ内を負圧にすることで気体の自吸を行い、さらにパイプ内に設置したプレートとパイプに形成した開口（例えばスリット等）のみを使用して、発生する泡のマイクロ化を行うとともに高電位のマイクロバブルを発生させることができるマイクロバブルの気泡電位制御装置および気泡電位制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロバブルとは直径が数十μｍの泡であり、その特徴として
（１）気体同士の合体や吸収が起こらず、単一気体のままで水中に長時間滞留し、比較的寿命が長い、
（２）浮上速度が極めて遅いことから、水中での分散性、拡散性に優れている、
（３）マイクロバブルの電位を高くすることにより、その分散性および安定性を向上させることができる、
等を挙げることができる。
この特徴を活かすことで、閉鎖水域における水質浄化・アオコ発生の抑制等、水環境蘇生にその有効性が確認されている。現在、マイクロバブル発生装置は種々開発されているおり（特許文献１）、マイクロバブルの流体力学発生メカニズムは、ほぼ解明されてきているが、その帯電メカニズムは不明な点も多い。
【０００３】
また、マイクロバブルの発生装置としてパイプ内にプレート（衝突壁）を設置し、流れる水の流速変化を起こしてパイプ内を負圧にすることで気体の自吸を行い、さらにパイプ内に設置したプレートとパイプに形成した開口（例えばスリット等）のみを使用して、発生する泡のマイクロ化を行うさらにスリット角度を３０°、６０°、９０°とすることが提案されている（特許文献２）。
【０００４】
また、マイクロバブルについて、マイナス略３０〜マイナス略７０ミリボルト程度の気泡電位を有し、気泡径が小さくなるに従い、その気泡電位量の絶対値が逆比例して増加することを特徴とする略３０μｍ以下の微細気泡が知られていた（特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２６６６５号公報
【特許文献２】特開２００５−３３４８６９号公報
【特許文献３】特開２００２−１４３８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来においてマイクロバブルの気泡電位を制御するという試みはされていなかった。具体的には、上記した特許文献１、２に記載のマイクロバブル発生装置では、該マイクロバブルの電位については開示されていなかった。また、特許文献３には、マイクロバブルの電位について記載があるものの、電位の高さはマイクロバブルの粒子径のみに依存するものとし、電位の高さを他の方法により高くすることについて開示するものではなかった。
【０００７】
そこで本発明は、気泡電位を制御し、水環境蘇生、環境改善に有効なマイクロバブルを効果的に発生させることを可能としたマイクロバブルの気泡電位制御装置および気泡電位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】
【０００８】
発明者らは、鋭意検討の結果以下の知見に基づき発明を完成させた。すなわち、パイプに接続した気体供給管の差し位置を調整することで、パイプ内を流れる液体に流速変化を与え、パイプ内に負圧を作り、パイプに接続した気体供給管からパイプ内に気体を自吸させる。気体の混入した水をパイプ内でプレートに衝突させることで、せん断作用を利用して気体塊を粉砕し、パイプに形成した開口および／又はプレート後方の流路からマイクロバブルを発生させる。
【０００９】
また、スリットを用いることで、スリット部ではスリットと元の流れの方向に流れが分かれることにより力が作用して気泡が微細化される。さらにスリットによる絞り効果、スリット通過時とスリットから放出された直後の流れの間の速度勾配によるせん断力によっても気泡が微細化される。またスリットに角度を付けることで効率的にマイクロバブルを発生させることができる。
【００１０】
さらに、異なった傾斜角を有する複数のスリットを組み合わせたり、スリット開口部よりも上流側に配置した副流路を備えたり、又は本体パイプを配置する液体や本体パイプ内を流れる吐出液体のｐＨを調整する技術を適用する。これにより、マイクロバブルの気泡電位を変化させることができるとともに、これまでになく効率的に該マイクロバルブを発生させることが可能となる。以下、本発明について説明する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、筒状である本体パイプと、本体パイプの一端から他端側に向けて該本体パイプの内側に液体を吐出させる液体供給管と、本体パイプの内側に気体を供給する気体供給管と、本体パイプの壁に設けられた複数のスリットと、本体パイプの筒状である内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、を備え、複数のスリットは、少なくとも１つの該スリットにおいて本体パイプの筒状の軸との成す角が他のスリットとは異なることを特徴とする気泡電位制御装置を提供することにより前記課題を解決する。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、筒状である本体パイプと、本体パイプの一端から他端側に向けて該本体パイプの内側に液体を吐出させる液体供給管と、本体パイプの内側に気体を供給する気体供給管と、本体パイプの壁に設けられた複数のスリットと、本体パイプの筒状である内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、流路断面縮小部及び流路断面拡大部を有する流路である副流路と、を備える気泡電位制御装置を提供することにより前記課題を解決する。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のマイクロバブル気泡電位制御装置の気体供給管、液体供給管、および衝突壁のうち少なくとも１つが本体パイプから着脱可能であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、内側に気体を流入可能に取り付けられた気体供給管と、内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、が備えられた筒状である本体パイプを、ｐＨ２〜ｐＨ１１に調整した液体中に浸漬して配置し、本体パイプの内側に液体を吐出して供給するとともに、吐出して供給された液体の本体パイプ内の流れにより発生する負圧により、気体供給管から気体を流入させ、本体パイプ内で、吐出して供給された液体と気体とを混合し、混合された液体及び気体を衝突壁に衝突させてマイクロバブルを発生させることを特徴とする気泡電位制御方法を提供することにより前記課題を解決する。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、内側に気体を流入可能に取り付けられた気体供給管と、内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、が備えられた筒状である本体パイプを液体中に配置し、本体パイプの内側にｐＨ２〜ｐＨ１１に調整した液体を吐出して供給するとともに、吐出して供給された液体の本体パイプ内の流れにより発生する負圧により、気体供給管から気体を流入させ、本体パイプ内で、吐出して供給された液体と気体とを混合し、混合された液体及び気体を衝突壁に衝突させて、気液界面での不安定現象によりマイクロバブルを発生させることを特徴とする気泡電位制御方法を提供することにより前記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、極めて簡単な構造（スリットを用いる等の簡単な構造）で、容易にマイクロバブルを発生させる装置を提供できる。従って、閉鎖水域の水質浄化にとどまらず、個人家庭レベルでの使用が可能となり、生活排水の浄化、洗浄効果による洗剤量の低減、マイクロバブル崩壊時の圧力波を利用した生理活性による血流増加での入浴時の保温効果、および水上、水中輸送機器の流体抵抗低減にも利用できる。
【００１７】
また装置の構造を圧力損失が少なくかつ小型化することができ（一般家庭の水道に直接取り付けても発生可能）、マイクロバブルの気泡電位制御装置の省エネルギー化を図ることが可能となる。さらに高電位のマイクロバブルをこれまでになく効率的に発生させることもでき、分散性、および安定性に優れたマイクロバブルを発生させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、パイプに接続した気体供給管の差し位置を調整することで、パイプ内を流れる液体に流速変化を与え、パイプ内に負圧を作り、パイプに接続した気体供給管からパイプ内に気体を自吸させる。気体の混入した水をパイプ内でプレートに衝突させることで、せん断作用を利用して気体塊を粉砕し、パイプに形成した開口及び／又はプレート後方の流路からマイクロバブルを発生させる。
【００１９】
さらには、異なった傾斜角を有する複数のスリットを組み合わせたり、スリット開口部よりも上流側に配置した副流路を備えたり、又は本体パイプを配置する液体や本体パイプ内を流れる吐出液体のｐＨを調整するという技術を適用することにより、高電位のマイクロバブルをこれまでになく効率的に発生させることができるものである。
【００２０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
【００２１】
図１は第一実施形態に係るマイクロバブルの気泡電位制御装置１の全体構成図、図２はマイクロバブルの気泡電位制御装置１のうちマイクロバブル発生手段１０に注目した拡大図である。マイクロバブルの気泡電位制御装置１は、気体供給管２、開閉コック３、ポンプ４、液体供給管５、流量調整バルブ６、及びマイクロバブル発生手段１０を備えている。
【００２２】
気体供給管２は、マイクロバブルとなる気体をマイクロバブル発生手段１０に供給するための管であり、ここには気体の流入を許容、又は禁止するための開閉コック３が配置されている。ポンプ４は、液体を液体供給管５を介してマイクロバブル発生手段１０に送るポンプである。液体供給管５にはマイクロバブル発生手段１０へ流入する液体の流量を調整する流量調整バルブ６が備えられている。
【００２３】
マイクロバブル発生手段１０は、図２から特にわかるように、本体パイプ１１、スリット１２、スリット１３、１４、…１７、及び衝突壁としてのプレート１８、を備えている。本体パイプ１１は、円筒状の部材である。本体パイプ１１の円筒の軸方向両端部は開放されており、一方には上述した液体供給管５が接続され、本体パイプ１１の内側に液体を供給することが可能となっている。また、本体パイプ１１の円周状側面からは本体パイプ１１の内側に気体供給管２が差し込まれている。従って、ここからマイクロバブルとなる気体が本体パイプ１１内に供給される。
【００２４】
スリット１２は、本体パイプ１１の壁１１ａを貫通するスリットで、本体パイプ１１の円筒の軸方向（図２の紙面左右方向）を幅、円筒周方向を長手方向に有するスリットである。図３にスリットの配置を模式的に示した。スリット１２は、本体パイプ１１の円筒の軸（Ａ）に対して角度θ１を有して設けられている。
【００２５】
スリット１３、１４、…、１７は、スリット１２よりプレート１８側に本体パイプ１１の円筒の軸方向に並列され、本体パイプ１１の壁１１ａを貫通するスリットである。スリット１３、１４、…、１７もスリット１２と同様、本体パイプ１１の円筒の軸方向（図２の紙面左右方向）を幅、円筒半径方向を長手方向に有するスリットであるが、図３からわかるように、本体パイプ１１の円筒の軸（Ａ）に対して液体流入口から離隔する方に向けて上記θ１とは異なるθ２の角度を有して設けられている。
【００２６】
ここで、スリット１２、１３、…、１７においては、本体パイプ１１入口流路の断面積を分母とし、全てのスリット１２、１３、…、１７の断面積（スリット幅×スリット長さ）の和を分子とした断面積比Ｒが、１．３＜Ｒ≦２．０であることが好ましい。
【００２７】
また、θ１及びθ２の角度はθ１とθ２とが異なっていれば特に限定されるものではない。本実施形態では１つの例としてθ１＝９０度、θ２＝６０度である場合を示した。さらに、スリット位置も本実施形態のように本体パイプ１１の下方に限定されることなく、上方であってもよい。
【００２８】
本実施形態では、スリットが設けられる形態について説明したが、必ずしもこれに限定されることはなく、これに準じる開口が設けられればよい。例えばスリット状でなくても、複数の並列された貫通穴が上記のスリットに沿った形態で設けられてもよい。
【００２９】
プレート１８（衝突壁）は、図２に示すようにスリット１７より下流側に配置される板状の部材である。プレート１８は、本体パイプ１１内の流路断面を適宜割合で閉塞することできるように形成されている。本実施形態では、プレート１８は本体パイプ１１内の当該流路を全て閉塞するように配置されている。
【００３０】
かかる構成を備えるマイクロバブルの気泡電位制御装置１により高い電位を有するマイクロバブルを発生させることができる。
【００３１】
次に、マイクロバブルの気泡電位制御装置１よるマイクロバブルの発生方法について説明する。図４は、マイクロバブルの気泡電位制御装置１によりマイクロバブルを発生させている場面を模式的に示した図である。
【００３２】
図４からわかるように、液体貯留槽７内に、マイクロバブルの気泡電位制御装置１、及びポンプ４等を配置する。この状態でポンプ４を動作させて液体を汲み上げる。すると、液体供給管５を介して、マイクロバブルの気泡電位制御装置１内に液体が吐出される。吐出された吐出液体は本体パイプ１１内に流れこみ、プレート１８に衝突する。
【００３３】
この時、この吐出液体の流速は変化し、この流速変化により、気体供給管２の先端部付近が負圧となり、この負圧によって気体が開閉コック（作動時には開いている）３を介して吸引されて本体パイプ１１内の液体に混入する。気体が混入した液体はプレート１８に衝突し、気体は微小化され、微小化した気体は本体パイプ１１に形成したスリット１２、１３、１４、…、１７から本体パイプ１１の外へ出る。
【００３４】
スリット１２の角度を他のスリットに対して変更することにより、上流側のスリットから比較的大きなサイズの気泡が本体パイプ１１の外に逃げ、その割合が他のスリットに対して大きくなる。そして、下流側に導かれるパイプ内の二相流のボイド率が変化し、気液界面の不安定現象に影響を及ぼし、発生する電位に違いが生じると推測される。
【００３５】
このように、マイクロバブルの気泡電位制御装置１によるマイクロバブルの発生方法により高い電位のマイクロバブルを発生させることが可能となる。
【００３６】
図５は、変形例に係る本発明のマイクロバブルの気泡電位制御装置１’、１’’のうちマイクロバブル発生手段１０’、１０’’の構成を模式的に示したものである。マイクロバブルの気泡電位制御装置１’、１’’のマイクロバブル発生手段１０’、１０’’は、上記したマイクロバブル発生手段１０とスリットの形態が異なる。それ以外の構成はマイクロバブルの気泡電位制御装置１と共通するのでここでは図示及び説明を省略する。
【００３７】
図５（ａ）に示したマイクロバブル発生手段１０’は、気体供給管２に近い側の２つのスリット１２’、１３’が、本体パイプ１１’の円筒の軸方向（図５の紙面左右方向）を幅、円筒半径方向を長手方向に有するスリットである。そしてスリット１２’、１３’は、本体パイプ１１の円筒の軸（Ａ’）に対してθ１’の角度を有して設けられている。一方、残りのスリット１４’、１５’、１６’、１７’は、その端部が気体供給管２から離隔するように、円筒の軸（Ａ’）に対してθ２’の角度を有して設けられている。ここで図５（ａ）に示した例は、θ１’が９０度、θ２’が６０度である。
【００３８】
図５（ｂ）に示したマイクロバブル発生手段１０’’は、気体供給管２に近い側の１つのスリット１２’’が、本体パイプ１１’’の円筒の軸方向（図５の紙面左右方向）を幅、円筒半径方向を長手方向に有するスリットである。そしてその端部が気体供給管２に向けられるように、本体パイプ１１の円筒の軸（Ａ’’）に対してθ１’’の角度を有して設けられている。一方、残りのスリット１３’’１４’’、…、１７’’は、その端部が気体供給管２から離隔するように、円筒の軸（Ａ’’）に対してθ２’’の角度を有して設けられている。ここで図５（ｂ）に示した例は、θ１’’が１２０度、θ２’’が６０度である。
【００３９】
次に第二実施形態に係る本発明のマイクロバブルの気泡電位制御装置について説明する。図６には、第二実施形態のマクロバブルの気泡電位制御装置のうちマイクロバブル発生手段３０を示した。他の構成については、上記した第一実施形態に係るマイクロバブルの気泡電位制御装置１と共通なので、ここでは図示及び説明を省略する。
【００４０】
第二実施形態のマイクロバブルの気泡電位制御装置に備えられるマイクロバブル発生手段３０は、本体パイプ３１、スリット１２、スリット１３、１４、…１７、及び衝突壁としてのプレート１８、を備えている。本体パイプ３１は、円筒状の部材である。本体パイプ３１の円筒の軸方向両端部は開放されており、一方には液体供給管５（図１参照）が接続され、本体パイプ３１の内側に液体を供給することが可能となっている。また、本体パイプ３１の円周状側面からは本体パイプ３１の内側に気体供給管２が差し込まれている。従って、ここからマイクロバブルとなる気体が本体パイプ３１内に供給される。
【００４１】
さらに本体パイプ３１には、気体供給管２が差し込まれた位置と、スリット１２との間に縮拡管部３２が設けられている。当該縮拡管部３２では、本体パイプ３１の液体供給管（図１参照）側端部からスリット１２側に向けて、傾斜して流路断面が縮小し、さらに傾斜して流路断面が拡大する。これにより当該縮管部分において本体パイプ３１内を流れる気液二相流のボイド率（流体の単位断面積あたりに含まれる気泡の面積割合）を変化させる（大きくする）ことができ、さらに効果的にマイクロバブルの電位を高くすることが可能となる。
【００４２】
縮拡管部３２における図６にφで示した傾斜の程度は、特に限定されるものではないが、大きくしすぎると流体の流れが阻害される影響の方が大きくなる虞があることから、０度より大きく１０度以下であることが好ましく、３度〜７度がさらに好ましい。
【００４３】
その他、スリット１２、スリット１３、１４、…、１７、及びプレート１８については、上記したマイクロバブル発生手段１０と共通するので、ここでは説明を省略する。
【００４４】
ここでは、第二実施形態として縮拡管部３２、スリット１２、及びスリット１３、１４、…がいずれも具備された例を説明したが、これに限定されることなく、縮拡管部と少なくとも１つのスリットが備えられていればよい。すなわち、縮拡管部が備えられていれば、スリットの形状や角度に限定されることなく上記効果を奏するものとなる。
【００４５】
このように、第二実施形態に係るマイクロバブルの気泡電位制御装置によっても、高い電位のマイクロバブルを発生させることが可能となる。
【００４６】
次に第三実施形態に係る本発明のマイクロバブル発生方法について説明する。図７には、本方法に供されるマイクロバブルの気泡電位制御装置４１及び該装置によりマイクロバブルを発生させている場面を模式的に示した。マイクロバブルの気泡電位制御装置４１では、ここに備えられるマイクロバブル発生手段５０において、スリット５２、５３、…、５７の全てのスリットは本体パイプ５１の円筒の軸に対して同じ角度を有している。本実施形態では、スリット５２、５３、…、５７の端部が気体供給管２から離隔するように円筒の軸に対して６０度傾斜している。
【００４７】
かかるマイクロバブルの気泡電位制御装置４１によりマイクロバブルを発生させる。すなわち、液体貯留槽４７の液体内に、マイクロバブル発生手段５０、及びポンプ４等を浸漬させる。この状態でポンプ４を動作させて液体を汲み上げる。すると、液体供給管５を介して、マイクロバブル発生手段５０内に液体が吐出される。吐出された吐出液体は本体パイプ１１内に流れこみ、プレート５８に衝突する。
【００４８】
ここで、液体貯留槽４７の中に満たされ、マイクロバブル発生手段５０内に吐出される液体は、ｐＨ２〜ｐＨ１１に調整されている。これにより生成されるマイクロバブルの電位を高くすることができる。
【００４９】
本体パイプ５１内で、吐出液体の流速は変化し、この流速変化により、気体供給管２の先端部付近が負圧となり、この負圧によって気体が開閉コック３（作動時には開いている）を介して吸引されて本体パイプ５１内の液体内に混入する。気体が混入した液体はプレート５８に衝突し、気体は微小化され、微小化した気体はスリット５２、５３、…、５７から外に出る。
【００５０】
このようにｐＨを所定の値とすることにより、高い電位のマイクロバブルを発生させることができる。これはｐＨを変化させることで、ＯＨ−イオンの割合が変化するからである。ここでＯＨ−は疎水性イオンのため、水ではない気泡表面に集まるので、その結果気泡電位が変化する。
【００５１】
次に変形例に係る本発明のマイクロバブル発生方法について説明する。図８には、本方法に供されるマイクロバブルの気泡電位制御装置４１及び該装置によりマイクロバブルを発生させている場面を模式的に示した。マイクロバブルの気泡電位制御装置４１は上記第三実施形態に係る本発明のマイクロバブル発生方法と同じである。
【００５２】
本変形例では、マイクロバブル発生手段５０は、ｐＨの調節されていない液体の入った液体貯留槽４７’の液体に浸漬され、ポンプ４が液体貯留槽４８’に入れられたｐＨを調整した液体の中に浸漬されている。従って、マイクロバブル発生手段５０にはｐＨの調節された液体が供給される。
【００５３】
このように、マイクロバブル発生手段５０をｐＨの調節された液体に浸漬しなくても、該マイクロバブル発生手段５０内にｐＨの調節された液体が供給されれば本発明のマイクロバブル発生方法とすることができる。
【実施例】
【００５４】
次に実施例によりさらに詳しく説明する。ただし、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００５５】
（実施例１）
実施例１では、図１に示したマイクロバブルの気泡電位制御装置を用いてマイクロバブルを発生させ、その電位を測定した。比較例として、マイクロバブル発生手段に備えられるスリットが全て本体パイプの軸に対して６０度であるものにより発生させたマイクロバブルの電位を測定した。詳しくは次の通りである。
【００５６】
マイクロバブル発生手段の本体パイプは、内径６ｍｍ、厚さ１ｍｍ、長さ１５０ｍｍのアクリル管を用いた。気体供給管は、内径３ｍｍのアルミニウム管で、液体流入側の端部から２０ｍｍ離隔した位置に配置した。また、プレートは任意の厚さのアルミニウムにより形成した。そして該プレートは、本体パイプの下流側端部から１０ｍｍの位置で流路断面を１００％閉塞（全閉）するように配置した。
【００５７】
スリットは、全部で１０本設け、そのうちの気体供給管に最も近い１本を本体パイプの円筒軸に直角となるように設け、その他は６０度になるように傾けて具備した。スリットの幅はすべて０．５ｍｍ、スリット間隔は１０ｍｍである。
【００５８】
また、本体ポンプ内へ流入される液体は水であり、その流量は１２〜５０Ｌ／分とした。
【００５９】
発生したマイクロバブルの電位は、ゼータ電位により評価し、該ゼータ電位は電気詠動法により測定した。また、マイクロバブルの直径はマイクロスコープによる直接測定をするとともに、光透過法により測定した。
【００６０】
図９に結果のグラフを示した。図９はマイクロバブルの直径を横軸に、ゼータ電位を縦軸にとったグラフである。これをみてもわかるように、同じ直径であっても本発明の装置により形成されたマイクロバブルの方が高い電位を有している。
【００６１】
（実施例２）
実施例２では、本体パイプ内へ吐出させる吐出液体のｐＨを変えてその時発生したマイクロバブルの電位を測定した。実施例２では、図７に示したマイクロバブル発生方法によりマイクロバブルを発生させた。ここでマイクロバブル発生手段のスリットは全て本体パイプの円筒軸から６０度の傾きを有して設けられる。他の構成については実施例１と同じである。
【００６２】
ｐＨは、４．０、６．８、１０．０の３種についておこなった。ｐＨの調整は、水酸化ナトリウム、塩酸及び硫酸の混合比を変更することによりおこなった。
【００６３】
結果を図１０に示す。図１０はマイクロバブルの直径を横軸に、ゼータ電位を縦軸にとったグラフである。これをみてもわかるように本発明の装置により、ｐＨを変えることにより、形成されるマイクロバブルの電位を変えることが可能となる。
【００６４】
これによれば、ｐＨの値を大きくすることにより、マイクロバブルの電位を高くすることができる。
【００６５】
以上、現時点において最も実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う、マイクロバブルの気泡電位制御装置および気泡電位制御方法も本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第一実施形態にかかるマイクロバブルの気泡電位制御装置の全体構成図である。
【図２】マイクロバブル発生手段の拡大図である。
【図３】マイクロバブル発生手段を模式的に示した図である。
【図４】図１のマイクロバブルの気泡電位制御装置によりマイクロバブルを発生させる一場面を示す図である。
【図５】変形例にかかるマイクロバブルの気泡電位制御装置のうちマイクロバブル発生手段を模式的に示した図である
【図６】第二実施形態にかかるマイクロバブルの気泡電位制御装置のうちマイクロバブル発生手段を示した図である。
【図７】第三実施形態にかかるマイクロバブル発生方法を説明するための図である。
【図８】変形例であるマイクロバブル発生方法を説明するための図である。
【図９】実施例１の結果を示すグラフである。
【図１０】実施例２の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１ マイクロバブルの気泡電位制御装置
２ 気体供給管
３ 開閉コック
４ ポンプ
５ 液体供給管
６ 流量調整バルブ
７ 液体貯留槽
１０ マイクロバブル発生手段
１１ 本体パイプ
１２、１３、１４、１５、１６、１７ スリット
１８ プレート
３２ 縮拡管部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状である本体パイプと、
前記本体パイプの一端から他端側に向けて該本体パイプの内側に液体を吐出させる液体供給管と、
前記本体パイプの内側に気体を供給する気体供給管と、
前記本体パイプの壁に設けられた複数のスリットと、
前記本体パイプの筒状である内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、を備え、
前記複数のスリットは、少なくとも１つの該スリットにおいて前記本体パイプの筒状の軸との成す角が他のスリットとは異なることを特徴とする気泡電位制御装置。
【請求項２】
筒状である本体パイプと、
前記本体パイプの一端から他端側に向けて該本体パイプの内側に液体を吐出させる液体供給管と、
前記本体パイプの内側に気体を供給する気体供給管と、
前記本体パイプの壁に設けられた複数のスリットと、
前記本体パイプの筒状である内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、
流路断面縮小部及び流路断面拡大部を有する流路である副流路と、
を備える気泡電位制御装置。
【請求項３】
前記気体供給管、前記液体供給管、および前記衝突壁のうち少なくとも１つが前記本体パイプから着脱可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロバブル気泡電位制御装置。
【請求項４】
内側に気体を流入可能に取り付けられた気体供給管と、前記内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、が備えられた筒状である本体パイプを、ｐＨ２〜ｐＨ１１に調整した液体中に浸漬して配置し、
前記本体パイプの前記内側に前記液体を吐出して供給するとともに、前記吐出して供給された液体の前記本体パイプ内の流れにより発生する負圧により、前記気体供給管から気体を流入させ、
前記本体パイプ内で、前記吐出して供給された液体と前記気体とを混合し、
前記混合された前記液体及び前記気体を前記衝突壁に衝突させてマイクロバブルを発生させることを特徴とする気泡電位制御方法。
【請求項５】
内側に気体を流入可能に取り付けられた気体供給管と、前記内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、が備えられた筒状である本体パイプを液体中に配置し、
前記本体パイプの前記内側にｐＨ２〜ｐＨ１１に調整した液体を吐出して供給するとともに、前記吐出して供給された液体の前記本体パイプ内の流れにより発生する負圧により、前記気体供給管から気体を流入させ、
前記本体パイプ内で、前記吐出して供給された液体と前記気体とを混合し、
前記混合された前記液体及び前記気体を前記衝突壁に衝突させて気液界面での不安定現象によりマイクロバブルを発生させることを特徴とする気泡電位制御方法。
【請求項１】
筒状である本体パイプと、
前記本体パイプの一端から他端側に向けて該本体パイプの内側に液体を吐出させる液体供給管と、
前記本体パイプの内側に気体を供給する気体供給管と、
前記本体パイプの壁に設けられた複数のスリットと、
前記本体パイプの筒状である内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、を備え、
前記複数のスリットは、少なくとも１つの該スリットにおいて前記本体パイプの筒状の軸との成す角が他のスリットとは異なることを特徴とする気泡電位制御装置。
【請求項２】
筒状である本体パイプと、
前記本体パイプの一端から他端側に向けて該本体パイプの内側に液体を吐出させる液体供給管と、
前記本体パイプの内側に気体を供給する気体供給管と、
前記本体パイプの壁に設けられた複数のスリットと、
前記本体パイプの筒状である内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、
流路断面縮小部及び流路断面拡大部を有する流路である副流路と、
を備える気泡電位制御装置。
【請求項３】
前記気体供給管、前記液体供給管、および前記衝突壁のうち少なくとも１つが前記本体パイプから着脱可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロバブル気泡電位制御装置。
【請求項４】
内側に気体を流入可能に取り付けられた気体供給管と、前記内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、が備えられた筒状である本体パイプを、ｐＨ２〜ｐＨ１１に調整した液体中に浸漬して配置し、
前記本体パイプの前記内側に前記液体を吐出して供給するとともに、前記吐出して供給された液体の前記本体パイプ内の流れにより発生する負圧により、前記気体供給管から気体を流入させ、
前記本体パイプ内で、前記吐出して供給された液体と前記気体とを混合し、
前記混合された前記液体及び前記気体を前記衝突壁に衝突させてマイクロバブルを発生させることを特徴とする気泡電位制御方法。
【請求項５】
内側に気体を流入可能に取り付けられた気体供給管と、前記内側空間の少なくとも一部を閉塞する面を有する衝突壁と、が備えられた筒状である本体パイプを液体中に配置し、
前記本体パイプの前記内側にｐＨ２〜ｐＨ１１に調整した液体を吐出して供給するとともに、前記吐出して供給された液体の前記本体パイプ内の流れにより発生する負圧により、前記気体供給管から気体を流入させ、
前記本体パイプ内で、前記吐出して供給された液体と前記気体とを混合し、
前記混合された前記液体及び前記気体を前記衝突壁に衝突させて気液界面での不安定現象によりマイクロバブルを発生させることを特徴とする気泡電位制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１８９９１２（Ｐ２００９−１８９９１２Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１０６２（Ｐ２００８−３１０６２）
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年９月２４日 Ｔｈｅ １ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｏｑｕｉｕｍ ｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｂｕｂｂｌｅｓ ａｎｄ Ｇａｓ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ （気泡と気液界面の力学・物理・化学に関する第１回国際コロッキウム） 組織委員会発行の「Ｔｈｅ １ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｏｑｕｉｕｍ ｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｂｕｂｂｌｅｓ ａｎｄ Ｇａｓ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年１１月１６日 社団法人 日本機械学会発行の「日本機械学会 第８５期 液体工学部門講演会 ＣＤ−ＲＯＭ版 講演論文集」に発表
【出願人】（５０４４０９５４３）国立大学法人秋田大学 (210)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年９月２４日 Ｔｈｅ １ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｏｑｕｉｕｍ ｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｂｕｂｂｌｅｓ ａｎｄ Ｇａｓ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ （気泡と気液界面の力学・物理・化学に関する第１回国際コロッキウム） 組織委員会発行の「Ｔｈｅ １ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｏｑｕｉｕｍ ｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｂｕｂｂｌｅｓ ａｎｄ Ｇａｓ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年１１月１６日 社団法人 日本機械学会発行の「日本機械学会 第８５期 液体工学部門講演会 ＣＤ−ＲＯＭ版 講演論文集」に発表
【出願人】（５０４４０９５４３）国立大学法人秋田大学 (210)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]