気泡発生方法及び装置
【課題】複数又は多数の孔を備える部材を介して互いに隣接する液相と気相において、その気相を媒体として音波を供給することにより、両相間の状態を変化させることができる技術、特に、液相側への気泡の発生、液相側に発生している気泡の微細化及びその発生、微細化、流量、生成動力の制御又は調整を可能にする技術を提供する。
【解決手段】液相Ｌと気相Ｇとの間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給することにより、液相Ｌと気相Ｇとの間の相状態を変化させる。
【解決手段】液相Ｌと気相Ｇとの間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給することにより、液相Ｌと気相Ｇとの間の相状態を変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相と気相との間の状態を変化させる技術に関し、詳しくは、液相と気相との間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給することにより、両相間の状態を変化させる技術、特に、液相側への気泡の発生、液相側に発生している気泡の微細化及びその発生や微細化の制御又は調整を可能にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに隣接する液相と気相との間の相状態の遷移により、例えば、気相から液相への物質移動又はその物質移動状態の変化により、液相中に気泡を発生させたり、液相中に発生する気泡の大きさを変化させたりすることができる。この現象を利用すれば、液相の攪拌効率の向上、洗浄効果の向上、気体と液体との接触面積の増加、液相への気体の吸収効果の向上、化学反応の促進、目詰まり現象の抑制・防止、船舶の摩擦抵抗の低減に代表される有用な効果が期待できるので、この相状態の遷移に関連する技術はこれまで種々案出され、化学工業、醗酵工業、鉄鋼分野、船舶分野、汚水処理、汚泥処理、屎尿処理等の水処理分野、燃焼機器分野、洗濯機、皿洗い機、浴槽等の身近な家電機器の分野等、種々の産
業分野において広く使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている汚水処理槽はその典型例である。この処理槽では、小さな孔を多数形成した素材を介して気体を槽の下部から供給することによりその気体を微細気泡として槽内に送り込み、これにより槽の上部から引出される水量の脈動を低減している。
【０００４】
しかし、複数又は多数の孔を備える部材を用いて微小気泡を発生させる場合には、気体の圧力損失が大きくなるため、気体を液相中に供給するためのポンプその他の設備が大型化し、設備コストや運転コストが増加し、しかも効率が悪いという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、環状の薄膜状に液相中に噴出した気体を超音波で粉砕して微小気泡に変換する技術（特許文献２参照）が開発されている。又、溶融金属にガスを吹き込む場合、多孔質煉瓦を介してガスを気泡に変換するとガス圧損が大きくなるので高圧ガス設備が必要になる。この問題を解決するために、溶融金属に向けて開口するガス配管に所謂ハルトマン発音器を設け、ガス流れを効率良く粗密波に変換して、ガス配管から溶融金属に向けて噴出する気泡を微細化する技術（特許文献３参照）が開発されている。
【０００６】
特許文献２及び特許文献３に開示されているような技術（以下まとめて「従来技術Ａ」という。）は、複数又は多数の孔を備える部材を採用しておらず、それ故、当該部材を通過させることにより気相中の気体を気泡に変換し、これを別相に移動させる技術的思想とは無縁であるという点で共通している。
【０００７】
これに対して、気体を液相中に供給するためのポンプその他の設備が大型化を回避しながら、複数又は多数の孔を備える部材を用いて気泡を効率良く発生させる技術も開発されている。
【０００８】
例えば、特許文献４には、ポンプにより圧力をかけられた気体を液体中に放出する複数孔を備えるノズルに対して超音波振動を与え、このノズルから極めて微小な気泡を発生させることにより、気体と液体の接触面積を増大させることにより、気体を液体によって洗気する洗気装置が開示されている。特許文献５には、空気吹出部を箱型やパイプ状にし、微細な孔を多数空けたものや、スポンジ状ブロックに空気を送り込むことで水中に気泡を発生させると同時に水中に超音波を照射して、この超音波によるキャビテーション効果と化学変化の増進効果を利用して、気泡注の空気に含まれる臭いや煙の成分を水中に溶解させることで空気の浄化を行う空気清浄方法が開示されている。特許文献６には、２ｍｍ以下の小さい網目の金網或いは多数の小孔のある孔あき板からなる気泡分割板を備え、水流中に吸引した気体を高速回転のインペラで粉砕し、更にこの気泡分割板の小孔と水流との摩擦力やせん断力によりほぼ一定のサイズの微細気泡にしてから、この小孔から外部の水中に放出する気泡発生装置が開示されている。
【０００９】
又、特許文献７には、ポンプにより圧力をかけられた気体を散気管から液相中に放出して気泡を形成させる際に、液相を介して超音波を照射してその気泡をキャビテーション効果により超微細化して気泡と液体との接触面積を増加させ、液相への気体吸収効果を向上させる方法が開示されている。この方法で使用される散気管のヘッド部分は、多数の孔を有しているのが普通である。又、この方法で使用される超音波は１６ｋＨｚ以上であり、超音波は減衰し易いので、散気管と超音波発信装置との距離は、例えば３〜５ｍｍの気泡を形成する散気管の場合には１０〜１００ｍｍと非常に近接している。
【００１０】
上記の特許文献８、特許文献９、特許文献１０及び特許文献１１の文献に開示されているような技術（以下まとめて「従来技術Ｂ」という。）は、複数又は多数の孔を備える部
材を介して互いに隣接する液相と気相において、当該部材を通過させることにより気体を気泡に変換し、これを液相に移動させるという点、並びに液相を媒体として音波又は超音波を当該部材又は発生した気泡に対して供給することにより、その気泡を微細化するという点で共通している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平６−１３４４８０号公報
【特許文献２】特開昭６３−４２７２４号公報
【特許文献３】特開平４−３２５６１９号公報
【特許文献４】特開昭５７−１７１４１４号公報
【特許文献５】特開平３−２８８５１８号公報
【特許文献６】特開昭５２−５１７８６号公報
【特許文献７】特公平６−７９０９号公報
【特許文献８】特開昭５７−１７１４１４号公報
【特許文献９】特開平３−２８８５１８号公報
【特許文献１０】特開昭５２−５１７８６号公報
【特許文献１１】特公平６−７９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
複数又は多数の孔を備える部材を用いると、液相中に気体を供給するため設備が大型化し、設備コストや運転コストが増加し、効率も低下するという問題は、従来技術Ａにおいて指摘又は示唆されている通りである。しかし、当該部材を介して互いに隣接する液相と気相において、例えば液相中に気泡を発生させる技術や、液相中に発生している気泡を微細化させるような両相間の状態遷移を可能にする技術の有用性は、過去においても、現在においても変わるものではなく、将来も同様であろう。両相間の相状態の遷移を可能にする簡便で、安価で、有用性の高い技術は常に求められており、これを如何にして実現するかが問題なのである。本発明は、従来技術Ｂとは異なるアプローチにより、これを実現する。
【００１３】
かくして本発明の目的は、複数又は多数の孔を備える部材を介して互いに隣接する液相と気相において、その気相を媒体として音波を供給することにより、両相間の状態を変化させることができる技術、特に、液相側への気泡の発生、液相側に発生している気泡の微細化及びその発生、微細化、流量、生成動力の制御又は調整を可能にする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明に係る第１の形態は、音波の供給がない状態で、多孔質体を挟んで気相側から液相側に気泡が発生している動的状態において、液相と気相との間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給することにより、液相側に発生している気泡の発生量を調整することを特徴とする音波による気泡発生方法に関する。
【００１５】
本発明に係る第２の形態は、上記第１の形態において、液相と気相との間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給することにより、さらに、液相側に発生している気泡の大きさを調整することを特徴とする音波による気泡発生方法に関する。
【００１６】
本発明に係る第３の形態は、上記第１または第２の形態において、液相と気相との間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給するに当たり、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更することにより、液相側に発生している気泡の発生状態を調整することを特徴とする音波による気泡発生方法に関する。
【００１７】
本発明に係る第４の形態は、第１乃至第３の何れかの形態において、気相を内包する屈曲配管又は分岐管の一方出口の側に配置する多孔質体に対して、他方出口から音波を供給する音波による処理方法に関する。
【００１８】
本発明に係る第５の形態は、第１乃至第４の何れかの形態において、多孔質体に対して供給される音波が、その多孔質体の形態に固有の周波数又は周波数の範囲を有する音波による処理方法に関する。
【００１９】
本発明に係る第６の形態は、第１乃至第５の何れかの形態において、音波の周波数が２０ｋＨｚ未満である音波による処理方法に関する。
【００２０】
本発明に係る第７の形態は、液相と気相との間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給するに当たり、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更することにより、両相間の状態を切り替える方法に関する。
【００２１】
本発明に係る第８の形態は、液相と気相との間に配置する複数個の多孔質体のそれぞれに対してその気相を媒体として音波を供給するに当たり、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更することにより、ぞれぞれの多孔質体から液相に向けて気泡を発生させる、又は、前記多孔質体から液相に向けて発生していた気泡の大きさを変化させる気泡発生方法に関する。
【００２２】
本発明に係る第９の形態は、液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体と、第２の隔室内の気相を媒体として前記多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波発生装置とを備え、音波の供給がない状態で、多孔質体を挟んで第２の隔室内の気相側から第１の隔室内の液相側に気泡が発生している動的状態にある場合において、前記音波発生装置が音波を発生させることにより、前記第１の隔室内の液相側に発生している気泡の発生量を調整することを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００２３】
本発明に係る第１０の形態は、上記第９の形態において、音波発生装置が音波を発生させることにより、さらに、前記第１の隔室内の液相側に発生している気泡の大きさを調整
することを特徴とする請求項４に記載の気泡発生装置に関する。
【００２４】
本発明に係る第１１の形態は、上記第９または第１０の形態において、音波発生装置が、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更することにより、第１の隔室内の液相側に発生している気泡の発生状態を調整することを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００２５】
本発明に係る第１２の形態は、第１１の形態において、多孔質体と音波発生装置との間に配置し、第２の隔室と接続する屈曲配管又は分岐管を備える気泡発生装置に関する。
【００２６】
本発明に係る第１３の形態は、第１１又は第１２の形態において、多孔質体に対して供給される音波が、その多孔質体の形態に固有の周波数又は周波数の範囲を有する気泡発生装置に関する。
【００２７】
本発明に係る第１４の形態は、第１１乃至第１３の何れかの形態において、音波の周波数が２０ｋＨｚ未満である気泡発生装置に関する。
【００２８】
本発明に係る第１５の形態は、気相と液相との間に配置する多孔質体を通じて気相の側から液相の側に気体を移動させ、液相の側に気泡を発生させる気泡発生方法であって、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波を供給することにより気泡を発生させるために必要な気相の圧力を相対的に低減することを特徴とする気泡発生方法に関する。
【００２９】
本発明に係る第１６の形態は、気相と液相との間に配置する多孔質体を通じて前記気相の側から前記液相の側に気体が移動することにより前記液相の側に気泡を発生させる気泡発生方法であって、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波を供給することにより前記気泡の発生量又は大きさを調整することを特徴とする気泡発生方法に関する。。
【００３０】
本発明に係る第１７の形態は、気相と液相との間に配置する多孔質体を通じて気相の側から液相の側に気体を移動させ、液相の側に気泡を発生させる気泡発生方法であって、孔径が異なる複数の多孔質体に各多孔質体に接する気相を媒体として音波を供給する際、当該音波の周波数を変えることにより選択的に、特定の多孔質体から気泡を発生させることを特徴とする気泡発生方法に関する。
【００３１】
本発明に係る第１８の形態は、第１５乃至第１７のいずれかの形態において、前記音波発生装置と第２の隔室との間を連通する配管内の気体を媒体として、前記多孔質体に接する気相に音波を伝達することを特徴とする気泡発生方法に関する。
【００３２】
本発明に係る第１９の形態は、第２０の形態において、前記配管が、曲部又は枝分かれした部分を備えることを特徴とする気泡発生方法に関する。
【００３３】
本発明に係る第２０の形態は、第１５乃至第１９のいずれかの形態において、前記音波が、０Ｈｚよりも大きく２０００Ｈｚ以下の周波数の音波であることを特徴とする気泡発生方法に関する。
【００３４】
本発明に係る第２１の形態は、第１５乃至第２０のいずれかの形態において、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波を供給するに当たり、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更することにより、前記気泡の発生量又は大きさを調整することを特徴とする気泡発生方法に関する。
【００３５】
本発明に係る第２２の形態は、液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体と、第２の隔室内の気相を媒体として前記多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波発生装置とを備える気泡発生装置であって、前記多孔質体を通じて第２の隔室内の気相の側から気体が移動し、第１の隔室内の液相の側に気泡を発生させるために必要な圧力が、前記音波発生装置により音波を発生させることにより相対的に低減されることを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００３６】
本発明に係る第２３の形態は、液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体と、第２の隔室内の気相を媒体として前記多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波発生装置とを備える気泡発生装置であって、前記音波発生装置により音波を発生させることにより、前記多孔質体を通じて第１の隔室内の液相の側に発生する気泡の発生量又は大きさが調整されることを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００３７】
本発明に係る第２４の形態は、液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体とを備え、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波が供給されることにより気泡が発生し得る気泡発生単位と、複数個の前記気泡発生単位と接続する配管と、該配管内の気体を媒体として各気泡発生単位の多孔質体に接する気相に伝達されることにより、その多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波生成部とを備える気泡発生装置であって、前記複数個の気泡発生単位の多孔質体は互いに孔径が異なり、前記音波生成部により各多孔質体に対して供給される音波の周波数が変わることにより、気泡が発生する気泡発生単位が選択可能であることを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００３８】
本発明に係る第２５の形態は、第２２乃至第２４のいずれかの形態において、前記配管が、曲部又は枝分かれした部分を備えることを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００３９】
本発明に係る第２６の形態は、第２２乃至第２５のいずれかの形態において、前記音波が、０Ｈｚよりも大きく２０００Ｈｚ以下の周波数の音波であることを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００４０】
本発明に係る第２７の形態は、第２２乃至第２６のいずれかの形態において、前記音波発生装置が、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更する機能を有し、これにより、前記気泡の発生量又は大きさを調整されることを特徴とする気泡発生装置に関する。
【発明の効果】
【００４１】
本発明においては、液相と気相との間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給して、液相と気相との間の平衡状態を崩して気泡を発生させる際に、音波の強弱の変更、音波の周波数の変更、又は音波周波数の範囲の変更、あるいはそれらの条件の組み合わせを行うことにより、気泡の発生量あるいは気泡の大きさを変化させることができる。このため、気泡の発生量、気泡の大きさ等を、簡便でかつ大動力を要しない方法で調整・制御することができる。
【００４２】
又、上記条件を所定の範囲に設定することにより、液相側に発生する気泡を一段と微細化することができるので、液体中に気体を溶解させることによって反応が進行する下水処理場の曝気槽、化学反応器、湖沼の浄化装置、汚染土壌の浄化装置などに適用すれば、それらの装置内における反応が効率よく進行し、それらの装置を小型化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の基礎となる現象が起こる基本系を示す図である。
【図２】音波の供給・停止に伴う相の遷移・回復を示す概念図である。
【図３】供給する音波の強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合わせの変更に伴う相の遷移、およびこれらを元に戻すことによる相の回復を示す概念図である。
【図４】供給する音波の強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合わせの変更により遷移した相に、これらの更なる変更を加えることにより更に相が遷移すること、およびこれらを元に戻すことにより相が回復を示す概念図である。
【図５】燃料電池の液相における相状態の変化を示す図である。
【図６】本発明の基礎となる現象を実測するための装置であり、かつ本発明を液相への気相吹込みに適用した実施例の説明図である。
【図７】孔径２０μｍの多孔質体での供給音波の周波数と気泡発生が観測された気相圧力の関係を示す図である。
【図８】孔径４０μｍの多孔質体での供給音波の周波数と気泡発生が観測された気相圧力の関係を示す図である。
【図９】孔径７５μｍの多孔質体での供給音波の周波数と気泡発生が観測された気相圧力の関係を示す図である。
【図１０】散気板での音波供給による溶存酸素濃度の変化を示す図である。
【図１１】孔径４０ミクロンの多孔質体での音波の周波数による気相から液相への気体流量（気泡発生量）の変化を示す図である。
【図１２】孔径４０ミクロンの多孔質体での周波数１９４Ｈｚ周辺における気泡発生状況を示す図である。
【図１３】音波強度と気相から液相への気体流量（気泡発生量）の関係を示す図である。
【図１４】微細孔径２０ミクロン、音波周波数２９４Ｈｚにおける気泡径の変化を示す図である。
【図１５】微細孔径４０ミクロン、音波周波数１９４Ｈｚにおける気泡径の変化を示す図である。
【図１６】微細孔径４０ミクロン、音波周波数１９４Ｈｚにおける音波出力強度の変化に対する気泡径の影響を示す図である。
【図１７】材質の変化による比表面積の変化を示す図である。
【図１８】多孔質体での圧力の違いによる平均気泡径の変化（孔径７５ミクロン、周波数１９０Ｈｚの場合）を示す図である。
【図１９】多孔質体での圧力の違いによる平均気泡径の変化（孔径７５ミクロン、周波数１９４Ｈｚの場合）を示す図である。
【図２０】多孔質体での圧力の違いによる平均気泡径の変化（孔径７５ミクロン、周波数２００Ｈｚの場合）を示す図である。
【図２１】多孔質体での圧力の違いによる平均気泡径の変化（孔径７５ミクロン、周波数２２０Ｈｚの場合）を示す図である。
【図２２】微細孔径４０ミクロン、音波周波数１９４Ｈｚ周辺における気相から液相への気体流量の変化を示す図である。
【図２３】微細孔径４０ミクロン、音波周波数１９４Ｈｚ周辺における気泡径の変化を示す図である。
【図２４】本発明を液相への気相吹込みに適用したマイクロバブル発生装置の一例を示す図である。
【図２５】本発明を液相への気相吹込みに適用したマイクロバブル発生装置の他の例を示す図である。
【図２６】本発明を下水処理場の曝気槽に適用した実施例の説明図である。
【図２７】本発明を化学反応器に適用した実施例の説明図である。
【図２８】本発明を本湖沼の浄化に適用した実施例の説明図である。
【図２９】本発明を汚染土壌の浄化装置に適用した実施例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
１．本発明に係る用語の定義
まず、本発明に関連する用語の定義を行う。「気相」とは、音波発生源から多孔質体までの空間を、実質的に、音響的に接続する気体その他の物質の集合体が形成する領域を意味する。ここで「音響的に接続する」とは、音波発生源から伝播する音波の本発明における作用効果を多孔質体まで到達させることができることの意である。従って、音波発生源から多孔質体まで到達する空間が直線状である必要はなく、一部又は全部が曲線状であっても構わないし、音波発生源から多孔質体までの空間の一部を占有する障害物が存在していても、音波発生源から多孔質体までの空間を音響的に接続するものである限り、本発明における気相である。又、本発明における気相は、音波発生源から多孔質体までの空間を音響的に接続する限り、それを構成する物質の種類、組成成分、組成成分の存在比率等、当該空間内の温度、圧力（組成成分の各分圧を含む。）、湿度等、当該空間を構成する配管、隔室、隔壁等の材質、形状、厚さ等は一切問わない。尚、本発明のある形態では、気体の泡又は気泡の発生が必須要件になっているので、気相は気体の集合体である必要がある。しかし、その場合であっても、当該形態に係る気相から、液体や固体が混合又は分散している気体の集合体が除外されるものと解釈されてはならない。
【００４５】
又、「液相」とは、物性的に気相と区別される相であり、水、油、溶融物、電解質その他の物質の集合体が形成する領域を意味する。従って、例えば排水中の懸濁物質、コロイド物質、油状物質等やこれを少なくとも１種類含む汚泥水のような固体と液体とが互いに混合又は分散した物質（スラリー状物質を含む。）、或いは既に気体を内部に分散又は溶解している物質、或いは溶融金属、ゲルも、本発明における液相たり得る。ここで言う液相とは、一様に広がった集合状態のみでなく、多孔質体等に担持された状態も含む。更に、本発明における液相は、気相と区別し得る限り、それを構成する物質の種類、組成成分、組成成分の存在比率等、温度、圧力（組成成分の各分圧を含む。）、湿度等は一切問わない。液相の存在を空間的に画するために配管、隔室、隔壁等が使用される場合、その配管、隔室、隔壁等の材質、形状、厚さ等により、本発明における液相の意味が制限されることはない。但し、本発明のある形態では、液相への気体の泡又は気泡の発生が必須要件になっているので、その限りにおいて、液相は気体の泡又は気泡を生成するに足る性質を有するものでなければならない。しかし、その場合であっても、気体や固体が混合又は分散している物質の集合体が本発明における気相と物性的に区別できる限り、当該形態に係る液相から、かかる物質の集合体が除外されるものと解釈されてはならない。
【００４６】
液相と気相との間の「相状態の変化」とは、着目する相における、圧力、温度、溶存物質の濃度、物質の密度、移動速度又は移動量、その他、当該相に関連付けられた指標となり得るパラメータが変化することを意味する。例えば、次に掲げる場合が相状態の変化の具体例である。
（１）当初、気相と液相とが平衡状態にあり、その後、その平衡が崩れて非平衡状態又は更に非平衡の度合いを高めた状態になる場合。
（２）当初、気相と液相とが非平衡状態にあるとき、その後、平衡状態になる場合。
（３）当初、気相と液相とが非常に高い非平衡の度合いにあり、その後、その非平衡の度合いが緩和された非平衡状態になる場合。
（４）当初、気相から液相に気体が移動して液相中に気泡が発生している状態にあり、その後、その気泡の発生が停止したり、発生している気泡の大きさが変化したり、気泡を発生させるに必要な気相側の圧力が低減若しくは増加したりする場合。
（５）当初、気相から液相に気体が移動しておらず液相中に気泡が発生していない状態にあり、その後、その気泡が発生したり、発生している気泡の大きさが変化したり、気泡を発生させるに必要な気相側の圧力が低減若しくは増加したりする場合。
（６）当初、気相から液相に気体が移動しておらず液相中に気泡が発生していない状態にあり、その後、液相で反応などにより発生した気泡が気相に移動したりする場合。例えば、図５に示すような燃料電池で、気相である空気中の酸素が、液相である電解質中の水素イオン（Ｈ＋）と反応し、水蒸気（Ｈ2Ｏ）を生成すような場合である。
【００４７】
尤も、「相状態の変化」は、直接肉眼で確認できると否とを問わず、結果として変化していれば足り、又は間接的な方法により変化が実質的に確認できれば足りる。例えば、化学反応系において、反応前の状態から反応途中の状態、更には反応後の状態への「相状態の変化」は、肉眼で確認できるとは限らない。中間反応生成物や最終反応生成物の存否や量により化学反応の進行を知ることができるのであり、このような場合には肉眼で確認できなくとも最終反応生成物により結果として又は中間反応生成物により間接的に若しくは結果として「相状態の変化」が確認できる。
【００４８】
例えば、液相Ｌと気相Ｇとのバランスにより、液相Ｌから気相Ｇの方向に、又は、液相Ｌから気相Ｇの方向に、液体が移動し、又は、気体が移動するという「動的状態」を設定できる。そのバランス如何によっては、いずれの方向にも実質的に又は見掛け上気体又は液体が移動しないような「静的状態」も設定できる。本発明における「相状態の変化」とは、当初、静的状態にある相が、動的状態になる場合と別の静的状態になる場合のいずれも含み、加えて、当初、動的状態にある相が、静的状態になる場合と別の動的状態になる場合のいずれも含む。尚、以下の説明においては「相状態の変化」を、文脈上、単に「状態の変化」と記載することがある。
【００４９】
「（相）状態を切り替えること」とは、「相状態の変化」を執り行うこと、即ち、従前又は当初の状態から従後又は当初とは別の状態に着目する相を変化させることを意味する。
【００５０】
「多孔質体」とは、限定する意図なく具体的に説明するならば、複数又は多数の孔を備える部材のことである。簡単な例は、規則的に又は不規則に複数個の孔を設けた平板状、円筒状の構造体であり、散気板、散気筒がその代表である。「多孔質体」は、一又は二以上の部材から構成され、孔又は孔とみなせる隙間の連結路（以下「疑似孔」という。）を多数備える構造体として、より正確に定義でき、その構造体を構成する個々の部材としては、上記の平板材の他、ブロック状、ボール状、小片状、ナゲット状等と種々の形態がある。複数個の孔又は疑似孔が存在することが「多孔質体」であることの最低条件であり、本発明の目的、作用・効果を奏するものは、部材の形態や集合の仕方、孔や疑似孔の形態の如何を問わず、本発明における「多孔質体」の概念から一切排除されない。
【００５１】
例えば、ハニカム状部材やコルゲート状部材は、それ自体に多数の孔が形成されており、一個であっても２個以上であっても、本発明における「多孔質体」足り得る。孔は、その長手方向では通常直線状に貫通しており、その断面は、殆どの場合一定であり、例えば四角、三角、六角形、多角形、略半円、略正弦波乃至波形等の形をしている。ボール状部
材が複数個集合してなる「多孔質体」では、ボール部材間の隙間の空間連結により疑似孔が形成される。この場合の疑似孔は、通常直線状であるとは限らないし、その断面についても、ボール径、異なるボール径の組み合わせ、或いは異形状のボール状部材の混在のさせ方により、一定にはならない。更に、ボール状部材とハニカム状部材が混在してなる「多孔質体」では、ハニカム状部材が存在する領域では、孔は直線状かもしれないが、ボール状部材が存在する領域では、孔（擬似孔）は直線状とは言えない。小塊状のハニカム状部材が多数集合してできる「多孔質体」も、個々の部材に着目すると孔は直線状かもしれないが、部材間の隙間の空間的連結により非直線状の疑似孔が形成される。
【００５２】
２．本発明の基礎となる現象
次に、本発明の基礎となっている、新たに知得した現象（以下「本件現象」という。）について具体的データに基づき説明する。尚、この現象の原理やメカニズムについては、幾つかの推測は可能であるが、少なくとも本出願の時点では正確には確定できていない。
【００５３】
２．１ 本件現象が起こる基本系
先ず、本件現象が起こる基本系は、図１に示すように、液相Ｌと気相Ｇとが多孔質体Ｐを挟んで隣接しており、その気相Ｇを媒体として供給される音波Ｓにより構成される。音波Ｓを供給するためには、音波発生源が必要である。その音波発生源は、通常、例えば、スピーカその他の音波発信機、増幅装置、制御装置その他の装置で構成される。しかし、音波発生源やその詳細な構成は、本件現象を説明するためには不可欠とまでは言えないので、この図１には示していない。
【００５４】
図１に示す基本系において起こる本件現象を図２乃至図４を参照して説明する。気相Ｇを媒体として多孔質体Ｐに音波Ｓを供給すると、当初、状態Ｌ１にあった液相Ｌ（又は状態Ｇ１にあった気相Ｇ）は、状態Ｌ２の液相Ｌ（又は状態Ｇ２の気相Ｇ）に遷移し（Ｔ１２）、音波Ｓの供給を停止すると、状態Ｌ１の液相Ｌ（又は状態Ｇ１の気相Ｇ）に遷移又は回復する（Ｔ２１）。気相Ｇを媒体として多孔質体Ｐに供給する音波Ｓの強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合せを変更すると、当初、状態Ｌ３にあった液相Ｌ（又は状態Ｇ３にあった気相Ｇ）は、状態Ｌ４の液相Ｌ（状態Ｇ４の気相Ｇ）に遷移し（Ｔ３４）、その変更を停止し、変更前の音波Ｓの強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合せに戻すと、状態Ｌ３の液相Ｌ（又は状態Ｇ３の気相Ｇ）に遷移又は回復する（Ｔ４３）。気相Ｇを媒体として多孔質体Ｐに供給する音波Ｓの強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合せを変更すると、当初、状態Ｌ５にあった液相Ｌ（又は状態Ｇ５にあった気相Ｇ）は、状態Ｌ６の液相Ｌ（状態Ｇ６の気相Ｇ）に遷移し（Ｔ５８）、この変更を停止すると、元の状態に遷移又は回復するが（Ｔ６５）、音波Ｓの強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合せを更に変更すると、状態Ｌ６にあった液相Ｌ（又は状態Ｇ６にあった気相Ｇ）は、状態Ｌ７の液相Ｌ（状態Ｇ７の気相Ｇ）に遷移する（Ｔ６７）。この更なる変更を停止すると、状態Ｌ７の液相Ｌ（状態Ｇ７の気相Ｇ）から状態Ｌ６の液相Ｌ（状態Ｇ６の気相Ｇ）に遷移又は回復する（Ｔ７６）。従って、気相Ｇを媒体として多孔質体Ｐに供給する音波Ｓの有無、強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合せを変更すると、液相Ｌ及び／又は気相Ｇの相状態を変化させることができる。このことは、液相Ｌ及び／又は気相Ｇの状態又はその変化を音波Ｓにより制御できることをも意味している。
【００５５】
尚、以上の図１乃至図４の説明における相状態の変化は、液相Ｌ又は気相Ｇのみの変化であれば足り、従って、本件現象は両相の変化が同時に起こる場合に限定されない。
【００５６】
２．２ 本件現象を実測するための装置
本件現象が起こる基本系を図１で説明したが、この現象を実測するための装置は、大別して、液相部、気相部、多孔質体部、気体供給調整部、音波生成部の５個の基本部分から構成され、図６に示す通りである。
【００５７】
図６において、５０１は、気体ｇを収容し、隔壁をもって気体ｇの周囲へ離散することを防止する配管であり、この気体ｇが集合して気相Ｇを構成する。５０２は、液体ｌを収容し、隔壁をもって液体ｌの周囲へ離散することを防止する容器である。この液体ｌが集合して液相Ｌを構成する。配管５０１及び容器５０２は、それぞれ液相Ｌ及び気相Ｇを収容する隔室ともいえる。気体ｇから成る気相Ｇとこれを収容する隔室５０１、並びに、液体ｌから成る液相Ｌとこれを収容する隔室５０２を、それぞれ気相部及び液相部と定義する。
【００５８】
容器５０２内の配管５０１の先端５０１Ａには、多孔質体Ｐが組み込まれた部材（以下、便宜的に「ノズル部」という。）５０３が据え付けられており、ノズル部５０３が備える多孔質体Ｐは、気相Ｇを収容する隔室（配管５０１）と液相Ｌを収容する隔室（容器５０２）の間に配置し、これにより、多孔質体Ｐが液相Ｌと気相Ｇの中間に配置する系を構成する。
【００５９】
液相Ｌ中の気体ｌと気相Ｇ中の気体ｇとは多孔質体Ｐの孔の表面開口部若しくはその近傍、又はその内部において接触する。多孔質体Ｐが存在する領域のどの位置で液相Ｌと気相Ｇとの境界が形成されるかは、多孔質体Ｐが有する孔の形状、断面積、材質その他多孔質体Ｐ自体に関連する因子（以下「多孔質体Ｐの固有因子」という。）、各相の圧力、温度、密度、液相の表面張力その他各相に関連する因子によって変わる。従って、正確には、多孔質体Ｐが気相Ｇと液相Ｆとを物理的に分離している訳ではない。
【００６０】
本発明では、多孔質体Ｐが気相Ｇと液相Ｆとが厳密に分離しているかどうかはそれほど問題ではなく、多孔質体Ｐが存在する領域が液相部と気相部とが見掛け上を区別されていれば足りる。このような領域を多孔質体部と定義する。この結果、多孔質体部は主としてノズル部を意味することになるが、後述のように超音波振動装置をノズル部に設置して、多孔質体Ｐを振動させるような場合には、この超音波振動装置も多孔質体部を構成する。
【００６１】
配管５０１の一方の先端には、ノズル部５０３が据え付けられるが、他端５０１Ｂには気体ｇの供給とその調整を可能にする系（図示せず）が接続される。この系によれば、気体ｇの圧力、供給速度、供給量、成分・組成、温度その他の因子を設定、調整又は制御することにより、多孔質体Ｐに音波Ｓを供給する前後の相状態を観測する際に、外乱が入らないように観測条件を適正維持することができる。このような基本機能を有する系を、気体供給調整部と定義する。
【００６２】
配管５０１は、直管状であっても、両端５０１Ａ、５０１Ｂとの間に屈曲又は湾曲した部分を備えていても構わない。５０４は、配管５０１の両端の間に設置された発音機である。発音機５０４は、音波発生源であり、先述の通り、例えば、スピーカその他の音波発信機、増幅装置、周波数可変装置、制御装置その他の装置を通常の基本的ハードウエア構成とする。発音機５０４は、この図６では、配管５０１に非常に近い位置に据え付けられているが、音波Ｓを配管５０１内の気相Ｇに向けて発するとともに、その音波Ｓをノズル部５０３の多孔質体Ｐまで伝播させる音波発生源として機能する限り、どの位置に設置されていても構わない。例えば、所望の長さの音波供給管５０１Ａ（図示せず）の一端を配管５０１に接続し、その他端に発音機５０４を設置し、この音波供給管５０１Ａを介して配管５０１内部に向けて音波Ｓを発するように構成しても構わない。例えば、振動面を振動させて音波Ｓを生成する形式の音波発信機であり、その振動面の前面を配管５０１内の気相Ｇに向け、その背面を配管５０１により気相Ｇと離隔される外部雰囲気に向けている場合、配管５０１内の気相Ｇが外部雰囲気よりも高圧であると、振動面の振動が起こりにくくなり、この結果、音波発信機から音波Ｓを多孔質体Ｐにまで十分到達させることが困難になるという問題が生じる。この問題を解決するためには、配管５０１にバイパス配管
５０１Ｄを設けて、そのバイパス配管５０１Ｄの途中に振動面を配置し、その前面も背面も気相Ｇにして、振動面の前後の圧力差をなくすと良い。そのため、配管５０１に分岐管５０１Ｃを設け、スピーカ背面部に繋げ、５０１Ａへ繋がるバイパス配管５０１Ｄは、スピーカ前面に繋げればよい。この場合におけるバイパス配管５０１Ｄは、音波供給管５０１Ａに相当する。
【００６３】
音波発生源と、音波供給管その他の付帯設備とをまとめて、音波生成部と呼ぶ。
【００６４】
以上のように、本件現象を実測するための装置の基本構成は、大別して、液相部、気相部、多孔質体部、気体供給調整部、音波生成部の５個である。尤も、本件現象は、後述の通り、液相Ｌ側への気泡の発生として視覚的に把握できるので、発生する気泡の大きさを測定するための粒度分布計５０５が必要になる。この粒度分布計５０５は、収束ビーム反射測定法により、水中の気泡径、高濃度スラリー中の粒子径など、１ｍｍ以下の大きさについて測定可能である。粒度分布計５０５は、容器５０２内のノズル部５０３に近接した位置に配置するプローブ５０５Ａを備え、このプローブ５０５Ａから気泡に向けてレーザー光を照射する。レーザー光は気泡を貫いて進み、気泡表面通過時に反射光を生ずる。この反射光を、プローブ５０５Ａ内の高感度な光検出器により検出し、通過時間差から気泡の径を演算する。気泡の平均的な大きさを統計処理し、図示しない表示装置に出力する。計測機器５０５は、本件現象の応用技術においては必ずしも必須とはいえないが、本件現象をより精密に本件現象を実測するために付加的に必要な第６番目の要素と考えることができる。
【００６５】
２．３ 本件現象の観測
以上の装置を用いて、以下に言及する第１及び第２の観測を行い、第１及び第２の本件現象をそれぞれ確認した。又、第１の本件現象に引き続いて第２の本件現象が起こっていることも確認した。
【００６６】
２.３.１ 第１の観測及び第１の本件現象
第１の観測により、次に掲げる新たな知見を得ることができた。
（イ）音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐに供給すると、気相Ｇと液相Ｌとの当初の静的状態から動的状態へ変化する、即ち、例えば、液相Ｌに気泡が発生していない状態から液相Ｌに気泡が発生するという状態へ変化する現象が起こる。
（ロ）その現象には音波Ｓの周波数や音量への依存性が認められる。即ち、（ａ）その現象が起こるのに適した音波Ｓの周波数の範囲があり、（ｂ）その現象が起こる音波Ｓの周波数の範囲内にあっても、供給する周波数によって発生する気泡の大きさや発生量が変わり、（ｃ）その現象は、音波Ｓの音量が大きいほど起こりやすく、定量的にも顕著に起こる。
（ハ）その現象が起こるのに適した音波Ｓの周波数の範囲は、多孔質体Ｐの固有因子の組み合わせによって変動する。
（ニ）その現象には多孔質体Ｐでの圧力への依存性が認められる。即ち、（ａ）その現象が起こるのに適した圧力の範囲があり、（ｂ）その現象が起こる音波Ｓの周波数の範囲内にあっても、多孔質体での圧力によって、その範囲は変動する。
【００６７】
以上の知見で確認される気泡発生を中心とする現象を、「第１の本件現象」と呼ぶ。
【００６８】
第１の観測においては、表１に記載する仕様で構成した。この装置系において、気相Ｇを介して音波Ｓを多孔質体Ｐに供給する前の液相Ｌと気相Ｇとの相状態（初期状態）を、液相Ｌと気相Ｇのいずれの方向にも実質的に又は見掛け上気体又は液体が移動しないような状態とした。これは、以下のように実現される。多孔質体Ｐの開口部から気泡が生成されるためには、開口部から生成される気泡の圧力が、液相の表面張力を上回らなければならない。開口径をｒ、液相の表面張力をσ、液相−気相境界にある開口から表面張力に打勝って、気泡が生ずるために必要な圧力差をΔｐとすると、Δｐは（１）式で表される。
【００６９】
Δｐ＝２σ／γ ・・・（１）
【００７０】
【表１】
【００７１】
【表２】
【００７２】
そこで、以下の観測例での平衡状態は、気相の圧力が、この気泡が生ずるために必要な圧力差Δｐより小さい状態を維持した。その後、周波数や音量（強度）の異なる種々の音波Ｓを供給して、又、多孔質体Ｐの固有因子も変更して相状態の変化を観測した。
【００７３】
第１の観測の結果の一例を図７に示す。この図の横軸は、音波Ｓの周波数を、縦軸は多孔質体Ｐでの気相圧力を表し、孔径２０ミクロンの多孔質体Ｐに対して一定の周波数を供給した状態で、第１の本件現象が観測された多孔質体Ｐでの気相圧力を線状で示している。一例として、孔径２０ミクロンの多孔質体での観測結果を示した図７では、音波Ｓの供給が無い場合、多孔質体Ｐでの気相圧力が１０６０ｍｍＨ２Ｏ以上でなければ、気泡は観測されない。しかし、例えば、周波数２９４Ｈｚの音波Ｓを供給すると、自然には気泡が発生しない３２８ｍｍＨ２Ｏの気相圧力で、気泡発生が観測される。
【００７４】
（１）音波Ｓの周波数との関係
先ず、気相Ｇを介して多孔質体Ｐに供給する音波Ｓの周波数を種々変化させて、液相Ｌ及び気相Ｇにおける相状態の変化を観測した。その結果を図７、図８、図９に示す。これらの図は、多孔質体Ｐの孔径がそれぞれ、２０、４０、７５ミクロンにおける第１の本件現象の観測結果である。これらの図から分かるように、音波Ｓの周波数によって、少なくとも肉眼では、液相Ｌ側に気泡が観測される場合と観測されない場合があることが判った。
【００７５】
気相Ｇから液相Ｌへの気体ｇの移動量を気泡発生量と考えると、気泡発生量は、僅かな周波数変化で、大きく変化する。図１１に示すように、多孔質体Ｐの孔径が４０ミクロンの場合、音波Ｓの周波数が１９０Ｈｚでの気泡発生量は２．７ｃｍ３／秒であるが、周波数Ｓを１９４Ｈｚに変更すると、気泡発生量は大きくなり、３．５ｃｍ３／秒となる。更に、周波数を上げ、周波数Ｓを１９８Ｈｚとすると、気泡発生量は減少し、２．６ｃｍ３／秒となる。
【００７６】
尚、図１１での気相圧力は６００ｍｍＨ２Ｏである。この気相圧力は、音波Ｓを供給せずに、気泡が発生する最低圧力７５０ｍｍＨ２Ｏ以下であるため、少なくとも圧力１５０ｍｍＨ２Ｏに相当するエネルギーを節約できることを意味するものと言える。
【００７７】
図１０は、下水処理に利用されるポリプロピレン製の多孔質体の散気板を用いて、空気を液相Ｌに吹き込んだ観測結果を示したものである。多孔質体の平均孔径は２００〜３００ミクロン、音波Ｓの周波数を１２０Ｈｚとし、液相Ｌに溶解する酸素濃度の時間推移を示したものである。一般に、液相Ｌ側に気泡が発生している場合、時間の経過に伴い，液体に溶解する酸素の量は増加する。しかし、図１０から判るように、音波Ｓの有無により、この酸素の溶解速度、従って単位時間当たりの溶存量は異なること、特に、音波Ｓを供給した方が、気体中の酸素の溶解速度が増加した。このことは、音波Ｓにより、液相Ｇの相状態が、気体の溶解速度又は溶存量という点で変化したことを意味している。
【００７８】
図１２に孔径４０ミクロンの多孔質体での音波の周波数１９４Ｈｚ付近での気泡発生状況を示す。音波Ｓの周波数１９４Ｈｚとして、気相Ｇ側の圧力を０から徐々に増加させた場合、気相Ｇ側の圧力が１００ｍｍＨ２Ｏ以上で気泡が発生する。更に、圧力を増加させると、気相Ｇ側の圧力が３８０ｍｍＨ２Ｏ以上では、気泡発生が停止する。その後、気相Ｇ側の圧力を増加させていくと、４８０ｍｍＨ２Ｏ以上で再度気泡が発生し、その後は、音波Ｓなしで気泡が発生する気相Ｇ側圧力７５０ｍｍＨ２Ｏまで、気泡発生は継続する。気相Ｇ側の圧力によっても、気泡発生状態が変化することが判る。
【００７９】
その後、音波Ｓの周波数を１８８Ｈｚ以下若しくは２００Ｈｚ以上に設定し直すと、液相Ｌ側に観測されていた気泡の発生が弱まり、やがて停止して元の静的状態に回復した。
【００８０】
尚、液相Ｌ側で気泡が発生する点に着目して観測を行ってはいるが、液相Ｌ側で気泡が発生するときは、気相Ｇ側においても、少なくとも供給気相の配管中の流量に変化が起こるので、液相Ｌの状態の変化とともに供給気相の状態の変化も起こっていると言える。
【００８１】
（２）音波Ｓの音量との関係
次に、音波Ｓの音量（強度）を変化させて、液相Ｌ側に気泡が発生するか否かを観測した。その結果、音波Ｓの音量（強度）が小さい場合には、たとえ１９０Ｈｚから１９８Ｈｚの範囲にある周波数であっても、液相Ｌ側への気泡の発生は見掛け上観測されなかった。しかし、音波Ｓの音量（強度）が徐々に大きくなると、液相体Ｌ側に気泡が発生し始め、その量を増していった。その後音波Ｓの音量を元のように小さくすると、液相Ｌ側への気泡の発生の程度が弱まり、やがて発生は停止した。
【００８２】
音波Ｓの音量（強度）を変化させて、気泡発生量を観測した結果を図１３に示す。音波Ｓの音量（強度）が、１Ｗの場合、気泡発生量は２ｃｍ３／秒であるが、音波Ｓの音量（強度）を徐々に大きくすると、５〜６Ｗの場合、気泡発生量は４ｃｍ３／秒と、その量を増していった。
【００８３】
（３）多孔質体Ｐの固有因子との関係
多孔質体Ｐの孔径と気泡発生時の最低気相圧力、その際の音波Ｓの周波数を表３に示す。この表から、液相Ｌ側に気体の発生が認められるという現象は、多孔質体Ｐの孔径にも依存していることが判る。また、図７〜９は、多孔質体Ｐの孔径と、この現象が起こる音波Ｓの周波数との関係を示している。このデータを測定する際、多孔質体Ｐの固有因子は孔の形態以外は同じにした。因みに多孔質体Ｐの材質はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）であった。これらの結果から、この現象が起こる音波Ｓの周波数の範囲は、多孔質体Ｐの形態により変化することが判る。
【００８４】
要すれば、液相Ｌ側に気体が発生する現象を起こす音波Ｓの周波数の範囲は、多孔質体Ｐの固有因子の組み合わせによって変化する。
【００８５】
【表３】
【００８６】
以上の知見で確認される気泡発生を中心とした現象を、「第１の本件現象」と呼ぶ。この第１の本件現象を利用すれば、多孔質体Ｐを挟んで静的的状態にある液相Ｌ及び気相Ｇを、音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐへ供給することにより、動的状態に変化させることができる。又、音波Ｓの供給を停止することにより元の静的状態に戻すことができる。具体的には、音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐへ供給するだけで気泡を発生させることが可能になり、液相Ｌに対する気相Ｇの相対圧力を実質的に増加させることができるとともに、音波Ｓの供給とその停止、音波Ｓの周波数や音量の変更により、気泡の発生の有無、発生する気泡の大きさや発生量を調整又は制御することが可能になる。音波Ｓの周波数により第１の本件現象を調整又は制御しようとする場合、多孔質体Ｐの固有因子の調整も考慮してその周波数（の範囲）を適宜選定することになる。
【００８７】
以上の現象を確認する際に、音波Ｓは、連続する粗密波で供給され、波形は信号発生器による正弦波である。
【００８８】
２．３．２ 第２の観測及び第２の本件現象
第２の観測により、次に掲げる新たな知見を得ることができた。
【００８９】
音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐに供給すると、気相Ｇと液相Ｌとの当初の動的状態から別の動的状態へ変化する、即ち、例えば、液相Ｌに気泡が発生している状態からより小さな多数の気泡が発生する状態へと変化する現象が起こる。
【００９０】
その現象には音波Ｓの周波数の依存性が認められる。即ち、（ａ）その現象が起こるのに適した音波Ｓの周波数の範囲があり、（ｂ）その現象が起こる音波Ｓの周波数の範囲内にあっても、供給する周波数によって発生する気泡の大きさが変わる。
【００９１】
その現象が起こるのに適した音波Ｓの周波数の範囲は、多孔質体Ｐの固有因子の組み合わせによって変動する。
【００９２】
その現象には多孔質体Ｐでの圧力への依存性が認められる。即ち、圧力によって、その現象による効果が変動する。
【００９３】
以上の知見で確認される気泡の微細化を中心とする現象を、「第２の本件現象」と呼ぶ
ことにする。
【００９４】
第２の観測においては、表４に示す仕様になるように上記の５個の構成部を調整し、気相Ｇを介して音波Ｓを多孔質体Ｐに供給する前の液相Ｌと気相Ｇとの相状態（初期状態）を、気相Ｇ側から液相Ｌ側に気体ｇが移動して、液相Ｌ側に気泡が発生しているのが肉眼でも確認できる動的状態に設定した。このような初期状態を実現するための最も簡単な方法は、第１の観測における気相Ｇと液相Ｌの初期状態において気相Ｇ側の圧力を増やすことである。その後、周波数や音量（強度）の異なる種々の音波Ｓを供給して相状態の変化を観測した。その際の具体的な観測条件を表４に示すが、音波Ｓを供給する前後で、その音波Ｓの供給の有無以外の条件は同一に維持した。
【００９５】
【表４】
【００９６】
第２の観測の結果の一例を、まず図１４及び表５に示す。気相Ｇを介して多孔質体Ｐに供給する音波Ｓの周波数を種々変化させて、液相Ｌ及び気相Ｇにおける相状態の変化を観測した。音波Ｓを供給する前の初期状態において、液相Ｌ側に発生している気泡の大きさは平均８３４ミクロンであった。引き続き、音波Ｓの周波数を２９４Ｈｚとすると、液相Ｌ側に発生している気泡の大きさが顕著に小さくなり、多数の気泡へと変化した。これは元の動的状態とは異なる別の動的状態へと相状態が変化したことを意味している。このとき、発生する気泡の大きさは、平均８３４ミクロンから平均６８１ミクロンへと微細化した。
【００９７】
【表５】
【００９８】
多孔質体Ｐの孔径を２０ミクロンから４０ミクロンに変化させて、同様の観察を行った。その結果を図１５及び表６に示す。音波Ｓを供給する前の初期状態において、液相Ｌ側に発生している気泡の大きさは平均６５５ミクロンであった。引き続き、音波Ｓの周波数を２９４Ｈｚとすると、液相Ｌ側に発生している気泡の大きさが顕著に小さくなり、多数の気泡へと変化した。これは元の動的状態とは異なる別の動的状態へと相状態が変化したことを意味している。このとき、発生する気泡の大きさは、平均６５５ミクロンから平均５０７ミクロンへと微細化した。
【００９９】
【表６】
【０１００】
次に、音波Ｓの音量（強度）を変化させて、発生する気泡径が変化するか否かを観測した。図１６及び表７に、その結果を示す。音量（強度）の変化に対して、気泡径の変化は少なく、音量（強度）の依存性は小さい。
【０１０１】
【表７】
【０１０２】
第２の観測現象は、多孔質体Ｐの材質にも依存している。図１７及び表８に多孔質体の材質を変化させて、行った観察の結果を示す。この図では、気泡径φ１ｍｍ以下の比表面積を用いて、発生した気泡の大きさを比較している。比表面積とは、発生した気泡の表面積の総和を発生した気泡の体積の総和で除した値であり、発生した気泡が小さいほど、大きな値となる。図１７は、音波を供給した場合の比表面積を供給をしていない場合での値で除した比（比表面積比）で示しており、音波供給による気泡微細化の効果を表している。その結果、周波数の依存性はあるものの、ポリプロピレンよりもセラミックの方が、音波供給による微細化効果が大きいことが判った。
【０１０３】
【表８】
【０１０４】
図１８、図１９、図２０及び図２１は、多孔質体Ｐでの圧力の違いによる第２の本件現象の効果の違いを示したものである。音波Ｓの周波数は、それぞれ、１９０Ｈｚ、１９４Ｈｚ、２００Ｈｚ、２２０Ｈｚである。これらの観測では、孔径７５ミクロンの多孔質体Ｐにおいて、自然に気泡は発生しない多孔質体での圧力範囲において、気泡径の変化を計測した。それぞれの周波数において、多孔質体Ｐでの圧力と気泡径との相関は異なるが、圧力が高くとも、気泡径が小さくなる場合が多い。
【０１０５】
この第２の本件現象を利用すれば、多孔質体Ｐを挟んで動的状態にある液相Ｌ及び気相Ｇを、音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐへ供給することにより、別の動的状態に変化させることができる。又、音波Ｓの供給を停止することにより元の動的状態に戻すことができる。具体的には、音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐへ供給するだけで発生していた気泡の状態や様相を変更することが可能になり、液相Ｌに対する気相Ｇの相対圧力を実質的に増加させることができるとともに、音波Ｓの供給とその停止、音波Ｓの周波数や音量の変更により、気泡の大きさや発生量を調整又は制御することが可能になる。音波Ｓの周波数により第２の本件現象を調整又は制御しようとする場合、多孔質体Ｐの固有因子の調整も考慮してその周波数（の範囲）を適宜選定することになる。
【０１０６】
２．３．３ 第１及び第２の本件現象の共存の可能性
音波Ｓの周波数によっては、第１の本件現象が起こる領域と第２の本件現象が起こる領域とが重複している。それ故、この周波数の範囲にある音波Ｓを、気相Ｇを介して多孔質体Ｐに供給する場合、第１の本件現象において第２の本件現象も起こっている可能性がある。一方、第２の本件現象は、気相Ｇと液相Ｌとの当初の相状態が液相Ｌ側に気泡が発生している動的状態である場合に、この動的状態が、音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐに向けて供給することにより別の動的状態に遷移する現象であるが、気相Ｇから液相Ｌへの気体ｇの移動量が気体供給調整部により一定に維持されると、多孔質体Ｐの固有因子を始めとするその他の実証装置や観測条件が変わらない限り、液相Ｌ側に発生する気泡の大きさが変化する現象とも言える。すると、第１の本件現象において第２の本件現象も起こるのならば、第１の本件現象が起こっているときに発生する気泡の大きさは、第２の本件現象が起こる周波数の音波Ｓを供給することにより、変化するはずである。
【０１０７】
そこで、気相Ｇと液相Ｌとが多孔質体Ｐを挟んで一種の平衡状態にあり、見掛け上液相Ｌ側に気泡の発生が認められない相状態において、第１の本件現象が起こる１９０Ｈｚから１９８Ｈｚの周波数の音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐに向けて供給したときに液相Ｌ側に発生する気泡の発生量を、観測Ａの結果として、図２２に示す。観測Ａに引き続き、第２の本件現象が起こる１９０Ｈｚから１９８Ｈｚの周波数の音波Ｓを供給したときの液相Ｌ側に発生する気泡の大きさを、観測Ｂとして計測した。尚、同一の孔径４０ミクロンでの音波を供給しない場合の気泡径は、表６に示した通り６５５ミクロンである。一方、観測Bの結果を図２３に示すが、観測Ｂの全ての周波数において、気泡径は全て６５５ミクロンを下回って微細化されており、第2の本件現象が観測されている。この図２２及び図２３における観測Ａ及び観測Ｂの結果から分かるように、第１の本件現象と第２の本件現象のそれぞれが観測される音波Ｓの周波数の範囲においては、第１の本件現象に引き続き第２の本件現象が起こっている可能性がある。
【０１０８】
２．４ 本件現象のまとめ
第１及び第２の本件現象に細分化されるものの、総括すると、本件現象は、次に掲げる特徴を有する。
（イ）本件現象は、気相Ｇと液相Ｌとが多孔質体Ｐを介して存在する系において、音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐに供給することにより、気相Ｇと液相Ｌとの当初の相状態から別の相状態へ変化する現象である。
（ロ）本件現象は、気相Ｇでは液相Ｌ側に向けて気体が移動し、液相Ｌでは気相Ｇ側から気体が移動して気泡が発生する現象として具体的に認識しでき、音波Ｓによる液相Ｌに対する気相Ｇの相対圧力の増加、又は、その増加分に相当する気相Ｇと液相Ｌとの間のエネルギー障壁の低減としても理解することができる。このエネルギー障壁の低減は、気相Ｇ中の気体が液相Ｌ側に移動する際に多孔質体Ｐを通過する際に生じる圧力損失をより少なくすることができることも意味している。
（ハ）本件現象には、音波Ｓの周波数や音量への依存性が認められる。即ち、（ａ）本件現象が起こるのに適した音波Ｓの周波数の範囲があり、（ｂ）本件現象が起こる音波Ｓの周波数の範囲内にあっても、供給する周波数によって発生する気泡の大きさや発生量が変わり、（ｃ）本件現象は、音波Ｓの音量が大きいほど起こりやすく、定量的にも顕著に起こる。
（ニ）本件現象が起こるのに適した音波Ｓの周波数の範囲は、多孔質体Ｐの固有因子の組み合わせによって変動する。従って、固有因子の組み合わせが異なる複数の多孔質体Ｐに対して同一の音波Ｓを供給すると、当該複数の多孔質体Ｐは、本件現象が起こるものと起こらないものとに区別され、しかも当該音波Ｓの周波数を変更することにより、本件現象が起こるものと起こらないものとを変更することができる。
（ホ）その現象には多孔質体Ｐでの圧力への依存性が認められる。即ち、（ａ）その現象が起こるのに適した圧力の範囲があり、（ｂ）その現象が起こる音波Ｓの周波数の範囲内にあっても、多孔質体での圧力によって、その程度、範囲は変動する。
【０１０９】
２．５ 本件現象の適用・応用
上記のような特徴を有する本件現象は、次のような具体的な技術的有用性を有している。
（イ）液相Ｌと気相Ｇとが多孔質体Ｐを挟んで並存している系において、多孔質体Ｐに対してその気相Ｇを媒体として音波Ｓを供給するという非常に簡便な手段により、より少ないエネルギー消費で、相状態を変化させることができ、特に、物質移動や物質移動の程度の変更を実現できる。ここで物質移動の程度とは、例えば、液相Ｌ側に発生する気泡の有無、大きさ、量を意味する。
（ロ）液相Ｌと気相Ｇとが多孔質体Ｐを挟んで並存している系において、多孔質体Ｐに対してその気相Ｇを媒体として音波Ｓを供給する際に、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数若しくは周波数の範囲を変更するという非常に簡単な手段により、より少ないエネルギー消費で、相状態の切り替えを実現でき、特に、相状態の変化を引き起こしたり、停止したりすることができ、又、相状態の変化の程度を選択することができる。その際、音波Ｓの音量を選択することによっても、相状態の変化の程度を選択することができる。
（ハ）固有因子の組み合わせが異なる複数の多孔質体Ｐに対して音波Ｓを供給する際に、その音波Ｓの周波数を変更するという非常に簡単な手段により、より少ないエネルギー消費で、本件現象が起こる多孔質体と、起こらない多孔質体とを選択又は変更することができる。
【０１１０】
３．本発明の実施例
上記のような具体的な技術的有用性を有する本件現象を用いれば、次のような分野へ適用又は応用が可能となる。この適用又は応用の具体例を、本発明の実施の形態として以下に説明する。但し、本発明は、当該実施の形態のみに限定されない。
【０１１１】
３．１ マイクロバブル発生装置（その１）
図６は、本発明を液相への気相吹込みに適用した実施例の説明図である。本装置は、空気を昇圧する気体吹込み装置、吹き込み装置と多孔質体を接続する配管、音波を供給するスピーカを備えた容器、容器と配管を接続する同圧配管、液体中へ気泡を吹出す多孔質体とを備えている。スピーカで発生する音波を効率的に気相に付与するため、スピーカ後方に供給気体の配管を接続し、スピーカ前後での圧力差を生じないように設置する必要がある。
【０１１２】
ここで示した多孔質体は、円板形状であり、材質はポリプロピレン製、平均孔径は約２００〜３００ミクロンである。
【０１１３】
気体吹込み装置により昇圧された気体は、スピーカで音波を供給され、配管により連結された多孔質体を通して、液体中に放出される。音波は、正弦波として連続的に与えられる。
【０１１４】
この音波により、多孔質体から放出される気泡が微細化されるため、曝気槽内の下水の溶存酸素濃度が増加し、好気性微生物の活性が高まり、下水の浄化速度が向上する。例えば、本装置を用いて、水槽中の水へ空気を吹込み、この吹込み空気に周波数１２０Ｈｚの音波を付与した場合、水への酸素溶解速度を表す総括酸素移動容量係数は、付与しない場合に比べて、２１％増加した。その結果、同一の酸素溶解速度であれば、吹込み空気流量を２１％減少出来るため、気体吹込み動力を２１％削減し、運転コスト低減、省エネが可能となる。
【０１１５】
また、空気吹込み量の減少は、気体吹込み装置の小型化を可能とし、初期設備コストが低減される。あるいは、空気吹込み量を同一に保った場合、散気装置の設置数を２１％削減してもよい。いずれの場合も、初期設備コストが低減される。
【０１１６】
３．２ マイクロバブル発生装置（その２）
図２４は、本発明を液相への気相吹込みに適用した実施例の説明図である。本装置は、空気を昇圧する気体吹込み装置、吹き込み装置と多孔質体を接続する配管、音波を供給するスピーカを備えた容器、容器と配管を接続する同圧配管、液体中へ気泡を吹出す多孔質体とを備えている。ここでは、多孔質体は、表面に微細な孔を有する円板形状であり、材質はポリプロピレン製である。
【０１１７】
気体吹込み装置により昇圧された気体は、スピーカで音波を供給され、配管により連結された多孔質体を通して、液体中に放出される。
【０１１８】
この音波により、多孔質体から放出される気泡が微細化されるため、曝気槽内の下水の溶存酸素濃度が増加し、好気性微生物の活性が高まり、下水の浄化速度が向上する。
【０１１９】
更に、図２４の実施例では、多孔質体を気体の放出方向に対して鉛直に振動を付与することにより、気体内部圧力が水の表面張力に抗して気泡となって放出される前に、気液界面でのせん断力により、気泡となり、放出されるため、より微細化される。そのため、気液接触面積を増加させ、同一の溶解効率であれば、吹込み空気流量を低減することが可能となり、運転動力、コストを削減する。
【０１２０】
また、同一の空気吹込み量で溶存酸素濃度が増加するため、気体吹込み装置の小型化あるいは多孔質体設置個数の減少が可能となり、初期設備コストが低減される。
【０１２１】
３．３ マイクロバブル発生装置（その３）
図２５は、本発明を液相への気相吹込みに適用した実施例の説明図である。本装置は、空気を昇圧する気体吹込み装置、吹き込み装置と多孔質体を接続する配管、音波を供給するスピーカを備えた容器、容器と配管を接続する同圧配管、液体中へ気泡を吹出す多孔質体とを備えている。スピーカで発生する音波を効率的に気相に付与するため、スピーカ後方に供給気体の配管を接続し、スピーカ前後での圧力差を生じないように設置する必要がある。
【０１２２】
また、吹き込み装置と多孔質体を接続する配管に分岐を設けることにより、音波を印可するスピーカ1つに対し、複数の多孔質体を有している。そして、これらの多孔質体の孔径を例えば、２０、４０、７５、１５０ミクロンとして設置する。
【０１２３】
気体吹込み装置により昇圧された気体は、スピーカで音波を供給され、配管により連結された多孔質体を通して、液体中に放出される。音波は、正弦波として連続的に与えられる。
【０１２４】
例えば、周波数５０Ｈｚの音波を供給すると、孔径７５ミクロンの多孔質体のみから気泡が発生する。また、周波数６２Ｈｚの音波を供給すると、孔径４０ミクロンの多孔質体のみから気泡が発生する。更に、周波数１９４Ｈｚの音波を印可すると、孔径２０ミクロン、孔径４０ミクロン及び孔径７５ミクロンの多孔質体から気泡が発生する。このように、印可する音波の周波数を変える事により、選択的に気泡を発生する多孔質体を変更することが可能となる。
【０１２５】
また、発生する周波数は、信号発生器等により、容易に重ね合わせて供給することが可能であるため、単一の周波数のみ供給して制御するだけでなく、復数の周波数を重ね合わせて制御する事が可能である。
【０１２６】
これを用いる事により、以下の制御が容易に実施可能となる。
（イ）処理量に応じて、気泡を発生する多孔質体の数を変更する制御
（ロ）槽を多孔質体と同様に区切り、気泡を発生する槽あるいは区域を制御
（ハ）多孔質体出口に更に、配管を設置し、多孔質体を通過する気体を制御
水中に漏洩の恐れのある弁等を設置することなく、電源ケーブル、信号ケーブルの設置も不要であるため、低コストで吹込み気体の制御システムを構築可能であり、初期設備コスト及び運転コストも低減される。
【０１２７】
３．４ マイクロバブル発生装置の応用例
３．４．１ 下水処理場曝気槽での実施例
図２６は、本発明を下水処理場曝気槽に適用した実施例の説明図である。本装置は、空気を昇圧する気体吹込み装置、吹き込み装置とタンクを接続する配管、音波を供給するスピーカーを備えたタンク、タンクと複数の多孔質体を接続する配管系、液体中へ気泡を吹出す多孔質体とを備えている。ここでは、多孔質体は、表面に微細な孔を有する円筒形状であり、材質はポリプロピレン製である。
【０１２８】
気体吹込み装置により昇圧された気体は、スピーカーを備えたタンク内で音波を供給され、配管により連結された多孔質体を通して、液体中に放出される。この例では、音波を供給された空気は、配管分岐により分岐され、複数の多孔質体から水中に放出される。
【０１２９】
この音波により、多孔質体から放出される気泡が微細化されるため、曝気槽内の下水の溶存酸素濃度が増加し、好気性微生物の活性が高まり、下水の浄化速度が向上する。図２５の実施例では、吹き込み気体に周波数６３ＭＨｚ、１０５Ｗの音波を供給することにより、気泡を微細化し、気液接触面積を５％増加させる。これは、運転コストの５％削減に相当する。更に、音波の出力を上げることにより、運転コストを低減することが可能である。
【０１３０】
また、同一の空気吹込み量で溶存酸素濃度が増加するため、気体吹込み装置の小型化あるいは多孔質体設置個数の減少が可能となり、初期設備コストが低減される。
【０１３１】
図２６の実施例のように、配管経路に曲管、分岐管が存在しても、供給する音波の周波数が低いため、曲管、分岐管での音波の減衰は非常に小さく、効率良く気泡の微細化が可能となる。
【０１３２】
図２６の実施例では、１箇所のタンクで音波を供給しているが、これは、小さなスピーカーを分岐後の配管に複数配置してもよい。
【０１３３】
３．４．２ 化学反応器
図２７は、本発明を化学反応器に適用した実施例の説明図である。本装置は、空気を昇圧する気体吹込み装置、吹込み装置とタンクを接続する配管、内部に液を含み、音波を供給するスピーカと気体を吹込む多孔質体を備えた反応器とを備えている。ここでは、多孔質体は、表面に微細な孔を有し、材質はステンレス製である。
【０１３４】
化学プラントにおいては、気液の接触による反応プロセスでは、上図に示すような反応器が多数使用されている。これらの反応器では、反応器内の液体に気体を吹込み、気液を接触させて、液相への気相の溶解あるいは化学反応を促進させている。従って、吹込む気体の気泡径を小さくすることで、同一の吹込み量で、気液の接触面積が大きくなり、溶解効率あるいは反応効率を増大する。従来は、吹込み気体の気泡径を微細化するために、液相へ気泡を吹き込む多孔質体の孔径を微細化していたが、これは、多孔質体の通気抵抗を増大させ、気相を吹込むコンプレッサあるいはブロアの消費動力を増大させ、引いては運転コストの増大を招いていた。
【０１３５】
図２７に示すように、吹き込み気体に音波を供給することにより、気泡を微細化し、気液接触面積を増加させることが可能である。そのため、同一の溶解効率であれば、吹込み空気流量を低減することが可能となり、運転動力、コストを削減する。
【０１３６】
３．４．３ 湖沼の浄化装置
図２８は、本発明を湖沼の浄化に適用した実施例の説明図である。本装置は、空気を昇圧する気体吹込み装置、吹込み装置とタンクを接続する配管、音波を供給するスピーカーと湖沼へ空気を吹込む多孔質体を備えている。ここでは、多孔質体は、表面に微細な孔を有し、材質はポリプロピレン製である。
【０１３７】
湖沼など水の出入りが少ない水系では、湖底にアオコ、ヘドロ等が堆積し、水の濁りや悪臭を放つ等の汚染が生ずる。これを防ぐために、湖沼内に微細気泡を吹込み、湖底のアオコ、ヘドロを気泡に付着し、アオコ、ヘドロを水面に浮上、堆積物の拡散を促し、光合成によるアオコの分解を促進させる。また、溶存酸素濃度の増加により、好気性微生物の活性が高まり、ヘドロなどの有機物の分解が促進される。これらの浄化効果を促進するには、気泡径を微細化することにより、気液の接触面積を増加する必要があるが、そのために気泡を発生する多孔質体の孔径を微細化することは、空気の通気抵抗を増大させるため、運転に消費するエネルギーが増大する。
【０１３８】
図２８に示すように、吹き込み気体に音波を供給することにより、気泡を微細化し、気液接触面積を増加させることが可能である。そのため、同一の溶解効率であれば、吹込み空気流量を低減することが可能となり、運転動力、コストを削減する。
【０１３９】
３．４．４ 汚染土壌の浄化装置
図２９は、本発明を油等で汚染した土壌を浄化する装置に、適用した例である。液を満たした槽内に汚染土壌を入れ、微細化した気泡を槽内に吹き込む。気泡が、汚染土壌を通過する際に、土壌中の油分を含み、槽内を浮上し、水面に達する。したがって、水面に油分が集まり、これを回収することにより、土壌中の油分等汚染物質を分離回収可能である。
【０１４０】
図２９に示すように、吹き込み気体に音波を供給することにより、気泡を微細化し、気液接触面積を増加させることが可能である。そのため、同一の気液接触面積であれば、吹込み空気流量を低減することが可能となり、運転動力、コストを削減する。
【符号の説明】
【０１４１】
５０１ 気体ｇを収容し、隔壁をもって気体ｇの周囲へ離散することを防止する配管
５０２ 液体ｌを収容し、隔壁をもって気体ｌの周囲へ離散することを防止する容器
５０１Ａ 配管５０１の先端
５０３ ノズル部
５０１Ｂ 配管５０１の他端
５０４ 発音器
５０１Ｄ バイパス配管
５０１Ｃ 分岐管
５０５ 粒度分布計
５０５Ａ 粒度分布計のプローブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相と気相との間の状態を変化させる技術に関し、詳しくは、液相と気相との間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給することにより、両相間の状態を変化させる技術、特に、液相側への気泡の発生、液相側に発生している気泡の微細化及びその発生や微細化の制御又は調整を可能にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに隣接する液相と気相との間の相状態の遷移により、例えば、気相から液相への物質移動又はその物質移動状態の変化により、液相中に気泡を発生させたり、液相中に発生する気泡の大きさを変化させたりすることができる。この現象を利用すれば、液相の攪拌効率の向上、洗浄効果の向上、気体と液体との接触面積の増加、液相への気体の吸収効果の向上、化学反応の促進、目詰まり現象の抑制・防止、船舶の摩擦抵抗の低減に代表される有用な効果が期待できるので、この相状態の遷移に関連する技術はこれまで種々案出され、化学工業、醗酵工業、鉄鋼分野、船舶分野、汚水処理、汚泥処理、屎尿処理等の水処理分野、燃焼機器分野、洗濯機、皿洗い機、浴槽等の身近な家電機器の分野等、種々の産
業分野において広く使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている汚水処理槽はその典型例である。この処理槽では、小さな孔を多数形成した素材を介して気体を槽の下部から供給することによりその気体を微細気泡として槽内に送り込み、これにより槽の上部から引出される水量の脈動を低減している。
【０００４】
しかし、複数又は多数の孔を備える部材を用いて微小気泡を発生させる場合には、気体の圧力損失が大きくなるため、気体を液相中に供給するためのポンプその他の設備が大型化し、設備コストや運転コストが増加し、しかも効率が悪いという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、環状の薄膜状に液相中に噴出した気体を超音波で粉砕して微小気泡に変換する技術（特許文献２参照）が開発されている。又、溶融金属にガスを吹き込む場合、多孔質煉瓦を介してガスを気泡に変換するとガス圧損が大きくなるので高圧ガス設備が必要になる。この問題を解決するために、溶融金属に向けて開口するガス配管に所謂ハルトマン発音器を設け、ガス流れを効率良く粗密波に変換して、ガス配管から溶融金属に向けて噴出する気泡を微細化する技術（特許文献３参照）が開発されている。
【０００６】
特許文献２及び特許文献３に開示されているような技術（以下まとめて「従来技術Ａ」という。）は、複数又は多数の孔を備える部材を採用しておらず、それ故、当該部材を通過させることにより気相中の気体を気泡に変換し、これを別相に移動させる技術的思想とは無縁であるという点で共通している。
【０００７】
これに対して、気体を液相中に供給するためのポンプその他の設備が大型化を回避しながら、複数又は多数の孔を備える部材を用いて気泡を効率良く発生させる技術も開発されている。
【０００８】
例えば、特許文献４には、ポンプにより圧力をかけられた気体を液体中に放出する複数孔を備えるノズルに対して超音波振動を与え、このノズルから極めて微小な気泡を発生させることにより、気体と液体の接触面積を増大させることにより、気体を液体によって洗気する洗気装置が開示されている。特許文献５には、空気吹出部を箱型やパイプ状にし、微細な孔を多数空けたものや、スポンジ状ブロックに空気を送り込むことで水中に気泡を発生させると同時に水中に超音波を照射して、この超音波によるキャビテーション効果と化学変化の増進効果を利用して、気泡注の空気に含まれる臭いや煙の成分を水中に溶解させることで空気の浄化を行う空気清浄方法が開示されている。特許文献６には、２ｍｍ以下の小さい網目の金網或いは多数の小孔のある孔あき板からなる気泡分割板を備え、水流中に吸引した気体を高速回転のインペラで粉砕し、更にこの気泡分割板の小孔と水流との摩擦力やせん断力によりほぼ一定のサイズの微細気泡にしてから、この小孔から外部の水中に放出する気泡発生装置が開示されている。
【０００９】
又、特許文献７には、ポンプにより圧力をかけられた気体を散気管から液相中に放出して気泡を形成させる際に、液相を介して超音波を照射してその気泡をキャビテーション効果により超微細化して気泡と液体との接触面積を増加させ、液相への気体吸収効果を向上させる方法が開示されている。この方法で使用される散気管のヘッド部分は、多数の孔を有しているのが普通である。又、この方法で使用される超音波は１６ｋＨｚ以上であり、超音波は減衰し易いので、散気管と超音波発信装置との距離は、例えば３〜５ｍｍの気泡を形成する散気管の場合には１０〜１００ｍｍと非常に近接している。
【００１０】
上記の特許文献８、特許文献９、特許文献１０及び特許文献１１の文献に開示されているような技術（以下まとめて「従来技術Ｂ」という。）は、複数又は多数の孔を備える部
材を介して互いに隣接する液相と気相において、当該部材を通過させることにより気体を気泡に変換し、これを液相に移動させるという点、並びに液相を媒体として音波又は超音波を当該部材又は発生した気泡に対して供給することにより、その気泡を微細化するという点で共通している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平６−１３４４８０号公報
【特許文献２】特開昭６３−４２７２４号公報
【特許文献３】特開平４−３２５６１９号公報
【特許文献４】特開昭５７−１７１４１４号公報
【特許文献５】特開平３−２８８５１８号公報
【特許文献６】特開昭５２−５１７８６号公報
【特許文献７】特公平６−７９０９号公報
【特許文献８】特開昭５７−１７１４１４号公報
【特許文献９】特開平３−２８８５１８号公報
【特許文献１０】特開昭５２−５１７８６号公報
【特許文献１１】特公平６−７９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
複数又は多数の孔を備える部材を用いると、液相中に気体を供給するため設備が大型化し、設備コストや運転コストが増加し、効率も低下するという問題は、従来技術Ａにおいて指摘又は示唆されている通りである。しかし、当該部材を介して互いに隣接する液相と気相において、例えば液相中に気泡を発生させる技術や、液相中に発生している気泡を微細化させるような両相間の状態遷移を可能にする技術の有用性は、過去においても、現在においても変わるものではなく、将来も同様であろう。両相間の相状態の遷移を可能にする簡便で、安価で、有用性の高い技術は常に求められており、これを如何にして実現するかが問題なのである。本発明は、従来技術Ｂとは異なるアプローチにより、これを実現する。
【００１３】
かくして本発明の目的は、複数又は多数の孔を備える部材を介して互いに隣接する液相と気相において、その気相を媒体として音波を供給することにより、両相間の状態を変化させることができる技術、特に、液相側への気泡の発生、液相側に発生している気泡の微細化及びその発生、微細化、流量、生成動力の制御又は調整を可能にする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明に係る第１の形態は、音波の供給がない状態で、多孔質体を挟んで気相側から液相側に気泡が発生している動的状態において、液相と気相との間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給することにより、液相側に発生している気泡の発生量を調整することを特徴とする音波による気泡発生方法に関する。
【００１５】
本発明に係る第２の形態は、上記第１の形態において、液相と気相との間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給することにより、さらに、液相側に発生している気泡の大きさを調整することを特徴とする音波による気泡発生方法に関する。
【００１６】
本発明に係る第３の形態は、上記第１または第２の形態において、液相と気相との間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給するに当たり、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更することにより、液相側に発生している気泡の発生状態を調整することを特徴とする音波による気泡発生方法に関する。
【００１７】
本発明に係る第４の形態は、第１乃至第３の何れかの形態において、気相を内包する屈曲配管又は分岐管の一方出口の側に配置する多孔質体に対して、他方出口から音波を供給する音波による処理方法に関する。
【００１８】
本発明に係る第５の形態は、第１乃至第４の何れかの形態において、多孔質体に対して供給される音波が、その多孔質体の形態に固有の周波数又は周波数の範囲を有する音波による処理方法に関する。
【００１９】
本発明に係る第６の形態は、第１乃至第５の何れかの形態において、音波の周波数が２０ｋＨｚ未満である音波による処理方法に関する。
【００２０】
本発明に係る第７の形態は、液相と気相との間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給するに当たり、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更することにより、両相間の状態を切り替える方法に関する。
【００２１】
本発明に係る第８の形態は、液相と気相との間に配置する複数個の多孔質体のそれぞれに対してその気相を媒体として音波を供給するに当たり、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更することにより、ぞれぞれの多孔質体から液相に向けて気泡を発生させる、又は、前記多孔質体から液相に向けて発生していた気泡の大きさを変化させる気泡発生方法に関する。
【００２２】
本発明に係る第９の形態は、液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体と、第２の隔室内の気相を媒体として前記多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波発生装置とを備え、音波の供給がない状態で、多孔質体を挟んで第２の隔室内の気相側から第１の隔室内の液相側に気泡が発生している動的状態にある場合において、前記音波発生装置が音波を発生させることにより、前記第１の隔室内の液相側に発生している気泡の発生量を調整することを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００２３】
本発明に係る第１０の形態は、上記第９の形態において、音波発生装置が音波を発生させることにより、さらに、前記第１の隔室内の液相側に発生している気泡の大きさを調整
することを特徴とする請求項４に記載の気泡発生装置に関する。
【００２４】
本発明に係る第１１の形態は、上記第９または第１０の形態において、音波発生装置が、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更することにより、第１の隔室内の液相側に発生している気泡の発生状態を調整することを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００２５】
本発明に係る第１２の形態は、第１１の形態において、多孔質体と音波発生装置との間に配置し、第２の隔室と接続する屈曲配管又は分岐管を備える気泡発生装置に関する。
【００２６】
本発明に係る第１３の形態は、第１１又は第１２の形態において、多孔質体に対して供給される音波が、その多孔質体の形態に固有の周波数又は周波数の範囲を有する気泡発生装置に関する。
【００２７】
本発明に係る第１４の形態は、第１１乃至第１３の何れかの形態において、音波の周波数が２０ｋＨｚ未満である気泡発生装置に関する。
【００２８】
本発明に係る第１５の形態は、気相と液相との間に配置する多孔質体を通じて気相の側から液相の側に気体を移動させ、液相の側に気泡を発生させる気泡発生方法であって、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波を供給することにより気泡を発生させるために必要な気相の圧力を相対的に低減することを特徴とする気泡発生方法に関する。
【００２９】
本発明に係る第１６の形態は、気相と液相との間に配置する多孔質体を通じて前記気相の側から前記液相の側に気体が移動することにより前記液相の側に気泡を発生させる気泡発生方法であって、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波を供給することにより前記気泡の発生量又は大きさを調整することを特徴とする気泡発生方法に関する。。
【００３０】
本発明に係る第１７の形態は、気相と液相との間に配置する多孔質体を通じて気相の側から液相の側に気体を移動させ、液相の側に気泡を発生させる気泡発生方法であって、孔径が異なる複数の多孔質体に各多孔質体に接する気相を媒体として音波を供給する際、当該音波の周波数を変えることにより選択的に、特定の多孔質体から気泡を発生させることを特徴とする気泡発生方法に関する。
【００３１】
本発明に係る第１８の形態は、第１５乃至第１７のいずれかの形態において、前記音波発生装置と第２の隔室との間を連通する配管内の気体を媒体として、前記多孔質体に接する気相に音波を伝達することを特徴とする気泡発生方法に関する。
【００３２】
本発明に係る第１９の形態は、第２０の形態において、前記配管が、曲部又は枝分かれした部分を備えることを特徴とする気泡発生方法に関する。
【００３３】
本発明に係る第２０の形態は、第１５乃至第１９のいずれかの形態において、前記音波が、０Ｈｚよりも大きく２０００Ｈｚ以下の周波数の音波であることを特徴とする気泡発生方法に関する。
【００３４】
本発明に係る第２１の形態は、第１５乃至第２０のいずれかの形態において、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波を供給するに当たり、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更することにより、前記気泡の発生量又は大きさを調整することを特徴とする気泡発生方法に関する。
【００３５】
本発明に係る第２２の形態は、液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体と、第２の隔室内の気相を媒体として前記多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波発生装置とを備える気泡発生装置であって、前記多孔質体を通じて第２の隔室内の気相の側から気体が移動し、第１の隔室内の液相の側に気泡を発生させるために必要な圧力が、前記音波発生装置により音波を発生させることにより相対的に低減されることを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００３６】
本発明に係る第２３の形態は、液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体と、第２の隔室内の気相を媒体として前記多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波発生装置とを備える気泡発生装置であって、前記音波発生装置により音波を発生させることにより、前記多孔質体を通じて第１の隔室内の液相の側に発生する気泡の発生量又は大きさが調整されることを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００３７】
本発明に係る第２４の形態は、液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体とを備え、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波が供給されることにより気泡が発生し得る気泡発生単位と、複数個の前記気泡発生単位と接続する配管と、該配管内の気体を媒体として各気泡発生単位の多孔質体に接する気相に伝達されることにより、その多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波生成部とを備える気泡発生装置であって、前記複数個の気泡発生単位の多孔質体は互いに孔径が異なり、前記音波生成部により各多孔質体に対して供給される音波の周波数が変わることにより、気泡が発生する気泡発生単位が選択可能であることを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００３８】
本発明に係る第２５の形態は、第２２乃至第２４のいずれかの形態において、前記配管が、曲部又は枝分かれした部分を備えることを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００３９】
本発明に係る第２６の形態は、第２２乃至第２５のいずれかの形態において、前記音波が、０Ｈｚよりも大きく２０００Ｈｚ以下の周波数の音波であることを特徴とする気泡発生装置に関する。
【００４０】
本発明に係る第２７の形態は、第２２乃至第２６のいずれかの形態において、前記音波発生装置が、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更する機能を有し、これにより、前記気泡の発生量又は大きさを調整されることを特徴とする気泡発生装置に関する。
【発明の効果】
【００４１】
本発明においては、液相と気相との間に配置する多孔質体に対してその気相を媒体として音波を供給して、液相と気相との間の平衡状態を崩して気泡を発生させる際に、音波の強弱の変更、音波の周波数の変更、又は音波周波数の範囲の変更、あるいはそれらの条件の組み合わせを行うことにより、気泡の発生量あるいは気泡の大きさを変化させることができる。このため、気泡の発生量、気泡の大きさ等を、簡便でかつ大動力を要しない方法で調整・制御することができる。
【００４２】
又、上記条件を所定の範囲に設定することにより、液相側に発生する気泡を一段と微細化することができるので、液体中に気体を溶解させることによって反応が進行する下水処理場の曝気槽、化学反応器、湖沼の浄化装置、汚染土壌の浄化装置などに適用すれば、それらの装置内における反応が効率よく進行し、それらの装置を小型化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の基礎となる現象が起こる基本系を示す図である。
【図２】音波の供給・停止に伴う相の遷移・回復を示す概念図である。
【図３】供給する音波の強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合わせの変更に伴う相の遷移、およびこれらを元に戻すことによる相の回復を示す概念図である。
【図４】供給する音波の強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合わせの変更により遷移した相に、これらの更なる変更を加えることにより更に相が遷移すること、およびこれらを元に戻すことにより相が回復を示す概念図である。
【図５】燃料電池の液相における相状態の変化を示す図である。
【図６】本発明の基礎となる現象を実測するための装置であり、かつ本発明を液相への気相吹込みに適用した実施例の説明図である。
【図７】孔径２０μｍの多孔質体での供給音波の周波数と気泡発生が観測された気相圧力の関係を示す図である。
【図８】孔径４０μｍの多孔質体での供給音波の周波数と気泡発生が観測された気相圧力の関係を示す図である。
【図９】孔径７５μｍの多孔質体での供給音波の周波数と気泡発生が観測された気相圧力の関係を示す図である。
【図１０】散気板での音波供給による溶存酸素濃度の変化を示す図である。
【図１１】孔径４０ミクロンの多孔質体での音波の周波数による気相から液相への気体流量（気泡発生量）の変化を示す図である。
【図１２】孔径４０ミクロンの多孔質体での周波数１９４Ｈｚ周辺における気泡発生状況を示す図である。
【図１３】音波強度と気相から液相への気体流量（気泡発生量）の関係を示す図である。
【図１４】微細孔径２０ミクロン、音波周波数２９４Ｈｚにおける気泡径の変化を示す図である。
【図１５】微細孔径４０ミクロン、音波周波数１９４Ｈｚにおける気泡径の変化を示す図である。
【図１６】微細孔径４０ミクロン、音波周波数１９４Ｈｚにおける音波出力強度の変化に対する気泡径の影響を示す図である。
【図１７】材質の変化による比表面積の変化を示す図である。
【図１８】多孔質体での圧力の違いによる平均気泡径の変化（孔径７５ミクロン、周波数１９０Ｈｚの場合）を示す図である。
【図１９】多孔質体での圧力の違いによる平均気泡径の変化（孔径７５ミクロン、周波数１９４Ｈｚの場合）を示す図である。
【図２０】多孔質体での圧力の違いによる平均気泡径の変化（孔径７５ミクロン、周波数２００Ｈｚの場合）を示す図である。
【図２１】多孔質体での圧力の違いによる平均気泡径の変化（孔径７５ミクロン、周波数２２０Ｈｚの場合）を示す図である。
【図２２】微細孔径４０ミクロン、音波周波数１９４Ｈｚ周辺における気相から液相への気体流量の変化を示す図である。
【図２３】微細孔径４０ミクロン、音波周波数１９４Ｈｚ周辺における気泡径の変化を示す図である。
【図２４】本発明を液相への気相吹込みに適用したマイクロバブル発生装置の一例を示す図である。
【図２５】本発明を液相への気相吹込みに適用したマイクロバブル発生装置の他の例を示す図である。
【図２６】本発明を下水処理場の曝気槽に適用した実施例の説明図である。
【図２７】本発明を化学反応器に適用した実施例の説明図である。
【図２８】本発明を本湖沼の浄化に適用した実施例の説明図である。
【図２９】本発明を汚染土壌の浄化装置に適用した実施例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
１．本発明に係る用語の定義
まず、本発明に関連する用語の定義を行う。「気相」とは、音波発生源から多孔質体までの空間を、実質的に、音響的に接続する気体その他の物質の集合体が形成する領域を意味する。ここで「音響的に接続する」とは、音波発生源から伝播する音波の本発明における作用効果を多孔質体まで到達させることができることの意である。従って、音波発生源から多孔質体まで到達する空間が直線状である必要はなく、一部又は全部が曲線状であっても構わないし、音波発生源から多孔質体までの空間の一部を占有する障害物が存在していても、音波発生源から多孔質体までの空間を音響的に接続するものである限り、本発明における気相である。又、本発明における気相は、音波発生源から多孔質体までの空間を音響的に接続する限り、それを構成する物質の種類、組成成分、組成成分の存在比率等、当該空間内の温度、圧力（組成成分の各分圧を含む。）、湿度等、当該空間を構成する配管、隔室、隔壁等の材質、形状、厚さ等は一切問わない。尚、本発明のある形態では、気体の泡又は気泡の発生が必須要件になっているので、気相は気体の集合体である必要がある。しかし、その場合であっても、当該形態に係る気相から、液体や固体が混合又は分散している気体の集合体が除外されるものと解釈されてはならない。
【００４５】
又、「液相」とは、物性的に気相と区別される相であり、水、油、溶融物、電解質その他の物質の集合体が形成する領域を意味する。従って、例えば排水中の懸濁物質、コロイド物質、油状物質等やこれを少なくとも１種類含む汚泥水のような固体と液体とが互いに混合又は分散した物質（スラリー状物質を含む。）、或いは既に気体を内部に分散又は溶解している物質、或いは溶融金属、ゲルも、本発明における液相たり得る。ここで言う液相とは、一様に広がった集合状態のみでなく、多孔質体等に担持された状態も含む。更に、本発明における液相は、気相と区別し得る限り、それを構成する物質の種類、組成成分、組成成分の存在比率等、温度、圧力（組成成分の各分圧を含む。）、湿度等は一切問わない。液相の存在を空間的に画するために配管、隔室、隔壁等が使用される場合、その配管、隔室、隔壁等の材質、形状、厚さ等により、本発明における液相の意味が制限されることはない。但し、本発明のある形態では、液相への気体の泡又は気泡の発生が必須要件になっているので、その限りにおいて、液相は気体の泡又は気泡を生成するに足る性質を有するものでなければならない。しかし、その場合であっても、気体や固体が混合又は分散している物質の集合体が本発明における気相と物性的に区別できる限り、当該形態に係る液相から、かかる物質の集合体が除外されるものと解釈されてはならない。
【００４６】
液相と気相との間の「相状態の変化」とは、着目する相における、圧力、温度、溶存物質の濃度、物質の密度、移動速度又は移動量、その他、当該相に関連付けられた指標となり得るパラメータが変化することを意味する。例えば、次に掲げる場合が相状態の変化の具体例である。
（１）当初、気相と液相とが平衡状態にあり、その後、その平衡が崩れて非平衡状態又は更に非平衡の度合いを高めた状態になる場合。
（２）当初、気相と液相とが非平衡状態にあるとき、その後、平衡状態になる場合。
（３）当初、気相と液相とが非常に高い非平衡の度合いにあり、その後、その非平衡の度合いが緩和された非平衡状態になる場合。
（４）当初、気相から液相に気体が移動して液相中に気泡が発生している状態にあり、その後、その気泡の発生が停止したり、発生している気泡の大きさが変化したり、気泡を発生させるに必要な気相側の圧力が低減若しくは増加したりする場合。
（５）当初、気相から液相に気体が移動しておらず液相中に気泡が発生していない状態にあり、その後、その気泡が発生したり、発生している気泡の大きさが変化したり、気泡を発生させるに必要な気相側の圧力が低減若しくは増加したりする場合。
（６）当初、気相から液相に気体が移動しておらず液相中に気泡が発生していない状態にあり、その後、液相で反応などにより発生した気泡が気相に移動したりする場合。例えば、図５に示すような燃料電池で、気相である空気中の酸素が、液相である電解質中の水素イオン（Ｈ＋）と反応し、水蒸気（Ｈ2Ｏ）を生成すような場合である。
【００４７】
尤も、「相状態の変化」は、直接肉眼で確認できると否とを問わず、結果として変化していれば足り、又は間接的な方法により変化が実質的に確認できれば足りる。例えば、化学反応系において、反応前の状態から反応途中の状態、更には反応後の状態への「相状態の変化」は、肉眼で確認できるとは限らない。中間反応生成物や最終反応生成物の存否や量により化学反応の進行を知ることができるのであり、このような場合には肉眼で確認できなくとも最終反応生成物により結果として又は中間反応生成物により間接的に若しくは結果として「相状態の変化」が確認できる。
【００４８】
例えば、液相Ｌと気相Ｇとのバランスにより、液相Ｌから気相Ｇの方向に、又は、液相Ｌから気相Ｇの方向に、液体が移動し、又は、気体が移動するという「動的状態」を設定できる。そのバランス如何によっては、いずれの方向にも実質的に又は見掛け上気体又は液体が移動しないような「静的状態」も設定できる。本発明における「相状態の変化」とは、当初、静的状態にある相が、動的状態になる場合と別の静的状態になる場合のいずれも含み、加えて、当初、動的状態にある相が、静的状態になる場合と別の動的状態になる場合のいずれも含む。尚、以下の説明においては「相状態の変化」を、文脈上、単に「状態の変化」と記載することがある。
【００４９】
「（相）状態を切り替えること」とは、「相状態の変化」を執り行うこと、即ち、従前又は当初の状態から従後又は当初とは別の状態に着目する相を変化させることを意味する。
【００５０】
「多孔質体」とは、限定する意図なく具体的に説明するならば、複数又は多数の孔を備える部材のことである。簡単な例は、規則的に又は不規則に複数個の孔を設けた平板状、円筒状の構造体であり、散気板、散気筒がその代表である。「多孔質体」は、一又は二以上の部材から構成され、孔又は孔とみなせる隙間の連結路（以下「疑似孔」という。）を多数備える構造体として、より正確に定義でき、その構造体を構成する個々の部材としては、上記の平板材の他、ブロック状、ボール状、小片状、ナゲット状等と種々の形態がある。複数個の孔又は疑似孔が存在することが「多孔質体」であることの最低条件であり、本発明の目的、作用・効果を奏するものは、部材の形態や集合の仕方、孔や疑似孔の形態の如何を問わず、本発明における「多孔質体」の概念から一切排除されない。
【００５１】
例えば、ハニカム状部材やコルゲート状部材は、それ自体に多数の孔が形成されており、一個であっても２個以上であっても、本発明における「多孔質体」足り得る。孔は、その長手方向では通常直線状に貫通しており、その断面は、殆どの場合一定であり、例えば四角、三角、六角形、多角形、略半円、略正弦波乃至波形等の形をしている。ボール状部
材が複数個集合してなる「多孔質体」では、ボール部材間の隙間の空間連結により疑似孔が形成される。この場合の疑似孔は、通常直線状であるとは限らないし、その断面についても、ボール径、異なるボール径の組み合わせ、或いは異形状のボール状部材の混在のさせ方により、一定にはならない。更に、ボール状部材とハニカム状部材が混在してなる「多孔質体」では、ハニカム状部材が存在する領域では、孔は直線状かもしれないが、ボール状部材が存在する領域では、孔（擬似孔）は直線状とは言えない。小塊状のハニカム状部材が多数集合してできる「多孔質体」も、個々の部材に着目すると孔は直線状かもしれないが、部材間の隙間の空間的連結により非直線状の疑似孔が形成される。
【００５２】
２．本発明の基礎となる現象
次に、本発明の基礎となっている、新たに知得した現象（以下「本件現象」という。）について具体的データに基づき説明する。尚、この現象の原理やメカニズムについては、幾つかの推測は可能であるが、少なくとも本出願の時点では正確には確定できていない。
【００５３】
２．１ 本件現象が起こる基本系
先ず、本件現象が起こる基本系は、図１に示すように、液相Ｌと気相Ｇとが多孔質体Ｐを挟んで隣接しており、その気相Ｇを媒体として供給される音波Ｓにより構成される。音波Ｓを供給するためには、音波発生源が必要である。その音波発生源は、通常、例えば、スピーカその他の音波発信機、増幅装置、制御装置その他の装置で構成される。しかし、音波発生源やその詳細な構成は、本件現象を説明するためには不可欠とまでは言えないので、この図１には示していない。
【００５４】
図１に示す基本系において起こる本件現象を図２乃至図４を参照して説明する。気相Ｇを媒体として多孔質体Ｐに音波Ｓを供給すると、当初、状態Ｌ１にあった液相Ｌ（又は状態Ｇ１にあった気相Ｇ）は、状態Ｌ２の液相Ｌ（又は状態Ｇ２の気相Ｇ）に遷移し（Ｔ１２）、音波Ｓの供給を停止すると、状態Ｌ１の液相Ｌ（又は状態Ｇ１の気相Ｇ）に遷移又は回復する（Ｔ２１）。気相Ｇを媒体として多孔質体Ｐに供給する音波Ｓの強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合せを変更すると、当初、状態Ｌ３にあった液相Ｌ（又は状態Ｇ３にあった気相Ｇ）は、状態Ｌ４の液相Ｌ（状態Ｇ４の気相Ｇ）に遷移し（Ｔ３４）、その変更を停止し、変更前の音波Ｓの強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合せに戻すと、状態Ｌ３の液相Ｌ（又は状態Ｇ３の気相Ｇ）に遷移又は回復する（Ｔ４３）。気相Ｇを媒体として多孔質体Ｐに供給する音波Ｓの強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合せを変更すると、当初、状態Ｌ５にあった液相Ｌ（又は状態Ｇ５にあった気相Ｇ）は、状態Ｌ６の液相Ｌ（状態Ｇ６の気相Ｇ）に遷移し（Ｔ５８）、この変更を停止すると、元の状態に遷移又は回復するが（Ｔ６５）、音波Ｓの強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合せを更に変更すると、状態Ｌ６にあった液相Ｌ（又は状態Ｇ６にあった気相Ｇ）は、状態Ｌ７の液相Ｌ（状態Ｇ７の気相Ｇ）に遷移する（Ｔ６７）。この更なる変更を停止すると、状態Ｌ７の液相Ｌ（状態Ｇ７の気相Ｇ）から状態Ｌ６の液相Ｌ（状態Ｇ６の気相Ｇ）に遷移又は回復する（Ｔ７６）。従って、気相Ｇを媒体として多孔質体Ｐに供給する音波Ｓの有無、強弱、周波数、周波数の範囲又は周波数の組合せを変更すると、液相Ｌ及び／又は気相Ｇの相状態を変化させることができる。このことは、液相Ｌ及び／又は気相Ｇの状態又はその変化を音波Ｓにより制御できることをも意味している。
【００５５】
尚、以上の図１乃至図４の説明における相状態の変化は、液相Ｌ又は気相Ｇのみの変化であれば足り、従って、本件現象は両相の変化が同時に起こる場合に限定されない。
【００５６】
２．２ 本件現象を実測するための装置
本件現象が起こる基本系を図１で説明したが、この現象を実測するための装置は、大別して、液相部、気相部、多孔質体部、気体供給調整部、音波生成部の５個の基本部分から構成され、図６に示す通りである。
【００５７】
図６において、５０１は、気体ｇを収容し、隔壁をもって気体ｇの周囲へ離散することを防止する配管であり、この気体ｇが集合して気相Ｇを構成する。５０２は、液体ｌを収容し、隔壁をもって液体ｌの周囲へ離散することを防止する容器である。この液体ｌが集合して液相Ｌを構成する。配管５０１及び容器５０２は、それぞれ液相Ｌ及び気相Ｇを収容する隔室ともいえる。気体ｇから成る気相Ｇとこれを収容する隔室５０１、並びに、液体ｌから成る液相Ｌとこれを収容する隔室５０２を、それぞれ気相部及び液相部と定義する。
【００５８】
容器５０２内の配管５０１の先端５０１Ａには、多孔質体Ｐが組み込まれた部材（以下、便宜的に「ノズル部」という。）５０３が据え付けられており、ノズル部５０３が備える多孔質体Ｐは、気相Ｇを収容する隔室（配管５０１）と液相Ｌを収容する隔室（容器５０２）の間に配置し、これにより、多孔質体Ｐが液相Ｌと気相Ｇの中間に配置する系を構成する。
【００５９】
液相Ｌ中の気体ｌと気相Ｇ中の気体ｇとは多孔質体Ｐの孔の表面開口部若しくはその近傍、又はその内部において接触する。多孔質体Ｐが存在する領域のどの位置で液相Ｌと気相Ｇとの境界が形成されるかは、多孔質体Ｐが有する孔の形状、断面積、材質その他多孔質体Ｐ自体に関連する因子（以下「多孔質体Ｐの固有因子」という。）、各相の圧力、温度、密度、液相の表面張力その他各相に関連する因子によって変わる。従って、正確には、多孔質体Ｐが気相Ｇと液相Ｆとを物理的に分離している訳ではない。
【００６０】
本発明では、多孔質体Ｐが気相Ｇと液相Ｆとが厳密に分離しているかどうかはそれほど問題ではなく、多孔質体Ｐが存在する領域が液相部と気相部とが見掛け上を区別されていれば足りる。このような領域を多孔質体部と定義する。この結果、多孔質体部は主としてノズル部を意味することになるが、後述のように超音波振動装置をノズル部に設置して、多孔質体Ｐを振動させるような場合には、この超音波振動装置も多孔質体部を構成する。
【００６１】
配管５０１の一方の先端には、ノズル部５０３が据え付けられるが、他端５０１Ｂには気体ｇの供給とその調整を可能にする系（図示せず）が接続される。この系によれば、気体ｇの圧力、供給速度、供給量、成分・組成、温度その他の因子を設定、調整又は制御することにより、多孔質体Ｐに音波Ｓを供給する前後の相状態を観測する際に、外乱が入らないように観測条件を適正維持することができる。このような基本機能を有する系を、気体供給調整部と定義する。
【００６２】
配管５０１は、直管状であっても、両端５０１Ａ、５０１Ｂとの間に屈曲又は湾曲した部分を備えていても構わない。５０４は、配管５０１の両端の間に設置された発音機である。発音機５０４は、音波発生源であり、先述の通り、例えば、スピーカその他の音波発信機、増幅装置、周波数可変装置、制御装置その他の装置を通常の基本的ハードウエア構成とする。発音機５０４は、この図６では、配管５０１に非常に近い位置に据え付けられているが、音波Ｓを配管５０１内の気相Ｇに向けて発するとともに、その音波Ｓをノズル部５０３の多孔質体Ｐまで伝播させる音波発生源として機能する限り、どの位置に設置されていても構わない。例えば、所望の長さの音波供給管５０１Ａ（図示せず）の一端を配管５０１に接続し、その他端に発音機５０４を設置し、この音波供給管５０１Ａを介して配管５０１内部に向けて音波Ｓを発するように構成しても構わない。例えば、振動面を振動させて音波Ｓを生成する形式の音波発信機であり、その振動面の前面を配管５０１内の気相Ｇに向け、その背面を配管５０１により気相Ｇと離隔される外部雰囲気に向けている場合、配管５０１内の気相Ｇが外部雰囲気よりも高圧であると、振動面の振動が起こりにくくなり、この結果、音波発信機から音波Ｓを多孔質体Ｐにまで十分到達させることが困難になるという問題が生じる。この問題を解決するためには、配管５０１にバイパス配管
５０１Ｄを設けて、そのバイパス配管５０１Ｄの途中に振動面を配置し、その前面も背面も気相Ｇにして、振動面の前後の圧力差をなくすと良い。そのため、配管５０１に分岐管５０１Ｃを設け、スピーカ背面部に繋げ、５０１Ａへ繋がるバイパス配管５０１Ｄは、スピーカ前面に繋げればよい。この場合におけるバイパス配管５０１Ｄは、音波供給管５０１Ａに相当する。
【００６３】
音波発生源と、音波供給管その他の付帯設備とをまとめて、音波生成部と呼ぶ。
【００６４】
以上のように、本件現象を実測するための装置の基本構成は、大別して、液相部、気相部、多孔質体部、気体供給調整部、音波生成部の５個である。尤も、本件現象は、後述の通り、液相Ｌ側への気泡の発生として視覚的に把握できるので、発生する気泡の大きさを測定するための粒度分布計５０５が必要になる。この粒度分布計５０５は、収束ビーム反射測定法により、水中の気泡径、高濃度スラリー中の粒子径など、１ｍｍ以下の大きさについて測定可能である。粒度分布計５０５は、容器５０２内のノズル部５０３に近接した位置に配置するプローブ５０５Ａを備え、このプローブ５０５Ａから気泡に向けてレーザー光を照射する。レーザー光は気泡を貫いて進み、気泡表面通過時に反射光を生ずる。この反射光を、プローブ５０５Ａ内の高感度な光検出器により検出し、通過時間差から気泡の径を演算する。気泡の平均的な大きさを統計処理し、図示しない表示装置に出力する。計測機器５０５は、本件現象の応用技術においては必ずしも必須とはいえないが、本件現象をより精密に本件現象を実測するために付加的に必要な第６番目の要素と考えることができる。
【００６５】
２．３ 本件現象の観測
以上の装置を用いて、以下に言及する第１及び第２の観測を行い、第１及び第２の本件現象をそれぞれ確認した。又、第１の本件現象に引き続いて第２の本件現象が起こっていることも確認した。
【００６６】
２.３.１ 第１の観測及び第１の本件現象
第１の観測により、次に掲げる新たな知見を得ることができた。
（イ）音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐに供給すると、気相Ｇと液相Ｌとの当初の静的状態から動的状態へ変化する、即ち、例えば、液相Ｌに気泡が発生していない状態から液相Ｌに気泡が発生するという状態へ変化する現象が起こる。
（ロ）その現象には音波Ｓの周波数や音量への依存性が認められる。即ち、（ａ）その現象が起こるのに適した音波Ｓの周波数の範囲があり、（ｂ）その現象が起こる音波Ｓの周波数の範囲内にあっても、供給する周波数によって発生する気泡の大きさや発生量が変わり、（ｃ）その現象は、音波Ｓの音量が大きいほど起こりやすく、定量的にも顕著に起こる。
（ハ）その現象が起こるのに適した音波Ｓの周波数の範囲は、多孔質体Ｐの固有因子の組み合わせによって変動する。
（ニ）その現象には多孔質体Ｐでの圧力への依存性が認められる。即ち、（ａ）その現象が起こるのに適した圧力の範囲があり、（ｂ）その現象が起こる音波Ｓの周波数の範囲内にあっても、多孔質体での圧力によって、その範囲は変動する。
【００６７】
以上の知見で確認される気泡発生を中心とする現象を、「第１の本件現象」と呼ぶ。
【００６８】
第１の観測においては、表１に記載する仕様で構成した。この装置系において、気相Ｇを介して音波Ｓを多孔質体Ｐに供給する前の液相Ｌと気相Ｇとの相状態（初期状態）を、液相Ｌと気相Ｇのいずれの方向にも実質的に又は見掛け上気体又は液体が移動しないような状態とした。これは、以下のように実現される。多孔質体Ｐの開口部から気泡が生成されるためには、開口部から生成される気泡の圧力が、液相の表面張力を上回らなければならない。開口径をｒ、液相の表面張力をσ、液相−気相境界にある開口から表面張力に打勝って、気泡が生ずるために必要な圧力差をΔｐとすると、Δｐは（１）式で表される。
【００６９】
Δｐ＝２σ／γ ・・・（１）
【００７０】
【表１】
【００７１】
【表２】
【００７２】
そこで、以下の観測例での平衡状態は、気相の圧力が、この気泡が生ずるために必要な圧力差Δｐより小さい状態を維持した。その後、周波数や音量（強度）の異なる種々の音波Ｓを供給して、又、多孔質体Ｐの固有因子も変更して相状態の変化を観測した。
【００７３】
第１の観測の結果の一例を図７に示す。この図の横軸は、音波Ｓの周波数を、縦軸は多孔質体Ｐでの気相圧力を表し、孔径２０ミクロンの多孔質体Ｐに対して一定の周波数を供給した状態で、第１の本件現象が観測された多孔質体Ｐでの気相圧力を線状で示している。一例として、孔径２０ミクロンの多孔質体での観測結果を示した図７では、音波Ｓの供給が無い場合、多孔質体Ｐでの気相圧力が１０６０ｍｍＨ２Ｏ以上でなければ、気泡は観測されない。しかし、例えば、周波数２９４Ｈｚの音波Ｓを供給すると、自然には気泡が発生しない３２８ｍｍＨ２Ｏの気相圧力で、気泡発生が観測される。
【００７４】
（１）音波Ｓの周波数との関係
先ず、気相Ｇを介して多孔質体Ｐに供給する音波Ｓの周波数を種々変化させて、液相Ｌ及び気相Ｇにおける相状態の変化を観測した。その結果を図７、図８、図９に示す。これらの図は、多孔質体Ｐの孔径がそれぞれ、２０、４０、７５ミクロンにおける第１の本件現象の観測結果である。これらの図から分かるように、音波Ｓの周波数によって、少なくとも肉眼では、液相Ｌ側に気泡が観測される場合と観測されない場合があることが判った。
【００７５】
気相Ｇから液相Ｌへの気体ｇの移動量を気泡発生量と考えると、気泡発生量は、僅かな周波数変化で、大きく変化する。図１１に示すように、多孔質体Ｐの孔径が４０ミクロンの場合、音波Ｓの周波数が１９０Ｈｚでの気泡発生量は２．７ｃｍ３／秒であるが、周波数Ｓを１９４Ｈｚに変更すると、気泡発生量は大きくなり、３．５ｃｍ３／秒となる。更に、周波数を上げ、周波数Ｓを１９８Ｈｚとすると、気泡発生量は減少し、２．６ｃｍ３／秒となる。
【００７６】
尚、図１１での気相圧力は６００ｍｍＨ２Ｏである。この気相圧力は、音波Ｓを供給せずに、気泡が発生する最低圧力７５０ｍｍＨ２Ｏ以下であるため、少なくとも圧力１５０ｍｍＨ２Ｏに相当するエネルギーを節約できることを意味するものと言える。
【００７７】
図１０は、下水処理に利用されるポリプロピレン製の多孔質体の散気板を用いて、空気を液相Ｌに吹き込んだ観測結果を示したものである。多孔質体の平均孔径は２００〜３００ミクロン、音波Ｓの周波数を１２０Ｈｚとし、液相Ｌに溶解する酸素濃度の時間推移を示したものである。一般に、液相Ｌ側に気泡が発生している場合、時間の経過に伴い，液体に溶解する酸素の量は増加する。しかし、図１０から判るように、音波Ｓの有無により、この酸素の溶解速度、従って単位時間当たりの溶存量は異なること、特に、音波Ｓを供給した方が、気体中の酸素の溶解速度が増加した。このことは、音波Ｓにより、液相Ｇの相状態が、気体の溶解速度又は溶存量という点で変化したことを意味している。
【００７８】
図１２に孔径４０ミクロンの多孔質体での音波の周波数１９４Ｈｚ付近での気泡発生状況を示す。音波Ｓの周波数１９４Ｈｚとして、気相Ｇ側の圧力を０から徐々に増加させた場合、気相Ｇ側の圧力が１００ｍｍＨ２Ｏ以上で気泡が発生する。更に、圧力を増加させると、気相Ｇ側の圧力が３８０ｍｍＨ２Ｏ以上では、気泡発生が停止する。その後、気相Ｇ側の圧力を増加させていくと、４８０ｍｍＨ２Ｏ以上で再度気泡が発生し、その後は、音波Ｓなしで気泡が発生する気相Ｇ側圧力７５０ｍｍＨ２Ｏまで、気泡発生は継続する。気相Ｇ側の圧力によっても、気泡発生状態が変化することが判る。
【００７９】
その後、音波Ｓの周波数を１８８Ｈｚ以下若しくは２００Ｈｚ以上に設定し直すと、液相Ｌ側に観測されていた気泡の発生が弱まり、やがて停止して元の静的状態に回復した。
【００８０】
尚、液相Ｌ側で気泡が発生する点に着目して観測を行ってはいるが、液相Ｌ側で気泡が発生するときは、気相Ｇ側においても、少なくとも供給気相の配管中の流量に変化が起こるので、液相Ｌの状態の変化とともに供給気相の状態の変化も起こっていると言える。
【００８１】
（２）音波Ｓの音量との関係
次に、音波Ｓの音量（強度）を変化させて、液相Ｌ側に気泡が発生するか否かを観測した。その結果、音波Ｓの音量（強度）が小さい場合には、たとえ１９０Ｈｚから１９８Ｈｚの範囲にある周波数であっても、液相Ｌ側への気泡の発生は見掛け上観測されなかった。しかし、音波Ｓの音量（強度）が徐々に大きくなると、液相体Ｌ側に気泡が発生し始め、その量を増していった。その後音波Ｓの音量を元のように小さくすると、液相Ｌ側への気泡の発生の程度が弱まり、やがて発生は停止した。
【００８２】
音波Ｓの音量（強度）を変化させて、気泡発生量を観測した結果を図１３に示す。音波Ｓの音量（強度）が、１Ｗの場合、気泡発生量は２ｃｍ３／秒であるが、音波Ｓの音量（強度）を徐々に大きくすると、５〜６Ｗの場合、気泡発生量は４ｃｍ３／秒と、その量を増していった。
【００８３】
（３）多孔質体Ｐの固有因子との関係
多孔質体Ｐの孔径と気泡発生時の最低気相圧力、その際の音波Ｓの周波数を表３に示す。この表から、液相Ｌ側に気体の発生が認められるという現象は、多孔質体Ｐの孔径にも依存していることが判る。また、図７〜９は、多孔質体Ｐの孔径と、この現象が起こる音波Ｓの周波数との関係を示している。このデータを測定する際、多孔質体Ｐの固有因子は孔の形態以外は同じにした。因みに多孔質体Ｐの材質はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）であった。これらの結果から、この現象が起こる音波Ｓの周波数の範囲は、多孔質体Ｐの形態により変化することが判る。
【００８４】
要すれば、液相Ｌ側に気体が発生する現象を起こす音波Ｓの周波数の範囲は、多孔質体Ｐの固有因子の組み合わせによって変化する。
【００８５】
【表３】
【００８６】
以上の知見で確認される気泡発生を中心とした現象を、「第１の本件現象」と呼ぶ。この第１の本件現象を利用すれば、多孔質体Ｐを挟んで静的的状態にある液相Ｌ及び気相Ｇを、音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐへ供給することにより、動的状態に変化させることができる。又、音波Ｓの供給を停止することにより元の静的状態に戻すことができる。具体的には、音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐへ供給するだけで気泡を発生させることが可能になり、液相Ｌに対する気相Ｇの相対圧力を実質的に増加させることができるとともに、音波Ｓの供給とその停止、音波Ｓの周波数や音量の変更により、気泡の発生の有無、発生する気泡の大きさや発生量を調整又は制御することが可能になる。音波Ｓの周波数により第１の本件現象を調整又は制御しようとする場合、多孔質体Ｐの固有因子の調整も考慮してその周波数（の範囲）を適宜選定することになる。
【００８７】
以上の現象を確認する際に、音波Ｓは、連続する粗密波で供給され、波形は信号発生器による正弦波である。
【００８８】
２．３．２ 第２の観測及び第２の本件現象
第２の観測により、次に掲げる新たな知見を得ることができた。
【００８９】
音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐに供給すると、気相Ｇと液相Ｌとの当初の動的状態から別の動的状態へ変化する、即ち、例えば、液相Ｌに気泡が発生している状態からより小さな多数の気泡が発生する状態へと変化する現象が起こる。
【００９０】
その現象には音波Ｓの周波数の依存性が認められる。即ち、（ａ）その現象が起こるのに適した音波Ｓの周波数の範囲があり、（ｂ）その現象が起こる音波Ｓの周波数の範囲内にあっても、供給する周波数によって発生する気泡の大きさが変わる。
【００９１】
その現象が起こるのに適した音波Ｓの周波数の範囲は、多孔質体Ｐの固有因子の組み合わせによって変動する。
【００９２】
その現象には多孔質体Ｐでの圧力への依存性が認められる。即ち、圧力によって、その現象による効果が変動する。
【００９３】
以上の知見で確認される気泡の微細化を中心とする現象を、「第２の本件現象」と呼ぶ
ことにする。
【００９４】
第２の観測においては、表４に示す仕様になるように上記の５個の構成部を調整し、気相Ｇを介して音波Ｓを多孔質体Ｐに供給する前の液相Ｌと気相Ｇとの相状態（初期状態）を、気相Ｇ側から液相Ｌ側に気体ｇが移動して、液相Ｌ側に気泡が発生しているのが肉眼でも確認できる動的状態に設定した。このような初期状態を実現するための最も簡単な方法は、第１の観測における気相Ｇと液相Ｌの初期状態において気相Ｇ側の圧力を増やすことである。その後、周波数や音量（強度）の異なる種々の音波Ｓを供給して相状態の変化を観測した。その際の具体的な観測条件を表４に示すが、音波Ｓを供給する前後で、その音波Ｓの供給の有無以外の条件は同一に維持した。
【００９５】
【表４】
【００９６】
第２の観測の結果の一例を、まず図１４及び表５に示す。気相Ｇを介して多孔質体Ｐに供給する音波Ｓの周波数を種々変化させて、液相Ｌ及び気相Ｇにおける相状態の変化を観測した。音波Ｓを供給する前の初期状態において、液相Ｌ側に発生している気泡の大きさは平均８３４ミクロンであった。引き続き、音波Ｓの周波数を２９４Ｈｚとすると、液相Ｌ側に発生している気泡の大きさが顕著に小さくなり、多数の気泡へと変化した。これは元の動的状態とは異なる別の動的状態へと相状態が変化したことを意味している。このとき、発生する気泡の大きさは、平均８３４ミクロンから平均６８１ミクロンへと微細化した。
【００９７】
【表５】
【００９８】
多孔質体Ｐの孔径を２０ミクロンから４０ミクロンに変化させて、同様の観察を行った。その結果を図１５及び表６に示す。音波Ｓを供給する前の初期状態において、液相Ｌ側に発生している気泡の大きさは平均６５５ミクロンであった。引き続き、音波Ｓの周波数を２９４Ｈｚとすると、液相Ｌ側に発生している気泡の大きさが顕著に小さくなり、多数の気泡へと変化した。これは元の動的状態とは異なる別の動的状態へと相状態が変化したことを意味している。このとき、発生する気泡の大きさは、平均６５５ミクロンから平均５０７ミクロンへと微細化した。
【００９９】
【表６】
【０１００】
次に、音波Ｓの音量（強度）を変化させて、発生する気泡径が変化するか否かを観測した。図１６及び表７に、その結果を示す。音量（強度）の変化に対して、気泡径の変化は少なく、音量（強度）の依存性は小さい。
【０１０１】
【表７】
【０１０２】
第２の観測現象は、多孔質体Ｐの材質にも依存している。図１７及び表８に多孔質体の材質を変化させて、行った観察の結果を示す。この図では、気泡径φ１ｍｍ以下の比表面積を用いて、発生した気泡の大きさを比較している。比表面積とは、発生した気泡の表面積の総和を発生した気泡の体積の総和で除した値であり、発生した気泡が小さいほど、大きな値となる。図１７は、音波を供給した場合の比表面積を供給をしていない場合での値で除した比（比表面積比）で示しており、音波供給による気泡微細化の効果を表している。その結果、周波数の依存性はあるものの、ポリプロピレンよりもセラミックの方が、音波供給による微細化効果が大きいことが判った。
【０１０３】
【表８】
【０１０４】
図１８、図１９、図２０及び図２１は、多孔質体Ｐでの圧力の違いによる第２の本件現象の効果の違いを示したものである。音波Ｓの周波数は、それぞれ、１９０Ｈｚ、１９４Ｈｚ、２００Ｈｚ、２２０Ｈｚである。これらの観測では、孔径７５ミクロンの多孔質体Ｐにおいて、自然に気泡は発生しない多孔質体での圧力範囲において、気泡径の変化を計測した。それぞれの周波数において、多孔質体Ｐでの圧力と気泡径との相関は異なるが、圧力が高くとも、気泡径が小さくなる場合が多い。
【０１０５】
この第２の本件現象を利用すれば、多孔質体Ｐを挟んで動的状態にある液相Ｌ及び気相Ｇを、音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐへ供給することにより、別の動的状態に変化させることができる。又、音波Ｓの供給を停止することにより元の動的状態に戻すことができる。具体的には、音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐへ供給するだけで発生していた気泡の状態や様相を変更することが可能になり、液相Ｌに対する気相Ｇの相対圧力を実質的に増加させることができるとともに、音波Ｓの供給とその停止、音波Ｓの周波数や音量の変更により、気泡の大きさや発生量を調整又は制御することが可能になる。音波Ｓの周波数により第２の本件現象を調整又は制御しようとする場合、多孔質体Ｐの固有因子の調整も考慮してその周波数（の範囲）を適宜選定することになる。
【０１０６】
２．３．３ 第１及び第２の本件現象の共存の可能性
音波Ｓの周波数によっては、第１の本件現象が起こる領域と第２の本件現象が起こる領域とが重複している。それ故、この周波数の範囲にある音波Ｓを、気相Ｇを介して多孔質体Ｐに供給する場合、第１の本件現象において第２の本件現象も起こっている可能性がある。一方、第２の本件現象は、気相Ｇと液相Ｌとの当初の相状態が液相Ｌ側に気泡が発生している動的状態である場合に、この動的状態が、音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐに向けて供給することにより別の動的状態に遷移する現象であるが、気相Ｇから液相Ｌへの気体ｇの移動量が気体供給調整部により一定に維持されると、多孔質体Ｐの固有因子を始めとするその他の実証装置や観測条件が変わらない限り、液相Ｌ側に発生する気泡の大きさが変化する現象とも言える。すると、第１の本件現象において第２の本件現象も起こるのならば、第１の本件現象が起こっているときに発生する気泡の大きさは、第２の本件現象が起こる周波数の音波Ｓを供給することにより、変化するはずである。
【０１０７】
そこで、気相Ｇと液相Ｌとが多孔質体Ｐを挟んで一種の平衡状態にあり、見掛け上液相Ｌ側に気泡の発生が認められない相状態において、第１の本件現象が起こる１９０Ｈｚから１９８Ｈｚの周波数の音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐに向けて供給したときに液相Ｌ側に発生する気泡の発生量を、観測Ａの結果として、図２２に示す。観測Ａに引き続き、第２の本件現象が起こる１９０Ｈｚから１９８Ｈｚの周波数の音波Ｓを供給したときの液相Ｌ側に発生する気泡の大きさを、観測Ｂとして計測した。尚、同一の孔径４０ミクロンでの音波を供給しない場合の気泡径は、表６に示した通り６５５ミクロンである。一方、観測Bの結果を図２３に示すが、観測Ｂの全ての周波数において、気泡径は全て６５５ミクロンを下回って微細化されており、第2の本件現象が観測されている。この図２２及び図２３における観測Ａ及び観測Ｂの結果から分かるように、第１の本件現象と第２の本件現象のそれぞれが観測される音波Ｓの周波数の範囲においては、第１の本件現象に引き続き第２の本件現象が起こっている可能性がある。
【０１０８】
２．４ 本件現象のまとめ
第１及び第２の本件現象に細分化されるものの、総括すると、本件現象は、次に掲げる特徴を有する。
（イ）本件現象は、気相Ｇと液相Ｌとが多孔質体Ｐを介して存在する系において、音波Ｓを気相Ｇを介して多孔質体Ｐに供給することにより、気相Ｇと液相Ｌとの当初の相状態から別の相状態へ変化する現象である。
（ロ）本件現象は、気相Ｇでは液相Ｌ側に向けて気体が移動し、液相Ｌでは気相Ｇ側から気体が移動して気泡が発生する現象として具体的に認識しでき、音波Ｓによる液相Ｌに対する気相Ｇの相対圧力の増加、又は、その増加分に相当する気相Ｇと液相Ｌとの間のエネルギー障壁の低減としても理解することができる。このエネルギー障壁の低減は、気相Ｇ中の気体が液相Ｌ側に移動する際に多孔質体Ｐを通過する際に生じる圧力損失をより少なくすることができることも意味している。
（ハ）本件現象には、音波Ｓの周波数や音量への依存性が認められる。即ち、（ａ）本件現象が起こるのに適した音波Ｓの周波数の範囲があり、（ｂ）本件現象が起こる音波Ｓの周波数の範囲内にあっても、供給する周波数によって発生する気泡の大きさや発生量が変わり、（ｃ）本件現象は、音波Ｓの音量が大きいほど起こりやすく、定量的にも顕著に起こる。
（ニ）本件現象が起こるのに適した音波Ｓの周波数の範囲は、多孔質体Ｐの固有因子の組み合わせによって変動する。従って、固有因子の組み合わせが異なる複数の多孔質体Ｐに対して同一の音波Ｓを供給すると、当該複数の多孔質体Ｐは、本件現象が起こるものと起こらないものとに区別され、しかも当該音波Ｓの周波数を変更することにより、本件現象が起こるものと起こらないものとを変更することができる。
（ホ）その現象には多孔質体Ｐでの圧力への依存性が認められる。即ち、（ａ）その現象が起こるのに適した圧力の範囲があり、（ｂ）その現象が起こる音波Ｓの周波数の範囲内にあっても、多孔質体での圧力によって、その程度、範囲は変動する。
【０１０９】
２．５ 本件現象の適用・応用
上記のような特徴を有する本件現象は、次のような具体的な技術的有用性を有している。
（イ）液相Ｌと気相Ｇとが多孔質体Ｐを挟んで並存している系において、多孔質体Ｐに対してその気相Ｇを媒体として音波Ｓを供給するという非常に簡便な手段により、より少ないエネルギー消費で、相状態を変化させることができ、特に、物質移動や物質移動の程度の変更を実現できる。ここで物質移動の程度とは、例えば、液相Ｌ側に発生する気泡の有無、大きさ、量を意味する。
（ロ）液相Ｌと気相Ｇとが多孔質体Ｐを挟んで並存している系において、多孔質体Ｐに対してその気相Ｇを媒体として音波Ｓを供給する際に、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数若しくは周波数の範囲を変更するという非常に簡単な手段により、より少ないエネルギー消費で、相状態の切り替えを実現でき、特に、相状態の変化を引き起こしたり、停止したりすることができ、又、相状態の変化の程度を選択することができる。その際、音波Ｓの音量を選択することによっても、相状態の変化の程度を選択することができる。
（ハ）固有因子の組み合わせが異なる複数の多孔質体Ｐに対して音波Ｓを供給する際に、その音波Ｓの周波数を変更するという非常に簡単な手段により、より少ないエネルギー消費で、本件現象が起こる多孔質体と、起こらない多孔質体とを選択又は変更することができる。
【０１１０】
３．本発明の実施例
上記のような具体的な技術的有用性を有する本件現象を用いれば、次のような分野へ適用又は応用が可能となる。この適用又は応用の具体例を、本発明の実施の形態として以下に説明する。但し、本発明は、当該実施の形態のみに限定されない。
【０１１１】
３．１ マイクロバブル発生装置（その１）
図６は、本発明を液相への気相吹込みに適用した実施例の説明図である。本装置は、空気を昇圧する気体吹込み装置、吹き込み装置と多孔質体を接続する配管、音波を供給するスピーカを備えた容器、容器と配管を接続する同圧配管、液体中へ気泡を吹出す多孔質体とを備えている。スピーカで発生する音波を効率的に気相に付与するため、スピーカ後方に供給気体の配管を接続し、スピーカ前後での圧力差を生じないように設置する必要がある。
【０１１２】
ここで示した多孔質体は、円板形状であり、材質はポリプロピレン製、平均孔径は約２００〜３００ミクロンである。
【０１１３】
気体吹込み装置により昇圧された気体は、スピーカで音波を供給され、配管により連結された多孔質体を通して、液体中に放出される。音波は、正弦波として連続的に与えられる。
【０１１４】
この音波により、多孔質体から放出される気泡が微細化されるため、曝気槽内の下水の溶存酸素濃度が増加し、好気性微生物の活性が高まり、下水の浄化速度が向上する。例えば、本装置を用いて、水槽中の水へ空気を吹込み、この吹込み空気に周波数１２０Ｈｚの音波を付与した場合、水への酸素溶解速度を表す総括酸素移動容量係数は、付与しない場合に比べて、２１％増加した。その結果、同一の酸素溶解速度であれば、吹込み空気流量を２１％減少出来るため、気体吹込み動力を２１％削減し、運転コスト低減、省エネが可能となる。
【０１１５】
また、空気吹込み量の減少は、気体吹込み装置の小型化を可能とし、初期設備コストが低減される。あるいは、空気吹込み量を同一に保った場合、散気装置の設置数を２１％削減してもよい。いずれの場合も、初期設備コストが低減される。
【０１１６】
３．２ マイクロバブル発生装置（その２）
図２４は、本発明を液相への気相吹込みに適用した実施例の説明図である。本装置は、空気を昇圧する気体吹込み装置、吹き込み装置と多孔質体を接続する配管、音波を供給するスピーカを備えた容器、容器と配管を接続する同圧配管、液体中へ気泡を吹出す多孔質体とを備えている。ここでは、多孔質体は、表面に微細な孔を有する円板形状であり、材質はポリプロピレン製である。
【０１１７】
気体吹込み装置により昇圧された気体は、スピーカで音波を供給され、配管により連結された多孔質体を通して、液体中に放出される。
【０１１８】
この音波により、多孔質体から放出される気泡が微細化されるため、曝気槽内の下水の溶存酸素濃度が増加し、好気性微生物の活性が高まり、下水の浄化速度が向上する。
【０１１９】
更に、図２４の実施例では、多孔質体を気体の放出方向に対して鉛直に振動を付与することにより、気体内部圧力が水の表面張力に抗して気泡となって放出される前に、気液界面でのせん断力により、気泡となり、放出されるため、より微細化される。そのため、気液接触面積を増加させ、同一の溶解効率であれば、吹込み空気流量を低減することが可能となり、運転動力、コストを削減する。
【０１２０】
また、同一の空気吹込み量で溶存酸素濃度が増加するため、気体吹込み装置の小型化あるいは多孔質体設置個数の減少が可能となり、初期設備コストが低減される。
【０１２１】
３．３ マイクロバブル発生装置（その３）
図２５は、本発明を液相への気相吹込みに適用した実施例の説明図である。本装置は、空気を昇圧する気体吹込み装置、吹き込み装置と多孔質体を接続する配管、音波を供給するスピーカを備えた容器、容器と配管を接続する同圧配管、液体中へ気泡を吹出す多孔質体とを備えている。スピーカで発生する音波を効率的に気相に付与するため、スピーカ後方に供給気体の配管を接続し、スピーカ前後での圧力差を生じないように設置する必要がある。
【０１２２】
また、吹き込み装置と多孔質体を接続する配管に分岐を設けることにより、音波を印可するスピーカ1つに対し、複数の多孔質体を有している。そして、これらの多孔質体の孔径を例えば、２０、４０、７５、１５０ミクロンとして設置する。
【０１２３】
気体吹込み装置により昇圧された気体は、スピーカで音波を供給され、配管により連結された多孔質体を通して、液体中に放出される。音波は、正弦波として連続的に与えられる。
【０１２４】
例えば、周波数５０Ｈｚの音波を供給すると、孔径７５ミクロンの多孔質体のみから気泡が発生する。また、周波数６２Ｈｚの音波を供給すると、孔径４０ミクロンの多孔質体のみから気泡が発生する。更に、周波数１９４Ｈｚの音波を印可すると、孔径２０ミクロン、孔径４０ミクロン及び孔径７５ミクロンの多孔質体から気泡が発生する。このように、印可する音波の周波数を変える事により、選択的に気泡を発生する多孔質体を変更することが可能となる。
【０１２５】
また、発生する周波数は、信号発生器等により、容易に重ね合わせて供給することが可能であるため、単一の周波数のみ供給して制御するだけでなく、復数の周波数を重ね合わせて制御する事が可能である。
【０１２６】
これを用いる事により、以下の制御が容易に実施可能となる。
（イ）処理量に応じて、気泡を発生する多孔質体の数を変更する制御
（ロ）槽を多孔質体と同様に区切り、気泡を発生する槽あるいは区域を制御
（ハ）多孔質体出口に更に、配管を設置し、多孔質体を通過する気体を制御
水中に漏洩の恐れのある弁等を設置することなく、電源ケーブル、信号ケーブルの設置も不要であるため、低コストで吹込み気体の制御システムを構築可能であり、初期設備コスト及び運転コストも低減される。
【０１２７】
３．４ マイクロバブル発生装置の応用例
３．４．１ 下水処理場曝気槽での実施例
図２６は、本発明を下水処理場曝気槽に適用した実施例の説明図である。本装置は、空気を昇圧する気体吹込み装置、吹き込み装置とタンクを接続する配管、音波を供給するスピーカーを備えたタンク、タンクと複数の多孔質体を接続する配管系、液体中へ気泡を吹出す多孔質体とを備えている。ここでは、多孔質体は、表面に微細な孔を有する円筒形状であり、材質はポリプロピレン製である。
【０１２８】
気体吹込み装置により昇圧された気体は、スピーカーを備えたタンク内で音波を供給され、配管により連結された多孔質体を通して、液体中に放出される。この例では、音波を供給された空気は、配管分岐により分岐され、複数の多孔質体から水中に放出される。
【０１２９】
この音波により、多孔質体から放出される気泡が微細化されるため、曝気槽内の下水の溶存酸素濃度が増加し、好気性微生物の活性が高まり、下水の浄化速度が向上する。図２５の実施例では、吹き込み気体に周波数６３ＭＨｚ、１０５Ｗの音波を供給することにより、気泡を微細化し、気液接触面積を５％増加させる。これは、運転コストの５％削減に相当する。更に、音波の出力を上げることにより、運転コストを低減することが可能である。
【０１３０】
また、同一の空気吹込み量で溶存酸素濃度が増加するため、気体吹込み装置の小型化あるいは多孔質体設置個数の減少が可能となり、初期設備コストが低減される。
【０１３１】
図２６の実施例のように、配管経路に曲管、分岐管が存在しても、供給する音波の周波数が低いため、曲管、分岐管での音波の減衰は非常に小さく、効率良く気泡の微細化が可能となる。
【０１３２】
図２６の実施例では、１箇所のタンクで音波を供給しているが、これは、小さなスピーカーを分岐後の配管に複数配置してもよい。
【０１３３】
３．４．２ 化学反応器
図２７は、本発明を化学反応器に適用した実施例の説明図である。本装置は、空気を昇圧する気体吹込み装置、吹込み装置とタンクを接続する配管、内部に液を含み、音波を供給するスピーカと気体を吹込む多孔質体を備えた反応器とを備えている。ここでは、多孔質体は、表面に微細な孔を有し、材質はステンレス製である。
【０１３４】
化学プラントにおいては、気液の接触による反応プロセスでは、上図に示すような反応器が多数使用されている。これらの反応器では、反応器内の液体に気体を吹込み、気液を接触させて、液相への気相の溶解あるいは化学反応を促進させている。従って、吹込む気体の気泡径を小さくすることで、同一の吹込み量で、気液の接触面積が大きくなり、溶解効率あるいは反応効率を増大する。従来は、吹込み気体の気泡径を微細化するために、液相へ気泡を吹き込む多孔質体の孔径を微細化していたが、これは、多孔質体の通気抵抗を増大させ、気相を吹込むコンプレッサあるいはブロアの消費動力を増大させ、引いては運転コストの増大を招いていた。
【０１３５】
図２７に示すように、吹き込み気体に音波を供給することにより、気泡を微細化し、気液接触面積を増加させることが可能である。そのため、同一の溶解効率であれば、吹込み空気流量を低減することが可能となり、運転動力、コストを削減する。
【０１３６】
３．４．３ 湖沼の浄化装置
図２８は、本発明を湖沼の浄化に適用した実施例の説明図である。本装置は、空気を昇圧する気体吹込み装置、吹込み装置とタンクを接続する配管、音波を供給するスピーカーと湖沼へ空気を吹込む多孔質体を備えている。ここでは、多孔質体は、表面に微細な孔を有し、材質はポリプロピレン製である。
【０１３７】
湖沼など水の出入りが少ない水系では、湖底にアオコ、ヘドロ等が堆積し、水の濁りや悪臭を放つ等の汚染が生ずる。これを防ぐために、湖沼内に微細気泡を吹込み、湖底のアオコ、ヘドロを気泡に付着し、アオコ、ヘドロを水面に浮上、堆積物の拡散を促し、光合成によるアオコの分解を促進させる。また、溶存酸素濃度の増加により、好気性微生物の活性が高まり、ヘドロなどの有機物の分解が促進される。これらの浄化効果を促進するには、気泡径を微細化することにより、気液の接触面積を増加する必要があるが、そのために気泡を発生する多孔質体の孔径を微細化することは、空気の通気抵抗を増大させるため、運転に消費するエネルギーが増大する。
【０１３８】
図２８に示すように、吹き込み気体に音波を供給することにより、気泡を微細化し、気液接触面積を増加させることが可能である。そのため、同一の溶解効率であれば、吹込み空気流量を低減することが可能となり、運転動力、コストを削減する。
【０１３９】
３．４．４ 汚染土壌の浄化装置
図２９は、本発明を油等で汚染した土壌を浄化する装置に、適用した例である。液を満たした槽内に汚染土壌を入れ、微細化した気泡を槽内に吹き込む。気泡が、汚染土壌を通過する際に、土壌中の油分を含み、槽内を浮上し、水面に達する。したがって、水面に油分が集まり、これを回収することにより、土壌中の油分等汚染物質を分離回収可能である。
【０１４０】
図２９に示すように、吹き込み気体に音波を供給することにより、気泡を微細化し、気液接触面積を増加させることが可能である。そのため、同一の気液接触面積であれば、吹込み空気流量を低減することが可能となり、運転動力、コストを削減する。
【符号の説明】
【０１４１】
５０１ 気体ｇを収容し、隔壁をもって気体ｇの周囲へ離散することを防止する配管
５０２ 液体ｌを収容し、隔壁をもって気体ｌの周囲へ離散することを防止する容器
５０１Ａ 配管５０１の先端
５０３ ノズル部
５０１Ｂ 配管５０１の他端
５０４ 発音器
５０１Ｄ バイパス配管
５０１Ｃ 分岐管
５０５ 粒度分布計
５０５Ａ 粒度分布計のプローブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相と液相との間に配置する多孔質体を通じて気相の側から液相の側に気体を移動させ、液相の側に気泡を発生させる気泡発生方法であって、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波を供給することにより気泡を発生させるために必要な気相の圧力を相対的に低減することを特徴とする気泡発生方法。
【請求項２】
気相と液相との間に配置する多孔質体を通じて前記気相の側から前記液相の側に気体が移動することにより前記液相の側に気泡を発生させる気泡発生方法であって、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波を供給することにより前記気泡の発生量又は大きさを調整することを特徴とする気泡発生方法。
【請求項３】
気相と液相との間に配置する多孔質体を通じて気相の側から液相の側に気体を移動させ、液相の側に気泡を発生させる気泡発生方法であって、孔径が異なる複数の多孔質体に各多孔質体に接する気相を媒体として音波を供給する際、当該音波の周波数を変えることにより選択的に、特定の多孔質体から気泡を発生させることを特徴とする気泡発生方法。
【請求項４】
前記音波発生装置と第２の隔室との間を連通する配管内の気体を媒体として、前記多孔質体に接する気相に音波を伝達することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気泡発生方法。
【請求項５】
前記配管が、曲部又は枝分かれした部分を備えることを特徴とする請求項４に記載の気泡発生方法。
【請求項６】
前記音波が、０Ｈｚよりも大きく２０００Ｈｚ以下の周波数の音波であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の気泡発生方法。
【請求項７】
前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波を供給するに当たり、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更することにより、前記気泡の発生量又は大きさを調整することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の気泡発生方法。
【請求項８】
液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体と、第２の隔室内の気相を媒体として前記多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波発生装置とを備える気泡発生装置であって、前記多孔質体を通じて第２の隔室内の気相の側から気体が移動し、第１の隔室内の液相の側に気泡を発生させるために必要な圧力が、前記音波発生装置により音波を発生させることにより相対的に低減されることを特徴とする気泡発生装置。
【請求項９】
液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体と、第２の隔室内の気相を媒体として前記多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波発生装置とを備える気泡発生装置であって、前記音波発生装置により音波を発生させることにより、前記多孔質体を通じて第１の隔室内の液相の側に発生する気泡の発生量又は大きさが調整されることを特徴とする気泡発生装置。
【請求項１０】
液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体とを備え、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波が供給されることにより気泡が発生し得る気泡発生単位と、複数個の前記気泡発生単位と接続する配管と、該配管内の気体を媒体として各気泡発生単位の多孔質体に接する気相に伝達されることにより、その多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波生成部とを備える気泡発生装置であって、
前記複数個の気泡発生単位の多孔質体は互いに孔径が異なり、
前記音波生成部により各多孔質体に対して供給される音波の周波数が変わることにより、気泡が発生する気泡発生単位が選択可能であることを特徴とする気泡発生装置。
【請求項１１】
前記配管が、曲部又は枝分かれした部分を備えることを特徴とする請求項１０に記載の気泡発生装置。
【請求項１２】
前記音波が、０Ｈｚよりも大きく２０００Ｈｚ以下の周波数の音波であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の気泡発生装置。
【請求項１３】
前記音波発生装置が、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更する機能を有し、これにより、前記気泡の発生量又は大きさが調整されることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の気泡発生装置。
【請求項１】
気相と液相との間に配置する多孔質体を通じて気相の側から液相の側に気体を移動させ、液相の側に気泡を発生させる気泡発生方法であって、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波を供給することにより気泡を発生させるために必要な気相の圧力を相対的に低減することを特徴とする気泡発生方法。
【請求項２】
気相と液相との間に配置する多孔質体を通じて前記気相の側から前記液相の側に気体が移動することにより前記液相の側に気泡を発生させる気泡発生方法であって、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波を供給することにより前記気泡の発生量又は大きさを調整することを特徴とする気泡発生方法。
【請求項３】
気相と液相との間に配置する多孔質体を通じて気相の側から液相の側に気体を移動させ、液相の側に気泡を発生させる気泡発生方法であって、孔径が異なる複数の多孔質体に各多孔質体に接する気相を媒体として音波を供給する際、当該音波の周波数を変えることにより選択的に、特定の多孔質体から気泡を発生させることを特徴とする気泡発生方法。
【請求項４】
前記音波発生装置と第２の隔室との間を連通する配管内の気体を媒体として、前記多孔質体に接する気相に音波を伝達することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気泡発生方法。
【請求項５】
前記配管が、曲部又は枝分かれした部分を備えることを特徴とする請求項４に記載の気泡発生方法。
【請求項６】
前記音波が、０Ｈｚよりも大きく２０００Ｈｚ以下の周波数の音波であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の気泡発生方法。
【請求項７】
前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波を供給するに当たり、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更することにより、前記気泡の発生量又は大きさを調整することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の気泡発生方法。
【請求項８】
液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体と、第２の隔室内の気相を媒体として前記多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波発生装置とを備える気泡発生装置であって、前記多孔質体を通じて第２の隔室内の気相の側から気体が移動し、第１の隔室内の液相の側に気泡を発生させるために必要な圧力が、前記音波発生装置により音波を発生させることにより相対的に低減されることを特徴とする気泡発生装置。
【請求項９】
液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体と、第２の隔室内の気相を媒体として前記多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波発生装置とを備える気泡発生装置であって、前記音波発生装置により音波を発生させることにより、前記多孔質体を通じて第１の隔室内の液相の側に発生する気泡の発生量又は大きさが調整されることを特徴とする気泡発生装置。
【請求項１０】
液相を収容する第１の隔室と、気相を収容する第２の隔室と、第１及び第２の隔室間に配置する多孔質体とを備え、前記多孔質体に対して前記気相を媒体として音波が供給されることにより気泡が発生し得る気泡発生単位と、複数個の前記気泡発生単位と接続する配管と、該配管内の気体を媒体として各気泡発生単位の多孔質体に接する気相に伝達されることにより、その多孔質体に対して供給される音波を発生させる音波生成部とを備える気泡発生装置であって、
前記複数個の気泡発生単位の多孔質体は互いに孔径が異なり、
前記音波生成部により各多孔質体に対して供給される音波の周波数が変わることにより、気泡が発生する気泡発生単位が選択可能であることを特徴とする気泡発生装置。
【請求項１１】
前記配管が、曲部又は枝分かれした部分を備えることを特徴とする請求項１０に記載の気泡発生装置。
【請求項１２】
前記音波が、０Ｈｚよりも大きく２０００Ｈｚ以下の周波数の音波であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の気泡発生装置。
【請求項１３】
前記音波発生装置が、音波供給の有無若しくは強弱又は音波の周波数、周波数の範囲若しくは周波数の組合せを変更する機能を有し、これにより、前記気泡の発生量又は大きさが調整されることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の気泡発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２００９−８２９２３（Ｐ２００９−８２９２３Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４１０８（Ｐ２００９−１４１０８）
【出願日】平成２１年１月２６日（２００９．１．２６）
【分割の表示】特願２００６−２３７２９４（Ｐ２００６−２３７２９４）の分割
【原出願日】平成１４年１月３１日（２００２．１．３１）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２６日（２００９．１．２６）
【分割の表示】特願２００６−２３７２９４（Ｐ２００６−２３７２９４）の分割
【原出願日】平成１４年１月３１日（２００２．１．３１）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
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