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JP4093272B2 - Microbubble and micromist generator - Google Patents
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Description

本発明は、小径のマイクロバブル及びマイクロミストを効率的かつ大量に発生させるマイクロバブル及びマイクロミスト発生装置に関する。   The present invention relates to a microbubble and a micromist generator that efficiently and in large quantities generate small-diameter microbubbles and micromist.

粒径約60μm以下の微細気泡がマイクロバブルと呼ばれているが、特に10数μm以下のマイクロバブルが生理活性作用効果を有することが解明されている。10数μm以下のマイクロバブルは液体中に容易に溶解、分散し、生物への生理活性作用を示す。マイクロバブルの粒径は小さいほど、生理活性作用が向上する。マイクロバブルはただの気泡であるため自然にやさしく、水質浄化や水産養殖の分野をはじめ多くの分野での利用が期待されており、様々なマイクロバブル発生装置の開発が行われている。   Fine bubbles having a particle size of about 60 μm or less are called microbubbles, and it has been elucidated that microbubbles having a particle size of 10 tens μm or less have a bioactive effect. Microbubbles of 10 tens μm or less are easily dissolved and dispersed in a liquid and exhibit a bioactive action on living organisms. The smaller the particle size of the microbubbles, the better the bioactive action. Since microbubbles are just bubbles, they are naturally friendly and are expected to be used in many fields including water purification and aquaculture, and various microbubble generators have been developed.

特許文献1のマイクロバブル発生装置では、パイプ内にプレートを設置し、流れる水の流速変化を起こしてパイプ内に負圧を作り、気体供給管からパイプ内に気体を自吸し、気体の混入した液体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/またはプレート後方の流路からマイクロバブルを発生させている。   In the microbubble generator of Patent Document 1, a plate is installed in a pipe, the flow velocity of flowing water is changed to create a negative pressure in the pipe, gas is self-primed from the gas supply pipe into the pipe, and gas is mixed By colliding the liquid with the plate in the pipe, the gas mass is pulverized using a shearing action, and microbubbles are generated from the opening formed in the pipe and / or the flow path behind the plate.

特許文献2では複数の交差流路を用いて何ら方向切換用装置を用いることなく、一定周期毎に複数条の流体の噴出方向を同調させて一斉に流れの方向が切り換わり、交差流れを生じる装置が開示されている(以下、この様な流体の交差流れをフリップフロップ流という)。
特開2005−334869号公報 特許2841173号公報
In Patent Document 2, the flow direction is switched at the same time by synchronizing the ejection direction of a plurality of fluids at regular intervals without using any direction switching device using a plurality of intersecting flow paths, thereby generating a cross flow. An apparatus is disclosed (hereinafter, such a cross flow of fluid is called a flip-flop flow).
JP 2005-334869 A Japanese Patent No. 2841173

図10は、特許文献1に記載のマイクロバブル発生装置によって、発生したマイクロバブルの粒径分布図である。特許文献1のマイクロバブル発生装置では、図10から明らかなようにピーク値が40〜60μmの気泡を多く発生しており、生理活性に有用な10数μm以下のマイクロバブルをほとんど発生していないという問題がある。   FIG. 10 is a particle size distribution diagram of microbubbles generated by the microbubble generator described in Patent Document 1. As is apparent from FIG. 10, the microbubble generating device of Patent Document 1 generates many bubbles having a peak value of 40 to 60 μm, and hardly generates microbubbles of 10 or less μm that are useful for physiological activity. There is a problem.

また、気体の吸引、及びせん断をするために、強力な水圧を生み出せるポンプが必要であり、装置が複雑になるという課題を有する。   In addition, in order to suck and shear gas, a pump capable of generating a strong water pressure is necessary, and there is a problem that the apparatus becomes complicated.

更に、一定方向にしかマイクロバブルを発生しないため、拡散効果が小さいという課題を有する。   Furthermore, since microbubbles are generated only in a certain direction, there is a problem that the diffusion effect is small.

特許文献2の装置は流体噴出方向の自励振動装置であり、自励振動により流れが一定周期毎に切り換わることが記載されているのみで、マイクロバブルの発生について何等記載がない。   The device of Patent Document 2 is a self-excited vibration device in a fluid ejection direction, and only describes that the flow is switched at regular intervals by self-excited vibration, and does not describe any generation of microbubbles.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、気液溶解装置やポンプ等他の装置を用いることなく、フリップフロップ流を用いて、10数μm以下の気泡のマイクロバブルを多量に発生できるとともに、マイクロバブルを広範囲に拡散できる装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to use a flip-flop flow and use a micro-bubble of 10 tens μm or less without using another device such as a gas-liquid dissolving device or a pump. An object of the present invention is to provide an apparatus capable of generating a large amount of bubbles and diffusing microbubbles over a wide range.

本発明は、多数の分流壁体を介して一群の平行流路と他の一群の平行流路を同一平面上で合流・分流させてフリップフロップ流を生じるネットワーク流路であって、対向して隣接する前記分流壁体が最も近接する箇所で且つ前記分流壁体の側面に気体吸入孔を複数個並べて設け、複数個全ての前記気体吸入孔を負圧効果の高い箇所に近接させ、複数の前記気体吸入孔から気体を吸入してマイクロバブル発生量を増加させることを特徴とする。 The present invention is a network flow path that generates a flip-flop flow by joining and shunting a group of parallel flow paths and another group of parallel flow paths on the same plane via a number of shunt walls. A plurality of gas suction holes are arranged side by side on the side where the adjacent flow dividing wall is closest and a side surface of the flow dividing wall body, and a plurality of the gas suction holes are made to be close to a place having a high negative pressure effect. A gas is sucked from the gas suction hole to increase the amount of microbubbles generated .

前記気体吸入孔の径が0.1mmから1mmであることを特徴とする。   The diameter of the gas suction hole is 0.1 mm to 1 mm.

更に本発明は、多数の分流壁体を介して一群の平行流路と他の一群の平行流路を同一平面上で合流・分流させてフリップフロップ流を生じるネットワーク流路であって、対向して隣接する前記分流壁体が最も近接する箇所で且つ前記分流壁体の側面に液体吸入孔を複数個並べて設け、複数個全ての前記液体吸入孔を負圧効果の高い箇所に近接させ、複数の前記液体吸入孔から液体を吸入して液滴発生量を増加させることを特徴とする。 Furthermore, the present invention is a network flow path that generates a flip-flop flow by joining and diverting a group of parallel flow paths and another group of parallel flow paths on the same plane via a number of flow dividing walls. A plurality of liquid suction holes arranged side by side on the side surface of the flow dividing wall body closest to each other, and a plurality of the liquid suction holes are placed close to a portion having a high negative pressure effect. The liquid is sucked from the liquid suction hole to increase the amount of generated droplets.

本発明のマイクロバブル発生装置によれば、粒径が13μm以下のマイクロバブルを多量に発生させることができる。その理由は、流路内に生じるラム効果により気体を自然吸気するため、気体が急激に流路内に入り込まず、徐々に引き出される形で吸引されるためである。また、気体吸入孔のエッジ部分に引っかかるようにせん断されるためである。更に、各気体吸入孔付近の流速がほぼ一定に流れる液体によって、吸引された気体が小さく一定にせん断されるためである。   According to the microbubble generator of the present invention, a large amount of microbubbles having a particle size of 13 μm or less can be generated. The reason for this is that the gas is naturally aspirated by the ram effect generated in the flow path, so that the gas does not enter the flow path suddenly but is sucked out gradually. Moreover, it is because it shears so that it may be caught in the edge part of a gas suction hole. Furthermore, the sucked gas is sheared to be small and constant by the liquid in which the flow velocity in the vicinity of each gas suction hole is almost constant.

また、フリップフロップ流によって生じるラム効果により、気体を自然吸気してマイクロバブルを発生するため、ポンプや気液溶解装置等が不要であり、簡便な装置を実現できる。   In addition, because the ram effect generated by the flip-flop flow naturally inhales gas to generate microbubbles, a pump, a gas-liquid dissolving device, and the like are not necessary, and a simple device can be realized.

更に、上述の理由により、直接的にマイクロバブル発生させるための電力等を必要としないため、エネルギー効率が高いという利点を有する。   Furthermore, for the reasons described above, there is an advantage that energy efficiency is high because electric power for directly generating microbubbles is not required.

更に、各分流壁体に複数個の気体吸入孔を設けることができ、多量の気体を吸入することができるため、多量のマイクロバブルを発生させることが可能である。   Furthermore, since a plurality of gas suction holes can be provided in each branch wall and a large amount of gas can be sucked, a large amount of microbubbles can be generated.

更に、本発明のマイクロバブル発生装置によると、フリップフロップ流により自動的にマイクロバブルの排出方向が周期的に切換るため、別途拡散装置を用いることなく、マイクロバブルを広範囲に拡散できる利点を有する。   Furthermore, according to the microbubble generator of the present invention, since the microbubble discharge direction is automatically switched periodically by the flip-flop flow, there is an advantage that the microbubbles can be diffused over a wide range without using a separate diffusion device. .

本発明のマイクロミスト発生装置によれば、粒径の小さなマイクロミストを多量に発生及び拡散することが可能である。その理由は、流路内に生じるラム効果により液体を自然吸気するため、液体が急激に流路内に入り込まず、徐々に引き出される形で吸引されるためである。また、液体吸入孔のエッジ部分に引っかかるようにせん断されるためである。更に、各液体吸入孔付近の流速がほぼ一定に流れる気体によって、吸引された液体が小さく一定にせん断されるためである。   According to the micromist generator of the present invention, it is possible to generate and diffuse a large amount of micromist having a small particle diameter. This is because the liquid is naturally aspirated by the ram effect generated in the flow path, so that the liquid does not suddenly enter the flow path but is sucked out in a gradually drawn manner. Moreover, it is because it is sheared so that it may catch on the edge part of a liquid suction hole. Furthermore, the sucked liquid is sheared to be small and constant by the gas flowing at a substantially constant flow velocity near each liquid suction hole.

図1は本発明によるマイクロバブル発生装置の概略を示す斜視図である。図2は合流・分流分岐流路断面を示す斜視図である。図3はネットワーク流路内でのラム効果の発生場所を示す上面図である。図4は合流・分流分岐流路断面での水頭圧測定図である。図5は上流から3列目及び5列目の分流壁体後方での液体の平均流速を示す流速分布図である。図6は複数の気体吸入孔を設けた分流壁体の斜視図である。図7は排出部でのマイクロバブルの排出方向の切換を示す写真である。図8はネットワーク流路交差角が30度でのフリップフロップ流を示す上面図である。図9は本装置によって発生したマイクロバブルの粒径分布図である。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing a microbubble generator according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a cross section of the merging / dividing branch channel. FIG. 3 is a top view showing a place where the ram effect is generated in the network flow path. FIG. 4 is a measurement diagram of water head pressure at the cross section of the merge / split branch channel. FIG. 5 is a flow velocity distribution diagram showing the average flow velocity of the liquid behind the branch wall bodies in the third and fifth rows from the upstream. FIG. 6 is a perspective view of a flow dividing wall body provided with a plurality of gas suction holes. FIG. 7 is a photograph showing switching of the discharge direction of microbubbles in the discharge unit. FIG. 8 is a top view showing a flip-flop flow when the network channel crossing angle is 30 degrees. FIG. 9 is a particle size distribution diagram of microbubbles generated by this apparatus.

図1で本発明によるマイクロバブル発生装置の概略を説明する。   An outline of a microbubble generator according to the present invention will be described with reference to FIG.

本発明のマイクロバブル発生装置は、多数の分流壁体12と、多数の分流壁体12を介して一群の平行流路と他の一群の平行流路が同一平面上で交差したネットワーク流路11と、流入部13と、排出部14とから構成される。   The microbubble generator of the present invention includes a large number of flow dividing wall bodies 12 and a network flow path 11 in which a group of parallel flow paths and another group of parallel flow paths intersect on the same plane via the large number of flow dividing wall bodies 12. And an inflow portion 13 and a discharge portion 14.

27個の分流壁体12が千鳥状に配置されており、流入部13から排出部14にかけて6列設けられている。各分流壁体12には、対向して隣接する分流壁体12間の最も近接する部分に気体吸入孔21が設けられている。各分流壁体12は両側面に各1個ずつ気体吸入孔21を有しており、装置全体として54個の気体吸入孔21が設けられている。流入部13から6列目の分流壁体12の後部は、液体及びマイクロバブルの排出を妨げないよう切除されている。   Twenty-seven shunt wall bodies 12 are arranged in a staggered manner, and six rows are provided from the inflow portion 13 to the discharge portion 14. Each of the flow dividing wall bodies 12 is provided with a gas suction hole 21 in the closest portion between the adjacent flow dividing wall bodies 12 facing each other. Each branch wall 12 has one gas suction hole 21 on each side surface, and 54 gas suction holes 21 as a whole are provided. The rear part of the branch wall 12 in the sixth row from the inflow part 13 is cut out so as not to prevent the liquid and microbubbles from being discharged.

流入部13から入った液体はネットワーク流路11内に入り、分流壁体12により分流・合流を繰り返し排出部14から排出される。一定の流速を越えるとフリップフロップ流が生じるとともに、気体吸入孔21から流路内に気体が吸引・せん断され、排出部14からマイクロバブルが液体とともに、周期的に排出方向が切り換わりつつ排出される。   The liquid that has entered from the inflow portion 13 enters the network flow path 11, and is repeatedly diverted and merged by the diversion wall body 12 and is discharged from the discharge portion 14. When a certain flow velocity is exceeded, a flip-flop flow is generated, gas is sucked and sheared from the gas suction hole 21 into the flow path, and microbubbles are discharged from the discharge portion 14 together with the liquid while the discharge direction is periodically switched. The

フリップフロップ流について説明する。ネットワーク流路11内での流体の流れにより、分流壁体12後方側面で剥離渦が生じる。一方の後方側面で剥離渦が生じると、圧力変化を生じ、他方の後方側面でも剥離渦が生じる。分流壁体12の両後方側面では交互に剥離渦が生じ、交互に剥離渦が後方へ流れていくカルマン渦列振動が生じる。ネットワーク流路11は交差しているため、剥離渦は交互に交差しつつ流れていく。ネットワーク流路11の交差角が20〜60度のとき、上流と下流のカルマン渦列振動が同調し、フリップフロップ流と呼ばれる交差流れが生じるものと推測される。   The flip-flop flow will be described. Due to the fluid flow in the network flow path 11, a separation vortex is generated on the rear side surface of the branch wall 12. When a separation vortex is generated on one rear side, a pressure change is generated, and a separation vortex is also generated on the other rear side. Separation vortices are alternately generated on both rear side surfaces of the flow dividing wall body 12, and Karman vortex train vibration is generated in which the separation vortices alternately flow backward. Since the network flow paths 11 intersect, the separation vortices flow while alternately intersecting. When the crossing angle of the network channel 11 is 20 to 60 degrees, it is presumed that the upstream and downstream Karman vortex street vibrations are synchronized and a crossing flow called a flip-flop flow is generated.

流入部13と排出部14の間に、分流壁体12を4列以上設けることが好ましい。分流壁体12が2列ではフリップフロップ流が発現せず、左右へのいずれかの方向に流脈が片寄ったままの流れになる。3列以上になると流脈のフリップフロップ流が現れる場合もあるが不安定であり、4列以上ではフリップフロップ流が明確に現れる。   Between the inflow part 13 and the discharge part 14, it is preferable to provide the flow dividing wall bodies 12 in four or more rows. When the shunt wall bodies 12 are in two rows, a flip-flop flow does not appear, and the flow remains in a state where the flow veins are offset in either direction. If there are 3 or more rows, a divergent flip-flop flow may appear, but it is unstable, and if it is 4 or more rows, a flip-flop flow clearly appears.

また、各列の分流壁体21の先端部が流入部13及び排出部14と平行して直線状に整列するように配置されていることが好ましい。フリップフロップ流の発現が安定する。   Moreover, it is preferable that the front ends of the flow dividing wall bodies 21 in each row are arranged so as to be linearly aligned in parallel with the inflow portion 13 and the discharge portion 14. The expression of the flip-flop flow is stabilized.

次に、図2〜図5に基づいて本発明によるマイクロバブルの発生について説明する。   Next, generation of microbubbles according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図2は合流・分流分岐流路断面31(対向して隣接する分流壁体12間が最も近接する箇所である合流と分流の分岐流路断面)を示す斜視図である。図1に示す装置内の対向する分流壁体一組を拡大したものである。気体吸入孔21は、分流壁体12の合流・分流分岐流路断面31に接する箇所に設けられている。   FIG. 2 is a perspective view showing a merging / dividing branch channel cross section 31 (a merging / diverging branch channel cross section that is the closest point between the adjacent and adjacent diverting wall bodies 12). FIG. 2 is an enlarged view of a pair of opposing flow dividing wall bodies in the apparatus shown in FIG. 1. The gas suction hole 21 is provided at a location in contact with the merging / dividing branch passage cross section 31 of the dividing wall body 12.

なお、合流・分流分岐流路断面31は正方形であることが好ましい。合流・分流分岐流路断面31が正方形の場合には安定してフリップフロップ流が生じるが、長方形のような縦横比が大きい場合にはフリップフロップ流の発現が不安定となる。   In addition, it is preferable that the confluence / diversion branch passage section 31 is square. When the cross section 31 of the merging / dividing branch channel is square, a flip-flop flow is stably generated, but when the aspect ratio is large like a rectangle, the expression of the flip-flop flow becomes unstable.

図3は、図2に示す対向する一組の分流壁体12間に生じるラム効果発現箇所を上方から示している。合流・分流分岐流路断面31の分流壁体付近には、負圧を発生させるラム効果が発現し、そこではネットワーク流路11内で最も流速が大きく、且つ、最も圧力が小さくなる。気体吸入孔21はラム効果が発現する箇所に近接している。   FIG. 3 shows the ram effect appearing portion generated between the pair of opposing flow dividing wall bodies 12 shown in FIG. 2 from above. A ram effect that generates a negative pressure appears in the vicinity of the branch wall of the cross-section 31 of the merge / split branch channel, where the flow velocity is the highest and the pressure is the smallest in the network channel 11. The gas suction hole 21 is close to a place where the ram effect is manifested.

図4で合流・分流分岐流路断面31におけるラム効果による圧力変化ついて説明する。合流・分流分岐流路断面31が1辺2cmの正方形であるネットワーク流路を用い、合流・分流分岐流路断面31での平均流速を2.5m/sとして測定した場合の水頭圧を示す。合流・分流分岐流路断面31中央部の水頭圧が15cmに対し、分流壁体12付近では−10cmである。ラム効果発現箇所では負圧が生じていることが確認できる。気体吸入孔21はラム効果発現箇所に近接して設けられているので、気体がネットワーク流路11内に自然吸気されることになる。   A pressure change due to the ram effect in the cross section 31 of the merging / dividing branch channel will be described with reference to FIG. The water head pressure in the case where the average flow velocity at the confluence / diversion branch passage section 31 is measured at 2.5 m / s using a network passage in which the confluence / diversion branch passage section 31 is a square having a side of 2 cm is shown. The water head pressure at the central portion of the cross-section 31 of the merged / divided branch flow path is 15 cm, whereas it is −10 cm near the branch wall 12. It can be confirmed that negative pressure is generated at the place where the ram effect is manifested. Since the gas suction hole 21 is provided close to the location where the ram effect appears, the gas is naturally sucked into the network flow path 11.

上述のように、ネットワーク流路11内でラム効果発現箇所に近接する分流壁体12側面に気体吸入孔21を設けることで、流路外部の気体が流路内部に自然に吸引される。吸引された気体は流路11内を流れる液体によってせん断される。気体吸入孔21付近では、ネットワーク流路11内での最大流速を生じているため、吸引された気体は瞬時にせん断され、粒径の小さなマイクロバブルが発生する。   As described above, by providing the gas suction hole 21 on the side surface of the branch wall body 12 close to the location where the ram effect is generated in the network flow path 11, the gas outside the flow path is naturally sucked into the flow path. The sucked gas is sheared by the liquid flowing in the flow path 11. In the vicinity of the gas suction hole 21, the maximum flow velocity in the network flow path 11 is generated, so that the sucked gas is instantaneously sheared and microbubbles having a small particle diameter are generated.

ネットワーク流路11内での流速は、従来のマイクロバブル発生装置と比較して遅い。しかし、合流・分流分岐流路に生じるラム効果により、効果的に気体を吸引する。ラム効果による気体の吸引は、気体吸入孔21へ外部から強制的に圧力がかからないので、気体を徐々に引き出すように吸引するものであり、急激に気体を吸引しない。また、吸引された気体は気体吸入孔のエッジ部分に引っかかるようにせん断される。このため、気体吸入孔の径よりも小さなマイクロバブルが発生する。   The flow rate in the network channel 11 is slower than that of the conventional microbubble generator. However, the gas is effectively sucked by the ram effect generated in the merge / branch branch flow path. The suction of the gas by the ram effect does not force the gas suction hole 21 from the outside, so that the gas is sucked so as to be gradually drawn out, and the gas is not sucked rapidly. Further, the sucked gas is sheared so as to be caught by the edge portion of the gas suction hole. For this reason, microbubbles smaller than the diameter of the gas suction hole are generated.

なお、流路内では流体中の溶存気体が剥離渦に伴って、流体から分離し、気泡が生じる。剥離渦によって生じる気泡は、流速が速いほど大きな気泡が発生する。本発明においては、従来のマイクロバブル発生装置と比べ、流速が遅いため、剥離渦に伴って生じる気泡も小さくなる。   In the flow path, the dissolved gas in the fluid is separated from the fluid along with the separation vortex, and bubbles are generated. Bubbles generated by the separation vortex are larger as the flow rate is higher. In the present invention, since the flow velocity is lower than that of a conventional microbubble generator, bubbles generated with the separation vortex are also reduced.

図5は上流側から3列目及び5列目の分流壁体12後方での、液体の平均流速を示す流速分布図である。図4(A)が、上流から3列目の分流壁体後方における流速分布図であり、図4(B)が、上流から5列目の分流壁体後方における流速分布図である。フリップフロップ流では、合流・分流分岐流路の分流壁体12付近では流速が最大になる。また、分流壁体12後方の両側とも平均流速はほぼ等しい。更に、3列目と5列目の分流壁体12後方の流速分布もほぼ等しい。このため、各列に設けられた気体吸入孔21から気体がほぼ一定に吸引され、一定にせん断される。従って、各気体吸入孔21から発生するマイクロバブルの粒径分布が整うことになる。   FIG. 5 is a flow velocity distribution diagram showing the average flow velocity of the liquid behind the branch wall 12 in the third and fifth rows from the upstream side. FIG. 4A is a flow velocity distribution diagram behind the flow dividing wall bodies in the third row from the upstream, and FIG. 4B is a flow velocity distribution diagram behind the flow dividing wall bodies in the fifth row from the upstream. In the flip-flop flow, the flow velocity becomes maximum in the vicinity of the branch wall body 12 of the merge / split branch channel. Further, the average flow velocity is substantially equal on both sides behind the branch wall 12. Furthermore, the flow velocity distributions behind the branch wall bodies 12 in the third row and the fifth row are substantially equal. For this reason, the gas is sucked from the gas suction holes 21 provided in each row substantially uniformly and is sheared constantly. Therefore, the particle size distribution of the microbubbles generated from each gas suction hole 21 is adjusted.

また、各分流壁体12に気体吸入孔21を1以上設けることにより、より多くのマイクロバブルを発生させることが可能である。複数の気体吸入孔21から気体を吸引できるため、排出液体中のマイクロバブルの割合を高めることが可能となる。   Moreover, it is possible to generate more microbubbles by providing one or more gas suction holes 21 in each branch wall 12. Since the gas can be sucked from the plurality of gas suction holes 21, it is possible to increase the proportion of microbubbles in the discharged liquid.

図6は一つの分流壁体12に複数個の気体吸入孔21を5個並べて設けた斜視図である。全ての気体吸入孔12を負圧効果の高い箇所に近接するように設けることで、効率的に多くの気体を吸引でき、多量のマイクロバブルを供給できる。   FIG. 6 is a perspective view in which a plurality of gas suction holes 21 are arranged side by side in one shunt wall body 12. By providing all the gas suction holes 12 so as to be close to a portion having a high negative pressure effect, it is possible to efficiently suck a large amount of gas and supply a large amount of microbubbles.

気体吸入孔21の径は0.1mmから1mm程度が好ましい。   The diameter of the gas suction hole 21 is preferably about 0.1 mm to 1 mm.

図7は排出部14でのマイクロバブルの排出方向の切換を示す写真である。   FIG. 7 is a photograph showing switching of the discharge direction of the microbubbles in the discharge unit 14.

発生したマイクロバブルはネットワーク流路11を流れ、排出方向が図5(A)から図5(B)へ、あるいは逆方向へ周期的に自動で切り換わりつつ排出される。自動的に排出方向が切換るため、何ら拡散装置等を用いることなく、マイクロバブルを広範囲に拡散できる。また、流体の流速を大きくすると、排出部14でのマイクロバブルの排出方向の切換えが早くなり、マイクロバブルの拡散を更に促進できる。   The generated microbubbles flow through the network flow path 11 and are discharged while the discharge direction is automatically switched periodically from FIG. 5A to FIG. 5B or in the reverse direction. Since the discharge direction is automatically switched, the microbubbles can be diffused over a wide range without using any diffusion device or the like. In addition, when the flow rate of the fluid is increased, switching of the discharge direction of the microbubbles at the discharge unit 14 is accelerated, and the diffusion of the microbubbles can be further promoted.

分流壁体12は楕円形等、フリップフロップ流が生じる形であればよいが、特に菱形角柱が好ましい。剥離渦が生じやすくフリップフロップ流が安定的に発現するため、マイクロバブルの発生及び拡散を促進できる。   The shunt wall body 12 may be any shape that generates a flip-flop flow, such as an oval shape, but a rhombus prism is particularly preferable. Separation vortices are likely to occur, and the flip-flop flow is stably expressed, so that generation and diffusion of microbubbles can be promoted.

図8はネットワーク流路11の交差角が30度でのフリップフロップ流を示す上面図である。   FIG. 8 is a top view showing a flip-flop flow when the crossing angle of the network flow path 11 is 30 degrees.

一群の平行流路と他の一群の平行流路の交差角は、ほぼ30度であることが好ましい。平行流路の交差角が30度のとき、菱形角柱の配列間隔における縦横比a/bは0.286となっている。単一円柱背後にカルマン渦列振動が規則正しく発現しているとき、その渦列の縦横間隔比は0.281となることが知られているが、平行流路の交差角が30度の場合a/bは非常に近い値をとる。   The crossing angle between one group of parallel flow paths and the other group of parallel flow paths is preferably approximately 30 degrees. When the crossing angle of the parallel flow paths is 30 degrees, the aspect ratio a / b in the arrangement interval of the rhomboid prisms is 0.286. When Karman vortex street vibration is regularly appearing behind a single cylinder, it is known that the longitudinal / horizontal spacing ratio of the vortex street is 0.281, but when the crossing angle of parallel flow paths is 30 degrees a / B takes a very close value.

また、次の渦の発生位置はLa/Lbだけ下流側のところになり、ここでの分流壁体12配列間隔とほぼ一致する。それに伴って渦の連結振動が発現し、それが下流側へ伝播して行き、フリップフロップ流も安定して規則正しく発現するため、マイクロバブルの発生及び拡散が促進される。   Further, the next vortex generation position is at the downstream side by La / Lb, which substantially coincides with the arrangement interval of the flow dividing wall bodies 12 here. Along with this, coupled oscillation of the vortex appears, which propagates downstream, and the flip-flop flow also appears stably and regularly, so that the generation and diffusion of microbubbles are promoted.

次にマイクロミスト発生装置について説明する。   Next, the micro mist generator will be described.

マイクロミスト発生装置については、上述のマイクロバブル発生装置と同一の装置であるため、図示を省略する。上述のマイクロバブル発生装置における気体吸入孔を液体吸入孔として用い、流通媒体として気体を使用する。   The micro mist generating device is the same device as the above-described micro bubble generating device, and thus illustration is omitted. The gas suction hole in the above-described microbubble generator is used as a liquid suction hole, and gas is used as a distribution medium.

発生方法についても上述のマイクロバブル発生装置と同様である。流入部から気体をネットワーク流路内に流入し、フリップフロップ流によるラム効果によって生じた負圧部分に液体が自然吸引される。吸引された液体が、流通する気体によってせん断され、マイクロミストが発生する。発生したマイクロミストは、分流壁体により分流・合流を繰り返し、排出部から周期的に排出方向が切り換わりつつ排出される。   The generation method is the same as that of the above-described microbubble generator. Gas flows into the network channel from the inflow portion, and the liquid is naturally sucked into the negative pressure portion generated by the ram effect by the flip-flop flow. The sucked liquid is sheared by the flowing gas, and micromist is generated. The generated micro mist is repeatedly diverted and merged by the diverting wall, and is discharged from the discharge portion while the discharge direction is periodically switched.

一群の平行流路と他の一群の平行流路の交差角が30度となるように、分流壁体を介したネットワーク流路を用いた。分流壁体27個を千鳥状に配列し、流入部から排出部にかけて6列配置した。流入部から6列目の分流壁体の後部は、液体及びマイクロバブルの排出を妨げないよう切除して用いた。上流から2〜6列目に属する一つの分流壁体の合流・分流分岐流路に接する箇所に、直径0.5mmの気体吸入孔を一方の側面にのみ、1つずつ設けた。流路の厚さは6mmとし、合流・分流分岐流路断面を一辺が6mmの正方形とした。合流・分流分岐流路断面での平均流速を1m/sとして水を流し、気泡の発生個数及び粒径を測定した。   A network flow path through a branch wall was used so that the crossing angle of one group of parallel flow paths and another group of parallel flow paths was 30 degrees. Twenty-seven flow dividing wall bodies were arranged in a staggered pattern, and arranged in six rows from the inflow portion to the discharge portion. The rear part of the branching wall bodies in the sixth row from the inflow part was used after being cut so as not to prevent the liquid and microbubbles from being discharged. One gas suction hole having a diameter of 0.5 mm was provided only on one side surface at a location in contact with the joining / dividing branch flow path of one of the diverting wall bodies belonging to the 2nd to 6th rows from the upstream. The thickness of the flow path was 6 mm, and the cross section of the merged / divided branch flow path was a square with a side of 6 mm. Water was allowed to flow at an average flow velocity of 1 m / s at the cross section of the merged / divided branch channel, and the number of bubbles generated and the particle size were measured.

気体吸入孔は1列のみ開け、他の列の気体吸入孔は塞いでおき、各列の気体吸入孔からの気泡発生量を測定した。また、全ての列の気体吸入孔を開けた状態で気泡発生量を測定した。   The gas suction holes were opened in only one row, the other gas suction holes were closed, and the amount of bubbles generated from the gas suction holes in each row was measured. Further, the amount of bubbles generated was measured with the gas suction holes of all rows opened.

表1に各列での気泡発生量を示す。   Table 1 shows the amount of bubbles generated in each row.

4列目に気体吸入孔を設けた場合が最も気泡の発生量が多く、69,400個/秒もの気泡が発生している。全ての気体吸入孔を開いた場合、約13万個/秒もの気泡が発生している。他の分流壁体に気体吸入孔を設けること、及び/又は、一つの分流壁体に複数個の気体吸入孔を設けることにより、重畳的に気泡を発生させることが可能である。 When the gas suction holes are provided in the fourth row, the amount of generated bubbles is the largest, and as many as 69,400 bubbles / second are generated. When all the gas suction holes are opened, about 130,000 bubbles / second are generated. It is possible to generate bubbles in a superimposed manner by providing gas suction holes in another flow dividing wall body and / or providing a plurality of gas suction holes in one flow dividing wall body.

図9に、4列目に気体吸入孔を設けた場合に発生した気泡の粒径分布を示すとともに、表2に、4列目に気体吸入孔を設けた場合に発生した気泡の粒径割合を示す。   FIG. 9 shows the particle size distribution of bubbles generated when the gas suction holes are provided in the fourth row, and Table 2 shows the particle size ratio of the bubbles generated when the gas suction holes are provided in the fourth row. Indicates.

粒径分布から、発生した気泡はほぼ全て22μm以下の気泡であり、いわゆるマイクロバブルであることが確認できる。また、13μm以下の気泡が50%以上占めており、生理活性作用に有効なマイクロバブルの発生率が高いことがわかる。更に、ピーク値が10〜20μmにあり、全体的に粒径の小さな気泡、且つ粒径が整った気泡であることが確認できる。 From the particle size distribution, almost all of the generated bubbles are 22 μm or less, and it can be confirmed that they are so-called microbubbles. In addition, it can be seen that bubbles of 13 μm or less account for 50% or more, and the generation rate of microbubbles effective for the physiological activity is high. Furthermore, the peak value is 10 to 20 μm, and it can be confirmed that the bubbles are small in size as a whole and bubbles having a uniform particle size.

粒径10数μmのところにピーク値の落ち込みが見られる。流路を流れる水に含まれる溶存気体が、剥離渦に伴って分離し、気泡が生じるが、剥離渦に伴って生じた気泡の粒径は、流速等によって変動することがわかっている。流路が大きい場合、剥離渦に伴って生じる気泡が大きくなることから、落ち込みのピーク値よりも小径の気泡が気体吸入孔から発生したマイクロバブルであり、そのほとんどが10数μm以下のマイクロバブルであることが確認できる。   A drop in the peak value is observed at a particle size of several tens of μm. It is known that the dissolved gas contained in the water flowing through the flow path is separated along with the separation vortex to generate bubbles, but the particle size of the bubbles generated along with the separation vortex varies depending on the flow velocity and the like. When the flow path is large, bubbles generated along with the separation vortex increase, so that bubbles having a diameter smaller than the peak value of the drop are microbubbles generated from the gas suction hole, and most of them are microbubbles having a diameter of 10 tens μm or less It can be confirmed that

本発明によるマイクロバブル発生装置は、フリップフロップ流の利用によって、粒径10数μm以下のマイクロバブルを多量に発生できるとともに、マイクロバブルを広範囲に拡散できる装置であるため、広い水域での水質浄化や水産養殖の分野をはじめ多くの分野で利用可能である。   The microbubble generator according to the present invention is a device that can generate a large amount of microbubbles having a particle size of 10 μm or less by using a flip-flop flow, and can diffuse microbubbles over a wide range. And can be used in many fields including aquaculture.

また、本発明によるマイクロミスト発生装置では、マイクロミストを多量に且つ拡散して排出できるため、マイナスイオンの供給等、種々の分野に適用できる。   In addition, the micromist generator according to the present invention can be applied to various fields such as supply of negative ions because micromist can be diffused and discharged in a large amount.

本発明のマイクロバブル発生装置の斜視図である。It is a perspective view of the microbubble generator of the present invention. 合流・分流分岐流路断面を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a cross section of a confluence / diversion branch flow path. ネットワーク流路内でのラム効果の発生場所を示す上面図である。It is a top view which shows the generation | occurrence | production location of the ram effect in a network flow path. 合流・分流分岐流路断面での水頭圧測定図である。It is a water head pressure measurement figure in the cross section of a merging / dividing branch flow path. 装置上流から3列目及び5列目の分流壁体後方での液体の平均流速を示す流速分布図である。It is a flow-velocity distribution map which shows the average flow velocity of the liquid in the back of the branch wall body of the 3rd row | line and 5th row | line from an apparatus upstream. 複数の気体吸入孔を設けた分流壁体の斜視図である。It is a perspective view of a flow dividing wall body provided with a plurality of gas suction holes. 排出部でのマイクロバブルの排出方向の切換を示す写真である。It is a photograph which shows switching of the discharge direction of the microbubble in a discharge part. ネットワーク流路交差角が30度でのフリップフロップ流を示す上面図である。It is a top view which shows the flip-flop flow with a network flow path crossing angle of 30 degrees. 本装置によって発生したマイクロバブルの粒径分布図である。It is a particle size distribution map of the microbubble generated by this device. 特許文献1に記載のマイクロバブル発生装置によって、発生したマイクロバブルの粒径分布図である。6 is a particle size distribution diagram of microbubbles generated by the microbubble generator described in Patent Document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロバブル発生装置
11 ネットワーク流路
12 分流壁体
13 液体流入部
14 液体排出部
21 気体吸入孔
31 合流・分流分岐流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microbubble generator 11 Network flow path 12 Divided wall body 13 Liquid inflow part 14 Liquid discharge part 21 Gas suction hole 31 Merge / diversion branch flow path

Claims (3)

多数の分流壁体を介して一群の平行流路と他の一群の平行流路を同一平面上で合流・分流させてフリップフロップ流を生じるネットワーク流路であって、対向して隣接する前記分流壁体が最も近接する箇所で且つ前記分流壁体の側面に気体吸入孔を複数個並べて設け、複数個全ての前記気体吸入孔を負圧効果の高い箇所に近接させ、複数の前記気体吸入孔から気体を吸入してマイクロバブル発生量を増加させることを特徴とするマイクロバブル発生装置。 A network flow path that generates a flip-flop flow by joining and diverting a group of parallel flow paths and another group of parallel flow paths on the same plane via a number of diversion wall bodies, and facing the adjacent diversion flow A plurality of gas suction holes are arranged side by side on the side wall of the flow dividing wall body at a position closest to the wall body, and a plurality of the gas suction holes are placed close to a place having a high negative pressure effect. A microbubble generator characterized in that the amount of microbubbles generated is increased by inhaling gas. 前記気体吸入孔の径が0.1mmから1mmであることを特徴とする請求項1に記載のマイクロバブル発生装置。   The microbubble generator according to claim 1, wherein the diameter of the gas suction hole is 0.1 mm to 1 mm. 多数の分流壁体を介して一群の平行流路と他の一群の平行流路を同一平面上で合流・分流させてフリップフロップ流を生じるネットワーク流路であって、対向して隣接する前記分流壁体が最も近接する箇所で且つ前記分流壁体の側面に液体吸入孔を複数個並べて設け、複数個全ての前記液体吸入孔を負圧効果の高い箇所に近接させ、複数の前記液体吸入孔から液体を吸入して液滴発生量を増加させることを特徴とするマイクロミスト発生装置。 A network flow path that generates a flip-flop flow by joining and diverting a group of parallel flow paths and another group of parallel flow paths on the same plane via a number of diversion wall bodies, and facing the adjacent diversion flow A plurality of liquid suction holes are arranged side by side on the side wall of the flow dividing wall body at the closest position, and a plurality of the liquid suction holes are placed in close proximity to a portion having a high negative pressure effect. A micro mist generator characterized by increasing the amount of droplets generated by sucking liquid from
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