JP7433751B2 - Fine bubble manufacturing device and fine bubble manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ファインバブル、特に、ウルトラファインバブルを効率良く製造することができるファインバブルの製造装置、及びファインバブルの製造方法に関する。 The present invention relates to a fine bubble manufacturing apparatus and a fine bubble manufacturing method that can efficiently manufacture fine bubbles, particularly ultra-fine bubbles.
近年、液中の微細な気泡を利用した、いわゆる、ファインバブル技術が注目されており、食品・飲料水分野、洗浄分野、医療・薬品分野、化粧品分野、農業・植物栽培分野、水処理分野、化学分野、液晶・半導体・太陽電池製造分野、新機能材料製造分野等の幅広い技術分野で、その活用が試みられている。 In recent years, so-called fine bubble technology, which utilizes minute bubbles in liquid, has been attracting attention, and has been used in the food and drinking water fields, cleaning fields, medical and pharmaceutical fields, cosmetics fields, agriculture and plant cultivation fields, water treatment fields, Attempts are being made to utilize it in a wide range of technical fields, including chemistry, liquid crystal/semiconductor/solar cell manufacturing, and new functional material manufacturing.
このようなファインバブル技術において、液中の微細な気泡は、その大きさによって、マイクロバブル、ウルトラファインバブル(ナノバブルとも呼ばれていた)等に区別されており、国際標準化機構(ISO)は、気泡径(体積等価直径:volume equivalent diameter)が100μm未満の気泡をファインバブル、気泡径が1μm未満の気泡をウルトラファインバブル、気泡径が100μm未満1μm以上の気泡をマイクロバブルと定義している(ISO 20480-1:2017)。 In such fine bubble technology, minute bubbles in liquid are classified into microbubbles, ultrafine bubbles (also called nanobubbles), etc. depending on their size, and the International Organization for Standardization (ISO) Bubbles with a bubble diameter (volume equivalent diameter) of less than 100 μm are defined as fine bubbles, bubbles with a bubble diameter of less than 1 μm are defined as ultra-fine bubbles, and bubbles with a bubble diameter of less than 100 μm and 1 μm or more are defined as microbubbles ( ISO 20480-1:2017).
また、ファインバブルの発生方式としては、容器内に液体を高速で圧入して高速旋回液流を発生させ、容器内に供給された気体を破砕してファインバブルを発生させる高速旋回液流方式(例えば、特許文献1参照)と、流路内に供給された気体を加圧して液中に過飽和で溶解させた後に、急速に減圧してファインバブルを発生させる加圧溶解方式(例えば、特許文献2参照)とが、代表的な発生方式として知られている。 In addition, as a method for generating fine bubbles, liquid is pressurized into a container at high speed to generate a high-speed swirling liquid flow, and the gas supplied into the container is crushed to generate fine bubbles. For example, see Patent Document 1), and a pressurized dissolution method (for example, Patent Document 2) is known as a typical generation method.
一方、特許文献3には、気体を供給することなく、液中に含まれている気体を微細化させてウルトラファインバブルを発生させるために、円柱形状部材の外周面に複数の三角柱状突起を螺旋状に配置し、円柱状部材の周りを旋回しながら通過する液体が、三角形状突起の先端に位置する角に衝突するように構成されたウルトラファインバブル発生用具が提案されている。
On the other hand,
ところで、前述した代表的なファインバブルの発生方式のうち、一般には、加圧溶解方式の方が、ファインバブル(特に、ウルトラファインバブル)を高濃度で発生させるのに適していると言われている。 By the way, among the typical fine bubble generation methods mentioned above, the pressure dissolution method is generally said to be more suitable for generating fine bubbles (especially ultra-fine bubbles) at a high concentration. There is.
例えば、特許文献2では、気体を液体に加圧溶解させた加圧液をノズルから低圧下に噴出させて、ウルトラファインバブルを主として含む液を生成し、これを循環させて繰り返し処理することによって、ファインバブル(ウルトラファインバブル)を高濃度で含むファインバブル液を連続的に生成できるとしている。
For example, in
しかしながら、液体の流動を伴う発生方式では、送液ポンプからの異物混入の虞があるだけでなく、粘度の高い液体に適用するのは困難であり、適用可能な液体が制限されてしまう。さらに、装置構成が大がかりになってしまうのは避けられず、供給ラインも含めて液体の流路を確保したり、送液ポンプを含む制御機構を備えたりしなければならない等の理由から、装置構成をよりコンパクトなものとするには限界があった。 However, in the generation method that involves the flow of liquid, there is not only a possibility that foreign matter may be mixed in from the liquid pump, but also it is difficult to apply to liquids with high viscosity, and the liquids that can be applied are limited. Furthermore, it is unavoidable that the equipment configuration becomes large-scale, and it is necessary to secure a liquid flow path including a supply line, and to provide a control mechanism including a liquid pump. There was a limit to how much the structure could be made more compact.
また、特許文献3には、円柱形状部材を容器内の液体に沈めて、モータを駆動源として円柱形状部材を回転させることによって、ウルトラファインバブルを発生させる例が記載されている。
Furthermore,
しかしながら、そのような例によれば、コンパクトな装置構成でウルトラファインバブルを発生させることが可能ではあるが、それほど多くのウルトラファインバブルを発生させることはできなかった。 However, according to such examples, although it is possible to generate ultra-fine bubbles with a compact device configuration, it has not been possible to generate so many ultra-fine bubbles.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、よりコンパクトで、かつ、簡易な装置構成で、ファインバブル、特に、ウルトラファインバブルを効率良く製造することができるファインバブルの製造装置、及び製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a fine bubble manufacturing device that can efficiently manufacture fine bubbles, especially ultra-fine bubbles, with a more compact and simple device configuration. The purpose is to provide a manufacturing method.
本発明によれば、以下のファインバブルの製造装置等が提供される。
1.通液孔が穿設された円筒状のカバー体と、
前記カバー体の内部に設けられて、前記カバー体の中心側から径方向に沿って延在し、かつ、先端が前記カバー体の内周面に非接触で近接する回転翼と、
前記カバー体の一端側に設けられ、前記回転翼が固定された回転軸が回転可能に挿通される天板と
を有する液流せん断モジュールと、
前記液流せん断モジュールによって誘起された液流に超音波を印加する超音波発生モジュールと
を備えることを特徴とするファインバブルの製造装置。
2.前記天板が、前記カバー体の一端側を封止する1に記載のファインバブルの製造装置。
3.前記回転翼の先端が、前記カバー体の内周面に0.1~0.5mmの間隙を以て近接する1又は2に記載のファインバブルの製造装置。
4.前記通液孔の直径が、前記回転翼の高さの0.01~25%である1~3のいずれかに記載のファインバブルの製造装置。
5.前記通液孔が、規則的な配列で多数穿設され、隣接する前記通液孔の中心間距離が、前記通液孔の直径の1.0~5.0倍である1~4のいずれかに記載のファインバブルの製造装置。
6.前記通液孔の面積の総和が、前記カバー体の内周面の面積の12~36%である1~5のいずれかに記載のファインバブルの製造装置。
7.1~6のいずれかに記載のファインバブルの製造装置を用いたファインバブルの製造方法。
8.前記回転翼の前記天板側の端縁が、処理容器に収容された液体の液面の鉛直方向上位10mm以内、又は鉛直方向下位10mm以内の位置にあるように、前記液流せん断モジュールを前記液体に浸漬させて、前記液流せん断モジュールと前記超音波発生モジュールとを動作させることを特徴とする7に記載のファインバブルの製造方法。
9.密閉環境下で、ファインバブルの発生源としての気体を前記液体と気液界面で接触させた状態で、前記液体に液流を誘起する7又は8に記載のファインバブルの製造方法。
10.前記気体が、オゾン、酸素、二酸化炭素、アンモニア含有ガス、フッ素含有ガス、又は窒素である9に記載のファインバブルの製造方法。
According to the present invention, the following fine bubble manufacturing apparatus and the like are provided.
1. A cylindrical cover body with a liquid passage hole,
a rotor blade provided inside the cover body, extending along the radial direction from the center side of the cover body, and having a tip close to the inner circumferential surface of the cover body in a non-contact manner;
a liquid flow shearing module having a top plate provided on one end side of the cover body and through which a rotating shaft to which the rotary blade is fixed is rotatably inserted;
An apparatus for producing fine bubbles, comprising: an ultrasonic generation module that applies ultrasonic waves to the liquid flow induced by the liquid flow shearing module.
2. 2. The fine bubble manufacturing apparatus according to 1, wherein the top plate seals one end side of the cover body.
3. 3. The fine bubble manufacturing apparatus according to 1 or 2, wherein the tip of the rotary blade approaches the inner circumferential surface of the cover body with a gap of 0.1 to 0.5 mm.
4. 4. The fine bubble manufacturing apparatus according to any one of 1 to 3, wherein the diameter of the liquid passage hole is 0.01 to 25% of the height of the rotary blade.
5. Any one of 1 to 4, wherein a large number of the liquid passage holes are drilled in a regular arrangement, and the distance between the centers of adjacent liquid passage holes is 1.0 to 5.0 times the diameter of the liquid passage holes. The apparatus for producing fine bubbles according to claim 1.
6. 6. The fine bubble manufacturing apparatus according to any one of 1 to 5, wherein the total area of the liquid passage holes is 12 to 36% of the area of the inner peripheral surface of the cover body.
7. A method for producing fine bubbles using the apparatus for producing fine bubbles according to any one of 1 to 6.
8. The liquid flow shearing module is installed so that the edge of the rotary blade on the top plate side is located within 10 mm vertically above or within 10 mm vertically below the liquid level of the liquid contained in the processing container. 8. The method for producing fine bubbles according to 7, characterized in that the liquid flow shear module and the ultrasonic generation module are operated by immersing the fine bubble in a liquid.
9. 9. The method for producing fine bubbles according to 7 or 8, wherein a gas as a generation source of fine bubbles is brought into contact with the liquid at a gas-liquid interface in a closed environment to induce a liquid flow in the liquid.
10. 10. The method for producing fine bubbles according to 9, wherein the gas is ozone, oxygen, carbon dioxide, ammonia-containing gas, fluorine-containing gas, or nitrogen.
本発明によれば、よりコンパクトで、かつ、簡易な装置構成で、ファインバブル、特に、ウルトラファインバブルを効率良く製造することができる。 According to the present invention, fine bubbles, particularly ultra-fine bubbles, can be efficiently produced with a more compact and simple device configuration.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[ファインバブルの製造装置]
まず、本実施形態に係るファインバブルの製造装置について説明する。
本実施形態に係るファインバブルの製造装置の一例として図1に示す装置1は、処理容器Cに収容された液体Liqに浸漬されて、当該液体Liqに液流を誘起するとともに、誘起された液流にせん断力を作用させる液流せん断モジュール2と、液流せん断モジュール2によって誘起された液流に超音波を印加する超音波発生モジュール3とを備えている。
なお、図1では、説明のために要部を切り欠いて示している。
[Fine bubble manufacturing equipment]
First, a fine bubble manufacturing apparatus according to this embodiment will be described.
An apparatus 1 shown in FIG. 1 as an example of a fine bubble manufacturing apparatus according to the present embodiment is immersed in a liquid Liq contained in a processing container C to induce a liquid flow in the liquid Liq and to It includes a liquid
Note that in FIG. 1, important parts are shown cut away for the sake of explanation.
本実施形態において、液流せん断モジュール2は、通液孔20が穿設された円筒状のカバー体21を有している。このカバー体21の内部には、カバー体21の中心側から径方向に沿って延在し、かつ、先端がカバー体21の内周面に非接触で近接する回転翼22が、回転軸23を中心に回転するように設けられている。そして、カバー体21の一端側(上端側)は、図示しないモータ等の駆動源に取り付けられるとともに、カバー体21の一端側(上端側)には、回転翼22が固定された回転軸23が回転可能に挿通された天板24が設けられている。
In this embodiment, the liquid
このように構成された液流せん断モジュール2を、図1に示すように、処理容器Cに収容された液体Liqに浸漬させて、回転翼22を高速で回転(例えば、800~8000rpm)させると、その吸引作用によって、処理容器C中の液体Liqは、カバー体21の他端側(下端側)から、その内部に引き込まれていく。そして、カバー体21の内部に引き込まれた液体Liqは、カバー体21の内部で回転する回転翼22によって、カバー体21に穿設された通液孔20から噴出するようにして、カバー体21の外側に押し出されていくが、このような吸引と噴出の繰り返しによる液流が、液流せん断モジュール2によって誘起される。
As shown in FIG. 1, when the liquid
また、カバー体21の内部で回転する回転翼22は、その先端が、カバー体21の内周面に非接触で近接するように形成されており、カバー体21の内周面との間に狭い間隙dを以て回転翼22が回転するようにしている。
これにより、カバー体21の内部に引き込まれた液体Liqは、カバー体21の内周面と、回転翼22の先端との間でせん断されながら、通液孔20を通ってカバー体21の外側に噴出するように押し出され、さらに、通液孔20を通過する際にもせん断されることになり、誘起された液流に、連続的にせん断力を作用させることを可能にしている。従って、前述のような吸引と噴出とを繰り返す液流には、このようなせん断力が繰り返し作用する。
なお、回転翼22の先端とは、回転軸23の中心から最も離れた部分をいう。
Further, the
Thereby, the liquid Liq drawn into the inside of the
Note that the tip of the
ここで、回転翼22の先端は、カバー体21の内周面との間で液体Liqをせん断できる程度に、カバー体21の内周面に近接していればよく、「近接」の語は、そのような意味で用いるものとする。より強いせん断力が得られるように、回転翼22の先端は、カバー体21の内周面に、好ましくは0.1~1.0mm、より好ましくは0.1~0.5mmの間隙dを以て近接させるが、回転翼22が回転する際に、カバー体21と接触してしまうことがないように、部材の加工精度、組み立て精度等を考慮して、より強いせん断力が得られるように適宜設計することができる。
なお、図1における「d」は、回転翼22とカバー体21の内周面との最短距離を示すものとする。
Here, the tip of the
Note that "d" in FIG. 1 indicates the shortest distance between the
また、回転翼22の数は特に限定されないが、回転が安定するように、三つ以上の回転翼22を等角度間隔で設けるのが好ましい。図1及び図2に示す例では、矩形状に形成された四つの回転翼22が、それぞれ回転軸23に直交する面に対して垂直となるように、十字状に組み合わされて回転軸23に固定されている。
Further, the number of
また、カバー体21の内部の限られた空間で、回転翼22の面積をできるだけ大きくして、より多くの液体Liqを押し出せるように、回転翼22は、矩形状に形成するのが好ましいが、その厚みは一定でなくてもよい。例えば、図3に示すように、回転翼22は、先端側を先細り状とし、回転軸23側(根元側)に向かって徐々に厚みが増していくように形成してもよい。
Further, it is preferable that the
回転翼22については、このような設計変更が可能であるが、隣接する回転翼22の間の容積が大きいほど、回転翼22によって押し出される液体Liqが、通液孔20を通過する際に受けるせん断力が強くなるので、これとのバランスを考慮して適宜設計するのが好ましい。
Although such a design change is possible for the
回転翼22の高さ(回転軸23の方向に沿った下端から上端までの長さ)は、特に制限はないが、例えば10~50mmである。
回転翼22の回転直径は、特に制限はないが、例えば10~100mmである。
The height of the rotary blade 22 (the length from the lower end to the upper end along the direction of the rotating shaft 23) is not particularly limited, but is, for example, 10 to 50 mm.
The rotational diameter of the
カバー体21の形状は、回転翼22の大きさに鑑みて設定すればよく、例えば、直径(外径)は、回転翼の回転直径よりも1.2~12.0mm大きい値であり、内径は、回転翼の回転直径よりも0.2~2.0mm大きい値であり、高さ(回転軸23の方向に沿った下端から上端までの長さ)は回転翼の高さの1.0~1.5倍であり、厚さは0.5~5.0mmの円筒状の部材として構成することができる。
液流せん断モジュール2を構成する各部材は、ステンレス鋼等の耐食性に優れた金属素材を用いて形成することができる。
The shape of the
Each member constituting the liquid
また、カバー体21に穿設する通液孔20の直径は、回転翼22によって押し出される液体Liqが、通液孔20を通過する際に十分なせん断力を受けるように適宜設計することができる。例えば、回転翼22の高さの0.01~25%であるのが好ましく、より好ましくは、5~15%である。
通液孔20の直径は、特に制限はないが、例えば0.01mm~12.5mmである。
Further, the diameter of the
The diameter of the
また、通液孔20は、加工性を考慮すると、図1に示すような円形状とするのが好ましいが、楕円状、又は三角形、四角形等の多角形状としてもよい。通液孔20を楕円状、又は多角形状に形成する場合は、それと面積が等しい円の直径を以て通液孔20の直径とする。
Furthermore, in consideration of workability, the
また、図1に示す例において、通液孔20は、千鳥状の配列で多数穿設されているが、これに限定されない。規則的に配列されていれば、例えば、格子状に配列させてもよい。 Further, in the example shown in FIG. 1, a large number of liquid passage holes 20 are formed in a staggered arrangement, but the invention is not limited thereto. As long as they are arranged regularly, for example, they may be arranged in a grid.
通液孔20を多数穿設するにあたり、隣接する通液孔20の中心間距離は、通液孔20の直径の1.0~5.0倍が好ましく、より好ましくは、1.5~5.0倍である。隣接する通液孔20の中心間距離が短く、通液孔20の配列が密になりすぎると、回転翼22の先端との間で液体Liqをせん断する面が十分に確保できなくなってしまう。これを考慮すると、通液孔20の面積の総和は、カバー体21の内周面の面積の12~36%であるのが好ましい。
When drilling a large number of liquid passage holes 20, the distance between the centers of adjacent liquid passage holes 20 is preferably 1.0 to 5.0 times the diameter of the liquid passage holes 20, and more preferably 1.5 to 5.0 times the diameter of the liquid passage holes 20. .0 times. If the center-to-center distance between adjacent liquid passage holes 20 is short and the liquid passage holes 20 are arranged too densely, it will not be possible to secure a sufficient surface for shearing the liquid Liq with the tip of the
なお、天板24は、回転軸23を挿通させるための孔以外に開口部を設けない構成、すなわちカバー体21の一端側(上端側)を封止する構成としてもよいし、回転軸23用の孔以外に一又は二以上の開口部(孔)を設けた構成としてもよい。後者の場合、当該開口部の総面積は、通常、天板24の面積の1~10%である。
Note that the
このような本実施形態によれば、液流せん断モジュール2によって誘起され、せん断力を繰り返し作用させた液流に、超音波発生モジュール3から、好ましくは、10~100kHzの超音波を印加することで、これらの相乗効果によって、液中に発生する気泡をより微細化させることを可能とし、ファインバブル、特に、ウルトラファインバブルを効率良く製造することができる。
According to this embodiment, ultrasonic waves of preferably 10 to 100 kHz are applied from the
図1に示す例において、超音波発生モジュール3は、処理容器Cが載置される載置台Tの内部に設置しているが、処理容器C内に誘起された液流に、所望の周波数帯域の超音波を印加することができれば、これに限定されない。超音波発生モジュール3の具体的な構成も、所望の周波数帯域の超音波を発振することができれば、特に限定されない。
In the example shown in FIG. 1, the
このように、本実施形態に係るファインバブルの製造装置は、液流せん断モジュール2と、超音波発生モジュール3とを備えた簡易な装置構成とされている。
このため、本実施形態によれば、よりコンパクトで、かつ、簡易な装置構成で、ファインバブル、特に、ウルトラファインバブルを効率良く製造することができる。さらに、本実施形態にあっては、送液ポンプによる液体の流動を伴わないため、送液ポンプからの異物混入の虞もなく、粘度の高い液体にも適用可能であることに加え、液流せん断モジュール2を構成する各部材をステンレス鋼等の耐食性に優れた金属素材を用いて形成することで、より多くの種類の液体Liqに適用することが可能になる。
In this way, the fine bubble manufacturing device according to the present embodiment has a simple device configuration including the liquid
Therefore, according to the present embodiment, fine bubbles, particularly ultra-fine bubbles, can be efficiently produced with a more compact and simple device configuration. Furthermore, since this embodiment does not involve the flow of liquid by the liquid pump, there is no risk of foreign matter being mixed in from the liquid pump, and it is applicable to liquids with high viscosity. By forming each member constituting the
また、スケールアップの要求に対しても、装置1を大型化するのではなく、液流せん断モジュール2と、これと対になって超音波を印加する超音波発生モジュール3とを必要な数だけ並べて配置することで、簡便に対応することができる。
In addition, in response to the demand for scale-up, instead of increasing the size of the device 1, the required number of liquid
[ファインバブルの製造方法]
次に、本実施形態に係るファインバブルの製造方法について、図1に示す装置1を用いた例を挙げて説明する。換言すれば、以下に説明する方法は、図1に示す装置1の好ましい使用例である。
[Method for producing fine bubbles]
Next, a method for manufacturing fine bubbles according to the present embodiment will be described using an example using the apparatus 1 shown in FIG. In other words, the method described below is a preferred example of the use of the device 1 shown in FIG.
本実施形態にあっては、まず、ファインバブルを発生させる液体Liqを収容した処理容器Cを載置台T上に静置して、処理容器Cの上方から、液流せん断モジュール2をゆっくりと下降させる。そして、処理容器Cに収容された液体Liqに、液流せん断モジュール2を静かに浸漬させながら、回転翼22の天板24側の端縁(上端縁)22aが、液面Levの鉛直方向上位10mm以内、又は鉛直方向下位10mm以内の位置にあるように、液流せん断モジュール2の浸漬深さを調整する。
In this embodiment, first, the processing container C containing the liquid Liq that generates fine bubbles is placed on the mounting table T, and the liquid
このようにして、液流せん断モジュール2の浸漬深さを調整し、液面Levが静まるのを待って、回転翼22の上端縁22aが所定の位置にあることが確認できたら、そのままの状態で、液流せん断モジュール2と超音波発生モジュール3とを動作させる。
In this way, adjust the immersion depth of the liquid
これにより、処理容器C中の液体Liqには、液流せん断モジュール2によって、前述したような液流が誘起されるが、上記した位置に上端縁22aがある状態で回転翼22が回転することによって、液面Levがうねりだして、波打ったり、渦を巻いたりするようになる。これにより、その気液界面に存在する気体が液中に取り込まれていき、取り込まれた気体は液流に乗って、前述のような吸引と噴出とを繰り返す。
As a result, the liquid flow as described above is induced in the liquid Liq in the processing container C by the liquid
その結果、繰り返し受けるせん断力と超音波とによって、気液界面から取り込まれた気体を微細化し、当該気体によって形成されたファインバブル(特に、ウルトラファインバブル)を効率良く製造することができる。従って、上記の操作を大気開放下で行うと、大気中の空気を取り込んで、空気によって形成されたファインバブルが製造されるが、密閉環境下で操作すれば、所望の気体によって形成されたファインバブルを製造することができる。 As a result, the gas taken in from the gas-liquid interface is made fine by the repeatedly applied shear force and ultrasonic waves, and fine bubbles (especially ultra-fine bubbles) formed by the gas can be efficiently produced. Therefore, if the above operation is performed in an open environment, air from the atmosphere will be taken in and fine bubbles formed by the air will be produced, but if operated in a closed environment, fine bubbles formed by the desired gas will be produced. Bubbles can be manufactured.
密閉環境を形成するには、液流せん断モジュール2を液体Liqに浸漬可能な状態としつつ、例えば、回転軸23が回転可能に挿通された密閉容器に処理容器Cを格納したり、回転軸23が回転可能に挿通された蓋材で処理容器C内を密閉したり、装置全体を処理容器Cとともに密閉容器に格納したりする等すればよい。このようにして形成された密閉環境中に、オゾン、酸素、二酸化炭素、アンモニア含有ガス、フッ素含有ガス、又は窒素等の所望の気体をファインバブルの発生源として充填し、ファインバブルを発生させる液体Liqと気液界面で接触させた状態で液流を誘起することによって、所望の気体によって形成されたファインバブルを製造することができる。
To form a sealed environment, for example, while the liquid
このように、本実施形態によれば、大気中の空気に限らず、所望の気体によって形成されたファインバブルを製造することが可能であるが、回転翼22の上端縁22aが、液面Levの鉛直方向上位10mmを超えた上位の位置にあると、液面Levが激しく波打って、液中に取り込まれる気体が多過ぎて大きな気泡となり易く、大きな気泡に小さな気泡が取り込まれてしまう等の理由から、気泡の微細化が妨げられてしまい、ウルトラファインバブルの生成に不利になってしまう。
また、回転翼22の上端縁22aが、液面Levの鉛直方向下位10mmを超えた下位の位置にあると、液面Levの変動が乏しく、液中に取り込まれる気体が少な過ぎて、気泡が発生し難くなってしまう。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to produce fine bubbles formed of any desired gas, not just air in the atmosphere. If the liquid is located at a position higher than 10mm in the vertical direction, the liquid level Lev will violently wave, and too much gas will be taken into the liquid, easily forming large bubbles, and small bubbles will be taken into the large bubbles. For this reason, the miniaturization of bubbles is hindered, which is disadvantageous to the generation of ultra-fine bubbles.
Furthermore, if the
従って、本実施形態にあっては、回転翼22の上端縁22aが、処理容器Cに収容された液体Liqの液面Levの鉛直方向上位10mm以内、又は鉛直方向下位10mm以内の位置にあるように、液流せん断モジュール2を液体Liqに浸漬させて、液流せん断モジュール2と超音波発生モジュール3とを動作させることによって、ファインバブル、特に、ウルトラファインバブルを効率良く製造することができる。
Therefore, in this embodiment, the
以下、具体的な実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail by giving specific examples.
[実施例1]
図1に示す装置1を用いて、300mLビーカーに収容された水(135mL)に、その液面Levの鉛直方向下位5mmに回転翼22の上端縁22aが位置するように、液流せん断モジュール2を浸漬させて、回転翼22を4000rpmで回転させるとともに、超音波発生モジュール3を動作させて、ビーカー内に誘起された液流に40kHzの超音波を印加した。
装置1の詳細は、以下の通りである。
・カバー体21:直径(外径)33.6mm、内径:31.6mm、高さ17.7mm、厚さ1.0mm
・回転翼22の高さ:12.7mm
・回転翼22の回転直径:31.2mm
・カバー体21の内周面と回転翼22の先端との間隙d:0.2mm
・通液孔20の直径:1.5mm
・隣接する通液孔20の中心間距離:2.9mm
・カバー体21の内周面の面積に対する通液孔20の面積の総和の割合:24%
[Example 1]
Using the apparatus 1 shown in FIG. 1, the liquid
Details of the device 1 are as follows.
・Cover body 21: diameter (outer diameter) 33.6 mm, inner diameter: 31.6 mm, height 17.7 mm, thickness 1.0 mm
・Height of rotor blade 22: 12.7mm
・Rotation diameter of rotor blade 22: 31.2mm
- Gap d between the inner peripheral surface of the
・Diameter of liquid passage hole 20: 1.5mm
- Distance between centers of adjacent liquid holes 20: 2.9 mm
- Ratio of the total area of the liquid passage holes 20 to the area of the inner peripheral surface of the cover body 21: 24%
10分経過後に装置1を停止して、液中に生成したファインバブルの粒径分布を計測した。その結果を図4に示す。計測には、ナノサイトNS300(マルバーン・パナリティカル社製:「ナノサイト」は登録商標)を使用した。
実施例1より、本発明によれば、よりコンパクトで、かつ、簡易な装置構成で、ファインバブル(ウルトラファインバブル)が大量に製造できることが分かる。
After 10 minutes, the apparatus 1 was stopped, and the particle size distribution of fine bubbles generated in the liquid was measured. The results are shown in FIG. For the measurement, NanoSight NS300 (manufactured by Malvern Panalytical, "NanoSight" is a registered trademark) was used.
From Example 1, it can be seen that according to the present invention, fine bubbles (ultra fine bubbles) can be produced in large quantities with a more compact and simple device configuration.
[比較例1]
UFB三誠コーポ株式会社製ウルトラファインバブル発生装置「モータ回転式 UFB Generator」(型番Δ1.5VC、当該装置のモータ以外の部分を図5に示す)を用いて、当該装置用の容器に330mLの水を入れ、液面が回転翼上部より0.2cm下の位置になる所定の位置に浸漬させ、当該装置を2540rpmで回転させた。8分経過後に装置を停止して、実施例1と同じ方法で液中に生成したファインバブルの粒径分布を計測した。結果を図6に示す。
[Comparative example 1]
Using an ultra-fine bubble generator manufactured by UFB Sansei Corp. "Motor rotating type UFB Generator" (model number Δ1.5VC, parts of the device other than the motor are shown in Figure 5), 330 mL of the device was placed in a container for the device. Water was added and the device was immersed in a predetermined position where the liquid level was 0.2 cm below the top of the rotor, and the device was rotated at 2540 rpm. After 8 minutes, the apparatus was stopped, and the particle size distribution of fine bubbles generated in the liquid was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.
実施例1(図4)と比較例1(図6)の対比により、本発明のファインバブルの製造装置及び製造方法によれば、より粒径の小さいファインバブル(ウルトラファインバブル)がより大量に製造できることが分かる。 A comparison between Example 1 (Figure 4) and Comparative Example 1 (Figure 6) shows that according to the fine bubble manufacturing apparatus and manufacturing method of the present invention, fine bubbles with smaller particle diameters (ultra fine bubbles) can be produced in larger quantities. It turns out that it can be manufactured.
以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。 Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and that various modifications can be made within the scope of the present invention. .
本発明は、食品・飲料水分野、洗浄分野、医療・薬品分野、化粧品分野、農業・植物栽培分野、水処理分野、化学分野、液晶・半導体・太陽電池製造分野、新機能材料製造分野等の幅広い技術分野で利用できる。 The present invention is applicable to the food/drinking water field, cleaning field, medical/pharmaceutical field, cosmetics field, agriculture/plant cultivation field, water treatment field, chemical field, liquid crystal/semiconductor/solar cell manufacturing field, new functional material manufacturing field, etc. Can be used in a wide range of technical fields.
1 装置(ファインバブルの製造装置)
2 液流せん断モジュール
20 通液孔
21 カバー体
22 回転翼
22a 回転翼の天板側の端縁(上端縁)
23 回転軸
24 天板
3 超音波発生モジュール
C 処理容器
T 載置台
Liq 液体
Lev 液面
1 Equipment (fine bubble manufacturing equipment)
2 Liquid
23 Rotating
Claims (10)
前記カバー体の内部に設けられて、前記カバー体の中心側から径方向に沿って延在し、かつ、先端が前記カバー体の内周面に非接触で近接する回転翼と、
前記カバー体の一端側に設けられ、前記回転翼が固定された回転軸が回転可能に挿通される天板と
を有する液流せん断モジュールと、
前記液流せん断モジュールによって誘起された液流に超音波を印加する超音波発生モジュールと
を備えることを特徴とするファインバブルの製造装置(ただし、前記液流中にオゾンガスを噴出するためのオゾンガス供給手段を有するものを除く)。 A cylindrical cover body with a liquid passage hole,
a rotor blade provided inside the cover body, extending along the radial direction from the center side of the cover body, and having a tip close to the inner circumferential surface of the cover body in a non-contact manner;
a liquid flow shearing module having a top plate provided on one end side of the cover body and through which a rotating shaft to which the rotary blade is fixed is rotatably inserted;
A fine bubble manufacturing apparatus comprising: an ultrasonic generation module that applies ultrasonic waves to the liquid flow induced by the liquid flow shearing module (provided that an ozone gas supply for ejecting ozone gas into the liquid flow) (excluding those who have the means) .
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