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技術 微細気泡発生ノズル

出願人 大同メタル工業株式会社
発明者 木町壮志
出願日 2018年3月23日 (2年9ヶ月経過) 出願番号 2018-057158
公開日 2019年10月3日 (1年2ヶ月経過) 公開番号 2019-166489
状態 拒絶査定
技術分野 溶解、混合、フローミキサー
主要キーワード 表層体 開き度 気体管 吸込ユニット 水中モーター 微細気泡群 内層体 気泡濃度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年10月3日)のものです。
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図面 (8)

課題

簡単な構成で液体中に大量のファインバブルを放出することができる微細気泡発生ノズルを提供する。

解決手段

微細気泡発生ノズルは、第1平均サイズの空孔を含んで、気体源からの気体を透過させる内層体75aと、内層体75aの表面に層をなし、第1平均サイズよりも大きい第2平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面76から気体を放出する表層体75bとを備える。

概要

背景

特許文献1は、気体室に面しながら水との界面を有し、軸回りで回転する多孔質体を開示する。気体源から気体室に気体は導入される。多孔質体の界面には遠心方向に延びる羽根が取り付けられる。多孔質体が軸回りで回転すると、多孔質体の空孔液体との間で相対変位が引き起こされ、微細気泡が多孔質体の空孔から液体中に放出される。

概要

簡単な構成で液体中に大量のファインバブルを放出することができる微細気泡発生ノズルを提供する。微細気泡発生ノズルは、第1平均サイズの空孔を含んで、気体源からの気体を透過させる内層体75aと、内層体75aの表面に層をなし、第1平均サイズよりも大きい第2平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面76から気体を放出する表層体75bとを備える。

目的

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、簡単な構成で液体中に大量のファインバブルを放出することができる微細気泡発生ノズルを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1平均サイズの空孔を含んで、気体源からの気体を透過させる内層体と、前記内層体の表面に層をなし、前記第1平均サイズよりも大きい第2平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面から前記気体を放出する表層体とを備えることを特徴とする微細気泡発生ノズル

請求項2

請求項1に記載の微細気泡発生ノズルにおいて、前記内層体および前記表層体は焼結体として一体に形成されることを特徴とする微細気泡発生ノズル。

請求項3

請求項1または2に記載の微細気泡発生ノズルにおいて、前記第2平均サイズは前記第1平均サイズの2.5倍〜10.5倍に設定されることを特徴とする微細気泡発生ノズル。

請求項4

請求項3に記載の微細気泡発生ノズルにおいて、前記内層体の前記表面から前記液体に接する前記表面まで前記表層体の厚みは700μm以下であることを特徴とする微細気泡発生ノズル。

請求項5

気体の通路区画するハウジングと、前記通路の一端で前記ハウジングに組み込まれて、第1平均サイズの空孔を含み、前記通路を流通する前記気体を透過させる内層体と、前記内層体の表面に層をなし、前記第1平均サイズよりも大きい第2平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面から前記気体を放出する表層体とを備えることを特徴とする微細気泡発生装置

請求項6

液槽と、前記液槽内の空間に開口する通路を区画するハウジングと、前記通路の一端で前記ハウジングに組み込まれて、第1平均サイズの空孔を含み、前記通路を流通する前記気体を透過させる内層体と、前記内層体の表面に層をなし、前記第1平均サイズよりも大きい第2平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面から前記気体を放出する表層体とを備えることを特徴とする気液混合装置

技術分野

0001

本発明は、液体中にウルトラファインバブルを放出する微細気泡発生装置に関する。

背景技術

0002

特許文献1は、気体室に面しながら水との界面を有し、軸回りで回転する多孔質体を開示する。気体源から気体室に気体は導入される。多孔質体の界面には遠心方向に延びる羽根が取り付けられる。多孔質体が軸回りで回転すると、多孔質体の空孔と液体との間で相対変位が引き起こされ、微細気泡が多孔質体の空孔から液体中に放出される。

先行技術

0003

特開2008−132437号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1に記載のものでは、多孔質体に、気体室を貫通して水中モーター駆動軸が連結される。気体の供給管は、液体中から多孔質体を貫通して気体室に接続される。駆動軸や多孔質体といった可動部に対して液密や気密が確保されなければならず、構造が複雑化してしまう。

0005

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、簡単な構成で液体中に大量のファインバブルを放出することができる微細気泡発生ノズルを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明の第1側面によれば、第1平均サイズの空孔を含んで、気体源からの気体を透過させる内層体と、前記内層体の表面に層をなし、前記第1平均サイズよりも大きい第2平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面から前記気体を放出する表層体とを備える微細気泡発生ノズルが提供される。

0007

第2側面によれば、第1側面の構成に加えて、前記内層体および前記表層体は焼結体として一体に形成される。

0008

第3側面によれば、第1または第2側面の構成に加えて、前記第2平均サイズは前記第1平均サイズの2.5倍〜10.5倍に設定される。

0009

第4側面によれば、第3側面の構成に加えて、前記内層体の前記表面から前記液体に接する前記表面まで前記表層体の厚みは700μm以下である。

0010

本発明の第5側面によれば、気体の通路区画するハウジングと、前記通路の一端で前記ハウジングに組み込まれて、第1平均サイズの空孔を含み、前記通路を流通する前記気体を透過させる内層体と、前記内層体の表面に層をなし、前記第1平均サイズよりも大きい第2平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面から前記気体を放出する表層体と
を備える微細気泡発生装置が提供される。

0011

本発明の第6側面によれば、液槽と、前記液槽内の空間に開口する通路を区画するハウジングと、前記通路の一端で前記ハウジングに組み込まれて、第1平均サイズの空孔を含み、前記通路を流通する前記気体を透過させる内層体と、前記内層体の表面に層をなし、前記第1平均サイズよりも大きい第2平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面から前記気体を放出する表層体とを備える気液混合装置が提供される。

発明の効果

0012

第1側面によれば、気体が内層体および表層体を順次通過することで、微細気泡発生ノズルが強制的に駆動されなくても、簡単な構成で、大量のウルトラファインバブル(ナノバブルを含む)が液体中に放出されることができる。

0013

第2側面によれば、微細気泡発生ノズルは1つの焼結体として形成されるので、内層体および表層体は1つの製造工程で同時に形成されることができ、微細気泡発生ノズルは1つの塊として簡単に取り扱われることができる。

0014

第3側面によれば、表層体で液体に接する表面から確実に大量のウルトラファインバブルは液体中に放出されることができる。このことは本発明者の実証によって裏付けられた。

0015

第4側面によれば、表層体で液体に接する表面から確実に大量のウルトラファインバブルは液体中に放出されることができる。このことは本発明者の実証によって裏付けられた。

0016

第5側面によれば、気体が内層体および表層体を順次通過することで、微細気泡発生ノズルが強制的に駆動されなくても、簡単な構成で、大量のウルトラファインバブル(ナノバブルを含む)が液体中に放出されることができる。

0017

第6側面によれば、気体が内層体および表層体を順次通過することで、微細気泡発生ノズルが強制的に駆動されなくても、簡単な構成で、大量のウルトラファインバブル(ナノバブルを含む)が液体中に放出されることができる。

図面の簡単な説明

0018

第1実施形態に係る気液混合装置の一具体例である洗浄装置の全体構成を概略的に示す模式図である。
洗浄装置の制御系を概略的に示すブロック図である。
気泡発生ノズルの構成を概略的に示す拡大断面図である。
多孔質体の構造を示す光学顕微鏡写真である。
気泡径ごとに気泡数分布を示すグラフである。
第1平均サイズおよび第2平均サイズに基づくパラメーターと微細気泡の発生量との関係を示すグラフである。
表層体の厚みと微細気泡の発生量との関係を示すグラフである。

実施例

0019

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

0020

(1)第1実施形態に係る洗浄装置の構成
図1は本発明の第1実施形態に係る気液混合装置の一具体例である洗浄装置11の構成を概略的に示す。洗浄装置11は、静的液体12を湛える液槽13と、静的液体12中で開口する供給口14および吸込口15を有して循環経路16に沿って液槽13内の液体を循環させる循環装置液流発生装置)17とを備える。液槽13は、循環装置17の吸込口15の下方に付着物溜まり18を形成する底板13aを有する。底板13aは、循環装置17の吸込口15を区画する側壁に向かって水平面から前下がり下降する。したがって、液体よりも比重の大きい物体は吸込口15に向かって流れる液体に巻き込まれて底板13aに沿って付着物溜まり18まで収集されることができる。液体には例えば水が用いられる。ただし、液体には、有機溶剤溶媒電解質や界面活性剤、気体などを溶解する液体が用いられてもよい。

0021

液槽13には、液槽13内の静的液体12の温度を調整する温度調整装置19が組み込まれる。温度調整装置19は、例えば熱エネルギー発生源(例えばヒーター)に基づき静的液体12に対して熱エネルギーの付与を実現する。その他、温度調整装置19は、冷媒熱交換に基づき静的液体12に対して熱エネルギーの授受を実現してもよい。

0022

液槽13の外側で大気中に室温センサー20が配置される。室温センサー20は、洗浄装置11の設置環境(例えば室内)で大気の温度を検出し、大気の温度を特定する室温信号を生成する。液槽13内の静的液体12中には温度センサー21が配置される。温度センサー21は、静止液体12の温度を検出し、静止液体12の温度を特定する液温信号を生成する。液槽13内の空間には液面センサー22が固定される。液面センサー22は、静止液体12の液面を検出し、指定された液面レベルの範囲から液面が逸脱するとレベル信号を生成する。

0023

循環装置17は、吸込口15および供給口14の間で循環経路16に組み込まれるポンプ23と、供給口14を区画し、供給口14から液槽13内の静的液体12中に流し込まれる液体の向きを調整する吐出ユニット24とを備える。吐出ユニット24は、ポンプ23の吐出圧に基づき静的液体12中に流し込まれる液体で液槽13内の静的液体12中に液流(以下「動的液体」という)を生成する。

0024

循環経路16は、ポンプ23の吸込ポートに液槽13の吸込口15を接続する上流管16aと、ポンプ23の吐出ポートに吐出ユニット24を接続する下流管16bとを有する。上流管16aにはゴミフィルター25および油水分離フィルター26が組み込まれる。ゴミフィルター25は上流管16aを流通する水からゴミを除去する。油水分離フィルター26は上流管16aを流通する水から油を分離する。こうしてポンプ23にはゴミおよび油から分離された水が流入する。ゴミおよび油は回収される。

0025

下流管16bには、下流管16bを流通する液体の流量を制御する流量制御装置27と、下流管16bを流通する液体の温度を調整する温度調整装置28とが組み込まれる。流量制御装置27は、例えば電力の供給に応じて開き度を調整する流量調整弁を備える。温度調整装置28は、例えば熱エネルギーの発生源(例えばヒーター)に基づき液体に対して熱エネルギーの付与を実現する。その他、温度調整装置28は、冷媒の熱交換に基づき液体に対して熱エネルギーの授受を実現してもよい。温度調整装置28の下流で下流管16bには温度センサー29が組み込まれる。温度センサー29は、流通する液体の温度を検出し、液体の温度を特定する液温信号を生成する。

0026

洗浄装置11は、液槽13に接続される給液装置31および排液装置32を備える。給液装置31は、水源液体源)から延びて、液槽13内の静的液体12中で開口する給液管33を有する。給液管33には、液体源から液体を汲み上げて、給液管33の開口端に向かって給液管33内で液体の流れを生成するポンプ34と、給液管33を流通する液体から不純物を除去するフィルター35と、給液管33を流通する液体の流量を制御する流量制御装置36と、給液管33を流通する液体の温度を調整する温度調整装置37とが組み込まれる。流量制御装置36は、例えば電力の供給に応じて開き度を調整する流量調整弁を備える。温度調整装置37は、例えば熱エネルギーの発生源(例えばヒーター)に基づき液体に対して熱エネルギーの付与を実現する。その他、温度調整装置37は、冷媒の熱交換に基づき液体に対して熱エネルギーの授受を実現してもよい。温度調整装置37の下流で給液管33には温度センサー38が組み込まれる。温度センサー38は、流通する液体の温度を検出し、液体の温度を特定する液温信号を生成する。

0027

排液装置32は、液槽13内に配置されて、水平面に沿って上向きの吸込口41aを区画する吸込ユニット41と、吸込ユニット41から延びて指定された領域に液体を放出する開放端を有する排液管42とを備える。排液管42には、開放端に向かって、吸込ユニット41の吸込口41aから排液管42内で液体の流れを生成するポンプ43と、排液管42を流通する水からゴミを除去するゴミフィルター44と、排液管42を流通する水から油を分離する油水分離フィルター45とが組み込まれる。ゴミおよび油は回収される。

0028

洗浄装置11は、被洗浄物Wを保持する保持具46を有する。保持具46には例えばカゴが用いられる。保持具46は静的液体12中に浸される。保持具46には位置決め機構47が接続されてもよい。位置決め機構47は例えば水平面に沿って保持具46の移動を生み出す駆動力を発揮する。

0029

洗浄装置11は、液槽13に接続される第1気泡発生装置(微細気泡発生装置)48aおよび第2気泡発生装置(微細気泡発生装置)48bを備える。第1気泡発生装置48aは、微細気泡を含有する気泡含有液の溶媒として機能する液体を供給する液体系49aと、溶媒としての液体中で微細気泡を生成する気体を供給する気体系51aとで構成される。

0030

液体系49aは、静的液体12中で開口する供給口52aおよび吸込口53aを有して液槽13内の液体を循環させる循環経路を形成する液管54aと、液管54aに組み込まれて、吸込口53aから供給口52aに向かって液管54a内で液体の流れを生成するポンプ55aと、ポンプ55aの上流で液管54aに組み込まれて、液管54aを流通する液体からゴミを除去するゴミフィルター56aと、ポンプ55aの上流で液管54aに組み込まれて、液管54aを流通する水から油を分離する油水分離フィルター57aと、ポンプ55aの下流で液管54aに組み込まれて、液管54aを流通する液体の流量を制御する流量制御装置58aと、流量制御装置58aの下流で液管54aに組み込まれて、液管54aを流通する液体の温度を調整する温度調整装置59aとを備える。流量制御装置58aは、例えば電力の供給に応じて開き度を調整する流量調整弁を備える。温度調整装置59aは、例えば熱エネルギーの発生源(例えばヒーター)に基づき液体に対して熱エネルギーの付与を実現する。その他、温度調整装置59aは、冷媒の熱交換に基づき液体に対して熱エネルギーの授受を実現してもよい。温度調整装置59aの下流で液管54aには温度センサー61aが組み込まれる。温度センサー61aは、流通する液体の温度を検出し、液体の温度を特定する液温信号を生成する。

0031

気体系51aは、温度調整装置59aの下流で液管54aに接続されて、液管54a中の液体に向けて気体を噴出する気泡発生ノズル(微細気泡発生ノズル)62aと、気泡発生ノズル62aに接続されて、気泡発生ノズル62aに向けて気体源から気体を供給する供給経路を形成する気体管63aと、気体管63aに組み込まれて、気体源から気体を吸い込み、気泡発生ノズル62aに向かって気体管63a内で気体の流れを生成するコンプレッサー64と、コンプレッサー64の下流で気体管63aに組み込まれて、気体管63aを流通する気体からゴミを除去するゴミフィルター65aと、コンプレッサー64の下流で気体管63aに組み込まれて、気体管63aを流通する気体の流量を制御する流量制御装置66aと、流量制御装置66aの下流で気体管63aに組み込まれて、気体管63aを流通する気体の温度を調整する温度調整装置67aとを備える。流量制御装置66aは、例えば電力の供給に応じて開き度を調整する流量調整弁を備える。温度調整装置67aは、例えば熱エネルギーの発生源(例えばヒーター)に基づき気体に対して熱エネルギーの付与を実現する。その他、温度調整装置67aは、冷媒の熱交換に基づき気体に対して熱エネルギーの授受を実現してもよい。温度調整装置67aの下流で気体管63aには温度センサー68aが組み込まれる。温度センサー68aは、流通する気体の温度を検出し、気体の温度を特定する気体温信号を生成する。気体源には設置環境の大気が含まれる。ただし、気体は空気以外であってもよく窒素水素のほかいかなる種類の気体であってもよい。液管54a内を流通する液体に、気泡発生ノズル62aから気体が吹き込まれると、微細気泡を含有する第1微細気泡群は生成される。微細気泡はマイクロバブルおよびナノバブル(=ウルトラファインバブル)を含む。

0032

第2気泡発生装置48bは第1気泡発生装置48aと同様な構成を有する。すなわち、第2気泡発生装置48bは液体系49bおよび気体系51bを備える。液体系49bでは、供給口52bまで吸込口53bから延びる液管54bに、ポンプ55b、ゴミフィルター56b、油水分離フィルター57b、流量制御装置58b、温度調整装置59bおよび温度センサー61bが組み込まれる。気体系51bでは、気体源から気泡発生ノズル(微細気泡発生ノズル)62bまで延びる気体管63bに、コンプレッサー64、ゴミフィルター65b、流量制御装置66b、温度調整装置67bおよび温度センサー68bが組み込まれる。ただし、ここでは、第2気泡発生装置48bと第1気泡発生装置48aとは気体系51bのコンプレッサー64および気体源を共有する。第2気泡発生装置48bの気体管63bはコンプレッサー64の下流であって流量制御装置66aの上流で第1気泡発生装置48aの気体管63aから分岐する。液管54b内を流通する液体に、気泡発生ノズル62bから気体が吹き込まれると、微細気泡を含有する第2微細気泡群は生成される。微細気泡はマイクロバブルおよびナノバブル(=ウルトラファインバブル)を含む。

0033

第1気泡発生装置48aの液管54aおよび第2気泡発生装置48bの液管54bには共通に液質確認装置69が接続される。液質確認装置69は、液槽13から流出する液体を液槽13に戻す液管54a、54bに接続される液溜め69aと、液溜め69aに接続されて、液溜め69a内の液体で微細気泡の気泡濃度を検出する計測器69bとを備える。液溜め69aには2つの液管54a、54bから液体が流れ込むことができる。計測器69bは、微細気泡のサイズごとに気泡濃度を検出し、気泡サイズごとに気泡濃度を特定する液質信号を生成する。

0034

図2に示されるように、洗浄装置11は、洗浄装置11の動作を制御するコントローラー71を備える。コントローラー71には、室温センサー20、液槽13の温度センサー21および液面センサー22、循環経路16の温度センサー29、給液管33の温度センサー38、液管54aの温度センサー61a、液管54bの温度センサー61b、気体管63aの温度センサー68a、気体管63bの温度センサー68b、並びに、計測器69bがそれぞれ接続される。コントローラー71には、室温センサー20から室温信号が供給され、温度センサー21、29、38、61a、61bから液音信号が供給され、液面センサー22からレベル信号が供給され、温度センサー68a、68bから気体温信号が供給され、計測器69bから液質信号が供給される。

0035

コントローラー71には液槽13の温度調整装置19が接続される。コントローラー71は、静的液体12中の温度センサー21から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される静的液体12の温度に応じて静的液体12の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度調整装置19に供給される。温度調整装置19は、指令信号に応じて指定された温度に液槽13内の静的液体12の温度を調整する。その他、コントローラー71は、室温センサー20から室温信号(大気温度信号)を受領し、受領した室温信号で特定される大気の温度に応じて静的液体12の温度を調整する指令信号を生成してもよい。この場合には、温度調整装置19は、指令信号に応じて指定された温度に液槽13内の静的液体12の温度を調整する。例えば、静的液体12の温度は大気の温度に対して予め決められた温度差に維持されればよい。

0036

コントローラー71には位置決め機構47が接続される。コントローラー71は、保持具46の移動の要求に応じて、要求される変位量で保持具46の移動を実現する制御信号を生成する。生成された制御信号は位置決め機構47に供給される。位置決め機構47は、指令信号で特定される三次元座標値に応じて保持具46を駆動する。こうして動的液体の供給口14や気泡含有液の供給口52a、52bに対して被洗浄物Wの位置は調整されることができる。

0037

コントローラー71には給液装置31のポンプ34、流量制御装置36および温度調整装置37がそれぞれ接続される。コントローラー71は、液槽13内の液面センサー22からレベル信号を受領し、受領したレベル信号で特定される静的液体12の液面レベルに応じて液槽13への液体の供給を制御する指令信号を生成する。生成された指令信号はポンプ34および流量制御装置36に供給される。ポンプ34は指令信号に応じて動作のオンオフを実施する。流量制御装置36は、指令信号で指定される流量に応じて液体の流量を制御する。こうして液槽13内で静的液体12の液面が指定された液面よりも下降すると、ポンプ34から液体は供給される。予め決められた液面レベルまで静的液体12の液面は上昇する。

0038

液体の供給にあたって、コントローラー71は、温度センサー38から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、補充される液体の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度調整装置37に供給される。温度調整装置37は、指令信号に応じて指定された温度に給液管33内の液体の温度を調整する。その他、コントローラー71は、温度センサー21から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて給液管33内の液体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。あるいは、コントローラー71は、室温センサー20から室温信号を受領し、受領した室温信号で特定される大気の温度に応じて給液管33内の液体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。これらの場合には、温度調整装置37は、指令信号に応じて指定された温度に給液管33内の液体の温度を調整する。例えば、給液管33内の液体の温度は、静的液体12の温度や大気の温度に対して予め決められた温度差に維持されればよい。

0039

コントローラー71には排液装置32のポンプ43が接続される。コントローラー71は、液槽13内の液面センサー22からレベル信号を受領し、受領したレベル信号で特定される静的液体12の液面レベルに応じて液槽13からの液体の排出を制御する指令信号を生成する。生成された指令信号はポンプ43に供給される。ポンプ43は指令信号に応じて動作のオンオフを実施する。こうして液槽13内で静的液体12の液面が指定された液面よりも上昇すると、ポンプ43から液体は排水される。その結果、予め決められた液面レベルまで静的液体12の液面が下降する。

0040

コントローラー71には循環装置17のポンプ23、流量制御装置27および温度調整装置28がそれぞれ接続される。コントローラー71は、静的液体12中で流れる動的液体の生成の要求に応じて、要求で指定される流量で供給口14から噴き出す液体の供給を制御する指令信号を生成する。生成された指令信号はポンプ23および流量制御装置27に供給される。ポンプ23は指令信号に応じて動作のオンオフを実施する。流量制御装置27は、指令信号で指定される流量に応じて液体の流量を制御する。こうして液体は循環経路16を循環し、指定された流量で吐出ユニット24の供給口14から液体は噴き出す。

0041

液体の循環にあたって、コントローラー71は、温度センサー29から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、供給口14から噴き出す液体の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度調整装置28に供給される。温度調整装置28は、指令信号で指定された温度に、下流管16b内の液体の温度を調整する。その他、コントローラー71は、温度センサー21から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて下流管16b内の液体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。あるいは、コントローラー71は、室温センサー20から室温信号を受領し、受領した室温信号で特定される大気の温度に応じて下流管16b内の液体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。これらの場合には、温度調整装置28は、指令信号で指定された温度に下流管16b内の液体の温度を調整する。例えば、下流管16b内の液体の温度は、静的液体12の温度や大気の温度に対して予め決められた温度差に維持されればよい。

0042

コントローラー71には第1気泡発生装置48aの流量制御装置66aおよび第2気泡発生装置48bの流量制御装置66b並びにコンプレッサー64がそれぞれ接続される。コントローラー71は、第1微細気泡群および(または)第2微細気泡群の生成の要求に応じて気泡発生ノズル62a、62bに対して気体の供給を制御する指令信号を生成する。生成された指令信号は流量制御装置66a、66bおよびコンプレッサー64に供給される。コンプレッサー64は指令信号に応じて動作のオンオフを実施する。流量制御装置66aは、指令信号で指定される流量に応じて気体管63aを流通する気体の流量を制御する。流量制御装置66bは、指令信号で指定される流量に応じて気体管63bを流通する気体の流量を制御する。気体は、液管54a、54bに流通する液体中に気泡発生ノズル62a、62bから噴き出す。ここでは、流量制御装置66aは気体管63a内の気体の流通を遮断することができ、流量制御装置66bは気体管63b内の気体の流通を遮断することができる。したがって、コンプレッサー64の作動中であっても気泡発生ノズル62a、62bのいずれか一方で気体の噴出は停止されることができる。

0043

コントローラー71には、第1気泡発生装置48aのポンプ55a、流量制御装置58aおよび温度調整装置59aがそれぞれ接続される。コントローラー71は、第1微細気泡群の生成の要求に応じて、供給口52aに向けて液管54a内を流通する液体の供給を制御する指令信号を生成する。生成された指令信号はポンプ55a、流量制御装置58aおよび温度調整装置59aに供給される。ポンプ55aは指令信号に応じて動作のオンオフを実施する。流量制御装置58aは、指令信号で指定される流量に応じて液体の流量を制御する。こうして液体は液管54a内を流通し、指定された流量で供給口52aから液体は噴き出す。

0044

液体の供給にあたって、コントローラー71は、温度センサー61aから液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、供給口52aから噴き出す液体の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度制御装置59aに供給される。温度制御装置59aは、指令信号で指定された温度に、供給口52aから噴き出す液体の温度を調整する。

0045

コントローラー71には、第2気泡発生装置48bのポンプ55b、流量制御装置58bおよび温度調整装置59bがそれぞれ接続される。コントローラー71は、第2微細気泡群の生成の要求に応じて、供給口52bに向けて液管54b内を流通する液体の供給を制御する指令信号を生成する。生成された指令信号はポンプ55b、流量制御装置58bおよび温度調整装置59bに供給される。ポンプ55bは指令信号に応じて動作のオンオフを実施する。流量制御装置58bは、指令信号で指定される流量に応じて液体の流量を制御する。こうして液体は液管54b内を流通し、指定された流量で供給口52bから液体は噴き出す。

0046

液体の供給にあたって、コントローラー71は、温度センサー61bから液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、供給口52bから噴き出す液体の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度制御装置59bに供給される。温度制御装置59bは、指令信号で指定された温度に、供給口52bから噴き出す液体の温度を調整する。

0047

コントローラー71には第1気泡発生装置48aの温度調整装置67aが接続される。コントローラー71は、温度センサー68aから気体温信号を受領し、受領した気体温信号で特定される気体の温度に応じて、気泡発生ノズル62aに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度調整装置67aに供給される。温度調整装置67aは、指令信号で指定された温度に、気泡発生ノズル62aに供給される気体の温度を調整する。その他、コントローラー71は、室温センサー20から室温信号を受領し、受領した室温信号で特定される大気の温度に応じて、気泡発生ノズル62aに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。あるいは、コントローラー71は、温度センサー21から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、気泡発生ノズル62aに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。あるいは、コントローラー71は、温度センサー29から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、気泡発生ノズル62aに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。いずれの場合でも、温度調整装置67aは、指令信号で指定された温度に、気泡発生ノズル62aに供給される気体の温度を調整する。例えば、気体管63a内の気体の温度は、静的液体12の温度や大気の温度に対して予め決められた温度差に維持されればよい。

0048

コントローラー71には第2気泡発生装置48bの温度調整装置67bが接続される。コントローラー71は、温度センサー68bから気体温信号を受領し、受領した気体温信号で特定される気体の温度に応じて、気泡発生ノズル62bに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度調整装置67bに供給される。温度調整装置67bは、指令信号で指定された温度に、気泡発生ノズル62bに供給される気体の温度を調整する。その他、コントローラー71は、室温センサー20から室温信号を受領し、受領した室温信号で特定される大気の温度に応じて、気泡発生ノズル62bに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。あるいは、コントローラー71は、温度センサー21から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、気泡発生ノズル62bに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。あるいは、コントローラー71は、温度センサー29から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、気泡発生ノズル62bに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。いずれの場合でも、温度調整装置67bは、指令信号で指定された温度に、気泡発生ノズル62bに供給される気体の温度を調整する。例えば、気体管63b内の気体の温度は、静的液体12の温度や大気の温度に対して予め決められた温度差に維持されればよい。

0049

コントローラー71は、液体中で微細気泡の気泡濃度を特定する気泡濃度信号を計測器69bから受領し、気泡濃度に応じて第1気泡発生装置48aから放出される微細気泡の放出量を設定する指令信号を生成する。生成された指令信号は流量制御装置66aに供給される。流量制御装置66aは、指令信号で指定される微細気泡の放出量に応じて、気体管63aを流通する気体の流量を制御する。こうして気泡発生ノズル62aの噴き出し圧力が調整されることで、微細気泡の放出量は調整されることができる。

0050

コントローラー71は、同様に、液体中で微細気泡の気泡濃度を特定する気泡濃度信号を計測器69bから受領し、気泡濃度に応じて第2気泡発生装置48bから放出される微細気泡の放出量を設定する指令信号を生成する。生成された指令信号は流量制御装置66bに供給される。流量制御装置66bは、指令信号で指定される微細気泡の放出量に応じて、気体管63bを流通する気体の流量を制御する。こうして気泡発生ノズル62bの噴き出し圧が調整されることで、微細気泡の放出量は調整されることができる。

0051

コントローラー71は、液体中で微細気泡の気泡濃度を特定する気泡濃度信号を計測器69bから受領し、気泡濃度に応じて第1気泡発生装置48aから放出される微細気泡のサイズを設定する指令信号を生成する。生成された指令信号は流量制御装置58aおよび流量制御装置66aに供給される。流量制御装置58aは、指令信号で指定される微細気泡の放出量に応じて、液管54aを流通する液体の流量を制御する。流量制御装置66aは、指令信号で指定される微細気泡の放出量に応じて、気体管63aを流通する気体の流量を制御する。こうして気泡発生ノズル62aの露出面76に沿って流れる液体の流速が調整されることで、微細気泡のサイズ(径寸法)は調整されることができる。併せて、気泡発生ノズル62aの噴き出し圧が調整されることで、微細気泡のサイズは調整されることができる。

0052

コントローラー71は、同様に、液体中で微細気泡の気泡濃度を特定する気泡濃度信号を計測器69bから受領し、気泡濃度に応じて第2気泡発生装置48bから放出される微細気泡のサイズを設定する指令信号を生成する。生成された指令信号は流量制御装置58bおよび流量制御装置66bに供給される。流量制御装置58bは、指令信号で指定される微細気泡の放出量に応じて、液管54bを流通する液体の流量を制御する。流量制御装置66bは、指令信号で指定される微細気泡の放出量に応じて、気体管63bを流通する気体の流量を制御する。こうして気泡発生ノズル62bの露出面76に沿って流れる液体の流速が調整されることで、微細気泡のサイズ(径寸法)は調整されることができる。併せて、気泡発生ノズル62bの噴き出し圧が調整されることで、微細気泡のサイズは調整されることができる。

0053

図3に示されるように、気泡発生ノズル62a、62bは、先端で液管54a、54bの管壁に差し込まれて、気体管63a、63bから延びて液管54a、54bの内壁面で開口する通路73を区画するハウジング74と、通路73の一端でハウジング74に組み込まれて、空孔を含み、通路73を流通する気体を透過させる多孔質体75とを備える。多孔質体75は液管54a、54bの内壁に連続する露出面76を有する。多孔質体75は、液管54a、54b内を流通する液体に露出面76で接触する。気体は、気体管63a、63bから通路73に進入し、多孔質体75を通過して露出面76から液体内に噴出する。

0054

図4に示されるように、多孔質体75は、第1平均サイズの空孔を含んで、気体源からの気体を透過させる内層体75aと、内層体75aの表面に層をなし、第1平均サイズよりも大きい第2平均サイズの空孔を含んで、液体に接する露出面76から気体を放出する表層体75bとを備える。内層体75aおよび表層体75bは金属焼結体として一体に形成される。金属焼結体は、例えば一定の粒径を有する金属粉末から成型される。多孔質体75の材料には例えばステンレス鋼が用いられる。ただし、多孔質体75は、一定の粒径を有する無機物粉末から成型されるセラミックス、一定の粒径を有するポリマープラスチック粉末から成型されるポリマー焼結体、その他の材料から形成されてもよい。第2平均サイズは第1平均サイズの2.5倍〜10.5倍に設定される。内層体75aの表面から液体に接する露出面76まで表層体75bの厚みは700μm以下である。

0055

(2)洗浄装置の動作
洗浄装置11の液槽13には静的液体12が湛えられる。保持具46には被洗浄物Wが搭載される。被洗浄物Wは静的液体12に浸される。静的液体12の液面が規定の範囲を超えて下降すると、給液装置31が作動し、液槽13内に給液管33から液体は供給される。静的液体12の液面が規定の範囲を超えて上昇すると、排液装置32が作動し、液槽13内の静的液体12は吸込ユニット41に流入する。このとき、静的液体12の液面に浮かぶ油その他の不純物は吸込ユニット41から吸い込まれる。液面に浮かぶ油その他の不純物は液槽13から除去される。

0056

第1気泡発生装置48aが作動すると、気泡発生ノズル62aは、コントローラー71から供給される指令信号に応じて指定された放出量で液管54a内の液体に微細気泡を放出する。微細気泡を含有する第1微細気泡群は液管54a内の液体に巻き込まれながら液管54aの供給口52aから静的液体12中に流入する。第1微細気泡群の微細気泡は第1温度の気体で形成される。

0057

第2気泡発生装置48bが作動すると、気泡発生ノズル62bは、コントローラー71から供給される指令信号に応じて指定された放出量で液管54b内の液体に微細気泡を放出する。微細気泡を含有する第2微細気泡群は液管54b内の液体に巻き込まれながら液管54bの供給口52bから静的液体12中に流入する。第2微細気泡群の微細気泡は第1温度から相違する第2温度の気体で形成される。

0058

図5に示されるように、第1微細気泡群は第1径D1(=100nm未満)の平均気泡径(平均サイズ)を有する。第1気泡発生装置48aは最大数[個]で第1径D1の微細気泡を噴き出す。気泡径が第1径D1から増大し、あるいは減少するにつれて、気泡の数量[個]は減少する。すなわち、数量分布は第1径D1でピークを示す。その一方で、第2微細気泡群は第2径D2(=100nm以上50μm以下)の平均気泡径を有する。第2気泡発生装置48aは最大数で第2径D2の微細気泡を噴き出す。気泡径が第2径D2から増大し、あるいは減少するにつれて、気泡の数量は減少する。すなわち、数量分布は第2径D2でピークを示す。単位体積当たりで第1微細気泡群aの気泡数[個]は全気泡数の50%を超える。単位体積当たりで第2微細気泡群の気泡数[個]は全気泡数の50%未満である。直径100nm未満の気泡濃度は1ミリリットル当たり1x106個以上であることが望まれる。

0059

洗浄装置11では、静的液体12中に、第1温度の気体で形成され第1径D1の平均気泡径を有する第1微細気泡群と、第2温度の気体で形成され第2径D2の平均気泡径を有する第2微細気泡群とを含有する洗浄液は生成される。吹き出された第1微細気泡群および第2微細気泡群は被洗浄物Wに衝突する。被洗浄物Wの表面と汚染物との境界(界面の輪郭)に温度の異なる微細気泡が次々に接触する。温度の異なる微細気泡が同一箇所に作用することで、界面の輪郭で温度変化の繰り返し(温度の振動)が生じる。温度の振動は界面で剥離を引き起こす。剥離の進行に伴って輪郭から内側に微細気泡は進入していく。こうして汚染物は被洗浄物Wの表面から剥離する。汚染物は被洗浄物Wから分離される。こうした温度の振動の働きで、洗浄液は、気泡の崩壊エネルギーを必ずしも利用しなくとも、これまでに比べて飛躍的に良好な洗浄効果を発揮する。特に、大きい平均気泡径の第2微細気泡群が被洗浄物Wの表面に接触すると、微細気泡に含まれる気体の熱エネルギーは広い範囲で被洗浄物Wの表面に作用する。小さい平均気泡径の第1微細気泡群が被洗浄物Wの表面に接触すると、微細気泡に含まれる熱エネルギーは狭い範囲で集中的に被洗浄物Wの表面に作用する。第1微細気泡群と第2微細気泡群とは温度差を有することから、第2微細気泡群の微細気泡で影響を受けた被洗浄物Wの表面に第1微細気泡群の微細気泡が接触すると温度変化が生じる。第2微細気泡群の微細気泡は広い領域で温度を拘束するので、小さい第1微細気泡群の微細気泡でも、第2微細気泡群の微細気泡で拘束される温度の領域に接触する。小さい平均気泡径の微細気泡群同士で温度差を有する場合よりも、より高い確率で温度変化は生じる。微細気泡は小さいほど物質と物体の表面との境界に入り込みやすく剥離を促進するものの、温度差を有する微細気泡の気泡径が相違することでさらなる洗浄効果の向上が実現されると考えられる。本実施形態では、第2温度は第1温度よりも低く設定されるものの、第2温度は第1温度に等しくてもよく第1温度より高くてもよい。

0060

静的液体12の温度は第2温度以上であって第1温度以下で任意に設定されればよい。静的液体12が例えば純水または水溶液の場合には、静的液体12の温度は摂氏80度以下に設定されることが望まれる。純水または水溶液の温度が摂氏80度を超えると、気泡は安定的に高い個数密度を維持できない。

0061

本実施形態に係る気泡発生ノズル62a、62bは、第1平均サイズの空孔を含んで、気体源からの気体を透過させる内層体75aと、内層体75aの表面に層をなし、第1平均サイズよりも大きい第2平均サイズの空孔を含んで、液体に接する露出面76から気体を放出する表層体75bとを備える。したがって、気体が内層体75aおよび表層体75bを順次通過することで、気泡発生ノズルが強制的に駆動されなくても、簡単な構成で、大量のウルトラファインバブル(ナノバブルを含む)が液体中に放出される。

0062

本実施形態に係る気泡発生ノズル62a、62bでは、内層体75aおよび表層体75bは金属焼結体として一体に形成される。内層体75aおよび表層体75bは1つの製造工程で同時に形成されることができ、気泡発生ノズル62a、62bは1つの塊として簡単に取り扱われることができる。

0063

(3)検証
本発明者は多孔質体75の効果を検証した。効果の検証にあたって複数の多孔質体75が成形された。個々の多孔質体75で、内層体75aに含有される空孔の平均径(第1平均サイズ)と、表層体75bに含有される空孔の平均径(第2平均サイズ)と、内層体75aの表面から露出面76までの表層体75bの厚み[μm]とが測定された。

0064

多孔質体75はハウジング74に嵌め込まれた。多孔質体75は液槽内に湛えられた水に浸された。水中には強制的な水流は形成されなかった。通路73から圧力下で空気が供給された。空気は、通路73から内層体75aに向かって供給され、内層体75aから表層体75bを通って露出面76から水中に放出された。通路73の内径は4[mm]に設定された。通路73内で空気の圧力は0.4[MPa]に設定された。水の温度は摂氏40度に設定された。空気の温度は摂氏20度に設定された。微細気泡の気泡径ごとに、露出面76から吹き出す微細気泡の発生量[個/ミリリットル]が計測された。微細気泡の平均気泡径で微細気泡の発生量は特定された。

0065

図6に示されるように、本発明者は、第1平均サイズおよび第2平均サイズに基づきパラメーターを算出した。パラメーターは、内層体75aに含まれる空孔の第1平均サイズに対し、表層体75bに含まれる空孔の第2平均サイズの比率で特定された。パラメーターと微細気泡の発生量との関係が検討された。第2平均サイズが第1平均サイズの2.5倍〜10.5倍に設定されると、表層体75bで水に接する露出面76から確実に大量のウルトラファインバブルは水中に放出されることが確認された。このとき、多孔質体75の露出面76に沿って水流が生成されると、さらに大量にウルトラファインバブルが水中に放出されることが確認された。水流の生成にあたって流路の内径は15[mm]に設定された。流路内で水の流量は30[L/min]に設定された。流路内で水の温度は摂氏40度に設定された。

0066

図7に示されるように、本発明者は、パラメーター2.5倍〜10.5倍の多孔質体75の中で、表層体75bの厚みと微細気泡の発生量との関係を検討した。表層体75bの厚みが200μm以上であって700μm以下であると、表層体75bで水に接する露出面76から確実に大量のウルトラファインバブルは水中に放出されることが確認された。このとき、前述の条件で多孔質体75の露出面76に沿って水流が生成されると、さらに大量にウルトラファインバブルが水中に放出されることが確認された。

0067

11…気液混合装置(洗浄装置)、13…液槽、73…通路、74…ハウジング、75a…内層体、75b…表層体。

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