JP2020175343A

JP2020175343A - エアレータ

Info

Publication number: JP2020175343A
Application number: JP2019080209A
Authority: JP
Inventors: 勇仁藤田; Takehito Fujita; 小林　正史; Masashi Kobayashi; 正史小林; 誠之島田; Masayuki Shimada; 壯切石; Takeshi Kiriishi
Original assignee: Nano Science Lab Corp
Current assignee: Nano Science Lab Corp
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2020-10-29
Also published as: CN111825225A; US20200330933A1

Abstract

【課題】微細気泡生成装置への気体の供給を一旦停止しても、前処理作業に手間と時間をかけることなく、短時間のうちに気体の供給を再開することができるエアレータを提供する。【解決手段】送気ポンプＡＰによって空気が供給される給気室１１と、送水管ＰＩに接続された流水路１２と、給気室１１と流水路１２とを区画する、多数の気体放出孔を有する通気型の多孔質体１３を備えており、送気ポンプＡＰの吐出圧により、給気室１１内の空気が多孔質体１３の気体放出孔を通って流水路１２内の水中に押し出されるようになっている。多孔質体１３は、気体放出孔の内面がコーティング膜で被覆されており、そのコーティング膜は、平滑な膜平面における水滴接触角が８０度以上、好ましくは９０度以上の濡れ性を有する撥水剤によって形成されている。【選択図】図１

Description

この発明は、水中に微細気泡を生成する微細気泡生成装置に使用される、多数の気体放出孔を有するエアレータ、特に、気体放出孔内への水の浸入を抑えることができるエアレータに関する。

微細気泡含有水を生成する微細気泡生成装置としては、例えば、特許文献１に示すようなものがある。この微細気泡生成装置は、図６に示すように、水を貯留する貯留槽５１と、この貯留槽５１に貯留された水に浸漬されるエアレータ５２と、このエアレータ５２に気体を供給する気体供給手段５３と、エアレータ５２に振動を印加する振動印加手段５４とを備えており、水に浸漬したエアレータ５２に振動を連続的に印加しながらエアレータ５２から気体を液体内に放出することで、エアレータ５２から放出される気体が、エアレータ５２に印加された所定の振動によって微細気泡に分断されながら水中に放出され、ブラウン運動をしながらゆっくりと収縮し、ナノサイズの微細気泡として水中に安定して存在するようになっている。

前記エアレータ５２は、例えば、セラミックス等によって形成された通気型の多孔質体からなる、先端が閉塞された中空棒状を有しており、その中空部分と外部とを連通する孔径が２．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有しているので、エアレータ５２の中空部分に所定圧力の気体を供給すると、気体放出孔から水中に気体が放出されるようになっている。

特許第６０３９１３９号公報

ところで、上述したような微細気泡生成装置において、エアレータ５２への気体の供給を一旦停止すると、水圧及び毛細管現象によりエアレータ５２の気体放出孔に水が浸入し、気体放出孔が水によって目詰りした状態になるので、その後に、エアレータ５２への気体の供給を再開しても、気体放出孔から水中に気体が放出されることはない。

このため、エアレータ５２への気体の供給を再開する際は、まず、エアレータ５２に対して気体の供給圧を徐々に上げて行くことで、目詰りしている気体放出孔内の水を追い出して気体放出孔を開通させた後、さらに気体の供給を継続することで、気体放出孔の内面に付着している水を徐々に排出していくといった面倒な前処理作業を行う必要があり、気体の供給を停止する前の定常運転時の気体放出量と略同等の気体放出量を確保するには、前処理作業にかなりの手間と時間を要するといった問題がある。

そこで、この発明の課題は、微細気泡生成装置への気体の供給を一旦停止しても、前処理作業に手間と時間をかけることなく、短時間のうちに気体の供給を再開することができるエアレータを提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、水中に微細気泡を生成するために使用される、孔径（モード径）が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する多孔質体を介して気体を水中に放出するエアレータであって、前記多孔質体は、平滑な平面における水滴接触角が８０度以上の濡れ性を有する素材によって形成されていることを特徴とするエアレータを提供するものである。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明のエアレータにおいて、前記多孔質体は、平滑な平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する素材によって形成されていることを特徴としている。

また、請求項３に係る発明は、水中に微細気泡を生成するために使用される、孔径（モード径）が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する多孔質体を介して気体を水中に放出するエアレータであって、前記多孔質体は、前記気体放出孔の内面がコーティング膜で被覆されており、前記コーティング膜は、平滑な膜平面における水滴接触角が８０度以上の濡れ性を有する撥水剤によって形成されていることを特徴としている。

また、請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明のエアレータにおいて、前記コーティング膜は、平滑な膜平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する撥水剤によって形成されていることを特徴としている。

また、請求項５に係る発明は、請求項３または４に係る発明のエアレータにおいて、前記コーティング膜は、その膜厚が気体放出孔の孔径の２０％以下であることを特徴としている。

また、請求項６に係る発明は、請求項３、４または５に係る発明のエアレータにおいて、前記コーティング膜は、１次粒子径が１０ｎｍ以下のシリカ微粒子を含有するシリカ系撥水剤によって形成されていることを特徴としている。

また、請求項７に係る発明は、請求項１、２、３、４、５または６に係る発明のエアレータにおいて、孔径（モード径）が、０．６μｍ以下であり、孔径分布が、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０≦３．０であることを特徴としている。

以上のように、請求項１に係る発明のエアレータは、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ以下であるので、ナノオーダーの微細気泡を生成することが可能である。また、多孔質体は、平滑な平面における水滴接触角が８０度以上の濡れ性を有する素材によって形成されているので、エアレータへの気体の供給を一旦停止しても、エアレータの気体放出孔に水が浸入し難く、気体放出孔が水によって目詰りした状態になりにくい。従って、エアレータへの気体の供給を再開する際に行う前処理作業では、気体の供給圧をそれ程高くしなくても気体放出孔が開通すると共に、開通後に長時間通気しなくても気体放出孔の内面に付着している水を概ね排出することができ、短時間で定常運転時の気体放出量と略同等の気体放出量を確保することができる。

特に、請求項２に係る発明のエアレータは、多孔質体が、平滑な平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する素材によって形成されているので、エアレータへの気体供給を停止した状態でも、エアレータの気体放出孔内に水がさらに浸入し難く、開通後の気体放出孔の内面への水の付着量もさらに少なくなるので、より短時間で定常運転時の気体放出量と同等の気体放出量を確保することができる。

また、請求項３に係る発明のエアレータは、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ以下であるので、請求項１に係る発明と同様に、ナノオーダーの微細気泡を生成することが可能である。また、多孔質体は、気体放出孔の内面がコーティング膜で被覆されており、そのコーティング膜は、平滑な膜平面における水滴接触角が８０度以上の濡れ性を有する撥水剤によって形成されているので、請求項１に係る発明と同様に、エアレータへの気体の供給を一旦停止しても、エアレータの気体放出孔に水が浸入し難く、気体放出孔が水によって目詰りした状態になりにくい。従って、エアレータへの気体の供給を再開する際に行う前処理作業では、気体の供給圧をそれ程高くしなくても気体放出孔が開通すると共に、開通後に長時間通気しなくても気体放出孔の内面に付着している水を概ね排出することができ、短時間で定常運転時の気体放出量と略同等の気体放出量を確保することができる。

特に、請求項４に係る発明のエアレータは、コーティング膜が、平滑な膜平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有しているので、エアレータへの気体供給を停止した状態でも、エアレータの気体放出孔内に水がさらに浸入し難く、開通後の気体放出孔の内面への水の付着量もさらに少なくなるので、より短時間で定常運転時の気体放出量と同等の気体放出量を確保することができる。

また、請求項５に係る発明のエアレータは、コーティング膜の膜厚が気体放出孔の孔径の２０％以下であるので、エアレータへの気体の供給を再開する際に行う前処理作業に支障を来すこともない。

また、請求項６に係る発明のエアレータは、１次粒子径が１０ｎｍ以下のシリカ微粒子を含有するシリカ系撥水剤によってコーティング膜が形成されているので、コーティング膜は、膜厚が薄くなると共に気体放出孔の内面への密着性が向上する。

また、請求項７に係る発明のエアレータは、孔径（モード径）が、０．６μｍ以下であり、孔径分布が、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０≦３．０であるので、孔径のバラツキが小さく、気泡径及びそのバラツキが小さいナノオーダーの微細気泡を大量に生成することができる。

この発明に係るエアレータの一実施形態を備えた微細気泡生成装置を示す概略構成図である。同上のエアレータを構成している多孔質体について、前処理作業の作業性についての検証実験を行うための実験装置を示す概略構成図である。同上のエアレータの他の実施形態を示す概略図である。同上のエアレータの他の実施形態を示す概略図である。同上のエアレータの他の実施形態を示す概略図である。微細気泡生成装置の一例を示す概略構成図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明のエアレータを備えた微細気泡生成装置の概略構成を示している。同図に示すように、この微細気泡生成装置ＢＤは、液体を貯留する貯水槽Ｃ１と、この貯水槽Ｃ１に貯留された水を吸い上げて送出する送水管ＰＩ及び送水ポンプＰＯと、この送水ポンプＰＯによる送水途中の水に気体を放出するエアレータ１０と、このエアレータ１０によって気体が放出された水を貯留する貯水槽Ｃ２とから構成されている。

前記エアレータ１０は、送気ポンプＡＰによって空気が供給される給気室１１と、送水管ＰＩに接続された流水路１２と、給気室１１と流水路１２とを区画する、多数の気体放出孔を有する通気型の多孔質体１３を備えており、送気ポンプＡＰの吐出圧により、給気室１１内の空気が多孔質体１３の気体放出孔を通って流水路１２内の水中に押し出されるようになっている。

従って、送水ポンプＰＯ及び送気ポンプＡＰを運転すると、貯水槽Ｃ１内の水がエアレータ１０の流水路１２に送出され、送気ポンプＡＰの吐出圧によって多孔質体１３の下面に開放された気体放出孔から流水路１２を通過する水に空気が押し出される。このようにして気体放出孔から押し出された空気は、流水路１２を流れる水流によって、１．５μｍ以下の微細気泡に分断され、この微細気泡がゆっくりと収縮しながらナノオーダーの微細気泡が生成され、ナノオーダーの微細気泡を含む微細気泡含有水が貯水槽Ｃ２に貯留される。

前記エアレータ１０を構成している多孔質体１３としては、セラミックス、カーボン、ガラス、合成樹脂等からなる、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ以下のものを使用することができるが、気体放出孔の内面がある程度以上の撥水性（疎水性）を有している必要がある。具体的には、平滑な平面における水滴接触角が８０度以上、好ましくは９０度以上の濡れ性を有する素材によって形成されているか、気体放出孔の内面がコーティング膜で被覆されており、そのコーティング膜は、平滑な膜平面における水滴接触角が８０度以上、好ましくは９０度以上の濡れ性を有する撥水剤によって形成されている必要がある。

前記撥水剤としては、シリコン系シラン化合物撥水剤、フッ素樹脂撥水剤、ナノシリカ系撥水剤等を使用することができ、特に、１次粒子径が１０ｎｍ以下のシリカ微粒子を含有するナノシリカ系撥水剤によってコーティング膜を形成すると、膜厚が薄くなると共に気体放出孔の内面への密着性が向上するという利点がある。なお、撥水剤によって形成されたコーティング膜は、その膜厚が気体放出孔の孔径の２０％以下であることが望ましい。

この微細気泡生成装置ＢＤの運転を停止すると、即ち、送水ポンプＰＯ及び送気ポンプＡＰの運転を停止すると、毛細管現象によって流水路１２内の水が多孔質体１３の気体放出孔に浸入していくので、微細気泡生成装置ＢＤの運転を再開する際は、まず、送水ポンプＰＯの運転を停止した状態で、送気ポンプＡＰを運転して流水路１２内に空気を押し出すことで、目詰りしている気体放出孔内の水を追い出して気体放出孔を開通させた後、さらに流水路１２内への空気の押し出しを継続することで、気体放出孔の内面に付着している水を排出するという前処理作業を行う必要がある。そこで、以下に示す実施例１〜１１及び比較例１〜１２の多孔質体について、前処理作業の作業性についての検証実験を行った。

（実施例１）
表１に示すように、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０（Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０は、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％、５０％、９０％となる孔径である）が２．８９８の多孔質カーボンを面積が２５０ｍｍ^２、厚さが５ｍｍにカットし、これをシリコン系シラン化合物撥水剤（アクアシール２００Ｓ日本ペイント株式会社製）の原液に５分以上浸漬した後、これを取り出して、一方の面から空気圧を数分間かけることにより余剰の撥水剤を気体放出孔から押し出して除去した状態で、低温乾燥器（ＤＳ４０１ヤマト科学株式会社製）にて６０℃で１時間乾燥させることにより、気体放出孔の内面が撥水剤からなるコーティング膜によって被覆された試験体を作成した。なお、使用したシリコン系シラン化合物撥水剤（原液）を用いて平滑なガラス板の表面をコーティングし、そのコーティング膜表面に約０．０５ｍｇの水滴を滴下して液滴法により静的接触角を測定したところ、８０度であった。

（実施例２）
表１に示すように、撥水剤として、シリコン系シラン化合物撥水剤（アクアシール２００Ｓ日本ペイント株式会社製）の原液に代えてフッ素樹脂撥水剤（ガラコ株式会社ソフト９９コーポレーション製）の原液を使用した点を除いて、実施例１と同様の方法で試験体を作成した。なお、使用したフッ素樹脂撥水剤（原液）を用いて平滑なガラス板の表面をコーティングし、そのコーティング膜表面に約０．０５ｍｇの水滴を滴下して液滴法により静的接触角を測定したところ、８３度であった。

（実施例３）
表１に示すように、撥水剤として、シリコン系シラン化合物撥水剤（アクアシール２００Ｓ日本ペイント株式会社製）の原液に代えてナノシリカ系撥水剤（ナノシリカコートＨＳ−０１株式会社ジャパンナノコート製）の原液を使用した点を除いて、実施例１と同様の方法で試験体を作成した。なお、使用したナノシリカ系撥水剤（原液）を用いて平滑なガラス板の表面をコーティングし、そのコーティング膜表面に約０．０５ｍｇの水滴を滴下して液滴法により静的接触角を測定したところ、９２度であった。

（実施例４）
表１に示すように、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．８９８の多孔質カーボンに代えて、孔径（モード径）が０．６μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．０１５の多孔質カーボンを使用した点を除いて、実施例１と同様の方法で試験体を作成した。

（実施例５）
表１に示すように、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．８９８の多孔質カーボンに代えて、孔径（モード径）が０．６μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．０１５の多孔質カーボンを使用した点を除いて、実施例２と同様の方法で試験体を作成した。

（実施例６）
表１に示すように、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．８９８の多孔質カーボンに代えて、孔径（モード径）が０．６μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．０１５の多孔質カーボンを使用した点を除いて、実施例３と同様の方法で試験体を作成した。

（実施例７）
表１に示すように、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．８９８の多孔質カーボンに代えて、孔径（モード径）が０．０５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が１．２０６の多孔質ガラスを使用した点を除いて、実施例１と同様の方法で試験体を作成した。

（実施例８）
表１に示すように、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．８９８の多孔質カーボンに代えて、孔径（モード径）が０．０５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が１．２０６の多孔質ガラスを使用した点を除いて、実施例２と同様の方法で試験体を作成した。

（実施例９）
表１に示すように、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．８９８の多孔質カーボンに代えて、孔径（モード径）が０．０５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が１．２０６の多孔質ガラスを使用した点を除いて、実施例３と同様の方法で試験体を作成した。

（実施例１０）
表１に示すように、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．９６２の多孔質ポリプロピレンを面積が２５０ｍｍ^２、厚さが５ｍｍにカットし、これを試験体とした。なお、この試験体と同一素材によって形成された平滑な板の表面に約０．０５ｍｇの水滴を滴下して液滴法により静的接触角を測定したところ、８７度であった。

（実施例１１）
表１に示すように、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．９３１の多孔質フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）を面積が２５０ｍｍ^２、厚さが５ｍｍにカットし、これを試験体とした。なお、この試験体と同一素材によって形成された平滑な板の表面に約０．０５ｍｇの水滴を滴下して液滴法により静的接触角を測定したところ、１１４度であった。

（比較例１）
表１に示すように、撥水剤として、シリコン系シラン化合物撥水剤（アクアシール２００Ｓ日本ペイント株式会社製）の原液に代えて１０倍希釈液を使用した点を除いて、実施例１と同様の方法で試験体を作成した。なお、使用したフッ素樹脂撥水剤（１０倍希釈液）を用いて平滑なガラス板の表面をコーティングし、そのコーティング膜表面に約０．０５ｍｇの水滴を滴下して液滴法により静的接触角を測定したところ、３２度であった。

（比較例２）
表１に示すように、撥水剤として、フッ素樹脂撥水剤（ガラコ株式会社ソフト９９コーポレーション製）の原液に代えて１０倍希釈液を使用した点を除いて、実施例２と同様の方法で試験体を作成した。なお、使用したフッ素樹脂撥水剤（１０倍希釈液）を用いて平滑なガラス板の表面をコーティングし、そのコーティング膜表面に約０．０５ｍｇの水滴を滴下して液滴法により静的接触角を測定したところ、２８度であった。

（比較例３）
表１に示すように、撥水剤として、ナノシリカ系撥水剤（ナノシリカコートＨＳ−０１株式会社ジャパンナノコート製）の原液に代えて１０倍希釈液を使用した点を除いて、実施例３と同様の方法で試験体を作成した。なお、使用したナノシリカ系撥水剤（１０倍希釈液）を用いて平滑なガラス板の表面をコーティングし、そのコーティング膜表面に約０．０５ｍｇの水滴を滴下して液滴法により静的接触角を測定したところ、３５度であった。

（比較例４）
表１に示すように、撥水剤によるコーティングを行わなかった点を除いて、実施例１と同様の方法で試験体を作成した。なお、この試験体と同一素材によって形成された平滑な板の表面に約０．０５ｍｇの水滴を滴下して液滴法により静的接触角を測定したところ、５６度であった。

（比較例５）
表１に示すように、撥水剤として、シリコン系シラン化合物撥水剤（アクアシール２００Ｓ日本ペイント株式会社製）の原液に代えて１０倍希釈液を使用した点を除いて、実施例４と同様の方法で試験体を作成した。

（比較例６）
表１に示すように、撥水剤として、フッ素樹脂撥水剤（ガラコ株式会社ソフト９９コーポレーション製）の原液に代えて１０倍希釈液を使用した点を除いて、実施例５と同様の方法で試験体を作成した。

（比較例７）
表１に示すように、撥水剤として、ナノシリカ系撥水剤（ナノシリカコートＨＳ−０１株式会社ジャパンナノコート製）の原液に代えて１０倍希釈液を使用した点を除いて、実施例６と同様の方法で試験体を作成した。

（比較例８）
表１に示すように、撥水剤によるコーティングを行わなかった点を除いて、実施例４と同様の方法で試験体を作成した。なお、この試験体と同一素材によって形成された平滑な板の表面に約０．０５ｍｇの水滴を滴下して液滴法により静的接触角を測定したところ、５６度であった。

（比較例９）
表１に示すように、撥水剤として、シリコン系シラン化合物撥水剤（アクアシール２００Ｓ日本ペイント株式会社製）の原液に代えて１０倍希釈液を使用した点を除いて、実施例７と同様の方法で試験体を作成した。

（比較例１０）
表１に示すように、撥水剤として、フッ素樹脂撥水剤（ガラコ株式会社ソフト９９コーポレーション製）の原液に代えて１０倍希釈液を使用した点を除いて、実施例８と同様の方法で試験体を作成した。

（比較例１１）
表１に示すように、撥水剤として、ナノシリカ系撥水剤（ナノシリカコートＨＳ−０１株式会社ジャパンナノコート製）の原液に代えて１０倍希釈液を使用した点を除いて、実施例９と同様の方法で試験体を作成した。

（比較例１２）
表１に示すように、撥水剤によるコーティングを行わなかった点を除いて、実施例７と同様の方法で試験体を作成した。なお、この試験体と同一素材によって形成された平滑な板の表面に約０．０５ｍｇの水滴を滴下して液滴法により静的接触角を測定したところ、２３度であった。

（実験装置）
前処理作業の作業性についての検証実験を行うための実験装置は、図２に示すように、試験体ＴＰを介して大気に開放された給気室ＡＲと、この給気室ＡＲに空気を供給する給気ポンプＡＦ及び給気管ＡＰと、給気管ＡＰにおける給気ポンプＡＦの下流側に配設された流量計ＦＭ及び圧力計ＰＧとから構成されており、流量計ＦＭにより供給する空気流量を、圧力計ＰＧにより空気供給圧力をそれぞれ測定することができるようになっている。

以下の方法で検証実験を行い、得られた測定データを表２に示した。
（実験方法）
＜水浸透前の試験体についての測定＞
上述した実施例１〜１１及び比較例１〜１２の各試験体ＴＰを実験装置の給気室ＡＲにそれぞれセットし、圧力計ＰＧの測定圧力（空気供給圧力）が０．１ＭＰａとなるように給気ポンプＡＦの吐出圧力を調整した状態で、そのときの空気流量を流量計ＦＭによって測定する。
＜水浸透状態の試験体の作成＞
各試験体ＴＰの一方の面に水圧をかけることによって気体放出孔に水を浸入させ、各試験体ＴＰの他方の面から水が押し出されてきた時点で加圧を停止した後、１０分間静置することで、気体放出孔が水で目詰まりした状態の試験体を作成する。
＜水浸透後の試験体についての測定＞
気体放出孔が水で目詰まりした状態の各試験体ＴＰを給気室ＡＲにセットし、給気ポンプＡＦによって１００ｃｃ／ｍｉｎで空気を給気室ＡＲに供給することで給気室ＡＲ内を昇圧していく。気体放出孔内の水が押し出されて気体放出孔が開通する直前の最高給気圧力を計測した後、給気室ＡＲ内が０．１ＭＰａまで減圧した時点で空気流量を測定する。

表２から分かるように、気体放出孔の内面を被覆しているコーティング膜が、平滑な膜平面における水滴接触角が８０度未満（３５度以下）の濡れ性を有する撥水剤によって形成されている比較例１〜３、比較例５〜７及び比較例９〜１１の試験体（多孔質体）や、平滑な平面における水滴接触角が８０度未満（５６度以下）の濡れ性を有する素材によって形成されている比較例４、８、１２の試験体（多孔質体）は、空気放出直前の最高給気圧力が４．０〜９．０ＭＰａであり、水によって目詰まりしている気体放出孔を開通させるのに空気供給圧をかなり高くしなければならないので、空気供給圧の昇圧時間が長くなり、水によって目詰まりしている気体放出孔を短時間で開通させることができないが、気体放出孔の内面を被覆しているコーティング膜が、平滑な膜平面における水滴接触角が８０度以上の濡れ性を有する撥水剤によって形成されている実施例１〜９の試験体（多孔質体）や、平滑な平面における水滴接触角が８０度以上の濡れ性を有する素材によって形成されている実施例１０、１１の試験体（多孔質体）は、空気放出直前の最高給気圧力が３．０ＭＰａ以下であり、水によって目詰まりしている気体放出孔を開通させるのに空気供給圧をそれ程高くする必要がないので、空気供給圧の昇圧時間が短くてよく、水によって目詰まりしている気体放出孔を短時間で開通させることができる。

特に、気体放出孔の内面を被覆しているコーティング膜が、平滑な膜平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する撥水剤によって形成されている実施例３，６、９の試験体（多孔質体）は、平滑な膜平面における水滴接触角が９０度未満の濡れ性を有するコーティング膜が形成された同種（素材、孔径（モード径）及び孔径分布が同一）の多孔質体に比べて空気放出直前の最高給気圧力が低くなっており、より短時間で気体放出孔を開通させることができると共に、平滑な平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する素材によって形成されている実施例１１の試験体（多孔質体）は、平滑な平面における水滴接触角が９０度未満の濡れ性を有する素材によって形成されている実施例１０の試験体（多孔質体）に比べて空気放出直前の最高給気圧力が低くなっており、より短時間で気体放出孔を開通させることができる。従って、コーティング膜によって気体放出孔の内面を被覆する場合は、平滑な膜平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する撥水剤によってコーティング膜を形成することが望ましく、コーティング膜によって気体放出孔の内面を被覆しない場合は、多孔質体自体を、平滑な平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する素材によって形成しておくことが望ましい。

また、表２から分かるように、気体放出孔の内面を被覆しているコーティング膜が、平滑な膜平面における水滴接触角が８０度未満（３５度以下）の濡れ性を有する撥水剤によって形成されている比較例１〜３、比較例５〜７及び比較例９〜１１の試験体（多孔質体）や、平滑な平面における水滴接触角が８０度未満（５６度以下）の濡れ性を有する素材によって形成されている比較例４、８、１２の試験体（多孔質体）は、水によって目詰まりしている気体放出孔が開通した後、空気供給圧が０．１ＭＰａまで低下した状態おける空気流量が、気体放出孔を水で目詰まりさせる前の空気供給圧が０．１ＭＰａの時の空気流量に比べて大きく低下しているが（空気流量の減少率が８２％〜９６％）、気体放出孔の内面を被覆しているコーティング膜が、平滑な膜平面における水滴接触角が８０度以上の濡れ性を有する撥水剤によって形成されている実施例１〜９の試験体（多孔質体）や、平滑な平面における水滴接触角が８０度以上の濡れ性を有する素材によって形成されている実施例１０、１１の試験体（多孔質体）は、水によって目詰まりしている気体放出孔が開通した後、空気供給圧が０．１ＭＰａまで低下した状態おける空気流量が、気体放出孔を水で目詰まりさせる前の空気供給圧が０．１ＭＰａの時の空気流量に比べて大きく低下しておらず（空気流量の減少率が０％〜１０％）、気体放出孔を水で目詰まりさせる前と略同等の空気流量を確保することができた。

このように、目詰まりしている気体放出孔が開通した後、気体放出孔を水で目詰まりさせる前の空気供給圧まで低下した状態の空気流量が、目詰まりさせる前に比べて低下するのは、開通した気体放出孔の内面にも水が付着しており、この付着した水によって気体放出孔の抵抗が大きくなるからであり、空気流量の減少率が小さい実施例１〜１１の試験体（多孔質体）は、空気流量の減少率が大きい比較例１〜１２の試験体（多孔質体）に比べて、開通した気体放出孔の内面の水の付着量が少なくなっているものと考えられる。従って、気体放出孔の内面を被覆しているコーティング膜を、平滑な膜平面における水滴接触角が８０度以上の濡れ性を有する撥水剤によって形成したり、平滑な平面における水滴接触角が８０度以上の濡れ性を有する素材によって多孔質体自体を形成することで、開通した気体放出孔の内面の水の付着量も少なくすることができ、開通後に長時間通気しなくても気体放出孔の内面に付着している水を概ね排出することができるので、短時間で定常運転時の気体放出量と略同等の気体放出量を確保することができる。

特に、気体放出孔の内面を被覆しているコーティング膜が、平滑な膜平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する撥水剤によって形成されている実施例３，６、９の試験体（多孔質体）は、平滑な膜平面における水滴接触角が９０度未満の濡れ性を有するコーティング膜が形成された同種（素材、孔径（モード径）及び孔径分布が同一）の多孔質体に比べて空気流量の減少率が小さくなっており、開通後の気体放出孔に付着した水を排出するための通気時間をより短くすることができると共に、平滑な平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する素材によって形成されている実施例１１の試験体（多孔質体）は、平滑な平面における水滴接触角が９０度未満の濡れ性を有する素材によって形成されている実施例１０の試験体（多孔質体）に比べて空気流量の減少率が小さくなっており、開通後の気体放出孔に付着した水を排出するための通気時間をより短くすることができる。従って、開通後の気体放出孔に付着した水を排出するための通気時間を短くするという観点からも、コーティング膜によって気体放出孔の内面を被覆する場合は、平滑な膜平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する撥水剤によってコーティング膜を形成することが望ましく、コーティング膜によって気体放出孔の内面を被覆しない場合は、多孔質体自体を、平滑な平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する素材によって形成しておくことが望ましい。

また、上述したように、多孔質体を撥水剤に浸漬した後、多孔質体の一方の面から空気圧をかけることで余剰の撥水剤を気体放出孔から押し出して除去した状態で乾燥させると、気体放出孔の内面を被覆する撥水剤のコーティング膜の膜厚が気体放出孔の孔径の２０％以下に抑えられるので、気体放出孔の孔径が小さい多孔質体であっても、エアレータへの気体の供給を再開する際に行う前処理作業に支障を来すこともない。

また、実施例３、６、９において、撥水剤として使用したナノシリカ系撥水剤（ナノシリカコートＨＳ−０１株式会社ジャパンナノコート製）は、１次粒子径が１０ｎｍ以下のシリカ微粒子を含有しているので、この撥水剤によって形成されたコーティング膜は、膜厚が薄くなると共に気体放出孔の内面への密着性が向上するという利点がある。

また、気体放出孔の孔径（モード径）が０．６μｍ以下で、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が３．０以下と孔径のバラツキが小さい実施例４〜９の試験体（多孔質体）を使用したエアレータによって生成される微細気泡は、気泡径が１００ｎｍ前後で、そのバラツキも小さい微細気泡を大量に生成することができる。

なお、エアレータは、多孔質体を介して気体を水中に放出するものであれば、その形態は特に限定されず、例えば、図３に示すエアレータ１０Ａのように、円筒状の多孔質体１３Ａの両端部を閉塞して中空部分を気体が導入される給気室とし、多孔質体１３Ａの外周部分を、内周面に１本の螺旋状の溝が形成された円筒体１４Ａによって覆うことで、多孔質体１３Ａの外周面側に水が導入される螺旋状の流水路１２Ａを形成するようにしてもよく、逆に、図４に示すエアレータ１０Ｂのように、円筒状の多孔質体１３Ｂの中空部分を流水路１２Ｂとし、多孔質体１３Ｂの外周部分を同図に二点鎖線で示す円筒体１４Ｂによって覆うことで、多孔質体１３Ｂの外周面側に気体が導入される給気室１１Ｂを形成するようにしてもよく、図５に示すエアレータ１０Ｃのように、先端が閉塞された円筒状の多孔質体１３Ｃの中空部分を給気室１１Ｃとし、これを流水中や静止水中に配設してもよい。

本発明のエアレータは、水中にナノオーダーの微細気泡を生成する微細気泡生成装置に利用することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃエアレータ
１１、１１Ｂ、１１Ｃ給気室
１２、１２Ａ、１２Ｂ流水路
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ多孔質体
１４Ａ、１４Ｂ円筒体
ＢＤ微細気泡生成装置
Ｃ１、Ｃ２貯水槽
ＰＩ送水管
ＰＯ送水ポンプ
ＡＰ送気ポンプ

Claims

水中に微細気泡を生成するために使用される、孔径（モード径）が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する多孔質体を介して気体を水中に放出するエアレータであって
前記多孔質体は、平滑な平面における水滴接触角が８０度以上の濡れ性を有する素材によって形成されていることを特徴とするエアレータ。
前記多孔質体は、平滑な平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する素材によって形成されている請求項１に記載のエアレータ。
水中に微細気泡を生成するために使用される、孔径（モード径）が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する多孔質体を介して気体を水中に放出するエアレータであって、
前記多孔質体は、前記気体放出孔の内面がコーティング膜で被覆されており、
前記コーティング膜は、平滑な膜平面における水滴接触角が８０度以上の濡れ性を有する撥水剤によって形成されていることを特徴とするエアレータ。
前記コーティング膜は、平滑な膜平面における水滴接触角が９０度以上の濡れ性を有する撥水剤によって形成されている請求項３に記載のエアレータ。
前記コーティング膜は、その膜厚が気体放出孔の孔径の２０％以下である請求項３または４に記載のエアレータ。
前記コーティング膜は、１次粒子径が１０ｎｍ以下のシリカ微粒子を含有するシリカ系撥水剤によって形成されている請求項３、４または５に記載のエアレータ。
前記気体放出孔は、
孔径（モード径）が、０．６μｍ以下であり、
孔径分布が、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０≦３．０である請求項１、２、３、４、５または６に記載のエアレータ。