JPH1176780A - 微細泡沫供給装置 - Google Patents

微細泡沫供給装置

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JPH1176780A
JPH1176780A JP9249342A JP24934297A JPH1176780A JP H1176780 A JPH1176780 A JP H1176780A JP 9249342 A JP9249342 A JP 9249342A JP 24934297 A JP24934297 A JP 24934297A JP H1176780 A JPH1176780 A JP H1176780A
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JP
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liquid
fine
gas
fine foam
flow path
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Application number
JP9249342A
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English (en)
Inventor
Kimio Hirasawa
公雄 平沢
Masakazu Kashiwa
雅一 柏
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Idec Corp
Original Assignee
Idec Izumi Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で効率よく微細泡沫を製造するこ
とができ、良好な微細泡沫を効率よく供給する。 【解決手段】 液体10中に気泡を形成する吸引器15
が接続されほぼ水平な流路からなる入口水平部22と、
この入口水平部22の下流にほぼ垂直方向に形成された
流路の直立部24と、この直立部24の下流に設けられ
ほぼ水平な部分を有する出口水平部26とを備えた微細
泡沫分離部20を設ける。微細泡沫分離部20に、微細
気泡を含んだ液体を通過させ、微細泡沫28を分離し供
給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、各種の液体中に
細かい気泡を形成し、そこから得られた微細泡沫を分離
し供給する微細泡沫供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、微細泡沫の製造には、細かい穴が
沢山開いた散気板から気体を液体中に吹き出させること
により微細泡沫を製造する方法と、液体中で化学変化を
起こし、化学的に気泡が発生する化学物質を液体中に混
合し微細泡沫を発生させる方法等があった。
【0003】さらに、本願出願人による、特開平7−4
7264号公報に開示されているように、気液混合装置
により加圧された気体を液体流路に入れて、気液混合流
を形成し、この気液混合流を、発泡させる液体中に噴射
して、微細気泡による泡沫を形成するものも提案されて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の前者
の散気板を用いたものの場合、散気板の穴が数μmとき
わめて小さいものであり、この穴が目づまりし易く、維
持管理に工数及びコストがかかるものであった。しか
も、形成される気泡径が比較的大きいため、泡沫の流動
性が悪く、配管により泡沫を供給するのは難しいもので
あった。また、化学変化を用いた場合は、気泡を形成す
る気体は、化学変化によって生じる気体に限定されるた
め使用範囲が制限され、しかも、本来必要とする物質以
外に化学変化に使用した物質が気泡中に混合することに
なるという問題もあった。
【0005】また、上記従来の技術の後者の場合、微細
気泡を液体から分離するには、液体中を微細気泡が浮上
して液面上に溜った微細泡沫を分離し回収しなければな
らず、液体中から微細気泡を効率的に回収できるもので
はなかった。さらに、微細気泡が液体中を浮上するまで
に時間がかかり、また液体中の微細気泡の回収率も良く
ないものであった。さらに、微細気泡の浮上に時間がか
かるので、液体中で微細気泡同士が合泡し、大きな気泡
になり泡沫の状態が悪化するという問題もある。
【0006】この発明は、上記従来技術の問題点に鑑み
て成されたもので、簡単な構成で効率よく微細泡沫を製
造することができ、良好な微細泡沫を効率よく供給する
微細泡沫供給装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、液体中に微
細気泡を形成する微細気泡形成装置を有し、この微細気
泡形成装置が接続されほぼ水平方向の流路からなる入口
水平部と、この入口水平部の下流にほぼ垂直方向に形成
された流路の直立部と、この直立部の下流に設けられほ
ぼ水平な部分を有する出口水平部とから成る微細泡沫分
離部を備え、上記微細気泡形成装置から送られる微細気
泡を含んだ液体が、上記微細泡沫分離部を通過して、微
細泡沫と上記液体とに分離されて上記微細泡沫を得る微
細泡沫供給装置である。
【0008】さらにこの発明の上記微細気泡を形成する
微細気泡形成装置は、液体の流路に設けられたベンチュ
リ管やオリフィス等の絞り部と、この絞り部につづいて
流路を徐々に広げた広がり部と、上記絞り部のわずかに
下流側に形成され断面が一定の気体流入部と、この気体
流入部に設けられた気体流入口とからなる吸引器を有
し、上記広がり部の下流に設けられ流路中の液体と上記
気体流入口から流入した気体とを加圧混合する加圧混合
部と、この加圧混合部の出口側に設けられ上記気液混合
流を上記微細泡沫分離部に噴射するノズル等の噴射部を
備える。
【0009】また上記微細気泡を形成する微細気泡形成
装置は、液体が流れる流路の途中でその流路が並列に複
数に分岐させる分岐点と、この並列に分岐した複数の流
路の少なくとも一つに設けられたベンチュリ管やオリフ
ィス等の絞り部と、上記絞り部の下流側に引き続いて位
置し少なくとも気体を流入させる流入口を有した流入部
と、上記流入部の下流に設けられ流路を徐々に広げた広
がり部と、この広がり部又はその下流に設けられ上記並
列に複数分岐した流路を再び合流させる合流点とからな
る吸引器を有し、この合流点の下流に流路中の液体と上
記流入口から流入した気体による気液混合流を加圧し混
合する加圧混合部と、この加圧混合部の出口側に設けら
れ上記気液混合流を上記微細泡沫分離部に噴射するノズ
ル等の噴射部を備えたものである。
【0010】さらに、上記流入口の少なくとも一方は気
体が流入するものであり、他の上記流入口は、上記液体
に混合する界面活性剤を流入させるものである。上記流
入部は、上記絞り部に引き続いてその流路の下流側に設
けられ上記絞り部より僅かに断面積が大きく流路方向に
その断面積の等しいものである。さらに、上記液体の流
路の途中に、薬注ポンプにより上記液体中に界面活性剤
を供給するものである。
【0011】この発明の微細泡沫供給装置は、吸引器に
送られた液体に外部からの気体が混合されて微細気泡が
形成され、微細気泡を有した気液混合流が微細泡沫分離
部の直立部から出口水平部を通過する間に、微細気泡の
浮上運動と屈曲した流路形状を利用して効果的に微細気
泡を上方に分離し、微細泡沫を分離供給可能にしたもの
である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下この発明の微細泡沫供給装置
の実施の形態について図面に基づいて説明する。図1〜
図3はこの発明の微細泡沫製造装置の第一実施形態を示
すもので、この実施形態の微細泡沫供給装置は、図1、
図2に示すように、発泡させて微細気泡を形成する液体
10を供給する配管12を有し、配管12の途中に液体
を送り出すポンプ14が設けられている。ポンプ14の
下流側の配管12には、この液体10中に微細気泡を形
成するための吸引器15が接続され、さらにその下流の
配管17の先端部には、液体10を噴射する噴射部であ
る透孔16が形成されたノズル18が接続されている。
【0013】ノズル18は、液体中の微細気泡を分離す
るZ字状の微細泡沫分離部20の入口水平部22に接続
されている。微細泡沫分離部20は、ほぼ水平な流路か
らなる入口水平部22と、この入口水平部22の下流で
ほぼ垂直方向に起立して形成された流路の直立部24
と、この直立部24の下流側に設けられほぼ水平な部分
を有する出口水平部26とからなる。出口水平部26に
は、図1に示すように、分離された微細泡沫28と液体
10との分離回収を容易にする分離板27が液体10と
微細泡沫28の境界面に設けられている。また、図2に
示すように、出口水平部26の下方に余剰液体を通す液
体用配管29aを設け、出口水平部26の上方に、微細
泡沫28を分離供給する泡沫配管29bを接続し、液体
10と微細泡沫28を各々別々に導く用にすると良い。
【0014】さらに、配管12の下流側端部に設けられ
た吸引器15は、図3に示すように一体的に形成され、
液体が流れる流路30の途中でその流路30が並列に複
数に分岐する分岐点31を有し、この並列に分岐した流
路30に、各々絞り部であるのど部32,33が設けら
れ、各のど部32,33に引き続いてその下流側には、
空気等の気体を流入させる流入部34と、界面活性剤を
流入させる流入部35が各々形成されている。各流入部
34,35は、各のど部32,33より僅かに直径が大
きい円筒状に形成され、流路方向にその断面積が等しい
ものである。流入部34には、外部から気体が流入する
気体の流入口36が形成され、流入部35には、外部か
ら界面活性剤を流入させる流入口37が開口している。
そして、図2に示すように、気体の流入口36には気体
管路38が接続され、気体配管38には気体の流量調節
弁39が設けられている。界面活性剤の流入口37には
界面活性剤を流入させる配管40が接続されている。
【0015】各流入部34,35の下流には、各々流路
を徐々に広げた広がり部42,43が形成され、この広
がり部42,43の下流に、この並列に複数分岐した流
路を再び合流させる合流点44が形成されている。この
合流点44の下流には、流路中の液体10と流入口3
6,37から流入した気体及び界面活性剤を加圧し混合
する加圧混合部となる配管17が設けられ、この加圧混
合部の配管17の出口側に噴射部であるノズル部18が
設けられている。
【0016】次に、この実施形態の微細泡沫供給装置の
作用について以下に説明する。発泡させられる液体10
は、ポンプ14により圧送され、吸引器15に流入した
液体10は、流路30の分岐点31で流れが分岐し、各
流路ののど部32,33で最大流速となり、静圧が最小
となり、その下流側の流入部34,35、広がり部4
2,43を経て静圧が再び増大する。広がり部42,4
3の後、分岐していた流路は合流点44で再び一つに合
流する。ここで、液体10がベンチュリ管状の流路を流
れることにより、静圧が相対的に最低ののど部32,3
3のわずかに下流の流入部34で開口した流入口36か
ら、気体が液体10の流れの中に流入する。流入部34
は、のど部32よりわずかに広いだけなので、この部分
の静圧も相対的にほぼ最低圧になっており、のど部32
より僅かに流路が広いので、その流路中に気体が容易に
吸引される。同様に、流入部35では、流入口37から
界面活性剤が流路の液体10中に吸引される。
【0017】流入口36から液体流れ中に流入した気体
は、気泡となって流路中の液体10とともに吸引器15
の広がり部42を経て出口部へ流れ、合流点44で流れ
が合流し、界面活性剤を含む液体とともに気液混合流と
なって加圧混合部を兼ねる配管17に流入する。配管1
7内では、流速が落ちて流れの静圧が相対的に高くなる
ので、気泡となった気体が液体中に溶解していく。そし
て、配管17は、微細気泡を含む液体と界面活性剤を含
む液体が均一に混ざり合うように、流れが乱流となるレ
イノルズ数以上とすると良い。例えば、配管17が円形
断面の場合、乱流となる臨界レイノルズ数は約2300
であるので、配管17内の流れのレイノルズ数を230
0以上にする。
【0018】配管17を経て気液混合流は、ノズル18
を経て微細泡沫分離部20へ流入する。微細泡沫分離部
20内では、液体10中に微細気泡と共に液体10が噴
出される。気液混合流は、ノズル18の透孔16を通過
する際に再び加速されるので、その静圧は低くなり、液
体10中に溶解していた気体が微細気泡として析出す
る。さらに、溶解しきらなかった気泡も、透孔16で加
速される際に流れの乱れ等による剪断力によって細分化
され、微細な気泡となって液体10とともに放出され
る。
【0019】ノズル18から微細泡沫分離部20の入口
水平部22に噴射された液体10は、入口水平部22内
の液体中に広がる。この入口水平部22は、ノズル18
から噴射される気液混合流が入口水平部22の流路内に
広がる程度の長さであれば良い。入口水平部22に噴射
された気液混合流は直立部24中に流入し、上昇する。
この時液体10中の微細気泡は、その浮力により、液体
10の上昇流よりも速い速度で上昇する。そして、出口
水平部26で気液混合流は再び水平方向に流れが屈曲さ
せられる。この時、微細気泡は液体10よりも速い速度
で直立部24を上昇しているので、流れが屈曲させられ
る際に微細気泡は容易に液体10の液面上に分離する。
この直立部の長さは、微細気泡が出口水平部26で液体
10から容易に分離される浮上速度を得ることができる
長さであれば良く、好ましくは液体中での無駄な浮上期
間をなくし、合泡を少なくするために、微細気泡の最大
浮上速度が得られる長さ以下にすると良い。
【0020】この実施形態の微細泡沫供給装置は、分岐
した各流路におけるのど部32,33の断面積、流入部
34,35の断面積、ノズル18の透孔16の断面積の
総和と、のど部32,33の断面積の総和の関係は、以
下の式を満たすものであれはよい。 PAn<PGn ・・・(1) PGn(nは自然数で、流入部の数に対応する)は、図
3では各流入口36,37から流入する気体や液体等の
圧力。PAnは流体力学上の連続の式及びベルヌーイの
定理により、以下の式により与えられる各流入部34,
35の静圧である。 PAn={1−(SAn2SC)/(SA2SBn2)}P1 +(δP+PB){(SAn2SC2)/(SA2SBn2)}・・・(2) ここで、SAはのど部32,33の断面積の総和、SA
nは各のど部32,33の断面積、SBnは各流入部3
4,35の断面積、SCは透孔16の断面積の総和、P
1は流入部34,35の総圧、δPは吸引器15からノ
ズル18までの圧力損失、PBはノズル18の透孔16
の出口の総圧。なお、この式は流路が任意の数「n」に
分岐している場合に対応するものであり、分岐した流路
の本数は、上記式を満たすように適宜設定可能である。
【0021】従って、上記式(1)、(2)を満たすよ
うにそれぞれの流入部34,35及びノズル18の透孔
16の大きさを設定することにより、液体中に効率的に
気体を加圧混合し溶解させる最適な条件が得られるもの
である。また、加圧混合部を兼ねる配管17は、加圧下
での液体に気体が溶解し飽和するまでの気液の接触時間
が得られるものであればより好ましく、気液の接触時間
は配管の体積に依存するので、配管の長さがある程度長
い方が気体が飽和点まで溶解する。また、飽和点まで気
体を溶解させる必要がない場合は、配管17は短いもの
であっても良い。
【0022】この実施形態の微細泡沫供給装置によれ
ば、液体10中に形成された微細気泡が微細泡沫分離部
20で素早く確実に微細泡沫28と液体10に分離さ
れ、良好な状態の微細泡沫28を効率的に供給すること
ができる。また、界面活性剤を吸引器15から吸引させ
て流路中に注入するようにしたので、薬剤注入ポンプを
用いる場合と比較して、ポンプの脈動による薬剤濃度の
むらがなくなり、液体中に均一に界面活性剤を混合する
ことができる。従って、均一な微細泡沫を安定に製造す
ることができる。
【0023】次に、この発明の微細泡沫供給装置の第二
実施形態について図4、図5を基にして説明する。ここ
で、上記実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明
を省略する。この実施形態の微細泡沫供給装置は、液体
10中に界面活性剤が混合されたものがポンプ14を経
て吸引器45に送り込まれ、吸引器45で流路中に気体
が吸引され、気液混合流となってノズル18を経て微細
泡沫分離部20に供給される。微細泡沫分離部20で
は、上記実施形態と同様に、微細気泡が分離される。
【0024】この実施形態の吸引器45は、上記実施形
態の吸引器15の気体吸引側の流路のみの構成であり、
絞り部であるのど部32が中央部に設けられたベンチュ
リ管状の流路が形成されている。このベンチュリ管状の
流路の下流側には、広がり部42が形成され、のど部3
2に続く直下流側には、のど部32よりわずかに内径が
大きく円筒状の気体流入部34が形成され、この気体流
入部34に、気体を混合させるための気体流入口36が
開口している。気体流入口35は、配管38を介して空
気中に開口し、または他の気体源に接続されている。
【0025】この実施形態の微細泡沫供給装置も上記式
(1)、(2)においてn=1として、その条件を満た
すように気体流入部34及びノズル18の透孔16の大
きさを設定することにより、液体中に気体を効率的に加
圧混合し溶解させる最適な条件が得られるものである。
そして、この実施の形態の微細泡沫供給装置によっても
上記実施形態と同様の効果が得られ、特に液体流量が少
ない場合に適している。
【0026】次に、この発明の微細泡沫供給装置の第三
実施形態について図6を基にして説明する。ここで、上
記実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略
する。この実施形態の微細泡沫供給装置は、微細泡沫分
離部20で分離された液体10をタンク50で受けて回
収し、循環配管52によりポンプ14に供給し、ポンプ
14から再び吸引器55へ供給している。
【0027】また、この実施形態の吸引器55は、上記
第一実施形態の吸引器のように流路が分離したものであ
り、この実施形態の場合、3本に分岐している。吸引器
55内の流路のうち、気体が流入する流入部と界面活性
剤が流入する流入部は上記第一実施形態と同様であり、
さらに、液体を供給する流入部が設けられているもので
ある。この液体の流入部も、上記第一実施形態と同様
に、流路ののど部の僅かに下流側に設けられ、この流入
部に開口した流入口に、液体用の配管56が接続され、
配管56には流量調節弁58が設けられている。
【0028】この実施形態では、液体10が微細泡沫と
して消費され、減少する分を配管56から補給するもの
である。液体10の補給は、人手よる他、液量が所定の
範囲内になるようにセンサ等で検知し、流量調節弁58
を自動的に制御しても良い。また、微細気泡の形成に界
面活性剤が使用されるために、液体10中の界面活性剤
の濃度が気泡形成に従って低くなる。そのため、液体1
0中の界面活性剤濃度が一定の範囲内になるように、界
面活性剤を配管40より液体中に適宜吸引させる。この
界面活性剤の供給に際しては、液体10内の界面活性剤
の濃度をセンサにより検知し、一定の濃度以下になると
ポンプまたはバルブを作動させて界面活性剤を配管40
に供給し吸引器55内に注入するようにしても良い、
【0029】次に、この発明の微細泡沫供給装置の第四
実施形態について図7を基にして説明する。ここで、上
記実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略
する。この実施形態の微細泡沫供給装置も上記第三実施
形態と同様に、微細泡沫分離部20で分離された液体1
0をタンク50で受けて回収し、循環配管52によりポ
ンプ14に供給し、ポンプ14から再び吸引器55へ供
給している。
【0030】さらにこの実施形態では、上記第二実施形
態の吸引器45と同様の吸引器を用いたものである。そ
して、微細泡沫28として分離される液体10と界面活
性剤を補給するために、タンク50に、各々配管62を
接続し、ポンプ56と薬注ポンプ58を介して、液体1
0と界面活性剤60を補給するようにしたものである。
この界面活性剤の補給に際しても、界面活性剤の濃度を
センサにより検知し、一定の濃度になるようにタンク5
0内へ注入するようにしても良い。また、液体10の量
もセンサを用いて自動的に一定の液量となるように制御
しても良い。
【0031】次に、この発明の微細泡沫供給装置の第五
実施形態について図8を基にして説明する。ここで、上
記実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略
する。この実施形態の微細泡沫供給装置も上記第四実施
形態と同様に、微細泡沫分離部20で分離された液体1
0をタンク50で受けて回収し、循環配管52によりポ
ンプ14を経て、吸引器45により気体を混合し、再び
微細気泡を形成させている。
【0032】この実施形態の場合、微細泡沫28として
分離される液体10と界面活性剤を補給するために、循
環管路52に、各々配管62を接続し、ポンプ56と薬
注ポンプ58を介して、液体10と界面活性剤60を補
給するようにしたものである。この液体10及び界面活
性剤60の補給に際しても、センサ等を用いて自動的に
一定の量となるように制御しても良い。
【0033】なお、この発明の微細泡沫分離部はほぼ垂
直方向の直立部の下方に水平方向に気液混合流が流入
し、その直立部の上方で流路が水平方向に屈曲して、そ
の屈曲部分で微細泡沫と液体が分離されるようにしたも
のであれば良い。従って、微細泡沫分離部は管路をZ字
状に曲げたものや、箱状の流路に水平、垂直部の流路を
形成したもの等、任意に設定可能である。また、この実
施形態の界面活性剤を供給する位置は、上記実施形態の
他、気液混合流が流れる配管17に接続しても良く、吸
引器64の上流側の循環配管52の途中に接続しても良
い。また、吸引器の絞り部は、ベンチュリ管により形成
したものや、オリフィス状に急激に絞ったものでも良
く、その形状は問わないものである。
【0034】
【発明の効果】この発明の微細泡沫供給装置は、簡単な
装置で微細な泡沫を連続的に効率よく形成することがで
き、良質の微細泡沫を大量に供給可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の微細泡沫供給装置の第一実施形態の
微細泡沫分離部を示す縦断面図である。
【図2】この発明の第一実施形態の微細泡沫供給装置の
概略図である。
【図3】この発明の第一実施形態の微細泡沫供給装置の
吸引器の縦断面図である。
【図4】この発明の微細泡沫供給装置の第二実施形態を
示す概略図である。
【図5】この発明の第二実施形態の微細泡沫供給装置の
吸引器の縦断面図である。
【図6】この発明の微細泡沫供給装置の第三実施形態を
示す概略図である。
【図7】この発明の微細泡沫供給装置の第四実施形態を
示す概略図である。
【図8】この発明の微細泡沫供給装置の第五実施形態を
示す概略図である。
【符号の説明】
10 液体 12,17,38,40 配管 14 ポンプ 15 吸引器 16 透孔 18 ノズル 20 微細泡沫分離部 22 入口水平部 24 直立部 26 出口水平部 28 微細泡沫

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体中に微細気泡を形成する微細気泡形
    成装置を有し、この微細気泡形成装置が接続されほぼ水
    平方向の流路からなる入口水平部と、この入口水平部の
    下流にほぼ垂直方向に形成された流路の直立部と、この
    直立部の下流に設けられほぼ水平な部分を有する出口水
    平部とから成る微細泡沫分離部を備え、上記微細気泡形
    成装置から送られる微細気泡を含んだ液体が、上記微細
    泡沫分離部を通過して微細泡沫と上記液体とに分離され
    る微細泡沫供給装置。
  2. 【請求項2】 上記微細気泡を形成する微細気泡形成装
    置は、液体の流路に設けられた絞り部と、この絞り部に
    つづいて流路を徐々に広げた広がり部と、上記絞り部の
    わずかに下流側に形成され断面が一定の気体流入部と、
    この気体流入部に設けられた気体流入口とからなる吸引
    器を有し、上記広がり部の下流に設けられ流路中の液体
    と上記気体流入口から流入した気体とを加圧混合する加
    圧混合部と、この加圧混合部の出口側に設けられ上記気
    液混合流を上記微細泡沫分離部に噴射する噴射部を備え
    たものである請求項1記載の微細泡沫供給装置。
  3. 【請求項3】 上記微細気泡を形成する微細気泡形成装
    置は、液体が流れる流路の途中でその流路が並列に複数
    に分岐させる分岐点と、この並列に分岐した複数の流路
    の少なくとも一つに設けられた絞り部と、上記絞り部の
    下流側に引き続いて位置し少なくとも気体を流入させる
    流入口を有した流入部と、上記流入部の下流に設けられ
    流路を徐々に広げた広がり部と、この広がり部又はその
    下流に設けられ上記並列に複数分岐した流路を再び合流
    させる合流点とからなる吸引器を有し、この合流点の下
    流に流路中の液体と上記流入口から流入した気体による
    気液混合流を加圧し混合する加圧混合部と、この加圧混
    合部の出口側に設けられ上記気液混合流を上記微細泡沫
    分離部に噴射する噴射部を備えた請求項1記載の微細泡
    沫供給装置。
  4. 【請求項4】 上記流入口の少なくとも一方は気体が流
    入するものであり、他の上記流入口は、上記液体に混合
    する界面活性剤を流入させるものである請求項3記載の
    微細泡沫供給装置。
  5. 【請求項5】 上記液体の流路の途中に、薬注ポンプに
    より上記液体中に界面活性剤を供給するものである請求
    項1,2または3記載の微細泡沫供給装置。
  6. 【請求項6】 上記出口水平部の上部から微細泡沫を取
    り出し、その下方から余剰液体を取り出す請求項1,
    2,3,4または5記載の微細泡沫供給装置。
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