JP2011020005A - ナノバブル発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続的にナノバブルを発生させることが可能なナノバブル発生装置を提供する。
【解決手段】ナノバブル発生装置１は、流路と取水口１０１と加圧ポンプ１１０と気体取込量調節弁１２０と気泡水加圧タンク１３０と減圧吐出弁１５０とバブル加振圧壊流路１６０と吐出口１０２とを備える。加圧ポンプ１１０は電解質イオンを含む水を第１の圧力に加圧して送水する。気体取込量調節弁１２０は流路内に気体を供給する。気泡水加圧タンク１３０は、加圧された水と気体とを第１の圧力よりも低い第２の圧力に加圧する。減圧吐出弁１５０は、第２の圧力に加圧された水と気体とを減圧する。バブル加振圧壊流路１６０は、減圧された水と気体とを振動させる。吐出口１０２は、バブル加振圧壊流路１６０で振動された水と気体とを吐出する。バブル加振圧壊流路１６０における流路の径は、減圧吐出弁１５０とバブル加振圧壊流路１６０との間における流路の径より小さい。
【選択図】図１

Description

この発明は、ナノバブル発生装置に関する。

従来、ナノバブル、すなわち、１μｍ（１０００ｎｍ）以下の径の気泡を大量に含む水は、ナノバブルを含まない水と比較して、殺菌や脱臭の効果や、生物の生理活性を促進したり新陳代謝機能を高めたりする効果がより高いことが知られている。ナノバブルを含む水は、例えば、うがい水として用いられれば、口内を殺菌することができる。また例えば、ナノバブルがオゾンによって形成されれば、殺菌や脱臭の効果をよりいっそう高めることができる。一方、ナノバブルが酸素によって形成されれば、ナノバブルを含む水を水耕栽培に用いて、植物の成長を促進することができる。これは、ナノバブルの状態の酸素は、水中に溶解している酸素と比較して、水耕栽培される植物に吸収されやすいためであると考えられる。

このような特性を有するナノバブルは、数μｍ〜数十μｍのマイクロバブルが水中で自然に収縮し続けて圧壊することによって生成される場合がある。しかし、このように自然に生成されるナノバブルは、短時間で消滅してしまい、生成量も少なく、実用的でない。

一方、ナノバブルは、電解質イオンを含む水中の微細気泡を強制的に圧壊させて発生させることによって、長期間に亘って消滅せずに保持されることが知られている。電解質イオンを含む水中でマイクロバブルを強制的に圧壊させてナノバブルを発生させると、ナノバブルの気泡界面がマイナスに帯電する。水中においてマイナスに帯電したナノバブルのひとつひとつは、互いに反発し合う。また、ナノバブルの気泡界面の電解質イオンが殻の役割を果たす。そのため、電解質イオンを含む水中に生成されたナノバブルは消滅しにくい。

例えば、特許第４１４４６６９号公報（特許文献１）には、容器内の水溶液に微細気泡を混合させてから、電解質イオンを水溶液に混入させ、その後、容器内の水溶液に水中放電に伴う衝撃波や超音波を物理的刺激として加えることによってナノバブルを製造する方法が記載されている。また、容器内の水溶液に微細気泡を混合させてから、容器内に取り付けられた回転体を５００〜１００００ｒｐｍで回転させることよって水溶液を流動させ、流動時に生じる圧縮、膨張及び渦流を物理的刺激として加えることにより、ナノバブルを製造する方法が記載されている。また、容器内の水溶液に微細気泡を混合させてから、容器内に取り付けられたポンプ作動によって水溶液を流動させ、水溶液に、単一または多数の孔を持つオリフィス又は多孔板を通過させることによってナノバブルを製造する方法が記載されている。

特許第４０８０４４０号公報（特許文献２）には、上述のようにしてナノバブルを製造するときに、酸素微小気泡を電解質イオンが混入された水溶液に混合することによって、酸素ナノバブル水を製造する方法が記載されている。

特許第４０５９５０６号公報（特許文献３）には、上述のようにしてナノバブルを製造するときに、オゾン微小気泡を電解質イオンが混入された水溶液に混合することによって、オゾンナノバブルを含むオゾン水を製造する方法が記載されている。

このように、特許第４１４４６６９号公報（特許文献１）、特許第４０８０４４０号公報（特許文献２）、特許第４０５９５０６号公報（特許文献３）に記載されている微小気泡発生装置では、容器内の水溶液に微細気泡を混合させ、その後、その容器内の水溶液に水中放電を行なったり、超音波を照射したりして、ナノバブルを発生させている。

特許第４１４４６６９号公報 特許第４０８０４４０号公報 特許第４０５９５０６号公報

しかしながら、特許第４１４４６６９号公報（特許文献１）、特許第４０８０４４０号公報（特許文献２）、特許第４０５９５０６号公報（特許文献３）に記載されている微小気泡発生装置のように、微小気泡の混合からナノバブルの発生までの全行程を１つの容器内で行なう場合には、初めに容器に収容される水の量によって、最終的に生成されるナノバブルの量が決まってしまう。そのため、これらの微小気泡発生装置によって、ナノバブルを含む水を大量に一度に生成しようとすると、生成されるナノバブルを含む水に見合った容積の容器を微小気泡発生装置に備えなくてはならず、装置が大きくなる。また、容器の容積よりも多い量のナノバブルを一度に生成することができない。このような微小気泡発生装置では、ナノバブルを連続して生成することができない。

そこで、この発明の目的は、連続的にナノバブルを発生させることが可能なナノバブル発生装置を提供することである。

この発明に従ったナノバブル発生装置は、流路と、取水口と、加圧送水部と、気体供給部と、加圧槽と、減圧部と、加振部と、吐出口とを備える。

流路は、電解質イオンを含む水と気体とが流通するための流路である。取水口は、流路に電解質イオンを含む水を取り込むための取水口である。加圧送水部は、流路に配置され、取水口から取り込まれた電解質イオンを含む水を第１の圧力に加圧して流路内に送水する。気体供給部は、流路において取水口と加圧送水部との間に配置され、流路内に気体を供給する。加圧槽は、流路に配置され、加圧送水部において第１の圧力に加圧された電解質イオンを含む水と気体とを第１の圧力よりも低い第２の圧力に加圧する。減圧部は、流路に配置され、加圧槽において第２の圧力に加圧された電解質イオンを含む水と気体とを減圧する。加振部は、流路に配置され、減圧部において減圧された電解質イオンを含む水と気体とを振動させる。吐出口は、加振部で振動された電解質イオンを含む水と気体とを吐出する。加振部における流路の径は、減圧部と加振部との間における流路の径と比較して小さい。

ナノバブル発生装置においては、取水口から吐出口までの間の流路に、気体供給部と、加圧送水部と、加圧槽と、減圧部と、加振部とが順に配置されている。気体供給部から流路内に供給された気体は、加圧送水部で第１の圧力まで加圧されることによって、電解質イオンを含む水と混合されて、ある程度、水中に溶け込む。また、電解質イオンを含む水と気体が加圧されて流路内を送水されることによって、水に溶け込まない気体の一部は、気泡となって水中に分散する。

加圧送水部で第１の圧力に加圧された電解質イオンを含む水と気体は、流路を通って、加圧槽に流入する。電解質イオンを含む水と気体は、加圧槽内では、第１の圧力よりも低い第２の圧力に加圧される。加圧槽で電解質イオンを含む水と気体とが第１の圧力よりも低い第２の圧力に加圧されることによって、第１の圧力に加圧されていたときに電解質イオンを含む水中に溶解していた気体の一部が、余剰気体として、電解質イオンを含む水と分離する。

その後、気体を溶解した水が減圧部で減圧されることによって、水中に溶け込んでいた気体が微細気泡となる。微細気泡は、電解質イオンを含む水中に分散する。微細気泡の径は、数μｍ〜数十μｍである。

電解質イオンを含み、微細気泡が分散された水は、次に、加振部に流入する。加振部では、微細気泡の分散された電解質イオンを含む水が振動させられる。加振部における流路の径は、減圧部と加振部との間の流路の径よりも小さい。微細気泡が分散された電解質イオンを含む水が、相対的に径の大きい流路から相対的に径の小さい加振部に流入して振動させられると、電解質イオンを含む水中に分散されている微細気泡は、急激に加圧、減圧される。電解質イオンを含む水中の微細気泡に急激な加減圧が加えられることによって、電解質イオンを含む水中の微細気泡が連続的に圧壊されて、ナノバブルが生成する。ナノバブルは、径が１μｍ（１０００ｎｍ）よりも小さい気泡である。

加振部における流路の径が、減圧部と加振部との間の流路の径と同じであるか、または、減圧部と加振部との間の流路の径よりも大きい場合には、加振部において微細気泡の分散された電解質イオンを含む水が振動させられても、水自体が緩衝材となって、微細気泡に十分に振動を伝えることができない。そのため、この場合には、微細気泡が水中で浮遊するだけで、ナノバブルが生成されにくい。

そこで、振動体を微細気泡に近づけて、微細気泡に効率よく振動を伝えるために、加振部における流路の径を減圧部と加振部との間の流路の径よりも小さくする。このようにすることにより、水中の微細気泡と加振部の内壁面との距離が近くなり、水中の微細気泡に加振部の振動が伝わりやすくなる。水中の微細気泡に振動が伝わりやすくなることによって、微細気泡が圧壊してナノバブルが生成されやすくなる。

上述のように、このナノバブル発生装置においては、取水口から吐出口までの間の流路に、気体供給部と、加圧送水部と、加圧槽と、減圧部と、加振部とが順に配置されている。加圧送水部と加圧槽において加圧された電解質イオンを含む水は、減圧部で減圧されて微細気泡を生成し、加振部で振動させられてナノバブルを生成する。容器内で、まず微細気泡を発生させ、次に同じ容器内でナノバブルを発生させる必要がないので、取水口から流路内に連続的に水が供給されることによって、減圧部で連続的に微細気泡（マイクロバブル）が生成され、加振部では連続的にナノバブルが生成される。

このようにすることにより、連続的にナノバブルを発生させることが可能なナノバブル発生装置を提供することができる。

この発明に従ったナノバブル発生装置においては、気体供給部は、電解質イオンを含む水と気体とが流路を流通することによって生じる負圧で流路内に気体を供給するように構成されていることが好ましい。

このようにすることにより、気体を加圧することなく、水に気体を自然吸入することができ、水に気体を溶解させることができる。

この発明に従ったナノバブル発生装置においては、気体供給部は、流路内にオゾンを含む気体を供給するように構成されていることが好ましい。

このようにすることにより、オゾンを含む気体によって生成されるナノバブルを含む水を生成することができる。オゾンを含む気体をナノバブルにすることによって、殺菌や消臭をすることが可能な機能水を生成することができる。

この発明に従ったナノバブル発生装置は、取水口が配置された貯水部を備えることが好ましい。この発明に従ったナノバブル発生装置は、吐出口から吐出された電解質イオンを含む水と気体を貯水部に供給することが好ましい。

吐出口から吐出された電解質イオンを含む水には、ナノバブルが含まれている。ナノバブルを含む水を、取水口が配置された貯水部に供給することによって、ナノバブルを含む水が再び、加圧送水部によって流路内に送水される。ナノバブルを含む水は、再び、加圧送水部で第１の圧力に加圧され、加圧槽で第２の圧力に加圧されて余剰気体と分離され、減圧部で減圧され、相対的に径が小さい加振部で振動されて、吐出口から吐出される。このように、ナノバブルの生成行程を繰り返すことによって、流路を流通する水のナノバブル含有率を高めることができる。また、ナノバブルを含む水を循環させて、無駄なく利用することができる。

以上のように、この発明によれば、連続的にナノバブルを発生させることが可能なナノバブル発生装置を提供することができる。

この発明の第１実施形態として、ナノバブル発生装置の全体を模式的に示す図である。 この発明の第２実施形態として、ナノバブル発生装置の全体を模式的に示す図である。 本発明のナノバブル発生装置において、減圧吐出弁を通過して減圧されたときに発生したマイクロバブルの径を測定した結果を示す図である。 本発明のナノバブル発生装置によって得られたナノバブルの径を測定した結果を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態として、ナノバブル発生装置の全体を模式的に示す図である。

図１に示すように、ナノバブル発生装置１は、電解質イオンを含む水２００を貯める貯水部として貯水槽１９０と、加圧送水部として加圧ポンプ１１０と、気体供給部として気体取込量調節弁１２０と、加圧槽として気泡水加圧タンク１３０と、エアベント１４０と、減圧部として減圧吐出弁１５０と、加振部としてバブル加振圧壊流路１６０と、洗浄槽１７０と、オゾン発生器１８０とを備える。加圧ポンプ１１０と、気泡水加圧タンク１３０と、減圧吐出弁１５０と、バブル加振圧壊流路１６０は、直列に接続されている。

加圧ポンプ１１０としては、例えば、ダイアフラム式液体ポンプが用いられる。ダイアフラム式のポンプは容積伸縮圧送によって水２００と気体とを送出するので、流路内に回転摩擦部がない。そのため、他のポンプを用いる場合と比較して、稼働部のゴミ詰まりを少なくすることができる。また、加圧ポンプ１１０は、ダイアフラム内の容積圧で水２００と気体の溶解を促進させる。他のベーンやギアーポンプなどでは、吐出ポート以後に押し出し圧が発生するので、溶解タンクが別に必要になる。

加圧ポンプ１１０には、取水口１０１を有する取水管１０３が接続されている。取水管１０３の取水口１０１は、貯水槽１９０に貯められる水２００中に配置されている。水２００には、電解質として、ナトリウム、塩化ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、その他のミネラル類が溶解されている。これらの電解質は水に溶解されることによって、電解質イオンとなる。

気体取込量調節弁１２０は、取水口１０１と加圧ポンプ１１０との間において、取水管１０３に配置されている。気体取込量調節弁１２０は、空気吸入口１８１を有するオゾン発生器１８０に接続されている。気体取込量調節弁１２０が開閉されることによって、空気吸入口１８１からオゾン発生器１８０を通って取水管１０３内に取り込まれる気体の量が調節される。オゾン発生器１８０は、空気吸入口１８１から吸入された空気を原料として、プラズマ無声放電によってオゾンを発生する。気体取込量調節弁１２０は、オゾンを流路内に自然吸入し、水２００に溶解させる吸入ポートの役割を果たす。

加圧ポンプ１１０と気泡水加圧タンク１３０は、送水管１０４によって接続されている。気泡水加圧タンク１３０の上部には、気泡水加圧タンク１３０内の気体を気泡水加圧タンク１３０から排出するためのエアベント１４０が取り付けられている。水２００に溶解されなかった気体がそのまま減圧吐出弁１５０を通過すると、吸入から吐出の圧力流路において圧力低下やエアー含み吐出となってバブル生成に支障がでるため、エアベント１４０によって気泡水加圧タンク１３０から気体を排出する。

エアベント１４０には、エアベント管１４１が接続されており、エアベント１４０によって気泡水加圧タンク１３０から排出された気体は、エアベント管１４１を通ってナノバブル発生装置１の外部に排出される。気泡水加圧タンク１３０は、接続管１０５によってバブル加振圧壊流路１６０に接続されている。

接続管１０５の一方の端部は、気泡水加圧タンク１３０の下部に接続され、接続管１０５の他方の端部は、バブル加振圧壊流路１６０の上部に接続されている。接続管１０５には、減圧吐出弁１５０が配置されている。減圧吐出弁１５０は、接続管１０５内を流通する水と気体とを減圧する。減圧吐出弁１５０としては、例えば、ニードル式バルブを用いることができる。ニードル式バルブを用いることによって、偏らずに理想的な吐出噴射を行い、むらなく気泡を発生させることができる。

バブル加振圧壊流路１６０は、振動機１６１の上に載置されている。振動機１６１が駆動されると、バブル加振圧壊流路１６０が、水平方向にも鉛直方向にも、斜めの方向にも振動させられる。バブル加振圧壊流路１６０の径は、接続管１０５のバブル加振圧壊流路１６０側の端部の径よりも小さい。

バブル加振圧壊流路１６０には、吐出管１０６が配置されている。吐出管１０６においてバブル加振圧壊流路１６０と反対側の端部には吐出口１０２が形成されている。吐出口１０２は洗浄槽１７０の上方に配置されている。

取水管１０３と、送水管１０４と、接続管１０５と、吐出管１０６は、流路の一例である。

次に、ナノバブル発生装置１によるナノバブルの発生について説明する。

ナノバブル発生装置１の加圧ポンプ１１０が駆動されると、貯水槽１９０内に貯められている水２００が取水口１０１から取水管１０３内に流入する。取水管１０３内を流通する水２００には、気体取込量調節弁１２０において、取水管１０３の外部から気体が供給される。気体取込量調節弁１２０は、吸水負圧で、オゾン発生器１８０の空気吸入口１８１から気体を取り込む。オゾン発生器１８０を通過す空気には、例えば、無声放電によってオゾンが含まれる。この実施形態においては、例えば、プラズマ無声放電によって、毎時５０〜１５０ｍｇのオゾンを発生させて、空気中のオゾンの発生濃度を３０〜８０ｐｐｍ（１５Ｌ／分）にする。気体取込量調節弁１２０は、加圧ポンプ１１０の揚水量と気体取り込み量とのバランスをとるように、開閉を微調整される。取水管１０３内に取り込まれた気体は、比較的大きな大気泡２１０となって、取水管１０３内を水２００とともに加圧ポンプ１１０に向かって流通する。

気体取込量調節弁１２０で取水管１０３内に取り込まれた大気泡２１０と水２００は、加圧ポンプ１１０で加圧され、混合される。このとき、大気泡２１０が水２００中にある程度溶け込む。加圧ポンプ１１０で加圧された水２００と気体は、送水管１０４内に流入する。

送水管１０４内では、大気泡２１０が水２００中に分散している。大気泡２１０を含む水２００は、気泡水加圧タンク１３０内に流入する。気泡水加圧タンク１３０内では、水２００は、第１の圧力まで加圧される。この実施の形態においては、第１の圧力は、０．３５ＭＰａ程度であるとする。

気泡水加圧タンク１３０内は、この実施の形態においては、第２の圧力として、０．２ＭＰａ程度に加圧されている。０．３５ＭＰａ程度に加圧されている加圧ポンプ１１０と比較すると、気泡水加圧タンク１３０内では０．１５気圧程度減圧される。このように、加圧ポンプ１１０によって加圧された水２００を気泡水加圧タンク１３０内で減圧することによって、水２００に溶解していた気体の一部が気泡になる。また、水２００に溶解せずに水２００中に分散していた気泡２１０が、大きくなり、水２００と分離する。このように、気泡水加圧タンク１３０は、気体と水とを分離するためのタンクである。

水２００に溶けずに水２００と分離した気体は、余剰気体２２０となって、気泡水加圧タンク１３０内の上部に集まる。気泡水加圧タンク１３０内の上部に集まった余剰気体２２０は、エアベント１４０によって、気泡水加圧タンク１３０から外部に排出され、エアベント管１４１を通ってナノバブル発生装置１の外部に排出される。

気泡水加圧タンク１３０の下部には、接続管１０５が接続されている。気泡水加圧タンク１３０内の水２００と大気泡２１０は、気泡水加圧タンク１３０の下部から、接続管１０５内に流出し、減圧吐出弁１５０を通過する。減圧吐出弁１５０では、大気泡２１０を含む水２００を、０．２ＭＰａ気圧から、一気に大気圧まで減圧して、減圧吐出する。このようにすることにより、水２００中に３〜３０μｍ径のマイクロバブル２３０が発生する。

減圧吐出弁１５０を通過して減圧された気体と水２００とは、接続管１０５を通って、バブル加振圧壊流路１６０の上部からバブル加振圧壊流路１６０内に流入する。

バブル加振圧壊流路１６０は振動機１６１の上に載置されている。振動機１６１が駆動されると、バブル加振圧壊流路１６０が振動させられて、バブル加振圧壊流路１６０内の水２００が繰り返し加圧、減圧される。バブル加振圧壊流路１６０における流路の径は、減圧吐出弁１５０とバブル加振圧壊流路１６０との間の流路の径よりも小さい。マイクロバブル２３０が分散された電解質イオンを含む水が、相対的に径の大きい流路から相対的に径の小さいバブル加振圧壊流路１６０に流入して振動させられると、電解質イオンを含む水中に分散されているマイクロバブル２３０は、急激に加圧、減圧される。電解質イオンを含む水中のマイクロバブル２３０に急激な加減圧が加えられることによって、電解質イオンを含む水中のマイクロバブル２３０が連続的に圧壊されて、ナノバブル２４０が生成する。

このようにして電解質イオンを含む水２００中で生成されたナノバブル２４０の界面は、マイナスに帯電している。それぞれのナノバブル２４０は、静電気的反発力で互いに反発し合っている。また、水２００中に濃縮されたイオン類がナノバブル２４０を包み込む殻のような役割を果たしていると考えられる。そのため、ナノバブル２４０どうしが互いに衝突して消滅しにくく、ナノバブル２４０は長期間消滅しない。

バブル加振圧壊流路１６０内の水２００は、吐出管１０６内に流出する。吐出管１０６内の水２００は、吐出口１０２から洗浄槽１７０に吐出される。洗浄槽１７０内に吐出された水２００にはナノバブル２４０が多数含まれている。

洗浄槽１７０内には、被洗浄対象物として、布や野菜、動物を収容してもよい。また、吐出口１０２から吐出される水２００は、シャワーのようにして洗浄槽１７０内に吐出されてもよい。

以上のように、ナノバブル発生装置１は、流路と、取水口１０１と、加圧ポンプ１１０と、気体取込量調節弁１２０と、気泡水加圧タンク１３０と、減圧吐出弁１５０と、バブル加振圧壊流路１６０と、吐出口１０２とを備える。

流路は、電解質イオンを含む水と気体とが流通するための流路である。取水口１０１は、流路に電解質イオンを含む水を取り込むための取水口１０１である。加圧ポンプ１１０は、流路に配置され、取水口１０１から取り込まれた電解質イオンを含む水を第１の圧力に加圧して流路内に送水する。気体取込量調節弁１２０は、流路において取水口１０１と加圧ポンプ１１０との間に配置され、流路内に気体を供給する。気泡水加圧タンク１３０は、流路に配置され、加圧ポンプ１１０において第１の圧力に加圧された電解質イオンを含む水と気体とを第１の圧力よりも低い第２の圧力に加圧する。減圧吐出弁１５０は、流路に配置され、気泡水加圧タンク１３０において第２の圧力に加圧された電解質イオンを含む水と気体とを減圧する。バブル加振圧壊流路１６０は、流路に配置され、減圧吐出弁１５０において減圧された電解質イオンを含む水と気体とを振動させる。吐出口１０２は、バブル加振圧壊流路１６０で振動された電解質イオンを含む水と気体とを吐出する。バブル加振圧壊流路１６０における流路の径は、減圧吐出弁１５０とバブル加振圧壊流路１６０との間における流路の径と比較して小さい。

ナノバブル発生装置１においては、取水口１０１から吐出口１０２までの間の流路に、気体取込量調節弁１２０と、加圧ポンプ１１０と、気泡水加圧タンク１３０と、減圧吐出弁１５０と、バブル加振圧壊流路１６０とが順に配置されている。気体取込量調節弁１２０から流路内に供給された気体は、加圧ポンプ１１０で第１の圧力まで加圧されることによって、電解質イオンを含む水と混合されて、ある程度、水中に溶け込む。また、電解質イオンを含む水と気体が加圧されて流路内を送水されることによって、水に溶け込まない気体の一部は、気泡となって水中に分散する。

加圧ポンプ１１０で第１の圧力に加圧された電解質イオンを含む水と気体は、流路を通って、気泡水加圧タンク１３０に流入する。電解質イオンを含む水と気体は、気泡水加圧タンク１３０内では、第１の圧力よりも低い第２の圧力に加圧される。気泡水加圧タンク１３０で電解質イオンを含む水と気体とが第１の圧力よりも低い第２の圧力に加圧されることによって、第１の圧力に加圧されていたときに電解質イオンを含む水中に溶解していた気体の一部が、余剰気体として、電解質イオンを含む水と分離する。

その後、気体を溶解した水が減圧吐出弁１５０で減圧されることによって、水中に溶け込んでいた気体がマイクロバブル２３０となる。マイクロバブル２３０は、電解質イオンを含む水中に分散する。マイクロバブル２３０の径は、数μｍ〜数十μｍである。

電解質イオンを含み、マイクロバブル２３０が分散された水は、次に、バブル加振圧壊流路１６０に流入する。バブル加振圧壊流路１６０では、マイクロバブル２３０が分散された電解質イオンを含む水は振動させられる。バブル加振圧壊流路１６０における流路の径は、減圧吐出弁１５０とバブル加振圧壊流路１６０との間の流路の径よりも小さい。マイクロバブル２３０が分散された電解質イオンを含む水が、相対的に径の大きい流路から相対的に径の小さいバブル加振圧壊流路１６０に流入して振動させられると、電解質イオンを含む水中に分散されているマイクロバブル２３０は、急激に加圧、減圧される。電解質イオンを含む水中のマイクロバブル２３０に急激な加減圧が加えられることによって、電解質イオンを含む水中のマイクロバブル２３０が連続的に圧壊されて、ナノバブル２４０が生成する。

バブル加振圧壊流路１６０における流路の径が、減圧吐出弁１５０とバブル加振圧壊流路１６０との間の流路の径と同じであるか、または、減圧吐出弁１５０とバブル加振圧壊流路１６０との間の流路の径よりも大きい場合には、バブル加振圧壊流路１６０においてマイクロバブル２３０の分散された電解質イオンを含む水２００が振動させられても、水２００自体が緩衝材となって、マイクロバブル２３０に十分に振動を伝えることができない。そのため、この場合には、マイクロバブル２３０が水２００中で浮遊するだけで、ナノバブル２４０が生成されにくい。

そこで、振動体をマイクロバブル２３０に近づけて、マイクロバブル２３０に効率よく振動を伝えるために、バブル加振圧壊流路１６０における流路の径を減圧吐出弁１５０とバブル加振圧壊流路１６０との間の流路の径よりも小さくする。このようにすることにより、水２００中のマイクロバブル２３０とバブル加振圧壊流路１６０の内壁面との距離が近くなり、水２００中のマイクロバブル２３０にバブル加振圧壊流路１６０の振動が伝わりやすくなる。水２００中のマイクロバブル２３０に振動が伝わりやすくなることによって、マイクロバブル２３０が圧壊してナノバブル２４０が生成されやすくなる。

上述のように、このナノバブル発生装置１においては、取水口１０１から吐出口１０２までの間の流路に、気体取込量調節弁１２０と、加圧ポンプ１１０と、気泡水加圧タンク１３０と、減圧吐出弁１５０と、バブル加振圧壊流路１６０とが順に配置されている。加圧ポンプ１１０と気泡水加圧タンク１３０において加圧された電解質イオンを含む水は、減圧吐出弁１５０で減圧されてマイクロバブル２３０を生成し、バブル加振圧壊流路１６０で振動させられてナノバブル２４０を生成する。容器内で、まずマイクロバブル２３０を発生させ、次に同じ容器内でナノバブル２４０を発生させる必要がないので、取水口１０１から流路内に連続的に水が供給されることによって、減圧吐出弁１５０で連続的にマイクロバブル２３０が生成され、バブル加振圧壊流路１６０では連続的にナノバブル２４０が生成される。

このようにすることにより、連続的にナノバブル２４０を発生させることが可能なナノバブル発生装置１を提供することができる。

また、ナノバブル発生装置１においては、気体取込量調節弁１２０は、電解質イオンを含む水と気体とが流路を流通することによって生じる負圧で流路内に気体を供給するように構成されている。

このようにすることにより、気体を加圧することなく、水に気体を自然吸入することができ、水に気体を溶解させることができる。

また、ナノバブル発生装置１においては、気体取込量調節弁１２０は、流路内にオゾンを含む気体を供給するように構成されている。

このようにすることにより、オゾンを含む気体によって生成されるナノバブル２４０を含む水を生成することができる。オゾンを含む気体をナノバブル２４０にすることによって、殺菌や消臭をすることが可能な機能水を生成することができる。

（第２実施形態）
図２は、この発明の第２実施形態として、ナノバブル発生装置の全体を模式的に示す図である。

図２に示すように、第２実施形態のナノバブル発生装置２が図１に示す第１実施形態のナノバブル発生装置１と異なる点としては、吐出口１０２から吐出された水２００が貯水部として貯水槽１９０に供給される。

第２実施形態のナノバブル発生装置２のその他の構成は、第１実施形態のナノバブル発生装置１と同様である。

吐出口１０２から貯水槽１９０に吐出された、ナノバブル２４０を含む水２００は、再び、取水口１０１から取水管１０３内に取り込まれて、ナノバブル発生装置２内を循環する。

以上のように、ナノバブル発生装置２は、取水口１０１が配置された貯水槽１９０を備える。ナノバブル発生装置２は、吐出口１０２から吐出された電解質イオンを含む水２００と気体を貯水槽１９０に供給する。

吐出口１０２から吐出された電解質イオンを含む水２００には、ナノバブル２４０が含まれている。ナノバブル２４０を含む水２００を、取水口１０１が配置された貯水槽１９０に供給することによって、ナノバブル２４０を含む水２００が再び、加圧ポンプ１１０によって流路内に送水される。ナノバブル２４０を含む水２００は、再び、加圧ポンプ１１０で第１の圧力に加圧され、気泡水加圧タンク１３０で第２の圧力に加圧されて余剰気体２２０と分離され、減圧吐出弁１５０で減圧され、相対的に径が小さいバブル加振圧壊流路１６０で振動されて、吐出口１０２から吐出される。このように、ナノバブル２４０の生成行程を繰り返すことによって、流路を流通する水２００のナノバブル２４０の含有率を高めることができる。また、ナノバブル２４０を含む水２００を循環させて、無駄なく利用することができる。

第２実施形態のナノバブル発生装置２のその他の構成と効果は、第１実施形態のナノバブル発生装置１と同様である。

以上の実施の形態では、オゾンガスを水に封入しているが、要求される機能に応じて、オゾン以外の酸素ガス等を水に封入することによって機能水を生成してもよい。

第１実施形態のナノバブル発生装置１によってナノバブルが生成されることを、以下の実験で確認した。

電解質イオンを含む水として、水１００ｍＬあたり、ナトリウム４９ｍｇ、塩化ナトリウム７．５ｍｇ、カリウム２０ｍｇ、カルシウム２ｍｇ、マグネシウム０．６ｍｇ、他のミネラル類を含む水溶液を用いた。この電解質イオンを含む水の電気伝導度は３５０μｓ／Ｃｍであった。

取水管１０３としては、内径が８ｍｍ、長さが１ｍの管を用いた。取水口１０１から加圧ポンプ１１０までの揚程差は０．２ｍであった。

気体取込量調節弁１２０は、吸水の負圧で気体を自然吸入し、吸い込み量を調節する弁を用いた。気体取込量調節弁１２０は、バブル吐出量が毎分２．５Ｌのとき気体吸入量が毎分８５ｍＬになるように調節された。

オゾン発生器１８０は、毎時５０〜１５０ｍｇのオゾン発生量で、３０〜８０ｐｐｍ（１５Ｌ／分）のオゾン濃度で、空気を原料としてプラズマ無声放電によってオゾンを発生させた。

加圧ポンプ１１０としては、ダイアフラムポンプを用いた。電源は、ＤＣ１２Ｖであり、電流は４．４Ａであった。加圧ポンプ１１０の吐出能力は、最大毎分１１Ｌであった。吐出圧力は、最大０．３５ＭＰａであった。加圧ポンプ１１０では、ポンプ圧で気体と水とを混合加圧して、気体の一部を水に溶解させた。

加圧ポンプ１１０と気泡水加圧タンク１３０とを接続する送水管１０４としては、内径が８ｍｍ、長さが０．３ｍの管を用いた。

気泡水加圧タンク１３０は、タンク内圧力を０．２ＭＰａに調整した。

減圧吐出弁１５０としては、ニードル式バルブを用いた。吐出量の調節は、流路圧力計指示値が０．２ＭＰａ〜０．２３ＭＰａを示したときに、減圧吐出弁１５０を通過した水中に含まれるマイクロバブル濃度を目視によって確認して、水が最も白く白濁したときの圧力に調節した。このようにして調節された吐出量は、毎分２．５Ｌであった。

図３に示すように、減圧吐出弁を通過して減圧されたときに発生したマイクロバブルの径を測定して、マイクロバブルの粒子径の頻度［％］と通過分積算［％］を求めた。図３に示す棒グラフは粒子径の頻度［％］を表し、曲線は通過分積算［％］を表す。減圧吐出弁の圧力を上述のように調節したとき、マイクロバブルは、４μｍを中心として、およそ２〜８μｍの径の気泡となった。図３に示すマイクロバブルの径は、株式会社堀場製作所製レーザー回折散乱式粒度分布測定装置（型番：ＬＡ−９２０）で測定した。

減圧吐出弁１５０を通過してマイクロバブルを含む水は、内径８ｍｍ、長さ０．２ｍの接続管１０５を通って、バブル加振圧壊流路１６０内に流入した。バブル加振圧壊流路１６０としては、幅２ｍｍ、高さ３０ｍｍ、長さ５０ｍｍの長方体形状の箱を用いた。

上述のように、水が流通する方向に垂直に交差する方向において、バブル加振圧壊流路１６０の上流側の接続管１０５の径は８ｍｍであり、バブル加振圧壊流路１６０の水平面内の径は２ｍｍであった。このように、バブル加振圧壊流路１６０の水平面内の径は、バブル加振圧壊流路１６０の上流側の接続管１０５の径よりも小さく形成された。また、水と気体の進行方向に沿った長さが５０ｍｍであるのに対して、水と気体の進行方向に直交する水平面内の径は８ｍｍであり、水と気体の進行方向に直交する水平面内の径は極端に狭く形成された。

バブル加振圧壊流路１６０を振動させる振動機１６１は、ＡＣ１００Ｖの電源で、回転クランク振動で毎分３３８０回振動するように駆動された。バブル加振圧壊流路１６０内の水と気体に加えられる振動の応力は０．１５ＫＮ／ｃｍ^２（１５０Ｎ／ｃｍ^２）であった。

バブル加振圧壊流路１６０で振動され、急激に加圧、減圧を繰り返された水２００は、吐出管１０６を通って吐出口１０２から吐出された。吐出された水２００に含まれる気泡の径を、３日後に測定した。吐出口１０２から吐出された水２００は、大気圧下で、ごみが入らないように容器に蓋をして３日間放置された。気泡の径の測定には、株式会社堀場製作所製の動的光散乱粒径分布装置（型番：ＬＢ−５５０）を使用した。

図４に示すように、ナノバブルの径を測定して、ナノバブルの粒子径の頻度［％］と通過分積算［％］を求めた。図４に示す棒グラフは粒子径の頻度［％］を表し、曲線は通過分積算［％］を表す。ナノバブル２４０の生成後３日経過後であっても、８０ｎｍを中心として、５８ｎｍ〜１７２ｎｍの径のナノバブルが水中に含まれることがわかった。また、４４５ｎｍ〜８７７ｎｍの径のナノバブルと、２５９８ｎｍ以上の径の気泡も含まれていた。６０００ｎｍ（６μｍ）以下の径のナノバブルについて、１００ｎｍ以下の径のナノバブルの含有率は、２２％であった。８０ｎｍを中心とした、５８ｎｍ〜１７２ｎｍの径のナノバブルの含有率は、２８％であった。

吐出口１０２から吐出されたナノバブル２４０を含む水２００を、再び取水口１０１からナノバブル発生装置１内に流通させて、再びナノバブル発生装置１を循環させると、１００ｎｍ以下の径のナノバブルの含有率が２８％以上に上昇した。

このように、ナノバブル発生装置１では、ナノバブルを含む水を生成することができた。また、ナノバブルを含む水を、再びナノバブル発生装置１に循環させることによって、ナノバブルの含有率を高めることができた。

以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。

１，２：ナノバブル発生装置、１０１：取水口、１０２：吐出口、１０３：取水管、１０４：送水管、１０５：接続管、１０６：吐出管、１１０：加圧ポンプ、１２０：気体取込量調節弁、１３０：気泡水加圧タンク、１５０：減圧吐出弁、１６０：バブル加振圧壊流路、１８０：オゾン発生器、１９０：貯水槽。

Claims (4)

1. 電解質イオンを含む水と気体とが流通するための流路と、
   前記流路に電解質イオンを含む水を取り込むための取水口と、
   前記流路に配置され、前記取水口から取り込まれた電解質イオンを含む水を第１の圧力に加圧して前記流路内に送水するための加圧送水部と、
   前記流路において前記取水口と前記加圧送水部との間に配置され、前記流路内に気体を供給するための気体供給部と、
   前記流路に配置され、前記加圧送水部において第１の圧力に加圧された電解質イオンを含む水と気体とを前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に加圧するための加圧槽と、
   前記流路に配置され、前記加圧槽において第２の圧力に加圧された電解質イオンを含む水と気体とを減圧するための減圧部と、
   前記流路に配置され、前記減圧部において減圧された電解質イオンを含む水と気体とを振動させるための加振部と、
   前記加振部で振動された電解質イオンを含む水と気体とを吐出するための吐出口とを備え、
   前記加振部における流路の径は、前記減圧部と前記加振部との間における前記流路の径と比較して小さい、ナノバブル発生装置。
2. 前記気体供給部は、電解質イオンを含む水と気体とが前記流路を流通することによって生じる負圧で前記流路内に気体を供給するように構成されている、請求項１に記載のナノバブル発生装置。
3. 前記気体供給部は、前記流路内にオゾンを含む気体を供給するように構成されている、請求項１または請求項２に記載のナノバブル発生装置。
4. 前記取水口が配置された貯水部を備え、
   前記吐出口から吐出された電解質イオンを含む水と気体を前記貯水部に供給する、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のナノバブル発生装置。

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