JP2011062669A - Drinking water, using method of drinking water, refining method of drinking water and drinking water generating device - Google Patents

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Yoshinori Tanaka
喜典 田中
Atsushi Tsuji
敦志 辻
Hiroshi Yamamoto
泰士 山本
Naoharu Nakagawa
尚治 中川
Kiko Imanari
記子 今成
Masaki Sato
政樹 佐藤
Shinya Hirota
伸也 広田
Tsukasa Hojo
司 法上
Tetsuya Maekawa
哲也 前川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide drinking water which stably retains gas in a liquid for a long time, and which keeps functions such as bactericidal performance, palatability, a bioactive factor and the like. <P>SOLUTION: In the drinking water, gas, as nanosized air bubbles, is present in a saturated dissolved water of the gas. Also, a hydrogen bond distance of water molecules present at the interface with the air bubbles is shorter than the hydrogen bond distance at normal temperatures and normal pressures. The drinking water is used by generating gas inside the drinking water by breaking air bubbles with external forces such as pressure change, temperature change, impact waves and ultrasonic waves applied to the drinking water; or the drinking water is refined by separating gas. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、気体を水に安定に保持して殺菌性能を高めたり嗜好性を高めたりした、飲料用水、飲料用水の利用方法、飲料用水の精製方法、飲料用水生成装置に関するものである。   The present invention relates to drinking water, a method for using drinking water, a method for purifying drinking water, and a drinking water generating device, which stably retain gas in water to enhance sterilization performance or enhance palatability.

従来から、水道水、井戸水、地下水、河川の水などを殺菌・滅菌して飲料用の水を生成することが知られている。このうち塩素系薬剤などの薬剤を用いて水を殺菌する方法は、広く知られているが、人体への安全性が懸念されており、安全な殺菌方法が望まれている。水の加熱処理は古くから行われている薬剤を用いない殺菌方法であるが、完全な殺菌作用を得るためには長時間かけて水を高温で加熱する必要があり、大量の水を簡単に殺菌することができない。また、加熱直後は殺菌により菌が死滅しているものの、その後の菌の侵入により水が簡単に汚染されるので殺菌効果が持続しない。   Conventionally, it is known that tap water, well water, ground water, river water, and the like are sterilized and sterilized to produce drinking water. Among these, a method for sterilizing water using a chemical such as a chlorinated chemical is widely known, but there is a concern about safety to the human body, and a safe sterilization method is desired. Water heat treatment is an old sterilization method that does not use chemicals, but in order to obtain a complete sterilization effect, it is necessary to heat the water at a high temperature over a long period of time. It cannot be sterilized. In addition, although the bacteria are killed by sterilization immediately after heating, the sterilization effect is not sustained because water is easily contaminated by the subsequent invasion of the bacteria.

そのような状況の中、薬剤を用いずに安全で簡単に水を殺菌・滅菌できる方法が提案されている。例えば、特許文献1には、紫外線を照射して発生した活性酸素を水に接触させて殺菌する方法が開示されている。また、特許文献2には、水に電圧を印加して滅菌する方法が開示されている。また、特許文献3には、水に超音波を照射してキャビテーション気泡を発生させて殺菌する方法が開示されている。これらの方法によれば、薬剤を用いずに、水を流しながら殺菌を行うことが可能であり、安全に水を殺菌することができる。   Under such circumstances, a method that can sterilize and sterilize water safely and easily without using a drug has been proposed. For example, Patent Literature 1 discloses a method of sterilizing active oxygen generated by irradiating ultraviolet rays by bringing it into contact with water. Patent Document 2 discloses a method of sterilizing by applying a voltage to water. Patent Document 3 discloses a method of sterilizing water by irradiating ultrasonic waves to generate cavitation bubbles. According to these methods, it is possible to perform sterilization while flowing water without using chemicals, and water can be sterilized safely.

しかしながら、これらの方法では、殺菌後、時間の経過に伴い大気などの外部から侵入した菌により水が汚染されるおそれがあり、殺菌効果が持続しないという問題がある。ゆえに、飲料用水として使用・飲用するためには、直前に殺菌する必要があり、長期間に亘って殺菌された水を飲料用水として使用・飲用することができなかった。   However, these methods have a problem that after sterilization, water may be contaminated by bacteria entering from the outside such as the atmosphere with the passage of time, and the sterilization effect is not sustained. Therefore, in order to use / drink as drinking water, it is necessary to sterilize immediately before, and the water sterilized over a long period of time cannot be used / drinked as drinking water.

ところで、気泡を水に混合させて嗜好性のある飲料用水を得ることが知られている。例えば、炭酸ガスが水に混合された炭酸水は清涼飲料水などに利用されている(特許文献4参照)。また、気体を水に溶解させて飲用すれば気体物質を簡単に生体に与えることが可能である。   By the way, it is known to mix a bubble with water to obtain a tasteful drinking water. For example, carbonated water in which carbon dioxide gas is mixed with water is used for soft drinks and the like (see Patent Document 4). Moreover, if a gas is dissolved in water and drunk, a gaseous substance can be easily given to a living body.

しかし、高圧条件下で炭酸ガスなどの気体を高濃度で溶解させた後、大気圧に戻すと発泡現象が起って液体中の気体は分離して放出するため、液体中に長期に安定に存在する気体の量は飽和溶解濃度が上限であり、液体中に高濃度に気体を存在させて嗜好性を高めたり生体活性を高めたりする飲料用水を得ることができなかった。   However, after dissolving a gas such as carbon dioxide at a high concentration under high-pressure conditions and then returning to atmospheric pressure, the foaming phenomenon occurs and the gas in the liquid is separated and released, so it can be stably released in the liquid for a long time. The upper limit of the amount of gas present is the saturated dissolution concentration, and it has not been possible to obtain drinking water that enhances palatability or enhances bioactivity by allowing gas to exist in a high concentration in the liquid.

特開平10−296248号公報JP-A-10-296248 特開平11−010155号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-010155 特開平11−262515号公報JP-A-11-262515 特開2002−166148号公報JP 2002-166148 A

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、気体を長期に亘って液体中に安定に保持して殺菌性、嗜好性、生体活性などの機能性が持続する飲料用水、飲料用水の利用方法、飲料用水の精製方法、飲料用水生成装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above points. Beverage water and beverage water in which gas is stably retained in a liquid for a long period of time and functions such as bactericidal properties, palatability, and biological activity are maintained. It is an object of the present invention to provide a method of use, a method of purifying drinking water, and a drinking water generating device.

請求項1の発明は、気体がナノサイズの気泡となって該気体の飽和溶解水に存在し、該気泡との界面に存在する水分子の水素結合の距離が、水が常温常圧であるときの水素結合の距離よりも短いことを特徴とする飲料用水である。   In the first aspect of the present invention, the gas becomes nano-sized bubbles and exists in the saturated dissolved water of the gas, and the hydrogen bonding distance of water molecules present at the interface with the bubbles is such that the water is at normal temperature and normal pressure. It is water for drinking characterized by being shorter than the distance of the hydrogen bond at the time.

請求項2の発明は、上記の飲料用水において、気泡を形成している気体の圧力が0.12MPa以上であることを特徴とする飲料用水である。   The invention of claim 2 is the drinking water characterized in that the pressure of the gas forming the bubbles in the drinking water is 0.12 MPa or more.

請求項3の発明は、上記の飲料用水において、気体が殺菌性の気体であることを特徴とする飲料用水である。   Invention of Claim 3 is water for drinking characterized by the gas being bactericidal gas in said water for drinking.

請求項4の発明は、上記の飲料用水において、気体が二酸化炭素であることを特徴とする飲料用水である。   Invention of Claim 4 is water for drinking characterized by gas being carbon dioxide in said water for drinking.

請求項5の発明は、上記の飲料用水において、気体が水素であることを特徴とする飲料用水である。   The invention according to claim 5 is the drinking water characterized in that in the drinking water, the gas is hydrogen.

請求項6の発明は、上記の飲料用水において、気体が空気又は酸素であることを特徴とする飲料用水である。   Invention of Claim 6 is water for drinking characterized by gas being air or oxygen in said water for drinking.

請求項7の発明は、上記の飲料用水に、圧力変化、温度変化、衝撃波及び超音波からなる群から選ばれる少なくとも1種の外力を与えて気泡を崩壊させて飲料用水中の気体を利用することを特徴とする飲料用水の利用方法である。   The invention according to claim 7 uses the gas in the drinking water by applying at least one external force selected from the group consisting of pressure change, temperature change, shock wave and ultrasonic wave to the drinking water to collapse the bubbles. It is the usage method of the water for drinking characterized by this.

請求項8の発明は、上記の飲料用水に、圧力変化、温度変化、衝撃波及び超音波からなる群から選ばれる少なくとも1種の外力を与えて気泡を崩壊させて飲料用水中の気体を分離することを特徴とする飲料用水の精製方法である。   The invention according to claim 8 separates the gas in the drinking water by applying at least one external force selected from the group consisting of pressure change, temperature change, shock wave and ultrasonic wave to the drinking water to collapse the bubbles. This is a method for purifying drinking water.

請求項9の発明は、水を含む液体を外部から取り入れる入水部13と、入水部から入った液体に気体を供給する気体供給部2と、気体が供給された液体を加圧する加圧部1と、液体中の気体をナノサイズの気泡にして気液混合液を生成する気液混合部3と、気液混合液からナノサイズを超える大きさの気泡を分離する気体分離部4と、加圧状態の気液混合液をナノサイズの気泡を崩壊させることなく大気圧まで減圧する減圧部5と、減圧された気液混合液を吐出する吐出部7とを備えてなることを特徴とする飲料用水生成装置である。   The invention of claim 9 includes a water inlet part 13 for taking in a liquid containing water from the outside, a gas supply part 2 for supplying gas to the liquid entered from the water inlet part, and a pressure part 1 for pressurizing the liquid supplied with the gas. A gas-liquid mixing unit 3 that generates a gas-liquid mixture by converting the gas in the liquid into nano-sized bubbles, a gas separation unit 4 that separates bubbles larger than the nano-size from the gas-liquid mixture, The pressure-reducing gas-liquid mixture is provided with a pressure-reducing unit 5 that depressurizes the air-liquid mixture to atmospheric pressure without collapsing nano-sized bubbles, and a discharge unit 7 that discharges the depressurized gas-liquid mixture. It is a drinking water production | generation apparatus.

請求項10の発明は、上記の飲料用水生成装置において、入水部13から取り入れられた液体を冷却する冷却部を備えてなることを特徴とする飲料用水生成装置である。   The invention of claim 10 is the drinking water generating apparatus characterized in that in the drinking water generating apparatus described above, a cooling unit for cooling the liquid taken in from the water inlet 13 is provided.

請求項11の発明は、上記の飲料用水生成装置において、入水部13から取り入れられた液体を浄化する浄化フィルターを備えてなることを特徴とする飲料用水生成装置である。   An eleventh aspect of the present invention is the drinking water generating apparatus, wherein the drinking water generating apparatus includes a purification filter that purifies the liquid taken in from the water inlet 13.

請求項12の発明は、上記の飲料用水生成装置において、入水部13から取り入れられた液体を脱気する脱気部を備えてなることを特徴とする飲料用水生成装置である。   The invention of claim 12 is the drinking water generating apparatus characterized in that in the drinking water generating apparatus described above, a degassing part for degassing the liquid taken in from the water inlet 13 is provided.

請求項13の発明は、上記の飲料用水生成装置において、気液混合部3の少なくとも一部をベンチュリ管14により構成することを特徴とする飲料用水生成装置である。   A thirteenth aspect of the present invention is the drinking water generating apparatus according to the above-described drinking water generating apparatus, wherein at least a part of the gas-liquid mixing unit 3 is constituted by the venturi tube.

請求項14の発明は、上記の飲料用水生成装置において、気液混合部3の少なくとも一部を電気分解手段15により構成することを特徴とする飲料用水生成装置である。   A fourteenth aspect of the present invention is the drinking water generating apparatus according to the above-described drinking water generating apparatus, wherein at least a part of the gas-liquid mixing unit 3 is constituted by the electrolysis means 15.

請求項1の発明によれば、気体がナノサイズの気泡となって該気体の飽和溶解水に存在することにより、長期に亘って大量の気体を水に安定に保持することができるので、殺菌性、嗜好性、生体活性などの機能性を長時間維持でき、機能性を向上する飲料用水を得ることができるものである。すなわち、気体がナノサイズの気泡となることにより消滅や合体することなく液体中に安定に存在しており、このナノサイズの気泡が水の殺菌を長期に亘って持続したり、生体活性や嗜好性を持続したりすることができるものである。そして、保持された気体を外力を与えて液体から発生させて溶解したり分離したりすることもでき、気体を発生させて飲料用水を利用したり精製したりすることができるものである。   According to the invention of claim 1, since the gas becomes nano-sized bubbles and exists in the saturated dissolved water of the gas, a large amount of gas can be stably held in the water for a long period of time. Functionality such as sex, palatability, and biological activity can be maintained for a long time, and drinking water that improves functionality can be obtained. In other words, the gas becomes nano-sized bubbles, so that they are stably present in the liquid without disappearing or coalescing. It can sustain sex. The retained gas can be generated from a liquid by applying an external force to be dissolved or separated, and the gas can be generated to use or purify drinking water.

また、気泡界面における水素結合の距離が短くなって気泡の周囲で強固な水素結合を形成した水分子が気体をナノサイズの気泡として取り囲み、この水素結合を形成した水分子は強固な殻となって気泡を包み込むので、気泡同士が衝突しても崩壊することがないのと共に液体からの圧力に対して気泡内部からの応力で対抗でき、ナノサイズの気泡を液体中で消滅させたり合体させたりすることなく安定に存在させることができるものである。つまり、水分子は、O…Hの水素結合、つまり、ある水分子の酸素原子と他の水分子の水素原子との間に強固な結合を形成するので、気泡界面における水素結合が強固になって気泡をより安定化させることができるものである。そして、水素結合の強固な殻で包み込まれ安定に液体中に保持された気泡は内圧が高くなっており、外力が与えられると気泡が崩壊して気体を発生させて液体に溶解したり液体から放出したりする。このように水素結合の強固な界面構造によって液体に大量に保持された気体を利用し、殺菌性や嗜好性や生体活性などの機能性のある飲料用水として使用することができるものである。   In addition, the water molecules that form a strong hydrogen bond around the bubble as the distance of the hydrogen bond at the bubble interface becomes smaller and surround the gas as nano-sized bubbles, and the water molecule that forms the hydrogen bond becomes a strong shell. Since the bubbles are wrapped, the bubbles will not collapse even if they collide with each other, and the pressure from the liquid can be countered by the stress from the inside of the bubbles, and the nano-sized bubbles can disappear or coalesce in the liquid. It can exist stably without doing. In other words, water molecules form O ... H hydrogen bonds, that is, strong bonds between oxygen atoms of one water molecule and hydrogen atoms of another water molecule, so that the hydrogen bond at the bubble interface becomes strong. Thus, the bubbles can be further stabilized. The bubbles that are wrapped in a strong hydrogen-bonded shell and stably held in the liquid have a high internal pressure, and when an external force is applied, the bubbles collapse to generate a gas that dissolves in the liquid or from the liquid. Or release. In this way, the gas retained in a large amount in the liquid by the strong hydrogen bond interface structure can be used and used as drinking water having functions such as bactericidal properties, palatability and bioactivity.

請求項2の発明によれば、気泡を形成している気体の圧力が高圧になることにより、気泡が高い内部圧で維持されることによってより強固な界面構造を形成することができ、高濃度の気体を気泡として液体中に閉じ込めることができるものである。また、内部圧が高いことにより、静置状態においては安定な気泡を形成すると共に、一旦、気泡を含有する飲料用水に衝撃が加えられると、内部圧の力により液体界面の殻が崩壊して気体が発生し、気体が溶解したり分離したりするため、この発生した気体を利用して飲料用水を使用することができるものである。   According to the invention of claim 2, since the pressure of the gas forming the bubbles becomes high, the bubbles can be maintained at a high internal pressure, so that a stronger interface structure can be formed. The gas can be confined in the liquid as bubbles. In addition, due to the high internal pressure, stable bubbles are formed in a stationary state, and once an impact is applied to drinking water containing bubbles, the shell at the liquid interface collapses due to the force of the internal pressure. Since gas is generated and the gas is dissolved or separated, drinking water can be used by using the generated gas.

請求項3の発明によれば、殺菌性の持続した飲料用水にすることができるものである。そして、殺菌性の気体として人体に有害なものを用いた場合でも、外力を与えて気体を液体から分離して、飲用可能な水にすることができ、薬剤を用いることなく、殺菌性と安全性とを高めた飲料用水を簡単に得ることができるものである。   According to invention of Claim 3, it can be set as the water for drinks with which sterilization continued. And even when sterilizing gas harmful to the human body is used, external force can be applied to separate the gas from the liquid to make it potable water. It is possible to easily obtain drinking water with improved properties.

請求項4の発明によれば、嗜好性の高い飲料用水にすることができるものである。すなわち、通常の炭酸水は飽和溶解濃度以上の二酸化炭素は泡となって液体からすぐに分離してしまい、発泡による嗜好性の向上が長期間持続しない。しかし、この発明によれば多量の二酸化炭素がナノサイズの気泡となって安定に存在し、飲用した際に口の中などで外力が与えられて気泡が崩壊して二酸化炭素が発泡したり、飲用前に外力を与えて通常の炭酸水の気体量を超える気体量で発泡したりするので、嗜好性を長期間に亘って維持することができると共に、多量の気体が発泡することで嗜好性を高めることができるものである。   According to invention of Claim 4, it can be set as drinking water with high palatability. That is, in the case of normal carbonated water, carbon dioxide having a concentration equal to or higher than the saturated dissolution concentration is foamed and immediately separated from the liquid. However, according to the present invention, a large amount of carbon dioxide is stably present in the form of nano-sized bubbles, and when drunk, external force is applied in the mouth and the bubbles collapse to cause carbon dioxide to foam, Since external force is applied before drinking and foaming occurs in a gas amount exceeding the amount of ordinary carbonated water, palatability can be maintained over a long period of time, and palatability is achieved by foaming a large amount of gas. Can be increased.

請求項5の発明によれば、還元力のある多量の水素が生体を活性化させることができるので、生体活性の高い飲料用水を得ることができるものである。すなわち、飲用した際に、還元力のある水素が生体に働きかけて体内の有害な酸化物質を還元して無害化するため、人体を治療したり健康にしたりすることができることができるものである。   According to the invention of claim 5, since a large amount of hydrogen having a reducing power can activate a living body, drinking water having a high biological activity can be obtained. That is, when it is drunk, hydrogen having reducing power acts on the living body to reduce harmful oxidants in the body and render them harmless, so that the human body can be treated or made healthy.

請求項6の発明によれば、気泡中に含まれる多量の酸素が生体を活性化させることができるので、生体活性の高い飲料用水を得ることができるものである。すなわち、飲用した際に、体内に多量の酸素が供給されて酸素が生体に働きかけるため、人体を治療したり健康にしたりすることができるものである。   According to the invention of claim 6, since a large amount of oxygen contained in the bubbles can activate the living body, drinking water with high bioactivity can be obtained. That is, when drinking, a large amount of oxygen is supplied into the body and oxygen acts on the living body, so that the human body can be treated or made healthy.

請求項7の発明によれば、外力を与えて液体中の気泡から気体を発生させて、殺菌性能を発揮したり、嗜好性を高めたり、生体活性を高めたりすることができ、得たいタイミングで飲料用水の機能性を高めて利用することができるものである。   According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to exert external force to generate gas from bubbles in the liquid to exert sterilizing performance, enhance palatability, enhance biological activity, and the timing to obtain Therefore, it is possible to enhance the functionality of drinking water.

請求項8の発明によれば、外力を与えて液体中に溶解している気体やナノサイズの気泡となった気体を液体から分離することができるので、人体に有害性のある気体を用いた場合でも、気体を液体から取り除いて安全な飲料用水を精製して得ることができるものである。   According to the eighth aspect of the present invention, gas that is dissolved in the liquid by applying an external force or gas that has become nano-sized bubbles can be separated from the liquid, and therefore, gas that is harmful to the human body is used. Even in this case, it is possible to obtain safe drinking water by removing the gas from the liquid.

請求項9の発明によれば、気体が注入された液体を加圧することにより、強固な界面構造を有する気泡を発生させて、大気圧に戻したときにも安定に存在するナノサイズの気泡を生成することができ、また、界面構造が強固になった気泡を有する気液混合液を徐々に大気圧まで減圧することにより、強固な界面構造を維持して気泡を消滅させたり合体させたりすることなくナノサイズの気泡が混合した飲料用水を安定に得ることができ、飲料用水を効率よく簡単に生成することができるものである。   According to the invention of claim 9, by pressurizing the liquid into which the gas has been injected, bubbles having a strong interface structure are generated, and the nano-sized bubbles that exist stably even when the pressure is returned to atmospheric pressure. The gas-liquid mixture having bubbles with a strong interface structure can be generated and gradually reduced to atmospheric pressure to maintain the strong interface structure and eliminate or merge the bubbles. Therefore, it is possible to stably obtain drinking water in which nano-sized bubbles are mixed, and to efficiently and easily generate drinking water.

請求項10の発明によれば、冷却状態で気液が混合されることにより、より多くの気体をナノサイズの気泡として液体中に存在させることが可能となり、飲料用水の機能性を向上することができるものである。   According to the invention of claim 10, by mixing the gas and liquid in the cooled state, it becomes possible to allow more gas to be present in the liquid as nano-sized bubbles, and to improve the functionality of drinking water. It is something that can be done.

請求項11の発明によれば、液体が浄化されて気液が混合されることにより、より多くの気体をナノサイズの気泡として液体中に存在させることが可能となり、飲料用水の機能性を向上することができるものである。   According to the invention of claim 11, by purifying the liquid and mixing the gas and liquid, it becomes possible to allow more gas to exist in the liquid as nano-sized bubbles, thereby improving the functionality of drinking water. Is something that can be done.

請求項12の発明によれば、液体が脱気されて気液が混合されることにより、より多くの気体をナノサイズの気泡として液体中に存在させることが可能となり、飲料用水の機能性を向上することができるものである。   According to the invention of claim 12, when the liquid is degassed and the gas-liquid is mixed, more gas can be present in the liquid as nano-sized bubbles, and the functionality of drinking water is improved. It can be improved.

請求項13の発明によれば、ベンチュリ管を用いることにより、簡単な構成でナノサイズの気泡を形成することができ、装置を簡単なものにすることができるものである。   According to the invention of claim 13, by using the venturi tube, it is possible to form nano-sized bubbles with a simple configuration, and the apparatus can be simplified.

請求項14の発明によれば、電気分解手段を用いることにより、簡単な構成でナノサイズの気泡を形成することができ、装置を簡単なものにすることができるものである。   According to the invention of claim 14, by using the electrolysis means, nano-sized bubbles can be formed with a simple structure, and the apparatus can be simplified.

飲料用水生成装置の実施の形態の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of embodiment of the water production | generation apparatus for drinks. 飲料用水生成装置の一部を示す概略図である。It is the schematic which shows a part of drinking water production | generation apparatus. (a)(b)はそれぞれ、飲料用水生成装置の一部を示す概略図である。(A) (b) is the schematic which shows a part of drinking water production | generation apparatus, respectively. (a)〜(c)はそれぞれ、飲料用水生成装置の一部を示す概略図である。(A)-(c) is the schematic which shows a part of drinking water production | generation apparatus, respectively. (a)〜(d)はそれぞれ、飲料用水生成装置の一部を示す概略図である。(A)-(d) is the schematic which shows a part of drinking water production | generation apparatus, respectively. 飲料用水生成装置の一部を示す概略図である。It is the schematic which shows a part of drinking water production | generation apparatus. 飲料用水生成装置の実施の形態の他の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of embodiment of the water production | generation apparatus for drinks. 飲料用水生成装置の実施の形態の他の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of embodiment of the water production | generation apparatus for drinks. 飲料用水生成装置の実施の形態の他の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of embodiment of the water production | generation apparatus for drinks. 飲料用水における気泡の気液界面の概念説明図である。It is a conceptual explanatory drawing of the gas-liquid interface of the bubble in drinking water. (a)及び(b)は、飲料用水に外力を与えて気泡が崩壊する様子のモデルを示す概念説明図である。(A) And (b) is a conceptual explanatory drawing which shows the model of a mode that an external force is given to drinking water and a bubble collapses. 気液混合液と窒素飽和水との赤外吸収スペクトルの差分を示すグラフである。It is a graph which shows the difference of the infrared absorption spectrum of a gas-liquid liquid mixture and nitrogen saturated water. 気液混合液中に含まれる気体容量を示すグラフである。It is a graph which shows the gas volume contained in a gas-liquid liquid mixture. 走査型電子顕微鏡(SEM)による気液混合液の写真である。It is a photograph of the gas-liquid mixed solution by a scanning electron microscope (SEM). 気液混合液の安定性を示すグラフである。It is a graph which shows stability of a gas-liquid liquid mixture. 飲料用水に衝撃波が加わる様子の一例を示すモデル図であり、(a)は衝突直前、(b)は衝突時、(c)は衝突直後である。It is a model figure which shows an example of a mode that a shock wave is added to drinking water, (a) is just before a collision, (b) is at the time of a collision, (c) is just after a collision.

以下、発明を実施するための形態について説明する。   Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described.

本発明の飲料用水は、気体がナノサイズの気泡となって、この気体が飽和溶解濃度で溶解した溶解水に存在しているものである。すなわち、本発明の飲料用水は、気体がナノサイズの気泡となって液体に混合された気液混合液として構成されている。   The drinking water of the present invention is present in dissolved water in which the gas becomes nano-sized bubbles and this gas is dissolved at a saturated dissolution concentration. That is, the drinking water of the present invention is configured as a gas-liquid mixed liquid in which gas is nano-sized bubbles and mixed with the liquid.

一般に、気体が水に溶解することは知られているが、その飽和溶解濃度は二酸化炭素などの一部の気体を除いて多くない。そして、多量の気体を水の中に存在させることはできず、気体が液中に存在する上限の量は飽和溶解濃度である。しかしながら、本発明の飲料用水においては、気体が水に飽和溶解濃度で溶解し、さらに飽和溶解濃度を超えた気体はナノサイズの気泡となって液体中に安定に存在して気液混合液となっている。つまり、気体は飽和溶解濃度で水に溶解すると共にナノサイズの気泡となって存在している。したがって、飽和溶解濃度以上の気体が液体中に存在しており、長期に亘って大量の気体を液体中に安定に保持することができ、殺菌性能を長時間維持できる飲料用水や、嗜好性・生体活性を向上する飲料用水を得ることができるものである。すなわち、気体はナノサイズの気泡となることにより消滅や合体することなく液体中に安定に存在しているのである。   In general, it is known that a gas dissolves in water, but its saturated dissolution concentration is not high except for some gases such as carbon dioxide. A large amount of gas cannot be present in water, and the upper limit amount of gas present in the liquid is the saturated dissolution concentration. However, in the drinking water of the present invention, the gas is dissolved in water at a saturated dissolution concentration, and the gas exceeding the saturation dissolution concentration is stably present in the liquid as nano-sized bubbles, and the gas-liquid mixture It has become. That is, the gas is dissolved in water at a saturated dissolution concentration and is present as nano-sized bubbles. Therefore, there is a gas with a saturated dissolution concentration or more in the liquid, and a large amount of gas can be stably held in the liquid for a long period of time. Drinking water that improves bioactivity can be obtained. That is, the gas is stably present in the liquid without disappearing or coalescing by becoming nano-sized bubbles.

そして、通常、液中に存在する気泡は液体からの圧力により崩壊して液体に溶解してしまうが、上記のような気液混合液では液体には飽和溶解濃度で気体が溶解しているので、気体がそれ以上溶解することができず、気泡が崩壊して気泡中の気体が溶解することがない。崩壊しないナノサイズの気泡は液体からの圧力に応じるようにその内圧が高くなっており、内圧が高くなることで液体圧力との均衡が保たれ、ナノサイズの大きさを維持したまま気泡が安定に液体中に存在する。また、ナノサイズの気泡は極めて微細なサイズになっているため浮力を受けることがなく、気泡が上昇して液体から外部に分離することがない。よって、ナノサイズの気泡が長期に亘って安定に液体中に存在するのである。そして、このナノサイズの気泡に外力を与えて液体から気体を発生させ、この気体を液体に溶解したり分離したりすることができ、気体を発生させて飲料用水を利用したり精製したりすることができるものである。   Normally, bubbles present in the liquid collapse due to the pressure from the liquid and dissolve in the liquid. However, in the gas-liquid mixed liquid as described above, the gas is dissolved at a saturated dissolution concentration in the liquid. The gas cannot be dissolved any more, the bubbles are not collapsed, and the gas in the bubbles is not dissolved. Nano-sized bubbles that do not collapse have a high internal pressure that responds to the pressure from the liquid, and the internal pressure increases to maintain a balance with the liquid pressure, and the bubbles are stable while maintaining the nano-sized size. Present in the liquid. In addition, since nano-sized bubbles are extremely fine, they do not receive buoyancy, and bubbles do not rise and separate from the liquid. Therefore, nano-sized bubbles are present in the liquid stably over a long period of time. Then, an external force is applied to the nano-sized bubbles to generate a gas from the liquid, and the gas can be dissolved or separated in the liquid. The gas is generated to use or purify drinking water. It is something that can be done.

飲料用水に含まれる気泡はナノサイズの気泡であり、具体的には1000nm以下の気泡(いわゆるナノバブル)である。気泡がナノサイズとなり微細なものになることで強固な気泡界面の構造を形成することができ、高濃度の気体を液体中に保持することができるものである。また、ナノオーダーサイズの気泡には浮力が働かないため、気泡が上昇して液体から分離することがないので気泡を長期に亘って安定に存在させることができるものである。気泡のサイズがナノサイズよりも大きくなると気泡を安定化させることができなくなるおそれがある。なお、気泡の大きさは、走査型電子顕微鏡(SEM)により測定することができ、気泡の平均粒径は、測定によって得た気泡の粒径を平均して求めることができる。ところで、マイクロバブルが混合された液体は白濁するため目視により判別可能であるが、ナノバブルが混合された液体は無色透明(あるいは液体が有色の場合は液体の色)になり目視では判別することができない。よって、気液混合液の判別はSEMや密度測定などによって行うこととなる。なお、ナノサイズの気泡の下限は1nmである。   The bubbles contained in the drinking water are nano-sized bubbles, specifically, bubbles of 1000 nm or less (so-called nano bubbles). When the bubbles are nano-sized and fine, a strong bubble interface structure can be formed, and a high-concentration gas can be held in the liquid. Further, since buoyancy does not act on the nano-order size bubbles, the bubbles do not rise and separate from the liquid, so that the bubbles can exist stably over a long period of time. If the bubble size is larger than the nano size, the bubble may not be stabilized. In addition, the bubble size can be measured by a scanning electron microscope (SEM), and the average particle diameter of the bubbles can be obtained by averaging the particle diameters of the bubbles obtained by the measurement. By the way, the liquid mixed with microbubbles is cloudy and can be discriminated visually. However, the liquid mixed with nanobubbles is colorless and transparent (or the color of the liquid when the liquid is colored) and can be discriminated visually. Can not. Therefore, the determination of the gas-liquid mixture is performed by SEM, density measurement, or the like. The lower limit of nano-sized bubbles is 1 nm.

飲料用水にあっては、気泡との界面に存在する水分子の水素結合の距離が、常温常圧であるときの水素結合の距離よりも短い。水素結合とは、電気陰性度の大きい原子と水素原子とを有している分子において、水素原子が他の分子の電気陰性度の大きい原子に接近し、系が安定化する結合のことである。そして、飲料用水に存在するナノサイズの気泡の周囲、すなわち気泡との界面に存在する水分子においては、水分子の水素結合の距離が、水分子が常温常圧(25℃、1気圧(0.1013MPa))であるときの水素結合の距離よりも短いものとなっているのである。このように、飲料用水が常温常圧の条件で存在する場合において、気泡界面における水素結合の距離が常温常圧での通常の水素結合の距離よりも短くなることにより、気泡の周囲を強固な水素結合を形成した水分子で取り囲むことになる。そして、この水素結合を形成した水分子は強固な殻となって気泡を包み込む。それによって、気泡同士が衝突しても崩壊することがなくなり、また、液体からの圧力に対して気泡内部からの応力で対抗できるので、気泡を液体中で消滅させたり合体させたりすることなく保持することができるものである。つまり、従来の表面張力で安定している気泡とは異なるものである。そして、この水素結合は長期間に亘って安定であるので、気泡が安定に存在した飲料用水を長期間に亘って利用可能となる。また、ナノオーダーサイズの気泡を、従来レベルより遙かに超えた密度で生成し液体に安定して存在させることが可能となるものである。   In drinking water, the distance between hydrogen bonds of water molecules present at the interface with the bubbles is shorter than the distance between hydrogen bonds at normal temperature and pressure. A hydrogen bond is a bond that stabilizes the system in a molecule that has a high electronegativity atom and a hydrogen atom, because the hydrogen atom approaches the high electronegativity atom of another molecule. . And in the water molecule which exists in the circumference | surroundings of the nanosized bubble which exists in drinking water, ie, the interface with a bubble, the distance of the hydrogen bond of a water molecule is normal temperature normal pressure (25 degreeC, 1 atmospheric pressure (0 .1013 MPa)), which is shorter than the hydrogen bond distance. As described above, when the drinking water is present under normal temperature and normal pressure conditions, the hydrogen bond distance at the bubble interface is shorter than the normal hydrogen bond distance at normal temperature and normal pressure. It is surrounded by water molecules that have formed hydrogen bonds. And the water molecule which formed this hydrogen bond turns into a strong shell, and encloses a bubble. As a result, even if the bubbles collide with each other, they will not collapse, and the pressure from the liquid can be countered by the stress from the inside of the bubbles, so the bubbles can be held without disappearing or coalescing in the liquid. Is something that can be done. In other words, it is different from conventional bubbles that are stable with surface tension. And since this hydrogen bond is stable over a long period of time, it becomes possible to use the drinking water in which bubbles are present stably over a long period of time. Further, nano-order size bubbles can be generated at a density far exceeding the conventional level and can be stably present in the liquid.

ここで、水分子は、O…Hの水素結合、つまり、ある水分子の酸素原子と他の水分子の水素原子との間に水素結合を形成するものであり、本発明の飲料用水においては、気液混合液の液体として水が用いられるので、気泡界面において液体中のこの水素結合が強固になって気泡をより安定化させるのである。なお、水としては純度の高い水に限られることはなく、上水道、地下水、河川や池の水などをはじめ、飲料用に用いることが可能なあらゆる水を使用することができる。また、飲料用水を構成する気液混合液に用いる液体としては、水が含まれていればよく、液体が水のみからなっていてもよいし、水が他の成分を溶解させて水溶液の状態に、例えばイオン水などの状態になっていてもよい。   Here, the water molecule is a hydrogen bond of O ... H, that is, a hydrogen bond is formed between an oxygen atom of one water molecule and a hydrogen atom of another water molecule. In the drinking water of the present invention, Since water is used as the liquid of the gas-liquid mixture, this hydrogen bond in the liquid is strengthened at the bubble interface and the bubbles are further stabilized. The water is not limited to high-purity water, and any water that can be used for beverages can be used, including waterworks, groundwater, rivers and ponds. In addition, the liquid used for the gas-liquid mixed liquid constituting the drinking water is not limited as long as it contains water, and the liquid may consist only of water, or water dissolves other components to form an aqueous solution. For example, it may be in a state such as ionic water.

気泡との界面における水分子の水素結合の距離としては、常温常圧での水素結合の距離を100%とした場合に、99%以下となるように飲料用水を生成することが好ましい。水素結合の距離がこの範囲になることにより、気泡を水素結合の硬い殻で取り囲んで安定化させることができるものである。水素結合の距離がこれより長いと気泡を安定化させて存在させることができなくなるおそれがある。原子間距離を考慮すると、水素結合の距離の下限は95%である。気液混合液中の気泡界面における水素結合の距離は、後述するように、気液混合液の赤外吸収スペクトル(IR)を解析することにより算出することができる。   It is preferable to produce drinking water such that the hydrogen bond distance of water molecules at the interface with the bubbles is 99% or less when the hydrogen bond distance at room temperature and normal pressure is 100%. When the hydrogen bond distance falls within this range, the bubbles can be surrounded and stabilized by a hard shell of hydrogen bonds. If the distance between hydrogen bonds is longer than this, there is a possibility that bubbles cannot be stabilized and exist. Considering the interatomic distance, the lower limit of the hydrogen bond distance is 95%. The distance of hydrogen bonding at the bubble interface in the gas-liquid mixture can be calculated by analyzing the infrared absorption spectrum (IR) of the gas-liquid mixture, as will be described later.

ところで、水素結合の距離が上記の距離にある水は、通常、氷のように固体やハイドレート結晶構造になるものであるが、上記のような気液混合液においては、気泡界面において局所的に上記のような距離の短い水素結合を形成し、それ以外の液体中は通常の水素結合を形成している。すなわち、気泡界面では距離の短い水素結合により液体分子の硬い殻を形成して、気泡同士が合体することや消滅することを防止すると共に、気泡界面以外では通常の状態で液体が存在して常温常圧では流動性を確保しており、安定な気泡が存在して飲料用水を利用しやすくするものである。   By the way, water having a hydrogen bond distance of the above-mentioned distance usually has a solid or hydrate crystal structure like ice. However, in the gas-liquid mixture as described above, it is locally present at the bubble interface. In the other liquids, normal hydrogen bonds are formed. That is, a hard shell of liquid molecules is formed by hydrogen bonds at a short distance at the bubble interface to prevent the bubbles from coalescing and disappearing, and at other than the bubble interface, liquid exists in a normal state and normal temperature At normal pressure, fluidity is ensured, and stable air bubbles are present to facilitate the use of drinking water.

飲料用水にあっては、気泡を形成している気体の圧力、すなわち気泡の内圧が、0.12MPa以上になることが好ましく、さらにヤングラプラスの式(次式)で与えられる気泡の内圧より高い圧力であることが好ましい。   In drinking water, the pressure of the gas forming the bubbles, that is, the internal pressure of the bubbles is preferably 0.12 MPa or more, and is higher than the internal pressure of the bubbles given by Young Laplace's formula (following formula). A pressure is preferred.

ヤングラプラスの式
ΔP=2σ/r
[ΔP:気泡内部の上昇圧力、 σ:表面張力、 r:気泡半径]

気泡の内圧がこのような圧力になると気泡が高い内部圧で維持されることになり、より強固な界面構造を形成することができるので、静置状態において安定な気泡を形成することができ、気体を高濃度で液体中に保持することができる。一方、一旦、気液混合液に衝撃が加えられると、内部圧の力により気泡の界面構造が崩壊して、気泡が崩壊して大量の気体が液体に溶解したり液体から放散したりするため、この発生した大量の気体を利用して飲料用水を利用することができるものである。飲料用水を構成する気液混合液中の気泡の内圧は、後述するように気液混合液中の気体総量と密度から計算した気体容量とを気体の状態方程式に当てはめることにより算出することができる。
Young Laplace's formula ΔP = 2σ / r
[ΔP: rising pressure inside the bubble, σ: surface tension, r: bubble radius]

When the internal pressure of the bubbles becomes such a pressure, the bubbles will be maintained at a high internal pressure, and a stronger interface structure can be formed, so that stable bubbles can be formed in a stationary state, The gas can be held in the liquid at a high concentration. On the other hand, once an impact is applied to the gas-liquid mixture, the interface structure of the bubbles collapses due to the force of the internal pressure, and the bubbles collapse, and a large amount of gas dissolves in the liquid or dissipates from the liquid. The drinking water can be used by utilizing the large amount of gas generated. The internal pressure of the bubbles in the gas-liquid mixture constituting the drinking water can be calculated by fitting the gas volume calculated from the total gas amount and density in the gas-liquid mixture to the gas equation of state, as will be described later. .

気体としては、特に限定されるものではなく、種々の気体を用いることが可能である。例えば、オゾン、塩素、二酸化塩素などの殺菌性の気体や、水素などの還元力のある気体を始め、二酸化炭素、空気、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、メタン、プロパン、ブタンなどの気体を単一で又は混合して用いることができる。   The gas is not particularly limited, and various gases can be used. For example, sterilizing gases such as ozone, chlorine and chlorine dioxide, and reducing gases such as hydrogen, as well as gases such as carbon dioxide, air, oxygen, nitrogen, argon, helium, methane, propane, and butane. They can be used alone or in combination.

気体として好ましいものの一つは、殺菌性のある気体である。それにより、殺菌性の気体がナノサイズの気泡となって液体中に長期に保持されるので、殺菌性が高く持続した飲料用水にすることができるものである。そして、殺菌性の気体として人体に有害なものを用いてもよく、その場合には、圧力変化や温度変化や衝撃波や超音波などの外力を与えて気体を液体から分離して、液体を無害化して飲用可能な水にすることができる。殺菌性の気体としては、オゾン、塩素、二酸化塩素が好ましい。これらの気体であれば、殺菌力が高く、また、気液混合液を容易に生成して飲料用水を得ることができる。このように、薬剤を用いることなく、殺菌性と安全性とを高めた飲料用水を簡単に得ることができるものである。   One preferable gas is a sterilizing gas. As a result, the bactericidal gas becomes nano-sized bubbles and is retained in the liquid for a long period of time, so that the water for drinking having a high bactericidal property can be obtained. A sterilizing gas that is harmful to the human body may be used, in which case the gas is separated from the liquid by applying an external force such as pressure change, temperature change, shock wave or ultrasonic wave, and the liquid is harmless. Into potable water. As the bactericidal gas, ozone, chlorine and chlorine dioxide are preferable. If these gases are used, the sterilizing power is high, and a gas-liquid mixed solution can be easily produced to obtain drinking water. In this way, it is possible to easily obtain drinking water with improved bactericidal properties and safety without using chemicals.

また、気体として二酸化炭素を用いることも好ましい。それにより、嗜好性の高い飲料用水にすることができるものである。すなわち、通常の炭酸水は飽和溶解濃度以上の二酸化炭素は泡となって液体からすぐに分離してしまい、発泡による嗜好性の向上が長期間持続しない。しかし、上記の気液混合液によれば多量の二酸化炭素がナノサイズの気泡となって安定に存在させることができるものである。そして、飲用した際に口の中などで外力が与えられて気泡が崩壊して二酸化炭素が発泡するので、嗜好性を長期間に亘って維持することができる。また、飲用前に外力を与えて通常の炭酸水の気体量を超える気体量で発泡させることができ、多量の気体を発泡させた飲料用水にすることで嗜好性を高めることができるものである。   It is also preferable to use carbon dioxide as the gas. Thereby, it can be set as drinking water with high palatability. That is, in the case of normal carbonated water, carbon dioxide having a concentration equal to or higher than the saturated dissolution concentration is foamed and immediately separated from the liquid. However, according to the gas-liquid mixture described above, a large amount of carbon dioxide can be stably present as nano-sized bubbles. And, when drinking, an external force is applied in the mouth or the like, the bubbles collapse and the carbon dioxide foams, so that the palatability can be maintained for a long period of time. Moreover, external force can be given before drinking and it can be made to foam with the gas amount exceeding the gas amount of normal carbonated water, and palatability can be improved by making it the drinking water which foamed a lot of gas. .

また、気体として水素を用いることも好ましい。その場合、還元力のある多量の水素が生体を活性化させることができるので、生体活性の高い飲料用水を得ることができるものである。すなわち、飲用した際に、還元力のある水素が生体に働きかけて体内の有害な酸化物質を還元して無害化するため、人体を治療したり健康にしたりすることができることができるものである。   It is also preferable to use hydrogen as the gas. In that case, since a large amount of hydrogen having a reducing power can activate the living body, drinking water having high biological activity can be obtained. That is, when it is drunk, hydrogen having reducing power acts on the living body to reduce harmful oxidants in the body and render them harmless, so that the human body can be treated or made healthy.

また、気体として酸素又は空気を用いることも好ましい。その場合、気泡中に含まれる多量の酸素が生体を活性化させることができるので、生体活性の高い飲料用水を得ることができるものである。すなわち、飲用した際に、体内に多量の酸素が供給されて酸素が生体に働きかけるため、人体を治療したり健康にしたりすることができるものである。   It is also preferable to use oxygen or air as the gas. In that case, since a large amount of oxygen contained in the bubbles can activate the living body, drinking water with high biological activity can be obtained. That is, when drinking, a large amount of oxygen is supplied into the body and oxygen acts on the living body, so that the human body can be treated or made healthy.

上記のような飲料用水は、液体として純水を用いた場合、ゼータ電位がマイナスとなり、体積1cm中に存在する気泡界面の面積は1.2m程度となる。ゼータ電位は電気泳動法により測定できる。 Potable water as described above, when using pure water as the liquid, it zeta potential negative, the area of the bubble interfaces present in a volume 1 cm 3 becomes 2 about 1.2 m. The zeta potential can be measured by electrophoresis.

飲料用水は、そのまま飲料水として飲用してもよいし、外力を与えて気体を発生し発泡させて清涼飲料水(炭酸水)のような状態にして飲用してもよい。また、外力を与えて気体を発生させて液体から取り除いて気体の存在していない水にして飲用してもよい。また飲料用水を他の成分と混合するなどして、イオン水にしたり、清涼飲料水にしたり、茶やコーヒーなどの飲料にしたりすることができる。   Drinking water may be drunk as it is as drinking water, or may be drunk in a state of soft drinking water (carbonated water) by applying an external force to generate gas and foam it. Alternatively, an external force may be applied to generate gas, which may be removed from the liquid and used as water free from gas. Moreover, by mixing drinking water with other components, it can be made into ionic water, can be made into soft drinks, or can be made into beverages such as tea and coffee.

本発明の飲料用水の利用方法は、上記のような飲料用水に、圧力変化、温度変化、衝撃波、超音波といった外力を与えて液体中の気泡を崩壊させて、飲料用水中の気体を利用するものである。上述のように、飲料用水には多量の気体が気泡となって液体中に存在しており、この気泡は外力により崩壊したり合体したりする。そこで、飲料用水に圧力変化や温度変化や衝撃波や超音波といった外力を与えると、気泡が崩壊し気体が発生して液体に溶解したり液体から放出したりする。この発生する気体を利用するものである。例えば、殺菌性のある気体を用いると気泡を崩壊して気体を溶解させることにより殺菌力を高めることができる。また、殺菌性のある気体が有害な場合は気体を完全に放出して液体を無害化し、飲用可能な水にすることができる。また、二酸化炭素などの気体を用いて、飲用直前に外力を与えれば、通常の炭酸水をはるかに超える多量の気体を発泡させて、嗜好性を高めることができる。また、水素や酸素や空気などの気体を用いて、飲用直前に外力を与えて発泡させて飲用すれば、飲用後に体内でこれらの気体が液体から放出されて生体の器官に接触し、生体活性を高めることができる。このように外力を与えることによって得たいタイミングで飲料用水の機能性を高めて利用することができるものである。   The method for using drinking water of the present invention uses the gas in drinking water by applying external force such as pressure change, temperature change, shock wave, and ultrasonic wave to the drinking water as described above to collapse bubbles in the liquid. Is. As described above, a large amount of gas is present in the liquid as bubbles in the drinking water, and the bubbles are collapsed or united by external force. Therefore, when an external force such as pressure change, temperature change, shock wave or ultrasonic wave is applied to the drinking water, the bubbles collapse and gas is generated and dissolved in the liquid or released from the liquid. This generated gas is used. For example, when a sterilizing gas is used, the sterilizing power can be increased by collapsing bubbles to dissolve the gas. In addition, when the sterilizing gas is harmful, the gas can be completely discharged to make the liquid harmless and make it potable water. Moreover, if external force is given just before drinking using gas, such as a carbon dioxide, a lot of gas far exceeding normal carbonated water can be made to foam, and palatability can be improved. In addition, if gas such as hydrogen, oxygen, or air is used for foaming by applying external force immediately before drinking, these gases are released from the liquid in the body after drinking and come into contact with living body organs, resulting in biological activity. Can be increased. In this way, the functionality of drinking water can be enhanced and used at the timing desired to be obtained by applying an external force.

本発明の飲料用水の精製方法は、上記のような飲料用水に、圧力変化、温度変化、衝撃波及び超音波といった外力を与えて液体中の気泡を崩壊させて、飲料用水中の気体を分離するものである。気体として殺菌性のものを用いた場合、通常、殺菌性の気体は人体に有害なものが多く飲料用水をそのまま飲用すると危険である。ところが、飲料用水に圧力変化や温度変化や衝撃波や超音波といった外力を与えると、気泡が崩壊し気体が発生して液体から放出して分離する。この気体が発生し分離する現象を利用するものである。すなわち、飲料用水に外力を与えると、人体に有害な殺菌性の気体は気泡が崩壊することによって液体から放出して液体を無害化するので、飲料用水を飲用可能な水に精製することができるものである。なお、殺菌性の気体としては、特に限定されるものではないが、外力を与えて液体から容易に放出するものであることが好ましく、その観点から、水に溶解しにくいものであることがより好ましい。このように、本発明では、溶解性の低い、あるいは溶解性のない気体をナノサイズの気泡にすることにより安定に存在することができるものであり、殺菌性が高く安全な飲料用水を得ることができるものである。   The method for purifying drinking water according to the present invention separates gas in drinking water by applying external force such as pressure change, temperature change, shock wave and ultrasonic wave to the drinking water as described above to collapse bubbles in the liquid. Is. When a sterilizing gas is used as the gas, the bactericidal gas is usually harmful to the human body, and it is dangerous to drink drinking water as it is. However, when an external force such as pressure change, temperature change, shock wave, or ultrasonic wave is applied to the drinking water, the bubbles collapse to generate gas that is released from the liquid and separated. The phenomenon of generating and separating this gas is used. That is, when an external force is applied to the drinking water, the bactericidal gas harmful to the human body is released from the liquid due to the collapse of the bubbles and renders the liquid harmless, so that the drinking water can be purified to drinkable water. Is. The bactericidal gas is not particularly limited, but is preferably one that is easily released from the liquid by applying an external force, and from that viewpoint, it is more difficult to dissolve in water. preferable. As described above, in the present invention, it is possible to stably exist by making a gas having low solubility or insolubility into nano-sized bubbles, and to obtain a safe drinking water having a high bactericidal property. It is something that can be done.

上記の飲料用水の利用方法、及び飲料用水の精製方法にあって、気泡を崩壊させる外力としては、圧力変化、温度変化、衝撃波及び超音波からなる群から選ばれる少なくとも1種のものを用いることが好ましい。それにより効率よく気体を発生させて気体を利用したり、気体を液体から分離して精製したりすることができるものである。   In the method for using drinking water and the method for purifying drinking water, the external force for collapsing the bubbles should be at least one selected from the group consisting of pressure change, temperature change, shock wave and ultrasonic wave. Is preferred. Thereby, the gas can be efficiently generated to use the gas, or the gas can be separated from the liquid and purified.

圧力変化により外力を与える場合、加圧装置又は減圧装置に飲料用水を入れることにより飲料用水にかかる圧力を常圧よりも高くしたり低くしたりして衝撃を与えることができる。すなわち、圧力が変化された気液混合液は内部エネルギーの増加によって界面構造が崩れて気泡が崩壊したり、気泡が激しく衝突して気泡が合体して大きなマイクロサイズ以上の気泡になったりして、気体が発生する。そしてこの気体が液体に溶解し、また気体が液体から放出するのである。圧力変化としては、液体の圧力を+0.01MPa以上の圧力にすること、又は−0.01MPa以下の圧力にすること、つまり液体圧力と気泡内圧との圧力差を絶対値で0.01MPa以上にすることが好ましく、例えば、これらの圧力を交互に変動させたりして外力を与えることができる。   When an external force is applied by a pressure change, impact can be applied by making the pressure applied to the drinking water higher or lower than the normal pressure by putting drinking water in the pressurizing device or the decompressing device. That is, the gas-liquid mixture whose pressure has been changed may collapse the interface structure due to the increase in internal energy and the bubbles collapse, or the bubbles collide violently and coalesce into a large micro-sized bubble. Gas is generated. This gas dissolves in the liquid, and the gas is released from the liquid. As the pressure change, the liquid pressure is set to a pressure of +0.01 MPa or more, or a pressure of -0.01 MPa or less, that is, the absolute value of the pressure difference between the liquid pressure and the bubble internal pressure is set to 0.01 MPa or more. For example, it is possible to apply an external force by alternately changing these pressures.

温度変化により外力を与える場合、ヒーターなどの加温手段を用い、加温手段をオンにして常温常圧で貯留された飲料用水の温度を上昇させて気泡を崩壊させることができる。すなわち、温度が上昇された気液混合液は内部エネルギーの増加によって界面構造が崩れて気泡が崩壊したり、気泡が激しく衝突して気泡が合体して大きなマイクロサイズ以上の気泡になったりして、気体が発生する。そしてこの気体が液体に溶解し、また気体が液体から放出するものである。加温する温度としては、気体発生の速度に合わせて適宜に設定し得るものであるが、例えば、急激に気泡を崩壊させて気体を発生させる場合は、飲料用水を10〜30℃程度以上に上昇するように加温するようにすることができ、徐々に気泡を崩壊させて気体を発生させる場合は、飲料用水を1〜10℃程度以上に上昇するように加温するようにすることができる。   When external force is applied by temperature change, heating means such as a heater can be used to turn on the heating means and raise the temperature of the drinking water stored at room temperature and normal pressure to collapse the bubbles. In other words, the gas-liquid mixture whose temperature has been increased may cause the interface structure to collapse due to an increase in internal energy, causing bubbles to collapse, or the bubbles to violently collide and form bubbles that are larger than a micro size. Gas is generated. And this gas melt | dissolves in a liquid, and gas discharge | releases from a liquid. The temperature to be heated can be appropriately set according to the rate of gas generation. For example, when bubbles are rapidly collapsed to generate gas, the drinking water is set to about 10 to 30 ° C. or higher. It can be made to warm so that it may rise, and when it is made to collapse gas and generate gas gradually, it should be made to heat so that drinking water rises to about 1-10 ° C or more. it can.

また、衝撃波により外力を与えることもできる。衝撃波としては、振動や電波、マイクロ波などを用いることができ、例えば衝撃波としてマイクロ波を用いる場合、マイクロ波発生装置を用い、マイクロ波発振子から飲料用水にマイクロ波の振動を与えることができる。このとき、振動波を与えられた気液混合液の内部エネルギーが増加して界面構造が崩れて気泡が崩壊したり、気泡が激しく衝突して気泡が合体して大きなマイクロサイズ以上の気泡になったりして、気体が発生する。そしてこの気体が液体に溶解し、また、気体が液体から放出するものである。マイクロ波の周波数としては、周波数915kHz、2.4〜2.5GHz、5.7〜5.9GHzのいずれかであることが好ましい。周波数の範囲がこの範囲を外れると気泡を崩壊する効果が低下するおそれがある。なお、本発明において衝撃波とは、気液混合液が衝突したときの衝撃で発生する振動波などを含む概念である。   In addition, an external force can be applied by a shock wave. As shock waves, vibrations, radio waves, microwaves, and the like can be used. For example, when microwaves are used as shock waves, a microwave generator can be used to apply microwave vibrations to drinking water from a microwave oscillator. . At this time, the internal energy of the gas-liquid mixture to which vibration waves are applied increases, the interface structure collapses and the bubbles collapse, or the bubbles collide violently and the bubbles merge to form a large micro-sized bubble or larger. Or gas is generated. And this gas melt | dissolves in a liquid, and gas discharge | releases from a liquid. The frequency of the microwave is preferably any of a frequency of 915 kHz, 2.4 to 2.5 GHz, and 5.7 to 5.9 GHz. If the frequency range is out of this range, the effect of collapsing bubbles may be reduced. In the present invention, the shock wave is a concept including a vibration wave generated by an impact when the gas-liquid mixed liquid collides.

また、超音波により外力を与える場合、超音波発生装置を用い、超音波振動子から飲料用水に超音波振動を与えることができる。このとき、振動された気液混合液の内部エネルギーが増加して界面構造が崩れて気泡が崩壊したり、気泡が激しく衝突して気泡が合体して大きなマイクロサイズ以上の気泡になったりして、気体が発生する。そしてこの気体が液体に溶解し、また、気体が液体から放出するものである。超音波の周波数としては、周波数16KHz〜2.4GHzであることが好ましい。周波数の範囲がこれより大きくても小さくても気泡を崩壊する効果が低下するおそれがある。   In addition, when an external force is applied by ultrasonic waves, an ultrasonic vibration device can be used to apply ultrasonic vibrations to the drinking water from the ultrasonic vibrator. At this time, the internal energy of the vibrated gas-liquid mixture increases, the interface structure collapses and the bubbles collapse, or the bubbles collide violently and the bubbles merge to form a large micro-sized bubble or larger. Gas is generated. And this gas melt | dissolves in a liquid, and gas discharge | releases from a liquid. The frequency of the ultrasonic wave is preferably 16 kHz to 2.4 GHz. Even if the frequency range is larger or smaller than this, the effect of collapsing bubbles may be reduced.

このように、圧力変化、温度変化、衝撃波、超音波といった外力を用いて飲料用水中の気泡を崩壊させることによって、気泡として存在している大量の気体をこれらの手段で瞬時に多量に液体に溶解させたり、液体から放出させたりすることができ、簡単に効率よく気体を発生させて飲料用水を利用したり精製したりすることができるものである。   In this way, by destroying bubbles in the drinking water using external force such as pressure change, temperature change, shock wave, and ultrasonic wave, a large amount of gas present as bubbles is instantly converted into a large amount of liquid by these means. It can be dissolved or released from a liquid, and can easily generate gas efficiently and utilize or purify drinking water.

次に、上記のような飲料用水を生成する飲料用水生成装置について説明する。   Next, the drinking water production | generation apparatus which produces | generates the above drinking water is demonstrated.

図1は、飲料用水生成装置の実施の形態の一例を示す概略図である。飲料用水生成装置としては、液体中に気体がナノサイズの気泡になって存在する気液混合液を生成する気液混合液生成装置を用いる。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an embodiment of a drinking water generating apparatus. As a drinking water production | generation apparatus, the gas-liquid liquid mixture production | generation apparatus which produces | generates the gas-liquid liquid mixture which gas exists in the liquid as a nanosize bubble is used.

図1の気液混合液生成装置は、液体を圧送して連続的に気液混合液を製造するものであり、水道配管などの水供給源から水を取り入れる入水部13と、入水部13から入った液体に気体を供給する気体供給部2と、気体が供給された液体を加圧する加圧部1と、液体中の気体をナノサイズの気泡にして気液混合液を生成する気液混合部3と、気液混合液からナノサイズを超える大きさの気泡を分離する気体分離部4と、加圧状態の気液混合液をナノサイズの気泡を崩壊させることなく大気圧まで減圧する減圧部5と、減圧された気液混合液を吐出する吐出部7と備えており、各部は流路6に接続して設けられている。   The gas-liquid mixed-liquid production | generation apparatus of FIG. 1 pumps a liquid, and manufactures a gas-liquid mixed liquid continuously, from the water-incoming part 13 which takes in water from water supply sources, such as water supply piping, Gas supply unit 2 that supplies gas to the liquid that has entered, pressurization unit 1 that pressurizes the liquid to which the gas is supplied, and gas-liquid mixing that generates a gas-liquid mixture by making the gas in the liquid into nano-sized bubbles Part 3, gas separation part 4 for separating bubbles larger than nanosize from the gas-liquid mixture, and decompression of the pressurized gas-liquid mixture to atmospheric pressure without collapsing nanosize bubbles A part 5 and a discharge part 7 that discharges the decompressed gas-liquid mixture are provided, and each part is provided connected to the flow path 6.

流路6は、飲料用水生成装置の各部同士や各部と外部とを接続し、液体を上流から下流に流すものであり、例えばパイプなどの管体で構成される。加圧部1と気液混合部3と気体分離部4と減圧部5とは、上側に向かって径が小さくなるテーパ状の円筒型の筐体12にこの順で下側から上側に配置して収容されている。流路6は、筐体12より上流側の流路6a、筐体12内の流路6b、筐体12より下流側の流路6cにて構成されている。流路6bは筐体12全体として上方向に向かって液体が流れるように形成されている。   The flow path 6 connects each part of a drinking water production | generation apparatus, each part, and the exterior, and flows a liquid from upstream to downstream, for example, is comprised with pipe bodies, such as a pipe. The pressurizing unit 1, the gas-liquid mixing unit 3, the gas separating unit 4, and the decompressing unit 5 are arranged in the order from the bottom to the top in a tapered cylindrical housing 12 whose diameter decreases toward the top. Is contained. The flow path 6 includes a flow path 6 a on the upstream side of the housing 12, a flow path 6 b in the housing 12, and a flow path 6 c on the downstream side of the housing 12. The flow path 6b is formed so that the liquid flows upward as the entire housing 12.

入水部13は、気液混合液生成装置の外部にある水供給源から装置の内部に水を入れるためのものであり、図1の形態では水供給源と接続する流路6aの管体の入口として構成されている。この入水部13には、開閉して水量や水圧を調節できる調節弁などを設けてもよい。   The water intake section 13 is for introducing water into the apparatus from a water supply source outside the gas-liquid mixed liquid generating apparatus. In the form of FIG. 1, the pipe body of the flow path 6a connected to the water supply source is used. It is configured as an entrance. The water inlet 13 may be provided with an adjustment valve that can be opened and closed to adjust the amount of water and the water pressure.

気体供給部2は、流路6(流路6a又は6b)に接続されることにより液体に気体を供給して注入するものであり、例えば気体として空気を注入する場合には、一端を大気中に開放させた管体の他端を流路6に接続して気体供給部2を形成することができる。あるいは気体として、オゾン、塩素、二酸化塩素、水素、二酸化炭素、酸素、窒素、アルゴン等を供給する場合には、これらの気体を封入したボンベなどを流路6に接続して気体供給部2を形成することができる。また、オゾンを供給する場合は、気体供給部2をオゾン発生機に接続し、空気から生成したオゾンを供給するようにしてもよい。流路6への気体供給部2の接続位置は、気液混合部3よりも上流側の位置であればよい。この装置のように、加圧部1と気液混合部3とが同体となってポンプ11で構成されている場合は加圧部1より上流側の流路6に接続することになる。また、加圧部1と気液混合部3とが別体で構成されている場合は、加圧部1より上流側の流路6に接続するようにしても、あるいは加圧部1より下流側の流路6に接続するようにしてもいずれでもよい。   The gas supply unit 2 is connected to the flow path 6 (flow path 6a or 6b) to supply and inject a gas to the liquid. For example, when injecting air as a gas, one end is in the atmosphere. The gas supply part 2 can be formed by connecting the other end of the tube opened to the flow path 6. Or when supplying ozone, chlorine, chlorine dioxide, hydrogen, carbon dioxide, oxygen, nitrogen, argon, etc. as gas, the gas supply part 2 is connected to the flow path 6 by connecting a cylinder filled with these gases. Can be formed. Moreover, when supplying ozone, you may make it connect the gas supply part 2 to an ozone generator, and supply the ozone produced | generated from air. The connection position of the gas supply unit 2 to the flow path 6 may be a position upstream of the gas-liquid mixing unit 3. When the pressurizing unit 1 and the gas-liquid mixing unit 3 are formed as a single unit and configured by the pump 11 as in this device, the pressurizing unit 1 is connected to the flow path 6 on the upstream side. When the pressurizing unit 1 and the gas-liquid mixing unit 3 are configured separately, the pressurizing unit 1 and the gas-liquid mixing unit 3 may be connected to the flow path 6 upstream from the pressurizing unit 1 or downstream from the pressurizing unit 1. Either of them may be connected to the flow path 6 on the side.

加圧部1は液体を圧送するものであり、例えば、この装置のように、水供給源から送られた水を加圧して下流側に送り出すポンプ11などで構成することができる。   The pressurizing unit 1 pumps a liquid, and can be constituted by, for example, a pump 11 that pressurizes water sent from a water supply source and feeds it downstream as in this apparatus.

気液混合部3は圧送された液体とこの液体に注入された気体とを混合し、加圧により気体を微細な気泡にして液体中に分散・混合させるものである。気液混合部3としては、流路の断面積変化などで撹拌力を与えるもので構成することもできるし、また液体が撹拌された状態で流路6を流れているのであれば単に流路6で構成することもできる。図1の形態では、加圧部1と気液混合部3とが兼用されてポンプ11で構成されて設けられてある。気液の加圧及び混合をポンプ11により行った場合、液体を急激に加圧・混合することができるので、気泡界面の構造が強固な気液混合液を確実に生成することができる。気液混合部3内においては液体と気体が高圧条件で混合される。それにより、気泡の周囲に強固な界面構造が形成され、この強固な界面構造の殻で気泡を覆うことができ、気体を微細な気泡として安定化することができるものである。   The gas-liquid mixing unit 3 mixes the liquid fed under pressure and the gas injected into the liquid, and converts the gas into fine bubbles by pressurization and disperses and mixes them in the liquid. The gas-liquid mixing unit 3 can be configured by applying a stirring force by changing the cross-sectional area of the flow path, or if the liquid is flowing in the flow path 6 with the liquid being stirred, 6 can also be configured. In the form of FIG. 1, the pressurizing unit 1 and the gas-liquid mixing unit 3 are combined to be configured by a pump 11. When pressurization and mixing of gas and liquid are performed by the pump 11, the liquid can be rapidly pressurized and mixed, so that a gas-liquid mixture having a strong bubble interface structure can be reliably generated. In the gas-liquid mixing unit 3, the liquid and the gas are mixed under high pressure conditions. Thereby, a strong interface structure is formed around the bubble, and the bubble can be covered with the shell of the strong interface structure, and the gas can be stabilized as a fine bubble.

上記のような加圧部1及び気液混合部3を構成するポンプ11により、気体が注入された液体に急激に強力な圧力が加わって、液体中に存在している気泡は微細なナノサイズの気泡へと細分されて液体に分散される。また、急激な圧力変化により高圧になった気泡の界面には液体分子により強固な界面構造が形成される。その際、加圧速度ΔP/t(ΔP:圧力増加量、t:時間)が0.17MPa/sec以上になることにより、気泡を細分化させて微細なナノサイズの気泡を生成することができ、気液混合部3から気体分離部4に送り出される際の気液混合液の圧力が0.15MPa以上になることにより、気泡の界面が強固な構造となったナノサイズの気泡を生成することができるものである。実質的な加圧条件を考慮すると、加圧速度ΔP/tの上限は167MPa/secであり、加圧された気液混合液の圧力の上限は50MPaである。 The pump 11 that constitutes the pressurizing unit 1 and the gas-liquid mixing unit 3 as described above abruptly applies a strong pressure to the liquid into which the gas has been injected, and the bubbles present in the liquid have a fine nano size. Are subdivided into bubbles and dispersed in a liquid. In addition, a strong interface structure is formed by liquid molecules at the interface of the bubbles that have become high pressure due to a sudden pressure change. At that time, when the pressurization rate ΔP 1 / t (ΔP 1 : pressure increase, t: time) is 0.17 MPa / sec or more, the bubbles are subdivided to generate fine nano-sized bubbles. The pressure of the gas-liquid mixture when it is sent from the gas-liquid mixing unit 3 to the gas separation unit 4 is 0.15 MPa or more, thereby generating nano-sized bubbles with a strong structure at the bubble interface Is something that can be done. In consideration of substantial pressurization conditions, the upper limit of the pressurization rate ΔP 1 / t is 167 MPa / sec, and the upper limit of the pressure of the pressurized gas-liquid mixture is 50 MPa.

図2は、ポンプ11の具体的な形態の一例を示す要部の概略図である。このポンプ11aは回転体21の回転により液体を加圧するものであり、回転体21に取り付けられた回転翼22が連続的に回転してポンプ入口26からポンプ流路室23を介してポンプ出口27への流れ方向へ液体を送り出し加圧するものである。図2において白抜き矢印は液体の流れ方向を示し、実線矢印は回転体21の回転方向を示している。このポンプ11aでは4枚の回転翼22が備えられている。また回転体21の回転軸25は、円筒状に形成されたポンプ壁24の円筒中心よりもポンプ出口27側に偏って配置され、偏心軸となって設けられている。そして、回転軸25の偏心によりポンプ流路室23の第二流路室23bの容積は、第一流路室23aの容積よりも小さく形成されており、液体の流れ方向に沿ってポンプ流路室23の容積が順次小さくなっている。   FIG. 2 is a schematic view of a main part showing an example of a specific form of the pump 11. The pump 11 a pressurizes the liquid by the rotation of the rotating body 21, and the rotating blades 22 attached to the rotating body 21 continuously rotate to pump the pump outlet 27 through the pump passage chamber 23 from the pump inlet 26. The liquid is sent out in the direction of flow to and pressurized. In FIG. 2, the white arrow indicates the flow direction of the liquid, and the solid line arrow indicates the rotation direction of the rotating body 21. The pump 11a includes four rotary blades 22. Further, the rotating shaft 25 of the rotating body 21 is arranged so as to be deviated toward the pump outlet 27 side from the cylindrical center of the pump wall 24 formed in a cylindrical shape, and is provided as an eccentric shaft. The volume of the second flow path chamber 23b of the pump flow path chamber 23 is formed smaller than the volume of the first flow path chamber 23a due to the eccentricity of the rotary shaft 25, and the pump flow path chamber is arranged along the liquid flow direction. The volume of 23 is gradually reduced.

そして、ポンプ流路室23に送り出された液体は、回転翼22で送り出され加圧され、急激な圧力変化により大きな気泡Bが細分化されて微細なナノサイズの気泡Bが生成される。すなわち、回転体21の回転と共に第一流路室23aから第二流路室23bに送られた液体は、ポンプ流路室23の容積が小さくなることにより急速に圧縮されて加圧され、この加圧力によりナノサイズの気泡Bが生成される。また、図示のポンプ11aでは、ポンプ壁24の内面と回転翼22の先端部との間を液体が通過するときに剪断力が与えられて、液体をクリアランスで剪断しながら加圧する。このとき、液体に混合されている気体(大きな気泡B)は液体に与えられた剪断力によって剪断されて、より微細なナノサイズの気泡(B)になる。ここで、ポンプ壁24の内面と回転翼22の先端部との間の最も狭くなる部分の距離、すなわちクリアランス距離Lは、5μm〜2mmであることが好ましい。このように、回転体21を用いたポンプ11aによれば、回転体21で急激に強い力で加圧すると共に液体に注入された気体を剪断してナノサイズの気泡を形成することができるので、気泡界面の構造が強固な気液混合液をより確実に生成することができるものである。 Then, the liquid fed to the pump flow passage chamber 23 is pressurized is fed by rotating blades 22, large bubbles B B due to rapid pressure changes bubbles B N of subdivided by fine nano-sized generated . That is, the liquid sent from the first flow path chamber 23a to the second flow path chamber 23b along with the rotation of the rotating body 21 is rapidly compressed and pressurized as the volume of the pump flow path chamber 23 becomes smaller. Nano-sized bubbles BN are generated by the pressure. Further, in the illustrated pump 11a, a shearing force is applied when the liquid passes between the inner surface of the pump wall 24 and the tip of the rotor blade 22, and the liquid is pressurized while being sheared by the clearance. At this time, the gas (large bubbles B B ) mixed in the liquid is sheared by the shearing force applied to the liquid and becomes finer nano-sized bubbles (B N ). The distance narrowest part between the inner surface of the pump wall 24 and the tip portion of the rotor blades 22, i.e. the clearance distance L C is preferably 5Myuemu~2mm. Thus, according to the pump 11a using the rotator 21, it is possible to form nano-sized bubbles by shearing the gas injected into the liquid while being rapidly pressurized with the rotator 21 with a strong force. A gas-liquid mixture having a strong bubble interface structure can be generated more reliably.

ポンプ11の回転体21の回転数は100rpm以上であることが好ましい。このとき、0.3秒に1/2回転以上となる。このような回転数となることにより、飽和溶解濃度以上の気体を液体に注入させて水素結合距離が短縮したナノサイズの気泡を確実に生成することができるものである。   The rotational speed of the rotating body 21 of the pump 11 is preferably 100 rpm or more. At this time, it becomes 1/2 rotation or more in 0.3 seconds. By having such a rotational speed, it is possible to reliably generate nano-sized bubbles in which the hydrogen bond distance is shortened by injecting a gas having a saturation dissolution concentration or more into the liquid.

加圧部1及び気液混合部3による加圧は、加圧部1又は気液混合部3を複数設けて、複数回加圧することができる。液体を送りながら複数回加圧することにより、液体を強力に加圧して、気泡界面の構造が強固な気液混合液を生成することができるものである。具体的には、加圧部1を図1のようにポンプ11で構成すると共に、気液混合部3を一つ又は二つ以上のポンプ11又はベンチュリ管14で構成することができるものである。   The pressurization by the pressurizing unit 1 and the gas-liquid mixing unit 3 can be performed multiple times by providing a plurality of pressurizing units 1 or gas-liquid mixing units 3. By pressurizing the liquid a plurality of times while feeding the liquid, the liquid can be strongly pressed to generate a gas-liquid mixture having a strong bubble interface structure. Specifically, the pressurizing unit 1 can be configured with a pump 11 as shown in FIG. 1, and the gas-liquid mixing unit 3 can be configured with one or more pumps 11 or venturi tubes 14. .

ここで、図3(a)のように、気体供給部2と流路6aとの接続位置に、負圧をかけて気体を液体に注入するベンチュリ管14を設けることもできる。この場合、ベンチュリ管14を気液混合部3(又は気液混合部3の一部)として機能させて気液を混合することができる。このようにベンチュリ管14を用いることにより、簡単な構成でナノサイズの気泡を形成することができ、装置を簡単なものにすることができるものである。図示のベンチュリ管14は、流入側から流出側に向かって断面積が徐々に小さくなる流入側管部14aと、ベンチュリ管14内において断面積が最も小さくなる絞り管部14bと、流入側から流出側に向かって断面積が徐々に大きくなる流出側管部14cとから構成されている。絞り管部14bに気体供給部2の一端が接続してあり、この気体供給部2から供給された気体は、絞り管部14b内において液体に注入されるようになっている。   Here, as shown in FIG. 3A, a venturi tube 14 for injecting gas into the liquid by applying a negative pressure may be provided at a connection position between the gas supply unit 2 and the flow path 6a. In this case, the gas-liquid can be mixed by causing the venturi tube 14 to function as the gas-liquid mixing unit 3 (or a part of the gas-liquid mixing unit 3). By using the venturi tube 14 in this way, nano-sized bubbles can be formed with a simple configuration, and the apparatus can be simplified. The illustrated venturi pipe 14 has an inflow side pipe portion 14a that gradually decreases in cross-sectional area from the inflow side to the outflow side, a throttle pipe portion 14b that has the smallest cross-sectional area in the venturi pipe 14, and an outflow side from the inflow side. It is comprised from the outflow side pipe part 14c from which a cross-sectional area becomes large gradually toward the side. One end of the gas supply unit 2 is connected to the throttle tube unit 14b, and the gas supplied from the gas supply unit 2 is injected into the liquid in the throttle tube unit 14b.

また、図3(b)のように、気体供給部2と気液混合部3(又は気液混合部3の一部)とを兼用して電気分解手段15で構成し、電気分解して発生する気体を水に供給しナノサイズの気泡にして混合するようにしてもよい。この場合、液体に注入される気体は水の電気分解により発生する水素と酸素になる。そして、電気分解手段15によって気体が発生し供給された液体は、ポンプ11の方に送られて確実にナノサイズの気泡になる。このように電気分解手段15を用いることにより、簡単な構成でナノサイズの気泡を形成することができ、装置を簡単なものにすることができるものである。図示の電気分解手段15では流路6aから送られた液体が電気分解手段15の電気分解槽に貯留され、陽極(+)と陰極(−)とによって電圧が印加されて水が電気分解するようになっている。電気分解により気体が供給された水は流路6aを通りポンプ11の方に送られる。   Further, as shown in FIG. 3 (b), the gas supply unit 2 and the gas-liquid mixing unit 3 (or a part of the gas-liquid mixing unit 3) are combined to form the electrolysis means 15, which is generated by electrolysis. The gas to be supplied may be mixed with water by supplying it to water. In this case, the gas injected into the liquid becomes hydrogen and oxygen generated by electrolysis of water. Then, the liquid generated and supplied by the electrolysis means 15 is sent to the pump 11 to surely become nano-sized bubbles. By using the electrolysis means 15 in this way, nano-sized bubbles can be formed with a simple configuration, and the apparatus can be simplified. In the illustrated electrolysis means 15, the liquid sent from the flow path 6 a is stored in the electrolysis tank of the electrolysis means 15, and water is electrolyzed by applying a voltage between the anode (+) and the cathode (−). It has become. Water supplied with gas by electrolysis is sent to the pump 11 through the flow path 6a.

気体分離部4は上記のようにして気体が混合された液体から、ナノサイズを超える気泡、すなわち直径1μmを超える気泡(マイクロサイズ以上の気泡)を取り除くものである。上記のようにしてナノサイズの気泡が形成された液体にはマイクロサイズ以上の気体も一緒に混合して存在している。しかし、マイクロサイズ以上の気泡は安定に液体中に存在することができないのに加え、液体中に存在しているとナノサイズの気泡を合体させたり崩壊させたりしてナノサイズの気泡をも不安定にしてしまう。そこで、マイクロサイズ以上の気泡を気液混合液から取り除いて気泡をナノサイズのものだけにしてナノサイズの気泡を安定化させるものである。   The gas separation unit 4 removes bubbles larger than nano-size, that is, bubbles larger than 1 μm in diameter (bubbles larger than micro-size) from the liquid mixed with gas as described above. In the liquid in which nano-sized bubbles are formed as described above, a gas of micro size or larger is also mixed and present. However, micro-sized bubbles or larger cannot stably exist in the liquid, and if they are present in the liquid, the nano-sized bubbles are merged or collapsed, and the nano-sized bubbles are not allowed. It will be stable. Therefore, the micro-sized or larger bubbles are removed from the gas-liquid mixture so that the bubbles are only nano-sized to stabilize the nano-sized bubbles.

気体分離部4は、気泡をそれ自身の浮力で上昇させて取り除くようにした管体などで構成することができる。取り除かれた気泡は気体となって上部に集積するので、この除去された気体を気体除去部8により取り除くことができる。直径1μmを超えるサイズの気泡(マイクロサイズの気泡)は、浮力により上昇するので、このような比較的大きい気泡が取り除かれて微細な気泡であるナノサイズの気泡が液体中に存在することにより、界面構造が強固で安定な気液混合液を得ることができるものである。   The gas separation unit 4 can be configured by a tubular body or the like in which bubbles are lifted and removed by their own buoyancy. Since the removed bubbles become gas and accumulate on the upper part, the removed gas can be removed by the gas removing unit 8. Bubbles of a size exceeding 1 μm in diameter (micro-sized bubbles) are raised by buoyancy, so that relatively large bubbles are removed and nano-sized bubbles that are fine bubbles are present in the liquid. It is possible to obtain a stable gas-liquid mixture having a strong interface structure.

気体分離部4としては、具体的には、図4のような構成にすることができる。(a)は、地表面に略水平(重力方向に対して略垂直な平面上)になるように形成し、液体Lq中の気泡Bをその浮力によって液面まで上昇させて気泡Bを取り除くようにした管体の例を示している。また、(b)は、形状が正面視逆L字型になるように形成し、液体Lqの流れ方向を水平方向から下方向(重力方向と略同方向)に変化させて液体Lq中の気泡Bをその浮力によって液面まで上昇させて気泡Bを取り除くようにした管体の例を示している。また、(c)は、液体Lqの流れ方向を下方向(重力方向と略同方向)にして液体Lq中の気泡Bをその浮力によって液面まで上昇させて気泡Bを取り除くようにした管体の例を示している。気体分離部4によって分離された気泡は気体となり、管体などで構成された気体除去部8から外部に排出される。   Specifically, the gas separation unit 4 can be configured as shown in FIG. (A) is formed so as to be substantially horizontal (on a plane substantially perpendicular to the direction of gravity) on the ground surface, and the bubbles B in the liquid Lq are raised to the liquid surface by the buoyancy to remove the bubbles B. An example of the tube is shown. Further, (b) is formed so that the shape is an inverted L shape when viewed from the front, and the flow direction of the liquid Lq is changed from the horizontal direction to the downward direction (substantially the same direction as the gravitational direction), thereby causing bubbles in the liquid Lq. An example of a tubular body in which B is raised to the liquid level by its buoyancy to remove bubbles B is shown. Further, (c) shows a tubular body in which the flow direction of the liquid Lq is set downward (substantially the same direction as the direction of gravity), and the bubbles B in the liquid Lq are raised to the liquid surface by buoyancy to remove the bubbles B. An example is shown. The bubbles separated by the gas separation unit 4 become gas and are discharged to the outside from the gas removal unit 8 formed of a tubular body or the like.

減圧部5は気体が混合された液体の圧力を、大きな気泡を発生させることなく徐々に大気圧まで減圧させるものである。上記のようにして加圧により気体と混合された液体は、高圧な状態にありそのまま大気圧下にある外部に排出されると、急激な圧力低下によって、気液混合液中の気泡が合体して気体になって液体から排出されるおそれがあり、またキャビテーションが発生することがある。そこで、減圧部5を設け、加圧された状態の気液混合液を送り出す際に、減圧部5で大気圧まで徐々に減圧をした後に吐出するようにしているものである。減圧部5は、気体が混合された液体を送りながら配管全域での減圧速度ΔP/t(ΔP:減圧量、t:時間)の上限を2000MPa/sec以下にして減圧するように構成されている。それにより、強固な気泡界面の構造を維持させたまま、ナノサイズの気泡を消滅させたり合体させたりすることなく気液混合液を取り出すことができるものである。 The decompression unit 5 gradually reduces the pressure of the liquid mixed with gas to atmospheric pressure without generating large bubbles. When the liquid mixed with gas by pressurization as described above is in a high-pressure state and is discharged to the outside under atmospheric pressure as it is, bubbles in the gas-liquid mixture are combined due to a sudden pressure drop. May become a gas and be discharged from the liquid, and cavitation may occur. Therefore, the decompression unit 5 is provided, and when the gas-liquid mixture in a pressurized state is sent out, the decompression unit 5 gradually reduces the pressure to atmospheric pressure and then discharges it. The decompression unit 5 is configured to decompress while reducing the upper limit of the decompression speed ΔP 2 / t (ΔP 2 : decompression amount, t: time) over the entire piping while sending a liquid in which gas is mixed. ing. Thus, the gas-liquid mixture can be taken out without erasing or coalescing the nano-sized bubbles while maintaining the structure of the strong bubble interface.

減圧部5としては、図5のような構成にすることができ、具体的には、(a)のように流路断面積が段階的に徐々に小さくなる流路6や、(b)のように流路断面積が連続的に徐々に小さくなる流路6や、(c)のように加圧された液体が流路6内を流れる圧力損失により高圧状態(P)の気液混合液の圧力を徐々に低下させて(P、P、・・・)大気圧(P)まで減圧するように流路長さ(L)が調整された流路6や、(d)のように流路6に設けられた複数の圧力調整弁9などにより構成することができる。 The decompression section 5 can be configured as shown in FIG. 5, and specifically, the flow path 6 in which the cross-sectional area of the flow path gradually decreases as shown in FIG. In this way, the flow path 6 in which the cross-sectional area of the flow path gradually decreases gradually, or the gas-liquid mixing in the high pressure state (P 1 ) due to the pressure loss in which the pressurized liquid flows in the flow path 6 as in (c) The flow path 6 whose flow path length (L) is adjusted so as to reduce the pressure of the liquid gradually (P 2 , P 3 ,...) To the atmospheric pressure (P n ), and (d) Thus, it can be constituted by a plurality of pressure regulating valves 9 provided in the flow path 6.

例えば図5(a)又は(b)のような減圧部5を用いた場合、減圧部5よりも上流側の流路6を内径20mmにし、減圧部5を、流路長さが約1cm〜10mで、内径が20mmから4mmにまで徐々に小さくなることにより流路断面積が小さくなる管体により構成することができる。なお、減圧部5は、入口内径/出口内径=2〜10程度に設定したり、1cmあたりの内径減少値を1〜20mm程度に設定したりすることができる。このとき、減圧部5に気液混合液を流速4×10−6m/s以上で送ると、減圧速度2000MPa/sec以下で、ナノサイズの気泡を消滅させることなく1.0MPa減圧することができ、気液混合液を大気圧にまで減圧することができるものである。 For example, when the decompression part 5 as shown in FIG. 5A or 5B is used, the flow path 6 upstream of the decompression part 5 has an inner diameter of 20 mm, and the decompression part 5 has a flow path length of about 1 cm to At 10 m, the inner diameter can be gradually reduced from 20 mm to 4 mm so that the cross-sectional area of the flow path can be reduced. In addition, the decompression part 5 can be set to inlet inner diameter / outlet inner diameter = about 2-10, or the inner diameter reduction | decrease value per cm can be set to about 1-20 mm. At this time, if the gas-liquid mixed solution is sent to the decompression unit 5 at a flow rate of 4 × 10 −6 m / s or more, the decompression rate is 2000 MPa / sec or less and the pressure can be reduced by 1.0 MPa without erasing the nano-sized bubbles. The gas-liquid mixture can be depressurized to atmospheric pressure.

減圧された気液混合液は吐出部7から外部に吐出される。なお、その際、図6のように、流路6bと流路6cとの間に、加圧部1における液体の押し込み圧を十分に確保するために延長流路10を設けることもできる。すなわち、減圧部5を含めた全体の圧力損失を算出し、加圧部1からの押し込み圧によって気液混合部3内で液体と気体を加圧するのに必要な圧力と、全体の圧力損失との差を算出し、さらにこの差の圧力損失が生じるように流路長さを調整した延長流路10を流路6に付加するようにしてもよい。押し込み圧の確保には絞り部などを設けることも考えられるが、絞り部などで押し込み圧を調整すると急激な圧力変化により気泡が崩壊するおそれがある。しかし、このように延長流路10を設ければ気泡を安定化させたまま気液混合液を吐出することができるものである。   The decompressed gas / liquid mixture is discharged from the discharge portion 7 to the outside. At this time, as shown in FIG. 6, an extension channel 10 can be provided between the channel 6 b and the channel 6 c in order to ensure a sufficient pressure of the liquid in the pressurizing unit 1. That is, the total pressure loss including the decompression unit 5 is calculated, the pressure required to pressurize the liquid and gas in the gas-liquid mixing unit 3 by the indentation pressure from the pressurization unit 1, and the total pressure loss The extended flow path 10 may be added to the flow path 6 with the flow path length adjusted so that the pressure loss of this difference occurs. In order to secure the indentation pressure, it may be possible to provide a throttling portion or the like. However, if the indentation pressure is adjusted by the throttling portion or the like, bubbles may collapse due to a sudden pressure change. However, if the extension channel 10 is provided in this way, the gas-liquid mixture can be discharged while the bubbles are stabilized.

上記のように構成された気液混合液生成装置にあっては、入水部13から入った液体に、気体供給部2により気体を供給して注入する。そして、気体が注入された液体を、ポンプ11で構成された加圧部1及び気液混合部3によって0.17MPa/sec以上の加圧速度ΔP/t(ΔP:圧力増加量、t:時間)で加圧し、液体の圧力を0.15MPa以上にする。すなわち、気液混合部3から気体分離部4へ送り出される際の液体の圧力は0.15MPa以上になっている。その後、気体分離部4で気液混合液中のナノサイズを越える気泡を取り除いた後、該液体を減圧部5及び下流側の流路6に送りながら最高減圧速度2000MPa/sec以下の減圧速度ΔP/t(ΔP:減圧量、t:時間)で徐々に大気圧まで減圧する。それにより、ナノサイズの気泡が安定に存在した気液混合液を連続的に生成することができ、この気液混合液を飲料用水として利用することができるものである。 In the gas-liquid mixed-liquid generator configured as described above, gas is supplied to the liquid that has entered from the water inlet 13 by the gas supplier 2 and injected. Then, the liquid into which the gas has been injected is subjected to a pressurization speed ΔP 1 / t (ΔP 1 : pressure increase, t : Time) to make the liquid pressure 0.15 MPa or more. That is, the pressure of the liquid at the time of sending out from the gas-liquid mixing part 3 to the gas separation part 4 is 0.15 MPa or more. Thereafter, after the bubbles exceeding the nano size in the gas-liquid mixture are removed by the gas separation unit 4, the pressure reduction rate ΔP with a maximum pressure reduction rate of 2000 MPa / sec or less while sending the liquid to the pressure reduction unit 5 and the downstream flow path 6. The pressure is gradually reduced to atmospheric pressure at 2 / t (ΔP 2 : reduced pressure amount, t: time). Thereby, a gas-liquid mixed liquid in which nano-sized bubbles are stably present can be continuously generated, and this gas-liquid mixed liquid can be used as drinking water.

なお、気液混合部3よりも下流側の流路6は内径2〜50mm程度の管体などに形成することができる。それにより、比較的太い流路断面積で気液混合液を吐出することができ、細路により流路6を構成する場合のような配管の詰まりを防止して、気液混合液を利用しやすくして、飲料用水を簡単に得ることができる。   The flow path 6 on the downstream side of the gas-liquid mixing unit 3 can be formed in a tube having an inner diameter of about 2 to 50 mm. As a result, the gas-liquid mixture can be discharged with a relatively thick channel cross-sectional area, and the clogging of the pipe as in the case where the channel 6 is configured by a narrow path can be prevented, and the gas-liquid mixture can be used. This makes it easy to obtain drinking water.

そして、吐出部7から吐出された飲料用水は、容器に入れるなどして、そのまま飲用したり、貯蔵した後に飲用したりすることができ、また、外力を与えて気体を発生させたり分離したりして飲用したりすることができる。また、この飲料用水を用いて清涼飲料水やお茶やコーヒーを作製してもよい。   And the drinking water discharged from the discharge part 7 can be drunk as it is by putting it in a container, etc., or can be drunk after being stored, and can generate or separate gas by applying an external force. And can be drunk. Moreover, you may produce soft drinks, tea, and coffee using this drinking water.

図7は、飲料用水生成装置の実施の形態の他の一例を示す概略図である。この装置は図1の装置の構成に加えて、吐出部7から吐出される飲料用水を受ける容器16を備えており、容器16の下側には、容器16内の液体に与える外力を調節する外力制御部17が設けられている。そして筐体12と容器16は、円盤状の基板18の上に載置されている。   FIG. 7 is a schematic view showing another example of the embodiment of the drinking water generating apparatus. In addition to the configuration of the apparatus of FIG. 1, this apparatus includes a container 16 that receives drinking water discharged from the discharge section 7. The external force applied to the liquid in the container 16 is adjusted below the container 16. An external force control unit 17 is provided. The housing 12 and the container 16 are placed on a disk-shaped substrate 18.

容器16は吐出部7から吐出された飲料用水を貯蔵するものである。図示の形態では容器16として上側を開放口としたビーカー状のものが示されているが、容器16は、貯留タンクであってもよいし、飲料用のコップであってもよい。外力制御部17は、温度を制御する温度制御部、圧力変化を制御する圧力制御部、衝撃波を照射する衝撃波制御部、又は超音波を照射する超音波制御部などによって構成され、飲料用水を使用する直前にスイッチをオンして容器16に貯蔵された液体に外力を与えて、飲料用水に含まれているナノサイズの気泡を崩壊させて、気体を液体に溶解したり、気体を液体から分離したりするものである。   The container 16 stores drinking water discharged from the discharge unit 7. In the illustrated form, a beaker-shaped container 16 having an upper opening is shown as the container 16, but the container 16 may be a storage tank or a drinking cup. The external force control unit 17 includes a temperature control unit that controls temperature, a pressure control unit that controls pressure change, a shock wave control unit that emits shock waves, or an ultrasonic control unit that emits ultrasonic waves, and uses drinking water. Just before the switch is turned on, an external force is applied to the liquid stored in the container 16 to collapse the nano-sized bubbles contained in the drinking water, so that the gas is dissolved in the liquid or the gas is separated from the liquid. It is something to do.

例えば、外力制御部17としてヒーターなどの温度制御部を用いた場合は、容器16に常温で貯蔵している飲料用水を温度制御部をオンすることにより加温し、飲料用水の温度を10〜30℃以上にするなどして飲料用水中のナノサイズの気泡を崩壊して、気体を液体に溶解したり、気体を発泡させたり、気体を分離したりする。気体を液体に溶解させれば、殺菌性を発揮したりすることができ、また、気体を発泡させれば、嗜好性の高い飲料用水にすることができ、また、気体を分離させれば、通常の水に戻り、その水を飲料用等に使用することができる。   For example, when a temperature control unit such as a heater is used as the external force control unit 17, the drinking water stored in the container 16 at normal temperature is heated by turning on the temperature control unit, and the temperature of the drinking water is set to 10 to 10. The nano-sized bubbles in the drinking water are collapsed by increasing the temperature to 30 ° C. or higher to dissolve the gas in the liquid, foam the gas, or separate the gas. If the gas is dissolved in the liquid, it can exert sterilizing properties, and if the gas is foamed, it can be made highly-preferred drinking water, and if the gas is separated, Returning to normal water, the water can be used for beverages and the like.

このように、気液混合液は所望量又は容器16の容量分生成されて容器16に貯蔵され、必要なときに外力が与えられた後、容器16から取り出されて飲用等されるものであり、図示の装置は作り置きタイプの飲用水生成装置として利用できるものである。圧力制御や温度制御や衝撃波や超音波などの外力の条件としては、上記で説明した飲用用水の利用や精製と同様の条件にすることができる。   As described above, the gas-liquid mixed solution is generated in a desired amount or a volume of the container 16 and stored in the container 16. After an external force is applied when necessary, the gas-liquid mixed liquid is taken out from the container 16 and drunk. The apparatus shown in the figure can be used as a potable water generator. The conditions for the external force such as pressure control, temperature control, shock wave, and ultrasonic wave can be the same conditions as the use and purification of potable water described above.

この装置にあっては、必要な量だけ飲料用水を生成しておき、使用する直前に外力を与えてナノサイズの気泡を崩壊させた後、飲用のために取り出せばよいので、無駄なく飲料用水を生成することができ、また効率よく殺菌性や嗜好性や生体活性などの機能性を発揮させることができるものである。   In this device, the necessary amount of drinking water is generated, and after applying nano-sized bubbles by applying an external force just before use, the nano-sized bubbles need only be taken out for drinking. Can be produced, and functions such as bactericidal properties, palatability, and biological activity can be efficiently exhibited.

なお、図示の形態では、外力制御部17は容器16に外側(下側)に設けられて容器16の外側から非接触で容器16内部の飲用量水に外力を与えるようにしてあるが、外力制御部17を容器16の内部に飲料用水に接触するようにして設けてもよい。   In the illustrated embodiment, the external force control unit 17 is provided on the outer side (lower side) of the container 16 so as to apply external force to the drinking water inside the container 16 without contact from the outer side of the container 16. The controller 17 may be provided inside the container 16 so as to contact the drinking water.

また、外力制御部17による外力の付与は、連続的であってもよいし、断続的であってもよい。連続的に外力を与える場合は、飲料用水中の大量の気体を一気に発生させて機能性を瞬時に高めることができる。一方、断続的に外力を与える場合は、気体を徐々に発生させ、機能性を持続させることができる。   Moreover, the external force applied by the external force control unit 17 may be continuous or intermittent. When external force is applied continuously, a large amount of gas in the drinking water can be generated at once, and the functionality can be improved instantaneously. On the other hand, when external force is applied intermittently, gas can be gradually generated to maintain functionality.

図8は、飲料用水生成装置の実施の形態の他の一例を示す概略図である。この装置は図1の装置の構成に加えて、吐出部7から吐出された飲料用水を受ける容器16を備えており、さらに吐出部7と減圧部5との間の流路6に気液混合液に外力を与える外力制御部17が設けられてある。そして筐体12と容器16は、円盤状の基板18の上に取り付けられている。   FIG. 8 is a schematic diagram illustrating another example of the embodiment of the drinking water generating apparatus. In addition to the configuration of the apparatus of FIG. 1, this apparatus includes a container 16 that receives drinking water discharged from the discharge unit 7, and further, gas-liquid mixing is performed in the flow path 6 between the discharge unit 7 and the decompression unit 5. An external force control unit 17 that applies an external force to the liquid is provided. The housing 12 and the container 16 are attached on a disk-shaped substrate 18.

外力制御部17は、温度を制御する温度制御部、圧力変化を制御する圧力制御部、衝撃波を照射する衝撃波制御部、又は超音波を照射する超音波制御部などによって構成され、減圧部から送られてくる飲料用水にスイッチをオンして外力を与えて、飲料用水に含まれているナノサイズの気泡を崩壊させて、気体を液体に溶解したり、気体を液体から分離して精製したりするものである。   The external force control unit 17 includes a temperature control unit for controlling temperature, a pressure control unit for controlling pressure change, a shock wave control unit for irradiating shock waves, an ultrasonic control unit for irradiating ultrasonic waves, and the like. Applying an external force to the drinking water that is generated to collapse the nano-sized bubbles contained in the drinking water and dissolve the gas in the liquid, or separate the gas from the liquid and purify it To do.

例えば、外力制御部17としてヒーターなどの温度制御部を用いた場合は、常温で生成した飲料用水を温度制御部をオンすることにより加温し、飲料用水の温度を10〜30℃以上にするなどして飲料用水中のナノサイズの気泡を崩壊して、気体を液体に溶解したり、気体を発泡させたり、気体を分離したりする。気体を液体に溶解させれば、殺菌性を発揮したりすることができ、また、気体を発泡させれば、嗜好性の高い飲料用水にすることができ、また、気体を分離させれば、通常の水に戻り、その水を飲料用等に使用することができる。   For example, when a temperature control unit such as a heater is used as the external force control unit 17, the drinking water generated at room temperature is heated by turning on the temperature control unit, and the temperature of the drinking water is set to 10 to 30 ° C. or higher. For example, the nano-sized bubbles in the drinking water are collapsed to dissolve the gas in the liquid, to foam the gas, or to separate the gas. If the gas is dissolved in the liquid, it can exert sterilizing properties, and if the gas is foamed, it can be made highly-preferred drinking water, and if the gas is separated, Returning to normal water, the water can be used for beverages and the like.

そして、外力が与えられてナノサイズの気泡が崩壊した飲料用水は吐出7から吐出され、容器16に溜められる。容器16に溜められた飲料用水は、ナノサイズの気泡の崩壊によって機能性が高められており、そのまま飲用等に使用することができる。圧力制御や温度制御や衝撃波や超音波などの外力の条件としては、上記で説明した飲料用水の精製と同様の条件にすることができる。   Then, the drinking water in which the nano-sized bubbles are collapsed by the external force is discharged from the discharge 7 and stored in the container 16. The drinking water stored in the container 16 has enhanced functionality due to the collapse of nano-sized bubbles, and can be used for drinking as it is. The conditions for the external force such as pressure control, temperature control, shock wave, and ultrasonic wave can be the same conditions as the purification of drinking water described above.

この装置にあっては、気液混合液である飲料用水を生成した後、すぐにナノサイズの気泡を崩壊させて飲用等に使用することができ、効率よく殺菌性や嗜好性や生体活性などの機能性を発揮させることができるものである。   In this device, after producing drinking water that is a gas-liquid mixture, the nano-sized bubbles can be immediately collapsed and used for drinking, etc., such as efficient bactericidal, palatability, bioactivity, etc. It is possible to exhibit the functionality of.

図9は、飲料用水生成装置の実施の形態の他の一例を示す概略図である。この装置は図1の装置の構成に加えて、入水部13と気体供給部2との間の流路6に液体の前処理を行う前処理部19が設けられている。   FIG. 9 is a schematic view showing another example of the embodiment of the drinking water generating apparatus. In addition to the configuration of the apparatus of FIG. 1, this apparatus is provided with a pretreatment section 19 that performs liquid pretreatment in the flow path 6 between the water inlet section 13 and the gas supply section 2.

前処理部19は、液体の温度を冷却する冷却部、異物など液体中の不純物を取り除く浄化フィルター、又は液体中に含まれる気体を取り除く脱気部などによって構成され、気液混合部3において気体と液体とを混合しやすくするために、入水部13から送られてくる水に前処理を行うものである。この前処理部19で前処理を行うことにより、気体と液体の混合性を高めて、より多くのナノサイズの気泡を生成することができるものであり、高濃度に気体が混合した気液混合液を生成して飲料用水の機能性をさらに向上することができるものである。   The pre-processing unit 19 includes a cooling unit that cools the temperature of the liquid, a purification filter that removes impurities in the liquid such as foreign matter, or a deaeration unit that removes gas contained in the liquid. In order to make it easy to mix the liquid and the liquid, the water sent from the water inlet 13 is pretreated. By performing the pre-processing in the pre-processing unit 19, it is possible to increase the mixing property of the gas and the liquid and generate more nano-sized bubbles, and the gas-liquid mixing in which the gas is mixed at a high concentration A liquid can be produced to further improve the functionality of drinking water.

例えば、前処理部19として冷却部を用いた場合は、入水部15から送られた液体は冷却部で冷却され、冷却された状態のまま気液混合液が生成される。冷却部は、例えば、流路6に冷却熱交換器を巻き付けて取り付けるなどして形成することができる。冷却状態の水を用いて液体と気体の混合を行うと、ナノサイズの気泡が形成され、そのナノサイズの気泡は液体が冷却されているために安定化されて崩壊することなく気体分離部4及び減圧部5に送られることになり、ナノサイズの気泡を形成する気体量を高めて高濃度の気液混合液を生成することができる。そして、飲料用水は常温よりも温度が低い状態で生成される。この冷却状態の飲料用水を吐出部7から吐出して飲用等に利用する。冷却温度としては、液体の温度が常温以下となるようにする程度であればよく、例えば、0〜25℃にすることができる。吐出された飲料用水はそのまま飲用等に使用してもよいし、冷却状態を保つように冷却して貯留してもよい。冷却したまま貯留すると、気泡を長期に安定に保持することができる。そして、外気温や飲用時の口中の温度により気液混合液の温度が上昇して液中の気泡が崩壊して、気体が溶解したり発泡したりして、嗜好性や生体活性などの機能性を高めることができるものである。   For example, when a cooling unit is used as the pretreatment unit 19, the liquid sent from the water intake unit 15 is cooled by the cooling unit, and a gas-liquid mixture is generated while being cooled. The cooling unit can be formed, for example, by winding a cooling heat exchanger around the flow path 6 and attaching it. When liquid and gas are mixed using cooled water, nano-sized bubbles are formed, and the nano-sized bubbles are stabilized because the liquid is cooled, and the gas separation unit 4 is not collapsed without collapsing. And it will be sent to the pressure reduction part 5, and the gas amount which forms a nanosize bubble can be raised and a high concentration gas-liquid liquid mixture can be produced | generated. And drinking water is produced | generated in the state where temperature is lower than normal temperature. The cooled drinking water is discharged from the discharge unit 7 and used for drinking. The cooling temperature only needs to be such that the temperature of the liquid is equal to or lower than normal temperature, and can be, for example, 0 to 25 ° C. The discharged drinking water may be used for drinking as it is, or may be cooled and stored so as to maintain a cooled state. When stored with cooling, the bubbles can be stably held for a long time. And the temperature of the gas-liquid mixture rises due to the outside air temperature and the temperature of the mouth when drinking, the bubbles in the liquid collapse, the gas dissolves or foams, functions such as palatability and biological activity It can improve the nature.

また、前処理部19として浄化フィルターを用いた場合は、入水部13から送られた液体は浄化フィルターでゴミなどの異物が取り除かれて浄化され、浄化された水で気液混合液が生成される。浄化フィルターは、例えば、流路6の内部に網目状(メッシュ状)のフィルターを取り付けたり、樹脂等が充填されたフィルター管を流路6に設けたりして液体を通すものなどによって形成することができる。具体的には、中空糸膜フィルターや不織布フィルターや糸巻きフィルターなどを利用することができる。そして、この浄化された水で気液混合液を生成することによって、異物などの不純物がない清浄な液体が気体と混合されるので、気体と液体との混合性が高まり、より多くのナノサイズの気泡を形成することができ、高濃度に気体が混合された気液混合液を生成することができるものである。そして、高濃度の気体がナノサイズの気泡となって飲料用水に安定に存在するので、殺菌性や嗜好性や生体活性などの機能性を高めることができるものである。   Further, when a purification filter is used as the pretreatment unit 19, the liquid sent from the water inlet 13 is purified by removing foreign substances such as dust with the purification filter, and a gas-liquid mixture is generated with the purified water. The The purification filter is formed by, for example, attaching a mesh-like (mesh) filter inside the flow path 6 or providing a filter tube filled with resin or the like in the flow path 6 to allow liquid to pass through. Can do. Specifically, a hollow fiber membrane filter, a nonwoven fabric filter, a thread wound filter, or the like can be used. And, by producing a gas-liquid mixture with this purified water, a clean liquid free from impurities such as foreign substances is mixed with the gas, so that the miscibility of the gas and the liquid is increased, and more nanosize Bubbles can be formed, and a gas-liquid mixture in which gas is mixed at a high concentration can be generated. And since high concentration gas turns into a nano-sized bubble and exists stably in drinking water, functionality, such as bactericidal property, palatability, and bioactivity, can be improved.

また、前処理部19として脱気部を用いた場合は、入水部13から送られた液体は脱気部で液体内の気体が取り除かれて気体のない状態にされ、気体が含有されていない状態の水で気液混合液が生成される。脱気部は、例えば、流路6の内部に向かって超音波を照射する超音波装置や、急激に液体を減圧して内部の気体を放出させる減圧装置などによって形成することができる。また、中空糸脱気膜などの脱気フィルターを用いて脱気してもよい。そして、気体が取り除かれた水で気液混合液を生成することによって、気体が含有されておらず気体が欠乏状態となった液体が気体と混合されるので、気体と液体との混合性が高まり、より多くのナノサイズの気泡を形成することができ、高濃度に気体が混合された気液混合液を生成することができるものである。そして、高濃度の気体がナノサイズの気泡となって飲料用水に安定に存在するので、殺菌性や嗜好性や生体活性などの機能性を高めることができるものである。   Moreover, when the deaeration part is used as the pre-processing part 19, the liquid sent from the water intake part 13 is made into the state without a gas by removing the gas in a liquid in a deaeration part, and gas is not contained. A gas-liquid mixture is produced with the water in the state. The deaeration unit can be formed by, for example, an ultrasonic device that irradiates ultrasonic waves toward the inside of the flow path 6 or a decompression device that suddenly decompresses the liquid to release the internal gas. Moreover, you may deaerate using deaeration filters, such as a hollow fiber deaeration membrane. And, by producing a gas-liquid mixture with water from which the gas has been removed, the liquid that is gas-deficient and does not contain gas is mixed with the gas. As a result, a larger number of nano-sized bubbles can be formed, and a gas-liquid mixed liquid in which a gas is mixed at a high concentration can be generated. And since high concentration gas turns into a nano-sized bubble and exists stably in drinking water, functionality, such as bactericidal property, palatability, and bioactivity, can be improved.

そして、前処理部19は、上記の冷却部と浄化フィルターと脱気部とを併用して構成することができる。この場合、単独の処理方法で前処理部19を構成した場合に比べてさらに気液の混合性が高まり、高濃度の気体を液体に混合させることがより可能になるものである。具体的には、例えば、中空糸膜フィルターなどの脱気浄化フィルターを用いれば浄化フィルターと脱気部とを兼用することができる。   And the pre-processing part 19 can be comprised combining said cooling part, a purification | cleaning filter, and a deaeration part. In this case, the gas-liquid mixing property is further increased as compared with the case where the pretreatment unit 19 is configured by a single processing method, and it becomes possible to mix a high-concentration gas into the liquid. Specifically, for example, if a degassing purification filter such as a hollow fiber membrane filter is used, the purification filter and the degassing part can be used together.

図10は、飲料用水として生成される気液混合液が、安定化されるメカニズムを説明する概念説明図である。図示のように、気泡Bと液体Lqの界面には水素結合距離が通常よりも短い氷やハイドレートのような強固な水分子の結合で境膜構造(結晶構造体)の保護膜Mが形成されており、気液相互の物質移動が阻止されて気泡が安定な状態になったものと考えられる。そして、気液混合液内の気泡(ナノバブル)の内圧は、ヤングラプラスの式から求められる圧力以上となっている。このように気泡界面の水素結合距離が短く、気泡の内圧が高くなることによって、気泡が安定した気液混合液となるものである。そして、気泡の内圧が高いためにより多くの気体を気泡中に入れることが可能となり、高濃度の気体が混合した気液混合液を得ることができるものである。   FIG. 10 is a conceptual explanatory diagram for explaining the mechanism by which the gas-liquid mixture produced as drinking water is stabilized. As shown in the figure, a protective film M having a boundary film structure (crystal structure) is formed at the interface between the bubble B and the liquid Lq by bonding of strong water molecules such as ice or hydrate having a hydrogen bond distance shorter than usual. Therefore, it is considered that the mass transfer between the gas and liquid was prevented, and the bubbles became stable. And the internal pressure of the bubble (nano bubble) in a gas-liquid mixed liquid is more than the pressure calculated | required from the formula of Young Laplace. As described above, the hydrogen bonding distance at the bubble interface is short and the internal pressure of the bubble is increased, so that the bubble becomes a stable gas-liquid mixture. And since the internal pressure of a bubble is high, it becomes possible to put more gas in a bubble, and the gas-liquid liquid mixture with which high concentration gas was mixed can be obtained.

図11は、気液混合液中の気泡に外力が与えられて崩壊するモデルを説明する概念説明図である。ナノサイズの気泡Bは、気液混合液中では図10のように安定に存在しているが、(a)のように温度変化、圧力変化、衝撃波、超音波等により外力が衝撃として与えられると、気泡界面での構造が崩されて、(b)のように気泡が崩壊する。すなわち、気泡は強固な水素結合の構造により安定して存在しているが、内圧が高くなっており、外力を与えると、高くなった内圧によって気泡の界面構造での均衡が簡単に崩れ、気泡が容易に崩壊するので、人為的に気泡の崩壊を制御できるのである。また、気泡が崩壊し気体分子が液中に放出されることになり、放出された気体分子は液体に溶解しようとするが、液体には飽和溶解濃度で気体が溶解しているため、溶解できない気体は、再度、気泡を形成する。このとき、多くの気泡はナノサイズになるのではなく気泡の合体を起して大きな気泡となって、発泡する現象が生じ、気体が液体から分離するのである。   FIG. 11 is a conceptual explanatory diagram illustrating a model in which an external force is applied to the bubbles in the gas-liquid mixed liquid and collapses. The nano-sized bubbles B exist stably in the gas-liquid mixture as shown in FIG. 10, but external force is given as an impact by temperature change, pressure change, shock wave, ultrasonic wave, etc. as shown in FIG. Then, the structure at the bubble interface is broken, and the bubble collapses as shown in (b). In other words, the bubbles are stably present due to the structure of a strong hydrogen bond, but the internal pressure is high, and when an external force is applied, the balance at the interface structure of the bubbles is easily broken by the increased internal pressure, and the bubbles Is easily collapsed, so the bubble collapse can be controlled artificially. In addition, the bubbles collapse and gas molecules are released into the liquid, and the released gas molecules try to dissolve in the liquid, but the gas is dissolved in the liquid at a saturated dissolution concentration, so it cannot be dissolved. The gas again forms bubbles. At this time, many bubbles do not become nano-sized, but coalesce of bubbles to become large bubbles, causing a foaming phenomenon, and the gas is separated from the liquid.

このようにして、気液混合液の状態になることにより、多くの気体を含んだ水を飲料用水として利用することができるものである。そして、例えば、殺菌性の気体を安定なナノサイズの気泡に封入し、長期に保持して殺菌性を持続させ、必要な時に液体から殺菌性の気体を分離して、飲料用の水として利用することができるものである。   In this way, water containing a large amount of gas can be used as drinking water by becoming a gas-liquid mixture. And, for example, encapsulate bactericidal gas in stable nano-sized bubbles, keep it for a long time to maintain bactericidal properties, separate bactericidal gas from liquid when necessary, and use it as drinking water Is something that can be done.

以下、本発明を実施例により説明する。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

〔実施例1〕
[飲料用水の生成]
図1の飲料用水生成装置(気液混合液生成装置)を用い、気体として後述の各種の気体を用い、液体として純水を用いてナノサイズの気泡を含有す飲料用水を生成した。
[Example 1]
[Generation of drinking water]
Using the drinking water generating apparatus (gas-liquid mixed liquid generating apparatus) of FIG. 1, drinking water containing nano-sized bubbles was generated using various gases described later as the gas and pure water as the liquid.

気液混合液生成装置としては、加圧部1と気液混合部3とがポンプ11で兼用されて構成された、図1の構成のものを用いた。ポンプ11としては回転体21により加圧する図2のようなポンプ11aを用いた。   As the gas / liquid mixture generating apparatus, the one having the configuration of FIG. 1 in which the pressurizing unit 1 and the gas / liquid mixing unit 3 are combined with the pump 11 is used. As the pump 11, a pump 11a as shown in FIG.

気体と液体の比(液体に対する気体の注入量)は、容量比(体積比)で1:1に設定した。また、ポンプ11の回転体21の回転数は1700rpmに設定した。この条件により大気圧(0.1MPa)の水に気体が注入された後、加圧速度ΔP/t=28.3MPa/secで加圧されて、気液混合部3から気体分離部4に送り出される際の気液混合液の圧力が0.6MPaになった。なお、このような条件により、飽和溶解濃度を超えて気体が液体に注入されて水素結合距離が短くなり強固な気泡界面の構造が形成されるものと考えられる。この条件(加圧条件)は現時点における最良の条件であると考えられる。 The ratio of gas to liquid (the amount of gas injected into the liquid) was set to 1: 1 as a volume ratio (volume ratio). Moreover, the rotation speed of the rotary body 21 of the pump 11 was set to 1700 rpm. Under this condition, a gas is injected into water at atmospheric pressure (0.1 MPa), and then pressurized at a pressurization rate ΔP 1 /t=28.3 MPa / sec. The pressure of the gas-liquid mixture at the time of delivery became 0.6 MPa. Under such conditions, it is considered that the gas is injected into the liquid exceeding the saturated dissolution concentration, the hydrogen bond distance is shortened, and a strong bubble interface structure is formed. This condition (pressurizing condition) is considered to be the best condition at present.

また、減圧部5よりも上流側の流路6を内径20mmのものにした。減圧部5としては図4(a)のような、3段階で内径が徐々に小さくなるものを用い、具体的には、内径が14mm、8mm、4mmで長さが各約3.3mm(減圧部5の全長として約1cm)の三つの流路管部からなるものを用いた。また、減圧部5よりも下流側の流路6及び延長流路10として、内径4mm(外径6mm)のホースを用い、下流側の流路6と延長流路10とを合わせた長さが2mとなるように設定した。この条件により、減圧部5において、最高減圧速度60MPa/sec、時間0.0025秒で気液混合液を減圧し、さらに、下流側の流路6及び延長流路10において、1MPa/sec、時間0.5秒で気液混合液を減圧し、ホース先端部から、大気圧(0.1MPa)まで減圧された気液混合液が得られた。なお、このような条件により、飽和溶解濃度を超えて気体が液体に注入されると共に水素結合距離が短くなり気泡界面の構造が強固になった気液混合液を安定して生成することができるものと考えられる。この条件(減圧条件)は現時点における最良の条件であると考えられる。   In addition, the flow path 6 on the upstream side of the decompression unit 5 has an inner diameter of 20 mm. As the decompression unit 5, as shown in FIG. 4 (a), one having an inner diameter that gradually decreases in three stages is used. Specifically, the inner diameter is 14 mm, 8 mm, 4 mm, and each length is about 3.3 mm (decompression). The total length of the part 5 was approximately 1 cm) and was composed of three flow path pipe parts. In addition, a hose having an inner diameter of 4 mm (outer diameter of 6 mm) is used as the flow path 6 and the extension flow path 10 on the downstream side of the decompression unit 5, and the combined length of the downstream flow path 6 and the extension flow path 10 is as follows. It was set to be 2 m. Under these conditions, the decompression unit 5 decompresses the gas-liquid mixture at a maximum decompression speed of 60 MPa / sec and a time of 0.0025 seconds, and further, 1 MPa / sec, time in the downstream channel 6 and the extension channel 10. The gas-liquid mixture was depressurized in 0.5 seconds, and the gas-liquid mixture was depressurized to atmospheric pressure (0.1 MPa) from the tip of the hose. Note that, under such conditions, a gas-liquid mixed liquid in which gas is injected into the liquid exceeding the saturated dissolution concentration and the hydrogen bond distance is shortened and the structure of the bubble interface is strengthened can be stably generated. It is considered a thing. This condition (decompression condition) is considered to be the best condition at the present time.

[水素結合の距離]
図12は、気体として窒素を用い、液体として純水を用いた気液混合液と、窒素が純水に飽和溶解濃度で溶解した窒素飽和水との赤外吸収スペクトルとの差分を示すグラフである。水のOH収縮振動による赤外吸収帯としては通常3400cm−1付近に吸収極大があることが知られているが、グラフに示されるように気液混合液はOH収縮振動の吸収極大が3200cm−1付近にずれている。吸収極大が3400cm−1にある場合、水素結合の距離は0.285nmである。一方、吸収極大が3200cm−1にある場合、水素結合の距離は0.277nmであることが知られており、常温常圧下における通常の水素結合の距離よりも短くなり構造化された氷またはハイドレートに近い水と結論づけられた。窒素の代わりにオゾンや塩素や二酸化塩素などの殺菌性の気体や、空気、酸素、水素、二酸化炭素などの気体を用いても同様の構造が得られるものと考えられ、これらの気液混合液を飲料用水として使用することができるものである。
[Hydrogen bond distance]
FIG. 12 is a graph showing a difference between an infrared absorption spectrum of a gas-liquid mixed solution using nitrogen as a gas and pure water as a liquid and nitrogen saturated water in which nitrogen is dissolved in pure water at a saturated dissolution concentration. is there. It is known that the infrared absorption band due to the OH contraction vibration of water usually has an absorption maximum in the vicinity of 3400 cm −1 , but as shown in the graph, the gas-liquid mixture has an absorption maximum of OH contraction vibration of 3200 cm −. It is shifted to around 1 . When the absorption maximum is 3400 cm −1 , the hydrogen bond distance is 0.285 nm. On the other hand, when the absorption maximum is 3200 cm −1 , the hydrogen bond distance is known to be 0.277 nm, which is shorter than the normal hydrogen bond distance under normal temperature and pressure, and is structured ice or hide. It was concluded that the water was close to the rate. It is considered that a similar structure can be obtained by using a bactericidal gas such as ozone, chlorine or chlorine dioxide, or a gas such as air, oxygen, hydrogen or carbon dioxide instead of nitrogen. Can be used as drinking water.

[気体量]
液体として純水を、気体として各種の気体を用い、気液混合液中に気泡として存在する気体量を次の方法により測定した。
(1)25℃、導電率0.1μS/cmの純水に、各種の気体を混合させ気液混合液を得た。
(2)直径1μm以上の大きな気泡を水から分離するために、気液混合液を25℃で1日静置した。なお、静置時間について、ストークスの法則から
気泡上昇速度: V=d×g/(18×γ)
(d:気泡直径、g:重力加速度、γ:動粘性係数)
の式が成立し、この式より1μmの気泡の上昇速度は約2.4×10−4m/sであるので、例えば静置時の容器の水深が50mmの場合、1日静置すれば気泡を除去することができる。
(3)最小測定値1mgの分析天秤で気液混合液の質量を測定した。
(4)ガス透過度及び透湿度の低いPE+ナイロン樹脂製のビニル袋に気液混合液とスタラーの撹拌子を入れ、空気を追い出して袋に空気が無い状態でシーラーにてビニル袋を密封した。
(5)密封直後に、分析天秤で気液混合液が封入されたビニル袋の質量を測定した。
(6)ホットスタラーにより25℃の気液混合液が密封されたビニル袋を45℃に昇温して気液混合液を約5時間撹拌した。この昇温と撹拌により、微細気泡や、45℃の飽和溶解濃度以上で溶解していた気体が気液混合液から分離されビニル袋の上部に集まった。
(7)室温25℃の条件でホットスタラーの設定温度を25℃にし、25℃の飽和溶解度の液体になるよう数時間撹拌を行った。
(8)分析天秤で、気体と液体が封入されたビニル袋の質量を測定した。
(9)計3回の質量測定から気液混合液の質量と、昇温および撹拌によって気液混合液から分離された気体による浮力によって生じる液体の質量変化量とを得た。質量変化量は、気液混合液から分離された気体容積と同容積の空気の質量と同じであり、この値から分離された気体の容量と質量を算出することができる。
[Gas volume]
Using pure water as the liquid and various gases as the gas, the amount of gas existing as bubbles in the gas-liquid mixture was measured by the following method.
(1) Various gases were mixed with pure water having a conductivity of 0.1 μS / cm at 25 ° C. to obtain a gas-liquid mixture.
(2) In order to separate large bubbles having a diameter of 1 μm or more from water, the gas-liquid mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 1 day. As for the standing time, from the Stokes' law, the bubble rising speed: V = d 2 × g / (18 × γ)
(D: bubble diameter, g: gravitational acceleration, γ: kinematic viscosity coefficient)
From this equation, the rate of rise of bubbles of 1 μm is about 2.4 × 10 −4 m / s. For example, if the water depth of the container at the time of standing is 50 mm, Bubbles can be removed.
(3) The mass of the gas-liquid mixture was measured with an analytical balance having a minimum measured value of 1 mg.
(4) A gas-liquid mixture and a stirrer of a stirrer are placed in a PE + nylon resin vinyl bag with low gas permeability and moisture permeability, and the vinyl bag is sealed with a sealer in a state where there is no air in the bag. .
(5) Immediately after sealing, the mass of the vinyl bag in which the gas-liquid mixture was sealed was measured with an analytical balance.
(6) The vinyl bag in which the gas / liquid mixture at 25 ° C. was sealed by a hot stirrer was heated to 45 ° C., and the gas / liquid mixture was stirred for about 5 hours. By this temperature rise and stirring, fine bubbles and gas dissolved at a saturated dissolution concentration of 45 ° C. or higher were separated from the gas-liquid mixture and collected on the top of the vinyl bag.
(7) The set temperature of the hot stirrer was set to 25 ° C. at room temperature of 25 ° C., and the mixture was stirred for several hours so as to become a liquid having a saturation solubility of 25 ° C.
(8) Using an analytical balance, the mass of the vinyl bag in which gas and liquid were enclosed was measured.
(9) The mass of the gas-liquid mixture and the amount of change in the mass of the liquid caused by the buoyancy caused by the gas separated from the gas-liquid mixture by heating and stirring were obtained from three mass measurements. The mass change amount is the same as the mass of air having the same volume as the gas volume separated from the gas-liquid mixture, and the volume and mass of the separated gas can be calculated from this value.

図13は、このようにして測定された気体容量を示すグラフである。各棒グラフの下部領域は、測定された気泡として存在していた気体の量であり、上部領域はヘンリー則に従う気体の飽和溶解量である。グラフに示すように、例えば水素と水を用いた気液混合液の場合、25℃の純水1Lに水素が、飽和溶解量として17.6mL溶解し、528mLの気体が微細な気泡として存在することが確認された。すなわち、気液混合液に含有する気体量は過飽和溶解量の30倍であった。また同様に、過飽和溶解量に対して気液混合液に含有する気体量は、窒素では36倍、アルゴンでは16倍、二酸化炭素では1.9倍であった。このように、気液混合液は飽和溶解濃度以上の高濃度で気体を液体中に保持することが可能であり、この高濃度で気体が含有された気液混合液を飲料用水として利用することができるものである。   FIG. 13 is a graph showing the gas volume measured in this way. The lower region of each bar graph is the amount of gas that was present as the measured bubble, and the upper region is the saturated amount of gas that follows Henry's law. As shown in the graph, for example, in the case of a gas-liquid mixture using hydrogen and water, 17.6 mL of hydrogen is dissolved in 1 L of pure water at 25 ° C. as a saturated dissolution amount, and 528 mL of gas exists as fine bubbles. It was confirmed. That is, the amount of gas contained in the gas-liquid mixture was 30 times the amount of supersaturated dissolution. Similarly, the amount of gas contained in the gas-liquid mixture with respect to the supersaturated dissolution amount was 36 times for nitrogen, 16 times for argon, and 1.9 times for carbon dioxide. As described above, the gas-liquid mixed liquid can hold the gas in the liquid at a high concentration equal to or higher than the saturated dissolution concentration, and use the gas-liquid mixed liquid containing the gas at the high concentration as drinking water. It is something that can be done.

[気泡のサイズ]
上記と同様にして製造した気液混合液を瞬間凍結し、真空中においてカッターで割断し、その割断面にメタン・エチレンを流し放電させ、凹凸を転写した炭化水素膜(レプリカ膜)を作製した。このレプリカ膜に導電性オスミウム薄膜を張り、十分乾燥させて、走査型電子顕微鏡(SEM)で観測した。
[Bubble size]
A gas-liquid mixture produced in the same manner as above was instantly frozen, cleaved with a cutter in a vacuum, and methane / ethylene flowed through the fractured surface to discharge, producing a hydrocarbon film (replica film) with transferred irregularities. . A conductive osmium thin film was applied to the replica film, dried sufficiently, and observed with a scanning electron microscope (SEM).

図14は、窒素と純水の気液混合液について、SEMにより観測された写真の一例である。同様に写真観察することにより、気体として窒素、水素、アルゴン、二酸化炭素を用いた場合、いずれも気液混合液の気泡サイズは、直径の分布ピークが100nmであることが確認された。また、気体としてオゾン、塩素、二酸化塩素、酸素、空気を用いても同様の構造か観測されると考えられる。なお、上記の気体と純水の気液混合液の気泡はレーザーを用いた動的散乱法等の粒子径分布測定装置では正確な検知ができなかった。このように、飲料用水は、気体がナノサイズの気泡となって存在する気液混合液の構造となっている。   FIG. 14 is an example of a photograph observed by SEM for a gas-liquid mixture of nitrogen and pure water. Similarly, by observing a photograph, it was confirmed that when nitrogen, hydrogen, argon, or carbon dioxide was used as the gas, the bubble size of the gas-liquid mixture was 100 nm in the diameter distribution peak. Moreover, it is thought that the same structure is observed even when ozone, chlorine, chlorine dioxide, oxygen, or air is used as the gas. The bubbles in the gas-liquid mixture of the above gas and pure water could not be accurately detected by a particle size distribution measuring apparatus such as a dynamic scattering method using a laser. Thus, the drinking water has a gas-liquid mixed liquid structure in which the gas is present as nano-sized bubbles.

[気泡の内圧]
気液混合液中の気体総量から気泡内部の圧力を算出した。表1は、窒素又はアルゴンと25℃の純水との気液混合液における、気体総量と、気体総量から算出した気泡の内圧を示している。
[Internal pressure of bubbles]
The pressure inside the bubbles was calculated from the total amount of gas in the gas-liquid mixture. Table 1 shows the total amount of gas and the internal pressure of bubbles calculated from the total amount of gas in a gas-liquid mixture of nitrogen or argon and 25 ° C. pure water.

気泡における気体の内部圧力は次の方法で算出される。
気体の状態方程式は、
PV/T=(const)
(P:内部圧力、V:容積、T:内部温度)
で表され、Tが一定の場合、特に
PV=(const)
で表される。
The internal pressure of the gas in the bubbles is calculated by the following method.
The equation of state of gas is
PV / T = (const)
(P: internal pressure, V: volume, T: internal temperature)
When T is constant, PV = (const)
It is represented by

そして、気液混合液の密度から気液混合液中の気泡の容積が計算でき、上式から、
大気圧 × 気体総体積量 = 気泡の内圧 × 液中の気体総体積量
の関係が成立し、この関係式に上記で測定した気体量を当てはめて気泡における気体の内圧が計算され、表1のような圧力値となる。
And the volume of bubbles in the gas-liquid mixture can be calculated from the density of the gas-liquid mixture,
The relationship of atmospheric pressure × total gas volume = bubble internal pressure × total gas volume in liquid is established, and the internal gas pressure in the bubbles is calculated by applying the above measured gas amount to this relational expression. The pressure value is as follows.

例えば気体が窒素の場合、
気液混合液1リットル中における、水体積がw1リットル、水中での気体体積がw2リットルであると仮定すると、
体積については次の関係式が成り立つ。
For example, if the gas is nitrogen,
Assuming that the volume of water in 1 liter of gas-liquid mixture is w1 liter and the volume of gas in water is w2 liter,
The following relational expression holds for the volume.

w1 + w2 =1リットル (式A)

また、質量については次の関係式が成り立つ。
w1 + w2 = 1 liter (Formula A)

In addition, the following relational expression holds for the mass.

w1 × 水の密度 + w2÷22.4(リットル)×28(窒素分子量)=測定質量 (式B)
水の密度 :常温常圧の純水では997.1g/L
22.4リットル :気体1モルの体積
測定質量 :表1の値で988.3

上記の2式(式A,B)の方程式を解くと、
w2=8.84×10^(-3) が算出されるので、
気体の内圧=大気圧 × 気体総体積量 ÷ 液中の気体総体積量
=0.1×(表1の値)÷w2
=0.1×0.56÷(8.84×10^(-3))
=6.3MPa
となる。
w1 × density of water + w2 ÷ 22.4 (liter) × 28 (nitrogen molecular weight) = measured mass (Formula B)
Water density: 997.1g / L for pure water at normal temperature and pressure
22.4 liters: volume of 1 mol of gas Measured mass: 988.3 as shown in Table 1

Solving the above two equations (Equations A and B),
Since w2 = 8.84 × 10 ^ (-3) is calculated,
Internal pressure of gas = atmospheric pressure x total volume of gas ÷ total volume of gas in liquid
= 0.1 x (value in Table 1) / w2
= 0.1 × 0.56 ÷ (8.84 × 10 ^ (-3))
= 6.3 MPa
It becomes.

なお、上記の計算では、気泡の内部温度が一定(常温)であるとして考えたが、実際の気泡の内部温度は大気の温度(常温)よりも高いことも予想され、その場合、気泡の内部圧は上記算出結果より更に高いことが気体の状態方程式から予測できる。   In the above calculation, it was assumed that the internal temperature of the bubble was constant (normal temperature), but the actual internal temperature of the bubble is also expected to be higher than the atmospheric temperature (normal temperature). It can be predicted from the gas state equation that the pressure is higher than the above calculation result.

ところで、一般には、気泡の内圧は次のようにして算出される。気泡は気液相界面間の界面張力により加圧され、この界面張力はヤングラプラスの式(下記式)で導かれる。   By the way, in general, the internal pressure of bubbles is calculated as follows. The bubbles are pressurized by the interfacial tension between the gas-liquid interface, and this interfacial tension is derived by Young Laplace's equation (the following equation).

ΔP=2σ/r
(ΔP:上昇圧力、σ:表面張力、r:気泡半径)
この式によれば、例えば、直径100nmのサイズの気泡の場合、気泡内部圧力は3MPaになる。
ΔP = 2σ / r
(ΔP: rising pressure, σ: surface tension, r: bubble radius)
According to this equation, for example, in the case of a bubble having a diameter of 100 nm, the bubble internal pressure is 3 MPa.

一方、気液混合液中の内部圧力は、表1の通り、例えば窒素の場合6.3MPaであり、この気液混合液はSEM写真にて示されるように直径100nmサイズの気泡が分散しているものであることから、気液混合液の気泡は、ヤングラプラスの式から算出される値の約2倍以上の内部圧力を有していることが確認された。したがって、より強固な界面構造が気泡界面において形成されていると結論づけられた。そして、気体が、オゾン、塩素、二酸化塩素、酸素、空気、水素、二酸化炭素である場合も同様に内圧が高くなった気泡が形成されているものと考えられる。このように、内圧が高くなったナノサイズの気泡を含む気液混合液を飲用水として利用することができるものである。   On the other hand, the internal pressure in the gas-liquid mixed liquid is 6.3 MPa in the case of nitrogen, for example, as shown in Table 1. In this gas-liquid mixed liquid, bubbles having a diameter of 100 nm are dispersed as shown in the SEM photograph. Therefore, it was confirmed that the bubbles of the gas-liquid mixture had an internal pressure that was about twice or more the value calculated from the Young Laplace equation. Therefore, it was concluded that a stronger interface structure was formed at the bubble interface. And when gas is ozone, chlorine, chlorine dioxide, oxygen, air, hydrogen, and carbon dioxide, it is thought that the bubble which the internal pressure became high similarly is formed. As described above, the gas-liquid mixed solution containing nano-sized bubbles whose internal pressure is increased can be used as drinking water.

[気泡の分布量]
気泡の分布量(個数)は表1から算出した。
[Bubble distribution]
The amount of bubble distribution (number) was calculated from Table 1.

気体が窒素の場合、大気中(0.1MPa)に戻した気泡総量が0.56Lであり、気泡の内圧が6.3MPaであるので、水中での気泡総体積量V1は、等温変化と仮定し、PV=constより
V1=0.56×0.1÷6.3
となる。
When the gas is nitrogen, the total amount of bubbles returned to the atmosphere (0.1 MPa) is 0.56 L, and the internal pressure of the bubbles is 6.3 MPa. Therefore, the total volume V1 of bubbles in water is assumed to change isothermally, PV From = const
V1 = 0.56 × 0.1 ÷ 6.3
It becomes.

また、気泡は半径r=50nmの球体であるから、気泡1個当たりの体積V2は
V2=4/3×π×r^3
となる。
Since the bubbles are spheres with a radius r = 50 nm, the volume V2 per bubble is
V2 = 4/3 × π × r ^ 3
It becomes.

以上より、水1L当たりの気泡の個数n=V1÷V2=1.7×10^16個と算出される。   From the above, the number of bubbles per liter of water n = V1 ÷ V2 = 1.7 × 10 ^ 16 is calculated.

同じように水1L当たりの気泡の個数は、気体の主成分がアルゴンの場合は1.7×10^16個と算出される。   Similarly, the number of bubbles per liter of water is calculated as 1.7 × 10 ^ 16 when the main component of the gas is argon.

[気液混合液の安定性]
図15は、空気と水とを混合して生成した気液混合液について、ガラスビンに密封し一定温度で保管した場合の、飽和溶解濃度に対する気液混合液中の気体存在量比を過飽和度として表示するグラフである。グラフから、過飽和度は400時間経過してもほぼ一定であり、ほとんど変化していないことが分かる。よって、気液混合液が安定であることが確認され、この安定な気液混合液を飲料用水として利用することができるものである。
[Stability of gas-liquid mixture]
FIG. 15 shows the ratio of gas abundance in the gas-liquid mixture with respect to the saturated dissolution concentration when the gas-liquid mixture produced by mixing air and water is sealed in a glass bottle and stored at a constant temperature as the degree of supersaturation. It is a graph to display. From the graph, it can be seen that the degree of supersaturation is almost constant even after 400 hours, and hardly changes. Therefore, it is confirmed that the gas-liquid mixed solution is stable, and this stable gas-liquid mixed solution can be used as drinking water.

[温度制御]
上記のように製造した飲料用水(気液混合液)をヒーターにより加温し、液体の温度を25℃から40℃に昇温すると、温度の上昇に伴ってナノサイズの気泡が崩壊して目視で確認できるマイクロサイズ以上となった気泡が発生した。そして、液体がマイクロオーダーの気泡で白濁し、液体表面から気体が放出されるのが確認された。
[Temperature control]
When the drinking water (gas-liquid mixture) produced as described above is heated with a heater and the temperature of the liquid is increased from 25 ° C. to 40 ° C., the nano-sized bubbles collapse with the increase in temperature and are visually observed. Bubbles that were larger than the micro size that can be confirmed by the above were generated. It was confirmed that the liquid became cloudy with micro-order bubbles and gas was released from the liquid surface.

[超音波制御]
上記のように製造した飲料用水(気液混合液)に、40kHzランジュバン型振動子を用い出力100Wで超音波を照射した。時間0.05秒程度の瞬間照射で、ナノサイズの気泡が崩壊して目視で確認できるマイクロサイズ以上となった気泡が瞬間的に発生した。数秒間(3〜30秒程度)超音波を照射することにより、ほぼ全てのナノサイズの気泡が崩壊して目視で確認できるマイクロサイズ以上となった気泡が急激に発生した。そして、液体がマイクロオーダーの気泡で白濁し、液体表面から気体が放出されるのが確認された。
[Ultrasonic control]
The drinking water (gas-liquid mixture) produced as described above was irradiated with ultrasonic waves at an output of 100 W using a 40 kHz Langevin type vibrator. With the instantaneous irradiation of about 0.05 seconds, the nano-sized bubbles collapsed and bubbles of a micro size or larger that can be visually confirmed were instantaneously generated. By irradiating with ultrasonic waves for several seconds (about 3 to 30 seconds), almost all of the nano-sized bubbles collapsed, and bubbles that were larger than the micro size that could be visually confirmed were rapidly generated. It was confirmed that the liquid became cloudy with micro-order bubbles and gas was released from the liquid surface.

[圧力制御]
上記のように製造した飲料用水(気体混合液)を圧力が変えられる密閉容器に入れてポンプ(加圧ポンプ又は減圧ポンプ)を使って、加圧又は減圧した。加圧及び減圧のどちらの場合でも、ナノサイズの気泡が崩壊して目視で確認できるマイクロサイズ以上となった気泡が発生するのが確認された。なお、図7の容器16をポンプなどを使って圧力調整ができる密閉容器にして飲料用水の圧力を制御することができる。
[Pressure control]
The drinking water (gas mixture) produced as described above was put into a sealed container whose pressure can be changed, and pressurized or decompressed using a pump (pressurizing pump or decompressing pump). In both cases of pressurization and depressurization, it was confirmed that the nano-sized bubbles collapsed to generate bubbles having a micro size or larger that can be visually confirmed. Note that the pressure of drinking water can be controlled by making the container 16 of FIG. 7 a sealed container that can be pressure-adjusted using a pump or the like.

また、撹拌によっても飲料用水(気液混合液)内の圧力の分布(偏り)が発生するため、気体を分離することができる。図7の容器16の中に撹拌羽を入れて撹拌したところ、ナノサイズの気泡が崩壊して目視で確認できるマイクロサイズ以上となった気泡が発生するのが確認された。   Moreover, since the pressure distribution (bias) in the drinking water (gas-liquid mixture) is generated even by stirring, the gas can be separated. When stirring blades were put in the container 16 of FIG. 7 and stirred, it was confirmed that the nano-sized bubbles collapsed to generate bubbles of micro size or larger that can be visually confirmed.

[衝撃波制御]
上記のように製造した飲料用水(気体混合液)を脈動流で液体を噴射する噴射装置に入れ、壁状体に向けて噴射したところ、飲料用水が液滴となって壁状体に衝突し、衝突直後にナノサイズの気泡が崩壊して目視で確認できるマイクロサイズ以上となった気泡が発生するのが確認された。この発泡現象は、液滴が衝突した際に、液滴内部に衝撃波が発生することによるものである。
[Shock wave control]
When the drinking water (gas mixture) manufactured as described above is put into an injection device that injects liquid with a pulsating flow and is injected toward the wall-like body, the drinking water collides with the wall-like body as droplets. The nano-sized bubbles collapsed immediately after the collision, and it was confirmed that bubbles having a micro size or larger that can be visually confirmed were generated. This foaming phenomenon is due to the generation of a shock wave inside the droplet when the droplet collides.

図16は、上記のようにして飲料用水に衝撃波が加わる様子を示すモデル図である。噴射された飲料用水は、図16(a)に示すように、噴射される前は脈動流となっていることで、噴射後に不均一な液滴Wの集団になって、壁状体31の表面に衝突する。このとき、図16(b)に示すように、液滴Wが衝突して壁状体31が振動し、液滴W内部に衝撃波Zが発生する。そして、図16(c)に示すように、この衝撃波Zの衝撃によって、液滴W内部にマイクロサイズ以上の気泡Bの発泡現象が生じるものと考えられる。 FIG. 16 is a model diagram showing how a shock wave is applied to drinking water as described above. As shown in FIG. 16 (a), the water for drinking is in a pulsating flow before being jetted, so that it becomes a group of non-uniform droplets W after the jetting, Collide with the surface. At this time, as shown in FIG. 16B, the droplet W collides and the wall-shaped body 31 vibrates, and a shock wave Z is generated inside the droplet W. Then, as shown in FIG. 16 (c), by the impact of the shock wave Z, foaming phenomenon of micro-sized more bubbles B M is thought to occur within the droplet W.

〔実施例2〕
[冷却状態での生成]
図9の飲料用水生成装置において、前処理部19が冷却部にて構成された飲料用水生成装置を用い、冷却状態(5℃)で空気と水とを用いた飲料用水(気液混合液)を生成した。この飲料用水を常温常圧で大気と接触するように容器に貯留し放置すると、水に対する気体の飽和溶解濃度が1週間以上維持できることが確認できた。したがって、気体が高濃度で安定化して液体に存在しており、例えば、殺菌性のある気体を用いれば長期に亘って殺菌性が持続する飲料用水を得ることができることが確認された。
[Example 2]
[Generation in the cooled state]
In the drinking water generating apparatus of FIG. 9, the drinking water generating apparatus (gas-liquid mixed liquid) using air and water in a cooled state (5 ° C.) using the drinking water generating apparatus in which the pretreatment unit 19 is configured by a cooling unit. Was generated. When this drinking water was stored in a container so as to come into contact with the atmosphere at normal temperature and pressure, it was confirmed that the saturated dissolution concentration of gas in water could be maintained for one week or more. Therefore, it was confirmed that the gas stabilized in a high concentration and present in the liquid can be obtained, for example, by using a bactericidal gas, it is possible to obtain drinking water that maintains bactericidal properties for a long time.

1 加圧部
2 気体供給部
3 気液混合部
4 気体分離部
5 減圧部
6 流路
7 吐出部
8 気体除去部
11 ポンプ
13 入水部
14 ベンチュリ管
15 電気分解手段
17 外力制御部
19 前処理部
21 回転体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pressurization part 2 Gas supply part 3 Gas-liquid mixing part 4 Gas separation part 5 Pressure reduction part 6 Flow path 7 Discharge part 8 Gas removal part 11 Pump 13 Inlet part 14 Venturi pipe 15 Electrolysis means 17 External force control part 19 Pre-processing part 21 Rotating body

Claims (14)

気体がナノサイズの気泡となって該気体の飽和溶解水に存在し、該気泡との界面に存在する水分子の水素結合の距離が、水が常温常圧であるときの水素結合の距離よりも短いことを特徴とする飲料用水。   The gas becomes nano-sized bubbles and exists in the saturated dissolved water of the gas, and the hydrogen bond distance of water molecules present at the interface with the bubbles is greater than the hydrogen bond distance when water is at normal temperature and pressure. Drinking water, characterized by its short length. 気泡を形成している気体の圧力が0.12MPa以上であることを特徴とする請求項1に記載の飲料用水。   The water for drinking according to claim 1, wherein the pressure of the gas forming the bubbles is 0.12 MPa or more. 気体が殺菌性の気体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の飲料用水。   The drinking water according to claim 1 or 2, wherein the gas is a bactericidal gas. 気体が二酸化炭素であることを特徴とする請求項1又は2に記載の飲料用水。   The water for drinking according to claim 1 or 2, wherein the gas is carbon dioxide. 気体が水素であることを特徴とする請求項1又は2に記載の飲料用水。   The drinking water according to claim 1 or 2, wherein the gas is hydrogen. 気体が空気又は酸素であることを特徴とする請求項1又は2に記載の飲料用水。   The drinking water according to claim 1 or 2, wherein the gas is air or oxygen. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の飲料用水に、圧力変化、温度変化、衝撃波及び超音波からなる群から選ばれる少なくとも1種の外力を与えて気泡を崩壊させて飲料用水中の気体を利用することを特徴とする飲料用水の利用方法。   The drinking water according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one external force selected from the group consisting of pressure change, temperature change, shock wave and ultrasonic wave is applied to collapse the bubbles, A method for using drinking water, characterized by using gas. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の飲料用水に、圧力変化、温度変化、衝撃波及び超音波からなる群から選ばれる少なくとも1種の外力を与えて気泡を崩壊させて飲料用水中の気体を分離することを特徴とする飲料用水の精製方法。   The drinking water according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one external force selected from the group consisting of pressure change, temperature change, shock wave and ultrasonic wave is applied to collapse the bubbles, A method for purifying drinking water characterized by separating gas. 水を含む液体を外部から取り入れる入水部と、入水部から入った液体に気体を供給する気体供給部と、気体が供給された液体を加圧する加圧部と、液体中の気体をナノサイズの気泡にして気液混合液を生成する気液混合部と、気液混合液からナノサイズを超える大きさの気泡を分離する気体分離部と、加圧状態の気液混合液をナノサイズの気泡を崩壊させることなく大気圧まで減圧する減圧部と、減圧された気液混合液を吐出する吐出部とを備えてなることを特徴とする飲料用水生成装置。   A water inlet part that takes in liquid containing water from the outside, a gas supply part that supplies gas to the liquid that has entered from the water inlet part, a pressure part that pressurizes the liquid supplied with the gas, and a gas in the liquid of nano size A gas-liquid mixing unit that generates a gas-liquid mixture by forming bubbles, a gas separation unit that separates bubbles of a size exceeding nanosize from the gas-liquid mixture, and a gas-liquid mixture in a pressurized state are converted into nano-sized bubbles A beverage water generating apparatus comprising: a decompression unit that decompresses to atmospheric pressure without causing a collapse, and a discharge unit that discharges the decompressed gas-liquid mixture. 入水部から取り入れられた液体を冷却する冷却部を備えてなることを特徴とする請求項9に記載の飲料用水生成装置。   The drinking water generating device according to claim 9, further comprising a cooling unit that cools the liquid taken in from the water inlet. 入水部から取り入れられた液体を浄化する浄化フィルターを備えてなることを特徴とする請求項9又は10に記載の飲料用水生成装置。   The drinking water generating device according to claim 9 or 10, further comprising a purification filter for purifying the liquid taken in from the water inlet. 入水部から取り入れられた液体を脱気する脱気部を備えてなることを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の飲料用水生成装置。   The drinking water generating apparatus according to any one of claims 9 to 11, further comprising a deaeration unit that deaerates the liquid taken in from the water intake unit. 気液混合部の少なくとも一部をベンチュリ管により構成することを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の飲料用水生成装置。   The water generator for drinking according to any one of claims 9 to 12, wherein at least a part of the gas-liquid mixing part is constituted by a Venturi tube. 気液混合部の少なくとも一部を電気分解手段により構成することを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の飲料用水生成装置。   The water generator for drinking according to any one of claims 9 to 12, wherein at least a part of the gas-liquid mixing part is constituted by electrolysis means.
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