JP2014200762A - ナノバブル含有水の製造方法及びナノバブル含有水 - Google Patents
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Abstract
【課題】ナノレベルの微小バブル群を効率的に生成させ、以て、長期間保存が可能な安定なナノバブル含有水を製造することができる方法を提供する。
【解決手段】本発明では、原料水１に、気体をマイクロバブルとして供給した後、径の大きなバブルを除いた原料水を圧壊の過程５に移行して、圧壊の過程において物理的刺激により微小バブル群を生成するナノバブル含有水の製造方法を提案する。原料水から径の大きなバブルを除く過程は、バブルを含有する原料水を貯留部において静置すると共に、貯留部の下方の原料水を圧壊過程に移行して行ったり、原料水から径の大きなバブルを除く過程を、フィルタにより行うことができる。
【選択図】図１
【解決手段】本発明では、原料水１に、気体をマイクロバブルとして供給した後、径の大きなバブルを除いた原料水を圧壊の過程５に移行して、圧壊の過程において物理的刺激により微小バブル群を生成するナノバブル含有水の製造方法を提案する。原料水から径の大きなバブルを除く過程は、バブルを含有する原料水を貯留部において静置すると共に、貯留部の下方の原料水を圧壊過程に移行して行ったり、原料水から径の大きなバブルを除く過程を、フィルタにより行うことができる。
【選択図】図１
Description
本発明は安定化したナノバブルを含有する水の製造方法及びその製造方法で製造された安定化したナノバブルを含有する水に関するものである。
近年、水中にナノレベルの大きさの気泡、即ち、所望の気体のナノバブルを含有させた水が注目されており、医療、農業、水産・養殖等の各分野への応用が図られている。
例えば、非特許文献１には、マイクロバブルとナノバブルの基礎と工学的な応用について記載されている。また非特許文献２〜４には、オゾンナノバブルの殺菌能や、酸素ナノバブルの細胞賦活化能、組織保存能を利用した医療分野への応用について記載されている。また、非特許文献５には、オゾンマイクロバブルの農業への応用、非特許文献６にはマイクロあるいはナノバブルの水産・養殖分野への応用について記載されている。また、上記非特許文献１には、ナノバブルの解析方法として、動的光散乱を用いた測定方法や、ナノバブルに起因するフリーラジカルを計測する電子スピン共鳴法（ＥＳＲ）による計測方法が記載されている。
また特許文献１には、鉄、マンガン、カルシウム、ナトリウム、マグネシウムイオン、及びミネラル類の電解質イオンが混入した電気伝導度が３００μＳ／ｃｍ以上の水溶液中において、微小気泡発生装置で発生させた直径が１０〜５０μｍの微小気泡に、水中放電に伴う衝撃波や超音波による物理的刺激を加えることにより、前記微小気泡を急激に縮小させることによって製造するナノバブルの製造方法が記載されている。そして、非特許文献１には、上記の方法によるマイクロバブルの生成と、ナノバブルとしての安定化のメカニズム、そしてその概念的な方法が記載されている。即ち、これらの文献には、微細気泡発生装置によって生成したマイクロバブル及びナノバブルに物理的刺激を与えてナノバブルを長期間保存可能とすることが記載されている。
また特許文献２には、気体を加圧溶解させた加圧液を対象液中に噴出することにより、対象液中に前記気体のナノバブルを生成させる微細気泡生成ノズルと、それを用いた微細気泡生成装置が記載されている。この特許文献２の装置では、対象液は限定されていない。
また、この他にも、マイクロバブル及びナノバブルを発生させると称する微細気泡発生装置が、従来から数々提案されている。
高橋、「マイクロバブルとナノバブルの基礎と工学的応用」、月刊マテリアルインテグレーション、株式会社ティー・アイ・シー、2009年4月25日、第２２巻、第５号、ｐ．2-19
眞野、「ナノバブルの医療分野への応用」、月刊マテリアルインテグレーション、株式会社ティー・アイ・シー、2009年4月25日、第２２巻、第５号、ｐ．30-35
荒川、外２名、「ナノバブル水の歯周治療への応用」、月刊マテリアルインテグレーション、株式会社ティー・アイ・シー、2009年4月25日、第２２巻、第５号、ｐ．36-43
北條、「酸素ナノバブルの抗炎症・抗細胞増殖作用−血管内皮および平滑筋細胞における効果−」、月刊マテリアルインテグレーション、株式会社ティー・アイ・シー、2009年4月25日、第２２巻、第５号、ｐ．44-48
玉置、「マイクロバブルの農業分野への利用の可能性−オゾンマイクロバブルを利用した水耕培養液の殺菌−」、月刊マテリアルインテグレーション、株式会社ティー・アイ・シー、2009年4月25日、第２２巻、第５号、ｐ．20-23
山本、「マイクロバブルの水産・養殖分野への応用」、月刊マテリアルインテグレーション、株式会社ティー・アイ・シー、2009年4月25日、第２２巻、第５号、ｐ．24-29
ここで、前記特許文献１に記載されたナノバブルの製造方法のように、微小気泡発生装置で発生させた微小気泡に物理的刺激を加えて前記微小気泡を急激に縮小させることによりナノバブルを生成する方法を考察する。
即ち、例えば微小気泡として、１０〜５０μｍ程度のマイクロバブルが含有する原料水に超音波を印加すると、超音波放射の焦点付近の超音波強度の強い領域に至ったマイクロバブルは、超音波の音圧により急激な膨張と収縮を起こし、この急激な収縮に伴って立ち上がり、立ち下がりの鋭い強い衝撃波が生じる。そして、この立ち上がり、立ち下がりの鋭い強い衝撃波に起因して新たな微小バブル群が発生し、それらがまた新たな微小バブル群を発生させるというように、強い衝撃波の雪崩現象的な伝播により微小バブル群が発生するものと考えられる。尚、本発明においては、このような過程を圧壊と称する。
本発明者等は、このような圧壊の過程による雪崩現象的な微小バブル群の発生について鋭意研究した結果、原料水中に含まれる径の大きなバブルは強い衝撃波の伝播を阻害するとの考えを得た。マイクロバブル発生ノズルから原料水中に発生するマイクロバブルは、その径が広く分布していて、例えば100μｍ以上の径のものも含まれていたり、マイクロバブル同士が時間の経過と共に合一して成長し、次第に粗大化する。このような比較的大きな径のバブルが圧壊の過程に含まれていると、それよりも小さい微小バブルによって発生する強い衝撃波が、径の大きなバブルに吸収されてしまう。即ち、立ち上がり、立ち下がりの鋭い強い衝撃波によって径の大きなバブルが収縮されても、それによって立ち上がり、立ち下がりの鋭い強い衝撃波は生じないので、微小バブル群の発生には寄与せず、従って、これにより、微小バブル群の生成効率が大きく低下してしまう。即ち、微小気泡発生装置で発生させた微小気泡を含有する水に、単に物理的刺激を加えても、ナノバブルを効率的に生成することは困難である。
本発明は以上の課題を解決することを目的として創案されたものであり、即ち、ナノバブルのレベルの微小バブル群を効率的に生成させ、以て、長期間保存が可能な安定なナノバブル含有水を製造することができる方法を提案するものである。
本発明は、上記課題を解決するために、原料水に、気体をマイクロバブルとして供給した後、径の大きなバブルを除いた原料水を圧壊の過程に移行して、圧壊の過程において物理的刺激により微小バブル群を生成することを特徴とするナノバブル含有水の製造方法を提案するものである。
また本発明では、前記構成において、原料水から径の大きなバブルを除く過程を、バブルを含有する原料水を貯留部において静置すると共に、貯留部の下方の原料水を圧壊過程に移行して行うことを特徴とするナノバブル含有水の製造方法を提案する。
また本発明では、前記構成において、原料水から径の大きなバブルを除く過程を、フィルタにより行うことを特徴とするナノバブル含有水の製造方法を提案する。
また本発明では、前記構成において、圧壊の過程において物理的刺激を印加する手段を原料水の流路に設けて圧壊の過程を連続的に行うことを特徴とするナノバブル含有水の製造方法を提案する。
また本発明では、前記構成において、圧壊の過程において物理的刺激を印加する手段を原料水の貯留部に設けて圧壊の過程をバッチ式に行う構成としたことを特徴とするナノバブル含有水の製造方法を提案する。
また本発明では、以上のいずれかの製造方法により製造されたナノバブル含有水を提案する。
発明者は、鋭意なる研究、実験の結果、上述した超音波等による物理的刺激による雪崩現象的な微小バブル群の発生においては、原料水中に含まれる径の大きなバブルは、立ち上がり、立ち下がりの鋭い強い衝撃波の伝播を阻害するとの考えを得た。即ち、マイクロバブル発生ノズルから原料水中に発生するマイクロバブルは、その径が広く分布していて、例えば100μｍ以上の径のものも含まれていたり、マイクロバブル同士が時間の経過と共に合一して成長し、次第に粗大化する。このような比較的大きな径のバブルが圧壊の過程に含まれていると、それよりも小さい微小バブルによって発生する強い衝撃波が、径の大きなバブルに吸収されてしまう。即ち、立ち上がり、立ち下がりの鋭い強い衝撃波によって径の大きなバブルが収縮されても、それによって立ち上がり、立ち下がりの鋭い強い衝撃波は生じないので、微小バブル群の発生には寄与せず、従って、これにより、微小バブル群の生成効率が大きく低下してしまう。
そこで本発明では、原料水に、気体を、マイクロバブルとして供給した後、径の大きなバブルを除いた原料水を圧壊の過程に移行するようにしたのである。
この結果、超音波等による物理的刺激による雪崩現象的な微小バブル群の発生を効率的に行うことができ、また立ち上がり、立ち下がりの鋭い強い衝撃波によってバブルが生成されることから、より径の小さいバブルの生成が期待される。
原料水から径の大きなバブルを除く過程は、バブルを含有する原料水を貯留部において静置すると共に、貯留部の下方の原料水を圧壊過程に移行して行うことができる。即ち、バブルが原料水中を上昇する速度は、例えば、気泡径100μｍで5.4mm／秒、10μｍで54μｍ／秒、1μｍで0.54μｍ／秒と差があるため、バブルを含有する原料水を貯留部において静置し、その後、貯留部の下方の原料水を圧壊の過程に移行すれば、圧壊の過程に移行した原料水中のバブルの径の分布は、より小さい方に移行するため、上述したように微小バブル群の生成効率を低下させない。
このような方法では、静置により、径の大きなバブルを除くための過程に時間がかかるため、フィルタを用いることができる。フィルタを用いる方法れでは、除去するバブルの径は、例えば50μｍ以上とする他、それよりも小さく、例えば1μｍ以上や、それ以下を設定することができ、径の大きなバブルを除くための過程を、短時間に効率的に行うことができる。
尚、本発明では、圧壊の過程において物理的刺激を印加する手段を原料水の流路に設けて圧壊の過程を連続的に行ったり、圧壊の過程において物理的刺激を印加する手段を原料水の貯留部に設けて圧壊の過程をバッチ式に行う構成することができる。
更に本発明において、ナノバブルとして生成する気体は、酸素、オゾン、二酸化炭素、窒素、空気等を使用することができる。
以下、本発明の製造方法の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１において符号１は原料水（又はそのタンク）を示すもので、これらの原料水１は、バブル発生部２に供給される。このバブル発生部２には、バブル用気体供給部３から、気体、例えば、酸素が、サイズ50μｍ以下のマイクロバブルとして供給される。
バブル発生部２において、バブル用気体供給部３から供給された気体のバブルが含有された原料水は、次いでバブル含有原料水貯留部４に移行する。このバブル含有原料水貯留部４には、次の圧壊部５に移行する原料水から、バブル発生部２において発生した100μｍ以上のマイクロバブルや、時間の経過と共に合一し、成長して粗大化した径の大きなバブルを除く機能を設けている。
この径の大きなバブルを除く機能は、例えば、バブルを含有する原料水を貯留部４において静置すると共に、貯留部４の下方の原料水のみを圧壊部５に移行することにより実現したり、フィルタにより実現することができる。
除去するバブルの径は、例えば50μｍ以上とする他、フィルタを用いる場合には、それよりも小さく、例えば1μｍ以上や、それ以下を設定することもできる。
こうしてバブル含有貯留部４の原料水は、径の大きなバブルが除かれて圧壊部５に移行し、ここで超音波等の物理的刺激が与えられて圧壊がなされる。
圧壊の過程において、原料水中に存在するマイクロバブルが、例えば超音波放射の焦点付近の、超音波強度の強い領域に至ると、音圧によりマイクロバブルが急激な膨張と収縮を起こし、この急激な収縮に伴って立ち上がり、立ち下がりの鋭い強い衝撃波が生じる。そして、この立ち上がり、立ち下がりの鋭い強い衝撃波に起因して新たな微小バブル群が発生し、それらがまた新たな微小バブル群を発生させるというように、強い衝撃波の雪崩現象的な伝播により微小バブル群が発生する。
この際、本発明では、圧壊の過程においては、径の大きなマイクロバブルを除いているので、微小バブルによって発生する立ち上がりが鋭く強い衝撃波を吸収してしまうことがなく、この立ち上がりが鋭く強い衝撃波の雪崩現象的な伝播により微小バブル群を効率的に発生させることができる。
図２は圧壊の過程が行われる圧壊部５の構成例を示すもので、この圧壊部５では、原料水の流路に物理的刺激を与える手段の一つである超音波発生部７を設置している。このような構成では圧壊の過程を連続式に行うことができる。
上述したとおり、圧壊の過程は、原料水を貯留している状態においてバッチ式に行うこともできる。
本発明は以上の通りであるので、上述した文献に示されるように、医療、農業、水産・養殖等の各分野への応用が図られているナノバブル含有水を効率的に生成することができると共に、より径の小さいバブルの生成が期待されることから、長期保存性や機能等、質の向上を期待することができる。
１ 原料水（又はそのタンク）
２ バブル発生部
３ バブル用気体供給部
４ バブル含有原料水貯留部
５ 圧壊部
６ ナノバブル含有水（又はそのタンク）
７ 超音波発生部
２ バブル発生部
３ バブル用気体供給部
４ バブル含有原料水貯留部
５ 圧壊部
６ ナノバブル含有水（又はそのタンク）
７ 超音波発生部
Claims (6)
- 原料水に、気体をマイクロバブルとして供給した後、径の大きなバブルを除いた原料水を圧壊の過程に移行して、圧壊の過程において物理的刺激により微小バブル群を生成することを特徴とするナノバブル含有水の製造方法。
- 原料水から径の大きなバブルを除く過程を、バブルを含有する原料水を貯留部において静置すると共に、貯留部の下方の原料水を圧壊の過程に移行して行うことを特徴とするナノバブル含有水の製造方法。
- 原料水から径の大きなバブルを除く過程を、フィルタにより行うことを特徴とするナノバブル含有水の製造方法。
- 圧壊の過程において物理的刺激を印加する手段を原料水の流路に設けて圧壊の過程を連続的に行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のナノバブル含有水の製造方法。
- 圧壊の過程において物理的刺激を印加する手段を原料水の貯留部に設けて圧壊の過程をバッチ式に行う構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のナノバブル含有水の製造方法。
- 請求項１〜５のいずれか１項の製造方法により製造されたナノバブル含有水。
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