JP5629805B2 - ナノバブルの製造方法及びナノバブル製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体内に極微細な気泡であるナノバブルを製造する方法及び装置に関するものである。

近年、１μｍ以下の粒径を持つ気泡、すなわち「ナノバブル」が、医療、水産業、農業、エネルギー産業といった様々な業界の注目を集めている。酸素ナノバブルについては、淡水魚と海水魚の共存を可能にするなど、生物活性作用を持つことが認められており、またオゾンナノバブルについては、生牡蠣に代表される各種生鮮食料品の効果的な殺菌が可能となることが確認されている。窒素ナノバブルを利用することで、遠洋にて釣り上げられた魚の酸化、腐敗を遅らせ、新鮮なまま港に運ぶ技術も確立されている。更に、燃料液体中に水のナノバブル（水の微少な粒）を混入させ、燃焼時にナノバブルが急激に蒸発膨張することを利用して、燃料の燃焼効果を増大させる、いわゆるエマルジョン燃料技術も脚光を浴びている。このほかにもナノバブルを用いた半導体素子の洗浄や、空気ナノバブルによる有害物質の分解・無毒化など、その利用・応用方法については枚挙に暇が無く、今後、ナノバブルの利用方法がさらなる発展を遂げることは想像に難くない。

多岐にわたるナノバブル利用法の中で、特に生物活性効果は、医療分野における注目を浴びており、医学界との連携をとりつつ、現在精力的な研究がすすめられている。必要とするナノバブル水は、生体試料に添加するにしても、あるいは被験者の飲用に利用するにしても、たかだか５００ｃｃ程度で十分である。既存の技術は、５００ｃｃどころか、１０Ｌ程度の大量の水を一気に処理する力を持つが、その反面、多くの問題点をもっている。

ナノバブルを生成するためには、まず１μｍ以上の粒径をもつマイクロバブルを形成する必要がある。このマイクロバブルをなにがしかの方法で、細かく砕く、あるいは圧縮することにより、ナノバブルを生み出すことができる（例えば、特許文献１参照）。

マイクロバブルを生成するためにはこれまで、渦流ポンプに代表される水ポンプに気体と液体を送り込み、両者を混合するとともに、数気圧まで加圧することで、過飽和溶解状態を作ることが肝要とされてきた。こうして気体が渦飽和溶解した液体を、（１）大気圧下の水槽中に開放する、（２）円筒中に放出・回転させ渦を作り、負圧領域を生成する、（３）微細気泡をもつノズルから放出する、などの方法をとることで、マイクロバブルを生成する。その後、超音波等による圧縮（圧壊）、オリフィス等によるせん断、あるいは前記（２）の渦によって生まれる圧力勾配を利用したせん断などを通じて、微細化し、ナノバブル化するのである。

したがって、既存の何れの方法も、まずは水ポンプにて気体と液体とを混合し、圧縮することが前提となる。気体の取り込み速度は、どのような機材も通常１分間あたり数１００ｃｃであり、１０Ｌ程度の液体を処理する際の時間が１０分のオーダーであることを考えると、消費される気体が１気圧換算で数Ｌになることが理解できる。つまり、液体１Ｌにつき、同じく１Ｌ程度の気体が必要ということである。その一方で、実際にナノバブルになる気体の総量は、液体１Ｌあたり１ｃｃにも満たず、実に９９％以上の原料気体が、そのまま廃棄されているのである。ナノバブル化されなかった原料気体を、再度ポンプに送り込む仕組みを作ることは可能であるが、水素、メタンといった爆発性気体を対象とする場合、装置操作中の換気は避けられず、安全面から、こうした操作を行うことは難しいといえる。また水ポンプは、通常数１０Ｋｇ程度の質量をもち、駆動する際は、２００Ｖの三相電源を要求することが多い。結果として装置全体は、大きく、重たく、そして高価となり、その相場は５００万円から１０００万円となっている。

ところで上記した爆発性の水素を溶かした水、すなわち水素水が、人体内の活性酸素種のうち、もっとも有害とされるヒドロキシラジカルのみを選択的に還元消去できることが確認されており、水素水は、現在、医療機関における精力的な研究対象となっている。先ほど述べたように、酸素ナノバブルの生体活性効果が確認されているという背景から、ナノバブル化した水素を含む水素水が、医療的な注目を集めつつある。しかし上記した理由により、水素のナノバブルは、特別な技術をもつ工場にて、細心の注意を払って生成する必要があり、一般家庭、或いは医療現場において水素ナノバブル水の含まれた水素水を利用するためには、工場にて生成された水を宅配で送ってもらう以外に手がないのが現状である。

特許第４１４４６６９号公報

本発明は、上述したような不具合に着目したものであり、本発明の所期の目的は、飲用として利用するに十分な量である５００ｃｃ程度のナノバブル水を、高価な装置、多大な電力、そして危険性を伴うことなく、容易に生成する技術を提供する、またナノバブルの濃度として、既存の高価な装置と同程度、もしくはそれ以上を実現することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係るナノバブルの製造方法は、可撓性を有する容器内に水及び空気を封入する封入工程と、前記封入工程にあり且つ内部の前記空気により内圧がかかっていない状態にある前記容器内の水及び空気を、前記容器を挟み込む対をなす棒状のバーとこれらバーの一端同士を蝶着するヒンジとを備えた加圧手段である挟み込み装置で前記容器を挟み込むことのみにより加圧する加圧工程と、前記加圧工程にある前記容器内を前記挟み込み装置による挟み込みを解除して過飽和溶解状態とする過飽和溶解状態生成工程と、前記挟み込み装置から取り外された前記容器に対し超音波により超音波照射を行う超音波照射工程とを有しており、前記過飽和溶解状態生成工程は、前記容器を往復振とうする振とう手段としても機能する前記挟み込み装置によって前記加圧工程を経た前記容器を挟み込んだ状態で前記挟み込み装置ごと前記容器を振とうさせる工程を備えており、前記加圧工程、前記過飽和溶解状態生成工程及び前記超音波照射工程を複数回繰り返し行うことによりナノバブルを得るようにしていることを特徴とする。

このようなものであれば、加圧状態を実現し得る容器と超音波を照射し得る手段さえ有れば、一度容器に封入した気体を途中で開放することなくナノバブルを製造することができる。これにより、簡素な設備や資材を用いつつ、気体の取り扱いも容易にナノバブルが製造できる。その結果、所望量のナノバブル含有液を所要時に容易に入手することができる。

加圧工程を容易に行い得るようにするために本発明は、当該加圧工程は、封入工程にあり且つ内部の前記気体により内圧がかかっていない状態にある可撓性を有する容器を挟み込むことのみにより加圧する工程とすることを特徴とする。

上記加圧工程を適用すれば、空気によるナノバブルを容易に製造することができる。

また、ナノバブルを製造するためには容器内の液体及び気体を過飽和溶解状態とする必要があるが、この過飽和溶解状態生成工程は、前記加圧工程を経た前記容器を振とうさせる工程とすれば、容易に実現することができる。なお振とうさせるスピードは、１秒間に３〜５往復程度とすることが望ましい。

前記超音波照射工程が、前記容器内にマイクロバブルを生成するマイクロバブル生成工程と、このマイクロバブルを圧壊しナノバブルを形成するナノバブル形成工程とを有するようにすることが好ましい。換言すれば、超音波照射工程とは、マイクロバブルが生成された後、さらにこのマイクロバブルが圧壊されるまで継続して行うことが肝要である。

液体内にナノバブルがより多く形成されるようにするために、前記加圧工程、前記過飽和溶解状態生成工程及び前記超音波照射工程を複数回繰り返し行う。そしてその繰り返し回数は、１０回以上とすることが好ましい。

そして、上述したナノバブルの製造方法を実現するためのナノバブル製造装置は、液体及び気体を封入した容器を加圧する加圧手段と、前記加圧手段により加圧された前記容器内を過飽和溶解状態とする過飽和溶解状態生成手段と、前記過飽和溶解状態を経た前記容器に対し超音波を照射する超音波照射手段とを具備する。

前記加圧手段を簡素に構成するために本発明は、前記容器が可撓性を有するものとし、前記加圧手段を前記可撓性を有する容器を挟圧し容積を減少させ得る挟み込み装置とすることを特徴とする。

上記加圧手段に有効に適用し得る容器の一例としては、ペットボトルを挙げることができる。

加圧手段により加圧された容器内の液体及び気体を容易に過飽和溶解状態とするためには、前記過飽和溶解状態生成手段が、前記加圧手段により加圧された前記容器を振とうする振とう手段とすることが望ましい。この場合、前記振とう手段の振とうスピードを、１秒間に３〜５往復とすることが好ましい。超音波照射手段の好ましい一例としては、前記容器を収容し得る水槽を有し、この水槽に超音波照射を行う態様のものを挙げることができる。

本発明によれば、簡素な設備や資材を用いつつ、気体の取り扱いも容易にナノバブルが製造できる。その結果、所望量のナノバブル含有液を所要時に容易に入手することができる。

本発明の一実施形態に係る工程説明図。 同実施形態の要部を示す説明図。 同要部を示す説明図。 同実施形態の一工程を示す工程説明図。 同実施形態の一工程を示す他の工程説明図。 同実施形態の要部を示す説明図。 同実施形態の参考例の一工程を示す工程説明図。 本発明の実施例に係るナノバブルの粒径及び濃度を示すグラフ。 同上。 本発明の参考例に係るナノバブルの粒径及び頻度を示すグラフ。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係るナノバブルｎｂの製造方法は、容器２内に液体６及び気体７を封入する封入工程Ｓ１と、封入工程Ｓ１にある前記容器２内の液体６及び気体７を加圧する加圧工程Ｓ２と、加圧工程Ｓ２にある前記容器２内を過飽和溶解状態Ｐとする過飽和溶解状態生成工程Ｓ３と、前記容器２に対し超音波により超音波照射を行う超音波照射工程Ｓ４とを有していることを特徴とする。

そして本実施形態では、かかる製造方法をナノバブル製造装置１により実現している。このナノバブル製造装置１は、液体６及び気体７を封入した容器２を加圧する加圧手段たる挟み込み装置３と、前記加圧手段により加圧された前記容器２内を過飽和溶解状態Ｐとする過飽和溶解状態生成手段と、前記過飽和溶解状態Ｐを経た前記容器２に対し超音波を照射する超音波照射手段４とを具備することを特徴とする。

容器２は、図１、図２、図４〜図７に示すように、ポリエチレンテレフタレート製の一体成形品である容器本体２０と、この容器本体２０の注ぎ口を閉止するための蓋２１とを有する、いわゆるペットボトルとしている。本実施形態では容器本体２０が透明であり、容量が５００ｍｌ程度であるものを図示している。もちろんこの容器本体２０はある程度の可撓性を有することにより、容積を小さくすることが可能である。

また本実施形態の参考例としては、気体７として水素７２や酸素７３を用いたい場合には、図１及び図７に示す発泡手段５を適用することができる。発泡手段５は、所望の気体７を放出し得る発泡性物質たる発泡剤５１と、発泡剤５１を収容する試験管５２と、試験管５２の開口に取りつけられた逆止弁５３とを有している。つまり本実施形態の発泡手段５は、試験管５２外に所望の気体７を放出しつつ、試験管５２内に不要に液体６が流入する不具合を回避し得る構成をなす。

挟み込み装置３は、図１、図３及び図４に示すように、上記容器２を挟み込むことで容器２内を加圧するためのものである。この挟み込み装置３は、本実施形態では対をなす棒状のバー３１と、これらバー３１の一端同士を蝶着するヒンジ３２と、バー３１においてヒンジ３２から所定距離離間した箇所に取りつけられたストッパ３３とを有している。この挟み込み装置３は図４に示すように、対をなすバー３１により容器２を挟み込み、ストッパ３３同士を接続することにより容器２内を加圧する。また後に詳述するが、本実施形態ではこの挟み込み装置３により容器２を加圧した状態で容器２を往復振とうする振とう手段として用いることにより、容器２内を過飽和溶解状態Ｐとする。つまりかかる挟み込み装置３は上記の加圧手段のみならず、本実施形態では過飽和溶解状態生成手段としての役割も担っている。また、挟み込み装置３を振とう手段として機能させる際の振とうスピードを、本実施形態では１秒間に３〜５往復程度としている。

超音波照射手段４は、一般に超音波洗浄機と称されるもので、水槽内に超音波を照射することにより水槽内に配置した容器２に超音波を照射し得るものである。本実施形態ではかかる超音波照射手段４から照射される超音波の周波数を、例えば２８ｋＨｚ〜１００ｋＨｚに設定している。またこの超音波照射手段４は、超音波を照射する時間や超音波の強度を変更し得るものとなっているが、かかる構成に関しては既存の種々の構成を適用し得るため、詳細な説明を省略する。

しかして本実施形態では、上記のナノバブル製造装置１により、空気７１のナノバブルｎｂのみならず、酸素７３や水素７２のナノバブルｎｂを高濃度で含んだ水６０を、所望のときに所望量だけ容易に得ることができる。以下に、本実施形態に係るナノバブルｎｂの製造方法に係る各工程及び手順について説明する。

まず封入工程Ｓ１において、容器２に液体６及び気体７を封入する。本実施形態では液体６として専らミネラルウォーター等の水６０を用いているが、もちろん蒸留水や他の液体６であっても良い。また気体７として空気７１を適用する場合は、容器２内に空気７１が５０ｍｌ程度含まれるよう水６０を入れ、容器本体２０に蓋２１を取りつけて封入する。

そして図１及び図７に示すように、封入工程Ｓ１の参考例としては、容器２内に液体６とともに入れた発泡性物質を発泡させる手順、つまり発泡手段５を挿入する工程としても良い。すなわち、例えば酸素７３や水素７２といった空気７１以外の気体７を用いてナノバブルｎｂを製造することができる。酸素７３や水素７２を放出し得る発泡性物質としては、過炭酸ナトリウム、金属マグネシウム、水素化マグネシウム等をあげることができる。

加圧工程Ｓ２では、挟み込み装置３を用いて容器２を挟み込み凹ませる。これにより、容器２内の気圧が大気圧から例えば４気圧程度に上昇させる。また上記発泡手段５を用いた場合は、発泡後に挟み込み装置３にて加圧するのではなく、挟み込み装置３にて予め容器２の容量を減らした状態で発泡をさせるのが好ましい。こうすることで、後に挟み込み装置３より容器２を取り外した際、容器２内の圧力を大気圧程度まで減圧せしめ、過飽和状態Ｐを実現することが容易となる。

過飽和溶解状態生成工程Ｓ３は、前記加圧工程Ｓ２を経た、換言すれば挟み込み装置３によって容器２を挟み込んだ状態で挟み込み装置３ごと前記容器２を振とうさせる工程である。当該過飽和溶解状態生成工程Ｓ３を経ることにより、容器２内の過飽和溶解状態Ｐが実現される。

前記超音波照射工程Ｓ４では、過飽和溶解状態生成工程Ｓ３を経た前記容器２を挟み込み装置３から取り外して速やかに超音波照射手段４にセットし、超音波を照射する工程である。ここで、挟み込み装置３から取り外された前記容器２内の気圧は大気圧に戻るが、渦飽和溶解状態Ｐは、１０分程度の一定時間維持される。その間に超音波照射工程Ｓ４を実行する。そして当該超音波照射工程Ｓ４では図１に示すように、まず容器２内にマイクロバブルｍｂを生成するマイクロバブル形成工程Ｓ４１が実現される。すなわち容器２内に白濁が確認され、この白濁が、直径１μｍ以上の粒径を有するマイクロバブルｍｂである。しかしてさらに超音波照射を続けると、前記白濁が消失していく。このとき容器２内のマイクロバブルｍｂが圧壊されナノバブルｎｂが形成されるナノバブル形成工程Ｓ４２が実現される。

ここで、本実施形態では、前記加圧工程Ｓ２、前記過飽和溶解状態生成工程Ｓ３及び前記超音波照射工程Ｓ４を複数回、例えば１０回程度繰り返し行うことにより、より多くのナノバブルｎｂを得るようにしている。

以上のようにすることにより、本実施形態に係るナノバブルｎｂの製造方法によれば、加圧状態を実現し得る容器２と超音波を照射し得る手段を用いるのみで、一度容器２に封入した気体７を途中で開放することなくナノバブルｎｂを製造することを実現している。これにより、簡素な設備や資材を用いつつ、気体７の取り扱いも容易にナノバブルｎｂが製造できる。その結果、気体７のロスも回避しつつ所望量のナノバブルｎｂ含有液を所要時に容易に入手することを実現している。

加圧工程Ｓ２を容易に行い得るようにするために本実施形態では、可撓性を有する容器２としてペットボトルを用い、このペットボトルを挟み込む工程としている。上記加圧工程Ｓ２を適用することにより、空気７１によるナノバブルｎｂを容易に製造することが実現される。

さらに、空気７１以外のナノバブルｎｂを製造するために用い得る有効な方法として本実施形態では、封入工程Ｓ１として、容器２内に液体６とともに入れた発泡性物質たる発泡剤５１を発泡させる手順も適用できるようにしている。かかる手順を用いることにより空気７１のみならず、例えば水素７２や酸素７３からなるナノバブルｎｂをも容易に製造することが実現される。

また、本実施形態ではナノバブルｎｂを製造するために容器２内の液体６及び気体７を過飽和溶解状態Ｐとする。この過飽和溶解状態生成工程Ｓ３を、前記加圧工程Ｓ２を経た前記容器２を振とうさせる工程とすることにより、過飽和溶解状態Ｐを容易に実現している。本実施形態ではこのときの振とうスピードを、１秒間に３〜５往復程度とすることにより、より効率的に過飽和溶解状態Ｐを実現している。

さらに本実施形態では、超音波照射工程Ｓ４を、マイクロバブルｍｂが生成された後、さらにこのマイクロバブルｍｂが圧壊されるまで継続して行うことにより、ナノバブルｎｂを効率よく生成している。換言すれば、前記超音波照射工程Ｓ４が、前記容器２内にマイクロバブルｍｂを生成するマイクロバブル形成工程Ｓ４１と、このマイクロバブルｍｂを圧壊しナノバブルｎｂを形成するナノバブル形成工程Ｓ４２とを有するようにした。

特に本実施形態では、液体６内にナノバブルｎｂがより多く形成されるようにするために、前記加圧工程Ｓ２、前記過飽和溶解状態生成工程Ｓ３及び前記超音波照射工程Ｓ４を複数回、例えば１０回程度繰り返し行うようにしている。

そして、上述したナノバブルｎｂの製造方法を実現するためのナノバブル製造装置１は、液体６及び気体７を封入した容器２を加圧する加圧手段である挟み込み装置３と、前記挟み込み装置３により加圧された前記容器２内を過飽和溶解状態Ｐとする過飽和溶解状態生成手段としての挟み込み装置３ごと容器２を振とうした後、前記過飽和溶解状態Ｐにある前記容器２に対し超音波を照射する超音波照射手段４とを具備するという簡素な構成により実現している。

前記加圧手段を簡素に構成するために本実施形態は、前記容器２が可撓性を有するものとし、前記加圧手段を前記可撓性を有する容器２を挟圧し容積を減少させ得る挟み込み装置３を適用している。

上記加圧手段つまり挟み込み装置３に挟み込んで容易且つ有効に加圧し得る容器２の一例としては、容量が５００ｍｌ程度の市販の飲料の容器２として使用されているペットボトルを用いている。つまり入手も容易なものを容器２として適用することで、より簡便にナノバブルｎｂを生成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

例えば、上記実施形態では液体として専ら水を適用した態様を開示したが、勿論、適用する液体の範囲を限定するものではない。また上記実施形態では挟み込み装置を加圧手段の一例として開示したが、例えば容器を所定の縮小形状に維持し得るように構成し、封入工程の後容器を縮小形状とする態様を適用しても良い。また超音波照射手段による照射時間や加圧する強度といった具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

以下に、本発明の各実施例について詳述する。なお以下の各実施例は本発明を何ら限定するものではない。

＜実施例１：大気を用いてナノバブルを形成する方法＞
炭酸飲料用のペットボトルにミネラルウォーターを注ぎ、図１及び図２のように５０ｃｃ程度空気をいれた状態で、蓋を閉める。続いて、図３に示すように蝶番と二つの棒からなる挟み込み装置で、図４のようにペットボトルを挟み込み、ペットボトル内の大気の要領が１０ｃｃ程度になるようにする。これにより、ペットボトル内の圧力が３〜４気圧にまで上昇する。

続いて挟み込み装置を下に向け、ペットボトルの先端部と底部が円弧を描くように左右に回転させる。１秒間に３〜５回往復程度の速さで左右にペットボトルを振とうさせ、この動作を１０秒程度続けると、ペットボトル内のミネラルウォーターに、空気が過飽和溶解状態で溶解することになる。これはヘンリーの法則に従って、空気の溶解度が増大したことによる。

そして挟み込み装置からペットボトルを取り外すと、ペットボトル内の圧力が大気圧に戻るが、ミネラルウォーターに溶けた空気は、しばらくの間、過飽和溶解状態を維持する。この状態で、図５のようにペットボトルを超音波洗浄機に入れる。

ここで、１、２秒の間超音波を照射すると、図６のように超音波によって液体中に溶解していた大気がマイクロバブルになって、一気に放出し始める。この様子は、ペットボトル内の液体が白濁することから容易に確認ができる。同図は、超音波洗浄機からペットボトルを取り出し、白濁の状況を図示したものである。

ペットボトル内の液体が白濁したのを確認したら、超音波を再度１０秒程度照射する。そうすると、マイクロバブルが超音波によって圧壊され、図１のように、ミネラルウォーターが徐々に透明になっていくのが確認される。このとき、ナノバブルが形成されることになる。

マイクロバブルは負のゼータ電位をもつことが知られており、ミネラルウォーター内のカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの各種イオンはマイクロバブル表面にひきつけられている。マイクロバブルを超音波によって急激に圧壊すると、これらのイオンは液体中に逃げ出すことが出来ず、マイクロバブルの表面にひきつけられたまま、圧縮していく。これによりｓｏｌｔｉｎｇ−ｏｕｔ現象が起こり、ナノバブルが安定化する。これは、特許第４１４４６６９号公報（ナノバブルの製造方法）に指摘されている通りである。

超音波照射を行うと、マイクロバブル、ナノバブルが形成されると同時に、液体からの脱気が起こり、過飽和が維持できなくなる。そのため、超音波を再度照射しても、マイクロバブルによる白濁が生じなくなる。しかしながら、図３の挟み込み装置でペットボトルを再度挟み込み、内圧を上昇させ、左右の回転振とうを行えば、気体の過飽和溶解状態を容易に復帰することができる。挟み込み操作、超音波によるマイクロバブルの発生、ナノバブルの形成を繰り返すことで、ナノバブル濃度を上昇させることができる。

実際にナノバブルが発生したかどうかを確認するために、光散乱法を利用したナノ粒子測定装置（ＮａｎｏＳｉｇｈｔ ＬＭ−２０）による測定を行った。まず原料水であるミネラルウォーター（商品名ｖｉｔｔｅｌ、カルシウム９４ｍｇ／ｌ、マグネシウム２０ｍｇ／ｌ）について測定を行ったところ、ナノバブルは全く検出されなかった。なお、ミネラルウォーターは、各種のフィルターを通してボトリングされているため、コンタミと呼ばれる小さなゴミが少なく、サンプルとして良好である。

次に上記の操作を１回だけ行って測定をしたところ、図８に示すように、粒径９６ｎｍに頻度のピークをもつ空気ナノバブルが、１ｃｃあたり３０００万個形成されたことが確認された。

上記の操作を１０回行った後、ナノバブルの粒径頻度、濃度を測定した結果を図９に示す。粒径１３８ｎｍに頻度のピークをもつ空気ナノバブルが、１ｃｃあたり１．９億個形成されたことがわかる。この値は、高圧ポンプを利用した各種のナノバブル製造装置が生成できるナノバブル濃度と同程度か、もしくはそれ以上である。

ここで本実施例に対応する比較例としてあげられるものとして述べる。ＩＤＥＣ社のｎａｎｏＧＡＬＦが発生できるナノバブルは、１億個／ｃｃとされている。またＬｉｇａｒｉｃ社（旧 協和機設）のバヴィダスも、同じくナノバブル総数１億個／ｃｃとされている。現時点で最も濃度の高いナノバブルは、ＮＡＮＯＸ社のｎａｎｏＱｕｉｃｋによって達成されている７億個／ｃｃであるが、今回のペットボトルによって発生させたナノバブル濃度１．９億個／ｃｃとさほど変わらない濃度といえる。ちなみに、これらの製品の値段は、何れも５００万円から１０００万円程度である。また上記した測定は、全てＮａｎｏＳｉｇｈｔによっておこなわれている。（参考ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｄｅｃ．ｃｏｍ／ｊｐｊａ／ｎｅｗｓ＿ａｎｄ＿ｅｖｅｎｔｓ／ｐｒｅｓｓ＿ｒｅｌｅａｓｅ／１０／ＰＲ１１０１０５．ｈｔｍｌ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｉｇａｔｅｃ．ｃｏ．ｊｐ／ｄａｔａ．ｐｈｐ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｎｏ”ｘ．ｃｏ．ｊｐ／ｎａｎｏｂｕｂｂｌｅ／）
なお、今回ペットボトルにて発生させたナノバブルの粒径の頻度は、１３８ｎｍにピークをもつが、１００ｎｍ以下の極めて微細なナノバブルも形成されていることがわかる。

＜参考例２：大気以外の特定の気体をナノバブルにする方法１＞
ここでは、気体として水素を例にとって説明をする。水素を高濃度に溶解させた水（水素水）を生成する方法として、特許第４６５２４７９号公報（生体適用液への選択的水素添加器具）が存在する。この方法では、ペットボトルをミネラルウォーターで満たした後、図７のように水素発生剤を封入したチェックバルブ付きのプラスチック製試験管をいれ、蓋を閉じる。

ところで、この状態から数分すると、水素発生剤から発した水素が徐々にペットボトル内にたまり、同時に内圧が４気圧程度にまで上昇する。この状態でペットボトルを手に取り、左右に振とうさせることで水素の過飽和溶解状態を作ることが出来る。１気圧での水素の過飽和度は１．６ｐｐｍだが、圧力が高まっているため、ヘンリーの法則により、５ｐｐｍまで水素を溶解させることが可能である。

しかして本参考例では、水素が単に溶解しているのではなく、水素のナノバブルを形成するのが目的である。そのため、ペットボトルをあらかじめ図３の挟み込み装置に挟んだ状態で、換言すれば、ペットボトルの容量が予め５００ｃｃより少なくするように調整して、ミネラルウォーターを満たす。そこに水素発生剤を入れたチェックバルブ付き試験管をいれ、蓋をしめる。数分すると、上記したと同じ現象が起こり、ペットボトル内に水素がたまると同時に、内圧が４気圧程度にまで上昇する。

この状態で、挟み込み装置を下にむけて、左右に回転振とうすることで、水素がミネラルウォーターに過飽和溶解状態で溶解することになる。

この状態で、挟み込み装置からペットボトルを外すと、ペットボトルの容積が増えるため、ペットボトルの内圧が大気圧程度にまで下がる。一方、空気を用いた実験と同様、水素の過飽和溶解状態は維持されている。

ここで、ペットボトルを超音波洗浄機に入れ、１、２秒の間超音波を照射すると、超音波によってミネラルウォーターに溶解していた水素がマイクロバブルとなって、一気に放出しはじめる。この様子は、ペットボトル内の液体が白濁することから容易に確認ができる。ペットボトル内の液体が白濁したのを確認したら、超音波を再度１０秒程度照射する。そうすると、マイクロバブルが超音波によって圧壊され、液体が透明になるのが、確認される。このとき、ナノバブルが形成されることになる。

超音波の照射によって、マイクロバブル、ナノバブルが生成されると同時に、脱気が起こり、水素の過飽和溶解状態が維持できなくなる。しかしながら、挟み込み装置でペットボトルを挟み込むことで、再度内圧を上昇させ、左右の回転振とうを行えば、いつでも過飽和溶解状態を取り戻すことができる。この操作と、超音波によるマイクロバブルの発生、ナノバブルの形成を繰り返すことで、ナノバブル濃度を上昇させていくことができる。

実際に上記の操作を１０回行った後、光散乱法を利用したナノ粒子測定装置（ＮａｎｏＳｉｇｈｔＬＭ−２０）をつかってナノバブルの粒径、濃度を測定した結果、図１０に示すように、粒径１７６ｎｍに頻度のピークをもつ水素ナノバブルが１ｃｃあたり３．１億個形成されたことがわかった。上記操作が１回の場合、ナノバブル濃度は空気の場合と同様で数千万個／ｃｃであった。操作を繰り返すことにより、水素ナノバブルの濃度を少なくとも３．１億個／ｃｃまで上昇できることが確認された。粒径の頻度は、１７６ｎｍにピークを持つが、１００ｎｍ以下の極めて微細なナノバブルも形成されていることがわかる。

重要な点として、十分な濃度のナノバブルを得た後、ペットボトルをもう一度挟み込み装置で挟み、円弧を描くような左右の振とうを行えば、水素の過飽和溶解状態を形成することができることを指摘しておく。すなわち、５ｐｐｍ程度の高濃度の水素水中のナノバブルが入った液体を準備することが可能となる。

本参考例の比較例として対比できる、現在製品として市販されているLeeway社のナノバブル水素水は、１ｃｃあたり水素ナノバブルが１５００万個とされている。また溶解している水素は１ｐｐｍとされている。ここで提案した方法を用いると、高価な機材を用いることもなく、２０倍も濃度が高い水素ナノバブルが生成できることがわかる。さらに溶け込んでいる水素の量も５ｐｐｍ程度と数倍高いものが得られる。

最後に、ここで示した方法が、水素に限るものではなく、試験管内の反応によって生成できる気体であれば、どれもがナノバブル生成の対象となり得ることを付記する。ごく簡単な例として、純粋な酸素を生成する薬剤が市販されているが、こうしたものを用いることで、純粋な酸素ナノバブルを生成することも可能である。

＜参考例３：大気以外の特定の気体をナノバブルにする方法２＞
上記した方法は、水素の発生にあたり、特殊な薬剤を必要とする。一方、はじめに説明した大気をナノバブルにする方法は、極めて普遍的な方法であり、対象とする気体を発生する手法さえあれば、大気以外の特定の気体をナノバブルにすることが可能である。

たとえば、水素、酸素の場合は、水の電気分解によって生成が可能であり、ミネラルウォーターを満たした水槽中で、５０ｃｃ程度の気体をペットボトル内に誘導し、水槽内で栓をすれば、あとは空気と同じ手法でナノバブルの生成が可能である。水の電気分解を容易に行う方法として、燃料電池を用いることが考えうる。

もちろん、ボンベに封入された各種気体を、同様の方法でペットボトル内に注入し、栓をすれば、ナノバブルの生成が可能である。

本手法は、原料となる気体としてわずか５０ｃｃ程度しか必要としない。それゆえ、水素、メタンに代表される可燃性気体を用いる場合も、従来の手法に比べて高い安全性を確保することができる。また、高価な気体を対象とする場合も、原料を無駄にすることなくナノバブル化できることが大きな利点としてあげられる。

本発明はナノバブルを製造する方法及び装置として利用することができる。

２…容器
３…加圧手段（挟み込み装置）
４…超音波照射手段
６…液体
７…気体
Ｓ１…封入工程
Ｓ２…加圧工程
Ｓ３ 過飽和溶解状態生成工程
Ｓ４…超音波照射工程
Ｐ…過飽和溶解状態

Claims (7)

1. 可撓性を有する容器内に水及び空気を封入する封入工程と、
   前記封入工程にあり且つ内部の前記空気により内圧がかかっていない状態にある前記容器内の水及び空気を、前記容器を挟み込む対をなす棒状のバーとこれらバーの一端同士を蝶着するヒンジとを備えた加圧手段である挟み込み装置で前記容器を挟み込むことのみにより加圧する加圧工程と、
   前記加圧工程にある前記容器内を前記挟み込み装置による挟み込みを解除して過飽和溶解状態とする過飽和溶解状態生成工程と、
   前記挟み込み装置から取り外された前記容器に対し超音波により超音波照射を行う超音波照射工程とを有しており、
   前記過飽和溶解状態生成工程は、前記容器を往復振とうする振とう手段としても機能する前記挟み込み装置によって前記加圧工程を経た前記容器を挟み込んだ状態で前記挟み込み装置ごと前記容器を振とうさせる工程を備えており、
   前記加圧工程、前記過飽和溶解状態生成工程及び前記超音波照射工程を複数回繰り返し行うことによりナノバブルを得るようにしているナノバブルの製造方法。
2. 前記超音波照射工程が、前記容器内にマイクロバブルを生成するマイクロバブル生成工程と、このマイクロバブルを圧壊しナノバブルを形成するナノバブル形成工程とを有している請求項１記載のナノバブルの製造方法。
3. 前記加圧工程、前記過飽和溶解状態生成工程及び前記超音波照射工程を複数回繰り返し行う当該繰り返し回数を１０回以上としている請求項１又は２記載のナノバブルの製造方法。
4. 前記容器がペットボトルである請求項１、２又は３記載のナノバブルの製造方法。
5. 前記振とう手段の振とうスピードを１秒間に３〜５往復としている請求項１、２、３又は４記載のナノバブルの製造方法。
6. 前記超音波照射工程が、超音波照射手段を用いるものであり、
   前記超音波照射手段が、前記容器を収容し得る水槽を有し、この水槽内に配置した前記容器に超音波照射を行うものである請求項１、２、３、４又は５記載のナノバブルの製造方法。
7. 請求項１、２、３、４、５又は６に記載のナノバブルの製造方法に用いられるナノバブル製造装置であって、
   液体及び気体を封入した容器を加圧する加圧手段と、
   前記加圧手段により加圧された前記容器内を過飽和溶解状態とする過飽和溶解状態生成手段と、
   前記過飽和溶解状態を経た前記容器に対し超音波を照射する超音波照射手段とを具備し、
   前記容器が可撓性を有するものであり、前記加圧手段が前記可撓性を有する容器を挟圧し容積を減少させ得る挟み込み装置であることを特徴とするナノバブル製造装置。

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