JP6957046B2 - 微細気泡水生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロバブルやナノバブルと称される微細気泡を被覆膜剤で覆い、中空ナノカプセルを生成する微細気泡水生成装置に関するものである。

気泡が微細なマイクロバブルやナノバブル（以下、微細気泡と称する。）は、ファインバブルとも称され、様々な分野で活用されている。例えば、液体中に発生させた微細気泡の表面に重合反応等によって殻を形成させた中空マイクロカプセルを生成することが知られている。中空マイクロカプセルの殻の材料としては、体内で分解できる生分解高分子が使用できるため、体内への導入可能であり、血管造影剤等の応用範囲が広く研究されている。

例えば、特許文献１には、ガスを０．２０ＭＰａ（２気圧）以上で液体中に溶解させ、その後減圧し発泡させることで液体中に分散させた微細気泡の気液界面で重合反応をさせ、気泡サイズによる浮力の違いから生じる上昇速度の違いに基づいて、ほぼ同じサイズの気泡を選別して１００ｎｍ〜１００μｍの大きさを持つ中空のマイクロカプセルを製造する方法が記載されている。

また、特許文献２には、槽に満たされた液体の中に超音波放射面が配置された振動体と、振動体上の気体放出口より振動体の周囲に気体を供給する気体供給手段を有し、気体放出口に供給された気体が、気体放出口の周辺に気液界面を形成し、振動体により生じる気体放出口付近での強い超音波を受け、気液界面から直接、あるいは一度放出した気泡の更なる分裂を経て、多量の微小気泡を生成する微小気泡発生装置および発生法が記載されている。この微小気泡は、中空マイクロカプセル生成技術などに有効であると記載されている。

特開２００７−２１３１５号公報 特開２０１１−５０８３２号公報

従来の中空マイクロカプセルは、生分解性高分子溶液中に微細気泡を発生させ、周囲に重合反応等によって高分子の殻を形成することで、生成される。そのため、高分子の殻が微細気泡の縮小を阻害するので、中空マイクロカプセルの内圧は微細気泡が生成されたときの圧力のままであり、被覆膜剤が高分子系に限られる。また、微細気泡が生成されたときの内圧のままの中空マイクロカプセルでは、圧壊の程度が低く、微細気泡水の容量が同じであれば、気泡サイズの大きい中空マイクロカプセルでは、その微細気泡水に含まれる数も少ない。そのため、中空マイクロカプセルの性能を有効に発揮させることは難しい。

そこで本発明は、高い性能を有する中空ナノカプセルが発生できる微細気泡水生成装置を提供することを目的とする。

本発明の微細気泡水生成装置は、原水に気体を微細化した微細気泡を混合して微細気泡水として送水する微細気泡混合器と、前記微細気泡混合器からの微細気泡水の微細気泡に一方の電位を帯電させる電位付与器と、前記電位付与器からの微細気泡水における微細気泡の気液界面への付着により被覆する液状の被覆膜剤であり、表面張力により縮小した微細気泡を中空ナノカプセルとして機能させるための被覆膜剤を供給する被覆膜剤供給部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、微細気泡混合器により微細気泡を発生させ、電位付与器により周囲に強い一方の電位を帯電させる。そうすることで、一方の電位に帯電した微細気泡と他方の電位に帯電した微細気泡とが引き寄せられ接触することで微細気泡同士が結合してしまうことが防止できる。そして、被覆膜剤供給部により供給された被覆膜剤を、一方の電位に帯電させた微細気泡に吸着させる。微細気泡が表面張力により、縮小するなかで被覆膜の密着度が高まり、気体の漏れを防止する。また、微細気泡が縮小することで、気体が圧縮され、内圧が高まる。従って、微細気泡内の気体の容量が減少しない状態で中空ナノカプセルを生成することができる。

前記電位付与器からの中空ナノカプセルを含む微細気泡水が流れる中空糸および前記中空糸を収容する本体ケースを有する中空ナノカプセル吸着貯蔵容器と、前記中空糸を他方の電位に帯電させ、前記中空ナノカプセルを前記中空糸に吸着させ、貯蔵するための静電気発生器を備えたものとすることができる。

前記微細気泡混合器から前記電位付与器および前記被覆膜剤供給部を介して送水された微細気泡水を貯留する貯蔵タンクを備え、前記貯蔵タンクが前記微細気泡混合器に配管に接続されることで、微細気泡水を周回させる第１流路が形成されたものとすることができる。
第１流路を微細気泡水が循環することで、微細気泡水に含まれる微細気泡の気泡サイズをより細かなものとすることができる。

前記中空ナノカプセルが通過する中空糸および前記中空糸を収容する本体ケースを有する中空ナノカプセル吸着貯蔵容器と、前記中空糸を他方の電位に帯電させる静電気発生器を備えたものとすることができる。
中空糸が他方の電位に帯電しているため、一方の電位に帯電した微細気泡は中空糸に引き寄せられ、補足される。従って、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器の中空糸に大量の微細気泡水に含まれる微細気泡を大量に貯蔵することができる。

前記電位付与器および前記被覆膜剤供給部を介して送水された微細気泡水を、前記貯蔵タンクへ流す配管が接続された一方の流出ポートと、前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に通じる配管が接続された他方の流出ポートとへの流路を切り替える三方弁を備え、前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器が前記貯蔵タンクに配管により接続され、前記三方弁の流路が前記他方の流出ポートに切り替えられ、前記微細気泡混合器を停止させた状態で、中空ナノカプセルを含む微細気泡水を周回させる第２流路が形成されたものとすることができる。
三方弁の流路が他方の流出ポートに切り替えられた第２流路を、微細気泡混合器が停止した状態で微細気泡水が循環することで、微細気泡混合器による新たな気泡サイズの大きい微細気泡を混合させることなく、微細気泡水に含まれる中空ナノカプセルとなった一方の電位に帯電した微細気泡を、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に順次溜め込むことができる。従って、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器内の微細気泡水に、大量の中空ナノカプセルを含ませることができるので、高い濃度の中空ナノカプセルを含む微細気泡水を生成することができる。

前記第１流路に微細気泡水を所定時間周回させた後に、前記三方弁を前記第１流路から前記第２流路に切り替える制御装置を備え、前記制御装置は、前記三方弁を前記第１流路から前記第２流路に切り替える前に、前記貯蔵タンク内の微細気泡水の微細気泡が縮小することにより被覆膜剤を吸着させた中空ナノカプセルを生成させるために、微細気泡水の周回を停止させるものとすることができる。
そうすることで、微細気泡混合器による新たに気泡サイズの大きい微細気泡を混合させることなく、貯蔵タンク内の微細気泡を縮小させ、中空ナノカプセルとすることができる。

前記微細気泡混合器は、気体を微細化しながら原水に混合する複数の混合器が直列に接続され、前記複数の混合器には、異なる複数の気体を送気する配管が接続されたものとすることができる。
原水に気体を一度に混合すると、原水が気体を溶解し難くなるため、複数の混合器が直列に接続されて順番に気体の量を分けて混合することで、多くの量の気体を液体に溶解させたり、液体中に微細気泡として浮遊させたりすることができるため、気体の溶解量や微細気泡の数量を増加させることができる。このとき、複数の混合器に、異なる複数の気体を送気する配管が接続されているため、気体と他の気体とを微細気泡として混合した微細気泡水を生成させることができる。

前記被覆膜剤供給部を、複数種類の被覆膜剤を供給するものとすることができる。複数種類の被覆膜剤が供給できれば、複数の機能を有する被覆膜剤を微細気泡水に混合することができ、高機能な中空ナノカプセルが生成できる。

本発明の中空ナノカプセル吸着貯蔵容器は、微細気泡混合器により生成された原水に気体を微細化した微細気泡を混合した微細気泡水に、電位付与器からの一方の電位を付与することにより帯電させた微細気泡であり、被覆膜剤供給部から液状の被覆膜剤を供給して、表面張力により縮小した微細気泡を中空ナノカプセルとして機能させた微細気泡が流れる中空糸と、前記中空糸を収容し、前記中空糸を他方の電位に帯電させ、中空ナノカプセルを前記中空糸に吸着し、貯蔵するための静電気発生器が接続された本体ケースとを備えたことを特徴とする。

本発明の微細気泡水生成装置によれば、液状の被覆膜剤が周囲に付着して縮小した微細気泡を中空ナノカプセルとして生成することができるので、高い性能を有する中空ナノカプセルを発生できる。

本発明の実施の形態に係る微細気泡水生成装置を示す図である。 図１に示す微細気泡水生成装置の磁気高圧処理器を説明するための図であり、（Ａ）は磁気高圧処理器およびダンバーの断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す高圧スリーブの流量調整金具の断面図、（Ｃ）は（Ｂ）に示す流量調整金具における蓋部の正面図である。 図１に示す中空ナノカプセル吸着貯蔵容器の断面図および中空糸の拡大図である。 中空ナノカプセルを説明するための図であり、（Ａ）はサイズがマイクロバブルであるときの微細気泡を示す図、（Ｂ）が（Ａ）に示す微細気泡に静電気が付与された状態の図、（Ｃ）は（Ｂ）に示す微細気泡に被覆膜剤が吸着した状態の図、（Ｄ）は（Ｃ）に示す微細気泡が縮小した状態の図である。

本発明の実施の形態に係る微細気泡水生成装置を図面に基づいて説明する。なお、図１に示す微細気泡水生成装置１０では、各所に逆止弁が配置されているが、説明は省略している。
図１に示すように、微細気泡水生成装置１０は、第１の気体と第２の気体とを微細化した微細気泡を原水とした水に混合し、薬液や有用成分の溶液による殻を形成した中空ナノカプセルを生成するものである。

第１の気体は、水素ガス、空気とすることができる。また、第２の気体は、酸素ガス、炭酸ガス、空気とすることができる。
第１の気体と第２の気体との組み合わせは、第１の気体を水素ガスとしたときには第２の気体を酸素ガスとすることができる。また、第２の気体を炭酸ガスとして、第１の気体の水素ガスと組み合わせることができる。更に、第１の気体のみとしたり、第１の気体の水素ガスまたは空気に、第２のガスの酸素ガス、炭酸ガスまたは空気のいずれかを組み合わせたりすることもできる。

微細気泡水生成装置１０では、この第１の気体が貯留された貯留容器である第１ボンベＢ１と、第２の気体が貯留された貯留容器である第２ボンベＢ２により気体が供給される。
第１ボンベＢ１は、配管Ｐ１１により調整弁Ｖ１に接続されている。調整弁Ｖ１は、配管Ｐ１２により微細気泡混合器２０に接続されている。また、第２ボンベＢ２は、配管Ｐ２１により調整弁Ｖ２に接続されている。調整弁Ｖ２は、配管Ｐ２２により微細気泡混合器２０に接続されている。調整弁Ｖ１，Ｖ２は、三方向自動弁である。

微細気泡混合器２０は、複数の混合器として、第１混合器２１と、第２混合器２２と、ターボミキサー２３とを備え、これらが直列に接続されている。第１混合器２１には、原水である水が貯留される気密性を有する密封タンクである貯蔵タンクＴが配管Ｐ１３により接続されている。

配管Ｐ１２には、第１ボンベＢ１から微細気泡混合器２０に流れる流量を測定する流量計２４ａ，２４ｂが配置されている。また、配管Ｐ２２には、第２ボンベＢ２からから微細気泡混合器２０に流れる流量を測定する流量計２４ｃが配置されている。ターボミキサー２３の下流側には、配管Ｐ３１により高圧ポンプ３０に接続されている。

高圧ポンプ３０は、微細気泡混合器２０からの微細気泡水を圧送する送水ポンプである。高圧ポンプ３０は、微細気泡水に、例えば、１．５ＭＰａ〜９ＭＰａの圧力を付与するものが使用できる。本実施の形態では、高圧ポンプ３０として、無給油式真空ポンプを採用している。高圧ポンプ３０の下流側には、配管Ｐ３２により磁気高圧処理器４０に接続されている。

図２（Ａ）に示すように、磁気高圧処理器４０（磁気処理器）は、高圧ポンプ３０から微細気泡水が流れ込む導水管４１と、導水管４１からの微細気泡水が通過する配管となる高圧スリーブ４３と、高圧スリーブ４３を挟んで異極同士を対向させた一対の磁石４２ａ，４２ｂと、一対の磁石４２ａ，４２ｂの間に配置された高圧スリーブ４３に設けられた誘電体の一例であるトルマリン４４とを備えている。

図２（Ａ）に示すように、導水管４１の下流側には、流量調整金具４１１が装着されている。流量調整金具４１１は、図２（Ｂ）および同図（Ｃ）に示すように、導水管４１の先端に嵌め込まれる円筒部４１１ａと、円筒部４１１ａの下流側の端部に設けられた蓋部４１１ｂとを備えている。蓋部４１１ｂには、管路の軸線を中心にして放射状に小径の貫通孔４１１ｃが形成されている。

図２（Ａ）に示すように、磁石４２ａは、Ｎ極を高圧スリーブ４３側に向けて配置された永久磁石である。高圧スリーブ４３を挟んで磁石４２ａと反対側に位置する磁石４２ｂは、Ｓ極を高圧スリーブ４３側に向けて配置された永久磁石である。磁石４２ａ，４２ｂは、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石が使用できる。磁石４２ａ，４２ｂは、電磁石でもよい。磁石４２ａ，４２ｂは、電磁石としたときには、磁気が一定方向を向くように電流を流してもよいし、磁気が交互に入れ替わるようにして電流を流してもよい。

高圧スリーブ４３は、磁気透過な材質のもので形成されている。例えば、高圧スリーブ４３は、樹脂製とすることができる。
トルマリン４４は、電気石とも称される鉱物である。トルマリン４４は、球体状に形成され、高圧スリーブ４３と、高圧スリーブ４３の上流側に位置する導水管４１の流量調整金具４１１および後述するダンパー５０の流量調整金具５２（図２（Ａ）参照）とに囲まれた空間に、互いが接触した状態で収納されている。

導水管４１には、流量調整金具４１１を被せるように、高圧スリーブ４３が接続されている。高圧スリーブ４３の下流側の端部４３ａには、下流方向に向かって拡径するダンパー５０の上流側の端部５１が嵌め込まれるようにして接続されている。
高圧スリーブ４３の下流側の端部４３ａとダンパー５０の上流側の端部５１との間の流路には、流量調整金具５２がダンパー５０の上流側の端部５１に被さるように配置されている。
流量調整金具５２は、流量調整金具４１１と同様に、円筒部５２ａと、管路の軸線を中心にして放射状に小径の貫通孔５２ｃが形成された蓋部５２ｂとを備えている。

図１に示すように、ダンパー５０の下流側には、通過する微細気泡水を撹拌する撹拌器５３が接続されている。この撹拌器５３には、電位付与器６１が接続されている。
電位付与器６１は、微細気泡混合器２０からの微細気泡水の微細気泡に一方の電位を帯電させるものである。本実施の形態では、電位付与器６１は、微細気泡を静電気により帯電させ、帯電した微細気泡の中から、一方の電位の微細気泡を排出することで、一方の電位の微細気泡を得るものとしている。電位付与器６１は、例えば、株式会社ＴＡＭＵＲＡ社製の「ディレカ」が使用できる。

電位付与器６１には、配管Ｐ３３により三方弁Ｖ３が接続されている。
三方弁Ｖ３の一方の流出ポート側であるが、配管Ｐ４１により撹拌器６３に接続されている。また、撹拌器６３は、配管Ｐ４２により貯蔵タンクＴに接続されている。配管Ｐ４１と配管Ｐ４２との間には、被覆膜剤供給部９０が接続されている。

被覆膜剤供給部９０は、薬液や有用成分の溶液などの液状の被覆膜剤を貯留する輸液バッグ９１と、輸液バッグ９１からの流れを通過させたり、閉鎖させたりする二方向自動弁Ｖ４と、二方向自動弁Ｖ４からの流量を調整する調整弁Ｖ５と、被覆膜剤供給部９０を配管Ｐ４１，Ｐ４２に接続するためのアスピレータ９２とを備えている。
被覆膜剤は、ビタミン等の栄養剤、抗ガン剤、酵素剤等の液状の溶液であれば使用することが可能である。

一方、図１に示す三方弁Ｖ３の他方の流出ポート側には、配管Ｐ５１により紫外線殺菌装置７１と、小型フィルタ７２と、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０とが順次接続され、配管Ｐ５２により貯蔵タンクＴに接続されている。紫外線殺菌装置７１は、微生物を死滅させるためのものである。小型フィルタ７２は、不純物を除去するためにものである。

ここで、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０について、図３に基づいて詳細に説明する。
図３に示す中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０は、本体ケースである中空の筒状部８１と、筒状部８１の内部に長さ方向に沿って配置された中空糸８２とを備えている。
筒状部８１は、図１に示す三方弁Ｖ３から紫外線殺菌装置１７と小型フィルタ７２とを介して繋がる配管Ｐ５１が接続された注入口８１ａが一端側に形成され、貯蔵タンクＴへの配管Ｐ５２が接続された排出口８１ｂが他端側に形成されている。筒状部８１の一端側の周面および他端側の周面から突出し、微細気泡水（中空ナノカプセル）を流入させ、排出させるために内部に連通した突出管８１ｃ，８１ｄには、開口をキャップ８３が閉鎖している。
筒状部８１には、中空糸８２にプラス電位を付与するために、静電気発生器６２（図1参照）が接続されている。

中空糸８２は、両端に開口部が形成され、筒状部８１の注入口８１ａからの微細気泡水が一端に流入し、中空糸８２の他端からの微細気泡水が排出口８１ｂへ流出するように、筒状部８１に接続されている。本実施の形態では、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０は、血液透析の際に使用されるダイアライザー（血液透析濾過器）が使用でき、中空糸８２は多孔質中空糸により形成されている。例えば、多孔質中空糸の微細孔８２ａが最大で約１５ｎｍ、内径が１８０μｍ、外径が２１０μｍのものを使用している。
中空糸８２は、例えば、ポリスルホン、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）などから形成されている。
中空糸８２の微細孔８２ａが最大でも約１５ｎｍであるため、１５０μｍ程度の微細気泡が微細孔８２ａから漏れ出ることがない。
筒状部８１には、生理食塩水が満たされ、中空糸８２の周囲を覆っている。なお、本実施の形態では、生理食塩水が筒状部８１に充填されているが、静電気を中空糸８２に透過、伝達させるものであれば他のものでもよい。

図１に示す微細気泡水生成装置１０では、自動弁である、調整弁Ｖ１，Ｖ２と、三方弁Ｖ３、二方向自動弁Ｖ４、調整弁Ｖ５の開閉、流量調整を、弁制御信号により制御する制御装置Ｓを備えている。
制御装置Ｓは、駆動系装置である、第１混合器２１、第２混合器２２、ターボミキサー２３、高圧ポンプ３０、撹拌器５３，６３の始動および停止を、駆動系制御信号により制御する機能を備えている。

このように微細気泡水生成装置１０が構成されることで、マイクロバブルに殻を形成した中空マイクロカプセルを生成する第１流路Ｒ１と、中空マイクロカプセルの微細気泡が縮小して更に微細な気泡としたナノバブルに殻が形成された中空ナノカプセルが周回して、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０にて捕捉する第２流路Ｒ２とが形成される。
第１流路Ｒ１は、貯蔵タンクＴから、第１混合器２１、第２混合器２２、ターボミキサー２３、高圧ポンプ３０，磁気高圧処理器４０、ダンパー５０，撹拌器５３、電位付与器６１、三方弁Ｖ３に至り、アスピレータ９２，撹拌器６３から貯蔵タンクＴに戻る経路である。

また、第２流路Ｒ２は、第１流路Ｒ１と、貯蔵タンクＴから、第１混合器２１、第２混合器２２、ターボミキサー２３、高圧ポンプ３０，磁気高圧処理器４０、ダンパー５０，撹拌器５３、電位付与器６１、三方弁Ｖ３まで共通し、紫外線殺菌装置７１、小型フィルタ７２、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０から貯蔵タンクＴに戻る経路である。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る微細気泡水生成装置１０の動作および使用状態を図面に基づいて説明する。
（第１流路の周回）
まず、制御装置Ｓが、三方弁Ｖ３の流路を第１流路Ｒ１の方向に向けて、中空マイクロカプセルルートを形成する。
第１ボンベＢ１に貯留された第１の気体は、第１ボンベＢ１が開栓され、制御装置Ｓにより調整弁Ｖ１の開放が指示されることで、配管Ｐ１１を通じて送気される。
また、第２ボンベＢ２に貯留された第２の気体は、第２ボンベＢ２が開栓され、制御装置Ｓにより調整弁Ｖ２が開放指示されることで、配管Ｐ２１を通じて送気される。
微細気泡混合器２０内の複数の混合器（第１混合器２１、第２混合器２２およびターボミキサー２３）には、調整弁Ｖ１，Ｖ２により調整された流量の第１，２の気体が流入する。
第１混合器２１には、貯蔵タンクＴに接続された配管Ｐ１３により、貯蔵タンクＴに貯留された原水が吸い上げられて流入する。例えば、原水は純水としたり、水道水としたり、様々な水溶液が使用できる。

第１混合器２１により、原水に第２の気体が混合されることで大きな泡状となった第２の気体を混合した気泡水が、第２混合器２２に流入する。
第２混合器２２では、第１混合器２１からの気泡水に、第１の気体が更に混合される。第２混合器２２により、第２の気体が更に細かな気泡となると共に、第１の気体が気泡となって気泡水に混合され、混合気泡水となってターボミキサー２３に流入する。

ターボミキサー２３では、内部で撹拌用のブレードが回転することで発生した負圧により、第２混合器２２からの混合気泡水と、流量計２４ｂにより流量が調整された第１の気体とを吸引し、ブレードにより撹拌して、第１の気体を微細化すると共に、混合気泡水に溶解させる。これにより、混合気泡水は、第１の気体が混合気泡水に溶解して第１の気体の濃度が上がった微細気泡水となる。この微細気泡水は、高圧ポンプ３０により磁気高圧処理器４０に圧送される。

このように、直列に接続された複数の混合器（第１混合器２１、第２混合器２２およびターボミキサー２３）に、第１の気体を送気する配管Ｐ１１，Ｐ１２および第２気体を送気する配管Ｐ２１，Ｐ２２が接続されているため、気体の量を分けて、液体に溶解させたり、液体中に微細気泡として浮遊させたりすることができる。従って、気体の溶解量や微細気泡の数量を増加させることができる。

また、配管Ｐ１２，Ｐ２２には、流量計２４ａ〜２４ｃが設けられているため、第１混合器２１、第２混合器２２およびターボミキサー２３のそれぞれにて混合させる第１の気体および第２の気体の流量を微調整することができる。
第１の気体と第２気体とは、いずれか一方または両方の選択について、制御装置Ｓからの弁制御信号により調整弁Ｖ１，Ｖ２を選択することにより可能性である。

磁気高圧処理器４０では、まず、高圧ポンプ３０により圧送された微細気泡水が、導水管４１の流量調整金具４１１を通過する。その際に、微細気泡水が、流量調整金具４１１の小径の貫通孔４１１ｃを通過することで、更に、流速が高速となる。
高圧スリーブ４３では、異極同士が対向した磁石４２ａ，４２ｂによる磁場により、微細気泡水の水分子に結合の変化を生じさせることができ、表面張力を減少させることができる。従って、微細気泡水の溶解度を向上させることができるため第１の気体や第２の気体を、微細気泡水の液体に溶解させることができ、高濃度化を図ることができる。

また、高圧スリーブ４３に収納されたトルマリン４４は、磁石４２ａ，４２ｂによる磁場に位置しているため、磁石４２ａ，４２ｂによる磁場内でのトルマリン４４によって、更に、溶解度を高めることができる。また、磁石４２ａ，４２ｂによる磁場内では、トルマリン４４が静電気を発生するため、微細気泡水に浮遊する微細気泡に電荷を付与することができる。電荷が付与された微細気泡は、微細気泡同士が反発し合い結合しないため、微細気泡同士が結合して気泡径が大きくなることを抑止することができる。
従って、微細気泡水生成装置１０は、微細気泡水を水中に数多く存在させつつ、より効率的に微細気泡水の液体の溶解度を高めることができる。よって、微細気泡水の効果を発揮させることができる。

高圧ポンプ３０により圧送されることで高速に流れる微細気泡水が、高圧スリーブ４３に収納されたトルマリン４４に圧力を付与しながら通過する。トルマリン４４に圧力が付与されることで、更なる静電気が生じるため、微細気泡に効率よく電荷を付与することができる。従って、より多くの微細気泡を水中に浮遊させることができる。
磁気高圧処理器４０から流出した微細気泡水は、ダンパー５０により流速が緩やかになり、電位付与器６１に流入する。

電位付与器６１では、静電気発生器６２が発生した静電気により、微細気泡水に含有された微細気泡にマイナス電位を帯電させる。
例えば、マイナス電位に帯電した微細気泡とプラス電位に帯電した微細気泡とが混合していると、マイナス電位に帯電した微細気泡に引き寄せられ接触することで結合してしまい、気泡サイズが大きくなる。
電位付与器６１からの微細気泡水に含まれる微細気泡をマイナス電位に帯電させることで、プラス電位の微細気泡に引き寄せられ接触することが防止でき、気泡サイズを維持することができる。

電位付与器６１によりマイナス電位の微細気泡を含む微細気泡水は、第１流路Ｒ１へ流路が向いた三方弁Ｖ３を経由して、アスピレータ９２に流れる。アスピレータ９２では、輸液バッグ９１からの被覆膜剤の供給量が、二方向自動弁Ｖ４により調整されて、三方弁Ｖ３からの微細気泡水に混合される。
そして、被覆膜剤が混合された微細気泡水は、撹拌器６３を経由して、貯蔵タンクＴに戻る。そして、再び、微細気泡水は、貯蔵タンクＴから汲み上げられ、第１流路Ｒ１を流れる。

このように、微細気泡水を、所定時間、第１流路Ｒ１を周回させることで、気泡サイズが大きな気泡から、図４（Ａ）に示すような、細かなマイクロバブル、またマイクロバブルからナノバブルとすることができる。本実施の形態では、制御装置Ｓが第１流路Ｒ１を５分間周回させる。

（周回の停止）
次に、制御装置Ｓが、微細気泡水の養生期間として、駆動系装置である、微細気泡混合器２０のほか、各撹拌器、ポンプ等を停止する。例えば、制御装置Ｓは５分間ほど停止する。
貯水タンクＴでは、第１流路Ｒ１内の被覆膜剤が混合された微細気泡水が、図４（Ｂ）に示すように、帯電した微細気泡に被覆膜剤が吸着されて膜状態となり、図４（Ｃ）に示すように、中空マイクロカプセルと呼べるものとなる。

そして、液状の被覆膜剤が膜状態となった微細気泡が、表面張力（界面張力）により縮小する。例えば、微細気泡に、重合反応等によって高分子の殻を形成すると、縮小が阻害される。また、被覆膜剤が吸着していない状態の微細気泡は縮小しても内部の圧力が上昇して気体が漏れ出し破損して消滅する。
しかし、液状の被覆膜剤が周囲（気液界面）に付着することで殻となった微細気泡は、微細気泡が縮小することで、被覆膜の密着度が高まるため、微細気泡の内部における気体の漏れが防止できる。
また、微細気泡が更に縮小することで、内部の気体の量を減少させることなく、微細気泡の内圧を高めることができるので、激しい圧壊を発生させる微細気泡とすることができる。

更に、帯電により被覆膜剤が吸着して膜となった微細気泡は、粒径の均一化と、長時間の安定化とを図ることができる。
このように、微細気泡混合器２０による新たに気泡サイズの大きい微細気泡を混合させることなく、貯蔵タンクＴ内の微細気泡が縮小することで、中空マイクロカプセルは、図４（Ｄ）に示すように、中空マイクロカプセルより粒径が小さい、被覆膜剤を殻とした中空ナノカプセルと呼べるものとなる。
従って、微細気泡水生成装置１０は、高い性能を有する中空ナノカプセルを発生することができる。

（第２流路の周回）
次に、制御装置Ｓが、三方弁Ｖ３を第２流路Ｒ２の方向へ切り替え、微細気泡混合器２０を停止させた状態で、ポンプ等を始動させる。
貯蔵タンクＴからの中空ナノカプセルを含む微細気泡水は、第１流路Ｒ１のときと同様に、微細気泡混合器２０、磁気高圧処理器４０、撹拌器５３、電位付与器６１を流れる。

そして、三方弁Ｖ３を通過して、紫外線殺菌装置７１へ流入する。
紫外線殺菌装置７１では、紫外線が照射されるため、微細気泡水に含まれる微生物を死滅させることができる。また、微細気泡水は、紫外線殺菌装置７１を通過した後に、小型フィルタ７２を通過することで、微細気泡水に含まれる不純物を除去することができる。

小型フィルタ７２を通過した、中空ナノカプセルを含む微細気泡水は、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０へ流入する。
静電気発生器６２が静電気を発生することで、プラス電位またはマイナス電位に帯電させるが、本実施の形態では、図３に示す中空糸８２がプラス電位となるように帯電させる。
そのため、図３に示すようにプラス電位を帯びた中空糸８２に、マイナス電位を帯びた中空ナノカプセルＣが吸着する。

中空糸８２に吸着しなかった中空ナノカプセルＣを含む微細気泡水は、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０から貯蔵タンクＴへ戻る。そして、再び、微細気泡水は、貯蔵タンクＴから汲み上げられ、第２流路Ｒ２を流れる。

このように、微細気泡混合器２０による新たに気泡サイズの大きい微細気泡を混合させることなく、中空ナノカプセルＣを含む微細気泡水を、所定時間、第２流路Ｒ２を周回させることで、微細気泡水に含まれる中空ナノカプセルＣを、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０に捕捉させ、回収することができる。従って、中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０内の微細気泡水に、大量の中空ナノカプセルを含ませることができるので、高い濃度の中空ナノカプセルを含む微細気泡水を生成することができる。
本実施の形態では、制御装置Ｓが第２流路Ｒ２に微細気泡水を５分間周回させている。

このような中空ナノカプセルＣは、粒径が１０μｍであれば生成された状態のままで０．３ｋｇ／ｃｍ²、１μｍであれば３ｋｇ／ｃｍ²、０．１μｍ（１００ｎｍ）で３０ｋｇ／ｃｍ²になる。

中空ナノカプセルＣを回収した中空ナノカプセル吸着貯蔵容器８０を、第２流路Ｒ２から取り外せば、高濃度の中空ナノカプセルを含む微細気泡水を輸液として搬送することができ、活用することができる。

貯蔵タンクＴに貯留された微細気泡水を輸液として使用するときには、第１の気体または第２の気体を水素ガスとすると、血管の内壁に付着した脂質やコルステロールなどの付着物を分解して血管から引き剥がし除去することができる。
また、第２の気体を炭酸ガスとするときには、血液中に溶解した老廃物を吸着して排出することができ、血行を促進するため、血行状態を良好なものとすることができる。更に、炭酸ガスを含有する微細気泡水は、消化機能を活性化させることができる。
また、第１の気体または第２の気体を酸素ガスとし、栄養液を添加すれば、血液中の酵素に対する栄養素が添加されるため酵素を活性化させることができる。

また、貯蔵タンクＴに貯留された微細気泡水を洗浄液として使用するときには、第１の気体または第２の気体を水素ガスとすると、水素ガスによる微細気泡は、マイナス電位により、水中に分散していたり、被洗浄物に付着したりするウィルスや細菌に吸着して、死滅させたり、不活性化したりすることができる。
第２の気体を炭酸ガスとするときには、汚れを浮かせる効果を更に増加させることができる。

なお、本実施の形態に係る微細気泡水生成装置１０では、電位付与器６１にて微細気泡にマイナス電位を付与していたが、一方の電位として、プラス電位を付与するものでもよい。しかし、被覆膜剤を癌治療用の薬液とし、微細気泡水を治療液として使用するときは、腫瘍部がプラス電位に帯電しているため、微細気泡をマイナス電位に帯電させるのが望ましい。
また、高圧スリーブ４３内に誘電体の一例としてトルマリンを収納していたが、磁場により水の溶解度を向上させ、圧力により静電気を発生するものであれば他の誘電体でもトルマリンの代わりに使用できる。例えば、セラミック，水晶などとしてもよい。
更に、被覆膜剤供給部９０は、一種類の輸液バッグ９１から被覆膜剤を供給するものであったが、複数種類の被覆膜剤を供給して、配管Ｐ４１に混合するものであってもよい。
そうすることで、薬液だけでなく、栄養剤などを混合させた中空ナノカプセルを生成することができる。

本発明は、微細気泡水を水中に数多く存在させつつ、より効率的に液体の溶解度を高めることができるため、人体や機器を洗浄する洗浄水や、治療するための輸液に使用したり、植物に散水したりする微細気泡水を生成する際に好適である。

１０ 微細気泡水生成装置
２０ 微細気泡混合器
２１ 第１混合器
２２ 第２混合器
２３ ターボミキサー
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 流量計
３０ 高圧ポンプ
４０ 磁気高圧処理器
４１ 導水管
４１１ 流量調整金具
４１１ａ 円筒部
４１１ｂ 蓋部
４１１ｃ 貫通孔
４２ａ，４２ｂ 磁石
４３ 高圧スリーブ
４３ａ 下流側の端部
４４ トルマリン
５０ ダンパー
５１ 上流側の端部
５２ 流量調整金具
５２ａ 円筒部
５２ｂ 蓋部
５２ｃ 貫通孔
５３ 撹拌器
６１ 電位付与器
６２ 静電気発生器
６３ 撹拌器
７１ 紫外線殺菌装置
７２ 小型フィルタ
８０ 中空ナノカプセル吸着貯蔵容器
８１ 筒状部
８１ａ 注入口
８１ｂ 排出口
８１ｃ，８１ｄ 突出管
８２ 中空糸
８２ａ 微細孔
８３ キャップ
９０ 被覆膜剤供給部
９１ 輸液バッグ
９２ アスピレータ
Ｂ１，Ｂ２ ボンベ
Ｃ 中空ナノカプセル
Ｓ 制御装置
Ｔ 貯蔵タンク
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５ 調整弁
Ｖ３ 三方弁
Ｖ４ 二方向自動弁
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ４３，Ｐ５１，Ｐ５２ 配管
Ｒ１ 第１流路
Ｒ２ 第２流路

Claims (6)

1. 原水に気体を微細化した微細気泡を混合して微細気泡水として送水する微細気泡混合器と、
   前記微細気泡混合器からの微細気泡水の微細気泡に一方の電位を帯電させる電位付与器と、
   前記電位付与器からの微細気泡水における微細気泡の気液界面への付着により被覆した微細気泡を表面張力により縮小させる液状の被覆膜剤であり、縮小した微細気泡を中空ナノカプセルとして機能させるための前記被覆膜剤を供給する被覆膜剤供給部と、
   前記電位付与器からの中空ナノカプセルを含む微細気泡水が流れる中空糸および前記中空糸を収容する本体ケースを有する中空ナノカプセル吸着貯蔵容器と、
   前記中空糸を他方の電位に帯電させ、前記中空ナノカプセルを前記中空糸に吸着させ、貯蔵するための静電気発生器とを備えた微細気泡水生成装置。
2. 前記微細気泡混合器から前記電位付与器および前記被覆膜剤供給部を介して送水された微細気泡水を貯留する貯蔵タンクを備え、
   前記貯蔵タンクが前記微細気泡混合器に配管に接続されることで、微細気泡水を周回させる第１流路が形成された請求項１記載の微細気泡水生成装置。
3. 前記電位付与器および前記被覆膜剤供給部を介して送水された微細気泡水を、前記貯蔵タンクへ流す配管が接続された一方の流出ポートと、前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器に通じる配管が接続された他方の流出ポートとへの流路を切り替える三方弁を備え、
   前記中空ナノカプセル吸着貯蔵容器が前記貯蔵タンクに配管により接続され、前記三方弁の流路が前記他方の流出ポートに切り替えられ、前記微細気泡混合器を停止させた状態で、中空ナノカプセルを含む微細気泡水を周回させる第２流路が形成された請求項２記載の微細気泡水生成装置。
4. 前記第１流路に微細気泡水を所定時間周回させた後に、前記三方弁を前記第１流路から前記第２流路に切り替える制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記三方弁を前記第１流路から前記第２流路に切り替える前に、前記貯蔵タンク内の微細気泡水の微細気泡が縮小することにより被覆膜剤を吸着させた中空ナノカプセルを生成させるために、微細気泡水の周回を停止させる請求項３記載の微細気泡水生成装置。
5. 前記微細気泡混合器は、気体を微細化しながら原水に混合する複数の混合器が直列に接続され、
   前記複数の混合器には、異なる複数の気体を送気する配管が接続された請求項１から４のいずれかの項に記載の微細気泡水生成装置。
6. 前記被覆膜剤供給部は、複数種類の被覆膜剤を供給する請求項１から５のいずれかの項に記載の微細気泡水生成装置。

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