(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプで水源から水を取り入れて水を加圧して共鳴エジェクターへ送り、
共鳴エジェクターは減圧計とガス流量計と共鳴調整ニードルバルブと共鳴発泡装置を装備し、
共鳴エジェクターと共鳴発泡装置の減圧を減圧計とガス流量計を見ながら共鳴調整ニードルバルブで調節し、共鳴エジェクターで混合した気液混合液を、共鳴発泡装置内で笛の原理と同様の共鳴による発泡「共鳴発泡」を行い、瞬間的に白濁するマイクロバブルを生成することを特徴とするマイクロバブル共鳴発泡法。
【請求項２】
共鳴エジェクター及び共鳴発泡装置を挟んで、真空を創出する１次ポンプと２次ポンプの２台のポンプを装備し、
１次ポンプは水源から水を取り入れて水を加圧して共鳴エジェクターへ送り、
空気又は、酸素ガスをガス供給装置から共鳴エジェクターへ送り、
共鳴エジェクターは減圧計とガス流量計と共鳴調整ニードルバルブと共鳴発泡装置を装備し、
１次ポンプから送られる水と空気又は、酸素ガス供給装置から送られるガスを共鳴エジェクターで混合し、
その際、水とガスの供給比率及び減圧の調整を共鳴調整ニードルバルブと減圧計で調整し、
水と気体の混合液を共鳴発泡装置で共鳴発泡させて瞬時に１次微細気泡のマイクロバブルとして白濁させ、
共鳴エジェクターと共鳴発泡装置で発泡した１次微細気泡は２次ポンプへ送り、
２次ポンプは１次ポンプから送られる水量より大量の水の吸引能力があるので真空を発生し、
発生する真空は共鳴発泡装置以後のポンプの羽根車までの水系全体を真空条件にし、
その間に共鳴発泡装置から送られる１次微細気泡を真空条件で数十倍に膨張させ、
膨張した１次微細気泡を２次ポンプの羽根車の高速回転による真空剪断とケーシングにおける真空条件から加圧条件へ瞬時に変換して叩きつける機能で破砕し、
二重のキャビテーションによって破砕する真空キャビテーションによってナノサイズの２次微細気泡を生成し、
生じたナノバブルを圧潰装置で加圧して圧潰して水が白濁しない超微細のナノサイズの微細気泡となし、
共鳴発泡による１次微細気泡の生成と、真空キャビテーションによって生ずる２次微細気泡の生成の２段階の微細化処理により水が酸化ラジカル機能を有すことを特徴とする
空気又は酸素の酸化ラジカル性ウルトラファインバブル水製造方法。
【請求項３】
共鳴エジェクター及び共鳴発泡装置を挟んで、真空を創出する１次ポンプと、
２次ポンプの２台のポンプを装備し、
１次ポンプは水源から水を取り入れて水を加圧して共鳴エジェクターへ送り、
水素ガスを供給装置から共鳴エジェクターへ送り、
共鳴エジェクターは減圧計とガス流量計と共鳴調整ニードルバルブと共鳴発泡装置を装備し、
１次ポンプから送られる水と水素ガス供給装置から送られる水素を共鳴エジェクターで混合し、
その際、水とガスの供給比率及び減圧の調整を共鳴調整ニードルバルブと減圧計で調整し、
水と気体の混合液を共鳴発泡装置で共鳴発泡させて瞬時に１次微細気泡のマイクロバブルとして白濁させ、
共鳴エジェクターと共鳴発泡装置で発泡した１次微細気泡は２次ポンプへ送り、
２次ポンプは１次ポンプから送られる水量より大量の水の吸引能力があるので真空を発生し、
発生する真空は共鳴発泡装置以後のポンプの羽根車までの水系全体を真空条件にし、
その間に共鳴発泡装置から送られる１次微細気泡を真空条件で数十倍に膨張させ、
膨張した１次微細気泡を２次ポンプの羽根車の高速回転による真空剪断とケーシングにおける真空条件から加圧条件へ瞬時に変換して叩きつける機能で破砕し、
二重のキャビテーションによって破砕する真空キャビテーションによってナノサイズの２次微細気泡を生成し、
共鳴発泡による１次微細気泡の生成と、真空キャビテーションによって生ずる２次微細気泡の生成の２段階の微細化処理により還元性ラジカル機能を有すことを特徴とする
水素の還元性ラジカル性ウルトラファインバブル水製造方法。
【請求項４】
装置の設置配列順に、水源から水を吸引する通導パイプと、
通導パイプから水を吸引し噴流を共鳴エジェクターへ向けて送り出す１次ポンプと、
空気の吸気装置と減圧計とガス流量計と共鳴調整ニードルバルブを装備する
共鳴エジェクターと、
共鳴調整ニードルバルブにより減圧を調整して共鳴エジェクターの噴流を共鳴させる共鳴発泡装置と、共鳴発泡装置から２次ポンプへ導く通導パイプと、
共鳴発泡装置から送られる水量より大きな吸引力で真空キャビテーションによりウルトラファインバブルを発生する２次ポンプと、
発生したウルトラファインバブルを圧潰する加圧装置からなり、
空気の酸化性ラジカル活性を有するウルトラファインバブルを生産することを特徴とする共鳴発泡と真空キャビテーションによる空気のウルトラファインバブル水製造装置。
【請求項５】
装置の設置配列順に、水源から水を吸引する通導パイプと、
通導パイプから水を吸引し噴流を共鳴エジェクターへ向けて送り出す１次ポンプと、
水素ガスを共鳴エジェクターへ向けて供給する水素供給装置と、
減圧計とガス流量計と共鳴調整ニードルバルブを装備する共鳴エジェクターと、
共鳴調整ニードルバルブにより減圧を調整して共鳴エジェクターの噴流を共鳴させる共鳴発泡装置と、共鳴発泡装置から２次ポンプへ導く通導パイプと、
共鳴発泡装置から送られる水量より大きな吸引力で真空キャビテーションによりウルトラファインバブルを発生する２次ポンプと、
発生したウルトラファインバブルを圧潰する加圧装置からなり、
水素の還元性ラジカル活性を有するウルトラファインバブルを生産することを特徴とする共鳴発泡と真空キャビテーションによる水素のウルトラファインバブル水製造装置。
【請求項６】
装置の設置配列順に、水源から水を吸引する通導パイプと、
通導パイプから水を吸引し噴流を共鳴エジェクターへ向けて送り出す１次ポンプと、
酸素ガスを共鳴エジェクターへ向けて供給する酸素供給装置と、
減圧計とガス流量計と共鳴調整ニードルバルブを装備する共鳴エジェクターと、
共鳴調整ニードルバルブにより減圧を調整して共鳴エジェクターの噴流を共鳴させる共鳴発泡装置と、
共鳴発泡装置から２次ポンプへ導く通導パイプと、
共鳴発泡装置から送られる水量より大きな吸引力で真空キャビテーションによりウルトラファインバブルを発生する２次ポンプと、
発生したウルトラファインバブルを圧潰する加圧装置からなり、
酸素の酸化性ラジカル活性を有するウルトラファインバブルを生産することを特徴とする共鳴発泡と真空キャビテーションによる酸素のウルトラファインバブル水製造装置。
【請求項７】
装置の設置配列順に、水源から水を吸引する通導パイプと、
通導パイプから水を吸引し噴流を共鳴エジェクターへ向けて送り出す１次ポンプと、
オゾンガスを共鳴エジェクターへ向けて供給するオゾンガス供給装置と、
減圧計とガス流量計と共鳴調整ニードルバルブを装備する共鳴エジェクターと、
共鳴調整ニードルバルブにより減圧を調整して共鳴エジェクターの噴流を共鳴させる共鳴発泡装置と、
共鳴発泡装置から２次ポンプへ導く通導パイプと、
共鳴発泡装置から送られる水量より大きな吸引力で真空キャビテーションによりウルトラファインバブルを発生する２次ポンプと、
発生したウルトラファインバブルを圧潰する加圧装置からなり、
オゾンガスの酸化性ラジカル活性を強化するウルトラファインバブルを生産することを特徴とする共鳴発泡と真空キャビテーションによるオゾンのウルトラファインバブル水製造装置
【請求項８】
装置の設置配列順に、水源から水を吸引する通導パイプと、
通導パイプから水を吸引し噴流を共鳴エジェクターへ向けて送り出す１次ポンプと、
窒素ガス又は、炭酸ガス又は、その混合ガスを共鳴エジェクターへ向けて供給するガス供給装置と、
減圧計とガス流量計と共鳴調整ニードルバルブを装備する共鳴エジェクターと、
ニードルバルブにより減圧を調整して共鳴エジェクターの噴流を共鳴させる共鳴発泡装置と、
共鳴発泡装置から２次ポンプへ導く通導パイプと、
共鳴発泡装置から送られる水量より大きな吸引力で真空キャビテーションによりウルトラファインバブルを発生する２次ポンプと、
発生したウルトラファインバブルを圧潰する加圧装置からなり、
窒素ガス又は、炭酸ガス又は、その混合ガスの２次微細気泡でナノサイズのウルトラファインバブルを共鳴発泡と、真空キャビテーションによって生産することを特徴とする
窒素ガス又は、炭酸ガスのウルトラファインバブル水製造装置。
【請求項９】
請求項２、請求項３において、
２次ポンプの後に１基ないし数基のポンプを複数設置し、真空キャビテーションを繰り返し、気泡の多段破砕を行い、一層安定したウルトラファインバブルを生産することを特徴とする共鳴発泡と多段真空キャビテーションによるウルトラファインバブル水製造方法。
【請求項１０】
請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８において、
２次ポンプの後に１基ないし数基のポンプを複数設置し、真空キャビテーションを繰り返し、気泡の多段破砕を行い、一層安定したウルトラファインバブルを生産することを特徴とする共鳴発泡と多段真空キャビテーションによるウルトラファインバブル水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、共鳴発泡と、共鳴発泡装置・減圧共鳴装置を挟む２台のポンプの溶液供給能力と吸引能力との差に基づく真空創出による真空キャビテーションを活用する酸化性ラジカル又は、還元性ラジカルを有するウルトラファインバブル製造方法及びウルトラファインバブル水製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  マイクロバブル・ナノバブルに関する研究は、ここ２０〜２５年前に始まったばかりであり、名古屋万博で紹介された産総研の高橋正好氏の海水棲息の鯛と淡水棲息の鯉が同一の水槽内で棲息することが可能な実証事例等から、マイクロバブルに関する関心が世界的に広がった。
当出願者もほぼ同時期に、水素によるマイクロバブルの研究を行い、還元性水素水の特許を世界的にも最初に認定された。
「平成２４年度マイクロバブル・ナノバブルの国際標準化推進事業発表会  成果報告書」では、マイクロバブル・ナノバブルを気泡の大きさから、暫定的に０．８〜１ｍｍ以上をバブル、これ以下で０．０５〜０．１ｍｍ以上をサブミリバブル、またサブミリバブル以下で２０μｍ〜１μｍ以上をマイクロバブル、更に２０μｍ〜１μｍ以下をウルトラファインバブルと称すると取り決めを行っている。
マイクロバブルの生産方法には、エジェクターによる簡易な方法から、ベンチュリー管法、ＳＰＧ膜通過法、加圧減圧法、超音波振動法、気液旋回二相法、キャビテーション法（スクリュー背面のキャビテーションを含む）等多くの方法がある。
このうち加圧減圧法、超音波振動法、気液旋回二相法、キャビテーション法は、ナノサイズの気泡ウルトラファインバブルを生成すると考えられている。
空気、酸素によるナノバブルは、生体の成長を促進するので、作物の栽培、栽培漁業、養鶏、養豚、牛の肥育等で、生体の成長促進が行われ、短時日のうちに加齢が進み大きくなるのが早いので、飼料の供給が少なくて済み、経済効果が大ききことが判明している。
また、酸化条件のウルトラファインバブルは、水系の酸素濃度を高めるので、有用生物の繁殖により水系の浄化が極めて早く進行する。
ウルトラファインバブル水素水は、生体内で抗酸化性の機能を有し、アンチエイジングや生活習慣病の予防、ガンの予防に効果があることが知られる。
最近の研究では、ガンの治療にも効果があることも判明し、水素水、活性水素水、ウルトラファインバブル水素水として水素を含む水の販売が行われている。
また、当出願者の研究では、水素のマイクロバブル生成に磁化処理を併用すると抗酸化性水素ラジカルを生成することを確認している。
現在では、マイクロバブルに関する特許と水素水に関する特許は多数出願されている。
その中で酸化と還元に係る微細気泡の製造方法について代表的なオリジナルの特許文献を選び、本出願との相違点を記載する。【０００３】特許文献１は、マイクロバブルの製造方法の最初の発明で、発明の名称は「旋回式微細気泡発生装置」である。
概要は円錐形又は徳利型のスペースを有する容器本体と、同スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された液体導入口と、前記スペース底部に開設された気体導入孔と、前記スペースの頂部に開設された旋回気液導出口から構成する。
本出願は、共鳴発泡と真空キャビテーションにより微細気泡を発生するものであり、微細気泡生産方法が基本的に相違する。【０００４】特許文献２は、超音波により微細気泡を発生させるものであり、発明の名称は「ナノバブルの製造方法」である。淡水魚と海水魚が同一水槽で生育できるなど、微細気泡の物理化学的特性について革新的知見をもたらせたものである。
本出願は、共鳴発泡と真空キャビテーションによりウルトラファインバブルを発生するものであり、微細気泡生産方法が基本的に相違する。【０００５】特許文献３は、超音波により酸素の微細気泡を発生させるものであり、発明の名称は「酸素ナノバブル及びその製造方法」である。本出願は、共鳴発泡と真空キャビテーションによりウルトラファインバブルを発生するものであり、微細気泡生産方法が基本的に相違する。【０００６】特許文献４は、マイクロバブルの製造方法で、発明の名称は「旋回式微細気泡発生装置」である。
概要はキャビテーションエロージョンを防止しつつ、大量の微細気泡を発生することが可能な高効率の旋回式微細気泡発生装置で、円筒状のケーシング内部に形成された気液の旋回可能な空間を有する気液旋回室と、気液旋回室内内へ液体を導入する液体導入口と、ケーシングの一方の端部壁面の中央に配設された気液旋回室内へ気体を導入する気体導入口と、気体導入口と対向するケーシングの端部壁面の中央に配設された気液吐出口とを備え、気液旋回室は液体導入口から導入される液体と気体導入口から導入された気体とを接触させる主旋回部とを備える。本出願は、共鳴発泡と真空キャビテーションによりウルトラファインバブルを発生するものであり、微細気泡生産方法が基本的に相違する。【０００７】特許文献５は、発明の名称は「微細気泡発生システム」である。ベンチュリー管とポンプのキャビテーション及びオリフィス板による絞りにより微細気泡を発生する装置であり、段落００５４に「気泡分裂部５がオリフィス０を通過するときに気泡が分裂し、微細気泡が分裂する。」段落００５５に「気泡分裂部５がオリフィス０を有していれば、キャビテーションが生じなくても、オリフィス０の貫通孔○○を通過する液体Ｌの圧力変動によって、気泡Ｂが生ずる」と記載されているが、この方法では、気体を破砕することはできるが、共鳴発泡による様な液全体への均一な微細気泡を形成することはできない。また、「ベンチュリー管から送り出される微細気泡を含んだ水を吸引排出する水により減圧条件下で気泡を分裂させる」とあるが、ベンチュリー管はパイプ状であるので減圧により新しい水が送られ、軽い減圧にはなるが真空にはならない。
本出願では共鳴エジェクターが関所になって一定以上の送水がないことにより真空を発生するので特許文献５とは相違する。【０００８】特許文献６は、発明の名称は「微細気泡発生装置」である。ポンプの吸引側に気体吸引口とオリフィスやガイドを設け、破砕した気泡をキャビテーションにより破砕する装置である。特に、ポンプ作用を発揮する微細気泡発生装置において、羽根車の回転により、キャビテーションが発生し、気泡の微細化が強力に行われることが記載されているが、オリフィスと羽根車のキャビテーションによる微細化だけでは気体の破砕は可能であるが、単純な処理では均一なマイクロバブルの生成は不可能であり、共鳴発泡による液全体への微細気泡の拡がりなど、均一な微細化機能が含まれていない。【０００９】特許文献７は、発明の名称は「微細気泡生成装置」である。ターボファンのインペラによるキャビテーションにより吸引した気体を微細化する簡便な装置である。
この方法では、吸引により次々水が流入するので、真空条件を創出することは困難で、真空キャビテーションはおこらない。この装置においても、共鳴発泡による均一な微細化機能は含まれて居らず、微細化の基本は水の破砕と循環により微細気泡を蓄積することが主眼が置かれている。本発明の共鳴発泡と真空キャビテーションによるウルトラファインバブルを瞬間に生成して噴出させる技術とは相違する。【００１０】特許文献８は、発明の名称は「水処理装置および水処理方法」である。第１槽で水中ポンプ型マイクロバブル発生部で電気ニードルバルブから空気を送り第１，第２、第３気体剪断部で微細気泡を発生させ、循環ポンプにより第２槽へ送り、第２槽に内蔵する水流発生管で、ブロワーから送られる気体を水中撹拌機で混合循環させる。
この装置では、微細気泡の破砕は剪断方式で行い、気体を挿入する装置は電気ニードルバルブを用いている。本発明の共鳴発泡技術は用いられておらず、用いている電気ニードルバルブも共鳴発泡させる調整用バルブではなく、単なる電磁開閉装置としての機能と考えられる。また、気泡の２次微細化も共鳴発泡技術や真空キャビテーションではない。【００１１】特許文献９は、発明の名称は「ナノバブル含有液体製造装置及びナノバブル含有液体製造方法」である。ナノバブルを生産するために、４段階の水槽を用い、第１槽は原水の貯留を行い、第１槽から第１移送ポンプで第２槽へ送り、第２槽で小型ブロワーからニードルバルブを通じてマイクロバブル発生器へ空気を送り、バブル液流を生成する。第２槽のオーバーフロー液は第３槽へ送られ、水をポンプでマイクロナノバブル発生器を循環通過させマイクロ・ナノバブルを生成する。第３槽のマイクロ・ナノバブルは第４槽へ送られ、同様に水をポンプでナノバブル発生器を循環通過させナノバブルを生成する規模の大きな装置である。
発想は本出願と同様、多段階の処理でナノバブルの発生を目指すが、液体保持容器を有するので重厚な装置となっており、液体保持容器からポンプで溶液を吸い出す際、容器が大きいこと、液体供給装置とマイクロバブル生成装置から液の供給があることから、減圧は可能であるが減圧の程度が低いので本出願と相違する。また簡単に移動させることは不可能である。本出願は、軽量で移動が可能で効率的な装置であり、共鳴発泡装置と真空キャビテーションによるウルトラファインバブルを生産する技術であるので発想が基本的に相違している。【００１２】特許文献１０は、発明の名称は「飲料用水、飲料用水の利用方法、飲料用水の生成方法、及び、飲料用水生成装置」である。水を外部から供給し、パイプ内で気体と混合し、ベンチュリー管機能で微細気泡と成し、圧力変化、温度変化、衝撃は、超音波といった外力を用いて水中の気泡を崩壊させることによって液体中に気体がナノサイズの気泡する技術である。
用いる気体はオゾン、塩素、二酸化塩素、水素、二酸化炭素、酸素、窒素アルゴン等である。この出願は、本発明の共鳴発泡技術と真空キャビテーション技術とは全く相違している。【００１３】特許文献１１は、発明の名称は「マイクロバブル生成方法及びマイクロバブル生成装置」である。循環型マイクロバブル生産装置である。任意の目的に使用するマイクロバブル貯留水槽５からポンプ７で水を吸引し、通水制御弁の開閉によって水の流路を変更し、基本的には、アスピレーター機能を有するマイクロバブル生成装置で微細気泡を生産し、液体保持容器２へ導き、マイクロバブルを一旦貯留し、流水方向は通水制御弁の開閉によって貯留水槽５と液体保持容器２の間を循環させてマイクロバブルの濃縮蓄積を図る技術である。その中で本出願と近い構造は、液体保持容器２から貯留水槽５へ環水する途中で液体保持容器２と２次ポンプ２２を有する構造である。
しかし、その目的は水の補給と処理装置内の溶液の循環を行うもので、ポンプの作動により液体保持容器２とから溶液の補充が起こり、結果的にポンプの機能も処理系内に減圧を発生する機能はなく、気泡を真空で膨張させるために真空を発生する必要性を発想してはいない。即ち、本発明では、共鳴エジェクターが流路の関所になって一定以上の溶液の移動が起こらないので真空が発生する。また微細気泡の生成方法も共鳴発泡と真空キャビテーションによるファインバブル生産技術とは基本的に相違する。【００１４】特許文献１２は、当発明者の発明で、「水素水そのもの」を特許とした最初の発明で、発明の名称は「食品等の還元性水素水とその製造方法並びに製造装置」である。
方法は水へ水素ガスを吹き込み、撹拌して還元性の水素水を生産する技術である。【００１５】特許文献１３は、アルカリ電解還元水の製造に関する最初の発明で、発明の名称は「電解水素溶存水およびその製造方法ならびにその製造装置」である。
方法は水道水から純水を得る。純水中にＮａＣｌを加えてその電導率を１００μＳ／ｃｍ以上に調整する。その後電気分解しアルカリ電解還元水とするか、得られた陰極水を取り出し、中性水にする。得られた陰極水は０．１ｐｐｍ以上の溶存水素（Ｈ＋、Ｈ・、Ｈ２）を含む。この溶存水素が、ＤＮＡの損傷を防止または抑制する。微細気泡の生産方法では異なる。【００１６】特許文献１４は、当発明者の発明で、機能性水素水の微細気泡による生産を特許とした最初の発明で、発明の名称は「水素ガス及び酸素ガスの減圧・加圧溶解方式のコロイド溶液による自動酸化・還元処理システム」である。方法は水の減圧状態にガスを添加してポンプで撹拌してキャビテーションを起こし、加圧により微細気泡を発生させる。しかし、真空キャビテーションではない。用途が酸化を必要とする反応系では酸素又は空気を加え、還元を必要とする反応系では水素を加える。しかし、真空キャビテーションによる製造ではない。【００１７】特許文献１５は、当発明者の発明で、フリーラジカル消去性の水素水を製造する装置を特許とした最初の発明で、発明の名称は「フリーラジカル消去性水素水製造装置」である。
方法は水へ磁場の中で水素ガスを混入し、キャビテーションで抗酸化性の水素水を生産する装置である。【００１８】特許文献１６は、水素ナノバブルの生産方法で、発明の名称は「ナノバブル・フコイダン水製造法と製造システム」である。方法は、水の減圧状態に多数の水素供給口から水素を添加して多数のバブル破砕障壁を設け、キャビテーションを行いナノバブルを生産する方法で基本的には、特許文献１４、特許文献１５と同じメカニズムで、真空キャビテーションではない。【００１９】
【特許文献１】特許公開２０００−４４７
【特許文献２】特許公開２００５−２４５８１７
【特許文献３】特許公開２００５−２４６２９４
【特許文献４】特許公開２００６−１４２３００
【特許文献５】特許公開２００７−２０９９５３
【特許文献６】特許公開２００８−１４２５９２
【特許文献７】特許公開２００９−０３９６００
【特許文献８】特許公開２００９−１９５８８７
【特許文献９】特許公開２０１０−０８９０５５
【特許文献１０】特許公開２０１１−０６２６６９
【特許文献１１】特許公開２０１１−０７８８５８水素水の文献
【特許文献１２】特許公開平０８−０５６６３２
【特許文献１３】特許公開平１０−１１８６５３
【特許文献１４】特許公開２００４−３４４８５９
【特許文献１５】特許公開２００９−０１１９９９
【特許文献１６】特許公開２０１１−２３００５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】  現在普及されているマイクロバブルの生成方法には、気液混合液の剪断を行う方法が主流を占めており、気泡のサイズが大小様々である。
また、気泡のサイズを１μｍ以下にする目的で、マイクロバブル貯留タンクからポンプを用いて吸い出し減圧条件でキャビテーションを試みる技術もあるが、貯留タンクへは次々とマイクロバブルが供給され、これをコントロールする手段を用いていないので、軽い減圧条件でのキャビテーションより、マイクロバブルを生成するので循環方式を採用している。
他の多くのナノバブル生成技術では、１度の処理では不十分であるので、ナノバブルを蓄えるために貯留タンク処理液を再度循環処理させてナノバブルを貯留する方法が採られている。
また、現在普及されているナノバブル発生装置は、いずれも原理的に出力が小さく、処理能力も毎分１トン以下である。このように、ウルトラファインバブルを大量に直接噴出する技術がないのが現状で課題である。
この課題を解決するため、本出願では、共鳴発泡と真空キャビテーションにより、１度の処理で大量のウルトラファインバブルを大量に噴出させる、共鳴エジェクター及び共鳴発泡装置を挟んで、真空を創出する１次ポンプと２次ポンプの２台のポンプを設置した。
１次ポンプで水を吸引噴出し、共鳴エジェクターで気液混合液し共鳴発泡装置で共鳴発泡させ、粒度の揃ったマイクロバブルを生成する。共鳴エジェクターは一定の水量の吐出量であるので、これより大量の水の吸引力のある２次ポンプを用いて引力すれば真空を生ずる。生成されたマイクロバブルは発生した真空と２次ポンプのキャビテーションによりウルトラファインバブルを瞬時に噴出することを可能とした。
【課題を解決するための手段】
【００２１】  従来、微細気泡の発生方法には、微細気泡の生成に際し、気体と液体を混合してエジェクターや撹拌装置のキャビテーションにより剪断する方法が主体であった。剪断する方法では気泡のサイズが大きなものから小さなものまで混在することが避けられない。共鳴発泡という技術はまだ提案されていない。
この微細気泡のサイズを均質化するには、共鳴装置で減圧条件をセットして、共鳴発泡させると、ほぼ均質な微細気泡が発生する。しかし、共鳴発泡による単独の技術では、微細気泡のサイズはマイクロサイズであるので、これをさらに真空条件で真空キャビテーションを行う事により、微細気泡が膨張して破砕され、ナノサイズの微細気泡になる。即ち、ほぼ均質な超微細なウルトラファインバブルの形成が可能である。
そこで、大量の超微細なウルトラファインバブル水、ウルトラファインバブルバブル水素水を生産するには、共鳴発泡と真空キャビテーションによる微細気泡の生成が必要である。
共鳴発泡は、１次ポンプからの水を共鳴エジェクターへ送り、気体を吸入混合し、真空計とニードルバルブで、減圧条件を調整しながら、共鳴発泡装置内に気液混合物を共鳴させて発泡させる。
真空キャビテーションは、１次ポンプと２次ポンプの２台の水流ポンプを用い、２次ポンプの性能は、１次ポンプの性能より大きな処理能力のポンプを選び真空を発生させる。２次ポンプが１次ポンプと同等であった場合でも、１次ポンプにはエジェクターによる流水の堰き止め効果が働き、２次ポンプの性能より低下するので、減圧効果で真空が発生する。
１次ポンプからの水をエジェクターで１次微細気泡を生成し、２次ポンプへ送る。２次ポンプでは、真空キャビテーションが起こり、１次微細気泡を破砕して２次微細気泡が発生する。
ウルトラファインバブル発生の原理は、共鳴エジェクターで生成された１次微細気泡が真空下で２次ポンプへ送られた段階で、１次微細気泡が数十〜数百倍の大きさに膨張拡大する。
数十倍の大きさに膨張した微細気泡をポンプの高速回転によるキャビテーションでさらに細かく破砕する。
破砕された２次微細気泡は、共鳴エジェクターにより１０μｍ〜５００μｍになった気泡を更に破砕するので、全ての微細気泡が１μｍ以下になる。
また、このメカニズムでは、その処理能力は水流ポンプの大きさによって変換し、小型のものは、毎分１０〜２０リットルの処理能力でキャスターを有し、必要な場所へ移動することが可能であり、環境浄化等大型のものは毎分１〜１０トンまでの必要量に対し対応が可能である。【００２２】＜共鳴発泡と真空キャビテーションによる空気のウルトラファインバブル水の製造＞
空気のナノバブル水は、水の溶存酸素濃度を高め、環境浄化に有効であることが知られている。また、ナノサイズの微細気泡は、そのまま生体内へ進入することが可能で、生体内で酸素のキャリアーとしての機能もあり、呼吸の促進を行う。
また、１μｍ以下のサイズの空気のウルトラファインバブルは、生体内で種々の酵素反応を活性化し、生体の生長を速めたり、生体を大きく成長させることが知られている。
ただ酸化条件で反応性があるので、細胞組織の成長を促進すると同時に加齢を促進する。そのため作物の成長を速め収量を増加させる。成長の早いことが求められる養豚、養鶏、養魚に於いては、少ない飼料で成熟するため経済効果を高めることが判明している。
空気のウルトラファインバブル水の製造方法は、図１に示す装置で行う。
水源１、吸水パイプ２、電源ソケット３、電源リード線４から水と電力を供給し、吸気口７から空気を供給し、共鳴エジェクター１０で１次微細気泡を発生する。発生した１次微細気泡は、２次ポンプ１４で真空キャビテーションを行い、２次微細気泡のウルトラファインバブル水を生成する。
空気のウルトラファインバブル水製造装置の操作
（１）水源１から水を吸水パイプ２を通じて吸い込み、１次ポンプ５で吸水作動する。
（２）１次ポンプ５で吸水作動した水は共鳴エジェクター１０へ送る。
（３）空気は、吸気口７から吸入し、低圧フローガス流量計８を通過して共鳴エジェクター１０へ送る。
（４）水は共鳴エジェクター１０内で噴射し、噴出水流で空気が混入され、吸気側が減圧され、鳴調整真空計１１が作動する。
（５）共鳴エジェクター１０では、吸気口８から取り入れた空気は、低圧フローガス流量計８と鳴調整真空計１１で流量、減圧を確かめながら、共鳴調整用ニードルバルブ９で調整し、共鳴発泡装置１２内で１次微細気泡の共鳴発生に適した共鳴減圧に設定する。
（６）共鳴発泡装置１２内で共鳴発生した微細気泡を含む水は導水パイプ１３で２次ポンプ１４へ送る。
（７）２次ポンプ１４では、１次ポンプ５より排水処理能力を高く設定しているので、減圧状態になる。共鳴エジェクター以後の水系に架かる減圧の強さは真空計１１に示される。
（８）２次ポンプ１４では、共鳴発泡装置１２内で発生した１次微細気泡が減圧状態で膨張し、さらに共鳴発泡装置１２の吐出力と２次ポンプ１４の吸引力の差により、２次ポンプ１４内に水の蒸気圧（２０〜３０℃で約３０ｔｏｒｒ）に相当する真空に近い減圧部位を生じ、微細気泡が数十倍に膨張し、真空キャビテーションにより破砕される。
すなわち、水の蒸気圧下の真空キャビテーションでナノサイズの微細気泡が生ずる。
（９）２次ポンプ１４から送り出されたナノサイズの２次微細気泡は、通路を狭めた加圧装置１６で加圧される。これにより微細気泡は更に収縮し、ウルトラファインバブルとなって白濁しない透明な水になる。
（１０）生成ウルトラファインバブル水は、空気ウルトラファインバブル水貯留タンク１９へ貯留するか配水パイプで分配々水を行う。
（１１）装置は装置支持フレーム１７に搭載され、キャスター１８で移動が可能である。
（１２）生成された空気のウルトラファインバブル水は、酸化性ラジカルを発生する。【００２３】＜共鳴発泡と真空キャビテーションによる水素のウルトラファインバブル水の製造＞
ウルトラファインバブル水素水は還元性を示し、アトピー性皮膚炎の治療、糖尿病等生活習慣病の予防、がん予防に効果があるとされる。
ウルトラファインバブル水素水の製造方法は、図２に示す装置で行う。
原理は、水源１、導水パイプ２、電源ソケット３、電気動線４から水と電力を供給し、水素供給源１８から水素ガスを供給し、共鳴エジェクターで１次微細気泡を共鳴発泡させる。
１次発泡した１次微細気泡を２次ポンプで真空キャビテーションで真空破砕を行い、更に微細な２次発泡を行って２次微細気泡のウルトラファインバブル水素水とする。
水素のウルトラファインバブル水製造装置の操作
（１）水源１から導水パイプ２を通じて水を吸い上げ、１次ポンプ５で吸水作動する。
（２）１次ポンプ５で吸水作動した水は共鳴調整真空計１１、低圧フローガス流量計８，共鳴調整用ニードルバルブ９、共鳴発泡装置１２を装備した共鳴エジェクター１０へ送る。
（３）水は共鳴エジェクター１０内で噴射し、噴出水流でガスが吸引混合され、吸気側に減圧が生ずる。
（４）水素ガスはガス供給装置２０から供給され、元栓２１を開き、ガス圧メーター２２でガス量を確認し、減圧バルブ２３で減圧ガスメーター２４を確認しながら目標の圧力へ調整する。
（５）ガスの供給はガス圧調整後ガス流量計２５を見ながら共鳴調整用ガスニードルバルブ２６でガス流量を調整する。
（６）水素ガスは、活性炭を充填した消臭ろ過装置２７を通過させ、共鳴調整真空計１１、低圧フローガス流量計８、共鳴調整用ニードルバルブ９、共鳴発泡装置１２を装備した共鳴エジェクター１０へ送る。
（７）共鳴エジェクター１０では気液旋回する流出水を破断し、低圧フローガス流量計８と共鳴調整真空計１１と共鳴調整用ニードルバルブ９で調整して共鳴発泡装置１２内で瞬時に１次水素ガス微細気泡（マイクロバブル水素水）を共鳴発泡する。
（８）共鳴発泡装置１２内で発生した水素の１次水素ガス微細気泡を含むマイクロバブル水素水は導水パイプ１３で２次ポンプ１４へ送る。
（９）２次ポンプ１４では、１次ポンプ５より排水処理能力が高いので、減圧真空状態になる。その減圧の強さは水の蒸気圧（２０〜３０℃で約３０ｔｏｒｒ）に相当する。
（１０）共鳴発泡装置１２以後の水系では、共鳴発泡装置１２内で発生した１次の水素微細気泡が減圧状態で膨張し、さらに２次ポンプ１２の高速回転により、真空ないし真空部位を生じ、水素の微細気泡が数十倍に膨張し、真空キャビテーションにより破砕される。
この現象により水の蒸気圧下における真空キャビテーションでナノサイズの水素の２次微細気泡のウルトラファインバブル水素水が発生する。
（１１）２次ポンプ１２から送り出されたナノサイズの水素の２次微細気泡は、通路を狭めた加圧装置１１で加圧され圧潰する。これにより微細気泡は更に収縮し水素ファインバブル水となって白濁しない透明な機能性の水を生成する。
（１２）生成ウルトラファインバブル水素水は、所定のタンク２９へ貯留するか配水パイプで分配々水を行う。
（１３）装置は装置支持フレーム１７に搭載され、キャスター１８で移動が可能である。
（１４）生成されたウルトラファインバブル水素水は、還元性ラジカルを発生する。【００２４】＜共鳴発泡と真空キャビテーションによる酸素のウルトラファインバブル水の製造＞
ファインバブル酸素水は、特に酸素吸入と同様瀕死の重病人の介護に必要である。また、１μｍ以下の酸素ナノバブルは、生体内でヒドロキシラジカルを生成し、酵素活性を高めるなど、代謝活性が旺盛になる効果を有している。
ファインバブル酸素水の製造方法は、図３に示す装置で行う。
原理は、水源１、導水パイプ２、電源ソケット３、電気動線４から水と電力を供給し、酸素供給源２８から酸素ガスを供給し、共鳴エジェクターで１次微細気泡を共鳴発泡させる。
共鳴発泡で１次発泡した１次微細気泡を２次ポンプで真空キャビテーションを行って破砕し、２次発泡させて２次微細気泡のウルトラファインバブル酸素水とする。
酸素のウルトラファインバブル水製造装置の操作
（１）水源１から水を導水パイプ２を通じて吸い上げ、１次ポンプ５で吸水作動する。
（２）１次ポンプ５で吸水作動した水は共鳴調整真空計１１、低圧フローガス流量計８，共鳴調整ニードルバルブ９、共鳴発泡装置１２を装備した共鳴エジェクター１０へ送る。
（３）水は共鳴エジェクター１０内で噴射し、噴出水流でガスが吸引混合され、吸気側に減圧が起こる。
（４）酸素ガスはガス供給装置３０から供給され、元栓２１を開き、ガス圧メーター２２でガス量を確認し、減圧バルブ２３で減圧ガスメーター２４を確認しながら目標の圧力へ調整する。
（５）ガス圧調整後ガス流量計２５を見ながら共鳴調整用ガスニードルバルブ２６でガス流量を調整する。
（６）酸素ガスは、活性炭を充填した消臭ろ過装置２７を通過させ、共鳴調整真空計１１、低圧フローガス流量計８、共鳴調整ニードルバルブ９、共鳴発泡装置１２を装備した共鳴エジェクター１０へ送る
（７）共鳴エジェクター１０は気液旋回する流出水を破断し、低圧フローガス流量計８と共鳴調整真空計１１と共鳴調整用ニードルバルブ９で調整して共鳴発泡装置１２内で瞬時に１次酸素ガス微細気泡（マイクロバブル酸素水）を共鳴発泡する。
（８）共鳴発泡装置１２内で発生した水素の１次微細気泡を含む水は導水パイプ１３で２次ポンプ１４へ送る。
（９）２次ポンプ１４では、１次ポンプ５より排水処理能力が高いので、減圧真空状態になる。その減圧の強さは水の蒸気圧（２０〜３０℃で約３０ｔｏｒｒ）に相当する。
（１０）２次ポンプ１４では、共鳴発泡装置１２内で発生した１次の酸素微細気泡が減圧状態で膨張し、さらに２次ポンプ１２の高速回転により、真空の減圧部位を生じ、酸素の微細気泡が数十倍に膨張し、真空キャビテーションにより破砕される。
（１１）２次ポンプ１２から送り出されたナノサイズの酸素の微細気泡は、通路を狭めた加圧装置１６で加圧される。これにより微細気泡は更に収縮し、水中を浮揚する。
（１２）生成ウルトラファインバブル酸素水は、所定のタンク３１へ貯留するか配水パイプで分配々水を行う。
（１３）装置は装置支持フレーム１７に搭載され、キャスター１８で移動が可能である。
（１４）生成されたウルトラファインバブル酸素水は、酸化性ラジカルを発生する。【００２５】＜共鳴発泡と真空キャビテーションによるウルトラファインバブルオゾン水の生成＞
オゾンは酸化還元電位が２０７０ｍＶあり、ガスとして存在するときは、大変危険な存在になる。ナノバブルオゾン水とすれば、ガスのような吸引による被害もなく、安全に使用できる。
その殺菌作用と抗菌作用から、強い薬品を使用することなく、病室の消毒、生体の外部消毒に効果があるとされている。
ナノバブルオゾン水の生成方法は、図４に示すに示す装置で行う。
水源１、導水パイプ２、電源ソケット３、電気動線４から水と電力を供給する。
オゾン水は酸素供給源１６から供給される酸素をオゾン発生装置３２でオゾンを作り、発生したオゾンを用いてエジェクターで１次微細気泡のマイクロバブルオゾン水を発生させる。
１次発生した微細気泡は、２次ポンプで真空キャビテーションを行い、破砕して２次発泡し、ウルトラファインバブルオゾン水とする。
ウルトラファインバブルオゾン水製造装置の操作
（１）水の給源１から水を導水パイプ２を通じて吸い上げ、１次ポンプ５で吸水する。
（２）１次ポンプ５で吸水した水はエジェクター６へ送る。
（３）水はエジェクター６内で噴射し、減圧される。
（４）酸素ガスはガス供給装置３０から供給され、元栓２１を開き、ガス圧メーター２２でガス量を確認し、減圧バルブ２３で減圧ガスメーター２４を確認しながら所定の圧力へ調整する。
（５）ガス圧調整後ガス流量計２５を見ながら共鳴調整用ガスニードルバルブ２６でガス流量を調整する。
（６）流量を調節した酸素ガスは、活性炭を充填した消臭ろ過装置２７とオゾン発生装置３２を通過させ、共鳴調整真空計１１、低圧フローガス流量計８、共鳴調整ニードルバルブ９、共鳴発泡装置１２を装備した共鳴エジェクター１０へ送る。
（７）共鳴エジェクター１０は気液旋回する流出水を破断し、低圧フローガス流量計８と共鳴調整真空計１１と共鳴調整用ニードルバルブ９で調整して共鳴発泡装置１２内で瞬時に１次オゾンガス微細気泡（マイクロバブルオゾン水）を共鳴発泡する。
（８）共鳴発泡装置１２内で発生したマイクロバブルオゾン水は導水パイプ１３で２次ポンプ１４へ送る
（９）２次ポンプ１４では、１次ポンプ５より排水処理能力が高いので、減圧状態になる。その減圧の強さは減圧ゲージメーター１１に示される。
（１０）共鳴発泡装置以後の水系では、共鳴発泡装置１２内で発生した１次のオゾン微細気泡が２次ポンプの吸引力により吸引されて真空部を生じ、オゾンのマイクロバブルが数十倍に膨張し、２次ポンプ１４の高速回転の真空キャビテーションにより破砕される。
この現象により水の蒸気圧下における真空キャビテーションでナノサイズのオゾンの２次微細気泡のウルトラファインバブルオゾン水が発生する。
（１１）２次ポンプ１４から送られたウルトラファインバブルオゾン水は白濁は消滅し、その後通路を狭めた加圧装置１６で加圧され圧潰する。これにより微細気泡は更に収縮する。
（１２）生成ウルトラファインバブルオゾン水は、所定のタンク３３へ貯留するか配水パイプで配水を行う。
（１３）装置は装置支持フレーム１７に搭載され、キャスター１８で移動が可能である。【００２６】＜共鳴発泡と真空キャビテーションによる窒素及び炭酸ガスのファインバブル水の製造＞
野菜、肉、魚の鮮度保持時と長距離輸送には、低温と共に窒素ガス、又は炭酸ガスの単独ガス又は窒素と炭酸ガスの混合ガスによるファインバブル水が必要である。
これらのガスを含むファインバブル水は、細胞組織を眠らせ、仮眠又は仮死の状態で生体を移動することが可能であるので、野菜、肉、魚の鮮度が低下しない。
窒素ガス、又は炭酸ガス、又は窒素と炭酸ガスの混合ガスによるファインバブル水の製造方法は、図５に示すに示す装置で行う。
原理は、水源１、導水パイプ２、電源ソケット３、電気動線４から水と電力を供給し、窒素供給源４から窒素ガス又は、炭酸ガス供給源３５から炭酸ガスを供給し、共鳴エジェクターで１次微細気泡のマイクロバブル窒素水又は、マイクロバブル炭酸ガス水を発泡させる。
１次発泡した１次微細気泡を２次ポンプで真空キャビテーションを行い、２次発泡させて２次微細気泡のウルトラファインバブル窒素水又は、ウルトラファインバブル炭酸ガス水、或いはそれらの混合ガスによるウルトラファインバブル水とする。
窒素及び炭酸ガスのウルトラファインバブル水製造装置の操作
（１）水源１から水を導水パイプ２を通じて吸い上げ、１次ポンプ５で吸水作動する。
（２）１次ポンプ５で吸水作動した水は共鳴調整真空計１１、低圧フローガス流量計８，共鳴調整用ニードルバルブ９、共鳴発泡装置１２を装備した共鳴エジェクター１０へ送る。
（３）水は共鳴エジェクター１０内で噴射し、噴出水流でガスが吸引混合され、吸気側に減圧が起こる。
（４）窒素ガス又は、炭酸ガス又は、その混合ガスは窒素ガス供給装置３４又は、炭酸ガス供給装置３５から供給され、元栓２１を開き、ガス圧メーター２２でガス量を確認し、減圧バルブ２３で減圧ガスメーター２４を確認しながら所定の圧力へ調整する。
（５）ガス圧調整後ガス流量計２５を見ながら共鳴調整用ガスニードルバルブ２６でガス流量を調整する。
（６）窒素ガス又は、炭酸ガス又は、その混合ガスは、活性炭を充填した消臭ろ過装置２７を通過させ、共鳴調整真空計１１、低圧フローガス流量計８、共鳴調整用ニードルバルブ９、共鳴発泡装置１２を装備した共鳴エジェクター１０へ送る。
（７）共鳴エジェクター１０では気液旋回する流出水を破断し、低圧フローガス流量計８と共鳴調整真空計１１と共鳴調整用ニードルバルブ９で調整して共鳴発泡装置１２内で瞬時に１次水素ガス微細気泡（マイクロバブル）を共鳴発泡する。
（８）共鳴発泡装置１２内で発生した水素の１次水素ガス微細気泡を含む水は導水パイプ１３で２次ポンプ１４へ送る。
（９）２次ポンプ１４では、１次ポンプ５より排水処理能力が高いので、減圧真空状態になる。その減圧の強さは水の蒸気圧（２０〜３０℃で約３０ｔｏｒｒ）に相当する。
（１０）２次ポンプ１４では、共鳴発泡装置１２内で発生した１次の水素微細気泡が減圧状態で膨張し、さらに２次ポンプ１２の高速回転により、真空ないし真空部位を生じ、水素の微細気泡が数十倍に膨張し、真空キャビテーションにより破砕される。
この現象により水の蒸気圧下における真空キャビテーションでナノサイズの水素の２次微細気泡が発生する。
（１１）２次ポンプ１２から送り出されたナノサイズの水素の２次微細気泡は、通路を狭めた加圧装置１１で加圧され圧潰する。これにより微細気泡は更に収縮し水素  ファインバブル水となって白濁しない。
（１２）生成ウルトラファインバブル窒素水又は、ウルトラファインバブル炭酸ガス水又は、ウルトラファインバブル窒素・炭酸ガス水は所定のタンク３６へ貯留するか配水パイプで配水を行う。
（１３）装置は装置支持フレーム１７に搭載され、キャスター１８で移動することも可能である。【００２７】＜多段共鳴発泡と真空キャビテーションによる超微細なファインバブル水の製造＞
超微細なウルトラファインバブルも、時代の推移に伴って、医学、動物学、植物学等ライフサイエンス、無機化学、電子工学、原子物理学、各種製造事業、洗浄事業等において、更に微細なウルトラファインバブルを必要とする時代が訪れると考えられ、ウルトラファインバブルを更に細かく細断する技術を提案する。
［００２２］の空気、［００２３］の水素、［００２４］の酸素、［００２５］のオゾン、［００２６］の窒素・炭酸ガスのウルトラファインバブル製造における共鳴発泡と真空キャビテーションによる超微細なウルトラファインバブル製造装置について、２次ポンプの後段に、共鳴発泡技術と真空キャビテーションポンプを組み込んだ、多段共鳴発泡と真空キャビテーション装置を図６に示した。
装置は、水源から吸引した水を送り出す１次ポンプ５と、各種ガスの供給するパイプ２６と、１次ポンプから吐出する水で各種ガスの減圧混合する共鳴エジェクター１０と、エジェクターに接続し加圧工程を有する共鳴装置１２と、共鳴発泡した微細気泡を真空キャビテーションする２次ポンプを有する装置を基本とする。
多段共鳴発泡と真空キャビテーションは、この２次ポンプの後段に共鳴発泡装置と３次ポンプ３５を取り付け、必要によっては４次ポンプ、５次ポンプ等共鳴発泡装置と真空キャビテーションを繰り返して、新分野への対応を図る。【００２８】実施例１  空気の破砕処理、共鳴発泡及び真空キャビテーションによる微細気泡処理の相          違が溶液への気体溶存率と溶液の白濁状況に及ぼす影響
実験のねらい
従来多くの微細気泡生成に関する研究は、気体と液体を混入させて気泡を剪断、微細気泡が発生することを基本にこれをくりかえし、どのような方法で剪断すると効率的であるかを重点に、剪断発泡技術が開発されてきた。
本発明では気泡の発生は減圧と加圧の加減による共鳴が剪断と合わせ均一な気体の発泡を促すこと、一度発泡した気泡を真空にすることによって気泡が膨張し、これを真空キャビテーションで破砕することにより、気泡が一段と微細な気泡に変化する共鳴発泡と真空キャビテーションが効率的であることを観察し、これを実証する。
１）試験の方法
（１）アスピレターによる剪断破砕、
（２）減圧共鳴発泡、
（３）減圧共鳴発泡と真空キャビテーションによる２重破砕
について比較試験を行い、水の気体溶存状況の比較を行った。
２）装置の概要：図７，図８、図９に示した。
装置は、水道水の蛇口を、本発明の１次ポンプの機能に見立てて採用し、アスピレターによる剪断破砕、減圧共鳴発泡、減圧共鳴発泡と真空キャビテーションによる２重破砕を行った。真空キャビテーションによる２重破砕に用いるポンプは本発明の２次ポンプに相当する。
図７は、アスピレター送気装置による剪断破砕方法を示した。剪断破砕は、水をアスピレーターよる気液旋回破砕によって気泡を破砕するもので、装置はアスピレーターと水気分離装置を備えている。アスピレターの原理で水道からの水の噴出によって吸気口から空気を吸入して、水気分離装置で大きな気泡となり、水圧加圧装置で送気するシステムである。
この水の噴出によって吸気口から空気を吸入噴射する際、噴射部Ａで気体の剪断が起こり大小の微細気泡が排水口から流出する。すなわち、キャビテーションと共に微細気泡を製造する際の気体の剪断方法の一つである。高速撹拌装置のキャビテーションによる気液剪断破砕によっても同様の微細気泡を生ずる。
剪断破砕は多くのマイクロバブルの製造に用いられている。この場合気泡のサイズが大小不揃いになるので、水を破砕装置内を繰り返し通過循環させ、微細気泡の集積を図る方法が採用されている。
図８は、アスピレター送気装置による減圧共鳴発泡方法を示した。減圧共鳴発泡はこの装置の吸引部にニードルバルブと真空計を取り付け、吸気を減圧することによって水気分離装置が共鳴装置の役割を獲得して、噴出水量と減圧給気と水圧加圧部の条件によって、丁度笛を吹いた場合と同様、共鳴が起こり瞬時に吸気の大部分が共鳴装置全体へ発泡し、水が白濁する。分散した白濁気泡は粒径の揃ったマイクロバブルである。
図９は、図８の減圧共鳴発泡方法を一体的な装置に組み込み、共鳴発泡で粒径の揃ったマイクロバブルを製造後、共鳴装置から送り出される水の供給量より大きな吸引量を有するポンプを用いて真空キャビテーションを行う２重破砕方法である。２重破砕方法で、吐出される水は、多量の気体を含有するが、白濁しない無色透明の水である。
通常、１〜２００μｍのマイクロバブルは、チンダル現象を起こし、光の乱反射が起こるので白濁する。しかし、１μｍ以下のナノサイズのウルトラファインバブルは、粒子が小さ過ぎて光の乱反射が起こらないので白濁しないことが知られている。
３）測定方法：水の流量計、気体の精密流量計、真空計、１リットルメスシリンダーを用いた集気装置で残存気体の回収計測、水の白濁状況の観察等を行った。
毎分３０ｌの水量の水道を用いた。
計測方法は
（１）図７のアスピレターによる剪断破砕を行う際、その水の流量、注入空気の流量、回      収される気体量の計測を行った。
（２）図８に示す減圧共鳴破砕を行う際、その水の流量、注入空気の流量、回収される気      体量の計測を行った。
（３）同じスケールで図９に示す減圧共鳴破砕と真空キャビテーション破砕を行い、その      水の流量、注入空気の流量、回収される気体量の計測を行った。
アスピレーター及び加圧装置は水の状況変化を観察するためガラス製で行った。
４）試験の結果
測定の結果を表１に示した。
【表１】
0006040345.tif 000002
結果概要
水道水の流量は、毎分３０リットルであるが、アスピレーターが堰となって、これを通過する場合に毎分１０リットルに低下する。減圧をかけて共鳴させると更に低下し毎分９リットルの流量となる。
剪断破砕を行った場合は、水の流量毎分１０リットルに対し、毎分２リットルの空気の吸入があり、大きな気泡として水系外へ放出される空気量が１，８リットルあり、微細気泡として水に残留する量が、２００ｍｌである。２０〜２５℃で通常の水に含まれる空気量は１．５〜１．８％であるので、気体溶解度（容積比％）は２．５〜３．８％である。この時の噴射部Ａにおける減圧は−０．０１ＭＰａ程度であった。水の白濁状況は半白濁の状況で、微細化粒子にばらつきがあり、マイクロバブル水とするには、循環処理して微細気泡を集積する必要があることが判明した。
共鳴発泡を行う場合は、真空計とニードルバルブを用い、アスピレーターを通過する水へ減圧を加え、アスピレーターから噴出する水へ共鳴装置で加圧を行う。これにより水の流量毎分９リットルに低下する。この噴出流に対し空気の吸入を毎分１リットルに抑え、噴射部Ａにおける減圧を−０．０９ＭＰａにして共鳴させると、液全体が白濁してマイクロバブルが瞬間的に大量発生する。大きな気泡として水系外へ放出される空気量が３００ｍｌ程度であり、微細気泡として水に残留する量が、７００ｍｌである。従って水の微細気泡を含めた気体溶解度（容積比％）は９．２〜９．５％であり、チンダル現象による光散乱が起こって白濁する。
共鳴発泡と真空キャビテーションを行うと、共鳴発泡の行程では、共鳴発泡の装置と同じ結果であるが、真空キャビテーションを加えたことによって、微細気泡が更に微細化して、チンダル現象による光散乱が失われ、無色透明になる。
微細化気泡が１μｍ以下になるとチンダル現象による光散乱がなく、無色透明になることは、既に知られている。
本実施例は、本技術のメカニズムの相違と発生するウルトラファインバブルの相違を明確にする狙いで実施た。実際には大規模にするためには図１から図６に示したように、１次ポンプ及び２次ポンプを連結するが、２台のポンプの間に共鳴発泡装置を設置して、共鳴発泡して生じたマイクロバブルを２次ポンプの吸引力の差によって生ずる真空キャビテーションによってナノバブルを製造する構造を基本としている。【００２９】実施例２  空気の空気のウルトラファインバブル発生量とバブルのサイズに関する調査
１）試験の方法
（１）ウルトラファインバブル装置：本発明による真空キャビテーションウルトラファインバブル発生装置．
（２）測定方法：チンダル現象による光散乱法
ウルトラファインバブル水を入れた分析用セル容器に緑色レーザー光を照射し、表２に示す様に光散乱強度を測定した。
本方法により１００ｎｍ以下の大きさのウルトラファインバブル分散量が測定できる。
２）試験の結果
測定の結果を表２に示した。
【表２】
0006040345.tif 000003
３）結果概要
ウルトラファインバブル濃度が高くなるに連れて、光散乱量が強くなる。本装置では大量のウルトラファインバブルの生産が確認された。
但し、ウルトラファインバブルのサイズ分布は確認できなかった。【００３０】実施例３  ウルトラファインバブル水素水の生産と水の性質変換調査
前記ウルトラファインバブル水素水製造供給装置を用いて、水道水を処理したウルトラファインバブル水素水の酸化還元電位を調査した。比較に水道水と水へ水素ガスを吹き込みキャビテーションにより水素を吸収させた還元性水素水、ウルトラファインバブル水素水の酸化還元電位を数回に亘り調査し、
表３に比較掲載した。
１）試験の結果
【表３】
0006040345.tif 000004
２）結果概要
水道水は次亜塩素酸消毒を行っているので、酸化還元電位は高く、＋３２０ｍＶであった。
水道水の酸化還元電位は、浄水場に近いほど高く＋６００ｍＶの所もあり、水道管の鉄を錆びさせ電子を放出するため常時低下し、遠いと＋２５０ｍＶ程度の所も発生する。
本試験の原水は、ごく普遍的な範囲での酸化還元電位であるが、キャビテーションによる還元性水素水の場合は水素供給が不十分な処理の場合に−５５０ｍＶ程度の強還元性であり、水素ガスを十分に供給して水素を飽和する処理の場合は−６００ｍＶに達し強還元性を示す。
微細気泡を真空キャビテーションして生成するウルトラファインバブル水素水の場合は、水素の過飽和状態により、酸化還元電位はさらに低下し、条件によって−７００ｍＶから−７５０ｍＶの極めて強い還元条件を創出することが可能である。ウルトラファインバブル水素水の数値は飽和水素水の理論適数値より著しく高くなっている。
溶存水素含有量は、還元性水素水が１．０ｐｐｍ以上１．３ｐｐｍ程度であるが、ウルトラファインバブル水素水は１，５〜１．８ｐｐｍあり、水素含有量も高まる。溶存酸素量は、水素ガスの含有量が多くなれば、気体の分圧の関係で、水系から追い出されて、還元性水素水が０．６ｐｐｍ以下、ウルトラファインバブル水素水が０．０６ｐｐｍ以下に低下する。
各還元処理によるｐＨの変化は、酸化還元電位が０．４上昇し、ウルトラファインバブル水素水が０．６上昇する程度で、いずれも大きな変動はなく、アルカリ性水にはならず、飲料水としても十分に安全である。【００３１】実施例４  水素のウルトラファインバブル水の還元性ラジカル活性について
還元性ラジカルの測定方法としては、ＤＰＰＨラジカル消去能の測定が適切である。
１）試験の方法
ラジカル消去は、紫色の酸化型ＤＰＰＨと水素のウルトラファインバブル水が反応して無色の還元型ＤＰＰＨに変化する反応を利用し、分光光度計で波長５２０ｎｍで比色定量を行う。
原理は反応式１に示す通り、水の還元ラジカルがＤＰＰＨ酸化性ラジカルを消去する。
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２）測定の結果
【表４】
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３）測定結果の概要
表４に見られるように、無処理区の水では、酸化還元電位は＋２３０ｍＶで、参加条件を示し、ラジカル消去能も認められなかった。水素ウルトラファインバブル水では−７００ｍＶより低い酸化還元電位を示している。［００１７］特許文献１５では、磁場処理とキャビテーションによるマイクロバブルにも抗酸化性のラジカル消去能があることが示された。
しかし、磁場処理を実施していない本装置によって生成される水素ウルトラファインバブル水では、１．６３〜１．９２μＭ／Ｌ／ｍｉｎの酸化性ラジカルを消去する還元性のラジカルが測定された。
即ち、水素のウルトラファインバブル水では、気泡のサイズが微小であることに起因して、還元性のラジカルがあることが確認された。【００３２】実施例５  酸素のウルトラファインバブル水の生産と水の性質変換調査
前記ウルトラファインバブル酸素水製造供給装置を用いて、水道水を処理したウルトラファインバブル酸素水の水の性質の変化を調査した。
比較に水道水と水へ酸素ガスを吹き込みキャビテーションにより酸素を吸収させたウルトラファインバブル酸素水の酸化還元電位等を数回に亘り調査し、表５に比較掲載した。
１）試験の結果
【表５】
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２）結果概要
表５に見られる通り、通常の飲料水の溶存酸素は常温で１気圧の場合、容積比率（％）では０．３６％程度あり、酸素をウルトラファインバブルとして、微細気泡を水に加えてやれば、酸化還元電位はそれほど変化しないものの、溶存酸素含有量は著しく増大し、容積比率（％）で７．３６％程度まで上昇させることができる。
酸素をふんだんに含む水は、術後の患者、虚弱性の患者の一時的な体力回復に役立つので医療行為には欠かせないものである。【００３３】実施例６  空気のウルトラファインバブル水の酸化性ラジカル活性について
酸化性ラジカルの量的測定法は、化学的手法では困難であると考えられてきた。
しかし、測定限界の低濃度の酸化性ラジカル吸収剤を用い、化学的手法でも測定できるのではないかと考え、硫酸酸性条件を設定し、ウルトラファインバブル水の酸化性ラジカルをチオ硫酸ナトリウム希薄規定液と反応させ、残余のチオ硫酸ナトリウムを過マンガン酸カリで滴定する方法を検討した。
１）試験の方法
ウルトラファインバブル水の酸化性ラジカル発生瞬間的に発生・消滅するので、反応はチオ硫酸ナトリウム希薄規定液の（１Ｍ／１００００Ｎａ２Ｓ２Ｏ３）を用い、一旦、１０分間ウルトラファインバブル水と反応させ、発生する酸化ラジカルの集積量（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｒａｄｉｃａｌ）を過マンガン酸カリの規定液で滴定する。その反応としては次の反応式２が挙げられる。
反応式２
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具体的には、ウルトラファインバブル２０ｍｌをチオ硫酸ナトリウム希薄規定液１０ｍｌと１０分間反応を継続させ、残余のＭ／１００００Ｎａ２Ｓ２Ｏ３を硫酸酸性下で、Ｍ／１０００  ＫＭｎＯ４で滴定して、発生した酸化ラジカルの集積量を測定した。
２）試験の結果
試験結果を表６に示した。
【表６】
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３）結果概要
表６に見られるように、供試ウルトラファインバブル水の酸化性ラジカルはチオ硫酸ナトリウム１分子と当量であり、チオ硫酸ナトリウム分子と過マンガン酸カリ分子の関係も当量であるので、ＫＭｎＯ４消費量の強度の計算は、Ｍ／１０００  ＫＭｎＯ４  １ｍｌは１μＭのＫＭｎＯ４の消費に相当する。
表６に見られるように、空気のウルトラファインバブル水の酸化性ラジカルのＮａ２Ｓ２Ｏ３の力価消費量は滴定するＭ／１０００  ＫＭｎＯ４に換算して測定した。
Ｎａ２Ｓ２Ｏ３によりＫＭｎＯ４消費量の強度の計算はＭ／１０００  ＫＭｎＯ４  １ｍｌは１μＭのＫＭｎＯ４の消費に相当するが、２分子の水分子に発生するラジカルと２分子のＮａ２Ｓ２Ｏ３が反応し１分子のＮａ２ＳＯ４を生成するので、水分子とチオ硫酸ナトリウム分子が当量の関係に当たる。
計算式＝１μＭ×滴定差÷試料採取量×１０００÷１０分＝１μＭ×０．４０÷２０×１０００÷１０分＝２μＭ／Ｌ／ｍｉｎ
即ち、Ｍ／１０００  ＫＭｎＯ４滴定量によるウルトラファインバブルのラジカル発生量は水１Ｌ当たり、１分間に約２μＭの酸化性ラジカルが経時的に生成されることが量的に算定された。
【産業上利用の可能性】
【００３４】  空気のナノバブル水は、水の溶存酸素濃度を高め、水棲生物の活動を盛んにするので水の浄化が進むことが知られている。本発明の真空キャビテーションによるナノバブル水製造装置は、毎分１０トンの水処理も行うことを可能としている。空気のナノバブル水の供給は、生体の細胞組織を活性化して、生物の成長を速め、作物では地球温暖化に対する耐性を強化するので、今後起こるであろう、海洋資源の枯渇、農林産業の危機をナノバブルによって克服することが可能である。
ナノバブル水素水は、抗酸化機能を有し、高齢化の進む現代社会の高血圧、高脂血症、糖尿病、心疾患、脳梗塞等のいわゆる生活習慣病の予防、また癌の予防にも役立てることが可能である。
ナノバブル酸素水は、高濃度酸素水の生産を可能とするので、医療関係の緊急
事態に対処できる新しい技術としての可能性が広がっている。また、ナノバブルオゾン水はその殺菌力と安全性で、薬剤耐性菌の急増する病院施設、器具殺菌など応用範囲が広い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】共鳴発泡と真空キャビテーションによる空気のウルトラフファインバブル水製造装置図。
【図２】共鳴発泡と真空キャビテーションによる水素のウルトラフファインバブル水製造装置図。
【図３】共鳴発泡と真空キャビテーションによる酸素のウルトラフファインバブル水製造装置図。
【図４】共鳴発泡と真空キャビテーションによるオゾンのウルトラフファインバブル水製造装置図。
【図５】共鳴発泡と真空キャビテーションによる窒素・炭酸ガスのウルトラフファインバブル水製造装置図。
【図６】多段共鳴発泡と多段真空キャビテーションによるファインバブル水製造装置図。
【図７】アスピレター送気装置による剪断破砕方法の作業図。
【図８】アスピレター送気装置による減圧共鳴発泡方法の作業図。
【図９】減圧共鳴発泡と真空キャビテーション破砕の２重破砕方法の作業図。
【符号の説明】１    水源
２    吸水パイプ
３    電源ソケット
４    電源リード線
５    １次ポンプ
６    １次ポンプモーター
７    吸気口
８    低圧フローガス流量計
９    共鳴調整ニードルバルブ
１０  共鳴エジェクター
１１  共鳴調整真空計
１２  共鳴発泡装置
１３  １次微細気泡処理水送水パイプ
１４  ２次ポンプ
１５  ２次ポンプモーター
１６  ウルトラファインバブル加圧装置
１７  装置支持フレーム
１８  移動キャスター
１９  空気ウルトラファインバブル水貯留タンク
２０  水素ガス供給装置（水素ガスボンベ）
２１  元栓
２２  ガス圧メーター
２３  減圧バルブ
２４  減圧ガスメーター
２５  ガス流量計
２６  ガスニードルバルブ
２７  ガス消臭ろ過装置
２８  清浄ガス通導パイプ
２９  ウルトラファインバブル水素水貯留タンク
３０  酸素供給装置（酸素ガスボンベ）
３１  ウルトラファインバブル酸素水貯留タンク
３２  オゾン発生装置
３３  ウルトラファインバブルオゾン水貯留タンク
３４  窒素ガス供給装置（窒素ガスボンベ）
３５  炭酸ガス供給装置（炭酸ガスボンベ）
３６  ウルトラファインバブルル窒素・炭酸ガス水貯留タンク
３７  ３次ポンプ（以後４次ポンプ、５次ポンプの順次設置も含む）
３８  ３次ポンプモーター（以後４次ポンプモーター、５次ポンプモーターの順次設置も含む）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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