(57)【要約】  非常に簡易な構成やプロセスによって、ナノバブルが液相中で安定して存在するナノバブルの生成システム及び生成方法を提供する。ナノバブルの生成システムは、上側に存在する気相部分と、気相部分の下側に接する液相部分と、を密閉状態で収容する生成チャンバと、気体が過飽和で液相部分に溶解した過飽和溶存液体を生成する過飽和溶存液体生成装置と、ナノサイズの開口径を有する貫通孔を介して、加圧された気体を前記過飽和溶存液体に供給することにより、直径が１μｍよりも小さなナノバブルを生成するナノバブル生成装置と、を備える。
2013088667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側に存在する気相部分と、気相部分の下側に接する液相部分と、を密閉状態で収容する生成チャンバと、
気体が過飽和で液相部分に溶解した過飽和溶存液体を生成する過飽和溶存液体生成装置と、
ナノサイズの開口径を有する貫通孔を介して、加圧された気体を前記過飽和溶存液体に供給することにより、直径が１μｍよりも小さなナノバブルを生成するナノバブル生成装置と、を備えることを特徴とするナノバブルの生成システム。
【請求項２】
前記過飽和溶存液体生成装置は、加圧された気体を前記生成チャンバの気相部分に供給することを特徴とする、請求項１に記載のナノバブルの生成システム。
【請求項３】
前記過飽和溶存液体生成装置は、貫通孔を介して、加圧された気体を前記生成チャンバの液相部分に供給することを特徴とする、請求項１に記載のナノバブルの生成システム。
【請求項４】
前記過飽和溶存液体生成装置は、前記ナノバブル生成装置を兼ねることを特徴とする、請求項３に記載のナノバブルの生成システム。
【請求項５】
前記生成チャンバの液相部分を攪拌する攪拌装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載のナノバブルの生成システム。
【請求項６】
前記ナノバブル生成装置から生成されたナノバブルが前記ナノバブル生成装置からスムーズに離脱することを促進するための水流発生装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載のナノバブルの生成システム。
【請求項７】
前記貫通孔のそれぞれは、開口径の３倍よりも大きな距離で離間していることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一つに記載のナノバブルの生成システム。
【請求項８】
前記生成されたナノバブルが、単分散であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一つに記載のナノバブルの生成システム。
【請求項９】
上側に存在する気相部分と、気相部分の下側に接する液相部分と、を密閉状態で生成チャンバに収容することと、
気体が過飽和で液相部分に溶解した過飽和溶存液体を生成することと、
ナノサイズの開口径を有する貫通孔を介して、加圧された気体を前記過飽和溶存液体に供給することにより、直径が１μｍよりも小さなナノバブルを生成することと、を備えることを特徴とするナノバブルの生成方法。
【請求項１０】
前記過飽和溶存液体は、加圧された気体を前記生成チャンバの気相部分に供給することによって生成されることを特徴とする、請求項９に記載のナノバブルの生成方法。
【請求項１１】
前記過飽和溶存液体は、貫通孔を介して、加圧された気体を前記生成チャンバの液相部分に供給することによって生成されることを特徴とする、請求項９に記載のナノバブルの生成方法。
【請求項１２】
前記過飽和溶存液体の生成は、前記ナノバブルの生成を兼ねることを特徴とする、請求項１１に記載のナノバブルの生成方法。
【請求項１３】
前記生成チャンバの液相部分を攪拌することをさらに備えることを特徴とする、請求項９乃至１２のいずれか一つに記載のナノバブルの生成方法。
【請求項１４】
前記生成されたナノバブルがスムーズに離脱することを促進するために水流を発生させることをさらに備えることを特徴とする、請求項９乃至１３のいずれか一つに記載のナノバブルの生成方法。
【請求項１５】
前記貫通孔のそれぞれは、開口径の３倍よりも大きな距離で離間していることを特徴とする、請求項９乃至１４のいずれか一つに記載のナノバブルの生成方法。
【請求項１６】
前記生成されたナノバブルが、単分散であることを特徴とする、請求項９乃至１５のいずれか一つに記載のナノバブルの生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ナノバブルの生成システム及び生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ナノバブル、すなわち１μｍ（１０００ｎｍ）よりも小さな直径を有するバブル、を含有する液体（以下、ナノバブル含有液体という。）においては、ナノバブルがマイクロバブル（直径が数μｍ乃至数十μｍ）よりも液相の中での滞留時間が長いので、洗浄や殺菌や脱臭の効果が向上すると言われている。ナノバブルを液相中に発生させるナノバブル発生装置として様々な技術が提案されていて、例えば、以下のような技術がある。【０００３】
特許文献１は、気体を混合した水中で高圧の水を噴射して、ナノバブル発生装置の壁面等に衝突させ、その衝撃でナノバブルを発生させることを開示している。【０００４】
特許文献２は、気体と液体を混合した流体を円筒状の構造を持った装置に流し、高速で旋回させて、それにより生じた乱流で、気体をせん断してナノバブルを発生させることを開示している。【０００５】
特許文献３は、マイクロバブル等の微細バブルを含有した液相の中に超音波振動を印加して、その振動によりマイクロバブル等を崩壊させ、ナノバブルを発生させることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１９５８８９号公報
【特許文献２】特開２００８−２７２７１９号公報
【特許文献３】特開２００６−２８９１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の発明は、衝撃力により、あるいは、特許文献２の発明は気相及び液相が混合した高速旋回流により、それぞれ微小なバブルを生成しようとするものであるが、得られるバブル径が不均一であり、バブル径を制御することが困難であるという問題がある。また、特許文献３の発明は、液相中に溶解した気体に基づいてナノバブルを発生させるものであり、ナノバブル発生後の液相での過飽和度を安定させることが困難であるという問題がある。【０００８】
ところで、ヤング・ラプラスの式から、ナノオーダーにまで縮小されたバブル内部は、高圧状態になっているものと考えられている。このような高圧状態では、ヘンリーの法則に従って、ナノバブル内に含まれる気体が周囲の液相中に溶解するために、ナノバブルが次第に縮小して、いずれ消滅してしまうと言われており、液相中での安定性に欠けている。【０００９】
したがって、この発明の解決すべき技術的課題は、非常に簡易な構成やプロセスによって、ナノバブルが液相中で安定して存在するナノバブルの生成システム及び生成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記技術的課題を解決するために、この発明によれば、以下のナノバブルの生成システム及び生成方法が提供される。【００１１】
すなわち、この発明に係るナノバブルの生成システムは、上側に存在する気相部分と、気相部分の下側に接する液相部分と、を密閉状態で収容する生成チャンバと、気体が過飽和で液相部分に溶解した過飽和溶存液体を生成する過飽和溶存液体生成装置と、ナノサイズの開口径を有する貫通孔を介して、加圧された気体を前記過飽和溶存液体に供給することにより、直径が１μｍよりも小さなナノバブルを生成するナノバブル生成装置と、を備えることを特徴とする。【００１２】
この発明のナノバブルの生成システムでは、前記過飽和溶存液体生成装置は、加圧された気体を前記生成チャンバの気相部分に供給することが好ましい。【００１３】
この発明のナノバブルの生成システムでは、前記過飽和溶存液体生成装置は、貫通孔を介して、加圧された気体を前記生成チャンバの液相部分に供給することが好ましい。【００１４】
この発明のナノバブルの生成システムでは、前記過飽和溶存液体生成装置は、前記ナノバブル生成装置を兼ねることが好ましい。【００１５】
この発明のナノバブルの生成システムでは、前記生成チャンバの液相部分を攪拌する攪拌装置をさらに備えることが好ましい。【００１６】
この発明のナノバブルの生成システムでは、前記ナノバブル生成装置から生成されたナノバブルが前記ナノバブル生成装置からスムーズに離脱することを促進するための水流発生装置をさらに備えることが好ましい。【００１７】
この発明のナノバブルの生成システムでは、前記貫通孔のそれぞれは、開口径の３倍よりも大きな距離で離間していることが好ましい。【００１８】
この発明のナノバブルの生成システムでは、前記生成されたナノバブルが、単分散であることが好ましい。【００１９】
同様に、この発明に係るナノバブルの生成方法は、上側に存在する気相部分と、気相部分の下側に接する液相部分と、を密閉状態で生成チャンバに収容することと、気体が過飽和で液相部分に溶解した過飽和溶存液体を生成することと、ナノサイズの開口径を有する貫通孔を介して、加圧された気体を前記過飽和溶存液体に供給することにより、直径が１μｍよりも小さなナノバブルを生成することと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
気相部分及び液相部分が密閉状態で収容された生成チャンバにおいては、気体が過飽和で液相部分に溶解した過飽和溶存液体が生成され、当該過飽和溶存液体中でナノバブルが生成されるので、液相部分の中で安定して存在するナノバブルを、非常に簡易な構成やプロセスによって生成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施形態に係るナノバブルの生成システム及び生成方法を模式的に説明する図である。
【図２】この発明に係るナノバブルの生成方法によって生成されたバブルの粒度分布を示す図である。
【図３】比較例に係るナノバブルの生成方法によって生成されたバブルの粒度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、この発明の一実施形態に係るナノバブル５の生成システム１及び生成方法について、図１を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１に示すように、この発明に係るナノバブル５の生成システム１は、加圧されても密閉状態が保たれる生成チャンバ１０と、高圧に加圧された気体６を生成チャンバ１０に供給するガスボンベ（加圧気体供給装置）１２と、高圧に加圧された気体６を細孔ユニット２０に供給するガスボンベ（ナノバブル生成用気体供給装置）１３と、ナノバブル５を発生させる細孔ユニット（ナノバブル生成装置）２０と、を備えている。ガスボンベ１２は、圧力調整弁１４を介して生成チャンバ１０に接続されている。ガスボンベ１３は、圧力調整弁１８及び圧力計１９を介して、生成チャンバ１０の底壁に取り付けられた細孔ユニット２０に接続されている。これらのガスボンベ１２，１３から供給される気体６の種類や成分は、本実施形態では同じものである。
【００２４】
生成チャンバ１０の下側には、満充填されるよりも少ない量で充填された液相部分７が形成されている。また、生成チャンバ１０の上側には、ガスボンベ１２から供給される気体６によって高圧に加圧された気相部分８が形成されている。生成チャンバ１０における液相部分７及び気相部分８は、気液界面を介して接している。
【００２５】
生成チャンバ１０の気相部分８の側においては、好適には、圧力調整弁１４及び圧力計１５が配設されている。すなわち、ガスボンベ１２と生成チャンバ１０との間には、ガスボンベ１２から生成チャンバ１０へ供給される気体６の圧力を精密に制御するための圧力調整弁１４が設けられている。密閉状態にある生成チャンバ１０内の気相部分８の圧力は、圧力計１５によってモニターされる。また、生成チャンバ１０の気相部分８の側においては、気相部分８での加圧圧力を徐々に環境圧（大気圧）まで下げるための圧力開放弁（図示しない）を備えている。
【００２６】
また、生成チャンバ１０の液相部分７の側においては、好適には、攪拌装置１６及び水流発生装置１７が配設されている。すなわち、過飽和溶存液体４での過飽和度ができるだけ均一になるように、及び、生成されたナノバブル５が過飽和溶存液体４の中でできるだけ均一に分散するように、生成チャンバ１０内の液相部分７を攪拌するための攪拌装置１６が設けられている。生成されたナノバブル５が細孔ユニット２０からスムーズに離脱することを促進するために、水流発生装置１７が細孔ユニット２０の近傍に設けられている。なお、水流発生装置１７によってナノバブル５よりも大きなサイズのマイクロバブルが生成しないように、水流発生装置１７の配置や流速が調整されている。
【００２７】
ヘンリーの法則により液相部分７への気体６の溶解度が気体６の圧力に比例することから、ガスボンベ１２から供給される気体６の圧力に応じて、気相部分８の圧力が変化し、気相部分８を構成する気体６が気相部分８に接する液相部分７の中に溶解して、液相部分７への気体６の溶解度が規定される。すなわち、ガスボンベ１２から供給される気体６の圧力を高くすればするほど、液相部分７への気体６の溶解度が大きくなる。同様に、後述する細孔ユニット２０によって生成されたナノバブル５に含まれる気体６もナノバブル５の周囲にある液相部分７の中に溶解して、ナノバブル５内での気体６の圧力が高くなればなるほど、液相部分７への気体６の溶解度が大きくなる。すなわち、ナノバブル５の中に含まれる気体６の内圧Ｐ１に比例して、ナノバブル５に含まれる気体６がナノバブル５の周囲にある液相部分７に溶解する。そして、最終的に、生成チャンバ１０内の液相部分７の全体の溶解度が、ナノバブル５の周囲にある液相部分７での溶解度と大略等しくなる。
【００２８】
次に、ナノバブル５を発生させる細孔ユニット（ナノバブル生成装置）２０について説明する。
【００２９】
多孔壁２２を有する細孔ユニット２０は、生成チャンバ１０の底壁面の略中央部分に設置されている。多孔壁２２は、ナノサイズの微小な貫通孔２４を多数個有する。生成チャンバ１０内の液相部分７と細孔ユニット２０内の気相部分２６とが、多孔壁２２を介して、隔てられている。多孔壁２２は、貫通孔２４を通じて細孔ユニット２０内の気相部分２６を通過させるものの、貫通孔２４が有する表面張力により液相部分７の通過を妨げるように、各貫通孔２４の開口径が寸法構成されている。したがって、生成チャンバ１０内の液相部分７が、多孔壁２２の貫通孔２４を通じて、細孔ユニット２０内の気相部分２６に逆流することはない。
【００３０】
１μｍ（１０００ｎｍ）よりも小さな直径を有するナノバブル５の生成のために必要とされる貫通孔２４の開口径（直径）を例示すると、数ｎｍ乃至数百ｎｍであり、好ましくは約１０ｎｍ乃至約１００ｎｍである。貫通孔２４の開口径がおおよそ１０ｎｍ未満である場合には、ナノバブル５を発生する際に非常に大きな加圧力が必要となるために、細孔ユニット２０の取扱が困難になるからである。また、貫通孔２４の開口径がおおよそ１００ｎｍよりも大きくなると、ナノサイズよりも大きなサイズのマイクロバブルが生成される恐れがあるからである。
【００３１】
多孔壁２２は、陽極酸化などで得られる多孔質体が好ましく、例えば、陽極酸化アルミニウム（ポーラスアルミナ）や陽極酸化シリコン（ポーラスシリカ）の皮膜である。ナノサイズの貫通孔２４の作成のし易さから、陽極酸化アルミニウム皮膜が特に好適である。陽極酸化アルミニウム皮膜は、アルミニウム板又は他の基板上に形成されたアルミニウム膜を酸性電解質中で陽極酸化することにより得られる。
【００３２】
陽極酸化アルミニウム皮膜は、例えば、半径数ｎｍ乃至数百ｎｍの柱状形状をした貫通孔２４が数十ｎｍ乃至数百ｎｍの間隔で並列した幾何学的構造を有する。貫通孔２４から出てくるバブルは、一般的に、貫通孔２４の開口径よりも大きなサイズで拡張した態様で生成される。隣り合った貫通孔２４が接近していると、各貫通孔２４を通じてナノバブル５が生成されたとしても、隣接したバブル同士が合体して、大きなサイズのバブル（例えばマイクロバブル）を形成することがある。多孔壁２２が接する液相部分７の表面張力によって異なるが、例えば、貫通孔２４の開口径の４倍くらい大きなサイズのバブルが形成される恐れがある。したがって、隣接したバブル同士の干渉を避けるために、多孔壁２２における隣り合った貫通孔２４同士のピッチ（離間距離）は、例えば３倍よりも大きな距離で離間していることが好ましい。すなわち、隣接する開口同士が開口径の３倍よりも大きな距離で離間していることが好ましい。
【００３３】
なお、多孔壁２２として、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート等の高分子フィルムに多数の貫通孔を設けたモノトランフィルム等も用いることもできる。なお、多孔壁２２に対する液相部分７の濡れ性が影響して、微小な開口径の貫通孔２４から気体６が出にくくなっているために、細孔ユニット２０内での気相部分２６の圧力を高くする必要があり、ガスボンベ１３から供給される気体６の圧力も高くする必要がある。
【００３４】
ところで、ナノバブル含有液体３では、ナノバブル５の中に含まれる気体６の内圧Ｐ１と環境圧（大気圧）Ｐ２との差圧ΔＰは、気体６に対する液相部分７の界面張力γと、ナノバブル５の直径Ｄとの関係を規定する以下のヤング・ラプラスの式を満たしている。
【００３５】
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＝４γ／Ｄ                （１）
上記（１）に示したヤング・ラプラスの式から、ナノバブル５の直径Ｄが小さければ差圧ΔＰが大きくなり、逆に、ナノバブル５での差圧ΔＰが大きければ大きいほど、ナノバブル５の直径Ｄが小さくなる。また、所望とするナノバブル５の直径Ｄを得るためには、ナノバブル５の中に含まれる気体６の内圧Ｐ１と環境圧Ｐ２との差圧ΔＰをヤング・ラプラスの式で規定される値にすればよいことになる。
【００３６】
ナノバブル５での差圧ΔＰが大きければ、ヤング・ラプラスの式に基づいてナノバブル５の直径Ｄが小さくなるとともに、ヘンリーの法則に基づいてナノバブル５の周辺における液相部分７に対する気体６の溶解度が大きくなり、最終的に生成チャンバ１０内の液相部分７の全体に対する気体６の溶解度が大きくなる。逆に、生成チャンバ１０内の液相部分７の全体に対する気体６の溶解度を大きくして、ナノバブル５の周辺における液相部分７に対する気体６の溶解度を大きくすると、ナノバブル５の直径Ｄを小さくすることができる。したがって、液相部分７への気体６の溶解度が通常の大気圧下よりも大きな過飽和溶解度で気体６が液相部分７に溶解している過飽和状態を作り出せば、小さな直径Ｄを有するナノバブル５が液相部分７の中で安定して存在することが可能になる。
【００３７】
ナノバブル５の直径Ｄを規定すると、ナノバブル５の中に含まれる気体６の内圧Ｐ１と、ナノバブル５周辺での液相部分７への気体６の溶解度Ｓとが決まり、ひいては液相部分７の全体における気体６の溶解度Ｓが決まる。液相部分７への気体６の溶解度Ｓは、気体６の種類によって異なる。そこで、液相部分７及び気体６の種類が異なった２つの場合において、ナノバブル５の直径Ｄと、ナノバブル５の中に含まれる気体６の内圧Ｐ１及び液相部分７に対する気体６の理論的な溶解度Ｓとの関係を表１及び２に示す。なお、表１は、界面張力が０．０７Ｎ／ｍである純水、１気圧、２５℃の条件下のものであり、表２は、界面張力が０．０２７Ｎ／ｍである界面活性剤を含む水、１気圧、２５℃の条件下のものである。
【００３８】
【表１】
2013088667.tif 000003
【００３９】
【表２】
2013088667.tif 000004
【００４０】
表１によれば、液相部分７が純水であって気体６が酸素である気液平衡系においては、例えば、ナノバブル５の直径Ｄを１００ｎｍとすると、ナノバブル５の内圧Ｐ１が２．９８ＭＰａとなり、溶解度Ｓが１１９０ｍｇ／リットルとなる。同様に、表２によれば、液相部分７が界面活性剤を含む水であって気体６が酸素である気液平衡系においては、例えば、ナノバブル５の直径Ｄを１００ｎｍとすると、ナノバブル５の内圧Ｐ１が１．１８ＭＰａとなり、溶解度Ｓが４７３ｍｇ／リットルとなる。表１及び２に示した溶解度Ｓは、ヤング・ラプラスの式及びヘンリーの法則から得られる理論的な数値であって界面張力によっても変動するものであるから、所望とする直径を有するナノバブル５が過飽和溶存液体４中に安定して存在するようにするためには、現実的には、表１及び２に示した溶解度Ｓのおおよそ０．５乃至２倍に調整すればよい。
【００４１】
大気圧（１気圧）下では、大気圧に対応した飽和溶解度以上に気体６が液相部分７に溶け込むことがない。しかしながら、気体６を加圧した加圧環境下では、加圧力に対応した溶解度で気体６が液相部分７に溶解することができ、大気圧下での飽和溶解度以上の気体６が液相部分７に溶け込んでいる。加圧環境下から大気圧環境下に徐々に戻して行くと、飽和溶解度以上の気体６が液相部分７に溶け込んだ状態すなわち過飽和状態を作り出すことができ、当該過飽和状態は大気圧環境下であっても比較的安定である。
【００４２】
このような過飽和状態は、部分的には液相部分７で満たされ且つ残りが気相部分８で満たされた生成チャンバ１０において、１）ガスボンベ１２から供給される気体６で生成チャンバ１０の気相部分８を加圧状態にすることにより、及び／又は、２）生成チャンバ１０の液相部分７の中でナノバブル５を発生させることにより、それぞれ作り出すことができる。１）の気相部分８を加圧状態にする方法は、気相部分８での圧力が高くなっているために、ヘンリーの法則に基づいて液相部分７への気体６の溶解度が大きくなるからである。なお、２）のナノバブル発生による方法は、小さな直径Ｄを有するナノバブル５は、液相部分７に存在するナノバブル５内部での気体６の差圧ΔＰが大きくなっているために、ヘンリーの法則に基づいて液相部分７への気体６の溶解度が大きくなるからである。そして、飽和溶解度以上に気体６が液相部分７に溶解した過飽和状態の液相部分７は、過飽和溶存液体４と呼ぶことができる。
【実施例１】
【００４３】
次に、ナノバブル含有液体３の製造プロセスについて説明する。【００４４】
まず、１）ガスボンベ１２から供給される気体６で生成チャンバ１０の気相部分８を加圧状態にすることにより、及び／又は、２）生成チャンバ１０の液相部分７の中でナノバブル５を発生させることにより、飽和溶解度以上である所望の過飽和溶解度で気体６が液相部分７に溶解させる。このとき、液相部分７における過飽和度ができるだけ均一になるように、攪拌装置１６によって液相部分７を攪拌することが好ましい。そして、圧力開放弁を開放して、生成チャンバ１０内の気相部分８での圧力を徐々に環境圧（大気圧）まで下げることにより、過飽和溶存液体４を生成する。過飽和溶存液体４においては、所定の過飽和溶解度で気体６が液相部分７に比較的安定に溶解している。【００４５】
次に、ガスボンベ１３からの気体６を細孔ユニット２０に供給すると、供給された気体６が、微小な貫通孔２４を介して、生成チャンバ１０内の過飽和溶存液体４に供給される。ガスボンベ１３から供給された気体６により、生成チャンバ１０内の過飽和溶存液体４の中にナノバブル５が形成される。このとき、生成されたナノバブル５が細孔ユニット２０からスムーズに離脱するように、水流発生装置１７によって細孔ユニット２０に向けての過飽和溶存液体４の流れを形成することが好ましい。【００４６】
そして、過飽和溶存液体４における過飽和溶解度が、所望とするナノバブル５の直径に対応した溶解度になっているので、ナノバブル５中の気体６と、ナノバブル５の周囲に存在する過飽和溶存液体４との間においては、上述したヤング・ラプラスの式及びヘンリーの法則に従う気液平衡状態になっている。その結果、所望とする直径Ｄを有するナノバブル５が、過飽和溶存液体４の中で安定して存在することができる。【００４７】
過飽和溶存液体４の中におけるナノバブル５の安定性を確認するために、以下の測定を行った。【００４８】
過飽和溶存液体４を円筒状の細孔膜内に流すことによりナノバブル５を生成してから５．１秒が経過したナノバブル含有液体３を、レーザー回折／散乱式粒度分布計（島津製作所製の商品名「ＳＡＬＤ２１００」）の測定セルに導入して、バブル径分布を測定した。過飽和溶存液体４は、生成チャンバ１０の気相部分８を加圧状態（絶対圧で約０．４ＭＰａ）にすることによって生成した。測定に供されたナノバブル含有液体３は、液相部分７が界面活性剤を含む水であって気体６が酸素である気液平衡系のものである。得られたバブル径分布の測定結果を図２に示す。なお、バブル径の計算には、バブルの屈折率を１．３５とし、バブルの平均直径を平均径で示した。図２からも明らかなように、この発明によって得られたバブルは、単分散性に優れた平均直径が約７００ｎｍであるナノバブルであり、ナノバブル生成後に５．１秒が経過していても、安定して存在することが確認された。また、このとき、界面活性剤を含む水に対する酸素の過飽和溶解度は、約８０ｍｇ／リットルであった。【００４９】
そして、比較のために、気体６の溶解度が飽和溶解度になっている飽和液体中におけるナノバブル５の安定性を確認するために、上記と同様の測定を行った。【００５０】
飽和液体中にナノバブルを生成してから５．１秒が経過したバブル含有液体を、レーザー回折／散乱式粒度分布計（島津製作所製の商品名「ＳＡＬＤ２１００」）の測定セルに導入して、バブル径分布を測定した。測定に供されたバブル含有液体は、液相部分７が界面活性剤を含む水であって気体６が酸素である気液平衡系のものである。得られたバブル径分布の測定結果を図３に示す。なお、バブル径の計算には、バブルの屈折率を１．３５とし、バブルの平均直径を平均径で示した。図３からも明らかなように、比較例として実験したバブルは、様々なバブル径を持ったブロードなバブルであって、平均直径が約６６μｍであるマイクロバブルであり、ナノバブルの安定性が悪く、ナノバブルがほとんど存在していなかった。また、このとき、界面活性剤を含む水に対する酸素の溶解度は、約１０ｍｇ／リットルであった。【００５１】
上記説明から、この発明に係る生成システム１及び生成方法を用いると、過飽和溶存液体４における気体６の過飽和溶解度、及び／又は、細孔ユニット２０における多孔壁２２の貫通孔２４の開口径を適切に調整することにより、１μｍ（１０００ｎｍ）よりも小さな直径を有するナノバブル５を含有したナノバブル含有液体３を作成することができる。したがって、気相部分８及び液相部分７が密閉状態で収容された生成チャンバ１０においては、気体６が過飽和で液相部分７に溶解した過飽和溶存液体４が生成され、当該過飽和溶存液体４の中でナノバブル５が生成されるので、液相部分７の中で安定して存在するナノバブル５を、非常に簡易な構成やプロセスによって生成することができる。【００５２】
この発明に係る生成システム１及び生成方法によって生成されたナノバブル含有液体３では、ナノバブル５が液相部分７の中で比較的安定に存在するために、当該ナノバブル含有液体３は、洗浄、浄化、脱臭、殺菌、生物活性等において優れた効果を発揮することができ、電気、機械、化学、農林水産、医療等の様々な分野で利用することができる。【００５３】
この発明に係る生成システム１及び生成方法によって生成されたナノバブル含有液体３で用いられる液相部分７として、純水や水道水やイオン交換水や軟水等の水を始め、塩化ナトリウムや界面活性剤を含む溶液、有機溶媒、又はガソリン等の油類等を例示することができる。また、生成されたナノバブル含有液体３で用いられる気体６として、酸素ガスや窒素ガスや水素ガスや炭酸ガスやアルゴンガスやオゾンガスやヘリウムガス、又はメタンガス等の炭化水素ガス等を例示することができる。【００５４】
また、上記実施形態では、生成チャンバ１０の底壁に取り付けられた細孔ユニット２０によってナノバブル５を生成させているいわばバッチ式のものである。これに対して、多孔体を含み、生成チャンバの外部に設けられた細孔ユニットが、配管等により生成チャンバに接続された生成システムであって、ナノバブル含有液体が生成システム内を循環する連続式のものとすることもできる。このような細孔ユニットでは、多孔体の外側には加圧された気体が供給される気相空間と、多孔体の内側には液体等が連続的に流れる液相空間とが、円筒状の多孔体を介して隔てられている。その結果、連続的に循環するナノバブル含有液体において、ナノバブルを生成させることができる。【００５５】
なお、この発明を理解しやすくするために、具体的な構成や数値を用いて説明したが、これらはあくまでも例示であって、この発明の技術的範囲を限定するものではない。この発明の技術的範囲内において、種々の実施形態や変形例を構成することができることは、当業者には明らかである。
【符号の説明】
【００５６】
１  ナノバブル含有液体の生成システム
３  ナノバブル含有液体
４  過飽和溶存液体
５  ナノバブル
６  気体
７  液相部分
８  気相部分
１０  生成チャンバ
１２  ガスボンベ（加圧気体供給装置）
１３  ガスボンベ（ナノバブル生成用気体供給装置）
１６  攪拌装置
１７  水流発生装置
２０  細孔ユニット（ナノバブル生成装置）
２２  多孔壁
２４  貫通孔
【図１】
2013088667.tif 000005
【図２】
2013088667.tif 000006
【図３】
2013088667.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月18日(2014.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側に存在する気相部分と、気相部分の下側に接する液相部分と、を密閉状態で収容する生成チャンバと、
気体が過飽和で液相部分に溶解した過飽和溶存液体を生成する過飽和溶存液体生成装置と、
ナノサイズの開口径を有する貫通孔を多数有する多孔壁を有する細孔ユニットを含むナノバブル生成装置と、を備え、
前記過飽和溶存液体生成装置での前記過飽和溶存液体と前記細孔ユニットでの加圧された気体とが、前記多孔壁を介して隔てられ、
前記細孔ユニットでの加圧された気体が、前記多孔壁を通じて前記過飽和溶存液体に供給されることにより、直径が１μｍよりも小さなナノバブルが過飽和溶存液体において安定的に存在していることを特徴とするナノバブルの生成システム。
【請求項２】
前記過飽和溶存液体生成装置は、加圧された気体を前記生成チャンバの気相部分に供給することを特徴とする、請求項１に記載のナノバブルの生成システム。
【請求項３】
前記過飽和溶存液体生成装置は、前記ナノサイズの開口径を有する貫通孔を介して、加圧された気体を前記生成チャンバの液相部分に供給することを特徴とする、請求項１に記載のナノバブルの生成システム。
【請求項４】
前記過飽和溶存液体生成装置は、前記ナノバブル生成装置を兼ねることを特徴とする、請求項３に記載のナノバブルの生成システム。
【請求項５】
前記生成チャンバの液相部分を攪拌する攪拌装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載のナノバブルの生成システム。
【請求項６】
前記ナノバブル生成装置から生成されたナノバブルが前記ナノバブル生成装置からスムーズに離脱することを促進するための水流発生装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載のナノバブルの生成システム。
【請求項７】
前記貫通孔のそれぞれは、開口径の３倍よりも大きな距離で離間していることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一つに記載のナノバブルの生成システム。
【請求項８】
前記生成されたナノバブルが、単分散であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一つに記載のナノバブルの生成システム。
【請求項９】
上側に存在する気相部分と、気相部分の下側に接する液相部分と、を密閉状態で生成チャンバに収容することと、
気体が過飽和で液相部分に溶解した過飽和溶存液体を生成することと、
ナノサイズの開口径を有する貫通孔を多数有する多孔壁を有する細孔ユニットを含むナノバブル生成装置によって、前記過飽和溶存液体と前記細孔ユニットでの加圧された気体とが、前記多孔壁を介して隔てられるように構成すること、
前記細孔ユニットでの加圧された気体が、前記多孔壁を通じて前記過飽和溶存液体に供給されることにより、過飽和溶存液体において安定的に存在する、直径が１μｍよりも小さなナノバブルナノバブルを生成することと、を備えることを特徴とするナノバブルの生成方法。
【請求項１０】
前記過飽和溶存液体は、加圧された気体を前記生成チャンバの気相部分に供給することによって生成されることを特徴とする、請求項９に記載のナノバブルの生成方法。
【請求項１１】
前記過飽和溶存液体は、前記ナノサイズの開口径を有する貫通孔を介して、加圧された気体を前記生成チャンバの液相部分に供給することによって生成されることを特徴とする、請求項９に記載のナノバブルの生成方法。
【請求項１２】
前記過飽和溶存液体の生成は、前記ナノバブルの生成を兼ねることを特徴とする、請求項１１に記載のナノバブルの生成方法。
【請求項１３】
前記生成チャンバの液相部分を攪拌することをさらに備えることを特徴とする、請求項９乃至１２のいずれか一つに記載のナノバブルの生成方法。
【請求項１４】
前記生成されたナノバブルがスムーズに離脱することを促進するために水流を発生させることをさらに備えることを特徴とする、請求項９乃至１３のいずれか一つに記載のナノバブルの生成方法。
【請求項１５】
前記貫通孔のそれぞれは、開口径の３倍よりも大きな距離で離間していることを特徴とする、請求項９乃至１４のいずれか一つに記載のナノバブルの生成方法。
【請求項１６】
前記生成されたナノバブルが、単分散であることを特徴とする、請求項９乃至１５のいずれか一つに記載のナノバブルの生成方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
すなわち、本発明に係るナノバブルの生成システムは、上側に存在する気相部分と、気相部分の下側に接する液相部分と、を密閉状態で収容する生成チャンバと、気体が過飽和で液相部分に溶解した過飽和溶存液体を生成する過飽和溶存液体生成装置と、ナノサイズの開口径を有する貫通孔を多数有する多孔壁を有する細孔ユニットを含むナノバブル生成装置と、を備え、前記過飽和溶存液体生成装置での前記過飽和溶存液体と前記細孔ユニットでの加圧された気体とが、前記多孔壁を介して隔てられ、前記細孔ユニットでの加圧された気体が、前記多孔壁を通じて前記過飽和溶存液体に供給されることにより、直径が１μｍよりも小さなナノバブルが過飽和溶存液体において安定的に存在していることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明のナノバブルの生成システムでは、前記過飽和溶存液体生成装置は、前記ナノサイズの開口径を有する貫通孔を介して、加圧された気体を前記生成チャンバの液相部分に供給することが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
同様に、本発明に係るナノバブルの生成方法は、上側に存在する気相部分と、気相部分の下側に接する液相部分と、を密閉状態で生成チャンバに収容することと、気体が過飽和で液相部分に溶解した過飽和溶存液体を生成することと、ナノサイズの開口径を有する貫通孔を多数有する多孔壁を有する細孔ユニットを含むナノバブル生成装置によって、前記過飽和溶存液体と前記細孔ユニットでの加圧された気体とが、前記多孔壁を介して隔てられるように構成すること、
前記細孔ユニットでの加圧された気体が、前記多孔壁を通じて前記過飽和溶存液体に供給されることにより、過飽和溶存液体において安定的に存在する、直径が１μｍよりも小さなナノバブルを生成することと、を備えることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
気相部分及び液相部分が密閉状態で収容された生成チャンバにおいては、気体が過飽和で液相部分に溶解した過飽和溶存液体が生成され、過飽和溶存液体と細孔ユニットでの加圧された気体とが、細孔ユニットの多孔壁を介して隔てられ、細孔ユニットでの加圧された気体が、多孔壁を通じて過飽和溶存液体に供給されるので、液相部分の中で安定して存在するナノバブルを、非常に簡易な構成やプロセスによって生成することができるという効果を奏する。
【国際調査報告】
2013088667.tif 000008
2013088667.tif 000009
2013088667.tif 000010
2013088667.tif 000011