(57)【要約】【課題】  簡単な操作でナノサイズの気泡を含んだ機能水を製造することができる装置を提供する。【解決手段】    入口２から微小気泡発生部４に導入された原料水はステンレスネットやステンレスウール間を通過することによって、ミクロンサイズの微小気泡が混入する。  微小気泡発生部４おいて生成されたミクロンサイズの微小気泡が混入した水は金属イオン付加部６に導入され、セラミック粒子７と接触することで水中にセラミックを構成している金属酸化物から金属イオンが溶け込む【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に直径５００ｎｍ以上の微小気泡を発生させる微小気泡発生部と、この微小気泡発生部の下流側に配置される金属イオン付加部と、この金属イオン付加部の下流側に配置される微小気泡縮小部とからなり、前記金属イオン付加部には、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０属元素の酸化物の少なくとも１つからなるセラミックが充填され、前記微小気泡縮小部には気泡を縮小させる力を作用させる流路が形成されていることを特徴とする機能水の製造装置。
【請求項２】
メッシュや繊維などを充填した微小気泡発生部に水を通すことで水中に直径５００ｎｍ以上の微小気泡を発生させ、この微小気泡を含む水をアルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０属元素の酸化物の少なくとも１つからなるセラミックに接触させることで金属イオンを溶解させ、この金属イオンと微小気泡が含まれる水をノズルから噴出するとともに水中の微小気泡に縮小する力を作用させて直径５００ｎｍ未満のナノサイズの気泡とすることを特徴とする機能水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノバブルを含んだ機能水の製造装置及び製造方法に関する
【背景技術】
【０００２】
直径が５００ｎｍ以下のナノバブル（気泡）は水中に１カ月以上留まることができ、また殺菌効果や有機物あるいは無機物との反応など通常の大きさの気泡とは異なる特性を発揮するため、多くの分野での利用が期待されている。
【０００３】
上記のナノバブルに関する先行技術として、特許文献１〜４に開示されるものが挙げられる。
特許文献１は、ナノバブルの製造に関する基本的な内容を開示している。先ず、鉄イオンやナトリウムイオンなどの電解質イオンが混入した高い電気伝導度の水溶液中に１０〜５０μｍの微小気泡を作成する。
次いで、上記の微小気泡に対し物理的刺激を加えることで、急激に微小気泡を直径５０〜５００ｎｍに縮小（ナノ化）する。このナノ化した気泡は急激に縮小したため、単位面積当たりの電荷量が大幅に増加して気液界面に吸着した水素イオンや水酸化物イオンの静電気的な反発力が働き、また水素イオン、水酸化物イオン及び電解質イオンが気液界面の縮小に伴って微小な体積中に高濃度に濃縮してナノ化した微小気泡周囲を囲む殻として働くため、特有の機能を発揮すると解釈されている。
【０００４】
特許文献１において挙げられている微小気泡を更にナノサイズまで縮小させるための物理的刺激としては、周波数が２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの超音波、５００〜１００００ｒｐｍの回転力、オリフィスまたは多孔板を通過させることによる圧縮、膨張及び渦流が挙げられている。
【０００５】
特許文献２では、微細化する対象は気泡ではなく切削油であるが、微細化の手順として抗火石に切削油を接触させて撹拌し更に衝突撹拌することで、切削油の粒子を微細化することが開示されている。
【０００６】
特許文献３にはエマルション燃料の製造装置として、両端に開口部を有する筒状のケース内の上流側に金網ブロックを、下流側にセラミック粒子を配置し、水分子と油流粒子をナノサイズまで小さくする内容が提案されている。
【０００７】
特許文献４には、加工油を微細化する装置として、両端に開口部を有する筒状ケース内に乱流発生手段とセラミックスを充填した構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４１４４６６９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７４０６４号公報
【特許文献３】特開２０１０−６４００９号公報
【特許文献４】特開２００５−２３２２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では、水中に１０〜５０μｍの微小気泡を作成する前に、当該水に電解質イオンを混入させている。電解質イオンは気泡が５００ｎｍ以下のナノサイズになった際に、気液界面の縮小に伴って濃縮されナノ化した気泡周囲を取り囲む殻として働くのであるが、電解質イオンの溶け込み量が少ないと殻も強固にはならず、ナノサイズを維持できる期間も短くなる。
【００１０】
また、特許文献２〜４は液体をナノサイズにする技術は開示してはいるが、気液界面における電解質イオンの濃度を高めることについては何ら示唆していない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため本発明に係る機能水の製造装置は、水中に直径５００ｎｍ以上の微小気泡を発生させる微小気泡発生部と、この微小気泡発生部の下流側に配置される金属イオン付加部と、この金属イオン付加部の下流側に配置される微小気泡縮小部とからなり、前記金属イオン付加部には、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０属元素の酸化物の少なくとも１つからなるセラミックが充填され、前記微小気泡縮小部には気泡を縮小させる力を作用させる流路が形成された構成とした。
【００１２】
また本発明に係る機能水の製造方法は、メッシュや繊維などを充填した微小気泡発生部に水を通すことで水中に直径５００ｎｍ以上の微小気泡を発生させ、この微小気泡を含む水をアルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０属元素の酸化物の少なくとも１つからなるセラミックに接触させることで金属イオンを溶解させ、この金属イオンと微小気泡が含まれる水をノズルから噴出するとともに水中の微小気泡に縮小する力を作用させて直径５００ｎｍ未満のナノサイズの気泡とするようにした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る機能水の製造装置及び製造方法によれば、直径５００ｎｍ以上の微小気泡を水中に発生させた後に、微小気泡を含む水を金属酸化物などのセラミックに接触させるようにしたので、水中に溶解した金属イオンの濃度が微小気泡の気液界面近くで高くなり、この後更に微小気泡を縮小してナノサイズにした際に、気泡周囲に形成される殻が強固になり、長期間に亘って水中にナノサイズの気泡が維持される。
【００１４】
また、製造装置を構成する微小気泡発生部、金属イオン付加部及び微小気泡縮小部を１つの筒状ケース内に直列に配置すれば、原料の水を一方の開口から入れ、他方の開口から取り出すだけの簡単な操作で機能水を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る機能水の製造装置の一部を破断して示した図
【図２】本発明に係る機能水の製造装置の微小気泡縮小部の構造を説明した断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る製造装置の一例は、筒状ケース１の一端を原料水の入口２とし、他端を機能水の出口３としている。この実施例では入口２の径が出口３の径よりも大きく設定されている。また、入口２にはポンプなどで加圧した原料水が送り込まれる。
【００１７】
入口２に続く筒状ケース１内には微小気泡発生部４が設けられ、この微小気泡発生部４内にはステンレスネットやステンレスウール５などが充填されている。ステンレスネットやステンレスウール５の代わりに金属網や多孔板などでもよい。
【００１８】
上記微小気泡発生部４の下流側には金属イオン付加部６が連続して設けられている。この金属イオン付加部６内には粒径１〜１０ｍｍのセラミック粒子７が充填されている。
【００１９】
セラミック粒子７としては、例えば、Ｓｉ酸化物とＡｌ酸化物を主成分とし、その他の成分として、ＮａやＫなどのアルカリ金属酸化物、ＭｇやＣａなどのアルカリ土類金属酸化物、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの第８〜１０族元素の酸化物が挙げられる。尚、Ｓｉ酸化物とＡｌ酸化物の合計は、９０〜９５ｗｔ％が好ましい。９０ｗｔ％以下だとセラミックが脆くなって壊れやすくなる。
【００２０】
セラミック粒子７には、ＴｉやＣｒなどの遷移金属の酸化物やＰなどの非金属の酸化物を含んでもよい。機能水を効果的に製造するには、セラミック粒子中のアルカリ土類金属の酸化物の含量は、アルカリ金属の酸化物の含量の２５％以上（重量比）であることが望ましく、またセラミック粒子が第８〜１０族元素に属する元素から少なくとも１種の元素の酸化物を０．１〜３重量％含むことが望ましい。
【００２１】
前記金属イオン付加部６の下流部は絞られて微小気泡縮小部８につながっている。微小気泡縮小部８は図２に示すように、隔壁９に複数のノズル孔１０が形成され、その下流には合流した噴出流を平行に下流に導く直線状の縮小力作用部１１が連続している。この縮小力作用部１１ではケルビンヘルムホルツ不安定などの不安定環境を作り出すことで、微小気泡（マイクロバブル）が５００ｎｍ以下のナノサイズまでに更に縮小される。
【００２２】
微小気泡に縮小力を作用する手段としては、特許文献１に開示されたような超音波、高速回転、圧縮・膨張などでもよいが、本実施例のように、金属イオン付加部６の下流部に微小気泡縮小部８を連続して設けることで、特別の動力を必要としないでナノバブルを作り出すことができる。
【００２３】
以上において、入口２から微小気泡発生部４に導入された原料水はステンレスネットやステンレスウール５間を通過することによって、ミクロンサイズの微小気泡（マイクロバブル）が水中に形成される。尚、微小気泡（マイクロバブル）は原料水に別途空気を送り込まなくともキャビテーション現象によって自動的に発生する。
【００２４】
微小気泡発生部４おいて生成されたミクロンサイズの微小気泡が混入した水は金属イオン付加部６に導入され、セラミック粒子と接触することで水中にセラミックを構成している金属酸化物から金属イオンが溶け込む。この金属イオンの濃度は微小気泡の気液界面において高くなっていると推定される。
【００２５】
金属イオンとミクロンサイズの微小気泡を含んだ水はノズル９を介して微小気泡縮小部８の微小力作用部１０に送りだされ、更に小さなナノバブル（５０〜５００ｎｍ）となって出口３から噴出する。
【００２６】
図示例では、微小気泡発生部４と金属イオン付加部６とを１つの容器内に連続的に配置したが、それぞれを別の容器に分離して配管などでつなげてもよい。また、微小気泡縮小部８の縮小力作用部１１は単純な直線状流路としたが、ナノ化を促進する撹拌部材等を配置してもよい。
【００２７】
本発明で原料とする水は、水道水や蒸留水などであってもよく、特許文献１に記載のナノバブル水の原料となる水に必要な電気伝導度やｐＨの調整は不要である。機能水を効果的に製造するには、原料となる水は１〜３００ｃｍ／秒の流速、且つ０．１〜５ＭＰａの水圧で導入することが望ましく、１０〜１００ｃｍ／秒の流速、且つ０．５〜３ＭＰａの水圧で導入することがより望ましい。
【００２８】
原料となる水の機能水製造装置への導入は、ワンパス式でもよいし、循環式でもよい。また原料となる水は、難分解性有機系排水などであってもよい。例えば難分解性有機系排水を原料とする水として機能水製造装置への導入を循環式とした場合、難分解性有機系排水から生成される機能水が、排水に含まれる難分解性有機系排水を分解することで排水の浄化を行うことができる。
【００２９】
本発明者の検討によれば、本発明によって製造される機能水は、特許文献１と同様、ナノバブル水（例えば粒径が５０〜５００ｎｍのナノバブルを含む水）である。このことは得られた機能水に、スピントラップ剤であるＤＭＰＯ（５,５−ジメチル-１−ピロリン  Ｎ-オキサイド）を添加して調整した溶液を、電子スピン共鳴装置（ＥＳＲ）を用いて測定すると、ナノバブルの存在に起因するスピンアダクトであるＤＭＰＯ-ＯＨのスペクトルが観察されることから裏付けられている。
【００３０】
前述したように特許文献１に記載の方法によってナノバブルを製造するためには、マイクロバブルを形成する前の工程で、原料とする水に電解質を添加するなどして電気伝導度を調整する必要や、ナノバブルとなるマイクロバブルに対して超音波などの物理的刺激を与える必要がある。しかしながら、本発明の方法においては、原料とする水の電気伝導度を調整する工程を必要とせず、電気伝導度が例えば１.５μＳ／ｃｍ以下の水を原料として用いてもナノバブル水を製造することができる。
【００３１】
本発明ではキャビテーションなどによって発生したマイクロ気泡を含む水を、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、第８〜１０族元素の酸化物を含む粒状セラミックを充填した金属イオン付加部に導き、粒状セラミックに接触させて金属イオンをマイクロ気泡を含む水中に溶解させている。その結果、溶解した金属イオンのマイクロ気泡の気液界面での濃度が高くなり、マイクロ気泡からのナノバブルの生成と、生成したナノバブルのsalting-out（塩析）効果による安定化が進行すると推察される。
【００３２】
上記と順番を入れ替えて、先に物理的刺激として超音波を照射した水を、金属イオン付加部に導いても本発明の機能水（ナノバブル水）は得られないことから、金属イオン付加部に導く前処理として、予めマイクロ気泡を作成しておくことは重要である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る機能水はナノサイズの気泡が長期間維持されるため、殺菌、養殖、金属材料の切削加工の際のクーラント油の希釈水、難分解性有機物系排水に対する浄化水、化粧品や飲料水などの用途に限らず多くの分野で応用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１…筒状ケース、２…原料水の入口、３…機能水の出口、４…微小気泡発生部、５…ステンレスネットやステンレスウール、６…金属イオン付加部、７…セラミック粒子、８…微小気泡縮小部、９…隔壁、１０…ノズル孔、１１…縮小力作用部。
【図１】
2018103090.tif 000003
【図２】
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