(57)【要約】【課題】火災発生前でも警報を発することができる警報装置を提供する。【解決手段】嗅覚あるいはガス検知センサの少なくとも一方で検知可能な検知ガスを含有する気体がナノサイズの気泡となって液体に混合される。可燃物に近接して配置することによって、可燃物が発火する前の温度にまで上昇すると液体から検知ガスを放散させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
嗅覚あるいはガス検知センサの少なくとも一方で検知可能な検知ガスを含有する気体がナノサイズの気泡となって液体に混合されて成ることを特徴とする警報装置。
【請求項２】
液体が水素結合を形成する分子からなる液体であり、液体の気泡との界面に存在する分子の水素結合の距離が、該液体が常温常圧であるときの水素結合の距離よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の警報装置。
【請求項３】
検知ガスが臭気ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載の警報装置。
【請求項４】
液体が水であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の警報装置。
【請求項５】
液体に含有されている検知ガスの濃度が、液体に対する検知ガスの飽和溶解濃度以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の警報装置。
【請求項６】
気泡を形成している気体の圧力が０．１２ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の警報装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の警報装置と、該警報装置の液体から放散した検知ガスを検知するためのガス検知センサと、該ガス検知センサの検知結果に基づいて警報を発する警報機とを備えて成ることを特徴とする警報システム。
【請求項８】
嗅覚あるいはガス検知センサの少なくとも一方で検知可能な検知ガスを含有する気体がナノサイズの気泡となって可燃性の液体に混合されて成ることを特徴とする検知ガス含有可燃性液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火災発生時はもちろんのこと、火災発生前であっても検知ガスにより警報を発することが可能な警報装置及び警報システム並びに検知ガス含有可燃性液に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、火災の発生を人に知らせるための警報装置としては、火災発生時に生じる煙や熱等をセンサで検知し、このセンサの検知結果に基づいて警報機により警報を発するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−６３５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の警報装置では、火災で発生した煙や熱等をセンサで検知するために、火災発生後にしか火災を検知することができず、火災発生前に警報を発するのが難しかった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、火災発生前でも警報を発することができる警報装置及び警報システムを提供することを目的とするものである。
【０００６】
また、本発明は、火災発生前に自ら警報を発することができる検知ガス含有可燃性液を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る警報装置は、嗅覚あるいはガス検知センサの少なくとも一方で検知可能な検知ガスを含有する気体がナノサイズの気泡となって液体に混合されて成ることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項２に係る警報装置は、請求項１において、液体が水素結合を形成する分子からなる液体であり、液体の気泡との界面に存在する分子の水素結合の距離が、該液体が常温常圧であるときの水素結合の距離よりも短いことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の請求項３に係る警報装置は、請求項１又は２において、検知ガスが臭気ガスであることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項４に係る警報装置は、請求項１乃至３のいずれか１項において、液体が水であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項５に係る警報装置は、請求項１乃至４のいずれか１項において、液体に含有されている検知ガスの濃度が、液体に対する検知ガスの飽和溶解濃度以上であることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項６に係る警報装置は、請求項１乃至５のいずれか１項において、気泡を形成している気体の圧力が０．１２ＭＰａ以上であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項７に係る警報システムは、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の警報装置Ａと、該警報装置Ａの液体から放散した検知ガスを検知するためのガス検知センサＳと、該ガス検知センサＳの検知結果に基づいて警報を発する警報機Ｑとを備えて成ることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項８に係る検知ガス含有可燃性液は、嗅覚あるいはガス検知センサで検知可能な検知ガスを含有する気体がナノサイズの気泡となって可燃性の液体に混合されて成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明では、可燃物に近接して配置することによって、可燃物が発火する前の温度にまで上昇すると液体から検知ガスを放散させることができ、火災発生前でも警報を発することができるものである。
【００１６】
請求項２の発明は、気泡界面における水素結合の距離が短くなることにより、気泡の周囲を強固な水素結合を形成した液体分子で取り囲むことができ、この水素結合を形成した液体分子は強固な殻となって気泡を包み込むので、気泡同士が衝突しても崩壊することがないのと共に液体からの圧力に対して気泡内部からの応力で対抗でき、検知ガスを含有した気泡を液体中で消滅させたり合体させたりすることなく安定に存在させることができるものである。そして、この水素結合は長期間に亘って安定であるので、検知ガスを含有した気泡が安定に存在した警報装置を長期間に亘って利用することが可能となるものである。また、ナノオーダーサイズの検知ガスを含有する気泡を、従来レベルより遙かに超えた密度で生成し液体に安定して存在させることが可能となるものである。
【００１７】
請求項３の発明は、検知ガスの臭気によって人に直接警報を発することができ、電磁気的な検知センサを用いるものに比べて、簡易な構成とすることができて省コスト化を図ることができるものである。
【００１８】
請求項４の発明は、特別な液体を用いることなく簡単に警報装置を得ることができるものであり、また、水の消火効果により消火することができ、火災の拡大を抑えることができるものである。また、水分子は、Ｏ…Ｈの水素結合、つまり、ある水分子の酸素原子と他の水分子の水素原子との間に強固な結合を形成するので、気泡界面における水素結合が強固になって気泡をより安定化させることができるものである。
【００１９】
請求項５の発明は、飽和溶解量又はそれを超える多量の検知ガスを液体中に保持することにより、液体中に含有された高濃度の検知ガスを利用することができ、確実に警報を発することができるものである。
【００２０】
請求項６の発明は、気泡が高い内部圧で維持されることによってより強固な界面構造を形成することができ、より多くの気体分子を閉じ込めることができる、また静置状態においては安定な気泡を形成すると共に、一旦、熱が加えられると、内部圧の力により気泡の界面構造が崩壊して、気泡が合体して発泡し検知ガスを外部に放出するため、この発泡を警報に利用することができるものである。
【００２１】
請求項７の発明は、人が火元の近辺に居なくても検知センサで検知ガスを検知することができ、火元から遠くに離れている場所にも警報を伝えることができるものである。
【００２２】
請求項８の発明は、可燃性の液体が発火前に高温になったときに、検知ガスを自ら放散して警報を発することができ、他の警報装置を用いずに警報を発することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の警報装置の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】（ａ）は本発明の警報システムの実施の形態の一例を示す概略図、（ｂ）は本発明の検知ガス含有可燃性液の保管状態を示す概略図である。
【図３】気液混合液（警報装置又は検知ガス含有可燃性液）の製造装置の一例を示す概略図であり、（ａ）は全体の概略図、（ｂ）は一部の概略図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、気液混合液（警報装置又は検知ガス含有可燃性液）の製造装置の一部を示す概略図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、気液混合液（警報装置又は検知ガス含有可燃性液）の製造装置の一部を示す概略図である。
【図６】気液混合液（警報装置又は検知ガス含有可燃性液）の製造装置の一部を示す概略図である。
【図７】気液混合液（警報装置又は検知ガス含有可燃性液）の製造装置の他の一例を示す概略図である。
【図８】検知ガス含有窒素と水を用いた気液混合液（警報装置）と検知ガス含有窒素飽和水との赤外吸収スペクトルの差分を示すグラフである。
【図９】気液混合液（警報装置）中に含まれる気体容量を示すグラフである。
【図１０】走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による気液混合液（警報装置）の写真である。
【図１１】気液混合液（警報装置又は検知ガス含有可燃性液）における気泡の気液界面の概念説明図である。
【図１２】気液混合液（警報装置）の安定性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、発明を実施するための形態について説明する。
【００２５】
本発明の警報装置及び検知ガス含有可燃性液は、検知ガスを含有する気体がナノサイズの気泡となって液体に混合されているものである。この検知ガスを含有する気体は、ナノサイズの気泡となって安定に液体中に存在しており、衝撃や熱等が加わらなければ、気体が放出（放散）されて検知ガスが抜け出てしまうことがない。そのため、長期に亘って検知ガスを液体中に保持することができる。
【００２６】
検知ガスとしては、特に限定されるものではなく、人間の嗅覚あるいはガス検知センサの一方又は両方で検知可能なガス（気体）であれば各種のものを用いることができる。例えば、人間の嗅覚で検知可能な臭気ガスとしては、チオールなどを用いることができる。また、ガス検知センサとして半導体式センサを用いる場合は、例えば、メタン、イソブタン、一酸化炭素、可燃性ガスなどを検知ガスとして用いることができる。また、ガス検知センサとして薄膜型半導体式センサを用いる場合は、例えば、塩素、硫化水素、オゾン、各種香気・臭気成分（例えば、リナロール、リモネン、テトラヒドロリナロールなど）、エチレンオキサイドなどを検知ガスとして用いることができる。また、ガス検知センサとして熱線型半導体式センサを用いる場合は、例えば、メタン、イソブタン、一酸化炭素、水素、フロン、アンモニア、エチレンオキサイドなどを検知ガスとして用いることができる。また、ガス検知センサとして定電位電解式センサを用いる場合は、例えば、ハロゲン、オゾン、窒素酸化物、塩酸などを検知ガスとして用いることができる。また、ガス検知センサとして気体熱伝導式センサを用いる場合は、例えば、ブタン、イソブタン、メタン、水素、二酸化炭素、フロン、ヘリウム、アルゴンなどを検知ガスとして用いることができる。
【００２７】
気泡を形成する検知ガスを含む気体としては、この検知ガスからなる気体をそのまま用いてもよく、検知ガスを一部に含有した気体を用いて気泡を形成してもよい。検知ガスを他の気体と共に用いる場合、併用する気体としては可燃性のない又は可燃性が弱い気体であることが好ましく、例えば不活性ガスや空気などが挙げられ、この場合、検知性能を損ねない範囲で含有すればよい。なお、気泡を形成する検知ガスを含む気体として、検知ガスからなる気体をそのまま用いた場合は、気泡中に１００体積％の検知ガスが含まれると考えられるが、検知ガスを他の気体と共に用いる場合は、検知性能の向上のために、検知ガスを気泡中の混合気体の全量に対して１０体積％以上にするのが好ましい。
【００２８】
液体としては、水素結合を形成する分子からなる液体を用いることが好ましく、その場合、液体の気泡との界面に存在する分子の水素結合の距離が、該液体が常温常圧（２５℃、１気圧（０．１０１３ＭＰａ））であるときの水素結合の距離よりも短いことが好ましい。水素結合とは、電気陰性度の大きい原子と水素原子とを有している分子において、水素原子が他の分子の電気陰性度の大きい原子に接近し、系が安定化する結合のことである。このように、警報装置が常温常圧の条件で存在する場合において、検知ガスの気泡界面における水素結合の距離が常温常圧での通常の水素結合の距離よりも短くなることにより、気泡の周囲を強固な水素結合を形成した液体分子で取り囲むことになる。そして、この水素結合を形成した液体分子は強固な殻となって気泡を包み込む。それによって、気泡同士が衝突しても崩壊することがなくなり、また、液体からの圧力に対して気泡内部からの応力で対抗できるので、検知ガスを含む気泡を液体中で消滅させたり合体させたりすることなく保持することができるものである。つまり、従来の表面張力で安定している気泡とは異なるものである。
【００２９】
気泡との界面における液体分子の水素結合の距離としては、用いる液体により適宜設定され得るものであるが、常温常圧での水素結合の距離を１００％とした場合に、９９％以下であることが好ましい。水素結合の距離がこの範囲になることにより、気泡を水素結合の硬い殻で取り囲んで安定化させることができるものである。水素結合の距離がこれより長いと気泡を安定化させて存在させることができなくなるおそれがある。原子間距離を考慮すると、水素結合の距離の下限は９５％である。警報装置中の気泡界面における水素結合の距離は、例えば、後述の実施例で示すように、気泡が混合された液体の赤外吸収スペクトル（ＩＲ）を解析することにより算出することができる。
【００３０】
ところで、水素結合の距離が上記の距離にある液体は、通常、氷のように固体やハイドレート結晶構造になるものであるが、上記の液体においては、気泡界面において局所的に距離の短い水素結合を形成し、それ以外の液体中は通常の水素結合を形成している。すなわち、気泡界面では距離の短い水素結合により液体分子の硬い殻を形成して、気泡同士が合体することや消滅することを防止すると共に、気泡界面以外では通常の状態で液体が存在して常温常圧では流動性を確保しており、安定な気泡が存在している液体を利用しやすくするものである。
【００３１】
液体に含まれる気泡はナノサイズの気泡であり、具体的には直径１〜１０００ｎｍの気泡（いわゆるナノバブル）である。気泡がナノサイズとなり微細なものになることで強固な気泡界面の構造を形成することができ、高濃度の気体を液体中に保持することができるものである。また、ナノオーダーサイズの気泡には浮力が働かないため、気泡が上昇して液体から分離することがないので気泡を長期に亘って安定に存在させることができるものである。この範囲より気泡が小さくても大きくても気泡を安定化させることができなくなるおそれがある。なお、気泡の大きさは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により測定することができ、気泡の平均粒径は、測定によって得た気泡の粒径を平均して求めることができる。ところで、マイクロバブルが混合された液体は白濁するため目視により判別可能であるが、ナノバブルが混合された液体は無色透明（あるいは液体が有色の場合は液体の色）になり目視では判別することができない。よって、ナノサイズの気泡の判別はＳＥＭや密度測定などによって行うこととなる。
【００３２】
液体として好ましく用いられるものの一つは水である。この場合、火災発生時に水により消火することができる。さらに、水分子は、Ｏ…Ｈの水素結合、つまり、ある水分子の酸素原子と他の水分子の水素原子との間に水素結合を形成するものであり、警報装置の液体として水を用いると、気泡界面において液体中のこの水素結合が強固になって、検知ガスの気泡をより安定化させることができる。また、水は、供給源が豊富で安定して得ることができるので特別な液体を用いることなく警報装置を簡単に得ることができるものである。すなわち、警報装置に用いる水としては純度の高い水に限られることはなく、上下水道、池、海水などをはじめ、あらゆる水を使用することが可能である。つまり、液体として水を含むものであれば良い。
【００３３】
また、液体が、Ｏ−Ｈ結合、Ｎ−Ｈ結合、Ｆ−Ｈ結合やＣｌ−Ｈ結合などの（ハロゲン）−Ｈ結合、Ｓ−Ｈ結合のいずれか一種以上を有する分子からなる液体であることも好ましい。これらの結合は、水素原子に対して電気陰性度が十分に大きい原子と水素原子との結合であり、Ｏ−Ｈ…Ｏ、Ｎ−Ｈ…Ｎ、Ｆ−Ｈ…ＦやＣｌ−Ｈ…Ｃｌなどの（ハロゲン）−Ｈ…（ハロゲン）、Ｓ−Ｈ…Ｓといった強い水素結合を形成し、この水素結合により気泡を取り囲んで気泡を安定化させることができるものである。Ｏ−Ｈ結合を有する代表的な液体は水であるが、その他、過酸化水素やメタノール、エタノールなどのアルコール、グリセリンなどを例示することができる。また、Ｎ−Ｈ結合を有する液体としては、アンモニアなどを例示することができる。また、（ハロゲン）−Ｈ結合を有するものとしては、Ｆ−Ｈ結合を有するＨＦ（フッ化水素）、Ｃｌ−Ｈ結合を有するＨＣｌ（塩化水素）を挙げることができる。また、Ｓ−Ｈ結合を有するものとしてはＨ２Ｓ（硫化水素）を挙げることができる。
【００３４】
液体がカルボキシル基を有する分子からなる液体であることも好ましい。カルボキシル基には、電気陰性度が大きいカルボニルの酸素原子が存在しており、あるカルボキシル基中のカルボニルの酸素原子と他のカルボキシル基中の水素原子とが強い水素結合を形成して気泡を取り囲むので、安定に気泡が存在した警報装置を得ることができるものである。カルボキシル基を有する分子からなる液体としては、ギ酸、酢酸などのカルボン酸などを例示することができる。
【００３５】
検知ガス含有可燃性液にあっては、液体として可燃性の液体を用いる。可燃性の液体は、発火又は引火しやすく危険なため、その取り扱いに注意する必要があるが、検知ガスを可燃性液中に安定に存在させることにより、火災が発生する前及び発生した直後でも、検知ガスを液体から放散することができるものである。可燃性の液体としては、燃料や有機物（有機溶媒）などが挙げられる。具体的には、可燃性の液体として、メタノール、エタノールなどのアルコールが水素結合を有する燃料又は有機物として挙げられ、酢酸、プロピオン酸、アクリル酸、アニリン、グリコールなどが水素結合を有する有機溶媒として挙げられる。また、燃料として、ガソリン、灯油、軽油などが挙げられ、危険物として、二硫化炭素、ジエチルエーテル、アセトアルデヒド、酸化プロピレンなど、特殊引火物が挙げられる。このうち、液体として水素結合を有する液体を好適に用いることができる。なお、液体として燃料（液体燃料）を用いた場合、自己警報型の燃料を得ることが可能となる。
【００３６】
液体に含有されている検知ガスの濃度は、液体に対する検知ガスの飽和溶解濃度以上であることが好ましい。飽和溶解量又はそれを超える多量の検知ガスを液体中に保持することにより、液体中に含有された高濃度の検知ガスを警報の発報に利用することができ、警報効率をさらに向上することができるものである。さらに好ましくは、液体中には飽和溶解量の検知ガスが溶解しており、その飽和溶解液に検知ガスの気泡が存在しているものである。飽和溶解量で検知ガスが溶解していれば、気泡となった検知ガスを溶解させることなく安定化して気泡として液体中に保持することがより可能となるものである。すなわち、飽和溶解量以上に気体が存在する液体は、液体中に飽和濃度で検知ガスが溶解しており、気泡が崩壊したり溶解したりすることがなく、より安定に検知ガスの気泡を液体中に存在させることができるものである。また、さらに検知ガスの溶解濃度が、飽和溶解濃度であることが好ましい。このように検知ガスの濃度が高くなると、水素結合の距離を短くした状態で気泡を安定化することができ、この安定化された気泡が熱や衝撃が加えられた際に検知ガスの気体となって放出されるので、発報効率をさらに向上することができるものである。液体中の気体量は、後述の実施例で示すように液体から気体を分離し、質量変化量から算出することができる。
【００３７】
気泡を形成している気体の圧力、すなわち気泡の内圧は０．１２ＭＰａ以上であることが好ましく、さらにヤングラプラスの式（次式）で与えられる気泡の内圧より高い圧力であることが好ましい。
【００３８】
ヤングラプラスの式
ΔＰ＝２σ／ｒ
［ΔＰ：気泡内部の上昇圧力、  σ：表面張力、  ｒ：気泡半径］
気泡の内圧がこのような圧力になると気泡が高い内部圧で維持されることになり、より強固な界面構造を形成することができるので、静置状態において安定な気泡を形成することができる。一方、一旦、液体に衝撃や熱が加えられると、内部圧の力により気泡の界面構造が崩壊して、気泡が合体して発泡し検知ガスを外部に放出するため、この発泡を警報の発報に利用することができるものである。気泡の内圧は、後述の実施例で示すように液体中の気体総量と密度から計算した気体容量とを気体の状態方程式に当てはめることにより算出することができる。
【００３９】
なお、ナノサイズの気泡が混合された液体は、液体として水を用いた場合、ゼータ電位がマイナスとなり、体積１ｃｍ３中に存在する気泡界面の面積は０．６ｍ２程度となる。
【００４０】
本発明の警報装置は、容器に封入し、火元になる可能性のある所、例えば、燃料保管庫、危険物保管庫、ガス設備、台所等の可燃物が存在する所に設置することができる。その場合、通常の状態では気泡となって液体中に保持されている検知ガスが、可燃物の火災前の温度上昇や火災発生直後の急激な温度上昇で所定の温度（警報装置の作製温度（例えば40℃））以上になると液体から放出し、火元に近接した場所から検知ガスを放散して臭気等により警報を発報することができるので、火災発生前あるいは火災発生から遅延することなく発報することができるものである。例えば、図１に示すものでは、タンク１０１に引火・発火しやすい燃料等の可燃性液体（可燃物）Ｆが収容されており、タンク１０１とは別の容器１０２に封入した警報装置Ａを上記可燃性液体Ｆ内に入れるようにしたものである。この例では、可燃性液体Ｆが温度上昇すると、容器１０２を介して警報装置Ａが加熱され、火災が発生する前あるいは火災発生後に警報装置Ａから検知ガスを放散して警報するものである。容器１０２は検知ガスの放散を妨げないように、上面が開口しているのが好ましい。また、この場合、可燃性液体Ｆが水素結合を持つか否かに関係なく、警報装置Ａを設置することができる。
【００４１】
本発明の警報システムは、図２（ａ）に示すように、上記の警報装置Ａと、ガス検知センサＳと、警報機Ｑとを備えて形成することができる。この警報装置Ａは上記と同様に、検知ガスを含有する気体がナノサイズの気泡となって液体に混合されたものであるが、警報システムではガス検知センサＳで検知ガスを検知するために、ガス検知センサＳで検知可能な検知ガスを用いるようにする。警報装置Ａは上面が開口した容器１０２に収容することができる。ガス検知センサＳとしては上記のような半導体式センサなどの各種センサを用いることができる。このガス検知センサＳは容器１０２の上面開口よりも上方に設置されており、容器１０２内の警報装置Ａの液体から放散した検知ガスを検知することができるものである。警報機Ｑはガス検知センサＳにより検知ガスが検知されると、その検知結果に基づいて警報を発するものである。警報機Ｑによる警報はサイレン、ＬＥＤ等による電光表示などを例示することができるが、これに限らず、人に火災の危険があることを知らせることができれば、どのような手段であってもよい。また、警報機Ｑはガス検知センサＳの検知結果が入力可能なように電気的または機械的に接続されている。
【００４２】
このような警報システムは、火元となる場所に近接して警報装置Ａを設置し、この警報装置Ａから放散される検知ガスの検知可能な位置にガス検知センサＳを設置するが、警報機Ｑは警報装置Ａやガス検知センサＳから離れた場所に設置することが可能となり、火元から遠くに離れている場所にも警報を伝えることができる。
【００４３】
本発明の検知ガス含有可燃性液は、検知ガスを含有する気体がナノサイズの気泡となって可燃性の液に混合されているものである。したがって、この検知ガスが、燃料や有機溶媒などの可燃性の液体が発火点直前にまで温度上昇したり引火して火災が発生したりした場合に警報装置として働き、発報を行うものである。このような検知ガス含有可燃性液にあっては、発火点温度上昇したり近傍にまで着火や引火して火災が発生したりした場合でも、火災の発生源となる液体自体に検知ガスが含まれているので、火元から直接的に検知ガスを放散させることができるものである。したがって、火災が発生する前にあるいは火災が広がる前に警報を発する安全な可燃性液を得ることができる。また、アルコールなどの揮発性の高い可燃性液を用いた検知ガス含有可燃性液ＦＡは、通常、図２（ｂ）に示すように密閉容器１０３に密栓した状態で貯蔵、保管されるため、密閉容器１０３内にガス検知センサＳを配置し、このガス検知センサＳと電気的に接続される警報機Ｑは密閉容器１０３の外部で貯蔵、保管場所から離れた所などに配置することができる。
【００４４】
ところで、検知ガス含有可燃性液を、例えば燃料として使用する際には、燃料成分が燃焼するのを検知ガスが妨げるおそれがある。しかし、上記のように検知ガスがナノサイズの気泡となって混合された液体であれば、燃料に振動を与えたり、火災が発生しない程度に燃料を加温したりすることにより検知ガスを気体として発生させて放出することができ、燃料特性が低下することはない。よって、警報性能と燃料性とを両立させることができる。このように上記の燃料にあっては、自己警報型燃料とすることが可能となるものである。
【００４５】
上記のような検知ガス含有可燃性液によれば、可燃性液の安全な貯蔵をすることが可能となる。つまり、上記の液体を可燃性液の貯蔵方法に利用することができる。この貯蔵方法によれば、可燃性の液体が発火や引火した場合でも、火元に検知ガスがあるためにすぐに臭気等により発報をすることができ、発報効率を高めて安全に可燃性液を貯蔵することができるものである。
【００４６】
次に、本発明の警報装置及び検知ガス含有可燃性液の製造について説明する。警報装置及び検知ガス含有可燃性液はいずれも、検知ガスを含有する気体と液体とを混合して気液混合液を製造することにより得ることができる。以下、この気液混合液の製造を説明する。
【００４７】
図３は、気液混合液の製造方法の一例を示す概略図であり、気液混合液を生成する装置（気液混合液製造装置）の一例が図示されている。
【００４８】
この気液混合液製造装置は、液体を圧送して連続的に気液混合液を製造する装置であり、液体貯留槽１２から大気圧（０．１ＭＰａ）で保持されている液体を取り出し圧送して加圧する加圧部１と、加圧された液体に検知ガスを含有する気体を供給する気体供給部２と、供給された気体を微細な気泡にして液体と混合させる気液混合部３と、気液混合部３中の液体に存在する大きな気泡を除去する脱気泡部４と、脱気泡部４により大きな気泡が取り除かれた液体の圧力を、大きな気泡を発生させることなく徐々に大気圧まで減圧させる減圧部５と、減圧された液体を吐出する吐出部７とを備え、各部は流路６に接続して設けられている。
【００４９】
加圧部１は気液混合部３に液体を圧送するものであり、例えば、この装置のように、液体貯留槽１２から液体を吸い上げるポンプ１１などで構成できるが、水道配管や燃料配管等、液体を加圧して送り出す配管などで構成することもできる。
【００５０】
気体供給部２は、流路６に接続されることにより液体に検知ガスを含有する気体を供給するものである。例えば、検知ガスとして、窒素、二酸化炭素、アルゴン等の不活性ガスを供給する場合には、これらの気体を封入したボンベなどを流路６に接続して気体供給部２を形成することができる。また、キャリア気体のボンベを流路６に接続するとともに、キャリア気体のボンベと流路６との間の気体流路に検知ガスのボンベを接続することにより気体供給部２を形成してもよい。流路６への気体供給部２の接続位置は、気液混合部３よりも上流側の位置であればよく、この装置のように加圧部１より上流側の流路６に接続するようにしても、あるいは加圧部１より下流側の流路６に接続するようにしてもいずれでもよい。
【００５１】
気液混合部３は圧送された液体とこの液体に注入された気体とを混合し、加圧により気体を微細な気泡にして液体中に分散・混合させるものである。気液混合部３としては、流路の断面積変化などで撹拌力を与えるもので構成することもできるし、また液体が撹拌された状態で流路６を流れているのであれば単に流路６で構成することもできる。この装置のように気体供給部２が加圧部１より上流側の流路６にある場合は、ポンプ１１などで構成された加圧部１を気液混合部３と兼用してもよい。気液の加圧及び混合をポンプ１１により行った場合、液体を急激に加圧・混合することができるので、気泡界面の構造が強固な気液混合液を確実に生成することができる。また、気液混合部３をベンチュリ管で構成することも好ましい。その場合、簡単な構成で液体を急激に加圧・混合することができる。
【００５２】
気液混合部３内においては液体と気体が高圧条件で混合される。それにより、気泡の周囲に強固な界面構造が形成され、この強固な界面構造の殻で気泡を覆うことができ、気体を微細な気泡として安定化することができるものである。
【００５３】
上記のような加圧部１及び気液混合部３により、気体が注入された液体に急激に強力な圧力が加わって、液体中に存在している気泡は微細なナノサイズの気泡へと細分されて液体に分散される。また、急激な圧力変化により高圧になった気泡の界面には液体分子により強固な界面構造が形成される。その際、加圧速度ΔＰ１／ｔ（ΔＰ１：圧力増加量、ｔ：時間）が０．１７ＭＰａ／ｓｅｃ以上になることにより、気泡を細分化させて微細なナノサイズの気泡を生成することができ、気液混合部３から脱気泡部４に送り出される際の気液混合液の圧力が０．１５ＭＰａ以上になることにより、気泡の界面が強固な構造となったナノサイズの気泡を生成することができるものである。実質的な加圧条件を考慮すると、加圧速度ΔＰ１／ｔの上限は１６７ＭＰａ／ｓｅｃであり、加圧された気液混合液の圧力の上限は５０ＭＰａである。
【００５４】
図３（ｂ）は、ポンプ１１の具体的な形態の一例を示す要部の概略図である。このポンプ１１ａは回転体２１の回転により液体を加圧するものであり、回転体２１に取り付けられた回転翼２２が連続的に回転してポンプ入口２６からポンプ流路室２３を介してポンプ出口２７への流れ方向へ液体を送り出し加圧するものである。図において白抜き矢印は液体の流れ方向を示し、実線矢印は回転体２１の回転方向を示している。このポンプ１１ａでは４枚の回転翼２２が備えられている。また回転体２１の回転軸２５は、円筒状に形成されたポンプ壁２４の円筒中心よりもポンプ出口２７側に偏って配置され、偏心軸となって設けられている。そして、回転軸２５の偏心によりポンプ流路室２３の第二流路室２３ｂの容積は、第一流路室２３ａの容積よりも小さく形成されており、液体の流れ方向に沿ってポンプ流路室２３の容積が順次小さくなっている。
【００５５】
そして、ポンプ流路室２３に送り出された液体は、回転翼２２で送り出され加圧され、急激な圧力変化により大きな気泡ＢＢが細分化されて微細なナノサイズの気泡ＢＮが生成される。すなわち、回転体２１の回転と共に第一流路室２３ａから第二流路室２３ｂに送られた液体は、ポンプ流路室２３の容積が小さくなることにより急速に圧縮されて加圧され、この加圧力によりナノサイズの気泡ＢＮが生成される。また、図示のポンプ１１ａでは、ポンプ壁２４の内面と回転翼２２の先端部との間を液体が通過するときに剪断力が与えられて、液体をクリアランスで剪断しながら加圧する。このとき、液体に混合されている気体（大きな気泡ＢＢ）は液体に与えられた剪断力によって剪断されて、より微細なナノサイズの気泡（ＢＮ）になる。ここで、ポンプ壁２４の内面と回転翼２２の先端部との間の最も狭くなる部分の距離、すなわちクリアランス距離ＬＣは、５μｍ〜２ｍｍであることが好ましい。このように、回転体２１を用いたポンプ１１ａによれば、回転体２１で急激に強い力で加圧すると共に液体に注入された気体を剪断してナノサイズの気泡を形成することができるので、気泡界面の構造が強固な気液混合液をより確実に生成することができるものである。
【００５６】
ポンプ１１の回転体２１の回転数は１００ｒｐｍ以上であることが好ましい。このとき、０．３秒に１／２回転以上となる。このような回転数となることにより、飽和溶解濃度以上の気体を液体に注入させて水素結合距離が短縮したナノサイズの気泡を確実に生成することができるものである。
【００５７】
加圧部１及び気液混合部３による加圧は、加圧部１又は気液混合部３を複数設けて、複数回加圧することができる。液体を送りながら複数回加圧することにより、加圧を複数のポンプ１１やベンチュリ管によって行うことができ、液体を強力に加圧して、気泡界面の構造が強固な気液混合液を生成することができるものである。具体的には、加圧部１を図３のようにポンプ１１で構成すると共に、気液混合部３を一つ又は二つ以上のポンプ１１又はベンチュリ管で構成することができるものである。
【００５８】
脱気泡部４は上記のようにして気体が混合された液体から、ナノサイズを超える気泡、すなわち直径１μｍを超える気泡を取り除くものであり、気泡をそれ自身の浮力で上昇させて取り除くようにした管体などで構成することができる。取り除かれた気泡は気体となって上部に集積するので、この除去された気体を気体除去部８により取り除くことができる。直径１μｍを超えるサイズの気泡（マイクロサイズの気泡）は、浮力により上昇するので、このような比較的大きい気泡が取り除かれて微細な気泡であるナノサイズの気泡が液体中に存在することにより、界面構造が強固で安定な気液混合液を得ることができるものである。
【００５９】
脱気泡部４としては、具体的には、図４のような構成にすることができる。（ａ）は、気液混合部３と連続して地表面に略水平（重力方向に対して略垂直な平面上）になるように形成し、液体Ｌｑ中の気泡Ｂをその浮力によって液面まで上昇させて気泡Ｂを取り除くようにした管体の例を示している。また、（ｂ）は、気液混合部３と連続すると共に気液混合部３と合わせた形状が正面視逆Ｌ字型になるように形成し、液体Ｌｑの流れ方向を下方向（重力方向と略同方向）にして液体Ｌｑ中の気泡Ｂをその浮力によって液面まで上昇させて気泡Ｂを取り除くようにした管体の例を示している。また、（ｃ）は、気液混合部３とは別体にし、液体Ｌｑの流れ方向を下方向（重力方向と略同方向）にして液体Ｌｑ中の気泡Ｂをその浮力によって液面まで上昇させて気泡Ｂを取り除くようにした管体の例を示している。
【００６０】
減圧部５は気体が混合された液体の圧力を、大きな気泡を発生させることなく徐々に大気圧まで減圧させるものである。上記のようにして加圧により気体と混合された液体は、高圧な状態にありそのまま大気圧下にある外部に排出されると、急激な圧力低下によって、気液混合液中の気泡が合体して気体になって液体から排出されるおそれがあり、またキャビテーションが発生することがある。そこで、減圧部５を設け、加圧された状態の気液混合液を送り出す際に、減圧部５で大気圧まで徐々に減圧をした後に吐出するようにしているものである。減圧部５は、気体が混合された液体を送りながら配管全域での減圧速度ΔＰ２／ｔ（ΔＰ２：減圧量、ｔ：時間）の上限を２０００ＭＰａ／ｓｅｃ以下にして減圧するように構成されている。それにより、強固な気泡界面の構造を維持させたまま、ナノサイズの気泡を消滅させたり合体させたりすることなく気液混合液を取り出すことができるものである。
【００６１】
減圧部５としては、図５のような構成にすることができ、具体的には、（ａ）のように流路断面積が段階的に徐々に小さくなる流路６や、（ｂ）のように流路断面積が連続的に徐々に小さくなる流路６や、（ｃ）のように加圧された液体が流路６内を流れる圧力損失により高圧状態（Ｐ１）の気液混合液の圧力を徐々に低下させて（Ｐ２、Ｐ３、・・・）大気圧（Ｐｎ）まで減圧するように流路長さ（Ｌ）が調整された流路６や、（ｄ）のように流路６に設けられた複数の圧力調整弁９などにより構成することができる。
【００６２】
例えば図５（ａ）又は（ｂ）のような減圧部５を用いた場合、減圧部５よりも上流側の流路６を内径２０ｍｍにし、減圧部５を、流路長さが約１ｃｍ〜１０ｍで、内径が２０ｍｍから４ｍｍにまで徐々に小さくなることにより流路断面積が小さくなる管体により構成することができる。なお、減圧部５は、入口内径／出口内径＝２〜１０程度に設定したり、１ｃｍあたりの内径減少値を１〜２０ｍｍ程度に設定したりすることができる。このとき、減圧部５に気液混合液を流速４×１０−６ｍ／ｓ以上で送ると、減圧速度２０００ＭＰａ／ｓｅｃ以下で、ナノサイズの気泡を消滅させることなく１．０ＭＰａ減圧することができ、気液混合液を大気圧にまで減圧することができるものである。
【００６３】
吐出部７は、減圧された液体を吐出するものである。なお、図６のように、この吐出部７と減圧部５との間に、加圧部１における液体の押し込み圧を十分に確保するために延長流路１０を設けることもできる。すなわち、減圧部５を含めた全体の圧力損失を算出し、加圧部１からの押し込み圧によって気液混合部３内で液体と気体を加圧するのに必要な圧力と、全体の圧力損失との差を算出し、さらにこの差の圧力損失が生じるように流路長さを調整した延長流路１０を流路６に付加するようにしてもよい。押し込み圧の確保には絞り部などを設けることも考えられるが、絞り部などで押し込み圧を調整すると急激な圧力変化により気泡が崩壊するおそれがある。しかし、このように延長流路１０を設ければ気泡を安定化させたまま気液混合液を吐出することができるものである。
【００６４】
上記のように構成された気液混合液製造装置にあっては、加圧部１で液体を圧送し、気体供給部２により圧送された液体に検知ガスを含有する気体を供給して注入する。そして、気体が注入された液体を、加圧部１及び気液混合部３によって０．１７ＭＰａ／ｓｅｃ以上の加圧速度ΔＰ１／ｔ（ΔＰ１：圧力増加量、ｔ：時間）で加圧し、液体の圧力を０．１５ＭＰａ以上にする。すなわち、気液混合部３から脱気泡部４へ送り出される際の液体の圧力は０．１５ＭＰａ以上になっている。その後、脱気泡部４で気液混合液中のナノサイズを越える気泡を取り除いた後、該液体を減圧部５及び下流側の流路６に送りながら最高減圧速度２０００ＭＰａ／ｓｅｃ以下の減圧速度ΔＰ２／ｔ（ΔＰ２：減圧量、ｔ：時間）で徐々に大気圧まで減圧する。それにより、ナノサイズの気泡が安定に存在した気液混合液を生成することができるものである。
【００６５】
なお、気液混合部３よりも下流側の流路６は内径２〜５０ｍｍ程度の管体などに形成することができる。それにより、比較的太い流路断面積で気液混合液を吐出することができ、細路により流路６を構成する場合のような配管の詰まりを防止して、気液混合液を利用しやすくすることができる。
【００６６】
図７は、気液混合液を製造する方法の他の一例であり、気液混合液製造装置の他の一例を示す概略図が図示されている。この気液混合液製造装置は、加圧部１と気液混合部３とが兼用されて気液混合槽１３として構成されており、この気液混合槽１３において検知ガスを含有する気体が注入された液体を、０．１７ＭＰａ／ｓｅｃ以上の加圧速度ΔＰ１／ｔ（ΔＰ１：圧力増加量、ｔ：時間）で加圧して、液体の圧力を０．１５ＭＰａ以上にすることにより界面構造の強固な気泡の気液混合液をバッチ式で生成し、この気液混合液から大きな気泡を脱気泡部４で取り除いた後、この気液混合液を減圧部５に送り出してその圧力を最高減圧速度２０００ＭＰａ／ｓｅｃ以下の減圧速度ΔＰ２／ｔ（ΔＰ２：減圧量、ｔ：時間）で大気圧まで減圧し、吐出部７から気液混合液を吐出するようにしたものである。閉鎖系である気液混合槽１３にはバッチ式で液体と気体とが送り出されて加圧されるとともに、気液混合槽１３に設けられた撹拌翼１４などにより撹拌されて液体Ｌｑと気体とが高圧条件で混合される。それにより、気泡の周囲の界面構造を強固なものにすることができ、気体をナノサイズの気泡として安定化することができるものである。そして、生成した気液混合液を図３の装置と同じように構成された脱気泡部４、減圧部５及び吐出部７に送り出すことにより、ナノサイズの気泡が混合された気液混合液を得ることができるものである。
【００６７】
このようにして得られた気液混合液は、警報装置又は検知ガス含有可燃性液として利用することができるものである。
【００６８】
警報装置として利用するにあたっては、気液混合液として得られた警報装置を容器やタンクに封入することができる。また、検知ガス含有可燃性液として利用するにあたっては、気液混合液として得られた検知ガス含有可燃性液をタンクや容器に密封して貯蔵や輸送をすることができる。また、液体が燃料である場合、燃料として使用する際には、振動を加えたり、火災が発生しない程度に加熱したりして検知ガスを燃料から放出することにより、検知ガス含有燃料を燃料特性を低下させることなく利用することができるものである。
【実施例】
【００６９】
以下本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００７０】
図３の装置を用いて、液体として純水を用い、気体として後述する各種の検知ガスを含有するものを用い、気液混合液（警報装置）を製造した。なお、同様の方法で液体として可燃性の液体を用いれば、検知ガス可燃性液を得ることが可能である。
【００７１】
製造装置としては、加圧部１と気液混合部３とがポンプ１１で兼用されて構成されたものを用いた。ポンプ１１としては回転体２１により加圧する図３（ｂ）のようなポンプ１１ａを用いた。
【００７２】
気体と液体の比（液体に対する気体の注入量）は、容量比（体積比）で１：１に設定した。また、ポンプ１１の回転体２１の回転数は１７００ｒｐｍに設定した。この条件により大気圧（０．１ＭＰａ）の水に気体が注入された後、加圧速度ΔＰ１／ｔ＝２８．３ＭＰａ／ｓｅｃで加圧されて、気液混合部３から脱気泡部４に送り出される際の液体の圧力が０．６ＭＰａになった。なお、このような条件により、飽和溶解濃度を超えて気体が液体に注入されて水素結合距離が短くなり強固な気泡界面の構造が形成されるものと考えられる。この条件（加圧条件）は現時点における最良の条件であると考えられる。
【００７３】
また、減圧部５よりも上流側の流路６を内径２０ｍｍのものにした。減圧部５としては図５（ａ）のような、３段階で内径が徐々に小さくなるものを用い、具体的には、内径が１４ｍｍ、８ｍｍ、４ｍｍで長さが各約３．３ｍｍ（減圧部５の全長として約１ｃｍ）の三つの流路管部からなるものを用いた。また、減圧部５よりも下流側の流路６及び延長流路１０として、内径４ｍｍ（外径６ｍｍ）のホースを用い、下流側の流路６と延長流路１０とを合わせた長さが２ｍとなるように設定した。この条件により、減圧部５において、最高減圧速度６０ＭＰａ／ｓｅｃ、時間０．００２５秒で気体が混合された液体を減圧し、さらに、下流側の流路６及び延長流路１０において、１ＭＰａ／ｓｅｃ、時間０．５秒で気体が混合された液体を減圧し、ホース先端部である吐出部７から、大気圧（０．１ＭＰａ）まで減圧された気液混合液が得られた。なお、このような条件により、飽和溶解濃度を超えて気体が液体に注入されると共に水素結合距離が短くなり気泡界面の構造が強固になった気液混合液を安定して生成することができるものと考えられる。この条件（減圧条件）は現時点における最良の条件であると考えられる。
【００７４】
［物性］
次に、実施例１の気液混合液（警報装置）の物性について説明する。
【００７５】
［水素結合の距離］
図８は、気体として検知ガス（アルゴン100%）を用い、液体として純水を用いた気液混合液と、検知ガスが純水に飽和溶解濃度で溶解した混合気体飽和液との赤外吸収スペクトルとの差分を示すグラフである。水のＯＨ収縮振動による赤外吸収帯としては通常３４００ｃｍ−１付近に吸収極大があることが知られているが、グラフに示されるように気液混合液はＯＨ収縮振動の吸収極大が３２００ｃｍ−１付近にずれている。吸収極大が３４００ｃｍ−１にある場合、水素結合の距離は０．２８５ｎｍである。一方、吸収極大が３２００ｃｍ−１にある場合、水素結合の距離は０．２７７ｎｍであることが知られており、常温常圧下における通常の水素結合の距離よりも短くなり構造化された氷またはハイドレートに近い水と結論づけられた。
【００７６】
［気体量］
液体として純水を、気体として検知ガス含有窒素、アルゴン、二酸化炭素（アルゴン、二酸化炭素はそれ自体が検知ガス）を用いた気液混合液中に気泡として存在する気体量を次の方法により測定した。尚、上記の検知ガス含有窒素の検知ガスはアルゴンであって、気泡中の検知ガスの比率は気泡の体積の５０体積％（推定値）であり、残部が窒素である。
（１）２５℃、導電率０．１μＳ／ｃｍの純水に、各種検知ガスを混合させ気液混合液を得た。
（２）直径１μｍ以上の大きな気泡を水から分離するために、気液混合液を２５℃で１日静置した。なお、静置時間について、ストークスの法則から
気泡上昇速度：  Ｖ＝ｄ２×ｇ／（１８×γ）
（ｄ：気泡直径、ｇ：重力加速度、γ：動粘性係数）
の式が成立し、この式より１μｍの気泡の上昇速度は約２．４×１０−４ｍ／ｓであるので、例えば静置時の容器の水深が５０ｍｍの場合、１日静置すれば気泡を除去することができる。
（３）最小測定値１ｍｇの分析天秤で気液混合液の質量を測定した。
（４）ガス透過度及び透湿度の低いＰＥ＋ナイロン樹脂製のビニル袋に気液混合液とスタラーの撹拌子を入れ、空気を追い出して袋に空気が無い状態でシーラーにてビニル袋を密封した。
（５）密封直後に、分析天秤で気液混合液が封入されたビニル袋の質量を測定した。
（６）ホットスタラーにより２５℃の気液混合液が密封されたビニル袋を４５℃に昇温して気液混合液を約５時間撹拌した。この昇温と撹拌により、微細気泡や、４５℃の飽和溶解濃度以上で溶解していた気体が気液混合液から分離されビニル袋の上部に集まった。
（７）室温２５℃の条件でホットスタラーの設定温度を２５℃にし、２５℃の飽和溶解度の液体になるよう数時間撹拌を行った。
（８）分析天秤で、気体と液体が封入されたビニル袋の質量を測定した。
（９）計３回の質量測定から気液混合液の質量と、昇温および撹拌によって気液混合液から分離された気体による浮力によって生じる液体の質量変化量とを得た。質量変化量は、気液混合液から分離された気体容積と同容積の空気の質量と同じであり、この値から分離された気体の容量と質量を算出することができる。
【００７７】
図９は、このようにして測定された気体容量を示すグラフである。各棒グラフの下部領域は、測定された気泡として存在していた気体の量であり、上部領域はヘンリー則に従う気体の飽和溶解量である。グラフに示すように、飽和溶解量に対して気液混合液に含有する気体量は、検知ガス含有窒素では３６倍、アルゴンでは１６倍、二酸化炭素では１．９倍であった。このように、気液混合液として得られる警報装置や検知ガス含有可燃性液は、飽和溶解濃度以上の高濃度で検知ガスを液体中に保持することが可能であり、この高濃度で検知ガスが含有された警報装置や検知ガス含有可燃性液を消火に利用することができるものである。
【００７８】
［気泡のサイズ］
上記と同様にして製造した気液混合液を瞬間凍結し、真空中においてカッターで割断し、その割断面にメタン・エチレンを流し放電させ、凹凸を転写した炭化水素膜（レプリカ膜）を作製した。このレプリカ膜に導電性オスミウム薄膜を張り、十分乾燥させて、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測した。
【００７９】
図１０は、上記と同様の検知ガス含有窒素と純水の気液混合液について、ＳＥＭにより観測された写真の一例である。同様に写真観察することにより、気体として検知ガス含有窒素、アルゴン、二酸化炭素を用いた場合、いずれも気液混合液の気泡サイズは、直径の分布ピークが１００ｎｍであることが確認された。なお、上記の気体と純水の気液混合液の気泡はレーザーを用いた動的散乱法等の粒子径分布測定装置では正確な検知ができなかった。
【００８０】
［気泡の内圧］
気液混合液中の気体総量から気泡内部の圧力を算出した。表１は、検知ガスを含有する窒素又はアルゴンと２５℃の純水との気液混合液における、気体総量と、気体総量から算出した気泡の内圧を示している。
【００８１】
気泡における気体の内部圧力は次の方法で算出される。
気体の状態方程式は、
ＰＶ／Ｔ＝（ｃｏｎｓｔ）
（Ｐ：内部圧力、Ｖ：容積、Ｔ：内部温度）
で表され、Ｔが一定の場合、特に
ＰＶ＝（ｃｏｎｓｔ）
で表される。
【００８２】
そして、気液混合液の密度から気液混合液中の気泡の容積が計算でき、上式から、
大気圧×気体総体積量＝気泡の内圧×液中の気体総体積量
の関係が成立し、この関係式に上記で測定した気体量を当てはめて気泡における気体の内圧が計算され、表１のような圧力値となる。
【００８３】
例えば気体が検知ガス含有窒素の場合、
気液混合液１リットル中における、水体積がw1リットル、水中での気体体積がw2リットルであると仮定すると、
体積については次の関係式が成り立つ。
【００８４】
w1  ＋  w2  ＝１リットル      （式Ａ）
また、質量については次の関係式が成り立つ。
【００８５】
w1  ×  水の密度  ＋  w2÷22.4（リットル）×28（分子量）＝測定質量    （式Ｂ）
水の密度        ：常温常圧の純水では997.1g/L
22.4リットル    ：気体1モルの体積
測定質量        ：表１の値で988.3
上記の２式（式Ａ，Ｂ）の方程式を解くと、
w2=8.84×10^(-3)    が算出されるので、
気体の内圧＝大気圧  ×  気体総体積量  ÷  液中の気体総体積量
＝0.1×（表１の値）÷w2
＝0.1×0.56÷(8.84×10^(-3))
＝６．３ＭＰａ
となる。
【００８６】
なお、上記の計算では、気泡の内部温度が一定（常温）であるとして考えたが、実際の気泡の内部温度は大気の温度（常温）よりも高いことも予想され、その場合、気泡の内部圧は上記算出結果より更に高いことが気体の状態方程式から予測できる。
【００８７】
ところで、一般には、気泡の内圧は次のようにして算出される。気泡は気液相界面間の界面張力により加圧され、この界面張力はヤングラプラスの式（下記式）で導かれる。
【００８８】
ΔＰ＝２σ／ｒ
（ΔＰ：上昇圧力、σ：表面張力、ｒ：気泡半径）
この式によれば、例えば、直径１００ｎｍのサイズの気泡の場合、気泡内部圧力は３ＭＰａになる。
【００８９】
一方、気液混合液中の内部圧力は、表１の通り、例えば窒素の場合６．３ＭＰａであり、この気液混合液はＳＥＭ写真にて示されるように直径１００ｎｍサイズの気泡が分散しているものであることから、気液混合液の気泡は、ヤングラプラスの式から算出される値の約２倍以上の内部圧力を有していることが確認された。したがって、気液混合液においては、より強固な界面構造が気泡界面において形成されていると結論づけられた。
【００９０】
【表１】
2011008429.tif 000003
図１１は、気液混合液中の気泡が安定化されるメカニズムを説明する概念説明図である。図示のように、検知ガス含有気体の気泡Ｂと液体Ｌｑの界面には水素結合距離が通常よりも短い氷やハイドレートのような強固な水分子の結合で境膜構造（結晶構造体）の保護膜Ｍが形成されており、気液相互の物質移動が阻止されて気泡が安定な状態になったものと考えられる。そして、検知ガス含有窒素やアルゴンの気液混合液内の気泡（ナノバブル）の内圧は、ヤングラプラスの式から求められる圧力よりも約２倍以上である。このように気泡界面の水素結合距離が短く、気泡の内圧が高くなることによって、検知ガスを含有する気泡が安定して存在する気液混合液（警報装置又は検知ガス含有可燃性液）となるものである。
【００９１】
［気泡の分布量］
気液混合液の気泡の分布量（個数）は表１から算出した。
【００９２】
気体が検知ガス含有窒素の場合、大気中（0.1MPa)に戻した気泡総量が0.56Lであり、気泡の内圧が6.3MPaであるので、水中での気泡総体積量V１は、等温変化と仮定し、ＰＶ=constより
V１=0.56×0.1÷6.3
となる。
【００９３】
また、気泡は半径ｒ＝50nmの球体であるから、気泡１個当たりの体積V2は
V2=4/3×π×ｒ^3
となる。
【００９４】
以上より、水１Ｌ当たりの気泡の個数n=V1÷V2=1.7×10^16個と算出される。
【００９５】
同じように水１Ｌ当たりの気泡の個数は、気体がアルゴンの場合は1.7×10^16個と算出される。
【００９６】
［安定性］
図１２は、空気を純水に混合させて生成した気液混合液について、ガラスビンに密封し一定温度で保管した場合の、飽和溶解濃度に対する気液混合液中の気体存在量比を過飽和度として表示するグラフである。グラフから、過飽和度は４００時間経過しても６であり、ほとんど変化していないことが分かる。よって、気液混合液中の気泡が安定に存在することが確認された。
【００９７】
［実施例２］
気体（検知ガス）をアルゴン、液体をメタノールとし、図３の装置を用いて気液混合液（検知ガス含有可燃性液）を保管場所と同じ温度で作製した。検知センサは気体の熱伝導率を測定する方法のもの（p.3 l.23  気体熱伝導式センサ）を使用した。この検知ガス含有可燃性液を図２（ｂ）のように密閉容器１０３で保管した。温度が４５℃になった場合、アルゴンがメタノール１Ｌに対し、０．５１Ｌ放出され、それを検知センサＳで検知し、警報機Ｑで人に知らせることができた。尚、メタノールの保管は消防法の危険物第４類に指定され、引火しやすいため、安全性を施した容器が必要となる。また、沸点は６４．７℃と低い温度であり、保管する温度に注意を要するものである。
【符号の説明】
【００９８】
Ａ  警報装置
Ｓ  ガス検知センサ
Ｑ  警報機
【図１】
2011008429.tif 000004
【図２】
2011008429.tif 000005
【図３】
2011008429.tif 000006
【図４】
2011008429.tif 000007
【図５】
2011008429.tif 000008
【図６】
2011008429.tif 000009
【図７】
2011008429.tif 000010
【図８】
2011008429.tif 000011
【図９】
2011008429.tif 000012
【図１１】
2011008429.tif 000013
【図１２】
2011008429.tif 000014
【図１０】
2011008429.tif 000015