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技術 ファインバブル水製造装置

出願人 バイオ燃料技研工業株式会社
発明者 渡辺正夫猪手望
出願日 2018年2月8日 (2年8ヶ月経過) 出願番号 2018-020695
公開日 2019年8月22日 (1年2ヶ月経過) 公開番号 2019-136638
状態 未査定
技術分野 ガス貯蔵容器;ガスの充填・放出 中和・改質 溶解、混合、フローミキサー
主要キーワード 各微小孔 水素ガス発生器 マイクロノズル 溶解水素 平板状態 製作手順 本製造装置 窒素混合
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年8月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

比較的簡単な設備電力を必要とせずに低コストファインバブル水の製造が可能な装置を提供する。

解決手段

水が充填された耐圧容器(12)と、耐圧容器内に配置された少なくとも1基のマイクロノズル(14)と、ガス供給管路(16)を介してマイクロノズルに接続されたガス供給源(18)とを備え、マイクロノズルが、金属パイプの一方の端部を圧縮して平板状の閉鎖端にし、閉鎖端を研磨して、金属パイプの内部と連通する複数の微小孔(14a)を有するように形成されており、耐圧容器内に、マイクロノズルの微小孔を介して、ガス供給源内の高圧ガス噴射することにより、ファインバブル水を製造するように構成されている装置が提供される。

概要

背景

ファインバブル水は、特異な性質を有しているため、医学食品科学、農業などの広範な分野において実際に活用されており、今後の研究に伴って一層の活用が期待されている。たとえば、水中に水素分子を溶かした水素水、又は水素ガスを混合した空気が、救急患者蘇生脳障害の軽減、ガン成長抑制などに役立つなどの報告がなされている。また、ファインバブル水素水やファインバブル酸素水を植物に投与すると、真菌の増殖が停止し、植物の成長を促進し、病気にかかりにくくなる、などの報告もなされている。

従来、このようなファインバブル水の製造方法としては、(1)水中にガスを供給して得られた水を機械的に激しく混合して渦を作り、これにより水中に気泡を生成させて製造する方法、(2)水中に設けた電極高周波印加して水素ガス、酸素ガスを生成させ、これを高周波振動により水に混合し、微細化させて製造する方法などが知られている。

概要

比較的簡単な設備電力を必要とせずに低コストでファインバブル水の製造が可能な装置を提供する。水が充填された耐圧容器(12)と、耐圧容器内に配置された少なくとも1基のマイクロノズル(14)と、ガス供給管路(16)を介してマイクロノズルに接続されたガス供給源(18)とを備え、マイクロノズルが、金属パイプの一方の端部を圧縮して平板状の閉鎖端にし、閉鎖端を研磨して、金属パイプの内部と連通する複数の微小孔(14a)を有するように形成されており、耐圧容器内に、マイクロノズルの微小孔を介して、ガス供給源内の高圧ガス噴射することにより、ファインバブル水を製造するように構成されている装置が提供される。

目的

したがって、より簡単な設備で電力を必要とせずに低コストでファインバブル水の製造を実現することが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

水が充填された耐圧容器と、前記耐圧容器内に配置された少なくとも1基のマイクロノズルと、ガス供給管路を介して前記マイクロノズルに接続されたガス供給源とを備え、前記マイクロノズルが、所定長さの金属パイプの一方の端部を圧縮して平板状の閉鎖端にし、前記閉鎖端を研磨して、金属パイプの内部と連通する複数の微小孔を有するように形成されており、前記耐圧容器内に、前記マイクロノズルの前記微小孔を介して、前記ガス供給源内の高圧ガス噴射することにより、ファインバブル水を製造するように構成されていることを特徴とするファインバブル水製造装置

請求項2

前記ガス供給源中のガスが、水素ガス窒素ガス、又は重水素ガスであることを特徴とする請求項1に記載されたファインバブル水製造装置。

請求項3

前記微小孔の数が3個〜10個であることを特徴とする請求項1又は2に記載されたファインバブル水製造装置。

請求項4

前記微小孔の大きさが0.05μm〜5μmであることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載されたファインバブル水製造装置。

請求項5

前記微小孔が、1mm以上のバブルが噴射しないように形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載されたファインバブル水製造装置。

技術分野

0001

本発明は一般に、ファインバブル水の製造に関する。より詳細には、本発明は、比較的簡単な設備でファインバブル水の製造が可能なファインバブル水製造装置に関する。本発明におけるファインバブル水とは、多数の微細気泡を含んだ水を意味する。

背景技術

0002

ファインバブル水は、特異な性質を有しているため、医学食品科学、農業などの広範な分野において実際に活用されており、今後の研究に伴って一層の活用が期待されている。たとえば、水中に水素分子を溶かした水素水、又は水素ガスを混合した空気が、救急患者蘇生脳障害の軽減、ガン成長抑制などに役立つなどの報告がなされている。また、ファインバブル水素水やファインバブル酸素水を植物に投与すると、真菌の増殖が停止し、植物の成長を促進し、病気にかかりにくくなる、などの報告もなされている。

0003

従来、このようなファインバブル水の製造方法としては、(1)水中にガスを供給して得られた水を機械的に激しく混合して渦を作り、これにより水中に気泡を生成させて製造する方法、(2)水中に設けた電極高周波印加して水素ガス、酸素ガスを生成させ、これを高周波振動により水に混合し、微細化させて製造する方法などが知られている。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上述の従来の方法のうち(1)の方法では水を機械的に混合させる設備を要し、(2)の方法では電力を必要とするという課題があった。したがって、より簡単な設備で電力を必要とせずに低コストでファインバブル水の製造を実現することが望まれている。

0005

本発明は、このような状況に鑑みて開発されたものであって、比較的簡単な設備で電力を必要とせずに低コストで製造工程を実施することができるファインバブル水の製造装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0006

本願請求項1に記載されたファインバブル水製造装置は、水が充填された耐圧容器と、前記耐圧容器内に配置された少なくとも1基のマイクロノズルと、ガス供給管路を介して前記マイクロノズルに接続されたガス供給源とを備え、前記マイクロノズルが、所定長さの金属パイプの一方の端部を圧縮して平板状の閉鎖端にし、前記閉鎖端を研磨して、金属パイプの内部と連通する複数の微小孔を有するように形成されており、前記耐圧容器内に、前記マイクロノズルの前記微小孔を介して、前記ガス供給源内の高圧ガス噴射することにより、ファインバブル水を製造するように構成されていることを特徴とするものである。

0007

本願請求項2に記載されたファインバブル水製造装置は、前記請求項1の装置において、前記ガス供給源中のガスが、水素ガス、窒素ガス、又は重水素ガスであることを特徴とするものである。

0008

本願請求項3に記載されたファインバブル水製造装置は、前記請求項1又は2の装置において、前記微小孔の数が3個〜10個であることを特徴とするものである。

0009

本願請求項4に記載されたファインバブル水製造装置は、前記請求項1から請求項3までのいずれかの装置において、前記微小孔の大きさが0.05μm〜5μmであることを特徴とするものである。

0010

本願請求項5に記載されたファインバブル水製造装置は、前記請求項1から請求項4までのいずれかの装置において、前記微小孔が、1mm以上のバブルが噴射しないように形成されていることを特徴とするものである。

発明の効果

0011

本発明のファインバブル水製造装置によれば、構造が比較的簡単であるため、ファインバブル水を低コストで製造することができる。また、本発明のファインバブル水製造装置は、機械的な混合を行わないので製造工程において騒音が発生せず、電力も必要としない。また、小型の容器を使用することにより、製造場所を選ぶことなく、どこでも製造することができる。また、本発明の製造装置では、後述するように、重水素ガスのファインバブル水を製造することができる。さらに、本発明のファインバブル水製造装置は、故障が殆ど発生せず、維持管理が容易である。

図面の簡単な説明

0012

本発明の好ましい実施の形態に係るファインバブル水製造装置の全体を模式的に示した断面図である。
マイクロノズルの製作手順を説明するための一連の図である。
図3(a)は、図2(d)の線3a‐3aに沿って見た図であって、マイクロノズルの先端部を示した拡大図、図3(b)は、図3(a)の線3b‐3bに沿って見た図、図3(c)は、図3(b)の線3c‐3cに沿って見た図である。
ファインバブル水製造装置の一形態を示した模式図である。
ファインバブル水製造装置の別の形態を示した模式図である。

0013

次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係るファインバブル水製造装置(以下、単に「製造装置」という)について詳細に説明する。図1は、本発明の好ましい実施の形態に係る製造装置の全体を模式的に示した断面図である。

0014

図1において全体として参照符号10で示される本発明の好ましい実施の形態に係る製造装置は、耐圧容器12と、耐圧容器12内に配置された少なくとも1基(図1では1基)のマイクロノズル14と、ガス供給管路16を介してマイクロノズル14に接続されたガス供給源18とを備えている。

0015

ガス供給源18内には、所望の高圧ガス(例えば、水素ガス、窒素ガス)が収容されており、ガス供給管路16に設けられたバルブ16aを開放することにより、高圧ガスがマイクロノズル14を介して耐圧容器12内に噴射されるようになっている。

0016

容器12を耐圧性を有するものとしたのは、詳細には後述するように、ファインバブル水の製造工程において高圧に曝される容器を保護するためである。容器12は、ステンレスなどの金属材料で形成してもよいが、所要の耐圧性が得られるのであれば、プラスチックで形成してもよい。

0017

図2は、マイクロノズル14の製作手順を示した図である。まず、所定長さ(約30mm〜約60mm)の金属パイプを準備する(図2(a))。この段階では、金属パイプの両端は開口している。次いで、金属パイプの一方の端部を圧縮機により圧縮して平板状態にする(図2(b))。これにより、開口していた金属パイプの端部は、閉鎖することとなる(図2(c))。次いで、閉鎖した端部を研磨して、金属パイプの内部と連通する複数の微小孔14aを形成する(図2(d))。微小孔14aの数は、閉鎖した端部の幅(従って、金属パイプの直径)に応じて異なるが、好ましくは3個〜10個程度である。各微小孔14aの大きさは、同じである必要はなく、約0.05μm〜約5μmが好ましい。微小孔14aは、閉鎖した端部の厚みが小さいため、ほぼ一直線上に並ぶこととなる。

0018

金属パイプの端部を研磨した後、金属パイプの開放端部から加圧ガスを供給して微小孔14aからのガスの噴射状態を観察する。本発明者が種々の実験を行った結果、最も好ましくは、微小孔14aから1mm以上の気泡(バブル)が噴射しないような程度に金属パイプの端部を研磨すると、ファインバブル水が良好に製造されることが分かった。

0019

なお、金属パイプの直径は、容器12の寸法などによって変動するが、約3mm〜約24mmであるのが好ましい。また、金属パイプの材料は、容器12の寸法などによって異なるが、微小孔14aの加工作業の工程などに応じて、アルミニウム、銅、ステンレスなどが用いられる。

0020

次に、以上のように構成されたファインバブル水製造装置10を用いてファインバブル水を製造する方法について説明する。まず、容器12に水を充填し、バルブ16aを開放する。すると、マイクロノズル14の微小孔14aを介して、ガス供給源18内の高圧ガスが容器12内にバブル(気泡)として噴射される。その際に噴射されるバブルは、直径が0.2mm〜1mm程度のバブル(マクロバブル)、直径がミクロン程度のバブル(ミクロンバブル)、直径がミクロン以下の微細なバブル(ファインバブル)の3種類に大別される。これらのバブルのうちマクロバブルとミクロンバブルは、噴射後30分程度経過すると、互いに合体してサイズが大きなバブルとなって、容器12内の気相に抜ける。容器12が耐圧性のものであるので、これらの大きなバブルによって、容器12内が高圧に維持され、ガスの溶解度が増大する。本発明者が観測したところ、ファインバブルが数か月間、水中に存在することが確認された。

0021

次に、本製造装置の有効性を確認するために、2つの異なる形式の装置を試作した。以下、実施例1、実施例2として、試作した装置の概要について説明する。

0022

図4は、ファインバブル水製造装置の一形態を示した図である。図4の製造装置は、定置式の比較的大型のものである。容器12として、ステンレス製の耐圧容器(容量20リットル)を使用し、容器12内に、2基のマイクロノズル14を配置し、各マイクロノズル14にそれぞれ、水素ガス供給源18−1、窒素ガス供給源18−2を接続した。マイクロノズル14の材料には、アルミニウムパイプを用いた。容器12には、水道水が充填されるように構成されている。図4の装置により、水素ファインバブル水、窒素ファインバブル水、水素/窒素混合ファインバブル水を製造した。製造したファインバブル水は、アルミラミネート袋に収容した。

0023

図5は、ファインバブル水製造装置の別の形態を示した図である。図5の製造装置は、小型で移動が容易なものである。容器12として、金属パイプ(耐圧10気圧)を使用し、容器12内に、水素ガス発生器18−3を配置し、水素ガス発生器18−3の一端に、マイクロノズル14を接続した。水素ガス発生器18−3の他端には、安全バルブ18−3aが設けられている。水素ガス発生器18−3は、本発明者が開発した活性アルミニウム微粒子(特許第5202023号、商品名「ハイドロパック」)を利用したものであり、水素ガス発生器18−3内の水と活性化アルミニウム微粒子とを混合することにより水素ガスが発生し、マイクロノズル14を通して容器12内に水素ガスが供給されるようになっている。

0024

図5の製造装置では、マイクロノズル14から放出される水素ガスによりファインバブル水が製造されるとともに、水素ガスによる容器12の内部圧力が上昇することにより容器12内の水への溶解水素ガス量が増大する。

0025

なお、図5の製造装置の容器12として、3気圧程度の水道水の貯蔵が可能なプラスチック容器を使用してもよい。

0026

図5の製造装置において、水素ガス発生器18−3内に、水の代わりに重水を入れることにより、重水素ガスのファインバブル水を製造することができる。すなわち、水素ガス発生器18−3内で重水と活性化アルミニウム微粒子が混合されることにより重水素ガスが発生し、この重水素ガスがマイクロノズルの微小孔14aから噴射されることにより、重水素ガスのファインバブル水が製造される。重水素ガスは、少量であれば人体や植物に無害であるが、微生物に対しては毒性があるので、この性質を利用して殺菌用途などの分野への活用が期待される。

0027

なお、高濃度の重水は、一般人には大量使用ができないという制限があるため、従来の方法では、重水素ガスのファインバブル水の製造に言及した例は見受けられない。本発明の製造装置を用いることにより、重水素ガスのファインバブル水の製造が可能になった。

0028

本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

実施例

0029

たとえば、図示されている製造装置の寸法や細部は、単なる例示的なものにすぎず、本発明の機能を発揮できるものであれば、寸法や細部を図示されたもの以外のものにしてもよい。

0030

10製造装置
12耐圧容器
14マイクロノズル
14a微小孔
16ガス供給管路
16aバルブ
18 ガス供給源

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