特開 2023-2197 ウルトラファインバブル濃縮液の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023002197

(43)【公開日】2023-01-10

(54)【発明の名称】ウルトラファインバブル濃縮液の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/22 20230101AFI20221227BHJP

   B01J 13/00 20060101ALI20221227BHJP

   B01F 23/20 20220101ALI20221227BHJP

   B01F 35/90 20220101ALI20221227BHJP

   B01F 29/60 20220101ALI20221227BHJP

   B01F 27/90 20220101ALI20221227BHJP

   C02F 1/68 20230101ALI20221227BHJP

【ＦＩ】

C02F1/22 A

B01J13/00 B

B01F3/04 Z

B01F15/06 Z

B01F9/02 B

B01F7/18 B

C02F1/68 520Z

C02F1/68 530A

C02F1/68 520B

C02F1/68 510A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021103279

(22)【出願日】2021-06-22

(71)【出願人】

【識別番号】899000079

【氏名又は名称】慶應義塾

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】寺坂 宏一

【テーマコード（参考）】

4D037

4G035

4G036

4G037

4G065

4G078

【Ｆターム（参考）】

4D037AA01

4D037AB12

4D037AB18

4D037BA21

4G035AB04

4G035AE15

4G036AA06

4G037CA04

4G037EA04

4G037EA05

4G065AA10

4G065BB01

4G065CA11

4G065CA19

4G078AA30

4G078AB20

4G078BA05

4G078CA01

4G078DA01

4G078EA03

(57)【要約】

【課題】ウルトラファインバブルの数密度が高いウルトラファインバブル液を得る。
【解決手段】ウルトラファインバブル濃縮液の製造方法は、（ａ）液体状態の第１流体と、気体状態の第２流体を含み、直径が１μｍ未満の前記第２流体の気泡が、第１の数密度で前記第１流体中に混合されている第１液を準備する第１液準備工程と、（ｂ）前記第１液を攪拌しながら冷却することにより、前記第１流体を選択的に凝固させる濃縮工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程により凝固した前記第１流体と、凝固しなかった前記第１流体中に前記第２流体の前記気泡が前記第１の数密度よりも高い第２の数密度で混合されている濃縮液と、を分離する分離工程と、を含んでいる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）液体状態の第１流体と、気体状態の第２流体を含み、直径が１μｍ未満の前記第２流体の気泡が、第１の数密度で前記第１流体中に混合されている第１液を準備する工程、
（ｂ）前記第１液を攪拌しながら冷却することにより、前記第１流体を選択的に凝固させる工程、
（ｃ）前記（ｂ）工程により凝固した前記第１流体と、凝固しなかった前記第１流体中に前記第２流体の前記気泡が前記第１の数密度よりも高い第２の数密度で混合されている濃縮液と、を分離する工程、
を含む、ウルトラファインバブル濃縮液の製造方法。

【請求項2】

請求項１において、
前記（ｂ）工程は、ウルトラファインバブル液の濃縮装置で実施され、
前記ウルトラファインバブル液の濃縮装置は、
前記第１液を収容するための収容部と、
前記収容部内の前記第１液を攪拌することが可能な攪拌機構部と、
前記収容部内の前記第１液を冷却することが可能な冷却機構部と、
を備え、
前記（ｂ）工程において、凝固した前記第１流体は、前記収容部の内面に凝固膜として成膜される、ウルトラファインバブル濃縮液の製造方法。

【請求項3】

請求項２において、
前記濃縮装置の前記攪拌機構部は、
前記収容部内で回転する回転軸と、
前記回転軸に取り付けられる攪拌羽と、
前記回転軸を駆動させるモータと、
を備えている、ウルトラファインバブル濃縮液の製造方法。

【請求項4】

請求項２において、
前記（ｂ）工程において前記凝固膜が成膜される前記収容部の前記内面は、曲面であり、
前記濃縮装置の前記攪拌機構部は、前記収容部が第１回転軸を中心に回転するように駆動することが可能な状態で前記収容部に接続される駆動部を備え、
前記（ｂ）工程では、前記収容部の一部分が前記冷却機構部に冷却された状態で、前記収容部自身が回転することにより、前記収容部内の前記第１液が攪拌される、ウルトラファインバブル濃縮液の製造方法。

【請求項5】

請求項４において、前記第１回転軸は、前記収容部内で静止した時の前記第１液の液面に対して９０度未満の角度で傾斜している、ウルトラファインバブル濃縮液の製造方法。

【請求項6】

請求項４において、
前記（ｂ）工程は、
（ｂ１）前記第１液の一部が前記収容部に収容された状態で、前記第１液の一部を攪拌しながら冷却することにより、前記第１液の一部に含まれる前記第１流体を選択的に凝固させて、第１濃縮液を得る工程と、
（ｂ２）前記（ｂ１）工程の後、前記収容部内の前記第１濃縮液に前記第１液の他の一部を供給し、第２液とする工程と、
（ｂ３）前記（ｂ２）工程の後、前記第２液を攪拌しながら冷却することにより、前記第２液に含まれる前記第１流体を選択的に凝固させ、第２濃縮液を得る工程と、
を含んでいる、ウルトラファインバブル濃縮液の製造方法。

【請求項7】

請求項１において、
前記第１液には、前記第１流体よりも沸点が低い揮発性物質が溶存している、ウルトラファインバブル濃縮液の製造方法。

【請求項8】

請求項２において、
前記収容部の内面には、前記第１流体の凝固物から成る第１凝固膜が前記（ｂ）工程を開始する前に予め形成されている、ウルトラファインバブル濃縮液の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウルトラファインバブル濃縮液の製造技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ウルトラファインバブル水を減圧条件下で加熱することによりウルトラファインバブル水の液体成分を気化させて、ウルトラファインバブル水に含まれるウルトラファインバブルの数密度を濃縮する技術がある（例えば非特許文献１参照）。また、非特許文献２には、高温環境および低温環境でのウルトラファインバブルの安定性について評価した結果が記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Shunya Tanaka，他３名，“Concentration and Dilution of Ultrafine Bubbles in Water”，Colloids and Interfaces，（スイス），Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)，2020年11月5日

【非特許文献2】小林嵩季（新潟大院），他６名，「高温および低温環境におけるウルトラファインバブルの安定性の検討」，日本混相流学会 混相流シンポジウム 2020 講演論文集，（日本），日本混相流学会，２０２０年８月２１日

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ウルトラファインバブル液とは、液体中に多数の微細な気泡が存在する状態の液であって、多数の気泡のそれぞれの直径が１μｍ未満であるものを言う。一般的には、水中に空気から成る多数の微細な気泡が存在するウルトラファインバブル水として知られ、水や炭酸水とは異なる特性を有することから、種々の産業分野での利用が検討されている。また、ウルトラファインバブル液の性能安定化、あるいはウルトラファインバブル液の取り扱いの容易性を考慮すると、ウルトラファインバブルの数密度、言い換えれば、ウルトラファインバブルの個数濃度を制御する技術が望まれる。

【0005】

ウルトラファインバブル液の製造方法としては、例えば、気液混合流体を旋回させて、気液混合流体をせん断する方法など種々の方法が知られている。ところが、一般的なウルトラファインバブル水の製造方法で得られるウルトラファインバブル液におけるウルトラファインバブルの数密度には限界がある。本願発明者は、ウルトラファインバブルの数密度が高いウルトラファインバブル液を製造する技術について検討を行っている。

【0006】

上記した特許文献１のように、ウルトラファインバブル水の液体成分を気化させて、ウルトラファインバブル水に含まれるウルトラファインバブルの数密度を濃縮する方法の場合、高濃度のウルトラファインバブル水が取得できる。

【0007】

ただし、上記した方法の場合、濃縮工程中に加熱プロセスを含んでいるため、得られるウルトラファインバブル液の特性が限定される。例えば、濃縮工程に供する被処理液に、フレーバーなどの揮発性成分が含まれている場合、加熱プロセスを施すことにより、揮発成分は気化されてしまう。

【0008】

本発明の目的は、ウルトラファインバブルの数密度が高いウルトラファインバブル液の製造技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

一実施の形態であるウルトラファインバブル濃縮液の製造方法は、以下の工程を含んでいる。
（Ａ）液体状態の第１流体と、気体状態の第２流体を含み、直径が１μｍ未満の前記第２流体の気泡が、第１の濃度で前記第１流体中に混合されている第１液を準備する工程。
（Ｂ）前記第１液を攪拌しながら冷却することにより、前記第１流体を選択的に凝固させる工程。
（Ｃ）前記（Ｂ）工程により凝固した前記第１流体と、凝固しなかった前記第１流体中に前記第２流体の前記気泡が前記第１の体積濃度よりも高い第２の濃度で混合されている濃縮液と、を分離する工程。

【発明の効果】

【0010】

本発明の代表的な実施の形態によれば、ウルトラファインバブルの数密度が高いウルトラファインバブル液が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】水中に存在する非ウルトラファインバブルおよびウルトラファインバブルの挙動を模式的に示す説明図である。

【図2】一実施の形態であるウルトラファインバブルの濃縮液の製造方法のフローの一例を示す説明図である。

【図3】濃縮処理前のウルトラファインバブル液を示す断面図である。

【図4】図２に示す濃縮工程で利用される濃縮装置の容器内に、図３に示す濃縮処理前のウルトラファインバブル液を濃縮装置の容器内に供給した状態を模式的に示す断面図である。

【図5】図５は、図４に示す濃縮装置の攪拌機構部と冷却機構部とを同時に動作させることにより、収容部内に流体の一部が凝固膜として形成された状態を模式的に示す断面図である。

【図6】図５に示す凝固膜と濃縮液とを分離した状態を模式的に示す拡大断面図である。

【図7】図３に対する変形例である第１液を示す断面図である。

【図8】図４に示す濃縮装置に対する変形例である濃縮装置の収容部内に、図７に示す濃縮処理前のウルトラファインバブル液を濃縮装置の容器内に供給した状態を模式的に示す断面図である。

【図9】図８に示す濃縮装置の攪拌機構部と冷却機構部とを同時に動作させることにより、収容部内に流体の一部が凝固膜として形成された状態を模式的に示す断面図である。

【図10】図２に示すフローに対する変形例を示す説明図である。

【図11】図１０に示す第１液追加工程の後の状態を示す断面図である。

【図12】図１０に示す第２濃縮工程の後の状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜ウルトラファインバブルについて＞
図１は、水中に存在する非ウルトラファインバブルおよびウルトラファインバブルの挙動を模式的に示す説明図である。図１に示す例では、液体１０は水である。また、ウルトラファインバブル２０Ａ、および非ウルトラファインバブル２０Ｂのそれぞれは、空気の気泡である。以下で説明する技術により製造されるウルトラファインバブル液の液体および気泡には、種々の物質を用いることができるが、以下の実施の形態では、液体１０が水、ウルトラファインバブル２０Ａが空気である場合を取り上げて、例示的に説明する。

【0013】

図１に示す例では、液体１０中にウルトラファインバブル２０Ａおよび非ウルトラファインバブル２０Ｂを含む複数の気泡２０が存在する。ウルトラファインバブル２０Ａ、および非ウルトラファインバブル２０Ｂの区別は、気泡２０の径により区別することができる。ウルトラファインバブル２０Ａの気泡径Ｄ１は、１μｍ未満である。非ウルトラファインバブル２０Ｂの気泡径Ｄ２は、１μｍ以上である。なお、ウルトラファインバブル２０Ａは、気泡径が小さいので、ほぼ球体と見做せる形状を持つ。一方、非ウルトラファインバブル２０Ｂの場合には、図１に例示するように楕円球体など、さまざまな形状で、液体１０中に存在するものも含まれる。図１では、便宜上、楕円球体の短径を気泡径Ｄ２として示しているが、非ウルトラファインバブル２０Ｂの気泡径Ｄ２は、非ウルトラファインバブル２０Ｂを球体に換算した時の直径として定義される。なお、ウルトラファインバブル２０Ａの気泡径Ｄ１は、上記した気泡径Ｄ２と同様に、各気泡２０を球体に換算した時の直径として定義される。

【0014】

図１に矢印を用いて模式的に示すように、非ウルトラファインバブル２０Ｂは、液体１０中で生じる浮力により液面１０ｔに向かって浮上し、液面１０ｔにおいて破裂する。

【0015】

一方、ウルトラファインバブル２０Ａは、気泡径Ｄ１が１μｍ以下と小さいので、液体１０中で安定的に自身の形状を維持することができる。また、ウルトラファインバブル２０Ａの気泡径Ｄ１が小さいことにより、ストークスの式により算出されるウルトラファインバブル２０Ａの浮上速度は、ウルトラファインバブル２０Ａのブラウン運動による上下左右前後へのランダムな移動速度よりも遅い。この結果、ウルトラファインバブル２０Ａは、液面１０ｔに向かって浮上せず、液体１０中に長時間に亘って浮遊し続けることができる。

【0016】

非ウルトラファインバブル２０Ｂのうち、気泡径Ｄ２が比較的小さい（例えば１００μｍ以下）のものは、マイクロバブルと呼ばれ、ウルトラファインバブル２０Ａと総称してファインバブルと呼ばれ場合がある。以下のように視覚的に識別することができる。すなわち、マイクロバブルを含む水は、白濁している。一方、ウルトラファインバブル２０Ａのみを含む水は、無色透明である。これは、ウルトラファインバブル２０Ａの気泡径Ｄ１が小さいことにより、ウルトラファインバブル２０Ａのほとんどが可視光を散乱しないためである。

【0017】

＜ウルトラファインバブルの数密度＞
本願発明者は、ウルトラファインバブルの数密度を制御する技術について検討を行っている。「ウルトラファインバブルの数密度」とは、単位体積のウルトラファインバブル液中に含まれるウルトラファインバブルの個数である。「ウルトラファインバブルの数密度」は「ウルトラファインバブルの個数濃度」と読み替えることもできる。

【0018】

ウルトラファインバブル液中におけるウルトラファインバブルの数密度は、例えば以下のように計測することができる。代表的な計測法であるナノ粒子追跡式法では、ウルトラファインバブル液に２次元平面レーザー光を照射しブラウン運動するウルトラファインバブルからのレーザー散乱光点の撮影から視野体積中のウルトラファインバブル個数をカウントすることで数密度が求まる。

【0019】

ウルトラファインバブル液を製造する方法としては、以下のような方法がある。例えば、加圧溶解式の製造方法は、液体である第１流体中に第２流体を加圧溶解させた後、急激に減圧することにより過飽和状態を利用して第２流体を気化させることにより発泡させる方法である。気液混合流体のせん断方式の製造方法は、気体と液体とが混在した気液混合流体を粉砕することにより微細な気泡を発生させる方法である。気液混合流体を粉砕する方法には、例えば、気液混合流体を旋回させて、その旋回力を利用する方式と、スタティックミキサに気液混合流体を通過させて、そのせん断力を利用する方法と、を例示することができる。また、散気式の製造方法は、微細な孔が形成された多孔質フィルムを介して液体中に気体を供給する方法である。

【0020】

上記の方法の場合、ウルトラファインバブル液を製造することはできるが、液中のウルトラファインバブルの数密度を制御することは難しい。そこで、本願発明者は、上記に例示したような方法で得られたウルトラファインバブル液に対して希釈処理または濃縮処理を施して、ウルトラファインバブルの数密度を制御する方法ついて検討した。上記した非特許文献１に記載されるように、ウルトラファインバブル水を希釈することにより、ウルトラファインバブルの数密度を所定の値に低下させられることが判った。ウルトラファインバブルの数密度を所定の値に高めるための方法としては、上記した非特許文献１に記載されるように、エバポレータを利用し、ウルトラファインバブル水を減圧条件下で加熱して水分を気化させることによりウルトラファインバブル水を濃縮する方法がある。ただし、加熱プロセスを必要としない濃縮方法は見つかっていない。

【0021】

ウルトラファインバブル液の用途として、ウルトラファインバブル液に添加剤を加えることで付加価値を向上させられる場合がある。添加剤には種々の変形例があるが、例えばフレーバーなど、揮発性の高い添加剤の場合、濃縮時の加熱プロセスにおいて添加剤が揮発してしまう場合がある。そこで、本願発明者は、例えば、揮発性の高い材料を添加剤として含んでいるウルトラファインバブル液を濃縮することが可能な方法について検討を行った。

【0022】

＜ウルトラファインバブルの濃縮液の製造方法＞
以下で説明する本実施の形態のウルトラファインバブルの濃縮液の製造方法は、図２に示すように、第１液準備工程と、濃縮工程と、分離工程と、を備えている。図２は、本実施の形態のウルトラファインバブルの濃縮液の製造方法のフローの一例を示す説明図である。図３は、濃縮処理前のウルトラファインバブル液を示す断面図である。

【0023】

図２に示す第１液準備工程では、図３に示す第１液ＵＦＢ１を準備する。第１液ＵＦＢ１は、液体状態の流体（第１流体）１１と、気体状態の流体（第２流体）２１と、を含んでいる。第１液ＵＦＢ１は、所謂、ウルトラファインバブル液であって、流体２１の気泡２１Ａの直径（図１に示す気泡径Ｄ１）は１μｍ未満である。流体１１を含む液体３０には、第１の数密度で気泡２１Ａが混合されている。第１液ＵＦＢ１は、濃縮処理前のウルトラファインバブル液なので、第１の数密度の値は任意である。例えば、第１の数密度（１ミリリットルの第１液ＵＦＢ１に含まれる気泡２１Ａの個数）は、例えば０．１×１０^８～３０×１０^８/ｍＬ程度である。

【0024】

一例として、流体１１から成る液体３０は水であり、流体２１から成る気泡２１Ａは、空気である。ただし、流体１１および流体２１に用いる物質には種々の適用例がある。例えば、変形例として後述するように、水である流体１１にフレーバーなどの揮発性物質を溶存させた液体を、液体３０に変えて用いることができる。また、流体２１についても、空気の他、窒素や希ガスなどの不活性ガス、あるいはオゾンなどの反応性ガスを備える流体を用いることもできる。

【0025】

第１液ＵＦＢ１の製造方法は、公知の方法を採用することができる。例えば、上述した加圧溶解式の製造方法、気液混合流体のせん断方式の製造方法、気液混合流体を粉砕する方法、あるいは、散気式の製造方法を用いることができる。上記したいずれかの方法により、第１の数密度でウルトラファインバブルが分散されたウルトラファインバブル液である第１液ＵＦＢ１が得られる。

【0026】

次に図２に示す濃縮工程では、第１液ＵＦＢ１を攪拌しながら冷却することにより、流体１１を選択的に凝固させる。すなわち、本実施の形態のウルトラファインバブル濃縮液の製造方法は、冷却プロセスを利用することにより、ウルトラファインバブル液を濃縮する。図４は、図２に示す濃縮工程で利用される濃縮装置の収容部内に、図３に示す濃縮処理前のウルトラファインバブル液を濃縮装置の容器内に供給した状態を模式的に示す断面図である。図５は、図４に示す濃縮装置の攪拌機構部と冷却機構部とを同時に動作させることにより、収容部内に流体の一部が凝固膜として形成された状態を模式的に示す断面図である。

【0027】

図２に示す濃縮工程は、例えば図４に示す濃縮装置１００により実施される。ウルトラファインバブル液の濃縮装置１００は、第１液ＵＦＢ１を収容するための収容部４０と、収容部４０内の第１液ＵＦＢ１を攪拌することが可能な攪拌機構部５０と、収容部４０内の第１液ＵＦＢ１を冷却することが可能な冷却機構部６０と、を備えている。

【0028】

図４に示す例では、濃縮装置１００の攪拌機構部５０は、収容部４０内で回転する回転軸５１と、回転軸５１に取り付けられる攪拌羽５２と、回転軸５１を駆動させるモータ５３と、を備えている。濃縮装置１００の冷却機構部６０は、収容部４０の周囲に配置される冷媒６１と、冷媒６１を収容する浴槽６２と、を備えている。また、図４に示す例では、浴槽６２には、冷媒６１の供給口６２Ａおよび冷媒６１の排出口６２Ｂが設けられている。供給口６２Ａから供給された冷媒６１は、浴槽６２内で対流し、排出口６２Ｂから排出される。

【0029】

浴槽６２内に充填された冷媒６１は、例えば０℃以下において凝固しない液体（不凍液と呼ばれる液体）であって、０℃未満の温度に冷却されている。冷媒６１の種類によっても温度は異なるが、例えば冷媒６１の温度は、－２０℃から－２５℃程度に設定することができる。収容部４０は、少なくともその一部分が浴槽６２内の冷媒６１に浸漬されている。これにより、収容部４０を介して収容部４０内の第１液ＵＦＢ１が冷却される。また、モータ５３を駆動させることにより、攪拌機構部５０の回転軸５１を回転動作させる。回転軸５１は、図４に二点鎖線で示す仮想線である回転軸ＶＬ１を中心として矢印で示す方向に回転動作する。回転軸５１に取り付けられた攪拌羽５２は、回転軸５１の動作に伴って回転動作する。攪拌羽５２は、収容部４０内の第１液ＵＦＢ１内に浸漬されているので、第１液ＵＦＢ１は、攪拌羽５２の回転動作に起因して攪拌される。

【0030】

図４に示す濃縮装置１００の場合、攪拌機構部５０と冷却機構部６０とを同時に動作させることにより、第１液ＵＦＢ１を攪拌しながら冷却することが実現される。回転軸の回転動作の回転数は特に限定されないが、例えば、３００～６００ｒｐｍ（毎分３００～６００回転）程度の回転速度で回転させる方法を例示できる。

【0031】

収容部４０のうち、冷媒６１に浸漬された部分は冷却されている。図５に示す例では、収容部４０の内面４１のうち、底面４１ｂの全体、および側面４１ｓの一部分（底面４１ｂに連なる部分）が冷却されている。この冷却された部分の温度が流体１１の凝固点よりも低い場合には、図５に示すように。収容部４０の底面４１ｂ（および側面４１ｓの冷却された部分）に触れた部分から流体１１が徐々に凝固し始め、凝固した流体１１は、収容部４０の内面４１に凝固膜３１として成膜される。流体１１が水である場合、凝固膜３１は氷である。

【0032】

この時、冷媒６１の温度は、流体２１の凝縮点よりも高い温度に設定されているので、流体２１は液化せず、気体状態のまま残った液体３０内に存在し続ける。また、本実施の形態の濃縮工程では、流体１１および流体２１を含む第１液ＵＦＢ１（図４参照）を継続的に攪拌しながら、液体３０の一部分を徐々に凝固させる。このため、第１液ＵＦＢ１を瞬間的に凝固させる場合と比較して気泡２１Ａが凝固膜３１内に閉じ込められにくい。また、流体１１の物質から成る凝固膜３１が形成された場合、凝固膜３１に対する濡れ性は、流体１１の方が流体２１よりも高い。この凝固膜３１に対する濡れ性の差に起因して、気泡２１Ａは凝固膜３１に付着し難いので、結果として凝固膜３１は流体１１の膜として成長し易い。このため、本実施の形態の濃縮工程によれば、流体１１を選択的に凝固させることができる。

【0033】

このように、本実施の形態によれば、流体１１を選択的に凝固させることができる。この結果、図５に示す残った液体３０内に含まれる気泡２１Ａの数密度（第２の数密度）は、図４に示す第１液ＵＦＢ１に含まれる気泡２１Ａの数密度（第１の数密度）よりも多い。すなわち、本実施の形態の濃縮工程により、ウルトラファインバブルである気泡２１Ａの数密度が濃縮された、濃縮液ＵＦＢ２が得られる。濃縮液ＵＦＢ２の数密度は、濃縮装置１００の運転時間に比例して大きくなるが、例えば、１２０分間運転した場合、第２の数密度は第１の数密度に対して２倍程度になることが実験的に確認された。

【0034】

次に、図２に示す分離工程では、図６に示すように、濃縮液ＵＦＢ２と、凝固膜３１とを分離する。図６は、図５に示す凝固膜と濃縮液とを分離した状態を模式的に示す拡大断面図である。濃縮液ＵＦＢ２には、濃縮工程において凝固しなかった流体１１を含む液体３０中に流体２１の気泡２１Ａが第１の数密度よりも高い第２の数密度で混合されている。すなわち、濃縮液ＵＦＢ２は、ウルトラファインバブルの数密度が図３に示す第１液ＵＦＢ１と比較して濃縮された、ウルトラファインバブル濃縮液である。

【0035】

図６に示す例では、図５に示す濃縮装置１００から取り出した収容部４０を反転させて、容器４２内に濃縮液ＵＦＢ２のみを選択的に移し替える例を示している。ただし、分離方法は、図６に示す方法には限定されない。例えば、図５に示す濃縮装置１００内に収容部４０を固定した状態で図示しないポンプなどの送液機構部を用いて濃縮液ＵＦＢ２を図６に示す容器４２に移送する方法を例示できる。本実施の形態の場合、凝固膜３１は個体なので、濃縮装置１００と凝固膜３１とを分離することは比較的容易である。

【0036】

以上の各工程により、ウルトラファインバブル濃縮液である濃縮液ＵＦＢ２が得られる。収容部４０内に残った凝固膜３１は、例えば加熱することにより簡単に液化することができるので、液化処理を行った後で収容部４０から除去することが好ましい。

【0037】

なお、本実施の形態の場合、図５に示すように、液体３０を攪拌しながら流体１１を選択的に凝固させる必要があるので、凝固膜３１の厚さが極端に厚くなると、攪拌羽５２および回転軸５１の回転動作に凝固膜３１が干渉する場合がある。したがって、凝固膜３１の厚さが攪拌羽５２および回転軸５１に接触する程厚くなる前に濃縮工程を完了し、分離工程を行った後で凝固膜３１を除去することが好ましい。

【0038】

濃縮液ＵＦＢ２よりもさらに高い濃縮率のウルトラファインバブル濃縮液が必要な場合には、図６に示す濃縮液ＵＦＢ２を図３に示す第１液ＵＦＢ１と見做して、図２に示す濃縮工程および分離工程を繰り返し行うことが好ましい。濃縮工程において形成される凝固膜３１の体積、および図２に示す濃縮工程および分離工程を繰り返し行う回数を制御することにより、得られるウルトラファインバブル濃縮液におけるウルトラファインバブルの数密度を制御することができる。

【0039】

＜揮発性物質を含む変形例＞
次に、本実施の形態のウルトラファインバブル濃縮液の製造方法を適用して特に有効な使用例について説明する。図７は、図３に対する変形例である第１液を示す断面図である。

【0040】

図７に示す第１液ＵＦＢ３は、液体３０内に、流体１１の他、流体１１よりも沸点が低い揮発性物質１２が溶存している点で、図３に示す第１液ＵＦＢ１と相違する。揮発性物質１２は、流体１１よりも揮発性が高い物質であり、例えばフレーバーである。上記したように、本実施の形態のウルトラファインバブル濃縮液の製造方法は、加熱プロセスを用いずに、ウルトラファインバブル液を濃縮することができるので、フレーバーなどの揮発性物質１２を含む液体３０の濃縮に用いて特に有効である。

【0041】

なお、所定の数密度に濃縮されたウルトラファインバブル濃縮液に添加物質として揮発性物質１２を添加する方法の場合、濃縮工程に加熱プロセスを含めることもできる。ただし、ウルトラファインバブルの数密度が高くなる程、液体中に存在するウルトラファインバブル同士が凝集する可能性が高くなる。このため、添加物質を添加してウルトラファインバブル濃縮液中に溶け込ませる作業中に液体中に存在するウルトラファインバブル同士が凝集する可能性が高くなる。したがって、作業の容易性の観点からは、添加物質として揮発性物質１２を添加する場合であっても、濃縮前の第１液ＵＦＢ３の段階で揮発性物質を添加できる本実施の形態の方法は有利である。また、本実施の形態の方法の場合、例えば、液体３０に果汁が含まれる場合など、原料にフレーバー成分が含まれている場合でも、フレーバーの揮発を抑制することができる。

【0042】

図７に示す第１液ＵＦＢ３を用いた場合でも、図２～図６を用いて説明した方法と同様の方法で揮発性物質１２を含む第１液ＵＦＢ１におけるウルトラファインバブルの数密度を濃縮することができる。

【0043】

濃縮工程では、図５に示す流体１１中に揮発性物質１２（図７参照）が溶存した状態で凝固膜３１が形成されるが、揮発性物質１２は、流体１１と比較して凝固点が低いので、揮発性物質１２の成分は凝固膜３１に含まれにくい。この結果、揮発性物質１２は凝固膜３１に取り込まれ難いので、残った濃縮液ＵＦＢ２は、ウルトラファインバブルである気泡２１Ａと揮発性物質１２とが濃縮された状態となる。

【0044】

＜濃縮装置の変形例＞
次に、図４および図５に示す濃縮装置１００に対する変形例について説明する。図８は、図４に示す濃縮装置に対する変形例である濃縮装置の収容部内に、図７に示す濃縮処理前のウルトラファインバブル液を濃縮装置の容器内に供給した状態を模式的に示す断面図である。図９は、図８に示す濃縮装置の攪拌機構部と冷却機構部とを同時に動作させることにより、収容部内に流体の一部が凝固膜として形成された状態を模式的に示す断面図である。なお、本セクションで説明する濃縮装置１０１（図８参照）を用いてウルトラファインバブル濃縮液の製造方法の工程フローは、図２に示す内容と同様である。したがって、以下では必要に応じて図２を参照しながら説明する。

【0045】

図２に示す第１液準備工程は、既に説明した通りなので、重複する説明は省略する。本変形例における第１液準備工程で準備する第１液は、図３に示す第１液ＵＦＢ１でもよいし、図７に示す第１液ＵＦＢ３のように、液体３０が揮発性物質１２を含んでいてもよい。以下の説明では、代表例として図７に示す第１液ＵＦＢ３を用いた例を取り上げて説明する。

【0046】

図２に示す濃縮工程では、第１液ＵＦＢ３を攪拌しながら冷却することにより、流体１１を選択的に凝固させる。本変形例の濃縮工程は、例えば図８に示す濃縮装置１０１により実施される。ウルトラファインバブル液の濃縮装置１０１は、第１液ＵＦＢ１を収容するための収容部４０と、収容部４０内の第１液ＵＦＢ１を攪拌することが可能な攪拌機構部５０と、収容部４０内の第１液ＵＦＢ１を冷却することが可能な冷却機構部６０と、を備えている。この点は、図４に示す濃縮装置１００と同様である。

【0047】

図８に示す変形例である濃縮装置１０１は、以下の点で図４に示す濃縮装置１００と相違する。濃縮装置１０１が備える収容部４５の底面４６ｂは、丸底になっており、側面との境界がない。濃縮工程では、底面４６ｂを含む収容部４５の内面４６に流体１１から成る凝固膜３１（図９参照）が形成される。言い換えれば、濃縮工程において凝固膜３１が成膜される収容部４５の内面４６は、曲面である。また、濃縮装置１０１の攪拌機構部５０は、収容部４５が回転軸（第１回転軸）ＶＬ２を中心に回転するように駆動することが可能な状態で収容部４５に接続されるモータ（駆動部）５３を備えている。濃縮工程では、収容部４５の一部分（底面４６ｂ）が冷却機構部６０に冷却された状態で、収容部４５自身が回転することにより、収容部４５内の第１液ＵＦＢ３が攪拌される。

【0048】

濃縮装置１０１の冷却機構部６０は、収容部４０の周囲に配置される冷媒６１と、冷媒６１を収容する浴槽６２と、を備えている。また、図８に示す例では、浴槽６２には、冷媒６１の供給口６２Ａおよび冷媒６１の排出口６２Ｂが設けられている。供給口６２Ａから供給された冷媒６１は、浴槽６２内で対流し、排出口６２Ｂから排出される。冷却機構部６０に関しては、図４に示す濃縮装置１００と同様である。

【0049】

浴槽６２内に充填された冷媒６１は、例えば０℃以下において凝固しない液体（不凍液と呼ばれる液体）であって、０℃未満の温度に冷却されている。例えば冷媒６１の温度は、－２０℃から－２５℃程度に設定することができる。収容部４５は、少なくともその一部分が浴槽６２内の冷媒６１に浸漬されている。これにより、収容部４５を介して収容部４５内の第１液ＵＦＢ３が冷却される。また、モータ５３を駆動させることにより、収容部４５自身が回転軸ＶＬ２を回転中心として回転動作する。収容部４５内に入っている第１液ＵＦＢ３は、収容部４５の回転動作に伴って収容部４５内で動き、攪拌される。

【0050】

図８に示す濃縮装置１０１の場合、攪拌機構部５０と冷却機構部６０とを同時に動作させることにより、第１液ＵＦＢ３を攪拌しながら冷却することが実現される。収容部４５の回転動作の回転数は特に限定されないが、例えば、図４を用いて説明した例と同様に３００～６００ｒｐｍ程度の回転速度で回転させる方法を例示できる。

【0051】

第１液ＵＦＢ１は、収容部４５を介して冷媒６１の冷熱により冷却される。このため、収容部４５の内面４６には流体１１が選択的に凝固することにより成膜される凝固膜３１が形成される点は、図５を用いて説明した例と同様である。冷媒６１の温度は、流体２１の凝縮点よりも高い温度に設定されているので、流体２１は液化せず、気体状態のまま残った液体３０内に存在し続ける。また、本変形例においても、流体１１、揮発性物質１２、および流体２１を含む第１液ＵＦＢ３（図８参照）を継続的に攪拌しながら、液体３０の一部分を徐々に凝固させる。このため、第１液ＵＦＢ３を瞬間的に凝固させる場合と比較して気泡２１Ａが凝固膜３１内に閉じ込められにくい。また、流体１１の物質から成る凝固膜３１が形成された場合、凝固膜３１に対する濡れ性は、流体１１の方が流体２１よりも高い。この凝固膜３１に対する濡れ性の差に起因して、気泡２１Ａは凝固膜３１に付着し難いので、結果として凝固膜３１は流体１１の膜として成長し易い。このため、本実施の形態の濃縮工程によれば、流体１１を選択的に凝固させることができる。

【0052】

図４および図５を用いて説明した例と同様に、本変形例の場合にも、流体１１を選択的に凝固させることができる。この結果、図９に示す残った液体３０内に含まれる気泡２１Ａの数密度（第２の数密度）は、図７に示す第１液ＵＦＢ３に含まれる気泡２１Ａの数密度（第１の数密度）よりも多い。すなわち、本実施の形態の濃縮工程により、ウルトラファインバブルである気泡２１Ａの数密度が濃縮された、濃縮液ＵＦＢ４が得られる。濃縮液ＵＦＢ４は、ウルトラファインバブルの数密度が図７に示す第１液ＵＦＢ３と比較して濃縮された、ウルトラファインバブル濃縮液である。

【0053】

また、本変形例の場合、収容部４５自身が回転動作するため、収容部４５の内面４６は、広範囲が冷却される。収容部４５の内面４６の底面４６ｂを含む部分に凝固膜３１が形成される点は、図５を用いて説明した例と同様である。ただし、本変形例の場合、内面４６のうち、凝固膜３１が形成される部分の面積が図５に示す例よりも広い。

【0054】

特に、図８に示す例の場合、回転軸ＶＬ２は、収容部４５内で静止した時の第１液ＵＦＢ３の液面ＵＦＢｔに対して９０度未満の角度で傾斜している。図８に示す例では、回転軸ＶＬ２は、収容部４５内で静止した時の第１液ＵＦＢ３の液面ＵＦＢｔに対して約３０度の角度で傾斜している。この場合、収容部４５のうち、冷媒６１内に浸漬される部分の面積が大きくなるので、凝固膜３１が形成される部分の面積をより大きくすることができる。本変形例のように、凝固膜３１が成膜される部分の面積を大きくできれば、１回の濃縮工程での濃縮効率を向上させることができる。

【0055】

図２に示す分離工程は、図６を用いて説明した実施態様において、収容部４０として記載した部分を収容部４５に置き換えて適用することができる。このため、重複する説明は省略する。

【0056】

以上の各工程により、ウルトラファインバブル濃縮液である濃縮液ＵＦＢ４が得られる。収容部４５内に残った凝固膜３１は、例えば加熱することにより簡単に液化することができるので、液化処理を行った後で収容部４５から除去することが好ましい。

【0057】

なお、本変形例の場合、図９に示すように、収容部４５の回転により液体３０を攪拌するので、図５を用いて説明した濃縮装置１００のように凝固膜３１と攪拌羽５２とが接触する懸念がない。したがって、残留する凝固膜３１を取り除かない状態で、次の濃縮工程を実施することもできる。言い換えれば、本変形例の場合、濃縮液ＵＦＢ４よりもさらに高い濃縮率のウルトラファインバブル濃縮液が必要な場合には、濃縮工程の時間を制御することにより得られるウルトラファインバブル濃縮液におけるウルトラファインバブルの数密度を制御することができる。また、変形例として分離工程を実施する前に濃縮工程を複数回繰り返して行うことができる。この変形例については後述する。

【0058】

＜濃縮工程の変形例＞
次に、図２に示す濃縮工程の変形例について説明する。図１０は、図２に示すフローに対する変形例を示す説明図である。図１１は、図１０に示す第１液追加工程の後の状態を示す断面図である。図１２は、図１０に示す第２濃縮工程の後の状態を示す断面図である。図１０に示すウルトラファインバブル濃縮液の製造方法は、濃縮工程が図２に示すウルトラファインバブル濃縮液の製造方法と相違する。図１０に示すウルトラファインバブル濃縮液の製造方法は、濃縮工程が、第１濃縮工程と、第１液追加工程と、第２濃縮工程と、を含んでいる。

【0059】

本変形例の場合、図３に示す第１液ＵＦＢ１または図７に示す第１液ＵＦＢ３を準備する。本変形例の場合、図２に示す方法と比較して多量のウルトラファインバブル濃縮液を製造できるので、第１液ＵＦＢ１またはＵＦＢ３もこれに応じて多量に準備する。図１０に示す製造方法は、図３～図５を用いて説明した実施態様と、図７～図９を用いて説明した実施態様のいずれの場合でも適用可能である。以下では代表例として、図７～図９を用いて説明した例に適用した場合を取り上げて説明する。

【0060】

第１濃縮工程は、図７に示す第１液ＵＦＢ３の一部が図８に示す収容部４５に収容された状態で、第１液ＵＦＢ３の一部（収容部４５に入っている分）を攪拌しながら冷却することにより第１液ＵＦＢ３の一部（収容部４５に入っている分）に含まれる流体１１を選択的に凝固させて濃縮液ＵＦＢ４（図９参照）を得る工程である。本工程での処理は、図８および図９を用いて説明した濃縮工程と同様なので重複する説明は省略する。本変形例の場合、第１濃縮工程は、濃縮工程の途中段階なので、濃縮液ＵＦＢ４は、最終的に得られる製品ではなく、中間製品である。

【0061】

第１液追加工程は、第１濃縮工程の後、収容部４５内に図７に示す第１液ＵＦＢ３の他の一部を供給し、図１１に示す第２液ＵＦＢ５をとする工程である。第１液追加工程は、収容部４５内に図９に示す濃縮液ＵＦＢ４が残った状態で行う。このため、濃縮液ＵＦＢ４は希釈されるが、図１１に示す第２液ＵＦＢ５におけるウルトラファインバブルの数密度は、図７に示す第１液ＵＦＢ３におけるウルトラファインバブルの数密度より高い。

【0062】

第２濃縮工程は、第１液追加工程の後、図１１に示す第２液ＵＦＢ５が収容部４５に収容された状態で、第２液ＵＦＢ５を攪拌しながら冷却することにより、第２液ＵＦＢ５に含まれる流体１１を選択的に凝固させ、図１２に示す濃縮液ＵＦＢ６を得る。

【0063】

図１０に示す分離工程は、図６を用いて説明した実施態様において、収容部４０として記載した部分を収容部４５に置き換えて適用することができる。このため、重複する説明は省略する。

【0064】

本変形例のように、濃縮工程において、濃縮処理を複数回に行うことにより、第１液ＵＦＢ３を一度に濃縮する方法と比較して、最終的に得られるウルトラファインバブル濃縮液におけるウルトラファインバブルの数密度を高くすることができる。

【0065】

なお、図１０では、第１液準備工程と分離工程との間に、２回の濃縮工程を含む実施態様について説明した。ただし、第１液準備工程と分離工程との間に含まれる濃縮工程の回数は２回には限定されず、３回以上の場合もある。

【0066】

また、本変形例では、図７～図９を用いて説明した実施態様の変形例として説明したが、図３～図６を用いて説明した例の変形例として適用することもできる。ただし、図５に示す濃縮装置１００の場合、攪拌羽５２に凝固膜３１が接触してしまった場合には、十分な攪拌処理を行うことが困難になる。一方、図８に示す濃縮装置１０１の場合、収容部４５内には攪拌のための部材が配置されないので、濃縮装置１００のような制約がない。このため、収容部４５の容量を有効に活用できるという点では、図８に示す濃縮装置１０１に本変形例を適用することが特に有効である。

【0067】

また、本変形例に対する応用として、以下のような変形例が考えられる。すなわち、図１０に示すフローにおいて、濃縮工程が始まる前に、収容部４５の内面４６に流体１１の凝固物から成る凝固膜３１を形成しておく方法がある。例えば、液体３０に流体１１以外の複数の材料が含まれている場合、複数の材料の一部の凝固点が流体１１の凝固点に近い場合、濃縮工程においてその物質が凝固膜３１に含まれてしまう場合がある。

【0068】

濃縮工程が始まる前に、収容部４５の内面４６に流体１１の凝固物から成る凝固膜３１が予め形成されている場合、液体３０のうち、流体１１に対する濡れ性が特に高くなるので、凝固し易い物質が液体３０に含まれている場合でも、流体１１を選択的に凝固させやすくなる。

【0069】

また、この変形例は、図２に示す製造フローおよび図３～図６を用いて説明した製造フローでも適用できる。すなわち、図５に示す濃縮装置において、収容部４０の内面４１に流体１１の凝固物から成る凝固膜３１が予め形成されている場合、液体３０のうち、流体１１に対する濡れ性が特に高くなるので、凝固し易い物質が液体３０に含まれている場合でも、流体１１を選択的に凝固させやすくなる。

【0070】

本発明は前記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能である。例えば、上記では、第２流体として空気を用い、第１流体として水を用いた例、および第１流体にフレーバーが添加された例を取り上げて説明したが、非凝縮性流体および凝縮性流体には種々の変形例を適用可能である。第２流体として、例えば、窒素や希ガスなどの不活性ガス、あるいはオゾンなどのラジカルな分子を備える流体を用いることができる。また第１流体として、例えば、燃料系の油や食品系の油を例示することができる。また例えば、上記では、種々の変形例について説明したが、実施態様の一部分を他の実施態様と組み合わせて適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明は、様々な産業分野で活用されているウルトラファインバブル液に利用可能である。

【符号の説明】

【0072】

１０：液体、１０ｔ，ＵＦＢｔ：液面、１１：流体（第１流体）、１２：揮発性物質、２０：気泡、２０Ａ：ウルトラファインバブル、２０Ｂ：非ウルトラファインバブル、２１：流体（第２流体）、２１Ａ：気泡、３０：液体、３１：凝固膜、４０，４５：収容部、４１，４６：内面、４１ｂ，４６ｂ：底面、４１ｓ：側面、５０：攪拌機構部、５１：回転軸、５２：攪拌羽、５３：モータ（駆動部）、６０：冷却機構部、６１：冷媒、６２：浴槽、６２Ａ：供給口、６２Ｂ：排出口、１００，１０１：濃縮装置、Ｄ１，Ｄ２：気泡径、ＵＦＢ１，ＵＦＢ３：第１液、ＵＦＢ２、ＵＦＢ４、ＵＦＢ６：濃縮液、ＵＦＢ５：第２液ＶＬ１，ＶＬ２：回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】