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マイクロ・ナノバブル　about micro・nanobubble

超高速旋回式マイクロバブルについてご紹介します。

※超高速旋回式とは、水と空気を毎秒約400〜600回転という超高速で旋回させることによりマイクロバブルを発生させる方式です。

マイクロバブル　　MB 　「マイクロバブル」とは、発生時に気泡の直径が10マイクロメートル(100/1mm）〜数十マイクロメートル以下の微細な気泡のことをいいます。 あえて発生時というのは、「マイクロバブル」は収縮して「マイクロナノバブル」へと変化するからです。 　マイクロナノバブル 　　MNB 「マイクロナノバブル」とは、気泡の直径が数百ナノメートル〜10マイクロメートル(100/1mm)以下の微細な気泡のことをいいます。 　「マイクロバブル」と「マイクロナノバブル」の相違は、その収縮速度に大きな違いがあるとされています。「マイクロナノバブル」は「マイクロバブル」に比べて、収縮速度が速く急激に小さくなります。 ナノバブル 　　NB 　「ナノバブル」とは、数百ナノメートル以下の微細な気泡のことをいいます。 　「マイクロバブル」がさらに小さくなって「ナノバブル」にまで移行する可能性はありますが、今のところ、明確には観察されておらず、不明な点が多いため、その存在も含めて正確な検証が必要となっています。 　　　マイクロ・ナノバブル 　「マイクロ・ナノバブル」とは、マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブルの総称のことをいいます。 　なぜなら、発生時のマイクロバブルが収縮し、マイクロナノバブル、さらに小さくなってナノバブルに移行する可能性もあり、泡そのものが動的な性質をもつことから、これらの呼び方の総称として使われます。

次は、超高速旋回式マイクロバブルの基本的性質 について紹介します。

マイクロ・ナノバブルの基本的性質

発生方式の違いにより泡の性質が異なるということが重要です。 多機能性と高機能性が画期的な成果を修める裏づけとなりました。

1　収縮

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マイクロサイズからナノサイズへと自ら収縮。従来の泡とは異なる革新的物質が生まれます。 泡は、ゆらゆら上昇しながら水面ではじけて消えるのが一般的な概念です。 　しかし、マイクロサイズ以下の気泡は、従来のミリサイズ以上の気泡とは異なり、上昇しながら収縮し、水中で消えます。 収縮するきっかけとしては、マイクロバブル発生装置の中の中心空洞部において負圧形成がなされ、それが、超高速せん断でちぎられることによります。発生したマイクロバブルの周囲の圧力がマイクロバブルの中の気体よりも高いことから、圧力が周囲からかかり、マイクロバブルは収縮へ向かいます。

2 　 生理活性効果

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生物の成長を促進する効果があります。 　マイクロバブルの極小泡が細胞を刺激し、生物の血流や成長を促進させます。 水中の溶存酸素を増やし、酸欠を防ぎます。 それとともに、微生物の働きを活性化させることによって生物本来の力を引き出 します。

3 　物理化学的特性

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ミリサイズの泡とは本質的に異なる固有の物理化学的特性 を有しています。 気泡はマイナスの電位を帯びており、プラスのものに付着しやすい性質を有して います。すなわち、汚れなどのプラスの物に付着しやすい性質を有しています。 　また、固有の物理化学的性質を有していることを気泡の「サイズ効果」と呼びま す。これは、単に気泡が小さいことによるものではなく発生方式や発生条件に本 質的に依存しています。

4 　分散性・拡散性・凝集性

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空間スケールの大小を問わず、適用が可能です。

ほとんど均一のマイクロバブルを発生させ分散性に優れています。 ゆるやかな流動と広範囲の拡散性を有しています。 狭い空間に高密度で存在する凝集性に優れています。

マイクロバブルの基本的特を生かすことによって、革新的・独創的な技術開発も可能となり、真に21世紀を切り開く夢の技術としての期待はますます高まりつつあります。 次は、発生方式についてです。

超高速旋回方式

水と空気が毎秒約400〜600回転(毎分24000〜36000回転)という超高速で 旋回しています。

発生システム ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 水と空気をを超高速旋回 旋回気体空洞部を形成、切断しマイクロバブルを発生させます。 超高速旋回方式とは、水と空気を超高速で旋回させることでマイクロバブルを発生させる方式です。 　装置内を超高速で旋回させることにより、旋回気体空洞部を形成させ、その旋回気体空洞部を旋回速度差で切断することでマイクロバブルを発生させます。装置内部の旋回速度に比べて、装置出口付近の旋回速度に比べて、装置内部の旋回速度が速いため速度差が生じ切断されることになります。 　また、マイクロバブルを発生させるために、動力としてポンプ(圧力：0.15ＭＰa 流量：20Ｌ/min以上)を用います。空気を自吸させ、ポンプで水を循環して発生させます。 　水と空気のみを用いて発生させるため、安心・安全な技術といえます。

水と空気が毎秒約400〜600回転(毎分24000〜36000回転)という超高速で旋回しています。 超高速旋回方式の旋回速度は、毎秒400〜600回転します(高速度カメラによる撮影)。この旋回速度は、ターボジェットエンジンクラスであり、これが超高速旋回というゆえんです。身の回りのものとしては、車のエンジンが毎分5000回転、ハードディスクが最高速でも1万回転程度ですから、マイクロバブル発生装置の超高速旋回がいかに速いかがおわかりのことと思います。 　この超高速旋回性が、マイクロバブルの不思議で魅力的な機能を引き出します。

弱アルカリを実現 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 超高速回転をすることにより、水道水が弱アルカリ化します。 　この超高速旋回速度の発生は、旋回する気液二相流体のいずれかを回転制御することによって、その界面における静電摩擦の発生を可能とします。 　これが静電分極作用を発生させ、マイクロバブルの電位的特性の付与とともに、マイクロバブル水の水素イオン濃度を変化させます。このことから、マイクロバブルを水道水で発生させると弱アルカリ化が実現されます。 　これは、従来の「電気分解方式」とは本質的に異なる方法で、「アルカリイオン水」を生成したことを意味します。

開発者 大成博文（おおなり　ひろふみ）氏 マイクロバブルの第一人者。1974年、山口大学大学院工学研究科修士課程終了。工学博士。 現在徳山工業高等専門学校教授。1980年代初めからマイクロバブル技術を独自に開発し、ダム貯水池の水質浄化や水産養殖の改善に役立てる。大量斃死が続いた広島のカキ、北海道のホタテ、三重のアコヤ貝を救い、成長促進による大幅期間短縮、品質向上、生産量増大に寄与。 日本高専学会会長。日本混相流学会理事・混相流技術リエゾン専門委員会委員長。日本混相流学会「技術賞」、日本流体力学会「流体力学技術賞」などを受賞。著書｢マイクロバブルのすべて｣日本実業出版(2006.10)

マイクロバブル技術は、徳山工業高等専門学校土木建築工学科の大成博文氏によって、世界で初めて開発されました。 このことは、世界最小水準の気泡として日刊工業新聞１面トップで大きく報道されました。 　それまでは、マイクロバブルを発生させる装置がなく、この装置を開発することが、本研究の契機となりました。 　当初は、下水道エアレーション装置を開発することにあり、数ミリメートルの直径をより小さくするために「W型」と呼ばれる装置が開発されました。 しかし、この「W型」ではマクロスケールの気泡のみを発生することしかできませんでした。 　この「W型」を進化させて、マイクロバブルのみを大量に発生させることを可能としたのが、「M1型」と呼ばれる装置です。 そして、「M1型」をさらに進化させたのが現在の「M2型」です。目詰まりがなく、シンプル・高性能・コンパクトであることが特徴です。

技術利用の可能性

水と空気に関係しているものはすべて関係することから第一次産業の農漁業、第2次産業における工業の ほとんどの分野における開発が検討されています。

さまざまな生態防御を可能とする機能性が注目されています。

その内外条件が適応した場合には、予想以上の効果がもたらされることになります。

さまざまな性質を帯びたマイクロバブルとマイクロバブル水を製造することが可能になります。たとえば、オゾン マイクロバブルや水素マイクロバブル、あるいは、海水マイクロバブル、アルコールマイクロバブルなどは代表例。

「水と空気」という生物適応物質を用いた技術であり、副作用がなくかつ安全安心です。

狭い空間に高密度で存在する凝集性(非合一凝集)に優れる一方で、分散性や拡散性にも優れ、空間スケールの 大小を問わず適用が可能です。

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