マイクロバブル・炭酸泉発生装置と気液混合タンク
【課題】浴槽等に使用するマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、空気のマイクロバブルと炭酸泉の発生或いは生成に共用できる気液混合タンクを備えたマイクロバブル・炭酸泉発生装置を提供することを目的とする
【解決手段】気液混合タンク１は、密閉型の混合容器１１からなり、浴槽の水を噴射する水噴射ノズル１４１、二酸化炭素ガスを噴射するガス噴射ノズル１４２、混合容器１１の上限水位Ｌｕ、下限水位Ｌｌを検出する水位検出部材６２、衝突部材１５を備えている。噴射水１６１は、衝突板１５１に衝突して空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３を撹拌する。空気溶解水１３を生成するときは、水噴射ノズル１４１に空気混入水を供給する。二酸化炭素溶解水１３を生成するときは、水噴射ノズル１４１に水のみを供給し、ガス噴射ノズル１４２に二酸化炭素ガスを供給する。
【解決手段】気液混合タンク１は、密閉型の混合容器１１からなり、浴槽の水を噴射する水噴射ノズル１４１、二酸化炭素ガスを噴射するガス噴射ノズル１４２、混合容器１１の上限水位Ｌｕ、下限水位Ｌｌを検出する水位検出部材６２、衝突部材１５を備えている。噴射水１６１は、衝突板１５１に衝突して空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３を撹拌する。空気溶解水１３を生成するときは、水噴射ノズル１４１に空気混入水を供給する。二酸化炭素溶解水１３を生成するときは、水噴射ノズル１４１に水のみを供給し、ガス噴射ノズル１４２に二酸化炭素ガスを供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、浴槽、水槽、プール、洗浄装置、殺菌装置等に用いるマイクロバブル・炭酸泉発生装置とそのマイクロバブル・炭酸泉発生装置に用いる気液混合タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来浴槽に空気のマイクロバブルと炭酸泉の双方を発生することができるマイクロバブル・炭酸泉発生装置が提案されている（特許文献１参照）。
図５により従来のマイクロバブル・炭酸泉発生装置について説明する。
ポンプ８３は、浴槽８５１の水８５２を、吸込口８４１から吸込み、配管８３１，８３２、管結合部８３３、配管８３４を介して吐出ノズル８４２から浴槽８５１の水８５２中へ噴射する。その際、管結合部８３３には、ボンベ８２１から二酸化炭素ガスが、又は空気取込口８１１から空気が供給される。その二酸化炭素ガス又は空気は、管結合部８３３において配管８３２の水に混入する。
【０００３】
空気のマイクロバブルを発生するときは、開閉弁８２３を閉じて、空気取込口８１１から空気を取込み、管結合部８３３において水に混入する。空気の混入した水は、吐出ノズル８４２から浴槽８５１の水８５２中へ放出され、マイクロバブル８５３を発生する。
炭酸泉を発生するときは、開閉弁８２３を開いて、ボンベ８２１の二酸化炭素ガスを、減圧弁８２２、開閉弁８２３を介して管結合部８３３へ供給する。その際空気取込口８１１からの空気は、逆止弁８１２によって遮断される。二酸化炭素ガスは、管結合部８３３において水に混入する。二酸化炭素ガスの混入した水は、吐出ノズル８４２から浴槽８５１の水８５２中へ放出され、二酸化炭素のマイクロバブル８５３が発生して炭酸泉を生成する。
【０００４】
また従来、空気のマイクロバブルを効率よく発生するため、水と空気を混合して空気の溶解水を生成する気液混合タンクを備えたマイクロバブル発生装置も提案されている（特許文献２参照）。
図６により従来の気液混合タンクを備えたマイクロバブル発生装置を説明する。
ポンプ９１は、浴槽９３の水９３１を、吸込口９４１から吸込み、配管９１１、ベンチュリ９１４、配管９１５を介して噴射ノズル９１６から気液混合タンク９２内へ噴射する。気液混合タンク９２は、水と空気を撹拌して空気溶解水を生成する。空気溶解水は、配管９１７を介して減圧ノズル９４２から浴槽９３の水９３１中へ噴射し、マイクロバブル９３２を生成する。その際ベンチュリ９１４には、空気が、空気取込口９１２から電磁弁９１３を介して供給される。その空気は、ベンチュリ９１４において配管９１１の水に混入して気液混合タンク９２へ送られる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２０６７５号公報
【特許文献２】特開２００１−１７９２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、空気又は二酸化炭素ガスを単に水に混入して浴槽内へ放出するため、水に溶解する空気や二酸化炭素の量が少なく、所定の溶解濃度になるまでに長時間を要する。また特に空気は、水に溶解し難いため、空気のマイクロバブルを充分に発生することは困難である。そして未溶解の空気や二酸化炭素ガスは、水に溶解することなく大きな泡となって浴槽内へ放出されるため、その放出の際爆発音を発生する。また未溶解の二酸化炭素ガスは、空気中へ放散するが、二酸化炭素ガスは、高価なため不経済である。
【０００７】
そこで従来の気液混合タンクを用いたマイクロバブル発生装置を用い、例えば、図６の空気取込口９１２に二酸化炭素ガスのボンベを接続し、空気の代わりに二酸化炭素ガスを供給して、炭酸泉を生成する方法が考えられる。しかし医療的に有効な炭酸泉の二酸化炭素濃度は、１，０００ｐｐｍ以上と言われている。二酸化炭素濃度を１，０００ｐｐｍ以上にするには、大量の二酸化炭素ガスを供給しなければならないが、大量の二酸化炭素ガスが水に混入すると、カスケード型ポンプは、エアーロックを起こし易くなるため、送水が不安定或いは困難になる。
従来空気のマイクロバブルによって２００Ｌの浴槽水を白濁化するには、ポンプの吐出圧が０．３ＭＰａ、送水量が６Ｌ（リットル）／分の場合、配管９１１の水に混入する空気は、１００ｃｃ／分以上必要になるが、その空気が２４０ｃｃ／分になると、ポンプは、送水が不安定になり、２７０ｃｃ／分以上になると、エアーロックを起こして送水できなくなる。一方２００Ｌの浴槽水を二酸化炭素濃度１，０００ｐｐｍの炭酸泉にするには、２００ｇ（グラム）（１００Ｌ）の二酸化炭素ガスを溶解させる必要がある。その場合、図６の空気取込口９１２から大量の二酸化炭素ガスを供給しなければならないが、その供給は、困難である。
また二酸化炭素ガスと空気は、水に対する溶解のし易さが相違し、加えて、水の白濁化に必要な空気の溶解量と医療的に有効な二酸化炭素の溶解量は、大きく異なるため、従来の気液混合タンクを備えたマイクロバブル発生装置を用いて、空気のマイクロバブルと炭酸泉の双方を発生或いは生成することは、困難である。
【０００８】
本願発明は、従来のマイクロバブル・炭酸泉発生装置の前記問題点に鑑み、気液混合タンクを備えたマイクロバブル発生装置を用いて、空気のマイクロバブルと炭酸泉を効率よく安定的に容易に発生或いは生成できるマイクロバブル・炭酸泉発生装置と気液混合タンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の気液混合タンクは、密閉型の混合容器、該混合容器内へ水を噴射する水噴射ノズルと二酸化炭素ガスを噴射するガス噴射ノズルを備えていることを特徴とする。
請求項２に記載の気液混合タンクは、請求項１に記載の気液混合タンクにおいて、前記混合容器内に前記水噴射ノズルに対向する位置に撹拌用の衝突部材を設けてあることを特徴とする。
請求項３に記載の気液混合タンクは、請求項１又は請求２に記載の気液混合タンクにおいて、前記混合容器内に該混合容器の上限水位と下限水位を検出する水位検出部材を設けてあることを特徴とする。
請求項４に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、請求項１又は請求項２に記載の気液混合タンク、該気液混合タンクの水噴射ノズルへ水源槽の水を供給する給水管、該気液混合タンクのガス噴射ノズルへ二酸化炭素ガスを供給する給ガス管、該気液混合タンクの空気溶解水又は二酸化炭素溶解水を受水槽へ供給する配水管、該給水管の水を該気液混合タンクへ送出するポンプ、該給水管へ空気を供給・停止する電磁弁、及び該給ガス管へ二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を備え、該両電磁弁及び該ポンプを制御する制御装置を備えていることを特徴とする。
請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、請求項３に記載の気液混合タンク、該気液混合タンクの水噴射ノズルへ水源槽の水を供給する給水管、該気液混合タンクのガス噴射ノズルへ二酸化炭素ガスを供給する給ガス管、該気液混合タンクの空気溶解水又は二酸化炭素溶解水を受水槽へ供給する配水管、該給水管の水を該気液混合タンクへ送出するポンプ、該給水管へ空気を供給・停止する電磁弁、及び該給ガス管へ二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を備え、該両電磁弁及び該ポンプを制御する制御装置を備えていることを特徴とする。
請求項６に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、請求項４又は請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、前記制御装置は、前記空気を供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えたときは、前記二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を停止側へ切替え、前記空気を供給・停止する電磁弁を停止側へ切替えたときは、前記二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えるように制御することを特徴とする。
請求項７に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、前記制御装置は、前記空気を供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えているとき、前記下限水位を検出すると該電磁弁を停止側へ切替え、前記上限水位を検出すると供給側へ切替えるように制御することを特徴とする。
請求項８に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、前記制御装置は、前記二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えているとき、前記下限水位を検出すると該電磁弁を停止側へ切替え、前記上限水位を検出すると供給側へ切替えるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明の気液混合タンクは、密閉型の混合容器内に水を噴射する水噴射ノズルと二酸化炭素ガスを噴射するガス噴射ノズルを備えているから、二酸化炭素ガスは、水に無駄なく完全に溶解し、高濃度の二酸化炭素溶解水を生成することができる。また本願発明の気液混合タンクは、水噴射ノズルに供給する水に空気を混入することにより、空気溶解水を生成することができる。したがって本願発明の気液混合タンクは、同じ気液混合タンクにより二酸化炭素溶解水と空気溶解水の何れも生成することができる。また本願発明の気液混合タンクは、水噴射ノズルとガス噴射ノズルを設けたことにより、給水管の水に二酸化炭素ガスを混入する必要がないから、ポンプはエアーロックを起こすことがない。したがって二酸化炭素ガスの供給量を任意に設定できる。
本願発明の気液混合タンクは、混合容器内に衝突部材を設けてあるから、混合容器内で水と空気又は二酸化炭素ガスを撹拌することができ、水に空気又は二酸化炭素ガスを効率よく溶解することができる。また衝突部材は、混合容器内の未溶解の空気又は二酸化炭素ガスの泡が、配水管へ流出するのを防止することができる。加えて本願発明の気液混合タンクは、混合容器の水位を検出する水位検出部材を設けてあるから、混合容器の水位を撹拌に適した水位に維持することができ、また気液混合タンク内の気体圧を一定に維持して空気や二酸化炭素ガスを安定的に溶解することができる。
【００１１】
本願発明のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、本願発明の気液混合タンクを用いることにより、空気を供給・停止する電磁弁と二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を切替えるだけで、浴槽等の受水槽に高濃度の二酸化炭素溶解水又は空気溶解水を給できるから、空気のマイクロバブルと炭酸泉の何れも生成することができる。そして二酸化炭素溶解水と空気溶解水の生成に同じ気液混合タンクを使用できるから、マイクロバブル・炭酸泉発生装置は、構成が簡単になり、安価に作製できる。また設置スペースも小さくなる。
本願発明のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、ポンプを制御して気液混合タンクの混合容器内の気体圧を所定値に維持することができるから、水に二酸化炭素又は空気を効率よく安定的に無駄なく溶解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図４により本願発明の実施例を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。
【実施例】
【００１３】
図１は、本願発明の実施例に係るマイクロバブル・炭酸泉発生装置の全体の構成を示す。
図１において、１は気液混合タンク、２はポンプ（カスケード型ポンプ）、３は浴槽、６１は制御装置である。気液混合タンク１は、密閉型の混合容器（撹拌用の容器）１１からなり、水又は空気混入水を噴射する水噴射ノズル１４１、二酸化炭素ガスを噴射するガス噴射ノズル１４２、配水管４２２を備えている。制御装置６１は、後述するように、混合容器１１の水位を検知し、電磁弁、ポンプの駆動モータを制御する手段或いはマイクロプロセッサを備えている。
ポンプ２は、浴槽３の水（湯）３１１を吸込口３２１から吸込み、給水管４１１、管結合部４１２、ポンプ２、給水管４１３を介して気液混合タンク１の水噴射ノズル１４１へ供給する。水噴射ノズル１４１は、気液混合タンク１の混合容器１１の内部へスプレイ状或いは噴霧状の噴射水１６１を噴射する。噴射水１６１は、衝突部材１５上で空気又は二酸化炭素ガスと撹拌されて、空気が溶解した空気溶解水１３、又は二酸化炭素が溶解した二酸化炭素溶解水１３となる。
【００１４】
空気溶解水１３を生成するときは、電磁弁５２１を閉じ、電磁弁５１１を開いて、オリフィス固定弁５１から空気を取込む。取込まれた空気は、電磁弁５１１、逆止弁５１２を介して管結合部４１２へ供給され、給水管４１１の水に混入する。空気の混入した水は、水噴射ノズル１４１から噴射水１６１となって混合容器１１内へ噴射し、撹拌用の衝突部材１５上で撹拌される。
一方二酸化炭素溶解水を生成するときは、電磁弁５１１を閉じ、電磁弁５２１を開いて、二酸化炭素ガス源（例えばボンベ）５２から二酸化炭素ガスを取込む。取込まれた二酸化炭素ガスは、電磁弁５２１、逆止弁５２２、給ガス管５２３を介してガス噴射ノズル１４２から混合容器１１内へ噴射する。同時に水（空気の混入していない水）は、水噴射ノズル１４１から噴射水１６１となって混合容器１１内へ噴射する。即ち炭酸ガス溶解水を生成するときは、水噴射ノズル１４１には水のみが供給される。混合容器１１内の水と二酸化炭素ガスは、衝突部材１５上で撹拌される。
【００１５】
気液混合タンク１の空気溶解水１３は、切替弁４２１を配水管４２４側へ切替えると、配水管４２２、切替弁４２１、配水管４２４を介して減圧構造の吐出ノズル３２２から浴槽３の水３１１中へ放出され、空気のマイクロバブル３１２を発生する。また気液混合タンク１の二酸化炭素溶解水１３は、切替弁４２１を配水管４２３側へ切替えると、配水管４２２、切替弁４２１、配水管４２３を介して吐出ノズル３２３から浴槽３の水３１１中へ放出され、炭酸泉を生成する。
【００１６】
切替弁４２１は、手動で切替えるが、電気制御によって切替えてもよい。電磁弁５１１、５２１は、制御装置６１により制御される。また制御装置６１は、気液混合タンク１の混合容器１１に取付けた水位検出部材６２により、後述するように、混合容器１１内の水位を検出して、上限水位、下限水位においてポンプ２の回転速度を切替えて、ポンプ２の吐出圧（送出水量）を制御する。
オリフィス固定弁５１は、円筒部の内部の途中に底部を有し、その底部に孔径約０．３ｍｍ程度の通気孔（オリフィス）を形成した簡単な構造のものである。オリフィス固定弁５１から取込む空気の量は、通気孔（オリフィス）の孔径によって決まる。
【００１７】
図１の場合、空気溶解水の吐出ノズル３２２と二酸化炭素溶解水の吐出ノズル３２３を別々に設けてあるが、切替弁４２１を省略して両溶解水に共通の吐出ノズルを１個（例えば吐出ノズル３２２）設けるだけでもよい。また吸込口３２１、吐出ノズル３２２，３２３は、浴槽３に直接取付けてあるが、後述するように、吸込口３２１、吐出ノズル３２２，３２３を取付けた給水管４１１、配水管４２３，４２４を、既設の浴槽内に挿入するように構成してもよい。
【００１８】
ここで浴槽水の白濁化と炭酸泉生成の所要時間について、浴槽３の水３１１が２００Ｌ（リットル）の場合を例に説明する。
空気のマイクロバブルにより浴槽水３１１を白濁化するときの所要時間は、ポンプ２の吐出圧が０．３ＭＰａ、送水量が６Ｌ／分で、給水管４１１の水に混入する空気の量が１５０ｃｃ／分の場合、約３分である。なお給水管４１１の水に混入する空気の量は、１００〜２００／分の範囲が望ましい。この範囲であれば、浴槽水３１１は白濁化し、かつポンプ２は安定して送水する。１５０ｃｃ／分の空気を混入する場合、オリフィス固定弁５１の通気孔（オリフィス）の孔径は、０．３ｍｍに設定する。
また浴槽水３１１の二酸化炭素濃度が１０００ｐｐｍに達するまでの所要時間は、ガス噴射ノズル１４２の二酸化炭素ガスの噴射量が２Ｌ／分の場合、約５０分である。
【００１９】
図２は、図１の気液混合タンク１の拡大図である。図２（ａ）は、縦断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ１部分の矢印方向の断面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＸ２部分の矢印方向の断面図である。
混合容器１１には、空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３の水位を検出する水位検出部材６２を設けてあり、その水位検出部材６２は、上限水位Ｌｕを検出する水位センサ６３１、下限水位Ｌｌを検出する水位センサ６３２を備えている。
また混合容器１１には、衝突部材１５を取付けてある。衝突部材１５は、水噴射ノズル１４１、ガス噴射ノズル１４２側の衝突板１５１、出口側（配水管４２２側）の仕切板１５２、衝突板１５１と仕切板１５２を所定の間隔に保持する支柱１５４からなり、仕切板１５２の中央には円形の開口部１５３を形成してある。仕切板１５２は、周囲を混合容器１１の内面に取付けてある。なお仕切板１５２は、混合容器１１の底部に支柱を設けて、その支柱に取付けてもよい。
衝突板１５１の直径は、混合容器１１の内径よりも小さくして、両者の間にリング状の隙間Ｓｒを設けてある。また仕切板１５２の開口部１５３の直径は、衝突板１５１の直径よりも小さく形成してある。
【００２０】
次に気液混合タンク１により、空気溶解水と二酸化炭素溶解水を生成するときの、図１の電磁弁５１１，５２１、ポンプ２等の制御方法或いは制御手段について説明する。
まず空気溶解水を生成するときの制御について説明する。
スタート時の混合容器１１の水位は、下限水位Ｌｌであるとする。制御装置６１は、水位センサ６３２の検出信号により下限水位Ｌ１を検知すると、電磁弁５１１，５２１を駆動して両電磁弁を閉じ、空気と二酸化炭素ガスの供給を停止するとともに、ポンプ２の駆動モータを駆動する。ポンプ２は、浴槽３の水を水噴射ノズル１４１へ供給し、水噴射ノズル１４１は、噴射水１６１を噴射する。そのときのポンプ２の吐出圧は、制御装置６１により０．３ＭＰａに設定してある。制御装置６１は、吐出圧が０．３ＭＰａとなるように、ポンプ２の回転速度を制御して送出水量を制御する。ポンプ２の回転速度は、制御装置６１によりポンプ２の駆動モータの電源を制御し、その電源周波数を変えることにより制御する。ポンプ２の吐出圧が、０．３ＭＰａのとき、混合容器１１の気体領域１２の気体圧（空気圧）は、０．２５ＭＰａになる。
【００２１】
混合容器１１の水位が上昇して、上限水位Ｌｕに達すると、制御装置６１は、水位センサ６３１の検出信号により上限水位Ｌｕを検知する。制御装置６１は、上限水位Ｌｕを検知すると、電磁弁５１１を開いて、空気を供給する。水噴射ノズル１４１は、空気の混入した噴射水１６１を噴射する。空気と水は、混合容器１１内で撹拌されて空気溶解水１３となり、配水管４２２から浴槽３へ送出される。混合容器１１内の空気溶解水１３が減少して、水位が下限水位Ｌｌまで下がると、制御装置６１は、電磁弁５１１を閉じ、空気の取込みを停止して水のみを水噴射ノズル１４１へ供給して、水位を上昇させる。水位が上限水位Ｌｕまで上昇すると、制御装置６１は、電磁弁５１１を開いて、空気を供給する。
【００２２】
次に二酸化炭素溶解水を生成するときの制御について説明する。
スタート時の水位は、下限水位Ｌｌであるとする。制御装置６１は、電磁弁５１１，５２１を閉じて空気と二酸化炭素ガスの供給を停止してポンプ２を駆動する。ポンプ２は、浴槽３の水を水噴射ノズル１４１へ供給し、水噴射ノズル１４１は、噴射水１６１を噴射する。そのときのポンプ２の吐出圧は、０．３ＭＰａに設定する。ポンプ２の吐出圧が０．３ＭＰａのとき、混合容器１１の気体領域１２の気体圧（空気圧）は、０．２５ＭＰａになる。
【００２３】
混合容器１１内の水位が上昇して、上限水位Ｌｕに達すると、制御装置６１は、ポンプ２の設定吐出圧にしたがってポンプ２の吐出圧を０．２３ＭＰａに変更するとともに、電磁弁５２１を開いて、二酸化炭素ガスを供給する。ポンプ２の吐出圧が０．２３ＭＰａとき、混合容器１１の気体領域１２の気体圧は、０．１８ＭＰａになる。水噴射ノズル１４１は、水のみの噴射水１６１を噴射するとともに、ガス噴射ノズル１４２は、二酸化炭素ガスを噴射する。そのときの二酸化炭素ガス源５２の供給ガス圧は、０．２ＭＰａに設定してある。即ち二酸化炭素ガスの供給ガス圧は、容器１１の気体領域１２の気体圧よりも高めに設定して、二酸化炭素ガスが混合容器１１内へ噴射し易い値に設定してある。混合容器１１内の二酸化炭素溶解水１３が減少して、水位が下限水位Ｌｌまで下がると、スタート時の状態に戻り、制御装置６１は、電磁弁５２１を閉じて二酸化炭素ガスの供給を停止するとともに、ポンプ２の吐出圧を０．３ＭＰａに変更して、混合容器１１の水位を上昇させる。水位が上限水位Ｌｕまで上昇すると、制御装置６１は、ポンプ２の吐出圧を０．２３ＭＰａに設定するとともに、電磁弁５２１を開いて、二酸化炭素ガスを供給する。
ポンプ２の吐出圧や二酸化炭素ガスの供給圧は、前記値に限らない。ポンプ２の吐出圧や二酸化炭素ガスの供給圧は、所望の水位上昇速度や二酸化炭素の溶解量等に応じて適宜設定することができる。またポンプの大きさ（送水量）は、空気溶解水又は二酸化炭素溶解水の必要な生成量に応じて所望の大きさに設定する。
【００２４】
気液混合タンク１は、密閉構造の混合容器１１を備え、その混合容器１１内に水噴射ノズル１４１とガス噴射ノズル１４２を別々に設けてあるから、混合容器１１内へ多量の二酸化炭素ガスを供給することができ、供給された二酸化炭素ガスは、完全に水に溶解する。したがって気液混合タンク１は、高濃度の二酸化炭素溶解水を効率よく生成することができる。また気液混合タンク１は、混合容器１１内の水位を一定の範囲に維持することにより、気体領域１２も一定の範囲に維持できるから、混合容器１１に供給された二酸化炭素ガスは、完全に水に溶解する。したがって高価な二酸化炭素ガスを無駄なく二酸化炭素溶解水の生成に使うことができる。また気液混合タンク１は、水噴射ノズル１４１に空気の混入した水を供給することにより、二酸化炭素溶解水の生成と同様に、高濃度の空気溶解水を生成することができる。
したがって気液混合タンク１は、同じ気液混合タンクにより二酸化炭素溶解水又は空気溶解水を生成することができる。
【００２５】
ここで混合容器１１のサイズは、頂部（水噴射ノズル１４１側）の内径が約７３ｍｍ、底部（配水管４２２側）の内径が約６８ｍｍ、高さが約１３０ｍｍである。
なお混合容器１１の大きさは、浴槽等の受水槽の大きさに応じ、また空気や二酸化炭素の所望の溶解量或いは空気や二酸化炭素の溶解水の生成量に応じて任意に選定できる。
【００２６】
次に図３により図１、図２の気液混合タンク１の撹拌の様子を説明する。
空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３の下限水位Ｌｌは、衝突板１５１の上方に設定する。即ち空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３は、常に衝突板１５１の上方に存在している。
空気溶解水を生成するときは、水噴射ノズル１４１から、空気の混入した噴射水１６１を噴射する。噴射水１６１は、衝突板１５１に衝突すると、空気溶解水１３の上昇流１６２、下降流１６３が生じ、その上昇・下降を繰り返して水と空気は撹拌される。その撹拌により、空気は、空気溶解水１３に溶解する。また噴射水１６１は、シャワー状又は噴霧状であるから、水や空気の表面積が大きくなり、水と空気の接触する面積が大きくなるため、空気は水に一層溶解し易くなる。
【００２７】
二酸化炭素溶解水を生成するときは、水噴射ノズル１４１から、水のみの噴射水１６１を噴射するとともに、ガス噴射ノズル１４２から二酸化炭素ガスを噴射する。二酸化炭素ガスの一部はスプレイ状又は噴霧状の噴射水１６１に溶解し、残りは噴射水１６１に引き込まれて衝突板１５１に衝突し、前記のように水と二酸化炭素ガスは、撹拌される。その撹拌により二酸化炭素は、二酸化炭素溶解水１３に溶解する。
【００２８】
ここで衝突板１５１の位置について説明する。
衝突板１５１の上に空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３が存在しない場合には、噴射水１６１は、衝突板１５１の上で跳ね返るのみで、空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３の上昇流１６２、下降流１６３は生じない。したがって衝突板１５１の上には、常に空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３が常に存在するように、混合容器１１の水位を設定する。その水位は、混合容器１１の下限水位Ｌｌの設定により調整できる。
また衝突板１５１の上に存在する空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３が深い（厚い）場合、噴射水１６１は、空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３中へ浸入するのみで上昇流・下降流は小さくなる。したがって衝突部材１５の取付位置は、混合容器１１の深さに応じて調整する。
また衝突部材１５は、その取付位置を変えることにより、深さ（高さ）の異なる混合容器１１に対応できる。
【００２９】
衝突板１５１は、前記の撹拌作用の外に、空気又は二酸化炭素ガスの泡が配管４２２へ流出するのを防止する効果がある。衝突板１５１がない場合、噴射水１６１は、空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３の中へ浸入し、配水管４２２に向かう水流が生じる。未溶解の空気又は二酸化炭素ガスの泡１７は、その水流とともに配水管４２２へ流出するが、衝突板１５１を設けることにより、その流出を防止できる。
また撹拌の際、空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３は、水流１６５，１６６のように、仕切板１５２の開口部１５３を通って配水管４２２へ送出される。その際水流１６５，１６６によって泡１７も運ばれるが、水流１６５，１６６は、混合容器１１の内壁と衝突板１５１の間の隙間Ｓｒを通り、衝突板１５１の裏側を迂回して開口部１５３に達するから、泡１７は、その迂回の過程で水流１６５，１６６から離れて衝突板１５１の裏側に集まる。したがって泡１７は、開口部１５３から配水管４２２側へ流出することはない。即ち未溶解の空気又は二酸化炭素ガスの泡１７は、配水管４２２へ流出しない。衝突板１５１の裏側に集まった泡１７は、隙間Ｓｒから衝突板１５１の上へ浮上する。
【００３０】
図４は、図１の吸込口３２１、吐出ノズル３２２，３２３を、図１のように浴槽３に直接取付けずに、浴槽３に挿入するように構成した例を示す。図４（ａ）は、浴槽の断面図、図４（ｂ１），（ｂ２），（ｃ），（ｄ）は、図４（ａ）の吐出ノズル３３２、配水管４３２の断面図である。また図４（ｂ２）は、図４（ｂ１）のＸ３部分の矢印方向の断面図である。
浴槽３には、先端に吸込口３３１を取付けたフレキシブルな給水管（給水ホース）４３１と先端に吐出ノズル３３２を取付けたフレキシブルな配水管（配水ホース）４３２を挿入してある。
吐出ノズル３３２は、図４（ｂ１），（ｂ２）のように、途中で屈曲し、その屈曲部の手前に減圧ノズル３３２１を設けてある。減圧ノズル３３２１は、図４（ｂ２）のように、３個の通水孔（孔径約１．５ｍｍ）からなる。配水管４３２から送出される空気溶解水又は二酸化炭素溶解水は、減圧ノズル３３２１を通過したとき、一気に開放されることになり、溶解している空気又は二酸化炭素が析出してマイクロバブルになる。その際減圧ノズル３３２１を通過した空気溶解水又は二酸化炭素溶解水は、図４（ｃ）のように、一旦吐出ノズル３３２の内壁に衝突してから出口へ送られる。その衝突により、空気溶解水中に溶解している空気又は二酸化炭素溶解水に溶解している二酸化炭素は、刺激を受けて一層マイクロバブルが発生し易くなる。即ちその衝突により、溶解している空気又は二酸化炭素が刺激を受けて析出が増大し、又は析出した目に見えない微細な気泡同士が合体して、目に見える気泡サイズに成長したマイクロバブルが発生する。
【００３１】
ここで炭酸泉の血行促進等医療効果についてみると、炭酸泉は、二酸化炭素のマイクロバブルを発生することよりも、浴槽３の水３１１に二酸化炭素が溶解している状態を長い間持続させたい場合がある。そのような場合には、図４（ｄ）のように吐出ノズル３３２を外して、配水管４３２の出口部分を吐出ノズル３３３として使用し、その吐出ノズル３３３から二酸化炭素溶解水を直接浴槽３の水３１１中へ放出する。即ち二酸化炭素溶解水は、刺激を与えずに放出する。
なお吐出ノズル３３３は、配水管４３２とは別に、配水管４３２に取付ける部品として作製してもよい。また吐出ノズル３３２，３３３は、図１の吐出ノズル３２２，３２３にも適用できる。
【００３２】
前記実施例のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、浴槽を例に説明したが、浴槽に限らず水槽、プール、洗浄装置、殺菌装置等にも用いることができる。
また前記実施例のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、気液混合タンクへ水を供給する水源槽と気液混合タンクから空気溶解水又は二酸化炭素溶解水を受水する受水槽は、同じ浴槽であるが、水源槽と受水槽は、別々に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本願発明の実施例に係るマイクロバブル・炭酸泉発生装置の全体の構成を示す図である。
【図２】本願発明の実施例に係る気液混合タンクの構成を示す図である。
【図３】本願発明の実施例に係る気液混合タンクの撹拌の様子を説明する図である。
【図４】本願発明の実施例に係る浴槽に挿入する形式の吸込口、吐出ノズルを示す図である。
【図５】従来マイクロバブル・炭酸泉発生装置の構成を示す図である。
【図６】従来の気液混合タンクを用いたマイクロバブル発生装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 気液混合タンク
１１ 混合容器
１２ 混合容器の気体領域
１３ 空気溶解水又は二酸化炭素溶解水
１４１ 水噴射ノズル
１４２ ガス噴射ノズル
１５ 衝突部材
１５１ 衝突板
１５２ 仕切板
２ ポンプ
３ 浴槽
３２１ 吸込口
３２２，３２３，３３２，３３３ 吐出ノズル
４２１ 切替弁
４１１，４１３，４３２ 給水管
４２２，４２３，４２４，４３１ 配水管
５１ 空気取込用のオリフィス固定弁
５１１，５２１ 電磁弁
５２ 二酸化炭素ガス源（ボンベ）
５２３ 給ガス管
６１ 制御装置
６２ 水位検出部材
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、浴槽、水槽、プール、洗浄装置、殺菌装置等に用いるマイクロバブル・炭酸泉発生装置とそのマイクロバブル・炭酸泉発生装置に用いる気液混合タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来浴槽に空気のマイクロバブルと炭酸泉の双方を発生することができるマイクロバブル・炭酸泉発生装置が提案されている（特許文献１参照）。
図５により従来のマイクロバブル・炭酸泉発生装置について説明する。
ポンプ８３は、浴槽８５１の水８５２を、吸込口８４１から吸込み、配管８３１，８３２、管結合部８３３、配管８３４を介して吐出ノズル８４２から浴槽８５１の水８５２中へ噴射する。その際、管結合部８３３には、ボンベ８２１から二酸化炭素ガスが、又は空気取込口８１１から空気が供給される。その二酸化炭素ガス又は空気は、管結合部８３３において配管８３２の水に混入する。
【０００３】
空気のマイクロバブルを発生するときは、開閉弁８２３を閉じて、空気取込口８１１から空気を取込み、管結合部８３３において水に混入する。空気の混入した水は、吐出ノズル８４２から浴槽８５１の水８５２中へ放出され、マイクロバブル８５３を発生する。
炭酸泉を発生するときは、開閉弁８２３を開いて、ボンベ８２１の二酸化炭素ガスを、減圧弁８２２、開閉弁８２３を介して管結合部８３３へ供給する。その際空気取込口８１１からの空気は、逆止弁８１２によって遮断される。二酸化炭素ガスは、管結合部８３３において水に混入する。二酸化炭素ガスの混入した水は、吐出ノズル８４２から浴槽８５１の水８５２中へ放出され、二酸化炭素のマイクロバブル８５３が発生して炭酸泉を生成する。
【０００４】
また従来、空気のマイクロバブルを効率よく発生するため、水と空気を混合して空気の溶解水を生成する気液混合タンクを備えたマイクロバブル発生装置も提案されている（特許文献２参照）。
図６により従来の気液混合タンクを備えたマイクロバブル発生装置を説明する。
ポンプ９１は、浴槽９３の水９３１を、吸込口９４１から吸込み、配管９１１、ベンチュリ９１４、配管９１５を介して噴射ノズル９１６から気液混合タンク９２内へ噴射する。気液混合タンク９２は、水と空気を撹拌して空気溶解水を生成する。空気溶解水は、配管９１７を介して減圧ノズル９４２から浴槽９３の水９３１中へ噴射し、マイクロバブル９３２を生成する。その際ベンチュリ９１４には、空気が、空気取込口９１２から電磁弁９１３を介して供給される。その空気は、ベンチュリ９１４において配管９１１の水に混入して気液混合タンク９２へ送られる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２０６７５号公報
【特許文献２】特開２００１−１７９２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、空気又は二酸化炭素ガスを単に水に混入して浴槽内へ放出するため、水に溶解する空気や二酸化炭素の量が少なく、所定の溶解濃度になるまでに長時間を要する。また特に空気は、水に溶解し難いため、空気のマイクロバブルを充分に発生することは困難である。そして未溶解の空気や二酸化炭素ガスは、水に溶解することなく大きな泡となって浴槽内へ放出されるため、その放出の際爆発音を発生する。また未溶解の二酸化炭素ガスは、空気中へ放散するが、二酸化炭素ガスは、高価なため不経済である。
【０００７】
そこで従来の気液混合タンクを用いたマイクロバブル発生装置を用い、例えば、図６の空気取込口９１２に二酸化炭素ガスのボンベを接続し、空気の代わりに二酸化炭素ガスを供給して、炭酸泉を生成する方法が考えられる。しかし医療的に有効な炭酸泉の二酸化炭素濃度は、１，０００ｐｐｍ以上と言われている。二酸化炭素濃度を１，０００ｐｐｍ以上にするには、大量の二酸化炭素ガスを供給しなければならないが、大量の二酸化炭素ガスが水に混入すると、カスケード型ポンプは、エアーロックを起こし易くなるため、送水が不安定或いは困難になる。
従来空気のマイクロバブルによって２００Ｌの浴槽水を白濁化するには、ポンプの吐出圧が０．３ＭＰａ、送水量が６Ｌ（リットル）／分の場合、配管９１１の水に混入する空気は、１００ｃｃ／分以上必要になるが、その空気が２４０ｃｃ／分になると、ポンプは、送水が不安定になり、２７０ｃｃ／分以上になると、エアーロックを起こして送水できなくなる。一方２００Ｌの浴槽水を二酸化炭素濃度１，０００ｐｐｍの炭酸泉にするには、２００ｇ（グラム）（１００Ｌ）の二酸化炭素ガスを溶解させる必要がある。その場合、図６の空気取込口９１２から大量の二酸化炭素ガスを供給しなければならないが、その供給は、困難である。
また二酸化炭素ガスと空気は、水に対する溶解のし易さが相違し、加えて、水の白濁化に必要な空気の溶解量と医療的に有効な二酸化炭素の溶解量は、大きく異なるため、従来の気液混合タンクを備えたマイクロバブル発生装置を用いて、空気のマイクロバブルと炭酸泉の双方を発生或いは生成することは、困難である。
【０００８】
本願発明は、従来のマイクロバブル・炭酸泉発生装置の前記問題点に鑑み、気液混合タンクを備えたマイクロバブル発生装置を用いて、空気のマイクロバブルと炭酸泉を効率よく安定的に容易に発生或いは生成できるマイクロバブル・炭酸泉発生装置と気液混合タンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の気液混合タンクは、密閉型の混合容器、該混合容器内へ水を噴射する水噴射ノズルと二酸化炭素ガスを噴射するガス噴射ノズルを備えていることを特徴とする。
請求項２に記載の気液混合タンクは、請求項１に記載の気液混合タンクにおいて、前記混合容器内に前記水噴射ノズルに対向する位置に撹拌用の衝突部材を設けてあることを特徴とする。
請求項３に記載の気液混合タンクは、請求項１又は請求２に記載の気液混合タンクにおいて、前記混合容器内に該混合容器の上限水位と下限水位を検出する水位検出部材を設けてあることを特徴とする。
請求項４に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、請求項１又は請求項２に記載の気液混合タンク、該気液混合タンクの水噴射ノズルへ水源槽の水を供給する給水管、該気液混合タンクのガス噴射ノズルへ二酸化炭素ガスを供給する給ガス管、該気液混合タンクの空気溶解水又は二酸化炭素溶解水を受水槽へ供給する配水管、該給水管の水を該気液混合タンクへ送出するポンプ、該給水管へ空気を供給・停止する電磁弁、及び該給ガス管へ二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を備え、該両電磁弁及び該ポンプを制御する制御装置を備えていることを特徴とする。
請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、請求項３に記載の気液混合タンク、該気液混合タンクの水噴射ノズルへ水源槽の水を供給する給水管、該気液混合タンクのガス噴射ノズルへ二酸化炭素ガスを供給する給ガス管、該気液混合タンクの空気溶解水又は二酸化炭素溶解水を受水槽へ供給する配水管、該給水管の水を該気液混合タンクへ送出するポンプ、該給水管へ空気を供給・停止する電磁弁、及び該給ガス管へ二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を備え、該両電磁弁及び該ポンプを制御する制御装置を備えていることを特徴とする。
請求項６に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、請求項４又は請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、前記制御装置は、前記空気を供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えたときは、前記二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を停止側へ切替え、前記空気を供給・停止する電磁弁を停止側へ切替えたときは、前記二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えるように制御することを特徴とする。
請求項７に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、前記制御装置は、前記空気を供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えているとき、前記下限水位を検出すると該電磁弁を停止側へ切替え、前記上限水位を検出すると供給側へ切替えるように制御することを特徴とする。
請求項８に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、前記制御装置は、前記二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えているとき、前記下限水位を検出すると該電磁弁を停止側へ切替え、前記上限水位を検出すると供給側へ切替えるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明の気液混合タンクは、密閉型の混合容器内に水を噴射する水噴射ノズルと二酸化炭素ガスを噴射するガス噴射ノズルを備えているから、二酸化炭素ガスは、水に無駄なく完全に溶解し、高濃度の二酸化炭素溶解水を生成することができる。また本願発明の気液混合タンクは、水噴射ノズルに供給する水に空気を混入することにより、空気溶解水を生成することができる。したがって本願発明の気液混合タンクは、同じ気液混合タンクにより二酸化炭素溶解水と空気溶解水の何れも生成することができる。また本願発明の気液混合タンクは、水噴射ノズルとガス噴射ノズルを設けたことにより、給水管の水に二酸化炭素ガスを混入する必要がないから、ポンプはエアーロックを起こすことがない。したがって二酸化炭素ガスの供給量を任意に設定できる。
本願発明の気液混合タンクは、混合容器内に衝突部材を設けてあるから、混合容器内で水と空気又は二酸化炭素ガスを撹拌することができ、水に空気又は二酸化炭素ガスを効率よく溶解することができる。また衝突部材は、混合容器内の未溶解の空気又は二酸化炭素ガスの泡が、配水管へ流出するのを防止することができる。加えて本願発明の気液混合タンクは、混合容器の水位を検出する水位検出部材を設けてあるから、混合容器の水位を撹拌に適した水位に維持することができ、また気液混合タンク内の気体圧を一定に維持して空気や二酸化炭素ガスを安定的に溶解することができる。
【００１１】
本願発明のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、本願発明の気液混合タンクを用いることにより、空気を供給・停止する電磁弁と二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を切替えるだけで、浴槽等の受水槽に高濃度の二酸化炭素溶解水又は空気溶解水を給できるから、空気のマイクロバブルと炭酸泉の何れも生成することができる。そして二酸化炭素溶解水と空気溶解水の生成に同じ気液混合タンクを使用できるから、マイクロバブル・炭酸泉発生装置は、構成が簡単になり、安価に作製できる。また設置スペースも小さくなる。
本願発明のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、ポンプを制御して気液混合タンクの混合容器内の気体圧を所定値に維持することができるから、水に二酸化炭素又は空気を効率よく安定的に無駄なく溶解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図４により本願発明の実施例を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。
【実施例】
【００１３】
図１は、本願発明の実施例に係るマイクロバブル・炭酸泉発生装置の全体の構成を示す。
図１において、１は気液混合タンク、２はポンプ（カスケード型ポンプ）、３は浴槽、６１は制御装置である。気液混合タンク１は、密閉型の混合容器（撹拌用の容器）１１からなり、水又は空気混入水を噴射する水噴射ノズル１４１、二酸化炭素ガスを噴射するガス噴射ノズル１４２、配水管４２２を備えている。制御装置６１は、後述するように、混合容器１１の水位を検知し、電磁弁、ポンプの駆動モータを制御する手段或いはマイクロプロセッサを備えている。
ポンプ２は、浴槽３の水（湯）３１１を吸込口３２１から吸込み、給水管４１１、管結合部４１２、ポンプ２、給水管４１３を介して気液混合タンク１の水噴射ノズル１４１へ供給する。水噴射ノズル１４１は、気液混合タンク１の混合容器１１の内部へスプレイ状或いは噴霧状の噴射水１６１を噴射する。噴射水１６１は、衝突部材１５上で空気又は二酸化炭素ガスと撹拌されて、空気が溶解した空気溶解水１３、又は二酸化炭素が溶解した二酸化炭素溶解水１３となる。
【００１４】
空気溶解水１３を生成するときは、電磁弁５２１を閉じ、電磁弁５１１を開いて、オリフィス固定弁５１から空気を取込む。取込まれた空気は、電磁弁５１１、逆止弁５１２を介して管結合部４１２へ供給され、給水管４１１の水に混入する。空気の混入した水は、水噴射ノズル１４１から噴射水１６１となって混合容器１１内へ噴射し、撹拌用の衝突部材１５上で撹拌される。
一方二酸化炭素溶解水を生成するときは、電磁弁５１１を閉じ、電磁弁５２１を開いて、二酸化炭素ガス源（例えばボンベ）５２から二酸化炭素ガスを取込む。取込まれた二酸化炭素ガスは、電磁弁５２１、逆止弁５２２、給ガス管５２３を介してガス噴射ノズル１４２から混合容器１１内へ噴射する。同時に水（空気の混入していない水）は、水噴射ノズル１４１から噴射水１６１となって混合容器１１内へ噴射する。即ち炭酸ガス溶解水を生成するときは、水噴射ノズル１４１には水のみが供給される。混合容器１１内の水と二酸化炭素ガスは、衝突部材１５上で撹拌される。
【００１５】
気液混合タンク１の空気溶解水１３は、切替弁４２１を配水管４２４側へ切替えると、配水管４２２、切替弁４２１、配水管４２４を介して減圧構造の吐出ノズル３２２から浴槽３の水３１１中へ放出され、空気のマイクロバブル３１２を発生する。また気液混合タンク１の二酸化炭素溶解水１３は、切替弁４２１を配水管４２３側へ切替えると、配水管４２２、切替弁４２１、配水管４２３を介して吐出ノズル３２３から浴槽３の水３１１中へ放出され、炭酸泉を生成する。
【００１６】
切替弁４２１は、手動で切替えるが、電気制御によって切替えてもよい。電磁弁５１１、５２１は、制御装置６１により制御される。また制御装置６１は、気液混合タンク１の混合容器１１に取付けた水位検出部材６２により、後述するように、混合容器１１内の水位を検出して、上限水位、下限水位においてポンプ２の回転速度を切替えて、ポンプ２の吐出圧（送出水量）を制御する。
オリフィス固定弁５１は、円筒部の内部の途中に底部を有し、その底部に孔径約０．３ｍｍ程度の通気孔（オリフィス）を形成した簡単な構造のものである。オリフィス固定弁５１から取込む空気の量は、通気孔（オリフィス）の孔径によって決まる。
【００１７】
図１の場合、空気溶解水の吐出ノズル３２２と二酸化炭素溶解水の吐出ノズル３２３を別々に設けてあるが、切替弁４２１を省略して両溶解水に共通の吐出ノズルを１個（例えば吐出ノズル３２２）設けるだけでもよい。また吸込口３２１、吐出ノズル３２２，３２３は、浴槽３に直接取付けてあるが、後述するように、吸込口３２１、吐出ノズル３２２，３２３を取付けた給水管４１１、配水管４２３，４２４を、既設の浴槽内に挿入するように構成してもよい。
【００１８】
ここで浴槽水の白濁化と炭酸泉生成の所要時間について、浴槽３の水３１１が２００Ｌ（リットル）の場合を例に説明する。
空気のマイクロバブルにより浴槽水３１１を白濁化するときの所要時間は、ポンプ２の吐出圧が０．３ＭＰａ、送水量が６Ｌ／分で、給水管４１１の水に混入する空気の量が１５０ｃｃ／分の場合、約３分である。なお給水管４１１の水に混入する空気の量は、１００〜２００／分の範囲が望ましい。この範囲であれば、浴槽水３１１は白濁化し、かつポンプ２は安定して送水する。１５０ｃｃ／分の空気を混入する場合、オリフィス固定弁５１の通気孔（オリフィス）の孔径は、０．３ｍｍに設定する。
また浴槽水３１１の二酸化炭素濃度が１０００ｐｐｍに達するまでの所要時間は、ガス噴射ノズル１４２の二酸化炭素ガスの噴射量が２Ｌ／分の場合、約５０分である。
【００１９】
図２は、図１の気液混合タンク１の拡大図である。図２（ａ）は、縦断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ１部分の矢印方向の断面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＸ２部分の矢印方向の断面図である。
混合容器１１には、空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３の水位を検出する水位検出部材６２を設けてあり、その水位検出部材６２は、上限水位Ｌｕを検出する水位センサ６３１、下限水位Ｌｌを検出する水位センサ６３２を備えている。
また混合容器１１には、衝突部材１５を取付けてある。衝突部材１５は、水噴射ノズル１４１、ガス噴射ノズル１４２側の衝突板１５１、出口側（配水管４２２側）の仕切板１５２、衝突板１５１と仕切板１５２を所定の間隔に保持する支柱１５４からなり、仕切板１５２の中央には円形の開口部１５３を形成してある。仕切板１５２は、周囲を混合容器１１の内面に取付けてある。なお仕切板１５２は、混合容器１１の底部に支柱を設けて、その支柱に取付けてもよい。
衝突板１５１の直径は、混合容器１１の内径よりも小さくして、両者の間にリング状の隙間Ｓｒを設けてある。また仕切板１５２の開口部１５３の直径は、衝突板１５１の直径よりも小さく形成してある。
【００２０】
次に気液混合タンク１により、空気溶解水と二酸化炭素溶解水を生成するときの、図１の電磁弁５１１，５２１、ポンプ２等の制御方法或いは制御手段について説明する。
まず空気溶解水を生成するときの制御について説明する。
スタート時の混合容器１１の水位は、下限水位Ｌｌであるとする。制御装置６１は、水位センサ６３２の検出信号により下限水位Ｌ１を検知すると、電磁弁５１１，５２１を駆動して両電磁弁を閉じ、空気と二酸化炭素ガスの供給を停止するとともに、ポンプ２の駆動モータを駆動する。ポンプ２は、浴槽３の水を水噴射ノズル１４１へ供給し、水噴射ノズル１４１は、噴射水１６１を噴射する。そのときのポンプ２の吐出圧は、制御装置６１により０．３ＭＰａに設定してある。制御装置６１は、吐出圧が０．３ＭＰａとなるように、ポンプ２の回転速度を制御して送出水量を制御する。ポンプ２の回転速度は、制御装置６１によりポンプ２の駆動モータの電源を制御し、その電源周波数を変えることにより制御する。ポンプ２の吐出圧が、０．３ＭＰａのとき、混合容器１１の気体領域１２の気体圧（空気圧）は、０．２５ＭＰａになる。
【００２１】
混合容器１１の水位が上昇して、上限水位Ｌｕに達すると、制御装置６１は、水位センサ６３１の検出信号により上限水位Ｌｕを検知する。制御装置６１は、上限水位Ｌｕを検知すると、電磁弁５１１を開いて、空気を供給する。水噴射ノズル１４１は、空気の混入した噴射水１６１を噴射する。空気と水は、混合容器１１内で撹拌されて空気溶解水１３となり、配水管４２２から浴槽３へ送出される。混合容器１１内の空気溶解水１３が減少して、水位が下限水位Ｌｌまで下がると、制御装置６１は、電磁弁５１１を閉じ、空気の取込みを停止して水のみを水噴射ノズル１４１へ供給して、水位を上昇させる。水位が上限水位Ｌｕまで上昇すると、制御装置６１は、電磁弁５１１を開いて、空気を供給する。
【００２２】
次に二酸化炭素溶解水を生成するときの制御について説明する。
スタート時の水位は、下限水位Ｌｌであるとする。制御装置６１は、電磁弁５１１，５２１を閉じて空気と二酸化炭素ガスの供給を停止してポンプ２を駆動する。ポンプ２は、浴槽３の水を水噴射ノズル１４１へ供給し、水噴射ノズル１４１は、噴射水１６１を噴射する。そのときのポンプ２の吐出圧は、０．３ＭＰａに設定する。ポンプ２の吐出圧が０．３ＭＰａのとき、混合容器１１の気体領域１２の気体圧（空気圧）は、０．２５ＭＰａになる。
【００２３】
混合容器１１内の水位が上昇して、上限水位Ｌｕに達すると、制御装置６１は、ポンプ２の設定吐出圧にしたがってポンプ２の吐出圧を０．２３ＭＰａに変更するとともに、電磁弁５２１を開いて、二酸化炭素ガスを供給する。ポンプ２の吐出圧が０．２３ＭＰａとき、混合容器１１の気体領域１２の気体圧は、０．１８ＭＰａになる。水噴射ノズル１４１は、水のみの噴射水１６１を噴射するとともに、ガス噴射ノズル１４２は、二酸化炭素ガスを噴射する。そのときの二酸化炭素ガス源５２の供給ガス圧は、０．２ＭＰａに設定してある。即ち二酸化炭素ガスの供給ガス圧は、容器１１の気体領域１２の気体圧よりも高めに設定して、二酸化炭素ガスが混合容器１１内へ噴射し易い値に設定してある。混合容器１１内の二酸化炭素溶解水１３が減少して、水位が下限水位Ｌｌまで下がると、スタート時の状態に戻り、制御装置６１は、電磁弁５２１を閉じて二酸化炭素ガスの供給を停止するとともに、ポンプ２の吐出圧を０．３ＭＰａに変更して、混合容器１１の水位を上昇させる。水位が上限水位Ｌｕまで上昇すると、制御装置６１は、ポンプ２の吐出圧を０．２３ＭＰａに設定するとともに、電磁弁５２１を開いて、二酸化炭素ガスを供給する。
ポンプ２の吐出圧や二酸化炭素ガスの供給圧は、前記値に限らない。ポンプ２の吐出圧や二酸化炭素ガスの供給圧は、所望の水位上昇速度や二酸化炭素の溶解量等に応じて適宜設定することができる。またポンプの大きさ（送水量）は、空気溶解水又は二酸化炭素溶解水の必要な生成量に応じて所望の大きさに設定する。
【００２４】
気液混合タンク１は、密閉構造の混合容器１１を備え、その混合容器１１内に水噴射ノズル１４１とガス噴射ノズル１４２を別々に設けてあるから、混合容器１１内へ多量の二酸化炭素ガスを供給することができ、供給された二酸化炭素ガスは、完全に水に溶解する。したがって気液混合タンク１は、高濃度の二酸化炭素溶解水を効率よく生成することができる。また気液混合タンク１は、混合容器１１内の水位を一定の範囲に維持することにより、気体領域１２も一定の範囲に維持できるから、混合容器１１に供給された二酸化炭素ガスは、完全に水に溶解する。したがって高価な二酸化炭素ガスを無駄なく二酸化炭素溶解水の生成に使うことができる。また気液混合タンク１は、水噴射ノズル１４１に空気の混入した水を供給することにより、二酸化炭素溶解水の生成と同様に、高濃度の空気溶解水を生成することができる。
したがって気液混合タンク１は、同じ気液混合タンクにより二酸化炭素溶解水又は空気溶解水を生成することができる。
【００２５】
ここで混合容器１１のサイズは、頂部（水噴射ノズル１４１側）の内径が約７３ｍｍ、底部（配水管４２２側）の内径が約６８ｍｍ、高さが約１３０ｍｍである。
なお混合容器１１の大きさは、浴槽等の受水槽の大きさに応じ、また空気や二酸化炭素の所望の溶解量或いは空気や二酸化炭素の溶解水の生成量に応じて任意に選定できる。
【００２６】
次に図３により図１、図２の気液混合タンク１の撹拌の様子を説明する。
空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３の下限水位Ｌｌは、衝突板１５１の上方に設定する。即ち空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３は、常に衝突板１５１の上方に存在している。
空気溶解水を生成するときは、水噴射ノズル１４１から、空気の混入した噴射水１６１を噴射する。噴射水１６１は、衝突板１５１に衝突すると、空気溶解水１３の上昇流１６２、下降流１６３が生じ、その上昇・下降を繰り返して水と空気は撹拌される。その撹拌により、空気は、空気溶解水１３に溶解する。また噴射水１６１は、シャワー状又は噴霧状であるから、水や空気の表面積が大きくなり、水と空気の接触する面積が大きくなるため、空気は水に一層溶解し易くなる。
【００２７】
二酸化炭素溶解水を生成するときは、水噴射ノズル１４１から、水のみの噴射水１６１を噴射するとともに、ガス噴射ノズル１４２から二酸化炭素ガスを噴射する。二酸化炭素ガスの一部はスプレイ状又は噴霧状の噴射水１６１に溶解し、残りは噴射水１６１に引き込まれて衝突板１５１に衝突し、前記のように水と二酸化炭素ガスは、撹拌される。その撹拌により二酸化炭素は、二酸化炭素溶解水１３に溶解する。
【００２８】
ここで衝突板１５１の位置について説明する。
衝突板１５１の上に空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３が存在しない場合には、噴射水１６１は、衝突板１５１の上で跳ね返るのみで、空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３の上昇流１６２、下降流１６３は生じない。したがって衝突板１５１の上には、常に空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３が常に存在するように、混合容器１１の水位を設定する。その水位は、混合容器１１の下限水位Ｌｌの設定により調整できる。
また衝突板１５１の上に存在する空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３が深い（厚い）場合、噴射水１６１は、空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３中へ浸入するのみで上昇流・下降流は小さくなる。したがって衝突部材１５の取付位置は、混合容器１１の深さに応じて調整する。
また衝突部材１５は、その取付位置を変えることにより、深さ（高さ）の異なる混合容器１１に対応できる。
【００２９】
衝突板１５１は、前記の撹拌作用の外に、空気又は二酸化炭素ガスの泡が配管４２２へ流出するのを防止する効果がある。衝突板１５１がない場合、噴射水１６１は、空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３の中へ浸入し、配水管４２２に向かう水流が生じる。未溶解の空気又は二酸化炭素ガスの泡１７は、その水流とともに配水管４２２へ流出するが、衝突板１５１を設けることにより、その流出を防止できる。
また撹拌の際、空気溶解水１３又は二酸化炭素溶解水１３は、水流１６５，１６６のように、仕切板１５２の開口部１５３を通って配水管４２２へ送出される。その際水流１６５，１６６によって泡１７も運ばれるが、水流１６５，１６６は、混合容器１１の内壁と衝突板１５１の間の隙間Ｓｒを通り、衝突板１５１の裏側を迂回して開口部１５３に達するから、泡１７は、その迂回の過程で水流１６５，１６６から離れて衝突板１５１の裏側に集まる。したがって泡１７は、開口部１５３から配水管４２２側へ流出することはない。即ち未溶解の空気又は二酸化炭素ガスの泡１７は、配水管４２２へ流出しない。衝突板１５１の裏側に集まった泡１７は、隙間Ｓｒから衝突板１５１の上へ浮上する。
【００３０】
図４は、図１の吸込口３２１、吐出ノズル３２２，３２３を、図１のように浴槽３に直接取付けずに、浴槽３に挿入するように構成した例を示す。図４（ａ）は、浴槽の断面図、図４（ｂ１），（ｂ２），（ｃ），（ｄ）は、図４（ａ）の吐出ノズル３３２、配水管４３２の断面図である。また図４（ｂ２）は、図４（ｂ１）のＸ３部分の矢印方向の断面図である。
浴槽３には、先端に吸込口３３１を取付けたフレキシブルな給水管（給水ホース）４３１と先端に吐出ノズル３３２を取付けたフレキシブルな配水管（配水ホース）４３２を挿入してある。
吐出ノズル３３２は、図４（ｂ１），（ｂ２）のように、途中で屈曲し、その屈曲部の手前に減圧ノズル３３２１を設けてある。減圧ノズル３３２１は、図４（ｂ２）のように、３個の通水孔（孔径約１．５ｍｍ）からなる。配水管４３２から送出される空気溶解水又は二酸化炭素溶解水は、減圧ノズル３３２１を通過したとき、一気に開放されることになり、溶解している空気又は二酸化炭素が析出してマイクロバブルになる。その際減圧ノズル３３２１を通過した空気溶解水又は二酸化炭素溶解水は、図４（ｃ）のように、一旦吐出ノズル３３２の内壁に衝突してから出口へ送られる。その衝突により、空気溶解水中に溶解している空気又は二酸化炭素溶解水に溶解している二酸化炭素は、刺激を受けて一層マイクロバブルが発生し易くなる。即ちその衝突により、溶解している空気又は二酸化炭素が刺激を受けて析出が増大し、又は析出した目に見えない微細な気泡同士が合体して、目に見える気泡サイズに成長したマイクロバブルが発生する。
【００３１】
ここで炭酸泉の血行促進等医療効果についてみると、炭酸泉は、二酸化炭素のマイクロバブルを発生することよりも、浴槽３の水３１１に二酸化炭素が溶解している状態を長い間持続させたい場合がある。そのような場合には、図４（ｄ）のように吐出ノズル３３２を外して、配水管４３２の出口部分を吐出ノズル３３３として使用し、その吐出ノズル３３３から二酸化炭素溶解水を直接浴槽３の水３１１中へ放出する。即ち二酸化炭素溶解水は、刺激を与えずに放出する。
なお吐出ノズル３３３は、配水管４３２とは別に、配水管４３２に取付ける部品として作製してもよい。また吐出ノズル３３２，３３３は、図１の吐出ノズル３２２，３２３にも適用できる。
【００３２】
前記実施例のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、浴槽を例に説明したが、浴槽に限らず水槽、プール、洗浄装置、殺菌装置等にも用いることができる。
また前記実施例のマイクロバブル・炭酸泉発生装置は、気液混合タンクへ水を供給する水源槽と気液混合タンクから空気溶解水又は二酸化炭素溶解水を受水する受水槽は、同じ浴槽であるが、水源槽と受水槽は、別々に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本願発明の実施例に係るマイクロバブル・炭酸泉発生装置の全体の構成を示す図である。
【図２】本願発明の実施例に係る気液混合タンクの構成を示す図である。
【図３】本願発明の実施例に係る気液混合タンクの撹拌の様子を説明する図である。
【図４】本願発明の実施例に係る浴槽に挿入する形式の吸込口、吐出ノズルを示す図である。
【図５】従来マイクロバブル・炭酸泉発生装置の構成を示す図である。
【図６】従来の気液混合タンクを用いたマイクロバブル発生装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 気液混合タンク
１１ 混合容器
１２ 混合容器の気体領域
１３ 空気溶解水又は二酸化炭素溶解水
１４１ 水噴射ノズル
１４２ ガス噴射ノズル
１５ 衝突部材
１５１ 衝突板
１５２ 仕切板
２ ポンプ
３ 浴槽
３２１ 吸込口
３２２，３２３，３３２，３３３ 吐出ノズル
４２１ 切替弁
４１１，４１３，４３２ 給水管
４２２，４２３，４２４，４３１ 配水管
５１ 空気取込用のオリフィス固定弁
５１１，５２１ 電磁弁
５２ 二酸化炭素ガス源（ボンベ）
５２３ 給ガス管
６１ 制御装置
６２ 水位検出部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉型の混合容器、該混合容器内へ水を噴射する水噴射ノズルと二酸化炭素ガスを噴射するガス噴射ノズルを備えていることを特徴とする気液混合タンク。
【請求項２】
請求項１に記載の気液混合タンクにおいて、前記混合容器内に前記水噴射ノズルに対向する位置に撹拌用の衝突部材を設けてあることを特徴とする気液混合タンク。
【請求項３】
請求項１又は請求２に記載の気液混合タンクにおいて、前記混合容器内に該混合容器の上限水位と下限水位を検出する水位検出部材を設けてあることを特徴とする気液混合タンク。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の気液混合タンク、該気液混合タンクの水噴射ノズルへ水源槽の水を供給する給水管、該気液混合タンクのガス噴射ノズルへ二酸化炭素ガスを供給する給ガス管、該気液混合タンクの空気溶解水又は二酸化炭素溶解水を受水槽へ供給する配水管、該給水管の水を該気液混合タンクへ送出するポンプ、該給水管へ空気を供給・停止する電磁弁、及び該給ガス管へ二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を備え、該両電磁弁及び該ポンプを制御する制御装置を備えていることを特徴とするマイクロバブル・炭酸泉発生装置。
【請求項５】
請求項３に記載の気液混合タンク、該気液混合タンクの水噴射ノズルへ水源槽の水を供給する給水管、該気液混合タンクのガス噴射ノズルへ二酸化炭素ガスを供給する給ガス管、該気液混合タンクの空気溶解水又は二酸化炭素溶解水を受水槽へ供給する配水管、該給水管の水を該気液混合タンクへ送出するポンプ、該給水管へ空気を供給・停止する電磁弁、及び該給ガス管へ二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を備え、該両電磁弁及び該ポンプを制御する制御装置を備えていることを特徴とするマイクロバブル・炭酸泉発生装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、前記制御装置は、前記空気を供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えたときは、前記二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を停止側へ切替え、前記空気を供給・停止する電磁弁を停止側へ切替えたときは、前記二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えるように制御することを特徴とするマイクロバブル・炭酸泉発生装置。
【請求項７】
請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、前記制御装置は、前記空気を供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えているとき、前記下限水位を検出すると該電磁弁を停止側へ切替え、前記上限水位を検出すると供給側へ切替えるように制御することを特徴とするマイクロバブル・炭酸泉発生装置。
【請求項８】
請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、前記制御装置は、前記二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えているとき、前記下限水位を検出すると該電磁弁を停止側へ切替え、前記上限水位を検出すると供給側へ切替えるように制御することを特徴とするマイクロバブル・炭酸泉発生装置。
【請求項１】
密閉型の混合容器、該混合容器内へ水を噴射する水噴射ノズルと二酸化炭素ガスを噴射するガス噴射ノズルを備えていることを特徴とする気液混合タンク。
【請求項２】
請求項１に記載の気液混合タンクにおいて、前記混合容器内に前記水噴射ノズルに対向する位置に撹拌用の衝突部材を設けてあることを特徴とする気液混合タンク。
【請求項３】
請求項１又は請求２に記載の気液混合タンクにおいて、前記混合容器内に該混合容器の上限水位と下限水位を検出する水位検出部材を設けてあることを特徴とする気液混合タンク。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の気液混合タンク、該気液混合タンクの水噴射ノズルへ水源槽の水を供給する給水管、該気液混合タンクのガス噴射ノズルへ二酸化炭素ガスを供給する給ガス管、該気液混合タンクの空気溶解水又は二酸化炭素溶解水を受水槽へ供給する配水管、該給水管の水を該気液混合タンクへ送出するポンプ、該給水管へ空気を供給・停止する電磁弁、及び該給ガス管へ二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を備え、該両電磁弁及び該ポンプを制御する制御装置を備えていることを特徴とするマイクロバブル・炭酸泉発生装置。
【請求項５】
請求項３に記載の気液混合タンク、該気液混合タンクの水噴射ノズルへ水源槽の水を供給する給水管、該気液混合タンクのガス噴射ノズルへ二酸化炭素ガスを供給する給ガス管、該気液混合タンクの空気溶解水又は二酸化炭素溶解水を受水槽へ供給する配水管、該給水管の水を該気液混合タンクへ送出するポンプ、該給水管へ空気を供給・停止する電磁弁、及び該給ガス管へ二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を備え、該両電磁弁及び該ポンプを制御する制御装置を備えていることを特徴とするマイクロバブル・炭酸泉発生装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、前記制御装置は、前記空気を供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えたときは、前記二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を停止側へ切替え、前記空気を供給・停止する電磁弁を停止側へ切替えたときは、前記二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えるように制御することを特徴とするマイクロバブル・炭酸泉発生装置。
【請求項７】
請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、前記制御装置は、前記空気を供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えているとき、前記下限水位を検出すると該電磁弁を停止側へ切替え、前記上限水位を検出すると供給側へ切替えるように制御することを特徴とするマイクロバブル・炭酸泉発生装置。
【請求項８】
請求項５に記載のマイクロバブル・炭酸泉発生装置において、前記制御装置は、前記二酸化炭素ガスを供給・停止する電磁弁を供給側へ切替えているとき、前記下限水位を検出すると該電磁弁を停止側へ切替え、前記上限水位を検出すると供給側へ切替えるように制御することを特徴とするマイクロバブル・炭酸泉発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２３７９５６（Ｐ２００８−２３７９５６Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７８０３７（Ｐ２００７−７８０３７）
【出願日】平成１９年３月２５日（２００７．３．２５）
【出願人】（５０６０１８５４７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２５日（２００７．３．２５）
【出願人】（５０６０１８５４７）
【Ｆターム（参考）】
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