気体溶解装置と微細気泡発生機能付き浴槽
【課題】気体の溶解効率を高めるとともに、装置の小型化を図ることのできる気体溶解装置を提供すること。
【解決手段】タンク５２は、第１仕切り壁６２によって区画された気液混合槽６０と気液分離槽６１を備え、気液混合槽と気液分離槽は、上部において連通しない一方、下部において連通し、流入口５４が気液混合槽に設けられ、流出口５８が気液分離槽６１に設けられ、気液分離槽内に貯留している気体を引き抜き、引き抜いた気体を気液混合槽内に噴出させる気体循環経路７１が設けられ、流入口から噴出してタンク内に流入する流体５６にタンク内に貯留している気体を混合し、溶解させ、気体の溶解した液体６５を流出口からタンクの外部に取り出す。
【解決手段】タンク５２は、第１仕切り壁６２によって区画された気液混合槽６０と気液分離槽６１を備え、気液混合槽と気液分離槽は、上部において連通しない一方、下部において連通し、流入口５４が気液混合槽に設けられ、流出口５８が気液分離槽６１に設けられ、気液分離槽内に貯留している気体を引き抜き、引き抜いた気体を気液混合槽内に噴出させる気体循環経路７１が設けられ、流入口から噴出してタンク内に流入する流体５６にタンク内に貯留している気体を混合し、溶解させ、気体の溶解した液体６５を流出口からタンクの外部に取り出す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細気泡が発生する浴湯の生成などに利用可能な気体溶解装置と、この気体溶解装置を備えた微細気泡発生機能付き浴槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、タンク内において気体を液体に溶解させる気体溶解装置についてこれまでに種々の提案を行ってきている。
【０００３】
たとえば特許文献１に記載した気体溶解装置は、タンクに対応する筒状体をその中心軸が水平方向に対して傾斜するように配置し、筒状体の略円筒状をした側壁部の中間部に、内部に貯留している気体と液体の界面を位置させ、筒状体内の界面より上側の部分を気体貯留部とするとともに、界面より下側の部分を液体貯留部とし、筒状体内の界面と同レベルまたは界面より若干下のレベルに気液混合流体を気体貯留部に噴射するための噴射口を設け、液体貯留部の下端部近傍に筒状体内の液体を流出させる流出口を設けてなるものである。
【０００４】
上記気体溶解装置は、筒状体の内部に貯留される液体と気体との界面の面積を大きくするとともに、貯留される液体の深さを深くすることができ、大きな気泡が混合した状態で液体を筒状体から流出するのを抑制することができる。
【特許文献１】特開２００７−３１３４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、その後の検討により、特許文献１に記載した気体溶解装置を小型化しようとする場合には改善点が幾つか見出された。
【０００６】
その一つに、気体貯留部には、気液混合流体に溶解しない未溶解の気体が気体貯留部に残りやすいという問題がある。未溶解の気体を少なくするためには、気体貯留部に貯留している気体と気液混合流体との接触時間、すなわち、気液接触時間を長くする必要があるが、気液接触時間を長くすると、気液混合流体の経路が長くなり、装置が大型化するという問題が生じるのである。
【０００７】
したがって、気体の溶解効率の向上と装置の小型化をともに実現し得る方策が必要とされる。
【０００８】
また、気体溶解装置を浴槽に適用し、浴槽に溜められた湯水をポンプによって気体溶解装置に送り込み、その流出口から流出させる、気体が溶解した気体溶解水を浴槽に戻して循環させることにより、気体溶解水から微細気泡を発生させる微細気泡発生機能付き浴槽が検討されている。この微細気泡発生機能付き浴槽については、気体溶解水中に溶けきらず、大きな径の気泡が混入する場合、微細気泡の中に大きな径の気泡が混入することがあり、湯水として品質が低下し、入浴に適さなくなるという問題もある。
【０００９】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、気体の溶解効率を高めるとともに、装置の小型化を図ることのでき、しかも未溶解の気泡の流出を抑制することのできる気体溶解装置を提供し、また、この気体溶解装置を備えた微細気泡発生機能付き浴槽を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の特徴を有している。
【００１１】
第１の発明は、気体溶解装置に関し、タンクを備え、流体をタンク内に導入する流入口と、気体の溶解した液体をタンク底部から取り出す流出口とがタンクに設けられ、流入口から噴出してタンク内に流入する流体にタンク内に貯留している気体を混合し、溶解させ、気体の溶解した液体を流出口からタンクの外部に取り出す気体溶解装置であって、前記タンクは、第１仕切り壁によって区画された気液混合槽と気液分離槽を備え、気液混合槽と気液分離槽は、上部において連通しない一方、下部において連通し、前記流入口が気液混合槽に設けられ、前記流出口が気液分離槽に設けられ、気液分離槽内に貯留している気体を引き抜き、引き抜いた気体を気液混合槽内に噴出させる気体循環経路が設けられていることを特徴としている。
【００１２】
第２の発明は、気体溶解装置に関し、上記第１の発明の特徴において、気液分離槽内に貯留している気体を引き抜く気体取出口が気液分離槽の上側に設けられ、気体循環経路の一端が気体取出口に接続されていることを特徴としている。
【００１３】
第３の発明は、気体溶解装置に関し、上記第１または第２の発明の特徴において、気体循環経路は、気液分離槽から引き抜いた気体の取込口を一端に有し、取込口が気液混合槽の底部側に設けられていることを特徴としている。
【００１４】
第４の発明は、気体溶解装置に関し、上記第１または第２の発明の特徴において、流体のタンク内への流入側には、流入口の上流側に配置され、流入口に連通する流入管が設けられ、流入管は、断面積を下流側に向けて急拡大させた急拡大部を有し、気体循環経路の一端が流入管の急拡大部に接続されていることを特徴としている。
【００１５】
第５の発明は、気体溶解装置に関し、上記第１から第４の発明のいずれか一つの特徴において、タンク内に貯留している気体をタンクの外部に排出する排気部が気液分離槽に設けられ、流入口より水と空気の混合流体がタンク内に導入され、排気部による気体の排気量が、流入口を通じてタンク内に導入される気体の給気量の２０％以上に設定されていることを特徴としている。
【００１６】
第６の発明は、気体溶解装置に関し、上記第１から第５の発明のいずれか一つの特徴において、気液分離槽の内部が、第２仕切り壁によって、流体の流れに関しその上流側から下流側にかけて、第１気液分離槽、第２気液分離槽の順に区画され、気液混合槽内に流入する流体が、第１気液分離槽、第２気液分離槽を順次流れ、第２気液分離槽の底部からタンクの外部に流出することを特徴としている。
【００１７】
第７の発明は、気体溶解装置に関し、上記第６の発明の特徴において、タンクの上壁部において第２気液分離槽の上端部に対応する部分が傾斜面部とされ、傾斜面部は、第１気液分離層と第２気液分離槽の境界部からこの境界部に対向するタンクの上壁部の端縁部に向かって斜め下方に傾斜し、第１気液分離槽の上端部に対応するタンクの上壁部に気体取出口が形成され、気体取出口に気体循環経路の一端部が接続されていることを特徴としている。
【００１８】
第８の発明は、気体溶解装置に関し、上記第７の発明の特徴において、第２気液分離槽における液体の液面高さに追随して浮沈し、上下方向に移動可能なフロートを有し、液面の高さの変化にともないフロートが上下動することによってタンク内に貯留している気体の放出と停止を行う気体放出弁が、タンクの傾斜面部に設けられ、気体放出弁には、フロートに対してタンク内の気体が横方向から入るように気体抜き口が形成されていることを特徴としている。
【００１９】
第９の発明は、気体溶解装置に関し、上記第６から第８の発明のいずれか一つの特徴において、第２仕切り壁において第１仕切り壁に対向する面または第１仕切り壁において第２仕切り壁に対向する面に、タンクの縦方向に延びる縦リブが設けられていることを特徴としている。
【００２０】
第１０の発明は、気体溶解装置に関し、上記第６から第９の発明のいずれか一つの特徴において、第２仕切り壁の第１仕切り壁に対向する部分の中央部に、上方に突出する突出部が設けられていることを特徴としている。
【００２１】
第１１の発明は、気体溶解装置に関し、上記第６から第１０の発明のいずれか一つの特徴において、第２気液分離槽に、流体の流れに関し平行に配置された横リブが設けられていることを特徴としている。
【００２２】
第１２の発明は、微細気泡発生機能付き浴槽に関し、上記第６から第１１のいずれか一つの特徴を有する気体溶解装置が、浴槽内の湯水の循環流路の途中に設けられ、循環流路は、一端部において浴槽に設けられた吸込口に接続され、他端部において浴槽に設けられた吐出口に接続され、浴槽内の湯水を吸い込み、吐出口から浴槽内に微細気泡を吐出させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
上記第１の発明によれば、気液分離槽を有しているので、流出口からの気泡の流出を抑制することができる。また、気液分離槽内に貯留している気体を引き抜き、引き抜いた気体を気液混合槽内に噴出させる気体循環経路が設けられているので、気液分離槽内に貯留している未溶解の気体を循環させて流体に溶解させることができる。また、未溶解の気体を気泡として流体に取り込むことができ、気液接触面積を大きくすることができる。したがって、気体の溶解効率が高くなり、装置の小型化が図られる。
【００２４】
上記第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、気体循環経路の一端が接続される気体取出口が気液分離槽の上側に設けられているので、未溶解気体がなくなるまで気体の循環を行うことができ、長時間の循環運転が可能となる。
【００２５】
上記第３の発明によれば、上記第１または第２の発明の効果に加え、気体循環経路が他端に有する気体の取込口がタンクの底部側に設けられているので、タンク内における流体の気体との接触距離が比較的長くなり、接触時間も長くなるため、気体の溶解効率がさらに高くなる。
【００２６】
上記第４の発明によれば、上記第１または第２の発明の効果に加え、気体循環経路が他端に有する気体の取込口がタンクの流入口に連通する流入管の急拡大部に接続されているので、急拡大部における渦流によって気体の吸引圧が高まり、気体の循環流量が増加する。また、急拡大部における圧力勾配により流体に混入する気泡が微細化される。したがって、気液接触面積がさらに大きくなり、気体の溶解効率がさらに高くなる。
【００２７】
上記第５の発明によれば、上記第１から第４のいずれか一つの発明の効果に加え、タンク内に供給される空気の内、水に対して溶解度の高い酸素の溶解量が、窒素と比較して多くなり、要求される効能などに対応した、酸素濃度の十分高い液体を生成することができる。したがって、酸素富化ユニットなどの付属ユニットは省略可能であり、気体溶解装置はさらに小型化可能となる。
【００２８】
上記第６の発明によれば、上記第１から第５のいずれか一つの発明の効果が同様に奏せられる。
【００２９】
上記第７の発明によれば、上記第６の発明の効果に加え、タンク内に貯留している気体が気体循環経路に抜けやすくなり、未溶解の気体を確実に取り出して循環させることができる。タンク内に貯留する未溶解の気体を十分に利用して溶解させることができ、液体中の気体溶解量が増大する。
【００３０】
上記第８の発明によれば、上記第７の発明の効果に加え、気体放出弁がタンクの傾斜面部に設けられるので、気体放出弁の取り付けに要するスペースが削減され、気体放出弁を含めた気体溶解装置の小型化が促進される。また、気体放出弁において気体抜き口が、フロートに対して気体が横方向から入るように形成されているので、液体中の気泡が直接気体放出弁からタンクの外部に放出されることはなく、気体は一旦タンク内に貯留し、気体循環経路を介した気体の循環を確実に行うことができる。生成する液体の気液比の減少を抑制することができる。
【００３１】
上記第９の発明によれば、上記第６から第８のいずれか一つの発明の効果に加え、縦リブによって、上流側の気液混合槽から下流側の第１気液分離槽に向かう、気体が溶解した液体の流れが整流され、流れの向きが縦方向にほぼ一様となる。その結果、第１気液分離槽から第２気液分離槽に流入する液体中に大きな気泡が混入するのを抑制することができ、さらに、下流側の第２気液分離槽からタンクの外部に流出する液体とともに大きな気泡が流出するのが抑制される。
【００３２】
上記第１０の発明によれば、上記第６から第９のいずれか一つの発明の効果に加え、突出部によって、第１気液分離槽から第２気液分離槽に流入する液体の流れが突出部の左右の２方向に分岐され、液体は、第１気液分離槽を槽壁に沿って流れることになる。その結果、第１気液分離槽での液体の流速分布が均一になり、気泡の合一が促進され、大きな気泡の流出が一層抑制される。
【００３３】
上記第１１の発明によれば、上記第６から第１０のいずれか一つの発明の効果に加え、横リブによって、液体の流れの圧力損失が小さくなり、第２気液分離槽において旋回流の発生が抑制され、大きな気泡の流出がより一層抑制される。
【００３４】
上記第１２の発明によれば、上記第６から第１１のいずれか一つの発明の効果を奏する微細気泡発生機能付き浴槽が提供される。浴槽内の湯水の循環にともなって、浴槽内の湯水は微細気泡によって白濁し、牛乳風呂のような趣を現出し、入浴の効能が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の気体溶解装置の第１実施形態を示した断面図である。
【図２】図１に示した気体溶解装置を側面側から見た要部断面図である。
【図３】図１に示した気体溶解装置における流入管の急拡大部付近を拡大して示した断面図である。
【図４】本発明の気体溶解装置の第２実施形態におけるタンクを示した一部切欠斜視図である。
【図５】図４に示したタンクの正面図である。
【図６】図４に示したタンクの背面側から見た縦断面図である。
【図７】図５に示したタンクのＡ−Ａ断面図である。
【図８】図５に示したタンクのＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図４に示したタンクを備えた、本発明の気体溶解装置の第２実施形態を示した斜視図である。
【図１０】図４に示したタンクを斜め下方から見た一部切欠斜視図である。
【図１１】図８に示したタンクの気体放出弁付近を拡大して示した拡大断面図である。
【図１２】排気比を変えたときの溶存酸素濃度の上昇の様子を示したグラフである。
【図１３】排気比（空気排気比率）と溶存酸素濃度上昇量との関係を示したグラフである。
【図１４】本発明の微細気泡発生機能付き浴槽を概略的に示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
上記のとおり、図１は、本発明の気体溶解装置の第１実施形態を示した断面図である。図２、図３は、それぞれ、図１に示した気体溶解装置の側面側から見た要部断面図、流入管の急拡大部付近を拡大して示した断面図である。
【００３７】
気体溶解装置５１は、箱型の中空なタンク５２を備え、タンク５２は水平に配置されている。タンク５２には、底部５３に流入口５４がタンク５２の底面を上下に貫通して形成されている。流入口５４に対応してタンク５２の底部５３には流入管５５が接続されている。流入管５５は、流入口５４の上流側に配置され、流入口５４に連通している。流入管５５からは、タンク５２内に貯留している気体と同じ種類の気体と水などの溶媒となる液体とが混合された気液混合流体または気体が混合されない液体単独の流体５６が供給され、流体５６は、流入口５４からタンク５２内に噴出する。流体５６は、流入口５４からの噴出が可能なように、ポンプ５７によって所定の圧力に加圧される。
【００３８】
また、タンク５２の底部５３には、流出口５８がタンク５２の底面を上下に貫通して形成されている。流出口５８に対応してタンク５２の底部５３には流出管５９が接続されている。流出管５９は、流出口５８の下流側に配置され、流出口５８に連通している。
【００３９】
さらに、タンク５２は、気液混合槽６０と気液分離槽６１の２槽から形成されている。気液混合槽６０と気液分離槽６１の境界付近には、第１仕切り壁６２としての仕切り壁６３が設けられ、両槽６０、６１を区画している。流入口５４は気液混合槽６０に設けられ、流出口５８は気液分離槽６１に設けられている。仕切り壁６３は、下端が気液混合槽６０の底壁部の内面からやや上側の位置に配置され、上端がタンク５２の上壁部６４の内面に接続され、タンク５２の上下方向に延びている。このため、気液混合槽６０と気液分離槽６１は、上部において連通しない一方、下部において連通している。
【００４０】
気液混合槽６０では、流入口５４から噴出する流体５６とタンク５２内に貯留している気体とを接触させ、混合し、流体５６に気体を溶解させ、気体の溶解した液体６５の生成が行われる。仕切り壁６３によって流体５６は、気液混合槽６０内に流入口５４から噴出し、気液分離槽６１に向かうのが抑制される。
【００４１】
また、仕切り壁６３の下端部６６は、気液混合槽６０側に屈曲し、気液混合槽６０から気液分離槽６１に向かって斜め上方に傾斜している。さらに、気液混合槽６０の気液分離槽６１との境界付近には、底壁部の内面から気液分離槽６１側に向かって斜め上方に傾斜して延びるガイド片６７が設けられている。ガイド片６７の傾斜角度は、仕切り壁６３の下端部６６の傾斜角度に略一致している。気液混合槽６０内で気体の溶解した液体６５は、仕切り壁６３の下端部６６とガイド片６７の間の水路を通って気液分離槽６１に流出する。水路は、タンク５２の底部５３に対応する気液混合槽６０の底部６８に位置しているため、大きな気泡の混入が比較的少なく、流出口５８からの大きな気泡の流出の抑制に寄与している。
【００４２】
気液分離槽６１では、微細な気泡が液体６５に溶解してさらに気体の溶解が進行するとともに、液体６５の気液分離が促進され、比較的大きな気泡が流出口５８からタンク５２の外部に流出するのを抑制する。タンク５２内に貯留する液体６５には、未溶解の気体による気泡が数多く混合されている。この気泡は、液体６５の上側ほど密に存在し、液面付近には大きな気泡が存在するが、タンク５２の底部付近ではあまり存在しない。そこで、気液分離槽６１では、タンク５２の底部５３に対応する底部６９に設けた流出口５８を流入口５４よりも下方に配置し、大きな気泡がほとんど存在していない下側から液体６５を取り出せるようにしてもいる。
【００４３】
また、気液分離槽６１には、仕切り壁６３からやや離れた位置に気液分離体７０が設けられている。気液分離体７０は、板状の形状を有し、下端が気液分離槽６１の底壁部の内面よりやや上側の位置に配置されている。気液分離体７０の上端は、上壁部６４の内面より下側で、かつ仕切り壁６３の上端よりも下側の位置に配置され、気液分離体７０は、タンク５２を上下方向に延びている。気液分離体７０は仕切り壁６３に対向している。
【００４４】
気液分離槽６１では、気液分離体７０によって液体６５が、流出口５８に流れ込む前に一旦流れを気液界面である液面付近にまで持ち上げられるので、大きな気泡は浮力によって上昇し、液面において破裂する。このため、気液分離が促進する。しかも、液体６５の流れは気液分離体７０を乗り越える流れとなるため、液面を通過する流れとなり、液体６５が気液分離体７０を乗り越えるときにも気液分離が促進する。
【００４５】
こうして、気体溶解装置５１は、流出口５８からの大きな気泡の流出をさらに抑制することができる。
【００４６】
また、気体溶解装置５１には、気体循環経路７１が設けられてもいる。気体循環経路７１は、気液分離槽６１の上端部７２に設けられた気体取出口７３に一端において接続され、他端には気体の取込口７４を有している。取込口７４は、流入管５５の流入口５４の付近に接続されている。取込口７４が接続されている流入管５５の部分は、その断面積を最小断面積から下流側に向けて急拡大させた急拡大部７５とされている。急拡大部７５は、エジェクタ７６によって形成されている。
【００４７】
このような気体溶解装置５１では、運転前に空気などの溶質となる気体がタンク５２内に貯留している。運転を開始すると、流体５６が流入管５５を通じて供給される。流体５６は、タンク５２の上壁部６４の内面に向かって流入口５４から噴出し、タンク２内の気液混合槽６０に流入する。流入する流体５６は、タンク５２の上壁部６４の内面に衝突し、跳ね返り、次第に気液混合槽６０の底部６８に液体６５として溜まっていく。また、上壁部６４の内面に衝突し、跳ね返る流体５６は、気液混合槽６０内に貯留する液体６５の液面に衝突し、液体６５を攪拌する。
【００４８】
このときの攪拌などによって、タンク５２内に貯留している気体および流入管５５を通じて供給される気体と液体６５とが混合され、気体の液体６５への溶解が促進される。これは、攪拌による剪断によって液体６５に気泡として混合されている気体が細分化され、液体６５と接触する表面積が大きくなるのに加え、液面付近における気体の溶解濃度が攪拌による均一化によって低減され、気体の液体６５への溶解速度が上昇することによる。このようにして気体の溶解した液体６５が、気液分離槽６１に流れ込み、流出口５８を通じて流出管５９に流出し、タンク５２の外部に取り出される。
【００４９】
気体溶解装置５１の運転中、気体取出口７３付近と取込口７４付近には圧力差が生じる。気体取出口７３付近の圧力Ｐ１は取込口７４付近の圧力Ｐ０よりも大きい（Ｐ１＞Ｐ０）。この圧力差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ０）にしたがって、気液分離槽６１内の上部などに貯留している未溶解の気体７７は吸引され、気体取出口７３から引き抜かれた後、取込口７４から送り込まれ、急拡大部７５において噴出し、流体５６に導入される。
【００５０】
したがって、気体溶解装置５１では、気液分離槽６１内に貯留している未溶解の気体７７を急拡大部７５に循環させることができ、未溶解の気体７７を循環させながら流体５６に溶解させることができる。また、流体５６に導入される未溶解の気体７７は気泡として流体５６に取り込まれるので、未溶解の気体７７と流体５６の気液接触面積は大きい。このように気体循環経路７１によって未溶解の気体７７を循環させながら流体５６に溶解させるとともに、未溶解の気体７７を気泡として流体５６に導入することができるので、気体の溶解効率が高くなる。
【００５１】
気体の溶解速度は、気液の接触面積と気体の濃度勾配の積として次式１の通りに表される。
【００５２】
Ｃｖ（ｔ）＝ＫＬ・α・（Ｃ*−Ｃ）ｄｔ （１）
Ｃｖ（ｔ）：溶解速度
ＫＬ：総括物質移動係数
α：接触面積
Ｃ*：飽和溶存気体濃度
Ｃ：溶存気体濃度
式１より、接触面積αが大きくなると、溶解速度Ｃｖが大きくなることが理解される。したがって、上記の通り、気体の溶解効率が高くなる。
【００５３】
そして、気体の溶解効率を高くするために、流体５６の気体との接触時間を長くする必要はないので、流体５６の経路を特に拡大しないですみ、装置の小型化が図られる。また、未溶解の気体７７の流体５６への導入は気体と液体６５の界面を乱さずに行うことができるため、大きな気泡の流出が抑制可能となる。
【００５４】
また、気体溶解装置５１では、仕切り壁６３によって区画された気液混合槽６０と気液分離槽６１を備え、流入口５４が気液混合槽６０に設けられ、流出口５８が気液分離槽６１に設けられているので、気液分離槽６１では気液分離が促進され、気体を溶解した液体６５と気体に分離することができる。このため、大きな径の気泡は流出口５８から流出しにくくなる。したがって、気体溶解装置５１を浴槽に適用し、微細気泡発生機能付き浴槽を構成する場合、湯水の品質低下を抑制することができ、湯水は入浴に適したものとなる。
【００５５】
さらに、気体溶解装置５１では、気体循環経路７１の取込口７４が、気液混合槽６０の底部６８に設けられているので、気液混合槽６０内における流体５６と気体との接触距離が比較的長くなり、接触時間も長くなるため、気体の溶解効率がさらに高くなる。
【００５６】
さらにまた、気体溶解装置５１では、取込口７４が流入管５５の急拡大部７５に接続されているので、急拡大部７５に発生する渦流によって気体の吸引圧が高まり、気体の循環流量が増加する。しかも、急拡大部７５における圧力勾配が剪断力として働き、流体５６に混入する気泡が微細化される。したがって、気液接触面積がさらに大きくなり、気体の溶解効率がさらに高くなる。また、上記吸引圧は高いので、気体循環経路７１の径を特に小さくしなくても、気体循環経路７１におけるゴミなどのつまりを抑制することもできる。しかも、気体取出口７３が気液分離槽６１の上端部７２に設けられているので、未溶解の気体７７がなくなるまで気体の循環を行うことができ、長時間の循環運転が可能である。また、未溶解の気体７７を流体５６に溶解させる分、流体５６の体積流量が増加し、流速が速くなり、気液の攪拌がさらに良好に行われる。
【００５７】
なお、気体溶解装置５１では、圧力差ΔＰが大きいほど循環気体量が多くなり、気液接触面積の拡大にともない気体の溶解効率が高くなる。圧力差ΔＰを有効に利用するために、気体溶解装置５１では、急拡大部７５にエジェクタ７６が設けられているが、ポンプなどの動力を積極的に使用し、未溶解の気体７７を強制的に循環させ、循環量を増大させることも可能である。ポンプなどの動力を使用する場合には、たとえば、流体５６が流入する流入口５４とは異なる気体専用の流入口をタンク５２の底面に設け、そこから気液混合槽６０内に噴出させることができる。
【００５８】
このような気体溶解装置５１では、気液分離槽６１の断面積を、流出口５８から外部に流出する液体６５の流速Ｖ１に対して流出口５８に向かう液体６５の流速Ｖ０が１/５以下になる大きさとすることができる。Ｖ０≦（１/５）Ｖ１となるように気液分離槽６１の断面積を所定の大きさに設定することによって、Ｖ０を下げることができ、液面および大きな気泡が気液分離槽６１の底部６８に向かって吸い込まれにくくなり、流出口５８からの気泡の流出をさらに抑制することができる。
【００５９】
また、気体溶解装置５１では、ポンプ５７によって送り込まれる流体は、エジェクタ７６を通じてタンク５２の気液混合槽６０内に噴出させるようにしているが、溶媒として水道水を選択し、水道管の水道圧が高い場合は、ポンプ５７を用いず、エジェクタ７６を水道管に接続し、水道圧によって気液混合槽６０内に水道水を噴出させることも可能である。このようにすると、ポンプを動かすための動力が不要となり、省エネルギー化が図られる。
【００６０】
図４は、本発明の気体溶解装置の第２実施形態におけるタンクを示した一部切欠斜視図である。図５、図６は、それぞれ、図４に示したタンクの正面図、背面側から見た縦断面図である。図７、図８は、それぞれ、図５に示したタンクのＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。
【００６１】
図４−８に示した気体溶解装置１は、やや縦長の箱状の形状を有する中空なタンク２を備えている。タンク２の内部には、２つの仕切り壁、すなわち、第１仕切り壁３および第２仕切り壁４が設けられ、液体５の流れに関しその最も上流側に気液混合槽６が、第１仕切り壁３によって区画形成されている。また、気液混合槽６の下流側に、第１仕切り壁３とともに第２仕切り壁４によって第１気液分離槽７が区画形成され、第１気液分離槽７は気液混合槽６に隣接して配置されている。液体５の流れに関し最も下流側には、第２気液分離槽８が、第２仕切り壁４によって区画形成され、第１気液分離槽７に隣接して配置されている。
【００６２】
第１仕切り壁３は、ほぼ平板状に形成され、図６に示したように、タンク２の上壁部２ａから底壁部２ｂにかけて垂下して延びている。このため、気液混合槽６と第１気液分離槽７は、タンク２の上部において連通していない。一方、第１仕切り壁３の下端３ａは底壁部２ｂに達してなく、底壁部２ｂとの間に隙間が形成され、この隙間を液体５の流路として気液混合槽６と第１気液分離槽７は、タンク２の下部において連通している。
【００６３】
第２仕切り壁４は、タンク２の底壁部２ｂから上壁部２ａに向かって垂直上方に延びている。第２仕切り壁４は、筒状に形成され、断面は長円状の形状を有している。第２仕切り壁４の上端４ａは、タンク２の上壁部２ａの下方に位置し、第１気液分離槽７と第２気液分離槽８は、タンク２の上部において連通している。
【００６４】
また、第２仕切り壁４には、第１仕切り壁３に対向する対向面４ｂに、タンク２の縦方向に延びる縦リブ９が、第１仕切り壁３側に突出して設けられている。縦リブ９は、略長方形の形状を有する小片状に形成され、対向面４ｂの下端部に２列として互いに間隔をあけて配置されている。縦リブ９は、第１仕切り壁３において第２仕切り壁４に対向する面３ｂに設けることもできる。
【００６５】
さらに、第２仕切り壁４には、第１仕切り壁３に対向する部分の中央部に、上方に突出する突出部１０が設けられている。突出部１０は、略長方形の形状を有する小片状に形成されている。突出部１０の上端１０ａは、タンク２の上壁部２ａに達することはなく、上壁部２ａの下方に配置されている。
【００６６】
このようなタンク２には、第２気液分離槽８の上端部に横リブ１１が設けられている。横リブ１１は、第２気液分離槽８における液体５の流れに関し平行に配置されている。その向きは、縦リブ９の、第１気液分離槽７に突出する幅方向に略一致しており、第２仕切り壁４に設けられた突出部１０に対して略直交する向きに延びている。
【００６７】
また、タンク２には、気液混合槽６における底壁部２ｂに、下方に開口する流入管接続部１２が設けられている。流入管接続部１２に対応して気液混合槽６の底部には、図１−３に示した第１実施形態における流入口５４に相当する流入口が設けられている。流入管接続部１２には、後述するポンプの吐出側に一端部が接続された流入管の他端部が接続される。第２気液分離槽８には、底部に、正面側に開口する流出管接続部１３が設けられている。流出管接続部１３に対応して第２気液分離槽８には図１−３に示した第１実施形態における流出口５８に相当する流出口が設けられている。流出管接続部１３には、タンク２で生成した、気体が溶解した液体５を浴槽などの供給部に送り出す流出管の一端部が接続される。
【００６８】
さらに、タンク２には、タンク２の外側を通ってタンク２の上端部と下端部を接続し、互いに連通させる気体循環経路１４が設けられている。気体循環経路１４は、液体５の生成に際し、タンク２内に貯留している気体をタンク２から一旦取り出した後、タンク２内に戻して循環させるものである。このため、気体循環経路１４の一端部１４ａは、図６に示したように、第１気液分離槽７の上端部に対応するタンク２の上壁部２ａに形成された気体取出口３２に接続されている。気体循環経路１４の他端部１４ｂは、気液混合槽６の下端部に接続されている。気体循環経路１４の他端部１４ｂが接続される気液混合槽６の下端部には、図１−３に示した第１実施形態における取込口７４に相当する取込口が設けられている。
【００６９】
さらにまた、タンク２には、上壁部２ａにおいて、第２気液分離槽８の上端部に対応する部分に気体放出弁１５が設けられ、排気部を形成している。気体放出弁１５は、図８および図１０に示したように、液体５の生成に際し、第２気液分離槽８における液体５の液面３３の高さに追随して浮沈し、上下方向に移動可能なフロート３４を有し、液面の高さの変化にともないフロート３４が上下動することによって、タンク２内に貯留している気体の放出と停止を行うようになっている。タンク２の上壁部２ａにおいて気体放出弁１５が設けられる部分は、第２気液分離槽８の上端部に対応し、図５に示したように、第１気液分離槽７と第２気液分離槽８との境界部１６から、境界部１６に対向するタンク２の上壁部２ａの端縁部に向かって斜め下方に傾斜する傾斜面部２ｃとされている。
【００７０】
気体放出弁１５には、また、図８および図１０に示したように、タンク２内の気体がフロート３４に対して横方向から入るように気体抜き口３５が、第２仕切り壁４の断面である略長円の長手方向と同じ方向である側方に開口して形成され、気体放出弁１５の左右両側に配置されている。また、気体放出弁１５には、フロート３４を収容するフロート室３６の頂部に気体放出口３７が形成され、フロート室３６は、気体放出口３７を介して外部と連通している。横リブ１１は、このような気体放出弁１５のほぼ直下において第２気液分離槽８の上端部に配置されている。
【００７１】
上記のとおりのタンク２は、また、高さ方向の中央部よりやや下側において分割され、上側を上部ユニット１７、下側を下部ユニット１８としている。第１仕切り壁３は、上部ユニット１７に一体に組み込まれ、第２仕切り壁４は、ここに設けられた縦リブ９および突出部１０を含めて下部ユニット１８に一体に組み込まれている。また、上部ユニット１７の下端縁部および下部ユニット１８の上端縁部には、外側方に突出して延びるフランジ部１９、２０が設けられている。タンク２は、フランジ部１９、２０を互いに重ね合わせ、重なり合うフランジ部１９、２０の所定の部位においてボルトにより、また、必要に応じてナットを用い、上部ユニット１７と下部ユニット１８を締結することによって組み立てられ、一体となる。
【００７２】
図９に示したように、気体溶解装置１では、タンク２は、流入管接続部１２において、タンク２の下方に縦列して配置されたポンプ２１の吐出側に一端部が接続された流入管２２の他端部に接続されている。一端部１４ａにおいてタンク２の上壁部２ａに接続された気体循環経路１４は、他端部１４ｂにおいて、流入管２２と流入管接続部１２との接続部に配設された気体循環エジェクタ２３に接続されている。また、タンク２の流出管接続部１３には、浴槽などの、気体が溶解した液体５の供給部に供給するための流出管２４の一端部が接続されている。気体循環エジェクタ２３は、図１−３に示した第１実施形態におけるエジェクタ７６によって形成される急拡大部７５に対応している。
【００７３】
ポンプ２１の吸い込み側には、浴槽などの供給部に連通して一端部が接続された吸い込み配管２５の他端部が接続されている。吸い込み配管２５の一端部は、たとえば浴槽の場合、浴槽内の湯水を吸い込むために浴槽内部に連通する吸込口２６に連通し、一端部が流出管接続部１３に接続された流出管２４の他端部は、浴槽内部に連通し、浴槽内に空気が溶解した湯水を吐出するための吐出口２７に連通している。図９には、吸込口２６と吐出口２７をともに備えた吸い込み・吐出プラグ２８を例示している。吸い込み・吐出プラグ２８は、たとえば、浴槽の槽壁部に取り付けられるものであり、吸込口２６から吸い込み配管２５に連通する第１流路と、吐出口２７から流出管２４に連通する第２流路とを備えている。これら第１流路および第２流路は、吸い込み・吐出プラグ２８において互いに独立しており、相互に連通してはいない。
【００７４】
また、気体溶解装置１では、流入管２２を通じてタンク２内に導入する流体に気体を混合し、気液混合流体を生成するために、気体供給口２９がタンク２の上壁部２ａの上方に配置され、ポンプ２１の吸い込み側と吸い込み配管２５との接続部付近に気体導入エジェクタ３０が介設されている。気体供給口２９と気体導入エジェクタ３０とは気体導入配管３１を介して連通接続されている。
【００７５】
このような気体溶解装置１では、気体が溶解した液体５において空気などの溶質となる気体が、運転前にタンク２内に貯留している。ポンプ２１を作動させ、運転を開始すると、浴槽内の湯水などの、液体５において溶媒となる流体が吸込口２６から吸い込まれる。吸い込まれた流体は、吸い込み配管２５および流入管２２を通じてタンク２の気液混合槽６に、その底部から供給され、気液混合槽６に噴出する。この流体の噴出は、ポンプ２１によって所定の圧力に加圧されていることによって起こるものである。流体には、気体導入エジェクタ３０によって、流体に溶解する気体が、気体供給口２９から吸い込まれ、気体導入配管３１を通じて送り込まれ、混合され、気液混合流体が生成される。この気液混合流体が、上記のとおり、気液混合槽６に噴出する。
【００７６】
気液混合流体は、気液混合槽６に、タンク２の上壁部２ａの内面に向かって噴出して流入する。このとき、気液混合流体は、タンク２の上壁部２ａや第１仕切り壁３に衝突し、跳ね返り、次第に気液混合槽６の底部に溜まっていく。また、上壁部２ａの内面に衝突し、跳ね返る気液混合流体は、気液混合槽６に貯留する流体の液面に衝突し、流体を攪拌する。
【００７７】
このときの攪拌などによって、タンク２内に貯留している気体が気液混合流体と混合され、また、気液混合流体中の気体も流体と混合され、気体の溶解が促進され、気体が溶解した液体５が生成される。これは、攪拌による剪断によって流体に気泡として混合される気体が細分化され、流体と接触する表面積が大きくなるのに加え、液面付近における気体の溶解濃度が攪拌による均一化によって低減され、気体の流体への溶解速度が上昇することによる。
【００７８】
このようにして気体が溶解した液体５は、第１仕切り壁３の下端３ａとタンク２の底壁部２ｂとの間の隙間を流路として第１気液分離槽７に流入し、次第に第１気液分離槽７に溜まっていく。液体５は、タンク２の底部において第１気液分離槽７に流入するため、液体５中への大きな気泡の混入が抑制される。
【００７９】
第１気液分離槽７において液体５の液面が第２仕切り壁４の上端４ａを越えると、液体５は第２気液分離槽８に流入する。このように、第２気液分離槽８では、第２仕切り壁４によって液体５がタンク２から外部に流出する前に、液体５の流れが気液界面である液面付近にまで持ち上げられるので、大きな気泡は浮力によって上昇し、液面において破裂する。その結果、気液分離が促進される。しかも、液体５の流れは第２仕切り壁４の上端４ａを乗り越える流れとなるため、液面を通過する流れとなり、液体５が第２仕切り壁４を乗り越えるときにも気液分離が促進される。
【００８０】
また、第２気液分離槽８には、タンク２の底壁部２ｂに流出管接続部１３が設けられているので、未溶解の気体による気泡が液体５中に混合されていたとしても、液面付近に存在する大きな気泡の流出を抑制することができる。気泡は、貯留する液体５の上側ほど密に存在し、液面付近の大きな気泡は、底壁部２ｂ付近にはあまり存在しない。液体５は、タンク２の底部から流出管接続部１３を通じてタンク２の外部に流出し、取り出されるため、大きな気泡の流出が抑制される。
【００８１】
流出管接続部１３を通じてタンク２の外部に流出する液体５は、図９に示した流出管２４を経て吐出口２７から浴槽などの供給部に送り出される。
【００８２】
また、気体溶解装置１では、運転中に、タンク２内の、気体循環経路１４の一端部１４ａおよび他端部１４ｂの両端付近に圧力差が生じる。タンク２の上端部に臨む一端部１４ａ付近の圧力はタンク２の下端部に臨む他端部１４ｂ付近の圧力よりも高い。この圧力差にしたがって、また、気体循環エジェクタ２３によって、タンク２内の上部などに貯留している未溶解の気体は吸引され、一端部１４ａから他端部１４ｂへと気体循環経路１４を流れ、タンク２の気液混合槽６に送り出される。
【００８３】
このように、気体溶解装置１では、タンク２の内部を第１気液分離槽７と第２気液分離槽８に区画形成する第２仕切り壁４において、タンク２の内部を気液混合槽６と第１気液分離槽７に区画形成する第１仕切り壁３に対向する面４ｂに縦リブ９が設けられているので、縦リブ９によって、上流側の気液混合槽６から下流側の第１気液分離槽７に向かう、気体が溶解した液体５の流れが整流され、流れの向きが縦方向に一様となる。その結果、液体５中に大きな気泡が混入するのが抑制され、さらに下流側の第２気液分離槽８からタンク２の外部に流出する液体５とともに大きな気泡が流出するのが抑制される。このように、気体溶解装置１は、小型化が可能であるとともに、第２気液分離槽８での乱流の発生を抑えて大きな気泡の流出を抑制することもできる。
【００８４】
なお、縦リブ９は、液体５の流れの圧力損失の原因となることもあるので、圧力損失を極力低く抑えるために、その厚みを薄いものにすることが好ましい。一方、縦方向の長さについては、長いほど液体５の整流に寄与し、液体５の流れの方向を制御することができる。また、液体５をより効果的に整流する上では縦リブ９の数は多いほど好ましい。
【００８５】
また、気体溶解装置１では、縦リブ９は、上記のとおり、第２仕切り壁４の第１仕切り壁３との対向面４ｂに設けられているが、第１仕切り壁３において第２仕切り壁４に対向する面３ｂに縦リブ９を設けてもよい。たとえば、縦リブ９の第１気液分離槽７に突出する幅がある程度大きいなどの場合には、第２仕切り壁４の第１仕切り壁３との対向面４ｂに設ける場合と同じように、液体５の流れの制御を期待することができる。
【００８６】
加えて、気体溶解装置１では、第２仕切り壁４において第１仕切り壁３に対向する部分の中央部に、上方に突出する突出部１０が設けられているので、第１気液分離槽７から第２気液分離槽８に流入する液体５の流れは、突出部１０によってその左右両側の２方向に分岐され、液体５は、第１気液分離槽７を槽壁に沿って流れることになる。その結果、第１気液分離槽７での液体５の流速分布が均一になり、気泡の合一が促進され、大きな気泡の流出が一層抑制される。
【００８７】
また、気体溶解装置１では、第２気液分離槽８に、液体５の流れに関し平行に配置された横リブ１１が設けられているので、液体５の流れの圧力損失が小さくなり、第２気液分離槽８において旋回流の発生が抑制される。その結果、大きな気泡の流出がより一層抑制される。
【００８８】
さらに、気体溶解装置１では、タンク２内に貯留している気体を循環させながら気液混合流体に溶解させることができる。気体循環経路１４を経て気液混合流体に導入される気体は気泡として流体に取り込まれ、流体との接触面積は大きく、気体の溶解効率が高くなる。また、未溶解の気体を流体に溶解させる分、気液混合流体の体積流量が増加し、流速が速くなるので、気液の攪拌がさらに良好に行われ、気体の溶解効率の向上が促進されるとともに、大きな気泡を消滅させるのに有効となる。さらに、気体循環経路１４の他端部１４ｂはタンク２の下端部に臨んでいるので、タンク２内における流体と気体の接触距離をある程度確保することができ、気液接触時間が十分に確保され、気体の溶解効率の向上がさらに促進される。このようにして気体の溶解効率が高まるため、気体と気液混合流体の接触時間をさほど長くする必要がなく、したがって、流体の経路を短縮することができ、気体溶解装置１は小型化されている。
【００８９】
しかも、気体溶解装置１では、タンク２の上壁部２ａにおいて第２気液分離槽８の上端部に対応する部分が傾斜面部２ｃとされているとともに、第１気液分離槽７の上端部に対応するタンク２の上壁部２ａに形成された気体取出口３２に、タンク２内に貯留している気体を循環させる気体循環経路１４の一端部１４ａが接続されているので、タンク２内に貯留している気体が気体循環経路１４に抜けやすくなっている。このため、第２気液分離槽８においてタンク２の上端コーナー部などに貯留する未溶解の気体を気体取出口３２から確実に取り出すことができ、気体循環経路１４を通じて気液混合槽６の下端部に戻し、未溶解の気体を確実に循環させることができる。タンク２内に貯留する未溶解の気体を十分に利用して流体に溶解させることができ、液体５中の気体溶解量が増大する。
【００９０】
また、気体溶解装置１では、気体放出弁１５がタンク２の傾斜面部２ｃに設けられているので、気体放出弁１５の取り付けに要するスペースが削減され、気体放出弁１５を含めた気体溶解装置１の小型化が促進される。
【００９１】
さらに、気体放出弁１５において気体抜き口３５が、フロート３４に対して気体が横方向から入るように形成されているので、液体５中の気泡が直接気体放出弁１５からタンク２の外部に放出されにくくなっている。図１１に示したように、気液分離に際して液面３３がフロート室３６にまで達すると、液体５中の気泡は、タンク２の上壁部２ａに当たり、気体溜まり３８を気体放出弁１５の周辺に形成する。このような気体溜まり３８の形成は、気体抜き口３５が、フロート３４に対して気体が横方向から入るように、気体放出弁１５の側方に開口して形成されていることによる。このため、液体５から分離される気体は、一旦タンク２内に貯留する。貯留する気体は、気体循環経路１４を通じて気液混合槽６の下端部に戻され、循環する。このように、気体溶解装置１は、気体循環経路１４を介した未溶解の気体の循環も確実に行うことができる。生成する液体５の気液比の減少を抑制することができる。
【００９２】
液面３３が低下すると、フロート３４が沈むようにフロート室３６内を下方に移動し、気体抜き口３５を通じて気体は気体放出弁１５内に流入し、気体放出口３７からタンク２の外部に抜け出て放出される。このような気体の放出は、気体溶解装置１において定期的に行うことができ、供給する気体流量がばらつき、万一過剰に気体が導入された場合でも、未溶解の気体が、液体５の流出とともにタンク２から外部に流出するのを抑制することができる。
【００９３】
そして、気体溶解装置１では、排気部を形成する気体放出弁１５による気体の排気量が、流入管接続部１２および流入口を通じて気液混合流体としてタンク２内に導入する空気の給気量の２０％以上に設定されている。
【００９４】
前述の式１より、気体の溶解速度Ｃｖ（ｔ）は、接触面積αと飽和溶存気体濃度Ｃ＊に依存していることが理解される。
【００９５】
ところで、ボイルの法則では、
圧力×体積＝一定
であるので、圧力が大きくなると、気体の体積は小さくなる。一方、質量作用の法則（化学平衡の法則）では、
気体の濃度/液体に溶けている気体の濃度＝一定
であるので、気体の濃度が高くなると、液体に溶ける気体の濃度も高くなることになる。すなわち、ヘンリーの法則として知られているように、液体中の気体の飽和溶存酸素濃度は、気体の分圧、すなわち、気体の濃度と圧力を高くすることによって高めることができる。したがって、流入する気液混合流体が水と空気の混合体である場合には、タンク２中の酸素濃度を高めるために、タンク２の排気を積極的に行い、気体の入れ換えを促進させることが有効であると考えられる。
【００９６】
そこで、気体溶解装置１の浴槽への適用を考慮し、空気中の酸素を水に溶解させ、水中の溶存酸素濃度について調べた。表１に示したように、気体放出弁１５による排気のしやすさの程度を変えるとともに、気体導入エジェクタ３０による空気の取り込み量を変え、タンク２内に導入された空気量と気体放出弁１５から排気した気体量の比、すなわち、排気比を変えたときの水中の溶存酸素濃度の上昇量を測定した。その結果を図１２および図１３に示す。
【００９７】
【表１】
【００９８】
図１２および図１３に示したように、１５分以上気体放出弁１５から積極的に排気した場合、排気比が２０％以上のときに、水中の溶存酸素濃度は過飽和状態となり、タンク２内の酸素分圧が高くなり、より多くの酸素が水に溶解することが確認される。
【００９９】
このような実験的知見に基づいて、気体溶解装置１では、排気部を形成する気体放出弁１５による気体の排気量が、流入管接続部１２を通じて、水と空気が混合された気液混合流体としてタンク２内に導入する空気の給気量の２０％以上に設定されている。気体の排気量を給気量の２０％以上に設定することによって、タンク２に供給される空気の内、窒素と比較して水に対して溶解度の高い酸素の溶解量が多くなり、液体５中の酸素溶解量が多くなって、要求される効能などに対応した、酸素の溶解濃度の十分高い液体５を生成することができる。したがって、酸素富化ユニットなどの付属ユニットは省略可能であり、気体溶解装置１は、さらに小型化が促進されたものとなる。
【０１００】
なお、気体放出弁１５による気体の排気量をタンク２内に導入する空気の給気量の２０％以上に設定する具体的手段、方法としては、気体導入エジェクタ３０による気体の取り込み量を増大させること、また、気体放出弁１５における気体抜き口３５の開口形状および面積を調整することが例示される。これらを適宜に選択し、また、組み合わせることによって、排気比２０％以上が実現され、設定される。また、排気比は高いほど液体５中の酸素溶解量が多くなって好ましいが、排気比を高くしようとすると、空気を循環させるための装置が大型化するので、排気比は８０％以下に抑えることが好ましい。
【０１０１】
そして、以上から明らかなように、タンク２内に導入する流体を、たとえば、浴槽内に貯留しているなどの浴用の湯水とすることによって、浴槽に適した気体溶解装置が提供されることになる。
【０１０２】
図１４は、上記のとおりの気体溶解装置５１、１が組み込まれた本発明の微細気泡発生機能付き浴槽を概略的に示した構成図である。
【０１０３】
微細気泡発生機能付き浴槽１００において、湯水１０１を貯留する浴槽１０２は、側面部に湯水の吸込口１０３と吐出口１０４を備えている。浴槽１０２は、また、上面部を形成するフランジ部１０５に空気吸込口１０６を備えている。浴槽１０２の吸込口１０３は、配水管１０７を介してポンプ１０８の吸い込み側１０８ａに接続されている。ポンプ１０８の吐出側１０８ｂは、流入管１０９を介して、上記のとおりの気体溶解装置５１、１などが適用される気体溶解装置１１０の吸い込み側である流入口１１０ａに接続されている。気体溶解装置１１０の吐出側である流出口１１０ｂは、流出管１１１を介して圧力開放部となるベンチュリ１１２の一端に接続され、ベンチュリ１１２の他端は、配水管１１３を介して吐出口１０４に接続されている。このように、気体溶解装置１１０は、配水管１０７、流入管１０９、流出管１１１および配水管１１３によって形成される、一端部が吸込口１０３に接続され、他端部が吐出口１０４に接続された浴槽１０２内の湯水１０１の循環流路１１４の途中に設けられている。
【０１０４】
また、空気吸込口１０６は、空気配管１１５を介して流入管１０９に連通している。空気配管１１５の途中には逆止弁１１６が設けられている。空気吸込口１０６、空気配管１１５は、上記の気体溶解装置１においては、それぞれ、気体供給口２９、気体導入配管３１に対応させることもできる。
【０１０５】
このような微細気泡発生機能付き浴槽１００では、ポンプ１０８の作動によって浴槽１０２内の湯水１０１を吸込口１０３から吸い込み、配水管１０７および流入管１０９を通じて気体溶解装置１１０に送り出す。気体溶解装置１１０において湯水１０１は、上記のとおりに流入口１１０ａからタンク内に噴出し、タンク内に貯留していた空気または空気吸込口１０６から吸い込まれる浴室内の空気と混合され、湯水１０１中に空気が溶解する。所定の濃度に空気が溶解した湯水１０１は、流出口１１０ｂから流出し、流出管１１１および配水管１１３を経て吐出口１０４から浴槽１０２内に吐出される。空気が溶解した湯水１０１は、浴槽１０２内に貯留する湯水１０１と混合され、このときまたはベンチュリ１１２を経た後、湯水１０１中に溶解した空気が、圧力の低下にともない浴槽１０２やベンチュリ１１２内で析出して微細気泡が発生する。
【０１０６】
浴槽１０２内の湯水１０１は、ポンプ１０８の作動によって循環し、この循環が繰り返されて浴槽１０２内の湯水１０１の気泡量が増加し、浴槽１０２内の湯水１０１は微細気泡によって白濁し、牛乳風呂のような趣を与える。
【０１０７】
このような微細気泡発生機能付き浴槽１００に用いられるポンプ１０８については、特に制限はなく、たとえば遠心ポンプを利用したものなどが例示される。また、微細気泡発生機能付き浴槽１００は、ポンプ１０８の作動および停止を行う制御部１１７を備えることができ、制御部１１７は、ポンプ１０８に電気的に接続される。制御部１１７は、たとえばＯＮ/ＯＦＦのスイッチ入力などによって、ポンプ１０８の作動、停止を切り換え、微細気泡発生機能付き浴槽１００の作動と停止を実現する。
【０１０８】
以上、本発明の気体溶解装置と微細気泡発生機能付き浴槽を例示したが、本発明の気体溶解装置と微細気泡発生機能付き浴槽は、上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、本発明の気体溶解装置は、気体が溶解した液体がタンクから外部に流出する際の大きな気泡の流出を十分に抑制することができるので、気液混合槽への流体の導入方式は、必ずしもタンクの底部から行うことに限られるものではなく、流体をタンクの上部から噴射させる方式も採用可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１、５１、１１０ 気体溶解装置
２、５２ タンク
２ａ 上壁部
２ｃ 傾斜面部
３、６２ 第１仕切り壁
３ｂ 対向面
４ 第２仕切り壁
４ｂ 対向面
５、６５ 液体
６、６０ 気液混合槽
８ 第２気液分離槽
９ 縦リブ
１０ 突出部
１１ 横リブ
１４、７１ 気体循環経路
１５ 気体放出弁
１６ 境界部
２２、５５ 流入管
３２、７３ 気体取出口
３４ フロート
３５ 気体抜き口
５４ 流入口
５８ 流出口
６１ 気液分離槽
７４ 取込口
７５ 急拡大部
７７ 未溶解の気体
１０１ 湯水
１０２ 浴槽
１０３ 吸込口
１０４ 吐出口
１１４ 循環流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細気泡が発生する浴湯の生成などに利用可能な気体溶解装置と、この気体溶解装置を備えた微細気泡発生機能付き浴槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、タンク内において気体を液体に溶解させる気体溶解装置についてこれまでに種々の提案を行ってきている。
【０００３】
たとえば特許文献１に記載した気体溶解装置は、タンクに対応する筒状体をその中心軸が水平方向に対して傾斜するように配置し、筒状体の略円筒状をした側壁部の中間部に、内部に貯留している気体と液体の界面を位置させ、筒状体内の界面より上側の部分を気体貯留部とするとともに、界面より下側の部分を液体貯留部とし、筒状体内の界面と同レベルまたは界面より若干下のレベルに気液混合流体を気体貯留部に噴射するための噴射口を設け、液体貯留部の下端部近傍に筒状体内の液体を流出させる流出口を設けてなるものである。
【０００４】
上記気体溶解装置は、筒状体の内部に貯留される液体と気体との界面の面積を大きくするとともに、貯留される液体の深さを深くすることができ、大きな気泡が混合した状態で液体を筒状体から流出するのを抑制することができる。
【特許文献１】特開２００７−３１３４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、その後の検討により、特許文献１に記載した気体溶解装置を小型化しようとする場合には改善点が幾つか見出された。
【０００６】
その一つに、気体貯留部には、気液混合流体に溶解しない未溶解の気体が気体貯留部に残りやすいという問題がある。未溶解の気体を少なくするためには、気体貯留部に貯留している気体と気液混合流体との接触時間、すなわち、気液接触時間を長くする必要があるが、気液接触時間を長くすると、気液混合流体の経路が長くなり、装置が大型化するという問題が生じるのである。
【０００７】
したがって、気体の溶解効率の向上と装置の小型化をともに実現し得る方策が必要とされる。
【０００８】
また、気体溶解装置を浴槽に適用し、浴槽に溜められた湯水をポンプによって気体溶解装置に送り込み、その流出口から流出させる、気体が溶解した気体溶解水を浴槽に戻して循環させることにより、気体溶解水から微細気泡を発生させる微細気泡発生機能付き浴槽が検討されている。この微細気泡発生機能付き浴槽については、気体溶解水中に溶けきらず、大きな径の気泡が混入する場合、微細気泡の中に大きな径の気泡が混入することがあり、湯水として品質が低下し、入浴に適さなくなるという問題もある。
【０００９】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、気体の溶解効率を高めるとともに、装置の小型化を図ることのでき、しかも未溶解の気泡の流出を抑制することのできる気体溶解装置を提供し、また、この気体溶解装置を備えた微細気泡発生機能付き浴槽を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の特徴を有している。
【００１１】
第１の発明は、気体溶解装置に関し、タンクを備え、流体をタンク内に導入する流入口と、気体の溶解した液体をタンク底部から取り出す流出口とがタンクに設けられ、流入口から噴出してタンク内に流入する流体にタンク内に貯留している気体を混合し、溶解させ、気体の溶解した液体を流出口からタンクの外部に取り出す気体溶解装置であって、前記タンクは、第１仕切り壁によって区画された気液混合槽と気液分離槽を備え、気液混合槽と気液分離槽は、上部において連通しない一方、下部において連通し、前記流入口が気液混合槽に設けられ、前記流出口が気液分離槽に設けられ、気液分離槽内に貯留している気体を引き抜き、引き抜いた気体を気液混合槽内に噴出させる気体循環経路が設けられていることを特徴としている。
【００１２】
第２の発明は、気体溶解装置に関し、上記第１の発明の特徴において、気液分離槽内に貯留している気体を引き抜く気体取出口が気液分離槽の上側に設けられ、気体循環経路の一端が気体取出口に接続されていることを特徴としている。
【００１３】
第３の発明は、気体溶解装置に関し、上記第１または第２の発明の特徴において、気体循環経路は、気液分離槽から引き抜いた気体の取込口を一端に有し、取込口が気液混合槽の底部側に設けられていることを特徴としている。
【００１４】
第４の発明は、気体溶解装置に関し、上記第１または第２の発明の特徴において、流体のタンク内への流入側には、流入口の上流側に配置され、流入口に連通する流入管が設けられ、流入管は、断面積を下流側に向けて急拡大させた急拡大部を有し、気体循環経路の一端が流入管の急拡大部に接続されていることを特徴としている。
【００１５】
第５の発明は、気体溶解装置に関し、上記第１から第４の発明のいずれか一つの特徴において、タンク内に貯留している気体をタンクの外部に排出する排気部が気液分離槽に設けられ、流入口より水と空気の混合流体がタンク内に導入され、排気部による気体の排気量が、流入口を通じてタンク内に導入される気体の給気量の２０％以上に設定されていることを特徴としている。
【００１６】
第６の発明は、気体溶解装置に関し、上記第１から第５の発明のいずれか一つの特徴において、気液分離槽の内部が、第２仕切り壁によって、流体の流れに関しその上流側から下流側にかけて、第１気液分離槽、第２気液分離槽の順に区画され、気液混合槽内に流入する流体が、第１気液分離槽、第２気液分離槽を順次流れ、第２気液分離槽の底部からタンクの外部に流出することを特徴としている。
【００１７】
第７の発明は、気体溶解装置に関し、上記第６の発明の特徴において、タンクの上壁部において第２気液分離槽の上端部に対応する部分が傾斜面部とされ、傾斜面部は、第１気液分離層と第２気液分離槽の境界部からこの境界部に対向するタンクの上壁部の端縁部に向かって斜め下方に傾斜し、第１気液分離槽の上端部に対応するタンクの上壁部に気体取出口が形成され、気体取出口に気体循環経路の一端部が接続されていることを特徴としている。
【００１８】
第８の発明は、気体溶解装置に関し、上記第７の発明の特徴において、第２気液分離槽における液体の液面高さに追随して浮沈し、上下方向に移動可能なフロートを有し、液面の高さの変化にともないフロートが上下動することによってタンク内に貯留している気体の放出と停止を行う気体放出弁が、タンクの傾斜面部に設けられ、気体放出弁には、フロートに対してタンク内の気体が横方向から入るように気体抜き口が形成されていることを特徴としている。
【００１９】
第９の発明は、気体溶解装置に関し、上記第６から第８の発明のいずれか一つの特徴において、第２仕切り壁において第１仕切り壁に対向する面または第１仕切り壁において第２仕切り壁に対向する面に、タンクの縦方向に延びる縦リブが設けられていることを特徴としている。
【００２０】
第１０の発明は、気体溶解装置に関し、上記第６から第９の発明のいずれか一つの特徴において、第２仕切り壁の第１仕切り壁に対向する部分の中央部に、上方に突出する突出部が設けられていることを特徴としている。
【００２１】
第１１の発明は、気体溶解装置に関し、上記第６から第１０の発明のいずれか一つの特徴において、第２気液分離槽に、流体の流れに関し平行に配置された横リブが設けられていることを特徴としている。
【００２２】
第１２の発明は、微細気泡発生機能付き浴槽に関し、上記第６から第１１のいずれか一つの特徴を有する気体溶解装置が、浴槽内の湯水の循環流路の途中に設けられ、循環流路は、一端部において浴槽に設けられた吸込口に接続され、他端部において浴槽に設けられた吐出口に接続され、浴槽内の湯水を吸い込み、吐出口から浴槽内に微細気泡を吐出させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
上記第１の発明によれば、気液分離槽を有しているので、流出口からの気泡の流出を抑制することができる。また、気液分離槽内に貯留している気体を引き抜き、引き抜いた気体を気液混合槽内に噴出させる気体循環経路が設けられているので、気液分離槽内に貯留している未溶解の気体を循環させて流体に溶解させることができる。また、未溶解の気体を気泡として流体に取り込むことができ、気液接触面積を大きくすることができる。したがって、気体の溶解効率が高くなり、装置の小型化が図られる。
【００２４】
上記第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、気体循環経路の一端が接続される気体取出口が気液分離槽の上側に設けられているので、未溶解気体がなくなるまで気体の循環を行うことができ、長時間の循環運転が可能となる。
【００２５】
上記第３の発明によれば、上記第１または第２の発明の効果に加え、気体循環経路が他端に有する気体の取込口がタンクの底部側に設けられているので、タンク内における流体の気体との接触距離が比較的長くなり、接触時間も長くなるため、気体の溶解効率がさらに高くなる。
【００２６】
上記第４の発明によれば、上記第１または第２の発明の効果に加え、気体循環経路が他端に有する気体の取込口がタンクの流入口に連通する流入管の急拡大部に接続されているので、急拡大部における渦流によって気体の吸引圧が高まり、気体の循環流量が増加する。また、急拡大部における圧力勾配により流体に混入する気泡が微細化される。したがって、気液接触面積がさらに大きくなり、気体の溶解効率がさらに高くなる。
【００２７】
上記第５の発明によれば、上記第１から第４のいずれか一つの発明の効果に加え、タンク内に供給される空気の内、水に対して溶解度の高い酸素の溶解量が、窒素と比較して多くなり、要求される効能などに対応した、酸素濃度の十分高い液体を生成することができる。したがって、酸素富化ユニットなどの付属ユニットは省略可能であり、気体溶解装置はさらに小型化可能となる。
【００２８】
上記第６の発明によれば、上記第１から第５のいずれか一つの発明の効果が同様に奏せられる。
【００２９】
上記第７の発明によれば、上記第６の発明の効果に加え、タンク内に貯留している気体が気体循環経路に抜けやすくなり、未溶解の気体を確実に取り出して循環させることができる。タンク内に貯留する未溶解の気体を十分に利用して溶解させることができ、液体中の気体溶解量が増大する。
【００３０】
上記第８の発明によれば、上記第７の発明の効果に加え、気体放出弁がタンクの傾斜面部に設けられるので、気体放出弁の取り付けに要するスペースが削減され、気体放出弁を含めた気体溶解装置の小型化が促進される。また、気体放出弁において気体抜き口が、フロートに対して気体が横方向から入るように形成されているので、液体中の気泡が直接気体放出弁からタンクの外部に放出されることはなく、気体は一旦タンク内に貯留し、気体循環経路を介した気体の循環を確実に行うことができる。生成する液体の気液比の減少を抑制することができる。
【００３１】
上記第９の発明によれば、上記第６から第８のいずれか一つの発明の効果に加え、縦リブによって、上流側の気液混合槽から下流側の第１気液分離槽に向かう、気体が溶解した液体の流れが整流され、流れの向きが縦方向にほぼ一様となる。その結果、第１気液分離槽から第２気液分離槽に流入する液体中に大きな気泡が混入するのを抑制することができ、さらに、下流側の第２気液分離槽からタンクの外部に流出する液体とともに大きな気泡が流出するのが抑制される。
【００３２】
上記第１０の発明によれば、上記第６から第９のいずれか一つの発明の効果に加え、突出部によって、第１気液分離槽から第２気液分離槽に流入する液体の流れが突出部の左右の２方向に分岐され、液体は、第１気液分離槽を槽壁に沿って流れることになる。その結果、第１気液分離槽での液体の流速分布が均一になり、気泡の合一が促進され、大きな気泡の流出が一層抑制される。
【００３３】
上記第１１の発明によれば、上記第６から第１０のいずれか一つの発明の効果に加え、横リブによって、液体の流れの圧力損失が小さくなり、第２気液分離槽において旋回流の発生が抑制され、大きな気泡の流出がより一層抑制される。
【００３４】
上記第１２の発明によれば、上記第６から第１１のいずれか一つの発明の効果を奏する微細気泡発生機能付き浴槽が提供される。浴槽内の湯水の循環にともなって、浴槽内の湯水は微細気泡によって白濁し、牛乳風呂のような趣を現出し、入浴の効能が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の気体溶解装置の第１実施形態を示した断面図である。
【図２】図１に示した気体溶解装置を側面側から見た要部断面図である。
【図３】図１に示した気体溶解装置における流入管の急拡大部付近を拡大して示した断面図である。
【図４】本発明の気体溶解装置の第２実施形態におけるタンクを示した一部切欠斜視図である。
【図５】図４に示したタンクの正面図である。
【図６】図４に示したタンクの背面側から見た縦断面図である。
【図７】図５に示したタンクのＡ−Ａ断面図である。
【図８】図５に示したタンクのＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図４に示したタンクを備えた、本発明の気体溶解装置の第２実施形態を示した斜視図である。
【図１０】図４に示したタンクを斜め下方から見た一部切欠斜視図である。
【図１１】図８に示したタンクの気体放出弁付近を拡大して示した拡大断面図である。
【図１２】排気比を変えたときの溶存酸素濃度の上昇の様子を示したグラフである。
【図１３】排気比（空気排気比率）と溶存酸素濃度上昇量との関係を示したグラフである。
【図１４】本発明の微細気泡発生機能付き浴槽を概略的に示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
上記のとおり、図１は、本発明の気体溶解装置の第１実施形態を示した断面図である。図２、図３は、それぞれ、図１に示した気体溶解装置の側面側から見た要部断面図、流入管の急拡大部付近を拡大して示した断面図である。
【００３７】
気体溶解装置５１は、箱型の中空なタンク５２を備え、タンク５２は水平に配置されている。タンク５２には、底部５３に流入口５４がタンク５２の底面を上下に貫通して形成されている。流入口５４に対応してタンク５２の底部５３には流入管５５が接続されている。流入管５５は、流入口５４の上流側に配置され、流入口５４に連通している。流入管５５からは、タンク５２内に貯留している気体と同じ種類の気体と水などの溶媒となる液体とが混合された気液混合流体または気体が混合されない液体単独の流体５６が供給され、流体５６は、流入口５４からタンク５２内に噴出する。流体５６は、流入口５４からの噴出が可能なように、ポンプ５７によって所定の圧力に加圧される。
【００３８】
また、タンク５２の底部５３には、流出口５８がタンク５２の底面を上下に貫通して形成されている。流出口５８に対応してタンク５２の底部５３には流出管５９が接続されている。流出管５９は、流出口５８の下流側に配置され、流出口５８に連通している。
【００３９】
さらに、タンク５２は、気液混合槽６０と気液分離槽６１の２槽から形成されている。気液混合槽６０と気液分離槽６１の境界付近には、第１仕切り壁６２としての仕切り壁６３が設けられ、両槽６０、６１を区画している。流入口５４は気液混合槽６０に設けられ、流出口５８は気液分離槽６１に設けられている。仕切り壁６３は、下端が気液混合槽６０の底壁部の内面からやや上側の位置に配置され、上端がタンク５２の上壁部６４の内面に接続され、タンク５２の上下方向に延びている。このため、気液混合槽６０と気液分離槽６１は、上部において連通しない一方、下部において連通している。
【００４０】
気液混合槽６０では、流入口５４から噴出する流体５６とタンク５２内に貯留している気体とを接触させ、混合し、流体５６に気体を溶解させ、気体の溶解した液体６５の生成が行われる。仕切り壁６３によって流体５６は、気液混合槽６０内に流入口５４から噴出し、気液分離槽６１に向かうのが抑制される。
【００４１】
また、仕切り壁６３の下端部６６は、気液混合槽６０側に屈曲し、気液混合槽６０から気液分離槽６１に向かって斜め上方に傾斜している。さらに、気液混合槽６０の気液分離槽６１との境界付近には、底壁部の内面から気液分離槽６１側に向かって斜め上方に傾斜して延びるガイド片６７が設けられている。ガイド片６７の傾斜角度は、仕切り壁６３の下端部６６の傾斜角度に略一致している。気液混合槽６０内で気体の溶解した液体６５は、仕切り壁６３の下端部６６とガイド片６７の間の水路を通って気液分離槽６１に流出する。水路は、タンク５２の底部５３に対応する気液混合槽６０の底部６８に位置しているため、大きな気泡の混入が比較的少なく、流出口５８からの大きな気泡の流出の抑制に寄与している。
【００４２】
気液分離槽６１では、微細な気泡が液体６５に溶解してさらに気体の溶解が進行するとともに、液体６５の気液分離が促進され、比較的大きな気泡が流出口５８からタンク５２の外部に流出するのを抑制する。タンク５２内に貯留する液体６５には、未溶解の気体による気泡が数多く混合されている。この気泡は、液体６５の上側ほど密に存在し、液面付近には大きな気泡が存在するが、タンク５２の底部付近ではあまり存在しない。そこで、気液分離槽６１では、タンク５２の底部５３に対応する底部６９に設けた流出口５８を流入口５４よりも下方に配置し、大きな気泡がほとんど存在していない下側から液体６５を取り出せるようにしてもいる。
【００４３】
また、気液分離槽６１には、仕切り壁６３からやや離れた位置に気液分離体７０が設けられている。気液分離体７０は、板状の形状を有し、下端が気液分離槽６１の底壁部の内面よりやや上側の位置に配置されている。気液分離体７０の上端は、上壁部６４の内面より下側で、かつ仕切り壁６３の上端よりも下側の位置に配置され、気液分離体７０は、タンク５２を上下方向に延びている。気液分離体７０は仕切り壁６３に対向している。
【００４４】
気液分離槽６１では、気液分離体７０によって液体６５が、流出口５８に流れ込む前に一旦流れを気液界面である液面付近にまで持ち上げられるので、大きな気泡は浮力によって上昇し、液面において破裂する。このため、気液分離が促進する。しかも、液体６５の流れは気液分離体７０を乗り越える流れとなるため、液面を通過する流れとなり、液体６５が気液分離体７０を乗り越えるときにも気液分離が促進する。
【００４５】
こうして、気体溶解装置５１は、流出口５８からの大きな気泡の流出をさらに抑制することができる。
【００４６】
また、気体溶解装置５１には、気体循環経路７１が設けられてもいる。気体循環経路７１は、気液分離槽６１の上端部７２に設けられた気体取出口７３に一端において接続され、他端には気体の取込口７４を有している。取込口７４は、流入管５５の流入口５４の付近に接続されている。取込口７４が接続されている流入管５５の部分は、その断面積を最小断面積から下流側に向けて急拡大させた急拡大部７５とされている。急拡大部７５は、エジェクタ７６によって形成されている。
【００４７】
このような気体溶解装置５１では、運転前に空気などの溶質となる気体がタンク５２内に貯留している。運転を開始すると、流体５６が流入管５５を通じて供給される。流体５６は、タンク５２の上壁部６４の内面に向かって流入口５４から噴出し、タンク２内の気液混合槽６０に流入する。流入する流体５６は、タンク５２の上壁部６４の内面に衝突し、跳ね返り、次第に気液混合槽６０の底部６８に液体６５として溜まっていく。また、上壁部６４の内面に衝突し、跳ね返る流体５６は、気液混合槽６０内に貯留する液体６５の液面に衝突し、液体６５を攪拌する。
【００４８】
このときの攪拌などによって、タンク５２内に貯留している気体および流入管５５を通じて供給される気体と液体６５とが混合され、気体の液体６５への溶解が促進される。これは、攪拌による剪断によって液体６５に気泡として混合されている気体が細分化され、液体６５と接触する表面積が大きくなるのに加え、液面付近における気体の溶解濃度が攪拌による均一化によって低減され、気体の液体６５への溶解速度が上昇することによる。このようにして気体の溶解した液体６５が、気液分離槽６１に流れ込み、流出口５８を通じて流出管５９に流出し、タンク５２の外部に取り出される。
【００４９】
気体溶解装置５１の運転中、気体取出口７３付近と取込口７４付近には圧力差が生じる。気体取出口７３付近の圧力Ｐ１は取込口７４付近の圧力Ｐ０よりも大きい（Ｐ１＞Ｐ０）。この圧力差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ０）にしたがって、気液分離槽６１内の上部などに貯留している未溶解の気体７７は吸引され、気体取出口７３から引き抜かれた後、取込口７４から送り込まれ、急拡大部７５において噴出し、流体５６に導入される。
【００５０】
したがって、気体溶解装置５１では、気液分離槽６１内に貯留している未溶解の気体７７を急拡大部７５に循環させることができ、未溶解の気体７７を循環させながら流体５６に溶解させることができる。また、流体５６に導入される未溶解の気体７７は気泡として流体５６に取り込まれるので、未溶解の気体７７と流体５６の気液接触面積は大きい。このように気体循環経路７１によって未溶解の気体７７を循環させながら流体５６に溶解させるとともに、未溶解の気体７７を気泡として流体５６に導入することができるので、気体の溶解効率が高くなる。
【００５１】
気体の溶解速度は、気液の接触面積と気体の濃度勾配の積として次式１の通りに表される。
【００５２】
Ｃｖ（ｔ）＝ＫＬ・α・（Ｃ*−Ｃ）ｄｔ （１）
Ｃｖ（ｔ）：溶解速度
ＫＬ：総括物質移動係数
α：接触面積
Ｃ*：飽和溶存気体濃度
Ｃ：溶存気体濃度
式１より、接触面積αが大きくなると、溶解速度Ｃｖが大きくなることが理解される。したがって、上記の通り、気体の溶解効率が高くなる。
【００５３】
そして、気体の溶解効率を高くするために、流体５６の気体との接触時間を長くする必要はないので、流体５６の経路を特に拡大しないですみ、装置の小型化が図られる。また、未溶解の気体７７の流体５６への導入は気体と液体６５の界面を乱さずに行うことができるため、大きな気泡の流出が抑制可能となる。
【００５４】
また、気体溶解装置５１では、仕切り壁６３によって区画された気液混合槽６０と気液分離槽６１を備え、流入口５４が気液混合槽６０に設けられ、流出口５８が気液分離槽６１に設けられているので、気液分離槽６１では気液分離が促進され、気体を溶解した液体６５と気体に分離することができる。このため、大きな径の気泡は流出口５８から流出しにくくなる。したがって、気体溶解装置５１を浴槽に適用し、微細気泡発生機能付き浴槽を構成する場合、湯水の品質低下を抑制することができ、湯水は入浴に適したものとなる。
【００５５】
さらに、気体溶解装置５１では、気体循環経路７１の取込口７４が、気液混合槽６０の底部６８に設けられているので、気液混合槽６０内における流体５６と気体との接触距離が比較的長くなり、接触時間も長くなるため、気体の溶解効率がさらに高くなる。
【００５６】
さらにまた、気体溶解装置５１では、取込口７４が流入管５５の急拡大部７５に接続されているので、急拡大部７５に発生する渦流によって気体の吸引圧が高まり、気体の循環流量が増加する。しかも、急拡大部７５における圧力勾配が剪断力として働き、流体５６に混入する気泡が微細化される。したがって、気液接触面積がさらに大きくなり、気体の溶解効率がさらに高くなる。また、上記吸引圧は高いので、気体循環経路７１の径を特に小さくしなくても、気体循環経路７１におけるゴミなどのつまりを抑制することもできる。しかも、気体取出口７３が気液分離槽６１の上端部７２に設けられているので、未溶解の気体７７がなくなるまで気体の循環を行うことができ、長時間の循環運転が可能である。また、未溶解の気体７７を流体５６に溶解させる分、流体５６の体積流量が増加し、流速が速くなり、気液の攪拌がさらに良好に行われる。
【００５７】
なお、気体溶解装置５１では、圧力差ΔＰが大きいほど循環気体量が多くなり、気液接触面積の拡大にともない気体の溶解効率が高くなる。圧力差ΔＰを有効に利用するために、気体溶解装置５１では、急拡大部７５にエジェクタ７６が設けられているが、ポンプなどの動力を積極的に使用し、未溶解の気体７７を強制的に循環させ、循環量を増大させることも可能である。ポンプなどの動力を使用する場合には、たとえば、流体５６が流入する流入口５４とは異なる気体専用の流入口をタンク５２の底面に設け、そこから気液混合槽６０内に噴出させることができる。
【００５８】
このような気体溶解装置５１では、気液分離槽６１の断面積を、流出口５８から外部に流出する液体６５の流速Ｖ１に対して流出口５８に向かう液体６５の流速Ｖ０が１/５以下になる大きさとすることができる。Ｖ０≦（１/５）Ｖ１となるように気液分離槽６１の断面積を所定の大きさに設定することによって、Ｖ０を下げることができ、液面および大きな気泡が気液分離槽６１の底部６８に向かって吸い込まれにくくなり、流出口５８からの気泡の流出をさらに抑制することができる。
【００５９】
また、気体溶解装置５１では、ポンプ５７によって送り込まれる流体は、エジェクタ７６を通じてタンク５２の気液混合槽６０内に噴出させるようにしているが、溶媒として水道水を選択し、水道管の水道圧が高い場合は、ポンプ５７を用いず、エジェクタ７６を水道管に接続し、水道圧によって気液混合槽６０内に水道水を噴出させることも可能である。このようにすると、ポンプを動かすための動力が不要となり、省エネルギー化が図られる。
【００６０】
図４は、本発明の気体溶解装置の第２実施形態におけるタンクを示した一部切欠斜視図である。図５、図６は、それぞれ、図４に示したタンクの正面図、背面側から見た縦断面図である。図７、図８は、それぞれ、図５に示したタンクのＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。
【００６１】
図４−８に示した気体溶解装置１は、やや縦長の箱状の形状を有する中空なタンク２を備えている。タンク２の内部には、２つの仕切り壁、すなわち、第１仕切り壁３および第２仕切り壁４が設けられ、液体５の流れに関しその最も上流側に気液混合槽６が、第１仕切り壁３によって区画形成されている。また、気液混合槽６の下流側に、第１仕切り壁３とともに第２仕切り壁４によって第１気液分離槽７が区画形成され、第１気液分離槽７は気液混合槽６に隣接して配置されている。液体５の流れに関し最も下流側には、第２気液分離槽８が、第２仕切り壁４によって区画形成され、第１気液分離槽７に隣接して配置されている。
【００６２】
第１仕切り壁３は、ほぼ平板状に形成され、図６に示したように、タンク２の上壁部２ａから底壁部２ｂにかけて垂下して延びている。このため、気液混合槽６と第１気液分離槽７は、タンク２の上部において連通していない。一方、第１仕切り壁３の下端３ａは底壁部２ｂに達してなく、底壁部２ｂとの間に隙間が形成され、この隙間を液体５の流路として気液混合槽６と第１気液分離槽７は、タンク２の下部において連通している。
【００６３】
第２仕切り壁４は、タンク２の底壁部２ｂから上壁部２ａに向かって垂直上方に延びている。第２仕切り壁４は、筒状に形成され、断面は長円状の形状を有している。第２仕切り壁４の上端４ａは、タンク２の上壁部２ａの下方に位置し、第１気液分離槽７と第２気液分離槽８は、タンク２の上部において連通している。
【００６４】
また、第２仕切り壁４には、第１仕切り壁３に対向する対向面４ｂに、タンク２の縦方向に延びる縦リブ９が、第１仕切り壁３側に突出して設けられている。縦リブ９は、略長方形の形状を有する小片状に形成され、対向面４ｂの下端部に２列として互いに間隔をあけて配置されている。縦リブ９は、第１仕切り壁３において第２仕切り壁４に対向する面３ｂに設けることもできる。
【００６５】
さらに、第２仕切り壁４には、第１仕切り壁３に対向する部分の中央部に、上方に突出する突出部１０が設けられている。突出部１０は、略長方形の形状を有する小片状に形成されている。突出部１０の上端１０ａは、タンク２の上壁部２ａに達することはなく、上壁部２ａの下方に配置されている。
【００６６】
このようなタンク２には、第２気液分離槽８の上端部に横リブ１１が設けられている。横リブ１１は、第２気液分離槽８における液体５の流れに関し平行に配置されている。その向きは、縦リブ９の、第１気液分離槽７に突出する幅方向に略一致しており、第２仕切り壁４に設けられた突出部１０に対して略直交する向きに延びている。
【００６７】
また、タンク２には、気液混合槽６における底壁部２ｂに、下方に開口する流入管接続部１２が設けられている。流入管接続部１２に対応して気液混合槽６の底部には、図１−３に示した第１実施形態における流入口５４に相当する流入口が設けられている。流入管接続部１２には、後述するポンプの吐出側に一端部が接続された流入管の他端部が接続される。第２気液分離槽８には、底部に、正面側に開口する流出管接続部１３が設けられている。流出管接続部１３に対応して第２気液分離槽８には図１−３に示した第１実施形態における流出口５８に相当する流出口が設けられている。流出管接続部１３には、タンク２で生成した、気体が溶解した液体５を浴槽などの供給部に送り出す流出管の一端部が接続される。
【００６８】
さらに、タンク２には、タンク２の外側を通ってタンク２の上端部と下端部を接続し、互いに連通させる気体循環経路１４が設けられている。気体循環経路１４は、液体５の生成に際し、タンク２内に貯留している気体をタンク２から一旦取り出した後、タンク２内に戻して循環させるものである。このため、気体循環経路１４の一端部１４ａは、図６に示したように、第１気液分離槽７の上端部に対応するタンク２の上壁部２ａに形成された気体取出口３２に接続されている。気体循環経路１４の他端部１４ｂは、気液混合槽６の下端部に接続されている。気体循環経路１４の他端部１４ｂが接続される気液混合槽６の下端部には、図１−３に示した第１実施形態における取込口７４に相当する取込口が設けられている。
【００６９】
さらにまた、タンク２には、上壁部２ａにおいて、第２気液分離槽８の上端部に対応する部分に気体放出弁１５が設けられ、排気部を形成している。気体放出弁１５は、図８および図１０に示したように、液体５の生成に際し、第２気液分離槽８における液体５の液面３３の高さに追随して浮沈し、上下方向に移動可能なフロート３４を有し、液面の高さの変化にともないフロート３４が上下動することによって、タンク２内に貯留している気体の放出と停止を行うようになっている。タンク２の上壁部２ａにおいて気体放出弁１５が設けられる部分は、第２気液分離槽８の上端部に対応し、図５に示したように、第１気液分離槽７と第２気液分離槽８との境界部１６から、境界部１６に対向するタンク２の上壁部２ａの端縁部に向かって斜め下方に傾斜する傾斜面部２ｃとされている。
【００７０】
気体放出弁１５には、また、図８および図１０に示したように、タンク２内の気体がフロート３４に対して横方向から入るように気体抜き口３５が、第２仕切り壁４の断面である略長円の長手方向と同じ方向である側方に開口して形成され、気体放出弁１５の左右両側に配置されている。また、気体放出弁１５には、フロート３４を収容するフロート室３６の頂部に気体放出口３７が形成され、フロート室３６は、気体放出口３７を介して外部と連通している。横リブ１１は、このような気体放出弁１５のほぼ直下において第２気液分離槽８の上端部に配置されている。
【００７１】
上記のとおりのタンク２は、また、高さ方向の中央部よりやや下側において分割され、上側を上部ユニット１７、下側を下部ユニット１８としている。第１仕切り壁３は、上部ユニット１７に一体に組み込まれ、第２仕切り壁４は、ここに設けられた縦リブ９および突出部１０を含めて下部ユニット１８に一体に組み込まれている。また、上部ユニット１７の下端縁部および下部ユニット１８の上端縁部には、外側方に突出して延びるフランジ部１９、２０が設けられている。タンク２は、フランジ部１９、２０を互いに重ね合わせ、重なり合うフランジ部１９、２０の所定の部位においてボルトにより、また、必要に応じてナットを用い、上部ユニット１７と下部ユニット１８を締結することによって組み立てられ、一体となる。
【００７２】
図９に示したように、気体溶解装置１では、タンク２は、流入管接続部１２において、タンク２の下方に縦列して配置されたポンプ２１の吐出側に一端部が接続された流入管２２の他端部に接続されている。一端部１４ａにおいてタンク２の上壁部２ａに接続された気体循環経路１４は、他端部１４ｂにおいて、流入管２２と流入管接続部１２との接続部に配設された気体循環エジェクタ２３に接続されている。また、タンク２の流出管接続部１３には、浴槽などの、気体が溶解した液体５の供給部に供給するための流出管２４の一端部が接続されている。気体循環エジェクタ２３は、図１−３に示した第１実施形態におけるエジェクタ７６によって形成される急拡大部７５に対応している。
【００７３】
ポンプ２１の吸い込み側には、浴槽などの供給部に連通して一端部が接続された吸い込み配管２５の他端部が接続されている。吸い込み配管２５の一端部は、たとえば浴槽の場合、浴槽内の湯水を吸い込むために浴槽内部に連通する吸込口２６に連通し、一端部が流出管接続部１３に接続された流出管２４の他端部は、浴槽内部に連通し、浴槽内に空気が溶解した湯水を吐出するための吐出口２７に連通している。図９には、吸込口２６と吐出口２７をともに備えた吸い込み・吐出プラグ２８を例示している。吸い込み・吐出プラグ２８は、たとえば、浴槽の槽壁部に取り付けられるものであり、吸込口２６から吸い込み配管２５に連通する第１流路と、吐出口２７から流出管２４に連通する第２流路とを備えている。これら第１流路および第２流路は、吸い込み・吐出プラグ２８において互いに独立しており、相互に連通してはいない。
【００７４】
また、気体溶解装置１では、流入管２２を通じてタンク２内に導入する流体に気体を混合し、気液混合流体を生成するために、気体供給口２９がタンク２の上壁部２ａの上方に配置され、ポンプ２１の吸い込み側と吸い込み配管２５との接続部付近に気体導入エジェクタ３０が介設されている。気体供給口２９と気体導入エジェクタ３０とは気体導入配管３１を介して連通接続されている。
【００７５】
このような気体溶解装置１では、気体が溶解した液体５において空気などの溶質となる気体が、運転前にタンク２内に貯留している。ポンプ２１を作動させ、運転を開始すると、浴槽内の湯水などの、液体５において溶媒となる流体が吸込口２６から吸い込まれる。吸い込まれた流体は、吸い込み配管２５および流入管２２を通じてタンク２の気液混合槽６に、その底部から供給され、気液混合槽６に噴出する。この流体の噴出は、ポンプ２１によって所定の圧力に加圧されていることによって起こるものである。流体には、気体導入エジェクタ３０によって、流体に溶解する気体が、気体供給口２９から吸い込まれ、気体導入配管３１を通じて送り込まれ、混合され、気液混合流体が生成される。この気液混合流体が、上記のとおり、気液混合槽６に噴出する。
【００７６】
気液混合流体は、気液混合槽６に、タンク２の上壁部２ａの内面に向かって噴出して流入する。このとき、気液混合流体は、タンク２の上壁部２ａや第１仕切り壁３に衝突し、跳ね返り、次第に気液混合槽６の底部に溜まっていく。また、上壁部２ａの内面に衝突し、跳ね返る気液混合流体は、気液混合槽６に貯留する流体の液面に衝突し、流体を攪拌する。
【００７７】
このときの攪拌などによって、タンク２内に貯留している気体が気液混合流体と混合され、また、気液混合流体中の気体も流体と混合され、気体の溶解が促進され、気体が溶解した液体５が生成される。これは、攪拌による剪断によって流体に気泡として混合される気体が細分化され、流体と接触する表面積が大きくなるのに加え、液面付近における気体の溶解濃度が攪拌による均一化によって低減され、気体の流体への溶解速度が上昇することによる。
【００７８】
このようにして気体が溶解した液体５は、第１仕切り壁３の下端３ａとタンク２の底壁部２ｂとの間の隙間を流路として第１気液分離槽７に流入し、次第に第１気液分離槽７に溜まっていく。液体５は、タンク２の底部において第１気液分離槽７に流入するため、液体５中への大きな気泡の混入が抑制される。
【００７９】
第１気液分離槽７において液体５の液面が第２仕切り壁４の上端４ａを越えると、液体５は第２気液分離槽８に流入する。このように、第２気液分離槽８では、第２仕切り壁４によって液体５がタンク２から外部に流出する前に、液体５の流れが気液界面である液面付近にまで持ち上げられるので、大きな気泡は浮力によって上昇し、液面において破裂する。その結果、気液分離が促進される。しかも、液体５の流れは第２仕切り壁４の上端４ａを乗り越える流れとなるため、液面を通過する流れとなり、液体５が第２仕切り壁４を乗り越えるときにも気液分離が促進される。
【００８０】
また、第２気液分離槽８には、タンク２の底壁部２ｂに流出管接続部１３が設けられているので、未溶解の気体による気泡が液体５中に混合されていたとしても、液面付近に存在する大きな気泡の流出を抑制することができる。気泡は、貯留する液体５の上側ほど密に存在し、液面付近の大きな気泡は、底壁部２ｂ付近にはあまり存在しない。液体５は、タンク２の底部から流出管接続部１３を通じてタンク２の外部に流出し、取り出されるため、大きな気泡の流出が抑制される。
【００８１】
流出管接続部１３を通じてタンク２の外部に流出する液体５は、図９に示した流出管２４を経て吐出口２７から浴槽などの供給部に送り出される。
【００８２】
また、気体溶解装置１では、運転中に、タンク２内の、気体循環経路１４の一端部１４ａおよび他端部１４ｂの両端付近に圧力差が生じる。タンク２の上端部に臨む一端部１４ａ付近の圧力はタンク２の下端部に臨む他端部１４ｂ付近の圧力よりも高い。この圧力差にしたがって、また、気体循環エジェクタ２３によって、タンク２内の上部などに貯留している未溶解の気体は吸引され、一端部１４ａから他端部１４ｂへと気体循環経路１４を流れ、タンク２の気液混合槽６に送り出される。
【００８３】
このように、気体溶解装置１では、タンク２の内部を第１気液分離槽７と第２気液分離槽８に区画形成する第２仕切り壁４において、タンク２の内部を気液混合槽６と第１気液分離槽７に区画形成する第１仕切り壁３に対向する面４ｂに縦リブ９が設けられているので、縦リブ９によって、上流側の気液混合槽６から下流側の第１気液分離槽７に向かう、気体が溶解した液体５の流れが整流され、流れの向きが縦方向に一様となる。その結果、液体５中に大きな気泡が混入するのが抑制され、さらに下流側の第２気液分離槽８からタンク２の外部に流出する液体５とともに大きな気泡が流出するのが抑制される。このように、気体溶解装置１は、小型化が可能であるとともに、第２気液分離槽８での乱流の発生を抑えて大きな気泡の流出を抑制することもできる。
【００８４】
なお、縦リブ９は、液体５の流れの圧力損失の原因となることもあるので、圧力損失を極力低く抑えるために、その厚みを薄いものにすることが好ましい。一方、縦方向の長さについては、長いほど液体５の整流に寄与し、液体５の流れの方向を制御することができる。また、液体５をより効果的に整流する上では縦リブ９の数は多いほど好ましい。
【００８５】
また、気体溶解装置１では、縦リブ９は、上記のとおり、第２仕切り壁４の第１仕切り壁３との対向面４ｂに設けられているが、第１仕切り壁３において第２仕切り壁４に対向する面３ｂに縦リブ９を設けてもよい。たとえば、縦リブ９の第１気液分離槽７に突出する幅がある程度大きいなどの場合には、第２仕切り壁４の第１仕切り壁３との対向面４ｂに設ける場合と同じように、液体５の流れの制御を期待することができる。
【００８６】
加えて、気体溶解装置１では、第２仕切り壁４において第１仕切り壁３に対向する部分の中央部に、上方に突出する突出部１０が設けられているので、第１気液分離槽７から第２気液分離槽８に流入する液体５の流れは、突出部１０によってその左右両側の２方向に分岐され、液体５は、第１気液分離槽７を槽壁に沿って流れることになる。その結果、第１気液分離槽７での液体５の流速分布が均一になり、気泡の合一が促進され、大きな気泡の流出が一層抑制される。
【００８７】
また、気体溶解装置１では、第２気液分離槽８に、液体５の流れに関し平行に配置された横リブ１１が設けられているので、液体５の流れの圧力損失が小さくなり、第２気液分離槽８において旋回流の発生が抑制される。その結果、大きな気泡の流出がより一層抑制される。
【００８８】
さらに、気体溶解装置１では、タンク２内に貯留している気体を循環させながら気液混合流体に溶解させることができる。気体循環経路１４を経て気液混合流体に導入される気体は気泡として流体に取り込まれ、流体との接触面積は大きく、気体の溶解効率が高くなる。また、未溶解の気体を流体に溶解させる分、気液混合流体の体積流量が増加し、流速が速くなるので、気液の攪拌がさらに良好に行われ、気体の溶解効率の向上が促進されるとともに、大きな気泡を消滅させるのに有効となる。さらに、気体循環経路１４の他端部１４ｂはタンク２の下端部に臨んでいるので、タンク２内における流体と気体の接触距離をある程度確保することができ、気液接触時間が十分に確保され、気体の溶解効率の向上がさらに促進される。このようにして気体の溶解効率が高まるため、気体と気液混合流体の接触時間をさほど長くする必要がなく、したがって、流体の経路を短縮することができ、気体溶解装置１は小型化されている。
【００８９】
しかも、気体溶解装置１では、タンク２の上壁部２ａにおいて第２気液分離槽８の上端部に対応する部分が傾斜面部２ｃとされているとともに、第１気液分離槽７の上端部に対応するタンク２の上壁部２ａに形成された気体取出口３２に、タンク２内に貯留している気体を循環させる気体循環経路１４の一端部１４ａが接続されているので、タンク２内に貯留している気体が気体循環経路１４に抜けやすくなっている。このため、第２気液分離槽８においてタンク２の上端コーナー部などに貯留する未溶解の気体を気体取出口３２から確実に取り出すことができ、気体循環経路１４を通じて気液混合槽６の下端部に戻し、未溶解の気体を確実に循環させることができる。タンク２内に貯留する未溶解の気体を十分に利用して流体に溶解させることができ、液体５中の気体溶解量が増大する。
【００９０】
また、気体溶解装置１では、気体放出弁１５がタンク２の傾斜面部２ｃに設けられているので、気体放出弁１５の取り付けに要するスペースが削減され、気体放出弁１５を含めた気体溶解装置１の小型化が促進される。
【００９１】
さらに、気体放出弁１５において気体抜き口３５が、フロート３４に対して気体が横方向から入るように形成されているので、液体５中の気泡が直接気体放出弁１５からタンク２の外部に放出されにくくなっている。図１１に示したように、気液分離に際して液面３３がフロート室３６にまで達すると、液体５中の気泡は、タンク２の上壁部２ａに当たり、気体溜まり３８を気体放出弁１５の周辺に形成する。このような気体溜まり３８の形成は、気体抜き口３５が、フロート３４に対して気体が横方向から入るように、気体放出弁１５の側方に開口して形成されていることによる。このため、液体５から分離される気体は、一旦タンク２内に貯留する。貯留する気体は、気体循環経路１４を通じて気液混合槽６の下端部に戻され、循環する。このように、気体溶解装置１は、気体循環経路１４を介した未溶解の気体の循環も確実に行うことができる。生成する液体５の気液比の減少を抑制することができる。
【００９２】
液面３３が低下すると、フロート３４が沈むようにフロート室３６内を下方に移動し、気体抜き口３５を通じて気体は気体放出弁１５内に流入し、気体放出口３７からタンク２の外部に抜け出て放出される。このような気体の放出は、気体溶解装置１において定期的に行うことができ、供給する気体流量がばらつき、万一過剰に気体が導入された場合でも、未溶解の気体が、液体５の流出とともにタンク２から外部に流出するのを抑制することができる。
【００９３】
そして、気体溶解装置１では、排気部を形成する気体放出弁１５による気体の排気量が、流入管接続部１２および流入口を通じて気液混合流体としてタンク２内に導入する空気の給気量の２０％以上に設定されている。
【００９４】
前述の式１より、気体の溶解速度Ｃｖ（ｔ）は、接触面積αと飽和溶存気体濃度Ｃ＊に依存していることが理解される。
【００９５】
ところで、ボイルの法則では、
圧力×体積＝一定
であるので、圧力が大きくなると、気体の体積は小さくなる。一方、質量作用の法則（化学平衡の法則）では、
気体の濃度/液体に溶けている気体の濃度＝一定
であるので、気体の濃度が高くなると、液体に溶ける気体の濃度も高くなることになる。すなわち、ヘンリーの法則として知られているように、液体中の気体の飽和溶存酸素濃度は、気体の分圧、すなわち、気体の濃度と圧力を高くすることによって高めることができる。したがって、流入する気液混合流体が水と空気の混合体である場合には、タンク２中の酸素濃度を高めるために、タンク２の排気を積極的に行い、気体の入れ換えを促進させることが有効であると考えられる。
【００９６】
そこで、気体溶解装置１の浴槽への適用を考慮し、空気中の酸素を水に溶解させ、水中の溶存酸素濃度について調べた。表１に示したように、気体放出弁１５による排気のしやすさの程度を変えるとともに、気体導入エジェクタ３０による空気の取り込み量を変え、タンク２内に導入された空気量と気体放出弁１５から排気した気体量の比、すなわち、排気比を変えたときの水中の溶存酸素濃度の上昇量を測定した。その結果を図１２および図１３に示す。
【００９７】
【表１】
【００９８】
図１２および図１３に示したように、１５分以上気体放出弁１５から積極的に排気した場合、排気比が２０％以上のときに、水中の溶存酸素濃度は過飽和状態となり、タンク２内の酸素分圧が高くなり、より多くの酸素が水に溶解することが確認される。
【００９９】
このような実験的知見に基づいて、気体溶解装置１では、排気部を形成する気体放出弁１５による気体の排気量が、流入管接続部１２を通じて、水と空気が混合された気液混合流体としてタンク２内に導入する空気の給気量の２０％以上に設定されている。気体の排気量を給気量の２０％以上に設定することによって、タンク２に供給される空気の内、窒素と比較して水に対して溶解度の高い酸素の溶解量が多くなり、液体５中の酸素溶解量が多くなって、要求される効能などに対応した、酸素の溶解濃度の十分高い液体５を生成することができる。したがって、酸素富化ユニットなどの付属ユニットは省略可能であり、気体溶解装置１は、さらに小型化が促進されたものとなる。
【０１００】
なお、気体放出弁１５による気体の排気量をタンク２内に導入する空気の給気量の２０％以上に設定する具体的手段、方法としては、気体導入エジェクタ３０による気体の取り込み量を増大させること、また、気体放出弁１５における気体抜き口３５の開口形状および面積を調整することが例示される。これらを適宜に選択し、また、組み合わせることによって、排気比２０％以上が実現され、設定される。また、排気比は高いほど液体５中の酸素溶解量が多くなって好ましいが、排気比を高くしようとすると、空気を循環させるための装置が大型化するので、排気比は８０％以下に抑えることが好ましい。
【０１０１】
そして、以上から明らかなように、タンク２内に導入する流体を、たとえば、浴槽内に貯留しているなどの浴用の湯水とすることによって、浴槽に適した気体溶解装置が提供されることになる。
【０１０２】
図１４は、上記のとおりの気体溶解装置５１、１が組み込まれた本発明の微細気泡発生機能付き浴槽を概略的に示した構成図である。
【０１０３】
微細気泡発生機能付き浴槽１００において、湯水１０１を貯留する浴槽１０２は、側面部に湯水の吸込口１０３と吐出口１０４を備えている。浴槽１０２は、また、上面部を形成するフランジ部１０５に空気吸込口１０６を備えている。浴槽１０２の吸込口１０３は、配水管１０７を介してポンプ１０８の吸い込み側１０８ａに接続されている。ポンプ１０８の吐出側１０８ｂは、流入管１０９を介して、上記のとおりの気体溶解装置５１、１などが適用される気体溶解装置１１０の吸い込み側である流入口１１０ａに接続されている。気体溶解装置１１０の吐出側である流出口１１０ｂは、流出管１１１を介して圧力開放部となるベンチュリ１１２の一端に接続され、ベンチュリ１１２の他端は、配水管１１３を介して吐出口１０４に接続されている。このように、気体溶解装置１１０は、配水管１０７、流入管１０９、流出管１１１および配水管１１３によって形成される、一端部が吸込口１０３に接続され、他端部が吐出口１０４に接続された浴槽１０２内の湯水１０１の循環流路１１４の途中に設けられている。
【０１０４】
また、空気吸込口１０６は、空気配管１１５を介して流入管１０９に連通している。空気配管１１５の途中には逆止弁１１６が設けられている。空気吸込口１０６、空気配管１１５は、上記の気体溶解装置１においては、それぞれ、気体供給口２９、気体導入配管３１に対応させることもできる。
【０１０５】
このような微細気泡発生機能付き浴槽１００では、ポンプ１０８の作動によって浴槽１０２内の湯水１０１を吸込口１０３から吸い込み、配水管１０７および流入管１０９を通じて気体溶解装置１１０に送り出す。気体溶解装置１１０において湯水１０１は、上記のとおりに流入口１１０ａからタンク内に噴出し、タンク内に貯留していた空気または空気吸込口１０６から吸い込まれる浴室内の空気と混合され、湯水１０１中に空気が溶解する。所定の濃度に空気が溶解した湯水１０１は、流出口１１０ｂから流出し、流出管１１１および配水管１１３を経て吐出口１０４から浴槽１０２内に吐出される。空気が溶解した湯水１０１は、浴槽１０２内に貯留する湯水１０１と混合され、このときまたはベンチュリ１１２を経た後、湯水１０１中に溶解した空気が、圧力の低下にともない浴槽１０２やベンチュリ１１２内で析出して微細気泡が発生する。
【０１０６】
浴槽１０２内の湯水１０１は、ポンプ１０８の作動によって循環し、この循環が繰り返されて浴槽１０２内の湯水１０１の気泡量が増加し、浴槽１０２内の湯水１０１は微細気泡によって白濁し、牛乳風呂のような趣を与える。
【０１０７】
このような微細気泡発生機能付き浴槽１００に用いられるポンプ１０８については、特に制限はなく、たとえば遠心ポンプを利用したものなどが例示される。また、微細気泡発生機能付き浴槽１００は、ポンプ１０８の作動および停止を行う制御部１１７を備えることができ、制御部１１７は、ポンプ１０８に電気的に接続される。制御部１１７は、たとえばＯＮ/ＯＦＦのスイッチ入力などによって、ポンプ１０８の作動、停止を切り換え、微細気泡発生機能付き浴槽１００の作動と停止を実現する。
【０１０８】
以上、本発明の気体溶解装置と微細気泡発生機能付き浴槽を例示したが、本発明の気体溶解装置と微細気泡発生機能付き浴槽は、上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、本発明の気体溶解装置は、気体が溶解した液体がタンクから外部に流出する際の大きな気泡の流出を十分に抑制することができるので、気液混合槽への流体の導入方式は、必ずしもタンクの底部から行うことに限られるものではなく、流体をタンクの上部から噴射させる方式も採用可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１、５１、１１０ 気体溶解装置
２、５２ タンク
２ａ 上壁部
２ｃ 傾斜面部
３、６２ 第１仕切り壁
３ｂ 対向面
４ 第２仕切り壁
４ｂ 対向面
５、６５ 液体
６、６０ 気液混合槽
８ 第２気液分離槽
９ 縦リブ
１０ 突出部
１１ 横リブ
１４、７１ 気体循環経路
１５ 気体放出弁
１６ 境界部
２２、５５ 流入管
３２、７３ 気体取出口
３４ フロート
３５ 気体抜き口
５４ 流入口
５８ 流出口
６１ 気液分離槽
７４ 取込口
７５ 急拡大部
７７ 未溶解の気体
１０１ 湯水
１０２ 浴槽
１０３ 吸込口
１０４ 吐出口
１１４ 循環流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクを備え、流体をタンク内に導入する流入口と、気体の溶解した液体をタンク底部から取り出す流出口とがタンクに設けられ、流入口から噴出してタンク内に流入する流体にタンク内に貯留している気体を混合し、溶解させ、気体の溶解した液体を流出口からタンクの外部に取り出す気体溶解装置であって、
前記タンクは、第１仕切り壁によって区画された気液混合槽と気液分離槽を備え、気液混合槽と気液分離槽は、上部において連通しない一方、下部において連通し、前記流入口が気液混合槽に設けられ、前記流出口が気液分離槽に設けられ、
気液分離槽内に貯留している気体を引き抜き、引き抜いた気体を気液混合槽内に噴出させる気体循環経路が設けられている
ことを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
気液分離槽内に貯留している気体を引き抜く気体取出口が気液分離槽の上側に設けられ、気体循環経路の一端が気体取出口に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解装置。
【請求項３】
気体循環経路は、気液分離槽から引き抜いた気体の取込口を一端に有し、取込口が気液混合槽の底部側に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解装置。
【請求項４】
流体のタンク内への流入側には、流入口の上流側に配置され、流入口に連通する流入管が設けられ、流入管は、断面積を下流側に向けて急拡大させた急拡大部を有し、気体循環経路の一端が流入管の急拡大部に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解装置。
【請求項５】
タンク内に貯留している気体をタンクの外部に排出する排気部が気液分離槽に設けられ、流入口より水と空気の混合流体がタンク内に導入され、排気部による気体の排気量が、流入口を通じてタンク内に導入される気体の給気量の２０％以上に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
【請求項６】
気液分離槽の内部が、第２仕切り壁によって、流体の流れに関しその上流側から下流側にかけて、第１気液分離槽、第２気液分離槽の順に区画され、気液混合槽内に流入する流体が、第１気液分離槽、第２気液分離槽を順次流れ、第２気液分離槽の底部からタンクの外部に流出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
【請求項７】
タンクの上壁部において第２気液分離槽の上端部に対応する部分が傾斜面部とされ、傾斜面部は、第１気液分離層と第２気液分離槽の境界部からこの境界部に対向するタンクの上壁部の端縁部に向かって斜め下方に傾斜し、第１気液分離槽の上端部に対応するタンクの上壁部に気体取出口が形成され、気体取出口に気体循環経路の一端部が接続されていることを特徴とする請求項６に記載の気体溶解装置。
【請求項８】
第２気液分離槽における液体の液面高さに追随して浮沈し、上下方向に移動可能なフロートを有し、液面の高さの変化にともないフロートが上下動することによってタンク内に貯留している気体の放出と停止を行う気体放出弁が、タンクの傾斜面部に設けられ、気体放出弁には、フロートに対してタンク内の気体が横方向から入るように気体抜き口が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の気体溶解装置。
【請求項９】
第２仕切り壁において第１仕切り壁に対向する面または第１仕切り壁において第２仕切り壁に対向する面に、タンクの縦方向に延びる縦リブが設けられていることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
【請求項１０】
第２仕切り壁の第１仕切り壁に対向する部分の中央部に、上方に突出する突出部が設けられていることを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
【請求項１１】
第２気液分離槽に、流体の流れに関し平行に配置された横リブが設けられていることを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
【請求項１２】
請求項６から１１のいずれか一項に記載の気体溶解装置が、浴槽内の湯水の循環流路の途中に設けられ、循環流路は、一端部において浴槽に設けられた吸込口に接続され、他端部において浴槽に設けられた吐出口に接続され、浴槽内の湯水を吸い込み、吐出口から浴槽内に微細気泡を吐出させることを特徴とする微細気泡発生機能付き浴槽。
【請求項１】
タンクを備え、流体をタンク内に導入する流入口と、気体の溶解した液体をタンク底部から取り出す流出口とがタンクに設けられ、流入口から噴出してタンク内に流入する流体にタンク内に貯留している気体を混合し、溶解させ、気体の溶解した液体を流出口からタンクの外部に取り出す気体溶解装置であって、
前記タンクは、第１仕切り壁によって区画された気液混合槽と気液分離槽を備え、気液混合槽と気液分離槽は、上部において連通しない一方、下部において連通し、前記流入口が気液混合槽に設けられ、前記流出口が気液分離槽に設けられ、
気液分離槽内に貯留している気体を引き抜き、引き抜いた気体を気液混合槽内に噴出させる気体循環経路が設けられている
ことを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
気液分離槽内に貯留している気体を引き抜く気体取出口が気液分離槽の上側に設けられ、気体循環経路の一端が気体取出口に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解装置。
【請求項３】
気体循環経路は、気液分離槽から引き抜いた気体の取込口を一端に有し、取込口が気液混合槽の底部側に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解装置。
【請求項４】
流体のタンク内への流入側には、流入口の上流側に配置され、流入口に連通する流入管が設けられ、流入管は、断面積を下流側に向けて急拡大させた急拡大部を有し、気体循環経路の一端が流入管の急拡大部に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解装置。
【請求項５】
タンク内に貯留している気体をタンクの外部に排出する排気部が気液分離槽に設けられ、流入口より水と空気の混合流体がタンク内に導入され、排気部による気体の排気量が、流入口を通じてタンク内に導入される気体の給気量の２０％以上に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
【請求項６】
気液分離槽の内部が、第２仕切り壁によって、流体の流れに関しその上流側から下流側にかけて、第１気液分離槽、第２気液分離槽の順に区画され、気液混合槽内に流入する流体が、第１気液分離槽、第２気液分離槽を順次流れ、第２気液分離槽の底部からタンクの外部に流出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
【請求項７】
タンクの上壁部において第２気液分離槽の上端部に対応する部分が傾斜面部とされ、傾斜面部は、第１気液分離層と第２気液分離槽の境界部からこの境界部に対向するタンクの上壁部の端縁部に向かって斜め下方に傾斜し、第１気液分離槽の上端部に対応するタンクの上壁部に気体取出口が形成され、気体取出口に気体循環経路の一端部が接続されていることを特徴とする請求項６に記載の気体溶解装置。
【請求項８】
第２気液分離槽における液体の液面高さに追随して浮沈し、上下方向に移動可能なフロートを有し、液面の高さの変化にともないフロートが上下動することによってタンク内に貯留している気体の放出と停止を行う気体放出弁が、タンクの傾斜面部に設けられ、気体放出弁には、フロートに対してタンク内の気体が横方向から入るように気体抜き口が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の気体溶解装置。
【請求項９】
第２仕切り壁において第１仕切り壁に対向する面または第１仕切り壁において第２仕切り壁に対向する面に、タンクの縦方向に延びる縦リブが設けられていることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
【請求項１０】
第２仕切り壁の第１仕切り壁に対向する部分の中央部に、上方に突出する突出部が設けられていることを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
【請求項１１】
第２気液分離槽に、流体の流れに関し平行に配置された横リブが設けられていることを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
【請求項１２】
請求項６から１１のいずれか一項に記載の気体溶解装置が、浴槽内の湯水の循環流路の途中に設けられ、循環流路は、一端部において浴槽に設けられた吸込口に接続され、他端部において浴槽に設けられた吐出口に接続され、浴槽内の湯水を吸い込み、吐出口から浴槽内に微細気泡を吐出させることを特徴とする微細気泡発生機能付き浴槽。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−７５９１９（Ｐ２０１０−７５９１９Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９５３８７（Ｐ２００９−１９５３８７）
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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