気体溶解装置
【課題】酸素富化ユニットなどを併設しなくとも、要求される効能などに対応した、気体溶解量の十分高い液体を生成することができ、小型化を可能とする気体溶解装置を提供すること。
【解決手段】気体が溶解した液体５を生成する溶解タンク２には、溶解する気体と流体との気液混合流体を溶解タンク内に導入する流入部１２と、生成した液体を溶解タンクの外部に取り出す流出部１３と、溶解タンク内に貯留している気体を溶解タンクの外部に排出する排気部１５と、溶解タンク内の上部に貯留している気体を流入部に戻して循環させる気体循環経路１４とが設けられ、流入部から流入する気液混合流体が水と空気の混合物であり、排気部による気体の排気量が、流入部を通じて気液混合流体として溶解タンク内に導入する気体の給気量の２０％以上に設定されている。
【解決手段】気体が溶解した液体５を生成する溶解タンク２には、溶解する気体と流体との気液混合流体を溶解タンク内に導入する流入部１２と、生成した液体を溶解タンクの外部に取り出す流出部１３と、溶解タンク内に貯留している気体を溶解タンクの外部に排出する排気部１５と、溶解タンク内の上部に貯留している気体を流入部に戻して循環させる気体循環経路１４とが設けられ、流入部から流入する気液混合流体が水と空気の混合物であり、排気部による気体の排気量が、流入部を通じて気液混合流体として溶解タンク内に導入する気体の給気量の２０％以上に設定されている。
【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湯水の生成などに利用可能な気体溶解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体に気体を溶解して気液溶解液を生成する気体溶解装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、気液混合流体を液泡溶解タンクの内部に向けて噴射する噴射ノズルが液泡溶解タンクの底部に配設され、液泡溶解タンク内の処理液を排出する処理液排出部も液泡溶解タンクの底部に配設された気体溶解量調整器が記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載された気体溶解量調整器は、また、液泡溶解タンク内の最上部周辺の未溶解気体を上記噴射ノズルを有するエジェクタ部の吸引室に還流させる気体還流部を備えている。液泡溶解タンクの上部に溜まった多量の未溶解気体は、気体還流部によって吸引室へ吸い込むことができ、噴射ノズルから噴射される気液混合流体に未溶解気体を巻き込んで液泡溶解タンク内に還流させることができる。このため、上記気体溶解量調整器は、未溶解気体を最大限利用して気体の溶解濃度を上げることができるという利点も有する。
【０００５】
しかしながら、気体溶解装置を実用に供しうるものとして微細気泡発生浴槽などへの適用を前提とすると、特許文献１に記載された気体溶解量調整器をもってしても要求される効能などに対応する十分高い濃度に気体が溶解した液体を得ることは必ずしも容易ではない。そのために、たとえば酸素富化水を生成する場合、空気中の酸素濃度を高める酸素富化膜を有する酸素富化ユニットなどを併設し、吸い込んだ空気を酸素富化ユニットに通し、窒素濃度を低減させて、酸素濃度が約３０％程度に高められた、酸素分圧の高い酸素富化空気を生成し、この酸素富化空気を水に混合することなどが行われている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９８８４０号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、気体溶解装置の実用化を図る上では、小型化を推進し、省スペースな気体溶解装置を実現することが重要となる。このような小型化という観点からすると、上記酸素富化ユニットの併設は、その分設置スペースが必要となるため、好ましいことではない。
【０００８】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、酸素富化ユニットなどを併設しなくとも、要求される効能などに対応した、気体溶解量の十分高い液体を生成することができ、小型化を可能とする気体溶解装置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】
【０００９】
本発明の気体溶解装置は、気体が溶解した液体を生成する溶解タンクを備え、溶解タンクには、溶解する気体と流体との気液混合流体を溶解タンク内に導入する流入部と、気体が流体に溶解して生成した液体を溶解タンクの外部に取り出す、溶解タンクの底部に配置された流出部と、溶解タンク内に貯留している気体を溶解タンクの外部に排出する排気部と、溶解タンク内の上部に貯留している気体を流入部に戻して循環させる気体循環経路とが設けられ、流入部を通じて溶解タンク内に流入する気液混合流体によって供給された気体と液体が、溶解タンク内で混合され、気体が溶解した液体が生成され、液体が流出部を経て溶解タンクの外部に流出する気体溶解装置であって、流入部から流入する気液混合流体が水と空気の混合物であるとともに、排気部による気体の排気量が、流入部を通じて気液混合流体として溶解タンク内に導入する気体の給気量の２０％以上に設定されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明の気体溶解装置では、溶解タンクには、溶解タンクの上壁部から垂下する第１仕切り壁と、溶解タンクの底壁部から上方に延びる第２仕切り壁とが設けられ、これらの第１仕切り壁と第２仕切り壁によって溶解タンクの内部が、液体の流れに関しその上流側から下流側にかけて、気液混合槽、大泡流出防止槽、気液分離槽の順に区画され、気体循環経路が、大泡流出防止槽の上端部と気液混合槽の下端部とを連通していることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の気体溶解装置では、気液混合槽の底壁部に流入部が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、酸素富化ユニットなどを併設しなくとも、要求される効能などに対応した、気体溶解量の十分高い液体を生成することができ、気体溶解装置の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の気体溶解装置の一実施形態における溶解タンクを示した一部切欠斜視図である。
【図２】図１に示した溶解タンクの正面図である。
【図３】図２に示した溶解タンクの背面側から見た縦断面図である。
【図４】図２に示した溶解タンクのＡ−Ａ断面図である。
【図５】図２に示した溶解タンクのＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図１に示した溶解タンクを備えた、本発明の気体溶解装置の一実施形態を示した斜視図である。
【図７】図１に示した溶解タンクを斜め下方から見た一部切欠斜視図である。
【図８】図５に示した溶解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９】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１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１−５に示したように、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溶解タンク２を備えている。溶解タンク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、後述する液体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によって大泡流出防止槽７が区画形成され、大泡流出防止槽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、気液分離槽８が、第２仕切り壁４によって区画形成され、大泡流出防止槽７に隣接して配置されている。
【００１５】
第１仕切り壁３は、図３に示したように、溶解タンク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。第１仕切り壁３は、ほぼ平板状に形成されている。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と大泡流出防止槽７は互いに連通している。
【００１６】
第２仕切り壁４は、溶解タンク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、溶解タンク２の上壁部２ａの下方に位置し、大泡流出防止槽７と気液分離槽８は、溶解タンク２の上部において互いに連通している。
【００１７】
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、溶解タンク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。
【００１８】
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、溶解タンク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。
【００１９】
このような溶解タンク２には、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、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、大泡流出防止槽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。
【００２０】
また、溶解タンク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が流入部として設けられている。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。気液分離槽８には、下端部に、正面側に開口する流出管接続部１３が流出部として設けられている。流出管接続部１３には、溶解タンク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。
【００２１】
さらに、溶解タンク２には、溶解タンク２の外側を通って溶解タンク２の上端部と下端部とを接続し、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、後述するように、液体５の生成に際し、溶解タンク２内に貯留している気体を溶解タンク２から一旦取り出した後、溶解タンク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３に示したように、大泡流出防止槽７の上端部に対応する溶解タンク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。
【００２２】
さらにまた、溶解タンク２には、上壁部２ａにおいて、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５、８に示したように、液体５の生成に際し、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、溶解タンク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。溶解タンク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、気液分離槽８の上端部に対応し、図２に示したように、大泡流出防止槽７と気液分離槽８との境界部１６から、境界部１６に対向する溶解タンク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。
【００２３】
気体放出弁１５には、図５、７に示したように、溶解タンク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気液分離槽８の上端部に配置されている。
【００２４】
上記のとおりの溶解タンク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。溶解タンク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。
【００２５】
図６に示したように、気体溶解装置１では、上記溶解タンク２は、流入管接続部１２において、溶解タンク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において溶解タンク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、溶解タンク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。
【００２６】
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６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。
【００２７】
また、気体溶解装置１では、流入管２２を通じて溶解タンク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が溶解タンク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。
【００２８】
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、運転前に溶解タンク２内に加圧されて貯留している。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を通じて溶解タンク２の気液混合槽６に、その下部から供給され、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。また、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。
【００２９】
気液混合流体は、図１−５に示した気液混合槽６に、溶解タンク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、溶解タンク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。
【００３０】
このときの攪拌などによって、溶解タンク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。
【００３１】
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と溶解タンク２の底壁部２ｂとの間の隙間を流路として大泡流出防止槽７に流入し、次第に大泡流出防止槽７に溜まっていく。液体５は、溶解タンク２の底部において大泡流出防止槽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。
【００３２】
大泡流出防止槽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は気液分離槽８に流入する。このように、気液分離槽８では、第２仕切り壁４によって液体５が溶解タンク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。
【００３３】
また、気液分離槽８には、溶解タンク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、溶解タンク２の底部から流出管接続部１３を通じて溶解タンク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。
【００３４】
流出管接続部１３を通じて溶解タンク２の外部に流出する液体５は、図６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。
【００３５】
また、気体溶解装置１では、運転中に、溶解タンク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。溶解タンク２の上端部に臨む一端部１４ａ付近の圧力は溶解タンク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、溶解タンク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、溶解タンク２の気液混合槽６に送り出される。
【００３６】
このように、気体溶解装置１では、溶解タンク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は溶解タンク２の下端部に臨んでいるので、溶解タンク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。
【００３７】
加えて、気体溶解装置１では、溶解タンク２の上壁部２ａにおいて気液分離槽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、大泡流出防止槽７の上端部に対応する溶解タンク２の上壁部２ａに形成された気体取出口３２に、溶解タンク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、溶解タンク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、気液分離槽８において溶解タンク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。溶解タンク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。
【００３８】
また、気体溶解装置１では、気体放出弁１５が溶解タンク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。
【００３９】
加えて、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から溶解タンク２の外部に放出されにくくなっている。図８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、溶解タンク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、一旦溶解タンク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。
【００４０】
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から溶解タンク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の流出とともに溶解タンク２から外部に流出するのを抑制することができる。
【００４１】
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、流入部として設けられた流入管接続部１２を通じて気液混合流体として溶解タンク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。
【００４２】
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の通りに表される。
【００４３】
Ｃｖ（ｔ）＝ＫＬ・α・（Ｃ＊−Ｃ）dt
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
つまり、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。
【００４４】
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のである。
【００４５】
そこで、流入部から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、溶解タンク２中の酸素濃度を高める方策を検討した結果、溶解タンク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ことを見出した。
【００４６】
気体溶解装置１の微細気泡発生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、溶解タンク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９、１０に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
図９、１０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、溶解タンク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。
【００４９】
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、流入部として設けられた流入管接続部１２を通じて、水と空気が混合された気液混合流体として溶解タンク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のである。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、溶解タンク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。
【００５０】
なお、気体放出弁１５による気体の排気量を溶解タンク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。
【００５１】
そして、以上から明らかなように、溶解タンク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、微細気泡発生浴槽に適した気体溶解装置が提供されることになる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 気体溶解装置
２ 溶解タンク
２ａ 上壁部
２ｂ 底壁部
３ 第１仕切り壁
４ 第２仕切り壁
５ 液体
６ 気液混合槽
７ 大泡流出防止槽
８ 気液分離槽
１２ 流入管接続部
１３ 流出管接続部
１４ 気体循環経路
１５ 気体放出弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細気泡が発生する湯水の生成などに利用可能な気体溶解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体に気体を溶解して気液溶解液を生成する気体溶解装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、気液混合流体を液泡溶解タンクの内部に向けて噴射する噴射ノズルが液泡溶解タンクの底部に配設され、液泡溶解タンク内の処理液を排出する処理液排出部も液泡溶解タンクの底部に配設された気体溶解量調整器が記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載された気体溶解量調整器は、また、液泡溶解タンク内の最上部周辺の未溶解気体を上記噴射ノズルを有するエジェクタ部の吸引室に還流させる気体還流部を備えている。液泡溶解タンクの上部に溜まった多量の未溶解気体は、気体還流部によって吸引室へ吸い込むことができ、噴射ノズルから噴射される気液混合流体に未溶解気体を巻き込んで液泡溶解タンク内に還流させることができる。このため、上記気体溶解量調整器は、未溶解気体を最大限利用して気体の溶解濃度を上げることができるという利点も有する。
【０００５】
しかしながら、気体溶解装置を実用に供しうるものとして微細気泡発生浴槽などへの適用を前提とすると、特許文献１に記載された気体溶解量調整器をもってしても要求される効能などに対応する十分高い濃度に気体が溶解した液体を得ることは必ずしも容易ではない。そのために、たとえば酸素富化水を生成する場合、空気中の酸素濃度を高める酸素富化膜を有する酸素富化ユニットなどを併設し、吸い込んだ空気を酸素富化ユニットに通し、窒素濃度を低減させて、酸素濃度が約３０％程度に高められた、酸素分圧の高い酸素富化空気を生成し、この酸素富化空気を水に混合することなどが行われている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９８８４０号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、気体溶解装置の実用化を図る上では、小型化を推進し、省スペースな気体溶解装置を実現することが重要となる。このような小型化という観点からすると、上記酸素富化ユニットの併設は、その分設置スペースが必要となるため、好ましいことではない。
【０００８】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、酸素富化ユニットなどを併設しなくとも、要求される効能などに対応した、気体溶解量の十分高い液体を生成することができ、小型化を可能とする気体溶解装置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】
【０００９】
本発明の気体溶解装置は、気体が溶解した液体を生成する溶解タンクを備え、溶解タンクには、溶解する気体と流体との気液混合流体を溶解タンク内に導入する流入部と、気体が流体に溶解して生成した液体を溶解タンクの外部に取り出す、溶解タンクの底部に配置された流出部と、溶解タンク内に貯留している気体を溶解タンクの外部に排出する排気部と、溶解タンク内の上部に貯留している気体を流入部に戻して循環させる気体循環経路とが設けられ、流入部を通じて溶解タンク内に流入する気液混合流体によって供給された気体と液体が、溶解タンク内で混合され、気体が溶解した液体が生成され、液体が流出部を経て溶解タンクの外部に流出する気体溶解装置であって、流入部から流入する気液混合流体が水と空気の混合物であるとともに、排気部による気体の排気量が、流入部を通じて気液混合流体として溶解タンク内に導入する気体の給気量の２０％以上に設定されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明の気体溶解装置では、溶解タンクには、溶解タンクの上壁部から垂下する第１仕切り壁と、溶解タンクの底壁部から上方に延びる第２仕切り壁とが設けられ、これらの第１仕切り壁と第２仕切り壁によって溶解タンクの内部が、液体の流れに関しその上流側から下流側にかけて、気液混合槽、大泡流出防止槽、気液分離槽の順に区画され、気体循環経路が、大泡流出防止槽の上端部と気液混合槽の下端部とを連通していることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の気体溶解装置では、気液混合槽の底壁部に流入部が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、酸素富化ユニットなどを併設しなくとも、要求される効能などに対応した、気体溶解量の十分高い液体を生成することができ、気体溶解装置の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の気体溶解装置の一実施形態における溶解タンクを示した一部切欠斜視図である。
【図２】図１に示した溶解タンクの正面図である。
【図３】図２に示した溶解タンクの背面側から見た縦断面図である。
【図４】図２に示した溶解タンクのＡ−Ａ断面図である。
【図５】図２に示した溶解タンクのＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図１に示した溶解タンクを備えた、本発明の気体溶解装置の一実施形態を示した斜視図である。
【図７】図１に示した溶解タンクを斜め下方から見た一部切欠斜視図である。
【図８】図５に示した溶解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９】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１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１−５に示したように、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溶解タンク２を備えている。溶解タンク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、後述する液体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によって大泡流出防止槽７が区画形成され、大泡流出防止槽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、気液分離槽８が、第２仕切り壁４によって区画形成され、大泡流出防止槽７に隣接して配置されている。
【００１５】
第１仕切り壁３は、図３に示したように、溶解タンク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。第１仕切り壁３は、ほぼ平板状に形成されている。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と大泡流出防止槽７は互いに連通している。
【００１６】
第２仕切り壁４は、溶解タンク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、溶解タンク２の上壁部２ａの下方に位置し、大泡流出防止槽７と気液分離槽８は、溶解タンク２の上部において互いに連通している。
【００１７】
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、溶解タンク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。
【００１８】
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、溶解タンク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。
【００１９】
このような溶解タンク２には、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、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、大泡流出防止槽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。
【００２０】
また、溶解タンク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が流入部として設けられている。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。気液分離槽８には、下端部に、正面側に開口する流出管接続部１３が流出部として設けられている。流出管接続部１３には、溶解タンク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。
【００２１】
さらに、溶解タンク２には、溶解タンク２の外側を通って溶解タンク２の上端部と下端部とを接続し、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、後述するように、液体５の生成に際し、溶解タンク２内に貯留している気体を溶解タンク２から一旦取り出した後、溶解タンク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３に示したように、大泡流出防止槽７の上端部に対応する溶解タンク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。
【００２２】
さらにまた、溶解タンク２には、上壁部２ａにおいて、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５、８に示したように、液体５の生成に際し、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、溶解タンク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。溶解タンク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、気液分離槽８の上端部に対応し、図２に示したように、大泡流出防止槽７と気液分離槽８との境界部１６から、境界部１６に対向する溶解タンク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。
【００２３】
気体放出弁１５には、図５、７に示したように、溶解タンク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気液分離槽８の上端部に配置されている。
【００２４】
上記のとおりの溶解タンク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。溶解タンク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。
【００２５】
図６に示したように、気体溶解装置１では、上記溶解タンク２は、流入管接続部１２において、溶解タンク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において溶解タンク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、溶解タンク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。
【００２６】
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６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。
【００２７】
また、気体溶解装置１では、流入管２２を通じて溶解タンク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が溶解タンク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。
【００２８】
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、運転前に溶解タンク２内に加圧されて貯留している。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を通じて溶解タンク２の気液混合槽６に、その下部から供給され、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。また、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。
【００２９】
気液混合流体は、図１−５に示した気液混合槽６に、溶解タンク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、溶解タンク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。
【００３０】
このときの攪拌などによって、溶解タンク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。
【００３１】
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と溶解タンク２の底壁部２ｂとの間の隙間を流路として大泡流出防止槽７に流入し、次第に大泡流出防止槽７に溜まっていく。液体５は、溶解タンク２の底部において大泡流出防止槽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。
【００３２】
大泡流出防止槽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は気液分離槽８に流入する。このように、気液分離槽８では、第２仕切り壁４によって液体５が溶解タンク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。
【００３３】
また、気液分離槽８には、溶解タンク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、溶解タンク２の底部から流出管接続部１３を通じて溶解タンク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。
【００３４】
流出管接続部１３を通じて溶解タンク２の外部に流出する液体５は、図６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。
【００３５】
また、気体溶解装置１では、運転中に、溶解タンク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。溶解タンク２の上端部に臨む一端部１４ａ付近の圧力は溶解タンク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、溶解タンク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、溶解タンク２の気液混合槽６に送り出される。
【００３６】
このように、気体溶解装置１では、溶解タンク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は溶解タンク２の下端部に臨んでいるので、溶解タンク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。
【００３７】
加えて、気体溶解装置１では、溶解タンク２の上壁部２ａにおいて気液分離槽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、大泡流出防止槽７の上端部に対応する溶解タンク２の上壁部２ａに形成された気体取出口３２に、溶解タンク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、溶解タンク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、気液分離槽８において溶解タンク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。溶解タンク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。
【００３８】
また、気体溶解装置１では、気体放出弁１５が溶解タンク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。
【００３９】
加えて、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から溶解タンク２の外部に放出されにくくなっている。図８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、溶解タンク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、一旦溶解タンク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。
【００４０】
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から溶解タンク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の流出とともに溶解タンク２から外部に流出するのを抑制することができる。
【００４１】
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、流入部として設けられた流入管接続部１２を通じて気液混合流体として溶解タンク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。
【００４２】
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の通りに表される。
【００４３】
Ｃｖ（ｔ）＝ＫＬ・α・（Ｃ＊−Ｃ）dt
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
つまり、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。
【００４４】
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のである。
【００４５】
そこで、流入部から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、溶解タンク２中の酸素濃度を高める方策を検討した結果、溶解タンク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ことを見出した。
【００４６】
気体溶解装置１の微細気泡発生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、溶解タンク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９、１０に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
図９、１０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、溶解タンク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。
【００４９】
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、流入部として設けられた流入管接続部１２を通じて、水と空気が混合された気液混合流体として溶解タンク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のである。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、溶解タンク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。
【００５０】
なお、気体放出弁１５による気体の排気量を溶解タンク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。
【００５１】
そして、以上から明らかなように、溶解タンク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、微細気泡発生浴槽に適した気体溶解装置が提供されることになる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 気体溶解装置
２ 溶解タンク
２ａ 上壁部
２ｂ 底壁部
３ 第１仕切り壁
４ 第２仕切り壁
５ 液体
６ 気液混合槽
７ 大泡流出防止槽
８ 気液分離槽
１２ 流入管接続部
１３ 流出管接続部
１４ 気体循環経路
１５ 気体放出弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が溶解した液体を生成する溶解タンクを備え、溶解タンクには、溶解する気体と流体との気液混合流体を溶解タンク内に導入する流入部と、気体が流体に溶解して生成した液体を溶解タンクの外部に取り出す、溶解タンクの底部に配置された流出部と、溶解タンク内に貯留している気体を溶解タンクの外部に排出する排気部と、溶解タンク内の上部に貯留している気体を流入部に戻して循環させる気体循環経路とが設けられ、流入部を通じて溶解タンク内に流入する気液混合流体によって供給された気体と液体が、溶解タンク内で混合され、気体が溶解した液体が生成され、液体が流出部を経て溶解タンクの外部に流出する気体溶解装置であって、前記流入部から流入する気液混合流体が水と空気の混合物であるとともに、排気部による気体の排気量が、流入部を通じて気液混合流体として溶解タンク内に導入する気体の給気量の２０％以上に設定されていることを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
溶解タンクには、溶解タンクの上壁部から垂下する第１仕切り壁と、溶解タンクの底壁部から上方に延びる第２仕切り壁とが設けられ、これらの第１仕切り壁と第２仕切り壁によって溶解タンクの内部が、液体の流れに関しその上流側から下流側にかけて、気液混合槽、大泡流出防止槽、気液分離槽の順に区画され、前記気体循環経路が、大泡流出防止槽の上端部と気液混合槽の下端部とを連通し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】
前記気液混合槽の底壁部に流入部が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１】
気体が溶解した液体を生成する溶解タンクを備え、溶解タンクには、溶解する気体と流体との気液混合流体を溶解タンク内に導入する流入部と、気体が流体に溶解して生成した液体を溶解タンクの外部に取り出す、溶解タンクの底部に配置された流出部と、溶解タンク内に貯留している気体を溶解タンクの外部に排出する排気部と、溶解タンク内の上部に貯留している気体を流入部に戻して循環させる気体循環経路とが設けられ、流入部を通じて溶解タンク内に流入する気液混合流体によって供給された気体と液体が、溶解タンク内で混合され、気体が溶解した液体が生成され、液体が流出部を経て溶解タンクの外部に流出する気体溶解装置であって、前記流入部から流入する気液混合流体が水と空気の混合物であるとともに、排気部による気体の排気量が、流入部を通じて気液混合流体として溶解タンク内に導入する気体の給気量の２０％以上に設定されていることを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
溶解タンクには、溶解タンクの上壁部から垂下する第１仕切り壁と、溶解タンクの底壁部から上方に延びる第２仕切り壁とが設けられ、これらの第１仕切り壁と第２仕切り壁によって溶解タンクの内部が、液体の流れに関しその上流側から下流側にかけて、気液混合槽、大泡流出防止槽、気液分離槽の順に区画され、前記気体循環経路が、大泡流出防止槽の上端部と気液混合槽の下端部とを連通し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】
前記気液混合槽の底壁部に流入部が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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１３５６４８（Ｐ２０１２−１３５６４８Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８３９４０（Ｐ２０１２−８３９４０）
【出願日】平成２４年４月２日（２０１２．４．２）
【分割の表示】特願２００９−７６７３７（Ｐ２００９−７６７３７）の分割
【原出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２日（２０１２．４．２）
【分割の表示】特願２００９−７６７３７（Ｐ２００９−７６７３７）の分割
【原出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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