気液加圧溶解混合器
【課題】 コストを低減できる気液加圧溶解混合器を提供する。
【解決手段】 水および空気の混合流が導入される導入口を有し、内部で気液溶解が行われる上部通路３Ａと、上部通路３Ａの下方に間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留されるとともに加圧液の外部への取出口を有する下部通路３Ｂと、上部通路３Ａの後端から下方に立ち下がるとともに、上下部通路３Ａ、３Ｂを上下方向に連通する立ち下がり通路３Ｃとから気液加圧溶解混合器３を構成する。各通路３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、それぞれ角パイプを所定の長さに切断することにより構成されており、上部通路３Ａの後端および下部通路３Ｃの上端、ならびに立ち下がり通路３Ｃの下端および下部通路３Ｂの後端がそれぞれ溶接により接合されている（接合面Ｗ１およびＷ２）。
【解決手段】 水および空気の混合流が導入される導入口を有し、内部で気液溶解が行われる上部通路３Ａと、上部通路３Ａの下方に間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留されるとともに加圧液の外部への取出口を有する下部通路３Ｂと、上部通路３Ａの後端から下方に立ち下がるとともに、上下部通路３Ａ、３Ｂを上下方向に連通する立ち下がり通路３Ｃとから気液加圧溶解混合器３を構成する。各通路３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、それぞれ角パイプを所定の長さに切断することにより構成されており、上部通路３Ａの後端および下部通路３Ｃの上端、ならびに立ち下がり通路３Ｃの下端および下部通路３Ｂの後端がそれぞれ溶接により接合されている（接合面Ｗ１およびＷ２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧下で気液溶解を行う気液加圧溶解混合器に関し、詳細には、接合長さを短くしてコストを低減した気液加圧溶解混合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、気体を液体に溶解させる気液溶解混合器が用いられている。たとえば特開平９−１７３８０４号公報に示す気液溶解混合器は、同公報の図１８および図２０に示すように、隔壁を隔てて上下に配置され、気体が充填された上部および下部通路を有しており、上部通路には、外部から液体を供給するためのノズルが設けられ、下部通路には、液体を外部に取り出すための流出口が設けられている。
【０００３】
運転時には、ノズルから上部通路内に液体が噴射され、加圧状態下で気液溶解が行われた後、気体が溶解した液体が下部通路の流出口から取り出されている。
【０００４】
気液溶解混合器の各通路は、たとえば板金を折り曲げて溶接することにより構成されている。図１０および図１１は、このようにして構成された従来の気液溶解混合器を示している。図１０（ａ）は気液溶解混合器の側面図、同図（ｂ）はその正面図、図１１は断面図である。
【０００５】
これらの図に示すように、気液溶解混合器１００は、板金１０１、１０２をそれぞれコ字状に折り曲げて上下に重ね合わせ、板金１０１の下端縁を板金１０２の上面に溶接するとともに、板金１０１、１０２の前後端にそれぞれエンドプレート１０１ｅ、１０１ｆおよび１０２ｅ、１０２ｆを配置して、これらのエンドプレートを板金１０１、１０２に溶接し、さらに、板金１０２の下部にボトムプレート１０２ｇを配置して、これを板金１０２の下端縁に溶接することにより構成されている。
【０００６】
このようにコ字状に折り曲げられた板金１０１、１０２によって、それぞれ上部通路１０１Ａおよび下部通路１０２Ａが形成されている。また、エンドプレート１０１ｅには、液体供給用のノズル１０１ｃが取り付けられ、エンドプレート１０２ｅには、液体流出用の流出口１０２ｃが取り付けられている。板金１０２の上面には、開孔１０２ａが穿孔されており、開孔１０２ａを介して上部通路１０１Ａおよび下部通路１０２Ａが連通している。
【特許文献１】特開平９−１７３８０４号公報（図１８および図２０参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の気液溶解混合器は、板金で構成されており、したがって、たとえば板金１０１、１０２を長手方向にわたって溶接する必要があり、このため、溶接長さ（溶接周長）が長くなって、生産性が悪く、コストが高かった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、コストを低減できる気液加圧溶解混合器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係る気液加圧溶解混合器は、外部から少なくとも液体が導入される導入口を有し、内部で気液溶解が行われる第１の通路と、第１の通路の下方に第１の通路から間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留されるとともに加圧液の外部への取出口を有する第２の通路と、第１の通路の後端から下方に立ち下がるとともに、第１、第２の通路を上下方向に連通する第３の通路とを備えており、第１、第２および第３の通路がそれぞれ中空材から構成されており、第１の通路の後端および第３の通路の上端、ならびに第３の通路の下端および第２の通路の後端が接合されている。
【００１０】
請求項１の発明によれば、第１、第２および第３の通路がそれぞれ中空材から構成されており、このため、各通路を成形するための曲げ加工が不要である。また、第１の通路から間隔を隔てて第２の通路を設けるとともに、第１、第２の通路を上下方向に連通する第３の通路を設け、第１の通路の後端および第３の通路の上端、ならびに第３の通路の下端および第２の通路の後端をそれぞれ接合するようにしたので、第１および第２の通路の全長にわたって接合する必要がなくなり、これにより、接合長さを短くでき、コストを低減できる。
【００１１】
なお、従来は接合長さが長かったため、溶接により接合する際には、溶接時の板金の変形を防止するために、板金の板厚を或る程度厚くする必要があったが、本願発明では、接合長さが短くなったことで、溶接により接合する際には、板厚の薄い材料の使用が可能になり、これにより、コストを一層低減できる。
【００１２】
請求項２の発明では、請求項１において、第１、第２および第３の通路が略コ字状に配設されている。
【００１３】
請求項３の発明では、請求項１または２において、余剰気体を排出するための上方に延びる第４の通路が第２の通路の先端に設けられている。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明に係る気液加圧溶解混合器によれば、第１、第２および第３の通路がそれぞれ中空材から構成されており、第１の通路から間隔を隔てて第２の通路を設け、第１、第２の通路を上下方向に連通する第３の通路を設けるとともに、第１の通路の後端および第３の通路の上端、ならびに第３の通路の下端および第２の通路の後端を接合するようにしたので、第１および第２の通路の全長にわたって接合する必要がなくなり、これにより、接合長さを短くでき、コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１ないし図９Ｃは、本発明の一実施例による気液加圧溶解混合器を説明するための図であって、図１は本実施例による気液加圧溶解混合器が適用された微細気泡製造装置の概略構成図、図２は混気ポンプおよび気液加圧溶解混合器の正面図、図３はその側面図、図４は気液加圧溶解混合器の作動を説明するための内部構造図、図５（ａ）は気液加圧溶解混合器の側面図、同図（ｂ）はその正面図、図６は気液加圧溶解混合器の断面図、図７および図８は気液加圧溶解混合器を構成する各角パイプの材料取りの一例を示す図、図９Ａは気液加圧溶解混合器をドッグバスに一体に取り付けて全体をユニット化した装置の平面図、図９Ｂはその正面図、図９Ｃは右側面図である。
【００１７】
図１に示すように、微細気泡製造装置１は、液体（ここでは水）および気体（ここでは空気）を吸引してこれらの混合流を吐出する混気ポンプ２と、混気ポンプ２から吐出された水および空気の混合流が導入されるとともに、水中に微細気泡（マイクロバブル）の気泡核を発生させることにより、空気を水中に溶解・混合させる気液加圧溶解混合器（ミキシングボックス）３と、気液加圧溶解混合器３に接続され、減圧器としての固定絞りを有するシャワーヘッド４とを備えている。
【００１８】
混気ポンプ２の吸入側には、水を吸入するための配管２０と、空気を吸入するための配管２１とがコネクタ２２を介して接続されている。配管２０の先端には、ストレーナ２０ａが接続されている。ストレーナ２０ａとしては、メンテナンス性の観点から、たとえば円盤ストレーナなどのように、配管を分解せずに外部から容易に洗浄できるものが好ましい。ストレーナ２０ａは、たとえばドッグバス等のペット用洗浄槽や浴槽などに浸漬されている。配管２１には、先端側から順に、フィルタ２１ａ、逆止弁２１ｂ、絞り２１ｃが接続されている。ここで、逆止弁２１ｂは、混気ポンプ２の停止時に、フィルタ２１ａ側に流体が逆流するのを防止するために設けられている。また、絞り２１ｃは、流入する空気量を制限するために設けられている。
【００１９】
気液加圧溶解混合器３は、各々水平方向に配設されかつ上下方向の間隔を隔てて対向配置された上部通路（第１の通路）３Ａおよび下部通路（第２の通路）３Ｂと、上部通路３Ａの後端から下方に立ち下るとともに、上下部通路３Ａ、３Ｂを連結する立下り通路（第３の通路）３Ｃとを有しており、全体が正面視略コ字状に形成されている。また、下部通路３Ｂの先端には、上方に短く延びる通路（第４の通路）３Ｄが設けられている。
【００２０】
気液加圧溶解混合器３が略コ字状に形成されることにより、図２および図３に示すように、気液加圧溶解混合器３の側方のスペースに混気ポンプ２を配置することで、装置全体を小型化できる。また、このとき、気液加圧溶解混合器３の上部通路３Ａ、下部通路３Ｂおよび立下り通路３Ｃ間に形成される空間３Ｓを配管のためのスペースとして有効利用することにより、装置全体をさらに小型化できる。
【００２１】
上部通路３Ａの先端と混気ポンプ２の吐出側との間には、混気ポンプ２から吐出された水および空気の混合流を上部通路３Ａに導くための配管２３およびノズル２３ａが配設されており、上部通路３Ａの先端には、コネクタ（導入口）２３ｂが接続されている。ノズル２３ａは、水および空気の混合流を所定の流速（好ましくは５〜１５ｍ/ｓ）の噴流（ジェット水流）ＷＡとして上部通路３Ａ内に流入させるために設けられている（図４参照）。なお、図４では、図示の便宜上、ノズル２３ａが上部通路３Ａの先端に直接取り付けられた状態が示されている。
【００２２】
気液加圧溶解混合器３の下部通路３Ｂの先端には、当該気液加圧溶解混合器３内で処理されて、空気が加圧溶解された加圧水を流出させるための配管３０がコネクタ（取出口）３０ａを介して接続されている（図４参照）。配管３０には、シャワーヘッド４が接続されている。下部通路３Ｂの下部には、ドレン用の配管３１がコネクタ３１ａを介して接続されている。配管３１は、装置の未使用時に気液加圧溶解混合器３内部に残った水を抜くためのものである。
【００２３】
気液加圧溶解混合器３の上部通路３Ａの上部には、排気用の配管３３がコネクタ３３ｃを介して接続されている（図４参照）。この配管３３は、当該微細気泡製造装置１の停止時に、気液加圧溶解混合器３の内部で膨張しようとする気体を抜くためのものであり、配管３３の先端にはサイレンサー３３ａが接続されている。また、配管３３の途中には、電磁弁３３ｂが設けられている。電磁弁３３ｂや混気ポンプ２は、混気ポンプ２の上方で気液加圧溶解混合器３の側方の領域２００（図３参照）に配置される制御部によって、電源の投入（ＯＮ）および切断（ＯＦＦ）の制御が行われる。電磁弁３３ｂは、図示するように、たとえば２ポート２位置切換弁であって、この場合、電源をＯＮしたときに、管路が開いてサイレンサー３３ａ側への排気が行われるようになっている。また、電磁弁３３ｂの「開」動作は、好ましくは、混気ポンプ２のＯＦＦ動作と連動するようになっている。逆に言うと、混気ポンプ２のＯＮ動作時には、電磁弁３３ｂが「閉」となって、管路が閉じた状態になっている。
【００２４】
図４に示すように、気液加圧溶解混合器３の上部通路３Ａに対するノズル２３ａの取付位置は、ノズル２３ａから噴出するジェット水流ＷＡが上部通路３Ａ内の水面ＷＬに干渉する位置が好ましい。これにより、上部通路３Ａ内では、水と空気が完全な混合状態となって、気液溶解および気泡核の生成が効率的に行われる。
【００２５】
上部通路３Ａの水平方向長さＬは、ノズル２３ａからのジェット水流ＷＡが失速しない長さにするのが好ましい。この長さＬは、ジェット水流ＷＡの流速をｕとし、ノズル２３ａの取付高さをｈとするとき、次式により求まる。
Ｌ＜０．４５ｕ√ｈ
【００２６】
下部通路３Ｂの水平方向長さＬ’は、下部通路３Ｂの入口（図４右端）で底に沈んだ大きめの気泡が下部通路３Ｂを左方に移動する間に上昇し得る十分な長さを有していればよい。この長さＬ’は、下部通路３Ｂ内の流速をｗ、気泡の上昇速度をｖ、下部通路３Ｂの高さをｋとするとき、次式により求まる。
Ｌ’＞ｋｗ/ｖ
【００２７】
立下り通路３Ｃの鉛直方向長さは、気泡の生成にほとんど影響を与えないことが実験的に確認されているため、任意の長さでよい。
【００２８】
通路３Ｄは、その管路全体の５０％以上が上方に突出しているのが好ましい。通路３Ｄの上部には、コネクタ３２ｂが接続されている。コネクタ３２ｂには、気液加圧溶解混合器３内の余剰気体（余気）を排出するための空気抜き弁３２ａを介して配管３２が接続されている（図４参照）。
【００２９】
図１ないし図３に示すように、排気用の配管３３を気液加圧溶解混合器３の最も高い位置に接続したのは、第１に、空気が上方から抜きやすいためであり、第２に、仮に配管３３を低い位置に接続した場合、装置の設置状態によっては装置停止後にサイホンの原理で気液加圧溶解混合器３内部の水が外部に流れ続けることになるので、これを防止するためである。
【００３０】
シャワーヘッド４は、配管３０の先端に固定された接続金具にネジ止め固定されるようになっている。シャワーヘッド４の端部と接続金具との間には、固定絞り（図示せず）が介装されている。
【００３１】
気液加圧溶解混合器３は、図５および図６に示すように、たとえば角パイプを所定の長さに切断したものを溶接により接合することによって構成されている。すなわち、上部通路３Ａを構成する角パイプ部分は、一端がパイプ中心線に対して４５度をなす斜め方向に切断されており（切断面Ｗ１）、下部通路３Ｂおよび立ち下がり通路３Ｃをそれぞれ構成する各角パイプ部分はいずれも両端がパイプ中心線に対して４５度をなす斜め方向に切断されている（切断面Ｗ２、Ｗ３および切断面Ｗ１、Ｗ２）。また、通路３Ｄを構成する角パイプ部分は、一端がパイプ中心線に対して４５度をなす斜め方向に切断されている（切断面Ｗ３）。このように、角パイプを用いて各通路を構成することにより、板金の曲げ加工が不要になる。
【００３２】
各切断面Ｗ１、Ｗ２およびＷ３はまた、溶接による接合面を示している。すなわち、この場合には、上部通路３Ａの後端および立ち下り通路３Ｂの上端、立ち下り通路３Ｂの下端および下部通路３Ｂの後端、ならびに下部通路３Ｂの先端および通路３Ｄの下端がそれぞれ溶接により接合されている。
【００３３】
これにより、上部および下部通路３Ａ、３Ｂの全長にわたって溶接する必要がなくなり、これにより、溶接長さを短くでき、コストを低減できる。
【００３４】
なお、従来は溶接長さが長かったため、溶接時の板金の変形を防止するために、板金の板厚を或る程度厚くする必要があったが、本実施例では、溶接長さが短くなったことで、板厚の薄い材料の使用が可能になる。これにより、コストを一層低減できる。
【００３５】
ここで、気液加圧溶解混合器３を製作する際の各角パイプの材料取りの一例を図７および図８を用いて説明する。
【００３６】
まず、図８に示すように、一本の角パイプ５０を用意し、これを端から順に、部分I、II、III、IVに切断していく。このとき、各部分の切断面がパイプ中心線に対してなす角度は、鋭角側で測って、４５度、−４５度、４５度になるようにする。また、角パイプ５０とは別個に、コネクタ２３ｂが固定されたエンドプレート３ｅ、およびコネクタ３２ｂが固定されたエンドプレート３ｆをそれぞれ用意する。
【００３７】
次に、角パイプ５０を切断して得られた各部分I、II、III、IVを、図７に示すように配置して、隣り合う各部分の合わせ面Ｗ１、Ｗ２およびＷ３を溶接により接合する。これにより、各部分I、II、III、IVがそれぞれ上部通路３Ａ、立ち下り通路３Ｃ、下部通路３Ｂ、通路３Ｄを構成することになる。また、部分Iの先端側の開口には、エンドプレート３ｅが配置されて、溶接により部分Iに接合される。同様に、部分IVの先端側の開口には、エンドプレート３ｆが配置されて、溶接により部分IVに接合される。このようにして、気液加圧溶解混合器３が製作される。
【００３８】
次に、上述のように構成された気液加圧溶解混合器３の作動について説明する。
【００３９】
配管２０、２１から吸引された水および空気は、コネクタ２２で合流して、混気ポンプ２内に流入する。混気ポンプ２内に流入した水および空気は、混気ポンプ２で加圧され、配管２３およびノズル２３ａを通って気液加圧溶解混合器３内に噴出される。このとき、噴出される水および空気の混合流の流速は、好ましくは、５〜１５ｍ/ｓに設定される。
【００４０】
気液加圧溶解混合器３の上部通路３Ａの内部では、加圧状態下で空気が水に徐々に溶解して気液溶解が起こる。このとき、析出気泡の元となる気泡核（粒径１μｍ以下の微小気泡）が形成される。気泡核を含む水は、立下り通路３Ｃを通って下方に落下し、下部通路３Ｂ内に流入する。
【００４１】
下部通路３Ｂ内では、水に溶解できなかった余剰気体３５が、通路３Ｄを通る間に上方に移動し、空気抜き弁３２ａを通って外部に排出されることにより、空気が加圧溶解した、気泡核を含む加圧水が余剰気体から分離されることになる。
【００４２】
加圧水は、コネクタ３０ａから配管３０を通って気液加圧溶解混合器３の外部に取り出され、シャワーヘッド４に導入される。加圧水は、シャワーヘッド４の固定絞りを通るときに急激に減圧され、その結果、過飽和状態となっていた気体が析出することで、シャワーヘッド４内に、粒径が数μから数十μの微細気泡（マイクロバブル）が発生して、これらの微細気泡が水中に均一に分散した気泡水が生成される。気泡水は、シャワーヘッド４の多数のノズル孔から噴出する。
【００４３】
シャワーヘッド４から放出される気泡水は、多量の微細気泡を含んでいるので、このような気泡水を体に浴びることで、体表面の汚れが微細気泡とともに除去される。また、このとき、微細気泡の粒径が毛穴よりも小さいため、微細気泡が毛穴の奥まで入り込んで、毛穴内部の洗浄も行える。
【００４４】
このように本実施例によれば、上部通路３Ａ、下部通路３Ｂ、立ち下がり通路３Ｃおよび通路３Ｄが角パイプを所定の長さに切断することにより構成されているため、各通路を成形するための曲げ加工が不要である。また、上部通路３Ａの後端および立ち下がり通路３Ｃの上端、ならびに立ち下がり通路３Ｃの下端および下部通路３Ｂの後端がそれぞれ溶接により接合されるので、上部および下部通路３Ａ、３Ｂの全長にわたって溶接する必要がなくなり、これにより、溶接長さを短くでき、コストを低減できる。
【００４５】
ところで、従来は溶接長さが長かったため、溶接時の板金の変形を防止するために、板金の板厚を或る程度厚くする必要があったが、本実施例では、溶接長さが短くなったことで、板厚の薄い材料の使用が可能になり、これにより、コストを一層低減できる。
【００４６】
なお、前記実施例では、気液加圧溶解混合器３に液体および気体の混合流が導入される例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。気液加圧溶解混合器３の内部に気体を充填した状態で、外部から液体のみを導入するようにしてもよい。
【００４７】
また、前記実施例では、上部通路３Ａ、下部通路３Ｂおよび立ち下がり通路３Ｃが角パイプから構成された例を示したが、本発明の適用は角パイプには限定されず、円筒状のパイプでもよく、さらに、中空材であれば、任意の断面形状のものを採用し得る。
【００４８】
次に、図９Ａないし図９Ｃは、本発明による気液加圧溶解混合器をドッグバス等の浴槽に一体に取り付けて全体をユニット化した例を示しており、図９Ａは当該ユニットの平面図、図９Ｂは正面図、図９Ｃは右側面図である。なお、これらの図において、前記各実施例と同一符号は同一または相当部分を示しているが、図示の便宜上、配管の一部は省略している。
【００４９】
前記実施例では、気液加圧溶解混合器３の上部通路３Ａ、下部通路３Ｂおよび立下り通路３Ｃが同一面内に配置されて全体がコ字状に配設された例を示したが、ここでは、図９Ａないし図９Ｃに示すように、気液加圧溶解混合器３’の上部通路３’Ａ、下部通路３’Ｂおよび立下り通路３’Ｃは同一面内に設けられていない。各図に示すような向きにＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸をそれぞれとるとき、上部通路３’ＡはＸ軸方向に配設され、下部通路３’ＢはＹ軸方向に配設され、立下り通路３’ＣはＺ軸方向に配設されている。
【００５０】
気液加圧溶解混合器３’の各通路３’Ａ、３’Ｂ、３’Ｃをこのような向きに配設することにより、吐出側の配管３０はドッグバス５の正面側の側面に沿って配設され、給水側の配管２３はドッグバス５の右側の側面に沿って配設されるので、各配管２３、３０が互いに干渉することなく、配管を行えるようになるとともに、ドッグバス５の角部を有効利用してユニット全体をコンパクトに構成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例による気液加圧溶解混合器を含む微細気泡製造装置の概略構成図である。
【図２】微細気泡製造装置を構成する混気ポンプおよび気液加圧溶解混合器の正面図である。
【図３】微細気泡製造装置を構成する混気ポンプおよび気液加圧溶解混合器の側面図である。
【図４】気液加圧溶解混合器の作動を説明するための内部構造図である。
【図５】（ａ）は気液加圧溶解混合器の側面図、（ｂ）はその正面図である。
【図６】気液加圧溶解混合器の断面図である。
【図７】気液加圧溶解混合器を構成する各角パイプの材料取りの一例を示す図である。
【図８】気液加圧溶解混合器を構成する各角パイプの材料取りの一例を示す図である。
【図９Ａ】微細気泡製造装置をドッグバスに一体に取り付けて全体をユニット化した装置の平面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの装置の正面図である。
【図９Ｃ】図９Ａの装置の右側面図である。
【図１０】（ａ）は従来の気液加圧溶解混合器の側面図、（ｂ）はその正面図である。
【図１１】従来の気液加圧溶解混合器の断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
３： 気液加圧溶解混合器
３Ａ： 上部通路（第１の通路）
３Ｂ： 下部通路（第２の通路）
３Ｃ： 立下り通路（第３の通路）
３Ｄ： 通路（第４の通路）
２３ｂ： コネクタ（導入口）
３０ａ： コネクタ（取出口）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧下で気液溶解を行う気液加圧溶解混合器に関し、詳細には、接合長さを短くしてコストを低減した気液加圧溶解混合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、気体を液体に溶解させる気液溶解混合器が用いられている。たとえば特開平９−１７３８０４号公報に示す気液溶解混合器は、同公報の図１８および図２０に示すように、隔壁を隔てて上下に配置され、気体が充填された上部および下部通路を有しており、上部通路には、外部から液体を供給するためのノズルが設けられ、下部通路には、液体を外部に取り出すための流出口が設けられている。
【０００３】
運転時には、ノズルから上部通路内に液体が噴射され、加圧状態下で気液溶解が行われた後、気体が溶解した液体が下部通路の流出口から取り出されている。
【０００４】
気液溶解混合器の各通路は、たとえば板金を折り曲げて溶接することにより構成されている。図１０および図１１は、このようにして構成された従来の気液溶解混合器を示している。図１０（ａ）は気液溶解混合器の側面図、同図（ｂ）はその正面図、図１１は断面図である。
【０００５】
これらの図に示すように、気液溶解混合器１００は、板金１０１、１０２をそれぞれコ字状に折り曲げて上下に重ね合わせ、板金１０１の下端縁を板金１０２の上面に溶接するとともに、板金１０１、１０２の前後端にそれぞれエンドプレート１０１ｅ、１０１ｆおよび１０２ｅ、１０２ｆを配置して、これらのエンドプレートを板金１０１、１０２に溶接し、さらに、板金１０２の下部にボトムプレート１０２ｇを配置して、これを板金１０２の下端縁に溶接することにより構成されている。
【０００６】
このようにコ字状に折り曲げられた板金１０１、１０２によって、それぞれ上部通路１０１Ａおよび下部通路１０２Ａが形成されている。また、エンドプレート１０１ｅには、液体供給用のノズル１０１ｃが取り付けられ、エンドプレート１０２ｅには、液体流出用の流出口１０２ｃが取り付けられている。板金１０２の上面には、開孔１０２ａが穿孔されており、開孔１０２ａを介して上部通路１０１Ａおよび下部通路１０２Ａが連通している。
【特許文献１】特開平９−１７３８０４号公報（図１８および図２０参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の気液溶解混合器は、板金で構成されており、したがって、たとえば板金１０１、１０２を長手方向にわたって溶接する必要があり、このため、溶接長さ（溶接周長）が長くなって、生産性が悪く、コストが高かった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、コストを低減できる気液加圧溶解混合器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係る気液加圧溶解混合器は、外部から少なくとも液体が導入される導入口を有し、内部で気液溶解が行われる第１の通路と、第１の通路の下方に第１の通路から間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留されるとともに加圧液の外部への取出口を有する第２の通路と、第１の通路の後端から下方に立ち下がるとともに、第１、第２の通路を上下方向に連通する第３の通路とを備えており、第１、第２および第３の通路がそれぞれ中空材から構成されており、第１の通路の後端および第３の通路の上端、ならびに第３の通路の下端および第２の通路の後端が接合されている。
【００１０】
請求項１の発明によれば、第１、第２および第３の通路がそれぞれ中空材から構成されており、このため、各通路を成形するための曲げ加工が不要である。また、第１の通路から間隔を隔てて第２の通路を設けるとともに、第１、第２の通路を上下方向に連通する第３の通路を設け、第１の通路の後端および第３の通路の上端、ならびに第３の通路の下端および第２の通路の後端をそれぞれ接合するようにしたので、第１および第２の通路の全長にわたって接合する必要がなくなり、これにより、接合長さを短くでき、コストを低減できる。
【００１１】
なお、従来は接合長さが長かったため、溶接により接合する際には、溶接時の板金の変形を防止するために、板金の板厚を或る程度厚くする必要があったが、本願発明では、接合長さが短くなったことで、溶接により接合する際には、板厚の薄い材料の使用が可能になり、これにより、コストを一層低減できる。
【００１２】
請求項２の発明では、請求項１において、第１、第２および第３の通路が略コ字状に配設されている。
【００１３】
請求項３の発明では、請求項１または２において、余剰気体を排出するための上方に延びる第４の通路が第２の通路の先端に設けられている。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明に係る気液加圧溶解混合器によれば、第１、第２および第３の通路がそれぞれ中空材から構成されており、第１の通路から間隔を隔てて第２の通路を設け、第１、第２の通路を上下方向に連通する第３の通路を設けるとともに、第１の通路の後端および第３の通路の上端、ならびに第３の通路の下端および第２の通路の後端を接合するようにしたので、第１および第２の通路の全長にわたって接合する必要がなくなり、これにより、接合長さを短くでき、コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１ないし図９Ｃは、本発明の一実施例による気液加圧溶解混合器を説明するための図であって、図１は本実施例による気液加圧溶解混合器が適用された微細気泡製造装置の概略構成図、図２は混気ポンプおよび気液加圧溶解混合器の正面図、図３はその側面図、図４は気液加圧溶解混合器の作動を説明するための内部構造図、図５（ａ）は気液加圧溶解混合器の側面図、同図（ｂ）はその正面図、図６は気液加圧溶解混合器の断面図、図７および図８は気液加圧溶解混合器を構成する各角パイプの材料取りの一例を示す図、図９Ａは気液加圧溶解混合器をドッグバスに一体に取り付けて全体をユニット化した装置の平面図、図９Ｂはその正面図、図９Ｃは右側面図である。
【００１７】
図１に示すように、微細気泡製造装置１は、液体（ここでは水）および気体（ここでは空気）を吸引してこれらの混合流を吐出する混気ポンプ２と、混気ポンプ２から吐出された水および空気の混合流が導入されるとともに、水中に微細気泡（マイクロバブル）の気泡核を発生させることにより、空気を水中に溶解・混合させる気液加圧溶解混合器（ミキシングボックス）３と、気液加圧溶解混合器３に接続され、減圧器としての固定絞りを有するシャワーヘッド４とを備えている。
【００１８】
混気ポンプ２の吸入側には、水を吸入するための配管２０と、空気を吸入するための配管２１とがコネクタ２２を介して接続されている。配管２０の先端には、ストレーナ２０ａが接続されている。ストレーナ２０ａとしては、メンテナンス性の観点から、たとえば円盤ストレーナなどのように、配管を分解せずに外部から容易に洗浄できるものが好ましい。ストレーナ２０ａは、たとえばドッグバス等のペット用洗浄槽や浴槽などに浸漬されている。配管２１には、先端側から順に、フィルタ２１ａ、逆止弁２１ｂ、絞り２１ｃが接続されている。ここで、逆止弁２１ｂは、混気ポンプ２の停止時に、フィルタ２１ａ側に流体が逆流するのを防止するために設けられている。また、絞り２１ｃは、流入する空気量を制限するために設けられている。
【００１９】
気液加圧溶解混合器３は、各々水平方向に配設されかつ上下方向の間隔を隔てて対向配置された上部通路（第１の通路）３Ａおよび下部通路（第２の通路）３Ｂと、上部通路３Ａの後端から下方に立ち下るとともに、上下部通路３Ａ、３Ｂを連結する立下り通路（第３の通路）３Ｃとを有しており、全体が正面視略コ字状に形成されている。また、下部通路３Ｂの先端には、上方に短く延びる通路（第４の通路）３Ｄが設けられている。
【００２０】
気液加圧溶解混合器３が略コ字状に形成されることにより、図２および図３に示すように、気液加圧溶解混合器３の側方のスペースに混気ポンプ２を配置することで、装置全体を小型化できる。また、このとき、気液加圧溶解混合器３の上部通路３Ａ、下部通路３Ｂおよび立下り通路３Ｃ間に形成される空間３Ｓを配管のためのスペースとして有効利用することにより、装置全体をさらに小型化できる。
【００２１】
上部通路３Ａの先端と混気ポンプ２の吐出側との間には、混気ポンプ２から吐出された水および空気の混合流を上部通路３Ａに導くための配管２３およびノズル２３ａが配設されており、上部通路３Ａの先端には、コネクタ（導入口）２３ｂが接続されている。ノズル２３ａは、水および空気の混合流を所定の流速（好ましくは５〜１５ｍ/ｓ）の噴流（ジェット水流）ＷＡとして上部通路３Ａ内に流入させるために設けられている（図４参照）。なお、図４では、図示の便宜上、ノズル２３ａが上部通路３Ａの先端に直接取り付けられた状態が示されている。
【００２２】
気液加圧溶解混合器３の下部通路３Ｂの先端には、当該気液加圧溶解混合器３内で処理されて、空気が加圧溶解された加圧水を流出させるための配管３０がコネクタ（取出口）３０ａを介して接続されている（図４参照）。配管３０には、シャワーヘッド４が接続されている。下部通路３Ｂの下部には、ドレン用の配管３１がコネクタ３１ａを介して接続されている。配管３１は、装置の未使用時に気液加圧溶解混合器３内部に残った水を抜くためのものである。
【００２３】
気液加圧溶解混合器３の上部通路３Ａの上部には、排気用の配管３３がコネクタ３３ｃを介して接続されている（図４参照）。この配管３３は、当該微細気泡製造装置１の停止時に、気液加圧溶解混合器３の内部で膨張しようとする気体を抜くためのものであり、配管３３の先端にはサイレンサー３３ａが接続されている。また、配管３３の途中には、電磁弁３３ｂが設けられている。電磁弁３３ｂや混気ポンプ２は、混気ポンプ２の上方で気液加圧溶解混合器３の側方の領域２００（図３参照）に配置される制御部によって、電源の投入（ＯＮ）および切断（ＯＦＦ）の制御が行われる。電磁弁３３ｂは、図示するように、たとえば２ポート２位置切換弁であって、この場合、電源をＯＮしたときに、管路が開いてサイレンサー３３ａ側への排気が行われるようになっている。また、電磁弁３３ｂの「開」動作は、好ましくは、混気ポンプ２のＯＦＦ動作と連動するようになっている。逆に言うと、混気ポンプ２のＯＮ動作時には、電磁弁３３ｂが「閉」となって、管路が閉じた状態になっている。
【００２４】
図４に示すように、気液加圧溶解混合器３の上部通路３Ａに対するノズル２３ａの取付位置は、ノズル２３ａから噴出するジェット水流ＷＡが上部通路３Ａ内の水面ＷＬに干渉する位置が好ましい。これにより、上部通路３Ａ内では、水と空気が完全な混合状態となって、気液溶解および気泡核の生成が効率的に行われる。
【００２５】
上部通路３Ａの水平方向長さＬは、ノズル２３ａからのジェット水流ＷＡが失速しない長さにするのが好ましい。この長さＬは、ジェット水流ＷＡの流速をｕとし、ノズル２３ａの取付高さをｈとするとき、次式により求まる。
Ｌ＜０．４５ｕ√ｈ
【００２６】
下部通路３Ｂの水平方向長さＬ’は、下部通路３Ｂの入口（図４右端）で底に沈んだ大きめの気泡が下部通路３Ｂを左方に移動する間に上昇し得る十分な長さを有していればよい。この長さＬ’は、下部通路３Ｂ内の流速をｗ、気泡の上昇速度をｖ、下部通路３Ｂの高さをｋとするとき、次式により求まる。
Ｌ’＞ｋｗ/ｖ
【００２７】
立下り通路３Ｃの鉛直方向長さは、気泡の生成にほとんど影響を与えないことが実験的に確認されているため、任意の長さでよい。
【００２８】
通路３Ｄは、その管路全体の５０％以上が上方に突出しているのが好ましい。通路３Ｄの上部には、コネクタ３２ｂが接続されている。コネクタ３２ｂには、気液加圧溶解混合器３内の余剰気体（余気）を排出するための空気抜き弁３２ａを介して配管３２が接続されている（図４参照）。
【００２９】
図１ないし図３に示すように、排気用の配管３３を気液加圧溶解混合器３の最も高い位置に接続したのは、第１に、空気が上方から抜きやすいためであり、第２に、仮に配管３３を低い位置に接続した場合、装置の設置状態によっては装置停止後にサイホンの原理で気液加圧溶解混合器３内部の水が外部に流れ続けることになるので、これを防止するためである。
【００３０】
シャワーヘッド４は、配管３０の先端に固定された接続金具にネジ止め固定されるようになっている。シャワーヘッド４の端部と接続金具との間には、固定絞り（図示せず）が介装されている。
【００３１】
気液加圧溶解混合器３は、図５および図６に示すように、たとえば角パイプを所定の長さに切断したものを溶接により接合することによって構成されている。すなわち、上部通路３Ａを構成する角パイプ部分は、一端がパイプ中心線に対して４５度をなす斜め方向に切断されており（切断面Ｗ１）、下部通路３Ｂおよび立ち下がり通路３Ｃをそれぞれ構成する各角パイプ部分はいずれも両端がパイプ中心線に対して４５度をなす斜め方向に切断されている（切断面Ｗ２、Ｗ３および切断面Ｗ１、Ｗ２）。また、通路３Ｄを構成する角パイプ部分は、一端がパイプ中心線に対して４５度をなす斜め方向に切断されている（切断面Ｗ３）。このように、角パイプを用いて各通路を構成することにより、板金の曲げ加工が不要になる。
【００３２】
各切断面Ｗ１、Ｗ２およびＷ３はまた、溶接による接合面を示している。すなわち、この場合には、上部通路３Ａの後端および立ち下り通路３Ｂの上端、立ち下り通路３Ｂの下端および下部通路３Ｂの後端、ならびに下部通路３Ｂの先端および通路３Ｄの下端がそれぞれ溶接により接合されている。
【００３３】
これにより、上部および下部通路３Ａ、３Ｂの全長にわたって溶接する必要がなくなり、これにより、溶接長さを短くでき、コストを低減できる。
【００３４】
なお、従来は溶接長さが長かったため、溶接時の板金の変形を防止するために、板金の板厚を或る程度厚くする必要があったが、本実施例では、溶接長さが短くなったことで、板厚の薄い材料の使用が可能になる。これにより、コストを一層低減できる。
【００３５】
ここで、気液加圧溶解混合器３を製作する際の各角パイプの材料取りの一例を図７および図８を用いて説明する。
【００３６】
まず、図８に示すように、一本の角パイプ５０を用意し、これを端から順に、部分I、II、III、IVに切断していく。このとき、各部分の切断面がパイプ中心線に対してなす角度は、鋭角側で測って、４５度、−４５度、４５度になるようにする。また、角パイプ５０とは別個に、コネクタ２３ｂが固定されたエンドプレート３ｅ、およびコネクタ３２ｂが固定されたエンドプレート３ｆをそれぞれ用意する。
【００３７】
次に、角パイプ５０を切断して得られた各部分I、II、III、IVを、図７に示すように配置して、隣り合う各部分の合わせ面Ｗ１、Ｗ２およびＷ３を溶接により接合する。これにより、各部分I、II、III、IVがそれぞれ上部通路３Ａ、立ち下り通路３Ｃ、下部通路３Ｂ、通路３Ｄを構成することになる。また、部分Iの先端側の開口には、エンドプレート３ｅが配置されて、溶接により部分Iに接合される。同様に、部分IVの先端側の開口には、エンドプレート３ｆが配置されて、溶接により部分IVに接合される。このようにして、気液加圧溶解混合器３が製作される。
【００３８】
次に、上述のように構成された気液加圧溶解混合器３の作動について説明する。
【００３９】
配管２０、２１から吸引された水および空気は、コネクタ２２で合流して、混気ポンプ２内に流入する。混気ポンプ２内に流入した水および空気は、混気ポンプ２で加圧され、配管２３およびノズル２３ａを通って気液加圧溶解混合器３内に噴出される。このとき、噴出される水および空気の混合流の流速は、好ましくは、５〜１５ｍ/ｓに設定される。
【００４０】
気液加圧溶解混合器３の上部通路３Ａの内部では、加圧状態下で空気が水に徐々に溶解して気液溶解が起こる。このとき、析出気泡の元となる気泡核（粒径１μｍ以下の微小気泡）が形成される。気泡核を含む水は、立下り通路３Ｃを通って下方に落下し、下部通路３Ｂ内に流入する。
【００４１】
下部通路３Ｂ内では、水に溶解できなかった余剰気体３５が、通路３Ｄを通る間に上方に移動し、空気抜き弁３２ａを通って外部に排出されることにより、空気が加圧溶解した、気泡核を含む加圧水が余剰気体から分離されることになる。
【００４２】
加圧水は、コネクタ３０ａから配管３０を通って気液加圧溶解混合器３の外部に取り出され、シャワーヘッド４に導入される。加圧水は、シャワーヘッド４の固定絞りを通るときに急激に減圧され、その結果、過飽和状態となっていた気体が析出することで、シャワーヘッド４内に、粒径が数μから数十μの微細気泡（マイクロバブル）が発生して、これらの微細気泡が水中に均一に分散した気泡水が生成される。気泡水は、シャワーヘッド４の多数のノズル孔から噴出する。
【００４３】
シャワーヘッド４から放出される気泡水は、多量の微細気泡を含んでいるので、このような気泡水を体に浴びることで、体表面の汚れが微細気泡とともに除去される。また、このとき、微細気泡の粒径が毛穴よりも小さいため、微細気泡が毛穴の奥まで入り込んで、毛穴内部の洗浄も行える。
【００４４】
このように本実施例によれば、上部通路３Ａ、下部通路３Ｂ、立ち下がり通路３Ｃおよび通路３Ｄが角パイプを所定の長さに切断することにより構成されているため、各通路を成形するための曲げ加工が不要である。また、上部通路３Ａの後端および立ち下がり通路３Ｃの上端、ならびに立ち下がり通路３Ｃの下端および下部通路３Ｂの後端がそれぞれ溶接により接合されるので、上部および下部通路３Ａ、３Ｂの全長にわたって溶接する必要がなくなり、これにより、溶接長さを短くでき、コストを低減できる。
【００４５】
ところで、従来は溶接長さが長かったため、溶接時の板金の変形を防止するために、板金の板厚を或る程度厚くする必要があったが、本実施例では、溶接長さが短くなったことで、板厚の薄い材料の使用が可能になり、これにより、コストを一層低減できる。
【００４６】
なお、前記実施例では、気液加圧溶解混合器３に液体および気体の混合流が導入される例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。気液加圧溶解混合器３の内部に気体を充填した状態で、外部から液体のみを導入するようにしてもよい。
【００４７】
また、前記実施例では、上部通路３Ａ、下部通路３Ｂおよび立ち下がり通路３Ｃが角パイプから構成された例を示したが、本発明の適用は角パイプには限定されず、円筒状のパイプでもよく、さらに、中空材であれば、任意の断面形状のものを採用し得る。
【００４８】
次に、図９Ａないし図９Ｃは、本発明による気液加圧溶解混合器をドッグバス等の浴槽に一体に取り付けて全体をユニット化した例を示しており、図９Ａは当該ユニットの平面図、図９Ｂは正面図、図９Ｃは右側面図である。なお、これらの図において、前記各実施例と同一符号は同一または相当部分を示しているが、図示の便宜上、配管の一部は省略している。
【００４９】
前記実施例では、気液加圧溶解混合器３の上部通路３Ａ、下部通路３Ｂおよび立下り通路３Ｃが同一面内に配置されて全体がコ字状に配設された例を示したが、ここでは、図９Ａないし図９Ｃに示すように、気液加圧溶解混合器３’の上部通路３’Ａ、下部通路３’Ｂおよび立下り通路３’Ｃは同一面内に設けられていない。各図に示すような向きにＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸をそれぞれとるとき、上部通路３’ＡはＸ軸方向に配設され、下部通路３’ＢはＹ軸方向に配設され、立下り通路３’ＣはＺ軸方向に配設されている。
【００５０】
気液加圧溶解混合器３’の各通路３’Ａ、３’Ｂ、３’Ｃをこのような向きに配設することにより、吐出側の配管３０はドッグバス５の正面側の側面に沿って配設され、給水側の配管２３はドッグバス５の右側の側面に沿って配設されるので、各配管２３、３０が互いに干渉することなく、配管を行えるようになるとともに、ドッグバス５の角部を有効利用してユニット全体をコンパクトに構成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例による気液加圧溶解混合器を含む微細気泡製造装置の概略構成図である。
【図２】微細気泡製造装置を構成する混気ポンプおよび気液加圧溶解混合器の正面図である。
【図３】微細気泡製造装置を構成する混気ポンプおよび気液加圧溶解混合器の側面図である。
【図４】気液加圧溶解混合器の作動を説明するための内部構造図である。
【図５】（ａ）は気液加圧溶解混合器の側面図、（ｂ）はその正面図である。
【図６】気液加圧溶解混合器の断面図である。
【図７】気液加圧溶解混合器を構成する各角パイプの材料取りの一例を示す図である。
【図８】気液加圧溶解混合器を構成する各角パイプの材料取りの一例を示す図である。
【図９Ａ】微細気泡製造装置をドッグバスに一体に取り付けて全体をユニット化した装置の平面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの装置の正面図である。
【図９Ｃ】図９Ａの装置の右側面図である。
【図１０】（ａ）は従来の気液加圧溶解混合器の側面図、（ｂ）はその正面図である。
【図１１】従来の気液加圧溶解混合器の断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
３： 気液加圧溶解混合器
３Ａ： 上部通路（第１の通路）
３Ｂ： 下部通路（第２の通路）
３Ｃ： 立下り通路（第３の通路）
３Ｄ： 通路（第４の通路）
２３ｂ： コネクタ（導入口）
３０ａ： コネクタ（取出口）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧下で気液溶解を行うための気液加圧溶解混合器であって、
外部から少なくとも液体が導入される導入口を有し、内部で気液溶解が行われる第１の通路と、
前記第１の通路の下方に前記第１の通路から間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留されるとともに加圧液の外部への取出口を有する第２の通路と、
前記第１の通路の後端から下方に立ち下がるとともに、前記第１、第２の通路を上下方向に連通する第３の通路とを備え、
前記第１、第２および第３の通路が、それぞれ中空材から構成されており、前記第１の通路の後端および前記第３の通路の上端、ならびに前記第３の通路の下端および前記第２の通路の後端が接合されている、
ことを特徴とする気液加圧溶解混合器。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１、第２および第３の通路が略コ字状に配設されている、
ことを特徴とする気液加圧溶解混合器。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第２の通路の先端には、余剰気体を排出するための、上方に延びる第４の通路が設けられている、
ことを特徴とする気液加圧溶解混合器。
【請求項１】
加圧下で気液溶解を行うための気液加圧溶解混合器であって、
外部から少なくとも液体が導入される導入口を有し、内部で気液溶解が行われる第１の通路と、
前記第１の通路の下方に前記第１の通路から間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留されるとともに加圧液の外部への取出口を有する第２の通路と、
前記第１の通路の後端から下方に立ち下がるとともに、前記第１、第２の通路を上下方向に連通する第３の通路とを備え、
前記第１、第２および第３の通路が、それぞれ中空材から構成されており、前記第１の通路の後端および前記第３の通路の上端、ならびに前記第３の通路の下端および前記第２の通路の後端が接合されている、
ことを特徴とする気液加圧溶解混合器。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１、第２および第３の通路が略コ字状に配設されている、
ことを特徴とする気液加圧溶解混合器。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第２の通路の先端には、余剰気体を排出するための、上方に延びる第４の通路が設けられている、
ことを特徴とする気液加圧溶解混合器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−７２６６３（Ｐ２００９−７２６６３Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４２４８１（Ｐ２００７−２４２４８１）
【出願日】平成１９年９月１９日（２００７．９．１９）
【出願人】（００００００３０９）ＩＤＥＣ株式会社 (188)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１９日（２００７．９．１９）
【出願人】（００００００３０９）ＩＤＥＣ株式会社 (188)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]