(57)【要約】【課題】  簡単な構造であり，体積と重量が小さく，安価であり，かつ効率よく酸素を水に溶解させる酸素溶解装置を提供する。【解決手段】  圧力低下を防止する圧力維持手段に接続される，水／酸素混合物を受け入れて水／酸素混合物中の酸素溶解度を増大させる酸素溶解装置５０であって，入口と，圧力維持手段に流体連通に接続される出口とを有するハウジングと；ハウジングの内側で，上下方向に複数段設けられる複数のトレーと；入口から水／酸素混合物を受け入れて，複数のトレー９６〜１０４のうち最上層のトレー９６に供給する引込管９２と；ハウジングの下側に滞留する水を，出口に排出する排出管９４と；を備える。引込管９２は，ハウジングの入口に流体連通に接続され，排出管９４は，ハウジングの出口に流体連通に接続される。複数のトレー９６〜１０４の中央には貫通孔が設けられ，かかる貫通孔に，排出管９４が挿入される。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力低下を防止する圧力維持手段に接続される，水／酸素混合物を受け入れて前記水／酸素混合物中の酸素溶解度を増大させる酸素溶解装置であって：
入口と，前記圧力維持手段に流体連通に接続される出口とを有するハウジングと；
前記ハウジングの内側で，上下方向に複数段設けられる複数のトレーと；
前記入口から前記水／酸素混合物を受け入れて，前記複数のトレーのうち最上層の前記トレーに供給する引込管と；
前記ハウジングの下側に滞留する水を，前記出口に排出する排出管と；
を備えることを特徴とする，酸素溶解装置。
【請求項２】
前記ハウジングは，
上方が開放された下部ハウジングと，
前記下部ハウジングの上側に締結される蓋部と，
を備えることを特徴とする，請求項１に記載の酸素溶解装置。
【請求項３】
前記引込管は，前記ハウジングの入口に流体連通に接続され，
前記排出管は，前記ハウジングの出口に流体連通に接続されることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載の酸素溶解装置。
【請求項４】
前記複数のトレーの中央には貫通孔が設けられ，
上下方向に配置される前記排出管は，前記複数のトレーの前記貫通孔に挿入されることを特徴とする，請求項１に記載の酸素溶解装置。
【請求項５】
前記複数のトレーの形状は，皿状であることを特徴とする，請求項１に記載の酸素溶解装置。
【請求項６】
水槽内の水に酸素を溶解する酸素水製造装置であって：
前記水槽および酸素源に連結されて，前記水槽から供給される水に前記酸素源からの酸素気泡を混合するための混合手段と；
前記混合手段に接続されて，前記混合手段によって混合された水／酸素混合物を吸入して循環させる循環ポンプと；
前記循環ポンプから前記水／酸素混合物を受け入れ，前記水／酸素混合物中の酸素溶解度を増大させる酸素溶解器と；
前記酸素溶解器と前記水槽とに流体連通に連結されて，前記酸素溶解器の内部圧力を維持しながら，前記酸素溶解器からの酸素水を前記水槽に戻す圧力維持手段と；
を備え，
前記酸素溶解器は，
入口と，前記圧力維持手段に流体連通に接続される出口とを有するハウジングと；
前記ハウジングの内側において，上下方向に複数段設けられる複数のトレーと；
前記入口から前記水／酸素混合物を受け入れて，前記複数のトレーのうち最上層のトレーに供給する引込管と；
前記ハウジングの下側に滞留する水を，前記出口に排出する排出管と；
を備えることを特徴とする，酸素水製造装置。
【請求項７】
前記ハウジングは，
上方が開放された下部ハウジングと，
前記下部ハウジングの上側に締結される蓋部と，
を備えることを特徴とする，請求項６に記載の酸素水製造装置。
【請求項８】
前記引込管は，前記ハウジングの入口に流体連通に接続され，
前記排出管は，前記ハウジングの出口に流体連通に接続されることを特徴とする，請求項６または７のいずれかに記載の酸素水製造装置。
【請求項９】
前記複数のトレーの中央には貫通孔が設けられ，
上下方向に配置される前記排出管は，前記複数のトレーの前記貫通孔に挿入されることを特徴とする，請求項６に記載の酸素水製造装置。
【請求項１０】
前記複数のトレーの形状は，皿状であることを特徴とする，請求項６に記載の酸素水製造装置。
【請求項１１】
前記複数のトレーの形状は，コップ状であることを特徴とする，請求項６に記載の酸素水製造装置。
【請求項１２】
前記圧力維持手段は，ニードルバルブを含むことを特徴とする，請求項６に記載の酸素水製造装置。
【請求項１３】
前記圧力維持手段は，ソレノイドバルブを含むことを特徴とする，請求項６に記載の酸素水製造装置。
【請求項１４】
前記酸素水製造装置の動作が停止するとき，前記圧力維持手段は，前記酸素水の流れを遮断して，前記酸素溶解器の内部圧力を一定に維持することを特徴とする，請求項１２または１３のいずれかに記載の酸素水製造装置。
【請求項１５】
前記複数のトレーは，
中央に貫通孔が設けられている底面部と，
前記底面部の外周縁から外側上方に延設された側面部と，
前記貫通孔の下端から下方に延設されたスリーブと，
を備えることを特徴とする，請求項６に記載の酸素水製造装置。
【請求項１６】
前記酸素源は，前記酸素水製造装置の内部に設けられることを特徴とする，請求項６に記載の酸素水製造装置。
【請求項１７】
前記酸素源は，前記酸素水製造装置の外部に設けられ，連結ホースによって前記混合手段に接続されることを特徴とする，請求項６に記載の酸素水製造装置。
【請求項１８】
上部面には，生水容器が載置される上面蓋部が設けられ，ケースの内部には，一定量の飲料水をそれぞれ貯蔵する冷水槽と温水槽が取り付けられ，前記冷水槽の外周面には蒸発器管が設けられ，前記温水槽の下側にはヒータが挿設され，前記冷水槽と前記温水槽とはそれぞれの連結ホースを介して，前面部に露出した冷水取出口および温水取出口に連通される冷温水器において：
酸素を供給するための酸素源と；
前記冷水槽および前記酸素源に連結されて，前記冷水槽から供給される水に前記酸素源からの酸素気泡を混合する混合手段と；
前記混合手段に接続され，前記混合手段によって混合された水／酸素混合物を吸入して循環させる循環ポンプと；
前記循環ポンプから前記水／酸素混合物を受け入れ，水中の酸素溶解度を増大させる酸素溶解器と；
前記酸素溶解器と前記冷水槽に流体連通状態に連結されており，前記酸素溶解器の内部圧力を維持しながら，前記酸素溶解器からの酸素水を前記冷水槽に戻す圧力維持手段と；を備え，
前記酸素溶解器は，
入口と，前記圧力維持手段に流体連通に接続される出口とを有するハウジングと；
前記ハウジングの内側において，上下方向に複数段設けられる複数のトレーと；
前記入口から前記水／酸素混合物を受け入れ，前記複数のトレーのうち最上層の前記トレーに供給する引込管と；
前記ハウジングの下側に滞留する水を，前記出口に排出する排出管と；
を備えることを特徴とする，冷温水器。
【請求項１９】
原水投入ラインから投入される飲料水をフィルタによって浄水して冷水槽と温水槽に貯蔵し，冷水槽の外周面には蒸発器管が設けられ，温水槽の下部にはヒータが挿設され，冷水槽と温水槽とは，それぞれの連結ホースを介して，前面部に露出した冷水取出口および温水取出口に連通される浄水器において：
酸素を供給する酸素源と；
前記冷水槽および前記酸素源に連結されて，前記冷水槽から供給される水に前記酸素源からの酸素気泡を混合する混合手段と；
前記混合手段に接続され，前記混合手段によって混合された水／酸素混合物を吸入して循環させる循環ポンプと；
前記循環ポンプから前記水／酸素混合物を受け入れ，前記水／酸素混合物中の酸素溶解度を増大させる酸素溶解器と；
前記酸素溶解器と前記冷水槽とに流体連通に連結されて，前記酸素溶解器の内部圧力を維持しながら，前記酸素溶解器からの酸素水を前記冷水槽に戻す圧力維持手段と；
を備え，
前記酸素溶解器は，
入口と，前記圧力維持手段に流体連通状態に接続される出口とを有するハウジングと；
前記ハウジングの内側において，上下方向に複数段設けられる複数のトレーと；
前記入口から水／酸素混合物を受け入れ，前記複数のトレーのうち最上層の前記トレーに供給する引込管と；
前記ハウジングの下側に滞留する水を，前記出口に排出する排出管と；
を備えることを特徴とする，浄水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，液体に気体を溶解させるための装置にかかり，特に，電気化学的触媒や添加剤を使用することなく，物理的に水に酸素を溶解させる酸素溶解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大量の水に多量の酸素を迅速にかつ効率よく溶解させることが必要な応用分野が多くある。例えば，酸素が好気性生物の生長を促進するため，酸素を水に溶解させる技法は，化学工場，製紙工場，およびこれに類似した他種の工場での水処理分野にも活用されている。すなわち，水の酸素量を増加させることにより，バクテリアが，汚染を引き起こす有機物質の生分解を促進させて，水処理効率を増大させることができる。その他，酸素水は養魚場または水耕栽培にも広く活用されている。
【０００３】
また，溶存酸素が豊富な水を飲むことは，人体にも有益なものと知られている。すなわち，酸素水を摂取すると，人体の血中酸素濃度が増加して摂取者の新陳代謝が促進され，多くの有益な結果をもたらす。運動選手は，肺機能バイパスにより，脈拍数を増加させることなく，運動能力を向上させることができ，筋力と持久力，心系機能が向上し，疲労回復が促進される。また，血液中に補強された酸素の一部は，大脳に供給されて思考力および集中力を向上させ，ストレスを緩和させるため，酸素は勉強する学生にも有用である。
【０００４】
水に酸素を溶解させる最も一般的な方法は，酸素が豊富な気体を散気などの方法で水に混入させて水と酸素の接触面積を増加させることである。この方法は，溶解効率が低く，飽和濃度近くまで酸素を溶解させることができる一方，過飽和が要求される応用分野には適用することができなかった。しかも，溶解された酸素は脱気しやすいという欠点があるため，この方法は，高濃度の溶存酸素水を製造しようとする製造分野では，事実上，適用するというのは不可能であった。
【０００５】
水中の溶存酸素量を増大させるための従来の他の方法の一つは，密閉された容器に水と酸素を充填し，加圧状態で長時間滞留させて溶解するものである。しかしながら，この方法を具現するためには，堅固なタンク，高揚程ポンプおよび高圧酸素タンクを必要とするため，システムの体積が大きく，重量が重く，酸素水の単位生産費用が高いという欠点があった。このため，この方法は，浄水器や冷温水器のような小規模な装置において飲料水に酸素を溶解させようとする場合は，体積や重量，生産単価，騒音などの問題のため適用することができなかった。
【０００６】
このような背景から，浄水器や冷温水器のような小規模な装置に用いることが可能となるように，構造が簡単であり，体積と重量が小さく，かつ溶存酸素の濃度が高い過飽和酸素水を製造可能な酸素溶解装置が要求されてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで，本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，構造が簡単であり，体積と重量が小さく，安価であり，かつ効率よく酸素を水に溶解させることの可能な，新規かつ改良された酸素溶解装置を提供することにある。
【０００８】
また，本発明の他の目的は，規模が小さく，効率よく酸素を水に溶解させて過飽和酸素水を製造することができ，長期間溶存酸素を維持することの可能な，新規かつ改良された酸素水製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，圧力低下を防止する圧力維持手段に接続されて，水／酸素混合物を受け入れ，その水／酸素混合物中の酸素溶解度を増大させる装置である酸素溶解装置が提供される。かかる酸素溶解装置は，ハウジング内に設けられる複数のトレーを有し，引込管から水／酸素混合物を受け入れて，水に酸素が溶解されるようにし，酸素が溶解された酸素水を排出管から排出する。ハウジングは，入口と，圧力維持手段に流体連通状態に接続される出口とを備えている。複数のトレーは，ハウジングの内側において上下方向に複数段で設けられている。引込管は，ハウジングの入口から水／酸素混合物を受け入れて複数のトレーのうち最上層トレーに供給し，排出管は，ハウジングの下側に溜まる水をハウジングの出口に排出する。
【００１０】
また，ハウジングは，上方に開放された下部ハウジングと，下部ハウジングの上側に締結される蓋部とを備えている。かかる引込管と排出管とは，ハウジングの入口と出口に，それぞれ流体連通に接続されることが好ましい。
【００１１】
また，複数のトレーの中央には貫通孔が設けられている。そして，排出管は，複数のトレーの中央の貫通孔に挿入されて，上下方向に配設される。このとき，複数のトレーの貫通孔は，排出管に嵌合されていることが好ましい。また，複数のトレーの形状は，例えば皿状，コップ状または平鉢状であることが好ましい。
【００１２】
また，本発明の別の観点によれば，水槽に入れられた水を循環させながら酸素源からの酸素を，循環する水流に溶解させるのに適合である酸素水製造装置が提供される。かかる酸素水製造装置は，水槽から供給される水に，酸素源から供給される酸素を溶解させる。混合手段は，水槽および酸素源に連結されており，水槽から供給される水に，酸素源からの酸素気泡を混合する。混合手段には，循環ポンプが接続され，この循環ポンプは，混合手段によって混合された水／酸素混合物を吸入して循環させる。酸素溶解器は，循環ポンプから水／酸素混合物を受け入れ，その水／酸素混合物に酸素を溶解させることにより，水／酸素混合物中の酸素溶解度を増大させる。酸素溶解器の出口と水槽との間には，これらに流体連通に連結される圧力維持手段が配置され，酸素溶解器の内部圧力を維持しながら酸素溶解器からの酸素水を水槽へ戻すようになる。圧力維持手段は，酸素水製造装置の動作が停止するとき，酸素水の流れを遮断して酸素溶解器の内部圧力を一定に維持する。
【００１３】
酸素溶解器は，ハウジング内に設けられる複数のトレーを備え，引込管から水／酸素混合物を受け入れ，その水／酸素混合物に酸素を溶解させ，酸素が溶解された酸素水を排出管から排出する。ハウジングは，入口と，圧力維持手段に流体連通状態に接続される出口とを備えている。複数のトレーは，ハウジングの内側において上下方向に複数段設けられている。引込管は，ハウジングの入口から水／酸素混合物を受け入れて複数のトレーのうち最上層トレーに供給し，排出管は，ハウジングの下側に滞留する水をハウジングの出口に排出する。
【００１４】
圧力維持手段は，例えば，ニードルバルブやソレノイドバルブ，またはこれらの結合によって構成されることが好ましい。なお，酸素源は，装置の外部に設けられてもよい。
【００１５】
このような酸素水製造装置の動作原理は，理論的に二重硬膜理論によって説明できる（ルイスとホワイト共著，Ｉｎｃ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．１６号，１２１５頁（１９２４年））。二重硬膜理論によると，液体での気体拡散速度を示す物質伝達係数は，以下の数式１で表れる。
【００１６】
【数１】
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【００１７】
ここで，ｄｍ／ｄｔは物質伝達計数，ｋｇは気体の拡散計数，Ａは気体がこれを通じて拡散する面積，Ｃｓは溶液中の気体の飽和濃度，Ｃは溶液中の気体の濃度を示す。上記式から分かるように，物質伝達速度は，液相物質と気相物質の接触面積に比例する。したがって，水に対する酸素の溶解度は，水と酸素気泡の接触面積を増大させることにより極大化することができる。すなわち，水と接触する酸素気泡の大きさが小さいほど，酸素は速く溶解される。
【００１８】
このような理論的原理に即して，本発明にかかる酸素水製造装置は，上下方向に複数段設けられる複数のトレーによって水と酸素の接触面積を最大化することにより，迅速な溶解と過飽和を促進するようになる。
【００１９】
本発明による酸素水製造装置は，例えば，冷温水器や浄水器のような飲料水提供装置に適用できる。この場合，酸素水製造装置が，冷温水器や浄水器の内部に設けて一体に製作してもよく，冷温水器や浄水器の外部に設けて冷温水器や浄水器から受けた水に酸素を溶解させてもよい。
【００２０】
本発明による冷温水器は，上部面に生水容器が載置される上面蓋部が設けられ，ケースの内部には，一定量の飲料水をそれぞれ貯蔵する冷水槽と温水槽が取り付けられ，冷水槽の外周面には蒸発器管が設けられ，温水槽の下側にはヒータが挿設され，冷水槽と温水槽がそれぞれの連結ホースを介して，前面部に露出した冷水取出口および温水取出口に連通されている。
【００２１】
冷温水器は，冷水槽から供給される水に，酸素源から供給される酸素を溶解させる。混合手段は，冷水槽と酸素源に連結されており，冷水槽から供給される水に，酸素源からの酸素気泡を混合する。混合手段には，循環ポンプが接続され，この循環ポンプは，混合手段によって混合された水／酸素混合物を吸入して循環させる。酸素溶解器は，循環ポンプから水／酸素混合物を受け入れて水に酸素を溶解させることにより，水／酸素混合物中の酸素溶解度を増大させる。酸素溶解器の出口と冷水槽との間には，これらに流体連通状態に連結される圧力維持手段が配置され，酸素溶解器の内部圧力を維持しながら酸素溶解器からの酸素水を冷水槽へ戻すようになる。酸素溶解器は，ハウジング内に設けられる複数のトレーを備え，引込管から水／酸素混合物を受け入れて水に酸素を溶解させ，酸素が溶解された酸素水を排出管から排出する。
【００２２】
本発明による浄水器は，原水投入ラインから投入される飲料水をフィルタによって浄水して冷水槽と温水槽に貯蔵し，冷水槽の外周面には蒸発器管が設けられ，温水槽の下部にはヒータが挿設され，冷水槽と温水槽がそれぞれの連結ホースを介して，前面部に露出した冷温水取出口に連通される。浄水器は，冷水槽から供給される水に，酸素源から供給される酸素を溶解させる。混合手段は，冷水槽と酸素源に連結されており，冷水槽から供給される水に，酸素源からの酸素気泡を混合する。混合手段には，循環ポンプが接続され，この循環ポンプは，混合手段によって混合された水／酸素混合物を吸入して循環させる。
【００２３】
酸素溶解器は，循環ポンプから水／酸素混合物を受け入れ，その水／酸素混合物に酸素を溶解させることにより，水／酸素混合物中の酸素溶解度を増加させる。酸素溶解器の出口と冷水槽との間には，これらに流体連通に連結される圧力維持手段が配置され，酸素溶解器の内部圧力を維持しながら酸素溶解器からの酸素水を冷水槽に戻すようになる。酸素溶解器は，ハウジング内に設けられる複数のトレーを備え，引込管から水／酸素混合物を受け入れ，その水／酸素混合物に酸素を溶解させ，酸素が溶解された酸素水を排出管から排出する。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば，構造が簡単で，部品点数が少なく，サイズが小さいので，安価で製作することができ，かつ効率よく過飽和酸素水を生産することができ，長期間溶存酸素を維持することができる酸素水製造装置を提供することができる。
【００２５】
また，家庭用浄水器や冷温水器のような小規模な装置において，飲料水に酸素を溶解するにあたって，低圧状態で最小の動力を用いて高効率の溶解を実現して過飽和酸素水を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
（第１の実施形態）
まず，本発明の第１の実施形態にかかる酸素水製造装置について説明する。ここで，図１は，本実施形態にかかる酸素水製造装置示す全体説明図である。
【００２８】
図１に示すように，酸素水製造装置は，水槽１０に入れられた飲料水に酸素を溶解させて水槽１０へ戻し，このような循環過程を繰り返すことにより，飲料水に酸素を過飽和させる装置である。かかる酸素水製造装置は，例えば，酸素源２０と，Ｔ字型接続具（Ｔｅｅ  Ｆｉｔｔｉｎｇ）３０と，循環ポンプ４０と，酸素溶解器５０と，調節弁１２０とを備えている。
【００２９】
Ｔ字型接続具３０の第１の入口は，第１の連結ホース１４を介して，水槽１０の下端の吐出口１２に接続されている。また，第２の入口は，第２の連結ホース２２を介して，酸素源２０に接続されており，酸素源２０から供給される酸素を水槽１０から供給される飲料水内に気泡として分散させる。酸素源２０としては，冷温水器や浄水器の場合，例えば電気分解方式の酸素発生装置が用いられ，溶解器の稼動時，約３０ｃｃ／分の酸素を供給するものが好ましい。また，例えば，圧力スウィング吸着式またはメンブレイン式の酸素供給器や酸素が充填された酸素タンクを酸素源２０として用いることもできる。このような酸素源２０は，装置の外部に設けてもよい。なお，酸素源２０の出口には，酸素流量を測定するための酸素ゲージまたは酸素供給量を調節するためのバルブを設けることもできる。
【００３０】
循環ポンプ４０は，流入口が第３の連結ホース３２を介してＴ字型接続具３０に接続され，流出口が第４の連結ホース４２を介して酸素溶解器５０に接続されている。かかる循環ポンプ４０は，水槽１０に入れられた飲料水をＴ字型接続具３０および酸素溶解器５０を介して循環させることにより，飲料水に酸素を繰り返し溶解させる。また，循環ポンプ４０は，例えばダイアフラムポンプによって具現され，酸素源２０から供給される低圧の酸素がＴ字型接続具３０に容易に吸入されて飲料水に混合されるようにする。
【００３１】
酸素溶解器５０の入口には，第１のエルボーフィッティング５２が螺合され，この第１のエルボーフィッティング５２には，第４の連結ホース４２が接続されている。また，酸素溶解器５０の出口には，第２のエルボーフィッティング５４が螺合され，この第２のエルボーフィッティング５４には，第５の連結ホース５６が接続されている。このような酸素溶解器５０は，第４の連結ホース４２から流入される飲料水／酸素混合物中に気泡の形態で分散されている酸素を飲料水中に過飽和の水準まで溶解させることができる。以下，酸素溶解器５０の具体的な構成と動作について詳述する。
【００３２】
調節弁１２０の入口は，第５の連結ホース５６を介して酸素溶解器５０に接続され，出口は第６の連結ホース１２２を介して水槽１０に接続される。調節弁１２０は，酸素水製造装置が作動するときは，酸素溶解器５０の内部に一定の圧力を維持させながら酸素水を水槽１０に戻し，酸素水製造装置が一時停止された状態では，流体の流れを遮断して酸素溶解器５０の内部にある流体が水槽１０に流出することを防ぐ。このような調節弁１２０は，例えば，ニードルバルブやソレノイドバルブまたは両方を結合して具現することができる。
【００３３】
次に，図２および図３に基づいて，本実施形態の特徴である酸素溶解器５０について詳細に説明する。ここで，図２は，図１に示す酸素溶解器５０の分解斜視図である。また，図３は，酸素溶解器５０の断面図である。酸素溶解器５０は，下部ハウジング６０と，下部ハウジング６０に上方から挿入されて結合する蓋／トレー組立体７０とを備えている。
【００３４】
下部ハウジング６０は，略コップ状になっており，上端の内周面には，蓋／トレー組立体７０と蓋／トレー組立体７０を螺合するためのねじ部６２が形成されている。図２に示すように，本実施形態にかかる下部ハウジング６０は，下端の外径が蓋／トレー組立体７０と螺合する側である上端の外径よりも小さいが，本発明はかかる例に限定されず，下端の外径と上端の外径とが等しい円筒状であってもよい。
【００３５】
蓋／トレー組立体７０は，円盤状の蓋部７２と，蓋部７２の下側に設けられる締付部７４と，蓋部７２の上側に設けられるマニホールド７８とを備えている。締付部７４は，蓋部７２よりも小さい直径を有し，その外周面には，下部ハウジング６０のねじ部６２に対応してねじ部７６が形成されている。円盤状蓋部７２の直径は，下部ハウジング６０の上端の外径と略等しいことが好ましい。蓋部７２の上方に設けられるマニホールド７８の内部には，図３に示すように，酸素溶解器の入口８０と出口８４から連通する流路８２，８６が形成されている。蓋部７２と締付部７４とマニホールド７８とは，一体で形成されることが好ましい。ただし，本発明では，蓋部７２と締付部７４とマニホールド７８とのうち少なくとも１つが別途に成形されて，例えばボルトなどにより締結されてもよい。
【００３６】
締付部７４の下側には，第１の流路８２に連通し，引込管９２を収容して第１の流路８２に接続させるための第１の挿通孔８８が設けられ，同様に，第２の流路８６に連通し，排出管９４を収容して第２の流路８６に接続させるための第２の挿通孔９０が蓋部７２の中央に設けられている。排出管９４は，第２の挿通孔９０に挿持された状態で，下部ハウジング６０の底面近くに至るほどの長さを有する。排出管９４には，複数の水平トレー９６〜１０４（以下，「トレー９６〜１０４」という。）が上下方向に連設されている。各トレー９６〜１０４は，中心部に貫通孔が設けられており，この貫通孔に排出管９４が挿持された状態で固定される。なお，引込管９２は，その下端部が，トレーのうち最も上側に備えられた第１のトレー９６の上方に位置するように設置される。
【００３７】
第１〜第５のトレー９６〜１０４は，例えば皿状であることが好ましく，これにより，占める空間を最小化するとともに，その内部に注入された飲料水と溶解器の内部に存在する酸素との接触面積を最大化することができる。しかし，上部から落下する落水によりトレーの内部に注入された飲料水中に形成される気泡が，飲料水中に含有されたままで落下しながら，飲料水と最大時間接触を可能にするため，第１〜第５のトレー９６〜１０４が平鉢やコップのように一定程度の高さを有するものであってもよい。また，直径対高さの比によらず，各トレーは，上端よりも底面を狭くすることが好ましい。これにより，上側にあるトレーから溢れた飲料水／酸素混合物がその下側に位置するトレー中に流れて，下側のトレーの内部に流下した飲料水／酸素混合物との衝突および摩擦が十分に行われるようにすることが好ましい。また，このように，上側にあるトレーから溢れる飲料水／酸素混合物が，その下側にあるトレー中に流れるように，下側に行くほどトレーの断面が大きくしてもよい。
【００３８】
図４は，本実施形態にかかるトレーの形態と排出管との結合構造を示す一部断面図である。本実施形態において，下側に位置する第５のトレー１０４は，底面部１０４ａと，底面部１０４ａの外周縁から外側上方に延設された側面部１０４ｂとを備える。底面部１０４の中央には，排出管９４が挿持される貫通孔が設けられており，貫通孔の下端には，スリーブ１０４ｃが下方に延設されている。このようなトレー１０４は，排出管９４に嵌合された状態で接着剤や溶接などによって排出管９４の外周面に固定される。なお，第１〜第４のトレー９６〜１０２の結合構造も同様である。
【００３９】
また，図５に示すように，トレーの形態と排出管とを結合することもできる。この場合，下端にある第５のトレー２０４は，底面部２０４ａと，底面部２０４ａの外周縁から外側上方に延設された側面部２０４ｂとを備える。底面部２０４の中央には，排出管１９４が挿持される貫通孔が設けられており，貫通孔の下端には，スリーブ２０４ｃが下方に延設されている。特に，排出管１９４の下側には，段差による係止段１９４ａが形成されており，十分に長く形成された第５のトレー２０４のスリーブ２０４ｃは，その下端が係止段１９４ａに載せられる。なお，第４のトレー２０２のスリーブ２０２ｃの下端は，第５のトレー２０４の底面部２０４ａの上面に載せられる。このように，各トレーは，その下側にあるトレーの底面部の上部面に載せられる。また，耐久性を増大させるために，各トレーと排出管の接触部位の少なくとも一部を，接着剤や溶接などによって固定させることもできる。
【００４０】
次に，図２および図３に示す酸素溶解器５０の組立て方について説明する。
【００４１】
まず，排出管９４に，第１〜第５のトレー９６〜１０４を挟持させる。次いで，締付部７４の底面に設けられた第１および第２の挿通孔８８，９０に引込管９２と排出管９４を挿入して結合し，あるいは螺合によって固定させ，酸素溶解器５０の蓋／トレー組立体７０を完成する。また，蓋／トレー組立体７０を下部ハウジング６０に螺合構造によって締め付ける。このとき，酸素溶解器５０のシール性を高めるために，蓋／トレー組立体７０と下部ハウジング６０との結合部位に，例えばＯリングのようなシール部材を介在させることが好ましい。この実施形態において，酸素溶解器５０は，組立てられた状態で，高さが約３００ｍｍ，上端外径が約１１０ｍｍの大きさを有する。このように酸素溶解器５０が組立てられた状態で，酸素溶解器５０の入口８０に第１のエルボーフィッティング５２を連結し，出口８４に第２のエルボーフィッティング５４を連結する。
【００４２】
次に，Ｔ字型接続具３０の第１の入口と水槽１０の下端の吐出口１２を第１の連結ホース１４によって連結し，Ｔ字型接続具３０の第２の入口と酸素源２０を第２の連結ホース２２によって連結する。その後，第３の連結ホース３２によってＴ字型接続具３０の出口と循環ポンプ４０の流入口とを連結し，第４の連結ホース４２によって循環ポンプ４０の流出口と酸素溶解器５０の入口である第１のエルボーフィッティング５２とを連結する。また，酸素溶解器５０の出口である第２のエルボーフィッティング５４と調節弁１２０の入口とを，第５の連結ホース５６によって連結し，調節弁１２０の出口を第５の連結ホース１２２によって水槽１０に連結させる。
【００４３】
このように組立られた図１に示す酸素水製造装置は，次のように作動する。
【００４４】
まず，循環ポンプ４０に電力を印加して稼動し，酸素源２０から酸素を供給し始めると，酸素源２０から供給される酸素は，水槽１０から供給される飲料水中に，気泡の形態で混入される。飲料水／酸素混合物は，循環ポンプ４０によって酸素溶解器５０の入口に移動し，引込管９２から第１のトレー９６に落下する。第１のトレー９６に落下して，トレーの底または注入された飲料水／酸素混合物と衝突する過程で，または衝突によって飲料水中に追加的に混入される酸素気泡が飲料水中に含有されて下方に落下してから浮力によって上昇する過程で，酸素気泡の一部は飲料水に溶解される。また，飲料水中に含まれた酸素気泡の相当量は，酸素溶解器５０の飲料水から離脱して上部空間に分離される。
【００４５】
第１のトレー９６が飲料水で満たした状態で，引込管９２から飲料水／酸素混合物が供給され続けると，飲料水は第１のトレー９６から溢れて，第２のトレー９８に落下する。飲料水／酸素混合物が第１のトレー９６から第２のトレー９８に落下して，トレーの底または入れられた飲料水／酸素混合物と衝突する過程で，または衝突によって飲料水中に追加的に混入される酸素気泡が落下してから浮力によって上昇する過程で，酸素気泡の一部は飲料水に溶解される。
【００４６】
このように，引込管９２から飲料水／酸素混合物が供給され続けることにより，上下方向に複数段で構成された第１〜第５のトレー９６〜１０４には，上側のトレーを始めとして飲料水／酸素混合物で満たされ，満たされた混合物は連鎖的に下側のトレーに落下する。最終的に第５のトレー１０４が飲料水／酸素混合物で満たされると，飲料水／酸素混合物は，酸素溶解器５０の底面に溜まるようになる。
【００４７】
循環ポンプ４０が運転され続けると，酸素溶解器５０の内部圧力が上昇し，一定の時間，例えば，最初の運転時から２０〜３０分が経過すると，底面に溜まった飲料水／酸素混合物は，排出管９４の内部で上昇して調節弁１２０から水槽４０に戻る。連続運転状態で，酸素溶解器５０の底面に溜まる飲料水／酸素混合物の水位は，循環ポンプ４０の動作速度によるだけでなく，調節弁１２０によっても調節することができる。本発明者の実験によると，酸素溶解器５０が上述の大きさを有する場合，酸素溶解器５０の高さの１／３の水位で一定に維持されることが明らかになった。
【００４８】
また，上述した酸素溶解器５０の動作過程で，複数段で構成された第１〜第５のトレー９６〜１０４に飲料水／酸素混合物が満たされて，酸素溶解器５０の底面にも飲料水／酸素混合物が溜まることにより，酸素−飲料水／酸素混合物間の接触面積，あるいは酸素−飲料水間の接触面積が，酸素溶解器５０の断面積の５倍以上に増加する。このように接触面積が増加することにより，大部分の酸素気泡は飲料水に溶解され，飲料水中の酸素溶解度は大幅に増加する。また，複数段に構成された第１〜第５のトレー９６〜１０４での飲料水／酸素混合物の衝突と浮力による浮上過程を通じて，飲料水中の酸素溶解度はさらに大幅に増加され得る。
【００４９】
また，動作過程において，調節弁１２０は，酸素溶解器５０の内部圧力が一定の水準以下に低下することを防止し，適正圧力に一定に維持する機能を行う。酸素水製造装置の運転が中断する場合，調節弁１２０は，酸素溶解器５０の内部の流体が排出されることを遮断して，酸素溶解器５０の内部圧力を維持する。これにより，酸素水製造装置を再稼動するとき，酸素溶解器５０の内部圧力を一定の水準以上に増加させるのに必要な空回転時間を短縮することができる。
【００５０】
かかる酸素水製造装置は，重量および体積が小さいため，例えば，浄水器や冷温水器のような装置に適用することができる。
【００５１】
一般の冷温水器の構成は，ケースの上部面に生水容器が載置される上面蓋部が設けられ，ケースの内部には，一定量の飲料水をそれぞれ貯蔵する冷水槽と温水槽が取り付けられている。冷水槽の外周面には蒸発器管が設けられ，温水槽の下側にはヒータが挿設されている。かかる冷水槽と温水槽は，それぞれの連結ホースを介して，前面部に露出した冷水取出口および温水取出口に連通される。このような冷温水器において，冷水槽に第１の連結ホース１４および第６の連結ホース１２２を連結し，水槽を除いた全ての部品を冷温水器の内部空間の下側に配置することにより，酸素水発生装置を冷温水器に適用して，過飽和酸素水を供給可能な冷温水器を製作することができる。このような冷温水器において，酸素水発生装置は，冷温水器が待機状態にあるか，または使用者が冷水や温水を取出中であるか否かにおらず，冷水槽に入れられた冷水を循環させながら酸素を溶解させる過程を繰り返す。このような冷温水器の構成は，以上の説明と添付図面，従来の冷温水器に関する文献，例えば，韓国登録特許第２０２６１２号公報の記載内容に基づいて，当業者が容易に実施することができるので，これについての具体的な説明は省略する。
【００５２】
また，浄水器は，生水容器の収納構造がなく，飲料水を濾過するためのフィルタが取り付けられることを除いては，冷温水器と類似した構成を有する。冷温水器におけると同様に，浄水器の水槽に第１の連結ホース１４および第６の連結ホース１２２を連結し，水槽を除いた全ての部品を浄水器の内部空間の下側に配置することにより，酸素水発生装置を浄水器に適用して過飽和酸素水を供給可能な浄水器を製作することができる。このような浄水器の構成は，以上の説明と添付図面，従来の浄水器に関する文献，例えば韓国登録実用新案第２７３３１８号公報の記載内容に基づいて，当業者が容易に実施することができるので，これについての具体的な説明を省略する。
【００５３】
以上，第１の実施形態にかかる酸素水製造装置について説明した。かかる酸素水製造装置は，構造が簡単であり，体積と重量が小さく，安価であり，かつ効率よく酸素を水に溶解させることができる。このため，例えば，規模が小さく，効率よく酸素を水に溶解させて過飽和酸素水を製造することができ，長期間溶存酸素を維持することの可能な酸素水製造装置に適用することができる。
【００５４】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５５】
例えば，上記実施形態では，酸素溶解装置が継続的に水槽に注入された飲料水を循環させながら酸素を溶解させるものと説明しているが，本発明はかかる例に限定されず，例えば，水槽に溶存酸素センサを設けて溶存酸素濃度が一定の水準，例えば，９０ｐｐｍまたは１２０ｐｐｍに到達すると，酸素発生装置の動作を一時停止させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は，液体に気体を溶解させるための装置に適用可能であり，特に，電気化学的触媒や添加剤を使用することなく，物理的に水に酸素を溶解させる酸素溶解装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる酸素水製造装置を示す概略図である。
【図２】図１に示す酸素溶解器の分解斜視図である。
【図３】図１に示す酸素溶解器の断面図である。
【図４】第１の実施形態にかかるトレーの形態と排出管との結合構造を示す図である。
【図５】トレーの形態と排出管との結合構造の他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０      水槽
１４，２２，３２，４２，５６，１２２    連結ホース
２０      酸素源
３０      Ｔ字型接続具
４０      循環ポンプ
５０      酸素溶解器
１２０    調節弁
【図１】
2006312160.tif 000004
【図２】
2006312160.tif 000005
【図３】
2006312160.tif 000006
【図４】
2006312160.tif 000007
【図５】
2006312160.tif 000008