(57)【要約】【課題】従来技術の装置などにおいては、高濃度のガス過飽和溶解液を効率的に製造することが難しかった。【解決手段】  本発明のガス溶解液製造システム１０は、循環ポンプ１３から導かれる加圧液体Ｄに加圧溶解槽１２の加圧ガスＥを吸引混合して高速でガスを溶解させるように構成されたジェットポンプ１５を有し、当該ジェットポンプ１５から液体層Ｃに対して高濃度の加圧ガス溶解液Ｆを送出することが可能である。また、生成された高濃度の加圧ガス溶解液Ｆは、制限オリフィス１６を通過して急激に圧力開放されることになり、マイクロバブルＧを含有するガス過飽和溶液Ｈとして利用することが可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス溶解液を保持する大気開放槽と、加圧状態の内部でガス溶解液を生成する加圧溶解槽と、大気開放槽の液体を加圧溶解槽に導く循環ポンプと、加圧溶解槽に加圧ガスを供給する加圧ガス供給源と、からなるガス溶解液製造システムであって、
加圧溶解槽は、
上部には加圧ガス供給源からのガスにより加圧状態とされるガス層及び、
下部には同圧で加圧状態とされる液体層の両層を内部に保持するとともに、
循環ポンプから導かれる加圧液体にガス層の加圧ガスを吸引混合して高速でガスを溶解させるように構成されたジェットポンプによってガス溶解度を上げた加圧ガス溶解液を液体層に吐出し、
大気開放槽は、加圧溶解槽にて生成される加圧ガス溶解液を前記液体層から流入させるための制限オリフィスを有し、制限オリフィスを前記加圧ガス溶解液が通過することで略大気圧の状態となることにより発生する小さなガスバブルを含む液体であるバブル液体となったガス過飽和溶解液を保持するように構成されているガス溶解液製造システム。  
【請求項２】
前記液体は水であり、前記ガスは二酸化炭素である請求項１に記載のガス溶解液製造システム。
【請求項３】
加圧溶解槽の圧力は、０．１ＭＰａ以上０．３ＭＰａ以下である請求項１又は２に記載のガス溶解液製造システム。
【請求項４】
加圧溶解槽の圧力は、０．２ＭＰａ以上０．３ＭＰａ以下である請求項１又は２に記載のガス溶解液製造システム。
【請求項５】
ジェットポンプの吐出口は加圧溶解槽の液体層中である請求項１から４のいずれか一に記載のガス溶解液製造システム。
【請求項６】
前記ガス溶解液を加温する加温部さらに有する請求項１から５のいずれか一に記載のガス溶解液製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス溶解液製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の目的をもって液体にガスを溶解させることは、広く一般に行われている。例えば、血管の拡張作用があるといわれる炭酸泉（炭酸水）を生成するために、水に二酸化炭素を溶解させることが行われており、これを実現する装置などが知られている。また、オゾン水を生成するために、水にオゾンガスを溶解させることも一般に行われている。さらに、血中酸素の中和に役立つといわれる水素水の生成方法も知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、エジェクターの断面積縮小部における静圧減少作用を利用して、浴槽水に圧力タンク内の炭酸ガスを一次溶解させることが可能な装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２においては、水を水面上に噴霧することにより、ガスボンベから供給された二酸化炭素と容器内の水との気液界面積を拡大して二酸化炭素を水に溶解させる装置が開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献３においては、気密タンク内の水面上部の空間の炭酸ガスを水中に巻き込んで攪拌することにより水中に炭酸ガスを溶解させて炭酸泉を生成する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−４３７１３
【特許文献２】特開２００７−１４４８２
【特許文献３】特開２００７−２８９４９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の装置においては、エジェクターの断面積縮小部おけるガス吸引効率（＝吸引ガス流量／供給水流量）がせいぜい２０％程度であると考えられ、高濃度のガス溶解液を製造することが難しいといえる。また、ガスが一次溶解される液体を圧力タンクに噴射送水する構成となっているため、圧力タンク内の液層は比較的静的であり、圧力タンク底部の溶液のガス濃度が低くなってしまうという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２の装置においては、気液界面積を増大させるために液体を微細状態として噴霧する構成としているため、容器内の水についてガスを溶解させるのに長時間を要し、効率的に水にガスを溶解させているとはいえなかった。
【０００９】
また、特許文献３の装置においては、水面上部で炭酸ガスと水の攪拌を行うのみであるため、気密タンク底部の水に対して炭酸ガスを十分に溶解させることが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するために、本発明は、ガス溶解液を保持する大気開放槽と、加圧状態の内部でガス溶解液を生成する加圧溶解槽と、大気開放槽の液体を加圧溶解槽に導く循環ポンプと、加圧溶解槽に加圧ガスを供給する加圧ガス供給源と、からなるガス溶解液製造システムであって、加圧溶解槽は、上部には加圧ガス供給源からのガスにより加圧状態とされるガス層及び、下部には同圧で加圧状態とされる液体層の両層を内部に保持するとともに、循環ポンプから導かれる加圧液体にガス層の加圧ガスを吸引混合して高速でガスを溶解させるように構成されたジェットポンプによってガス溶解度を上げた加圧ガス溶解液を液体層に吐出し、大気開放槽は、加圧溶解槽にて生成される加圧ガス溶解液を前記液体層から流入させるための制限オリフィスを有し、制限オリフィスを前記加圧ガス溶解液が通過することで略大気圧の状態となることにより発生する小さなガスバブルを含む液体であるバブル液体となったガス過飽和溶解液を保持するように構成されているガス溶解液製造システムを提案する。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構成をとる本発明では、高濃度のガス過飽和溶解液を効率的に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例のガス溶解液製造システムの一例を示す図
【図２】実施例のジェットポンプの一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々の態様で実施し得る。
【実施例】
【００１４】
<概要>
本実施例のガス溶解液製造システムは、循環ポンプから導かれる加圧液体に加圧溶解槽の加圧ガスを吸引混合して高速でガスを溶解させるように構成されたジェットポンプを有する。当該ジェットポンプを用いることにより、加圧溶解槽の液体層に対して高濃度の加圧ガス溶解液を送出することが可能である。また、生成された高濃度の加圧ガス溶解液は、制限オリフィスを通過することで急激に圧力開放がなされて、マイクロバブルを含有するガス過飽和溶液として利用することが可能になる。
【００１５】
<ガス溶解液製造システムの全体的な構成>
図１は、本実施例のガス溶解液製造システムの構成の一例を示す図である。この図に示すように、本実施例のガス溶解液製造システム１０は、大気開放槽１１（制限オリフィス１６を含む）と、加圧溶解槽１２（ジェットポンプ１５を含む）と、循環ポンプ１３と、加圧ガス供給源１４と、から構成される。なお、これらの各装置は管状部材等を介して連結する構成とすることも可能であるが、直接的に連結する構成とすることも可能である。
【００１６】
大気開放槽１１は、ガス溶解液を保持する機能を有する。当該大気開放槽１１の形状・材質は特に限定されるものではなく、適宜用途に合わせて選択することが可能である。例えば、全身浴用の湯船や足湯用の湯船とすることも可能である。制限オリフィス１６等の内部の具体的な構成については以下で説明する。
【００１７】
また、加圧溶解槽１２は、加圧状態の内部でガス溶解液を生成する機能を有する。当該加圧溶解槽１２の形状・材質は特に限定されるものではないが、加圧状態に耐えられる耐圧性の高い材質を用いることが好適である。加圧溶解槽１２には、適宜圧力を開放するための圧力弁を設けておくことも可能である。ジェットポンプ１５等の内部の具体的な構成については以下で説明する。
【００１８】
また、循環ポンプ１３は、大気開放槽１１の液体を加圧溶解槽１２に導く機能を有する。当該循環ポンプ１３としては、加圧溶解槽１２の圧力を高くする場合はそれに見合う駆動力を有するものを用いる。例えば、加圧溶解槽１２の圧力を０．２ＭＰａとする場合は、当該加圧溶解槽１２の内部に対してジェット水流を発生させるために０．４ＭＰａの圧力で液体を加圧送出することが考えられる。循環ポンプ１３は、ＤＣモータなどから構成され、ポンプアップする水量などについて電圧制御可能な構成とすることが考えられる。また、循環ポンプ１３は、循環が常時生じるように駆動することも可能であるが、所定のインターバルをもって循環するように駆動することも可能である。
【００１９】
加圧ガス供給源１４は、加圧溶解槽１２に加圧ガスを供給する機能を有する。加圧ガスを供給するものとしては、ガスを高圧下で保持する装置（ガスボンベ）やガスを生成する装置などが考えられる。
【００２０】
本実施例のガス溶解液製造システム１０において生成するガス溶解液は、炭酸水やオゾン水とすることが可能であるが、その他のガスを任意の液体に溶かした種々のものが考えられる。炭酸水を生成する場合は、水に二酸化炭素を溶かす構成となり、オゾン水を生成する場合は水にオゾンガスを溶かす構成となる。また、液体に溶かすガスは一種類である必要はなく、複数の種類のガスとすることも可能である。
【００２１】
<加圧溶解槽の内部構成>
図１に示すように、加圧溶解槽１２は、上部には加圧ガス供給源１４からのガスＡにより加圧状態とされるガス層Ｂ及び、下部には同圧で加圧状態とされる液体層Ｃの両層を内部に保持することが可能である。加圧の調整は、例えば加圧溶解槽１２と加圧ガス供給源１４の間に圧力レギュレータを配置して行うことも可能である。加圧溶解槽の上部には、圧力を開放することが可能な圧力開放弁を設ける構成も可能である。
【００２２】
なお、加圧溶解槽１２の圧力は、０．１ＭＰａ以上０．３ＭＰａ以下とすることが好ましい。また、０．２ＭＰａ以上０．３ＭＰａ以下とすることがさらに好ましい。本実施例のガス溶解液製造システムにおいては、内部を０．１ＭＰａ又は０．２ＭＰａ以上の圧力とすることで、ガスの飽和溶解度が増大し、液体に溶けるガスの量を十分な値とすることが可能になる。当該高い圧力下において飽和状態又はその状態に近くなった加圧ガス溶解液は、大気圧下に急激に減圧されるとガス過飽和溶解液となり、小さなガスバブルを大量に発生させる。
【００２３】
また、加圧溶解槽１２は、循環ポンプ１３から導かれる加圧液体Ｄにガス層Ｂの加圧ガスＥを吸引混合して高速でガスを溶解させるように構成されたジェットポンプ１５によってガス溶解度を上げた加圧ガス溶解液Ｆを液体層Ｃに吐出すことが可能である。ジェットポンプ１５は、所定の流路から高圧流体をガス吸引室内に噴射し、ガス吸引室内の別の流体を伴って目的の場所に混合流体を送るものである。
【００２４】
図２は、上記ジェットポンプ１５の構成の一例を示す図である。この図で示すジェットポンプ１５は、収束流路１５ａと、第一狭流路１５ｂと、ガス吸引室１５ｃと、ガス導入管１５ｄと、第二狭流路１５ｅと、拡散流路１５ｆと、からなる。収束流路１５ａから第一狭流路１５ｂに流れ込む加圧液体Ｄは、狭い流路に押し込められるため、高速のジェット水流となり、静水圧を下げる。ガス吸引室１５ｃは、ガス吸引管１５ｄを介して導入された加圧ガスＥを包含した状態となる。ここで、高速のジェット水流は静水圧が低い状態となっているため、第一狭流路１５ｂよりも広い幅を有する第二狭流路１５ｄにジェット水流が流れ込む際にガス吸引室１５ｃから加圧ガスＥが供に吸いこまれる。さらに、拡散流路１５ｆを経て、加圧ガスＥが小さな気泡となって加圧液体Ｄに混入され、加圧ガス溶解液Ｆが生成されることになる。最後に、加圧ガス溶解液Ｆは液体層Ｃに送出される
【００２５】
ジェットポンプ１５の具体的な形状パラメータの一例として、収束流路１５ａの開き角を略９０度、拡散流路１５ｆの開き角を略２０度とする。また、収束流路１５ａ・第一狭流路１５ｂ・ガス吸引室１５ｃ・第二狭流路１５ｅ・拡散流路１５ｆの水流方向の長さ比率を、略２：１：２：０．６：１４とする。また、第一狭流路１５ｂの長さを基準として、第一狭流路１５ｂ・ガス吸引室１５ｃ・第二狭流路１５ｅ・ガス吸引管１５ｄの幅比率を、略０．５：２：０．８：０．４とする。ジェットポンプの上記各部の絶対的な大きさは、ジェットポンプ１５に流れ込む加圧液体Ｄの水量に応じて適宜設定することが可能である。
【００２６】
上記ジェットポンプ１５は、加圧液体Ｄに対して充分量の高圧ガスＥを接触させるためのガス吸引室１５ｃと、加圧液体Ｄに対して高圧ガスＥを混入させる第二狭流路１５ｅ及び拡散流路１５ｆを有しており、従来技術のエジェクターを用いるよりもはるかに高濃度のガスを液体中に溶解させることが可能になる。従来のエジェクターのガス吸引効率（＝吸引ガス流量／供給水流量）が２０％程度であるのに対して、上記ジェットポンプ１５のガス吸引効率は１００％以上となる。
【００２７】
なお、拡散流路の下流には、直線状に連結された攪拌回転翼等からなる攪拌部材を設ける構成も考えられる。当該構成とすることにより、水流中の気泡をさらに小さいサイズに破砕して、液体中に溶解させることが容易になる。
【００２８】
また、ジェットポンプ１５から吐出される高速のジェット水流Ｆは液体層Ｃに大局的な循環水流を生じさせ、加圧ガスＥと液体層Ｃの混入させる効率を向上させる。つまり、高圧ガスＥを液体層Ｃに一様に溶解させることが可能になる。特にジェットポンプの吐出口が加圧溶解槽の液体層中である場合は、その効果が顕著に現れる。
【００２９】
<大気開放槽の内部構成>
大気開放槽１１は、加圧溶解槽１２にて生成される加圧ガス溶解液Ｆを前記液体層Ｃから流入させるための制限オリフィス１６を有する。制限オリフィス１６は、単孔プレート又は多孔プレートのいずれも可能である。
【００３０】
また、大気開放槽１１は、制限オリフィス１６を前記加圧ガス溶解液Ｆが通過することで略大気圧の状態となることにより発生する小さなガスバブルＧを含む液体であるバブル液体となったガス過飽和溶解液Ｈを保持する。ガス過飽和溶解液Ｈは、略大気圧下において溶解させることが可能なガスよりも多くのガスを溶解させている状態であるため、圧力が略大気圧まで急激に減圧されると多くのガスバブルＧを発生することになる。なお、制限オリフィス１６は多段階制限オリフィスとすることも可能であるが、圧力を急激に開放する作用を効率的に達成するためには、単体の制限オリフィスを用いる構成が望ましい。
【００３１】
上述のように、加圧溶解槽１２にて生成される加圧ガス溶解液Ｆは略大気圧下において過飽和の状態となっているため、制限オリフィス１６を通過すると溶けきれなくなったガスが小さなガスバブルＧとして発生する。本実施例のガス溶解液製造システムにおいては、特に高い濃度でガスが溶解しているため、大量のガスバブルＧが発生してガス過飽和溶解液Ｈは白濁した状態になることもある。
【００３２】
ここで、水に二酸化炭素を溶解させて炭酸泉（炭酸水）を生成した場合、ガスバブルにより白濁した状態の大気開放槽に体の全部又は一部を入れることで血行を促進し、健康の増進を図ることが可能になる。
【００３３】
<その他の構成>
ガス溶解液製造システムとして、前記ガス溶解液を加温することが可能な加温部をさらに設ける構成も可能である。加温部を配置する領域としては、大気開放槽や加圧溶解槽が主として考えられるが、特に位置は限定されるものではなく、複数の領域に配置する構成も可能である。加温部としては、通常用いられるヒーター等が考えられる。当該加温部を追加することにより、高温・高濃度のガス過飽和溶解液を製造することが可能になる。例えば、健康増進用の温水炭酸泉を容易に製造することが可能である。
【００３４】
また、ガス溶解液製造システムとして、前記加圧溶解槽や前記大気開放槽の水位を検出することが可能な水位検出センサーを設ける構成も可能である。前記循環ポンプは、当該水位センサーの水位に応じて大気開放槽から加圧溶解槽に導く水流量を変化させる水位調整手段をさらに有する構成も可能である。
【００３５】
また、ガス溶解液製造システムとして、前記大気開放槽又は前記加圧溶解槽が配置される領域の所定のガス濃度を検出するガス濃度検出センサーを設ける構成も可能である。また、ガス濃度が所定の閾値よりも大きくなった場合又は小さくなった場合に警告出力を行うことが可能な警告装置を設ける構成も可能である。これらの装置をさらに設けることにより、ガス濃度の異常値を検知することが可能になる。
【００３６】
<効果>
以上のようなガス溶解液製造システムにより、高濃度のガス過飽和溶解液を効率的に製造することが可能になる。
【符号の説明】
【００３７】
１０…ガス溶解液製造システム、１１…大気開放槽、１２…加圧溶解槽、１３…循環ポンプ、１４…加圧ガス供給源、１５…ジェットポンプ、１６…制限オリフィス、１５ａ…収束流路、１５ｂ…第一狭流路、１５ｃ…ガス吸引室、１５ｄ…ガス導入管、１５ｅ…第二狭流路、１５ｆ…拡散流路、Ａ…ガス供給源からのガス、Ｂ…加圧溶解槽のガス層、Ｃ…加圧溶解槽の液体層、Ｄ…循環ポンプからの加圧液体、Ｅ…ガス層からの加圧ガス、Ｆ…加圧ガス溶解液、Ｇ…ガスバブル、Ｈ…ガス過飽和溶解液
【図１】
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【図２】
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