(57)【要約】【課題】  複雑な気液混合機構を用いずとも種々の炭酸ガスを極めて効率よく溶解できる炭酸ガス溶解装置を提供する。【解決手段】  水流路が貫通形態に形成されるとともに、流路の途中位置に流入口よりも流通断面積が小さい絞り部２ｃが形成された部材本体６と、絞り部２ｃにて流路の軸断面を２以上のセグメント領域２ｅに区画する形態で流路の内周面から突出するとともに外周面に周方向の絞りリブを複数巻備え絞り部２ｃの流路断面積をさらに減少させる衝突部とを有した水処理部材１と、部材本体６の水流路内に当該部材本体の外部に位置する炭酸ガス供給源から炭酸ガスを流入させる炭酸ガス供給部１２とを備える。水理部材１の部材本体６の流入端に供給された水の流れを衝突部３に衝突させた後、各セグメント領域２ｅに分配しつつ増速して通過させ、当該衝突部の直下流に形成される乱流域に炭酸ガスを巻き込んで混合粉砕し溶解させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流入側となる流入端と水流出側となる流出端とが定められ、前記流入端に開口する流入口と前記流出端に開口する流出口とをつなぐ水流路が貫通形態に形成されるとともに、前記流路の途中位置に前記流入口よりも流通断面積が小さい絞り部が形成された部材本体と、前記絞り部にて前記流路の軸断面を２以上のセグメント領域に区画する形態で前記流路の内周面から突出するとともに外周面に周方向の絞りリブを複数巻備え前記絞り部の流路断面積をさらに減少させる衝突部とを有した水処理部材と、
前記部材本体の前記水流路内に当該部材本体の外部に位置する炭酸ガス供給源から炭酸ガスを流入させる炭酸ガス供給部とを備え、
前記水理部材の前記部材本体の前記流入端に供給された水の流れを、前記衝突部に衝突させた後、各前記セグメント領域に分配しつつ増速して通過させ、当該衝突部の直下流に形成される乱流域に前記炭酸ガスを巻き込んで混合粉砕し溶解させるようにしたことを特徴とする炭酸ガス溶解装置。
【請求項２】
前記絞り部の前記内周面から突出する複数の前記衝突部の２つ以上のものの先端部同士の間に前記絞り部内の水流をさらに高速化する高速流ギャップが形成されている請求項１記載の炭酸ガス溶解装置。
【請求項３】
前記衝突部は前記絞り部にて前記水流路の軸断面を３以上のセグメント領域に区画する形態で形成されている請求項１記載の炭酸ガス溶解装置。
【請求項４】
前記絞り部の前記内周面から突出する複数の前記衝突部の２つ以上のものの先端部同士の間に前記絞り部内の水流をさらに高速化する高速流ギャップが形成されている請求項３記載の炭酸ガス溶解装置。
【請求項５】
前記衝突部の先端部には先端に向かうほど軸断面を縮小させる錐状部が形成されてなり、前記セグメント領域を挟んで互いに隣接する２つの前記衝突部において前記錐状部の外周面間に、前記高速流ギャップを構成するスリット部が形成されている請求項２記載の炭酸ガス溶解装置。
【請求項６】
前記炭酸ガス供給部は、前記衝突部よりも上流側にて前記部材本体の壁部に形成され前記水通路の内周面に一端がガス流出口として開口するとともに、他端が前記部材本体の外面に炭酸ガス供給口として開口するガス供給通路を備える請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の炭酸ガス溶解装置。
【請求項７】
前記ガス供給通路の前記ガス流出口が前記絞り部に開口してなる請求項６記載の炭酸ガス溶解装置。
【請求項８】
前記炭酸ガス供給部は、前記部材本体の前記流入口に接続される水流入配管上に設けられたガス注入ノズルである請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の炭酸ガス溶解装置。
【請求項９】
前記水処理部材は前記水の流れ方向に直列に配置される上流側の第一の水処理部材と下流側の及び第二の水処理部材とを含むものであり、前記炭酸ガス供給部は前記第一の水処理部材に前記炭酸ガスを供給するものであり、前記第二の水処理部材は前記第一の水処理部材にて未溶解の前記炭酸ガスをさらに粉砕・溶解するものである請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の炭酸ガス溶解装置。
【請求項１０】
前記水の流通管路が途中で複数に分岐するとともに、複数の前記水処理部材がそれら分岐した流通管路上に並列に設けられ、前記炭酸ガス供給部はそれら並列接続された前記水処理部材の少なくともいずれかに前記炭酸ガスを供給するものである請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の炭酸ガス溶解装置。
【請求項１１】
前記水処理部材に供給される水流の動水圧が０．０６ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であり、前記絞り部における水流の平均流速が３．３ｍ／秒以上１０ｍ／秒以下であり、前記炭酸ガス供給部による前記水処理部材への大気圧換算での炭酸ガス流量をＡ、水流量をＢとしたとき、Ａ／Ｂの値が０．２以上１．３以下となるように、前記炭酸ガスの流量が調整される請求項１記載の炭酸ガス溶解装置。
【請求項１２】
前記炭酸ガスの溶解濃度が２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下である請求項１１記載の炭酸ガス溶解装置。
【請求項１３】
前記水として次亜塩素酸ナトリウム水溶液が使用される請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の炭酸ガス溶解装置。
【請求項１４】
前記次亜塩素酸ナトリウム水溶液における次亜塩素酸イオン濃度が１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下に調整され、前記炭酸ガスの溶解濃度が２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下に調整される請求項１３記載の炭酸ガス溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガス溶解装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭酸ガスの温浴効果が注目され、種々の製品が提案されている。炭酸泉に入浴すれば、人体に血行促進効果や保温効果等の効果が表れるということが知られている。すなわち、炭酸ガスが皮膚呼吸系や脂肪腺等を経由して体内に入り込み（以下これを経皮吸収と称する）、組織を活性化したり、血管を拡張したり、血液の粘度を下げたりなどして、血圧を下げたり、酸素の供給を増大させたりするためである。炭酸ガスの経皮吸収においては、皮膚表面が湿潤状態にある方が効率的であると言われているが、これは次の理由による。炭酸ガスは脂溶性かつ水溶性であって、経皮吸収の経路としては、前者の特性により皮脂に溶け込み、毛穴から皮脂腺を介して毛細血管に到達し吸収される場合と、後者の特性により水に溶けた形で皮膚全体が吸収の入口になる場合とがある。後者の経路においては、通常の状態では表皮内に存在するバリアゾーンと呼ばれる部位の作用で水分の体内への浸透が遮られているが、皮膚表面の角質層が水分を吸収し膨潤すると、このバリアゾーンの一部が開放されるため、水溶性の成分が表皮から真皮に達し、毛細血管に到達し吸収される。前者の毛穴から皮脂腺に至る経路は皮膚全体の中で限られた割合であるので、後者の表皮全体が吸収経路となりうる後者の方が効率的であることは当然である。従って、炭酸泉による全身入浴においては、表皮の角質層を膨潤させる手段も有効に作用するため、炭酸ガスの経皮吸収が効果的に行われることになる。炭酸泉においてはさらに、温熱刺激による血流の増加も伴うため、毛細血管に吸収された炭酸ガスを効率よく循環させる作用も期待できる。特許文献１、２には、シャワー水に炭酸ガスを溶存させて浴用に用い、体表面における血行促進を図ることにより寒冷期においても不必要に高めることなく温熱効果を得る方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２５２４２３号公報
【特許文献２】特開２００２−  ２７２８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１、２のシャワー装置では、炭酸ガスの溶解効率に難点がある。また、炭酸ガス分離膜を反転利用して、炭酸ガス溶解効率を高める装置も散られているが、炭酸ガス分離膜を用いたガス溶解ユニットが非常に高価である。他方、特許文献２には、炭酸ガス発生剤（固形発泡剤）をシャワーヘッド内に組み込む構成が開示されているが、炭酸ガス気泡をそのままシャワーヘッドの散水板から吐出させる構成なので、炭酸ガス気泡が粗く、効果の持続性に難点がある。
【０００５】
本発明の課題は、複雑な気液混合機構を用いずとも炭酸ガスを極めて効率よく溶解できる炭酸ガス溶解装置を提供することにある
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の炭酸ガス溶解装置は、
水流入側となる流入端と水流出側となる流出端とが定められ、流入端に開口する流入口と流出端に開口する流出口とをつなぐ水流路が貫通形態に形成されるとともに、流路の途中位置に流入口よりも流通断面積が小さい絞り部が形成された部材本体と、絞り部にて流路の軸断面を２以上のセグメント領域に区画する形態で流路の内周面から突出するとともに外周面に周方向の絞りリブを複数巻備え絞り部の流路断面積をさらに減少させる衝突部とを有した水処理部材と、
部材本体の水流路内に当該部材本体の外部に位置する炭酸ガス供給源から炭酸ガスを流入させる炭酸ガス供給部とを備え、
水理部材の部材本体の流入端に供給された水の流れを衝突部に衝突させた後、各セグメント領域に分配しつつ増速して通過させ、当該衝突部の直下流に形成される乱流域に炭酸ガスを巻き込んで混合粉砕し溶解させるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
部材本体において水の流れは、衝突部に衝突してセグメント領域に迂回する際に激しい乱流を発生する。また、衝突部の外周面には絞りリブが複数巻形成されており、衝突部を迂回しようと水はその外周面接線方向に流れ込むので、絞りリブ間の溝部（あるいは谷状部）内にて絞られることによりさらに増速し、乱流発生効果は高められる。この乱流により、水とともに流れ込む炭酸ガスの剪断・粉砕効果が向上し、顕著な炭酸ガス溶解効果が達成される。
【０００８】
また、こうして一旦溶解した炭酸ガスは、セグメント領域に瞬時的に増速して分配される。特に、絞りリブ間の溝部（あるいは谷状部）では局所的・瞬時的な増速効果が一層高められる。このように流れが増速された領域では、ベルヌーイの原理に従い負圧域が形成され、水中の溶存炭酸ガス（あるいは、水に元から溶解していた空気等のガス成分）が析出して微細な気泡が発生する。この炭酸ガスの析出は沸騰現象的に激しく進行し、水の撹拌効果及び乱流発生効果をさらに高めることとなる。
【０００９】
一旦溶解した炭酸ガスが減圧により沸騰析出するということは、水中の溶存炭酸ガス量を減少させるのであるが、減圧領域を水が通過する時間は極めて瞬時的であり、外部から導入される炭酸ガスに対する撹拌並びに強制溶解効果はそれをさらに上回る形で進行する。結果、一見矛盾するようではあるが、この溶存炭酸ガスの沸騰による撹拌効果により、炭酸ガスの粉砕・溶解促進効果はさらに高められることとなるのである。
【００１０】
また、沸騰析出により生成する気泡は、極めて微小な気泡生成核から周囲の溶存炭酸ガス成分の流入に伴い、水が減圧領域に留まる間は徐々に気泡径を増大させつつ成長する。しかし、上記の通り水が減圧領域に留まる期間は極めて瞬時的であり、減圧領域を脱すればその成長は速やかに停止する。したがって、発生する気泡は極めて微小であり、いわゆるファインバブル（１μｍ以上５００μｍ以下）あるいはウルトラファインバブル（３０ｎｍ〜１μｍ未満）（以下、両者を総称して微小気泡と称する）として生成する。その結果、炭酸ガスの溶解量を増すことができるのみならず、溶存せずに残存する炭酸ガスも浮上速度の非常に小さい微小気泡として液中に留まり、これが微小気泡特有の種々知られている効果（たとえば、洗浄効果、水の浸透性促進効果など）が発揮される利点も生ずるのである。
【００１１】
そして、この発明では、絞り部にて流路の軸断面を複数のセグメント領域に区画する形態で、当該絞り部の流路断面積をさらに減少させる衝突部が配置されている。つまり、流路の断面積を高流速となる断面中心に向けて径方向に相似的に縮小するのではなく、衝突部を障害物として用いることで、水が流通可能な領域を周方向にいわば間引く形で流路の断面縮小を図るのである。その結果、絞り部での流体抵抗が過度に増加せず、流速の増加効果ひいては負圧発生効果を大幅に増すことができる。これにより、各セグメント領域（及びその下流）での減圧効果が大幅に高められ、例えば、溶存炭酸ガス濃度が同じであってもより微細で多量の気泡を析出させることができる。また、流量が過度に減じないことで、撹拌・剪断による炭酸ガス溶解効果も良好に維持される。こうした効果は、衝突部が、絞り部にて流路の軸断面を３以上のセグメント領域に区画する形態で形成される場合に一層顕著である。
【００１２】
次に、セグメント領域に流れ込む流体は衝突部の先端部を迂回して流れ込むものが主体的となり、流速が最も大きくなる断面中心付近の流れは、その迂回により減速する傾向にある。そこで、複数の衝突部の２つ以上のものの先端部同士の間に、断面周囲流に対し相対的に高速となる断面中心流を通過させるための高速流ギャップを形成しておくことが有効である。これにより、断面中心付近の流れを大きく減速させずに高速流ギャップを経て通過させることができる。その結果、高速流ギャップでは水の流速が非常に高められ、撹拌・剪断による炭酸ガスの溶解効果を促進することができる。また、衝突部の迂回流は、衝突部周囲の絞りリブ部の存在により、高速流ギャップ直下流域に前述のごとく激しい乱流域を生ずるから、乱流域を通過する際に気泡成長が抑制され、炭酸ガス気泡が残存する場合も、さらなる微細化を図ることができるようになる。
【００１３】
高速流ギャップは種々の形態に形成できる。例えば、複数の衝突部の少なくとも１対のものを、絞り部の断面中心を挟んで内径方向に対向する形で配置し、それら衝突部の先端間に、高速流ギャップを構成する中心ギャップを形成することもできる。この構成によると、最も高流速となる断面中心の流れを、中心ギャップを経て大きな損失を生じることなく通過させることが可能となる。その断面中心の流れは中心ギャップの通過によりさらに絞られて高速化しようとするが、セグメント領域側への流れ迂回が許容されているため流体抵抗の増加が効果的に抑制される。その結果、減圧効果が大幅に高められ、断面中心における流速を大幅に増加できるので、撹拌・剪断による炭酸ガスの溶解効果を促進することができる。また、炭酸ガス気泡が残存する場合も、そのさらなる微細化を図ることができるようになる。
【００１４】
セグメント領域を３以上に形成する場合は、衝突部の先端部に先端に向かうほど軸断面を縮小させる錐状部を形成し、セグメント領域を挟んで互いに隣接する２つの衝突部において錐状部の外周面間に、高速流ギャップを構成するスリット部を形成することができる。スリット部は錐状部の外周面母線方向に形成されるので、該スリット部に向かう流れは錐状部の該母線に沿う膨らみをいわば乗り越える形で絞られ、導入した炭酸ガスとともに圧縮される。その結果、炭酸ガスの溶解効果が高められ、たとえば大気圧下での飽和濃度を超えて炭酸ガスの溶解促進を図るようなことも可能となる。
【００１５】
また、スリット部の長手方向に圧縮された水の流動代が与えられるので流速が低下しにくく、これも減圧効果がさらに高められる要因となる。そして、減圧領域が、従来のベンチュリ管やオリフィスでは絞り中心の近傍でポイント状に形成されていたのが、上記構成ではスリット部に沿って線状に形成されるため減圧領域が大幅に拡張し、炭酸ガスの溶解促進効果がさらに高められる。また炭酸ガス気泡が残存する場合も、そのさらなる微細化を図ることができる。
【００１６】
衝突部は、各々その突出方向が絞り部の軸断面にて互いに直交する十字形態に設けることができ、それら衝突部により絞り部を４つの絞りセグメント領域に分割することができる。衝突部を互いに直交する向きに配置して４つの絞りセグメント領域に分割することで、断面中心に関する衝突部ひいては絞りセグメント領域の配置の対象性も良好となり、炭酸ガスの溶解促進効果も高められる。また、炭酸ガス気泡が残存する場合も、より均質に微細気泡を析出することができるようになる。
【００１７】
この場合も、絞り部の断面中心部に向けて突出する複数の衝突部の２つ以上のものの先端部同士の間に、断面周囲流に対し相対的に高速となる断面中心流を通過させるための高速流ギャップを形成できる。４つの衝突部は流路の内周面から該流路の中心部に向けて突出する形で設けることができる。また、各衝突部の先端部には先端に向かうほど軸断面を縮小させる錐状部を形成することで、セグメント領域を挟んで互いに隣接する衝突部において錐状部の外周面間に、高速流ギャップを構成するスリット部を形成できる。その結果、絞り部の断面中心を挟んで内径方向に対向して配置される衝突部の先端間に、高速流ギャップの一部を構成する中心ギャップが形成され、高速流ギャップは、４つのスリット部が中心ギャップを介して一体化された十字形態に形成される。
【００１８】
上記の構成によると、最も高流速となる断面中心の流れは、断面中心を取り囲むように配置される４つの錐状部により効果的に絞られて中心ギャップに増速しつつ流れ込む。そして、中心ギャップには周囲の４つのスリット部が連通し、中心ギャップ内で絞られて圧縮される流れは、スリット部へ迂回することで流体抵抗の増加が極めて効果的に抑制され、かつ、スリットにより絞られているので迂回先での流速低下も低く抑えられる。その結果、中心ギャップだけでなくスリット部でも減圧効果は極めて活発となり、撹拌・剪断による炭酸ガスの溶解効果を促進することができる。また、気泡が残存する場合も、そのさらなる微細化を図ることができるようになり、特にウルトラファインバブルの生成に関しては有効となる。
【００１９】
この場合、中心ギャップに臨む衝突部の先端を先鋭に形成しておくことにより、その近傍を通過する流れを特に局所的に高速化でき、中心ギャップ直下領域にて炭酸ガス溶解に好都合な乱流発生をさらに促進することができる。
【００２０】
次に、衝突部の外周面に形成する絞りリブの谷状部は、谷低に向かうほど幅が縮小する形状とすることが、谷状部内での流れ絞り効果ひいては水撹拌効果を高める上で望ましい。この場合、谷状部内の複数の絞りリブは頂部を鋭角としつつ互いに隣接して形成するのが好適である。また、絞りリブの頂角は、上記効果を適正化する観点において６０°以下２０°以上に設定するのがよい。
【００２１】
また、複数巻の絞りリブは、らせん状に一体形成することができる。このようにすると、絞りリブの形成が容易になるほか、流れに対し絞りリブが傾斜することで、絞りリブの稜線部を横切る流れ成分が増加し、流れ剥離に伴う乱流発生効果が著しくなるので、気泡のさらなる微細化を図ることができる。この場合、衝突部は、脚部末端側が流路内に突出するねじ部材にて形成しておくと、該ねじ部材の脚部の外周面に形成されるねじ山を絞りリブとして利用でき、製造が容易である。
【００２２】
次に、炭酸ガス供給部は、衝突部よりも上流側にて部材本体の壁部に形成され水通路の内周面に一端がガス流出口として開口するとともに、他端が部材本体の外面に炭酸ガス供給口として開口するガス供給通路を備えるものとして構成できる。部材本体にガス供給通路を設けることで、水処理部材が炭酸ガス供給部を兼ねる構成となり、部品点数の削減を図ることができる。この場合、ガス供給通路のガス流出口を絞り部に開口させることで、絞り部における減圧効果により炭酸ガスを吸引注入することができ、ガス混合効率を向上させることができる。ガス流出口は衝突部の先端に開口させてもよいが、要求される炭酸ガスの到達溶解濃度が大きい場合は、絞り部において衝突部よりも上流側にて、衝突部とは別位置にガス流出口を開口させることが、衝突部の寸法成約を受けることなく、水通路ならびにガス流出口の断面寸法を設定できるので好都合である。
【００２３】
一方、炭酸ガス供給部は、部材本体の流入口に接続される水流入配管上に設けられたガス注入ノズルとして構成することも可能である。これにより、水処理部材の寸法や形状の成約を受けることなく炭酸ガスの注入量をより自由に設定できるようになる。また、後述のごとく、水処理部材を複数並列に分配配置する場合、その分配分岐点よりも上流側にガス注入ノズルを設ければ、各水処理部材への炭酸ガスの分配を均一に行うことができる。
【００２４】
次に、水処理部材は水の流れ方向に直列に配置される上流側の第一の水処理部材と下流側の及び第二の水処理部材とを含むものとして構成できる。この場合、炭酸ガス供給部は第一の水処理部材に炭酸ガスを供給するものであり、第二の水処理部材は第一の水処理部材にて未溶解の炭酸ガスをさらに粉砕・溶解するものとすることができる。このように直列接続された複数の水処理部材により、炭酸ガスを段階的に粉砕・溶解することにより、炭酸ガスの溶解効率を大幅に高めることができる。これは、ガス溶解量を増やしたい場合、あるいは未溶解炭酸ガスの比率を減じたい場合に特に有効な手法である。直列配置する水処理部材の数は、もちろん３段以上とすることも可能である。このとき、これら複数の水処理部材の２以上のもののそれぞれに、炭酸ガスを別経路にて分配供給することも可能である。また、水の流通管路を途中で複数に分岐させ、複数の水処理部材をそれら分岐した流通管路上に並列に設けることができる。炭酸ガス供給部はそれら並列接続された水処理部材の少なくともいずれかに炭酸ガスを供給するものとして構成できる。複数の水処理部材を並列に用いることで、処理対象の水の流量が大きい場合でも、必要な量の炭酸ガスを効率よく溶解することができる。
【００２５】
水処理部材に供給される水流の動水圧が０．０６ＭＰａ以上（上限は限定されないが、便宜的に０．５ＭＰａ以下とする）のとき、絞り部における水流の平均流速は３．３ｍ／秒以上（上限は限定されないが、便宜的に１０ｍ／秒以下とする）なるように絞り部の水流通断面積を調整することが望ましい。そして、炭酸ガス供給部による水処理部材への大気圧換算での炭酸ガス流量をＡ、水流量をＢとしたとき、Ａ／Ｂの値が０．２以上１．３以下となるように、炭酸ガスの流量を調整することで、炭酸ガスの水への溶解効率を７０％以上に高めることが可能となる。特に、Ａ／Ｂの値が０．６を超えるような多量の炭酸ガスを流通した場合でも、本発明特有の構成の水処理部材の構成を採用することにより、これを極めて迅速に、かつ７０％以上の高効率にて溶解することが可能となるのである。このとき、炭酸ガスの溶解濃度は２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下の高濃度とすることができる。水流の動水圧が０．０６ＭＰａ未満、絞り部における水流の平均流速が３．３ｍ／秒未満のとき、Ａ／Ｂの値が上記範囲内におさまっていても炭酸ガスの水への溶解効率は７０％未満となり、無駄に消費される炭酸ガス量が増加して不経済である。
【００２６】
なお、水として次亜塩素酸ナトリウム水溶液を使用することができる。炭酸ガスが効率よく溶解することで、次亜塩素酸ナトリウム水溶液のｐＨ値が例えば４．３〜６前後の弱酸性に保たれ、殺菌や消毒に有効な解離状態の次亜塩素酸濃度を大幅に高めることができるとともに、炭酸特有のｐＨ緩衝作用によりｐＨ値の変動も小さくすることができる。例えば、従来行われていた塩酸添加によるｐＨ調整方式よりも、ｐＨ値が３以下の低い値にアンダーシュートする現象が極めて生じにくくなり、有害な遊離塩素ガスの発生も抑えることができる。該効果を高める観点において、次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、次亜塩素酸イオン濃度が１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下に調整されていることが望ましく、炭酸ガスの溶解濃度は２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下に調整されることが望ましい。次亜塩素酸イオン濃度が１０ｐｐｍ未満では消毒作用が不足し、１０００ｐｐｍを超えると次亜塩素酸ナトリウム水溶液のコストアップを招く。また、炭酸ガスの溶解濃度は２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下に調整されることで、次亜塩素酸ナトリウム水溶液のｐＨ値を４．３〜６の、消毒効果が最適されるｐＨ域に安定して維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の炭酸ガス溶解装置の一構成例を示す模式図。
【図２】図１の水処理部材の詳細を示す断面図。
【図３】図２の水処理部材の要部を拡大して示す図。
【図４】Ａ  衝突部の作用説明図。Ｂ  絞りリブの作用説明図。
【図５】衝突部の第一変形例を示す図。
【図６】衝突部の第二変形例を示す図。
【図７】衝突部の第三変形例を示す図。
【図８】衝突部の第四変形例を示す図。
【図９】衝突部の第五変形例を示す図。
【図１０】衝突部の第六変形例を示す図。
【図１１】衝突部の第七変形例を示す図。
【図１２】衝突部の第八変形例を示す図。
【図１３】衝突部の第九変形例を示す図。
【図１４】衝突部の第十変形例を示す図。
【図１５】衝突部の第十一変形例を示す図。
【図１６】衝突部の第十二変形例を示す図。
【図１７】衝突部の第十三変形例を示す図。
【図１８】衝突部の第十四変形例を示す図。
【図１９】衝突部の第十五変形例を示す図。
【図２０】衝突部の第十六変形例を示す図。
【図２１】水処理装置を直列に複数段接続する例を示す断面図。
【図２２】炭酸ガス供給部を水処理装置と別体のガス注入ノズルとして構成する例を示す断面図。
【図２３】衝突部にガス供給通路を形成する例を示す断面図。
【図２４】同じく別の例を示す断面図。
【図２５】複数の水処理装置を並列接続する第一の例を示す模式図。
【図２６】同じく第二の例を示す模式図。
【図２７】同じく第三の例を示す模式図。
【図２８】同じく第四の例を示す模式図。
【図２９】循環管路上に水処理部材を設ける例を示す模式図。
【図３０】次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いる場合の炭酸ガス溶解装置の構成例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は、本発明の炭酸ガス溶解装置の一構成例を示す模式図である。炭酸ガス溶解装置１００は、本体ケース１００Ｃの内部には、配管部材にて構成された水流路１８が設けられ、その両端が本体ケース１００Ｃに対し水流入口１９及び水流出口２０を開口している。水流入口１９には温水供給配管５１（本実施形態では水配管）が接続され、給湯器５０からの温水が水流路１８に供給されるようになっている。
【００２９】
供給水流路１８の途上には水処理装置１が設けられており、該水処理装置１にはガス供給管路１２が接続され、これを介して炭酸ガスが水処理装置１に供給される。本実施形態では、ガス供給管路１２は本体ケース１００Ｃ上にガス供給口１４を開口し、ここにガス配管３１が接続される。本実施形態では、炭酸ガス（たとえば、酸素、窒素、空気、塩素等）のボンベ４１にガス配管３１が接続され、該ボンベ４１からの炭酸ガスが減圧弁４２及び流量調整弁３２にて圧力及び流量が調整されつつガス供給管路１２に導かれるようになっている。該炭酸ガスは水処理装置１にて水流路１８内の水に溶解されることにより炭酸ガス溶液ＧＷとなり、水流出口２０から流出・供給される。水流出口２０は水供給ホース５２を介して洗面台５３の水栓金具５４に接続されている。この水洗金具５４の操作により、炭酸ガス溶液ＧＷはシャワーホース５５を介してシャワーヘッド５６から噴射され、洗面台５３における洗髪等に使用することができる。炭酸ガス特有の髪への水の浸透効果や血行促進効果（ひいてはそれに伴うリラックスる効果）に加え、同時に発生する炭酸ガスファインバブルあるいはウルトラファインバブルの効果により、皮脂や頭皮汚れ、毛穴を埋める角栓質の除去効果が促進される。また、洗髪を行う作業員の手荒れ防止効果も顕著となる。
【００３０】
炭酸ガス溶解装置１００には、供給水流路１８の途上に流れ検知センサ２２が設けられ、ガス供給管路１２の途上には電磁弁１３が設けられている。また、本体ケース１００Ｃ内には電源回路１６が設けられており、電源プラグ２２及び電源コード２１を介して入力される商用交流入力ＡＣを、電磁弁１３の駆動電圧及び信号電圧に変換し、出力するようになっている。さらに、ケース１００Ｃ内には制御回路１７が設けられ、切り替えスイッチ１５（たとえば、足踏みスイッチ）及び流れ検知センサ２２が接続されている。制御回路１７は、流れ検知センサ２２が供給水流路１８内の流れを検知していないか（すなわち、水栓金具５５が閉状態となった場合である）、または切り替えスイッチ１５が（炭酸ガス供給の）オフ状態になっているかのいずれかを検知した時、電磁バルブ１３を閉状態として、水処理装置１への炭酸ガスの供給を自動遮断するようになっている。切り替えスイッチ１５をオフ状態とすれば、炭酸ガスの供給はなされないが、供給される温水中に溶存空気が存在すれば、その溶存空気がファインバブルあるいはウルトラファインバブルとして析出し、髪への水分の浸透効果や洗浄促進効果、保湿効果等は享受することができる。
【００３１】
図２は、水処理装置１を取り出して示す拡大図である。部材本体６には、流入端に開口する流入口２ｎと流出端に開口する流出口２ｘとをつなぐ流路２が貫通形態に形成され、その流路２の途中位置に流入口２ｎよりも流通断面積が小さい絞り部２ｃが形成されている。絞り部２ｃには、図３に示すように、流路２の軸断面を３以上、この実施形態では４つのセグメント領域２ｅに区画する形態で、当該絞り部２ｃの流路断面積をさらに減少させる衝突部３が配置されている。各衝突部３はねじ部材として構成され、図２に示すように、絞り部２ｃに向けて部材本体６の外周面側から半径方向に孔設されたねじ孔３ｈにねじ込まれる形で４本取り付けられている。各セグメント領域２ｅは、流路断面積が互いに等しくなるように形成されている。
【００３２】
衝突部２ｃよりも上流側にて部材本体６の壁部には、一端がその内周面に他端が外周面に開口するガス供給通路１０ｈが半径方向に貫通形成され、ここにガス噴射管１０がはめ込まれている。ガス噴射管１０の先端はガス流出口として開口し、他端側は部材本体６の外面に炭酸ガス供給口として開口している。この実施形態では、ガス供給通路１０ｈの炭酸ガス供給口を、ここに嵌着されたコネクタ１１により形成しており、ここにガス供給管路１２が接続されている。
【００３３】
図２において、部材本体６の流入端に供給された水の流れは、ガス供給通路１０ｈから供給される炭酸ガスＧの気泡を巻き込みつつ衝突部３に衝突した後、各セグメント領域２ｅに分配されつつ増速して通過するとともに、そのセグメント領域２ｅに迂回する際に激しい乱流を発生する。また、衝突部３の外周面には後述のごとく、ねじ山、すなわち絞りリブ５ｒ（図４Ａ参照）が複数巻形成されており、衝突部３を迂回しようと水はその外周面接線方向に流れ込むので、絞りリブ間の溝部（あるいは谷状部）２１（図４Ａ及び図４Ｂ参照）内にて絞られることによりさらに増速し、乱流発生効果が飛躍的に高められる。この乱流により、水とともに流れ込む炭酸ガスＧの剪断・粉砕効果が向上し、溶解効果が高められる。また、こうして一旦溶解した炭酸ガスは、セグメント領域２ｅに瞬時的に増速して分配される。特に、絞りリブ５ｒ間の溝部２１（あるいは谷状部）では局所的・瞬時的な増速効果が一層高められる。このような増速された領域では、ベルヌーイの原理に従い負圧域ＬＰＡ（図４Ｂ）が形成され、水中の溶存炭酸ガスが析出して微細な気泡が発生する。この炭酸ガスの析出は沸騰現象的に激しく進行し、水の撹拌効果及び乱流発生効果をさらに高めることとなる。
【００３４】
図３に示すように、絞り部２ｃの断面中心部に向けて突出する複数の衝突部３の２つ以上のものの先端部同士の間には、断面周囲流に対し相対的に高速となる断面中心流を通過させるための高速流ギャップ２ｇ，２ｋが形成されている。衝突部３の先端部には、先端に向かうほど軸断面を縮小させる錐状部５ｔが形成され（この実施形態では円錐状であるが、四角錐や六角錐などの他の錐体形状であってもよい）、セグメント領域２ｅを挟んで互いに隣接する２つの衝突部３において、それら錐状部５ｔの外周面間に、高速流ギャップを構成するスリット部２ｇが形成されている。一方、４つの衝突部３の、絞り部２ｃの断面中心を挟んで内径方向に対向するもの同士の先端間には、高速流ギャップを構成する中心ギャップ２ｋが形成されている。
【００３５】
図３に示すごとく、衝突部３は、各々その突出方向が絞り部２ｃの軸断面にて互いに直交する十字形態に設けられており、それら衝突部３により絞り部は４つの絞りセグメント領域２ｅに分割されている。４つの衝突部３は流路２の内周面から該流路２の中心部に向けて突出している。そして、セグメント領域２ｅを挟んで互いに隣接する衝突部３には、錐状部５ｔの外周面間にスリット部２ｇが４つ形成されるとともに、内径方向に対向して配置される衝突部３の先端間に中心ギャップ２ｋが形成される。その結果、高速流ギャップは、４つのスリット部２ｇが中心ギャップ２ｋを介して一体化された十字形態に形成されることとなる。
【００３６】
また、図３に示すように、各衝突部３の外周面には、周方向の絞りリブ５ｒが衝突部３の突出方向に沿って複数巻形成されている。谷状部は谷低に向かうほど幅が縮小する形状となっている。また、複数の絞りリブ５ｒは頂部を鋭角としつつ互いに隣接して形成されている。該絞りリブ５ｒの頂角は、例えば６０°以下２０°以上に設定されている。前述のごとく衝突部３はねじ部材であり、複数巻の絞りリブ５ｒはらせん状に一体形成されている。
【００３７】
図２に示すごとく、水処理装置１は、絞り部２ｃにおいて流路２の断面積が、高流速となる断面中心Ｏに向けて径方向に相似的に縮小するのではなく、衝突部３を障害物として用いることにより、水が流通可能な領域が断面中心に関する周方向にいわば間引く形で縮小される。絞り部２ｃでの流体抵抗が過度に増加せず、流速の増加効果ひいては負圧発生効果を大幅に増すことができる。これにより、各セグメント領域２ｅ（及びその下流）での減圧効果が大幅に高められ、例えば、溶存炭酸ガス濃度が同じであってもより微細で多量の気泡を析出させることができる。また、流量が過度に減じないことで、撹拌・剪断による炭酸ガス溶解効果も良好に維持される。流入側テーパ部２ａと流出側テーパ部２ｂとの間には絞り部２ｃが断面一定部として形成され、衝突部３が該断面一定部（２ｃ）に配置されているので、流入側テーパ部２ａにより増速された流れを断面一定部（２ｃ）にて安定化させつつ、衝突部３に導くことができる。
【００３８】
そして、絞り部２ｃにおいては、流速が最も大きくなる断面中心付近の流れが衝突部３の先端部を迂回して各セグメント領域２ｅに分配される。図３に示すように、衝突部３の先端部間に高速流ギャップ２ｇ，２ｋが形成されているので、断面中心付近の高流速は該高速流ギャップ２ｇ，２ｋにて大きく減速することなく通過できる。その結果、高速流ギャップ２ｇ，２ｋでは水の流速が非常に高められ、撹拌・剪断による炭酸ガスの溶解効果を促進することができる。また、衝突部３の迂回流は、衝突部周囲の絞りリブ部絞りリブ５ｒの存在により、高速流ギャップ直下流域２ｇ，２ｋに前述のごとく激しい乱流域を生ずるから、乱流域を通過する際に気泡成長が抑制され、気泡が残存する場合も、さらなる微細化を図ることができるようになる。
【００３９】
高速流ギャップ２ｇ，２ｋのうち、セグメント領域２ｅを挟んで隣接する衝突部３の先端部（錐状部）５ｔ，５ｔ間に形成されるスリット部２ｇは、該錐状部５ｔの外周面母線方向に形成される。従って、該スリット部２ｇに向かう流れは錐状部５ｔの該母線に沿う膨らみをいわば乗り越える形で絞られ圧縮される。その結果、炭酸ガスの溶解効果が高められ、たとえば大気圧下での飽和濃度を超えて炭酸ガスの溶解促進を図るようなことも可能となる。このとき、スリット部２ｇの長手方向には、圧縮された水の流動代が与えられるので流速が低下しにくく、キャビテーション（減圧）効果がさらに高められる。また、キャビテーション発生領域はスリット部２ｇに沿って線状に形成されるため、気泡が減圧析出する領域が大幅に拡張し、炭酸ガスの溶解促進効果がさらに高められる。また気泡が残存する場合も、そのさらなる微細化を図ることができる。
【００４０】
一方、中心ギャップ２ｋは断面中心を包含する形で形成され、流速最大となる中心流れは、この中心ギャップ２ｋにより迂回の影響を受けずに通過できる。また、中心流れは中心ギャップ２ｋの通過によりさらに絞られて高速化しようとするが、セグメント領域２ｅ側への流れ迂回が許容されているため流体抵抗の増加が効果的に抑制される。これにより、断面中心部でのキャビテーション（減圧）効果はさらに高められ、撹拌・剪断による炭酸ガスの溶解効果を促進することができる。また、気泡が残存する場合も、そのさらなる微細化を図ることができるようになり、特にウルトラファインバブルの生成に関しては有効となる。セグメント領域２ｅに分配される各流れは、個々の衝突部３の下流で渦流ないし乱流を発生させるので、溶解効果ないし気泡の粉砕・微細化効果が高められる。
【００４１】
そして、断面中心付近の高速流は、図４Ａに示すように、断面中心を取り囲むように配置される４つの錐状部５ｔにより効果的に絞られて中心ギャップ２ｋに増速しつつ流れ込む。図３に示すように、中心ギャップ２ｋには周囲の４つのスリット部２ｇが連通し、中心ギャップ２ｋ内で絞られて圧縮される流れはスリット部２ｇへ迂回することで流体抵抗の増加が極めて効果的に抑制される。また、スリット部２ｇへ迂回する流れ自体もスリット長手方向に自由度を有するため、流速低下は低く抑えられる。その結果、中心ギャップ２ｋおよびスリット部２ｇでもキャビテーション（減圧）効果は極めて活発となり、撹拌・剪断による炭酸ガスの溶解効果を促進することができる。また、気泡が残存する場合も、そのさらなる微細化を図ることができるようになり、特にウルトラファインバブルの生成に関しては有効となる。また、中心ギャップ２ｋに臨む衝突部３（錐状部５ｔ）の先端は先鋭に形成されており、その近傍を通過する流れを特に高速化できるので、中心ギャップ２ｋの直下領域にて炭酸ガス溶解に好都合な乱流発生をさらに促進することができる。
【００４２】
また、衝突部３の外周面には周方向の絞りリブ５ｒが衝突部３の突出方向に沿って複数巻形成されている。衝突部３の外周面接線方向に流れ込む気体溶解水は、絞りリブ５ｒ間の溝部（あるいは谷状部）２１内にて絞られることによりさらに増速し、減圧効果が高められる。図４Ｂに示すように、谷開口側の流れは相対的に低速となり、特に谷底側の高速流に対して圧力は高くなる。つまり、谷開口側に低速の高圧域ＨＰＡが、谷低側に高速の低圧域ＬＰＡが形成され、谷開口側の水の気体飽和溶解量が増加し、谷底側の飽和溶解量が減少する。その結果、水流中の溶存空気（溶解水）ＳＧＦは、図６に示すように、谷開口側の低速流域ＬＦ（高圧域ＨＰＡ：図４Ａ）から谷低側の高速流域ＦＦ（低圧域ＬＰＡ：図４Ｂ）に流れ、気泡ＭＢが極めて活発に析出する。
【００４３】
また、図３に示すごとく、衝突部３をねじ部材５にて形成しており、複数巻の絞りリブ５ｒを、らせん状に一体形成している。ねじ山を絞りリブ５ｒとして簡易に利用できるほか、流れに対し絞りリブ５ｒが傾斜することで、絞りリブ５ｒの稜線部を横切る流れ成分が増加し、流れ剥離に伴う乱流発生効果が著しくなるので、炭酸ガス溶解効果及び気泡のさらなる微細化が図れる利点も生じている。
【００４４】
以下、本発明の種々の変形例について説明する。図５及び図６は、水処理装置における突出部３の形成形態にかかる変形例であり、いずれも絞り部２ｃの断面を２つのセグメント領域２ｅ，２ｅに分割する形態で衝突部を形成している。図５の構成では、ねじ部材からなる１対の衝突部３０’，３０’を絞り部２ｃの直径方向に対向させ、その先端面５ｕ，５ｕ間に高速流ギャップ２ｋを形成している。他方、図６の構成では高速流ギャップを形成せず、絞り部２ｃの断面を直径方向に横切る衝突部３０をねじ部材により形成している。また、図７の水処理装置７０では、部材本体６に対し絞り部２ｃを複数孔設し、図５と同様の衝突部３０（もちろん、図７のごとく高速流ギャップ２ｋを有するものであってもよい）を各絞り部２ｃに形成した例を示すものである。
【００４５】
次に、図３のごとく、全ての衝突部３の外周面に絞りリブ５ｒを連続的に形成する構成では、絞り部２ｃに流れ込む流れの流速が大きいときに気泡析出が過剰となることも懸念される。そこで、図８、図９及び図１０に示すごとく、衝突部の外周面の一部にのみ絞りリブ５ｒを形成して、谷状部での気泡析出頻度を抑制することも可能である。
【００４６】
図８は、複数ある衝突部３の一部を絞りリブ５ｒ付きとし、残余を絞りリブ５ｒなしとして構成した例である。この実施形態では、絞りリブ５ｒ付きのものと絞りリブ５ｒなしのものとを周方向に交互に配置してある。また、特に高流速となる断面中心部に位置する衝突部３の先端部には絞りリブ５ｒを形成せず、残余の領域に絞りリブ５ｒを形成することが、気泡の過剰発生を抑制したい場合は有効である。図３においても、衝突部３の先端部をなす錐状部５ｔの外周面には絞りリブ５ｒを形成していなかったが、気泡発生が過剰である場合には、図９に示すように、錐状部５ｔに続く円筒状の周側面部の先端側領域において絞りリブ５ｒの形成を省略する構成も可能である。さらに、図１０は、円筒状の周側面部に対し、絞りリブ５ｒを軸線方向にて断続的に形成した例を示している。また、図７のごとく、衝突部の外周面に絞りリブを形成しない構成とすることも可能である。
【００４７】
次に、絞りリブは、図１１に示すように、衝突部３の軸線周りにて周方向に閉じる形で独立した絞りリブ５ｓを、軸線方向に複数密接させて形成することも可能である。図１１においては、独立した個々の絞りリブ５ｓを衝突部３の軸線と直交する向きに形成しているが、これを該軸線と直交する面に対し傾斜させて形成することも可能である。このようにすれば、図３と同様に、絞りリブが傾斜することで、流れ剥離に伴う乱流発生効果が著しくなり、炭酸ガス溶解に有効な撹拌効果が高められ、また、気泡のさらなる微細化を図ることができる。
【００４８】
図３において、衝突部３の先端部をなす錐状部５ｔの先端角は、衝突部３の軸線を含む平面で切断した断面に表われる角度にて９０°（つまり、全周角３６０°を衝突部３の数（４）で割った値）に設定されている。従って、図１２に示すように、衝突部３の先端を絞り部２ｃの断面中心に合わせる形で、隣接する錐状部５ｔの側面同士が密接するように各衝突部３を位置決めすれば、高速流ギャップを非形成とすることも可能である。これにより、水の流れは各セグメント領域２ｅにもれなく分配され、絞りリブ５ｒを主体としたキャビテーション効果により気泡発生が可能となる。また、図１３に示すように、内径方向に対向する１対の衝突部３，３について錐状部５ｔの先端を接触させ、残余の１対の衝突部３，３を軸線方向に後退させる配置とすることで、スリット部５ｔを形成することができる。
【００４９】
衝突部３の先端は平坦に形成することも可能である。図１４及び図１５に示す例では、図３と同様の錐状部５ｔの先端部を切り欠く形で平坦な先端面５ｕを形成している。これにより、中心ギャップ２ｋの拡張と流れ均一化とを図ることができる。図１４では、隣接する錐状部５ｔの側面同士を密接させているが、平坦な先端面５ｕを形成することで、中心ギャップ２ｋを周囲が閉じた形で形成している。また、図１５では、隣接する錐状部５ｔの側面間にスリット部２ｇを形成した例を示す。
【００５０】
図１６の構成においては、絞り部２ｃの断面を内径に沿って横切るように主衝突部１３０を配置し、さらに、該主衝突部１３０と直交する形で、絞り部２ｃの断面中心を挟んで内径方向に対向する１対の対向衝突部３０とを設けた例である。対向衝突部３０の各先端面と主衝突部１３０の外周面との間には、高速流ギャップを構成する外周ギャップ２ｊが形成されている。絞り部２ｃの内径寸法を縮小せざるを得ない場合、上記構成は中心ギャップ２ｋを形成する構成よりも簡略化できる。断面中心付近の流れは主衝突部１３０に衝突して迂回する形となるが、主衝突部１３０を迂回する遠心力の影響により増速しつつ対向衝突部３０が形成する外周ギャップ２ｊを通過する形となるので、主衝突部１３０との衝突による流れ減速の影響がそれほど大きくない利点がある。
【００５１】
図１６の構成では、対向衝突部３０の先端は平坦に形成され、外周ギャップ２ｊがスリット状に形成されている。スリット長手方向にキャビテーション領域を拡張できるので、微細気泡をより高濃度で発生することができる。主衝突部１３０は両端部が部材本体６に埋設される内径方向に一体の部材であり、絞り部２ｃ内に露出する部分にてその外周面の全面に絞りリブ５ｒが形成されている。外周ギャップ２ｊにおいては、対向衝突部３０の先端面と対向する主衝突部１３０の外周面が絞りリブ５ｒにより凹凸化しており、絞りリブ５ｒ（山）位置ではギャップ間隔が狭小化して高速流領域が生じ、谷状部２１ではギャップ間隔が拡大して低流速領域が生じる。その結果、隣接するこれら２領域間の圧力差に伴い低流速領域から高流速領域に向けて溶存気体の流れが生じ、さらに、図４Ａないし図４Ｂにて示した谷状部２１内で生ずる溶存気体の流れが加わることで、気泡析出が極めて活発化し、水の撹拌効果ひいては溶解効果が向上する。また、主衝突部１３０の外周面は、水流入側から対向衝突部３０の先端面との対向位置に向けて間隔を縮小し，その絞り効果により流速が上昇することも、水の撹拌効果ひいては溶解効果を高める上で有利となっている。なお、図１６中に破線で示すごとく、対向衝突部３０の先端面を主衝突部１３０の外周面の絞りリブ５に当接させても、谷状部２１の空間が外周ギャップ２ｊを形成する形とすることができる。
【００５２】
また、図１７は、対向衝突部３，３の先端を先鋭に形成した例である。外周ギャップ２ｊにおいて対向衝突部３の先端付近の絞り効果が高められ、高流速化による炭酸ガス溶解効果向上を図ることができる。主衝突部は、各々平坦な先端面５ｕを有するとともに該先端面５ｕの外周に沿って面取り部３ｔが形成された１対の衝突部３０，３０を、該先端面５ｕ，５ｕにて互いに接するように絞り部２ｃの内径方向に対向して配置形成している。対向衝突部３，３の先端は、主衝突部をなす２つの衝突部３０，３０の面取り部３ｔが作るＶ字状断面の溝部と対向する形で外周ギャップ２ｊを形成している。これにより、上記の対向衝突部３先端付近の高流速化効果が一層高められている。
【００５３】
また、図１８、図１９に示すように、主衝突部は、各々平坦な先端面５ｕ，５ｕを有する１対の衝突部３０’，３０’（以下、主衝突部３０’，３０’と表示する）を、それら先端面５ｕ，５ｕ間に絞り部２ｃの断面中心を包含する中心ギャップ２ｋを形成する形で、絞り部２ｃの内径方向に対向して配置する形とすることも可能である。図１８は、主衝突部３０’，３０’の先端部外周面（ひいては絞りリブ５ｒ）に対し、対向衝突部３０，３０の各先端面を当接させた構成を示す。このように２つの衝突部３０’，３０’に分割し、その先端面間に中心ギャップ２ｋを形成することで、流速が最も大きくなる断面中心付近の流れは中心ギャップ２ｋにより絞られてさらに高速化する。また、図１９は、対向衝突部３０，３０の各先端面５ｕ,５ｕを主衝突部３０’，３０’の先端部外周面（ひいては絞りリブ５ｒ）から離間させて、スリット状の外周ギャップ２ｊをさらに形成した例を示す。中心ギャップ２ｋ内で絞られて圧縮される流れは、スリット状の外周ギャップ２ｊへ迂回することで流体抵抗の増加が極めて効果的に抑制される。また、外周ギャップ２ｊもスリット状に絞られているので迂回先での流速低下も低く抑えられる。
【００５４】
図２０は、３つの衝突部３によりセグメント領域２ｅを３つ形成した例である。また、セグメント領域の形成個数を５以上とすることも可能である。
【００５５】
図２１は、水処理部材を、水の流れ方向に直列に配置される上流側の第一の水処理部材１と下流側の及び第二の水処理部材１’とを含むものとして構成した例である。上流側の第一の水処理部材１は、図２と全く同様の構成による炭酸ガス供給部を有しており、第二の水処理部材１’はその炭酸ガス供給部を省略した構造となっている。炭酸ガスは第一の水処理部材１に供給され、そこで第１段階目の炭酸ガスの粉砕・溶解が行われ、第二の水処理部材１’はその第一の水処理部材１にて未溶解の炭酸ガスをさらに粉砕・溶解する。直列接続された複数の水処理部材１，１’により、炭酸ガスは段階的に粉砕・溶解し、炭酸ガスの溶解効率を大幅に高めることができる。直列配置する水処理部材の数は、もちろん３段以上とすることも可能である。なお、複数の水処理部材の２以上のもののそれぞれに炭酸ガスを別経路にて分配供給する構成、たとえば、図２１において、第二の水処理部材１’を、炭酸ガス供給部を有した第一の水処理部材１と同一のものに置き換えた構成とすることも可能である。
【００５６】
また、図２２は、炭酸ガス供給部を、部材本体６の流入口に接続される水流入配管１８上に設けられたガス注入ノズル６０として構成されている。ガス注入ノズル６０は周知のベンチュリ管として形成され、その絞り部に連通するガス吸引孔６０ｈにガス供給管路１２が接続され、炭酸ガスＧが供給されるとともに、下流側の水処理部材１’にて粉砕・溶解されることとなる。
【００５７】
一方、図２３の水処理部材１”においては、衝突部３（ねじ部材）の軸線方向にガス供給通路３ｈを形成し、ここにコネクタ１１を介してガス供給管路１２を接続することにより、炭酸ガス供給部を構成している。この場合、ガス供給通路３ｈの内径は衝突部３の外形寸法による成約を受けるが、もしそれでガス供給流量が不足するようであれば、図２４に示すように、複数の衝突部３の少なくとも２以上のものに同様のガス供給通路３ｈを形成し、炭酸ガスを分配供給することにより、炭酸ガス供給量を増加させることが可能である。
【００５８】
また、図２５〜図２７に示すように、水の流通管路１８を途中で複数に分岐させ、複数の水処理部材１をそれら分岐した流通管路上に並列に設けることも可能である。炭酸ガス供給部はそれら並列接続された水処理部材の少なくともいずれかに炭酸ガスを供給するものとして構成される。複数の水処理部材を並列に用いることで、処理対象の水の流量が大きい場合でも、必要な量の炭酸ガスを効率よく溶解することができる。
【００５９】
図２５においては、炭酸ガス供給部を形成した図２と同じ構成の水処理部材１を、分岐した流通管路のそれぞれに設けている。なお、各水処理部材１に対しては、同一の炭酸ガス源（たとえば、ガスボンベ）につながるガス供給管１２を分岐させ、各水処理部材１に分配供給するようにしている。分岐したガス供給管１２のそれぞれに、供給する炭酸ガスの流量を個別に調整する流量調整バルブ２９を設けておくと、各水処理部材１に対する水の供給状況に応じて炭酸ガスの供給量を適正化することができるようになる（ただし、省略も可能）。
【００６０】
また、図２６に示すように、図２２と同様の、炭酸ガス供給部を形成しない水処理部材１’を複数並列に分配配置し、その分配分岐点よりも上流側にガス注入ノズル６０（図２２も参照）を設けることもできる。各水処理部材１’への炭酸ガスの分配を均一に行うことができる。
【００６１】
一方、図２７に示すように、複数並列に分配配置された水処理部材１，１’のうち、一部のもの（ここでは図面下側の水処理部材１’）にのみ炭酸ガス供給部（ガス供給管１２＋ガス注入管１０、図２と同様）を設け、炭酸ガスを溶解して水と溶解しない水とを混合して流出させる構成も可能である。また、図２８に示すように、図２１に開示したような、直列接続される複数の水処理部材１，１’の組を、複数並列に分岐接続することも可能である。
【００６２】
次に、図３０に示すように（図１と同じ構成の部分には同一の符号を付与して詳細な説明は省略する。水の代わりに次亜塩素酸ナトリウム水溶液を使用することもできる。この構成では、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を収容するタンク５０が設けられ、ポンプ５３により該溶液が水流入口１９に供給される。これにより、次亜塩素酸ナトリウム水溶液に炭酸ガスが効率よく溶解し、次亜塩素酸ナトリウム水溶液のｐＨ値が４．３〜６前後の弱酸性に保たれ、殺菌や消毒に有効な解離状態の次亜塩素酸濃度を大幅に高めることができる。また、炭酸特有のｐＨ緩衝作用によりｐＨ値の変動も小さくすることができ、例えば、従来行われていた塩酸添加によるｐＨ調整方式よりも、ｐＨ値が３以下の低い値にアンダーシュートする現象が極めて生じにくくなり、有害な遊離塩素ガスの発生を抑えることができる。次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、次亜塩素酸イオン濃度が１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下に調整されており、炭酸ガスの溶解濃度は２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下に調整される。炭酸ガスの溶解濃度は２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下に調整されることで、次亜塩素酸ナトリウム水溶液のｐＨ値を４．３〜６の、消毒効果が最適されるｐＨ域に安定して維持することができる。
【実施例】
【００６３】
図２の流路及び衝突部の具体的寸法を次のように定めた水処理部材を用意した。
・流入口２ｎ及び流出口２ｘ：  内径＝１０ｍｍ
・絞り部２ｃ：  内径Ｄ２＝５．３ｍｍ、流路長Ｌ２＝６ｍｍ
・衝突部３：  ねじ外径：Ｍ２、先端部は軸線含む断面にて先端角９０°のとがり先（ただし、表１の番号９はねじ山なし）
・中心ギャップ２ｋの大きさ（対向する衝突部３のとがり先間長）：０．１８ｍｍ（ただし、表１の番号８及び９はギャップなし）
【００６４】
該水処理部材にホースを接続し、流入口２ｎに表１に示す種々の供給圧力となるように３８℃の温水を供給し流量を測定し、絞り部における平均流速を算出した。この水処理部材を２本用意し、これを図２７に示す形態で並列接続し、その一方にのみ炭酸ガスを元供給圧力を０．３ＭＰａとして、種々の流量となるように供給した。得られた炭酸ガス溶解水のｐＨ及び炭酸ガス濃度を測定するとともに、未溶解の炭酸ガスを水上置換により捕集し、その体積を測定するとともに、炭酸ガス溶解効率を算出した。以上の結果を表１にまとめて示す。
【００６５】
【表１】
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【００６６】
水処理部材に供給される水流の動水圧が０．０６ＭＰａ以上、絞り部における水流の平均流速が３．３ｍ／秒以上、炭酸ガス供給部による水処理部材への大気圧換算での炭酸ガス流量をＡ、水流量をＢとしたとき、Ａ／Ｂの値が０．２以上１．３以下となるように、炭酸ガスの流量を調整することで、炭酸ガスの水への溶解効率を７０％以上に高めることが可能となることがわかる。特に、Ａ／Ｂの値が０．６を超えるような多量の炭酸ガスを流通した場合でも、本発明特有の構成の水処理部材の構成を採用することにより、これを極めて迅速に、かつ７０％以上の高効率にて溶解することが可能となっている。このとき、炭酸ガスの溶解濃度は２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下の高濃度とできている。
【００６７】
なお、表１の各番号の水サンプルについては、水槽に水をため、１分間放置して粗い気泡を浮上させた後、レーザー回折式粒度分布測定装置（（株）島津製作所：ＳＡＬＤ７１００Ｈ）により、気泡径分布を測定した。すると、番号９を除くすべての水について、平均径が０．１μｍ〜０．４μｍのウルトラファインバブルが検出された。
【符号の説明】
【００６８】
１，１  水処理部材
２ｃ  絞り部
２ｅ  セグメント領域
２ｎ  流入口
２ｘ  流出口
３，３０，３０’，１３０  衝突部
５ｔ  錐状部
５ｒ  絞りリブ
６  部材本体
１２  ガス供給管路（炭酸ガス供給部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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