(57)【要約】【課題】気体を液体へ溶解させるための気体溶解器（10）において、気体を液体に溶解させる性能を向上させる。【解決手段】気体溶解器（10）は、一端側に流体が流入する流入口（13）が形成されて他端側に流体が流出する流出口（14）とが形成された筒状のケーシング（11）と、ケーシング（11）内を仕切ることによって流入口（13）から流入した流体が流出口（14）へ向かって流通する旋回流路（22）を形成する流路形成部材（12）とを備えている。流入口（13）から流入した液体及び気体は、旋回流路（22）で混合されて気体が液体に溶解する。【選択図】図３
2008161822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側に流体が流入する流入口（13）が形成されて他端側に流体が流出する流出口（14）が形成された筒状のケーシング（11）と、
上記ケーシング（11）内を仕切ることによって上記流入口（13）から流入した流体が上記流出口（14）へ向かって旋回しながら流れる旋回流路（22）を形成する流路形成部材（12）とを備え、
上記流入口（13）から流入した液体及び気体を上記旋回流路（22）で混合することにより気体を液体に溶解させることを特徴とする気体溶解器。
【請求項２】
請求項１において、
上記流路形成部材（12）は、上記ケーシング（11）に嵌め込まれて該ケーシング（11）と共に上記旋回流路（22）を形成することを特徴とする気体溶解器。
【請求項３】
請求項２において、
上記流路形成部材（12）は、螺旋形のねじり板状に形成されていることを特徴とする気体溶解器。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つにおいて、
上記旋回流路（22）において流体の流れを乱すための乱れ生起手段（12,25）を備えていることを特徴とする気体溶解器。
【請求項５】
請求項４において、
上記流路形成部材（12）は、螺旋形のねじり波板状に形成されて上記乱れ生起手段（12）を兼ねていることを特徴とする気体溶解器。
【請求項６】
請求項４において、
上記乱れ生起手段（25）は、上記流路形成部材（12）の表面から突出した立ち上げ片（25）であることを特徴とする気体溶解器。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つに記載の気体溶解器（10）と、
上記気体溶解器（10）が設けられて水槽（5）に接続する水流通路（30）と、
上記水流通路（30）における上記気体溶解器（10）の上流に設けられて該水流通路（30）を流れる水に空気を混入させる空気導入器（17）と、
上記水流通路（30）における上記気体溶解器（10）の下流に設けられて空気が溶解した水を減圧することによって微細な気泡を発生させる気泡発生器（16）とを備え、
上記気泡発生器（16）で発生した気泡を含んだ水を上記水槽（5）へ供給することを特徴とする微細気泡供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体を液体へ溶解させるための気体溶解器、及び微細な気泡を含んだ水を水槽へ供給するための微細気泡供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、気体を液体へ溶解させるための気体溶解器が知られている。気体溶解器は、例えば微細な気泡を浴槽などの水槽へ供給する微細気泡供給装置に設けられる。この微細気泡供給装置では、減圧する液体が多くの気体を溶解しているほど多くの気泡が発生するので、多くの気体を液体に溶解させるために気体溶解器を使用する。気体溶解器の一例が、特許文献１に開示されている。
【０００３】
具体的に、特許文献１には、被処理水を殺菌、浄化するための気液混合反応装置が開示され、この気液混合反応装置に気体溶解器が設けられている。気体溶解器は、円筒状の加圧タンクと吐出ノズルとを備えている。吐出ノズルは、先端が加圧タンクの底面に対して接線方向を向くように配設されている。この気体溶解器では、気体を混入した被処理水が吐出ノズルから加圧タンク内に吐出される。加圧タンク内では、吐出ノズルから吐出された被処理水が旋回しながら上昇する。このため、気体と被処理水とが混合されて、気体の溶解が促進される。
【０００４】
この気液混合反応装置では、気体溶解器でオゾンを被処理水に溶解させている。オゾンを溶解した被処理水は、気体溶解器に隣接する加圧タンクで減圧される。その際、オゾンが微細気泡化するので、オゾンと被処理水とがより多く接触し、被処理水が効果的に殺菌、浄化される。
【特許文献１】特開２００４−２６７９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の気体溶解器では、気体を含む液体の旋回流がケーシング内の周縁部に形成され、ケーシングの中心部には旋回流が形成されない領域ができる。このため、ケーシングの入口側で形成された旋回流は、出口へ近づくにつれて徐々に弱まっていく。従って、ケーシングの出口側では、気体と液体とが十分に混合されないので、液体に対する気体の溶解量を十分に高められないおそれがあった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、気体を液体へ溶解させるための気体溶解器において、気体を液体に溶解させる性能を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、一端側に流体が流入する流入口（13）が形成されて他端側に流体が流出する流出口（14）が形成された筒状のケーシング（11）と、上記ケーシング（11）内を仕切ることによって上記流入口（13）から流入した流体が上記流出口（14）へ向かって旋回しながら流れる旋回流路（22）を形成する流路形成部材（12）とを備え、上記流入口（13）から流入した液体及び気体を上記旋回流路（22）で混合することにより気体を液体に溶解させる気体溶解器（10）である。
【０００８】
第１の発明では、ケーシング（11）内に旋回流路（22）が形成されているので、ケーシング（11）内では旋回流路（22）に流入した液体及び気体が、旋回流を形成して流出口（14）へ向かう。このため、旋回流路（22）では、流れの乱れが比較的大きくなり気体が比較的小さな気泡になるので、液体と気体との接触面積の総和が大きくなり、液体と気体とが混合されて気体の溶解が促進される。そして、旋回流路（22）では、液体及び気体が螺旋状に進むので、液体及び気体の流路が長くなって液体と気体との接触時間が長くなる。また、旋回流路（22）には一定量の液体及び気体が流入し、旋回流路（22）からは一定量の液体及び気体が流出する。このため、旋回流路（22）では、液体及び気体の流速が入口から出口に亘って概ね一定になる。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記流路形成部材（12）が、上記ケーシング（11）に嵌め込まれて該ケーシング（11）と共に上記旋回流路（22）を形成する。
【００１０】
第２の発明では、流路形成部材（12）がケーシング（11）に嵌め込まれることによってケーシング（11）内に設けられている。流路形成部材（12）とケーシング（11）とは別体である。予め所定の形状に製作した流路形成部材（12）をケーシング（11）に嵌め込むという比較的簡単な作業により、旋回流路（22）が形成された気体溶解器（10）が製作される。
【００１１】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記流路形成部材（12）が、螺旋形のねじり板状に形成されている。
【００１２】
第３の発明では、流路形成部材（12）を、螺旋形のねじり板状に形成している。流路形成部材（12）の螺旋を描く外周は、ケーシング（11）の内周面に当接している。
【００１３】
第４の発明は、上記第１乃至第３の何れか１つの発明において、上記旋回流路（22）において流体の流れを乱すための乱れ生起手段（12,25）を備えている。
【００１４】
第４の発明では、旋回流路（22）に流体の流れを乱すための乱れ生起手段（12,25）が設けられている。旋回流路（22）を流通する液体及び気体は、乱れ生起手段（12,25）によって流れが乱される。これにより、液体中の気体がさらに細かな気泡になる。
【００１５】
第５の発明は、上記第４の発明において、上記流路形成部材（12）が、螺旋形のねじり波板状に形成されて上記乱れ生起手段（12）を兼ねている。
【００１６】
第５の発明では、波板状に形成された流路形成部材（12）が乱れ生起手段（12）を兼ねている。旋回流路（22）を流通する液体及び気体は、流路形成部材（12）の波の山や谷によって流れが乱される。
【００１７】
第６の発明は、上記第４の発明において、上記乱れ生起手段（25）が、上記流路形成部材（12）の表面から突出した立ち上げ片（25）である。
【００１８】
第６の発明では、乱れ生起手段（25）である立ち上げ片（25）が、流路形成部材（12）の表面から突出している。旋回流路（22）を流通する液体及び気体は、立ち上げ片（25）によって流れが乱される。
【００１９】
第７の発明は、上記第１乃至第６の何れか１つに記載の気体溶解器（10）と、上記気体溶解器（10）が設けられて水槽（5）に接続する水流通路（30）と、上記水流通路（30）における上記気体溶解器（10）の上流に設けられて該水流通路（30）を流れる水に空気を混入させる空気導入器（17）と、上記水流通路（30）における上記気体溶解器（10）の下流に設けられて空気が溶解した水を減圧することによって微細な気泡を発生させる気泡発生器（16）とを備え、上記気泡発生器（16）で発生した気泡を含んだ水を上記水槽（5）へ供給する微細気泡供給装置（20）である。
【００２０】
第７の発明では、空気導入器（17）で空気を混入された水が気体溶解器（10）に流入する。気体溶解器（10）では、空気が水に溶解される。空気を溶解した水は、気泡発生器（16）で減圧される。これにより、水に溶解した空気が微細な気泡となって現れる。微細な気泡を含んだ水は水槽（5）へ供給される。この第７の発明では、微細気泡供給装置（20）に、第１乃至第６の発明の何れか１つの気体溶解器（10）を用いている。
【発明の効果】
【００２１】
第１乃至第６の各発明では、旋回流路（22）において液体及び気体が螺旋状に進むようにすることで、液体と気体との接触時間が長くなるようにしている。また、ケーシング（11）内に形成した旋回流路（22）によって液体及び気体の旋回流が生じるようにすることで、液体及び気体の流速が旋回流路（22）の入口から出口に亘って概ね一定になるようにしている。つまり、従来の気体溶解器のように旋回流が徐々に弱まってゆくことがない。従って、旋回流路（22）では液体と気体とが比較的長い時間に亘って十分に混合されるので、より多くの気体を液体に溶解させることができる。
【００２２】
また、上記第４の発明では、旋回流路（22）を流通する液体の気体が、乱れ生起手段（12,25）によってさらに細かな気泡になるようにしている。このため、液体と気体との接触面積の総和が大きくなり、気体が液体にさらに溶けやすくなる。従って、より多くの気体を液体に溶解させることができる。
【００２３】
また、上記第７の発明では、第１乃至第６の発明の何れか１つの気体溶解器（10）が、微細な気泡を含んだ水を水槽（5）へ供給する微細気泡供給装置（20）に用いられている。このため、気泡発生器（16）には、多くの空気を溶解した水が流入する。従って、気泡発生器（16）では多くの微細な気泡が発生するので、多くの微細な気泡を水槽（5）へ供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
本実施形態は、本発明に係る気体溶解器（10）を備える微細気泡供給装置（20）である。以下では、まず微細気泡供給装置（20）の構成について説明し、次に気体溶解器（10）の構成について説明する。
【００２６】
〈微細気泡供給装置の構成〉
本実施形態の微細気泡供給装置（20）は、風呂の浴槽（5）に微細な気泡を含んだ水を供給するための装置である。この微細気泡供給装置（20）は、図１に示すように、入口と出口とがそれぞれ浴槽（5）に接続された循環流路（30）を備えている。循環流路（30）は、水流通路を構成している。
【００２７】
循環流路（30）には、上流側から順に空気導入器（17）とポンプ機構（18）と気体溶解器（10）と気泡発生器（16）とが接続されている。循環流路（30）の入口と空気導入器（17）との間には、循環流路（30）の流量を計測する流量計測部（24）が設けられている。ポンプ機構（18）と気体溶解器（10）との間には、圧力計（8）が設けられている。気体溶解器（10）と気泡発生器（16）との間には、循環流路（30）の流量を調節する流量調節バルブ（26）が設けられている。
【００２８】
空気導入器（17）は、循環流路（30）内へ気泡源となる空気（気体）を外部から導入するものである。この空気導入器（17）は、その内部の水流によって発生する負圧を利用して空気を吸入する、いわゆるエジェクター方式の空気導入器である。つまり、空気導入器（17）では、その内部を通過する水流により負圧が生じ、この負圧によって外部の空気が空気導入管（17a）を介して循環流路（30）に導入される。
【００２９】
ポンプ機構（18）は、浴槽（5）の水を循環流路（30）で循環させるためのものである。ポンプ機構（18）は、空気導入器（17）側から吸い込んだ水を気体溶解器（10）側へ吐出する。
【００３０】
気体溶解器（10）は、空気導入器（17）で混入させた空気を水に溶解させるためのものである。気体溶解器（10）についての詳細は後述する。
【００３１】
気泡発生器（16）は、微細な気泡を発生させるためのものである。気泡発生器（16）は、出口が浴槽（5）に開口するように設置されている。気泡発生器（16）には、図２に示すように、内部に流路絞り部（16a）と流路拡大部（16b）とが形成されている。気泡発生器（16）では、流路拡大部（16b）が流路絞り部（16a）の上流に比べて低圧になる。気体溶解器（10）で空気を溶解した水は、流路絞り部（16a）から流路拡大部（16b）へ流入する際に減圧され、溶解した空気が微細な気泡（マイクロバブル）となって現れる。微細な気泡は水と共に吐出ノズル（16c）を通じて浴槽（5）へ流入する。
【００３２】
〈気体溶解器の構成〉
気体溶解器（10）は、図３に示すように、ケーシング（11）と流路形成部材（12）とを備えている。流路形成部材（12）は、ケーシング（11）内に設けられている。
【００３３】
具体的に、ケーシング（11）は、両端が閉塞された円筒容器状に形成されている。ケーシング（11）の大きさは、例えば長さが３５ｃｍであり内径が５．５ｃｍである。ケーシング（11）の一端面の中央には、流入口（13）が形成されている。流入口（13）にはポンプ機構（18）から延びる配管が接続されている。ケーシング（11）の他端面の中央には、流出口（14）が形成されている。流出口（14）には気泡発生器（16）へ延びる配管が接続されている。
【００３４】
流路形成部材（12）は、気体を溶解させるための旋回流路（22）をケーシング（11）と共に形成する部材である。流路形成部材（12）は、螺旋形のねじり板状に形成されている。具体的に、流路形成部材（12）は、外側が螺旋を描くと共に内側が所定の軸に沿って延びる螺旋テープ状の部材である。流路形成部材（12）は、外周が螺旋の一回転を描くねじり円盤部（12a）が、複数（例えば１４つ）連続している。各ねじり円盤部（12a）は、中心に小さな穴が形成された円盤を中心から径方向に一箇所切断した切断円盤を、切断箇所である周方向の一端と他端とが中心軸方向に離れるようにねじった状態の形状をしている。このように上記切断円盤をねじると、中心の穴の周囲が軸方向に伸ばされた状態になる。ねじり円盤部（12a）同士の間隔は、例えば２ｃｍになっている。
【００３５】
なお、流路形成部材（12）は、ねじり円盤部（12a）の中心部が１本の軸部材で連結されたねじ状の部材であってもよい。
【００３６】
気体溶解器（10）は、流路形成部材（12）をケーシング（11）に嵌め込むことによって製作される。具体的に、ケーシング（11）は、ケーシング（11）を軸心に沿って２つに分断されている。分断された２つの部材は、共に両端面が半円形である。気体溶解器（10）は、ケーシング（11）の一方の部材に流路形成部材（12）を嵌め込んで、ケーシング（11）の他方の部材を被せるように取り付けることによって構成される。なお、ケーシング（11）の内周面に流路形成部材（12）を嵌め込むための溝を形成してもよい。
【００３７】
気体溶解器（10）では、ケーシング（11）と流路形成部材（12）とによって仕切られた空間が旋回流路（22）になる。ケーシング（11）内では、流入口（13）から流入した流体が存在する流入空間と、流出口（14）から流出する流体が存在する流出空間との間の領域の端から端まで旋回流路（22）が形成されている。そして、流路形成部材（12）における最も上流側のねじり円盤部（12a）の周方向の一端と他端との間が、旋回流路（22）の入口となる。流路形成部材（12）における最も下流側のねじり円盤部（12a）の周方向の一端と他端との間が、旋回流路（22）の出口となる。旋回流路（22）では、入口から流入した流体が、最も上流側のねじり円盤部（12a）とその１つ下流のねじり円盤部（12a）との間から順に、ねじり円盤部（12a）同士の間を旋回しながら出口へ向かって流通してゆく。旋回流路（22）では、入口の流量と出口の流量が等しいので、流体の流速が入口から出口に亘って概ね一定になる。
【００３８】
−微細気泡供給装置の運転動作−
本実施形態の微細気泡供給装置（20）の運転動作について説明する。この微細気泡供給装置（20）では、ポンプ機構（18）を起動させると、浴槽（5）の水が循環流路（30）の入口を吸い込まれて循環流路（30）の出口へ向かって流通する。
【００３９】
なお、循環流路（30）の流量は、流量調節バルブ（26）によって所定値になるように調節される。流量調節バルブ（26）の開度は、流量計測部（24）によって計測する循環流路（30）の流量に基づいて調節される。また、気体溶解器（10）のケーシング（11）内は、３００〜４００ｋＰａ程度に加圧される。
【００４０】
循環流路（30）の入口から流入した浴槽（5）の水は、空気導入器（17）に流入する。空気導入器（17）では、空気導入管（17a）から吸い込まれた空気が水に混入される。空気導入器（17）から流出した気泡を含む水は、ポンプ機構（18）を経て気体溶解器（10）に流入する。
【００４１】
気体溶解器（10）では、ケーシング（11）の流入口（13）から流入した気泡を含む水が、旋回流路（22）に流入する。旋回流路（22）では、気泡を含む水が旋回流を形成して旋回流路（22）を流通する。旋回流路（22）では、流れの乱れが比較的大きくなり気泡がさらに小さくなるので、液体と気体との接触面積の総和が大きくなり、液体と気体とが効果的に混合される。そして、ケーシング（11）内は加圧されているので、空気の溶解が促進される。旋回流路（22）で空気を溶解した水は、ケーシング（11）の流出口（14）から排出される。
【００４２】
空気を溶解した水は、気体溶解器（10）から流出して気泡発生器（16）に流入する。気泡発生器（16）では、空気を溶解した水が、流路絞り部（16a）から流路拡大部（16b）へ流入する際に減圧される。その際、水に溶解した空気が、微細な気泡（マイクロバブル）となって現れる。微細な気泡を含む水は吐出ノズル（16c）を通って浴槽（5）へ供給される。
【００４３】
−実施形態の効果−
本実施形態では、旋回流路（22）において気泡を含む水が螺旋状に進むので、その流路が長くなって水と気泡の接触時間が長くなる。また、ケーシング（11）内に形成した旋回流路（22）によって液体及び気体の旋回流が生じるようにすることで、気泡を含む水の流速が旋回流路（22）の入口から出口に亘って概ね一定になるようにしている。つまり、従来の気体溶解器のように旋回流が徐々に弱まってゆくことがない。従って、旋回流路（22）では水と空気とが比較的長い時間に亘って十分に混合されるので、より多くの気体を液体に溶解させることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、比較的多くの気体を溶解させることができる気体溶解器（10）が、微細な気泡を含んだ水を水槽（5）へ供給する微細気泡供給装置（20）に用いられている。このため、気泡発生器（16）には、多くの空気を溶解した水が流入する。従って、気泡発生器（16）では多くの微細な気泡が発生するので、多くの微細な気泡を水槽（5）へ供給することができる。
【００４５】
−実施形態の変形例１−
実施形態の変形例１について説明する。この変形例１では、図４に示すように、流路形成部材（12）が波板状に形成されている。流路形成部材（12）では、各ねじり円盤部（12a）に複数の波が形成され、各波の峰が半径方向に延びている。波板状に形成された流路形成部材（12）は、乱れ生起手段を構成している。
【００４６】
この変形例１では、旋回流路（22）を流通する気泡を含む水の流れが、流路形成部材（12）の波の山や谷によってケーシング（11）の軸方向へも乱される。このため、気泡が砕かれてさらに小さな気泡になるので、水と気泡との接触面積の総和が大きくなる。従って、空気が水にさらに溶けやすくなり、より多くの空気を水に溶解させることができる。
【００４７】
−実施形態の変形例２−
実施形態の変形例２について説明する。この変形例２では、図５に示すように、流路形成部材（12）の表面に立ち上げ片（25）が形成されている。流路形成部材（12）では、各ねじり円盤部（12a）に複数の立ち上げ片（25）が形成されている。各立ち上げ片（25）は、三角形状に形成され、ねじり円盤部（12a）の表面から垂直に立ち上がっている。各立ち上げ片（25）は、乱れ生起手段を構成している。
【００４８】
なお、立ち上げ片（25）の形状は、四角形などの他の形状であってもよい。また、立ち上げ片（25）の立ち上がる向きは、先端が流体の進行方向を向いていてもよいし、先端が流体の進行方向と逆を向いていてもよい。
【００４９】
この変形例２では、旋回流路（22）を流通する気泡を含む水が、立ち上げ片（25）によって流れが乱され、気泡が砕かれてさらに小さな気泡になる。このため、水と気泡との接触面積の総和が大きくなるので、空気が水にさらに溶けやすくなり、より多くの空気を水に溶解させることができる。
【００５０】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００５１】
上記実施形態について、図６に示すように、流路形成部材（12）が、一様幅のテープをねじった形状のねじりテープであってもよい。この場合、ケーシング（11）内には、２つの旋回流路（22）が形成される。
【００５２】
また、上記実施形態について、空気導入器（17）で混入させる気体が、空気以外であってもよいし、芳香剤で空気に香りをつけたアロマ空気であってもよい。
【００５３】
また、上記実施形態の気体溶解器（10）について、微細気泡供給装置（20）以外の装置に適用してもよい。例えば、背景技術に示したような、気体で液体を殺菌、浄化する装置にも適用可能である。
【００５４】
また、上記実施形態の気体溶解器（10）について、ケーシング（11）の流入口（13）が、気体用と液体用とに分かれていてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態の変形例について、乱れ生起手段（25）が頭部と軸部とを有するねじ状の部材であってもよい。この場合、ねじ状の部材の軸部の先端がねじり円盤部（12a）に固定される。
【００５６】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上説明したように、本発明は、気体を液体へ溶解させるための気体溶解器について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る微細気泡供給装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る微細気泡供給装置の気泡発生器の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る微細気泡供給装置の気体溶解器の斜視図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例１に係る微細気泡供給装置の気体溶解器の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態の変形例２に係る微細気泡供給装置の気体溶解器の斜視図である。
【図６】その他の実施形態に係る流路形成部材の斜視図である。
【符号の説明】
【００５９】
5   浴槽（水槽）
10  気体溶解器
11  ケーシング
12  流路形成部材
13  流入口
14  流出口
16  気泡発生器
17  空気導入器
20  微細気泡供給装置
22  旋回流路
25  立ち上げ片（乱れ生起手段）
30  循環流路（水流通路）
【図１】
2008161822.tif 000003
【図２】
2008161822.tif 000004
【図３】
2008161822.tif 000005
【図４】
2008161822.tif 000006
【図５】
2008161822.tif 000007
【図６】
2008161822.tif 000008