(57)【要約】【課題】槽内全体に充分な量の微細気泡を安定して発生させる微細気泡発生装置を提供する。【解決手段】槽１内に貯留されている液体Ｗに対して気体Ａを溶解させる気体溶解手段Ｘと、液体Ｗを沸騰させて得たスチームＳを槽内に貯留されている液体Ｗ中に噴射させるスチーム噴射手段Ｙとを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
槽内に貯留されている液体中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置であって、
前記槽内に貯留されている液体に対して気体を溶解させる気体溶解手段と、
前記液体を沸騰させて得たスチームを前記槽内に貯留されている液体中に噴射させるスチーム噴射手段とを備えた微細気泡発生装置。
【請求項２】
前記気体溶解手段が、前記槽内との間で循環路を循環する液体に前記気体を溶解させる手段であり、
前記循環路に、前記槽内から前記気体溶解手段に供給される液体を冷却する冷却手段と、前記気体溶解手段から前記槽内に供給される液体を加熱する加熱手段とを備えた請求項１に記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
前記気体溶解手段が、前記液体を循環させる液体ポンプと、前記液体ポンプの吸入口に吸入される液体に前記気体を導入する気体導入部と、前記液体ポンプの吐出口から吐出される液体から未溶解の前記気体を分離する気液分離部とで構成されている請求項２に記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
前記槽が浴槽であり、前記液体が浴槽水であり、前記気体が空気である請求項１〜３の何れか一項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項５】
槽内に貯留されている液体中に微細気泡を発生させる微細気泡発生方法であって、
前記槽内に貯留されている液体に対して気体を溶解させると共に、
前記液体を沸騰させて得たスチームを前記槽内に貯留されている液体中に噴射させる微細気泡発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、槽内に貯留されている液体中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置及び微細気泡発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水等の液体に空気等の気体の微細気泡（マイクロバブル）を発生させる技術は、もともとは下水の汚泥処理において加圧浮上法として用いられてきた。最近になって、微細気泡が帯電効果、圧縮効果、生活活性効果など、種々の有用な効果を持っていることが判ってきた。特に、生活活性効果に関しては、微細気泡を発生させた浴槽水への入浴が、血流促進効果があり、温浴効果に優れているという報告がある。
【０００３】
微細気泡を発生するための微細気泡発生装置として、気体が溶存する液体を沸騰させて得たスチームを槽内に貯留されている液体中に噴射させることで、溶存するガスが瞬時に槽内に貯留されている液体中に溶け込むことなく微細気泡となって液体中に残るように構成されたものが知られている（特許文献１を参照。）。
【０００４】
また、別の微細気泡発生装置として、気体導入部により気体が導入された液体を、液体ポンプにより昇圧更には撹拌することで、液体に気体を高濃度で溶解させ、その気体溶解液を減圧部により減圧して槽内に供給することで、その気体溶解液から気体が上記微細気泡として析出するように構成されたものが知られている（特許文献２又は３を参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１８９９４６号公報（段落００１４、図３等）
【特許文献２】特公平７−１１４９４８号公報（図１等）
【特許文献３】特開２００５−１５２７６３号公報（図６等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような従来の微細気泡発生装置では、槽内全体に充分な量の微細気泡を発生させることは困難であった。
即ち、上記特許文献１に記載の微細気泡発生装置では、槽内全体に充分な量の微細気泡を発生させるためには、気体が溶存する液体を沸騰させて得られるスチームを、槽内において貯留されている液体中の広範囲において大量に噴射させる必要がある。よって、スチームを発生させるためのボイラ等の設備が大型で高価なものとなる。
【０００７】
一方、上記特許文献２及び３に記載の微細気泡発生装置では、槽内全体に充分な量の微細気泡を発生させるためには、気体導入部において液体に対して多くの気体を導入することで、液体ポンプにおいてその液体に対して多くの気体を接触させ、液体に対する気体溶解度を高める必要がある。
しかしながら、このように気体導入部における気体導入量を増加させすぎると、その液体を昇圧更には撹拌させるための液体ポンプにおいてガスロック現象（液体ポンプにおいて気体が羽根車の入口に滞留し、そのために液体ポンプが液体を吸い込まなくなること。「エアロック現象」と呼ぶ場合もある。）が発生し、安定した運転状態を維持することができなかったり、液体ポンプが停止又は破損するといった問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、槽内全体に充分な量の微細気泡を安定して発生させる技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る微細気泡発生装置は、槽内に貯留されている液体中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置であって、その第１特徴構成は、前記槽内に貯留されている液体に対して気体を溶解させる気体溶解手段と、前記液体を沸騰させて得たスチームを前記槽内に貯留されている液体中に噴射させるスチーム噴射手段とを備えた点にある。
また、上記目的を達成するための本発明に係る微細気泡発生方法は、槽内に貯留されている液体中に微細気泡を発生させる微細気泡発生方法であって、その特徴構成は、前記槽内に貯留されている液体に対して気体を溶解させると共に、前記液体を沸騰させて得たスチームを前記槽内に貯留されている液体中に噴射させる点にある。
【００１０】
上記第１特徴構成によれば、上記本発明に係る微細気泡発生方法の如く、上記気体溶解手段により、槽内に貯留されている液体に対して微細気泡となる気体を溶解させると共に、上記スチーム噴射手段により、液体を沸騰させて得たスチームを前記槽内に貯留されている液体中に噴射させることにより、槽内全体に充分な量の微細気泡を安定して発生させることができる。
即ち、槽内において、気体が溶解された液体中にスチームが噴射されることで、そのスチームの熱エネルギと運動エネルギにより、槽内の比較的広範囲に存在する液体が昇温及び振動して、その液体中に溶解されている気体が微細気泡として良好に析出されることになる。よって、上記スチームとなる液体に溶存する気体が上記微細気泡となるのではなく、槽内において噴射されたスチームの周辺に存在する液体中に溶解されている気体が析出して微細気泡となるので、大型のボイラを設けてスチームを大量に噴射させたり槽内に貯留されている液体中に非常に多くの気体を溶解させたりしなくても、槽内の液体中に適度な量の気体を溶解させ、その槽兄の液体中に小型のボイラで適度な量のスチームを噴射させるだけで、槽内全体に充分な量の微細気泡を安定して発生させることができる。
また、液体を沸騰させて得たスチームが空気等の気体を巻き込むことなく液体中に噴射され、更に、そのスチームは液体への放熱により冷却され液化するので、槽内に貯留されている液体中においてスチームや他の気体等からなる大泡の発生を防止することができる。よって、上記のように液体中に溶解されている気体が析出して発生した微細気泡を槽内全体に亘って安定して滞留させることができる。
【００１１】
本発明に係る微細気泡発生装置の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記気体溶解手段が、前記槽内との間で循環路を循環する液体に前記気体を溶解させる手段であり、前記循環路に、前記槽内から前記気体溶解手段に供給される液体を冷却する冷却手段と、前記気体溶解手段から前記槽内に供給される液体を加熱する加熱手段とを備えた点にある。
【００１２】
上記第２特徴構成によれば、上記気体溶解手段により、槽内との間で循環路を循環する液体に気体を溶解させることで、槽内に貯留されている液体に気体を溶解させることができる。
また、循環路に設けられた冷却手段により、槽内から上記気体溶解手段に供給される液体が冷却されることで、当該液体の気体に対する溶解度を増加させて、気体溶解手段において液体に多くの気体を溶解させることができる。更に、循環路に設けられた加熱手段により、上記気体溶解手段から槽内に供給される液体が加熱されることで、当該液体の気体に対する溶解度を低下させて、気体溶解手段から槽内に供給される液体を気体が略飽和状態で溶解されたものとすることができる。
よって、槽内においてこのように略飽和状態で気体が溶解された液体中にスチームを噴射することで、液体中から多くの気体が析出することになるので、比較的大量の微細気泡を発生させることができる。
【００１３】
本発明に係る微細気泡発生装置の第３特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、前記気体溶解手段が、前記液体を循環させる液体ポンプと、前記液体ポンプの吸入口に吸入される液体に前記気体を導入する気体導入部と、前記液体ポンプの吐出口から吐出される液体から未溶解の前記気体を分離する気液分離部とで構成されている点にある。
【００１４】
上記第３特徴構成によれば、上記気体導入部により気体が導入された液体を、上記液体ポンプにより昇圧更には撹拌することで、液体に気体を高濃度で溶解させることができる。
更に、上記気液分離部により液体ポンプから吐出された未溶解の気体を液体から分離することで、当該未溶解の気体が大泡として槽内に吐出されることを防止することができる。
【００１５】
本発明に係る微細気泡発生装置の第４特徴構成は、上記第１乃至上記第３の何れかの特徴構成に加えて、前記槽が浴槽であり、前記液体が浴槽水であり、前記気体が空気である点にある。
【００１６】
上記第４特徴構成によれば、浴槽内に貯留されている浴槽水に充分な量の微細気泡を安定して発生させることができるので、その充分な量の微細気泡が発生された浴槽水への入浴により、血流促進効果及び温浴効果を得ることができる。
また、上記スチーム噴射手段により浴槽内に貯留されている浴槽水中に高温のスチームを噴射することで、当該浴槽水を加熱する所謂追焚きを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る微細気泡発生装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示す微細気泡発生装置５０は、浴槽１（槽の一例）内に貯留されている浴槽水Ｗ（液体の一例）に対して微細気泡となる空気Ａ（気体の一例）を溶解させる気体溶解手段Ｘと、浴槽水Ｗを沸騰させて得たスチームＳを浴槽１内に貯留されている浴槽水Ｗ中に噴射させるスチーム噴射手段Ｙとを備えることで、浴槽１内全体に充分な量の微細気泡Ｂを安定して発生させるものである。
即ち、浴槽１内において、空気Ａが溶解されている浴槽水Ｗ中にスチームＳが噴射されることで、そのスチームの熱エネルギと運動エネルギにより、槽内の比較的広範囲に存在する液体が昇温及び振動して、その液体中に溶解されている気体が微細気泡として良好に析出されることになるので、浴槽１内全体に充分な量の微細気泡Ｂを安定して発生させることができる。
更に、このような微細気泡発生装置５０は、その充分な量の微細気泡Ｂが発生された浴槽水Ｗへの入浴により、血流促進効果及び温浴効果を得ることができる。また、上記スチーム噴射手段Ｙは、浴槽１内に貯留されている浴槽水Ｗ中に１００℃以上の高温のスチームＳを噴射することにより、当該浴槽水Ｗを入浴に適した温度に加熱する所謂追焚きを行う機能も有することになる。
【００１８】
上記気体溶解手段Ｘは、浴槽１内との間で循環路４を循環する浴槽水Ｗに空気Ａを溶解させる手段として構成されている。
即ち、浴槽１内に貯留されている浴槽水Ｗは、流入口２を通じて循環路４に取り込まれ、気体溶解手段Ｘを流通した後に、流出口３を通じて浴槽１内に供給される形態で、循環路４を循環する。
更に、その循環路４には、浴槽１内から気体溶解手段Ｘに供給される浴槽水Ｗを冷却する冷却手段３４と、当該気体溶解手段Ｘから浴槽１内に供給される浴槽水Ｗを加熱する加熱手段３５とが設けられており、これにより浴槽１内に大量の微細気泡が発生することになる。
【００１９】
即ち、循環路４において気体溶解手段Ｘの上流側に設けられた冷却手段３４は、浴槽１内から気体溶解手段Ｘに供給される浴槽水Ｗを冷却することで、当該浴槽水Ｗの空気Ａに対する溶解度を増加させている。よって、その冷却手段３４の下流側に配置されている気体溶解手段Ｘにおいては、その浴槽水Ｗに多くの空気Ａが溶解されることになる。
【００２０】
一方、循環路４において気体溶解手段Ｘの下流側に設けられた加熱手段３５は、気体溶解手段Ｘで空気Ａが溶解された浴槽水Ｗを加熱することで、当該浴槽水Ｗの空気Ａに対する溶解度を低下させている。よって、その加熱手段５の下流側に配置されている浴槽１内には、空気Ａが略飽和状態で溶解された浴槽水Ｗが供給されることになる。
従って、浴槽１内において、このような浴槽水Ｗ中にスチームＳを噴射することで、浴槽水Ｗ中に略飽和状態で溶解されている多くの空気Ａが析出し、比較的大量の微細気泡Ｂを発生することになる。
【００２１】
尚、この冷却手段３４は、浴槽水Ｗの熱を大気に放熱させる放熱器などのように公知の冷却装置で構成することができ、一方、上記加熱手段３５は、電気ヒータや給湯装置などのように公知の加熱装置で構成することができる。
また、流入口２から気体溶解手段Ｘとの間の循環路４を構成する管材として放熱性が良好な伝熱管を採用することで、当該伝熱管を上記冷却手段３４として機能させるように構成することもできる。
【００２２】
上記スチーム噴射手段Ｙは、循環路４の流入口２側から取り込み路３１を通じて取り込んだ浴槽水Ｗをガスバーナや電気ヒータ等により加熱沸騰させて高温高圧のスチームＳを発生させるスチームボイラ３０により構成されており、このスチームボイラ３０が発生したスチームＳが浴槽１内にノズル３２を通じて噴射される。
また、このノズル３２は、浴槽１内において浴槽水Ｗに略確実に水没する比較的低い位置に配置されており、これにより、略確実にノズル３２から浴槽水Ｗ中にスチームＳを噴射することができる。
【００２３】
上記気体溶解手段Ｘは、液体を循環させる水ポンプ１０（液体ポンプの一例）と、水ポンプ１０の吸入口１１に吸入される浴槽水Ｗに空気Ａを導入する空気ポンプ６（気体導入部の一例）と、水ポンプ１０の吐出口１２から吐出される浴槽水Ｗから未溶解の空気Ａを分離する気液分離部２０とで構成されている。
【００２４】
上記水ポンプ１０は、吸入口１１から吸入した浴槽水Ｗを羽根車１３の回転に伴う遠心作用により昇圧して吐出口１２から吐出し、更には、羽根車１３と当該羽根車１３の外周に形成された通路１４との間で生じる渦流によって浴槽水Ｗを昇圧しながら良好に撹拌し得る渦流ポンプとして構成されている。
【００２５】
上記空気ポンプ６は、上記水ポンプ１０の吸入口１１に吸入される浴槽水Ｗ、即ち循環路４において水ポンプ１０の上流側を流通する浴槽水Ｗに対して、当該循環路４に接続された空気導入路５を通じて空気Ａを導入するように構成されている。
【００２６】
上記気液分離部２０は、吐出口１２に直結されて水ポンプ１０と一体化される形態で設けられており、水ポンプ１０の吐出口１２から上方に延出した後に下方に折り返す折り返し流路２１，２２，２３で構成されている。即ち、上記折り返し流路２１，２２，２３は、上記吐出口１２に接続され当該吐出口１２から上方に延出する上昇流路２１と、当該上昇流路２１の上端部に形成された空間である上端空間２２と、当該上端空間２２に接続され当該上端空間２２から下方に延出する下降流路２３とからなる。
更に、上記上端空間２２には、当該上端空間２２の上面を大気開放する排出路２６と、当該上端空間２２での水位を検知する水位センサ２４と、水位センサ２４で検知される水位が一定になるように上記排出路２６を通じて排出される空気Ａの量を調整する空気排出量調整弁２５が設けられている。
【００２７】
要するに、上記のような水ポンプ１０と空気ポンプ６と気液分離部２０とで構成された気体溶解手段Ｘでは、循環路４を流通する浴槽水Ｗは、上記空気ポンプ６により導入された空気Ａと共に、吸入口１１を通じて水ポンプ１０の通路１４に流入する。そして、その通路１４において、空気Ａと浴槽水Ｗとの混合物が羽根車１３の回転により生じる渦流により昇圧更には撹拌されることで、上記浴槽水Ｗに対して比較的多くの上記空気Ａが溶解した空気溶解水Ｗ’が生成され、その空気溶解水Ｗ’が通路１４から吐出口１２を通じて吐出される。
また、水ポンプ１０の吐出口１２から吐出された未溶解の空気Ａは、同じく吐出された空気溶解水Ｗ’の流れに伴って、上記上昇流路２１を通じて上端空間２２に良好に上昇して滞留することになる。更に、上端空間２２に滞留する未溶解の空気Ａは、その上端空間２２の水位が一定になるように当該上端空間２２の上面に接続された排出路２６を通じて良好に排出され、一方、未溶解の空気Ａを除く空気溶解水Ｗ’が、上記下降流路２３を通じて良好に降下する。
結果、上記気液分離部２０としての折り返し流路２１，２２，２３において、空気溶解水Ｗ’から良好に未溶解の空気Ａが分離されることになるので、その未溶解の空気Ａが大泡として浴槽１内に吐出されることが防止される。
【００２８】
以下、本発明に係る微細気泡発生装置の微細気泡発生の効果の検証のための実験結果について説明する。
この実験では、槽としての容量が５Ｌの容器内に、気体としての空気が溶解されている液体としての水道水を貯留し、その容器内の水道水中に水を加熱して得たスチームを噴射して、その容器内での微細気泡の発生状態を観察した。尚、上記スチームは市販のスチーム噴射装置を用いて噴射し、そのスチームの噴射温度は１００℃、噴射量は５０Ｌ／ｍｉｎ、噴射圧力は０．３２ＭＰａであった。
【００２９】
この実験によれば、容器内の水道水中に水を加熱して得たスチームを噴射することで、その容器内の水道水中に、粒径が２０μｍ〜３０μｍ程度と非常に微細な気泡が、容器内全体で水が白濁する程度の十分な量発生していることが確認できた。
更に、この微細気泡を捕集してその成分を分析すると、空気と略同じものであることが確認されたので、この微細気泡は、水道中に溶解されていた空気が析出することで生成されたものと言える。
【００３０】
また、このように発生した微細気泡は、一定時間後（例えば１４分後）にその３０％程度が消滅した。このような微細気泡の消滅は、微細気泡の特徴として知られており、温浴効果等の生理化学効果の原因とされている。
【００３１】
〔別実施形態〕
（１）上記実施の形態では、本発明に係る微細気泡発生装置５０を、浴槽１内に貯留されている浴槽水Ｗに空気Ａからなる微細気泡Ｂを発生させるように構成したが、上記浴槽を別の槽としたり、上記浴槽水を別の液体としたり、上記空気を別の気体とするなどのように、適宜、槽内に貯留されている液体に気体からなる微細気泡を発生させるように適宜改変可能である。
また、上記気体としては、上記空気以外に、例えば浴槽水を加熱する給湯器の燃焼排ガスに含まれている二酸化炭素を利用しても構わない。
【００３２】
（２）上記実施の形態では、気体溶解手段Ｘは、槽１内との間で循環路４を循環する液体Ｗに気体Ａを溶解させる手段として構成したが、予め気体を溶解しておいた液体を槽に供給して貯留させるなど適宜改変可能である。
また、大量の微細気泡を発生させるために、上記循環路４に冷却手段３４及び加熱手段５を設けたが、適宜これらを省略しても構わない。
【００３３】
（３）上記実施の形態では、気体溶解手段Ｘを構成する水ポンプ１０を渦流ポンプとして構成したが、別に、当該水ポンプを上記渦流ポンプとは別の遠心式ポンプ、即ち、吸入口から吸入した液体を羽根車の回転に伴う遠心作用により昇圧して吐出口から吐出する液体ポンプとして構成しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る微細気泡発生装置は、槽内全体に充分な量の微細気泡を安定して発生させるものとして有効に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】微細気泡発生装置の概略構成図
【符号の説明】
【００３６】
１：浴槽（槽の一例）
６：空気ポンプ（気体導入部の一例）
１０：水ポンプ（液体ポンプの一例）
１１：吸入口
１２：吐出口
３４：冷却手段
３５：加熱手段
５０：微細気泡発生装置
Ａ：空気（気体の一例）
Ｂ：微細気泡
Ｓ：スチーム
Ｗ：浴槽水（液体の一例）
Ｘ：気体溶解手段
Ｙ：スチーム噴射手段
【図１】
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