(57)【要約】【課題】小型でコンパクトな溶解タンク構造でありながら、気液撹拌経路を長く形成でき、気液撹拌を促進してより微細な気泡を発生させる。ポンプのキャビテーション及びエアロックによる故障原因をなくす。高耐久性及び低騒音性を確保すると共に、低コストを図る。【解決手段】気液溶解タンク１２の上層部は外側円筒２１と内側円筒２２との二重筒構造をしており、その間に形成される外周空間３８を上下複数段の気液撹拌経路２７に仕切る横仕切板１８と、縦に仕切る縦仕切板１９とを設ける。横仕切板１８に流下孔２４を設ける。流下孔２４は、気液流の流れの向きが各段毎に変化するように各段の縦仕切板１９の前側或いは後側に交互に配置され、内側円筒２２の内側に形成される排気用空間４０を最下段の気液撹拌経路２７と連通させると共に排気用空間４０の上端側に最下段の気液撹拌経路２７からの余剰空気Ｒ１を外部に排気するための排気弁１３を設けた。【選択図】        図１
2004290803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプの吐出経路に設置した気液溶解タンク内で水及び空気の流体を加圧溶解させ、タンク出口の下流に設けた圧力開放部にて微細気泡を発生させる加圧溶解方式の微細気泡装置において、気液溶解タンクの上層部は、縦方向に重ねて配置される大径円筒状の外側円筒と小径円筒状の内側円筒とからなる二重筒構造をしており、外側円筒と内側円筒との間に形成される環状の外周空間を上下複数段の気液撹拌経路に仕切る横仕切板と、各段の気液撹拌経路をそれぞれ縦に仕切る縦仕切板とを設け、横仕切板には気液流を上段から下段へ流下させる流下孔がそれぞれ設けられ、各流下孔は、気液流の流れの向きが各段毎に変化するように各段の縦仕切板の前側或いは後側に交互に配置されており、内側円筒の内側に形成される排気用空間を最下段の気液撹拌経路と連通させると共に排気用空間の上端側に最下段の気液撹拌経路からの余剰空気を外部に排気するための排気弁を設けたことを特徴とする微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造。
【請求項２】
気液溶解タンクの下層部を上下に間仕切る間仕切板を配置し、間仕切板における最下段の流下孔と対向する位置からずれた位置に最下段の流下孔からタンク出口へ通じる流出孔を設けたことを特徴とする請求項弟１項の微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造。
【請求項３】
気液溶解タンク内の最上段の気液撹拌経路の上流側に、外側円筒の接線方向に向かって断面積を絞った先細り状のノズル形状の噴射口が設けられ、該噴射口から約１周した部位に縦仕切板及び流下孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造。
【請求項４】
気液溶解タンク内の最上段の気液撹拌経路を仕切る縦仕切板の上端内周側の隅部に、空気を通すための切欠き部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造。
【請求項５】
上記噴射口の周囲に噴射口の角度より大きな角度で中心に開口を有するエゼクタ部を形成し、内側円筒におけるエゼクタ部の負圧部位に面した部分に、エゼクタ効果を利用して内側円筒の排気用空間内の空気をエゼクタ部の負圧部位に吸入するための循環孔を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造。
【請求項６】
気液溶解タンク内の最上段の気液撹拌経路と対向する外側円筒の内側面を凹凸形状に形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造。
【請求項７】
気液溶解タンク内の各段の気液撹拌経路と対向する横仕切板の下面を凹凸形状に形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造。
【請求項８】
縦仕切板が各段共通の１枚板からなり、各段の気液撹拌経路を流下する気液流の流れの向きが各段毎に変化するように横仕切板の流下孔を各段の縦仕切板部分の前側或いは後側に交互に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造。
【請求項９】
ポンプの吐出経路に設置した気液溶解タンク内で水及び空気の流体を加圧溶解させ、タンク出口の下流に設けた圧力開放部にて微細気泡を発生させる加圧溶解方式の微細気泡装置において、気液溶解タンクの上層部は、縦方向に重ねて配置される大径円筒状の外側円筒と小径円筒状の内側円筒とからなる二重筒構造をしており、外側円筒と内側円筒との間に形成される環状の外周空間を上下複数段の気液撹拌経路に仕切る横仕切板と、各段の気液撹拌経路をそれぞれ縦に仕切る縦仕切板とを設け、横仕切板には気液流を上段から下段へ流下させる流下孔がそれぞれ設けられ、気液溶解タンク内の各段の気液撹拌経路を流下する気液流の流れの向きが各段毎に同一方向となるように縦仕切板及び流下孔を配置したことを特徴とする微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造に関し、詳しくは例えば微細気泡バス（入浴設備）、養殖での酸素補給、池や沼の水浄化（汚泥浮上）等に利用される微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の微細気泡発生装置は、水に空気を加えて加圧溶解したのち減圧開放させる加圧溶解方式、水流部にエゼクタを利用して負圧部位を設け、空気を自給するエゼクタ方式、多孔質の発泡盤に加圧空気を送り込む散気方式などが挙げられるが、このうち、最も気泡が細かく発生するのが加圧溶解方式である。従来の加圧溶解式の微細気泡発生装置では、大きな加圧力を要するために、べーンポンプやカスケードポンプを利用しており、空気の自吸はポンプの吸い込み経路に設けられる場合が多かった。例えば、従来のポンプ前経路の負圧配管部で空気を自吸する構造にあっては、ポンプ内で十分に撹拌溶解されるため、ポンプ後方の経路は気液溶解の空間とその上方に排気弁（空気抜き弁）を持つ管路方式が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、ポンプ前経路の負圧配管部で空気を自吸すると、ポンプ内でキャビテーションが発生して部材の耐久性が悪くなる欠点、騒音が高くなるという欠点があり、一方、自吸式以外のポンプ種では、空気が混入するとエアロックが生じ易く、揚程及び水量がでなくなるという欠点があった。
【０００４】
そこで、前記欠点を解決するために、ポンプの吐出経路で空気を吸い込む方式が考えられるが、上記従来のポンプ前経路の負圧配管部で空気を自吸する構造と同仕様のものをポンプ後方経路に設けて、ポンプ後方で空気を混入しても微細気泡はほとんど発生しないという欠点がある。そのうえ、従来の管路方式では、充分な接触を得るには、タンク部の幅・高さが必要になるので、タンクが大型化するという欠点があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２９９９３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、小型でコンパクトな溶解タンクでありながら、気液撹拌経路を長く形成でき、気液撹拌を促進してより微細な気泡を発生させることができ、さらにポンプのキャビテーション及びエアロックによる故障原因をなくすことができ、高耐久性及び低騒音性を確保できる低コストの微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造を提供することにあり、別の目的とするところは、各段の気液撹拌経路を流下する気液流の流れの抵抗を小さくして、タンク出口の吐出側の圧力開放部までの間に加圧力の低下が少なくなり、高濃度の微細気泡の発生量を増やすことができる微細気泡発生装置の気液溶解タンク構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明にあっては、ポンプ５の吐出経路に設置した気液溶解タンク１２内で水及び空気の流体を加圧溶解させ、タンク出口２３の下流に設けた圧力開放部にて微細気泡を発生させる加圧溶解方式の微細気泡装置において、気液溶解タンク１２の上層部は、縦方向に重ねて配置される大径円筒状の外側円筒２１と小径円筒状の内側円筒２２とからなる二重筒構造をしており、外側円筒２１と内側円筒２２との間に形成される環状の外周空間３８を上下複数段の気液撹拌経路２７に仕切る横仕切板１８と、各段の気液撹拌経路２７をそれぞれ縦に仕切る縦仕切板１９とを設け、横仕切板１８には気液流を上段から下段へ流下させる流下孔２４がそれぞれ設けられ、各流下孔２４は、気液流の流れの向きが各段毎に変化するように各段の縦仕切板１９の前側或いは後側に交互に配置されており、内側円筒２２の内側に形成される排気用空間４０を最下段の気液撹拌経路２７と連通させると共に排気用空間４０の上端側に最下段の気液撹拌経路２７からの余剰空気Ｒ１を外部に排気するための排気弁１３を設けたことを特徴としている。このように構成することで、横仕切板１８と縦仕切板１９とを利用して気液撹拌経路２７を長く形成でき、これにより空気と水の接触時間を長くできるので、空気が水中に効率良く溶解されることとなる。しかも気液流を上段から下段へ流下させることによって、最上段の気液撹拌経路２７で溶解されなかった空気が水と共に下段へ流下していき、下方の各段の気液撹拌経路２７を流下する間に溶解を進めることができ、しかも各段毎に気液流の流れの向きが変化するので、乱流が生じて気液接触が激しくなり、気液撹拌がより促進される。さらに、気液撹拌経路２７で溶解しきれなかった余剰空気Ｒ１は最下段の気液撹拌経路２７から内側円筒２２内に形成された排気用空間４０の下端側へ導入され、排気用空間４０を上昇して排気弁１３によって外部へ排気されるようになる。従って、小型でコンパクトな溶解タンクの構造でありながら、長く形成された気液撹拌経路２７を利用してより微細な気泡を発生させることができる。さらに、気液溶解タンク１２をポンプ５の吐出経路に配置することで、ポンプ５のキャビテーション防止及びエア噛みによる故障防止を図ることができるので、高耐久性を図ることができると共に、低騒音化を図ることができる。
【０００８】
また上記気液溶解タンク１２の下層部を上下に間仕切る間仕切板２０を配置し、間仕切板２０における最下段の流下孔２４と対向する位置からずれた位置に最下段の流下孔２４からタンク出口２３へ通じる流出孔２５を設けるのが好ましく、この場合、複数段の気液撹拌経路２７を流下してきた溶解に寄与しない大きな気泡が、間仕切板２０に遮られて上昇しやすくなり、しかも大きな気泡がタンク出口２３から供給されることがなくなる。
【０００９】
また上記気液溶解タンク１２内の最上段の気液撹拌経路２７の上流側に、外側円筒２１の接線方向Ｅに向かって断面積を絞った先細り状のノズル形状の噴射口３１が設けられ、該噴射口３１から約１周した部位に縦仕切板１９及び流下孔２４が設けられているのが好ましく、この場合、先細り状のノズル形状をした噴射口３１からの水と空気が最上段の気液撹拌経路２７に噴流となって噴射され、最上段の気液撹拌経路２７内で気液撹拌性能がより高められるようになり、しかも水及び空気の噴射方向が外側円筒２１の接線方向Ｅであるため、最上段の気液撹拌経路２７において流れの抵抗が少なく、より強い撹拌が可能となり、そのうえ、噴射口３１から約１周した部位に設けた縦仕切板１９及び流下孔２４に達するまで、空気と水の接触時間をより長くできるようになる。
【００１０】
また上記気液溶解タンク１２内の最上段の気液撹拌経路２７を仕切る縦仕切板１９の上端内周側の隅部に、空気を通すための切欠き部５０を設けるのが好ましく、この場合、最上段の環状の気液撹拌経路２７に沿って空気と水が回る際に、遠心力によって水流Ｗが外周へ移動し、空気流Ｒが内周側へ移動しやすくなるが、このとき縦仕切板１９の上端内周側の隅部に切欠き部５０を設けてあるので、最上段の気液撹拌経路２７で溶解しきれなかった余剰空気を縦仕切板１９の切欠き部５０から最上段の気液撹拌経路２７へ再循環させることができ、気液撹拌能力を高めることができる。
【００１１】
また上記噴射口３１の周囲に噴射口３１の角度より大きな角度で中心に開口を有するエゼクタ部７を形成し、内側円筒２２におけるエゼクタ部７の負圧部位７ａに面した部分に、エゼクタ効果を利用して内側円筒２２の排気用空間４０内の空気をエゼクタ部７の負圧部位７ａに吸入するための循環孔３３を設けるのが好ましく、この場合、噴射口３１が鋭角の形状の先細り状のノズル形状となっているため、噴射口３１の後方部に若干の負圧部位７ａを形成でき、内側円筒２２の排気用空間４０内から排気される余剰空気Ｒ１が内側円筒２２に設けた循環孔３３を通ってエゼクタ部７の負圧部位７ａに吸い込まれるようになり、余剰空気Ｒ１を再循環利用して気液撹拌に利用でき、気液撹拌性能を高めることができる。
【００１２】
また上記気液溶解タンク１２内の最上段の気液撹拌経路２７と対向する外側円筒２１の内側面を凹凸形状に形成するのが好ましく、この場合、最上段の気液撹拌経路２７内に噴射された水及び空気が外側円筒２１の内側面の凹凸形状面で渦を生じるため、気液の撹拌が一層促進される。特に凹凸形状部分で水流Ｗが跳ねあがり、乱流が生じやすくなって気液撹拌が一層促進されることとなる。
【００１３】
また上記気液溶解タンク１２内の各段の気液撹拌経路２７と対向する横仕切板１８の下面を凹凸形状に形成するのが好ましく、この場合、最上段の気液撹拌経路２７から下段へ流下してきた空気が、横仕切板１８の下面の凹凸部分のうちの凹部に滞留することで気液接触面積を増大させることができ、水中に空気が一層解けやすくなる。
【００１４】
また上記縦仕切板１９が各段共通の１枚板からなり、各段の気液撹拌経路２７を流下する気液流の流れの向きが各段毎に変化するように横仕切板１８の流下孔２４を各段の縦仕切板１９部分の前側或いは後側に交互に配置するのが好ましく、この場合、１枚の縦仕切板１９を共通使用して流れの向きを変えることができ、気液撹拌能力を高めることができるものでありながら、縦仕切板１９の数を減らすことができ、部材の共有化を図ることが可能となる。
【００１５】
また本発明は、気液溶解タンク１２内の各段の気液撹拌経路２７を流下する気液流の流れの向きが各段毎に同一方向となるように縦仕切板１９及び流下孔２４を配置したことを特徴としており、このように構成することで、気液撹拌経路２７を長くしたものでありながら、各段の気液撹拌経路２７を流下する気液流の流れの抵抗が小さくなり、これにより、タンク出口２３の吐出側の圧力開放部までの間に加圧力の低下が少なくなり、高濃度の微細気泡の発生量を増やすことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の気液溶解タンク１２を利用した微細気泡バスシステムの実施形態の一例を示す図であり、図２（ａ）は気液溶解タンク１２の側面断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は間仕切板２０の斜視図であり、図３（ａ）は横仕切板１８と縦仕切板１９の概略斜視図、（ｂ）は気液流の流れの方向を説明する概念図である。
【００１８】
図１において、浴槽１の内側面には、吸込口３と吐出口１７とが設置されており、浴槽１の上部に空気吸込口１１が設置されている。吸込口３は接続管４を介してポンプ５の吸い込み側に接続され、ポンプ５の吐出側は接続管６を介して後述のエゼクタ部７の吸込側に接続されている。ポンプ５は、遠心ポンプを利用したものであり、例えばタンク内圧力が０．２ＭＰａ、水量が１４リットル／分となるように設計されている。エゼクタ部７の噴射側は、図２（ｂ）に示すように、気液溶解タンク１２における外側円筒２１の接線方向Ｅに向かって配置されている。エゼクタ部７の負圧部位７ａは、接続管８を介して逆止弁９の出側に接続され、逆止弁９の入側は接続管１０を介して空気吸込口１１に接続されている。また、気液溶解タンク１２の下端に設けられたタンク出口２３は、接続管１４を介してベンチュリ１５の一端に接続され、ベンチュリ１５の他端は接続管１６を介して浴槽１の側面に設置された吐出口１７に接続されている。
【００１９】
次に、上記気液溶解タンク１２の内部構造の詳細について記載する。気液溶解タンク１２は、ポンプ５の吐出経路に配置されて、水及び空気の流体を加圧溶解するためのものであり、図２（ａ）に示すように、気液溶解タンク１２の上層部は、大きい径の円筒形状をした外側円筒２１と、小さい径の円筒形状をした内側円筒２２とを縦方向に重ねて配置した二重筒構造となっている。外側円筒２１と内側円筒２２との間には環状の外周空間３８が形成され、外周空間３８内には外周空間３８を上下複数段の気液撹拌経路２７に仕切る横仕切板１８と、各段の気液撹拌経路２７をそれぞれ縦に仕切る縦仕切板１９とが設けられている。なお、上下５段の横仕切板１８はほぼ一定間隔で設置されている。各横仕切板１８はそれぞれ同じドーナツ形をしたディスク状に形成され、その中央には内側円筒２２が挿通可能となっている。また、縦仕切板１９は気液撹拌経路２７を縦に仕切る寸法を有しており、縦仕切板１９を気液撹拌経路２７内に立てることで気液流を跳ね返して流下孔２４に流下させるようになっている。
【００２０】
また、最上段の気液撹拌経路２７の上流側に、外側円筒２１の接線方向Ｅ（図２（ｂ））に向かって断面積を絞った先細り状のノズル形状の噴射口３１が設けられており、この噴射口３１から約１周した部位に縦仕切板１９及び流下孔２４が設けられている。ここでは気液流の流れの向きが各段毎に変化するように各段の縦仕切板１９の前側或いは後側に流下孔２４が交互に配置されている。
【００２１】
また、内側円筒２２の内側には排気用空間４０が形成され、排気用空間４０は最下段の気液撹拌経路２７と連通していると共に排気用空間４０の上端側には最下段の気液撹拌経路２７からの余剰空気Ｒ１を外部に排気するための排気弁１３（空気抜き弁）が設けられている。排気弁１３は気液溶解タンク１２の中央上部に設置される。
【００２２】
さらに、気液溶解タンク１２の下層部には、複数の流出孔２５を有する間仕切板２０が設置されている。この間仕切板２０は、気液溶解タンク１２の下層部を上下に間仕切るものであり、この間仕切板２０には最下段の流下孔２４からタンク出口２３へ通じる流出孔２５が設けられている。この流出孔２５は、最下段の流下孔２４と対向する位置からずれて設けられている。本例では、図２（ｃ）に示すように、２つの流出孔２５が、最下段の１つの流下孔２４に対して間仕切板２０の周方向に約９０°離れた位置に設けられているが、この流出孔２５の数、位置は図２（ｃ）の例には限定されないものであり、要は最下段の流下孔２４からの大きな空気が流出孔２５を通過できないようにしてあればよい。
【００２３】
次に、微細気泡バスシステムの運転動作を説明する。入浴者が図１の操作スイッチ２６を押すと、ポンプ５が動作する。ポンプ５の動作により浴槽１に貯められた湯水２が、吸込口３より吸引され、接続管４を通りポンプ５へ吸引される。ポンプ５より吐き出された湯水２は接続管６を通り、エゼクタ部７へと通水される。エゼクタ部７内部では絞り部で負圧が生じるため、浴槽１に設けた空気吸込口１１より空気が接続管１０を通り、さらに逆止弁９、接続管８を通ってエゼクタ部７へ吸引される。吸引された空気と湯水２とは、エゼクタ部７の校り部で流速が速くなり、噴射口３１から最上段の気液撹拌経路２７内に向かって勢いよく噴射される。これにより最上段の気液撹拌経路２７で空気と湯水２とが撹拌され、空気が湯水へ溶解する。ここでは、外側円筒２１の接線方向Ｅから噴射しているので、気液流の流れが妨げられることがなく、その後、気液撹拌経路２７をほぼ１周した部位に設けた縦仕切板１９と衝突し、横仕切板１８に設けた流下孔２４を通り下段へと流下する。下段へ流下した気液流（湯水と空気の混合流）は向きを変えて、下段の気液撹拌経路２７をほぼ１周して縦仕切板１９の手前に設けた流下孔２４よりさらに下段へ流下する。この動作が５段に亘って続けられる。このときの気液流の流れの方向は図３（ｂ）のＷで示すようになる。そして、最下段の横仕切板１８の流下孔２４から流下した水と空気のうち、余剰空気Ｒ１は最下段の横仕切板１８の上面を伝って内側円筒２２内を通り、排気弁１３より排気される。本例では、気液溶解タンク１２の下層部を上下に仕切る間仕切板２０が設置され、間仕切板２０における最下段の流下孔２４と対向する位置から少なくとも９０°ずれた位置に流出孔２５を設けているため、最下段の流下孔２４から吐出される大きな泡は、間仕切板２０に当たることでタンク出口２３に吸い込まれることなく、上方へ浮上することができ、排気弁１３にて排気されることとなる。一方、余剰空気Ｒ１が取り除かれた後の湯水２は、タンク出口２３の下流に設けた接続管１４を通って圧力開放部であるベンチュリ１５へ通水される。ベンチュリ１５内の絞り径は、大気圧以下の圧力になるように設定されており、この部位にて微細気泡が発生する。微細気泡を含む湯水は、吐出口１７を通って浴槽１内へ循環供給される。
【００２４】
上記構成によれば、横仕切板１８と縦仕切板１９とを利用して気液撹拌経路２７を長く形成でき、これにより空気と水の接触時間を長くできるので、空気が水中（液中）に効率良く溶解されることとなる。また本例では横仕切板１８をドーナツ形状のディスク板で形成したので、限られた容積の中で気液接触長さ（時間）を十分に確保できることになる。しかも気液流を上段から下段へ流下させることによって、最上段の気液撹拌経路２７で溶解されなかった空気が水と共に下段へ流下していき、何度も撹拌されて溶解が進行するようになる。しかも、各段毎に気液流の流れの向きが変わることで、乱流が生じて気液接触が激しくなり、気液撹拌がより促進されることになる。この結果、小型でコンパクトな溶解タンクの構造でありながら、長く形成された気液撹拌経路２７を利用してより微細な気泡を発生させることができる。また、気液溶解タンク１２の小型化によって浴槽の横の空間にも設置可能となり、内蔵型の微細気泡バスシステムヘの展開が容易となる。さらに、気液溶解タンク１２をポンプ５の吐出経路に配置することで、ポンプ５のキャビテーション防止及びエア噛みによる故障防止を図ることができるので、高耐久性を図ることができると共に、低騒音性にも優れたものとなる。例えば、エアロックに弱い遠心ポンプを微細気泡発生装置に利用可能になると共に、安価に普及している遠心ポンプを利用できるので、システムを安価に供給することができ、また低圧力でも微細な気泡が発生でき、より低圧で騒音の低い装置となるので、浴槽設置の気泡バスヘの展開も可能となる。そのうえ外側円筒２１及び内側円筒２２を、安価な配管用の円筒樹脂パイプを用いて構成できるので、コストをより低く抑えることができる。
【００２５】
また本例では、気液溶解タンク１２の下層部に間仕切板２０を設置し、間仕切板２０に最下段の流下孔２４とは対向しない位置に流出孔２５を設けたので、複数段の気液撹拌経路２７を流下してきた溶解に寄与しない大きな気泡が、間仕切板２０に遮られて上昇しやすくなり、しかも大きな気泡がタンク下端に設けたタンク出口２３から供給されることがなく、従って、大きな気泡が浴槽等へ侵入するのを防止できるようになる。
【００２６】
さらに本例では、最上段の気液撹拌経路２７への噴射口３１が先細り状のノズル形状となっているので、噴射口３１から吐出される水及び空気が噴流となり、気液撹拌経路２７内での気液撹拌性能をより高めることができる。また、水及び空気の噴射方向が外側円筒２１の接線方向Ｅであるため、安定した噴射が円周方向に流れるようになり、抵抗も少なく、より強い撹拌が可能となる。さらに、噴射口３１から約１周した部位に縦仕切板１９及び流下孔２４が設けられているので、空気と水の接触時間を長くでき、撹拌効果をより向上させることができる。
【００２７】
図４は、本発明の他の実施形態であり、気液溶解タンク１２内の最上段の気液撹拌経路２７を仕切る縦仕切板１９の上端内周側の隅部に空気通過用の切欠き部５０を設けた場合の一例を示している。他の構成は図１、図２の実施形態と同様であり、異なる点だけを述べる。本例では、最上段の気液撹拌経路２７の噴射口３１からの噴射は、円周を回る軌道となり、遠心力のため水流Ｗが外周へ移動し、空気流Ｒが内周側へ移動しやすい。そこで、図４（ａ）のＡ部における縦仕切板１９の上端内周側の隅部に切欠き部５０を設けたことによって、最上段の気液撹拌経路２７で溶解しきれなかった余剰空気を縦仕切板１９の切欠き部５０から最上段の気液撹拌経路２７の噴射口３１側へ戻すことができるようになる。つまり、エゼクタ部７の噴射口３１から勢いよく水を噴射した際、その後方経路が若干負圧になるために、上記余剰空気が切欠き部５０を通して再循環利用できるようになり、気液撹拌能力を高めることができる。この結果、撹拌空気量が増加して微細気泡の発生量が向上する。
【００２８】
図５、図６は、本発明の更に他の実施形態であり、上記先細り状のノズル形状の噴射口３１の周囲には噴射口３１の角度より大きな角度で中心に開口を有するエゼクタ部７が形成されている。さらに、内側円筒２２におけるエゼクタ部７の負圧部位７ａに面した部分に、エゼクタ効果を利用して内側円筒２２の排気用空間４０内の空気をエゼクタ部７の負圧部位７ａに吸入するための循環孔３３を設けた場合の一例を示している。他の構成は図１、図２の実施形態と同様であり、異なる点だけを述べる。本例では、接続管６からの水が噴射する噴射口３１が鋭角となっており、しかも噴射口３１の周囲のタンク部分も噴射口３１の角度より広角の２次テーパ部６０を有するエゼクタ形状となっており、その負圧部位７ａに面した内側円筒２２の上端部分に循環孔３３が設けられている。しかして、ノズル形状の噴射口３１の後方周囲の圧力が、内側円筒２２上部の圧力より低い負圧部位７ａとなり、内側円筒２２内の排気用空間４０から排気弁１３に排気される余剰空気Ｒ１が、内側円筒２２上部に設けた循環孔３３を通って負圧部位７ａに吸い込まれ、噴射口３１から吐出する水と気液撹拌され、再循環利用されることとなり、気液撹拌性能を高めることができる。つまり、空気と水を撹拌する気液撹拌経路２７を経ても溶解しきれなかった余剰空気Ｒ１を排気用空間４０上部から再度、気液撹拌に再利用できるので、撹拌空気量が増加して微細気泡の発生量が向上する。従って、図４の場合よりも循環空気量を一層大きくできる。なお、この実施形態の応用例として、炭酸ガスを溶解させて炭酸泉を作る場合やオゾンを溶解させて殺菌水を作る場合にあっては、貴重な特殊ガスを捨てずに再循環利用できるので、排気レスの気液溶解タンク１２を実現するうえで極めて有効である。また、炭酸ガスやオゾンのような貴重なガスの場合に極力排気を減らすことができるので、ガスの無駄な消費が減少するようになり、無駄をなくすことができる。
【００２９】
図７は、本発明の更に他の実施形態であり、気液溶解タンク１２内の最上段の気液撹拌経路２７と対向する外側円筒２１の内側面に凹凸形状の側面凹凸２９を設けた場合の一例を示している。他の構成は図１、図２の実施形態と同様であり、異なる点だけを述べる。本例では、エゼクタ部７から噴射された水及び空気が外側円筒２１の接線方向Ｅに噴射して、外側円筒２１の内側面に設けた側面凹凸２９の凹凸面で渦を生じるため、気液の撹拌が促進される。また本例では円周を流れるため遠心力により、水流Ｗが外周側、空気流Ｒが内周側へと分離しやすいが、外側円筒２１の内側面を凹凸形状とすることで、外壁（外側円筒２１の内面）を伝う水流Ｗが凹凸形状部分で跳ねあがり、これにより乱流が生じやすくなって気液撹拌が促進されるようになる。これにより、気液の撹拌が増強され、微細気泡発生能力を高めることができる。
【００３０】
図８は、本発明の更に他の実施形態であり、気液溶解タンク１２内の各段の気液撹拌経路２７と対向する横仕切板１８の下面を凹凸形状に形成した場合の一例を示している。他の構成は図１、図２の実施形態と同様であり、異なる点だけを述べる。本例では、気液溶解タンク１２の各段の横仕切板１８の裏面に凹凸のある下面凹凸３０を設けた構成となっている。しかして、最上段の気液撹拌のあと流下してきた空気が、下面凹凸３０の凹部に滞留することで気液接触面積を増大させることができるので、微細気泡発生量を増やすことができる。つまり、最上段の気液撹拌経路２７よりも下段側の気液撹拌経路２７でも、空気と水の気液接触が行われるが、その下段側の気液撹拌経路２７の上面、つまり横仕切板１８の下面を凹凸形状とすることで水と空気の気液接触面積が増大され、これにより、水中に空気に解けやすくなる結果、微細気泡発生能力を一層高めることができる。
【００３１】
なお前記各実施形態では、上下複数段の気液撹拌経路２７毎に縦仕切板１９を配置した場合を説明したが、これに限らず、縦仕切板１９を各段共通の１枚板で構成し、各段の気液撹拌経路２７を流下する気液流の流れの向きが各段毎に変化するように横仕切板１８の流下孔２４を各段の縦仕切板１９部分の前側或いは後側に交互に配置するようにしてもよいものである。他の構成は図３と同様である。この場合、横仕切板１８の流下孔２４を各段の縦仕切板１９部分の前側或いは後側に交互に配置することで、１枚の縦仕切板１９を共通使用できるものでありながら、流れの向きを変えることができ、乱流が生じて気液接触が激しくなり、気液撹拌能力を高めることができるものでありながら、縦仕切板１９の数を減らすことができ、部材の共有化を図ることで安価な仕切板構成が実現できるものである。
【００３２】
また前記実施形態では、各段の気液撹拌経路２７を流下する気液流の流れの向きが各段毎に変化させるようにしたが、気液流の流れの向きが各段毎に同一方向となるように縦仕切板１９及び流下孔２４を配置することも可能である。この場合、各段の気液撹拌経路２７を流下する気液流が同一方向に流れるため、気液撹拌経路２７全体の流れの抵抗が小さくなるので、圧力開放ノズルまでの間に加圧力の低下が少なくなり、高濃度の微細気泡の発生量が増え、高濃度の微細気泡を安定して供給できるようになる。なお気液流の流れの方向は、北半球ではコリオリの力の慣性力の渦が反時計回りに生じやすいので、左回りになるように設定するのが望ましい。
【００３３】
【発明の効果】
上述のように請求項１記載の発明にあっては、ポンプの吐出経路に設置した気液溶解タンク内で水及び空気の流体を加圧溶解させ、タンク出口の下流に設けた圧力開放部にて微細気泡を発生させる加圧溶解方式の微細気泡装置において、気液溶解タンクの上層部は、縦方向に重ねて配置される大径円筒状の外側円筒と小径円筒状の内側円筒とからなる二重筒構造をしており、外側円筒と内側円筒との間に形成される環状の外周空間を上下複数段の気液撹拌経路に仕切る横仕切板と、各段の気液撹拌経路をそれぞれ縦に仕切る縦仕切板とを設け、横仕切板には気液流を上段から下段へ流下させる流下孔がそれぞれ設けられ、各流下孔は、気液流の流れの向きが各段毎に変化するように各段の縦仕切板の前側或いは後側に交互に配置されており、内側円筒の内側に形成される排気用空間を最下段の気液撹拌経路と連通させると共に排気用空間の上端側に最下段の気液撹拌経路からの余剰空気を外部に排気するための排気弁を設けたので、外側円筒と内側円筒間の外周空間と、横仕切板と、縦仕切板とを利用して気液撹拌経路を長く形成できるので、これにより空気と水の接触時間を長くできるので、空気が水中に効率良く溶解されることとなる。しかも気液流を上段から下段へ流下させることによって、最上段の気液撹拌経路で溶解されなかった空気が水と共に下段へ流下していき、下方の各段の気液撹拌経路を流下する間に溶解を進めることができ、しかも各段毎に気液流の流れの向きが変化するので、乱流が生じて気液接触が激しくなり、気液撹拌がより促進される。さらに、気液撹拌経路で溶解しきれなかった余剰空気は最下段の気液撹拌経路から内側円筒内に形成された排気用空間の下端側へ導入され、排気用空間を上昇して排気弁によって外部へ排気されるようになる。この結果、小型でコンパクトな溶解タンクの構造でありながら、長く形成された気液撹拌経路を利用してより微細な気泡を発生させることができる。また、気液溶解タンクの小型化によって浴槽の横の空間にも設置可能となり、内蔵型の微細気泡バスシステムヘの展開が容易となる。さらに、気液溶解タンクをポンプの吐出経路に配置することで、ポンプのキャビテーション防止及びエア噛みによる故障防止を図ることができるので、高耐久性を図ることができると共に、低騒音性にも優れたものとなる。つまりエアロックに弱い遠心ポンプを微細気泡発生装置に利用可能になると共に、安価に普及している遠心ポンプを利用できるので、微細気泡発生システムを安価に供給することができるものである。
【００３４】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、気液溶解タンクの下層部を上下に間仕切る間仕切板を配置し、間仕切板における最下段の流下孔と対向する位置からずれた位置に最下段の流下孔からタンク出口へ通じる流出孔を設けたので、複数段の気液撹拌経路を流下してきた溶解に寄与しない大きな気泡が、間仕切板に遮られて上昇しやすくなり、しかも大きな気泡がタンク出口から供給されることがなくなり、従って、大きな気泡が浴槽等へ侵入するのを防止できるものである。
【００３５】
また請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の効果に加えて、気液溶解タンク内の最上段の気液撹拌経路の上流側に、外側円筒の接線方向に向かって断面積を絞った先細り状のノズル形状の噴射口が設けられ、該噴射口から約１周した部位に縦仕切板及び流下孔が設けられているので、先細り状のノズル形状の噴射口から最上段の気液撹拌経路に噴流となって噴射され、最上段の気液撹拌経路内で気液撹拌性能がより高められるようになり、しかも水及び空気の噴射方向が外側円筒の接線方向であるため、最上段の気液撹拌経路において流れの抵抗が少なく、より強い撹拌が可能となり、そのうえ、噴射口から約１周した部位に設けた縦仕切板及び流下孔に達するまで、空気と水の接触時間を長くでき、撹拌効果をより向上させることができるものである。
【００３６】
また請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の効果に加えて、気液溶解タンク内の最上段の気液撹拌経路を仕切る縦仕切板の上端内周側の隅部に、空気を通すための切欠き部を設けたので、最上段の環状の気液撹拌経路に沿って空気と水が回る際に、遠心力によって水流が外周へ移動し、空気流が内周側へ移動しやすくなるが、このとき縦仕切板の上端内周側の隅部に切欠き部を設けてあるので、最上段の気液撹拌経路で溶解しきれなかった余剰空気を縦仕切板の切欠き部から最上段の気液撹拌経路へ再循環させて気液撹拌能力を高めることができ、これにより最上段の気液撹拌経路での撹拌空気量が増加して微細気泡の発生量を一層向上させることができるものである。
【００３７】
また請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の効果に加えて、上記噴射口の周囲に噴射口の角度より大きな角度で中心に開口を有するエゼクタ部を形成し、内側円筒におけるエゼクタ部の負圧部位に面した部分に、エゼクタ効果を利用して内側円筒の排気用空間内の空気をエゼクタ部の負圧部位に吸入するための循環孔を設けたので、最上段の気液撹拌経路ヘの噴射口が鋭角の形状をした先細り状のノズル形状としたことで、噴射口の後方部に若干の負圧部位を形成でき、内側円筒の排気用空間内から排気される余剰空気が内側円筒に設けた循環孔を通ってエゼクタ部の負圧部位に吸い込まれるようになり、これにより、余剰空気を再循環利用して気液撹拌に利用でき、気液撹拌性能を高めることができる。特にガスが炭酸ガスやオゾンのような貴重なガスの場合、極力排気を減らすことができ、排気レスの気液溶解タンクを実現できるので、ガスの無駄な消費が減少するものである。
【００３８】
また請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の効果に加えて、気液溶解タンク内の最上段の気液撹拌経路と対向する外側円筒の内側面を凹凸形状に形成したので、最上段の気液撹拌経路内に噴射された水及び空気が外側円筒の内側面の凹凸面で渦を生じるため、気液の撹拌が一層促進される。特に凹凸形状部分で水流が跳ねあがり、乱流が生じやすくなって気液撹拌が一層促進されることとなり、微細気泡発生能力が一層高められるものである。
【００３９】
また請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の効果に加えて、気液溶解タンク内の各段の気液撹拌経路と対向する横仕切板の下面を凹凸形状に形成したので、最上段の気液撹拌経路から下段へ流下してきた空気が、横仕切板の下面の凹凸部分のうちの凹部に滞留することで気液接触面積を増大させることができ、水中に空気が一層解けやすくなる結果、微細気泡発生量を増やすことができるものである。
【００４０】
また請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の効果に加えて、縦仕切板が各段共通の１枚板からなり、各段の気液撹拌経路を流下する気液流の流れの向きが各段毎に変化するように横仕切板の流下孔を各段の縦仕切板部分の前側或いは後側に交互に配置したので、１枚の縦仕切板を共通使用して流れの向きを変えることができ、気液撹拌能力を高めることができるものでありながら、縦仕切板の数を減らすことができ、部材の共有化を図ることで安価な仕切板構成が実現できる。
【００４１】
また請求項９記載の発明は、気液溶解タンク内の各段の気液撹拌経路を流下する気液流の流れの向きが各段毎に同一方向となるように縦仕切板及び流下孔を配置したので、気液撹拌経路を長くしたものでありながら、各段の気液撹拌経路を流下する気液流の流れの抵抗が小さくなり、これにより、タンク出口の吐出側の圧力開放部までの間に加圧力の低下が少なくなり、高濃度の微細気泡の発生量が増え、高濃度の微細気泡を安定供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す微細気泡発生システムの概略構成図である。
【図２】（ａ）は同上の気液溶解タンクの側面断面図、（ｂ）は最上段の気液撹拌経路の上面図、（ｃ）は間仕切板の斜視図である。
【図３】（ａ）は同上の横仕切板と縦仕切板の概略斜視図、（ｂ）は気液流の流れの方向を説明する概念図である。
【図４】本発明の他の実施形態であり、（ａ）は最上段の気液撹拌経路の上面図、（ｂ）は斜視図である。
【図５】本発明の更に他の実施形態である。
【図６】（ａ）は同上の気液溶解タンクの上部の斜視図であり、（ｂ）はエゼクタ部付近の断面図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態であり、（ａ）は最上段の気液撹拌経路の上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大断面図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態であり、（ａ）は最上段の気液撹拌経路の上面図、（ｂ）は縦仕切板と横仕切板の概略斜視図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部の拡大斜視図である。
【符号の説明】
５  ポンプ
７  エゼクタ部
７ａ  負圧部位
１２  気液溶解タンク
１３  排気弁
１８  横仕切板
１９  縦仕切板
２０  間仕切板
２１  外側円筒
２２  内側円筒
２３  タンク出口
２４  流下孔
２５  流出孔
２７  気液撹拌経路
３１  噴射口
３３  循環孔
３８  外周空間
４０  排気用空間
５０  切欠き部
Ｅ  接線方向
Ｒ１  余剰空気
【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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