(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に空気取入部の空気が混入した水を加圧するポンプ、ポンプの吐出水を混合容器の上部に取付けた噴射ノズルから噴射して空気溶解水を発生しその空気溶解水を水貯留槽へ供給する気液混合タンクを備えたマイクロバブル発生装置において、
空気取入部は、オリフィス固定弁と電磁弁からなり、混合容器は、噴射ノズルの噴射孔と対向するように配置した噴射ノズルの噴射水が衝突する衝突板、混合容器の空気領域の空気圧力を検出する空気圧力センサ、衝突板の上部の上限水位を検出する上限水位センサ、及び衝突板の上部の下限水位を検出する下限水位センサを内部に備えており、空気圧力センサの検出した空気圧力と制御装置に設定した空気圧力とを比較して混合容器内の空気領域の空気圧力が制御装置に設定した空気圧力となるようにポンプの吐出圧力を制御し、
上限水位センサが上限水位を検出すると空気取入部の電磁弁を開いて空気の取入れを開始し、下限水位センサが下限水位を検出すると空気取入部の電磁弁を閉じて空気の取入れを停止して混合容器内の水位が衝突板よりも高くなるように制御する制御装置を備えていることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロバブル発生装置において、前記制御装置に設定した空気圧力は、前記水貯留槽の水が所定時間で白濁する前記空気領域の空気圧力であることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、浴槽、水槽、プール、洗浄装置、殺菌装置等に用いるマイクロバブル発生装置とそのマイクロバブル発生装置に用いる気液混合タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４により従来のマイクロバブル発生装置と気液混合タンクについて説明する。
図４のマイクロバブル発生装置は、浴槽に用いる例で、気液混合タンクにより発生した空気溶解水（空気が溶解した水）を浴槽へ供給して浴槽の水（温水）にマイクロバブル（微細気泡）を発生する（例えば特許文献１参照）。
図４（ａ）は、マイクロバブル発生装置の構成を示し、図４（ｂ）は、マイクロバブル発生装置に用いる気液混合タンクの他の例を示す。
図４において、７３は浴槽、７１はポンプ、７２１は気液混合タンク（水に空気を溶解するタンク）、７４２はベンチュウリー、７６は制御装置であり、矢印は、水の流れる方向を示す。
【０００３】
まず図４（ａ）について説明する。
浴槽７３の水７３１は、吸込口７３４、吸水管７５１、ベンチュウリー７４２、ポンプ７１、吐出管７５２を介して気液混合タンク７２１内の噴射ノズル７２２に供給される。気液混合タンク７２１は、噴射ノズル７２２から水を噴射して水と空気を撹拌して水に空気を溶解する。空気が溶解した水（空気溶解水）は、供給管７５３、減圧ノズル７３２を介して浴槽７３へ供給され、浴槽７３内でマイクロバブル（微細気泡）を発生して水７３１を白濁化する。ベンチュウリー７４２は、電動弁７４１を介して取り入れた空気を吸水管７５１の水に混入する。空気が混入した水は、ポンプ７１によって加圧され、気液混合タンク７２１へ供給される。
気液混合タンク７２１内の空気は、水に溶解して時間とともに減少する。そこで気液混合タンク７２１内に空気を補充するため、制御装置７６は、設定された時間毎に閉じていた電動弁７４１を開いてベンチュウリー７４２へ空気を供給する。即ち電動弁７４１は、所定時間毎に開いてベンチュウリー７４２へ空気を供給する。制御装置７６に設定する電動弁７４１の駆動時間は、気液混合タンク７２１内の空気が水に溶解してその空気が所定量以下になる時間を予測して決める。
【０００４】
次に図４（ｂ）について説明する。
図４（ｂ）は、気液混合タンク７２１に水位センサを設けている点が図４（ａ）の気液混合タンク７２１と異なる。他の構成は、図４（ａ）と同じである。図４（ｂ）の場合は、電動弁４１を所定時間毎に開閉する代わりに、気液混合タンク７２１内の水位によって開閉する。
気液混合タンク７２１は、内部に水７２７の上限水位７２５を検出する上限水位センサ７２３と、下限水位７２６を検出する下限水位センサ７２４を備えている。制御装置７６は、気液混合タンク７２１内の空気の量が減少して水７２７の水位が上昇して上限水位７２５に達すると、電動弁４１を開いてベンチュウリー７４２内へ空気を取り入れ、気液混合タンク７２１に空気が補充する。水７２７が下限水位７２６に達すると、制御装置７６は、制電動弁４１を閉じて気液混合タンク７２１の水位を上昇させる。
なお水に溶解しない余剰空気が気液混合タンク７２１内に溜まると、その余剰空気を気液混合タンク７２１の外へ排気するため、エアー抜き弁７７を設けた例もある（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平２００１−１７９２４１号公報
【特許文献２】特開平９−１７３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のマイクロバブル発生装置は、制御装置に設定した時間によって気液混合タンクに空気を間歇的に補充するため、気液混合タンク内の空気が、減少したり過剰になったりし、それに伴って気液混合タンク内の空気圧力も変動する。そのためマイクロバブル発生装置は、動作が不安定になり、気液混合タンク内の空気が過剰になった場合には、気液混合タンク内の未溶解の余剰空気が浴槽の減圧ノズル側へ排出されて、浴槽に大径の空気が大きな音とともに噴出する。かつ気液混合タンク内の空気の溶解量は、気液混合タンク内の空気圧力によって変化するため、従来のマイクロバブル発生装置は、空気が溶解した水（空気溶解水）を効率よく安定的に連続して発生することが困難である。このことは、気液混合タンク内の水位レベルを検出して気液混合タンクに空気を補充する場合も同様である。
【０００７】
従来のマイクロバブル発生装置は、電動弁によって制御するベンチュウリーを用いているため、制御が難しく、かつベンチュウリーは、高価で大掛かりになるため、マイクロバブル発生装置は、高価になり、また小型化が困難である。
従来のマイクロバブル発生装置において、気液混合タンク内の余剰空気を排気するためのエアー抜き弁を設けた場合には、排気の度に気液混合タンク内の空気圧力が低下するため、空気溶解水を効率よく安定的に連続的に発生することが困難になる
本願発明は、従来のマイクロバブル発生装置の前記諸問題を解決することを目的とし、空気溶解水を効率よく安定的に連続的に発生してマイクロバブルを安定的に連続して発生するともに、ベンチュウリーに代えてオリフィス固定弁を用いて簡単な構造の空気取入部を構成し、安価で小型のマイクロバブル発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載のマイクロバブル発生装置は、水に空気取入部の空気が混入した水を加圧するポンプ、ポンプの吐出水を混合容器の上部に取付けた噴射ノズルから噴射して空気溶解水を発生しその空気溶解水を水貯留槽へ供給する気液混合タンクを備えたマイクロバブル発生装置において、
空気取入部は、オリフィス固定弁と電磁弁からなり、混合容器は、噴射ノズルの噴射孔と対向するように配置した噴射ノズルの噴射水が衝突する衝突板、混合容器の空気領域の空気圧力を検出する空気圧力センサ、衝突板の上部の上限水位を検出する上限水位センサ、及び衝突板の上部の下限水位を検出する下限水位センサを内部に備えており、空気圧力センサの検出した空気圧力と制御装置に設定した空気圧力とを比較して混合容器内の空気領域の空気圧力が制御装置に設定した空気圧力となるようにポンプの吐出圧力を制御し、
上限水位センサが上限水位を検出すると空気取入部の電磁弁を開いて空気の取入れを開始し、下限水位センサが下限水位を検出すると空気取入部の電磁弁を閉じて空気の取入れを停止して混合容器内の水位が衝突板よりも高くなるように制御する制御装置を備えていることを特徴とする。
請求項２に記載のマイクロバブル発生装置は、請求項１に記載のマイクロバブル発生装置において、前記制御装置に設定した空気圧力は、前記水貯留槽の水が所定時間で白濁する前記空気領域の空気圧力であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明のマイクロバブル発生装置は、気液混合タンクの混合容器内の空気圧力が一定になるように、ポンプを制御するから、水に空気を効率よく安定的に連続して溶解することができ、したがってマイクロバブルを安定的に連続して発生することができる。
本願発明のマイクロバブル発生装置は、気液混合タンクの混合容器内の空気圧力を一定に保持するとともに、混合容器内に衝突板を設置してあるから、混合容器内の水と空気の撹拌を効率的に行い、空気の溶解効率を高くすることができる。
【００１０】
本願発明のマイクロバブル発生装置は、気液混合タンクの混合容器内の空気圧力を一定に保持するとともに、混合容器内に衝突板を設置し、混合容器内の水位を衝突板よりも高く保持するように設定できるから、混合容器内の水と空気の撹拌を効率的に行い、空気の溶解効率を高くすることができる。
本願発明のマイクロバブル発生装置は、気液混合タンクの混合容器内の空気圧力が一定になるように、ポンプを制御するから、空気取入部は、簡単の構造のオリフィス固定弁を使用することができる。したがって空気取入部の構造や制御が簡単になり、マイクロバブル発生装置の小型化が可能になり、かつマイクロバブル発生装置を安価に作製することができる。
【００１１】
本願発明のマイクロバブル発生装置用の気液混合タンクは、混合容器の上部に噴射ノズルを取付け、その噴射ノズルと対向するように衝突板を設けてあるから、混合容器の深さに関係なく衝突板の上部の水のみを撹拌することができるから、水と空気の撹拌を効率的に行なうことができる。
本願発明のマイクロバブル発生装置用の気液混合タンクは、混合容器の上部に噴射ノズルを取付け、その噴射ノズルと対向するように衝突板を設け、衝突板１５の上部の水の上限水位と下限水位を検出する上限水位センサと下限水位センサを設けてあるから、衝突板１５の上部の水位を、撹拌に適した水位に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図３により本願発明の実施例を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。
【実施例】
【００１３】
図１は、本願発明の実施例に係るマイクロバブル発生装置の全体の構成を示し、図２は、気液混合タンクの詳細を示し、図３は、オリフィス固定弁の構造を示す。なお図１〜図３において、斜線の部分は断面を示す。
まず図１について説明する。
図１において、１は気液混合タンク（水に空気を溶解するタンク）、２はポンプ、３は浴槽、５は空気取入部、６１はマイクロプロセッサ等からなる制御装置、６２は電源、６３は制御装置６１の設定部であり、矢印は、水の流れる方向を示す。
気液混合タンク１は、混合容器１１、噴射ノズル１４、衝突板１５を備え、混合容器１１には、空気圧力センサ６４、水位センサ６５を取付けてある。空気取入部５は、空気取入用のオリフィス固定弁５１、電磁弁５２、逆止弁５３を備えている。制御装置６１は、電源６２からポンプ２の駆動モータ（図示せず）へ供給する電源周波数を制御してポンプ２の吐出圧力（或いは吐出流量）を制御し、また電磁弁５２の開閉を制御する。
【００１４】
浴槽３の水３１１は、吸込口３３、吸水管４１１、切替弁４７１、吸水管４１２、ポンプ２、吐出管４２を介して気液混合タンク１へ供給される。気液混合タンク１は、水と空気を撹拌して空気が溶解した水（空気溶解水）１３を発生する。気液混合タンク１の空気溶解水１３は、供給管４３１、切替弁４７２、供給管４３２、減圧ノズル３２を介して浴槽３へ供給され、浴槽３内にマイクロバブル（微細気泡）３１２を発生して水３１１を白濁する。
【００１５】
空気取入部５のオリフィス固定弁５１（詳細は後述する）は、一端の開口部から空気を取り入れ、そのオリフィス（通気孔）を通して空気取入管５４１へ空気を供給する。空気は、電磁弁５３、空気取入管５４２、逆止弁５３、空気取入管５４３を介して管結合部４４へ供給され、管結合部４４において吸水管４１２へ供給される。管結合部４４は、吸水管４１２の側面に空気取入管５４３の１端をＴ字状に接続してある。空気は、管結合部４４において吸水管４１２の水に混入し、その空気が混入した水は、ポンプ２によって加圧され、吐出管４２を介して気液混合タンク１へ供給される。
気液混合タンク１に供給された水は、混合容器１１内において、混合容器１１の上部に取付けた噴射ノズル１４から噴射水１６１が衝突板１５に向かって噴射される。噴射水１６１は、衝突板１５に衝突して衝突板１５の上部の水を巻き上げるように上昇して撹拌する（詳細は後述する）。
【００１６】
次に制御装置６１の制御について説明する。
空気圧力センサ６４は、気液混合タンク１の混合容器１１内の空気領域（気相領域）１２の空気圧力（以下タンク空気圧力と呼ぶ）（ＰＡ）を検出する。一方制御装置６１には、混合容器１１内において空気が水に溶解するのに適した空気領域１２の空気圧力（以下設定空気圧力と呼ぶ）（ＰＳ）を設定してある。制御装置６１は、タンク空気圧力（ＰＡ）と設定空気圧力（ＰＳ）とを比較して、タンク空気圧力（ＰＡ）が設定空気圧力（ＰＳ）と略同じなるようにポンプ２の駆動モータを制御する。ポンプ２は、駆動モータの回転力を変えることにより、ポンプ２の吐出圧力が変わり、吐出流量が変わるため、タンク空気圧力（ＰＡ）も変わる。このように混合容器１１内の空気領域１２の空気圧力は、制御装置６１の制御によって略一定に保つことができる。
設定空気圧力（ＰＳ）等の制御装置６１への設定は、設定部６３により行なう。
【００１７】
ここで設定空気圧力（ＰＳ）の設定について説明する。
気液混合タンク１から浴槽３へ空気溶解水を供給して、浴槽３の水３１１が白濁化するまでの時間は、気液混合タンク１から供給される空気溶解水の流量によって決まり、その流量は、混合容器空気圧力（ＰＡ）によって決まる。したがって例えば、浴槽３の水３１１の体積をＸ、体積Ｘの水が白濁するまでの時間（白濁時間）をＹとすると、体積Ｘの水が白濁時間Ｙで白濁化するのに必要なタンク空気圧力（ＰＡ）を測定して設定空気圧力（ＰＳ）とすることができる。その場合、設定空気圧力（ＰＳ）は、体積Ｘの水に白濁化時間Ｙの間空気溶解水を供給して、水が白濁するタンク空気圧力（ＰＡ）を測定して求める。その際、水３１１の白濁化の程度は、白濁を目視によって確認することもできるが、水３１１の溶存酸素（ＤＯ）を測定することによってより正確に確認することができる。
なお空気が水に溶解する量は、水温によって異なり、水温が高くなるほど低下するから、設定空気圧力（ＰＳ）は、厳密には混合容器１１内の水の温度毎に測定するのが望ましいが、マイクロバブル発生装置が浴槽用の場合、入浴水温は、一般に４１℃前後であり、浴槽の容積は、一般に１９０Ｌ前後であるから、例えば、水温４１℃、体積１９０Ｌの水について測定した空気圧力を使用しても実用上支障はない。また高めの水温について測定した空気圧力設定すれば、水温が低くなっても空気の溶解量は増大するから未溶解の余剰空気が増加することはない。
【００１８】
次に水温４１℃、体積１９０Ｌ（リットル）の浴槽の水を、５分で白濁化する場合のタンク空気圧力（ＰＡ）について説明する。試験には、混合容器１１の容積が４５０ｍＬ、噴射ノズル１４のオリフィスが４ｍｍの気液混合タンクを用いた。この場合、タンク空気圧力（ＰＡ）は、２５０ｋＰａに保持すればよい。因みにそのときのポンプ２の吐出圧力は、２９０ｋＰａ、吐出流量は、毎分５Ｌである。したがって吸水管、吐出管、供給管の長さ等を考慮して安全性を見込むと、タンク空気圧力（ＰＡ）を、２８０ｋＰａに保持するのがよい。このときのポンプ２の吐出圧力は、３２０ｋＰａ、吐出流量は、毎分６Ｌである。この場合、オリフィス固定弁５１のオリフィスの孔径は、０．１５〜０．２ｍｍでよいが、０．２ｍｍに設定した。
【００１９】
気液混合タンク１の混合容器１１には、水１３の水位が変化した場合を考慮して水位センサ６５を取付けてある。気液混合タンク１は、運転中に混合容器１１の水位が低下すると水と空気の撹拌が十分に行なえなくなり、水に溶解する空気が低下する場合がある。そこで水位センサ６５によって、混合容器１１の水位を検出し、その水位が下限水位に達すると、制御装置６１は、電磁弁５２を閉じて空気の取入を停止する。空気の取入が停止すると、空気は、吸水管４１２の水に混入しなくなるから混合容器１１の水位は上昇する。混合容器１１の水位が上昇して上限水位に達すると、制御装置６１は、電磁弁５２を開く。
【００２０】
次に気液混合タンク１をシャワーに使用する場合について説明する。
切換弁４７１，４７２を切替えて、シャワー用吸水管４６１を吸水管４１２に接続し、供給管４３１をシャワー用供給管４６２へ接続すると、気液混合タンク１の空気溶解水をシャワーヘッド（図示せず）へ供給することができる。
図１のマイクロバブル発生装置は、吸込口３３、減圧ノズル３２を浴槽３に取付けてあるが、吸込口３３と減圧ノズル３２を浴槽３と切り離して、それらを取付けた吸水管４１１、供給管４３２を浴槽３の水３１１内に挿入して使用するように構成してもよい。
【００２１】
次に図２について説明する。
図２（ａ）は、気液混合タンクの断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ１部分の矢印方向の断面図、図２（ｃ）は、撹拌の様子を説明する図である。
まず図２（ａ）、図２（ｂ）について説明する。
気液混合タンク１は、円筒状の混合容器１１を備え、混合容器１１には、上部に噴射ノズル１４を配置し、そのノズル１４の噴射孔と対向する位置に距離Ｌ１離して円板状の衝突板１５を配置してある。衝突板１５は、混合容器１１に取付けた支持部１７に取付けてある。また混合容器１１には、混合容器１１の空気領域（気相領域）１２の空気圧力（タンク空気圧力（ＰＡ））を検出する空気圧力センサ６４、混合容器１１の水（空気溶解水）１３の水位を検出する水位センサ６５を取付けてある。
衝突板１５は、混合容器１１内に同心状に配置し、混合容器１１の内面との間にリング状の間隙Ｌ３を設けてある。水位センサ６５は、水１３の上限水位Ｌ２１を検出する上限水位センサ６５１と下限水位Ｌ２２を検出する下限水位センサ６５２とを備えている。上限水位Ｌ２１と下限水位Ｌ２２は、噴射ノズル１４と衝突板１５の間に設定する。即ち衝突板１５の上部の上限水位と下限水位になるように設定する。
【００２２】
次に図２（ｃ）について説明する。
吐出管４２から噴射ノズル１４へ供給された水は、噴射水１６１となって噴射され、衝突板１５に衝突して上昇水１６２，１６３となる。上昇水１６２，１６３は、水１３の衝突板１５の上部の水を巻き込むようにして上昇し、下降する。この上昇・下降を繰り返す間に水と空気は撹拌されて、空気が水に溶解する。衝突板１５は、平板状であるから、混合容器１１の内壁と衝突板１５の上面に囲まれた水全体が上昇・下降を繰り返すため、水と空気の撹拌が盛んになり、空気の溶解効率が高くなる。衝突板１５の上部で撹拌されて空気が溶解した水は、間隙Ｌ３を通って混合容器１１の下部へ移動して浴槽へ供給される。
【００２３】
衝突板１５がない場合には、噴射水１６１は、水１３の中に噴射されるのみで上昇水１６２，１６３が発生しないか、発生しても力が弱いため、撹拌作用は小さくなる。即ち本実施例は、混合容器１１の内部の途中に衝突板１５を設けたことにより撹拌が盛んになり、空気の溶解効率が高くなる。そして撹拌に適した水位は、混合容器１１の深さに関係なく衝突板１５の位置によって決めることができる。
水と空気の撹拌を盛んにし、空気の溶解効率を高めるには、上昇水１６２，１６３が衝突板１５の上部の水を巻き上げる必要があるから、水１３の水位は、衝突板１５よりも高くなるように設定する。その際水１３の水位は、低過ぎると衝突板５の上部の水が少ないため、上昇水１６２，１６３によって巻き上げられる水が少なくなり、空気の溶解効率が低下する。逆に水１３の水位が、高過ぎると撹拌作用が弱くなるため、空気の溶解効率が低下する。
【００２４】
そこで前記したように、衝突板１５の上部の水位が下限水位Ｌ２２（図２（ａ））に達すると、制御装置６１（図１）は、電磁弁５２（図１）を閉じて空気の取り入れを停止して、混合容器１１の水位を上昇させる。水位が上昇して上限水位Ｌ２１（図２（ａ））に達すると、制御装置６１は、電磁弁５２を開いて空気の取り入れを再開する。
【００２５】
本実施例の気液混合タンク１は、混合容器１１の空気領域１２の空気圧力を一定に保持するとともに、混合容器１１内に衝突板１５を設けて、水１３の水位を衝突板１５よりも高く保持することにより空気の溶解効率を高くし、連続的に安定して空気溶解水を発生することができる。
【００２６】
ここで気液混合タンク１の具体的一例について説明する。
混合容器１１は、内径６６ｍｍ、高さ（長さ）１７０ｍｍ、衝突板１５は、直径６２ｍｍに設定し、噴射ノズル１４と衝突板１５の距離Ｌ１は、５５ｍｍ、衝突板１５と下限水位Ｌ２２との距離は、２５ｍｍ、衝突板１５と上限水位Ｌ２１との距離は、４５ｍｍに設定した。
【００２７】
図３によりオリフィス固定弁の構造を説明する。
図３（ａ）は、オリフィス固定弁の軸方向の断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＸ２部分の矢印方向の断面図である。
オリフィス固定弁５１は、円筒部５１１、開口部５１２、オリフィス（通気孔）５１３からなる。開口部５１２から空気を取り入れ、オリフィス５１３から空気取入管５４１へ空気を供給する。
オリフィス固定弁５１は、制御機構を有しないから構造が簡単になり、かつ小型になる。
【００２８】
前記実施例のマイクロバブル発生装置は、浴槽に使用する例について説明したが、浴槽に限らず水槽、プール、洗浄装置、殺菌装置等の水貯留槽に使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本願発明の実施例に係るマイクロバブル発生装置の全体の構成を示す図である。
【図２】本願発明の実施例に係るマイクロバブル発生装置の気液混合タンクの構成を示す図である。
【図３】本願発明の実施例に係るマイクロバブル発生装置のオリフィス固定弁の構成を示す図である。
【図４】従来のマイクロバブル発生装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    気液混合タンク
１１    混合容器
１２    混合容器の空気領域
１３    空気が溶解した水（空気溶解水）
１４    噴射ノズル
１５    衝突板
２    ポンプ
３    浴槽
３２    減圧弁
３３    吸込口
４７１，４７２    切替弁
５１    オリフィス固定弁
５２    電磁弁
５３    逆止弁
６１    制御装置
６２    電源
６３    設定部
６４    空気圧力センサ
６５    水位センサ
【図１】
0004815032.tif 000002
【図２】
0004815032.tif 000003
【図３】
0004815032.tif 000004
【図４】
0004815032.tif 000005