(57)【要約】【課題】この発明は、微少気泡の適用範囲の拡大、特に、身近な分野への適用を重視し、電気製品であるポンプを使用することなく、極めて簡便小型安価な構成で、従って、身近な分野への利用が容易となる気泡発生装置およびその使用方法を提供するものである。【解決手段】連通孔５を備えた隔壁２で内部が上方に位置する攪拌室３と下方に位置する気泡分離室４とに区分された容器１、その上端に設けられ先端に設けたノズル１２から攪拌室３内に有圧の上水道水を導入する給水口１１、容器１の上端に回転可能に取り付けられノズル１２からの導入水流で回転するタービン１０、このタービン１０と同軸に一体に取り付けられ攪拌室３内で回転可能に構成されたスクリュー１４、気泡分離室４から気泡溶解液を導出する取出口１８、この取出口１８に接続され気泡溶解液を減圧して放出する減圧調整バルブ２０、および容器１の下端に設けられた排水バルブ１７を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の内容積を有し、連通孔を備えた隔壁で内部が上方に位置する攪拌室と下方に位置する気泡分離室とに区分された容器、上記容器の上端に設けられ先端に設けたノズルから上記攪拌室内に有圧の上水道水を導入する導入口、上記容器の上端に回転可能に取り付けられ上記ノズルからの導入水流で回転するタービン、このタービンと同軸に一体に取り付けられ上記攪拌室内で回転可能に構成された回転羽根、上記気泡分離室から気泡溶解液を導出する導出口、この導出口に接続され上記気泡溶解液を減圧して放出する減圧弁、および上記容器の下端に設けられた排水弁を備えた気泡発生装置。
【請求項２】
上記導入口および排水弁を開放、上記減圧弁を閉塞して上記容器内に大気圧の空気を導入する第１のステップ、上記排水弁を閉塞し上記導入口を有圧の上水道源に接続して上記容器内に上記上水道水を導入するとともに上記ノズルからの導入水流により上記回転羽根を回転駆動する第２のステップ、上記上水道水の導入で加圧された上記容器内の空気を上記回転羽根の回転により上記攪拌室内の上記上水道水に攪拌溶解させる第３のステップ、上記減圧弁を必要量開放することにより上記連通孔で非溶解気泡が分離されて上記攪拌室から気泡分離室に導入された気泡溶解液を上記導出口、減圧弁を経て減圧放出する第４のステップ、および上記第４のステップにおいて上記第１のステップで導入した空気が消費されると再び上記第１のステップに戻り上記容器内の上水道水を排出するとともに上記容器内に空気を導入する第５のステップを備えたことを特徴とする請求項１記載の気泡発生装置の使用方法。
【請求項３】
上記容器の上端に設けられ上記容器内を外気に開放する開放弁を備え、
上記第１および第５のステップにおいて、上記導入口の開放動作に替えて、または、上記開放動作とともに、上記開放弁を開放するようにしたことを特徴とする請求項２記載の気泡発生装置の使用方法。
【請求項４】
上記容器の側壁に設けられ外部から上記容器内の水面位置を観察するための水面観察窓を備え、
上記第５のステップにおいて、上記導入空気の消費を上記水面観察窓から観察する水面位置から判断可能としたことを特徴とする請求項２または３に記載の気泡発生装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微少な気泡を簡便安価に発生する気泡発生装置および同装置の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、先に、従前の同種の装置に比較して、構造を大幅に簡単にでき、その結果、低コストで実現可能な気泡発生装置を開発し特許出願を行った（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０４９７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本出願人が開発した上記気泡発生装置を含め従前の装置は、いずれも、一定の流量、揚程出力を有するポンプを備えている。このため、例えば、風呂の浴槽内の湯を吸入し、この湯中に空気を溶解させ気液混合状態として浴槽に戻す、いわゆる循環方式により、浴槽内に微少気泡を発生させることができる。しかるに、ポンプが必要となるため、装置の小型化、低廉化には一定の限度が生じ、また、経年劣化による故障等、保守面の対策も必要となる。更に、電気用品安全法の適用があることから、この法規制に由来する製品設計上の制約も付加されることになる。
【０００５】
一方、微少気泡の挙動の詳細は必ずしも全て明らかにはされていないが、従来からの利用分野に限らず、その効果が実感されている応用分野が広がっている。例えば、家庭内で、食器洗いを微少気泡溶解水で行うと明らかに汚れの落ちが良くなる、また、微少気泡溶解水でうがいをすると、口内の食べかすが良く排出されるという、極身近な分野における適用例の報告もある。
【０００６】
この発明は、以上のような、微少気泡の適用範囲の拡大、特に、身近な分野への適用を重視し、電気製品であるポンプを使用することなく、極めて簡便小型安価な構成で、従って、身近な分野への利用が容易となる気泡発生装置およびその使用方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る気泡発生装置は、所定の内容積を有し、連通孔を備えた隔壁で内部が上方に位置する攪拌室と下方に位置する気泡分離室とに区分された容器、容器の上端に設けられ先端に設けたノズルから攪拌室内に有圧の上水道水を導入する導入口、容器の上端に回転可能に取り付けられノズルからの導入水流で回転するタービン、このタービンと同軸に一体に取り付けられ攪拌室内で回転可能に構成された回転羽根、気泡分離室から気泡溶解液を導出する導出口、この導出口に接続され気泡溶解液を減圧して放出する減圧弁、および容器の下端に設けられた排水弁を備えたものである。
【０００８】
また、この発明に係る気泡発生装置の使用方法は、導入口および排水弁を開放、減圧弁を閉塞して容器内に大気圧の空気を導入する第１のステップ、排水弁を閉塞し導入口を有圧の上水道源に接続して容器内に上水道水を導入するとともにノズルからの導入水流により回転羽根を回転駆動する第２のステップ、上水道水の導入で加圧された容器内の空気を回転羽根の回転により攪拌室内の上水道水に攪拌溶解させる第３のステップ、減圧弁を必要量開放することにより連通孔で非溶解気泡が分離されて攪拌室から気泡分離室に導入された気泡溶解液を導出口、減圧弁を経て減圧放出する第４のステップ、および第４のステップにおいて第１のステップで導入した空気が消費されると再び第１のステップに戻り容器内の上水道水を排出するとともに容器内に空気を導入する第５のステップを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、以上のように、上水道の圧力を有効に活用することで、ポンプを必要とすることなく、微少気泡の発生を可能としたので、装置が簡便小型安価となると共にその使用方法も簡便となり、特に、身近な分野への微少気泡の適用が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
この発明は、上水道の持つ圧力に着目し、気泡溶解量の促進および気泡微細化の促進の両面にこの上水道水の圧力を創造的に利用したものである。上水道の圧力は、地域によって異なるが、概ね、一般家庭の消費端で、０．２Ｍｐａ以上とされている。以下、例えば、家庭内の水道蛇口の近くに設置して使用することを想定した気泡発生装置の構成およびその使用方法について説明する。
【００１１】
図１は、この発明の実施の形態１における気泡発生装置の構成を示す断面図、図２は、図１のノズル、タービンの部分を下方から見た部分図である。図において、容器１は、試作品では、直径１４０ｍｍ、高さ３１５ｍｍ、内容積４．３リットルとし、例えば、一般家庭の台所や洗面所等へも簡単に置ける小形のものとしている。容器１の内部は、隔壁２で上方に位置する攪拌室３と下方に位置する気泡分離室４とに区分されている。隔壁２の一部に、両室３、４間を連通する連通孔５が形成されている。
【００１２】
容器１の上端中央には台座６が取り付けられ、ベアリング７を介して回転軸８を回転可能に支持する構造となっている。台座６の上面には、透視板９が嵌め込まれており、回転軸８の上端面に描かれた「−」の表示を外部から覗くことで回転軸８の回転有無が簡単に判別できるようになっている。
容器１の上端内壁に近接してタービン１０が回転軸８に取り付けられている。容器１の上端壁を貫通して導入口である給水口１１が設けられ、その内方端には、図２に示すように、上水道水をタービン１０の外周に吹き付けるためのノズル１２が形成されており、給水口１１の外方端には、上水道の蛇口からホースを接続するための水道接続口１３が形成されている。
【００１３】
回転軸８の下端には、取り込んだ空気を水中に攪拌溶解させる回転羽根であるスクリュー１４が取り付けられ、更にその下端には空気分散用ドラム１５が取り付けられている。容器１の側壁の上端近傍には、詳しくは後述するが、一旦取り込んだ空気が消費され、上昇した水面を観察するための水面観察窓１６が形成されている。
【００１４】
容器１の下端には、排水弁である排水バルブ１７と気泡溶解液を取り出す導出口である取出口１８とが設けられている。更に、この取出口１８には、ホース１９が接続され、その先端に減圧弁である減圧調整バルブ２０が接続されている。
一方、容器１の上端には、開放弁である開放バルブ２１が設けられている。
【００１５】
次に、この発明の実施の形態１における気泡発生装置の使用方法について説明する。ここでは、例えば、既述したように、家庭の台所の流しの傍に設置して食器洗い時に使用する場合を想定して説明するものとする。なお、上述した試作品を使った場合の、各実測データも合わせて記載する。
【００１６】
先ず、第１のステップとして、給水口１１および排水バルブ１７を開放状態とし、減圧調整バルブ２０を閉塞状態として容器１内に大気圧の空気を導入する。給水口１１の開放操作は、その水道接続口１３にホースを介して接続される水道の蛇口を閉栓すると共に、ホースの一端を外すことにより行う。後段でも触れるが、容器１の上端に設けた開放バルブ２１を同時に開放するようにしても良く、また、この開放バルブ２１を開放して水道接続口１３へのホースは取り付けたままとしても、容器１内への空気の導入は可能である。排水バルブ１７は、図１に示すように簡単な構造のもので、押し込むと先端の長径部が容器１内に突出しバルブとして開放状態となる。手前に引っ張ると、先端の長径部が嵌合し外周に嵌め込まれたパッキンで閉塞状態となる。
【００１７】
次に、第２のステップとして、排水バルブ１７を引っ張って閉塞状態とし、水道接続口１３にホースを接続して（上記したように、容器１上部の開放を開放バルブ２１のみで行う場合は、ホースを外さないので、当然ながら、あらためてホースを接続する作業は不要である）上水道源である蛇口を開栓する。これにより、上水道水（以下、適宜、水と略称するものとする）が給水口１１を経て容器１内に勢いよく導入されるが、給水口１１の内方端はノズル１２になっているので、同時に、このノズル１２から噴出する水流がタービン１０を効率よく回転させ、これによって、スクリュー１４が、数千ｒ／ｍｉｎで回転する。
【００１８】
第３のステップでは、攪拌室３内で回転するスクリュー１４が容器１内の空気を水中に攪拌溶解する。第１のステップで導入された空気は、大気圧であるが、第２のステップで容器１が密閉状態となり、そこへ有圧の上水道水が導入されると、先の大気圧の空気は、水圧で次第に昇圧し、それに伴い空気の容積も減少していき、容器１内の水面が上昇していく。
この間、即ち、水の導入が継続している間、スクリュー１４が回転を継続し、水面上の有圧の空気は、その有圧の効果もあって、スクリュー１４の回転による攪拌動作で効率的に水中に溶解される。更に、スクリュー１４の羽根近傍の空気は水中下方に押し下げられ空気分散用ドラム１５内に導かれた後、空気分散用ドラム１５の周囲に形成された小穴を経る過程で細分化され周囲の水中に放散して溶解される。
【００１９】
水面上の空気の圧力が次第に上昇し、上水道水の圧力に到達すると、自然と水の導入が停止し、その結果、スクリュー１４の回転も停止する。
なお、試作品では、水道圧０．４７Ｍｐａにおいて、水の導入から停止までの時間は１５秒であった。
【００２０】
以上までが、気泡溶解液の作成段階であるが、以下、第４のステップでは、減圧調整バルブ２０を適宜開放することにより、例えば、食器洗い等に気泡溶解液を利用する場合の動作となる。減圧調整バルブ２０を必要量開放すると、連通孔５で非溶解気泡が分離されて攪拌室３から気泡分離室４に導入された気泡溶解液が、取出口１８、ホース１９、減圧調整バルブ２０を経て外部に導出される。
なお、先の特許文献１で詳述した通り、減圧調整バルブ２０としては、一般に多用されているボールバルブでは、放出に当たって溶解気泡が粗大化してここでは不適であり、内部構造の概略を図１に示すように、減圧動作が非常に滑らかになされ、この部分における発生気泡の粗大化が確実に防止される構造のものを採用する必要がある。
【００２１】
ところで、洗浄等に利用する気泡溶解液は、気泡径が小さく気泡の数が多いほど効果が高く、また、水中での残留時間が長いとされる。先の特許文献１でも説明したように、気泡の絶対径を測定することは、大がかりな装置が必要となることから、ここでは、同文献１でも紹介している、透視度計を使用した相対値測定により、本願試作品により作成された気泡溶解液の特性を測定する。
【００２２】
この相対値測定は、減圧調整バルブ２０から導出された気泡溶解液を、透視度計（高さ３５０ｍｍ）に、濁度１０に相当する高さ（１００ｍｍ）の量を採取してサンプル液とする。そして、発生気泡の大きさが小さく数が多くなるほど、水中の気泡が消滅して澄んだ状態になるのに時間が掛かると考えられることから、サンプル液を採取した直後から、透視度計の上方から底部を観察し、透明度が次第に上がり底部の標識板が識別できるまでの時間（秒）を測定した。この時間が長いほど、気泡が小さく数が多いと想定されることになる。
【００２３】
先のステップ３で、水の導入が停止し、スクリュー１４が停止した段階でのサンプル液の透視度（秒）は、１００秒であった。この値は、気泡溶解液として十分良好な特性を有していると言える。
なお、この圧力のバランスでスクリュー１４が停止した状態で長時間放置された場合を想定し、スクリュー１４停止後、それぞれ２３時間（約１日）経過後、および８９時間（約３．７日）経過後において測定した透視度（秒）は、それぞれ１００秒および７０秒であった。従って、例えば、食器洗いや洗面等、通常、毎日使用するような用途であれば、この放置による微少気泡の減少は無視できる程度であることがわかる。これは、容器１内での気泡溶解液が上水道の有圧下で保持されているため気中への分離がほとんど生じないためと考えられる。
【００２４】
次に、ステップ４で、減圧調整バルブ２０を開放して気泡溶解液の導出を続けると、容器１内の空気の圧力が低下し、上水道水との間に圧力差が生じるので、その圧力差に応じて、上水道水が導入され、スクリュー１４が回転して攪拌溶解作用が再開される。
図３は、減圧調整バルブ２０の開度を変え導出流量を変えた場合のスクリュー１４の回転数（ｒ／ｍｉｎ）の変化とそれぞれの流量で導出されたサンプル液の透視度（秒）の変化を示すものである。実線の特性で示すように、導出流量が増大するにつれてスクリュー１４の回転数が増大している。また、点線の特性で示すように、導出流量が増大するにつれて、透視度が減少している。これは、新たに蛇口から導入される水への空気攪拌溶解量が、導出流量の増大量に比例しては増大せず、その分、気泡微細化の能率が低下するためと考えられる。
【００２５】
ここで、スクリュー１４の回転による気泡攪拌溶解効果を評価するため、スクリュー１４が無い状態で実験したデータを図４に示す。先の図３の透視度結果と比較すると、秒数が大幅に低下しており、結果として、スクリュー１４による攪拌溶解効果が確認されたことになる。
【００２６】
減圧調整バルブ２０を開放して気泡溶解液の導出、使用を続けていくと、先の第１のステップで容器１内に導入した空気が次第に消費され、それに伴って、容器１内の水面が上昇し、遂には、スクリュー１４の上端位置に達して空気の効率的な攪拌溶解効果が得られないようになる。この段階は、水面観察窓１６からの水面位置で簡単に判断することができる。気泡発生装置として、これ以上は、気泡溶解液を取り出せないので、作業としては、初期状態に戻すための第５のステップに入る。
即ち、蛇口を閉栓し水道接続口１３へのホースを外すとともに排水バルブ１７を開放し、容器１内の水を排出して、再び、大気圧の空気を導入する。この際、水道接続口１３へのホースを外す替わりに、開放バルブ２１を開放しても良く、この場合、ホースを外す必要がないので作業が簡単になると共に水の排出時間も短縮される。試作品での実験では、この排出時間は４０秒であった。勿論、開放バルブ２１の開放と同時にホースも外せば、排出時間は更に短縮される。
【００２７】
以上のように、この発明の実施の形態１の気泡発生装置においては、上記第１のステップから第５のステップに至る一連の動作を繰り返す、いわゆるバッチ処理となる。この１回のバッチ処理で利用できる気泡溶解液の量は、今回の試作品では、水道圧０．２Ｍｐａで１６０リットルであった。従って、この利用可能量のデータを基に、気泡溶解液を利用する作業内容と作業頻度等を加味して容器１の容積を設定すればよい。
なお、例えば、容器１の上部に、手動操作のエアーポンプを接続する構造とし、容器１内の空気が減少すると、このエアーポンプを使って適宜空気を補給できるようにすれば、特に、バッチ処理でなく、連続的な使用も可能となる。
【００２８】
図５は、上水道水の圧力が０．３Ｍｐａで、減圧調整バルブ２０の開度を変え導出流量を変えた場合のスクリュー１４の回転数（ｒ／ｍｉｎ）の変化とそれぞれの流量で導出されたサンプル液の透視度（秒）の変化を示すものである。圧力０．４７Ｍｐａでの同様の図３の結果と合わせ検討すると、回転数、透視度ともに、同一の流量で比較すると圧力に拘わらずほぼ同一値となっていることが分かる。従って、上水道水の実用的な圧力範囲においては、使用量（使用流量）に応じた一定品質の気泡溶解液を得ることができる。
【００２９】
以上のように、この発明の実施の形態１における気泡発生装置は、ポンプを必要とすることなく、所望の微少気泡の溶解液が得られるので、消費電力騒音の発生が無く、装置が簡便小型安価になり、特に、身近な分野への微少気泡の適用が容易となる。
また、その使用方法も、上水道の蛇口への接続および各バルブの操作のみで済むので、特に、身近な分野への微少気泡の適用が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１における気泡発生装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１のノズル１２、タービン１０の部分を下方から見た部分図である。
【図３】上水道水の圧力０．４７Ｍｐａで、減圧調整バルブ２０からの導出流量を変えた場合の、スクリュー１４の回転数とサンプル液の透視度（秒）の変化を示す特性図である。
【図４】スクリュー１４が無い状態での導出流量と透視度（秒）との関係を示す特性図である。
【図５】上水道水の圧力０．３Ｍｐａで、減圧調整バルブ２０からの導出流量を変えた場合の、スクリュー１４の回転数とサンプル液の透視度（秒）の変化を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  容器、２  隔壁、３  攪拌室、４  気泡分離室、５  連通孔、８  回転軸、
１０  タービン、１１  給水口、１２  ノズル、１３  水道接続口、
１４  スクリュー、１６  水面観察窓、１７  排水バルブ、１８  取出口、
２０  減圧調整バルブ、２１  開放バルブ。
【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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