(57)【要約】      （修正有）【課題】所望のガスが高濃度に溶解した水を連続的に安定して生成することができる安価なガス溶解水生成装置を提供する。【解決手段】本発明のガス溶解水生成装置は、被処理水にガス供給部１から供給された窒素ガスが混合された加圧水を生成する加圧ポンプ５と、最上部分が開口し、その開口径よりも深く形成される液泡生成器７と、この液泡生成器が内部に設置される密閉容器８と、液泡生成器７の上部に配置され、この密閉容器８の内部の窒素ガスを巻き込みながら液泡生成器７に加圧水を噴射するノズル６ａと、密閉容器８から排出された一次処理水Ｗ１が液体導入管９を介して供給される泡生成器１０と、大気圧連通開口部１１ａが上部に設けられるとともに泡生成器１０が内部に設置される開放容器１１と、この開放容器１１内の上部空間にガス供給部１から窒素ガスを供給可能に設置されるガス供給管２ｂと、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引管を介して供給された被処理水にガス供給部から供給されたガスを混合して大気圧よりも高い圧力を示す加圧水を生成する加圧ポンプと、
最上部分が開口し、その開口径よりも深く形成される液泡生成器と、
耐圧性を有し、この液泡生成器が内部に設置される密閉容器と、
前記液泡生成器の上部に配置され、この密閉容器内の前記ガスを巻き込みながら前記液泡生成器内に前記加圧水を噴射するノズルと、
このノズルに前記加圧ポンプから前記加圧水を供給する液体供給管と、
前記密閉容器から排出された一次処理水が液体導入管を介して供給されるとともに大気圧連通開口部が上部に設けられ前記一次処理水から二次処理水を生成する開放容器と、
この開放容器内の上部空間に前記ガス供給部から前記ガスを供給可能に設置されるガス供給管と、
前記液体導入管に設置される流量調整バルブと、を備え、
前記開放容器の下部には、前記二次処理水の排出口が設けられたことを特徴とするガス溶解水生成装置。
【請求項２】
略回転対象に形成されるとともに回転対称軸の上下方向へ縮径した中空部を有する器体と、
この器体の外周壁に固定された泡生成容器と、からなる泡生成器を備え、
前記器体の周壁部には接線方向に開口された液体導入孔が設けられ、
前記中空部の上側の縮径部分に、前記器体の内部へ流入した液体の旋回流により形成される負圧の気体軸の位置にあわせて前記回転対称軸の方向に開口された気液噴出孔が設けられ、
前記回転対称軸が鉛直方向と平行をなすように前記器体が設置された際に、前記気液噴出孔に対し所定の隙間を設けてパイプが前記回転対称軸と軸中心が一致するように設置され、
前記泡生成容器は、前記パイプを内部に挿設可能に前記泡生成器に設置され、上下の中央に一対の開口部が連通するようにそれぞれ設けられるとともに処理水排出口が下部に設けられ、
前記パイプは、前記開口部から一端を突出するように前記泡生成容器内に設置され、
前記泡生成器は、前記開放容器内に設置されるとともに前記液体導入管が前記液体導入孔に接続されたことを特徴とする請求項１記載のガス溶解水生成装置。
【請求項３】
前記ガス供給部に一端が接続されるとともに他端が前記吸引管に設けられた細孔に接続されるガス自吸管を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス溶解水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に溶解している既存のガスを所望のガスに置き換える装置に係り、特に、所望のガスが高濃度に溶解した水を安価に生成することが可能なガス溶解水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体に所望のガスを溶解させてガス溶解液を生成する方法としては、中空糸膜などの膜を利用したガス溶解膜モジュールなどを用いて水素ガスや窒素ガスを溶解し、半導体や精密機器等の製造時に使う洗浄水を生成する方法や、循環ポンプを用いて所望のガスと液体とをスタティックミキサーなどで混合させ、所望のガスを微細化させて高密度に接触させ、さらにその処理液を循環させることにより所望のガスの濃度を高める方法が知られている。
また、酸素ガスが含有されている液体に窒素ガスやヘリウムガス等を吹き込み、その液体に窒素ガスやヘリウムガスを接触させることで、溶存している酸素ガスを液中から気相に拡散させて除去する方法も知られている。
【０００３】
このような方法に関する技術としては、例えば、特許文献１に、「窒素ガス溶解水製造方法および窒素ガス溶解水製造システム」という名称で、ガス溶解膜モジュールを用いて窒素ガスを純水又は超純水に溶解させる方法及びそれに用いるシステムに関する発明が開示されている。
ガス溶解膜モジュールを用いてガスを純水等に溶解させてガス溶解水を製造する場合、液相室に供給された純水等の一部が水蒸気となってガス透過膜を透過し、気相室で結露して凝縮水となりガス透過膜の気相室側の表面を覆ってしまう結果、ガス透過膜のうちガスの透過に寄与する有効面積が減少してしまうという不具合が生じる。そこで、特許文献１に開示された「窒素ガス溶解水製造方法」は、気相室で生じた凝縮水を凝縮水排出部に導入し、気相室との接続が遮断された状態で凝縮水排出部に窒素ガスを供給することにより、当該箇所に導入された凝縮水を排出することを特徴とする。
このような方法によれば、凝縮水が効率的に排出されるため、ガス透過膜モジュールの性能の低下を防ぐことができる。
【０００４】
また、特許文献２には、「特定ガス溶解水の製造方法、製造装置及び特定ガス溶解水の循環方法」という名称で、電子材料などのウェット洗浄工程で使用される特定ガスを溶解して洗浄効果を高めた、いわゆる特定ガス溶解機能性洗浄水を製造する方法やそれに用いる装置に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された「特定ガス溶解水の製造方法」は、使用済み又は未使用の特定ガス溶解水をガス透過膜モジュールに導入し、その気室を減圧機構を用いて減圧することにより脱気して脱気処理水と特定ガス及び他のガスからなる排出ガスに分離し、さらに排出ガスから特定ガスを回収した後、回収された全ての特定ガスを脱気処理水に溶解することによって特定ガス溶解水を得ることを特徴とする。
このように、特定ガス溶解水に溶解している他のガスを特定ガスとともに脱気して同時に除去した後に、再び特定ガスを溶解させる方法によれば、洗浄水への特定ガスの溶解濃度を高めることができる。
【０００５】
さらに、特許文献３には、「脱気水製造装置及び脱気水製造方法」という名称で、半導体や精密機器等を製造する際に洗浄水等として使用される脱気水を製造する方法とそれに用いる装置に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示された「脱気水製造装置」は、中空糸膜モジュールと水流センサと乾式真空ポンプとドレン部と排水弁と開閉弁を備えた構造となっている。
このような構造であれば、中空糸膜モジュール内が止水されているときでも、その内部に脱気作用が阻害されるほどの水は溜まらないため、吐水栓が開かれた際に、脱気されていない水が吐水栓から流出するといった不具合が発生することはない。したがって、脱気水の製造を確実に行うことができる。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１３９６５６号公報
【特許文献２】特開２００８−６３３２号公報
【特許文献３】特開２００８−６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来技術に開示された発明は、液体に所望のガスを溶解させるために、膜モジュールや真空ポンプなどを用いて予め脱気処理を施したり、当該液体を循環させたりしなければならないという課題があった。また、膜モジュール等の素材は時間の稼働時間の経過とともに劣化するため、安定した処理液が得られないという課題もあった。そして、処理能力の低下を防ぐために、当該素材を定期的に交換する必要があるため、経済的でないという課題があった。
一方、真空ポンプを用いる場合、装置内の部分に形成された負圧域から大気圧下へ処理液を取り出すことになるため、その処理に時間がかかり、しかも、処理液の生成量に比して多大なエネルギーを必要とするという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、所望のガスが高濃度に溶解した水を連続的に安定して生成することができる安価なガス溶解水生成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】
【０００９】
上記目的を達成するため、第１の発明に係るガス溶解水生成装置は、吸引管を介して供給された被処理水にガス供給部から供給されたガスを混合して大気圧よりも高い圧力を示す加圧水を生成する加圧ポンプと、最上部分が開口し、その開口径よりも深く形成される液泡生成器と、耐圧性を有し、この液泡生成器が内部に設置される密閉容器と、液泡生成器の上部に配置され、この密閉容器内のガスを巻き込みながら液泡生成器内に加圧水を噴射するノズルと、このノズルに加圧ポンプから加圧水を供給する液体供給管と、密閉容器から排出された一次処理水が液体導入管を介して供給されるとともに大気圧連通開口部が上部に設けられ一次処理水から二次処理水を生成する開放容器と、この開放容器内の上部空間にガス供給部からガスを供給可能に設置されるガス供給管と、液体導入管に設置される流量調整バルブと、を備え、開放容器の下部には、二次処理水の排出口が設けられたことを特徴とするものである。
【００１０】
このような構造のガス溶解水生成装置においては、ガス供給部から供給された所望のガスが混合された被処理水が、加圧ポンプによって大気圧より高い圧力状態となるまで加圧され、ノズルから液泡生成器の中央に向かって噴射されることにより、液泡生成器の底部で多量の気泡が発生するとともに、この気泡が液泡生成器内を上昇しながら互いに合体し、容器上部域で液泡に変化した後、溢流する。このとき、被処理水は気液接触面積が増大した状態で高圧のガスと接することになるため、被処理水に所望のガスが高濃度に溶解した一次処理水が生成される。
【００１１】
この一次処理水は密閉容器内の下部に貯留されるが、上記構造のガス溶解水生成装置においては、流量調整バルブを操作して密閉容器から排出される一次処理水の流量を調整することにより、密閉容器内が所望の圧力状態に維持されるという作用を有する。この場合、液泡生成器内の縮径付近に存在する多量の液泡内のガスの圧力が常に所望の状態に維持されるため、液泡の薄膜水に溶解したガスは、その圧力に比例した濃度となって不要のガスが薄膜水から放散される。
【００１２】
さらに、開放容器には大気圧連通開口部が設けられていることから、ガス供給部から開放容器内に供給されたガスの圧力は大気圧と等しくなっている。すなわち、密閉容器内で生成され開放容器内に供給された一次処理水は密閉容器内よりも低い圧力のガスで覆われた状態となるため、ガスの溶解度が低下し、溶解していたガスの一部が放散されるという作用を有する。
また、ガス供給部から開放容器内の上部空間に供給されるガスは、一次処理水の表面を覆うことにより、他の不要なガスが一次処理水中に溶解することを防ぐという作用を有する。
【００１３】
また、第２の発明は、第１の発明に係るガス溶解水生成装置において、略回転対象に形成されるとともに回転対称軸の上下方向へ縮径した中空部を有する器体と、この器体の外周壁に固定された泡生成容器と、からなる泡生成器を備え、器体の周壁部には接線方向に開口された液体導入孔が設けられ、中空部の上側の縮径部分に、器体の内部へ流入した液体の旋回流により形成される負圧の気体軸の位置にあわせて回転対称軸の方向に開口された気液噴出孔が設けられ、回転対称軸が鉛直方向と平行をなすように器体が設置された際に、気液噴出孔に対し所定の隙間を設けてパイプが回転対称軸と軸中心が一致するように設置され、泡生成容器は、パイプを内部に挿設可能に泡生成器に設置され、上下の中央に一対の開口部が連通するようにそれぞれ設けられるとともに処理水排出口が下部に設けられ、パイプは、開口部から一端を突出するように泡生成容器内に設置され、泡生成器は、開放容器内に設置されるとともに液体導入管が液体導入孔に接続されたことを特徴とするものである。
【００１４】
このような構造のガス溶解水生成装置においては、密閉容器から液体導入管を通して一次処理水が器体の液体導入孔に供給されると、気液噴出孔に向かって流れる旋回流が器体内に発生し、それに伴う向心力の作用によって、器体内の中心付近に負圧の気体軸が形成される。このとき、円筒軸の中心が気体軸の中心と一致するように設置されているパイプ内の上端に気体軸の負圧が伝わり、ガス供給部から開放容器内の上部空間に供給されるガスがパイプを通して気体軸に吸引される。すなわち、本発明のガス溶解水生成装置においては、泡生成器の液体導入孔から一次処理水を供給するだけで、ガス供給部から供給されるガスが器体内の気体軸に連続的に自吸されるという作用を有する。
【００１５】
また、連続的に気体軸に吸引されたガスは、気液噴出孔から排出される旋回流の一次処理水と気体軸に吸引されたガスにより、気液噴出孔から旋回流が噴射された瞬間に泡生成容器内で多量の液泡が生成されるという作用を有する。
この場合、旋回流の一次処理水は液泡表面の薄膜水を形成することになり、気液接触面積が増大するため、薄膜水に液泡内のガスが吸収されるとともに、薄膜水に溶存し得ないガスが液泡の内外へ放散されるという作用を有する。さらに、液泡内に放散されたガスは、液泡が泡生成容器の開口部と処理水排出口から溢流して破裂する際に、開放容器の大気圧連通開口部から大気中へと拡散されるという作用を有する。
このように、本発明のガス溶解水生成装置においては、第１の発明の作用に加えて、密閉容器から開放容器内に供給された一次処理水を泡生成器が液泡の薄膜水に変化させるという作用を有する。
【００１６】
第３の発明は、第１の発明又は第２の発明に係るガス溶解水生成装置において、ガス供給部に一端が接続されるとともに他端が吸引管に設けられた細孔に接続されるガス自吸管を備えたことを特徴とするものである。
このような構造のガス溶解水生成装置においては、第１の発明又は第２の発明の作用に加え、加圧ポンプを稼動すると、吸引管から被処理水が吸引されてガス自吸管内に負圧が加わるため、ガス供給部から自吸されたガスが加圧ポンプの吸込側へ被処理水とともに供給されるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、第１の発明に係るガス溶解水生成装置によれば、被処理水にガスを溶解させる際に、膜モジュールや真空ポンプ等を使用する場合とは異なり、劣化に伴う処理能力の低下や交換等の保守費用が発生しないため、所望のガスが高濃度に溶解した水を連続的に安定して、かつ、安価に生成することが可能である。
【００１８】
第２の発明に係るガス溶解水生成装置では、開放容器内で液泡の薄膜水となって気液接触面積が増大した一次処理水が高圧のガスと接することになり、不要な溶解ガスが効率よく放散されるため、所望のガスが高濃度に溶解した水を連続的に安定して生成できるという第１の発明の効果がより一層発揮される。
【００１９】
第３の発明に係るガス溶解水生成装置によれば、第１の発明又は第２の発明の効果に加えて、ガス供給部から送られたガスと被処理水が簡単な構造によって容易に混合されるため、装置の製造コストが削減されるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るガス溶解水生成装置の構成を示す模式図である。
【図２】ノズルより噴射された加圧水が液泡生成器の中央底部に供給される様子を表した模式図である。
【図３】泡生成器の構成を示した断面図である。
【図４】図３に示した泡生成器の変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のガス溶解水生成装置について、図１〜図４を参照しながら具体的に説明する。なお、本実施例では、窒素ガスを海水に溶解させる場合を想定しているが、溶解させるガスは窒素ガスに限られず、例えば、酸素ガス、水素ガス、オゾンガス、ヘリウムガスなどであっても良い。また、ガスを溶解させる液体も海水に限られない。すなわち、以下に説明する本発明の作用・効果は窒素ガス以外のガスを海水又はそれ以外の液体に溶解させる場合にも同様に発揮される。
【実施例】
【００２２】
図１に示すように、本発明のガス溶解水生成装置では、吸着剤のガスに対する吸着特性の違いを利用して空気から窒素を取り出すＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ：圧力変動吸着）装置からなるガス供給部１にガス自吸管２ａとガス供給管２ｂの一端が接続されている。そして、ガス自吸管２の他端は吸引管３に設けられた細孔（図示せず）に接続されており、吸引管３は被処理水Ｗ１が貯留される水槽４に一端が接続されるとともに、大気圧よりも高い圧力を示す加圧水を生成する加圧ポンプ５に他端が接続されている。
【００２３】
加圧ポンプ５の吐出側には、一端に丸穴の噴射口を有するノズル６ａが設けられた液体供給管６の他端が接続されるとともに、この液体供給管６の一端の下方には、最上部分が開口し、その開口径よりも深く形成される液泡生成器７が、加圧ポンプ５によって加圧されノズル６ａから噴射された加圧水を受けるために設置されている。なお、ノズル６ａは、液体供給管６の内部において噴射直前の加圧水の流れに攪乱が生じるように、直角に曲折された液体供給管６の端部に噴射口を下方に向けた状態で取り付けられている。これにより、ノズル６ａから噴射された加圧水は周囲の空間の気体を多量に巻き込みながら液泡生成器７に供給されることになる。
一方、液泡生成器７は、上部から溢れた液泡を含む液体を一次処理水Ｗ２として貯留可能に、耐圧性を有する密閉容器８に下面を支持棒８ｂによって支持された状態で収容されている。なお、密閉容器８の排出口８ａには、他端が泡生成器１０の液体導入孔１５ｂ（図３参照）に接続される液体導入管９の一端が接続されている。
【００２４】
泡生成器１０から排出された液体を二次処理水Ｗ３として貯留可能に、泡生成器１０は、大気圧に連通する開口部１１ａが上部に設けられた開放容器１１に収容されている。また、開放容器１１は、二次処理水Ｗ３を水槽１２へ供給するための供給管１３が排出口１１ｂに接続されるとともに、貯留された二次処理水Ｗ３の上部の空間を満たすための窒素ガスをガス供給部１から供給可能にガス供給管２ｂの他端が上部に接続されている。さらに、ガス自吸管２ａとガス供給管２ｂには窒素ガスの流量を調整するバルブ１４ａ，１４ｂがそれぞれ設置されており、液体導入管９には泡生成器１０への二次処理水Ｗ２の流量を調整するバルブ１４ｃが設置されている。すなわち、密閉容器８は、二次処理水Ｗ２の上方を占める気相の圧力を所定の値以下に低下させないために、バルブ１４ｃによって二次処理水Ｗ２の流量を調整できる構造となっている。そして、泡生成器１０にはフレーム付きパイプ１７が内部に設置されている。
【００２５】
図３に示すように、泡生成器１０は、略回転対象に形成されるとともに回転対称軸の上下方向へ縮径した中空部１５ａを有する器体１５と、この器体１５の外周壁に固定された泡生成容器１６からなる。
器体１５の周壁部には接線方向に開口された液体導入孔１５ｂが設けられ、中空部１５ａの上側の縮径部分には、器体１５の内部へ流入した液体の旋回流（図３の矢印参照）により形成される負圧の気体軸の位置にあわせて回転対称軸の方向に開口された上向きの気液噴出孔１５ｃが設けられている。
【００２６】
上向きの気液噴出孔１５ｃに対し所定の隙間を設けてフレーム付きパイプ１７が固定ビス（図示せず）により器体１５に取り付けられている。また、泡生成容器１６は、上下の中央部に開口部１６ａ，１６ｂが連通するように設けられるとともに、処理水排出口１６ｃが下部の複数個所に設けられている。また、フレーム付きパイプ１７は、開口部１６ａから上端を突出させるようにして泡生成容器１６の内部に挿設されている。
【００２７】
このような構造を備えたガス溶解水生成装置の作動方法について説明する。
まず、加圧ポンプ５を稼動させると、吸引管３から被処理水Ｗ１が吸引されガス自吸管２ａ内に負圧が加わる。そのため、バルブ１４ａを介してガス供給部１から窒素ガスが自吸され、加圧ポンプ５の吸込側へ窒素ガスが混合された状態の被処理水が供給される。この場合、被処理水に窒素ガスを混合させる構造が簡単であるため、装置の製造コストが削減される。
【００２８】
窒素ガスが混合された被処理水は、加圧ポンプ５によって大気圧より高い圧力状態となるまで加圧され、ノズル６ａから液泡生成器７の中央に向かって噴射される。そして、液泡生成器７では、ノズル６ａから噴射された加圧水により容器の底部で多量の気泡が発生する。この気泡は液泡生成器７の内部を上昇しながら互いに合体し、容器上部域で液泡に変化した後、溢流する（図２参照）。
このように、ノズル６ａから噴射された加圧水は、少なくとも一度は液泡の薄膜水となり液泡生成器７より溢れて排出される。そして、液泡生成器７から溢れて排出された液泡は、窒素ガスが高濃度に溶解した一次処理水Ｗ２となって密閉容器８内の下部に貯留される。
このとき、バルブ１４ｃは、密閉容器８の排出口８ａから排出される一次処理水Ｗ２の流量を調整することで、密閉容器８内を所望の圧力状態に維持するという作用を有する。
なお、液泡生成器７内の縮径付近に存在する多量の液泡内の気体の圧力は、このようにして常に所望の状態に維持されることから、液泡の薄膜水に溶解したガスは、その圧力に比例した濃度となり、不要のガスは薄膜水から放散される。
【００２９】
密閉容器８から液体導入管９を通して一次処理水Ｗ２が泡生成器１０の器体１５に設けられた液体導入孔１５ｂに供給されると、図３に矢印で示すように、気液噴出孔１５ｃに向かって流れる旋回流が器体１５の内部に発生し、それに伴う向心力の作用によって、器体１５内の中心付近に負圧の気体軸が形成される。
このとき、図３に示すように、フレーム付きパイプ１７が気体軸の中心に円筒軸の中心を一致させるように設置されていることから、フレーム付きパイプ１７内の上端に気体軸の負圧が伝わり、ガス供給部１からガス供給管２ｂを通して開放容器１１（図１を参照）の内部の上部空間に供給される窒素ガスがフレーム付きパイプ１７を通して気体軸に吸引される。すなわち、泡生成器１０は、液体導入孔１５ｂから一次処理水Ｗ２を供給するだけで、窒素ガスが器体１５内の気体軸に連続的に自吸されるという作用を有する。したがって、前述したとおり、フレーム付きパイプ１７の上端は、窒素ガスが存在する開放容器１１（図１参照）内の上部空間（気相）に開放され、あるいはこのような気相を形成する容器などに接続されるように、泡生成器１０よりも上方に突出した状態で設置されることが望ましい。
【００３０】
また、連続的に気体軸に吸引された窒素ガスは、水面までの距離が近いために上向きの気液噴出孔１５ｃから多く排出される。その結果、上向きの気液噴出孔１５ｃから排出される旋回流の一次処理水Ｗ２と気体軸に吸引された窒素ガスにより、上向きの気液噴出孔１５ｃから旋回流が噴射された瞬間に泡生成容器１６内で多量の液泡が生成される。
この場合、旋回流の一次処理水Ｗ２が液泡表面の薄膜水を形成し、気液接触面積が増大するため、薄膜水に液泡内の窒素ガスが吸収されるとともに、薄膜水に溶存し得ないガスが液泡の内外へ放散される。そして、液泡内に放散されたガスは、液泡が泡生成容器１６の開口部１６ａと処理水排出口１６ｃから溢流して破裂する際に、開放容器１１の大気圧連通開口部１１ａから大気中へと拡散される。
【００３１】
なお、一次処理水Ｗ２に対して窒素ガス以外のガスが接触していると、そのガスが一次処理水Ｗ２に溶解してしまうおそれがある。そのため、上記構造のガス溶解水生成装置では、ガス供給部１から開放容器１１内の上部空間に窒素ガスを供給する構造となっている。すなわち、ガス供給部１から開放容器１１内の上部空間に供給される窒素ガスは、一次処理水Ｗ２の表面を覆って、他の不要なガスが一次処理水Ｗ２に溶解することを防ぐという作用を有している。
【００３２】
一方、泡生成容器１６の下部に設けられた処理水排出口１６ｃからは窒素ガスが高濃度に溶解した水が二次処理水Ｗ３として放出される。このようにして生成された二次処理水Ｗ３は開放容器１１の排出口１１ｂから排出されて供給管１３を経て水槽１２に貯留される。
【００３３】
つぎに、本発明のガス溶解水生成装置の作用と効果について説明する。
混合気体と液体が接している場合、混合気体を構成する気体の各分圧に比例して、それぞれの気体が飽和状態になるまで液体に溶解する。
既に述べたように、本発明のガス溶解水生成装置では、加圧ポンプ５によって被処理水Ｗ１に窒素ガスが混合された加圧水を密閉容器８内に供給し、加圧水中の窒素ガスの圧力を高い状態に保ったまま、液泡生成器７によって液泡の薄膜水に変化させている。この場合、被処理水Ｗ１は気液接触面積が増大した状態で高圧の窒素ガスと接することになるため、被処理水Ｗ１に窒素ガスが高濃度に溶解した一次処理水Ｗ２が生成される。
【００３４】
密閉容器８内で生成された一次処理水Ｗ１は開放容器１１内に設置された泡生成器１０に供給された後、泡生成器１０から二次処理水Ｗ２として放出される。このとき、開放容器１１には大気圧連通開口部１１ａが設けられていることから、ガス供給部１から開放容器１１内に供給された窒素ガスの圧力は大気圧と等しくなっている。すなわち、泡生成容器１６で液泡表面の薄膜水となった一次処理水Ｗ２は、密閉容器８内の窒素ガスよりも低い圧力の窒素ガスに覆われた状態となる。その結果、ガスの溶解度が低下し、溶解していたガスの一部が放散される。
【００３５】
例えば、水温Ｔのときに被処理水Ｗ１に溶存しているガスＡとガスＢの割合が大気圧下でＸ（ｐｐｍ）及びＹ（ｐｐｍ）であり、ガスＡのみを溶解させた場合の飽和値が２Ｘ（ｐｐｍ）であるとする。そして、密閉容器８内において一次処理水Ｗ２に溶存しているガスＡとガスＢの割合がそれぞれ４Ｘ（ｐｐｍ）及びＹ（ｐｐｍ）であり、開放容器１１内における二次処理水Ｗ３に溶存しているガスＢの割合が０．２５Ｙ（ｐｐｍ）であるとすると、ガスＡの溶解量は、ガスＢの溶解量が減少した分だけ増加するため、二次処理水Ｗ３に溶存しているガスＡの割合は２Ｘ（ｐｐｍ）を超えない範囲でＸ（ｐｐｍ）よりも大きい値となる。
【００３６】
なお、本発明のガス溶解水生成装置を複数台用意して、それらを直列に接続して使用することによれば、上述のガスＡの割合をさらに高めることができる。すなわち、１台目のガス溶解水生成装置の水槽１２を２台目のガス溶解水生成装置の水槽４として、１台目のガス溶解水生成装置によって生成された二次処理水Ｗ３を２台目のガス溶解水生成装置の被処理水Ｗ１として使用するのである。仮に、１台目のガス溶解水生成装置によって、水温Ｔのときに二次処理水Ｗ３に溶存するガスＢの割合が１／２になるとすれば、２台目のガス溶解水生成装置によって生成される二次処理水Ｗ３に溶存するガスＢの割合はさらにその１／２となる。そして、複数第のガス溶解水生成装置を用いて、このような処理を連続して行うことによれば、ガスＢの溶解量の減少に伴って、二次処理水Ｗ３に溶存するガスＡの割合は飽和値に近づいていくことになる。
【００３７】
以上説明したように、本発明のガス溶解水生成装置においては、被処理水に溶存している不要のガスを所望のガスに置き換えることで、所望のガスが飽和状態に近い値まで高濃度に溶解した水が生成されるという作用を有する。そして、本発明のガス溶解水生成装置では、被処理水にガスを溶解させる際に、膜モジュールや真空ポンプ等を使用しないため、劣化に伴う処理能力の低下や交換等の保守費用が発生することがない。したがって、所望のガスが高濃度に溶解した水を連続的に安定して、かつ、安価に生成することが可能である。
【００３８】
なお、本実施例では開放容器１１内に設置した泡生成器１０に対して一次処理水Ｗ２を供給しているが、泡生成器１０を省略することもできる。このような構造であっても、密閉容器８内において大気圧よりも高い圧力のガスを被処理水Ｗ１に接触させることで当該ガスが高濃度に溶解した一次処理水Ｗ２を生成した後、開放容器１１内で一次処理水Ｗ２に接触させるガスの圧力を大気圧まで下げることで一次処理水Ｗ２から不要のガスを高い割合で放散させるという上述の作用及びそれに伴う効果は同様に発揮される。ただし、本実施例で示したように、泡生成器１０を使用した場合には、開放容器１１において一次処理水Ｗ２から溶解ガスがさらに効率的に放散されるため、より一層安定した状態で連続的に二次処理水Ｗ３を生成することができる。
【００３９】
また、図３に示した泡生成器１０の代わりに、図４に示した泡生成器１８を用いることもできる。ただし、泡生成器１８は、泡生成器１０において、器体１５の内部へ流入した液体の旋回流（図４の矢印参照）により形成される負圧の気体軸の位置にあわせて回転対称軸の方向に開口された上向きと下向きの気液噴出孔１５ｃ，１５ｄがそれぞれ設けられている。そして、気液噴出孔１５ｃ，１５ｄに対し所定の隙間を設けてフレーム付きパイプ１７，１７がそれぞれ固定ビス（図示せず）により器体１５に取り付けられるとともに、フレーム付きパイプ１７，１７が開口部１６ａ，１６ａから各上端を突出させた状態で内部に挿設されるように泡生成容器１６，１６がそれぞれ設置された構造となっている。
このような構造のガス溶解水生成装置では、密閉容器８から供給された一次処理水Ｗ２を開放容器１１内において液泡の薄膜水に変化させる処理が泡生成器１０を用いる場合よりもさらに効率よく行われる。したがって、所望のガスが高濃度に溶解した水を連続的に安定して生成できるという効果がより一層発揮される。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
請求項１乃至請求項３に記載された発明は、大豆油、コーン油、植物油等の食油や、酸化防止剤等が多量に添加されている日本酒やワイン等の酒類、あるいはドレッシング、ジュース、牛乳などの液体飲用食品等において、液体中の酸素ガス成分を除去し、代わりに窒素ガスで飽和させることにより賞味期限を延ばす場合などに適用可能である。また、ボイラー水や、化学工場内等で使用される酸素ガス成分を除去した水や、半導体工場等で使用される酸素ガス成分を除去した洗浄水を生成する際に利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…ガス供給部  ２ａ…ガス自吸管  ２ｂ…ガス供給管  ３…吸引管  ４…水槽  ５…加圧ポンプ  ６…液体供給管  ６ａ…ノズル  ７…液泡生成器  ８…密閉容器  ８ａ…排出口  ８ｂ…支持棒  ９…液体導入管  １０…泡生成器  １１…開放容器  １１ａ…大気圧連通開口部  １１ｂ…排出口  １２…水槽  １３…供給管  １４ａ〜１４ｃ…バルブ  １５…器体  １５ａ…中空部  １５ｂ…液体導入孔  １５ｃ，１５ｄ…気液噴出孔  １６…泡生成容器  １６ａ，１６ｂ…開口部  １６ｃ…処理水排出口  １７…フレーム付きパイプ  １８…泡生成器  Ｗ１…被処理水  Ｗ２…一次処理水  Ｗ３…二次処理水  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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