(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を圧送する加圧部と、液体に気体を注入する気体注入部と、気体を注入された液体が加圧部で圧送されることによる加圧で液体に気体を溶解させる加圧溶解部と、加圧溶解部で気体を溶解させた気体溶解液の圧力を、気体溶解液の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部とを備え、減圧部を、流路断面積が徐々に小さくなるように形成された、加圧溶解部から気体溶解液を送り出す流路で構成し、加圧部、気体注入部、加圧溶解部の各部を連続的に運転させて、減圧部に気体溶解液を連続的に供給し、減圧部の流出側から気泡の発生のない気体溶解液を連続的に吐出させるようにして成ることを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
加圧溶解部で液体に溶解しない余剰気体を排出する余剰気体排出部を備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解装置。
【請求項３】
減圧部を構成する上記流路が、さらに流路長さの調整で気体溶解液の圧力を大気圧にまで減圧するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気体溶解装置。
【請求項４】
減圧部は、一つの流路で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の気体溶解装置。
【請求項５】
加圧溶解部から気体溶解液を送り出す流路の圧力損失とこの流路に付加した延長流路の圧力損失の和が、加圧部で圧送される液体と気体の押し込み圧によって加圧溶解部内で液体と気体を加圧するのに必要な圧力となるように、流路に延長流路を付加して成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の気体溶解装置。
【請求項６】
加圧溶解部から気体溶解液を送り出す流路に、気体溶解液中の気体を微細気泡として発生させるための微細気泡抽出流路を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の気体溶解装置。
【請求項７】
気体注入部に余剰気体排出部を連結部で連結して成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の気体溶解装置。
【請求項８】
加圧部を、気体注入部に水を圧送する水道配管で形成して成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに１項に記載の気体溶解装置。
【請求項９】
液体を圧送し、圧送された液体に気体を注入し、気体を注入された液体が圧送されることによる加圧で液体に気体を溶解し、気体が溶解された液体を流路断面積が徐々に小さくなるようにして送りながらその圧力を順次大気圧まで減圧することにより、気泡の発生のない気体溶解液を連続的に生成することを特徴とする気体溶解液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体を高濃度で溶解した気体溶解液を得るために用いられる気体溶解装置及び気体溶解液の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸素、オゾン、二酸化炭素、アルゴン等の気体を水などの液体に高濃度に溶解させた気体溶解液は、各種の分野に利用されている。例えば、環境分野では、池や貯水池等の閉鎖水域の浄化、下水処理、土壌浄化、産業排水浄化などに、農林水産分野では、溶液栽培、農業水、農業廃水処理などに、食品分野では、食品加工水、食品洗浄水、腐敗防止などに、製造産業分野では、部品洗浄などに、家庭用では酸素水として飲料、美容用などに利用されている。
【０００３】
このような気体を高濃度に溶解した気体溶解液を製造する気体溶解装置としては、密閉タンクに液体と気体を供給し、密閉タンク内に設けた邪魔板に液体を衝突させて、液体の飛沫を多量に発生させることによって、液体の飛沫に気体を溶解させるようにしたもの（特許文献１参照）、密閉タンクに液体と気体を供給し、密閉タンクを複数の室に分割して、各室の圧力差を用いて液体を他の室に噴出させることによって、噴出した液体の飛沫に気体を溶解させるようにしたもの（特許文献２参照）、などが提案されている。
【０００４】
しかし、上記の特許文献１，２のものでは、液体の飛沫に気体を接触させることによって、気体を溶解させるようにしているために、大きな密閉タンクを必要とし、装置が大掛かりなものになるという問題があり、また気体の溶解効率も悪いという問題があった。さらに、気体を高濃度で溶解させた気体溶解液を密閉タンクから取り出す際に、圧力の急激な低下で液体中に気泡が発生し、気体溶解量が減少したりキャビテーションが生じたりするおそれがあるという問題もあった。
【０００５】
また特許文献３には、酸素を含有する気体と液体とを加圧下において混合し、液体中に気体を溶解させて高濃度酸素の気泡水を生成する気体溶解装置が提案されており、またこの気体溶解装置から供給される気泡水を、植物の栽培を行なう培地や土壌に供給することによって、高酸素濃度の水で、酸欠状態を起こすことなく多数の植物を栽培することができるようにした植物栽培装置が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献３の気体溶解装置にあっても、上記と同様に高酸素濃度の気泡水を供給する際に、圧力の急激な低下で液体中に気泡が発生し、酸素溶解量が減少することになるという問題がある。また気体溶解装置から培地や土壌に高酸素濃度の気泡水を供給するにあたって、このように発生した気泡が水路に付着したり、さらに植物の根に気泡が付着したりして、多数の植物の全体に酸素を行き渡らせることが難しいという問題もある。
【０００７】
一方、気体を高濃度で溶解させた気体溶解液を、液体中に気泡が発生しない状態で吐出することができるようにした技術も提案されている。
【０００８】
例えば特許文献４では、水などの溶媒にオゾンを混合して加圧することによって溶解させた後、オゾン溶解液を細路に層流状態で通して減圧することによって、オゾンの気泡が発生しない状態でオゾン溶解液を吐出させるようにしている。しかし特許文献４においてこの細路は、直径０．５ｍｍ程度の細管の集合体からなるものであり、異物の混入によって細路に詰まりが発生し易く、廃水処理や水浄化などの用途に使用することはできないものであって、用途が限定されるという問題があった。
【０００９】
また特許文献５では、廃水中に処理ガスを溶存させたガス富化流体を、複数の流体通路を有するノズルを通して減圧することによって、気泡が発生しない状態でガス富化流体を吐出させるようにしている。しかし特許文献５において流体通路は、内径約１５０乃至４５０μｍの毛細管などからなるものであり、上記と同様に異物の混入によって流体通路に詰りが発生し易いという問題があった。
【００１０】
また特許文献６は、液体を圧縮してキャビテーション核を除去した後に、液体とガスを圧縮してガス過飽和液体を形成し、ガス過飽和液体を送出系統を通して噴射させるようにしたものであり、キャビテーション核を除去しておくことによって、気泡が発生しない状態でガス過飽和液体を送出系統を通して噴射できるようにしたものである。しかし特許文献６では、このように液体を圧縮してキャビテーション核を除去するために、小さな毛管流路を使用するようにしており、上記と同様に異物の混入によって毛管流路に詰りが発生し易いという問題があった。
【特許文献１】特開２００２−３４６３５１号公報
【特許文献２】特開２００３−１９０７５０号公報
【特許文献３】特開２００６−３０４７１４号公報
【特許文献４】特開２０００−３３４２８３号公報
【特許文献５】特表２００４−５０５７５２号公報
【特許文献６】特表平１０−５０７４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、大きなタンクを必要とすることなく効率良く気体を溶解させることができると共に、また異物が混入しても詰まるようなことなく気体溶解液の減圧を行なうことができ、気泡の発生を防止して安定した高濃度の気体溶解液を得ることができる気体溶解装置及び気体溶解液の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に係る気体溶解装置は、液体を圧送する加圧部１と、液体に気体を注入する気体注入部２と、気体が注入された液体が加圧部１で圧送されることによる加圧で液体に気体を溶解させる加圧溶解部３と、加圧溶解部３で気体を溶解させた気体溶解液の圧力を、気体溶解液の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部４とを備え、減圧部４を、流路断面積が徐々に小さくなるように形成された、加圧溶解部３から気体溶解液を送り出す流路６で構成し、加圧部１、気体注入部２、加圧溶解部３の各部を連続的に運転させて、減圧部４に気体溶解液を連続的に供給し、減圧部４の流出側から気泡の発生のない気体溶解液を連続的に吐出させるようにして成ることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明によれば、加圧によって液体に気体を溶解させるため、効率良く気体を溶解させることができると共に、加圧溶解部３を容積の大きなタンクで形成するような必要がなく、装置規模を小さくすることが可能になるものである。また気体を溶解した気体溶解液を減圧部４で減圧するため、気体溶解液に気泡が発生することを防止して安定した高濃度の気体溶解液を得ることができ、キャビテーションが生じることを防ぐことができるものである。そしてこの減圧部４は気体溶解液の圧力を流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するものであるため、細い流路などで形成する必要なく比較的太い流路などで形成することができるものであり、異物が混入しても詰まるようなことなく気体溶解液の減圧を行なうことができるものである。さらにこのような減圧部４を設けることによって、減圧部４を流れる気体溶解液のレイノルズ数が臨界レイノルズ数（Ｒｅ＝２３２０）より小さなレイノズル数である層流状態だけではなく、臨界レイノルズ数より大きなレイノルズ数である乱流状態でも対応することが可能になるものである。
【００１４】
また請求項２の発明は、請求項１において、加圧溶解部３で液体に溶解しない余剰気体を排出する余剰気体排出部５を備えて成ることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明によれば、気体の溶解飽和量以上の溶解できない余剰気体を加圧溶解部３から排出することによって、余剰気体が残留することによる加圧溶解部３内の気体と液体の比率を安定させて圧力変動を防ぐことができ、気体の溶解効率を高く維持することができるものである。
【００１８】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、減圧部４を構成する上記流路６が、さらに流路長さの調整で気体溶解液の圧力を大気圧にまで減圧するように形成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
この発明によれば、加圧溶解部３から気体溶解液を送り出す流路６の流路断面積と流路長によって、気体溶解液の圧力を下げることができ、装置の構造を簡単なものに形成することができるものである。
【００２０】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、減圧部４は、一つの流路で形成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
この発明によれば、複数の流路を設けて減圧部４を形成する場合のような、装置構成が複雑になることがないものである。
【００２２】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、加圧溶解部３から気体溶解液を送り出す流路６の圧力損失とこの流路６に付加した延長流路８の圧力損失の和が、加圧部１で圧送される液体と気体の押し込み圧によって加圧溶解部３内で液体と気体を加圧するのに必要な圧力となるように、流路６に延長流路８を付加して成ることを特徴とするものある。
【００２３】
この発明によれば、流路６に延長流路８を付加することによって、絞り弁を用いる必要なく、加圧部１からの押し込み圧で加圧溶解部３内の圧力を確保することができ、この圧力で液体に気体を溶解させることができるものである。
【００２４】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、加圧溶解部３から気体溶解液を送り出す流路６に、気体溶解液中の気体を微細気泡として発生させるための微細気泡抽出流路９を設けて成ることを特徴とするものである。
【００２５】
この発明によれば、気体を高濃度に溶解した気体溶解液を取り出す他に、気体溶解液から微細気泡を発生させるようにすることもできるものである。
【００２６】
また請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかにおいて、気体注入部２に余剰気体排出部５を連結部１０で連結して成ることを特徴とするものである。
【００２７】
この発明によれば、加圧溶解部３で液体に溶解しない余剰気体を気体注入部２で再度液体に混合することができ、余剰気体を大気に放出して捨てる必要がなくなるものである。
【００２８】
また請求項８の発明は、加圧部１を、気体注入部２に水を圧送する水道配管１１で形成して成ることを特徴とするものである。
【００２９】
この発明によれば、所定の圧力で水道水が供給される水道配管１９を利用して気体注入部２に水を圧送することができ、気体注入部２に水を圧送するための動力が不要になるものである。
本発明の請求項９に係る気体溶解液の製造方法は、液体を圧送し、圧送された液体に気体を注入し、気体を注入された液体が圧送されることによる加圧で液体に気体を溶解し、気体が溶解された液体を流路断面積が徐々に小さくなるようにして送りながらその圧力を順次大気圧まで減圧することにより、気泡の発生のない気体溶解液を連続的に生成することを特徴とするものである。
この発明によれば、加圧によって液体に気体を溶解させるため、効率良く気体を溶解させることができると共に、容積の大きなタンクで加圧溶解させるような必要がなく、装置規模を小さくすることが可能になるものである。また気体を溶解した気体溶解液を流路断面積が徐々に小さくなるようにして送りながらその圧力を順次大気圧まで減圧するため、気体溶解液に気泡が発生することを防止して安定した高濃度の気体溶解液を得ることができ、キャビテーションが生じることを防ぐことができるものである。そして気体溶解液の圧力を流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するものであるため、細い流路などで減圧する必要なく比較的太い流路などで減圧することができるものであり、異物が混入しても詰まるようなことなく気体溶解液の減圧を行なうことができるものである。さらにこのような減圧を行うことによって、送られる気体溶解液のレイノルズ数が臨界レイノルズ数（Ｒｅ＝２３２０）より小さなレイノズル数である層流状態だけではなく、臨界レイノルズ数より大きなレイノルズ数である乱流状態でも対応することが可能になるものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、加圧によって液体に気体を溶解させるようにしているので、効率良く気体を溶解させることができると共に、加圧溶解部３を容積の大きなタンクで形成するような必要がなく、装置規模を小さくすることが可能になるものである。また気体を溶解した気体溶解液を減圧部４で減圧するようにしているので、気体溶解液に気泡が発生することを防止して安定した高濃度の気体溶解液を得ることができるものであり、キャビテーションが生じることを防ぐことができるものである。さらに減圧部４は気体溶解液の圧力を流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するものであって、比較的太い流路などで減圧部４を形成することができるものであり、異物が混入しても詰まるようなことなく気体溶解液の減圧を行なうことができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３２】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、加圧溶解部３の流出側と流入側にそれぞれ配管で形成される流路１５，６が接続してある。流入側の流路１５は一端を加圧溶解部３に、他端を水などの液体１６を貯留する液体槽１７に接続してあり、この流路１５の途中に加圧部１が設けてある。加圧部１は、例えば、液体槽１７から液体１６を吸い上げて加圧溶解部３に圧送するポンプ１８などで形成されるものである。
【００３３】
またこの流入側の流路１５に気体注入部２が接続してある。気体注入部２は気体を流路１５に供給して注入するためのものであり、例えば気体として空気を供給する場合には、一端を大気中に開放させた管体の他端を流路１５に接続して気体注入部２を形成するようにしてある。あるいは気体として酸素、オゾン、水素、窒素、二酸化炭素、アルゴン等を供給する場合には、これらの気体を封入したボンベなどを流路１５に接続して気体注入部２を形成するようにしてある。流路１５への気体注入部２の接続位置は、加圧溶解部３より上流側の位置であればよく、図１のように加圧部１より上流側の流路１５に接続するようにしても、あるいは加圧部１より下流側の流路１５に接続するようにしてもいずれでもよい。
【００３４】
一方、流出側の流路６は一端を加圧溶解部３に接続し、他端は気体溶解液回収槽（図示省略）などに接続して、大気に開放してある。またこの流路６には減圧部４が設けてある。さらに、加圧溶解部３には余剰気体排出部５が設けてある。余剰気体排出部５は、例えば、一端を大気に開放した管体を、加圧溶解部３内の気圧が所定の圧力以上になると開口するガス抜き弁などを介して加圧溶解部３に接続することによって、形成してある。
【００３５】
上記のように形成される気体溶解装置にあって、ポンプ１８で形成される加圧部１を作動させ、液体槽１７から液体を吸い上げ、流路１５を通して加圧溶解部３へ液体を圧送して供給する。このように流路１５内を液体が流れる際に、気体注入部２から気体が流路１５内に吸引されて液体に気体が注入される。そしてこのように気体が注入された液体を加圧部１で加圧溶解部３へ圧送して送り込むことによって、この圧送による押し込み力で加圧溶解部３内において液体と気体に圧力が加わって高圧になる。このように加圧溶解部３内で液体と気体を加圧することによって、液体に気体を効率高く飽和量以上に溶解させることができ、液体に気体が高濃度で溶解した気体溶解液を得ることができるものである。図１０は本発明の気体溶解装置を用いて、０．５ＭＰａの圧力で空気を水に溶解させる場合の、水温と溶存酸素濃度（ＤＯ）との関係を示すグラフである。このグラフにみられるように、水温２７℃の水に空気を混合して加圧溶解部３内で０．５ＭＰａの圧力を加圧すると、溶存酸素濃度３５ｍｇ／Ｌの高濃度酸素溶解水を造ることができるものである。
【００３６】
また、上記のように加圧溶解部３内において液体と気体を加圧して強制的に効率良く溶解させ、高濃度で気体が溶解した気体溶解液を短時間で生成することができるため、加圧溶解部３内で生成された気体溶解液を流路６を通して送り出しながら、加圧溶解部３内で液体に気体を溶解させるようにすることができるものである。従って、加圧溶解部３をタンクのような容積の大きなもので形成する必要がなくなるものであり、装置規模を小さくして装置のコストを低減することが可能になるものである。
【００３７】
ここで、気体の全量が液体に溶解しないと、加圧溶解部３内で液体に溶解しない余剰気体が生じるが、加圧溶解部３に余剰気体排出部５を設け、気体の溶解飽和量以上の溶解できない余剰気体を加圧溶解部３から排出することによって、余剰気体が残留することによる加圧溶解部３内の気体と液体の比率を安定させて圧力変動を防ぐことができ、気体の溶解効率を高く維持することができるものである。
【００３８】
そして、上記のように加圧溶解部３で生成された気体溶解液は、流路６を通して送り出されるが、加圧溶解部３内で気体溶解液は高圧に加圧された状態にあるので、そのまま大気圧下にある外部に排出されると、急激な圧力低下によって、気体溶解液中に気泡が発生するおそれがあり、気体溶解量が減少し、またキャビテーションが発生することがある。このために本発明では、流路６に減圧部４を設け、加圧溶解部３内で加圧された状態の気体溶解液を流路６を通して送り出す際に、減圧部４で大気圧まで気泡を発生させることなく減圧をした後に吐出するようにしてある。
【００３９】
ここで、加圧溶解部３内で生成されるのと同じ濃度の気体溶解液について、加圧溶解部３内で加圧されている圧力と同じ圧力から大気圧まで減圧する際に、気泡が発生しない減圧度を、予め計算や測定で求めておき、減圧部４をこの予め求めた減圧度で、気体溶解液が流入側する側から流出側に向かって、気体溶解液の圧力を段階的に、あるいは連続的に、徐々に大気圧まで減圧できるように設定してある。従って、加圧溶解部３内で加圧された気体溶解液を、減圧部４において気泡が発生しない減圧度で徐々に大気圧まで減圧した後に、流路６の先端から吐出することによって、気体溶解液に気泡が発生することなく気体溶解液を吐出することができるものであり、加圧溶解部３で飽和量以上に気体が溶解された気体溶解液を、安定した高濃度の状態のまま取り出して利用することが可能になるものである。
【００４０】
図２は、減圧部４の参考例の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６に、液体の流れ方向に沿って複数の圧力調整弁７（７ａ，７ｂ，７ｃ）を設けることによって、減圧部４を形成するようにしてある。このように減圧部４を複数の圧力調整弁７を備えて形成することによって、気泡が発生しない減圧度で気体溶解液の圧力を段階的に徐々に下げることができるものである。
【００４１】
各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃは、気体溶解液に気泡発生が生じない減圧度で減圧するように設定されているものであり、この減圧度は予め計算や測定で求めた数値に設定されるものである。例えば、加圧溶解部３から流路６に送り出された気体溶解液の加圧圧力が０．５ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．１２ＭＰａであると測定によって判明しているとすると、圧力調整弁７ａで気体溶解液の圧力を０．１２ＭＰａ減圧して、０．３８ＭＰａに落とす。また気体溶解液の加圧圧力が０．３８ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．１６ＭＰａであると測定によって判明しているとすると、次の圧力調整弁７ｂで気体溶解液の圧力を０．１６ＭＰａ減圧して、０．２２ＭＰａに落とす。さらに気体溶解液の加圧圧力が０．２２ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．２２ＭＰａ以上であると測定によって判明しているとすると、次の圧力調整弁７ｃで気体溶解液の圧力を０．２２ＭＰａ減圧して、加圧圧力を０ＭＰａに落とし、大気圧まで減圧することができるものである。尚、圧力調整弁７による減圧量は、液体の種類、温度、気体の種類、溶解濃度、加圧溶解部３内の圧力、流路６の径などに応じて変動するものであり、装置毎に、計算や測定をして、適宜設定されるものである。
【００４２】
ここで、上記の図１や図２の形態では、加圧部１をポンプ１８で形成し、加圧溶解部３をタンクほどの大きな容積は必要ではないにしても一定の容積を有する容器で形成したが、図３に示すように、加圧部１を所定の水圧で水が供給される水道配管１９で形成することもできる。このように水道配管１９は所定の水圧で水を供給するので、水を加圧溶解部３に送り込むことによる押し込み圧で、加圧溶解部３内を加圧することができるものである。また、水道配管１９の蛇口などを流路６に接続すると、水道配管１９から水を流路６に送り込むことによる押し込み圧で、流路６内を加圧することができるものであり、流路６自体で加圧溶解部３を形成するようにすることもできる。
【００４３】
図３は、水道配管１９で加圧部１を形成し、水道配管１９に接続される流路６で加圧溶解部３を形成するようにした参考例を示すものであり、流路６のうち、流路６に接続した気体注入部２と、流路６に設けた圧力調整弁７からなる減圧部４との間の部分が、加圧溶解部３となるものである。流路６で形成される加圧溶解部３には、必要に応じて余剰気体排出部５を設ければよい。従ってこのものでは、ポンプ１８などの動力が不要になり、また容器などを用いて加圧溶解部３を形成する必要もなくなるので、装置の製造コストを一層低減することができるものである。
【００４４】
図４は、減圧部４の具体的な実施の形態の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６を流路断面積が異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを備えて形成し、この流路断面積の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃで減圧部４が形成されるようにしてある。
【００４５】
図４（ａ）の実施の形態では、流路断面積が異なる、つまり内径の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体に連ねるようにしてあり、気体溶解液の流れの上流側から下流側へと、徐々に管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの径が小さくなるようにしてある。また図４（ｂ）の実施の形態では、内径の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃをレジューサ２１を介して接続して連ねるようにしてあり、気体溶解液の流れの上流側から下流側へと、徐々に管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの径が小さくなるようにしてある。さらに図４（ｃ）の実施の形態では、気体溶解液の流れの上流側から下流側へと連続的に径が小さくなる管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体に連ねるようにしてある。
【００４６】
この図４のものにあって、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの内径はφｄ１＞φｄ２＞φｄ３であるので、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の気体溶解液の流速はＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３となり、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の気体溶解液の圧力はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３となる。従って、加圧溶解部３から送り出される気体溶解液の圧力Ｐ１を気泡が発生しない減圧度で、図４（ａ）（ｂ）のものでは段階的に減圧して、また図４（ｃ）のものでは連続的に減圧して、Ｐ３の大気圧まで徐々に下げることができるものである。
【００４７】
図５は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６を通して気体溶解液を排出する際に、流路６内を気体溶解液が流れる際の圧力損失によって、気体溶解液に気泡が発生しない減圧速度で気体溶解液の圧力を徐々に連続的に低下させ、気体溶解液の圧力を大気圧にまで低下させるようにしてある。従って図５の実施の形態では、加圧溶解部３内での圧力がＰ１の気体溶解液を、流路６内を通過させる際にＰ２〜Ｐｎ−１へと、気体溶解液に気泡が発生しない減圧速度で徐々に連続的に圧力を低下させ（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐｎ−１）、流路６の終端では気体溶解液の圧力Ｐｎが大気圧にまで低下するように、流路６の流路断面積と管路長Ｌを設定するようにしてあり、このような流路断面積と管路長さＬを有する流路６によって減圧部４が形成されるものである。
【００４８】
参考例として減圧部４の流路断面積が一定のものの場合、この管路長さＬは、次の式から設定することができる。すなわち、
流体の関係式Ｐ＝λ・（Ｌ／ｄ）・（ｖ２／２ｇ）
［Ｐは加圧溶解部３内の圧力、λは管摩擦係数、ｄは内径、ｖは流速、ｇは加速度]
から、Ｌ＝（Ｐ・ｄ・２ｇ）／（λ・ｖ２）を導くことができ、この式から計算して流路６の管路長さＬを求めることができるものである。このように、流路６の管路長さＬを所定長さに形成するだけで減圧部４を形成することができるものであり、気体溶解装置の構造をより簡単なものに形成することができるものである。
【００４９】
上記のように本発明では加圧部１によって液体と気体を加圧溶解部３に圧送し、この際の押し込み圧によって加圧溶解部３内で液体と気体を加圧して気体を溶解させるようにしているが、この押し込み圧を受けて加圧溶解部３内に必要な圧力が発生するようにする必要がある。このように加圧部１からの押し込み圧を受ける圧力を確保するために、加圧溶解部３の流出側の流路６に絞り弁などの絞り部を設けることが考えられるが、このように絞り部を流路６に設けると、加圧溶解部３で生成された気体溶解液を流路６に送り出して排出する際に、絞り部の前後で大きな圧力差が生じ、気体溶解液が急激に減圧されることになり、気体溶解液に気泡が発生するおそれがある。
【００５０】
そこで図６の実施の形態では、流路６の圧力損失を利用して、流路６に絞り部を設ける必要なく、押し込み圧を受ける圧力を確保するようにしている。このとき、上記各実施形態の流路６の長さでは、流路６の圧力損失で押し込み圧を受ける圧力を確保することは難しいので、流路６の加圧溶解部３と反対側の端部に延長流路８を付加するようにしてある。すなわち、流路６の減圧部４も含めた全体の圧力損失を算出し、加圧部１からの押し込み圧によって加圧溶解部３内で液体と気体を加圧するのに必要な圧力と、この流路６の圧力損失との差を算出し、さらにこの差の圧力損失が生じる管路の長さを上記の式から算出して、この管路長さの延長流路８を流路６に付加するようにしてある。このように、流路６の圧力損失と延長流路８の圧力損失の和が、加圧部１で圧送される液体と気体の押し込み圧によって加圧溶解部３内で液体と気体を加圧するのに必要な圧力となるように、流路６に延長流路８を付加することによって、絞り弁などの絞り部を用いる必要なく、加圧部１からの押し込み圧で加圧溶解部３内の加圧力を確保して、液体に気体を溶解させることができるものである。
【００５１】
図７は本発明の気体溶解装置の具体的な一例を示すものであり、液体槽１７から供給される水は流路１５に導入口３０から導入される。流路１５には空気が導入される気体注入部２が接続してあり、空気が注入された水はポンプで形成される加圧部１によって、小容量のタンクで形成される加圧溶解部３に圧送される。このように空気が注入された水が加圧溶解部３に圧送されることによって、加圧溶解部３内で水に空気が溶解された気体溶解液が生成される。そしてこの気体溶解液は加圧溶解部３から流路６に送り出され、流路６の先端の吐出口３１から吐出される。この流路６には減圧部４が設けてあり、加圧溶解部３から送り出された気体溶解液は大気圧まで減圧された後に吐出口３１から吐出され、気泡が発生しない状態で気体溶解液を吐出することができる。図７の実施の形態では、減圧部４は、図４（ａ）の内径が異なる管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを連ねたもので形成してある。
【００５２】
この気体溶解装置にあって、ポンプで形成される加圧部１を連続運転することによって、気体注入部２、加圧溶解部３を連続的に運転させて、減圧部４に気体溶解液を連続的に供給するようにすることができるものであり、減圧部４の流出側である吐出口３１から気泡の発生のない気体溶解液を連続的に吐出させることができるものである。
【００５３】
また、減圧部４は加圧溶解部３から気体溶解液を送り出す流路６の一部として設けられており、そしてこの減圧部４は気体溶解液の圧力を流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するものであるため、減圧部４を例えば内径２〜５０ｍｍ程度の比較的大きい流路として形成することができるものであり、異物が混入しても減圧部４内が詰まるようなことがないものである。さらにこのような構成の減圧部４を設けることによって、減圧部４を流れる気体溶解液のレイノルズ数が臨界レイノルズ数（Ｒｅ＝２３２０）より小さなレイノズル数である層流状態だけではなく、臨界レイノルズ数より大きなレイノルズ数である乱流状態でも対応することが可能になるものである。
【００５４】
さらに、減圧部４をこのように内径の大きな流路として形成することによって、気体溶解液の供給量を多くすることができ、減圧部４を一つの流路のみで形成することが可能になるものであり、装置構成を簡単なものに形成することができるものである。
【００５５】
図８は本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、加圧溶解部３の流出側に接続される流路６に分岐接続して、微細気泡抽出流路９が設けてある。図８（ａ）に示すように、微細気泡抽出流路９は加圧溶解部３と減圧部４との間の箇所において、あるいは減圧部４より下流側の箇所において、切り替え弁２２を介して流路６に分岐接続されるものである。また微細気泡抽出流路９の先端には図８（ｂ）に示すような微細気泡発生ノズル２３が設けてある。微細気泡発生ノズル２３は吐出口に多数の微細穴２４を設けて形成してある。
【００５６】
このものにあって、加圧溶解部３で生成された気体溶解液は、流路６を通して取り出して使用することができる他に、切り替え弁２２を切り替えて気体溶解液を流路６から微細気泡抽出流路９に送り出し、微細気泡発生ノズル２３から吐出させることによって、微細気泡を含む微細気泡含有液を得ることができるものであり、一台の装置で、気体溶解液と微細気泡含有液の二種類の液を造ることができるものである。
【００５７】
図９は本発明の他の実施の形態を示すものであり、加圧溶解部３の余剰気体排出部５を気体注入部２に連結部１０で連結するようにしてある。このように余剰気体排出部５を気体注入部２に接続することによって、加圧溶解部３で液体に溶解しなかった余剰気体を気体注入部２に返送して、再度液体に溶解させるようにすることができるものである。従って、加圧溶解部３で液体に溶解しなかった気体を捨てることなく有効利用することができるものであり、またオゾンなどの有害気体が外部に排出されて環境が汚染されることを防ぐことができるものである。
【００５８】
上記のように形成される本発明の気体溶解装置は、酸素やオゾンなどの気体を高濃度で溶解した気体溶解液を生成して供給することができるので、環境分野、製造・産業分野、農林水産分野、家庭用分野、医療分野や、その他の各種の分野において使用することができるものである。
【００５９】
例えば環境分野では、海、河川、湖、池、ダム湖等の閉鎖水域に、酸素が高濃度で溶解した気体溶解液を供給することによって、溶存酸素量を高めて水浄化を行なうことができるものであり、同様に浄化槽、下水道施設、し尿処理施設において、酸素供給に利用することができる。また土壌への酸素供給によって有害物質や油汚染等を処理することができる。
【００６０】
製造・産業分野では、工場排水処理施設に、酸素が高濃度で溶解した気体溶解液を供給することによって、溶存酸素の向上による排水処理を行なうことができ、あるいはオゾンが高濃度で溶解した気体溶解液を供給することによって、排水をオゾン処理することができる。また食品工場での発酵食品の発酵と培養促進のための、酸素供給に利用することができる。また業務用浴場、プール、水族館等の循環水ろ過システムへの酸素やオゾンの供給に利用することができ、工場の塗装工程循環水、工場の洗浄工程循環水、冷却循環水への酸素やオゾン供給による浄化に利用することができる。さらに本発明の気体溶解装置を、工場等で発生した有毒ガスを水に高濃度で溶解させて処理する装置として利用することもできる。
【００６１】
農林水産分野では、農業排水、水産排水、畜産排水に酸素が高濃度で溶解した気体溶解液を供給することによって、溶存酸素向上による水浄化や汚物の浮上分離に利用することができる。また酸素が高濃度で溶解した気体溶解液を農業用水や水産用水として用いることによって、植物の発芽促進や成長促進、魚介類の成長促進を図ることができる。さらに生簀に高濃度で溶解した気体溶解液を供給することによって、活魚輸送などの際の酸素供給を行なうことができる。
【００６２】
家庭用分野では、生活排水の浄化槽などに酸素が高濃度で溶解した気体溶解液を供給することによって、溶存酸素の向上による排水処理を効率良く行なうことができる。また二酸化炭素が高濃度で溶解した気体溶解液を浴槽に供給することによって、炭酸ガス風呂を形成することができる。
【００６３】
医療分野では、酸素が高濃度で溶解した気体溶解液や、二酸化炭素が高濃度で溶解した気体溶解液を、飲料用、癌治療用、結石破壊用などに利用することができる。
【００６４】
その他の分野では、飲料用の酸素水製造装置、飲料用の炭酸水製造装置として本発明の気体溶解装置を利用することができる。さらに殺菌用、脱色用、脱臭用、有機物分解用など多分野で使用されるオゾン水製造装置として本発明の気体溶解装置を利用することができる。
【００６５】
本発明に係る気体溶解装置を、上記の各分野のうち農林水産分野において、植物の栽培に利用した植物栽培装置について説明する。植物栽培装置は、気体溶解装置で生成される酸素が高濃度で溶解した気体溶解液を農業用水として植物に供給するようにしたものであり、植物に多量の酸素を供給することができ、植物の生育や発芽を促進することができると共に、密生状態でも酸欠状態が生じることなく植物を栽培することができるものである。
【００６６】
図１１は植物栽培装置の実施の形態を示すものであり、減圧部４を有する本発明の気体溶解装置Ａと、植物３５を栽培する栽培容器３６とを備え、減圧部４の流出側から吐出される気泡の発生のない気体溶解液を栽培容器３６に供給するようにしたものである。気体溶解装置Ａは上記の図１乃至図７、図９と同様に形成されるものである。
【００６７】
図１１（ａ）は水耕栽培用の植物栽培装置を示すものであり、栽培容器３６として水耕栽培槽３７を用い、水耕栽培槽３７内の水面付近に配置した複数の定植パネル３８に植物３５が植えてある。気体溶解装置Ａの流出側の流路６は水耕栽培槽３７の一端部に接続してある。また気体溶解装置Ａの流入側の流路１５が接続される液体槽１７と水耕栽培槽３７の他端部の間には返送流路３９が接続してある。液体槽１７には水耕栽培用の液体が貯留してあり、この液体としては例えば肥料成分を含有する水を用いることができる。
【００６８】
この植物栽培装置にあって、気体溶解装置Ａの加圧部１を作動させ、液体槽１７から液体を吸い上げて加圧溶解部３へ液体を圧送して供給すると共に、気体注入部２から空気など酸素を含む気体を注入することによって、加圧溶解部３内で液体に酸素が高濃度で溶解した気体溶解液を得ることができる。そして加圧溶解部３で生成された気体溶解液は、減圧部４で大気圧まで減圧された後に流路６を通して水耕栽培槽３７に送り出されるものである。このように気体溶解装置Ａで生成された酸素が高濃度に溶解した気体溶解液を水耕栽培槽３７に供給することによって、定植パネル３８に植えた植物３５の根に多量の酸素を供給することができるものであり、植物３５の発育を促進することができると共に、多数の植物３５を密生して植えていても酸素欠乏状態になることがなく、植物３５の栽培効率を高めることができるものである。水耕栽培槽３７に供給された気体溶解液は、返送流路３９を通して液体槽１７に返送され、循環して繰り返して使用される。
【００６９】
ここで、気体溶解装置Ａで生成された気体溶解液は減圧部４で大気圧に減圧された後に、流路６を通して水耕栽培槽３７に供給されるので、気体溶解液から気泡が発生することを防ぐことができ、酸素が気泡として抜けて気体溶解液の酸素濃度が低下することを防止することができるものであり、植物３５への酸素の供給の効率を高めることができるものである。またこのように気体溶解液から気泡が発生することを防ぐことができるので、気体溶解装置Ａから水耕栽培槽３７までの間の水路に気泡が付着したり、植物３５の根に気泡が付着したりすることがなくなり、植物３５の全体に酸素が行き渡らなくなるということもなくなるものである。
【００７０】
図１１（ｂ）は液肥栽培用の植物栽培装置を示すものであり、栽培容器３６として土壌などの培地４１を収容した栽培鉢４２を用い、栽培鉢４２の培地４１に植物３５が植えてある。気体溶解装置Ａの流出側の流路６には栽培鉢４２の培地４１に気体溶解液を滴下して供給する供給流路４３が接続してある。図の実施の形態では、複数の栽培鉢４２を用い、各栽培鉢４２に個別に気体溶解液を滴下などして供給するように、複数の供給流路４３を流路６に分岐して設けるようにしてある。また気体溶解装置Ａの流入側の流路１５が接続される液体槽１７には液肥栽培用の液体が貯留してあり、この液体としては例えば肥料を水に溶解した肥料液を用いることができる。
【００７１】
この植物栽培装置にあって、気体溶解装置Ａの加圧部１を作動させ、液体槽１７から肥料液を吸い上げて加圧溶解部３へ液体を圧送して供給すると共に、気体注入部２から空気など酸素を含む気体を注入することによって、加圧溶解部３内で肥料液に酸素が高濃度で溶解した気体溶解液を得ることができる。そして加圧溶解部３で生成された気体溶解液は、減圧部４で大気圧まで減圧された後に流路６を通して供給流路４３の先端から各栽培鉢４２の培地４１に滴下などして供給される。このように気体溶解装置Ａで生成された酸素が高濃度に溶解した気体溶解液からなる肥料液を栽培鉢４２の培地４１に供給することによって、培地４１に植えた植物３５の根に肥料と共に多量の酸素を供給することができるものであり、植物３５の発育を促進することができると共に、植物３５を密生して植えていても酸素欠乏状態になることがなく、植物３５の栽培効率を高めることができるものである。
【００７２】
このものにあっても、気体溶解装置Ａで生成された気体溶解液は減圧部４で大気圧に減圧された後に、流路６を通して栽培鉢４２に供給されるので、気体溶解液から気泡が発生することを防ぐことができ、酸素が気泡として抜けて気体溶解液の酸素濃度が低下することを防止することができるものであり、植物３５への酸素の供給の効率を高めることができるものである。またこのように気体溶解液から気泡が発生することを防ぐことができるので、気体溶解装置Ａから栽培鉢４２までの間の水路の途中に気泡が付着し、気体溶解装置Ａから遠い栽培鉢４２にまで酸素が行き渡らなくなるということもなくなるものである。
【００７３】
また、気体溶解装置で生成される高酸素濃度の気体溶解液を植物に供給する植物栽培装置としては、上記のような水耕栽培用や液肥栽培用に限られるものではなく、例えば、高酸素濃度の気体溶解液を植物の種子に供給し、種子の発芽を酸素供給によって促進するものに使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】参考例の一例を示す一部の概略図である。
【図３】本発明を説明する参考例を示す一部の概略図である。
【図４】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ一部の概略図である。
【図５】本発明の他の実施の形態の一例を示す一部の概略図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の一例を示す一部の概略図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図８】本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は概略図、（ｂ）は微細気泡発生ノズルの斜視図である。
【図９】本発明の他の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図１０】０．５ＭＰａの圧力で空気を水に溶解させる場合の、水温と溶存酸素濃度（ＤＯ）との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の気体溶解装置を用いた植物栽培装置を示すものであり、（ａ）は水耕栽培用の植物栽培装置の概略図、（ｂ）は液肥栽培用の植物栽培装置の概略図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  加圧部
２  気体注入部
３  加圧溶解部
４  減圧部
５  余剰気体排出部
６  流路
７  圧力調整弁
８  延長流路
９  微細気泡抽出流路
１０  連結部
１９  水道配管
【図１】
0004345823.tif 000002
【図２】
0004345823.tif 000003
【図３】
0004345823.tif 000004
【図４】
0004345823.tif 000005
【図５】
0004345823.tif 000006
【図６】
0004345823.tif 000007
【図７】
0004345823.tif 000008
【図８】
0004345823.tif 000009
【図９】
0004345823.tif 000010
【図１０】
0004345823.tif 000011
【図１１】
0004345823.tif 000012