(57)【要約】【課題】酸素を水中に送り込む最初の段階で効率よく酸素を水に混入させることが可能で、高濃度で酸素を溶存させた酸素水を製造し得る酸素水製造装置の提供を目的とする。【解決手段】水を受け入れるレシーバータンク５１と、レシーバータンクに富酸素ガスを供給するガス供給系５２と、レシーバータンク内に設けられ、ガス供給系に接続されて、供給される富酸素ガスの気泡を噴出する気泡散気手段と、レシーバータンク内に、気泡散気手段を取り囲んで設けられ、内部に気泡を閉じ込めるためのバスケット５４と、バスケット内に始端が配設され、終端５５ｂがレシーバータンクに接続されて、ポンプ５６により、始端から水と気泡の混合流体を吸引し、終端へ移送してレシーバータンクに戻す循環系５５と、循環系に介設され、酸素水を生成するために、移送される混合流体の水および気泡を微細化処理する微細化手段５７とを備えた。【選択図】図１
0003133304.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
水を受け入れるレシーバータンクと、該レシーバータンクに富酸素ガスを供給するガス供給系と、上記レシーバータンク内に設けられ、上記ガス供給系に接続されて、供給される富酸素ガスの気泡を噴出する気泡散気手段と、上記レシーバータンク内に、上記気泡散気手段を取り囲んで設けられ、内部に気泡を閉じ込めるためのバスケットと、該バスケット内に始端が配設され、終端が上記レシーバータンクに接続されて、ポンプにより、始端から水と気泡の混合流体を吸引し、終端へ移送して該レシーバータンクに戻す循環系と、該循環系に介設され、酸素水を生成するために、移送される混合流体の水および気泡を微細化処理する微細化手段とを備えたことを特徴とする酸素水製造装置。
【請求項２】
前記微細化手段は、混合流体の水および気泡を破砕して微細化する機械装置部を備えることを特徴とする請求項１に記載の酸素水製造装置。
【請求項３】
前記微細化手段は、混合流体の水および気泡に磁気を作用させて微細化する磁気印加部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の酸素水製造装置。
【請求項４】
混合流体の流れ方向に沿って順次、前記機械装置部および前記磁気印加部が配設されることを特徴とする請求項３に記載の酸素水製造装置。
【請求項５】
前記循環系には、生成された酸素水を貯留するための貯留設備が接続されることを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載の酸素水製造装置。
【請求項６】
前記循環系には、生成された酸素水から純水を作成して貯留するための純水作成設備が接続されることを特徴とする請求項１〜５いずれかの項に記載の酸素水製造装置。
【請求項７】
前記純水作成設備は、酸素水が流通される逆浸透膜を備えることを特徴とする請求項６に記載の酸素水製造装置。
【請求項８】
前記ポンプの運転状態を検出するセンサが設けられることを特徴とする請求項１〜７いずれかの項に記載の酸素水製造装置。
【請求項９】
前記ガス供給系と前記循環系との間には、該循環系に富酸素ガスを補給する補給系が設けられることを特徴とする請求項１〜８いずれかの項に記載の酸素水製造装置。
【請求項１０】
前記補給系には、補給する富酸素ガス量を調整するための調整弁が設けられることを特徴とする請求項９に記載の酸素水製造装置。
【請求項１１】
前記ガス供給系には、オゾン発生器が設けられることを特徴とする請求項１〜１０いずれかの項に記載の酸素水製造装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、酸素を水中に送り込む最初の段階で効率よく酸素を水に混入させることが可能で、高濃度で酸素を溶存させた酸素水を製造し得る酸素水製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素濃度の高い酸素水を生成する装置として、例えば特許文献１が知られている。この特許文献１の「酸素水製造装置」では、溶存酸素濃度が少なくとも２０ｐｐｍ以上の水を生成することを目的として、給水部と採水部とを備え循環ポンプの作動により循環する循環系に、少なくともこの循環系を循環する水を冷却するための冷却部、マグネットを用いたクラスター調整部や多孔質のセラミックケースからなる混合促進部を設けるとともに、空気を透過させることで酸素濃度を高める作用を有する酸素富化部を設けた構成とし、この酸素富化部に空気を透過させて得た酸素濃度の高い空気を前記循環系を循環する水に混入することで、通常の水よりも溶存酸素濃度が高い酸素水を生成するように構成されている。酸素富化部からの空気は、真空ポンプにより循環系を循環する水に押し込まれるようになっている。
【特許文献１】特開２００５−６６３８７号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
背景技術にあっては、酸素富化部からの空気を、真空ポンプのポンプ圧で水に押し込んで混入するだけであることから、水と空気との混合作用が乏しく、そのため、その後のクラスター調整部や混合促進部によっても、酸素を水に効率よく溶存させることができないという課題があった。
【０００４】
本考案は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、酸素を水中に送り込む最初の段階で効率よく酸素を水に混入させることが可能で、高濃度で酸素を溶存させた酸素水を製造し得る酸素水製造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】
【０００５】
本考案にかかる酸素水製造装置は、水を受け入れるレシーバータンクと、該レシーバータンクに富酸素ガスを供給するガス供給系と、上記レシーバータンク内に設けられ、上記ガス供給系に接続されて、供給される富酸素ガスの気泡を噴出する気泡散気手段と、上記レシーバータンク内に、上記気泡散気手段を取り囲んで設けられ、内部に気泡を閉じ込めるためのバスケットと、該バスケット内に始端が配設され、終端が上記レシーバータンクに接続されて、ポンプにより、始端から水と気泡の混合流体を吸引し、終端へ移送して該レシーバータンクに戻す循環系と、該循環系に介設され、酸素水を生成するために、移送される混合流体の水および気泡を微細化処理する微細化手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
前記微細化手段は、混合流体の水および気泡を破砕して微細化する機械装置部を備えることを特徴とする。
【０００７】
前記微細化手段は、混合流体の水および気泡に磁気を作用させて微細化する磁気印加部を備えることを特徴とする。
【０００８】
混合流体の流れ方向に沿って順次、前記機械装置部および前記磁気印加部が配設されることを特徴とする。
【０００９】
前記循環系には、生成された酸素水を貯留するための貯留設備が接続されることを特徴とする。
【００１０】
前記循環系には、生成された酸素水から純水を作成して貯留するための純水作成設備が接続されることを特徴とする。
【００１１】
前記純水作成設備は、酸素水が流通される逆浸透膜を備えることを特徴とする。
【００１２】
前記ポンプの運転状態を検出するセンサが設けられることを特徴とする。
【００１３】
前記ガス供給系と前記循環系との間には、該循環系に富酸素ガスを補給する補給系が設けられることを特徴とする。
【００１４】
前記補給系には、補給する富酸素ガス量を調整するための調整弁が設けられることを特徴とする。
【００１５】
前記ガス供給系には、オゾン発生器が設けられることを特徴とする。
【考案の効果】
【００１６】
本考案にかかる酸素水製造装置にあっては、酸素を水中に送り込む最初の段階で効率よく酸素を水に混入させることができ、高濃度で酸素を溶存させた酸素水を高効率で製造することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本考案にかかる酸素水製造装置の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１〜図４に示すように、本実施形態にかかる酸素水製造装置５０は基本的には、水を受け入れるレシーバータンク５１と、レシーバータンク５１に富酸素ガスを供給するガス供給系５２と、レシーバータンク５１内に設けられ、ガス供給系５２に接続されて、供給される富酸素ガスの気泡を噴出する気泡散気手段５３と、レシーバータンク５１内に、気泡散気手段５３を取り囲んで設けられ、内部に気泡を閉じ込めるためのバスケット５４と、バスケット５４内に始端５５ａが配設され、終端５５ｂがレシーバータンク５１に接続されて、ポンプ５６により、始端５５ａから水と気泡の混合流体を吸引し、終端５５ｂへ移送してレシーバータンク５１に戻す循環系５５と、循環系５５に介設され、酸素水を生成するために、移送される混合流体の水および気泡を微細化処理する微細化手段５７とを備えて構成される。
【００１８】
酸素水製造装置５０には、水を受け入れて貯水するためのレシーバータンク５１が備えられる。レシーバータンク５１の上部位置には、原水となる水道水や天然水などの水を、レシーバータンク５１内部に供給するための原水供給配管５８が接続される。原水供給配管５８には、レシーバータンク５１への水の供給・停止を制御する原水用開閉弁５９が設けられる。
【００１９】
レシーバータンク５１には、これに富酸素ガスを供給するためのガス供給系５２が接続される。ガス供給系５２は主に、富酸素ガスを生成するためのＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）式の酸素濃縮装置６０と、酸素濃縮装置６０に一端が接続され、他端がレシーバータンク５１内に挿入されて、富酸素ガスが流通されるガス供給配管６１とから構成される。酸素濃縮装置６０は、空気を吸引し、吸引した空気から富酸素ガスを生成して、ガス供給配管６１へと送り出す。ガス供給配管６１は、酸素濃縮装置６０から送り出された富酸素ガスをレシーバータンク５１内へ送り込む。ガス供給配管６１には、レシーバータンク５１への富酸素ガスの供給・停止を制御するガス用開閉弁６２が設けられる。
【００２０】
ガス供給配管６１には必要に応じて、その内部を流通する富酸素ガスの酸素濃度を高めるために、オゾン発生器６３を設けることが望ましい。オゾン発生器６３を設けた場合には、これに富酸素ガスを通すか否かを選択できるように、オゾン発生器６３を迂回するバイパス配管６４を設けることが望ましい。このように構成した場合には、ガス供給配管６１には、オゾン発生器６３の上流側および下流側に、オゾン発生器６３への富酸素ガスの流通を制御するオゾン発生器用開閉弁６５が設けられるとともに、バイパス配管６４には、バイパス配管６４への富酸素ガスの流通を制御するバイパス用開閉弁６６が設けられる。
【００２１】
レシーバタンク５１内には、その底部に配置して、気泡散気手段５３が設けられる。気泡散気手段５３には、これに富酸素ガスを供給するために、ガス供給配管６１の他端が接続される。気泡散気手段５３は、加圧されたガスを小孔から液体中に噴出させることで気泡を生成するもので、散気管や散気用メンブレンの形態でよく知られている。気泡散気手段５３は、供給される富酸素ガスを、レシーバータンク５１内の水中に気泡として噴出させる。
【００２２】
レシーバータンク５１内には、その底部に配置して、籠状や多数の小孔が形成されたボックス状のバスケット５４が設けられる。バスケット５４は、気泡散気手段５３の周りを取り囲んで設けられる。籠状をなす網目や小孔の寸法は、気泡散気手段５３で生成される気泡をバスケット５４内部に閉じ込めて滞留させるために、気泡が多量に漏れ出さない程度、すなわち当該気泡の外径とほぼ同程度か、それよりも小さく設定される。また、バスケット５４の容量は、気泡が大量に漏れ出さないように、ガス供給系５２からの富酸素ガスの供給量に対応させて設定することが望ましい。
【００２３】
レシーバータンク５１にはさらに、内部の水をレシーバータンク５１から抜き出し、再度レシーバータンク５１へ戻すように循環させる循環系５５が接続される。循環系５５は主に、循環系５５の始端５５ａおよび終端５５ｂとなる両端がレシーバータンク５１に接続される循環用配管６７と、循環用配管６７の途中に設けられ、レシーバータンク５１内の水を始端５５ａから吸引して圧送し、終端５５ｂへと移送するポンプ５６、例えばカスケードポンプとから構成される。循環系５５の始端５５ａとなる循環用配管６７の一端は、レシーバータンク５１内に挿入され、バスケット５４の内部に配設される。循環用配管６７の一端は、レシーバータンク５１内の水とともに、気泡散気手段５３から噴出されてバスケット５４内に滞留される気泡を直ちに効率よく吸引させるために、気泡散気手段５３に近接させて配置することが望ましい。循環用配管６７には、水と気泡の混合流体が流通される。循環用配管６７の一端には、異物の流入を防止するために、フィルター６８を装着することが望ましい。
【００２４】
循環系５５の終端５５ｂとなる循環用配管６７の他端は、循環系５５からレシーバータンク５１内に戻った水と気泡の混合流体が直ちに再度循環系５５に送り込まれないようにレシーバータンク５１内に滞留させるために、レシーバータンク５１の上部位置に接続され、混合流体は、バスケット５４から離れたレシーバータンク５１の上部位置から戻されるようになっている。循環用配管６７およびガス供給配管６１それぞれには、フィルター６８および気泡散気手段５３に近接する位置に取り付けて、混合流体および富酸素ガスの逆流を防止する逆止弁６９が設けられる。
【００２５】
循環系５５のポンプ５６の吸い込み側、すなわち混合流体の流れ方向上流側とガス供給系５２との間には、循環系５５を流れる混合流体に富酸素ガスを補給するための補給系７０が設けられる。補給系７０は主に、ガス供給配管６１に一端が接続され、他端が循環用配管６７に接続されて、富酸素ガスが流通される補給用配管７１と、補給用配管７１の途中に設けられ、補給する富酸素ガス量を調整する調整弁７２とから構成される。調整弁７２としては、補給量を加減するために、パルス信号で駆動される電磁弁や比例制御弁を用いることが望ましい。補給用配管７１にはまた、調整弁７２の上流側および下流側に位置させて、補給系７０の使用・停止を制御する補給管路用開閉弁７３が設けられる。
【００２６】
さらに、ポンプ５６の吐出側には、ポンプ５６の運転状態を検出するために、循環用配管６７にセンサ用開閉弁７４を介して、ポンプ５６吐出側の圧力もしくは流量を検出する圧力センサもしくは流量センサなどのセンサ７５が設けられる。センサ７５は、バスケット５４内部で気泡が取り込まれた混合流体を圧送するポンプ運転で発生し得るキャビテーションを検出するようになっている。センサ７５を調整弁７２に接続し、センサ７５の検出値に従って調整弁７２の開度をコントロールすることが好ましい。これにより、富酸素ガスの補給量を適切に制御することが可能となり、水への富酸素ガスの混入量をできる限り増やしつつ、キャビテーション発生を抑制することができる。
【００２７】
循環系５５の循環用配管６７には、ポンプ５６の吐出側、すなわち混合流体の流れ方向下流側に配置して、酸素水を生成するために、圧送される混合流体の水および気泡を微細化処理する微細化手段５７が設けられる。循環用配管６７には、微細化手段５７の下流側に、分岐７６を介して、生成された酸素水を貯留するための貯留設備７７および生成された酸素水から純水を作成して貯留するための純水作成設備７８が接続される。
【００２８】
貯留設備７７は主に、酸素水を貯水する、給水栓７９付きの酸素水タンク８０と、酸素水タンク８０と循環用配管６７との間にこれらを接続して設けられ、酸素水が流通される貯水用配管８１と、貯水用配管８１に設けられ、酸素水の流通・停止を制御する貯水用開閉弁８２とから構成され、貯水用開閉弁８２を開放することで、循環系５５から酸素水タンク８０に酸素水が送り込まれる。純水作成設備７８は主に、純水を貯水する、給水栓８３付きの純水タンク８４と、純水タンク８４と循環用配管６７とを接続する純水用配管８５と、純水用配管８５の途中に設けられ、酸素水から不純物を除去して純水を作成する逆浸透膜８６と、純水用配管８５に、逆浸透膜８６の上流側および下流側に位置させて設けられ、純水の作成を制御するための純水用開閉弁８７とから構成され、純水用開閉弁８７を開放することで、酸素水が循環系５５から逆浸透膜８６に流入されて純水が作成され、作成された純水が純水タンク８４へ送り込まれる。逆浸透膜８６には、不純物を排出するドレンバルブ付きドレン配管８８が設けられる。
【００２９】
循環用配管６７には、これら貯留設備７７および純水作成設備７８の下流側に位置させて、これら貯留設備７７等に酸素水を送り込むときに循環系５５を閉じるためのバッチ操作用開閉弁８９が設けられる。したがって、バッチ操作用開閉弁８９を開放し、貯水用開閉弁８２および純水用開閉弁８７を閉じることにより、混合流体は、循環系５５を介して繰り返し循環される。バッチ操作用開閉弁８９を閉じて、貯水用開閉弁８２を開放することにより、レシーバータンク５１からの混合流体は、酸素水タンク８０へと送り込まれる。さらに、純水用開閉弁８７を開放することにより、混合流体は、逆浸透膜８６を介して純水タンク８４へも送り込まれる。他方、貯水用開閉弁８２を閉じると、混合流体は、純水タンク８４のみに送り込まれる。
【００３０】
次に、微細化手段５７について説明する。微細化手段５７は本実施形態にあっては、混合流体の水および気泡を破砕して微細化する機械装置部１と、混合流体の水および気泡に磁気を作用させて微細化する磁気印加部９０とから構成され、これら機械装置部１および磁気印加部９０により、混合流体から高い酸素濃度の酸素水が生成される。
【００３１】
図３には、機械装置部１の一例が示されている。機械装置部１は基本的には、循環系５５のポンプ５６で圧送される、水および気泡の混合流体を加速させる第１および第２ノズル２，３およびこれらノズル２，３にロータ面４ａ，５ａを向けて配置されて混合流体が衝突される回転自在な第１および第２ロータ４，５を、混合流体の流れ方向に交互に複数設け、ロータ４，５には、ロータ面４ａ，５ａの外周部に位置させて、流通する混合流体でロータ４，５を回転させると同時に、その回転で混合流体の流れにせん断力を作用させて旋回流を生じさせつつ水および気泡を破砕する第１および第２斜方スリット６，７を貫通形成し、複数のノズル２，３は、混合流体の流れ方向に沿って、上流側の第１ノズル２の口径を下流側の第２ノズル３の口径よりも小さく設定し、複数のロータ４，５は、混合流体の流れ方向に沿って、上流側の第１ロータ４の外径寸法を下流側の第２ロータの外径寸法よりも小さく設定し、斜方スリット６，７は、混合流体の流れ方向に沿って、上流側の第１斜方スリット６の大きさを下流側の第２斜方スリット７の大きさよりも小さく設定し、交互に設けたノズル２，３およびロータ４，５の混合流体流れ方向下流側に、旋回流となって流れ込む混合流体が衝突される凹状壁部としての第１凹曲面壁部８を有して、その内部で水と気泡を撹拌混合させる混合チャンバ９を設けて構成される。
【００３２】
本実施形態にあっては、機械装置部１には、混合流体に磁力を作用させる磁化ユニット１０も備えられる。磁化ユニット１０は、混合流体の流れ方向に沿って、交互に設けたノズル２，３およびロータ４，５から混合チャンバ９にわたってこれらを取り囲んで設けられる。
【００３３】
図示例の機械装置部１は、締め緩め自在なネジによって順次結合される５つの管状ユニット１１〜１５を備えて構成される。第１管状ユニット１１は、電磁波等の進入を抑制するために非磁性材料で形成される。第１管状ユニット１１には、これに形成される環状仕切り壁１６で区分けして、混合流体の流れ方向に沿って順次、流入側開口部１７を一端に有する中空室１８と、第２管状ユニット１２が装着される第１凹部１９とが形成される。中空室１８には、環状仕切り壁１６の内周に流出口部２０ａを螺着して、異物を除去するストレーナ２０が収容される。中空室１８の流入側開口部１７には、圧送される混合流体を中空室１８に流入させるための流入孔２１ａを有する入口側ブッシング２１が螺着される。ポンプ５６から入口側ブッシング２１の流入孔２１ａを介して第１管状ユニット１１に流入した混合流体は、ストレーナ２０で異物が除去された後、その流出口部２０ａから第１凹部１９側へと流入するようになっている。
【００３４】
第２管状ユニット１２には、両端に凸部１２ａ，１２ｂが形成される。第２管状ユニット１２の一方の凸部１２ａは、第１管状ユニット１１の第１凹部１９に螺着される。またこの一方の凸部１２ａには、ストレーナ２０の流出口部２０ａ内に挿入される突起１２ｃが形成される。第２管状ユニット１２には、突起１２ｃを有する一方の凸部１２ａから他方の凸部１２ｂにわたって、混合流体の流れ方向に沿って順次、流入孔２２と、流路断面積が順次狭まる錐体面状流路２３と、これを流通する混合流体の流速を加速させる第１ノズル２と、第１ロータ４を収容する第１ロータ収容室２４とが形成される。流入孔２２は突起１２ｃに形成され、ストレーナ２０の流出口部２０ａに連通される。
【００３５】
錐体面状流路２３は、第２管状ユニット１２に窪ませて形成した錐体状凹部２５内に錐体状のブロック２６を配置することによって、これら間に形成される。ブロック２６は、錐体状凹部２５の内周面に対し、適宜に連結されて支持される。ブロック２６には、流入孔２２と向かい合う壁面２６ａが形成される。錐体面状流路２３は、流路断面積が広い一端が流入孔２２側に連通され、流路断面積が絞られて狭い他端が第１ノズル２と連通される。第１ノズル２は、錐体面状流路２３と第１ロータ収容室２４との間に設けられて、これらを連通させる。第１ロータ収容室２４は、その内径が第１ノズル２の内径よりも大きく形成される。
【００３６】
第１ロータ４は、第１ノズル２にロータ面４ａを向けて、第１ロータ収容室２４内に回転自在に設けられる。第１ロータ４はまた、第１ロータ収容室２４内で混合流体の流れ方向にスライド自在に設けられる。第１ロータ４の外周部には、１８０°間隔で、一対の第１斜方スリット６が形成される。これら第１斜方スリット６は、第１ロータ４をその厚さ方向に斜めに貫通して形成され、それらの斜めの向きは第１ロータ４の周方向に沿って同じ方向に設定される。
【００３７】
ストレーナ２０の流出口部２０ａから流出される混合流体は、第２管状ユニット１２の流入孔２２に流入する。流入孔２２に流入した混合流体は、ブロック２６の壁面２６ａに衝突し、これによって水および気泡が破砕され微細化されて、当該壁面２６ａに沿って広がりながら錐体面状流路２３へと向かって流れる。混合流体の水および気泡はさらに、錐体面状流路２３へと繋がるブロック２６周りでせん断作用を受けて破砕されつつ、錐体面状流路２３へと流れ込む。錐体面状流路２３は上述したように、混合流体の流れ方向に沿って順次流路断面積が狭められるため、混合流体は、その流体圧が再度高められて、第１ノズル２へと流入する。第１ノズル２を流通することで、混合流体はその流速が加速され、第１ロータ収容室２４に向かって噴出される。
【００３８】
第１ロータ収容室２４に噴出した混合流体は、第１ロータ４のロータ面４ａに衝突し、これにより水および気泡は破砕されてさらに微細化され、ロータ面４ａに沿って広がりながら第１斜方スリット６へと流れ込む。混合流体は、第１斜方スリット６に流通することにより、第１ロータ４に一方向の回転力を生じさせてこれを回転させる。同時に、第１ロータ４が回転することで、第１斜方スリット６を通過する混合流体はせん断力の作用を受け、これにより旋回流となって第１ロータ４から流出されつつ、流出する際に当該第１斜方スリット６によって水および気泡が破砕作用を受ける。混合流体の流れが第１ロータ４によって旋回流とされることで、それまで破砕され微細化されてきた水に遠心力が作用し、一旦、水粒子が外側に、気泡が内側となるように分離作用が働く。また、この一方向回転の旋回流は、螺旋様の流れとなる。第１ロータ４は、その表裏に作用する流体圧に応じて第１ロータ収容室２４内をスライドし、表裏両側に発生する流体圧をバランスさせて混合流体の流通性を向上するようになっている。
【００３９】
第３管状ユニット１３には、両端に凹部１３ａ，１３ｂが形成される。第３管状ユニット１３の一方の凹部１３ａには、第２管状ユニット１２の他方の凸部１２ｂが螺着される。他方の凹部１３ｂには、第４管状ユニット１４が螺着される。第３管状ユニット１３には、一方の凹部１３ａから他方の凹部１３ｂにわたって、混合流体の流れ方向に沿って順次、第１ロータ４から流出された混合流体の旋回状態を維持する旋回流室２７と、混合流体の流速を加速させる第２ノズル３が形成される。第１ロータ４から流出された混合流体の旋回流は、旋回流室２７を経過して、第２ノズル３へと流入され、その流速が加速される。第２ノズル３の口径は、第１ノズル２の口径よりも大きく設定される。混合流体の流速が圧損等により順次低下していくことを考慮し、（流速×ノズル口径）で決まる単位時間あたりの流量が一定になるように、流速の減少に対応させてノズル口径が大きく設定される。
【００４０】
第４管状ユニット１４には、両端に凸部１４ａ，１４ｂが形成される。第４管状ユニット１４の一方の凸部１４ａは、第３管状ユニット１３の他方の凹部１３ｂに螺着される。第４管状ユニット１４の他方の凸部１４ｂには、第５管状ユニット１５の一端が螺着される。第４管状ユニット１４には、一方の凸部１４ａから他方の凸部１４ｂにわたって、混合流体の流れ方向に沿って順次、第２ロータ５を収容する第２ロータ収容室２８と、混合チャンバ９を構成する凹状壁部としての第２凹曲面壁部２９と、これら第２凹曲面壁部２９と第２ロータ収容室２８とを連通する噴出口３０とが形成される。第２ロータ収容室２８は、その内径が第２ノズル３の内径よりも大きく形成される。
【００４１】
第２ロータ５は、第１斜方スリット６と同じ向きの一対の第２斜方スリット７を有して、第１ロータ４と同様に構成される。第２ロータ５の外径寸法は、第１ロータ４の外径寸法よりも大きく設定される。同一回転速度であれば、外径寸法の大きな第２ロータ５の最外周部分の周速度は第１ロータ４よりも大きくなり、従って、流速が低下した混合流体であっても、第２斜方スリット７から流出される混合流体を、強い強度の旋回流として流出させることができる。また、第２斜方スリット７の大きさが第１斜方スリット６の大きさよりも大きく形成され、これにより、ノズル口径の設定と同様に、流量の一定化を図ることができる。
【００４２】
第３管状ユニット１３の第２ノズル３から第２ロータ収容室２８に噴出される、混合流体の旋回流は、第２ロータ５のロータ面５ａに衝突し、これにより水および気泡が破砕されてさらなる微細化が進み、ロータ面５ａに沿って広がりながら第２斜方スリット７へと流れ込む。混合流体は、第２斜方スリット７に流通することにより、第２ロータ５に、第１ロータ４と同じ方向の一方向の回転力を生じさせてこれを回転させる。同時に、第２ロータ５が回転することで、第２斜方スリット７を通過する混合流体はせん断力の作用を受け、これにより旋回流がさらに強められて第２ロータ５から流出されつつ、流出する際に当該第２斜方スリット７によって水と気泡が破砕作用を受ける。
【００４３】
混合流体は、第４管状ユニット１４においてさらに微細化が促進され、かつ第１ロータ４よりも大径な第２ロータ５による効果的な遠心力の作用でさらなる旋回流化が確保されて、水粒子と気泡の分離作用も強められる。また、第２斜方スリット７はその向きが第１斜方スリット６と同じ方向であって、螺旋様の旋回流が適切に維持される。第２ロータ５にあっても、その表裏に作用する流体圧に応じて第２ロータ収容室２８内をスライドし、表裏両側に発生する流体圧をバランスさせて混合流体の流通性を向上するようになっている。第２ロータ５を経過した混合流体は、微細化されかつ水粒子が外側で気泡が内側に分離された旋回流として、噴出口３０から噴出される。
【００４４】
第５管状ユニット１５は、凹状壁部としての第１凹曲面壁部８を有する壁体３１を収納する収納室３２を有し、一端が第４管状ユニット１４の他方の凸部１４ｂに螺着されるとともに、他端に流出側開口部３３が形成され、開口部３３には流出孔３４ａを有する出口側ブッシング３４が螺着される。壁体３１は、ボルト３５により第５管状ユニット１５に取り付け固定される。第１凹曲面壁部８は、噴出口３０に向けられて、第２凹曲面壁部２９との間に、球状空間としての混合チャンバ９を区画形成する。混合チャンバ９は、第４管状ユニット１４の他方の凸部１４ｂおよび第５管状ユニット１５の収納室３２内面と、壁体３１との間に形成される隙間を介して、流出孔３４ａと連通される。
【００４５】
混合チャンバ９が球状空間であり、かつ第１凹曲面壁部８と噴出口３０が向かい合う配置であるので、噴出口３０から噴出された混合流体の旋回流は、第１凹曲面壁部８に衝突してさらなる微細化が促進されるとともに、衝突した混合流体は、そのまま混合チャンバ９から流出することなく、第１凹曲面壁部８の形状によって、第２凹曲面壁部２９との間の球状空間である混合チャンバ９内方へと押し返され取り込まれて相当の滞留時間滞留されるともに、この混合チャンバ９内での滞留中に、順次噴出口３０から噴出される混合流体の一方向回転の旋回流によって繰り返し撹拌され、そしてこの一方向回転の旋回流による撹拌作用であることから、分子クラスターが微細化された混合流体の水および気泡は凝集などを生じることなく微細化状態が適切に保たれ、この撹拌作用によって、それまで分離状態で流通されてきた微細化状態の水粒子と気泡が当該混合チャンバ９内で一気に効率よく混合されて、これにより、きわめて良好に水に富酸素ガスを溶存させた酸素水が生成される。
【００４６】
このようにして生成された酸素水は、混合チャンバ９から流出孔３４ａを介してレシーバータンク５１へ向かって循環系５５に流出される。レシーバータンク５１からポンプ５６により送り込まれる水に気泡を含ませた混合流体は、水粒子や気泡の粒が大小さまざまで、また凝集していたり、分子結合状態もバラバラであって、均質性のないものであるが、管状ユニット１１〜１５で処理することにより、ナノオーダーに微細化されて分子結合状態も揃い、凝集状態もなくなって、均質で安定性のある酸素水にすることができる。
【００４７】
さらに、混合流体の水および気泡に磁力を作用させて微細化する磁化ユニット１０が設けられる。図示例の機械装置部１にあっては、磁化ユニット１０は環状に形成され、管状ユニット１１〜１５の外側にこれらを取り囲んで設けられる。磁化ユニット１０は、上下２つの磁石４１のＮ極を向かい合わせ、左右２つの磁石４１のＳ極を向かい合わせる配置で、背に磁性板４２が取り付けられた４つの磁石４１により管状ユニット１１〜１５を取り囲むようになっている。そしてこの４つの磁石４１の組が機械装置部１の第１〜第５管状ユニット１１〜１５にわたって複数組設けられる。同じ極性の磁石４１を向かい合わせる配置によれば、混合流体の流れ方向と直交する面内において、隣接するＮ極とＳ極との間でおおよそ管状ユニット１１〜１５の外周部にその周方向に沿って強い磁界が生成される。管状ユニット１１〜１５の外周部は、旋回流による遠心作用で水粒子が集中して流れる領域であり、これによっても混合流体の微細化を促進することができる。
【００４８】
この磁化ユニット１０自体はよく知られているもので、管状ユニット１１〜１５中を流通する混合流体に対して磁場を作用させることで、安定した電気的平衡を崩して低分子化を促進するとともに、再結合・再凝集を阻止して、電磁気的に混合流体の水および気泡を微細化する。図示例にあっては、これら管状ユニット１１〜１５および磁化ユニット１０を覆って、非磁性体の磁気遮蔽用筒状カバー３６が設けられる。
【００４９】
図示例の機械装置部１にあっては特に、混合流体の流速を加速させる複数のノズル２，３を、混合流体の流れ方向に沿って、上流側の第１ノズル２の口径が下流側の第２ノズル３の口径よりも小さくなるように設定し、かつまた斜方スリット６，７を、混合流体の流れ方向に沿って、上流側の第１斜方スリット６の大きさを下流側の第２斜方スリット７の大きさよりも小さく設定するようにしたので、混合流体の圧損による流速低下に対し、これらノズル２，３や斜方スリット６，７の寸法設定によって管状ユニット１１〜１５内での流量一定が確保され、流量制御を安定化できて混合流体の微細化処理の効率が向上される。
【００５０】
また、複数のロータ４，５に関し、混合流体の流れ方向に沿って、上流側の第１ロータ４の外径寸法を下流側の第２ロータ５の外径寸法よりも小さく設定したので、混合流体の速度低下に対応させて、第１ロータ４および第２ロータ５を適切に作用させることができ、すなわち、速度の早い段階では、小径で中心部と外周部との速度差が小さい第１ロータ４によっても強い遠心作用の旋回流を生成できるとともに、速度が低下した段階では、大径で中心部と外周部との速度差が大きくなる第２ロータ５の回転運動によって、混合流体に生じさせる旋回流速度を大きくでき、このようなロータ４，５の設定と、上記スリット６，７の寸法調整による流量設定とによって、効率的な混合流体の微細化や、水粒子と気泡の分離作用、旋回流の生成が、第２〜第４管状ユニット１２〜１４のいずれの位置においても適切に確保されて、混合流体を機械装置部１に通す操作回数を少なくすることができ、これによっても処理効率が向上される。
【００５１】
さらに、旋回流となって流れ込む混合流体が衝突される第１および第２凹曲面壁部８，２９を有して、その内部で混合流体を撹拌混合させる混合チャンバ９を設けたことにより、衝突する混合流体を、単に平坦な壁に衝突させて飛散させるのに比べ、球状空間とした混合チャンバ９内で相当の滞留時間で、微細化され分離状態にある水と気泡からなる混合流体をその旋回流によって効率よく撹拌混合できて、混合流体を通す一度の操作で、高濃度に富酸素ガスを溶存させた酸素水を生成することができ、これによっても混合流体の微細化処理の効率が向上される。
【００５２】
また、磁化ユニット１０を、混合流体の流れ方向に沿って、交互に設けたノズル２，３およびロータ４，５から混合チャンバ９にわたってこれらを取り囲んで設けたので、磁化ユニット１０と管状ユニット１１〜１５との並列配置によって装置を小型化できるとともに、力学的微細化処理と電磁気的微細化処理を同時に行うことができ、別々に処理する場合に比べて、処理効率が向上される。
【００５３】
循環用配管６７には、混合流体の流れ方向に沿って、機械装置部１の下流側に、磁気印加部９０が配設される。磁気印加部９０は図４に示したように、混合流体を流通させるパイプ９１の外側に、その長さ方向に適宜間隔を隔てて当該パイプ９１を取り囲んで上下左右４つの永久磁石９２を配設し、これら永久磁石９２を包囲して角筒状の磁性体９３を設けるとともに、さらに磁性体９３を包囲して、角筒状の磁性セラミック管９４を設けて構成される。この磁気印加部９０は、永久磁石９２と磁性セラミック管９４との間で発生する磁気振動を利用して、混合流体の水および気泡を微細化する。これにより、機械装置部１から流出される混合流体をさらに微細化処理することができる。混合流体の流れ方向に沿って、上流側に機械化装置部１を、下流側に磁気印加部９０を順次配設したことにより、予め水および気泡を機械的に破砕しておき、その後、磁気の作用でさらに微細化することができて、効率よく微細化処理して富酸素ガスを高濃度に溶存させた酸素水を生成することができる。
【００５４】
次に、本実施形態にかかる酸素水製造装置５０の作用について説明する。本実施形態にかかる酸素水製造装置５０にあっては、混合流体を循環系５５に適宜回数循環させるバッチ処理を行うことで、高濃度の酸素水を生成するようになっている。まず、原水用開閉弁５９を開閉操作して、レシーバータンク５１内に一回分の水を貯水する。この際、バッチ操作用開閉弁８９は開放しておき、貯水用開閉弁８２および純水用開閉弁８７は閉じておく。次いで、ガス用開閉弁６２を開放するとともに、酸素濃縮装置６０を起動する。また、循環系５５のポンプ５６を起動して、レシーバータンク５１内の水の循環操作を開始する。酸素濃縮装置６０を起動すると、吸い込まれた空気から富酸素ガスが生成され、生成された富酸素ガスはガス供給配管６１を介して気泡散気手段５３に供給される。
【００５５】
必要に応じてバイパス用開閉弁６６を閉じ、オゾン発生器６３を起動することで、富酸素ガスをオゾン化することができる。あるいは、バイパス用開閉弁６６を開放して、富酸素ガスの一部を、オゾン発生器６３から迂回させて流通させてもよい。
【００５６】
気泡散気手段５３は、富酸素ガスの気泡を水中に噴出する。噴出された気泡は、バスケット５４で捕集されてその内部に滞留されつつ、循環系５５の始端５５ａから水とともに吸引される。この際、気泡散気手段５３と循環用配管６７の一端とが近接配置され、またこれらがバスケット５４内に配設されていることから、富酸素ガスの気泡を無駄なく高効率で循環系５５に送り込むことができる。混合流体の水および気泡は、循環系５５内に圧送される。補給系７０の調整弁７２をコントロールして、ガス供給系５２から適宜量の富酸素ガスを、循環系５５に流通する混合流体に補給するようにしてもよい。これにより、混合流体中の富酸素ガス量を増加させることができる。センサ７５は、混合流体の循環操作中、ポンプ５６の運転状態を検出するようにしていて、これによりポンプ運転を調節したり、酸素濃縮装置５０および調整弁７２をコントロールして富酸素ガスの供給量を調整することで、キャビテーション発生を防止することができる。
【００５７】
循環系５５に圧送される混合流体の水および気泡は順次、微細化手段５７の機械装置部１および磁気印加部９０に流入され、これにより上述した力学的作用および電磁気的作用で微細化される。微細化された混合流体は、循環系５５からレシーバータンク５１内に戻される。戻された混合流体は、気泡散気手段５３から噴出される気泡とともに再び循環系５５へと流入され、再度微細化処理される。混合流体は、気泡散気手段５３や補給系７０から継続的に供給される富酸素ガスとともに適宜回数循環系５５を循環され、繰り返し微細化処理されることで順次酸素濃度が高められて、これにより高濃度の酸素水が生成される。
【００５８】
一回分の循環操作が完了したならば、バッチ操作用開閉弁８９を閉じ、貯水用開閉弁８２を開放する。これにより、生成された酸素水は、ポンプ５６により圧送されて、貯留設備７７の酸素水タンク８０へと送り込まれる。この際、純水用開閉弁８７を併せて開放すれば、生成された酸素水は、逆浸透膜８６にも流通され、これにより純水が作成されて純水タンク８４に貯留される。
【００５９】
本実施形態にかかる酸素水製造装置５０の実証試験を行った。平成１９年４月１７日に、水温１５．３℃の水道水４００リットルを処理時間６０分で処理して酸素水を製造し、大気圧下で検査したところ、製造された酸素水中の溶存酸素量は、４９．１ｍｇ／リットルであり、高濃度の酸素水を製造できることが判った。その後、製造した当該酸素水の経過確認のために、平成１９年４月２３日に、大気圧下で検査したところ、おおよそ一週間経過した状態の酸素水中の溶存酸素量は、３０．５ｍｇ／リットルであり、きわめて安定した性質を持つ酸素水を製造できたことが判った。
【００６０】
以上説明した本考案に係る酸素水製造装置５０にあっては、富酸素ガスの気泡を混入した水を微細化手段５７で微細化処理するに際し、バスケット５４内に気泡散気手段５３と循環系５５の始端５５ａを配設したので、酸素を水中に送り込む最初の段階で効率よく酸素を水に混入させることができ、高濃度の酸素水を高効率で製造することができる。
【００６１】
機械装置部１および磁気印加部９０を備えた微細化手段５７により、きわめて微細な分子クラスターの酸素水を生成することができる。上記実施形態にあっては、微細化手段５７として、機械装置部１および磁気印加部９０を併設した場合について説明したが、いずれか一方のみを備えて構成してもよいことはもちろんである。また、これら機械装置部１と磁気印加部９０を併設する場合に、機械装置部１を上流側に、磁気印加部９０を下流側に配置することにより、効率よく微細化処理することができる。循環系５５に酸素水の貯留設備７７に併設して、純水作成設備７８を備えたので、酸素水だけでなく、純水も製造することができる。
【００６２】
ポンプ５６の運転状態を検出するセンサ７５を設けたので、気液混合流体を処理するポンプ５６に発生し得るキャビテーションを適切に監視することができ、装置運転の安全性を向上することができる。富酸素ガスを補給する補給系７０を設けたので、混合流体への酸素混入量を増やすことができ、効率よく高濃度酸素水を製造することができる。また、補給系７０に調整弁７２を設けたので、例えば補給量を、ポンプ運転に支障ない範囲に調整できるなど、装置運転の安全性を向上することができる。さらに、オゾン発生器６３を備えたので、供給酸素量をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本考案にかかる酸素水製造装置の好適な一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示した酸素水製造装置に採用されるバスケット周辺の概略側面図である。
【図３】図１に示した酸素水製造装置に適用される微細化手段の機械装置部の側断面図である。
【図４】図１に示した酸素水製造装置に適用される磁気印加部の説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  機械装置部
５０  酸素水製造装置
５１  レシーバータンク
５２  ガス供給系
５３  気泡散気手段
５４  バスケット
５５  循環系
５５ａ  循環系の始端
５５ｂ  循環系の終端
５６  ポンプ
５７  微細化手段
６３  オゾン発生器
７０  補給系
７２  調整弁
７５  センサ
７７  貯留設備
７８  純水作成設備
８６  逆浸透膜
９０  磁気印加部
【図１】
0003133304.tif 000003
【図２】
0003133304.tif 000004
【図３】
0003133304.tif 000005
【図４】
0003133304.tif 000006