JP2007307488A - ガス溶液製造装置及びガス溶液製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、省エネルギーでガスの溶解を効率良く行うことができるガス溶液製造装置及びガス溶液製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、溶液が貯留されたタンク内にガスを入れ、該溶液にガスを溶解させてガス溶液を製造するガス溶液製造装置１において、溶液及びガスが入れられる密閉タンク１１と、密閉タンク１１内の溶液を吸い込む吸込み口１２２ａ及び吸い込んだ溶液を吐出する吐出口１２４ａを有するポンプ１２と、溶解させるガスを注入するガス注入部１４と、吐出口１２４ａとガス注入部１４とが接続され且つガス注入部１４から注入されるガスと吐出口１２４ａから吐出される溶液とを混合する混合室１５と、混合室１５において混合された気液混合物を、密閉タンク１１内の液面上のガス充満空間に導いて噴射する噴射部１６と、を備えたことを特徴とするガス溶液製造装置１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスを溶解させた炭酸水などのガス溶液を製造するガス溶液製造装置及びガス溶液製造方法に関する。

従来、ガス溶液として、炭酸飲料や、美容・健康等の目的で使用される炭酸水などが知られている。このようなガス溶液は、一般的に、密閉タンク内にガスを高圧力に充満させて、当該密閉タンク内に水などの溶媒を噴霧することによって製造される。密閉タンク内にガスを高圧力に充満させて溶媒を噴霧すると、密閉タンク内が高圧であること及び、噴霧による溶媒とガスとの接触面積が増大することにより溶媒へのガスの溶解が進行する。
密閉タンク内に噴霧された溶媒は、ガスを溶解して密閉タンクに貯まり、必要量貯まった時点で、ガス溶液として密閉タンクから取り出される。

しかしながら、密閉タンク内に溶媒を噴霧するだけでは、ガスの溶解が十分でない場合もあり、この場合、ガスが十分に溶解していない溶液が密閉タンクに貯まることになる。かかる溶液は、密閉タンクに貯まると、液面を除いてガスと接触しないため、その後、ガスの溶解が進行し難い。そのため、従来の方法では、ガスの溶解が遅く、ガス溶液の生産効率が悪い。

一方、密閉タンク内の圧力を高めると、ガスが溶解し易くなり、噴霧によってガスの溶解が行われ易くなるが、圧力を高めた分だけ密閉タンク内への溶媒の噴霧圧を高める必要があるので、溶媒の噴霧に大きなエネルギーが必要とされる。

そこで、本発明は、省エネルギーでガスの溶解を効率良く行うことができるガス溶液製造装置及びガス溶液製造方法を提供する。

第１の手段として、本発明は、溶液が貯留されたタンク内にガスを入れ、該溶液にガスを溶解させてガス溶液を製造するガス溶液製造装置において、溶液及びガスが入れられる密閉タンクと、密閉タンク内の溶液を吸い込む吸込み口及び吸い込んだ溶液を吐出する吐出口を有するポンプと、溶解させるガスを注入するガス注入部と、吐出口とガス注入部とが接続され且つガス注入部から注入されるガスと吐出口から吐出される溶液とを混合する混合室と、混合室において混合された気液混合物を、密閉タンク内の液面上のガス充満空間に導いて噴射する噴射部とを備えたことを特徴とするガス溶液製造装置を提供する。

本発明のガス溶液製造装置によれば、密閉タンク内に貯留された溶液とガスとが混合され、さらにその後、溶液とガスとが混合された気液混合物がガス充満空間に噴射される。このように、溶液とガスとの混合、及び該溶液をガス充満空間に噴射することによりガスの溶解が促進される。
また、気液混合物の状態で噴射された溶液は、その後密閉タンク内に貯留し、再び、ガスとの混合、及びガス充満空間での噴射が行われる。このように、ガスとの混合、及びガス充満空間での噴射が繰り返し行われることによって、溶液へのガスの溶解がさらに促進される。従って、本発明のガス溶液製造装置は、ガスの溶解を早く且つ効率良く行うことができる。

また、密閉タンク内において溶液を循環させて、ガスとの混合及びガス充満空間での噴射を繰り返してガスの溶解を促進するため、圧力の低い空間から高い空間に溶液を送り込む必要がない。従って、ポンプの使用するエネルギーは、密閉タンク内において溶液を循環させるだけのエネルギーで済む。
また、密閉タンク内へのガスの注入は、例えばガス注入部とガスボンベとを接続し、ガスボンベの内圧を利用して行えば、ポンプなどを使用せずに行うことができる。よって、本発明のガス溶液製造装置によれば、ガスの溶解を省エネルギーで行うことができる。

また、前記噴射部は、気液混合物をガス充満空間に拡散させる拡散手段を有することが好ましい。
ガス充満空間に気液混合物を拡散させることで、溶液とガスとの接触面積が増大し、ガスが溶解し易くなる。
拡散手段として、気液混合物が流通する孔が複数設けられたノズルや、気液混合物が衝突することで、気液混合物が放射状又は傘状に広がる衝突板などを用いれば、エネルギーを使用することなく溶液を拡散させることができる。

また、前記吸込み口が、密閉タンク内の底面部に位置することが好ましい。
吸込み口が密閉タンクの底面部に位置すると、密閉タンクの底面部に貯まった溶液がガス充満空間に噴射されて液面側に移動することになり、溶液全体において、ガスとの混合及びガス充満空間での噴射が均等に行われ易い。

また、前記ポンプは、吸込み口から吐出口へ溶液を送る送り羽根が設けられたポンプ室と、前記送り羽根を駆動させる駆動装置とを有し、ポンプ室が密閉タンク内部に設けられ且つ駆動装置が密閉タンク外部に設けられていると共に、ポンプ室と駆動装置とが水密に仕切られている構成とすることができる。

溶液を送るポンプ室には、ポンプ室内を溶液が流通するので、ポンプ室を密閉タンク内部に設けると、ポンプ室の内側及び外側において受ける圧力が等しくなる。従って、ポンプ室の構成部材が密閉タンク内の圧力によって破損する虞がなく、大量の溶液を密閉タンクに貯留してガス溶液を製造する場合であっても、ポンプ室を耐圧性の有する構造としなくてもよい。
また、駆動装置は、ポンプ室と水密に仕切られているため、密閉タンク内の溶液が流れ込まない。そのため、駆動装置を密閉タンクの外部に設けると、駆動装置の内側及び外側において受ける圧力が大気圧となり、駆動装置も耐圧性を有する構造としなくてもよい。
さらに、駆動装置が密閉タンクの外部に設けられることで、ポンプ室と駆動装置とを水密に仕切ることを除いて、駆動装置を水密に形成する必要がなく、本発明のガス溶液製造装置に比較的安価なポンプを用いることができる。
また、送り羽根を駆動して溶液を送ると、駆動音が発生するが、ポンプ室を密閉タンクに設けると、ポンプ室が溶液内にある場合、溶液によって駆動音が外部に伝達し難く、密閉タンク外部に漏れる騒音を小さくすることができる。

前記混合室は、ガス及び溶液が流通可能な流通孔の形成されたディスク形エレメントを複数有する構成とすることもできる。
混合室が、流通孔の形成されたディスク形エレメントを複数有すると、当該流通孔に吐出口から吐出された溶液とガス注入部から注入されたガスとが流通することで、溶液とガスとを良好に混合することが可能となる。

第２の手段として、本発明は、密閉タンクに溶液及び当該溶液に溶解させるガスを入れ、密閉タンク内の液面上にガス充満空間を形成し、密閉タンク内の溶液を混合室に注入すると共に、ガスボンベの内圧を利用して当該ガスボンベからガスを混合室に注入して、溶液とガスとを混合し、混合室において混合された気液混合物を、密閉タンク内の液面上のガス充満空間に導いて噴射して、ガス溶液を製造するガス溶液製造方法を提供する。

この方法によれば、上記したように、密閉タンク内に貯留された溶液とガスとの混合及び気液混合物のガス充満空間での噴射が繰り返されることによって、溶液へのガスの溶解が促進され、ガスの溶解が効率良く行われる。
ガスとの混合及びガス充満空間での噴射は、密閉タンク内において溶液を循環させて行うため、省エネルギーで行え、さらに、タンク内へのガスの注入は、ガスボンベの内圧を利用して行うため、ガスの注入をポンプなどを使用すること無く行うことができる。
よって、この方法によれば、ガスの溶解を効率良く且つ省エネルギーで行うことができる。

本発明は、省エネルギーで、ガスの溶解を効率良く行うことができるガス溶液製造装置及びガス溶液製造方法を提供することができる。

以下、本発明について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るガス溶液製造装置１は、ガスボンベ３と共に基台２に載置されて、当該基台２に固定されている。
尚、溶液とは、溶解させるガスがある程度溶媒に溶け込んだ液を言い、ガス溶液とは、所望のガスが溶媒に溶け込んだ製品としての液をいう。

ガス溶液製造装置１は、密閉タンク１１と、ポンプ１２と、ガス注入部１４と、混合室１５と、噴射部１６とを備える。

密閉タンク１１は、溶液（但し、ガス溶液の製造の初期段階においては溶媒が貯留される）とガスとを貯留し、且つ、耐圧性の容器体から構成されている。密閉タンク１１は、タンク本体１１０と、溶媒注入弁１１１と、排出弁１１２と、空気抜き弁（図示しない）と、タンク本体１１０の内圧を計測する圧力計（図示しない）と、タンク本体１１０内の液面高さを計測する液面センサ（図示しない）とを備えている。

タンク本体１１０は、例えば、略円筒形に形成され、溶液及びガスが密封状に貯留される。タンク本体１１０を形成する外壁部材１１０ａの上面部には、溶媒注入弁１１１を介して溶媒をタンク本体１１０内に注入する溶媒注入孔１１１ａと、ガス注入部１４を介してガスをタンク本体１１０内に注入するためのガス注入孔１４１ａと、空気抜き弁を介してタンク本体１１０外部にタンク本体１１０内の空気を抜き出すための空気抜き孔（図示しない）とが形成されている。さらに、外壁部材１１０ａの底面部には、排出弁１１２を介して溶液をタンク本体１１０外部に排出する排出孔１１２ａと、ポンプ１２をタンク本体１１０に取り付けるための取付孔１２１ａ（図２参照）が形成されている。

溶媒注入弁１１１は、溶媒注入孔１１１ａと連接してタンク本体１１０の上方に設けられ、図示しない溶媒タンクと連結された配管１１１ｂと連結されている。この溶媒注入弁１１１を開くと、溶媒タンクからタンク本体１１０内部に溶媒が注入される。
排出弁１１２は、排出孔１１２ａと連接してタンク本体１１０の下方に設けられ、開くと、タンク本体１１０内部から溶液を抜き取ることができる。
空気抜き弁は、空気抜き孔と連接してタンク本体１１０の上方に設けられ、開くと、タンク本体１１０内とタンク本体１１０外部とを連通させ、タンク本体１１０外部にタンク本体１１０内部の空気を抜き出すことができる。

ポンプ１２は、タンク本体１１０内の溶液を吸い込んで混合室１５に吐出する機能を有する。図３に示すように、このポンプ１２は、タンク本体１１０内の溶液をポンプ室１２１に吸い込む吸込み部１２２と、ポンプ室１２１内に設けられ、吸い込まれた溶液を送り出す送り羽根１２３と、送り出された溶液を混合室１５に吐出する吐出部１２４とを備えている。これらは全てタンク本体１１０内部に設けられている。

吸込み部１２２は、吸込み口１２２ａが上方に向けてポンプ室１２１の上部に配置された金属製又は合成樹脂製の配管で形成されており、吸い込口１２２ａは、密閉タンク１１の底面部に位置している。
尚、吸込み口１２２ａと液面との距離が近いと吸い込み口１２２ａから溶液と共に溶液の液面上に貯留されたガスも吸い込まれるので、吸込み口１２２ａから溶液のみを吸い込むことを可能とするためには、液面は、吸込み口１２２ａより５ｃｍ以上高い位置、特に１０ｃｍ以上高い位置に維持するのが好ましい。

送り羽根１２３は、ポンプ室１２１内に回転可能に設けられたシャフト１２５の上部に固着されている。このシャフト１２５の下部には、複数の従動マグネット１２６が径方向外側に延出するように設けられている。送り羽根１２３は、シャフト１２５が回転することによって、吸い込部１２２から溶液を吸い込んで、当該溶液を吐出部１２４を介して混合室１５に送り出すことができる。

吐出部１２４は、吐出口１２４ａが混合室１５内に開口され、ポンプ室１２１と混合室１５とを連結する金属製又は合成樹脂製の配管によって形成され、送り羽根１２３により送り出された溶液を混合室１５に吐出する。

さらに、ポンプ１２は、送り羽根１２３を回転させるための駆動装置１２７を備えている。ポンプ室１２１と駆動装置１２７との間は、リアケーシング１２８によって水密に仕切られており、駆動装置１２７は、タンク本体１１０内部の溶液が流入しないように形成されている。
このリアケーシング１２８は、取付孔１２１ａを水密に閉塞するように外壁部材１１０ａの取付孔１２１ａの周囲に固定され、取付孔１２１ａの周囲に固定されることでタンク本体１１０の外壁部材１１０ａの一部として機能する。駆動装置１２７は、タンク本体１１０内部に設けられるポンプ室１２１に対してリアケーシング１２８を挟んで設けられており、従って、駆動装置１２７は、タンク本体１１０外部に設けられている。

駆動装置１２７は、従動マグネット１２６と前記シャフト１２５の径方向において対向する位置に配置された駆動マグネット１２９と、駆動マグネット１２９を内周面に固定した駆動体１３０と、駆動体１３０と一体的に形成されたシャフト１３１と、シャフト１３１を回転させるためのモータ１３２とを備えている。

モータ１３２によってシャフト１３１が回転すると、駆動体１３０に固定された駆動マグネット１２９が回転し、駆動マグネット１２９と従動マグネット１２６との間に生じる磁力によって、従動マグネット１２６、シャフト１２５及び送り羽根１２３が回転する。尚、このようなポンプは、一般的にマグネットポンプと呼ばれている。

ポンプ１２１の性能は、吸込み口１２２ａから吸い込んだ溶液を噴射部１６からタンク本体１１０の液面上に噴射させることができる揚程が少なくともあればよい。

ガス注入部１４は、タンク本体１１０に貯留された溶液に溶解させるガスを混合室１５に注入する。ガス注入部１４は、図１に示すように、ガス注入孔１４１ａと連接してタンク本体１１０の上方に設けられた開閉弁１４２と、ガス注入孔１４１ａと混合室１５とを連結する金属製又は合成樹脂製の配管１４３とを備えている。上記開閉弁１４２には、ガスボンベ３と連結された配管１４１ｂが連結されており、当該開閉弁１４２を開くと、ガスボンベ３の内圧によってガスボンベ３から混合室１５にガスが注入される。
かかるガスボンベ３は、図示しない減圧弁が備えられ、減圧弁の調整によって、ガスボンベ３から混合室１５に注入されるガスの送圧をガスボンベの内圧より低くすることができる。このガスの送圧の調整により、タンク本体１１０に注入されるガスの量が調整されてタンク本体１１０の内圧を調整することができる。具体的には、ガスの送圧を高めれば高めるほど、ガスが多量にタンク本体１１０に注入され、タンク本体１１０の内圧を高めることができる。
タンク本体１１０の内圧は、製造するガス溶液によって異なり、例えば、炭酸水を製造する場合は、タンク本体１１１の内圧は、例えば、０．１ＭＰａ〜１ＭＰａが例示される。
尚、本発明のガス溶液製造装置及びガス溶液製造方法では、溶解させるガスは、特に限定されず、例えば、二酸化炭素、アンモニア、オゾンなどを用いることができる。
一方、溶媒は、ガスの種類に応じて適宜設定でき、例えば、二酸化炭素の場合は水、果実ジュースなどを、アンモニアやオゾンの場合は水などを用いることができる。

混合室１５は、タンク本体１１０内部に設けられ、前述のように、吐出部１２４とガス注入部１４の配管１４３とが連結されている。この混合室１５内において、吐出部１２４から吐出される溶液と、ガス注入部１４から注入されるガスとが混合される。
混合室１５において、図４（ｂ）に示すように、吐出口１２４ａと配管１４３の開口１４３ａとが対向して配置されている。吐出口１２４ａと配管１４３の開口１４３ａとが対向して配置されることで、吐出口１２４ａから吐出された溶液と配管１４３から注入されたガスとが衝突して混合される。
さらに、混合室１５は、ガス及び溶液が流通可能な流通孔１５２の形成されたディスク形エレメント１５１（図４（ａ）参照）を複数有している。ディスク形エレメントは、ディスク状に形成され、流通孔１５２が厚み方向に複数形成されている。図４（ｂ）に示すように、混合室１５には、吐出口１２４ａ及び配管１４３の開口が形成された部分から噴射部１６側に所定の間隔を置いて複数のディスク形エレメント１５１が配置されている。衝突により混合された溶液とガスとが、流通孔１５２を流通して噴射部１６側に流通するように、各ディスク形エレメント１５１と混合室１５を形成する外壁部材１５１ａとの間は、パッキン等が詰められて気密状に保たれ、溶液とガスとが流通孔１５２のみによってディスク形エレメント１５１を通過することが可能とされている。
尚、各ディスク形エレメント１５１において、流通孔１５２の数、位置、形状は、同じにする必要はなく、溶液とガスとを効率良く混合できる数、位置、形状とすることができる。尚、この種のディスク形エレメントについては、必要に応じて、特開２０００−２５４４６９号公報などに開示されているものを用いることもできる。

噴射部１６は、混合室１５において混合された気液混合物を、タンク本体１１０内の液面上のガス充満空間に導いて噴射する。ガス充満空間とは、ガスボンベ３からタンク本体１１０に注入されたガスが溶液に未溶解の状態で充満する空間である。
噴射部１６は、一方の開口が混合室１５内に設けられ、他方の開口となる噴射口１６１ａを上方に向けて配置された金属製又は合成樹脂製の配管１６１で形成されている。混合室１５で混合された気液混合物は、この配管１６１を通じて上昇して、ガス充満空間において上方に向けて噴射される。
尚、溶液が吸い込み口１２２ａから吸い込まれて、気液混合物の状態で、当該溶液の液面上方のガス充満空間に噴射されるように、噴射口１６１ａは、少なくとも吸込み口１２２ａより高い位置に設けられている。

さらに、噴射部１６は、気液混合物をガス充満空間に拡散させる拡散手段を有している。気液混合物をガス充満空間に拡散させると、気液混合物の溶液とガス充満空間に充満するガスとの接触面積が増大し、溶液にガス充満空間に充満するガスが溶解し易くなる。
本実施形態における拡散手段は、図５（ａ）に示すように、空円錐状に形成された衝突板１６２が用いられている。この衝突板１６２は、下方が大径となる向きに、タンク本体内１１０の外壁部材１１０ａの噴射口１６１ａの上方に設けられている。この衝突板１６２に、気液混合物が下方から衝突すると、気液混合物は、傘状に広がる。このように傘状に広がることで、気液混合物の溶液とガスとの接触面積が増大する。
もちろん、衝突板１６２の形状は、空円錐状に限定されるものでなく、例えば、図５（ｂ）に示すように、気液混合物が衝突すれば放射状に広がる平板状とすることもできる。

また、拡散手段として、例えば、図６に示すように、気液混合物が流通する孔１６３が複数設けられた略半球状のノズル１６４を用いることができる。このようなノズルを噴射口１６１ａに取り付ければ、気液混合物が複数の方向に分かれて噴射され、気液混合物の溶液とガスとの接触面積が増大する。
尚、拡散手段として、衝突板やノズルを用いれば、衝突板やノズルを動かすことなく拡散できるので、省エネルギーで気液混合物を拡散させることができる。

次に、ガス溶液製造装置１を用いてのガス溶液の製造について説明する。
まず、溶媒注入弁１１１と空気抜き弁とを開き、タンク本体１１０内の空気を抜きながら、溶媒タンクからタンク本体１１０内に溶媒を注入する。タンク本体１１０内が溶媒で満タンとなり、タンク本体１１０内から空気が完全に抜けた時点で、溶媒注入弁１１１と空気抜き弁とを閉じる。

次いで、製造するガス溶液のガスの溶解量に応じて、ガスボンベ３の減圧弁を調整する。溶液へのガスの溶解量は、タンク本体１１０の内圧に影響され、タンク本体１１０の内圧が高いほど大きい。従って、例えば、ガスが多量に溶解したガス濃度が高いガス溶液を製造する場合は、ガスの送圧を余り下げずに、ガスの送圧を高く維持するように減圧弁を調整する。
減圧弁を調整すると、排出弁１１２とガス注入部１４の開閉弁１４２とを開き、タンク本体１１０内部から溶媒を抜き取りながら、ガスボンベ３からガス注入部１４を介してタンク本体１１０内部にガスボンベ３の内圧を利用してガスを注入する。これにより、タンク本体１１０内部の溶媒が徐々に減り、溶媒の上方にガスが充満するガス充満空間が形成される。

その後液面センサが示す液面高さが、ガス溶液の製造量に対応する高さを示すと、排出弁１１２を閉じる。これにより、タンク本体１１０内に所定量の溶媒が貯留され、溶媒の液面上に溶解させるガスが充満したガス充満空間が形成される。

次いで、開閉弁１４２を開いたまま、ポンプ１２のモータ１３２を駆動してポンプ１２でタンク本体１１０内の溶媒を混合室１５に吐出する。開閉弁１４２を開いたままポンプ１２が駆動すると、ガスが、引き続きガスボンベ３の内圧によってガス注入部１４を介して混合室１５に注入されると共に、タンク本体１１０内の溶媒が、ポンプ１２の送り羽根１２３によって、吸込み部１２２から吸い取られて、吐出部１２４を介して混合室１５に吐出される。

このように、混合室１５において、溶媒が吐出され、ガスが注入されると、溶媒とガスとは衝突し、これらは、複数のディスク形エレメント１５１の流通孔１５２を流通して混合される。溶媒とガスとの混合により溶媒にガスがある程度溶解すると共に、ガスがある程度溶け込んだ溶媒とガスとの気液混合物が生成される。このように生成された気液混合物は、噴射部１６を形成する配管１６１を通じて、ガス充満空間に導かれ、ガス充満空間で上方に噴射される。

噴射された気液混合物は、噴射部１６の噴射口１６１ａの上方に設けられた衝突板に衝突し、傘状に拡散される。傘状に拡散されることによって、気液混合物の溶液とガス充満空間に充満したガスとの接触面積が広がり、溶液にガスが溶解する。

以上のように、本実施形態のガス溶液製造装置１によれば、タンク本体１１０内部に貯留された溶媒とガスとが混合され、さらにその後、溶媒とガスとが混合された気液混合物がガス充満空間に噴射されることで、ガスの溶解が促進される。

このように噴射されて、ガスが溶解した気液混合物の溶液は、タンク本体１１０に貯留され、溶液に溶解していないガスは、ガス充満空間に充満する。タンク本体１１０に貯留された溶液は、再び、ポンプ１２によって混合室１５に送り込まれ、ガスとの混合及びガス充満空間での噴射が行われる。このように、ガスとの混合及びガス充満空間での噴射が繰り返し行われることによって、ガスの溶解がさらに促進され、本実施形態のガス溶液製造装置１は、ガスの溶解を早く且つ効率良く行うことができる。

このように、ガスを溶液と混合しながらタンク本体１１０内に注入し続けると、タンク本体１１０の内圧が上昇する。溶液へのガスの溶解量は、タンク本体１１０の内圧が高いほど増大するため、このようにタンク本体１１０の内圧が上昇を続けると、溶解するガス量が徐々に増えて、溶液へのガスの溶解が進行し、溶液のガス濃度が高まる。
タンク本体１１０の内圧は、減圧弁で調整されたガスの送圧以上とならず、従って、減圧弁の調整によって、溶液のガスの濃度を制御することができる。よって、減圧弁の調整によって、ガスの送圧を余り下げず、ガスの送圧を高くすれば、ガス濃度の高いガス溶液を製造することができ、また、減圧弁の調整によって、ガスの送圧を低くすれば、ガス濃度の低いガス溶液を製造することができる。
従って、タンク本体１１０の内圧を測定する圧力計が示す内圧が減圧弁で調整されたガスの送圧と対応した値となると、ガス溶液が完成し、その後、排出弁１１２を開いて、ガス溶液を取り出す。
尚、このように製造されたガス溶液は、タンク本体１１０内に貯蔵することができる。従って、例えば、ガス溶液を大量に製造してタンク本体１１０内に貯蔵しておき、必要時に必要な量だけタンク本体１１０から取り出すことができる。

尚、続けてガス溶液を製造する場合は、排出弁１１２を閉じて、溶媒注入弁１１１を開き、ガス溶液の製造量に応じた量だけ、タンク本体１１０内部に溶媒を注入し、溶液注入弁１１１を閉じる。排出弁１１２から溶液を取り出した後は、タンク本体１１０内部に溶解させるガスが充満しており、ガス溶液を最初に製造するときのように、空気抜きを行う必要がなく、このように、いきなりタンク本体１１０内に溶媒を入れる。このように溶媒をタンク本体１１０内部に入れると、タンク本体１１０内部の溶媒の液面上にガス充満空間が形成される。その後は、最初にガス溶液を製造した場合と同様に、ガス注入部１４の開閉弁１４２を開き、ポンプ１２を駆動させて、溶液とガスとの混合及びガス充満空間での噴射を行ってガス溶液を製造する。

以上のように本実施形態のガス溶液製造装置１は、吸込み口１２２ａが密閉タンク１１内の底面部に位置するので、密閉タンク１１内の底面部に貯まった溶液がガス充満空間に噴射されて液面側に移動することになり、溶液全体において、ガスとの混合及びガス充満空間での噴射が行われる。よって、吸込み口１２２ａが密閉タンク１１内の底面部に位置すると、溶液全体において、ガスの溶解が効率良く行われる。

また、ガスとの混合及びガス充満空間での噴射は、タンク本体１１０内部において溶液を循環させて行うため、ポンプ１２の使用するエネルギーは、同じ圧力空間に溶液を送り込むために必要なエネルギー、即ち、タンク本体１１０内部において溶液を循環させるだけのエネルギーで済む。
また、タンク本体１１０内部へのガスの注入は、ガスボンベ３の内圧を利用して行うので、省エネルギーで行うことができる。よって、本実施形態に係るガス溶液製造装置１は、省エネルギーで、ガスの溶解を効率良く行うことができる。

また、ポンプ室１２１には、ポンプ室１２１内を溶液が流通するので、ポンプ室１２１を密閉タンク１１内部に設けると、ポンプ室１２１の内側及び外側において受ける圧力が等しくなる。従って、ポンプ室１２１の構成部材がタンク本体１１０内の圧力によって破損する虞がなく、大量の溶液をタンク本体１１０に貯留してガス溶液を製造する場合であっても、ポンプ室１２１を耐圧性の有する構造にする必要がない。
また、駆動装置１２７は、ポンプ室１２１と水密に仕切られているため、タンク本体１１０の溶液が流れ込まない。そのため、駆動装置１２７を密閉タンク１１外部に設けると、駆動装置１２７の内側及び外側において受ける圧力が大気圧であり、駆動装置１２７も耐圧性の有する構造にする必要がない。

さらに、駆動装置１２７が密閉タンク１１外側に設けられることで、ポンプ室１２１と駆動装置１２７とを水密に仕切ることを除いて、駆動装置１２７を水密に形成する必要がなく、ガス溶液製造装置１に、比較的安価なポンプを用いることができる。
また、送り羽根１２３を駆動して溶液を送ると、駆動音が発生するが、ポンプ室１２１を密閉タンク１１内部に設けると、ポンプ室１２１が溶液に浸かっている場合、溶液によって駆動音が外部に伝達し難く、密閉タンク１１外部に漏れる騒音を小さくすることができる。このように、大きな騒音が漏れることが防止されるので、本実施形態に係るガス溶液製造装置１は、静音性が要求されるエステサロンなどにも、美容の目的で使用する炭酸水を製造する装置として設置することができる。

尚、混合室１５における混合は、ディスク形エレメントに限定されるものでなく、例えば、羽根車等をモータで駆動させることで行うことでもよい。しかしながら、ディスク形エレメント１５１を用いて行えば、流通孔１５２に溶液とガスとが流通することで、溶液とガスが混合される。よって、ディスク形エレメント１５１を用いれば、ポンプ１２１以外に、ガス溶液製造装置１の構成部材を駆動させることなく溶液とガスとを混合することができる。

また、本実施形態において、ポンプ１２は、送り羽根１２３を磁力を用いて回転させるマグネットポンプを使用しているが、ポンプ１２として用いられるポンプはマグネットポンプに限定されるものでない。ポンプ１２として用いられるポンプとしては、例えば、マグネットポンプと同様に、溶液を送る送り羽根が設けられたポンプ室１２１と、送り羽根１２３を駆動する駆動装置１２７とが水密に仕切られた構造のキャンドポンプなどを用いることができる。

また、噴射部１６の噴射方向は、上方に限定されるものでなく、例えば水平方向であってもよい。

本実施形態のガス溶液製造装置１は、上記したようにガス溶液を製造する用途のみならず、例えば、タンク本体１１０に、化合物の原料となる液体と活性ガスとを注入して、これらを混合することによってタンク本体１１０内部において、化学反応を起こさせて化合物を製造する用途にも使用することができる。

また、溶液にガスを溶解させる方法として、例えば、溶媒の流路に多数の中空糸が配置され、流路に溶媒を流しつつ、各中空糸内にガスを通すことで、流路を流れる溶媒に中空糸内のガスを溶け込ませる方法が挙げられる。しかし、この方法では、中空糸内から抜け出たガスが、溶媒に溶解せずに、外部に発散する可能性がある。そのため、溶媒に溶解するガスの量を調整できず、所望のガス濃度のガス溶液を製造することが困難である。しかし、本発明のガス溶液製造装置においては、密閉タンクの内圧と溶液に溶解するガス量とに相関関係があるので、例えば、本実施形態のように、減圧弁を調整して、密閉タンクの内圧を制御することで、所望のガス濃度のガス溶液を製造することができる。

本実施形態に係るガス溶解装置の概略構成図である。 本実施形態に係るガス溶解装置のポンプが取り外された状態の概略構成図である。 本実施形態に係るガス溶解装置のポンプの断面図である。図３において、ポンプの駆動装置の部分は斜線を省略している。 （ａ）は、ディスク形エレメントの一例を示した平面図であり、（ｂ）は、混合室の断面図である。 （ａ）は、空円錐状の衝突板の外観図であり、（ｂ）は、平板状の衝突板の外観図である。 拡散手段の一例を示した図である。

符号の説明

１ ガス溶液製造装置
１１ 密閉タンク
１２ ポンプ
１４ ガス注入部
１５ 混合室
１６ 噴射部

Claims (6)

1. 溶液が貯留されたタンク内にガスを入れ、該溶液にガスを溶解させてガス溶液を製造するガス溶液製造装置において、
   溶液及びガスが入れられる密閉タンクと、
   密閉タンク内の溶液を吸い込む吸込み口及び吸い込んだ溶液を吐出する吐出口を有するポンプと、
   溶解させるガスを注入するガス注入部と、
   吐出口とガス注入部とが接続され且つガス注入部から注入されるガスと吐出口から吐出される溶液とを混合する混合室と、
   混合室において混合された気液混合物を、密閉タンク内の液面上のガス充満空間に導いて噴射する噴射部と、を備えたことを特徴とするガス溶液製造装置。
2. 前記噴射部は、気液混合物をガス充満空間に拡散させる拡散手段を有する請求項１に記載のガス溶液製造装置。
3. 前記吸込み口が、密閉タンク内の底面部に位置する請求項１又は２に記載のガス溶液製造装置。
4. 前記ポンプは、吸込み口から吐出口へ溶液を送る送り羽根が設けられたポンプ室と、前記送り羽根を駆動させる駆動装置とを有し、
   ポンプ室が密閉タンク内部に設けられ且つ駆動装置が密閉タンク外部に設けられていると共に、ポンプ室と駆動装置とが水密に仕切られている請求項１〜３の何れか１項に記載のガス溶液製造装置。
5. 前記混合室は、ガス及び溶液が流通可能な流通孔の形成されたディスク形エレメントを複数有する請求項１〜４の何れか１項に記載のガス溶液製造装置。
6. 密閉タンクに溶液及び当該溶液に溶解させるガスを入れ、密閉タンク内の液面上にガス充満空間を形成し、
   密閉タンク内の溶液を混合室に注入すると共に、ガスボンベの内圧を利用して当該ガスボンベからガスを混合室に注入して、溶液とガスとを混合し、
   混合室において混合された気液混合物を、密閉タンク内の液面上のガス充満空間に導いて噴射して、ガス溶液を製造することを特徴とするガス溶液製造方法。
   

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