JP2009248048A - 気液混合水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】混合水中の気体の外部への放出を防止して、所望の溶存気体濃度を安定化させた還元電位水または酸化電位水を生成することを目的とする。
【解決手段】水素水生成装置Ｍは、水と水素を混合する気液混合ポンプ３と、水素水を攪拌する一次ミキサ４と、水素水を貯留するタンク５とを備える主生成ライン１を構成している。水素水が貯留されたタンク５には、水素送給ライン１０から送給される水素を、大気圧の分圧の範囲でタンク５内の水素水に含まれる水素が飽和状態を維持できるように充填する。タンク５内の余剰水素は、気液混合ポンプ３に回収する。主生成ライン１には、溶存水素濃度の値が所望の値より高い場合に、主生成ライン１に水を増加させる希釈コントロールライン２０を接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸化還元電位を行って消毒効果、又は防錆効果や洗浄効果の優れた気液混合水を生成する気液混合水生成装置に関するものであり、例えば、水素水やオゾン水等の生成装置に関する。

一般に、酸化還元電位は、その物質が他の物質を酸化しやすい状態にあるのか、還元しやすい状態にあるのかを表す指標である。この電位はＯＲＰで表され、この値がプラスで大きければ、酸化力が強く、マイナスで大きければ還元力が強いということになっている。例えば、水道水は原水そのものが酸化状態にあり、他の物質を酸化させやすく錆を発生させやすい。また、人体は還元状態にあり、水道水を飲み続けると臓器等に負担を掛けることとなる。このために、水道水を還元電位させて還元電位水を生成する試みがなされている。例えば、特許文献１では、還元電位水を省エネで製造する気ガス循環溶解装置が開示されている。これによると、水道水に気ガスを強く溶解させて水素ガスを抜けにくくして、水素の豊富な水を生成することにあり、水と気体を混合させる混気ポンプと、混気ポンプで混合された水と気体とを攪拌するミキサと、攪拌された混合水素水を貯留する圧力タンクとを備えている。混気ポンプには、水道水と水素発生装置から吸水された水素とが入加されている。圧力タンクには上部にリリーフ弁が設けられ、リリーフ弁は混気ポンプに接続されている。圧力タンク内の混合水素水の不溶解水素気ガスは気水分離して圧力タンクの上部に溜まり、流入水によりリリーフ設定圧力まで圧縮される。圧縮されることによって水への溶解を促進することができる。リリーフ弁の設定圧力に到達した時点で、リリーフ弁が開放され、余剰の水素ガスを混気ポンプに戻すようにしている。余剰の水素ガスはリリーフ弁から混気ポンプに戻されて、再び水道水と混合されミキサで攪拌されて圧力ポンプに入加される。圧力タンク内で圧縮された還元水素水は、高い水素濃度で酸化還元電位も戻りにくい水素飽和溶存水が生成されることとなっていた。
特開２００８−１２５１８公報

しかし、水素はその比重が小さく、シールやジョイント部分から透過して外部に透過しやすい。そのため、特許文献１における圧力タンクでは、混気ポンプやミキサで生成されて貯留された混合水素水は、気水分離した水素が圧縮されて水に溶融するものの、水素の外部への放出を防止することに関しては開示されておらず、水素の濃度が低下して所望の水素濃度を安定化させることが困難であった。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、所望の気体濃度を安定して保持できるようにするものであり、混合水に含まれる気体の外部への放出を防止して還元電位水又は酸化電位水を生成する気液混合水生成装置を提供することを目的とする。そのために本発明に係る気液混合水生成装置は、以下のように構成するものである。すなわち、
請求項１記載の発明では、気体と液体とを混合する気液混合ポンプと、前記気液混合ポンプで混合される気液混合水を攪拌する一次ミキサと、攪拌された前記気液混合水を貯留するタンクとを備えて主生成ラインが構成され、前記タンク内の気液混合水を送水ポンプで前記主生成ラインの下流側に送水することによって、酸化電位水または還元電位水を生成する気液混合水生成装置であって、前記タンクには、前記気液混合水に含まれる前記気体が飽和状態を維持するように、前記気液混合水に含まれる気体と同一の気体を、前記タンクに充填する気体送給ラインが接続されていることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明では、前記タンク内に充填される気体の圧力は、大気圧の分圧の範囲内であることを特徴としている。

請求項３記載の発明では、前記気液混合水が、水と水素を含んで還元電位水を生成することを特徴としている。

請求項４記載の発明では、前記気液混合水が、水とオゾンを含んで酸化電位水を生成することを特徴としている。

請求項５記載の発明では、前記主生成ラインには、前記気液混合水における溶存気体濃度が所望の濃度より高い場合に、前記気液混合水に水を増加する希釈コントロールラインが接続されていることを特徴としている。

請求項６記載の発明では、前記希釈コントロールラインには、前記気液混合水における溶存気体濃度が所望の濃度より低い場合に、前記タンクから排出した水を回収する水回収ラインが接続されていることを特徴としている。

本発明によれば、導入された水は、気液混合ポンプと、一次ミキサと、タンクとを含む主生成ラインに送られる。気液混合ポンプには、外部から導入される水とタンクから還流された余剰気体が流入されて混合水が生成される。この混合水は一次ミキサによって攪拌されてタンクに入加される。タンク内では、混合水と同一の気体が気体送給ラインから充填されて気液混合水に含まれる気体を飽和状態に維持している。つまり、気液混合水に含まれる気体と同一の気体をタンク内に充填することによって、気液混合水に含まれる気体の外部への放出を防止することになる。

気液混合水に含まれる気体を飽和状態に維持するために、気体送給ラインから入加される気体の圧力は、例えば、大気圧の分圧範囲内であり、タンク内に貯留されている気液混合水に圧力を付加していない。つまり、充填する気体の圧力が高くタンク内の気液混合水に圧力を付加することになると、高い圧力により気体は外部に放出やすくなり気体の濃度を安定させることができない。

特に、気体が水素又はオゾンであり、気液混合水が水素水あるいはオゾン水であれば、水素又はオゾンの比重は小さいことから、シール部やジョイント部において外部に放出しやすい。そのため、気体送給ラインからタンク内に水素またはオゾンを充填してタンク内を飽和状態にすることになる。このときの気体の圧力は、充填される気体と、気液混合水に含まれる気体とが、略同一であるから気液混合水の気体がタンク内に充填された気体に抑えられて外部に放出するのを防いでいる。

また、本発明では、主生成ラインで生成される溶存気体濃度が、所望の濃度より高い場合には、希釈コントロールラインから主生成ラインに水を増加することによって、溶存気体濃度を低くするように調整する。また、溶存気体濃度が、所望の濃度より低い場合には、タンクから水を抜くことによって、溶存気体濃度を高くすることができる。タンクから抜かれた水は、水回収ラインで希釈コントロールラインに回収することになる。これによって、主生成ラインで生成された気液混合水の溶存気体濃度を容易に調整することができる。

次に、本発明の気液混合水生成装置の実施形態について図面に基づいて説明する。以下に説明する気液混合水は、気体に水素を含んだ水素水で説明するものであり、還元状態の混合水を生成することに関して説明するものである。もちろん、水素水に限定するものではなく、例えば酸化状態のオゾン水を生成するものや、他の気液混合水を生成するものであってもよい。

図１は、水素水生成装置Ｍにおける水素水を生成する流れ図を示すものであり、水素水を生成する主生成ライン１においては、水道水（以下、単に水という）を導入する脱気ポンプ２と、水と水素を混合する気液混合ポンプ３と、水と水素の混合水を攪拌する一次ミキサ４と、攪拌された混合水を貯留するタンク５と、を備えている。タンク５には、水素発生装置１１から水素を充填する水素送給ライン１０が接続されるとともに、タンク５から余剰の水素を気液混合ポンプ３に回収する水素回収ライン１５が接続されている。

さらに、主生成ライン１におけるタンク５の下流側には、タンク５で生成された水素水を吸水して外部に送水する送水ポンプ６と、生成された水素水をさらに攪拌する二次ミキサ７と、生成された水素水の溶存水素濃度を計測する溶存水素計８とが配置されている。

水素送給ライン１０は、水素発生装置１１の送給口１１ａからマスフロコントローラ（流量調整コントローラ）１２、逆止弁１３を介してタンク５の上部に設けられた吸入口５ａまで接続するように配管されている。

水素回収ライン１５は、タンク５の上部に設けられた水素排出口５ｂから逆止弁１６、流量コントローラ１７、ストップバルブ１８を介して気液混合ポンプ３の回収口３ａに接続するように配管されている。

また、気液混合ポンプ３、一次ミキサ４、タンク５を跨ぐように、脱気ポンプ２から送水ポンプ６まで配管部材Ｐ１で接続する希釈コントロールライン２０が形成されている。希釈コントロールライン２０には、脱気ポンプ２と気液混合ポンプ３との間に第１の三方弁２１が配置されるとともに、気液混合ポンプ５と送水ポンプ６との間にはＴ字管２２が配置され、第１の三方弁２１とＴ字管２２は配管部材Ｐ１で接続されている。配管部材Ｐ１の途中には第２の三方弁２３が配置され、第２の三方弁２３とＴ字管２２との間に流量調整弁２５、ストップバルブ２６が配置されている。

また、希釈コントロールライン２０には、タンク５から接続された水回収ライン１９が形成されている。水回収ライン１９は、タンク５の下部に設けられた水の排出口５ｃから逆止弁２４備えて形成され、希釈コントロールライン２０に配置された第２の三方弁２３に接続されている。

なお、気液混合ポンプ３と一次ミキサ４との間には、ストップバルブ２７が介在され、一次ミキサ４とタンク５との間には逆止弁２８が介在されている。さらにＴ字管２２の前後には逆止弁２９、３０が介在されている。

また、溶存水素計８の下流側には第３の三方弁３１が配置され、第３の三方弁３１から、一方において、所望の溶存水素濃度の水素水を外部に送給している。他方において、所望の溶存水素濃度以外の水素水を、配管部材Ｐ２を介してタンク５に戻すように形成される水素水戻しライン３２が形成されている。

次に、上述のように構成された水素水生成装置Ｍの作用について説明する。

脱気ポンプ２の作動により外部からの水は水素水生成装置１内に導入される。主生成ライン１において、第１の三方弁２１は、水を気液混合ポンプ３側に流す方向に開いている。気液混合ポンプ３においては、脱気ポンプ２から送られた水と、タンク５から回収された水素とが混合され、水素が飽和状態まで混合された混合水（以下、水素水という）として下流側に送る。

気液混合ポンプ３で混合された水素水は、開放されているストップバルブ２７を通って一次ミキサ４に送られ、一次ミキサ４によって攪拌される。一次ミキサ４で攪拌することによって水素は水に溶解する。この際、水素には圧力がかからない状態で攪拌されることから水素が外部に放出しにくい。そして、水素水は、逆止弁２８を介してタンク５内に送られる。

タンク５では、一次ミキサ４で攪拌された水素水が、タンク５の上部に空間部を残して貯留される。タンク５内で貯留されている水素水のうち、比重の大きい水は下方に溜まり水素は上方に移動しようとする。上部の空間部には水素送給ライン１０から水素が充填されてタンク５内の水素水に含まれる水素を飽和状態に維持している。

水素は、水素発生装置１１から１気圧を越えない状態で入加されている。また、水素の量は、タンク５内の水素水に含まれる水素が飽和状態を維持できるように、その量が、マスフロコントローラ１２によって調整されている。つまり、タンク内に貯留されている水素水は、タンク５の上方空間部に移動しようとする水素水内の水素を、水素送給ライン１０から充填される水素で抑えることによって、水素水内に含まれる水素の、外部への放出を防止することになる。

タンク５内で余剰となった水素は、水素排出口５ａから水素回収ライン１５を通って回収口３ａから気液混合ポンプ３内に還流される。この気液混合ポンプ３内に入加される水素の量は、マスフロコントローラ１７で気液混合ポンプ３内の水素の流量が調整されている。

一方、タンク５内の水素水を外部に送給する場合、送水ポンプ６が作動してタンク５から吸水する。水素水はさらに、二次ミキサ７で再度攪拌された状態で、溶存水素計８によって溶存水素濃度を確認された後、所望の溶存水素濃度範囲内であればそのまま外部に放出される。三方弁３１は、通常においては、外部に放水する方向に弁が開いている。この際、所望の溶存水素濃度に達していないか、あるいは、所望以上の溶存水素濃度である水素水は、三方弁３１が水素水戻しライン３２側に通るように切り換わることによって、タンク５に戻される。

溶存水素濃度が所望の数字を得られない場合には、希釈コントロールライン２０が作用する。溶存水素濃度が低い場合には、タンク５の下部に配置された水排出口５ｃを開いてタンク５内の水を抜き、水回収ライン１９を通って、希釈コントロールライン２０に水を戻して溶存水素濃度を高くする。この際、三方弁２３は、水を主生成ライン１の元部側に戻す方向に開き、また、三方弁２１は希釈コントロールライン２０から主生成ライン１の下流側に向かう方向に開いている。

溶存水素濃度が高い場合には、希釈コントロールライン２０に、脱気ポンプ２から水を供給し、タンク５から送水された主生成ライン１の下流側に供給する。この際、三方弁２１は、水を希釈コントロールライン２０側に向かうように開き、三方弁２３は、タンク５の下流側に配置されたＴ字管２２側に進む方向に弁が開いている。主生成ライン１の下流側に供給される水は、流量調整弁２５でその流量が調整された状態でストップバルブ２６を介してＴ字管２２に入加して主生成ライン１の下流側に進むこととなる。これによって、タンク５から送水される溶存水素濃度の高い水素水は、主生成ライン１の下流側で、水によって希釈され溶存水素濃度を低くすることができる。

なお、気液混合水がオゾン水の場合であっても、上記気液混合水生成装置Ｍにおける、水素をオゾンと入れ換えることで上述の構成及び作用を行うことができる。つまり、上述の形態による、水と水素が混合された水素水であれば、水素水を生成することによって、還元状態の生成水を形成することができ、防錆効果や洗浄効果の優れた生成水を作ることができる。また、水とオゾンが混合されたオゾン水であれば、オゾン水を生成することによって、酸化状態の生成水を形成することができ、消毒効果の優れた生成水を作ることができる。

上述のように、実施形態の気液混合水生成装置Ｍは、混合水（水素水またはオゾン水）を貯留するタンク５内において、比重の軽い気体と同一の気体（水素又はオゾン）を大気圧の範囲内で充填して、混合水（水素水）に含まれる気体（水素）を飽和状態に維持することによって、混合水内の気体が上昇して外部に放出されることを防止できる。これによって、気液混合水の溶存気体濃度（溶存水素濃度又は溶存オゾン濃度）を安定化することが可能となる。

また、この気液混合水生成装置Ｍは、導入された水とタンク５から回収された気体とを混合して溶存気体濃度を安定した状態で生成する主生成ライン１と、タンク５に気体を送給する気体送給ライン１０と、タンク５内の気体を回収する気体（水素）回収ライン１５と、希釈コントロールライン２０、水回収ライン１９、及び混合水（水素水）戻しライン３２とを形成しているから、それぞれを必要に応じて作用することによって安定した溶存気体濃度を保持することができる。

つまり、外部に放出する混合水の溶存気体濃度が、所望の値と異なる場合には
混合水戻しライン３２で混合水をタンク５内に回収することができる。この場合、希釈コントロールライン２０においては、タンク５内の気体混合水における溶存気体濃度が高い場合には、水をタンク５の下流側から主生成ライン１に供給して濃度を薄めるようにし、タンク５内の混合水（水素水）における気体混合水の溶存気体濃度が低い場合には、水回収ライン１９を開放してタンク５の水を抜くことによって濃度を高くすることができる。

さらに、タンク５内に気体を送給する場合には、気体送給ライン１０で、気体発生装置１１で発生した気体を、流量調整したうえで充填し、余剰の気体を気体回収ライン１５で気液混合ポンプ３に回収することから、タンク５内の混合水（水素水）に含まれる気体を飽和状態に維持することができる。

しかも、気体の圧力が大気圧の範囲内であり、つまり大気圧における気体の分圧を越えることがないから、混合水の気体に圧力を付加しない。そのため、圧力を付加しないことによって、混合水に含まれる気体を、タンク５内に充填された気体で抑えることによって、混合水に含まれる気体が放出することを防止することができる。

本発明の気液混合水生成装置における、混合水の生成を示す流れ図である。

符号の説明

Ｍ、気液混合水生成装置
１、主生成ライン１
３、気液混合ポンプ
４、一次ミキサ
５、タンク
６、送水ポンプ
７、二次ミキサ
８、溶存水素計
１０、水素送給ライン
１１、水素発生装置
１５、水素回収ライン
２０、希釈コントロールライン
３２、水素水戻しライン

Claims (6)

1. 気体と液体とを混合する気液混合ポンプと、前記気液混合ポンプで混合される気液混合水を攪拌する一次ミキサと、攪拌された前記気液混合水を貯留するタンクとを備えて主生成ラインが構成され、前記タンク内の気液混合水を送水ポンプで前記主生成ラインの下流側に送水することによって、酸化電位水または還元電位水を生成する気液混合水生成装置であって、
   前記タンクには、前記気液混合水に含まれる前記気体が飽和状態を維持するように、前記気液混合水に含まれる気体と同一の気体を、前記タンクに充填する気体送給ラインが接続されていることを特徴とする気液混合水生成装置。
2. 前記タンク内に充填される気体の圧力は、大気圧の分圧の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の気液混合水生成装置。
3. 前記気液混合水が、水と水素を含んで還元電位水を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の気液混合水生成装置。
4. 前記気液混合水が、水とオゾンを含んで酸化電位水を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の気液混合水生成装置。
5. 前記主生成ラインには、前記気液混合水における溶存気体濃度が所望の濃度より高い場合に、前記気液混合水に水を増加する希釈コントロールラインが接続されていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の気液混合水生成装置。
6. 前記希釈コントロールラインには、前記気液混合水における溶存気体濃度が所望の濃度より低い場合に、前記タンクから排出した水を回収する水回収ラインが接続されていることを特徴とする請求項５記載の気液混合水生成装置。