JP2011110468A - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水中に取り込む空気の酸素濃度を相対的に高め、高酸素濃度の空気の微細気泡を簡便に水中に発生させることができる微細気泡発生装置を提供すること。
【解決手段】給水路２の途中に空気供給路１２が接続され、空気供給路を通じて空気を、給水路を流れる水中に送り込み、混合させる微細気泡発生装置１において、空気供給路の途中に、窒素を選択的に吸着する窒素吸着剤１６が充填された酸素富化槽１３が配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高濃度の酸素を含有する空気の微細気泡を水中に発生させる微細気泡発生装置に関する。

水中に空気を微細気泡として混合した微細気泡含有水は、洗浄効果、入浴効果などを高めるものとして注目されており、空気の微細気泡を水中に発生させる微細気泡発生装置が、様々に提案され、提供されている。

本出願人は、たとえば、下記特許文献１において、浴槽内への酸素供給装置を提案している。

上記酸素供給装置は、浴槽の湯水を循環させる管路に気体を供給する供給部を設け、この供給部に酸素富化空気を供給するための酸素富化装置を設けてなるものである。この酸素供給装置では、単に空気を微細気泡として発生させるのではなく、酸素の濃度を高め、高濃度の酸素を含有する空気の微細気泡を発生させることによって、入浴効果を高め、健康増進を一層図っている。

上記酸素供給装置に設けられる酸素富化装置は、空気が通過する酸素富化膜を備えるものであり、酸素富化膜では、膜の表面側と裏面側に圧力差が設けられることにより、大気側の酸素が膜表面に溶解し、内部を拡散して移動し、減圧側の裏面から離脱する。大気中の窒素は、酸素と同じように溶解および拡散するが、そのスピードが酸素に比べて遅い。このため、酸素富化膜を通過した後の空気では、酸素濃度が大気より高くなり、酸素富化空気が得られる。

特開平４−２３４７号公報

その一方で、上記酸素富化装置は、その構造がやや複雑なものとなっており、酸素富化装置を組み込んだ酸素供給装置のコンパクト化などに難点が見出される。このようなことからも、たとえば水道に直結するシャワーヘッドなどの水栓金具に対し、酸素供給装置の適用はこれまでに試みられていない。

また、十分に効果的な高酸素濃度を達成しようとする場合、酸素富化装置に真空ポンプを接続し、空気を積極的に酸素富化膜に流通させるなどの工夫が必要となる。この場合の真空ポンプは、通常の真空ポンプではその能力が必ずしも十分ではないため、高出力などの特殊なポンプが必要とされることがある。

このように、微細気泡発生装置については、高濃度の酸素を含有する空気の微細気泡を簡便に水中に発生させ、実用化を推進させるために、さらなる改良が必要とされている。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、水中に取り込む空気の酸素濃度を相対的に高め、高酸素濃度の空気の微細気泡を簡便に水中に発生させることができる微細気泡発生装置を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の特徴を有している。

第１の発明は、給水路の途中に空気供給路が接続され、空気供給路を通じて空気を、給水路を流れる水中に送り込み、混合させる微細気泡発生装置において、空気供給路の途中に、窒素を選択的に吸着する窒素吸着剤が充填された酸素富化槽が配設されていることを特徴としている。

第２の発明は、上記第１の発明の特徴において、給水路が、水道に直結されていることを特徴としている。

第３の発明は、上記第１の発明の特徴において、給水路は、浴槽内の湯水を循環する循環水路であり、循環水路の途中に水中に空気を溶解させる溶解タンクが配設され、循環水路において溶解タンクの上流側に空気供給路が接続されていることを特徴としている。

第４の発明は、上記第１から第３のいずれか一つの発明の特徴において、窒素吸着剤が分子篩であることを特徴としている。

第５の発明は、上記第４の発明の特徴において、分子篩がゼオライトであることを特徴としている。

上記第１の発明によれば、空気供給路の途中に、窒素を選択的に吸着する窒素吸着剤が充填された酸素富化槽が配設されているので、水中に取り込む空気の酸素濃度を相対的に高めることができ、しかも、従来の酸素富化膜に比べ、高酸素濃度の酸素富化空気を簡便に生成することができる。このため、高酸素濃度の空気の微細気泡を簡便に水中に発生させることが可能となる。

上記第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、水道に直結されている給水路を流れる水中に、高酸素濃度の空気の微細気泡を発生させることができ、しかも、微細気泡の発生は簡便に実現される。

上記第３の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、浴槽内の湯水の循環水路の途中に溶解タンクが配設され、循環水路において溶解タンクの上流側に空気供給路が接続されているので、浴槽内の湯水を循環させながら湯水中に微細気泡を発生させる場合にも、高酸素濃度の空気の微細気泡を簡便に発生させることができる。

上記第４の発明によれば、上記第１から第３のいずれか一つの発明の効果に加え、窒素吸着剤が分子篩であるので、高酸素濃度の酸素富化空気を効率よく生成することができる。

上記第５の発明によれば、上記第４の発明の効果に加え、分子篩がゼオライトであるので、入手しやすく、安価であり、しかも、窒素の吸着効率が向上する。高酸素濃度の酸素富化空気の生成効率が向上する。

本発明の微細気泡発生装置の第１実施形態を示した断面図である。 図１に示した微細気泡発生装置を水栓に応用した例を概略的に示した構成図である。 本発明の微細気泡発生装置の第２実施形態を概略的に示した構成図である。 図３に示した微細気泡発生装置の一変形例を概略的に示した構成図である。 図３に示した微細気泡発生装置の他の変形例を概略的に示した構成図である。

上記のとおり、図１は、本発明の微細気泡発生装置の第１実施形態を示した断面図である。図２は、図１に示した微細気泡発生装置を水栓に応用した例を概略的に示した構成図である。

図１に示した微細気泡発生装置１は、給水路２としてのベンチュリー管３を備え、ベンチュリー管３が水道Ｗに直結される、水道直結型の微細気泡発生装置である。

ベンチュリー管３は、円形のパイプであり、入口４側と出口５側のそれぞれに、開口断面積が最大である管径拡大部６、７を有している。また、ベンチュリー管３は、長さ方向の中間部に、開口断面積が最小である管径縮小部８を有している。さらに、ベンチュリー管３では、入口４側の管径拡大部６から管径縮小部８にかけて開口断面積が漸減する管径漸減部９が形成されているとともに、管径縮小部８から出口５側の管径拡大部７にかけて開口断面積が漸増する管径漸増部１０が形成されている。

なお、出口５側の管径拡大部７では、その内部に、複数の整流片１１が管径方向に一定間隔で配設されている。整流片１１は、管径漸増部１０から管径拡大部７に流れ込み、出口５から流出する水の流れを整流し、使用に適した水流に調整するものである。

そして、ベンチュリー管３では、管径縮小部８に略直交する向きに空気供給路１２が接続されている。また、空気供給路１２の途中の、管径縮小部８との接続部には、酸素富化槽１３が配設され、空気供給路１２の最も下流に位置する管径縮小部８との接続口１４の付近には逆止弁１５が配設されている。逆止弁１５は、ベンチュリー管３を流れる水が空気供給路１２に流れ込むのを防止するものである。酸素富化槽１３の内部には、窒素を選択的に吸着する窒素吸着剤１６が充填されている。

このような微細気泡発生装置１では、配水管などによって形成される給水路２の下流端にベンチュリー管３が接続される。水道Ｗからベンチュリー管３に水が入口４を通じて流れ込み、水は出口５から吐出される。水の吐出にともないベンチュリー管３には負圧が生じ、空気が、空気供給路１２を通じて管径縮小部８に導入される。導入された空気は、酸素富化槽１３の内部を流通し、その内の窒素が酸素富化槽１３内に充填された窒素吸着剤１６に選択的に吸着されて除去される。その結果、酸素富化槽１３を通過した後の空気では、酸素の濃度が、大気中の濃度よりも相対的に高くなり、高濃度の酸素を含有する酸素富化空気が、ベンチュリー管３を流れる水に送り込まれ、気泡として水中に混入される。このようにして水中に導入された高酸素濃度の空気の気泡は、ベンチュリー管３の上記のとおりの内部構造によって生じる衝撃波により微細化される。そして、ベンチュリー管３の出口５からは、高酸素濃度の空気の微細気泡が発生した水が吐出される。

このように、微細気泡発生装置１では、空気供給路１２の途中に、窒素を選択的に吸着する窒素吸着剤１６が充填された酸素富化槽１３が配設されているので、水中に取り込む空気の酸素濃度を相対的に高めることができ、しかも、従来の酸素富化膜に比べ、高酸素濃度の酸素富化空気を簡便に生成することができる。このため、水道Ｗに直結されているベンチュリー管３を流れる水中に、高酸素濃度の空気の微細気泡を簡便に発生させることができる。微細気泡の発生のために真空ポンプなどの動力源を必要とすることはなく、微細気泡発生装置１は、構成が簡略化されており、コンパクト化などが可能である。したがって、図２に示したように、ベンチュリー管３は、流し台や洗面化粧台１７などに取り付けられる、シャワーヘッドなどの水栓金具１８の吐出側の出口に配設することができる。水栓金具１８からは、高酸素濃度の空気の微細気泡が混入した、洗浄効果などに優れた水が吐出される。

酸素富化槽１３に充填される窒素吸着剤１６については、たとえば分子篩が例示される。分子篩は、物質の分子の大きさによって対象とする物質を分離することができる物質の総称である。窒素吸着剤１６として適用される分子篩は、窒素を選択的に吸着するものであり、空気中から窒素を除去して酸素の濃度を相対的に高くすることができる。分子篩の採用により高酸素濃度の酸素富化空気を効率よく生成することができる。

このような分子篩の中でもゼオライトは、入手しやすく、安価であり、しかも、窒素の吸着効率が十分高いので、窒素吸着剤１６に好適である。合成ゼオライトの一種であるモレキュラーシーブ（商品名）は、窒素吸着剤１６に特に好ましいものとして例示される。

なお、酸素富化槽１３に充填される窒素吸着剤１６の形態は特に制限はなく、粉末または粉末を成形したバルク状のものなど、空気の流通を阻害しない各種のものとすることができる。いずれの形態においても、空孔が多数形成された多孔質であることが、空気の流通や窒素の吸着などの面から好ましい。

図３は、本発明の微細気泡発生装置の第２実施形態を概略的に示した構成図である。

図３に示した微細気泡発生装置１は、浴槽１９内の湯水２０を循環させ、湯水２０中に微細気泡を発生させる、循環型の微細気泡発生装置である。

微細気泡発生装置１では、浴槽１９内の湯水２０を一旦外部に取り出した後、浴槽１９に戻す循環水路２１が、給水路２として配設されている。循環水路２１では、流水方向に関し、上流側に位置する一端が、浴槽１９の側壁部に配設された吸込口２２に接続され、下流側に位置する他端が、浴槽１９の側壁部において吸込口２２と異なる位置に配設された吐出口２３に接続されている。循環水路２１には、その途中に循環ポンプ２４が配設され、循環ポンプ２４の作動により浴槽１９内の湯水２０が、吸込口２２から浴槽１９の外部に配設された循環水路２１に取り出され、吐出口２３を通じて浴槽１９内に送り戻され、湯水２０が循環する。

循環水路２１の途中において、流水方向に関し、循環ポンプ２４の下流側には、溶解タンク２５が配設されている。溶解タンク２５は、その内部に上方から湯水２０が噴霧され、湯水２０に浴室などから取り込んだ空気を溶解させ、底部から空気溶解水を取り出すものである。溶解タンク２５の上端部には、湯水２０に溶け切れずに余剰となる空気を放出するための排気路２６が配設され、その途中に排気弁２７が配設されている。

また、微細気泡発生装置１では、循環水路２１の途中において、流水方向に関し、循環ポンプ２４の上流側に空気供給路１２が接続されている。図１に示した微細気泡発生装置１と同様に、空気供給路１２の途中には、窒素を選択的に吸着する窒素吸着剤１６が充填された酸素富化槽１３が配設されている。一方、図３に示した微細気泡発生装置１では、空気供給路１２において、空気の流れ方向に関し、酸素富化槽１３の下流側に吸気弁２８が配設されている。

このような微細気泡発生装置１では、循環ポンプ２４を作動させると、浴槽１９内に貯留している湯水２０が吸込口２２を通じて循環水路２１に取り出される。吸気弁２８が開放された状態では、循環ポンプ２４による湯水２０の吸い込みおよび循環水路２１での湯水２０の流れにともなう負圧によって、浴室などの空気が空気供給路１２に吸い込まれる。空気供給路１２を流れる空気は、その途中の酸素富化槽１３を通過する際に、窒素吸収剤１６によって窒素が吸着され、除去される。このため、酸素富化槽１３を通過後の空気中の酸素は、相対的に濃度が高くなり、高酸素濃度の酸素富化空気が生成される。この高酸素濃度の酸素富化空気は、循環水路２１に送り込まれ、湯水２０と混合される。

高酸素濃度の空気と湯水２０の気液混合水は、循環水路２１を下流側に流れ、溶解タンク２５の内部にその上端部から噴霧される。このとき、湯水２０に高酸素濃度の空気と湯水２０が、溶解タンク２５内に貯留されている空気とともに激しく混合され、攪拌されて、高酸素濃度の空気が湯水２０に溶解する。湯水２０に溶解し切れなかった空気は、排気弁２７の開放によって溶解タンク２５の外部に放出される。

そして、空気溶解水が、溶解タンク２５の底部から外部の循環水路２１に流出し、吐出口２３を通じて浴槽１９内に送り戻される。送り戻された空気溶解水は、減圧にともなって湯水２０中に溶解していた高酸素濃度の空気が、キャビテーションにより気泡として析出し、湯水２０中に微細気泡２９が発生する。また、吐出口２３には、微細気泡２９の発生を促進させる微細気泡発生ノズルなどを配設することができ、この場合には、高酸素濃度の空気による微細気泡２９が、微細気泡発生ノズルを通過する際に効率的に発生する。

このように、微細気泡発生装置１では、浴槽１９内の湯水２０を循環させながら湯水２０中に微細気泡２９を発生させる際、従来の空気富化膜により高酸素濃度の酸素富化空気を生成する場合に比べ、真空度を高めなくとも、高酸素濃度の空気の微細気泡２９を簡便に発生させることができる。循環ポンプ２４には、一般に使用されているポンプの適用が十分可能である。

図４は、図３に示した微細気泡発生装置の一変形例を概略的に示した構成図である。

なお、図４に示した微細気泡発生装置１において、図３に示した微細気泡発生装置１と共通する部分には図中に同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図４に示した微細気泡発生装置１では、空気供給路１２の途中において、空気の流れに関し、酸素富化槽１３の下流側でかつ吸気弁２８の上流側に真空ポンプ３０が配設されている。このように真空ポンプ３０を配設すると、循環水路２１を流通する湯水２０の流れにともなう負圧よりも大きな負圧を発生させることができ、空気の取り込み量をより多くすることができ、高酸素濃度の酸素富化空気の生成効率を高めることができる。

なお、真空ポンプ３０については、従来の酸素富化膜により高酸素濃度の酸素富化空気を生成する場合に、その効率を高めるために配設される真空ポンプのように特殊なものを採用する必要はなく、一般に使用されているものの適用で十分可能である。したがって、真空ポンプ３０を配設することにともなう弊害は抑制される。

図５は、図３に示した微細気泡発生装置の他の変形例を概略的に示した構成図である。

なお、図５に示した微細気泡発生装置１において、図３に示した微細気泡発生装置１と共通する部分には図中に同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図５に示した微細気泡発生装置１では、空気供給路１２の途中において、空気の流れに関し、酸素富化槽１３の上流側にエアーポンプ３１が配設されている。エアーポンプ３１は、空気供給路１２に吸い込まれる空気を加圧して酸素富化槽１３に積極的に送り込むものである。エアーポンプ３１の作動により酸素富化槽１３内の圧力が、浴室などにおける大気圧よりも高くなり、酸素富化槽１３に充填された窒素吸着剤１６は、より多くの窒素を吸着することができる。特にモレキュラーシーブの場合は、窒素吸着能が高くなる。また、エアーポンプ３１が停止すると、酸素富化槽１３内は大気圧まで減圧し、窒素吸着剤１６は、吸着した窒素を外部に放出する。窒素吸着剤１６は容易に再生され、窒素吸着能を高く維持することができる。

したがって、微細気泡発生装置１も、図４に示した微細気泡発生装置１と同様に、高酸素濃度の酸素富化空気の生成効率を高めることができる。また、微細気泡発生装置１は、上記のとおり、酸素富化効果を高めるだけでなく、窒素吸着剤１６の再生をも容易に実現することができ、高性能の維持が可能となっている。

本発明は、以上の実施形態によって限定されるものではない。微細気泡発生装置は、水道直結型または循環型に限定されることはなく、水栓や浴槽など以外の装置への組み込みも可能である。高酸素濃度の空気の微細気泡が利用される装置に対して広く適用が考慮される。

１ 微細気泡発生装置
２ 給水路
１２ 空気供給路
１３ 酸素富化槽
１６ 窒素吸着剤
２１ 循環水路
２５ 溶解タンク
Ｗ 水道

Claims (5)

1. 給水路の途中に空気供給路が接続され、空気供給路を通じて空気を、給水路を流れる水中に送り込み、混合させる微細気泡発生装置において、空気供給路の途中に、窒素を選択的に吸着する窒素吸着剤が充填された酸素富化槽が配設されていることを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 給水路が、水道に直結されていることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生装置。
3. 給水路は、浴槽内の湯水を循環する循環水路であり、循環水路の途中に水中に空気を溶解させる溶解タンクが配設され、循環水路において溶解タンクの上流側に空気供給路が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生装置。
4. 窒素吸着剤が分子篩であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
5. 分子篩がゼオライトであることを特徴とする請求項４に記載の微細気泡発生装置。

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