JP2011224519A - 酸素水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成により酸素水の溶存酸素濃度を高めることのできる酸素水生成装置を提供すること。
【解決手段】給水路２を備え、この給水路の途中にその上流側から下流側にかけて吸気部５、圧送部６、気体溶解部７が順に設けられ、給水路の下流端に吐水部３が設けられ、吸気部から空気Ａを導入し、気体溶解部において供給される水と空気を加圧下に混合し、空気中の酸素を水に溶解させて酸素水１４を生成し、この酸素水を吐水部から供給先へ供給する酸素水生成装置１であって、気体溶解部から出水される酸素水の一部を、気体溶解部における空気と水を混合する気液混合部側に戻し、戻した酸素水を気液混合部に再度供給可能とした還流路１５が給水路に分岐して設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶存酸素濃度が比較的高い酸素水を生成する酸素水生成装置に関する。

空気または酸素富化空気を含む水である気液混合流体を溶解タンクなどにおいて加圧下に混合し、通常の水よりも溶存酸素濃度の高い酸素水を生成する酸素水生成装置が知られている。そのような酸素水は、例えば入浴水に用いる場合、美肌効果や洗浄効果などを奏し、また、植物に散布すると、より多くの酸素を植物に供給することができ、成長促進効果を奏し、注目されている。

酸素水の溶存酸素濃度は、溶解タンクなどの気体溶解部における酸素分圧に比例する。一方、酸素の溶解速度は窒素に比べて速いため、酸素水の生成にともない、気体溶解部における酸素分圧が低下することになる。この結果、酸素水の飽和溶存酸素濃度が、空気中の酸素濃度である２０．９％という理論飽和溶存濃度を下回ってしまうことが指摘される。

下記特許文献１には、通常の水よりも溶存酸素濃度の高い水を生成する高濃度酸素水製造装置が記載されている。

この高濃度酸素水製造装置は、給水部と採水部を備え、循環ポンプの作動により循環する循環系に、この循環系を循環する水を冷却するための冷却部を設けるとともに、酸素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ている。酸素富化部によって酸素濃度の高い空気を生成し、その空気を冷却した水に混入することによって、溶存酸素濃度が通常の水よりも高い高濃度酸素水を生成する。

特開２００５−６６３８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された高濃度酸素水製造装置では、酸素水の溶存酸素濃度を高くするために、冷却部を設けており、冷却部は、冷媒と、この冷媒を循環させて供給する冷却コイルなどの流路などから形成されるため、その分、装置が大型化し、コスト高の原因ともなることが危惧される。

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、簡便な構成により酸素水の溶存酸素濃度を高めることのできる酸素水生成装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明の酸素水生成装置は、給水路を備え、この給水路の途中にその上流側から下流側にかけて吸気部、圧送部、気体溶解部が順に設けられ、給水路の下流端に吐水部が設けられ、吸気部から空気を導入し、気体溶解部において供給される水と空気を加圧下に混合し、空気中の酸素を水に溶解させて酸素水を生成し、この酸素水を吐水部から供給先へ供給する酸素水生成装置であって、気体溶解部から出水される酸素水の一部を、気体溶解部における空気と水を混合する気液混合部側に戻し、戻した酸素水を前記気液混合部に再度供給可能とした還流路が給水路に分岐して設けられていることを特徴とする。

この酸素水生成装置においては、還流路が給水路から分岐する分岐部に、気体溶解部の気液混合部側に戻す酸素水の流量を調整する流量調整部が設けられていることが好ましい。

また、この酸素水生成装置においては、還流路に、前記分岐部から戻す方向に酸素水を流す一方、分岐部に向かう方向には水を流さない逆止弁が設けられていることが好ましい。

また、この酸素水生成装置においては、気体溶解部として溶解タンクが設けられ、溶解タンクは、少なくとも気液混合槽および気液分離槽を有する複数の槽を備えていることが好ましい。

本発明の酸素水生成装置によれば、還流路が設けられているので、気体溶解部から出水される酸素水の一部が、気体溶解部における空気と水を混合する気液混合部に再度供給され、気体溶解部に供給される水の溶存酸素濃度が増加し、酸素の水への溶解速度が減少する。このため、気体溶解部における酸素分圧の低下を抑制することができ、供給先へ供給する酸素水の飽和溶存酸素濃度を増加させることができる。溶存酸素濃度が比較的高い酸素水の生成が、簡便な構成により実現可能となる。

本発明の酸素水生成装置の第１実施形態を概略的に示した構成図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、図１に示した酸素水生成装置における流量調整部の一形態と、この流量調整部による還流量の調整について示した断面図である。 図１に示した酸素水生成装置による還流率と溶存酸素濃度の関係を概略的に示したグラフである。 本発明の酸素水生成装置の第２実施形態を概略的に示した構成図である。 図１に示した酸素水生成装置の変形例による溶存酸素濃度の上昇量を実際に測定した結果を示したグラフである。

（第１実施形態）
上記のとおり、図１は、本発明の酸素水生成装置の第１実施形態を概略的に示した構成図である。

図１に示したように、酸素水生成装置１は、水源となる水道Ｗに上流端が接続される給水路２を備え、給水路２の下流端は、酸素水の供給先に配置され、この下流端には吐水部３が設けられている。

また、給水路２の途中では、その上流側から下流側にかけて、給水部４、吸気部５、圧送部６、気体溶解部７が順に設けられている。

給水部４は、止水栓などを備え、水道Ｗに接続される給水口などから形成される。吸気部５は、空気Ａを空気導入口８から給水路２内に吸引する部分であり、たとえば、給水路２を水が流れるときに発生する負圧を利用して空気Ａを吸引するエジェクタなどの減圧装置９から形成することができる。吸気部５で吸引された空気Ａは、給水路２を流れる水に混入し、気液混合流体となって給水路２を下流側に流れる。

圧送部６は、その気液混合流体を気体溶解部７に圧送するものであり、たとえば、遠心ポンプなどのポンプ１０から形成される。

気体溶解部７は、一定の容量を有する溶解タンク１１から形成され、給水路２に連通する入水口を有し、入水口を通じて気液混合流体が溶解タンク１１の内部に流入する。流入する気液混合流体は、溶解タンク１１の内部に噴出し、溶解タンク１１の内部に貯留していた空気も含め、空気と水の混合が加圧下に行われ、攪拌されて空気中の酸素が水に溶解し、酸素水が生成する。酸素水の溶存酸素濃度は、上記のとおり、酸素分圧に比例する。

溶解タンク１１には、その上端部に空気抜き弁１２が設けられており、空気抜き弁１２は、水に溶けきれずに残る余剰の空気を溶解タンク１１の外部に排気する。

生成した酸素水は、溶解タンク１１に設けられた出水口から給水路２に流出し、吐水部３に向かう。吐水部３は、たとえば、吐水ノズル１３などから形成することができ、加圧された状態にある酸素水を減圧して吐水し、酸素水１４を供給先へ供給する。

また、酸素水生成装置１では、溶解タンク１１の出水口の下流側において給水路２が分岐され、還流路１５が形成されている。還流路１５において給水路２との分岐部１６は、還流路１５の上流端に位置し、還流路１５の下流端には戻し部１７が設けられている。戻し部１７は、圧送部６を形成しているポンプ１０の下流側に位置する給水路２に接続されている。還流路１５は、このように給水路２と連通しているので、溶解タンク１１の出水口から流出した酸素水の一部は、還流路１５を流れ、戻し部１７を通じて再び給水路２に返送され、気液混合流体に混入される。

分岐部１６は、給水路２において気体溶解部７の下流側に配置されていればよく、特にその位置は限定されない。たとえば、溶解タンク１１が、気液混合流体の噴出にともなって空気と水が攪拌、混合される気液混合槽と、余剰の空気を酸素水から分離する気液分離槽とを内部に有するものである場合には、分岐部１６は、気液分離槽に配置することもできる。

また、戻し部１７は、気体溶解部７を形成する溶解タンク１１における空気と水を混合する気液混合部側、たとえば、溶解タンク１１の上流側（上記溶解タンク１１の場合には気液混合槽やその上流側）であれば、特にその位置は限定されない。図１図中に点線で示したように、吸気部５の下流側や、給水部４の下流側または上流側において給水路２に接続することもできる。このように、還流路１５は、気体溶解部７から出水される酸素水の一部を、気体溶解部７における空気と水を混合する気体混合部に再度供給可能としている。

ただし、圧送部６を形成するポンプ１０の上流側において戻し部１７を給水路２に接続する場合、加圧状態にある酸素水が減圧されるため、酸素水中の溶存酸素が抜けることがあるので、ポンプ１０の下流側に戻し部１７を接続するのが好ましい。溶解タンク１１の内部の酸素分圧の低下が抑制される。

このような還流路１５には、その上流側から下流側にかけて還流ポンプ１８、逆止弁１９が順に設けられている。還流ポンプ１８は、溶解タンク１１から出水される酸素水の一部を積極的に還流路１５に取り込み、戻し部１７において給水路２に返送するものである。溶解タンク１１から出水される酸素水の水圧が十分高い場合には、還流ポンプ１８は省略することもできる。逆止弁１９は、分岐部１６から戻す方向に酸素水を流す一方、分岐部１６に向かう方向には水を流さず、還流路１５に酸素水のみを流すものである。逆止弁１９は、酸素の加圧溶解前である気液混合流体が、還流路１５に流れ込むのを十分に抑制する。

還流路１５を流れる酸素水の流量は、吐水流量以上になっていればよく、流量調整が可能である。還流路１５を流れる酸素水の流量調整は、たとえば、分岐部１６に流量調整部２０を設けたり、戻し部１７にエジェクタやベンチュリ管などの吸引手段を設けたりすることなどによって実現される。

図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、図１に示した酸素水生成装置１における流量調整部２０の一形態と、流量調整部２０による還流量の調整について示した断面図である。

図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した流量調整部２０では、三方弁２１が採用されている。三方弁２１は、気体溶解部７を形成する溶解タンク１１に連通する第１接続部２２と、吐水ノズル１３などの吐水部３に連通する第２接続部２３と、還流路１５に連通する第３接続部２４とを備えている。第１接続部２２、第２接続部２３および第３接続部２４は、いずれも円筒状の形状を有し、断面略円環状の形状を有する躯体部２５から、その外側に向かって放射状に延びている。躯体部２５の内部には、断面が略円形状の外形を有する弁本体２６が、躯体部２５の内面に沿って図中に示した矢印方向に回転自在に設けられている。弁本体２６には、その直径方向に、断面が略蝶ネクタイ状の形状を有する連通路２７が形成されている。連通路２７では、左右両端の径が大きく、第２接続部２３と第３接続部２４に跨って配置可能とされ、中央部の径がやや小さく、第１接続部２２の内径に略等しくされている。

このような三方弁２１では、弁本体２６の回転角によって第１接続部２２と第２接続部２３および第３接続部２４との連通状態が変化する。

図２（ａ）に示した状態では、第１接続部２２と第２接続部２３が連通路２７を介して連通している。第３接続部２４は閉鎖されている。したがって、この状態では、溶解タンク１１から出水した酸素水は、還流路１５を流れることはなく、その全てが吐水ノズル１３に向かって流れる。

図２（ｂ）に示した状態では、第１接続部２２と第２接続部２３および第３接続部２４とが連通路２７を介して連通している。弁本体２６による第２接続部２３と第３接続部２４の開口面積はともに等しく、したがって、溶解タンク１１から出水した酸素水は、そのほぼ半分が第２接続部２３を通じて吐水ノズル１３に向かって流れる。酸素水の残りの半分は、第３接続部２４を通じて還流路１５に向かって流れる。

図２（ｃ）に示した状態では、図２（ｂ）に示した状態と同様に、第１接続部２２と第２接続部２３および第３接続部２４とが連通路２７を介して連通しているが、弁本体２６による第２接続部２３と第３接続部２４の開口面積が異なっている。開口面積は、第３接続部２４の方が大きく、したがって、溶解タンク１１から出水した酸素水の流量は、吐出ノズル１３に向かうよりも還流路１５を流れる方が多い。

このように、三方弁２１は、溶解タンク１１から出水した酸素水の還流路１５へ流す割合、すなわち、還流率を変化させることができる。

還流率が増加するにともなって、溶解タンク１１に供給される水の溶存酸素濃度が増加し、その結果、酸素の水への溶解速度が減少する。このため、溶解タンク１１の内部の酸素分圧の減少が抑制され、吐水ノズル１３から吐水させる酸素水１４の溶存酸素濃度を、図３に示したように、導入した空気の酸素濃度である２０．９％の理論値に近づけることができる。溶解タンク１１から出水された酸素水の一部を戻さない場合に比べて高くすることができ、還流率を変化させることによって、酸素水１４の溶存酸素濃度を調整することが可能となる。

このように、酸素水生成装置１では、還流路１５が設けられているので、気体溶解部７から出水される酸素水の一部が、気体溶解部７における空気と水を混合する気液混合部に再度供給され、気体溶解部７に供給される水の溶存酸素濃度が増加し、酸素の水への溶解速度が減少する。このため、気体溶解部７における酸素分圧の低下を抑制することができ、供給先へ供給する酸素水１４の飽和溶存酸素濃度を増加させることができる。溶存酸素濃度が比較的高い酸素水１４の生成が、簡便な構成により実現可能となる。

また、酸素水生成装置１では、還流路１５が給水路２から分岐する分岐部１６に、気体溶解部７の気液混合部側に戻す酸素水の流量を調整する流量調整部２０が設けられているので、酸素水１４の用途などに応じて溶存酸素濃度を自在に変更することができる。用途などに適した溶存酸素濃度の酸素水１４の生成が可能となる。酸素水の還流率は、用途などを考慮して適宜設定することができるが、０．１〜０．５（１０〜５０％）程度の範囲内に設定することが好ましい。

また、酸素水生成装置１では、分岐部１６から戻す方向に酸素水を流す一方、分岐部１６に向かう方向には水を流さず、還流路１５の下流側に酸素水のみを流す逆止弁１９が設けられているので、酸素の加圧溶解前である気液混合流体が、還流路１５に流れ込むのを十分に抑制することができる。溶存酸素濃度が高められていない比較的低溶存酸素濃度の酸素水が吐水部３から吐出するのを抑制することができる。
（第２実施形態）
図４は、本発明の酸素水生成装置の第２実施形態を概略的に示した構成図である。

第２実施形態において、第１実施形態と同一の部位には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図４に示した酸素水生成装置２８では、気体溶解部７として設けられた溶解タンク１１が、気液混合流体の噴出にともなって空気と水が攪拌、混合される気液混合槽２９と、余剰の空気を酸素水から分離する気液分離槽３０とを内部に備えている。圧送部６を形成するポンプ１０によって圧送された気液混合流体は、気液混合槽２９の内部に噴出し、水中への酸素の溶解が促進される。水中に溶けきれずに残る空気は、気液分離槽３０において酸素水と分離され、空気抜き弁１２を通じて溶解タンク１１の外部に排気される。

このような酸素水生成装置２８では、気体溶解部７に供給される水の溶存酸素濃度がさらに増加し、酸素の水への溶解速度がより減少する。気体溶解部７における酸素分圧の低下をさらに抑制することができ、供給先へ供給する酸素水１４の飽和溶存酸素濃度をより一層増加させることができる。溶存酸素濃度がより高い酸素水１４の生成が可能となる。

また、溶解タンク１１では、気液混合槽２９と気液分離槽３０を有する複数の槽に分かれているので、溶解タンク１１の内部の空気が外部に流出しにくくなり、酸素が水により溶解しやすくもなる。

以下に実施例を示し、本発明の酸素生成装置についてさらに詳しく説明する。

図１に示した酸素水生成装置１において、図中に点線で示したように、戻し部１７が、給水部４と吸気部５の間で給水路２に接続された装置を用い、水温１７．６℃、圧送部６を形成するポンプ１０の出力および吐水圧を一定とした条件において、酸素水１４の生成を行った。還流率（還流量比）を変化させ、吐水部３として設けた吐水ノズル１３に向かう酸素水１４の溶存酸素濃度を測定し、その上昇率を求めた。

ここで、
（還流量比）＝（還流量）/（溶解タンクから出水する酸素水の流量（全ポンプ流量））
（吐水溶存酸素濃度上昇量）＝（還流時の吐水溶存酸素濃度）
−（還流なしの吐水溶存酸素濃度）
として算出した。

図５は、図１に示した酸素水生成装置１の上記変形例による溶存酸素濃度の上昇量を実際に測定した結果を示したグラフである。

還流率（還流量比）の増加にともない、酸素水１４の飽和溶存酸素濃度が上昇することが確認される。

もちろん、本発明は、以上の実施形態および実施例によって限定されるものではない。各部位の構成および構造については、酸素水の生成が可能であり、また、装置の複雑化や大型化などをともなわない限り、様々なものを採用することができる。流量調整部についても三方弁に限定されることはない。

１、２８ 酸素水生成装置
２ 給水路
３ 吐水部
５ 吸気部
６ 圧送部
７ 気体溶解部
１１ 溶解タンク
１４ 酸素水
１５ 還流路
１６ 分岐部
１９ 逆止弁
２０ 流量調整部
２９ 気液混合槽
３０ 気液分離槽
Ａ 空気

Claims (4)

1. 給水路を備え、この給水路の途中にその上流側から下流側にかけて吸気部、圧送部、気体溶解部が順に設けられ、給水路の下流端に吐水部が設けられ、吸気部から空気を導入し、気体溶解部において供給される水と空気を加圧下に混合し、空気中の酸素を水に溶解させて酸素水を生成し、この酸素水を吐水部から供給先へ供給する酸素水生成装置であって、
   気体溶解部から出水される酸素水の一部を、気体溶解部における空気と水を混合する気液混合部側に戻し、戻した酸素水を前記気液混合部に再度供給可能とした還流路が給水路に分岐して設けられている
   ことを特徴とする酸素水生成装置。
2. 還流路が給水路から分岐する分岐部に、気体溶解部の気液混合部側に戻す酸素水の流量を調整する流量調整部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の酸素水生成装置。
3. 還流路に、前記分岐部から戻す方向に酸素水を流す一方、分岐部に向かう方向には水を流さない逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の酸素水生成装置。
4. 気体溶解部として溶解タンクが設けられ、溶解タンクは、少なくとも気液混合槽および気液分離槽を有する複数の槽を備えてい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酸素水生成装置。

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