JP2012228629A - Gas-dissolving container and soda water-generating device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、水(又は温水)に炭酸ガス(CO2)を高濃度に溶解させるための気体溶解器、及びこれを用いた炭酸水生成装置に関する。 The present invention relates to a gas dissolver for dissolving carbon dioxide (CO2) in water (or hot water) at a high concentration, and a carbonated water generation apparatus using the same.
近年、水や温水に炭酸ガスを高濃度に溶解させた炭酸水は、人体、農作物に対して様々な効能があることが研究されており、一定の実証事例が公表されている。古くから疲労回復に効果があるとして炭酸泉質(「二酸化炭素泉」)の温泉が身近な例として知られている。炭酸成分が体へ及ぼす効能としては、皮膚から浸透して血行促進,老廃物の排出、むくみの解消など、及び飲料による疲労回復の効果、糖尿病・痛風・貧血症の改善も期待できると言われている。 In recent years, it has been studied that carbonated water in which carbon dioxide gas is dissolved at a high concentration in water or warm water has various effects on the human body and agricultural products, and certain demonstration examples have been published. A carbonated spring (“carbon dioxide spring”) hot spring has been known as a familiar example since it has been effective in relieving fatigue. It is said that the effects of carbonic acid components on the body can be expected to permeate through the skin, promote blood circulation, discharge waste products, eliminate swelling, and improve fatigue recovery by drinking, and improve diabetes, gout, and anemia. ing.
さらに、水耕栽培用水や土壌洗浄水、農業用水として用いても農作物に対する成長促進があり、他には鶏舎や牛舎の洗浄水として用いた場合には、動物だけでなく作業従事者にも対し衛生状態が向上するとの研究が発表されている。 Furthermore, even if it is used as hydroponics water, soil washing water, or agricultural water, growth of crops is promoted, and when used as washing water for poultry houses and cowsheds, it is not only for animals but also for workers. Studies have been published that improve hygiene.
このようなさまざまな分野への効能・効果が期待できる炭酸水生成装置は、種々の開発が行われその内容が提案されている。 Such a carbonated water generator that can be expected to be effective in various fields has been developed and proposed.
例えば、機械的な装置を用いて水に炭酸を溶解させる方法や装置として、特開2001−293344号「炭酸水製造装置および炭酸水製造方法」公報(特許文献1)は、炭酸ガスボンベからの炭酸ガスを、中空糸膜などの膜型炭酸ガス溶解器を用いて、水に溶解する方法(膜による炭酸ガスの溶解方法)を開示する。特開2004−305286号「炭酸ガス溶解方法および装置」公報(特許文献2)は、炭酸ガスボンベからの炭酸ガスを、インゼクタを用いて微細気泡として、水に溶解する方法(微細気泡による炭酸ガスの溶解方法)を開示する。特開2009−195812号「炭酸水製造装置」公報(特許文献3)は、炭酸ガスを注入した水を加圧部に圧送加圧して水に炭酸ガスを溶解させる装置を開示する。また、特開2008−212495号「炭酸泉生成装置」公報(特許文献4)は、水に炭酸水を注入して内径側に蛇腹状の凹凸部を形成した管材をコイル状に巻回させた管路を流通させる炭酸ガス溶解器を用いる装置を開示する。 For example, as a method and apparatus for dissolving carbonic acid in water using a mechanical device, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-293344, “Carbonated Water Production Apparatus and Carbonated Water Production Method” (Patent Document 1) discloses carbon dioxide from a carbon dioxide gas cylinder. Disclosed is a method for dissolving a gas in water using a membrane-type carbon dioxide dissolver such as a hollow fiber membrane (a method for dissolving carbon dioxide by a membrane). Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-305286, “Method and Apparatus for Dissolving Carbon Dioxide Gas” (Patent Document 2) discloses a method for dissolving carbon dioxide gas from a carbon dioxide gas cylinder as fine bubbles using an injector (dissolving carbon dioxide gas by fine bubbles). Dissolution method) is disclosed. Japanese Patent Laying-Open No. 2009-195812 “Carbonated water production apparatus” (Patent Document 3) discloses an apparatus in which water injected with carbon dioxide gas is pressurized and pressurized to a pressurizing unit to dissolve the carbon dioxide gas in water. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-212495, “Carbonated Spring Generation Device” (Patent Document 4) discloses a tube in which carbonated water is injected into water and a bellows-like uneven portion is formed on the inner diameter side and wound in a coil shape. An apparatus using a carbon dioxide dissolver that circulates a path is disclosed.
さらに、電気的な装置を用いて水に炭酸を溶解させる方法や装置としては、例えば、特開平08−196456号「二酸化炭素を溶解させた浴用水の供給装置」公報(特許文献5)や特開平08−252192号「風呂給湯装置」公報(特許文献6)による開示がある。これらは、陽極および陰極のうち少なくとも陽極に炭素質電極を用いて構成された電解用電極を用いて水を電解することにより、炭素質電極に炭酸ガスを発生させて水に溶解させること(炭素質電極を用いた水の電解による炭素ガスの発生と溶解)により炭酸水を得る方法及び装置である。 Furthermore, as a method and an apparatus for dissolving carbonic acid in water using an electric apparatus, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-196456, “Bath Water Supply Device Dissolving Carbon Dioxide” (Patent Document 5) There is disclosure by Kaihei 08-252192 “Bath hot water supply apparatus” (Patent Document 6). These include electrolysis of water using an electrode for electrolysis composed of at least an anode and a cathode using a carbonaceous electrode, thereby generating carbon dioxide gas in the carbonaceous electrode and dissolving it in water (carbon Generation and dissolution of carbon gas by electrolysis of water using a porous electrode).
しかし、特開2001−293344号公報(特許文献1)に開示の膜による炭酸ガスの溶解方法は、水垢及び(又は)細菌の発生により膜が詰まり、炭酸ガスを溶解できなくなる問題点があった。また、特開2004−305286号公報(特許文献2)に開示の微細気泡による炭酸ガスの溶解方法は、大きな装置が必要であり炭酸ガスの製造コストも高くなるという問題点があった。また、特開2009−195812号公報(特許文献3)の開示には加圧により水に溶解させる加圧溶解部と減圧部も備える必要があり、構成部品が多くかつその制御が煩雑になって家庭的な使用には適さない問題点があった。また、特開2008−212495号公報(特許文献4)の開示には、管路が長くなって炭酸泉の生成能力が低下し、内部構造が複雑であるため炭酸ガス溶解部の製造コストが嵩む問題があった。 However, the method for dissolving carbon dioxide with a membrane disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-293344 (Patent Document 1) has a problem that the membrane is clogged due to generation of scale and / or bacteria, and the carbon dioxide cannot be dissolved. . In addition, the method for dissolving carbon dioxide gas using fine bubbles disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-305286 (Patent Document 2) has a problem that a large apparatus is required and the production cost of carbon dioxide gas is high. In addition, the disclosure of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-195812 (Patent Document 3) needs to include a pressure dissolving part and a pressure reducing part that are dissolved in water by pressurization, and there are many components and the control becomes complicated. There was a problem that was not suitable for home use. Further, the disclosure of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-212495 (Patent Document 4) has a problem that the production capacity of the carbon dioxide gas dissolving part increases because the pipe length becomes longer, the ability to generate carbonated springs decreases, and the internal structure is complicated. was there.
さらに、特開平08−196456号公報(特許文献5)、および特開平08−252192号公報(特許公報6)に開示する炭素質電極を用いた水の電解による炭素ガスの発生と溶解により炭酸水を得る方法は、炭素浴に適する高濃度の炭酸水を製造することが困難という問題点があった。 Further, carbonated water is produced by the generation and dissolution of carbon gas by electrolysis of water using the carbonaceous electrode disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-196456 (Patent Document 5) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-252192 (Patent Document 6). However, it is difficult to produce high-concentration carbonated water suitable for a carbon bath.
そこで、本発明は、上記問題点を解決して、気体溶解を行う混合流路長が短く、かつ簡略な構造であっても炭酸水の生成能力が低下しない気体溶解器、及びこれを用いた炭酸水生成装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves the above-described problems, and uses a gas dissolver in which the mixing channel length for performing gas dissolution is short and the production capacity of carbonated water does not decrease even with a simple structure, and the same. An object is to provide a carbonated water generator.
本発明に係る気体溶解器は、片面又は両面の面上に凹部又は凸部を形成した平板状の区画板と、該区画板を所定の離隔距離をもって対面配置すると共に区画板の周囲を気密に封止して区画空間を形成してなる気液混合域と、該気液混合域の離隔した位置に連通した流体の流入口、及び流出口と、から成ることを特徴とするものである。 The gas dissolver according to the present invention has a flat partition plate in which a concave portion or a convex portion is formed on one or both surfaces, and the partition plate is disposed facing each other with a predetermined separation distance, and the periphery of the partition plate is hermetically sealed. It is characterized by comprising a gas-liquid mixing area that is sealed to form a partition space, and an inflow port and an outflow port of a fluid that communicates with the separated positions of the gas-liquid mixing area.
この発明によれば、凹部又は凸部(以下、「凹凸部」)を形成した所定の離隔距離をもって対面した区画板により区画された気液混合域を流通する流れは、凹凸部に衝突又は邪魔されて乱流状態が形成され、水への気体の溶解を促進することができる。この所定の離隔距離は、流入口から流出口までに至る間に流れの粒子(流体粒子)が区画板の間を複数回往復できる程度の距離を設定する。すなわち、流速や凹凸部の突出高さ、乱流状態を呈する粒子の運動挙動、攪拌状況、及び区画板の面積、さらには水の粘性抵抗など種々の要因を考慮して設定する。例えば、1mmから3mm、区画板の面積を広く設定できる場合は、3mmから10mmなどに設定しても良い。流入口と流出口の位置関係は、気液混合域の最遠経路となるように設定する。なお、気液混合域に流れを迂回させるための変向板などを設けた場合は、これを考慮して配設する。 According to the present invention, the flow flowing through the gas-liquid mixing zone partitioned by the partition plate facing with a predetermined separation distance in which the concave portion or the convex portion (hereinafter referred to as “concave portion”) is formed collides with or interferes with the concave and convex portion. As a result, a turbulent state is formed and the dissolution of the gas in water can be promoted. The predetermined separation distance is set such that the flow particles (fluid particles) can reciprocate a plurality of times between the partition plates from the inlet to the outlet. That is, it is set in consideration of various factors such as the flow velocity, the protruding height of the concavo-convex portion, the motion behavior of particles exhibiting a turbulent state, the stirring state, the area of the partition plate, and the viscosity resistance of water. For example, if the area of the partition plate can be set wide from 1 mm to 3 mm, it may be set from 3 mm to 10 mm. The positional relationship between the inlet and the outlet is set so as to be the farthest path in the gas-liquid mixing area. In addition, when the direction change board for bypassing a flow is provided in a gas-liquid mixing area | region, it arrange | positions considering this.
また、請求項2にかかる発明の気体溶解器は、上記凸凹部が、尾根状又は溝状を成し、かつその延長方向と前記気液混合域を流れる流線方向とが斜めに交わる位置関係であることを特徴とするものである。 Further, in the gas dissolver according to a second aspect of the present invention, the convex / concave portion has a ridge shape or a groove shape, and the extension direction thereof and the streamline direction flowing through the gas-liquid mixing region obliquely intersect with each other. It is characterized by being.
この発明によれば、凹凸部を連続した形状態とし、かつ流れを邪魔するように配置しているため、流入口から流出口へ最短経路をたどらず凹凸部の尾根又は溝に沿った向きに導かれ、これにより気液混合域内への滞留時間を長くすることができる。その結果、流れ粒子(水分子や二酸化炭素の気泡)がより攪拌がなされて、二酸化炭素(又は炭酸ガス)の溶解を促進することができる。 According to the present invention, since the uneven portion is formed in a continuous shape and is arranged so as to obstruct the flow, it does not follow the shortest path from the inflow port to the outflow port in the direction along the ridge or groove of the uneven portion. This leads to a longer residence time in the gas-liquid mixing zone. As a result, the flow particles (water molecules and carbon dioxide bubbles) are further agitated, and the dissolution of carbon dioxide (or carbon dioxide) can be promoted.
また請求項3にかかる発明の気体溶解器は、前記尾根状又は溝状の凸部又は凹部を、平行かつ等間隔に反復して形成し、かつ対面した凹凸部の反復の周期が同じ又は異なる周期であることを特徴とするものである。 In the gas dissolver of the invention according to claim 3, the ridge-like or groove-like convex part or concave part is repeatedly formed in parallel and at equal intervals, and the repetition period of the concave and convex parts facing each other is the same or different. It is characterized by a period.
この発明によれば、対面する凹凸部に沿って流れの粒子が上下に挙動して攪拌と混合が促進される。かつその周期が異なる場合は、より複雑な挙動が誘発されてさらに混合性と攪拌性を高めることができる。 According to the present invention, the flow particles move up and down along the concavities and convexities facing each other, and stirring and mixing are promoted. And when the period is different, more complicated behavior is induced, and the mixing property and the stirring property can be further improved.
また請求項4にかかる発明の気体溶解器は、同一周期で凹凸部を形成した区画板の対面配置が、周期を一致させた配置、又は半周期のずれをもった配置であることを特徴とするものである。 Moreover, the gas dissolver of the invention according to claim 4 is characterized in that the facing arrangement of the partition plates in which the concavo-convex portions are formed with the same period is an arrangement with the same period or an arrangement with a half-cycle deviation. To do.
この発明によれば、対面する凹凸部の反復周期を一致させて配置した場合は、これに沿った(波状の)流れ粒子の上下動をより活発にすることができ混合性と攪拌性を高めることができる。また、半周期分ずらした状態での対面配置、すなわち、凸部どうし及び凹部どうしを対面一致させて配置した場合は、形成される空間に拡張空間と狭小空間が形成されるため、流れ粒子に圧縮力と膨張力とを繰り返し与えることができる。この結果、粒子どうしの摩擦や粒子の分裂が誘発されて、気体の液体への溶け込みをより促進することができ、すなわち炭酸ガスが高濃度に溶解した気液水を生成することができる。 According to this invention, when the repeated periods of the concavities and convexities facing each other are arranged so as to coincide with each other, the vertical movement of the (wave-like) flow particles along this can be made more active and the mixing property and the stirring property are improved. be able to. In addition, facing arrangement in a state shifted by a half cycle, i.e., when the convex part and the concave part are arranged to face each other, an expansion space and a narrow space are formed in the formed space. A compression force and an expansion force can be repeatedly applied. As a result, friction between particles and particle splitting are induced, so that the gas can be further dissolved into the liquid, that is, gas-liquid water in which carbon dioxide is dissolved at a high concentration can be generated.
また、請求項5にかかる発明の気体溶解器は、本願発明の主眼の一つであり、前記気液混合域を重ね合せた状態に多数個を積層した多層構成を特徴とするものである。 A gas dissolver according to a fifth aspect of the present invention is one of the main points of the present invention, and is characterized by a multilayer structure in which a plurality of gas-liquid mixing regions are stacked.
この発明によれば、気体溶解器の機能を下げることなく小型化することができ、より設置の自由度を高めることができる。すなわち、気液混合域の容積を広範なものとすれば、それだけ気体の溶解度は上がるが、2枚の区画板の対面のみで区画形成した単層の気液混合域では、広範な占有面積が必要となって、コンパクト性(省スペース性)及び設置性に欠けるものとなる。そのため、この気泡混合域の多数個を重ね合せるようにして積層した多層構造とすることにより、溶解機能を損なわずにより小型化を図ることができる。 According to this invention, it is possible to reduce the size of the gas dissolver without lowering the function, and to increase the degree of freedom of installation. That is, if the volume of the gas-liquid mixing zone is wide, the solubility of the gas will increase accordingly, but in the single-layer gas-liquid mixing zone formed only by the facing of the two partition plates, a wide occupied area is obtained. It becomes necessary and lacks compactness (space saving property) and installation property. For this reason, by forming a multilayer structure in which a large number of the bubble mixing regions are stacked, the size can be reduced without impairing the dissolution function.
さらに、請求項6にかかる発明の炭酸水生成装置は、上記した各構成からなる気体溶解器と、該気体溶解器の気液混合域に水と炭酸ガス(CO2)とをそれぞれ別個に、又は合流させから供給するために流入口に連結した注入管と、前記気体溶解器で生成した炭酸水を外部へ供給するために流出口に連結した流出管と、から成ることを特徴とするものである。 Furthermore, the carbonated water generating apparatus of the invention according to claim 6 includes a gas dissolver having the above-described configurations and water and carbon dioxide (CO2) separately in the gas-liquid mixing zone of the gas dissolver, or An injection pipe connected to the inlet for supplying after joining, and an outlet pipe connected to the outlet for supplying carbonated water generated by the gas dissolver to the outside. is there.
この発明によれば、簡単な構造で、かつ外部から加圧や電気などのエネルギーを付加することなく、水道圧と炭酸ガスの供給圧のみで効率良く炭酸ガスの溶解を行うことができる。 According to the present invention, carbon dioxide gas can be efficiently dissolved with only a water pressure and a supply pressure of carbon dioxide gas with a simple structure and without applying external energy such as pressurization or electricity.
また、請求項7にかかる発明の炭酸水生成装置は、請求項5で特定した炭酸水生成装置に注入して炭酸ガスを溶融させる水(媒体)として常温の水ではなく、加熱水を用いたことを特徴とするものである。
Moreover, the carbonated water generating apparatus of the invention according to
この発明によれば、炭酸ガスの水への溶け込みをより効率的に行うことができ、例えば、水の温度を適宜に設定することにより、生成した炭酸水をそのまま入浴用水として使用したり、高温である場合は浴槽水への差し湯としても使用することができる。また、効果的な高温殺菌水や高温消毒水としても用いることができる。 According to the present invention, carbon dioxide gas can be more efficiently dissolved in water. For example, by appropriately setting the temperature of water, the generated carbonated water can be used as it is as bathing water or at a high temperature. Can be used as hot water for bath water. It can also be used as effective high-temperature sterilizing water or high-temperature disinfecting water.
上記各構成の本発明によれば、気体と溶解させる媒体(水)とが混合した気液は、所定面積を有する区画板の対面により区画形成した狭小空間の気液混合域を通過して、流入口から流出口へ至るため、企画板の間に乱流状態が形成されて粒子はより攪拌されて、可溶性気体(炭酸ガス等)の液体への溶解の度合いを高めることができる。 According to the present invention of each configuration described above, the gas-liquid mixed with the gas and the medium to be dissolved (water) passes through the gas-liquid mixing area in the narrow space formed by the facing of the partition plate having a predetermined area, Since it reaches from the inflow port to the outflow port, a turbulent state is formed between the planning plates, and the particles are further agitated, so that the degree of dissolution of the soluble gas (such as carbon dioxide) in the liquid can be increased.
また、気液混合域を多層化することにより省スペースで効率良く気体を溶解させることができる。 In addition, the gas can be efficiently dissolved in a space-saving manner by making the gas-liquid mixing zone multi-layered.
さらに、上記構成の気体溶解器を用いる炭酸水生成装置は、水道水と気体溶解器の流入口の経路に供給圧を調整可能とした炭酸ガス供給手段(例えば、二酸化炭素を充填したガスボンベ(以下、「炭酸ガスボンペ」)を接続するだけの簡易な構成であるため、一般家庭の水道水の管路や給湯設備の管路に容易に接続することができる。また、使用するエネルギーは、湯水の供給圧(又は水道利用の場合は水道圧)と炭酸ガスボンベからのガス圧のみであり、外部からの追加のエネルギー(例えば、コンプレサーからの付加圧力や外部電源からの付加電力)を必要としない。その結果、簡易かつ容易にかつ継続的に、さらには制御し易く安全な炭酸水を得ることができる。そのため、装置の設置コストや保守管理のための維持コストを低くすることができる。 Further, the carbonated water generation apparatus using the gas dissolver having the above-described configuration is a carbon dioxide supply means (for example, a gas cylinder filled with carbon dioxide (hereinafter referred to as a gas cylinder filled with carbon dioxide) that can adjust the supply pressure to the inlet of the tap water and the gas dissolver. , "CO2 gas bottle"), it can be easily connected to the pipes of tap water and hot water supply facilities in general households. Only the supply pressure (or water pressure in the case of water supply use) and the gas pressure from the carbon dioxide cylinder do not require additional external energy (for example, additional pressure from the compressor or additional power from an external power source). As a result, it is possible to obtain a carbonated water that is simple, easy and continuous, and that is easy to control and safe, thereby reducing the installation cost of the apparatus and the maintenance cost for maintenance management. Door can be.
次に、本願発明にかかる気体溶解器、及びこれを用いた炭酸水生成装置の具体的実施形態の一例について、図面に基づき詳細に説明する。 Next, an example of a specific embodiment of a gas dissolver according to the present invention and a carbonated water generation apparatus using the gas dissolver will be described in detail with reference to the drawings.
図1、及び図5は、本装置実施例を示す概略図である。炭酸水生成装置1は、主要構成要素である気体溶解器2の流入口21には、水道水や給湯器から水又は温水を供給する流入管3としての注水管3aを連結すると共に、流出口22には外部機器類5(浴槽51、シャワーヘッド52、又は蛇口53、等)へ配管した流出管4を連結している。また、注入管3には流入口21の近傍に炭酸ガスボンベ6からの炭酸ガスを供給するため、T型継手3c(通称、「チーズ」)及び調整弁3dを介して流入管3としてのガス供給管3bを連結している。
1 and 5 are schematic views showing an embodiment of the present apparatus. The carbonated water generator 1 is connected to an
かかる構成により、炭酸ガスボンベ6から供給された炭酸ガスと、注水管3を流通してきた水又は温水とが、T型継手3cで合流して気体溶解器2内に導入される。そして、後述の気液混合域7を構成する区画板23の作用によって、炭酸ガスが水に溶解して炭酸水となって流出口22から流出し、連結された流出管4を通って、外部機器類5の浴槽51やシャワーヘッド52、さらには消毒水または洗浄用水として蛇口53へ供給される。
With this configuration, the carbon dioxide gas supplied from the carbon dioxide gas cylinder 6 and the water or hot water flowing through the water injection pipe 3 are merged by the T-shaped joint 3 c and introduced into the
本実施例装置では、水の流入管3としての注水管3aからの供給圧(水圧)は、既設の公共水道や個別給湯設備からの給水圧又は給湯圧を、例えば0.05〜0.5Mpa範囲で適宜に調整して用いている。また、炭酸ガスボンベ6からのガス圧は調整弁3dにより0.15〜0.4Mpaの範囲内で適宜に調整している。
In the present embodiment apparatus, the supply pressure (water pressure) from the water injection pipe 3a as the water inflow pipe 3 is the water supply pressure or hot water supply pressure from the existing public water supply or individual hot water supply equipment, for example, 0.05 to 0.5 Mpa. It is used by adjusting appropriately within the range. Further, the gas pressure from the carbon dioxide gas cylinder 6 is appropriately adjusted within the range of 0.15 to 0.4 Mpa by the adjusting
また、水道圧又は給湯圧とガス供給圧のみをエネルギー源とし、外部から付加的に供給する電力や動圧を必要とすることなく、簡易かつ容易にさらには短時間で生成することができる。さらに全体がコンパクト(省容積化)に構成しているため、炭酸ガスボンべのみを調達して設置すれば、種々の人体的な効能・効果があると言われている炭酸水を一般家庭においても容易かつ手軽に利用することができる。 In addition, it can be generated easily and easily in a short time without requiring electric power or dynamic pressure to be additionally supplied from the outside using only water pressure or hot water supply pressure and gas supply pressure as an energy source. In addition, because the entire structure is compact (volume saving), if only a carbon dioxide gas cylinder is procured and installed, carbonated water, which is said to have various human effects and effects, can be used in ordinary households. It can be used easily and easily.
次に、炭酸水生成の主要要素である気体溶解器について、図2〜図4を用いて説明する。気体溶解器2は、所定の面積をもって平板状に形成(主に、金属製、樹脂製、)した区画板23を、互いに所定の離隔距離をもって平行に対面させて形成している。本実施例では、上記離隔距離を例えば、約1mm〜5mm程度に設定している。これは注入する水と炭酸ガスの流速、流量、及び流路の距離、さらには所望する溶解状態の仕様にによって適宜に設定されるものである。さらに、対面させた区画板23、23の周囲の縁部24どうしを溶着又は別部材を介在させて気密に封止することによって、気液混合域7を形成している。
Next, the gas dissolver which is a main element for carbonated water generation will be described with reference to FIGS. The
この気液混合域7の両端部付近、又は流路が対向する位置には、適宜の継手(エルボー、スイベル、等)を介して、上記流入管3を連結する流入口21(図面では単一の場合)、及び流出管4を連結する流出口22を形成している。流路が対向する位置としては、気液混合域7の内部に迂回流路(例えば、U字状の流路、W字状の流路、等)を形成のための変向板(図示省略)などを設けていない場合は、気液混合域7の可能な限り最遠の対向距離を持って形成するのが好ましい。なお、気液混合域7内にU字状の迂回流路を形成している場合は、流入口21と流出口22とは隣接した位置関係となる。
In the vicinity of both ends of the gas-
また、気体溶融域7を区画する区画板23の表面には、凹凸部23aを形成している。この凹凸部23aは、連続した尾根状(又は峰状)と溝状が一定の間隔で平行に繰り返して形成している。いわゆる縞模様(又は波板状)の外観を呈している。かつ、この連続した尾根や溝の延長方向(形成方向)は、流入口21と流出口22とを結ぶ線分と斜めに交差するように形成している。この交差角は適宜である。これにより、流れは凹凸部23aによって邪魔されて乱流状態となると共に、流入口21から入った流れの粒子(水粒子と炭酸ガス気泡)は掻き乱されて攪拌混合が促進されて、流出口22へ至ることとなる。またこの流れの邪魔は、それだけ気液混合域7内への滞留を長くして攪拌時間を長くして、炭酸ガスの水への溶解を促進する効果を有する。この過程において、炭酸ガスは水に溶解して、不安定な状態ではあるが、炭酸水素イオンHCO3−や水素イオンH+が水中に生成されることとなる。これらイオンの存在割合によって、飲用水として又は浴用水として利用した場合には、種々の効能や効果が期待できると言われている。
Further, an
さらに、図示する本実施例は、請求項4で特定するように気液混合域7を多層に重畳形成している。すなわち、上記2枚の区画板23、23を離隔配置して形成した複数個の気液混合域7を重ね合わせて多層構造としたものである。この多層構造とした場合、流入口21と流出口22とは、各層を貫通するように形成しており、かつ流入させた流れの粒子(水粒子と炭酸ガス気泡)が各層を均等に流れるように考慮した構成を取っている。図示は省略するが、例えば、貫通した流入口21の開口径を流入管3の接続部から離れるにしたがって径を大きくしたり、又は流入口21内に変流板や部分的遮蔽板などを設けるようにしても良い。
Further, in the present embodiment shown in the figure, the gas-
所定の間隔(当間隔、又は異なる間隔)をもって重ね合せるようにして多層配置した各区画板23、23、・・・には、上記したように一定の間隔で繰り返し形成(反復形成)してなる外観上、いわゆる縞模様又は波模様に形成している。さらに、かかる模様状に反復形成した各区画板23、23、・・・は、それぞれを同周期又は異周期で形成しても良く、またその対面配置は、凹凸部23aの周期を一致させて行っても良く、又はずらした状態で配置しても良い。図3で示した実施例では、凹凸部23aを同周期で形成した区画板23を、半周期のずれを持って対面配置させたものである。別言すると、凸部23axどうし、凹部23ayどうしを対向させた状態での配置である。このように配置することにより、気液混合域7の空間内には周期的に繰り返す拡張空間7aと狭小空間7bとが形成される。
Each of the
このように拡張と狭小を繰り返すことにより、流れの粒子に圧縮力と膨張力とが周期的に付加され、これによって粒子どうしの摩擦や粒子の分裂が誘発される。これにより、気体(炭酸ガス)の液体(水又は温水)への溶け込みが促進されて高濃度の炭酸ガス溶解液(炭酸水)を得ることができる。 By repeating expansion and narrowing in this way, compressive force and expansion force are periodically added to the flow particles, thereby inducing friction between particles and particle splitting. Thereby, the melt | dissolution to the liquid (water or warm water) of gas (carbon dioxide gas) is accelerated | stimulated, and a high concentration carbon dioxide solution (carbonated water) can be obtained.
次に、区画板23は、上記構成に限定されるものではなく、図4に示すように、種々の凹凸形状に形成してもよい。例えば、(A)に示すように、2種(又はそれ以上)の天面を平坦にした突起状凹凸部23bに形成して、行列状に又はランダムに適宜の仕様で形成しても良い。また(B)に示すように、尾根又は溝の連続を中断させた線分状凹凸部23cとしても良い。これにより流れを促進させても良い。特に、区画板23の離隔距離を狭くした場合は、所定の流量を確保する場合は効果的である。さらに、(C)に示すように、尾根状又は溝状の凹凸部の平行反復形成を、流れ方向に対して斜めに交差させて配置した場合、区画板23の長手中央部(又は複数の長手方向線部)で向きを変更させて形成してもよい。外観上、いわゆる矢羽根状の模様に形成しても良い。
Next, the
なお、区画板23の多層時の組合せは、上記した凹凸部23の形態、及び各層における離隔距離は、各区画板の面積、流入体の圧力、温度、又は必要とする溶解度を考慮して適宜に選択されるものである。
In addition, the combination at the time of multilayering of the
[実証データ]
次に、上記本実施例装置を用いて炭酸水の生成性状態を試験した実証データを以下に示す。表1〜表3は、流入水量と水圧、及び炭酸ガス流量とガス圧とを3種のパターンをもって、流入水の温度を変化させた時の溶解度と炭酸ガス濃度を示したものであり、表4は、流入水の水量と温度を一定として、一定ガス圧で炭酸ガスの流量を変化させた時の溶解度と炭酸ガス濃度を示したものある。
[Verification data]
Next, the verification data which tested the productivity state of carbonated water using the said Example apparatus is shown below. Tables 1 to 3 show the solubility and carbon dioxide concentration when the temperature of the influent water is changed using three patterns of the influent water amount and water pressure, and the carbon dioxide gas flow rate and gas pressure. 4 shows the solubility and carbon dioxide concentration when the flow rate of carbon dioxide gas is changed at a constant gas pressure with the amount and temperature of the influent water being constant.
1 炭酸水生成装置
2 気体溶解器
21 流入口
22 流出口
23 区画板
23a 凹凸部
24 縁部
3 流入管
4 流出管
5 外部機器類
6 炭酸ガスボンベ
7 気液混合域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbonated water production |
本願発明は、水(又は温水)に炭酸ガス(CO2)を高濃度に溶解させるための気体溶
解器、及びこれを用いた炭酸水生成装置に関する。
The present invention relates to a gas dissolver for dissolving carbon dioxide (CO2) in water (or hot water) at a high concentration, and a carbonated water generation apparatus using the same.
近年、水や温水に炭酸ガスを高濃度に溶解させた炭酸水は、人体、農作物に対して様々な効能があることが研究されており、一定の実証事例が公表されている。古くから疲労回復に効果があるとして炭酸泉質(「二酸化炭素泉」)の温泉が身近な例として知られている。炭酸成分が体へ及ぼす効能としては、皮膚から浸透して血行促進,老廃物の排出、むくみの解消など、及び飲料による疲労回復の効果、糖尿病・痛風・貧血症の改善も期待できると言われている。 In recent years, it has been studied that carbonated water in which carbon dioxide gas is dissolved at a high concentration in water or warm water has various effects on the human body and agricultural products, and certain demonstration examples have been published. A carbonated spring (“carbon dioxide spring”) hot spring has been known as a familiar example since it has been effective in relieving fatigue. It is said that the effects of carbonic acid components on the body can be expected to permeate through the skin, promote blood circulation, discharge waste products, eliminate swelling, and improve fatigue recovery by drinking, and improve diabetes, gout, and anemia. ing.
さらに、水耕栽培用水や土壌洗浄水、農業用水として用いても農作物に対する成長促進があり、他には鶏舎や牛舎の洗浄水として用いた場合には、動物だけでなく作業従事者にも対し衛生状態が向上するとの研究が発表されている。 Furthermore, even if it is used as hydroponics water, soil washing water, or agricultural water, growth of crops is promoted, and when used as washing water for poultry houses and cowsheds, it is not only for animals but also for workers. Studies have been published that improve hygiene.
このようなさまざまな分野への効能・効果が期待できる炭酸水生成装置は、種々の開発が行われその内容が提案されている。 Such a carbonated water generator that can be expected to be effective in various fields has been developed and proposed.
例えば、機械的な装置を用いて水に炭酸を溶解させる方法や装置として、特開2001−293344号「炭酸水製造装置および炭酸水製造方法」公報(特許文献1)は、炭酸ガスボンベからの炭酸ガスを、中空糸膜などの膜型炭酸ガス溶解器を用いて、水に溶解する方法(膜による炭酸ガスの溶解方法)を開示する。特開2004−305286号「炭酸ガス溶解方法および装置」公報(特許文献2)は、炭酸ガスボンベからの炭酸ガスを、インゼクタを用いて微細気泡として、水に溶解する方法(微細気泡による炭酸ガスの溶解方法)を開示する。特開2009−195812号「炭酸水製造装置」公報(特許文献3)は、炭酸ガスを注入した水を加圧部に圧送加圧して水に炭酸ガスを溶解させる装置を開示する。また、特開2008−212495号「炭酸泉生成装置」公報(特許文献4)は、水に炭酸水を注入して内径側に蛇腹状の凹凸部を形成した管材をコイル状に巻回させた管路を流通させる炭酸ガス溶解器を用いる装置を開示する。 For example, as a method and apparatus for dissolving carbonic acid in water using a mechanical device, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-293344, “Carbonated Water Production Apparatus and Carbonated Water Production Method” (Patent Document 1) discloses carbon dioxide from a carbon dioxide gas cylinder. Disclosed is a method for dissolving a gas in water using a membrane-type carbon dioxide dissolver such as a hollow fiber membrane (a method for dissolving carbon dioxide by a membrane). Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-305286, “Method and Apparatus for Dissolving Carbon Dioxide Gas” (Patent Document 2) discloses a method for dissolving carbon dioxide gas from a carbon dioxide gas cylinder as fine bubbles using an injector (dissolving carbon dioxide gas by fine bubbles). Dissolution method) is disclosed. Japanese Patent Laying-Open No. 2009-195812 “Carbonated water production apparatus” (Patent Document 3) discloses an apparatus in which water injected with carbon dioxide gas is pressurized and pressurized to a pressurizing unit to dissolve the carbon dioxide gas in water. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-212495, “Carbonated Spring Generation Device” (Patent Document 4) discloses a tube in which carbonated water is injected into water and a bellows-like uneven portion is formed on the inner diameter side and wound in a coil shape. An apparatus using a carbon dioxide dissolver that circulates a path is disclosed.
さらに、電気的な装置を用いて水に炭酸を溶解させる方法や装置としては、例えば、特開平08−196456号「二酸化炭素を溶解させた浴用水の供給装置」公報(特許文献5)や特開平08−252192号「風呂給湯装置」公報(特許文献6)による開示がある。これらは、陽極および陰極のうち少なくとも陽極に炭素質電極を用いて構成された電解用電極を用いて水を電解することにより、炭素質電極に炭酸ガスを発生させて水に溶解させること(炭素質電極を用いた水の電解による炭素ガスの発生と溶解)により炭酸水を得る方法及び装置である。 Furthermore, as a method and an apparatus for dissolving carbonic acid in water using an electric apparatus, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-196456, “Bath Water Supply Device Dissolving Carbon Dioxide” (Patent Document 5) There is disclosure by Kaihei 08-252192 “Bath hot water supply apparatus” (Patent Document 6). These include electrolysis of water using an electrode for electrolysis composed of at least an anode and a cathode using a carbonaceous electrode, thereby generating carbon dioxide gas in the carbonaceous electrode and dissolving it in water (carbon Generation and dissolution of carbon gas by electrolysis of water using a porous electrode).
しかし、特開2001−293344号公報(特許文献1)に開示の膜による炭酸ガスの溶解方法は、水垢及び(又は)細菌の発生により膜が詰まり、炭酸ガスを溶解できなくなる問題点があった。また、特開2004−305286号公報(特許文献2)に開示の微細気泡による炭酸ガスの溶解方法は、大きな装置が必要であり炭酸ガスの製造コストも高くなるという問題点があった。また、特開2009−195812号公報(特許文献3)の開示には加圧により水に溶解させる加圧溶解部と減圧部も備える必要があり、構成部品が多くかつその制御が煩雑になって家庭的な使用には適さない問題点があった。また、特開2008−212495号公報(特許文献4)の開示には、管路が長くなって炭酸泉の生成能力が低下し、内部構造が複雑であるため炭酸ガス溶解部の製造コストが嵩む問題があった。 However, the method for dissolving carbon dioxide with a membrane disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-293344 (Patent Document 1) has a problem that the membrane is clogged due to generation of scale and / or bacteria, and the carbon dioxide cannot be dissolved. . In addition, the method for dissolving carbon dioxide gas using fine bubbles disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-305286 (Patent Document 2) has a problem that a large apparatus is required and the production cost of carbon dioxide gas is high. In addition, the disclosure of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-195812 (Patent Document 3) needs to include a pressure dissolving part and a pressure reducing part that are dissolved in water by pressurization, and there are many components and the control becomes complicated. There was a problem that was not suitable for home use. Further, the disclosure of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-212495 (Patent Document 4) has a problem that the production capacity of the carbon dioxide gas dissolving part increases because the pipe length becomes longer, the ability to generate carbonated springs decreases, and the internal structure is complicated. was there.
さらに、特開平08−196456号公報(特許文献5)、および特開平08−252192号公報(特許公報6)に開示する炭素質電極を用いた水の電解による炭素ガスの発生と溶解により炭酸水を得る方法は、炭素浴に適する高濃度の炭酸水を製造することが困難という問題点があった。 Further, carbonated water is produced by the generation and dissolution of carbon gas by electrolysis of water using the carbonaceous electrode disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-196456 (Patent Document 5) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-252192 (Patent Document 6). However, it is difficult to produce high-concentration carbonated water suitable for a carbon bath.
そこで、本発明は、上記問題点を解決して、気体溶解を行う混合流路長が短く、かつ簡略な構造であっても炭酸水の生成能力が低下しない気体溶解器、及びこれを用いた炭酸水生成装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves the above-described problems, and uses a gas dissolver in which the mixing channel length for performing gas dissolution is short and the production capacity of carbonated water does not decrease even with a simple structure, and the same. An object is to provide a carbonated water generator.
本発明に係る気体溶解器は、片面又は両面の面上に凹部又は凸部を形成した平板状の区画板と、該区画板を所定の離隔距離をもって対面配置すると共に区画板の周囲を気密に封止して区画空間を形成してなる気液混合域と、該気液混合域の複数個を重ね合わせて多層構造にすると共に、これらの各層のそれぞれと貫通しかつ該多層の気液混合域を挟む離隔した位置に配設した流体の流入口、及び流出口と、から成ることを特徴とするものである。 The gas dissolver according to the present invention has a flat partition plate in which a concave portion or a convex portion is formed on one or both surfaces, and the partition plate is disposed facing each other with a predetermined separation distance, and the periphery of the partition plate is hermetically sealed. A gas-liquid mixing zone formed by sealing to form a partition space and a plurality of the gas-liquid mixing zones are overlapped to form a multilayer structure, and each of these layers penetrates each other and the multilayer gas-liquid mixing is performed. It is characterized by comprising a fluid inflow port and an outflow port disposed at spaced positions across the area .
この発明によれば、凹部又は凸部(以下、「凹凸部」)を形成した所定の離隔距離をもって対面した区画板により区画された気液混合域を流通する流れは、凹凸部に衝突又は邪魔されて乱流状態が形成され、水への気体の溶解を促進することができる。この所定の離隔距離は、流入口から流出口までに至る間に流れの粒子(流体粒子)が区画板の間を複数回往復できる程度の距離を設定する。すなわち、流速や凹凸部の突出高さ、乱流状態を呈する粒子の運動挙動、攪拌状況、及び区画板の面積、さらには水の粘性抵抗など種々の要因を考慮して設定する。例えば、1mmから3mm、区画板の面積を広く設定できる場合は、3mmから10mmなどに設定しても良い。流入口と流出口の位置関係は、気液混合域の最遠経路となるように設定する。なお、気液混合域に流れを迂回させるための変向板などを設けた場合は、これを考慮して配設する。 According to the present invention, the flow flowing through the gas-liquid mixing zone partitioned by the partition plate facing with a predetermined separation distance in which the concave portion or the convex portion (hereinafter referred to as “concave portion”) is formed collides with or interferes with the concave and convex portion. As a result, a turbulent state is formed and the dissolution of the gas in water can be promoted. The predetermined separation distance is set such that the flow particles (fluid particles) can reciprocate a plurality of times between the partition plates from the inlet to the outlet. That is, it is set in consideration of various factors such as the flow velocity, the protruding height of the concavo-convex portion, the motion behavior of particles exhibiting a turbulent state, the stirring state, the area of the partition plate, and the viscosity resistance of water. For example, if the area of the partition plate can be set wide from 1 mm to 3 mm, it may be set from 3 mm to 10 mm. The positional relationship between the inlet and the outlet is set so as to be the farthest path in the gas-liquid mixing area. In addition, when the direction change board for bypassing a flow is provided in a gas-liquid mixing area | region, it arrange | positions considering this.
また、気液混合域を多層構造とした構成により、気体溶解器の機能を下げることなく小型化することができ、より設置の自由度を高めることができる。すなわち、気液混合域の容積を広範なものとすれば、それだけ気体の溶解度は上がるが、2枚の区画板の対面のみで区画形成した単層の気液混合域では、広範な占有面積が必要となって、コンパクト性(省スペース性)及び設置性に欠けるものとなる。そのため、この気泡混合域の多数個を重ね合せるようにして積層した多層構造とすることにより、溶解機能を損なわずにより小型化を図っている。Moreover, the structure which made the gas-liquid mixing area | region the multilayer structure can reduce in size, without reducing the function of a gas dissolver, and can raise the freedom degree of installation more. That is, if the volume of the gas-liquid mixing zone is wide, the solubility of the gas will increase accordingly, but in the single-layer gas-liquid mixing zone formed only by the facing of the two partition plates, a wide occupied area is obtained. It becomes necessary and lacks compactness (space saving property) and installation property. For this reason, a multi-layered structure in which a large number of the bubble mixing regions are laminated to achieve a reduction in size without impairing the dissolution function.
請求項2にかかる発明の気体溶解器は、上記凸凹部が、尾根状又は溝状を成し、かつその延長方向と前記気液混合域を流れる流線方向とが斜めに交わる位置関係であることを特徴とするものである。
The gas dissolver of the invention according to
この発明によれば、凹凸部を連続した形状態とし、かつ流れを邪魔するように配置しているため、流入口から流出口へ最短経路をたどらず凹凸部の尾根又は溝に沿った向きに導かれ、これにより気液混合域内への滞留時間を長くすることができる。その結果、流れ粒子(水分子や二酸化炭素の気泡)がより攪拌がなされて、二酸化炭素(又は炭酸ガス)の溶解を促進することができる。 According to the present invention, since the uneven portion is formed in a continuous shape and is arranged so as to obstruct the flow, it does not follow the shortest path from the inflow port to the outflow port in the direction along the ridge or groove of the uneven portion. This leads to a longer residence time in the gas-liquid mixing zone. As a result, the flow particles (water molecules and carbon dioxide bubbles) are further agitated, and the dissolution of carbon dioxide (or carbon dioxide) can be promoted.
また、請求項3にかかる発明の気体溶解器は、前記尾根状又は溝状の凸部又は凹部を、平行かつ等間隔に反復して形成し、かつ対面した凹凸部の反復の周期が同じ又は異なる周期であることを特徴とするものである。 In the gas dissolver of the invention according to claim 3, the ridge-like or groove-like convex part or concave part is repeatedly formed in parallel and at equal intervals, and the repetition period of the concave-convex parts facing each other is the same or The period is different.
この発明によれば、対面する凹凸部に沿って流れの粒子が上下に挙動して攪拌と混合が促進される。かつその周期が異なる場合は、より複雑な挙動が誘発されてさらに混合性と攪拌性を高めることができる。 According to the present invention, the flow particles move up and down along the concavities and convexities facing each other, and stirring and mixing are promoted. And when the period is different, more complicated behavior is induced, and the mixing property and the stirring property can be further improved.
さらに、請求項4にかかる発明の気体溶解器は、同一周期で凹凸部を形成した区画板の対面配置が、周期を一致させた配置、又は半周期のずれをもった配置であることを特徴とするものである。 Furthermore, the gas dissolver of the invention according to claim 4 is characterized in that the facing arrangement of the partition plates in which the concavo-convex portions are formed with the same period is an arrangement with the same period or an arrangement with a half-cycle deviation. It is what.
この発明によれば、対面する凹凸部の反復周期を一致させて配置した場合は、これに沿った(波状の)流れ粒子の上下動をより活発にすることができ混合性と攪拌性を高めることができる。また、半周期分ずらした状態での対面配置、すなわち、凸部どうし及び凹部どうしを対面一致させて配置した場合は、形成される空間に拡張空間と狭小空間が形成されるため、流れ粒子に圧縮力と膨張力とを繰り返し与えることができる。この結果、粒子どうしの摩擦や粒子の分裂が誘発されて、気体の液体への溶け込みをより促進することができ、すなわち炭酸ガスが高濃度に溶解した気液水を生成することができる。 According to this invention, when the repeated periods of the concavities and convexities facing each other are arranged so as to coincide with each other, the vertical movement of the (wave-like) flow particles along this can be made more active and the mixing property and the stirring property are improved. be able to. In addition, facing arrangement in a state shifted by a half cycle, i.e., when the convex part and the concave part are arranged to face each other, an expansion space and a narrow space are formed in the formed space. A compression force and an expansion force can be repeatedly applied. As a result, friction between particles and particle splitting are induced, so that the gas can be further dissolved into the liquid, that is, gas-liquid water in which carbon dioxide is dissolved at a high concentration can be generated.
請求項5にかかる発明の炭酸水生成装置は、上記した各構成からなる気体溶解器と、該気体溶解器の気液混合域に水と炭酸ガス(CO2)とをそれぞれ別個に、又は合流させてから供給するために流入口に連結した注入管と、前記気体溶解器で生成した炭酸水を外部へ供給するために流出口に連結した流出管と、から成ることを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a carbonated water generating device, wherein water and carbon dioxide gas (CO2) are separately or merged into a gas dissolver having the above-described configurations and a gas-liquid mixing zone of the gas dissolver. An injection pipe connected to the inflow port for supplying from the outside and an outflow pipe connected to the outflow port for supplying carbonated water generated by the gas dissolver to the outside. .
この発明によれば、簡単な構造で、かつ外部から加圧や電気などのエネルギーを付加することなく、水道圧と炭酸ガスの供給圧のみで効率良く炭酸ガスの溶解を行うことができる。 According to the present invention, carbon dioxide gas can be efficiently dissolved with only a water pressure and a supply pressure of carbon dioxide gas with a simple structure and without applying external energy such as pressurization or electricity.
また、炭酸水生成装置は、上記で特定した炭酸水生成装置に注入して炭酸ガスを溶融させる水(媒体)として常温の水ではなく、加熱水を用いても良い。 In addition, the carbonated water generation device may use heated water instead of room temperature water as water (medium) that is injected into the carbonated water generation device specified above to melt the carbon dioxide gas .
この発明によれば、炭酸ガスの水への溶け込みをより効率的に行うことができ、例えば、水の温度を適宜に設定することにより、生成した炭酸水をそのまま入浴用水として使用したり、高温である場合は浴槽水への差し湯としても使用することができる。また、効果的な高温殺菌水や高温消毒水としても用いることができる。 According to the present invention, carbon dioxide gas can be more efficiently dissolved in water. For example, by appropriately setting the temperature of water, the generated carbonated water can be used as it is as bathing water or at a high temperature. Can be used as hot water for bath water. It can also be used as effective high-temperature sterilizing water or high-temperature disinfecting water.
上記各構成の本発明によれば、気体と溶解させる媒体(水)とが混合した気液は、所定面積を有する区画板の対面により区画形成した狭小空間の気液混合域を通過して、流入口から流出口へ至るため、企画板の間に乱流状態が形成されて粒子はより攪拌されて、可溶性気体(炭酸ガス等)の液体への溶解の度合いを高めることができる。 According to the present invention of each configuration described above, the gas-liquid mixed with the gas and the medium to be dissolved (water) passes through the gas-liquid mixing area in the narrow space formed by the facing of the partition plate having a predetermined area, Since it reaches from the inflow port to the outflow port, a turbulent state is formed between the planning plates, and the particles are further agitated, so that the degree of dissolution of the soluble gas (such as carbon dioxide) in the liquid can be increased.
また、気液混合域を多層化することにより省スペースで効率良く気体を溶解させることができる。 In addition, the gas can be efficiently dissolved in a space-saving manner by making the gas-liquid mixing zone multi-layered.
さらに、上記構成の気体溶解器を用いる炭酸水生成装置は、水道水と気体溶解器の流入口の経路に供給圧を調整可能とした炭酸ガス供給手段(例えば、二酸化炭素を充填したガスボンベ(以下、「炭酸ガスボンペ」)を接続するだけの簡易な構成であるため、一般家庭の水道水の管路や給湯設備の管路に容易に接続することができる。また、使用するエネルギーは、湯水の供給圧(又は水道利用の場合は水道圧)と炭酸ガスボンベからのガス圧のみであり、外部からの追加のエネルギー(例えば、コンプレサーからの付加圧力や外部電源からの付加電力)を必要としない。その結果、簡易かつ容易にかつ継続的に、さらには制御し易く安全な炭酸水を得ることができる。そのため、装置の設置コストや保守管理のための維持コストを低くすることができる。 Further, the carbonated water generation apparatus using the gas dissolver having the above-described configuration is a carbon dioxide supply means (for example, a gas cylinder filled with carbon dioxide (hereinafter referred to as a gas cylinder filled with carbon dioxide) that can adjust the supply pressure to the inlet of the tap water and the gas dissolver. , "CO2 gas bottle"), it can be easily connected to the pipes of tap water and hot water supply facilities in general households. Only the supply pressure (or water pressure in the case of water supply use) and the gas pressure from the carbon dioxide cylinder do not require additional external energy (for example, additional pressure from the compressor or additional power from an external power source). As a result, it is possible to obtain a carbonated water that is simple, easy and continuous, and that is easy to control and safe, thereby reducing the installation cost of the apparatus and the maintenance cost for maintenance management. Door can be.
次に、本願発明にかかる気体溶解器、及びこれを用いた炭酸水生成装置の具体的実施形態の一例について、図面に基づき詳細に説明する。 Next, an example of a specific embodiment of a gas dissolver according to the present invention and a carbonated water generation apparatus using the gas dissolver will be described in detail with reference to the drawings.
図1、及び図5は、本装置実施例を示す概略図である。炭酸水生成装置1は、主要構成要素である気体溶解器2の流入口21には、水道水や給湯器から水又は温水を供給する流入管3としての注水管3aを連結すると共に、流出口22には外部機器類5(浴槽51、シャワーヘッド52、又は蛇口53、等)へ配管した流出管4を連結している。また、注入管3には流入口21の近傍に炭酸ガスボンベ6からの炭酸ガスを供給するため、T型継手3c(通称、「チーズ」)及び調整弁3dを介して流入管3としてのガス供給管3bを連結している。
1 and 5 are schematic views showing an embodiment of the present apparatus. The carbonated water generator 1 is connected to an
かかる構成により、炭酸ガスボンベ6から供給された炭酸ガスと、注水管3を流通してきた水又は温水とが、T型継手3cで合流して気体溶解器2内に導入される。そして、後述の気液混合域7を構成する区画板23の作用によって、炭酸ガスが水に溶解して炭酸水となって流出口22から流出し、連結された流出管4を通って、外部機器類5の浴槽51やシャワーヘッド52、さらには消毒水または洗浄用水として蛇口53へ供給される。
With this configuration, the carbon dioxide gas supplied from the carbon dioxide gas cylinder 6 and the water or hot water flowing through the water injection pipe 3 are merged by the T-shaped joint 3 c and introduced into the
本実施例装置では、水の流入管3としての注水管3aからの供給圧(水圧)は、既設の公共水道や個別給湯設備からの給水圧又は給湯圧を、例えば0.05〜0.5Mpa範囲で適宜に調整して用いている。また、炭酸ガスボンベ6からのガス圧は調整弁3dにより0.15〜0.4Mpaの範囲内で適宜に調整している。
In the present embodiment apparatus, the supply pressure (water pressure) from the water injection pipe 3a as the water inflow pipe 3 is the water supply pressure or hot water supply pressure from the existing public water supply or individual hot water supply equipment, for example, 0.05 to 0.5 Mpa. It is used by adjusting appropriately within the range. Further, the gas pressure from the carbon dioxide gas cylinder 6 is appropriately adjusted within the range of 0.15 to 0.4 Mpa by the adjusting
また、水道圧又は給湯圧とガス供給圧のみをエネルギー源とし、外部から付加的に供給する電力や動圧を必要とすることなく、簡易かつ容易にさらには短時間で生成することができる。さらに全体がコンパクト(省容積化)に構成しているため、炭酸ガスボンべのみを調達して設置すれば、種々の人体的な効能・効果があると言われている炭酸水を一般家庭においても容易かつ手軽に利用することができる。 In addition, it can be generated easily and easily in a short time without requiring electric power or dynamic pressure to be additionally supplied from the outside using only water pressure or hot water supply pressure and gas supply pressure as an energy source. In addition, because the entire structure is compact (volume saving), if only a carbon dioxide gas cylinder is procured and installed, carbonated water, which is said to have various human effects and effects, can be used in ordinary households. It can be used easily and easily.
次に、炭酸水生成の主要要素である気体溶解器について、図2〜図4を用いて説明する。気体溶解器2は、所定の面積をもって平板状に形成(主に、金属製、樹脂製、)した区画板23を、互いに所定の離隔距離をもって平行に対面させて形成している。本実施例では、上記離隔距離を例えば、約1mm〜5mm程度に設定している。これは注入する水と炭酸ガスの流速、流量、及び流路の距離、さらには所望する溶解状態の仕様によって適宜に設定されるものである。さらに、対面させた区画板23、23の周囲の縁部24どうしを溶着又は別部材を介在させて気密に封止することによって、気液混合域7を形成している。
Next, the gas dissolver which is a main element for carbonated water generation will be described with reference to FIGS. The
この気液混合域7の両端部付近、又は流路が対向する位置には、適宜の継手(エルボー、スイベル、等)を介して、上記流入管3を連結する流入口21(図面では単一の場合)、及び流出管4を連結する流出口22を形成している。流路が対向する位置としては、気液混合域7の内部に迂回流路(例えば、U字状の流路、W字状の流路、等)を形成のための変向板(図示省略)などを設けていない場合は、気液混合域7の可能な限り最遠の対向距離を持って形成するのが好ましい。なお、気液混合域7内にU字状の迂回流路を形成している場合は、流入口21と流出口22とは隣接した位置関係となる。
In the vicinity of both ends of the gas-
また、気体溶融域7を区画する区画板23の表面には、凹凸部23aを形成している。この凹凸部23aは、連続した尾根状(又は峰状)と溝状が一定の間隔で平行に繰り返して形成している。いわゆる縞模様(又は波板状)の外観を呈している。かつ、この連続した尾根や溝の延長方向(形成方向)は、流入口21と流出口22とを結ぶ線分と斜めに交差するように形成している。この交差角は適宜である。これにより、流れは凹凸部23aによって邪魔されて乱流状態となると共に、流入口21から入った流れの粒子(水粒子と炭酸ガス気泡)は掻き乱されて攪拌混合が促進されて、流出口22へ至ることとなる。またこの流れの邪魔は、それだけ気液混合域7内への滞留を長くして攪拌時間を長くして、炭酸ガスの水への溶解を促進する効果を有する。この過程において、炭酸ガスは水に溶解して、不安定な状態ではあるが、炭酸水素イオンHCO3−や水素イオンH+が水中に生成されることとなる。これらイオンの存在割合によって、飲用水として又は浴用水として利用した場合には、種々の効能や効果が期待できると言われている。
Further, an
さらに、図示する本実施例は、請求項4で特定するように気液混合域7を多層に重畳形成している。すなわち、上記2枚の区画板23、23を離隔配置して形成した複数個の気液混合域7を重ね合わせて多層構造としたものである。この多層構造とした場合、流入口21と流出口22とは、各層を貫通するように形成しており、かつ流入させた流れの粒子(水粒子と炭酸ガス気泡)が各層を均等に流れるように考慮した構成を取っている。図示は省略するが、例えば、貫通した流入口21の開口径を流入管3の接続部から離れるにしたがって径を大きくしたり、又は流入口21内に変流板や部分的遮蔽板などを設けるようにしても良い。
Further, in the present embodiment shown in the figure, the gas-
所定の間隔(当間隔、又は異なる間隔)をもって重ね合せるようにして多層配置した各区画板23、23、・・・には、上記したように一定の間隔で繰り返し形成(反復形成)してなる外観上、いわゆる縞模様又は波模様に形成している。さらに、かかる模様状に反復形成した各区画板23、23、・・・は、それぞれを同周期又は異周期で形成しても良く、またその対面配置は、凹凸部23aの周期を一致させて行っても良く、又はずらした状態で配置しても良い。図3で示した実施例では、凹凸部23aを同周期で形成した区画板23を、半周期のずれを持って対面配置させたものである。別言すると、凸部23axどうし、凹部23ayどうしを対向させた状態での配置である。このように配置することにより、気液混合域7の空間内には周期的に繰り返す拡張空間7aと狭小空間7bとが形成される。
Each of the
このように拡張と狭小を繰り返すことにより、流れの粒子に圧縮力と膨張力とが周期的に付加され、これによって粒子どうしの摩擦や粒子の分裂が誘発される。これにより、気体(炭酸ガス)の液体(水又は温水)への溶け込みが促進されて高濃度の炭酸ガス溶解液(炭酸水)を得ることができる。 By repeating expansion and narrowing in this way, compressive force and expansion force are periodically added to the flow particles, thereby inducing friction between particles and particle splitting. Thereby, the melt | dissolution to the liquid (water or warm water) of gas (carbon dioxide gas) is accelerated | stimulated, and a high concentration carbon dioxide solution (carbonated water) can be obtained.
次に、区画板23は、上記構成に限定されるものではなく、図4に示すように、種々の凹凸形状に形成してもよい。例えば、(A)に示すように、2種(又はそれ以上)の天面を平坦にした突起状凹凸部23bに形成して、行列状に又はランダムに適宜の仕様で形成しても良い。また(B)に示すように、尾根又は溝の連続を中断させた線分状凹凸部23cとしても良い。これにより流れを促進させても良い。特に、区画板23の離隔距離を狭くした場合は、所定の流量を確保する場合は効果的である。さらに、(C)に示すように、尾根状又は溝状の凹凸部の平行反復形成を、流れ方向に対して斜めに交差させて配置した場合、区画板23の長手中央部(又は複数の長手方向線部)で向きを変更させて形成してもよい。外観上、いわゆる矢羽根状の模様に形成しても良い。
Next, the
なお、区画板23の多層時の組合せは、上記した凹凸部23の形態、及び各層における離隔距離は、各区画板の面積、流入体の圧力、温度、又は必要とする溶解度を考慮して適宜に選択されるものである。
In addition, the combination at the time of multilayering of the
[実証データ]
次に、上記本実施例装置を用いて炭酸水の生成性状態を試験した実証データを以下に示す。表1〜表3は、流入水量と水圧、及び炭酸ガス流量とガス圧とを3種のパターンをもって、流入水の温度を変化させた時の溶解度と炭酸ガス濃度を示したものであり、表4は、流入水の水量と温度を一定として、一定ガス圧で炭酸ガスの流量を変化させた時の溶解度と炭酸ガス濃度を示したものある。
[Verification data]
Next, the verification data which tested the productivity state of carbonated water using the said Example apparatus is shown below. Tables 1 to 3 show the solubility and carbon dioxide concentration when the temperature of the influent water is changed using three patterns of the influent water amount and water pressure, and the carbon dioxide gas flow rate and gas pressure. 4 shows the solubility and carbon dioxide concentration when the flow rate of carbon dioxide gas is changed at a constant gas pressure with the amount and temperature of the influent water being constant.
1 炭酸水生成装置
2 気体溶解器
21 流入口
22 流出口
23 区画板
23a 凹凸部
24 縁部
3 流入管
4 流出管
5 外部機器類
6 炭酸ガスボンベ
7 気液混合域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbonated water production |
本願発明は、水(又は温水)に炭酸ガス(CO2)を高濃度に溶解させるための気体溶解器、及びこれを用いた炭酸水生成装置に関する。 The present invention relates to a gas dissolver for dissolving carbon dioxide (CO2) in water (or hot water) at a high concentration, and a carbonated water generation apparatus using the same.
近年、水や温水に炭酸ガスを高濃度に溶解させた炭酸水は、人体、農作物に対して様々な効能があることが研究されており、一定の実証事例が公表されている。古くから疲労回復に効果があるとして炭酸泉質(「二酸化炭素泉」)の温泉が身近な例として知られている。炭酸成分が体へ及ぼす効能としては、皮膚から浸透して血行促進,老廃物の排出、むくみの解消など、及び飲料による疲労回復の効果、糖尿病・痛風・貧血症の改善も期待できると言われている。 In recent years, it has been studied that carbonated water in which carbon dioxide gas is dissolved at a high concentration in water or warm water has various effects on the human body and agricultural products, and certain demonstration examples have been published. A carbonated spring (“carbon dioxide spring”) hot spring has been known as a familiar example since it has been effective in relieving fatigue. It is said that the effects of carbonic acid components on the body can be expected to permeate through the skin, promote blood circulation, discharge waste products, eliminate swelling, and improve fatigue recovery by drinking, and improve diabetes, gout, and anemia. ing.
さらに、水耕栽培用水や土壌洗浄水、農業用水として用いても農作物に対する成長促進があり、他には鶏舎や牛舎の洗浄水として用いた場合には、動物だけでなく作業従事者にも対し衛生状態が向上するとの研究が発表されている。 Furthermore, even if it is used as hydroponics water, soil washing water, or agricultural water, growth of crops is promoted, and when used as washing water for poultry houses and cowsheds, it is not only for animals but also for workers. Studies have been published that improve hygiene.
このようなさまざまな分野への効能・効果が期待できる炭酸水生成装置は、種々の開発が行われその内容が提案されている。 Such a carbonated water generator that can be expected to be effective in various fields has been developed and proposed.
例えば、機械的な装置を用いて水に炭酸を溶解させる方法や装置として、特開2001−293344号「炭酸水製造装置および炭酸水製造方法」公報(特許文献1)は、炭酸ガスボンベからの炭酸ガスを、中空糸膜などの膜型炭酸ガス溶解器を用いて、水に溶解する方法(膜による炭酸ガスの溶解方法)を開示する。特開2004−305286号「炭酸ガス溶解方法および装置」公報(特許文献2)は、炭酸ガスボンベからの炭酸ガスを、インゼクタを用いて微細気泡として、水に溶解する方法(微細気泡による炭酸ガスの溶解方法)を開示する。特開2009−195812号「炭酸水製造装置」公報(特許文献3)は、炭酸ガスを注入した水を加圧部に圧送加圧して水に炭酸ガスを溶解させる装置を開示する。また、特開2008−212495号「炭酸泉生成装置」公報(特許文献4)は、水に炭酸水を注入して内径側に蛇腹状の凹凸部を形成した管材をコイル状に巻回させた管路を流通させる炭酸ガス溶解器を用いる装置を開示する。 For example, as a method and apparatus for dissolving carbonic acid in water using a mechanical device, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-293344, “Carbonated Water Production Apparatus and Carbonated Water Production Method” (Patent Document 1) discloses carbon dioxide from a carbon dioxide gas cylinder. Disclosed is a method for dissolving a gas in water using a membrane-type carbon dioxide dissolver such as a hollow fiber membrane (a method for dissolving carbon dioxide by a membrane). Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-305286, “Method and Apparatus for Dissolving Carbon Dioxide Gas” (Patent Document 2) discloses a method for dissolving carbon dioxide gas from a carbon dioxide gas cylinder as fine bubbles using an injector (dissolving carbon dioxide gas by fine bubbles). Dissolution method) is disclosed. Japanese Patent Laying-Open No. 2009-195812 “Carbonated water production apparatus” (Patent Document 3) discloses an apparatus in which water injected with carbon dioxide gas is pressurized and pressurized to a pressurizing unit to dissolve the carbon dioxide gas in water. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-212495, “Carbonated Spring Generation Device” (Patent Document 4) discloses a tube in which carbonated water is injected into water and a bellows-like uneven portion is formed on the inner diameter side and wound in a coil shape. An apparatus using a carbon dioxide dissolver that circulates a path is disclosed.
さらに、電気的な装置を用いて水に炭酸を溶解させる方法や装置としては、例えば、特開平08−196456号「二酸化炭素を溶解させた浴用水の供給装置」公報(特許文献5)や特開平08−252192号「風呂給湯装置」公報(特許文献6)による開示がある。これらは、陽極および陰極のうち少なくとも陽極に炭素質電極を用いて構成された電解用電極を用いて水を電解することにより、炭素質電極に炭酸ガスを発生させて水に溶解させること(炭素質電極を用いた水の電解による炭素ガスの発生と溶解)により炭酸水を得る方法及び装置である。 Furthermore, as a method and an apparatus for dissolving carbonic acid in water using an electric apparatus, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-196456, “Bath Water Supply Device Dissolving Carbon Dioxide” (Patent Document 5) There is disclosure by Kaihei 08-252192 “Bath hot water supply apparatus” (Patent Document 6). These include electrolysis of water using an electrode for electrolysis composed of at least an anode and a cathode using a carbonaceous electrode, thereby generating carbon dioxide gas in the carbonaceous electrode and dissolving it in water (carbon Generation and dissolution of carbon gas by electrolysis of water using a porous electrode).
しかし、特開2001−293344号公報(特許文献1)に開示の膜による炭酸ガスの溶解方法は、水垢及び(又は)細菌の発生により膜が詰まり、炭酸ガスを溶解できなくなる問題点があった。また、特開2004−305286号公報(特許文献2)に開示の微細気泡による炭酸ガスの溶解方法は、大きな装置が必要であり炭酸ガスの製造コストも高くなるという問題点があった。また、特開2009−195812号公報(特許文献3)の開示には加圧により水に溶解させる加圧溶解部と減圧部も備える必要があり、構成部品が多くかつその制御が煩雑になって家庭的な使用には適さない問題点があった。また、特開2008−212495号公報(特許文献4)の開示には、管路が長くなって炭酸泉の生成能力が低下し、内部構造が複雑であるため炭酸ガス溶解部の製造コストが嵩む問題があった。 However, the method for dissolving carbon dioxide with a membrane disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-293344 (Patent Document 1) has a problem that the membrane is clogged due to generation of scale and / or bacteria, and the carbon dioxide cannot be dissolved. . In addition, the method for dissolving carbon dioxide gas using fine bubbles disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-305286 (Patent Document 2) has a problem that a large apparatus is required and the production cost of carbon dioxide gas is high. In addition, the disclosure of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-195812 (Patent Document 3) needs to include a pressure dissolving part and a pressure reducing part that are dissolved in water by pressurization, and there are many components and the control becomes complicated. There was a problem that was not suitable for home use. Further, the disclosure of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-212495 (Patent Document 4) has a problem that the production capacity of the carbon dioxide gas dissolving part increases because the pipe length becomes longer, the ability to generate carbonated springs decreases, and the internal structure is complicated. was there.
さらに、特開平08−196456号公報(特許文献5)、および特開平08−252192号公報(特許公報6)に開示する炭素質電極を用いた水の電解による炭素ガスの発生と溶解により炭酸水を得る方法は、炭素浴に適する高濃度の炭酸水を製造することが困難という問題点があった。 Further, carbonated water is produced by the generation and dissolution of carbon gas by electrolysis of water using the carbonaceous electrode disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-196456 (Patent Document 5) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-252192 (Patent Document 6). However, it is difficult to produce high-concentration carbonated water suitable for a carbon bath.
そこで、本願は、上記問題点を解決して、気体溶解を行う混合流路長が短く、かつ簡略な構造であっても炭酸水の生成能力が低下しない気体溶解器、及びこれを用いた炭酸水生成装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present application solves the above-described problems , has a short length of a mixing flow path for gas dissolution, and a gas dissolver in which the ability to generate carbonated water does not decrease even with a simple structure, and a carbonate using the same An object is to provide a water generator.
本願に係る発明(以下、「本発明」)の気体溶解器は、面上に溝状の凸部又は尾根状の凸部平行かつ等間隔で反復形成した平板状の区画板と、該区画板を上記凹部又は凸部が対面するように所定の離隔距離をもって配置すると共に、該区画板の周囲を気密に封止して区画空間を形成してなる気液混合域と、該気液混合域の複数個を重ね合わせて多層構造にすると共に、これら各層の気液混合域のそれぞれに貫通し、かつ該各層の気液混合域を挟む離隔した位置に配設した流体の流入口及び流出口と、から成り、かつ上記溝状の凸部又は尾根状の凸部の形成延長方向が、上記流入口と流出口とを結ぶ線分と斜めに交差するように形成したことを特徴とするものである。 The gas dissolver of the invention according to the present application (hereinafter referred to as “the present invention”) includes a flat partition plate formed repeatedly on a surface in parallel with a groove-like convex portion or a ridge-like convex portion at equal intervals, and the partition plate Are arranged with a predetermined separation distance so that the concave portion or the convex portion face each other, and the periphery of the partition plate is hermetically sealed to form a partition space, and the gas-liquid mixing region And a fluid inlet / outlet of fluid arranged in a separated position through each of the gas / liquid mixing zones of each layer and sandwiching the gas / liquid mixing zone of each layer. And the extension direction of the groove-like convex portion or the ridge-like convex portion is formed so as to obliquely intersect the line segment connecting the inlet and the outlet. It is.
この本発明によれば、凹部又は凸部(以下、「凹凸部」)を形成した所定の離隔距離をもって対面した区画板により区画された気液混合域を流通する流れは、凹凸部に衝突又は邪魔されて乱流状態が形成され、水への気体の溶解を促進することができる。この所定の離隔距離は、流入口から流出口までに至る間に流れの粒子(流体粒子)が区画板の間を複数回往復できる程度の距離を設定する。すなわち、流速や凹凸部の突出高さ、乱流状態を呈する粒子の運動挙動、攪拌状況、及び区画板の面積、さらには水の粘性抵抗など種々の要因を考慮して設定する。例えば、1mmから3mm、区画板の面積を広く設定できる場合は、3mmから10mmなどに設定しても良い。流入口と流出口の位置関係は、気液混合域の最遠経路となるように設定する。なお、気液混合域に流れを迂回させるための変向板などを設けた場合は、これを考慮して配設する。 According to the present invention, the flow flowing through the gas-liquid mixing zone partitioned by the partition plate facing with a predetermined separation distance formed with the concave portion or the convex portion (hereinafter referred to as “concave portion”) collides with the concave portion or the convex portion. When disturbed, a turbulent state is formed, which can promote the dissolution of the gas in water. The predetermined separation distance is set such that the flow particles (fluid particles) can reciprocate a plurality of times between the partition plates from the inlet to the outlet. That is, it is set in consideration of various factors such as the flow velocity, the protruding height of the concavo-convex portion, the motion behavior of particles exhibiting a turbulent state, the stirring state, the area of the partition plate, and the viscosity resistance of water. For example, if the area of the partition plate can be set wide from 1 mm to 3 mm, it may be set from 3 mm to 10 mm. The positional relationship between the inlet and the outlet is set so as to be the farthest path in the gas-liquid mixing area. In addition, when the direction change board for bypassing a flow is provided in a gas-liquid mixing area | region, it arrange | positions considering this.
また、気液混合域を多層構造とした構成により、気体溶解器の機能を下げることなく小型化することができ、より設置の自由度を高めることができる。すなわち、気液混合域の容積を広範なものとすれば、それだけ気体の溶解度は上がるが、2枚の区画板の対面のみで区画形成した単層の気液混合域では、広範な占有面積が必要となって、コンパクト性(省スペース性)及び設置性に欠けるものとなる。そのため、この気泡混合域の多数個を重ね合せるようにして積層した多層構造とすることにより、溶解機能を損なわずにより小型化を図っている。Moreover, the structure which made the gas-liquid mixing area | region the multilayer structure can reduce in size, without reducing the function of a gas dissolver, and can raise the freedom degree of installation more. That is, if the volume of the gas-liquid mixing zone is wide, the solubility of the gas will increase accordingly, but in the single-layer gas-liquid mixing zone formed only by the facing of the two partition plates, a wide occupied area is obtained. It becomes necessary and lacks compactness (space saving property) and installation property. For this reason, a multi-layered structure in which a large number of the bubble mixing regions are laminated to achieve a reduction in size without impairing the dissolution function.
さらに、かかる発明の気体溶解器は、上記溝状の凸部又は尾根状の凸部の形成延長方向が、上記流入口と流出口とを結ぶ線分と斜めに交わる位置関係であることを特徴とするものである。Furthermore, in the gas dissolver according to the invention, the formation extension direction of the groove-shaped convex portion or the ridge-shaped convex portion is a positional relationship in which the line segment connecting the inflow port and the outflow port intersects obliquely. It is what.
このように凹凸部の構成を付加することにより本発明は、凹凸部を連続した形状態とし、かつ流れを邪魔するように配置しているため、流入口から流出口へ最短経路(ほぼ直線)をたどらず凹凸部の尾根又は溝に沿った向きに導かれ、これにより気液混合域内への滞留時間を長くすることができる。その結果、流れ粒子(水分子や二酸化炭素の気泡)がより攪拌がなされて、二酸化炭素(又は炭酸ガス)の溶解を促進することができる。By adding the configuration of the uneven portion in this way, the present invention makes the uneven portion a continuous state and is arranged so as to obstruct the flow, so the shortest path (almost straight line) from the inlet to the outlet It is guided in the direction along the ridge or groove of the concavo-convex portion without following, and thereby the residence time in the gas-liquid mixing zone can be lengthened. As a result, the flow particles (water molecules and carbon dioxide bubbles) are further agitated, and the dissolution of carbon dioxide (or carbon dioxide) can be promoted.
また、本発明にかかる気体溶解器は、前記尾根状又は溝状の凸部又は凹部を、平行かつ等間隔に反復して形成し、かつ対面した凹凸部の反復の周期が同じ又は異なる周期であることを特徴としている。In the gas dissolver according to the present invention, the ridge-shaped or groove-shaped convex portions or concave portions are formed repeatedly in parallel and at equal intervals, and the repetition cycle of the facing concave-convex portions is the same or different. It is characterized by being.
これにより、対面する凹凸部に沿って流れの粒子が上下に挙動して攪拌と混合が促進される。かつその周期が異なる場合は、より複雑な挙動が誘発されてさらに混合性と攪拌性を高めることができる。As a result, the flow particles move up and down along the concavities and convexities facing each other to promote stirring and mixing. And when the period is different, more complicated behavior is induced, and the mixing property and the stirring property can be further improved.
さらにまた、同一周期で凹凸部を形成した区画板の対面配置する場合に、周期を一致させた位置関係で、又は半周期ずれた位置関係で配置するようにしてもよい。 Furthermore, in the case where the partition plates having the uneven portions formed in the same cycle are arranged facing each other, they may be arranged in a positional relationship with the same period or in a positional relationship shifted by a half cycle .
この様に、対面する凹凸部の反復周期を一致させた位置関係で配置した場合は、これに沿った(波状の)流れ粒子の上下動をより活発にすることができ混合性と攪拌性を高めることができる。また、半周期分ずらした位置関係で対面配置した場合、別言すると、凸部どうし及び凹部どうしが対向した位置関係で対面一致させて配置した場合は、形成される空間に拡張空間と狭小空間が形成されるため、流れ粒子に圧縮力と膨張力とを繰り返し与えることができる。この結果、液体粒子と気体粒子どうしの摩擦や衝突より、より活発にこれらの粒子の分裂が誘発されて、液体への気体の溶け込みがより促進させることができる。これにより、炭酸ガスが高濃度に溶解した気液水を生成することができる。 In this way, when arranged in a positional relationship in which the repetition periods of the concavities and convexities facing each other are made to coincide, the (wave-like) flow particles can move more and more vertically along this, and the mixing property and stirring property can be improved. Can be increased. In addition, when facing in a positional relationship shifted by a half cycle, in other words, in a case where the convex portion and the concave portion are arranged to face each other in a positional relationship facing each other, the expansion space and the narrow space are formed in the formed space. Therefore, compressive force and expansion force can be repeatedly applied to the flow particles. As a result, the splitting of these particles is more actively induced than the friction and collision between the liquid particles and the gas particles, and the dissolution of the gas into the liquid can be further promoted. Thereby, gas-liquid water in which carbon dioxide gas is dissolved at a high concentration can be generated.
請求項4にかかる発明の炭酸水生成装置は、上記した各構成からなる気体溶解器と、該気体溶解器の気液混合域に水と炭酸ガス(CO2)とをそれぞれ別個に、又は合流させてから供給するために流入口に連結した注入管と、前記気体溶解器で生成した炭酸水を外部へ供給するために流出口に連結した流出管と、から成ることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a carbonated water generating apparatus, wherein water and carbon dioxide (CO2) are separately or merged into a gas dissolver having the above-described configurations and a gas-liquid mixing zone of the gas dissolver. An injection pipe connected to the inflow port for supplying from the outside and an outflow pipe connected to the outflow port for supplying carbonated water generated by the gas dissolver to the outside. .
この発明によれば、簡単な構造で、かつ外部から加圧や電気などのエネルギーを付加することなく、水道圧と炭酸ガスの供給圧のみで効率良く炭酸ガスの溶解を行うことができる。 According to the present invention, carbon dioxide gas can be efficiently dissolved with only a water pressure and a supply pressure of carbon dioxide gas with a simple structure and without applying external energy such as pressurization or electricity.
また、炭酸水生成装置は、上記で特定した炭酸水生成装置に注入して炭酸ガスを溶融させる水(媒体)として常温の水ではなく、加熱水を用いても良い。 In addition, the carbonated water generation device may use heated water instead of room temperature water as water (medium) that is injected into the carbonated water generation device specified above to melt the carbon dioxide gas .
この発明によれば、炭酸ガスの水への溶け込みをより効率的に行うことができ、例えば、水の温度を適宜に設定することにより、生成した炭酸水をそのまま入浴用水として使用したり、高温である場合は浴槽水への差し湯としても使用することができる。また、効果的な高温殺菌水や高温消毒水としても用いることができる。 According to the present invention, carbon dioxide gas can be more efficiently dissolved in water. For example, by appropriately setting the temperature of water, the generated carbonated water can be used as it is as bathing water or at a high temperature. Can be used as hot water for bath water. It can also be used as effective high-temperature sterilizing water or high-temperature disinfecting water.
上記各構成の本発明によれば、気体と溶解させる媒体(水)とが混合した気液は、所定面積を有する区画板の対面により区画形成した狭小空間の気液混合域を通過して、流入口から流出口へ至るため、企画板の間に乱流状態が形成されて粒子はより攪拌されて、可溶性気体(炭酸ガス等)の液体への溶解の度合いを高めることができる。 According to the present invention of each configuration described above, the gas-liquid mixed with the gas and the medium to be dissolved (water) passes through the gas-liquid mixing area in the narrow space formed by the facing of the partition plate having a predetermined area, Since it reaches from the inflow port to the outflow port, a turbulent state is formed between the planning plates, and the particles are further agitated, so that the degree of dissolution of the soluble gas (such as carbon dioxide) in the liquid can be increased.
また、気液混合域を多層化することにより省スペースで効率良く気体を溶解させることができる。 In addition, the gas can be efficiently dissolved in a space-saving manner by making the gas-liquid mixing zone multi-layered.
さらに、上記構成の気体溶解器を用いる炭酸水生成装置は、水道水と気体溶解器の流入口の経路に供給圧を調整可能とした炭酸ガス供給手段(例えば、二酸化炭素を充填したガスボンベ(以下、「炭酸ガスボンペ」)を接続するだけの簡易な構成であるため、一般家庭の水道水の管路や給湯設備の管路に容易に接続することができる。また、使用するエネルギーは、湯水の供給圧(又は水道利用の場合は水道圧)と炭酸ガスボンベからのガス圧のみであり、外部からの追加のエネルギー(例えば、コンプレサーからの付加圧力や外部電源からの付加電力)を必要としない。その結果、簡易かつ容易にかつ継続的に、さらには制御し易く安全な炭酸水を得ることができる。そのため、装置の設置コストや保守管理のための維持コストを低くすることができる。 Further, the carbonated water generation apparatus using the gas dissolver having the above-described configuration is a carbon dioxide supply means (for example, a gas cylinder filled with carbon dioxide (hereinafter referred to as a gas cylinder filled with carbon dioxide) that can adjust the supply pressure to the inlet of the tap water and the gas dissolver. , "CO2 gas bottle"), it can be easily connected to the pipes of tap water and hot water supply facilities in general households. Only the supply pressure (or water pressure in the case of water supply use) and the gas pressure from the carbon dioxide cylinder do not require additional external energy (for example, additional pressure from the compressor or additional power from an external power source). As a result, it is possible to obtain a carbonated water that is simple, easy and continuous, and that is easy to control and safe, thereby reducing the installation cost of the apparatus and the maintenance cost for maintenance management. Door can be.
次に、本願発明にかかる気体溶解器、及びこれを用いた炭酸水生成装置の具体的実施形態の一例について、図面に基づき詳細に説明する。 Next, an example of a specific embodiment of a gas dissolver according to the present invention and a carbonated water generation apparatus using the gas dissolver will be described in detail with reference to the drawings.
図1、及び図5は、本装置実施例を示す概略図である。炭酸水生成装置1は、主要構成要素である気体溶解器2の流入口21には、水道水や給湯器から水又は温水を供給する流入管3としての注水管3aを連結すると共に、流出口22には外部機器類5(浴槽51、シャワーヘッド52、又は蛇口53、等)へ配管した流出管4を連結している。また、注入管3には流入口21の近傍に炭酸ガスボンベ6からの炭酸ガスを供給するため、T型継手3c(通称、「チーズ」)及び調整弁3dを介して流入管3としてのガス供給管3bを連結している。
1 and 5 are schematic views showing an embodiment of the present apparatus. The carbonated water generator 1 is connected to an
かかる構成により、炭酸ガスボンベ6から供給された炭酸ガスと、注水管3を流通してきた水又は温水とが、T型継手3cで合流して気体溶解器2内に導入される。そして、後述の気液混合域7を構成する区画板23の作用によって、炭酸ガスが水に溶解して炭酸水となって流出口22から流出し、連結された流出管4を通って、外部機器類5の浴槽51やシャワーヘッド52、さらには消毒水または洗浄用水として蛇口53へ供給される。
With this configuration, the carbon dioxide gas supplied from the carbon dioxide gas cylinder 6 and the water or hot water flowing through the water injection pipe 3 are merged by the T-shaped joint 3 c and introduced into the
本実施例装置では、水の流入管3としての注水管3aからの供給圧(水圧)は、既設の公共水道や個別給湯設備からの給水圧又は給湯圧を、例えば0.05〜0.5Mpa範囲で適宜に調整して用いている。また、炭酸ガスボンベ6からのガス圧は調整弁3dにより0.15〜0.4Mpaの範囲内で適宜に調整している。
In the present embodiment apparatus, the supply pressure (water pressure) from the water injection pipe 3a as the water inflow pipe 3 is the water supply pressure or hot water supply pressure from the existing public water supply or individual hot water supply equipment, for example, 0.05 to 0.5 Mpa. It is used by adjusting appropriately within the range. Further, the gas pressure from the carbon dioxide gas cylinder 6 is appropriately adjusted within the range of 0.15 to 0.4 Mpa by the adjusting
また、水道圧又は給湯圧とガス供給圧のみをエネルギー源とし、外部から付加的に供給する電力や動圧を必要とすることなく、簡易かつ容易にさらには短時間で生成することができる。さらに全体がコンパクト(省容積化)に構成しているため、炭酸ガスボンべのみを調達して設置すれば、種々の人体的な効能・効果があると言われている炭酸水を一般家庭においても容易かつ手軽に利用することができる。 In addition, it can be generated easily and easily in a short time without requiring electric power or dynamic pressure to be additionally supplied from the outside using only water pressure or hot water supply pressure and gas supply pressure as an energy source. In addition, because the entire structure is compact (volume saving), if only a carbon dioxide gas cylinder is procured and installed, carbonated water, which is said to have various human effects and effects, can be used in ordinary households. It can be used easily and easily.
次に、炭酸水生成の主要要素である気体溶解器について、図2〜図4を用いて説明する。気体溶解器2は、所定の面積をもって平板状に形成(主に、金属製、樹脂製、)した区画板23を、互いに所定の離隔距離をもって平行に対面させて形成している。本実施例では、上記離隔距離を例えば、約1mm〜5mm程度に設定している。これは注入する水と炭酸ガスの流速、流量、及び流路の距離、さらには所望する溶解状態の仕様によって適宜に設定されるものである。さらに、対面させた区画板23、23の周囲の縁部24どうしを溶着又は別部材を介在させて気密に封止することによって、気液混合域7を形成している。
Next, the gas dissolver which is a main element for carbonated water generation will be described with reference to FIGS. The
この気液混合域7の両端部付近、又は流路が対向する位置には、適宜の継手(エルボー、スイベル、等)を介して、上記流入管3を連結する流入口21(図面では単一の場合)、及び流出管4を連結する流出口22を形成している。流路が対向する位置としては、気液混合域7の内部に迂回流路(例えば、U字状の流路、W字状の流路、等)を形成のための変向板(図示省略)などを設けていない場合は、気液混合域7の可能な限り最遠の対向距離を持って形成するのが好ましい。なお、気液混合域7内にU字状の迂回流路を形成している場合は、流入口21と流出口22とは隣接した位置関係となる。
In the vicinity of both ends of the gas-
また、気体溶融域7を区画する区画板23の表面には、凹凸部23aを形成している。この凹凸部23aは、連続した尾根状(又は峰状)と溝状が一定の間隔で平行に繰り返して形成している。いわゆる縞模様(又は波板状)の外観を呈している。かつ、この連続した尾根や溝の延長方向(形成方向)は、流入口21と流出口22とを結ぶ線分と斜めに交差するように形成している。この交差角は適宜である。これにより、流れは凹凸部23aによって邪魔されて乱流状態となると共に、流入口21から入った流れの粒子(水粒子と炭酸ガス気泡)は掻き乱されて攪拌混合が促進されて、流出口22へ至ることとなる。またこの流れの邪魔は、それだけ気液混合域7内への滞留を長くして攪拌時間を長くして、炭酸ガスの水への溶解を促進する効果を有する。この過程において、炭酸ガスは水に溶解して、不安定な状態ではあるが、炭酸水素イオンHCO3−や水素イオンH+が水中に生成されることとなる。これらイオンの存在割合によって、飲用水として又は浴用水として利用した場合には、種々の効能や効果が期待できると言われている。
Further, an
さらに、図示する本実施例は、請求項4で特定するように気液混合域7を多層に重畳形成している。すなわち、上記2枚の区画板23、23を離隔配置して形成した複数個の気液混合域7を重ね合わせて多層構造としたものである。この多層構造とした場合、流入口21と流出口22とは、各層を貫通するように形成しており、かつ流入させた流れの粒子(水粒子と炭酸ガス気泡)が各層を均等に流れるように考慮した構成を取っている。図示は省略するが、例えば、貫通した流入口21の開口径を流入管3の接続部から離れるにしたがって径を大きくしたり、又は流入口21内に変流板や部分的遮蔽板などを設けるようにしても良い。
Further, in the present embodiment shown in the figure, the gas-
所定の間隔(当間隔、又は異なる間隔)をもって重ね合せるようにして多層配置した各区画板23、23、・・・には、上記したように一定の間隔で繰り返し形成(反復形成)してなる外観上、いわゆる縞模様又は波模様に形成している。さらに、かかる模様状に反復形成した各区画板23、23、・・・は、それぞれを同周期又は異周期で形成しても良く、またその対面配置は、凹凸部23aの周期を一致させて行っても良く、又はずらした状態で配置しても良い。図3で示した実施例では、凹凸部23aを同周期で形成した区画板23を、半周期のずれを持って対面配置させたものである。別言すると、凸部23axどうし、凹部23ayどうしを対向させた状態での配置である。このように配置することにより、気液混合域7の空間内には周期的に繰り返す拡張空間7aと狭小空間7bとが形成される。
Each of the
このように拡張と狭小を繰り返すことにより、流れの粒子に圧縮力と膨張力とが周期的に付加され、これによって粒子どうしの摩擦や粒子の分裂が誘発される。これにより、気体(炭酸ガス)の液体(水又は温水)への溶け込みが促進されて高濃度の炭酸ガス溶解液(炭酸水)を得ることができる。 By repeating expansion and narrowing in this way, compressive force and expansion force are periodically added to the flow particles, thereby inducing friction between particles and particle splitting. Thereby, the melt | dissolution to the liquid (water or warm water) of gas (carbon dioxide gas) is accelerated | stimulated, and a high concentration carbon dioxide solution (carbonated water) can be obtained.
次に、区画板23は、上記構成に限定されるものではなく、図4に示すように、種々の凹凸形状に形成してもよい。例えば、(A)に示すように、2種(又はそれ以上)の天面を平坦にした突起状凹凸部23bに形成して、行列状に又はランダムに適宜の仕様で形成しても良い。また(B)に示すように、尾根又は溝の連続を中断させた線分状凹凸部23cとしても良い。これにより流れを促進させても良い。特に、区画板23の離隔距離を狭くした場合は、所定の流量を確保する場合は効果的である。さらに、(C)に示すように、尾根状又は溝状の凹凸部の平行反復形成を、流れ方向に対して斜めに交差させて配置した場合、区画板23の長手中央部(又は複数の長手方向線部)で向きを変更させて形成してもよい。外観上、いわゆる矢羽根状の模様に形成しても良い。
Next, the
なお、区画板23の多層時の組合せは、上記した凹凸部23の形態、及び各層における離隔距離は、各区画板の面積、流入体の圧力、温度、又は必要とする溶解度を考慮して適宜に選択されるものである。
In addition, the combination at the time of multilayering of the
[実証データ]
次に、上記本実施例装置を用いて炭酸水の生成性状態を試験した実証データを以下に示す。表1〜表3は、流入水量と水圧、及び炭酸ガス流量とガス圧とを3種のパターンをもって、流入水の温度を変化させた時の溶解度と炭酸ガス濃度を示したものであり、表4は、流入水の水量と温度を一定として、一定ガス圧で炭酸ガスの流量を変化させた時の溶解度と炭酸ガス濃度を示したものある。
[Verification data]
Next, the verification data which tested the productivity state of carbonated water using the said Example apparatus is shown below. Tables 1 to 3 show the solubility and carbon dioxide concentration when the temperature of the influent water is changed using three patterns of the influent water amount and water pressure, and the carbon dioxide gas flow rate and gas pressure. 4 shows the solubility and carbon dioxide concentration when the flow rate of carbon dioxide gas is changed at a constant gas pressure with the amount and temperature of the influent water being constant.
1 炭酸水生成装置
2 気体溶解器
21 流入口
22 流出口
23 区画板
23a 凹凸部
24 縁部
3 流入管
4 流出管
5 外部機器類
6 炭酸ガスボンベ
7 気液混合域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbonated water production |
Claims (7)
該区画板(23)を所定の離隔距離をもって対面配置すると共に該区画板(23)の周囲を気密に封止して区画空間を形成してなる気液混合域(7)と、
該気液混合域(7)の離隔した位置に連通した流体の流入口(21)、及び流出口(22)と、
から成ることを特徴とする気体溶解器。 A flat partition plate (23) in which a concave portion (23ax) or a convex portion (23ay) is formed on one or both surfaces;
A gas-liquid mixing region (7) formed by facing the partition plate (23) with a predetermined separation distance and hermetically sealing the periphery of the partition plate (23) to form a partition space;
An inflow port (21) and an outflow port (22) of a fluid communicating with separated positions of the gas-liquid mixing zone (7);
A gas dissolver comprising:
尾根状又は溝状を成し、かつその延長方向と前記気液混合域を流れる流線方向とが斜めに交わる位置関係であることを特徴とする請求項1記載の気体溶解器。 Convex part (23ax) or concave part (23ay)
2. The gas dissolver according to claim 1, wherein the gas dissolver has a ridge shape or a groove shape, and is in a positional relationship in which an extension direction thereof and a streamline direction flowing through the gas-liquid mixing region intersect obliquely.
平行かつ等間隔に反復状に形成し、かつ対面した凹凸部(23a)の反復周期が同一又は異なる周期であることを特徴とする請求項1又は2記載の気体溶解器。 The ridge-like or groove-like convex part (23ax) or concave part (23ay)
3. The gas dissolver according to claim 1, wherein the repetitive period of the concave and convex portions formed in parallel and at regular intervals and facing each other is the same or different.
周期を一致させた配置、又は半周期のずれをもった配置であることを特徴とする請求項1、2、又は3記載の気体溶解器。 The facing arrangement of the partition plate (23) in which the concavo-convex part (23a) is formed with the same period is as follows.
4. The gas dissolver according to claim 1, wherein the gas dissolver has an arrangement in which the periods coincide with each other or an arrangement having a half-cycle shift.
該気体溶解器(2)の気液混合域(7)に水と炭酸ガス(CO2)とをそれぞれ別個に、又は合流させてから供給するために流入口(21)に連結した流入管(3)と、
前記気体溶解器(2)で生成した炭酸水を外部へ供給するために流出口(22)に連結した流出管(4)と、
から成ることを特徴とする炭酸水生成装置。 A gas dissolver (2) according to any of claims 1 to 4,
An inflow pipe (3) connected to an inlet (21) for supplying water and carbon dioxide (CO2) separately or after being combined into the gas-liquid mixing zone (7) of the gas dissolver (2). )When,
An outflow pipe (4) connected to an outlet (22) for supplying carbonated water generated in the gas dissolver (2) to the outside;
A carbonated water generator comprising:
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