JP2014014796A - 流体循環混合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスの溶解効率が高く、ガスを無駄なく利用することができ、高いガス濃度を有する溶存ガス液が容易に得られる流体循環混合装置を提供する。
【解決手段】循環液が貯留された循環液容器１０と、循環液を循環する循環ポンプ３０とがホース２０を介してループ状に接続され、ホース２０の途中にスタティックミキサ４０が接続され、スタティックミキサ４０の上流側に、ガスを充填したガスボンベ６０が接続され、ガスボンベ６０より吐出されるガスと、循環液とがスタティックミキサ４０により、攪拌・混合されてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスを溶媒に添加混入（溶存）する流体循環混合装置に関し、特に炭酸ガスを強制的に溶存する流体循環混合装置に関する。

一般に、炭酸ガスを溶存した炭酸湯は、優れた保温作用があることから、古くから浴場等で用いられている。炭酸湯の保温作用は、基本的には、含有炭酸ガスの末梢血管拡張作用により身体環境が改善されるためと考えられる。
また、炭酸ガスの経皮進入によって、毛管血管床の増加及び拡張が起こり、皮膚の血行を改善する。このため、退行性病変および末梢循環障害の治療に効果があるとされている。

このように炭酸湯が優れた効果を持つことから、これを人工的に調合する試みが行われてきた。例えば、炭酸塩と酸とを作用させる化学的方法、浴槽内に炭酸ガスを気泡の形で送り込む方法等により炭酸湯を得ていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−０７３１８９号公報

しかしながら、従来の化学的方法では、炭酸ガス濃度を高濃度にするには、多量の薬品を投入しなければならないという事情がある。
また、浴槽内に炭酸ガスを気泡の形で送り込む方法では、温水ヘの炭酸ガスの溶解率が１０％程度に過ぎず、大部分の炭酸ガスが散逸してしまい、炭酸ガス濃度を高濃度にしようとすると、大量の炭酸ガスを供給しなければならないという事情がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ガスの溶解効率が高く、ガスを無駄なく利用することができ、高濃度の溶存ガス液が容易に得られる流体循環混合装置を提供することにある。

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

上記目的を達成すべく、本発明は、循環液が貯留された循環液容器（１０）と、前記循環液を循環する循環ポンプ（３０）とがホース（２０）を介してループ状に接続され、前記ホース（２０）の途中に、スタティックミキサ（４０）が接続され、前記スタティックミキサ（４０）の上流側に、ガスを充填したガスボンベ（６０）が接続され、前記ガスボンベ（６０）より吐出されるガスと、前記循環液とが前記スタティックミキサ（４０）により、攪拌・混合されることを特徴とする。
これにより、簡便な流体循環混合装置（１）が得られ、ガスの溶解効率が向上し、高濃度の溶存ガス液が得られる。

好ましい態様としては、前記スタティックミキサ（４０）は、流入口（４２ｂ）および流出口（４２ｃ）を有する筒部（４２ａ）内に、前記流入口（４２ｂ）より大きな径を有する有底筒状の衝突筒体（４３）が、その開口部（４３ａ）を前記流入口（４２ｂ）に向けて設けられ、前記衝突筒体（４３）の内面または前記筒部（４２ａ）の内面に、多数の凹部（４９）が形成される。
これにより、スタティックミキサ（４０）は、圧力損失が少なくなり、循環液の撹拌・混合効率が向上する。

上記態様では、前記スタティックミキサ（４０）の上流側に、前記循環液の前記ガスボンベ（６０）への流入を防止する逆止弁（８０）が装着される。
これにより、循環液のガスボンベ（６０）への逆流が阻止される。

上記態様では、前記循環液容器（１０）の底部に、前記循環液を取り出すための蛇口（１３）が設けられる。
これにより、生成された溶存ガス液が、蛇口（１３）より取り出される。

上記態様では、前記循環液容器（１０）は、前記循環ポンプ（３０）より高い位置に設置される。
これにより、循環液は、循環ポンプ（３０）に流れ落ち、循環ポンプ（３０）の呼水として供給される。

上記態様では、前記ガスは、二酸化炭素である。
これにより、炭酸液が生成される。

本発明によれば、ガスの溶解効率が向上し、ガスを無駄なく利用することができ、飽和レベルまたは過飽和状態の高濃度の溶存ガス液が容易に得られる。
また、スタティックミキサは、循環液の撹拌・混合効率が高いので、小型化が図られ、出力が小さく消費電力の少ない小型の循環ポンプを用いることができる。よって、高性能、かつ小型コンパクトな流体循環混合装置が実現できる。

本発明の一実施の形態に係る流体循環混合装置の概略構成図である。 図１に示すスタティックミキサの断面図である。 炭酸ガスおよび酸素ガスの原水に対する溶解濃度の特性を示す図である。

以下、本発明の流体循環混合装置に係る一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、流体循環混合装置の概略構成図である。なお、実施の形態を説明するに当たって、同一機能を奏するものは同じ符号を付して説明する。

図１において、流体循環混合装置１は、所定量の炭酸水（循環液）が貯留される循環液容器１０と、循環液を循環させる循環ポンプ３０と、原水と炭酸ガスを攪拌・混合するスタティックミキサ４０と、液化炭酸ガスが高圧で充填されたガスボンベ６０とを有して構成されている。

循環液容器１０は、耐食性を有する樹脂や金属、例えばステンレス等から形成され、その形状は、特に限定されず種々のものが使用される。また、その容積は、炭酸水の供給量にもよるが、例えば２Ｌ〜３Ｌとし、原水が所定量貯留された後、密閉状態とされる。

循環液容器１０の底部の一側外壁には、循環液が流入する流入管１１ａが突設され、底部の他側外壁には、循環液が流出する流出管１１ｂが突設されている。循環ポンプ３０には、循環液が流入する流入管３１ａおよび循環液を流出する流出管３１ｂが突設され、流入管３１ａは流出管１１ｂに、流出管３１ｂは流入管１１ａに、ホース２０を介して接続されている。

また、循環液容器１０は、循環ポンプ３０より高い位置に設置されている。これにより、循環液容器１０内の原水は、循環ポンプ３０に流れ落ち、流体循環混合装置１の運転開始時の循環ポンプ３０の呼水の導入を可能にしている。

なお、図中、３３は、電源プラグであり、３４は、電源コードを示す。また、１３は、循環液容器１０の底部に設けられ、炭酸水を、コップやペットボトル等の容器または密閉可能な容器に取り出すための蛇口であり、この蛇口１３は、炭酸水の取出し量を調節する流量制御弁１２を有する。

ガスボンベ６０には、高圧の液化炭酸ガスが充填され、炭酸ガスを吐出する吐出管６２が設けられている。また、ガスボンベ６０には、炭酸ガスの吐出量を調節するガス量調節弁６１が設けられ、ガス量調節弁６１を徐々に開くと、炭酸ガスが吐出管６２より吐出されるようになっている。

スタティックミキサ４０は、図２に示すように、循環液容器１０の流入管１１ａと循環ポンプ３０の流出管３１ｂとの間のホース２０の途中に接続されており、ホース２０より大径のミキサ本体４２を有する。このミキサ本体４２は、ホース２０とほぼ同径の流入管（流入口）４２ｂと流出管（流出口）４２ｃを有する筒部４２ａから構成されている。

ミキサ本体４２は、ホース２０より大径に形成されたので、流入管４２ｂの下流側周縁付近は減圧される。この減圧域の存在は、炭酸水が衝突筒体４３に衝突し、その流れ方向を変更して逆流する助けとなる。この結果、圧力損失が低減され、撹拌・混合効率が向上する。

また、筒部４２ａ内の中央部には、その流入管４２ｂより大径の有底筒状を呈する衝突筒体４３が、その開口部４３ａを流入管４２ｂに向けて設けられ、衝突筒体４３の底面部４３ｂの内面、衝突筒体４３の側壁部４３ｃの内面、筒部４２ａの内面の少なくとも一ケ所には、多数の凹部４９或いは渦巻き状の溝が形成されている。
これにより、炭酸水は、凹部４９或いは渦巻き状の溝に衝突した後、小さな渦流を多数発生し、原水と炭酸ガスが、より細かに撹拌・混合される。

流入管４２ｂの近傍のホース２０には、ガスボンベ６０の吐出管６２が、ガスチューブ５０を介して接続され、原水と炭酸ガスは、流入管４２ｂよりスタティックミキサ４０内に流入されるようになっている。また、ガスチューブ５０のホース２０とのジョイント部７０には、逆止弁８０が装着され、炭酸水がガスチューブ５０に逆流することを阻止している。

次に、かかる構成の流体循環混合装置１の作用について説明する。
先ず、流量制御弁１２を全閉にした状態で、循環液容器１０に原水となる適当量の飲料用の水を収容し、循環液容器１０内を密閉状態にする。このとき、原水は、ホース２０を通じて、循環ポンプ３０に流れ落ち、循環ポンプ３０に呼水として供給される。また、循環液容器１０に水位レベル指示計を設ければ、循環液容器１０に収容される原水の水位を外部から容易に確認することができる。

次に、循環ポンプ３０を駆動して、スタティックミキサ４０に向けて原水を送り出す。原水を循環させながら、ガスボンベ６０の炭酸ガスを、吐出管６２より所定量吐出すると、炭酸ガスは、ガスチューブ５０を通じて、ジョイント部７０よりホース２０の原水に合流し、スタティックミキサ４０に導入される。

スタティックミキサ４０は、原水と炭酸ガスを効率よく撹拌・混合し、炭酸水を生成する。炭酸水は、所望の濃度になるまで、循環液容器１０と循環ポンプ３０とで構成される回路内を循環する。その際、炭酸水の濃度は、ガスボンベ６０からの炭酸ガスの吐出量や炭酸水の循環時間によって決定される。

所望濃度の炭酸水が生成された時点で、ガス量調節弁６１を閉じ、炭酸ガスの吐出を止め、循環ポンプ３０の駆動を停止する。その後、流量制御弁１２を開けると、循環液容器１０内の炭酸水が、蛇口１３より流出し、コップ等の容器に必要量の炭酸水が収容される。

このように、本実施の形態の流体循環混合装置１は、圧力損失が少なく、撹拌・混合効率の高いスタティックミキサ４０を用いたことにより、簡便かつコンパクトな装置構成で、炭酸ガスの溶解効率が向上し、炭酸ガスを無駄なく利用することが可能となり、飽和レベルまたは過飽和状態において高濃度の炭酸ガス濃度を有する炭酸水を容易に生成することが可能となる。

また、スタティックミキサ４０を用いることで、原水と炭酸ガスが細かく混合されるので、炭酸水は勿論、高い炭酸ガス濃度の炭酸湯を生成することができる。
さらに、スタティックミキサ４０は、圧力損失が少なく、送液量が多く（液流速が高く）なるので、原水と炭酸ガスの撹拌、混合効率が向上し、出力が小さく消費電力の少ない小型の循環ポンプ３０を用いることが可能となる。
これにより、スタティックミキサ４０が小型化できるとともに、循環ポンプ３０の消費電力を、例えば２６Ｗ程度にまで低減することができ、高性能、小型コンパクトで省エネの流体循環混合装置１が得られる。

ところで、炭酸ガス溶存濃度が、１０００ｐｐｍ程度より高濃度の炭酸泉に入浴した場合、健康維持や健康回復によいことが医学的に認められている。ただし、この炭酸泉に入浴した場合、湯に浸った部分とその皮膚下の浅い部位に炭酸泉の効果が集中するが、体の奥まで到達していないと思われる。

炭酸泉と同程度の湯温に炭酸ガスを１０００ｐｐｍ程度まで溶解させ、その炭酸湯を飲むと、汗が滲みでてくる。これは、体の内部に炭酸湯が浸透した結果、血流が増大し、新陳代謝が促進されたものと思われる。なお、冷たい炭酸水或いは常温の炭酸水の飲用での発汗はなかった。このような血流促進に有効な炭酸湯は、流体循環混合装置１により、高濃度かつ容易に生成される。

スタティックミキサ４０は、圧力損失が少なく、撹拌・混合効率が高いので、炭酸濃度が過飽和水となった場合でも、ラムネやビールにみられる気泡の浮上は、目視では確認できず、炭酸ガスと原水との混合状態が安定し、その継続が長時間可能となる。

また、流体循環混合装置１により生成した炭酸水に浸けこんだ米を炊飯すると、お米がふっくら炊けて美味しくなり、野菜を炭酸水で煮ると、通常の水と比較して約半分程度の時間で煮ることができ、しかも美味しくなる。さらに、炭酸水を洗顔用と使用した場合、顔面の皮膚が滑らかになり、美肌効果が得られる。

ところで、流体循環混合装置１において、ガスボンベ６０を、例えば所定の減圧弁が設置された酸素ボンベに切り替えて、運転すると、酸素水を生成することもできる。その他のガスも所定の減圧弁が設置されたガスボンベに切り替えれば、容易にしかも短時間に飽和レベルのガス溶存水を生成することができる。

図３に、流体循環混合装置１を用いて、炭酸ガスと酸素ガスを水に溶解したときのデータを示す。図３から明らかなように、炭酸ガスおよび酸素ガスの溶解濃度が短時間の運転時間でも効率よく得られる。

以上、本発明の実施の形態の流体循環混合装置について詳述したが、本発明は、上記実施の形態記載の流体循環混合装置に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。

例えば、ガスボンベ６０として、携帯用（カセットタイプ）のミニガスボンベを用い、このミニガスボンベ、スタティックミキサ４０および循環ポンプ３０を収納箱内に収納し、収納箱上に循環液容器１０を搭載することで、小型コンパクトな流体循環混合装置が得られる。これにより、持ち運びが便利になり、保管や設置スペースの節約が可能となる。

また、循環液容器１０の底部に、炭酸水の取出し用ノズルを設け、このノズルに、循環液容器１０の液位より高い位置に開口部が設置できる程度の長さのホースを接続し、炭酸水を取り出さないときや循環ポンプ３０の運転中は、このホースの開口部を、循環液容器１０の液位より高くして、炭酸水の流出を防止し、ホースの開口部を、循環液容器１０の液位より低くすることで、炭酸水を取り出すようにしてもよい。

また、スタティックミキサ４０において、筒部４２ａ内に、複数の衝突筒体４３を所定間隔を置いて一列状に配設してもよい。これによれば、撹拌・混合効率がより向上する。

なお、本実施の形態の流体循環混合装置１では、溶媒として原水を用いたが、原水に代えて、サラダのドレッシング液等を投入すれば、炭酸ガスがドレッシング液にきめ細かく混合され、よりまろやかなドレッシング液が得られ、味覚も向上する。

また、飲料アルコール類を投入すれば、炭酸ガスが飲料アルコール類に混合され、クラスターが砕かれ、まろやかな風味となり、飲み易く、美味しくすることができる。

本発明に係る流体循環混合装置は、炭酸ガス等の各種気体を溶媒に溶存する混合装置として有用である。

１ 流体循環混合装置
１０ 循環液容器
１１ａ、３１ａ、４２ｂ 流入管
１１ｂ、３１ｂ、４２ｃ 流出管
１２ 流量制御弁
１３ 蛇口
２０ ホース
３０ 循環ポンプ
３３ 電源プラグ
３４ 電源コード
４０ スタティックミキサ
４２ ミキサ本体
４２ａ 筒部
４３ 衝突筒体
４３ａ 開口部
４３ｂ 底面部
４３ｃ 側壁部
４９ 凹部
５０ ガスチューブ
６０ ガスボンベ
６１ ガス量調節弁
６２ 吐出管
７０ ジョイント部
８０ 逆止弁

Claims (6)

1. 循環液が貯留された循環液容器と、前記循環液を循環する循環ポンプとがホースを介してループ状に接続され、前記ホースの途中にスタティックミキサが接続され、前記スタティックミキサの上流側に、ガスを充填したガスボンベが接続され、前記ガスボンベより吐出されるガスと、前記循環液とが前記スタティックミキサにより、攪拌・混合されることを特徴とする流体循環混合装置。
2. 前記スタティックミキサは、流入口および流出口を有する筒部内に、前記流入口より大きな径を有する有底筒状の衝突筒体が、その開口部を前記流入口に向けて設けられ、前記衝突筒体の内面または前記筒部の内面に、多数の凹部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の流体循環混合装置。
3. 前記スタティックミキサの上流側に、前記循環液の前記ガスボンベへの流入を防止する逆止弁が装着されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体循環混合装置。
4. 前記循環液容器の底部に、前記循環液を取り出すための蛇口が設けられたことを特徴とする請求項３に記載の流体循環混合装置。
5. 前記循環液容器は、前記循環ポンプより高い位置に設置されたことを特徴とする請求項４に記載の流体循環混合装置。
6. 前記ガスは、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の流体循環混合装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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