JP2016049511A

JP2016049511A - 気液混合ノズル、及び、当該気液混合ノズルを用いた酸化還元水製造装置

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Publication number: JP2016049511A
Application number: JP2014177384A
Authority: JP
Inventors: 謙一森; Kenichi Mori; 寿内山; Hisashi Uchiyama
Original assignee: ASIRE Inc
Current assignee: ASIRE Inc
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2016-04-11
Anticipated expiration: 2034-09-01
Also published as: JP6174536B2

Abstract

【課題】構成が簡単でかつ小型化及び低コスト化が図れる気液混合ノズル等を提供する。【解決手段】本発明に係る気液混合ノズル１は、中実材により形成された基体２と、基体２を貫通するように形成された液体流通孔３と、基体２の外面（外周面２Ｓ）から液体流通孔３に連通するように形成された気体流通孔４とを備え、液体が液体流通孔３を通過する際に気体が気体流通孔４を介して液体流通孔３を通過する液体と混合するように構成されたことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、気体と液体とを混合するための気液混合ノズル等に関する。

酸素やオゾン等の気体と水とを混合して混合水を生成するための気液混合ノズルが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０００−３００９７５号公報

しかしながら、上述した気液混合ノズルは、複数の筒体を組み合わせて構成されており、構成が複雑となるばかりでなく、小型化及び低コスト化が難しい。
本発明は、構成が簡単でかつ小型化及び低コスト化が図れる気液混合ノズル等を提供するものである。

本発明に係る気液混合ノズルは、中実材により形成された基体と、基体を貫通するように形成された液体流通孔と、基体の外面から液体流通孔に連通するように形成された気体流通孔とを備え、液体が液体流通孔を通過する際に気体が気体流通孔を介して液体流通孔を通過する液体と混合するように構成されたので、液体と気体とを効果的に混合できるとともに、構成が簡単でかつ小型化及び低コスト化が図れる気液混合ノズルを提供できる。また、加圧された気体と液体とが供給されるように構成された設置空間に当該気液混合ノズルを固定状態に設置するだけで、当該設置空間に供給された気体と液体とを混合することが可能な気液混合部を簡単に構成できるようになる。
また、液体流通孔は、液体が流入する側の液体流入側流通孔と、液体が流出する側の液体流出側流通孔とを備え、液体流入側流通孔の孔径寸法が液体流出側流通孔の孔径寸法よりも小さく形成され、気体流通孔が液体流出側流通孔に連通するように形成されたので、気体が液体流出側流通孔内に流れ込みやすくなり、液体と気体とが混合しやすくなる。
更に、上記気液混合ノズルを用いた酸化還元水製造装置は、酸化還元水撹拌部と気液取込部と気体排出部と酸化還元水出口部とを備えた酸化還元水撹拌容器と、水素及び酸素のいずれか一方又は両方を気体供給路を介して酸化還元水撹拌容器の気液取込部に供給する気体供給源と、水を酸化還元水撹拌容器の気液取込部に供給する水供給源と、酸化還元水撹拌容器の気体排出部と気体供給路とを連通させて気体排出部から排出した気体を酸化還元水撹拌容器の気液取込部に循環させる気体循環路とを備え、気液混合ノズルが酸化還元水撹拌容器の気液取込部に設置されて、水が気液混合ノズルの液体流通孔を通過する際に、水素及び酸素のいずれか一方又は両方が気体流通孔を介して液体流通孔を通過する液体と混合するように構成されたので、気体供給源からの気体と気体循環路を経由した気体とを気液取込部に供給できるようになり、気体供給源の供給能力以上の量の気体を気液取込部に供給できるようになるため、気体供給源のコストを抑えることができて、かつ、所望の量の気体を気液取込部に供給し続けることが可能となるため、気体溶存率の高い酸化還元水を安定に生成し続けることが可能な酸化還元水製造装置を提供できる。

気液混合ノズルを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図（実施形態１）。気液混合ノズルを示す斜視図（実施形態１）。気液混合ノズルの分解斜視図（実施形態１）。気液混合ノズルの要部断面図（実施形態１）。気液混合ノズルの要部断面図（実施形態２）。気液混合ノズルを用いた酸化還元水製造装置を示す図（実施形態３）。

実施形態１
図１；図２に示すように、気液混合ノズル１は、基体２と、基体２に形成された液体流通孔３と気体流通孔４とを備えた構成である。
基体２は、板材等の中実材により形成された、例えば、合成樹脂製の円板により構成される。尚、中実材とは、中空ではない塊（ブロック）状の材料を言う。
液体流通孔３は、基体２を貫通するように形成される。例えば、液体流通孔３は、基体２を形成する円板の中心軸２Ｃに沿って延長して円板の両端面２ａ；２ｂに開口する断面円形状の貫通孔により形成される。
気体流通孔４は、基体２の外面から液体流通孔３に連通するように形成される。例えば、気体流通孔４は、基体２を形成する円板の外周面２Ｓ（基体２の外面）から円板の中心軸２Ｃと直交する方向に延長して複数の液体流通孔３に連通する貫通孔により形成される。

液体流通孔３は、例えば、基体２を形成する円板の中心軸２Ｃと孔の中心軸とが一致するように形成された１つの中央側液体流通孔３Ａと、中央側液体流通孔３Ａと円板の外周面２Ｓとの間に設けられた複数の周辺側液体流通孔３Ｂ；３Ｂ…とを備える。
複数の周辺側液体流通孔３Ｂ；３Ｂ…は、中央側液体流通孔３Ａを中心とした円周上において等間隔隔てて形成されている。例えば、６つの周辺側液体流通孔３Ｂ；３Ｂ…が、中央側液体流通孔３Ａを中心とした円周上において円の中心角６０°の等間隔を隔てて設けられている。

また、気体流通孔４は、例えば、中央側気体流通孔４Ａと周辺側気体流通孔４Ｂ；４Ｂとを備える。
中央側気体流通孔４Ａは、基体２を形成する円板の中心軸２Ｃと直交して一直線状に延長するように設けられて、中央側液体流通孔３Ａと中央側液体流通孔３Ａを挟んで対向する２つの周辺側液体流通孔３Ｂ；３Ｂとを連通させるとともに、当該周辺側液体流通孔３Ｂと円板の外周面２Ｓとを連通させる連通孔により構成される。
周辺側気体流通孔４Ｂは、円板の中心軸２Ｃを通過せずに一直線状に延長するように設けられて、中央側液体流通孔３Ａを中心とした円周上において隣り合う２つの周辺側液体流通孔３Ｂ；３Ｂを連通させるとともに、当該周辺側液体流通孔３Ｂと円板の外周面２Ｓとを連通させる連通孔により構成される。

図１（ｂ）；図２；図３に示すように、基体２は、例えば、液体流入側基体２１と液体流出側基体２２とが組み合わされて構成される。
液体流入側基体２１及び液体流出側基体２２は、例えば、円板により構成され、液体流入側基体２１を構成する板材の板厚寸法ａは、液体流出側基体２２を構成する板材の板厚寸法ｂよりも厚い寸法に構成される（図１（ｂ）参照）。

図１（ｂ）；図２；図３；図４に示すように、液体流通孔３は、例えば、液体流入側基体２１に形成された液体流入側流通孔３１と液体流出側基体２２に形成された液体流出側流通孔３２とが組み合わされて構成される。
液体流入側流通孔３１及び液体流出側流通孔３２は、例えば、断面円形状の貫通孔により形成され、液体流入側流通孔３１の孔径寸法ｒ１は、液体流出側流通孔３２の孔径寸法ｒ２よりも小径に形成される（図４参照）。

気体流通孔４は、図３に示すように、例えば、液体流出側基体２２を形成する円板の一方の円板面２２ａに複数の液体流出側流通孔３２の流入側開口を連通させるように直線状に形成された溝４１と、当該液体流出側基体２２を形成する円板の一方の円板面２２ａと面接触状態となるように突き合される液体流入側基体２１を形成する円板の一方の円板面２１ａと、によって区画された空間により構成される。

即ち、複数の液体流入側流通孔３１が形成された液体流入側基体２１の一方の円板面２１ａと複数の液体流出側流通孔３２が形成された液体流出側基体２２の一方の円板面２２ａとを突き合わせ、対応する液体流入側流通孔３１の中心軸と液体流出側流通孔３２の中心軸とを一致させた後に、液体流入側基体２１と液体流出側基体２２とを図外の固定手段で固定することにより、気液混合ノズル１が構成される（図３；図４参照）。

液体流入側流通孔３１の孔径寸法ｒ１と液体流出側流通孔３２の孔径寸法ｒ２との差は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度に設定されることが好ましい。
液体流入側流通孔３１の孔径寸法ｒ１は、例えば、０．７ｍｍ〜３０ｍｍに設定される。
液体流出側基体２２を構成する板材の板厚寸法ｂは３ｍｍ以下とすることが好ましく、３ｍｍ以下とすることで、液体流入側流通孔３１内で混合された液体と気体とを速く送出できる。
例えば、液体流入側流通孔３１の孔径寸法ｒ１は１．８ｍｍ、液体流出側流通孔３２の孔径寸法ｒ２は２．０ｍｍ、気体流通孔４の孔径寸法は０．５ｍｍ、液体流入側基体２１の板厚寸法ａは５ｍｍ、液体流出側基体２２の板厚寸法ｂは２ｍｍに形成される。

実施形態１の気液混合ノズル１を図外の区画された設置空間に固定状態に設置し、当該気液混合ノズル１が設置された設置空間に加圧された液体と気体とを供給した場合、液体が液体流通孔３を通過する際に液体流通孔３と連通する気体流通孔４内に気液混合ノズル１の外面側から液体流通孔３側に向かう気体流が生じ、液体流出側流通孔３２内で液体と気体とが混合されて液体流通孔３の出口より送出される。

実施形態１の気液混合ノズル１によれば、例えば合成樹脂製の円板のような板材等の中実材により形成された基体２と、基体２を貫通するように形成された液体流通孔３と、基体２の外面（基体２を形成する円板の外周面２Ｓ）から液体流通孔３に連通するように形成された気体流通孔４と、を備えた構成であるので、構成が簡単で低コスト化が図れるとともに、基体２の大きさを小さくすることが容易となる。即ち、液体と気体とを効果的に混合できるとともに、構成が簡単でかつ小型化及び低コスト化が図れる気液混合ノズル１を提供できる。

実施形態１の気液混合ノズル１によれば、図４に示すように、液体流入側流通孔３１の孔径寸法ｒ１が液体流出側流通孔３２の孔径寸法ｒ２よりも小径に形成され、かつ、気体流通孔４が液体流出側流通孔３２に連通するように形成されたので、気体が液体流出側流通孔３２内に流れ込みやすくなり、液体と気体とが混合しやすくなる。

また、実施形態１の気液混合ノズル１によれば、複数の液体流通孔３を備えるとともに、複数の液体流通孔３に連通する気体流通孔４を複数備えた構成であるので、液体と気体とが混合しやすくなる。

また、実施形態１の気液混合ノズル１によれば、液体流入側基体２１と液体流出側基体２２とを組み合わせて構成し、液体流入側基体２１及び液体流出側基体２２のうちのいずれか一方の基体の一方の板面に溝４１を形成して、当該一方の基体の一方の板面と他方の基体の一方の板面とが面接触するように液体流入側基体２１と液体流出側基体２２とを固定したので、一方の基体の一方の板面に溝４１を形成することで気体流通孔４を簡単に形成できるようになり、製造容易な気液混合ノズル１となる。

また、実施形態１の気液混合ノズル１は、加圧された気体と液体とが供給されるように構成された設置空間に固定状態に設置するだけで、当該設置空間に供給された気体と液体とを混合することが可能な気液混合部を簡単に構成できるようになる。
また、当該設置空間及び気液混合ノズル１を小型化すれば、小型の気液混合部を構成することが可能となり、小型の気液混合部を備えた種々の装置を構成することが可能となる。

実施形態２
図５に示すように、液体流入側流通孔３１の流入口の孔径寸法を液体流入側流通孔３１の孔径寸法ｒ１よりも大きくして、液体流入側流通孔３１の流入口側を孔径寸法ｒ１よりも大径の円錐面状開口部３５に形成すれば、液体が液体流入側流通孔３１に取り込まれ易くなり、液体と気体とを速くかつ多く混合させることが可能となる。
また、図５に示すように、液体流出側流通孔３２の流出口の孔径寸法を液体流出側流通孔３２の孔径寸法ｒ２よりも大きくして、液体流出側流通孔３２の流出口側を孔径寸法ｒ２よりも大径の円錐面状開口部３６に形成すれば、液体と気体とが混合された気液混合物を速くかつ多く送出させることが可能となる。

実施形態３
次に、気液混合ノズル１を用いた装置としての酸化還元水製造装置を説明する。
図６に示すように、酸化還元水製造装置５０は、酸化還元水撹拌容器６０と、気体供給源５１と、水供給源５２と、気体循環路７０と、を備えて構成される。
酸化還元水撹拌容器６０は、酸化還元水撹拌部６０Ａと、気液取込部６１と、気体排出部６２と、酸化還元水出口部６３と、を備える。
気体供給源５１は、水素及び酸素のいずれか一方又は両方を、気体供給管５４；５６により構成される気体供給路５１Ａを介して酸化還元水撹拌容器６０の気液取込部６１に供給するための例えば電気分解装置である。電気分解装置は、例えば水道水を電気分解して水素及び酸素を発生させる装置である。
水供給源５２は、水を酸化還元水撹拌容器６０の気液取込部６１に供給するための例えば水道である。
気体循環路７０は、酸化還元水撹拌容器６０の気体排出部６２と気体供給路５１Ａとを連通させて気体排出部６２から排出した気体を酸化還元水撹拌容器６０の気液取込部６１に循環させる循環路であり、例えば気体排出部６２と気体供給路５１Ａとを連通させる連通管７１と、気体循環路７０の気体排出部６２側に設けられた気体流量調整バルブ７２とを備えた構成である。
気体流量調整バルブ７２は、酸化還元水撹拌部６０Ａの気体排出部６２側に上昇してきた気泡中の気体だけを気体循環路７０を介して気体供給路５１Ａに戻して水分を気体循環路７０に送出しないようにするための弁である。
酸化還元水撹拌容器６０の気液取込部６１は、上述した気液混合ノズル１、及び、気泡生成促進手段６７が設置されるとともに、気体供給源５１からの気体及び水供給源５２からの水とが供給される空間である。気泡生成促進手段６７は、例えばステンレス網により構成される。気液混合ノズル１から送出される酸化還元水が当該ステンレス網に衝突して網目を通過する際に気泡が発生しやすくなる。尚、気液混合ノズル１は、液体流入側流通孔３１の流入口を連結部材６５側に向けて設置され、気泡生成促進手段６７としてのステンレス網は、気液混合ノズル１の流出側流通孔３２の流出口と対向するように設置される。

また、酸化還元水撹拌容器６０の気体排出部６２と気体循環路７０の始端とが連結部材６６により連通可能に連結される。気体循環路７０の終端と気体供給源５１に接続された気体供給管５４の終端と気体供給管５６の始端とが連結部材７４により連通可能に連結される。気体供給管５６の終端と気液取込部６１とが連結部材６４により連通可能に連結される。水道管５３ａを介して水供給源５２に接続された蛇口と水供給管５３ｃの始端とが連結部材５３ｂにより連通可能に連結され、水供給管５３ｃの終端とが気液取込部６１とが連結部材６５により連通可能に連結される。
蛇口の上流には水栓５７が設けられている。
連結部材７４と気体供給源５１との間の気体供給管５４の中途には、気体が気体供給源５１に逆流することを防止するための逆止弁５５が設けられている。
酸化還元水撹拌容器６０の気体排出部６２側は、酸化還元水撹拌部６０Ａ内に貯留される酸化還元水の量を確認するための透明パネル製の覗窓部６８に形成されている。
酸化還元水撹拌容器６０の中腹部は、酸化還元水撹拌部６０Ａ内に貯留される酸化還元水中の気泡の状態を確認するための透明パネル製の覗窓部６９に形成されている。

酸化還元水製造装置５０によれば、水供給源５２からの水と気体供給源５１からの気体とが気液取込部６１に供給されて気液混合ノズル１により混合された後、気泡生成促進手段６７を通過して酸化還元水撹拌部６０Ａ内に送出され、かつ、酸化還元水撹拌部６０Ａ内で撹拌されて酸化還元水が生成され、この酸化還元水が酸化還元水出口部６３を介して送出される。この酸化還元水出口部６３に連結部材８１を介して例えばシャワーホース８２を接続すれば、シャワーホース８２の先端に設けられたシャワーヘッド８０のシャワーノズル８３から酸化還元水が放出されるようになる。

酸化還元水製造装置５０によれば、気体循環路７０を備えたので、気体供給源５１からの気体と気体循環路７０を経由した気体とを気液取込部６１に供給できるようになる。即ち、気体供給源５１の供給能力以上の量の気体を気液取込部６１に供給できるようになるため、気体供給源５１のコストを抑えることができて、かつ、所望の量の気体を気液取込部６１に供給し続けることが可能となるため、気体溶存率の高い酸化還元水を安定に生成し続けることが可能な酸化還元水製造装置５０となる。

尚、覗窓部６９を介して酸化還元水撹拌部６０Ａ内に貯留される酸化還元水の状態を確認し、気泡の発生が少なければ、気液取込部６１への水供給量に対して気液取込部６１への気体供給量が少ない状態である。この場合、水栓５７を調整して気液取込部６１への水供給量を減らすように調整することにより、気泡が発生しやすいようにすれば、気泡が上昇して気泡中の気体が気体循環路７０を介して気液取込部６１に供給されるので、気液取込部６１への気体供給量を多くでき、気体溶存率の高い酸化還元水を生成できる。
また、覗窓部６８を介して酸化還元水撹拌部６０Ａ内の酸化還元水又は酸化還元水の水面を確認できた場合も、酸化還元水撹拌部６０Ａの圧力が高い状態となっていて気体循環路７０に送出される気泡の少ない状態である。この場合も、水栓５７を調整して気液取込部６１への水供給量を減らすように調整することにより、気泡が発生しやすいようにすれば、気泡が上昇して気泡中の気体が気体循環路７０を介して気液取込部６１に供給されるので、気液取込部６１への気体供給量を多くでき、気体溶存率の高い酸化還元水を生成できる。

当該酸化還元水製造装置５０では、気液取込部６１に供給する気体を選択することにより、酸水素水、水素水、酸素水等の酸化還元水を製造できるようになる。
また、酸化還元水出口部６３には、散水ホースを繋げてもよい。また、気体供給源５１としては、気体を収容し、当該気体を所定の圧力で気液取込部６１に供給可能なボンベを使用してもよい。

尚、上記においては、孔径寸法が異なる液体流入側流通孔３１と液体流出側流通孔３２とで構成された液体流通孔３を有した気液混合ノズル１を示したが、全長に亘って孔径寸法が同じ寸法の液体流通孔を備えた気液混合ノズルであってもよい。

また、上記においては、液体流入側基体２１と液体流出側基体２２とが組み合わされて構成された基体２を備えた気液混合ノズル１を示したが、１つの基体に液体流通孔と気体流通孔とが形成された構成の気液混合ノズルであってもよい。

また、液体流通孔と気体流通孔とが１つずつ形成された構成の気液混合ノズルであってもよい。

また、１つの液体流通孔に複数の気体流通孔が連通するように構成された気液混合ノズルであってもよい。

尚、基体２の材料、及び、形状は、特に限定されない。

１気液混合ノズル、２基体、３液体流通孔、４気体流通孔、
２１液体流入側基体、２２液体流出側基体、５０酸化還元水製造装置、
５１気体供給源、５１Ａ気体供給路、５２水供給源、６０酸化還元水撹拌容器、
６０Ａ酸化還元水撹拌部、６１気液取込部、６２気体排出部、
６３酸化還元水出口部、７０気体循環路。

Claims

中実材により形成された基体と、
基体を貫通するように形成された液体流通孔と、
基体の外面から液体流通孔に連通するように形成された気体流通孔とを備え、
液体が液体流通孔を通過する際に気体が気体流通孔を介して液体流通孔を通過する液体と混合するように構成されたことを特徴とする気液混合ノズル。
液体流通孔は、
液体が流入する側の液体流入側流通孔と、液体が流出する側の液体流出側流通孔とを備え、
液体流入側流通孔の孔径寸法が液体流出側流通孔の孔径寸法よりも小さく形成され、
気体流通孔が液体流出側流通孔に連通するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の気液混合ノズル。
請求項１又は請求項２に記載の気液混合ノズルを用いた酸化還元水製造装置であって、
酸化還元水撹拌部と気液取込部と気体排出部と酸化還元水出口部とを備えた酸化還元水撹拌容器と、
水素及び酸素のいずれか一方又は両方を気体供給路を介して酸化還元水撹拌容器の気液取込部に供給する気体供給源と、
水を酸化還元水撹拌容器の気液取込部に供給する水供給源と、
酸化還元水撹拌容器の気体排出部と気体供給路とを連通させて気体排出部から排出した気体を酸化還元水撹拌容器の気液取込部に循環させる気体循環路とを備え、
気液混合ノズルが酸化還元水撹拌容器の気液取込部に設置されて、水が気液混合ノズルの液体流通孔を通過する際に、水素及び酸素のいずれか一方又は両方が気体流通孔を介して液体流通孔を通過する液体と混合するように構成されたことを特徴とする酸化還元水製造装置。