JP2016190230A - ガス溶解液製造装置、ガス溶解液供給装置及びガス溶解液製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水を高水圧で噴射することなく、従来技術と遜色ない溶解度のガス溶解液を製造する。【解決手段】ガス溶解液製造装置（２）は、液体を循環させる循環流路（Ａ）と、循環流路（Ａ）の中途に挿入された、ガス導入口（８１）が形成された混合部であって、液体に、ガス導入口（８１）から導入されたガスを混合する混合部（４２）と、循環流路（Ａ）の中途に挿入された溶解部であって、ガスを混合された液体を透過するように配置された充填材（１８）を含む溶解部（４１）と、を備え、充填材（１８）には複数の微細な流路が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、液体に気体を溶解することによって得られるガス溶解液を製造するためのガス溶解液製造装置及びガス溶解液製造方法に関する。また、本発明は、ガス溶解液を供給するガス溶解液供給装置にも関する。

近年、ガスを水に溶解させたガス溶解水が注目されている。例えば、特許文献１には、水に水素を溶解させ加水素水の製造装置が記載されている。この加水素水の製造装置は、原料水供給口、水素供給口、先細ノズル、拡散室、多孔質要素及び排出口を備えている（特許文献１の図１参照）。原料水が供給されている先細ノズルは、水素が噴射されている拡散室に向かって高圧の原料水を噴射する。そして、原料水と水素との混合流体が拡散室に充填された多孔質要素を通過することによって、微細気泡を大量に含有している加水素水が得られる。なお、特許文献１における微細気泡とは、ミリバブル、マイクロバブル、及びマイクロナノバブルを包括する用語である。

また、特許文献２には、空気や酸素等の微細気泡を液体中に発生させるためのマイクロバブル発生装置が記載されている。このマイクロバブル発生装置は、開口から液体を膜状にかつ広がるように噴出させる流路を備えている。この流路から噴出された液体は、落下により膜が破壊して水滴状に変化し、液面に衝突することにより液中にマイクロバブルを発生させる。

特開２００７−２３７１６１号公報（２００７年９月２０日公開） 特開２０１０−２５３３９６号公報（２０１０年１１月１１日公開）

以上のように、特許文献１及び特許文献２に記載の従来技術は、何れも液滴状の水をガス中に噴射することによってガスの微細気泡を含有する水を製造する。

しかし、これらの従来技術においては、水を高水圧で噴射することが求められるため、高水圧に耐えうる設計（パーツの選定を含む）が求められる。より高い水圧にまで耐えうる設計を行う場合、設計時に乗ずる安全係数を大きくする必要が生じる、装置が大型化及び重量化しやすい、装置の製造コストが上昇しやすい、など複数の弊害を伴う。

また、高い水圧下で動作する装置を安定して連続運転するためには、低い水圧下で動作する装置と比較して、装置のより頻繁な安全点検と、誤作動を起こさないための対策等を厳重に施すことが求められる。これらの要因は、装置のランニングコストを上昇させる。

以上のように、特許文献１及び特許文献２に記載された従来技術には、水を高水圧で噴射しなければならないという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水を高い水圧で噴射することなく、従来技術と遜色ない溶解度のガス溶解液を製造することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るガス溶解液製造装置は、液体導入口、液体導出口、及び液体を循環させる循環部を含む循環流路と、上記循環流路の中途に挿入された、ガス導入口が形成された混合部であって、上記循環流路を循環する液体に、上記ガス導入口から導入されたガスを混合する混合部と、上記循環流路の中途に挿入された溶解部であって、上記ガスを混合された液体を透過するように配置された充填材を含む溶解部と、を備えており、上記充填材には、複数の微細な流路が形成されている、ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るガス溶解液製造方法は、循環する液体に混合部を介してガスを混合する混合工程と、上記混合工程によってガスを混合された液体を複数の微細な流路が形成された充填材を透過させることによって、上記混合工程によって上記液体中に混合されたガスを上記液体中に溶解させる溶解工程と、を含み、上記混合工程と、上記溶解工程とを交互に繰り返す、ことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、水を高い水圧で噴射することなく、従来技術と遜色ない溶解度のガス溶解液を製造することができる。

本発明の第１の実施形態に係るガス溶解液製造装置の構成を示す概略図である。 図１に示したガス溶解液製造装置が備えている溶解部の構成を示す一部分解図である。 本発明の第２の実施形態に係るガス溶解液製造装置が備えているガス排出部の構成を示す概略図である。 本発明の第３の実施形態に係るガス溶解液供給装置が備えている溶解部の構成を示す概略図である。 本発明の第４の実施形態に係るガス溶解液供給装置が備えている溶解部の構成を示す概略図である。 本発明の第５の実施形態に係るガス溶解液供給装置の構成を示す概略図である。 本発明の各実施例において使用した溶存ガス濃度測定システムの構成を示す概略図である。 本発明の第１の実施例に係るガス溶解液供給装置によって得られた、溶存水素濃度の循環水量依存性を示すグラフである。 本発明の第２の実施例に係るガス溶解液供給装置によって得られた、溶存水素濃度の循環水量依存性を示すグラフである。 本発明の第３の実施例に係るガス溶解液供給装置によって得られた、溶存水素濃度の循環水量依存性を示すグラフである。 本発明の第４の実施例に係るガス溶解液供給装置によって得られた、溶存水素濃度の循環時間存性を示すグラフである。 本発明の第５の実施例に係るガス溶解液供給装置によって得られた、溶存酸素濃度の循環時間存性を示すグラフである。 本発明の第６の実施例に係るガス溶解液供給装置によって得られた、溶存二酸化炭素濃度の循環時間存性を示すグラフである。 本発明の第７の実施例に係るガス溶解液供給装置によって得られた、溶存水素濃度の循環水量依存性を示すグラフである。 本発明の第８の実施例に係るガス溶解液供給装置によって得られた、溶存酸素濃度の循環時間存性を示すグラフである。 比較例のガス溶解液供給装置の構成を示す概略図である。

〔第１の実施形態〕
（ガス溶解液製造装置の概要）
以下、本発明の第１の実施形態に係るガス溶解液製造装置について、図１を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るガス溶解液製造装置２の構成を示す概略図である。

図１に示すように、ガス溶解液製造装置２は、循環流路Ａと、循環流路Ａの中途に挿入された混合部４２と、上記循環流路の中途に挿入された溶解部４１とを備えている。

本実施形態において、循環流路Ａは、混合部４２と、循環部２８と、溶解部４１とを配管を用いて環状に接続することによって構成されている。循環部２８は、混合部４２から溶解部４１へ向かう方向に循環流路Ａ内の液体を循環させるための動力を循環流路Ａ中の液体に与える。

循環流路Ａにおける混合部４２の上流側には、液体を循環流路Ａに導入するための液体導入口Ａ１が設けられており、循環流路Ａにおける溶解部４１の下流側には、液体を循環流路Ａから導出するための液体導出口Ａ２が設けられている。

混合部４２には、ガス導入口８１が形成されている。混合部４２は、循環流路Ａを循環する液体に、ガス導入口８１から導入されたガスを混合する。本明細書では、ガスが混合された液体のことをガス含有液と称する。

このように構成された混合部４２は、ガス雰囲気に対して液体を高圧で噴射する必要がない。また、液体の高圧噴射が不要であるため、混合部４２は、高圧噴射を採用する場合と比較して、液体に対して混合するガスの比率を広範囲に変化させることが可能である。すなわち、液体に対して大量のガスを混合することができる（混合工程）。

溶解部４１は、循環流路Ａを循環する液体であって、混合部４２によってガスを混合されたガス含有液を透過するように構成された管状部材である。溶解部４１の内側には、ガス含有液を透過する充填材１８が配置されている。

充填材１８には、複数の微細な流路が形成されている。そのため、ガス含有液中に含まれる大量のガスは、上記微細な流路を透過することによって上記微細な流路に応じたサイズに分断され、液体に溶解する。以上のように、充填材１８を備えている溶解部４１は、ガス含有液中に含まれる大量のガスを液体中に溶解させることによって、ガス含有液から高い溶存濃度のガス溶解液を生成する（溶解工程）。

溶解部４１によって生成されたガス溶解液は、循環流路Ａ内を循環するため、混合部４２と溶解部４１とを交互に繰り返し透過する。換言すれば、溶解部４１によって生成されたガス溶解液には、混合部によるガスの混合工程と、溶解部によるガスの溶解工程とを定期的に繰り返して施される。

以上のように、上記の構成によれば、ガス雰囲気に対して水を高圧で噴射することなく、従来技術と遜色ない溶解度のガス溶解液を製造することができる。

また、上述のように混合部４２は、高圧噴射を採用する場合と比較して、液体に対して混合するガスの比率を広範囲に変化させることが可能である。したがって、ガス溶解液製造装置２は、ガス溶解液を製造するときの循環流量、ガス溶解液の種類などの変更に応じて、その設計を柔軟に変更して対応することができる。

一方、特許文献１に記載された加水素水の製造装置の場合、ターゲットとする加水素水の製造量に応じて最適化された先細ノズル、拡散室、及び多孔質要素を採用することが好ましいと考えられる。また、特許文献２に記載されたマイクロバブル発生装置の場合、膜状にかつ広がるように噴出させる液体の量に応じて最適化した開口を採用することが好ましいと考えられる。

したがって、特許文献１，２に記載された技術においては、製造するガス溶解液の量を変更するためには、その量に応じた構成の最適化を改めて行うことが好ましいと考えられる。このことは、柔軟に設計を変更することを阻害し、設計変更に要する期間を長期化させる。

液体導出口Ａ２は、ガス溶解液製造装置２の循環流路Ａからガス溶解液を採取するためのポートであり、図１に図示しない開閉自在なバルブ（第１のバルブ）を備えていてもよい。一方、液体導入口Ａ１は、ガス溶解液製造装置２の循環流路Ａに液体を供給するためのポートであり、図１に図示しない開閉自在なバルブ（第２のバルブ）を備えていてもよい。液体導出口Ａ２からガス溶解液を採取した場合、採取したガス溶解液の量に応じて液体導入口Ａ１から液体を導入することによって、循環流路Ａ内の液体量を一定に保つことができる。

（ガス溶解液製造装置の具体例）
以下に、本実施形態に係るガス溶解液製造装置２の一例について図１及び図２を参照して説明する。

本実施形態では、液体導入口Ａ１から導入する液体としてフィルタリング済である飲用水を採用し、混合部４２において導入するガスとして炭酸ガスを採用する。この場合、ガス溶解液製造装置２が製造するガス溶解液は、炭酸水である。なお、ガス溶解液製造装置２において用いられる液体及びガスの各々は、これに限定されるものではなく、製造しようとするガス溶解液に応じて適宜選択することができる。また、ガス溶解液製造装置２において用いられるガスは、単一種類のガスであってもよいし、複数種類のガスを混合した混合ガスであってもよい。同様に、ガス溶解液製造装置２において用いられる液体は、単一種類の液体であってもよいし、複数種類の液体を混合した混合液であってもよい。

混合部４２において導入するガスの例としては、炭酸ガス以外に、水素ガス、酸素ガス、及び窒素ガスといった単一種類のガス、並びに、水素ガスと窒素ガスとの混合ガス及び水素ガスと炭酸ガスとの混合ガスといった混合ガスが挙げられる。なお、混合ガスを構成するガスの種類は、２種類に限定されるものではなく、３種類以上であってもよい。また、混合ガスを構成するガスの混合比としては、任意の混合比を選択することができる。

例えば、炭酸水素水を製造する場合、液体として飲料水を採用し、ガスとして炭酸ガス（二酸化炭素ガス）と水素ガスとの混合ガスを採用すればよい。本実施形態では、飲料水と炭酸ガスとを用いて炭酸水を製造する場合を例として説明する。なお、以下においては、飲料水のことを単に水と記載する。

（ポンプ２８）
本実施形態に係るガス溶解液製造装置２は、循環部２８として機能するポンプ（以下、ポンプ２８）を採用している。なお、循環部２８は、ポンプ２８と同様の効果を得るものであればよく、これに限定されない。

（溶解部４１）
ガス溶解液製造装置２が備えている溶解部４１について、図２を参照して説明する。図２は、溶解部４１の構成を示す一部分解図である。

図２に示すように、溶解部４１は、充填材保持部１５、配管接続部１１，１９、及び充填材１８を備えている。

充填材保持部１５は、両端に開口部を有する管状部材であり、充填材１８を収容可能に構成されている。また、充填材保持部１５は、両端に、配管を接続する配管接続部１１，１９を備えている。図１に示すように、配管接続部１９には、ポンプ２８の下流側に接続された配管が接続されており、配管接続部１１には、混合部４２の上流側に接続された配管が接続されている。本実施形態において、充填材保持部１５の両端には雌ねじが切られており、配管接続部１１，１９の各々には雄ねじが切られている。これらの雌ねじと雄ねじとを嵌合させることによって、充填材保持部１５の両端に配管接続部１１，１９の各々が固定されている。

なお、充填材保持部１５と配管接続部１１との接続部からのリークを抑制するために、充填材保持部１５と配管接続部１１との間には、Ｏリング１２，１３が配置されていることが好ましい。同様に、充填材保持部１５と配管接続部１９との間には、Ｏリング１７，２０が配置されていることが好ましい。

なお、充填材保持部１５に配管を接続する配管接続部１１，１９として、上記の構成以外にＳｗａｇｅｌｏｋ（登録商標）等のフィッティング（継手）を採用してもよい。

充填材保持部１５の中心近傍の領域（接続された配管接続部１１，１９によって挟まれる領域）のことを充填材保持部１５の中間領域と称する。充填材保持部１５の中間領域の内径は、ガス含有液の流れを妨げないために、配管接続部１１，１９の内径と同程度であることが好ましい。充填材１８は、この中間領域に収容され、メッシュ１４及びＯリング１３、並びに、メッシュ１６及びＯリング１７に狭持されることによって充填材保持部１５内に保持される。この構成によれば、循環流路Ａ内を循環する液体の水圧、及び、液体中に混合されているガスの気圧に起因して充填材１８が移動することを抑制することができる。

なお、メッシュ１４，１６は、液体が流れるときの抵抗抑制する観点から、目の粗いメッシュであることが好ましい。

充填材保持部１５及び配管接続部１１，１９は、ガス溶解液製造装置２において使用する液体及びガスに対して不活性な材料からなることが好ましく、例えば、ポリエチレン、フッ素樹脂やナイロン（ポリアミド系繊維の総称）などの樹脂材料、及び、ステンレスなどの金属材料からなることが好ましい。

（充填材１８）
本実施形態では、充填材１８として、メッシュの一態様であるメッシュシートを採用し、そのメッシュシートを渦巻状に巻き込むことによって充填材１８を構成している。

充填材１８を構成するメッシュシートとしては、ステンレスに代表される金属製のメッシュ、及び、ポリプロピレン並びにポリエステルに代表される樹脂製のメッシュを用いることができる。充填材１８を構成する材料は、ガス溶解液製造装置２において使用する液体（水）及びガス（炭酸ガス）に対して不活性な材料からなることが好ましい。

充填材１８を構成するメッシュシートは、平面に展開した金属製又は樹脂製のシートに対して、複数の開口を格子状に形成したものである。このようなメッシュシートを巻き込んだ充填材１８は、メッシュシートの複数の開口の各々が近接することによって形成される微細な流路を複数備えている。そのため、流れてきたガス含有液中の炭酸ガスを水中によく分散させることができる。すなわち、炭酸ガスの水に対する接触面積が大きくなるため、水に対する炭酸ガスの溶存炭酸濃度を高めることができる。

以上のように、充填材１８を備えている溶解部４１は、ガス含有液を透過することによってガス溶解液を生成する。

（混合部４２）
混合部４２は、循環流路Ａを構成する配管の一部にガスを導入するガス導入口８１を形成することによって得られる。具体的には、循環流路Ａの内径を絞ることによってベンチュリー管を形成し、そのベンチュリー管の中央部分にガスの配管を接続することによってガス導入口８１を形成している。ガス導入口８１には、ガス溶解液製造装置２にガスを供給する配管の一方の端部が接続されている。この配管の他方の端部は、後述するようにガスボンベに接続されている。

循環流路Ａを循環する水がベンチュリー管を通過するとき、その水の圧力は、低下する。そのため、ベンチュリー管を通過する水は、ガス導入口８１からガスを吸入することによってガス含有液となる。このように、ベンチュリー管は、混合部４２として機能する。したがって、混合部４２のことをベンチュリー管４２とも記載する。

上述のように混合部４２は、特許文献１に記載されたノズルを用いて高圧の水をガスに対して噴射する構成とは異なるため、循環流路Ａ内を循環する水に対して大量の炭酸ガスを混合することができる。また、ガス導入口８１が設けられたベンチュリー管４２によれば、水がガス導入口８１からガスを供給する配管の内部に流入することを防止できる。したがって、ベンチュリー管４２は、炭酸ガスを混合する機能とともに、水の流入を防止する機能を有する。

なお、混合部４２としては、ベンチュリー管に代えてエジェクター又はインジェクターを採用してもよい。

（生成タンク２３）
ガス溶解液製造装置２は、循環流路Ａの溶解部４１と液体導出口Ａ２との間に挿入された生成タンク２３を更に備えていてもよい。生成タンク２３は、溶解部４１が生成したガス溶解液を一時的に蓄えるタンクである。生成タンク２３を備えていることによって、ガス溶解液製造装置２は、ガス溶解液の安定供給を実現する。

また、生成タンク２３には、蓄えているガス溶解液を冷却する冷却機構、及び、蓄えているガス溶解液を加熱する加熱機構の少なくとも何れかが設けられていてもよい。冷却機構は、例えばコンプレッサー、コンデンサー、及びエバポレーターを用いて構成することができる。加熱機構としては、例えば、電熱線を用いて構成することができる。

（殺菌機構）
ガス溶解液製造装置２は、循環流路Ａなどの配管内を殺菌するための殺菌機構を更に備えていてもよい。殺菌の方法としては、配管内の水を一時的に加熱して温水とすることによって殺菌する温水殺菌、及び、配管内に紫外線を照射することによって殺菌する紫外線殺菌があげられる。温水殺菌を行う場合、ガス溶解液製造装置２は、電熱線を用いた加熱機構を殺菌機構として備えていればよい。紫外線殺菌を行う場合、ガス溶解液製造装置２は、配管内に紫外線を照射する紫外線光源を殺菌機構として備えていればよい。

〔第２の実施形態〕
以下、本発明の第２の実施形態に係るガス溶解液製造装置について、図３を参照して詳細に説明する。図３は、本実施形態に係るガス溶解液製造装置２が備えているガス排出部４９の構成を示す概略図である。

（ガス排出部４９）
本実施形態に係るガス溶解液製造装置２は、第１の実施形態に係るガス溶解液製造装置２の循環流路Ａに対して、図３に示すガス排出部４９を更に備えている。循環流路Ａに対してガス排出部４９を挿入する位置は、限定されるものではないが、本実施形態においては、ガス排出部４９を循環流路Ａにおけるポンプ２８と溶解部４１との中間に挿入するものとして説明する。

図３に示すように、ガス排出部４９は、密閉容器６２、内筒６５及びガス調整バルブ７１を備えている。

密閉容器６２には、液体導入口６２ａ、液体導出口６２ｂ、及びガス排出口６２ｃが設けられている。液体導入口６２ａに接続された配管６１の逆側の一端は、循環流路Ａのポンプ２８と溶解部４１との中間における上流側、すなわち、ポンプ２８の下流側に接続されている。また、液体導出口６２ｂに接続された配管６７の逆側の一端は、循環流路Ａのポンプ２８と溶解部４１との中間における下流側、すなわち、溶解部４１の上流側に接続されている。

本実施形態において、液体導入口６２ａは、密閉容器６２の上底面(天面)に設けられており、液体導出口６２ｂは、密閉容器を構成する側面の下部に設けられている。また、ガス排出口６２ｃは、密閉容器６２の上底面(天面)に設けられている。液体導出口６２ｂは、ガス排出口６２ｃよりも低い位置に設けられている。

ガス排出口６２ｃに接続された配管６９の逆側の一端は、本実施形態において大気開放されている。また、配管６９には、ガス排出口６２ｃから排出するガスの量を調整するガス調整バルブ７１が挿入されている。

このように構成されたガス排出部４９において、循環流路Ａを循環する炭酸ガスが混合された水（ガス含有液）は、液体導入口６２ａから密閉容器の内側に導入される。密閉容器６２の断面であって、密閉容器６２の底面に沿った断面の面積は、液体導入口６２ａの面積に比較して大きい。そのため、配管６１から密閉容器６２にガス含有液が導入された場合、ガス含有液の流速は大幅に低下し、その結果、ガス含有液が過剰にガスを含有している場合には、その過剰なガスを液体中から密閉容器６２の内部に放出する。したがって、ガス含有液に含まれる過剰な気体は、密閉容器６２の上層に溜まる。

密閉容器６２の内部のガスの圧力（以下、ガス圧）が高くなった場合には、ガス調整バルブ７１を開き大気開放することによって、密閉容器６２の内部のガス圧を適正範囲内に制御することができる。なお、ガス調整バルブ７１の下流には、排気された気体の逆流を防ぐ逆止部６８が挿入されていてもよい。

本実施形態においては、密閉容器６２の上底面には、密閉容器６２内部のガス圧を測定する圧力計７０が更に設けられている。例えば、圧力計７０が示す圧力をモニターし、密閉容器６２の内部のガス圧が所定の値を上回ったときにガス調整バルブ７１を開くように制御することによって、密閉容器６２の内部のガス圧が過剰に高まることを防止できる。

また、圧力計７０が示す圧力をモニターし、ガス調整バルブ７１をフィードバック制御し、ガスの流路を制限することによって、密閉容器６２の内部のガス圧を所定の範囲内に保つように構成してもよい。

また、ガス調整バルブ７１としては、機械式のリークバルブを用いることもできる。この場合、機械式のリークバルブは、ガス圧が所定の圧力値を上回ったときに機械的にバルブが開くように構成されており、密閉容器６２の内部のガスを密閉容器６２の外部にリークする。

（内筒６５）
内筒６５は、上端６５ａが密閉容器６２の上天面に向かって開放され、下端６５ｂが密閉容器６２の下底面に載置された筒状の部材である。内筒６５は、上端６５ａが液体導入口６２ａに対向する位置に配置されている。換言すれば、液体導入口６２ａは、密閉容器６２の上底面であって、内筒６５に対向する位置に設けられている。また、内筒６５の高さは、液体導出口６２ｂが設けられている高さより高い。

この構成によれば、液体導入口６２ａから導入されたガス含有液は、内筒６５の内部に落下して一時的に貯留される。ただし、液体導入口６２ａから連続的にガス含有液が密閉容器６２の内部に導入されるため、内筒６５の内部に貯留しきれないガス含有液は、上端６５ａから溢れ出し（越流し）内筒６５の外側、且つ、密閉容器６２の内側の領域に貯留される。このように内筒６５の上端６５ａからガス含有液を越流させることによって、ガス含有液に混合されている炭酸ガスの量を制御することができる。

また、内筒６５の上端６５ａは、図３に示すように櫛歯状に成形されていることが好ましい。この構成によれば、密閉容器６２が傾斜された状態で設置されるような構成であっても、ガス含有液を上端６５ａから越流させることができる。

なお、本実施形態においては、ガス排出部４９が内筒６５を備えているものとして説明したが、内筒６５を省略してもガス排出部４９による効果は得られる。

〔第３の実施形態〕
本発明の第４の実施形態に係るガス溶解液製造装置２について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係るガス溶解液製造装置２が備えている溶解部１４１の構成を示す概略図である。

本実施形態に係るガス溶解液製造装置２は、第１の実施形態に係るガス溶解液製造装置２が備えている溶解部４１（図１参照）を溶解部１４１（図４参照）に置換することによって得られる。溶解部１４１は、溶解部４１が備えている充填材１８を充填材１１８に置換することによって得られる。

充填材１１８は、繊維を綿状に丸めることによって構成されている。充填材１１８を構成する繊維は、ガス溶解液製造装置２において用いる液体及びガスに対して不活性な材料からなることが好ましい。充填材１１８の繊維を構成する好ましい材料は、充填材１８を構成するメッシュシートの材料と同様である。

このように構成された充填材１１８を採用した本実施形態に係るガス溶解液製造装置２は、第１の実施形態に係るガス溶解液製造装置２と同様の効果を奏する。

〔第４の実施形態〕
本発明の第４の実施形態に係るガス溶解液製造装置２について、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態に係るガス溶解液製造装置２が備えている溶解部２４１の構成を示す概略図である。

本実施形態に係るガス溶解液製造装置２は、第１の実施形態に係るガス溶解液製造装置２が備えている溶解部４１（図１参照）を溶解部２４１（図５参照）に置換することによって得られる。溶解部２４１は、溶解部４１が備えている充填材１８を充填材２１８に置換することによって得られる。

充填材２１８は、多孔質からなる多孔質材をパイプ状に成形した多孔質膜からなる。成形された充填材２１８の直径は、充填材保持部１５の中間領域の内径を上回らない範囲内で大きいことが好ましい。この構成によれば、充填材２１８と充填材保持部１５との間に生じる隙間を小さくすることができる。したがって、充填材保持部１５を透過するガス含有液のうち充填材２１８を透過しないガス含有液の割合を下げることができる。すなわち、ガス含有液からガス溶解液を効率よく生成することができる。

また、充填材２１８のバリエーションとしては、円柱状に成形されたバルクの対向質材を採用してもよい。

充填材２１８を構成する多孔質材料は限定されるものではないが、ガス溶解液製造装置２において用いる液体及びガスに対して不活性な材料からなることが好ましい。例えば、充填材２１８を構成する多孔質材料として、シラス多孔質ガラス（Shirasu Porous Glass：ＳＰＧ）や多孔質アルミナを用いる事ができる。

このように構成された充填材２１８を採用した本実施形態に係るガス溶解液製造装置２は、第１の実施形態に係るガス溶解液製造装置２と同様の効果を奏する。

〔第５の実施形態〕
以下、本発明の第５の実施形態に係るガス溶解液供給装置１について、図６を参照して詳細に説明する。図６は、本実施形態に係るガス溶解液供給装置１の構成を示す概略図である。ガス溶解液供給装置１は、第１〜第４の実施形態の何れか一実施形態に係るガス溶解液製造装置２を備えている。

（循環流路Ａに対する付加構成）
本実施形態に係るガス溶解液供給装置１は、第２の実施形態に係るガス溶解液製造装置２を変形したガス溶解液製造装置２を備えている。まず、本変形例に係るガス溶解液製造装置２について説明する。

本実施形態に係るガス溶解液製造装置２においては、図６に示すように、循環流路Ａの溶解部４１の下流側に生成タンク２３が挿入されている。生成タンク２３には、溶解部４１が生成した炭酸水を冷却するための冷却機構が設けられている。冷却機構は、コンプレッサー２５、コンデンサー４０、及びエバポレーター３９を備えている。

この冷却機構は、冷蔵庫等で一般的に用いられている冷却サイクルを採用している。上記冷却機構内に充填された冷媒は、上記冷却機構内を循環する。その循環過程において、冷媒は、圧縮→凝縮→減圧→蒸発の冷却サイクルを経る。すなわち、コンプレッサー２５は、冷媒を圧縮し、コンデンサー４０は、冷媒を凝縮させ、エバポレーター３９は、冷媒を減圧し蒸発させる。この冷却サイクルにより冷媒は、生成タンク２３内の炭酸水から熱を奪う。すなわち、炭酸水を冷却する。

生成タンク２３が上記冷却機構を備えていることによって、ガス溶解液供給装置１は、常時冷却された炭酸水をユーザに提供することができる。

また、図６に示すように、生成タンク２３には、余分な炭酸水をガス溶解液供給装置１の外部へ排水する配管７２が接続されており、配管７２には、排水量を制御するバルブ３２が挿入されていることが好ましい。この構成によれば、生成タンク２３内の炭酸水の水位が過剰に高くなることを防止できる。

また、循環流路Ａのガス排出部４９の下流側には、圧力計４３と流量計４４とが直列に挿入されている。圧力計４３は、循環流路Ａを循環する炭酸水の水圧を測定するセンサーであり、流量計４４は、循環流路Ａを循環する炭酸水の循環流量を測定するセンサーである。

（ガス溶解液供給装置１）
図６に示すように、ガス溶解液供給装置１は、ガス溶解液製造装置２に加えて、ガス溶解液製造装置２に液体を供給する液体供給部として機能する給水タンク２１と、ガス溶解液製造装置２にガスを供給するガス供給部として機能するガスボンベ２７と、ガス溶解液製造装置２から抽出したガス溶解液を例えばユーザに供給するガス溶解液供給部として機能する吸水口４８とを備えている。本実施形態では、本実施形態では、給水タンク２１、ガスボンベ２７、及び吸水口４８の構成について説明する。また、給水タンク２１、ガスボンベ２７、及び吸水口４８に付随する構成についても説明する。

なお、本実施形態では第１の実施形態と同様に、循環流路Ａを循環する液体として飲料水（水）を選択し、混合部４２を介して循環流路Ａを循環する液体に混合されるガスとして炭酸ガスを選択する場合を例に説明する。すなわち、本実施形態では、ガス溶解液製造装置２は、水と炭酸ガスとから炭酸水を製造するものとして説明する。なお、第１の実施形態に記載したように、循環流路Ａを循環する液体、及び、循環流路Ａを循環する液体に混合されるガスの各々は、水及び炭酸ガスに限定されるものではない。

（液体供給部）
液体供給部として機能する給水タンク２１は、予めフィルタリングなどを施すことによって得られる飲料に適した水を蓄えるとともにガス溶解液製造装置２に供給する。図６に示すように、給水タンク２１は、配管を介してガス溶解液製造装置２の液体導入口Ａ１に接続されている。

なお、本実施形態に係るガス溶解液供給装置１においては、給水タンク２１と液体導入口Ａ１とを接続する配管には、冷却タンク２２とバルブ２９，３１とが挿入されている。

冷却タンク２２は、液体導入口Ａ１に供給する水を冷却するための冷却機構として、コンプレッサー２６、コンデンサー３８、及びエバポレーター３７を備えている。冷却タンク２２に設けられた冷却機構は、生成タンク２３に設けられた冷却機構と同様に機能する。この構成によれば、ガス溶解液供給装置１は、循環流路Ａに対して冷却済の水を供給することができる。

なお、本実施形態においては、冷却タンク２２に設けた冷却機構と生成タンク２３に設けた冷却機構とを別個に分けた構成を採用している。これは、冷却タンク２２と生成タンク２３とを独立して冷却できるようにするためである。冷却タンク２２には常時、水が蓄えられている一方、生成タンク２３内にはガス溶解液製造工程を実行しているときのみ炭酸水が蓄えられている。冷却タンク２２の冷却機構と生成タンク２３の冷却機構を別個に構成することにより、生成タンク２３を冷却する必要がないときには生成タンク２３の冷却機構の運転を停止することができる。

バルブ２９は、冷却タンク２２に供給する水量を調整するためのバルブである。バルブ２９は、冷却タンク２２の水位をモニターするセンサー（図６に図示せず）からの情報に基づき、当該水位を一定に保つように制御されている。この構成によれば、冷却タンク２２の水位を一定に保つことができる。

給水タンク２１の水位は、目視にて確認する構成にしてもよいし、給水タンク２１の水位をモニターするセンサー（図６には図示せず）を設けて、そのセンサーによって検知する構成にしてもよい。何れの方法であっても、給水タンク２１の水位が空になっていることを検知したときには、新しい給水タンク２１と交換する。

また、冷却タンク２２には温度センサー（図６には図示せず）を設けておき、冷却タンク２２内の水温が設定値以下になったら、準備ＯＫを表示ランプ等で外部に報知し、スイッチ操作（図示せず）にてガス溶解水を生成する工程（混合工程及び溶解工程）を始動する構成としてもよい。

また、図６に示すように、冷却タンク２２には、その内部と、ガス溶解液供給装置１の外部とを接続する配管７１とバルブ３０とが設けられている。バルブ３０を開けることによって、冷却タンク２２の内部とガス溶解液供給装置１の外部とが互いに連通し、冷却タンク２２内部の空気圧を大気圧に保つことができる。例えば、バルブ３１を開いて冷却タンク２２から生成タンク２３に給水する場合、冷却タンク２２が密閉されたままだと冷却タンク２２内の水量が減ることによって冷却タンク２２内の空気圧が低下し負圧になる。すなわち、給水をスムースに行えない可能性が生じる。この場合に、バルブ３２を開くことによって、冷却タンク２２内部の空気圧を大気圧に保つことができる。したがって、スムースな給水を行うことができる。

同様に、生成タンク２３には、その内部と、ガス溶解液供給装置１の外部とを接続する配管７２とバルブ３２とが設けられている。バルブ３２を開けることによって、冷却タンク２２の内部とガス溶解液供給装置１の外部とが互いに連通し、冷却タンク２２内部の空気圧を大気圧に保つことができる。生成タンク２３における配管７２及びバルブ３２の機能は、冷却タンク２２における配管７１及びバルブ３０の機能と同様である。

（ガス供給部）
ガス供給部として機能するガスボンベ２７は、炭酸ガスを蓄えるとともにガス溶解液製造装置２に供給する。図６に示すように、ガスボンベ２７は、配管を介してガス溶解液製造装置２の混合部４２に接続されている。より具体的には、ガスボンベは、配管を介して混合部４２のガス導入口８１に接続されている。この構成によれば、炭酸水の原料となる炭酸ガスを循環流路Ａに対して供給することができる。

なお、本実施形態に係るガス溶解液供給装置１においては、ガスボンベ２７とガス導入口８１とを接続する配管には、バルブ３６，３４と、レギュレーターと、逆止弁４５とが挿入されている。

バルブ３６は、ガスボンベ２７の直近に設けられたバルブであり、バルブ３６の元栓を開閉するためのバルブである。

レギュレーターは、バルブ３５と、バルブ３５の上流側に設けられた圧力計４７と、バルブ３５の下流側に設けられた圧力計４６とからなる。レギュレーターは、ガスボンベ２７から供給される炭酸ガスの圧力を、混合部４２にとって適正な圧力に調整（減圧）する。

バルブ３４は、混合部４２に炭酸ガスを供給するか否かを制御するためのバルブである。循環流路Ａの運転中、バルブ３４は、常時開いている。

逆止弁４５は、混合部４２に供給した炭酸ガスが何らかの理由により下流側から上流側へ逆流することを防止するための機構である。

（ガス溶解液供給部）
ガス溶解液供給部として機能する吸水口４８は、炭酸水をユーザに供給する。図６に示すように、吸水口４８は、配管を介してガス溶解液製造装置２の液体導出口Ａ２に接続されている。この配管には、液体導出口Ａ２から炭酸水を抽出するか否かを制御するバルブ３３が挿入されていることが好ましい。

この構成によれば、ガス溶解液供給装置１は、ガス溶解液製造装置２が製造した炭酸水をユーザに提供することができる。ユーザは、例えばコップ２４を用いることによって、ガス溶解液供給装置１が供給する炭酸水を飲料水として利用することができる。

なお、ガス溶解液製造装置２において実行されるガス溶解液製造方法、すなわち、循環する液体にガス導入口８１を介してガスを混合する混合工程と、上記混合工程によってガスを混合された液体を複数の微細な流路が形成された充填材を透過させることによって、上記混合工程によって上記液体中に混合されたガスを上記液体中に溶解させる溶解工程と、を含み、上記混合工程と、上記溶解工程とを交互に繰り返すガス溶解液製造方法は、オートメーションにより自動化された状態で実行されることが好ましい。また、ガス溶解液製造方法を含むガス溶解液供給方法も、オートメーションにより自動化された状態で実行されることが好ましい。

例えば、自動化されたガス溶解液供給方法を始動するスイッチを入れると、バルブ３１，３２が開放され、生成タンク２３に、冷却タンク２２から水が供給される。生成タンク２３の満水状態を感知するセンサー（図６には不図示）が、生成タンク２３が満水状態であると認識すると、バルブ３１、バルブ３２が閉じる。続けて、ポンプ２８が始動し、循環流路Ａ内の水（炭酸水）が循環し、生成タンク２３内に蓄えられた炭酸水も循環される。

自動化されたガス溶解液供給方法を始動するスイッチを入れると、バルブ３４も開放され、ベンチュリー管４２のガス導入口８１から循環流路Ａを循環する水（炭酸水）に炭酸ガスが混合される。炭酸ガスが混合された水に含まれる過剰なガスは、ガス排出部４９から排出され、残ったガスを気泡として含んだ炭酸ガスが混合された水は、溶解部４１を透過することによって炭酸水になる。炭酸水は、生成タンク２３に蓄えられる。ユーザが炭酸水を抽出する旨の指示をガス溶解液供給装置１に対して入力した場合、ガス溶解液供給装置１は、バルブ３２及びバルブ３３を開き炭酸水をユーザに対して供給する。

なお、本実施形態において、冷却タンク２２の冷却機構と、生成タンク２３の冷却機構とを別個に独立して設けるものとして説明した。しかし、これら２つの冷却機構は、１つの冷却機構によって実現することもできる。

また、冷却された炭酸水ではなく常温の炭酸水を提供することを目的とする場合には、これら２つの冷却機構を省略することもできる。

また、加熱された炭酸水を提供することを目的とする場合には、冷却タンク２２の代わりに加熱機構を備えた加熱タンクを採用し、生成タンク２３の冷却機構の代わりに加熱機構を採用すればよい。

以下、本発明の第５の実施形態に係るガス溶解液供給装置１の各実施例について、図８〜図１５を参照して説明する。なお、各実施例に共通の構成として、表１に示す構成を用いた。

なお、各実施例のガス溶解液供給装置１において、溶解部４１の内部に収容されている充填材を変更している。具体的には、第１の実施例では、メッシュシートを用いた充填材１８を採用し、第２の実施例及び第４〜第７の実施例では、綿状に丸めた繊維を用いた充填材１１８を採用し、第３の実施例では、多孔質材料を用いた充填材２１８を充填材として採用した。

各実施例のガス溶解液供給装置１において、ガス溶解液製造装置２に供給する液体として水を採用した。なお、ガス溶解液製造装置２に供給するガスについては、各実施例において説明する。

なお、表１に示すようにポンプ２８としてニクニ製のポンプを採用している。ここで、このポンプ２８をインバーター制御し、６０Ｈｚで駆動したときのポンプパワーを１００％と定義する。各実施例において、循環水量を制御するためにポンプ２８のポンプパワーを変更しているが、各ポンプパワーは、６０Ｈｚで駆動したときのポンプパワーに対する百分率として表記する。

なお、ポンプ２８は、ポンプパワー１００％のときに、全揚程最大５ｍであり、流出可能な最大流量１５Ｌ／分を発揮する。

（溶存ガス濃度の測定システム）
各実施例のガス溶解液供給装置１において供給されるガス溶解液の溶存ガス濃度を測定するための溶存ガス濃度測定システムとして、図７に示す溶存ガス濃度測定システム３を用いた。図３は、溶存ガス濃度測定システム３の構成を示す概略図である。

図３に示すように、溶存ガス濃度測定システム３は、液体流路Ｂ、測定部９１、及びポンプ９６を備えている。

液体流路Ｂの一方の端部である液体導入口Ｂ１、及び、液体流路Ｂの他方の端部である液体導出口Ｂ２の各々は、生成タンク２３に接続されている。すなわち、液体流路Ｂは、生成タンク２３とともに、ガス溶解液製造装置２によって製造されたガス溶解液を図３に示す矢印の向きに循環させる循環流路を形成する。

ポンプ９６は、液体流路Ｂの中途に挿入された循環ポンプであり、生成タンク２３内に蓄えられているガス溶解液を循環させるための動力を液体流路Ｂに対して提供する。

測定部９１は、液体流路Ｂの中途に挿入された測定部であり、第１のセンサー９２及び第２のセンサー９４が設けられている。第１のセンサー９２及び第２のセンサー９４の各々は、測定したい溶存ガス濃度のガス種に応じて適宜変更することができる。溶存酸素濃度を測定したい場合には、何れかのセンサーとして酸素濃度を検出可能なセンサーを採用すればよい。また、溶存水素濃度を測定したい場合には、何れかのセンサーとして水素濃度を検出可能なセンサーを採用すればよい。他のガス種についても同様である。

第１のインターフェース９３は、第１のセンサー９２をコンピューター（図７に不図示）に接続するためのインターフェースである。第１のセンサー９２が第１のインターフェース９３を介してコンピューターに接続されていることによって、第１のセンサー９２が検出した溶存ガス濃度を自動的にデータとして記録することができる。なお、第１のインターフェース９３は、検出した溶存ガス濃度を表示する表示部を備えている。

第２のインターフェース９５は、第２のセンサー９４をコンピューター（図７に不図示）に接続するためのインターフェースである。第２のインターフェース９５は、第１のインターフェース９３と同様に構成されている。

このように構成された溶存ガス濃度測定システム３は、ガス溶解液供給装置１が供給するガス溶解液の溶存ガス濃度をリアルタイムで測定する。

〔第１の実施例〕
第１の実施例のガス溶解液供給装置１においては、メッシュシートを用いた充填材１８を採用した。本実施例において採用したメッシュシートの構成を表２に示す。また、本実施例において採用したポンプ２８のポンプパワー、混合部４２に対するガス導入量、循環水量、及び、得られたガス溶解液における溶存水素濃度も表２に示す。

表２に示すように、メッシュシートは、ポリエステル製、ポリプロピレン製、及びステンレス鋼製の何れかである。ポリプロピレン製のメッシュシートとしては、網戸用として使用されるメッシュシートを採用した。

本実施例において用いたメッシュシートのメッシュ数は、１インチあたりのピッチ数を意味する。したがって、メッシュ数が１８メッシュであって、且つ、線径が２５０μｍであるメッシュシートの場合、ピッチサイズは、２５．４ｍｍ／１８＝１．４１ｍｍである。また、線径が２５０μｍであるため、メッシュシートに設けられた各々の開口の幅は、１．４１ｍｍ−０．２５ｍｍ＝１．１６ｍｍである。

本実施例では、ガス溶解液の原料となるガスとして、水素ガス８％及び炭酸ガス９２％の混合ガスを採用した。すなわち、ガス溶解液供給装置１が供給するガス溶解液は、炭酸水素水である。

本実施例の結果として得られた炭酸水素水の溶存水素濃度、より具体的には、ガス溶解液供給装置１の運転を開始して１分後の炭酸水素水の溶存水素濃度を図８に示す。図８は、本実施例において得られた炭酸水素水における溶存水素濃度の循環水量依存性を示すグラフである。

また、比較例のガス溶解液供給装置３０１によって得られた炭酸水素水における溶存水素濃度を表３に示すとともに、比較例によって得られた溶存水素濃度の循環水量依存性を図８に併せて記載した。比較例で用いたガス溶解液供給装置３０１は、図１６を参照して後述するように特許文献１に記載の気液せん断ノズルを備えている。比較例の結果についても、運転を開始して１分後の溶存水素濃度を示している。

なお、第２〜第８の実施例に対する比較例においても、本比較例と同様にガス溶解液供給装置３０１を用いた。

図８によれば、比較例のガス溶解液供給装置３０１よって得られた炭酸水素水は、循環水量が４〜５Ｌ／分であり、溶存水素濃度は、最大で約０．４５ｐｐｍである。

一方、本実施例において得られた結果では、循環水量が、５〜１１Ｌ／分であり、溶存水素濃度は、最大で約０．６ｐｐｍであった。したがって、本実施例によって得られた溶存水素濃度の最大値は、比較例によって得られた溶存水素濃度の最大値の１．３３倍に達した。

〔第２の実施例〕
第２の実施例のガス溶解液供給装置１においては、繊維を丸めた綿を用いた充填材１１８を採用した。本実施例において採用した綿の構成を表４に示す。また、本実施例において採用したポンプ２８のポンプパワー、混合部４２に対するガス導入量、循環水量、及び、得られたガス溶解液における溶存水素濃度も表４に示す。

表４に示すように、本実施例で採用した綿は、ポリエステル製の繊維を丸めたポリエステル綿である。本実施例においては、充填材保持部１５の中間領域に充填されたときの充填材１１８の密度を０．０３ｇ／ｃｍ^３〜０．４３ｇ／ｃｍ^３とした。

本実施例では、ガス溶解液の原料となるガスとして、水素ガス８％及び炭酸ガス９２％の混合ガスを採用した。すなわち、ガス溶解液供給装置１が供給するガス溶解液は、炭酸水素水である。

本実施例の結果として得られた炭酸水素水の溶存水素濃度、より具体的には、ガス溶解液供給装置１の運転を開始して１分後の炭酸水素水の溶存水素濃度を図９に示す。図９は、本実施例において得られた炭酸水素水における溶存水素濃度の循環水量依存性を示すグラフである。

また、比較例のガス溶解液供給装置３０１によって得られた炭酸水素水における溶存水素濃度を表５に示すとともに、比較例によって得られた溶存水素濃度の循環水量依存性を図９に併せて記載した。

図９によれば、比較例のガス溶解液供給装置３０１よって得られた炭酸水素水は、循環水量が４〜５Ｌ／分であり、溶存水素濃度は、最大で約０．４５ｐｐｍである。

一方、本実施例において得られた結果では、循環水量が、４〜９Ｌ／分であり、溶存水素濃度は、最大で約１．０ｐｐｍであった。したがって、本実施例によって得られた溶存水素濃度の最大値は、比較例によって得られた溶存水素濃度の最大値の２．２２倍に達した。

〔第３の実施例〕
第３の実施例のガス溶解液供給装置１においては、多孔質材を用いた充填材２１８を採用した。本実施例において採用した多孔質材の構成を表６に示す。また、本実施例において採用したポンプ２８のポンプパワー、混合部４２に対するガス導入量、循環水量、及び、得られたガス溶解液における溶存水素濃度も表６に示す。

本実施例では、多孔質材としてＳＰＧ膜を採用し、このＳＰＧ膜をパイプ状の成形したものを充填材２１８として用いた。

本実施例では、ガス溶解液の原料となるガスとして、水素ガス８％及び炭酸ガス９２％の混合ガスを採用した。すなわち、ガス溶解液供給装置１が供給するガス溶解液は、炭酸水素水である。

本実施例の結果として得られた炭酸水素水の溶存水素濃度、より具体的には、ガス溶解液供給装置１の運転を開始して１分後の炭酸水素水の溶存水素濃度を図１０に示す。図１０は、本実施例において得られた炭酸水素水における溶存水素濃度の循環水量依存性を示すグラフである。

また、比較例のガス溶解液供給装置３０１によって得られた炭酸水素水における溶存水素濃度を表７に示すとともに、比較例によって得られた溶存水素濃度の循環水量依存性を図１０に併せて記載した。

図１０によれば、比較例のガス溶解液供給装置３０１よって得られた炭酸水素水は、循環水量が４〜５Ｌ／分であり、溶存水素濃度は、最大で約０．４５ｐｐｍである。

一方、本実施例において得られた結果では、循環水量が、９〜１０Ｌ／分であり、溶存水素濃度は、最大で約０．４５ｐｐｍであった。したがって、本実施例によって得られた溶存水素濃度の最大値は、比較例によって得られた溶存水素濃度の最大値と同程度であるものの、およそ２倍の循環流量が得られた。

〔第４の実施例〕
第４の実施例のガス溶解液供給装置１においては、ポリエステル繊維を丸めたポリエステル綿を用いた充填材１１８を採用した。本実施例において採用したポリエステル綿の充填量は、０．０７４ｇ／ｃｍ^３である。

本実施例では、ガス溶解液の原料となるガスとして、水素１００％の水素ガスを採用した。すなわち、ガス溶解液供給装置１が供給するガス溶解液は、水素水である。

本実施例の結果として得られた水素水の溶存水素濃度を図１１に示す。図１１は、本実施例において得られた水素水における溶存水素濃度の循環時間依存性を示すグラフである。

また、比較例のガス溶解液供給装置３０１によって得られた水素水における溶存水素濃度の循環時間依存性を図１１に併せて記載した。

図１１によれば、実施例のガス溶解液供給装置１及び比較例のガス溶解液供給装置３０１について、溶存水素濃度は、循環時間６分程度で飽和することが分かった。その飽和した状態における溶存水素濃度を比較すると、実施例によって得られた結果が２．２１ｐｐｍであり、比較例によって得られた結果が１．６ｐｐｍであった。したがって、したがって、本実施例によって得られた溶存水素濃度の飽和値は、比較例によって得られた溶存水素濃度の飽和値の１．３倍を上回った。

〔第５の実施例〕
第５の実施例のガス溶解液供給装置１は、第４の実施例のガス溶解液供給装置１において、ガス溶解液の原料となるガスを水素１００％の水素ガスから酸素１００％の酸素ガスに置換したものである。すなわち、ガス溶解液供給装置１が供給するガス溶解液は、酸素水である。

本実施例の結果として得られた酸素水の溶存水素濃度を図１２に示す。図１２は、本実施例においてガス溶解液供給装置１を４分間運転した結果として得られた酸素水における溶存酸素濃度を示すグラフである。

また、比較例のガス溶解液供給装置３０１を４分間運転した結果として得られた酸素水における溶存酸素濃度を図１２に併せて記載した。

図１２によれば、４分間運転した場合に、本実施例によって得られた溶存水素濃度は、比較例によって得られた溶存水素濃度の１．１３倍に達した。

〔第６の実施例〕
第６の実施例のガス溶解液供給装置１は、第４の実施例のガス溶解液供給装置１において、ガス溶解液の原料となるガスを水素１００％の水素ガスから二酸化炭素１００％の炭酸ガスに置換したものである。すなわち、ガス溶解液供給装置１が供給するガス溶解液は、炭酸水である。

本実施例の結果として得られた炭酸水の溶存二酸化炭素濃度を図１３に示す。図１３は、本実施例において得られた炭酸水における溶存二酸化炭素濃度の循環時間依存性を示すグラフである。

また、比較例のガス溶解液供給装置３０１によって得られた炭酸水における溶存二酸化炭素濃度の循環時間依存性を図１３に併せて記載した。

図１３によれば、本実施例のガス溶解液供給装置１は、比較例のガス溶解液供給装置３０１と同等の溶存二酸化炭素濃度の炭酸水を供給できることが分かった。

〔第７の実施例〕
第７の実施例のガス溶解液供給装置１は、第４の実施例のガス溶解液供給装置１において、ガス溶解液の原料となるガスを水素１００％の水素ガスから水素ガス４％及び窒素ガス９６％の混合ガスに置換したものである。すなわち、ガス溶解液供給装置１が供給するガス溶解液は、窒素水素水である。

本実施例の結果として得られた窒素水素水の溶存水素濃度を図１４に示す。図１４は、本実施例において得られた窒素水素水における溶存水素濃度の循環時間依存性を示すグラフである。

また、比較例のガス溶解液供給装置３０１によって得られた窒素水素水における溶存水素濃度の循環時間依存性を図１４に併せて記載した。

図１４によれば、本実施例のガス溶解液供給装置１は、比較例のガス溶解液供給装置３０１と比較して、溶存水素濃度が同程度から最大で１．１５倍に達する窒素水素水を供給できることが分かった。

〔第８の実施例〕
第８の実施例のガス溶解液供給装置１は、第４の実施例のガス溶解液供給装置１において、ガス溶解液の原料となるガスを水素１００％の水素ガスから窒素１００％の窒素ガスに置換したものである。すなわち、ガス溶解液供給装置１が供給するガス溶解液は、窒素水である。

なお、本実施例では、得られた窒素水中の溶存窒素濃度を見積もるための指標として、窒素水中の溶存酸素濃度を用いている。

本実施例の結果として得られた窒素水の溶存酸素濃度を図１５示す。図１５は、本実施例においてガス溶解液供給装置１を４分間運転した結果として得られた窒素水における溶存酸素濃度を示すグラフである。

また、比較例のガス溶解液供給装置３０１を４分間運転した結果として得られた窒素水における溶存酸素濃度を図１５に併せて記載した。

図１５によれば、４分間運転した場合に、本実施例によって得られた溶存酸素濃度は、比較例によって得られた溶存酸素濃度と同程度であった。すなわち、本実施例は、比較例と同等の性能を示すことが分かった。

〔比較例〕
以下、第１〜第８の実施例において比較例として用いたガス溶解液供給装置３０１の構成について、図１６を参照して説明する。図１６は、比較例であるガス溶解液供給装置３０１の構成を示す概略図である。

図１６に示すように、ガス溶解液供給装置３０１は、循環流路Ｃを有するガス溶解液製造装置３０２を備えている。循環流路Ｃは、ポンプ２８によって液体が循環するように構成されている。ガス溶解液製造装置３０２は、ガス溶解液供給装置１が備えているガス溶解液製造装置２における溶解部４１及び混合部４２を、溶解部３４１に置き換えることによって得られる。

溶解部３４１は、特許文献１の図１に記載された加水素水の製造装置からなり、循環流路Ｃの中途に挿入されている。この加水素水の製造装置は、原料水供給口、ガス導入口、先細ノズル、拡散室、多孔質要素及び排出口を備えており（特許文献１の図１参照）、原料水供給口は、ポンプ２８からつながる循環流路Ｃに接続されており、排出口は、ポンプ２８につながる循環流路Ｃに接続されている。また、ガス導入口には、配管を介してガスボンベ２７が接続されている。

比較例においては、循環流路Ｃを循環する液体として飲料水（水）を採用した。ガスボンベ２７から溶解部３４１に供給するガス種に関しては、第１〜第８の実施例と同じガス種を用いた。

循環流路Ｃにおける溶解部３４１の後段には、生成タンク２３が設けられており、ガス溶解液製造装置３０２によって製造されたガス溶解液が一時的に蓄えられている。この生成タンク２３に図７に示した溶存ガス濃度測定システム３を接続することによって、ガス溶解液の溶存ガス濃度を測定した。この点に関しては、第１〜第８の実施例と同様である。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るガス溶解液製造装置は、液体導入口、液体導出口、及び液体を循環させる循環部を含む循環流路と、上記循環流路の中途に挿入された、ガス導入口が形成された混合部であって、上記循環流路を循環する液体に、上記ガス導入口から導入されたガスを混合する混合部と、上記循環流路の中途に挿入された溶解部であって、上記ガスを混合された液体を透過するように配置された充填材を含む溶解部と、を備えており、上記充填材には、複数の微細な流路が形成されている。

混合部は、循環流路を循環する液体にガス導入口を介してガスを混合するように構成されているため、ガス雰囲気に対して液体を高圧で噴射することなく液体循環経路を循環する液体にガスを混合することができる。液体の高圧噴射が不要であるため、混合部は、液体に対して混合するガスの比率を広範囲に変化させることが可能であり、ひいては、液体に対して大量のガスを混合することができる。

大量のガスが混合された液体は、溶解部の充填材の微細な流路を透過することによってガスが溶解したガス溶解液となる。換言すれば、溶解部は、大量のガスが混合された液体からガス溶解液を生成する。

更に、溶解部によって生成されたガス溶解液は、循環流路を循環するように構成されているため、混合部によるガスの混合工程と、溶解部によるガスの溶解工程とを定期的に繰り返して施される。したがって、循環流路を循環するガス溶解液におけるガスの溶解度は、所定の溶解度に保たれる。

以上のように、上記の構成によれば、ガス雰囲気に対して水を高圧で噴射することなく、従来技術と遜色ない溶解度のガス溶解液を製造することができる。

本発明の態様２に係るガス溶解液製造装置は、上記態様１において、上記混合部は、ベンチュリー管、インジェクター、及びエジェクターの何れかによって構成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、簡易な構成を用いて循環流路を循環する液体に大量のガスを混合することができる。

本発明の態様３に係るガス溶解液製造装置は、上記態様１又は２において、上記循環流路の中途に挿入されたガス排出部を更に備え、当該ガス排出部は、上記循環流路の上流側に接続された液体導入口、上記循環流路の下流側に接続された液体導出口、及びガス排出口が設けられている密閉容器と、上記ガス排出口から排出するガスの量を調整するガス調整バルブと、を備えており、上記液体導出口は、上記ガス排出口よりも低い位置に設けられている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、循環流路を循環する液体に過剰なガスが混合された場合に、この過剰なガスを循環流路を循環する液体から分離し排出することができる。

本発明の態様４に係るガス溶解液製造装置は、上記態様３において、上端が開放され、下端が上記密閉容器の下底面に載置された筒状の内筒であって、その高さが上記液体導出口が設けられている高さより高い内筒を更に備え、上記液体導入口は、上記密閉容器の上底面の一部であって、上記内筒に対向する位置に設けられている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、液体導入口から密閉容器に導入されたガス含有液は、内筒６５の内部に落下して一時的に貯留された後、内筒の上端から溢れ出し（越流し）密閉容器の内側の領域に貯留される。このように内筒の上端からガス含有液を越流させることによって、ガス含有液に含まれている過剰なガスの量を制御することができる。

本発明の態様５に係るガス溶解液製造装置は、上記態様４において、上記内筒の上端は、櫛歯状に成形されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、密閉容器が傾斜された状態で設置されるような構成であっても、ガス含有液を内筒の上端から越流させることができる。

本発明の態様６に係るガス溶解液製造装置は、上記態様３〜５の何れか一態様において、上記ガス調整バルブは、上記密閉容器の内部の圧力が所定の値を上回ったときに開く、ように構成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、密閉容器の内部の圧力が所定の値を上回ったときに、自動的に密閉容器に溜まったガスを排出することができる。

本発明の態様７に係るガス溶解液製造装置は、上記態様１〜６の何れか一態様において、上記充填材は、金属製のメッシュシート又は樹脂製のメッシュシートからなる、ことが好ましい。

上記の構成によれば、金属製のメッシュシート又は樹脂製のメッシュシートを利用して複数の微細な流路が形成された充填材を実現できる。

本発明の態様８に係るガス溶解液製造装置は、上記態様１〜６の何れか一態様において、上記充填材は、金属製の繊維又は樹脂製の繊維を綿状に丸めたものからなる、ように構成されていてもよい。

上記の構成によれば、金属製の繊維又は樹脂製の繊維を利用して複数の微細な流路が形成された充填材を実現できる。

本発明の態様９に係るガス溶解液製造装置は、上記態様１〜６の何れか一態様において、上記充填材は、多孔質材料からなる、ように構成されていてもよい。

上記の構成によれば、多孔質材料を利用して複数の微細な流路が形成された充填材を実現できる。

本発明の態様１０に係るガス溶解液製造装置は、上記態様１〜９の何れか一態様において、上記液体は、水であり、上記ガスは、二酸化炭素ガス、水素ガス、酸素ガス、及び窒素ガスのうち少なくとも何れか１つを含む、ことが好ましい。

上記の構成によれば、ガス溶解液製造装置を用いて炭酸水や、炭酸水素水、水素水、酸素水などのガス溶解液を製造することができる。

本発明の態様１１に係るガス溶解液供給装置は、上記態様１〜１０の何れか一態様に記載のガス溶解液製造装置と、上記液体導入口に上記液体を供給する液体供給部と、上記混合部に上記ガスを供給するガス供給部と、上記液体導出口から抽出したガス溶解液を供給するガス溶解液供給部と、を備えていることが好ましい。

上記の構成によれば、ガス雰囲気に対して水を高圧で噴射することなく、従来技術と遜色ない溶解度のガス溶解液をユーザに提供することができる。

本発明の態様１２に係るガス溶解液製造方法は、循環する液体に混合部を介してガスを混合する混合工程と、上記混合工程によってガスを混合された液体を複数の微細な流路が形成された充填材を透過させることによって、上記混合工程によって上記液体中に混合されたガスを上記液体中に溶解させる溶解工程と、を含み、上記混合工程と、上記溶解工程とを交互に繰り返す。

上記の構成によれば、上記態様１に係るガス溶解液製造装置と同様の効果を奏する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。更に、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、液体に気体を溶解することによって得られるガス溶解液を製造するためのガス溶解液製造装置及びガス溶解液製造方法として好適に利用することができる。また、本発明は、ガス溶解液を供給するガス溶解液供給装置としても好適に利用することができる。

１ ガス溶解液供給装置
２ ガス溶解液製造装置
Ａ 循環流路
Ａ１ 液体導入口
Ａ２ 液体導出口
４１ 溶解部
１１，１９ 配管接続部
１２，１３，１７，２０ Ｏリング
１４，１６ メッシュ
１５ 充填材保持部
１８ 充填材（メッシュシート）
１１８ 充填材（繊維を綿状に丸めたもの）
２１８ 充填材（多孔質材）
４２ 混合部（ベンチュリー管）
８１ ガス導入口
２８ ポンプ（循環部）
４９ ガス排出部
６２ 密閉容器
６２ａ 液体導入口
６２ｂ 液体導出口
６２ｃ ガス排出口
６５ 内筒
６５ａ 上端
６５ｂ 下端

Claims (12)

1. 液体導入口、液体導出口、及び液体を循環させる循環部を含む循環流路と、
   上記循環流路の中途に挿入された、ガス導入口が形成された混合部であって、上記循環流路を循環する液体に、上記ガス導入口から導入されたガスを混合する混合部と、
   上記循環流路の中途に挿入された溶解部であって、上記ガスを混合された液体を透過するように配置された充填材を含む溶解部と、を備えており、
   上記充填材には、複数の微細な流路が形成されている、
   ことを特徴とするガス溶解液製造装置。
2. 上記混合部は、ベンチュリー管、インジェクター、及びエジェクターの何れかである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス溶解液製造装置。
3. 上記循環流路の中途に挿入されたガス排出部を更に備え、
   当該ガス排出部は、
   上記循環流路の上流側に接続された液体導入口、上記循環流路の下流側に接続された液体導出口、及びガス排出口が設けられている密閉容器と、
   上記ガス排出口から排出するガスの量を調整するガス調整バルブと、を備えており、
   上記液体導出口は、上記ガス排出口よりも低い位置に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス溶解液製造装置。
4. 上端が開放され、下端が上記密閉容器の下底面に載置された筒状の内筒であって、その高さが上記液体導出口が設けられている高さより高い内筒を更に備え、
   上記液体導入口は、上記密閉容器の上底面の一部であって、上記内筒に対向する位置に設けられている、
   ことを特徴とする請求項３に記載のガス溶解液製造装置。
5. 上記内筒の上端は、櫛歯状に成形されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載のガス溶解液製造装置。
6. 上記ガス調整バルブは、上記密閉容器の内部の圧力が所定の値を上回ったときに開く、
   ことを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載のガス溶解液製造装置。
7. 上記充填材は、金属製のメッシュシート又は樹脂製のメッシュシートからなる、
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のガス溶解液製造装置。
8. 上記充填材は、金属製の繊維又は樹脂製の繊維を綿状に丸めたものからなる、
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のガス溶解液製造装置。
9. 上記充填材は、多孔質材料からなる、
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のガス溶解液製造装置。
10. 上記液体は、水であり、上記ガスは、二酸化炭素ガス、水素ガス、酸素ガス、及び窒素ガスのうち少なくとも何れか１つを含む、
    ことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のガス溶解液製造装置。
11. 請求項１〜１０の何れか１項に記載のガス溶解液製造装置と、
    上記液体導入口に上記液体を供給する液体供給部と、
    上記混合部に上記ガスを供給するガス供給部と、
    上記液体導出口から抽出したガス溶解液を供給するガス溶解液供給部と、を備えている、
    ことを特徴とするガス溶解液供給装置。
12. 循環する液体に混合部を介してガスを混合する混合工程と、
    上記混合工程によってガスを混合された液体を複数の微細な流路が形成された充填材を透過させることによって、上記混合工程によって上記液体中に混合されたガスを上記液体中に溶解させる溶解工程と、を含み、
    上記混合工程と、上記溶解工程とを交互に繰り返す、
    ことを特徴とするガス溶解液製造方法。

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