JP2018058044A - ガス溶存液生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を招来せず、且つ短時間で高濃度のガス溶存液を得ることができるガス溶存液生成装置を実現する。【解決手段】ガス溶存液生成装置は、気液混合ポンプ（２）の下流側で分岐された取水経路（１ｂ）と帰還経路（１ｃ）において、取水経路（１ｂ）の通水方向に直交する方向に切断したときの断面積が、上記帰還経路（１ｃ）の通水方向に直交する方向に切断したときの断面積よりも小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、液体にガスを溶存させて得られるガス溶存液を生成するガス溶存液生成装置に関する。

液体にガスを溶存させて得られるガス溶存液を生成するガス溶存液生成装置において、ガス溶存液中のガス濃度を高めることが求められている。

そこで、特許文献１には、通液経路上に、液体を運搬する機能と、液体中にガスを溶解させる機能とを同時に満たすポンプを配置し、当該ポンプの排出側の上記通液経路を狭くして内圧を高めることで、排出されるガス溶存液中のガス濃度を高める技術が開示されている。

また、特許文献２，３には、通液経路上に、液体とガスとを撹拌する撹拌機構を備えることで、排出されるガス溶存液中のガス濃度をさらに高める技術が開示されている。

さらに、特許文献４には、ガスをガスバブルとして液体に与えて加圧送液して溶存槽に貯留し、この溶存槽に貯留したガス溶存液を循環させることで、排出されるガス溶存液中のガス濃度を高める技術が開示されている。

特許第４９８９６７７号公報（２０１２年５月１１日登録） 特開第４５５７２６２号公報（２０１０年７月３０日登録） 特開平８−１５５２８４号公報（１９９６年６月１８日公開） 特許第５８６５５６０号公報（２０１６年１月８日登録）

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、液体へのガスの溶解がポンプを通過する１回のみであるため、ガス溶存液中のガス濃度を十分に高めることができないという問題が生じる。

また、特許文献２，３に開示された技術では、通液経路上に撹拌機構を備える必要があり、装置が大型化し、コストアップを招来するという問題が生じる。

さらに、特許文献４に開示された技術では、高濃度のガス溶存液を得るために、ガス溶存液を溶存槽とポンプの間で繰り返し循環させる必要がある。このように、所望する高濃度のガス溶存液を得るために、溶存槽等の設備が必要であり、装置が大型化し、コストアップを招来するという問題が生じる。

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置の大型化を招来せず、且つ高濃度のガス溶存液を連続して得ることができるガス溶存液生成装置を実現することにある。

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存液生成装置は、通液経路から吸入された液体とガスを混合してガス溶存液を生成し、当該通液経路にガス溶存液を吐出するポンプを備え、上記通液経路は、上記液体及び上記ガスを上記ポンプに供給し、当該ポンプから吐出されるガス溶存液を排出する液供給排出経路を含み、上記液供給排出経路は、上記ポンプの吐出側において、当該ポンプから吐出されたガス溶存液を、外部から取り出すための取液経路と、当該ポンプの吸入側に帰還させるための帰還経路とに分岐され、上記取液経路の通液方向に直交する方向に切断したときの断面積が、上記帰還経路の通液方向に直交する方向に切断したときの断面積よりも小さいことを特徴としている。

本発明の一態様によれば、装置の大型化を招来せず、且つ高濃度のガス溶存液を連続して得ることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係るガス溶存液生成装置の概略構成図である。 図１に示すガス溶存液生成装置の制御ブロック図である。 本発明の実施形態２に係るガス溶存液生成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態３に係るガス溶存液生成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態４に係るガス溶存液生成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態２の変形例に係るガス溶存液生成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態４の変形例に係るガス溶存液生成装置の概略構成図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（ガス溶存液生成装置１０１の概要）
図１は、本実施形態に係るガス溶存液生成装置１０１の概略構成図である。なお、本実施形態では、ガスを水素ガス、液体を水（水道水など）、生成されるガス溶存液を水素水として説明する。後述する他の実施形態２〜４についても生成されるガス溶存液を水素水として説明する。

ガス溶存液生成装置１０１は、水が１回装置内を通水する間に、通水中の水に水素ガスを混合して水素水を生成するワンパス方式の装置であって、通水経路（通液経路）１、気液混合ポンプ（ポンプ）２、ガス供給経路３を含んでいる。つまり、ガス溶存液生成装置１０１は、気液混合ポンプ２において、通水経路１に通水された水に、ガス供給経路３から供給されたガスを混合してガス溶存水である水素水を生成するようになっている。

通水経路１は、略円筒状の管からなる３つ経路（水供給排出経路（液供給排出経路）１ａ、取水経路（取液経路）１ｂ、帰還経路１ｃ）で構成されている。

なお、通水経路１の素材としては、例えば「ポリエチレン」のプラスチックチューブを使用する。なお、通水経路１の素材として使用できるプラスチックチューブには、「ポリエチレン」の他、「ポリウレタン」「ナイロン」等のプラスチックチューブがある。また、通水経路１の素材としては、プラスチックチューブ以外に、系内の内圧を高めることを考慮した場合、「ステンレス」等の金属製の配管が好適である。

また、通水経路１の素材は、３つ経路（水供給排出経路（液供給排出経路）１ａ、取水経路（取液経路）１ｂ、帰還経路１ｃ）を全ての同じ素材であってもよいし、それぞれ別々の素材であってもよい。

水供給排出経路１ａは、液体としての水及びガスとしての水素ガスを気液混合ポンプ２に供給し、当該気液混合ポンプ２から吐出されるガス溶存液である水素水を排出する経路である。つまり、水供給排出経路１ａは、水の供給源（水道水、タンク等）からの水を取り込み、気液混合ポンプ２に供給し、当該気液混合ポンプ２から吐出された水素水（ガス溶存液）を排出するための経路である。水供給排出経路１ａの、気液混合ポンプ２の吐出側において、通水方向に直交する方向に切断したときの断面積（以下、経路内断面積と称する）が異なる２つの経路（取水経路１ｂ、帰還経路１ｃ）が接続されている。なお、通水経路１は、水供給排出経路１ａ、取水経路１ｂ、帰還経路１ｃを一体的に形成した管によって実現してもよいし、水供給排出経路１ａ、取水経路１ｂ、帰還経路１ｃをそれぞれ別々に形成し、各経路を接続することによって実現してもよい。

取水経路１ｂは、経路内断面積が帰還経路１ｃ及び水供給排出経路１ａよりも小さく、気液混合ポンプ２にて気液混合された水素水を外部に取り出すための経路である。帰還経路１ｃは、経路内断面積が取水経路１ｂよりも大きく、気液混合ポンプ２にて気液混合された水素水を再び水供給排出経路１ａに帰還させるための経路である。

なお、本実施形態では、通水経路１として円筒状の管を使用することを前提としているので、水供給排出経路１ａ、取水経路１ｂ、帰還経路１ｃの経路内断面積は内径に比例する。従って、本実施形態では、経路の断面が略円形である管であれば、取水経路１ｂと帰還経路１ｃとの経路内断面積を内径に置き換えてもよい。例えば取水経路１ｂの内径を１／８インチ、帰還経路１ｃの内径を３／８インチとし、水供給排出経路１ａの内径を帰還経路１ｃと同じ３／８インチとして説明する。なお、水供給排出経路１ａ、取水経路１ｂ、帰還経路１ｃのそれぞれの内径は、上記例に限定されるものではなく、ガス溶存液生成装置１０１の規模や所望する水素濃度等を考慮して、適宜設定されるものである。また、通水経路１は円筒状の管に限定されるものではなく、他の形状の管であってもよい。

このように、通水経路１の水供給排出経路１ａを取水経路１ｂと帰還経路１ｃに分岐させることで、気液混合ポンプ２から吐出される水素水の一部が取水経路１ｂから取水され、残りの水素水が水供給排出経路１ａに戻る。従って、通水経路１では、生成した一部の水素水を取水経路１ｂから取水可能とし、生成した残りの大部分の水素水を循環させ、水素濃度を高めるようになっている。

しかも、取水経路１ｂの内径が水供給排出経路１ａよりも小さいことで、通水経路１内の圧力を高めることができるため、通水経路１内において水に溶ける水素の濃度を高めることが可能となる。しかも、通水経路１では、帰還経路１ｃから水供給排出経路１ａに水素水を戻すこと、すなわち水素水を循環させることで、さらに、水に溶ける水素の濃度を高めることができる。これにより、気液混合ポンプ２が吐出する水素水を循環させて水素濃度を高めつつ、連続して高濃度の水素水の取水を可能にできる。例えば気液混合ポンプ２の能力を高めて水素水の循環を短時間で複数回を行うようにすれば、短時間で高濃度の水素水を得ることができる。

気液混合ポンプ２は、液体（水）を運搬する機能と、液体中にガス（水素ガス）を溶解させる機能とを同時に満たすものであって、吸入した水と水素ガスとを混合して、水に水素ガスを溶解させて水素水を生成して吐出圧送する。具体的には、気液混合ポンプ２は、水供給排出経路１ａから水と水素ガスとを吸入し、水と水素ガスとを混合して水に水素ガスが溶解した水素水を生成し、取水経路１ｂ及び帰還経路１ｃに吐出圧送する。

ここで、気液混合ポンプ２から吐出圧送される水素水の量を１０とし、取水経路１ｂから取水される水素水を１、帰還経路１ｃによって循環される水素水を９としたとき、例えば気液混合ポンプ２によって１分間に２リットルの水素水を吐出圧送した場合、２００ｃｃの水素水が取水経路１ｂから取水され、１８００ｃｃの水素水が帰還経路１ｃによって循環されることになる。なお、取水経路１ｂによって取水される水素水の量と、帰還経路１ｃによって循環される水素水の量は、上記の比率（１：９）に限定されるものではない。

なお、気液混合ポンプ２は、液体を運搬する機能と、液体中にガスを溶解させる機能とを同時に満たすものであればどのような形式のポンプであってもよく、例えばピストンポンプ、ダイヤフラムポンプ、ウイングポンプ、歯車ポンプ等を用いることができる。

ガス供給経路３は、水供給排出経路１ａに形成されることで、ガス供給源９からの水素ガスを、当該水供給排出経路１ａを通して気液混合ポンプ２に供給する。ガス供給経路３は、気液混合ポンプ２の吸入側よりも上流側であって、帰還経路１ｃと水供給排出経路１ａとの合流地点Ｘよりも下流側に設けられている。これにより、帰還経路１ｃから帰還した水素水と共に、水素ガスを気液混合ポンプ２に供給できる。

水素ガスの供給源としては、電解液から水素ガスを発生させる電解装置、水素ガスが満たされたガスボンベ等がある。電解装置としては、所定の電解液に対して極性の異なる２つの電極を介して電力を加えることによって電気分解を行い水素を得るものであるが、液体状の電解液のみならず、固体高分子型（PEM型）燃料電池等で利用されている固体高分子の電解質膜を用いて、これを達成しても良い。

また、ガス供給経路３には、水素ガスの供給量を制御するためのガス供給量制御装置４が設けられている。ガス供給量制御装置４は、通水経路１内の圧力や、水素水の水素濃度などを考慮して水素ガスの供給量を制御するようになっている。なお、ガス供給量制御装置４のガス供給の制御の詳細は後述する。

帰還経路１ｃには、通水経路１内の圧力を検知する圧力センサ（圧力検知装置）５が設けられている。圧力センサ５の検知結果は、ガス供給経路３に設けられたガス供給量制御装置４にフィードバックされる。

帰還経路１ｃには、水供給排出経路１ａに向かう経路とは別に、搬送される搬送体（気体や液体）を外部に排出するための排出経路６が形成されている。そして、帰還経路１ｃから気液混合ポンプ２の吸入側に向かう第１経路と、上記帰還経路１ｃから上記排出経路６に向かう第２経路とを切替える経路切替部７が設けられている。

通常、通水経路１は、ガス溶存液生成装置１０１の始動直後、多くの気体を含んでおり、この状態で気液混合ポンプ２を駆動した場合、当該気液混合ポンプ２内に水が所定量（ポンプ駆動可能な量）まで満たされていないため、当該通水経路１に水素水を適切に循環させることは難しい。つまり、通水経路１に気体が多く残っていれば、気液混合ポンプ２が正常に機能しない。このため、ガス溶存液生成装置１０１の始動直後は、上記経路切替部７によって排出経路６に向かう第２経路に切替えることで、通水経路１内の気体を排出経路６から排出させて、当該通水経路１内を水で満たし、気液混合ポンプ２を水で所定量満たすようにして、当該気液混合ポンプ２を正常に機能させる。気液混合ポンプ２内が水で所定量満たされれば、通水経路１における水素水の循環が可能となるため、経路切替部７は、排出経路６に向かう第２経路から水供給排出経路１ａに向かう第１経路に切替える。経路切替部７は、気液混合ポンプ２内が水で満たされたことを検知した検知信号により電気的に経路を切替えるような装置であってもよいし、ガス溶存液生成装置１０１の始動から所定の時間経過後に自動的に経路を切替えるような装置であってもよい。

なお、排出経路６は、図１に示すように、帰還経路１ｃと水供給排出経路１ａと合流地点Ｘ付近に形成されるのが好ましいが、形成位置については特に限定されるものではない。例えば、排出経路６を、気液混合ポンプ２の吐出直後の水供給排出経路１ａの位置に形成してもよい。ガス溶存液生成装置１０１の始動開始から気液混合ポンプ２内に水が所定量満たすようにできる位置であれば排出経路６をどこに形成してもよい。

取水経路１ｂには、気液混合ポンプ２から吐出された水素水の排出を制御する開閉装置８が設けられている。開閉装置８は、例えば電磁弁からなり、後述する制御部１１（図２）からの制御信号により電磁弁の開閉を制御し、生成された水素水の取水制御を行う。例えば、ガス溶存液生成装置１０１の始動直後に、取水経路１ｂにて取水される水素水の水素濃度が十分でない場合がある。このような場合、ガス溶存液生成装置１０１の始動直後、所定の時間、開閉装置８によって取水経路１ｂから取水できないように水素水の排出を止めた後、取水経路１ｂから取水できるようにする。これにより、ガス溶存液生成装置１０１を始動してから最初に取水した水素水は、水素濃度が十分に高められた水素水となる。なお、開閉装置８により水素水の排出を止める時間（所定の時間）は、ガス溶存液生成装置１０１の始動直後から所望する水素濃度の水素水が得られるまでの時間に設定すればよく、気液混合ポンプ２の吐出圧送能力や、通水経路１の内径等の種々の要因を考慮して設定すればよい。

（ガス溶存液生成装置１０１の制御）
図２は、ガス溶存液生成装置１０１の制御ブロック図を示す。制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等で構成されており、圧力センサ５の検知信号、タイマ１２からの時間信号が入力され、気液混合ポンプ２、ガス供給量制御装置４、開閉装置８を制御するようになっている。

制御部１１は、気液混合ポンプ２の駆動制御を行う。例えば、制御部１１は、ガス溶存液生成装置１０１の始動開始と同時に気液混合ポンプ２を駆動させ、ガス溶存液生成装置１０１の停止と同時に気液混合ポンプ２を停止させる。あるいは、制御部１１は、ガス溶存液生成装置１０１の始動開始と同時に気液混合ポンプ２を駆動させ、ガス溶存液生成装置１０１の停止後、所定時間経過後に気液混合ポンプ２を停止させる。

ここで、水素の溶解濃度を高める為には、水素の供給を一定以上に多くする必要があるが、過度になると通水経路１内の内圧が下ってしまい、水素飽和濃度（溶存の上限）の低下を招くことになる。このため、好適なバランス点でガスの供給量を制御することが必要となる。

従って、制御部１１は、気液混合ポンプ２の駆動制御の他に、気液混合ポンプ２に供給するガス供給量を制御する。例えば、制御部１１は、圧力センサ５による検知信号により、ガス供給量制御装置４を制御する。ガス供給量制御装置４は、圧力センサ５による検知結果に応じて気液混合ポンプ２への水素ガスの供給量を制御する。これにより、ガス供給量制御装置４は、通水経路１内の圧力を一定に保つために、圧力センサ５の検知結果に応じてガスの供給量を決めることができる。ガス供給量制御装置４は、例えば、圧力センサ５による検知結果が所望する圧力でない場合には、圧力を高めるために、気液混合ポンプ２への水素ガスの供給量を少なくして液中のガス体積比を減らし、逆に、圧力センサ５による検知結果が所望する圧力を超えている場合には、圧力を下げるために、気液混合ポンプ２への水素ガスの供給量を多くして液中のガス体積比を増やすように制御する。

ここで、ガス供給量制御装置４がガスの供給量を制御するために用いられる、上記の所望する圧力、すなわち通水経路１内の好適な圧力値は、ガス溶存液生成装置１０１の設計者の事前の調査により設定される。

ここで、気液混合ポンプ２への水素ガスのガス供給源９として、電解液から水素ガスを発生させる電解装置を用いる場合、ガス供給量制御装置４は、圧力センサ５による検知結果に応じて上記電解装置の電解制御を行う。これにより、気液混合ポンプ２への水素ガスの供給量を制御している。

また、気液混合ポンプ２への水素ガスのガス供給源９として、水素ガスが満たされたガスボンベを用いる場合、ガスボンベに開閉弁となる電磁弁が設けられ、ガス供給量制御装置４は、圧力センサ５による検知結果に応じて上記電磁弁の開閉制御を行う。これにより、気液混合ポンプ２への水素ガスの供給量を制御している。

上記のように、気液混合ポンプ２への水素ガスの供給量を制御することで、通水経路１内を高圧に保つことが可能となり、高濃度の水素水を安定して生成することが可能となる。

また、制御部１１は、タイマ１２からの時間信号によって開閉装置８の開閉を制御する。例えば上述したように、制御部１１は、ガス溶存液生成装置１０１の始動開始時に、開閉装置８を閉にすると同時に、タイマ１２による計時を開始し、予め設定した時間経過すると、開閉装置８を開にする。予め設定した時間は、例えば、水素水の水素濃度が飽和濃度（約１．６ｐｐｍ）以上になるまでの時間とする。

（効果）
上記構成のガス溶存液生成装置１０１では、水供給排出経路１ａから供給された水と、ガス供給経路３から水供給排出経路１ａを介して供給された水素ガスとを気液混合ポンプ２にて混合して気液混合水である水素水を生成し、生成した一部の水素水を取水経路１ｂから取水できるようにし、残りの水素水を帰還経路１ｃにより水供給排出経路１ａに帰還させるようになっている。

これにより、水供給排出経路１ａに帰還した水素水は、新たに供給される水とガス供給経路３から供給される水素ガスと共に気液混合ポンプ２に供給されるため、当該気液混合ポンプ２から吐出される水素水の水素濃度がさらに高められて、取水経路１ｂ、帰還経路１ｃに排出される。このように、水素水を、帰還経路１ｃを用いて何度も循環させることで、高濃度の水素の水素水を得ることが可能となる。

従って、上記構成のガス溶存液生成装置１０１によれば、高濃度にガス溶解したガス溶存水である水素水を、通水方式（１パス方式）により連続的に待ち時間無く生成することができる。しかも、ガス溶存液生成装置１０１では、高濃度の水素水を得るために、通水経路１の形状を工夫することにより、水素水を循環させるための構成として、従来のように別途タンクを設ける必要がないため、低コストで、且つ小型化を可能にする。

なお、上記構成のガス溶存液生成装置１０１では、ガス供給量制御装置４によってガスの供給量を制御することで、通水経路１内を高圧に維持し、高濃度の水素水を安定して生成するようにしていたが、以下の実施形態２では、通水経路１内をさらに安定して高圧に維持するために、水供給排出経路１ａの上流側に逆止弁を設けた例について説明する。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（ガス溶存液生成装置２０１の概要）
図３は、本実施形態にかるガス溶存液生成装置２０１の概略構成図である。なお、本実施形態に係るガス溶存液生成装置２０１は、前記実施形態１のガス溶存液生成装置１０１とほぼ同じで、逆止弁１０が設けられている点で異なる。

逆止弁１０は、図３に示すように、水供給排出経路１ａの気液混合ポンプ２の吸入側に、当該水供給排出経路１ａにおける液体（水、水素水）の逆流を防ぐための弁である。逆止弁１０を設けることで、水供給排出経路１ａにおける水の逆流がなくなるので、通水経路１内における水の逆流に起因する圧力のロスを低減することができる。これにより、通水経路１内を高圧に維持できるため、高濃度の水素水を安定して生成することが可能となる。なお、逆止弁１０は、通水経路１内の圧力のロスを無くす位置であればどこに設けてもよいが、以下に説明する位置に設けることが好ましい。

逆止弁１０は、上記水供給排出経路１ａにおける上記ガス供給経路３の形成位置よりも上流側に設けられていることが好ましい。

さらに好ましくは、逆止弁１０を、水供給排出経路１ａと帰還経路１ｃとの合流地点Ｘよりも上流側の水供給排出経路１ａに設ける。このように、逆止弁１０を設けることで、水供給排出経路１ａにおける水の逆流を防ぐとともに、帰還経路１ｃにおける水の逆流も防ぐことができる。従って、水供給排出経路１ａ及び帰還経路１ｃにおける水の逆流を防ぐことで、通水経路１内をさらに高圧に維持できるため、高濃度の水素水をさらに安定して生成することが可能となる。

なお、前記実施形態１、２では、水供給排出経路１ａ上の気液混合ポンプ２と合流地点Ｘとの間にガス供給経路３が形成されているガス溶存液生成装置１０１、１０２について説明したが、以下の実施形態３、４では、水供給排出経路１ａの合流地点Ｘよりも上流側にガス供給経路３が形成されている例について説明する。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（ガス溶存液生成装置３０１の概要）
図４は、本実施形態にかるガス溶存液生成装置３０１の概略構成図である。なお、本実施形態に係るガス溶存液生成装置３０１は、前記実施形態１のガス溶存液生成装置１０１とほぼ同じで、ガス供給経路３の形成位置が異なる。すなわち、ガス溶存液生成装置３０１では、ガス供給経路３は、水供給排出経路１ａと帰還経路１ｃとが合流する合流地点Ｘよりも、当該水供給排出経路１ａの上流側に形成されている。この場合、水素ガスが気液混合ポンプ２に供給されるまでの経路が、前記実施形態１の場合（図１）よりも長くなるため、水と水素ガスが接触する時間が長くなる。この結果、水素ガスの一部が水に溶け込んだ状態で気液混合ポンプ２に供給されるので、当該気液混合ポンプ２から吐出される水素水の水素濃度はさらに高くなる。

例えば前述した実施形態１の図１に示すように、ガス供給経路３が、水供給排出経路１ａと帰還経路１ｃとが合流する合流地点Ｘよりも、気液混合ポンプ２に近い側に形成されていれば、ガス供給経路３から供給されるガスの流れの一部が循環の流れのとは逆向きとなるため、循環の流れを遅くすることになり、水素水が気液混合ポンプ２を通過する機会を減って、水素水の水素濃度を上昇に不利に働く。しかしながら、図４に示すように、ガス供給経路３は、水供給排出経路１ａと帰還経路１ｃとが合流する合流地点Ｘよりも、当該水供給排出経路１ａの上流側に形成されていることで、帰還経路１ｃから気液混合ポンプ２への循環の流れがガス圧により抑制されないため、循環の流れが早くなる。これにより、水素水が気液混合ポンプ２を通過する機会を増やし、水素水の水素濃度を上昇させることが可能となる。

〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（ガス溶存液生成装置４０１の概要）
図５は、本実施形態にかるガス溶存液生成装置４０１の概略構成図である。なお、本実施形態に係るガス溶存液生成装置４０１は、前記実施形態３のガス溶存液生成装置３０１とほぼ同じで、逆止弁１０が設けられている点で異なる。

逆止弁１０は、前記実施形態２で説明した通り、水供給排出経路１ａの気液混合ポンプ２よりも上流側に設けられ、当該水供給排出経路１ａにおける水の逆流を防ぐための弁である。逆止弁１０を設けることで、水供給排出経路１ａにおける水の逆流がなくなるので、通水経路１内における水の逆流に起因する圧力のロスを低減することができる。これにより、通水経路１内を高圧に維持できるため、高濃度の水素水を安定して生成することが可能となる。なお、逆止弁１０は、通水経路１内の圧力のロスを無くす位置であればどこ設けてもよいが、以下に説明する位置に設けることが好ましい。

逆止弁１０は、ガス供給経路３の接続位置よりも水供給排出経路１ａの上流位置に設けることが好ましい。

さらに好ましくは、逆止弁１０を、水供給排出経路１ａと帰還経路１ｃとの合流地点Ｘよりも上流側の水供給排出経路１ａに設ける。このように、逆止弁１０を設けることで、水供給排出経路１ａにおける水の逆流を防ぐとともに、帰還経路１ｃにおける水の逆流も防ぐことができる。従って、水供給排出経路１ａ及び帰還経路１ｃにおける水の逆流を防ぐことで、通水経路１内をさらに高圧に維持できるため、高濃度の水素水を安定して生成することが可能となる。

以上のガス溶存液生成装置４０１では、ガス供給経路３が、水供給排出経路１ａと帰還経路１ｃとが合流する合流地点Ｘよりも、当該水供給排出経路１ａの上流側に形成されているので、水素ガスが気液混合ポンプ２に供給されるまでの経路が、前記実施形態１の場合よりも長くなるため、水と水素ガスが接触する時間が長くなる。この結果、水素ガスの一部が水に溶け込んだ状態で気液混合ポンプ２に供給されるので、当該気液混合ポンプ２から吐出される水素水の水素濃度はさらに高くなる。しかも、逆止弁１０が設けられていることで、水供給排出経路１ａ及び帰還経路１ｃにおける水の逆流がなくなるので、通水経路１内における水の逆流に起因する圧力のロスを低減することができる。これによっても、高濃度の水素水を安定して生成することが可能となる。

例えば前述した実施形態１の図１に示すように、ガス供給経路３が、水供給排出経路１ａと帰還経路１ｃとが合流する合流地点Ｘよりも、気液混合ポンプ２に近い側に形成されていれば、ガス供給経路３から供給されるガスの流れの一部が循環の流れのとは逆向きとなるため、循環の流れを遅くすることになり、水素水が気液混合ポンプ２を通過する機会が減って、水素水の水素濃度を上昇に不利に働く。しかしながら、図４に示すように、ガス供給経路３は、水供給排出経路１ａと帰還経路１ｃとが合流する合流地点Ｘよりも、当該水供給排出経路１ａの上流側に形成されていることで、帰還経路１ｃから気液混合ポンプ２への循環の流れがガス圧により抑制されないため、循環の流れが早くなる。これにより、水素水が気液混合ポンプ２を通過する機会を増やし、水素水の水素濃度を上昇させることが可能となる。

なお、前記実施形態２，４では、逆止弁を水供給排出経路１ａ上に設けた例について説明したが、逆止弁をガス供給経路３上に設けてもよい。水供給排出経路１ａ上に逆止弁を設けた場合、当該水供給排出経路１ａにおける水の逆流を防止することで、通水経路１内における水の逆流に起因する圧力のロスを低減して当該通水経路１内の圧力上昇を図っている。さらに通水経路１内の圧力上昇を図るためには、通水経路１内におけるガス領域を軽減する必要がある。これは、通水経路１内の内圧上昇が、ガス領域の収縮によってスポイルされてしまうためである。つまり、ガス供給経路３の中にあるガスの体積分が、そのまま気液混合ポンプ２による内圧上昇の抑制に寄与してしまうためである。

(変形例)
そこで、図６、７に示すように、ガス供給経路３に逆止弁１３を設ける。図６は、前記実施形態２の図３に示すガス溶存液生成装置２０１のガス供給経路３上に逆止弁１３を設けたガス溶存液生成装置５０１を示し、図７は、前記実施形態４の図５に示すガス溶存液生成装置４０１のガス供給経路３上に逆止弁１３を設けたガス溶存液生成装置６０１を示す。

このように、ガス供給経路３上に逆止弁１３を設けることで、循環経路を構成する水供給排出経路１ａとガス供給経路３を遮断することが可能となる。これにより、ガス供給経路３内のガスに起因する水供給排出経路１ａ内の圧力のロスを低減することができるので、気液混合ポンプ２の内圧上昇を阻害することがなく、通液経路１内を高圧に維持できるため、高濃度の水素水を安定して生成することが可能となる。

なお、逆止弁１３は、ガス供給経路３上の水供給排出経路１ａにできるだけ近い位置に設けることが好ましい。これは、逆止弁１３を、ガス供給経路３上の水供給排出経路１ａにできるだけ近い位置に設ければ、水供給排出経路１ａの内圧上昇の抑制に寄与するガスを可能な限り少なくすることが可能となるためである。

なお、前記実施形態１〜４では、ガス溶存液として水素水を生成する例について説明したが、これに限定されるものではなく、ガス溶存液として炭酸水を生成する場合にも本発明のガス溶存液生成装置を用いることが可能である。ガス溶存液が炭酸水の場合、ガスは二酸化炭酸ガス、液体は水である。さらに、水素、二酸化炭素以外の気体を水または他の液体に溶存させる場合にも本発明のガス溶存液生成装置を用いることができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るガス溶存液生成装置は、通液経路（通水経路１）から吸入された液体（水）とガス（水素ガス）を混合してガス溶存液（水素水）を生成し、当該通液経路（通水経路１）にガス溶存液を吐出するポンプ（気液混合ポンプ２）を備え、上記通液経路（通水経路１）は、上記液体（水）及び上記ガス（水素ガス）を上記ポンプ（気液混合ポンプ２）に供給し、当該ポンプ（気液混合ポンプ２）から吐出されるガス溶存液（水素水）を排出する液供給排出経路（水供給排出経路１ａ）を含み、上記液供給排出経路（水供給排出経路１ａ）は、上記ポンプ（気液混合ポンプ２）の吐出側において、当該ポンプ（気液混合ポンプ２）から吐出されたガス溶存液（水素水）を、外部に取り出すための取液経路（取水経路１ｂ）と、当該ポンプ（気液混合ポンプ２）の吸入側に帰還させるための帰還経路１ｃとに分岐され、上記取液経路（取水経路１ｂ）の通液方向に直交する方向に切断したときの断面積が、上記帰還経路１ｃの通液方向に直交する方向に切断したときの断面積よりも小さいことを特徴としている。

上記の構成によれば、液体及びガスをポンプに供給し、当該ポンプから吐出されるガス溶存液を排出する液供給排出経路の、当該ポンプからのガス溶存液の吐出側で、当該液供給排出経路が取液経路と帰還経路とに分岐されていることで、生成されたガス溶存液の一部が取液経路から外部に取り出され、残りのガス溶存液は帰還経路によって循環され、再度ポンプにおいてガスと混合される。これにより、高濃度のガスを含んだガス溶存液を連続して排出できると共に、ガス濃度を高めるための循環も行うことができる。

しかも、ガス濃度を高めるための循環には、タンク等を別途設ける必要がないため、装置を大型化せずに済む。つまり、装置の大型化を招来せず、且つ高濃度のガス溶存液を連続して得ることができるという効果を奏する。

本発明の態様２に係るガス溶存液生成装置は、上記態様１において、上記帰還経路１ｃには、当該帰還経路１ｃに搬送される搬送体を外部に排出するための排出経路６が形成され、上記帰還経路１ｃから上記ポンプ（気液混合ポンプ２）の吸入側に向かう第１経路と、上記帰還経路１ｃから上記排出経路６に向かう第２経路とを切替える経路切替部７が設けられていてもよい。

上記の構成によれば、ガス溶存液生成装置の始動直後に、上記経路切替部によって排出経路に向かう第２経路に切替えることで、通液経路内の気体を排出経路から排出させることができる。これにより、通液経路内が水で満たされ、さらにポンプが水で所定量満たされることになるので、当該ポンプは正常に機能するようになる。

本発明の態様３に係るガス溶存液生成装置は、上記態様１または２において、上記液供給排出経路（水供給排出経路１ａ）の上記ポンプ（気液混合ポンプ２）の吸入側に、当該液供給排出経路（水供給排出経路１ａ）における液体の逆流を防ぐための逆止弁１０が設けられていてもよい。

上記の構成によれば、逆止弁を設けることで、液供給排出経路における液体の逆流がなくなるので、通液経路内における液体の逆流に起因する圧力のロスを低減することができる。これにより、通液経路内を高圧に維持できるため、高濃度のガス溶存液を安定して生成することが可能となる。

本発明の態様４に係るガス溶存液生成装置は、上記態様１〜３の何れかの態様において、ガス供給源９からのガスを、上記液供給排出経路（水供給排出経路１ａ）を通してポンプ（気液混合ポンプ２）に供給するガス供給経路３が設けられ、上記ガス供給経路３上に、当該ガス供給経路３におけるガスの逆流を防ぐための逆止弁１３が設けられていてもよい。

上記の構成によれば、ガス供給経路上に逆止弁を設けることで、循環経路を構成する液供給排出経路とガス供給経路を遮断することが可能となる。これにより、ガス供給経路内のガスに起因する循環経路内の圧力のロスを低減することができるので、ポンプの内圧上昇を阻害することがなく、通液経路内を高圧に維持できるため、高濃度のガス溶存液を安定して生成することが可能となる。

なお、逆止弁は、ガス供給経路上の液供給排出経路にできるだけ近い位置に設けることが好ましい。これは、逆止弁を、ガス供給経路上の液供給排出経路にできるだけ近い位置に設ければ、液供給排出経路の内圧上昇の抑制に寄与するガスを可能な限り少なくすることが可能となるためである。

本発明の態様５に係るガス溶存液生成装置は、上記態様３または４において、上記逆止弁１０は、上記帰還経路１ｃと上記液供給排出経路（水供給排出経路１ａ）との合流地点よりも上流側に設けられていてもよい。

上記の構成によれば、逆止弁を帰還経路と液供給排出経路との合流地点よりも上流側に設け設けることで、液供給排出経路における液体の逆流を防ぐとともに、帰還経路における液体の逆流も防ぐことができる。従って、液供給排出経路及び帰還経路における液体の逆流を防ぐことで、通液経路内を安定して高圧に維持できるため、高濃度のガス溶存液をさらに安定して生成することが可能となる。

本発明の態様６に係るガス溶存液生成装置は、上記態様３〜５の何れか１態様において、上記液供給排出経路（水供給排出経路１ａ）には、上記ガス（水素ガス）を供給するためのガス供給経路３が形成され、上記逆止弁１０は、上記液供給排出経路（水供給排出経路１ａ）における上記ガス供給経路３の形成位置よりも上流側に設けられていてもよい。

上記の構成によれば、液供給排出経路において、ガス供給経路から新たに供給されるガスが含まれた状態のガス溶存液の逆流を防止することができる。

本発明の態様７に係るガス溶存液生成装置は、上記態様１〜６の何れか１態様において、上記取液経路（取水経路１ｂ）には、ガス溶存液（水素水）の排出を制御するための開閉装置８が設けられていてもよい。

上記の構成によれば、ガス溶存液（水素水）の排出を制御するための開閉装置が設けられていることで、例えば、ガス溶存液生成装置の始動直後に、取水経路にて取水される水素水の水素濃度が十分でない場合において、水素水の水素濃度が十分に高まるまで水素水の排出を停止させ、十分な水素濃度に達したときに水素水を排出するように制御する。これにより、最初に取水したときから、十分な水素濃度に達した水素水を得ることができる。

本発明の態様８に係るガス溶存液生成装置は、上記態様１〜７の何れか１態様において、上記ポンプ（気液混合ポンプ２）への上記ガス（水素ガス）の供給量を制御するガス供給量制御装置４が設けられていてもよい。

上記の構成によれば、ガス溶存液のガス濃度などを考慮してガスの供給量を制御することができるため、所望するガス濃度のガス溶存液を容易に得ることができる。

本発明の態様９に係るガス溶存液生成装置は、上記態様８において、上記通液経路（通水経路１）内の圧力を検知する圧力検知装置（圧力センサ５）が設けられ、上記ガス供給量制御装置４は、上記圧力検知装置（圧力センサ５）による検知結果に応じて上記ポンプ（気液混合ポンプ２）への上記ガス（水素ガス）の供給量を制御してもよい。

本発明の態様１０に係るガス溶存液生成装置は、上記態様９において、上記ポンプ（気液混合ポンプ２）に供給する上記ガス（水素ガス）を電解液から発生する電解装置（ガス供給源９）を備え、上記ガス供給量制御装置４は、上記圧力検知装置（圧力センサ５）による検知結果に応じて上記電解装置の電解制御を行ってもよい。

本発明の態様１１に係るガス溶存液生成装置は、上記態様９において、上記ポンプ（気液混合ポンプ２）に上記ガス（水素ガス）を供給するガスボンベ（ガス供給源９）を備え、上記ガスボンベ（ガス供給源９）に開閉弁が設けられ、上記ガス供給量制御装置４は、上記圧力検知装置（圧力センサ５）による検知結果に応じて上記開閉弁の開閉制御を行ってもよい。

上記の構成によれば、通液経路内の圧力を一定に保つために、圧力検知装置の検知結果に応じたガスの供給量を決める。つまり、気ポンプへのガスの供給量を制御することで、通液経路内を高圧に保つことが可能となり、高濃度の水素水を安定して生成することが可能となる。

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。さらに、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。

１ 通水経路（通液経路）
１ａ 水供給排出経路（液供給排出経路）
１ｂ 取水経路（取液経路）
１ｃ 帰還経路
２ 気液混合ポンプ（ポンプ）
３ ガス供給経路
４ ガス供給量制御装置
５ 圧力センサ（圧力検知装置）
６ 排出経路
７ 経路切替部
８ 開閉装置
９ ガス供給源
１０ 逆止弁
１１ 制御部
１２ タイマ
１３ 逆止弁
１０１、２０１、３０１、４０１ ガス溶存液生成装置
Ｘ 合流地点

Claims (7)

1. 通液経路から吸入された液体とガスを混合してガス溶存液を生成し、当該通液経路にガス溶存液を吐出するポンプを備え、
   上記通液経路は、
   上記液体及び上記ガスを上記ポンプに供給し、当該ポンプから吐出されるガス溶存液を排出する液供給排出経路を含み、
   上記液供給排出経路は、
   上記ポンプの吐出側において、当該ポンプから吐出されたガス溶存液を、外部に取り出すための取液経路と、当該ポンプの吸入側に帰還させるための帰還経路とに分岐され、
   上記取液経路の通液方向に直交する方向に切断したときの断面積が、上記帰還経路の通液方向に直交する方向に切断したときの断面積よりも小さいことを特徴とするガス溶存液生成装置。
2. 上記帰還経路には、当該帰還経路に搬送される搬送体を外部に排出するための排出経路が形成され、
   上記帰還経路から上記ポンプの吸入側に向かう第１経路と、上記帰還経路から上記排出経路に向かう第２経路とを切替える経路切替部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガス溶存液生成装置。
3. 上記液供給排出経路の上記ポンプの吸入側に、当該液供給排出経路における液体の逆流を防ぐための逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス溶存液生成装置。
4. ガス供給源からのガスを、上記液供給排出経路を通して上記ポンプに供給するガス供給経路が設けられ、
   上記ガス供給経路上に、当該ガス供給経路におけるガスの逆流を防ぐための逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のガス溶存液生成装置。
5. 上記取液経路には、ガス溶存液の排出を制御するための開閉装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のガス溶存液生成装置。
6. 上記ポンプへの上記ガスの供給量を制御するガス供給量制御装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のガス溶存液生成装置。
7. 上記帰還経路内の圧力を検知する圧力検知装置が設けられ、
   上記ガス供給量制御装置は、
   上記圧力検知装置による検知結果に応じて上記ポンプへの上記ガスの供給量を制御することを特徴とする請求項６に記載のガス溶存液生成装置。

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