JP3897636B2 - 気液溶解装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気液溶解装置に関するもので、特に、カップ式飲料自動販売機や飲料ディスペンサ等の自動販売機において炭酸水を生成するためのカーボネータとして好適な気液溶解装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、一般的な飲料ディスペンサの炭酸飲料供給系を示したものである。ここで例示する飲料ディスペンサは、カップ１が載置されるベンドステージ２の上方に飲料ノズル３を備えている。この飲料ノズル３には、シロップ供給ライン１０を通じてシロップタンク１１が接続されているとともに、炭酸水供給ライン２０を通じてカーボネータ２１が接続されている。シロップタンク１１は、内部に濃縮シロップを貯留するもので、炭酸ガスボンベ３０から供給される炭酸ガスによって加圧されている。シロップ供給ライン１０には、その上流側からシロップ冷却コイル１２、シロップ流量調節器１３およびシロップ弁１４が設けられている。カーボネータ２１は、飲料水に炭酸ガスを溶解させて炭酸水を生成するための気液溶解装置であり、炭酸ガスボンベ３０から供給される炭酸ガスによって常時加圧された状態に保持されている。このカーボネータ２１には、飲料水供給ライン２２および炭酸ガス供給ライン２３が接続されている。飲料水供給ライン２２には、その上流側から給水弁２４、送水ポンプ２５および水冷却コイル２６が設けられている。炭酸水供給ライン２０には、その上流側から炭酸水流量調節器２７および炭酸水弁２８が設けられている。
【０００３】
上述したカーボネータ２１、シロップ冷却コイル１２および水冷却コイル２６は、それぞれ冷却水槽４０の水中に浸漬した状態で配置されている。冷却水槽４０には、冷凍機４１の蒸発コイル４１ａが配管されているとともに、該蒸発コイル４１ａの周囲にアイスバンク４２が形成されている。
【０００４】
上記のように構成された飲料ディスペンサでは、ベンドステージ２にカップ１を載置した状態で、例えば販売ボタンのＯＮ操作やコイン投入後における飲料選択ボタンのＯＮ操作によって飲料供給指令が与えられると、図示していない制御部からの制御信号に応じてシロップ弁１４および炭酸水弁２８が開成する。この結果、シロップタンク１１に貯留された濃縮シロップが炭酸ガスボンベ３０から供給される炭酸ガスの圧力により、シロップ供給ライン１０を通じて飲料ノズル３に供給されるとともに、カーボネータ２１で生成された炭酸水が炭酸水供給ライン２０を通じて飲料ノズル３に供給され、これら濃縮シロップと炭酸水との混合流体が炭酸飲料としてカップ１に抽出されることになる。
【０００５】
炭酸飲料の抽出に伴ってカーボネータ２１に貯留された炭酸水の水位が規定値以下に低下すると、図示していないフロートスイッチからの検出信号に応じて給水弁２４が開成するとともに、送水ポンプ２５が駆動し、カーボネータ２１に対して飲料水が噴射供給される。この際、カーボネータ２１には、炭酸ガスボンベ３０から一定圧の炭酸ガスが常時供給されているため、上述した飲料水に炭酸ガスが溶解され、炭酸水としてその内部に貯留されることになる。飲料水に対する炭酸ガスの溶解量は、温度が低いほど大きなものとなる。従って、上述したように、カーボネータ２１を冷却水槽４０に浸漬させてその冷却を図ることは、炭酸水を生成する上で有効な方法となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のカーボネータ２１は、予め内部に炭酸ガスを充満させておき、飲料水を注入した際に両者を混合させて炭酸水を生成するものである。従って、こうした方法によって炭酸水を効率良く生成するためには、炭酸ガスと飲料水との接触面積、並びに接触時間をできるだけ多く確保してやる必要がある。ここで、炭酸ガスと飲料水との接触面積を増大させるための方法としては、例えば、従来においても、カーボネータ２１に飲料水を高速注入することによって両者の衝突を利用したり、噴射ノズルからカーボネータ２１に微細化した飲料水を噴射注入する等、種々の技術が提供されている。
【０００７】
しかしながら、炭酸ガスと飲料水との接触時間を確保するための方法としては、より長大な容積を有したカーボネータ２１を用意せざるを得ないのが実情である。この結果、カーボネータ２１を設置するためのスペースも長大なものとなり、当該カーボネータ２１を適用する自動販売機の大型化、さらには製造コストの増大といった問題を招来するようになる。特に、カーボネータ２１を冷却水槽４０において保冷するようにした自動販売機にあっては、カーボネータ２１のみならず、冷却水槽４０としても長大化したものを設ける必要があり、上述した問題が一層顕著となる。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みて、大型化を招来することなく液体に対する気体の溶解効率を向上させることのできる気液溶解装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る気液溶解装置は、飲料水に炭酸ガスを溶解させて炭酸水を生成するための気液溶解装置において、飲料水とこれに溶解させる炭酸ガスとを混合した後、この気液混合流体を噴射する気液混合噴射手段と、横断面が所定形状の内部空間を有し、前記気液混合噴射手段によって噴射された気液混合流体を自励発振させる発振容器と、前記発振容器で自励発振した後の気液混合流体を所定の圧力下で貯留する貯留部とを備え、前記気液混合噴射手段を前記発振容器の上面に配設するとともに、前記貯留部に貯留された気液混合流体を外部に吐出させるための気液混合吐出部を前記貯留部の上面に配設し、前記発振容器と貯留部とを仕切壁を介して隣接させ、該仕切壁の下端部に形成した孔により相互に連通させる態様で前記発振容器と貯留部とを一体に構成し、前記一体に構成した発振容器と貯留部とを冷却水に浸漬させたことを特徴とする。
【００１１】
前記気液混合噴射手段としては、液体を前記発振容器に噴射させる液体通路と、多孔質材料によって円筒状に構成し、その中心孔に液体を通過させる態様で前記液体通路に配設した多孔質体と、前記多孔質体を介して前記液体通路に気体を供給する気体通路とを備えるもの（請求項２）、あるいは、液体を前記発振容器に噴射させる液体通路と、スリットを介して前記液体通路に気体を供給する気体通路とを備えたもの（請求項３）であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に気液溶解方法および装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の実施の形態である気液溶解装置を示したものである。ここで例示する気液溶解装置２００は、図２に示すように、飲料ディスペンサにおいて飲料水と炭酸ガスとから炭酸水を生成するカーボネータとして用いられるもので、内部に気液溶解部（発振容器）２１０と安定貯留部２２０とを有した容器２０１を備えている。気液溶解部２１０および安定貯留部２２０は、容器２０１の内部に仕切壁２０２を設けることによって互いに隣接するように画成したもので、該仕切壁２０２の下端部に確保した連絡孔２０３を通じてのみ相互に連通している。
【００１５】
図からも明らかなように、気液溶解部２１０は、長辺Ｗと短辺Ｈとを有した長方形状の横断面を有するとともに、これら長辺Ｗおよび短辺Ｈに比べて十分に大きな高さＬを有した直方状に構成したものである。具体的な例を示せば、横断面の長辺Ｗが４０ｍｍで短辺Ｈが２０ｍｍに設定してあるとともに、気液溶解部２１０の高さＬが２１０ｍｍに設定してある。
【００１６】
この気液溶解部２１０には、容器２０１の上面に気液混合噴射部２３０を設けてある。気液混合噴射部２３０は、液体と気体とを互いに混合させた状態で容器２０１の気液溶解部２１０に噴射供給するためのもので、液体通路２３１と気体通路２３２とを有している。
【００１７】
液体通路２３１は、気液溶解部２１０の下方に向けて液体を噴射供給する部分であり、容器２０１の上面において気液溶解部２１０のほぼ中央となる位置から上方に向けて延設してある。この液体通路２３１は、気液溶解部２１０のディメンションが上述した値の場合に、３ｍｍの直径ｄを有するように構成してある。
【００１８】
また、上記液体通路２３１には、その内周部分に多孔質体２３３を配設してある。多孔質体２３３は、中心孔の内径が液体通路２３１の内径とほぼ一致し、かつ径方向に沿って気体を通過し得る程度の多数の孔、好ましくは５〜１０μｍ程度の孔を有した円筒状部材であり、中心孔の軸心を液体通路２３１の軸心に合致させた状態で配置してある。本実施の形態では、この多孔質体２３３として、燒結金属によって構成したものを適用している。
【００１９】
気体通路２３２は、液体通路２３１を通過する液体に対して気体を混合させるためのもので、液体通路２３１において多孔質体２３３を配設した部分から外周方向に向けて延設してある。この気体通路２３２と多孔質体２３３との間には、環状の間隙２３４が確保してある。この間隙２３４は、気体通路２３２から吐出された気体を多孔質体２３３の外周面全周に行き渡らせるためのものである。
【００２０】
一方、安定貯留部２２０は、上述した気液溶解部２１０と同様に、長辺と短辺とを有した長方形状の横断面を有するとともに、これら長辺および短辺に比べて十分に大きな高さを有した直方状を成しているものの、当該気液溶解部２１０よりも大きな容積を確保するように構成してある。
【００２１】
この安定貯留部２２０には、容器２０１の上面に気液混合吐出部２４０を設けてある。気液混合吐出部２４０は、安定貯留部２２０に貯留された液体を外部に吐出するための通路であり、容器２０１の上面において安定貯留部２２０のほぼ中央となる位置から上方に向けて延設してある。
【００２２】
上記のように構成した気液溶解装置２００は、図２に示すように、冷却水槽４０に浸漬させた状態で飲料ディスペンサの内部に設置され、液体通路２３１に飲料水供給ライン２２を接続するとともに、気体通路２３２に炭酸ガス供給ライン２３を接続し、さらに気液混合吐出部２４０に炭酸水供給ライン２０を接続することにより、当該飲料ディスペンサのカーボネータとして使用に供される。
【００２３】
以下、上述した気液溶解装置２００を適用し、飲料水と炭酸ガスとから炭酸水が生成される手順について説明する。なお、図２において、図８に示した飲料ディスペンサと同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。
【００２４】
まず、飲料ディスペンサに設置された気液溶解装置２００においては、炭酸ガスボンベ３０から供給される炭酸ガスが気液混合噴射部２３０の気体通路２３２および液体通路２３１を通じて容器２０１の内部に充填され、当該容器２０１の内部が常に一定の圧力に保持されることになる。
【００２５】
この状態から炭酸水弁２８および給水弁２４を開成するとともに、送水ポンプ２５を駆動すると、飲料水供給ライン２２から供給される飲料水が気液混合噴射部２３０の液体通路２３１を通じて気液溶解部２１０の下方に向けて噴射供給される。このとき、気液混合噴射部２３０の液体通路２３１を飲料水が高速で通過すると、液体通路２３１の圧力が低下し、気体通路２３２の炭酸ガスが多孔質体２３３の孔を通じて外周部全域から液体通路２３１の飲料水にほぼ均一に引き込まれるようになる。この結果、気液溶解部２１０に対しては、飲料水と炭酸ガスとの気液混合流体が噴射供給されることになる。
【００２６】
ここで、気液溶解部２１０においては、その内部空間の横断面が長辺Ｗと短辺Ｈとを有した長方形であり、しかも両辺Ｗ，Ｈが後述する所定の条件を満たしたものであるため、図３（ａ）乃至図３（ｄ）に示すように、噴射供給された飲料水と炭酸ガスとの気液混合流体に自励発振現象が生起し、この自励発振現象によって飲料水と炭酸ガスとが継続的、かつ激しく接触することになる。
【００２７】
すなわち、図３（ａ）に示すように、気液混合噴射部２３０の液体通路２３１から噴射供給された気液混合流体は、当初、気液溶解部２１０の上流側においていずれか一方の側壁Ｃ側に低圧となる渦領域Ａを生成して当該一方の側壁Ｃに付着するようになる。このとき、気液溶解部２１０の下流側においては、他方の側壁Ｄ側に渦領域Ａよりも高圧となる渦領域Ｂが生成される。これら渦領域Ａ，Ｂは、いずれも飲料水と炭酸ガスとの混合流体であるが、渦領域Ａにおいては炭酸ガスの割合が多くなっている一方、渦領域Ｂにおいては飲料水の割合が多くなっている。
【００２８】
次いで、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、液体通路２３１の直径ｄを後述する所定の条件を満たすようにすると、該直径ｄが気液溶解部２１０の短辺Ｈよりも小さいため、噴射された気液混合流体の端と壁面との間を通って高圧の渦領域Ｂから低圧の渦領域Ａに向けて気液溶解部２１０の流体に矢印のような流れが生じるようになり、該渦領域Ａの圧力が漸次増大する一方、渦領域Ｂの圧力が低下する。この結果、渦領域Ａと渦領域Ｂとの関係が、図３（ａ）に示した状態と逆転、つまり渦領域Ａが渦領域Ｂよりも圧力が高い状態となり、気液混合噴射部２３０の液体通路２３１から噴射供給された気液混合流体の付着する側壁が一方Ｃから他方Ｄに切り替わる。
【００２９】
やがて、図３（ｄ）に示すように、今度は、高圧の渦領域Ａから低圧の渦領域Ｂに向けて気液溶解部２１０の流体に矢印のような流れが生じるようになり、該渦領域Ａの圧力が漸次増大する一方、渦領域Ｂの圧力が低下する。
【００３０】
以降、気液混合噴射部２３０の液体通路２３１から気液混合流体が噴射供給されている間、図３（ａ）〜図３（ｄ）を１／２周期として上述した状態が繰り返し発生し（自励発振現象）、飲料水と炭酸ガスとが継続的、かつ激しく接触する。さらに、気液溶解部２１０へ噴射供給された後に一旦溶け残りとなった炭酸ガスに関しても、上述した自励発振現象によってこれが再び飲料水に接触することになる。これらの結果、炭酸ガスに対して単に飲料水を噴射供給するようにした従来のカーボネータに比べて、飲料水に対する炭酸ガスの溶解効率を著しく向上させることが可能になる。
【００３１】
しかも、こうした気液混合流体の自励発振現象を利用した気液溶解装置２００においては、気液溶解部２１０の容積を長大化させずとも、当該自励発振現象によって飲料水と炭酸ガスとの接触時間が十分に確保されることになる。従って、気液溶解装置２００の小型化やコンパクト化を図ることができるようになり、これを収容する冷却水槽４０、並びに飲料ディスペンサを小型化し、その製造コストを大幅に低減することが可能となる。
【００３２】
さて、上記のようにして気液溶解部２１０で生成された炭酸水は、炭酸水弁２８および給水弁２４が開成し、かつ送水ポンプ２５が駆動している間、連絡孔２０３を通じて安定貯留部２２０に至る。さらに安定貯留部２２０から気液混合吐出部２４０を通じて外部に吐出された後、炭酸水供給ライン２０を通じて飲料ノズル３に供給されることになり、シロップ供給ライン１０を通じて供給された濃縮シロップとともに、炭酸飲料としてカップ１に抽出されることになる。
【００３３】
一方、炭酸水弁２８および給水弁２４を閉成し、かつ送水ポンプ２５を停止させた後においては、気液溶解部２１０で生成された炭酸水が、炭酸ガスボンベ３０から供給される炭酸ガスの圧力によって安定貯留部２２０に貯留される。つまり、炭酸水弁２８および給水弁２４を開成し、かつ送水ポンプ２５を停止させた後においては、気液溶解部２１０で生成された炭酸水が所定の圧力を加えた状態で安定貯留部２２０に貯留されることになるため、炭酸水に対する炭酸ガスの溶解量がさらに増えるようになる。実験によれば、飲料水に対する炭酸ガスの溶解量が１割程度増えることが判明している。従って、こうした安定貯留部２２０を気液溶解部２１０の下流側に設けるようにした気液溶解装置２００によれば、当該安定貯留部２２０での溶解量を加味した炭酸水を飲料ノズル３に供給することができるため、気液溶解部２１０の更なる小型化を図ることも可能となる。
【００３４】
図４および図５は、噴射供給した気液混合流体に自励発振現象を生起させる気液溶解部２１０の条件を説明するためのもので、図４は気液混合流体を噴射する内部空間のディメンションを示す斜視図、図５は内部空間のディメンションに対する気液混合流体の自励発振領域分布を示す実験結果のグラフである。
【００３５】
図５に示すように、気液混合流体に自励発振現象を生起させるためには、少なくとも液体通路２３１の直径ｄに対する気液溶解部２１０の長辺Ｗの割合（以下、単にＷ／ｄと記載する）を約４．９以上に設定するとともに、短辺Ｈに対する液体通路２３１の直径ｄの割合（以下、単にｄ／Ｈと記載する）を約０．６６以下に設定する必要がある。より詳細には、Ｗ／ｄを４．９〜８の範囲に設定した場合には、ｄ／Ｈを０．６６に設定する。Ｗ／ｄを約８以上に設定した場合には、該Ｗ／ｄを増加させるに従ってｄ／Ｈを漸次減少させる必要がある。より安定した自励発振現象を生起させるためには、Ｗ／ｄを約５．５以上に設定するとともに、ｄ／Ｈを約０．６以下に設定することが好ましい。上述した実施の形態で示した気液溶解装置２００の気液溶解部２１０では、Ｗ／ｄ＝１３．３、ｄ／Ｈ＝０．５であり、安定した自励発振現象を生起するための条件を満たしていることが分かる。
【００３６】
図６は、上述した気液溶解装置に適用される気液混合噴射部の第１変形例を示した要部拡大断面図である。この第１変形例に示した気液混合噴射部３３０も、液体と気体とを互いに混合させた状態で容器２０１の気液溶解部２１０に噴射供給するためのもので、液体通路３３１と気体通路３３２とを有している。
【００３７】
液体通路３３１は、気液溶解部２１０の下方に向けて液体を噴射供給する部分であり、容器２０１の上面において気液溶解部２１０のほぼ中央となる位置から上方に向けて延設してある。この液体通路３３１は、先端部３３１ａの内径を基端部よりも細径に構成してある。
【００３８】
また、上記液体通路３３１には、その内周部分に多孔質体３３３を配設してある。多孔質体３３３は、中心孔の内径が液体通路３３１の基端部内径とほぼ一致し、かつ径方向に沿って気体を通過し得る程度の多数の孔、好ましくは５〜１０μｍ程度の孔を有した円筒状部材であり、中心孔の軸心を液体通路３３１の軸心に合致させた状態で配置してある。この第１変形例では、この多孔質体３３３として、セラミックによって構成したものを適用している。
【００３９】
気体通路３３２は、液体通路３３１を通過する液体に対して気体を混合させるためのもので、液体通路３３１において多孔質体３３３を配設した部分から外周方向に向けて延設してある。この気体通路３３２と多孔質体３３３との間には、環状の間隙３３４が確保してある。この間隙３３４は、気体通路３３２から吐出された気体を多孔質体３３３の外周面全周に行き渡らせるためのものである。
【００４０】
上記のように構成した気液混合噴射部３３０においても、炭酸水弁２８および給水弁２４を開成するとともに、送水ポンプ２５を駆動すると、飲料水供給ライン２２から供給される飲料水が気液混合噴射部３３０の液体通路３３１を通じて気液溶解部２１０の下方に向けて噴射供給される。このとき、気液混合噴射部３３０の液体通路３３１を飲料水が高速で通過すると、液体通路３３１の圧力が低下し、気体通路３３２の炭酸ガスが多孔質体３３３の孔を通じて外周部全域から液体通路３３１の飲料水にほぼ均一に引き込まれるようになる。この結果、気液溶解部２１０に対しては、飲料水と炭酸ガスとの気液混合流体が噴射供給されることになる。
【００４１】
図７は、上述した気液溶解装置に適用される気液混合噴射部の第２変形例を示した要部拡大断面図である。この第２変形例に示した気液混合噴射部４３０も、液体と気体とを互いに混合させた状態で容器２０１の気液溶解部２１０に噴射供給するためのもので、液体通路４３１と気体通路４３２とを有している。
【００４２】
液体通路４３１は、気液溶解部２１０の下方に向けて液体を噴射供給する部分であり、容器２０１の上面において気液溶解部２１０のほぼ中央となる位置から上方に向けて延設してある。図からも明らかなように、この第２変形例の液体通路４３１は、飲料水供給ライン２２に接続する円筒状の基部通路４３１ａと、容器２０１の気液溶解部２１０に接続する円筒状の先端部通路４３１ｂとを有して構成したもので、これら基部通路４３１ａと先端部通路４３１ｂとの間にスリット４３１ｃを有している。
【００４３】
気体通路４３２は、液体通路４３１を通過する液体に対して気体を混合させるためのもので、液体通路４３１の基部通路４３１ａを配設した部分から外周方向に向けて延設してある。この気体通路４３２と基部通路４３１ａとの間には、環状の間隙４３４が確保してある。この間隙４３４は、気体通路４３２から吐出された気体をスリット４３１ｃの外周面全周に行き渡らせるためのものである。
【００４４】
上記のように構成した気液混合噴射部４３０においても、炭酸水弁２８および給水弁２４を開成するとともに、送水ポンプ２５を駆動すると、飲料水供給ライン２２から供給される飲料水が気液混合噴射部４３０の液体通路４３１を通じて気液溶解部２１０の下方に向けて噴射供給される。このとき、気液混合噴射部４３０の液体通路４３１を飲料水が高速で通過すると、液体通路４３１の圧力が低下し、気体通路４３２の炭酸ガスがスリット４３１ｃを通じて外周部全域から液体通路４３１の飲料水にほぼ均一に引き込まれるようになる。この結果、気液溶解部２１０に対しては、飲料水と炭酸ガスとの気液混合流体が噴射供給されることになる。
【００４５】
この場合、第２変形例の気液混合噴射部４３０によれば、高速で通過する飲料水に対して非常に狭い間隔から炭酸ガスが吹き込まれることになるため、当該炭酸ガスが微細な気泡となって飲料水中に混合されるようになる。この結果、炭酸ガスが微細な気泡となることで飲料水との接触面積が増大し、気液混合流体中に含まれる炭酸ガスの割合が著しく高まるようになる。
【００４６】
また、第２変形例の気液混合噴射部４３０によれば、上述した実施の形態および第２変形例のものに比べて構造の単純化を図ることができ、より小型のものを容易に、かつ安価に作成することができるようになる。
【００４７】
なお、上述した実施の形態並びに第１および第２変形例では、飲料水に対して炭酸ガスを溶解させる方法および装置を例示しているが、飲料水と炭酸ガスとに限定されず、その他の液体にその他の気体を溶解させるものにももちろん適用することが可能である。
【００４８】
また、上述した実施の形態並びに第１および第２変形例では、発振容器となる気液溶解部２１０と、貯留部である安定貯留部２２０とをひとつの容器２０１に設けるようにしているため、気液溶解装置２００をより小型化することができるが、発振容器と貯留部とを個別の容器に設けるようにしてももちろん構わない。また、発振容器に対して気液混合流体をその上部から噴射させるようにしているため、溶け残った気体が下流側にそのまま漏出する事態を可及的に防止することが可能になるが、必ずしも上部から噴射させる必要はない。
【００４９】
さらに、発振容器として横断面の長辺Ｗが４０ｍｍで短辺Ｈが２０ｍｍに設定してあるとともに、高さＬが２１０ｍｍのものを例示しているが、上述した図５に示す条件を満たせば、その他の値に設定しても良いのはいうまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る気液溶解装置によれば、飲料水とこれに溶解させる炭酸ガスとを混合した後、この気液混合流体を噴射する気液混合噴射手段と、横断面が所定形状の内部空間を有し、前記気液混合噴射手段によって噴射された気液混合流体を自励発振させる発振容器と、前記発振容器で自励発振した後の気液混合流体を所定の圧力下で貯留する貯留部とを備え、前記気液混合噴射手段を前記発振容器の上面に配設するとともに、前記貯留部に貯留された気液混合流体を外部に吐出させるための気液混合吐出部を前記貯留部の上面に配設し、前記発振容器と貯留部とを仕切壁を介して隣接させ、該仕切壁の下端部に形成した孔により相互に連通させる態様で前記発振容器と貯留部とを一体に構成し、前記一体に構成した発振容器と貯留部とを冷却水に浸漬させたので、自励発振によって液体と気体とが継続的、かつ激しく接触するようになり、発振容器を大型化をせずとも液体に対する気体の溶解効率を著しく向上させることが可能になる。
【００５１】
また、本発明の請求項１に係る気液溶解装置によれば、前記発振容器で自励発振した後の気液混合流体を所定の圧力下で貯留する貯留部を備えるようにしているため、当該貯留部での溶解量を加味することができるため、発振容器の更なる小型化を図ることも可能となる。
【００５２】
また、本発明の請求項２に係る気液溶解装置によれば、前記気液混合噴射手段として、液体を前記発振容器に噴射させる液体通路と、多孔質材料によって円筒状に構成し、その中心孔に液体を通過させる態様で前記液体通路に配設した多孔質体と、前記多孔質体を介して前記液体通路に気体を供給する気体通路とを備えるものを適用しているため、液体に対して気体を均一に混合させることができるようになる。
【００５３】
また、本発明の請求項３に係る気液溶解装置によれば、前記気液混合噴射手段として、液体を前記発振容器に噴射させる液体通路と、スリットを介して前記液体通路に気体を供給する気体通路とを備えるものを適用しているため、液体に対して気体を均一に混合させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である気液溶解装置を示したもので、（ａ）は断面正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図２】図１に示した気液溶解装置をカーボネータとして適用した飲料ディスペンサの炭酸飲料供給系を示す図である。
【図３】気液混合流体に発生する自励発振のメカニズムを順に示すもので、（ａ）は気液混合流体を噴射した状態を示す概念図、（ｂ）は１／６周期経過後の状態を示す概念図、（ｃ）は１／３周期経過後の状態を示す概念図、（ｄ）は１／２周期経過後の状態を示す概念図である。
【図４】気液混合流体を噴射する内部空間のディメンションを示す斜視図である。
【図５】内部空間のディメンションに対する気液混合流体の自励発振領域分布を示すグラフである。
【図６】図１に示した気液混合噴射部の第１変形例を示した要部拡大断面図である。
【図７】図１に示した気液混合噴射部の第２変形例を示した要部拡大断面図である。
【図８】一般的な飲料ディスペンサの炭酸飲料供給系を示す図である。
【符号の説明】
１ カップ
２ ベンドステージ
３ 飲料ノズル
１０ シロップ供給ライン
１１ シロップタンク
１２ シロップ冷却コイル
１３ シロップ流量調節器
１４ シロップ弁
２０ 炭酸水供給ライン
２２ 飲料水供給ライン
２３ 炭酸ガス供給ライン
２４ 給水弁
２５ 送水ポンプ
２６ 水冷却コイル
２７ 炭酸水流量調節器
２８ 炭酸水弁
３０ 炭酸ガスボンベ
４０ 冷却水槽
４１ 冷凍機
４１ａ 蒸発コイル
４２ アイスバンク
２００ 気液溶解装置
２０１ 容器
２０２ 仕切壁
２０３ 連絡孔
２１０ 気液溶解部
２２０ 安定貯留部
２３０ 気液混合噴射部
２３１ 液体通路
２３２ 気体通路
２３３ 多孔質体
２３４ 間隙
２４０ 気液混合吐出部
３３０ 気液混合噴射部
３３１ 液体通路
３３１ａ 先端部
３３２ 気体通路
３３３ 多孔質体
３３４ 間隙
４３０ 気液混合噴射部
４３１ 液体通路
４３１ａ 基部通路
４３１ｂ 先端部通路
４３１ｃ スリット
４３２ 気体通路
４３４ 間隙
Ａ，Ｂ 渦領域
Ｃ，Ｄ 側壁
Ｈ 短辺
Ｗ 長辺
ｄ 直径
【発明の属する技術分野】
本発明は、気液溶解装置に関するもので、特に、カップ式飲料自動販売機や飲料ディスペンサ等の自動販売機において炭酸水を生成するためのカーボネータとして好適な気液溶解装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、一般的な飲料ディスペンサの炭酸飲料供給系を示したものである。ここで例示する飲料ディスペンサは、カップ１が載置されるベンドステージ２の上方に飲料ノズル３を備えている。この飲料ノズル３には、シロップ供給ライン１０を通じてシロップタンク１１が接続されているとともに、炭酸水供給ライン２０を通じてカーボネータ２１が接続されている。シロップタンク１１は、内部に濃縮シロップを貯留するもので、炭酸ガスボンベ３０から供給される炭酸ガスによって加圧されている。シロップ供給ライン１０には、その上流側からシロップ冷却コイル１２、シロップ流量調節器１３およびシロップ弁１４が設けられている。カーボネータ２１は、飲料水に炭酸ガスを溶解させて炭酸水を生成するための気液溶解装置であり、炭酸ガスボンベ３０から供給される炭酸ガスによって常時加圧された状態に保持されている。このカーボネータ２１には、飲料水供給ライン２２および炭酸ガス供給ライン２３が接続されている。飲料水供給ライン２２には、その上流側から給水弁２４、送水ポンプ２５および水冷却コイル２６が設けられている。炭酸水供給ライン２０には、その上流側から炭酸水流量調節器２７および炭酸水弁２８が設けられている。
【０００３】
上述したカーボネータ２１、シロップ冷却コイル１２および水冷却コイル２６は、それぞれ冷却水槽４０の水中に浸漬した状態で配置されている。冷却水槽４０には、冷凍機４１の蒸発コイル４１ａが配管されているとともに、該蒸発コイル４１ａの周囲にアイスバンク４２が形成されている。
【０００４】
上記のように構成された飲料ディスペンサでは、ベンドステージ２にカップ１を載置した状態で、例えば販売ボタンのＯＮ操作やコイン投入後における飲料選択ボタンのＯＮ操作によって飲料供給指令が与えられると、図示していない制御部からの制御信号に応じてシロップ弁１４および炭酸水弁２８が開成する。この結果、シロップタンク１１に貯留された濃縮シロップが炭酸ガスボンベ３０から供給される炭酸ガスの圧力により、シロップ供給ライン１０を通じて飲料ノズル３に供給されるとともに、カーボネータ２１で生成された炭酸水が炭酸水供給ライン２０を通じて飲料ノズル３に供給され、これら濃縮シロップと炭酸水との混合流体が炭酸飲料としてカップ１に抽出されることになる。
【０００５】
炭酸飲料の抽出に伴ってカーボネータ２１に貯留された炭酸水の水位が規定値以下に低下すると、図示していないフロートスイッチからの検出信号に応じて給水弁２４が開成するとともに、送水ポンプ２５が駆動し、カーボネータ２１に対して飲料水が噴射供給される。この際、カーボネータ２１には、炭酸ガスボンベ３０から一定圧の炭酸ガスが常時供給されているため、上述した飲料水に炭酸ガスが溶解され、炭酸水としてその内部に貯留されることになる。飲料水に対する炭酸ガスの溶解量は、温度が低いほど大きなものとなる。従って、上述したように、カーボネータ２１を冷却水槽４０に浸漬させてその冷却を図ることは、炭酸水を生成する上で有効な方法となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のカーボネータ２１は、予め内部に炭酸ガスを充満させておき、飲料水を注入した際に両者を混合させて炭酸水を生成するものである。従って、こうした方法によって炭酸水を効率良く生成するためには、炭酸ガスと飲料水との接触面積、並びに接触時間をできるだけ多く確保してやる必要がある。ここで、炭酸ガスと飲料水との接触面積を増大させるための方法としては、例えば、従来においても、カーボネータ２１に飲料水を高速注入することによって両者の衝突を利用したり、噴射ノズルからカーボネータ２１に微細化した飲料水を噴射注入する等、種々の技術が提供されている。
【０００７】
しかしながら、炭酸ガスと飲料水との接触時間を確保するための方法としては、より長大な容積を有したカーボネータ２１を用意せざるを得ないのが実情である。この結果、カーボネータ２１を設置するためのスペースも長大なものとなり、当該カーボネータ２１を適用する自動販売機の大型化、さらには製造コストの増大といった問題を招来するようになる。特に、カーボネータ２１を冷却水槽４０において保冷するようにした自動販売機にあっては、カーボネータ２１のみならず、冷却水槽４０としても長大化したものを設ける必要があり、上述した問題が一層顕著となる。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みて、大型化を招来することなく液体に対する気体の溶解効率を向上させることのできる気液溶解装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る気液溶解装置は、飲料水に炭酸ガスを溶解させて炭酸水を生成するための気液溶解装置において、飲料水とこれに溶解させる炭酸ガスとを混合した後、この気液混合流体を噴射する気液混合噴射手段と、横断面が所定形状の内部空間を有し、前記気液混合噴射手段によって噴射された気液混合流体を自励発振させる発振容器と、前記発振容器で自励発振した後の気液混合流体を所定の圧力下で貯留する貯留部とを備え、前記気液混合噴射手段を前記発振容器の上面に配設するとともに、前記貯留部に貯留された気液混合流体を外部に吐出させるための気液混合吐出部を前記貯留部の上面に配設し、前記発振容器と貯留部とを仕切壁を介して隣接させ、該仕切壁の下端部に形成した孔により相互に連通させる態様で前記発振容器と貯留部とを一体に構成し、前記一体に構成した発振容器と貯留部とを冷却水に浸漬させたことを特徴とする。
【００１１】
前記気液混合噴射手段としては、液体を前記発振容器に噴射させる液体通路と、多孔質材料によって円筒状に構成し、その中心孔に液体を通過させる態様で前記液体通路に配設した多孔質体と、前記多孔質体を介して前記液体通路に気体を供給する気体通路とを備えるもの（請求項２）、あるいは、液体を前記発振容器に噴射させる液体通路と、スリットを介して前記液体通路に気体を供給する気体通路とを備えたもの（請求項３）であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に気液溶解方法および装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の実施の形態である気液溶解装置を示したものである。ここで例示する気液溶解装置２００は、図２に示すように、飲料ディスペンサにおいて飲料水と炭酸ガスとから炭酸水を生成するカーボネータとして用いられるもので、内部に気液溶解部（発振容器）２１０と安定貯留部２２０とを有した容器２０１を備えている。気液溶解部２１０および安定貯留部２２０は、容器２０１の内部に仕切壁２０２を設けることによって互いに隣接するように画成したもので、該仕切壁２０２の下端部に確保した連絡孔２０３を通じてのみ相互に連通している。
【００１５】
図からも明らかなように、気液溶解部２１０は、長辺Ｗと短辺Ｈとを有した長方形状の横断面を有するとともに、これら長辺Ｗおよび短辺Ｈに比べて十分に大きな高さＬを有した直方状に構成したものである。具体的な例を示せば、横断面の長辺Ｗが４０ｍｍで短辺Ｈが２０ｍｍに設定してあるとともに、気液溶解部２１０の高さＬが２１０ｍｍに設定してある。
【００１６】
この気液溶解部２１０には、容器２０１の上面に気液混合噴射部２３０を設けてある。気液混合噴射部２３０は、液体と気体とを互いに混合させた状態で容器２０１の気液溶解部２１０に噴射供給するためのもので、液体通路２３１と気体通路２３２とを有している。
【００１７】
液体通路２３１は、気液溶解部２１０の下方に向けて液体を噴射供給する部分であり、容器２０１の上面において気液溶解部２１０のほぼ中央となる位置から上方に向けて延設してある。この液体通路２３１は、気液溶解部２１０のディメンションが上述した値の場合に、３ｍｍの直径ｄを有するように構成してある。
【００１８】
また、上記液体通路２３１には、その内周部分に多孔質体２３３を配設してある。多孔質体２３３は、中心孔の内径が液体通路２３１の内径とほぼ一致し、かつ径方向に沿って気体を通過し得る程度の多数の孔、好ましくは５〜１０μｍ程度の孔を有した円筒状部材であり、中心孔の軸心を液体通路２３１の軸心に合致させた状態で配置してある。本実施の形態では、この多孔質体２３３として、燒結金属によって構成したものを適用している。
【００１９】
気体通路２３２は、液体通路２３１を通過する液体に対して気体を混合させるためのもので、液体通路２３１において多孔質体２３３を配設した部分から外周方向に向けて延設してある。この気体通路２３２と多孔質体２３３との間には、環状の間隙２３４が確保してある。この間隙２３４は、気体通路２３２から吐出された気体を多孔質体２３３の外周面全周に行き渡らせるためのものである。
【００２０】
一方、安定貯留部２２０は、上述した気液溶解部２１０と同様に、長辺と短辺とを有した長方形状の横断面を有するとともに、これら長辺および短辺に比べて十分に大きな高さを有した直方状を成しているものの、当該気液溶解部２１０よりも大きな容積を確保するように構成してある。
【００２１】
この安定貯留部２２０には、容器２０１の上面に気液混合吐出部２４０を設けてある。気液混合吐出部２４０は、安定貯留部２２０に貯留された液体を外部に吐出するための通路であり、容器２０１の上面において安定貯留部２２０のほぼ中央となる位置から上方に向けて延設してある。
【００２２】
上記のように構成した気液溶解装置２００は、図２に示すように、冷却水槽４０に浸漬させた状態で飲料ディスペンサの内部に設置され、液体通路２３１に飲料水供給ライン２２を接続するとともに、気体通路２３２に炭酸ガス供給ライン２３を接続し、さらに気液混合吐出部２４０に炭酸水供給ライン２０を接続することにより、当該飲料ディスペンサのカーボネータとして使用に供される。
【００２３】
以下、上述した気液溶解装置２００を適用し、飲料水と炭酸ガスとから炭酸水が生成される手順について説明する。なお、図２において、図８に示した飲料ディスペンサと同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。
【００２４】
まず、飲料ディスペンサに設置された気液溶解装置２００においては、炭酸ガスボンベ３０から供給される炭酸ガスが気液混合噴射部２３０の気体通路２３２および液体通路２３１を通じて容器２０１の内部に充填され、当該容器２０１の内部が常に一定の圧力に保持されることになる。
【００２５】
この状態から炭酸水弁２８および給水弁２４を開成するとともに、送水ポンプ２５を駆動すると、飲料水供給ライン２２から供給される飲料水が気液混合噴射部２３０の液体通路２３１を通じて気液溶解部２１０の下方に向けて噴射供給される。このとき、気液混合噴射部２３０の液体通路２３１を飲料水が高速で通過すると、液体通路２３１の圧力が低下し、気体通路２３２の炭酸ガスが多孔質体２３３の孔を通じて外周部全域から液体通路２３１の飲料水にほぼ均一に引き込まれるようになる。この結果、気液溶解部２１０に対しては、飲料水と炭酸ガスとの気液混合流体が噴射供給されることになる。
【００２６】
ここで、気液溶解部２１０においては、その内部空間の横断面が長辺Ｗと短辺Ｈとを有した長方形であり、しかも両辺Ｗ，Ｈが後述する所定の条件を満たしたものであるため、図３（ａ）乃至図３（ｄ）に示すように、噴射供給された飲料水と炭酸ガスとの気液混合流体に自励発振現象が生起し、この自励発振現象によって飲料水と炭酸ガスとが継続的、かつ激しく接触することになる。
【００２７】
すなわち、図３（ａ）に示すように、気液混合噴射部２３０の液体通路２３１から噴射供給された気液混合流体は、当初、気液溶解部２１０の上流側においていずれか一方の側壁Ｃ側に低圧となる渦領域Ａを生成して当該一方の側壁Ｃに付着するようになる。このとき、気液溶解部２１０の下流側においては、他方の側壁Ｄ側に渦領域Ａよりも高圧となる渦領域Ｂが生成される。これら渦領域Ａ，Ｂは、いずれも飲料水と炭酸ガスとの混合流体であるが、渦領域Ａにおいては炭酸ガスの割合が多くなっている一方、渦領域Ｂにおいては飲料水の割合が多くなっている。
【００２８】
次いで、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、液体通路２３１の直径ｄを後述する所定の条件を満たすようにすると、該直径ｄが気液溶解部２１０の短辺Ｈよりも小さいため、噴射された気液混合流体の端と壁面との間を通って高圧の渦領域Ｂから低圧の渦領域Ａに向けて気液溶解部２１０の流体に矢印のような流れが生じるようになり、該渦領域Ａの圧力が漸次増大する一方、渦領域Ｂの圧力が低下する。この結果、渦領域Ａと渦領域Ｂとの関係が、図３（ａ）に示した状態と逆転、つまり渦領域Ａが渦領域Ｂよりも圧力が高い状態となり、気液混合噴射部２３０の液体通路２３１から噴射供給された気液混合流体の付着する側壁が一方Ｃから他方Ｄに切り替わる。
【００２９】
やがて、図３（ｄ）に示すように、今度は、高圧の渦領域Ａから低圧の渦領域Ｂに向けて気液溶解部２１０の流体に矢印のような流れが生じるようになり、該渦領域Ａの圧力が漸次増大する一方、渦領域Ｂの圧力が低下する。
【００３０】
以降、気液混合噴射部２３０の液体通路２３１から気液混合流体が噴射供給されている間、図３（ａ）〜図３（ｄ）を１／２周期として上述した状態が繰り返し発生し（自励発振現象）、飲料水と炭酸ガスとが継続的、かつ激しく接触する。さらに、気液溶解部２１０へ噴射供給された後に一旦溶け残りとなった炭酸ガスに関しても、上述した自励発振現象によってこれが再び飲料水に接触することになる。これらの結果、炭酸ガスに対して単に飲料水を噴射供給するようにした従来のカーボネータに比べて、飲料水に対する炭酸ガスの溶解効率を著しく向上させることが可能になる。
【００３１】
しかも、こうした気液混合流体の自励発振現象を利用した気液溶解装置２００においては、気液溶解部２１０の容積を長大化させずとも、当該自励発振現象によって飲料水と炭酸ガスとの接触時間が十分に確保されることになる。従って、気液溶解装置２００の小型化やコンパクト化を図ることができるようになり、これを収容する冷却水槽４０、並びに飲料ディスペンサを小型化し、その製造コストを大幅に低減することが可能となる。
【００３２】
さて、上記のようにして気液溶解部２１０で生成された炭酸水は、炭酸水弁２８および給水弁２４が開成し、かつ送水ポンプ２５が駆動している間、連絡孔２０３を通じて安定貯留部２２０に至る。さらに安定貯留部２２０から気液混合吐出部２４０を通じて外部に吐出された後、炭酸水供給ライン２０を通じて飲料ノズル３に供給されることになり、シロップ供給ライン１０を通じて供給された濃縮シロップとともに、炭酸飲料としてカップ１に抽出されることになる。
【００３３】
一方、炭酸水弁２８および給水弁２４を閉成し、かつ送水ポンプ２５を停止させた後においては、気液溶解部２１０で生成された炭酸水が、炭酸ガスボンベ３０から供給される炭酸ガスの圧力によって安定貯留部２２０に貯留される。つまり、炭酸水弁２８および給水弁２４を開成し、かつ送水ポンプ２５を停止させた後においては、気液溶解部２１０で生成された炭酸水が所定の圧力を加えた状態で安定貯留部２２０に貯留されることになるため、炭酸水に対する炭酸ガスの溶解量がさらに増えるようになる。実験によれば、飲料水に対する炭酸ガスの溶解量が１割程度増えることが判明している。従って、こうした安定貯留部２２０を気液溶解部２１０の下流側に設けるようにした気液溶解装置２００によれば、当該安定貯留部２２０での溶解量を加味した炭酸水を飲料ノズル３に供給することができるため、気液溶解部２１０の更なる小型化を図ることも可能となる。
【００３４】
図４および図５は、噴射供給した気液混合流体に自励発振現象を生起させる気液溶解部２１０の条件を説明するためのもので、図４は気液混合流体を噴射する内部空間のディメンションを示す斜視図、図５は内部空間のディメンションに対する気液混合流体の自励発振領域分布を示す実験結果のグラフである。
【００３５】
図５に示すように、気液混合流体に自励発振現象を生起させるためには、少なくとも液体通路２３１の直径ｄに対する気液溶解部２１０の長辺Ｗの割合（以下、単にＷ／ｄと記載する）を約４．９以上に設定するとともに、短辺Ｈに対する液体通路２３１の直径ｄの割合（以下、単にｄ／Ｈと記載する）を約０．６６以下に設定する必要がある。より詳細には、Ｗ／ｄを４．９〜８の範囲に設定した場合には、ｄ／Ｈを０．６６に設定する。Ｗ／ｄを約８以上に設定した場合には、該Ｗ／ｄを増加させるに従ってｄ／Ｈを漸次減少させる必要がある。より安定した自励発振現象を生起させるためには、Ｗ／ｄを約５．５以上に設定するとともに、ｄ／Ｈを約０．６以下に設定することが好ましい。上述した実施の形態で示した気液溶解装置２００の気液溶解部２１０では、Ｗ／ｄ＝１３．３、ｄ／Ｈ＝０．５であり、安定した自励発振現象を生起するための条件を満たしていることが分かる。
【００３６】
図６は、上述した気液溶解装置に適用される気液混合噴射部の第１変形例を示した要部拡大断面図である。この第１変形例に示した気液混合噴射部３３０も、液体と気体とを互いに混合させた状態で容器２０１の気液溶解部２１０に噴射供給するためのもので、液体通路３３１と気体通路３３２とを有している。
【００３７】
液体通路３３１は、気液溶解部２１０の下方に向けて液体を噴射供給する部分であり、容器２０１の上面において気液溶解部２１０のほぼ中央となる位置から上方に向けて延設してある。この液体通路３３１は、先端部３３１ａの内径を基端部よりも細径に構成してある。
【００３８】
また、上記液体通路３３１には、その内周部分に多孔質体３３３を配設してある。多孔質体３３３は、中心孔の内径が液体通路３３１の基端部内径とほぼ一致し、かつ径方向に沿って気体を通過し得る程度の多数の孔、好ましくは５〜１０μｍ程度の孔を有した円筒状部材であり、中心孔の軸心を液体通路３３１の軸心に合致させた状態で配置してある。この第１変形例では、この多孔質体３３３として、セラミックによって構成したものを適用している。
【００３９】
気体通路３３２は、液体通路３３１を通過する液体に対して気体を混合させるためのもので、液体通路３３１において多孔質体３３３を配設した部分から外周方向に向けて延設してある。この気体通路３３２と多孔質体３３３との間には、環状の間隙３３４が確保してある。この間隙３３４は、気体通路３３２から吐出された気体を多孔質体３３３の外周面全周に行き渡らせるためのものである。
【００４０】
上記のように構成した気液混合噴射部３３０においても、炭酸水弁２８および給水弁２４を開成するとともに、送水ポンプ２５を駆動すると、飲料水供給ライン２２から供給される飲料水が気液混合噴射部３３０の液体通路３３１を通じて気液溶解部２１０の下方に向けて噴射供給される。このとき、気液混合噴射部３３０の液体通路３３１を飲料水が高速で通過すると、液体通路３３１の圧力が低下し、気体通路３３２の炭酸ガスが多孔質体３３３の孔を通じて外周部全域から液体通路３３１の飲料水にほぼ均一に引き込まれるようになる。この結果、気液溶解部２１０に対しては、飲料水と炭酸ガスとの気液混合流体が噴射供給されることになる。
【００４１】
図７は、上述した気液溶解装置に適用される気液混合噴射部の第２変形例を示した要部拡大断面図である。この第２変形例に示した気液混合噴射部４３０も、液体と気体とを互いに混合させた状態で容器２０１の気液溶解部２１０に噴射供給するためのもので、液体通路４３１と気体通路４３２とを有している。
【００４２】
液体通路４３１は、気液溶解部２１０の下方に向けて液体を噴射供給する部分であり、容器２０１の上面において気液溶解部２１０のほぼ中央となる位置から上方に向けて延設してある。図からも明らかなように、この第２変形例の液体通路４３１は、飲料水供給ライン２２に接続する円筒状の基部通路４３１ａと、容器２０１の気液溶解部２１０に接続する円筒状の先端部通路４３１ｂとを有して構成したもので、これら基部通路４３１ａと先端部通路４３１ｂとの間にスリット４３１ｃを有している。
【００４３】
気体通路４３２は、液体通路４３１を通過する液体に対して気体を混合させるためのもので、液体通路４３１の基部通路４３１ａを配設した部分から外周方向に向けて延設してある。この気体通路４３２と基部通路４３１ａとの間には、環状の間隙４３４が確保してある。この間隙４３４は、気体通路４３２から吐出された気体をスリット４３１ｃの外周面全周に行き渡らせるためのものである。
【００４４】
上記のように構成した気液混合噴射部４３０においても、炭酸水弁２８および給水弁２４を開成するとともに、送水ポンプ２５を駆動すると、飲料水供給ライン２２から供給される飲料水が気液混合噴射部４３０の液体通路４３１を通じて気液溶解部２１０の下方に向けて噴射供給される。このとき、気液混合噴射部４３０の液体通路４３１を飲料水が高速で通過すると、液体通路４３１の圧力が低下し、気体通路４３２の炭酸ガスがスリット４３１ｃを通じて外周部全域から液体通路４３１の飲料水にほぼ均一に引き込まれるようになる。この結果、気液溶解部２１０に対しては、飲料水と炭酸ガスとの気液混合流体が噴射供給されることになる。
【００４５】
この場合、第２変形例の気液混合噴射部４３０によれば、高速で通過する飲料水に対して非常に狭い間隔から炭酸ガスが吹き込まれることになるため、当該炭酸ガスが微細な気泡となって飲料水中に混合されるようになる。この結果、炭酸ガスが微細な気泡となることで飲料水との接触面積が増大し、気液混合流体中に含まれる炭酸ガスの割合が著しく高まるようになる。
【００４６】
また、第２変形例の気液混合噴射部４３０によれば、上述した実施の形態および第２変形例のものに比べて構造の単純化を図ることができ、より小型のものを容易に、かつ安価に作成することができるようになる。
【００４７】
なお、上述した実施の形態並びに第１および第２変形例では、飲料水に対して炭酸ガスを溶解させる方法および装置を例示しているが、飲料水と炭酸ガスとに限定されず、その他の液体にその他の気体を溶解させるものにももちろん適用することが可能である。
【００４８】
また、上述した実施の形態並びに第１および第２変形例では、発振容器となる気液溶解部２１０と、貯留部である安定貯留部２２０とをひとつの容器２０１に設けるようにしているため、気液溶解装置２００をより小型化することができるが、発振容器と貯留部とを個別の容器に設けるようにしてももちろん構わない。また、発振容器に対して気液混合流体をその上部から噴射させるようにしているため、溶け残った気体が下流側にそのまま漏出する事態を可及的に防止することが可能になるが、必ずしも上部から噴射させる必要はない。
【００４９】
さらに、発振容器として横断面の長辺Ｗが４０ｍｍで短辺Ｈが２０ｍｍに設定してあるとともに、高さＬが２１０ｍｍのものを例示しているが、上述した図５に示す条件を満たせば、その他の値に設定しても良いのはいうまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る気液溶解装置によれば、飲料水とこれに溶解させる炭酸ガスとを混合した後、この気液混合流体を噴射する気液混合噴射手段と、横断面が所定形状の内部空間を有し、前記気液混合噴射手段によって噴射された気液混合流体を自励発振させる発振容器と、前記発振容器で自励発振した後の気液混合流体を所定の圧力下で貯留する貯留部とを備え、前記気液混合噴射手段を前記発振容器の上面に配設するとともに、前記貯留部に貯留された気液混合流体を外部に吐出させるための気液混合吐出部を前記貯留部の上面に配設し、前記発振容器と貯留部とを仕切壁を介して隣接させ、該仕切壁の下端部に形成した孔により相互に連通させる態様で前記発振容器と貯留部とを一体に構成し、前記一体に構成した発振容器と貯留部とを冷却水に浸漬させたので、自励発振によって液体と気体とが継続的、かつ激しく接触するようになり、発振容器を大型化をせずとも液体に対する気体の溶解効率を著しく向上させることが可能になる。
【００５１】
また、本発明の請求項１に係る気液溶解装置によれば、前記発振容器で自励発振した後の気液混合流体を所定の圧力下で貯留する貯留部を備えるようにしているため、当該貯留部での溶解量を加味することができるため、発振容器の更なる小型化を図ることも可能となる。
【００５２】
また、本発明の請求項２に係る気液溶解装置によれば、前記気液混合噴射手段として、液体を前記発振容器に噴射させる液体通路と、多孔質材料によって円筒状に構成し、その中心孔に液体を通過させる態様で前記液体通路に配設した多孔質体と、前記多孔質体を介して前記液体通路に気体を供給する気体通路とを備えるものを適用しているため、液体に対して気体を均一に混合させることができるようになる。
【００５３】
また、本発明の請求項３に係る気液溶解装置によれば、前記気液混合噴射手段として、液体を前記発振容器に噴射させる液体通路と、スリットを介して前記液体通路に気体を供給する気体通路とを備えるものを適用しているため、液体に対して気体を均一に混合させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である気液溶解装置を示したもので、（ａ）は断面正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図２】図１に示した気液溶解装置をカーボネータとして適用した飲料ディスペンサの炭酸飲料供給系を示す図である。
【図３】気液混合流体に発生する自励発振のメカニズムを順に示すもので、（ａ）は気液混合流体を噴射した状態を示す概念図、（ｂ）は１／６周期経過後の状態を示す概念図、（ｃ）は１／３周期経過後の状態を示す概念図、（ｄ）は１／２周期経過後の状態を示す概念図である。
【図４】気液混合流体を噴射する内部空間のディメンションを示す斜視図である。
【図５】内部空間のディメンションに対する気液混合流体の自励発振領域分布を示すグラフである。
【図６】図１に示した気液混合噴射部の第１変形例を示した要部拡大断面図である。
【図７】図１に示した気液混合噴射部の第２変形例を示した要部拡大断面図である。
【図８】一般的な飲料ディスペンサの炭酸飲料供給系を示す図である。
【符号の説明】
１ カップ
２ ベンドステージ
３ 飲料ノズル
１０ シロップ供給ライン
１１ シロップタンク
１２ シロップ冷却コイル
１３ シロップ流量調節器
１４ シロップ弁
２０ 炭酸水供給ライン
２２ 飲料水供給ライン
２３ 炭酸ガス供給ライン
２４ 給水弁
２５ 送水ポンプ
２６ 水冷却コイル
２７ 炭酸水流量調節器
２８ 炭酸水弁
３０ 炭酸ガスボンベ
４０ 冷却水槽
４１ 冷凍機
４１ａ 蒸発コイル
４２ アイスバンク
２００ 気液溶解装置
２０１ 容器
２０２ 仕切壁
２０３ 連絡孔
２１０ 気液溶解部
２２０ 安定貯留部
２３０ 気液混合噴射部
２３１ 液体通路
２３２ 気体通路
２３３ 多孔質体
２３４ 間隙
２４０ 気液混合吐出部
３３０ 気液混合噴射部
３３１ 液体通路
３３１ａ 先端部
３３２ 気体通路
３３３ 多孔質体
３３４ 間隙
４３０ 気液混合噴射部
４３１ 液体通路
４３１ａ 基部通路
４３１ｂ 先端部通路
４３１ｃ スリット
４３２ 気体通路
４３４ 間隙
Ａ，Ｂ 渦領域
Ｃ，Ｄ 側壁
Ｈ 短辺
Ｗ 長辺
ｄ 直径
Claims (3)
- 飲料水に炭酸ガスを溶解させて炭酸水を生成するための気液溶解装置において、
飲料水とこれに溶解させる炭酸ガスとを混合した後、この気液混合流体を噴射する気液混合噴射手段と、
横断面が所定形状の内部空間を有し、前記気液混合噴射手段によって噴射された気液混合流体を自励発振させる発振容器と、
前記発振容器で自励発振した後の気液混合流体を所定の圧力下で貯留する貯留部と
を備え、
前記気液混合噴射手段を前記発振容器の上面に配設するとともに、前記貯留部に貯留された気液混合流体を外部に吐出させるための気液混合吐出部を前記貯留部の上面に配設し、
前記発振容器と貯留部とを仕切壁を介して隣接させ、該仕切壁の下端部に形成した孔により相互に連通させる態様で前記発振容器と貯留部とを一体に構成し、
前記一体に構成した発振容器と貯留部とを冷却水に浸漬させたことを特徴とする気液溶解装置。 - 前記気液混合噴射手段は、
液体を前記発振容器に噴射させる液体通路と、
多孔質材料によって円筒状に構成し、その中心孔に液体を通過させる態様で前記液体通路に配設した多孔質体と、
前記多孔質体を介して前記液体通路に気体を供給する気体通路と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の気液溶解装置。 - 前記気液混合噴射手段は、
液体を前記発振容器に噴射させる液体通路と、
スリットを介して前記液体通路に気体を供給する気体通路と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の気液溶解装置。
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