JP4228990B2

JP4228990B2 - 微細気泡発生装置

Info

Publication number: JP4228990B2
Application number: JP2004151333A
Authority: JP
Inventors: 定彦渡辺; 義一秦; 秀明福井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2005329100A

Description

本発明は浴槽の浴湯を循環して空気を混合溶解させ、浴槽内に微細気泡を供給する微細気泡発生装置に関するものである。

近年、浴槽内に空気や各種ガスを含んだ浴湯を噴出して、微細気泡を含んだジェット流によって快適な入浴を楽しみ、健康面でも温熱効果やマッサージ効果、さらには洗浄効果を期待するというニーズが高まってきている。そこで、より快適な入浴を可能にするために、安定した気泡発生が可能な気泡発生装置が求められている。このような気泡発生装置として特許文献１のようなものが知られている。すなわち、気液溶解タンク内に流入口から液体および気体が混合された気液混合流体を噴出させ、気液溶解タンク内に滞留される液体の略全体に微細化された微細気泡が発生した状態を形成するものにおいて、気液溶解タンクの底部の略中央部に、湾曲して設けられた乱流泡渦を発生させるための乱流促進板が内設されているというものである。
特開２００１−１２９３７７号公報

しかし、特許文献１のものには以下のような課題がある。気泡は液体の中に滞在する滞留時間が長いほど、また液体との接触距離が長いほど液体中に溶け込む溶解量が多くなる。特許文献１のものの場合、気液溶解タンク内に噴出された気液混合流体が気液溶解タンク内の液体に混入して乱流促進板に衝突し、乱流が発生する。乱流が発生すると、液体内に混在する気泡の滞留時間は乱流促進板を設けないときよりも長くなるが、それぞれの気泡が液体中をどのように移動するのかはまちまちである。そのため、液体中に長く滞留できない気泡も数多く存在することになる。

本発明は上記課題に鑑みてなしたもので、その目的は、液体中により多くの気泡を溶解することのできる微細気泡発生装置を提供することにある。

本発明の微細気泡発生装置は、浴槽内の浴湯が循環されて、浴湯中に空気が溶解された気液溶解浴水を浴槽内へ吐出し、微細気泡を発生させるものであって、前記微細気泡発生装置には前記気液溶解浴水が生成される気液溶解タンクと、前記気液溶解タンクの上部に設けられ、浴湯と空気が混合した気液混合流体を前記気液溶解タンク内にその中の気液溶解浴水の水面上部より吹き込むための噴霧ノズルとが設けられていて、前記噴霧ノズルが旋回運動をしながらこれにより前記気液溶解タンク内に前記気液混合流体が吹き込まれて、前記気液溶解タンク内の前記気液溶解浴水中に渦流を発生させることを特徴とする。

本発明の微細気泡発生装置によれば、噴霧ノズルが旋回して気液混合流体を気液溶解タンクに噴出することにより、気液溶解タンク内の気液溶解浴水に螺旋状の渦流を発生させる。すると、気液溶解浴水内の気泡は渦流に乗って螺旋状に気液溶解タンク下部まで運ばれるので、気液溶解浴水中の滞留時間および接触時間が長くなり、気泡が気液溶解浴水中に溶け込む量が多くなって、気泡が多く溶け込んだ気液溶解浴水を生成することが可能になり、その際、噴霧ノズルの回転数を高くすることにより渦流の流れが速くなって、その分だけ遠くの距離まで気泡を運ぶこともできる。

以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の微細気泡発生装置１の気液溶解タンク９の断面図であり、図２は本発明の微細気泡発生装置１が浴槽４ａに取り付けられたときの正面図および平面図である。また、図３は本発明の微細気泡発生装置１内部の作動順路を示したブロック図である。また、図４は気液溶解タンク９の正面図および側面図である。また、図５は気液溶解タンク９における噴霧ノズル２３の動作方法を示した流れ図である。また、図６は本発明の微細気泡発生装置１の気液溶解タンク９における他の実施形態を示した断面図である。

図２に例示したように、気液混合圧送手段としての循環ポンプ２のＯＮ／ＯＦＦ用のコントロールスイッチ３が浴槽本体４の手の届き易い所に配置され、それ以外の機器類は浴槽本体４内（浴槽本体４から浴槽４ａを除く空間部）にコンパクトに格納されている。

コントロールスイッチ３をＯＮにすると、循環ポンプ２が回転し、浴槽４ａの浴槽吸込口５から吸入管６を通して浴湯を吸込む。さらに、吸入管６の途中には空気吸入口７が設けられており、空気調整部８から空気が吸い込まれる。循環ポンプ２としては、浴湯と空気が混合した気液混合流体を気液溶解タンク９に高速噴出させ生成した気液溶解浴水を、気液溶解タンク９から吐出管１０で浴槽４ａの浴槽吐出口１１に送って、浴槽４ａに噴射させて気泡を発生させるものである。

浴槽本体４は前面（エプロン）がパネル１２で覆われ、それ以外の３面は図示しない建物の一部として覆われている。また、エプロンを外せばエプロン側からメンテナンスが容易にできるように、各機器類はできるだけエプロン側に配設してある。なお、パネル１２は例えば発砲テープ等の防音材をパネル１２の周囲に配設して浴槽本体４に取り付けられている。

微細気泡発生装置１の取り付けに関しては、防振のために、使用されるナットはすべてゴムナット（図示せず）を使用し、特に気液溶解タンク９と循環ポンプ２には床面との間にゴムシート（図示せず）も利用して２重の防振対策を取るようにすることが好ましい。

配管に関しては、浴槽吸込口５から気液混合圧送手段としての循環ポンプ２までの吸入管６の勾配は、循環ポンプ２側が例えば２°以上高い位置になるように配設され、気液溶解タンク９と浴槽吐出口１１までの吐出管は、水平もしくは気液溶解タンク９側が高い位置になるように配設されている。

また、微細気泡発生装置１の空気調整部８が浴槽４ａ上部の外周端に設けられたフランジ部１３の下部側であって、微細気泡発生装置１の最も高い位置に取り付けられている。

ここで、図３に基づいて、本発明の実施形態における微細気泡発生装置１のシステムについて詳しく説明する。

図３に例示したように、循環ポンプ２の稼動によって浴槽４ａ内の浴槽吸入口５から浴湯１６を吸入した後、再度、浴槽吐出口１１から微細気泡水１４として浴槽４ａ内に噴出して戻す状態を示している。従って、利用者は必要に応じて、コントロールスイッチ３をＯＮ／ＯＦＦすることで、微細気泡水１４の噴出をスタートしたり、停止したりして微細気泡水１４を利用することができる。

まず、利用者がコントロールスイッチ３をＯＮにすると、循環ポンプ２の駆動用電動機１５が回転を始めて循環ポンプ２が回転する。この循環ポンプ２は小型の遠心ポンプであることが好ましく、ポンプ内で各チャンバーに入った浴湯が、ポンプを回転することにより発生する遠心力によって、連続的に遠心方向に吐出される原理が使われている。

循環ポンプ２が回転を始めると、浴槽４ａの吸入口から吸入管６によって浴湯１６が循環ポンプ２に吸入されるが、この時、吸入管６の途中に空気２１を混入させるための空気吸込部７が配置されている。空気吸込部７はエジェクター機構になっており、エジェクター中心部に浴湯１６が高速で通過する時に、その水流に対して直角方向の周囲部の気圧がマイナス圧力になって引き込まれる原理を利用したもので、特別な力を必要としない。なお、循環ポンプ２は稼動中に過激な空気２１を吸い込むとエアーロックして浴湯１６が流れなくなる機構を有しており、必要最低限の空気２１を吸い込むことのできる構造となっている。

空気吸込部７から空気調整部８までは接続管１７で繋がっており、空気調整部８は空気吸込部７側から順番に、逆止弁１８、絞り弁１９、フィルター２０が配設されている。このため、逆止弁１８の働きで接続管１７から浴湯１６が逆流して大気側に流出してしまうことがない。また、フィルター２０において、所望のメッシュを持つフィルター２０の効果によってきれいな空気２１が吸入されると共に、エジェクター内の流速によって生じる真空度を絞り弁１９で調節することによって、所望の設定された空気量が吸引される。なお、使用する浴湯１６の必要流量に対する空気２１の所要混入比率は予め初期設定されているので、使用者が絞り弁１９の設定を変える必要はない。

循環ポンプ２は、浴湯１６と空気２１とが混合された気液混合流体２２を吐出管１０を通して気液溶解タンク９の噴霧ノズル２３から、気液溶解タンク９内の一次側槽２４に高速噴出させる。生成された気液溶解浴水２５は、気液溶解タンク９の二次側槽２６の排出口２７から吐出管１０で減圧弁２８を経て浴槽４ａの吐出口１１まで送出される。この時、気液溶解浴水２５は空気２１を加圧溶解しているので、減圧弁２８を通過すると、内部の圧力が開放され、溶解していた空気２１が急膨張することにより、浴槽４ａの浴湯１６内に微細気泡水１４を発生することができる。

ここで、図１および図４を用いて気液溶解タンク９の構造を説明する。

図４に例示したように、気液溶解タンク９は、ボルトおよびナットによって取付台２９に取り付けられる。この時、ボルトおよびナットは気液溶解タンク９の一次側槽２４の直下外板に取り付けられて、一次側槽２４にかかるノズルからの噴霧圧力を有効的に受け持つことができるように配設されている。また、一対のボルトおよびナットは、二次側槽２６の空気抜弁３０の分岐部３１と排出口２７の中心線上の略中間高さにして、気液溶解タンク９に入出する溶液による振動を保持できるように配置されている。

図１に例示したように、気液溶解タンク９内は区画壁３２で一次側槽２４（バブリング槽）と二次側槽２６（水位検知層）とに区分され、一次側槽２４と二次側槽２６とは区画壁３２の上部の気体還流部３３及び区画壁３２の下部の気泡通過部３４でそれぞれ連通する構造となっている。一次側槽２４上部には噴霧ノズル２３が設けられ、二次側槽２６の側壁には分岐部３１を介して空気抜弁３０が側壁に設けられる。また、区画壁３２の下部の区画壁３２下部は、ラッパ状に一次側槽２４から二次側槽２６方向に絞られて連通して設けられ、さらに二次側槽２６における区画壁３２下部の底部水平領域は区画壁３２下部の気泡通過部３４より下方に形成されている。

二次側槽２６には分岐部３１を介して空気抜弁３０が側壁に設けられており、空気を自動的に排出するとともに、気液溶解タンク９内の水位を検知できる水位検知槽の役目を持っている。そして、空気抜弁３０の分岐部３１に区画壁３２の上端と下端の間に位置する高さで気液溶解タンク９外壁側に形成されている。

ここで、本発明の微細気泡発生装置１の最大の特徴である噴霧ノズル２３について図１、図４および図５を用いて説明する。

図１に例示したように、気液溶解タンク９の一次側槽２４上部には噴霧ノズル２３が設けられている。該噴霧ノズル２３は低圧損で噴霧打力の強い、扇形噴霧ノズルが用いられて、噴霧ノズル２３からは気液混合流体２２が一次側槽２４内の気液溶解浴水２５に噴霧される。この時、噴霧ノズル２３が回転し、噴霧ノズル口２３ａは地面と略水平方向の面内において旋回しながら、噴霧ノズル口２３ａから気液混合流体２２が噴出される。すると、気液混合流体２２が気液溶解浴水２５内に渦を巻くように噴出されることになり、一次側槽２４の気液溶解浴水２５内には渦流２５ａが発生する。該渦流２５ａの流れにより、一次側槽２４のより下部まで気液混合流体２２内の気泡が届くようになる。さらに、渦流２５ａにより気泡が螺旋状に一次側槽２４下部近傍まで移動していくことにより、直線状に移動する時よりも、滞留時間および移動距離が長くなる。その結果、気液溶解浴水２５中に気泡が溶け込む量が多い気液溶解浴水２５の提供が可能になる。

噴霧ノズル２３は、くの字に折れ曲がった形状を有している。該噴霧ノズル２３の屈曲部から上の噴霧ノズル軸部２３ｂは、気液溶解タンク９の上部に位置し、噴霧ノズル軸部２３ｂの中心線が地面と略垂直になるように設置される。また、噴霧ノズル２３の屈曲部から下の噴霧ノズル旋回部２３ｃは、気液溶解タンク９内部であって、気液溶解浴水２５水面上部に位置しており、噴霧ノズル口２３ａは地面と略水平方向の面内にあるとよい。

ここで噴霧ノズル２３の動作を図５を用いて説明する。噴霧ノズル２３は、噴霧ノズル軸部２３ｂが回転すると、それに伴い、気液溶解タンク９内の噴霧ノズル旋回部２３ｃが旋回し、旋回しながら噴霧ノズル口２３ａから気液混合流体２２が噴出されることになる。噴霧ノズル軸部２３ｂが時計回りに回転を始めると、噴射ノズル口２３ａは図５（ａ）に例示したような位置から図５（ｂ）の位置まで移動する。さらに移動すると図５（ｃ）の位置まで旋回し、さらに回転すると図５（ｄ）の位置、つまり図５（ａ）の位置まで戻ってくる。この流れにより噴霧ノズル旋回部２３ｃが旋回することにより、それに伴って噴霧ノズル口２３ａが旋回することになる。噴霧ノズル２３と気液溶解タンク９との接触部は噴霧ノズル２３が回転するため、滑らかに回転できるような機構を有しているとよい。しかし、気液溶解タンク９から、気液混合流体２２または気液溶解浴水２５が漏れ出さないような密閉性が必要となってくる。

ここで、図１または図５に基づいて、本発明の微細気泡発生装置１における噴霧ノズル２３の効力が最大限に発揮できるために備えておくことが好ましい性能について以下に述べる。

噴霧ノズル２３の回転方法としては、循環ポンプ２の起動の信号を受けると回転し出し、循環ポンプ２の停止の信号を受けると停止するような制御ができることが好ましい。噴霧ノズル２３の回転方向は特に問わない。また、回転数は任意に設定するようにすればよいが、気液溶解タンク９内の一次側槽２４に渦流２５ａを発生させることができるような回転数であることが好ましい。しかし、回転数はより高いほうがよい。回転数が高いと渦流２５ａの流れが速くなり、その分だけ遠くの距離まで気泡を運ぶことができるからである。

また、噴霧ノズル口２３ａの移動範囲としては、図５のような長方形状の気液溶解タンク９である場合、気液溶解タンク９内部空間における地面と略水平方向の面上に描ける円において、気液溶解タンク９の短辺方向の長さの９割ほどの直径を有する円内を噴霧ノズル口２３ａの最外側面が移動することができるようにするとよい。噴霧ノズル口２３ａの回転直径が大きくなれば、それだけ気液溶解浴水２５内に大きな直径の渦流２５ａを生み出すことができる。すると、渦流２５ａの直径が大きい分だけ気液溶解浴水２５内を気泡が移動する移動距離が長くなるのである。

噴射ノズル２３の噴射水圧としては、気液混合流体２２の噴射水圧が最低でも気液溶解タンク９内の気液溶解浴水２５の水面に届くような勢いであることが好ましい。噴射ノズル２３からの噴射力が弱く、気液混合流体２２が重力で気液溶解浴水２５に落下するような状態であれば、気液溶解浴水２５内に渦流２５ａを発生させることが困難となるからである。また、気液溶解浴水２５に噴射される気液混合流体２２の噴射水圧は気液溶解タンク９の底面に届くような噴射水圧であるとなおよい。すると気液溶解浴水２５内を浮上してくる気泡が水面に達するまでの距離が長くなり、気泡が気液溶解浴水２５に溶けやすくなる。また、噴射ノズル２３から噴射された気液混合流体２２は噴射ノズル口２３ａから直線状に気液溶解浴水２５水面に噴射されるとよい。気液混合流体２２が裾状に広がった状態で気液溶解浴水２５水面に噴射されると噴射の勢いが減少し、気液溶解浴水２５内に発生する渦流２５ａが下方まで発生しにくくなるためである。

以上のような噴霧ノズル２３の回転数、回転範囲、噴射水圧および気液混合流体２２の噴射方法との相乗効果により、気液溶解タンク９内の気液溶解浴水内に、回転直径が大きく、勢いが強く、さらに気液溶解タンク９のより下方まで届くような渦流２５ａを発生させることのできる噴霧ノズル２３の提供が可能になる。

次に、気液溶解タンク９の処理過程について図１を用いて説明する。

気液溶解タンク９の一次側槽２４は、気液混合流体２２が噴霧ノズル２３を介して放出された時に、気泡を浴湯に溶解させるための噴霧バブリング槽である。したがって、空気の量を増した気液混合流体２２は、一次側槽２４の上部の湿った空気を巻き込みながら、逐次、一次側槽２４内の浴湯１６の液面に衝突して渦流２５ａとなり、浴湯１６内に加圧溶解されて気液溶解浴水２５になる。このように、液面と区画壁３２の上端とで囲まれる領域９ａは気体、浴湯、気泡が入り混じるバブリング状態となる。

なお、高速噴出によっても溶解できなかった未溶解の気泡は、一次側槽２４の上部に溜まり、一次側槽２４の上部の湿った空気に合流して、繰り返し浴湯に溶解するために用いられる。

そして、気泡が気泡通過部３４を通過する際には、急激に流速が減少するので、気液溶解浴水２５が排出口にたどり着くまでの時間が増加し、その分だけ気液溶解浴水２５内の気泡に浮力で上昇する時間が与えられることになる。特に、大きな気泡は微細気泡よりも浮力が大きいため、二次側槽２６内で確実に上昇分離させることができる。二次側槽２６の上部には戻ってきた気泡が壊れて、湿った空気として漂っているが、これは気体還流部３３を通過して逐次一次側層２４に戻されるので無駄にならない。

二次側槽２６上部に設けられた空気抜弁３０は、気液溶解タンク９内の水面を概ね一定に保つように空気抜弁３０を通じて、気液溶解タンク９内の空気が外部に放出される役割を持っている。

このように、気液溶解タンク９を一次側槽２４と二次側槽２６との二層構造として、これらの一次側槽２４と二次側槽２６とを一体に形成することで簡単な構造となり、さらに、一次側槽２４で生成された気液溶解浴水２５中の余剰な気体は、気体還流部３３を通って一次側槽２４内の液面上に還流されるので、気体を効率良く利用することができ、無駄に気体を供給する必要がなくなる。この結果、気液溶解タンク９を小型化することも可能となる。

（実施形態２）
図６は本発明の微細気泡発生装置１の他の実施形態における気液溶解タンク９の断面構造を示した斜視図である。

微細気泡発生装置１のシステム、気液溶解タンク９の構造および気液溶解タンク９の処理過程は実施形態１と同様である。本実施形態では、図６に基づいて噴霧ノズル２３の構造の違いについて説明する。

図６に例示したように、気液溶解タンク９の一次側槽２４上部には噴霧ノズル２３が設けられている。該噴霧ノズル２３の効果等は実施形態１と同様である。

噴霧ノズル２３の構造としては、噴霧ノズル２３の噴霧ノズル口２３ａが気液溶解タンク９の上部であって、気液溶解浴水２５の液面上部に位置し、噴霧ノズル２３の中心軸を地面と略垂直に設けられるように噴霧ノズル２３が設置され、気液溶解タンク９における噴霧ノズル２３が通っている開口部分は、噴霧ノズル２３の最大径の大きさよりも幾分大きく設けられている。噴霧ノズル２３はこの開口部分の範囲を旋回運動することにより、気液溶解タンク９の一次側槽２４の気液溶解浴水２５に渦流２５ａを発生させる。

気液溶解タンク９の開口部分は、噴霧ノズル２３の最大径よりも大きく設けられていることにより、隙間が開いてしまうが、噴霧ノズ２３ルに地面と略水平方向に設けた密閉板２３ｄが噴霧ノズル２３の旋回に伴って回転し、噴霧ノズル２３が如何なる位置に旋回しようとも隙間が開くことがないようにして蓋の役割を果たし、気液溶解タンク９から、気液混合流体２２または気液溶解浴水２５が漏れ出さないように密閉性を高めるとよい。

噴霧ノズル２３の回転方法および噴射方法等は、実施形態１と同様である。

しかし、噴霧ノズル２３を回転させて、噴霧ノズル口２３ａが旋回されて気液混合流体３３が噴出されて、気液溶解浴水３５に渦流２５ａを発生させることができるのであれば、実施形態１または２に限らず、噴霧ノズル２３の形状および回転方法の如何は問わない。

本発明の微細気泡発生装置の気液溶解タンクの断面図である。本発明の微細気泡発生装置が取り付けられた浴槽の正面図および平面図である。本発明の微細気泡発生装置における微細気泡発生装置のシステムを示したブロック図である。本発明における気液溶解タンクの正面図および側面図である。本発明における噴霧ノズルの動作を示した流れ図である。本発明における気液溶解タンクの他の実施形態を示した断面図である。

符号の説明

１．微細気泡発生装置
２．循環ポンプ
４．浴槽本体
９．気液溶解タンク
１６．浴湯
２２．気液混合流体
２３．噴霧ノズル
２３ａ．噴霧ノズル口
２３ｂ．噴霧ノズル軸部
２３ｃ．噴霧ノズル旋回部
２３ｄ．密閉板
２４．一次側槽
２５．気液溶解浴水
２５ａ．渦流
２６．二次側槽

Claims

浴槽内の浴湯が循環されて、浴湯中に空気が溶解された気液溶解浴水を浴槽内へ吐出する微細気泡発生装置であって、前記微細気泡発生装置には前記気液溶解浴水が生成される気液溶解タンクと、前記気液溶解タンクの上部に設けられ、浴湯と空気が混合した気液混合流体を前記気液溶解タンク内にその中の気液溶解浴水の水面上部より吹き込むための噴霧ノズルとが設けられていて、前記噴霧ノズルが旋回運動をしながらこれにより前記気液溶解タンク内に前記気液混合流体が吹き込まれて、前記気液溶解タンク内の前記気液溶解浴水中に渦流を発生させることを特徴とする微細気泡発生装置。
前記気液溶解タンク内は区画壁で一次側槽と二次側槽とに区分され、一次側槽と二次側槽とは区画壁の上部の気体還流部及び下部の気泡通過部でそれぞれ連通されており、一次側槽の上部に前記噴霧ノズルが設けられ、一次側槽から二次側槽へと前記気泡通過部を通過した気液溶解浴水は二次側槽に設けられた排出口から浴槽の吐出口へと送出されると共に、同二次側槽では微細気泡よりも大きな気泡が上昇分離されその上部の前記気体還流部を通過されて一次側槽に戻されるようになっていることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置。