JP4537988B2 - ガス溶存水生成ミキサー及びガス溶存水製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、水に対するガスの溶存量を高めるためのガス溶存水生成ミキサー及び、ガス溶存水生成ミキサーを備えたガス溶存水製造装置に関する。

従来のガス溶存水生成ミキサーとしては、筒形ボディの内部にミキシング壁を備えたものが知られている。このガス溶存水生成ミキサーは、ガスと混合された水が流れる配管の途中に筒形ボディを接続し、ミキシング壁に形成された通水孔を前記水が通過することで、ガスを微細な気泡にする構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３２５７６７号公報（請求項７、第１図、第２図）

しかしながら、上述した従来のガス溶存水生成ミキサーでは、例えば、ミキシング壁の通水孔に異物が詰まった場合に、ガス溶存水生成ミキサーより上流側の配管の内圧が上昇して、配管が破損したり、その破損部分から水漏れを起こす虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ガス溶存水生成ミキサーの詰まりによる配管の破損や水漏れを防止することが可能なガス溶存水生成ミキサー及びガス溶存水製造装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るガス溶存水生成ミキサーは、ガスを混合した水が流される流路を有したボディと、流路を軸方向で複数の流体通過エリアに区画する区画壁と、区画壁に貫通形成されて、流体通過エリア同士の間を連絡する通水孔とを備え、水圧を通水孔で上げて流体通過エリアで下げるように変化させることで水に対するガスの溶存量を高めてガス溶存水を生成するためのガス溶存水生成ミキサーであって、ボディは、外側円筒管の両端部を端部壁で閉塞する共に、一方の端部壁の中心に形成された貫通孔に流入側パイプを接続すると共に、他方の端部壁の中心に形成された貫通孔に流出側パイプを接続した構造をなし、区画壁は、外側円筒管の内部に軸方向に対をなして設けられ、上流側の区画壁は、外側円筒管の内周面に固定された円形板で構成されると共に、その中心に通水孔が貫通成形され、下流側の区画壁は、外側円筒管の内周面に固定された円形板と、円形板の中心に形成された貫通孔に一端部を嵌合固定されて、流出側パイプの内側に向かって延びた延長インナーパイプと、延長インナーパイプの先端外面に形成された雄螺子に螺合された雌螺子スリーブと、雌螺子スリーブの一端部から内側に張り出した押さえ壁との間に外縁部を挟まれて取り付けられた円形の板金部材とから構成されると共に、その板金部材に通水孔が貫通形成され、板金部材には、通水孔の開口縁に一端が接続されて通水孔から離れる方向に延びかつ板金部材の一部を薄肉にしてなり、上流側から予め定められた基準値以上の水圧を受けたときに破断又は変形して通水孔の開口面積を広げる破断溝が形成されたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のガス溶存水生成ミキサーにおいて、区画壁を２つ以上設け、最も下流に配置された区画壁に形成された通水孔の開口面積を、他の区画壁に形成された通水孔の開口面積より小さくすると共に、破断溝は、最も下流に配置された区画壁に形成されたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のガス溶存水生成ミキサーにおいて、破断溝は、断面Ｖ字形であるところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のガス溶存水生成ミキサーにおいて、破断溝は、通水孔から放射状に延びているところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のガス溶存水生成ミキサーにおいて、ガスは水素ガスであるところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載のガス溶存水生成ミキサーにおいて、水は、水道水又は水を電気分解することで陰極側に生成する陰極水であるところに特徴を有する。

請求項７の発明に係るガス溶存水製造装置は、請求項１乃至６の何れかに記載のガス溶存水生成ミキサーと、水と共にガスを吸引し、そのガスと水とを混合してガス溶存水生成ミキサーへ向けて排出する気液混合ポンプとを備えたところに特徴を有する。

請求項８の発明は、請求項７に記載のガス溶存水製造装置において、ガス溶存水生成ミキサーを経て製造されたガス溶存水中の気泡を除去する脱泡手段を備えたところに特徴を有する。

請求項９の発明は、請求項７又は８に記載のガス溶存水製造装置において、気液混合ポンプの吸引口より上流側に、水に対して磁場を付与する磁場付与手段を設けたところに特徴を有する。

請求項１０の発明は、請求項７乃至９の何れかに記載のガス溶存水製造装置において、気液混合ポンプの吸引口より上流側に、水に予め含まれる気体を脱気するための脱気手段を備えたところに特徴を有する。

［請求項１〜４及び７の発明］
ガスと混合された水が、ガス溶存水生成ミキサーのボディ内に備えられた区画壁を通過する際に、水圧が強弱変化し、これにより水に対するガスの溶存量が高められる。ここで、区画壁の通水孔が詰まって水が通過し難くなったり通過不能になると、ガス溶存水生成ミキサーより上流側の配管の内圧が上昇する。これに対し、請求項１及び７の発明によれば、板金部材が上流側から受ける水圧が予め定められた基準値以上になると、板金部材に形成された破断溝が破壊又は変形して通水孔の開口面積が広がる。すると、通水孔の詰まりが解消されて多くの水が通過可能となり、配管の内圧が減少する。これにより、ガス溶存水生成ミキサーの詰まりによる配管の破損や水漏れを防止することができる。また、通水孔の詰まりに限らず、ガス溶存水生成ミキサーに対して過剰に水が供給された場合でも板金部材が破壊又は変形して、配管の破損や水漏れを防止することができる。また、請求項１及び７の発明によれば、下流側の区画壁のうち、通水孔が貫通形成された板金部材を容易に交換することができる。具体的には、延長インナーパイプと雌螺子スリーブとを分解して板金部材を取り外し、新たな板金部材をセットしてから延長インナーパイプと雌螺子スリーブとを元通りに螺合すれば、延長インナーパイプの先端面と雌螺子スリーブの押さえ壁との間で板金部材の外縁部が挟持される。これにより、区画壁の板金部材が破壊又は変形した場合には、ガス溶存水生成ミキサーのその他の部品は流用しつつ、板金部材だけを交換することができ、ランニングコストを抑えることができる。

ここで、区画壁を２つ以上設けた場合には、最も下流に配置された区画壁に配置された通水孔の開口面積を、他の区画壁に形成された通水孔の開口面積より小さくすると共に、破断溝を、最も下流に配置された区画壁に形成することが好ましい（請求項２の発明）。

また、通水孔の孔径を異ならせた複数種類の板金部材を備えておき、製造条件や目標とする製造量に応じて板金部材を選択可能としてもよい。なお、破断溝は、請求項３の発明のように、断面Ｖ字形とすることが好ましい。また、請求項４の発明のように、破断溝は通水孔から放射状に延びるように形成すると、より好ましい。

［請求項５及び６の発明］
請求項５の発明によれば、水に水素ガスを溶解させることで、一般の水（例えば、水道水）より酸化還元電位が低い（還元性が大きい）水素ガス溶存水を生成することができる。ここで、水素ガスを溶存させる水として、水を電気分解することで陰極側に生成する陰極水を用いれば、より酸化還元電位の低い水素ガス溶存水を生成することが可能になる。また、水素ガスを溶存させる水として水道水を用いれば、水素ガス溶存水を比較的安価に製造することができる（請求項６の発明）。

［請求項８の発明］
気泡が除去されたガス溶存水は超音波洗浄の洗浄液として好適である。

［請求項９の発明］
請求項９の発明によれば、ガスを水に溶け込ませ易くなる。これは、磁場によって水のクラスターサイズが小さくなったからであると推測される。ここで、磁場付与手段は、永久磁石や電磁石で構成すればよい。

［請求項１０の発明］
請求項１０の発明によれば、水に予め含まれている気体を脱気してから、ガスを溶解させることで、水に対するガスの溶存量を高めたり溶解させ易くなる。

［第１実施形態］
以下、本発明に係る第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１に示された本実施形態のガス溶存水製造装置１００は、水が流される配管１１に沿って上流側から順番に磁場付与装置１７、気液混合ポンプ１２、ガス溶存水生成ミキサー１０（以下、適宜、「ミキサー１０」という）、脱泡装置１９を備えている。

水素ガス供給装置１３は、例えば、水を電気分解することで水素ガスを生成している。なお、水素ガス供給装置１３は、メタノールや天然ガスを改質して水素ガスを生成する構成でもよいし、予め水素ガスが充填された市販の水素ガスボンベでもよい。

磁場付与装置１７（本発明における「磁場付与手段」に相当する）は、内部に磁石（例えば、電磁石、永久磁石の何れでもよい）を備え、配管１１を貫通する磁束を発生させている。そして、この磁束による磁場を水が通過するように構成されている。これにより、水のクラスターサイズ（水分子の集合体の大きさ）が小さくなるものと推測される。

気液混合ポンプ１２は、気体の吸引口と水の吸引口とを別々に備え、気体の吸引口には、水素ガス供給装置１３から延びたガス配管１４が接続されている。ガス配管１４の途中には気液混合ポンプ１２への水素ガスの供給量（流量）を調節するためのマスフローコントローラ２８が備えられている。一方、水の吸引口には、配管１１を介して図示しない水道管が接続されており、配管１１の上流端には、水道管から供給される水道水（以下、適宜「水」という）の流量を調節するための流量調節器２９が備えられている。

気液混合ポンプ１２は、流量調節器２９により設定された所定流量（例えば、１０〜２０Ｌ／ｍｉｎ）で水を、また、マスフローコントローラ２８により設定された所定流量（例えば、０．１〜０．５Ｌ／ｍｉｎ）及び所定圧力（例えば、０．２〜０．４ＭＰａ）で水素ガスを吸引し、これら水と水素ガスとを攪拌混合してから、ガス溶存水生成ミキサー１０に所定圧力（例えば、０．７〜１．２ＭＰａ）で圧送する。そして、ミキサー１０を通過する過程で水に対する水素ガスの溶存量が高められて水素ガス溶存水が製造される。この水素ガス溶存水は、脱泡装置１９にて気泡を除去された後、例えば、水素ガス溶存水を洗浄水として使用する超音波洗浄装置（図示せず）へと供給される。

ここで、配管１１の所定部位には、気液混合ポンプ１２への水の供給圧力及び供給流量を計測するための圧力センサ２７及び流量センサ６１、気液混合ポンプ１２からミキサー１０に向けて圧送される、水素ガスと混合された水（以下、適宜「混合流体」という）の圧力を計測するための圧力センサ２６、ミキサー１０を通過した水素ガス溶存水の流量を計測するための流量センサ６０が備えられている。また、配管１１及びガス配管１４の所定位置にはバルブが備えられている。

さらに、ガス溶存水製造装置１００は、ミキサー１０と脱泡装置１９との間で配管１１から分岐した採水管２１を備えている。この採水管２１により、配管１１中に残った水を排水することができる。また、採水管２１の途中には、流量調節器２０と共に、ｐＨ計６２、酸化還元電位計６３及び溶存水素計６４が備えられている。これにより、製造された水素ガス溶存水の水質を検査できるようになっている。

次に、本発明に係るガス溶存水生成ミキサー１０について詳説する。図２に示すように、ガス溶存水生成ミキサー１０は、金属（例えば、ステンレス）製の筒形ボディ３０の内部に、同じく金属（例えば、ステンレス）製のミキシング壁４０、内部隔壁４２及び板金部材５０を収容してなる。

筒形ボディ３０は、円筒状をなしたボディ本体３１（本発明の「外側円筒管」に相当する）の軸方向の両端部に流入側パイプ３２及び流出側パイプ３３を備えている。これら各パイプ３２，３３は、ボディ本体３１より小径な円管状をなしており、その内周面には配管１１と螺合する螺子部３４が形成されている。これら各パイプ３２，３３が配管１１の途中に連結されて、ミキサー１０の内部を気液混合ポンプ１２から圧送された水（詳細には、水素ガスと水の混合流体）が通過可能となっている。なお、流入側パイプ３２の内径は流出側パイプ３３の内径よりも僅かに小径となっている。

詳細には、ボディ本体３１は、両端開放の円筒部材３１Ａの両端部に平板リング状の端部壁部材３１Ｂ，３１Ｂを宛がって、それら円筒部材３１Ａと端部壁部材３１Ｂ，３１Ｂとを全周に亘って溶接してなる。端部壁部材３１Ｂのうち径方向の外寄り位置には円筒ボス３６が一体形成されており、この円筒ボス３６が円筒部材３１Ａの端部内側に嵌合している。また、筒形ボディ３０は、端部壁部材３１Ｂ，３１Ｂの中央に形成された孔部３１Ｃ，３１Ｃに流入側パイプ３２及び流出側パイプ３３をそれぞれ嵌合した状態でその嵌合部分を全周に亘って溶接してなる。

図２に示すように、ボディ本体３１の上流端側にはミキシング壁４０が備えられている。図３（Ａ）に示すように、ミキシング壁４０は円板構造をなしており、その外径はボディ本体３１（円筒部材３１Ａ）の内径とほぼ同一となっている。また、ミキシング壁４０の中心部には、円形の第１通水孔４１が１つ貫通形成されている。図３（Ｂ）に示すように、第１通水孔４１の両開口縁４１Ｋは、外側に向かって拡径したテーパ形状をなしている。具体的には、第１通水孔４１の両開口縁４１Ｋにおける最大内径Ｄ１は、例えば、９ｍｍであり、第１通水孔４１の軸方向中央部における最小内径Ｄ２は、例えば、５ｍｍである。また、両開口縁４１Ｋにおけるテーパ角度θ１は約４５度である。なお、ミキシング壁４０は、本発明における「上流側の区画壁」に相当する。

図２に示すように、ボディ本体３１の内部でミキシング壁４０より下流側にはミキシング壁４０よりやや厚肉な内部隔壁４２（本発明の「円形板」に相当する）が備えられている。図４（Ａ）に示すように、内部隔壁４２は、ミキシング壁４０と同様に円板構造をなしている。即ち、内部隔壁４２の外径は、ボディ本体３１（円筒部材３１Ａ）の内径とほぼ同一である。また、内部隔壁４２の中心部には、ミキシング壁４０の第１通水孔４１よりやや大径な螺子孔４２Ｎ（本発明の「貫通孔」に相当する）が貫通形成されている（図４（Ｂ）を参照）。

図２に示すように、ミキシング壁４０と内部隔壁４２は筒形ボディ３０（ボディ本体３１）の軸方向に間隔を空けて重ねて配置されている。詳細には、筒形ボディ３０のうち上流側の端部壁部材３１Ｂとミキシング壁４０との間、ミキシング壁４０と内部隔壁４２との間、及び、内部隔壁４２と下流側の端部壁部材３１Ｂとの間には、それぞれ扁平筒状のスペーサ４５（例えば、ステンレスリング）が挟まれている。これにより、ミキシング壁４０と内部隔壁４２とが筒形ボディ３０の軸方向で間隔を空けて固定されると共に、ボディ本体３１の内部がその軸方向で複数の流体通過エリアに区画されている。

図２に示すように、内部隔壁４２の螺子孔４２Ｎにはノズル５５が螺合されている。ノズル５５は円筒状をなしており、先端部が流出側パイプ３３の内側に達している。また、ノズル５５の内径は、その軸方向における中間部が、螺子孔４２Ｎに螺合した基端部と流出側パイプ３３内に配置された先端部とに比較して大径となっている。

ノズル５５は、その先端寄り位置でノズル本体５６（本発明の「延長インナーパイプ」に相当する）とノズルヘッド５７とに分割可能となっている。詳細には、ノズル本体５６の先端外周面には雄螺子が形成されており、ノズルヘッド５７の外周面に係合した連結ナット５８をその雄螺子に螺合することで、ノズル本体５６とノズルヘッド５７とが連結されている。そして、ノズル本体５６の先端面とノズルヘッド５７の基端面との間に、円形の板金部材５０の外縁部が板厚方向で挟持されている。なお、本実施形態では、ノズルヘッド５７と、その外周面に係合した連結ナット５８とで、本発明の「雌螺子スリーブ」が構成されている。

図５（Ａ）に示すように、板金部材５０は、ミキシング壁４０よりも小径でかつ薄肉（例えば、０．２ｍｍ）な薄板円板状をなしている。板金部材５０の中心部には、ミキシング壁４０の第１通水孔４１より小径（例えば、２．０〜３．０ｍｍ）な第２通水孔５１が形成されている。そして、本実施形態のミキサー１０では、ミキシング壁４０を通過した水が全てこの第２通水孔５１を通過するようになっており、内部隔壁４２、ノズル５５及び板金部材５０によって、本発明の「下流側の区画壁」が構成されている。

ここで、ミキサー１０は、第２通水孔５１の孔径を異ならせた複数種類の板金部材５０を交換可能に備えており、製造条件や製造量の目標値に応じて適宜選択可能となっている。即ち、第２通水孔５１の孔径を大きくする程、単位時間当たりの水素ガス溶存水の製造量を増加させることができる。この点については後述する実験で実証された。

さて、板金部材５０には、上流側から受ける水圧が所定の基準値以上となった場合に、第２通水孔５１の開口面積を広げるように板金部材５０を破断させるための破断溝５２が形成されている。破断溝５２は、板金部材５０の下流側を向いた面に形成されており、第２通水孔５１の開口縁に一端が接続されて、径方向の外側に向かって延びている。これら破断溝５２は、板金部材５０を周方向で４等分する位置に配置されており、周方向で隣り合った破断溝５２同士が直角となっている。図５（Ｂ）に示すように、破断溝５２は、例えば、断面Ｖ字形をなしている。具体的には、板金部材５０の板厚は０．２ｍｍであり、破断溝５２の深さは板金部材５０の板厚の約半分（約０．０８〜０．１ｍｍ）であり、破断溝５２のテーパー角度θ２は約６０度となっている。

以上が、本実施形態におけるガス溶存水製造装置１００の構造の説明であって、次に作用及び効果を説明する。本実施形態のガス溶存水製造装置１００では、以下のようにして水素ガス溶存水が製造される。まず、気液混合ポンプ１２によって水と水素ガスとが吸引される。水は、流量調節器２９によって設定された所定流量（例えば、１０〜２０Ｌ／ｍｉｎ）で吸引され、気液混合ポンプ１２に流入する前に磁場付与装置１７を通過する。磁場付与装置１７を通過することで水に対して磁場が付与される。

一方、水素ガスは、マスフローコントローラ２８によって設定された所定流量（例えば、０．２〜０．４Ｌ／ｍｉｎ）で気液混合ポンプ１２に吸引される。気液混合ポンプ１２にて水素ガスと水とが攪拌混合され、この水素ガスと混合された水がミキサー１０に向けて所定の圧力で圧送される。

水素ガスと混合された水は、ミキサー１０内に流入してミキシング壁４０に衝突する。ミキシング壁４０に衝突した水は、ミキシング壁４０に形成された第１通水孔４１に押し込められることで加圧される。

ミキシング壁４０の第１通水孔４１を通過した水は、ミキシング壁４０と内部隔壁４２との間の流体通過エリア内に流入する。この流体通過エリアにおいて水にかかる圧力は減圧される。

ミキシング壁４０と内部隔壁４２との間の流体通過エリアに流入した水は、内部隔壁４２に接続されたノズル５５の内部に押し込められることで再び加圧され、ノズル５５内に備えた板金部材５０の第２通水孔５１を通過する際にさらに加圧される。そして、板金部材５０を通り過ぎると、水にかかる圧力が減圧される。このように、ミキサー１０を通過する過程で、水素ガスと混合された水にかかる圧力の強弱が繰り返される。これにより、水素ガスが水に溶け込んで、酸化還元電位値（以下、「ＯＲＰ値」という）が水道水に比較して低い水素ガス溶存水が製造される。

ここで、ミキサー１０を通過した直後の水素ガス溶存水に気泡が含まれることがあり得るが、気泡は超音波の伝搬を妨げ洗浄効率を低下させるため好ましくない。これに対し、本実施形態のガス溶存水製造装置１００では、ミキサー１０を経て製造された水素ガス溶存水中の気泡が脱泡装置１９にて除去される。そして、必要に応じてバルブ２４が開放され、水素ガス溶存水が、図示しない超音波洗浄装置に供給される。

なお、水素ガス溶存水による洗浄対象物としては、医療機器や工業用部品（例えば、半導体部品、光学系レンズ、ガラス金型、金属部品）が挙げられる。また、配管洗浄等に利用することもできる。

ところで、ミキサー１０の板金部材５０に形成された第２通水孔５１は、ミキシング壁４０の第１通水孔４１（内径５〜９ｍｍ）に比較して小径（２．０〜３．０ｍｍ）であるため、ミキシング壁４０に比較して、異物や結晶の析出等による詰まりが起こり易い。そして、第２通水孔５１が詰まると、ミキサー１０より上流側の配管１１の内圧が上昇し、配管１１の破損や、破損部位からの水漏れが起こり得る。これに対し、本実施形態によれば、第２通水孔５１が詰まって板金部材５０が受ける水圧が予め設定された基準値以上となると、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、板金部材５０が破断溝５２に沿って裂けて下流側に塑性変形し、第２通水孔５１の開口面積が広げられる。すると、詰まりが解消されると共に板金部材５０を多くの水が通過可能となって、配管１１の内圧が減少する。これにより、ミキサー１０の詰まりによる配管１１の破損や水漏れを未然に防止することができる。ここで、第２通水孔５１の詰まりに限らず、ミキサー１０に対して水が過剰供給された場合にも、上述の如く水圧によって板金部材５０が破断して配管１１の破損や水漏れを未然に防止することができる。

また、上述の如く板金部材５０が破壊された場合には、板金部材５０を新品に交換することで、再度、ミキサー１０が使用可能となる。板金部材５０を以下のようにして交換することができる。まず、ミキサー１０を配管１１から取り外す。次いで、ミキサー１０の流出側パイプ３３から回転工具（図示せず）を挿入して内部隔壁４２の螺子孔４２Ｎとノズル５５との螺合を解除し、ノズル５５を筒形ボディ３０から取り出す。次いで、ノズル５５の連結ナット５８を緩めてノズル本体５６とノズルヘッド５７とに分解し、破壊された板金部材５０の代わりに新品の板金部材５０をセットする。そしてノズル本体５６とノズルヘッド５７とを再び螺合すると、それらノズル本体５６とノズルヘッド５７との間に板金部材５０の外周縁が挟まれて、ノズル５５の内部に固定される。最後に、ノズル５５を流出側パイプ３３から挿入して、回転工具により内部隔壁４２の螺子孔４２Ｎに螺合する。以上で、板金部材５０の交換作業は完了である。このように、板金部材５０が破壊された場合には、ミキサー１０のその他の部品は流用し、板金部材５０だけを交換することができるから、ランニングコストを抑えることができる。なお、板金部材５０が破壊されたか否かに拘わらず、板金部材５０の交換作業は上述した手順で行えばよい。

［第２実施形態］
図７は本発明の第２実施形態を示す。この第２実施形態は、ガス溶存水製造装置２００に脱気装置２５が備えられている点が構成を上記第１実施形態とは異なる。その他の構成については上記第１実施形態と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図７に示すように、脱気装置２５は、配管１１のうち磁場付与装置１７と気液混合ポンプ１２との間に備えられている。脱気装置２５は、真空モジュール内に水道水を導入し、その真空モジュール内を真空ポンプ等によって真空にすることで水道水から気体（空気）を抜く構成となっている。なお、脱気装置２５は、このような真空脱気装置に限らず、例えば、超音波振動を利用したものでもよい。本実施形態によっても、上記第１実施形態と同等の効果を奏する。また、本実施形態によれば、上記第１実施形態に比べて少ない水素ガス供給量でＯＲＰ値を低下させることができ、水素ガス溶存水における溶存水素量も増加させることができた。この点については、後述する実験により実証された。

［実施例］
本発明の実施品１として、上記第１実施形態のガス溶存水製造装置１００と同一構造のガス溶存水製造装置を製作した。また、本発明の実施品２として、上記第２実施形態のガス溶存水製造装置２００と同一構造のガス溶存水製造装置を製作した。そして、これら実施品１及び実施品２用いて水素ガス溶存水を実際に製造し、それぞれの水素ガス溶存水のｐＨ、ＯＲＰ値、溶存水素量を計測した。なお、製造条件は表１に示す通りである。

図８のグラフに示すように、実施品１及び実施品２では、水素ガス供給量を１５０ｍｌ以上とした場合に、水素ガス溶存水のＯＲＰ値が−５５０〜−６００ｍＶとなった。また、実施品１では、水素ガス供給量を１００ｍｌとしても、水素ガス溶存水のＯＲＰ値を約−１９０ｍＶまでしか低下させることができなかったのに対し、実施品２では、水素ガス供給量を１０ｍｌとした時点で、水素ガス溶存水のＯＲＰ値はすでに約−４８０ｍＶまで低下し、水素ガス供給量を５０ｍｌとすると、実施品１で水素ガス供給量を１５０ｍｌとしたときとほぼ同じ約−５５０ｍＶまで低下した。このことから、水道水を予め脱気しておくと、より少ない水素ガス供給量で水素ガス溶存水のＯＲＰ値を低下させることができることが分かった。これは、脱気により水素ガスが水に溶け込み易くなったためであると推測される。

図９のグラフに示すように、実施品２によって製造した水素ガス溶存水は、実施品１によって製造した水素ガス溶存水よりも、溶存水素量が大きいことが分かった。これは、実施品１で製造した水素ガス溶存水は、水素ガス以外の気体（空気など）が多く溶解しているのに対し、実施品２で製造した水素ガス溶存水は、水を予め脱気したことにより、溶解している気体の殆どが水素ガスとなったからであると考えられる。

さらに、図１０のグラフに示すように、実施品１で水素ガス溶存水を製造した場合、水素ガス溶存水のｐＨは、水素ガス供給量に拘わらずほぼ一定であり、水素ガスを溶解させる前の水道水と殆ど同じｐＨ６．６〜６．８であった。一方、実施品２で水素ガス溶存水を製造した場合には、水素ガス溶存水のｐＨが水素ガスを溶解させる前の水道水より高くなった。例えば、水素ガス供給量を５００ｍｌとした場合にはｐＨ７．８となったが、依然として中性領域に保持されていることが分かった。

以上を纏めると、実施品１によれば、水素ガスを溶解させる前の水とほぼ同じｐＨの水素ガス溶存水を製造することができた。実施品２によれば、水素ガスを溶解させる前より若干ｐＨが上昇するものの、実施品１より少ない水素ガス量で水素ガス溶存水を製造することができた。

［実施例２］
実施品１及び実施品２において、第２通水孔５１の孔径を２．０〜３．０ｍｍの範囲で変化させると共に、孔径以外の条件を下記表２の如く設定して水素ガス溶存水を実際に製造し、その単位時間当たりの製造量、ｐＨ、ＯＲＰ値、溶存水素量を計測した。

［実験結果］
図１１には、実施品１で製造した場合の第２通水孔５１の孔径に対する単位時間当たりの製造量、ｐＨ、ＯＲＰ値、溶存水素量が示されており、図１２には、実施品２で製造した場合の第２通水孔５１の孔径に対する単位時間当たりの製造量、ｐＨ、ＯＲＰ値、溶存水素量が示されている。これらのグラフに示すように、実施品１及び実施品２の何れの場合でも、第２通水孔５１の孔径を大きくするに従って、単位時間当たりの製造量が増加することが分かった。具体的には、孔径を最小の２．０ｍｍとした場合には、１分間当たりの製造量が５〜６Ｌであったのに対し、孔径を最大の３．０ｍｍとした場合には、１分間当たりの製造量が約２倍の１０〜１２Ｌとなった。

また、水素ガス溶存水のＯＲＰ値は、僅かではあるが第２通水孔５１の孔径が小さくなるに従い低下することが分かった。

ｐＨに関しては、実施品１で製造した水素ガス溶存水は、第２通水孔５１の孔径に拘わらず水素ガスを溶解する前の水道水とほぼ同じｐＨであった。実施品２で製造した水素ガス溶存水は、孔径に拘わらず水素ガスを溶解する前の水道水よりｐＨが上昇し、孔径を２．６ｍｍ以下としたときに上昇量が比較的大きかった。

溶存水素量は、実施品１及び実施品２の何れの場合も、孔径を３．０ｍｍとしたときに比較的低かったが、それでも１．０ｐｐｍ以上であることが分かった。その他の孔径（２．０〜２．８ｍｍ）では、孔径に拘わらずほぼ同じであった。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記第１及び第２実施形態では、磁場付与装置１７を備えていたが磁場付与装置１７を備えていなくてもよい。

（２）上記実施形態では、水素ガス溶存水の原水として、水道水を使用していたが、水道水に限るものではない。例えば、井戸水、湧き水、工業用水でもよい。また、軟水、純水、蒸留水を使用してもよいし、水を電気分解することで陰極側に生成された陰極水を使用してもよい。ここで、陰極水は、電気分解する前の水よりもＯＲＰ値が低くなっているので、この陰極水に水素ガスを溶存させることで、さらにＯＲＰ値の低い水素ガス溶存水を製造することができる。

（３）上記実施形態では、配管１１の途中にガス溶存水生成ミキサー１０を１つだけ備えていたが、複数のガス溶存水生成ミキサー１０を直列又は並列に接続してもよい。

（４）上記実施形態では、水道管に配管１１を直接接続していたが、水道水を蓄える貯水槽を設けて、ここに配管１１を接続してもよい。このようにすれば、気液混合ポンプ１２に供給される水の圧力、さらには、ミキサー１０にかかる圧力が一定となり、より安定した水素ガス溶存水を製造することが可能となる。

（５）上記実施形態では、製造された水素ガス溶存水は、そのまま超音波洗浄装置に送水されていたが、生成水タンクを設けて一旦貯留するようにしてもよい。生成水タンクは密閉することが好ましいが開放していてもよい。これにより、生成水タンク内に水素ガスが滞留することが防がれる。

（６）上記実施形態では、採水管２１に溶存水素計６４を備えていたが、この溶存水素計６４の計測値に基づいて、水素ガスの供給量を自動制御する制御装置を備えていてもよい。

（７）上記実施形態では、破断溝５２が形成された板金部材５０の他に、破断溝５２が形成されていないミキシング壁４０を１つ備えていたが、板金部材５０の他に２つ以上のミキシング壁４０を備えていてもよい。なお、板金部材５０を最も下流側に配置することが好ましい。

（８）水素ガス溶存水を環流させるための循環配管を設けて、水素ガス溶存水がミキサー１０を複数回通過するような構成としてもよい。

（９）上記実施形態では、板金部材５０を周方向で４等分する位置に破断溝５２が形成されていたが、その他複数等分する位置に放射状に設けてもよい。

（１０）上記実施形態では、破断溝５２を板金部材５０の下流側の面だけに形成していたが上流側の面だけ或いは、上流側と下流側の両面に形成してもよい。

（１１）配管１１のうち磁場付与装置１７より上流側に、水道水に混入した異物（錆等）を除去するためのプレフィルターを設けてもよい。

（１２）水が流れる配管１１のうち、気液混合ポンプ１２より上流側位置にガス配管１４を接続して、気液混合ポンプ１２に流入する直前の水に水素ガスを吹き込むようにしてもよい。

（１３）ミキシング壁４０に複数の第１通水孔４１を設けてもよい。

（１４）ガス溶存水製造装置のうち、磁場付与装置１７或いは脱気装置２５より下流側の配管１１を複数系統に分岐させて、各系統にそれぞれ、気液混合ポンプ１２、ミキサー１０及び脱泡装置１９を設けてもよい。このようにすれば、異なる水質（ｐＨ、溶存水素量、ＯＲＰ値）の水素ガス溶存水を同時に製造することが可能となる。また、何れか一方の系統で水素ガス溶存水の製造ができなくなっても、他方の系統で水素ガス溶存水の製造を継続することができる。

（１５）水に溶解させるガスは、水素ガスに限定するものではなく、例えば、酸素、オゾン、二酸化炭素、アンモニア等でもよい。

（１６）気液混合ポンプ１２より上流側に、水道水中の残留塩素を除去するための脱塩素装置と、金属イオンを除去するための軟水装置とを備えてもよい。

本発明の第１実施形態に係るガス溶存水製造装置の概念図 ガス溶存水生成ミキサーの側断面図 （Ａ）ミキシング壁の平面図、（Ｂ）ミキシング壁の断面図 （Ａ）内部隔壁の平面図、（Ｂ）内部隔壁の断面図 （Ａ）板金部材の平面図、（Ｂ）板金部材の断面図 （Ａ）破断した板金部材の平面図、（Ｂ）図６（Ａ）におけるＸ−Ｘ断面図 第２実施形態に係るガス溶存水製造装置の概念図 実施品１と実施品２で製造された水素ガス溶存水の水素ガス供給量とＯＲＰ値との関係を示すグラフ 水素ガス溶存水の水素ガス供給量と溶存水素量との関係を示すグラフ 水素ガス溶存水の水素ガス供給量とｐＨとの関係を示すグラフ 実施品１で製造した場合の第２通水孔の孔径と水素ガス溶存水の単位時間当たり製造量、ＯＲＰ値、ｐＨ、溶存水素量との関係を示すグラフ 実施品２で製造した場合の第２通水孔の孔径と水素ガス溶存水の単位時間当たり製造量、ＯＲＰ値、ｐＨ、溶存水素量との関係を示すグラフ

符号の説明

１０ ガス溶存水生成ミキサー
１２ 気液混合ポンプ
１７ 磁場付与装置（磁場付与手段）
１９ 脱泡装置
２５ 脱気装置
３１Ｂ 端部壁部材
３１Ｎ 螺子孔
４０ ミキシング壁（上流側の区画壁）
４１ 第１通水孔
４２ 内部隔壁（円形板）
４２Ｎ 螺子孔
５０ 板金部材
５１ 第２通水孔
５２ 破断溝
５６ ノズル本体（延長インナーパイプ）
５７ ノズルヘッド
５８ 連結ナット
１００，２００ ガス溶存水製造装置

Claims (10)

1. ガスを混合した水が流される流路を有したボディと、前記流路を軸方向で複数の流体通過エリアに区画する区画壁と、前記区画壁に貫通形成されて、前記流体通過エリア同士の間を連絡する通水孔とを備え、水圧を前記通水孔で上げて前記流体通過エリアで下げるように変化させることで前記水に対する前記ガスの溶存量を高めてガス溶存水を生成するためのガス溶存水生成ミキサーであって、
   前記ボディは、外側円筒管の両端部を端部壁で閉塞する共に、一方の前記端部壁の中心に形成された貫通孔に流入側パイプを接続すると共に、他方の前記端部壁の中心に形成された貫通孔に流出側パイプを接続した構造をなし、
   前記区画壁は、前記外側円筒管の内部に軸方向に対をなして設けられ、
   前記上流側の区画壁は、前記外側円筒管の内周面に固定された円形板で構成されると共に、その中心に前記通水孔が貫通成形され、
   前記下流側の区画壁は、前記外側円筒管の内周面に固定された円形板と、前記円形板の中心に形成された貫通孔に一端部を嵌合固定されて、前記流出側パイプの内側に向かって延びた延長インナーパイプと、前記延長インナーパイプの先端外面に形成された雄螺子に螺合された雌螺子スリーブと、前記延長インナーパイプの先端面と、前記雌螺子スリーブの一端部から内側に張り出した押さえ壁との間に外縁部を挟まれて取り付けられた円形の板金部材とから構成されると共に、その板金部材に通水孔が貫通形成され、
   前記板金部材には、前記通水孔の開口縁に一端が接続されて前記通水孔から離れる方向に延びかつ前記板金部材の一部を薄肉にしてなり、上流側から予め定められた基準値以上の水圧を受けたときに破断又は変形して前記通水孔の開口面積を広げる破断溝が形成されたことを特徴とするガス溶存水生成ミキサー。
2. 前記区画壁を２つ以上設け、最も下流に配置された前記区画壁に形成された前記通水孔の開口面積を、他の前記区画壁に形成された前記通水孔の開口面積より小さくすると共に、前記破断溝は、前記最も下流に配置された前記区画壁に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のガス溶存水生成ミキサー。
3. 前記破断溝は、断面Ｖ字形であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス溶存水生成ミキサー。
4. 前記破断溝は、前記通水孔から放射状に延びていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のガス溶存水生成ミキサー。
5. 前記ガスは水素ガスであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のガス溶存水生成ミキサー。
6. 前記水は、水道水又は水を電気分解することで陰極側に生成する陰極水であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のガス溶存水生成ミキサー。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載のガス溶存水生成ミキサーと、
   前記水と共に前記ガスを吸引し、そのガスと前記水とを混合して前記ガス溶存水生成ミキサーへ向けて排出する気液混合ポンプとを備えたことを特徴とするガス溶存水製造装置。
8. 前記ガス溶存水生成ミキサーを経て製造された前記ガス溶存水中の気泡を除去する脱泡手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載のガス溶存水製造装置。
9. 前記気液混合ポンプの吸引口より上流側に、前記水に対して磁場を付与する磁場付与手段を設けたことを特徴とする請求項７又は８に記載のガス溶存水製造装置。
10. 前記気液混合ポンプの吸引口より上流側に、前記水に予め含まれる気体を脱気するための脱気手段を備えたことを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載のガス溶存水製造装置。