JP5180405B2 - 窒素処理水生成装置、窒素処理水生成方法、及び、窒素処理水により処理する生鮮魚介類の鮮度保持処理法 - Google Patents

窒素処理水生成装置、窒素処理水生成方法、及び、窒素処理水により処理する生鮮魚介類の鮮度保持処理法 Download PDF

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Description

本発明は、生鮮魚介類を処理する処理水と微細化した窒素ガスを混合して、その処理水中の溶存酸素量を減少させるとともに、その処理水中に微細化した窒素ガスを含有する窒素処理水を生成することができる装置と、その窒素処理水を生成する方法と、その窒素処理水と、その窒素処理水により処理する生鮮魚介類の鮮度保持処理法に関する。すなわち、窒素ガスを直径がナノレベル(1μm以下)の微細な気泡(以下、「ナノバブル」ともいう)となして、このナノバブルを処理水中に混入させたナノバブル処理水となすことで窒素処理水を生成することができる装置と、その窒素処理水を生成する方法と、その窒素処理水と、その窒素処理水により処理する生鮮魚介類の鮮度保持処理法に関する。ここで、窒素処理水は、生鮮魚介類の鮮度保持以外に、パイプ中の洗浄等に使用することもできる。また、処理水としては、水道水、海水、塩水(かん水を適量だけ付加して塩分濃度2.8%〜4%とした水)等を使用することができる。
従来、窒素処理水生成装置の一形態として、特許文献1に開示されたものがある。すなわち、特許文献1には、窒素ガスを供給する窒素ガスボンベと、生鮮食品の加工漬けに用いる加工水を、加工対象である生鮮食品とともに保存する加工水タンクと、前記窒素ガスボンベから供給される窒素ガスを該加工水槽内の加工水に溶解させる窒素ガス溶解器と、からなる加工水製造装置が開示されている。そして、かかる加工水製造装置によれば、溶存酸素量の低い加工水を提供できる、というものである。
特開2007−282550号公報
ところが、上記した加工水製造装置では、窒素ガスを水中に注入することにより、水中の溶存酸素量が4,99DOから1,36DOまで減少すると説明されているが、そこまで減少するのに3時間30分を要している。そして、この3時間30分中、窒素ガスは連続0.2パスカルで水中に注入され続けている。ということは、水中の溶存酸素量が減少するとしても、溶存酸素量の減少量からすると窒素ガスが無駄に大量放出されていて、水中の溶存酸素量を低減化させる効率は必ずしも良いとはいえないことになる。
そこで、本発明は、上記した課題に鑑みて、処理水中の溶存酸素量の低減化効率を大幅に向上させることができるとともに、微細化した窒素ガスを含有する窒素処理水を生成することができる装置と、その窒素処理水を生成する方法と、その窒素処理水と、その窒素処理水による生鮮魚介類の鮮度保持処理法を提供することを目的とする。
第1の発明に係る窒素処理水生成装置は、流体を循環させる循環流路と、循環流路の中途部に設けて処理水を収容するタンクと、タンクから流出する処理水に窒素ガスを供給すべく循環流路の中途部に接続した窒素ガス供給部と、窒素ガス供給部から供給された窒素ガスと処理水の気液混相にせん断力を作用させることで、窒素ガスを超微細な気泡を有する気泡群となして処理水と混合すべく循環流路の中途部に設けた流体混合処理部と、を備え、流体混合処理部から流出した気泡群混じりの処理水はタンク内に環流させて、タンク内にて処理水中に溶存している酸素を微細な気泡となした窒素ガスに放散させることで、酸素が放散した微細な窒素ガスを処理水中にて浮上させるとともに、処理水から脱出させるようにした窒素処理水生成装置であって、流体混合処理部は、循環流路に沿って伸延する一対の板状の混合エレメント間に循環流路に沿って伸延する板状の中間混合エレメントを介在させて積層状態となし、上層の混合エレメントの下面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面と、中間混合エレメントの上面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面とを、相互の凹部同士が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成するとともに、中間混合エレメントの下面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面と、下層の混合エレメントの上面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面とを相互の凹部同士が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成し、各混合流路の始端部には混合エレメントの一側部に形成した流入孔を連通させる一方、各混合流路の終端部には混合エレメントの他側部に形成した流出孔を連通させて構成し、各混合流路は、前記流入孔から流入した流体を混合流路の伸延方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を混合流路の伸延方向に流動させて合流させる複数の合流部とを具備し、上層の混合エレメントの一側端部には、一端を上層の混合エレメントの一側端面に開口させて流入孔を形成する一方、他端を上層の混合エレメントの一側端部下面に開口させて流入側接続部を形成し、流入側接続部と混合流路の始端部とを始端側一時滞留空間を介して連通させるとともに、始端側一時滞留空間は、上層の混合エレメントの一側部下面に形成した凹状の空間形成部と、中間混合エレメントの一側部に上下方向に貫通させて形成した空間形成部と、下層の混合エレメントの一側部上面に形成した凹状の空間形成部とを、上下方向に整合させて形成し、上層の混合エレメントの他側端部には、一端を上層の混合エレメントの他側端面に開口させて流出孔を形成する一方、他端を上層の混合エレメントの他側端部下面に開口させた流出側接続部を形成し、流出側接続部と混合流路の終端部とを終端側一時滞留空間を介して連通させるとともに、終端側一時滞留空間は、上層の混合エレメントの他側部下面に形成した凹状の空間形成部と、中間混合エレメントの他側部に上下方向に貫通させて形成した空間形成部と、下層の混合エレメントの他側部上面に形成した凹状の空間形成部とを、上下方向に整合させて形成し、中間混合エレメントの上面と下層の混合エレメントの上面には、それぞれ多数の凹部と空間形成部の周囲を囲むようにOリング配置溝を形成し、各Oリング配置溝にはOリングを配置して、積層状態となした各混合エレメント間を密閉していることを特徴とする。
そして、第1の発明に係る窒素処理水生成装置において、流体混合処理部は、循環流路に沿って伸延する一対の板状の混合エレメント間に循環流路に沿って伸延する板状の中間混合エレメントを介在させて積層状態となし、上層の混合エレメントの下面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面と、中間混合エレメントにその肉厚方向に貫通させて多数形成した貫通孔からなる上面の混合流路形成パターン面とを、凹部と貫通孔が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成するとともに、中間混合エレメントの下面の混合流路形成パターン面と、下層の混合エレメントの上面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面とを、貫通孔と凹部が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成し、両混合流路が並列に伸延しかつ貫通孔を通して相互に連通するようにしていることを特徴とする。
また、第1の発明に係る窒素処理水生成装置において、流体混合処理部は、循環流路に沿って伸延する一対の板状の混合エレメント間に循環流路に沿って伸延する板状の中間混合エレメントを二枚介在させて積層状態となし、上層の混合エレメントの下面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面と、上層の中間混合エレメントにその肉厚方向に貫通させて多数形成した貫通孔からなる上面の混合流路形成パターン面とを、凹部と貫通孔が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成し、かつ、上層の中間混合エレメントの下面の混合流路形成パターン面と、下層の中間混合エレメントにその肉厚方向に貫通させて多数形成した貫通孔からなる上面の混合流路形成パターン面とを、貫通孔同士が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成し、かつ、下層の中間混合エレメントの下面の混合流路形成パターン面と、下層の混合エレメントの上面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面とを、貫通孔と凹部が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成し、これらの混合流路が並列に伸延しかつ貫通孔を通して相互に連通するようにしていることを特徴とする。
第2の発明に係る窒素処理水生成方法は、第1の発明に係る流体混合処理部により処理水と窒素ガスの気液混相にせん断力を作用させて窒素ガスを超微細な気泡を有する気泡群となして処理水と混合する窒素ガス・処理水混合工程と、窒素ガス・処理水混合工程で得られた気泡群混じりの処理水をタンク内に収容する収容工程と、収容工程でタンク内に収容した処理水中に溶存している酸素を微細な気泡となした窒素ガスに放散させることで、酸素が放散した微細な窒素ガスを処理水中にて浮上させるとともに、処理水から脱出させる酸素脱出工程と、を具備することを特徴とする。
の発明に係る生鮮魚介類の鮮度保持処理法は、第1の発明に係る流体混合処理部により生成した超微細な気泡を有する気泡群となした窒素ガスを処理水と混合してタンク内に収容し、タンク内にて処理水中に溶存している酸素を微細な気泡となした窒素ガスに放散させることで、酸素が放散した微細な窒素ガスを処理水中にて浮上させるとともに、処理水から脱出させて窒素処理水を生成し、窒素処理水中に生鮮魚介類を一定時間浸漬させて処理することを特徴とする。
の発明においては、窒素処理水中に一定時間浸漬させて処理した生鮮魚介類を、収容袋中に収容するとともに収容袋内を脱気して密封し、その脱気・密封状態にて冷蔵処理することもできる。
また、第の発明においては、窒素処理水中に一定時間浸漬させて処理した生鮮魚介類を、窒素処理水中に浸漬したままの状態で冷凍処理することもできる。
以下に、窒素ガスを通気することによる水の脱酸素作用について説明する。
(1)水への酸素の吸収(溶解)と酸素を溶解した水からの酸素の放散について
20℃(293K)、1気圧(0.1013MPa)において、純水への純酸素と純窒素の溶解度は、それぞれ44.4g/m3(44.4mg/L)と19.4g/m3(19.4mg/L)であり、酸素の方が2.3倍溶解する。大気中の酸素の割合は21%であるので、20℃、1気圧において空気が水に溶解するときは、酸素の溶解度は(44.4×0.21=)9.3mg/Lで、窒素の溶解度は(19.4×0.79=)15.3mg/Lとなり,窒素の方が1.7倍よく溶ける。これは酸素と窒素の分圧の差による。
いま20℃、1気圧において、純水と空気を接触させると酸素は水中に吸収され、水中の酸素濃度(溶存酸素濃度)が9.3mg/L(そのとき水中の窒素の濃度は15.3mg/L)に達すると吸収は止まり、気液は平衡になる。すなわち溶存酸素濃度は9.3mg/Lになるまでは酸素の吸収が続く。一方、溶存酸素濃度が9.3mg/Lの水を純窒素に接触させると水中の酸素は純窒素側(気相側)に移動する。この現象を放散という。気相側の窒素量は膨大であり、放散した酸素量は無視できるほど少なく、気相の酸素分圧は見かけ上0に保たれるとすると、水中の酸素がなくなる(溶存酸素濃度0)まで酸素の放散は続く。純窒素との接触により窒素は水中に吸収され、水中の窒素濃度は19.4mg/Lまで増大する。
(2)水中への窒素の通気について
気液の接触形態として連続相(液)中の気泡群とする。液は溶存酸素濃度DO0の水、気泡は純窒素気泡の気液接触を考える。純窒素中の酸素分圧は0であるので、液中から気泡中へ酸素が放散する。換言すると、溶存酸素が窒素気泡に取り込まれる(酸素放散)。気泡の容積は有限であるので、酸素の放散につれて気泡中の酸素分圧は上昇する。酸素が放散した気泡(ナノバブルよりも大径の気泡)は液中を上昇し,ついには液から脱出する(気泡消滅)が、液が充分に深いと気泡が液に滞在する間に、気泡中の酸素分圧と液(水)中の酸素濃度の間で平衡(気液平衡)が成立する。そのとき酸素の放散は停止する。しかし,気液平衡が成り立つまで気泡が滞在するほど液深は大きくなく、むしろ現実的な深さの水相では、気液平衡に達するはるか以前に気泡(ナノバブルよりも大径の気泡)は液から脱出する。
溶存酸素濃度DO0の水に純窒素を通気し、純窒素の気泡群を分散させれば、液中に溶解している酸素は純窒素気泡中に放散するので、低溶存酸素濃度の水が得られる。窒素の通気を続ければ、水中の溶存酸素濃度をさらに減少させることができ、最終的には溶存酸素濃度は0まで低下する。
いま、流体混合処理部に、溶存酸素濃度DO0の水を流量Li[m3/h]、純窒素を流量Ga[m3/h]で連続的に供給し、流体混合処理部内で気泡群を分散させた気液二相流を形成して溶存酸素を窒素気泡群中へ放散させれば、溶存酸素濃度を下げた水(溶存酸素濃度DO)を1パスで連続的に生成できる。溶存酸素濃度の減少率DO/DO0 は、流体混合処理部の設計変数を一定とすると水の流量Liおよび窒素の流量Gaの比Ga/Li(気液比)により変わる(熊沢英博,新美富男:食品と開発,Vol.33,No.3,pp.54−55(1998).「食品加工・製造における新規な混合,分散プロセスの開発と新静止型混合器 ラモンド・スターラー VIII.ラモンド・スーパーミキサーの気液混合,分散への応用(2)−放散」)。気液比が大きいほど溶存酸素の残留率DO/DO0 は小さくなる(減少率1−DO/DO0 は大きくなる)ので、目的に応じて気液比を選択する必要がある。気液比が大きいところではDO/DO0の値は0.05より小さくなる。例えば、DO0=9g/m3であればDOは0.45g/m3まで減少できる。
(3)窒素ナノバブル(ナノバブル化した窒素ガス)について
一般に、ナノバブルは生体に対して細胞レベルで何らかの影響を与える可能性がある。このため,窒素ナノバブルは生鮮食品、例えば、魚介類の表面にとどまらず、体内まで効果が及ぶので、体内の好気性が低下する。したがって、少なくとも体内の好気的バクテリアの増殖が抑制されるものと期待される。窒素ナノバブル含有窒素処理水は、魚介類に対してその表面だけでなく、体内に生息する好気性バクテリアの増殖を著しく抑制して、魚介類の鮮度を保つ(魚介類の鮮度の指標値であるK値を低く保つ)ことが期待できる。ここで、K値とは、ATP関連化合物全体に占めるイノシン(HxR)とヒポキサンチン(Hx)の割合である。魚肉のATPは、死後ATP→ADP→AMP→IMP→HxR→Hxの経路で分解するので、HxRやHxの割合が低い程鮮度が良いとされる。刺身用に適当とされているK値は20%以下である。
本発明は、次のような効果を奏する。すなわち、本発明は、生鮮食品等を処理する処理水に窒素ガスを通気して、窒素ガスを超微細な気泡(ナノバブル)を有する気泡群となすことで、処理水中に溶解している酸素を微細な気泡(ナノバブルよりも大径)となした窒素ガスに放散させ、酸素が放散した微細な窒素ガスを処理水中にて浮上させて、処理水から脱出させる(脱酸素)とともに、超微細な気泡(ナノバブル)となした窒素ガスを処理水中に混入(含有)させた窒素処理水を生成することができる。換言すると、処理水中の溶存酸素量の低減化効率を大幅に向上させる(例えば、800リットルの処理水中の溶存酸素量(DO値)を25分間に1.0(mg/L)未満に激減させる)ことができるとともに、窒素ナノバブルを含有して溶存酸素量が低減された窒素処理水を生成することができる。そして、かかる窒素処理水は窒素ナノバブルを含有しているため、窒素ナノバブルが生鮮食品、例えば、魚介類の表面にとどまらず、体内まで効果を及ぼして、体内の好気性を低下させることができる。その結果、窒素ナノバブル含有窒素処理水は、魚介類に対してその表面だけでなく、体内に生息する好気性バクテリアの増殖を著しく抑制して、魚介類の鮮度を保つ(魚介類の鮮度の指標値であるK値を低く保つ)ことが期待できる。窒素ナノバブルはその粒径があまりにも小さいために長時間にわたって窒素処理水中に混入(含有)されることになり、経時的に窒素ナノバブル中の窒素が窒素処理水中に溶存されて、窒素処理水中の窒素溶存量を過飽和状態となすことができる。この際、窒素気泡(バブル)に加わる圧力は窒素気泡の大きさに反比例するため、窒素気泡が超微細(ナノ)になるにしたがって窒素気泡内の圧力は大きくなる。そのため、加圧作用によって窒素ナノバブル内部の気体である窒素は、処理水中に効率的に溶解する。
本発明に係る第1実施形態としての窒素処理水生成装置の概念的説明図。 本発明に係る第1実施形態としての窒素処理水生成装置の制御ブロック図。 本発明に係る第2実施形態としての窒素処理水生成装置の概念的説明図。 第3の鮮度保持処理法の工程説明図。 溶存酸素量(DO値)の減少状態を示すグラフ。 溶存酸素量(DO値)の測定結果。 第1の鮮度保持処理法により処理した真アジのK値測定結果。 第1の鮮度保持処理法により処理した真アジの一般細菌測定結果。 第1の鮮度保持処理法により処理した真アジの官能検査評価1。 第1の鮮度保持処理法により処理した真アジの官能検査評価2。 第2の鮮度保持処理法により処理した真アジとイサキのK値測定結果。 蒸留水と空気を混合処理した際の気泡の粒度分布図。 第1実施形態としての流体混合処理部の正面説明図。 図13のI-I線矢視底面図。 図13のII-II線矢視平面図。 第1実施形態としての流体混合処理部の断面正面説明図。 混合流路形成パターン面の説明図。 第1実施形態としての流体混合処理部の混合流路の説明図。 第2実施形態としての流体混合処理部の断面正面説明図。 第3実施形態としての流体混合処理部の断面正面説明図。 第3実施形態としての流体混合処理部の混合流路の説明図。 第4実施形態としての流体混合処理部の断面正面説明図。 第4実施形態としての流体混合処理部の混合流路の説明図。 第5実施形態としての流体混合処理部の断面正面説明図。 第1実施形態としての流体撹拌部の一部切欠説明図。 図25のIII-III線方向視の断面底面説明図。 図25のIV-IV線方向視の断面平面説明図。 図25のV-V線方向視の断面平面説明図。 可動側撹拌体の底面説明図。 固定側撹拌体の平面説明図。 両撹拌体の基本形態を示す底面説明図。 図31のVI-VI線断面説明図。 第2実施形態としての流体撹拌部の一部切欠説明図。 流体撹拌部の中途部の断面側面説明図。 流体撹拌部の下部の断面側面説明図。 図33のVII-VII線方向視の断面平面説明図。 図33のVIII-VIII線方向視の断面底面説明図。 図33のIX-IX線方向視の断面底面説明図。 両撹拌体の基本形態を示す底面説明図。
以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
[第1実施形態としての窒素処理水生成装置の説明]
図1に示すAは本発明に係る第1実施形態としての窒素処理水生成装置である。かかる窒素処理水生成装置Aは、処理水Wを収容したタンクTの底部に循環パイプJの基端部を連結し、循環パイプJの先端部をタンクT内の処理水W中に上面から挿入して循環流路Rを形成している。
処理水Wは、純窒素ガス(例えば、99.99%濃度以上の高純度窒素ガス)を溶解させて低濃度酸素処理水(高濃度窒素処理水)となす溶媒であり、処理水Wとしては、水道水、海水、塩水等を使用することができる。塩水はかん水を適量だけ付加して塩分濃度2.8%〜4%としたものであり、例えば、3.5%前後の塩分濃度を有する塩水を適用することができる。
循環パイプJの中途部には圧送ポンプPを取り付け、その圧送ポンプPの吸入口近傍(直上流側)に位置する循環パイプJの中途部には純窒素ガスを供給する窒素ガス供給部Nを連結している。
窒素ガス供給部Nから処理水W中に供給される純窒素ガスは、圧送ポンプPの吸入側からエジェクタ効果により圧送ポンプP内に吸入されるようにすることができる。この際、純酸素ガスの吸入量は、循環パイプJ中を流れる処理水Wの循環流量の約3%(STP;0℃、1気圧)に設定することができる。また、圧送ポンプPの吐出口近傍(直下流側)に位置する循環パイプJの中途部に窒素ガス供給部Nを連結して、窒素ガス供給部Nから循環パイプJ中に純窒素ガスを圧送することで、純窒素ガスの供給量を上記した純窒素ガスの吸入量よりも大きい所定量に設定することができる。
窒素ガス供給部Nの下流側に位置する循環パイプJの中途部には、本実施形態では流体である気体と液体を混合する流体混合処理部Mを設けている。流体混合処理部Mは、処理水Wと純窒素ガスの気液混相を蛇行流路中に流動させることで、いくつかの水分子からなるクラスターを形成している処理水Wに高せん断力を作用させて、処理水Wのクラスターの大きさがより小さい改質処理水となすとともに、改質処理水と純窒素ガスとの気液混相に高せん断力を作用させて、溶媒である改質処理水に純窒素ガスを溶解させた低濃度酸素処理水(高濃度窒素処理水)となすようにしている。
窒素処理水生成装置Aには、タンクT内に溶媒である処理水Wを随時供給可能とした処理水供給部Kを設けている。循環パイプJの先端部には圧力調整弁Vを取り付けている。循環パイプJには、気液混合処理部Mの下流側に位置させて熱交換器Hを配設しており、熱交換器Hにより気液混合処理部Mで生成された高濃度酸素処理水を所定の低温度(例えば、1℃〜5℃)となして、その下流側に配置した回収部Gにて所定低温度の高濃度酸素処理水を回収するようにしている。また、循環パイプJには熱交換器Hの下流側に位置させて三方切替弁Vaを配設しており、三方切替弁Vaの切換操作により高濃度酸素処理水を循環パイプJを通して循環流路R内で所定回数(例えば、20回)ないしは所定時間(例えば、25分間)だけ循環させることも、また、回収パイプJbを通して回収部Gに送ることも可能となしている。
タンクTには溶存酸素量検出手段Dを設けており、溶存酸素量検出手段DによりタンクT内の処理水Wの溶存酸素量(DO値)を検出するようにしている。また、タンクTには温度検出手段Taを設けており、温度検出手段TaによりタンクT内の処理水Wの温度を検出するようにしている。
窒素処理水生成装置Aには、図2に示す制御手段Cを設けている。制御手段Cは、パーソナルコンピュータ等のように制御機能を有しており、その入力側インターフェースに溶存酸素量検出手段Dと温度検出手段Taを接続する一方、その出力側インターフェースに処理水供給部Kと窒素ガス供給部Nと圧送ポンプPと熱交換器Hと圧力調整弁Vと三方切替弁Vaを接続している。そして、制御手段Cは、溶存酸素量検出手段Dと温度検出手段Taの検出情報をそれぞれ受信して、その検出情報に基づいて処理水供給部Kと窒素ガス供給部Nと圧送ポンプPと熱交換器Hと圧力調整弁Vと三方切替弁Vaにそれぞれ制御情報を送信して、これらの作動を適宜制御するようにしている。
このように構成すことで、窒素処理水生成装置Aでは、処理水Wに純窒素ガスを供給して、これらを中途部に圧送ポンプPと流体混合処理部Mを設けた循環パイプJとタンクTとで形成される循環流路Rを通して循環させることができる。この際、流体混合処理部Mは、処理水Wと純窒素ガスの気液混相にせん断力を作用させて、純窒素ガスをナノバルブ(直径がナノレベル(1μm以下)の超微細な気泡)を有する気泡群となして処理水Wと混合させることができる。このような気泡群を含有する処理水Wは、タンクT内に環流させることで、タンクT内にて処理水W中に溶存している酸素を微細な気泡(ナノバブルよりも大径)となした純窒素ガスに放散させることができる。そうすることで、酸素が放散した微細な純窒素ガスを処理水W中にて浮上させて、処理水Wから酸素を脱出(脱酸素)、つまり大気中に放出させことができる。その結果、処理水W中の溶存酸素量を大幅に低減させて、窒素ナノバブルを含有する窒素処理水となすことができる。ここで、処理水Wは、温度検出手段Taの検出結果に基づいて熱交換器Hが制御手段Cにより熱交換制御されて、1℃〜5℃の範囲の所定温度に保持される。また、処理水Wは、溶存酸素量検出手段Dの検出結果に基づいて圧力調整弁Vと三方切替弁Vaが制御手段Cにより開閉量制御されて、所要の時間ないしは所要の回数だけ循環流路中を循環されて、窒素処理水となる。
かかる第1実施形態では、前記したように流体混合処理部Mにより窒素ガスを、ナノバルブを有する気泡群となすことができるが、循環流路R中にて処理水Wを所定時間(例えば、25分間)以上ないしは所定回数(例えば、20回)以上循環させることで、窒素ナノバブルを増大させることができる。そこで、循環流路R中にて処理水Wを循環させる時間ないしは回数が所定時間ないしは所定回数に達するまでは、処理水W中に溶存している酸素を微細な気泡(ナノバブルよりも大径)となした窒素ガスに放散させ、酸素が放散した微細な窒素ガスを処理水W中にて浮上させて、処理水Wから酸素を脱出(脱酸素)させることに重点を置いて、処理水W中の溶存酸素量の低減化を実現することができる。
その後は、所定時間ないしは所定回数に達するまで循環流路R中にて処理水Wを循環させることで、溶存酸素量が低減されて窒素ナノバブルを大量に含有する窒素処理水の生成を実現することができる。かかる窒素ナノバブルはその粒径があまりにも小さいので、魚介類の鮮度保持に寄与させることができるとともに、長時間にわたって窒素処理水中に混入(含有)されることになり、経時的に窒素ナノバブル中の窒素が窒素処理水中に溶存されて、窒素処理水中の窒素溶存量を長時間にわたって過飽和状態を保持することができる。
[第1実施形態としての窒素処理水生成方法の説明]
次に、第1実施形態に係る窒素処理水生成方法について説明する。すなわち、第1実施形態に係る窒素処理水生成方法は、窒素ガス・処理水混合工程と収容工程と酸素脱出工程とを有する。窒素ガス・処理水混合工程は、流体混合処理部Mにより処理水Wと純窒素ガスの気液混相にせん断力を作用させて純窒素ガスを超微細な気泡を有する気泡群となして処理水Wと混合する工程である。収容工程は、窒素ガス・処理水混合工程で得られた気泡群混じりの処理水をタンクT内に収容する工程である。酸素脱出工程は、収容工程でタンクT内に収容した処理水W中に溶存している酸素を微細な気泡となした純窒素ガスに放散させることで、酸素が放散した微細な窒素ガスを処理水W中にて浮上させるとともに、処理水Wから酸素を脱出させる工程である。
かかる窒素処理水生成方法により、窒素処理水を短時間に生成することができる。すなわち、処理水W中の溶存酸素量の低減化効率を大幅に向上させることができる。例えば、800リットルの処理水W中の溶存酸素量(DO値)を25分間に1.0(mg/L)未満、さらには、0.5(mg/L)前後に激減させることができる。つまり、1時間以内に溶存酸素量(DO値)が1.0(mg/L)未満である低濃度酸素の窒素処理水を大量に生成することができる。
[第2実施形態としての窒素処理水生成装置の説明]
図3に示すAは本発明に係る第2実施形態としての窒素処理水生成装置である。かかる窒素処理水生成装置Aは、酸素放散・放出促進手段A1と窒素ナノバブル混合促進手段A2を備えている。そして、本実施形態の窒素処理水生成装置Aでは、酸素放散・放出促進手段A1による酸素放散・放出促進工程と、窒素ナノバブル混合促進手段A2による窒素ガス超微細化促進工程との二段階工程を順次経ることで、窒素処理水を効率良く生成することができる。
酸素放散・放出促進手段A1は、タンクT1内に処理水供給部Kから供給された処理水Wを貯留し、処理水W内に流体撹拌部Sを配置している。そして、流体撹拌部Sは、吸引したタンクT1内の処理水Wと、窒素ガス供給部N1から供給された窒素ガスとの気液混相にせん断力を作用させながら処理水Wを撹拌して、処理水W中に純窒素ガスを微細な気泡(ナノバブルよりも大径、例えば、50μm〜100μmの窒素マイクロバブル)となして混入させるようにしている。流体撹拌部Sでは、純窒素ガスが混入された処理水WをタンクT1内の処理水W中に放出して、タンクT1内の処理水Wを微細な気泡となした純窒素ガスを含有する処理水Wとなし、さらに、微細な気泡となした純窒素ガスを含有する処理水Wと、窒素ガス供給部N1から供給された純窒素ガスとの気液混相にせん断力を作用させながら処理水Wを撹拌して、処理水W中に純窒素ガスを微細な気泡となして混入させるようにしている。UはタンクT1の底部から垂下した放出パイプであり、放出パイプUの中途部には開閉弁V1を取り付けている。開閉弁V1を開放することで、タンクT1内の処理水Wを後述する窒素ナノバブル混合促進手段A2のタンクT2内に放出することができる。
タンクT1には溶存酸素量検出手段D1を設けており、溶存酸素量検出手段D1によりタンクT1内の処理水Wの溶存酸素量(DO値)を検出するようにしている。また、タンクT1には温度検出手段Ta1を設けており、温度検出手段Ta1によりタンクT1内の処理水Wの温度を検出するようにしている。
窒素ナノバブル混合促進手段A2は、前記した第1実施形態としての窒素処理水生成装置Aと同様に構成している。そして、タンクT2にはタンクT1から放出パイプUを通して窒素処理水を放出(流出)させることができる。N2は窒素ガス供給部、V2は圧力調整弁ある。
タンクT2には溶存酸素量検出手段D2を設けており、溶存酸素量検出手段D2によりタンクT2内の処理水Wの溶存酸素量(DO値)を検出するようにしている。また、タンクT2には温度検出手段Ta2を設けており、温度検出手段Ta2によりタンクT2内の処理水Wの温度を検出するようにしている。
溶存酸素量検出手段D1,D2と温度検出手段Ta1,Ta2はそれぞれ制御手段Cの入力側インターフェースに接続する一方、後述する流体撹拌部Sの電動機部1と窒素ガス供給部N1,N2はそれぞれ制御手段Cの出力側インターフェースに接続している。そして、制御手段Cは、溶存酸素量検出手段D1,D2と温度検出手段Ta1,Ta2の検出情報をそれぞれ受信して、その検出情報に基づいて流体撹拌部Sの電動機部1と処理水供給部Kと窒素ガス供給部N1,N2と圧送ポンプPと熱交換器Hと開閉弁V1と圧力調整弁V2と三方切替弁Vaにそれぞれ制御情報を送信して、これらの作動を適宜制御するようにしている。ここで、処理水Wは、温度検出手段Ta1,Ta2の検出結果に基づいて熱交換器Hが制御手段Cにより熱交換制御されて、1℃〜5℃の範囲の所定温度に保持される。また、処理水Wは、溶存酸素量検出手段D1,D2の検出結果に基づいて圧力調整弁V1,V2と三方切替弁Vaが制御手段Cにより開閉量制御されて、所要の時間ないしは所要の回数だけ循環流路中を循環されて、窒素処理水となる。
[第2実施形態としての窒素処理水生成方法の説明]
次に、第2実施形態に係る窒素処理水生成方法について説明する。すなわち、第2実施形態に係る窒素処理水生成方法は、酸素放散・放出促進工程と窒素ガス超微細化促進工程を有する。前段工程である酸素放散・放出促進工程は、処理水Wを脱酸素化して窒素処理水を生成する工程である。かかる工程では、処理水W中に純窒素ガスを、例えば、50μm〜100μmの窒素マイクロバブルとなして混入させることで、窒素マイクロバブルにより溶存酸素濃度を効率的に下げることができる(例えば、DO値=1mg/Lまで)。つまり、効率的に処理水Wの脱酸素化を実現することができる。後段工程である窒素ガス超微細化促進工程は前段工程で生成された窒素処理水に窒素ナノバブルを蓄積する工程である。かかる工程では、窒素処理水中に、例えば、50nm〜900nmの窒素ナノバブルを効率良く蓄積することができて、窒素ナノ処理水を堅実に生成することができる。この際、溶存酸素濃度をさらに低減させることができる(例えば、DO値=0.5mg/L前後まで)。
より具体的に説明すると、酸素放散・放出促進工程は、酸素放散・放出促進手段A1により処理する工程であり、かかる工程では、タンクT1内の処理水Wと純窒素ガスを流体撹拌部Sにより撹拌しながら混合することで、処理水Wが含有する純窒素ガスの濃度を高めることができる。そして、タンクT内にて処理水W中に溶存している酸素を微細な気泡となした純窒素ガス(窒素マイクロバブル)に放散させることができるとともに、放散効率を促進することができる。さらには、酸素が放散した微細な純窒素ガスを処理水W中にて浮上させて、処理水Wから酸素を脱出(脱酸素)、つまり大気中に効率良く放出させことができる。その結果、処理水W中の溶存酸素量を大幅に低減させることができる。
窒素ガス超微細化促進工程は、窒素ナノバブル混合促進手段A2により処理する工程であり、かかる工程では、酸素放散・放出促進した処理水W、つまり、酸素放散・放出促進手段A1により処理水W中の溶存酸素の窒素ガスへの放散、さらには窒素ガスとともに酸素ガスの大気中への放出を促進した後の窒素処理水を、窒素ナノバブル混合促進手段A2で更に処理する。そうすることで、溶存酸素量が大幅に低減された窒素処理水中に大量の窒素ナノバブルが含有(蓄積)された窒素処理水となすことができる。かかる窒素処理水では、窒素ナノバブルの粒径(例えば、50nm〜900nm)があまりにも小さいので、窒素ナノバブルを魚介類の鮮度保持に寄与させることができる。この際、窒素ナノバブルは、長時間にわたって窒素処理水中に混入(含有)されることになり、経時的に窒素ナノバブル中の窒素が窒素処理水中に溶存される。その結果、窒素処理水中の窒素溶存量は長時間にわたって過飽和状態に保持される。
[生鮮魚介類の鮮度保持処理法]
次に、前記した第1・第2実施形態に係る窒素処理水生成装置Aにより生成した窒素処理水により生鮮魚介類を鮮度保持処理(加工)する方法(生鮮魚介類の鮮度保持処理法)について説明する。
生鮮魚介類の鮮度保持処理法は、基本的に、窒素処理水中に生鮮魚介類を一定時間浸漬させて処理するものである。そして、本実施形態では第1〜第4の鮮度保持処理法がある。
第1の鮮度保持処理法は、蓋付き発泡スチロール箱等の箱型容器内に窒素処理水(それに加えてスラリー氷を入れることもできる)を満たして、その窒素処理水中に生鮮魚介類を浸漬させ、その浸漬状態にて箱型容器を封止して、その箱型容器を冷蔵庫内で冷蔵する処理法である。
第2の鮮度保持処理法は、真空用ポリ袋等の袋型容器内に窒素処理水を満たして、その窒素処理水中に生鮮魚介類を浸漬させ、その浸漬状態にて袋型容器を密封して、その袋型容器を冷蔵庫内で冷蔵する処理法である。
第3の鮮度保持処理法は、窒素処理水中に生鮮魚介類を一定時間(例えば、1時間)浸漬処理した後に、その生鮮魚介類を袋型容器に収容するとともに、袋型容器内を脱気して密封し、その脱気・密封状態にて冷蔵庫内で冷蔵する処理法である。ここで、冷蔵する一定温度は、生鮮魚介類が凍らない程度の低温に冷却して保存できればよく、望ましくは、0℃〜4℃の間の温度である。冷蔵する時間は生鮮魚介類の所望の鮮度に応じて192時間内で設定することができる。
第3の鮮度保持処理法を具体的に説明すると、図4に示すように、鮮度保持処理を施す生鮮魚介類としての鮮魚Fiを準備する準備工程(a)と、準備した鮮魚Fiを窒素処理水Wn中に浸漬する生鮮魚介類浸漬工程(b)と、窒素処理水Wn中から鮮魚Fiを取り出す取出工程(c)と、取り出した鮮魚Fiを容器Ca内に収容して脱気する脱気工程(d)と、脱気した鮮魚Fiを容器Ca中に密封する密封工程(e)と、容器Ca中に密封した鮮魚Fiを冷蔵する冷蔵工程(f)とを有する。
生鮮魚介類浸漬工程(b)では、上面が開口して鮮魚Fiを収容可能な容積を有する浸漬容器Ca内に窒素処理水Wnを満たし、その中に鮮魚Fiを一定時間浸漬する(漬け込む)。そうすることで、鮮魚Fiの肉の内部まで深く窒素処理水Wnを浸透させることができる。ここで、一定時間である浸漬時間(漬け込み時間)は、鮮魚の種類や大きさ等に応じて適宜設定することができるが、例えば、30分〜150分、好ましくは、60分〜120分とすることができる。
脱気工程(d)では、窒素処理水Wnが肉の内部まで深く浸透している鮮魚Fiを、容器Ba内に収容するとともに、容器Ba内を脱気するものであり、その後、密封工程(e)では容器Baを密封状態にする。この際、容器Ba内には、あらかじめ鮮魚Fiを収容して、空気を取り除いた後に容器Baを真空封印(バキュームシール)する。ここで、容器Baとしては、プラスティック製の袋(プラスティックバック)を使用することができる。VPは真空ポンプ、Hpは一端を真空ポンプVPに接続した吸引ホースであり、吸引ホースHpの他端を容器Baに接続している。
冷蔵工程(f)では、容器Baを冷蔵庫Re内に、例えば、0℃〜4℃の一定温度にて、例えば、192時間内の所定時間だけ冷蔵する。
第4の鮮度保持処理法は、窒素処理水中に生鮮魚介類を一定時間(例えば、1時間)浸漬処理した後に、生鮮魚介類を窒素処理水中に浸漬したまま凍結させる処理法である。すなわち、第4の鮮度保持処理法は、第3の鮮度保持処理法における準備工程(a)と生鮮魚介類浸漬工程(b)の後に冷凍工程を設けた処理法である。冷凍工程では、−18℃の普通の冷凍室温度で、生鮮魚介類を窒素処理水中に浸漬したまま凍結させる冷凍処理を行う。そうすることにより、生鮮魚介類の酸化を防止することができて、その色調や鮮度を1〜2ヶ月は保持させることができる。
また、第4の鮮度保持処理法においては、生鮮魚介類を窒素処理水中に浸漬した後、直ぐに冷凍処理を行うことで、窒素処理水が凍結するまでの時間を浸漬処理時間とみなすこともできる。例えば、エビ、カニなどの甲殻類は、窒素処理水中に浸漬した後、直ぐに冷凍処理を行うことがある。
したがって、生鮮魚介類を長距離輸送ないしは輸出する際には、第4の鮮度保持処理法を適用することで、生鮮魚介類の商品価値の低下を回避することができる。特に、エビ、カニなどの甲殻類は、冷凍処理すると解凍時に多量のメラニンを生成して黒変現象を生起するが、窒素処理水Wnに浸漬したまま凍結処理した場合には、メラニンの生成が抑制されて黒変現象が生起されるのを防止することができる。その結果、甲殻類の商品価値を一定時間維持ないしは向上させることができる。
次に、第1実施形態としての窒素処理水生成装置Aの実施例として、窒素処理水の生成実験結果と第1〜第3の鮮度保持処理法の実験結果を示す。すなわち、窒素処理水の生成実験として、紫外線殺菌処理した約0.8mの海水を処理水Wとして使用した。タンクTは容積1mの容器、圧送ポンプPは(株)川本製作所製の出力7.5kWのポンプ、溶存酸素量検出手段Dは飯島電子工業(株)製のDO METER ID−100、pH計は(株)佐藤計量器製作所製のSK−620PH、窒素ガス供給部Nとして市販されている窒素ボンベを使用した。圧送ポンプPを25分間作動させて海水と窒素ガスの混合流体を循環流路R中で循環させた。この際、循環パイプJを通して流体混合処理部Mに流れる海水流量を200ないしは150(L/min)とし、窒素ガス量を5.0(L/min)として、超微細(ナノレベル)な気泡を有する窒素海水を生成した。その結果を図5及び図6に示す。25分間で溶存酸素量(DO値)が6.30(mg/L)から0.40(mg/L)に激減した。このことから、窒素ガスにより海水から酸素が脱出したことが分かる。そして、酸素が脱出した分だけそれに代わって窒素ガスが溶存されていると推測できる。なお、この時の窒素海水の塩分濃度は2.8%だった。本実験では、タンクT内の海水の温度は随時タンクT内にスラリー氷を投入して低下させた。
次に、上記のようにして生成された窒素海水を、第1の鮮度保持処理法で処理した結果を説明する。つまり、蓋付き発泡スチロール箱に満たし、その窒素海水中に鮮魚である真アジを浸漬した後に閉蓋した。そして、その発泡スチロール箱を庫内温度2〜3℃の冷蔵庫に保管した。また、その発泡スチロール箱内の真アジについて、初発、4日目、6日目、8日目に鮮度指標K値検査と細菌検査を財団法人北九州生活科学センターで行った。K値の試験方法はイオン交換樹脂カラム−吸光度測定法を用いた(以下、第2・第3の鮮度保持処理法で処理した結果物のK値測定も同様である)。それらの結果を図7及び図8に示す。
図7に示すように、K値では、6日までは20%未満で完全に刺身用として真アジを使用できることが分かった。なお、8日目は20.1%であったが、官能・試食の結果は刺身としても美味しく食することができた。また、図8に示すように、細菌数は、初期腐敗の判断基準となる100万/g〜1億/gよりもはるかに少なく、8日目まで問題なかった。図9及び図10は、鮮度保持処理した真アジの4日目、6日目、8日目における官能検査評価1,2である。4日目も6日目も総合評価が非常に高く、8日目でも3.5と高かった。
次に、第2の鮮度保持処理法で処理した結果を説明する。つまり、前記のようにして生成された窒素海水と鮮魚を、真空用ポリ袋に入れて、できるだけ空気を取り除いた状態で密封した。本実施例では真アジとイサキをそれぞれ個別の真空用ポリ袋に入れて鮮度保持処理した。図11に初発、4日目、5日目、7日目、8日目における、DO値、海水温度、塩分濃度、K値を示す。
図11に示すように、窒素海水を真空用ポリ袋中に密封した場合には、DO値が開始時の0.8mg/Lよりも低下しており、堅実にDO値の上昇を抑制できることが分かった。官能検査評価は14名の検査員が真アジとイサキの両方の鮮魚について行った。その官能検査評価は、4日目、5日目、7日目、8日目のいずれもほぼ同様であり、次のようなものであった。外観の鮮度劣化度合いは低く、鰓や体表の変色も少なく良い状態を保っている。身質も良く、内蔵もしっかりと残り、臭いはなく、鮮度が保持されている。刺身にすると血合いの色も良かった(赤味が美しかった)。試食の結果、臭みもなく、歯ごたえがあり、美味。特に、真アジは皮下の銀色が綺麗で日数の経過した魚とは思えなかった。真アジの場合、7日目までは鰓の脱色がなかったが、8日目に鰓に若干の脱色が見られた。
次に、第3の鮮度保持処理法で処理した結果を説明する。つまり、前記のようにして生成された窒素海水を浸漬容器12に満たし、その中に真アジとイサキを60分間浸漬した。この時の窒素海水温度は2.0℃、DO値は0.45mg/Lであった。その後、真アジとイサキをそれぞれ個別の容器14内に収容して容器14内を脱気するとともに、容器14を密封した。そして、個別の容器14中に密封した真アジとイサキを庫内温度2〜3℃の冷蔵庫に6日間保管した。6日間保管後のK値は、真アジが2.4%、イサキが5.6%であった。
これより、真アジとイサキの鮮度指標K値を、6日間一桁数値の高鮮度に保持できることが分かった。つまり、第3の鮮度保持処理法で真アジとイサキを処理した場合には、処理後6日経過した後も真アジとイサキを十分に刺身として食せることが分かった。
次に、後述する第1実施形態としての流体混合処理部Mを適用した第1実施形態としての窒素処理水生成装置Aにより、処理水Wとしての蒸留水と、気体としての空気を、混合処理した際の粒度分布実測例を図12に示す。この際、循環・混合処理は、圧送ポンプPの圧力を1.2MPa、蒸留水の流量を3L/min、空気の流量を0.2L/min、循環流路R内の循環時間を3分間とした。測定器としては英国のナノサイト社製のLM10−HSを使用した。その測定器による測定法はトラッキング法(追尾法)であり、計測者は日本カンタム・デザイン(株)である。図12は混合処理された空気の気泡径(nm)と気泡密度(個/mL)を、かかる測定器により測定した結果を粒度分布で示したものである。かかる測定結果からモード径(最大頻出粒子径)は120nm、メディアン径(50%粒子径)は121nm、気泡数密度は7.12×10個/mLであることが分かった。
モード径120nmの気泡1個の体積
=(π/6)(120×10−9
=9.05×10−22
=9.05×10−16cm
7.12×10個のナノ気泡の体積
=7.12×10×9.05×10−16
=6.44×10−7cm
したがって、ナノ気泡の体積分率
=6.44×10−7cm/cm≒10−6(1ppm弱)
このように、第1実施形態としての流体混合処理部Mを適用した第1実施形態としての窒素処理水生成装置Aにより生成した処理水Wとしてのナノ水中には、モード径120nmのナノ気泡が約7億個/mL存在し、その体積濃度は1ppm弱である。また、ナノ水にはナノ気泡が共存しており、ナノ気泡の表面はマイナスに帯電している。つまり、ナノ気泡の表面は電子で覆われている。したがって、窒素ナノ気泡であっても、気泡表面はマイナスに帯電しており、窒素ナノ気泡が1ppm弱程度の体積濃度であっても菌数がナノ気泡の数より桁違いに少なければ(例えば、10CFU/mL)、窒素処理水は抗酸化環境を提供することになる。つまり、窒素処理水は酸化還元電位(ORP)に影響を与える(ORPを抑制する)。その結果、低DO値(例えば、0.5mg/L以下)の窒素処理水は、制菌・抗菌作用を有して、低酸化性環境を提供する。
次に、流体混合処理部Mと流体撹拌部Sの構成を、図面を参照しながら具体的に説明する。
[流体混合処理部Mの構成]
〔第1実施形態としての流体混合処理部M〕
第1実施形態としての流体混合処理部Mは、図13〜図16に示すように、一方向(本実施形態では左右方向)に伸延する上下一対の横長四角形板状の混合エレメント210,220を重合状態に対面させて、両混合エレメント210,220間にその伸延方向に伸延する混合流路230を形成している。
そして、混合エレメント210の左側端部には流入側接続部211を形成している。流入側接続部211は一端を混合エレメント210の左側端面に開口させるとともに、他端を混合エレメント210の左側端部下面に開口させている。流入側接続部211の一端に形成した流入孔212には循環パイプJの流入側を着脱自在に接続している。流入側接続部211の他端には始端側一時滞留空間240を介して混合流路230の始端部を連通させている。
また、混合エレメント210の右側端部には流出側接続部213を形成している。流出側接続部213は一端を混合エレメント210の右側端面に開口させるとともに、他端を混合エレメント210の右側端部下面に開口させている。流出側接続部213の一端に形成した流出孔214には循環パイプJの流出側を着脱自在に接続している。流出側接続部213の他端には終端側一時滞留空間250を介して混合流路230の終端部を連通させている。
混合流路230は、混合エレメント210の下面に多数形成した凹部215からなる混合流路形成パターン面Paと、混合エレメント220の上面に多数形成した凹部225からなる混合流路形成パターン面Pbとを対向させて形成している。各混合流路形成パターン面Pa,Pbは、凹部215,225を開口形状が正六角形で隙間のない状態に多数形成することで、いわゆるハニカム状に形成している。しかも、凹部215,225は、同形同大の六角開口形状に形成して、図17に示すような配置で対向させることで、混合流路230に流入孔212から流入した流体を混合流路230の伸延方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を混合流路230の伸延方向に流動させて合流させる複数の合流部とが形成されるようにしている。
すなわち、混合流路形成パターン面Paは、図17に一点鎖線で示すように、混合エレメント210の凹部215を幅方向に五列かつ左右伸延方向に多数個千鳥状に配置して形成している。また、混合流路形成パターン面Pbは、図17に実線で示すように、混合エレメント220の凹部225を幅方向に六列かつ左右伸延方向に多数個千鳥状に配置して形成している。そして、混合エレメント210の凹部215の中心位置に、混合エレメント220の凹部225の角部226が位置する状態で当接している。このような状態で当接させると、相互に位置ずれした混合エレメント210の凹部215と混合エレメント220の凹部225との間で流体(処理水Wと窒素ガス)を流動させることができる。角部226は3つの凹部225の角部が集まっている位置である。また、混合エレメント220の凹部225の中心位置にも、混合エレメント210の凹部215の角部216が位置する。角部216は3つの凹部215の角部が集まっている位置である。この場合は、混合エレメント210の角部216が上述した分流部や合流部として機能する。
したがって、例えば、混合エレメント210の凹部215側から混合エレメント220の凹部225側に流体が流れる場合を考えると、流体は二つの流路に分流されることになる。つまり、混合エレメント210の凹部215の中央位置に位置された混合エレメント220の角部226は、流体を分流する分流部として機能する。逆に、混合エレメント220側から混合エレメント210側に流体が流れる場合を考えると、二方から流れてきた流体が1つの凹部215に流れ込むことで合流することになる。この場合、混合エレメント220の中央位置に位置された角部226は、合流部として機能する。
混合流路230の始端部と混合エレメント210の左側部に形成した流入側接続部211との間には始端側一時滞留空間240を形成している。始端側一時滞留空間240は、混合エレメント210の左側部下面に形成した凹状の空間形成部241と、混合エレメント220の左側部上面に形成した凹状の空間形成部242とを、上下方向に対面させて形成している。しかも、図17に示すように、両空間形成部241,242とで形成される始端側一時滞留空間240の前後方向の幅W1は、混合流路230の始端部の前後方向の幅W2と略同一幅に形成して、始端側一時滞留空間240の略全幅にわたって混合流路230の始端部と連通させている。
また、混合流路230の終端部と混合エレメント210の他側部に形成した流出側接続部213との間には終端側一時滞留空間250を形成している。終端側一時滞留空間250は、混合エレメント210の右側部下面に形成した凹状の空間形成部251と、混合エレメント220の右側部上面に形成した凹状の空間形成部252とを、上下方向に対面させて形成している。しかも、両空間形成部251,252とで形成される終端側一時滞留空間250の前後方向の幅W3は、混合流路230の終端部の前後方向の幅W4と略同一幅に形成して、終端側一時滞留空間250の略全幅にわたって混合流路230の終端部と連通させている。
260は上側の混合エレメント210の周囲に間隔を開けて多数形成した上側ビス孔、261は下側の混合エレメント220の周囲に間隔を開けて多数形成した下側ビス孔である。各ビス孔260,261は上下方向に軸線を向けて形成して、上下に符合する上・下側ビス孔260,261中にビス262を螺着することで、両混合エレメント210,220を重合状態に簡単かつ堅実に連結することができる。また、ビスを取り外すことで、両混合エレメント210,220の連結を簡単に解除して、凹部215,225等の洗浄作業をすることができる。270は混合エレメント220の上面において多数の凹部225と空間形成部242,252の周囲を囲むように形成したOリング配置溝である。271はOリング配置溝270に配置したOリングである。Oリング271により混合エレメント210,220の密閉性を確保することができる。
このように、相互に対向状態に対面配置された両混合エレメント210,220の間には、流入側接続部211と始端側一時滞留空間240と混合流路230と終端側一時滞留空間250と流出側接続部213とが直列状に連通される。そして、図18にも示すように、流入側接続部211の流入孔212から供給された流体は始端側一時滞留空間240内に流入し、始端側一時滞留空間240から幅方向に略均等に混合流路230に流入して、混合流路230内を流動した後、終端側一時滞留空間250を通して流出側接続部213の流出孔214から流出される。この際、混合流路230では流体が分流と合流(分散と混合)を繰り返しながら両混合エレメント210,220の伸延方向に蛇行状態にて流動する。したがって、流体として、例えば、液体と気体を混合流路230に流入させると、気体は気泡径がサブミクロンレベル(ナノレベル)に超微細化かつ均一化されるとともに、液体中に均一分散化される。
〔第2実施形態としての流体混合処理部M〕
第2実施形態としての流体混合処理部Mは、第1実施形態としての流体混合処理部Mと基本的構造を同じくするが、図19に示すように、上下一対の混合エレメント210,220間に、これら混合エレメント210,220よりも薄肉板状の中間混合エレメント280を一枚介在させて、これらの混合エレメント210,220,280を積層状態となしている点で異なる。
すなわち、中間混合エレメント280は、混合エレメント210の混合流路形成パターン面Paと対面する上面に混合流路形成パターン面Pbを形成する一方、混合エレメント220の混合流路形成パターン面Pbと対面する下面に混合流路形成パターン面Paを形成している。ここで、中間混合エレメント280の混合流路形成パターン面Paは、凹部215と同形状の凹部281を多数対向状態に配置して形成し、また、中間混合エレメント280の混合流路形成パターン面Pbは、凹部225と同形状の凹部282を多数対向状態に配置して形成している。
中間混合エレメント280の左側部には空間形成部243を形成しており、空間形成部243は上下方向(肉厚方向)に貫通するとともに、混合エレメント210,220の空間形成部241,242と整合して、これら空間形成部241〜243により始端側一時滞留空間240を形成している。中間混合エレメント280の右側部には空間形成部253を形成しており、空間形成部253は上下方向(肉厚方向)に貫通するとともに、混合エレメント210,220の空間形成部251,252と整合して、これら空間形成部251〜253により終端側一時滞留空間250を形成している。283はOリング配置溝、284はOリングである。中間混合エレメント280の周縁部にも混合エレメント210,220のビス孔260,261と符合するビス孔(図示せず)を形成して、これらのビス孔中にビス262を貫通状に螺着するようにしている。
このように、本実施形態の流体混合処理部Mでは、混合エレメント210と中間混合エレメント280との間、及び、中間混合エレメント280と混合エレメント220との間にそれぞれ混合流路230が形成されて、上下に平行する混合流路230が二流路配置される。そして、流入側接続部211の流入孔212から供給された流体は始端側一時滞留空間240内に流入し、始端側一時滞留空間240から幅方向に略均等に各混合流路230に並列的に流入する。その結果、混合流路230による流体の超微細化かつ均一化が並列的に効率良く行われる。また、中間混合エレメント280を所要複数枚積層することで、所要数の混合流路230を配置することができて、流体の超微細化かつ均一化作業をより一層効率化させることができる。
〔第3実施形態としての流体混合処理部M〕
第3実施形態としての流体混合処理部Mは、第1実施形態としての流体混合処理部Mと基本的構造を同じくするが、図20及び図21に示すように、上下一対の混合エレメント210,220間に、これら混合エレメント210,220よりも薄肉板状の中間混合エレメント290,291を二枚介在させて、これらの混合エレメント210,220,290,291を積層状態となしている点で異なる。
すなわち、中間混合エレメント290は、その肉厚方向に貫通する多数の貫通孔292を形成しており、貫通孔292は凹部225と平面視同形状の六角柱状空間に形成するとともに多数配置して、平面形状が混合流路形成パターン面Pbと整合する混合流路形成パターン面Pcを形成している。そうすることで、中間混合エレメント290の上下面には混合エレメント210の混合流路形成パターン面Paと対面して混合流路230を形成する混合流路形成パターン面Pcを形成している。また、中間混合エレメント291は、その肉厚方向に貫通する多数の貫通孔293を形成しており、貫通孔293は凹部215と平面視同形状の六角柱状空間に形成するとともに多数配置して、平面形状が混合流路形成パターン面Paと整合する混合流路形成パターン面Pdを形成している。そうすることで、中間混合エレメント291の上下面には混合エレメント220の混合流路形成パターン面Pbと対面して混合流路230を形成する混合流路形成パターン面Pdを形成している。
中間混合エレメント290,291の左側部にはそれぞれ相互に整合する空間形成部244,45を形成しており、空間形成部244,245は上下方向(肉厚方向)に貫通するとともに、混合エレメント210,220の空間形成部241,242とも整合して、これら空間形成部241,242,244,245により始端側一時滞留空間240を形成している。中間混合エレメント290,291の右側部にはそれぞれ相互に整合する空間形成部254,255を形成しており、空間形成部254,255は上下方向(肉厚方向)に貫通するとともに、混合エレメント210,220の空間形成部251,252とも整合して、これら空間形成部251,252,254,255により終端側一時滞留空間250を形成している。294,295はOリング配置溝、296,297はOリングである。中間混合エレメント290,291の周縁部にも混合エレメント210,220のビス孔260,261と符合するビス孔(図示せず)を形成して、これらのビス孔中にビスを貫通状に螺着するようにしている。
このように、本実施形態の流体混合処理部Mでは、図21に示すように、混合エレメント210と中間混合エレメント290との間、中間混合エレメント290,291同士の間、中間混合エレメント291と混合エレメント220、及び、中間混合エレメント290,291を通した混合エレメント210,220同士の間にそれぞれ混合流路230が形成される。そして、かかる混合流路230は流体がどのエレメント間を流動するのか不明な不規則蛇行流路となる。その結果、かかる混合流路230を流動する流体は錯流・脈流となって蛇行する。ここで、錯流とは流体が各混合エレメント210,220,290,291の凹部215,225ないしは貫通孔292,293の面を擦りながら流動する流れである。また、脈流は流路断面積が周期的ないしは不定期的に変化する流れである。
したがって、例えば、液体と気体を流体として混合流路230に流入させた際に、錯流・脈流が繰り返し形成されると、流体中に、局所的高圧部分や局所的低圧部分が生じる。このような流体中では、局所的に低圧部分(例えば真空部分などの負圧部分)が生じるときに、いわゆる発泡現象が生じて液体中に気体が生じたり、微小な気泡が膨張(破裂)したり、生じた気体(気泡)が崩壊(消滅)したりするといったいわゆるキャビテーションと称される現象が生ずる。このようなキャビテーションが起こるときに生ずる力によって、気体の微細化が行われ、流体混合が促進される。その結果、流体の超微細化かつ均一化作業をより一層効率化させることができる。
〔第4実施形態としての流体混合処理部M〕
第4実施形態としての流体混合処理部Mは、第1実施形態としての流体混合処理部Mと基本的構造を同じくするが、図22及び図23に示すように、上下一対の混合エレメント210,220間に、これら混合エレメント210,220よりも薄肉板状の中間混合エレメント290を一枚介在させて、これらの混合エレメント210,220,290を積層状態となしている点で異なる。ここで、混合エレメント220の上面には混合流路形成パターン面Pbに代えて混合流路形成パターン面Paを形成している。
すなわち、図23に示すように、混合流路形成パターン面Paを有する混合エレメント210と、混合流路形成パターン面Paを有する混合エレメント220との間に、混合流路形成パターン面Pcを上下面に有する中間混合エレメント290を介在させて、混合流路形成パターン面Paと混合流路形成パターン面Pcとを対面させている。
このように、本実施形態の流体混合処理部Mでは、図23に示すように、混合エレメント210と中間混合エレメント290との間、中間混合エレメント290と混合エレメント220との間、及び、中間混合エレメント290を通した混合エレメント210,220同士の間にそれぞれ混合流路230が形成される。そして、かかる混合流路230は流体がどのエレメント間を流動するのか不明な不規則蛇行流路となる。その結果、かかる混合流路230を流動する流体は錯流・脈流となって蛇行する。そして、流入側接続部211の流入孔212から供給された流体は始端側一時滞留空間240内に流入し、始端側一時滞留空間240から幅方向に略均等に各混合流路230に並列的に流入する。その結果、混合流路230による流体の超微細化かつ均一化が並列的に効率良く行われる。
〔第5実施形態としての流体混合処理部M〕
第5実施形態としての流体混合処理部Mは、第3実施形態としての流体混合処理部Mと基本的構造を同じくするが、図24に示すように、上下一対の混合エレメント210,220間に、これら混合エレメント210,220よりも薄肉板状の中間混合エレメント280,290,291を介在させて、これらの混合エレメント210,220,280,290,291を積層状態となしている点で異なる。
すなわち、本実施形態に係る流体混合処理部Mは、混合流路形成パターン面Paを有する混合エレメント210と、混合流路形成パターン面Pcを有する中間混合エレメント290と、混合流路形成パターン面Pdを有する中間混合エレメント291と、上下面に混合流路形成パターン面Pb,Paを有する中間混合エレメント280と、混合流路形成パターン面Pcを有する中間混合エレメント290と、混合流路形成パターン面Pdを有する中間混合エレメント291と、混合流路形成パターン面Pbを有する混合エレメント220とを積層して構成している。始端側一時滞留空間240は空間形成部241,244,245,243,244,245,242によりを形成している。終端側一時滞留空間250は空間形成部251,254,255,253,254,255,252によりを形成している。
このように構成することで、第3実施形態に係る流体混合処理部Mの混合流路230の形態を並列的に二流路形成することができる。また、必要に応じて、混合エレメント210,220間に介在させる中間混合エレメント280,290,291の数を増加させることにより、多数の流路を並列的に形成することができる。その結果、混合流路230による流体の超微細化かつ均一化が並列的に効率良く行われる。
以上に述べてきた第1実施形態〜第5実施形態における流体混合処理部Mは、始端側一時滞留空間240と終端側一時滞留空間250との間に混合流路30を単数ないしは並列的に複数形成して、各混合流路230に流体を略均等に流入させることができるため、圧力損失を低減させることができる。また、変形例として、上記した第2実施形態〜第5実施形態における中間混合エレメント280,290,291の肉厚と貫通孔292,293の径を、適宜異ならせることもできる。その場合、流体の超微細化かつ均一化効率に変化をもたせることができる。
一対の混合エレメント210,220同士の連結手段としては、本実施形態のビスに限られるものではなく、その変形例も適宜適用することができる。例えば、クランプバンドのようなエレメント挟持体(図示せず)により両混合エレメント210,220を挟持することで混合流路230の周囲を密封することも、また、両混合エレメント210,220を挟持解除することで混合流路230を開放することもできる。また、混合エレメント210と混合エレメント220の一方の長手側縁部同士を観音開き状に枢着して、他方の長手側縁部同士を連結・解除自在に連結することもできる。これら変形例としての連結手段によれば、混合エレメント210,220を重合状態に連結するための連結作業を堅実に行うことができるとともに、混合エレメント210,220を開放状態となすための連結解除作業を簡単に行うことができる。そのため、かかる観音開き構造は混合流路230の洗浄作業を頻繁に行う必要性がある場合には好適である。
[流体撹拌部Sの構成]
〔第1実施形態としての流体撹拌部S〕
図25は第1実施形態としての流体撹拌部Sを示している。Bは貯液部である。貯液部Bには水等の液体Liを貯留させて、液体Li中に流体撹拌部Sを配置している。Loは貯液部Bの底面部である。なお、貯液部Bは処理対象となる液体Liを人工的に貯留しているタンク等に限らず、処理対象となる液体Liが自然に貯留されている湖等も含むものである。
流体撹拌部Sは、図25に示すように、電動機部1の下端部に流体撹拌部20を連動連結し、流体撹拌部20の下端部にポンプ室部60を連動連結して一体的に構成している。ここで、電動機部1により駆動されるポンプ室部60は非容積式であるターボ形ポンプを構成しており、本実施形態では、電動機部1とポンプ室部60は一体的に液体Li中に配置して使用することが可能な構成としている。
このように構成した流体撹拌部Sを処理対象となる液体Li中に配置して、ポンプ室部60により液体Liを吸入すると共に、流体撹拌部20側に吐出する。この際、ポンプ室部60の下流側でかつ流体撹拌部20の上流側において、別の流体(本実施形態では気体E)が吸入されるようにして、複数種類の流体(本実施形態では液体Liと気体E)が流体撹拌部20に向けて圧送されるようにしている。そして、流体撹拌部20に圧送された液体Liと気体Eは、流体撹拌部20で混合・撹拌される。その結果、気体Eが超微細化かつ均一化された混合体(本実施形態では超微細気泡混じりの液体)が生成されると共に、混合体は所要の場所に搬出されるようにしている。
以下に、流体撹拌部Sの構成を、図25〜図32を参照しながら、より具体的に説明する。
電動機部1は、図25に示すように、電動機ケース2の下端面部3から上下方向に軸線を向けた駆動軸4を下方へ向けて伸延させている。5は電気ケーブルである。電動機ケース2の下端面部3には板状の取付体10を連結ボルト11により連結している。取付体10には、上下方向に伸延する複数本(本実施形態では4本)の取付ボルト12を介して流体撹拌部20とポンプ室部60とを一体的に取り付けている。17は取付体10に接続した搬出ホースである。搬出ホース17は、後述する撹拌室22に連通させて、混合体を搬出するようにしている。18は取付体10を介して液体Li中に流体撹拌部Sを支持するためのステーである。19は取付ボルトである。
流体撹拌部20は、図25及び図26に示すように、ケーシング体21内に撹拌室22を形成して、撹拌室22内に一方の撹拌体としての可動側撹拌体23と他方の撹拌体としての固定側撹拌体24を配設している。流体撹拌部20は、所要個数(本実施形態では2個)を駆動軸4に串刺し状に配置すると共に、相互に重箱状に重ねて連通させている。
ケーシング体21は、図25に示すように、上下方向に軸線を向けた円筒状の周壁形成片25と、周壁形成片25の下端に張設した円板状の底部形成片26とから上面開口の箱形に形成している。
周壁形成片25の上端周縁部には、図25に示すように、段付き嵌合用凹部27を形成している。段付き嵌合用凹部27は、取付体10の下面に下方へ膨出状に形成した段付き嵌合用凸部13にOリング(不図示)を介して下方から嵌合することで密着状態に接続している。底部形成片26の中央部寄り位置には上方へ膨出する支持部28を形成している。
支持部28は、図25,図26及び図32に示すように、上下方向に軸線を向けた円筒状の支持片29と、支持片29の上端内周面に内方へ張り出し状に形成した板状の上面片30とから形成している。上面片30上には円板状の支持本片31を連結ボルト32により重合状態に連結している。支持本片31の外径は固定側撹拌体24の外径と略同一に形成している。33,34は上面片30と支持本片31にそれぞれ形成した連通孔であり、連通孔33,34は躯動軸4を挿通する挿通孔としても機能している。
撹拌室22の軸線位置、すなわち、周壁形成片25の軸線位置は、図26に示すように、駆動軸4の軸線位置に対して一定幅だけ偏倚させている。本実施形態では、固定側撹拌体24の外径の略6分の1の幅だけ偏倚させている。
駆動軸4の中途部には、図32に示すように、円板状の可動側撹拌体23の回転中心部を取り付けている。そして、可動側撹拌体23を駆動軸4と一体的に回転可能となしている。可動側撹拌体23の直下方位置には、図32に示すように、一定間隙t(例えば、1mm前後)を開けて円板状の固定側撹拌体24を対面状態に配設している。固定側撹拌体24の中央部には流入口35を形成すると共に、両撹拌体23,24間に中央部の流入口35から放射線方向に形成される撹拌流路36を形成している。そして、撹拌室22内において、両撹拌体23,24により液体Liと気体Eが混合・撹拌されて、混合体としての超微細気泡混じりの液体が生成されるようにしている。
可動側撹拌体23と固定側撹拌体24について、図29〜図32を参照しながらより具体的に説明する。
可動側撹拌体23は、図29に示すように、一定肉厚の円板状に形成した可動側本体40の下面において、中央部41と一定幅の外周部42を除いて、半径方向及び円周方向に底面視六角形の流路形成用凹部43を整然と密に形成してハニカム形状となしている。
ここで、図32に示すように、可動側本体40の中央部41は、流路形成用凹部43の下面と面一となす一方、外周部42は、流路形成用凹部43の上面と面一となしている。そして、可動側本体40の上面中心位置には駆動軸挿通孔44を形成すると共に、同可動側本体40の上面に筒状連結片45を上記駆動軸挿通孔44と連通させて一体に連設している。46は筒状連結片45の中途部に横断貫通状に形成したボルト孔、47は固定ボルトであり、駆動軸4の中途部に筒状連結片45を嵌合させた状態で、ボルト孔46に固定ボルト47を螺着させることで駆動軸4に筒状連結片45を締め付け固定している。
固定側撹拌体24は、図30に示すように、上記した可動側本体40と略同形、すなわち、略同一肉厚、略同一外径に形成した固定側本体50の中央部に流入部としての流入口35を上下方向に貫通させて開口し、固定側本体50の上面において、一定幅の外周部52を除いて、半径方向及び円周方向に底面視六角形の流路形成用凹部53を整然と密に形成してハニカム形状となしている。なお、流路形成用凹部43,53の形状は底面視六角形に限られるものではない。例えば、半円球凹状に形成することもできる。
そして、固定側撹拌体24は、図32に示すように、支持部28に設けた支持本片31上に、連結ボルト55により重合状態に連結している。固定側撹拌体24の流入口35は、連通孔33,34と符合させている。
両撹拌体23,24に形成した流路形成用凹部43,53同士は、図31に示すように、基本形態として、位置ずれさせた状態で対面させている。すなわち、隣接する三つの流路形成用凹部43の中心部を、対面する一つの流路形成用凹部53の中心部に位置させると共に、隣接する三つの流路形成用凹部53の中心部を、対面する一つの流路形成用凹部43の中心部に位置させて、両流路形成用凹部43,53間にて、被撹拌物である液体Liと気体Eが、一つの流路形成用凹部43(53)から対面する二つの流路形成用凹部53(43)に分流(分散)し、また、二つの流路形成用凹部43(53)から対面する一つの流路形成用凹部53(43)に合流(集合)するように、蛇行しながら放射線方向に流動する撹拌流路36を形成している。
そして、可動側撹拌体23の外周部42と、固定側撹拌体24の外周部52との間に、流出部として外周縁の全周にわたって開口する流出口38を形成している。混合・撹拌された混合体は流出口38から流出される。
かかる基本形態を有する両撹拌体23,24において、図31及び図32に示すように、可動側撹拌体23は固定側撹拌体24との間に一定間隙tを保った状態で駆動軸4と一体に回転方向X(平面視で時計廻り)に回転される。
そのため、被撹拌物である液体Liと気体Eは、遠心力により中心側の流入口35から外周縁側の流出口38に向けて撹拌流路36中を上下方向に蛇行しながら分流(分散)と合流(集合)を繰り返すことで放射線方向に流動されて、周縁部に形成した流出口38から流出される。
ここで、蛇行方向に流動される気体Eと液体Liは、蛇行方向にせん断作用を受けると共に、可動側撹拌体23の回転方向Xには切断作用を受ける。その結果、液体Liと気体Eは、蛇行方向と回転方向Xの合力方向にせん断作用と切断作用を受けながら流動されることで混合・撹拌されて、液体Li中における気体Eの超微細化と均一化が堅実に実現される。
また、可動側撹拌体23と固定側撹拌体24とが軸芯廻りに相対変位するため、流路形成用凹部43と流路形成用凹部53とが対向して連通する面積が周期的に変化する。つまり、一つの流路形成用凹部43(53)から対面する二つの流路形成用凹部53(43)に分流(分散)し、また、二つの流路形成用凹部43(53)から対面する一つの流路形成用凹部53(43)に合流(集合)する際の連通面積が周期的に変化する。そのため、被撹拌物である液体Liと気体Eが脈流を繰り返し形成することになる。脈流は、流路断面積が周期的に変化する流れである。そして、脈流が繰り返し形成されると、流体中に、局所的高圧部分や局所的低圧部分が生じる。このような流体中では、局所的に低圧部分(例えば真空部分などの負圧部分)が生じるときに、いわゆる発泡現象が生じて液体中に気体が生じたり、微小な気泡が膨張(破裂)したり、生じた気体(気泡)が崩壊(消滅)したりするといったいわゆるキャビテーションと称される現象が生ずる。このようなキャビテーション現象が生起されるときに生ずる力によって、気体の微細化が行われ、流体混合が促進される。
本実施形態では、図25に示すように、上記のように形成したケーシング体21の下部に、Oリングを介して、同様に形成したケーシング体21の段付き嵌合用凹部27を下方から嵌合することで二つの流体撹拌部20,20を密着状態に接続している。
ポンプ室部60は、図25,図27及び図28に示すように、ケーシング体61内にポンプ室62を形成している。ポンプ室62内には羽根車(インペラー)63を配設すると共に、羽根車63の中心部は駆動軸4の下端部に取り付けている。
ケーシング体61は、図25に示すように、上下方向に軸線を向けた円筒状の周壁形成片64を、円板状の底部形成片65上に載置して、上面開口の箱形に形成している。ここで、周壁形成片64の下端部は底部形成片65の周縁部に形成した溝部81に着脱自在に嵌合させている。周壁形成片64の上端周縁部には段付き嵌合用凹部66を形成している。85は底部形成片65の下面周縁部に一体成形した筒状の支持脚片である。86は支持脚片85の周壁に形成した複数の流入開口部であり、各流入開口部86を通して貯液部B内の液体Liが吸入口70内に吸入されるようにしている。
段付き嵌合用凹部66は、図25に示すように、最下段に位置するケーシング体21の下部に、Oリング(不図示)を介して下方から嵌合することで密着状態に接続するようにしている。底部形成片65の中央部寄り位置には駆動軸4の下端部を受ける軸受け部67を下方へ膨出させて設けている。
羽根車63は、図25,図27及び図28に示すように、底部形成片65上にて駆動軸4と一体的に回転するように配置して、軸受け部67よりも上方に配置している。軸受け部67は上下方向に軸線を向けた円筒状の周壁形成片68と、周壁形成片68の下端に張設した円板状の軸受け形成片69とから形成している。周壁形成片68には円周方向に間隔を開けて複数の吸入口70を形成している。そして、羽根車63の回転により吸入口70を通してポンプ室62内に流体を吸入する吸入流路71が形成されるようにしている。軸受け形成片69には枢支用凹部を形成して、枢支用凹部に配置したベアリング72に駆動軸4の下端部を枢支している。
底部形成片65上には、図25及び図28に示すように、旋回流案内体73を一体成形している。旋回流案内体73は、羽根車63の回転により旋回される流体を旋回方向に案内する案内側面82を有しており、案内側面82は案内方向に湾曲させて形成している。そして、旋回流案内体73に沿って旋回流路74が形成されるようにしている。旋回流案内体73上には吐出流路形成体75を配設している。
吐出流路形成体75は、図25及び図27に示すように、羽根車63の直上方を遮蔽する円板状の遮蔽片76と、遮蔽片76を最下段に位置するケーシング体21の底部形成片26に垂下状に取り付ける4つの取付片77とから形成している。そして、遮蔽片76と底部形成片26との間に、駆動軸4側かつ駆動軸4に沿った上方側に流動する吐出流路78が形成されるようにしている。79はビスである。
ここで、吸入流路71の下流端に旋回流路74の上流端が連通し、旋回流路74の下流端に吐出流路78の上流端が連通して、吐出流路78の下流端が最下段に位置する流体撹拌部20の連通孔33,34に連通し、連通孔33,34が撹拌流路36に連通する。そして、連通流路80を介して、二段目の流体撹拌部20の連通孔33,34に連通し、連通孔33,34が撹拌流路36に連通して、最終的に搬出ホース17に連通する一連の連続流路が形成されるようにしている。かかる連続流路における二箇所の撹拌流路36で混合・撹拌が堅実になされるようにしている。
図25,図27及び図28において、87は支持脚片85の上部から外方へ突設した鍔状の係止片である。係止片87には上下方向に貫通するボルト挿通孔89を円周方向に間隔を開けて四つ形成している。各ボルト挿通孔89にはそれぞれ取付ボルト12を下方から挿通して、各取付ボルト12の頭部を下方から係止片87に係止させて、取付体10に形成した雌ネジ部14に取付ボルト12の先端部に形成した雄ネジ部15を螺着させることで、二つの流体撹拌部20,20を電動機部1とポンプ室部60との間に挟持している。88は補強片である。
このようにして、流体撹拌部Sは、取付体10の雌ネジ部14に螺着した取付ボルト12の先端部を取り外すことで流体撹拌部20,20の挟持状態を解除することができる。そして、駆動軸4に串刺し状に連動連結している流体撹拌部20とポンプ室部60を、駆動軸4に沿わせて下方へ摺動させることで、これらを駆動軸4から取り外すことができる。また、反対の手順をたどることで流体撹拌部20,20を挟持状態となすことができる。従って、重箱状に重ねた流体撹拌部20は駆動軸4に着脱自在となすことができて、その数の増減調節作業も簡単に行うことができる。
図25及び図27において、90はパイプ状の流体供給部であり、ケーシング体61に先端側供給体91を内方へ突出状に取り付け、先端側供給体91の基端部に基端側供給体92を連通連結して、同基端側供給体92を周壁形成片25に沿わせて配管している。なお、本実施形態では流体供給部90からケーシング体21内に窒素や酸素や空気等の気体Eを所要量だけ供給するようにしている。
このようにして、ポンプ室部60からの吐出圧と可動側撹拌体23の回転による吸入圧とにより、液体Liと気体Eは流入口35から吸入される。そして、撹拌流路36内に流入すると共に放射線方向及び回転方向Xに流動することで混合・撹拌されて、撹拌流路36の終端部である流出口38から混合体として撹拌室22内に流出される。撹拌室22内に流出された混合体は、搬出ホース17を通して所要の場所に搬出される。この際、気体Eはポンプ室部60の下流側から供給されるようにしているため、気体Eがポンプ室部60の羽根車63等に悪影響を及ぼすのを回避することができる。
上記のように構成した流体撹拌部Sにおいて、次のような構造を適宜組み合わせて適用することもできる。
対面状態に配設した可動側撹拌体23と固定側撹拌体24は、少なくともいずれか一方を対面方向に進退位置調節自在となして、対面する一定間隙tを調節可能とする。そして、液体Liと混合・撹拌する対象である気体Eや固体の種類に応じて、一定間隙tを適応させることで適切な超微細化と均一化を実現することができる。例えば、図32に示す筒状連結片45の駆動軸4への上下方向の取付位置を固定ボルト47を介して調節することで、可動側撹拌体23を固定側撹拌体24に対して進退位置調節することができる。
また、固定側撹拌体24は、支持本片31に連結することなく、可動側撹拌体23に前記した基本形態にて連結ビス等により連結することで、両方の撹拌体を一体的に回転可能とすることもできる。この場合、液体Liと気体Eは遠心力により撹拌流路36に沿って上下方向に蛇行しながら放射線方向に流動される。この際、液体Liと気体Eはせん断作用を受けながら流動される。なお、一体的に回転する両撹拌体23,24は、複数の撹拌室22を前記駆動軸4の軸線方向に連続させて形成した場合にも適用することができる。従って、例えば、上段(下流側)の撹拌室22内には可動側撹拌体23と固定側撹拌体24を配置して可動側撹拌体23だけを回転させる一方、下段(上流側)の撹拌室22内には一体的に回転する両撹拌体23,24を配置することもできる。この場合、下段の撹拌室22内で一体的に回転する両撹拌体23,24により気体Eを微細化すると共に、上段の撹拌室22内で可動側撹拌体23だけが回転する両撹拌体23,24により気体Eをさらに撹拌して超微細化することができる。また、上・下段の撹拌室22内にそれぞれ一体的に回転する両撹拌体23,24を配置することもできる。
また、撹拌室22内には、上下方向に伸延する邪魔板(図示せず)を配置して、邪魔板を流出口38から流出されて旋回流となる混合体に作用させることで、混合体を上下方向にも流動する乱流となすこともできる。この場合、混合体の均一化(均質化)が向上する。
〔第2実施形態としての流体撹拌部S〕
図33〜図39は、第2実施形態としての流体撹拌部Sであり、前記した第1実施形態と基本構造を同じくしているが、上・下側のケーシング体21,21同士の連結構造と固定側撹拌体24の固定構造において大きく異なる。
すなわち、ケーシング体21は、図34に示すように、上下方向に軸線を向けた円筒状の周壁形成片25の上端周縁部と下端周縁部にそれぞれ上部連結片100と下部連結片110を鍔状に張り出させて形成している。上部連結片100は上面101を平坦面に形成して、上面101を周壁形成片25の上端面102よりもやや下方に位置させている。そして、上面101と周壁形成片25の上端部外周面とで嵌合用凹部27を形成している。上面101の内周縁部にはOリング嵌入用溝103を形成して、Oリング嵌入用溝103内にOリング104を嵌入させている。下部連結片110は、内周縁部に周壁形成片25の上端周縁部105が嵌入する嵌入用凹部111を形成するとともに、外周縁部に嵌合用凹部27に嵌合する嵌合用凸部112を形成している。最上段のケーシング体21には搬出ホース17を接続するための接続孔部188を設けている。
このようにして、上・下側のケーシング体21,21同士を連結する際には、上側のケーシング体21に形成した下部連結片110の嵌入用凹部111に、下側のケーシング体21に形成した周壁形成片25の上端周縁部105を嵌入させるとともに、上側のケーシング体21に形成した下部連結片110の嵌合用凸部112に、下側のケーシング体21に形成した上部連結片100の嵌合用凹部27を下方から嵌合させる。そして、かかる状態にて、締付連結具(いわゆる、クランプバンド)200により上・下部連結片100,110を締め付けて(締結して)上・下側のケーシング体21,21同士を一体的に連結する。また、締付連結具200による上・下部連結片100,110の締め付けを解除することで、上・下側のケーシング体21,21同士の連結を解除することができる。
固定側撹拌体24は、図34及び図35に示すように、固定側本体50の下面にリング板状の支持体120を重合状態に連設して、支持体120の外周縁部121を外側方へ張り出し状(鍔状)となしている。そして、支持体120の外周縁部121は、上側のケーシング体21に形成した下部連結片110の嵌入用凹部111に配置し、嵌入用凹部111に嵌入させた下側のケーシング体21に形成した周壁形成片25の上端周縁部105を支持体120の外周縁部121の下面に当接させて、締付連結具200により上・下部連結片100,110を一体的に締結することで、支持体120の外周縁部121を上・下部連結片100,110で挟持状態に固定する。
このように、支持体120は上・下側のケーシング体21,21間に挟持されて一体的に締結される。また、ケーシング体21,21同士の締結を解除することで、同時に支持体120も取り外すことができる。したがって、洗浄作業やメンテナンス作業をする際の分解・組立作業を簡単かつ迅速にできる。
第2実施形態の駆動軸4は、図33に示すように、電動機部1の出力軸6に連動連結している。すなわち、電動機ケース2の下端面部3から出力軸6を下方へ突出させ、出力軸6の下端部に連動連結体130を介して上下方向に伸延させて形成した駆動軸4の上端部を着脱自在に連結している。131は駆動軸支持体であり、駆動軸支持体131は、電動機ケース2の下端面部3と取付体10との間に介設して、駆動軸4の上部を上下方向の軸線廻りに回動自在に支持している。取付体10の中央部には駆動軸4を挿通する挿通孔132を形成している。140は取付体10に垂設した上部中途軸受け部である。中途軸受け部140は、取付体10から円筒状の周壁形成片141を垂下し、周壁形成片141の内周面下端部に、図34にも示すように、ブッシュ支持片142を介してブッシュ143を設けて、ブッシュ143で駆動軸4の中途部を回動自在に受けている。周壁形成片141の外周面下端部には下部連結片144を鍔状に張り出させて形成している。下部連結片144は、内周縁部にケーシング体21に形成した周壁形成片25の上端周縁部105が嵌入する嵌入用凹部145を形成するとともに、外周縁部にケーシング体21の嵌合用凹部27に嵌合する嵌合用凸部146を形成している。
このようにして、中途軸受け部140にケーシング体21を連結する際には、周壁形成片141に形成した下部連結片144の嵌入用凹部145に、ケーシング体21に形成した周壁形成片25の上端周縁部105を嵌入させるとともに、周壁形成片141に形成した下部連結片144の嵌合用凸部146に、ケーシング体21に形成した上部連結片100の嵌合用凹部27を下方から嵌合させる。そして、かかる嵌合状態にて、締付連結具200により上・下部連結片100,144を締結して、上・下側のケーシング21同士を一体的に連結する。
駆動軸4の中途部である可動側撹拌体23を取り付ける位置には、段付き小径部149〜153を形成している。五段に形成した段付き小径部149〜153は順次下方に向かって小径段となるように形成して、各可動側撹拌体23とインペラー154を位置決めできるようにしている。すなわち、図34及び図35に示すように、各可動側撹拌体23の筒状連結片45の駆動軸挿通孔44の内径は、各段付き小径部149〜153の外径に整合させて、上方への摺動を規制している。そして、上方への摺動を規制された各段付き小径部149〜152の位置にて筒状連結片45に形成したボルト孔46を介して固定ボルト47により固定することで、駆動軸4に可動側撹拌体23を連動連結する。また、インペラー154の中央部に形成した筒状連結片155を段付き小径部153で位置決めし、筒状連結片155に形成したボルト孔156を介して固定ボルト157により固定することで、駆動軸4に羽根車(インペラー)154を連動連結する。
ポンプ室部60は、図35及び図38に示すように、ケーシング体61内にポンプ室62を形成している。ポンプ室62内には羽根車(インペラー)154を配設すると共に、羽根車154の中心部は駆動軸4の下端部に取り付けている。
ケーシング体61は、図35に示すように、上下方向に軸線を向けた円筒状の周壁形成片160の上部外周面に上部連結片170を鍔状に張り出させて形成している。上部連結片170は上面171を平坦面に形成して、上面171を周壁形成片160の上端面よりもやや下方に位置させている。そして、上面171と周壁形成片160の上端部外周面とで嵌合用凹部172を形成している。上面171の内周縁部にはOリング嵌入用溝174を形成して、Oリング嵌入用溝174内にOリング173を嵌入させている。
このようにして、最下段のケーシング体21とケーシング体61を連結する際には、ケーシング体21に形成した下部連結片110の嵌入用凹部111に、下ケーシング体61に形成した周壁形成片160の上端周縁部161を嵌入させるとともに、ケーシング体21に形成した下部連結片110の嵌合用凸部112に、ケーシング体61に形成した上部連結片170の嵌合用凹部172を下方から嵌合させる。そして、かかる状態にて、締付連結具200により上・下部連結片170,110を締結して、上・下側のケーシング体21,61同士を一体的に連結する。
図35及び図39に示すように、ケーシング体61の内周面下部には下端軸受け部180を取り付けている。下端軸受け部180は、周壁形成片160の内周面に重合状態に取り付ける円筒状の取付片181と、取付片181の上面に連設したリング板状の軸受け周縁部182と、軸受け周縁部182の中央部に支持片183を介して取り付けた軸受け中心部184とから形成している。そして、軸受け中心部184により駆動軸4の下端部を軸受けしている。185は軸受け周縁部182と軸受け中心部184との間に支持片183を介して形成される吸入口である。186は周壁形成片160と取付片181とを着脱自在に連結するビスである。187は流体供給部90を取り付けるための取付孔部である。
なお、本実施形態では、混合撹拌装置としての流体撹拌部Sについて説明したが、流体供給部90から混合撹拌対象となる気体に代えて液体ないしは粒体や粉体等の固体を適宜供給することで、所要の混合撹拌装置として適用することもできる。
A 窒素処理水生成装置
A1 酸素放散・放出促進手段
A2 窒素ナノバブル混合促進手段
J 循環パイプ
K 処理水供給部
M 流体混合処理部
N 窒素ガス供給部
P 圧送ポンプ
R 循環流路
S 流体撹拌部
T タンク
V 圧力調整弁
W 処理水

Claims (7)

  1. 流体を循環させる循環流路と、
    循環流路の中途部に設けて処理水を収容するタンクと、
    タンクから流出する処理水に窒素ガスを供給すべく循環流路の中途部に接続した窒素ガス供給部と、
    窒素ガス供給部から供給された窒素ガスと処理水の気液混相にせん断力を作用させることで、窒素ガスを超微細な気泡を有する気泡群となして処理水と混合すべく循環流路の中途部に設けた流体混合処理部と、
    を備え、
    流体混合処理部から流出した気泡群混じりの処理水はタンク内に環流させて、タンク内にて処理水中に溶存している酸素を微細な気泡となした窒素ガスに放散させることで、酸素が放散した微細な窒素ガスを処理水中にて浮上させるとともに、処理水から脱出させるようにした窒素処理水生成装置であって、
    流体混合処理部は、循環流路に沿って伸延する一対の板状の混合エレメント間に循環流路に沿って伸延する板状の中間混合エレメントを介在させて積層状態となし、
    上層の混合エレメントの下面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面と、中間混合エレメントの上面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面とを、相互の凹部同士が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成するとともに、中間混合エレメントの下面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面と、下層の混合エレメントの上面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面とを相互の凹部同士が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成し、
    各混合流路は、前記流入孔から流入した流体を混合流路の伸延方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を混合流路の伸延方向に流動させて合流させる複数の合流部とを具備し、
    上層の混合エレメントの一側端部には、一端を上層の混合エレメントの一側端面に開口させて流入孔を形成する一方、他端を上層の混合エレメントの一側端部下面に開口させて流入側接続部を形成し、
    流入側接続部と混合流路の始端部とを始端側一時滞留空間を介して連通させるとともに、始端側一時滞留空間は、上層の混合エレメントの一側部下面に形成した凹状の空間形成部と、中間混合エレメントの一側部に上下方向に貫通させて形成した空間形成部と、下層の混合エレメントの一側部上面に形成した凹状の空間形成部とを、上下方向に整合させて形成し、
    上層の混合エレメントの他側端部には、一端を上層の混合エレメントの他側端面に開口させて流出孔を形成する一方、他端を上層の混合エレメントの他側端部下面に開口させた流出側接続部を形成し、
    流出側接続部と混合流路の終端部とを終端側一時滞留空間を介して連通させるとともに、終端側一時滞留空間は、上層の混合エレメントの他側部下面に形成した凹状の空間形成部と、中間混合エレメントの他側部に上下方向に貫通させて形成した空間形成部と、下層の混合エレメントの他側部上面に形成した凹状の空間形成部とを、上下方向に整合させて形成し、
    中間混合エレメントの上面と下層の混合エレメントの上面には、それぞれ多数の凹部と空間形成部の周囲を囲むようにOリング配置溝を形成し、各Oリング配置溝にはOリングを配置して、積層状態となした各混合エレメント間を密閉していることを特徴とする窒素処理水生成装置。
  2. 流体混合処理部は、循環流路に沿って伸延する一対の板状の混合エレメント間に循環流路に沿って伸延する板状の中間混合エレメントを介在させて積層状態となし、
    上層の混合エレメントの下面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面と、中間混合エレメントにその肉厚方向に貫通させて多数形成した貫通孔からなる上面の混合流路形成パターン面とを、凹部と貫通孔が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成するとともに、中間混合エレメントの下面の混合流路形成パターン面と、下層の混合エレメントの上面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面とを、貫通孔と凹部が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成し、両混合流路が並列に伸延しかつ貫通孔を通して相互に連通するようにしていることを特徴とする請求項1記載の窒素処理水生成装置。
  3. 流体混合処理部は、循環流路に沿って伸延する一対の板状の混合エレメント間に循環流路に沿って伸延する板状の中間混合エレメントを二枚介在させて積層状態となし、
    上層の混合エレメントの下面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面と、上層の中間混合エレメントにその肉厚方向に貫通させて多数形成した貫通孔からなる上面の混合流路形成パターン面とを、凹部と貫通孔が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成し、かつ、上層の中間混合エレメントの下面の混合流路形成パターン面と、下層の中間混合エレメントにその肉厚方向に貫通させて多数形成した貫通孔からなる上面の混合流路形成パターン面とを、貫通孔同士が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成し、かつ、下層の中間混合エレメントの下面の混合流路形成パターン面と、下層の混合エレメントの上面に多数形成した凹部からなる混合流路形成パターン面とを、貫通孔と凹部が位置ずれした状態で対向させて混合流路を形成し、これらの混合流路が並列に伸延しかつ貫通孔を通して相互に連通するようにしていることを特徴とする請求項1記載の窒素処理水生成装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の流体混合処理部により処理水と窒素ガスの気液混相にせん断力を作用させて窒素ガスを超微細な気泡を有する気泡群となして処理水と混合する窒素ガス・処理水混合工程と、
    窒素ガス・処理水混合工程で得られた気泡群混じりの処理水をタンク内に収容する収容工程と、
    収容工程でタンク内に収容した処理水中に溶存している酸素を微細な気泡となした窒素ガスに放散させることで、酸素が放散した微細な窒素ガスを処理水中にて浮上させるとともに、処理水から脱出させる酸素脱出工程と、
    を具備することを特徴とする窒素処理水生成方法。
  5. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の流体混合処理部により超微細な気泡を有する気泡群となした窒素ガスを処理水と混合してタンク内に収容し、タンク内にて処理水中に溶存している酸素を微細な気泡となした窒素ガスに放散させることで、酸素が放散した微細な窒素ガスを処理水中にて浮上させるとともに、処理水から脱出させて窒素処理水を生成し、
    窒素処理水中に生鮮魚介類を一定時間浸漬させて処理することを特徴とする生鮮魚介類の鮮度保持処理法。
  6. 窒素処理水中に一定時間浸漬させて処理した生鮮魚介類を、収容袋中に収容するとともに収容袋内を脱気して密封し、その脱気・密封状態にて冷蔵処理することを特徴とする請求項記載の生鮮魚介類の鮮度保持処理法。
  7. 窒素処理水中に一定時間浸漬させて処理した生鮮魚介類を、窒素処理水中に浸漬したままの状態で冷凍処理することを特徴とする請求項記載の生鮮魚介類の鮮度保持処理法。
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