JP6978805B1 - 電気湯沸かし器 - Google Patents

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Abstract

【課題】手軽にUFB水を生成でき、しかも濃度の高いUFB水を生成する。【解決手段】水を収納するポット部と、前記ポット部の外側の下部に配置された電気ヒーターと、前記ポット部の内部の水の温度を検知するサーモスタットと、前記ポット部の内部の水を外部に取り出す出湯ポンプと、前記ポット部の外部に配置されたコンプレッサーまたはブロワーと、前記ポット部の底に配置され、前記ポット部の内部の水を取り出して前記出湯ポンプに引き渡す、お湯取り出し口の機能とともに、前記ポット内部の水に前記空気ポンプからの空気を曝気させる曝気ディフューザーとしての機能を有する出湯ストレーナー兼曝気ディフューザーと、前記出湯ストレーナー兼曝気ディフューザーと前記コンプレッサー又は前記ブロワーとを結ぶホースと、前記ホースの一部に配置され、前記出湯ストレーナー兼曝気ディフューザーの機能を切り替えるための分岐コックとを有する。【選択図】図1

Description

本発明は、水道水などの水を改質して、ウルトラファインバブル水を生成する方法に関する。
空気を取り込んだ水流に対して、乱流によって減圧と同時に撹拌することによりウルトラファインバブル水を生成することが提案されている。具体的には、水道管やシャワーヘッドに生成器を取り付ける。
抽出飲料、粉末飲料の給水・給湯、調理全般に味の改善効果が期待される。
また、洗浄能力が高いことが知られている。
特許文献1には、マイクロ・ナノバブル発生装置により空気の微細気泡を調味液中に発生させた調味液に食品を浸したり、マイクロ・ナノバブル発生装置により空気の微細気泡を調味液中に発生させ次いで前記微細気泡が次第に収縮してナノバブルになった状態の調味液を食品に塗布することを特徴とする食品の調味方法が開示されている。
特許文献2には、圧力液体供給部材と、この圧力流体供給部材から給送されてくる液体を吐出する吐出部材との間に介装されて、この吐出部材から吐出される前記液体中に極小泡を発生させるバブル発生器であって、下流側に向けて窄まる第1 流路を設けた上流側本体と、前記第1 流路内に収納されて多数の通液孔を設けた分流コマと、前記上流側本体に取り付けられて、下流側に向けて広がる第2 流路を設けた下流側本体とにより構成し、前記第1 流路の下流側端部を、前記第2 流路の上流側端部に対向させるとともに、互いに当接し合う前記上流側本体の当接面または前記下流側本体の当接面のいずれか少なくとも一方の面粗度R a を、0 . 2 〜 6 . 3 とし、これらの当接面間の微細な隙間から内部に外気を導入し得るようにしたことを特徴とするバブル発生器が開示されている。
特許文献3には、ポンプで水源から水を取り入れて水を加圧して共鳴エジェクターへ送り、共鳴エジェクターは減圧計とガス流量計と共鳴調整ニードルバルブと共鳴発泡装置を装備し、共鳴エジェクターと共鳴発泡装置の減圧を減圧計とガス流量計を見ながら共鳴調整ニードルバルブで調節し、共鳴エジェクターで混合した気液混合液を、共鳴発泡装置内で笛の原理と同様の共鳴による発泡「共鳴発泡」を行い、瞬間的に白濁するマイクロバブルを生成することを特徴とするマイクロバブル共鳴発泡法が開示されている。
特許第4958319号公報 特許第4999996号公報 特許第6040345号公報
調理用の給湯や拭き掃除用の給水は、配管工事や専用機を採用するほどには、使用頻度が高くないと思われる。特に一般家庭においては、手軽にウルトラファインバブル水を生成する方法が望まれる。
また、ウルトラファインバブル水の生成器を1段通過して得られるウルトラファインバブル(UFB)は、1億個/ml程度に過ぎない。もっと多くのウルトラファインバブルを生成できる方法が望まれる。
本発明の発明者は、抽出飲料の味の改善方法を長年にわたって研究しつづけてきた過程で給湯法に着目し、手軽にUFB水を生成でき、しかも濃度の高いUFB水を生成できることを発見し、解決方法に至った。
本発明の課題は、手軽にUFB水を生成でき、しかも濃度の高いUFB水を生成する方法を提供することにある。
本発明に係るウルトラファインバブル水生成方法は、水を熱して熱湯を得る加熱ステップと、前記加熱ステップで得た熱湯を曝気する曝気ステップとからなる。
これにより、ウルトラファインバブル水を生成できる。
前記加熱ステップで得た熱湯の温度は、摂氏70度以上であることを特徴とする。
これにより、より多くのウルトラファインバブル水を生成できる。
前記加熱ステップで得た熱湯の温度は、摂氏80度以上であることを特徴とする。
これにより、さらに多くのウルトラファインバブル水を生成できる。
前記加熱ステップで得た熱湯の温度は、摂氏90度以上であることを特徴とする。
これにより、もっと多くのウルトラファインバブル水を生成できる。
また、本発明のウルトラファインバブル水生成方法は、水を熱して熱湯を得る加熱ステップと、前記加熱ステップで得た熱湯を沸騰させつつ曝気する沸騰曝気ステップとからなる。
これにより、もっとも望ましい態様でウルトラファインバブル水を生成できる。
さらに、前記曝気ステップにおける曝気は、シャフトの先に撹拌部が設けられ、前記シャフトをモータで回転させる電動泡立て器を用いて、前記加熱ステップで得た前記熱湯の中であって水面に近い部分に前記撹拌部を挿入して回転させて行うことを特徴とする。
これにより水面に近い空中の空気を取り込みつつ、ウルトラファインバブル水を生成できる。
前記沸騰曝気ステップにおける曝気は、シャフトの先に撹拌部が設けられ、前記シャフトをモータで回転させる電動泡立て器を用いて、前記加熱ステップで得た前記熱湯の中であって水面に近い部分に前記撹拌部を挿入して回転させて行うことを特徴とする。
これにより水面に近い空中の空気を取り込みつつ、ウルトラファインバブル水を生成できる。
前記沸騰曝気ステップの熱湯を沸騰させる際に用いる容器は、上部に蓋を有し、当該蓋にはその周辺の一部に切欠き部を有して、当該切欠き部を前記電動泡立て器の前記シャフトが通るように構成されることを特徴とする。
これにより、電動泡立て器を操作する人が、安全に作業できる。
前記曝気ステップにおける曝気は、前記加熱ステップで得た熱湯の中であって下方に設けた気泡ディフューザーと、前記加熱ステップで得た熱湯の外部に設けた空気ポンプと、前記気泡ディフューザーと前記空気ポンプとを結ぶホースとを用いて、前記加熱ステップで得た熱湯の中に気泡を拡散させて行うことを特徴とする。
これにより、熱湯から離れた場所で空気を発生させて、熱湯に送り込むことができる。
前記沸騰曝気ステップにおける曝気は、前記加熱ステップで得た熱湯の中であって下方に設けた気泡ディフューザーと、前記加熱ステップで得た熱湯の外部に設けた空気ポンプと、前記気泡ディフューザーと前記空気ポンプとを結ぶホースとを用いて、前記加熱ステップで得た熱湯の中に気泡を拡散させて行うことを特徴とする。
これにより、熱湯から離れた場所で空気を発生させて、熱湯に送り込むことができる。
前記沸騰曝気ステップの熱湯を沸騰させる際に用いる容器は、上部に蓋を有し、当該蓋にはその周辺の一部に切欠き部を有して、当該切欠き部を前記ホースが通るように構成されることを特徴とするウルトラファインバブル水生成方法。
これにより、熱湯から離れた場所で空気を発生させて熱湯に送り込むことができる。
本発明に係る電気湯沸かし器は、水を収納するポット部と、前記ポット部の外側の下部に配置された電気ヒーターと、前記ポット部の内部の水の温度を計測する温度計測器と、前記ポット部の内側であって、下部に配置された曝気ディフューザーと、前記ポット部の外部に配置された空気ポンプと、前記気泡ディフューザーと前記空気ポンプとを結ぶホースと、前記温度計測器により計測される温度に従って、前記電気ヒーターの動作と、前記空気ポンプの動作とを制御する制御部を有する。
これにより、適温に保ちつつウルトラファインバブル水を生成できる。
さらにまた、本発明に係る電気湯沸かし器は、水を収納するポット部と、前記ポット部の外側の下部に配置された電気ヒーターと、前記ポット部の内部の水の温度を計測する温度計測器と、前記ポット部の内部の水を外部に取り出す出湯ポンプと、前記ポット部の外部に配置されたコンプレッサーまたはブロワーと、前記ポット部の底に配置され、前記ポット部の内部の水を取り出して前記出湯ポンプに引き渡す、お湯取り出し口の機能とともに、前記ポット内部の水に前記空気ポンプからの空気を曝気させる曝気ディフューザーとしての機能を有する出湯ストレーナー兼曝気ディフューザーと、前記出湯ストレーナー兼曝気ディフューザーと前記コンプレッサー又は前記ブロワーとを結ぶホースと、前記ホースの一部に配置され、前記出湯ストレーナー兼曝気ディフューザーの機能を切り替えるための分岐コックと、前記温度計測器により計測される温度に従って、前記電気ヒーターの動作と、前記出湯ポンプの動作と、前記コンプレッサーまたはブロワーの動作と、前記分岐コックの動作とを制御する制御部を有する。
これにより、出湯ストレーナーと曝気ディフューザーとを兼用できるので、シンプルな構成で、ウルトラファインバブル水を生成できる。
本発明のウルトラファインバブル水生成方法又は電気湯沸かし器により、家庭などで手軽に、しかも濃度の濃いウルトラファインバブル水を生成できる。
切欠き部を有する蓋をもつヤカンと電動泡立て器を描いた斜視図である。 鍋と電動泡立て器を描いた斜視図である。 エアストーンと、ディフューザーの例を示す写真である。 ウルトラファインバブル水の検査報告書である。 ウルトラファインバブル水の測定結果である。 ウルトラファインバブル水の測定結果の補足情報である。 未処理水のウルトラファインバブルに関する検査報告書である。 未処理水のウルトラファインバブルの測定結果である。 未処理水のウルトラファインバブルの測定結果の補足情報である。 レーザービームの散乱実験の説明図である。 レーザービームの散乱実験の写真である。 電気湯沸かし器(出湯ポンプなし)の透視図である。 電気湯沸かし器(出湯ポンプあり)の透視図である。 ウォータージェットノズルによる曝気装置の透視図である。 ウォータージェットノズルを下方に設けた曝気装置の透視図である。 充電式電動空気入れを示す写真である。
以下、図面を参照しつつ、本発明のウルトラファインバブル水生成方法及び電気湯沸かし器について、説明する。同様の機能を有する部材については、同一の符号を用いる。
≪本発明の曝気を実施するための方法及び装置≫
図1は、切欠き部15を有する蓋12をもつヤカン10と電動泡立て器20を描いた斜視図である。電動泡立て器20は、操作する人が握る部分(グリップ)と、モータと、そのモータから延びるシャフト22と、シャフト22の先に設けられた撹拌部25とを有している。ヤカン10に水を入れて沸騰させる(又は沸騰に近い状態、例えば、98℃、97℃、95℃にまで到達させる)。その状態で、蓋12を少し開けて、泡立て器20の撹拌部25が、熱湯の水面を曝気することができるように、撹拌部25を挿入し、シャフト22が切欠き部15を通るようにして、蓋12をきちんと閉め、撹拌作業を行う。
沸点に近いほどウルトラファインバブルの生成効率が高く、沸騰させながら曝気するのが望ましい。ここで、ウルトラファインバブル(UFB)は、1マイクロメートル(μm)未満の気泡のことをいう(本明細書において、以下同じ)。
図2は、鍋と電動泡立て器30を描いた斜視図である。電動泡立て器30は、電動泡立て器20とほぼ同様の構造を有する。モータから延びるシャフト22とシャフトの先に設けられた撹拌部35とを有し、モータを回転させることで、撹拌させるものである。図2にあっては、ヤカンと異なり、蓋がないので、電動泡立て器30の撹拌部35をそのまま鍋に挿入して、水面を曝気することができる。
図3は、エアストーン(図3(a))と、ディフューザー(図3(b))の例を示す写真である。図3(a)に示すエアストーンは、熱帯魚飼育用の水槽内で用いるエアストーンである。図3(b)に示すディフューザーは、細孔を多数設けた配管終端である。
図3(a)に示すエアストーンまたは図3(b)に示すディフューザーを図1のヤカン10又は図2の鍋の底に沈めてホースを通じて空気ポンプにつなげることで、曝気させることができる。図1のヤカン10を用いる際には、ホースを切り欠き部15を通して外に出す。
図4は、ウルトラファインバブル水の検査報告書である。
検体は5日前に生成、採取され、陸送後一時保管された。2.19e+008は、2.19×10の8乗を意味する。
図5は、ウルトラファインバブル水の測定結果である。
測定装置により粒径とその濃度を5回測定し、統計処理して検査報告とされた。粒子の成分が大気であることを前提として水中の粒子を測定した。測定した粒子径は、1マイクロメートル(μm)未満である。
図6は、ウルトラファインバブル水の測定結果の補足情報である。
プロットされている正方形の点の大小は、撮影された動画フレーム内で粒子の中心を追跡できた時間の長短を表す。
図7は、未処理水のウルトラファインバブルに関する検査報告書である。
浄化装置を通過した水道水を採用したため、通過時の乱流により通常の水道水より少し多めのウルトラファインバブルを含んでいることが考えられる。
図8は、未処理水のウルトラファインバブルの測定結果である。
測定装置により粒径とその濃度を5回測定し、統計処理して検査報告とされた。
図9は、未処理水のウルトラファインバブルの測定結果の補足情報である。
プロットされている正方形の点の大小は、撮影された動画フレーム内で粒子の中心を追跡できた時間の長短を表す。
図10は、レーザービームの散乱実験の説明図である。
1リットルの水をビーカーで沸騰させ、火を止め、3ボルト電池駆動の泡立て器で3分間水面を曝気した。曝気し終えた時点での水温を計測したところ85℃であった。その後、自然冷却し、常温まで冷ました。その水を透明アクリルケースに注いでレーザーポインターを照射する実験を行った。そのときのレーザーポインター照射の様子を示す図が図10であり、撮影した写真が図11である。
この曝気処理をした試料を5日後に測定したUFBのカウントは、2.19億個/ミリリットル(図4、図5、図6に示す検査報告書1、検査報告書2、検査報告書3参照)であった。同様に、曝気処理をしない通常の水道水を同じ日に測定したUFBのカウントは、0.16億個/ミリリットル(図7、図8、図9に示す検査報告書4、検査報告書5、検査報告書6参照)であった。熱湯を三分間、曝気処理することにより、UFBがおよそ14倍となったことがわかる。
図11は、レーザービームの散乱実験の写真である。図11(a)は、図10の斜視図の配置を同様の角度から撮影した写真であり、手前のアクリルケースには通常の水道水(家庭用の浄水器を通した水道水)、向こう側のアクリルケースには曝気後の水を入れる。
図11(b)及び図11(c)は、上からみて撮影していたものである。図11(b)では、レーザービームが曝気後の水を通ってから、通常の水道水を通る。図11(c)では、レーザービームが通常の水道水を通ってから、曝気後の水を通る。いずれの場合であっても、通常の水道水よりも、曝気後の水のほうが、レーザービームの光の筋が明るいことを目視にて確認し、また写真撮影によっても確認できた。
曝気処理された水の中には、UFBが多数浮遊しており、その分布が不規則であるため、粒径より波長の長いレーザービームであってもレーザーのコヒーレンシーが散乱され、光の筋として観察できるものと考えられる。
数分間沸騰させるだけ(曝気しない)であっても、ある程度光の筋が見えるようになるが、曝気したものと比較して明るさははるかに及ばない。したがって、沸騰と曝気とを合わせることで、UFBの生成効果が現れるものと考えられる。
さらに、沸騰させながら曝気したものと、沸騰後、火を止めて曝気したものとを比較すると、沸騰させながら曝気したものが、より明るい光の筋を得ることができた。
エアストーンと、ディフューザーとの比較実験を行った。
配管の終端を塞いで直径0.3ミリメートルの穴を多数開けた円筒型ディフューザーを製作し、エアストーンとほぼ同じ通気抵抗となるようにした。そして、300mlを沸騰させながら1分間、曝気させたところ、光の筋の明るさは、エアストーンを用いたものとディフューザーを用いたものとでは、ほぼ同じだった。
UFBは少なくとも5日間は消滅しないことが確認できたので、冷まして電動コーヒーメーカーの給水に使うことができる。また、濃すぎる場合は、適度に希釈して用いてもよい。
図12は、電気湯沸かし器(出湯ポンプなし)の透視図である。ポット部40にいれた水を電気ヒーター50により熱する。温度計測器60及び図示しない制御部が電気ヒーターのオンオフを制御する。それにより、ポット部40の水を、沸騰させ続けること、または、98℃、97℃、95℃などの温度に保つことができる。
沸騰している状態、または、沸騰に近い温度に保った状態で、空気を空気ポンプ80を用いて、ホース90を介して曝気ディフューザー70からポット部40内の水に曝気する。空気ポンプ80の動作も上述の(図示しない)制御部により制御する。ホース90には、ポット部40の水が逆流しないように、逆流防止弁を設けることが望ましい。また、空気ポンプ80の位置を、ポット部40の水面の高さよりも高い位置に設けることとしてもよい。
この装置によれば、家庭において、UFB水を生成することが簡便になされ得る。
図13は、電気湯沸かし器(出湯ポンプあり)の透視図である。ポット部40、温度計測器60、電気ヒーター50の構成は、図12に描いた電気湯沸かし器と同様である。出湯ポンプ100を有することが、図12に描いた電気湯沸かし器とは異なる。出湯ポンプ100は、ポット部40内のお湯を出湯ストレーナー兼曝気ディフューザー120から取り出してホースを介して、外部に出す機能を果たすポンプである。羽根をモーターにて回転させて水を送り出す遠心力ポンプを用いることができる。
さらに、コンプレッサー又はブロワー110から送り出される空気は、ホース130、分岐コック140を介して出湯ストレーナー兼曝気ディフューザー120からポット部40内の熱湯に送られる。電気ヒーター50、分岐コック140、出湯ポンプ100、コンプレッサー又はブロワー110の動作は、前述した図示しない制御部により制御される。当該制御部は、温度計測器50により計測された温度にしたがって、動作する。
沸騰に近い温度(操作者が、所定の温度に設定可能)になった状態で、上述した制御部は、分岐コック140を曝気可能な位置に切り替えて、コンプレッサー又はブロワー110を働かせる。そして、コンプレッサー又はブロワー110からの曝気が所定の時間なされた後に、コンプレッサー又はブロワー110を停止して、分岐コック140を出湯可能な位置に切り替える。操作者が出湯ボタンを押すと、押し続ける間、出湯ポンプ100が働いて、ポット部40内の水を外に出す。操作者は、所望の量の水が外に出たところで、出湯ボタンを押すのを止める。
この装置によれば、家庭において、UFBを生成することが簡便になされるのみならず、必要なUFB水を必要な量だけ、取り出すことが容易になされる。
図14は、ウォータージェットノズルによる曝気装置の透視図である。
ウォータージェットノズルは多くのエスプレッソメーカーにミルクフロッサーとして付属している。ボイラー200で生成された熱湯をウォータージェットノズル250を介して容器500内に打ち込むように構成されている。熱湯の供給を連続的に実現するために、ボイラー200にパイプ320でつながる高圧ポンプ300、高圧ポンプ300に水を供給する給水口310が設けられている。容器500は、ヒーター400の上に置かれる。これにより容器内に注入される熱湯は、高温の状態を保つことができる。
図14に示すように、ウォータージェットノズル250から打ち込まれる熱湯は、水面の形状をゆがませるほどに、強く水面に打ち付けるので、水面での曝気効果があると考えられる。これにより、UFBの生成が期待できる。
実際のところ、エスプレッソマシンの給湯ノズルから、80℃の熱湯をコップに打ち込んで給湯し、ティーバッグの緑茶を入れると、苦味が減る。これは、UFBによる効果であると考えられる。
図14では、給水口310には、水道管を直結することが考えられるが、UFB水を生成したものを貯めた貯水槽からの給水を行って循環させると、さらに高濃度のUFB生成が可能である。
閉じた容器に窒素、酸素、オゾン、二酸化炭素を充填して曝気すると、それぞれ鮮魚の鮮度延長、養殖魚や植物工場の成長促進、抗菌、飲料改質が期待される。
チャンバー内を、曝気装置の耐熱温度範囲内の温水で満たし、気体を入れ、沸点近くまで減圧して曝気する方法も考えられる。UFBは沸点に近い条件で撹拌すると生成されると考えられるので、常温では流路の一部において乱流を生じさせ、局所的に減圧することにより、沸点を下げて撹拌することでUFBを発生させる方法がすでに実用化されている技術であると考えることができる。
本発明にあっては、100℃に近い温度を提案したのは、大気圧(1気圧)を前提とするものである。圧力を変化させることで、沸騰+撹拌の状態を実現してUFBを生成することも可能である。
≪温度の限定について≫
図10、図11に示したレーザービームの散乱実験を、さまざまな温度のお湯を曝気することで試してみた。
60℃では、レーザービームの筋が見えるか見えないかという限界レベルであった。
70℃では、はっきりとレーザービームの筋が確認できた。
80℃では、レーザービームの筋がさらにはっきりと見えるだけでなく、そのお湯で煎茶をいれたところ、苦みが弱くなることを確認できた。
90℃では、沸騰直後のお湯を曝気するのと、同程度のレーザービームの筋が観測できた。
このことから、70℃以上、80℃以上、90℃以上の三段階の温度限定が意味あるものと考えられる。
図15は、ウォータージェットノズルを下方に設けた曝気装置の透視図である。図14のようにノズルを上方に設けるのと同様の効果が得られることを、図10,図11の散乱実験により確認できた。
図16は、60ワット充電式空気入れの写真である。小さい鍋を用いて水300ミリリットルを沸騰させ、充電式空気入れを写真の通りの姿勢でノズルを鍋の底まで沈めて一分間曝気した。コンプレッサーが稼働している最中の内圧は、2.5気圧であり、針の内径は1ミリメートル、長さ3センチメートル、一分後に火を止めたとき、水温は85℃であった。図10、図11に示す散乱実験を行ったところ、光の筋は明瞭に観測できた。したがって、ウルトラファインバブルが発生しているものと考えられる。
本発明に係るウルトラファインバブル水生成方法は、調理用の給湯、拭き掃除用や染み抜き用の給水に利用可能である。
10 ヤカン
12 蓋
15 切欠き部
20、30 電動泡立て器
22、32 シャフト
25、35 撹拌部
40 ポット部
50 電気ヒーター
60 温度計測器
70 曝気ディフューザー
80 空気ポンプ
90 ホース
100 出湯ポンプ
110 コンプレッサー又はブロワー
120 出湯ストレーナー兼曝気ディフューザー
130 ホース
140 分岐コック
200 ボイラー
250 ウォータージェットノズル
300 高圧ポンプ
310 給水口
320 パイプ
400 ヒーター
500 容器

Claims (1)

  1. 水を収納するポット部と、
    前記ポット部の外側の下部に配置された電気ヒーターと、
    前記ポット部の内部の水の温度を計測する温度計測器と、
    前記ポット部の内部の水を外部に取り出す出湯ポンプと、
    前記ポット部の外部に配置されたコンプレッサーまたはブロワーと、
    前記ポット部の底に配置され、前記ポット部の内部の水を取り出して前記出湯ポンプに引き渡す、お湯取り出し口の機能とともに、前記ポット内部の水に前記コンプレッサーまたは前記ブロワーからの空気を曝気させる曝気ディフューザーとしての機能を有する出湯ストレーナー兼曝気ディフューザーと、
    前記出湯ストレーナー兼曝気ディフューザーと前記コンプレッサー又は前記ブロワーとを結ぶホースと、
    前記ホースの一部に配置され、前記出湯ストレーナー兼曝気ディフューザーの機能を切り替えるための分岐コックと、
    前記温度計測器により計測される温度に従って、前記電気ヒーターの動作と、前記出湯ポンプの動作と、前記コンプレッサーまたは前記ブロワーの動作と、前記分岐コックの動作とを制御する制御部
    を有する電気湯沸かし器。
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