JP7023029B1

JP7023029B1 - ウルトラファインバブル水の生成器、湯沸かし器及びチェッカーを有する湯沸かし器

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Publication number: JP7023029B1
Application number: JP2021101647A
Authority: JP
Inventors: 良夫上辻
Original assignee: 良夫上辻
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-02-21
Anticipated expiration: 2041-06-18
Also published as: JP2022083385A; JP2022082947A; JP6978805B1

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】水に挿入する下部筐体と、エアポンプとモーターとを有する上部筐体と、動力伝達機構とともに空気を送る送気ダクトとからなり、下部筐体は、エアポンプから送気ダクトを通して送られる空気を満たす空気室と、空気室の中に設けられ、水と空気とをせん断するせん断ローターとを有し、動力伝達機構はせん断ローターに動力を伝達し、上部筐体は、エアポンプに大気中の空気を供給する吸気口と、空気を送気ダクトに送る送気ホースとを有するとともに、モーターの出力する動力を動力伝達機構に伝達する。【選択図】図１６

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、加減圧やせん断流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。家庭用としては、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Ｒａ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。

特許文献４には、温度検知素子装置や発熱体を備える容器により水を沸騰させるとともに、気体ポンプより気体流出経路を介して送られる気体を器体の下部に設けた気体流出口から気泡として熱湯内に拡散させることにより、熱湯に曝気を行うという工程、及び該工程を行う電気湯沸かし器が記載されている。

特許文献５には、サーモスイッチを有するニクロム線ヒータを備える熱湯槽により水を沸騰させるとともに、曝気手段である吐出ポンプより送風管を介して送られる気体を熱湯槽下部に設けた送風管開口から機能として熱湯内に拡散させることにより、熱湯に曝気を行うという工程、及び、該工程を行う電気湯沸かし器が記載されている。

特許文献６には、ヒータを備える貯水槽により水が加熱されて熱湯になるとともに、挿入孔より挿入される撹拌羽根が水面で回転されることで水面を叩くようにして攪拌する工程、及び、該工程を行う電気湯沸かし器が記載されている。

特許第４９５８３１９号公報特許第４９９９９９６号公報特許第６０４０３４５号公報特開２００２－２３３４５８号公報特開平０７－１８５５２１号公報特開２００７－２９８２４６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の生成器は、
下方に向けて開放する開放口を有する空気室と、前記空気室の中に設けられたせん断ローターとを有し、湯沸かし器の水を収納する部分に挿入して用いる下部筐体と、
前記下部筐体へ送る動力の動力源であるモーターを有する上部筐体と、
前記上部筐体からの動力を前記下部筐体の空気室の中のせん断ローターへ伝達する動力伝達機構と、
を有するせん断ローター部と、
大気中から空気を取り込んで前記空気室へ送るエアポンプを有するエアポンプ部と
の組み合わせからなるウルトラファインバブルの生成器であって、
前記せん断ローターは、前記空気室の中に前記エアポンプ部から送られる空気と、前記湯沸かし器内の水とをせん断することを特徴とする。
これにより、家庭においても簡易にウルトラファインバブル水を生成することができる。

なお、エアポンプと送気ダクトとは前記上部筐体の外に設置し、せん断ローターの下から回転軸に向けて、空気室に供給してもよい。

空気室へ入る水と空気室から出る水の境界面で起きる乱流を防止してせん断効率を高めるため、整流コーンを備える。

前記下部筐体の空気室の内側には、せん断ローターの回転に沿って空気室内を回転する水の流れを抑制しながら乱流を増やすことによって、せん断ローターによるせん断効率を高める回転抑制板を多数もっている。

さらに、前記下部筐体の空気室は、下方に向けて開放する開放口をもっており、
当該開放口を、
網又はパーフォレーションされた板により保護することを特徴とする。
これにより、せん断ローターが、誤って他の物を傷つけることを防ぐことができる。

前記せん断ローターは、ステンレスフィラメントにより構成されることを特徴とする。
これにより、回転駆動力を受けて空気と水をせん断することが可能となる。

また、本発明に係る湯沸かし器は、
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、
前記温度計測器により計測される温度に従って、前記ヒーターの動作を制御するヒーター制御部と
を有する湯沸かし器であって、
さらに、上述のいずれか１項に記載したウルトラファインバブル水の生成器を有することを特徴とする。
これにより、従来の湯沸かし器に、簡易な構成を加えることでウルトラファインバブル水の生成が可能となる。

さらに、前記ウルトラファインバブル水の生成器によってウルトラファインバブル水が生成されたことをチェックするＵＦＢチェッカーを有することを特徴とする。
これにより、使用者がウルトラファインバブル水の生成された事実を確認できる。

さらに、前記ＵＦＢチェッカーは、未処理水と、前記ウルトラファイバブル水の生成器による処理水とにレーザービームを透過させて、光の散乱の様子を可視化する装置であることを特徴とする。
これにより、使用者は光の散乱のようすから、ウルトラファインバブル水の発生を視覚的に確認できる。

さらに、前記ＵＦＢチェッカーは、
未処理水用透明ケースと、ＵＦＢ水用透明ケースとを並べて設けて、それらの二つの透明ケースを一つのレーザービームが透過するようにレーザー光源を設けてなることを特徴とする。
これにより、使用者は、光の散乱の様子の違いを直感的に確認できる。

さらに、本発明に係る湯沸かし器は、
前記未処理水用透明ケースの上下にそれぞれ設けた未処理水用透明ケース上部電磁弁、未処理水用透明ケース下部電磁弁と、
前記ＵＦＢ水用透明ケースの上下にそれぞれ設けたＵＦＢ水用透明ケース上部電磁弁、ＵＦＢ水用透明ケース下部電磁弁と、
前記湯沸かし器の水を収納する部分に設けた注水管、排気管と、
前記注水管と排気管とのそれぞれに設けた注水管電磁弁、排気管電磁弁と、
前記注水管電磁弁と前記排気管電磁弁との双方につながり、前記未処理水用透明ケース、前記ＵＦＢ水用透明ケースの容積と同等の容積を有する揚水槽と、
前記揚水槽と、前記未処理水用透明ケース上部電磁弁、前記ＵＦＢ水用透明ケース上部電磁弁とをつなぐ揚水管と、
前記揚水管に設けた揚水管電磁弁と、
前記揚水槽に導入された未処理水とＵＦＢ水をそれぞれの透明ケースへ押し上げる揚水エアポンプと、
前記ウルトラファインバブル水の生成器、前記ヒーター、前記レーザー光源、前記揚水エアポンプ、前記未処理水用透明ケース上部電磁弁、前記未処理水用透明ケース下部電磁弁、前記ＵＦＢ水用透明ケース上部電磁弁、前記ＵＦＢ水用透明ケース下部電磁弁、前記注水管電磁弁、前記排気管電磁弁、前記揚水管電磁弁を統合的に制御する湯沸かし器統合制御装置と
を有し、湯沸かし器の水の加熱処理、未処理水用透明ケースへの揚水処理、ＵＦＢ水生成処理、ＵＦＢ水用透明ケースへの揚水処理、レーザー光照射処理をあらかじめ定めたプログラムにしたがって実行することを特徴とする。
これにより、ウルトラファインバブル水の生成と、そのチェックまでを自動的に行うことができる。
なお、湯沸かし器への給水処理についての説明は省略する。

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。

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。高圧空気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。ウルトラファインバブル水の生成器を示す図である（実施例１）。ウルトラファインバブル水の生成から、チェッカーの動作までを自動的に行う装置を示す図である（実施例２）。自動的に動作するＵＦＢチェッカーの動作プロセスを説明する図である。家庭でも用いることのできる簡易なＵＦＢチェッカーの図である。湯沸かし器の底から給気する場合の、ウルトラファインバブル水の生成器を示す図である（実施例３）。鍋やかん差し込み用のウルトラファインバブル水の生成器を示す図である（実施例４）。実施例４に用いるやかんを示す図である。

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装置、チェッカー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、鍋と電動泡立て器３０を描いた斜視図である。モーター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、モーターを回転させることで、撹拌させるものである。電動泡立て器３０の撹拌部３５をそのまま鍋に挿入して、水面をせん断曝気することができる。沸点に近いほどウルトラファインバブルは生成され易いが、水のせん断面が沸点に達するとせん断面で激しく沸騰するため火傷の原因となる。また、せん断面から激しく水蒸気が発生すると空気が薄くなり生成効率が下がるため、沸騰させたあとは、せん断面が沸騰しないように火力を少し絞って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、エアストーン（図２(a)）と、ディフューザー（図２(b)）の例を示す写真である。図２(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２(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２(a)に示すエアストーンまたは図２(b)に示すディフューザーを図１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。水中の曝気による効果は、圧縮空気を高圧で噴射する場合を除き、回転する撹拌機で水面をせん断曝気するよりも劣る。

図３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４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５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６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７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８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９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９であり、撮影した写真が図１０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３、図４、図５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６、図７、図８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１０は、レーザービームの散乱実験の写真である。図１０(a)は、図９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１０(b)及び図１０(c)は、上からみて撮影していたものである。図１０(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１０(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１１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１２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１１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１１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１３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１３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、水面のせん断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℃の熱湯をビーム状に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１３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、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、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せん断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＋せん断の状態を実現してＵＦＢを生成することも可能と考えられる。

≪温度の限定について≫
図９、図１０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１４は、高圧の空気ノズルを水面下に設けた曝気装置の透視図である。図１３のように熱湯のノズルを水面上に設けるのと同様の効果が得られることを、図９，図１０の散乱実験により確認できた。

図１５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９、図１０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。

≪実施例１：ＵＦＢ水生成器≫
図１６は、ウルトラファインバブル（ＵＦＢ）水の生成器を示す図である（実施例１）。
実施例１のＵＦＢ水生成器は、大まかにいうと、上部筐体６４０と、下部筐体６１０と、それらをつなぐ送気ダクト６７０とからなる。
上部筐体６４０は、エアポンプ６４２とその動力源であるモーター６４４とを有し、湯沸かし器の水を収納する部分の水面よりも上に位置するものである。モーター６４４が生み出す動力は、エアポンプ６４２に伝えられる。エアポンプ６４２は、たとえばダイヤフラムポンプを用いることができる。エアポンプ６４２は、吸気口６４６から吸い込んだ外気を送気ダクト６７０を介して下部筐体６１０に送る。また、モーター６４４が生み出す動力は、かさ歯車６５０及び６５２の働きにより、動力伝達機構６７２に動力を伝達する。ベアリング６５４及びベアリング６５６により、動力伝達機構６７２（回転軸）を支える。また、下部筐体６１０から送気ダクト６７０を介して上部筐体６４０に、浸水しないように、防水パッキン６５８が設けられる。また、エアポンプ６４２から送気ダクト６７０に空気を送る送気ホース６４８には、逆流防止弁が設けられるのが望ましい。図１６に描いた実施例では、一つのモータの生み出す動力をエアポンプ６４２と下部筐体６１０とに送る構成としたが、モータを二つ設けて別々に制御することとする実施例も可能である。
下部筐体６１０は、湯沸かし器の水を収納する部分（水中）に挿入して用いるものである。下部筐体６１０の内部には空気室６１２が設けられ、空気室６１２の内部にはエアポンプ６４２から送気ホース６４８、送気ダクト６７０を介して送られる空気が満たされる。空気室６１２の内部の水面は、外の水面よりも低くなっている。エアポンプ６４２が送り込む空気により空気室６１２の内部の水面を圧すことによるものである。エアポンプ６４２の出力の大きさは、空気室６１２の下端から空気が少しずつ溢れ出るペースに調節される。空気室６１２の内部には、前述した動力伝達機構６７２が設けられており、そこにせん断ローター６１４が取り付けられる。動力伝達機構６７２の回転がせん断ローター６１４に伝わることにより、せん断ローター６１４は、空気室６１２内の水面を回転によりせん断する。このせん断作用により、ＵＦＢを発生する。せん断ローター６１４は、ステンレスフィラメントを用いることができる。ステンレスフィラメントは、家庭用のミルクフォーマー（牛乳泡立て器）に用いられるものと同様のものとすることができ、空気室の内側には、せん断ローター６１４の回転に沿って空気室内を回転する水の流れを抑制しながら乱流を増やすことによって、せん断ローター６１４によるせん断効率を高める回転抑制板１２１５を多数もっている。回転抑制板１２１５の働きにより水とせん断ローター６１４との相対速度を増やすことができる。流体力学で言うと流れは狭いところを通るとき、速くなることに基づくともいえる。したがって、回転抑制板は、せん断ローター６１４の周囲の水の流れが速くなるように設計されるのが望ましい。

空気室６１２には、下方に向けて開放口６１６が設けられ、その開放口を網（又はパーフォレーションされた板）６１８が覆う。水以外のものを傷つける事故を防止するためである。また、開放口６１６の真下には、下に向けて広くなるラッパの形状（ベル形状）の整流コーン１１１９を設ける。空気室内の水、空気の流れを整えて、効果的にＵＦＢを生成するためである。この整流コーン１１１９を設けないと空気室内の水、空気の流れが乱れて無駄に大きな泡が上がってくる可能性がある。
送気ダクト６７０は、上部筐体６４０から下部筐体６１０へ向けて空気を送るとともに、動力伝達機構６７２の働きにより、動力を伝達する。

≪実施例２：ＵＦＢ生成からチェッカーの動作までを自動で行う装置≫
図１７は、ウルトラファインバブル水の生成から、チェッカーの動作までを自動的に行う装置（実施例２）を示す図である。
図１７に示すように、ポット部７４０には水（水道水又は浄水器を通した水）が貯められ、ポット部７４０の底部（外側の下部）に設けられたヒーター７５０により熱せられる。ポット部７４０の内側には温度計測器７６０が設けられ、計測された温度情報は、ヒーター制御部７７０（湯沸かし器統合制御装置８２０）に伝達され、ヒーター７５０を制御することによりポット部７４０の水は適温に熱せられる。ポット部７４０の内側にはＵＦＢ生成モジュール７００（ウルトラファインバブル水の生成器）が設けられて、ＵＦＢを生成する。このＵＦＢ生成モジュール７００は、たとえば図１６に描いたものを用いることができる。
実施例２では、さらにＵＦＢチェッカー７８０を設けてあり、その動作を自動的に行うための構成を有して、湯沸かし器統合制御装置８２０を有している。

ＵＦＢチェッカー７８０は、ＵＦＢが生成されたことを確認する装置である。未処理水用透明ケース７８２とＵＦＢ水用透明ケース７８４とにそれぞれ未処理水、ＵＦＢ水を入れてそれら二つのケースにレーザービームを通すためのレーザー光源８２２とレーザー光吸収器８２４とが設けられている。未処理水をレーザービームが通過する際には直進するが、ＵＦＢ水を通過する際には散乱することを確認してＵＦＢが発生したこと、及びその度合いを知ることができる。散乱の様子を使用者が視認できるように適切な背景が設けられる。
ＵＦＢ生成からＵＦＢチェッカーの動作までを自動的に行うために、未処理水用透明ケース７８２の上下にそれぞれ未処理水用透明ケース上部電磁弁７８６、未処理水用透明ケース下部電磁弁７８８とを設ける。ＵＦＢ水用透明ケース７８４の上下にそれぞれＵＦＢ水用透明ケース上部電磁弁７９０、ＵＦＢ水用透明ケース下部電磁弁７９２とを設ける。
さらに湯沸かし器の水を収納する部分（ポット部７４０）に設けた注水管８００、排気管８０２と、注水管８００と排気管８０２とのそれぞれに設けた注水管電磁弁８０４、排気管電磁弁８０６とを設ける。
そして、注水管電磁弁８０４と排気管電子弁８０６との双方につながり、未処理水用透明ケース７８２、ＵＦＢ水用透明ケース７８４の容積と同等の容積を有する揚水槽８０８と、揚水槽８０８と、未処理水用透明ケース上部電磁弁７８６、ＵＦＢ水用透明ケース上部電磁弁７９０とをつなぐ揚水管８１０と、揚水管８１０に設けた揚水管電磁弁８１２と、揚水槽８０８から未処理水とＵＦＢ水をそれぞれ未処理水用透明ケース７８２とＵＦＢ水用透明ケース７８４へ押し上げる揚水エアポンプ８１４とを設ける。
ウルトラファインバブル水の生成器（ＵＦＢ生成モジュール）７００、ヒーター７５０、レーザー光源８２２、給水エアポンプ８１４、未処理水用透明ケース上部電磁弁７８６、未処理水用透明ケース下部電磁弁７８８、ＵＦＢ水用透明ケース上部電磁弁７９０、ＵＦＢ水用透明ケース下部電磁弁７９２、注水管電磁弁８０４、排気管電磁弁８０２、揚水管電磁弁８１２を統合的に制御する湯沸かし器統合制御装置８２０を設ける。
この湯沸かし器統合制御装置８２０は、湯沸かし器の水の加熱処理、未処理水用透明ケースへの揚水処理、ＵＦＢ水生成処理、ＵＦＢ水用透明ケースへの揚水処理、レーザー光照射処理をあらかじめ定めたプログラムにしたがって実行する。湯沸かし器への（ポット部７４０への）給水処理については省略している。

≪実施例２の動作≫
図１８は、自動的に動作するＵＦＢチェッカーの動作プロセスを説明する図である。図１８では、閉じている電磁弁を黒塗りで表記し、開いている状態の電磁弁を白抜きで表記している。
図１８(a)では、使用前の状態を示している。電磁弁は揚水管電磁弁８１２のみが閉栓しており、ほかの電磁弁はすべて開いている。
図１８(b)では、給水が完了した状態を示している。ポット部７４０に給水されると同時に、排気管８０２と注水管８００が開いているため揚水槽８０８へも流れ込む。
図１８(c)では、ポット部７４０への給水が完了しており、ヒーター７５０が加熱を開始する。このとき、排気管８０２と注水管８００とは、それぞれ閉じる。
図１８(d)では、揚水管電磁弁８１２を開いて給水エアポンプ８１４で揚水槽８０８内にある未処理水を揚水して、未処理水用透明ケース７８２に入れるプロセスを示している。ここでは、未処理水用透明ケース上部電磁弁７８６が開いており、未処理水用透明ケース下部電磁弁７８８，ＵＦＢ水用透明ケース上部電磁弁７９０は閉じている。
図１８(e)では、ＵＦＢ生成モジュールの働きにより、ポット部７４０内の水をＵＦＢ水に変えるプロセスを示している。
図１８(f)では、排気管８０２と注水管８００を開いて、ＵＦＢ水を揚水槽８０８に注水するプロセスを示している。
図１８(g)では、排気管８０２と注水管８００を閉じ、揚水管８１０を開いてエアポンプ８１４でＵＦＢ水を揚水し、ＵＦＢ水用透明ケース７８４に入れるプロセスを示している。ここでは、未処理水用透明ケース上部電磁弁７８６、未処理水用透明ケース下部電磁弁７８８、ＵＦＢ水用透明ケース下部電磁弁７９２は、閉じている。ＵＦＢ水用透明ケース上部電磁弁７９０は、開いている。
図１８(h)では、レーザー光源８２２からレーザービームを照射するプロセスを示している。このとき、使用者は、未処理水用透明ケース７８２内を通過するレーザービームは直進し、ＵＦＢ水用透明ケース７８４内を通過するレーザービームは、散乱する様子を視認することになる。これにより、ＵＦＢ水が生成されたことを知ることができる。

図１９は、家庭でも用いることのできる簡易なＵＦＢチェッカーの図である。図１９のようにおよそ直方体の筐体に、未処理水用透明ケース９８２と、ＵＦＢ水用透明ケース９８４とを取外し、取付が容易にできるように嵌め込むようになっている。使用者は、未処理水を未処理水用透明ケース９８２に入れ、ＵＦＢ生成処理を済ませた水をＵＦＢ水用透明ケース９８４に入れて、セットする。そして、押しボタンスイッチ１０２０を押す。すると、レーザ光源１０２２からレーザービーム１０２３が発せられ、レーザー光吸収器１０２４に吸収される。このとき、レーザービーム１０２３は、未処理水を通過するときには直進し、ＵＦＢ水（ＵＦＢ生成処理を済ませた水）を通過するときには散乱する。それを視認することにより、ＵＦＢ生成処理がなされたことを確認できる。図１９において、未処理水用透明ケース９８２とＵＦＢ水用透明ケース９８４との背景は、その色、明るさなどを調整して、散乱光を確認しやすいようにすることが望ましい。

≪実施例３：湯沸かし器の底から給気する場合のＵＦＢ生成器≫
図２０は、湯沸かし器の底から給気する場合の、ウルトラファインバブル水の生成器を示す図である（実施例３）。基本的な構成が図１６に記載したＵＦＢ生成器と同様であるが、図１１又は図１２に示した湯沸かし器に組み合わせて使うことのできるＵＦＢ生成器であり、図１１、図１２に示した湯沸かし器では、底から給気するので、ＵＦＢ生成器の上部筐体から下部筐体へ向けて給気する必要がない。従って、図２０に示すように、上部筐体１１４０には、エアポンプを設けない。上部筐体１１４０には、モーター１１４４を設けて、その動力をかさ歯車１１５０，１１５２を介して回転軸１１７２に伝える。回転軸１１７２は、ベアリング１１５４，１１５６により回転できるように保持される。また、回転軸支持体１１７０は、水の中でも回転軸１１７２が回転できるように保護する。回転軸支持体１１７０の内部には、防水パッキン１１５８、気密パッキン１１２０が設けられて、防水、気密と同時に回転軸１１７２を保持する。
下部筐体１１１０の空気室１１１２は、下方に向けて開放口１１１６を有しており、底から給気される気泡を整流コーン１１１９で受けて空気をためる。そして、空気室１１１２内にできる水面の高さには、水面せん断ローター１１１４が設けられて、回転軸１１７２の回転により空気と水をせん断してＵＦＢを生成する。水面せん断ローター１１１４が水や空気以外のものを傷つけないように、格子（網又はパーフォレーションされた板）１１１８により保護される。
これにより、実施例１と同様の機能を果たすＵＦＢ生成器となる。

≪実施例４：鍋やかん差し込み用のウルトラファインバブル水の生成器≫
図２１は、鍋やかん差し込み用のウルトラファインバブル水の生成器を示す図である（実施例４）。
図１６に描いたＵＦＢ生成器と同様の機能を持つものであるが、筐体１２４０をほぼ円筒状の形状として鍋やかんに挿入したり抜いたりしやすいものとしたこと、水面せん断ローター１２１４の回転軸１２７２と、モーター１２４４の軸、エアポンプ１２４２の軸を同軸として動力伝達機構を簡単なものとしたことが異なる点である。
鍔（つば）１２７６は、鍋やかんに差し込む際にこのＵＦＢ生成器が、適切な高さに固定できるように設けられる。鍔（つば）１２７６は、やかんの蓋に接する部分であるので、やかんの熱が伝わりやすい。したがって、その熱によりＵＦＢ生成器の機器が損傷を受けないように、熱伝達をしにくい素材で作られることが望ましい。
挿抜ダクトのスリット１２７８は、このＵＦＢ生成器をやかんや鍋に差し込む際に、抵抗を少なくする目的で設けられている。スリット１２７８を通して鍋やかんの中の水が通り抜けることができるので、鍋やかんに抜き差しがしやすくなる。
実施例４の構成の他の部分は、実施例１や実施例３と同様である。

図２２は、実施例４に用いるやかんを示す図である。図２２(a)は、実施例４のＵＦＢ生成器を挿し込んでいない（抜いた）状態を示す図である。図２２(b)は、実施例４のＵＦＢ生成器を挿し込んだ状態を示す図である。
やかんの蓋の真ん中の部分に、ＵＦＢ生成器を挿入するための窓が設けられる。その窓は円形の孔であって、ＵＦＢ生成器の円筒状の筐体１２４０がすっぽりとはいる大きさである。やかんの蓋の内側には、窓シャッター１３２０が設けられる。窓シャッター１３２０には、バネが設けられ、ＵＦＢ生成器を挿入していない時には、当該バネの復元力により、窓を塞ぐ。
蓋の取っ手１３１０は、図２２に描いたように例えば窓の両側にバランスよく二つ設けられる。使用者は片手で取っ手のペアを同時につかんでやかんの蓋をはずすことができる。
鍔（つば）１２７６は、図２２(b)に示すように、やかんの蓋の上面にぴったりと載るように作られる。前述したように熱伝達によりＵＦＢ生成器の内部が損壊しないようにその素材を選ぶ。

本発明に係るウルトラファインバブル水の生成装置及びチェッカーは、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。

３０電動泡立て器
３２シャフト
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
５１０高圧空気ノズル
６１０下部筐体
６１２空気室
６１４せん断ローター
６１６開放口
６１８網（又はパーフォレーションされた板）
６４０上部筐体
６４２エアポンプ
６４４モーター
６４６吸気口
６４８送気ホース
６５０，６５２かさ歯車
６５４，６５６ベアリング
６５８パッキン
６７０送気ダクト
６７２動力伝達機構
７００ＵＦＢ生成モジュール（ウルトラファインバブル水の生成器）
７４０ポット部
７５０ヒーター
７６０温度計測器
７７０ヒーター制御部
７８０ＵＦＢチェッカー
７８２未処理水用透明ケース
７８４ＵＦＢ水用透明ケース
７８６未処理水用透明ケース上部電磁弁
７８８未処理水用透明ケース下部電磁弁
７９０ＵＦＢ水用透明ケース上部電磁弁
７９２ＵＦＢ水用透明ケース下部電磁弁
８００注水管
８０２排気管
８０４注水管電磁弁
８０６排気管電磁弁
８０８揚水槽
８１０揚水管
８１２揚水管電磁弁
８１４揚水エアポンプ（逆止弁内蔵エアポンプ）
８１６送気管
８２０湯沸かし器統合制御装置
８２２レーザー光源
８２４レーザー光吸収器
９８２未処理水用透明ケース
９８４ＵＦＢ水用透明ケース
１０２０押しボタンスイッチ
１０２２レーザー光源
１０２４レーザー光吸収器
１１１０下部筐体
１１１２空気室
１１１４水面シュレッダー
１１１６開放口
１１１８格子（網又はパーフォレーションされた板）
１１１９整流コーン
１１２０気密パッキン
１１４０上部筐体
１１４４モーター
１１５０，１１５２かさ歯車
１１５４，１１５６ベアリング
１１５８防水パッキン
１１７０回転軸支持体
１１７２回転軸
１２１２空気室
１２１４水面シュレッダー
１２１５回転抑制板
１２１６開放口
１２１８網（又はパーフォレーションされた板）
１２４０筐体
１２４２エアポンプ（ダイヤフラムポンプ）
１２４４モーター
１２４６吸気口
１２４８送気ホース
１２５４，１２５６ベアリング
１２５８パッキン
１２７０送気ダクト
１２７２回転軸
１２７４挿抜ダクト
１２７６鍔（つば）
１２７８挿抜ダクトのスリット
１３１０蓋の取っ手
１３２０窓シャッター

Claims

湯沸かし器の水を収納する部分に挿入して用いる下部筐体と、前記下部筐体へ送る動力の動力源であるモーターと大気中から空気を取り込んで前記下部筐体へ送るエアポンプとを有する上部筐体と、前記エアポンプから前記下部筐体へ空気を送るとともに前記上部筐体からの動力を前記下部筐体へ伝達する動力伝達機構を有する送気ダクトとからなるウルトラファインバブル水の生成器であって、
前記下部筐体は、
下方に向けて開放する開放口を有するとともに、前記エアポンプからの空気をためる空気室と、
前記空気室の中に設けられ前記動力伝達機構により伝達される動力により回転するせん断ローターと、
前記空気室の内側であって、前記せん断ローターが回転する領域の一部を囲む位置に配置された、コの字形状を有する一つ又は複数の回転抑制板と
を有し、
前記上部筐体は、
前記エアポンプに大気中の空気を供給する吸気口と、
前記エアポンプからの空気を前記送気ダクトに送る送気ホース
を有し、
前記せん断ローターは、前記空気室の中に前記エアポンプ部から送られる空気と、前記湯沸かし器内の水とをせん断することを特徴とするウルトラファインバブル水の生成器。
前記開放口を、
網又はパーフォレーションされた板により保護することを特徴とする請求項１に記載されたウルトラファインバブル水の生成器。
前記開放口の下に、下に向けて広くなるラッパの形状の整流コーンを有することを特徴とする請求項１から請求項２までのいずれか１項に記載されたウルトラファインバブル水の生成器。
前記せん断ローターは、フィラメント状部材により構成されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載するウルトラファインバブル水の生成器。
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、
前記温度計測器により計測される温度に従って、前記ヒーターの動作を制御するヒーター制御部と
を有する湯沸かし器であって、
さらに、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載したウルトラファインバブル水の生成器を有することを特徴とする湯沸かし器。
請求項５に記載した湯沸かし器であって、
前記ウルトラファインバブル水の生成器によってウルトラファインバブル水が生成されたことをチェックするＵＦＢチェッカーを有することを特徴とする湯沸かし器。
請求項６に記載した湯沸かし器であって、
前記ＵＦＢチェッカーは、未処理水と、前記ウルトラファイバブル水の生成器による処理水とにレーザービームを透過させて、光の散乱の様子を可視化する装置であることを特徴とする湯沸かし器。
請求項７に記載した湯沸かし器であって、
前記ＵＦＢチェッカーは、
未処理水用透明ケースと、ＵＦＢ水用透明ケースとを並べて設けて、それらの二つの透明ケースを一つのレーザービームが透過するようにレーザー光源を設けてなることを特徴とする湯沸かし器。
請求項８に記載した湯沸かし器であって、
さらに、
前記未処理水用透明ケースの上下にそれぞれ設けた未処理水用透明ケース上部電磁弁、未処理水用透明ケース下部電磁弁と、
前記ＵＦＢ水用透明ケースの上下にそれぞれ設けたＵＦＢ水用透明ケース上部電磁弁、ＵＦＢ水用透明ケース下部電磁弁と、
前記湯沸かし器の水を収納する部分に設けた注水管、排気管と、
前記注水管と排気管とのそれぞれに設けた注水管電磁弁、排気管電磁弁と、
前記注水管電磁弁と前記排気管電磁弁との双方につながり、前記未処理水用透明ケース、前記ＵＦＢ水用透明ケースの容積と同等の容積を有する揚水槽と、
前記揚水槽と、前記未処理水用透明ケース上部電磁弁、前記ＵＦＢ水用透明ケース上部電磁弁とをつなぐ揚水管と、
前記揚水管に設けた揚水管電磁弁と、
前記揚水槽に蓄えた未処理水とＵＦＢ水をそれぞれ前記未処理水用透明ケースと、前記ＵＦＢ水用透明ケースへ押し上げる揚水エアポンプと、
前記ウルトラファインバブル水の生成器、前記ヒーター、前記レーザー光源、前記揚水エアポンプ、前記未処理水用透明ケース上部電磁弁、前記未処理水用透明ケース下部電磁弁、前記ＵＦＢ水用透明ケース上部電磁弁、前記ＵＦＢ水用透明ケース下部電磁弁、前記注水管電磁弁、前記排気管電磁弁、前記揚水管電磁弁を統合的に制御する湯沸かし器統合制御装置と
を有し、湯沸かし器の水を収納する部分への給水処理、湯沸かし器の水の加熱処理、未処理水用透明ケースへの注水処理、ＵＦＢ水生成処理、ＵＦＢ水用透明ケースへの注水処理、レーザー光照射処理をあらかじめ定めたプログラムにしたがって実行することを特徴とする湯沸かし器。