JP7239918B2 - ガス徐放装置及びこれを用いたガス徐放設備 - Google Patents

ガス徐放装置及びこれを用いたガス徐放設備 Download PDF

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Description

本発明は、例えば、家庭用、医療用、商業用、工業用に使用可能な簡易型のガス徐放装置及びこれを用いたガス徐放設備に関する。
ガスは、例えば、ガス発生ペレット(固形剤)を液体に浸して反応させること、あるいは、ガスが圧入されたガスボンベのバルブを開けて放出させることにより、発生させることができる。
しかし、ガス発生ペレット(以下、単にペレットとも記載)を使用する場合、ペレットが無くなるまでペレットと液体の接触面全体で反応が生じ接触面積が漸減するため、ガスの発生量を一定に保つのが難しいという欠点があり、また、ガスボンベを使用する場合、放出中に内圧が低下し放出量が低下するため、同様の欠点がある。
このような欠点を解消する方法として、ペレットを使用する場合、例えば、特許文献1に記載のようにペレット自体を工夫するほか、器具を用いてガスの発生量を制御する方法があり、また、ガスボンベを使用する場合、例えば、器具を用いる方法等がある。
特開平1-257101号公報
しかしながら、ペレットを使用する場合、例えば、ガスの放出量を長時間一定にするという点、また、ペレット自体を特殊な構成とすることによるペレットの取扱いや造り易さという点で問題があり、ガスボンベを使用する場合、管理上の法的な制約があるという点で問題があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、ガスを従来よりも長時間略均等に徐放させることが可能なガス徐放装置及びこれを用いたガス徐放設備を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第1の発明に係るガス徐放装置は、液体が流入する第1の流入口、及び、液体が流出する第1の流出口が設けられた外側容器と、該外側容器内に配置され、液体と接触して反応しガスを発生する固形剤が収容配置される内側容器とを有し、
前記内側容器の下部には、前記外側容器内の液体が前記内側容器内へ流入する第2の流入口、及び、前記固形剤から発生したガスを含む液体が前記外側容器内へ流出する第2の流出口が設けられ、使用にあっては、前記内側容器内に残存する空気と前記固形剤から発生し前記内側容器内に残存するガスにより、前記内側容器に浮力が働き、該内側容器は前記外側容器内に浮遊状態で配置され、前記内側容器内への液体の流入が制限される。
第1の発明に係るガス徐放装置において、前記外側容器の上側には着脱自在な蓋が設けられ、前記内側容器の上側には着脱自在な蓋が設けられ、使用にあっては、前記外側容器及び前記内側容器は密閉状態が維持され、前記第1の流入口から前記外側容器内へ連続的に流入した液体が、前記内側容器内の前記固形剤から発生したガスを含み、該ガスを含んだ液体が前記第1の流出口から前記外側容器外へ流出することが好ましい。
第1の発明に係るガス徐放装置において、前記第2の流入口は前記内側容器の底部に設けられることが好ましい。
第1の発明に係るガス徐放装置において、前記固形剤から発生するガスには、炭酸ガス又は酸素ガスを使用できる。
前記目的に沿う第2の発明に係るガス徐放設備は、第1の発明に係るガス徐放装置を用いたガス徐放設備であって、前記第1の流出口より下流側位置には、前記固形剤から発生したガスを含む液体からナノバブルを製造するナノバブル製造手段が設けられ、前記第1の流出口が前記外側容器内の液体表面より低い位置で前記外側容器の側壁部に設けられている。
第2の発明に係るガス徐放設備において、前記外側容器の前記第1の流入口と前記第1の流出口には、該外側容器内から流出して使用された液体を前記外側容器内に戻して循環使用する循環用配管が接続され、該循環用配管の途中位置に前記ナノバブル製造手段を設けるのがよい。
本発明に係るガス徐放装置及びこれを用いたガス徐放設備は、外側容器と、この外側容器内に配置される内側容器とを有し、第1の流入口から外側容器内に流入した液体が、第2の流入口から内側容器内に流入することで、この液体が内側容器内に収容配置された固形剤に接触して反応しガスを発生する構成となっている。この発生したガスは、内側容器内の液体に含まれることになるが、液体に含まれることなく浮上したガスは内側容器内に残存することになる。このように、内側容器内にガスが残存することで、内側容器の内圧が高くなるため、内側容器内への液体の流入が、ガスの発生がない場合と比較して制限される(減少する)。これにより、従来よりも、固形剤に対する液体の接触面積を小さくでき、固形剤が液体に浸る時間を制御できるので、単位時間当たりのガスの発生量を少なくできる(制御できる)。
従って、簡単な構成で、ガスを従来よりも長時間略均等に徐放させることが可能となる。
本発明の第1の実施の形態に係るガス徐放装置の説明図である。 本発明の第2の実施の形態に係るガス徐放設備の説明図である。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係るガス徐放装置10は、外側容器11と、この外側容器11内に配置される内側容器12とを有し、内側容器12内に収容配置された固形剤13から発生するガスを、従来よりも長時間略均等に徐放させることが可能な装置である。以下、詳しく説明する。
外側容器11は、液体(湯又は水)を一時的に貯留可能な有底円筒状のものであり、その側壁部14には、液体の第1の流入口15と第1の流出口16が設けられている。この外側容器11の断面形状は円形となっているが、液体を貯留できれば特に限定されるものではなく、例えば、断面形状が楕円形であってもよいし、有底角筒状で断面形状が多角形(正方形や長方形等)であってもよい。なお、外側容器11の上部には着脱自在な蓋17が設けられ、使用にあっては密閉状態を維持できる。
第1の流入口15は、外部の液体を外側容器11内へ流入させるためのものであり、第1の流出口16は、外側容器11内の液体を外部へ流出させるためのものである。
第1の流入口15は、外側容器11の側壁部14の上部に、第1の流出口16は外側容器11の側壁部14の下部に、それぞれ設けられ、しかも、第1の流入口15と第1の流出口16は、外側容器11の軸心を中心として反対側の位置(異なる位置)に設けられている。なお、第1の流入口15と第1の流出口16の高さ方向の形成位置は、特に限定されるものではないが、第1の流入口15については、外側容器11の側壁部14の下側でもよく、また、第1の流出口16については、後述する第2の実施の形態で説明するように、外側容器11の側壁部14の上部を除く位置、具体的には、高さ方向中央部でもよいが、下側(好ましくは下部、更には下端部)がよい。
内側容器12は、固形剤13が収容配置され、液体を一時的に貯留可能な有底円筒状(断面円形)のものであり、その下部には、液体の第2の流入口18と第2の流出口19が設けられている。この内側容器12の断面形状は円形となっているが、固形剤13を収容でき、液体を一時的に貯留できれば、特に限定されるものではなく、例えば、断面形状が楕円形や多角形(正方形や長方形等)であってもよい。なお、内側容器12の上部には着脱自在な蓋20が設けられ、使用にあっては密閉状態を維持できる。図1中の符号21は、蓋20に設けられた、外側容器11内から内側容器12を取出すためのつまみ部であるが、不要であればなくてもよい。
内側容器12内に収容配置される固形剤13は、液体と接触し反応してガスを発生する、例えば、タブレット状、ペレット状、粒状のものであり、固形剤13の種類は、発生させるガスの種類(使用目的)によって種々選択できる。なお、固形剤13は、図1では液体に浮いているが、沈むものでもよい。
このガスは、家庭用(風呂や足湯、エステ(美顔器)、介護等)、医療用(病院や介護施設等)、商業用(店舗の洗浄や殺菌、食品の鮮度維持(腐敗の防止)等)、工業用(製造設備の洗浄や殺菌、製品の製造)等に使用されるものであり、特に限定されるものではないが、例えば、炭酸ガス、酸素ガス、オゾンガス、窒素ガス、水素ガス、空気等がある。
第2の流入口18は、外側容器11内の液体を内側容器12内へ流入させるためのものであり、第2の流出口19は、内側容器12内の発生したガス(気泡)を含む液体を外側容器11内へ流出させるためのものである。
この第2の流入口18は、内側容器12の底部22の中央部に設けられ、第2の流出口19は、内側容器12の側壁部23の下側位置に設けられて、第2の流入口18と第2の流出口19が異なる位置に設けられている(第2の流入口18の高さ位置は第2の流出口19より低い)。
これにより、内側容器12内へ流入した液体が、固形剤13に下面側(下側)から接触し、固形剤13からガスが発生すると共に、流入した液体は、固形剤13から発生したガス(気泡)を含んだ(混入した)状態で、外側容器11内へ流出する。
ここで、内側容器12内の上側(第2の流出口19より上方)には、固形剤13の装入時に残存する空気と、液体に含まれることなく浮上したガスが充満し、また、外側容器11内の上部(第1の流入口15より上方)には、外側容器11内へ流出した液体に含まれるガスの一部が浮上し(例えば、気泡として)滞留する。このため、内側容器12は、内側容器12内の上側に充満した空気とガスにより浮力が働き、外側容器11内に浮遊状態で配置されることになる(内側容器12がフロート機構を備える)。
この内側容器12は、固形剤13に対する液体の接触面積を小さくし(内側容器12内に一時的に貯留される液体量を調整し)、しかも、必要な個数の固形剤13を収容するため、外側容器11の容積V1に対する内側容器12の容積V2の割合(V2/V1)を、例えば、0.1以上0.5以下(好ましくは、下限が0.2、上限が0.4)程度にするのがよい。ここでは、内側容器12の容積V2を、浮遊状態にある内側容器12が外側容器11内で横倒しにならない大きさに設定しているが、内側容器が外側容器に対して非常に小さい場合(内側容器11内に一時的に貯留される液体量が少ない場合)は、例えば、内側容器の重心位置を調整(錘の設置等)することで、横倒しを防止することもできる。
なお、内側容器12内に収容する固形剤13の個数は、発生させるガスの総量に応じて調整すればよい。また、単位時間当たりのガスの発生量は、第2の流入口18及び/又は第2の流出口19の大きさ(開口面積)を変更することで調整できる(制御できる)。
ここで、第2の流入口と第2の流出口の大きさの調整は、第2の流入口18と第2の流出口19をそれぞれ2個以上の複数個の開口部(孔)で構成し、必要な大きさが得られるように、不要な開口部に栓をして塞ぐことで実施できるが、例えば、1)内側容器の製造時に設定すること、2)開口面積の異なる複数の取付け部材(アタッチメント)を準備しておき、これを第2の流入口と第2の流出口にそれぞれ装着することでも実施できる。
なお、第2の流入口18の大きさは、予め設定する上記した単位時間当たりのガスの発生量が得られるように、底部22の面積Sに対する第2の流入口18の開口部の面積Sの割合(S/S)を、例えば、0超0.1以下(更には0.05以下)程度にするのがよい。
この内側容器12に形成する第2の流入口18は、上記したように、複数個の開口部で構成されており、この場合は、全ての開口部の合計面積が、上記した関係を満足するのがよい。なお、第2の流入口は、1個の開口部(孔)で構成してもよい。
続いて、図2に示す本発明の第2の実施の形態に係るガス徐放設備30について説明するが、ガス徐放設備30は上記した本発明の第1の実施の形態に係るガス徐放装置10を用いた設備であるため、同一部材には同一符号を付し、詳しい説明を省略する。
ガス徐放設備30は、圧送ポンプ(送液手段)31、ガス徐放装置10、ナノバブル製造手段32、及び、水槽33を有し、これらが循環用配管34により直列状態で接続されている(即ち、圧送ポンプ31、ガス徐放装置10、ナノバブル製造手段32、及び、水槽33が、循環用配管34の長手方向途中位置に間隔を有して配置されている)。
この循環用配管34は、その上流側端部が外側容器11の第1の流出口16に、その下流側端部が外側容器11の第1の流入口15に、それぞれ接続され、外側容器11から流出したガスを含む液体が、ナノバブル製造手段32で処理され水槽33で使用された後、外側容器11に戻る(液体を循環使用する)構成となっている。
圧送ポンプ31は、液体をガス徐放装置10(外側容器11内)に供給し、ガス徐放装置10(外側容器11内)から流出した液体を、ナノバブル製造手段32と水槽33を介して再度ガス徐放装置10に戻し、液体を循環させて繰返し使用するためのものである。
このように、液体を循環使用する場合、圧送ポンプ31に多くのガスが導入されると、圧送ポンプ31がエア噛みを起こし、空気の圧送や液体の循環停止を招くため、第1の流出口16を外側容器11の側壁部14の下部(上部を除く位置の一例)に設けている。これは、前記したように、外側容器11内の上部にガスが滞留していることによる。
ナノバブル製造手段32は、固形剤13から発生したガスを含む液体から(例えば、液体とガスを混合して)ナノバブルを製造する従来公知の装置である。ここで、ナノバブルとは超微細気泡であり、マイクロバブルより更に小さく、直径が数百nm以下の気泡を意味する。
このように、外側容器11の第1の流出口16より下流側位置にナノバブル製造手段32を設ける場合、ナノバブル製造手段32に多くのガスが導入されるとナノ化を阻害する(即ち、ナノバブルを製造できない)。このため、前記した圧送ポンプ31を使用する場合と同様、第1の流出口16を外側容器11の側壁部14の下部に設けている。
水槽33は、ナノバブル製造手段32によりナノ化したガスを含む液体を一時的に貯留するものであり、例えば、入浴に使用する浴槽(風呂)、足湯に使用する桶、美容に使用する容器(美顔器等)等がある。
ここで、水槽の容積が小さい場合(循環させる液体の量が少ない場合:例えば、上記した桶や容器)、前記した固形剤13のみで十分なガス量が得られる(例えば、液体中の炭酸ガス濃度が理論飽和濃度に達する)が、水槽の容積が大きい場合(循環させる液体の量が多い場合:例えば、上記した浴槽)、別途ガスボンベを設けることによりガスの供給量を増やすこともできる。
以上に示したように、本発明の第1の実施の形態に係るガス徐放装置10、及び、第2の実施の形態に係るガス徐放設備30は、外側容器11内に内側容器12を配置することで二重構造となっており、固形剤13から発生し内側容器12内に残存するガスにより、内側容器12内の圧力が上昇するため、内側容器12内への液体の流入が制限される。このため、従来よりも固形剤13に対する液体の接触面積を小さくでき、固形剤13が液体に浸る時間を制御できるので、単位時間当たりのガスの発生量を少なくできる(制御できる)。
従って、簡単な構成で、ガスを一気に発生させることなく、長時間放出させることが可能となる。
続いて、本発明の第2の実施の形態に係るガス徐放設備30を用いたガス徐放方法について、図2を参照しながら説明する。なお、本発明の第1の実施の形態に係るガス徐放装置10は、ガス徐放設備30に設けられているため、図1を参照しながら、以下に説明するガス徐放設備30を用いたガス徐放方法であわせて説明する。
まず、ガス徐放装置10の外側容器11内から取出された内側容器12内に、固形剤13を入れる。このとき、内側容器12は蓋20により密閉状態が維持されている(固形剤13からガスが発生しても密閉状態が維持される)。
ここで、内側容器12に設けられた第2の流入口18と第2の流出口19の大きさは、予め設定した単位時間当たりのガスの発生量に応じて、例えば、前記した方法により調整する。また、内側容器12内に収容する固形剤13の種類は、発生させるガスの種類に応じて選択され、固形剤13の個数は、発生させるガスの総量(必要なガス量)に応じて調整する(ここでは3個)。
次に、上記した固形剤13が収容配置された内側容器12を、外側容器11内に配置する(外側容器11は蓋17により密閉状態が維持されている)。このとき、ガス徐放設備30内には液体が供給され、圧送ポンプ31は停止させている(液体の流れが止まった状態である)が、圧送ポンプ31を作動させてもよい(液体が流れている状態でもよい)。
そして、圧送ポンプ31を停止させている場合は、圧送ポンプ31を作動させ、ガス徐放装置10の外側容器11内に液体を連続的に供給する。これにより、外側容器11内の液体が第2の流入口18を介して内側容器12内に流入し、固形剤13と接触してガスが発生するため、発生したガスは内側容器12内の液体に含まれ、また、液体に含まれることなく浮上したガスは内側容器12内に残存して内側容器12の内圧が上昇する。これにより、内側容器12内への液体の流入が制限され、全体として固形剤13からのガス発生量が制御される。
この内側容器12内には、固形剤13の装入時に残存する空気と、固形剤13から発生し内側容器12内に残存するガスがあるため、内側容器12に浮力が働き、内側容器12が外側容器11内に浮遊状態で配置されることになる。
また、外側容器11内には、連続的に液体が流れ込むため、この液体の流れによって内側容器12が、上下方向、前後方向、及び、左右方向のいずれか1又は2以上の方向に揺動する。これにより、外側容器11内の液体が、第2の流入口18を介して内側容器12内に流入し、また、流入した液体は発生したガスを含んだ状態で、第2の流出口19を介して外側容器11内へ流出する。
外側容器11内から第1の流出口16を介して流出した、ガスを含んだ液体は、ナノバブル製造手段32へ導入され、ナノバブルが製造された後、水槽33へと送られる。
このように、ガス徐放装置10とナノバブル製造手段32を組合せることで、液体に溶解するガス量を容易に飽和状態にすることができ、ナノバブルを液体中に長時間浮遊させることができる。従って、ガスの種類次第で、腐敗の防止や汚れの清浄に大きな効果があり、特に、医療や美容の領域では、皮下に容易に浸透させることができるため、薬液の効果が高められ、使い勝手も非常に良いため、広く実用化されるものと考えられる。
水槽33で所定時間(液体の循環量による)滞留した液体(含まれるガス量が低下した使用済みの液体)を、再度ガス徐放装置10に戻し、上記した操作を繰返し行う。この操作は、ガス徐放装置10の内側容器12内の固形剤13が無くなるまで(液体に含まれるガスの濃度が低下するまで)行う。
なお、ガス徐放装置10の内側容器12内の固形剤13が無くなった後は、必要に応じて、外側容器11内から内側容器12を取出し、この内側容器12内に固形剤13を入れて、上記した操作を行う。
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、図2に示すガス徐放装置を有するガス徐放設備(実施例)と、このガス徐放装置の代わりに固形剤が投入される容器を用いた設備(比較例)との比較を行い、本発明の効果を確認した。比較例で使用した容器は、ガスが固形剤から一気に発生するものであり、実施例で使用したガス徐放装置とは異なる。
なお、実施例と比較例では、液体として水を使用し、固形剤として炭酸ガスを発生するペレット(有効成分が炭酸水素ナトリウムである入浴剤)を使用した。
比較例の設備を使用した場合、固形剤からのガス発生量が多過ぎて(一気にガスが発生して)、水を流す圧送ポンプにガス噛みが生じ、ナノバブル製造手段でナノバブルを製造できなかった。
一方、実施例のガス徐放設備を使用した場合、ガス徐放装置による徐放が適切に実施されたため、足湯でも1個のペレットで10分間程度、炭酸ガス濃度1000~1600ppmを達成し、加えて溶解していないガスナノバブルの存在も確認した。
このように、本発明のガス徐放設備(ガス徐放装置)を用いることにより、簡単な構成で、ガスを一気に発生させることなく、長時間徐放させることができ、更には、従来困難であったナノバブル製造手段との組合せが可能となり、ガスの効果が従来よりも得られるようになった。
なお、他の種類のガスについては、水への溶解性が低いため簡単に比較はできないが、高効率に高濃度ナノバブルが生じることを確認できた。
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のガス徐放装置及びこれを用いたガス徐放設備を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、ガス徐放設備として、ガス徐放装置にナノバブル製造手段を組合せた場合について説明したが、ガス徐放設備の使用用途に応じて、他の装置や手段(例えば、ナノバブル製造手段の代わりにマイクロバブル製造手段)を組合せることもできる。
また、前記実施の形態においては、外側容器内に内側容器を1つ配置した場合について説明したが、必要に応じて、外側容器内に内側容器を複数(2つ以上)配置することもできる。
この場合、より容積の小さな内側容器を外側容器内に配置することになるため、ガスを発生する固形剤に対する液体の接触面積が更に小さくなり、単位時間当たりのガスの発生量が少なくなるが、外側容器内に複数の内側容器が配置されるため、外側容器から流出する液体に含まれるガスの濃度は、外側容器内に内側容器を1つ配置した場合と同程度まで高めることができる。
また、各内側容器に異なる種類のガスを発生する固形剤を収容配置することもできる。
10:ガス徐放装置、11:外側容器、12:内側容器、13:固形剤、14:側壁部、15:第1の流入口、16:第1の流出口、17:蓋、18:第2の流入口、19:第2の流出口、20:蓋、21:つまみ部、22:底部、23:側壁部、30:ガス徐放設備、31:圧送ポンプ、32:ナノバブル製造手段、33:水槽、34:循環用配管

Claims (5)

  1. 液体が流入する第1の流入口、及び、液体が流出する第1の流出口が設けられた外側容器と、該外側容器内に配置され、液体と接触して反応しガスを発生する固形剤が収容配置される内側容器とを有し、
    前記内側容器の下部には、前記外側容器内の液体が前記内側容器内へ流入する第2の流入口、及び、前記固形剤から発生したガスを含む液体が前記外側容器内へ流出する第2の流出口が設けられ、使用にあっては、前記内側容器内に残存する空気と前記固形剤から発生し前記内側容器内に残存するガスにより、前記内側容器に浮力が働き、該内側容器は前記外側容器内に浮遊状態で配置され、前記内側容器内への液体の流入が制限されることを特徴とするガス徐放装置。
  2. 請求項1記載のガス徐放装置において、前記外側容器の上側には着脱自在な蓋が設けられ、前記内側容器の上側には着脱自在な蓋が設けられ、使用にあっては、前記外側容器及び前記内側容器は密閉状態が維持され、前記第1の流入口から前記外側容器内へ連続的に流入した液体が、前記内側容器内の前記固形剤から発生したガスを含み、該ガスを含んだ液体が前記第1の流出口から前記外側容器外へ流出することを特徴とするガス徐放装置。
  3. 請求項1又は2記載のガス徐放装置において、前記第2の流入口は前記内側容器の底部に設けられることを特徴とするガス徐放装置。
  4. 請求項1~3のいずれか1項に記載のガス徐放装置を用いたガス徐放設備であって、前記第1の流出口より下流側位置には、前記固形剤から発生したガスを含む液体からナノバブルを製造するナノバブル製造手段が設けられ、前記第1の流出口が前記外側容器内の液体表面より低い位置で前記外側容器の側壁部に設けられていることを特徴とするガス徐放設備。
  5. 請求項4記載のガス徐放設備において、前記外側容器の前記第1の流入口と前記第1の流出口には、該外側容器内から流出して使用された液体を前記外側容器内に戻して循環使用する循環用配管が接続され、該循環用配管の途中位置に前記ナノバブル製造手段が設けられていることを特徴とするガス徐放設備。
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