KR101858886B1 - 기액 혼합 장치 및 기액 혼합 시스템 - Google Patents

Abstract

원액 중에 기체를 혼합하여 기체 혼합액을 제조하는 기액 혼합 장치로서, 상기 원액이 연속적으로 유입되는 원액 유입관과, 상기 기체가 연속적으로 유입되는 기체 유입관과, 상기 원액 유입관, 상기 기체 유입관에 각각 연통하는 혼합액 배관을 구비하고, 상기 원액 유입관과 상기 기체 유입관이, 상기 원액과 상기 기체가 대면하여 충돌하도록 연통하고, 그것에 의해, 이 연통 지점에 있어서, 기액 충돌부를 형성하고, 상기 혼합액 배관을, 상기 기액 충돌부에 연통시킴과 함께, 상기 원액 유입관의 중심축과 상기 기체 유입관의 중심축 중 적어도 하나를 상기 혼합액 배관의 중심축과 상이한 방향으로 배치한 기액 혼합 장치.

Description

기액 혼합 장치 및 기액 혼합 시스템{GAS-LIQUID MIXING DEVICE AND GAS-LIQUID MIXING SYSTEM}

본 발명은, 기액 혼합 장치 및 기액 혼합 시스템에 관한 것이다.

본원은, 2014 년 2 월 5 일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2014-20711호 및 2014 년 6 월 30 일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2014-134987호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 기액 혼합 장치로서, 예를 들어 특허문헌 1 에 개시되어 있는 바와 같이, 급수에 기체를 혼합하여 기체 혼합수를 제조하는 기체 혼합수 생성 장치가 알려져 있다. 이 특허문헌 1 의 기체 혼합수 생성 장치에서는, 주로, 물에 탄산 가스를 혼합하여 탄산수를 제조하는 것이 개시되어 있다.

탄산수는 우수한 보온 작용이 있기 때문에, 예로부터 온천을 이용하는 욕탕 등에서 이용되고 있다. 탄산수의 보온 작용은, 기본적으로, 함유 탄산 가스의 말초 혈관 확장 작용에 의해 신체 환경이 개선되기 때문이라고 생각되고 있다. 또, 탄산 가스의 경피 침입에 의해 모세 혈관상의 증가 및 확장이 일어나, 피부의 혈행을 개선한다. 이 때문에, 퇴행성 병변 및 말초 순환 장해의 치료에 효과가 있다고 여겨지고 있다.

일본 공개특허공보 2010-264364호

그런데, 상기 특허문헌 1 의 기체 혼합수 생성 장치에서는, 간이한 구조로 기체 혼합수 (특히 탄산수) 의 제조를 가능하게 하고 있다. 그러나, 탄산수를 제조하기 위한 장치에서는, 특히 탄산수를 세발(洗髮)에 사용하는 바와 같은 이미용 목적의 경우, 소형화나 저가격화가 요망되고 있다. 따라서, 세발 등의 이미용에도 적용되는 기액 혼합 장치에서는, 단순히 간이한 구조로 탄산수의 제조를 가능하게 할 뿐만 아니라, 원액에 대한 기체의 용해도를 높여 비교적 높은 용해도의 탄산수 (기체 혼합액) 의 제조를 가능하게 하고, 이로써 장치의 소형화나 저가격화를 도모하는 것이 강하게 요망되고 있다. 또, 메인터넌스를 용이하게 하거나 충분한 유량을 확보함으로써 사용하기 편리하게 하는 것도 요망되고 있다.

탄산 가스를 용해하기 위한 구조로서는, 특허문헌 1 의 기체 혼합수 생성 장치 이외에도, 중공사막을 사용한 것이 알려져 있다. 그러나, 중공사막을 사용한 것은, 유량 확보, 소형화, 저가격화가 어려워지고 있다.

또, 스태틱 믹서를 사용한 구조의 것도 알려져 있지만, 이 구조의 것으로는 충분히 압을 올리지 않으면 원액에 대한 기체의 용해도를 높일 수 없고, 따라서 통상적으로는 펌프 등의 구동원이 필요하게 되기 때문에, 장치 구성이 복잡하게 되어 소형화가 어려워지고 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 간이한 구조로 비교적 높은 용해도의 기체 혼합액을 제조할 수 있도록 하고, 이것에 의해 소형화나 저가격화를 가능하게 함과 함께, 메인터넌스를 용이하게 하고, 충분한 유량도 확보함으로써 사용하기 편리하게 한 기액 혼합 장치와, 이것을 사용한 기액 혼합 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 관련된 기액 혼합 장치는, 원액 중에 기체를 혼합하여 기체 혼합액을 제조하는 기액 혼합 장치로서, 상기 원액이 연속적으로 유입되는 원액 유입관과, 상기 기체가 연속적으로 유입되는 기체 유입관과, 상기 원액 유입관, 상기 기체 유입관에 각각 연통하는 혼합액 배관을 구비하고, 상기 원액 유입관과 상기 기체 유입관이, 상기 원액과 상기 기체가 대면하여 충돌하도록 연통하고, 그것에 의해, 이 연통 지점에 있어서, 기액 충돌부를 형성하고, 상기 혼합액 배관을, 상기 기액 충돌부에 연통시킴과 함께, 상기 원액 유입관의 중심축과 상기 기체 유입관의 중심축 중 적어도 하나를 상기 혼합액 배관의 중심축과 상이한 방향으로 배치했다.

이 기액 혼합 장치에서는, 원액 유입관과 기체 유입관을, 상기 원액과 상기 기체가 대면하여 충돌하도록 연통하고, 그것에 의해, 이 연통 지점에 있어서, 기액 충돌부를 형성하고, 또, 혼합액 배관을, 상기 기액 충돌부에 연통시킴과 함께, 상기 원액 유입관의 중심축과 상기 기체 유입관의 중심축 중 적어도 하나를 상기 혼합액 배관의 중심축과 상이한 방향으로 배치하고 있으므로, 원액 유입관으로부터 유입되는 원액과 기체 유입관으로부터 유입되는 기체를 서로 충돌시키고, 또한, 일방으로 치우치는 일 없이 원액 유입관의 중심축과 기체 유입관의 중심축 중 적어도 하나와 상이한 방향으로 기체 혼합액을 안내할 수 있고, 따라서 간이한 구조로 충돌 에너지를 최대화하여, 원액에 대한 기체의 용해도를 높일 수 있다.

또, 상기 기액 혼합 장치에 있어서, 상기 원액 유입관의 중심축과 상기 기체 유입관의 중심축이 이루는 각도가 20 °∼ 180 °인 것이 바람직하고, 95 °∼ 180°인 것이 보다 바람직하다. 여기서, 「상기 원액 유입관의 중심축과 상기 기체 유입관의 중심축이 이루는 각도」 는, 상기 원액 유입관과 상기 기체 유입관을 연결한 것을, 평면 상에 배치했을 경우에, 상기 2 개의 중심축의 사이에 형성되는 각도를 의미한다.

이 구성에 의하면, 기체의 용해도가 비교적 높은 기체 혼합액을 간이한 구조로 제조할 수 있다.

또, 상기 기액 혼합 장치에 있어서, 상기 원액이 물이고, 상기 기체가 탄산 가스인 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 탄산 가스 (이산화탄소) 의 용해도가 비교적 높은 탄산수를 간이한 구조로 제조할 수 있다.

또, 상기 기액 혼합 장치에 있어서, 상기 혼합액 배관에는, 상기 기체 혼합액에 와류를 발생시키는, 제 1 와류 생성 기구가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 원액 유입관과 기체 유입관의 접속부 (상기의 기액 충돌부) 에서 원액과 기체가 충돌하고, 원액에 기체가 혼합되어 그 대부분이 용해된 기체 혼합액에, 와류를 발생시킴으로써, 기체 혼합액 중의 기포를 미세화하고, 그 비표면적을 크게 함으로써 원액에 대한 용해를 촉진할 수 있다

또, 상기 기액 혼합 장치에 있어서, 상기 제 1 와류 생성 기구는, 상기 혼합액 배관 내에 형성된 환상 또는 통형상의 소용돌이 발생부의 상기 기액 충돌부의 단부와, 그 단부에 대향하는 상기 혼합액 배관의 내벽면의 사이에 있어서, 상기 기액 충돌부측에 개구하여 형성된 홈부를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 제 1 와류 생성 기구가 기액 충돌부측에 개구하여 형성된 홈부를 구비하고 있으므로, 기체 혼합액이 홈부의 저면에 충돌하여 그 흐름을 반전시킴으로써 미소한 와류를 형성하고, 이로써 기체 혼합액 중의 기포가 미세화된다.

또, 상기 기액 혼합 장치에 있어서, 상기 제 1 와류 생성 기구는, 상기 혼합액 배관의 상류측에 배치 형성된 상류측 제 1 와류 생성 기구와, 그 상류측 제 1 와류 생성 기구보다 하류측에 배치 형성된 하류측 제 1 와류 생성 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 제 1 와류 생성 기구를 하나 형성하는 것 보다, 기체 혼합액 중의 기포를 더욱 미세화하고, 그 비표면적을 크게 함으로써 원액에 대한 용해를 한층 더 촉진할 수 있다.

또, 상기 상류측 제 1 와류 생성 기구를 구성하는 상기 소용돌이 발생부의 내부공에는, 상기 기체 혼합액을 상기 하류측 제 1 와류 생성 기구의 상기 내벽면측으로 안내하는 안내구가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 상류측 제 1 와류 생성 기구를 구성하는 소용돌이 발생부의 내부공에 안내구를 형성하고 있으므로, 그 안내구를 통과한 기체 혼합액이 하류측 제 1 와류 생성 기구의 내벽면측으로 안내됨으로써 그 하류측 제 1 와류 생성 기구의 홈부의 저면에 보다 많이 충돌하고, 흐름을 반전하여 와류를 형성함으로써 기체 혼합액 중의 기포가 미세화된다.

또, 상기 기액 혼합 장치에 있어서, 상기 혼합액 배관에는, 그 혼합액 배관을 흐르는 기체 혼합액의 유로를 상류에서 하류로 향하여 좁힘으로써, 상기 기체 혼합액에 와류를 발생시키는, 제 2 와류 생성 기구가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 원액 유입관과 기체 유입관의 접속부 (상기의 기액 충돌부에서 원액과 기체가 충돌하고, 원액에 기체가 혼합되어 그 대부분이 용해된 기체 혼합액을, 와류를 발생시킴으로써, 기체 혼합액 중의 기포를 미세화하고, 그 비표면적을 크게 함으로써 원액에 대한 용해를 촉진할 수 있다. 또, 혼합액 배관을 흐르는 기체 혼합액의 유로를 상류에서 하류로 향하여 좁히도록 했으므로, 기체 혼합액을 가압함으로써 그 기체 혼합액 중에 대한 기체의 용해도를 높일 수 있다.

또, 상기 기액 혼합 장치에 있어서, 상기 제 2 와류 생성 기구는, 상기 혼합액 배관을 흐르는 기체 혼합액의 유로를 상류에서 하류로 향하여 좁히는 협애부(狹隘部)와, 그 협애부의 측방으로 유로를 변경함으로써 상기 기체 혼합액의 흐름을 반전시켜, 와류를 발생시키는 유로 변경부를 가지고 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 협애부를 흐름으로써 기체 혼합액이 가압되어, 그 기체 혼합액 중에서의 기체의 용해도가 높아진다. 또, 유로 변경부에 의해 기체 혼합액의 흐름이 반전되어, 와류가 발생함으로써, 기체 혼합액 중의 기포가 미세화되어 원액에 대한 용해가 촉진된다.

또, 상기 기액 혼합 장치에 있어서, 상기 원액 유입관에는, 그 원액 유입관의 유로를 좁히는 일 없이 그 유로를 흐르는 원액의 압력이 소정의 압력 이상이 된 것을 검지하는 압력 스위치가 형성되고, 상기 기체 유입관에는, 그 기체 유입관과 기체 공급원의 사이에 형성되어 상기 기체 공급원으로부터 상기 기체 유입관으로의 기체의 공급을 제어하는 제어 밸브가 형성되고, 상기 압력 스위치는, 원액의 압력이 소정의 압력 이상이 된 것을 검지하면 상기 제어 밸브를 열도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 원액 유입관에, 그 유로를 좁히는 일 없이 그 유로를 흐르는 원액의 압력을 검지하는 압력 스위치를 형성하고 있으므로, 원액의 유로가 좁혀짐으로써 가압되고, 그 유량을 짜내어 원하는 유량의 기체 혼합액을 얻을 수 없게 되는 것을 방지할 수 있다.

또, 상기 기액 혼합 장치에 있어서는, 상기 제어 밸브가, 래치식 전자 밸브에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 래치식 전자 밸브가 일반의 전자 밸브에 비해 소비 전력이 현격히 적음으로써, 제어 밸브를 갖는 기액 혼합 장치의 소비 전력을 적게 할 수 있다.

또, 상기 기액 혼합 장치에 있어서, 상기 래치식 전자 밸브는, 전지로 가동하는 것이 바람직하고, 건전지 혹은 충전지로 가동하는 것이 보다 바람직하다.

전원으로서 상용 전원 대신에, 건전지나 충전지를 사용함으로써, 기액 혼합 장치를 사용하기 편리하고, 예를 들어 목욕탕에서의 사용을 용이하게 할 수 있다.

또, 상기 기액 혼합 장치에 있어서는, 상기 제어 밸브가, 비례 전자 밸브에 의해 구성되고, 그 비례 전자 밸브에는, 상기 기체 공급원으로부터 상기 기체 유입관으로의 기체의 공급량을 조정하는 조정부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 제어 밸브로서 비례 전자 밸브를 사용하고 있으므로, 조정부에 의해 이 비례 전자 밸브의 개도를 전환함으로써, 기체 공급원으로부터 기체 유입관으로의 기체의 공급량을 조정할 수 있다. 따라서, 원액 유입관으로부터 유입되는 원수에 대해, 기체의 유량을 조정함으로써, 얻어지는 기액 혼합액의 농도를 상이한 복수의 농도로 조정할 수 있다.

본 발명에 관련된 기액 혼합 시스템은, 상기의 기액 혼합 장치와, 상기 원액 유입관에 원액을 공급하는 원액 공급원과, 상기 기체 유입관에 기체를 공급하는 기체 공급원과, 상기 원액 공급원으로부터의 상기 원액 유입관으로의 원액의 공급, 및 상기 기체 공급원으로부터의 상기 기체 유입관으로의 기체의 공급을 제어하는 제어부를 구비한다.

이 기액 혼합 시스템에서는, 상기의 기액 혼합 장치를 구비함으로써, 간이한 구조로 원액에 대한 기체의 용해도를 높일 수 있다. 따라서, 소형화나 저가격화를 가능하게 함과 함께, 메인터넌스를 용이하게 하고, 충분한 유량을 확보함으로써 사용하기 편하게 할 수 있다.

본 발명의 기액 혼합 장치에 의하면, 간이한 구조로 원액과 기체의 충돌 에너지를 최대화하여, 원액에 대한 기체의 용해도를 높이도록 했으므로, 간이한 구조로 비교적 높은 용해도의 기체 혼합액을 제조할 수 있고, 따라서 소형화나 저가격화를 가능하게 함과 함께, 메인터넌스를 용이하게 하고, 충분한 유량을 확보함으로써 사용하기 편하게 할 수 있다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 기액 혼합 시스템의 제 1 실시 형태의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2a 는, 기액 혼합 장치의 개략 구성을 나타내는 외관 사시도이다.
도 2b 는, 기액 혼합 장치의 개략 구성을 나타내는 측단면도이다.
도 3a 는, 소용돌이 발생 부재를 나타내는 사시도이다.
도 3b 는, 소용돌이 발생 부재를 나타내는 평면도이다.
도 3c 는, 소용돌이 발생 부재를 나타내는 측단면도이다.
도 4a 는, 안내구의 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 4b 는, 안내구의 다른 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 5a 는, 믹싱 파이프를 나타내는 사시도이다.
도 5b 는, 믹싱 파이프를 나타내는 평면도이다.
도 5c 는, 믹싱 파이프를 나타내는 측단면도이다.
도 6a 는, 제 1 압력 스위치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6b 는, 제 1 압력 스위치를 설명하기 위한 측단면도이다.
도 7 은, 기액 혼합 장치에 의한 기체 혼합액의 제조를 설명하기 위한 측단면도이다.
도 8a 는, 믹싱 파이프의 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 8b 는, 믹싱 파이프의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 8c 는, 믹싱 파이프의 변형예를 나타내는 측단면도이다.
도 9a 는, 본 발명에 관련된 기액 혼합 시스템의 제 2 실시 형태의 개략 구성을 나타내는 도면으로서, 외관을 나타내는 정면도이다.
도 9b 는, 본 발명에 관련된 기액 혼합 시스템의 제 2 실시 형태의 개략 구성을 나타내는 도면으로서, 내부 구조를 나타내는 정면도이다.
도 9c 는, 본 발명에 관련된 기액 혼합 시스템의 제 2 실시 형태의 개략 구성을 나타내는 도면으로서, 외관을 나타내는 배면도이다.
도 10 은, 도 9a ∼ 도 9c 에 나타낸 기액 혼합 시스템의 내부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 11 은, 본 발명에 관련된 기액 혼합 시스템의 제 3 실시 형태의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 12 는, 본 발명에 관련된 기액 혼합 시스템의 제 3 실시 형태의 외관을 나타내는 정면도이다.
도 13 은, 원액 유입관, 기체 유입관, 혼합액 배관의 연통부의 개략 구성을 나타내는 정면도이다.

이하, 본 발명에 관련된 기액 혼합 장치 및 기액 혼합 시스템에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 기액 혼합 시스템의 제 1 실시 형태의 개략 구성을 나타내는 모식도이며, 도 1 중 부호 1 은 기액 혼합 시스템, 2 는 기액 혼합 장치이다.

기액 혼합 시스템 (1) 은, 본 실시 형태에서는 원수(原水), 예를 들어 수도물에 탄산 가스 (이산화탄소) 를 혼합, 용해시켜, 얻어진 탄산수를 각종의 목적으로 제공하기 위한 것이다. 탄산수의 용도로서는, 종래와 마찬가지로, 예를 들어 세발 등의 이미용 목적이나, 목욕탕의 뜨거운 물, 즉 탄산천으로서 사용된다. 도 1 은, 복수의 세발대를 구비한 이미용점에 있어서, 각 세발대에 각각 배치 형성되는 기액 혼합 시스템 (1) 의 개략 구성을 나타내고 있다.

기액 혼합 시스템 (1) 은, 기액 혼합 장치 (2), 이 기액 혼합 장치 (2) 에 원수 (원액) 를 공급하는 원수 공급원 (원액 공급원) (3), 상기 기액 혼합 장치 (2) 에 탄산 가스 (CO₂ ： 기체) 를 공급하는 기체 공급원 (4), 원수 공급원 (3) 으로부터의 원수의 공급이나 기체 공급원 (4) 으로부터의 탄산 가스의 공급을 제어하는 제어부 (40) 등을 구비하여 구성되어 있다.

기액 혼합 장치 (2) 는, 본 발명에 관련된 기액 혼합 장치의 제 1 실시 형태가 되는 것으로, 기액 혼합 장치 (2) 의 외관 사시도인 도 2a, 및 기액 혼합 장치 (2) 의 측단면도인 도 2b 에 나타내는 바와 같이, 상기 원수 공급원 (3) 에 배관 (원수측 배관 (30)) 을 개재하여 접속되는 원수 유입관 (원액 유입관) (5) 과, 상기 기체 공급원 (4) 에 배관 (기체측 배관 (31)) 을 개재하여 접속되는 기체 유입관 (6) 을 가지고 있다.

본 실시 형태에서는, 이들 원수 유입관 (5) 과 기체 유입관 (6) 이 하나의 배관에 의해 형성되어 있고, 원수 유입관 (5) 측의 개구 (5a) 에 원수측 배관을 개재하여 상기 원수 공급원 (3) 이 접속되고, 기체 유입관 (6) 측의 개구 (6a) 에 기체측 배관을 개재하여 상기 기체 공급원 (4) 이 접속되어 있다. 따라서, 도 2b 에 나타내는 바와 같이 원수 유입관 (5) 과 기체 유입관 (6) 은, 원액과 기체가 대면하여 충돌하도록 연통하고, 원수 유입관 (5) 의 중심축 (도시 생략) 과 기체 유입관 (6) 의 중심축 (도시 생략) 중 적어도 하나가 혼합액 배관 (8) 의 중심축 (도시 생략) 과 상이한 방향으로 배치되어 있다.

원수 유입관 (5) 및 기체 유입관 (6) 의 형상 및 치수에 대해서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한 특별히 제한은 없지만, 원통형인 것이 바람직하다.

또, 원수 유입관 (5) 의 중심축과 기체 유입관 (6) 의 중심축 중 어느 하나와 혼합액 배관 (8) 의 중심축의 사이에서 형성되는 각도가 10 °∼ 90 °인 것이 바람직하고, 45 °∼ 90 °인 것이 보다 바람직하다. 또한, 이 각도는, 원수 유입관 (5) 과 기체 유입관 (6) 중 어느 하나와 혼합액 배관 (8) 이 연결된 상태의 것을 평면 상에 배치한 경우에, 상기 2 개의 중심축의 사이에 형성되는 각도를 의미한다. 예를 들어, 원수 유입관 (5) 의 중심축과 혼합액 배관 (8) 의 중심축의 사이에서 형성되는 각도의 경우, 도 13 에 나타내는 각도가 θ 이다. 이 각도를 상기의 범위로 함으로써, 기체의 용해도가 비교적 높은 기체 혼합액을 간이한 구조로 제조할 수 있다. 도 2a 및 도 2b 에 나타내는 양태에 있어서는, 원수 유입관 (5) 과 기체 유입관 (6) 에 의해 형성되는 하나의 배관의 중심축에 대해, 혼합액 배관 (8) 의 중심축이 직교하도록 혼합액 배관 (8) 이 배치되어 있다.

또한, 기체 유입관 (6) 에는, 그 개구 (6a) 측에 작은 구멍을 갖는 오리피스판 (6b) 이 형성되어 있고, 이로써 기체 공급원 (4) 으로부터 공급되는 탄산 가스는, 소정의 압력으로 기체 유입관 (6) 내에 공급되도록 되어 있다. 이 작은 구멍의 크기나 수에 대해서는, 원하는 기체 압력에 따라 적절히 선택할 수 있다.

또, 원수 유입관 (5) 과 기체 유입관 (6) 의 기액 충돌부 (7) 에는, 원수 유입관 (5), 기체 유입관 (6) 에 각각 연통하여 혼합액 배관 (8) 이 형성되어 있다. 원수 유입관 (5) 의 중심축과 기체 유입관 (6) 의 중심축 중 적어도 하나가, 혼합액 배관 (8) 의 중심축과 상이한 방향으로 배치되고, 상기 기액 충돌부 (7) 에 일체로 접속하는 배관 본체 (9) 와, 그 배관 본체 (9) 에 착탈 가능하게 연결하는 하우징 (10) 으로 구성되어 있다.

본 실시 형태에서는, 하우징 (10) 이 배관 본체 (9) 에 착탈 가능하게 연결되어 있지만, 배관 본체 (9) 와 하우징 (10) 이 일체로 형성되어 있어도 된다.

또, 본 실시 형태에서는, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 상기 원액 유입관의 중심축과 상기 기체 유입관의 중심축이 이루는 각도를 θ' 라고 하면, θ' 는 20 °∼ 180 °인 것이 바람직하고, 95 °∼ 180 °인 것이 보다 바람직하고, 135 °∼ 180 °인 것이 특히 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 기체의 용해도가 비교적 높은 기체 혼합액을 간이한 구조로 제조할 수 있다.

또, 본 발명의 장치에 있어서, 원수 유입관 (5), 기체 유입관 (6) 및 혼합액 배관 (8) 의 각각의 중심축은, 이들을 동일 평면 상에 배치할 수 있도록 구성되어 있거나, 이들이 삼각뿔을 형성하도록 구성되어 있어도 된다.

배관 본체 (9) 는, 원수 유입관 (5) 과 기체 유입관 (6) 의 사이의 기액 충돌부 (7) 에 일체로 연결된 원통상의 것이다. 따라서, 이들 원수 유입관 (5), 기체 유입관 (6), 배관 본체 (9) 를 형성하는 부재는, 본 실시 형태에서는 수지제 또는 금속제의 일체 성형품으로 되어 있다. 이 일체 성형품은, 측면에서 보아 T 자상으로 형성해도 된다. 여기서, 배관 본체 (9) 는, 상기 기액 충돌부 (7) 에 연통하여 형성된 원통상의 안내관 (11) 을 둘러싼 상태로 형성되어 있고, 따라서 안내관 (11) 의 내경보다 충분히 큰 내경을 가지고 있다.

하우징 (10) 은, 대략 원통상, 즉 배관상으로 형성된 수지제 또는 금속제의 것으로, 일단측이 배관 본체 (9) 에 내삽되는 대략 원통상의 내삽부 (12) 로 되고, 타단측이 배관 본체 (9) 로부터 인출된 대략 원통상의 하우징 본체 (13) 로 되어 있다. 또, 이들 내삽부 (12) 와 하우징 본체 (13) 의 사이에는 원환상의 플랜지부 (14) 가 형성되어 있다. 플랜지부 (14) 는, 내삽부 (12) 를 배관 본체 (9) 에 내삽했을 때에, 이 배관 본체 (9) 의 단부에 형성된 원환상의 플랜지 (9a) 에 맞닿도록 구성되어 있다.

그리고, 이와 같이 하우징 (10) 의 플랜지부 (14) 가 배관 본체 (9) 의 플랜지 (9a) 에 맞닿은 상태에서, 도 2a, 도 2b 에 나타내는 바와 같이 이들 플랜지부 (14), 플랜지 (9a) 에 조인트 클립 (15) 이 장착됨으로써, 플랜지부 (14), 플랜지 (9a) 는 서로 맞닿은 상태로 유지 고정되어 있다.

조인트 클립 (15) 은, 금속제의 판 스프링이 대략 링상으로 형성된 것으로, 그 둘레 방향을 따라 플랜지부 (14), 플랜지 (9a) 에 걸어맞춤하는 좁다란 개구 (15a) 를 가지고 있다. 이와 같은 조인트 클립 (15) 의 일단측과 타단측의 사이를 넓혀 그 내부에 플랜지부 (14), 플랜지 (9a) 를 넣고, 그 후 일단측과 타단측의 사이를 닫아 개구 (15a) 내에 플랜지부 (14), 플랜지 (9a) 를 걸어맞춤시켜, 돌출시킴으로써, 조인트 클립 (15) 에 의해 플랜지부 (14), 플랜지 (9a) 를 유지 고정시킬 수 있다.

또, 하우징 (10) 의 내삽부 (12) 에는, 도 2b 에 나타내는 바와 같이 그 외 주면에 2 개의 O 링 (16, 16) 이 권회되어 있다. 이들 O 링 (16, 16) 은, 내삽부 (12) 의 외주면에 주회(周回)하여 형성된 홈 (도시 생략) 내에 일부가 돌출하여 형성되어 있다. 이와 같은 구성하에 내삽부 (12) 는, 배관 본체 (9) 에 내삽되었을 때, 그 배관 본체 (9) 의 내벽면과의 사이에 O 링 (16, 16) 이 개재됨으로써, 배관 본체 (9) 에 대해 기밀하게 접속되어 있다.

이와 같은 내삽부 (12) 의 내부공 내에는, 원통상의 소용돌이 발생 부재 (소용돌이 발생부) (17) 가 수용되어 있다. 즉, 내삽부 (12) 의 내부공 내에는, 하우징 본체 (13) 측과의 거의 경계부에 단차부 (12a) 가 형성되어 있고, 이 단차부 (12a) 상에 소용돌이 발생 부재 (17) 가 실려 있다. 소용돌이 발생 부재 (17) 는, 도 3a ∼ 도 3c 에 나타내는 바와 같이, 원통부 (18) 와 그 원통부 (18) 내에 일체로 형성된 편류판 (19) 을 가지고 있다. 여기서, 도 3a 는 소용돌이 발생 부재 (17) 의 사시도이며, 도 3b 는 소용돌이 발생 부재 (17) 의 평면도이며, 도 3c 는 소용돌이 발생 부재 (17) 의 측단면도이다.

소용돌이 발생 부재 (17) 에는, 그 원통부 (18) 의 상단부, 즉 상기 기액 충돌부 (7) 측의 단부에, 혼합액 배관 (8) (하우징 (10)) 의 중심축의 후측 (기액 충돌부 (7) 측) 으로부터 전측 (기액 충돌부 (7) 와 반대의 측) 으로 감에 따라 내측으로부터 외측을 향하는 테이퍼면 (18a) 이, 상기 상단부의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 이로써 이 테이퍼면 (18a) 과, 그 테이퍼면 (18a) 에 대향하는 면, 즉 도 2b 에 나타내는 소용돌이 발생 부재 (17) 의 상단부에 대향하는 혼합액 배관 (8) (하우징 (10) 의 내삽부 (12)) 의 내벽면의 사이에, 홈부 (20) 가 형성되어 있다.

홈부 (20) 는, 소용돌이 발생 부재 (17) 의 상단부의 전체 둘레에 걸쳐 상기 기액 충돌부 (7) 측에 개구하여 형성된 것으로, 본 발명에 있어서의 제 1 와류 생성 기구의 일부, 즉 상류측 제 1 와류 생성 기구를 구성하고 있다. 이와 같은 홈부 (20) 에 의해, 후술하는 바와 같이 상기 기액 충돌부 (7) 로부터 안내관 (11) 을 지나 내삽부 (12) 내에 유입된 기체 혼합액은, 그 일부가 홈부 (20) 의 저면, 즉 상기 테이퍼면 (18a) 에 충돌하여 그 흐름을 반전시켜, 미소한 와류를 형성하게 되어 있다.

소용돌이 발생 부재 (17) 의 상기 편류판 (19) 에는, 도 3a, 도 3b 에 나타내는 바와 같이 그 외주부, 즉 원통부 (18) 측에, 안내구 (19a) 가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 도 3b 에 나타내는 바와 같이 안내구 (19a) 는 원통부 (18) 의 내주면을 따라 원호상으로 형성되어 있고, 이와 같은 안내구 (19a) 가 원통부 (18) 의 둘레 방향을 따라 등간격으로 4 개 형성되어 있다. 이와 같이 안내구 (19a) 가 원통부 (18) 측에 형성되어 있음으로써, 이들 안내구 (19a) 를 통과한 기체 혼합액은, 후술하는 바와 같이 하류측 제 1 와류 생성 기구를 구성하는 혼합액 배관 (8) 의 내벽면측으로 안내되도록 되어 있다.

여기서, 4 개의 안내구 (19a) 의 개구 면적의 합계는, 상기 안내관 (11) 의 내부공의 개구 면적과 거의 동일하게 형성되어 있다. 따라서, 기액 충돌부 (7) 에서 원수와 탄산 가스가 충돌하여, 혼합되어 형성된 기체 혼합액은, 안내관 (11) 을 통과할 때와 4 개의 안내구 (19a) 를 통과할 때에, 거의 동일한 유속으로 통과하도록 되어 있다. 이로써, 4 개의 안내구 (19a) 를 통과할 때에는, 특히 가압됨으로써 그 유량을 짜내는 일 없이, 안내관 (11) 을 통과할 때와 동일한 유량으로 흐르게 되어 있다.

또한, 안내구 (19a) 에 대해서는, 그 형상이나 크기는 도 3a, 도 3b 에 나타낸 형태로 한정되는 일 없이, 편류판 (19) 의 외주부, 즉 원통부 (18) 측에 배치되어 있으면, 여러 가지의 형태를 채용할 수 있다. 예를 들어, 도 4a 에 나타내는 바와 같이 비교적 소직경의 원형의 안내구 (19b) 나, 도 4b 에 나타내는 바와 같이 더욱 소직경의 원형의 안내구 (19c) 를 각각 복수씩 배치해도 된다. 단, 이들 도 4a 에 나타내는 안내구 (19b) 나 도 4b 에 나타내는 안내구 (19c) 에 대해서도, 상기 안내구 (19a) 와 마찬가지로 그 개구 면적의 합계가, 상기 안내관 (11) 의 내경과 거의 동일해지도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 도 4a, 도 4b 에서는 편류판 (19) 밖에 기재되어 있지 않지만, 이들 편류판 (19) 은 도 3a ∼ 도 3c 에 나타낸 원통부 (18) 내에 형성됨으로써, 소용돌이 발생 부재 (17) 를 구성하고 있다.

도 2b 에 나타내는 바와 같이 하우징 본체 (13) 는, 내삽부 (12) 측이 되는 대직경부 (21) 와, 그 대직경부 (21) 보다 소직경의 소직경부 (22) 에 의해 형성되어 있다. 대직경부 (21) 내에는, 상기 단차부 (12a) 측에 형성되는 내부공에 연통하고, 따라서 소용돌이 발생 부재 (17) 의 안내구 (19a) 에 연통하는 내부공 (21a) 이 형성되어 있다. 한편, 소직경부 (22) 내에는, 대직경부 (21) 의 내부공 (21a) 에 연통하는 내부공 (22a) 이 형성되어 있다.

대직경부 (21) 의 내부공 (21a) 은, 소직경부 (22) 측으로 감에 따라 점차 소직경이 되는 테이퍼상으로 형성되어 있다. 특히 그 하단측, 즉 소직경부 (22) 의 내부공 (22a) 에 연통하는 측은, 내벽면이 형성하는 경사각 (테이퍼각) 이 큰 테이퍼면 (21b) 으로 되어 있다. 즉, 테이퍼면 (21b) 은, 소직경부 (22) 측으로 감에 따라 외측에서 내측으로 향하도록 중심축 (도시 생략) 에 대해 경사져 형성되어 있다.

소직경부 (22) 의 내부공 (22a) 에는, 믹싱 파이프 (23) 가 착탈 가능하게 삽입 끼워 맞춤되어, 고정되어 있다. 믹싱 파이프 (23) 는, 수지나 금속으로 이루어지는 대략 원통상의 것으로, 본 발명에 있어서의 소용돌이 발생부를 구성하는 것이며, 그 상단부가 대직경부 (21) 의 내부공 (21a) 측에 돌출하여 장착되어, 고정되어 있다. 즉, 믹싱 파이프 (23) 는, 그 상단이 상기 테이퍼면 (21b) 의 상단에 거의 일치하도록 배치되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 믹싱 파이프 (23) 의 상단부와 이 상단부에 대향하는 혼합액 배관 (8) 의 내벽면 (하우징 (10) 의 하우징 본체 (13)), 즉 테이퍼면 (21b) 의 사이에, 홈부 (24) 가 형성되어 있다. 홈부 (24) 는, 믹싱 파이프 (23) 의 상단부의 전체 둘레에 걸쳐 상기 기액 충돌부 (7) 측, 즉 상류측 제 1 와류 생성 기구를 구성하는 소용돌이 발생 부재 (17) 측에 개구하여 형성된 것으로, 본 발명에 있어서의 제 1 와류 생성 기구의 일부가 되는 하류측 제 1 와류 생성 기구를 구성하고 있다.

이와 같은 홈부 (24) 에 의해, 후술하는 바와 같이 소용돌이 발생 부재 (17) 의 안내구 (19a) 를 지나 하우징 본체 (13) 내에 유입된 기체 혼합액은, 대부분이 홈부 (24) 의 저면, 즉 상기 테이퍼면 (21b) 에 충돌하여 그 흐름을 반전시켜, 미소한 와류를 형성하도록 되어 있다. 즉, 소용돌이 발생 부재 (17) 의 안내구 (19a) 를 통과한 기체 혼합액은, 이들 안내구 (19a) 에 의해 대직경부 (21) 의 내부공 (21a) 의 내벽면측으로 안내되기 때문에, 그 대부분이 홈부 (24) 를 향하여 흐르게 되어 있다.

본 실시 형태에서는, 이와 같은 믹싱 파이프 (23) 를 소용돌이 발생부로 하는 하류측 제 1 와류 생성 기구와, 소용돌이 발생 부재 (17) 를 소용돌이 발생부로 하는 상기 상류측 제 1 와류 생성 기구에 의해, 제 1 와류 생성 기구가 구성되어 있다.

믹싱 파이프 (23) 는, 그 상단부가 하류측 제 1 와류 생성 기구를 구성하고 있지만, 본 실시 형태에서는 이것과는 별도로 그 내부에, 제 2 와류 생성 기구를 형성하고 있다. 즉, 믹싱 파이프 (23) 는, 도 5a ∼ 도 5c 에 나타내는 바와 같이 내부에 협애부 (25) 와 유로 변경부 (26) 를 가지고 있다. 여기서, 도 5a 는 믹싱 파이프 (23) 의 사시도이며, 도 5b 는 믹싱 파이프 (23) 의 평면도이며, 도 5c 는 믹싱 파이프 (23) 의 측단면도이다.

도 5b, 도 5c 에 나타내는 바와 같이 협애부 (25) 는, 믹싱 파이프 (23) 의 내벽면의 일부로부터 중심측을 향하여 제 1 방해판 (27a) 이 연장되어 형성되어 있음으로써, 이 제 1 방해판 (27a) 의 선단과 믹싱 파이프 (23) 의 내벽면의 사이에 형성된 개구이다. 이와 같이 제 1 방해판 (27a) 에 의해 믹싱 파이프 (23) 의 내부공이 일부 닫혀져 있음으로써, 남은 개구 부분은 필연적으로 개구 면적이 좁혀짐으로써 기체 혼합액의 유로를 상류에서 하류로 향하여 좁히는 부위, 즉 협애부 (25) 로 되어 있다.

또, 도 5c 에 나타내는 바와 같이 이 협애부 (25) 의 하측 (하류측) 에는, 제 2 방해판 (27b) 이, 믹싱 파이프 (23) 의 내벽면의 다른 일부로부터 중심측을 향하여 연장되어 형성되어 있다. 이와 같이 협애부 (25) 의 바로 아래에 제 2 방해판 (27b) 이 배치되어 있음으로써, 협애부 (25) 를 흐른 기체 혼합액은 제 2 방해판 (27b) 에 충돌하고, 그 후 제 2 방해판 (27b) 의 선단과 믹싱 파이프 (23) 의 내벽면의 사이에 형성된 개구 (27c) 로 흐르게 되어 있다. 따라서, 이와 같은 제 2 방해판 (27b) 과 그 선단측에 형성된 개구 (27c) 에 의해, 협애부 (25) 의 측방으로 유로를 변경하는 유로 변경부 (26) 가 구성되어 있다.

이와 같은 구성으로 이루어지는 유로 변경부 (26) 는, 협애부 (25) 에서 유로가 상류에서 하류로 향하여 좁혀짐으로써 가압된 기체 혼합액의 흐름을 제 2 방해판 (27b) 에서 반전시키고, 그 후 제 2 방해판 (27b) 의 측방의 개구 (27c) 로 안내한다. 그 때, 도 5c 중에 화살표로 나타내는 바와 같이 협애부 (25) 에서는 기체 혼합액이 가압됨으로써 탄산 가스의 용해도가 높아진다. 또, 유로 변경부 (26) 에서는 제 2 방해판 (27b) 에 의해 기체 혼합액의 흐름이 반전되고, 혼합액 배관 (8) (믹싱 파이프 (23)) 의 중심축과 교차하는 방향으로 기체 혼합액이 유동되어, 와류가 발생하도록 되어 있다.

또한, 이와 같은 믹싱 파이프 (23) 에는, 도 5a, 도 5c 에 나타내는 바와 같이 그 측벽부에 두 개의 절결 (28a, 28b) 이 형성되어 있다. 이들 절결 (28a, 28b) 은, 주로 제 1 방해판 (27a) 이나 제 2 방해판 (27b) 등을 형성하기 위한 가공용의 것이다.

또, 믹싱 파이프 (23) 의 하단부에는, 도 2b 에 나타내는 바와 같이 하우징 본체 (13) 의 소직경부 (22) 의 하단부에 형성된 끼워 맞춤 오목부 (도시 생략) 에 끼워 맞춤하는 원환상의 끼워 맞춤 볼록부 (29) 가 형성되어 있다. 이 끼워 맞춤 볼록부 (29) 가 소직경부 (22) 의 하단부의 끼워 맞춤 오목부에 착탈 가능하게 끼워 맞춰짐으로써, 믹싱 파이프 (23) 는 하우징 본체 (13) 내에 착탈 가능하게 수용 고정되어 있다.

이와 같이 하우징 본체 (13) 에 수용 고정된 믹싱 파이프 (23) 는, 그 하단측의 개구가 기액 혼합 장치 (2) 의 기체 혼합액의 분출구가 되어 있다. 따라서, 하우징 본체 (13) 에는, 도시하지 않지만, 그 소직경부 (22) 에 호스 및 샤워 헤드가 장착되어 있다. 그 때문에, 소직경부 (22) 에는, 그 외주면에 수나사부 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 여기에 호스가 착탈 가능하게 장착되도록 되어 있다.

이와 같은 구성으로 이루어지는 기액 혼합 장치 (2) 에는, 도 6a, 도 6b 에 나타내는 바와 같이, 원수 유입관 (5) 의 개구 (5a) 에 원수측 배관 (30) 이 연결되고, 기체 유입관 (6) 의 개구 (6a) 에 기체측 배관 (31) 이 연결되어 있다. 이들 원수측 배관 (30) 이나 기체측 배관 (31) 의 연결에는, 조인트 클립 (15) 이 사용되고 있다. 원수측 배관 (30) 은, 도 1 에 나타낸 원수 공급원 (3) 에 접속되어 있고, 기체측 배관 (31) 은, 기체 공급원 (4) 에 접속되어 있다.

여기서, 본 실시 형태에서는 원수 공급원 (3) 은 수도관으로 되어 있고, 따라서, 원수측 배관 (30) 은 수도관과 원수 유입관 (5) 의 사이에 배치 형성되어 있다. 단, 수도관이나 원수 유입관 (5) 에는, 수도물을 소정의 온도, 예를 들어 30 ℃ ∼ 45 ℃ 정도의 미리 설정된 온도로 가온하는 가열 장치 (도시 생략) 가 형성되어 있어도 된다. 세발 시에는, 통상적인 수도물에서는 차갑게 느껴지기 때문에, 상기의 온도 범위, 바람직하게는 35 ℃ ∼ 40 ℃ 정도로 가온해 두는 것이 바람직하다.

또, 이와 같이 가온하는 것과는 별도로, 원수가 되는 수도물에 예를 들어 미리 염화나트륨을 소정량 용해해 두고, 의료용 목적으로서의 생리 식염수로 해도 된다. 또한, 필요에 따라 향료를 첨가해 두어도 된다. 또한, 원수 공급원 (3) 으로서는, 수도관 이외에도 여러 가지의 수원을 사용할 수 있다.

한편, 기체 공급원 (4) 으로서는, 본 실시 형태에서는 탄산 가스를 0.5 MPa 정도의 압 (게이지압) 으로 충전한 가스 봄베가 사용된다.

도 6a, 도 6b 에 나타내는 바와 같이 원수측 배관 (30) 에는, 본 발명의 압력 스위치가 되는 제 1 압력 스위치 (32) 가 형성되어 있다. 제 1 압력 스위치 (32) 는, 도 6a 에 나타내는 바와 같이 원수측 배관 (30) 내 (원수 유입관 (5) 내) 를 흐르는 원수의 압력을, 원수측 배관 (30), 즉 원수 유입관 (5) 의 유로를 좁히는 일 없이 검지하는 센서이며, 미리 설정된 소정의 압력 이상이 되면 이것을 검지하여 스위치가 온이 되고, 소정의 압력 미만에서는 스위치가 오프가 되는 공지된 구성의 것이다.

이 제 1 압력 스위치 (32) 는, 원수측 배관 (30) 내에 연통하는 바이패스관 (32a) 을 가지고 구성되어 있고, 원수측 배관 (30) 내가 소정의 압력 이상이 되면 원수가 바이패스관 (32a) 을 지나 제 1 압력 스위치 (32) 를 가압하여, 스위치를 온으로 한다. 또, 원수측 배관 (30) 내가 소정의 압력 미만일 때에는 원수가 제 1 압력 스위치 (32) 를 가압하지 않고, 따라서 스위치가 오프 상태가 된다.

따라서, 이 제 1 압력 스위치 (32) 는, 원수측 배관 (30), 즉 이것에 연결하는 원수 유입관 (5) 의 유로를 좁히는 일 없이, 그 유로를 흐르는 원수의 압력을 검지하도록 되어 있다. 일반적으로 사용되는 유량 센서에서는, 유로에 임펠러 등을 배치하고, 그 회전수로부터 유량을 검출하고 있기 때문에, 결과적으로 임펠러 등에서 유로를 좁히게 되어 있다. 이에 대하여 제 1 압력 스위치 (32) 는, 유로를 좁히지 않기 때문에, 유량에 대해서도 이것을 짜내는 일 없이, 흘릴 수 있다.

이 제 1 압력 스위치 (32) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이 제어부 (40) 에 전기적으로 접속되어 있고, 검지한 온/오프 신호를 제어부 (40) 에 송신하고 있다.

도 6a, 도 6b 에 나타낸 기액 혼합 장치 (2) 의 기체측 공급관 (6) 에 접속하는 기체측 배관 (31) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이 기체 공급원 (4) 과의 사이의 경로 중에, 전자 밸브 (33) (제어 밸브) 와 제 2 압력 스위치 (34) 가 형성되어 있다.

제 2 압력 스위치 (34) 는, 기체 공급원 (4) 측에 배치된 것으로, 기체측 배관 (31) 을 흐르는 탄산 가스의 압력을 검지하여, 미리 설정된 압 (예를 들어 0.3 MPa［게이지압］) 이상이면 스위치를 온으로 하고, 미리 설정된 압 미만에서는 스위치를 오프로 한다. 따라서, 이 제 2 압력 스위치 (34) 는, 기체 공급원 (4) 을 구성하는 가스 봄베 내의 잔압, 즉 가스 봄베 내의 탄산 가스의 잔량을 판정하는 잔량계로서 기능하고 있다.

이 제 2 압력 스위치 (34) 도, 제어부 (40) 에 전기적으로 접속되어 있고, 검지 결과에 기초하는 온/오프 신호를 제어부 (40) 에 송신하고 있다. 제어부 (40) 에서는, 도시되지 않은 조작 패널의 표시부에, 제 2 압력 스위치 (34) 의 검지 결과, 즉 기체 공급원 (4) (가스 봄베) 의 잔량이 미리 설정된 압 (량) 이상인지의 여부가, 표시되도록 되어 있다.

전자 밸브 (33) 는, 제 2 압력 스위치 (34) 의 하류측에 배치된 것으로, 그 개폐에 의해 기체 공급원 (4) 으로부터의 탄산 가스의 공급을 조정하고 있다. 즉, 전자 밸브 (33) 가 열림으로써 기체 공급원 (4) 으로부터 기액 혼합 장치 (2) 의 기체 유입관 (6) 에 탄산 가스가 공급되고, 닫혀짐으로써 탄산 가스의 공급이 정지되도록 되어 있다. 이 전자 밸브 (33) 는, 제어부 (40) 에 전기적으로 접속함으로써 그 개폐가 제어되고 있다.

제어부 (40) 는, 상기 제 1 압력 스위치 (32) 로부터의 온/오프 신호를 수신하고, 이 온/오프 신호에 기초하여 전자 밸브 (33) 의 개폐를 제어한다. 즉, 원수측 배관 (30) (원수 유입관 (5)) 내의 압력이 소정의 압력 이상이며, 따라서 원수가 소정의 유량 이상으로 흐르고 있는 것을 제 1 압력 스위치 (32) 가 검지하여, 온 신호를 제어부 (40) 에 송신하면, 제어부 (40) 는 전자 밸브 (33) 를 열도록, 전자 밸브 (33) 에 온 신호를 송신한다. 그러면, 전자 밸브 (33) 가 열려, 탄산 가스가 기액 혼합 장치 (2) 에 공급된다.

한편, 원수측 배관 (30) (원수 유입관 (5) 제어부 (40)) 내의 압력이 소정의 압력 미만이며, 따라서 원수가 소정의 유량 이상으로 흐르고 있는 것을 제 1 압력 스위치 (32) 가 검지할 수 없는 경우에는, 온 신호가 제어부 (40) 에 송신되지 않고, 따라서 제어부 (40) 는 전자 밸브 (33) 를 여는 일 없이 닫은 상태로 한다. 그러면, 전자 밸브 (33) 가 닫혀 있기 때문에, 탄산 가스가 기액 혼합 장치 (2) 에 공급되지 않게 된다.

이와 같이 원수가 소정의 유량 이상으로 흘러 기액 혼합 장치 (2) 에 공급되고 있는 경우에만, 탄산 가스가 기액 혼합 장치 (2) 에 공급되도록 되어 있으므로, 탄산 가스가 과잉으로 소비되는 것이 방지됨과 함께, 제조하는 기체 혼합액, 즉 탄산수 중의 탄산 가스 농도가, 미리 설정된 적정한 범위로 조정된다.

제어부 (40) 는, CPU 나 메모리 장치 등을 구비함과 함께, 표시부로서도 기능하는 조작 패널을 가진 것으로, 조작 패널을 통하여 기액 혼합 시스템 (1) 전체의 전원의 온 오프나, 각종 데이터의 출력 등을 실시할 수 있도록 되어 있다. 즉, 이 제어부 (40) 는, 전술한 제 1 압력 스위치 (32) 나 제 2 압력 스위치 (34) 로부터의 신호에 기초하여, 원수의 공급 시간 (공급량) 이나 탄산 가스의 공급 시간 (공급량), 나아가서는 기체 공급원 (4) 의 탄산 가스의 잔량 등을 산출하도록 구성되어 있다.

그리고, 이와 같이 산출한 각종의 정보를, 제어부 (40) 내의 출력부 (35) 를 통하여 iOS 단말이나 안드로이드 등의 외부 단말에 출력할 수 있도록 되어 있다. 출력부 (35) 로서는, 도시되지 않은 통신 수단 (예를 들어 Bluetooth (등록상표) 등) 에 의해 출력하는 것이 구비되어 있다. 외부 단말로서는, 태블릿이나 스마트 폰 등이 바람직하게 이용되고, 상기의 제어부 (40) 에서 산출된 각종 정보를 용이하게 수신하는 것이 가능하게 되어 있다.

본 실시 형태와 같이 복수의 세발대를 갖는 이미용점에 있어서, 각 세발대에 각각 기액 혼합 시스템 (1) 이 배치 형성되는 경우, 각 세발대의 기액 혼합 시스템 (1) 으로부터 각각 각종 정보를 출력시켜, 하나의 외부 단말에 각종 정보를 입력할 수 있다. 따라서, 이미용점의 책임자 등은 각종 정보를 입력한 외부 단말을 봄으로써, 각 세발대의 운전 상황이나 과거의 운전 이력 등을 용이하게 확인할 수 있다.

다음으로, 이와 같은 구성으로 이루어지는 기액 혼합 시스템 (1) (기액 혼합 장치 (2)) 에 의한, 기체 혼합액이 되는 탄산수의 제조에 대해 설명한다.

먼저, 원수 공급원 (3) 인 수도로부터 물 (뜨거운 물) 을, 미리 설정된 소정의 압력, 예를 들어 0.10 ∼ 0.20 MPa, 바람직하게는 0.10 ∼ 0.15 MPa 의 압 (게이지압) 으로 원수측 배관 (30) 에 흘린다. 이와 같은 소정의 압력으로 원수를 공급함으로써, 본 실시 형태에서는 그 유량이, 예를 들어 6 ∼ 15 ℓ/분, 바람직하게는 6 ∼ 10 ℓ/분 정도가 되도록 설정되어 있다.

이와 같이 하여 원수를 흘려, 원수측 배관 (30) 내가 소정의 압력에 도달하면, 제 1 압력 스위치 (32) 가 이것을 검지하고, 제어부 (40) 를 통하여 전자 밸브 (33) 를 연다.

기체 공급원 (4) 측에서는, 제 2 압력 스위치 (34) 가 기체 공급원 (가스 봄베) (4) 내의 잔압 (잔량) 을 검지하고, 제어부 (40) 의 조작 패널에 그 결과를 표시시킨다. 따라서, 조작자는 기체 공급원 (4) 의 잔압이 미리 설정된 압 이상이면, 그대로 탄산수의 제조를 진행시킨다. 또, 기체 공급원 (4) 의 잔압이 미리 설정된 압 미만인 경우에는, 필요에 따라 기체 공급원 (4) 의 교환 등을 실시한다. 또한, 기체 공급원 (가스 봄베) (4) 에는 압력 조정기나 압력계가 구비되어 있고, 예를 들어 압력계를 확인함으로써, 기체 공급원 (4) 의 교환 시기를 결정할 수도 있다.

전자 밸브 (33) 를 통과한 탄산 가스는, 전자 밸브 (33) 의 상류측 혹은 하류측에 형성된 도시되지 않은 유량 조정기에 의해, 유량이 예를 들어 4 ∼ 12 ℓ/분, 바람직하게는 5 ∼ 11 ℓ/분 정도가 되도록 조정된다.

원수 공급원 (3) 으로부터 원수측 배관 (30) 을 통하여 원수 유입관 (5) 에 원수가 공급되고, 기체 공급원 (4) 으로부터 기체측 배관 (31) 을 통하여 기체 유입관 (6) 에 탄산 가스가 공급되면, 도 7 중에 화살표로 나타내는 바와 같이 원수와 탄산 가스 (기체) 가 기액 충돌부 (7) 에서 충돌하여, 혼합된다. 그리고, 안내관 (11) 을 지나 혼합액 배관 (8) 내에 유입된다.

그 때, 원수와 탄산 가스는 기액 충돌부 (7) 에서 서로 충돌하고, 또한 일방으로 치우치는 일 없이 원수와 탄산 가스 중 적어도 하나와 상이한 방향으로 얻어진 기체 혼합액이 안내되기 때문에, 충돌 에너지가 최대화되어, 원수에 대해 탄산 가스가 충분히 혼합됨과 함께, 원수에 대한 탄산 가스의 용해도가 높아진다. 온도 40 ℃ 의 물에 대한 탄산 가스의 포화 농도는 약 1000 ppm 이다. 이에 대하여 본 실시 형태의 기액 혼합 장치 (2) 에서는, 기액 충돌부 (7) 에서 충돌시킨 후, 안내관 (11) 을 지나 혼합액 배관 (8) 내에 유입시킴으로써, 이 안내관 (11) 을 통과한 기체 혼합액 (탄산수) 중의 탄산 가스 농도를, 800 ∼ 850 ppm 정도의 농도로 할 수 있었다. 또한, 원수 중에 용해되어 있지 않은 탄산 가스는, 기포가 되어 기체 혼합액 중에 혼합된 상태로서 존재한다.

혼합액 배관 (8) 내에 유입된 기체 혼합액 (탄산수) 은, 하우징 (10) 의 내삽부 (12) 내에 형성된 소용돌이 발생 부재 (17) 를 향하여 흐른다. 그 때, 기체 혼합액의 일부는, 소용돌이 발생 부재 (17) 의 상단부와 내삽부 (12) 의 내벽면의 사이에 형성된 홈부 (20) (상류측 제 1 와류 생성 기구) 를 향하여 흐름으로써, 도 7 중에 화살표로 나타내는 바와 같이 미소한 와류를 발생시킨다. 즉, 기체 혼합액은 홈부 (20) 의 저면 (테이퍼면 (18a)) 에 충돌하여 그 흐름을 반전시키고, 혼합액 배관 (8) 의 중심축과 교차하는 방향으로 유동함으로써, 미소한 와류를 발생시킨다.

이와 같은 미소한 와류를 발생시킴으로써, 기체 혼합액 중의 기포가 미세화되고, 그 비표면적이 커진다. 이로써, 기포를 형성하는 탄산 가스와 기체 혼합액 (원수) 의 접촉 면적이 증가하여, 기체 혼합액 (원수) 에 대한 탄산 가스의 용해가 촉진된다. 따라서, 이미 800 ∼ 850 ppm 정도의 농도로 되어 있는 기체 혼합액은, 그 탄산 가스 농도가 900 ppm 정도로까지 높아진다.

상류측 제 1 와류 생성 기구 (홈부 (20)) 에서 탄산 가스 농도가 높아진 기체 혼합액은, 도 7 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 소용돌이 발생 부재 (17) 의 편류판 (19) 의 안내구 (19a) 를 통과함으로써 이것으로 안내되고, 하우징 본체 (13) 의 대직경부 (21) 의 내부공 (21a) 의 내벽면측을 흐른다. 이로써, 기체 혼합액의 대부분이 대직경부 (21) 의 내부공 (21a) 의 내벽면, 즉 테이퍼면 (21b) 과, 믹싱 파이프 (23) 의 상단부의 사이에 형성된 홈부 (24) (하류측 제 1 와류 생성 기구) 를 향하여 흘러, 도 7 중에 화살표로 나타내는 바와 같이 미소한 와류를 발생시킨다. 즉, 기체 혼합액은 홈부 (24) 의 저면 (테이퍼면 (21b)) 에 충돌하여 그 흐름을 반전시키고, 혼합액 배관 (8) 의 중심축과 교차하는 방향으로 유동함으로써, 미소한 와류를 발생시킨다.

이와 같은 미소한 와류를 발생시킴으로써, 상기 홈부 (20) (상류측 제 1 와류 생성 기구) 때와 동일하게 하여 기체 혼합액 (원수) 에 대한 탄산 가스의 용해가 촉진되고, 기체 혼합액은 그 탄산 가스 농도가 한층 더 높아진다.

하류측 제 1 와류 생성 기구 (홈부 (24)) 에서 탄산 가스 농도가 높아진 기체 혼합액은, 도 7 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 믹싱 파이프 (23) 내에 유입된다.

그리고, 믹싱 파이프 (23) 내에 유입된 기체 혼합액은, 도 5c 에 나타낸 바와 같이 협애부 (25) 를 흐름으로써 가압되고, 이로써 그 기체 혼합액 중에서의 탄산 가스의 용해도가 높아진다. 또, 제 2 방해판 (27b) 에 의해 흐름이 반전되고, 혼합액 배관 (8) 의 중심축과 교차하는 방향으로 유동함으로써, 와류를 발생시킨다. 또한, 그 후 개구 (27c) 를 향하여 유로를 변경시키는 것에 의해서도, 와류를 발생시킨다. 이로써, 기체 혼합액 중의 기포가 미세화되어, 기체 혼합액 (원수) 에 대한 탄산 가스의 용해가 촉진된다. 본 실시 형태에서는, 기체 혼합액은 그 탄산 가스 농도가 포화 농도인 1000 ppm 정도로까지 높아진다.

이와 같이 하여 탄산 가스가 포화 농도 부근까지 용해된 기액 혼합액 (탄산수) 은, 하우징 본체 (13) 의 소직경부 (22) 에 접속된 호스, 또한 이 호스의 선단에 형성된 샤워 헤드를 통하여 분출되어, 세발에 제공된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 기액 혼합 장치 (2) 는, 원수 유입관 (5) 에 의해 공급되는 원수와 기체 유입관 (6) 에 의해 공급되는 탄산 가스 (기체) 를 서로 충돌시키고, 또한, 혼합액 배관 (8) 에 의해 일방으로 치우치는 일 없이 원수와 탄산 가스 중 적어도 하나와 상이한 방향으로 기체 혼합액을 안내하도록 했으므로, 간이한 구조로 충돌 에너지를 최대화하여, 원수에 대한 탄산 가스의 용해도를 높일 수 있다. 따라서, 펌프 등의 구동원이 불필요하여, 간이한 구조로 비교적 높은 용해도의 탄산수를 제조할 수 있고, 이로써 기액 혼합 장치의 소형화나 저가격화를 가능하게 할 수 있다. 또, 종래의 중공사막을 사용한 것의 경우와 같은 막힘이 없고, 따라서 메인터넌스가 용이하게 되고, 또한 기체 혼합액 (탄산수) 을 거의 가압하지 않기 때문에, 충분한 유량을 확보할 수 있다. 따라서, 종래에 비해 현격히 사용하기 편하게 할 수 있다.

또, 혼합액 배관 (8) 에, 기체 혼합액을 혼합액 배관 (8) 의 중심축과 교차하는 방향으로 유동시켜 와류를 발생시키는 제 1 와류 생성 기구를 형성하고 있으므로, 기체 혼합액에 와류를 발생시킴으로써 기체 혼합액 중의 기포를 미세화하고, 그 비표면적을 크게 함으로써 원수에 대한 탄산 가스의 용해를 촉진할 수 있다.

또, 제 1 와류 생성 기구를, 소용돌이 발생 부재 (17) 나 믹싱 파이프 (23) 로 이루어지는 소용돌이 발생부의 상단부와, 그 상단부에 대향하는 혼합액 배관 (8) 의 내벽면의 사이에 형성한 홈부 (20, 24) 에 의해 구성하고 있으므로, 기체 혼합액을 홈부 (20, 24) 의 저면에 충돌시켜 그 흐름을 반전시킴으로써, 미소한 와류를 형성하여 기체 혼합액 중의 기포를 미세화할 수 있다. 따라서, 원수 (기체 혼합액) 에 대한 탄산 가스의 용해를 촉진할 수 있다.

또, 상류측 제 1 와류 생성 기구를 구성하는 소용돌이 발생 부재 (17) 의 내부공에 형성한 편류판 (19) 에 안내구 (19a) 를 형성하고 있으므로, 그 안내구 (19a) 를 통과한 기체 혼합액을 대직경부 (21) 의 내부공 (21a) 의 내벽면측으로 안내함으로써 하류측 제 1 와류 생성 기구의 홈부 (24) 의 저면에 보다 많이 충돌시켜, 흐름을 반전시켜 와류를 형성할 수 있다. 따라서, 기체 혼합액 중의 기포를 미세화하여, 원수 (기체 혼합액) 에 대한 탄산 가스의 용해를 촉진할 수 있다.

또, 혼합액 배관 (8) 에 믹싱 파이프 (23) 를 형성하고, 이 믹싱 파이프 (23) 내에 제 2 와류 생성 기구를 형성하여 기체 혼합액의 유로를 상류에서 하류로 향하여 좁혀, 와류를 발생시키도록 하고 있으므로, 기체 혼합액에 와류를 발생시킴으로써 기체 혼합액 중의 기포를 미세화하고, 그 비표면적을 크게 함으로써 원수에 대한 탄산 가스의 용해를 촉진할 수 있다. 또, 기체 혼합액의 유로를 상류에서 하류로 향하여 좁히도록 했으므로, 기체 혼합액을 가압함으로써 그 기체 혼합액 중에 대한 기체의 용해도를 높일 수 있다.

또, 제 2 와류 생성 기구를, 혼합액 배관 (8) 을 흐르는 기체 혼합액의 유로를 상류에서 하류로 향하여 좁히는 협애부 (25) 와, 그 협애부 (25) 의 측방으로 유로를 변경함으로써 기체 혼합액의 흐름을 반전시켜, 와류를 발생시키는 유로 변경부 (26) 에 의해 구성하고 있으므로, 협애부 (25) 에 의해 기체 혼합액을 가압하고, 그 기체 혼합액 중에서의 탄산 가스의 용해도를 높일 수 있다. 또, 유로 변경부 (26) 에 의해 기체 혼합액의 흐름을 반전시켜, 와류를 발생시키므로, 기체 혼합액 중의 기포를 미세화하여 원수에 대한 탄산 가스의 용해를 촉진할 수 있다.

또, 원수 유입관 (5) 에 접속되고, 따라서 실질적으로 원수 유입관 (5) 에 포함되는 원수측 배관 (30) 에, 그 유로를 좁히는 일 없이 그 유로를 흐르는 원수의 압력을 검지하는 제 1 압력 스위치 (32) 를 형성했으므로, 원수의 유로가 좁혀짐으로써 가압되고, 그 유량을 짜내어 원하는 유량의 기체 혼합액을 얻을 수 없게 되는 것을 방지할 수 있다. 또, 제 1 압력 스위치 (32) 를, 원수의 압력이 소정의 압력 이상이 된 것을 검지하면 전자 밸브 (33) (제어 밸브) 를 열도록 구성하고 있으므로, 탄산 가스가 과잉으로 소비되는 것을 방지할 수 있고, 또한, 제조하는 탄산수 중의 탄산 가스 농도를 미리 설정된 적정한 범위로 조정할 수 있다.

또, 이와 같은 기액 혼합 장치 (2) 를 구비한 기액 혼합 시스템 (1) 에 있어서도, 기액 혼합 장치 (2) 를 구비함으로써 간이한 구조로 원수에 대한 탄산 가스의 용해도를 높일 수 있고, 따라서 소형화나 저가격화를 가능하게 함과 함께, 메인터넌스를 용이하게 하고, 충분한 유량을 확보함으로써 사용하기 편하게 할 수 있다.

또한, 상기 제 1 실시 형태에서는, 혼합액 배관 (8) 의 유로 중에서 와류를 생성하기 위한 와류 생성 기구로서, 상류측 제 1 와류 생성 기구 (홈부 (20)), 하류측 제 1 와류 생성 기구 (홈부 (24)), 제 2 와류 생성 기구 (협애부 (25) 및 유로 변경부 (26)) 의 3 기구 형성했지만, 이들의 순서를 변경하여 형성해도 되고, 이들 3 기구 중 1 기구, 2 기구 또는 적어도 4 기구 형성하는 구성으로 해도 되고, 또, 동일한 기구를 적어도 2 개 형성해도 되고, 나아가서는, 이들 와류 생성 기구를 형성하지 않는 구성으로 해도 된다. 그 경우에도, 기액 충돌부 (7) 에서 원수 (원액) 와 탄산 가스 (기체) 를 충돌시킴으로써, 기체 혼합액 중 (원수 중) 에 높은 농도로 탄산 가스를 용해할 수 있다.

또, 와류 생성 기구를 일부 없애는 구성으로서 구체적으로는, 제 2 와류 생성 기구 (협애부 (25) 및 유로 변경부 (26)) 를 없애는 예를 들 수 있다. 도 8a ∼ 도 8c 는, 도 5a ∼ 도 5c 에 나타낸 믹싱 파이프 (23) 대신에 사용되는 파이프 (36) 이며, 믹싱 파이프 (23) 와 마찬가지로, 도 2b 에 나타낸 하우징 본체 (13) 의 소직경부 (22) 의 내부공 (22a) 에 수용되어, 고정되도록 구성되어 있다.

이 파이프 (36) 는, 믹싱 파이프 (23) 에 형성된 협애부 (25) 나 유로 변경부 (26), 즉 제 1 방해판 (27a) 이나 제 2 방해판 (27b), 절결 (28a, 28b) 이 형성되어 있지 않은 점 이외는, 믹싱 파이프 (23) 와 동일한 형상으로 형성된 것이며, 끼워 맞춤 볼록부 (29) 를 갖는 것 이외는, 단순한 원통 형상으로 형성된 것이다.

따라서, 이와 같은 파이프 (36) 를 믹싱 파이프 (23) 대신에 하우징 본체 (13) 의 소직경부 (22) 의 내부공 (22a) 에 수용 고정시킴으로써, 그 상단부에서 하류측 제 1 와류 생성 기구를 형성할 수 있고, 또, 제 2 와류 생성 기구를 생략할 수 있다.

이와 같이 기체 혼합액의 유로를 상류에서 하류로 향하여 좁히는 협애부 (25) 를 가진 제 2 와류 생성 기구를 생략함으로써, 얻어지는 탄산수 (기체 혼합액) 의 탄산 가스 (기체) 의 용해도는 낮아지지만, 협애부 (25) 에 의한 기체 혼합액의 가압을 없앰으로써 유량을 짜내는 것을 억제할 수 있고, 따라서 얻어지는 탄산수 (기체 혼합액) 의 유량을 많게 할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 관련된 기액 혼합 장치 및 기액 혼합 시스템의 제 2 실시 형태를 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 제 1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 첨부하여, 그 설명을 생략한다.

도 9a ∼ 도 9c 는, 본 발명에 관련된 기액 혼합 시스템의 제 2 실시 형태의 개략 구성을 나타내는 도면이며, 도 9a 는 외관을 나타내는 정면도, 도 9b 는 내부 구조를 나타내는 정면도, 도 9c 는 외관을 나타내는 배면도이다. 또, 도 10 은 도 9a ∼ 도 9c 에 나타낸 기액 혼합 시스템의 내부 구조를 나타내는 사시도이다. 도 9a ∼ 도 9c 에 있어서 부호 50 은 기액 혼합 시스템이며, 이 기액 혼합 시스템 (50) 은, 케이싱 (51) 내에 상기 실시 형태에서 나타낸 본 발명에 관련된 상기 기액 혼합 장치 (2) 나, 이것에 부수되는 각종 구성 요소를 컴팩트하게 수용한 것이다.

케이싱 (51) 은, 예를 들어 한 변이 100 mm ∼ 200 mm 정도로 형성된 대략 정방형의 정면판 및 배면판을 가지며, 두께가 50 mm ∼ 100 mm 정도로 형성된 것으로, 도 9b 에 나타내는 바와 같이 그 내부에, 도 2a 및 도 2b 에 나타낸 기액 혼합 장치 (2) 와 도 1 에 나타낸 제어부 (40) 를 가지고 있다. 또, 기액 혼합 장치 (2) 는, 도 1, 도 6a, 도 6b 에 나타낸 제 1 실시 형태의 기액 혼합 장치 (2) 와 마찬가지로, 원수측 배관 (30), 기체측 배관 (31) (도 10 참조), 제 1 압력 스위치 (32), 제 2 압력 스위치 (34), 제어 밸브 (52) 를 가지고 있다.

원수측 배관 (30) 은, 도 1 에 나타낸 바와 같이 기액 혼합 장치 (2) 에 원수 (원액) 를 공급하는 원수 공급원 (원액 공급원) (3) 에, 접속 배관 등 (도시 생략) 을 개재하여 접속하도록 형성된 것으로, 제 1 실시 형태와 마찬가지로 제 1 압력 스위치 (32) 가 형성되어 있다. 이 원수측 배관 (30) 은, 도 9b 에 나타내는 바와 같이 접속 배관 등에 접속하는 수나사상의 접속부 (30a) 가, 케이싱 (51) 의 측판으로부터 외방으로 돌출하여 배치되어 있다. 따라서, 원수측 배관 (30) 은 접속 배관 등을 개재하여 원수 공급원 (3) 에 용이하게 접속할 수 있도록 되어 있다.

기체측 배관 (31) 은, 도 1 에 나타낸 바와 같이 기액 혼합 장치 (2) 에 탄산 가스를 공급하는 기체 공급원 (4) 에, 직접, 혹은 접속 배관 등을 개재하여 접속하도록 형성된 것으로, 도 10 에 나타내는 바와 같이 제 2 압력 스위치 (34), 제어 밸브 (52) 가 형성되고, 추가로 스피드 컨트롤러 (53) 가 형성되어 있다. 이 기체측 배관 (31) 은, 기체 공급원 (4) 측에 접속하는 접속부 (31a) 가, 도 9c 에 나타내는 바와 같이 케이싱 (51) 의 배면판으로부터 외방으로 돌출되어 있다. 따라서, 기체측 배관 (31) 은 접속 배관 등을 개재하여 기체 공급원 (4) 에 용이하게 접속할 수 있도록 되어 있다.

스피드 컨트롤러 (53) 는, 도 10 에 나타내는 바와 같이 기체 공급원 (4) 으로부터 기체측 배관 (31) 에 유입되는 탄산 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브이며, 미리 설정된 유량이 되도록 조정된다.

제어 밸브 (52) 는, 본 실시 형태에서는 래치식 전자 밸브에 의해 구성되어 있다. 예를 들어 NC (통상 폐쇄) 타입의 솔레노이드 밸브에서는, 오픈 상태 (개방 상태) 를 유지하기 위해서는 전력을 계속 공급할 필요가 있는데 대해, 래치식 전자 밸브에서는, 폐쇄 상태, 개방 상태를 유지하기 위해 영구 자석을 사용함으로써, 상태 유지에 전력의 공급이 불필요하게 되어 있다. 즉, 전환 시에만 통전이 필요하고, 전환 후의 상태 유지 시에는 통전이 불필요하게 되어 있다. 이로써, 래치식 전자 밸브는 NC 타입 등의 일반의 전자 밸브에 비해 소비 전력이 현격히 적어져 있다.

따라서, 이와 같은 래치식 전자 밸브로 이루어지는 제어 밸브 (52) 에서는, 직류 전원으로 가동시키는 것이 가능하고, 또 소비 전력이 적기 때문에, 예를 들어 건전지나 충전지 (충전식 전지) 로의 가동이 가능해진다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 이 래치식 전자 밸브 (제어 밸브 (52)) 의 전원 (도시 생략) 으로서 건전지나 충전지를 사용하고 있다. 이 건전지나 충전지로 이루어지는 전원, 즉 건전지나 충전지는, 케이싱 (51) 내에 직접 배치되거나, 혹은, 건전지나 충전지를 수용하는 전원 박스 (도시 생략) 가 케이싱 (51) 에 접속되어 배치된다. 또, 이 전원은, 본 실시 형태에서는 제 1 압력 센서 (32), 제 2 압력 센서 (34), 제어부 (40) 의 전원으로서도 사용된다. 따라서, 본 실시 형태의 기액 혼합 장치 (2) 는, 가정이나 가게에 설치된 상용 전원에 배선 코드를 개재하여 접속하는 일 없이, 단독으로 사용이 가능하게 되어 있다.

또, 본 실시 형태에서는, 기체 공급원 (4) 으로서 소형의 가스 카트리지, 예를 들어 74 g 들이의 시판되는 탄산 가스 카트리지가 바람직하게 사용된다. 이 탄산 가스 카트리지는, 일반의 유통에 의한 수송이 가능하고, 취급성이 우수하다. 그리고, 이와 같은 탄산 가스 카트리지는, 충분히 경량이기 때문에, 도 9c 에 나타낸 기체측 배관 (31) 의 접속부 (31a) 에 직접, 혹은 커플러 등을 개재하여 간접적으로 연결할 수 있다.

따라서, 본 실시 형태의 기액 혼합 시스템 (50) 은, 특히 가정의 목욕탕에 바람직하게 사용된다. 일반적으로 가정의 목욕탕에는 상용 전원이 없고, 또, 탄산 가스 봄베를 직접 배치하는 경우도 없기 때문에, 예를 들어 대형의 기액 혼합 시스템을 목욕탕에서 사용하고자 한 경우, 전원에 접속하기 위한 배선 코드나 탄산 가스 봄베로부터의 배관을 목욕탕의 밖으로부터 포설해 와야 된다. 그러나, 이와 같은 배선 코드나 배관의 포설은, 목욕탕을 개장하는 등의 필요가 있고, 또, 누전의 우려나, 배관이 어긋나는 것에 의한 탄산 가스의 누설의 우려가 있다.

이에 대하여 도 9a ∼ 도 9c, 도 10 에 나타낸 기액 혼합 시스템 (50) 에서는, 제어 밸브 (52) 로서 래치식 전자 밸브를 사용하기 때문에 전력 소비량이 적고, 따라서 전원으로서 건전지나 충전지를 사용하기 때문에, 상용 전원에 접속하기 위한 배선 코드가 불필요하게 되어 있다. 또, 소형의 탄산 가스 카트리지가 사용 가능하기 때문에, 배관의 포설이 불필요하게 되어 있다.

따라서, 본 실시 형태의 기액 혼합 시스템 (50) 에 있어서는, 목욕탕을 개장하는 등의 필요가 없고, 또, 누전의 우려나 배관이 어긋나는 것에 의한 탄산 가스의 누설의 우려도 없어, 가정용의 목욕탕에서 간단하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 선단부에 샤워 헤드를 장착한 급탕용의 호스에 대해, 어태치먼트를 개재하여 샤워 헤드를 착탈 가능하게 해 둔다. 그리고, 이 급탕용 호스로부터 샤워 헤드를 떼어내고, 여기에 커플러를 개재하여 기액 혼합 시스템 (50) 의 원수측 배관 (30) 의 접속부 (30a) 를 접속한다. 또, 기체측 배관 (31) 의 접속부 (31a) 에 탄산 가스 카트리지를 접속해 둔다.

그리고, 기액 혼합 시스템 (50) 의 기액 혼합 장치 (2) 의 소직경부 (22) 에 샤워 헤드를 호스와 함께 장착한다. 이로써, 제 1 실시 형태와 동일하게 하여 기액 혼합 시스템 (50) 에 더운 물을 공급함과 함께 탄산 가스를 공급함으로써, 샤워 헤드로부터 탄산수 (기액 혼합액) 를 분출시킬 수 있다. 따라서, 탄산수를 세발에 제공할 수 있다. 또, 샤워 헤드 대신에 호스를 장착하고, 이것을 욕조로 향함으로써, 욕조 내에 탄산천을 넣을 수도 있다.

또한, 이와 같은 탄산수 공급의 제어는, 도 9a 에 나타내는 바와 같이 케이싱 (51) 의 정면판에 형성된 조작 패널 (54) 에 의해 직접 실시할 수 있다. 조작 패널 (54) 은, 그 표시가 도 1 에 나타낸 제어부 (40) 에 의해 제어되는 것으로, 「WATER」 의 표시와 「GAS」 의 표시, 및 ON/OFF 를 위한 표시 (55) 가 있다. 조작자는, 기액 혼합 시스템 (50) 을 가동시키기 위해, 먼저, ON/OFF 를 위한 표시 (55) 를 압압(押壓)한다.

그러면, 기액 혼합 시스템 (50) 이 가동되어, 원수 공급원 (3) 으로부터 원수가 공급된다. 그리고, 원수가 소정의 유량 이상으로 흐르고 있는 것을 제 1 압력 스위치 (32) 가 검지하면, 조작 패널 (54) 은 제어부 (40) 로부터의 신호를 받아 「WATER」 의 표시를 점등한다. 또, 이와 같이 원수가 소정의 유량 이상으로 흐르고 있는 것을 제 1 압력 스위치 (32) 가 검지하고, 또한 제 2 압력 스위치 (34) 가 검지하고, 또한 ON/OFF 를 위한 표시 (55) 를 압압하여 ON 으로 하면, 제어부 (40) 는 제어 밸브 (52) 를 연다. 이로써, 탄산 가스가 기액 혼합 장치 (2) 에 공급되고, 따라서 기액 혼합 장치 (2) 의 소직경부 (22) 로부터 탄산수가 분출된다. 그 때, 제 2 압력 스위치 (34) 가 기체 공급원 (가스 봄베) (4) 내의 잔압 (잔량) 을 검지하고, 미리 설정된 압 이상이면, 제어부 (40) 는 조작 패널에 그 결과를 표시시킨다. 즉, 「GAS」 의 표시를 점등한다.

따라서, 조작자는 「WATER」, 「GAS」 의 표시를 함께 확인함으로써, 기액 혼합 장치 (2) 의 소직경부 (22) 로부터 탄산수가 분출되고 있는 것을 확인할 수 있다.

또, 사용 후는 ON/OFF 를 위한 표시 (55) 를 재차 압압함으로써, 기액 혼합 장치 (2) 의 작동을 정지시킬 수 있다.

본 실시 형태의 기액 혼합 시스템 (50) 에 있어서의 기액 혼합 장치 (2) 에 있어서는, 제어 밸브 (52) 로서 래치식 전자 밸브를 사용하고 있으므로, 래치식 전자 밸브가 일반의 전자 밸브에 비해 소비 전력이 현격히 적음으로써, 제어 밸브 (52) 를 갖는 기액 혼합 장치 (2), 나아가서는 기액 혼합 시스템 (50) 의 소비 전력을 적게 할 수 있다. 따라서, 전원으로서 상용 전원 대신에, 건전지나 충전지 (충전식 전지) 를 사용할 수 있다.

또, 이와 같이 제어 밸브 (52) (래치식 전자 밸브) 의 전원으로서 건전지 혹은 충전지를 사용함으로써, 기액 혼합 장치 (2) 나 기액 혼합 시스템 (50) 으로부터 상용 전원에 대한 배선 코드를 없앨 수 있고, 따라서 배선 코드에 의한 번거로움을 해소할 수 있다. 또, 가정의 목욕탕에서의 사용도 용이하게 된다. 특히, 기체 공급원 (4) 으로서 예를 들어 74 g 들이의 시판되는 탄산 가스 카트리지를 사용함으로써, 가정의 목욕탕에서의 사용을 보다 용이하게 할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 관련된 기액 혼합 장치 및 기액 혼합 시스템의 제 3 실시 형태를 설명한다.

제 3 실시 형태가 제 2 실시 형태와 다른 점은, 도 9b, 도 10 에 나타낸 제어 밸브 (52) 로서, 래치식 전자 밸브 대신에 비례 전자 밸브를 사용한 점이다. 비례 전자 밸브는, 일반의 전자 밸브와 같이 그 유로의 개도를 단순히 「개/폐」 의 2 단계가 아니고, 「개방」 의 상태를 더욱 복수의 상태로 전환할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 비례 전자 밸브는 래치식 전자 밸브와 달리, 그 상태 유지를 위해서 통전이 필요하기 때문에, 기본적으로 상용 전원에 배선 코드로 접속되도록 되어 있다.

본 실시 형태에서는, 제어 밸브 (52) 로서의 비례 전자 밸브는 그 개방 상태가, 예를 들어 전 (全) 개방과 반 (半) 개방과 같이, 2 단계로 전환되도록 되어 있다. 이와 같은 개도의 전환은, 기액 혼합 시스템의 개략 구성을 나타내는 모식도인 도 11 에 나타내는 바와 같이, 제어 밸브 (52) 에 전기적으로 접속하는 제어부 (40) 에 의해 이루어진다. 즉, 본 실시 형태의 비례 전자 밸브 (제어 밸브 (52)) 에도 제어부 (40) 가 전기적으로 접속되어 있고, 이 제어부 (40) 에는 비례 전자 밸브 (제어 밸브 (52)) 의 온/오프, 및 그 개도의 전환을 실시하는 조정부 (55) 가 형성되어 있다.

조정부 (55) 는, 비례 전자 밸브 (제어 밸브 (52)) 의 개도를 전환함으로써, 기체 공급원 (4) 으로부터 기체 유입관 (6) 으로의 탄산 가스 (기체) 의 공급량을 조정하도록 되어 있다. 또한, 기체 유입관 (6) 으로의 탄산 가스 (기체) 의 최대 공급량은, 도 10 에 나타낸 스피드 컨트롤러 (53) 에 의해 규정되어 있고, 따라서 조정부 (55) 는, 이 최대 공급량과 이것보다 적은 공급량의 2 단계로 전환하도록 되어 있다. 또, 조정부 (55) 는 비례 전자 밸브를 오프로 하는 제어도 실시하도록 구성되어 있다. 따라서, 조정부 (55) 는 비례 전자 밸브의 온/오프를 조정함과 함께, 원수 유입관 (5) 으로부터 공급되는 원수에 대해, 탄산 가스의 유량을 2 단계로 조정한다. 이로써, 본 실시 형태의 기액 혼합 장치 (2) 에서는, 탄산 가스 농도가 고농도의 탄산수와 저농도의 탄산수 중 어느 하나를 선택하여, 공급할 수 있도록 되어 있다.

본 실시 형태에서는, 도 12 에 나타내는 바와 같이 조작 패널 (56) 에, 도 9a 에 나타낸 「WATER」, 「GAS」, ON/OFF 를 위한 표시 (55) 에 더하여, 탄산수 농도를 고농도로 선택하기 위한 「H」 와, 저농도를 선택하기 위한 「L」 의 표시가 더해져, 각각의 옆에 삼각형 (57) 과 역삼각형 (58) 의 압압부가 배치되어 있다. 그리고, 이들 삼각형 (57) 또는 역삼각형 (58) 의 일방을 압압함으로써, 조작 패널 (56) 에 접속하는 제어부 (40) 에서는 그 조정부 (55) 가 압압된 쪽의 농도에 대응하도록 비례 전자 밸브 (제어 밸브 (52)) 의 개도를 전환하여, 탄산 가스의 유량을 조정한다. 또, 압압부의 옆의 「H」 또는 「L」 을 점등시켜, 조작자가 선택한 설정 농도로 되어 있는 것을 표시한다.

본 실시 형태의 기액 혼합 시스템에 있어서의 기액 혼합 장치 (2) 에 있어서는, 제어 밸브 (52) 로서 비례 전자 밸브를 사용하고 있으므로, 조정부 (55) 에 의해 이 비례 전자 밸브의 개도를 전환함으로써, 기체 공급원 (4) 으로부터 기체 유입관 (6) 으로의 기체의 공급량을 조정할 수 있다. 따라서, 원수 유입관 (5) 으로부터 공급되는 원수에 대해, 탄산 가스의 유량을 예를 들어 2 단계로 조정함으로써, 얻어지는 탄산수의 탄산 가스 농도를 다른 복수의 농도로 조정할 수 있다. 또, 이와 같은 탄산 가스 농도의 조정을, 제어 밸브 (52) 로서 비례 전자 밸브를 사용함으로써 실시할 수 있기 때문에, 탄산 가스 농도의 조정을, 장치를 복잡하게 하는 일 없이 간이하게 실시할 수 있고, 이로써 기액 혼합 장치 (2) 나 이것을 사용한 기액 혼합 시스템의 소형화를 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기 제 3 실시 형태에서는, 조정부 (55) 에 의해 비례 전자 밸브 (제어 밸브 (52)) 의 개도를 2 단계로 전환하도록 했지만, 3 단계 이상으로 전환할 수 있도록 구성해도 된다. 또, 기본적으로는 원수 공급원 (3) 으로부터 공급되는 원수의 양에 관계없이, 탄산 가스의 유량을 바꾸도록 했지만, 원수 공급원 (3) 으로부터 공급되는 원수의 양에 따라, 탄산 가스의 유량을 바꾸도록 구성해도 된다.

구체적으로는, 조정부 (55) 를, 조작 패널 (56) 을 개재하여 미리 설정된 복수의 상이한 탄산 가스 농도를 입력할 수 있도록 구성해 둔다. 또, 도 11 에 나타내는 제 1 압력 스위치 (32) 에 의해, 원수 공급원 (3) 으로부터 공급되는 원수의 유량을 검출하고, 검출치를 제어부 (40) 에 송신하도록 구성해 둔다. 제어부 (40) 에서는, 검출된 원수의 유량에 대해, 조정부 (55) 에서 입력된 탄산 가스 농도로 하기 위한 탄산 가스의 유량을 산출한다. 그리고, 이 산출치에 기초하여, 비례 전자 밸브 (제어 밸브 (52)) 의 개도를 구하고, 구한 개도를 조정부 (55) 에 보낸다.

조정부 (55) 는, 이송되어 온 개도로 조정하기 위하여, 비례 전자 밸브 (제어 밸브 (52)) 를 제어하여, 그 개도를 조정한다. 이로써, 제어 밸브 (52) 로서 비례 전자 밸브를 사용함으로써, 원수 공급원 (3) 으로부터 공급되는 원수의 양에 관계없이, 즉 원수량이 임의의 양이어도, 얻어지는 탄산수의 탄산 가스 농도를 원하는 농도로 조정할 수 있다.

또한, 본 발명의 기술 범위는, 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 본 발명의 기액 혼합 장치 (2) 및 기액 혼합 시스템 (1) 을, 이미용 목적으로서 세발대에 형성되는 샤워나 가정용의 목욕탕의 샤워 등에 적용한 예에 대해 설명했지만, 각종 의료 설비에 있어서의 의료용구 등에 적용해도 되는 것은 물론이다. 또, 가정용의 목욕탕이나 업무용의 목욕탕에 적용하여, 탄산천을 제조하는 장치 (시스템) 에도 사용할 수 있다. 또한, 탄산수를 필요로 하는 여러 가지의 장치 (시스템) 에도 적용할 수 있다.

또, 상기 실시 형태에서는, 본 발명의 기액 혼합 장치를, 물과 탄산 가스를 혼합하여 탄산수를 제조하는 장치 (시스템) 에 적용한 경우에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 물에 탄산 가스 이외의 기체를 혼합·용해하는 경우나, 물 이외의 액체에 탄산 가스나 그 밖의 기체를 혼합·용해하는 경우에도 적용할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 원액 중에 기체를 혼합하여 기체 혼합액을 제조하는 방법이 제공된다. 즉, 본 발명의 방법은,

원액 중에 기체를 혼합하여 기체 혼합액을 제조하는 방법으로서,

상기의 기액 혼합 장치를 제공하고,

상기 원액을 원액 유입관에 연속적으로 공급하고, 이것과 동시에 상기 기체를 기체 유입관에 연속적으로 공급하고, 그것에 의해, 상기 원액과 상기 기체를 대면하여 충돌시킴으로써 혼합하고,

얻어진 원액과 기체의 혼합물을, 상기 혼합액 배관에 유입시키는 것을 포함하는 방법이다.

본 발명의 방법에 사용하는 기액 혼합 장치, 원액 및 기체, 그리고 원액, 기체를 장치에 공급하는 순서 및 조건 등에 대해서는, 기액 혼합 장치에 관해서 상기한 바와 같다. 또, 본 발명의 방법은, 상기한 본 발명의 기액 혼합 시스템을 사용하여 실시할 수도 있다.

1 : 기액 혼합 시스템
2 : 기액 혼합 장치
3 : 원수 공급원 (원액 공급원)
4 : 기체 공급원
5 : 원수 유입관 (원액 유입관)
6 : 기체 유입관
7 : 기액 충돌부
8 : 혼합액 배관
9 : 배관 본체
10 : 하우징
11 : 안내관
12 : 내삽부
13 : 하우징 본체
17 : 소용돌이 발생 부재 (소용돌이 발생부)
18 : 원통부
18a : 테이퍼면
19 : 편류판
19a : 안내구
20 : 홈부
21 : 대직경부
21a : 내부공
21b : 테이퍼면
22 : 소직경부
22a : 내부공
23 : 믹싱 파이프
24 : 홈부
25 : 협애부
26 : 유로 변경부
27a : 제 1 방해판
27b : 제 2 방해판
27c : 개구
32 : 제 1 압력 스위치
33 : 전자 밸브 (제어 밸브)
36 : 파이프
50 : 기액 혼합 시스템
52 : 제어 밸브
54 : 조작 패널
55 : 조정부

Claims (15)

1. 원액 중에 기체를 혼합하여 기체 혼합액을 제조하는 기액 혼합 장치로서,
   상기 원액이 연속적으로 유입되는 원액 유입관과, 상기 기체가 연속적으로 유입되는 기체 유입관과, 상기 원액 유입관, 상기 기체 유입관에 각각 연통하는 혼합액 배관을 구비하고,
   상기 원액 유입관과 상기 기체 유입관이, 상기 원액과 상기 기체가 대면하여 충돌하도록 연통하고, 그것에 의해, 이 연통 지점에 있어서, 기액 충돌부를 형성하고,
   상기 혼합액 배관을, 상기 기액 충돌부에 연통시킴과 함께, 상기 원액 유입관의 중심축과 상기 기체 유입관의 중심축 중 적어도 하나를 상기 혼합액 배관의 중심축과 상이한 방향으로 배치하고,
   상기 혼합액 배관에, 상기 기체 혼합액에 와류를 발생시키는, 제 1 와류 생성 기구가 형성되어 있고,
   상기 제 1 와류 생성 기구는, 상기 혼합액 배관 내에 형성된 환상 또는 통형상의 소용돌이 발생부의 상기 기액 충돌부측의 단부와, 그 단부에 대향하는 상기 혼합액 배관의 내벽면의 사이에 있어서, 상기 기액 충돌부측에 개구하여 형성된 홈부를 구비하고 있는 기액 혼합 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 원액 유입관의 중심축과 상기 기체 유입관의 중심축이 이루는 각도가 20 °∼ 180 °인 기액 혼합 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 원액이 물이고, 상기 기체가 탄산 가스인 기액 혼합 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 와류 생성 기구는, 상기 혼합액 배관의 상류측에 배치 형성된 상류측 제 1 와류 생성 기구와, 그 상류측 제 1 와류 생성 기구보다 하류측에 배치 형성된 하류측 제 1 와류 생성 기구를 구비하고 있는 기액 혼합 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 상류측 제 1 와류 생성 기구를 구성하는 상기 소용돌이 발생부의 내부공에는, 상기 기체 혼합액을 상기 하류측 제 1 와류 생성 기구의 상기 내벽면측으로 안내하는 안내구가 형성되어 있는 기액 혼합 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합액 배관에는, 그 혼합액 배관을 흐르는 기체 혼합액의 유로를 상류에서 하류로 향하여 좁힘으로써, 상기 기체 혼합액에 와류를 발생시키는, 제 2 와류 생성 기구가 형성되어 있는 기액 혼합 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 2 와류 생성 기구는, 상기 혼합액 배관을 흐르는 기체 혼합액의 유로를 상류에서 하류로 향하여 좁히는 협애부와, 그 협애부의 측방으로 유로를 변경함으로써 상기 기체 혼합액의 흐름을 반전시켜, 와류를 발생시키는 유로 변경부를 가지고 구성되어 있는 기액 혼합 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 원액 유입관에는, 상기 원액 유입관의 유로를 흐르는 원액의 압력이 소정의 압력 이상이 된 것을 검지하는 압력 스위치가 형성되고,
    상기 기체 유입관에는, 그 기체 유입관과 기체 공급원의 사이에 형성되어 상기 기체 공급원으로부터 상기 기체 유입관으로의 기체의 공급을 제어하는 제어 밸브가 형성되고,
    상기 압력 스위치는, 원액의 압력이 소정의 압력 이상이 된 것을 검지하면 상기 제어 밸브를 열도록 구성되어 있는 기액 혼합 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 밸브가, 래치식 전자 밸브에 의해 구성되어 있는 기액 혼합 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 래치식 전자 밸브는, 전지로 가동하는 기액 혼합 장치.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 밸브가, 비례 전자 밸브에 의해 구성되고, 그 비례 전자 밸브에는, 상기 기체 공급원으로부터 상기 기체 유입관으로의 기체의 공급량을 조정하는 조정부가 형성되어 있는 기액 혼합 장치.
14. 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 6 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 기액 혼합 장치와,
    상기 원액 유입관에 원액을 공급하는 원액 공급원과,
    상기 기체 유입관에 기체를 공급하는 기체 공급원과,
    상기 원액 공급원으로부터의 상기 원액 유입관으로의 원액의 공급, 및 상기 기체 공급원으로부터의 상기 기체 유입관으로의 기체의 공급을 제어하는 제어부를 구비하는 기액 혼합 시스템.
15. 원액 중에 기체를 혼합하여 기체 혼합액을 제조하는 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 3 항 및 제 6 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 기액 혼합 장치를 제공하고,
    상기 원액을 원액 유입관에 연속적으로 공급하고, 이것과 동시에 상기 기체를 기체 유입관에 연속적으로 공급하고, 그것에 의해, 상기 원액과 상기 기체를 대면하여 충돌시킴으로써 혼합하고,
    얻어진 원액과 기체의 혼합물을, 상기 혼합액 배관에 유입시키는 것을 포함하는 방법.

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