JP7190375B2 - 気液混合装置 - Google Patents

Description

本明細書で開示する技術は、気液混合装置に関する。

特許文献１には内周壁が回転面形状を有する撹拌部と、撹拌部に設けられている開口と、噴出口と、を備える第１混合ケースと、撹拌部に連結されているノズルであって、開口を介して、撹拌部の内部と連通する水路を備えるノズルと、を備える気液混合装置が開示されている。第１混合ケースの撹拌部内に流入する気液混合水が、第１混合ケースを通過する際に、空気が水に溶解する。

国際公開第２００１／０９７９５８号

一般的に、気液混合装置では、水に溶解する気体の気体量を高めることが求められている。本明細書では、気液混合装置において、水に溶解する気体の気体量を高めることができる技術を提供する。

本明細書によって開示される気液混合装置は、水に空気を溶解させる。気液混合装置は、流入口と流出口とを有するタンクと、前記タンク内に収容された第１混合ケースであって、円板形状を有する下底部と、前記下底部から上方に延び、内周壁が回転面形状を有する撹拌部と、前記撹拌部に設けられている開口と、前記下底部の中央部に設けられている噴出口と、を備える前記第１混合ケースと、前記撹拌部に連結されているノズルであって、前記開口を介して、前記撹拌部の内部と連通する水路を備える前記ノズルと、前記タンク内の上方に溜まった空気の層と前記第１混合ケースの前記撹拌部内を接続する連通空気路と、を備え、前記ノズルの前記水路の断面積は、前記撹拌部に向かうにつれて小さくなっており、前記ノズルは、前記撹拌部の前記内周壁の接線方向に沿って前記撹拌部に連結されており、上下方向において、前記第１混合ケースの前記撹拌部の前記開口の中心位置は、前記第１混合ケースの中心位置よりも下方に位置している。

上記の構成によると、ノズルの水路の断面積が第１混合ケースの撹拌部に向かうにつれて小さくなっている。このため、ノズルの水路の断面積が一定である場合と比較して、ノズルから撹拌部に流入する水の速度を速めることができる。これにより、撹拌部内における水の旋回速度を速めることができる。水に溶解する空気の空気量（以下では、「溶解空気量」と呼ぶ）は、水の旋回速度に依存する。従って、気液混合装置における溶解空気量を多くすることができる。
また、撹拌部に流入する水は、撹拌部の内周壁に衝突することなく、撹拌部の内周壁に沿って旋回する。ノズルが撹拌部の内周壁の接線方向に沿って撹拌部に連結されていない場合、撹拌部に流入する水は、まず、撹拌部の内周壁に衝突し、その後に、撹拌部の内周壁に沿って旋回する。水が撹拌部の内周壁に衝突することによって、水の旋回速度は遅くなる。従って、ノズルを撹拌部の内周壁の接線方向に沿って撹拌部に連結することで、撹拌部内における水の旋回速度を速めることができる。従って、気液混合装置における溶解空気量を多くすることができる。
また、第１混合ケースの下底部の近傍から撹拌部に水が流入する。この場合、第１混合ケースの撹拌部に流入した水は、撹拌部内の外側領域において旋回しながら上昇する。そして、撹拌部の上部に達した水は、撹拌部内の内側領域を旋回しながら下降する。この場合、撹拌部内を上昇する旋回流及び下降する旋回流によって、撹拌部の中心領域に負圧層が形成される。負圧層が形成されることで、タンクの上部に溜まっている多くの空気が、連通空気路を介して、撹拌部内に取り込まれる。一方、例えば、第１混合ケースの撹拌部の開口が撹拌部の上部に設けられている場合、撹拌部に流入した水は、撹拌部内の外側領域において旋回しながら下降する。この場合に、撹拌部の中心領域に形成される負圧層の負圧は、撹拌部内を上昇する旋回流及び下降する旋回流によって形成される負圧層の負圧より小さくなる。従って、第１混合ケースの撹拌部の開口を下底部の近傍に設けることで、撹拌部の中心領域に形成される負圧層の負圧を大きくすることできる。この結果、気液混合装置における溶解空気量を多くすることができる。

本明細書によって開示される別の気液混合装置は、水に空気を溶解させる。気液混合装置は、流入口と流出口とを有するタンクと、前記タンク内に収容された第１混合ケースであって、内周壁が回転面形状を有する撹拌部と、下底部と、前記撹拌部に設けられている開口と、前記下底部に設けられている噴出口と、を備える前記第１混合ケースと、前記撹拌部に連結されているノズルであって、前記開口を介して、前記撹拌部の内部と連通する水路を備える前記ノズルと、前記タンク内の上方に溜まった空気の層と前記第１混合ケースの前記撹拌部内を接続する連通空気路と、前記流出口と前記噴出口の間に設けられている水受部と、前記水受部に接続されており、前記水受部から上方に延びる筒状の側壁と、を備える第２混合ケースと、を備え、前記ノズルの前記水路の断面積は、前記撹拌部に向かうにつれて小さくなっている。

上記の構成によると、ノズルの水路の断面積が第１混合ケースの撹拌部に向かうにつれて小さくなっている。このため、ノズルの水路の断面積が一定である場合と比較して、ノズルから撹拌部に流入する水の速度を速めることができる。これにより、撹拌部内における水の旋回速度を速めることができる。水に溶解する空気の空気量（以下では、「溶解空気量」と呼ぶ）は、水の旋回速度に依存する。従って、気液混合装置における溶解空気量を多くすることができる。
また、第１混合ケースの噴出口から第２混合ケース内に噴出された水は、第２混合ケースの水受部に衝突し、その後、第２混合ケースの側壁を伝って上昇し、側壁の上端を介して、タンクの下部に流れ出ていく。この場合、第２混合ケース内に噴出された水が第２混合ケースの側壁を伝っている間、及び、上昇流から下降流に反転する際に、未溶解空気は、水から分離される。そして、水から分離した空気は、タンク内の上方の空気の層に移動する。このため、タンクの流出口から流出する水に含まれる未溶解空気の量を低減することができる。そして、タンク内の上方の空気の層から、連通空気路を介して、第１混合ケース内の水に空気が取り込まれる。従って、気液混合装置内の空気を効率的に活用することができる。

本明細書によって開示される別の気液混合装置は、水に気体を溶解させる。気液混合装置は、流入口と流出口とを有するタンクと、前記タンク内に収容された第１混合ケースであって、円板形状を有する下底部と、前記下底部から上方に延び、内周壁が回転面形状を有する撹拌部と、前記撹拌部に設けられている開口と、前記下底部の中央部に設けられている噴出口と、を備える前記第１混合ケースと、前記撹拌部に連結されているノズルであって、前記開口を介して、前記撹拌部の内部と連通する水路を備える前記ノズルと、前記タンク内の上方に溜まった気体の層と前記第１混合ケースの前記撹拌部内を接続する連通気体路と、を備え、前記ノズルの前記水路の断面積は、前記撹拌部に向かうにつれて小さくなっており、前記ノズルは、前記撹拌部の前記内周壁の接線方向に沿って前記撹拌部に連結されており、上下方向において、前記第１混合ケースの前記撹拌部の前記開口の中心位置は、前記第１混合ケースの中心位置よりも下方に位置している。

上記の構成によると、ノズルの水路の断面積が第１混合ケースの撹拌部に向かうにつれて小さくなっている。このため、ノズルの水路の断面積が一定である場合と比較して、ノズルから撹拌部に流入する水の速度を速めることができる。これにより、撹拌部内における水の旋回速度を速めることができる。水に溶解する気体の気体量は、水の旋回速度に依存する。従って、気液混合装置における水に溶解する気体の気体量を多くすることができる。
また、撹拌部に流入する水は、撹拌部の内周壁に衝突することなく、撹拌部の内周壁に沿って旋回する。ノズルが撹拌部の内周壁の接線方向に沿って撹拌部に連結されていない場合、撹拌部に流入する水は、まず、撹拌部の内周壁に衝突し、その後に、撹拌部の内周壁に沿って旋回する。水が撹拌部の内周壁に衝突することによって、水の旋回速度は遅くなる。従って、ノズルを撹拌部の内周壁の接線方向に沿って撹拌部に連結することで、撹拌部内における水の旋回速度を速めることができる。従って、気液混合装置における水に溶解する気体の気体量を多くすることができる。
また、第１混合ケースの下底部の近傍から撹拌部に水が流入する。この場合、第１混合ケースの撹拌部に流入した水は、撹拌部内の外側領域において旋回しながら上昇する。そして、撹拌部の上部に達した水は、撹拌部内の内側領域を旋回しながら下降する。この場合、撹拌部内を上昇する旋回流及び下降する旋回流によって、撹拌部の中心領域に負圧層が形成される。負圧層が形成されることで、タンクの上部に溜まっている多くの気体が、連通気体路を介して、撹拌部内に取り込まれる。一方、例えば、第１混合ケースの撹拌部の開口が撹拌部の上部に設けられている場合、撹拌部に流入した水は、撹拌部内の外側領域において旋回しながら下降する。この場合に、撹拌部の中心領域に形成される負圧層の負圧は、撹拌部内を上昇する旋回流及び下降する旋回流によって形成される負圧層の負圧より小さくなる。従って、第１混合ケースの撹拌部の開口を下底部の近傍に設けることで、撹拌部の中心領域に形成される負圧層の負圧を大きくすることできる。この結果、気液混合装置における水に溶解する気体の気体量を多くすることができる。

本明細書によって開示される別の気液混合装置は、水に気体を溶解させる。気液混合装置は、流入口と流出口とを有するタンクと、前記タンク内に収容された第１混合ケースであって、内周壁が回転面形状を有する撹拌部と、下底部と、前記撹拌部に設けられている開口と、前記下底部に設けられている噴出口と、を備える前記第１混合ケースと、前記撹拌部に連結されているノズルであって、前記開口を介して、前記撹拌部の内部と連通する水路を備える前記ノズルと、前記タンク内の上方に溜まった気体の層と前記第１混合ケースの前記撹拌部内を接続する連通気体路と、前記流出口と前記噴出口の間に設けられている水受部と、前記水受部に接続されており、前記水受部から上方に延びる筒状の側壁と、を備える第２混合ケースと、を備え、前記ノズルの前記水路の断面積は、前記撹拌部に向かうにつれて小さくなっている。

上記の構成によると、ノズルの水路の断面積が第１混合ケースの撹拌部に向かうにつれて小さくなっている。このため、ノズルの水路の断面積が一定である場合と比較して、ノズルから撹拌部に流入する水の速度を速めることができる。これにより、撹拌部内における水の旋回速度を速めることができる。水に溶解する気体の気体量は、水の旋回速度に依存する。従って、気液混合装置における水に溶解する気体の気体量を多くすることができる。
また、第１混合ケースの噴出口から第２混合ケース内に噴出された水は、第２混合ケースの水受部に衝突し、その後、第２混合ケースの側壁を伝って上昇し、側壁の上端を介して、タンクの下部に流れ出ていく。この場合、第２混合ケース内に噴出された水が第２混合ケースの側壁を伝っている間、及び、上昇流から下降流に反転する際に、未溶解気体は、水から分離される。そして、水から分離した気体は、タンク内の上方の気体の層に移動する。このため、タンクの流出口から流出する水に含まれる未溶解気体の量を低減することができる。そして、タンク内の上方の気体の層から、連通気体路を介して、第１混合ケース内の水に気体が取り込まれる。従って、気液混合装置内の気体を効率的に活用することができる。

本実施形態に係る気液混合装置２の斜視図である。 本実施形態に係る気液混合装置２の分解図である。 本実施形態に係る気液混合装置２の上面図である。 図１のIV-IV線に沿った気液混合装置２の断面図である。 図３のV-V線に沿った気液混合装置２の断面図である。 図３のVI-VI線に沿った気液混合装置２の断面図である。 本実施形態に係る第１混合ケース６０の構成を示す図である。 本実施形態に係る第２混合ケース９０の構成を示す図である。 本実施形態に係る第２混合ケース９０の上面を示す図である。 本実施形態に係るケースカバー４０の構成を示す図である。 本実施形態に係るノズル１２０の構成を示す図である。 本実施形態の気液混合装置２を利用した給水システム２０２の構成を示す図である。 第３変形例に係る気液混合装置５０２の断面図である。 第３変形例に係る第１混合ケース５６０の構成を示す図である。

（気液混合装置２の構成）
図１～図１１を参照して、気液混合装置２について説明する。図１は、気液混合装置２の外観を示す斜視図であり、図２は、気液混合装置２の分解図であり、図３は、気液混合装置２の上面図である。図４は、図１のIV-IV線に沿った気液混合装置２の断面図である。図５、図６は、それぞれ、図３のV-V線、VI-VI線に沿った気液混合装置２の断面図である。図２に示すように、気液混合装置２は、タンク１０と、ケースカバー４０と、第１混合ケース６０と、第２混合ケース９０と、ノズル１２０と、を備える。タンク１０、ケースカバー４０、第１混合ケース６０、及び、第２混合ケース９０は、各装置の中心軸が中心軸Ｃ１に一致するように配置されている。

図５、図６に示すように、ケースカバー４０、第１混合ケース６０、第２混合ケース９０、及び、ノズル１２０は、タンク１０内に収容されている。第２混合ケース９０は、タンク１０に取り付けられている。ケースカバー４０及び第１混合ケース６０は、第２混合ケース９０に連結されている。

（タンク１０の構成）
図１～図６を参照して、タンク１０の構成について説明する。なお、図１～図４において、Ｚ軸は、中心軸Ｃ１（図２参照）に平行な軸である。Ｘ軸は、中心軸Ｃ２（図２参照）に平行な軸であり、Ｚ軸に直交する軸である。Ｙ軸は、Ｘ軸及びＺ軸に直交する軸である。図１に示すように、タンク１０は、タンク上部１２と、タンク下部２６と、を備える。タンク上部１２は、円筒部１４と、上底部１６と、水流入路１８と、を有する。円筒部１４は、円筒形状を有する。円筒部１４の下部には、外側に向かって延びるフランジ部２２が設けられている。フランジ部２２には、６個の取付穴Ｂ１が設けられている。フランジ部２２の取付穴Ｂ１は、タンク上部１２とタンク下部２６とをネジ止めするための穴である。上底部１６の内周壁は、上方に突出するドーム形状を有する（図５、図６参照）。上底部１６には、空気導入部２０が設けられている。空気導入部２０には、空気制御弁の空気流出路（図示省略）が接続される。水流入路１８は、円筒形状を有する。水流入路１８は、円筒部１４の外周からＸ軸方向に沿って延びている。

図５に示すように、タンク上部１２の上底部１６の内周壁には、タンク１０内に貯留されている水の水位を検出するための高水位電極３４ａ及び低水位電極３４ｂが設置されている。高水位電極３４ａによって検出される第１水位は、低水位電極３４ｂによって検出される第２水位よりも高い。なお、高水位電極３４ａの下端は、後述する第１混合ケース６０のノズル連結部７０が通過する第２混合ケース９０の切欠部１００ｄの下端よりも下方に位置する。なお、変形例では、高水位電極３４ａの下端は、切欠部１００ｄの下端よりも上方に位置していてもよい。

図１に示すように、タンク下部２６は、円筒部２８と、下底部３０と、水流出路３２と、を有する。円筒部２８は、円筒形状を有する。円筒部２８の外径は、タンク上部１２の円筒部１４の外径よりも大きい（図５、図６参照）。円筒部２８の内径は、円筒部１４の内径よりも小さい（図５、図６参照）。円筒部２８の上部には、外側に向かって延びるフランジ部３４が設けられている。フランジ部３４には、６個のネジ穴Ｂ２が設けられている（図２参照）。フランジ部３４のネジ穴Ｂ２は、タンク上部１２のフランジ部２２に設けられている取付穴Ｂ１と対応する位置に設けられており、タンク上部１２とタンク下部２６とのネジ止めに使用される。ネジ部材(図示省略)をフランジ部２２の取付穴Ｂ１に差し込み、当該ネジ部材をフランジ部３４のネジ穴Ｂ２に螺合させることで、タンク上部１２とタンク下部２６とが連結される。

下底部３０の内周壁は、下方に突出するドーム形状を有する。下底部３０の直径は、円筒部２８の外径と一致する。水流出路３２は、下底部３０の中央部を貫通し、下底部３０と一体に設けられている。水流出路３２は、流出口３２ａを備えている（図５参照）。また、図５、図６に示すように、タンク下部２６は、円筒部２８から上方に延びる円環部３６を備えている（図５、図６参照）。円環部３６の外径は、タンク上部１２の円筒部１４の内径と略一致し、円環部３６の内径は、円筒部２８の内径と一致する。

（第１混合ケース６０の構成）
図４～図７を参照して、第１混合ケース６０について説明する。図７（ａ）は第１混合ケース６０の斜視図であり、図７（ｂ）は第１混合ケース６０を上方から見た上面図である。図７（ａ）に示すように、第１混合ケース６０は、撹拌部６２と、下底部６４と、ノズル連結部７０と、を備える。撹拌部６２は、円筒形状を有する。撹拌部６２の外径及び内径は、タンク下部２６の円筒部２８の内径よりも小さい（図５、図６参照）。撹拌部６２には、開口６２ａが設けられている（図５参照）。開口６２ａは、下底部６４よりもわずかに上方に設けられている。撹拌部６２の上部には、外側に向かって延びるフランジ部６６が設けられている。フランジ部６６の上面には、ケースカバー４０を位置合わせするための２個の突起６６ａ、及び、第１混合ケース６０をタンク上部１２に連結させるための２個の連結部６６ｂが設けられている。

図４に示すように、ノズル連結部７０は、撹拌部６２の内周壁の接線方向に沿って設けられている。

図７（ａ）に示すように、下底部６４は、円板形状を有する。下底部６４の外径は、撹拌部６２の外径と一致する。下底部６４の中央部には、噴出口６４ａが設けられている（図５、図７（ｂ）参照）。

（第２混合ケース９０の構成）
図４～図６、図８、図９を参照して、第２混合ケース９０について説明する。図８（ａ）は、第２混合ケース９０を前方側から見た斜視図であり、図８（ｂ）は、第２混合ケース９０を後方側から見た斜視図であり、図９は、第２混合ケース９０を上方から見た上面図である。

図８（ａ）に示すように、第２混合ケース９０は、円筒部９２（「第２混合ケースの筒状の側壁」の一例）と、水受部９４と、４個の環状片９６ａ～９６ｄと、を備える。円筒部９２の外径は、タンク下部２６の円筒部２８の内径よりも小さく、円筒部９２の内径は、第１混合ケース６０の撹拌部６２の外径よりも大きい（図５、図６参照）。即ち、円筒部９２と第１混合ケース６０の撹拌部６２との間には、隙間が設けられている。

図５に示すように、水受部９４は、中央部が上方に突出する円板形状を有する。水受部９４の中央部には、微小な連通孔９４ａが形成されている。水受部９４の外径は、円筒部９２の外径と一致する。

図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、円筒部９２には、外側に向かって延びる３個の載置部１０２ａ～１０２ｃが設けられている。載置部１０２の最外径は、タンク下部２６の円環部３６の外径と一致する。タンク１０と第２混合ケース９０とが連結されている状態において、載置部１０２は、タンク下部２６の円環部３６に載置される（図５、図６参照）。また、図８（ｂ）に示すように、載置部１０２ｃの上方には、円筒部９２の外周面から外側に向かって延びる連結部１０４が設けられている。連結部１０４は、タンク上部１２の挟持部２１（図４参照）によって挟持される。

４個の環状片９６ａ～９６ｄの間には、４個の切欠部１００ａ～１００ｄが形成されている。環状片９６の内径は、第１混合ケース６０のフランジ部６６の外径よりもわずかに大きい（図５、図６参照）。環状片９６の内径は、円筒部９２の内径よりも大きく、段差が形成されている（図５、図６参照）。切欠部１００ｄの下端は、切欠部１００ａ～１００ｃの下端よりも下方に形成されている。また、切欠部１００ｄの周方向の長さは、切欠部１００ａ～１００ｃの周方向の長さよりも大きく（図９参照）、第１混合ケース６０のノズル連結部７０が通過できるように形成されている（図５参照）。環状片９６ａ、９６ｃには、嵌合孔９８ａ、９８ｃが設けられている。

（ケースカバー４０の構成）
図４～図６、図１０を参照して、ケースカバー４０について説明する。図１０（ａ）は、ケースカバー４０の斜視図であり、図１０（ｂ）は、ケースカバー４０を上方から見た上面図である。図１０（ａ）に示すように、ケースカバー４０は、環状部４２と、円板部４６と、円筒部４８と、連通空気路５０と、を備える。環状部４２の外径は、第２混合ケース９０の環状片９６の内径よりもわずかに小さい（図５、図６参照）。環状部４２には、第２混合ケース９０の切欠部１００ａ～１００ｄに対応する位置に、切欠部４２ａ～４２ｄが設けられている。環状部４２において、切欠部４２ａと切欠部４２ｂの間、及び、切欠部４２ｃと切欠部４２ｄの間には、それぞれ、突出部４４ａ、４４ｃが設けられている。２個の突出部４４ａ，４４ｃは、第２混合ケース９０の２個の嵌合孔９８ａ、９８ｃに対応する。第１混合ケース６０を第２混合ケース９０の円筒部９２の上端の段差上に載置した後に、ケースカバー４０の突出部４４ａ、４４ｃを第２混合ケース９０の嵌合孔９８ａ、９８ｃに嵌入することで、第１混合ケース６０及びケースカバー４０が、第２混合ケース９０に連結される。

ケースカバー４０の下方の円筒部４８は、円筒形状を有する。円筒部４８の最外径は、第１混合ケース６０の撹拌部６２の内径と略一致する（図５、図６参照）。円筒部４８は、シール部材（図示省略）を装着している状態で、撹拌部６２内に挿入される（図５、図６参照）。

連通空気路５０は、円板部４６の中央部を貫通し、円板部４６と一体に設けられている。連通空気路５０は、連通孔５０ａを備えている。連通空気路５０の上端５０ｂは、環状部４２よりも上方に位置しており、タンク１０の上部の空気層５２に位置している（図５参照）。連通空気路５０の下端５０ｃは、第１混合ケース６０の上端より少し下方まで突出している（図５参照）。

（ノズル１２０の構成）
図２～図６、図１１を参照して、ノズル１２０について説明する。図１１に示すように、ノズル１２０は、円筒部１２２と、第１混合ケース６０の撹拌部６２の内周壁に対応する外周面１２４ａを有する水導入部１２４と、を備える。また、図４に示すように、ノズル１２０の内部には、傾斜部１２６が設けられている。傾斜部１２６は、水の流入側から流出側に向かって、ノズル１２０内の水路の断面積が小さくなるようにＹ軸方向に傾斜している。ノズル１２０は、シール部材（図示省略）を装着した状態で、第１混合ケース６０及びタンク上部１２に挿入される。タンク１０の水流入路１８、第１混合ケース６０のノズル連結部７０、及び、ノズル１２０の中心軸は、中心軸Ｃ２（図４参照）に一致する。

続いて、図５、図６を参照して、気液混合装置２内において、水に空気が溶解する状況について説明する。図５、図６の実線矢印は水の流路を示し、破線矢印は空気の経路を示す。ポンプ（図示省略）によって加圧された水（又は水と空気が混じった水）が、タンク１０の水流入路１８、及び、ノズル１２０を通って、第１混合ケース６０の撹拌部６２内に導入される。撹拌部６２内に導入された水は、撹拌部６２内の外側領域６２ｂにおいて螺旋状に旋回しながら上昇する。そして、撹拌部６２の上部に達した水は、ケースカバー４０の下面に衝突することによって流れの向きが変化し、撹拌部６２内の内側領域６２ｃにおいて螺旋状に旋回しながら下降する。撹拌部６２内の旋回流によって、撹拌部６２の中心領域６２ｄに負圧層が形成される。このため、タンク１０の上部の空気層５２に溜まっている空気が、連通空気路５０を通って、撹拌部６２内に取り込まれる。撹拌部６２内に取り込まれた空気は、撹拌部６２内で旋回している水に巻き込まれる。これにより、空気が水に溶解し、空気溶解加圧水が生成される。第１混合ケース６０の噴出口６４ａから噴出する水は、旋回流を維持しながら第２混合ケース９０に放出される。放出された旋回流の水には、水に溶解していない空気（未溶解空気）が混じっている。その後、第２混合ケース９０に放出された水が、第２混合ケース９０の水受部９４及び水受部９４上の水に衝突すると、未溶解空気の一部が水に溶解する。即ち、水に溶解する空気の量（溶解空気量）が増加する。水受部９４に衝突して方向転換した空気溶解加圧水は、第２混合ケース９０の円筒部９２と第１混合ケース６０の撹拌部６２の間の隙間を上方に向けて流れて、第２混合ケース９０の切欠部１００ａ～１００ｄから、第２混合ケース９０の外側に流れ出ていく。第２混合ケース９０の外側に流れ出た空気溶解加圧水は、第２混合ケース９０とタンク１０の内面の間の隙間を下方に向けて流れていく。空気溶解加圧水が第２混合ケース９０の外側に流れ出ていく際に、上昇流と方向転換時の減速によって、未溶解空気は水と分離する。そして、水と分離した空気は、ケースカバー４０の切欠部４２ａ～４２ｄを通って、ケースカバー４０の上方に位置するタンク１０の上部に移動し、空気層５２に戻る。

上述のように、ノズル１２０の水路の断面積は、第１混合ケース６０の撹拌部６２に向かうにつれて小さくなっている。このため、ノズル１２０の水路の断面積が一定である場合と比較して、ノズル１２０から撹拌部６２に流入する水の速度を速めることができる。これにより、撹拌部６２内における水の旋回速度を速めることができる。溶解空気量は、水の旋回速度に依存する。従って、気液混合装置２における溶解空気量を多くすることができる。

また、ノズル１２０は、撹拌部６２の内周壁の接線方向に沿って撹拌部６２に連結されている。この場合、撹拌部６２に流入する水は、撹拌部６２の内周壁に衝突することなく、撹拌部６２の内周壁に沿って旋回する。ノズル１２０が撹拌部６２の内周壁の接線方向に沿って撹拌部６２に連結されていない場合、撹拌部６２に流入する水は、まず、撹拌部６２の内周壁に衝突し、その後に、撹拌部６２の内周壁に沿って旋回する。水が撹拌部６２の内周壁に衝突することによって、水の旋回速度は遅くなる。従って、ノズル１２０を撹拌部６２の内周壁の接線方向に沿って撹拌部６２に連結することで、撹拌部６２内における水の旋回速度を速めることができる。従って、気液混合装置２における溶解空気量を多くすることができる。

また、第１混合ケース６０の撹拌部６２の開口６２ａは、下底部６４の近傍に設けられている。この場合、第１混合ケース６０の撹拌部６２に流入した水は、撹拌部６２内の外側領域６２ｂにおいて旋回しながら上昇する。そして、撹拌部６２の上部に達した水は、ケースカバー４０の下面に衝突することによって流れの向きが変化し、撹拌部６２内の内側領域６２ｃを旋回しながら下降する。この場合、撹拌部６２内を上昇する旋回流及び下降する旋回流によって、撹拌部６２の中心領域６２ｄに負圧層が形成される。負圧層が形成されることで、タンク１０の空気層５２に溜まっている多くの空気が、連通空気路５０を介して、撹拌部６２内に取り込まれる。一方、例えば、第１混合ケース６０の撹拌部６２の開口６２ａが撹拌部６２の上部に設けられている場合、撹拌部６２に流入した水は、撹拌部６２内の外側領域６２ｂにおいて旋回しながら下降する。この場合に撹拌部６２の中心領域６２ｄに形成される負圧層の負圧は、撹拌部６２内を上昇する旋回流及び下降する旋回流によって形成される負圧層の負圧より小さくなる。従って、第１混合ケース６０の撹拌部６２の開口６２ａを下底部６４の近傍に設けることで、撹拌部６２の中心領域６２ｄに形成される負圧層の負圧を大きくすることできる。この結果、気液混合装置２における溶解空気量を多くすることができる。

また、気液混合装置２は、第２混合ケース９０を備える。第１混合ケース６０の噴出口６４ａから第２混合ケース９０内に噴出された水は、第２混合ケース９０の水受部９４に衝突し、その後、第２混合ケース９０の側壁を伝って上昇し、側壁の上端を介して、タンク１０の下部に流れ出ていく。この場合、第２混合ケース９０内に噴出された水が第２混合ケース９０の側壁を伝っている間、及び、上昇流から下降流に反転する際に、未溶解空気は、水から分離される。そして、水から分離した空気は、タンク１０内の上方の空気層５２に移動する。このため、タンク１０の流出口３２ａから流出する水に含まれる未溶解空気の量を低減することができる。そして、タンク１０内の上方の空気層５２から、連通空気路５０を介して、第１混合ケース６０内の水に空気が取り込まれる。従って、気液混合装置２内の空気を効率的に活用することができる。

（気液混合装置２を利用した給水システム）
図１２を参照して、本実施形態の気液混合装置２を利用した給水システムについて説明する。給水システム２０２は、気液混合装置２によって生成される空気溶解加圧水を浴槽３３０に供給して、浴槽３３０内に微細気泡を発生させるシステムである。

（給水システム２０２の構成）
図１２に示すように、給水システム２０２は、熱源ユニット２１０と、微細気泡発生ユニット２５０と、浴槽３３０と、制御装置３５０と、を備える。熱源ユニット２１０は、給水源４００、出湯箇所４０２、及び、微細気泡発生ユニット２５０に接続されている。微細気泡発生ユニット２５０は、熱源ユニット２１０及び浴槽３３０に接続されている。なお、以下では、図１２に示す矢印の方向に水が流れる場合を例に説明する。

（熱源ユニット２１０の構成）
熱源ユニット２１０は、給水源４００から供給される水を加熱して、出湯箇所４０２、及び、浴槽３３０に加熱された水を供給するためのユニットである。熱源ユニット２１０は、第１熱源機２１２と、第２熱源機２１４と、給水路２２０と、出湯路２２２と、分岐水路２２６と、第１戻り水路２２８と、第１往き水路２３０と、を備える。

給水路２２０の上流端は、市水道などの給水源４００に接続されており、給水路２２０の下流端は、第１熱源機２１２（ガス熱源機）に接続されている。

出湯路２２２の上流端は第１熱源機２１２に接続されている。出湯路２２２の下流端は、カラン等の出湯箇所４０２に接続されている。出湯路２２２には、第１戻り水路２２８に接続されている分岐水路２２６が接続されている。分岐水路２２６には、出湯路２２２から第１戻り水路２２８への水の流れを制御する湯張り弁２３２が設けられている。

第１戻り水路２２８の上流端は、微細気泡発生ユニット２５０（詳細には第２戻り水路２６０）に接続されており、下流端は第２熱源機２１４（ガス熱源機）に接続されている。第１戻り水路２２８において、第１戻り水路２２８と分岐水路２２６の接続部と、第２熱源機２１４と、の間には、第１ポンプ２３４及び水流スイッチ２３６が設けられている。第１ポンプ２３４は、水流スイッチ２３６よりも上流側に設けられており、第１戻り水路２２８内の水を下流側に送り出す。

第１往き水路２３０の上流端は、第２熱源機２１４に接続されており、下流端は、微細気泡発生ユニット２５０（詳細には第２往き水路２６８）に接続されている。

（微細気泡発生ユニット２５０の構成）
微細気泡発生ユニット２５０は、気液混合装置２と、第２戻り水路２６０と、第２往き水路２６８と、水供給路２７４と、空気導入路３００と、を備える。

第２戻り水路２６０の上流端は、第１三方弁２８０に接続されており、下流端は、第１戻り水路２２８を介して、熱源ユニット２１０に接続されている。また、第２戻り水路２６０には、上流端が第２三方弁２８２に接続されている連通路２６６の下流端が接続されている。第３戻り水路２６２の一端は第１三方弁２８０に接続されており、他端は浴槽３３０に接続されている。噴出水路２６４の上流端は、気液混合装置２（詳細にはタンク１０の水流出路３２）に接続されており、下流端は、第１三方弁２８０に接続されている。噴出水路２６４には、給水制御弁２８４が設けられている。上述のように、第１三方弁２８０には、第２戻り水路２６０、第３戻り水路２６２、及び、噴出水路２６４が接続されている。第１三方弁２８０は、噴出水路２６４から第３戻り水路２６２に水が流れる微細気泡供給状態と、第３戻り水路２６２から第２戻り水路２６０に水が流れる追い焚き循環状態を切り替えることができる。なお、第３戻り水路２６２と浴槽３３０との接続部には、減圧ノズル３３２が設けられている。

第２往き水路２６８の上流端は、第１往き水路２３０を介して、熱源ユニット２１０に接続されており、下流端は第２三方弁２８２に接続されている。第３往き水路２７０の一端は浴槽３３０に接続されており、他端は第２三方弁２８２に接続されている。即ち、第２三方弁２８２には、連通路２６６と、第２往き水路２６８と、第３往き水路２７０と、が接続されている。第２三方弁２８２は、第３往き水路２７０から連通路２６６に水が流れる微細気泡供給状態と、第２往き水路２６８から第３往き水路２７０に水が流れる追い焚き循環状態を切り替えることができる。

水供給路２７４の上流端は、第２往き水路２６８に接続されており、水供給路２７４の下流端は、気液混合装置２（詳細には、タンク１０の水流入路１８）に接続されている。水供給路２７４には、第２ポンプ２８６が設けられている。

気液混合装置２（詳細には、タンク１０の空気導入部２０）には、空気導入路３００が接続されている。空気導入路３００には、エアポンプ３０２と、逆止弁３０４と、が設けられている。エアポンプ３０２が駆動されると、気液混合装置２に空気が導入される。

（制御装置３５０の構成）
制御装置３５０は、熱源ユニット２１０、微細気泡発生ユニット２５０の各構成要素の動作を制御する。制御装置３５０は、ユーザによって操作可能なリモコン（図示省略）と通信可能に構成されている。制御装置３５０は、ユーザによるリモコンへの操作に応じて、微細気泡供給運転、追い焚き運転、湯張り運転を実行することができる。なお、制御装置３５０は、水位電極３４ａ、３４ｂ（図５参照）が、タンク１０内に貯留されている水の水面に接触すると、ＯＮ信号を受信する。以下では、制御装置３５０が水位電極３４ａ、３４ｂからＯＮ信号を受信している状態を、水位電極３４ａ、３４ｂがＯＮであると表現し、制御装置３５０が水位電極３４ａ、３４ｂからＯＮ信号を受信していない状態を、水位電極３４ａ、３４ｂがＯＦＦであると表現する。

（給水システム２０２の動作）
上述のように、給水システム２０２は、微細気泡供給運転、追い焚き運転、湯張り運転を実行することができる。給水システム２０２は、微細気泡供給運転に特徴を有するために、湯張り運転、追い焚き運転の説明については省略する。なお、各運転が開始される時点において、第１三方弁２８０、第２三方弁２８２は、追い焚き循環状態である。また、第１ポンプ２３４、第２ポンプ２８６の駆動は停止されており、湯張り弁２３２、給水制御弁２８４は閉状態である。

（微細気泡供給運転）
微細気泡供給運転は、気液混合装置２内において、空気溶解加圧水を生成し、生成された空気溶解加圧水を浴槽３３０に供給する運転である。ユーザによって微細気泡供給運転の実行を指示するための操作がリモコンに実行されると、制御装置３５０は、微細気泡供給運転を開始する。微細気泡供給運転は、空気導入運転と、給水運転と、で構成される。

（空気導入運転）
空気導入運転は、気液混合装置２内の水の水位が、高水位電極３４ａがＯＮである第１水位以上である場合に開始される運転である。なお、制御装置３５０は、微細気泡供給運転を開始してから、最初に気液混合装置２内の水の水位が第１水位未満である状態から第１水位以上である状態になる場合に、給水制御弁２８４を、閉状態から開状態に切替える。制御装置３５０は、ユーザによって微細気泡供給運転の停止を指示するための操作がリモコンに実行されるまでの間、給水制御弁２８４を開状態に維持する。

制御装置３５０は、空気導入運転において、第１ポンプ２３４、第２ポンプ２８６の駆動を停止させ、エアポンプ３０２を駆動させる。これにより、気液混合装置２内に空気が導入されるとともに、気液混合装置２内の水が流出口３２ａから流出していき、気液混合装置２内の水の水位が低下する。なお、空気導入運転中において、第２混合ケース９０の円筒部９２内の水は、連通孔９４ａを介して、タンク１０の下部に流出する。制御装置３５０は、気液混合装置２内の水の水位が第１水位以上であると判定してから、気液混合装置２内の水の水位が、低水位電極３４ｂがＯＦＦである第２水位未満であると判定するまでの間、空気導入運転を実行する。なお、空気導入運転では、空気溶解加圧水は生成されない。

（給水運転）
給水運転は、気液混合装置２内の水の水位が、低水位電極３４ｂがＯＦＦである第２水位未満である場合に開始される運転である。制御装置３５０は、第１ポンプ２３４、第２ポンプ２８６を駆動させている状態で、エアポンプ３０２の駆動を停止させる。

給水運転において、気液混合装置２に流入した水は、空気層５２から第１混合ケース６０の撹拌部６２内に取り込まれる空気を巻き込みながら、撹拌部６２内を螺旋状に旋回する。そして、気液混合装置２に流入した水が第１混合ケース６０を通過するとき、及び、第２混合ケース９０の水受部９４に衝突するときに、水の中に空気が溶解する。即ち、タンク１０内に空気溶解加圧水が生成される。そして、タンク１０内に生成された空気溶解加圧水は、噴出水路２６４、第３戻り水路２６２、減圧ノズル３３２を通って、浴槽３３０に供給される。浴槽３３０内に放出される空気溶解加圧水は、減圧ノズル３３２を通過した瞬間に急激に減圧される。この場合、水に溶解していた空気が、直径２０μｍ程度の微細気泡となる。即ち、浴槽３３０内に多量の微細気泡が発生し、水が白濁する。なお、制御装置３５０は、気液混合装置２内の水の水位が第２水位未満であると判定してから、気液混合装置２内の水の水位が第１水位以上であると判定するまでの間、給水運転を実行する。

上述のように、制御装置３５０は、気液混合装置２内の水の水位に応じて、空気導入運転と給水運転を繰り返し実行する。

なお、制御装置３５０は、ユーザによって微細気泡供給運転の停止を指示するための操作がリモコンに実行されると、第１ポンプ２３４及び第２ポンプ２８６の駆動を停止させ、給水制御弁２８４を開状態から閉状態に切替え、エアポンプ３０２の駆動を停止させる。さらに、制御装置３５０は、第１三方弁２８０及び第２三方弁２８２を、微細気泡供給状態から追い焚き循環に切替える。これにより、微細気泡供給が終了する。

上述のように、気液混合装置２内において、溶解空気量を多くすることができるとともに、タンク１０内の空気を効率的に利用することができる。

以上、各実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

（第１変形例）ノズル１２０は、撹拌部６２の内周壁の接線方向に沿って撹拌部６２に連結されていなくてもよい。

（第２変形例）第１混合ケース６０の撹拌部６２における開口６２ａが形成される位置は、下底部６４の近傍に限定されず、撹拌部６２の上部等に設けられてもよい。

（第３変形例）図１３、図１４に示すように、気液混合装置５０２は、第２混合ケース９０を備えていなくてもよい。本変形例では、第１混合ケース５６０は、ネジ部材（図示省略）によって、タンク上部１２にネジ止めされる。これにより、第１混合ケース５６０の上下方向の移動が制限される。また、図１４（ｂ）に示すように、第１混合ケース５６０には、撹拌部６２の外周面から外側に向かって延びる連結部５６８が設けられている。連結部５６８は、タンク上部１２の挟持部（図示省略）によって挟持される。これにより、第１混合ケース５６０の回転方向の移動が制限される。このような構成であっても、撹拌部６２内における水の旋回速度を速めることができ、気液混合装置５０２における溶解空気量を多くすることができる。

（第４変形例）上記の実施形態では、気液混合装置２に空気が導入されている。変形例では、空気に代えて、炭酸ガス（「気体」の一例）が気液混合装置２に導入されてもよい。この場合、気液混合装置２のタンク１２の上方に炭酸ガスが溜まった炭酸ガスの層が形成される。また、気液混合装置２は、連通空気路５０に代えて、連通気体路を有する。このような構成によると、気液混合装置２における水に溶解する炭酸ガスの量を多くすることができる。また、本変形例の気液混合装置２を利用した給水システム２０２では、給水システム２０２は、気液混合装置２によって生成される気体溶解加圧水を浴槽３３０に供給する。変形例の給水システム２０２では、空気導入路３００、エアポンプ３０２に代えて、気体導入路、気体ポンプが配設される。気体導入路の上流端は、炭酸ガスが充填されているタンクに接続され、下流端が気液混合装置２に接続される。本変形例では、制御装置３５０は、空気導入運転に代えて、炭酸ガス導入運転を実行する。具体的には、制御装置３５０は、炭酸ガス導入運転において、第１ポンプ２３４、第２ポンプ２８６の駆動を停止させ、気体ポンプを駆動させる。これにより、気液混合装置２に、炭酸ガスが導入される。なお、「気体」は、炭酸ガスに限定されず、酸素、水素等でもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：気液混合装置
１０ ：タンク
１２ ：タンク上部
１４ ：円筒部
１６ ：上底部
１８ ：水流入路
２０ ：空気導入部
２１ ：挟持部
２２ ：フランジ部
２６ ：タンク下部
２８ ：円筒部
３０ ：下底部
３２ ：水流出路
３２ａ ：流出口
３４ ：フランジ部
３４ａ ：高水位電極
３４ｂ ：低水位電極
３６ ：円環部
４０ ：ケースカバー
４２ ：環状部
４２ａ～４２ｄ：切欠部
４４ａ、４４ｃ：突出部
４６ ：円板部
４８ ：円筒部
５０ ：連通空気路
５０ａ ：連通孔
５２ ：空気層
６０ ：第１混合ケース
６２ ：撹拌部
６４ ：下底部
６４ａ ：噴出口
６６ ：フランジ部
７０ ：ノズル連結部
９０ ：第２混合ケース
９２ ：円筒部
９４ ：水受部
９４ａ ：連通孔
９６ａ～９６ｄ：環状片
９８ａ、９８ｃ：嵌合孔
１００ａ～１００ｄ：切欠部
１０２ａ～１０２ｃ：載置部
１０４ ：連結部
１２０ ：ノズル
１２２ ：円筒部
１２４ ：水導入部
１２４ａ ：外周面
１２６ ：傾斜部

Claims (4)

1. 水に空気を溶解させる気液混合装置であって、
   流入口と流出口とを有するタンクと、
   前記タンク内に収容された第１混合ケースであって、円板形状を有する下底部と、前記下底部から上方に延び、内周壁が回転面形状を有する撹拌部と、前記撹拌部に設けられている開口と、前記下底部の中央部に設けられている噴出口と、を備える前記第１混合ケースと、
   前記撹拌部に連結されているノズルであって、前記開口を介して、前記撹拌部の内部と連通する水路を備える前記ノズルと、
   前記タンク内の上方に溜まった空気の層と前記第１混合ケースの前記撹拌部内を接続する連通空気路と、
   を備え、
   前記ノズルの前記水路の断面積は、前記撹拌部に向かうにつれて小さくなっており、
   前記ノズルは、前記撹拌部の前記内周壁の接線方向に沿って前記撹拌部に連結されており、
   上下方向において、前記第１混合ケースの前記撹拌部の前記開口の中心位置は、前記第１混合ケースの中心位置よりも下方に位置している、
   気液混合装置。
2. 水に空気を溶解させる気液混合装置であって、
   流入口と流出口とを有するタンクと、
   前記タンク内に収容された第１混合ケースであって、内周壁が回転面形状を有する撹拌部と、下底部と、前記撹拌部に設けられている開口と、前記下底部に設けられている噴出口と、を備える前記第１混合ケースと、
   前記撹拌部に連結されているノズルであって、前記開口を介して、前記撹拌部の内部と連通する水路を備える前記ノズルと、
   前記タンク内の上方に溜まった空気の層と前記第１混合ケースの前記撹拌部内を接続する連通空気路と、
   前記流出口と前記噴出口の間に設けられている水受部と、前記水受部に接続されており、前記水受部から上方に延びる筒状の側壁と、を備える第２混合ケースと、
   を備え、
   前記ノズルの前記水路の断面積は、前記撹拌部に向かうにつれて小さくなっている、
   気液混合装置。
3. 水に気体を溶解させる気液混合装置であって、
   流入口と流出口とを有するタンクと、
   前記タンク内に収容された第１混合ケースであって、円板形状を有する下底部と、前記下底部から上方に延び、内周壁が回転面形状を有する撹拌部と、前記撹拌部に設けられている開口と、前記下底部の中央部に設けられている噴出口と、を備える前記第１混合ケースと、
   前記撹拌部に連結されているノズルであって、前記開口を介して、前記撹拌部の内部と連通する水路を備える前記ノズルと、
   前記タンク内の上方に溜まった気体の層と前記第１混合ケースの前記撹拌部内を接続する連通気体路と、
   を備え、
   前記ノズルの前記水路の断面積は、前記撹拌部に向かうにつれて小さくなっており、
   前記ノズルは、前記撹拌部の前記内周壁の接線方向に沿って前記撹拌部に連結されており、
   上下方向において、前記第１混合ケースの前記撹拌部の前記開口の中心位置は、前記第１混合ケースの中心位置よりも下方に位置している、
   気液混合装置。
4. 水に気体を溶解させる気液混合装置であって、
   流入口と流出口とを有するタンクと、
   前記タンク内に収容された第１混合ケースであって、内周壁が回転面形状を有する撹拌部と、下底部と、前記撹拌部に設けられている開口と、前記下底部に設けられている噴出口と、を備える前記第１混合ケースと、
   前記撹拌部に連結されているノズルであって、前記開口を介して、前記撹拌部の内部と連通する水路を備える前記ノズルと、
   前記タンク内の上方に溜まった気体の層と前記第１混合ケースの前記撹拌部内を接続する連通気体路と、
   前記流出口と前記噴出口の間に設けられている水受部と、前記水受部に接続されており、前記水受部から上方に延びる筒状の側壁と、を備える第２混合ケースと、
   を備え、
   前記ノズルの前記水路の断面積は、前記撹拌部に向かうにつれて小さくなっている、
   気液混合装置。

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