特許 5692259 気液混合装置および風呂給湯装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5692259

(24)【登録日】2015年2月13日

(45)【発行日】2015年4月1日

(54)【発明の名称】気液混合装置および風呂給湯装置

(51)【国際特許分類】

   B01F 5/00 20060101AFI20150312BHJP

   B01F 3/04 20060101ALI20150312BHJP

   B01F 5/06 20060101ALI20150312BHJP

   B01F 5/04 20060101ALI20150312BHJP

   B01F 5/10 20060101ALI20150312BHJP

   B01F 15/02 20060101ALI20150312BHJP

   A47K 3/00 20060101ALI20150312BHJP

   A61H 9/00 20060101ALI20150312BHJP

【ＦＩ】

   B01F5/00 G

   B01F3/04 Z

   B01F5/06

   B01F5/04

   B01F3/04 F

   B01F5/10

   B01F15/02 A

   A47K3/00 F

   A61H23/00 520

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-42684(P2013-42684)

(22)【出願日】2013年3月5日

(65)【公開番号】特開2014-168761(P2014-168761A)

(43)【公開日】2014年9月18日

【審査請求日】2013年11月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504237050

【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構

(74)【代理人】

【識別番号】100082175

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 守

(74)【代理人】

【識別番号】100106150

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100115543

【弁理士】

【氏名又は名称】小泉 康男

(72)【発明者】

【氏名】竹内 史朗

(72)【発明者】

【氏名】逸見 憲一

(72)【発明者】

【氏名】星崎 潤一郎

(72)【発明者】

【氏名】秦 隆志

(72)【発明者】

【氏名】西内 悠祐

【審査官】 関口 勇

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２０５２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８７４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１３４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４０２１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｆ ５／００

Ａ４７Ｋ ３／００

Ａ６１Ｈ ９／００

Ｂ０１Ｆ ３／０４

Ｂ０１Ｆ ５／０４

Ｂ０１Ｆ ５／０６

Ｂ０１Ｆ ５／１０

Ｂ０１Ｆ １５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体の流路内に旋回液流を生成する旋回液流生成部と、
前記旋回液流の旋回径を縮径させる旋回液流加速部と、
外部から気体を取り込む気体導入部と、
前記旋回液流と、前記気体導入部から取り込まれた気体とを合流させることにより、微細気泡を発生させる気液混合部と、
前記旋回液流に合流する気体を分散させる導入気体分散手段と、
を備え、
前記気液混合部は、前記旋回液流加速部の最小内径より大きい内径を有し、
前記旋回液流加速部の内周面の下流端から外周側に広がって前記気液混合部の内周面の上流端に繋がるリング状の壁面が形成され、
前記気体導入部は、前記気液混合部の内周面の接線方向に沿って気体を前記気液混合部内に流入させ、
前記旋回液流は、前記旋回液流加速部の軸線を中心に旋回する気液混合装置。

【請求項2】

前記導入気体分散手段は、気体が通過可能なメッシュ状または多孔質状の部材で構成される請求項１記載の気液混合装置。

【請求項3】

前記導入気体分散手段は、前記気体導入部の出口付近に設けられている請求項１または２記載の気液混合装置。

【請求項4】

前記導入気体分散手段は、前記気液混合部内に配置され、気体が通過可能な複数の孔を側面に有する筒状部材で構成され、
前記気体導入部から前記気液混合部内に流入した気体が、前記気液混合部の内周面と前記筒状部材の外周面との間を旋回可能である請求項１記載の気液混合装置。

【請求項5】

前記導入気体分散手段は、
前記気液混合部に流入した気体を前記リング状の壁面に沿って旋回させる気体通路と、
前記気体通路の、前記リング状の壁面に対向する隔壁に形成され、気体が通過可能な複数の孔と、
を有する請求項１記載の気液混合装置。

【請求項6】

浴槽内から導出された湯水を循環させて前記浴槽内に戻す風呂循環路と、
前記風呂循環路内の湯水を循環させる循環ポンプと、
前記風呂循環路の途中に設けられた請求項１乃至５の何れか１項記載の気液混合装置と、
を備える風呂給湯装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導入気体を微細化して液体に混合可能な気液混合装置およびこれを備えた風呂給湯装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液中に気体を均一に混合したり、微細気泡を発生したりする手段として、例えばベンチュリー式、キャビテーション式、加圧溶解式、旋回流式などの気液混合装置が用いられている。ベンチュリー式のものは、流路にくびれ部分を設け、該くびれ部分で流速が上がり負圧が形成されることで外部より気体を吸気し、くびれが広がる部分で圧力が上昇するために気泡が微細化されるという原理を利用している（例えば、特許文献１参照）。キャビテーション式のものは、ポンプ内に気液混合体を送り、例えば超音波振動を与えることでキャビテーションを利用して気泡を発生させる。また、加圧溶解式のものは、液体を流れる配管外から導入した外気をコンプレッサ等で加圧して液中に溶解し、減圧開放時に気泡が再析出する方式であり、装置が大型化するが、大量の気体を溶解させることが可能である。また、旋回流式のものは、液体の旋回流を形成し、気体と合一させることで、旋回流により気体がせん断破砕されて微細化される（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−１４４３９４号公報

【特許文献2】特許第４５２５８９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

微細気泡の発生量を増大するためには、気体導入量を増加する必要がある。一方で、液流を形成するポンプの仕様が制限される場合においては、経路内の流量、揚程、液圧等が限定されてしまう。旋回力は、流量、揚程、および液圧に大きく依存するため、得られる旋回力も限られてしまう。気体導入量を増加すると、導入された気体の全量をせん断しきれないため、大きい気泡も混ざって生成されてしまうという課題がある。

【0005】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、気体導入量が増大しても、生成する微細気泡の径の拡大を抑制することができる気液混合装置、およびこれを備えた風呂給湯装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る気液混合装置は、液体の流路内に旋回液流を生成する旋回液流生成部と、旋回液流の旋回径を縮径させる旋回液流加速部と、外部から気体を取り込む気体導入部と、旋回液流と、気体導入部から取り込まれた気体とを合流させることにより、微細気泡を発生させる気液混合部と、旋回液流に合流する気体を分散させる導入気体分散手段と、を備え、気液混合部は、旋回液流加速部の最小内径より大きい内径を有し、旋回液流加速部の内周面の下流端から外周側に広がって気液混合部の内周面の上流端に繋がるリング状の壁面が形成され、気体導入部は、気液混合部の内周面の接線方向に沿って気体を気液混合部内に流入させ、旋回液流は、旋回液流加速部の軸線を中心に旋回するものである。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、気体導入量が増大しても、生成する微細気泡の径の拡大を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施の形態１の気液混合装置を示す縦断面図である。

【図2】図１に示す気液混合装置の一部を拡大した図である。

【図3】図１に示す気液混合装置が備える固定翼の斜視図である。

【図4】本発明の実施の形態２の気液混合装置を示す縦断面図である。

【図5】本発明の実施の形態２の気液混合装置を示す縦断面図である。

【図6】図４中のＸ−Ｘ線断面図（横断面図）である。

【図7】本発明の実施の形態３の気液混合装置を示す縦断面図である。

【図8】図７中のＹ−Ｙ線断面図（横断面図）である。

【図9】本発明の風呂給湯装置の実施の形態を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0010】

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の気液混合装置を示す縦断面図である。図２は、図１に示す気液混合装置の一部を拡大した図である。図３は、図１に示す気液混合装置が備える固定翼の斜視図である。これらの図に示す本実施形態の気液混合装置１Ａは、液体の流路に設けられ、液体中に気体を導入して混合させるものである。

【0011】

図１に示すように、気液混合装置１Ａは、液体の流れを旋回させる旋回液流生成部３と、旋回液流生成部３で生成した旋回液流を縮径させる旋回液流加速部４と、旋回液流加速部４の下流側に設けられた気液混合部５Ａと、外部から気体を取り込む気体導入部６Ａと、導入気体分散手段７Ａと、拡径部９とを備えている。図１において、液体は、気液混合装置１Ａ内を左から右へ進行する。この液体の進行方向を、以下、「進行方向ＴＤ」と称する。

【0012】

旋回液流生成部３は、進行方向ＴＤと平行な直線を中心とする略円柱状の内部空間を有している。旋回液流生成部３の内径は、進行方向ＴＤに沿ってほぼ一定になっている。図３に示すように、旋回液流生成部３内には、固定翼８が設置されている。本実施形態では、複数（図示の構成では２枚）の固定翼８が設けられている。各固定翼８は、旋回液流生成部３の流路の内壁に固定されている。気液混合装置１Ａに流入した液流は、固定翼８を通過することにより、旋回液流生成部３の軸線を中心に旋回させられ、旋回液流が生成される。固定翼８は、上流部は進行方向ＴＤにほぼ平行方向に形成され、下流部では進行方向ＴＤに略垂直な方向に立ち上がる円弧形状をなすように形成されている。この円弧形状の弦角が小さいほど、急速な立ち上がり形状になるため、高速の旋回液流速を形成することができる点で好ましい。その一方で、弦角が小さい翼形状では、圧力損失が高くなってしまい、また、流路の開口面積が小さくなるために毛髪などの異物が翼間に詰まりやすくなる。図示の構成では、２枚の固定翼８間に、異物が通過可能な隙間１０を設けていることにより、異物の詰まりを抑制することができる。

【0013】

旋回液流加速部４は、旋回液流生成部３の下流側に、旋回液流生成部３に対し同心的に設けられている。旋回液流加速部４の内径は、進行方向ＴＤに向かって内径が連続的あるいは多段的に縮小している。本実施形態の旋回液流加速部４は、略円錐状（略円錐台状）の内部空間を有している。旋回液流加速部４の上流端の内径は、旋回液流生成部３の内径に等しくなっている。旋回液流加速部４の内径が最も小さくなった最小内径部分は、旋回液流加速部４の下流端に位置する。

【0014】

旋回液流生成部３で生成された旋回液流は、旋回液流加速部４を通過して旋回径が縮径されることにより加速される。旋回液流加速部４では、旋回液流を、圧力損失をなるべく少なくして縮径させることにより高速化することが望ましい。そのためには、旋回液流加速部４の内壁面は、高密度で粗度の小さい材料で形成されていることが望ましい。

【0015】

気液混合部５Ａは、旋回液流加速部４の下流側に、旋回液流加速部４に対し同心的に設けられている。気液混合部５Ａの内径は、旋回液流加速部４の最小内径とほぼ同じ径（図１中のαで示す長さ）になっている。本実施形態では、気液混合部５Ａの下流側には、進行方向ＴＤに向かって内径が連続的に拡大する拡径部９が設けられている。

【0016】

気体導入部６Ａは、気液混合部５Ａの外周部から外方へ突出するように形成されている。この気体導入部６Ａには、気液混合部５Ａ内に導入される気体が通る流路となる気体通路６ａが形成されている。気体通路６ａは、気液混合部５Ａの外周側から気液混合部５Ａ内に貫通するように形成されている。図示の構成では、気体通路６ａは、進行方向ＴＤに対しほぼ直交する方向になっているが、気体通路６ａが進行方向ＴＤに対して傾斜していてもよい。また、図示を省略するが、気体導入部６Ａには、運転停止時などに液体が気体導入部６Ａへ逆流することを防ぐための逆止弁が設けられていることが好ましい。

【0017】

旋回液流加速部４で加速された旋回液流が気液混合部５Ａ内に流入することにより、気液混合部５Ａ内に負圧が発生し、この負圧により気体導入部６Ａから気体が気液混合部５Ａ内に自然吸気される。気液混合部５Ａ内では、加速された旋回液流と、気体導入部６Ａから導入された気体とが合流（合一）することにより、微細気泡が生成される。本実施形態では、気体が旋回液流によりせん断破砕され、微細化されて液体中に効率良く混合するので、大量の微細気泡を効率良く生成することができる。

【0018】

図２に示すように、本実施形態における導入気体分散手段７Ａは、気体が通過可能な複数の孔７ａを有するメッシュ状または多孔質状の板状部材で構成されている。導入気体分散手段７Ａは、気体導入部６Ａと気液混合部５Ａとの境界部付近、すなわち、気体導入部６Ａの出口付近に設けられている。また、本実施形態では、導入気体分散手段７Ａは、気体通路６ａの出口を覆うように配置されている。気体導入部６Ａから導入された気体は、導入気体分散手段７Ａの孔７ａを通って気液混合部５Ａ内に流入し、旋回液流に合流する。

【0019】

気液混合装置１Ａに流入する液流の流量が大きい場合や、気液混合装置１Ａの下流の圧力が低い場合には、気体導入部６Ａから流入する気体量は増大する。そのように気体導入量が増大したときでも、導入された気体が、旋回液流に合流する際に、導入気体分散手段７Ａの複数の孔７ａを通って分散されることにより、気体（気泡）の表面積がほぼ一定になり、その気泡が旋回液流により更にせん断される。このため、旋回液流によりせん断されて生成する微細気泡の径もほぼ一定に維持することができ、径の大きい微細気泡（例えば気泡径が１００μｍ以上）が混じって生成することを確実に抑制することができる。特に、本実施形態では、導入気体分散手段７Ａをメッシュ状または多孔質状の部材で構成したことにより、導入された気体を、多数の孔７ａに通して細かく分散させることができる。これにより、径の大きい微細気泡の生成をより確実に抑制することができる。

【0020】

実施の形態２．
次に、図４乃至図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図４および図５は、それぞれ、本発明の実施の形態２の気液混合装置を示す縦断面図である。図４の切断面と、図５の切断面とは、直交している。図６は、図４中のＸ−Ｘ線断面図（横断面図）である。

【0021】

図４および図５に示すように、本実施の形態２の気液混合装置１Ｂは、旋回液流生成部３と、旋回液流加速部４と、気液混合部５Ｂと、気体導入部６Ｂと、導入気体分散手段７Ｂと、拡径部９とを備えている。

【0022】

気液混合部５Ｂは、旋回液流加速部４の下流側に、旋回液流加速部４に対し同心的に設けられている。気液混合部５Ｂの内径は、旋回液流加速部４の最小内径に比べて大きくなっている。本実施形態では、気液混合部５Ｂの内径は、進行方向ＴＤに沿ってほぼ一定になっている。すなわち、気液混合部５Ｂは、略円柱状の内部空間を有している。

【0023】

また、気液混合装置１Ｂには、旋回液流加速部４の内周面の下流端４ａ（すなわち旋回液流加速部４の最小内径部分の内周）から外周側に広がって気液混合部５Ｂの内周面の上流端５ａに繋がる内壁面として、リング状の壁面２が形成されている。図示の構成では、リング状の壁面２は、進行方向ＴＤに対し垂直な円環状の平面をなしている。リング状の壁面２は、図示の構成に限らず、その一部または全部が曲面で構成されていてもよい。また、気液混合部５Ｂの内周面とリング状の壁面２との角部や、旋回液流加速部４の内周面とリング状の壁面２との角部に、Ｒ（アール）形状のような丸みを設けてもよい。

【0024】

図６に示すように、気体導入部６Ｂは、気液混合部５Ｂの内周面の接線方向に沿って気体を気液混合部５Ｂ内に流入させるように構成されている。すなわち、気体導入部６Ｂは、以下のように構成されている。気体導入部６Ｂの中心線を気液混合部５Ｂ内に延長した直線は、気液混合部５Ｂの中心を通らず、中心からずれた位置を通る。また、進行方向ＴＤと直交する平面で気液混合部５Ｂおよび気体導入部６Ｂを切断した図６のような断面において、気体導入部６Ｂの内壁のうち気液混合部５Ｂの中心からの距離が遠い方の内壁６ｂは、気液混合部５Ｂの内周面の接線になっている。あるいは、上記断面において、内壁６ｂが気液混合部５Ｂの内周面の接線に必ずしも完全に一致していなくても良く、内壁６ｂの近傍で内壁６ｂに並行する流線を気液混合部５Ｂ内に延長した直線が、気液混合部５Ｂの内径以下であって旋回液流加速部４の最小内径より大きい直径の円の接線になっていればよい。

【0025】

このようにして、気体導入部６Ｂが気液混合部５Ｂの内周面の接線方向に沿って気体を気液混合部５Ｂ内に流入させるように構成されていることにより、図６に示すように、気体導入部６Ｂを通って気液混合部５Ｂに流入した気体を、気液混合部５Ｂの内周面に沿って所定の方向（本実施形態では、図６中で反時計回り）に効率良く旋回させることができる。

【0026】

導入気体分散手段７Ｂは、気液混合部５Ｂ内に同心的に設けられている。導入気体分散手段７Ｂは、気体が通過可能な複数の孔を側面に有する、筒状部材（円筒状部材）で構成されている。特に、導入気体分散手段７Ｂは、気体が通過可能な多数の孔を有するメッシュ状または多孔質状の部材で構成されていることが好ましい。導入気体分散手段７Ｂの内径は、旋回液流加速部４の最小内径とほぼ同じであることが好ましい。気体導入部６Ｂから気液混合部５Ｂ内に流入した気体は、気液混合部５Ｂの内周面と、導入気体分散手段７Ｂの外周面との間を通って旋回可能である。

【0027】

次に、本実施の形態２の気液混合装置１Ｂの動作について説明する。旋回液流加速部４で加速された旋回液流が気液混合部５Ｂ内に流入することにより、気液混合部５Ｂ内に負圧が発生し、この負圧により気体導入部６Ｂから気体が気液混合部５Ｂ内に自然吸気される。気液混合部５Ｂ内では、加速された旋回液流と、気体導入部６Ｂから導入された気体とが合流（合一）して、微細気泡が生成される。図６に示すように、気液混合部５Ｂに流入した気体は、気液混合部５Ｂの内周面に沿って、旋回液流と同方向に旋回する。このようにして、気液混合部５Ｂの内周面に沿って旋回する気体と、気液混合部５Ｂ内に流入した旋回液流とが接触することにより、気体がせん断破砕されて微細化される。

【0028】

旋回液流加速部４から気液混合部５Ｂに流入した直後の旋回液流の直径は、旋回液流加速部４の最小内径にほぼ等しい。一方、気液混合部５Ｂの内径は、旋回液流加速部４の最小内径より大きい。これにより、気液混合部５Ｂ内では、旋回液流の外側に、気体導入部６Ｂから導入された気体の流路として機能するリング状（円環状）の空間を確保できる。このような構成により、旋回液流の流れを妨げることなく吸気することができるので、吸気量を増大することができる。また、気体導入部６Ｂから導入された気体が、旋回液流の外周側を旋回するように吸気されるため、旋回液流と導入気体との接触面積を増大することができる。その結果、旋回液流によりせん断される気体量が増加するため、微細気泡の生成量も増加する。

【0029】

また、旋回液流加速部４の下流端４ａと、気液混合部５Ｂの上流端５ａとの境界の段差部は、リング状の壁面２によって閉じられており、気体導入部６Ｂからの気体の流入部のみ開口する構造とすることで、気液混合部５Ｂ内および気体導入部６Ｂ内での乱流形成を抑制することができる。その結果、旋回液流加速部４の最小内径部分の付近で形成される負圧を損失なく気体導入部６Ｂでも形成できる。

【0030】

気液混合部５Ｂ内に形成される負圧は、気液混合部５Ｂの上流端で最も大きく、下流に進むにつれて負圧は弱まる。本実施形態では、気体導入部６Ｂの気体導入部６Ｂが、気液混合部５Ｂの上流端付近に連通するように構成している。これにより、負圧の大きい位置で吸気することができるので、吸気量を増大させることができ、気体溶解量および微細気泡生成量も増大させることができる。また、本実施形態では、図５に示すように、気体導入部６Ｂが気液混合部５Ｂの内壁に形成する開口がリング状の壁面２に接して形成されており、リング状の壁面２と気体導入部６Ｂの内壁とが段差無く連続している。これにより、吸気量を更に増大させることができ、気体溶解量および微細気泡生成量も更に増大させることができる。

【0031】

気体導入部６Ｂから気液混合部５Ｂ内に導入された気体は、導入気体分散手段７Ｂの側面の複数の孔を通って、旋回液流に合流（合一）する。気液混合装置１Ｂに流入する液流の流量が大きい場合や、気液混合装置１Ｂの下流の圧力が低い場合には、気体導入部６Ｂから流入する気体量は増大する。そのように気体導入量が増大したときでも、導入された気体が、旋回液流に合流する際に、導入気体分散手段７Ｂの側面の複数の孔を通って分散されることにより、気体（気泡）の表面積がほぼ一定になり、その気泡が旋回液流により更にせん断される。このため、旋回液流によりせん断されて生成する微細気泡の径もほぼ一定に維持することができ、径の大きい微細気泡（例えば気泡径が１００μｍ以上）が混じって生成することを確実に抑制することができる。また、本実施の形態２では、導入気体分散手段７Ｂをメッシュ状または多孔質状の部材で構成したことにより、導入された気体を、導入気体分散手段７Ｂの側面の多数の孔に通して細かく分散させることができる。これにより、径の大きい微細気泡の生成をより確実に抑制することができる。

【0032】

一般的には、気体導入部６Ｂが気液混合部５Ｂの内壁に形成する開口が広いほど、吸気量を増大することができる。しかしながら、気液混合部５Ｂ内の下流側ほど負圧が小さくなるため、気体導入部６Ｂが気液混合部５Ｂの内壁に形成する開口の大きさを進行方向ＴＤに沿って測った長さ（図５中のβで示す長さ）を長くして、この開口を下流側に広げるように構成すると、気体導入部６Ｂに作用する負圧が小さくなり、好ましくない。特に、気液混合装置１Ｂより下流側の流路の圧力損失が大きい場合には、気液混合部５Ｂ内で下流側に向かって負圧が低下する率が大きくなるため、気体導入部６Ｂが気液混合部５Ｂの内壁に形成する開口を下流側に広げることは好ましくない。このような事項に鑑みて、本実施の形態２では、気体導入部６Ｂが気液混合部５Ｂの内壁に形成する開口の大きさを進行方向ＴＤに沿って測った長さβが、この開口の大きさを気液混合部５Ｂの内径に等しい直径の円に沿って測った円弧の長さより短くすることが好ましい。このような構成により、気体導入部６Ｂが気液混合部５Ｂの内壁に形成する開口を下流側に広げることなく開口面積を大きくすることができるので、吸気量を増大させることができ、気体溶解量および微細気泡生成量も増大させることができる。

【0033】

実施の形態３．
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図７は、本発明の実施の形態３の気液混合装置を示す縦断面図である。図８は、図７中のＹ−Ｙ線断面図（横断面図）である。

【0034】

図７に示すように、本実施の形態３の気液混合装置１Ｃは、旋回液流生成部３と、旋回液流加速部４と、気液混合部５Ｃと、気体導入部６Ｃと、導入気体分散手段７Ｃと、拡径部９とを備えている。

【0035】

気液混合部５Ｃは、旋回液流加速部４の下流側に、旋回液流加速部４に対し同心的に設けられている。気液混合部５Ｃの内径は、旋回液流加速部４の最小内径に比べて大きくなっている。本実施形態では、気液混合部５Ｃの内径は、進行方向ＴＤに沿ってほぼ一定になっている。すなわち、気液混合部５Ｃは、略円柱状の内部空間を有している。

【0036】

また、気液混合装置１Ｃには、旋回液流加速部４の内周面の下流端４ａ（すなわち旋回液流加速部４の最小内径部分の内周）から外周側に広がって気液混合部５Ｃの内周面の上流端５ａに繋がる内壁面として、リング状の壁面２が形成されている。図示の構成では、リング状の壁面２は、進行方向ＴＤに対し垂直な円環状の平面をなしている。

【0037】

図８に示すように、気体導入部６Ｃは、実施の形態２と同様に、気液混合部５Ｃの内周面の接線方向に沿って気体を気液混合部５Ｃ内に流入させるように構成されている。気体導入部６Ｃが気液混合部５Ｃの内周面の接線方向に沿って気体を気液混合部５Ｃ内に流入させるように構成されていることにより、気体導入部６Ｃを通って気液混合部５Ｃに流入した気体を、気液混合部５Ｃの内周面に沿って所定の方向（本実施形態では、図６中で反時計回り）に効率良く旋回させることができる。

【0038】

図７に示すように、導入気体分散手段７Ｃは、気体通路７ｄおよび複数の孔７ｂを有している。気体通路７ｄは、気液混合部５Ｃ内に流入した気体を、リング状の壁面２に沿って旋回させる円筒状あるいは円環状の通路である。複数の孔７ｂは、気体通路７ｄの、リング状の壁面２に対向する壁面を貫通する孔である。図８に示すように、本実施形態では、４個の孔７ｂが、気液混合部５Ｃの中心に対する角度が等間隔（９０°間隔）になるように配置されている。

【0039】

次に、本実施の形態３の気液混合装置１Ｃの動作について説明する。旋回液流加速部４で加速された旋回液流が気液混合部５Ｃ内に流入することにより、気液混合部５Ｃ内に負圧が発生し、この負圧により気体導入部６Ｃから気体が気液混合部５Ｃ内に自然吸気される。気液混合部５Ｃ内では、加速された旋回液流と、気体導入部６Ｃから導入された気体とが合流（合一）して、微細気泡が生成される。図８に示すように、気液混合部５Ｃに流入した気体は、導入気体分散手段７Ｃの気体通路７ｄ内を旋回液流と同方向に旋回し、孔７ｂから出て旋回を続けながら旋回液流に合流し、せん断破砕されて微細気泡になる。

【0040】

気液混合装置１Ｃに流入する液流の流量が大きい場合や、気液混合装置１Ｃの下流の圧力が低い場合には、気体導入部６Ｃから流入する気体量は増大する。そのように気体導入量が増大したときでも、導入された気体が、旋回液流に合流する際に、導入気体分散手段７Ｃの複数の孔７ｂを通って分散されることにより、気体（気泡）の表面積がほぼ一定になり、その気泡が旋回液流により更にせん断される。このため、旋回液流によりせん断されて生成する微細気泡の径もほぼ一定に維持することができ、径の大きい微細気泡（例えば気泡径が１００μｍ以上）が混じって生成することを確実に抑制することができる。また、本実施の形態３によれば、孔７ｂから、気体が、液流の進行方向ＴＤと同一方向に流入できるため、吸引される気体量が増大でき、生成する微細気泡の数も増大できる。

【0041】

以上説明した実施の形態１乃至３の気液混合装置は、何れも、気体を空気、液体を水とすることで、微細気泡発生装置として好適に用いることが可能である。また、本発明の気液混合装置は、例えば、工場の製造工程における部品洗浄装置や、生体活性化を目的とした溶存酸素富化装置などとしても好ましく用いることができる。

【0042】

実施の形態４．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図９は、本発明の風呂給湯装置の実施の形態を示す構成図である。

【0043】

図９に示すように、本実施形態の風呂給湯装置１５０は、熱源機としてのヒートポンプユニット１１０と、タンクユニット１２０とを備えている。ヒートポンプユニット１１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１１と、放熱器に相当する沸き上げ用熱交換器１２と、膨張弁１３と、蒸発器１４と、これらを環状に接続する循環配管１５とによって構成された冷凍サイクル部１７を有している。冷凍サイクル部１７では、二酸化炭素等の冷媒が圧縮機１１で圧縮されて高温、高圧となった後に沸き上げ用熱交換器１２で放熱し、膨張弁１３で減圧され、蒸発器１４で吸熱してガス状態となって圧縮機１１に吸入される。冷媒として二酸化炭素を用いる場合、高圧側では二酸化炭素の臨界圧を超える条件下で運転することが好ましい。

【0044】

一方、タンクユニット１２０は、貯湯タンク２０、給水管路３０、貯湯用循環管路４０、タンク側循環管路５０、風呂側循環管路６０、追焚き用熱交換器７０、第１給湯管路７５、風呂側湯水混合弁８０ａ、一般側湯水混合弁８０ｂ、第２給湯管路９０、第３給湯管路９５等を有している。

【0045】

貯湯タンク２０は、給水管路３０から供給される水を貯留すると共にヒートポンプユニット１１０で沸き上げられた湯を貯留する積層式のタンクである。この貯湯タンク２０の下部には、給水管路３０が接続される水導入口２０ａと、貯湯用循環管路４０の往き管４０ａが接続される水導出口２０ｂとが設けられている。貯湯タンク２０の上部には、貯湯用循環管路４０の戻り管４０ｂが接続される温水導入口２０ｃと、第１給湯管路７５が接続される温水導出口２０ｄとが設けられている。貯湯タンク２０は、給水管路３０からの給水により常に満水状態に保たれる。

【0046】

図示を省略しているが、貯湯タンク２０の上部には、貯湯タンク２０からタンク側循環管路５０、第１給湯管路７５に流入する湯の温度を検出するための温度センサが取り付けられている。また、貯湯タンク２０の周面部には、貯湯タンク２０内の湯水の温度を検出するための複数の温度センサが互いに異なる取付け高さをもって取り付けられている。

【0047】

給水管路３０は、市水等の水を貯湯タンク２０、風呂側湯水混合弁８０ａ、一般側湯水混合弁８０ｂ、および一般給湯先１８０に供給する管路であり、減圧弁２５と第１〜第３給水管部３０ａ〜３０ｃとを有している。減圧弁２５は、第１給水管部３０ａの途中に設けられて、水道等の水源からの水圧を所定値に減じる。第１給水管部３０ａは、水源と貯湯タンク２０の水導入口２０ａとを繋ぎ、第２給水管部３０ｂは、減圧弁２５で第１給水管部３０ａから分岐して該第１給水管部３０ａと風呂側湯水混合弁８０ａ、一般側湯水混合弁８０ｂとを繋ぎ、第３給水管部３０ｃは、減圧弁２５の上流側で第１給水管部３０ａから分岐して該第１給水管部３０ａと一般給湯先１８０とを繋ぐ。図示を省略しているが、第２給水管部３０ｂには、該第２給水管部３０ｂ内の水の温度を検出するための温度センサが設けられている。

【0048】

一般給湯先１８０とは、使用者が手で直接操作して開栓する（センサを感応させて開栓する場合を含む）給湯先であり、例えば、洗面台や流し台の蛇口、浴室のシャワー等である。

【0049】

貯湯用循環管路４０は、貯湯タンク２０下部の水導出口２０ｂからヒートポンプユニット１１０の沸き上げ用熱交換器１２を経由して貯湯タンク２０上部の温水導入口２０ｃに達する管路であり、貯湯用送水ポンプ３３および電動式の三方弁３５が設けられた往き管４０ａと、戻り管４０ｂと、三方弁３５で往き管４０ａから分岐したバイパス管４０ｃとを有している。上記の往き管４０ａは水導出口２０ｂと沸き上げ用熱交換器１２とを繋ぎ、戻り管４０ｂは沸き上げ用熱交換器１２と温水導入口２０ｃとを繋ぎ、バイパス管４０ｃは三方弁３５と戻り管４０ｂとを繋ぐ。

【0050】

タンク側循環管路５０は、貯湯タンク２０上部の温水導出口２０ｄから追焚き用熱交換器７０を経由して貯湯タンク２０下部に達する管路であり、往き管５０ａと、タンク側送水ポンプ４５が設けられた戻り管５０ｂとを有している。往き管５０ａは温水導出口２０ｄと追焚き用熱交換器７０上部の温水導入口７０ａとを繋ぎ、戻り管５０ｂは追焚き用熱交換器７０下部の温水導出口７０ｂと貯湯タンク２０の下部とを繋ぐ。

【0051】

風呂側循環管路６０（風呂循環路）は、浴槽１７０から追焚き用熱交換器７０を経由して浴槽１７０に戻る管路であり、往き管６０ａおよび戻り管６０ｂを有している。往き管６０ａは浴槽１７０と追焚き用熱交換器７０下部の浴水導入口７０ｃとを繋ぎ、戻り管６０ｂは追焚き用熱交換器７０上部の浴水導出口７０ｄと浴槽１７０とを繋ぐ。往き管６０ａには、追焚き用熱交換器７０側から上流側（浴槽１７０側）に向かって、フロースイッチ５３、水位センサ５５、および風呂側送水ポンプ５７（循環ポンプ）がこの順番で設けられている。また、図示を省略しているが、当該往き管６０ａには、該往き管６０ａ内の湯水の温度を検出するための温度センサも設けられている。

【0052】

フロースイッチ５３は、往き管６０ａでの水流の有無を検出する。水位センサ５５は、該水位センサ５５の取付け位置を基準にした往き管６０ａ内の水圧から浴槽１７０での浴水の水位を検出する。風呂側送水ポンプ５７は、浴槽１７０内から浴水を導出して風呂側循環管路６０に循環させ、浴槽１７０内に戻す。そして、図示を省略した上記の温度センサは、往き管６０ａ内の浴水の温度を検出する。往き管６０ａおよび戻り管６０ｂと、浴槽１７０との連結部には、浴槽アダプタ１６５が設けられている。

【0053】

浴槽アダプタ１６５内には、往き管６０ａと戻り管６０ｂとが接続できるように２つの配管接続部が備えられている。浴槽アダプタ１６５と戻り管６０ｂとの接続部の付近の戻り管６０ｂの途中には、本発明の気液混合装置を適用した第一の微細気泡発生装置１Ｄが配置されている。第一の微細気泡発生装置１Ｄの構成としては、例えば、前述した実施の形態１乃至３の何れかの気液混合装置を適用することができる。第一の微細気泡発生装置１Ｄが備える気体導入部に連通する吸気部には、開閉可能な電磁弁６１が設けられている。

【0054】

往き管６０ａの下流端付近（追焚き用熱交換器７０の浴水導入口７０ｃと、フロースイッチ５３との間）には、第二の微細気泡発生装置５４が配置されている。第二の微細気泡発生装置５４の吸気部には、開閉可能な電磁弁５６が設けられている。風呂側湯水混合弁８０ａと往き管６０ａとを接続する第２給湯管路９０の途中には、第三の微細気泡発生装置５８が配置されている。第三の微細気泡発生装置５８の吸気部には、開閉可能な電磁弁５９が設けられている。第二の微細気泡発生装置５４および第三の微細気泡発生装置５８は、本発明の気液混合装置で構成されていなくても良いが、自然吸気方式の微細気泡発生装置で構成されている。

【0055】

風呂給湯装置１５０は、制御部１００と、浴室や台所の壁等に設置されるリモコン装置１０１とを更に備えている。使用者は、リモコン装置１０１にて、給湯温度の設定や各種運転モードの設定等を行うことができる。制御部１００は、上述した各センサで検出された情報、および、リモコン装置１０１から送信された情報に基づいて、ヒートポンプユニット１１０、貯湯用送水ポンプ３３、三方弁３５、タンク側送水ポンプ４５、風呂側送水ポンプ５７、風呂側湯水混合弁８０ａ、一般側湯水混合弁８０ｂ、電磁弁６１，５６，５９を制御することにより、風呂給湯装置１５０の各種の動作制御を行う。

【0056】

浴槽１７０に給湯する場合には、貯湯タンク２０から供給される高温の湯と給水管路３０から供給される水とが風呂側湯水混合弁８０ａにて設定温度となるように混合され、その混合された湯が第２給湯管路９０、風呂側循環管路６０を通って送られ、浴槽アダプタ１６５を介して浴槽１７０内に供給される。

【0057】

一般給湯先１８０に給湯する場合には、貯湯タンク２０から供給される高温の湯と給水管路３０から供給される水とが一般側湯水混合弁８０ｂにて設定温度となるように混合され、その混合された湯が第３給湯管路９５を通って送られて一般給湯先１８０に供給される。

【0058】

浴槽１７０内の浴水を保温または昇温する追焚き運転時には、タンク側送水ポンプ４５および風呂側送水ポンプ５７が駆動される。これにより、浴槽１７０から浴槽アダプタ１６５を通って往き管６０ａに吸入された浴水が追焚き用熱交換器７０に送られ、貯湯タンク２０からはタンク側循環管路５０により高温の湯が追焚き用熱交換器７０に供給され、追焚き用熱交換器７０にて浴水が加熱される。この加熱された浴水は、戻り管６０ｂを通って浴槽１７０へ戻り、浴槽アダプタ１６５から浴槽１７０内に流入する。この際、第一の微細気泡発生装置１Ｄの電磁弁６１を開くことにより、第一の微細気泡発生装置１Ｄにて空気を浴水中に混合し、大量の微細気泡を発生させて浴槽１７０内に供給することができる。風呂側送水ポンプ５７を継続して駆動することにより、第一の微細気泡発生装置１Ｄにて連続して微細気泡を発生することができるため、浴槽１７０内の微細気泡濃度を増大化することができる。この際、タンク側送水ポンプ４５を駆動せずに風呂側送水ポンプ５７のみを駆動し、追焚き運転を伴わずに第一の微細気泡発生装置１Ｄから浴槽１７０内に微細気泡を供給する運転のみを行っても良い。

【0059】

また、風呂給湯装置１５０は、入浴後に浴槽１７０内の浴水を排水するときには、第二の微細気泡発生装置５４の電磁弁５６を開き、風呂側送水ポンプ５７を駆動することにより、第二の微細気泡発生装置５４にて発生した微細気泡を追焚き用熱交換器７０および戻り管６０ｂ内に供給し、これらの内部の皮脂汚れを洗浄除去する機能を有している。

【0060】

また、風呂給湯装置１５０は、入浴後に浴槽１７０内の浴水を排水するときには、第２給湯管路９０から注水しながら第三の微細気泡発生装置５８の電磁弁５９を開くことにより、第三の微細気泡発生装置５８にて発生した微細気泡を往き管６０ａ内に供給し、その内部の皮脂汚れを洗浄除去する機能を有している。

【符号の説明】

【0061】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 気液混合装置、１Ｄ 微細気泡発生装置、２ リング状の壁面、３ 旋回液流生成部、４ 旋回液流加速部、４ａ 下流端、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 気液混合部、５ａ 上流端、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ 気体導入部、６ａ 気体通路、６ｂ 内壁、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ 導入気体分散手段、７ａ，７ｂ 孔、７ｄ 気体通路、８ 固定翼、９ 拡径部、１０ 隙間、１１ 圧縮機、１２ 沸き上げ用熱交換器、１３ 膨張弁、１４ 蒸発器、１５ 循環配管、１７ 冷凍サイクル部、２０ 貯湯タンク、２０ａ 水導入口、２０ｂ 水導出口、２０ｃ 温水導入口、２０ｄ 温水導出口、２５ 減圧弁、３０ 給水管路、３０ａ 第１給水管部、３０ｂ 第２給水管部、３０ｃ 第３給水管部、３３ 貯湯用送水ポンプ、３５ 三方弁、４０ 貯湯用循環管路、４０ａ 往き管、４０ｂ 戻り管、４０ｃ バイパス管、４５ タンク側送水ポンプ、５０ タンク側循環管路、５０ａ 往き管、５０ｂ 戻り管、５３ フロースイッチ、５４ 第二の微細気泡発生装置、５５ 水位センサ、５６ 電磁弁、５７ 風呂側送水ポンプ、５８ 第三の微細気泡発生装置、５９ 電磁弁、６０ 風呂側循環管路、６０ａ 往き管、６０ｂ 戻り管、６１ 電磁弁、７０ 追焚き用熱交換器、７０ａ 温水導入口、７０ｂ 温水導出口、７０ｃ 浴水導入口、７０ｄ 浴水導出口、７５ 第１給湯管路、８０ａ 風呂側湯水混合弁、８０ｂ 一般側湯水混合弁、９０ 第２給湯管路、９５ 第３給湯管路、１００ 制御部、１０１ リモコン装置、１１０ ヒートポンプユニット、１２０ タンクユニット、１５０ 風呂給湯装置、１６５ 浴槽アダプタ、１７０ 浴槽、１８０ 一般給湯先

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】