JP4916243B2 - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸入口から吸入した液体を羽根車の回転に伴う遠心作用により昇圧して吐出口から吐出する液体ポンプと、前記液体ポンプの吸入口に吸入される液体に気体を導入する気体導入部と、前記液体ポンプから吐出された液体を減圧して槽内に供給する減圧部とを備え、
前記気体導入部により気体が導入された液体を、前記液体ポンプにより昇圧した後に、前記減圧部により減圧して前記槽内に供給することで、前記槽内に貯留されている液体に微細気泡を発生させる微細気泡発生運転を実行可能な制御手段を備えた微細気泡発生装置に関する。

水等の液体に空気等の気体の微細気泡（マイクロバブル）を発生させる技術は、もともとは下水の汚泥処理において加圧浮上法として用いられてきた。最近になって、微細気泡が帯電効果、圧縮効果、生活活性効果など、種々の有用な効果を持っていることが判ってきた。特に、生活活性効果に関しては、微細気泡を発生させた浴槽水への入浴が、血流促進効果があり、温浴効果に優れているという報告がある。

このような微細気泡を発生するための微細気泡発生装置として、気体導入部により気体が導入された液体を、液体ポンプにより昇圧更には撹拌することで、液体に気体を高濃度で溶解させ、その気体溶解液を減圧部により減圧して槽内に供給することで、その気体溶解液から気体を上記微細気泡として析出させるように構成されたものが知られている（特許文献１又は２を参照。）。

上記特許文献１には、液体ポンプから吐出された液体から未溶解の気体を分離して排出する気液分離部として機能するアキュムレータと、そのアキュムレータにおける液体の水位を検知する水位検知手段と、上記アキュムレータで分離された未溶解の気体の排出を断続可能な開閉弁とを備え、上記水位検出手段の検出結果に基づいて上記開閉弁を制御して上記アキュムレータにおける液体の水位を安定させることで、液体が上記開閉弁を通じて排出されたり、未溶解の気体が排出されずに大泡として吐水口を通じて槽内に吐出されることを防止するように構成されている。
また、この特許文献１に記載の微細気泡発生装置では、上記気体導入部としての気体供給管から液体に対して気体を導入するように構成されており、その気体導入量は一定に保たれている。

上記特許文献２には、リアクター槽内に貯留されている液体に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置ではあるが、上記気液分離部として機能する余剰気体分離槽内の圧力を一定に保ちながら当該分離槽内で分離された未溶解の気体を排出する抜気弁を備えることで、当該分離槽内に、高濃度で気体が溶解された気体溶解液を備蓄しておくように構成されている。
また、この特許文献２に記載の微細気泡発生装置では、上記液体ポンプとして、吸入口から吸入した液体を羽根車の回転に伴う遠心作用により昇圧して吐出口から吐出するような渦流ポンプを使用しており、かかる渦流ポンプにより、気体が導入された液体の加圧・通気・撹拌・混合・移送を同時に行うことで、高濃度で液体に気体を溶解させるように構成されている。
また、この特許文献２には、上記気体導入部としての気体吸込導管から液体に対して気体を導入するにあたり、その気体導入量を設定するようには構成されていない。

特公平７−１１４９４８号公報（図１等） 特開２００５−１５２７６３号公報（図６等）

上述したような従来の微細気泡発生装置においては、槽内全体に充分な量の微細気泡を発生させることが重要である。そこで、充分な量の微細気泡を発生させるための方法としては、気体導入部において液体に対して多くの気体を導入することで、液体ポンプにおいてその液体に対して多くの気体を接触させ、液体に対する気体溶解度を高めることが考えられる。

しかしながら、このように気体導入部における気体導入量を増加させると、その気体が液体ポンプに滞留しやすくなり、その気体導入量を増加させ過ぎると、液体ポンプにおいてガスロック現象（液体ポンプにおいて気体が羽根車の入口に滞留し、そのために液体ポンプが液体を吸い込まなくなること。「エアロック現象」と呼ぶ場合もある。）が発生するという問題がある。そして、このようなガスロック現象が発生すると、液体ポンプが停止又は破損する恐れがあり、気体導入量を適切且つ充分に増加させることは困難であった。

また、上記気体導入部における気体導入量を、標準的な条件下において上記ガスロック現象を回避し得る範囲内の上限値付近に設定した場合においても、例えば、槽内の水位の変化等により条件が変化することにより一時的に上記ガスロック現象が発生する場合があり、安定した運転状態を維持することができないという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、気体導入部により気体が導入された液体を、液体ポンプにより昇圧更には撹拌することで気体溶解液を生成し、その気体溶解液を減圧部により減圧して槽内に供給することで槽内に貯留されている液体に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置において、槽内全体に充分な量の微細気泡を安定して発生させる技術を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る微細気泡発生装置は、吸入口から吸入した液体を羽根車の回転に伴う遠心作用により昇圧して吐出口から吐出する液体ポンプと、前記液体ポンプの吸入口に吸入される液体に気体を導入する気体導入部と、前記液体ポンプから吐出された液体を減圧して槽内に供給する減圧部とを備え、
前記気体導入部により気体が導入された液体を、前記液体ポンプにより昇圧した後に、前記減圧部により減圧して前記槽内に供給することで、前記槽内に貯留されている液体に微細気泡を発生させる微細気泡発生運転を実行可能な制御手段を備えた微細気泡発生装置であって、その第１特徴構成は、
前記気体導入部による気体導入量を調整可能な気体導入量調整手段と、
前記液体ポンプの状態を検出する状態検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記微細気泡発生運転において、前記状態検出手段により検出される前記液体ポンプの状態を目標範囲内に維持するように前記気体導入量調整手段により前記液体への気体導入量を設定する気体導入量設定処理を実行可能に構成され、
前記制御手段が、前記微細気泡発生運転において、前記気体導入部による気体の導入及び前記減圧部による液体の減圧を停止した状態で前記液体ポンプの作動を開始して当該液体ポンプの出力を、その回転トルクが目標回転トルク範囲上限値となるように設定するポンプ出力設定処理を実行し、
次に、前記気体導入部による気体の導入を停止した状態で前記減圧部による液体の減圧を開始して当該減圧部の一次側圧力を目標範囲内に設定する差圧設定処理を実行し、
次に、現時点における前記液体ポンプの回転速度を調整前回転速度とし、前記液体ポンプの回転速度が前記調整前回転速度よりも大きい目標回転速度下限値よりも小さい場合、前記気体導入量を増加させることで前記液体ポンプの回転速度を増加させ、前記液体ポンプの回転速度が目標回転速度上限値よりも大きい場合、前記気体導入量を減少させることで前記液体ポンプの回転速度を減少させるように制御し、且つ前記気体導入量を目標気体導入量下限値より大きく目標気体導入量上限値よりも小さい値に設定する前記気体導入量設定処理としての第１気体導入量設定処理を実行し、
次に、前記気体導入部により導入される気体導入量が前記目標気体導入量上限値よりも小さい場合、気体導入量を増加側に移行させる前記気体導入量設定処理としての第２気体導入量設定処理を実行する点にある。

上記第１特徴構成によれば、上記制御手段により、上記微細気泡発生運転において上記気体導入量設定処理を実行することで、液体ポンプの状態をガスロック現象による液体ポンプの停止又は破損を抑制し得る安定状態に維持しながら、気体導入部において液体に対してできるだけ多くの気体を導入することができるので、液体ポンプにおいて、液体に対して安定して多くの気体を接触させて、できるだけ高濃度の気体溶解液を生成することができる。よって、その高濃度の気体溶解液を減圧部により減圧して槽内に供給することで、槽内に貯留されている液体に充分な量の微細気泡を安定して発生させることができる。
さらに、上記特徴構成によれば、上記制御手段により、上記気体導入量設定処理において上記気体導入量を増加側に移行させることで、例えば槽内の水位変化等の条件の変化があった場合でも、液体ポンプの状態を安定状態に維持し得る範囲内で、そのときの条件に合わせてできるだけ多くの気体を液体に導入することができ、槽内に貯留されている液体においてできるだけ多くの微細気泡を発生させることができる。
さらに、上記特徴構成によれば、上記ポンプ出力設定処理、上記差圧設定処理、及び、上記気体導入量設定処理である第１気体導入量設定処理及び第２気体導入量設定処理を順次実行することで、上記微細気泡発生運転を開始することができる。
即ち、上記微細気泡発生運転を開始するにあたり、気体導入部による気体の導入及び減圧部による液体の減圧を停止して液体ポンプにかかる負荷を小さくした状態で液体ポンプの作動を安定して開始して、上記ポンプ出力設定処理を実行することで、その液体ポンプの出力を、後に気体導入部による気体の導入及び減圧部による液体の減圧を開始したときに適切な出力となり得るものに設定することができる。次に、上記減圧部による液体の減圧を開始して、上記差圧設定処理を実行することで、その減圧部の差圧を、後に気体導入部による気体の導入を開始したときに、適切に微細気泡が発生し得るものに設定することができる。
そして、上記のように液体ポンプの出力及び減圧部の差圧を適切なものに設定してから、上記気体導入部による気体の導入を開始して、これまで説明してきた気体導入量設定処理を実行することで、液体ポンプの状態を、ガスロック現象を抑制し得る安定状態に維持しながら、気体導入部における気体の導入を開始し、その気体導入量をできるだけ増加させて、槽内に貯留されている液体に充分な量の微細気泡を発生させることができる。

本発明に係る微細気泡発生装置の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記槽が浴槽であり、前記液体が浴槽水であり、前記気体が空気である点にある。

上記第２特徴構成によれば、浴槽内に貯留されている浴槽水に充分な量の微細気泡を安定して発生させることができるので、その充分な量の微細気泡が発生された浴槽水への入浴により、更なる血流促進効果及び温浴効果を得ることができる。

本発明に係る微細気泡発生装置の第３特徴構成は、上記第１又は２の特徴構成に加えて、前記状態検出手段が、前記液体ポンプの状態として、前記液体ポンプの回転速度及び回転トルクの状態を検出する点にある。

上記第３特徴構成によれば、気体導入部による液体への気体導入量を増加させて液体ポンプのガスロック現象が進行すると、液体ポンプの回転速度及び回転トルクから求められる液体ポンプの仕事量が急激に増加することになる。よって、上記状態検出手段において、これら液体ポンプの回転速度及び回転トルクを液体ポンプの状態として検出すれば、その液体ポンプの状態から、過剰な気体導入量による液体ポンプのガスロック現象の発生を良好に予測しながら、気体導入量をガスロック現象の発生を回避し得る範囲内において適切に増加させて、できるだけ多くの微細気泡を発生させることができる。

本発明に係る微細気泡発生装置の第４特徴構成は、上記第１乃至上記第３の何れかの特徴構成に加えて、前記液体ポンプが、渦流ポンプである点にある。

上記第４特徴構成によれば、上記液体ポンプとして上記渦流ポンプを利用することで、かかる渦流ポンプにおいて、気体が導入された液体を羽根車と通路との間で生じる渦流によって良好に撹拌して、液体に対する気体溶解度を向上することができ、結果、一層高濃度の気体溶解液を生成して、微細気泡の発生量を増加させることができる。

本発明に係る微細気泡発生装置の第５特徴構成は、上記第１乃至上記第４の何れかの特徴構成に加えて、前記液体ポンプの吐出口から吐出された液体から未溶解の気体を分離して排出する気液分離部を備え、
前記気液分離部が、前記液体ポンプの吐出口から上方に延出した後に下方に折り返す折り返し流路で構成されている点にある。

上記第５特徴構成によれば、上記気液分離部を備えることにより、液体ポンプから吐出された未溶解の気体を液体から分離して排出することができるので、当該未溶解の気体が大泡として減圧部を通じて槽内に吐出されることを防止することができる。
更に、このような気液分離部を、液体ポンプの吐出口に直結する形態の上記折り返し流路で構成することにより、液体ポンプの吐出口から吐出された未溶解の気体が、同じく吐出された液体の流れに伴って、上記折り返し流路において吐出口に通じる上昇流路を通じて上端空間に良好に上昇して滞留することになる。そして、その未溶解の気体はその上端空間から良好に排出されると共に、未溶解の気体を除く液体が、上記折り返し流路において減圧部に通じる下降流路を通じて良好に降下することになり、結果、上記気液分離部としての折り返し流路において、良好に液体から未溶解の気体を分離することができる。

本発明に係る微細気泡発生装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示す微細気泡発生装置５０は、浴槽１（槽の一例）内に貯留されている浴槽水Ｗ（液体の一例）を、流入口２を通じて循環路４に取り込み、当該循環路４を流通した後の浴槽水Ｗを、流出口３を通じて浴槽１内に供給する形態で、浴槽１内に貯留されている浴槽水Ｗに空気Ａ（気体の一例）からなる微細気泡Ｂを発生させるように構成されている。

即ち、微細気泡発生装置５０は、上記循環路４に、後述する水ポンプ１０（液体ポンプの一例）、空気導入路５（気体導入部の一例）、及び、減圧弁８（減圧部の一例）を、上記循環路４に配置して備え、更に、これら水ポンプ１０や減圧弁８等の作動を制御可能な制御装置３０を備えて構成されている。

上記水ポンプ１０は、吸入口１１から吸入した浴槽水Ｗを羽根車１３の回転に伴う遠心作用により昇圧して吐出口１２から吐出するように構成されており、更には、羽根車１３と当該羽根車１３の外周に形成された通路１４との間で生じる渦流によって浴槽水Ｗを昇圧しながら良好に撹拌し得る渦流ポンプとして構成されている。
また、当該水ポンプ１０は、ＤＣモータである駆動用モータ１５を駆動源として羽根車１３を回転駆動するように構成されており、その駆動用モータ１５の電源回路１７による印加電圧を調整することで、出力を調整可能に構成されている。

更に、水ポンプ１０の回転に伴って信号を出力する回転センサ１６と、電源回路１７から駆動用モータ１５に供給される電流値を計測する電流計１８が設けられている。
そして、制御装置３０は、上記回転センサ１６や上記電流計１８の出力を用いて水ポンプ１０の状態を検出する状態検出手段３１として機能するように構成されている。
即ち、上記状態検出手段３１は、上記回転センサ１６の出力を単位時間毎にカウントする形態で、水ポンプ１０の回転速度を上記水ポンプ１０の状態として検出するように構成されている。更に、上記状態検出手段３１は、上記電流計１８の出力即ち電流値が水ポンプ１０の回転トルクに相当するものとなることを利用して、当該電流計１８の出力から上記水ポンプ１０の回転トルクを上記水ポンプ１０の状態として検出するように構成されている。

上記空気導入路５は、上記水ポンプ１０の吸入口１１に吸入される浴槽水Ｗ、即ち循環路４において水ポンプ１０の上流側を流通する浴槽水Ｗに空気Ａを導入する空気導入部として機能するものであり、更に、この空気導入路５には、浴槽水Ｗに対する空気Ａの導入量（以下、「空気導入量」と呼ぶ。）を調整可能な空気導入弁６（気体導入量調整手段の一例）が設けられている。

上記減圧弁８は、前記水ポンプ１０から吐出された浴槽水Ｗを減圧して浴槽１内に供給する減圧部として機能するものであり、更に、この減圧弁８は、開度調整可能な調整弁により構成され、この減圧弁８の開度を調整することにより、減圧弁８の二次側（出口側）圧力に対する一次側（入口側）圧力の差圧、即ち浴槽１の流出口３側の圧力に対する水ポンプ１０の吐出口１２側の圧力の差圧を変化させることができる。
尚、制御装置３０の状態検出手段３１は、循環路４の減圧弁８の入口側に設けられた圧力センサ７により、当該減圧弁８の一次側圧力を検出するように構成されている。

そして、上記制御装置３０は、上記空気導入路５により空気Ａが導入された浴槽水Ｗを、上記水ポンプ１０により昇圧した後に、上記減圧弁８により減圧して浴槽１内に供給することで、浴槽１内に貯留されている浴槽水Ｗに微細気泡Ｂを発生させる微細気泡発生運転を実行可能な制御手段３２として機能するように構成されている。

即ち、上記制御手段３２は、上記微細気泡発生運転を実行するにあたり、詳細については後述するが、上記水ポンプ１０を作動させ、上記減圧弁８の開度を絞って浴槽１内に供給される浴槽水Ｗに対する減圧を行い、更に、空気導入弁６の開度を開いて循環路４を流通する浴槽水Ｗに対する空気Ａの導入を行う。
すると、この微細気泡発生運転により、循環路４を流通する浴槽水Ｗは、上記空気導入路５により導入された空気Ａと共に、吸入口１１を通じて水ポンプ１０の通路１４に流入する。そして、その通路１４において、空気Ａと浴槽水Ｗとの混合物が羽根車１３の回転により生じる渦流により昇圧更には撹拌されることで、上記浴槽水Ｗに対して比較的多くの上記空気Ａが溶解した空気溶解水Ｗ’が生成され、その空気溶解水Ｗ’が通路１４から吐出口１２を通じて吐出されることになる。そして、この空気溶解水Ｗ’が減圧弁８により減圧されて浴槽１内に供給されることで、その減圧後の空気溶解水Ｗ’から空気Ａが微細気泡Ｂとして析出することになり、その微細気泡Ｂが浴槽１内に貯留されている浴槽水Ｗに供給されることになる。

更に、本微細気泡発生装置５０には、水ポンプ１０の吐出口１２から吐出された空気溶解水Ｗ’から未溶解の空気Ａを分離して排出する気液分離部２０が、吐出口１２に直結されて水ポンプ１０と一体化される形態で設けられている。

更に、上記気液分離部２０は、水ポンプ１０の吐出口１２から上方に延出した後に下方に折り返す折り返し流路２１，２２，２３で構成されている。即ち、上記折り返し流路２１，２２，２３は、上記吐出口１２に接続され当該吐出口１２から上方に延出する上昇流路２１と、当該上昇流路２１の上端部に形成された空間である上端空間２２と、当該上端空間２２に接続され当該上端空間２２から下方に延出する下降流路２３とからなる。
更に、上記上端空間２２には、当該上端空間２２の上面を大気開放する排出路２６と、当該上端空間２２での水位を検知する水位センサ２４と、水位センサ２４で検知される水位が一定になるように上記排出路２６を通じて排出される空気Ａの量（以下、「空気排出量」と呼ぶ。）を調整する空気排出量調整弁２５が設けられている。

そして、この気液分離部２０において、水ポンプ１０の吐出口１２から吐出された未溶解の空気Ａは、同じく吐出された空気溶解水Ｗ’の流れに伴って、上記上昇流路２１を通じて上端空間２２に良好に上昇して滞留することになる。更に、上端空間２２に滞留する未溶解の空気Ａは、その上端空間２２の水位が一定になるように当該上端空間２２の上面に接続された排出路２６を通じて良好に排出され、一方、未溶解の空気Ａを除く空気溶解水Ｗ’が、上記下降流路２３を通じて良好に降下することになり、結果、上記気液分離部２０としての折り返し流路２１，２２，２３において、良好に空気溶解水Ｗ’から良好に未溶解の空気Ａが分離されることになる。

これまで説明してきた微細気泡発生装置５０において、ある条件下において水ポンプ１０の吐出口１２から吐出される空気溶解水Ｗ’の溶存酸素濃度を計測すると、図２に示すように、空気導入路５による浴槽水Ｗへの空気導入量を増加させるほど、当該溶存酸素濃度が高くなっていることから、水ポンプ１０における浴槽水Ｗに対する空気Ａの溶解度が高くなることが確認できた。そして、溶存酸素濃度が１３（ｍｇ／Ｌ）以上に高くなるように上記空気導入量を増加させれば、浴槽１内において充分な量の微細気泡Ｂが発生するように、空気Ａが充分に溶解した高濃度の空気溶解水Ｗ’を生成することができる。

しかしながら、このように上記空気導入量を増加させ過ぎると、水ポンプ１０においてガスロック現象が発生する場合がある。

そこで、上記制御手段３２は、浴槽１内全体に充分な量の微細気泡Ｂを安定して発生させるために、微細気泡発生運転において、回転センサ１６及び電流計１８の出力を用いて上記状態検出手段３１で検出した水ポンプ１０の回転速度と回転トルクを目標範囲内に維持するように、空気導入弁６により浴槽水Ｗへの空気導入量を設定する空気導入量設定処理（気体導入量設定処理の一例）を実行するように構成されている。

即ち、上記制御手段３２は、上記空気導入量設定処理を実行することで、上記状態検出手段３１で検出した水ポンプ１０の回転速度と回転トルクを目標範囲内に維持することで、ガスロック現象による水ポンプ１０の停止又は破損を抑制し得る安定状態に維持しながら、空気導入路５により循環路４を循環する浴槽水Ｗに対してできるだけ多くの空気Ａを導入して、水ポンプ１０において、浴槽水Ｗに対して安定して多くの空気Ａを接触させて、できるだけ高濃度の空気溶解液Ｗ’を生成するように構成されている。
よって、その高濃度の空気溶解液Ｗ’を減圧弁８により減圧して浴槽１内に供給することで、浴槽１内に貯留されている浴槽水Ｗに充分な量の微細気泡Ｂが安定して発生することになる。

更に、上記制御手段３２は、上記微細気泡発生運転において、上記空気導入量設定処理を実行する前に、ポンプ出力設定処理及び差圧設定処理を実行するように構成されており、かかる微細気泡発生運転における各処理の詳細について、微細気泡発生運転の処理フローと共に、図３〜図６に基づいて以下に説明を加える。

〔微細気泡発生運転〕
上記制御手段３２は、図３に示すように、利用者による運転開始ボタン（図示せず）等の操作による運転開始指令が入力された時点で当該微細気泡運転を開始する（ステップ＃０１）。

そして、この微細気泡運転においては、先ず、空気導入弁６の開度Ｖａを全閉に設定して空気導入路５による浴槽水Ｗに対する空気Ａの導入を停止した非空気導入状態とすると共に、減圧弁８の開度Ｖｏを全開に設定して減圧弁８による減圧を停止した非減圧状態とする所謂初期設定を行う（ステップ＃０２）。

次に、上記非空気導入状態且つ上記非減圧状態を維持しながら、水ポンプ１０の作動を開始して（ステップ＃０３）、循環路４に浴槽水Ｗを循環させると共に、後述するポンプ出力設定処理（ポンプ出力設定処理の一例）（ステップ＃０４）を実行することにより、当該水ポンプ１０の出力を適切なものに設定する。

また、次に、上記非空気導入状態を維持しながら、上記減圧弁８の開度を絞ることにより減圧弁８による減圧を開始する減圧状態として（ステップ＃０５）、後述する差圧設定処理（ステップ＃０６）を実行することにより、当該減圧弁８の差圧を適切なものに設定する。

そして、上記ポンプ出力設定処理及び上記差圧設定処理を実行して、水ポンプ１０の出力及び上記減圧弁８の差圧を設定した後に、そのときの水ポンプ１０の回転速度Ｎを調整前回転速度ｎ１として記憶（ステップ＃０７）した上で、空気導入弁６の開度を拡大して上記水ポンプ１０の吸引力により空気導入路５から循環路４を循環する浴槽水Ｗへの空気Ａの導入を開始する空気導入状態として（ステップ＃０８）、後述する第１空気導入量設定処理（空気導入量設定処理の一例）（ステップ＃０９）を実行し、浴槽１内に貯留されている浴槽水Ｗに充分な量の微細気泡Ｂが安定して発生させる。

更に、上記第１空気導入量設定処理の実行後に、再度そのときの水ポンプ１０の回転速度Ｎを調整前回転速度ｎ１として記憶（ステップ＃１０）した上で、後述する第２空気導入量設定処理（空気導入量設定処理の一例）（ステップ＃１１）を実行し、空気導入量を増加側に移行させ、浴槽１内に貯留されている浴槽水Ｗにできるだけ多くの微細気泡Ｂを安定して発生させるようにする。

そして、利用者による運転停止ボタン（図示せず）等の操作により運転停止指令が入力されたか否かを判定しながら（ステップ＃１２）、一定の待機時間（例えば２秒）を間に介して（ステップ＃１３）、上記ステップ＃１１における第２空気導入量設定処理を繰り返し実行し、上記ステップ＃１２において運転停止指令が入力されたと判定した場合には、本微細気泡発生運転を終了する。

〔ポンプ出力設定処理〕
上記制御手段３２は、上述したように、微細気泡発生運転において、上記非空気導入状態且つ上記非減圧状態を維持しながら、水ポンプ１０の作動を開始した後に、上記ステップ＃０４においてポンプ出力設定処理を実行するのであるが、そのポンプ出力設定処理の詳細について以下に説明する。

上記制御手段３２は、ポンプ出力設定処理において、回転センサ１６及び電流計１８の出力により上記状態検出手段３１において逐次検出される水ポンプ１０の回転速度Ｎ及び回転トルクＩを用いて、水ポンプ１０を駆動する駆動用モータ１５の印加電圧Ｖｐを設定する。
即ち、図４に示すように、上記回転速度Ｎが、目標回転速度範囲上限値ｎｍａｘよりも所定割合１／ｂ小さい回転速度ｎｍａｘ／ｂ以下の目標範囲内とならない（ステップ＃０４−２）場合、又は、上記回転トルクＩが、目標回転トルク範囲上限値ｉｍａｘ１以下の目標範囲内とならない（ステップ＃０４−３）場合には、上記印加電圧Ｖｐを所定の調整幅Δｖｐ毎に低下側に調整する（ステップ＃０４−５）ことで、上記回転速度Ｎ及び回転トルクＩの減少を図る。ここで、上記ｂは、１以上の値であり、例えば、本微細気泡発生装置５０において、空気導入弁６による空気導入開始前の回転速度Ｎに対する、空気導入開始後の回転速度Ｎの増加率に応じた経験値として設定されている。ここで、上記目標回転速度範囲上限値ｎｍａｘは、水ポンプ１０が安定して作動し得る回転速度の上限値として設定された値である。更に、上記目標回転トルク範囲上限値ｉｍａｘ１は、空気Ａを導入していない非空気導入状態において、水ポンプ１０が安定して作動し得る回転トルクの上限値として設定された値である。
一方、上記制御手段３２は、上記回転トルクＩが目標回転トルク範囲上限値ｉｍａｘ１以上の目標範囲内とならない（ステップ＃０４−６）場合には、上記印加電圧Ｖｐを所定の調整幅Δｖｐ毎に増加側に調整する（ステップ＃０４−１）ことで、上記回転トルクＩの増加を図る。
即ち、上記制御手段３１は、上記ポンプ出力設定処理において、上記水ポンプ１０の回転速度Ｎが回転速度ｎｍａｘ／ｂ以下の目標範囲内となり、且つ、上記水ポンプ１０の回転トルクＩが上記目標回転トルク範囲上限値ｉｍａｘ１となるように、上記水ポンプ１０の印加電圧Ｖｐを調整する。

また、上記ステップ＃０４−５において印加電圧Ｖｐを減少側に調整するにあたり、当該Ｖｐが調整可能範囲の下限値ｖｐｍｉｎを下回るものとなった（ステップ＃０４−４）場合、又は、上記ステップ＃０４−１において印加電圧Ｖｐを増加側に調整するにあたり、当該Ｖｐが調整可能範囲の上限値ｖｐｍａｘを上回るものとなった（ステップ＃０４−７）場合には、何らかの異常が発生したものとして、水ポンプ１０を停止すると共に、アラームを出力するなどの異常停止を実行する（ステップ＃０４−８）。

〔差圧設定処理〕
上記制御手段３２は、上述したように、微細気泡発生運転において、上記非空気導入状態を維持しながら、上記減圧状態として上記減圧弁８の開度を絞ることにより減圧弁８による減圧を開始した後に、上記ステップ＃０６において差圧設定処理を実行するのであるが、その差圧設定処理の詳細について以下に説明する。

上記制御手段３２は、上記差圧設定処理において、圧力センサ７との出力により上記状態検出手段３１において逐次検出される減圧弁８の一次側圧力Ｐを用いて、減圧弁８の開度Ｖｏを設定する。
即ち、図５に示すように、上記減圧弁８の一次側圧力Ｐが、目標圧力範囲上限値ｐｍａｘ以下の目標範囲内とならない（ステップ＃０６−６）場合には、上記減圧弁８の開度Ｖｏを所定の調整幅Δｖｏ毎に増加側に調整する（ステップ＃０６−８）ことで、上記圧力Ｐの減少を図る。
一方、上記制御手段３２は、上記減圧弁８の一次側圧力Ｐが、目標圧力範囲下限値ｐｍｉｎ以上の目標範囲内とならない（ステップ＃０６−９）場合には、上記減圧弁８の開度Ｖｏを所定の調整幅Δｖｏ毎に減少側に調整する（ステップ＃０６−１）ことで、上記圧力Ｐの増加を図る。
即ち、上記制御手段３１は、上記差圧設定処理において、上記減圧弁８の一次側圧力Ｐが下限値ｐｍｉｎ以上且つ上限値ｐｍａｘ以下の目標範囲内となるように、上記減圧弁８の開度Ｖｏを調整する。

更に、上記ステップ＃０６−１又は上記ステップ＃０６−５により減圧弁８の開度Ｖｏを調整するのと同時に、上記回転速度Ｎが、目標回転速度範囲上限値ｎｍａｘよりも所定割合１／ｂ小さい回転速度ｎｍａｘ／ｂ以下の目標範囲内とならない（ステップ＃０６−２）場合、又は、上記回転トルクＩが、目標回転トルク範囲上限値ｉｍａｘ１以下の目標範囲内とならない（ステップ＃０６−３）場合には、上記印加電圧Ｖｐを所定の調整幅Δｖｐ毎に低下側に調整する（ステップ＃０６−５）ことで、上記回転速度Ｎ及び回転トルクＩの減少を図る。

また、上記ステップ＃０６−８において減圧弁８の開度Ｖｏを増加側に調整するにあたり、当該Ｖｏが調整可能範囲の上限値ｖｏｍａｘを上回るものとなった（ステップ＃０６−７）場合、又は、上記ステップ＃０６−１において減圧弁８の開度Ｖｏを減少側に調整するにあたり、当該Ｖｏが調整可能範囲の下限値ｖｏｍｉｎを下回るものとなった（ステップ＃０６−１０）場合、又は、上記ステップ＃０６−５において印加電圧Ｖｐを減少側に調整するにあたり、当該Ｖｐが調整可能範囲の下限値ｖｐｍｉｎを下回るものとなった（ステップ＃０６−４）場合には、何らかの異常が発生したものとして、水ポンプ１０を停止すると共に、アラームを出力するなどの異常停止を実行する（ステップ＃０６−１１）。

〔第１空気導入量設定処理〕
上記制御手段３２は、上述したように、微細気泡発生運転において、上記減圧状態且つ上記空気導入状態として、そのときの水ポンプ１０の回転速度Ｎを調整前回転速度ｎ１として記憶した上で、上記ステップ＃０９において第１空気導入量設定処理を実行するのであるが、その第１空気導入量設定処理の詳細について以下に説明する。

上記制御手段３２は、上記第１空気導入量設定処理において、回転センサ１６の出力により上記状態検出手段３１において逐次検出される水ポンプ１０の回転速度Ｎを用いて、空気導入弁６の開度Ｖａを設定する。
即ち、図６に示すように、上記回転速度Ｎが、上記調整前回転速度ｎ１よりも所定割合ｂ大きい回転速度ｎ１・ｂ以下の目標範囲内とならない（ステップ＃０９−９）場合には、上記空気導入弁６の開度Ｖａを所定の調整幅Δｖａ毎に減少側に調整する（ステップ＃０９−１１）ことで、上記回転速度Ｎの減少を図る。

一方、上記制御手段３２は、上記回転速度Ｎが、上記調整前回転速度ｎ１よりも所定割合ａ大きい回転速度ｎ１・ａ以上の目標範囲内とならない（ステップ＃０９−１２）場合には、上記空気導入弁６の開度Ｖａを所定の調整幅Δｖａ毎に増加側に調整する（ステップ＃０９−１）ことで、上記回転速度Ｎの増加を図る。ここで、上記ａ，ｂは、ａ＜ｂの関係を有する１以上の値であり、例えば、本微細気泡発生装置５０において、空気導入弁６による空気導入開始前の回転速度Ｎに対する、空気導入開始後の回転速度Ｎの増加率に応じた経験値として設定されている。
即ち、上記制御手段３１は、上記第１空気導入量設定処理において、上記回転速度が下限値ｎ１・ａ以上且つ上限値ｎ１・ｂ以下の目標範囲内となるように、上記空気導入弁６の開度Ｖａを調整する。

更に、上記ステップ＃０９−１又は上記ステップ＃０９−１１により空気導入弁６の開度Ｖａを調整するのと同時に、上述したポンプ出力設定処理と略同様に上記水ポンプ１０の印加電圧Ｖｐを調整する。
即ち、上記回転速度Ｎが、目標回転速度範囲上限値ｎｍａｘ以下の目標範囲内とならない（ステップ＃０９−２）場合、又は、上記回転トルクＩが、目標回転トルク範囲上限値ｉｍａｘ２以下の目標範囲内とならない（ステップ＃０９−３）場合には、上記印加電圧Ｖｐを所定の調整幅Δｖｐ毎に低下側に調整する（ステップ＃０９−５）ことで、上記回転速度Ｎ及び回転トルクＩの減少を図る。ここで、上記目標回転トルク範囲上限値ｉｍａｘ２は、空気Ａを導入している空気導入状態において、水ポンプ１０が安定して作動し得る回転トルクの上限値として設定された値であり、前述した非空気導入状態における目標回転トルク範囲上限値ｉｍａｘ１よりも小さい値に設定されている。
一方、上記制御手段３２は、上記回転速度Ｎが目標回転速度範囲下限値ｎｍｉｎ以上の目標範囲内とならない（ステップ＃０９−６）場合には、上記印加電圧Ｖｐを所定の調整幅Δｖｐ毎に増加側に調整する（ステップ＃０９−８）ことで、上記回転速度Ｎの増加を図る。
即ち、上記制御手段３１は、上記水ポンプ１０の回転速度Ｎが下限値ｎｍｉｎ以上且つ上限値ｎｍａｘ以下の範囲内となり、且つ、上記水ポンプ１０の回転トルクＩが上記目標回転トルク範囲上限値ｉｍａｘ２以下となるように、上記水ポンプ１０の印加電圧Ｖｐを調整する。

また、上記ステップ＃０９−１１において空気導入弁６の開度Ｖａを減少側に調整するにあたり、当該Ｖａが調整可能範囲の下限値ｖａｍｉｎを下回るものとなった（ステップ＃０９−１０）場合、又は、上記ステップ＃０９−１において空気導入弁６の開度Ｖａを増加側に調整するにあたり、当該Ｖａが調整可能範囲の上限値ｖａｍａｘを上回るものとなった（ステップ＃０９−１３）場合、又は、上記ステップ＃０９−５において印加電圧Ｖｐを減少側に調整するにあたり、当該Ｖｐが調整可能範囲の下限値ｖｐｍｉｎを下回るものとなった（ステップ＃０９−４）場合、又は、上記ステップ＃０９−８において印加電圧Ｖｐを増加側に調整するにあたり、当該Ｖｐが調整可能範囲の上限値ｖｐｍａｘを上回るものとなった（ステップ＃０９−７）場合には、何らかの異常が発生したものとして、水ポンプ１０を停止すると共に、アラームを出力するなどの異常停止を実行する（ステップ＃０９−１４）。

〔第２空気導入量設定処理〕
上記制御手段３２は、上述したように、微細気泡発生運転において、上記第１空気導入量設定処理を実行した後に、そのときの水ポンプ１０の回転速度Ｎを調整前回転速度ｎ１として記憶した上で、上記ステップ＃１１において第２空気導入量設定処理を実行するのであるが、その第２空気導入量設定処理の詳細について以下に説明する。

上記制御手段３２は、上記第２空気導入量設定処理において、空気導入弁６の開度Ｖａが調整可能範囲の上限値ｖａｍａｘを下回るものである（ステップ＃１１−１）場合に、空気導入量を増加側に移行させるべく、以下に示すステップ＃１１−２〜ステップ＃１１−６の処理を適宜実行する。
即ち、空気導入弁６の開度Ｖａを一旦所定の調整幅Δｖａ’分増加させた（ステップ＃１１−２）状態で、水ポンプ１０の回転速度Ｎが目標回転速度範囲上限値ｎｍａｘ以下であるか否か（ステップ＃１１−３）、水ポンプ１０の回転トルクＩが目標回転トルク範囲上限値ｉｍａｘ２以下であるか否か（ステップ＃１１−４）、更には、水ポンプ１０の回転速度Ｎの調整前回転速度ｎ１に対する増加幅Ｎ−ｎ１が所定の許容増加幅Δｎ以下であるか否か（ステップ＃１１−５）を判定する。

そして、上記夫々の判定処理の何れかで「ｎｏ」の場合、即ち、上記回転速度Ｎが目標回転速度範囲上限値ｎｍａｘ以下でない、又は、上記回転トルクＩが目標回転トルク範囲上限値ｉｍａｘ２以下でない、又は、上記増加幅Ｎ−ｎ１が許容増加幅Δｎ以下でない場合には、上記ステップ＃１１−２で一旦増加させた空気導入弁６の開度Ｖａを即座にその調整幅Δｖａ’の２倍である低下幅２・Δｖａ’分減少させて（ステップ＃１１−７）、過剰な空気導入を回避する。

一方、上記夫々の判定処理において「ｙｅｓ」の場合、即ち、上記回転速度Ｎが目標回転速度範囲上限値ｎｍａｘ以下である、且つ、上記回転トルクＩが目標回転トルク範囲上限値ｉｍａｘ２以下である、且つ、上記増加幅Ｎ−ｎ１が許容増加幅Δｎ以下である場合には、上記空気導入弁６の開度Ｖａを増加させ空気導入量を増加させた状態を維持したまま、本第２空気導入量設定処理を終了する。そして、この第２空気導入量設定処理は、微細気泡発生運転を停止するまで繰り返し実行されるので、上記空気導入量は増加側に移行されることになり、水ポンプ１０における浴槽水Ｗに対する空気Ａの溶解度が高められて、浴槽１内における微細気泡Ｂの発生量が増加側に移行することになる。

また、上記ステップ＃１１−７において空気導入弁６の開度Ｖａを減少側に調整するにあたり、当該Ｖａが調整可能範囲の下限値ｖａｍｉｎを下回るものとなった（ステップ＃１１−６）場合には、何らかの異常が発生したものとして、水ポンプ１０を停止すると共に、アラームを出力するなどの異常停止を実行する（ステップ＃１１−８）。

〔別実施形態〕
（１）上記実施の形態では、本発明に係る微細気泡発生装置５０を、浴槽１内に貯留されている浴槽水Ｗに空気Ａからなる微細気泡Ｂを発生させるように構成したが、上記浴槽を別の槽としたり、上記浴槽水を別の液体としたり、上記空気を別の気体とするなどのように、適宜、槽内に貯留されている液体に気体からなる微細気泡を発生させるように適宜改変可能である。
また、上記気体としては、上記空気以外に、例えば浴槽水を加熱する給湯器の燃焼排ガスに含まれている二酸化炭素を利用しても構わない。

（２）上記実施の形態では、水ポンプ１０を渦流ポンプとして構成したが、別に、当該水ポンプを上記渦流ポンプとは別の遠心式ポンプ、即ち、吸入口から吸入した液体を羽根車の回転に伴う遠心作用により昇圧して吐出口から吐出する液体ポンプとして構成しても構わない。

（３）上記実施の形態では、水ポンプ１０から吐出された浴槽水Ｗを減圧して浴槽１内に供給する減圧部を減圧弁８として構成したが、当該減圧部をオリフィスなどの別の形態で構成しても構わない。

（４）上記実施の形態では、水ポンプ１０の吐出口１２から吐出された浴槽水Ｗ（空気溶解水Ｗ’）から未溶解の空気Ａを分離して排出する気液分離部２０を、上昇流路２１、上端空間２２及び下降流路２３からなる折り返し流路で構成したが、別に、当該気液分離部を、下面に液体の流入口及び流出口が形成され、上面に気体の流出口が形成されたタンクなどの別の形態で構成しても構わない。
また、この未溶解の空気Ａを大泡として浴槽１内に供給しても構わない場合などにおいて、当該気液分離部２０を省略しても構わない。

（５）上記実施の形態では、空気導入路５による空気導入量を調整可能な空気導入弁６を設けたが、かかる空気導入路に空気ポンプを設け、その空気ポンプの送風量を調整して空気導入量を調整するように構成しても構わない。

本発明に係る微細気泡発生装置は、気体導入部により気体が導入された液体を、液体ポンプにより昇圧更には撹拌することで気体溶解液を生成し、その気体溶解液を減圧部により減圧して槽内に供給することで槽内に貯留されている液体に微細気泡を発生させるにあたり、槽内全体に充分な量の微細気泡を安定して発生させる微細気泡発生装置として有効に利用可能である。

微細気泡発生装置の概略構成図 空気導入量と溶存酸素濃度との関係を示すグラフ図 微細気泡発生運転の処理フロー図 ポンプ出力設定処理の処理フロー図 差圧設定処理の処理フロー図 第１空気導入量設定処理の処理フロー図 第２空気導入量設定処理の処理フロー図

符号の説明

１：浴槽（槽の一例）
５：空気導入路（気体導入部の一例）
６：空気導入弁（気体導入量調整手段の一例）
７：圧力センサ
８：減圧弁（減圧部の一例）
１０：水ポンプ（液体ポンプの一例）
１１：吸入口
１２：吐出口
１３：羽根車
１６：回転センサ
１８：電流計
２１，２２，２３：折り返し流路
２６：排出路
３１：状態検出手段
３２：制御手段
５０：微細気泡発生装置
Ａ：空気（気体の一例）
Ｂ：微細気泡
Ｗ：浴槽水（液体の一例）
Ｗ’：空気溶解水（気体溶解液）

Claims (5)

1. 吸入口から吸入した液体を羽根車の回転に伴う遠心作用により昇圧して吐出口から吐出する液体ポンプと、前記液体ポンプの吸入口に吸入される液体に気体を導入する気体導入部と、前記液体ポンプから吐出された液体を減圧して槽内に供給する減圧部とを備え、
   前記気体導入部により気体が導入された液体を、前記液体ポンプにより昇圧した後に、前記減圧部により減圧して前記槽内に供給することで、前記槽内に貯留されている液体に微細気泡を発生させる微細気泡発生運転を実行可能な制御手段を備えた微細気泡発生装置であって、
   前記気体導入部による気体導入量を調整可能な気体導入量調整手段と、
   前記液体ポンプの状態を検出する状態検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記微細気泡発生運転において、前記状態検出手段により検出される前記液体ポンプの状態を目標範囲内に維持するように前記気体導入量調整手段により前記液体への気体導入量を設定する気体導入量設定処理を実行可能に構成され、
   前記制御手段が、前記微細気泡発生運転において、前記気体導入部による気体の導入及び前記減圧部による液体の減圧を停止した状態で前記液体ポンプの作動を開始して当該液体ポンプの出力を、その回転トルクが目標回転トルク範囲上限値となるように設定するポンプ出力設定処理を実行し、
   次に、前記気体導入部による気体の導入を停止した状態で前記減圧部による液体の減圧を開始して当該減圧部の一次側圧力を目標範囲内に設定する差圧設定処理を実行し、
   次に、現時点における前記液体ポンプの回転速度を調整前回転速度とし、前記液体ポンプの回転速度が前記調整前回転速度よりも大きい目標回転速度下限値よりも小さい場合、前記気体導入量を増加させることで前記液体ポンプの回転速度を増加させ、前記液体ポンプの回転速度が目標回転速度上限値よりも大きい場合、前記気体導入量を減少させることで前記液体ポンプの回転速度を減少させるように制御し、且つ前記気体導入量を目標気体導入量下限値より大きく目標気体導入量上限値よりも小さい値に設定する前記気体導入量設定処理としての第１気体導入量設定処理を実行し、
   次に、前記気体導入部により導入される気体導入量が前記目標気体導入量上限値よりも小さい場合、気体導入量を増加側に移行させる前記気体導入量設定処理としての第２気体導入量設定処理を実行する微細気泡発生装置。
2. 前記槽が浴槽であり、前記液体が浴槽水であり、前記気体が空気である請求項１に記載の微細気泡発生装置。
3. 前記状態検出手段が、前記液体ポンプの状態として、前記液体ポンプの回転速度及び回転トルクの状態を検出する請求項１又は２に記載の微細気泡発生装置。
4. 前記液体ポンプが、渦流ポンプである請求項１〜３の何れか一項に記載の微細気泡発生装置。
5. 前記液体ポンプの吐出口から吐出された液体から未溶解の気体を分離して排出する気液分離部を備え、
   前記気液分離部が、前記液体ポンプの吐出口から上方に延出した後に下方に折り返す折り返し流路で構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の微細気泡発生装置。

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