JP4982524B2 - 気体溶解装置の起動運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、微細気泡が発生する湯水の生成などに利用可能な気体溶解装置の起動時の運転制御方法に関する。

湯水に発生する微細気泡は、入浴の効能を高めることができ、そのような微細気泡が発生する液体を生成することのできる気体溶解装置は、微細気泡発生浴槽に組み込まれている（特許文献１）。

一方、浴槽内の湯水を一旦吸い込んだ後、浴槽に設けた噴射口から噴射させて循環し、マッサージ効果を実現した噴流発生浴槽が提供され、ジェットバスとして広く認知されている。

本出願人は、上記噴流発生浴槽について、浴槽内の湯水の水位を水位検知手段によって検知し、検知した水位が所定位置よりも低くなった場合に、湯水の循環を行うポンプを停止する制御方式を提案している（特許文献２）。具体的には、上記制御方式は、ポンプに空気が吸引されることにともなうエアがみ状態にあるか否かを、ポンプに備えたモータの回転数や電流値に基づいて判定するものである。

それに対し、水などの溶媒となる流体に空気などの溶質となる気体を溶解タンク内で混合し、気体が溶解した液体を生成する上記気体溶解装置の場合は、溶解タンクに流体を供給するポンプの運転を停止すると、液体の生成時に溶解タンク内で圧縮された気体が、圧力開放にともない膨張する。膨張した気体は、圧力損失の小さいポンプの吸い込み側に逆流し、その近辺に残留する。このように気体が残存する状態で次にポンプの運転を開始すると、その初期において、残存する気体が混入した気液混合流体がポンプ内部に流入する。この気液混合流体は、気体量が、定常時の気液混合流体に比べて多いものであり、ポンプに備えたモータは、定常時よりも高速で回転してしまい、ポンプは、エアがみ状態に対応する空運転をする。空運転すると、流体の供給量が減少し、微細気泡の安定した発生が困難となる。また、空運転はポンプに過負荷を与えるため、発熱などにともない故障や発火などの原因となり、空運転を抑制することは、気体溶解装置の安全性を高めるために是非とも要望される。

特開２００７−３１３４６４号公報 特開２００７−１５９６７０号公報

特許文献１に記載した制御方式は、噴流発生浴槽におけるエアがみ状態を防止する技術ではあるが、エアがみ状態にあるときにはポンプを停止するため、この制御方式を気体溶解装置に適用すると、再運転開始時にほぼ必ずポンプが停止することとなる。したがって、気体溶解装置の起動がきわめて不安定となることが予想される。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、気体溶解装置の起動初期におけるポンプの空運転を抑制し、安全かつ安定に起動することのできる気体溶解装置の起動運転制御方法を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の特徴を有している。

第１の発明は、内部に流入した流体を気体と混合し、気体が溶解した液体を生成する溶解タンクと、溶解タンクに流体を供給するポンプとを備えた気体溶解装置の起動運転制御方法であって、気体溶解装置の起動初期は、あらかじめ定めた設定時間の間、空運転しない回転数でポンプを運転し、その後、ポンプの回転数を上昇させ、定常運転に移行することを特徴としている。

第２の発明は、上記第１の発明の特徴において、前記設定時間の経過後、ポンプに備えたモータの供給電力に対するポンプの回転数が、あらかじめ定めた設定回転数以下となっている場合に、モータの供給電力を増加させてポンプの回転数を上昇させることを特徴としている。

上記第１の発明によれば、気体溶解装置の起動初期は、あらかじめ定めた設定時間の間、空運転しない回転数でポンプを運転するので、定常運転のときよりも低速回転するポンプによって、気液比が一時的に高くなっている気液混合流体を溶解タンク内に送り込むことができる。ポンプの吸い込み側に残存する気体を溶解タンク内に排出することができ、ポンプはほとんど空回転せず、安全かつ安定に気体溶解装置を起動することができる。気液混合流体の気液比が低くなったときは、高速運転に切り換え、ポンプの回転数を高くすることによって、ポンプの流量特性を所定のものに確保することができ、定常運転にスムーズに移行する。

上記第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、ポンプに備えたモータの供給電力に対するポンプの回転数が、あらかじめ定めた設定回転数以下となっている場合に、モータの供給電力を増加させてポンプの回転数を上昇させるので、ポンプを高速運転に切り換える際にも空運転は抑制され、定常運転への移行をより一層スムーズに行うことができる。

本発明の気体溶解装置の起動運転制御方法が適用された気体溶解装置を例示した斜視図である。 図１に示した気体溶解装置が組み込まれた微細気泡発生浴槽を例示した構成図である。 本発明の気体溶解装置の起動運転制御方法の概要を示したグラフである。 本発明の気体溶解装置の起動運転制御方法の原理となる、モータに印加する電圧とポンプの回転数の関係を概略的に示したグラフである。 モータの供給電力を増加させたとき、ねらいとする回転数よりも高い回転数となった場合の運転制御について示したグラフである。

上記のとおり、図１は、本発明の気体溶解装置の起動運転制御方法が適用された気体溶解装置を例示した斜視図であり、図２は、図１に示した気体溶解装置が組み込まれた微細気泡発生浴槽を例示した構成図である。

気体溶解装置１は、やや縦長で箱状の形状を有する中空な溶解タンク２と、溶解タンク２に流体を供給するポンプ３を備え、溶解タンク２内で流入する流体を気体と混合し、気体が溶解した液体を生成する。溶解タンク２とポンプ３とは、溶解タンク２に設けられた流入管接続部４に、ポンプ３の吐出側３ｂに一端部が接続された流入管５の他端部が接続されることによって配管接続されており、溶解タンク２とポンプ３は互いに連通している。

また、気体溶解装置１では、溶解タンク２の上壁部２ａに一端部６ａが接続された気体循環経路６が、他端部６ｂにおいて、流入管５と流入管接続部４との接続部に配設された気体循環エジェクタ７に接続されている。また、溶解タンク２の流出管接続部８には、図２に示した微細気泡発生浴槽９の浴槽１０に空気が溶解した湯水を供給するための流出管１１の一端部が接続されている。

ポンプ３の吸い込み側３ａには、浴槽１０に連通して一端部が接続された吸い込み配管１２の他端部が接続されている。吸い込み配管１２の一端部は、浴槽１０内の湯水１３を吸い込むために浴槽１０内部に連通する吸い込み口１４に連通し、一端部が流出管接続部８に接続された流出管１１の他端部は、浴槽１０内部に連通し、浴槽１０内に空気が溶解した湯水を吐出するための吐出口１５に連通している。図１には、吸い込み口１４と吐出口１５をともに備えた吸い込み・吐出プラグ１６を例示している。吸い込み・吐出プラグ１６は、浴槽１０の槽壁部に取り付けられるものであり、吸い込み口１４から吸い込み配管１２に連通する第１流路と、吐出口１５から流出管１１に連通する第２流路とを備えている。これら第１流路および第２流路は、吸い込み・吐出プラグ１６において互いに独立しており、相互に連通してはいない。

さらに、気体溶解装置１では、流入管５を通じて溶解タンク２内に導入する湯水１３（流体）に空気（気体）を混合し、気液混合流体を生成するために、気体供給口１７が溶解タンク２の上壁部２ａの上方に配置され、ポンプ３の吸い込み側３ａと吸い込み配管１２との接続部付近に気体導入エジェクタ１８が介設されている。気体供給口１７と気体導入エジェクタ１８とは気体導入配管１９を介して連通接続されている。

図２に示した微細気泡発生浴槽９では、さらに、流出管接続部８と吐出口１５とを連通して接続する流出管１１の途中に、圧力開放部となるベンチュリ２０が設けられている。

このような気体溶解装置１および微細気泡発生浴槽９では、ポンプ３の作動によって浴槽１０内の湯水１３を吸い込み口１４から吸い込み、吸い込み配管１２および流入管５を通じて溶解タンク２に送り出す。溶媒となる湯水１３は、溶解タンク２内に単独の流体として噴出し、または気体供給口１７から吸引される浴室内の空気と混合され、気液混合流体として噴出し、溶解タンク２内に貯留していた空気または気体供給口１７から吸引される空気（いずれも溶質となる）が湯水１３中に溶解する。なお、本願では、上記単独の流体および気液混合流体をまとめて「流体」と記載している。

所定濃度に空気が溶解した湯水１３は、流出管接続部８を通じて溶解タンク２の外部に流出し、流出管１１を経て吐出口１５から浴槽１０内に送り出される。空気が溶解した湯水１３は、浴槽１０内に貯留する湯水１３と混合され、このときまたはベンチュリ２０を経た後、湯水１３中に溶解した空気が、圧力の低下にともない浴槽１０やベンチュリ２０内で析出して微細気泡が発生する。

浴槽１０内の湯水１３は、ポンプ３の作動によって循環し、この循環が繰り返されて浴槽１０内の湯水１３の気泡量が増加し、浴槽１０内の湯水１３は微細気泡によって白濁し、牛乳風呂のような趣を与える。

なお、気体溶解装置１および微細気泡発生浴槽９は、ポンプ３の作動および停止を行う制御部２１を備え、制御部２１は、ポンプ３に電気的に接続されている。制御部２１は、たとえばＯＮ/ＯＦＦのスイッチ入力などによって、ポンプ３の作動、停止を切り換え、気体溶解装置１および微細気泡発生浴槽９の作動と停止を実現する。

気体溶解装置１では、溶解タンク２に湯水１３を供給するポンプ３の運転をＯＦＦのスイッチ入力などによって停止すると、上記のとおり、液体の生成時に溶解タンク２内で圧縮された空気が、圧力開放にともなって膨張する。膨張した空気は、圧力損失の小さいポンプ３の吸い込み側３ａに逆流し、ポンプ３内やその近辺に残留する。このように空気が残存する状態において気体溶解装置１を再び起動し、ポンプ３の運転を開始すると、起動初期には、残存する空気が混入した気液混合流体がポンプ３の内部に流入する。この気液混合流体は、気体量が、定常時の上記気液混合流体に比べて多いものであり、ポンプ３に備えたモータは、定常時よりも高速で回転してしまい、ポンプ３は、エアがみ状態に対応する空運転をする。空運転すると、流体の供給量が減少し、微細気泡の安定した発生が困難となる。また、空運転はポンプ３に過負荷を与えるため、発熱などにともない故障や発火などの原因となり、危険である。

そこで、気体溶解装置１では、起動初期は、あらかじめ定めた設定時間の間、空運転しない回転数でポンプ３を運転し、その後、ポンプ３の回転数を上昇させ、定常運転する。

すなわち、吸い込み側３ａに逆流して残存する空気が再び湯水１３とともにポンプ３の内部に流入する間は、気液比が定常時に比べて高いので、図３に示したように、所定の設定時間、ポンプ３を低速運転する。具体的には、設定時間の間は、ポンプ３に備えたモータに定常時よりは低い低電圧を印加する。また、必要に応じて、ポンプ３の回転数を検出し、高回転とならないように、低電圧を維持する。ポンプ３の回転数の検出では、たとえば、ポンプ３の回転に応じて変化するパルス電圧を所定時間ごとにサンプリングし、パルス数をカウントし、カウントしたパルス数があらかじめ設定した閾値を超えるか否かを判定することで行うことができる。なお、設定時間は、ポンプ３の流量特性などを考慮し、シミュレーションを行ってあらかじめ定めることができる。

このように、気体溶解装置１の起動初期には、あらかじめ定めた設定時間の間、ポンプ３を低速運転し、回転数を空運転しない程度に低く抑えるので、残存する空気が混入し、気液比が一時的に高くなっている気液混合流体を溶解タンク２内に送り込むことができる。ポンプ３の吸い込み側３ａに残存する気体を溶解タンク２内に排出することができ、ポンプ３はほとんど空回転せず、気体溶解装置１は、安全かつ安定に起動する。

設定時間が経過した後は、気液混合流体の気液比が、ポンプ３がほとんど空運転しない程度に低くなっているので、ポンプ３の回転数を、図３に示したように、定常時などの目標回転数にまで上昇させ、定常運転に移行する。ポンプ３に備えたモータに印加する電圧を次第に高くすることによって回転数を上昇させ、ポンプ３を高速運転に切り換え、回転数を高くすることによって、ポンプ３の流量特性が所定のものとして確保され、定常運転にスムーズに移行する。

また、設定時間の経過後に、ポンプ３を低速運転から高速運転に切り換える際には、ポンプ３に備えたモータに供給する電力（供給電力）に対するポンプ３の回転数が、あらかじめ定めた設定回転数以下となっている場合に、モータの供給電力を増加させてポンプ３の回転数を上昇させることが好ましい。モータの供給電力とポンプ３の回転数は、図４に示したように、あらかじめシミュレーションを行ってその関係を求めることができる。ねらいとする回転数に対応する、モータの印加電圧は、ほぼ一義的に決まるので、そのときの供給電力に対するポンプ３の回転数を上記と同様にして検出し、ねらいの回転数である設定回転数以下であると判定したときは、モータの供給電力を増加させる。

一方、図５に点線で示したように、モータの供給電力を増加させたときに、ねらいとする回転数より高い回転数となった場合には、電圧の上昇を一旦停止させるかまたは多少低下させる。この状態を保つと、回転数は次第に減少し、供給電力に対応したねらいとする回転数になる。その後、モータの供給電力を再度増加させ、空運転を抑えながら定常運転へと移行させる。

このように、モータの供給電力に対するポンプ３の回転数が、あらかじめ定めた設定回転数以下となっている場合に、モータの供給電力を増加させてポンプ３の回転数を上昇させることによって、ポンプ３を高速運転に切り換える際にも空運転は抑制され、定常運転への移行をより一層スムーズに行うことができる。

なお、上記のとおりの気体溶解装置１の起動運転制御方法は、たとえば、ポンプ３の回転数を検知する回転数検知手段を設け、この回転数検知手段の検知信号を図２に示した制御部２１において判定し、その判定に基づいてポンプ３へコマンド信号を送信するなどによって実行することができる。この場合、制御部２１には、ポンプ３の作動および停止とは別に、ソフトウェアまたはハードウェアを組み込むことができる。

また、本発明が対象とする気体溶解装置およびこれを組み込む微細気泡発生浴槽は、図１および図２に示したものに限定されない。細部などの構成および構造については様々な態様が可能であり、それらに対して本発明の気体溶解装置の起動運転制御方法は適用することが可能である。

１ 気体溶解装置
２ 溶解タンク
３ ポンプ

Claims (2)

1. 内部に流入した流体を気体と混合し、気体が溶解した液体を生成する溶解タンクと、溶解タンクに流体を供給するポンプとを備えた気体溶解装置の起動運転制御方法であって、気体溶解装置の起動初期は、あらかじめ定めた設定時間の間、空運転しない回転数でポンプを運転し、その後、ポンプの回転数を上昇させ、定常運転に移行することを特徴とする気体溶解装置の起動運転制御方法。
2. 前記設定時間の経過後、ポンプに備えたモータの供給電力に対するポンプの回転数が、あらかじめ定めた設定回転数以下となっている場合に、モータの供給電力を増加させてポンプの回転数を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解装置の起動運転制御方法。

Images