CN103648627A - 碳酸泉生成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可以不用提高水压而高效生成碳酸泉的碳酸泉生成装置。具有混合有二氧化碳气泡的水流动的气泡溶解流路(12),气泡溶解流路(12)具有:至少一个分流部(14)、和压力保持部(16),所述分流部(14)分割二氧化碳气泡,所述压力保持部(16)在气泡溶解流路(12)的输出侧一端保持在气泡溶解流路(12)内的水压,气泡溶解流路(12)的有效径被确定,以使得在气泡溶解流路(12)流动的水的流速(v)下的气泡的粘性阻力(R),成为二氧化碳气泡为该有效径的最大径(D)的情况下的二氧化碳气泡的浮力(F)以上,节流部(14)的有效径比气泡溶解流路(12)小。
Description
技术领域
本发明涉及碳酸泉生成装置。
背景技术
一直在实行将溶解有二氧化碳的水和/或热水即碳酸泉用于浴用。与之相伴,正在进行高效地生成碳酸泉的碳酸泉生成装置的开发。
例如,专利文献1中记载的技术就是其一例,公开了一种碳酸热水生成装置,其特征在于,具有缩小流动横截面积的节流部、和流动横截面积在碳酸热水的流动方向上增大的扩展部。这样,碳酸泉的生成上期望将二氧化碳效率良好地溶解于水的技术。
专利文献1:日本特开2006-212098号公报
例如专利文献1中公开的那样,将可使二氧化碳效率良好地溶解于水作为目的,在碳酸泉生成装置中大多使用具备用于提高水压的泵的装置。另一方面,由于将碳酸泉用作浴用,所以期待尽量小型并且不需要电源那样的碳酸泉生成装置。
发明内容
本发明是将以上状况作为背景而完成的,其目的是提供一种可以不用提高水压而高效生成碳酸泉的碳酸泉生成装置。
为了达成该目的,作为第1发明的特征,(a)是一种碳酸泉生成装置,具有混合有二氧化碳气泡的水流动的气泡溶解流路,通过该二氧化碳气泡溶解于该水而生成碳酸泉,(b)该气泡溶解流路具有至少一个节流部、和压力保持部,所述节流部分割上述二氧化碳气泡,所述压力保持部在该气泡溶解流路的输出侧一端保持在上述流路内的水压,(c)该气泡溶解流路 的有效径被确定,以使得在该气泡溶解流路流动的上述水的流速下的气泡的粘性阻力,成为上述二氧化碳气泡为该有效径的最大径的情况下的上述二氧化碳气泡的浮力以上,(d)该气泡溶解流路的长度被确定,以使得在流通于该气泡溶解流路的上述混合有二氧化碳气泡的水中,确保用于使二氧化碳的浓度到达规定浓度的溶解时间,(e)上述节流部的有效径比上述气泡溶解流路小,(f)上述压力保持部,具有用于将该碳酸泉生成装置内部的水压维持在能够促进上述二氧化碳气泡的溶解的压力的通过面积。
这样,因为水中的二氧化碳气泡被上述节流部分割,所以二氧化碳气泡和水的接触面积增加,并且因为通过上述气泡溶解流路的有效径使气泡不滞留地流动,所以能够增长二氧化碳气泡和水的接触时间。另外,因为碳酸泉生成装置内部的水压通过压力保持部而维持在能够促进二氧化碳气泡的溶解的压力,所以不用通过泵等提高水压即可促进二氧化碳向水的溶解。并且因为通过气泡溶解流路使混合有二氧化碳气泡的水,在该气泡溶解流路中流通用于使二氧化碳的浓度到达规定浓度的溶解时间以上,所以可得到规定浓度的碳酸泉。
另外,作为第2发明的特征,是在第1发明中,上述压力保持部的通过面积被设定,以使得在向上述碳酸泉生成装置供给的水的流量为5L/分钟~30L/分钟的范围的情况下,将该碳酸泉生成装置内部的水压维持在能够促进上述二氧化碳气泡的溶解的压力。这样,在一般通过水道或热水供给装置供给的水量即5L/分钟~30L/分钟的范围供给水的情况下,能够不通过泵等提高水压而生成碳酸泉。
另外作为第3发明的特征,其特征在于,在第1或第2发明中,上述节流部和上述碳酸泉的吐出部的距离被确定,以使得被上述节流部分割了的二氧化碳气泡不会结合变大以致妨碍碳酸泉流到碳酸泉的吐出部。这样,即使在被节流部细粒化了的二氧化碳气泡溶解残留的情况下,在从节流部到吐出部的碳酸泉的流路中,溶解残留的气泡被分割而保持细粒化状态从吐出部被吐出。因此能够防止在从节流部到吐出部的碳酸泉的流路中溶解残留的气泡滞留形成大气泡,该大气泡被一次性地推流通过吐出部而发出 咕嘟咕嘟的声音,或者水的流动被阻塞这样的给予使用者不快感觉的状况。
另外作为第4发明的特征,在第1~第3发明中,该气泡溶解流路的长度被确定,以使得在流通于该气泡溶解流路的上述混合有二氧化碳气泡的水中,确保用于使二氧化碳的浓度到达大致饱和浓度的溶解时间。这样,能够不通过泵等提高水压而生成二氧化碳浓度为大致饱和浓度的碳酸泉。
另外,作为第5发明的特征,在第1~第4的任一发明中,上述压力保持部的通过面积能够变更。这样,即使在向碳酸泉生成装置供给的水的水量不同的情况下,也可以通过变更上述压力保持部的通过面积来设定适当的通过面积,能够不通过泵等提高水压而生成碳酸泉。
另外,作为第6发明的特征,在第1~第5的任一发明中,上述压力保持部,具有比上述气泡溶解流路的有效径小的有效径,能够从有效径不同的多个压力保持部中选择性地安装。这样,即使在流入上述碳酸泉生成装置的水的水压和/或水量不同的情况下,也可防止上述气泡溶解流路内的水压下降至大气压。另外,在上述第7和第8发明组合使用的情况下,能够防止上述气泡溶解流路内的水压下降至大气压,同时确保用于使气泡供给阀、气泡供给停止阀工作的水压。
另外,作为第7发明的特征,在第1~第6的任一发明中,上述气泡溶解流路为可挠性的管。这样,例如可以将气泡溶解流路设置为软管等的可挠性的管。因此相比于在气泡溶解流路以外仅为了配水而设置软管的情况,作为整体能够缩短配管的长度。
另外,作为第8发明的特征,在第1~第7的任一发明中,具有(a)二氧化碳生成部,其使通过与水反应而产生二氧化碳的原料物质和水进行反应来产生二氧化碳;和(b)气泡注入部,其将预先生成了的二氧化碳以气泡形式注入水中,(c)上述二氧化碳气泡是通过选择性地实行该二氧化碳生成部和该气泡注入部的任一方来生成的。这样,能够从二氧化碳生成部和气泡注入部的任一方选择二氧化碳气泡的发生源。
另外,作为第9发明的特征,在第8发明中,(a)上述原料物质为规定形状的固体物质,(b)上述二氧化碳生成部包含相对于大气密闭的、使 上述原料物质和水反应的反应室,(c)通过能够调节向上述反应室供给的水量,并且能够调节该反应室中的上述原料物质的浸渍水位,由此能够控制上述原料物质的反应时间。这样,能够很好地控制二氧化碳生成部中的二氧化碳的生成量。
另外,作为第10发明的特征,在第8或第9发明中,(a)包含选择性地实行是否向上述气泡溶解流路供给水的碳酸泉生成切换部,(b)上述气泡注入部,具有能够仅在通过该碳酸泉生成切换部向上述气泡溶解流路供给水的情况下注入上述二氧化碳的气泡供给阀。这样,在不生成碳酸泉的情况下能够容易地停止来自气泡注入部的二氧化碳的注入。
另外,作为第11发明的特征,在第8~第10发明的任一个中,(a)包含向上述二氧化碳生成部供给上述水的第1供给部、向上述气泡注入部供给上述水的第2供给部、和选择性地向该第1供给部与该第2供给部的任一方供给上述水的选择部,(b)上述气泡注入部,具有在通过该选择部向上述第1供给部供给水的情况下停止上述二氧化碳的注入的气泡供给停止阀。这样,进行控制使得仅在通过上述选择部选择为使用气泡注入部的情况下进行来自气泡注入部的二氧化碳的注入变得容易。
具体实施方式
以下,对于本发明的一实施例,一边参照附图一边详细地说明。
实施例1
图1是说明本发明的一实施例中的碳酸泉生成装置10的结构的概要的图。如图1所示,本实施例的碳酸泉生成装置10具有:用于将二氧化碳气泡溶解于水中的气泡溶解流路12、和用于将二氧化碳气泡注入水中的二氧化碳生成部20及气泡注入部30。
具体地,例如从与水道连接了的注水管部40注入的水,通过下述的作为三通阀的选择部48,选择性地流通于第1供给部42和第2供给部44的任一方或被截断。向第1供给部42中通水的情况下,与下述的二氧化碳生成部20中作为原料物质的片剂(tablet)24反应产生二氧化碳。产生了的 二氧化碳在原样地以气泡形式混入了水中的状态下,通过作为三通阀的生成切换部46流通于气泡溶解流路12。
切换生成部46被设置,以将第2供给部44和设置在气泡溶解流路12终端的第1吐出部18、或者不通过气泡溶解流路12而吐出的第2吐出部50的任一方选择性地连通或截断。在通过选择部48使水流通于第2供给部44,并且通过生成切换部46使水向第1吐出部18流动的情况下,气泡通过下述的气泡注入部30注入水中。另外,在通过选择部48使水流通于第2供给部44,并且通过生成切换部46使水向第2吐出部50流动的情况下,不会生成碳酸泉,从注水管部40被注入了的水原样地从第2吐出部50被排出。再者,为防止由于在第2供给部44流动的水发生逆流而进入二氧化碳生成部20,在从二氧化碳供给部20被排出的水的配管中,在与第2供给部44合流的附近设置有止逆阀54。
其中,气泡溶解流路12是用于通过下述二氧化碳生成部20或气泡注入部30而注入二氧化碳气泡的水流通,由此该二氧化碳气泡溶解于水中的流路。即,二氧化碳气泡通过Plug Flow(栓塞流)方式(管型反应方式)溶解。在气泡溶解流路12中,气泡溶解流路12的有效径被确定,以使得在该气泡溶解流路12流动的水的流速下的该水中的二氧化碳气泡的粘性阻力,成为该气泡溶解流路12中的二氧化碳气泡为最大径的情况,即为该气泡溶解流路12的有效径的情况下的该二氧化碳气泡的浮力以上。这样,可防止在气泡溶解流路12内二氧化碳气泡滞留和二氧化碳气泡的流动不稳定。该结果,二氧化碳能够很好地溶解于水,得到需要浓度的碳酸泉。再者,以下表现为水的情况中,除非另有说明,包含注入有二氧化碳气泡的水。
具体地,根据阿基米德原理,浮力F根据下式(1)得出。
[数1]
在此,DB为气泡直径的最大值[m],ρ为水的密度[kg/m3],g为重力加速度[m·s-2]。
另一方面,如果考虑在气泡溶解流路12流动的水的流量等,则流通于气泡溶解流路12的水为湍流,其粘性阻力R作为根据实验值得到的近似式如下式(2)那样地得出。
[数2]
在此CD为气泡承受的阻力系数,为
[数3]
Re为无量纲数雷诺兹数,Re=Dvρ/μ,
D为气泡溶解流路12的有效径[m],v为水的流速[m/s],μ为水的粘度[Pa·s]。
在此,二氧化碳气泡的直径为最大,即为气泡溶解流路12的有效径的情况下浮力F和粘性阻力R平衡的话,为
[数4]
将其整理的话,为
[数5]
流速v是流量H除以气泡溶解流路12的横截面(通过面积)所得的值, 为
[数6]
因此将上述(4)式作为流量H与气泡直径DB的关系解析性地求解则可得出如图2那样的关系。从这样地得到的关系中,基于碳酸泉生成装置10所需要的水的流量H[m3/s],气泡溶解流路12的有效径D[m]基于二氧化碳气泡的直径DB的最大值设定即可。具体地,以成为图2中的曲线以上的区域的方式设定气泡溶解流路12的有效径即可。在图2的例子中,可知水例如以流量H=10L/分钟的方式在气泡溶解流路12流通的情况下,气泡溶解流路12的有效径D约为16.5mm以下。
再者,本实施例中,管的有效径,指的是管的截面为圆形的情况下对应于该圆的直径,为在此以外的形状的情况下,对应于截面积相等的圆直径的概念。
另一方面,本实施例中,注入水中的二氧化碳气泡通过Plug Flow方式溶解,因此气泡溶解流路12的长度被确定,以使得注入有二氧化碳气泡的水在气泡溶解流路12流通的时间(通过时间),成为为了得到规定的(所期望的)二氧化碳的溶解浓度所需的时间以上。在此,上述通过时间T[s]作为气泡溶解流路12的长度L[m]和在其中流动的水的流速v的关系,为
[数7]
将其对于L求解,为
[数8]
因此,存在气泡溶解流路12越细,即气泡溶解流路12的有效径D越小则气泡溶解流路12的长度L就不得不越长的关系。具体地,根据本申请发明者们的实验,在流量H=8L/分钟,气泡溶解流路12的有效径D为12mm的情况下,例如用于得到作为期望的二氧化碳浓度的1000ppm的碳酸泉的通过时间T约为4秒,因此气泡溶解流路12的长度L需要在5m左右以上。再者,本说明书中水作为包含水和热水的概念被使用。另外,碳酸泉是作为广泛包含溶解有二氧化碳的水的概念被使用的,并不限定于例如要求250ppm以上的二氧化碳浓度的温泉法规定的碳酸泉。再者,在气泡溶解流路12中的水的流动可看作为完全湍流的情况下,气泡的阻力系数CD也可以代替使用上述的(3)式而近似为CD=0.44。
气泡溶解流路12中设置有至少一个节流部14,节流部14的有效径比未设置节流部14的气泡溶解流路12的有效径小。图3是含有一个节流部14的气泡溶解流路12的长度方向,即轴向的截面图。
水通过如图3所示的节流部14时,该水中所注入的二氧化碳气泡被细粒化。因此,由于二氧化碳气泡与水的接触面积增加,可期待溶解时间缩短。根据发明者的实验,得知在没有节流部14的部分的有效径d12为12mm的气泡溶解流路12中,配置了5个有效径d14为8mm的节流部14后,为1.5m以下的气泡溶解流路12,就能够实现与没有节流部14的情况下需要5m的气泡溶解流路12相同的二氧化碳的溶解浓度。即,通过在气泡溶解流路12中设置节流部14,可以缩短气泡溶解流路12的长度。该气泡溶解流路12的长度被设计,以使得二氧化碳与水流通的情况下,能够仅花费二氧化碳可溶解直到生成的碳酸泉所要求的二氧化碳浓度的时间在气泡溶解流路12通过。
在此,将气泡溶解流路12的有效径d12设为12mm,将在气泡溶解流路12流通的水的流量H设为8L/分钟,多次改变节流部14的有效径d14 的大小,计算气泡溶解流路12没有节流部的部分与节流部14的压力差,得到如图4那样的关系。这样,根据节流部14的有效径的大小压力差的不同极小。因此,可认为水中的二氧化碳气泡进行细粒化,不是由节流部14与没有节流部的部分的压力差,而是由速度差造成的。
在气泡溶解流路12的相比于上述节流部14的下游侧,设有压力保持部16。该压力保持部16是例如小径或狭缝状的开口,是为了防止由于气泡溶解流路12的终端部较大地开口,从而大气从气泡溶解流路12的终端部向内部进入,管内的压力下降至大气压而设置的。由此,气泡溶解流路12内的水的压力被维持。
另外,期望极力缩短节流部14(在设置多个节流部14的情况下是该节流部14之中,设置在气泡溶解流路12的最下游侧、即压力保持部16侧的节流部14。以下称为最终节流部14。)和作为吐出碳酸泉的第1吐出口的淋浴头18的距离。具体地,优选设为即使是通过最终节流部14被细粒化的二氧化碳气泡剩余而溶解残留的情况下,在从该最终节流部14至淋浴头18的流路中溶解残留的气泡也不会部分滞留,而是保持被细粒化的状态从淋浴头18吐出的距离。这样,能够防止从该最终节流部14至淋浴头18的流路中溶解残留的气泡滞留形成大气泡,该大气泡被一次性地推流而通过淋浴头18,发出咕嘟咕嘟的声音,或者水的流动被阻塞这样的给予使用者不快感觉的状况。这在像淋浴头18那样吐出碳酸泉的孔小的情况下特别有效。
该压力保持部16中的小径的开口大小,例如可从伯努利定理近似地算出。以下对压力保持部16的有效径的算出方法的一例进行说明。再者,有效径和通过面积为一对一的关系,即决定任一方则另一方被唯一决定,因此在本说明书中作为基本同义事物进行说明。
图5是模式地说明本实施例的碳酸泉生成装置10与上水道连接时的方式的图。水管82由主水管80分支。另外,水管82与碳酸泉生成装置10经由未图示的水龙头等被连接。即,在图5的方式中,通过水管82的水压向碳酸泉生成装置10供给水。再者,图5中虽没有表示,但也可以在水管 82和碳酸泉生成装置10之间设置热水供给器,向碳酸泉生成装置10供给热水。
这样的方式中,水管82和/或未图示的热水供给器等的流路的损失不能忽视。因此,即使是适用表示节流和流量的关系的伯努利定理的情况,也需要考虑摩擦损失即粘性阻力。再者,对于碳酸泉生成装置10的节流部14,水的流通方向上的厚度极薄,因此可以忽视损失。一般考虑了摩擦损失的伯努利定理(扩展伯努利定理),在某点上流体的密度为ρ,流速为v[m/s],压力为P[Pa],高度为z[m]时,满足
[数9]
然而,一般地如果上述雷诺兹数Re在数十至数百的范围则其流动为层流,相反在1000以上则为湍流。本实施例的碳酸泉生成装置10中,该流量如果考虑配管径等则雷诺兹数Re超过10000,因此其内部的流动为湍流。湍流中的摩擦损失(例如图5的例中,B1、B2),可以根据实验性地得到的下面的式子(7)算出。
[数10]
在此,λ=0.3164/Re0.25。
整理(7)式为
损失=B·v1.75
B=f(D,L,ρ,μ)=常数
在此,(8)式近似为
损失≈B·v2
如果主水管80的源压力为P1[Pa]、水管82的与碳酸泉生成装置10的连接部分附近(未图示的水龙头附近;注水管部40(参照图1))的压力为P2[Pa]、从主管80到上述水龙头附近的损失系数为B1,则下式(9)的关系成立。
[数11]
(9)式中右边第1项,一般被称为动压项。图6是对于直径不同的水管82表示该动水压力和流量L的关系的图。如从图6判定的那样,即使流量为30L/分钟,例如为配管径(直径)为12mm的管,则动压项的值最多为0.01MPa。另一方面,静水压力取例如0.2MPa那样的值,因此在(9)式中动压项可以忽视。再者,厚生劳动省供水装置数据库的「給水装置標準計画·施工方法2.3設計使用水量の決定(供水装置标准计划·施工方法2.3设计使用水量的决定)」中,示出淋浴的水量为8~15L/分钟,上述的流量30L/分钟对应于远远大于该值,即在假设了使用淋浴的情况下,远远高于假设水量的情况。
根据以上,流量H[m3/s]与损失系数和压力的关系为
P1≈P2+B1v2 (10)
即
v2=(P1-P2)/B (11)
使用将流速v和流量H换算的管系数k,流量H表示为
[数12]
进而着眼于本实施例的碳酸泉生成装置10中的水的流动。使碳酸泉生成装置10的流量换算的损失系数为b2,紧邻压力保持部16的上游侧前的水压为P3,则主水管80和水管82的关系同样地满足
[数13]
的关系。在此,如图5所示主水管80、水管82、碳酸泉生成装置10被连接,因此式(12)的流量H与式(13)的流量H相同。
另外,由于对于压力保持部16的前后表示伯努利定理的式(6)的左边彼此相等,因此满足
[数14]
的关系。在此,压力保持部16的后侧(下游侧)的大气压=0。根据上述(12)式、(13)式和(14)式,P2、P3、H分别如下地得到
p2=P1-b1H2 (15)
p3=P1-(b1+b2)H2 (16)
[数15]
在此ω=8ρ/π2。相反对于d2求解,如下地得到
[数16]
右边的分子分母除以H2,为
[数17]
该式(18)和式(19),能够用于得到满足某流量H那样的压力保持部16 的有效径。
在主水管80的压力P1、或水的流路的摩擦损失,具体地讲是水管82的损失系数b1一般因家庭等的水道中的值大不相同的情况下,需要以满足下面的两个要件的方式,通过(15)式、(16)式、(19)式等,来设定压力保持部16的有效径d2。
要件A:将水管82的水压P2维持在规定压力以上。
要件B:将流量H控制成为规定流量范围。
在此,要件A中的规定压力,是指能够通过向下述的气泡供给阀36和气泡供给停止阀34的控制端口供给,来切换该气泡供给阀36和气泡供给停止阀34的开关的最低水压。另外,要件B中的规定流量范围,鉴于下述的二氧化碳生成部20、或气泡注入部30中的二氧化碳气泡的供给能力、和/或气泡溶解流路12的长度等,将为实现例如1000ppm以上那样碳酸泉生成装置10所要求的碳酸泉的CO2浓度而必需的水量(增加到其以上则为碳酸泉的CO2浓度比要求值低的水量)作为流量的上限,并且,将二氧化碳在水中大致饱和时的水量作为流量的下限。这样地设置下限的理由,是因为如果在碳酸泉中二氧化碳大致饱和则未彻底溶解的二氧化碳气泡形成大气泡存在于碳酸泉中,造成浪费的缘故。
本实施例中,压力保持部16为薄板形状,如图7所示,在与作为可挠性软管的气泡溶解流露12和作为第1吐出部的淋浴头18连接时,通过夹住该薄板形状的压力保持部16连接来设置。具体地在图7的例中,在气泡溶解流路12的端部设置的接合构件70上所设置的螺纹部与在淋浴头18的端部设置的螺纹部76螺合固定时,在该气泡溶解流路12的端部和淋浴头18的端部之间夹紧压力保持部16和设置在其两侧的O型环72、74。该压力保持部16和O型环72、74也可以形成一体化的构件。
并且,作为压力保持部16,准备多个不同有效径的压力保持部16,例如根据使用者选择任意的一个安装。在此,上述多个不同有效径的压力保持部16,例如,有设定为对于可假定的主水管80的压力P1、水管82的损失系数b1和碳酸泉生成装置10的损失系数b2满足上述的要件A和要件B 的有效径d2。
本发明的发明者们进行了调查和实验,判定出从上水道和/或热水供给器供给的水量(流量H)为5L/分钟~30L/分钟的范围。因此,压力保持部16的有效径(流通面积)被设定,使得在该范围的流量的水向碳酸泉生成装置10的注水管部40供给的情况下,满足上述要件A和要件B。再者,如果流量H低于5L/分钟,则一般从淋浴头18呈淋浴状地吐出水变困难的可能性高。
图8是说明某压力保持部的有效径的情况下,向碳酸生成装置10供给的水的水量与与其对应的生成的碳酸泉的水量的关系的图。如图8所示,相对于供给的水量的增加,生成的(吐出的)碳酸泉量的增加变小。这是因为上述那样地在气泡溶解流路12设置节流部14,并且设置压力保持部16的结果,在气泡溶解流路12流通的水的流量被限制的缘故。因此,在本实施例的碳酸泉生成装置10中,即使是向碳酸泉生成装置10以上述流量H的范围供给水的情况,假设上述流量H的范围的上限的水向碳酸泉生成装置10供给的情况而产生二氧化碳气泡,则能够减少未彻底溶解而成为剩余的二氧化碳气泡量。反而言之,即使是比假设的水量多的水向碳酸泉生成装置10供给的情况,生成的碳酸泉中的二氧化碳浓度的下降也变得缓慢。
在本实施例的碳酸泉生成装置10中,气泡溶解流路12例如作为软管等的可挠性的管被设置。由此,在吐出碳酸泉的第1吐出部18上设置淋浴头等的情况下,作为将收容下述的二氧化碳生成部20或气泡注入部30等的框体和第1吐出部18连接的流路的软管能够成为气泡溶解流路12,因此碳酸泉生成装置10的管路长度能够进一步缩短,能够使碳酸泉生成装置10紧凑。
另外,本实施例的碳酸泉生成装置10,在气泡溶解流路12上设有水流发电机56。该水流发电机56,当水在气泡溶解流路12流动的情况下,通过由该水而旋转的涡轮等进行发电。水流发电机56电连接LED58,水流发电机56进行发电的情况下能够发光。由此,当水在气泡溶解流路12 流动的情况下LED58发光,因此在可通过下述的生成切换部46切换碳酸泉是否生成的情况下,生成碳酸泉通过视觉可以容易地确认。
二氧化碳生成部20包含反应室22。反应室22中投入作为原料物质的片剂24进行配置。反应室22中也可以配置为一次性重叠多个片剂24。该片剂24包含例如通过在水中溶解反应来产生二氧化碳的物质,具体地含有例如碳酸氢钠、纯碱、苹果酸、粘结剂等而构成。反应室22与大气密闭,产生了的二氧化碳不会跑到大气中。
水从上述的作为选择阀48的三通阀向反应室22流入,另一方面从设置于反应室22的出口部26排出。此时,设定了出口部26的位置以使得反应室22中的片剂24的浸渍水位达到期望的值。即,通过将片剂24的浸渍水位设为期望的值,使片剂24与水的反应速度、即二氧化碳的生成速度,成为与碳酸泉生成装置10中想要生成的碳酸泉的浓度对应的值。
这样片剂24浸渍到规定水位,因此水与片剂24以期望的速度反应,产生二氧化碳。产生了的二氧化碳在以气泡形式混入了水中的状态下,从出口部26排出。
气泡注入部30,将从与该气泡注入部30连接的二氧化碳气瓶38供给的二氧化碳以气泡形式注入在碳酸泉生成装置10内流动的水中。该气泡注入部30具有用于控制二氧化碳的注入量的流量控制阀32、气泡供给停止阀34、气泡供给阀36等而构成。以从二氧化碳气瓶38供给了的二氧化碳,介由流量控制阀32、气泡供给停止阀34、气泡供给阀36流动的方式设有配管,并且,在气泡供给阀36的前端,水流动的配管在气泡溶解流路12的上游侧的连接部37连接。该第2供给部44的连接部37相当于二氧化碳气泡的注入口,在该连接部37向水中注入二氧化碳气泡。
其中,流量控制阀32是用于调整从二氧化碳气瓶38供给的二氧化碳的流量和/或压力的阀,该压力考虑根据碳酸泉生成装置10想要得到的碳酸泉的浓度和/或水量、气泡溶解流路12的长度等被设定。
气泡供给停止阀34,是用于控制由流量控制阀32调整了压力的二氧化碳是否供给的所谓的开关阀。向该气泡供给停止阀34的控制端口,供给 与第1供给部42连接了的第1连接部33的水压。气泡供给停止阀34为常开型的阀,向控制端口供给规定压力的情况下阀关闭,另一方面不向控制端口供给规定压力的情况的通常时间阀打开。即,在选择部48使水流向第1供给部42侧,对第1供给部42供给了水压的情况下,气泡供给停止阀34关闭,不进行来自气泡注入部30的气泡注入。另一方面,在选择部48使水流向第2供给部44侧的情况下,没有对第1连接部33、即气泡供给停止阀34的控制端口施加水压,所以气泡供给停止阀34打开,使来自流量控制阀32的二氧化碳向气泡供给阀36通过。这样,在水流向第1供给部42的情况下,由上述的二氧化碳产生部20进行二氧化碳的产生,因此能够自动地防止由气泡注入部30进行的二氧化碳气泡的注入重复进行。
气泡供给阀36,是用于控制通过了气泡供给停止阀34的二氧化碳是否供给的所谓的开关阀。向该气泡供给阀36的控制端口,供给在生成切换部46与第1吐出部18之间流动的水的水压。气泡供给阀36为常闭型的阀,在向控制端口供给规定压力的情况下阀打开,另一方面没有向控制端口供给压力的情况的通常时间阀关闭。具体地,在生成切换部46使水通向第1吐出部18的情况,即设定为进行碳酸泉的生成的情况下,气泡供给阀36打开,进行来自气泡注入部30的气泡注入。另一方面,在生成切换部46使水通向第2吐出部50的情况,即不进行碳酸泉的生成的情况下,没有从第2连接部35中的水压向气泡控制阀36供给的水压,气泡供给阀36关闭,使二氧化碳向注入口37的供给停止。这样,只有在由生成切换部46使水从气泡溶解流路12向第1吐出部18供给的情况下,由气泡注入部30进行二氧化碳气泡的注入,因此可防止在不需要进行碳酸泉生成的情况下消耗二氧化碳。再者,在气泡供给阀36与连接部37之间,设置有止逆阀52,防止水侵入气泡供给阀36。
这样地,本实施例的碳酸泉生成装置10的气泡注入部30中,上述气泡供给停止阀34与气泡供给阀36被串联设置,因此能够只在通过选择部48向第2供给部44通水,并且通过生成切换部46向第1吐出部18通水的情况下,将从二氧化碳气瓶38供给的二氧化碳的气泡注入水中。即,在 使选择部48连通第1供给部42侧,并使生成切换部46连通第1吐出部18侧的情况下,进行利用由二氧化碳生成部20生成了的二氧化碳的碳酸泉生成。在使选择部48连通第2供给部44侧,并使生成切换部46连通第1吐出部18侧的情况下,进行利用由气泡注入部30从二氧化碳气瓶38供给的二氧化碳的碳酸泉生成。并且即使是使选择部48连通第2供给部44侧的情况,也会在使生成切换部46连通第2吐出部50侧的情况下停止来自二氧化碳气瓶38的二氧化碳的供给。
根据本实施例的碳酸泉生成装置10,具有混合有二氧化碳气泡的水流动的气泡溶解流路12,通过该二氧化碳气泡溶解于水而生成碳酸泉,气泡溶解流路12具有至少一个节流部14、和压力保持部16,上述节流部14分割二氧化碳气泡,上述压力保持部16在气泡溶解流路12的输出侧一端保持在气泡溶解流路12内的水压,气泡溶解流路12的有效径被确定,以使得在气泡溶解流路12流动的水的流速v下的气泡的粘性阻力R,成为二氧化碳气泡为该有效径的最大径D的情况下的二氧化碳气泡的浮力F以上,气泡溶解流路12的长度被确定,以使得在流通于气泡溶解流路12的混合有二氧化碳气泡的水中,确保用于使二氧化碳的浓度到达规定浓度的溶解时间,节流部14的有效径比气泡溶解流路12小,压力保持部16具有用于将碳酸泉生成装置10内部的水压维持在能够促进二氧化碳气泡的溶解的压力的通过面积。这样,水中的二氧化碳气泡被节流部14分割因此二氧化碳气泡与水的接触面积增加,并且通过气泡溶解流路12的有效径使气泡不滞留地流动,因此能够增长二氧化碳气泡与水的接触时间。另外通过压力保持部16,碳酸泉生成装置10内部的水压被维持在能够促进二氧化碳气泡的溶解的压力,因此可不通过设置泵等提高水压而促进二氧化碳向水的溶解。并且通过气泡溶解流路12,使混合有二氧化碳气泡的水,在该气泡溶解流路中流通二氧化碳的浓度用于达到规定浓度的溶解时间以上,因此可得到规定浓度的碳酸泉。这样,在与一般的上水道(例如,设计为从配水管向给水管分支的地方的配水管的最小动水压力不低于150kPa(参照确定供水设施的技术标准的部级法令7条8款))连接的情况下,不需 要为了将二氧化碳溶解于水而通过泵等提高水压,能够确保从淋浴头18吐出的碳酸泉的压力和水量(例如,水量8~15L/分钟,水压0.07MPa(参照各自治体的供水工程实施标准等))。
根据本实施例的碳酸泉生成装置10,压力保持部16的通过面积被设定,以使得在向碳酸泉生成装置10供给的水的流量为5L/分钟~30L/分钟的范围的情况下,将碳酸泉生成装置10内部的水压维持在能够促进二氧化碳气泡的溶解的压力,因此在一般通过水道或热水供给装置供给的水量即5L/分钟~30L/分钟的范围供给水的情况下,能够不通过泵等提高水压而生成碳酸泉。
根据本实施例的碳酸泉生成装置10,上述节流部与上述碳酸泉的吐出部的距离被确定,以使得被最终节流部14分割了的二氧化碳气泡不会结合变大以致妨碍碳酸泉流到作为碳酸泉的吐出部的淋浴头18,因此即使是被最终节流部14细粒化了的二氧化碳气泡溶解残留的情况,在从最终节流部14至淋浴头18的碳酸泉流路中,溶解残留的气泡也被分割而保持细粒化的状态从吐出部被吐出,能够防止在从最终节流部14至淋浴头18的碳酸泉的流路中溶解残留的气泡滞留形成大气泡,该大气泡被一次性地推流而通过吐出部发出咕嘟咕嘟的声音,或者水的流动阻塞这样的给予使用者不快感觉的状况。
根据本实施例的碳酸泉生成装置10,气泡溶解流路12的长度被确定,以使得在流通于气泡溶解流路12的混合有二氧化碳气泡的水中,确保用于使二氧化碳的浓度到达大致饱和浓度的溶解时间,因此能够不通过泵等提高水压而生成二氧化碳的浓度为大致饱和浓度的碳酸泉。
根据本实施例的碳酸泉生成装置10,压力保持部16的通过面积能够变更,因此即使在向碳酸泉生成装置10供给的水的水量H不同的情况下,也能够通过变更压力保持部16的通过面积来设定适当的通过面积,能够不通过泵等提高水压而生成碳酸泉。
根据本实施例的碳酸泉生成装置10,压力保持部16具有比气泡溶解流路12的有效径d1小的有效径d2,能够从有效径不同的多个压力保持部 中选择性地安装。因此,即使是流入碳酸泉生成装置10的水的水压P2和/或流量H不同的情况,也可防止气泡溶解流路12内的水压P3下降至大气压。同时,由于能够确保用于使气泡供给阀36、气泡供给停止阀34工作的水压,所以可通过该气泡供给阀36、气泡供给停止阀34很好地控制气泡注入部30的工作。
根据本实施例的碳酸泉生成装置10,气泡溶解流路12为可挠性的管,因此能够将气泡溶解流路12设为软管等可挠性的管。因此,相比于在气泡溶解流路以外仅为了配水而设置软管的情况,作为整体能够缩短配管的长度。
根据本实施例的碳酸泉生成装置10,具有二氧化碳生成部20和气泡注入部30,上述二氧化碳生成部20使通过与水反应而产生二氧化碳的原料物质即片剂24和水进行反应来产生二氧化碳,上述气泡注入部30将预先生成了的二氧化碳气瓶38中的二氧化碳以气泡形式注入水中,二氧化碳气泡是通过选择性地实行二氧化碳生成部20和气泡注入部30的任一方来生成的。这样,可以将二氧化碳气泡的产生源从二氧化碳生成部20和气泡注入部30的任一个中选择。
根据本实施例的碳酸泉生成装置10,包含选择性地实行是否向气泡溶解流路12供给水的碳酸泉生成切换部46,气泡注入部30具有能够仅在通过碳酸泉生成切换部46向气泡溶解流路12供给水的情况下注入二氧化碳的气泡供给阀36,因此在不生成碳酸泉的情况下可以容易地停止来自气泡注入部30的二氧化碳的注入。
根据本实施例的碳酸泉生成装置10,包含向二氧化碳生成部20供给水的第1供给部42、向气泡注入部30供给水的第2供给部44、和选择性地向第1供给部42与第2供给部44的任一方供给水的选择部48,气泡注入部30具有在通过选择部48向第1供给部42供给水的情况下停止二氧化碳的注入的气泡供给停止阀34,因此控制为仅在通过选择部48选择为使用气泡注入部30的情况下进行来自气泡注入部30的二氧化碳注入变得容易。
接着,对本发明的其他实施例进行说明。以下的说明中,对于与实施例相互共通的部分,附上相同的标记省略说明。
实施例2
图9~图11是说明本实施例的碳酸泉生成装置10中的二氧化碳生成部的其他实施方式的图。
图9的二氧化碳生成部120,对应于上述实施例1的二氧化碳生成部20,不同点在于其出口部126与上述实施例的二氧化碳生成部20的出口部26相比设置在上方。这样在反应室22中水位上升至更高的高度,因此更多的片剂24浸渍于水中,能够增加二氧化碳的产生量。另外,如图9所示,通过将片剂24在纵向上重叠配置,能够使多个片剂24同时浸渍。
图10的二氧化碳生成部130,对应于上述实施例1的二氧化碳生成部20,以反应室22与水的流动并行的方式设有旁通流路134。这样,通过择部48流通于第1供给部42的水的一部分通过该旁通流路134,因此不通过反应室22。因此,通过反应室22的水的水量相比没有旁通流路134的情况减少。片剂24向水的浸渍量变小,能够使二氧化碳的产生量减少。
图11的二氧化碳生成部140,对应于上述实施例1的二氧化碳生成部20,与图10的二氧化碳生成部130同样,在以反应室22与水的流动并行的方式设有旁通流路134这点上共通。并且图11的二氧化碳生成部140,在向反应室22供给水的流路中,设有用于控制该流路的水的流量的流量控制阀146。通过控制该流量控制阀146,相比于图10的二氧化碳生成部130的例子能够进一步使流入反应室22的水量减少,因此能够进行控制以使产生的二氧化碳量减少。再者,图11的例子中流量控制阀146被设置在与旁通流路134分支的下游侧,但并不限于这样的方式,也可以设置在旁通流路134分支位置的上游侧。
根据本实施例的碳酸泉生成装置10,原料物质作为规定形状的固体物质即片剂24被使用,二氧化碳生成部20包含相对于大气密闭的、使片剂24与水反应的反应室22,能够调节向反应室22供给的水量,并且能够调节反应室22中的片剂24的浸渍水位,由此能够控制片剂24的反应时间, 因此能够很好地控制二氧化碳生成部20中的二氧化碳的生成量。
以上,基于附图对本发明的实施例进行了详细说明,但本发明也可适用于其他方式。
例如,在上述的实施例中,设置了用于将二氧化碳气泡注入水中的二氧化碳生成部20和气泡注入部30两者,但不一定必须要两者,只要具备任一者和上述的气泡溶解流路12,即可发挥能够不需要通过泵等进行加压而进行碳酸泉的生成,并且碳酸泉发生装置10能够小型化的本发明的效果。
在上述的实施例中,气泡溶解流路12被设为可挠性的管,但不限定于此。气泡溶解流路12设为具有一定形状的配管也无妨。该情况下,气泡溶解流路12也可以设置在碳酸泉生成装置10的框体内。另外,在气泡溶解流路12设为该具有一定形状的配管的情况下可挠性的管不是必须的要件。并且,例示了淋浴头被设在第1吐出部18,但并不限定于此,淋浴头不是必须的要件。
在上述的实施例中,气泡溶解流路12中设有多个节流部14但不限定于此。气泡溶解流路12中设置至少一个节流部14即可产生本申请的效果。
在上述的实施例中,例示了压力保持部16的形状为圆形、狭缝状的开口,但不限于这样的形状。只要满足大气不进入气泡溶解流路12的条件就不限定形状。
另外在上述的实施例中,在从生成切换部46至第1吐出部18的流路中设置了水流发电机56、LED58,但这些不是必须的要件,即使是不设置的情况也可得到本发明的效果。
另外在上述的实施例中,出口部26,如图1、图7等所示被设置在规定的高度,但并不限定于此。例如,也可以采用选择性地使设置在多个高度的出口部之中任一个开口的方法变更其高度。
另外在上述的实施例中,注入部37被设置在选择部48和生成切换部46之间的配管上,但不限定于此。从第2供给部44至气泡溶解流路12的前面即可产生同样的效果。
另外,在上述的实施例中,压力保持部16在气泡溶解流路12的端部和淋浴头18之间被O型环72、74夹住而安装,但不限定于此,只要是防止碳酸泉的漏水、或来自外部的空气流入的部件就不限定于O型环。
另外,在上述的实施例中,压力保持部16通过安装从有效径不同的多个压力保持部16之中选出的一个,能够变更其通过面积,但不限定于这样的方式。具体地例如,作为压力保持部,其通过面积即有效径能够连续地变更的阀也可以作为压力保持部被设置。
另外,在上述的实施例中,在流入碳酸泉生成装置10的水量H的基础上变更压力保持部16的有效径(通过面积)以满足上述要件A和B,但不限于这样的方式。例如,也可以代替压力保持部16的有效径、或在此之外,设定通过二氧化碳生成部20或气泡注入部30产生的二氧化碳气泡的量,以满足上述要件A和B。这样,与上述的实施例同样地,相对于上述流量的水,能够尽可能减少未彻底溶解而浪费的二氧化碳气泡,另一方面能够得到满足碳酸泉生成装置10所要求的二氧化碳浓度的碳酸性。
再者,上述的实施例中尽管对于水温没有提及,但也可以考虑生成的碳酸泉的温度、或向碳酸泉生成装置10供给的水的温度来变更碳酸泉生成装置10的设计,具体地是气泡溶解流路12的长度和/或由二氧化碳生成部20、气泡注入部30进行的二氧化碳的注入量等。即,由于二氧化碳气泡是水温越高越难溶解,因此可以水温越高越增长气泡溶解流路12的长度、或减少由二氧化碳生成部20、气泡注入部30产生的二氧化碳量。这样,即使是水温高的情况也能够确保碳酸泉中的二氧化碳浓度,或者能够减少未彻底溶解而浪费的二氧化碳。
上述的实施例中,对于碳酸泉生成装置10所要求的碳酸泉的二氧化碳浓度为1000ppm的情况的例子进行了说明,但并不限定于此。一般地用于浴用的碳酸泉浓度越高越好,因此也能够生成二氧化碳浓度大致饱和的浓度的碳酸泉。在此,大致饱和的浓度(大致饱和浓度),是指可看作几乎达到饱和浓度的浓度,例如被确定为饱和浓度的95%程度以上那样,也可以是包含饱和浓度的概念。在饱和浓度附近溶解速度明显下降,因此提高 浓度到那以上与到达该浓度为止相比需要相当多的时间,另一方面如果是可看作大致到达上述饱和浓度的浓度,则可得到基于饱和浓度的情况的效果,因此是考虑这些设定的浓度。该情况下,如上所述根据向碳酸泉生成装置10供给的水的水温二氧化碳的溶解量不同,因此可以考虑该因素进行碳酸泉生成装置10的设计。
附图说明
图1是说明本发明的碳酸泉生成装置的结构的一例的图。
图2是说明用于使水中的气泡不滞留地流动的气泡溶解流路的管径(有效径)与其流量的关系的图。
图3是说明气泡溶解流路中包含节流部的部分的截面的图。
图4是说明与节流部的有效径相对的、气泡溶解流路没有节流部的部分和节流部的压力差的图。
图5是说明压力保持部和与其邻接的气泡溶解流路中的各变量的图。
图6是表示压力保持部和与其邻接的气泡溶解流路的压力差、以及压力保持部的最大径的关系的图。
图7是说明压力保持部的结构的一例的图。
图8是说明向碳酸泉生成装置供给的水量与碳酸泉的生成量的关系的图。
图9是说明本发明的另一实施例中的二氧化碳生成部的结构的一例的图。
图10是说明本发明的又一实施例中的二氧化碳生成部的结构的一例的图。
图11是说明本发明的又一实施例中的二氧化碳生成部的结构的一例的图。
符号标记说明
10:碳酸泉生成装置
12:气泡溶解流路
14:节流部
16:压力保持部
20、120、130、140:二氧化碳生成部
22:反应室
24:片剂
26:出口部
30:气泡注入部
34:气泡供给停止阀
36:气泡供给阀
37:注入口
40:注水管部
42:第1供给部
44:第2供给部
46:碳酸泉生成切换部
48:选择部
Claims (11)
1.一种碳酸泉生成装置,其特征在于,
该碳酸泉生成装置具有混合有二氧化碳气泡的水流动的气泡溶解流路,通过该二氧化碳气泡溶解于该水而生成碳酸泉,
该气泡溶解流路具有至少一个节流部、和压力保持部,所述节流部分割所述二氧化碳气泡,所述压力保持部设置在相比于该节流部靠该气泡溶解流路的下游侧,保持所述气泡溶解流路内的水压,
该气泡溶解流路的有效径被确定,以使得在该气泡溶解流路流动的所述水的流速下的气泡的粘性阻力,成为所述二氧化碳气泡为该有效径的最大径的情况下的所述二氧化碳气泡的浮力以上,
该气泡溶解流路的长度被确定,以使得在流通于该气泡溶解流路的所述混合有二氧化碳气泡的水中,确保用于使二氧化碳的浓度到达规定浓度的溶解时间,
所述节流部的有效径比所述气泡溶解流路小,
所述压力保持部,具有用于将该碳酸泉生成装置内部的水压维持在能够促进所述二氧化碳气泡的溶解的压力的通过面积。
2.根据权利要求1所述的碳酸泉生成装置,其特征在于,
所述压力保持部的通过面积被设定,以使得在向所述碳酸泉生成装置供给的水的流量为5L/分钟~30L/分钟的范围的情况下,将该碳酸泉生成装置内部的水压维持在能够促进所述二氧化碳气泡的溶解的压力。
3.根据权利要求1或2所述的碳酸泉生成装置,其特征在于,
所述节流部和所述碳酸泉的吐出部的距离被确定,以使得被所述节流部分割了的所述二氧化碳气泡不会结合变大以致妨碍碳酸泉流到碳酸泉的吐出部。
4.根据权利要求1~3的任一项所述的碳酸泉生成装置,其特征在于,
该气泡溶解流路的长度被确定,以使得在流通于该气泡溶解流路的所述混合有二氧化碳气泡的水中,确保用于使二氧化碳的浓度到达大致饱和浓度的溶解时间。
5.根据权利要求1~4的任一项所述的碳酸泉生成装置,其特征在于,所述压力保持部的通过面积能够变更。
6.根据权利要求1~5的任一项所述的碳酸泉生成装置,其特征在于,所述压力保持部,能够从通过面积不同的多个压力保持部中选择性地安装。
7.根据权利要求1~6的任一项所述的碳酸泉生成装置,其特征在于,所述气泡溶解流路为可挠性的管。
8.根据权利要求1~7的任一项所述的碳酸泉生成装置,其特征在于,具有:
二氧化碳生成部,其使通过与水反应而产生二氧化碳的原料物质和水进行反应来产生二氧化碳;和
气泡注入部,其将预先生成了的二氧化碳以气泡形式注入水中,
所述二氧化碳气泡是通过选择性地实行该二氧化碳生成部和该气泡注入部的任一方来生成的。
9.根据权利要求8所述的碳酸泉生成装置,其特征在于,
所述原料物质为规定形状的固体物质,
所述二氧化碳生成部包含相对于大气密闭的、使所述原料物质和水反应的反应室,
通过能够调节向所述反应室供给的水量,并且能够调节该反应室中的所述原料物质的浸渍水位,由此能够控制所述原料物质的反应时间。
10.根据权利要求8或9所述的碳酸泉生成装置,其特征在于,
包含选择性地实行是否向所述气泡溶解流路供给水的碳酸泉生成切换部,
所述气泡注入部,具有能够仅在通过该碳酸泉生成切换部向所述气泡溶解流路供给水的情况下注入所述二氧化碳的气泡供给阀。
11.根据权利要求8~10的任一项所述的碳酸泉生成装置,其特征在于,
包含向所述二氧化碳生成部供给所述水的第1供给部、向所述气泡注入部供给所述水的第2供给部、和选择性地向该第1供给部与该第2供给部的任一方供给所述水的选择部,
所述气泡注入部,具有在通过该选择部向所述第1供给部供给水的情况下停止所述二氧化碳的注入的气泡供给停止阀。
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