JP2003053169A

JP2003053169A - 炭酸水製造装置及び炭酸ガス溶解方法

Info

Publication number: JP2003053169A
Application number: JP2001246202A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tasaka; 広田阪; Masanori Sakakibara; 巨規榊原
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2003-02-25

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】低コストで生産でき、更に安定した溶解効率
で大量の炭酸温水を製造することが出来る装置及び炭酸
ガス溶解方法を提供する【解決手段】複数に分岐し、各々に炭酸ガス溶解素子
１を有する水流路と、該炭酸ガス溶解素子１の上流に設
けられた炭酸ガス添加口２と、該水流路を合流させる合
流部５とからなる炭酸水製造装置は、処理する水量が変
動しても、使用する水流路の数を増減させて各水路に流
れる水量を一定の範囲に保つことができるため、溶解効
率を高く維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭酸水を簡便な構
造で効率よく製造するための装置および炭酸ガス溶解方
法に関する。

【0002】

【従来の技術】炭酸泉等の炭酸ガスを含んだ温水に入浴
した場合の血管拡張効果や、湯冷めしにくい等の温浴効
果は一般によく知られ、浴用炭酸水を簡便に得ることが
できる薬剤や装置が市販されている。また近年数１００
ｐｐｍから１０００ｐｐｍ程度の高濃度での治療効果も
証明されつつある。

【0003】このような炭酸ガスを含んだ炭酸温水を得るた
めに、両端の開口した中空糸膜を複数本収納してなる中
空糸膜モジュールを用いて浴湯中へ炭酸ガスを溶解させ
る方法が特開平２−２７９１５８号公報に、また絞りを
有する配管中に炭酸ガスを直接吹き込んで水中へ炭酸ガ
スを溶解させる装置が特開平５−２３８９２８号公報
に、それぞれ記載されている。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】特開平２−２７９１５
８号公報に記載されている中空糸膜モジュールを用いる
方法では、高濃度の炭酸水を得ることができるものの、
コストが高くなりがちであった。また特開平５−２３８
９２８号公報に記載されている絞りを有する配管中に炭
酸ガスを直接吹き込む装置の場合には、絞りがある一本
の配管を用いるため通水圧損が高く、大量の炭酸温水を
得ることが困難であり、また水の流量変動により炭酸ガ
ス溶解効率も大きく変動する問題点があった。本発明
は、低コストで生産でき、更に安定した溶解効率で大量
の炭酸温水を製造することが出来る装置及び炭酸ガス溶
解方法を提供するものである。

【0005】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の第一の要
旨は、複数に分岐し、各々に、水流路内に配置され水流
に乱れを発生させる炭酸ガス溶解素子を有する水流路
と、該炭酸ガス溶解素子の上流に設けられた炭酸ガス添
加口と、該水流路を合流させる合流部とからなる炭酸水
製造装置、である。また、分岐された水流路を遮断する
手段を備えると、処理すべき流量の変動に対応して分岐
水流路の数を変更でき好ましい。また、分岐された各々
の水流路に２Ｌ／ｍｉｎ〜４Ｌ／ｍｉｎで通水した際、
水流路の分岐部から合流部までの差圧が３０ｋＰａ〜１
００ｋＰａであると、炭酸ガスを効率的に溶解でき好ま
しい。

【0006】本発明の第二の要旨は、複数に分岐された水流
路に、水流路内に配置され水流に乱れを発生させる炭酸
ガス溶解素子を設け、炭酸ガス溶解素子の上流の水流路
内に炭酸ガスを添加し、炭酸ガス溶解素子にて炭酸ガス
を水中に溶解させた後、複数の水流を一つに合流させる
ことを特徴とする炭酸ガス溶解方法、である。また、処
理する水量に応じて複数の分岐された水流路を開閉して
通水する水流路の数を変化させ、分岐された水流路を流
れる水流の量を一定範囲に保つと、流量が変動しても炭
酸ガスの溶解効率を高く保つことができ好ましい。分岐
された水流路を流れる水流が２Ｌ／ｍｉｎ〜４Ｌ／ｍｉ
ｎであること、水流路の分岐部から分岐された水流路の
合流部までの差圧を３０ｋＰａ〜１００ｋＰａとするこ
と、が、炭酸ガスの溶解効率を向上させることができ好
ましい。また、炭酸ガスの溶解効率を７０％以上とする
と、経済的に好ましい。さらに、生成される炭酸水の炭
酸ガス濃度が３００ｐｐｍ〜１３００ｐｐｍであるこ
と、水流路に流される水の温度が３０℃から５０℃であ
ること、はそれぞれ炭酸水の効能が高いため好ましい。

【0007】

【発明の実施の形態】以下、図面を元に本発明の炭酸ガ
ス溶解装置及び炭酸ガス溶解方法について説明する。図
１は本発明による炭酸ガス溶解装置を模式的に示す図で
あり、実線の矢印は水の流れを示し、破線の矢印はガス
の流れを示すものである。図1の例では、水流路は分岐
部４から４本の水流路に分岐し、それぞれの水流路には
炭酸ガス溶解素子１と、炭酸ガス添加口２が設けてあ
る。各水流路は、合流部５で再び一本に合流する。

【0008】ここで、炭酸ガス溶解素子１とは、水流路内に
配置された水流に乱れを発生させる部材のことであり、
水流の乱れにより水中に添加された炭酸ガス気泡を微細
化し、攪拌させる事により炭酸ガスの溶解を促進させる
素子の事である。より具体的な例としては、流路に設け
られたオリフィス、メッシュ、スリット等や、格子状の
部材や突起等からなるミキサーを挙げる事ができる。

【0009】水流路の分岐の形態は、例えば、円柱や角柱等
のブロック状マニホールド部材に複数の連通口を設け、
それぞれの連通口に炭酸ガス溶解素子を配置した一体形
状のもの、炭酸ガス溶解素子が配置された一本の独立し
た流路を、複数に分岐したチューブ等配管で並列に接続
した形状のもの、等が可能である。複数に分岐したチュ
ーブ等配管で並列に接続する場合は、それぞれの分岐水
流路を一つに束ね一体形状としてもよい。また、それぞ
れの分岐水流路の形状を矩形等多角形にすると、分岐部
を一つに束ねる際に効率よく束ねられる。なお、水流路
を一旦分岐させ、分岐した水流路を更に分岐させるよう
な多段階の分岐を行っても良い。

【0010】分岐した水流路の各々について、水流路を遮断
する遮断手段３を設けると、水量の変化に応じて効率を
低下させずに炭酸ガスを溶解させることができる。図２
は流量と炭酸ガス溶解効率の関係を示すグラフであり、
破線は、一本の水流路に設けた炭酸ガス溶解素子に流れ
る水流量と、溶解効率の関係を示す線で、流量が低くな
ると、炭酸ガス溶解素子により発生する流れの乱れが少
なくなり、溶解効率が低下する。

【0011】実線は、流量の低下に伴い、水流路に設けられ
た開閉弁を閉じて、使用する水流路を減少させ、一本の
炭酸ガス溶解素子に流れる流量を一定になるように調節
した場合の、水流量と溶解効率の関係を示す線であり、
炭酸ガス溶解効率は高い位置で安定している。即ち水流
路をｎ本に分割し、水流量が一定量低下するごとに水流
路を順次遮断し、一本の水流路に流れる水量を一定にす
る事により、高い溶解効率を維持する事が可能となって
いる。なお、この時水流量の低下に伴ない、炭酸ガス流
量も少なくする必要があるが、その方法は簡便な方法と
しては、圧力調整弁により炭酸ガス供給圧力を低下させ
る方法を挙げる事が出来、更には流量を検知し自動でガ
ス圧を調整するよう制御手段を用いる等、適宜選択可能
である。

【0012】遮断手段３としては、例えば各流路にボールバ
ルブ等開閉弁を取り付けて開閉を行う方法、また、複数
の流路が一体となっている場合には、その端部にスライ
ドやシャッター等封止部材を取り付け、封止部材をスラ
イドさせて流路を遮断する方法等、を挙げることができ
る。封止部材のスライド方法としては、例えば端部に複
数の羽根状の遮蔽板を配置し、必要に応じ羽根を移動さ
せ流路を塞ぐ方法や、ロール状に丸められた遮蔽板を引
き伸ばす事により、流路を塞ぐ方法等を挙げることがで
き、具体的には、カメラのシャッターや扇状の動きをす
る構造のもの、倉庫、車庫等の入り口につけられている
シャッターのような動きをする構造のもの等を挙げる事
ができる。

【0013】ガス添加口は、炭酸ガス溶解素子の上流にあれ
ば、分割した水流路それぞれに設けても構わないし、水
流路を分割する手前で添加しても構わない。また、炭酸
ガスと酸素等、複数種類のガスを併せて添加することも
可能であり、その場合には、それぞれの分岐部にそれぞ
れのガスを添加するように配管すればよい。

【0014】水流路に炭酸ガスを添加する炭酸ガス添加口２
については、ガス流路に水が逆流することがないよう逆
止弁が取り付けられてなることが好ましく、例えば、自
転車のタイヤチューブに取り付けられているムシゴムの
ような形状を有する、一般にダックビルと呼ばれるもの
などを使用することができる。

【0015】分岐された水流路に通水されるそれぞれの水流
量は、２Ｌ/ｍｉｎ〜４Ｌ/ｍｉｎが好ましい。大量の処
理を必要とする場合に、２Ｌ/ｍｉｎ以下の流量であれ
ば、流路の分岐数が多くなって装置の大型化や高コスト
化につながり、４Ｌ/ｍｉｎ以上で流そうとすると圧力
損失が高くなり、送液が困難となる。

【0016】圧力を高くするほど水中へ炭酸ガスを効率的に
溶解させることができるが、あまり圧力を高く使用とす
ると送液が困難になる。このため、水流路の分岐部から
合流部までの差圧が３０ｋＰａから１００ｋＰａになる
ように炭酸ガス溶解素子の形状や配管等の形状、径等を
調整すると、好適に炭酸水を得ることが出来るため好ま
しい。

【0017】図３は、炭酸ガス溶解素子にオリフィスを使用
した配管の概要を示す断面図である。オリフィスの開口
部６の径を変更し、絞り率（オリフィスの突起部面積が
配管断面積を遮蔽する割合）を調整することにより、炭
酸ガスの溶解効率や水中の炭酸ガス濃度を調整すること
ができる。図４は、直径１０ｍｍの配管中に流れ方向の
長さが３ｍｍのオリフィスを設け、オリフィスの絞り率
を変化させた際の、絞り率と炭酸ガス濃度、通水圧損と
の関係、図５は絞り率と炭酸ガス溶解効率、通水圧損と
の関係をそれぞれ示した図である。開口部径及び絞り率
は表１に示したように調整した。分岐された水流路それ
ぞれに通水される水の流量は２．７Ｌ／ｍｉｎ、炭酸ガ
ス流量は０．８Ｌ／ｍｉｎ及び１．５Ｌ／ｍｉｎで行っ
た。図４及び図５に示すように、水流路内の断面積の８
７％から９５％を絞ることにより、水流路の分岐部から
分岐された水流路の合流部までの差圧を３０ｋＰａから
１００ｋＰａとすることができる。

【0018】

【表１】

【0019】オリフィスの流れ方向の長さは薄い方が好まし
く、０．１〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。０．
１ｍｍ以下であれば通水圧によりオリフィスが破損する
可能性があり、５ｍｍ以上であれば必要以上に圧力損失
が上昇し好ましくない。

【0020】炭酸ガスの溶解効率を７０％以上とする事によ
り、大気中に拡散される炭酸ガス量を抑える事が出来、
ガスボンベ等炭酸ガス源が小型であっても炭酸ガス源の
交換の手間を少なくする事ができる。

【0021】分岐された流路それぞれに通水される流量は、
実質的に等しくすることが好ましく、その方法としては
例えば分岐された各水流路にゴムやバネ等の弾性体を用
いた定流量弁を配置する方法、水流路が分岐されてから
再び合流されるまでの各水流路の長さや内径等をそろえ
て圧力損失を等しくする方法等を挙げる事が出来、適宜
選択することができる。また、装置内の炭酸ガス添加部
の配置等の関係で、例えば水流路長さを均一にすること
が出来ない場合には、炭酸ガス溶解素子の径を調整し通
水圧力損失を実質的に等しくすることも可能である。

【0022】全体の処理水量は、炭酸水を全身浴或いは足浴
等の部分浴のために、浴槽等容器内に溜める時間が短く
すみ、また、シャワー浴等で使用する際にも好適にシャ
ワーヘッドから吐出されることから、２Ｌ／ｍｉｎ〜２
０Ｌ／ｍｉｎの範囲が好ましく、５Ｌ／ｍｉｎ〜１５Ｌ
／ｍｉｎより好ましい。このとき、分岐する水流路の数
としては２〜１０本が好ましい。

【0023】炭酸ガス濃度は、「Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓ
ｏｆｅｘｔｅｒｎａｌＣＯ２ａｐｐｌｉｃａｔｉ
ｏｎｏｎｈｕｍａｎｓｋｉｎｍｉｃｒｏｃｉｒ
ｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｌ
ａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒｆｌｏｗｍｅｔｒｙ．Ｉｎ
ｔＪＭｉｃｒｏｃｉｒｃ：ＣｌｉｎＥｘｐ４：３
４３-３５０(１９８５)」に、炭酸ガス濃度が３００ｐ
ｐｍ程度以上から血流量増加効果があることが記載され
ているように、３００ｐｐｍ以上にすることが好まし
い。

【0024】一方４０℃における炭酸ガスの飽和溶解度は１
３００ｐｐｍ程度であり、この濃度以上に炭酸ガスを添
加しようとしても溶解効率が低下し、未溶解のガスが吐
出口から噴出するため好ましくない。さらに、炭酸ガス
濃度が７００ｐｐｍ以上になると炭酸水のｐＨが５以下
になるため、浴室や洗面室等の使用場所における金属等
の耐酸性の低い部材を劣化させることがあることから、
炭酸ガス濃度は３００ｐｐｍ〜７００ｐｐｍに設定する
事がより好ましい。

【0025】ガスを添加した後水温を上昇させると一旦溶解
したガスが再気泡化し水中のガス濃度が低下するため好
ましくない。このため水流路に流される水の温度は予め
３０℃から５０℃に温度調節されてなることが好まし
い。水温は３０℃以上であれば、一般に全身浴、足浴或
いはシャワー浴等皮膚に触れる際不快感を催すことがな
く、また炭酸ガス添加後すぐに使用しない場合には５０
℃程度の温度で炭酸ガスを添加し使用時に冷めて適温に
なるよう適宜調節する事も可能である。より好適な温度
範囲は体温前後の３５℃から４０℃の範囲である。

【0026】炭酸ガス濃度の調整方法としては、炭酸ガスの
供給圧力をレギュレーター等圧力調整装置で炭酸ガス供
給量を調節する方法や、ニードルバルブ等で炭酸ガス流
路の開閉量により炭酸ガス供給量を調節する方法、炭酸
ガス流量調整部材として、微細な連通口を有する金属或
いは樹脂の焼結体等を流路に配置し、焼結体等を圧損部
材として機能させる方法、等を用いることができる。ま
た、これらの方法を適宜組み合わせて使用することも可
能である。

【0027】以下、実施例を基に本発明を具体的に説明す
る。＜実施例１＞直径１０ｍｍの配管に、開口部径３ｍｍ、
絞り率９１％のオリフィスを設け、図１に示すように４
本並列に配管し、水温４０℃の水を４本合計して１０Ｌ
／ｍｉｎで流し、炭酸ガスを配管それぞれに０．８Ｌ／
ｍｉｎで添加した。その結果、通水圧損は４５ｋＰａ
で、溶解効率８０％、炭酸ガス濃度５００ｐｐｍの炭酸
温水を得ることが出来た。

【0028】＜実施例２＞実施例１に使用した装置の４本の
並列配管の内、２本の流路を閉じ、水の流量合計を５Ｌ
／ｍｉｎにして通水した。その結果、通水圧損は４５ｋ
Ｐａで、溶解効率８０％、炭酸ガス濃度５００ｐｐｍの
炭酸温水を得ることが出来た。

【0029】＜実施例３＞実施例１に使用した装置の、並列
配管の流路合流部の下流にシャワーヘッドを取り付け、
家庭用給湯器を用いて４０℃の温水を１０Ｌ／ｍｉｎで
給湯し、炭酸ガスを配管それぞれに０．８Ｌ／ｍｉｎで
添加しながら、また、このとき通水圧損は１００ｋＰａ
で、溶解効率８０％、炭酸ガス濃度５００ｐｐｍの炭酸
温水を得ることが出来た。

【0030】＜比較例1＞開口部径３ｍｍ、絞り率９１％の
オリフィスを設けた直径１０ｍｍの配管一本にシャワー
ヘッドを取り付け、炭酸ガスを３．２Ｌ／ｍｉｎで添加
しながら、家庭用給湯器から４０℃の温水を給湯した
が、給水圧が２００ｋＰａまでしか上がらなかったた
め、シャワーからの吐水量は５Ｌ／ｍｉｎしか得られな
かった。このとき、溶解効率は５０％、炭酸ガス濃度は
６３０ｐｐｍであった。

【0031】＜比較例２＞開口部径５ｍｍ、絞り率７５％の
オリフィスを設けた直径１０ｍｍの配管一本に、水温４
０℃の水を１０Ｌ／ｍｉｎで流し、炭酸ガスを３．２Ｌ
／ｍｉｎで添加した。このとき、通水圧損は７０ｋＰａ
で、得られた炭酸温水の炭酸ガス濃度は３００ｐｐｍ、
溶解効率は５０％であった。

【0032】＜比較例３＞比較例２の配管の後にシャワーヘ
ッドを取り付け、家庭用給湯器から４０℃の温水を１０
Ｌ／ｍｉｎで給湯したところ、溶解効率が低かったため
未溶解の炭酸ガス気泡がシャワー口吹き出し、連続的に
水を吐出する事が出来なかった。

【0033】

【発明の効果】本発明の炭酸ガス溶解方法及び溶解装置
によれば、流路を分岐し、それぞれに炭酸ガス溶解素子
を設ける簡便な構造でありながら、低い圧力損失で大量
のガス添加水を効率よく製造する事が出来、快適に全身
浴や足浴等の浴槽の貯水、或いは炭酸温水シャワー等に
使用することができる。更に給水圧の変動等により水流
量が変動しても安定した溶解効率を維持することが出来
る。また、装置も小型で低コスト化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガス添加方法を模式的に示す図で
ある。

【図２】水流量と炭酸ガス溶解効率の関係を示した図で
ある。

【図３】本発明の炭酸ガス溶解素子を有する配管の一例
を示す断面図である。

【図４】絞り率と炭酸ガス濃度を示すグラフである。

【図５】絞り率と炭酸ガス溶解効率を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１炭酸ガス溶解素子２炭酸ガス添加口３水流路を遮断する手段４分岐部５合流部６開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4C094 BB14 BC11 DD06 DD14 EE01 EE20 EE34 FF01 FF02 FF05 FF09 FF11 GG03 GG06 4G035 AA05 AB26 AC26 AE13 4G075 AA02 AA03 BB03 BD01 BD13 BD22 DA02 DA12 DA18 EB21 EC01 EC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数に分岐し、各々に、水流路内に配置
され水流に乱れを発生させる炭酸ガス溶解素子を有する
水流路と、該炭酸ガス溶解素子の上流に設けられた炭酸
ガス添加口と、該水流路を合流させる合流部とからなる
炭酸水製造装置。
【請求項２】前記水流路を遮断する手段を備えてなる
請求項１記載の炭酸水製造装置。
【請求項３】前記水流路の各々に２Ｌ／ｍｉｎ〜４Ｌ
／ｍｉｎで通水した際、分岐部と合流部の間の差圧が３
０ｋＰａ〜１００ｋＰａである請求項１又は２記載の炭
酸水製造装置。
【請求項４】複数に分岐された水流路に、水流路内に
配置され水流に乱れを発生させる炭酸ガス溶解素子を設
け、炭酸ガス溶解素子の上流の水流路内に炭酸ガスを添
加し、炭酸ガス溶解素子にて炭酸ガスを水中に溶解させ
た後、複数の水流を一つに合流させることを特徴とする
炭酸ガス溶解方法。
【請求項５】処理する水量に応じて複数の分岐された
水流路を開閉して通水する水流路の数を変化させ、分岐
された水流路を流れる水流の量を一定範囲に保つ請求項
４記載の炭酸ガス溶解方法。
【請求項６】分岐された水流路を流れる水流が２Ｌ／
ｍｉｎ〜４Ｌ／ｍｉｎである請求項５記載の炭酸ガス溶
解方法。
【請求項７】水流路の分岐部から合流部までの差圧を
３０ｋＰａ〜１００ｋＰａとする請求項４〜６いずれか
に記載の炭酸ガス溶解方法。
【請求項８】炭酸ガスの溶解効率を７０％以上とする
請求項４〜７いずれかに記載の炭酸ガス溶解方法。
【請求項９】生成される炭酸水の炭酸ガス濃度が３０
０ｐｐｍ〜１３００ｐｐｍである請求項４〜８いずれか
に記載の炭酸ガス溶解方法。
【請求項１０】水流路に流される水の温度が３０℃か
ら５０℃である請求項４〜９いずれかに記載の炭酸ガス
溶解方法。