JP2004313749A - 炭酸水製造装置及び炭酸水製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高濃度の炭酸水を安価かつ簡便に製造することのできる炭酸水の製造方法を提供する。
【解決手段】エレメント数が２０〜１００個であるスタティックミキサーを使用する炭酸水製造装置及び炭酸水製造方法は、高濃度の炭酸水を、安価かつ簡便に製造することができ、いわゆるワンパス型の製造方法において特に効果的に適用できる。
また、スタティックミキサーのエレメント数をＮ個とし、スタティックミキサー中を、水と炭酸ガスの混合体が流れる際のレイノルズ数をＲｅとしたとき、Ｒｅ×Ｎが１０００００〜２００００００となるようにすると、さらに効率的に高濃度の炭酸水を製造することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、炭酸水の製造装置及び製造方法に関する。より詳しくは、効率よく高濃度炭酸水を得る炭酸水の製造装置及び製造方法に関する。

炭酸水は優れた保温作用があることから、古くから温泉を利用する浴場等で用いられている。炭酸水の保温作用は、基本的に、含有炭酸ガスの末梢血管拡張作用により身体環境が改善されるためと考えられる。また、炭酸ガスの経皮浸入によって、毛細血管床の増加及び拡張が起こり、皮膚の血行を改善する。このため退行性病変及び末梢循環障害の治療に効果があるとされている。

近年、特に前述の治療において、炭酸水中の炭酸ガス濃度が、約４０℃の水における過飽和濃度域である１２００ｍｇ／Ｌ前後になると、更に顕著な効果が得られることが解ってきている。

炭酸水の製造方法としては、炭酸ガス溶解器に、給湯器等から得られた温水を一回だけ通過させることにより炭酸水を製造するワンパス供給型、循環ポンプにより浴槽中の温水を、炭酸ガス溶解器を介して循環させる循環供給型、浴槽中の温水に直接炭酸ガスを分散させる分散型等がある。

また、高濃度の炭酸水を効率的に得るための方法としては、スタティックミキサーを用いる方法（特許文献１、特許文献２参照）、中空糸膜を介して、温水中に炭酸ガスを溶解させる方法（特許文献３参照）が知られている。

スタティックミキサーは安価に入手できるという利点はあるが、エレメント数や通水条件等の溶解条件を制御しないと、高濃度の炭酸水を製造することができない。特許文献１では、スタティックミキサーの種類等に関する検討はされておらず、エレメント数が１２のスタティックミキサーが開示されているのみであり、高濃度の炭酸水を効率よく製造できていない。
また、特許文献２の実施例によると、標準的な浴槽容量である２００Ｌの温水中の炭酸ガス濃度を１０００ｍｇ／Ｌにするには３０分もの長時間を要している。時間を短縮するためには炭酸ガス流量を増やすという方法があるが、溶解効率が低下するため好ましくない。

特許文献３の中空糸膜を用いる方法は、スタティックミキサーを用いる方法に比べ、より高濃度の炭酸水を製造することができるが、比較的高価となりがちである。
特開昭６３−２４２２５８号公報 特開昭６３−２４２２５７号公報 特開平８−１９７８４号公報

本発明は、高濃度の炭酸水を簡便且つ効率よく製造することのできる炭酸水製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

即ち本発明の第一の要旨は、水供給手段と、炭酸ガス供給手段と、エレメント数が２０〜１００個であるスタティックミキサーとを有する炭酸水製造装置である。

また、本発明の第二の要旨は、エレメント数が２０〜１００個のスタティックミキサーに水と炭酸ガスを供給して、水中に炭酸ガスを溶解させる炭酸水製造方法である。

本発明の炭酸水製造装置及び炭酸水製造方法によれば、エレメント数が２０〜１００個であるスタティックミキサーを使用して水中に炭酸ガスを溶解させるので、高濃度の炭酸水を簡便に効率よく製造することができる。
また、気液分離器をスタティックミキサーの後段に設けることで、未溶解の炭酸ガスを未然に流路外に排出することができるため、ガス添加性能に不具合が発生することがない。

また、スタティックミキサーのエレメント数をＮ個とし、スタティックミキサー中を、水と炭酸ガスの混合体が流れる際のレイノルズ数をＲｅとしたとき、Ｒｅ×Ｎの値が１０００００〜２００００００となるようにすると、さらに効果的に高濃度の炭酸水を製造することができる。
また、供給する炭酸ガスの流量をＸ（Ｌ／ｍｉｎ）、供給する水の流量をＹ（Ｌ／ｍｉｎ）としたときに、ワンパス供給の場合はＸ／Ｙの値が０．５から１．２の範囲、循環供給の場合には、Ｘ／Ｙの値が０．３から１．０の範囲にそれぞれ設定することにより、効率よく高濃度の炭酸水を得ることができる。

図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の炭酸水製造装置の一例を示す概略図であり、即ちスタティックミキサーに水と炭酸ガスの混合体を一回だけ供給することによって（以下これをワンパス供給という）炭酸水を製造する装置の構成を示すものである。製造された炭酸水はコップに受けて飲用等に用いてもよいし、シャワーヘッドを通してシャワーとして浴びてもよい。

本発明の炭酸水製造装置は、炭酸ガス供給手段２０、水供給手段３０及びスタティックミキサー１１からなり、炭酸ガス供給手段２０から炭酸ガスを、水供給手段３０から水を、スタティックミキサー１１に供給し、スタティックミキサー１１中で水中に炭酸ガスを溶解させる。

炭酸ガスは、炭酸ガスの供給源である炭酸ガスボンベ１と、ガス圧力を一定圧に減圧するための炭酸ガス圧力制御弁３と、ガス流量の制御を行う炭酸ガス流量制御弁５と、炭酸ガス流量計４と、逆止弁６とからなる炭酸ガス供給手段２０によって、炭酸ガス導入口７からスタティックミキサー１１に供給される。また、炭酸ガス圧力制御弁３の前後には炭酸ガスボンベ１の圧力及び炭酸ガス供給圧力を表示する炭酸ガス圧力計２が配置されている。

炭酸ガス流量計４は、炭酸ガス流量の調整や正しい流量が流れているかを確認するために、必要に応じて設置することができる。
炭酸ガスの流量制御は、炭酸ガス圧力制御弁３だけを用いて行うことも可能であるが、常時一定の炭酸ガス濃度を得るためには、図１に示したように、炭酸ガス圧力制御弁３と炭酸ガス流量制御弁５とを併用して流量制御をすることが好ましい。

炭酸ガス流量制御弁５としては、種々のニードルバルブ、オリフィス、電子式に使われているピエゾもしくはソレノイドアクチュエーターなどが挙げられるが、ニードルバルブが安価で好ましい。

水は、給湯器等によって３０℃〜５０℃程度にまで適宜加温されて温水となり、水供給手段３０によって、水導入口８から炭酸水製造装置に供給される。このとき、水道の元圧を利用して供給しても構わないが、スタティックミキサー１１の圧損により、場合によっては必要流量を供給できないことがあるので、増圧ポンプ１０を用いるのが好ましい。増圧ポンプ１０は、高揚程型の増圧ポンプが好ましく、特にダイヤフラムポンプが安価かつ能力が高いため好ましい。

なお、給水圧力が高すぎて給水量が多くなる場合、一定以上に水流量が上がらない水定流量弁９を用いて水流量を制御することにより、給水圧が変動する場合であっても給水量を常に一定に保つことができる。

炭酸ガスと温水の合流部は、両者が合流できればよく、配管部材で用いられるチーズ配管、クロス配管、ユニオンなどを用いることができる。

炭酸ガスと温水は、スタティックミキサー１１内で混合され、炭酸ガスが水中に溶解される。スタティックミキサー１１は、駆動部のない静止型のミキサーであり、管の内部に設けられた、螺旋形状やバッフル板形状等のエレメントによって、流体が分割されたり、反転されたり、方向転換されたりすることによって、混合が行われる。
スタティックミキサーの詳細については、化学工学会編、槇書店発行、化学工学の進歩３４、ミキシング技術、第１４章に記載されている。

本発明に使用するスタティックミキサー１１の種類としては、管中に右方向にねじれた螺旋状エレメントと、左方向にねじれた螺旋状エレメントが交互に配されたタイプ、即ちケニックスタイプ（スパイラルタイプともいう）、管の中央に軸が配され、軸に半楕円形のバッフル板が配されたタイプ、即ちステータタイプが、安価に入手できるため好ましい。

スタティックミキサー１１に同じ流量で水を流す場合、スタティックミキサー１１のエレメント数Ｎが多いほど混合されやすくなり、炭酸ガス濃度の高い炭酸水が得られる。しかしながら、エレメント数が多くなると、生成する炭酸水の炭酸ガス濃度は頭打ちになる一方で、通水を行う際に生じる圧力損失が大きくなり、通水が困難となる場合がある。
本発明にあっては、スタティックミキサー１１としてエレメント数が２０〜１００個のものを用いる。

図２に、ワンパス供給において、スタティックミキサー１１のエレメント数Ｎを変えたときに、供給する水の流量を５Ｌ／ｍｉｎ、供給する炭酸ガスの流量を４Ｌ／ｍｉｎとした際の、生成される炭酸水中の炭酸ガス濃度と、圧力損失との関係についての例を示す。なお、使用したスタティックミキサーは、ノリタケカンパニーリミテッド社製のケニックスタイプ（製品名ＤＳＰ型）で、内径は１０ｍｍである。図２から明らかなように、エレメント数Ｎを１００よりも多くすると、炭酸ガス濃度の増加率は低くなり、圧力損失が高くなる。

一方、エレメント数Ｎが２０よりも少ないと、炭酸ガスの溶解効率の低下を防ぐためには、供給する水の流量を多くして乱流を形成する必要がある。その結果、やはり圧力損失が大きくなり、通水が困難となる場合がある。

図３に、ワンパス供給において、スタティックミキサーのエレメント数Ｎを変えたときに、生成される炭酸水中の炭酸ガス濃度を１３４０ｍｇ／Ｌとするのに必要な水の流量と、圧力損失との関係についての例を示す。なお、使用したスタティックミキサーは、ノリタケカンパニーリミテッド社製のケニックスタイプ（製品名ＤＳＰ型）で、内径は１０ｍｍである。図３から明らかなように、エレメント数Ｎが２０よりも少ないときは、多量の水を流す必要があり、圧力損失が急に高くなる。

以上のことから、スタティックミキサー１１のエレメント数Ｎの下限は、２０以上であり、２４以上が好ましい。また、エレメント数Ｎの上限は、１００以下であり、５０以下がより好ましい。

なお、スタティックミキサー１１は、一本のまま使っても構わないが、複数本の直列に連結して使用することもできる。直列に連結した場合のエレメント数Ｎとは、一つの流路中に存在するエレメント数をいうものであり、例えば一本あたりのエレメント数が７個のスタティックミキサー１１を５本直列に連結した場合、エレメント数Ｎは３５個である。

スタティックミキサー１１は、複数本を並列に連結して使用することもできる。並列に連結して使用すると、圧力損失を低い状態に保ちつつ、一度に生成できる炭酸水量を増加させることができるため、好ましい。
並列に連結する場合には、例えば一本あたりのエレメント数が２０個のスタティックミキサー１１を５本並列に連結した場合であっても、エレメント数Ｎは２０個である。

本発明に使用するスタティックミキサー１１の内径は、あまり細いと圧力損失が高くなり、多流量での通水ができないため、内径の下限は、５ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。

また、供給する水の流量が一定の条件では、スタティックミキサー１１の内径が太くなるにつれて、生成される炭酸水中の炭酸ガス濃度が低下する傾向にあり、高濃度の炭酸水を製造するためには、供給する水の流量を多くすることが必要となる。

図４に、ワンパス供給において、スタティックミキサー１１の内径と、生成される炭酸水中の炭酸ガス濃度を約１２００ｍｇ／Ｌに維持するために必要な水の流量と、その際の圧力損失との関係の例を示す。なお、供給する炭酸ガスの流量と供給する水の流量との比は、０．８で一定とし、使用したスタティックミキサーは、ＴＡＨインダストリーズ社製のステータタイプ（製品名５シリーズ）で、エレメント数は２８である。

図４からわかるように、スタティックミキサー１１の内径を太くすると、供給する水の流量を高くしても、水の圧力損失は低くなる傾向にある。

しかしながら、供給する必要のある水の流量があまりに多いと炭酸水製造装置が大規模なものとなるため、内径の上限としては、１００ｍｍ以下であることが好ましく、５０ｍｍ以下がより好ましい。

スタティックミキサーに水と炭酸ガスの混合体を供給するにあたっては、流体の乱れ度合いを示す指標として一般に用いられるレイノルズ数（Ｒｅ）と、スタティックミキサーのエレメント数Ｎとの間で、下式（１）を満足するようにすることが、効率的に高濃度の炭酸水を製造することができるため好ましい。
１０００００≦Ｒｅ×Ｎ≦２００００００ ・・・・・（１）

温水と炭酸ガスとの混合をスタティックミキサーにて行う場合、レイノルズ数Ｒｅは、下式に従って計算される。
Ｒｅ＝２１２００Ｑ／Ｄμ

ここで、Ｑは温水流量（Ｌ／ｍｉｎ）、Ｄはスタティックミキサーの内径（ｍｍ）、μは水の粘度（ｍＰａ・ｓ、例えば４０℃の水の場合０．６５）である。

表１に、ワンパス供給において、供給する炭酸ガスの流量と供給する水の流量との比が０．８の条件で、供給する炭酸ガスの流量と供給する水の流量とを変化させた際の、Ｒｅ×Ｎの値と、生成される炭酸水中の炭酸ガス濃度、炭酸ガスの溶解効率、圧力損失との関係の例を示す。なお、使用したスタティックミキサーは、ノリタケカンパニーリミテッド社製のケニックスタイプ（製品名ＤＳＰ型）で、エレメント数は２８、内径は１０ｍｍである。また、溶解効率は、以下の式より求めた。
溶解効率（％）＝炭酸水中の炭酸ガス量／使用した炭酸ガス量×１００

Ｒｅ×Ｎの値が１０００００よりも小さいと、炭酸ガスの溶解効率が小さくなる傾向にある。Ｒｅ×Ｎの値の下限は２０００００以上がより好ましい。

Ｒｅ×Ｎの値が２００００００よりも大きいと、圧力損失が大きくなって通水が困難となる場合がある。Ｒｅ×Ｎの値の上限は、１００００００以下がより好ましく、５０００００以下がより好ましい。

また、ワンパス供給において、供給する炭酸ガスの流量をＸ（Ｌ／ｍｉｎ）、供給する水の流量をＹ（Ｌ／ｍｉｎ）としたとき、下式（２）を満足するようにすることが、より効率的に高濃度の炭酸水を製造することができるため好ましい。
０．５≦Ｘ／Ｙ≦１．２ ・・・・・（２）

図５に、ワンパス供給において、水の流量Ｙを６Ｌ／ｍｉｎに固定し、炭酸ガスの流量Ｘを変化させた際の、生成される炭酸水の炭酸ガス濃度及び溶解効率との関係の例を示す。なお、使用したスタティックミキサーは、ノリタケカンパニーリミテッド社製のケニックスタイプ（製品名ＤＳＰ型）で、エレメント数は２８、内径は１０ｍｍである。

Ｘ／Ｙの値が０．５よりも小さいと、炭酸水中の炭酸ガス濃度を高くすることが困難になるため好ましくない。Ｘ／Ｙの値の下限は、０．５以上が好ましく、０．６以上がより好ましい。Ｘ／Ｙの値が１．２よりも大きいと、炭酸ガスの溶解効率が低下する傾向にある。Ｘ／Ｙの値の上限は、１．２以下が好ましく、１．０以下がより好ましい。

図６は、本発明の炭酸水製造装置の別の一例を示す概略図であり、水槽中の水を、循環ポンプにより炭酸ガス溶解器を介して循環させる（以下これを循環供給という）装置の構成を示すものである。炭酸水による全身浴等の大量に炭酸水を使用する用途に適した装置構成となっている。

炭酸ガスは、炭酸ガスの供給源である炭酸ガスボンベ１と、ガス圧力を一定圧に減圧するための炭酸ガス圧力制御弁３と、ガス流量の制御を行う炭酸ガス流量制御弁５と、逆止弁６とからなる炭酸ガス供給手段２０によって、水の流れるラインに供給される。

炭酸ガス流量制御弁５としては、種々のニードルバルブ、オリフィス、電子式に使われているピエゾもしくはソレノイドアクチュエーターなどが挙げられるが、ニードルバルブが安価で好ましい。

水槽１３内の水は、フィルター１４と、フロースイッチ１５と、送液ポンプ１６からなる水供給手段３０によってスタティックミキサー１１に供給される。

スタティックミキサー１１内に供給された炭酸ガスと水は、スタティックミキサー内で混合撹拌され炭酸水となり炭酸水排出口１２から水槽１３内に排出され、水槽１３内の水中の炭酸濃度が増加する。

浴槽からの給水ライン１７の先端のフィルター１４は必須ではないが、温水中に混入している髪の毛などの大きなゴミなどをトラップし、循環回路内が汚染されるのを防止するものであり、スポンジ、金網や焼結剤などが使用される。孔径は細かい方が良いが、あまり細かすぎると抵抗が増大するため、数十μｍから数百μｍの間が好ましい。

送液ポンプ１６の種類としては特に限定されないが、静粛性、コスト、サイズ等の点で遠心ポンプが好ましい。また、送液ポンプ１６は、ブラシレスポンプであると、電磁ノイズ放出量が少なく、寿命が長いため好ましい。
さらに、送液ポンプ１６は、自吸式ポンプであると、運転開始時に浴槽からの給水ライン１７に水が存在しなくても運転ができるため好ましい。自吸式ポンプは、例えばギヤポンプ等の容積式の送液ポンプ、非容積式ポンプ、使用停止時もポンプヘッド内に水が滞留した状態になるようにされた送液ポンプ等を用いることができる。

送液ポンプ１６は一台でも構わないが、複数台の送液ポンプ１６を直列に接続して用いることにより、送液に必要な圧力を高めることが好ましい。複数台の送液ポンプ１６を直列に接続して用いると、同じ量の水を供給するにあたって、一台の送液ポンプを使用する場合と比較して、送液ポンプを小型にできるため、合計の電気容量を少なくでき、かつ低騒音となり、また装置そのものも小型化でき、メンテナンスも容易になる。
なお、図６の例では送液ポンプ１６は２台直列にして接続しているが、３台以上の送液ポンプ１６を直列にして用いてもよい。また、２台の送液ポンプ１６を直列に接続し、この２台と他の送液ポンプ１６とを並列にして接続することもできる。

送液ポンプ１６として遠心ポンプ等を使用する場合、水供給手段３０内の詰まりなどにより、吸入圧や吐出圧の変動により供給量が大きく変動し、炭酸水の溶解挙動に影響を及ぼす。そのため、供給水量検出手段としてフロースイッチ１５を設け、供給量を検知することが好ましい。流量検出手段には、フロートの動きにより、リードスイッチが動作し、設定流量以下になった場合、ＯＦＦの信号を出すフロースイッチ９を使用することが好ましい。

浴槽等水槽内の水を循環させて炭酸水を得るにあたって、水槽内の水中に未溶解の炭酸ガスの気泡が多量に存在すると、給水ライン１７から炭酸ガス気泡を吸い込んで、送液ポンプ１６の空転や、スタティックミキサー１１への水供給量と炭酸ガス供給量のバランスが崩れてしまう可能性がある。従って、スタティックミキサー１１の下流に気液分離器４０を設けることが好ましい。

気液分離器４０としては、例えば疎水性の多孔膜を介して水と大気とを接触させ、水中から気泡を取り出す方法や、流速を低下させ水と気泡の密度差を利用して下方に水、上方に炭酸ガスを分離する方法等を用いることができるが、水と気泡の密度差を利用して気液を分離する方法が簡便で好ましい。

図６の例では、気液分離器４０は、容器４１、エアーベントバルブ４２、未溶解炭酸ガス放出ライン４３からなる。容器内４１に通水された未溶解の炭酸ガスを含む炭酸水は、容器内４１で流路が広がったことにより、流速が低下するため、水と気体の密度差により下方に炭酸水、上方に炭酸ガスがそれぞれ分離される。そして、気泡を含まない炭酸水は容器４１の下方に設けられた出口から流出し、炭酸ガスは上方のエアーベントバルブ４２を通り、未溶解炭酸ガス放出ライン４３から放出される。

炭酸ガスと温水の合流部は、両者が合流できればよく、配管部材で用いられるチーズ配管、クロス配管、ユニオンなどを用いることができる。

本発明の炭酸水製造装置及び製造方法によれば、高濃度の炭酸水を効率的に製造することができるが、炭酸水中の炭酸ガス濃度は、炭酸水の効果を充分とするために、９００ｍｇ／Ｌ以上とすることが好ましく、１０００ｍｇ／Ｌ以上とすることがより好ましい。一方、炭酸ガス濃度がある程度高くなると、効果はあまり変わらなくなるため、上限は１５００ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。

また、水の温度については、全身浴、足浴等部分浴、シャワー浴等の各種入浴に使用する場合は、生成される炭酸水の温度を３０〜４５℃の範囲とすると、保温効果がありかつ快適な入浴ができるため好ましく、より好ましくは３５〜４０℃の範囲である。

以下、実施例によって、本発明を更に説明する。

浴槽に２００Ｌのお湯を入れ、図６に示す構成の炭酸水製造装置を使用して炭酸水を製造した。表２に条件と結果を示す。なお、溶解効率は以下の式より求めた。
溶解効率（％）＝炭酸水中の炭酸ガス溶解量／使用した炭酸ガス量×１００

スタティックミキサーとして、ケニックスタイプ（エレメント数２４、内径２５ｍｍφ）を用い、供給水量１４Ｌ／ｍｉｎで、炭酸ガス流量を７Ｌ／ｍｉｎとし、２０分間炭酸水製造装置を運転した。このときレイノルズ数×スタティックミキサーエレメント数（以下、Ｒｅ×Ｎと記載する）の値は４３８３５１、水循環回数１．４回、また、炭酸ガスの流量をＸ（Ｌ／ｍｉｎ）、水の流量をＹ（Ｌ／ｍｉｎ）とした。
Ｘ／Ｙ（以下、Ｘ／Ｙと記載する）の値は０．５、通水時の圧力損失は０．１４ＭＰａであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は１０００ｍｇ／Ｌで、溶解効率は７３％であった。

供給水量を１６Ｌ／ｍｉｎ、炭酸ガス流量を８Ｌ／ｍｉｎとした以外は、実施例１と同様に炭酸水を製造した。このときＲｅ×Ｎの値は５００９７２、水循環回数１．６回、Ｘ／Ｙの値は０．５、通水時の圧力損失は０．１８ＭＰａであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は１１００ｍｇ／Ｌで、溶解効率は７０％であった。

スタティックミキサーとして、ステータタイプ（エレメント数２８、内径２３ｍｍφ）を用いた以外は、実施例２と同様に炭酸水を製造した。このときＲｅ×Ｎの値は６３５２９１、水循環回数１．６回、Ｘ／Ｙの値は０．５、通水時の圧力損失は０．２２ＭＰａであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は１１５０ｍｇ／Ｌで、溶解効率は７３％であった。

炭酸ガス流量を８．４Ｌ／ｍｉｎとした以外は、実施例１と同様に炭酸水を製造した。このときＲｅ×Ｎの値は４３８３５１、水循環回数１．４回、Ｘ／Ｙの値は０．６、通水時の圧力損失は０．１４ＭＰａであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は１１００ｍｇ／Ｌで、溶解効率は６７％であった。

炭酸ガス流量を５．６Ｌ／ｍｉｎ、運転時間を３０分間とした以外は、実施例１と同様に炭酸水を製造した。このときＲｅ×Ｎの値は４３８３５１、水循環回数２．１回、Ｘ／Ｙの値は０．４、通水時の圧力損失は０．１４ＭＰａであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は１２００ｍｇ／Ｌで、溶解効率は７３％であった。

スタティックミキサーとして、ケニックスタイプ（エレメント数２４、内径１３ｍｍφ）を二本並列に用い、供給水量をスタティックミキサー一本あたり７Ｌ／ｍｉｎ、合計１４Ｌ／ｍｉｎとした以外は、実施例１と同様に炭酸水を製造した。このときＲｅ×Ｎの値は４２１４９１、水循環回数１．４回、Ｘ／Ｙの値は０．５、通水時の圧力損失は０．１６ＭＰａであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は１０００ｍｇ／Ｌで、溶解効率は７３％であった。

供給水量をスタティックミキサー一本あたり８Ｌ／ｍｉｎ、合計１６Ｌ／ｍｉｎ、炭酸ガス流量を８Ｌ／ｍｉｎとした以外は、実施例６と同様に炭酸水を製造した。このときＲｅ×Ｎの値は４８１７０４、水循環回数１．６回、Ｘ／Ｙの値は０．５、通水時の圧力損失は０．２２ＭＰａであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は１１００ｍｇ／Ｌで、溶解効率は７０％であった。

炭酸ガス流量を２．８Ｌ／ｍｉｎ、運転時間を５０分間とした以外は、実施例１と同様に炭酸水を製造した。このときＲｅ×Ｎの値は４３８３５１、水循環回数３．５回、Ｘ／Ｙの値は０．２、通水時の圧力損失は０．１４ＭＰａであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は１１００ｍｇ／Ｌで、溶解効率は８０％であった。

炭酸ガス流量を１６．２Ｌ／ｍｉｎ、運転時間を１５分間とした以外は、実施例１と同様に炭酸水を製造した。このときＲｅ×Ｎの値は４３８３５１、水循環回数１．０５回、Ｘ／Ｙの値は１．２、通水時の圧力損失は０．１４ＭＰａであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は１２００ｍｇ／Ｌで、溶解効率は４８％であった。

＜比較例１＞
スタティックミキサーとして、ケニックスタイプ（エレメント数４、内径１２６．６ｍｍφ）を用い、供給水量１５Ｌ／ｍｉｎ、炭酸ガス流量を６Ｌ／ｍｉｎとし、運転時間を３０分間とした以外は、実施例１と同様に炭酸水を製造した。このときＲｅ×Ｎの値は１５４５８、水循環回数２．２５回、Ｘ／Ｙの値は０．４、通水時の圧力損失は０．０５ＭＰａであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は１０００ｍｇ／Ｌで、溶解効率は５５％であった。

＜比較例２＞
スタティックミキサーとして、ケニックスタイプ（エレメント数１２０、内径２５ｍｍφ）を用いた以外は、実施例１と同様に炭酸水を製造した。このときＲｅ×Ｎの値は２１９１７５４、水循環回数１．４回、Ｘ／Ｙの値は０．５、通水時の圧力損失は０．６４ＭＰａであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は１２５０ｍｇ／Ｌで、溶解効率は９０％であった。

本発明の炭酸水製造装置の一例を示す概略図である。 スタティックミキサーのエレメント数と、生成される炭酸水中の炭酸ガス濃度及び圧力損失との関係の例を示すグラフである。 スタティックミキサーのエレメント数と、供給する水の流量及び圧力損失との関係の例を示すグラフである。 スタティックミキサーの内径と、水の流量及び圧力損失との関係の例を示すグラフである。 水の流量Ｙと、炭酸ガスの流量Ｘの比率を変化させた際の、生成される炭酸水中の炭酸ガス濃度及び溶解効率との関係の例を示すグラフである。 本発明の炭酸水製造装置の別の一例を示す概略図である。

符号の説明

１ 炭酸ガスボンベ
２ 炭酸ガス圧力計
３ 炭酸ガス圧力制御弁
４ 炭酸ガス流量計
５ 炭酸ガス流量制御弁
６ 逆止弁
７ 炭酸ガス導入口
８ 水導入口
９ 水定流量弁
１０ 増圧ポンプ
１１ スタティックミキサー
１２ 炭酸水排出口
１３ 水槽
１４ フィルター
１５ フロースイッチ
１６ 送液ポンプ
１７ 給水ライン
２０ 炭酸ガス供給手段
３０ 水供給手段
４０ 気液分離器
４１ 容器
４２ エアーベントバルブ
４３ 未溶解炭酸ガス放出ライン

Claims (7)

1. 水供給手段と、炭酸ガス供給手段と、エレメント数が２０〜１００個であるスタティックミキサーとを有する炭酸水製造装置。
2. 前記水供給手段が、水槽と、該水槽中の水を前記スタティックミキサーを介して循環させる複数の循環ポンプとからなり、該複数の循環ポンプが直列に接続されてなる請求項１記載の炭酸水製造装置。
3. 前記スタティックミキサーの下流に気液分離機が配された請求項２に記載の炭酸水製造装置。
4. エレメント数が２０〜１００個のスタティックミキサーに水と炭酸ガスを供給して、水中に炭酸ガスを溶解させる炭酸水製造方法。
5. 前記スタティックミキサーのエレメント数をＮ個とし、前記スタティックミキサー中を、水と炭酸ガスの混合体が流れる際のレイノルズ数をＲｅとしたとき、下式（１）を満足する請求項４に記載の炭酸水製造方法。
   １０００００≦Ｒｅ×Ｎ≦２００００００ ・・・・・（１）
6. 水と炭酸ガスの混合体を前記スタティックミキサーに１回だけ供給して炭酸水を製造すると共に、供給する炭酸ガスの流量をＸ（Ｌ／ｍｉｎ）、供給する水の流量をＹ（Ｌ／ｍｉｎ）としたとき、下式（２）を満足する請求項４又は５に記載の炭酸水製造方法。
   ０．５≦Ｘ／Ｙ≦１．２ ・・・・・（２）
7. 水槽中の水を、前記スタティックミキサーを介して循環させて炭酸水を製造すると共に、供給する炭酸ガスの流量をＸ（Ｌ／ｍｉｎ）、供給する水の流量をＹ（Ｌ／ｍｉｎ）としたとき、下式（３）を満足する請求項４又は５に記載の炭酸水製造方法。
   ０．３≦Ｘ／Ｙ≦１．０ ・・・・・（３）

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