JP2007014482A - 人工炭酸泉製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水と二酸化炭素を混合して人工的に炭酸泉を製造する装置において、二酸化炭素を効率的に水に溶解させて高濃度の人工炭酸泉を製造できるようにする。
【解決手段】水１が封入される容器２と、この容器２内の水１に二酸化炭素を注入するガスボンベ(二酸化炭素供給手段)３と、容器２内への給水および容器２内からの排水を行うバルブ６および７と、容器２内の水を循環させるポンプ１１と、を備え、ポンプ１１によって循環される水をノズル１３から容器内の水１の水面上に噴霧することにより、ガスボンベ３から供給された二酸化炭素と容器２内の水１との気液界面積を拡大して二酸化炭素を効率的に水に溶解させる構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水に二酸化炭素を溶解して人工的に炭酸泉を製造する人工炭酸泉製造装置に関する。

炭酸泉は、血行促進作用を有することが知られている。このため、風呂湯に投入することによって炭酸泉を生成する入浴剤が販売されている。
また、二酸化炭素を水または温水に溶解させて炭酸泉を製造する装置も考案されている。従来、この炭酸泉を製造する装置としては、下記の特許文献１〜４に開示されるようなものがある。

すなわち、特許文献１には、給湯機から浴槽への給湯水路の途中で、炭酸ガスを温水に自動的に混入させる手段として、給湯機の熱交換器の出口側に、炭酸ガスボンベからの炭酸ガスを温水中に混合する炭酸ガス混入装置を設け、浴槽側に炭酸ガスセンサを設けた給湯システムが開示されている。
また特許文献２には、人体表面の一部に装着し人体表面とともに密閉空間を形成する簡易カバーと、流通路を介して密閉空間に炭酸ガスを供給する炭酸ガス発生装置と、炭酸ガス発生装置に組み込まれ流通路を介して密閉空間にミストを供給するミスト発生装置とから構成される血行促進装置が開示されている。
さらに特許文献３には、中空糸膜を介して温水に炭酸ガスを溶解する構造を有する溶解器を設けた蛇口直結型炭酸泉の製造装置が開示されている。
さらに特許文献４には、浴槽内の湯を浴槽外で強制的に循環させる循環ポンプが配設された循環流路にフィルタ、濾過器、殺菌装置、ヒータおよび炭酸ガス溶解器が配設された炭酸泉製造装置が開示されている。
特開平５−２３３７６号公報 特開平７−１７１１８９号公報 特開平８−１９７８４号公報 特開２００１−１０４４３９号公報

しかし、水流路に連続的に二酸化炭素を注入する二酸化炭素混入装置の場合、二酸化炭素の分圧や気液界面積を十分に大きくすることが困難であり、水中の二酸化炭素濃度を高くすることが難しかった。二酸化炭素の分圧を高くすれば溶解度が高くなって濃度を高くすることが可能となるが、容器の内圧の増加による安全性の低下やコストの増加などの問題が生じるので、実用化が難しかった。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、二酸化炭素の分圧を低く保ちながら二酸化炭素を効率的に水に溶解させて、水中の二酸化炭素濃度を高くすることができる人工炭酸泉製造装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明の人工炭酸泉製造装置は、水が封入される容器と、この容器内の水に二酸化炭素を注入する二酸化炭素供給手段と、容器内への給水および容器内からの排水を行うバルブと、を備え、二酸化炭素供給手段から供給された二酸化炭素と容器内の水との気液界面積を拡大して二酸化炭素を水に溶解するようにしたことを特徴とするものである。

ここで二酸化炭素と水との気液界面積を拡大する手段としては、容器内の水を循環させるポンプを設け、このポンプによって循環される水を容器内の水の水面上に噴霧するようにした構成、あるいは容器内における二酸化炭素の注入口に気泡分散部材を設け、この気泡分散部材によって二酸化炭素の気泡を分散させるようにした構成、または容器内の水に超音波を与える超音波発生器を設け、この超音波発生器からの超音波によって容器内の水の水面上に微細な霧や噴水を発生させるようにした構成、さらには容器内の水の中で二酸化炭素の気泡に超音波を与える超音波発生器を設け、この超音波発生器からの超音波によって二酸化炭素の気泡を破砕して微細化するようにした構成などを採用することができる。

上記の如く構成される本発明の人工炭酸泉製造装置によれば、容器内において二酸化炭素と水との気液界面積が拡大されるので、二酸化炭素を効率よく水に溶解して高濃度の人工炭酸泉を速やかに製造できる、という利点がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。
本発明は、人工炭酸泉製造装置において、水中の二酸化炭素濃度を確実に高くするという目的を、容器内において二酸化炭素と水との気液界面積を拡大することにより実現したものである。

図１は、本発明による人工炭酸泉製造装置の第１の実施例を示す構成図である。
この人工炭酸泉製造装置は、水１が封入される容器２と、この容器２内の水１に二酸化炭素を注入する二酸化炭素供給手段であるガスボンベ３および配管４と、容器２内への給水および容器２内からの排水を行うバルブ６および７と、を基本構成として成る。すなわちこの人工炭酸泉製造装置は、給水用のバルブ６から容器２内に供給された水１に、ガスボンベ３から供給された二酸化炭素を混合して人工炭酸泉水を生成し、これを排水用のバルブ７から排出して浴槽１５に供給するものである。

ガスボンベ３は二酸化炭素を圧縮封入してあり、このガスボンベ３から配管４を通して二酸化炭素が容器２の底部の注入口より容器２内の水１に注入される。配管４の途中にはバルブ５が設けられており、このバルブ５によってガスボンベ３から容器２内に供給する二酸化炭素の流量が調整される。容器２の底部の注入口から注入された二酸化炭素は、気泡２０となって水１の中を上昇し、その際に一部が水に溶解して炭酸泉水が生成される。

さらにこの人工炭酸泉製造装置は、容器２内に水１を供給する際に容器２内から空気を排出するための排気バルブ８、容器２内の圧力を検出する圧力センサ９、容器２内の水を加熱するためのヒータ１０を備えている。

そしてさらにこの人工炭酸泉製造装置では、容器２内において二酸化炭素と水との気液界面積を拡大し、二酸化炭素を効率よく水に溶解させるための構成が備えられている。その具体的構成として本例では、容器２内の水１を循環させるためのポンプ１１および配管１２を備え、これによって循環される水を容器２内に設けられたノズル１３から水１の水面上に噴霧する構成としてある。配管１２の途中にはバルブ１４が設けられており、このバルブ１４によって循環水の流路が開閉されるようになっている。

以上の如く構成される本例の人工炭酸泉製造装置の運転に際しては、最初、バルブ５および７を閉じておき、その状態でバルブ６および８を開いて容器２内に水(または温水)を供給し、所定量の水を貯めた後、バルブ６および８を閉じる。次に、バルブ５を開いてガスボンベ３から配管４を介して容器２へ二酸化炭素を所定の圧力となるまで供給する。このときの圧力は圧力センサ９で検出する。そして、バルブ５を閉じた状態でバルブ１４を開いてポンプ１１を稼動し、配管１２を通して容器２内の水１を循環させ、この循環水をノズル１３から水１の水面上に噴霧する。この際、ヒータ１０により水１を加熱して所定の温度に調整する。これにより、容器２内に所定の温度の二酸化炭素水溶液、すなわち人工炭酸泉水を生成させる。このとき容器２内の圧力は大気圧以上となっている。

その後、バルブ７を開いて容器２から浴槽１５に人工炭酸泉水を供給する。この場合、容器２内の圧力が大気圧以上であるため、ポンプ等を稼動することなく、速やかに人工炭酸泉水を容器２から排出させて浴槽１５に供給することができる。ここで容器２内の圧力が大気圧と同程度かそれ以下となっている場合、ガスボンベ３から容器２内に二酸化炭素を追加することにより浴槽１５への人工炭酸泉水の供給を行うこともできる。

こうして浴槽３に供給された人工炭酸泉水は、全身浴に使用してもよいし、手足の一部を浸して部分浴に使用してもよい。上記構成における容器２および浴槽１５の容量は、人工炭酸泉水を全身浴に使用する場合には約２００Ｌ、足湯などの部分浴とする場合は約５Ｌとする。また温水の温度は、３３℃〜４２℃程度が望ましい。

以上の如く構成される本例の人工炭酸泉製造装置では、ポンプ１１によって循環される水を容器２内でノズル１３から水の水面上に噴霧するようにしたことにより、容器２内における二酸化炭素と水との気液界面積が拡大されるので、二酸化炭素が効率よく水に溶解して高濃度の人工炭酸泉が製造される。

なお、本例に示した人工炭酸泉製造装置においては、バルブ６を開くことで容器２への給水を行う構成としてあるが、容器２の上部に蓋を設け、この蓋を開けて給水を行う構成としてもよい。また、バルブ８は、容器２内の圧力が異常に高まった場合の安全弁としての機能を付加してもよい。また、容器２内に二酸化炭素を供給する際、バルブ８を開いて容器２内の空気を追い出す手順としてもよい。

図２は、本発明による人工炭酸泉製造装置の第２の実施例を示す構成図である。
本例の人工炭酸泉製造装置では、容器内における二酸化炭素の注入口に気泡分散部材１６を設けてある。この気泡分散部材１６は板状の多孔質材により成るもので、ガスボンベ３から配管４を介して容器２へ供給された二酸化炭素がこの気泡分散部材１６を通過することで微細な気泡に分散される。これによって二酸化炭素と水との気液界面積が拡大されて二酸化炭素が効率よく水に溶解し、高濃度の人工炭酸泉が製造される。
なお、本例の人工炭酸泉製造装置は、前述した図１のように水を循環させる構成とはなっていないが、本例の構成に図１に示したポンプ１１や配管１２、ノズル１３を組み合わせて循環水を噴霧する構成とすることにより、二酸化炭素をより効率的に水に溶解させることができる。

図３は、本発明による人工炭酸泉製造装置の第３の実施例を示す構成図である。
本例は、図２に示す第２の実施例で設けられた気泡分散部材１６の変形例であり、すなわち本例では気泡分散部材１６として円柱状の多孔質材を用いている。このような円柱状の気泡分散部材１６は気泡発生部の面積が大きいため、これを用いることにより二酸化炭素と水との気液界面積がさらに拡大されて二酸化炭素を一段と効率よく水に溶解させることができる。

図４は，本発明による人工炭酸泉製造装置の第４の実施例を示す構成図である。
本例の人工炭酸泉製造装置では、容器２内の水１の中に超音波発生器１７を設置し、この超音波発生器１７から発せられる超音波により、容器２内において水１の水面上に微細な霧(ミスト)２２や噴水２３を発生させる構成としてある。このような霧や噴水を発生させることにより、二酸化炭素と水との気液界面積が拡大されて二酸化炭素が効率よく水に溶解し、高濃度の人工炭酸泉が製造される。

この構成において超音波発生器１７の設置位置は、所定の水深とする必要がある。水の水位、すなわち水量が変動する場合、超音波発生器１７の位置を鉛直方向に変化させることができるようにすることが望ましい。具体的には、超音波発生器１７に浮き部材を取り付けて超音波発生器１７の水深を略一定にするとよい。また、水位計を用いて所定の水位となるように、バルブ６および７を開閉して給排水を行うようにしてもよい。
なお、本例の人工炭酸泉製造装置で用いられる超音波発生器の発振周波数は１ＭＨｚ以上、さらに望ましくは２ＭＨｚ以上とすることで、効率よく霧を発生させることができる。ここで発生する霧の粒径は、発振周波数２．４ＭＨｚの場合、約３μｍとなる。

図５は、本発明による人工炭酸泉製造装置の第５の実施例を示す構成図である。
本例の人工炭酸泉製造装置においては、容器２の側面部に超音波発生器１８を設置し、そこから発せられる超音波の作用により、容器２内の水の中で二酸化炭素の気泡２０を破砕して微細な気泡２０ａを生成する構成としている。このようにして二酸化炭素の気泡を微細化することにより、二酸化炭素と水との気液界面積が拡大されて二酸化炭素が効率よく水に溶解し、高濃度の人工炭酸泉が製造される。

またこの構成では、超音波発生器１８の設置部位である容器２の側面部において、超音波発生器１８と容器２との間に弾性体１９を介在させてあり、これによって超音波発生器１８による振動がそのまま容器２に伝わりにくい構造としてあるので、振動による騒音の発生や容器の疲労破壊を効果的に防止することができる。

図６は、本発明による人工炭酸泉製造装置の第６の実施例を示す構成図である。
本例は、水を加熱するためのヒータ１０の設置位置の変形例である。すなわち上記の各実施例では容器２内にヒータ１０を設置していたが、本例の人工炭酸泉製造装置においてはこのヒータ１０を、循環用の配管１２におけるポンプ１１の下流側の位置に設置してある。これにより、容器２内においてヒータ１０が占有する部分がなくなるので、容器２の容積を大きくすることができる。また、配管１２において強制対流伝熱を利用して循環水を加熱することにより、熱交換効率を高めることができる。

図７は、本発明による人工炭酸泉製造装置の第７の実施例を示す構成図である。
本例は、ヒータ１０の設置位置のさらなる変形例であり、すなわち本例の人工炭酸泉製造装置においては、排水用のバルブ７の下流側にヒータ１０を設置し、人工炭酸泉を浴槽１５に供給する直前に加熱を行う構成としてある。これにより、容器２に貯湯する場合に比べて熱損失を少なくすることができる。また、容器２内の水温が低いため、容器２内での二酸化炭素の溶解度を高め、溶解を促進することができる。本例で使用するヒータ１０に要する電力は、容器２内の水温が２０℃で浴槽１５に供給する温水の温度を３５℃、温水の流量を毎分２Ｌとした場合、約２．１ｋＷとなる。

図８は、本発明による人工炭酸泉製造装置の第８の実施例を示す構成図である。
本例の人工炭酸泉製造装置では、循環用の配管１２においてポンプ１１とバルブ１４の間から分岐を設けてバルブ６を設置し、このバルブ６を介して浴槽１５から容器２への給水を行う構成としてある。この構成において給水時には、バルブ６と８を開き、バルブ７と１４を閉じた状態でポンプ１１を稼動することにより、浴槽１５の水がバルブ６から配管１２およびノズル１３を介して容器２内に供給される。本例の場合、浴槽１５に適量の水を入れて運転を開始するため、所望の水量を容器２に供給することができるので、浴槽１５から水を溢れさせることがなくなるという利点がある。

以上の実施例で説明した如く本発明による人工炭酸泉製造装置は、容器２内における二酸化炭素と水との気液界面積を拡大して二酸化炭素を水に溶解する構成としたことで、二酸化炭素が効率よく水に溶解して高濃度の人工炭酸泉を製造できるものである。人工炭酸泉は血行促進作用を有し、特に本発明による人工炭酸泉製造装置で製造される人工炭酸泉は高濃度であるため血行がさらに良くなり、健康増進に大きな効果を得ることができる。

またこの人工炭酸泉製造装置は、容器に水と二酸化炭素を封入して混合・溶解させる構成であるため、必要以上の二酸化炭素を消費することがなく、二酸化炭素の損失を最小限とすることができるものである。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例の構成に限定されることなく、その他にも種々に実施形態を採り得るものであることは言うまでもない。

本発明による人工炭酸泉製造装置の第１の実施例を示す構成図である。 本発明による人工炭酸泉製造装置の第２の実施例を示す構成図である。 本発明による人工炭酸泉製造装置の第３の実施例を示す構成図である。 本発明による人工炭酸泉製造装置の第４の実施例を示す構成図である。 本発明による人工炭酸泉製造装置の第５の実施例を示す構成図である。 本発明による人工炭酸泉製造装置の第６の実施例を示す構成図である。 本発明による人工炭酸泉製造装置の第７の実施例を示す構成図である。 本発明による人工炭酸泉製造装置の第８の実施例を示す構成図である。

符号の説明

１…水、２…容器、３…ガスボンベ(二酸化炭素供給手段)、４…配管、６，７…バルブ、１０…ヒータ、１１…ポンプ、１２…循環用配管、１３…ノズル、１５…浴槽、１６…気泡分散部材、１７，１８…超音波発生器、２０…気泡、２２…霧、２３…噴水

Claims (7)

1. 水が封入される容器と、この容器内の水に二酸化炭素を注入する二酸化炭素供給手段と、上記容器内への給水および上記容器内からの排水を行うバルブと、を備え、上記二酸化炭素供給手段から供給された二酸化炭素と上記容器内の水との気液界面積を拡大して二酸化炭素を水に溶解する構成としたことを特徴とする人工炭酸泉製造装置。
2. 水が封入される容器と、この容器内の水に二酸化炭素を注入する二酸化炭素供給手段と、上記容器内への給水および上記容器内からの排水を行うバルブと、上記容器内の水を循環させるポンプと、を備え、上記ポンプによって循環される水を上記容器内の水の水面上に噴霧することにより、上記二酸化炭素供給手段から供給された二酸化炭素と上記容器内の水との気液界面積を拡大して二酸化炭素を水に溶解するようにしたことを特徴とする人工炭酸泉製造装置。
3. 水が封入される容器と、この容器内の水に二酸化炭素を注入する二酸化炭素供給手段と、上記容器内への給水および上記容器内からの排水を行うバルブと、上記容器内における二酸化炭素の注入口に設けられる気泡分散部材と、を備え、上記気泡分散部材によって二酸化炭素の気泡を分散させることにより、上記二酸化炭素供給手段から供給された二酸化炭素と上記容器内の水との気液界面積を拡大して二酸化炭素を水に溶解するようにしたことを特徴とする人工炭酸泉製造装置。
4. 水が封入される容器と、この容器内の水に二酸化炭素を注入する二酸化炭素供給手段と、上記容器内への給水および上記容器内からの排水を行うバルブと、上記容器内の水に超音波を与える超音波発生器と、を備え、上記超音波発生器から発せられる超音波によって上記容器内の水の水面上に微細な霧や噴水を発生させることにより、上記二酸化炭素供給手段から供給された二酸化炭素と上記容器内の水との気液界面積を拡大して二酸化炭素を水に溶解するようにしたことを特徴とする人工炭酸泉製造装置。
5. 水が封入される容器と、この容器内の水に二酸化炭素を注入する二酸化炭素供給手段と、上記容器内への給水および上記容器内からの排水を行うバルブと、上記容器内の水の中で二酸化炭素の気泡に超音波を与える超音波発生器と、を備え、上記超音波発生器から発せられる超音波によって二酸化炭素の気泡を破砕して微細化することにより、上記二酸化炭素供給手段から供給された二酸化炭素と上記容器内の水との気液界面積を拡大して二酸化炭素を水に溶解するようにしたことを特徴とする人工炭酸泉製造装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の人工炭酸泉製造装置において、
   上記二酸化炭素供給手段により前記容器内に二酸化炭素を供給することで、上記容器内の圧力を大気圧以上とするようにしたことを特徴とする人工炭酸泉製造装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の人工炭酸泉製造装置において、
   上記水を加熱するヒータを設けたことを特徴とする人工炭酸泉製造装置。

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