JP2733781B2 - 炭酸ガス溶解方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，炭酸ガスを含有する液状体，特にビール，
清涼飲料水等の製造に用いられる炭酸ガス溶解方法及び
装置に関する。

（従来の技術） ビール，清涼飲料水等の製造において炭酸ガスを液体
に溶解させるため，ピンポイントカーボネータ又はカー
ボクーラが用いられていた。

ピンポイントカーボネータは，被溶解液体流通管の途
中に炭酸ガス供給管を接合したものであって，該接合部
の被溶解液体流通管にベンチュリー管等の絞り部を設け
た（焼結金属製）ものである。該接合部より下流に設け
た炭酸ガスセンサにより炭酸ガス溶解濃度を求め，それ
に応じて炭酸ガス供給量を調節することもできる。

カーボクーラは，冷却手段を備え，冷却下にあるタン
ク内部に波板が多段に設けられた気液接触濡れ壁塔であ
り，タンク上部から炭酸ガスを吹込み，加圧下で被溶解
液体と接触させることにより炭酸ガスを該液体に加圧溶
解させる装置である（例えば特開昭58−43932号公報，
特開昭58−116031号公報）。

（発明が解決しようとする課題） 従来の技術による炭酸ガス吸収効率は十分でなく，増
産時には炭酸ガス吸収工程が製品製造のネックになって
いた。

ピンポイントカーボネータでは，炭酸ガスの溶解量が
少なくまたその溶解濃度が不安定であるという欠点を有
する。

カーボクーラの場合，処理能力増大のためには，大容
量の加圧タンクが必要であり加圧溶解速度に限界がある
という基本的欠点がある。また，液面レべルの高低によ
り炭酸ガスの吸収量に差が生ずるという欠点もある。

また，炭酸ガス溶解を低温で行なう必要のあるカーボ
クーラ等の場合には，炭酸ガス溶解液体をビンに詰める
ボトリング工程でも該液体の温度を低く保たねばなら
ず，その上ボトリング工程後のビン外側を加熱する加熱
殺菌工程で余分なエネルギーを費やさねばならなかっ
た。

本発明は上記従来技術の問題点を解決した炭酸ガス溶
解方法及び装置の提供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば次の方法及び装置により上記目的を達
成できる。

被溶解液体噴流に炭酸ガスを合流し炭酸ガス合流噴流
を得，該炭酸ガス合流噴流をディフューザ及びスタティ
ックミキサに順次通過させ該噴流に炭酸ガスを溶解させ
ることを特徴とする炭酸ガス溶解方法。

炭酸ガス以外の気体が溶存する被溶解液体噴流に炭酸
ガスを合流し炭酸ガス合流噴流を得，該炭酸ガス合流噴
流をディフューザ及びスタティックミキサに順次通過さ
せ，該炭酸ガス合流噴流から炭酸ガス以外の気体を分離
除去し該噴流に炭酸ガスを溶解させることを特徴とする
炭酸ガス溶解方法。

被溶解液体噴流及び炭酸ガスが合流する合流管と，該
液体噴流及び炭酸ガスが流入するディフューザと，該デ
ィフューザに後置接続するスタティックミキサとから成
ることを特徴とする炭酸ガス溶解装置。

好ましくは，液体噴流軸上に前記ディフューザ及びス
タティックミキサを配置する。

（作用） 被溶解液体噴流及び炭酸ガスが合流する合流管は，炭
酸ガスを該液体噴流にまず一次混合させる。炭酸ガスの
一次混合した該液体噴流はベンチェリ管等のディフュー
ザに流入し，ディフューザの出口に達するまでには該液
体噴流中に細かな気泡となった炭酸ガスが分散する。該
液体と炭酸ガスの接触面積は大きくなっている。

スタティックミキサはディフューザに後置接続してお
り，ディフューザ出口に達した該液体噴流への炭酸ガス
分散相を更に分散（分割），混合，撹拌し該液体に炭酸
ガスを迅速に吸収溶解させる。また、被溶解液体噴流に
酸素等の炭酸ガス以外の気体が溶存している場合は炭酸
ガスの吸収溶解操作に伴って同時に溶存酸素等の濃度を
低減することができる。

被溶解液体噴流軸上にディフューザ及びスタティック
ミキサが配された場合，これらはより一層の作用を発揮
し該液体に炭酸ガスをより効果的に吸収溶解させること
ができる。

（好適な実施態様） 合流管は被溶解液体噴流及び炭酸ガスを合流させるこ
とができるものであればよく，少なくとも１つの被溶解
液体入口及び少なくとも１つの炭酸ガス入口を有する合
流管を用いることができ，例えばＴ字管,Y字管又は十字
管等である。合流管の合流部の被溶解液体噴流出口はノ
ズルにできる。同様に該合流部の炭酸ガス出口もノズル
にできる。

ディフューザは該液体噴流及び炭酸ガスが流入する位
置の直後に設ければよく，例えば合流管の出口に接続し
て設けることができ，合流管の内部に設けることもで
き，あるいはディフューザの流入先端部を合流管の内部
に挿入し残りの部分を合流管から突出して設けることも
できる。

ディフューザとしては，入口からしだいに内径が絞ら
れ均一径で長さのある最狭部を有し出口が末広がりにな
ったディフューザ（ラバーラ管），あるいは該均一径で
長さのある最狭部を有さないディフューザ等を用いるこ
とができる。

スタティックミキサの口径，長さ，エレメントの数等
のスタティックミキサの条件は，被溶解液体の流量及び
物性（粘度，密度，温度等），あるいは目的とする炭酸
ガス溶解濃度等により適宜決定し，滞留時間を最適にで
きる。スタティックミキサ内の流速は，例えば10〜200c
m/秒程度にできる。径の夫々異なる２以上のスタティッ
クミキサを連結することもできる。

本発明の炭酸ガス溶解装置の接液部は，好ましくは耐
蝕性及び耐摩耗性を有する材質あるいは食品用としてサ
ニタリー配管材（食品機械装置用配管材）で構成する。
例えば合流管のノズル部及びディフューザ部をポリテト
ラフルオルエチレン樹脂等のポリ弗化エチレン系樹脂
（テフロン）にし，スタティックミキサ部をセラミック
スにできる。

本発明の炭酸ガス溶解装置の下流側に炭酸ガス溶解液
体の滞留槽を接続し，炭酸ガス溶存濃度の微視的なバラ
ツキをなくし該濃度をより一層一定にできる。滞留槽の
滞留時間は例えば５分間程度にできる。必要に応じ撹拌
手段を設ける。

炭酸ガス吹込圧は３〜７気圧（ゲージ圧）にできる。
滞留槽としては，生成炭酸ガス溶解液の所要濃度及び圧
力に応じ適当な微圧ないし耐圧容器を用いるが，溶解の
ための特別の高圧容器は必要としない。

（実施例） 実施例１ 本発明の炭酸ガス溶解装置の実施例を図面により説明
する。第１図は，本発明の一実施例の炭酸ガス溶解装置
の被溶解液体が流れる方向の概略断面図である。

合流管１は，流路に対して直角方向の断面が円形のＴ
字管である。

ノズル２は，流路の上流部から下流部に向って徐々に
流路面積が減少し出口部分で最小流路面積になってお
り，出口先端部を絞った先細ノズルである。ディフュー
ザ３は，入口からしだいに内径が絞られ流路面積が減少
し，流路面積最小部からしだいに流路面積が増加して出
口が末広がりになっている。ノズル２及びディフューザ
３の流路に対して直角方向の流路断面は円形である。デ
ィフューザ３は，ノズル２から噴射される被溶解液体噴
流の軸上に配されている。

ノズル２は合流管１の合流部にノズル先端部を突き出
している。ディフューザ３は合流管１の合流部より下流
に位置する。

ノズル２は合流管１の被溶解液体導入口に気密にはめ
こまれている。ディフューザ３は合流管１の出口に気密
にはめこまれて接続している。ノズル２及びディフュー
ザ３はポリ弗化エチレン系樹脂製である。ディフューザ
３の出口とセラミックス製のスタティックミキサ４（ポ
リ弗化エチレン系樹脂製ライニング管５を有する）の入
口が気密に接続するように，合流管１の出口側のフラン
ジ1fとスタティックミキサ４の入口側のフランジ4fがビ
ス及びナットにより固定されている。そのため所望のス
タティックミキサと容易に変更し接続することができ
る。

合流管１の炭酸ガス導入口部，被溶解液体導入口部及
びスタティックミキサ４の流出口部もボルト止め用の孔
Ｈが穿たれたフランジを有し，配管との接続が容易であ
る。

なお，ノズル２と合流管１は一体化した部材であって
も良く，またディフューザ３は合流管１の出口のさらに
下流側に接続していても良い。

炭酸ガスは合流管１の炭酸ガス導入口1aから合流管１
に導入される。被溶解液体はノズル２の被溶解液体導入
口2aから合流管１に導入される。被溶解液体はノズル２
の出口から噴射され炭酸ガスと合流し混合する。被溶解
液体と炭酸ガスの混合物は，ディフューザ３の出口に達
すると炭酸ガスの細かな気泡が分散した液体になり，ス
タティックミキサ４の出口に達すると該液体は炭酸ガス
を吸収溶解している。

実施例２ 本発明の炭酸ガス溶解装置の第２実施例を第２図によ
り説明する。

炭酸ガス溶解装置20は被溶解液体導入口20a,炭酸ガス
導入口20b及び炭酸ガス溶解液体流出口20cを有する。被
溶解液体導入口20aは，逆止弁29を介してポンプＰに連
なる被溶解液体供給配管Ａと接続し該導入入口20aには
被溶解液体が供給される。炭酸ガス導入口20bは炭酸ガ
ス供給配管Ｂと接続し該導入口20bには炭酸ガスが供給
される。該配管Ｂは，減圧弁22,温度計T,圧力計23,流量
計24,コントロールバルブ25,電磁弁26,圧力計27及び逆
止弁28を有する。

炭酸ガス溶解液体流出口20cは，圧力計30を有し静置
タンク21に接続する配管Ｃと接続する。静置タンク21は
エアー抜きバルブ31及び炭酸ガス溶解濃度測定器32を備
え，バルブ33及び34を有する配管Ｄと接続する。静置タ
ンク21は，炭酸ガス溶解液体の炭酸ガス溶解濃度をより
一層均一にするための滞留槽であり，例えば５分間程度
滞留させ該濃度をより一層均一にできる。この濃度は該
測定器32によって測定でき，この測定結果に応じて炭酸
ガス供給配管Ｂのコントロールバルブ25及び電磁弁26を
調整し溶解濃度の均一な炭酸ガス溶解溶液を連続的に製
造できる。

また，静置タンク21のかわりに，炭酸ガスの吸収溶解
のために従来使用されていた濡れ壁塔様のカーボクーラ
を代用できる。但し，この場合カーボクーラ内の温度，
圧力は，従来のカーボクーラとは異なり，常温，常圧に
近くして運転できる。

実施例３ 前記本発明の実施例１に示す炭酸ガス溶解装置及び従
来のカーボクーラの夫々を用いて液体（水）に炭酸ガス
を溶解させた。内径5cm×長さ114cm×180゜ねじりエレ
メント数18枚のスタティックミキサを用い，温度０〜１
℃の水をポンプで圧送（圧力３〜7kg f/cm²,送量100〜1
80/min）し，圧力３〜5kg f/cm²,温度10℃の炭酸ガス
を500〜800N /min送気して，混合・溶解させた。その
結果,4℃の１液１当り4Nの炭酸ガスを送液量100〜1
80/minのレートで連続溶解できた。

従来のカーボクーラでは４気圧（ゲージ圧）,4℃の炭
酸ガスは液１当り1Nしか溶解しなかったが，本発明
の装置によれば４℃の液１当り4Nの炭酸ガスを溶解
できた。

実施例４ 前記本発明の実施例１に示す炭酸ガス溶解装置を用い
て，溶存酸素濃度10〜15ppmの液体（水）に炭酸ガスを
溶解させた。

内径2cm×長さ80cm×180゜ねじりエレメント数24枚の
スタティックキミサを用い，温度室温の水をポンプで圧
送（圧力３〜5kg f/cm²,送量23/min）し，圧力５〜７
気圧（ゲージ圧），温度室温の炭酸ガスを10N/min送
気して，混合・溶解させた。この結果溶存酸素濃度１〜
3ppmの液体を得ることができた。

（発明の効果） 本発明の炭酸ガス溶解方法及び装置によれば，溶解加
圧タンクを用いることなく被溶解液体に炭酸ガスを効率
よくかつ一定に吸収溶解させ，炭酸ガスを一定の高濃度
で溶存する液体を連続してかつ迅速に製造できる。混合
系は特に溶解の目的で高圧にする必要がなくまたカーボ
クーラ等の如く特別の低温にする必要もない。

従って炭酸飲料製品を増産する場合でも炭酸ガス吸収
工程は製品製造のネックにならない。また，ボトリング
工程で液温を低く保つ必要がなく常温近くで運転できる
ので，ビンの口や王冠部に結露が生じず，さらにボトリ
ング工程後の加熱殺菌工程での加熱熱量の節約もでき
る。

さらに，本発明の炭酸ガス溶解装置は，酸素等の溶存
ガスを被溶解液体から分離除去できるので，デエアレー
タとしても使用できる。酸素の溶存が障害となる様々な
条件，工程（嫌気性液状雰囲気の生成保存）にも応用出
来る。

従来，一般に単に気液混合の目的でスタティックミキ
サを用いること自体は知られていたが，本発明によれ
ば，従来の気液混合の作用から期待される単なる混合の
効果とは比較にならない顕著な溶解効果が得られた。そ
の効果はカーボクーラの高圧溶解法に比し４倍もの高濃
度の溶解が高圧にすることなく達成されたことにより如
実に立証される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の炭酸ガス溶解装置の被溶解
液体が流れる方向の概略断面図，第２図は本発明の炭酸
ガス溶解装置の実施例を示すフロー図である。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被溶解液体噴流に炭酸ガスを合流し炭酸ガ
   ス合流噴流を得，該炭酸ガス合流噴流をディフューザ及
   びスタティックミキサに順次通過させ該噴流に炭酸ガス
   を溶解させることを特徴とする炭酸ガス溶解方法。
2. 【請求項２】炭酸ガス以外の気体が溶存する被溶解液体
   噴流に炭酸ガスを合流し炭酸ガス合流噴流を得，該炭酸
   ガス合流噴流をディフューザ及びスタティックミキサに
   順次通過させ，該炭酸ガス合流噴流から炭酸ガス以外の
   気体を分離除去し該噴流に炭酸ガスを溶解させることを
   特徴とする炭酸ガス溶解方法。
3. 【請求項３】被溶解液体噴流及び炭酸ガスが合流する合
   流管と，該液体噴流及び炭酸ガスが流入するディフュー
   ザと，該ディフューザに後置接続するスタティックミキ
   サとから成ることを特徴とする炭酸ガス溶解装置。
4. 【請求項４】前記液体噴流軸上に前記ディフューザ及び
   スタティックミキサを配置したことを特徴とする請求項
   ３記載の炭酸ガス溶解装置。