JP2002058725A

JP2002058725A - 炭酸水製造方法

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Publication number: JP2002058725A
Application number: JP2000249738A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Sanai; 克弥讃井; Yoshitomo Nagasaka; 好倫長坂; Masanori Sakakibara; 巨規榊原; Yuichi Morioka; 雄一森岡
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd; Mitsubishi Rayon Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd; Mitsubishi Rayon Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2000-08-21
Publication date: 2002-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】炭酸ガスの蒸散の問題を解決し、一定の炭酸
ガス濃度を長期にわたって低コストかつ簡便な操作で製
造・維持する。【解決手段】循環ポンプ２により浴槽１中の水を炭酸
ガス溶解器４を介して循環させながら炭酸ガス溶解器４
内に炭酸ガスを供給して、水中に炭酸ガスを溶解させる
炭酸水製造方法において、炭酸水製造の為の水の循環の
立上げ時には、所定の炭酸ガス圧力を印加して所望の炭
酸ガス濃度の炭酸水を生成する立上げ工程と、この立上
げ工程によって生成した炭酸水の所望の炭酸ガス濃度を
維持する為に所定の炭酸ガス圧力を印加して炭酸水を循
環させる濃度維持工程とを有することを特徴とする炭酸
水製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば生理的機能
改善を目的とした水治療などに有用な炭酸水を製造する
為の方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭酸水は、退行性病変、末梢循環障害な
どの治療に効果があるとされている。炭酸水を人工的に
製造する方法としては、例えば、浴槽内に炭酸ガスを気
泡の形で送り込む方法（気泡法）があるが、この方法で
は、溶解率が低く、溶解時間が長くなる。また、炭酸塩
と酸とを反応させる化学的方法（薬剤法）があるが、こ
の方法では、薬剤の大量投入が必要で、清浄度を維持で
きない。また、タンク内に温水と炭酸ガスとを一定期間
加圧封入する方法（圧注入法）があるが、この方法では
装置が大型化し、実用的でない。

【０００３】また、現在市販されている炭酸水の製造装
置は、通常は１００〜１４０ｍｇ／Ｌ程度の低い炭酸ガ
ス濃度の炭酸水を製造するものであり、その炭酸ガス濃
度を制御する手段も備えていない。

【０００４】一方、特開平２−２７９１５８号公報に
は、中空糸半透膜を通じて炭酸ガスを供給し、温水に吸
収させる方法が記載されている。さらに、特開平８−２
１５２７０号公報には、浴槽内の炭酸ガス濃度を一定に
保つために、浴槽内にｐＨセンサーを設置して炭酸ガス
溶解器への炭酸ガス供給量を調節する方法が記載されて
いる。また、国際公開第９８／３４５７９号パンフレッ
トには、炭酸水のｐＨ測定値と原水のアルカリ度の値か
ら生成した炭酸水の炭酸ガス濃度データを演算し、炭酸
水の炭酸ガス濃度が目標値となるように炭酸ガス供給量
を調節する方法が記載されている。これらは、中空糸膜
を備えた炭酸ガス溶解器内に原水を一回通過させること
により炭酸水を製造する、いわゆるワンパス型の装置を
用いた方法である。

【０００５】このワンパス型の装置では、生理的な効果
（血流増加等）に優れた高濃度の炭酸水を製造する為に
は、中空糸膜の膜面積を大きくするか、あるいは炭酸ガ
スの圧力を高くする必要がある。しかし、膜面積を大き
くすると、装置が大型化し、コストも高くなる。また、
ガス圧力を高くすると、溶解率が低下してしまう。

【０００６】一方、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、いわゆる循環型の装
置によれば、高濃度の炭酸水を効率良く、低コストで製
造できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】所望の炭酸ガス濃度の
炭酸水が浴槽に満たされた状態においては、浴槽の大き
さによって差はあるものの炭酸水中の炭酸ガスが蒸散
し、徐々に炭酸ガス濃度が低下してしまう。特に、多人
数用の大型浴槽に炭酸ガスを満たした場合は、その蒸散
量が多く、炭酸ガス濃度の低下が早い。

【０００８】また、多人数用の大型浴槽においては、温
水の清浄化の為に使用時にも濾過器を通して温水を循環
させるものが多いが、このような濾過器を通して温水を
循環させるタイプの浴槽に仮に炭酸水を満たしたとする
と、その濾過器の部分で炭酸ガスの蒸散が多量に生じて
しまう。

【０００９】本発明の目的は、炭酸ガスの蒸散の問題を
解決し、一定の炭酸ガス濃度を長期にわたって低コスト
かつ簡便な操作で製造・維持できる炭酸水の製造方法を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、特に多人数用の大
型浴槽などにおいて、まず立上げ時には効率良く高濃度
の炭酸水を製造し、さらに使用時の清浄化目的の循環に
おいても炭酸ガス製造プロセスを適用し、炭酸ガスの濃
度維持を図ることが非常に有用であることを見出し、本
発明を完成するに至った。

【００１１】すなわち本発明は、循環ポンプにより水槽
中の水を炭酸ガス溶解器を介して循環させながら、該炭
酸ガス溶解器内に炭酸ガスを供給して、該水中に炭酸ガ
スを溶解させる炭酸水製造方法において、炭酸水製造の
為の水の循環の立上げ時には、所定の炭酸ガス圧力を印
加して所望の炭酸ガス濃度の炭酸水を生成する立上げ工
程と、前記立上げ工程によって生成した炭酸水の所望の
炭酸ガス濃度を維持する為に、所定の炭酸ガス圧力を印
加して該炭酸水を循環させる濃度維持工程と、を有する
ことを特徴とする炭酸水製造方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて説明する。

【００１３】図１は、本発明の循環型炭酸水製造方法を
用いた場合の一例を示すフローシートである。

【００１４】まず、本発明における立上げ工程について
説明する。立上げ工程において、この例では、浴槽（水
槽）１中の温水を循環させる。なお、本発明において浴
槽１中の水の温度は特に制限されない。ただし、炭酸水
の生理的効果を発揮させ、かつ体や患部に余計な負担を
かけない点から、最終的な温度（入浴時の温度）は体温
付近またはそれ以下の温度が好ましい。具体的には、３
２〜４２℃程度が好ましい。

【００１５】この例では、浴槽１内の水を循環させてい
る。本発明を、このように浴槽に適用するのは非常に有
用な例である。しかし、本発明はこれに限定されない。
入浴の為の浴槽以外のもの、例えば貯水用または給水用
タンクなど、所望の濃度の炭酸水を内部に満たす必要が
ある水槽の場合であっても、本発明を適用することがで
きる。

【００１６】図１に示す例において、この浴槽１中の温
水は、循環ポンプ２で吸い込まれ、温水中のゴミをトラ
ップする為のプレフィルター３を経て炭酸ガス溶解器４
へ導かれ、ガス抜きチャンバー５を経て、再び浴槽１に
戻る。また、浴槽１と循環ポンプ２の間には、浴槽中の
水を清浄化する為の濾過器６が設けられ、さらに水と温
水を供給できる切替弁７が設けられている。

【００１７】一方、炭酸ガスは、炭酸ガスボンベ８か
ら、減圧弁９、炭酸ガスの遮断弁である電磁弁１０、調
圧弁１１を経て、炭酸ガス溶解器４内へ供給される。

【００１８】炭酸ガス溶解器４は、中空糸膜が配設され
た膜モジュールを内蔵して構成された膜型炭酸ガス溶解
器である。この例においては、炭酸ガス溶解器４内に供
給された炭酸ガスは、中空糸膜の外表面へ導かれる。一
方、炭酸ガス溶解器４内に供給された温水は、中空糸膜
の中空部を流れる。ここで、中空糸膜の外表面の炭酸ガ
スは、中空糸膜の中空部を流れる温水と膜面を介して接
触し、炭酸ガスが温水中に溶解して炭酸水が生成し、こ
の炭酸水が浴槽１内に供給される。このように浴槽１内
の温水を循環ポンプ２で任意の時間循環させれば、炭酸
ガス濃度が高い炭酸水が浴槽１内に満たされることにな
る。

【００１９】この例のように膜モジュールの膜面を介し
て炭酸ガスを接触・溶解させる場合は、気液接触面積を
大きくとることができ、高い効率で炭酸ガスを溶解させ
ることができる。このような膜モジュールとしては、例
えば、中空糸膜モジュール、平膜モジュール、スパイラ
ル型モジュールを使用できる。特に、中空糸膜モジュー
ルは、最も高い効率で炭酸ガスを溶解させることができ
る。

【００２０】本発明において、循環ポンプ２は、特に限
定されないが、例えば汎用渦巻きポンプ等が使用でき
る。

【００２１】炭酸ガス溶解器４へ供給する炭酸ガスの圧
力は、減圧弁５により設定する。この圧力が低いほど、
炭酸ガス溶解器４での未溶解ガスの発生が抑えられ、溶
解効率が高くなる。また、炭酸ガス溶解器４内の中空糸
膜の炭酸ガス透過量は炭酸ガス供給圧力に比例し、その
圧力が大きければ透過量も大きくなる。なお、循環温水
の炭酸ガスの吸収量はその温水の炭酸ガス濃度と循環水
量にも依存し、吸収量以上の炭酸ガスを供給すると未溶
解ガスとなる。

【００２２】炭酸ガス溶解器４に中空糸膜を用いる場
合、その中空糸膜としては、ガス透過性に優れるもので
あればどの様なものを用いてもよく、多孔質膜でも非多
孔質ガス透過性膜（以下「非多孔質膜」と略称する）で
もよい。多孔質中空糸膜としては、その表面の開口孔径
が０.０１〜１０μｍのものが好ましい。また、非多孔
質膜を含む中空糸膜も好適に用いられる。最も好ましい
中空糸膜は、薄膜状の非多孔質層の両側を多孔質層で挟
み込んだ三層構造の複合中空糸膜である。その具体例と
しては、例えば三菱レイヨン（株）製の三層複合中空糸
膜（ＭＨＦ、商品名）が挙げられる。図２はこのような
複合中空糸膜の一例を示す模式図である。図２に示す例
においては、非多孔質層１９がガス透過性に優れたごく
薄膜状のものとして形成され、その両面に多孔質層２０
が形成されており、非多孔質層１９が損傷を受けないよ
うに保護されている。

【００２３】ここで、非多孔質層（膜）とは、気体が膜
基質への溶解・拡散機構により透過する膜であり、分子
がクヌッセン流れのように気体がガス状で透過できる孔
を実質的に含まないものであればいかなるものでもよ
い。この非多孔質膜を用いると炭酸ガスを温水中に気泡
として放出することなくガスを供給、溶解できるので、
効率よい溶解が可能になり、しかも任意の濃度に制御性
良く、簡単に溶解することができる。また、多孔質膜の
場合に稀に生じる逆流、すなわち温水が細孔を経てガス
供給側に逆流するような事もない。

【００２４】中空糸膜の膜厚は１０〜１５０μｍのもの
が好ましい。膜厚が１０μｍ以上であれば、十分な膜強
度を示す傾向にある。また、１５０μｍ以下であれば、
十分な炭酸ガスの透過速度および溶解効率を示す傾向に
ある。三層複合中空糸膜の場合は、非多孔質膜の厚みは
０.３〜２μｍが好ましい。０.３μｍ以上であれば、膜
の劣化が生じ難く、膜劣化によるリークが発生し難い。
また、２μｍ以下であれば、十分な炭酸ガスの透過速度
および溶解効率を示す傾向にある。

【００２５】中空糸膜の膜素材としては、例えば、シリ
コーン系、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリア
ミド系、ポリスルフォン系、セルロース系、ポリウレタ
ン系等の素材が好ましい。三層複合中空糸膜の非多孔質
膜の材質としては、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリ４−メチルペンテン−１、ポリジメチ
ルシロキサン、ポリエチルセルロース、ポリフェニレン
オキサイド等が好ましい。このうち、ポリウレタンは製
膜性が良好で、溶出物が少ないので特に好ましい。

【００２６】中空糸膜の内径は５０〜１０００μｍが好
ましい。内径を５０μｍ以上にすれば、中空糸膜内を流
れる流体の流路抵抗が適度に小さくなり、流体の供給が
容易になる。また、１０００μｍ以下にすれば、溶解器
のサイズを小さくすることが可能になり、装置のコンパ
クト化の点で有利である。

【００２７】炭酸ガス溶解器に中空糸膜を使用する場
合、中空糸膜の中空側に炭酸ガスを供給し、外表面側に
温水を供給して炭酸ガスを溶解させる方法と、中空糸膜
の外表面側に炭酸ガスを供給し、中空側に温水を供給し
て炭酸ガスを溶解させる方法とがある。このうち、特に
後者の方法は、膜モジュールの形態にかかわらず、温水
中に炭酸ガスを高濃度で溶解できるので好ましい。

【００２８】中空糸膜の外表面側に炭酸ガスを供給し、
中空側に温水を供給して炭酸ガスを溶解させる場合は、
逆流洗浄用の配管を設けてもよい。中空糸膜の中空部へ
の供給口にあたるポッティング開口端部にスケールが蓄
積した場合、そのスケールは逆流洗浄によって比較的簡
単に除去できる。

【００２９】立上げ工程で製造する炭酸水に関して、そ
の炭酸ガス濃度は特に限定されない。浴槽部１内の温水
は、循環する時間の経過に伴い炭酸ガス濃度が上昇す
る。そのような循環時間と炭酸ガス濃度の相関データを
あらかじめ取っておけば、目的とする炭酸ガス濃度と炭
酸ガス供給圧力が決まれば必要な循環時間を決定するこ
とができる。

【００３０】医学的な生理的効果を十分得るには、炭酸
水の炭酸ガス濃度は、一般的には６００ｍｇ／Ｌ以上は
必要である。この点から、本発明において製造する炭酸
水の炭酸ガス濃度も、６００ｍｇ／Ｌ以上であることが
好ましい。一方、炭酸ガス濃度が高濃度になるほど、炭
酸ガスの溶解効率は低下し、しかも、ある程度の濃度以
上では生理的効果も横這いになる。この点から、炭酸ガ
ス濃度の上限は、１４００ｍｇ／Ｌ程度が妥当である。

【００３１】図１に示した例においては、さらに自動抜
水手段が設けられている。この自動抜水手段は、具体的
には、炭酸ガス溶解器４内の中空糸膜のドレイン抜き用
配管と、その配管の途中に配された電磁弁（開放弁）１
２とからなる。炭酸ガス溶解器４内においては、中空糸
膜の中空部から蒸発した水蒸気が、中空糸膜外側部で凝
縮してドレインが溜まり、このドレインが膜面を塞いで
有効なガス透過ができなくなる場合がある。自動抜水手
段は、電磁弁（開放弁）１２を自動的かつ定期的に開い
て、炭酸ガス溶解器４内に溜まったドレインを装置外部
へ放出するものである。循環型の場合は、運転開始時
（または終了時）に１秒間電磁弁１２を開け、適度なガ
ス圧にてドレインを外部へ放出すればよい。

【００３２】以上説明した循環型の炭酸水製造工程、す
なわち本発明における立上げ工程により、効率良く任意
の高濃度（例えば６００〜１４００ｍｇ／Ｌ）の炭酸水
を製造することができる。この立上げ工程の時間は、特
に限定されず、浴槽に所望の炭酸ガス濃度の炭酸水が満
たされるまで実施すればよい。通常は、浴槽を使用する
前には浴槽内の水が適度な温度になるまで加温する必要
があるが、本発明における立上げ工程の時間も、その加
温時間と同じ程度の時間にするのが好ましい。その加温
時間は、多人数用大型浴槽の場合は１時間程度である。

【００３３】立上げ工程における炭酸ガス供給圧力は、
０.１５ＭＰａ〜０.３ＭＰａ程度が好ましい。この圧力
の下限付近は特に小型浴槽の場合に適した値であり、上
限付近は特に大型浴槽の場合に適した値である。立上げ
工程においては、高濃度の炭酸水を短時間で製造する為
にその圧力も高くするが、濃度維持工程においては、そ
れもより低い圧力で実施できる。

【００３４】この立上げ工程に引き続き、さらに浴槽内
の温水を循環させ続け、その高濃度を効率良く維持す
る、すなわち本発明の濃度維持工程を行う。この濃度維
持工程は、特に水面の表面積の大きな大型浴槽の場合非
常に有意義である。この濃度維持工程の時間は、特に限
定されないが、好ましくは浴槽を使用している間は実施
することが好ましい。また、浴槽使用中、連続して実施
しても良いし、また浴槽内の炭酸水の炭酸ガス濃度（例
えば６００〜１４００ｍｇ／Ｌ）を所望の値に維持でき
る限りにおいて、間隔を置きながら間欠的に実施しても
良い。通常は、炭酸水中の炭酸ガスは、浴槽面積当り１
〜４ｍｇ／Ｌ／ｃｍ²／Ｈｒ程度の割合で蒸散していく
ので、その蒸散を補う程度の炭酸ガスを循環する炭酸水
中に供給溶解すればよい。

【００３５】濃度維持工程における炭酸ガス供給圧力
は、０.０５〜１ＭＰａ程度が好ましい。この圧力の下
限付近は特に小型浴槽の場合に適した値であり、上限付
近は特に大型浴槽の場合に適した値である。

【００３６】本発明において、浴槽（水槽）の大きさは
特に限定されないが、本発明は、その内容積が０.５ｍ³
〜３ｍ³程度の浴槽に好適に適用できる。

【００３７】立上げ工程および濃度維持工程における単
位面積当りの循環流量は、５Ｌ／ｍｉｎ／ｍ²〜１５Ｌ
／ｍｉｎ／ｍ²程度が好ましい。また、中空糸膜におけ
る単位膜面積当りの炭酸ガス透過流量は、０.２〜２Ｌ
／ｍｉｎ／ａｔｍ／ｍ²程度が好ましい。

【００３８】

【実施例】以下、本発明を、実施例によって更に具体的
に説明する。

【００３９】＜実施例１＞図１に示した本発明の炭酸水
製造プロセスを、次の通り実施した。

【００４０】炭酸ガス溶解器４には、前述した三層複合
中空糸膜［三菱レイヨン(株)製、商品名ＭＨＦ］を有効
総膜面積２.４ｍ²で内蔵する溶解器を使用し、中空糸膜
の外表面側に炭酸ガスを供給し、中空側に原水を供給し
て炭酸ガスを溶解させる手法をとった。

【００４１】濾過器６には、ノーリツ社製商品名ＲＡＦ
−４０Ｎ（能力：４ｔ／Ｈ（６７Ｌ／ｍｉｎ）、４００
Ｗ）を用い、循環ポンプ２には、汎用渦巻きポンプ（２
７０Ｗ）を用い、浴槽１には、容量１０００Ｌ（１
ｍ³）の大型浴槽を用いた。

【００４２】水温は４０℃、循環流量は１０Ｌ／ｍｉｎ
／ｍ²として、炭酸ガス圧力０.２ＭＰａで１時間、立上
げ工程を実施したところ、炭酸ガス濃度８１０ｍｇ／Ｌ
の炭酸水を浴槽内に満たすことができた。引き続き、炭
酸ガス圧力０.１ＭＰａで濃度維持工程を実施し、５時
間の間、浴槽内の炭酸水の炭酸ガス濃度を８４０〜８８
０ｍｇ／Ｌに維持することができた。本実施例における
具体的なデータを以下の表１に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、一旦製造した後の炭酸ガスの蒸散の問題を解決
し、一定の炭酸ガス濃度を長期にわたって低コストかつ
簡便な操作で製造・維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の循環型炭酸水製造方法を用いた場合の
一例を示すフローシートである。

【図２】三層複合中空糸膜の一例を示す模式図である。

【符号の説明】

１浴槽２循環ポンプ３フィルター４ガス溶解器５ガス抜きチャネル６濾過器７切替弁８炭酸ガスボンベ９減圧弁１０電磁弁１１調圧弁１２電磁弁１９非多孔質膜２０多孔質膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長坂好倫東京都港区港南一丁目６番41号三菱レイヨン・エンジニアリング株式会社内 (72)発明者榊原巨規東京都港区港南一丁目６番41号三菱レイヨン株式会社内 (72)発明者森岡雄一山形県長井市成田2613 テクノ・モリオカ株式会社内Ｆターム(参考） 4C094 AA01 CC01 DD11 DD17 EE07 EE20 EE24 GG01 4G035 AA08 AB28 AE01 4G046 JB24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】循環ポンプにより水槽中の水を炭酸ガス
溶解器を介して循環させながら、該炭酸ガス溶解器内に
炭酸ガスを供給して、該水中に炭酸ガスを溶解させる炭
酸水製造方法において、炭酸水製造の為の水の循環の立上げ時には、所定の炭酸
ガス圧力を印加して所望の炭酸ガス濃度の炭酸水を生成
する立上げ工程と、前記立上げ工程によって生成した炭酸水の所望の炭酸ガ
ス濃度を維持する為に、所定の炭酸ガス圧力を印加して
該炭酸水を循環させる濃度維持工程と、を有することを特徴とする炭酸水製造方法。
【請求項２】立上げ工程における所定の炭酸ガス圧力
よりも、濃度維持工程における所定の炭酸ガス圧力の方
が低い圧力である請求項１記載の炭酸水製造方法。
【請求項３】立上げ工程における所定の炭酸ガス圧力
は０.１５〜０.３ＭＰａであり、濃度維持工程における
所定の炭酸ガス圧力は０.０５〜０.１ＭＰａである請求
項２記載の炭酸水製造方法。