JP2003093470A - 浴槽、浴槽装置および浴槽への気体供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高濃度の気体成分を流水中で接触混合し多数
の微細な気泡の状態で浴槽水中に分散させ所定時間気泡
を浴水槽中に浮遊させることで炭酸ガスの溶解速度を制
御し人体表面に付着させ、ガス成分を水中に溶解させる
こと無く気体成分を高濃度のまま直接人体表面に到達さ
せ作用させることが可能な浴槽および浴槽水への気体の
供給方法を提供する。 【解決手段】 水に溶存可能な気体成分の濃度を大気と
比較して優位に高めた純ガスまたは混合ガスを、完全に
溶解させること無く微細な気泡の状態で流水中に混合し
気液二相流とした状態で浴槽内の溜水中に吐出させる浴
槽内への気体供給方法であって、前記気泡の少なくとも
大部分は、浴槽内を長時間滞留し、浴槽内の溜水中に溶
解し消滅することなく浮力により上昇し、浴槽上部の大
気との境界面へ到達させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は浴槽、浴槽装置およ
び浴槽への気体供給方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭酸泉は高濃度で炭酸ガスが溶存した温
泉であり、その効能は欧州をはじめとして日本国内でも
健康に良いものとして広く認知されている。水中に溶存
した炭酸ガスは、まず水もしくは水蒸気の存在化で皮膚
表面の脂肪に吸収され皮膚内部へと浸透し経皮吸収され
る。経皮吸収された炭酸ガスは血管内部へと浸透し、血
液中の炭酸ガス濃度または分圧を高めることにより、生
体の防御反応が機能し末梢血管を拡張させ血流量を増大
させる。末梢血管の拡張により血流量は増大しているに
もかかわらず血圧は低下するので、入浴による循環器へ
の負担を大幅に軽減させる。さらに血流量の増大により
皮膚深部温を上昇させるので、比較的低温の入浴にもか
かわらず長時間湯冷めしない入浴が可能となったり、代
謝の向上によりコリやむくみを軽減することが可能であ
り、とくに高齢者や心臓疾患はもとより幅広い使用者が
健康、快適でかつ安全に入浴を行うことができる。

【０００３】この炭酸泉は様々な温泉のひとつとして得
られているのであるが、これを簡便に得る手段として浴
槽水中に高濃度で炭酸ガスを人工的に溶解させ同様の効
果を得ようとするものが知られている。特開昭６３−２
４２２５７には、温水中に溶解させて人工的に炭酸泉を
得る炭酸温水の生成方法および装置において、給湯配管
内部で温水に炭酸ガスを分散させることにより、簡単な
装置及び方法により効率的かつ連続的に炭酸温水を生成
する方法が示されている。特開昭６３−２４２２５８に
は、温水中に溶解させて人工的に炭酸泉を得る炭酸温水
の生成方法および装置において、導管を用いて温水を循
環させ、この導管中の温水に炭酸ガスを混入分散させる
ことにより、簡単な装置及び方法により、効果的に高濃
度の炭酸温水を生成する方法が示されている。特開平４
−１２６１４８には、加圧タンク内で炭酸ガスを溶解さ
せさらに減圧することにより微細な気泡を発生させ、高
濃度な炭酸ガス濃度を得る気泡発生浴槽が示されてい
る。これらはいずれも炭酸ガスを水または温水中に高濃
度で溶解させることによって、皮膚表面から直接炭酸ガ
スを経皮吸収させることにより、炭酸泉で得られるのと
類似の効果を人工的に得ようとするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これら従来技術はいず
れも炭酸ガス等の水に溶存可能で人体に有用な成分を含
んだ気体を水または温水中に高濃度で溶解させることに
よって、表面皮膚から直接有用気体成分を経皮吸収させ
るのであるが、一旦気体を液体中に完全に溶解させるた
めには大きな動力が必要でありかつ一旦液体及び気体を
高圧で接触させる貯留タンクを必要とし非常に大規模な
設備を必要とする。装置が大型化すれば設置や運搬に困
難を伴い、とくに既存の浴槽に後付けする場合には入浴
の障害になるので新たに設置場所を確保する必要があっ
た。また大量の浴槽水中に所定濃度で気体成分を溶解さ
せるためには、初期の濃度立ち上がりに非常に時間を要
するので、入浴の所定時間前にあらかじめ装置を稼動さ
せて所定濃度に達した後に入浴する必要があるので、入
浴者がいつでも好みの時間帯に入浴し気体成分の有する
効果を得ることができない。また装置停止後には溶解し
た気体成分が徐々に水中から脱離するので、次の使用者
が入浴する場合に備えて常時運転を行ない濃度を維持す
る必要があったり、初期状態から運転を再開する必要が
あるので、無駄に気体成分を消費する。このようなこと
から、大量の浴槽水中に一定の濃度を溶解させるために
は大量の気体を必要とし、供給用の大型のガスボンベを
用いる必要があったりボンベ交換等で頻繁なメンテナン
スを必要としていた。

【０００５】また、一旦溶存した気体は大気との濃度平
衡状態を維持しようとして気泡化し大気開放面より常時
放出され濃度低下を起こす。濃度を維持するためには常
時気体を溶解させつづける必要があるのでさらに多くの
気体を必要とし、さらに水温や気圧の変化により気体の
水中への溶解度が変化するので濃度が安定しない等の問
題もある。またこのような状態で発生した気泡の径は大
気圧、温度、濃度、滞留時間等の諸条件により様々に変
化し制御不能であり、一旦溶解した気体を再気泡化して
も使用気体量を減量することはできない。さらには気体
を水または温水中に高濃度で溶解させると、気体の性質
によっては浴槽内壁面やその他の設置器具をいためた
り、他の物質と反応を起こし不要な生成物を産生するこ
とがある。例えば炭酸ガス等の酸性ガスを水中に溶解さ
せると酸性となり、さらに樹脂材料等に混練されたカル
シウムと容易に反応を起こすので樹脂材料や金属を侵食
することがある。またカルシウムやマグネシウム等水中
の硬度成分濃度が高い場合には炭酸カルシウムや炭酸マ
グネシウムを生成し、配管内部の閉塞、壁面等への付着
を起こし信頼性、耐久性や美観を損なうことがあった。
同様に塩基性のガスも水中に溶解させるとアルカリ性と
なるので酸性ガスと同様の問題を発生させる恐れがあ
る。

【０００６】本発明の目的は、高濃度の気体成分を流水
中で接触混合し多数の微細な気泡の状態で浴槽水中に分
散させ所定時間気泡を浴水槽中に浮遊させることで炭酸
ガスの溶解速度を制御し人体表面に付着させ、ガス成分
を水中に溶解させること無く気体成分を高濃度のまま直
接人体表面に到達させ作用させることが可能な浴槽およ
び浴槽水への気体の供給方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】請求項１におい
ては、水に溶存可能な気体成分の濃度を大気と比較して
優位に高めた純ガスまたは混合ガスを、完全に溶解させ
ること無く微細な気泡の状態で流水中に混合し気液二相
流とした状態で浴槽内の溜水中に吐出させる浴槽内への
気体供給方法であって、前記気泡の少なくとも大部分
は、浴槽内を長時間滞留し、浴槽内の溜水中に溶解し消
滅することなく浮力により上昇し、浴槽上部の大気との
境界面へ到達させる。水に溶存可能で人体に有用な気体
を必要以上に水中に溶解させること無く、高濃度のまま
人体皮膚表面に付着させることができるので、最低の気
体使用量でありながら人体への作用を非常に高めること
ができる。また水中の気体濃度が必要以上に上昇しない
ので浴槽や配管および他の部品の化学的安定性を損なう
ことが無く、信頼性に優れる。

【０００８】請求項２、１１においては、気体成分に二
酸化炭素を用いる。炭酸ガスを用いることで血流量を効
果的に増大させることができ、非常に簡便な構成であり
ながら気体使用量を最小に抑制し、炭酸泉と同様の効果
を得ることができる。

【０００９】請求項３においては、水に溶存可能な気体
成分の濃度を大気と比較して優位に高めた純ガスまたは
混合ガスからなる第一の気体を供給する気体供給手段
と、温水を供給する温水供給手段と、気体と前記温水と
を接触混合させ気体の微細な気泡が温水中に多数分散し
た気液二相流を生成させる第一の気泡径制御手段と、気
液二相流を浴槽内に吐出する吐出手段を備えた浴槽装置
であって、気液二相流内の気泡径が所定の気泡径となる
ように制御する気泡径制御手段を備える。高速な流水中
で気体を接触させることで水中への気体の溶解を抑制す
るとともに、流水のせん断力により微細な気泡を安定し
て生成可能なので浴槽水中の気体濃度を必要以上に上昇
させない。気泡径を所定の大きさとなるように制御する
と、水中における気泡の上昇速度を制御できるので気泡
の滞留時間を制御可能である。さらに、同時に気液界面
積を制御できるので気体の溶解速度を制御可能であるの
で水中への気体の溶存を最小限に抑えつつ少ない気体量
でありながら長時間水中を浮遊させることができる。ま
た気体を流水中へ接触混合させることで気泡を微細化す
るので気泡径の制御が簡便に行えるとともに、加圧容器
等を必要とせず装置の小型化が可能であり、最も乱れが
強い気泡を微細にする過程での操作時間を最小限に抑え
ることができるので初期の濃度差が大きい状態での気体
の溶存を最小に抑える。水中に溶存する気体濃度を低く
抑えることで浴槽や配管および他の部品の化学的安定性
を損なうことが無く信頼性に優れる。また微細な気泡は
疎水性が強く人体表面に付着し易いので高濃度の気体を
直接皮膚表面に作用させることができ、なおかつ浴水槽
中を長時間滞留することで皮膚表面への接触確率を高め
ることができるので、気体使用量を最小限に抑えつつ気
体の有する効果を最大限に発揮することができる。

【００１０】請求項４においては、気液二相流の浴槽内
へ吐出される際の気泡の平均径は８μｍ以上１０００μ
ｍ以下とする。気泡の滞留時間を大きく設定可能であ
り、かつ気体の溶解速度を低く設定できるので、少ない
気体使用量で大きな効果を得る。

【００１１】請求項５においては、気液二相流の気液比
は０．５以下とする。気泡の合一機会を減らすことがで
きるので、生成時の小さな気泡径を維持して吐出するこ
とができる。また気液二相流生成後も長時間気泡径を維
持することができるので、配管長を自由に取ることがで
き設置場所を選ばない。また合一による気泡成長が発生
しにくいので、気泡径の変化を少なくすることができ、
微細気泡生成時に必要以上にな小さくする必要がないの
で濃度差が最も大きい状況での気液接触界面積を小さく
することができる。

【００１２】請求項６においては、気泡径制御装置は温
水と第一の気体の混合物を管路内で旋回させる旋回部を
有する。流れを旋回させると少ない動力でかつ小型で大
きなせん断力を得ることができる。大きなせん断力を気
泡隗に与えることにより気泡隗は容易に分断され、制御
された状態で微細気泡を生成可能である。また温水の流
量を変更することでせん断速度を変更可能なので、目的
や用途に応じて容易に気泡径の変更を行うことができ
る。

【００１３】請求項７においては、浴槽装置は大気中の
空気を第二の気体として供給する大気導入部を備える。
第一の気体が不要な場合や効果を調整する際には第一の
気体の代わりに大気を第二の気体として用いることで、
使用気体量を低減しつつ気泡浴の爽やかさや快適性を維
持したり、第一の気体による効果を調整することができ
る。

【００１４】請求項８においては、第一の気体と第二の
気体とを混合させる気体混合部を備える。所定の効果を
得るように第一の気体を大気により希釈して使用するこ
とができるので第一の気体を高濃度のまま供給すること
ができるので、気体供給手段を非常に小型にすることが
できる。

【００１５】請求項９においては、第一の気体と第二の
気体との混合比率を調整する混合比調整手段を備える。
用途や目的に応じて混合比を調整することができるの
で、使用者が意識することなく最適な効果を得る。例え
ば季節、症状、年齢、身体的状態に応じて自由に効果を
調整することができる。

【００１６】請求項１０においては、第一の気体の供給
量を調整する弁装置を備える。運転モード、作動時間や
使用者の目的や用途に応じて気体供給量を調整できるの
で、気体使用量を最小に抑えつつ最大限の効果を発揮す
ることができる。例えば、運転初期においては気液二相
流の挙動が不安定なので気体供給量を減少させ、浴槽内
部の気泡量が少ない際や使用者の患部に直接作用させる
場合には気体供給量を増加させ、浴槽内部の気泡量が十
分多い場合や入浴の合間などには気体供給を停止するこ
とにより、高い効果を維持したまま気体使用量を抑制す
ることができる。

【００１７】請求項１２においては、浴槽に上記浴槽装
置を備える。温水の供給および気液二相流の吐出に用い
る配管等をあらかじめ浴槽に設置できるので、入浴の邪
魔になることがない。また設置のための工事が簡便であ
る。

【００１８】請求項１３においては、給湯装置に上記浴
槽装置を備える。石油、ＬＰＧ・ＬＮＧ等のガス、電気
等をエネルギー源として用いる給湯装置に組み込むこと
により、既設の給湯配管をそのまま用いることができる
ので新たな工事を必要とせず簡便に取り付けることがで
きる。また、一般的に給湯装置は屋外に設置されるケー
スが多いので設置場所を新たに設ける必要も無く、ボン
ベ交換などのメンテナンスも用意である。

【００１９】請求項１４においては、上記浴槽装置の作
動と連動して給湯温度を低下させる温度制御器を備え
る。人体に有用な気体成分を十分に作用させるためには
所定時間以上は入浴することが望ましい。ところが高温
で長時間入浴すると、立ちくらみやめまいあるいは必要
以上の血流量増大を起こす可能性がある。一方、入浴時
の水温を低下させ比較的長時間入浴すると、自律神経を
副交感神経優位な状態へとシフトさせるのでリラックス
することができ、床ずれや褥瘡等があって痛みを伴う場
合であっても入浴や温熱刺激による過度の刺激を与えず
にゆったりと治療を行うことができる。これはとくに炭
酸ガスを気体成分として用いた場合にはとりわけ望まし
い態様である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明における理論的背景
について述べる。図１に示す微小な気泡の直径をＤ
［ｍ］、密度をρ［ｋｇ／ｍ^３］としたときの水中にお
ける気泡の上昇速度を求める。気泡の抵抗係数をＣ_Ｄと
すると、気泡の浮力：Ｎ［Ｎ］と流れにより受ける抗
力：Ｆ［Ｎ］との釣合により求められる気泡の終端速
度：Ｖ_Ｂ［ｍ／ｓ］および滞留時間：ｔ［ｓ］は、Ｎ＝
Ｆとしたときに次のようにあらわされる。ここで、Ａ
［ｍ^２］は抗力を受ける気泡の投影面積、Ｗ［ｍ^３］は
単一の気泡の体積、Ｒ_ｅはレイノズル数、μは粘性係数
［Ｐａ・ｓ］、Ｈ［ｍ］は気泡を放出してから大気界面
へ到達するまでの鉛直方向距離をあらわしている。な
お、添え字Ｗは液相（水）を、Ｂは気相（気泡）をあら
わす。 Ｎ＝ （ρ_Ｗ／２）・Ｃ_Ｄ・Ａ_Ｂ・Ｖ_Ｂ ^２ Ｆ＝ Ｗ_Ｂ・（ρ_Ｗ−ρ_Ｂ） Ｃ_Ｄ＝ Ｒ_ｅ／２４ Ａ_Ｂ＝ π・（Ｄ_Ｂ／２）^２ Ｗ_Ｂ＝ （４／３）・π・（Ｄ_Ｂ／２）^３ Ｒ_ｅ＝ （ρ_Ｗ・Ｖ_Ｂ・Ｄ_Ｂ）／μ_Ｗ Ｖ_Ｂ＝ ［２（１−ρ_Ｂ／ρ_Ｗ）・Ｗ_Ｂ／（Ｃ_Ｄ・
Ａ_Ｂ）］^０．５ （I） ｔ＝ Ｈ／Ｖ_Ｂ （II）

【００２１】さらに気体の水中への溶解速度は、Ｎ
_Ａ［ｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ）］を単一気泡の単位表面積あ
たりの溶解速度、Ｒ_Ａ［ｍｏｌ／ｓ］を気体の水中への
溶解量として次のようにあらわされる。ここで、Ｃ_Ａ０
［ｍｏｌ／ｍ^３］を気体濃度、Π［ｍ／ｓ］を気相中に
おける気体の拡散係数、Ｑ［ｍ^３／ｓ］を気体の供給流
量、ｍ［−］を供給気体単位流量あたり生成される気泡
数とする。 Ｎ_Ａ＝ Ｃ_Ａ０・［４・Π・Ｖ_Ｂ／（πＤ_Ｂ）］^０．５ Ｒ_Ａ＝ Ｑ・Ｎ_Ａ・ｔ・ｍ （III） ｍ＝ Ｑ／Ｗ_Ｂ

【００２２】図２には式（I）により求めた気泡径：Ｄ
_Ｂと気泡の終端速度：Ｖ_Ｂとの関係を示す。気泡径が大
きくなるにつれ終端速度は増大するので、浴水槽中に気
泡を放出してから大気との界面に到達し放散するまでの
時間が気泡径により異なる。

【００２３】図３には一辺の長さがＬの立方体に半径Ｒ
の球殻を配置し面心立方格子を形成した充填格子の模式
図を、図４には面心立方格子のひとつの面上における球
殻の配置図を示す。球殻間の最短距離をχ、格子の対角
線の長さをλ、球殻により占有された体積をＶ_Ｏ、空隙
体積をＶ_Ｖ、占有比率をη、立方体に存在する球殻の個
数をΘとする。ここで空隙は液相、球殻は気相（気泡）
に相当するので、占有率：ηは気液比をあらわしてお
り、気液比：ηと、球殻間距離：χ／Ｒの関係を図５に
あらわす。 χ＝ λ − ４Ｒ λ＝ Ｌ・２^０．５ χ／Ｒ＝ λ／Ｒ − ４ Ｖ_Ｏ＝ Θ・（４／３）・π・Ｒ^３ Ｖ_Ｖ＝ Ｌ^３ − Ｖ_Ｏ η＝ Ｖ_Ｏ／Ｖ_Ｖ Θ＝ ４

【００２４】気液比が０．２５以上で球殻間距離の変動
は緩やかになり０．５を超えれば変動は一定となる。球
殻間距離は１以上となることが望ましく、この条件下で
は合一を起こしにくい。ただし現実的には球殻間距離の
変動が緩やかになる０．４程度までは設計の範囲内とな
るので、これに対応する望ましい気液比は０．２以下あ
るいは０．５以下となる。一方気液比を小さく設定しす
ぎると気泡の供給が困難になるので、視覚的にも認識可
能な０．０５を下限とすることが望ましい。

【００２５】このようにして生成した微細な気泡は浴水
槽中に吐出され、長時間滞留する。微細な気泡は非親水
性の性質が強く人体の皮膚表面にある脂肪層に付着し易
い。皮膚表面に付着した気泡は気体成分を高濃度で含有
しこれが皮膚表面で水中に溶解する。このため皮膚表面
近傍の水側境界層中における気体濃度は局所的に非常に
高まり、皮膚表面の脂肪層に溶解し皮膚内部へと容易に
浸透する。図６に示すとおりに気泡１２は皮膚表面１４
に高濃度のまま付着し効果を高めることができる。当然
のことながら、バルクの浴槽水１５中には気泡の存在密
度が僅少なので気体の使用量を最小に抑えることができ
る。

【００２６】図７には本発明の第一実施例における浴槽
装置の構成図を示す。人体に有用でかつ水に溶存可能な
第一の気体を供給する気体供給手段２は炭酸ガスが所定
の圧力で充填されたボンベであり、その下流側には高圧
で供給される気体圧力を所定の圧力に減圧し非作動時等
には閉弁可能な弁装置３が連通している。弁装置３で所
定の圧力に減圧された第一の気体は流量調整手段４に送
られ所定の流量に調整された後、第一の気泡径制御手段
７に送られる。第一の気泡径制御手段７には、浴槽１３
中から吸入口１１を介してポンプ８により汲み上げられ
た温水１２も同時に供給され第一の気体および温水１２
とが接触混合される。この際に温水１２はポンプ８によ
り加えられた圧力により速度を高められるので大きなせ
ん断力を有しており、これが接触された第一の気体を微
細な気泡に分断する。第一の気泡径制御手段により生成
された気液二相流は吐水口１０を経由して浴槽１３中の
温水１２中に放出される。ポンプ８により汲み上げられ
る温水１２中にはゴミ等が混入されている可能性がある
ので、ポンプ８の上流側にろ過器が備えられる。使用者
は操作手段６を操作することにより浴槽装置１を操作で
きるようになっており、操作手段６から加えられた入力
信号に基づいてコントローラー５は弁装置３、流量調整
手段４、ポンプ８をあらかじめ定められた手順に従って
起動、停止および制御するように、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フ
ラッシュメモリー等の揮発およびまたは不揮発性記憶装
置、ＤＳＰ、ＣＰＵ、ゲートアレー等の演算装置、作動
時間等を計測するタイマー、接続された負荷を駆動する
ためのドライバー等が備えられている。

【００２７】次に作動例の一例を示す。浴槽装置１が非
作動中に操作手段６が操作された場合には浴槽装置１を
作動状態とする。コントローラー５は起動信号を弁装置
３、流量調整手段４、ポンプ８に送信し、弁装置３は開
弁され気体供給手段２から気体の供給が開始される。ま
たポンプ８も同様に起動され温水１２が汲み上げられ
る。

【００２８】これら一連の作動タイムチャートを図８
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す。（Ａ）はポンプ８の作
動状態を、（Ｂ）は流量調整手段４の開度および第一の
気体の流量を、（Ｃ）は弁装置３の開度を表す。操作手
段６を起動してｔ_１後にポンプ８が駆動され、弁装置３
が開状態となる。ただし流量調整手段４の開度は最小で
あり、第一の気体は第一の気泡径制御手段に送られずに
配管内の残存空気の排出が行われる。さらにｔ_２後に流
量調整手段４は開状態となるが安定して気泡を生成させ
るために徐々に流量を増大させる。さらに定常運転時の
流量設定値Ｑ_１に達したあとも流量を増大させエージン
グ時の設定流量Ｑ_２に達したところで維持される。この
際には浴槽中の気泡量が少ないので、大量の気泡を送り
込むことにより立ち上がり特性を高めることができる。
このように作動初期においては第一の気泡径制御手段４
の作動や気液二相流の相状態が安定でないので、浴槽装
置１の作動開始後から所定時間（ここではＴ_１＝ｔ_１＋
ｔ_２＋ｔ_３）の間はあらかじめ定められた手順でエージ
ング運転が行われる。ところで先に述べた理由により気
液比が高まると気泡合一の機会が増大することで気泡径
が大きくなることがあるので、このような場合には同時
にポンプ８からの温水供給量を増加させることで気液比
が略一定となるように制御することもできる。

【００２９】さらに所定時間経過後に設定流量の変更が
成され、定常運転状態（Ｑ＝Ｑ_１）となる。定常運転を
行うことにより微細な気泡が浴槽内に十分行き渡り、長
時間浴槽水中を滞留することができるので、所定時間
（ここではＴ_２＝ｔ_１＋ｔ_２＋ｔ_３＋ｔ_４＋ｔ_５）経過
後に気泡の供給を停止することができる。ここでは気体
の使用量を最小に抑え、さらに浴槽内の気泡量を所定量
に維持するために、所定時間経過後に間欠的に気泡流を
供給（ｔ_７、ｔ_８）している。また、気体の流量を低下
させる場合にも管路内部の圧力平衡を維持するために徐
々に低下させることが望ましい。なおここでは浴槽内の
温水を循環させる形態をとっているが、これにとどまら
ず新たに温水を供給する温水供給手段を有し気液二相流
を浴槽内へ吐出する形態をとることも可能である。

【００３０】図１０は本発明の第二実施例における浴槽
装置の構成図を示す。これは図７に示した浴槽装置に大
気を導入する大気導入部３２を備え、さらに弁３１を備
えたものである。弁３１は流路切替え弁であり、第一の
気泡径制御手段７に送出される気体は、気体供給手段２
から供給されるものと、大気導入部３２から供給される
大気とのいずれか一方が選択される構成となっている。
操作手段６に所定の操作を行うことによりコントローラ
ー５により切替え弁３１は駆動されるので、使用者が目
的や用途に応じて気体の種類を選択できるので、単に気
泡浴を楽しみたい場合や人体に有用な気体成分の効果を
得たい場合等で好みに応じて選択することができる。こ
こでは弁３１を切替え弁としているが、弁の開度に応じ
て混合比を調整する混合比調整弁であっても良い。混合
比調整弁を用いた場合には、さらに任意に気体の成分濃
度を調整可能なので、使用者が任意にあるいは作動状況
に応じて効果の調整も行うことができる。例えば、作動
開始時の気泡数が少ない場合には高濃度で運転し、作動
が安定し平衡状態に達した場合には低濃度で供給するこ
ともできる。このように作動時間、使用者の目的や用
途、季節、湯温（水温）に応じて効果を調整すること
で、最適な入浴効果を得ることが可能となる。

【００３１】図９には本発明の第一実施例における気泡
径制御手段７を示す。入水口１８より流入した水は、断
面積の小さな通路により形成される気泡破砕部１６に流
入すると同時に流速が増加する。流路断面積が大きく変
化するので、流れに乱れが生じ流動方向に対して垂直方
向に大きな運動が生じる。気体流入口１７からは気体が
流入可能になっており、気体通路２０を経由して気泡破
砕部１６中に放出される。気泡破砕部では大きな乱れが
発生しており、さらに流速が大きいので流入した気泡隗
を瞬時に破砕し微細な気泡を生成する。気泡を破砕する
機構はこのように水のせん断力によるので、水の流量を
調整可能にしてせん断力を制御することにより気泡径を
同時に制御することができる。微細な気泡と混合された
気液二相流は出水口１９より出力される。なお気泡破砕
部では流速が大きいので大気に対して負圧となり、とく
に動力を設けたり新たに加圧手段を設けて加圧すること
なく気体を吸引することができる。ここでは主として乱
れによるせん断力を利用しているが、流れを回転させて
せん断力を得ることもできる。例えば、流路内に翼を設
けたり、あるいは流動方向に対して所定の角度を有する
ように水もしくは気液二相流を流入させ、流路内に自由
渦を発生させ高速で流れを旋回させることによりせん断
力を得ることもできる。図１１は本発明の第二実施例に
おける気泡径制御手段７を示す。気泡制御手段７は、円
筒、円錐または円錐台状の流路構成を有する旋回室４１
が設けられ、入水口１８には気液二相流が加えられる。
気液二相流は流動方向に対して所定の角度を有した状態
で流入するので旋回を起こす。旋回室４１は下流に行く
にしたがって漸次流路断面積が縮小する構成となってお
り、自由渦を発生させ下流に向かうに従い旋回速度は上
昇する。旋回室４１の下流には流路断面積を拡大する拡
大室４２が設けられており、拡大室４２に流入した高速
で旋回する気液二相流は一気に旋回成分の運動量を失
う。この際にで大きなせん断力が発生し気泡隗は微細な
気泡へ破砕され、出水口１９より出力される。ここでも
流量によりせん断力が調整可能なので、流量を可変とす
れば気泡径を制御可能となる。なお渦の中心付近は大き
な負圧を発生しているので、渦中心付近に気体を導入す
る気体流入口を設ければ同様に気体を吸引可能である。
また図９で示したものと図１１で示したものとは直列に
接続し、上流側に接続されたものに気体流入口を設けれ
ばさらに正確に気泡を制御できる。またこのような気泡
径制御手段を用いれば容易に気泡径を制御できるので、
複数の気泡径を生成可能な気泡径制御手段を備えて切替
え弁等でいずれかを選択可能にしておけば、運転条件等
に応じて気泡径を選択することもできる。またポンプ８
の出力などを変更して流量を制御可能な流量制御手段を
設けておけばせん断力を制御できるので同様の効果を得
ることができる。例えば運転初期で浴槽内の気泡数が少
ない際には大きな気泡を発生させて速い速度で気泡を上
昇させ、所定時間経過後には小さな気泡を発生させて滞
留時間を長くすることで少ない気体使用量で最大の効果
を得ることができる。

【００３２】とくに気体に炭酸ガスを用いる場合には浴
槽内の温水の温度制御手段を有し、本発明の浴槽装置と
連動して温水の温度を調整することが望ましい。また本
発明の浴槽装置を給湯装置に組み込むことにより、ある
いは本発明の浴槽装置の作動と連動した出力を取り出し
給湯装置の温度制御手段を駆動することにより容易に温
度調整が可能となる。気泡径が微細に制御し、気液比を
所定量とすれば気泡の合一を防止できるので、浴槽本体
から隔絶した場所に設置しておいても通常の給湯配管で
容易に同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 水中を上昇する気泡の概念図

【図２】 気泡径と気泡の終端速度をあらわすグラフ

【図３】 面心立方格子の概念図（立体図）

【図４】 面心立方格子の概念図（平面図）

【図５】 気液比と気泡間距離をあらわすグラフ

【図６】 微細な気泡が皮膚表面に付着した概念図

【図７】 本実施例における浴槽装置の構成図

【図８】 本実施例におけるタイムチャート

【図９】 本実施例における気泡径制御手段の構成図

【図１０】 本実施例における浴槽装置の構成図

【図１１】 本発明の第二実施例における気泡径制御
手段の構成図

【符号の説明】

１ 浴槽装置、 ２ 気体供給手段、 ３ 弁装置、
４ 流量調整手段、５コントローラー、 ６ 操作手
段、 ７ 気泡径制御手段、８ ポンプ、 ９濾過器、
１０ 吐水口、 １１ 吸入口、１２ 温水、 １３
浴槽、 １４皮膚、 １５ バルク浴槽水、１６ 気
泡破砕部、 １７ 気体流入口、 １８ 入水口、１９
出水口、 ２０ 気体通路、 ３１ 弁、 ３２ 大
気導入部、４１ 旋回室、 ４２ 拡大室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庄野 信浩 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 大橋 隆弘 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 Ｆターム(参考） 3L024 CC10 CC15 DD32 EE01 HH31 HH60 4C094 AA01 BB15 CC09 DD06 DD14 EE20 FF02 GG03

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水に溶存可能な気体成分の濃度を大気と
   比較して優位に高めた純ガスまたは混合ガスを、完全に
   溶解させること無く微細な気泡の状態で流水中に混合し
   気液二相流とした状態で浴槽内の溜水中に吐出させる浴
   槽内への気体供給方法であって、前記気泡の少なくとも
   大部分は、浴槽内を長時間滞留し、浴槽内の溜水中に溶
   解し消滅することなく浮力により上昇し、浴槽上部の大
   気との境界面へ到達させることを特徴とする浴槽内への
   気体供給方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の浴槽内の溜水中への気
   体供給方法であって、前記気体成分は二酸化炭素である
   ことを特徴とする浴槽内への気体供給方法
3. 【請求項３】 水に溶存可能な気体成分の濃度を大気と
   比較して優位に高めた純ガスまたは混合ガスからなる第
   一の気体を供給する気体供給手段と、温水を供給する温
   水供給手段と、前記気体を前記温水の流水中へ接触混合
   させ気体の微細な気泡が温水中に多数分散した気液二相
   流を生成させる第一の気泡径制御手段と、前記気液二相
   流を浴槽内に吐出する吐出手段を備えた浴槽装置であっ
   て、前記気液二相流内の気泡径が所定の気泡径となるよ
   うに制御する気泡径制御手段を備えたことを特徴とする
   請求項乃至のいずれか一項に記載の浴槽装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の浴槽装置であって、前
   記気液二相流の浴槽内へ吐出される際の気泡の平均径は
   ８μｍ以上１０００μｍ以下としたことを特徴とする請
   求項３に記載の浴槽装置。
5. 【請求項５】 前記気液二相流の気液比は０．５以下と
   したことを特徴とする請求項３乃至４のいずれか一項に
   記載の浴槽装置。
6. 【請求項６】 請求項３乃至５のいずれか一項に記載の
   浴槽装置であって、前記気泡径制御装置は、前記温水と
   前記第一の気体の混合物を管路内で旋回させる旋回部を
   有したことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項
   に記載の浴槽装置。
7. 【請求項７】 前記浴槽装置は大気中の空気を第二の気
   体として供給する大気導入部を備えたことを特徴とする
   請求項３乃至６のいずれか一項に記載の浴槽装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の浴槽装置であって、前
   記第一の気体と前記第二の気体とを混合させる気体混合
   部を備えたことを特徴とする請求項７に記載の浴槽装
   置。
9. 【請求項９】 請求項７乃至８のいずれか一項に記載の
   浴槽装置であって、前記第一の気体と前記第二の気体と
   の混合比率を調整する混合比調整手段を備えたことを特
   徴とする請求項７乃至８のいずれか一項に記載の浴槽装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項３乃至９のいずれか一項に記載
    の浴槽装置であって、前記第一の気体の供給量を調整す
    る弁装置を備えたことを特徴とする請求項３乃至９のい
    ずれか一項に記載の浴槽装置。
11. 【請求項１１】 請求項３乃至１０のいずれか一項に記
    載の浴槽装置であって、前記気体成分は二酸化炭素であ
    ることを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか一項に
    記載の浴槽装置。
12. 【請求項１２】 請求項３乃至１１のいずれか一項に記
    載の浴槽装置を備えたことを特徴とする浴槽。
13. 【請求項１３】 請求項３乃至１２のいずれか一項に記
    載の浴槽装置を備えたことを特徴とする給湯装置。
14. 【請求項１４】 前記浴槽装置の作動と連動して給湯温
    度を低下させる温度制御器を備えたことを特徴とする請
    求項１３に記載の給湯装置。