JP2005169187A - 炭酸水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炭酸ガス添加部に温水等を送水させるために、蛇口から温水等を特別に取り出すことなく、また、水中ポンプ或いは送液ポンプ等を用いることなく行うことができ、設置場所も使用者の任意の場所に設置することが可能な炭酸泉製造装置を提供する。
【解決手段】給水管１から給水された原水は炭酸ガス添加部２に流通され、炭酸ガス導入管３から供給された炭酸ガスを炭酸ガス添加部２内で原水に溶解する。炭酸ガス添加部２で炭酸ガスを添加された原水は、炭酸水となって炭酸水導出管４を通り炭酸水吐出口４ｂより吐出され使用者に供される。炭酸水吐出口４ｂの垂直位置を前記炭酸ガス添加部２内での水位よりも下方の位置に配置することにより、位置エネルギーの差により、原水を炭酸ガス添加部２内で流通させることができる。
【選択図】図１

Description

本願発明は、飲料用や部分浴用等に使用される炭酸水を簡便に製造することができる炭酸水製造装置に関するものである。

従来から飲料用、浴用或いは部分浴用等に炭酸水を使用するため、原水に炭酸ガスを添加して炭酸水を製造する炭酸水製造装置が使用されている。これらの炭酸水製造装置としては、水道水或いは温水器等の給水栓を炭酸ガス添加部に直結し、給水栓からの吐水圧力により炭酸ガス添加部内を流通させて炭酸水を製造する炭酸水製造装置（例えば、特許文献１参照。）や、水中ポンプ或いは送液ポンプを用いて原水を炭酸ガス添加部内に炭酸水を流通させて製造する炭酸水製造装置（例えば、特許文献２参照。）などが提案されている。

特許文献１に記載された炭酸水製造装置は、図１３に示す構成を備えている。即ち、炭酸水製造装置としては、温水に炭酸ガスを溶解する溶解器５３と炭酸ガスを供給するガスボンベ５４、炭酸ガス圧を一定に保つ減圧弁５６及び水圧作動弁５５とを備えている。溶解器５３は中空糸膜を介して温水中に炭酸ガスを溶解する炭酸ガス添加部構造を有している。溶解器５３の温水導入口には、蛇口直結の切換コック５１を先端に有するフレキシブルな温水導入管５２が連結されている。また、溶解器５３の炭酸泉導出口には、給湯するためのフレキシブルな導出管５８が連結され、同導出管５８の端部には、シャワーヘッド５９等が取り付けられている。

切換コック５１を切換えることで、温水を溶解器５３内に導入することができる。このとき、温水導入管５２内の水圧を水圧感知用温水管５７により感知し、水圧作動弁５５を開放してガスボンベ５４内の炭酸ガスを溶解器５３内に導入する。溶解器５３内では、中空糸膜の膜面を介してガスボンベ５４より導入された炭酸ガスと温水とが接触し、温水中に炭酸ガスを溶解して炭酸泉を製造することができる。

溶解器５３内では、炭酸ガス添加部である中空糸膜内を流れる流通は、温水器等の蛇口に直結した切換コック１からの吐水圧力によって流れることになる。また、製造された炭酸泉は、導出管５８を介してシャワーヘッド５９から流出させることができ、シャワー状態で炭酸泉を浴びることができる。

このように特許文献１に記載された炭酸水製造装置では、簡単かつコンパクトな方法で炭酸ガスを効率的に温水に溶解させることができ、家庭において高濃度の炭酸泉を簡単に得ることができる利点を有している。

特許文献２に記載された炭酸水製造装置は、図１４に示す構成を備えている。即ち、炭酸水製造装置としては、プラグ６７から供給された電力により温水を吸引できる水中ポンプ６１と、水中ポンプ６１の吐出口とフィルター６２を介して連通した溶解器６３と、溶解器６３に減圧弁６５等を介して連通した炭酸ガスボンベ６４及び溶解器６３の吐出口に連通した炭酸泉導出管６６とを備えている。

浴槽中に浸漬した水中ポンプ６１によって浴槽から温水を吸引し、フィルター６２でろ過した後、温水を溶解器６３に導入する。このとき、減圧弁６５を経た炭酸ガスボンベ６４からの炭酸ガスを溶解器６３の炭酸ガス導入管６８に供給する。これにより、溶解器６３内で中空糸膜の膜面を介して炭酸ガスと温水とが接触し、温水中に炭酸ガスを溶解させて炭酸泉を製造することができる。製造された炭酸泉は、炭酸泉導出管６６から浴槽へ戻され、浴槽内を炭酸泉で満たすことができる。

このように特許文献２に記載された炭酸泉製造装置によって、浴槽に浸漬した水中ポンプ６１を作動させるという簡単な操作によって、炭酸ガスを温水に効率的に溶解させることができる。炭酸泉製造装置としてはコンパクトに形成することができ、手軽に運搬することができるので、家庭においても高濃度の炭酸泉を簡単に得ることができる利点を有している。
特開平８−１９７８４号公報 特開平８−２１５２７１号公報

特許文献１に記載された炭酸泉製造装置においては、温水を溶解器５３内の中空糸膜を流通させるのに、蛇口に直結した切換コック５１からの吐水圧力を利用している。このため、特許文献１に記載された炭酸泉製造装置の使用場所は、蛇口付近での使用、或いは蛇口から温水等を配管できる場所に制限されることになる。

また、特許文献２に記載された炭酸泉製造装置においては、温水等を送水するための水中ポンプ或いは送液ポンプを設置することが必要となり、水中ポンプ或いは送液ポンプを駆動するための電力が必要となる。更に、特許文献２に記載された炭酸泉製造装置の使用場所としては、電力の供給が可能な場所や別途用意したバッテリーを設置することができる場所に制限されることになる。更にまた、水中ポンプ或いは送液ポンプを設置するため、装置としての構造が大型化せざるを得なかった。

本願発明は、炭酸ガス添加部に温水等を送水させるために、蛇口から温水等を特別に取り出すことなく、また、水中ポンプ或いは送液ポンプ等を用いることなく行うことができ、設置場所も使用者の任意の場所に設置することが可能な炭酸水製造装置を提供することにある。

本願発明の課題は請求項１〜６に記載された各発明により達成することができる。
即ち、本願発明では請求項１に記載したように、原水に炭酸ガスを添加する炭酸ガス添加部と、同炭酸ガス添加部の給水口に接続された原水給水用の給水管と、同炭酸ガス添加部の排出口に接続された炭酸水導出管と、炭酸水導出管の端部に配した炭酸水吐出口とを備えた炭酸水製造装置において、前記給水口が、前記炭酸ガス添加部の上流側に配され、前記排出口が、前記炭酸ガス添加部の下流側に配され、前記炭酸水吐出口が、前記炭酸ガス添加部内での水位より下方に配されてなることを特徴とする炭酸水製造装置を最も主要な特徴となしている。

また、本願発明では請求項２に記載したように、前記炭酸水吐出口が、前記炭酸ガス添加部の底部より下方に配されてなることを主要な特徴となしている。
更に、本願発明では請求項３に記載したように、前記給水管又は炭酸水導出管の管路内に、空気抜きポンプが配設されてなることを主要な特徴となしている。

更にまた、本願発明では請求項４に記載したように、前記給水管の一端部が、原水貯留容器の下部に配設された開口部に接続されてなることを主要な特徴となしている。
また、本願発明では請求項５に記載したように、前記給水口の上流側に、逆止弁を介在させたことを主要な特徴となしている。
更に、本願発明では請求項６に記載したように、原水貯留容器と、前記原水貯留容器に接続され、原水に炭酸ガスを添加する炭酸ガス添加部と、前記炭酸ガス添加部に接続された炭酸水貯留容器とを備え、前記炭酸水貯留容器内における炭酸水の水位が、前記原水貯留容器内における原水の水位面より下部に位置したとき、前記原水貯留容器からの原水が前記炭酸ガス添加部を介して製造された炭酸水となって前記炭酸水貯留容器に流入するよう、原水貯留容器、炭酸ガス添加部及び炭酸水貯留容器が配されてなることを特徴とする炭酸水製造装置を別の最も主要な特徴となしている。

本願発明では、炭酸ガス添加部の上流側に原水の給水口を配し、下流側には炭酸水の排出口を配し、前記排出口に接続した炭酸水導出管の炭酸水吐出口が、前記炭酸ガス添加部内における水位よりも下方位置に配したことを特徴としている。

この発明により、炭酸ガス添加部内における水位と炭酸水吐出口の位置との間における位置エネルギーの差によって、炭酸ガス添加部内に原水を流通させることができる。これにより、蛇口から供給される速度エネルギーや圧力エネルギー等を用いることなく、また、水中ポンプ或いは送液ポンプ等を用いることなく原水を炭酸ガス添加部内で流通させることができる。しかも、原水が炭酸ガス添加部内を流れる間に炭酸ガス添加部に供給された炭酸ガスを原水に溶解させることができる。

炭酸ガス添加部内における水位と炭酸水吐出口の位置との間の垂直距離を長くすることにより、炭酸ガス添加部内における水位と炭酸水吐出口の位置との間における位置エネルギーの差を大きくすることができ、炭酸ガス添加部内での原水の流速を高めることができる。炭酸ガス添加部内での原水の流速を高めることにより炭酸ガス添加部内を流れる原水の圧力はベルヌーイの定理により小さくなり、炭酸ガス添加部に供給された炭酸ガスを原水に吸収し易くなり、炭酸ガスの溶解を行い易くする。

これにより、炭酸ガス添加部に供給する炭酸ガスの圧力に応じた炭酸ガス吸収率の向上に加えて、原水に溶解する炭酸ガスの濃度を高めることができる。しかも、炭酸ガス添加部内での原水の流速を高めるのに特別の装置を必要とせず、炭酸水吐出口の垂直位置を調整するだけで炭酸ガスの溶解濃度を簡単に高めることができる。

また、原水を炭酸ガス添加部内に流通させるための動力源を別途必要としないため低コストで、更に電源等の制約がないため設置場所も使用者の任意の場所に設置することが可能となる。

本願請求項２に記載したように、炭酸水吐出口を炭酸ガス添加部の底部より下方に配することにより、炭酸ガス添加部内に原水が存在する限り、炭酸水吐出口から炭酸水を吐出させることができ、製造した炭酸水を有効に使用することができる。

更に本願請求項３に記載したように、原水の給水管から炭酸ガス添加部を介して炭酸水導出管の炭酸水吐出口に至る流路に、流路内の空気を排出する空気抜きポンプを配設することにより、本願発明の炭酸水製造装置を使用した初期の段階における上記流路内での空気抜きをポンプにより行うことができ、流路内での空気抜きを簡便に行うことができるようになる。

また、原水の原水貯留容器の水位が給水管の給水口における位置よりも下方にある場合でも、炭酸水導出管の炭酸水吐出口の位置を原水貯留容器の水位よりも下方としておけば、同ポンプを１回作動させて、給水管から炭酸ガス添加部を介して炭酸水導出管の炭酸水吐出口に至る流路内の空気を排出するだけで、後は炭酸ガス添加部で製造した炭酸水を炭酸水吐出口から自動的に吐出させることができる。

また更に本願請求項４に記載したように、原水を貯留する原水貯留容器の下部に給水管の一端を接続することにより、炭酸水製造装置を使用した初期の段階における流路内での空気抜きの必要がなくなり、炭酸水製造装置の使用方法が更に簡略化することができる。

このとき、原水貯留容器内における原水を無駄なく取り出すためには、給水管の一端を接続する原水貯留容器の下部の位置は出来るだけ原水貯留容器の底部近傍に設置することが好ましい。より好ましい原水貯留容器の形態としては、原水貯留容器の底面に傾斜が付けられ、給水管の一端を接続する位置が容器底面の最下端となるように配置されてなることが好ましい。これにより、原水貯留容器内の原水は滞ることなく、全量好適に炭酸ガス添加部に流入することができるようになる。

更に本願発明の炭酸水製造装置における水と接触する表面のうち、少なくとも原水貯留容器の内表面における水との接触角が９０°以上となる素材で原水貯留容器の内表面が構成されていることが好ましい。このように構成することで原水貯留容器内の内表面への水滴の付着が最小限にとどめることができるようになる。しかも、原水貯留容器内に残る原水の量を極端に少なくすることができるので、原水貯留容器内に原水が長時間にわたって付着していることが無く衛生的である。

ここで、水との接触角が９０°以上の素材としては、例えばポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン等フッ素樹脂、ポリプロピレン等を挙げることができる。これらの素材単一で原水貯留容器を構成することも可能であるし、金属等の補強用の骨組みの中にこれら素材の容器を入れるようにすると比較的強度の弱い素材であっても肉薄の容器ですますことができる。

また、例えばアルミ製の容器の内表面をフッ素樹脂コーティングするなどを行うことで、容器素材が金属等の水との接触角が９０°以下のものであっても、容器の内表面を水との接触角が９０°以上の素材でコーティングすることができ、容器外表面の素材の選定の巾が広がり、意匠性や高級感を付加することもできる。

また本願請求項５に記載したように、給水口の上流側に逆止弁を配置することにより、炭酸ガス添加部において炭酸ガスを原水に添加する際に、ガス圧によって原水が給水管内を逆流するのを防止することができる。

更に本願請求項６に記載したように、本願発明における別の最も主要な特徴は、原水貯留容器と、前記原水貯留容器に接続され、原水に炭酸ガスを添加する炭酸ガス添加部と、前記炭酸ガス添加部に接続された炭酸水貯留容器からなり、同炭酸水貯留容器内における炭酸水の水位が、前記原水貯留容器内における原水の水位面より下部に位置したとき、前記原水貯留容器からの原水が前記炭酸ガス添加部を介して製造された炭酸水となって前記炭酸水貯留容器に流入することを特徴とする炭酸水製造装置にある。

即ち、原水貯留容器と炭酸水貯留容器をそれぞれの最下部周辺で炭酸ガス添加部を介して連結することにより、原水貯留容器に原水を注入すると原水水位における位置エネルギーによって、自動的に原水が炭酸ガス添加部を通り炭酸ガスが添加された炭酸水となって炭酸水貯留容器に貯めることができる。原水貯留容器内における原水の水位と炭酸水貯留容器内における炭酸水の水位が同等になったとき水の流れが自動的に停止する。

炭酸水を使用するときは、炭酸水貯留容器に取り付けられた炭酸水吐出口から吐出させ
て使用することにより、ある量の炭酸水を得るために必要な時間を待つことなく炭酸水を得ることができる。また、使用した量の炭酸水を補充する形で、原水貯留容器内における原水の水位と炭酸水貯留容器内における炭酸水の水位との差に応じて炭酸水を製造することができるため、炭酸水を使用していないときに、ゆっくりとした速度で原水を炭酸ガス添加部内へ流通させて炭酸水を製造することができるようになる。このため、製造した炭酸水を貯留することなくそのまま使用する場合のように、炭酸ガス添加部における圧力損失の大きさが特に問題となることもない。

また、炭酸水貯留容器をそのまま部分浴槽として使用することもできる。この場合には、炭酸ガス添加部と炭酸水貯留容器との間に逆止弁を設け、部分浴槽として使用する炭酸水貯留容器内に、手や足等を入れたときに炭酸水位の水位が上昇しても、炭酸水が炭酸ガス添加部に逆流しないように構成しておくことが望ましい。

逆止弁を炭酸ガス添加部と炭酸水貯留容器との間に設ける代わりに、原水貯留容器と炭酸ガス添加部との間に逆止弁を設けることもできる。

本願発明に使用される炭酸ガス添加部は、流通中に炭酸ガスを添加することが出来るインライン型のものが好ましく、密閉容器内に炭酸ガス及び水を封入し加圧することにより炭酸水を得るカーボネーター等のバッチ式の炭酸ガス添加部の場合には耐圧構造が必要になり炭酸水製造装置が大型化するので本願発明の炭酸ガス添加部としては好ましくない。

インライン型の炭酸ガス添加部の一例を挙げるならば、例えば、ガス透過膜を介して一方の空間に水を流し、他方の空間に炭酸ガスを加圧することにより炭酸ガス添加する方法、また多孔板下部に炭酸ガス滞留部を設け多孔板上部から水を流通し炭酸ガス滞留部を通過させて炭酸ガスを水中に添加する方法、また原水貯留容器の底部に設けられた取水部に接続された配管に直接炭酸ガスを吹き込む方法、等が挙げられる。更に、炭酸ガスの溶解効率を上げるためにスタティックミキサー、オリフィス等の水流に乱れを生じさせて気液接触効率を向上させる手段を併用することは更に好ましい。

ここで、ガス透過性膜としては、気体は透過することができるが水は透過しない膜であれば特に限定されるものではなく、例えば、疎水性多孔質膜やシリコンゴムやポリウレタン、ポリエチレン等のガス透過性を有する高分子均質膜等を挙げることができる。また膜の形状もプリーツ状に折り畳まれた平膜形状のものやストロー状の中空糸膜形状等適宜選択可能である。

また、中空糸膜形状のガス透過性膜を選択した場合には、炭酸ガス添加部は中空糸膜の中空糸内部に流通し中空糸外部に炭酸ガスを加圧する内部灌流構造や、中空糸膜の中空糸外部に流通し中空糸内部に炭酸ガスを加圧する外部灌流構造の何れの構造を採用することも可能である。内部灌流構造を採用した場合には、構造が簡便となり、比較的低コストで実施可能であるが、中空糸膜の端面開口部にゴミ等固形物が詰まり易く、中空糸内部を流通するときの圧力損失が上昇しやすい面があるため、中空糸内部を流通するときの圧力損失が低くまた目詰まりしにくい外部灌流構造がより好ましい。

更に、本願発明で使用する原水貯留容器の容量としては、１リットルから２０リットルの範囲であることが好ましい。原水貯留容器の容量が１リットル以下である場合には、製造した炭酸水を部分浴等に使用するには製造される炭酸水の量が少量過ぎるため、炭酸水製造を行う作業回数を複数回繰り返さなければならない必要が生じる。

また、原水貯留容器の容量が２０リットル以上の場合には、原水貯留容器の運搬や炭酸水製造装置に原水貯留容器をセットする際、重量が重くなり使用に際して不都合が生じてしまう。このため、本願発明で使用する原水貯留容器の容量としては、１リットルから２０リットルの範囲であることが好ましい。

本願発明による炭酸水製造装置で用いる炭酸ガス源としては簡便に持ち運びができる物であれば特に限定されるものではなく、例えば、液化炭酸ガスボンベ、圧縮炭酸ガスボンベ等の炭酸ガス容器、或いは酸と炭酸塩の反応で発生した炭酸ガスを炭酸ガス添加部に導入する方法等、適宜の方法を選択することができる。

好ましくは、容積に比べ炭酸ガスの量が大量に充填できる液化炭酸ガスボンベを使用することが望ましい。液化炭酸ガスボンベの大きさとしては、内容量１０ｋｇ以下の小型のものを用いると持ち運びが簡便となり好ましいことである。例えば炭酸ガス容量が数ｇから数百ｇの液化炭酸ガスボンベを用い、一回或いは数回程度で使い切るようにすることは、使用者の利便性を向上させる上から好ましいことである。

本願発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。尚、本願発明は、以下の実施例で説明する構成に限定されるものではなく、多様な変更が可能である。

図１は本願発明による炭酸水製造装置Ａの第１実施例を示す模式図である。図中１は原水を給水する給水口を有する給水管であり、図示せぬ原水貯留容器等に接続されている。給水管１から給水された原水は炭酸ガス添加部２に流通される。また、図中３は炭酸ガス導入管で、図示せぬ炭酸ガス源から供給された炭酸ガスを炭酸ガス添加部２に導入することができる。炭酸ガス添加部２で炭酸ガスを添加された原水は、炭酸水となって炭酸水導出管４を通り炭酸水吐出口４ｂより吐出され使用者に供されることになる。

このとき、炭酸水吐出口４ｂの垂直位置を前記炭酸ガス添加部２内での水位よりも下方の位置に配置することにより、炭酸ガス添加部２内での水位における位置エネルギーと炭酸水吐出口４ｂの垂直位置における位置エネルギーとの差により、原水を炭酸ガス添加部２内で流通させることが可能となる。これにより、原水を炭酸ガス添加部２内で流通させるための駆動力を必要とせず、原水の自重により炭酸水を簡便に得ることができるようになる。

特に、炭酸水吐出口４ｂの垂直位置を前記炭酸ガス添加部２内における底部よりも下方の位置に配置することにより、炭酸ガス添加部２で製造した炭酸水を全て吐出させることができ、製造した炭酸水を有効に使用することができるようになる。

図２は本願発明による炭酸水製造装置Ａの第２実施例を示す模式図である。第２実施例では、図中１〜４で示す構成部材は第１実施例における各構成部材１〜４と同様の構成を備えている。このため、第１実施例で用いた部材符号と同じ部材符号を用いることでその部材の説明を省略する。

図中５は給水管１に配設された流路内の空気を排出する空気抜きポンプであり、空気抜きポンプ５の内部には逆止弁６、７が配設されている。同逆止弁６、７によって、流体の流れ方向を給水管１から炭酸水吐出口４ｂに向けての一方向流れに制御することができる。

これにより、炭酸泉製造装置Ａにおいて原水の自重による流通を行わせるには、炭酸泉製造装置を使用する最初に空気抜きポンプ５を操作するだけで流通させることができるようになる。空気抜きポンプ５の操作により、供給管１から炭酸水導出管４に至る流路内の空気を抜くことができ、その後は原水の自重によって流通状態を維持することができるようになる。これにより、炭酸水を原水の自重により連続的に製造することができるようになる。

空気抜きポンプの設置場所は、給水管１から炭酸水吐出口４ｂに至るまでの間の流路管に配されていればよく、炭酸ガス添加部２の前後における供給管１又は炭酸水導出管４のいずれに配してもよい。また、空気抜きポンプ５は手で握り送液するタイプのものやピストンタイプのもの等を用いることができる。手動により操作できるタイプのものを用いることにより、空気抜きポンプを操作するのに電力等を必要とせずに好ましい。高齢者や障害者等の使用者の使用状態に合わせて、流路内の空気が排出される間だけ駆動することができるように、タイマー等で設定された電池式や充電式の電動ポンプも適宜選定して使用できるようにすることもできる。

図３は本願発明による炭酸水製造装置Ａの第３実施例を示す模式図である。第３実施例では、図中１〜４で示す構成部材は第１実施例における各構成部材１〜４と同様の構成を備えている。このため、第１実施例で用いた部材符号と同じ部材符号を用いることでその部材の説明を省略する。

図中８は原水を入れる原水貯留容器であり、原水貯留容器８の下部に設けられた開口部９は給水管１に接続され、原水貯留容器８内の原水が給水管１を通り炭酸ガス添加部２に流通される構成になっている。これにより、使用者は配管内の空気抜き作業を行うことなく、原水貯留容器８内に貯留した原水の量だけ炭酸水を得ることができる。

図４は炭酸水製造装置の第４実施例を示す模式図である。第４実施例では、図中１〜４で示す構成部材は第１実施例における各構成部材１〜４と同様の構成を備えている。このため、第１実施例で用いた部材符号と同じ部材符号を用いることでその部材の説明を省略する。

第４実施例では、第１実施例での構成において、給水管１の一端部を原水貯留容器８に設けられた開口部９に連結し、炭酸水導出管４の管路途中に炭酸水貯留容器３６を配設している。また、原水貯留容器８の開口部９と給水管１の間には炭酸ガス添加部２に向けてのみ水が流れるように図示せぬ逆止弁を設けてある。また、炭酸水貯留容器３６と吐出口４ｂとの間には開閉コック２４を配設している。

原水貯留容器８への原水注入管３９に、常に原水貯留容器８内における原水の水位を一定に保つような給水栓、例えばフロート式の止水弁３８等を設けておくこともできる。この場合、原水貯留容器８内の原水の水位が低下すると、止水弁３８が開いて原水を原水貯留容器８内に注入することができるので、原水貯留容器８への原水の補給の手間を省くことができる。

開閉コック２４を開き、炭酸水貯留容器３６内に貯留していた炭酸水を使用したりすることによって、炭酸水貯留容器３６内の炭酸水の水位が、原水貯留容器８内における原水の水位面より下部に位置したときには、原水貯留容器８から原水が炭酸ガス添加部２を通り、炭酸ガス添加部２にて製造された炭酸水となって炭酸水貯留容器３６に流入することができる。

即ち、原水貯留容器８と炭酸水貯留容器３６とがそれぞれの底面近傍にて炭酸ガス添加部２を介して相互に連結されているので、原水貯留容器８に止水弁３８等により原水を注入すると、上昇した原水水位における位置エネルギーによって、自動的に原水が炭酸ガス添加部２を通り炭酸ガスが添加された炭酸水となって炭酸水貯留容器３６に貯めることができる。原水貯留容器８内における原水の水位と炭酸水貯留容器３６内における炭酸水の水位が同等になったとき水の流れが自動的に停止する。

炭酸水を使用するときは、開閉コック２４を開いて炭酸水貯留容器３６に取り付けられた炭酸水導出管４の炭酸水吐出口４ｂから炭酸水を吐出させることができる。このとき、炭酸ガス添加部における圧力損失の影響を受けることなく好適に炭酸水を得ることができる。即ち、開閉コック２４を開くことで、作り置きしておいた炭酸水貯留容器３６内の炭酸水を取り出すことができる。しかも、炭酸水貯留容器３６内の炭酸水使用した量の炭酸水を補充する形で、原水貯留容器８内における原水の水位と炭酸水貯留容器３６内における炭酸水の水位との差に応じて炭酸水を製造することができる。

このため、ある量の炭酸水を得るために必要な時間を待つことなく炭酸水を得ることができる。しかも炭酸水を使用していないときに、ゆっくりとした速度で原水を炭酸ガス添加部２内へ流通させて炭酸水を製造することができるようになる。このため、製造した炭酸水を貯留することなくそのまま使用する場合のように、炭酸ガス添加部２における圧力損失の大きさが特に問題となることもない。

更に、原水貯留容器内に例えばフロート式の止水弁３８等常に水位を一定に保つような給水栓を設けておくことにより、使用した炭酸水の量に応じて自動的に使用していない時間に、原水貯留容器８から炭酸水貯留容器３６に製造した炭酸水を貯留しておくことができる。原水貯留容器８への原水の補給の手間を掛けずに、常に一定の炭酸水を炭酸水貯留容器３６に貯留しておくことができる。

図５は、本願発明の炭酸水製造装置において使用する炭酸ガス添加部２に関する実施例を示す図である。炭酸ガス添加部２における容器１０内は、ガス透過性膜１１の外表面を有する空間及び内表面を有する空間に分割され、ポッティング材等により、ガス透過性膜１１の外表面を有する空間と内表面を有する空間とに仕切られている。

容器１０内のガス透過性膜１１の外表面を有する空間又は内表面を有する空間に原水を流すための開口部が、図４における容器１０の上下両端部に配置されている。例えば、図中における符号１２及び１３をそれぞれ原水の導入口及び導出口とした場合には、図中における符号１４及び１５の一方が、炭酸ガスの導入口となり、他方がガス透過性膜を透過した水蒸気の凝縮水の排出口やガス圧開放口として使用される。

ガス透過性膜１１として中空糸膜形状の膜を使用した場合を例にとって、更に詳細に説明する。容器１０内における複数の中空糸膜型のガス透過性膜１１は、その両端を開口した状態でポッティング材により固定されている。このとき図中で示す符号１２及び１３は、中空糸膜における内表面を有する空間に流体を流通させることができる開口部となり、図中で示す符号１４及び１５は、中空糸膜における外表面を有する空間に流体を流通させることができる開口部となる。

図中で示す符号１２及び１３を原水の導入口及び導出口とした場合には、図中で示す符号１４及び１５の一方が、炭酸ガスの導入口となり、他方がガス透過性膜を透過した水蒸気が凝縮した凝縮水の排出口やガス圧開放口となる。このとき炭酸ガス添加部２は、内部灌流型のガス透過性中空糸膜型の炭酸ガス添加部として使用することができる。

逆に、図中で示す符号１４及び１５を水の導入口及び導出口とした場合には、図中で示す符号１２及び１３の一方が炭酸ガスの導入口となり、他方がガス透過性膜を透過した水蒸気の凝縮水の排出口やガス圧開放口となる。この場合には、炭酸ガス添加部２は、外部灌流型のガス透過性中空糸膜型の炭酸ガス添加部として使用することができる。

図６は本願発明の炭酸水製造装置において使用する炭酸ガス添加部２に関する他の実施例を示す図である。原水の導入口１６及び炭酸水の導出口１７を有する容器１８内には、浸水した状態で炭酸ガスを透過しない焼結フィルター等の多孔質板１９が設けられている。多孔質板１９の下部には、炭酸ガス導入管２０が設けられている。

炭酸ガス導入管２０から導入された炭酸ガスは、多孔質板１９の下部において炭酸ガス層を形成することになる。原水の導入口１６から導入された原水は、多孔質板１９を通った後に炭酸ガス層を通過することになる。このとき、炭酸ガス層を通過する際に原水に対して炭酸ガスを溶解する構成となっている。

図７は本願発明の炭酸水製造装置において使用する炭酸ガス添加部２に関する更に他の実施例を示す図である。水流路２１に合流する形で炭酸ガス導入管２２が接続している。炭酸ガス導入管２２の他端には、図示せぬ炭酸ガス供給源が接続されている。炭酸ガス導入管２２内には、炭酸ガス供給源から水流路に向けて供給された炭酸ガスが、一方向にしか流れないように逆止弁２３が配設されている。図中で示す逆止弁２３は、一般にダックヒル型とよばれるゴム製の逆止弁を示しているが、弁体をばねで抑えるような構造のものなど適宜の構成の逆止弁を使用することができるものである。

次に、以下において実施例を基にした本願発明に係わる炭酸水製造装置の使用状況について説明を行う。

第１の使用状況として図８には、第１実施例のより具体的な構成例を示している。同構成例では、炭酸ガス添加部２として三菱レイヨン（株）製の非多孔質中空糸膜モジュールＭＨＦ０５０４を用い、図１に示す炭酸水製造装置Ａを作製し、図８に示す配置関係に構成して以下の作業を行った。図中図１と同一の構成部材には同じ符号を付けている。

炭酸水製造装置Ａの炭酸水導出管４としては、フレキシブルなホースを用いるとともに、炭酸水導出管４には開閉コック２４を配設した。開閉コック２４を開いた状態で炭酸ガス添加部２及び炭酸水導出管４を全て、原水を入れた原水貯留容器２５内に原水の給水管１を下にして、炭酸ガス添加部２内及び炭酸水導出管４内の空気が抜けるようにゆっくりと水没させた。

次に、炭酸ガス添加部２及び炭酸水導出管４が水没した状態において開閉コック２４を閉じ、その後、炭酸水導出管４の吐出口４ｂｂ側を水中から取り出し、吐出口４ｂｂが原水水面より下部に来るように配置した。この状態で炭酸ガス添加部２に炭酸ガス導入管３からの炭酸ガスを供給し、開閉コック２４を開くことで吐出口４ｂｂから炭酸水を得た。またこのとき、原水の給水口と炭酸ガス添加部２との間の給水管１には、炭酸ガス添加部に向けてのみ水が流れるように図示せぬ逆止弁を設けておいたので、炭酸水が原水側に逆流することは無かった。

第２の使用状況として、炭酸水導出管４としてフレキシブルなホースに代えて、伸縮自在な蛇腹配管を用いた以外は使用状況１と同様の構成で、炭酸水製造装置を製作し炭酸水を得る作業を行った。炭酸ガス添加部内及び配管内の空気を抜くための浸漬作業時において、蛇腹配管を短くして行うことができたのでフレキシブルなホースを使用した場合に比べて空気を抜くための浸漬作業の作業性が向上した。

第３の使用状況として、炭酸水導出管４に手動ポンプを取り付けた以外は実施例１と同様の構成にして炭酸水製造装置を作製したところ、炭酸ガス添加部２及び配管内に空気が入ったままの状態で炭酸水製造装置を原水中に浸漬しても手動ポンプにより空気抜きを行うことができ、更に作業性を向上することができた。

第４の使用状況として、炭酸ガス添加部として三菱レイヨン（株）製非多孔質中空糸膜モジュールＭＨＦ０５０４を用い、図２に示す炭酸水製造装置を作製し図９に示す配置になるよう構成して以下の作業を行った。図中図２及び図８と同一の構成部材には同じ符号を付けている。原水貯留容器２５内の原水中に原水の給水管１を浸漬し、炭酸ガス添加部２を原水貯留容器２５の外側にフック２６を用いて固定した。

このとき、炭酸水導出管４の炭酸水吐出口４ｂは、原水貯留容器内の原水水面以下になるように配置した。空気抜きポンプ５として手動ポンプを原水の給水管１に配設した。開閉コック２４を開き空気抜きポンプ５を操作して、炭酸水製造装置内の空気を排出し開閉コック２４を閉じた。その後、炭酸ガス添加部２に図示せぬ炭酸ガス供給源に接続した炭酸ガス導入管３から炭酸ガスを供給し、開閉コック２４を開いたところ炭酸水を得ることができた。

また、炭酸水導出管４に取り付けた開閉コック２４に代えて、空気抜きポンプ５内を含む配管内に空気を取り込む開放弁２７を取り付け、炭酸水製造開始時に開放弁２７を閉じた状態として炭酸水を製造し、炭酸水製造終了時に開放弁２７を開放して、配管内に空気を取り込むことにより、炭酸水の製造を停止するようにした。この場合にも、上述の使用状況における場合と同様に炭酸水を得ることができたが、炭酸水を製造する毎に配管内の空気抜きを行わなければならない手間が掛かった。

第５の使用状況として、炭酸ガス添加部として三菱レイヨン（株）製非多孔質中空糸膜モジュールＭＨＦ０５０４を用い、図３に示す炭酸水製造装置を作製し図１０に示す配置になるよう構成して以下の作業を行った。図中図３と同一の構成部材には同じ符号を付けている。

図中で示す符号２８は、下部に取水口を有する原水貯留容器８を上部に置くことのできる筐体である。同筐体２８の天板２９の下部には炭酸ガス添加部２がフック２６で固定され、筐体２８の天板２９には穴が空けられ、天板２９の穴を介して原水貯留容器８の下部に設けられた開口部９と原水の給水管１が、着脱自在且つ取り外した際に原水貯留容器の取水口が封止できるような自動開閉バルブを有するワンタッチジョイント３０を用いて連結されている。

原水貯留容器８の内部の底には傾斜が付けられ、傾斜の最下端の位置に開口部９を形成した。原水貯留容器８としては、ステンレス製の容器の内表面をフッ素コーティングしたものを使用した。原水貯留容器８の内表面に付着した水との接触角は１１０°であった。

原水を汲んだ原水貯留容器８を筐体２８にセットし、炭酸ガス添加部２に炭酸ガス導入管３から炭酸ガスを供給して、開閉コック２４を開いたところ炭酸水を得ることができた。このときの炭酸ガス流量及び原水流量と得られた炭酸水の炭酸ガス濃度の関係を図１２に示す。このときの水温は２５℃であり、水温２５℃の飽和炭酸ガス濃度は１４７５ｐｐｍである。

図１２から分かるように、原水流量より炭酸ガス流量を、ほぼ同じかそれ以上の流量としたとき、高濃度の炭酸水を得ることができる。また、全体的に炭酸ガス流量が大きいほど、高濃度の炭酸水を得ることができる。

尚、原水の給水口と炭酸ガス添加部２の間の給水管には、炭酸ガス添加部２に向けてのみ原水が流れるように図示せぬ逆止弁を設けたため原水が逆流することは無かった。また、原水貯留容器２５の下部に炭酸ガス添加部２を配置したため、配管内の空気抜き作業の必要が無く作業性は良好であった。

更に、原水貯留容器２５の下部に傾斜が付いており、しかも内表面の接触角が９０°以上であるため原水貯留容器２５内の原水は滞りなく流れ出ることができ、内表面への水滴の付着等も最小限に留めることができた。

ここで、着脱自在且つ取り外した際に原水貯留容器２５の取水口が封止できるような自動開閉弁付きのワンタッチジョイントとは、例えば図１１に示すような構造のジョイントである。図中におけるＩ部は原水貯留容器２５の取水口側におけるジョイントの構造を示し、ジョイントＩ部の本体内に配置されたピン３１は、バネ３２の付勢力により下方に押圧されＯ−リング３３により液密に封止されている。

また図中におけるＩＩ部は炭酸ガス添加部２の水の導入口側におけるジョイントの構造を示し、ジョイントＩＩ部の本体内に配置されたピン３４は、流体の流通可能なように固定されている。また、ジョイントＩ部及びジョイントＩＩ部間には、ジョイント接続時に両者間をシールするためのＯ−リング３５が配されている。

このような構造にすることにより、ジョイントを接続した時にジョイントＩＩ部のピン３４により、ジョイントＩ部のピン３１が押し上げられ水の流路が開放され水の流通が可能となる。ジョイントを外した時には、ジョイントＩ部のバネ３２によりピン３１が押し下げられ液密に封止される。即ち、使用者は原水貯留容器２５に水を汲み筐体２８に容器を置くだけで原水流路が自動的に開放され、さらに容器を持ち上げると、ジョイントＩ部とＩＩ部との接続状態が外れ原水流路が自動的に封止され使用者の操作が非常に簡略化されることとなる。

第６の使用状況として、図４に示した第４実施例における炭酸水製造装置の構成を用いて以下の作業を行った。第６の使用状況では、原水貯留容器８に設けられた開口部９を炭酸ガス添加部２に給水管１を介して連結し、炭酸ガス添加部２に接続した炭酸水導出管４の管路途中に炭酸水貯留容器３６を設けている。

原水貯留容器８の開口部９と炭酸ガス添加部２との間には、炭酸ガス添加部２に向けてのみ原水が流れるように図示せぬ逆止弁を設けてある。炭酸水導出管４の端部近傍には開閉コック２４が配設されている。

この様な構成において、炭酸ガス添加部２に炭酸ガス導入管３から炭酸ガスを供給し原水貯留容器８内に原水を投入したところ、原水貯留容器８内の原水が炭酸ガス添加部２を通り炭酸水貯留容器３６内に移動し、原水貯留容器８内の水位と炭酸水貯留容器３６内の水位が同一になったところで停止した。

開閉コック２４を開けて吐出した炭酸水の炭酸ガス濃度は６００ｐｐｍであり、吐出流量は２３００ｍｌ／ｍｉｎであった。即ち、第３の使用状況においては、炭酸水吐出流量が５００ｍｌ／ｍｉｎ前後であったのに対し、一定量炭酸水貯留容器３６に炭酸水を作り置きしておくことで、使用する際に多量の炭酸水を短時間で得ることができた。

また、使用した炭酸水の量に応じて、自動的に使用していない時間に原水貯留容器８から炭酸水貯留容器３６に炭酸水が製造されるため、常に一定の炭酸水が貯留されているようにできる。更に、原水貯留容器８内に例えばフロート式の止水弁３８等常に水位を一定に保つような止水弁を設けてなることは、原水貯留容器８への原水の補給の手間が無く更に好ましい。

上述したように本願発明による炭酸水製造装置によれば、簡便な装置として構成することができるため、装置自体を低コストで使用者に提供することができる。しかも、電力等の駆動力を特別に必要としないため、炭酸水を製造するランニングコストも低コストにすることが可能であり、例えば山間部等の電源の無い場所でも使用することができる。

本願発明の技術思想を適用することのできる装置等に対して、本願発明の技術思想を適用することができるものである。

炭酸水製造装置の実施例を示す模式図である。（実施例１） 炭酸水製造装置の他の実施例を示す模式図である。（実施例２） 炭酸水製造装置の別の実施例を示す模式図である。（実施例３） 炭酸水製造装置の更に別の実施例を示す模式図である。（実施例４） 炭酸ガス添加部の実施例を示す図である。（実施例５） 炭酸ガス添加部の他の実施例を示す図である。（実施例６） 炭酸ガス添加部の別の実施例を示す図である。（実施例７） 第１実施例の使用状況を説明する図である。（実施例１） 第２実施例の使用状況を説明する図である。（実施例２） 第３実施例の使用状況を説明する図である。（実施例３） ジョイントの例を説明する図である。 第３実施例における炭酸泉製造装置の炭酸ガス流量及び原水流量と得られた炭酸水の炭酸ガス濃度の関係を示す図である。 炭酸水製造装置を示す模式図である。（従来例１） 炭酸水製造装置を示す模式図である。（従来例２）

符号の説明

１ 給水管
２ 炭酸ガス添加部
３ 炭酸ガス導入管
４ 炭酸水導出管
４ｂ 炭酸水吐出口
５ 空気抜きポンプ
６、７ 逆止弁
８ 原水貯留容器
９ 開口部
１０ 容器
１１ ガス透過性膜
１２、１３ 導入口、導出口
１４、１５ 導入口、導出口
１６ 導入口
１７ 導出口
１８ 容器
１９ 多孔質板
２０ 炭酸ガス導入管
２１ 水流路
２２ 炭酸ガス導入管
２３ 逆止弁
２４ 開閉コック
２５ 原水貯留容器
２６ フック
２７ 開放弁
２８ 筐体
２９ 天板
３０ ジョイント
３１ ピン
３２ バネ
３３ Ｏリング
３４ ピン
３５ Ｏリング
３６ 炭酸水貯留容器
３８ フロート式止水弁
３９ 原水注入管
５１ 蛇口直結切換コック
５２ 温水導入管
５３ 溶解器
５４ ガスボンベ
５５ 水圧作動弁
５６ 減圧弁
５７ 水圧感知用温水管
５８ 炭酸泉導出管
５９ シャワーヘッド
６１ 水中ポンプ
６２ フィルター
６３ 溶解器
６４ 炭酸ガスボンベ
６５ 減圧弁
６６ 炭酸泉導出管
６７ プラグ
６８ 炭酸ガス導入管
Ａ 炭酸水製造装置

Claims (6)

1. 原水に炭酸ガスを添加する炭酸ガス添加部と、
   同炭酸ガス添加部の給水口に接続された原水給水用の給水管と、
   同炭酸ガス添加部の排出口に接続された炭酸水導出管と、
   炭酸水導出管の端部に配した炭酸水吐出口と、
   を備えた炭酸水製造装置において、
   前記給水口が、前記炭酸ガス添加部の上流側に配され、
   前記排出口が、前記炭酸ガス添加部の下流側に配され、
   前記炭酸水吐出口が、前記炭酸ガス添加部内での水位より下方に配されてなることを特徴とする炭酸水製造装置。
2. 前記炭酸水吐出口が、前記炭酸ガス添加部の底部より下方に配されてなることを特徴とする請求項１記載の炭酸水製造装置。
3. 前記給水管又は炭酸水導出管の管路内に、空気抜きポンプが配設されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の炭酸水製造装置。
4. 前記給水管の一端部が、原水貯留容器の下部に配設された開口部に接続されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の炭酸水製造装置。
5. 前記給水口の上流側に、逆止弁を介在させたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の炭酸水製造装置。
6. 原水貯留容器と、
   前記原水貯留容器に接続され、原水に炭酸ガスを添加する炭酸ガス添加部と、
   前記炭酸ガス添加部に接続された炭酸水貯留容器と、
   を備え、
   前記炭酸水貯留容器内における炭酸水の水位が、前記原水貯留容器内における原水の水位面より下部に位置したとき、前記原水貯留容器からの原水が前記炭酸ガス添加部を介して製造された炭酸水となって前記炭酸水貯留容器に流入するよう、原水貯留容器、炭酸ガス添加部及び炭酸水貯留容器が配されてなることを特徴とする炭酸水製造装置。