JP2008073189A

JP2008073189A - 循環浴槽水を用いた炭酸泉の製造装置

Info

Publication number: JP2008073189A
Application number: JP2006255244A
Authority: JP
Inventors: Hideki Fujimoto; 英樹藤本; Katsuhiko Toda; 勝彦戸田; Shigeru Itoi; 滋糸井
Original assignee: Act Engineering Inc
Current assignee: Act Engineering Inc
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】きわめて微細な炭酸ガスの気泡を短時間に多量に浴槽水に供給して炭酸泉を生成することができるばかりか、装置も小型で取り扱いや保守も簡単でコンパクト且つ安価な炭酸泉の製造装置を提供する。
【解決手段】浴槽２内に配置される吸水口３１と吐水口３２とを有する循環流水路３と、浴槽水２１を循環流路３内に循環させるための循環ポンプ４と、循環流路３に配置されて循環流路３を循環する浴槽水２１を電気分解する電気分解装置５と、循環流路３を循環する浴槽水２１に供給する炭酸塩とを有し、循環流路３を循環させる浴槽水２１に所定量の炭酸塩を加えて電気分解装置５により電気分解して発生させた炭酸ガスの微細な気泡を循環する浴槽水２１とともに吐水口３２から浴槽２内に供給して溶解させて炭酸泉を製造した。
【選択図】図１

Description

本発明は、循環浴槽水を用いた炭酸泉の製造装置に関するものであり、殊に、電気分解装置を用いて発生させる微細な炭酸ガスを用いた炭酸泉の製造装置に関するものである。

従来、所定量（例えば１０００〔ｍｇ／Ｌ〕以上）の炭酸ガスが溶解している水は抹消血行を促進する等の効果があることが知られており、炭酸泉と称されて疲労回復や美容などの目的で、入浴やシャワーなどに用いられている。

そして、業務用だけでなく家庭の浴槽にも適用される簡易な炭酸泉の製造手段として、炭酸塩と酸との反応を利用した薬剤を用いる方法がある（例えば特開２００５−３１４２３３号公報に提示）が、簡易である反面、通常市販されているものは発生する炭酸ガスの気泡径が微細でなく浴槽水への溶解量が少なく（例えば濃度が３００〔ｍｇ／Ｌ〕程度）、炭酸泉としての効能を発揮することができない。また、反応速度が速いこともあって炭酸ガスの発生が短時間で終わってしまうことから、充分な温浴効果を期待することができない。

また、人工的に発生させた炭酸ガスを連続して供給することにより高濃度の炭酸ガスを含んだ炭酸泉を製造するための装置が提案されており、水を通さずに気体のみを通過させる半透膜、多層複合中空糸膜を用いて炭酸ガスを溶け込ませるものが例えば特公平８−４７３１号公報、特開２００１−２９３３４２号公報、特開２００４−１３６２７２号公報等に提示されているが、これらの炭酸泉の製造装置は、高圧を得るために強力なポンプを必要としたり、耐圧設計が必要で、価格的に高価となり、また、消費電力も大きく運転に要するコストが掛かるばかりか、特に、炭酸ガスボンベを用いるものにあっては一般家庭用として用いるには適さない。

そこで、浴槽水を循環させるための循環流水路と、浴槽水を前記循環流路に循環させるための循環ポンプと、前記循環流路の途中に配置されて前記循環流路を循環する浴槽水を電気分解する電気分解装置と、前記循環流路を循環する浴槽水に炭酸塩を供給する炭酸塩溶液供給装置とを有し、前記循環流路を循環させる浴槽水に炭酸塩を加えて電気分解し、発生させた炭酸ガスを浴槽内に連続して供給する循環浴槽水を用いた炭酸泉の製造装置が、例えば、特開平１１−３４２１７３号公報、特開２００１−２０４７８７号公報などに提示されている。

しかしながら、前記従来の電気分解を利用した炭酸泉の製造装置は、有隔膜電解槽を用いたものであり、陽極室内で生成される酸性水を別途に備えた炭酸塩と反応させて炭酸ガスを発生させるものである。

従って、炭酸ガスの発生効率が悪く、特に浴槽水を循環して使用するシステムには向かない。また、有隔膜電解槽を用いていることから電流効率が悪く低コストでの運転が困難である。

更に、陽極として炭素質電極を用いて浴槽水を直接電気分解して電極において発生させた炭酸ガスを溶解させるものが特開平８−１９６５４６号公報に提示されているが、陽極として使用する炭素質電極が溶解することから経済面並びに保守の面で好ましくなく、また、浴槽水を直接電気分解することから効率が悪く、炭酸ガスの濃度を上げるのに時間を要する等の問題がある。
特開２００５−３１４２３３号公報特公平８−４７３１号公報特開２００１−２９３３４２号公報特開２００４−１３６２７２号公報特開２００５−１７１６８９号公報特開平１１−３４２１７３号公報特開２００１−２０４７８７号公報特開平８−１９６５４６号公報

本発明は、前記従来の炭酸泉の製造装置が有している問題点を解決して、きわめて微細な炭酸ガスの気泡を短時間に多量に浴槽水に供給して炭酸泉を生成することができるばかりか、装置も小型で取り扱いや保守も簡単でコンパクトで且つ安価に提供することができる炭酸泉の製造装置を提供することを課題としている。

前記課題を解決するためになされた本発明である炭酸泉の製造装置は、浴槽内に配置される吸水口と吐水口とを有する循環流水路と、浴槽水を前記循環流路内に循環させるための循環ポンプと、前記循環流路に配置されて前記循環流路を循環する浴槽水を電気分解する電気分解装置と、前記循環流路を循環する浴槽水に供給する炭酸塩とを有し、前記循環流路を循環させる浴槽水に所定量の炭酸塩を加えて前記電気分解装置により電気分解して発生させた炭酸ガスの微細な気泡を循環する浴槽水とともに前記吐水口から浴槽内に供給して溶解させて炭酸泉を製造するものである。

本発明は、炭酸ナトリウムや炭酸水素ナトリウムなどの炭酸塩を溶解させた浴槽水を電気分解して発生させた炭酸ガスの微細な気泡（直径が少なくとも５０〔μｍ〕以下のものが好ましい）（以下「マイクロバブル」という）を浴槽水に供給することにより、高濃度（少なくとも１０００〔ｍｇ／Ｌ〕以上）の炭酸ガスを溶解させた炭酸泉を製造することを可能とした。

特に、前記電気分解装置として、炭酸ガスの発生に不要な隔膜を無くし無隔膜の電解槽を採用することにより、効率よく炭酸ガスのマイクロバブルを生成することができ、特に陽極と陰極の電極を近づけて配置させることによる電気抵抗を減少させて省電力化を図ることが可能であり、また、電解槽を流動型とすることで発生させた炭酸ガスの気泡が電解槽内に滞留するのを防止することにより、電解抵抗の上昇を防止して電解電流の低下による炭酸ガスの発生量の低下を防止している。

また、前記炭酸塩としてセスキ炭酸塩を用いると、炭酸ナトリウムや炭酸水素ナトリウムなどの炭酸塩を単独で浴槽水に供給させた場合に比べて溶解速度が速いばかりか電気伝導度を高めることにより炭酸ガスのマイクロバブルを効率よく発生させることができる。

更に、本発明において、前記電気分解装置における電解電流密度が限界電流密度以上である場合には遮蔽効果（電極に発生ガスが付着する効果）や分散効果（気泡が電解液中に分散して抵抗を増大させる効果）を意図的に発生させて炭酸ガスのマイクロバブルを多量に生成することができる。

更にまた、電解槽に循環する浴槽水に圧力を加えるための加圧手段が備えられている場合には、電解槽で発生させた炭酸ガスのマイクロバブルを循環する電解液である浴槽水に効率よく溶解させることができ、循環する浴槽水に圧力を加えるための加圧手段を前記循環流路における吐出口または吐出口の上流側に備えた場合にも、浴槽に貯留している炭酸ガスのマイクロバブルを含む循環浴槽水を吐出させる際に更に効率よく溶解させて高濃度の炭酸ガスを含有する炭酸泉を作成することができる。

以上の手段を有する本発明によれば、炭酸ガスのマイクロバブルを短時間に多量に浴槽水に供給することができ、その結果、浴槽水への炭酸ガスの溶解量を増加させることにより１０００〔ｍｇ／Ｌ〕を超える炭酸ガス濃度を有する炭酸泉を生成することができる。また、生成される炭酸泉は溶解しなかった余剰の炭酸ガスのマイクロバブルが浴槽水を白濁させるので恰も炭酸泉のような視覚的な効果を与えるとともにマイクロバブル自身の保温効果や感触効果も得られる。更に、装置も小型で取り扱いや設置も簡単でコンパクトで且つ安価に提供することができ、特に保守も必要なく耐久性にも優れている。

以下、図面に示した本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の好ましい実施の形態の一例を示すものであり、炭酸泉の製造装置１は、主として浴槽２に貯留した浴槽水２１を循環させるための吸水口３１と吐水口３２とを有し、例えば適宜の可撓性を有する合成樹脂を主体とした通常の給水配管に用いられるものと同様なホースからなる循環流水路３と、浴槽水２１を循環流路３に循環させるための循環ポンプ４と、循環流路３の途中に配置されて循環流路３を循環する浴槽水２１を電気分解する電気分解装置５とから構成される。

そして、前記循環ポンプ４は、例えばギヤポンプやベーン型ポンプのような自吸式のポンプが適しており、吐出圧力が０．２〔Ｍｐａ〕以上で１〔Ｌ/ｍｉｎ〕以上の流量を有するものが好ましい。

また、電気分解装置５は主として電解槽５１と電解槽５１に電解電源を供給するための電源部５２とから構成され、電源部５２は所定の電気量の直流電源を供給可能なものであればよく、バッテリーや交流電源などを電源とする従来周知の電解電源を用いることができる。

図２は本実施の形態に用いられる電解槽５１の一例を示すものであり、全体が筒形を呈するとともに一端に電解液の流入口５１２がもう一端に流出口５１３を形成した電解槽筐体５１１内に、外部に電導接続端子を露出させた（図示せず）例えば炭素電極や表面を白金（或いは白金イリジウム合金）で被覆したチタン電極など用いた陽極板５１４と陰極板５１５とが間に流入口５１２と流出口５１３とに連通する電解液通路５１６を挟んで配置されている。

特に、本実施の形態では前記電解液通路５１６は両電極間の距離を狭くするほど電解時における電気抵抗が小さくなり電圧を下げても電解を可能にして余分な電力の消費コストの減少を図ることができる。

尚、本実施の形態における電解槽５１のように互いに接近して配置される陽極板５１４と陰極板５１５との短絡を防止するため両者の間には例えば硬質の合成樹脂材のような非電導性材により形成されたスペーサ５１７が設置されている。このスぺーサ５１７は電解液の流れを阻害することなく電解により発生するガスを電解槽筐体５１１外に排出させることが必要であり、例えば網状体のような電解液が通過可能なものが好ましい。

また、本実施の形態では、電解槽５１における前記流入口５１２と流出口５１３とは電解槽筐体５１１側に広くなる形状であり、流通する電解液の液圧が電解槽筐体５１１内においてベンチュリー効果により上昇するようになっており、液圧の上昇により炭酸ガスの溶解度を上昇させ、発生させた炭酸ガスのマイクロバブルを、循環する電解液である水槽水により多く溶解させることができる。

尚、図面中符号５１８は流入口５１２の下流と流出口５１３の上流に配置された整流孔である。また、本実施の形態では一対の陽極板５１４と陰極板５１５とを有するものであるがこれらの対を複数配置しても良いことはいうまでもなく時間当たりのガス発生率が増加する。

更に、本実施の形態では、前記循環流路３の吸水口３１には吸水フィルターを兼ねた炭酸塩の溶解槽６が付設されており、この溶解槽６と循環ポンプ４との間に空気流入弁７が、循環ポンプ４と前記電解槽５１との間には電解液の前処理装置８および流量調節弁９が介在されており、電解槽５１と吐水口３２との間には絞り機構を有する吐出弁からなる加圧手段１０が、吐水口３２には吐出弁１１がそれぞれ付設されている。

このような構成を有する本実施の形態は、通常、吸水口３１と吐水口３２とを含む循環流路３の両端部を除き、他部分を一つの筐体に収容することによりコンパクトに且つ使い勝ってが良好となる（図示せず）。

そして、本実施の形態を使用するには、まず、炭酸塩を溶解槽６に挿入するが、炭酸塩としては固形の炭酸塩（炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、セスキ酸ナトリウム或いはこれらの混合物）が好ましい。

このように、本実施の形態では、固形の炭酸塩を溶解槽６に収容するので連続して所定濃度の炭酸塩の溶解した浴槽水２１を電解槽５１に供給可能であり、また、炭酸塩の消費量も少なくて済むが、直接、炭酸塩を浴槽水２１に溶解させてもよい。

尚、炭酸塩としては炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどの一般的なものを単独であるいは混合して用いることが可能であるが、セスキ炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃・ＮａＨＣＯ₃・2Ｈ₂ＣＮａ₂ＣＯ₃）のようなセスキ炭酸塩を単独で或いは他の炭酸塩と混合して用いると、溶解速度が増すとともに電気伝導度を上昇させて電解を促進し炭酸ガスの発生効率を高めることができる。また、セスキ炭酸塩は入浴剤としても使用されている安全なものであるばかりか体臭などを消臭する効果も知られている。尚、セスキ炭酸ナトリウムのようなセスキ炭酸塩は潮解性を有することから単独で用いる場合には保管や使用方法が制限されるが例えば炭酸水素ナトリウムのような安定な炭酸塩などと混合して用いることとにより顆粒や固形化などの形態として使用することができる。

そして、図１に示すように吸水口３１と吐水口３２とを浴槽２内に溜めた浴槽水２１内に挿入し、循環ポンプ４を駆動させて炭酸塩が溶解した浴槽水２１を循環流路３内を循環させるとともに電解槽５１に電源部５２から所定の電流を流す。

尚、電源には電解を適性に行わせるために定電流装置を組み込み、浴槽水の濃度の変化に応じて一定の電流を流すようにするとともに、陽極と陰極とを自動的に切り替えて所謂逆通電操作を行い、陰極に付着する水酸化化合物、炭酸化合物の除去を行う。

循環ポンプ４により吸水口３１から循環流路３内へ吸い込まれた所定濃度の炭酸塩が溶解した浴槽水は、前処理装置８により例えば浴槽水２１中の塩素の除去や微細な毛髪や塵埃などの不純物を除去された後で、流量調節弁９により流量を調整されて、流入口５１２から電解槽５の電解液通路５１６へと導入され、その両側に配置された陽極板５１４と陰極板５１５とにより電気分解されて炭酸ガスが発生する。この炭酸ガスが浴槽水である循環水とともに循環して以下の式に示すような電気分解が繰り返されることになる。

式１

このように、電解水には炭酸ガスとともに水素ガス、酸素ガスが含まれているが、これらのガスは炭酸ガスとは水槽水への溶解度が異なるので空気中に発散してしまう。

従って、本実施の形態によれば、電解装置５により発生された炭酸ガスのマイクロバブルを含む循環浴槽水は、例えばベンチュリー効果を発揮する絞り機構のような吐出弁である加圧装置１０により加圧されて更に溶解容易性を増して吐出口３２から浴槽２内に貯留してある浴槽水２１内に注入され、炭酸ガスのマイクロバブルが浴槽水２１に溶解して炭酸ガスのマイクロバブルを含む炭酸泉が連続的に生成される。

次に、本実施の形態を用いた実施例につき説明する。
尚、本実施例は容積１０Ｌのモデル浴槽を使用して浴槽水として水道水を、電極として白金、白金イリジウムメッキ電極（有効面積３５〔ｃｍ²〕）を、循環ポンプとしてギヤポンプ（流量２〔Ｌ／ｍｉｎ〕、吐出圧力０．２〔Ｍｐａ〕）をそれぞれ用いた。

表１および図３に、浴槽水にそれぞれ異なる量の炭酸水素ナトリウム（市販の純度９９．５％以上の重曹）を溶解させた実施例１〜６および炭酸水素ナトリウムを溶解させない比較例について電解電圧を０〜２５〔V〕の範囲で電解処理をした場合のそれぞれの電解電流の変化についての測定値を示す。

尚、各実施例および比較例における炭酸水素ナトリウムの濃度を電気伝導度を以て表わしたが、炭酸水素ナトリウムの電気伝導度に対する溶解度（添加量）の関係を表２および図４に示す。

表１および図３によれば、比較例は電圧の上昇に対して電流も比例して上昇する。実施例１〜６については、炭酸水素ナトリウムの濃度が高いと電気伝導度が高いことから同一の電圧では炭酸水素ナトリウムの濃度が高いほど電解電流は大きくなるが、いずれの実施例も電圧の上昇に対して電流の上昇が比例せず、電圧が１５〜２０〔V〕前後において勾配が低下してくる。

これは電解過程において一定の電圧を超えると電解液の電気伝導度に応じて電流が上昇せずに気泡の発生や温度の上昇がみられ電解効率が低下してくるためであり、この屈曲点を限界電流と称しているが、本発明では、この限界電流を超えた状態を敢えて形成することにより炭酸ガスのマイクロバルブの多量発生を図るものである

本実施例１〜６についての炭酸ガスのマイクロバルブの発生に好適な電解電圧は、限界電流を過ぎて電流の増加が比例しなくなる、即ち、図３において勾配が低下してくる１５〜２０〔V〕の範囲が適していることが判る。尚、２５〔V〕をよりも電圧を上げると更に電解効率が低下して炭酸ガスのマイクロバルブの発生は増加することなく、電力の無駄となることも判明した。

表３は、１０００〔ｍｇ／Ｌ〕の炭酸水素ナトリウムの濃度を有する浴槽水を用いて前記実施例１〜６と同様にして炭酸泉を生成した場合の実施例７についての浴槽水中の炭酸ガス濃度等を経時的に示すものであり、通電してからほぼ５分後に吐水口３２から吐出される循環水（浴槽水）が白濁している（マイクロバブルの存在）が確認され、通電２０分で炭酸ガス濃度が１０００〔ｍｇ／Ｌ〕に達して炭酸泉を生成していることが確認された。また、３０分後には炭酸ガスの水（４０〔℃〕）に対する飽和溶解濃度である１０００〔ｍｇ／Ｌ〕を超えて過飽和の炭酸ガス濃度を有していることが確認でき、本発明の有効性が実証された。

また、表４および図５はセスキ炭酸塩（セスキ炭酸ナトリウム）についての電気伝導度に対する溶解濃度（添加量）の関係を示すものであり、これらの結果を前記表２および図４に示した炭酸水素ナトリウムの場合と比較してみると同一濃度ではセスキ炭酸ナトリウムの場合がより高い電気伝導度を示すことがわかる。

表５および図６は１０００〔ｍｇ／Ｌ〕のセスキ炭酸ナトリウム濃度を有する浴槽水を用いて前記炭酸水素ナトリウムを溶解させた実施例１〜７と同様にして電解電圧を１５〔V〕で炭酸泉を生成した場合の実施例８についての浴槽水中の炭酸ガス濃度等を経時的に示すものであり、前記炭酸水素ナトリウムを溶解させた実施例１〜７に比べて低い電圧（１５〔V〕）で同程度の電流（５〔A〕程度）値を得ることができることから消費電力が少なくてよく、炭酸ガスのマイクロバブルの発生量も多く、ｐＨ値も１０〜１１の範囲に安定する。

このように、本発明は、浴槽水に溶解させる炭酸塩として炭酸水素ナトリウムなどの一般的な炭酸塩を用いることにより炭酸泉を生成することができるが、セスキ炭酸塩を用いると更に効率よく炭酸泉を生成することができる。

尚、本発明は浴槽水を対象としているが、浴槽水に限らず他の用途にも利用できることとはいうまでもない。

本発明の一実施の形態に係る炭酸泉の製造装置の使用状態を示す概略図である。図１に示した実施の形態に用いられる電解槽の一例を示す拡大断面図である。浴槽水にそれぞれ異なる量の炭酸水素ナトリウムを溶解させた実施例１〜６および炭酸水素ナトリウムを溶解させない比較例についての電解電圧と電解電流との関係図である。炭酸水素ナトリウムにおける電気伝導度と溶解度（添加量）との関係図である。セスキ炭酸ナトリウムについての電気伝導度と溶解濃度（添加量）との関係図である。実施例８についてのセスキ炭酸ナトリウム濃度と電気伝導度との関係図である。

符号の説明

１製造装置、２浴槽、３循環流水路、４循環ポンプ、５電気分解装置、１０加圧装置、２１浴槽水、３１吸水口、３２吐水口、５１電解槽

Claims

浴槽内に配置される吸水口と吐水口とを有する循環流水路と、浴槽水を前記循環流路内に循環させるための循環ポンプと、前記循環流路に配置されて前記循環流路を循環する浴槽水を電気分解する電気分解装置と、前記循環流路を循環する浴槽水に供給する炭酸塩とを有し、前記循環流路を循環させる浴槽水に所定量の炭酸塩を加えて前記電気分解装置により電気分解して発生させた炭酸ガスの微細な気泡を循環する浴槽水とともに前記吐水口から浴槽内に供給して溶解させることを特徴とする循環浴槽水を用いた炭酸泉の製造装置。
前記電気分解装置が、無隔膜の流動式電解槽である請求項１記載の浴槽水を用いた炭酸泉の製造装置。
前記炭酸塩が少なくともセスキ炭酸塩を含む請求項１または２に記載の循環浴槽水を用いた炭酸泉の製造装置。
前記電気分解装置における電解電流密度が限界電流密度以上である請求項１，２または３に記載の循環浴槽水を用いた炭酸泉の製造装置。
前記電解槽に循環する浴槽水に圧力を加えるための加圧手段が備えられている請求項１，２，３または４に記載の循環浴槽水を用いた炭酸泉の製造装置。
前記電解槽に備えた加圧手段が流入口に備えた拡張口と流出口に備えた絞り口により形成されている請求項５記載の循環浴槽水を用いた炭酸泉の製造装置。
循環する浴槽水に圧力を加えるための加圧手段を前記循環流路における吐出口または吐出口の上流側に備えている請求項１，２，３，４，５または６に記載の循環浴槽水を用いた炭酸泉の製造装置。
前記前記循環流路における吐出口または吐出口の上流側に備えた循環する浴槽水に圧力を加えるための加圧手段が絞り機構を有する吐出弁により形成されている請求項７記載の循環浴槽水を用いた炭酸泉の製造装置。