JP2009011446A - 炭酸泉生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水槽の水に対する二酸化炭素の溶解濃度を向上することができ、水槽内においてマイクロバブルを効率良く発生させることができる炭酸泉生成装置を提供する。
【解決手段】水槽１１に対し吸入管１６、吐出管１８を介して、炭酸泉生成装置１２の通水管１４を接続する。前記通水管１４の途中にピストン方式のポンプＰを設ける。このポンプＰと炭酸ガスボンベ４２を管路４３によって接続する。前記ポンプＰの吸入動作時に、二酸化炭素ガスを吸い込んで０．７ＭＰａの圧力に加圧することにより水に二酸化炭素ガスを効率よく混合して水に二酸化炭素を溶解させる。この二酸化炭素が溶解された水を吐出管１８から吐出弁６１に導き、水槽１１内で減圧して噴射することにより、水槽１１内の水に二酸化炭素の微細気泡を効率よく生成させ、水に対するに二酸化炭素の溶解濃度を向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭酸泉生成装置に関する。

浴槽内の湯に二酸化炭素（ＣＯ_２）を１０００ｐｐｍの濃度以上に溶解することにより湯を炭酸泉とし、入浴者に血管拡張作用、抗炎症作用等の効果をもたらすことが知られている。

上記の炭酸泉を発生する装置として、特許文献１に開示されたものが提案されている。この炭酸泉生成装置は、浴槽に対し湯を循環させる循環管及び水ポンプを設け、前記循環管に対し湯に二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスを供給するガスカートリッジを接続し、吐出ノズルから二酸化炭素ガスを混入した湯を浴槽内に吐出させて、浴槽内の湯に二酸化炭素の微細な気泡を発生させて、湯に微細な気泡の二酸化炭素を溶解させるようにしている。

炭酸泉生成装置として、特許文献２には、ポンプにより水と二酸化炭素ガスを吸入するとともに、ポンプの下流側において、水と二酸化炭素ガスを旋回させて、水に該炭素ガスを混合した後、浴槽内に噴射して、水に二酸化炭素を溶解させるようにしたものが提案されている。
特開２００６−３２０６７５号公報 特開２００５−２８８０５２号公報

ところが、特許文献１に開示された炭酸泉生成装置は、水ポンプの下流側の吐出管にガスカートリッジから二酸化炭素ガスを混入する方式のため、既に加圧された湯に二酸化炭素ガスを供給するので、二酸化炭素ガスの供給圧力を高くしなければならないという問題があった。又、水と二酸化炭素ガスが混ざり難くなって、水に対する二酸化炭素の溶解濃度を高めることが難しいという問題があった。

一方、特許文献２に記載された炭酸泉生成装置は、ポンプの上流側の循環回路に炭酸富化装置からの二酸化炭素ガスを供給する方式のため、炭素ガスの供給圧力を高める必要はない。しかし、ポンプの吸入口から二酸化炭素ガスが吸入室に吸い込まれる際に、二酸化炭素ガスの供給量が多いと、ポンプが正常に作動しなくなり、ポンプが停止するという問題があった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、水に対する二酸化炭素の溶解濃度を向上することができ、水槽内においてマイクロバブルを効率良く発生させることができる炭酸泉生成装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、水槽と、上記水槽内の水を外部に導出した後、水槽に戻して循環させる循環管に設けたポンプと、前記循環管内に二酸化炭素ガスを供給して水に混入させる二酸化炭素ガス供給手段と、前記循環管の先端に設けられ、前記ポンプにより加圧された水の圧力が所定圧力となった場合に水を水槽内に噴射する吐出弁とを備えた炭酸泉生成装置において、前記ポンプの吸入行程中の作動室に前記二酸化炭素ガス供給手段から二酸化炭素ガスを供給するように構成したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記二酸化炭素ガスの供給圧力は、０．０２５〜０．３ＭＰａの範囲に設定されていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記吐出弁は、前記ポンプにより加圧された水の圧力が０．６ＭＰａ〜０．９ＭＰａの範囲となった場合に水を水槽内に噴射する吐出弁であることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記ポンプはピストン式のポンプであることを要旨とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記水槽内の前記循環管の入口は、前記吐出弁の噴射口よりも噴射方向に関して後方に設けられていることを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項において、前記循環管には、前記ポンプと吐出弁との間に位置するように余剰の二酸化炭素ガスを外部に排出するための余剰ガス排出手段が設けられていることを要旨とする。

請求項７に記載の発明は、請求項３において、前記吐出弁は水の圧力が０．７± ０．０５ＭＰａの範囲に加圧されたとき開弁されるように設定されていることを要旨とする。
（作用）
本発明によれば、ポンプの吸入行程中の作動室に二酸化炭素ガスが吸入されるので、水に対する二酸化炭素の混合が効率よく行われる。前記ポンプにより水の圧力が所定圧力に加圧されるので、水に二酸化炭素が高濃度で溶解される。二酸化炭素が溶解された高圧の水は、吐出弁により水槽内に噴射され、水槽内で二酸化炭素の微細気泡が多量に生成される。

本発明によれば、水に対する二酸化炭素の溶解濃度を向上することができ、水槽内においてマイクロバブルを効率良く発生させることができる。

以下、本発明を水槽の湯の炭酸泉生成装置として具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、水槽１１の近傍には、炭酸泉生成装置１２が配設されている。炭酸泉生成装置１２を構成する四角箱状のケース１３の内部には、通水管１４が配設され、該通水管１４の上流端はケース１３に設けた第１継手１５及び吸入管１６によって前記水槽１１の内部と接続されている。前記通水管１４の下流端は、ケース１３に設けた第２継手１７及び吐出管１８によって前記水槽１１の内部と接続されている。前記吸入管１６の水槽１１側の開口には、スポンジ状のフィルタ１９が設けられている。この実施形態では、前記通水管１４、吸入管１６及び吐出管１８によって、水槽１１内の水を外部に導出した後、水槽１１に戻して循環させる循環管Ｔが構成されている。

前記通水管１４の途中にはピストン方式のポンプＰが設けられ、水槽１１内の水を前記循環管Ｔを通して循環するようになっている。このポンプＰを図２に基づいて説明する。
図２に示すように、ポンプＰのハウジング２０は、ピストン２１を収容するシリンダブロック２２と、該シリンダブロック２２の上部に取り外し可能に装着されたシリンダヘッド２３と、前記シリンダブロック２２の下部に一体に形成され、かつ、前記ピストン２１を往復動するクランク機構２４を収容するクランクケース２５とにより構成されている。

前記シリンダブロック２２とシリンダヘッド２３の間には、作動室Ｒが形成され、前記シリンダヘッド２３には、前記作動室Ｒと連通する吸入通路２６及び吐出通路２７が形成され、吸入通路２６は、前記通水管１４を構成する管路１４ａに接続されている。前記吐出通路２７は、通水管１４を構成する管路１４ｂに接続されている。前記吸入通路２６には収入弁２８が設けられ、バネ２９によって常には閉弁状態に保持されている。前記吐出通路２７には吐出弁３０が設けられ、バネ３１によって常には閉弁状態に保持されている。前記シリンダヘッド２３の中央部には、二酸化炭素ガスを前記作動室Ｒ内に供給するためのガス供給通路３５が形成され、該ガス供給通路３５には吸入弁３６がバネ３７によって常には閉弁状態に保持されている。このガス供給通路３５は、炭酸ガス（二酸化炭素ガス）ボンベ４２と管路４３によって接続されている。前記管路４３の途中には図２に示す前記作動室Ｒに供給される二酸化炭素ガスの圧力を調整するためのレギュレータ４４及び開閉弁４５が設けられている。この実施形態では前記炭酸ガスボンベ４２、管路４３、レギュレータ４４及び開閉弁４５等により二酸化炭素ガス供給手段が構成されている。

前記シリンダヘッド２３の吐出通路２７に接続された管路１４ｂには、図１に示すように貯留加圧タンク５１が接続されている。この貯留加圧タンク５１には、余剰ガス排出手段を構成するエアベント５２が設けられている。該エアベント５２には、該エアベント５２から余剰の二酸化炭素ガスを外部に排出するための排出管５３が接続され、該排出管５３の先端部は、二酸化炭素ガス中の水分を回収するための水受け容器５４に配置されている。前記貯留加圧タンク５１と吐出管１８は、通水管１４の一部である管路１４ｃにより接続されている。

図１に示すように前記吐出管１８の先端部には、吐出弁６１が設けられている。この吐出弁６１は、図３に示すように構成されている。この吐出弁６１は前記吐出管１８の先端部に接続された弁孔６２ａ及び弁座６２ｂを有する弁座構成体６２と、弁座構成体６２の外周面に螺合され、かつ弁室６３ａ及び吐出口６３ｂを有する弁ハウジング６３とを備えている。前記弁室６３ａには弁体６４が収容され、該弁体６４と弁ハウジング６３との間に介在されたコイル状のバネ６５によって、前記弁体６４が前記弁座６２ｂに接触されて弁孔６２ａを閉鎖する位置に付勢されている。前記弁体６４には、例えば直径１．０ｍｍ程度の細い通路６４ａが形成され、吐出管１８内に存在する空気を通路６４ａ、弁室６３ａ及び吐出口６３ｂを通して外部に排出するようになっている。前記バネ６５のばね定数は、前記吐出管１８内の水の圧力が０．７ＭＰａ±０．０５ＭＰａになった場合に弁体６４が閉弁位置から開弁位置に移動されるように設定されている。

前記フィルタ１９は、図４に示すように、吐出弁６１の近傍において、該吐出弁６１の水の噴射方向に関して後方（図４の右方）に配設されている。
次に、前記のように構成した炭酸泉生成装置の動作について説明する。

図１において、前記管路４３に設けられた開閉弁４５が開放されるとともに、図示しないモータが起動されてポンプＰが作動されると、図２に示すクランク機構２４によってピストン２１が往復動される。このため、吸入管１６から水槽１１内の水が管路１４ａ内に吸い込まれ、ピストン２１により水が０．７ＭＰａに加圧される。作動室Ｒの吸入行程中に該作動室Ｒ内の圧力が一時的に低下（０．０１ＭＰａ）され、これにより前記炭酸ガスボンベ４２から管路４３を通して圧力が例えば０．０２５〜０．３ＭＰａの二酸化炭素ガスがポンプＰの作動室Ｒに供給され、水に二酸化炭素ガスが混合される。

二酸化炭素ガスが混合された水は、前記ポンプＰの加圧動作により管路１４ｂを通って貯留加圧タンク５１に流動し、この貯留加圧タンク５１内において圧力が０．７ＭＰａになるまで加圧される。貯留加圧タンク５１内において水中に溶解されなかった余剰の二酸化炭素ガスは、エアベント５２から排出管５３を通して排出される。この二酸化炭素ガスとともに排出される水分は、水受け容器５４に収容される。

貯留加圧タンク５１内の圧力が約０．７ＭＰａに達すると、吐出弁６１が開き、貯留加圧タンク５１から水が管路１４ｃ及び吐出管１８を通って吐出弁６１から水槽１１内の水に噴射される。吐出弁６１から水槽１１内に噴射される際に、急激に圧力が低下し、噴射された水に溶解している二酸化炭素が微細気泡として水槽１１内の水中に生成される。この微細気泡が水中に二酸化炭素として溶解され、炭酸泉が生成される。

次に、前記のように構成された炭酸泉生成装置を用いて、実験した結果について説明する。
実験条件は、以下の通りである。

ポンプＰの加圧力：０．７ＭＰａ、吐出弁３０からの水の吐出量：２リットル／分、通水管１４の内径：９ｍｍ、管路４３の内径：２．５ｍｍ、吐出弁６１の入口の内径：１２ｍｍ、出口の内径９ｍｍ、管路１４ｃの内径：６．５ｍｍ。

この実験例においては、二酸化炭素ガスの供給圧力は、０．０２５〜０．３ＭＰａの範囲に設定されている。表１に示すように二酸化炭素ガスの供給圧力を０．０２５、０．０５０、０．１、０．３ＭＰａの４段階で実験を行った結果、０．１ＭＰａ以上の高圧では余剰の二酸化炭素ガスがエアベント５２からガス抜きされ、二酸化炭素ガスが無駄に使用されるので、望ましい圧力の上限は０．１ＭＰａである。表１に示す実験結果は、環境省自然環境局の平成１４年３月付の鉱泉分析法指針（改定）に定められている次の計算式によって、求められたものである。

ＣＯ_２（ｍｇ／ｌ）＝〔（ｖ１−ｖ２）×１．１×１０^４〕／Ｖ
ただし、ｖ１：０．２５Ｎ水酸化ナトリウム溶液の液量（ｍｌ）、ｖ２：０．２５Ｎ塩酸の液量、Ｖ：試料採取量（ｍｌ）

さらに、二酸化炭素ガスの供給圧力が０．３ＭＰａ程度以上になると、エアベント５２からの排出量が増加し、騒音が大きくなり、かつ、ポンプＰの運転が不安定になるので、上限を０．３ＭＰａとした。一方、０．０２５ＭＰａ以下では二酸化炭素ガスの供給量が減少し、水への二酸化炭素の溶解速度が落ち、非効率であるとともに、圧力の調整が難しくなるので、下限を０．０２５ＭＰａとした。

前記二酸化炭素ガスの供給圧力が０．１ＭＰａではエアベント５２からの余剰ガスの排出も殆どなく、開始後１５分程度で水に対する二酸化炭素の濃度が概ね１０００ｐｐｍに達することから、０．１ＭＰａが二酸化炭素ガスの供給圧力として望ましい。

上記実施形態の炭酸泉生成装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記ポンプＰの作動室Ｒに炭酸ガスボンベ４２から二酸化炭素ガスを吸入して混合加圧するので、ポンプＰの動作が安定し、かつ、水と二酸化炭素ガスの混合効率が良く、二酸化炭素が水に効率よく溶解される。このため、二酸化炭素の水に対する溶解濃度が向上され、利用効率を向上することができる。

（２）上記実施形態では、二酸化炭素ガスの供給圧力を、０．０２５〜０．３ＭＰａの範囲に設定するとともに、前記ポンプＰにより加圧された水の圧力が０．７ＭＰａ±０．０５ＭＰａとなった場合に水が吐出弁６１から水槽１１内に噴射されるようにした。このため、前述した実験データから明らかなように、二酸化炭素の水に対する溶解濃度を向上することができる。

（３）上記実施形態では、前記通水管１４に貯留加圧タンク５１及びエアベント５２を設けたので、微細気泡の発生を阻害する水に溶解されなかった余剰の二酸化炭素ガスを外部に排出することができる。又、前記貯留加圧タンク５１に混合加圧水が一旦貯留され、約０．７ＭＰａまで加圧されることで、水に対する二酸化炭素の溶解効率を向上することができる。

（４）上記実施形態では、図４に示すように、吐出弁６１よりも後方に位置するように吸入管１６の入口、つまりフィルタ１９を配置したので、水槽１１内において、最も二酸化炭素の溶解濃度の低い箇所から水を吸い込むことができる。従って、作動室Ｒにおいて炭酸ガスボンベ４２から供給される二酸化炭素ガスを循環管Ｔ内の水により多く溶解させることが可能であり、二酸化炭素の利用効率を向上することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・両頭型の往復動ピストンポンプを用いてもよい。この場合には、第１及び第２の作動室のうち、第２の作動室に管路４３を接続する。

・前記ピストン式のポンプ以外に各種のポンプを用いてもよい。
・前記ポンプＰにより加圧される水の圧力を、０．６ＭＰａ〜０．９ＭＰａの範囲になるようにしてもよい。

・前記貯留加圧タンク５１及びエアベント５２を省略してもよい。

この発明の炭酸泉生成装置を水槽に具体化した一実施形態を示す略体説明図。 ポンプの縦断面図。 吐出弁の拡大縦断面図。 水槽内における吐出弁と吸入口との関係を示す略体平面図。

符号の説明

Ｐ…ポンプ、Ｒ…作動室、Ｔ…循環管、１１…水槽、１２…炭酸泉生成装置、４２…炭酸ガスボンベ、６１…吐出弁。

Claims (7)

1. 水槽と、
   上記水槽内の水を外部に導出した後、水槽に戻して循環させる循環管に設けたポンプと、
   前記循環管内に二酸化炭素ガスを供給して水に混入させる二酸化炭素ガス供給手段と、
   前記循環管の先端に設けられ、前記ポンプにより加圧された水の圧力が所定圧力となった場合に水を水槽内に噴射する吐出弁とを備えた炭酸泉生成装置において、
   前記ポンプの吸入行程中の作動室に前記二酸化炭素ガス供給手段から二酸化炭素ガスを供給するように構成したことを特徴とする炭酸泉生成装置。
2. 請求項１において、前記二酸化炭素ガスの供給圧力は、０．０２５〜０．３ＭＰａの範囲に設定されていることを特徴とする炭酸泉生成装置。
3. 請求項１又は２において、前記吐出弁は、前記ポンプにより加圧された水の圧力が０．６ＭＰａ〜０．９ＭＰａの範囲となった場合に水を水槽内に噴射する吐出弁であることを特徴とする炭酸泉生成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、前記ポンプはピストン式のポンプであることを特徴とする炭酸泉生成装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、前記水槽内の前記循環管の入口は、前記吐出弁の噴射口よりも噴射方向に関して後方に設けられていることを特徴とする炭酸泉生成装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、前記循環管には、前記ポンプと吐出弁との間に位置するように余剰の二酸化炭素ガスを外部に排出するための余剰ガス排出手段が設けられていることを特徴とする炭酸泉生成装置。
7. 請求項３において、前記吐出弁は水の圧力が０．７±０．０５ＭＰａの範囲に加圧されたとき開弁されるように設定されていることを特徴とする炭酸泉生成装置。

Images