JP2010119811A - 炭酸泉生成方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温水に炭酸ガスを溶解して高濃度の炭酸泉を生成する場合、シンプルな構造のものは未溶解の炭酸ガスが炭酸泉と共に排出されるため危険であり、シンプルな構造で効率よく高濃度炭酸泉を生成し、未溶解の炭酸ガスを排出しない方法と装置が求められている。
【解決手段】 容器内の上部に炭酸ガス、下部に温水を貯留する容器を用い、容器上部からノズルで容器内の温水に向かってお湯を噴射することにより、容器上部の炭酸ガスを巻き込んで容器内の温水が炭酸ガスで泡立つ状態を作り、温水と炭酸ガスの接触面積を大幅に増やして、比較的低圧下でも炭酸ガスを温水に効率よく溶解できるようにし、さらに、未溶解の炭酸ガスも排出しない方法とシンプルな構造の装置を提案するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、温水に炭酸ガスを溶け込ませて温水中の炭酸ガス溶存濃度を高め、極めて高濃度の人工炭酸泉を生成する技術に関するものである。

本発明は、炭酸ガスを温水に溶かし、未溶解の炭酸ガスをほとんど排出せずに天然の炭酸泉と同等かそれ以上の治療効果を有する人工炭酸泉を生成することができる技術に関するものである。

また、給湯器から供給される温水をワンパスで高濃度炭酸温水にすることを主目的とした技術に関するものである。もちろん、浴槽や足浴槽に溜められたお湯を循環しながら高濃度炭酸温水にする方法および装置にも利用できるものである。

人体の皮膚は、冷水に触れたときに体温の低下を防ぐために毛細血管の収縮が起こり、皮膚近傍での血流が減少する。これに対して、適度な温度の炭酸泉に肌が接すると、皮膚を通り抜けて血液中に炭酸ガスが入り込み血液中の炭酸ガス濃度が上昇する。

これにより、身体は酸素欠乏状態と判断し、この酸素欠乏状態の信号を受けた毛細血管は大量の血液を流せるように毛細血管の入口を開く。この結果、皮膚近傍の血流が増大し、皮膚の紅潮現象となって現れる。このメカニズムが、炭酸泉の浴用効果と考えられている。ここに、温泉として適温である４０℃程度の温度での炭酸ガスの飽和溶存濃度は約１０００ｐｐｍである。

炭酸泉は、保温効果に優れた皮膚に優しい温泉として世界的に知られている。このことだけでなく、高濃度の炭酸泉は治療効果があると認識され始めている。例えば、糖尿病患者に多く見られるように、足の血行不良が原因で壊死状態になり、このため足の切断手術が必要になる事例が世界的に増加しているが、このような事例に対して高濃度炭酸泉に入浴する治療方法が効果的であると報告されている。

炭酸泉の生成方法としては、ガス透過性中空糸を使った炭酸泉生成装置が提案されている。この炭酸泉生成装置は、中空糸を収容した炭酸ガス溶解器の中空糸に内部に温水を供給し、炭酸ガス溶解器で中空糸を介して炭酸ガスを溶解させて高濃度の炭酸泉を生成するようになっている。

また、他の形式の炭酸泉生成装置の提案もある。この炭酸泉生成装置は、温水に炭酸ガスを注入し、圧力下で炭酸ガスと温水を攪拌（ミキシング）することにより温水に炭酸ガスを溶解させる方法である。

さらに、他の装置としては、圧力タンクの上部に炭酸ガス空間を有し、下部に温水を貯留し、上部の炭酸ガス空間に温水を散布して炭酸ガスを溶解し、炭酸ガスが溶け込んだ炭酸温水がタンク下部に貯留し、その炭酸温水を吐水する方法である。

発明が解決しようとする課題

浴用に適する４０℃前後の温水における大気圧での炭酸ガスの飽和溶解濃度は約１０００ｐｐｍで、最も効果があるとされる１０００ｐｐｍ以上の炭酸泉を生成しようとすると、飽和溶解濃度以上の炭酸水を生成することになる。

炭酸ガスを温水に溶解して１０００ｐｐｍ程度の炭酸泉を生成する場合は、飽和濃度（１，０００ｐｐｍ）以上の量の炭酸ガスを注入しなければ、効率良く飽和濃度の炭酸温水を生成することは難しく、一般的には大気圧に近い低圧下において温水に溶け込む以上の炭酸ガスを注入するか、高圧下で飽和濃度以上の炭酸温水を生成する方法が一般的である。

大気圧に近い低圧下で炭酸泉を生成する場合、必要以上の炭酸ガスを温水に注入すると、溶けない炭酸ガスが温水と共に排出され、浴室などの狭い密閉空間に吐水する場合などにおいては、浴室の気中炭酸ガス濃度が上昇して危険である。

また、高圧下で高濃度の炭酸温水を生成する場合は、高圧下の炭酸温水が装置から吐水されて大気圧に戻ったときに、飽和濃度以上の炭酸ガスが温水中から抜け出し、やはり浴室の気中炭酸ガス濃度が上昇して危険であった。

したがって、これらの方法を使用する場合、未溶解の炭酸ガスや、高圧下で濃度が上がりすぎた炭酸温水が大気圧に減圧された時に発泡して温水から抜出す炭酸ガスを、炭酸温水を吐水口に送る途中で排出する必要があり、炭酸ガスの消費量が多く、不経済なものとなっている。

また、圧力容器内の炭酸ガス空間にお湯を散布してお湯に炭酸ガスを溶かす方法は、比較的低圧で効率よく炭酸ガスが溶け、しかも、未溶解の炭酸ガスを排出することがないが、構造的に複雑でありコストが上がってしまうと言う問題があった。

また、必要な分だけの炭酸ガスを注入して攪拌する場合や、炭酸ガス溶解時に大気圧近傍の圧力にする場合は、温水に炭酸ガスが接触する時間を十分にとる必要があり、高濃度炭酸温水の生成に非常に時間が掛かるという問題がある。

このように、未溶解の炭酸ガスが炭酸温水の吐水と共に排出されず、短時間で高濃度の炭酸温水を生成する良い方法がなく、廉価で安全性と効率を兼ね備えた高濃度炭酸温水生成方法が望まれている。

課題を解決するための手段

本発明は、タンクなどの圧力容器を有し、その圧力容器の上部に炭酸ガス空間を持ち、容器上部から給湯器や送水ポンプにより送られたお湯を容器内に勢いよく噴射し、その噴射流が容器内に溜められてお湯に衝突する際に周りの炭酸ガスを巻き込むことにより、容器内のお湯に炭酸ガスを溶かす方法を提案している。

この方法では、容器内のお湯の８０％程度の容積が巻き込まれた炭酸ガスで泡立ち、炭酸ガスの泡は再び容器上部への上昇して行く。この過程でお湯と炭酸ガスの接触が頻繁に起こり、低圧下でも効率よく炭酸ガスがお湯に溶解する。

容器下部には、炭酸ガスの気泡が舞っていない部分があり、その部分から高濃度炭酸泉を排出して、蛇口やシャワーヘッドなどに送られる。また、容器に供給される炭酸ガスは、容器の水位を検知する水位センサーの信号により供給と停止を制御するようになされている。

さらに、給湯器などの給湯圧が低い場合は、加圧送水ポンプを設けて容器への送水圧を一定に保つ方法も提案している。その際、容器あるいは容器底部に接続された吐水管路の圧力を検知する圧力スッチを設けて、そのスイッチが予め設定された圧力を検知した際に、ポンプを停止させるようになされている。

また、炭酸泉を吐水する蛇口などの手動バルブを使用する際に、バルブの開度により吐水される炭酸泉の量が変動する為、容器出口からポンプ入口につながるバイパス管路を有し、その管路には電磁開閉器を設けて、容器あるいは吐水管路の圧力が予め設定された値を超えた場合に、前記バイパス管路の電磁開閉器を開いて、バイパスに炭酸泉を逃がして循環することにより、容器内に噴射される噴射流の勢いを保つ方法も提案している。

図１に本発明の代表的な実施例を示す。給湯器から送られたお湯は給水管路１に設けられた逆流防止弁１７を通り、減圧弁１６で減圧されてポンプ２に送水される。

ポンプ２で加圧されたお湯は容器８上部に設けられたノズル３から容器８の長手方向に勢い良く噴射される。容器８には水位を検知する水位センサー７が設けられており、下部には吐水管路１１がつながれている。

また、タンク上部には、炭酸ガスボンベ６から圧力調整器５と電磁開閉器４を通って炭酸ガスが供給され、さらに、排気管路９も接続されている。排気管路９には手動バルブ１０が設けられている。そして、吐水管路１１には容器内の圧力を保つための絞り１８が設けられており、その先には、圧力スイッチ１２と手動バルブや蛇口１３が設けられている。

次に、図１を用いて本発明の動作を説明する。まず、装置に電源を供給していない状態で、給湯器からお湯を供給する。これにより、お湯は給水管路から容器８内に送られる。

ここで、蛇口１３を閉じ、バルブ１０を開けておくと、容器８に送られた温水により容器８内の空気が排気管路９を通り外部に排出される。そして、容器８内の空気が完全に排出された後にバルブ１０を閉じる。これで、準備が完了する。

次に、装置に電源を供給すると、ポンプ２が動作するとともに、電磁開閉器４が開いて容器８内に炭酸ガスが供給される。この際、炭酸ガスの圧力は圧力調整器５によって調整された圧力で供給される。ここで、蛇口１３もバルブ１０も閉じている為、吐水管路１１の圧力が上昇し、圧力スイッチ１２が圧力を検知してポンプ２が停止する。

蛇口１３を開けると、容器８内のお湯が吐水管路１１を通って排出され、絞り１８下流の圧力が下がり、圧力スイッチ１２が切れる。それにより、ポンプ２が再び動作してお湯を容器８内に加圧送水する。

炭酸ガスが徐々に容器８内に入ることにより、容器８内の水位が徐々に下がる。ノズル３から噴射されたお湯は容器８内に溜まっているお湯に激しく噴射され、その時に、容器８内の炭酸ガスを巻き込んで容器８内に溜まっているお湯が炭酸ガスにより激しく泡立つ。これにより、お湯と炭酸ガスの接触面積が大きく増加してお湯に炭酸ガスが効率良く溶解する。

そして、水位がさらに下がり水位センサー７よりも低くなると、水位センサー７の信号により電磁開閉器４を閉じて炭酸ガスの供給を遮断する。すると、容器８内の炭酸ガスがお湯に溶けた分だけ体積が減り、徐々に水位が上昇する。そして、再び水位センサー７よりも高い位置まで水位が上がると、電磁開閉器４を開いて炭酸ガスを供給する。これらの動作により、容器８内の水位は、ほぼ一定に保たれる。

上記動作において、ノズルの径およびポンプの送水圧の設定により容器８の底部近傍のお湯には巻き込まれた炭酸ガスの泡が届かないようになされており、容器８の底部から排出される炭酸泉には、炭酸ガスの大きな気泡は含まれていない。

そして、吐水管路１１の末端にある蛇口１３を閉じると、吐水管路１１の圧力が上昇し、圧力スイッチ１２が入りポンプ２が止まり、待機状態となる。そして、再び蛇口１３を開くと吐水管路１１の圧力が下がり圧力スイッチ１２が切れてポンプが動作し、炭酸泉の生成吐水を開始する。

上記の動作により、蛇口１３を開くと自動的に炭酸泉が生成されて吐水し、蛇口１３を閉じると炭酸泉の生成が停止して待機状態に入り、水道を使うときと同様の感覚で炭酸泉を吐水できる。

また、流れるお湯の流量に合わせて炭酸ガスを注入するのではなく、容器８内で溶ける分だけの炭酸ガスを溶かして吐水されるため、未溶解の炭酸ガスがほとんど排出されず、安全性が高く無駄もない。また、浴槽のお湯や足浴槽のお湯を循環しながら炭酸泉を生成する装置として用いた場合に、ある程度炭酸濃度が高くなったお湯が装置に送られても、必要以上の炭酸ガスを送り込むことなく必要な分だけを吸収して吐水するため、安全性と経済性に優れている。

次に、図２に本発明のもう一つの実施例を示す。これは、第１の実施例に加えて吐水管路１１からポンプ２の入口へのバイパス管路１５を設けたものである。そして、バイパス管路１５には電磁開閉器１４が設けられている。

これは、蛇口１３を僅かに空けた場合などに装置内を流れる流量が少なくノズル３からの噴射が弱くなり炭酸泉の生成効率が悪くなるのを防ぐ物である。すなわち、蛇口１３の開度が少ない場合は、出口に抵抗があることになり、吐水管路１１の圧力が上昇する。

そこで、圧力スイッチ１２が予め定められた値よりも大きな値を検知した時に、バイパス管路１５に設けられた電磁開閉器１４を開いて吐水管路１１を流れる炭酸泉の一部をポンプ２の入口に戻し、装置内での循環回路を形成する。

これにより、蛇口１３を流れる流量が少なくてもノズル３を流れる流量は蛇口１３を流れる流量とバイパス管路１５を流れる流量の合算された流量となり、十分な流量を確保できる為、ノズル３から噴射されるお湯の勢いを保つことができる。したがって、容器８内での炭酸ガスとお湯の接触を十分確保でき、安定した濃度の炭酸泉を生成することができる。

そして、上記のバイパス管路の電磁開閉器１４が開いている状態で、さらに圧力スイッチ１２が圧力を検知した場合は、蛇口１３が閉じられたと判断してポンプ２を停止させて待機状態になる。

ここで、減圧弁１６は一定の圧力に減圧されたお湯をポンプ２により加圧されてノズル３に送るためのもので、他でお湯を使用している場合など給湯器から送られてくるお湯の圧力が変動しても常に一定の圧力でノズルにお湯が送られるようにするためのものである。

次に、図３を用いて、本発明のさらに別の実施例を説明する。この実施例では、排気管路９に電磁開閉器１９を設け、排気管路９の先端は吐水管路１１に接続されている。そして、電磁開閉器１９を定期的に開閉することにより、容器８内のガスを吐水管路に逃がすことにより、容器８の上部空間の炭酸ガス濃度を保つようになされている。

これは、給湯器によっては、気泡を多く含んだ温水を吐水するものがあり、時間が経つに連れて容器８内の上部空間に空気が溜まって炭酸ガス濃度が下がってしまい、炭酸ガスの溶解効率が落ちることがあるため、定期的に容器８内のガスを吐水管路に逃がすことにより、炭酸ガスの比率を高める物である。

ここでは、電磁開閉器１９を用いて定期的に開閉するようになされているが、固定絞り（図示せず）を用いて、常時少量のガスを吐水管路に逃がすようにしても良い。ここで、吐水管路に逃がす炭酸ガスの量は僅かであり、浴室の気中炭酸ガス濃度を著しく上昇させることはない。

さらに、図３には容器８の底部にフロートスイッチ２０が設けられており、容器８内の水位が下がりフロートスイッチ２０が切れると、異常を検知して装置を停止し、アラームを表示（図示せず）するようになされている。

上記の実施例では、圧力スイッチを使用しているが圧力センサーでも良いし、図１および２のバルブ９は手動バルブではなく電磁開閉器で自動的に容器８内の空気を排気するようにコントロールしても良いし、排気を定期的に行なって容器８内の炭酸ガスの純度を高く保つようにしても良い。

また、ノズル３は直噴ノズルでも良いが、扇方に噴流が広がるノズルを用いて、容器８内の炭酸ガスに噴流が接触する際に炭酸ガスが溶解するメカニズムを併用しても良い。さらに、給湯器の給湯圧力が十分ある場合は、ポンプ２を設置せずに給湯器の圧力を利用してもよいが、バイパス管路１５を設けたシステム構成には向かない。

また、炭酸ガスの圧力を検知するセンサーを設けて、炭酸ガスボンベの炭酸ガスが無くなった場合に警告を行う事がより望ましいし、図１および２においても、図３同様にフロートスイッチ２０を設けて、万が一容器８内のお湯がなくなることにより炭酸ガスが蛇口から噴出すことを防止する為に、緊急停止を掛けるようにすることが望ましい。もちろん、フロートスイッチ２０が水位を検知できる他のセンサーでもよい。

そして、ポンプ２を自給ポンプにすることにより、浴槽や足浴槽のお湯を循環して徐々に炭酸濃度を上げる循環式炭酸泉装置として使うこともできる。さらに、装置を電気的に制御して止めるのではなく、装置から出た吐水管路に手動バルブを設け、その手動バルブを開閉することで、循環生成の運転と停止を行う事も可能である。

発明の効果

本発明により、簡単な構造で炭酸ガスを効率良く溶解させることができ、給湯圧が低い給湯器からの送水でも簡単に高濃度炭酸温水作ることができ、蛇口を開閉するだけで自動的に炭酸泉が生成吐水される便利な装置ができる。

また、未溶解の炭酸ガスが炭酸泉と共に排出されることがなく、炭酸ガス中毒を起こすような危険性も回避でき、炭酸ガスの無駄も抑制できるので安全で経済的にも好ましい商品ができる。

さらに、構造がシンプルであり、製造原価を抑えることができ、商品自体の価格も手ごろな商品ができ、故障なども起こりにくく、定期的なメンテナンスも必要のない、扱いやすく壊れにくい商品となる。

本発明においては、専用の吐水先端部を用いて吐水管路先端で減圧するのではなく、装置内部の絞りにより減圧しているため、ヘッドスパなどに用いる場合、使い慣れているシャワーヘッドをそのまま使用することができ、さらに先端で減圧された際に発生する水流音が耳元ですることがなく耳障りになることもない。

そして、本発明は循環式の炭酸泉生成装置としても利用でき、吐水側の手動バルブを開け閉めすることで自動的に循環生成を開始したりとめたりすることもでき、使い勝手が大幅に向上する。

本発明の代表的な実施例を示す 本発明の別の実施例を示す 本発明のさらに別の実施例を示す

符号の説明

１ 給水管路 、２ ポンプ 、３ ノズル
４ 電磁開閉器 、５ 圧力調整器 、６ ボンベ
７ 水位センサー 、８ 容器 、９ 排気管路
１０ バルブ 、１１ 吐水管路 、１２ 圧力スイッチ
１３ 蛇口 、１４ 電磁開閉器 、１５ バイパス管路
１６ 減圧弁 、１７ 逆流防止弁 、１８ 絞り
１９ 電磁開閉器 、２０ フロートスイッチ

Claims (11)

1. 給湯器から送水された温水、あるいは、浴槽や足浴槽からポンプで吸い上げて送水された温水が通過するタンクなどの容器に炭酸ガスを注入する工程を有し、タンク内に送水される温水の噴射流により容器上部に溜まった炭酸ガスを容器内の温水に巻き込む工程を有し、巻き込まれた炭酸ガスの大きな気泡がほぼ無くなったタンク底部の温水をタンク外部へ排出する工程を有することを特徴とする炭酸温水生成方法
2. 前記容器の水位を水位検知センサーなどで検知して、水位が予め設定された水位よりも下がった場合、炭酸ガスの供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の炭酸温水生成方法
3. 前記給湯器から給湯される温水をポンプでさらに加圧して前記容器に送水することを特徴とする請求項１および２に記載の炭酸温水生成方法
4. 前記容器内の圧力が予め設定された圧力よりも高くなった場合、送水あるいは加圧送水するポンプを停止することを特徴とする請求項１から３に記載の炭酸温水制生成方法
5. 前記容器内の圧力が予め設定された圧力を超えた場合、容器から排水される温水の一部を容器出口からポンプ入口へ戻し、さらに圧力が上昇し容器内の圧力が、予め設定された上限圧力を超えた場合はポンプを停止することを特徴とする請求項４に記載の炭酸泉生成方法
6. 送水された温水が通過する容器を有し、該容器の上部に温水を容器内に噴射する噴射部と排気管路を有し、該排気管路に手動バルブあるいは電磁開閉器を有し、容器の底部に温水の出口部および吐水管路を有し、該容器のいずれかの部分に炭酸ガスの注入部を有し、該注入部は圧力調整器を介して炭酸ガスボンベに接続され、前記吐水管路に流量調整バルブあるいは絞り部を有することを特徴とする炭酸温水生成装置
7. 前記容器の水位を検知する検知部を少なくとも１つ有し、前記圧力調整器と炭酸ガス注入部の間に電磁開閉器を有することを特徴とする請求項６に記載の炭酸温水生成装置
8. 前記容器の上流に給湯器から給湯されるお湯を加圧送水するポンプ、あるいは、浴槽や足浴槽の温水を吸い上げて送水するポンプを有することを特徴とする請求項６および７に記載の炭酸温水生成装置
9. 前記容器内の圧力を検知する圧力検知器を前記容器あるいは吐水管路に有することを請求項６から８に記載の炭酸温水生成装置
10. 前記吐水管路から前記ポンプ上流へのバイパス管路を有し、該管路には電磁開閉器を有することを特徴とする請求項６から９に記載の炭酸温水生成装置
11. 前記容器の上部の排気管路に流量調整バルブあるいは絞りを有し、該排気管路先端が吐水管路に接続されていることを特徴とする請求項６から１０に記載の炭酸温水生成装置

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