JP2012095976A - 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、容器に送水されるお湯に適量の炭酸ガスを注入し気液混合流とし、さらに、その気液混合流を容器上部から容器内の温水に向かって噴射することにより、容器上部の炭酸ガスも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、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人工炭酸泉にしたり、浴槽や足浴槽に溜められたお湯を循環しながら高濃度人工炭酸泉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。

人工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、中空糸を収納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人工炭酸泉がタンク下部に貯留し、その人工炭酸泉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人工炭酸泉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人工炭酸泉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、高圧下で高濃度の人工炭酸泉を生成する場合は、高圧下の人工炭酸泉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人工炭酸泉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、人工炭酸泉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。

そこで、圧力容器内の炭酸ガス空間に特殊なノズルでお湯を散布してお湯に炭酸ガスを溶かす方法が考案された。この方法では、比較的低圧で効率よく炭酸ガスを溶解でき、しかも、未溶解の炭酸ガスを排出することがない。

しかし、その場合でも大きな圧力容器を用いて炭酸ガスとお湯が接触する時間を十分取る必要があり装置が大型化し、小さな圧力容器を用いる場合は、圧力容器内の圧力をある程度高くないと十分に炭酸泉濃度が上がらず高圧ポンプなどが必要となり、高価なポンプを用いるかプランジャー式ポンプなどの音のうるさいポンプを用いる必要があった。

このように、未溶解の炭酸ガスが人工炭酸泉の吐水と共に排出されず、短時間で高濃度の人工炭酸泉を生成する良い方法がなく、廉価、小型、低騒音、安全性、効率のすべてを兼ね備えた高濃度人工炭酸泉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が圧力容器に噴射される直前にお湯に炭酸ガスを注入し、気液混合流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たお湯に衝突する際にさらに周りの炭酸ガスを巻き込むことにより、噴射されたお湯と炭酸ガスの接触面積を増やして効率よく炭酸ガスを溶かす方法を提案している。

この方法では、炭酸ガスが注入された気液混合流における炭酸ガス溶解に加え、容器内のお湯の８０％程度の容積が炭酸ガスで泡立ち、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、浴槽や蛇口、あるいは、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やスイッチ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、そのスイッチが予め設定された圧力を検知した際、あるいは、給水管路あるいは吐水管路に流量計を設け、その流量信号により、ポンプを運転あるいは停止させるようになされている。

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、または、浴槽から吸い上げられたお湯は給水管路１を通りポンプ２に引き込まれる。

ポンプ２で加圧されたお湯は、途中の炭酸ガス注入部３で適量の炭酸ガスが注入され、気液混合流として容器８上部から容器８の長手方向に勢い良く噴射される。容器８にはフロートスイッチ２０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。

炭酸ガス注入部には、炭酸ガスボンベ６から圧力調整器５と電磁開閉器４および流量調整器２１を通って炭酸ガスが供給され、さらに、タンク上部には排気管路９が接続されている。排気管路９には流量調整器２２と電磁開閉器１９が設けられて、多端は吐水管路１１に接続されている。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ポンプ２を運転すると、お湯は給水管路１から容器８内に送られ、吐水管路１１を通って吐水される。その際、電磁開閉器１９を開いて容器８内の空気などのガスを管路９を通して、さらに、吐水管路１１を介して吐水と共に外部に排気する。

ここで、容器８内のガスが完全に抜けるまで電磁開閉器１９を開いておくために、予め設定された時間だけ電磁開閉器１９を開くか、容器８上部に水位を検知するセンサー（図示せず）を設けて、そのセンサーが水位を検知するまで電磁開閉器１９を開いておく。

次に、電磁開閉器１９が閉じたら、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および流量調整器２１で調整された流量で供給される。

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。容器８上部から噴射された気液混合流は容器８上部の炭酸ガス空間に噴射されることにより、気液混合流内の炭酸ガスとお湯との接触面積が増え、お湯に効率よく吸収される。

さらに、容器８内に溜まっているお湯に激しく噴射されるため、その際に、容器８内の炭酸ガスをさらに更に巻き込んで容器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。

すなわち、気液混合流で炭酸ガスがお湯に溶解し、次に容器８内に噴射される際に気液混合流であるため爆発的な噴射となり、気液混合流内の炭酸ガスおよび容器８内の炭酸ガスとお湯の接触面積が増えることで炭酸ガスの溶解が加速される。これが第２の溶解である。

そして、噴射流が容器８内に溜まっているお湯に激しく衝突する際に容器８内の炭酸ガスを巻き込むみ、容器８内のお湯が炭酸ガスで激しく泡立つことによりお湯と炭酸ガスの接触面積の増加と接触時間の増加により第３の炭酸ガス溶解がおきる。これらの３段階の溶解により炭酸ガスを短時間かつ低圧でお湯に十分に溶け込ませることができる。

そして、水位がさらに下がり泡だった炭酸ガスがフロートスイッチ２０に達すると、フロートスイッチ２０が下がり、フロートスイッチ２０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、再びフロートスイッチが上がる水位まで来ると、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、フロートスイッチは泡立った炭酸ガスにより下がるため、フロートの位置を適切な位置に設定することで、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。

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の実施例に加えて炭酸ガス注入部上流の給水管路１に負圧発生器２３を設けたものである。そして、負圧発生部２３の負圧部は容器８の上部と管路２４で連結されている。

これにより、容器８内の水位が下がり、フロートスイッチ２０が下がり炭酸ガスを供給する電磁開閉器４が閉じた時に、負圧発生器２３により容器８内の炭酸ガスが管路２４を介して吸引されて給水管路１に注入される。

これにより、電磁開閉器４が開いて炭酸ガスが注入されている時と同様に気液混合流が容器８上部から容器８内に噴射され、炭酸ガスを注入している状態に限りなく近い状態を作り出す。すなわち、容器８に噴射されるお湯は常に気液混合流となっていることになる。

ここで、負圧発生器２３は図３に示すように、断面積縮小部２５を有しており、これにより、断面積縮小部２５を通過する流速が増加し動圧が上昇し、静圧が減少する。そこで、断面積縮小部２５の直後に微小径の穴２６を設けることにより、穴２６より管路２７に吸い込まれる流れが発生する。

ここで、負圧発生部２３の断面形状は図３に示すような段付形状ではなく、一般的に言われているベンチュリー管になっていてもかまわない。
さらに、上記実施例では、容器８内の水位を検知するためにフロートスイッチ２０を設けているが、容器８内の水位を検知できるセンサー（図示せず）でもかまわない。

また、排気管路９には流量調整器２２が設けられており、定期的に電磁開閉器１９を開いて、容器８内のガスを排気管路１１に逃がす。これは、容器８内の炭酸ガスに水蒸気が混ざり純度が落ちるのを防ぐための物である。
容器８内の炭酸ガスの純度が落ちると、炭酸ガスの溶解効率が下がるため、出来る限り容器８内の炭酸ガス純度を保つことが大切である。

ただし、容器８内の圧力を十分高く出来たり、短時間の使用である場合は、容器８内のガスを定期的に吐水管路１１に排出する必要はない。

発明の効果

本発明により、容器８内に噴射されるお湯が気液混合流となっているため、気液混合流での炭酸ガス溶解と容器８内に噴射される際の溶解と容器８内のお湯に衝突する際に大量の炭酸ガスの気泡を容器８内のお湯に巻き込むことによる溶解の３段階の溶解工程により、容器８内の圧力が低圧でも短い時間で十分に炭酸ガスを溶解することが出来る。したが
って、単純な構造で、さらに、高圧ポンプを使用する必要が無く廉価な装置が実現できる。

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。

特に、循環式の炭酸泉装置として使う場合は、循環運転とともに浴槽内の炭酸泉濃度が上昇するため、容器８に供給されるお湯の炭酸泉濃度が高くなるが、本発明では、容器８に供給される炭酸泉濃度の如何にかかわらず、容器８内で解ける分の炭酸ガスしか溶解しないため、極端な場合容器８内でまったく炭酸ガスをお湯に加えずにそのまま戻す場合もあり、安全かつ経済的である。

さらに、給湯圧が高い給湯器であれば、容器８内の圧力が低くても機能するため、ポンプを使わなくても高濃度の炭酸泉を生成することが可能であり、装置の低価格化を実現できる。

：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 ：負圧発生器の実施例を示す

１ 給水管路 、２ ポンプ 、３ 炭酸ガス注入部
４ 電磁開閉器 、５ 圧力調整器 、６ ボンベ
８ 容器 、９ 排気管路 、１１ 吐水管路
１８ 絞り 、１９ 電磁開閉器 、２０ フロートスイッチ
２１ 流量調整器 、２２流量調整器 、２３負圧発生器
２４ 管路 、２５断面積縮小部 、２６管路 、２７管路

Claims (10)

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管路に炭酸ガスを注入する工程を有し、その気液混合流が容器内に噴射送水される工程を有し、その温水の噴射流が容器内の温水に衝突する工程を有し、該噴射流に含まれる炭酸ガスと容器上部に溜まっている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容器底部の温水を容器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. 前記容器の水位をフロートスイッチや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. 前記炭酸ガスを注入する工程よりも上流あるいは下流にベンチュリー管などの負圧発生器を設け、その負圧により、容器上部に溜まっている炭酸ガスを吸い上げて容器に送水されるお湯に注入する工程を有することを特徴とする請求項１から３に記載の炭酸温水生成方法
5. 送水された温水に炭酸ガスを注入する注入部を有し、その炭酸ガスを注入された気液混合流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、前記炭酸ガス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
6. 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５に記載の炭酸温水生成装置
7. 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５から７に記載の炭酸温水生成装置
8. 前記炭酸ガス注入部の上流または下流にベンチュリー管などの負圧発生器を有し、その不圧部と容器上部を管路で連結していることを特徴とする請求項５から８に記載の炭酸温水生成装置
9. 前記炭酸ガス注入部と炭酸ガスボンベの間に流量調整バルブ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
10. 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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