JP2013215543A - 炭酸泉生成方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 人工炭酸泉装置を家庭に設置したいと考える若年層が増えており、低価格で工事不要の炭酸泉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と炭酸ガスを容器内で十分接触させて炭酸ガスを溶解する方法において、前記容器とは別のフロート容器内のフロートの動きにより、メカニカルバルブを開閉して炭酸ガスの供給と停止を行う方法と装置を提案するものであり、さらにフロートの僅かな動きでメカニカルバルブの開閉ができるように、メカニカルバルブが開いたときのみ補助ピストンが動作する方法と装置を提案している。この方法は、電源を必要としないため価格を低く抑えられ、浴室に設置する場合でも電源ライン工事を必要としない。
【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、炭酸ガスを給湯器から供給される温水に溶かし、その際に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、電源を使わずに機械的に炭酸ガス供給バルブの開閉を行い、適量の炭酸ガスをお湯に溶解する技術に関するものである。

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。
最近では、健康面だけではなく、頭皮や毛髪にも良いと言うことから、美容室での導入も加速している。これにより、女性が炭酸泉に触れる機会が増え、最近では若年層の女性にも人気が出ている。

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、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、タンク上部からお湯と炭酸ガスの気液混合流をタンク下部に向けて噴射することでお湯に炭酸ガスを溶解し、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

しかしそれらの多くは、電源を必要とするものが多く、浴室への設置に際しては、どうしても電源ラインを浴室外から取り込むための工事を必要としている。
上記のミキシング方式においては、電源を必要としない方式も提案されているが、お湯に炭酸ガスを注入し撹拌するだけでは、十分に炭酸ガスが溶解せず、必要以上の炭酸ガスを注入する場合が多く、未溶解の炭酸ガスが装置出口から炭酸泉と一緒に排出されて危険であるという問題が残っている。

前記の例で記したタンクに気液混合流を噴射する方法においては、タンクの水位に応じて炭酸ガスの供給バルブを開閉する必要があり、電気的に行うことが一般的でどうしても電源を必要とすることが多い。

上記の炭酸ガス供給バルブの開閉を機械的に行う場合、フロートの動きを利用してメカニカルバルブを開閉するのが一般的であるが、各部の静摩擦による動作時の抵抗やバルブ解放時と閉鎖時の作用力の差が大きく、フロートが大きく移動しないとメカニカルバルブを開閉できなかった。

フロートの移動量が大きいと言うことは、タンク内の水位の変化が大きくないとバルブの開閉ができないと言うことで、炭酸ガスが供給されている状態から炭酸ガスが遮断された状態になった後、再び炭酸ガスが供給されるまでの時間が長いと言うことである。

炭酸ガスが切れた状態では、タンクに噴射されたお湯がタンク内の炭酸ガスを吸収して水位が上がってくる状態であり、タンク内の圧力が若干低くなり、タンク内での撹拌状態も控えめになり、その状態が長いと十分な濃度の炭酸泉の生成ができなくなる場合があり、フロートの僅かな移動でメカニカルバルブが開閉できる法が望まれていた。

課題を解決するための手段

本発明は、タンクなどの容器を有し、その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基本構造としている。

このタンクと上下に連通管で接続された別のタンクを有し、そのタンク内に大きなフロートを有し、タンク上部にはフロートが上昇すると上方向にスライドするシャフトを有し、そのシャフトの上下動により炭酸ガスの供給と遮断を行うメカニカルバルブが動作するようになされている。

さらに、シャフトとメカニカルバルブの間には、レバーが設けられレバーの支点に近い位置に下向きにピストンが設置され、ピストンが動作するとレバーを介してシャフトを押し戻す方向に力が加わるようになされている。

そして、前記ピストンは、メカニカルバルブが開放した際に炭酸ガス圧力により動作するようになされている。したがって、メカニカルバルブが開いた後には、シャフトを押し戻す方向に力が働き、メカニカルバルブを開く際にのみ必要な力を、打ち消すようにピストンがレバーを押し戻すようになされている。

これにより、メカニカルバルブが開く際にのみ必要な初期力分がピストンにより打ち消され、フロートが僅かに下がるとフロートの浮力が下がることによりシャフトが押し戻され、メカニカルバルブが閉じるようになる。つまり、フロートの僅かな移動によりメカニカルバルブが開閉するようになる。

図１および図２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を通り容器３の上部から容器３の下方に向けて噴射される。また、炭酸ガス供給ラインは、炭酸ガスボンベ１１から圧力調整器１２を経由し、バルブ２４を通り、メカニカルバルブ１３に接続され、さらに流量調整器２３を通り炭酸ガス注入部２において給水管に接続されている。

容器３の底部には排水管路４が接続されており、排水管路４には排水量を抑制する固定絞り５が設けられている。また、容器３の上部には排気管路７が接続されており、排気管路７は２本に分岐され、一方はバルブ１０を介して大気開放されている。もう一方の管路８は流量調整器９を介して、合流部６において排水管路４に接続されている。

また、容器３とは別の容器１８を有し、容器３と容器１８は連通管１９と２１でそれぞれの容器の上部同士および下部同士が連通されている。さらに容器１８内部には水より比重の小さいフロート１７が配置され、容器１８内の水位によりフロート１７が上下するようになされている。

容器１８の上部には上下に移動できるシャフト２０が設けられており、フロート１７の上昇によりシャフト２０が押し上げられる構造となっている。もちろん、シャフト２０の摺動部には容器１８内の液体や気体が漏れ出ないようにシール部材（図示せず）が配置されている。

シャフト２０の上部には支点１６を中心として回動可能なレバー１５が設けられ、レバー１５の上部にはメカニカルシリンダ１３とピストン１６が配置されている。シャフト２０が上昇しレバーを押し上げるとメカニカルバルブ１３のボタン１４が押し込まれるように配置されている。

次に、図１および図２を用いて動作を説明する。まず、バルブ１０を開き、給湯器からお湯を供給する。給水管路１からお湯が供給されると、お湯は容器３に噴射され排水管４を通り排出される。このとき、排水管路４に設置された絞りにより排水量が制限され、容器３にお湯が溜まって行く。

それと同時に連通管１９を通り、容器１８にお湯が溜まる。その水位は容器３と同じ水位で溜まってゆく。また、容器３内の空気は排気管路７を通りバルブ１０から排気される。容器３内の空気が全て排気されるとバルブ１０からお湯が出てくるので、バルブ１０からお湯が排水されたら容器３内の空気が抜けたと判断してバルブ１０を閉じる。

この時、容器１８内のフロート１７は上昇しておりシャフト２０は突き上げられた状態となっている。その場合、レバー１５はシャフト２０に押し上げられメカニカルバルブ１３のボタン１４が押し込まれている。ここで、メカニカルバルブ１３はボタン１４が押し込まれているとバルブが開き、ボタン１４が戻るとバルブが閉じる機構となっている。

この状態で炭酸ガス供給ラインのバルブ２４を開くと、ボンベ１１内の炭酸ガスが圧力調整器１２で適切な圧力に減圧された後、バルブ２４、メカニカルバルブ１３、流量調整器２３を通って炭酸ガス注入部２から給水管１内を通るお湯に注入され、気液混合流となって容器３に噴射される。

炭酸ガスが注入されることにより、容器３内の水位が徐々に下がり、同時に容器１８内の水位下がり始め、フロート１７を押し上げる力が減少し始める。ここで、メカニカルバルブを通って供給されている炭酸ガスは、流量調整器２３により流量を制限されているため、その圧力がピストン２２に加わり、これによりピストン２２がレバー１５を下に押し下げるように作用している。また、メカニカルバルブ１３のボタン１４も押し戻す方向に戻り力を持っている。

容器１７内の水位が更に下がり、フロート１７を押し上げる力が小さくなってくると、ボタン１４の戻る力とピストン２２のレバー１５を押し下げる力が勝り、シャフト２０が下がる。これにより、レバー１５も回動し、ボタン１４が突き出してメカニカルバルブ１３が閉じ、炭酸ガスの供給が遮断される。

炭酸ガスの供給が遮断されると、ピストン２２に加わる圧力が無くなるので、ピストン２２も戻る。また、炭酸ガスが給水管１に供給されないため容器３内では噴射されたお湯が容器３内の炭酸ガスを吸収して、徐々に水位が上昇する。これにより、容器１８内の水位も上昇しフロート１７を押し上げる力が増加する。

フロート１７を押し上げる力がシャフト２０、レバー１５を介してボタン１４を押し込むと再びメカニカルバルブ１３が開き、炭酸ガスの供給が再開される。
これにより、ピストン２２にも圧力が加わり、レバー１５を押し戻す力が働く。
そして、炭酸ガス注入部から給水管路１への炭酸ガスの注入も再開され、再び、容器３の水位が下がり始める。

そして、ある程度水位が下がると、前述した原理によりメカニカルバルブが閉じて炭酸ガスの供給が遮断されて、水位が上昇を始めることになる。これらの繰り返しにより、容器３の水位はある程度の範囲に自動的にコントロールされる。
したがって、電気的な制御を必要とせずに、容器３内の水位を維持できる。

ここで、ピストン２２の役割を改めて明確に記す。通常、メカニカルバルブ１３は、閉じている状態で入り口側に圧力が掛かっていると、開閉するバルブに入り口の圧力が加わり、開口面積×入り口圧力の力以上の力を加えないと開かない。
さらに、ボタン１４を戻すための弾性体が設けられているため、この２つの力を合計した力以上の力がボタンに加わらないと開かないことになる。

しかし、一度バルブが開くと、バルブに加わっていた入り口圧力の影響が無くなり、ボタンを戻す弾性体の力のみが反力として残る。つまり、バルブを開放するときに比べて、遥かに小さい力にならない限りボタンは戻ることができない。

すなわち、図２のように、フロート１７でシャフト２０を押し上げてボタン１４を押し込む際には、大きな力が必要なので、容器１８内の水位がかなり上まで上がりフロートを押し上げる力が大きくなるが、一度ボタン１４が押し込まれてメカニカルバルブ１３が開くと、容器１８内の水位が少し下がってもフロートを押し上げる力がボタン１４を戻す弾性体の力よりも遥かに勝っており、水位が大きく下がらないとボタン１４を戻すことができない。

これでは、炭酸ガスが供給されるときの容器３の水位と炭酸ガスが遮断される際の水位の差が大きくなり、装置が巨大化するだけではなく、炭酸ガスを供給していない状態が長く続き溶解効率を悪化させる。したがって、炭酸ガス供給と遮断の際の水位の差を少なくする必要がある。

ここで、ピストン２２が重要な役割を果たす。つまり、水位が上昇してメカニカルバルブ１３が開くと、流量調整器２３を介して炭酸ガスが給水管路１に流れ込む、この際、流量調整器２３により流量が制限されているため流量調整器２３上流では圧力が上昇する。これにより、ピストン２２に圧力が加わりピストンがレバー１５に向けて突き出す。

このとき、レバー１５はシャフト２０を押し下げる方向に力が加わり、ボタン１４の戻り力とピストン２２の力の両方がシャフト２０を押し下げる方向にレバー１５を動かす。したがって、容器３内の水位が僅かに下降しフロート１７を押し上げる力が少し減少すると、シャフト２０が下がってゆきボタン１４が戻りメカニカルバルブ１３が閉じ、炭酸ガスの供給も停止する。このように、メカニカルバルブが開く際と閉じる際に加える力の差をピストン２２が補填する形で作用している。

ここで、排気管路８に設置された流量調整器９は容器３の上部に溜まっている気体を僅かに排水管路に排気するように流量を調整されており、時間と共に容器３に水蒸気が溜まり炭酸ガスの純度が下がるのを防ぐ目的で微量を常に排気している。

図３において、本発明の別の実施例を説明する。この実施例においては、炭酸ガス供給ラインのバルブ２４とメカニカルバルブ１３の間に、さらにもうひとつのメカニカルバルブ２５を設置している。

また、排気管路８の流量調整器９の上流で管路を分岐し、その先端をピストン２８に接続している。ピストン２８が動作すると支点２９を中心にレバー２７が回動してボタン２６を押す。これにより、メカニカルバルブ２５が開き、炭酸ガスがメカニカルバルブ１３に送られる。

動作としては、お湯が供給され容器３にお湯が溜まり、容器３内の圧力が設定された値よりも高くなると、ピストン２８によりレバー２７が押されてボタン２６を押し込みメカニカルバルブ２５が開く仕組みとなっている。

これにより、お湯が供給されてない状態やお湯が止められた状態では、メカニカルバルブ２５は閉じており、炭酸ガスの供給は遮断される。つまり、何らかの不具合により、フロート１７が下がらない、シャフト２０が下がらない、レバー１５が動かない、ボタン１４が戻らない、メカニカルバルブ１３が壊れたなどの不測の事態においても、お湯が止まったり、水位が極端に落ちて容器３内の圧力が下がると、自動的に炭酸ガスの供給が遮断される。

炭酸ガスは毒性はないが、気中の炭酸ガス濃度が高くなると酸欠や中毒症状が出るので危険である。特に、ユニットバスのように密閉性の高い空間においては、十分な注意が必要であり、万が一のための安全装置として設置すべき物である。

図３では、ピストン２８とメカニカルバルブ２５の間に、レバー２７を有するが、ピストン２８の力によりレバー２７を配置せずに直接ピストン２８でメカニカルバルブ２５のボタン２６を押しても良い。また、炭酸ガス供給ラインのバルブ２４は、排気中に炭酸ガスを供給するともったいないので、有った方が好ましいが無くても良い。

図４は図３の具体的な実施例である。配管は記載していないが、各容器やメカニカルバルブおよびピストンの具体的配置を示している。

発明の効果

最近は、炭酸泉に対して若い女性からのニーズが急激に増加しており、若年層の女性は賃貸住宅に住んでいる場合が多い。その場合、装置の設置に際し、工事を行うことは禁止されている。本発明の方法であれば、炭酸ガスを供給するチューブを細くしてドアの隙間を通すことにより、電源コードを必要としないので工事を行うことなく浴室に炭酸泉装置を設置することができる。

また、電気を使わないので、浴室での使用においても安全で、省エネ効果も期待できる。さらに、容器３内の水位がほぼ一定に保たれ、未溶解の炭酸ガスが排水管路から流れ出ることが無く、炭酸ガス中毒に対する危険性も回避できる。

：本発明の代表的な実施例を示す ：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 ：本発明の具体的な実施例を示す

１ 給水管路 、２ 炭酸ガス注入部 、３ 容器
４ 排水管路 、５ 絞り 、６ 合流部 、７ 排気管路
８ 管路 、９ 流量調整器 、１０ バルブ
１１ 炭酸ガスボンベ 、１２ 圧力調整器 、１３ メカニカルバルブ
１４ ボタン 、１５ レバー 、１６ 支点 、１７ フロート
１８ 容器 、１９ 連通管 、２０ シャフト 、２１ 連通管
２２ ピストン 、２３ 流量調整器 、２４ バルブ
２５ メカニカルバルブ 、２６ ボタン 、２７ レバー
２８ ピストン 、２９ 支点

Claims (5)

1. 給湯器から供給された温水を混合容器内で炭酸ガスと混合して炭酸温水を生成する方法において、前記混合容器と連通管で接続された別のフロート容器を有し、該フロート容器内のフロートの上下動作によりメカニカルバルブを開閉して炭酸ガスの供給と遮断を行うことで、混合容器内の水位をほぼ一定に保つことを特徴とする炭酸温水生成方法
2. 前記メカニカルバルブが開くことにより炭酸ガスの圧力がピストンに加わり、メカニカルバルブのボタンを押し込む機構を押し戻す方向に力を加え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. 前記メカニカルバルブの上流にもう１つのメカニカルバルブを設け、前記混合容器の圧力により動作するピストンを有し、そのピストンにより該メカニカルバルブが開閉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. お湯と炭酸ガスを混合する混合容器とフロートを内臓するフロート容器を有し、２つの容器の上部と下部をそれそれ接続する連通管を有し、混合容器上部に給湯器から混合容器にお湯を供給する給湯管路を有し、混合容器底部には排水管路を有し、炭酸ガスが充填された炭酸ガスボンベを有し、炭酸ガスボンベ出口に圧力調整器を有し、該圧力調整器と前記給湯管路を接続する炭酸ガス供給管を有し、該供給管路には、開閉バルブ、メカニカルバルブ、流量調整器を有し、メカニカルバルブと流量調整器の間で分岐部を有し、分岐された管路先端に圧力が加わるとシャフトが突き出すピストンを有し、前記メカニカルバルブには、押し込むとバルブが開き、離すとバルブが閉じるボタンを有し、そのボタンの戻り方向と前記ピストンの突き出し方向が同一で、前記ボタンの先端に支点を中心に回動するレバーを有し、レバーの下にはフロート容器内のフロートの上昇により上昇するシャフトを有し、フロートの上昇によりシャフトが上昇し、レバーを持ち上げ、メカニカルバルブのボタンを押し込むように配置され、さらに混合容器上部に排気管路を有し、該排気管路は２つに分岐し、一方の先端にバルブを有し、もう一方は流量調整器を介して排水管路に接続されていることを特徴とする炭酸温水生成装置
5. 前記排気管路に混合容器と流量調整器の間で分岐した管路を有し、該管路の先端にピストンを有し、該ピストンの先端にメカニカルバルブを有し、ピストンに圧力が掛かるとピストンが突き出してメカニカルバルブのボタンを押し込みメカニカルバルブが開くように配置され、該メカニカルバルブの入り口は前記炭酸ガス用圧力調整器下流のバルブに接続され、出口側は前記のもう１つのメカニカルバルブに接続されていることを特徴とする炭酸温水生成装置

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