JP2015110087A

JP2015110087A - 炭酸泉生成装置

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Publication number: JP2015110087A
Application number: JP2015052719A
Authority: JP
Inventors: 宮崎　秀樹; Hideki Miyazaki; 秀樹宮崎; 和信前川; Kazunobu Maekawa; 泰貴清水; Yasutaka Shimizu
Original assignee: Fujidenolo Co Ltd
Current assignee: Fujidenolo Co Ltd
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: JP6032506B2

Abstract

【課題】水圧を高めることなく効率的に炭酸泉を生成することができる炭酸泉生成装置を提供する。【解決手段】二酸化炭素気泡が混合された水が流れる気泡溶解流路１２を有し、気泡溶解流路１２は、二酸化炭素気泡を分断する少なくとも１個の絞り部１４と、気泡溶解流路１２の出力側端において気泡溶解流路１２内の水圧に保持する圧力保持部１６とを有し、気泡溶解流路１２の有効径は、気泡溶解流路１２を流れる水の流速ｖにおける気泡の粘性抵抗Ｒが、二酸化炭素気泡が該有効径である最大径Ｄである場合の二酸化炭素気泡の浮力Ｆ以上となるように定められ、絞り部１４は、気泡溶解流路１２よりも有効径が小さくされている。【選択図】図１

Description

本発明は、炭酸泉生成装置に関するものである。

二酸化炭素を溶解した水や湯である炭酸泉を浴用に用いることが行なわれている。これに伴って、炭酸泉を効率的に生成する炭酸泉生成装置の開発が行なわれている。

例えば、特許文献１に記載の技術は、その一例であって、流断面積を狭める絞り部と炭酸温水の流れ方向に流断面積が増大する末広部とを有することを特徴とする炭酸温水生成装置が開示されている。このように、炭酸泉の生成には二酸化炭素を効率よく水に溶解する技術が望まれる。

特開２００６−２１２０９８号公報

例えば特許文献１に開示された様に、二酸化炭素を効率よく水に溶解させることを目的として、炭酸泉生成装置においては水圧を高めるためのポンプを備えたものが多く用いられていた。一方で、炭酸泉を浴用として用いるため、できるだけ小型であり、かつ電源を要しないような炭酸泉生成装置が期待されている。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、水圧を高めることなく効率的に炭酸泉を生成することができる炭酸泉生成装置を提供することにある。

かかる目的を達成するための、第１の発明の特徴とするところは、（ａ）二酸化炭素気泡が混合された水が流れる気泡溶解流路を有し、該二酸化炭素気泡が該水に溶解することによって炭酸泉を生成する炭酸泉生成装置であって、（ｂ）該気泡溶解流路は、前記二酸化炭素気泡を分断する少なくとも１個の絞り部と、該気泡溶解流路の出力側端において前記流路内の水圧に保持する圧力保持部とを有し、（ｃ）該気泡溶解流路の有効径は、該気泡溶解流路を流れる前記水の流速における気泡の粘性抵抗が、前記二酸化炭素気泡が該有効径である最大径となる場合の前記二酸化炭素気泡の浮力以上となるように定められ、（ｄ）該気泡溶解流路の長さは、該気泡溶解流路に流通させられた前記二酸化炭素気泡が混合された水において、二酸化炭素の濃度が所定濃度まで達するための溶解時間が確保されるように定められ、（ｅ）前記絞り部は、前記気泡溶解流路よりも有効径が小さくされており、（ｆ）前記圧力保持部は、該炭酸泉生成装置内部の水圧を前記二酸化炭素気泡の溶解を促すことのできる圧力に維持するための通過面積を有することにある。

このようにすれば、前記絞り部によって水中の二酸化炭素気泡が分断されるので二酸化炭素気泡と水との接触面積が増えるとともに、前記気泡溶解流路の有効径により気泡が滞留することなく流れるので、二酸化炭素気泡と水との接触時間を長くすることができる。また圧力保持部により、炭酸泉生成装置内部の水圧が二酸化炭素気泡の溶解を促すことのできる圧力に維持されるので、ポンプ等により水圧を高めることなく二酸化炭素の水への溶解が促進される。さらに気泡溶解流路により、二酸化炭素気泡が混合された水は、二酸化炭素の濃度が所定濃度まで達するための溶解時間以上該気泡溶解流路に流通させられるので、所定濃度の炭酸泉が得られる。

また、第２の発明の特徴とするところは、第１の発明において、前記圧力保持部の通過面積は、前記炭酸泉生成装置に供給される水の流量が５Ｌ／ｍｉｎ乃至３０Ｌ／ｍｉｎの範囲である場合において、該炭酸泉生成装置内部の水圧を前記二酸化炭素気泡の溶解を促すことのできる圧力に維持するように設定されていることにある。このようにすれば、一般的に水道あるいは給湯装置によって供給される水量である５Ｌ／ｍｉｎ乃至３０Ｌ／ｍｉｎの範囲で水が供給される場合において、ポンプ等により水圧を高めることなく炭酸泉を生成することができる。

また第３の発明の特徴とするところは、第１又は第２の発明において、前記絞り部によって分断された前記二酸化炭素気泡が、炭酸泉の吐出部までの炭酸泉の流れを妨げるほど結合して大きくなることがないように、前記絞り部と前記炭酸泉の吐出部との距離が定められること、を特徴とする。このようにすれば、絞り部によって細粒化された二酸化炭素気泡が溶け残った場合であっても、絞り部から吐出部までの炭酸泉の流路において、溶け残った気泡が分断され細粒化されたまま吐出部から吐出される。そのため絞り部から吐出部までの炭酸泉の流路において溶け残った気泡が溜まって大きな気泡となり、その大きな気泡が一度に押し流されて吐出部を通過してゴボゴボという音が発生したり、あるいは水の流れが滞ったりするという、使用者に不快な感覚を与えることが防止できる。

また第４の発明の特徴とするところは、第１乃至第３の発明において、該気泡溶解流路の長さは、該気泡溶解流路に流通させられた前記二酸化炭素気泡が混合された水において、二酸化炭素の濃度が略飽和濃度まで達するための溶解時間が確保されるように定められているところにある。このようにすれば、ポンプ等により水圧を高めることなく二酸化炭素の濃度が略飽和濃度である炭酸泉を生成することができる。

また、第５の発明の特徴とするところは、第１乃至第４のいずれか１の発明において、前記圧力保持部の通過面積は変更可能とされていることにある。このようにすれば、炭酸泉生成装置に供給される水の水量が異なる場合においても、前記圧力保持部の通過面積を変更することにより適切な通過面積を設定でき、ポンプ等により水圧を高めることなく炭酸泉を生成することができる。

また、第６の発明の特徴とするところは、第１乃至第５のいずれか１の発明において、前記圧力保持部は、前記気泡溶解流路の有効径よりも小さい有効径を有するものであって、有効径の異なる複数の圧力保持部から選択的に取付可能とされていることにある。このようにすれば、前記炭酸泉生成装置に流入する水の水圧や水量が異なる場合であっても、前記気泡溶解流路内の水圧が大気圧まで下がってしまうことが防止される。また、前記第７、および第８の発明、と組み合わせて用いられる場合には、前記気泡溶解流路内の水圧が大気圧まで下がってしまうことを防止しつつ、気泡供給弁、気泡供給停止弁を作動させるための水圧を確保することができる。

また、第７の発明の特徴とするところは、第１乃至第６のいずれか１発明において、前記気泡溶解流路は、可撓性の管であることにある。このようにすれば、例えばホースなどの可撓性の管に気泡溶解流路を設けることができる。そのため、気泡溶解流路に加えて単なる配水のためにホースが設けられる場合に比べて、配管の長さを全体として短くすることができる。

また、第８の発明の特徴とするところは、第１乃至第７のいずれか１の発明において、（ａ）水と反応することにより二酸化炭素を発生する原料物質と水とを反応させて二酸化炭素を発生させる二酸化炭素生成部と、（ｂ）予め生成された二酸化炭素を水中に気泡として注入する気泡注入部とを有し、（ｃ）前記二酸化炭素気泡は、該二酸化炭素生成部と該気泡注入部とのいずれか一方が選択的に実行されることによって生成されたものであることにある。このようにすれば、二酸化炭素気泡の発生源を二酸化炭素生成部と気泡注入部とのいずれかから選択することが可能になる。

また、第９の発明の特徴とするところは、第８の発明において、（ａ）前記原料物質は所定形状の固形物であり、（ｂ）前記二酸化炭素生成部は、大気に対して密閉され、前記原料物質と水とが反応させられる反応室を含み、（ｃ）前記反応室に供給される水量を調節可能とするとともに、該反応室における前記原料物質の浸漬水位を調節可能とすることにより、前記原料物質の反応時間を制御可能としたことにある。このようにすれば、二酸化炭素生成部における二酸化炭素の生成量を好適に制御することができる。

また、第１０の発明の特徴とするところは、第８または第９の発明において、（ａ）前記気泡溶解流路に水を供給するか否かを選択的に実行する炭酸泉生成切換部を含み、（ｂ）前記気泡注入部は、該炭酸泉生成切換部により前記気泡溶解流路に水が供給された場合にのみ前記二酸化炭素の注入を可能とする気泡供給弁を有することにある。このようにすれば、炭酸泉を生成しない場合において気泡注入部からの二酸化炭素の注入を容易に停止することができる。

また、第１１の発明の特徴とするところは、第８乃至第１０の発明のいずれか１において、（ａ）前記二酸化炭素生成部に前記水を供給する第１供給部と、前記気泡注入部に前記水を供給する第２供給部と、該第１供給部と第２供給部とのいずれか一方に選択的に前記水を供給する選択部とを含み、（ｂ）前記気泡注入部は、該選択部により前記第１供給部に水が供給された場合には前記二酸化炭素の注入を停止する気泡供給停止弁を有することにある。このようにすれば、前記選択部により気泡注入部を用いるように選択された場合にのみ気泡注入部からの二酸化炭素の注入が行なわれる様に制御することが容易になる。

以下、本発明の一実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例における炭酸泉生成装置１０の構成の概要を説明する図である。図１に示す様に、本実施例の炭酸泉生成装置１０は二酸化炭素気泡を水中に溶解するための気泡溶解流路１２と、二酸化炭素気泡を水中に注入するための二酸化炭素生成部２０および気泡注入部３０とを有している。

具体的には、例えば水道に接続された注水管部４０から注水された水は、後述する三方弁としての選択部４８により、第１供給部４２および第２供給部４４のいずれか一方に選択的に流通させられるか、あるいは遮断される。第１供給部４２に通水された場合、後述する二酸化炭素生成部２０において原料物質としてのタブレット２４と反応させられて二酸化炭素を生じることとなる。発生した二酸化炭素はそのまま水中に気泡として混入した状態で、三方弁としての生成切換部４６により気泡溶解流路１２に流通させられる。

切換生成部４６は、第２供給部４４と気泡溶解流路１２の終端に設けられた第１吐出部１８、もしくは、気泡溶解流路１２を介さずに吐出される第２吐出部５０のいずれか一方とを選択的に連通するか、あるいは遮断するように設けられている。選択部４８により水が第２供給部４４に流通させられるとともに、生成切換部４６により第１吐出部１８へ水が流される場合には、後述する気泡注入部３０により気泡が水に注入される。また、選択部４８により水が第２供給部４４に流通させられるとともに、生成切換部４６により第２吐出部５０へ水が流される場合には、炭酸泉が生成されることなく、注水管部４０から注水された水がそのまま第２吐出部５０から排出される。なお、第２供給部４４を流れる水が逆流することにより二酸化炭素生成部２０に入り込むのを防ぐため、二酸化炭素供給部２０から排出された水の配管においては、第２供給部４４と合流する付近に逆止弁５４が設けられている。

このうち、気泡溶解流路１２は後述する二酸化炭素生成部２０あるいは気泡注入部３０によって二酸化炭素気泡が注入された水が流通させられることで、その二酸化炭素気泡が水中に溶解するための流路である。すなわち、二酸化炭素気泡はＰｌｕｇＦｌｏｗ方式（管型反応方式）により溶解させられる。気泡溶解流路１２においては、その気泡溶解流路１２を流れる水の流速におけるその水中の二酸化炭素気泡の粘性抵抗が、その気泡溶解流路１２における二酸化炭素気泡が最大径となった場合、すなわちその気泡溶解流路１２の有効径となった場合のその二酸化炭素気泡の浮力以上となる様に、気泡溶解流路１２の有効径が定められている。このようにすれば、気泡溶解流路１２内において二酸化炭素気泡が滞留したり二酸化炭素気泡の流れが不安定になることが防止される。この結果、好適に水に二酸化炭素が溶解することができ、必要な濃度の炭酸泉が得られる。なお、以下において水と表現する場合においては、特に断りのない場合を除き、二酸化炭素気泡が注入された水を含む。

具体的には、アルキメデスの原理より、浮力Ｆは次式（１）により得られる。

ここで、Ｄ_Bは気泡の直径の最大値［ｍ］、ρは水の密度［ｋｇ／ｍ³］、ｇは重力加速度［ｍ・ｓ^-2］である。
一方、気泡溶解流路１２を流れる水の流量などを考慮すると、気泡溶解流路１２を流通する水は乱流であるとされ、その粘性抵抗Ｒは実験値による近似式として次式（２）のように得られる。

ここでＣ_Dは気泡の受ける抵抗係数であり、

である。
Ｒｅは無次元数レイノルズ数であって、Ｒｅ＝Ｄｖρ／μであり、
Ｄは気泡溶解流路１２の有効径［ｍ］、ｖは水の流速［ｍ／ｓ］、μは水の粘度［Ｐａ・ｓ］である。
ここで、二酸化炭素気泡の直径が最大、すなわち気泡溶解流路１２の有効径となった場合に浮力Ｆと粘性抵抗Ｒとがつりあうとすれば、

であり、これを整理すれば、

となる。流速ｖは流量Ｈを気泡溶解流路１２の断面積（通過面積）で割ったものであるから、

であるので、上記（４）式を流量Ｈと気泡の直径Ｄ_Bとの関係として解析的に解くと図２のような関係が得られる。このようにして得られた関係から、炭酸泉生成装置１０に必要とされる水の流量Ｈ［ｍ³／ｓ］に基づいて、気泡溶解流路１２の有効径Ｄ［ｍ］が、二酸化炭素気泡の直径Ｄ_Bの最大値に基づいて定められればよい。具体的には、図２における曲線よりも上の領域になるように、気泡溶解流路１２の有効径が設定されればよい。図２の例において、水が例えば流量Ｈ＝１０Ｌ／ｍｉｎとなるように気泡溶解流路１２を流通する場合、気泡溶解流路１２の有効径Ｄは約１６．５ｍｍ以下とされることがわかる。

なお、本実施例において、管の有効径とは、管の断面が円状である場合にはその円の直径に対応し、それ以外の形状である場合には、断面積が等しい円の直径に対応する概念である。

一方、本実施例においては、水に注入された二酸化炭素気泡はＰｌｕｇＦｌｏｗ方式により溶解されるので、気泡溶解流路１２の長さは、二酸化炭素気泡を注入された水が気泡溶解流路１２を流通する時間（通過時間）が、所定の（所望の）二酸化炭素の溶解濃度を得るために必要な時間以上となる様に定められる。ここで、前記通過時間Ｔ［ｓ］は気泡溶解流路１２の長さＬ［ｍ］とそれを流れる水の流速ｖとの関係として

であり、これをＬについて解けば

となる。従って、気泡溶解流路１２が細いほど、すなわち気泡溶解流路１２の有効径Ｄが小さいほど気泡溶解流路１２の長さＬを長くしなければならない関係にある。具体的には、本件発明者らの実験によれば、流量Ｈ＝８Ｌ／ｍｉｎ、気泡溶解流路１２の有効径Ｄが１２ｍｍである場合には、例えば所望の二酸化炭素濃度として１０００ｐｐｍの炭酸泉を得るための通過時間Ｔは約４秒であるので、気泡溶解流路１２の長さＬは５ｍ程度以上必要である。なお、本明細書においては水は水もしくは湯を含む概念として用いられている。また、炭酸泉とは二酸化炭素が溶解した水を広く含む概念として用いられており、例えば２５０ｐｐｍ以上の二酸化炭素濃度を要求する温泉法の定める炭酸泉に限定されるものではない。なお、気泡溶解流路１２における水の流れが完全乱流とみなすことができる場合、気泡の抵抗係数Ｃ_Dは、上述の（３）式を用いるのに代えてＣ_D＝０．４４と近似してもよい。

気泡溶解流路１２には、少なくとも１つの絞り部１４が設けられており、絞り部１４における有効径は絞り部１４の設けられていない気泡溶解流路１２の有効径よりも小さくなっている。図３は１つの絞り部１４を含む気泡溶解流路１２の長さ方向、すなわち軸方向の断面図である。

図３に示す様な絞り部１４を水が通過する際に、その水に注入された二酸化炭素気泡は細粒化される。そのため、二酸化炭素気泡と水との接触面積が増えるので、溶解時間が短縮されることが期待される。発明者の実験によれば、絞り部１４のない部分の有効径ｄ₁₂が１２ｍｍである気泡溶解流路１２に、有効径ｄ₁₄が８ｍｍである絞り部１４を５個配置したところ、１．５ｍ以下の気泡溶解流路１２であれば、絞り部１４の無い場合に５ｍ必要であった気泡溶解流路１２と同じ二酸化炭素の溶解濃度を実現することができることがわかった。すなわち、気泡溶解流路１２に絞り部１４を設けることにより、気泡溶解流路１２の長さを短くすることが可能となる。この気泡溶解流路１２の長さは、二酸化炭素気泡と水とが流通させられる場合に、生成される炭酸泉に要求される二酸化炭素濃度まで二酸化炭素が溶解することができる時間だけかけて気泡溶解流路１２を通過することができるように設計されている。

ここで、気泡溶解流路１２の有効径ｄ₁₂を１２ｍｍ、気泡溶解流路１２を流通する水の流量Ｈを８Ｌ／ｍｉｎとし、絞り部１４の有効径ｄ₁₄の大きさを複数異ならせて、気泡溶解流路１２の絞り部のない部分と絞り部１４との圧力差を計算すると、図４のような関係が得られる。このように、絞り部１４の有効径の大小に応じて圧力差が異なることは極めて小さい。従って、水中の二酸化炭素気泡が細粒化するのは、絞り部１４と絞り部のない部分との圧力差ではなく、速度差によってもたらされるものと考えられる。

気泡溶解流路１２の前記絞り部１４よりも下流側には、圧力保持部１６が設けられている。この圧力保持部１６は、例えば小径あるいはスリット状の開口であり、気泡溶解流路１２の終端部が大きく開口することにより、気泡溶解流路１２の終端部から内部へ大気が入り、管内の圧力が大気圧まで低下してしまうのを防ぐために設けられる。これにより、気泡溶解流路１２内の水の圧力が維持される。

また、絞り部１４（絞り部１４が複数設けられる場合はそれら絞り部１４のうち、気泡溶解流路１２の最も下流側、すなわち圧力保持部１６側に設けられる絞り部１４。以下、最終絞り部１４という。）と炭酸泉が吐出される第１吐出口としてのシャワーヘッド１８との距離は極力短くすることが望ましい。具体的には、最終絞り部１４によって細粒化された炭酸ガス気泡が余剰となり溶け残った場合であっても、該最終絞り部１４からシャワーヘッド１８までの流路において溶け残った気泡が部分的に溜まったりすることなく、細粒化されたままシャワーヘッド１８から吐出されるような距離とされることが望ましい。このようにすれば、該最終絞り部１４からシャワーヘッド１８までの流路において溶け残った気泡が溜まり大きな気泡となり、その大きな気泡が一度に押し流されてシャワーヘッド１８を通過して、ゴボゴボという音が発生したり、あるいは水の流れが滞ったりするという、使用者に不快な感覚を与えることが防止できる。これは、シャワーヘッド１８のように炭酸泉が吐出される孔が小さい場合に特に有効である。

この圧力保持部１６における小径の開口の大きさは、例えばベルヌーイの定理から近似的に算出される。以下においては、圧力保持部１６の有効径の算出方法の一例を説明する。なお、有効径と通過面積とは一対一の関係、すなわち、いずれか一方を決定すれば他方が一意に決定されるので、本明細書においては略同義のものとして説明する。

図５は、本実施例の炭酸泉生成装置１０が上水道に接続されたときの態様を模式的に説明する図である。水道管８２は水道本管８０から分岐されている。また、図示しない蛇口などを介して水道管８２と炭酸泉生成装置１０が接続されている。すなわち、図５の態様においては、水道管８２の水圧によって炭酸泉生成装置１０に水が供給される。なお、図５には示さないが、水道管８２と炭酸泉生成装置１０との間に給湯器が設けられて、炭酸泉生成装置１０に温水が供給されてもよい。

このような態様において、水道管８２や図示しない給湯器などの流路の損失は無視できないものである。そのため、絞りと流量との関係を表すベルヌーイの定理を適用する場合であっても、摩擦損失すなわち粘性抵抗を考慮する必要がある。なお、炭酸泉生成装置１０の絞り部１４については、水の流通方向における厚さが極めて薄いので、損失を無視することができる。一般に摩擦損失を考慮したベルヌーイの定理（拡張ベルヌーイの定理）は、ある点における流体の密度をρ、流速をｖ［ｍ／ｓ］、圧力をＰ［Ｐａ］、高さをｚ［ｍ］とすると、

が成り立つというものである。

ところで、一般に前記レイノルズ数Ｒｅが数十乃至数百の範囲にあればその流れは層流である一方、１０００以上であれば乱流であるとされている。本実施例の炭酸泉生成装置１０においては、その流量、配管径などを考慮するとレイノルズ数Ｒｅは１００００を超えるので、その内部の流れは乱流となる。乱流での摩擦損失（例えば図５の例では、Ｂ１、Ｂ２）は、実験的に得られた次の式（７）により算出することができる。

ここで、λ＝０．３１６４／Ｒｅ^0.25である。
（７）式を整理すると、
損失＝Ｂ・ｖ^1.75 （８）
Ｂ＝ｆ（Ｄ，Ｌ，ρ，μ）＝定数
となり、ここで、（８）式は、
損失≒Ｂ・ｖ²
のように近似する。

水道本管８０の元圧をＰ₁［Ｐａ］、水道管８２の炭酸泉生成装置１０との接続部分付近（図示しない蛇口付近；注水管部４０（図１参照））の圧力をＰ₂［Ｐａ］とし、本管８０から前記蛇口付近までの損失係数をＢ₁とすると、次式（９）の関係が成立する。

（９）式において右辺第１項は、一般的には動圧項と呼ばれる。図６は、この動水圧と流量Ｌとの関係を直径の異なる水道管８２について示した図である。図６から判る様に、流量が３０Ｌ／ｍｉｎであっても例えば配管径（直径）１２ｍｍの管であれば、動圧項の値はせいぜい０．０１ＭＰａである。一方、静水圧は例えば０．２ＭＰａのような値を取るので、（９）式において動圧項は無視できるものとする。なお、厚生労働省給水装置データベースの「給水装置標準計画・施工方法２．３設計使用水量の決定」において、シャワーの水量は８〜１５Ｌ／ｍｉｎであることが示されており、前述の流量３０Ｌ／ｍｉｎというのは、これを大きく上回る値、すなわち、シャワーを使用することを想定した場合に、想定される水量を大きく上回る場合に対応している。
以上より、流量Ｈ［ｍ³／ｓ］と損失係数、および圧力との関係は、
Ｐ₁≒Ｐ₂＋Ｂ₁ｖ² （１０）
であり、すなわち
ｖ²＝（Ｐ₁−Ｐ₂）／Ｂ（１１）
となる。流速ｖと流量Ｈとを換算する管係数ｋを用いて、流量Ｈは、

のように表される。

続いて、本実施例の炭酸泉生成装置１０における水の流れについて着目する。炭酸泉生成装置１０の流量換算の損失係数をｂ₂、圧力保持部１６の上流側直前における水圧をＰ₃とすると、水道本管８０と水道管８２との関係と同様に、

の関係が成り立つ。ここで、図５に示す様に水道本管８０、水道管８２、炭酸泉生成装置１０は連結されているので、式（１２）の流量Ｈと式（１３）の流量Ｈとは同一である。

また、圧力保持部１６の前後についてベルヌーイの定理を表す式（６）の左辺どうしは等しいことから、

の関係が成り立つ。ここで、圧力保持部１６の後ろ側（下流側）は大気圧＝０としている。上記（１２）式、（１３）式、および（１４）式より、Ｐ₂、Ｐ₃、Ｈはそれぞれ
Ｐ₂＝Ｐ₁−ｂ₁Ｈ² （１５）
Ｐ₃＝Ｐ₁−（ｂ₁＋ｂ₂）Ｈ² （１６）

のように得られる。ここでω＝８ρ／π²である。逆にｄ２について解けば、

のように得られる。右辺の分子分母をＨ²で除して、

この式（１８）および式（１９）は、ある流量Ｈを満たす様な圧力保持部１６の有効径を得るために用いることができる。

水道本管８０の圧力Ｐ₁、または水の流路の摩擦損失、具体的には水道管８２の損失係数ｂ１が一般的に家庭などの水道における値から大きく異なる場合には、次の２つの要件を満たす様に、（１５）式、（１６）式、（１９）式などにより、圧力保持部１６の有効径ｄ２を設定する必要がある。
・要件Ａ：水道管８２の水圧Ｐ₂を所定圧以上に維持する。
・要件Ｂ：流量Ｈを所定流量範囲となる様に制御する。
ここで、要件Ａにおける所定圧とは、後述する気泡供給弁３６および気泡供給停止弁３４の制御ポートに供給されることにより、それら気泡供給弁３６および気泡供給停止弁３４のオンオフを切り換えることができる最低の水圧である。また、要件Ｂにおける所定流量範囲とは、後述する二酸化炭素生成部２０、あるいは気泡注入部３０における二酸化炭素気泡の供給能力や、気泡溶解流路１２の長さなどに鑑みて、例えば１０００ｐｐｍ以上のように炭酸泉生成装置１０に要求される炭酸泉のＣＯ₂濃度を実現するために必要な水量（それ以上増やすと炭酸泉のＣＯ₂濃度が要求値よりも低くなってしまう水量）を流量の上限とし、また、二酸化炭素が水中で略飽和する際の水量を流量の下限としている。このように下限が設けられる理由は、炭酸泉において二酸化炭素が略飽和すると溶け切らなかった二酸化炭素気泡が大きな気泡となって炭酸泉中に存在し、無駄となってしまうためである。

本実施例においては、圧力保持部１６は薄板形状をなしており、図７に示す様に、可撓性のホースとしての気泡溶解流路１２と第１吐出部としてのシャワーヘッド１８とが接続される際に、その薄板形状の圧力保持部１６を挟んで接続されることによって設けられる。具体的には図７の例においては、気泡溶解流路１２の端部に設けられた接合部材７０にもうけられたねじ部とシャワーヘッド１８の端部に設けられたねじ部７６とが螺合させられて固定される際に、それら気泡溶解流路１２の端部とシャワーヘッド１８の端部との間に圧力保持部１６とその両側に設けられたＯリング７２、７４とが挟み込まれる様になっている。これら圧力保持部１６とＯリング７２、７４とは一体化された部材となっていてもよい。

さらに、圧力保持部１６としては、複数の異なる有効径の圧力保持部１６が用意されており、例えば使用者によって任意の１つを選択して取り付けられる様になっている。ここで、前記複数の異なる有効径の圧力保持部１６は、例えば、想定し得る水道本管８０の圧力Ｐ₁、水道管８２の損失係数ｂ₁および炭酸泉生成装置１０の損失係数ｂ₂について前述の要件Ａおよび要件Ｂを満たす様に定められ有効径ｄ₂とされている。

本発明の発明者らが調査および実験を行なったところ、上水道や給湯器から供給される水の量（流量Ｈ）は、５Ｌ／ｍｉｎ乃至３０Ｌ／ｍｉｎの範囲であることが判った。そのため、圧力保持部１６の有効径（流通面積）は、この範囲の流量の水が炭酸泉生成装置１０の注水管部４０に供給された場合において、上記要件Ａおよび要件Ｂを満たす様に定められている。なお、流量Ｈが５Ｌ／ｍｉｎを下回ると、一般的にシャワーヘッド１８からシャワー状に水を吐出することが困難となる可能性が高い。

図８は、ある圧力保持部の有効径の場合における、炭酸生成装置１０に供給される水の水量とそれに対応する生成される炭酸泉の水量との関係を説明する図である。図８に示す様に、供給する水量の増加に対して、生成される（吐出される）炭酸泉の量の増加は小さくなっている。これは、上述の様に気泡溶解流路１２に絞り部１４が設けられ、また圧力保持部１６が設けられる結果、気泡溶解流路１２を流れる水の流量は制限されるためである。そのため、本実施例の炭酸泉生成装置１０においては、炭酸泉生成装置１０に前記流量Ｈの範囲で水が供給される場合であっても、前記流量Ｈの範囲の上限の水が炭酸泉生成装置１０に供給される場合を想定して二酸化炭素気泡が発生させられれば、溶け切らずに剰余となる二酸化炭素気泡の量を少なくすることができる。逆に言えば、想定された水量よりも多くの水が炭酸泉生成装置１０に供給される場合であっても、生成される炭酸泉における二酸化炭素濃度の落ち込みは緩やかなものとなる。

本実施例の炭酸泉生成装置１０においては、気泡溶解流路１２は例えばホースなどの可撓性の管として設けられている。これにより、炭酸泉を吐出する第１吐出部１８にシャワーヘッドなどが設けられる場合において、後述する二酸化炭素生成部２０あるいは気泡注入部３０などが収容される筐体と第１吐出部１８とを連結する流路としてのホースが気泡溶解流路１２とすることができるので、炭酸泉生成装置１０の管路の長さを一層短くすることができ、炭酸泉生成装置１０をコンパクトにすることができる。

また、本実施例の炭酸泉生成装置１０には、気泡溶解流路１２に水流発電機５６が設けられている。この水流発電機５６は、気泡溶解流路１２に水が流れる場合に、その水によって回転させられるタービンなどによって発電が行なわれるものである。水流発電機５６にはＬＥＤ５８が電気的に接続されており、水流発電機５６が発電を行なう場合に発光することができる。これにより、気泡溶解流路１２に水が流れる場合にＬＥＤ５８が発光するので、後述する生成切換部４６によって炭酸泉の生成の有無が切り換え可能とされるような場合に、炭酸泉が生成されていることが視覚によって容易に確認し得る。

二酸化炭素生成部２０は、反応室２２を含んでいる。反応室２２には原料物質としてのタブレット２４が投入されて配置される。反応室２２には一度に複数のタブレット２４が積み重なる様に配置されてもよい。このタブレット２４は、例えば水に溶解反応することにより、二酸化炭素を発生する物質を含んでおり、具体的には例えば重曹、ソーダ灰、リンゴ酸、結合剤等などを含有して構成される。反応室２２は大気から密閉されており、発生した二酸化炭素が大気中に逃げない様になっている。

反応室２２へは前述の選択弁４８である三方弁から水が流入する一方、反応室２２に設けられた出口部２６から排出される。このとき、反応室２２におけるタブレット２４の浸漬水位が所望の値となるように出口部２６の位置が設定されている。すなわち、タブレット２４の浸漬水位を所望の値とすることで、タブレット２４と水との反応速度、すなわち二酸化炭素の生成速度を、炭酸泉生成装置１０において生成しようとする炭酸泉の濃度に応じたものとなるようにしている。

このようにしてタブレット２４が所定の水位まで浸漬されるので、所望の速度で水とタブレット２４とが反応し、二酸化炭素が発生する。発生した二酸化炭素は気泡として水中に混入した状態で、出口部２６から排出される。

気泡注入部３０は、その気泡注入部３０に接続された炭酸ガスボンベ３８から供給される二酸化炭素を炭酸泉生成装置１０内を流れる水に気泡として注入する。この気泡注入部３０は二酸化炭素の注入量を制御するための流量制御弁３２、気泡供給停止弁３４、気泡供給弁３６などを有して構成されている。炭酸ガスボンベ３８から供給された二酸化炭素は、流量制御弁３２、気泡供給停止弁３４、気泡供給弁３６を介して流れる様に配管が設けられており、さらに、気泡供給弁３６の先においては、水の流れる配管であって気泡溶解流路１２よりも上流側における接続部３７において接続されている。この第２供給部４４の接続部３７が二酸化炭素気泡の注入口に相当し、この接続部３７において水中に二酸化炭素気泡が注入される。

このうち、流量制御弁３２は炭酸ガスボンベ３８から供給される二酸化炭素の流量や圧力を調整するためのもので、その圧力は炭酸泉生成装置１０によって得ようとする炭酸泉の濃度や水量、気泡溶解流路１２の長さなどを考慮して設定される。

気泡供給停止弁３４は、流量制御弁３２によって圧力が調整された二酸化炭素の供給の有無を制御するためのいわゆるオンオフ弁である。この気泡供給停止弁３４の制御ポートには、第１供給部４２に接続された第１接続部３３の水圧が供給されるようになっている。気泡供給停止弁３４はノーマルオープン型の弁であって、制御ポートに所定の圧力が供給された場合に弁が閉じる一方、制御ポートに圧力が供給されない場合である通常時は弁が開くようになっている。すなわち、選択部４８が第１供給部４２側に水を流す様にされ、第１供給部４２に水圧が供給された場合には、気泡供給停止弁３４が閉じ、気泡注入部３０からの気泡の注入は行なわれないことになる。一方、選択部４８が第２供給部４４側に水を流すようにされる場合は、第１接続部３３、すなわち気泡供給停止弁３４の制御ポートに水圧がかからないので、気泡供給停止弁３４が開き、流量制御弁３２からの二酸化炭素を気泡供給弁３６へ通過させる。このようにすれば、第１供給部４２に水が流れる場合には、前述の二酸化炭素発生部２０による二酸化炭素の発生が行なわれるので、気泡注入部３０による二酸化炭素気泡の注入を重複して行なうことを自動的に防止することができる。

気泡供給弁３６は、気泡供給停止弁３４を通過した二酸化炭素の供給の有無を制御するためのいわゆるオンオフ弁である。この気泡供給弁３６の制御ポートには、生成切換部４６と第１吐出部１８との間を流れる水の水圧が供給されるようになっている。気泡供給弁３６はノーマルクローズ型の弁であって、制御ポートに所定の圧力が供給された場合に弁を開く一方、制御ポートに圧力が供給されない場合である通常時は弁が閉じるようになっている。具体的には、生成切換部４６が第１吐出部１８への通水を行なう様にされた場合、すなわち、炭酸泉の生成を行なうように設定された場合には、気泡供給弁３６が開き、気泡注入部３０からの気泡の注入が行なわれることになる。一方、生成切換部４６が第２吐出部５０への通水を行なう様にされる場合、すなわち、炭酸泉の生成を行なわないようにされる場合には、第２接続部３５における水圧から気泡制御弁３６へ供給される水圧がないので、気泡供給弁３６が閉じ、二酸化炭素が注入口３７へ供給されるのを停止する。このようにすれば、生成切換部４６から気泡溶解流路１２から第１吐出部１８へに水が供給される場合にのみ、気泡注入部３０による二酸化炭素気泡の注入が行なわれるので、炭酸泉の生成を行なう必要がない場合に二酸化炭素を消費することが防止される。なお、気泡供給弁３６と接続部３７との間には、逆止弁５２が設けられており、水が気泡供給弁３６に侵入することを防止している。

このように、本実施例の炭酸泉生成装置１０の気泡注入部３０においては、前記気泡供給停止弁３４と気泡供給弁３６とが直列に設けられているので、選択部４８によって第２供給部４４に通水され、かつ、生成切換部４６によって第１吐出部１８に通水される場合にのみ炭酸ガスボンベ３８から供給される二酸化炭素の気泡を水中に注入することができる。すなわち、選択部４８を第１供給部４２側に連通させ、生成切換部４６を第１吐出部１８側に連通させた場合には二酸化炭素生成部２０によって生成された二酸化炭素を利用した炭酸泉の生成が行なわれる。選択部４８を第２供給部４４側に連通させ、生成切換部４６を第１吐出部１８側に連通させた場合には気泡注入部３０によって炭酸ガスボンベ３８から供給される二酸化炭素を利用した炭酸泉の生成が行なわれる。さらに選択部４８を第２供給部４４側に連通させた場合であっても、生成切換部４６を第２吐出部５０側に連通させた場合には炭酸ガスボンベ３８からの二酸化炭素の供給が停止される。

本実施例の炭酸泉生成装置１０によれば、二酸化炭素気泡が混合された水が流れる気泡溶解流路１２を有し、その二酸化炭素気泡が水に溶解することによって炭酸泉を生成するものであって、気泡溶解流路１２は、二酸化炭素気泡を分断する少なくとも１個の絞り部１４と、気泡溶解流路１２の出力側端において気泡溶解流路１２内の水圧に保持する圧力保持部１６とを有し、気泡溶解流路１２の有効径は、気泡溶解流路１２を流れる水の流速ｖにおける気泡の粘性抵抗Ｒが、二酸化炭素気泡が該有効径である最大径Ｄとなる場合の二酸化炭素気泡の浮力Ｆ以上となるように定められ、気泡溶解流路１２の長さは、気泡溶解流路１２に流通させられた二酸化炭素気泡が混合された水において、二酸化炭素の濃度が所定濃度まで達するための溶解時間が確保されるように定められ、絞り部１４は、気泡溶解流路１２よりも有効径が小さくされており、圧力保持部１６は、炭酸泉生成装置１０内部の水圧を二酸化炭素気泡の溶解を促すことのできる圧力に維持するための通過面積を有している。このようにすれば、絞り部１４によって水中の二酸化炭素気泡が分断されるので二酸化炭素気泡と水との接触面積が増えるとともに、気泡溶解流路１２の有効径により気泡が滞留することなく流れるので、二酸化炭素気泡と水との接触時間を長くすることができる。また圧力保持部１６により、炭酸泉生成装置１０内部の水圧が二酸化炭素気泡の溶解を促すことのできる圧力に維持されるので、ポンプ等を設けるにより水圧を高めることなく二酸化炭素の水への溶解が促進される。さらに気泡溶解流路１２により、二酸化炭素気泡が混合された水は、二酸化炭素の濃度が所定濃度まで達するための溶解時間以上該気泡溶解流路に流通させられるので、所定濃度の炭酸泉が得られる。このように、一般的な上水道（例えば、配水管から給水管に分岐する箇所での配水管の最小動水圧が１５０ｋＰａを下らないように設計されたもの（水道施設の技術的水準を定める省令７条８項参照））に接続されるような場合に、二酸化炭素を水に溶かすためにポンプ等により水圧を高めることを要すことなく、シャワーヘッド１８から吐出される炭酸泉の圧力および水量（例えば、水量８〜１５Ｌ／ｍｉｎ、水圧０．０７ＭＰａ（各自治体の給水工事施行基準など参照））を確保できる。

本実施例の炭酸泉生成装置１０によれば、圧力保持部１６の通過面積は、炭酸泉生成装置１０に供給される水の流量が５Ｌ／ｍｉｎ乃至３０Ｌ／ｍｉｎの範囲である場合において、炭酸泉生成装置１０内部の水圧を二酸化炭素気泡の溶解を促すことのできる圧力に維持するように設定されているので、一般的に水道あるいは給湯装置によって供給される水量である５Ｌ／ｍｉｎ乃至３０Ｌ／ｍｉｎの範囲で水が供給される場合において、ポンプ等により水圧を高めることなく炭酸泉を生成することができる。

本実施例の炭酸泉生成装置１０によれば、最終絞り部１４によって分断された二酸化炭素気泡が、炭酸泉の吐出部としてのシャワーヘッド１８までの炭酸泉の流れを妨げるほど結合して大きくなることがないように、前記絞り部と前記炭酸泉の吐出部との距離が定められているので、最終絞り部１４によって細粒化された二酸化炭素気泡が溶け残った場合であっても、最終絞り部１４からシャワーヘッド１８までの炭酸泉の流路において、溶け残った気泡が分断され細粒化されたまま吐出部から吐出され、最終絞り部１４からシャワーヘッド１８までの炭酸泉の流路において溶け残った気泡が溜まって大きな気泡となり、その大きな気泡が一度に押し流されて吐出部を通過してゴボゴボという音が発生したり、あるいは水の流れが滞ったりするという、使用者に不快な感覚を与えることが防止できる。

本実施例の炭酸泉生成装置１０によれば、気泡溶解流路１２の長さは、気泡溶解流路１２に流通させられた二酸化炭素気泡が混合された水において、二酸化炭素の濃度が略飽和濃度まで達するための溶解時間が確保されるように定められているので、ポンプ等により水圧を高めることなく二酸化炭素の濃度が略飽和濃度である炭酸泉を生成することができる。

本実施例の炭酸泉生成装置１０によれば、圧力保持部１６の通過面積は変更可能とされているので、炭酸泉生成装置１０に供給される水の水量Ｈが異なる場合においても、圧力保持部１６の通過面積を変更することにより適切な通過面積を設定でき、ポンプ等により水圧を高めることなく炭酸泉を生成することができる。

本実施例の炭酸泉生成装置１０によれば、圧力保持部１６は、気泡溶解流路１２の有効径ｄ１よりも小さい有効径ｄ２を有するものであって、有効径の異なる複数の圧力保持部から選択的に取付可能とされている。このため、炭酸泉生成装置１０に流入する水の水圧Ｐ２や流量Ｈが異なる場合であっても、気泡溶解流路１２内の水圧Ｐ３が大気圧まで下がってしまうことが防止される。同時に、気泡供給弁３６、気泡供給停止弁３４を作動させるための水圧を確保することができるので、これら気泡供給弁３６、気泡供給停止弁３４によって気泡注入部３０の作動を好適に制御し得る。

本実施例の炭酸泉生成装置１０によれば、気泡溶解流路１２は、可撓性の管であるので、ホースなどの可撓性の管に気泡溶解流路１２を設けることができる。そのため、気泡溶解流路に加えて単なる配水のためにホースが設けられる場合に比べて、配管の長さを全体として短くすることができる。

本実施例の炭酸泉生成装置１０によれば、水と反応することにより二酸化炭素を発生する原料物質であるタブレット２４と水とを反応させて二酸化炭素を発生させる二酸化炭素生成部２０と、予め生成された炭酸ガスボンベ３８中の二酸化炭素を水中に気泡として注入する気泡注入部３０とを有しており、二酸化炭素気泡は、二酸化炭素生成部２０と気泡注入部３０とのいずれか一方が選択的に実行されることによって生成されたものである。このようにすれば、二酸化炭素気泡の発生源を二酸化炭素生成部２０と気泡注入部３０とのいずれかから選択することが可能になる。

本実施例の炭酸泉生成装置１０によれば、気泡溶解流路１２に水を供給するか否かを選択的に実行する炭酸泉生成切換部４６を含み、気泡注入部３０は、炭酸泉生成切換部４６により気泡溶解流路１２に水が供給された場合にのみ二酸化炭素の注入を可能とする気泡供給弁３６を有するので、炭酸泉を生成しない場合において気泡注入部３０からの二酸化炭素の注入を容易に停止することができる。

本実施例の炭酸泉生成装置１０によれば、二酸化炭素生成部２０に水を供給する第１供給部４２と、気泡注入部３０に水を供給する第２供給部４４と、第１供給部４２と第２供給部４４とのいずれか一方に選択的に水を供給する選択部４８とを含み、気泡注入部３０は、選択部４８により第１供給部４２に水が供給された場合には二酸化炭素の注入を停止する気泡供給停止弁３４を有するので、選択部４８により気泡注入部３０を用いるように選択された場合にのみ気泡注入部３０からの二酸化炭素の注入が行なわれる様に制御することが容易になる。

続いて、本発明の別の実施例について説明する。以下の説明において、実施例相互に共通する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図９乃至図１１は、本実施例の炭酸泉生成装置１０における二酸化炭素生成部のその他の実施態様を説明する図である。

図９の二酸化炭素生成部１２０は、前述の実施例１の二酸化炭素生成部２０に対応するものであり、その出口部１２６が前述の実施例の二酸化炭素生成部２０の出口部２６にくらべて上方に設けられている点で異なる。このようにすれば反応室２２においてより高い高さまで水位が上昇するので、より多くのタブレット２４が水に浸漬し、二酸化炭素の発生量を増やすことができる。また、図９に示す様に、タブレット２４を縦方向に積み重ねて配置することにより、複数のタブレット２４を同時に浸漬させることも可能となる。

図１０の二酸化炭素生成部１３０は、前述の実施例１の二酸化炭素生成部２０に対応するものであり、反応室２２と水の流れにおいて並列となるようにバイパス流路１３４が設けられている。このようにすれば、選択部４８によって第１供給部４２に流通させられる水の一部はそのバイパス流路１３４を通過するので、反応室２２を通過することがない。そのため、反応室２２を通過する水の水量はバイパス流路１３４がない場合にくらべて減少する。タブレット２４の水への浸漬量は小さくなり、二酸化炭素の発生量を減少させることができる。

図１１の二酸化炭素生成部１４０は、前述の実施例１の二酸化炭素生成部２０に対応するものであり、図１０の二酸化炭素生成部１３０と同様に、反応室２２と水の流れにおいて並列となるようにバイパス流路１３４が設けられている点で共通する。さらに図１１の二酸化炭素生成部１４０においては、反応室２２へ水を供給する流路において、その流路の水の流量を制御するための流量制御弁１４６が設けられている。この流量制御弁１４６を制御することにより、図１０の二酸化炭素生成部１３０の例に比べてさらに反応室２２に流れ込む水の量を減少させることができるので、発生する二酸化炭素の量を減少させるように制御できる。なお、図１１の例においては流量制御弁１４６はバイパス流路１３４との分岐の下流側に設けられているが、このような態様に限られず、バイパス流路１３４が分岐する位置よりも上流側に設けられてもよい。

本実施例の炭酸泉生成装置１０によれば、原料物質は所定形状の固形物であるタブレット２４として用いられ、二酸化炭素生成部２０は、大気に対して密閉され、タブレット２４と水とが反応させられる反応室２２を含み、反応室２２に供給される水量を調節可能とするとともに、反応室２２におけるタブレット２４の浸漬水位を調節可能とすることにより、タブレット２４の反応時間が制御可能とされているので、二酸化炭素生成部２０における二酸化炭素の生成量を好適に制御することができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例においては、二酸化炭素気泡を水中に注入するための二酸化炭素生成部２０および気泡注入部３０の両方が設けられたが、必ずしも両方が必要ではなく、いずれか一方と前述の気泡溶解流路１２を備えていれば、ポンプなどによる加圧を要せずに炭酸泉の生成を行なうことができるとともに、炭酸泉発生装置１０の小型化できるという本発明の効果を発揮し得る。

前述の実施例においては、気泡溶解流路１２は可撓性の管に設けられるとされたが、これに限定されない。一定の形状を有する配管に気泡溶解流路１２が設けられても差し支えない。この場合、気泡溶解流路１２は炭酸泉生成装置１０の筐体内に設けられてもよい。また、その一定の形状を有する配管に気泡溶解流路１２が設けられる場合は可撓性の管は必須の要件ではない。さらに、第１吐出部１８にはシャワーヘッドが設けられる例が示されたが、これに限定されるものではなく、シャワーヘッドは必須の要件ではない。

前述の実施例においては、気泡溶解流路１２において絞り部１４は複数設けられたがこれに限定されない。気泡溶解流路１２において絞り部１４が少なくとも１つ設けられれば本願の効果を生じ得る。

前述の実施例においては、圧力保持部１６の形状は円状、スリット状の開口の例が示されたが、このような形状に限られない。気泡溶解流路１２に大気が入り込まない条件を満たす限り形状は限定されない。

また前述の実施例においては、生成切換部４６から第１吐出部１８までの流路において水流発電機５６、ＬＥＤ５８が設けられたが、これらは必須の要件では無く、設けられない場合であっても本発明の効果は得られる。

また前述の実施例においては、出口部２６は、図１、図７などに示す様に所定の高さに設けられていたが、これに限定されない。例えば、複数の高さに設けられた出口部のうちいずれか１つが選択的に開口されるなどの方法によりその高さが変更可能とされてもよい。

また前述の実施例においては、注入部３７は選択部４８と生成切換部４６との間の配管に設けられたが、これに限定されない。第２供給部４４から気泡溶解流路１２の手前までであれば同様の効果を生ずる。

また、前述の実施例においては、圧力保持部１６は、気泡溶解流路１２の端部とシャワーヘッド１８との間にＯリング７２、７４により挟み込まれて取り付けられたが、これに限られず、炭酸泉の水漏れ、あるいは外部からの空気の流入を防止するものであればＯリングに限定されない。

また、前述の実施例においては、圧力保持部１６は、有効径の異なる複数の圧力保持部１６のうちから選択された１つが取り付けられることにより、その通過面積が変更可能とされたが、このような態様に限定されない。具体的には例えば、圧力保持部として、その通過面積すなわち有効径が連続的に変更可能なバルブが圧力保持部として設けられてもよい。

また、前述の実施例においては、炭酸泉生成装置１０に流入する水量Ｈのもとで前記要件ＡおよびＢを満たす様に圧力保持部１６の有効径（通過面積）が変更されたが、このような態様に限られない。例えば、圧力保持部１６の有効径に替えて、あるいはそれに加えて、二酸化炭素生成部２０、あるいは気泡注入部３０によって発生させられる二酸化炭素気泡の量を、前記要件ＡおよびＢを満たす様に設定してもよい。このようにすれば、前述の実施例と同様に、上記流量の水に対して、溶け切らず無駄になってしまう二酸化炭素気泡を可及的少なくすることができる一方、炭酸泉生成装置１０に要求される二酸化炭素濃度を満たす炭酸性を得ることができる。

なお、前述の実施例においては水温についての言及は行なわなかったものの、生成する炭酸泉の温度、あるいは炭酸泉生成装置１０に供給される水の温度を考慮して炭酸泉生成装置１０の設計、具体的には気泡溶解流路１２の長さや、二酸化炭素生成部２０、気泡注入部３０による二酸化炭素の注入量などが変更されてもよい。すなわち、二酸化炭素気泡は水温が高いほど溶けにくくなることから、水温が高いほど気泡溶解流路１２の長さを長くしたり、あるいは二酸化炭素生成部２０、気泡注入部３０によって発生される二酸化炭素の量を減らしたりすることが可能である。このようにすれば、水温が高い場合であっても炭酸泉における二酸化炭素濃度を確保することができたり、あるいは、溶け切れず無駄となる二酸化炭素を減らすことができる。

前述の実施例においては、炭酸泉生成装置１０に要求される炭酸泉の二酸化炭素濃度が１０００ｐｐｍである場合の例について説明したが、これに限定されるものではない。一般に浴用に用いられる炭酸泉は高濃度のものであるほど好ましいので、二酸化炭素濃度が略飽和する濃度の炭酸泉を生成する様にすることもできる。ここで、略飽和する濃度（略飽和濃度）とは、飽和濃度にほぼ達しているとみなすことのできる濃度をいうものであり、例えば飽和濃度の９５％程度以上のように定められるものであって、飽和濃度を含む概念であってもよい。これは、飽和濃度付近では溶解速度が著しく低下するため、それ以上濃度を高めることはそれまでよりも相当な時間を要する一方、前記飽和濃度に略達しているとみなすことのできる濃度であれば、飽和濃度である場合に準じる効果が得られるので、これらを考慮して設定される濃度である。この場合、前述の様に炭酸泉生成装置１０に供給される水の水温によって二酸化炭素の溶解量が異なるので、これを考慮して炭酸泉生成装置１０の設計を行なうことができる。

本発明の炭酸泉生成装置の構成の一例を説明する図である。水中の気泡が滞留することなく流れるための気泡溶解流路の管径（有効径）とその流量との関係を説明する図である。気泡溶解流路における絞り部を含む部分の断面を説明する図である。絞り部の有効径に対する、気泡溶解流路の絞り部のない部分と絞り部との圧力差を説明する図である。圧力保持部およびそれに隣接する気泡溶解流路における各変数を説明する図である。圧力保持部とそれに隣接する気泡溶解流路との圧力差と、圧力保持部の最大径との関係として表した図である。圧力保持部の構成の一例を説明する図である。炭酸泉生成装置に供給される水量と炭酸泉の生成量との関係を説明する図である。本発明の別の実施例における二酸化炭素生成部の構造の一例を説明する図である。本発明のさらに別の実施例における二酸化炭素生成部の構造の一例を説明する図である。本発明のさらに別の実施例における二酸化炭素生成部の構造の一例を説明する図である。

１０：炭酸泉生成装置
１２：気泡溶解流路
１４：絞り部
１６：圧力保持部
２０、１２０、１３０、１４０：二酸化炭素生成部
２２：反応室
２４：タブレット
２６：出口部
３０：気泡注入部
３４：気泡供給停止弁
３６：気泡供給弁
３７：注入口
４０：注水管部
４２：第１供給部
４４：第２供給部
４６：炭酸泉生成切換部
４８：選択部

かかる目的を達成するための、第１の発明の特徴とするところは、（ａ）二酸化炭素気泡が混合された水が流れる気泡溶解流路を有し、該気泡溶解流路において該二酸化炭素気泡が該水に溶解することによって炭酸泉を生成する炭酸泉生成装置であって、（ｂ）予め生成された二酸化炭素を収容する炭酸ガスボンベと、（ｃ）該炭酸ガスボンベ中の二酸化炭素を水中に気泡として注入する気泡注入部とを有し、（ｄ）前記気泡注入部は、前記気泡溶解流路に水が供給された場合に該気泡溶解流路の水圧により前記二酸化炭素の注入を可能とする気泡供給弁を有することにある。

このようにすれば、二酸化炭素気泡が混合された水が流れる気泡溶解流路を有し、該気泡溶解流路において該二酸化炭素気泡が該水に溶解することによって炭酸泉を生成する炭酸泉生成装置において、前記気泡溶解流路に水が供給される場合において、該気泡溶解流路の水圧を用いて前記気泡供給弁により前記炭酸ガスボンベから二酸化炭素を前記気泡溶解流路に供給され、炭酸泉を生成しない場合において気泡注入部からの二酸化炭素の注入を容易に停止することができる。

好適には、前記気泡溶解流路は、前記二酸化炭素気泡を分断する少なくとも１個の絞り部と、該気泡溶解流路の出力側端において前記流路内の水圧に保持する圧力保持部とを有し、該気泡溶解流路の有効径は、該気泡溶解流路を流れる前記水の流速における気泡の粘性抵抗が、前記二酸化炭素気泡が該有効径である最大径となる場合の前記二酸化炭素気泡の浮力以上となるように定められ、該気泡溶解流路の長さは、該気泡溶解流路に流通させられた前記二酸化炭素気泡が混合された水において、二酸化炭素の濃度が所定濃度まで達するための溶解時間が確保されるように定められ、前記絞り部は、前記気泡溶解流路よりも有効径が小さくされており、前記圧力保持部は、該炭酸泉生成装置内部の水圧を前記二酸化炭素気泡の溶解を促すことのできる圧力に維持するための通過面積を有するものである。このようにすれば、前記絞り部によって水中の二酸化炭素気泡が分断されるので二酸化炭素気泡と水との接触面積が増えるとともに、前記気泡溶解流路の有効径により気泡が滞留することなく流れるので、二酸化炭素気泡と水との接触時間を長くすることができる。また圧力保持部により、炭酸泉生成装置内部の水圧が二酸化炭素気泡の溶解を促すことのできる圧力に維持されるので、ポンプ等により水圧を高めることなく二酸化炭素の水への溶解が促進される。さらに気泡溶解流路により、二酸化炭素気泡が混合された水は、二酸化炭素の濃度が所定濃度まで達するための溶解時間以上該気泡溶解流路に流通させられるので、所定濃度の炭酸泉が得られる。

また好適には、前記圧力保持部の通過面積は、前記炭酸泉生成装置に供給される水の流量が５Ｌ／ｍｉｎ乃至３０Ｌ／ｍｉｎの範囲である場合において、該炭酸泉生成装置内部の水圧を前記二酸化炭素気泡の溶解を促すことのできる圧力に維持するように設定されている。このようにすれば、一般的に水道あるいは給湯装置によって供給される水量である５Ｌ／ｍｉｎ乃至３０Ｌ／ｍｉｎの範囲で水が供給される場合において、ポンプ等により水圧を高めることなく炭酸泉を生成することができる。さらに好適には、前記絞り部によって分断された前記二酸化炭素気泡が、炭酸泉の吐出部までの炭酸泉の流れを妨げるほど結合して大きくなることがないように、前記絞り部と前記炭酸泉の吐出部との距離が定められること、を特徴とする。このようにすれば、絞り部によって細粒化された二酸化炭素気泡が溶け残った場合であっても、絞り部から吐出部までの炭酸泉の流路において、溶け残った気泡が分断され細粒化されたまま吐出部から吐出される。そのため絞り部から吐出部までの炭酸泉の流路において溶け残った気泡が溜まって大きな気泡となり、その大きな気泡が一度に押し流されて吐出部を通過してゴボゴボという音が発生したり、あるいは水の流れが滞ったりするという、使用者に不快な感覚を与えることが防止できる。

また好適には、該気泡溶解流路の長さは、該気泡溶解流路に流通させられた前記二酸化炭素気泡が混合された水において、二酸化炭素の濃度が略飽和濃度まで達するための溶解時間が確保されるように定められる。このようにすれば、ポンプ等により水圧を高めることなく二酸化炭素の濃度が略飽和濃度である炭酸泉を生成することができる。

また好適には、前記圧力保持部の通過面積は変更可能とされている。このようにすれば、炭酸泉生成装置に供給される水の水量が異なる場合においても、前記圧力保持部の通過面積を変更することにより適切な通過面積を設定でき、ポンプ等により水圧を高めることなく炭酸泉を生成することができる。

また好適には、前記圧力保持部は、前記気泡溶解流路の有効径よりも小さい有効径を有するものであって、有効径の異なる複数の圧力保持部から選択的に取付可能とされている。このようにすれば、前記炭酸泉生成装置に流入する水の水圧や水量が異なる場合であっても、前記気泡溶解流路内の水圧が大気圧まで下がってしまうことが防止される。また、前記第１の発明と組み合わせて用いられる場合には、前記気泡溶解流路内の水圧が大気圧まで下がってしまうことを防止しつつ、気泡供給弁、気泡供給停止弁を作動させるための水圧を確保することができる。

また好適には、前記気泡溶解流路は、可撓性の管である。このようにすれば、例えばホースなどの可撓性の管に気泡溶解流路を設けることができる。そのため、気泡溶解流路に加えて単なる配水のためにホースが設けられる場合に比べて、配管の長さを全体として短くすることができる。

Claims

二酸化炭素気泡が混合された水が流れる気泡溶解流路を有し、該二酸化炭素気泡が該水に溶解することによって炭酸泉を生成する炭酸泉生成装置であって、
該気泡溶解流路は、前記二酸化炭素気泡を分断する少なくとも１個の絞り部と、該絞り部よりも該気泡溶解流路の下流側に設けられ、前記気泡溶解流路内の水圧を保持する圧力保持部とを有し、
該気泡溶解流路の有効径は、該気泡溶解流路を流れる前記水の流速における気泡の粘性抵抗が、前記二酸化炭素気泡が該有効径である最大径となる場合の前記二酸化炭素気泡の浮力以上となるように定められ、
該気泡溶解流路の長さは、該気泡溶解流路に流通させられた前記二酸化炭素気泡が混合された水において、二酸化炭素の濃度が所定濃度まで達するための溶解時間が確保されるように定められ、
前記絞り部は、前記気泡溶解流路よりも有効径が小さくされており、
前記圧力保持部は、該炭酸泉生成装置内部の水圧を前記二酸化炭素気泡の溶解を促すことのできる圧力に維持するための通過面積を有するものであること、
を特徴とする炭酸泉生成装置。
前記圧力保持部の通過面積は、前記炭酸泉生成装置に供給される水の流量が５Ｌ／ｍｉｎ乃至３０Ｌ／ｍｉｎの範囲である場合において、該炭酸泉生成装置内部の水圧を前記二酸化炭素気泡の溶解を促すことのできる圧力に維持するように設定されていること
を特徴とする請求項１に記載の炭酸泉生成装置。
前記絞り部によって分断された前記二酸化炭素気泡が、炭酸泉の吐出部までの炭酸泉の流れを妨げるほど結合して大きくなることがないように、前記絞り部と前記炭酸泉の吐出部との距離が定められること
を特徴とする請求項１または２に記載の炭酸泉生成装置。
該気泡溶解流路の長さは、該気泡溶解流路に流通させられた前記二酸化炭素気泡が混合された水において、二酸化炭素の濃度が略飽和濃度まで達するための溶解時間が確保されるように定められていること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の炭酸泉生成装置。
前記圧力保持部の通過面積は変更可能とされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の炭酸泉生成装置。
前記圧力保持部は、通過面積の異なる複数の圧力保持部から選択的に取付可能とされていること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の炭酸泉生成装置。
前記気泡溶解流路は、可撓性の管であること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の炭酸泉生成装置。
水と反応することにより二酸化炭素を発生する原料物質と水とを反応させて二酸化炭素を発生させる二酸化炭素生成部と、
予め生成された二酸化炭素を水中に気泡として注入する気泡注入部とを有し、
前記二酸化炭素気泡は、該二酸化炭素生成部と該気泡注入部とのいずれか一方が選択的に実行されることによって生成されたものであること、
を特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の炭酸泉生成装置。
前記原料物質は所定形状の固形物であり、
前記二酸化炭素生成部は、大気に対して密閉され、前記原料物質と水とが反応させられる反応室を含み、
前記反応室に供給される水量を調節可能とするとともに、該反応室における前記原料物質の浸漬水位を調節可能とすることにより、前記原料物質の反応時間を制御可能としたこと
を特徴とする請求項８に記載の炭酸泉生成装置。
前記気泡溶解流路に水を供給するか否かを選択的に実行する炭酸泉生成切換部を含み、
前記気泡注入部は、該炭酸泉生成切換部により前記気泡溶解流路に水が供給された場合にのみ前記二酸化炭素の注入を可能とする気泡供給弁を有すること、
を特徴とする請求項８または９に記載の炭酸泉生成装置。
前記二酸化炭素生成部に前記水を供給する第１供給部と、前記気泡注入部に前記水を供給する第２供給部と、該第１供給部と第２供給部とのいずれか一方に選択的に前記水を供給する選択部とを含み、
前記気泡注入部は、該選択部により前記第１供給部に水が供給された場合には前記二酸化炭素の注入を停止する気泡供給停止弁を有すること、
を特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１に記載の炭酸泉生成装置。