JP2015182061A - 炭酸水製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧用のタンクやポンプを不要として低コストで効率的にガスボリュームの大きな炭酸水を製造することのできる炭酸水製造方法および装置を提供する。【解決手段】略円筒状の密封容器１を中心軸が略鉛直方向となるように配置する手順と、前記密封容器の内部に飲料水を供給する手順と、前記密封容器の内部に加圧状態の二酸化炭素ガスを供給する手順と、前記密封容器の底部近傍に配置されるとともに前記密封容器の外部との機械的な接続がない回転部材４３を磁力により回転駆動する手順と、前記回転部材により飲料水を回転させて遠心力により飲料水が前記密封容器の内壁に沿って上昇するとともに前記密封容器の内部を循環するようにして、飲料水の表面積を増大させて二酸化炭素ガスを効率的に飲料水中に溶解させる手順とを有するものである。【選択図】図１

Description

この発明は、カクテル等の炭酸アルコール飲料やソフトドリンク等の炭酸飲料に使用するための炭酸水の製造方法および装置に関し、さらに詳しくは、高圧用のタンクやポンプを不要として低コストで効率的に炭酸水を製造することのできる炭酸水製造方法および装置に関するものである。

近年、アルコール飲料やアルコールを含まないソフトドリンク等の飲料に対する嗜好が多様化してきており、飲食店、飲料店において各種のカクテル等のアルコール飲料やソフトドリンク等を調合することも盛んに行われるようになっている。このような各種の飲料の調合には炭酸水が頻繁に使用される。このような飲食店において、低コストで炭酸水を製造することのできる炭酸水の製造装置が求められていた。

なお、家庭用の安価な炭酸水の製造器具が販売されているが、このような家庭用の器具によって製造される炭酸水は、水に溶解している二酸化炭素ガスの割合が小さく業務用の炭酸水としては使用できない。炭酸水における二酸化炭素ガスの溶解量は、一般にガスボリュームとして表示されている。ガスボリュームとは、所定体積の水に溶解している二酸化炭素ガスの体積と溶媒である水の体積との比の値である。この体積は標準温度（１５．６℃）、標準圧力（１気圧）における値である。

家庭用の炭酸水の製造器具では、せいぜいガスボリューム２．０程度以下までの炭酸水（水の２倍以下の体積の二酸化炭素ガスが溶解したもの）しか作ることができない。業務用の炭酸水としてはガスボリューム５．０以上の炭酸水（水の５倍以上の体積の二酸化炭素ガスが溶解したもの）が必要である。

このような業務用の炭酸水の製造装置としては、下記の特許文献１のようなものが公知である。特許文献１には、高耐圧のタンク内に加圧状態の二酸化炭素ガスを供給した状態で、タンク上部の噴射ノズルから飲料水を噴射供給し、飲料水に二酸化炭素ガスを溶解させて炭酸水を製造する炭酸水ディスペンサが記載されている。

このような炭酸水の製造装置によって、ガスボリューム５．０以上の炭酸水を製造するためには、タンク内に圧力が１ＭＰａ程度（１０気圧程度）の二酸化炭素ガスを供給した状態で、タンク内に飲料水を噴射供給する必要がある。このため、飲料水を供給するためのポンプはタンク内の圧力よりも高圧で供給可能なものが必要となる。また、水に対する二酸化炭素ガスの吸収係数（ガスボリューム）は水の温度が低温であるほど大きくなるので、ガスボリュームの大きな炭酸水を製造するためには、噴射供給する飲料水を事前にできるだけ低温に冷却しておく必要がある。

特開２００１−１３０６９７号公報

従来の業務用炭酸水の製造装置は、タンクとして１ＭＰａ程度の高圧に十分耐えられる高耐圧タンクが必要であり、さらに、飲料水を供給するためのポンプとしてもそれ以上の高圧で飲料水を噴射可能な高圧ポンプが必要であった。また、タンクに噴射供給する飲料水を事前に冷却するための冷却装置も必要になっていた。このため、業務用炭酸水の製造装置は、初期導入コストが高いものであった。また、高耐圧タンクや高圧ポンプを安全に持続的に運転するための保守管理コストも高いものであった。

このように、従来の業務用炭酸水の製造装置では、初期導入コストや保守管理コストが高額であるという問題点があった。このため、小規模の飲食店では炭酸水の製造装置を導入することが難しかった。また、炭酸水のコスト低減に対する障害となっていた。

そこで、本発明は、高圧用のタンクやポンプを不要として低コストで効率的にガスボリュームの大きな炭酸水を製造することのできる炭酸水製造方法および装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の炭酸水製造方法は、略円筒状の密封容器を中心軸が略鉛直方向となるように配置する手順と、前記密封容器の内部に飲料水を供給する手順と、前記密封容器の内部に加圧状態の二酸化炭素ガスを供給する手順と、前記密封容器の底部近傍に配置されるとともに前記密封容器の外部との機械的な接続がない回転部材を磁力により回転駆動する手順と、前記回転部材により飲料水を回転させて遠心力により飲料水が前記密封容器の内壁に沿って上昇するとともに前記密封容器の内部を循環するようにして、飲料水の表面積を増大させて二酸化炭素ガスを効率的に飲料水中に溶解させる手順とを有するものである。

また、上記の炭酸水製造方法において、前記密封容器は、冷却手段によって外部から冷却可能なものであり、前記冷却手段によって前記密封容器の内壁に付着する氷層を形成し、当該氷層によって飲料水を冷却する手順を有するものとすることができる。

また、上記の炭酸水製造方法において、前記密封容器は、容器内部に氷塊を保持する氷塊保持部を備えたものであり、前記氷塊保持部に保持した前記氷塊によって飲料水を冷却する手順を有するものとすることができる。

また、本発明の炭酸水製造装置は、略円筒状に形成され、中心軸が略鉛直方向となるように配置された密封容器と、前記密封容器の内部に加圧状態の二酸化炭素ガスを供給するガス供給パイプと、前記密封容器の底部近傍に配置されるとともに前記密封容器の外部との機械的な接続がなく、磁力により回転駆動することが可能な回転部材と、前記密封容器の外部に配置され、前記回転部材を磁力により回転駆動する回転駆動部と有するものである。

また、上記の炭酸水製造装置において、前記密封容器を外部から冷却する冷却部を有するものとすることができる。

また、上記の炭酸水製造装置において、前記冷却部によって前記密封容器の内壁に付着して形成される氷層の厚さを検出する氷層厚検出器と、前記氷層の厚さが所定の範囲内となるように前記冷却部を制御する冷却制御部とを有することが好ましい。

また、上記の炭酸水製造装置において、前記密封容器の内部に飲料水を供給する水供給パイプと、前記水供給パイプから供給される飲料水の供給を開閉する開閉弁と、前記密封容器内に二酸化炭素ガスを供給する状態と前記密封容器内の二酸化炭素ガスを外部に放出する状態とを切り換える切替弁とを有し、前記開閉弁および前記切替弁は、互いに連動して状態を変更可能なものであり、前記開閉弁を開状態として飲料水を供給する場合には、前記切替弁は前記密封容器内の二酸化炭素ガスを外部に放出する状態となり、前記切替弁が前記密封容器内に二酸化炭素ガスを供給する状態となる場合には、前記開閉弁は閉状態となるものであることが好ましい。

また、上記の炭酸水製造装置において、前記密封容器内部の飲料水の水位を検出する水位検出器と、前記水位検出器の検出信号により前記開閉弁の開閉状態を切り換えて前記密封容器内の水位を制御する水位制御部とを有することが好ましい。

また、上記の炭酸水製造装置において、前記密封容器は、内部に氷塊を保持する氷塊保持部を備えたものとすることができる。

また、上記の炭酸水製造装置において、前記密封容器の内部に飲料水を供給する水供給パイプと、前記水供給パイプから供給される飲料水の供給を開閉する開閉弁と、前記密封容器内に二酸化炭素ガスを供給する状態と前記密封容器内の二酸化炭素ガスを外部に放出する状態とを切り換える切替弁とを有し、前記開閉弁および前記切替弁は、互いに連動して状態を変更可能なものであり、前記開閉弁を開状態として飲料水を供給する場合には、前記切替弁は前記密封容器内の二酸化炭素ガスを外部に放出する状態となり、前記切替弁が前記密封容器内に二酸化炭素ガスを供給する状態となる場合には、前記開閉弁は閉状態となるものであることが好ましい。

また、上記の炭酸水製造装置において、前記密封容器は、底部の中央部が周辺部より上方に突出した形状に形成されたものであることが好ましい。

また、上記の炭酸水製造装置において、前記密封容器から炭酸水を注出する注出部を有し、前記注出部は、炭酸水を減圧して注出するための燒結金属からなるフィルターを備えたものであることが好ましい。

また、上記の炭酸水製造装置において、前記密封容器内部の飲料水または炭酸水の水位を表示する水位表示部を有することが好ましい。

本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。

本発明によれば、短時間で効率よく飲料水に二酸化炭素ガスを溶解させることができ、短時間でガスボリューム５．０以上の高濃度の炭酸水を製造することができる。また、炭酸水製造装置のコストを大幅に低減できるとともに、炭酸水の製造コストを大幅に低減できる。

図１は、本発明の第１の形態の炭酸水製造装置１０１の構成を示す図である。 図２は、第２の形態の炭酸水製造装置１０２の構成を示す図である。 図３は、第３の形態の炭酸水製造装置１０３の構成を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の形態の炭酸水製造装置１０１の構成を示す図である。炭酸水製造装置１０１の主要部は、密封容器１と回転駆動部４とからなり、これらは断面図で示されている。密封容器１は略円筒状に形成されており、その中心軸が略鉛直方向となるように配置されている。密封容器１の内部には回転部材４３が配置されており、この回転部材４３は磁力を利用した回転駆動部４によって回転駆動することができる。密封容器１は回転駆動部４の上面に載置されている。

密封容器１の上部には広口の開口部１１が設けられている。開口部１１には蓋部材１２がねじ込まれて固定されており、開口部１１と蓋部材１２の間はパッキンによって封止されている。密封容器１は内部に加圧された二酸化炭素ガスが導入されても漏れのない密封状態を保つことができる。密封容器１はステンレス鋼の薄板から成形されたほぼ円筒状の有底の容器である。密封容器１の底部は中央部が周辺部より上方に突出して形成されている。突出した中央部の上面は平坦である。

密封容器１の底部の中央部が上方に突出しているので、回転部材４３の回転に対する底部の摩擦力が減少する。また、回転部材４３が底部の周辺部よりも上方に支持されることになるので、回転部材４３に回転による飲料水への回転力の付与が効率的に行われる。この回転部材４３は密封容器１の底部の中央部上に載置されているだけであり、密封容器１の外部との機械的な接続は全くない。回転部材４３は棒状の形状であり、例えば、四角柱形状の角棒を横倒しにして配置する。

回転部材４３は永久磁石によって構成されており、密封容器１の外部から回転磁界を印加することによって回転部材４３を回転駆動することができる。密封容器１の下方に配置された回転駆動部４は、密封容器１の底面側から回転磁界を印加するものである。回転駆動部４の内部には電動モータ４１によって回転される永久磁石４２が設けられている。この永久磁石４２の回転により回転磁界が作られる。回転磁界の回転速度は電動モータ４１の回転速度によって変更可能である。

制御部５は、電動モータ４１の駆動制御を行うものであり、電動モータ４１の回転速度によって回転磁界の回転速度を制御している。すなわち、制御部５によって回転部材４３の回転速度が制御されており、回転部材４３を任意の回転速度で回転させることができる。回転部材４３が磁力によって回転駆動されるため、回転部材４３を駆動するための機械的な構造が不要となり、このような機械的な構造が密封容器１を貫通することによる封止性能の低下や製造コストの上昇をなくすことができる。

注出部２は密封容器１内部の炭酸水をグラス等に注出するためのものである。注出部２から注出される炭酸水は密封容器１の底部近傍から流出される。注出部２のコック等を操作することにより、密封容器１内の炭酸水がグラス等に注出できる。密封容器１の内部は二酸化炭素ガスで加圧された状態なので、注出部２のコックを開けるだけで炭酸水が注出される。また、注出部２には燒結金属からなるフィルター２１が設けられている。燒結金属のフィルター２１は極めて微細な多孔性構造をしており、炭酸水はフィルター２１を通過する際に適圧に減圧されてグラス等に注出される。

蓋部材１２には、二酸化炭素ガスを密封容器１内に供給するためのガス供給パイプ８が設けられている。ガス供給パイプ８はボンベ９に接続されており、ボンベ９から二酸化炭素ガスが供給される。ボンベ９から供給される二酸化炭素ガスは減圧弁９１によって適宜の圧力に調整される。

水位表示部３は、密封容器１の内部の飲料水や炭酸水の水位を外部から確認するためのものである。水位表示部３は少なくとも一部が透明な材料で形成されたパイプ状の構造であり、密封容器１の内部と密封状態を保って接続されている。水位表示部３に付された目盛により内部の水位が確認できる。

また、密封容器１は断熱部材１３によって覆われており、内部の低温の炭酸水の温度上昇を防止している。なお、ここでは表示を省略しているが、密封容器１から注出部２までのパイプの外周にも断熱部材を配置することが望ましい。

次に、炭酸水製造装置１０１を使用した炭酸水の製造手順について説明する。まず、飲料水をできるだけ低温に冷却する。二酸化炭素ガスの吸収係数（ガスボリューム）は水の温度が低温であるほど大きくなるので、飲料水を凍らない程度にできるだけ低温に冷却することが好ましい。そして、密封容器１の開口部１１から蓋部材１２を取り外し、密封容器１の内部に冷却した飲料水を投入する。なお、投入した飲料水の水位は容器収容部の高さの４〜５割程度とする。

次に、密封容器１の開口部１１に蓋部材１２を取り付け密封状態とする。注出部２のコックは閉じた状態としておく。そして、ボンベ９の減圧弁９１によって二酸化炭素ガスの圧力を適宜圧力（０．５〜１ＭＰａ）に調整し、開閉弁８１を開いてガス供給パイプ８から密封容器１内に二酸化炭素ガスを供給する。

次に、密封容器１の内部を二酸化炭素ガスによる加圧状態としたまま、回転駆動部４により回転部材４３を回転駆動する。回転部材４３が回転すると、密封容器１内部の飲料水も同方向に回転して渦巻き状態となる。飲料水は遠心力によって容器の外側に向かって移動するため、図１の点線で示すように、密封容器１の内壁面に沿って上昇することになる。それと同時に密封容器１の中心軸の近傍では水面が下降する。

また、密封容器１の内壁面に沿って上昇した飲料水は、その後、矢印で示すように密封容器１の中央部下方に向かって落下してくる。このように、飲料水は回転部材４３の回転に伴い、渦巻き状態となって下方から上方へ、また上方から下方へと激しく循環することとなる。加圧状態の二酸化炭素ガスの中で、飲料水がこのような激しい循環を繰り返すので、飲料水の表面積も著しく増加し、二酸化炭素ガスが飲料水中に効率的に溶解することになる。

回転部材４３を回転させた状態で５分程度経過すると、飲料水に二酸化炭素ガスが十分に溶解してガスボリューム５．０以上の炭酸水となる。なお、回転部材４３の回転速度は、上記のように飲料水が密封容器１の内壁面に沿って上昇し、渦巻き状態で上下に激しく循環する状態となるような回転速度とする。飲料水がこのような状態となる回転部材の回転速度は、密封容器の直径にも関係するが、例えば、直径１３０ｍｍの密封容器ではこの回転速度は１５００ｒｐｍほどである。

必要なガスボリューム値の炭酸水が得られる時間が経過したら、回転部材４３の回転を停止させる。そして、注出部２のコックを開いて炭酸水をグラス等に注出する。注出によって密封容器１内の炭酸水が減少するが、炭酸水の水位は水位表示部３によって確認できる。

炭酸水の量が下限値まで減少したら、注出部２のコックを閉じ、開閉弁８１を閉じて、図示しないガス抜き弁により密封容器１内の加圧ガスを外部に放出する。そして、上記に説明した手順により、再度、炭酸水を製造する。

以上のように、炭酸水製造装置１０１によれば、短時間で効率よく飲料水に二酸化炭素ガスを溶解させることができ、短時間でガスボリューム５．０以上の高濃度の炭酸水を製造することができる。

次に、本発明の第２の形態の炭酸水製造装置１０２について説明する。図２は、第２の形態の炭酸水製造装置１０２の構成を示す図である。炭酸水製造装置１０２においても、炭酸水の製造における基本的な工程は第１の形態の炭酸水製造装置１０１と同じである。炭酸水製造装置１０２では、飲料水の供給から炭酸水の製造まで自動的に運転するための検出器等の構成が付加されている。炭酸水製造装置１０１の構成と対応する構成については同じ符号を付与している。また、炭酸水製造装置１０２の説明については、炭酸水製造装置１０１と異なる部分について重点的に説明する。

炭酸水製造装置１０２において、密封容器１自体、注出部２、回転部材４３および回転駆動部４については炭酸水製造装置１０１と同様である。水位表示部３は、炭酸水製造装置１０１よりも水位の表示範囲を拡大している。これは、炭酸水製造装置１０２の運転状態においては、密封容器１内部の飲料水の水位の範囲が拡大しているためである。これに関しては後に詳しく説明する。

密封容器１の上下方向の中央部外周には冷却パイプ６１が巻き付けられており、冷却部６からの低温の冷媒が冷却パイプ６１内を流通可能である。この冷却部６の動作により、密封容器１を外部から冷却し、冷却パイプ６１に接した壁面の内周側に点線で示すように氷層１６を付着形成することができる。この氷層１６は密封容器１に供給した飲料水が凍結したものである。また、この氷層１６の厚さを検出するために氷層厚検出器５４が密封容器１の内部に配置されている。氷層厚検出器５４は氷層１６の厚さを検出できればどのようなものでもよい。

密封容器１の内部には、密封容器１内の飲料水または炭酸水の水位を検出するための水位検出器５１〜５３が設けられている。水位検出器５１〜５３はそれぞれ異なる水位位置に配置されている。水位検出器５１は最も低位置に配置されている。水位検出器５１により炭酸水の下限水位Ｃを検出する。炭酸水が下限水位Ｃを下回るまで減少した場合は、密封容器１に飲料水を供給して炭酸水の製造を行うように自動運転される。

水位検出器５２は上下方向の中間位置に配置されている。水位検出器５２は基準水位Ｂを検出する。密封容器１に飲料水を追加供給して炭酸水の製造を行う場合、飲料水は基準水位Ｂに達するまで供給される。炭酸水製造装置１０２の通常運転時には、このように、飲料水を基準水位Ｂまで供給して炭酸水の製造を行う。その後、炭酸水の水位が下限水位Ｃを下回るまで注出部２から炭酸水を注出できる。そして、炭酸水の水位が下限水位Ｃを下回ると、密封容器１の基準水位Ｂまで飲料水を追加供給して再度炭酸水の製造を行うという繰り返しを自動的に行う。炭酸水製造装置１０２の自動運転については後に詳しく説明する。

水位検出器５３は上下方向の最も上方の位置に配置されている。水位検出器５３は準備水位Ａを検出する。炭酸水製造装置１０２の運転を開始する際には、まず、冷却部６を動作させて密封容器１の内壁に所定厚さの氷層１６を付着させる。そのためには、いったん密封容器１内の飲料水の水位を一番高位置の準備水位Ａまで上げておく。そして、冷却部６を動作させ、氷層厚検出器５４によって氷層１６の厚さが所定厚さ以上になったことが検出されれば、炭酸水製造装置１０２の自動運転の準備ができたことになる。そのときは注出部２を操作して密封容器１内部の飲料水を注出して、飲料水の水位を基準水位Ｂまで下げる。そして、炭酸水製造装置１０２の自動運転を行う。

以上のような氷層厚検出器５４、水位検出器５１〜５３が密封容器１の内部に設けられている。これらの氷層厚検出器５４、水位検出器５１〜５３からの検出信号は制御部５に送られて、炭酸水製造装置１０２の自動運転に利用される。

密封容器１の蓋部材１２には、ガス供給パイプ８に加えて水供給パイプ７が設けられている。この水供給パイプ７には飲料水の供給を開閉するための開閉弁７１が設けられている。また、ガス供給パイプ８には、密封容器１に二酸化炭素ガスを供給するか、密封容器１内の二酸化炭素ガスを外部（大気中）に解放するかを切り換える切替弁８２が設けられている。切替弁８２は三方弁で実現でき、第１の弁操作位置ではボンベ９からの二酸化炭素ガスを密封容器１に供給する経路が形成され、第２の弁操作位置では密封容器１内の二酸化炭素ガスを外部に解放する経路が形成される。

開閉弁７１と切替弁８２は両者とも電磁的に操作可能なものであり、制御部５によって弁操作が行われる。開閉弁７１と切替弁８２は連動して操作される。開閉弁７１と切替弁８２は一体の弁として構成されたものでもよく、両者の操作が機械的に連動するものでもよい。

次に、炭酸水製造装置１０２を使用した炭酸水の製造手順および炭酸水製造装置１０２の自動運転について説明する。炭酸水の製造手順について基本的な手順は第１の形態の炭酸水製造装置１０１と同じである。炭酸水製造装置１０２では、飲料水の供給から炭酸水の製造までを自動運転で行うことが可能である。

炭酸水製造装置１０２の運転を開始する際には、まず、いったん密封容器１内の飲料水の水位を一番高位置の準備水位Ａまで上げ、冷却部６を動作させて密封容器１の内壁に所定厚さの氷層１６を付着させる。このために、操作者は、制御部５の操作パネルの「運転準備」ボタンを押す。制御部５は、切替弁８２を第２の弁操作位置として密封容器１内の二酸化炭素ガスを外部に解放するとともに、開閉弁７１を開状態として密封容器１内に飲料水を供給する。

水位検出器５３の検出信号によって飲料水の水位が準備水位Ａまで達したことが検出されれば、制御部５は、開閉弁７１を閉状態として飲料水の供給を停止するとともに切替弁８２を第１の弁操作位置として二酸化炭素ガスを密封容器１に供給する。そして、冷却部６を動作させ、密封容器１および飲料水を冷却して密封容器１の内壁に氷層１６を付着させる。

氷層厚検出器５４によって氷層１６の厚さが所定の第１の厚さを超えたことが検出されれば、制御部５の操作パネルに「準備完了」の表示がなされる。制御部５は冷却部６のオン・オフ制御を行い、氷層１６の厚さが一定の範囲の厚さとなるようにする。すなわち、氷層１６の厚さが第１の厚さ以下になると、冷却部６の冷却動作をオンとする。氷層１６の厚さが第１の厚さより大きな第２の厚さを超えたことが検出されれば、冷却部６の冷却動作をオフとする。このオン・オフ制御により、氷層１６の厚さが第１の厚さと第２の厚さの間の範囲に保たれるように、冷却部６の冷却動作が行われる。

操作者は、「準備完了」の表示がなさたら、注出部２を操作して密封容器１内部の飲料水を注出して、飲料水の水位を基準水位Ｂまで下げる。そして、制御部５の操作パネルの「自動運転」ボタンを押す。制御部５は、切替弁８２が第１の弁操作位置（二酸化炭素ガス供給位置）であり、開閉弁７１が閉状態であることを確認して、回転駆動部４を動作させ回転部材４３を所定の回転速度で回転させる。

このとき密封容器１内部の飲料水は、前述のように、渦巻き状態となって、密封容器１の内壁面に沿って上昇し、氷層１６によって冷却されるとともに、上下方向に激しく循環することとなる。加圧状態の二酸化炭素ガスの中で、飲料水がこのような激しい循環を繰り返すので、飲料水の表面積も著しく増加し、二酸化炭素ガスが飲料水中に効率的に溶解する。また、飲料水が氷層１６によって冷却され、温度が低温に保たれるので、それによっても二酸化炭素ガスの溶解量が増加する。

回転部材４３を回転させる時間は予め設定しておく。回転時間を増減させて炭酸水のガスボリューム値を変更することもできる。設定した時間が経過すれば、制御部５は回転駆動部４を停止させ、回転部材４３の回転を停止させる。このとき、炭酸水の製造が完了しているので、制御部５は操作パネルに「注出可能」の表示を行う。

この後は、操作者が適宜注出部２から炭酸水を注出して使用する。この炭酸水の注出によって、密封容器１内の炭酸水の水位は基準水位Ｂから徐々に減少していく。炭酸水の水位が下限水位Ｃを下回ると、制御部５はそのことを水位検出器５１の検出信号によって検出し、追加の炭酸水製造を開始する。制御部５は、まず操作パネルの「注出可能」の表示を消す。

次に、制御部５は、切替弁８２を第２の弁操作位置として密封容器１内の二酸化炭素ガスを外部に解放するとともに、開閉弁７１を開状態として密封容器１内に飲料水を供給する。水位検出器５２の検出信号によって飲料水の水位が基準水位Ｂまで達したことが検出されれば、制御部５は、開閉弁７１を閉状態として飲料水の供給を停止するとともに切替弁８２を第１の弁操作位置として二酸化炭素ガスを密封容器１に供給する。

そして、制御部５は、回転駆動部４を動作させ回転部材４３を所定の回転速度で回転させる。設定した回転時間が経過すれば、制御部５は回転駆動部４を停止させ、回転部材４３の回転を停止させる。また、操作パネルに「注出可能」の表示を行う。密封容器１内の炭酸水の水位が下限水位Ｃを下回る度に、制御部５は上記のような追加の炭酸水製造を繰り返す。このように炭酸水製造装置１０２の自動運転では、炭酸水の製造が自動的に何回でも繰り返して行われる。

なお、ここでは水位検出器５１〜５３の検出信号と開閉弁７１、切替弁８２による飲料水の水位制御と、氷層厚検出器５４の検出信号と冷却部６による氷層１６の厚さの制御と、回転駆動部４の制御を全て制御部５によって行っているが、これらの制御を同一の制御部５で行う必要はない。水位制御はそれ専用の水位制御部で行い、氷層１６の厚さの制御は冷却制御部で行い、回転駆動部４の制御は回転駆動制御部で行うというようにそれぞれ別々の制御部を設けるようにしてもよい。その場合はそれぞれを連携して動作させる全体制御部も必要となる。

以上のように、炭酸水製造装置１０２によっても、短時間で効率よく飲料水に二酸化炭素ガスを溶解させることができ、短時間でガスボリューム５．０以上の高濃度の炭酸水を製造することができる。炭酸水製造装置１０２では、炭酸水の製造を何回でも繰り返して行うことができ、しかもその炭酸水の製造を自動的に行うことができる。さらに、炭酸水製造装置１０２では、密封容器１内部の飲料水を氷層１６によって冷却するので、密封容器１に投入する飲料水を予めできるだけ低温に冷却しておく必要はない。水道水のような常温の飲料水を使用することができる。

次に、本発明の第３の形態の炭酸水製造装置１０３について説明する。図３は、第３の形態の炭酸水製造装置１０３の構成を示す図である。炭酸水製造装置１０３においても、炭酸水の製造における基本的な工程は第１の形態の炭酸水製造装置１０１と同じである。炭酸水製造装置１０３では、密封容器１内部の飲料水を冷却するための構成が付加されている。炭酸水製造装置１０１の構成と対応する構成については同じ符号を付与している。また、炭酸水製造装置１０３の説明についても、炭酸水製造装置１０１と異なる部分について重点的に説明する。

炭酸水製造装置１０３において、密封容器１自体、注出部２、水位表示部３、回転部材４３および回転駆動部４については炭酸水製造装置１０１と同様である。密封容器１の内部には飲料水を冷却するための氷塊１５を保持する氷塊保持部１４が設けられている。氷塊保持部１４は金網状の構造体であり、氷塊１５は氷塊保持部１４の上面に保持されるが、飲料水は氷塊保持部１４を通過して通り抜けることが可能である。なお、氷塊保持部１４の位置は、最初に投入する飲料水の水位よりも少し上方の位置とする。

密封容器１の蓋部材１２には、ガス供給パイプ８に加えて水供給パイプ７が設けられている。この水供給パイプ７には飲料水の供給を開閉するための開閉弁７１が設けられている。また、ガス供給パイプ８には、密封容器１に二酸化炭素ガスを供給するか、密封容器１内の二酸化炭素ガスを外部（大気中）に解放するかを切り換える切替弁８２が設けられている。これは第２の形態の炭酸水製造装置１０２と同様である。

炭酸水製造装置１０３においては開閉弁７１と切替弁８２は手動で操作するため、電磁的に操作可能なものでなくてよい。ただし、開閉弁７１と切替弁８２は連動して動作するものが望ましい。特に両者の操作が機械的に連動しているものが望ましい。すなわち、開閉弁７１と切替弁８２は、開閉弁７１を開状態として密封容器１内に飲料水を供給するときは、切替弁８２が第２の弁操作位置となって密封容器１内の二酸化炭素ガスを外部に解放するものであり、また、開閉弁７１を閉状態として飲料水の供給を停止するときには、切替弁８２が第１の弁操作位置となって二酸化炭素ガスを密封容器１に供給するものである。

次に、炭酸水製造装置１０３を使用した炭酸水の製造手順について説明する。炭酸水の製造手順について基本的な手順は第１の形態の炭酸水製造装置１０１と同じである。炭酸水製造装置１０３では、密封容器１の内部に飲料水を冷却するための構成が付加されているので、密封容器１に投入する飲料水を予めできるだけ低温に冷却しておく必要はない。水道水のような常温の飲料水を使用することもできる。

まず、密封容器１の開口部１１から蓋部材１２を取り外し、密封容器１の内部に氷塊１５を投入する。氷塊１５は氷塊保持部１４に保持される。氷塊１５は飲料水を冷却することによって融解してその量が減少してしまうので、できるだけ多く投入しておくことが望ましい。氷塊１５の投入量が多いほど冷却作用の持続時間も長くなる。

次に、密封容器１の開口部１１に蓋部材１２を取り付け密封状態とする。注出部２のコックは閉じた状態としておく。そして、ボンベ９の減圧弁９１によって二酸化炭素ガスの圧力を適宜圧力（０．５〜１ＭＰａ）に調整する。そして、開閉弁７１と切替弁８２を操作して、密封容器１の内部圧力を外部に解放するとともに、密封容器１内に飲料水を供給する。飲料水の水位が所定値まで上昇したら、開閉弁７１と切替弁８２を操作して、飲料水の供給を停止するとともに、二酸化炭素ガスを密封容器１に供給する。なお、密封容器１内に投入する飲料水の水位は、第１の形態の炭酸水製造装置１０１と同様である。

次に、密封容器１の内部を二酸化炭素ガスによる加圧状態としたまま、回転駆動部４により回転部材４３を回転駆動する。このとき密封容器１内部の飲料水は、前述のように、渦巻き状態となって、密封容器１の内壁面に沿って上昇し、氷塊１５によって冷却されるとともに、上下方向に激しく循環することとなる。

加圧状態の二酸化炭素ガスの中で、飲料水がこのような激しい循環を繰り返すので、飲料水の表面積も著しく増加し、二酸化炭素ガスが飲料水中に効率的に溶解する。また、上昇した飲料水が氷塊１５によって冷却され、温度が低温に保たれるので、それによっても二酸化炭素ガスの溶解量が増加する。回転部材４３を回転させた状態で５分程度経過すると、飲料水に二酸化炭素ガスが十分に溶解してガスボリューム５．０以上の炭酸水となる。

必要なガスボリューム値の炭酸水が得られる時間が経過したら、回転部材４３の回転を停止させる。そして、注出部２のコックを開いて炭酸水をグラス等に注出する。注出によって密封容器１内の炭酸水が減少するが、炭酸水の水位は水位表示部３によって確認できる。

炭酸水の量が下限値まで減少したら、注出部２のコックを閉じ、開閉弁７１および切替弁８２を操作して、密封容器１内の二酸化炭素ガスを外部に解放するとともに、密封容器１内に飲料水を供給する。飲料水の水位が所定値まで上昇したら、開閉弁７１および切替弁８２を操作して、飲料水の供給を停止するとともに、二酸化炭素ガスを密封容器１に供給する。そして、上記に説明した手順により、再度、炭酸水を製造する。

なお、炭酸水の製造にともなって氷塊１５の量が減少するので、炭酸水の製造を何度か繰り返したら、蓋部材１２を取り外して氷塊１５を補充するようにする。蓋部材１２を取り外す際には、取り外す前に、飲料水の元栓を閉じた状態として、開閉弁７１と切替弁８２を操作して、密封容器１内の二酸化炭素ガスを外部に解放しておく。

以上のように、炭酸水製造装置１０３によっても、短時間で効率よく飲料水に二酸化炭素ガスを溶解させることができ、短時間でガスボリューム５．０以上の高濃度の炭酸水を製造することができる。炭酸水製造装置１０３では、密封容器１内部の飲料水を氷塊１５によって冷却するので、密封容器１に投入する飲料水を予めできるだけ低温に冷却しておく必要はない。水道水のような常温の飲料水を使用することができる。また、炭酸水製造装置１０２における冷却部６を使用しないので、炭酸水製造装置１０２よりも装置のコストを低減できる。

以上のように、本発明の炭酸水製造装置によれば、短時間で効率よく飲料水に二酸化炭素ガスを溶解させることができ、短時間でガスボリューム５．０以上の高濃度の炭酸水を製造することができる。そして、本発明の炭酸水製造装置においては、加圧された二酸化炭素ガス雰囲気中に飲料水を噴射供給する必要がなく、飲料水を高圧で噴射供給するための高圧ポンプも不要である。このため、本発明では高圧ポンプや高圧用配管に付随する初期導入コストや保守管理コストが不要となり、低コストで運用可能な炭酸水製造装置が提供できる。これにより炭酸水の製造コストを大幅に低減できる。

本発明によれば、短時間で効率よく飲料水に二酸化炭素ガスを溶解させることができ、短時間でガスボリューム５．０以上の高濃度の炭酸水を製造することができる。また、炭酸水の製造コストを大幅に低減できる。

１ 密封容器
２ 注出部
３ 水位表示部
４ 回転駆動部
５ 制御部
６ 冷却部
７ 水供給パイプ
８ ガス供給パイプ
９ ボンベ
１１ 開口部
１２ 蓋部材
１３ 断熱部材
１４ 氷塊保持部
１５ 氷塊
１６ 氷層
２１ フィルター
４１ 電動モータ
４２ 永久磁石
４３ 回転部材
５１，５２，５３ 水位検出器
５４ 氷層厚検出器
６１ 冷却パイプ
８１，７１ 開閉弁
８２ 切替弁
９１ 減圧弁
１０１，１０２，１０３ 炭酸水製造装置

Claims (13)

1. 略円筒状の密封容器（１）を中心軸が略鉛直方向となるように配置する手順と、
   前記密封容器（１）の内部に飲料水を供給する手順と、
   前記密封容器（１）の内部に加圧状態の二酸化炭素ガスを供給する手順と、
   前記密封容器（１）の底部近傍に配置されるとともに前記密封容器（１）の外部との機械的な接続がない回転部材（４３）を磁力により回転駆動する手順と、
   前記回転部材（４３）により飲料水を回転させて遠心力により飲料水が前記密封容器（１）の内壁に沿って上昇するとともに前記密封容器（１）の内部を循環するようにして、飲料水の表面積を増大させて二酸化炭素ガスを効率的に飲料水中に溶解させる手順とを有する炭酸水製造方法。
2. 請求項１に記載した炭酸水製造方法であって、
   前記密封容器（１）は、冷却手段（６）によって外部から冷却可能なものであり、
   前記冷却手段（６）によって前記密封容器（１）の内壁に付着する氷層（１６）を形成し、当該氷層（１６）によって飲料水を冷却する手順を有する炭酸水製造方法。
3. 請求項１に記載した炭酸水製造方法であって、
   前記密封容器（１）は、容器内部に氷塊（１５）を保持する氷塊保持部（１４）を備えたものであり、
   前記氷塊保持部（１４）に保持した前記氷塊（１５）によって飲料水を冷却する手順を有する炭酸水製造方法。
4. 略円筒状に形成され、中心軸が略鉛直方向となるように配置された密封容器（１）と、
   前記密封容器（１）の内部に加圧状態の二酸化炭素ガスを供給するガス供給パイプ（８）と、
   前記密封容器（１）の底部近傍に配置されるとともに前記密封容器（１）の外部との機械的な接続がなく、磁力により回転駆動することが可能な回転部材（４３）と、
   前記密封容器（１）の外部に配置され、前記回転部材（４３）を磁力により回転駆動する回転駆動部（４）と有する炭酸水製造装置。
5. 請求項４に記載した炭酸水製造装置であって、
   前記密封容器（１）を外部から冷却する冷却部（６）を有する炭酸水製造装置。
6. 請求項５に記載した炭酸水製造装置であって、
   前記冷却部（６）によって前記密封容器（１）の内壁に付着して形成される氷層（１６）の厚さを検出する氷層厚検出器（５４）と、
   前記氷層の厚さが所定の範囲内となるように前記冷却部（６）を制御する冷却制御部（５）とを有する炭酸水製造装置。
7. 請求項５，６のいずれか１項に記載した炭酸水製造装置であって、
   前記密封容器（１）の内部に飲料水を供給する水供給パイプ（７）と、
   前記水供給パイプ（７）から供給される飲料水の供給を開閉する開閉弁（７１）と、
   前記密封容器（１）内に二酸化炭素ガスを供給する状態と前記密封容器（１）内の二酸化炭素ガスを外部に放出する状態とを切り換える切替弁（８２）とを有し、
   前記開閉弁（７１）および前記切替弁（８２）は、互いに連動して状態を変更可能なものであり、
   前記開閉弁（７１）を開状態として飲料水を供給する場合には、前記切替弁（８２）は前記密封容器（１）内の二酸化炭素ガスを外部に放出する状態となり、
   前記切替弁（８２）が前記密封容器（１）内に二酸化炭素ガスを供給する状態となる場合には、前記開閉弁（７１）は閉状態となるものである炭酸水製造装置。
8. 請求項７に記載した炭酸水製造装置であって、
   前記密封容器（１）内部の飲料水の水位を検出する水位検出器（５１〜５３）と、
   前記水位検出器（５１〜５３）の検出信号により前記開閉弁（７１）の開閉状態を切り換えて前記密封容器（１）内の水位を制御する水位制御部（５）とを有する炭酸水製造装置。
9. 請求項４に記載した炭酸水製造装置であって、
   前記密封容器（１）は、内部に氷塊（１５）を保持する氷塊保持部（１４）を備えたものである炭酸水製造装置。
10. 請求項９に記載した炭酸水製造装置であって、
    前記密封容器（１）の内部に飲料水を供給する水供給パイプ（７）と、
    前記水供給パイプ（７）から供給される飲料水の供給を開閉する開閉弁（７１）と、
    前記密封容器（１）内に二酸化炭素ガスを供給する状態と前記密封容器（１）内の二酸化炭素ガスを外部に放出する状態とを切り換える切替弁（８２）とを有し、
    前記開閉弁（７１）および前記切替弁（８２）は、互いに連動して状態を変更可能なものであり、
    前記開閉弁（７１）を開状態として飲料水を供給する場合には、前記切替弁（８２）は前記密封容器（１）内の二酸化炭素ガスを外部に放出する状態となり、
    前記切替弁（８２）が前記密封容器（１）内に二酸化炭素ガスを供給する状態となる場合には、前記開閉弁（７１）は閉状態となるものである炭酸水製造装置。
11. 請求項４〜１０のいずれか１項に記載した炭酸水製造装置であって、
    前記密封容器（１）は、底部の中央部が周辺部より上方に突出した形状に形成されたものである炭酸水製造装置。
12. 請求項４〜１１のいずれか１項に記載した炭酸水製造装置であって、
    前記密封容器（１）から炭酸水を注出する注出部（２）を有し、
    前記注出部（２）は、炭酸水を減圧して注出するための燒結金属からなるフィルター（２１）を備えたものである炭酸水製造装置。
13. 請求項４〜１２のいずれか１項に記載した炭酸水製造装置であって、
    前記密封容器（１）内部の飲料水または炭酸水の水位を表示する水位表示部（３）を有する炭酸水製造装置。

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