JP2015217323A

JP2015217323A - 炭酸水の製造方法

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Publication number: JP2015217323A
Application number: JP2014100952A
Authority: JP
Inventors: 浅野　正彦; Masahiko Asano; 正彦浅野; 信行上田; Nobuyuki Ueda; 平野　正博; Masahiro Hirano; 正博平野
Original assignee: OMUSHII KK
Current assignee: OMUSHII KK
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2015-12-07

Abstract

【課題】溶存遊離炭酸濃度の高い炭酸水を効率的に製造する。
【解決手段】浴槽装置１は、浴槽１０、半透膜モジュール２１と炭酸ガスタンク２２とを備えた炭酸ガス供給部２０、浴槽１０から炭酸ガス供給部２０へ温水を供給するための往路３０、炭酸ガス供給部２０からの温水を浴槽１０へ戻すための復路４０、および、復路４０に配置されたポンプ５０を備えている。浴槽１０に貯留された温水は、ポンプ５０により吸引され、往路３０を流れて炭酸ガス供給部２０へ供給される。炭酸ガス供給部２０へ供給された温水は、炭酸ガスタンク２２からの炭酸ガスが半透膜モジュール２１を通じて供給され、この炭酸ガスが分散、溶解する。これにより、炭酸ガス供給部２０において炭酸温水が生成し、この炭酸温水は復路４０を流れて浴槽１０へ戻る。浴槽１０に貯留された温水は、浴槽１０と炭酸ガス供給部２０との間を循環することで溶存遊離炭酸濃度が上昇する。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭酸水の製造方法、特に、水に炭酸ガスを溶解することで炭酸水を製造するための方法に関する。

炭酸泉は、炭酸の溶存濃度が高いことから、浴用に用いた場合において炭酸ガスが経皮侵入し、毛管血管床の増加作用および末梢血管の拡張作用による血行改善効果を奏するものと考えられている。このため、退行性病変や末梢循環障害などの疾病治療において、炭酸泉浴による症状改善効果が期待されており（以上に関し、例えば特許文献１、２参照。）、これらの疾病に悩む患者は炭酸泉での湯治に注目するが、湯治は患者にとって経済的、時間的な負担が大きく、現実的ではないことが多い。

そこで、水に炭酸ガスを溶解することで炭酸水を製造し、この炭酸水を浴用に用いることが検討されている。炭酸水の製造装置として、特許文献１は、水槽中の温水を導管を通じて水槽の内外間で循環流通させる吸引ポンプと、当該吸引ポンプによって循環する温水が内部を通過する中空糸型半透膜を備えた分散器と、当該分散器に炭酸ガスを供給するための炭酸ガスボンベとを備えたものを提案している。

この装置では、吸引ポンプを作動させることで水槽中の温水が導管中に吸引され、吸引された温水は分散器を通過して水槽に戻る。したがって、水槽中の温水は、水槽と分散器との間で循環することになる。また、分散器において、循環する温水は、中空糸型半透膜の内周面に接触しながら流通し、炭酸ガスボンベからの炭酸ガスは、分散器内に供給される。ここで、分散器内に供給された炭酸ガスは、中空糸型半透膜の外周面側から内周面方向へ透過し、中空糸型半透膜の内周面に接触して流れる温水中に分散して吸収される。この結果、分散器において炭酸水が生成する。

このような炭酸水の製造装置において、吸引ポンプは、分散器の上流側に配置されており、水槽から吸引して吐出した温水を分散器に対して圧送している。このため、分散器中の中空糸型半透膜は、温水の水圧のために運転開始直後から膜中に温水が浸透し始め、運転開始後の比較的短時間のうちに外周面が結露する程度まで浸潤するようになる。この結果、炭酸ガスボンベから分散器内に供給された炭酸ガスは、中空糸型半透膜に浸透した温水中に分散し、この浸透した温水が中空糸型半透膜の内部を流れる循環温水と置換することで循環温水中に拡散、吸収されるようになる。したがって、この炭酸水の製造装置は、循環温水の溶存遊離炭酸濃度が上昇しにくく、溶存遊離炭酸濃度が血行改善に効果的とされる４００ｍｇ／Ｌ以上の炭酸水を得るのが実質的に困難であるか、或いは、そのような溶存遊離炭酸濃度の炭酸水を得るのに長時間を要する。

また、このような炭酸ガス製造装置による炭酸水の製造過程においては多くの炭酸ガスが容易に気散し、一部の炭酸ガスしか水中に溶解しないことから、炭酸ガスの損失が大きい。また、生成した炭酸水は、通常、炭酸ガスの気泡が大きくなることから、溶解した炭酸ガスが短時間で気散してしまいやすい。

特開平２−２７９１５８号公報特許第５０８７４０８号公報

本発明は、溶存遊離炭酸ガス濃度の高い炭酸水を効率的に製造しようとするものである。

本発明は、水に炭酸ガスを溶解することで炭酸水を製造するための方法に関するものである。この製造方法は、上記水に対して半透膜を通じて炭酸ガスを供給可能な炭酸ガス供給部に対し、ポンプにより上記水を吸引することで供給して通過させる工程を含み、炭酸ガス供給部の下流側にポンプを配置して上記水を吸引する。

この製造方法において、炭酸ガス供給部を通過する水は、半透膜を通じて供給される炭酸ガスが分散、溶解する。この結果、炭酸ガス供給部において炭酸水が生成する。ここで、炭酸ガス供給部の下流側にポンプを配置しているため、炭酸ガス供給部は、ポンプの吸引力により負圧状態となって水が吸引され、通過する。このため、炭酸ガス供給部の半透膜は、通過する水の浸透および当該水による浸潤が生じにくく、炭酸ガスの透過性が維持され得る。したがって、この製造方法によれば、炭酸ガス供給部において半透膜を通じた炭酸ガスの供給能を維持することができ、安定して炭酸水を製造することができる。

本発明の他の観点に係る炭酸水の製造方法は、同じく、水に炭酸ガスを溶解することで炭酸水を製造するための方法に関するものである。この製造方法は、水を貯留するための水槽と、水に対して半透膜を通じて炭酸ガスを供給可能な炭酸ガス供給部との間において、水槽に貯留された水をポンプにより吸引することで循環させる工程を含み、炭酸ガス供給部の下流側にポンプを配置して水槽から水を吸引する。

この製造方法において、水槽と炭酸ガス供給部との間を循環する水は、炭酸ガス供給部の半透膜を通じて供給される炭酸ガスが分散、溶解する。この結果、炭酸ガス供給部において炭酸水が生成し、この炭酸水は、水槽と炭酸ガス供給部との間を循環することで溶存遊離炭酸濃度が上昇する。

ここで、炭酸ガス供給部は、その下流側にポンプが配置されているため、ポンプの吸引力により負圧状態となって水槽からの水が吸引され、通過する。このため、炭酸ガス供給部の半透膜は、循環する水の浸透および当該水による浸潤が生じにくく、炭酸ガスの透過性が維持され得る。結果的に、炭酸ガス供給部は、循環する水に対する、半透膜を通じた炭酸ガスの供給能が維持され、循環する水の溶存遊離炭酸濃度を時間経過とともに効果的に高めることができる。

本発明の製造方法では、ポンプの下流側へ流れた水の一部を炭酸ガス供給部の下流側でありかつポンプの上流側に戻して循環させることもできる。この場合、ポンプの上流側に戻された水が炭酸ガス供給部からの水に含まれる炭酸ガスと再度接触し、水と炭酸ガスとの接触時間が長くなることから、水に対する炭酸ガスの溶解効率と溶解安定性をさらに高めることができる。

この形態においては、通常、ポンプから水槽へ戻る水量（Ａ）と、ポンプの下流側から上流側に戻して循環させる水の水量（Ｂ）との比率（Ｂ／Ａ）を１．５〜１０の範囲で調節するのが好ましい。

また、本発明の製造方法では、水槽と炭酸ガス供給部との間を循環する水に対して磁性パルスを与えることができる。循環する水に磁性パルスを与えると、水のクラスターが微細化しやすくなることから水中への炭酸ガスの分散効果が高まり、水の溶存遊離炭酸濃度がより速やかに上昇するようになる。

さらに、本発明の製造方法では、中性隔膜により陽極室と陰極室とに区画された電解槽を有する電気分解装置の陽極室に水槽と炭酸ガス供給部との間を循環する水を通過させて電解酸化処理することもできる。この場合、循環する水は、陽極電解酸化処理されることで水素イオン濃度が上昇することからｐＨが低下し、水中に遊離炭酸として溶解している炭酸が経皮侵入しやすい微細な気泡として現れやすくなる。

他の観点に係る本発明は、水に炭酸ガスを溶解することで炭酸水を製造するための装置に関するものである。この製造装置は、水を貯留するための水槽と、水に対して半透膜を通じて炭酸ガスを供給可能な炭酸ガス供給部と、水槽から炭酸ガス供給部へ水を供給するための往路と、炭酸ガス供給部からの水を水槽へ戻すための復路と、水槽に貯留された水を吸引することで水槽と炭酸ガス供給部との間で循環させるポンプとを備え、ポンプが復路に配置されている。

この製造装置において、水槽に貯留された水は、ポンプにより吸引され、往路を流れて炭酸ガス供給部へ供給される。そして、炭酸ガス供給部へ流れた水は、半透膜を通じて炭酸ガスが供給され、この炭酸ガスが分散、溶解する。この結果、炭酸ガス供給部において炭酸水が生成し、この炭酸水は復路を流れて水槽へ戻る。このように、水槽に貯留された水は、水槽と炭酸ガス供給部との間を循環し、溶存遊離炭酸濃度が上昇する。

ここで、炭酸ガス供給部は、復路にポンプが配置されていることから、ポンプの吸引力により負圧状態となって水槽からの水が吸引され、通過する。このため、炭酸ガス供給部の半透膜は、循環する水の浸透および当該水による浸潤が生じにくく、炭酸ガスの透過性が維持され得る。結果的に、炭酸ガス供給部は、循環する水に対する、半透膜を通じた炭酸ガスの供給能を維持することができ、循環する水の溶存炭酸濃度を時間の経過とともに効果的に高めることができる。

本発明の製造装置において、復路は、ポンプと水槽との間に配置された補助槽と、補助槽と水槽との間で分岐する、復路の炭酸ガス供給部とポンプとの間に連絡する循環路とを有していてもよい。

この場合、炭酸ガス供給部から補助槽へ流れた水は、一部が復路を通じて水槽に戻るとともに、一部が循環路に流れて炭酸ガス供給部とポンプとの間に戻って循環する。循環路を循環する水は、炭酸ガス供給部からの水に含まれる炭酸ガスと再度接触し、水と炭酸ガスとの接触時間が長くなることから、水に対する炭酸ガスの溶解効率と溶解安定性がさらに高まる。

この形態の製造装置は、補助槽から水槽へ流れる水量（Ａ）と、循環路を流れる水量（Ｂ）との比率（Ｂ／Ａ）を調節するための制御手段を有しているのが好ましい。

本発明の製造装置は、往路および復路のうちの少なくとも一つにおいて、流通する水に磁性パルスを与えるためのパルス発生器をさらに備えていてもよい。流通する水に対してパルス発生器から磁性パルスを与えると、水のクラスターが微細化しやすくなることから水中への炭酸ガスの分散効果が高まり、水の溶存遊離炭酸濃度がより速やかに上昇するようになる。

また、本発明の製造装置は、中性隔膜により陽極室と陰極室とに区画された電解槽を有する電気分解装置をさらに備え、水槽と炭酸ガス供給部との間で循環する水が陽極室を経由するよう電気分解装置が配置されていてもよい。この場合、循環する水は、陽極室において電解酸化処理されることで水素イオン濃度が上昇することからｐＨが低下し、水中に遊離炭酸として溶解している炭酸が経皮侵入しやすい微細な気泡として現れやすくなる。

本発明のさらに他の観点に係る発明は、炭酸水に関するものであり、この炭酸水は、上水または上水を陽イオン交換樹脂により処理した処理水に対し、電気分解装置による電解酸化処理を含む本発明に係る炭酸水の製造方法を適用することで得られる、溶存遊離炭酸濃度が４００ｍｇ／Ｌ以上１，０００ｍｇ／Ｌ以下であり、かつ、ｐＨが４．８〜５．２のものである。

また、本発明のさらに他の観点に係る発明は、同じく炭酸水に関するものであり、この炭酸水は、炭酸水素ナトリウムを濃度が０．０１〜０．２５重量％になるよう溶解しかつ硫酸ナトリウムを濃度が０．０２〜０．３０重量％になるよう溶解した、上水または上水を陽イオン交換樹脂により処理した処理水に対し、電気分解装置による電解酸化処理を含む本発明に係る炭酸水の製造方法を適用することで得られる、溶存遊離炭酸濃度が４００ｍｇ／Ｌ以上１，０００ｍｇ／Ｌ以下であり、かつ、ｐＨが５．２〜６．３のものである。

本発明に係るこれらの炭酸水は、ｐＨが所要の酸性領域に調節されていることから、炭酸ガスが大気中に気散しにくく、溶存遊離炭酸濃度の低下を抑えることができる。また、水中に溶解している炭酸が経皮侵入しやすい微細な気泡として現れやすい。

本発明に係る炭酸水の製造方法および製造装置は、炭酸ガス供給部において、水に対する半透膜を通じた炭酸ガスの供給能を高めることができ、水を循環しながら炭酸ガス供給部へ送る場合は水の溶存遊離炭酸濃度を時間経過とともに効果的に高めることができる。

本発明に係る炭酸水は、溶存遊離炭酸濃度が高く、ｐＨが所要の酸性領域に調節されていることから、溶存遊離炭酸濃度が低下しにくい。

本発明の実施の一形態に係る炭酸水の製造装置の概略図。前記製造装置の変形例１の概略図。前記製造装置の変形例２の概略図。水中における炭酸物質の状態とｐＨとの関係図。実験例Ｉの結果を示すグラフ。実験例ＩＩの結果を示すグラフ。実験例ＩＩＩの結果を示すグラフ。

図１を参照して、本発明に係る炭酸水の製造方法を実施可能な浴槽装置（炭酸水の製造装置の一形態）を説明する。図１において、浴槽装置１は、屋内（浴室内）に設置された、水を貯留するための開放された浴槽１０（水槽の一例）と、屋外に設置された炭酸ガス供給部２０とを備え、また、浴槽１０に貯留された水を炭酸ガス供給部２０へ送るための往路３０と、炭酸ガス供給部２０へ送られた水を浴槽１０へ戻すための復路４０とを有している。

浴槽１０は、屋外に設置された、貯留された水の加熱装置１１を備えている。炭酸ガス供給部２０は、浴槽１０から往路３０を通じて送られる水に炭酸ガスを供給して溶解するためのものであり、半透膜モジュール２１と炭酸ガスタンク２２とを主に備えている。

半透膜モジュール２１は、一端に往路３０が連絡し、また、他端に復路４０が連絡しており、例えば、半透膜を用いて形成された中空糸状またはチューブ状の管状体（図示省略）を内蔵している。この半透膜モジュール２１において、往路３０から導入された水は、管状体の内周面に接触しながら流通し、復路４０へ排出される。炭酸ガスタンク２２は、半透膜モジュール２１内に対し、炭酸ガスを圧入して供給するためのものである。

半透膜モジュール２１から延びる復路４０は、浴槽に貯留された水を吸引するためのポンプ５０と、このポンプ５０と浴槽１０との間に配置された補助槽６０とを備えている。補助槽６０は、ポンプ５０から送られる水を復路４０を通じて浴槽１０へ圧送することが可能な程度にポンプ５０からの水を滞留させながら送り出すことが可能な密閉槽である。

補助槽６０の下流側（浴槽１０側）において、復路４０は循環路７０を有している。循環路７０は、復路４０から分岐しており、炭酸ガス供給部２０の下流側でありかつポンプ５０の上流側（すなわち、炭酸ガス供給部２０とポンプ５０との間）において復路４０に連絡している。循環路７０の分岐部において、復路４０は、補助槽６０から浴槽１０へ流れる水量と、補助槽６０から循環路７０へ流れる水量とを制御するための制御弁８０を有している。

次に、上述の浴槽装置１の動作を説明する。

浴槽装置１において、浴槽１０に所要量の水を貯留し、ポンプ５０を作動すると、浴槽１０に貯留された水は、ポンプ５０により吸引されて往路３０へ流れ、炭酸ガス供給部２０を通過後に復路４０へ流れて浴槽１０に戻る。したがって、ポンプ５０を連続運転すると、浴槽１０に貯留された水は、往路３０、炭酸ガス供給部２０および復路４０をこの順に流れて循環する。この際、浴槽１０の加熱装置を作動すると、浴槽１０に貯留された水は上述のように循環しながら入浴に適した温度に加熱され、温水になる。

浴槽１０に貯留する水は、浴用に用いることのできるものであれば特に限定されるものではなく、上水（水道水）や上水を陽イオン交換樹脂により処理して得られる処理水（軟水）などである。また、この水は、各種の浴用剤や天然温泉成分を添加したものであってもよい。

浴槽１０に貯留された温水を上述のように循環させながら、炭酸ガスタンク２２から半透膜モジュール２１へ炭酸ガスを供給すると、炭酸ガス供給部２０において、循環する温水に対して炭酸ガスが供給される。ここで、炭酸ガスタンク２２からの炭酸ガスは、半透膜モジュール２１内に送られ、管状体の外周面から内周面に向けて噴出する。そして、管状体の内周面へ噴出する炭酸ガスは、管状体の内周面に接触しながら流れる温水中に分散し、溶解する。この結果、炭酸ガス供給部２０を通過する温水は、炭酸ガスが溶解した炭酸水となり、浴槽１０へ戻る。浴槽１０に貯留された温水は、上述のように循環することで炭酸ガスの溶解量が経時的に増加するため、経時的に溶存遊離炭酸濃度が上昇する。

ここで、炭酸ガス供給部２０の半透膜モジュール２１は、その下流側にポンプ５０が配置されているため、ポンプ５０の吸引力により負圧状態となって浴槽１０からの温水が吸引され、通過する。このため、炭酸ガス供給部２０の管状体を構成する半透膜は、循環する温水の浸透や当該温水による浸潤が生じにくく、炭酸ガスの透過性が維持され得る。結果的に、炭酸ガス供給部２０は、循環する温水に対する、管状体を通じた炭酸ガスの供給能を維持することができ、循環する水の溶存遊離炭酸濃度を時間経過に従って効果的に高めることができる。

また、この実施の形態において、炭酸ガス供給部２０から補助槽６０に流れた温水は、制御弁８０において、ポンプ５０の吐出力により復路４０を通じて浴槽１０へ戻る温水と、ポンプ５０の吸引力により循環路７０へ流れる温水とに分流する。循環路７０へ流れた温水は、炭酸ガス供給部２０とポンプ５０との間において、炭酸ガス供給部２０を通過した温水と合流し、補助槽６０へ流れる。このように、この実施の形態では、炭酸ガス供給部２０において炭酸ガスが供給された温水は、補助槽６０において滞留するとともに浴槽１０へ戻るまでの間に一部が循環路７０へ流れて循環するため、供給された炭酸ガスとの接触時間が長くなり、炭酸ガスの溶解が促進される。この結果、浴槽１０に貯留された温水は、溶存遊離炭酸濃度が速やかに上昇し、溶存遊離炭酸濃度が身体の血行改善に効果的とされる４００ｍｇ／Ｌ以上に短時間で到達し得る。また、温水に溶解した炭酸ガスは、循環路７０での循環中に温水への溶解が進行するため、温水から気散しにくい。したがって、温水へ供給した炭酸ガスは、気散による損失が少なく、概ね８０％以上が温水に溶解し得、また、浴槽１０に貯留された温水は、溶解した炭酸ガスの気散による溶存遊離炭酸濃度の低下が進行しにくい。さらに、この浴槽装置１を備えた浴室は、浴槽１０からの炭酸ガスの気散を抑えることができることから、温水の溶存遊離炭酸濃度を高めた場合であっても浴室空間中の炭酸ガス濃度を急性炭酸ガス中毒を招来する可能性があるレベル未満に抑えることができ、安全性を保つことができる。

浴槽装置１において調製された浴槽１０の温水、すなわち炭酸温水は、身体を漬けると皮膚に炭酸ガス気泡が付着しやすい。この炭酸ガス気泡は、経皮侵入により毛管血管床の増加作用および末梢血管の拡張作用による優れた血行改善効果を発揮し得る。

このような血行改善効果は、炭酸温水の溶存遊離炭酸濃度や炭酸ガス気泡の大きさの影響を受ける。炭酸温水の溶存遊離炭酸濃度および炭酸ガス気泡の大きさは、通常、補助槽６０から復路４０を通じて浴槽１０へ戻る温水の水量（Ａ）と、補助槽６０から循環路７０へ流れる温水の水量（Ｂ）との比率（Ｂ／Ａ）を制御弁８０の操作により調節することで制御可能である。すなわち、当該比率を大きくするに従って温水への炭酸ガスの溶解効率が高まり、生成する炭酸温水の溶存遊離炭酸濃度が上昇するとともに、炭酸温水中に現れる炭酸ガス気泡が微細化し、経皮進入しやすくなる。逆に、当該比率を小さくするに従って温水への炭酸ガスの溶解効率が低下し、生成する炭酸温水の溶存遊離炭酸濃度の上昇が抑えられるとともに、炭酸温水中に現れる炭酸ガス気泡は比較的大きなものとなる。

したがって、浴槽装置１においては、皮膚の紅潮状態などを観察することで血行改善効果を見極めながら、制御弁８０を適宜操作することで上記比率を調節するのが好ましい。この際、温水への炭酸ガスの溶解効率と、温水に溶解した炭酸ガスの気散の抑制とのバランスを図る観点から、上記比率は１．５〜１０の範囲で調節するのが好ましい。

また、浴槽装置１においては、浴槽１０から浴室内に気散する炭酸ガスを原因とする急性中毒を防止する観点から、炭酸ガス供給部２０において供給する炭酸ガス量を規制したり、制御弁８０により上述の比率を制御したりすること等により、浴槽１０に貯留される炭酸温水の溶存遊離炭酸濃度が１，０００ｍｇ／Ｌ以下になるよう抑制するのが好ましい。

この実施の形態では、制御弁８０のみで上記比率を調節するようにしているが、ポンプ５０の上流側の復路４０において循環路７０との連絡部位にも循環路７０からポンプ５０の上流側に戻る温水の流量を制御するための補助弁を設け、制御弁８０およびこの補助弁の両方を操作することで上記比率を調節するように変更することもできる。また、制御弁８０や補助弁を設けずに、上記比率が好ましい値になるよう補助槽４０から延びる復路４０と循環路７０との断面積比を予め調節しておくこともできる。

また、半透膜モジュール２１において用いられる半透膜は、炭酸ガスを水中に分散、溶解させやすいことから、公証膜微孔径が０．０４〜０．６μｍ（最大孔径バブルポイントが０．０８Ｍｐａ〜０．３５Ｍｐａ）のものが好ましく、また、このような孔径のものであれば、中空糸状やチューブ状等の管状体以外の形態のもの、例えば、スパイラル式や平膜式などの形態のものを用いることもできる。

図２を参照して、上述の実施の形態に係る浴槽装置１の変形例１を説明する。図２において、変形例１に係る浴槽装置１は、ポンプ５０と補助槽６０との間に磁性パルス発生器９０をさらに備えている。

磁性パルス発生器９０は、ポンプ５０と補助槽６０との間の復路４０の外周に巻き付けられた二重コイル並びに高周波パルス生成装置および増幅器を備えたものであり、高周波パルス生成装置において生成したパルスを増幅器で増幅して二重コイルに送信すると、二重コイル部分において、復路４０内を流れる温水に対して磁性パルスを与えることができる。

温水に対して与えられた磁性パルスは、温水の水分子を磁化し、水分子間の会合を緩める。この結果、水分子の会合により形成された温水のクラスターが微細化し、これによって炭酸ガス供給部２０において供給された炭酸ガスがさらに溶解しやすくなる。この結果、浴槽１０に貯留された温水は、溶存遊離炭酸濃度がより速やかに上昇し、溶存遊離炭酸濃度が身体の血行改善に効果的とされる４００ｍｇ／Ｌ以上により短時間で到達し得る。また、浴槽１０の炭酸温水は、溶解した炭酸ガスがより気散しにくくなることから、溶存遊離炭酸濃度が維持されやすく、浴室環境の安全性を確保しやすい。

磁性パルス発生器９０は、二重コイルに通電したときに発生する磁束が復路４０における温水の流通方向と平行になるよう設定可能であり、また、１次コイルと２次コイルを駆動する電気回路が互いに逆向きに作動するように通電を制御可能なものが好ましい。なお、二重コイルにより発生する磁束は、温水の流通方向と平行に保ちながら逆方向へ向きを変えると、電気的に攪拌状態になる。温水に与える磁性パルスは、通常、周期が８〜１０回／秒であり、かつ、周波数が３，０００〜３０，０００Ｈｚのものが好ましい。

磁性パルス発生器９０は、温水に対する炭酸ガスの溶解性を効果的に高めやすいことから、ポンプ５０と補助槽６０との間に設置するのが好ましいが、設置部位がこれに限られるものではなく、復路４０の他の部位に設置することもでき、或いは、往路３０に設置することもできる。また、磁性パルス発生器９０は、複数台を別々の部位に設置することもでき、この場合、往路３０および復路４０の両方に同時に設置することもできる。

図３を参照し、上述の実施の形態に係る浴槽装置１の変形例２を説明する。図３において、変形例２に係る浴槽装置１は、電気分解装置１００をさらに備えている。電気分解装置１００は、電解槽１０１を備えている。電解槽１０１は、中性隔膜１０２により、陽極１０３を有する陽極室１０４と、陰極１０５を有する陰極室１０６とに区画されている。陽極室１０４は、補助槽６０から制御弁８０を介して延びる復路４０が連絡しており、また、そこから延びる連絡路１０７により浴槽１０に連絡している。陰極室１０６は、ポンプ１０８を有する回流路１０９を有している。陽極１０３と陰極１０５との間には、電圧を印加するための電源装置（図示省略）が接続されている。

この浴槽装置１において、ポンプ５０を稼働すると、浴槽１０に貯留された水は既述のようにポンプ５０により吸引されて炭酸ガス供給部２０を通過し、復路４０へ流れる。復路４０へ流れた水は、電気分解装置１００の陽極室１０４を通過し、連絡路１０７を通じて浴槽１０に戻る。また、電気分解装置１００の陰極室１０６に水を貯留し、ポンプ１０８を稼働すると、陰極室１０６に貯留された水の一部が回流路１０９を通過して陰極室１０に戻る。これにより、陰極室１０に貯留された水は回流する。

電源装置により陽極１０３と陰極１０５との間に各電極からガスが発生する程度に電圧を印加して電流を流すと、陽極室１０４および陰極室１０６のそれぞれにおいて、水が電気分解する。ここで、陽極室１０４および陰極室１０６は、水の電気分解を進めるため、必要に応じて炭酸水素ナトリウムや硫酸ナトリウムなどの電解質を添加することができる。

陽極室１０４では、通過する温水が電解酸化処理される。すなわち、温水の電気分解により生成したＯＨ⁻イオンが陽極１０３に引き付けられ、その電子が陽極１０３に移行することで酸素原子と水素原子とに分離する。そして、酸素原子同士の結合により酸素ガス（Ｏ_２）が発生するとともに酸素原子と水素原子との結合により水（Ｈ_２Ｏ）が生成する。この結果、ＯＨ⁻イオンが減少してＨ^＋イオンが相対的に過剰となるため、陽極室１０４を通過する温水はｐＨが低下して酸性になる。

一方、陰極室１０６では、回流する水が電解還元処理される。すなわち、水の電気分解により生成したＨ^＋イオンが陰極１０５から電子を取得することで水素原子となり、これが互いに結合することで水素ガス（Ｈ_２）が発生する。この結果、Ｈ^＋イオンが減少してＯＨ⁻イオンが相対的に過剰となるため、陰極室１０４を回流する水はｐＨが上昇し、アルカリイオン水となる。

浴槽１０の温水は、通常、炭酸ガス供給部２０において供給される炭酸ガスの溶解によりｐＨがある程度（通常はｐＨ６付近）まで低下するが、この実施の形態では、電気分解装置１００により陽極酸化することで温水のＨ^＋イオン濃度を積極的に高めることができるため、炭酸ガスの溶解だけでは到達または調節が困難な低ｐＨ領域に温水のｐＨを調節することができる。

水に対して炭酸ガスを分散、溶解したとき、溶解した炭酸ガスは、水中において、水和状態の各種の炭酸物質、すなわち、二酸化炭素（ＣＯ_２）、炭酸（Ｈ_２ＣＯ_３）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）または炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−）として存在することが知られている。そして、これらの炭酸物質の状態は、図４に示すように、ｐＨにより変動する。その概要は次の通りである。

ｐＨが概ね３．９未満の範囲において、二酸化炭素（ＣＯ_２）は気相中の二酸化炭素と気液平衡状態になる。

ｐＨが概ね３．９〜６．３の範囲において、二酸化炭素（ＣＯ_２）の割合が多くなり、炭酸（Ｈ_２ＣＯ_３）と次の化学平衡状態になる。

ｐＨが概ね６．３〜１０．３の範囲において、炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）の割合が多くなり、炭酸（Ｈ_２ＣＯ_３）と次の化学平衡状態になる。

ｐＨが概ね１０．３を超える範囲において、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−）の割合が多くなり、炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）と次の化学平衡状態にある。

上述のような炭酸物質の状態とｐＨとの関係によると、温水に溶解した炭酸ガスは、低ｐＨ領域（酸性領域）において炭酸ガス気泡として温水中に現れやすく、現れる炭酸ガス気泡は、温水に溶解している炭酸（Ｈ_２ＣＯ_３）から化学的に生成するものであることから微細である。

この変形例の浴槽装置１では、電気分解装置１００での電解酸化処理により浴槽１０の温水（炭酸水）のｐＨが低下することから、溶解している炭酸ガスが気泡、特に、経皮侵入しやすく血行改善効果に優れた微細な気泡として現れやすい。したがって、この変形例の浴槽装置１では、身体に対して刺激が少なく、かつ、微細な炭酸ガス気泡を生成させやすいｐＨ領域になるよう温水のｐＨを調節するのが好ましい。すなわち、浴槽１０に貯留する水として上水またはその軟水を用いる場合、温水のｐＨが４．８〜５．２になるよう調節するのが好ましい。また、浴槽１０に貯留する水として、上水またはその軟化水に天然温泉成分である炭酸水素ナトリウムおよび硫酸ナトリウムをそれぞれ濃度が０．０１〜０．２５重量％および０．０２〜０．３０重量％になるよう溶解した場合、温水のｐＨが５．２〜６．３になるよう調節するのが好ましい。

上述のようにｐＨが調節され、溶存遊離炭酸濃度が４００ｍｇ／Ｌ以上１，０００ｍｇ／Ｌ以下になるよう設定された温水に入浴すると、温水中で身体の皮膚上に炭酸ガスの微細な気泡、特にビロード状の気泡が高密度に付着し、それによって皮膚の速やかな紅潮が観られることから、顕著な血行改善効果が得られる。

この変形例に係る浴槽装置１は、変形例２と同様に磁性パルス発生器を備えていてもよい。

［実験例］
＜実験例Ｉ＞
実験例ＩＡ
図１に示す浴槽装置と同様の炭酸水製造装置を作製し、炭酸水を製造した。ここでは、半透膜モジュールにおいて、膜孔径０．４μｍ、膜有効面積０．１ｍ^２および内径３ｍｍのチューブ状膜を半透膜として用い、次の条件で水槽（浴槽）に貯留した４０Ｌの上水（大阪市の水道水）を循環することで炭酸水を製造した。
・ポンプ能力：０．２０ＭＰａ、５０Ｌ／分
・半透膜モジュールを通過する上水の流速：１２〜１６Ｌ／分
・炭酸ガス供給圧力：半透膜モジュールの入口圧力０．０５〜０．０６ＭＰａ、半透膜モジュールの出口圧力０．００ＭＰａ
・循環路を循環する上水の流速：３０〜４０Ｌ／分

半透膜モジュールでの炭酸ガスの供給開始時から、循環中の上水の導電率を水槽において継続的に測定した。

実験例ＩＢ
実験例ＩＡで用いた炭酸水製造装置において、ポンプの設置箇所を水槽（浴槽）と炭酸ガス供給部との間に変更した。この炭酸水製造装置を用いて実験例ＩＡと同様にして炭酸水を製造した。また、本実験例においても、半透膜モジュールでの炭酸ガスの供給開始時から、循環中の上水の導電率を水槽において継続的に測定した。

実験例Ｉの評価
実験例ＩＡ、ＩＢにおいて導電率を測定した結果を図５に示す。上水は、炭酸ガスの溶解量が増加するに従って導電率が高まるため、実験例ＩＡは、実験例ＩＢに比べ、上水に対して速やかに炭酸ガスが溶解していることがわかる。

＜実験例ＩＩ＞
実験例ＩＩＡ
チューブ状膜に替えて膜孔径が０．０４μｍで膜有効面積が０．３ｍ^２の中空糸膜を半透膜として用いた点を除いて実験例ＩＡと同様に操作した。そして、半透膜モジュールでの炭酸ガスの供給開始時から、循環中の上水の導電率を水槽において継続的に測定した。

実験例ＩＩＢ
実験例ＩＩＡで用いた浴槽装置のポンプと補助槽との間に図２に示すように磁性パルス発生器を配置し、下記の条件での磁性パルスを循環水に与えた点を除いて実験例ＩＩＡと同様に操作した。そして、半透膜モジュールでの炭酸ガスの供給開始時から、循環中の上水の導電率を水槽において継続的に測定した。

（磁性パルスの条件）
・磁性パルス発生器：日興輸送機株式会社の商品名（型番）「ＮＰ−１００ラストクリーン」
・磁性パルス電源：ＡＣ１００Ｖ
・周波数：３，０００〜３０，０００Ｈｚ
・磁性パルス周期：８〜１０回／秒（正逆転換方式）

実験例ＩＩの評価
実験例ＩＩＡ、ＩＩＢにおいて導電率を測定した結果を図６に示す。磁性パルスを与えた実験例ＩＩＢは、実験例ＩＩＡに比べて速やかに導電率が上昇していることから、実験例ＩＩＡよりも循環水に対して炭酸ガスがより速やかに溶解していることがわかる。

＜実験例ＩＩＩ＞
中性隔膜（株式会社ユアサメンブレンシステムの商品名（型番）「Ｙ９２０５ＴＡ」）により陽極室と陰極室とに区画された電解槽に上水（大阪市の水道水）を５Ｌ貯留し、陽極室の陽極と陰極室の陰極との間に電流を流すことで上水を約５０分間電気分解処理した。ここで、印加電圧を１８．３Ｖ定電圧に設定したところ、０．３７〜０．６７Ａの電解電流が流れた。電気分解処理の開始時から陽極室の上水のｐＨを継続的に測定した。結果を図７に示す。

図７によると、電解槽に貯留した上水は、電気分解処理の開始時点でｐＨが略７であったが、電気分解処理の進捗によりｐＨが徐々に低下し、電気分解処理の終了時のｐＨは概ね３．５であった。この結果と図４とに照らすと、水に炭酸ガスを供給することで得られる、ｐＨが概ね６〜７付近の炭酸水は、電気分解によりｐＨが低下し、溶解している炭酸（Ｈ_２ＣＯ_３）が微細な炭酸ガス気泡として水中に現れやすい状態になることがわかる。

１浴槽装置
１０浴槽
２０炭酸ガス供給部
２１半透膜モジュール
３０往路
４０復路
５０ポンプ
６０補助槽
７０循環路
８０制御弁
９０磁性パルス発生器
１００電気分解装置
１０１電解槽
１０２中性隔膜
１０４陽極室
１０６陰極室

Claims

水に炭酸ガスを溶解することで炭酸水を製造するための方法であって、
前記水に対して半透膜を通じて炭酸ガスを供給可能な炭酸ガス供給部に対し、ポンプにより前記水を吸引することで供給して通過させる工程を含み、
前記炭酸ガス供給部の下流側に前記ポンプを配置して前記水を吸引する、
炭酸水の製造方法。
水に炭酸ガスを溶解することで炭酸水を製造するための方法であって、
前記水を貯留するための水槽と、前記水に対して半透膜を通じて炭酸ガスを供給可能な炭酸ガス供給部との間において、水槽に貯留された水をポンプにより吸引することで循環させる工程を含み、
前記炭酸ガス供給部の下流側に前記ポンプを配置して前記水槽から前記水を吸引する、
炭酸水の製造方法。
前記ポンプの下流側へ流れた前記水の一部を前記炭酸ガス供給部の下流側でありかつ前記ポンプの上流側に戻して循環させる、請求項２に記載の炭酸水の製造方法。
前記ポンプから前記水槽へ戻る水量（Ａ）と、前記ポンプの下流側から上流側に戻して循環させる前記水の水量（Ｂ）との比率（Ｂ／Ａ）を１．５〜１０の範囲で調節する、請求項３に記載の炭酸水の製造方法。
前記水槽と前記炭酸ガス供給部との間を循環する前記水に対して磁性パルスを与える、請求項２から４のいずれかに記載の炭酸水の製造方法。
中性隔膜により陽極室と陰極室とに区画された電解槽を有する電気分解装置の前記陽極室に前記水槽と前記炭酸ガス供給部との間を循環する前記水を通過させて電解酸化処理する、請求項２から５のいずれかに記載の炭酸水の製造方法。
水に炭酸ガスを溶解することで炭酸水を製造するための装置であって、
前記水を貯留するための水槽と、
前記水に対して半透膜を通じて前記炭酸ガスを供給可能な炭酸ガス供給部と、
前記水槽から前記炭酸ガス供給部へ前記水を供給するための往路と、
前記炭酸ガス供給部からの前記水を前記水槽へ戻すための復路と、
前記水槽に貯留された前記水を吸引することで前記水槽と前記炭酸ガス供給部との間で循環させるポンプとを備え、
前記ポンプが前記復路に配置されている、
炭酸水の製造装置。
前記復路は、前記ポンプと前記水槽との間に配置された補助槽と、前記補助槽と前記水槽との間で分岐する、前記復路の前記炭酸ガス供給部と前記ポンプとの間に連絡する循環路とを有している、請求項７に記載の炭酸水の製造装置。
前記補助槽から前記水槽へ流れる水量（Ａ）と、前記循環路を流れる水量（Ｂ）との比率（Ｂ／Ａ）を調節するための制御手段を有している、請求項８に記載の炭酸水の製造装置。
前記往路および前記復路のうちの少なくとも一つにおいて、流通する前記水に磁性パルスを与えるためのパルス発生器をさらに備えている、請求項７から９のいずれかに記載の炭酸水の製造装置。
中性隔膜により陽極室と陰極室とに区画された電解槽を有する電気分解装置をさらに備え、前記電気分解装置は、前記水槽と前記炭酸ガス供給部との間で循環する前記水が前記陽極室を経由するよう設置されている、請求項７から１０のいずれかに記載の炭酸水の製造装置。
上水または上水を陽イオン交換樹脂により処理した処理水に対し、請求項６に記載の方法を適用することで得られる、溶存遊離炭酸濃度が４００ｍｇ／Ｌ以上１，０００ｍｇ／Ｌ以下であり、かつ、ｐＨが４．８〜５．２の炭酸水。
炭酸水素ナトリウムを濃度が０．０１〜０．２５重量％になるよう溶解しかつ硫酸ナトリウムを濃度が０．０２〜０．３０重量％になるよう溶解した、上水または上水を陽イオン交換樹脂により処理した処理水に対し、請求項６に記載の方法を適用することで得られる、溶存遊離炭酸濃度が４００ｍｇ／Ｌ以上１，０００ｍｇ／Ｌ以下であり、かつ、ｐＨが５．２〜６．３の炭酸水。