JP5178895B2 - ２軸容積式回転ポンプを用いた炭酸泉生成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、入浴や足湯等に供される炭酸泉を容易に得られる家庭用や業務用に適する「２軸容積式回転ポンプを用いた炭酸泉生成装置」に関する。
血行促進による疲労回復や疼痛緩和に効果があるとして、約１０００ｐｐｍの濃度の炭酸ガス（二酸化炭素ガス）を温水に溶解させた炭酸泉が入浴や足湯等に使用されている。
特許文献１には、炭酸ガスを溶解した溶解水を製造する溶解水製造手段と、溶解水製造手段から供給される溶解水から炭酸ガスのマイクロバブルを発生させるバブル発生ノズルを備え、浴槽と溶解水製造手段とを接続する吸引路に分岐接続した接続路に、炭酸ガスと空気の供給とを切換える切換手段を備えた炭酸泉生成装置が開示されている。
また、特許文献２には、水槽内に一端を夫々接続した吸入管と吐出管の他端同士を、炭酸泉生成装置の通水管により循環可能に連結し、その通水管に介装したポンプと炭酸ガスボンベとを管路により接続し、ポンプの作動により炭酸ガスが溶解して所定圧力に加圧された水を吐出管の先端に設けた吐出弁に導いて当該弁から水槽内の水に噴射させることにより、炭酸ガスの微細気泡を水中に溶解させる炭酸泉生成装置が開示されている。
ところが、特許文献１の生成装置においては、溶解水に混入した異物等がバブル発生ノズル内に設けられたオリフィスに付着してバブルの発生を低下させ、或いはオリフィスの小孔通路を閉塞してバブルの発生を妨げる危惧がある。また、特許文献２の生成装置においても、ポンプのシリンダヘッドに形成された吸入通路や吐出通路が狭いことから、水に混入した異物等が通路に付着して水の流れを妨げるという不具合が生ずると思われる。
特許文献２の装置は、ピストンポンプ等で０．７ＭＰａ程度の高圧力に加圧されるため、動力が大きくなる。さらに、特許文献１，２の装置とも、炭酸ガスの微細気泡を得て、公知の療養泉ライン（ＣＯ２：１０００ｍｇ／ｌ）＜図５のグラフ参照＞に達しても、短時間で大気中へ放散されることが懸念される。
本発明の目的は、炭酸泉を安定して容易に得られる簡素な構造の「２軸容積式回転ポンプを用いた炭酸泉生成装置」を提供することにある。
前記目的を達成するために請求項１に記載した発明は、炭酸泉を貯留する水槽と、その水槽へ循環経路を介して湯を送り込むポンプユニットと、炭酸ガスボンベを備えた炭酸泉生成装置において、
前記ポンプユニットは、吸込口と吐出口を設けたポンプケーシング内に収められた一対のロータを駆動モータにより回転駆動される２軸容積式回転ポンプと、前記炭酸ガスボンベから供給される炭酸ガスを該吸込口側に導く炭酸ガス導入管からなり、
前記２軸容積式回転ポンプの運転により前記水槽から湯を吸い込むと共に前記炭酸ガス導入管から取り込まれる炭酸ガスの気泡を当該ポンプの圧縮作用によって微細化し、その微細化された炭酸ガスの気泡が含まれた湯を前記水槽内へ放出するようにしたことを特徴とする。
前記ポンプユニットは、吸込口と吐出口を設けたポンプケーシング内に収められた一対のロータを駆動モータにより回転駆動される２軸容積式回転ポンプと、前記炭酸ガスボンベから供給される炭酸ガスを該吸込口側に導く炭酸ガス導入管からなり、
前記２軸容積式回転ポンプの運転により前記水槽から湯を吸い込むと共に前記炭酸ガス導入管から取り込まれる炭酸ガスの気泡を当該ポンプの圧縮作用によって微細化し、その微細化された炭酸ガスの気泡が含まれた湯を前記水槽内へ放出するようにしたことを特徴とする。
同様の目的を達成するために請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の２軸容積式回転ポンプを用いた炭酸泉生成装置において、前記２軸容積式回転ポンプのハウジングの吸込み側の内側面に、ロータ軸を挿入する軸穴を中心として半径方向に延びる複数のせん断用溝を設け、前記ポンプケーシング内に混入して該せん断用溝に流入する夾雑物が前記ロータのローブの側縁と該せん断用溝の角縁とによるせん断作用によってせん断されるように構成したことを特徴とするものである。
湯に混入する毛屑やゴミ等の夾雑物は、２軸容積式回転ポンプのロータのローブの側縁とせん断用溝の角縁とによるせん断作用によってせん断されて湯と一緒に排出されるため、ポンプのメカニカルシール部に夾雑物が付着しにくくなり、ポンプが安定して作動する。
同様の目的を達成するために請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載の２軸容積式回転ポンプを用いた炭酸泉生成装置において、前記炭酸ガス導入管に流量調整弁を介装したことを特徴とするものである。
流量調整弁により炭酸ガスの流量を調整することができるので、２軸容積式回転ポンプに供給する炭酸ガスの調整作業が行い易い。
（請求項１の発明）
この２軸容積式回転ポンプを用いた炭酸泉生成装置によれば、炭酸ガス導入管から取り込まれる炭酸ガスが混入した湯を２軸容積式回転ポンプによる圧縮作用によって微細化し、微細化された炭酸ガスの気泡が混入した湯を水槽内の底部に向けて放出させることにより、炭酸ガスを湯中に効率よく溶解させることができる。さらに、この装置は、２軸容積式回転ポンプを用いることにより湯中の気泡の微細化を促進可能であるため簡素な構造となり、炭酸泉を安定して容易に得ることができる。また、湯に混入する毛屑やゴミ等の夾雑物によってポンプの作動が妨げられないという優れた利点を有する。
この２軸容積式回転ポンプを用いた炭酸泉生成装置によれば、炭酸ガス導入管から取り込まれる炭酸ガスが混入した湯を２軸容積式回転ポンプによる圧縮作用によって微細化し、微細化された炭酸ガスの気泡が混入した湯を水槽内の底部に向けて放出させることにより、炭酸ガスを湯中に効率よく溶解させることができる。さらに、この装置は、２軸容積式回転ポンプを用いることにより湯中の気泡の微細化を促進可能であるため簡素な構造となり、炭酸泉を安定して容易に得ることができる。また、湯に混入する毛屑やゴミ等の夾雑物によってポンプの作動が妨げられないという優れた利点を有する。
以下に、本発明の最良の形態例を図面に基づいて説明する。
本発明に係る２軸容積式回転ポンプを用いた炭酸泉生成装置（以下、単に「炭酸泉生成装置」という）Ａは、炭酸泉を貯留する水槽７０と、水槽７０へ循環経路６５を介して湯を送り込むポンプユニットＰと、炭酸ガスボンベ６１を備えている。
ポンプユニットＰは、水槽７０に隣接して設置された架台１の上に、駆動モータ３８により回転駆動される２軸容積式回転ポンプとしてのルーツポンプ３と、炭酸ガスボンベ６１から供給される炭酸ガスを該ポンプ３の吸込口側に導く炭酸ガス導入管５１とからなる。
ルーツポンプ３は、図２に示すように、吸込口５と吐出口６を設けたポンプケーシング４の内部に、吸込口部８を斜め上方に、吐出口部９を斜め下方に設けたロータケーシング７が４５度傾けて配置されている。ロータケーシング７の吸込口部８の上隅部７ａとポンプケーシング４の吸込口５側の天部４ａとは、壁１０により連接されている。また、吐出口部９の下隅部７ｂから横方向へ凹円弧壁１１が一体に形成され、その凹円弧壁１１のほぼ中間部とポンプケーシング４の底部４ｂとは、縦壁１２により連接されている。１３は縦壁１２に設けられたバイパス穴である。
１４，１４はポンプケーシング４の周壁に設けられたドレン用穴、１５はポンプケーシング４の天部４ａに設けられた給水穴である。１７は一方のドレン用穴１４に螺着されたキャップ、２１は給水穴１５に螺着されたキャップである。他方のドレン用穴１４に螺着されるキャップ１８には、前記バイパス穴１３に先端部を挿入するロッド１９が中心部に突設されている。
吸込口５には、逆止弁２２を介装して配管のためのフランジ金具２３が取り付けられている。また、吐出口６には、フランジ金具２５を取り付けている。
ロータケーシング７には、一対の２葉式ルーツロータ２６を収めている。図３に示すように、ルーツロータ２６のロータ軸２７は、ポンプケーシング４の両側に夫々固定されたハウジング３０，３１に装着したベアリング３２，３２により回転自由に支持するように設けられている。下方のロータ軸２７のハウジング３０から突出する一端にはプーリ３４を取付け、駆動モータ装置３８により伝動ベルト３９を介して該プーリ３４を回転駆動するように設けられている（図１）。ロータ軸２７の他端にはタイミングギア３５を夫々固定し、それらのタイミングギア３５，３５を噛合するように設けている。３６はハウジング３１の開口部に取り付けたギアカバーである。
ハウジング３０，３１には、ロータ軸２７を支持するベアリング３２の奥に、公知のメカニカルシールを収納したスタッフィングボックス３３が設けられている。
ルーツロータ２６については、ロータ軸２７を除いて形成された芯金部２６ｂの外側にポリウレタンゴム材（又はニトリルゴム材）によりライニング加工を施している。
なお、この実施例のルーツポンプ３では、２葉式ルーツロータ２６を採用しているが、これに限定されることなく、多葉式ルーツロータを適用することもできる。
ハウジング３０の内側面の吸い込み側に相当する箇所には、ロータ軸２７が挿入される軸穴３０ａを中心として半径方向に延びる複数の、例えば３個のせん断用溝３０ｂを設ける。せん断用溝３０ｂの大きさについては、幅：５〜１５ｍｍ、長さ：１５〜２５ｍｍ、深さ：５〜１０ｍｍとする。また、せん断用溝３０ｂの長さについては、１個目は軸穴３０ａの内端縁からロータケーシング７の内径の中間位置まで、２個目は軸穴３０ａの内端縁からロータケーシング７の内径の３／４の位置まで、３個目は軸穴３０ａの内端縁近くからロータケーシング７の内径から若干突出する位置までというように、ルーツロータ２６の回転方向に合わせて変化させるように設けることもできる。
なお、他方のハウジング３１についても、同様のせん断用溝（（図示せず））を設ける。
なお、他方のハウジング３１についても、同様のせん断用溝（（図示せず））を設ける。
しかして、湯と一緒にロータケーシング７内に流入してせん断用溝３０ｂに入り込む毛屑やゴミ等の夾雑物は、ルーツロータ２６のローブ２６ａの側縁とせん断用溝３０ｂの角縁とによるせん断作用によってせん断され、吐出口６から外へ排出される。
フランジ金具２３の上部に設けた炭酸ガス導入口（図示せず）には、炭酸ガス導入管５１の一端５１ａが接続されている。５２は炭酸ガス導入管５１に介装された開閉弁、５３は炭酸ガス導入管５１に介装された流量調整弁である。炭酸ガスボンベ６１のガス出口側には、圧力調整弁６２と、流量計６３が取り付けられている。炭酸ガス導入管５１の他端５１ｂは、流量計６３に連結されている。
図４に示すように、流量調整弁５３は、逆Ｔ字形の弁本体５４に入口部５５ａと出口部５５ｂが形成された流路５５を設け、流路５５のほぼ中間位置の折返し部５５ｃに連通するように流路５５よりも４倍程度の大径のネジ穴５６を形成し、ネジ穴５６に螺合された駒片５７の円錐形の先端部５７ａを折返し部５５ｃに臨むように設けている。５８はネジ穴５６に螺合されたキャップである。
しかして、駒片５７を進退させて折返し部５５ｃに生ずる隙間の大きさを変更することにより、流路５５を通過する炭酸ガス流量を調整可能な流量調整弁５３が構成される。
前記循環経路６５については、ポンプユニットＰのフランジ金具２３に接続された吸込みパイプ６６と、同ポンプユニットＰのフランジ金具２５に取り付けられた排出管６７と、水槽７０を含めた一連の湯の流れる通路をいう。
以上により、駆動モータ装置３８の駆動によりルーツポンプ３の２葉式ルーツロータ２６が回転することにより、吸込口５から湯を吸い込むと共に炭酸ガス導入口からエジェクタ作用によって取り込まれる炭酸ガスの気泡をルーツポンプ３による圧縮作用により微細化し、微細化された気泡が含まれた湯を吐出口６から排出するポンプユニットＰが構成される。
しかして、ポンプユニットＰの運転により水槽７０内の湯が吸込みパイプ６６内に吸い込まれると共に炭酸ガス導入口からエジェクタ作用により取り込まれる炭酸ガスの気泡をルーツポンプ３による圧縮作用により微細化し、微細化された気泡が含まれた湯を排出管６７から水槽７０の底部に向けて放出させることにより、炭酸ガスを湯中に効率よく溶解させる本発明に係る炭酸泉生成装置Ａが構成される。
（実験）
図１に示す本発明に係る炭酸泉生成装置Ａについて、運転時間経過による水中への炭酸ガス（ＣＯ２）溶解量の変化を測定した。その結果を図５のグラフに示す。
（実験条件）
ルーツポンプの諸元
ルーツポンプの口径：５０ｍｍ
吐出量：２００リットル／分
ポンプ吐出圧力：５０ｋＰａＧ
吸込揚程：２ｍ
回転速度：６５０ｒｐｍ
モータ出力：１．５Ｋｗ
炭酸ガス供給量：２５リットル／分と、５リットル／分の場合について測定
水槽容積：１．０ｍ３
水温：２０℃
（測定器）
ＣＯ２ガス溶解量測定器： 株式会社東興化学研究所 Ｔｉ−９００４
図１に示す本発明に係る炭酸泉生成装置Ａについて、運転時間経過による水中への炭酸ガス（ＣＯ２）溶解量の変化を測定した。その結果を図５のグラフに示す。
（実験条件）
ルーツポンプの諸元
ルーツポンプの口径：５０ｍｍ
吐出量：２００リットル／分
ポンプ吐出圧力：５０ｋＰａＧ
吸込揚程：２ｍ
回転速度：６５０ｒｐｍ
モータ出力：１．５Ｋｗ
炭酸ガス供給量：２５リットル／分と、５リットル／分の場合について測定
水槽容積：１．０ｍ３
水温：２０℃
（測定器）
ＣＯ２ガス溶解量測定器： 株式会社東興化学研究所 Ｔｉ−９００４
実験の結果、運転時間６０分経過時における炭酸ガス（ＣＯ２）溶解量は、炭酸ガス供給量が２５リットル／分の場合に約１７５０ｍｇ／リットル、炭酸ガス供給量が５リットル／分の場合に約２５０ｍｇ／リットルとなり、いずれも多量の炭酸ガスが水中に溶解することが確認された。また、炭酸ガスの供給を停止し長時間放置しても炭酸ガスの放散量は少ないことが確認された。炭酸ガス供給量が２５リットル／分の場合には、公知の療養泉ライン（ＣＯ２：１０００ｍｇ／ｌ）を超えることも可能であり、炭酸ガス供給量が５リットル／分の場合には容易に炭酸泉ライン（ＣＯ２：２５０ｍｇ／ｌ）を得られる。
Ａ・・・本発明に係る２軸容積式回転ポンプを用いた炭酸泉生成装置
Ｐ・・・ポンプユニット
３・・・ルーツポンプ（２軸容積式回転ポンプ）
４・・・ポンプケーシング
５・・・吸込口 ６・・・吐出口
２６・・・ルーツロータ（ロータ）
２６ａ・・・ローブ
２７・・・ロータ軸
３０，３１・・・ハウジング
３０ｂ・・・せん断用溝
５１・・・炭酸ガス導入管
５３・・・流量調整弁
６１・・・炭酸ガスボンベ
６５・・・循環経路
７０・・・水槽
Ｐ・・・ポンプユニット
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６５・・・循環経路
７０・・・水槽
Claims (3)
- 炭酸泉を貯留する水槽と、その水槽へ循環経路を介して湯を送り込むポンプユニットと、炭酸ガスボンベを備えた炭酸泉生成装置において、
前記ポンプユニットは、吸込口と吐出口を設けたポンプケーシング内に収められた一対のロータを駆動モータにより回転駆動される２軸容積式回転ポンプと、前記炭酸ガスボンベから供給される炭酸ガスを該吸込口側に導く炭酸ガス導入管からなり、
前記２軸容積式回転ポンプの運転により前記水槽から湯を吸い込むと共に前記炭酸ガス導入管から取り込まれる炭酸ガスの気泡を当該ポンプの圧縮作用によって微細化し、その微細化された炭酸ガスの気泡が含まれた湯を前記水槽内へ放出するようにしたことを特徴とする２軸容積式回転ポンプを用いた炭酸泉生成装置。 - 前記２軸容積式回転ポンプのハウジングの吸込み側の内側面に、ロータ軸を挿入する軸穴を中心として半径方向に延びる複数のせん断用溝を設け、前記ポンプケーシング内に混入して該せん断用溝に流入する夾雑物が前記ロータのローブの側縁と該せん断用溝の角縁とによるせん断作用によってせん断されるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の２軸容積式回転ポンプを用いた炭酸泉生成装置。
- 前記炭酸ガス導入管に流量調整弁を介装したことを特徴とする請求項１又は２に記載の２軸容積式回転ポンプを用いた炭酸泉生成装置。
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