WO1998034579A1 - Procede de production d'eau gazeifiee - Google Patents

Description

明 細 書 炭 酸 泉 の 製 造 方 法 技 術 分 野

本発明は、 生理的に効果のある炭酸泉が、 所定の炭酸ガス濃度の炭酸泉として 家庭等で容易に得られる炭酸泉の製造方法に関する。

背 景 技 術

炭酸泉は優れた保温作用があることから、 古くから温泉を利用する浴場等で用 いられている。 炭酸泉の保温作用は、 基本的に、 含有炭酸ガスの末梢血管拡張作 用により身体環境が改善されるためと考えられる。 また炭酸ガスの経皮進入によ つて、 毛細血管床の増加及び拡張が起こり、 皮膚の血行を改善する。 このため退 行性病変及び末梢循環障害の治療に効果があるとされている。

このように炭酸泉が優れた効能を持つことから、 これを人工的に調合する試み が行われてきた。 例えば浴槽内に炭酸ガスを気泡の形で送り込む方法、 炭酸塩と 酸とを反応させる化学的方法、 タンクに温水と炭酸ガスとを一定期間加圧封入す る方法等の方法により炭酸泉を得ていた。 また、 特開平 2— 2 7 9 1 5 8号公報 には中空糸半透膜を通じて炭酸ガスを供給し、 水に吸収させる方法が提案されて いる。

現在市販されている炭酸泉の製造装置では、 炭酸泉の炭酸ガス濃度を測定して これを制御するようなものは知られていない。 これは、 比較的炭酸ガス濃度の低 い領域、 例えば 1 0 0〜 1 4 0 p p mという範囲で使用されていることが一因で ある。 しかし、 炭酸ガス濃度によって炭酸泉の効能がやや異るため、 もう少し高 い濃度の炭酸泉を得たい場合や、 より低い濃度の炭酸泉を得たい場合がある。 水中に溶解した炭酸ガスの濃度を測定する装置としては、 従来より幾つかのも のが知られている。 流通型の炭酸ガス濃度計は、 炭酸ガス電極と炭酸ガス濃度指 示計で構成されているが、 電極の隔膜と内部液の交換が 1〜3月毎に必要となり そのメンテナンスに手間がかかるとともにやや高価でもあるため、 炭酸泉の製造 装置に用いる測定装置としては実用性に欠ける。 また、 炭酸飲料の製造装置で使 用されているような熱伝導度検出型の炭酸ガス濃度計は極めて高価であり、 炭酸 泉の濃度測定には不向きである。

浴槽内の炭酸ガス濃度を一定に保っために、 浴槽内に P Hセンサーを設置して 炭酸ガス溶解器への炭酸ガス供給量を調節する方法が特開平 8— 2 1 5 2 7 0号 公報で知られているが、 浴槽内で炭酸泉中へ溶解する不純物あるいは原水の水質 の影響によって、 浴槽内の炭酸泉の p Hと炭酸ガス濃度との間には必ずしも一義 的な関係が成立しない。 そのため、 この方法により浴槽内の炭酸ガス濃度を特定 の目標値にすることは困難である。

発 明 の 開 示

本発明の目的は、 特定濃度の炭酸泉を簡単に家庭等で製造することができる方 法を提供することにある。 ，

すなわち本発明は、 炭酸ガス溶解器へ炭酸ガスを供給して原水中に炭酸ガスを 溶解させ炭酸泉を製造する方法において、 炭酸ガス溶解器で生成した炭酸泉の p Hを測定し、 この p H測定値と原水のアル力リ度の値とから生成した炭酸泉の炭 酸ガス濃度データを演算し、 該炭酸ガス濃度データが予め設定した目標炭酸ガス 濃度値となるように炭酸ガス溶解器への炭酸ガス供給量を調節することを特徴と する炭酸泉の製造方法である。

図 面 の 簡 単 な 説 明

図 1は、 本発明の炭酸泉の製造方法に用いる装置の一例を示すフローシー卜で あり、 図 2は、 炭酸泉中の炭酸ガス濃度と p Hと原水のアルカリ度との関係を示 すグラフであり、 図 3は、 本発明の炭酸泉の製造方法に用いるのが好適な三層搆 造の複合中空糸膜の模式図であり、 図 4は、 本発明の炭酸泉の製造方法に用いる 装置の他の例を示すフローシートである。

発明を実施するための最良の態様

以下、 図面により本発明をより詳細に説明する。

図 1は、 本発明の炭酸泉の製造方法を示すフローシートの一例である。 水道水 等の原水を加熱して得た温水が電動弁 1、 プレフィルター 2を経て温水タンク 3 で貯えられ、 そこから送水ポンプ 4により温水中のゴミをトラップするチェック フィルター 5を経て炭酸ガス溶解器 6へ導かれる。 炭酸ガスは、 炭酸ガスボンベ 7から減圧弁 8、 開閉弁 9および炭酸ガス供給量調節手段としての調節弁 1 0を 経て炭酸ガス溶解器へ供給される。 この例で用いた炭酸ガス溶解器は、 中空糸膜 が配設された膜モジュールを内蔵して構成されたもので、 炭酸ガスは溶解器内で 中空糸膜の外表面へ導かれ、 ここで中空糸膜の中空部を流れる原水と中空糸膜の 膜面を介して接触して原水中に溶解し、 原水は炭酸泉となり、 炭酸ガス溶解器か ら排出される。

膜モジュールが配設された炭酸ガス溶解器を用いて、 膜面を介して炭酸ガスを 溶解させる構成とすると、 気液接触面積を大きくとることができ、 高い効率で炭 酸ガスを溶解させることができる。 このような膜モジュールとしては、 中空糸膜 モジュール、 平膜モジュール、 スパイラル型モジュール等が使用できる。 中でも 中空糸膜モジュールは、 最も高い効率で炭酸ガスを溶解させることができる。 このようにして炭酸ガス溶解器で生成した炭酸泉は、 p Hセンサ一 1 1により その P Hが測定される。 炭酸泉中の炭酸ガス濃度と炭酸泉の P Hは、 一定の関係 を有するが、 p Hの値により炭酸泉中の炭酸ガス濃度を一義的に求めることはで きない。 すなわち、 図 2に示すように原水のアルカリ度によって炭酸ガス濃度と 炭酸泉の P Hの関係は大きく変化する。 このため、 本発明の方法では、 p Hセン サ一で測定した生成炭酸泉の P H値と、 原水のアル力リ度の値とを演算器へ入力 し、 ここで図 2に示したアル力リ度と p H値との関係を利用して炭酸ガス濃度デ 一夕を演算により求め、 これを出力させる。

原水のアル力リ度は、 原水が水道水等の一定の水源から得られる水であれば一 般的には経時的にそれほど変動する値ではない。 したがって、 炭酸泉の製造装置 を設置してこれを稼動させる前に、 一度原水のアル力リ度を測定しておけば以降 はその値を使用することができる。 もちろん炭酸泉の製造装置の使用の都度原水 のアルカリ度を測定してその値を演算器へ入力してもよい。 なお、 本発明にいう アルカリ度は、 原水中に含まれる O H— 、 C 0₃ ²—、 H C 0₃—等の酸を消費する 成分の含有量を表示する方法の一つであり、 p H 4. 8アルカリ度 （Mアルカリ 度） の採用が好ましい。

本発明ではこのようにして演算により求めた炭酸泉の炭酸ガス濃度データを、 炭酸泉製造装置の運転開始前に予め入力しておいた使用者が所望する目標炭酸ガ ス濃度と比較し、 目標炭酸濃度の炭酸泉が生成するように炭酸ガス溶解器への炭 酸ガスの供給量を調節する。 ガス供給量の調節には各種の方式が採用でき、 本実 施例ではガス流量調節弁 1 0を用いたが、 圧力調整弁で制御してガス供給量を調 節することもできる。

P Hセンサーは、 通常は炭酸ガス溶解器の出口の近傍に設置し、 制御の外乱要 因となるものの影響を排除することが好ましい。 しかし、 P Hセンサーは設置位 置にかかわらず被測定液による汚れ等により測定精度が経時的に低下するため、 定期的に校正することが好ましい。 特に、 炭酸ガス濃度データの誤差を数％程度 に抑えるためには、 p Hセンサーでの測定 P H誤差を ± 0. 0 5以内に抑える必 要がある。 そのためには、 p Hセンサ一の校正を 1〜 2週間に一度の頻度で実施 するのが好ましい。

p Hセンサーの校正を行うには、 まず、 電動弁 1 2、 電動三方弁 1 3を閉じ電 動弁 1 4を開放して p Hセンサーホルダ一部の液 （炭酸泉） を排出した後、 弁 1 4を閉じ p H 4の標準液を標準液タンク 1 5からホルダー部へ送液して充満させ て P H 4での校正を実施する。 その後弁 1 4を開放して p H 4の標準液をホルダ —部から排出した後、 弁 1 4を閉じ今度は P H 7の標準液を標準液タンク 1 6か らホルダ一部へ送液して充満させ p H 7での校正を実施する。 このようにして、 二つの異なる p H値での校正を実施することで P Hセンサーの校正が完了する。 この際、 標準液タンクのベント部には電磁弁 1 7、 1 8を設け、 通常時は外気と 遮断し、 標準液の劣化を防止するのが好ましい。

炭酸ガス溶解器 9に用いられる中空糸膜としては、 ガス透過性に優れるもので あれば各種のものが用いられ、 多孔質膜でも非多孔質膜でもよい。 多孔質中空糸 膜を用いる場合には、 その表面の開口孔径が◦. 0 1〜 1 0 mのものが好まし い。 最も好ましい中空糸膜は、 薄膜状の非多孔質層の両側を多孔質層で挟み込ん だ三層構 i の複合中空糸膜であり、 その具体例として例えば三菱レイヨン （株） 製の三層複合中空糸膜 （MH F、 商品名） が挙げられる。 図 3はこのような複合 中空糸膜の一例を示す模式図であり、 1 9は非多孔質層、 2 0は多孔質層である。 ここで、 非多孔質層 （膜） とは、 気体が膜基質への溶解 ·拡散機構により透過 する膜であり、 分子がクヌッセン流れのように気体がガス状で透過できる孔を実 質的に含まないものであればいかなるものでもよい。 非多孔質膜を用いることに より、 任意の圧力でガスが炭酸泉中に気泡として放出されることなくガスを供給、 溶解でき、 効率よい溶解ができると共に任意の濃度に制御性良く、 簡便に溶解で きる。 また、 多孔質膜の場合に稀に生じるような温水が細孔を経てガス供給側に 逆流するようなことはない。 三層構造の複合中空糸膜は、 非多孔質層がガス透過 性に優れたごく薄膜状のものとして形成され、 これが多孔質層により保護されて 損傷を受け難く形成されているので好ましい。 また、 気泡として炭酸泉中に放出 される炭酸ガスが少ないので、 p Hの測定が精度良く実施できる。

中空糸膜の膜厚は 1 0〜 1 5 0 mのものが好ましい。 1◦ m未満では膜の 強度が不十分となりやすく、 また 1 5 0 mを超えると炭酸ガスの透過速度が低 下し溶解効率が低下しやすい。 三層構造の複合中空糸膜の場合には、 非多孔質膜 の厚みは◦. 3〜2 mが好ましい。 0. 3 i m未満では、 膜の劣化が生じやす く、 膜が劣化するとリークが発生する。 また、 2 mを超えると炭酸ガスの透過 速度が下がり溶解効率が低下しゃすい。

中空糸膜の膜素材としては、 シリコーン系、 ポリオレフイ ン系、 ポリエステル 系、 ポリアミ ド系、 ポリイミ ド系、 ポリスルフォン系、 セルロース系、 ポリウレ 夕ン系等が好ましいものとして挙げられる。 三層構造の複合中空糸膜の非多孔質 膜の材質としては、 ポリウレタン、 ポリエチレン、 ポリプロピレン、 ポリ 4—メ チルペンテン一 1、 ポリジメチルシロキサン、 ポリェチルセルロース、 ポリフエ 二レンォキサイ ド等が好ましいものとして挙げられ、 特にポリゥレタンが製膜性 が良好で、 溶出物が少ないため好ましい。

中空糸膜の内径は 5 0〜 1 0 0 0 mが好ましい。 5 0 m未満では中空糸膜 内を流れる炭酸ガスの流路抵抗が大きくなり炭酸ガスの供給が困難になる。 また、 1 0 0 0 mを超えると、 溶解器のサイズが大きくなり、 コンパクトにならない。 炭酸ガス溶解器に中空糸膜を使用する場合、 炭酸ガスを中空糸膜の中空側に供 給し、 外表面側に原水を供給して炭酸ガスを溶解させる方法と、 中空糸膜の外表 面側に炭酸ガスを供給して中空側に原水を供給して炭酸ガスを溶解させる方法と がある。 中空糸膜の外表面側に炭酸ガスを供給して中空側に原水を供給して炭酸 ガスを溶解させると、 膜モジュールの形態に係わらず温水中に炭酸ガスを高濃度 で溶解させることができるため好ましい。

本発明の方法で用いる炭酸ガス溶解器には、 多孔質体からなる散気部が炭酸ガ ス溶解器内の底部に設置された散気手段を有するものも使用できる。 散気部に配 される多孔質体の材質や形状はどのようなものであっても構わないが、 その空孔 率、 すなわち多孔質体自体に存在する空隙の多孔質体全体に対する体積割合が 5 〜7 0 V o 1 %であるものが好ましい。 炭酸ガスの溶解効率をより高めるために は空孔率が低い方が適しており、 5〜4 0 V 0 1 %であることが好ましい。 空孔 率が 7 0 v o 1 %を超える場合には、 炭酸ガスの流量を制御することが困難にな り、 低い炭酸ガス圧力でも流量が大きくなり過ぎ、 散気体から散気される炭酸ガ スの気泡が巨大化し、 溶解効率が低下しやすい。 また、 空孔率が 5 v o 1 %未満 であると炭酸ガスの供給量が低下し、 炭酸ガスの溶解に長時間を要する傾向にあ る。

また、 多孔質体の表面における開口孔径は、 散気する炭酸ガスの流量制御、 な らびに微細な気泡を形成するために、 0. 0 1〜 1 0 mであることが好ましい。 孔径が 1 Q / mを超えると水中を上昇する気泡が大きくなりすぎ、 炭酸ガスの溶 解効率が低下しやすい。 また、 0. 0 1 m未満の場合には、 水中への散気量が 低下するため高濃度の炭酸泉を得るのに長時間を要する傾向にある。

散気手段の散気部に配される多孔質体はその表面積が大きいほど気泡を多数発 生させることができ、 炭酸ガスと温水との接触が効率よく進み、 また気泡が生成 する前の溶解も生じるので溶解効率が高くなる。 したがって、 多孔質体の形状に はこだわらないが、 表面積が大きなものが好ましい。 表面積を大きくする手段と しては、 多孔質体を筒状にするとか、 平板のような形状にしてその表面に凹凸を つけるなど種々の方法があるが、 多孔質中空糸膜を用いることが好ましく、 特に 多孔質中空糸膜を多数本束ねたようなものを利用することが有効である。

多孔質体の材質は、 金属、 セラミック、 プラスチックなど様々なものが挙げら れるが、 特に限定はされない。 ただし、 親水性の材質のものは、 炭酸ガスの供給 停止時に温水が表面の細孔から散気手段内へ侵入するので好ましくない。

図 4は、 本発明の炭酸泉の製造方法の他のフローシートの例である。 この例で は、 温水タンクを設けずに送水ポンプ 4と圧カタンク 2 3により温水を流してい る。すなわち、炭酸泉の送水先の末端バルブを開くと温水が流れ始め、 この流れを フロースィッチ 2 1で検知して、 送水ポンプ 4を自動的に起動させる。 一方、 末 端バルブを閉じると、 送水ポンプ 4は作動したままなので配管内の圧力は上昇す るが、 圧力タンク 2 3が圧力バッファ一として機能し、 所定の圧力上限値になる と圧力スィッチ 2 2が働き送水ポンプ 4は停止する。

また、 中空糸膜を内蔵し、 中空糸膜の中空部に温水を流して炭酸ガスと接触さ せて溶解させる炭酸ガス溶解器 6には、 逆流洗浄用の配管 3 1が設けられている。 プレフィルターを経た温水を溶解器 6内の中空糸膜の中空部に長時間流すと、 中 空糸膜中空部への供給口にあたる中空糸膜のポッティング開口端部にスケールが 蓄積し、 炭酸泉の生成流量が徐々に低下することが判明した。 しかし、 このスケ ールは、 炭酸ガス溶解器 6内の水流を逆向きに流してやれば比較的簡単に除去で きることが見い出された。 すなわち、 電磁弁 1 2を閉じ、 開閉弁 2 5を開き、 三 方弁 2 4を逆流洗浄用配管側へ開いて温水を中空糸膜内で逆向きに流す。 この逆 流洗浄は、 1〜3 k g Z c m ²程度の通常の水圧の水流を 0 . 5〜 3 0分程度流 して実施でき、 炭酸ガス溶解器の使用時間にもよるが 1〜4週に 1回程度の頻度 で実施するのが好ましい。 炭酸ガス溶解器の前のチヱックフィルターに目のより 細かいフィルターを使用することによつてもスケールの付着を防止することがで きるが、 圧損が大きくなり過ぎて実用的ではない。

炭酸ガス溶解器 6には、 中空糸膜の外側に連通した部分にドレイン抜きが配設 され、 中空糸膜の中空部から蒸発した水蒸気が中空糸膜外側部で凝縮して溜まつ たドレインを必要に応じて開放弁 2 6を開いて外部へ放出する。

炭酸ガスの流量調整弁 1 ◦の上流側には過流防止弁 2 7が配設され、 炭酸ガス が何らかの原因により漏れて過剰の炭酸ガスが流れた場合には、 過流防止弁 2 7 が自動的に遮断し、 炭酸泉製造装置の安全性が確保される。

炭酸ガス溶解器 6の下流にはガス抜き弁 2 8が配設され、 製造された炭酸泉中 に含まれる気泡状の未溶解炭酸ガスを除去し、 これを排水管に放出する。 このガ ス抜き弁 2 8には、 一般の温水配管に通常使用されているものと同様なものが使 用できる。 気泡状の炭酸ガスは経皮吸収されにくいため、 人体への炭酸泉効果は なく、 また、 浴室の空気中の炭酸ガス濃度を低減させる点からもガス抜き弁の設 置は有効である。 図 4のその他の設備については図 1の場合と同様である。 以下、 実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例 1

図 1に示したフローシートの装置を用いて炭酸泉を製造した。 炭酸ガス溶解器 には、 前述した三層複合中空糸膜 MH Fを有効総膜面積 2. 4 m² で内蔵するも のを使用した。

Mアルカリ度 1 6. 0の水道水を 4 0 °Cに加熱した温水を 1 0リッ トル Zm i nで炭酸ガス溶解器へ供給した。 炭酸泉の目標炭酸ガス濃度を 6 0 0 p p mに設 定し、 炭酸ガス溶解器で得られた炭酸泉の P Hを p Hセンサーで検知し、 これと 水道水の Mアルカリ度の値を基に C P Uで演算して炭酸ガス濃度データを求め、 この濃度データが目標炭酸ガス濃度と一致するように炭酸ガス流量調整弁の開度 を制御して炭酸ガス溶解器へ炭酸ガスを供給した。 その結果、 運転開始 4分後に 得られた炭酸泉の炭酸ガス濃度を測定したところ、 6 1 5 p p mであり、 目標炭 酸ガス濃度にほぼ一致した炭酸泉が生成していた。 なお、 炭酸ガス濃度は、 東亜 電波工業製のイオンメータ一 I M 4 0 S炭酸ガス電極 C E— 2 3 5で測定した。

産業上の利用の可能性

本発明の炭酸泉の製造方法によれば、 比較的安価な P H測定装置を使用して、 目的の炭酸ガス濃度の炭酸泉を簡便に家庭等で製造することができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 炭酸ガス溶解器へ炭酸ガスを供給して原水中に炭酸ガスを溶解させ炭酸泉 を製造する方法において、 炭酸ガス溶解器で生成した炭酸泉の P Hを測定し、 こ の P H測定値と原水のアル力リ度の値とから生成した炭酸泉の炭酸ガス濃度デー タを演算し、 該炭酸ガス濃度データが予め設定した目標炭酸ガス濃度値となるよ うに炭酸ガス溶解器への炭酸ガス供給量を調節することを特徴とする炭酸泉の製 造方法。

2. 膜モジュールが配設された炭酸ガス溶解器を用いる請求項 1記載の炭酸泉 の製造方法。

3. 中空糸膜が配設された膜モジュールを用いる請求項 2記載の炭酸泉の製造 方法。

4. 中空糸膜の外表面側に炭酸ガスを供給し、 中空側に原水を供給して炭酸ガ スを溶解させる請求項 3記載の炭酸泉の製造方法。

5. 内径が 5 0〜 1 0 0 0〃mの中空糸膜を用いる請求項 3または 4記載の炭 酸泉の製造方法。

6. 膜厚が 1 0〜 1 5 0 mの中空糸膜を用いる請求項 3、 4または 5記載の 炭酸泉の製造方法。

7. 薄膜状の非多孔質層の両側を多孔質層で挟み込んだ三層構造を有する複合 中空糸膜を用いる請求項 3〜6のいずれか 1項に記載の炭酸泉の製造方法。

8. 非多孔質層の厚みが◦. 3〜2 mである中空糸膜を用いる請求項 7記載 の炭酸泉の製造方法。

9. 非多孔質層がポリゥレタンからなる複合中空糸膜を用いる請求項 7または 8記載の炭酸泉の製造方法。

1 0. 多孔質体からなる散気部が炭酸ガス溶解器の底部に設置された散気手段 を有する炭酸ガス溶解器を用いる請求項 1に記載の炭酸泉の製造方法。

1 1 . 多孔質体の空孔率が 5〜7 0 V o 1 %であり、 その表面の開口孔径が 0. 0 1〜 1 0 mである請求項 1 0に記載の炭酸泉の製造方法。

1 2. 多孔質体が多孔質中空糸膜である請求項 1 0に記載の炭酸泉の製造方法。