WO2004089521A1 - 炭酸水製造装置及び炭酸水製造方法 - Google Patents

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WO2004089521A1
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carbon dioxide
static mixer
carbonated water
flow rate
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PCT/JP2004/004453
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French (fr)
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Ken Ooyachi
Hiroki Sakakibara
Satoshi Suzuki
Hiroshi Tasaka
Masaaki Satou
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co., Ltd.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/236—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids specially adapted for aerating or carbonating beverages
    • B01F23/2363—Mixing systems, i.e. flow charts or diagrams; Arrangements, e.g. comprising controlling means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F23/236—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids specially adapted for aerating or carbonating beverages
    • B01F23/2362—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids specially adapted for aerating or carbonating beverages for aerating or carbonating within receptacles or tanks, e.g. distribution machines
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S261/00—Gas and liquid contact apparatus
    • Y10S261/07—Carbonators

Definitions

  • the present invention relates to a carbonated water production apparatus and production method. More specifically, the present invention relates to a carbonated water production apparatus and production method for efficiently obtaining high-concentration carbonated water.
  • carbonated water Since carbonated water has an excellent heat retaining effect, it has been used for a long time in bathhouses that use hot springs. It is thought that the warming action of carbonated water is basically because the body environment is improved by the peripheral vasodilatory action of carbon dioxide contained. In addition, the percutaneous infiltration of carbon dioxide gas causes an increase and expansion of the capillary bed, improving the blood circulation of the skin. For this reason, it is said to be effective in treating degenerative lesions and peripheral circulatory disorders. ⁇ In recent years, especially in the above-mentioned treatment, if the concentration of carbon dioxide in carbonated water is around 1 200 mg / L, which is the supersaturated concentration range in water at about 40 ° C, a more remarkable effect can be obtained. Is being understood.
  • a one-pass supply type in which carbonated water is produced by passing hot water obtained from a water heater etc. only once through a carbon dioxide dissolver, and hot water in a bathtub is produced by using a circulation pump.
  • a circulation supply type that circulates through a dissolver
  • a dispersion type that disperses carbon dioxide directly in hot water in a bathtub.
  • Static mixers have the advantage that they can be obtained at a low cost, but unless the number of elements is controlled for dissolution conditions such as water flow conditions, highly concentrated carbonated water cannot be produced.
  • the carbon dioxide gas concentration in warm water of 200 L which is a standard bath capacity, is set to 100 mg ZL. Takes 30 minutes. In order to shorten the time, there is a method to increase the flow rate of carbon dioxide gas, but this is preferable because the dissolution efficiency decreases.
  • An object of this invention is to provide the carbonated water manufacturing apparatus and manufacturing method which can manufacture highly concentrated carbonated ice simply and efficiently. Disclosure of the invention
  • the basic configuration of the carbonated water production apparatus includes a water supply means, a carbonate gas supply means, and a static mixer having 20 to 100 elements, and the static
  • the water and carbon dioxide gas supply means are used for the mixer, and water and carbon dioxide gas are simultaneously supplied to dissolve the carbon dioxide gas in the water.
  • a static mixer with 20 to 100 elements in this way is relatively inexpensive. Regardless, high-concentration carbonated water can be obtained in a short time.
  • the water supply means comprises a water tank and a plurality of circulation pumps for circulating the water in the water tank through the static mixer, and the plurality of circulation pumps are connected in series. It is preferable to increase the pressure required for In addition, when multiple pumps are connected in series and used to supply the same amount of water, the pump can be made smaller than when using a single pump. The total electric capacity can be reduced, the noise can be reduced, the equipment itself can be downsized, and maintenance is easy.
  • a gas-liquid separator is disposed downstream of the static mixer. If the gas-liquid separator is installed in the subsequent stage of the static mixer in this way, undissolved carbon dioxide gas can be discharged out of the flow path, so that there is no problem with the gas addition performance.
  • the value of Re XN is 1 00 00 0 0-20 By adjusting to 0 00 00, highly concentrated carbonated water can be produced more effectively. Also, assuming that the flow rate of the supplied carbon dioxide gas is X (L / min) and the flow rate of the supplied water is Y (L / min), the mixture of water and carbon dioxide gas is supplied to the static mixer only once. When supplying, X / Y values from 0.5 to 1.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of the carbonated water production apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the number of elements of a static mixer, the concentration of carbon dioxide in the generated carbonated water, and the pressure loss.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the number of elements of a static mixer, the flow rate of the supplied water, and the pressure loss.
  • Fig. 4 is a graph showing an example of the relationship between the inner diameter of a static mixer, water flow rate and pressure loss.
  • Fig. 5 is a graph showing an example of the relationship between the concentration of carbon dioxide in the generated carbonated water and the dissolution efficiency when the ratio of the flow rate Y of water and the flow rate X of carbon dioxide is changed.
  • FIG. 6 is a schematic view showing another example of the carbonated water production apparatus of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of a carbonated water production apparatus of the present invention. That is, in this embodiment, a configuration of an apparatus for producing carbonated water by supplying a mixture of water and carbon dioxide gas to the static mixer only once (hereinafter referred to as “one-pass supply”) is shown.
  • the produced carbonated water may be received in a cup and used for drinking, or may be taken in a shower through a shower head.
  • the carbonated water production apparatus comprises a carbon dioxide supply means 20, a water supply means 30 and a static mixer 11, wherein carbon dioxide gas is supplied from the carbon dioxide supply means 20, water is supplied from the water supply means 30. They are joined together in the middle and supplied to static mixer 1 1, and carbon dioxide is dissolved in water in static mixer 1 1.
  • the carbon dioxide gas supply means 20 is a carbon dioxide gas Bonn which is a carbon dioxide gas supply source. 1, carbon dioxide pressure control valve 3 for reducing the gas pressure to a constant pressure, carbon dioxide flow meter 4, carbon dioxide flow control valve 5 for controlling gas flow-amount, check valve 6 It has. Carbon dioxide is supplied from the carbon dioxide supply means 20 through the carbonate gas inlet 7 to the static mixer 11. Further, before and after the carbon dioxide pressure control valve 3, a carbon dioxide pressure gauge 2 for displaying the pressure of the carbon dioxide cylinder 1 and the supply pressure of the carbonate gas is disposed.
  • the carbon dioxide gas flow meter 4 can be installed as necessary to adjust the carbon dioxide gas flow rate and to check whether the correct flow rate is flowing.
  • Carbon dioxide flow control can be performed using only the carbon dioxide pressure control valve 3, but in order to obtain a constant carbon dioxide concentration at all times, as shown in Fig. 1, the carbon dioxide pressure control valve It is preferable to control the flow rate using 3 and the carbon dioxide flow rate control valve 5 in combination.
  • Examples of the carbon dioxide flow control valve 5 include various needle valves, orifices, piezo or solenoid actuators that are used electronically, and needle valves are preferable because they are inexpensive.
  • the pressure-intensifying pump 10 is preferably a high-lift type pressure-increasing pump, and is particularly preferable because a diaphragm pump is inexpensive and has high capacity.
  • the static mixer 11 is a static mixer without a drive unit, and the fluid is divided, reversed, or reversed by an element having a spiral shape or a baffle plate shape provided inside the tube. Mixing is performed by being converted.
  • the type of static mixer used in the present invention 11 is a type in which a spiral element twisted in the right direction and a spiral element twisted in the left direction are alternately arranged in the pipe, that is, the Kenix type. (It is also called a spiral type.)
  • the static mixer 11 having an element number N of 20 to 100 is used.
  • Figure 2 shows the flow rate of the supplied water at 5 (L / min) and the flow rate of the supplied carbon dioxide gas at 4 (L / min) when the number of elements N of the static mixer 1 1 is changed.
  • the static Miki used Saichi is a Kenix type (product name DSP type) manufactured by Noritake Company Limited and has an inner diameter of 10 mm.
  • Fig. 2 when the number of elements N is increased beyond 100, the rate of increase in carbon dioxide concentration decreases and the pressure loss increases.
  • Figure 3 shows the flow rate of water required to make the concentration of carbon dioxide in the generated carbonated water 1 3 4 0 (mg / L) when the number of static mixer elements N is changed in one-pass supply. The correlation with pressure loss is illustrated.
  • the static mixer used was a Kenix type (product name: DSP type) manufactured by Noritake Company Limited and has an inner diameter of 10 mm. As is clear from Fig. 3, when the number of elements N is less than 20, a large amount of water needs to flow, and the pressure loss increases rapidly.
  • the lower limit of the number N of elements of the static mixer 11 needs to be 20 or more, preferably 24 or more.
  • the upper limit of the number N of elements is preferably 100 or less, more preferably 50 or less.
  • one static mixer 11 may be used as it is, but a plurality of static mixers may be connected in series.
  • the number of elements N when connected in series refers to the number of elements present in one flow path. For example, five static mixers with 7 elements per line are connected in series. In this case, the number of elements N is 35.
  • the static mixer 1 1 can be used by connecting a plurality of them in parallel. When used in parallel, the pressure loss can be kept low while increasing the amount of carbonated water that can be generated at one time, which is preferable. When connected in parallel, for example, even when five static mixers 11 each having 20 elements are connected in parallel, the number N of elements is 20 pieces.
  • the lower limit of the inner diameter is preferably 5 mm or more, and 1 O mm or more. Is more preferable.
  • Fig. 4 shows the flow rate of water necessary to maintain the inner diameter of the static mixer 1 1 and the concentration of carbon dioxide in the generated carbonated water at about 1 200 (mg / L) in the one-pass supply.
  • the example of a correlation with the pressure loss at the time is shown.
  • the ratio between the flow rate of the supplied carbon dioxide gas and the flow rate of the supplied water is constant at 0.8, and the static mixer used is a stator type (product name 5 series) manufactured by TAH Industries, Inc. The number is 28.
  • the upper limit of the inner diameter is preferably 100 mm or less, more preferably 50 mm or less. preferable.
  • the Reynolds number is generally used as an indicator of the degree of fluid turbulence. Satisfying the following formula (1) between (Re) and the number N of elements of the static mixer is preferable because highly concentrated carbonated water can be efficiently produced.
  • Q is the hot water flow rate (L / min)
  • D is the inner diameter of the static mixer (mm)
  • ⁇ is the viscosity of the water (mPa ⁇ s), for example 40 ° C water, the water viscosity is 0. 6 5 mP a 's.
  • Table 1 shows the results when the flow rate of supplied carbon dioxide and the flow rate of supplied water are changed under the condition that the ratio of the supplied carbon dioxide flow rate to the supplied water flow rate is 0.8.
  • the figure shows an example of the relationship between the value of R e XN and the concentration of carbon dioxide in the generated carbonated water, the dissolution efficiency of carbon dioxide, and the pressure loss.
  • the static mixer used is a Kenix type (product name: DSP type) manufactured by Noritake Company Limited. The number of elements is 28 and the inner diameter is 10 mm.
  • the dissolution efficiency was obtained from the following equation.
  • ReXN is smaller than 1 0 0 0 0 0, the dissolution efficiency of carbon dioxide gas is It tends to be smaller.
  • the lower limit of the value of Re xN is more preferably 2 0 0 0 0 0 0 or more.
  • Re x N is greater than 2 0 0 0 0 0 0 0 0, water flow may be difficult due to increased pressure loss.
  • the upper limit of the value of Re xN is more preferably 1 0 0 0 0 0 0 or less, and more preferably 5 0 0 0 0 0 or less.
  • Figure 5 shows the correlation between the carbon dioxide concentration and dissolution efficiency of the carbonated water produced when the water flow rate ⁇ is fixed at 6 (L / min) and the carbon dioxide gas flow rate X is changed in the one-pass supply.
  • the static mixer used was a Kenix type (product name: DSP type) manufactured by Noritake Company Limited, with 28 elements and an inner diameter of 10 mm.
  • FIG. 6 schematically shows another embodiment of the carbonated water production apparatus of the present invention.
  • the water in 1 3 is circulated through the static mixer 1 1 by the circulation pump 1 6 (hereinafter referred to as circulation supply).
  • the device configuration is suitable for applications that use carbonated water in large quantities, such as a full-body bath with carbonated water.
  • the carbon dioxide gas supply means 20 includes a carbon dioxide gas cylinder 1 as a carbon dioxide supply source, a carbon dioxide pressure control valve 3 for reducing the gas pressure to a constant pressure, and a carbon dioxide flow rate control valve 5 for controlling the gas flow rate. And a check valve 6.
  • the carbon dioxide gas is joined to the water flowing line by the carbon dioxide supply means 20.
  • Examples of the carbon dioxide flow control valve 5 include various kinds of needle valves, orifices, piezo or solenoid actuators used in electronic systems, and needle valves are preferable because they are inexpensive.
  • the water in the water tank 13 is supplied to the static mixer 11 by water supply means 30 including a filter 14, a flow switch 15, and a liquid feed pump 16.
  • the carbon dioxide gas and water supplied into the static mixer 1 1 are mixed and stirred in the static mixer to become carbonated water, discharged from the carbonated water discharge port 1 2 into the water tank 1 3, and the water in the water tank 1 3 Carbonic acid concentration increases.
  • the water supply line from the bathtub 1 7 at the tip of the filter 1 4 is not mandatory
  • a centrifugal pump is preferable in terms of size and the like.
  • the liquid feed pump 16 is preferably a brushless pump because it emits less electromagnetic noise and has a long life.
  • the liquid feed pump 16 is a self-priming pump, it can be operated even when there is no water in the water supply line 17 from the bath at the start of operation.
  • Self-priming pumps are positive displacement pumps such as gear pumps, A product-type pump, a liquid feed pump in which water remains in the pump head even when use is stopped can be used.
  • One liquid feed pump 16 may be used, but it is preferable to use a plurality of liquid feed pumps 16 connected in series because the pressure required for liquid feed can be increased.
  • the pump can be made smaller compared to using a single pump. The total electric capacity can be reduced, noise is reduced, the device itself can be downsized, and maintenance is facilitated.
  • the liquid feed pump 16 may be connected in series with three or more liquid feed pumps 16 in which two are connected in series. It is also possible to connect two liquid pumps 16 in series and connect these two liquid pumps 16 and another liquid pump 16 in parallel.
  • the supply amount varies greatly due to fluctuations in the suction pressure and discharge pressure due to clogging in the water supply means 30, etc., affecting the dissolution behavior of carbonated water .
  • the flow rate detection means it is preferable to use a flow switch 15 that outputs an OFF signal when the reed switch operates due to the movement of the float and falls below the set flow rate.
  • the gas-liquid separator 40 on the downstream side of the static mixer 11.
  • the gas-liquid separator 40 for example, water and air are brought into contact with each other through a hydrophobic porous membrane, and bubbles are taken out from the water.
  • a method of separating carbon dioxide gas from water and the like can be adopted, but a method of separating gas and liquid by utilizing the density difference between water and bubbles is preferable.
  • the gas-liquid separator 40 is composed of a container 41, an air vent valve 42, and an undissolved carbon dioxide discharge line 43.
  • the carbonated water containing undissolved carbon dioxide that has been passed through the container 4 1 has a flow velocity that drops due to the expansion of the flow path in the container 41. Acid water and carbon dioxide gas are separated above.
  • the carbonated water containing no bubbles flows out from the outlet provided below the container 41, and the carbon dioxide gas is discharged from the undissolved carbon dioxide discharge line 43 through the upper air vent valve 42.
  • the joining part of carbon dioxide gas and hot water only needs to be able to join together, and cheese piping, cross piping, union, etc. used in general piping members can be used.
  • the concentration of carbon dioxide in carbonated water is sufficient to ensure the effect of carbonated water. It is preferably 90 mg or more, more preferably 100 mg or more. On the other hand, when the carbon dioxide concentration is increased to some extent, the effect does not change so much. Therefore, the upper limit is preferably set to 1550 Omg ZL or less.
  • the temperature of the water if it is used for various baths such as full bath, foot bath, shower bath, etc., the temperature of the generated carbonated water should be within the range of 30 to 45 ° C. It is preferable because it is effective and allows comfortable bathing, and more preferably in the range of 35 to 40 ° C.
  • the present invention will be described more specifically with reference to examples.
  • Dissolution efficiency (%) Dissolved amount of carbon dioxide in carbonated water / Amount of carbon dioxide used X 1 0 0
  • Ratio of carbon dioxide gas flow rate Y to water flow rate Y The value of XZY (hereinafter simply referred to as XZY) is 0.5, and the pressure loss during water flow is 0.1 4 MPa.
  • the carbon dioxide gas concentration of the obtained carbonated water was 10 00 (mg / L), and the dissolution efficiency was 73%.
  • Carbonated water was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of supplied water was 16 (L / min) and the flow rate of carbon dioxide gas was 8 (L / min). At this time, the value of Re xN was 5 0 0 9 7 2, the number of water circulations was 1.6, the value of X / Y was 0.5, and the pressure loss during water flow was 0.18 MPa.
  • the carbon dioxide gas concentration of the obtained carbonated water was 110 (mg / L), and the dissolution efficiency was 70%.
  • the stator type (number of elements 28, Carbonated water was produced in the same manner as in Example 2 except that the inner diameter was 23 mm.
  • the value of Re XN was 6 3 5 2 9 1
  • the number of water circulations was 1.6
  • the value of XZY was 0.5
  • the pressure loss during water flow was 0.2 2 MPa.
  • the carbon dioxide concentration of the obtained carbonated water was 1 1550 mg / L, and the dissolution efficiency was 73%.
  • Carbonated water was produced in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of carbon dioxide was 8.4 (L / min).
  • the value of Re x N was 4 3 8 3 5 1
  • the number of water circulations was 1.4
  • the values of ⁇ and ⁇ were 0.6
  • the pressure loss during water flow was 0.1 4 MPa.
  • the carbon dioxide concentration of the resulting carbonated water was 110 (mg / L), and the dissolution efficiency was 67%.
  • Carbonated water was produced in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of carbon dioxide was 5.6 (L / min) and the operation time was 30 minutes. At this time, the value of Re XN was 4 3 8 3 5 1, the number of water circulations was 2.1, the value of XZY was 0.4, and the pressure loss during water flow was 0.1 4 MPa.
  • the carbon dioxide concentration of the resulting carbonated water was 120 (mg / L), and the dissolution efficiency was 73%.
  • the carbon dioxide concentration of the resulting carbonated water was 110 (mg / L), and the dissolution efficiency was 70%.
  • Carbonated water was produced in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of carbon dioxide was 2.8 (L / min) and the operation time was 50 minutes. At this time, the value of Re XN was 4 3 8 3 5 1, the number of water circulation was 3.5, the value of X / Y was 0.2, and the pressure loss during water flow was 0.14 M Pa.
  • the carbon dioxide concentration of the obtained carbonated water was 110 (mg / L), and the dissolution efficiency was 80%.
  • Carbonated water was produced in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of carbon dioxide was 16.2 (L / min) and the operation time was 15 minutes. At this time, the value of Re xN was 4 3 8 3 5 1, the number of water circulations was 1.0 5 times, the value of water was 1.2, and the pressure loss during water flow was 0.1 4 MPa.
  • the carbon dioxide concentration of the resulting carbonated water was 120 (mg / L), and the dissolution efficiency was 48%.
  • Kenix type (4 elements, Carbon dioxide as in Example 1, except that the inner diameter is 1 2 6. 6 mm), the supply water volume is 15 (L / min), the carbon dioxide flow rate is 6 (L / min), and the operation time is 30 minutes. Water was produced. At this time, the value of Re XN was 1 54 5 8, the number of water circulations was 2. 25, the value of XZY was 0.4, and the pressure loss during water flow was 0.0 5 MPa.
  • the carbon dioxide concentration of the obtained carbonated water was 1 000 (mg / L), and the dissolution efficiency was 55%.
  • Carbonated water was produced in the same manner as in Example 1 except that a Kenix type (number of elements: 120, inner diameter: 25 mm ⁇ i ») was used as the static mixer. At this time, the value of Re x N was 2 1 9 1 7 54, the number of water circulations was 1.4, the value of XZY was 0.5, and the pressure loss during water flow was 0.64 MPa. The carbon dioxide concentration of the resulting carbonated water was 1 2 5 0 (mg / L), and the dissolution efficiency was 90%.
  • a Kenix type number of elements: 120, inner diameter: 25 mm ⁇ i »

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Abstract

高濃度の炭酸水を安価かつ簡便に製造することのできる炭酸水の製造装置及び方法に関する。　エレメント数が２０～１００個であるスタティックミキサーを使用する炭酸水製造装置及び炭酸水製造方法は、高濃度の炭酸水を、安価かつ簡便に製造することができ、いわゆるワンパス型の製造方法において特に効果的に適用できる。　また、スタティックミキサーのエレメント数をＮ個とし、スタティックミキサー中を、水と炭酸ガスの混合体が流れる際のレイノルズ数をＲｅとしたとき、Ｒｅ×Ｎが１０００００～２００００００となるようにすると、さらに効率的に高濃度の炭酸水を製造することができる。

Description

明 細 書 炭酸水製造装置及び炭酸水製造方法 技術分野
本発明は、 炭酸水の製造装置及び製造方法に関する。 より詳しくは、 効率よく高濃度炭酸水を得る炭酸水の製造装置及び製造方法に関する。 背景技術
炭酸水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。 炭酸水の保温作用は、 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、 炭酸ガスの経皮浸入によって、 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ぴ末梢循環障害の治療 に効果があるとされている。 · 近年、 特に前述の治療において、 炭酸水中の炭酸ガス濃度が、 約 4 0 °Cの水における過飽和濃度域である 1 2 0 0 m g / L前後になると、 更 に顕著な効果が得られるこ が解ってきている。
炭酸水の製造方法としては、 炭酸ガス溶解器に、 給湯器等から得られ た温水を一回だけ通過させることにより炭酸水を製造するワンパス供給 型、 循環ポンプにより浴槽中の温水を、 炭酸ガス溶解器を介して循環さ せる循環供給型、 浴槽中の温水に直接炭酸ガスを分散させる分散型等が ある。
また、 高濃度の炭酸水を効率的に得るための方法としては、 スタティ ックミキサーを用いる方法 （特開昭 6 3— 2 4 2 2 5 8号公報及び特開 昭 6 3— 2 4 2 2 5 7号公報参照）、 中空糸膜を介して、温水中に炭酸ガ スを溶解させる方法 （特開平 8— 1 9 7 8 4号公報参照） が知られてい る。
スタティックミキサ一は安価に入手できるという利点はあるが、 ェレ メント数ゃ通水条件等の溶解条件を制御しないと、 高濃度の炭酸水を製 造することができない。 上記特開昭 6 3— 2 4 2 2 5 8号公報では、 ス タティ ックミキサ一の種類等に関する検討はされておらず、 エレメント 数が 1 2のスタティックミキサ一が開示されているのみであり、 高濃度 の炭酸水を効率よく製造できていない。
また、 上記特開昭 6 3 - 2 4 2 2 5 7号公報の実施例によると、 標準 的な浴槽容量である 2 0 0 Lの温水中の炭酸ガス濃度を 1 0 0 0 m g Z Lにするには 3 0分もの長時間を要している。 時間を短縮するためには 炭酸ガス流量を增やすという方法があるが、 溶解効率が低下するため好 ましくなレ、。
上記特開平 8— 1 9 7 8 4号公報の中空糸膜を用いる方法は、 スタテ イツクミキサーを用いる方法に比べ、 より高濃度の炭酸水を製造するこ とができるが、 比較的高価となりがちである。
本発明は、 高濃度の炭酸氷を簡便且つ効率よく製造することのできる 炭酸水製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。 発明の開示
即ち、 本発明に係る炭酸水製造装置の基本構成は、 水供給手段と、 炭 酸ガス供給手段と、 エレメント数が 2 0〜 1 0 0個であるスタティック ミキサ一とを有する点と、 前記スタティックミキサ一に水及び炭酸ガス の供給手段を用いて、 同時に水と炭酸ガスを供給して、 水中に炭酸ガス を溶解させる点にある。 このようにエレメント数が 2 0〜 1 0 0個であ るスタティックミキサーを使用することで、 比較的安価であるにもかか わらず短時間で高濃度の炭酸水を得ることができる。
前記水供給手段が、 水槽と、 該水槽中の水を前記スタティックミキサ 一を介して循環させる複数の循環ポンプとからなり、 該複数の循環ボン プが直列に接続されていることが、 送液に必要な圧力を高めるうえで好 ましい。 また、 複数台の送液ポンプを直列に接続して用いると、 同じ量 の水を供給するにあたって、 一台の送液ボンプを使用する場合と比較し て、 送液ポンプを小型にできるため、 合計の電気容量を少なくでき、 か つ低騒音となり、 また装置そのものも小型化でき、 メンテナンスも容易 になる。
前記スタティックミキサ一の下流に気液分離機が配されることが好ま しい。 このうように気液分離器をスタティックミキサ一の後段に設ける と、 未溶解の炭酸ガスを未然に流路外に排出することができるため、 ガ ス添加性能に不具合が発生することがない。
また、 スタティックミキサーのエレメント数を N個とし、 スタティッ クミキサー中を、 水と炭酸ガスの混合体が流れる際のレイノルズ数を R e としたとき、 R e XNの値が 1 0 00 0 0〜 20 0 00 00となるよ うにすると、 さらに効果的に高濃度の炭酸水を製造することができる。 また、 供給する炭酸ガスの流量を X(L/min) として、 供給する水の流 量を Y(L/min) としたときに、 水と炭酸ガスの混合体を前記スタティッ クミキサーに 1回だけ供給する場合には、 X/Yの値が 0. 5から 1.
2の範囲、 水と炭酸ガスの混合体を循環供給する場合には、 XZYの値 が 0. 3から 1. 0の範囲にそれぞれ設定すれば、 効率よく高濃度の炭 酸水を得ることができるため好ましい。 図面の簡単な説明
第 1図は本発明の炭酸水製造装置の一例を示す概略図である。 第 2図はスタティ ックミキサ一のエレメン ト数と、 生成される炭酸水 中の炭酸ガス濃度及び圧力損失との関係の例を示すグラフである。
第 3図はスタティ ックミキサ一のエレメン ト数と、 供給する水の流-量 及び圧力損失との関係の例を示すグラフである。
第 4図はスタティ ック ミキサ一の内径と、 水の流量及び圧力損失との 関係の例を示すグラフである。
第 5図は水の流量 Yと、 炭酸ガスの流量 Xの比率を変化させた際の、 生成される炭酸水中の炭酸ガス濃度及び溶解効率との関係の例を示すグ ラフである。
第 6図は本発明の炭酸水製造装置の別の一例を示す概略図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する 図 1は本発明の炭酸水製造装置の一例を示す概略図である。 即ち、 こ の実施形態ではスタティ ックミキサ一に水と炭酸ガスの混合体を一回だ け供給することによって （以下、 これをワンパス供給という。） 炭酸水を 製造する装置の構成を示している。 製造された炭酸水はコップに受けて 飲用等に用いてもよいし、 シャワーへッ ドを通してシャワーで浴びても よい。
本実施形態による炭酸水製造装置は、 炭酸ガス供給手段 2 0、 水供給 手段 3 0及びスタティ ックミキサー 1 1からなり、 炭酸ガス供給手段 2 0から炭酸ガスを、 水供給手段 3 0から水を、 それぞれ途中で合流させ てスタティ ックミキサー 1 1に供給し、 スタティ ック ミキサー 1 1中で 水中に炭酸ガスを溶解させる。
前記炭酸ガス供給手段 2 0は、 炭酸ガスの供給源である炭酸ガスボン ベ 1 と、 ガス圧力を一定圧に減圧するための炭酸ガス圧力制御弁 3 と、 炭酸ガス流量計 4と、 ガス流-量の制御を行う炭酸ガス流量制御弁 5と、 逆止弁 6とを備えている。 炭酸ガスは、 同炭酸ガス供給手段 2 0から炭 酸ガス導入口 7を通ってスタティックミキサー 1 1に供給される。 また 、 前記炭酸ガス圧力制御弁 3の前後には炭酸ガスボンベ 1の圧力及ぴ炭 酸ガス供給圧力を表示する炭酸ガス圧力計 2が配されている。
前記炭酸ガス流量計 4は、 炭酸ガス流量の調整や正しい流量が流れて いるかを確認するために、 必要に応じて設置することができる。
炭酸ガスの流量制御は、 炭酸ガス圧力制御弁 3だけを用いて行うこと も可能であるが、 常時一定の炭酸ガス濃度を得るためには、 図 1に示し たように、 炭酸ガス圧力制御弁 3 と炭酸ガス流量制御弁 5 とを併用して 流量制御をすることが好ましい。
炭酸ガス流量制御弁 5 としては、 種々のニードルバルブ、 オリフィス 、 電子式に使われているピエゾもしくはソレノィ ドアクチユエ一ターな どが挙げられるが、 ニードルバルブが安価で好ましい。
水は、 給湯器等によって 3 0 °C〜 5 0 °C程度にまで適宜加温されて温 水となり、 水供給手段 3 0によって、 水導入口 8から炭酸水製造装置に 供給される。 このとき、 水道の元圧を利用して供給しても構わないが、 スタティ ックミキサー 1 1の圧損により、 場合によっては必要流量を供 給できないことがあるので、 増圧ポンプ 1 0を用いることが望ましい。 増圧ポンプ 1 0は、 高揚程型の増圧ポンプであることが好ましく、 特に ダイヤフラムポンプが安価でかつ能力が高いため好ましい。
なお、 給水圧力が高すぎて給水量が多くなる場合、 一定以上に水流量 が上がらない水定流量弁 9を用いて水流量を制御することにより、 給水 圧が変動する場合であっても給水量を常に一定に保つことができる。 炭酸ガスと温水の合流部は、 両者が合流できればよく、 一般の配管部 材として用いられるチーズ配管、 クロス配管、 ユニオンなどを用いるこ とができる。
炭酸ガスと温水は、 スタティ ックミキサー 1 1内で混合され、 炭酸力' スが水中に溶解される。 スタティ ックミキサー 1 1は、 駆動部のない静 止型のミキサーであり、 管の内部に設けられた、 螺旋形状ゃバッフル板 形状等をもつエ レメントによって、 流体が分割されたり、 反転されたり 、 方向転換されたりすることによって、 混合が行われる。
スタティックミキサーの詳細については、 化学工学会編、 槟書店発行 、 化学工学の進歩 3 4、 ミキシング技術、 第 1 4章に記載されている。 本発明に使用するスタティックミキサー 1 1の種類としては、 管中に 右方向にねじれた螺旋状エ レメントと、 左方向にねじれた螺旋状エレメ ントが交互に配されたタイプ、 即ち、 ケニックスタイプ （スパイラルタ イブともいう。）、 管の中央に軸が配され、 軸に半楕円形のパッフル板が 配されたタイプ、 即ちステータタイプが、 安価に入手できるため好まし い。
スタティ ックミキサー 1 1に同じ流量で水を流す場合、 スタティ ック ミキサー 1 1のエ レメント数 Nが多いほど混合されやすくなり、 炭酸ガ ス濃度の高い炭酸水が得られる。 しかしながら、 エレメ ン ト数が多くな ると、 生成する炭酸水の炭酸ガス濃度は頭打ちになる一方で、 通水を行 う際に生じる圧力損失が大きくなり、 通水が困難となる場合がある。 本発明にあっては、 スタティックミキサー 1 1 としてエレメン ト数 N が 2 0〜 1 0 0個のものを用いる。
図 2は、 ヮンパス供給において、 スタティックミキサー 1 1のエレメ ント数 Nを変えたときに、 供給する水の流量を 5 (L/min) 、 供給する炭 酸ガスの流量を 4 (L/min) とした際の、 生成される炭酸水中の炭酸ガス 濃度と、 圧力損失との相関例を示す。 なお、 使用したスタティ ックミキ サ一は、 ノリタケカンパニーリ ミテッド社製のケニックスタイプ （製品 名 D S P型） で、 内径は 1 0 m mである。 図 2から明らかな.ように、 ェ レメント数 Nを 1 0 0よりも多くすると、 炭酸ガス濃度の増加率は低く なり、 圧力損失が高くなる。
一方、 エレメント数 Nが 2 0よりも少なくなると、 炭酸ガスの溶解効 率が低下する。 この低下を防ぐためには、 供給する水の流量を多く して 乱流を形成する必要がある。 その結果、 やはり圧力損失が大きくなり、 通水が困難となる場合がある。
図 3は、 ワンパス供給において、 スタティックミキサーのエレメント 数 Nを変えたときに、 生成される炭酸水中の炭酸ガス濃度を 1 3 4 0 (mg/L)とするのに必要な水の流量と、 圧力損失との相関を例示している 。 なお、 使用したスタティックミキサーは、 ノリタケカンパニーリ ミテ ッ ド社製のケニックスタイプ （製品名 D S P型） で、 内径は 1 0 m mで ある。 図 3から明らかなように、 エレメント数 Nが 2 0よりも少ないと きは、 多量の水を流す必要があり、 圧力損失が急激に高くなる。
以上のことから、 スタティックミキサー 1 1のエレメント数 Nの下限 は 2 0以上が必要であり、 2 4以上が好ましい。 また、 エレメント数 N の上限は 1 0 0以下が好ましく、 5 0以下であればより好ましい。
なお、 スタティックミキサー 1 1は、 一本のまま使っても構わないが 、 複数本を直列に連結して使用することもできる。 直列に連結した場合 のエレメント数 Nとは、 一つの流路中に存在するエレメント数をいうも のであり、 例えば一本あたりのエレメント数が 7個のスタティックミキ サー 1 1を 5本直列に連結した場合、 エレメント数 Nは 3 5個である。 スタティックミキサー 1 1は、 複数本を並列に連結して使用すること もできる。 並列に連結して使用すると、 圧力損失を低い状態に保ちつつ 、 一度に生成できる炭酸水量を増加させることができるため、 好ましい 並列に連結する場合には、 例えば一本あたりのエレメント数が 2 0個 のスタティックミキサー 1 1を 5本並列に連結した場合であっても、 ェ レメント数 N は 2 0個である。
本発明に使用するスタティックミキサー 1 1の内径は、 あまり細いと 圧力損失が高くなり、 多流量での通水ができないため、 内径の下限は、 5 m m以上とすることが好ましく、 1 O m m以上がより好ましい。
また、 供給する水の流量が一定の条件下では、 スタティックミキサー 1 1の内径が太くなるにつれて、 生成される炭酸水中の炭酸ガス濃度が 低下する傾向にあり、 高濃度の炭酸水を製造するためには、 供給する水 の流量を多くすることが必要となる。
図 4は、 ワンパス供給において、 スタティックミキサー 1 1の内径と 、 生成される炭酸水中の炭酸ガス濃度を約 1 2 0 0 (mg/L)に維持するた めに必要な水の流量と、 その際の圧力損失との相関例を示している。 な お、 供給する炭酸ガスの流量と供給する水の流量との比は、 0 . 8で一 定とし、 使用したスタティ ックミキサーは、 T A Hインダストリーズ社 製のステータタイプ （製品名 5シリーズ） で、 エレメント数は 2 8であ る。
図 4からわかるように、 スタティックミキサー 1 1の内径を太くする と、 供給する水の流量を高く しても、 水の圧力損失は低くなる傾向にあ る。
しかしながら、 供給する必要のある水の流量があまりに多いと炭酸水 製造装置が大規模なものとなるため、 内径の上限としては、 1 0 0 m m 以下とすることが好ましく、 5 0 m m以下がより好ましい。
スタティックミキサ一に水と炭酸ガスの混合体を供給するにあたって は、 流体の乱れ度合いを示す指標として一般に用いられるレイノルズ数 (Re)と、 スタティ ックミキサーのエレメント数 Nとの間で、 下式 （ 1 ) を満足させることが、 効率的に高濃度の炭酸水を製造することができる ため好ましい。
1 0 0 0 0 0≤R e XN≤ 2 0 0 0 0 0 0 … （ 1 )
温水と炭酸ガスとの混合をスタティ ック ミキサ一にて行う場合、 レイ ノルズ数 R eは、 下式に従って計算される。
R e = 2 1 2 0 0 Q/D μ
ここで、 Qは温水流量 (L/min) 、 Dはスタティックミキサーの内径 （ mm), μは水の粘度（mPa . s)、 例えば 4 0 °Cの水の場合、 水の粘度は 0. 6 5 mP a ' sである。
表 1は、 ワンパス供給において、 供給する炭酸ガスの流量と供給する 水の流量との比が 0. 8の条件で、 供給する炭酸ガスの流量と供給する 水の流量とを変化させた際の、 R e XNの値と、 生成される炭酸水中の 炭酸ガス濃度、 炭酸ガスの溶解効率、 圧力損失との関係の一例を示して いる。 なお、 使用したスタティックミキサーは、 ノ リタケカンパニーリ ミテツ .ド社製のケニックスタイプ （製品名 D S P型） で、 エレメ ン ト数 は 2 8、 内径は 1 0 mmである。 また、 溶解効率は、 以下の式より求め た。
溶解効率 （％) =炭酸水中の炭酸ガス量/使用した炭酸ガス量 X100 【表 1】
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R e XNの値が 1 0 0 0 0 0より も小さいと、 炭酸ガスの溶解効率が 小さくなる傾向にある。 R e X Nの値の下限は 2 0 0 0 0 0以上がより 好ましい。
R e X Nの値が 2 0 0 0 0 0 0より も大きいと、 圧力損失が大きくな つて通水が困難となる場合がある。 R e XNの値の上限は、 1 0 0 0 0 0 0以下がより好ましく、 5 0 0 0 0 0以下がより好ましい。
また、 ワンパス供給において、 供給する炭酸ガスの流量を X(L/min) 、 供給する水の流量を Y(IJmin) と したとき、 下式 （ 2) を満足するよう にすることが、 より効率的に高濃度の炭酸水を製造することができるた め好ましレ、。
0. 5≤ X/Y≤ 1. 2 … （ 2 )
図 5は、 ワンパス供給において、 水の流量 Υを 6 (L/min) に固定し、 炭酸ガスの流量 Xを変化させた際の、 生成される炭酸水の炭酸ガス濃度 及び溶解効率との相関例を示す。 なお、 使用したスタティ ックミキサー は、 ノ リタケカンパニーリ ミテツ ド社製のケニックスタイプ （製品名 D S P型） で、 エレメント数は 2 8、 内径は 1 0 mmである。
X/Yの値が 0. 5よりも小さいと、 炭酸水中の炭酸ガス濃度を高く することが困難になるため好ましくない。 XZYの値の下限は、 0. 5 以上が好ましく、 0. 6以上がより好ましい。 X/Yの値が 1. 2より も大きいと、 炭酸ガスの溶解効率が低下する傾向にある。 X/Yの値の 上限は、 1. 2以下であることが好ましく、 1. 0以下がより好ましい 図 6は、 本発明の炭酸水製造装置の他の実施形態を概略で示しており 、 水槽 1 3中の水を、 循環ポンプ 1 6によりスタティ ックミキサー 1 1 を介して循環させる （以下、 これを循環供給という。） 装置の構成を示す ものである。 炭酸水による全身浴等の大量に炭酸水を使用する用途に適 した装置構成となっている。 炭酸ガス供給手段 2 0は、 炭酸ガスの供給源である炭酸ガスボンベ 1 と、 ガス圧力を一定圧に減圧するための炭酸ガス圧力制御弁 3 と、 ガス 流量の制御を行う炭酸ガス流量制御弁 5 と、 逆止弁 6 とを備えている。 炭酸ガスは、 この炭酸ガス供給手段 2 0によって、 水の流れるラインに 合流する。
炭酸ガス流量制御弁 5 と しては、 種々のニー ドルバルブ、 オリ フィス 、 電子式に使われているピエゾもしくはソレノィ ドアクチユエ一ターな どが挙げられるが、 ニードルバルブが安価で好ましい。
水槽 1 3内の水は、 フィルター 1 4 と、 フロースィツチ 1 5 と、 送液 ポンプ 1 6 とを備えた水供給手段 3 0によってスタティックミキサー 1 1に供給される。
スタティ ックミキサー 1 1内に供給された炭酸ガスと水は、 スタティ ックミキサー内で混合撹拌され炭酸水とな'り炭酸水排出口 1 2から水槽 1 3内に排出され、 水槽 1 3内の水中の炭酸濃度が増加する。
浴槽からの給水ライン 1 7の先端のフィルター 1 4は必須ではないが
、 温水中に混入している髪の毛などの大きなゴミなどを トラップし、 循 環回路内が汚染されるのを防止するものであり、 スポンジ、 金網や焼結 剤などが使用される。 孔径は細かい方が良いが、 あまり細かすぎると抵 抗が増大するため、 数十 mから数百 μ mの間が好ましい。
送液ポンプ 1 6の種類と しては特に限定されないが、 静粛性、 コス ト
、 サイズ等の点で遠心ポンプが好ましい。 また、 送液ポンプ 1 6は、 ブ ラシレスポンプであると、 電磁ノィズ放出量が少なく、 寿命が長いため 好ましい。
さらに、 送液ポンプ 1 6は、 自吸式ポンプであれば、 運転開始時に浴 槽からの給水ライン 1 7に水が存在しなくても運転ができるため好まし レ、。 自吸式ポンプは、 例えばギヤポンプ等の容積式の送液ポンプ、 非容 積式ポンプ、 使用停止時もポンプへッ ド内に水が滞留した状態とされる 送液ポンプ等を用いることができる。
送液ポンプ 1 6は一基でも構わないが、 複数基の送液ポンプ 1 6を直 列に接続して用いることにより、 送液に必要な圧力を高めることができ るため好ましい。 複数台の送液ポンプ 1 6を直列に接続して用いると、 同じ量の水を供給するにあたって、 一台の送液ポンプを使用する場合と 比較して、 送液ポンプを小型にできるため、 合計の電気容量を少なくで き、 かつ低騒音となり、 また装置そのものも小型化でき、 メ ンテナンス も容易になる。
なお、 図 6に示す例では送液ポンプ 1 6は 2基を直列に接続している 3基以上の送液ポンプ 1 6を直列に接続するようにしてもよい。 ま た、 2基の送液ポンプ 1 6を直列に接続し、 この 2基と他の送液ポンプ 1 6 とを並列に接続することもできる。
送液ポンプ 1 6 として遠心ポンプ等を使用する場合、 水供給手段 3 0 内の詰まりなどにより、 吸入圧や吐出圧の変動により供給量が大きく変 動し、 炭酸水の溶解挙動に影響を及ぼす。 そのため、 供給水量検出手段 としてフロースィ ッチ 1 5を設け、 供給量を検知することが好ましい。 流量検出手段には、 フロー トの動きにより、 リードスィッチが動作し、 設定流量以下になった場合、 O F Fの信号を出すフロースィツチ 1 5を 使用することが好ましい。
浴槽等水槽 1 3内の水を循環させて炭酸水を得るにあたって、 水槽 1 3内の水中に未溶解の炭酸ガスの気泡が多量に存在する場合には、 給水 ライン 1 7から炭酸ガス気泡を吸い込んで、 送液ポンプ 1 6の空転や、 スタティ ックミキサー 1 1への水供給量と炭酸ガス供給量のバランスが 崩れてしまう可能性がある。 従って、 スタティックミキサー 1 1の下流 側に気液分離器 4 0を設けることが好ましい。 気液分離器 4 0としては、 例えば疎水性の多孔膜を介して水と大気と を接触させ、 水中から気泡を取り出す方法や、 流速を低下させ水と気泡 の密度差を利用して下方に水、 上方に炭酸ガスを分離する方法等を採用 することができるが、 水と気泡の密度差を利用して気液を分離する方法 が簡便で好ましい。
図 6に示す例では、 気液分離器 4 0は、 容器 4 1、 エアーベントバル ブ 4 2、 未溶解炭酸ガス放出ライン 4 3から構成される。 容器内 4 1に 通水された未溶解の炭酸ガスを含む炭酸水は、 容器内 4 1で流路が広が ることにより、 流速が低下するため、 水と気体の密度差により下方に炭 酸水、 上方に炭酸ガスがそれぞれ分離される。 そして、 気泡を含まない 炭酸水は容器 4 1の下方に設けられた出口から流出し、 炭酸ガスは上方 のエアーベントバルブ 4 2を通り、 未溶解炭酸ガス放出ライン 4 3から 放出される。
炭酸ガスと温水の合流部は、 両者が合流できればよく、 一般的な配管 部材にて用いられるチーズ配管、 クロス配管、 ユニオンなどを用いるこ とができる。
本発明の炭酸水製造装置及び製造方法によれば、 高濃度の炭酸水を効 率的に製造することができるが、 炭酸水中の炭酸ガス濃度は、 炭酸水の 効果を充分とするために、 9 0 0 m g Z L以上とすることが好ましく、 1 0 0 0 m g 以上とすることがより好ましい。 一方、 炭酸ガス濃度 がある程度高くなると、 効果はあまり変わらなくなるため、 上限は 1 5 0 O m g Z L以下とすることが好ましい。
また、 水の温度については、 全身浴、 足浴等の部分浴、 シャワー浴等 の各種入浴に使用する場合は、 生成される炭酸水の温度を 3 0〜4 5 °C の範囲とすると、 保温効果がありかつ快適な入浴ができるため好ましく 、 より好ましくは 3 5〜 4 0 °Cの範囲である。 以下、 実施例によって、 本発明を更に具体的に説明する。
【実施例 1】
浴槽に 2 0 0 Lのお湯を入れ、 図 6に示す構成の炭酸水製造装置を使 用して炭酸水を製造した。 なお、 溶解効率は以下の式より求めた。
溶解効率 （％) =炭酸水中の炭酸ガス溶解量/使用した炭酸ガス量 X 1 0 0
スタティックミキサーとして、 ケニックスタイプ (エレメント数 2 4 、 内径 2 5 πιπι φ ) を用い、 供給水量 1 4 (L/min) で、 炭酸ガス流量を 7 (L/min) とし、 2 0分間炭酸水製造装置を運転した。 このときレイノ ルズ数 Xスタティックミキサーのエレメント数 （以下、 R e XNと記載 する。） の値は 4 3 8 3 5 1、 水循環回数 1 . 4回、 また、 炭酸ガスの流 量を X (L/min) 、 水の流量を Y (L/min) とした。
水の流量 Yに対する炭酸ガスの流量 Yの比 XZY (以下、 単に XZY と記載する。） の値は 0. 5、 通水時の圧力損失は 0. 1 4MP aであつ †こ。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は 1 0 0 0 (mg/L)で、 溶解効率は 7 3 %であった。
【実施例 2】
供給水量を 1 6 (L/min) 、 炭酸ガス流量を 8 (L/min) とした以外は、 実施例 1 と同様に炭酸水を製造した。 このとき R e XNの値は 5 0 0 9 7 2、 水循環回数 1 . 6回、 X/Yの値は 0. 5、 通水時の圧力損失は 0. 1 8 MP aであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は 1 1 0 0 (mg/L)で、 溶解効率は 7 0 %であった。
【実施例 3】
スタティ ック ミキサ一と して、 ステータタイプ (エレメント数 2 8、 内径 2 3 mm φ) を用いた以外は、 実施例 2と同様に炭酸水を製造した 。 このとき R e XNの値は 6 3 5 2 9 1、 水循環回数 1. 6回、 XZY の値は 0. 5、 通水時の圧力損失は 0. 2 2MP aであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は 1 1 5 0 m g/Lで、 溶解効率は 7 3 %であった。
【実施例 4】
炭酸ガス流量を 8. 4 (L/min) とした以外は、 実施例 1 と同様に炭酸 水を製造した。
このとき R e X Nの値は 4 3 8 3 5 1、 水循環回数 1. 4回、 Χ,Υ の値は 0. 6、 通水時の圧力損失は 0. 1 4 MP aであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は 1 1 0 0(mg/L)で、 溶解効率は 6 7 %であった。
【実施例 5】
炭酸ガス流量を 5. 6 (L/min) 、 運転時間を 3 0分間とした以外は、 実施例 1 と同様に炭酸水を製造した。 このとき R e XNの値は 4 3 8 3 5 1、 水循環回数 2. 1回、 XZYの値は 0. 4、 通水時の圧力損失は 0. 1 4 MP aであらた。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は 1 2 0 0 (mg/L)で、 溶解効率は 7 3 %であった。
【実施例 6】
スタティ ック ミキサーとして、 ケニックスタイプ （エレメント数 2 4 、 内径 1 3 mm φ) を二本並列に用い、 供給水量をスタティックミキサ •——本あたり 7 (L/min) 、 合計 1 4 (L/min) とした以外は、 実施例 1 と 同様に炭酸水を製造した。 このとき R e X Nの値は 4 2 1 4 9 1、 水循 環回数 1. 4回、 X/Yの値は 0. 5、 通水時の圧力損失は 0. 1 6M P aであった。 得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は 1 000(mg/L)で、 溶解効率は 7 3
%であった。
【実施例 7〗
供給水量をスタティックミキサ——本あたり 8 (L/min) 、 合計 1 6 (L/min) 、 炭酸ガス流量を 8 (L/min) とした以外は、 実施例 6 と同様に 炭酸水を製造した。 このとき R e X Nの値は 4 8 1 7 04、 水循環回数 1. 6回、 XZYの値は 0. 5、 通水時の圧力損失は 0. 2 2 MP aで めつ 7こ。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は 1 1 0 0(mg/L)で、 溶解効率は 7 0 %であった。
【実施例 8】
炭酸ガス流量を 2. 8 (L/min) 、 運転時間を 50分間とした以外は、 実施例 1 と同様に炭酸水を製造した。 このとき R e XNの値は 4 3 8 3 5 1、 水循環回数 3. 5回、 X/Yの値は 0. 2、 通水時の圧力損失は 0. 1 4 M P aであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は 1 1 0 0(mg/L)で、 溶解効率は 80 %であった。
【実施例 9】
炭酸ガス流量を 1 6. 2 (L/min) 、 運転時間を 1 5分間とした以外は 、 実施例 1 と同様に炭酸水を製造した。 このとき R e XNの値は 4 3 8 3 5 1、 水循環回数 1. 0 5回、 ノ丫の値は1. 2、 通水時の圧力損 失は 0. 1 4 MP aであった。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は 1 2 0 0 (mg/L)で、 溶解効率は 48 %であった。
【比較例 1】
スタティ ックミキサーとして、 ケニックスタイプ （エレメント数 4、 内径 1 2 6. 6 mm ) を用い、 供給水量 1 5 (L/min) 、 炭酸ガス流量 を 6 (L/min) とし、 運転時間を 30分間とした以外は、 実施例 1 と同様 に炭酸水を製造した。 このとき R e X Nの値は 1 54 5 8、 水循環回数 2. 2 5回、 XZYの値は 0. 4、 通水時の圧力損失は 0. 0 5 MP a であつた。
得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は 1 000 (mg/L)で、 溶解効率は 5 5 %であった。
【比較例 2】
スタティックミキサーとして、 ケニックスタイプ （エレメント数 1 2 0、 内径 2 5mm<i») を用いた以外は、 実施例 1 と同様に炭酸水を製造 した。 このとき R e X Nの値は 2 1 9 1 7 54、 水循環回数 1. 4回、 XZYの値は 0. 5、 通水時の圧力損失は 0. 64MP aであった。 得られた炭酸水の炭酸ガス濃度は 1 2 5 0 (mg/L)で、 溶解効率は 9 0 %であった。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 水供給手段と、 炭酸ガス供給手段と、 エレメ ント数が 2 0〜 1 0 0 個であるスタティックミキサ一とを有してなることを特徴とする炭酸水
2. 前記水供給手段が、 水槽と、 該水槽中の水を前記スタティ ックミキ サーを介して循環させる複数の循環ポンプとを備え、 該複数の循環ボン プが直列に接続されてなる請求の範囲第 1項に記載の炭酸水製造装置。
3. 前記スタティックミキサ一の下流側に気液分離機が配されてなる請 求の範囲第 2項に記載の炭酸水製造装置。
4. エレメント数が 2 0〜 1 0 0個のスタティックミキサ一に水と炭酸 ガスを供給して、 水中に炭酸ガスを溶解させることを特徴とする炭酸水 製造方法。 .
5. 前記スタティ ックミキサーのエレメン ト数を N個とし、 前記スタテ イツクミキサー中を、 水と炭酸ガスの混合体が流れる際のレイノルズ数 を R eとしたとき、 下式 （ 1 ) を満足する請求の範囲第 4項に記載の炭 酸水製造方法。
1 0 0 0 0 0≤ e XN≤ 2 0 0 0 0 0 0 ··· ( 1 )
6. 水と炭酸ガスの混合体を前記スタティックミキサ一に 1回だけ供給 して炭酸水を製造すると共に、 供給する炭酸ガスの流量を X (LZm i n)、 供給する水の流量を Y (L/m i n) としたとき、 下式 （2) を満 足する請求の範囲第 4又は 5項に記載の炭酸水製造方法。
0. 5≤ X/Y≤ 1. 2 ·■■ ( 2 )
7. 水槽中の水を、 前記スタティ ックミキサーを介して循環させて炭酸 水を製造すると共に、 供給する炭酸ガスの流量を X (L/m i n) 供給 する水の流量を Y (L/m i n) としたとき、 下式 （ 3 ) を満足する請 求の範囲第 4又は 5項に記載の炭酸水製造方法。
0 · 3≤X/Y≤ 1. 0 - ( 3)
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