炭酸水製造装置
【課題】少ない炭酸ガス量で高濃度に炭酸ガスが溶解した炭酸水を短時間で製造することができ、また孔詰りの問題もない炭酸水製造装置を提供する。
【解決手段】水を圧送する加圧部１と、水に炭酸ガスを注入するガス注入部２と、炭酸ガスを注入された水が加圧部１で圧送されることによる加圧で水に炭酸ガスを溶解させる加圧溶解部３と、加圧溶解部３で炭酸ガスを溶解させた炭酸水の圧力を、炭酸水の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部４とを備える。加圧部１、ガス注入部２、加圧溶解部３の各部を連続的に運転させて、減圧部４に炭酸水を連続的に供給し、減圧部４の流出側から気泡の発生のない炭酸水を連続的に吐出させるようにしてある。
【解決手段】水を圧送する加圧部１と、水に炭酸ガスを注入するガス注入部２と、炭酸ガスを注入された水が加圧部１で圧送されることによる加圧で水に炭酸ガスを溶解させる加圧溶解部３と、加圧溶解部３で炭酸ガスを溶解させた炭酸水の圧力を、炭酸水の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部４とを備える。加圧部１、ガス注入部２、加圧溶解部３の各部を連続的に運転させて、減圧部４に炭酸水を連続的に供給し、減圧部４の流出側から気泡の発生のない炭酸水を連続的に吐出させるようにしてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸水製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭酸水は、飲料水として利用される他、血管拡張による血行促進効果を狙って業務用や家庭用の風呂の水として、また化粧水として、さらに化学プラントでのｐＨ調整水として、各分野において広く利用されている。
【０００３】
そしてこのような炭酸水を製造する装置として、特許文献１などが提案されている。この特許文献１では、多孔管の外周に中空糸膜を設け、中空糸膜内に炭酸ガスを供給しながら多孔管内に水を通し、多孔管の孔から流出した水が中空糸膜の表面を通過する際に、炭酸ガスを水に溶解させるようにしたものである。
【特許文献１】特開平７−３１３８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１のように水に炭酸ガスを溶解させて炭酸水を製造するにあたって、水と炭酸ガスは接触しているだけであるので、炭酸ガスの溶解効率が低い。このため、高濃度に炭酸ガスが溶解した炭酸水を得ることは難しく、また水に溶解しない炭酸ガスの量が多いために、炭酸ガスの消費量が多くなるという問題があった。また多孔管や中空糸膜を用いるために、孔詰りの問題があってメンテナンスが頻繁に必要になるものであった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、少ない炭酸ガス量で高濃度に炭酸ガスが溶解した炭酸水を短時間で製造することができ、また孔詰りの問題もない炭酸水製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る炭酸水製造装置は、水を圧送する加圧部１と、水に炭酸ガスを注入するガス注入部２と、炭酸ガスを注入された水が加圧部１で圧送されることによる加圧で水に炭酸ガスを溶解させる加圧溶解部３と、加圧溶解部３で炭酸ガスを溶解させた炭酸水の圧力を、炭酸水の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部４とを備え、加圧部１、ガス注入部２、加圧溶解部３の各部を連続的に運転させて、減圧部４に炭酸水を連続的に供給し、減圧部４の流出側から気泡の発生のない炭酸水を連続的に吐出させるようにして成ることを特徴とするものである。
【０００７】
この発明によれば、加圧部１による加圧によって水に炭酸ガスを溶解させるため、炭酸ガスを水に効率高く、高濃度に短時間で溶解させることができるものであり、また炭酸ガスを高濃度で溶解した炭酸水の圧力を、減圧部４で流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するものであるため、炭酸水に気泡が発生することを防止して、高濃度で炭酸ガスが溶解した炭酸水をそのまま取り出すことができるものである。またガス注入部２で炭酸ガスを注入された水を加圧することによって加圧溶解部３で炭酸水を生成させるため、多孔管や中空糸膜などを用いる必要が無く、孔詰りの問題が発生することもないものである。
【０００８】
また請求項２の発明は、加圧溶解部３で水に溶解しない余剰炭酸ガスを排出する余剰炭酸ガス排出部５を備えて成ることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明によれば、水に溶解しない余剰炭酸ガスを加圧溶解部３から排出することによって、余剰炭酸ガスが残留することによる加圧溶解部３内の炭酸ガスと水の比率を安定させて圧力変動を防ぐことができ、炭酸ガスの溶解効率を高く維持することができるものである。
【００１０】
また請求項３の発明は、余剰炭酸ガス排出部５から余剰炭酸ガスをガス注入部２に供給する連結部１０を備えて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明によれば、加圧溶解部３で水に溶解しない余剰炭酸ガスをガス注入部２で再度水に注入することができ、余剰炭酸ガスの無駄がなくなるものである。
【００１２】
また請求項４の発明は、上記の減圧部４を、加圧溶解部３から炭酸水を送り出す流路６に設けられ、炭酸水の圧力を大気圧にまで段階的に減圧する複数の圧力調整弁７で構成して成ることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明によれば、圧力調整弁７による圧力調整で炭酸水の圧力を下げることができ、加圧溶解部３における圧力に応じて圧力調整弁７で減圧調整することによって、炭酸水に気泡が発生することを安定して防ぐことができるものである。
【００１４】
また請求項５の発明は、上記の減圧部４を、流路断面積と流路長さの少なくとも一方の調整で炭酸水の圧力を大気圧にまで減圧するように形成された、加圧溶解部３から炭酸水を送り出す流路６で構成して成ることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明によれば、加圧溶解部３から炭酸水を送り出す流路６の流路断面積と流路長によって、炭酸水の圧力を下げることができ、装置の構造を簡単なものに形成することができるものである。
【００１６】
また請求項６の発明は、上記の減圧部４は、一つの流路で形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
この発明によれば、複数の流路を設けて減圧部４を形成する場合のような、装置構成が複雑になることがないものである。
【００１８】
また請求項７の発明は、加圧溶解部３から炭酸水を送り出す流路６の圧力損失とこの流路６に付加した延長流路８の圧力損失の和が、加圧部１で圧送される水と炭酸ガスの押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と炭酸ガスを加圧するのに必要な圧力となるように、流路６に延長流路８を付加して成ることを特徴とするものある。
【００１９】
この発明によれば、流路６に延長流路８を付加することによって、絞り弁を用いる必要なく、加圧部１からの押し込み圧で加圧溶解部３内の圧力を確保することができ、この圧力で水に炭酸ガスを溶解させることができるものである。
【００２０】
また本発明は、炭酸水の炭酸ガス溶解濃度を測定すると共に、測定結果に基づいて加圧部で圧送される水の圧力と加圧部で圧送される水の流量の少なくとも一方を制御する濃度検出制御部９を備えて成ることを特徴とするものである。
【００２１】
この発明によれば、濃度検出制御部９で測定した炭酸ガス溶解濃度に基づいて、水圧力やの流量をフィードバック制御することによって、必要とされる炭酸ガス濃度に調整しながら炭酸水を生成することができるものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、加圧部１による加圧によって水に炭酸ガスを溶解させるようにしたので、炭酸ガスを水に効率高く、高濃度に短時間で溶解させることができるものであり、また炭酸ガスを高濃度で溶解した炭酸水の圧力を、減圧部４で流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するようにしたので、炭酸水に気泡が発生することを防止して、高濃度で炭酸ガスが溶解した炭酸水をそのまま供給することができるものである。またガス注入部２で炭酸ガスを注入された水を加圧することによって加圧溶解部３で炭酸水を生成させるようにしているので、多孔管や中空糸膜などを用いる必要が無くなり、孔詰りの問題が発生することもないものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、加圧溶解部３の流出側と流入側にそれぞれ配管で形成される流路１５，６が接続してある。流入側の流路１５は一端を加圧溶解部３に接続してあり、他端は水道配管１７ａ、浴槽等の貯水槽１７ｂなど、任意の水供給源１７に接続してある。また流路１５の途中には加圧部１が設けてある。加圧部１は、例えば、水供給源１７から供給される水を加圧溶解部３に圧送するポンプ１８などで形成されるものである。
【００２５】
またこの流入側の流路１５にはガス注入部２が接続してある。ガス注入部２は炭酸ガスを流路１５に供給して注入するためのものであり、炭酸ガスを封入したボンベ１１から炭酸ガスを供給して注入する場合には、ボンベ１１を圧力調整弁１２を介して流路１５に接続することによってガス注入部２を形成することができる。流路１５へのガス注入部２の接続位置は、加圧溶解部３より上流側の位置であればよく、図１のように加圧部１より上流側の流路１５に接続するようにしても、あるいは加圧部１より下流側の流路１５に接続するようにしてもいずれでもよい。
【００２６】
一方、流出側の流路６は一端を加圧溶解部３に接続し、他端は炭酸水回収槽（図示省略）などに接続して大気に開放してある。この流路６には減圧部４が設けてある。また加圧溶解部３には余剰炭酸ガス排出部５が設けてある。余剰炭酸ガス排出部５は、例えば、加圧溶解部３内の気圧が所定の圧力以上になると開口するガス抜き弁などを備えて形成してあり、この余剰炭酸ガス排出部５は連結部１０によってガス注入部２に連通接続してある。連結部１０は圧力調整弁１２よりも流路１５の側の位置においてガス注入部２に接続されるものである。
【００２７】
上記のように形成される炭酸水製造装置にあって、ポンプ１８で形成される加圧部１を作動させると、水供給源１７から供給される水が流路１５を通して加圧溶解部３へ圧送して供給される。このように流路１５内を水が流れる際に、ガス注入部２から炭酸ガスが流路１５内に吸引されて水に炭酸ガスが注入される。そしてこのように炭酸ガスが注入された水を加圧部１で加圧溶解部３へ圧送して送り込むことによって、この圧送による押し込み力で加圧溶解部３内において水と炭酸ガスに圧力が加わって高圧になる。このように加圧溶解部３内で水と炭酸ガスを加圧することによって、水に炭酸ガスを効率高く飽和量以上に溶解させることができるものである。従って、多量の炭酸ガスを消費することなく、少量の炭酸ガスの供給で、炭酸ガスが高濃度で溶解した炭酸水を得ることができるものである。また炭酸ガスを水に溶解させるための多孔管や中空糸膜などを用いる必要が無くなり、孔詰りの問題が発生することもないものである。
【００２８】
さらに、このように加圧溶解部３内において水と炭酸ガスを加圧して強制的に効率良く溶解させ、高濃度で炭酸ガスが溶解した炭酸水を短時間で生成することができるため、加圧溶解部３内で生成された炭酸水を流路６を通して送り出しながら、加圧溶解部３内で水に炭酸ガスを溶解させるようにすることができるものである。従って、加圧溶解部３をタンクのような容積の大きなもので形成する必要がなくなるものであり、装置規模を小さくして装置のコストを低減することが可能になるものである。
【００２９】
ここで、ガス注入部２から注入される炭酸ガスの全量が水に溶解しないと、加圧溶解部３内で水に溶解しない余剰炭酸ガスが生じるが、加圧溶解部３に余剰炭酸ガス排出部５を設け、炭酸ガスの溶解飽和量以上の溶解できない余剰炭酸ガスを加圧溶解部３から排出することによって、余剰炭酸ガスが残留することによる加圧溶解部３内の炭酸ガスと水の比率を安定させて圧力変動を防ぐことができ、炭酸ガスの溶解効率を高く維持することができるものである。
【００３０】
また、このように余剰炭酸ガス排出部５から排出された余剰炭酸ガスは連結部１０を通してガス注入部２に返送し、ガス注入部２から再度、水に注入するようにしてある。従って、加圧溶解部３で溶解しなかった炭酸ガスを捨てることなく有効利用することができるものである。このとき、余剰炭酸ガス排出部５から返送された余剰炭酸ガスだけではガス注入部２で注入するガス圧が不足することがあるので、圧力調整弁１２を調整してボンベ１１から不足分の炭酸ガスを供給して、所定のガス圧で炭酸ガスを注入するようにしてある。
【００３１】
そして、上記のように加圧溶解部３で生成された炭酸水は、流路６を通して送り出されるが、加圧溶解部３内で炭酸水は高圧に加圧された状態にあるので、そのまま大気圧下に送り出されると、急激な圧力低下によって、炭酸水中に気泡が発生するおそれがあり、炭酸ガス溶解量が減少し、またキャビテーションが発生することがある。このために本発明では、流路６に減圧部４を設け、加圧溶解部３内で加圧された状態の炭酸水を流路６を通して送り出す際に、減圧部４で大気圧まで気泡を発生させることなく減圧をした後に吐出するようにしてある。
【００３２】
ここで、加圧溶解部３内で生成されるのと同じ濃度の炭酸水について、加圧溶解部３内で加圧されている圧力と同じ圧力から大気圧まで減圧する際に、気泡が発生しない減圧度を、予め計算や測定で求めておき、減圧部４をこの予め求めた減圧度で、炭酸水が流入する側から流出する側に向かって、炭酸水の圧力を段階的に、あるいは連続的に、徐々に大気圧まで減圧できるように設定してある。従って、加圧溶解部３内で加圧された炭酸水を、減圧部４において気泡が発生しない減圧度で徐々に大気圧まで減圧した後に、流路６の先端から吐出することによって、炭酸水に気泡が発生することなく炭酸水を吐出することができるものであり、加圧溶解部３で飽和量以上に炭酸ガスが溶解された炭酸水を、安定した高濃度の状態のまま送り出して利用することが可能になるものである。
【００３３】
図２は、減圧部４の具体的な実施の形態の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６に、水の流れ方向に沿って複数の圧力調整弁７（７ａ，７ｂ，７ｃ）を設けることによって、減圧部４を形成するようにしてある。このように減圧部４を複数の圧力調整弁７を備えて形成することによって、気泡が発生しない減圧度で炭酸水の圧力を段階的に徐々に下げることができるものである。
【００３４】
各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃは、炭酸水に気泡発生が生じない減圧度で減圧するように設定されているものであり、この減圧度は予め計算や測定で求めた数値に設定されるものである。例えば、加圧溶解部３から流路６に送り出された炭酸水の加圧圧力が０．５ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．１２ＭＰａであると測定によって判明しているとすると、圧力調整弁７ａで炭酸水の圧力を０．１２ＭＰａ減圧して、０．３８ＭＰａに落とす。また炭酸水の加圧圧力が０．３８ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．１６ＭＰａであると測定によって判明しているとすると、次の圧力調整弁７ｂで炭酸水の圧力を０．１６ＭＰａ減圧して、０．２２ＭＰａに落とす。さらに炭酸水の加圧圧力が０．２２ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．２２ＭＰａ以上であると測定によって判明しているとすると、次の圧力調整弁７ｃで炭酸水の圧力を０．２２ＭＰａ減圧して、加圧圧力を０ＭＰａに落とし、大気圧まで減圧することができるものである。尚、圧力調整弁７による減圧量は、水温、炭酸ガスの溶解濃度、加圧溶解部３内の圧力、流路６の径などに応じて変動するものであり、装置毎に、計算や測定をして、適宜設定されるものである。
【００３５】
図３は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６を流路断面積が異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを備えて形成し、この流路断面積の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃで減圧部４が形成されるようにしてある。
【００３６】
図３（ａ）の実施の形態では、流路断面積が異なる、つまり内径の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体に連ねるようにしてあり、炭酸水の流れの上流側から下流側へと、徐々に管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの径が小さくなるようにしてある。また図３（ｂ）の実施の形態では、内径の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃをレジューサ２１を介して接続して連ねるようにしてあり、炭酸水の流れの上流側から下流側へと、徐々に管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの径が小さくなるようにしてある。さらに図３（ｃ）の実施の形態では、炭酸水の流れの上流側から下流側へと連続的に径が小さくなる管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体に連ねるようにしてある。
【００３７】
この図３のものにあって、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの内径はφｄ１＞φｄ２＞φｄ３であるので、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の炭酸水の流速はＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３となり、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の炭酸水の圧力はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３となる。従って、加圧溶解部３から送り出される炭酸水の圧力Ｐ１を気泡が発生しない減圧度で、図３（ａ）（ｂ）のものでは段階的に減圧して、また図３（ｃ）のものでは連続的に減圧して、Ｐ３の大気圧まで徐々に下げることができるものである。
【００３８】
図４は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６を通して炭酸水を排出する際に、流路６内を炭酸水が流れる際の圧力損失によって、炭酸水に気泡が発生しない減圧速度で炭酸水の圧力を徐々に連続的に低下させ、炭酸水の圧力を大気圧にまで低下させるようにしてある。従って図４（ａ）の実施の形態では、加圧溶解部３内での圧力がＰ１の炭酸水を、流路６内を通過させる際にＰ２〜Ｐｎ−１へと、炭酸水に気泡が発生しない減圧速度で徐々に連続的に圧力を低下させ（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐｎ−１）、流路６の終端では炭酸水の圧力Ｐｎが大気圧にまで低下するように、流路６の流路断面積と管路長さＬを設定するようにしてあり、このような流路断面積と管路長さＬを有する流路６によって減圧部４が形成されるものである。
【００３９】
この管路長さＬは、次の式から設定することができる。すなわち、
流体の関係式Ｐ＝λ・（Ｌ／ｄ）・（ｖ２／２ｇ）
［Ｐは加圧溶解部３内の圧力、λは管摩擦係数、ｄは内径、ｖは流速、ｇは加速度]
から、Ｌ＝（Ｐ・ｄ・２ｇ）／（λ・ｖ２）を導くことができ、この式から計算して流路６の管路長さＬを求めることができるものである。このように、流路６の管路長さＬを所定長さに形成するだけで減圧部４を形成することができるものであり、装置の構造をより簡単なものに形成することができるものである。このような管路長さＬが長い流路６で形成される減圧部４は、例えば図４（ｂ）のような長いホース４ａで形成することができる。
【００４０】
上記のように本発明では加圧部１によって水と炭酸ガスを加圧溶解部３に圧送し、この際の押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と炭酸ガスを加圧して炭酸ガスを溶解させるようにしているが、この押し込み圧を受けて加圧溶解部３内に必要な圧力が発生するようにする必要がある。このように加圧部１からの押し込み圧を受ける圧力を確保するために、加圧溶解部３の流出側の流路６に絞り弁などの絞り部を設けることが考えられるが、このように絞り部を流路６に設けると、加圧溶解部３で生成された炭酸水を流路６に送り出して排出する際に、絞り部の前後で大きな圧力差が生じ、炭酸水が急激に減圧されることになり、炭酸水に気泡が発生するおそれがある。
【００４１】
そこで図５の実施の形態では、流路６の圧力損失を利用して、流路６に絞り部を設ける必要なく、押し込み圧を受ける圧力を確保するようにしている。このとき、上記各実施形態の流路６の長さでは、流路６の圧力損失で押し込み圧を受ける圧力を確保することは難しいので、流路６の加圧溶解部３と反対側の端部に延長流路８を付加するようにしてある。すなわち、流路６の減圧部４も含めた全体の圧力損失を算出し、加圧部１からの押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と炭酸ガスを加圧するのに必要な圧力と、この流路６の圧力損失との差を算出し、さらにこの差の圧力損失が生じる管路の長さを上記の式から算出して、この管路長さの延長流路８を流路６に付加するようにしてある。このように、流路６の圧力損失と延長流路８の圧力損失の和が、加圧部１で圧送される炭酸ガスと水の押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と炭酸ガスを加圧するのに必要な圧力となるように、流路６に延長流路８を付加することによって、絞り弁などの絞り部を用いる必要なく、加圧部１からの押し込み圧で加圧溶解部３内の加圧力を確保して、水に炭酸ガスを溶解させることができるものである。
【００４２】
図６は炭酸水製造装置の具体的な一例を示すものであり、水は流路１５に導入口３０から導入される。流路１５には炭酸ガスが導入されるガス注入部２が接続してあり、炭酸ガスが注入された水はポンプで形成される加圧部１によって、小容量のタンクで形成される加圧溶解部３に圧送される。このように炭酸ガスが注入された水が加圧溶解部３に圧送されることによって、加圧溶解部３内で水に炭酸ガスが溶解された炭酸水が生成される。そしてこの炭酸水は加圧溶解部３から流路６に送り出され、流路６の先端の吐出口３１から送り出される。この流路６には減圧部４が設けてあり、加圧溶解部３から送り出された炭酸水は大気圧まで減圧された後に流路６の端部の吐出口３１から吐出され、気泡が発生しない状態で炭酸水を送り出すことができる。図６の実施の形態では、減圧部４は、図３（ａ）の内径が異なる管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを連ねたもので形成してある。
【００４３】
この装置にあって、ポンプで形成される加圧部１を連続運転することによって、ガス注入部２、加圧溶解部３を連続的に運転させて、減圧部４に炭酸水を連続的に供給するようにすることができるものであり、減圧部４の流出側である吐出口３１から気泡の発生のない炭酸水を連続的に吐出させることができるものである。また、減圧部４は加圧溶解部３から炭酸水を送り出す流路６の一部として設けられており、そしてこの減圧部４は炭酸水の圧力を流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するものであるため、減圧部４を例えば内径２〜５０ｍｍ程度の比較的大きい流路として形成することができるものであり、異物が混入しても減圧部４内が詰まるようなことがないものである。さらにこのような構成の減圧部４を設けることによって、減圧部４を流れる炭酸水のレイノルズ数が臨界レイノルズ数（Ｒｅ＝２３２０）より小さなレイノズル数である層流状態だけではなく、臨界レイノルズ数より大きなレイノルズ数である乱流状態でも対応することが可能になるものである。さらに、減圧部４をこのように内径の大きな流路として形成することによって、炭酸水の供給量を多くすることができ、減圧部４を一つの流路のみで形成することが可能になるものであり、装置構成を簡単なものに形成することができるものである。
【００４４】
図７は、本発明の装置において加圧溶解部３で水に炭酸ガスを溶解し、さらに減圧部４で大気圧にまで減圧して得られた炭酸水について、炭酸水の水温と炭酸ガス濃度の関係を示すものである。例えば水温が２５℃の水を用いて炭酸水を製造すると、６６００ｍｇ／Ｌ程度の高い濃度で炭酸ガスが溶解しており、高濃度で炭酸ガスが溶解した炭酸水を容易に得ることができるものである。
【００４５】
図８は本発明の他の実施の形態を示すものであり、減圧部４よりも水の流れの下流側において流路６に炭酸ガス濃度計によって形成される濃度検出部３７が設けてある。この濃度検出部３７は制御部３８に電気的に接続してあり、さらに制御部３８は加圧部１に電気的に接続してあり、制御部３８によって加圧部１の作動を制御することができるようにしてある。この濃度検出部３７と制御部３８によって濃度検出制御部９が形成されるものである。その他の構成は図１のものと同じである。
【００４６】
このものにあって、上記のように減圧部４で圧力が減圧された炭酸水が流路６を通過する際に、濃度検出部３７によって炭酸水の炭酸ガス溶解濃度が測定されるようになっており、濃度検出部３７で測定された炭酸ガス濃度のデータは制御部３８に入力されるようになっている。制御部３８はＣＰＵやメモリー等を備えて形成されるものであり、濃度検出部３７から入力された炭酸ガス濃度値に基づいて、加圧部１で圧送される水の圧力と加圧部１で圧送される水の流量の少なくとも一方を制御するようにしてある。すなわち、濃度検出部３７で測定される炭酸ガス濃度が制御部３８のメモリーに登録された値より小さいときには、制御部３８で加圧部１の作動を制御して、圧送される水の圧力を高めたり、圧送される水の流量を少なくしたりすることによって、加圧溶解部３で溶解される炭酸ガスの溶解濃度を高め、また、濃度検出部３７で測定される炭酸ガス濃度が制御部３８のメモリーに登録された値より大きいときには、制御部３８で加圧部１の作動を制御して、圧送される水の圧力を低くしたり、圧送される水の流量を多くしたりすることによって、加圧溶解部３で溶解される炭酸ガスの濃度を低下させ、制御部３８のメモリーに登録された炭酸ガス濃度の値に炭酸水の濃度を調整するものである。従って、用途に応じて炭酸水において必要とされる炭酸ガス濃度は異なるが、必要な炭酸ガス濃度のデータを制御部３８のメモリーに登録しておくことによって、必要とされる炭酸ガス濃度に調整しながら炭酸水を生成することができるものである。
【００４７】
図９は、流量一定条件下で、加圧部４を制御して所定圧力において加圧溶解部３で生成した炭酸水を、減圧部４で気泡を発生させることなく大気圧にまで減圧したときの、炭酸水の炭酸ガス濃度と水温との関係を示すグラフである。流量が一定であれば、炭酸ガス濃度は水の温度に依存する相関関係があり、再現性もある。従って、必要とされる炭酸ガス濃度の炭酸水を得るには、水温を測定してその水温に応じて加圧部１による加圧を所要圧力に制御すれば、再現性高く所定濃度の炭酸水を得ることができるものである。例えば、２０℃の水に対して、インバータ等を使って加圧部１のポンプ１８の圧力特性を０．４ＭＰａに設定し、この０．４ＭＰａの加圧下で炭酸ガスを溶解させると、６８００ｍｇ／Ｌの濃度の炭酸水を得ることができるものであり、また０．３ＭＰａの圧力に変更すると、５３００ｍｇ／Ｌの濃度の炭酸水を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】同上の一部の一例を示す概略図である。
【図３】同上の一部の他の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ概略図である。
【図４】同上の一部の他の一例を示すものであり、（ａ）は概略図、（ｂ）は斜視図である。
【図５】同上の一部の他の一例を示す概略図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図７】炭酸水の炭酸ガス濃度と温度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の他の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図９】炭酸水の炭酸ガス濃度と温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１ 加圧部
２ ガス注入部
３ 加圧溶解部
４ 減圧部
５ 余剰炭酸ガス排出部
６ 流路
７ 圧力調整弁
８ 延長流路
９ 濃度検出制御部
１０ 連結部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸水製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭酸水は、飲料水として利用される他、血管拡張による血行促進効果を狙って業務用や家庭用の風呂の水として、また化粧水として、さらに化学プラントでのｐＨ調整水として、各分野において広く利用されている。
【０００３】
そしてこのような炭酸水を製造する装置として、特許文献１などが提案されている。この特許文献１では、多孔管の外周に中空糸膜を設け、中空糸膜内に炭酸ガスを供給しながら多孔管内に水を通し、多孔管の孔から流出した水が中空糸膜の表面を通過する際に、炭酸ガスを水に溶解させるようにしたものである。
【特許文献１】特開平７−３１３８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１のように水に炭酸ガスを溶解させて炭酸水を製造するにあたって、水と炭酸ガスは接触しているだけであるので、炭酸ガスの溶解効率が低い。このため、高濃度に炭酸ガスが溶解した炭酸水を得ることは難しく、また水に溶解しない炭酸ガスの量が多いために、炭酸ガスの消費量が多くなるという問題があった。また多孔管や中空糸膜を用いるために、孔詰りの問題があってメンテナンスが頻繁に必要になるものであった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、少ない炭酸ガス量で高濃度に炭酸ガスが溶解した炭酸水を短時間で製造することができ、また孔詰りの問題もない炭酸水製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る炭酸水製造装置は、水を圧送する加圧部１と、水に炭酸ガスを注入するガス注入部２と、炭酸ガスを注入された水が加圧部１で圧送されることによる加圧で水に炭酸ガスを溶解させる加圧溶解部３と、加圧溶解部３で炭酸ガスを溶解させた炭酸水の圧力を、炭酸水の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部４とを備え、加圧部１、ガス注入部２、加圧溶解部３の各部を連続的に運転させて、減圧部４に炭酸水を連続的に供給し、減圧部４の流出側から気泡の発生のない炭酸水を連続的に吐出させるようにして成ることを特徴とするものである。
【０００７】
この発明によれば、加圧部１による加圧によって水に炭酸ガスを溶解させるため、炭酸ガスを水に効率高く、高濃度に短時間で溶解させることができるものであり、また炭酸ガスを高濃度で溶解した炭酸水の圧力を、減圧部４で流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するものであるため、炭酸水に気泡が発生することを防止して、高濃度で炭酸ガスが溶解した炭酸水をそのまま取り出すことができるものである。またガス注入部２で炭酸ガスを注入された水を加圧することによって加圧溶解部３で炭酸水を生成させるため、多孔管や中空糸膜などを用いる必要が無く、孔詰りの問題が発生することもないものである。
【０００８】
また請求項２の発明は、加圧溶解部３で水に溶解しない余剰炭酸ガスを排出する余剰炭酸ガス排出部５を備えて成ることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明によれば、水に溶解しない余剰炭酸ガスを加圧溶解部３から排出することによって、余剰炭酸ガスが残留することによる加圧溶解部３内の炭酸ガスと水の比率を安定させて圧力変動を防ぐことができ、炭酸ガスの溶解効率を高く維持することができるものである。
【００１０】
また請求項３の発明は、余剰炭酸ガス排出部５から余剰炭酸ガスをガス注入部２に供給する連結部１０を備えて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明によれば、加圧溶解部３で水に溶解しない余剰炭酸ガスをガス注入部２で再度水に注入することができ、余剰炭酸ガスの無駄がなくなるものである。
【００１２】
また請求項４の発明は、上記の減圧部４を、加圧溶解部３から炭酸水を送り出す流路６に設けられ、炭酸水の圧力を大気圧にまで段階的に減圧する複数の圧力調整弁７で構成して成ることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明によれば、圧力調整弁７による圧力調整で炭酸水の圧力を下げることができ、加圧溶解部３における圧力に応じて圧力調整弁７で減圧調整することによって、炭酸水に気泡が発生することを安定して防ぐことができるものである。
【００１４】
また請求項５の発明は、上記の減圧部４を、流路断面積と流路長さの少なくとも一方の調整で炭酸水の圧力を大気圧にまで減圧するように形成された、加圧溶解部３から炭酸水を送り出す流路６で構成して成ることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明によれば、加圧溶解部３から炭酸水を送り出す流路６の流路断面積と流路長によって、炭酸水の圧力を下げることができ、装置の構造を簡単なものに形成することができるものである。
【００１６】
また請求項６の発明は、上記の減圧部４は、一つの流路で形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
この発明によれば、複数の流路を設けて減圧部４を形成する場合のような、装置構成が複雑になることがないものである。
【００１８】
また請求項７の発明は、加圧溶解部３から炭酸水を送り出す流路６の圧力損失とこの流路６に付加した延長流路８の圧力損失の和が、加圧部１で圧送される水と炭酸ガスの押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と炭酸ガスを加圧するのに必要な圧力となるように、流路６に延長流路８を付加して成ることを特徴とするものある。
【００１９】
この発明によれば、流路６に延長流路８を付加することによって、絞り弁を用いる必要なく、加圧部１からの押し込み圧で加圧溶解部３内の圧力を確保することができ、この圧力で水に炭酸ガスを溶解させることができるものである。
【００２０】
また本発明は、炭酸水の炭酸ガス溶解濃度を測定すると共に、測定結果に基づいて加圧部で圧送される水の圧力と加圧部で圧送される水の流量の少なくとも一方を制御する濃度検出制御部９を備えて成ることを特徴とするものである。
【００２１】
この発明によれば、濃度検出制御部９で測定した炭酸ガス溶解濃度に基づいて、水圧力やの流量をフィードバック制御することによって、必要とされる炭酸ガス濃度に調整しながら炭酸水を生成することができるものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、加圧部１による加圧によって水に炭酸ガスを溶解させるようにしたので、炭酸ガスを水に効率高く、高濃度に短時間で溶解させることができるものであり、また炭酸ガスを高濃度で溶解した炭酸水の圧力を、減圧部４で流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するようにしたので、炭酸水に気泡が発生することを防止して、高濃度で炭酸ガスが溶解した炭酸水をそのまま供給することができるものである。またガス注入部２で炭酸ガスを注入された水を加圧することによって加圧溶解部３で炭酸水を生成させるようにしているので、多孔管や中空糸膜などを用いる必要が無くなり、孔詰りの問題が発生することもないものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、加圧溶解部３の流出側と流入側にそれぞれ配管で形成される流路１５，６が接続してある。流入側の流路１５は一端を加圧溶解部３に接続してあり、他端は水道配管１７ａ、浴槽等の貯水槽１７ｂなど、任意の水供給源１７に接続してある。また流路１５の途中には加圧部１が設けてある。加圧部１は、例えば、水供給源１７から供給される水を加圧溶解部３に圧送するポンプ１８などで形成されるものである。
【００２５】
またこの流入側の流路１５にはガス注入部２が接続してある。ガス注入部２は炭酸ガスを流路１５に供給して注入するためのものであり、炭酸ガスを封入したボンベ１１から炭酸ガスを供給して注入する場合には、ボンベ１１を圧力調整弁１２を介して流路１５に接続することによってガス注入部２を形成することができる。流路１５へのガス注入部２の接続位置は、加圧溶解部３より上流側の位置であればよく、図１のように加圧部１より上流側の流路１５に接続するようにしても、あるいは加圧部１より下流側の流路１５に接続するようにしてもいずれでもよい。
【００２６】
一方、流出側の流路６は一端を加圧溶解部３に接続し、他端は炭酸水回収槽（図示省略）などに接続して大気に開放してある。この流路６には減圧部４が設けてある。また加圧溶解部３には余剰炭酸ガス排出部５が設けてある。余剰炭酸ガス排出部５は、例えば、加圧溶解部３内の気圧が所定の圧力以上になると開口するガス抜き弁などを備えて形成してあり、この余剰炭酸ガス排出部５は連結部１０によってガス注入部２に連通接続してある。連結部１０は圧力調整弁１２よりも流路１５の側の位置においてガス注入部２に接続されるものである。
【００２７】
上記のように形成される炭酸水製造装置にあって、ポンプ１８で形成される加圧部１を作動させると、水供給源１７から供給される水が流路１５を通して加圧溶解部３へ圧送して供給される。このように流路１５内を水が流れる際に、ガス注入部２から炭酸ガスが流路１５内に吸引されて水に炭酸ガスが注入される。そしてこのように炭酸ガスが注入された水を加圧部１で加圧溶解部３へ圧送して送り込むことによって、この圧送による押し込み力で加圧溶解部３内において水と炭酸ガスに圧力が加わって高圧になる。このように加圧溶解部３内で水と炭酸ガスを加圧することによって、水に炭酸ガスを効率高く飽和量以上に溶解させることができるものである。従って、多量の炭酸ガスを消費することなく、少量の炭酸ガスの供給で、炭酸ガスが高濃度で溶解した炭酸水を得ることができるものである。また炭酸ガスを水に溶解させるための多孔管や中空糸膜などを用いる必要が無くなり、孔詰りの問題が発生することもないものである。
【００２８】
さらに、このように加圧溶解部３内において水と炭酸ガスを加圧して強制的に効率良く溶解させ、高濃度で炭酸ガスが溶解した炭酸水を短時間で生成することができるため、加圧溶解部３内で生成された炭酸水を流路６を通して送り出しながら、加圧溶解部３内で水に炭酸ガスを溶解させるようにすることができるものである。従って、加圧溶解部３をタンクのような容積の大きなもので形成する必要がなくなるものであり、装置規模を小さくして装置のコストを低減することが可能になるものである。
【００２９】
ここで、ガス注入部２から注入される炭酸ガスの全量が水に溶解しないと、加圧溶解部３内で水に溶解しない余剰炭酸ガスが生じるが、加圧溶解部３に余剰炭酸ガス排出部５を設け、炭酸ガスの溶解飽和量以上の溶解できない余剰炭酸ガスを加圧溶解部３から排出することによって、余剰炭酸ガスが残留することによる加圧溶解部３内の炭酸ガスと水の比率を安定させて圧力変動を防ぐことができ、炭酸ガスの溶解効率を高く維持することができるものである。
【００３０】
また、このように余剰炭酸ガス排出部５から排出された余剰炭酸ガスは連結部１０を通してガス注入部２に返送し、ガス注入部２から再度、水に注入するようにしてある。従って、加圧溶解部３で溶解しなかった炭酸ガスを捨てることなく有効利用することができるものである。このとき、余剰炭酸ガス排出部５から返送された余剰炭酸ガスだけではガス注入部２で注入するガス圧が不足することがあるので、圧力調整弁１２を調整してボンベ１１から不足分の炭酸ガスを供給して、所定のガス圧で炭酸ガスを注入するようにしてある。
【００３１】
そして、上記のように加圧溶解部３で生成された炭酸水は、流路６を通して送り出されるが、加圧溶解部３内で炭酸水は高圧に加圧された状態にあるので、そのまま大気圧下に送り出されると、急激な圧力低下によって、炭酸水中に気泡が発生するおそれがあり、炭酸ガス溶解量が減少し、またキャビテーションが発生することがある。このために本発明では、流路６に減圧部４を設け、加圧溶解部３内で加圧された状態の炭酸水を流路６を通して送り出す際に、減圧部４で大気圧まで気泡を発生させることなく減圧をした後に吐出するようにしてある。
【００３２】
ここで、加圧溶解部３内で生成されるのと同じ濃度の炭酸水について、加圧溶解部３内で加圧されている圧力と同じ圧力から大気圧まで減圧する際に、気泡が発生しない減圧度を、予め計算や測定で求めておき、減圧部４をこの予め求めた減圧度で、炭酸水が流入する側から流出する側に向かって、炭酸水の圧力を段階的に、あるいは連続的に、徐々に大気圧まで減圧できるように設定してある。従って、加圧溶解部３内で加圧された炭酸水を、減圧部４において気泡が発生しない減圧度で徐々に大気圧まで減圧した後に、流路６の先端から吐出することによって、炭酸水に気泡が発生することなく炭酸水を吐出することができるものであり、加圧溶解部３で飽和量以上に炭酸ガスが溶解された炭酸水を、安定した高濃度の状態のまま送り出して利用することが可能になるものである。
【００３３】
図２は、減圧部４の具体的な実施の形態の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６に、水の流れ方向に沿って複数の圧力調整弁７（７ａ，７ｂ，７ｃ）を設けることによって、減圧部４を形成するようにしてある。このように減圧部４を複数の圧力調整弁７を備えて形成することによって、気泡が発生しない減圧度で炭酸水の圧力を段階的に徐々に下げることができるものである。
【００３４】
各圧力調整弁７ａ，７ｂ，７ｃは、炭酸水に気泡発生が生じない減圧度で減圧するように設定されているものであり、この減圧度は予め計算や測定で求めた数値に設定されるものである。例えば、加圧溶解部３から流路６に送り出された炭酸水の加圧圧力が０．５ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．１２ＭＰａであると測定によって判明しているとすると、圧力調整弁７ａで炭酸水の圧力を０．１２ＭＰａ減圧して、０．３８ＭＰａに落とす。また炭酸水の加圧圧力が０．３８ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．１６ＭＰａであると測定によって判明しているとすると、次の圧力調整弁７ｂで炭酸水の圧力を０．１６ＭＰａ減圧して、０．２２ＭＰａに落とす。さらに炭酸水の加圧圧力が０．２２ＭＰａであるとき、気泡が発生しない減圧量が０．２２ＭＰａ以上であると測定によって判明しているとすると、次の圧力調整弁７ｃで炭酸水の圧力を０．２２ＭＰａ減圧して、加圧圧力を０ＭＰａに落とし、大気圧まで減圧することができるものである。尚、圧力調整弁７による減圧量は、水温、炭酸ガスの溶解濃度、加圧溶解部３内の圧力、流路６の径などに応じて変動するものであり、装置毎に、計算や測定をして、適宜設定されるものである。
【００３５】
図３は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６を流路断面積が異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを備えて形成し、この流路断面積の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃで減圧部４が形成されるようにしてある。
【００３６】
図３（ａ）の実施の形態では、流路断面積が異なる、つまり内径の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体に連ねるようにしてあり、炭酸水の流れの上流側から下流側へと、徐々に管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの径が小さくなるようにしてある。また図３（ｂ）の実施の形態では、内径の異なる複数の管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃをレジューサ２１を介して接続して連ねるようにしてあり、炭酸水の流れの上流側から下流側へと、徐々に管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの径が小さくなるようにしてある。さらに図３（ｃ）の実施の形態では、炭酸水の流れの上流側から下流側へと連続的に径が小さくなる管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体に連ねるようにしてある。
【００３７】
この図３のものにあって、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの内径はφｄ１＞φｄ２＞φｄ３であるので、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の炭酸水の流速はＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３となり、各管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内の炭酸水の圧力はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３となる。従って、加圧溶解部３から送り出される炭酸水の圧力Ｐ１を気泡が発生しない減圧度で、図３（ａ）（ｂ）のものでは段階的に減圧して、また図３（ｃ）のものでは連続的に減圧して、Ｐ３の大気圧まで徐々に下げることができるものである。
【００３８】
図４は、減圧部４の具体的な実施の形態の他の一例を示すものであり、加圧溶解部３に接続される流路６を通して炭酸水を排出する際に、流路６内を炭酸水が流れる際の圧力損失によって、炭酸水に気泡が発生しない減圧速度で炭酸水の圧力を徐々に連続的に低下させ、炭酸水の圧力を大気圧にまで低下させるようにしてある。従って図４（ａ）の実施の形態では、加圧溶解部３内での圧力がＰ１の炭酸水を、流路６内を通過させる際にＰ２〜Ｐｎ−１へと、炭酸水に気泡が発生しない減圧速度で徐々に連続的に圧力を低下させ（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐｎ−１）、流路６の終端では炭酸水の圧力Ｐｎが大気圧にまで低下するように、流路６の流路断面積と管路長さＬを設定するようにしてあり、このような流路断面積と管路長さＬを有する流路６によって減圧部４が形成されるものである。
【００３９】
この管路長さＬは、次の式から設定することができる。すなわち、
流体の関係式Ｐ＝λ・（Ｌ／ｄ）・（ｖ２／２ｇ）
［Ｐは加圧溶解部３内の圧力、λは管摩擦係数、ｄは内径、ｖは流速、ｇは加速度]
から、Ｌ＝（Ｐ・ｄ・２ｇ）／（λ・ｖ２）を導くことができ、この式から計算して流路６の管路長さＬを求めることができるものである。このように、流路６の管路長さＬを所定長さに形成するだけで減圧部４を形成することができるものであり、装置の構造をより簡単なものに形成することができるものである。このような管路長さＬが長い流路６で形成される減圧部４は、例えば図４（ｂ）のような長いホース４ａで形成することができる。
【００４０】
上記のように本発明では加圧部１によって水と炭酸ガスを加圧溶解部３に圧送し、この際の押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と炭酸ガスを加圧して炭酸ガスを溶解させるようにしているが、この押し込み圧を受けて加圧溶解部３内に必要な圧力が発生するようにする必要がある。このように加圧部１からの押し込み圧を受ける圧力を確保するために、加圧溶解部３の流出側の流路６に絞り弁などの絞り部を設けることが考えられるが、このように絞り部を流路６に設けると、加圧溶解部３で生成された炭酸水を流路６に送り出して排出する際に、絞り部の前後で大きな圧力差が生じ、炭酸水が急激に減圧されることになり、炭酸水に気泡が発生するおそれがある。
【００４１】
そこで図５の実施の形態では、流路６の圧力損失を利用して、流路６に絞り部を設ける必要なく、押し込み圧を受ける圧力を確保するようにしている。このとき、上記各実施形態の流路６の長さでは、流路６の圧力損失で押し込み圧を受ける圧力を確保することは難しいので、流路６の加圧溶解部３と反対側の端部に延長流路８を付加するようにしてある。すなわち、流路６の減圧部４も含めた全体の圧力損失を算出し、加圧部１からの押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と炭酸ガスを加圧するのに必要な圧力と、この流路６の圧力損失との差を算出し、さらにこの差の圧力損失が生じる管路の長さを上記の式から算出して、この管路長さの延長流路８を流路６に付加するようにしてある。このように、流路６の圧力損失と延長流路８の圧力損失の和が、加圧部１で圧送される炭酸ガスと水の押し込み圧によって加圧溶解部３内で水と炭酸ガスを加圧するのに必要な圧力となるように、流路６に延長流路８を付加することによって、絞り弁などの絞り部を用いる必要なく、加圧部１からの押し込み圧で加圧溶解部３内の加圧力を確保して、水に炭酸ガスを溶解させることができるものである。
【００４２】
図６は炭酸水製造装置の具体的な一例を示すものであり、水は流路１５に導入口３０から導入される。流路１５には炭酸ガスが導入されるガス注入部２が接続してあり、炭酸ガスが注入された水はポンプで形成される加圧部１によって、小容量のタンクで形成される加圧溶解部３に圧送される。このように炭酸ガスが注入された水が加圧溶解部３に圧送されることによって、加圧溶解部３内で水に炭酸ガスが溶解された炭酸水が生成される。そしてこの炭酸水は加圧溶解部３から流路６に送り出され、流路６の先端の吐出口３１から送り出される。この流路６には減圧部４が設けてあり、加圧溶解部３から送り出された炭酸水は大気圧まで減圧された後に流路６の端部の吐出口３１から吐出され、気泡が発生しない状態で炭酸水を送り出すことができる。図６の実施の形態では、減圧部４は、図３（ａ）の内径が異なる管体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを連ねたもので形成してある。
【００４３】
この装置にあって、ポンプで形成される加圧部１を連続運転することによって、ガス注入部２、加圧溶解部３を連続的に運転させて、減圧部４に炭酸水を連続的に供給するようにすることができるものであり、減圧部４の流出側である吐出口３１から気泡の発生のない炭酸水を連続的に吐出させることができるものである。また、減圧部４は加圧溶解部３から炭酸水を送り出す流路６の一部として設けられており、そしてこの減圧部４は炭酸水の圧力を流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧するものであるため、減圧部４を例えば内径２〜５０ｍｍ程度の比較的大きい流路として形成することができるものであり、異物が混入しても減圧部４内が詰まるようなことがないものである。さらにこのような構成の減圧部４を設けることによって、減圧部４を流れる炭酸水のレイノルズ数が臨界レイノルズ数（Ｒｅ＝２３２０）より小さなレイノズル数である層流状態だけではなく、臨界レイノルズ数より大きなレイノルズ数である乱流状態でも対応することが可能になるものである。さらに、減圧部４をこのように内径の大きな流路として形成することによって、炭酸水の供給量を多くすることができ、減圧部４を一つの流路のみで形成することが可能になるものであり、装置構成を簡単なものに形成することができるものである。
【００４４】
図７は、本発明の装置において加圧溶解部３で水に炭酸ガスを溶解し、さらに減圧部４で大気圧にまで減圧して得られた炭酸水について、炭酸水の水温と炭酸ガス濃度の関係を示すものである。例えば水温が２５℃の水を用いて炭酸水を製造すると、６６００ｍｇ／Ｌ程度の高い濃度で炭酸ガスが溶解しており、高濃度で炭酸ガスが溶解した炭酸水を容易に得ることができるものである。
【００４５】
図８は本発明の他の実施の形態を示すものであり、減圧部４よりも水の流れの下流側において流路６に炭酸ガス濃度計によって形成される濃度検出部３７が設けてある。この濃度検出部３７は制御部３８に電気的に接続してあり、さらに制御部３８は加圧部１に電気的に接続してあり、制御部３８によって加圧部１の作動を制御することができるようにしてある。この濃度検出部３７と制御部３８によって濃度検出制御部９が形成されるものである。その他の構成は図１のものと同じである。
【００４６】
このものにあって、上記のように減圧部４で圧力が減圧された炭酸水が流路６を通過する際に、濃度検出部３７によって炭酸水の炭酸ガス溶解濃度が測定されるようになっており、濃度検出部３７で測定された炭酸ガス濃度のデータは制御部３８に入力されるようになっている。制御部３８はＣＰＵやメモリー等を備えて形成されるものであり、濃度検出部３７から入力された炭酸ガス濃度値に基づいて、加圧部１で圧送される水の圧力と加圧部１で圧送される水の流量の少なくとも一方を制御するようにしてある。すなわち、濃度検出部３７で測定される炭酸ガス濃度が制御部３８のメモリーに登録された値より小さいときには、制御部３８で加圧部１の作動を制御して、圧送される水の圧力を高めたり、圧送される水の流量を少なくしたりすることによって、加圧溶解部３で溶解される炭酸ガスの溶解濃度を高め、また、濃度検出部３７で測定される炭酸ガス濃度が制御部３８のメモリーに登録された値より大きいときには、制御部３８で加圧部１の作動を制御して、圧送される水の圧力を低くしたり、圧送される水の流量を多くしたりすることによって、加圧溶解部３で溶解される炭酸ガスの濃度を低下させ、制御部３８のメモリーに登録された炭酸ガス濃度の値に炭酸水の濃度を調整するものである。従って、用途に応じて炭酸水において必要とされる炭酸ガス濃度は異なるが、必要な炭酸ガス濃度のデータを制御部３８のメモリーに登録しておくことによって、必要とされる炭酸ガス濃度に調整しながら炭酸水を生成することができるものである。
【００４７】
図９は、流量一定条件下で、加圧部４を制御して所定圧力において加圧溶解部３で生成した炭酸水を、減圧部４で気泡を発生させることなく大気圧にまで減圧したときの、炭酸水の炭酸ガス濃度と水温との関係を示すグラフである。流量が一定であれば、炭酸ガス濃度は水の温度に依存する相関関係があり、再現性もある。従って、必要とされる炭酸ガス濃度の炭酸水を得るには、水温を測定してその水温に応じて加圧部１による加圧を所要圧力に制御すれば、再現性高く所定濃度の炭酸水を得ることができるものである。例えば、２０℃の水に対して、インバータ等を使って加圧部１のポンプ１８の圧力特性を０．４ＭＰａに設定し、この０．４ＭＰａの加圧下で炭酸ガスを溶解させると、６８００ｍｇ／Ｌの濃度の炭酸水を得ることができるものであり、また０．３ＭＰａの圧力に変更すると、５３００ｍｇ／Ｌの濃度の炭酸水を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】同上の一部の一例を示す概略図である。
【図３】同上の一部の他の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ概略図である。
【図４】同上の一部の他の一例を示すものであり、（ａ）は概略図、（ｂ）は斜視図である。
【図５】同上の一部の他の一例を示す概略図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図７】炭酸水の炭酸ガス濃度と温度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の他の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図９】炭酸水の炭酸ガス濃度と温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１ 加圧部
２ ガス注入部
３ 加圧溶解部
４ 減圧部
５ 余剰炭酸ガス排出部
６ 流路
７ 圧力調整弁
８ 延長流路
９ 濃度検出制御部
１０ 連結部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を圧送する加圧部と、水に炭酸ガスを注入するガス注入部と、炭酸ガスを注入された水が加圧部で圧送されることによる加圧で水に炭酸ガスを溶解させる加圧溶解部と、加圧溶解部で炭酸ガスを溶解させた炭酸水の圧力を、炭酸水の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部とを備え、加圧部、ガス注入部、加圧溶解部の各部を連続的に運転させて、減圧部に炭酸水を連続的に供給し、減圧部の流出側から気泡の発生のない炭酸水を連続的に吐出させるようにして成ることを特徴とする炭酸水製造装置。
【請求項２】
加圧溶解部で水に溶解しない余剰炭酸ガスを排出する余剰炭酸ガス排出部を備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の炭酸水製造装置。
【請求項３】
余剰炭酸ガス排出部から余剰炭酸ガスをガス注入部に供給する連結部を備えて成ることを特徴とする請求項２に記載の炭酸水製造装置。
【請求項４】
減圧部を、加圧溶解部から炭酸水を送り出す流路に設けられ、炭酸水の圧力を大気圧にまで段階的に減圧する複数の圧力調整弁で構成して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の炭酸水製造装置。
【請求項５】
減圧部を、流路断面積と流路長さの少なくとも一方の調整で炭酸水の圧力を大気圧にまで減圧するように形成された、加圧溶解部から炭酸水を送り出す流路で構成して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の炭酸水製造装置。
【請求項６】
減圧部は、一つの流路で形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の炭酸水製造装置。
【請求項７】
加圧溶解部から炭酸水を送り出す流路の圧力損失とこの流路に付加した延長流路の圧力損失の和が、加圧部で圧送される水と炭酸ガスの押し込み圧によって加圧溶解部内で水と炭酸ガスを加圧するのに必要な圧力となるように、流路に延長流路を付加して成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の炭酸水製造装置。
【請求項８】
炭酸水の炭酸ガス溶解濃度を測定すると共に、測定結果に基づいて加圧部で圧送される水の圧力と加圧部で圧送される水の流量の少なくとも一方を制御する濃度検出制御部を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の炭酸水製造装置。
【請求項１】
水を圧送する加圧部と、水に炭酸ガスを注入するガス注入部と、炭酸ガスを注入された水が加圧部で圧送されることによる加圧で水に炭酸ガスを溶解させる加圧溶解部と、加圧溶解部で炭酸ガスを溶解させた炭酸水の圧力を、炭酸水の流入側から流出側に向かって順次大気圧まで減圧する減圧部とを備え、加圧部、ガス注入部、加圧溶解部の各部を連続的に運転させて、減圧部に炭酸水を連続的に供給し、減圧部の流出側から気泡の発生のない炭酸水を連続的に吐出させるようにして成ることを特徴とする炭酸水製造装置。
【請求項２】
加圧溶解部で水に溶解しない余剰炭酸ガスを排出する余剰炭酸ガス排出部を備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の炭酸水製造装置。
【請求項３】
余剰炭酸ガス排出部から余剰炭酸ガスをガス注入部に供給する連結部を備えて成ることを特徴とする請求項２に記載の炭酸水製造装置。
【請求項４】
減圧部を、加圧溶解部から炭酸水を送り出す流路に設けられ、炭酸水の圧力を大気圧にまで段階的に減圧する複数の圧力調整弁で構成して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の炭酸水製造装置。
【請求項５】
減圧部を、流路断面積と流路長さの少なくとも一方の調整で炭酸水の圧力を大気圧にまで減圧するように形成された、加圧溶解部から炭酸水を送り出す流路で構成して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の炭酸水製造装置。
【請求項６】
減圧部は、一つの流路で形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の炭酸水製造装置。
【請求項７】
加圧溶解部から炭酸水を送り出す流路の圧力損失とこの流路に付加した延長流路の圧力損失の和が、加圧部で圧送される水と炭酸ガスの押し込み圧によって加圧溶解部内で水と炭酸ガスを加圧するのに必要な圧力となるように、流路に延長流路を付加して成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の炭酸水製造装置。
【請求項８】
炭酸水の炭酸ガス溶解濃度を測定すると共に、測定結果に基づいて加圧部で圧送される水の圧力と加圧部で圧送される水の流量の少なくとも一方を制御する濃度検出制御部を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の炭酸水製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１９５８１２（Ｐ２００９−１９５８１２Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３９２０７（Ｐ２００８−３９２０７）
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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