(57)【要約】【課題】炭酸ガスの溶解度が高い炭酸水製造方法を提供すると共に、その方法を簡易かつ低コストな構成で実現可能な炭酸水製造装置を提供する。【解決手段】まず、炭酸水製造方法は、耐圧容器内に水を所定水位まで貯留すると共に、容器内を気密にした後に、貯留水内へ炭酸ガスを注入して炭酸水を製造する方法において、炭酸ガスの注入過程時に、貯留水の水面上に形成された上部空間の圧力を所定回数だけ可変させるものである。上部空間の圧力可変は、リリーフ弁による大気開放によるものとする。炭酸水製造装置１は、注水管３１と供給管４１を備えた気密可能な耐圧容器２と、該耐圧容器内に配置して貯留水の水位を検知する水位センサ６と、貯留水内に炭酸ガスを注入するノズル５と、耐圧容器の上部空間と連通させたリリーフ弁７２と、耐圧容器の内周面に沿って上下方向へ連続して形成した複数の案内板２２と、から構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐圧容器内に水を所定水位まで貯留した後に、容器内を気密にした後に貯留水内へ炭酸ガスを注入して炭酸水を製造する方法において、
炭酸ガスの注入過程において、前記貯留水の水面上に形成された上部空間の圧力を所定の回数だけ可変させたことを特徴とする炭酸水製造方法。
【請求項２】
上部空間の圧力可変が、
リリーフ弁による大気開放によるものであることを特徴とする請求項１記載の炭酸水製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の大気開放のリリーフ圧が、
０．６Ｍｐａ〜０．９９Ｍｐａの範囲であることを特徴とする炭酸水生成方法。
【請求項４】
炭酸ガスの注入過程が、
定圧での連続注入であることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の炭酸水製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の炭酸水製造方法を用いた炭酸水製造装置であって、
注水手段と供給手段を備えた気密可能な耐圧容器と、
該耐圧容器内に配置して貯留水の水位を検知する水位センサと、
前記貯留水内に炭酸ガスを注入するノズル手段と、
前記耐圧容器の上部空間と連通させたリリーフ弁と、
耐圧容器の内周面に沿って上下方向へ連続して形成した１又は複数の案内板と、
から成ることを特徴とする炭酸水製造装置。
【請求項６】
前記案内板が、
耐圧容器の内周面から軸中心側に突出した形状であることを特徴とする請求項５記載の炭酸水製造装置。
【請求項７】
耐圧容器内の底面部に炭酸ガスの拡散手段を配設したことを特徴とする請求項５、又は６記載の炭酸水製造装置。
【請求項８】
上記炭酸ガスの拡散手段は、所定網目を有する格子体に形成したことを特徴とする請求項７記載の炭酸水製造装置。
【請求項９】
耐圧容器は、外側面を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項５、６、７、又は８記載の炭酸水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、水に炭酸ガスを高濃度に溶解させる炭酸水製造方法、及びこの方法に用いる炭酸水製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、水に炭酸ガスを高濃度に溶解させた炭酸水は、人体に対して様々な効能があることが判明している。例えば、飲料による場合には、疲労回復の効果、糖尿病・痛風・貧血症の改善などがあり、洗顔や入浴による場合には、皮膚から浸透して血行促進，老廃物の排出、むくみの解消などが挙げられる。
また、炭酸水はそのまま飲用することはもちろん、各種の原液ソース（例えば、果汁、アルコール、お酢、等）を割るために広く利用されている。
【０００３】
かかる背景もあり、業務用だけでなく自宅でも簡易に炭酸水を利用したいとの需要が高まり、一般家庭でも利用可能な様々な形態の炭酸水製造装置が開発されていた。
【０００４】
例えば、非特許文献１では、水を貯めたボトルに炭酸ガスを噴出するノズルを挿入し、このノズルの先端から炭酸ガスを噴出させた後、所定時間経過後にボトルを適宜に縦方向に振ることにより（ミキシング）、水と炭酸ガスを混合させ、炭酸水を得る家庭用の炭酸水製造装置、商品名「ソーダマシーン」が販売されていた。
【０００５】
また、特許文献１には、耐圧容器内に炭酸ガスを充満して炭酸ガス雰囲気を成し、この雰囲気内に飲用水を旋回させつつ噴射し、炭酸ガスと飲料水とを混合させて炭酸水を生成する炭酸水製造装置が開示されていた。この装置は、炭酸水生成方式においてスプレーノズル方式と呼ばれ、上記「ソーダマシーン」の飲料水内に炭酸ガスを噴出するジェットノズル方式に比べて炭酸ガスの溶解度が良好となる面があった。
【０００６】
他にも、特許文献２では、飲料水が所定ケース内部を通過するとき、別設置のボンベ内の炭酸ガスが多孔質体を介してケースに供給され、これによって水に炭酸水を溶解させて炭酸水を生成し、その後に外部へと供給する飲料水サーバが開示されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−２３９７９号公報
【特許文献２】特開２０１４−１４４７８８号公報
【非特許文献】
【０００８】
URL：http://idea-onlineshop.jp/?pg=product_detail&am=06910758
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、非特許文献１で示す「ソーダマシーン」は、全行程が手動式であるために煩雑である上、ガス噴出後の待ち時間、ボトルの振り方、などの要素によっていわゆる強炭酸水（炭酸ガスの溶解度２７００ｐｐｍ以上）に至らないばかりか、それ以下の弱炭酸水の範囲内であっても炭酸の強弱にバラツキが発生することがあった。
【００１０】
また、余った炭酸水は専用ボトル（１０００ｍｌ程度）と専用キャップで封止して冷蔵庫で保存するが、一般家庭用のために気密性が弱く炭酸が抜け易いため、短時間で大量の炭酸水を消費する大家族向けならともかく、単身や少人数の家庭では使い勝手が悪いものであった。
【００１１】
一方、特許文献１の炭酸水製造装置は、炭酸ガス雰囲気中にノズルから水を旋回流として噴射して強炭酸水の製造を図っているが、基本構成がスプレーノズル方式であるため、大型かつ高価な給水ポンプを必要とするものであった。このため、設備が大型化するだけでなくコストアップとなり、この点を鑑みると業務用はともかく家庭用には不向きであった。
【００１２】
また、特許文献２の飲料水サーバは、主に家庭用飲料水に水素ガスを溶解させることに主眼をおいた構成点であるため、炭酸ガスの溶解に必要な混合・撹拌手段を備えるものではなかった。このため、水素ガスを炭酸ガスに変更した場合には、炭酸ガスの水への溶解性が悪く、特に強炭酸水の製造には不向きであった。
【００１３】
そこで、本願発明は上記問題点に鑑み為されたものであって、炭酸ガスの溶解度が高い炭酸水製造方法を提供すると共に、その方法を簡易かつ低コストな構成で実現可能とする炭酸水製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本願発明に係る炭酸水製造方法は、以下のように構成している。
【００１５】
すなわち、耐圧容器内に水を所定水位まで貯留した後に、容器内を気密にした後に貯留水内へ炭酸ガスを注入して炭酸水を製造する方法において、炭酸ガスの注入過程において、前記貯留水の水面上に形成された上部空間の圧力を所定の回数だけ可変させたことを特徴としている。
【００１６】
ここで、上部空間の圧力可変は、リリーフ弁による大気開放によるものであることを特徴としている。
【００１７】
この大気開放のリリーフ圧においては、耐圧容器内の上部空間内の圧力が０．６Ｍｐａ〜０．９９Ｍｐａの範囲であることを特徴としている。
【００１８】
また、炭酸ガスの注入過程は、定圧での連続注入であることを特徴としている。ここで、炭酸ガスの注入圧力を定圧とする一方で、炭酸ガスの溶解度を変更したい場合には、注入時間を適宜に変更させて調整している。したがって、上記の大気開放する耐圧容器内の上部空間の圧力（以下、「空間圧力」と称する。）については、炭酸ガスの注入圧力及び注入時間の関係によって適宜に選択することになる。
【００１９】
上記方法では、耐圧容器内の空間圧力が大気開放によって大気圧まで至らないまでも急激に低下する一方で、継続する炭酸ガスの注入で再度上昇する。つまり、耐圧容器内の空間圧力は、炭酸ガス注入過程において、一定の上昇と急激な下降を繰り返すこととなる。これによって一定量の炭酸ガスが溶解した貯留水が刺激され、一端は溶解した炭酸ガスの一部が気泡となり、これが貯留水全体に急激な上昇流を引き起こさせることになる。
【００２０】
そして、この貯留水の急激な上昇流が、耐圧容器内の上部空間と貯留水とを混合・撹拌させる作用となり、上部空間の炭酸ガスの貯留水へ溶解をさらに促進させる。別言すれば、耐圧容器を上下方向にミキシング（縦振り）したことと同等の作用がなされる。
【００２１】
次に、上記の炭酸水製造方法に用いる炭酸水製造装置は、以下のように構成している。
【００２２】
すなわち、注水手段と供給手段を備えた気密可能な耐圧容器と、該耐圧容器内に配置して貯留水の水位を検知する水位センサと、貯留水内に炭酸ガスを注入するノズル手段と、前記耐圧容器の上部空間と連通させたリリーフ弁と、耐圧容器の内周面に沿って上下方向へ連続して形成した１又は複数の案内板と、から成ることを特徴としている。
【００２３】
上記の耐圧容器の供給手段としては、耐圧容器内を大気開放した後に再度気密化し、内部の炭酸水を強制的に排出する手段、例えば、エアポンプを接続して構成すれば良い。
【００２４】
また、耐圧容器の案内板は貯留水内に発生する炭酸ガスの泡を上下方向に強制的に誘導し、それによる縦方向の水流速度を増加させるように作用する。
【００２５】
さらに、耐圧容器内の底面部に炭酸ガスの拡散手段を配設したことを特徴としている。拡散手段は、ノズル手段から噴射された炭酸ガスの気泡が、耐圧容器の底部の一部分に偏ることなく全体に拡散させるように作用する。
【００２６】
なお、この拡散手段としては、所定網目を有する格子体に形成することが好適であるが、格子体の網目は円形、三角形、六角形、等に変更しても良い。さらにまた、拡散手段は拡散機能を発揮するなら、放射状、傘状、同心多重円状、等に変更しても良い。
【００２７】
加えて、耐圧容器は、外側面を冷却する冷却手段を備えることを特徴としている。冷却手段としては、例えば、冷媒が流通する冷却パイプを耐圧容器に周回させて構成すれば良い。ただし、この冷却手段は、耐圧容器の水源側に設置している場合は省略することも可能である。
【発明の効果】
【００２８】
上記構成の炭酸水製造方法は、炭酸ガス注入過程の耐圧容器内の空間圧力の変化によって貯留水に気泡による縦方向の急激な上昇流を発生させ、これをもって貯留水と耐圧容器の上部空間の炭酸ガスの混合及び撹拌を誘発させる。この結果、上部空間の炭酸ガスの貯留水への溶解を促進し、いわゆる強炭酸水を得ることが可能となる。
【００２９】
上記方法では、耐圧容器を物理的に上下方向に振ったり、駆動源を別途必要とする撹拌手段を耐圧容器の内部に備えたりする必要が無いため、製造装置の構造を簡略化できる。
【００３０】
また、この方法に用いる炭酸水製造装置は、耐圧容器、貯留量を確認する水位センサ、炭酸ガスを噴射するノズル手段、大気開放するリリーフ弁、耐圧容器の内周面に沿って形成した案内板の要素が最低限あれば構築可能である。
【００３１】
そして、付加する構成要素も噴射された炭酸ガスを容器内に拡散させる格子体、等を配置する簡略な構成である。
【００３２】
この結果、炭酸水製造装置の製造コストだけでなく、維持管理コストの大幅な抑制が可能となり、一般家庭向けに安価に炭酸水製造装置が提供できる。他にも、現行の炭酸飲料水供給装置（いわゆるカップ提供型の自動販売機）の炭酸水生成用のアッセンブルユニットとしても採用することができ、その用途は広いものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本願発明に係る炭酸水製造装置を一部切り欠いて示す斜視図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】図２のＢＢ線断面図である。
【図４】本願発明に係る炭酸水製造装置の回路図である。
【図５】本願発明に係る炭酸水製造装置の格子体の変形例を示す平面図（Ａ）、（Ｂ）と斜視図（Ｃ）である。
【図６】本願発明に係る炭酸水製造装置による炭酸水製造工程を示すフローチャートである。
【図７】本願発明に係る炭酸水製造装置の作用を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
次に、本願発明にかかる炭酸水製造方法（以下、「本方法」と称する。）、及び本方法に用いる炭酸水製造装置（以下、「本装置」と称する。）の具体的実施形態の一例について、図面に基づき詳細に説明する。
【００３５】
なお、以下説明では、便宜上、図面上の上側部分を「上部」と下側部分を「下部」と称して用いる。また、先に本装置から説明し、次に本装置の作用と併せて本方法について説明する。
【００３６】
図１は、本装置１の構成を示す一部切欠き斜視図である。本装置１は、耐圧容器２を主要構成要素とし、この耐圧容器２の上部側に注水管３１、開放管７を接続すると共に下部に供給管４１を接続し、内部にはノズル５及び水位センサ６を配置して構成している。
【００３７】
まず、耐圧容器２は所定耐圧を有する上下を閉塞した円筒状を成す筐体２１をもって気密形成され、内部には所定量の水を貯留可能としている。本実施例の耐圧容器２は、耐圧２Ｍｐａ、容量１０００ｍｌの仕様である。なお、通常、流通する家庭若しくは小規模業務用の耐圧容器としては、同耐圧で約容量７０００ｍｌ程度までが一般的である。なお、耐圧容器２は、金属製、樹脂製を問わない。
【００３８】
また、耐圧容器２の内周面には、矩形板状の４枚の案内板２２を配設している。案内板２２は軸中心方向に突出すると共に、耐圧容器２の上下方向（軸方法）に沿って配設している。案内板２２の幅は耐圧容器内部の半径の半分程であり、長さは耐圧容器内部の上下に耐圧容器全長の１〜２割程度の隙間を残す程度に設定している。特に下端側は、後述する格子体２３との干渉を回避する長さに調整している。
【００３９】
案内板２２の耐圧容器内周面に対する配置箇所は４箇所であり、軸中心に９０度の角度間隔をもって配置している。また、後述する注水口３、供給口４と重畳しない位置であり、かつ、ノズル５、水位センサ６の何れとも干渉しない位置としている。なお、案内板２２の数は、その配置数によって耐圧容器内の構造自体が変更となるため、耐圧容器２の容量や貯留水量等によって適宜に変更しても良いが、少なくとも１枚は配置する。また、案内板２２はリブとしても機能するため、耐圧容器２の剛性向上にも資する。
【００４０】
耐圧容器内の底部には格子体２３を配置している。この格子体２３は、所定寸法の網目を有し、耐圧容器２の底面からは若干浮いた配置としている。また、耐圧容器２の中央底部に形成した供給管４１と連通する供給口４の部分を避けた形状にしている。
【００４１】
格子体２３の網目寸法は、小さい程好適であるが、本実施例では後述するノズル５の外径寸法よりも、やや小さめの寸法に設定している。また、高さ寸法としては、耐圧容器２の全長の１〜２割程度とし、上記案内板２２との干渉を回避する寸法としている。
【００４２】
この格子体２３は、後述するノズル５から噴射される炭酸ガスを周囲に拡散することを主な目的とした拡散手段として配設している。したがって、炭酸ガスを水平方向に拡散させる機能を発揮するものであれば良く、例えば、図５に示すように、円形の他、三角形、六角形と適宜に変形させても良い。他にも、放射直線状、同心多重円、これらの組合せ、中央部を高くした傘状、等に適宜に変更しても良い。
【００４３】
さらに、耐圧容器２の外周位には、内部に冷媒が流通する冷却管２４を周回させて耐圧容器２を冷却している。これは、炭酸ガスは１５℃以下のいわゆる冷水に対して溶解度が増すからであり、耐圧容器周囲を適宜に冷却して温度管理を行っている。これにより、一定濃度の炭酸水生成に資すると共に、貯留水及び生成後の炭酸水の品質の維持も可能となる。
【００４４】
耐圧容器２の上部には、内部と連通する注水口３を介して注水管３１を接続している。注水管３１は、水源Ｗｓから水を耐圧容器内部へ注水する機能を担っている。注水管３１には耐圧容器側に近い順番に逆止弁３２、送水ポンプ３３、注水管３１を開閉する空気作動弁３４を連結している。なお、水源Ｗｓの水は外部の冷却手段によって１５℃以下に維持しておくことが望ましい。
【００４５】
一方、耐圧容器２の下部には、内部と連通する供給口４を介して供給管４１を接続している。供給管４１は、耐圧容器内で生成された炭酸水を外部へと供給する機能を担っている。供給管４１に電動弁４２が連結し、これをもって製造後の炭酸水の外部への供給を制御している。
【００４６】
ノズル５は、貯留水内に炭酸ガスを注入するノズル手段であり、筒状を成すと共に耐圧容器２の内部に垂下状に配設している。ノズル５の下端側は耐圧容器２の長さ寸法の半分より若干上方位置まで延出し、その先端側に外径寸法の１割以下の寸法の噴射口５１を形成している。一方、上端側は耐圧容器２の上部側の筐体２１を貫通してガス管５２に接続している。ガス管５２には耐圧容器側に近い順番に逆止弁５３、電動弁５４、炭酸ガスを貯蔵したガスボンベＧｂと連結している。なお、ノズル５の外径や噴射口５１は、先端に向かって実施例のように暫時縮径させる形態が好適であるが、この形態に限定するものではなく直線状でも良い。
【００４７】
水位センサ６は、耐圧容器内の貯留水の水位を確認している。この水位センサ６からの検知情報に基づいてノズル５に連結する電動弁５４を制御し、炭酸ガスをノズル５から噴射している。本実施例の水位センサ６は棒状を成し、その上端側を耐圧容器２の上部に配設したコネクタ部に接続すると共に、下端側は耐圧容器２の内部でノズル５と平行を成して垂下状に配設している。また、本実施例の水位センサ６は耐圧容器内部の下部付近まで延出する下限センサ６１、中間付近まで延出する適量センサ６２、耐圧容器内部の上部付近で止まる上限センサ６３、から３本１組で構成している。各センサ６１、６２、６３は、下端部分を貯留水に接触させることによって検知情報を得ている。
【００４８】
耐圧容器２の上部には、内部と連通する開放管７を配設している。開放管７の端部側に開放電動弁７１を連結している。この構成により、注水管３１の空気動作弁３４、供給管４１の電動弁４２、開放管７の開放電動弁７１を閉じた状態では、耐圧容器内部の気密状態を確保できることとなる。
【００４９】
開放管７の途中経路にはリリーフ弁７２を配設している。リリーフ弁７２は、耐圧容器２の貯留水を除く上部空間の空間圧力が所定値を超えたとき、大気開放するように作動して空間圧力を低下させている。このリリーフ弁７２には、大気開放時における騒音を低下させる消音機７２ａを配設している。消音機７２ａは、キャップ状の樹脂製本体の頭部側に複数の開孔を形成すると共に内部に綿を配置して成り、２５ｄｂ以上の消音を可能としている。なお、本実施例のリリーフ弁７２は、リリーフ圧（大気開放圧力）を最大１Ｍｐまで設定できる。
【００５０】
開放管７のリリーフ弁７２と開放電動弁７１との途中経路には、分岐して順に電動弁７３とエアポンプ７４を連結している。このエアポンプ７４は耐圧容器内から炭酸水のほぼ全てを排出する場合に用いる。他にも、供給口４が本実施例と異なり、耐圧容器２の側面や上部側に変更になった場合、又は供給管４１の末端が耐圧容器２より上方に位置する場合に、内部圧力を高めて炭酸水を強制排出するものである。別言すれば、エアポンプ７４は、炭酸水の外部供給手段である。一方、本実施例のように供給口４や供給管４１の末端が耐圧容器２の下部に位置する場合は、炭酸水は重力で抜けるのでエアポンプ７４と電動弁７３は省略することも可能である。
なお、開放電動弁７１の開放末端側やエアポンプ７４には、食品衛生法に準拠するフィルター（図示省略）を配設し、外部からごみや粉塵等が耐圧容器内に侵入すること防止している。
［本方法の説明］
【００５１】
次に、上記構成の本装置１の作用と併せて本方法を説明する。本方法は、図６のフローチャート、及び図７の作用説明図に従って説明する。
［耐圧容器内の正常適否の判断］
【００５２】
まず、耐圧容器２が初期状態として正常であるか確認する。初期状態としては、例えば、耐圧容器内に残留する炭酸水や貯留水が無いこと、及び気密状態となっているかである。残留の炭酸水等は、各水位センサ６１、６２、６３の検知情報で確認し、異常を検知した場合には後の動作を強制的に終了させ、別途復帰を図る。また、気密状態の確認は、空気作動弁３４、開放電動弁７１、各電動弁４２、５４、７３が閉じた状態であることによって行う。
［耐圧容器の気密解除］
【００５３】
正常な初期状態を確認したら、開放電動弁７１を開いて耐圧容器内を大気開放して気密状態を解除する。
［注水］
【００５４】
次に、注水管３１の送水ポンプ３３を起動すると共に、空気作動弁３４を開いて、耐圧容器内に注水口３を介して所定量の水を注水する（矢印ａ）。設定時間の注水を行った後、空気作動弁３４を閉じると共に送水ポンプ３３を停止する。
［貯留量適否の判断］
【００５５】
注水停止後の耐圧容器内の貯留量が適量であるかは、水位センサ６の適量センサ６２の検知情報にて確認する。
【００５６】
この時点において、水位センサ６の上限センサ６３に検知情報があれば、異常を通知し、その後の動作を停止させた後、別途復帰を図る。したがって、耐圧容器内の上部には、少なくとも上限センサ６３が検知しない程度の上部空間が確保されている。なお、本実施例では、耐圧容器２の最大容量１０００ｍｌにおいて、７００〜７５０ｍｌ程注水する仕様としている
［耐圧容器の気密化］
【００５７】
耐圧容器内の貯留水が適量であるかの確認後、開放電動弁７１を閉じて耐圧容器内を気密状態とする。
［炭酸ガス噴出］
【００５８】
次に、ノズル５に連結する電動弁５４を開けて炭酸ガスＧを貯留水に所定時間に亘って噴射する（矢印ｂ）。なお、噴射圧力は事前に調整するものであり、本実施例での耐圧容器２の耐圧値が２Ｍｐａであるので、関連法規等を考慮して０．９９Ｍｐａ以下に設定している。
【００５９】
ここで、噴出された炭酸ガスＧは一部が貯留水に溶解しつつも、残りは気泡となって下降して格子体２３に衝突する。この衝突時においても炭酸ガスＧの溶解が促進される一方で、残りの気泡は耐圧容器底部の周囲に放射状に拡散する（矢印ｃ）。また、気泡と共に格子体２３に衝突する貯留水の一部は、格子体２３によって細分化され、炭酸水の溶解の促進に資する。
【００６０】
拡散後の炭酸ガスＧの気泡は、耐圧容器の底面の全面から上昇に転じるが（矢印ｄ）、案内板２２によって周回方向の移動が制限されて上昇方向への速度が増す。この上昇過程においても炭酸ガスＧの溶解が進むと共に、気泡の一部が案内板２２の壁面にも衝突するため、これによっても溶解が促進する。なお、上記の速度増進は炭酸水生成時間の短縮にも資する。
【００６１】
そして、貯留水に溶解しきれなかった気泡は耐圧容器内の上部空間で弾ける。これにより、上部空間の炭酸ガス濃度が増すと共に、空間圧力が上昇することになる。
【００６２】
上述のように炭酸ガスＧの噴射は所定時間に亘って継続している。この所定時間内において、上部側の空間圧力が所定値（本実施例では０．６５Ｍｐａ）を超えたら、リリーフ弁７２が作動して大気開放がなされる（矢印ｅ）。この大気開放によって、耐圧容器２の空間圧力は一気に低下する。この急激な圧力低下が刺激となって、貯留水に過飽和に溶けていた炭酸ガスＧの一部が急激に気体化して大量の気泡が発生すると共に上方に向かうため、耐圧容器全体で急激な上昇流が形成される（矢印ｆ）。なお、上記の大気開放では、空間圧力が大気圧までは降下しない設定としている。また、この時の大気開放音は、リリーフ弁７２の消音機７２ａによって低下している。
【００６３】
この上昇流は、案内板２２によって旋回が制限されて上下方向に制限されるために、言わば耐圧容器２に対して強力な縦方向の作用、別言すれば「縦振り」が付加される。これにより、一部の炭酸ガスＧが溶解して炭酸水化した貯留水と上部空間の炭酸ガスＧの混合及び撹拌が促進され、さらに多くの炭酸ガスＧを溶解させることとなる。その一方で、ノズル５からは継続して炭酸ガスＧが噴射しているので、格子体２３や案内板２２による炭酸ガスの溶解作用も継続されると共に、空間圧力は再度上昇していく。
【００６４】
このリリーフ弁７２による大気開放は、耐圧容器２に対して上記した主に縦方向の混合及び撹拌作用を付加するため、炭酸ガスＧの継続噴射と相まって炭酸ガスＧの貯留水への溶解をさらに促進させることになる。別言すれば、リリーフ弁７２の作動回数が多い方が、炭酸ガスＧの溶解度は増し、より強炭酸水を得ることが可能となる。
【００６５】
リリーフ弁７２の作動回数は、リリーフ弁７２のリリーフ圧の設定、耐圧容器２の容量、貯留量、炭酸ガスＧの噴射圧力、噴射時間によって調整する。本実施例の場合、炭酸ガスＧの噴出時間の設定を１１秒、リリーフ圧を０．６５Ｍｐａに設定した場合には、リリーフ弁７２の作動回数は３回であることを確認している。
【００６６】
炭酸ガスＧの噴射が設定した所定時間を経過した後、ノズル５に連結する電動弁５４を閉じる。
［炭酸水の安定待ち］
【００６７】
炭酸ガスＧの噴射が終わり、製造された炭酸水が安定状態（気泡発生が落ち着いた状態）となるまで所定時間（本実施例では０．５〜３．０秒）について待つ。
［耐圧容器の気密解除］
【００６８】
待ち時間の経過後は、開放電動弁７１を開けて耐圧容器２の内部を大気開放し、上部空間の炭酸ガスＧを排出して耐圧容器内の気密状態を解除する。この耐圧容器２の気密解除においては、開放電動弁７１の開き時間を調整し、耐圧容器２の空間圧力を大気圧よりも高い状態に維持し、炭酸水の供給（排出）を補助するようにしても良い。
［外部供給］
【００６９】
次に、供給管４１の電動弁４２を開け、供給口４を介して炭酸水を外部へと供給する（矢印ｇ）。なお、供給管４１の端部が耐圧容器２より上部にある場合、又は供給口４１を耐圧容器２の上部側に変更した場合には、いったん開放電動弁７１を閉じ、エアポンプ７４を起動させると共にそれに付随する電動弁７３を開いて、炭酸水を強制的に耐圧容器２から排出させる。また、上述の気密解除において、開放電動弁７１の開き時間の調整で内部圧力を高めに調整し、エアポンプ７４と同等の機能を発揮させても良い。
［残留量適否の判断］
【００７０】
炭酸水の外部への供給後は、耐圧容器内に残留する炭酸水が適量であるか確認する。供給モードによっては、炭酸水の全てを供給しない場合もあるからである。なお、残留の炭酸水は、各水位センサ６１、６２、６３の検知情報で確認し、異常を検知した場合には後の動作を強制的に終了させ、別途復帰を図る。
［耐圧容器の気密化］
【００７１】
炭酸水の外部への供給が完了したら、供給管４１の電動弁４２、次いで開放電動弁７１を閉じて耐圧容器内を気密状態として炭酸水製造を終了する。なお、この状態は正常適否の判断を待つ初期状態であるため、次の炭酸水製造を開始できる。
［実証データ］
【００７２】
上記の本実施例の本装置の構成及び本方法により、以下の炭酸溶解度の炭酸水を得た。まず、耐圧容器２において最大１０００ｍｌの容量に７００〜７５０ｍｌの注水量、炭酸ガスの噴射圧力０．９０Ｍｐａ、噴射時間１１秒、リリーフ弁７２のリリーフ圧（大気開放圧力）０．６５Ｍｐ、リリーフ弁７２の作動回数３によって製造した炭酸水は、その炭酸ガス溶解度が３３９０ｐｐｍであった。
また、注水量と噴射圧力を固定すると共に、炭酸ガスの噴射時間を適宜に変更した場合に測定したリリーフ弁７２の作動回数、炭酸ガス溶解度、及び炭酸消費量のデータを、参考として表１に示す。
【表１】
2018023928.tif 000003
［他の実施例］
【００７３】
本実施例の水位センサ６は、耐圧容器内の貯留量を検知するために、下限センサ６１、適量センサ６２、上限センサ６３と３個で１組の態様であるが、かかる態様に限定するものではなく、例えば、レーザー等で水面高さをリアルタイムで計測するセンサに変更しても良い。その場合、耐圧容器内の注水量を監視、水源用の空気作動弁３４をフィードバック制御するようにしても良い。
また、耐圧容器内に配設する案内板２２は、炭酸ガスと接触する面積が増加することによって溶解が促進するため、波板状にしたり、表面に凹凸を形成したりしても良い。
【符号の説明】
【００７４】
１  本装置
２  耐圧容器
２１  筐体
２２  案内板
２３  格子体
２４  冷却管
３  注水口
３１  注水管
３２  逆止弁
３３  送水ポンプ
３４  空気作動弁
４  供給口
４１  供給管
４２  電動弁
５  ノズル
５１  噴射口
５２  ガス管
５３  逆止弁
５４  電動弁
６  水位センサ
６１  下限センサ
６２  適量センサ
６３  上限センサ
７  開放管
７１  開放電動弁
７２  リリーフ弁
７２ａ  消音機
７３  電動弁
７４  エアポンプ
Ｇ  炭酸ガス
Ｇｂ  ガスボンベ
Ｗｓ  水源
【図１】
2018023928.tif 000004
【図２】
2018023928.tif 000005
【図３】
2018023928.tif 000006
【図４】
2018023928.tif 000007
【図５】
2018023928.tif 000008
【図６】
2018023928.tif 000009
【図７】
2018023928.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月28日(2016.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐圧容器内に水を所定水位まで貯留した後に気密にした容器内の貯留水内へ炭酸ガスを注入する過程において、前記貯留水の水面上に形成された上部空間の圧力を所定の回数だけ大気開放によって可変させて炭酸水を製造する炭酸水製造装置であって、
注水手段と供給手段を備えた気密可能な耐圧容器と、
該耐圧容器内に配置して貯留水の水位を検知する水位センサと、
前記貯留水内に炭酸ガスを注入するノズル手段と、
前記耐圧容器の上部空間と連通させたリリーフ弁と、
耐圧容器の内周面に沿って上下方向へ連続して形成した１又は複数の案内板と、
から成ることを特徴とする炭酸水製造装置。
【請求項２】
前記案内板が、
耐圧容器の内周面から軸中心側に突出した形状であることを特徴とする請求項１記載の炭酸水製造装置。
【請求項３】
耐圧容器内の底面部に炭酸ガスの拡散手段を配設したことを特徴とする請求項１、又は２記載の炭酸水製造装置。
【請求項４】
上記炭酸ガスの拡散手段は、所定網目を有する格子体に形成したことを特徴とする請求項３記載の炭酸水製造装置。
【請求項５】
耐圧容器は、外側面を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載の炭酸水製造装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本願発明は、水に炭酸ガスを高濃度に溶解させる炭酸水製造装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
そこで、本願発明は上記問題点に鑑み為されたものであって、炭酸ガスの溶解度が高く、簡易かつ低コストな構成で実現可能とする炭酸水製造装置を提供する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本願発明に係る炭酸水製造装置は、以下のように構成している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
すなわち、耐圧容器内に水を所定水位まで貯留した後に気密にした容器内の貯留水内へ炭酸ガスを注入する過程において、前記貯留水の水面上に形成された上部空間の圧力を所定の回数だけ大気開放によって可変させて炭酸水を製造する炭酸水製造装置であって、注水手段と供給手段を備えた気密可能な耐圧容器と、該耐圧容器内に配置して貯留水の水位を検知する水位センサと、貯留水内に炭酸ガスを注入するノズル手段と、前記耐圧容器の上部空間と連通させたリリーフ弁と、耐圧容器の内周面に沿って上下方向へ連続して形成した１又は複数の案内板と、から成ることを特徴としている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
上記の耐圧容器の供給手段としては、耐圧容器内を大気開放した後に再度気密化し、内部の炭酸水を強制的に排出する手段、例えば、エアポンプを接続して構成すれば良い。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、耐圧容器の案内板は貯留水内に発生する炭酸ガスの泡を上下方向に強制的に誘導し、それによる縦方向の水流速度を増加させるように作用する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
さらに、耐圧容器内の底面部に炭酸ガスの拡散手段を配設したことを特徴としている。拡散手段は、ノズル手段から噴射された炭酸ガスの気泡が、耐圧容器の底部の一部分に偏ることなく全体に拡散させるように作用する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
なお、この拡散手段としては、所定網目を有する格子体に形成することが好適であるが、格子体の網目は円形、三角形、六角形、等に変更しても良い。さらにまた、拡散手段は拡散機能を発揮するなら、放射状、傘状、同心多重円状、等に変更しても良い。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
加えて、耐圧容器は、外側面を冷却する冷却手段を備えることを特徴としている。冷却手段としては、例えば、冷媒が流通する冷却パイプを耐圧容器に周回させて構成すれば良い。ただし、この冷却手段は、耐圧容器の水源側に設置している場合は省略することも可能である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
次に、上記構成の炭酸水製造装置は、以下のように作用させて炭酸水を製造している。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
まず、上述したように、耐圧容器内に水を所定水位まで貯留して容器内を気密にした後、ノズル手段による炭酸ガスの注入過程において、貯留水の水面上に形成された上部空間の圧力を所定の回数だけ、リリーフ弁による大気開放によって可変させている。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
この大気開放のリリーフ圧は、耐圧容器内の上部空間内の圧力が０．６Ｍｐａ〜０．９９Ｍｐａの範囲としている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また、炭酸ガスの注入過程は、定圧での連続注入としている。ここで、炭酸ガスの注入圧力を定圧とする一方で、炭酸ガスの溶解度を変更したい場合には、注入時間を適宜に変更させて調整するしている。したがって、上記の大気開放する耐圧容器内の上部空間の圧力（以下、「空間圧力」と称する。）については、炭酸ガスの注入圧力及び注入時間の関係によって適宜に選択している。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
上記のように作用させた場合、耐圧容器内の空間圧力が大気開放によって大気圧まで至らないまでも急激に低下する一方で、継続する炭酸ガスの注入で再度上昇する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
つまり、耐圧容器内の空間圧力は、炭酸ガス注入過程において、一定の上昇と急激な下降を繰り返すこととなる。これによって一定量の炭酸ガスが溶解した貯留水が刺激され、一端は溶解した炭酸ガスの一部が気泡となり、これが貯留水全体に急激な上昇流を引き起こさせることになる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
そして、この貯留水の急激な上昇流が、耐圧容器内の上部空間と貯留水とを混合・撹拌させる作用となり、上部空間の炭酸ガスの貯留水へ溶解をさらに促進させる。別言すれば、耐圧容器を上下方向にミキシング（縦振り）したことと同等の作用がなされる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
上記構成の炭酸水製造装置は、炭酸ガス注入過程の耐圧容器内の空間圧力の変化によって貯留水に気泡による縦方向の急激な上昇流を発生させ、これをもって貯留水と耐圧容器の上部空間の炭酸ガスの混合及び撹拌を誘発させる。この結果、上部空間の炭酸ガスの貯留水への溶解を促進し、いわゆる強炭酸水を得ることが可能となる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
また、耐圧容器を物理的に上下方向に振ったり、駆動源を別途必要とする撹拌手段を耐圧容器の内部に備えたりする必要が無いため、製造装置の構造を簡略化できる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
さらに、炭酸水製造装置は、耐圧容器、貯留量を確認する水位センサ、炭酸ガスを噴射するノズル手段、大気開放するリリーフ弁、耐圧容器の内周面に沿って形成した案内板の要素が最低限あれば構築可能である。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
次に、本願発明に係る炭酸水製造装置（以下、「本装置」と称する。）の具体的実施形態の一例について、図面に基づき詳細に説明する。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
なお、以下説明では、便宜上、図面上の上側部分を「上部」と下側部分を「下部」と称して用いる。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
また、耐圧容器２の内周面には、矩形板状の４枚の案内板２２を配設している。案内板２２は軸中心方向に突出すると共に、耐圧容器２の上下方向に沿って配設している。案内板２２の幅は耐圧容器内部の半径の半分程であり、長さは耐圧容器内部の上下に耐圧容器全長の１〜２割程度の隙間を残す程度に設定している。特に下端側は、後述する格子体２３との干渉を回避する長さに調整している。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
開放管７のリリーフ弁７２と開放電動弁７１との途中経路には、分岐して順に電動弁７３とエアポンプ７４を連結している。このエアポンプ７４は耐圧容器内から炭酸水のほぼ全てを排出する場合に用いる。他にも、供給口４が本実施例と異なり、耐圧容器２の側面や上部側に変更になった場合、又は供給管４１の末端が耐圧容器２より上方に位置する場合に、内部圧力を高めて炭酸水を強制排出するものである。別言すれば、エアポンプ７４は、炭酸水の外部供給手段である。一方、本実施例のように供給口４や供給管４１の末端が耐圧容器２の下部に位置する場合は、炭酸水は重力で抜けるのでエアポンプ７４と電動弁７３は省略することも可能である。
なお、開放電動弁７１の開放末端側やエアポンプ７４には、食品衛生法に準拠するフィルター（図示省略）を配設し、外部からごみや粉塵等が耐圧容器内に侵入すること防止している。
［作用の説明］
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
次に、上記構成の本装置１の作用を説明する。本作用は、図６のフローチャート、及び図７の作用説明図に従って説明する。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
上記の本実施例の本装置の構成及び作用により、以下の炭酸溶解度の炭酸水を得た。まず、耐圧容器２において最大１０００ｍｌの容量に７００〜７５０ｍｌの注水量、炭酸ガスの噴射圧力０．９０Ｍｐａ、噴射時間１１秒、リリーフ弁７２のリリーフ圧（大気開放圧力）０．６５Ｍｐ、リリーフ弁７２の作動回数３によって製造した炭酸水は、その炭酸ガス溶解度が３３９０ｐｐｍであった。
また、注水量と噴射圧力を固定すると共に、炭酸ガスの噴射時間を適宜に変更した場合に測定したリリーフ弁７２の作動回数、炭酸ガス溶解度、及び炭酸消費量のデータを、参考として表１に示す。
【表１】
2018023928.tif 000011
［他の実施例］