(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスを温水に溶解させて炭酸泉を製造する炭酸泉製造装置であって、
炭酸ガス供給手段と、
温水供給手段と、
前記炭酸ガス供給手段と前記温水供給手段とに接続された炭酸ガス溶解器と、
同炭酸ガス溶解器の下流側に接続された液体導出管と、
同液体導出管の管路途中に配された気液分離器と、
同気液分離器から導出された前記液体導出管内の炭酸泉の気泡量を検出する気泡検出手段と、
を備えてなることを特徴とする炭酸泉製造装置。
【請求項２】
前記温水供給手段が、浴槽内の温水を循環させる温水循環手段を有してなることを特徴とする請求項１記載の炭酸泉製造装置。
【請求項３】
前記気泡検出手段が、
前記液体導出管を挟んで対向して配された超音波発信子及び同超音波発信子から発信される超音波を受信する超音波受信子と、同超音波受信子で受信した超音波の強度を算出し、予め設定された閾値との比較判断を行う判断部とを備え、
前記判断部が、前記超音波の強度が前記閾値よりも低いときには、前記液体導出管中に異常があるものと判断し、異常信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の炭酸泉製造装置。
【請求項４】
前記超音波発信子と前記超音波受信子とが、互いに水平に設置されてなることを特徴とする請求項３記載の炭酸泉製造装置。
【請求項５】
前記超音波発信子と前記超音波受信子との間に配された前記液体導出管が水平状態に配されてなることを特徴とする請求項３または４に記載の炭酸泉製造装置。
【請求項６】
前記気液分離器の内部に液面センサーを備え、前記気液分離器内の液面が、予め設定した閾値より低いときには、前記液体導出管中に異常があるものと判断して異常信号を出力することを特徴とする請求項１又は２記載の炭酸泉製造装置。
【請求項７】
前記炭酸ガス供給手段が電磁弁を有し、前記気泡検出手段からの異常信号により前記電磁弁が閉じるように制御されてなることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の炭酸泉製造装置。
【請求項８】
前記炭酸ガス供給手段が、炭酸ガス流量を一定に制御する流量制御弁を有してなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の炭酸泉製造装置。
【請求項９】
前記温水供給手段が、前記炭酸ガス溶解器に供給する温水流量を一定に制御する送液手段を有してなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の炭酸泉製造装置。
【請求項１０】
前記液体導出管に、前記気液分離器内の水圧を上昇させる絞りを配設してなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の炭酸泉製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未溶解の炭酸ガスの異常な発生を監視するとともに、未溶解の炭酸ガスを再溶解することをも可能にした炭酸泉製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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ている。また、炭酸ガスの経皮進入によって、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と考えられている。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。
【０００３】
近年、特に前述の治療において、炭酸泉中の二酸化炭素濃度が、約４０℃の温水における過飽和濃度域である１２００ｍｇ／Ｌ（リットル）前後になると、炭酸泉の生理的効果が更に顕著に発揮できることが判ってきている。
【０００４】
このような炭酸泉を人工的に製造する方法としては、例えば循環型炭酸泉製造装置を用いて、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炭酸泉製造方法、ワンパス型炭酸泉製造装置を用いて、給湯器等から供給された温水を炭酸ガス溶解器中に一回通過させることにより炭酸温水を製造する炭酸泉製造方法などがある。溶解効率の良い炭酸ガス溶解器として、例えばスタティックミキサーや中空糸膜モジュールなどが多用されている。
【０００５】
しかしながら、これらの炭酸ガス溶解器を用いても、温水中に炭酸ガスを１００％溶解させることはできない。このとき、未溶解の炭酸ガスは大気中に無駄に放出され、ランニングコストの面で大きな問題となる。また、炭酸泉中に気泡となって混入した未溶解の炭酸ガスが浴室内に放出されてしまい、全身浴のように大量の炭酸泉を製造する場合には、浴室が炭酸ガスの高濃度雰囲気下におかれた状態となり、人体に悪影響を与える可能性がある。
【０００６】
ところで、室内における炭酸ガス濃度の長期安全限界（ＴＬＶ）は０．５％以下であり、１０％以上になると人体の調整機能が不能となって約１０分で意識が不明となり、２５％以上では呼吸が低下して数時間で死亡すると言われている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
炭酸泉製造装置の一例として、例えばガス分離器によって分離した未溶解の炭酸ガスを圧縮器へ導いて回収し、この回収した炭酸ガスを炭酸ガス溶解器へ導いて温水へ溶解させることを特徴とする炭酸泉製造装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
この特許文献１に記載された炭酸泉製造装置では、ガス分離器で分離した未溶解の炭酸ガスを、圧縮器を用いて回収し、この回収した炭酸ガスは再度炭酸ガス溶解器内に送られ炭酸泉製造に利用される。なお、前記特許文献１に記載された炭酸泉製造装置は、本出願人等が先に提案したものである。
【０００９】
その他、炭酸ガスを液体に溶解する一例として、例えば気液分離手段によって分離した未溶解の炭酸ガスをアルカリ排水を送液するポンプの上流に注入して温水と混合、または、ガス注入ノズルにアルカリ排水を駆動流体としたエジェクターを使用し、同エジェクターにより未溶解の炭酸ガスを吸引して、温水に混合する炭酸ガス中和装置が提案されている( 例えば、特許文献２参照) 。
【００１０】
また、炭酸泉中の炭酸ガス濃度を測定する方法としては、イオン電極式の炭酸ガス濃度計を用いる方法、ｐＨ計を用いてｐＨ測定値から濃度を算出する方法（例えば、特許文献３参照）、炭酸泉中に存在する気泡の量を、超音波センサーを用いて測定し、測定した気泡の量から濃度を算出する方法（例えば、特許文献４参照）が提案されている。なお、上記特許文献３及び４に記載された炭酸泉中の炭酸ガス濃度を測定する方法は、本出願人等が先に提案したものである。
【特許文献１】特開平１１- １９２４２１号公報
【特許文献２】特開２００１- １７０６５９号公報
【特許文献３】特開２００３- ０６６０２３号公報
【特許文献４】ＷＯ０３/ ０２０４０５号公報
【非特許文献１】保安（イワタニ高圧ガス保安情報誌）、Ｖｏｌ．６３（２００３年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
気液分離器の構造は、上記特許文献１の図１や、上記特許文献２の図１〜３に記載されているように、気液分離器内において、上部に未溶解の炭酸ガスを、下部に液体を分離するものである。未溶解の炭酸ガスは上部から気液分離器外へ排出され、液体は気液分離器の下部に取り付けられた液体導出管により下流に送液する。
【００１２】
しかし、供給する炭酸ガス流量が過剰であったり、あるいは供給される温水の温度が高く飽和濃度が低い場合であったり、また循環型炭酸泉製造装置のように供給される温水の炭酸ガス濃度が序々に上昇し、高濃度となるような場合では、気液分離器内に送液された液体から放出される未溶解の炭酸ガス量が増大し、気液分離器から未溶解の炭酸ガスを排出する能力を上回ることがある。このとき、気液分離器内が未溶解の炭酸ガスで満たされて、気液分離器の液面が低下してしまう。液面が液体導出管よりも下まで低下してしまうと、未溶解の炭酸ガスが気液分離器の液体導出管から放流されてしまう。気体と液体とを確実に分離するためには、気液分離器内の液面を液体導出管よりも高く保つことが重要である。
【００１３】
上記特許文献１に記載された炭酸泉製造装置、及び上記特許文献２に記載された炭酸ガス中和装置のような構成では、気液分離器に液面を検出する手段を備えておらず、上述のとおり、気液分離器の液面低下に基づいて、炭酸泉中に気泡となって混入した未溶解の炭酸ガスが浴室内に放出されてしまう可能性がある。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解消すべくなされたものであり、常に気液分離器内の未溶解の炭酸ガスの量を監視して、気液分離器で温水中の未溶解の炭酸ガスを確実に分離除去し、更には分離除去した未溶解の炭酸ガスを再溶解できる炭酸泉製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる目的は、本願発明の主要な構成である、炭酸ガスを温水に溶解させて炭酸泉を製造する炭酸泉製造装置であって、炭酸ガス供給手段と、温水供給手段と、前記炭酸ガス供給手段と前記温水供給手段とに接続された炭酸ガス溶解器と、同炭酸ガス溶解器の下流側に接続された液体導出管と、同液体導出管の管路途中に配された気液分離器と、同気液分離器から導出された前記液体導出管内の炭酸泉の気泡量を検出する気泡検出手段とを備えてなることを特徴とする炭酸泉製造装置により達成される。前記温水供給手段は、浴槽内の温水を循環させる温水循環手段を有していることが望ましい。
【００１６】
前記気泡検出手段は、好ましくは前記液体導出管を挟んで対向して配された超音波発信子及び同超音波発信子から発信される超音波を受信する超音波受信子と、同超音波受信子で受信した超音波の強度を算出し、予め設定された閾値との比較判断を行う判断部とを備え、前記判断部が、前記超音波の強度が前記閾値よりも低いときには、前記液体導出管中に異常があるものと判断し、異常信号を出力するようにする。前記超音波発信子と前記超音波受信子とは、互いに水平に設置されることが望ましい。また好ましくは、前記超音波発信子と前記超音波受信子との間に配された前記液体導出管が水平状態に配される。
【００１７】
前記気液分離器の内部に配された液面センサーを備えることができ、前記気液分離器内の液面が、予め設定した閾値より低いときには、前記液体導出管中に異常があるものと判断して異常信号を出力するようにするとよい。また、前記炭酸ガス供給手段が電磁弁を有し、前記気泡検出手段からの異常信号により前記電磁弁を閉じるように制御することができる。前記炭酸ガス供給手段は、炭酸ガス流量を一定に制御する流量制御弁を有していてもよい。また前記温水供給手段が、前記炭酸ガス溶解器に供給する温水流量を一定に制御する送液手段を有するようにしてもよい。更に、前記液体導出管に、前記気液分離器内の水圧を上昇させる絞りを配設することもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の炭酸泉製造装置においては、気液分離器の下流側の液体導出管内の炭酸ガスの未溶解ガス量（気泡量）を検出する気泡検出手段を設けたことを主要な特徴部としている。前記気泡検出手段を備えることにより、前記液体導出管内の炭酸泉の異常を検出することができる。本発明では、前記気液分離器から前記液体導出管内へ導出された炭酸泉の未溶解炭酸ガス（炭酸泉の気泡量）を常時監視することができ、その気泡量の増減に基づき前記炭酸ガス供給ラインの開閉を制御することができる。
【００１９】
前記気泡検出手段としては、例えば超音波センサー、光センサーや赤外線センサー、フロート式液面センサー、静電容量式液面センサー、差圧式液面センサー、などを使用することができる。
【００２０】
上記構成を備えることにより、前記液体導出管内に導出している炭酸泉における未溶解炭酸ガスの発生を検出することができるので、常時、前記液体導出管内に導出している炭酸泉中において連続して、あるいは所定時間毎に前記気液分離器や前記液体導出管内の異常を監視することができるようになる。
【００２１】
本発明は、前記温水供給手段として、浴槽内の温水を循環させる温水循環手段を備えることができる。炭酸ガス溶解器内に温水を一回通過させることにより炭酸泉を製造するワンパス型の炭酸泉製造装置や循環用ポンプから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型の炭酸泉製造装置に前記気泡検出手段を備えることができるようになる。
【００２２】
前記気泡検出手段が、超音波発信子と超音波受信子と判断部とを備えているときは、前記液体導出管内を流れる炭酸泉中に炭酸ガスの気泡が含まれていると、前記超音波発信子から発信した超音波が前記気泡に拡散され、減衰した状態となった超音波が前記超音波受信子で受信されることになる。同超音波受信子での受信の強度が、予め設定された閾値より低下すると、前記液体導出管内を流れる炭酸泉中に所定量以上の炭酸ガスの気泡が存在していることになる。
【００２３】
同液体導出管内を流れる炭酸泉中に所定量以上の炭酸ガスの気泡が存在していることを判断部で判断すると、即ち、予め設定された閾値から逸脱する超音波の強度にまで低下したことを検出すると、その異常信号が前記判断部から出力する。
【００２４】
同判断部では、前記液体導出管内における炭酸泉中に透過して前記超音波受信子により受信した超音波の強度と予め設定された定常状態にあるときの閾値とを連続的に比較しておくこともできる。あるいは、サンプル時間毎に前記超音波受信子により受信した超音波の強度と予め設定された定常状態にあるときの閾値とを比較することもできる。
【００２５】
上述した比較値が予め設定された閾値より低下したときには、炭酸泉の正常な製造を阻害する異常が存在していると判断することができる。前記判断部では、炭酸泉の正常な製造を阻害する異常が存在していると判断すると、その指令が所要の信号に変換されたのち、例えばモニター、ブザーやランプなどの警報表示装置などへ出力することができる。
【００２６】
上記構成を備えることにより、前記液体導出管内に導出している炭酸泉における未溶解炭酸ガスの気泡量を、超音波の受信強度に基づいて炭酸泉の異常を検出することができる。このため、常時、前記液体導出管内に導出している炭酸泉に対して連続して、あるいは所定時間毎に前記気液分離器や前記液体導出管内の異常を監視することができるようになる。
【００２７】
前記液体導出管内における超音波の受信強度から、前記液体導出管内に導出している炭酸泉における未溶解炭酸ガスの気泡量を、連続的あるいはサンプリングした所定時間毎に監視して異常を判別することができるとともに、常に超音波の受信強度を安定した検出精度をもって効果的に得ることができる。
【００２８】
本発明にあって、前記超音波発信子と前記超音波受信子とを互いに水平に設置することが好適である。仮に、前記超音波発信子と前記超音波受信子とが、前記液体導出管を挟んで互いに垂直方向に対面して配設されると、前記液体導出管の管路内の上方側に未溶解炭酸ガスの気泡が集まってしまうことがあり、前記液体導出管内での気泡の状態を正確に検出できなくなる。このため、超音波発信子と超音波受信子とを互いに水平に設置することが好ましい。
【００２９】
前記超音波発信子及び超音波受信子は、前記液体導出管を挟んで対向して配設することが好適である。これにより、前記超音波発信子及び超音波受信子の検出感度を向上させることができるようになる。しかも、前記超音波発信子及び超音波受信子間に滞留した未溶解炭酸ガスの気泡によって誤動作を起こすことを防止することができる。
【００３０】
また、前記超音波発信子と前記超音波受信子との間に配された前記液体導出管を水平状態に配することが好適である。これにより、高精度であり、安定した気泡検出を行うことができる。
【００３１】
また、前記気液分離器内に、液面センサーを備えることができる。未溶解炭酸ガスの気泡を含んだ炭酸泉が前記気液分離器に導入されると、前記未溶解炭酸ガスは浮力により前記気液分離器内の上方に集まり、前記未溶解炭酸ガスが除去された前記炭酸泉は下方に集まり、前記未溶解炭酸ガスと炭酸泉とは上下に分離された形で気液分離器内に存在する。
【００３２】
前記気液分離器の上部には未溶解炭酸ガス放出ラインを配することができ、同未溶解炭酸ガス放出ラインを介して気液分離器内の上方に集まった未溶解炭酸ガスを系外へ排出することができる。また、前記気液分離器の下部には、前記未溶解炭酸ガスが除去された前記炭酸泉を導出する前記液体導出管を配しておくことができる。
【００３３】
前記未溶解炭酸ガス放出ラインに詰まりが生じた場合や、前記気液分離器が正常に機能しなかった場合、あるいは前記未溶解炭酸ガス放出ラインにおける排出能力を上回る前記未溶解炭酸ガスが前記気液分離器内に導入されたりした場合などには、前記気液分離器内が前記未溶解炭酸ガスで満たされてしまう。
【００３４】
このため、気液分離器内に満たされた前記未溶解炭酸ガスによって、前記気液分離器内における前記炭酸泉の液面の水位が低下し、前記未溶解炭酸ガスの気泡を含んだ炭酸泉が前記導出管を介して浴室へ流出してしまうことになる。
【００３５】
前記気液分離器の液面における水位が、予め設定した閾値より低い水位となったときには、前記液体導出管中に前記未溶解炭酸ガスの気泡を含んだ炭酸泉が流出しているものと判断し、前記気泡検出手段により異常信号を出力することができる。
【００３６】
本願発明における気泡検出手段として上記構成を備えることにより、前記未溶解炭酸ガスの気泡が含まれた炭酸泉が前記液体導出管を介して浴室内へ流出する異常を検出することができる。なお、気泡検出手段としては超音波発信子と超音波受信子とによる検出と液面センサーによる検出とを併用した構成とすることもできる。
【００３７】
前記炭酸ガス供給手段に電磁弁を備えることができる。前記予め設定された閾値と前記超音波受信子により受信した超音波の強度との比較によって前記電磁弁の開閉を制御する。特に、前記判断部から出力される異常信号により、前記電磁弁を閉成する制御を行うことができ、前記炭酸ガス供給手段に炭酸ガスを供給しないように制御する。
【００３８】
前記炭酸ガス供給手段に、炭酸ガス流量を一定に制御する流量制御弁を備えることができる。更には、前記温水供給手段に、前記炭酸ガス溶解器に供給する温水流量を一定に制御する送液手段を備えることができる。
【００３９】
これにより、温水流量と炭酸ガス流量とを所望の関係に調整することができ、効率よく炭酸泉を製造することができるようになる。特に、前記超音波発信子から発信される超音波の発信強度は、炭酸ガス供給ラインの炭酸ガス流量や温水供給ライン（温水循環ライン）の温水流量の変化によって影響されるため、これらの流量を一定に制御しておくことが可能となり、気泡検出手段による安定した検出を行うことが可能となる。
【００４０】
前記気液分離器の下流の前記液体導出管に、前記気液分離器内の水圧を上昇させる絞りを配設することができる。前記絞りを配設することで、前記気液分離器内の水圧を上昇させることができ、その結果、前記気液分離機内の液面の水位を高く保持することができる。
【００４１】
しかも、前記未溶解炭酸ガス放出ラインの１次圧を上昇させることとなり、前記未溶解炭酸ガス放出ラインを通過して系外へ排出する前記未溶解炭酸ガスの流量を増加させることができる。これにより、前記気液分離器の能力が向上し、前記未溶解炭酸ガスが浴室内に流出するのを防止することができる。
【００４２】
前記絞りを設け、未溶解炭酸ガスを超音波で検出する場合は、前記絞りを配設する位置は、前記気液分離器の下流側に配した前記液体導出管であって、かつ前記超音波発信子及び超音波受信子を配設した部位よりも上流側とすることが望ましい。前記絞りの上流側における水圧は、絞りの作用によって高くなっている。この高くなった水圧によって、前記炭酸泉に存在する微小な気泡は潰れるが、この絞りを通過した後、前記水圧が開放されることにより、潰れていた微小な気泡が、超音波で検出可能な大きさとなって炭酸泉中に再度現れる。従って、前記絞りを配設する位置を、前記超音波発信子及び超音波受信子を配設した部位よりも上流側とすることにより、未溶解炭酸ガスの気泡を精度良く検出することができる。
【００４３】
また、絞りとしては可変絞りを用いることもできる。このとき、前記超音波受信子の受信強度または前記液面センサーが検出した前記気液分離器内で液面の水位に比例した電圧もしくは電流値を、調節計等の制御装置に入力し、同制御装置で演算処理された制御出力として出力することができる。同制御信号により、前記可変絞りの開度を制御することが可能となる。
【００４４】
未溶解炭酸ガス放出ラインからの未溶解炭酸ガスの放出量が少ないときには、前記可変絞りの開度を上げることにより、可変絞りによる圧損を小さくすることができる。しかも、可変絞りによる圧損を小さくすることにより、温水供給手段におけるポンプから吐出した流量が低下するのを抑えることができる。
【００４５】
また、未溶解炭酸ガス放出ラインからの未溶解炭酸ガスの放出量が多いときには、前記可変絞りの開度を下げることにより、可変絞りによる圧損を大きくすることができる。これにより、前記気液分離器内の水位を上げることができ、未溶解炭酸ガス放出ラインからの未溶解炭酸ガスの排気流量を上げることができる。結果として、前記未溶解ガスが浴室内へ流出するのを防止することができる。
【００４６】
特に、循環型の炭酸泉製造装置を用いた場合には、循環する炭酸泉の炭酸ガス濃度が順次上昇するにつれて、炭酸ガスの溶解効率が低下してくるが、未溶解炭酸ガス放出ラインからの未溶解炭酸ガスの放出を増大させることができるので、前記可変絞りの開度を制御できるように構成しておくことが好適である。なお、本願発明に用いる絞りは、開口度が固定された固定絞りや開口度が可変の可変絞りを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係るワンパス型の炭酸泉製造装置の第１実施形態を示す全体説明図である。
【図２】本発明に係る循環型の炭酸泉製造装置の第２実施形態を示す全体説明図である。
【図３】前記炭酸泉製造装置の気液分離器に液面センサーを配した一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１        浴槽
２        炭酸ガス供給ライン
３        温水供給ライン（温水循環ライン）
４        炭酸ガス溶解器
５        液体導出管
６        気液分離器
７        排水ライン
８        温水流量制御バルブ
９        増圧ポンプ（循環ポンプ）
１０      炭酸ガスボンベ
１１      減圧弁
１２      ガス流量制御バルブ
１３      電磁弁
１４      逆止弁
１５      エアーベントバルブ
１６      未溶解ガス放出ライン
１７      超音波発信子
１８      超音波受信子
１９      プレフィルター
２０      液面センサー
２１      可変絞り
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明の代表的な第１の実施形態であるワンパス型の炭酸泉製造装置の一例を示す全体説明図である。
【００５０】
図１は、炭酸ガス溶解器４内に温水を一回通過させることにより炭酸泉を製造するワンパス型の炭酸泉製造装置を示している。図１において、ワンパス型の炭酸泉製造装置は、炭酸ガス供給ライン２と温水供給ライン３とを炭酸ガス溶解器４に接続している。更に、この炭酸泉製造装置は、前記炭酸ガス溶解器４の下流側に液体導出管５を接続している。同液体導出管５の管路途中には気液分離器６が配設されている。同気液分離器６の下流側にあって前記液体導出管５には、本発明の特徴部をなす可変絞り２１及び気泡検出手段が配設されている。前記液体導出管５と接続する排水ライン７が浴槽１内に臨設されている。
【００５１】
なお、以下においては可変絞り２１を用いた例について説明を行うが、可変絞りに代えて固定絞りを用いることもできる。固定絞りを用いる場合には、予め炭酸泉製造装置の回路構成において必要な絞り径を設定しておくことが望ましい。
【００５２】
温水は、温水供給ライン３を通して図示せぬ給湯器から供給され、温水流量制御バルブ８により温水流量が調整され、増圧ポンプ９により所要の圧力まで増圧され、炭酸ガス溶解器４内へ供給される。一方、炭酸ガスは、炭酸ガス供給ライン２を通して炭酸ガスボンベ１０から供給され、減圧弁１１で一定圧に調整され、ガス流量制御バルブ１２により炭酸ガス流量が調整され、炭酸ガスの遮断弁である電磁弁１３及び炭酸ガスの逆流防止のための逆止弁１４を経て炭酸ガス溶解器４内へ供給される。
【００５３】
前記炭酸ガス溶解器４内では、温水中に炭酸ガスが溶解して炭酸泉が生成される。生成された炭酸泉は気液分離器６へ供給され、この気液分離器６により、エアーベントバルブ１５を介して炭酸泉中に含まれる気泡状の未溶解炭酸ガスを未溶解炭酸ガス放出ライン１６から系外へと放出される。一方、未溶解の炭酸ガスが除去された炭酸泉は、前記液体導出管５及び排水ライン７を通って浴槽１内へと供給される。
【００５４】
前記未溶解炭酸ガス放出ライン１６を人体に危害を与えない屋外等へ延設することにより、未溶解の炭酸ガスを系外へ排出することができる。前記気液分離器６としては、例えばチーズ配管を使用することができる。気液分離器６の分離能を向上させるには、例えば噴水のように流体を鉛直上方向に向けて流すことによって重力を利用し、炭酸泉の供給速度を一旦低下させることが好適である。気液分離器６の配管が横方向に配設されている場合は、例えばエルボ配管や邪魔板などを使用することにより炭酸泉を供給する方向を変えることが望ましい。このような機能を達成させるために、例えばフィルターハウジングなどを転用することもできる。
【００５５】
ところで、前記炭酸ガス溶解器４中では温水に炭酸ガスを溶解させることが可能ではあるが、炭酸泉中には未反応の炭酸ガスも含まれている。このため、溶解効率が高い気液分離器６を使用したとしても、例えば浴槽１内へ供給される炭酸泉中に気泡となって混入した未溶解の炭酸ガスが浴室内に放出されてしまい、全身浴で使用する炭酸泉のように大量の炭酸泉を製造する場合には、浴室内に未溶解の炭酸ガスを流出させてしまう恐れがある。
【００５６】
前記炭酸ガス溶解器４の直後に前記気液分離器６を設けることにより、前記未溶解炭酸ガス放出ライン１６を介して炭酸泉中に含まれる未溶解炭酸ガスを除去することができ、未溶解炭酸ガス放出ライン１６を通して未溶解炭酸ガスを系外へ放出することができる。このように、前記気液分離器６を設けることにより、未溶解の炭酸ガスを含まない炭酸泉だけを浴槽１内へ供給することができ、浴槽１内に未反応の炭酸ガスが流出しないように制御することができる。しかしながら、前記未溶解炭酸ガス放出ライン１６内に詰まりを生じたり、前記気液分離器６が正常に機能しなかったりすると、浴室内に未溶解炭酸ガスが流出してしまう。
【００５７】
そこで、本実施形態では、前記気液分離器６から液体導出管５内へ導出された炭酸泉における未溶解炭酸ガスの気泡量を常時、あるいは所定時間毎にサンプリングして監視し、その気泡量の増減に基づいて前記炭酸ガス供給ライン２の開閉操作を制御することができる。
【００５８】
本実施形態によれば、前記気液分離器６の下流側にあって前記液体導出管５、または、前記気液分離器６の内部に気泡検出手段を設けたことを主要な特徴部としている。この第１の実施形態では、前記気泡検出手段としては、超音波センサーを使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば光センサーや赤外線センサーなどを使用することができる。また、気泡検出手段における液面センサーとしては、フロート式、静電容量式、光センサー式、差圧式などを使用することができる。
【００５９】
前記気泡検出手段の一形態としては、超音波発信子１７及び超音波受信子１８と図示せぬ判断部とを備えている。超音波発信子１７及び超音波受信子１８は、前記液体導出管５を挟んで対向して配されており、超音波受信子１８は、超音波発信子１７から発信された超音波を受信するようになっている。
【００６０】
前記液体導出管５内に導出された炭酸泉の異常を超音波の強度に基づいて検出することができるように、前記液体導出管５内における超音波の発信強度及び受信強度は予め設定されている。前記気液分離器６から導出された液体導出管５内の炭酸泉中に、所定の発信強度をもって前記超音波発信子１７から超音波を発信させ、その超音波が前記液体導出管５内の炭酸泉中に透過して前記超音波受信子１８により受信した超音波の強度を連続的あるいは所定時間毎に検出することができる。
【００６１】
同一発信強度において、前記液体導出管５中に気泡が増えるほど、前記超音波受信子１８の受信強度が低下する。高濃度の炭酸泉が、前記液体導出管５内を通過することでも、炭酸ガスが含まれていないさら湯に比べると、前記超音波受信子１８の受信強度が低下する。前記液体導出管５内を流れる炭酸泉中に炭酸ガスの気泡が含まれていると、前記超音波発信子１７から発信した超音波が前記気泡に拡散され、減衰した超音波が前記超音波受信子１８により受信される。このように、前記超音波受信子１８の受信強度は前記超音波発信子１７の発信強度に依存している。
【００６２】
この超音波発信子１７の発信強度は、前記炭酸ガス供給ライン２の炭酸ガス流量や温水供給ライン（温水循環ライン）３の温水流量の変化によって影響される。このため、これらの流量を一定に制御することが望ましい。また、炭酸泉の異常を検出したか否かを判断する閾値は、人工炭酸泉や天然温水などのあらゆる風呂、貯水用や給水用タンクなどに適用できるように実測で求めておくことが望ましい。
【００６３】
前記超音波受信子１８の受信強度が、予め設定された閾値から逸脱する超音波の強度にまで低下すると、その異常な超音波の強度が検出され、その検出信号が図示せぬ判断部に出力される。同判断部では、予め設定された定常状態にあるときの閾値と、前記液体導出管５内における炭酸泉中に透過して前記超音波受信子１８により受信した超音波の強度とが比較される。その比較値が予め設定された閾値を低下したとき、炭酸泉の正常な製造を阻害する異常があると判断することができる。
【００６４】
前記判断部では、炭酸泉の正常な製造を阻害する異常があると判断すると、その指令が所要の信号に変換されたのち、前記炭酸ガス供給ライン２に配された電磁弁１３、図示せぬモニター、ブザーやランプなどの警報表示装置などへと出力される。予め設定された閾値と前記超音波受信子１８により受信した超音波の強度との比較によって前記電磁弁１３の開閉を制御することができ、即座に電磁弁１３を閉じて炭酸ガスを供給しないように制御することができる。
【００６５】
前記気泡センサーを備えることにより、前記液体導出管５内における超音波の受信強度から前記液体導出管５内に導出している炭酸泉における未溶解炭酸ガスの気泡量を連続的又は所定時間毎に監視して異常を判別することができるとともに、常に超音波の受信強度を安定した検出精度をもって効果的に得ることができる。このように、前記液体導出管５内に導出している炭酸泉における未溶解炭酸ガスの気泡量を超音波の受信強度に基づいて炭酸泉の異常を検出できるようにしたため、前記液体導出管５内に導出している炭酸泉中の異常を確実に監視することができるようになる。
【００６６】
前記超音波発信子１７及び超音波受信子１８は、前記導出管５を挟んで対向して配設されている。これにより、超音波発信子１７及び超音波受信子１８の検出感度を向上させることができるようになる。超音波発信子１７及び超音波受信子１８間に滞留した気泡によって誤動作を起こすことを防止することができる。
【００６７】
超音波発信子１７と超音波受信子１８とを前記液体導出管５に対して水平状態に配設することが好適である。超音波発信子１７と超音波受信子１８とが、前記液体導出管５を挟んで互いに垂直方向に対面して配設されると、液体導出管５内の上方側に未溶解炭酸ガスの気泡が集まってしまうことがあり、液体導出管５内での気泡の状態を正確に検出できなくなるため好ましくない。更に、前記超音波発信子１７と前記超音波受信子１８との間に配された前記液体導出管５が水平状態に配されていることが好適である。
【００６８】
図２は本発明の好適な第２の実施形態である循環型の炭酸泉製造装置の一例を示す全体説明図である。図２は循環ポンプ９から浴槽１中の温水を炭酸ガス溶解器４を介して循環させる循環型の炭酸泉製造装置を示している。なお、図２において上記第１の実施形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。
【００６９】
図２において、循環型の炭酸泉製造装置は、前記温水供給ライン３が浴槽１内の温水を循環させる温水循環ライン３（給水ライン３）として構成されている点が、上記第１の実施形態と異なっている。循環型の炭酸泉製造装置では、浴槽１内の温水は、給水ライン３を通して循環ポンプ９により吸い上げられ、プレフィルター１９を経て炭酸ガス溶解器４へ供給され、排水ライン７を通って再び浴槽１内へ戻される。一方の炭酸ガスは、上記第１の実施形態と同様に、炭酸ガス供給ライン２を通して炭酸ガスボンベ１０、減圧弁１１、ガス流量制御バルブ１２、電磁弁１３、逆止弁１４を経て炭酸ガス溶解器４へ供給される。
【００７０】
前記炭酸ガス溶解器４内では、温水中に炭酸ガスが溶解して炭酸泉が生成される。生成した炭酸泉は気液分離器６へ供給され、気液分離器６により、炭酸泉中に含まれる未溶解の炭酸ガスをエアーベントバルブ１５を介して未溶解ガス放出ライン１６から系外へと放出される。一方、未溶解の炭酸ガスが除去された炭酸泉は、液体導出管５及び排水ライン７を通して浴槽１内へ供給される。このように、浴槽１内の温水を循環ポンプ９により任意の時間循環させることにより、炭酸ガス濃度の高い炭酸泉が浴槽１内に満たされることになる。また、浴槽１内における炭酸ガス濃度が低下した炭酸泉に新たな炭酸ガスを補充するために、浴槽１内の温水を循環させることにも使用することができる。
【００７１】
この第２の実施形態にあっても、上記第１の実施形態と同様に、前記気泡検出手段を備えることにより、前記液体導出管５内における超音波の受信強度から前記液体導出管５内に導出している炭酸泉における未溶解炭酸ガスの気泡量を連続的に又はサンプリングした所定時間毎に監視して異常を確実に監視することができる。
【００７２】
前記気液分離器６に接続した前記液体導出管５に配した超音波センサーに加えて、図３に示すように前記気液分離器６の内部に液面センサー２０を備えた構成とすることもできる。前記液面センサー２０としては、フロート式、静電容量式、光センサー式、差圧式などを使用することができる。
【００７３】
前記液面センサー２０としては、液面の水位に比例した電圧もしくは電流値を出力する液面センサーを使用することもできるが、予め設定した閾値より水位が高いか低いかだけを検出すればよく、構造がシンプルで、故障や誤動作が少なく、安価であるフロート式の液面センサーを用いることがより好ましい。
【００７４】
前記気液分離器６内部における液面の水位が、予め設定した閾値より低い状態であることを液面センサーが検出したときには、同液面センサーの検出信号を入力した図示せぬ制御装置により、液体導出管５中に未溶解炭酸ガスの気泡を含んだ炭酸泉が流出しているものと判断し、異常信号を出力させることができる。
【００７５】
前記異常信号により、図示せぬモニター、ブザーやランプなどの警報表示装置等に表示、警報音の発声等を行わせることもできる。また、異常信号に基づいて、即座に炭酸ガス供給ライン２に配された電磁弁１３を閉成し、炭酸ガスの供給を停止させることができる。これにより、未溶解炭酸ガスが浴室へ流出することを確実に防止することができる。
【００７６】
前記液体導出管５に超音波センサーを配設し、前記気液分離器６内部に液面センサーを配設した２重検出構造とすることにより、前記気泡センサーと液面センサーとにより２段階にわたって炭酸泉中の気泡量の状態を検出することができ、より安全性を高めることが可能となる。
【００７７】
前記気液分離器６の下流側に接続した前記液体導出管５に、前記気液分離器６内の水圧を上昇させる可変絞り２１を備えることができる。前記可変絞り２１を配設することにより、前記気液分離器６内での水圧を上昇させることができる。これにより、前記気液分離器６内の液面の水位を高く保持することができる。さらに、前記気液分離器６内での水圧を上昇させることにより、前記未溶解炭酸ガス放出ライン１６の１次圧を上昇させることができ、前記未溶解炭酸ガス放出ライン１６を通過する前記未溶解炭酸ガスの流量を増加させることができる。これにより、前記気液分離器６の能力が向上し、前記未溶解炭酸ガスを系外へ排出することができ、未溶解炭酸ガスが浴室に流出するのを防止することができる。
【００７８】
前記気液分離器６内における水圧は、前記液体導出管５、排水ライン７、及びこれらの流路を通過する炭酸泉の流量に影響されるが、これらの流路長は炭酸泉製造装置を設置する状況においてまちまちであり、前記気液分離器６内における水圧を所望する圧力に調整するためには、前記液体導出管５に可変絞り２１を配するのが好適である。
【００７９】
また、前記超音波受信子１８の受信強度、または前記液面センサー２０が検出した前記気液分離器６の液面の水位に比例した電圧もしくは電流値を、図示しない調節計等の制御装置に入力し、同制御装置で演算処理した制御信号に基づいて、前記可変絞り２１の開度を制御することも可能である。
【００８０】
未溶解炭酸ガス放出ライン１６からの未溶解炭酸ガスの放出量が少ないときには、前記可変絞り２１の開度を上げることにより、可変絞り２１による圧損を小さくして循環ポンプ９から吐出した流量が低下するのを抑えることができる。
【００８１】
未溶解炭酸ガス放出ライン１６からの未溶解炭酸ガスの放出量が多いときには、前記可変絞り２１の開度を下げることにより、可変絞り２１による圧損を大きくすることができ、前記気液分離器６内の水圧を上昇させることができる。気液分離器６内の水圧が上昇することにより、未溶解炭酸ガス放出ライン１６からの未溶解炭酸ガスの排気流量を上げることができる。その結果、前記未溶解ガスが浴室へ流出するのを防止することができる。
【００８２】
特に、上記循環型の炭酸泉製造装置においては、循環する炭酸泉は循環する毎に炭酸ガス濃度が上昇するため、炭酸泉に溶解する炭酸ガスの溶解効率が低下する。しかし、可変絞り２１の開度制御により、調節未溶解炭酸ガス放出ライン１６からの未溶解炭酸ガスの放出量を増大させることができるので、気泡検出手段の検出信号に基づいて可変絞り２１の開度制御を行うことが好適である。
【００８３】
上記ワンパス型及び循環型の炭酸泉製造装置では、ガス流量制御バルブ１２を配設しなくても炭酸泉を製造することができるが、精度のよい炭酸ガス濃度を有する炭酸泉を製造するためにはガス流量制御バルブ１２を設けておくことが好ましい。ガス流量制御バルブ１２としては、例えばニードルバルブ、電子式ピエゾ、ソレノイドアクチュエーター、絞りを有するオリフィスなどの各種の弁構造を使用することができる。ガス流量制御バルブ１２の種類は、特に限定されるものではないが、例えばニードルバルブは安価であるため、好ましくは、ニードルバルブを使用することが望ましい。
【００８４】
また、温水流量制御弁バルブ８を配設しなくても、炭酸泉を製造することはできるが、精度よい炭酸ガス濃度をもつ炭酸泉を製造するには温水流量制御バルブ８を設けておくことが好ましい。ガス流量制御バルブ１２と併用することにより、より精度の高い炭酸ガス濃度を有する炭酸泉を製造することができる。温水流量制御バルブ８の種類は、特に限定されるものではないが、例えばバルブ前後の圧力に影響しないファンコイル用の制御弁などの送液手段を用いることが好適である。
【００８５】
炭酸ガス溶解器４としては、特に限定されるものではないが、例えばエアストーン、焼結金属、膜モジュール、スタティックミキサー、加圧スプレータンク（カーボネーター）などを使用することができる。特に好ましくは、膜モジュールやスタティックミキサーが好適である。膜モジュールやスタティックミキサーは、コンパクトであり、溶解効率が高くなるため望ましい。
【００８６】
また、上記ワンパス型の炭酸泉製造装置では、増圧ポンプ９を温水供給ライン３に配設することが好ましい。増圧ポンプ９は、温水供給ライン３内の水圧が低いときに、炭酸ガス溶解器４の圧損の影響によって、供給される必要な流量を確保することができなくなるのを抑えることができる。
【００８７】
一方、循環型の炭酸泉製造装置では、循環ポンプ９としては、特に限定されるものではないが、例えば自吸性能を有する容積式定量ポンプが好適である。この容積式定量ポンプを用いることで、常に安定化した循環と常に一定した循環水量を確保することができる。更には、自吸性能を有する容積式定量ポンプは、初期の運転時に呼び水を行わなくても起動することができるため、安定して送水することが可能となる。
【００８８】
以下に、上述の第１及び第２の実施形態を更に具体的な実施例について比較例とともに説明する。
【実施例１】
【００８９】
図１に示したワンパス型炭酸泉製造装置を用いた。超音波受信子１８により受信した受信信号が予め設定された閾値以下になったとき、炭酸泉製造装置の運転時において開放されている炭酸ガス供給ライン２の電磁弁１３が遮断するように制御されている。この状態で炭酸泉を製造した。
【００９０】
給湯器により４０℃の温水を毎分１６Ｌ（リットル）、炭酸ガスボンベ１０から炭酸ガスを毎分１２Ｌで炭酸ガス溶解器４に供給した。なお、炭酸ガス溶解器４には膜モジュールを用いた。超音波受信子１８による受信信号の最大値（炭酸ガス未導入時）は７．０ｍＶであり、予め設定された閾値を４．０ｍＶとした。製造された炭酸泉中の遊離炭酸濃度は、１０００ｍｇ／Ｌで、浴槽１内に２００Ｌ溜めた時の浴水水面の炭酸ガス濃度は、０．２５％未満であり、長期安全限界以下であった。その時の受信信号は、６．０ｍＶであり、超音波受信子１８により受信した超音波の強度は予め設定した閾値を越えており、前記電磁弁１３は開いたままの状態であった。
【実施例２】
【００９１】
未溶解炭酸ガス放出ライン１６を閉じて気液分離器６の気液分離能をもたない状態とした以外は、上記実施例１と同様の条件で炭酸泉を製造した。すぐに超音波受信子１８の受信信号が、予め設定された閾値未満の１．０ｍＶとなり、炭酸ガス供給ライン２の電磁弁１３が閉じた。浴槽１内の浴水水面の炭酸ガス濃度は、０．２５％未満であり、長期安全限界以下であった。
【比較例１】
【００９２】
超音波発信子１７及び超音波受信子１８を有しない状態で、上記実施例２と同様に炭酸泉を製造した。製造された炭酸泉中の遊離炭酸濃度は、１０００ｍｇ／Ｌであり、浴槽１中に２００Ｌ溜めた時の浴水水面の炭酸ガス濃度は、１．５％であり、長期安全限界を超えた。
【実施例３】
【００９３】
図２に示した循環型炭酸泉製造装置において気液分離器６内部に液面センサー１９を配した気泡検出手段を用いた。液面センサー１９により、気液分離器６内の液面の水位が予め設定された水位より低くなったとき、炭酸泉製造装置の運転時において開放されている炭酸ガス供給ライン２の電磁弁１３が遮断するように制御されている。この状態で炭酸泉を製造した。
【００９４】
浴槽１の温水の温度は４０℃、温水量は２００Ｌ、循環ポンプ９の循環流量は毎分１３Ｌ（リットル）、炭酸ガスボンベ１０から炭酸ガスを毎分８Ｌで炭酸ガス溶解器４に供給した。なお、炭酸ガス溶解器４にはスタティックミキサーを用いた。気液分離器６内部の空間の高さは２００ｍｍであり、予め設定した液面の水位を３０ｍｍとした。運転開始後２５分で製造された浴槽１の炭酸泉中の遊離炭酸濃度は１０００ｍｇ／Ｌで、浴水水面の炭酸ガス濃度は０．２５％未満であり、長期安定限界以下であった。運転中の２５分間中で、気液分離器６の液面は予め設定した水位を越えており、前記電磁弁１３は開いたままの状態であった。
【実施例４】
【００９５】
未溶解炭酸ガス放出ライン１６を閉じて気液分離器６の気液分離能をもたない状態とした以外は、上記実施例３と同様の条件で炭酸泉を製造した。運転開始１０分後、溶解効率が低下し、気液分離器６内に未溶解ガスが充満して液面の水位が低下し、予め設定された水位以下となり、炭酸ガス供給ライン２の電磁弁１３が閉じた。浴槽１内の浴水水面の炭酸ガス濃度は、０．２５％未満であり、長期安全限界以下であった。
【比較例２】
【００９６】
液面センサー１９を有しない状態で、上記実施例４と同様に炭酸泉を製造した。運転開始２５分間で製造された浴槽１の炭酸泉中の遊離炭酸濃度は、１０００ｍｇ／Ｌであり、浴水水面の炭酸ガス濃度は、１．５％であり、長期安全限界を超えた。
【実施例５】
【００９７】
炭酸泉の製造時間を２５分以上とする以外は、上記実施例３と同じ条件で炭酸泉を製造した。
気液分離器６の下流側に接続した排水ライン７は、内径１９ｍｍのホースで、長さ４ｍである。循環型の炭酸泉製造装置であるので、製造時間の経過とともに、循環する炭酸泉の炭酸ガス濃度は上昇し、同時に炭酸ガス溶解効率が低下し、未溶解ガスの排気量が増加する。製造時間２７分経過した時点で、気液分離器６内の液面の水位が低下し、予め設定された水位以下となり、炭酸ガス供給ライン２の電磁弁１３が閉じた。水位低下直前の気液分離器６内の圧力は０．０２ＭＰａで、未溶解ガス放出ラインの排気流量は毎分５．７Ｌであった。
【実施例６】
【００９８】
液体導出管５に可変絞り２１を配設する以外は、上記実施例５と同じ条件で炭酸泉を製造した。
可変絞り２１の絞り状態は、内径８．２ｍｍ、長さ３５ｍｍとした。製造時間４１分経過した時点で、気液分離器６内の液面の水位が低下し、予め設定された水位以下となり、炭酸ガス供給ライン２の電磁弁１３が閉じた。水位低下直前の気液分離器６内の圧力は０．０３ＭＰａで、未溶解ガス放出ラインの排気流量は毎分７．１Ｌであった。
【００９９】
前記気液分離器６としては、例えばチーズ配管を使用することができる。気液分離器６の分離能を向上させるには、例えば噴水のように流体を鉛直上方向に向けて流すことによって重力を利用し、炭酸泉の供給速度を一旦低下させることが好適である。気液分離器６の配管が横方向に配設されている場合は、例えばエルボ配管や邪魔板などを使用することにより炭酸泉を供給する方向を変えることが望ましい。このような機能を達成させるために、既述したとおり、例えばフィルターハウジングなどを転用することもできる。
【０１００】
前記気液分離器６内に未溶解の炭酸ガスが蓄積される速度、すなわち気液分離器６の液面が低下する速度は、気液分離器６の体積、温水流量、炭酸ガスボンベ１０から供給される炭酸ガス流量、炭酸泉の濃度で決まる。気液分離器６の体積は固定、温水流量は循環ポンプ９の能力で決まり、炭酸ガスボンベ１０から供給される炭酸ガス流量はガス流量制御バルブ１２で一定量としている。したがって、未溶解の炭酸ガスが蓄積される速度、すなわち、気液分離器６の液面が上限から下限まで低下する時間を制御部２８にて測定することで、炭酸泉の濃度を算出することができる。この方法によれば、気液分離器６の液面を制御するために備える液面計２２を利用して、他のセンサーを備えなくても炭酸泉の濃度を算出することができ、簡便であり好ましい。しかしながら、気液分離器６の体積、温水流量、炭酸ガスボンベ１０から供給される炭酸ガス流量は、炭酸泉製造装置の仕様によって異なるので、炭酸ガス濃度と気液分離器６の液面が上限から下限まで低下する時間との関係を事前に知っておくことが必要である。このように炭酸泉の濃度を算出することによって、炭酸泉の濃度が所望する濃度に達したときに、図示せぬ表示器によって知らせることや、自動的に炭酸ガスの供給を停止する、または、炭酸泉製造装置を停止することが可能である。
【０１０１】
さらに、浴槽の濃度は人の入浴、足し湯など様々な要因で濃度が低下する。濃度を逐次算出し、所望する濃度と比較して、供給する炭酸ガスの流量を制御することにより、浴槽の濃度を一定に保つことができる。さらに、算出した濃度が所望する濃度より大きく下回る場合には、供給する炭酸ガスの流量を多くして、所望する濃度にまで上昇する時間を短縮することが可能である。しかし、炭酸ガス流量が変化すると、濃度と液面低下速度の関係が変化してしまう。そこで、例えば、炭酸ガスの流量を、高、中、低の３段階に制御し、それぞれの濃度と液面低下速度の関係を事前に調べておき、炭酸ガスの流量を制御するときには、濃度と液面低下速度の関係を切り替えて濃度を算出する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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