(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガス溶解器へ炭酸ガスを供給して原水中に炭酸ガスを溶解させ炭酸泉を製造する方法において、炭酸ガス溶解器で生成した炭酸泉のｐＨを測定し、このｐＨ測定値と原水のアルカリ度の値とから生成した炭酸泉の炭酸ガス濃度値を演算し、該炭酸ガス濃度値が予め設定した目標炭酸ガス濃度値となるように炭酸ガス溶解器への炭酸ガス供給量を調節することを特徴とする炭酸泉の製造方法。
【請求項２】
炭酸ガス溶解器が中空糸膜を内蔵して構成され、該中空糸膜が薄膜状の非多孔質層の両側を多孔質層で挟み込んだ三層構造の複合中空糸膜である請求項１記載の炭酸泉の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生理的に効果のある炭酸泉が、所定の炭酸ガス濃度の炭酸泉として家庭等で容易に得られる炭酸泉の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭酸泉は優れた保温作用があることから、古くから温泉を利用する浴場等で用いられている。炭酸泉の保温作用は、基本的に、含有炭酸ガスの末梢血管拡張作用により身体環境が改善されるためと考えられる。また炭酸ガスの経皮進入によって、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び末梢循環障害の治療に効果があるとされている。
【０００３】
このように炭酸泉が優れた効能を持つことから、これを人工的に調合する試みが行われてきた。例えば浴槽内に炭酸ガスを気泡の形で送り込む方法、炭酸塩と酸とを反応させる化学的方法、タンクに温水と炭酸ガスとを一定期間加圧封入する方法等の方法により炭酸泉を得ていた。また、特開平２−２７９１５８号公報には中空糸半透膜を通じて炭酸ガスを供給し、水に吸収させる方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在市販されている炭酸泉の製造装置では、炭酸泉の炭酸ガス濃度を測定してこれを制御するようなものは知られていない。これは、比較的炭酸ガス濃度の低い領域、例えば１００〜１４０ｐｐｍという範囲で使用されていることが一因である。しかし、炭酸ガス濃度によって炭酸泉の効能がやや異るため、もう少し高い濃度の炭酸泉を得たい場合や、より低い濃度の炭酸泉を得たい場合がある。
【０００５】
水中に溶解した炭酸ガスの濃度を測定する装置としては、従来より幾つかのものが知られている。流通型の炭酸ガス濃度計は、炭酸ガス電極と炭酸ガス濃度指示計で構成されているが、電極の隔膜と内部液の交換が１〜３月毎に必要となりそのメンテナンスに手間がかかるとともにやや高価でもあるため、炭酸泉の製造装置に用いる測定装置としては実用性に欠ける。また、炭酸飲料の製造装置で使用されているような熱伝導度検出型の炭酸ガス濃度計は極めて高価であり、炭酸泉の濃度測定には不向きである。
【０００６】
浴槽内の炭酸ガス濃度を一定に保つために、浴槽内にｐＨセンサーを設置して炭酸ガス溶解器への炭酸ガス供給量を調節する方法が特開平８−２１５２７０号公報で知られているが、浴槽内で炭酸泉中へ溶解する不純物あるいは原水の水質の影響によって、浴槽内の炭酸泉のｐＨと炭酸ガス濃度との間には必ずしも一義的な関係が成立しない。そのため、この方法により浴槽内の炭酸ガス濃度を特定の目標値にすることは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、特定濃度の炭酸泉を簡単に家庭等で製造することができる方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、炭酸ガス溶解器へ炭酸ガスを供給して原水中に炭酸ガスを溶解させ炭酸泉を製造する方法において、炭酸ガス溶解器で生成した炭酸泉のｐＨを測定し、このｐＨ測定値と原水のアルカリ度の値とから生成した炭酸泉の炭酸ガス濃度値を演算し、該炭酸ガス濃度値が予め設定した目標炭酸ガス濃度値となるように炭酸ガス溶解器への炭酸ガス供給量を調節することを特徴とする炭酸泉の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明をより詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の炭酸泉の製造方法を示すフローシートの一例である。水道水等の原水を加熱して得た温水が電動弁１、プレフィルター２を経て温水タンク３で貯えられ、そこから送水ポンプ４により温水中のゴミをトラップするチェックフィルター５を経て炭酸ガス溶解器６へ導かれる。炭酸ガスは、炭酸ガスボンベ７から減圧弁８、開閉弁９および炭酸ガス供給量調節手段としての調節弁１０を経て炭酸ガス溶解器へ供給される。この例で用いた炭酸ガス溶解器は、中空糸膜が配設された膜モジュールを内蔵して構成されたもので、炭酸ガスは溶解器内で中空糸膜の外表面へ導かれ、ここで中空糸膜の中空部を流れる原水と中空糸膜の膜面を介して接触して原水中に溶解し、原水は炭酸泉となり、炭酸ガス溶解器から排出される。
【００１１】
膜モジュールが配設された炭酸ガス溶解器を用いて、膜面を介して炭酸ガスを溶解させる構成とすると、気液接触面積を大きくとることができ、高い効率で炭酸ガスを溶解させることができる。このような膜モジュールとしては、中空糸膜モジュール、平膜モジュール、スパイラル型モジュール等が使用できる。中でも中空糸膜モジュールは、最も高い効率で炭酸ガスを溶解させることができる。
【００１２】
このようにして炭酸ガス溶解器で生成した炭酸泉は、ｐＨセンサー１１によりそのｐＨが測定される。炭酸泉中の炭酸ガス濃度と炭酸泉のｐＨは、一定の関係を有するが、ｐＨの値により炭酸泉中の炭酸ガス濃度を一義的に求めることはできない。すなわち、図２に示すように原水のアルカリ度によって炭酸ガス濃度と炭酸泉のｐＨの関係は大きく変化する。このため、本発明の方法では、ｐＨセンサーで測定した生成炭酸泉のｐＨ値と、原水のアルカリ度の値とを演算器へ入力し、図２に示したアルカリ度と炭酸泉のｐＨ値との関係を示す検量線のデータが記憶された演算器での演算によって、生成炭酸ガス濃度を求め、これを出力させる。
【００１３】
原水のアルカリ度は、原水が水道水等の一定の水源から得られる水であれば一般的には経時的にそれほど変動する値ではない。したがって、炭酸泉の製造装置を設置してこれを稼動させる前に、一度原水のアルカリ度を測定しておけば以降はその値を使用することができる。もちろん炭酸泉の製造装置の使用の都度原水のアルカリ度を測定してその値を演算器へ入力してもよい。なお、本発明にいうアルカリ度は、原水中に含まれるＯＨ-、ＣＯ32-、ＨＣＯ3-等の酸を消費する成分の含有量を表示する方法の一つであり、ｐＨ４．８アルカリ度（Ｍアルカリ度）の採用が好ましい。
【００１４】
本発明ではこのようにして演算器で求めた炭酸泉の炭酸ガス濃度値を、炭酸泉製造装置の運転開始前に予め入力しておいた使用者が所望する目標炭酸ガス濃度値と比較し、目標炭酸濃度の炭酸泉が生成するように炭酸ガス溶解器への炭酸ガスの供給量を調節する。ガス供給量の調節には各種の方式が採用でき、本実施例ではガス流量調節弁１０を用いたが、圧力調整弁で制御してガス供給量を調節することもできる。
【００１５】
ｐＨセンサーは、通常は炭酸ガス溶解器の出口の近傍に設置し、制御の外乱要因となるものの影響を排除することが好ましい。しかし、ｐＨセンサーは設置位置にかかわらず被測定液による汚れ等により測定精度が経時的に低下するため、定期的に校正することが好ましい。特に、炭酸ガス濃度データの誤差を数％程度に抑えるためには、ｐＨセンサーでの測定ｐＨ誤差を±０．０５以内に抑える必要がある。そのためには、ｐＨセンサーの校正を１〜２週間に一度の頻度で実施するのが好ましい。
【００１６】
ｐＨセンサーの校正を行うには、まず、電動弁１２、電動三方弁１３を閉じ電動弁１４を開放してｐＨセンサーホルダー部の液（炭酸泉）を排出した後、弁１４を閉じｐＨ４の標準液を標準液タンク１５からホルダー部へ送液して充満させてｐＨ４での校正を実施する。その後弁１４を開放してｐＨ４の標準液をホルダー部から排出した後、弁１４を閉じ今度はｐＨ７の標準液を標準液タンク１６からホルダー部へ送液して充満させｐＨ７での校正を実施する。このようにして、二つの異なるｐＨ値での校正を実施することでｐＨセンサーの校正が完了する。この際、標準液タンクのベント部には電磁弁１７、１８を設け、通常時は外気と遮断し、標準液の劣化を防止するのが好ましい。
【００１７】
炭酸ガス溶解器９に用いられる中空糸膜としては、ガス透過性に優れるものであれば各種のものが用いられ、多孔質膜でも非多孔質膜でもよい。多孔質中空糸膜を用いる場合には、その表面の開口孔径が０．０１〜１０μｍのものが好ましい。最も好ましい中空糸膜は、薄膜状の非多孔質層の両側を多孔質層で挟み込んだ三層構造の複合中空糸膜であり、その具体例として例えば三菱レイヨン（株）製の三層複合中空糸膜（ＭＨＦ、商品名）が挙げられる。図３はこのような複合中空糸膜の一例を示す模式図であり、１９は非多孔質層、２０は多孔質層である。
【００１８】
ここで、非多孔質層（膜）とは、気体が膜基質への溶解・拡散機構により透過する膜であり、分子がクヌッセン流れのように気体がガス状で透過できる孔を実質的に含まないものであればいかなるものでもよい。非多孔質膜を用いることにより、任意の圧力でガスが炭酸泉中に気泡として放出されることなくガスを供給、溶解でき、効率よい溶解ができると共に任意の濃度に制御性良く、簡便に溶解できる。また、多孔質膜の場合に稀に生じるような温水が細孔を経てガス供給側に逆流するようなことはない。三層構造の複合中空糸膜は、非多孔質層がガス透過性に優れたごく薄膜状のものとして形成され、これが多孔質層により保護されて損傷を受け難く形成されているので好ましい。また、気泡として炭酸泉中に放出される炭酸ガスが少ないので、ｐＨの測定が精度良く実施できる。
【００１９】
中空糸膜の膜厚は１０〜１５０μｍのものが好ましい。１０μｍ未満では膜の強度が不十分となりやすく、また１５０μｍを超えると炭酸ガスの透過速度が低下し溶解効率が低下しやすい。三層構造の複合中空糸膜の場合には、非多孔質膜の厚みは０．３〜２μｍが好ましい。０．３μｍ未満では、膜の劣化が生じやすく、その場合にリークが発生する。また、２μｍを超えると炭酸ガスの透過速度が低下し溶解効率が低下しやすい。
【００２０】
中空糸膜の膜素材としては、シリコーン系、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリスルフォン系、セルロース系、ポリウレタン系等が好ましいものとして挙げられる。三層構造の複合中空糸膜の非多孔質膜の材質としては、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ４−メチルペンテン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチルセルロース、ポリフェニレンオキサイド等が好ましいものとして挙げられ、特にポリウレタンが製膜性が良好で、溶出物が少なくないため好ましい。
【００２１】
中空糸膜の内径は５０〜１０００μｍが好ましい。５０μｍ未満では中空糸膜内を流れる炭酸ガスの流路抵抗が大きくなり炭酸ガスの供給が困難になる。また１０００μｍを超えると、溶解器のサイズが大きくなり、コンパクトにならない。炭酸ガス溶解器に中空糸膜を使用する場合、炭酸ガスを中空糸膜の中空側に供給し、外表面側に原水を供給して炭酸ガスを溶解させる方法と、中空糸膜の外表面側に炭酸ガスを供給して中空側に原水を供給して炭酸ガスを溶解させる方法とがある。中空糸膜の外表面側に炭酸ガスを供給して中空側に原水を供給して炭酸ガスを溶解させると、膜モジュールの形態に係わらず温水中に炭酸ガスを高濃度で溶解させることができるため好ましい。
【００２２】
図４は、本発明の炭酸泉の製造方法の他のフローシートの例である。この例では、温水タンクを設けずに送水ポンプ４と圧力タンク２３により温水を流している。すなわち、炭酸泉の送水先の末端バルブを開くと温水が流れ始め、この流れをフロースイッチ２１で検知して、送水ポンプ４を自動的に起動させる。一方、末端バルブを閉じると、送水ポンプ４は作動したままなので配管内の圧力は上昇するが、圧力タンク２３が圧力バッファーとして機能し、所定の圧力上限値になると圧力スイッチ２２が働き送水ポンプ４は停止する。
【００２３】
また、中空糸膜を内蔵し、中空糸膜の中空部に温水を流して炭酸ガスと接触させて溶解させる炭酸ガス溶解器６には、逆流洗浄用の配管３１が設けられている。プレフィルターを経た温水を溶解器６内の中空糸膜の中空部に長時間流すと、中空糸膜中空部への供給口にあたる中空糸膜のポッティング開口端部にスケールが蓄積し、炭酸泉の生成流量が徐々に低下することが判明した。しかし、このスケールは、炭酸ガス溶解器６内の水流を逆向きに流してやれば比較的簡単に除去できることが見出された。すなわち、電磁弁１２を閉じ、開閉弁２５を開き、三方弁２４を逆流洗浄用配管側へ開いて温水を中空糸膜内で逆向きに流す。この逆流洗浄は、１〜３ｋｇ／ｃｍ2程度の通常の水圧の水流を０．５〜３０分程度流して実施でき、炭酸ガス溶解器の使用時間にもよるが１〜４週に１回程度の頻度で実施するのが好ましい。炭酸ガス溶解器の前のチェックフィルターに目のより細かいフィルターを使用することによってもスケールの付着を防止することができるが、圧損が大きくなり過ぎて実用的ではない。
【００２４】
炭酸ガス溶解器６には、中空糸膜の外側に連通した部分にドレイン抜きが配設され、中空糸膜の中空部から蒸発した水蒸気が中空糸膜外側部で凝縮して溜まったドレインを必要に応じて開放弁２６を開いて外部へ放出する。
【００２５】
炭酸ガスの流量調整弁１０の上流側には過流防止弁２７が配設され、炭酸ガスが何らかの原因により漏れて過剰の炭酸ガスが流れた場合には、過流防止弁２７が自動的に遮断し、炭酸泉製造装置の安全性が確保される。
【００２６】
炭酸ガス溶解器６の下流にはガス抜き弁２８が配設され、製造された炭酸泉中に含まれる気泡状の未溶解炭酸ガスを除去し、これを排水管に放出する。このガス抜き弁２８には、一般の温水配管に通常使用されているものと同様なものが使用できる。気泡状の炭酸ガスは経皮吸収されにくいため、人体への炭酸泉効果はなく、また、浴室の空気中の炭酸ガス濃度を低減させる点からもガス抜き弁の設置は有効である。
【００２７】
図４のその他の設備については図１の場合と同様である。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００２９】
実施例１
図１に示したフローシートの装置を用いて炭酸泉を製造した。炭酸ガス溶解器には、前述した三層複合中空糸膜ＭＨＦを有効総膜面積２．４ｍ2で内蔵するものを使用した。
【００３０】
Ｍアルカリ度１６．０の水道水を４０℃に加熱した温水を１０リットル／ｍｉｎで炭酸ガス溶解器へ供給した。炭酸泉の目標炭酸ガス濃度を６００ｐｐｍに設定し、炭酸ガス溶解器で得られた炭酸泉のｐＨをｐＨセンサーで検知し、これと水道水のＭアルカリ度の値を基にＣＰＵで演算して炭酸ガス濃度を求め、この濃度値が目標炭酸ガス濃度値と一致するように炭酸ガス流量調整弁の開度を制御して炭酸ガス溶解器へ炭酸ガスを供給した。その結果、運転開始４分後に得られた炭酸泉の炭酸ガス濃度を測定したところ、６１５ｐｐｍであり、目標炭酸ガス濃度にほぼ一致した炭酸泉が生成していた。なお、炭酸ガス濃度は、東亜電波工業製のイオンメーターＩＭ４０Ｓ炭酸ガス電極ＣＥ−２３５で測定した。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の炭酸泉の製造方法によれば、比較的安価なｐＨ測定装置を使用して、目的の炭酸ガス濃度の炭酸泉を簡便に家庭等で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の炭酸泉の製造方法に用いる装置の一例を示すフローシートである。
【図２】炭酸泉中の炭酸ガス濃度とｐＨと原水のアルカリ度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の炭酸泉の製造方法に用いるのが好適な三層構造の複合中空糸膜の模式図である。
【図４】本発明の炭酸泉の製造方法に用いる装置の他の例を示すフローシートである。
【符号の説明】
１    電磁弁
２    プレフィルター
３    温水タンク
４    送水ポンプ
５    チェックフィルター
６    炭酸ガス溶解器
７    炭酸ガスボンベ
８    減圧弁
９    開閉弁
１０    調節弁
１１    ｐＨセンサー
１２、１４、２２、２３    電磁弁
１３、２４    電動三方弁
１５、１６    標準液タンク
１７、１８、２５、２６、２９、３０    開閉弁
１９    非多孔質層（膜）
２０    多孔質層（膜）
２１    圧力タンク
２７    過流防止弁
２８    ガス抜き弁
３１    逆流洗浄用配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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