(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に供給される原水と、同じく連続的に供給される炭酸ガスとを、炭酸ガス溶解器内に供給して、原水中に炭酸ガスを溶解させた炭酸水を製造する方法であって、
原水の流量検出手段及び炭酸ガスの流量検出手段により原水及び炭酸ガスの各流量を検出すること、
炭酸水製造時のガス溶解率の変動を、前記炭酸ガス溶解器の下流部に流路開閉手段を介して配したガス分離容器内における単位時間内のガス変動量を検出することにより測定すること、
前記ガス変動量の検出データを演算部を有する制御装置に送出すること、
前記検出データと予め前記制御装置に記憶された基準ガス量のデータとの差から制御装置内の演算部による演算により単位時間内のガス変動量を算出すること、
単位時間内のガス変動量に基づいて、該制御装置から上記原水の流量調節手段及び／又は炭酸ガスの流量制御手段に発せられる信号により、同原水の流量調節手段及び／又は炭酸ガスの流量制御手段を制御駆動すること、
を含んでなることを特徴とする炭酸水製造方法。
【請求項２】
前記制御装置の演算部が、第１演算部と第２演算部とで構成され、
前記制御装置の第１演算部にて、前記検出データと予め記憶された基準ガス量のデータとの差から単位時間内のガス変動量を演算すること、
前記ガス変動量が予め設定された許容範囲に入るか否かを比較判定部により比較判断すること、
前記比較結果が前記許容範囲から外れているとき、予め作成され制御装置に記録された、原水の流量及び炭酸ガスの流量と、得られる炭酸水の炭酸ガス濃度との相関データに基づき原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の過不足分を第２演算部にて演算すること、
並びに、
前記第２演算部にて、演算された原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の前記過不足分を炭酸ガス溶解率にデータ換算すること、
そのデータ換算した値を上記原水の流量調節手段及び／又は炭酸ガスの流量制御手段に出力して同原水の流量調節手段及び／又は炭酸ガスの流量制御手段を制御駆動すること、及び
この制御駆動により、原水の供給流量及び／又は炭酸ガスの供給流量を調節し、炭酸水中の炭酸ガス濃度を目標値に戻して、上記ガス分離容器内のガス変動量を許容範囲内に戻すこと、
を含んでな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】
前記ガス分離容器内における単位時間内のガス変動量を、前記ガス分離容器の液面変動に基づき検出することを含んでなる請求項１記載の炭酸水製造方法。
【請求項４】
連続的に供給される原水と同じく連続的に供給される炭酸ガスとを炭酸ガス溶解器内に導入して、原水中に炭酸ガスが溶解した炭酸水を製造する装置において、
前記炭酸ガス溶解器の下流部に配され、流路開閉手段を介して外部と連通可能とされた炭酸水と未溶解炭酸ガスとを分離するガス分離容器と、
原水及び炭酸ガスの各流量を検出する原水及び炭酸ガスの各流量検出手段と、
前記ガス分離容器内における単位時間内のガス量変動を検出するガス変動量検出手段と、
前記ガス変動量検出手段からのガス変動量の検出データを受けて、前記検出データと予め設定された基準ガス量のデータとの差を算出して単位時間当たりのガス変動量を演算する第１演算部、前記ガス変動量が予め設定された許容範囲に入るか否かを比較判断する比較判定部、前記ガス変動量が前記許容範囲から外れているとき、予め作成され制御装置に記録された、原水の流量及び炭酸ガスの流量と得られる炭酸水の炭酸ガス濃度との相関データに基づき原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の過不足分を演算する第２演算部を有し、上記ガス変動量を許容範囲内に戻すべく、前記第２演算部にて演算された前記過不足分の換算データに基づき、上記原水の流量調節手段及び／又は炭酸ガスの流量制御手段に出力して制御駆動し、原水の供給流量及び／又は炭酸ガスの供給流量を調節して、炭酸水中の炭酸ガス濃度を目標値に戻す制御装置と、
を備えてなることを特徴とする炭酸水製造装置。
【請求項５】
前記ガス変動量検出手段が、予め設定された時間帯に計時を開始し所定の時間の経過に作動を停止する計時手段と、同計時手段の計時時間内における前記ガス分離容器内の炭酸水の液面変動を検出する液面変動検出器とを備え、
上記第１演算部が、前記液面変動検出器から送られる前記計時時間内における液面変動信号に基づき前記ガス分離容器内のガス変動量と上記基準ガス量との差を求め、単位時間当たりのガス変動量に換算する、
ことを含んでなる請求項４記載の炭酸水製造装置。
【請求項６】
前記炭酸ガスの流量制御手段が比例制御弁からなり、同比例制御弁が前記制御装置から送られる炭酸ガスの過不足分のデータを受けて炭酸ガスの供給流量を自動的に制御する、請求項４又は５に記載の炭酸水製造装置。
【請求項７】
前記炭酸ガスの流量調節手段はガス供給流路内に並列に配され、前記制御装置から送られる炭酸ガスの過不足分のデータを受けて、同過不足分に見合ったガス流量に切り替わる複数の流量調整弁を有してなる、請求項４又は５に記載の炭酸水製造装置。
【請求項８】
前記ガス分離容器はガス放出用の開閉弁に接続され、前記開閉弁は少なくとも上記検出時間帯には閉じられてなる、請求項４〜７のいずれかに記載の炭酸水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸水の製造方法及び製造装置に関する。より詳しくは、炭酸水の使用量が均一でなく、使用時間の経過に伴い大幅な変動がある場合であっても、常に高ガス濃度の炭酸水が効率的に得られる炭酸水の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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ている。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び末梢循環障害の治療に効果があるとされている。
【０００３】
炭酸水を人工的に製造する方法としては、例えば、浴槽内に炭酸ガスを気泡の形で送り込む方法（気泡法）や、炭酸塩と酸とを反応させる化学的方法（薬剤法）、タンク内に温水と炭酸ガスとを一定期間加圧封入する方法（圧注入法）、中空糸膜が配設された膜モジュールを内蔵する膜型炭酸ガス溶解器に水と炭酸ガスを供給し、炭酸ガスを水に吸収させる方法が知られている。これらの方法のうち、膜モジュールを使う方法以外の方法では、炭酸水の炭酸ガス濃度を自動的に調整することは行われていない。
【０００４】
膜型炭酸ガス溶解器を使う方法、例えば特開平１０−２７７１２１号公報（特許文献１）や特開２００１−２９３３４２号公報（特許文献２）に開示されている炭酸水又は炭酸泉の連続製造方法では、炭酸ガス濃度を自動的に制御することが行われている。また、例えば特開２００３−１１７３６４号公報（特許文献３）に開示された炭酸飲料などの製造方法では、前記膜型炭酸ガス溶解器に代えて気液を相互に分散して混合するスタティックミキサを使用する方法であり、この製造方法もまた炭酸飲料などに溶解する炭酸ガス濃度を自動的に制御している。
【０００５】
前記特許文献１による炭酸ガス濃度の制御方法は、炭酸水のｐＨ測定値と原水のアルカリ度の値から生成した炭酸水の炭酸ガス濃度データを演算し、炭酸水の炭酸ガス濃度が目標値となるように炭酸ガス供給量を調節する。しかしながら、このようなｐＨ測定値に基づいて炭酸ガス供給量を制御する方法では、得られる炭酸水の炭酸ガス濃度の誤差が比較的大きく、ｐＨセンサーを自動的に校正する機能を付加してｐＨセンサーでの測定誤差を±０. ０５以内に抑える必要がある。これでは、複雑な制御が必要になり、装置が大型化し、コストも高くなる。しかも、炭酸ガス濃度を精度よく制御するには、原水（水道水等）のアルカリ度も測定しなければならない。
【０００６】
前記特許文献３に記載された炭酸水の製造方法は、例えば主に飲料水、ジュース、酒類に、炭酸ガスを溶解させて炭酸飲料を製造する方法であって、通常は１００〜１４０ｐｐｍ程度の低い炭酸ガス濃度の炭酸水を製造するものであるが、上記特許文献２に記載された炭酸水の製造装置は、例えば主に健康環境を改善することを目的として、その多くは炭酸水の使用量が営業時間帯を通して一定量とはならない公衆浴場などの炭酸泉浴用として好適に使用され、炭酸水量の変動にも関わらず、常に６００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの極めて高い炭酸ガス濃度の炭酸水を製造できるようになっている。
【０００７】
特許文献２により開示された炭酸水の製造装置は、膜型炭酸ガス溶解器内に温水を流しながら炭酸ガスを供給して温水中に炭酸ガスを溶解させる同じく公衆浴場用の炭酸水製造装置であって、あらかじめ原水の流量と炭酸ガスの供給圧力と得られる炭酸水の炭酸ガス濃度との相関データを制御装置に記憶させておき、炭酸水の製造時には原水の流量を検出し、前記相関データに基づいて、得られる炭酸水が目標炭酸ガス濃度となるように炭酸ガスの供給圧力を自動的に調節する炭酸水製造方法である。
【０００８】
一方、上記特許文献３により開示された炭酸飲料等の製造方法は、原料液体及び原料気体の流量を、液体流量計及び気体流量計によって測定しながら液体流量調整弁及び気体流量調整弁のそれぞれを操作して調節し、スタティックミキサーを備えた気液溶解部に導入する。コントローラが、原料液体と原料気体との混合比は液体流量計と気体流量計とにより測定された両流量を比較して、液体流量調整弁と気体流量調整弁との一方または両方を制御する。気液溶解手段から送られる気体溶解液はクッションタンクに一時的に貯留されて、装置の負荷変動を吸収する。クッションタンク内において気液溶解平衡を崩さないように、クッションタンクには気体供給自動弁と気体放出自動弁とが設けられ、気体の過不足が生じると気体を積極的に供給／排出して、クッションタンク内部の圧力を一定に維持する。ここで、気体供給自動弁を経由して供給される気体は、原料気体と同じ気体か原料気体と同じ気体を飽和圧力分だけ含んだ不活性な気体である。
【０００９】
前記クッションタンクには、液面検出器が取り付けられ、前記コントローラに液面信号を出力する。コントローラは液面の上昇または下降を打ち消す方向に液体流量調整弁を制御して原料液体の流入を調整する。気液溶解装置が定常運転を行っている間、クッションタンクに貯留された気体溶解液は、その一部または全部が送出配管を経由して瓶詰め機械や缶詰め機械などの充填機械に払い出される。クッションタンクに貯留された気体溶解液の残りは、送出配管から分岐して還流配管に送られる。このとき、炭酸ガス溶解液の流量計を介してコントローラからの出力を受けて気体溶解液用流量調整弁の開度がコントロールされ、還流配管を流れる還流流量を所定の値に制御する。気体溶解部を流れる液体流量を一定に保つように還流流量を制御することが行われる。この還流溶解液は上記気液溶解部へと戻される。
【特許文献１】特開平１０−２７７１２１号公報
【特許文献２】特開２００１−２９３３４２号公報
【特許文献３】特開２００３−１１７３６４号公報
【特許文献４】特開２００４−３１３７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載された炭酸水の製造方法は既述したとおりの課題を有しており、同じ膜型炭酸ガス溶解器を使う特許文献２に記載された炭酸泉の製造方法では、炭酸水の製造時に、炭酸ガス溶解器に導入される炭酸ガスの導入量を、原水の流量、炭酸ガスの供給圧力及び得られる炭酸水の炭酸ガス濃度との相関データに基づいて、炭酸ガスの供給圧力をガス圧力調節弁により調節して決めている。こうした簡単な設備にて高い炭酸ガス濃度を一定に制御することを可能とするものではあるが、本来的には原水に溶解する炭酸ガスのガス濃度は原水中に導入される炭酸ガス流量で決まる。これを炭酸ガスの供給圧力をもって調整しようとすると、例えば炭酸ガス流路中に異物が介在し、それが堆積した場合など、大きな圧力変動が生じる。この圧力変動に炭酸ガスの供給流量が追従できず、ガス溶解器への炭酸ガスの供給流量を適正に維持することが難しくなる。
【００１１】
一方、通常、炭酸飲料などを製造する場合は、計画生産量に応じて飲料水、酒類、果汁などを、工場の稼働時間時間帯を長時間にわたり一定の供給量で流し続けるとともに、炭酸ガスの供給量も原水との溶解比に応じて一定の流量で供給し続けることが基本となる。このときのクッションタンクの設置は、好適な流量範囲内の原料液体と原料気体とを供給しつづけたとき、バッファとして機能するため、払い出される製品流体の流量減少ないし流量増大に広く対応することができるとしている。従来の方法では充填機側の一時停止時、あるいはクッションタンク液面が上昇してアッパーレベルまで到達したときなどには、カーボネーション装置の運転を停止しなければならない。カーボネーション装置の運転を停止するには、原料液体と原料気体の供給を止めればよい。しかし、その結果として装置配管の流量がゼロとなり、配管内の未溶解の気体が浮力で上昇して不均一な状態となり、配管中の液の気体溶解量がばらつくこととなる。そのため、カーボネーション装置を再起動した直後の製品流体の物性がばらつきやすい。
【００１２】
上記特許文献３に開示された炭酸飲料などの製造法は、上述のように製品液体払い出し用の配管を分岐して、その一部または全部を還流配管によって気液溶解部の前流部に還流し、かつ、原料液体供給量と製品液体払い出し流量とが等しくなるように還流の流量を制御している。また、気体受け入れ流量調節手段と、原料液体流量調節手段と、前記原料液体流量検出手段とに接続された気液混合演算手段とを設け、原料液体の流量が変更された場合においても、原料液体と原料気体との混合比を一定に保つようにしている。また同時に、クッションタンクに気体押し込み手段、気体解放手段、圧力検出手段及び圧力演算手段を設け、クッションタンクのガス空間の圧力を一定にして溶解飽和に適した圧力に保っている。すなわち、この特許文献３に開示された炭酸飲料などの製造法は、炭酸飲料などに溶解する炭酸ガスの溶解効率を一定に維持しようとコントロールするものではなく、単に払い出し流量の増加に応じて還流量を多くし、払い出し流量減少時のクッションタンク内の貯留量を減少させるためコントロールを行なうとともに、クッションタンク内のガス圧を一定に維持するコントロールを行なっているに過ぎず、特に公衆浴場などのように営業時間帯における炭酸水の使用量の変動が激しく、予測することが難しい環境下では、常に高ガス濃度の炭酸水を要求される場合に適格に対応することは困難である。
【００１３】
本発明は上述した従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、原水の流量の如何に関わらず、特に生理的効果が得られる高い炭酸ガス濃度の炭酸水を、低コストかつ簡便な操作で安定して供給できる炭酸水の製造方法とその製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る第１の基本的構成は、連続的に供給される原水と同じく連続的に供給される炭酸ガスとを炭酸ガス溶解器内に供給して、原水中に炭酸ガスが溶解した炭酸水を製造する方法であって、前記炭酸ガス溶解器の下流部に、流路開閉手段を介して外部に連通するガス分離容器を配すること、原水の流量検出手段及び炭酸ガスの流量検出手段により原水及び炭酸ガスの各流量を検出すること、炭酸水製造時のガス溶解率の変動を、予め設定された時間帯にわたって前記ガス分離容器内における単位時間内のガス変動量を検出することにより測定すること、前記ガス変動量の検出データを制御装置に送出することを含んでなり、前記制御装置は、第１演算部にて、前記検出データと予め記憶された基準ガス量のデータとの差から単位時間内のガス変動量を演算すること、前記ガス変動量が予め設定された許容範囲に入るか否かを比較判定部により比較判断すること、前記比較結果が前記許容範囲から外れているとき、予め作成され制御装置に記録された、原水の流量及び炭酸ガスの流量と、得られる炭酸水の炭酸ガス濃度との相関データに基づき原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の過不足分を第２演算部にて演算すること、前記第２演算部にて演算された原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の前記過不足分をデータ換算すること、そのデータ換算した値を上記原水の流量調節手段及び／又は炭酸ガスの流量調節手段に出力して同原水の流量調節手段及び／又は炭酸ガスの流量制御手段を制御駆動すること、及びこの制御駆動により、原水の供給流量及び／又は炭酸ガスの供給流量を調節し、炭酸水中の炭酸ガス濃度を目標値に戻して、上記ガス分離容器内のガス変動量を許容範囲内に戻すことを含んでなることを特徴とする炭酸水製造方法にある。
【００１５】
好ましい具体的構成によれば、前記制御装置の演算部が、第１演算部と第２演算部とで構成され、前記制御装置の第１演算部にて、前記検出データと予め記憶された基準ガス量のデータとの差から単位時間内のガス変動量を演算すること、前記ガス変動量が予め設定された許容範囲に入るか否かを比較判定部により比較判断すること、前記比較結果が前記許容範囲から外れているとき、予め作成され制御装置に記録された、原水の流量及び炭酸ガスの流量と、得られる炭酸水の炭酸ガス濃度との相関データに基づき原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の過不足分を第２演算部にて演算すること、前記第２演算部にて、演算された原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の前記過不足分を炭酸ガス溶解率にデータ換算すること、そのデータ換算した値を上記原水の流量調節手段及び／又は炭酸ガスの流量制御手段に出力して同原水の流量調節手段及び／又は炭酸ガスの流量制御手段を制御駆動すること、及びこの制御駆動により、原水の供給流量及び／又は炭酸ガスの供給流量を調節し、炭酸水中の炭酸ガス濃度を目標値に戻して、上記ガス分離容器内のガス変動量を許容範囲内に戻すことを含んでいる。更に好適には、前記ガス分離容器内における単位時間内のガス変動量を、前記ガス分離容器の液面変動に基づき検出する。
【００１６】
また、本発明の第２の基本的構成は、連続的に供給される原水と同じく連続的に供給される炭酸ガスとを炭酸ガス溶解器内に導入して、原水中に炭酸ガスが溶解した炭酸水を製造する装置において、前記炭酸ガス溶解器の下流部に配され、流路開閉手段を介して外部と連通する炭酸水と非溶解ガスとを分離するガス分離容器と、原水及び炭酸ガスの各流量を検出する原水及び炭酸ガスの各流量検出手段と、前記ガス分離容器内における単位時間内のガス量変動を検出するガス変動量検出手段と、前記ガス変動量検出手段からのガス変動量の検出データを受けて、前記検出データと予め設定された基準ガス量のデータとの差を算出して単位時間当たりのガス変動量に換算する第１演算部、前記ガス変動量が予め設定された許容範囲に入るか否かを比較判断する比較判定部、及び前記ガス変動量が前記許容範囲から外れているとき、予め作成され前記制御装置に記録された、原水の流量及び炭酸ガスの流量と、得られる炭酸水の炭酸ガス濃度との相関データに基づき原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の過不足分を演算する第２演算部を有し、上記ガス変動量を許容範囲内に戻すべく、前記第２演算部にて演算された前記過不足分の換算データに基づき、上記原水の流量調節手段及び／又は炭酸ガスの流量調節手段に出力して制御駆動し、原水の供給流量及び／又は炭酸ガスの供給流量を調節して、炭酸水中の炭酸ガス濃度を目標値に戻す制御部とを備えてなることを特徴とする炭酸水製造装置にある。
【００１７】
好ましい態様によれば、前記ガス変動量検出手段が、予め設定された時間帯に計時を開始し所定の時間の経過後に作動を停止する計時手段と、同計時手段の計時時間内における前記ガス分離容器内の炭酸水の液面変動を検出する液面変動検出器とを備え、上記第１演算部が、前記液面変動検出器から送られる前記計時時間内における液面変動信号に基づき前記ガス分離容器内のガス変動量と上記基準ガス量との差を求め、単位時間当たりのガス変動量に換算する。
【００１８】
前記炭酸ガスの流量調節手段が比例制御弁からなる場合があり、この場合には前記比例制御弁が前記制御装置から送られる炭酸ガスの過不足分のデータを受けて炭酸ガスの供給流量を自動的に調節する。また、前記炭酸ガスの流量調節手段として、ガス供給流路内に並列に配され、前記制御装置から送られる炭酸ガスの過不足分のデータを受けて、同過不足分に見合ったガス流量に切り替わる複数の流量調節弁を有している場合もある。
前記ガス分離容器がガス放出用の開閉弁に接続されており、同開閉弁は上記検出時間帯には閉じられている。
【発明の作用効果】
【００１９】
本発明の上記第１及び第２の基本構成によれば、炭酸水の製造時に予め決められた時間帯において、例えば炭酸ガス放出用の開閉弁を閉じて密閉状態にある換算ガス分離容器内の炭酸水の液面を検出する。このとき、炭酸水中に溶解している炭酸ガスの溶解量が飽和状態又は設定された溶解量より多くなり、炭酸ガスの供給が過剰になると、炭酸水から放散する炭酸ガス量が増え、液面上のガス空間の圧力増加に伴って液面位置が下がる。炭酸水中に溶解している炭酸ガスの溶解量が飽和状態より少なく、或いは設定された溶解量より少ないと、炭酸水から炭酸ガスが放散せず液面上のガス空間の圧力は下がり、液面が上昇する。
【００２０】
こうして、炭酸水の液面高さの変動、すなわち炭酸水から放出される炭酸ガス量の変動を検出している間のガス変動量を第１演算部にて演算する。次いで、前記検出時間帯におけるガス変動量が予め設定された許容範囲にあるか否かを比較判定部にて判定し、もし前記ガス変動量がその許容範囲の上限又は下限を越えているときは、前記比較判定部からその結果のデータが制御部に送られ、制御装置に記録された、原水の流量及び炭酸ガスの流量と、得られる炭酸水の炭酸ガス濃度との相関データに基づいて、原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の過不足分を第２演算部にて演算し、第２演算部にて演算された原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の前記過不足分を演算してデータ換算したのち、その換算値を原水の流量調節手段及び／又は炭酸ガスの流量制御手段に出力して制御駆動して、原水の供給流量及び／又は炭酸ガスの供給流量を調節し、炭酸水中の炭酸ガス濃度を目標値に戻して、上記ガス分解容器内のガス変動量を許容範囲内に戻す。
【００２１】
前記ガス変動量の検出時間帯は、炭酸水の使用量の変動が激しい時間帯を選んで任意に設定することができる。例えば、炭酸ガスの流量調節手段として比例制御弁を用いる場合には、長時間にわたってガス変動量の検出と水及び／又は炭酸ガスの供給流量の制御とを連続して行うことができ、或いは公衆浴場などのような、ある時間帯だけ炭酸水（炭酸泉）の使用量が急増するような場合には、炭酸ガスの流量調節手段としてガス供給流路内に並列に配され、前記制御装置から送られる炭酸ガスの過不足分のデータを受けて、複数のガス流量調節弁を操作して同過不足分に見合ったガス流量へと切り替える。このように、本発明にあっては、いたずらにガス変動の検出時間を長くしたり、煩雑な制御を連続して行うことをせずに、ガス溶解効率の変動をその動きに対応して的確に検出しながら、自動的に所望のガス濃度をもつ炭酸水を連続して効率的に製造することができる。前記検出時間帯の開始と終了はタイマーを使えば自動化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明のワンパス型炭酸水製造装置を用いた場合の代表的な実施形態例を示すフローシートである。この例では、温水源から開閉弁などを介して直接供給される温水を原水として用いている。本発明において原水の温度は特に制限されない。ただし、炭酸水による入浴に適した温度の原水を用いる方が、改めて炭酸水を加熱する必要がなくなるので便利である。特に、炭酸水の生理的効果を発揮させ、かつ身体や患部に余計な負担をかけない点から、体温付近又はそれ以下の温度が好ましい。具体的には、温水用蛇口から直接供給される温水の温度は３０〜４５℃程度とすることが好ましい。
【００２３】
この温水は、原水供給の遮断弁である第１電磁弁１、温水中のゴミをトラップするためのプレフィルター２、温水の流量を検出する温水流量検出器３を経て増圧ポンプ４を通して炭酸ガス溶解ユニット５内へと供給される。一方、炭酸ガスは、炭酸ガスボンベ６から、炭酸ガス減圧弁７、炭酸ガスの遮断弁である第２電磁弁８、ガス流量検出器１０、そして炭酸ガス流量を調節するための炭酸ガス流量（比例）制御弁１１及び逆止弁１２を介して温水の供給管路１３に合流したのち、炭酸ガス溶解ユニット５内へと供給される。前記合流部や炭酸ガス溶解ユニット５内におけるガスのリークにより過剰なガスが流れた場合には、第２電磁弁８を遮断する。
【００２４】
炭酸ガス溶解ユニット５にて生成される炭酸水は、例えば浴槽やシャワーなどに送り出される。本発明にあっては、この炭酸水の送出管路１７の途中に炭酸ガス分離容器１４が介装されている。この炭酸ガス分離容器１４ではガス送出管路２２を送り出される炭酸水中で炭酸ガス化して炭酸水から分離し、容器内の上方空間部へと放散する。炭酸水から分離し同分離容器１４内の空間に放散された炭酸ガスはガス放出管路１８に設けられたガス抜き弁１９と第３電磁弁２０とを通って、常には外気中へと放出されている。また、前記ガス分離容器１４には液面計２１が取り付けられている。
【００２５】
上記第１〜第３電磁弁１，８，２０、減圧弁７及び炭酸ガス流量制御弁１１の開閉動作は、予め決められた手順にしたがう制御装置１５からの信号を受けて自動的に制御される。制御装置１５には、タイマー１５ａ、記憶部１５ｂ、第１演算部１５ｃ、第２演算部１５ｄ、比較判定部１５ｅ、制御部１５ｆなどが設けられている。ただし、上記第１〜第３電磁弁１，８，２０は手動のスイッチ操作によっても開閉を可能にすることが好ましい。
【００２６】
本実施形態にあっては、炭酸ガス溶解ユニット５としてスタティックミキサーが使われる。勿論、スタティックミキサーに限らず、従来から多用されている中空糸膜を配した膜モジュールが内蔵された膜型炭酸ガス溶解ユニットや、薬剤を使った炭酸ガス溶解ユニットなど、様々な方式の炭酸ガス溶解ユニットを用いることができる。
【００２７】
図示例は、スタティックミキサーに水と炭酸ガスの混合体を一回だけ供給するワンパス供給にて炭酸水を製造する装置を示している。本実施形態による炭酸水の製造装置は、そこで製造された炭酸水を、主に通常の公衆浴場の浴槽などに供給される。また、この炭酸水は、コップで受けて飲用などに供されてもよいし、家庭用の浴室などに配されるシャワーヘッドを通してシャワーとして浴びられるようにすることもできる。
【００２８】
炭酸ガスの流量制御は、炭酸ガス流量制御弁１１だけを用いて行うことが好ましいが、常時一定の炭酸ガス濃度を得るためには、図示せぬ炭酸ガス圧力制御弁を併用することもできる。本実施形態にあっては、炭酸ガス流量制御弁１１として比例制御弁が使われている。水は、ボイラーや給湯器などによって３０℃〜４５℃程度にまで適宜加温されて温水とされ、図示せぬ水供給手段によって、水導入口から炭酸水製造装置に供給される。このとき、水源から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、送液ポンプ４を用いている。この送液ポンプ４としては増圧ポンプが好ましく、特に高揚程型の増圧ポンプであることが好ましく、中でもダイヤフラムポンプが安価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図示せぬ水定流量弁を用いて供給流量を制御すれば、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もできる。
【００２９】
炭酸ガス流量制御弁１１から供給される炭酸ガスは逆止弁１２を介して温水との合流部へと送られる。炭酸ガスと温水の合流部は、両者が合流できればよく、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。
合流した炭酸ガスと温水は、スタティックミキサー５内で効率的に攪拌混合され、炭酸ガスが水中に溶解する。スタティックミキサー５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、螺旋形状やバッフル板形状等の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、攪拌混合が行われる。
【００３０】
炭酸ガス溶解ユニットとしてのスタティックミキサー５の詳細については、特開２００４−３１３７４９号公報（特許文献４）に詳述されている。本実施形態にて採用されるスタティックミキサー５に関する説明も、特許文献４の記載を参考にしている。スタティックミキサー５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（スパイラルタイプともいう）、管の中央に軸が配され、軸に半楕円形のバッフル板が配されたタイプ、即ちステータタイプが代表的である。スタティックミキサー５の特性について説明する。
【００３１】
スタティックミキサー５に一定流量で水を流す場合、スタティックミキサー５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。本実施形態にあっても、特許文献４と同様にスタティックミキサー５としてエレメント数が２０〜１００個のものを用いる。
【００３２】
エレメント数Ｎを１００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２０よりも少ないと、炭酸ガスの溶解効率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。スタティックミキサー５のエレメント数Ｎは２４〜５０以下とすることが、より好ましい。
【００３３】
スタティックミキサー５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５を５本直列に連結した場合、エレメント数Ｎは３５個である。スタティックミキサー５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２０個のスタティックミキサー５を５本並列に連結した場合であっても、エレメント数Ｎは２０個である。
【００３４】
本実施形態に使用するスタティックミキサー５の内径は、圧力損失の関係で５ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。また、供給する水の流量が一定の場合、スタティックミキサー５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必要がある。一般に、スタティックミキサー５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、供給す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、１００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３５】
スタティックミキサーに水と炭酸ガスの混合体を供給する場合、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）を満足するようにすることが、効率的に高濃度の炭酸水を製造することができる。
１０００００≦Ｒｅ×Ｎ≦２００００００・・・・・（１）
【００３６】
温水と炭酸ガスとの混合をスタティックミキサーにて行う場合、レイノルズ数Ｒｅは、下式に従って計算される。
Ｒｅ＝２１２００Ｑ／Ｄμ
【００３７】
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４０℃の水の場合０．６５）である。
【００３８】
Ｒｅ×Ｎの値が１０００００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。Ｒｅ×Ｎの値が２００００００よりも大きいと、圧力損失が大きくなって通水が困難となる場合がある。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（Ｌ／ｍｉｎ）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い。
０．５≦Ｘ／Ｙ≦１．２・・・・・（２）
【００３９】
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。Ｘ／Ｙ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以下が好ましく、１．０以下がより好ましい。
【００４０】
炭酸ガス溶解ユニット５であるスタティックミキサーにて生成された炭酸水は送出管路１７の途中に介装されたガス分離容器１４内を通水される。ここで炭酸水に含まれる未溶解の炭酸ガスは、ガス分離容器１４内で炭酸水の液面流速が低下するため、未溶解の炭酸ガスが炭酸水の上方空間部へと分離する。このとき、特に一般の公衆浴場などのように大量の湯量が必要とされ、しかも時間帯によってその使用湯量に大きな変動がある場合、一定量の原水と炭酸ガスを供給するだけでは、ワンパス供給はもとより、例えば製造された炭酸水を循環させるとしても、温水に溶解している炭酸がガスとなって放散し、炭酸ガスの溶解濃度を一定に維持することは不可能である。
【００４１】
本発明の炭酸水製造方法及び製造装置によれば、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、９００ｍｇ／Ｌ以上とすることが好ましく、１０００ｍｇ／Ｌ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１５００ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。
【００４２】
次に、以上の構成備えた本実施形態による炭酸水の製造装置を用いた炭酸水の製造方法を説明する。
本実施形態による炭酸水の製造にあたって、連続して供給される温水の供給量に対する炭酸ガスの供給量、すなわち温水に対する炭酸ガスの溶解濃度が制御装置１５によって自動的に制御される。その制御態様を図１に基づいて具体的に説明する。
本発明における制御装置１５はプログラマブルコントローラ（ＰＣ）からなり、図１に示すように、少なくともタイマー１５ａが付設され、その他に記憶部１５ｂ、第１演算部１５ｃ、第２演算部１５ｄ、比較判定部１５ｅ、制御部１５ｆなどを備えている。
【００４３】
タイマー１５ａは、一般のＰＣに内蔵されているタイマーを利用することもできるが、本発明専用の制御時間設定用タイマーを設置するとよい。このタイマー１５ａは、本発明による炭酸ガスの溶解濃度を制御する予め決められた時間帯だけ作動して計時する。この計時の間に所要の制御がなされる。
【００４４】
記憶部１５ｂは、前記タイマー１５ａの作動開始及び停止のためのクロックデータや、制御手順プログラム、原水の流量データ、炭酸ガスの流量データ、得られる炭酸水の目標溶解ガス濃度データ、それらの流量データと前記目標溶解ガス濃度との相関データ、基準ガス量データなどの各種のデータが予め記憶されている。
【００４５】
前記第１演算部１５ｃは、ガス変動量の検出データと予め記憶された基準ガス量のデータとの差から単位時間内のガス変動量を演算し、前記ガス変動量が予め設定された許容範囲に入っているか否かを比較判定部１５ｅにより比較判断する。この比較結果が前記許容範囲から外れているとき、その比較結果は第２演算部１５ｄへと送られ、予め作成され前記記憶部１５ｂに記憶された、原水及び炭酸ガスの流量と、得られる炭酸水の目標溶解ガス濃度との相関データに基づき、原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の過不足分を第２演算部１５ｄにて演算する。前記第２演算部１５ｄにて演算された原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の前記過不足分を炭酸ガスの溶解率にデータ換算し、制御部１５ｆを介して、その換算値を上記炭酸ガス流量制御弁１１に出力して同炭酸ガスの流量制御弁１１を制御駆動する。この制御駆動により、原水の供給流量及び／又は炭酸ガスの供給流量を調節し、炭酸水中の炭酸ガス濃度を目標値に戻して、上記ガス分離容器内のガス変動量を許容範囲内に戻す。
【００４６】
いま、第１電磁弁１が開けられ温水が温水供給管路１３を通って送り出される。このとき同時に、第２電磁弁８も開けられて炭酸ガスがガス送出管路２２を通って供給される。温水供給管路１３に送り出された温水は、プレフィルター２を通して温水中のゴミをトラップしながら、温水流量検出器３を経るとき温水の流量が検出される。検出された温水の流量データは制御装置１５に送られる。一方、炭酸ガスボンベ６から送り出される炭酸ガスは減圧弁７を通って予め設定されている圧力まで減圧され、第２電磁弁８を通ったのちガス流量検出器１０によりガス流量が検出されて、その検出されたガス流量データは前記制御装置１５へと送られる。
【００４７】
炭酸ガス溶解ユニット５にて生成される炭酸水は、例えば浴槽やシャワーなどに送り出される。本発明にあっては、この炭酸水の送出管路１７の途中に介装されているガス分離容器１４では、前記送出管路１７を送り出される炭酸水中の余剰なあるいはガス化した炭酸ガスが炭酸水から分離して、ガス分離容器１４の上方空間部に放散される。炭酸水から分離し同ガス分離容器１４内の空間に放散された炭酸ガスは、ガス放出管路１８に設けられたガス抜き弁１９と第３電磁弁２０とを通して、常には外気中へと放出される。
【００４８】
前記ガス分離容器１４内の空間部は、内部ガス圧や環境温度、外気圧或いは炭酸水のガス濃度などの変動により同一容積であるとは限らない。すなわち、ガス分離容器１４内における液面は経時的に変動する。しかも、その変動量の予測は難しい。そこで、本実施形態では既述したように炭酸ガス分離容器１４に液面計２１を取り付け、常に液面位置の変動、すなわち炭酸ガス溶解ユニット５から送られる炭酸水中の炭酸ガス溶解濃度の変動を液面検出手段である液面計２１により検出する。液面計２１は、液面の上限位置と下限位置との上下に配された一対の液面計２１ａ，２１ｂからなり、液面変動の上下限位置を検出し、その検出信号を制御装置１５に送り、制御装置１５では予め設定された液面位置範囲から外れたときの、炭酸ガス濃度の変動量を第１演算部１５ｃにて演算し、更に炭酸水中の炭酸ガス溶解率に換算して、このガス溶解率の変動が規定の範囲にないとして制御装置１５に、その旨を伝える。
【００４９】
上記第１〜第３電磁弁１，８，２０、減圧弁７及び炭酸ガス流量制御弁１１の開閉操作は、予め決められた手順にしたがって制御装置１５の上記第１演算部１５ｃ及び第２演算部１５ｄにより演算処理され、比較判定部１５ｅにおいて比較判断された結果を受けて、制御部１５ｆを介して自動的に制御される。
【００５０】
前記炭酸ガス分離容器１４のガス放出管路１８に設けられた第３電磁弁２０は、既述したとおり常には開かれている。本実施形態では、炭酸水製造時のガス溶解率の変動を、予め設定された時間帯にわたって前記ガス分離容器内における液面の変動を監視し、その時間帯における単位時間内のガス変動量を検出することにより演算する。ガス変動量の検出は、任意の時間帯に行う。例えば、炭酸ガス製造中の予め決められた時間ごとに検出したり、或いは炭酸水の使用量が大きく変動するときを狙って測定する。こうした測定時の計時の開始時と終了時に前記タイマー１５ａが作動する。測定時の計時が開始されると、制御装置１５から信号が送られてガス分離容器１４のガス放出管路１８に設けられた第３電磁弁２０が閉じられる。
【００５１】
この第３電磁弁２０を閉じて、液面計２１による液面の変動が検出され、その液面の変動が上記予め設定された液面位置の範囲から外れると、そのときのガス変動量の検出データが制御装置１５へと送られる。制御装置１５は前記検出データを受けて、第１演算部１５ｃにて、前記検出データと予め記憶部１５ｂに記憶されている基準ガス量のデータとの差から単位時間内のガス変動量を演算する。この演算された前記ガス変動量が予め設定された許容範囲に入るか否かが比較判定部１５ｅによって比較判断される。また、このとき上記温水流量検出器３により検出された温水の流量データも制御装置１５に送られている。
【００５２】
そして、この比較結果が前記許容範囲から外れているとき、環境温度やガス圧などを勘案して予め作成され、制御装置１５の記憶部１５ｂに記録された、原水の流量及び炭酸ガスの流量と、得られる炭酸水の基準濃度との相関データに基づいて原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の過不足分を第２演算部１５ｄにて演算し、炭酸ガスの供給流量の過不足分を炭酸ガス溶解率にデータ換算し、その換算値に基づく信号を上記炭酸ガス流量制御弁１１に送って制御駆動し、温水の供給量に見合うように炭酸ガスの供給流量を調節し、炭酸水中の炭酸ガス濃度を目標値に戻すことによって、上記ガス分離容器１４内のガス変動量を許容範囲内に戻す。
【００５３】
このとき、温水の供給流量も、制御部１５ｆからの信号を受けて上記第１電磁弁１の開度が調節されることより制御されている。また、温水の温度については、全身浴、足浴等部分浴、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、既述したとおり３０〜４５℃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３５〜４０℃の範囲である。
【００５４】
以上の実施形態はワンパス方式の炭酸水製造について述べたが、このワンパス方式に代えて循環方式を採用することもできる。図２は、上記実施形態の変形例である循環式の炭酸水製造装置の概略図であり、温水浴槽内の炭酸水を、循環ポンプにより炭酸ガス溶解ユニット５に戻して循環させる（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。なお、同図において、上記実施形態と実質的に同一の部材などには同一符号を付している。
【００５５】
炭酸ガスは、上記実施形態と同様に、炭酸ガスの供給源である炭酸ガスボンベ６と、ガス圧力を一定圧に減圧するための炭酸ガス減圧弁７と、ガス流量の制御を行う炭酸ガス流量制御弁１１と、逆止弁１２とを備えた炭酸ガス供給手段によって、温水供給管路１３に合流させたのち、炭酸ガス溶解ユニット５に送られる。炭酸ガス溶解ユニット５にて生成された炭酸水は炭酸水の送出管路１７を通って浴槽２３に供給される。浴槽２３内に貯留された炭酸水は、浴槽２３からの給水管路２４の先端に取り付けられたフィルター２５を通して温水供給管路１３に合流させる。このとき前記フィルター２５によって、炭酸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。フィルター２５は、スポンジ、金網や焼結材などが使用できる。孔径は細かい方がよいが、あまり細かすぎると抵抗が増大するため、数十μｍから数百μｍの間が好ましい。
【００５６】
前記フィルター２５の下流側の給水管路２４には、フロートスイッチ２６を介して送液ポンプ２７が設置されており、浴槽２３内の炭酸水は、この送液ポンプ２７により給水管路２４を通って積極的に炭酸ガス溶解ユニット５に送り込まれる。本変形例にあって、送液ポンプ２７の種類は特に限定されるものではないが、静粛性、コスト、サイズなどの点で遠心ポンプが好ましい。また、送液ポンプ２７として、ブラシレスポンプを採用すると、電磁ノイズ放出量が少なく、寿命が長いため好ましい。送液ポンプ２７が自吸式ポンプであると、運転開始時に浴槽からの給水管路２４に水が存在しなくても運転を維持できるため好ましい。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ヘッド内に水が滞留した状態になるようにされた送液ポンプ等を用いることができる。
【００５７】
送液ポンプ２７は一台でも構わないが、複数台の送液ポンプ２７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好ましい。複数台の送液ポンプ２７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２に示す例では送液ポンプ２７は２台直列にして接続しているが、３台以上の送液ポンプ２７を直列にして用いてもよいし、また２台の送液ポンプ２７を直列に接続し、この２台と他の送液ポンプ２７とを並列にして接続することもできる。
【００５８】
送液ポンプ２７として遠心ポンプ等を使用する場合、給水管路２４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ことがある。更に、通常の送液ポンプ２７を使用する場合であっても、一般の浴場などのように時間帯により消費湯量が大幅に変動して、油量が不足するようなことも起こり得る。そのため、炭酸水送出管路１７から送り込まれる湯量を一気に増加させなければならなくなる。本実施形態にあっては、かかる異常事態が発生しても即座に対応すべく、循環水量検出手段として給水管路２４にフロートスイッチ２６を設け、供給量を常に検出している。
【００５９】
循環水量検出手段には、フロートの動きにより、リードスイッチが動作し、設定流量以下になった場合、ＯＦＦの信号を出すフロートスイッチを使用して給水管路２４内への炭酸水の供給を停止する。一般の浴場などの混雑する時間帯には、タイマー１５ａもリードスイッチもＯＮとされていることが多く、その結果、制御装置１５からは既述した制御信号が出力されているため、既述したような制御がなされており、前述のような不具合が回避される。
【００６０】
この変形例にあっても、炭酸ガス溶解ユニット５としてスタティックミキサーが使われている。スタティックミキサー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送出口から浴槽２３内に送り込まれ、浴槽２３内の温水中の炭酸ガス濃度を増加させる。
【００６１】
本変形例にあっても、上記ガス分離容器１４は、上記実施形態と同様に、炭酸水送出管路１７を通る炭酸水の炭酸ガス濃度の制御時には、制御装置１５から信号が出されてガス放出管路１８の第３電磁弁２０を閉じて、炭酸ガスが外部に放出させないようにする。制御装置１５には、タイマー１５ａ、記憶部１５ｂ、第１及び第２演算部１５ｃ，１５ｄ、比較判定部１５ｅ及び制御部１５ｆが備えられている。また炭酸ガス分離容器１４には液面計２１が設けられており、その液面の変動を検出する。一方、浴槽内の水を循環させながら炭酸水を得るにあたり、通常運転時に浴槽内の水中に未溶解の炭酸ガスの気泡が多量に存在すると、浴槽２３から炭酸ガス溶解ユニットに通じる給水管路２４に炭酸ガス気泡を吸い込んで、送液ポンプ２７の空転が生じたり、スタティックミキサーへの水供給量と炭酸ガス供給量とのバランスが崩れてしまう可能性がある。そのため、ガス分離容器１４をスタティックミキサーの下流側の炭酸水送出管路１７に介装し、上記実施形態と同様の制御を行うことを併用すれば、タイマー１５ａが作動する制御時には、浴槽２３に送り込まれる炭酸水の供給流量とその炭酸ガス濃度とが適切な値が維持できる。
【００６２】
いま、炭酸水送出管路１７から浴槽２３内に、炭酸ガス濃度を一定に維持した炭酸水を所定量送り込む。この状態で、浴槽内の湯（炭酸水）量が予め設定されている液面高さを越えると、フロートスイッチ２６が入り、送液ポンプ２７が作動して、浴槽内の温水を給水管路２４へと送り続ける。通常の定常運転時であれば、この循環の間も、原料温水及び原料炭酸ガスが浴槽内の湯量の減少分だけ炭酸ガス溶解ユニット５に送り込まれており、浴槽２３から戻される温水とともに炭酸ガス溶解ユニット５にて新たに製造された炭酸水を、ガス分離容器１４を経て浴槽２３へと送り込む。その間にガス分離容器１４で分離した炭酸ガスは、ガス分離容器１４からガス放出路１８を通って外部へと放出される。また、このとき同時に浴場内にあっても炭酸ガスの自然放散が続く。
【００６３】
ここで、タイマー１５ａの作動が停止した状態にあって、上述の制御がなされていないときは、浴槽２３の湯量の消費量が少ないことも手伝って、炭酸ガスの消費量も湯量の消費量に比べると比較的少ない。従って、このようなときは第３電磁弁２０を開いたままにしておき、炭酸ガス分離容器１４の液面変動を監視することなく、制御装置１５の記憶部１５ｂに予め記憶された原水の流量及び炭酸ガスの流量と、得られる炭酸水の基準濃度との相関データに基づき、浴槽内の液面高さの変動に応じて原水である温水と炭酸ガスの各供給流量を調節する。
【００６４】
しかして、湯客が少ない時間帯だけでなく、湯客で混雑する時間帯になっても、浴槽２３内における液面高さの変動はフロートスイッチにより相変わらず検出されており、この混雑する時間帯に入ると、温水内の炭酸ガス濃度を一定に保つべくタイマー１５ａが作動を開始すると同時に第３電磁弁２０が閉じられる。ここで、上記実施形態と同様に、ガス分離容器１４の液面高さが液面計２１により検出され、その高さが予め設定されている上限位置と下限位置との間から外れると、その検出信号が制御器１５に送られ、原水である温水による補給流量を確保しつつ、炭酸水送出管路１７を通る炭酸水の炭酸ガス濃度を一定に維持させる。記憶部１５ｂに記憶されて予め見込まれた湯客の少なくなる時点になると、設定時間帯が終了してタイマー１５ａの作動が停止して、定常運転に入る。この間も浴槽内の炭酸水を強制的に循環させている。
【００６５】
図３は、本発明の第２実施形態を示す炭酸水製造装置のフローシートである。同図にあって、図１に示す上記実施形態と異なるところは、ガス流量制御弁としての単一のガス流量（比例）制御弁１１に代えて、それぞれに電磁弁２８（２８ａ，２８ｂ・・・）を介して接続された複数のガス流量調整弁２９ａ，２９ｂ，・・・を一組とするガス流量制御手段２９を採用している点である。その他の構成は、図１に示す実施形態と実質的に異なるところがない。前記複数のガス流量調整弁２９ａ，２９ｂ，・・・は、図３に示すとおり、ガス送出管路２２に並列に配されている。
【００６６】
既述したとおり、一般の浴場では一日の開場時間のうち、湯客で混雑する時間帯は、例えば午前６時〜８時、午後３時〜７時のように限られている。また、娯楽設備などが整った大型の浴場では、一週のうち土曜、日曜あるいは祭日が一日中混雑する。しかも、家庭用の風呂とは異なり、その使用湯量は桁外れに多く、その使用湯量の変動も著しく大きい。この第２実施形態に係る炭酸水の製造装置は、こうした浴場のような大量の湯量が要求される場所に設置するのに適している。
【００６７】
この第２実施形態にあっても、図１に示した実施形態と同じように、炭酸水の製造にあたって、連続して供給される温水の供給量に対する炭酸ガスの供給量、すなわち温水に対する炭酸ガスの溶解濃度が制御装置１５によって自動的に制御される。その制御態様を図３に基づいて具体的に説明する。
本実施形態における制御装置１５も、上記実施形態と同様、タイマー１５ａ、記憶部１５ｂ、第１演算部１５ｃ、第２演算部１５ｄ、比較判定部１５ｅ、制御部１５ｆなどを備えている。
【００６８】
タイマー１５ａは、本発明による炭酸ガスの溶解濃度（炭酸ガス濃度）を制御する予め決められた時間帯に作動して計時する。この計時の間は第３電磁弁２０が閉じられ、炭酸ガス分離容器１４内の液面範囲を検出して、上述のような所要の制御がなされる。第１演算部１５ｃは、ガス変動量の検出データと予め記憶された基準ガス量のデータとの差から単位時間内のガス変動量を演算し、前記比較判定部ｌ５ｅは前記ガス変動量が予め設定された許容範囲に入っているか否かを比較判断する。この比較結果が前記許容範囲から外れているとき、その比較結果は第２演算部１５ｄへと送られ、予め作成され前記記憶部１５ｂに記憶された、原水及び炭酸ガスの流量と、得られる炭酸水の目標ガス濃度との相関データに基づき、原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の過不足分を第２演算部１５ｄにて演算する。
【００６９】
前記第２演算部１５ｄにて演算された原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の前記過不足分を単位時間当たりの炭酸ガスの溶解率にデータ換算し、制御部１５ｆを介して、その換算値を上記炭酸ガス流量制御手段である流量調整弁２５を制御駆動する。本実施形態にあっては、上述のごとく炭酸ガスの流量制御手段として、ガス送出管路２２に並列に配された複数の電磁弁２８ａ，２８ｂ・・・、各電磁弁２８ａ，２８ｂ・・・に接続された複数のガス流量調整弁２９ａ，２９ｂ，・・・から構成されている。前記複数の電磁弁２８ａ，２８ｂ・・・には、必要湯量に応じて制御装置１５の制御部１５ｆから選択的に信号が出力され、それらの一部又は全部の開閉動作が制御される。この制御駆動により、使用湯量に対応して原水の供給流量及び／又は炭酸ガスの供給流量を調節し、炭酸水中の炭酸ガス濃度を一定に維持しながら、急激でかつ大幅に変動する湯量に対しても適切な湯量を供し続けることが可能となる。
【００７０】
いま、第１電磁弁１が開けられ温水が温水供給管路１３を通って送り出される。このとき同時に、第２電磁弁８も開けられて炭酸ガスがガス送出管路２２を通って供給される。温水供給管路１３に送り出された温水は、プレフィルター２を通して温水中のゴミをトラップしながら、温水流量検出器３を経るとき、その流量が検出される。検出された温水の流量データ信号は制御装置１５に送られる。一方、炭酸ガスボンベ６から送り出される炭酸ガスはガス減圧弁７を通って予め設定されている圧力まで減圧され、第２電磁弁８を通ったのちガス流量検出器１０によりガス流量が検出されて、その検出されたガス流量データ信号が前記制御装置１５へと送られる。
【００７１】
本実施形態にあっても、炭酸ガス溶解ユニット５を経た炭酸水の送出管路１７の途中にガス分離容器１４が介装されている。このガス分離容器１４では、前記炭酸水送出管路１７を送り出される炭酸水中の余剰の炭酸ガス、あるいはガス化した炭酸が炭酸水から分離して、炭酸ガス分離容器１４の上部空間部に放散される。炭酸水から分離し同分離容器１４内の空間に放散された炭酸ガスはガス放出管路１８に設けられたガス抜き弁１９と第３電磁弁２０とを通って、常には外気中へと放出されている。
【００７２】
一方、ガス分離容器１４には上下一対の液面計２１ａ，２１ｂが設置されており、これらの液面計２１ａ，２１ｂを使ってガス分離容器１４内における液面位置の変動、すなわち炭酸ガス溶解ユニット５から送られる炭酸水中の炭酸ガス溶解濃度の変動を経時的に検出している。上記第１〜第３電磁弁１，８，２０、減圧弁７及び炭酸ガス流量制御弁１１の開閉操作は、予め記憶部１５ｂに書き込まれた手順にしたがって制御装置１５の上記第１演算部１５ｃ及び第２演算部１５ｄにて演算処理され、比較判定部１５ｅにおいて比較判断された結果を受けて、制御部１５ｆを介して自動的に制御される。
【００７３】
前記炭酸ガス分離容器１４のガス放出管路１８に設けられた第３電磁弁２０は、既述したとおり常には開かれている。本実施形態でも、予め設定された時間帯に入るとタイマー１５ａが作動を開始する。このときの時間帯は、炭酸ガス製造中の予め決められた時間ごとに、あるいは炭酸水の使用量が大きく変動するときを狙って設定されている。前記タイマー１５ａは、制御の開始から所定の時間幅をもって計時する。計時が開始されると、制御装置１５から信号が送られてガス分離容器１４のガス放出管路１８に設けられた第３電磁弁２０が閉じられる。
【００７４】
この第３電磁弁２０が閉じられて、液面計２１ａ，２１ｂによる液面の変動が検出され、その液面の変動が上記予め設定された上下の液面位置から外れると、そのときのガス変動量の検出データが制御装置１５へと送られる。制御装置１５は前記検出データを受けて、第１演算部１５ｃにて、前記検出データと、予め記憶部１５ｂに記憶されている基準ガス量のデータとの差から単位時間内のガス変動量を演算してガス溶解率に換算する。この換算された前記ガス溶解率が予め設定された許容範囲に入るか否かが比較判定部１５ｅによって比較判断される。また、このとき上記温水流量検出器３により検出された温水の流量データも制御装置１５に送られている。
【００７５】
そして、この比較結果が前記許容範囲から外れているとき、環境温度やガス圧などを勘案して予め作成され、制御装置１５の記憶部１５ｂに記録された、原水の流量及び炭酸ガスの流量と、得られる炭酸水の基準濃度との相関データに基づき、原水及び／又は炭酸ガスの供給流量の過不足分を第２演算部１５ｄにて演算して、炭酸ガスの供給流量の過不足分をデータ換算し、その換算値に基づく信号を、上記複数のガス流量調整弁２９ａ，２９ｂ，・・・に接続された電磁弁２８ａ，２８ｂ・・・に選択的に送り、複数のガス流量調整弁２９ａ，２９ｂ，・・・のうち必要とされる１又は２以上のガス流量調整弁２９ａ，２９ｂ，・・・の対応電磁弁２８ａ，２８ｂ・・・を開き、炭酸ガスの必要供給流量を温水供給管路１３に送り込み、炭酸水中の炭酸ガス濃度を目標値に戻すことよって、上記ガス分離容器１４内のガス変動量を許容範囲内へと戻す。本実施形態では、上述のとおり、ガス流量制御手段としてガス送出流路２２内に複数のガス流量調整弁を並列して配したため、必要湯量の急激でかつ大幅な変動にも容易に対応できる。
【００７６】
このように、本発明によれば、必要なときに所望の炭酸ガス濃度をもつ大量の炭酸水が簡単な設備をもって容易に且つ高い信頼性をもって製造することが可能となる。しかも、同一設備にあって、炭酸水の使用量の大幅な変動にも確実に対応を可能にしている。
なお、本発明は上述の実施形態や変形例にとらわれず、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内において様々な変更が可能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の代表的な実施形態を示す炭酸水の製造装置のフローシートである。
【図２】前記実施形態の変形例を示す循環式のフローシートである。
【図３】本発明の第２実施形態を示すフローシートである。
【符号の説明】
【００７８】
１                  第１電磁弁
２                  プレフィルター
３                  温水流量検出器
４                  送液（増圧）ポンプ
５                  炭酸ガス溶解ユニット（スタティックミキサー）
６                  炭酸ガスボンベ
７                  ガス減圧弁
８                  第２電磁弁
１０                  ガス流量検出器
１１                  ガス流量制御手段（比例制御弁、調整弁）
１２                  逆止弁
１３                  温水供給管路
１４                  ガス分離容器
１５                  制御装置
１５ａ                タイマー
１５ｂ                記憶部
１５ｃ                第１演算部
１５ｄ                第２演算部
１５ｅ                比較判定部
１５ｆ                制御部
１７                  炭酸水送出管路
１８                  ガス放出管路
１９                  ガス抜き弁
２０                  第３電磁弁
２１                  液面計
２１ａ，２１ｂ        上下限液面計
２２                  ガス送出管路
２３                  浴槽
２４                  給水管路
２５                  フィルター
２６                  フロートスイッチ
２７                  送液ポンプ
２８，２８ａ，２８ｂ  電磁弁
２９，２９ａ，２９ｂ  ガス流量調整弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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