專利名稱：碳酸水制備裝置及使用該裝置的碳酸水制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳酸水制備裝置及使用該裝置的碳酸水制備方法。更詳細(xì)的說，涉及以良好效率得到碳酸水的碳酸水制備裝置及使用該裝置的碳酸水制備方法。
背景技術(shù)：
由于碳酸水有優(yōu)良的保溫作用，自古以來被用在利用溫泉的浴場等。碳酸水的保溫作用，基本上可認(rèn)為是由于所含碳酸氣對(duì)末梢血管的擴(kuò)張作用改善身體環(huán)境的結(jié)果。還有，依靠碳酸氣經(jīng)皮膚進(jìn)入，發(fā)生毛細(xì)血管床的增加及擴(kuò)張，改善皮膚的血液循環(huán)。因此認(rèn)為對(duì)退行性病變及末梢循環(huán)障礙的治療有效果。
為了人工得到這樣的碳酸水，有使碳酸鹽和酸反應(yīng)的化學(xué)方法、利用鍋爐的燃燒氣體的方法、或例如在日本公開公報(bào)5-238928號(hào)記載的有節(jié)流孔的配管中直接吹入碳酸氣的裝置等。最近，提出了很多使用膜制備碳酸水的方法。由于使用膜，可以在非常微細(xì)的狀態(tài)進(jìn)行碳酸氣的供給，能以良好的效率制備碳酸水。所提出的方案有例如在日本發(fā)明專利公報(bào)第2810694號(hào)中，使用收容多條兩端開口的中空絲膜而構(gòu)成的中空絲膜模塊的方法，或如日本發(fā)明專利公報(bào)第3048499號(hào)、第3048501號(hào)、發(fā)明專利公開公報(bào)特開2001-293344號(hào)等所述，用非多孔質(zhì)的中空絲膜作為中空絲膜的方法。
作為使用膜制備碳酸水的方法有在具有膜模塊的碳酸氣溶解器里使原水一次通過制備碳酸水的所謂一次通過型以及靠循環(huán)泵使浴槽中的溫水循環(huán)通過碳酸氣溶解器的所謂循環(huán)型。
在這里，一次通過型雖然因?yàn)橐幌戮蛯⑻妓釟馊苡谒?，可以在短時(shí)間內(nèi)制得，但與循環(huán)型相比存在溶解效率低、難以制成高濃度的缺點(diǎn)，不言而喻正在尋求進(jìn)一步提高溶解效率。一方面，在循環(huán)型中，因?yàn)閷⑻妓釟饩徛芙庥谒校c一次通過型相比溶解效率高、容易制成高濃度，但要溶解到所期望的濃度為止，很費(fèi)時(shí)間，不言而喻同樣需要尋求溶解效率的提高。
即，本發(fā)明的目的在于提供高溶解效率、即在短時(shí)間內(nèi)能輕易得到高濃度的碳酸水的制備裝置和使用該裝置的碳酸水的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
上述目的是通過作為本發(fā)明第一主要組成的碳酸水制造裝置來完成的，該裝置具有使碳酸氣供給裝置、水供給裝置或/及水循環(huán)裝置、所述碳酸氣供給裝置和所述水供給裝置或/及水循環(huán)裝置相連接的第一碳酸氣溶解器，以及與所述碳酸氣溶解器的碳酸水排出側(cè)相連接的第二碳酸氣溶解器。
此處，上述第一碳酸氣溶解器由膜模塊構(gòu)成時(shí)，最能提高溶解效率。此時(shí)，上述膜模塊理想的是中空絲膜，尤其是上述中空絲膜為薄膜狀的非多孔質(zhì)氣體透過層兩面用多孔質(zhì)層夾著的三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合中空絲膜。
作為上述第二碳酸氣溶解器，可以使用靜態(tài)混合器。在制備游離碳酸濃度800mg/L或800mg/L以上，尤其1000mg/L或1000mg/L以上的高濃度碳酸水時(shí)，越接近于第一碳酸氣溶解器的出口，越是有未溶解的碳酸氣增多、溶解效率降低的傾向，第二碳酸氣溶解器具有溶解上述這樣的未溶解的碳酸氣、抑制溶解效率降低的作用。此處，上述的靜態(tài)混合器如果是定子型和/或科尼克斯(Kenics)型，在本發(fā)明使用的如水一樣的低粘度流體時(shí)，有可能在壓力損失少的狀態(tài)下，以高溶解效率溶解碳酸氣，同時(shí)可以廉價(jià)供給。本發(fā)明的第二碳酸氣溶解器溶解在第一碳酸氣溶解器的排出口以后的未溶解的碳酸氣，第二碳酸氣溶解器基本上不與碳酸氣供給裝置相連接。
如果在上述碳酸氣供給裝置與該第一碳酸氣溶解器之間，配置有使碳酸氣流量保持一定的流量控制閥、以及在上述水供給裝置或/及水循環(huán)裝置與該第一碳酸氣溶解器之間配置有使水流量保持一定的流量控制閥，就能夠很精確地控制碳酸水的游離碳酸濃度。
還有，將上述第一碳酸氣溶解器連接于水供給裝置時(shí)，優(yōu)選設(shè)置增壓泵。當(dāng)供給裝置的水壓低的時(shí)候，由于碳酸氣溶解器的壓力損失的影響，這時(shí)可根據(jù)情況抑制不能滿足必要流量的現(xiàn)象。
又，在上述碳酸水制備裝置的水或碳酸水流動(dòng)的管道中，優(yōu)選至少配置有使上述增壓泵時(shí)而啟動(dòng)運(yùn)作時(shí)而停止運(yùn)作的啟動(dòng)/停止流量開關(guān)，因而能防止泵的空運(yùn)轉(zhuǎn)。
由于通過上述第一及第二碳酸氣溶解器，碳酸氣在水中溶解的效率可以非常高，但是由于存在一部分未反應(yīng)的碳酸氣，優(yōu)選在第二碳酸氣溶解器的后面設(shè)置氣液分離器。還有，假設(shè)由于某些故障使氣液分離器不能發(fā)揮作用，優(yōu)選在上述氣液分離器后的導(dǎo)管中設(shè)置氣泡傳感器。氣泡傳感器以超聲波式為佳。又，假設(shè)由于裝置的某些故障，而使碳酸氣泄漏，優(yōu)選在裝置中設(shè)置碳酸氣濃度傳感器或/及氧濃度傳感器。
此外上述目的是通過作為本發(fā)明的第二基本組成的在第一碳酸氣溶解器里供給水及碳酸氣，以及將得到的碳酸水供給第二碳酸氣溶解器的碳酸氣制備方法而完成。再有，通過采用上述裝置的各種優(yōu)選狀態(tài)，可以更加發(fā)揮前述的本發(fā)明所特有的作用效果。
此處，通過將上述碳酸水的溫度設(shè)為30-45℃的范圍、并將上述碳酸水的游離碳酸濃度設(shè)為800-1500mg/L的范圍，可以有效地發(fā)現(xiàn)碳酸水的保溫作用。
還有，使碳酸氣溶于水中，則得到CO2、HCO3-、CO32-的存在狀態(tài)，各種各樣的存在比率隨著水的PH變化。本發(fā)明的碳酸水的游離碳酸濃度，是指加上這些全部存在狀態(tài)的濃度。


圖1是適用于本發(fā)明優(yōu)選的一次通過型裝置的簡要總體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是適用于本發(fā)明優(yōu)選的循環(huán)型裝置的簡要總體結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
以下，按附圖具體說明本發(fā)明代表性的實(shí)施方式。圖1是本發(fā)明優(yōu)選的一次通過型裝置的簡要總體結(jié)構(gòu)的一例。1是碳酸氣儲(chǔ)氣瓶、2是壓力計(jì)、3是壓力控制閥、4是碳酸氣流量計(jì)、5是碳酸氣流量控制閥、6是碳酸氣導(dǎo)入口、7是作為第一碳酸氣溶解器的結(jié)構(gòu)材料的膜模塊、8是溫水導(dǎo)入口、9是水流量計(jì)、10是水流量控制閥、11是流量開關(guān)、12是增壓泵、13是作為第二碳酸氣溶解器的靜態(tài)混合器、14是氣液分離器、15是氣體排出口、16是碳酸水排出口、17是浴槽。
根據(jù)圖示例一次通過型的碳酸水制備裝置的場合，溫水從圖中未顯示的供熱水器經(jīng)過溫水導(dǎo)入口8，再通過水流量控制閥10，以一定流量供熱水、依靠增壓泵12增壓到所要的壓力，送到膜模塊7。一方面，從碳酸氣儲(chǔ)氣瓶1引出，并經(jīng)壓力控制閥3減壓的碳酸氣由碳酸氣流量控制閥5控制流量，從上述膜模塊7的碳酸氣導(dǎo)入口導(dǎo)入到該膜模塊7。
導(dǎo)入到膜模塊7的溫水，通過配置在該膜模塊7的圖中未顯示的多張中空絲膜的中空部或外部，在溫水通過時(shí)，從與溫水相反側(cè)導(dǎo)入并通過中空絲膜的碳酸氣透過中空絲膜溶于水中，從而生成碳酸水。所述中空絲膜優(yōu)選由氣體透過性優(yōu)良的薄膜狀的非多孔質(zhì)層兩面用多孔質(zhì)層夾著的三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合中空絲膜構(gòu)成，例如可列舉三菱麗陽株式會(huì)社制造的三層復(fù)合中空絲膜(MHF)。
此處，所謂非多孔質(zhì)氣體透過膜就是氣體通過溶解、擴(kuò)散構(gòu)造而透過的膜，實(shí)質(zhì)上該膜只要不含有象諾森(Knudsen)流動(dòng)一樣的氣體能夠以氣體狀態(tài)透過的孔，任何的都可以。通過使用非多孔質(zhì)氣體透過膜，在任意壓力下，可以供給、溶解氣體，而且該氣體不會(huì)作為氣泡放出，該氣體的溶解效率高，同時(shí)對(duì)任意的濃度控制性良好，并能易于溶解。另外，不會(huì)發(fā)生如水或水溶液通過膜逆流到氣體供給側(cè)的現(xiàn)象。
在膜模塊7中生成的碳酸水，接著與上述膜模塊7一樣，被導(dǎo)入到構(gòu)成本發(fā)明特征一部分的第二碳酸氣溶解器的靜態(tài)混合器13中。如果使用這樣的靜態(tài)混合器13，在如水一樣的低粘度流體中，可在壓力損失少的狀態(tài)下，以高溶解效率溶解碳酸氣，同時(shí)能廉價(jià)提供。本發(fā)明的第二碳酸氣溶解器是有效溶解第一碳酸氣溶解器的排出口以后殘存的未溶解的碳酸氣的裝置。所以，基本沒有必要給這個(gè)第二碳酸氣溶解器提供新鮮的碳酸氣。通過靜態(tài)混合器13的碳酸水經(jīng)由氣液分離器14除去未溶解的碳酸氣后，排出到浴槽17。
圖2是本發(fā)明優(yōu)選的循環(huán)型裝置的簡要總體結(jié)構(gòu)圖的一例。1是碳酸氣儲(chǔ)器瓶、2是壓力計(jì)、3是壓力控制閥、4是碳酸氣流量計(jì)、5是碳酸氣流量控制閥、6是碳酸氣導(dǎo)入口、7是膜模塊、8是溫水導(dǎo)入口、11是流量開關(guān)、12’是循環(huán)泵、13是靜態(tài)混合器、14是氣液分離器、15是氣體排出口、16是碳酸水排出口、17是浴槽、18是預(yù)濾器。這里，與圖1實(shí)質(zhì)上是相同的設(shè)備及部件附有同一符號(hào)，在圖2，附有與圖1不同的符號(hào)的部分是代替增壓泵12的循環(huán)泵12’和新設(shè)置的預(yù)濾器18。
在此循環(huán)型碳酸水制備裝置中，從浴槽17開始經(jīng)過溫水導(dǎo)入口8、預(yù)濾器18，再由循環(huán)泵12’，送到膜模塊7。一方面從碳酸氣儲(chǔ)器瓶1引出、經(jīng)壓力控制閥3減壓至一定壓力的碳酸氣，經(jīng)由碳酸氣流量控制閥5控制流量，從上述膜模塊7的碳酸氣導(dǎo)入口向該膜模塊7導(dǎo)入，并溶于溫水中，溫水返回浴槽17。通過對(duì)上述的反復(fù)操作，使碳酸水的游離碳酸濃度慢慢地上升。另外，也可用于旨在給浴槽內(nèi)的游離碳酸濃度降低的碳酸水補(bǔ)充新的碳酸氣的循環(huán)上。
此處，雖然不配置碳酸氣流量控制閥5也可以制備碳酸水，但是要想很精確地控制碳酸水的游離碳酸濃度，優(yōu)選設(shè)置碳酸氣流量控制閥5。作為碳酸氣流量控制閥5，可以舉出各種針型閥、以電子模式使用的壓力或螺旋管調(diào)節(jié)器等，雖然不特別限定，但因?yàn)榱畠r(jià)，優(yōu)選針型閥。另外，也可以使用有節(jié)流孔的節(jié)流裝置。
雖然通過這些碳酸氣流量控制閥5常?？梢钥刂埔欢ǖ牧髁?，但進(jìn)一步配置碳酸氣流量計(jì)4有好處，因?yàn)榭梢阅恳暳髁浚?dāng)出現(xiàn)某些故障時(shí)也可瞬時(shí)判斷。作為碳酸氣流量計(jì)4，可以舉出浮子式、電子式等。雖然碳酸氣流量計(jì)4通常設(shè)置在碳酸氣儲(chǔ)存瓶1與膜模塊7之間，但因?yàn)槟つK7的壓力損失并不經(jīng)常固定，在浮子式的情況，優(yōu)選設(shè)置在氣體流量計(jì)4的入口與出口間的壓差處于穩(wěn)定的碳酸氣儲(chǔ)器瓶1和碳酸氣流量控制閥5之間。
溫水在如圖1的一次通過型的場合，由供熱水器供給，而在如圖2的循環(huán)式的情形，使儲(chǔ)存在浴槽中的溫水循環(huán)。即使沒有水流量控制閥10也能制備碳酸水，但為了很精確地控制碳酸水的游離碳酸濃度，優(yōu)選設(shè)置水流量控制閥10。如與上述的碳酸氣流量控制閥5并用，就能更精確地控制碳酸水的游離碳酸濃度。水流量控制閥10的種類并不特別限定，但優(yōu)選不影響閥前后壓力的空調(diào)用控制閥等。另外，因與碳酸氣流量控制閥5同樣的理由，優(yōu)選設(shè)置水流量計(jì)9。
再如圖1的一次通過型的場合，優(yōu)選配置增壓泵12，于是當(dāng)供給裝置的水壓低的時(shí)候，可以抑制由于碳酸氣溶解器的壓力損失的影響而導(dǎo)致隨著時(shí)間的推移而不能滿足必要流量的現(xiàn)象。為了防止這些泵12、12’的空運(yùn)轉(zhuǎn)，在水或碳酸水流通的導(dǎo)管中優(yōu)選配置流量開關(guān)11。
在第一碳酸氣溶解器中，可以使用隕石、燒結(jié)金屬、膜模塊，憑借使用上述這些材料，基本上可有效地將碳酸氣溶于水。尤其，為了更有效地將碳酸氣溶于水，優(yōu)選使用膜模塊7。雖然也考慮到使用作為第一碳酸氣溶解器的靜態(tài)混合器，但要想有效地將碳酸氣溶于水，靜態(tài)混合器的單元數(shù)必需多個(gè)，因而壓力損失比膜模塊7的大，因此在本發(fā)明中，作為第一碳酸氣溶解器理想的是使用膜模塊7。模的種類可以舉出平膜、管型膜、中空絲膜、螺旋型膜等，從裝置的緊湊化、易操作考慮，優(yōu)選中空絲膜。
可以使用各種膜，只要其氣體透過性優(yōu)良，多孔質(zhì)中空絲膜也好，非多孔質(zhì)中空絲膜也好。在使用多孔質(zhì)中空絲膜的場合，其表面的開口孔徑優(yōu)選為0.01到10μm。
最優(yōu)選的中空絲膜是如所述的薄膜狀的非多孔質(zhì)氣體透過層兩面用多孔質(zhì)層夾著的三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合中空絲膜，非多孔質(zhì)氣體透過層(膜)是氣體通過向膜基質(zhì)的溶解、擴(kuò)散結(jié)構(gòu)而透過的膜，它實(shí)質(zhì)上只要不含有象諾森(Kundsen)流動(dòng)一樣的氣體以氣體狀透過的孔，任何的都可以。通過使用這樣的非多孔質(zhì)，可對(duì)碳酸氣進(jìn)行供給、滲解，而該碳酸氣在碳酸水中不會(huì)作為氣泡放出，并且溶解效率良好，同時(shí)可對(duì)任意的濃度控制性良好，并能易于溶解。另外在多孔質(zhì)膜的場合，很少產(chǎn)生逆流，即不會(huì)發(fā)生諸如溫水經(jīng)過細(xì)孔向氣體供給側(cè)逆流的現(xiàn)象。三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合中空絲膜形成為其非多孔質(zhì)層的透過性優(yōu)良的極薄的薄膜狀物質(zhì)，因其受到多孔質(zhì)保護(hù)，難以受到損傷，因此令人滿意。
中空絲膜的膜厚度，優(yōu)選從10μm到150μm。如未滿10μm，膜的強(qiáng)度容易不足，又如果超過150μm，碳酸氣透過速度易下降并且溶解效率降低。在三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合中空絲膜的情形，非多孔質(zhì)膜的厚度優(yōu)選0.3到2μm。如不滿0.3μm，容易產(chǎn)生膜的劣化，如果膜劣化，就開始容易發(fā)生滲漏。另外，如超過2μm，碳酸氣的透過速度下降、溶解效率容易降低。
作為中空絲膜的膜材料，可以列舉優(yōu)選有機(jī)硅系、聚烯烴系、聚酯系、聚酰胺系、聚酰亞胺系、聚砜系、纖維素系、聚氨酯系等。作為三層結(jié)構(gòu)復(fù)合中空絲膜的非多孔質(zhì)膜的材質(zhì)，可列舉優(yōu)選聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基戊烯-1、聚二甲基硅氧烷、聚乙基纖維素、聚苯醚等，由于制膜性良好、溶出物少，特別優(yōu)選聚氨酯。
中空絲膜的內(nèi)徑優(yōu)選50-1000μm。如不滿50μm，在中空絲膜內(nèi)流動(dòng)的碳酸氣或者溫水的流動(dòng)路徑阻力增大，碳酸氣或者溫水的供給變得困難起來。另外，如超過1000μm，溶解器的尺寸變大，不能成為緊湊型。
本發(fā)明中，重要的是向第一碳酸氣溶解器供給水及碳酸氣，并將所得到的碳酸水供給第二碳酸氣溶解器。
本發(fā)明中，在第一碳酸氣溶解器中使碳酸氣溶于水，越是接近第一碳酸氣溶解器的出口處，越是存在未溶解的碳酸氣增多、溶解效率降低的傾向，第二碳酸氣溶解器具有溶解上述未溶解的碳酸氣、抑制溶解效率降低的作用。在制備游離碳酸濃度在800mg/L或800mg/L以上、尤其是1000mg/L或1000mg/L以上的高濃度碳酸水時(shí)，未溶解的碳酸氣量的增大顯著，本發(fā)明對(duì)制備這樣的高濃度碳酸水特別有效。另外，根據(jù)情形再連接第三以后的更多臺(tái)的碳酸氣溶解器也沒關(guān)系。
用在第一碳酸氣溶解器的膜模塊7，尤其在一次通過型的場合時(shí)增加膜面積，能進(jìn)一步提高溶解效率，但本發(fā)明中，即使將膜面積小的膜模塊7用在第一碳酸氣溶解器，也由于膜模塊制備的碳酸水通過第二碳酸氣溶解器，因而能溶解在第一碳酸氣溶解器中未溶解的碳酸氣，并能容易提高溶解效率。
在循環(huán)型的場合，越是提高循環(huán)泵12’的流量/碳酸氣的流量比，就越能提高溶解效率，但越是提高其比例，循環(huán)泵的流量多起來，而碳酸氣的流量開始減少，產(chǎn)生消耗電力增加或制備時(shí)間延長的缺點(diǎn)?？墒?，與沒有第二碳酸氣溶解器的情形相比，通過使用本發(fā)明的第二碳酸氣溶解器，即使循環(huán)泵的流量/碳酸氣的流量比相同，由于溶解效率提高，如果欲達(dá)到相同的溶解效率，則可降低循環(huán)泵的流量/碳酸氣的流量比，即可以減少消耗電力，又可以縮短制備時(shí)間。
碳酸水的水溫優(yōu)選30℃到45℃的范圍，如果在此范圍，最具有保溫效果，并且因?yàn)榭梢允孢m的沐浴而更可取。
如圖2的循環(huán)型的場合，循環(huán)泵12’是必要的。作為泵，優(yōu)選具有自吸性能的容積式定量泵。由于使用該泵，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)和經(jīng)常固定的循環(huán)水量。另外，如果碳酸水成為高濃度，形成容易發(fā)生起氣泡、成為氣泡豐富的狀態(tài)，但是即使在這種情形，如果使用具有初期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沒有引水也能啟動(dòng)的具有自吸性能的泵，就能夠穩(wěn)定地供水。
作為第二碳酸氣溶解器，優(yōu)選靜態(tài)混合器13。由于靜態(tài)混合器13機(jī)械地分離流體，使碳酸氣分散。關(guān)于詳情，例如，萩原新吾監(jiān)修、靜態(tài)混和器基礎(chǔ)與應(yīng)用、日刊工業(yè)新聞社發(fā)行(昭和56年9月30日初版第1印刷發(fā)行)的第一章已有詳細(xì)的說明。
此處使用的靜態(tài)混合器13，特別優(yōu)選使用定子(stator)型及/或科尼克斯(Kenics)型。所謂定子型就是US 4093188號(hào)公報(bào)等公開的靜態(tài)混合器，其結(jié)構(gòu)是每級(jí)有3個(gè)半橢圓形的緩沖板組成，這些緩沖板是沿著中心軸2個(gè)交叉的緩沖板與相對(duì)側(cè)的另一個(gè)緩沖板組合而成的。另一個(gè)科尼克斯(Kenics)型是在管中向右方向擰的螺旋狀單元和向左方向擰的螺旋狀單元交錯(cuò)配置的結(jié)構(gòu)組成，也有稱為螺旋型。
上述這些適用于本發(fā)明的靜態(tài)混合器，它們能在壓力損失少的狀態(tài)下將碳酸氣以高溶解效率溶于水，并且能廉價(jià)供給。
在靜態(tài)混合器13中以相同的流量流水時(shí)，在一條路徑上存在的單元數(shù)越多則越容易使其混合，所生成的碳酸水的游離碳酸濃度有增高的傾向。
然而，如果單元數(shù)多于100，則一方面生成的碳酸水的游離碳酸濃度達(dá)到頂點(diǎn)，另一方面進(jìn)行通水時(shí)產(chǎn)生的壓力損失極其大，通水就成為困難。
一方面，如果單元數(shù)少于5，由于憑籍靜態(tài)混合器使溶解效率上升的效果會(huì)消失，因此靜態(tài)混合器13的單元的下限，優(yōu)選5或5以上，更優(yōu)選10或10以上。另外，單元數(shù)的上限，優(yōu)選100或100以下，更優(yōu)選50或50以下。
還有，靜態(tài)混合器13就使用1臺(tái)也行，但是也可以將數(shù)臺(tái)呈串聯(lián)連接使用。所謂串聯(lián)連接時(shí)的單元數(shù)，是指在一條流通路徑中存在的單元數(shù)，如將每臺(tái)單元數(shù)為7的靜態(tài)混合器5臺(tái)串聯(lián)連接時(shí)，存在于一個(gè)流通路徑的單元數(shù)成為35個(gè)。
靜態(tài)混合器13也可以將數(shù)臺(tái)并聯(lián)連接使用。如并聯(lián)連接使用，一方面能保持壓力損失低的狀態(tài)，一方面能增加一次生成的碳酸水量，所以是可取的。
在并聯(lián)連接的場合，例如，即使是將每臺(tái)單元數(shù)為20的靜態(tài)混合器5臺(tái)并聯(lián)連接時(shí)，存在于一條流通路徑上的單元數(shù)成為20。
靜態(tài)混合器13的單元直徑如果過細(xì)，壓力損失會(huì)升高，由于在大流量下不能通水，因此內(nèi)徑的下限優(yōu)選5mm或5mm以上，更優(yōu)選10mm或10mm以上。
如把靜態(tài)混合器13的單元直徑加粗，即使提高供給水的流量，也有通水時(shí)的壓力損失降低的傾向。
然而，如果供給的必要水的流量過大，由于碳酸水制備裝置成為大型裝置，作為其內(nèi)徑的上限優(yōu)選100mm或100mm以下，更優(yōu)選50mm或50mm以下。
憑籍通過第一及第二碳酸氣溶解器，雖然可以很有效地使碳酸氣溶解于水中，但無論效率怎么高，還是存在一部分未反應(yīng)的碳酸氣。在制備大量碳酸水時(shí)，為了完全消除給人體增加危害的可能性，優(yōu)選在第二碳酸氣溶解器的后面設(shè)置氣液分離器14。而且將氣液分離器14連通在氣體排出口15。
氣液分離器14，例如，可以使用連接于排氣閥的T型配管。
于是，由于設(shè)置了氣液分離器14，不使未反應(yīng)的碳酸氣流出到浴槽17，但是假設(shè)因氣體排出口堵塞時(shí)等某些故障，使氣液分離器14不發(fā)生作用時(shí)，優(yōu)選在氣液分離器14的下游側(cè)的導(dǎo)管設(shè)置氣泡傳感器18。由于設(shè)置了氣泡傳感器18，檢測氣泡混入導(dǎo)管內(nèi)的情況，就可使裝置停止操作。氣泡傳感器18優(yōu)選超聲波式的，使用隔著導(dǎo)管配置的超聲波發(fā)送器及超聲波接收器，從透過導(dǎo)管內(nèi)的超聲波的減衰率可以感知?dú)馀荨?br> 另外，考慮到由于裝置的某些故障導(dǎo)致碳酸氣泄露的可能性，優(yōu)選在裝置中設(shè)置碳酸氣濃度傳感器及/或氧濃度傳感器。作為碳酸氣濃度傳感器，可以列舉出紅外線式、固體電解質(zhì)式等，作為氧濃度傳感器，可以列舉出磁氣風(fēng)方式、氧化鋯方式、原電池方式等。
下面，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更具體的說明。另外，表中的溶解效率按以下的公式求出。
溶解效率(％)＝碳酸水中的游離碳酸量/使用的碳酸氣量×100實(shí)施例1按照?qǐng)D1表示的一次通過型的碳酸水制備裝置制備碳酸水。在第一碳酸氣溶解器里，使用由膜面積為0.6m2的三菱麗陽株式會(huì)社制的三層復(fù)合中空絲膜制得的中空絲膜模塊，將碳酸氣以4L/min(20℃換算)、40℃的溫水以5L/min向碳酸氣溶解器供給。在第一碳酸氣溶解器的后部分連接了作為第二碳酸氣溶解器的TAH工業(yè)(株)制的定子型、靜態(tài)混合器(型號(hào)050-032F、單元直徑10.9 7mm、單元數(shù)14)。結(jié)果顯示在表1。
實(shí)施例2除將碳酸氣以3L/min(20℃換算)向氣體溶解器供給以外，其余按與實(shí)施例1相同的操作進(jìn)行。結(jié)果顯示在表1。
實(shí)施例3
除在靜態(tài)混合器中使用則武株式會(huì)社制的科尼克斯(Kenics)型、靜態(tài)混合器(DSP型、單元直徑10mm、單元數(shù)12)以外，其余按與實(shí)施例1相同的操作進(jìn)行。結(jié)果顯示在表1。
對(duì)比例1除不連接靜態(tài)混合器以外，其余按與實(shí)施例1相同的操作進(jìn)行。結(jié)果顯示在表1。與實(shí)施例1比較，溶解效率低。
表1

實(shí)施例4用圖2顯示的循環(huán)型裝置制備碳酸水。在第一碳酸氣溶解器里，使用由膜面積為0.6m2的三菱麗陽株式會(huì)社制的三層復(fù)合中空絲膜制作成的中空絲膜模塊，將碳酸氣以2L/min(20℃換算)向碳酸氣溶解器供給。在第一碳酸氣溶解器的后部分連接了作為第二碳酸氣溶解器的TAH工業(yè)(株)制的定子型靜態(tài)混合器(型號(hào)050-032 F、單元直徑10.9 7mm、單元數(shù)14)。水槽中加入水溫40℃的溫水10L，用循環(huán)泵將每分5L的溫水回流到水槽里。循環(huán)5分鐘后的結(jié)果顯示在表2。
實(shí)施例5除在靜態(tài)混合器中使用則武株式會(huì)社制的科尼克斯(Kenics)型、靜態(tài)混合器(DSP型、單元直徑10mm、單元數(shù)12)以外，其余按與實(shí)施例4相同的操作進(jìn)行。結(jié)果顯示在表2。
對(duì)比例2除不連接靜態(tài)混合器以外，其余按與實(shí)施例4相同的操作進(jìn)行。循環(huán)5分鐘后的結(jié)果顯示在表2。與實(shí)施例4比較，游離碳酸濃度、溶解效率都降低了。
對(duì)比例3除了不連接靜態(tài)混合器，碳酸氣以1L/min(20℃換算)向碳酸氣溶解器供給以外，其余按與實(shí)施例4相同的操作進(jìn)行。循環(huán)10分鐘后的結(jié)果顯示在表2。雖然有和實(shí)施例4一樣的游離碳酸濃度及溶解效率，但需要2倍的制備時(shí)間。
表2

從以上的說明也顯而易見，如果按照本發(fā)明的碳酸水的制備方法，以膜模塊為構(gòu)成要素的碳酸氣溶解器作為第一碳酸氣溶解器，將碳酸氣溶于水，并使通過第一碳酸氣溶解器的碳酸水再通過作為第二碳酸氣溶解器的靜態(tài)混合器，上述制備方法與以前的制備方法相比，結(jié)構(gòu)簡單且明顯有效地易于制得高濃度的碳酸水。
權(quán)利要求
1.一種碳酸水制備裝置，其特征在于，包括碳酸氣供給裝置；水供給裝置及/或水循環(huán)裝置；與所述碳酸氣供給裝置和所述水供給裝置及/或水循環(huán)裝置相連接的第一碳酸氣溶解器；以及連接于所述碳酸氣溶解器的碳酸水排出側(cè)的第二碳酸氣溶解器。
2.如權(quán)利要求1所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，所述碳酸氣供給裝置只與第一碳酸氣溶解器連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，所述第一碳酸氣溶解器具有膜模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，所述膜模塊包含中空絲膜。
5.如權(quán)利要求4所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，所述中空絲膜為薄膜狀的非多孔質(zhì)氣體透過層兩面用多孔質(zhì)層夾著的三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合中空絲膜。
6.如權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，所述第二碳酸氣溶解器包含靜態(tài)混合器。
7.如權(quán)利要求6所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，所述靜態(tài)混合器是定子型及/或科尼克斯(Kenics)型。
8.如權(quán)利要求6或7所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，所述靜態(tài)混合器的單元數(shù)為5～100。
9.如權(quán)利要求6～8中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，所述靜態(tài)混合器的單元直徑為5～100mm。
10.如權(quán)利要求1～9中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，處于所述碳酸氣供給裝置的下游，在所述第一碳酸氣溶解器的上游配置有碳酸氣流量控制裝置。
11.如權(quán)利要求1～10中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，在所述第一碳酸氣溶解器的上游配置有水的流量控制裝置。
12.如權(quán)利要求1～11中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，在所述第一碳酸氣溶解器的上游有增壓泵。
13.如權(quán)利要求12所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，所述碳酸水制備裝置的水或碳酸水流動(dòng)的管道中配置有所述增壓泵的啟動(dòng)/停止用流量開關(guān)。
14.如權(quán)利要求1～13中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，在所述第二碳酸氣溶解器的下游配置有分離碳酸水和未溶解碳酸氣的氣液分離器。
15.如權(quán)利要求14所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，在所述氣液分離器的下游配置有氣泡傳感器。
16.如權(quán)利要求15所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，所述氣泡傳感器為超聲波式。
17.如權(quán)利要求1～16中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備裝置，其特征在于，具有碳酸氣濃度傳感器及/或氧濃度傳感器。
18.一種碳酸水制備方法，其特征在于，向第一碳酸氣溶解器供給水及碳酸氣，以及將得到的碳酸水供給第二碳酸氣溶解器。
19.如權(quán)利要求18所述的碳酸水制備方法，其特征在于，在所述第一碳酸氣溶解器中使水一次通過。
20.如權(quán)利要求18所述的碳酸水制備方法，其特征在于，使水通過所述第一碳酸氣溶解器后循環(huán)。
21.如權(quán)利要求18～20中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備方法，其特征在于，只給所述第一碳酸氣溶解器供給碳酸氣。
22.如權(quán)利要求18～21中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備方法，其特征在于，所述第一碳酸氣溶解器具有膜模塊。
23.如權(quán)利要求22所述的碳酸水制備方法，其特征在于，所述膜模塊含有中空絲膜。
24.如權(quán)利要求23所述的碳酸水制備方法，其特征在于，所述中空絲膜為薄膜狀的非多孔質(zhì)氣體透過層兩面用多孔質(zhì)層夾著的三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合中空絲膜。
25.如權(quán)利要求18～24中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備方法，其特征在于，所述第二碳酸氣溶解器由靜態(tài)混合器構(gòu)成。
26.如權(quán)力要求25所述的碳酸水制備方法，其特征在于，所述靜態(tài)混合器是定子型及/或科尼克斯(Kenics)型。
27.如權(quán)利要求25或26所述的碳酸水制備方法，其特征在于，所述靜態(tài)混合器的單元數(shù)為5～100。
28.如權(quán)利要求25～27中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備方法，其特征在于，所述靜態(tài)混合器的單元直徑為5～100mm。
29.如權(quán)利要求18～28中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備方法，其特征在于，向所述第一碳酸氣溶解器供給設(shè)定流量的碳酸氣。
30.如權(quán)利要求18～29中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備方法，其特征在于，向所述第一碳酸氣溶解器供給設(shè)定流量的水。
31.如權(quán)利要求18～30中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備方法，其特征在于，在所述第一碳酸氣溶解器的上游配置增壓泵，將經(jīng)增壓泵增壓的水供給所述第一碳酸氣溶解器。
32.如權(quán)利要求31所述的碳酸水制備方法，其特征在于，在水或碳酸水流動(dòng)的管道中配置流量開關(guān)，并且只在管道中存在水或碳酸水時(shí)驅(qū)動(dòng)所述增壓泵。
33.如權(quán)利要求18～32中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備方法，其特征在于，生成的碳酸水的溫度范圍為30～45℃。
34.如權(quán)利要求18～33中任何一項(xiàng)所述的碳酸水制備方法，其特征在于，生成的碳酸水中游離碳酸濃度范圍為800～1500mg/L。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠以良好的效率得到高濃度的碳酸水的制備裝置及其制備方法，所述制備方法包括通過用膜模塊制成的第一碳酸氣溶解器(7)使碳酸氣溶于水，并使通過第一碳酸氣溶解器(7)的碳酸水再通過作為第二碳酸氣溶解器的靜態(tài)混合器(13)，這與以前的碳酸水的制備裝置及其制備方法相比，結(jié)構(gòu)簡單且能夠明顯有效地易于得到高濃度的碳酸水。
文檔編號(hào)B01F13/10GK1665584SQ03816059
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2003年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月8日
發(fā)明者大谷內(nèi)健, 榊原巨規(guī), 田阪廣, 佐藤正明, 板倉正則, 讃井克彌 申請(qǐng)人:三菱麗陽株式會(huì)社, 三菱麗陽工程株式會(huì)社