自作ＣＯ２発生器その３（化学反応式）

動作原理、作り方については以前製作したものに準じているのでこちらをご覧ください。
作ってみようと思われる方は構造や動作原理をしっかり理解してから工作にとりかかって下さい。

今回は、私と違うアプローチでクエン酸と重曹の化学反応によるＣＯ２発生器を製作されている「地味に水草水槽さん」のサイト（サイトを終了されたのでリンクを外しました）を参考に確実なタイマー制御ができるものをテーマに製作しました。
参考にさせていただいた発生器はエアーポンプの圧力でクエン酸を送り出すのが特徴で、エアーポンプの風量を調節することによりＣＯ２の発生量を制御されています。私が以前に作った発生器は２本のボトル間の圧力差で動作する構造で動力源を必要としないのですが、最初にセットした時のボトルの圧力が基準となるのでボトルの圧力調整やスピコンの微調整が必要で温度変化などでＣＯ２の発生が安定しないこともありました。
今回はクエン酸ボトルをエアーポンプで加圧して、ＣＯ２添加量の調節をスピコンでコントロールする方法にしました。基本的には一度スピコンの絞り具合を設定すれば後で何度も調整をし直す必要はありません。スピコンへの水分やゴミの影響がちょっと気になりますが今のところ壊れてはいません。反応（重曹）ボトルの圧力がエアーポンプの圧力より高い時にはクエン酸の滴下が止まる構造なのでスピコンで添加量を絞っても反応ボトル内の圧力が上がり続けることはありません。スピコンはそれなりの値段がしますが高圧ボンベによるＣＯ２添加のようにバブルカウンターの泡の様子を見ながらリアルタイムで添加量を調節することが出来るのでそれなりのメリットはあります。
外部から安定した一定圧力がかかるのでクエン酸ボトルに気体を溜める必要が無くなりサブタンクは不要になり、温度差による影響からも解放されます。エアーポンプを止めるとやがてＣＯ２の発生も止まるので高価な電磁弁を使わずにタイマーのみでＯＮ　ＯＦＦが可能です。ただし、エアーポンプの電源をＯＦＦにしてもしばらくの間はＣＯ２の添加が続くのでその時間を考慮して少し早い目にタイマーが切れるようにセットします。
エアーポンプで作り出せる圧力が基準となると、高圧が必要なＣＯ２ストーンなどの拡散器が使えなくなるので細かい泡の出るエアーストーンや圧力を必要としないＣＯ２ミキサーなどで対応をします。
エアーポンプを使うことにより常に安定した圧力が得られることで発生器の構造が少し簡単になり部品点数も少なくすることができました。何より１滴／２～３秒のような微量の添加でも動作が安定しているので、小さな水槽にも安心して使えるようになりました。確実にリスタートもできるようになったので今回のバージョンⅢはかなり実用レベルです。
数日経つと反応が鈍ってくるので定期的に底に溜まっている重曹をかきまぜる必要があるのですが、まだ決定的な対処法が見つかっていません。今はクエン酸の濃度を下げることで対処をしています。クエン酸液の濃度を下げると反応は安定するのですがそのかわり中身の交換のインターバルが短くなります。現在の状態では連続添加（グラスカウンターで１滴／２秒）だと７～１０日ぐらいで反応は終わります。発酵式と同程度に見えますが、今回はタイマー制御が確実にできるので添加時間を８時間に設定すれば単純計算だと１ヶ月もつ計算になります、実際には起動時に少し添加量が増えるのでもう少し時間は短くなりますが最後まで添加量を一定に保つことができるので発酵式に比べると結構なアドバンテージがあります。
ランニングコストは小型ボンベ使用よりかなり安くなり、二酸化炭素を７４ｇ（小型ボンベ１本分）発生させるのに必要なランニングコストを私が買った金額から計算してみると￥１７０ほどでした。

材料
５００ｃｃのペットボトル（炭酸飲料用）／３本
６ｍｍシリコンチューブ
５ｍｍプラパイプ
５ｍｍプラ棒
逆流防止弁（弁がシリコン製のもの）／２個
エアーポンプ（小型のもので可）
タイマー
スピードコントローラー（低速制御型）
クエン酸
重曹（炭酸水素ナトリウム）
細かい泡の出るエアーストーン
プラストーン

作り方
今回もペットボトルを３本使いますが使い方はガラッと変わります。
ペットボトルの蓋に５．８ｍｍのドリルで穴を２か所開け、長さ５ｃｍに切ったプラパイプに６ｍｍシリコンチューブを被せたものを穴に差し込みます。



この蓋を３組作ります。 （蓋の加工方法はこちら）
クエン酸ボトルの蓋はジョイントの片方に底まで届くシリコンチューブをつないだ逆流防止弁を取り付けます。弁の方向は上向き（クエン酸ボトル→重曹ボトル）です。



逆流防止弁は弁がシリコン製であれば一般的なもので構いません、液体を通す構造上接続部分が濡れて外れやすいのでボトルの中に仕込んであります。逆流防止弁は無くても動作しますがクエン酸ボトルへの重曹液の逆流を防ぐための安全対策上必要なパーツです。



（左から　クエン酸ボトル　重曹ボトル（１）　重曹ボトル（２）　）

重曹（反応）ボトル（１）の蓋のジョイントの内側の片方に５～６ｃｍのシリコンチューブを取り付けます。ボトルに溶液がいっぱいになった時に重曹ボトル（２）に流れ込むようにするためですね。
重曹ボトル（２）の蓋も片方に５～６ｃｍのシリコンチューブを取り付けます。こちらは重曹ボトル（１）からのジョイントに接続します。
上の写真のように全てのジョイントにシリコンチューブを接続します。
これで基本的には完成なのですが、この状態で起動すると（エアーポンプの電源を入れると）クエン酸ボトルの圧力が一気に上がってしまい重曹ボトルの圧力がエアーポンプの圧力と同じになるまでクエン酸が重曹ボトルに滴下される構造なので、重曹ボトルの圧力が上がるまでに必要以上のクエン酸が大量に投入されてしまって想定外の二酸化炭素が発生してしまいます。
そこで、クエン酸を添加する部分に抵抗になる構造を付け加えます（水道の蛇口から水をチョロチョロと出すイメージですね）
５ｍｍのプラ棒（タミヤ製）を１ｃｍぐらいに切り、縦方向に目立てヤスリでほんの少しだけ溝を付けます（下の黄色で囲んでいる部分です）



これをエアーポンプからのホースの途中に差し込んでエアーの流量を極端に下げます（エアーは細～い溝の部分を通り抜けます）



これと同じものをもう1個作りクエン酸ボトルの中のクエン酸を吸い上げるシリコンチューブの先にも同じように取り付けます
こちらはゴミが詰まるのを防ぐために適当な大きさに切りつめたプラストーンをフィルター代わりにシリコンチューブに被せておくとトラブルが防げます。
これでエアーポンプのスイッチＯＮとともにクエン酸が重曹ボトルに一気に流れ込むのをある程度防ぐことができます。
起動すると数日間は反応が続くのですがこのままだと徐々に反応が鈍ってくるので　ここでまたまたひと工夫です。
クエン酸ボトルからのチューブをつないでいる重曹ボトルのジョイントを２５ｃｍほどの長さの５ｍｍプラパイプに交換します。

　→　

もちろん蓋と接する部分には６ｍｍシリコンチューブを被せてＣＯ２が漏れないようにしておきます。
このパイプにクエン酸からのチューブをつなぐと沈澱している重曹の中にクエン酸溶液を注入する構造になります。ついでにこのプラパイプは重曹をかき混ぜるマドラーの役目もします。水槽の様子を見るついでに時々ぐりぐりとボトルの中の重曹をかるくかき混ぜます。圧力がかかっている時にプラパイプで中身をかき混ぜても隙間から圧力が漏れることはありません。
これでやっと安定してＣＯ２を添加することができるようになります。

ちょっとおさらいをしておくと

　左から　クエン酸ボトル　重曹ボトル（１）　重曹ボトル（２）

１：エアーポンプからのホースです（途中に風量を制限する溝を掘った栓を入れてあります）
２：となりの重曹ボトル（１）の３のプラパイプ（クエン酸溶液滴下用）に接続します。
４：重曹ボトル（２）の５のジョイントに接続します。
６：スピコン、逆流防止弁、バブルカウンター経由で水槽へ。

エアーポンプでクエン酸ボトルの圧力が上がると２、３経由で重曹ボトル（１）にクエン酸が流れ込み重曹と反応してＣＯ２が発生するとともに圧力が上がります。圧力がクエン酸ボトル（エアーポンプの圧力）＜重曹ボトル（１）になるとクエン酸の滴下が止まるので反応も止まります。水槽に６に接続してあるチューブで水槽にＣＯ２が添加されているので徐々に重曹ボトルの圧力が下がりクエン酸ボトルよりも圧力が低くなると再びクエン酸が流れ込んでＣＯ２が発生します。後はクエン酸溶液が無くなるまでこのくりかえしでＣＯ２が添加され続けます。

最後にジョイント部分からＣＯ２漏れが無いかチェックして完成です。

使用方法
クエン酸ボトルにクエン酸１００ｇと水を４００ｃｃ入れてよく混ぜてクエン酸を溶かしておきます。
濃いクエン酸溶液にすると長持ちしそうですが、濃すぎると最初のうちは調子がいいのですが何日か経つと反応が鈍くなり効率が極端に落ちます。
重曹ボトル（１）に重曹を２００～２５０ｇと水を２００ｃｃ入れておきます。重曹は水に溶けにくいので沈澱した状態でＯＫです。
反応に必要な重曹の量は１３０ｇ（重量比でクエン酸：重曹＝１：１．３）なのでかなり多い目ですね。残った重曹は上澄みを捨てて重曹を継ぎ足せば次回使えるのであまり無駄にはなりません。重曹ボトル（２）にも念のため５０ｇほど重曹を入れておきます。未反応の溶液が混ざって流れ込んだ時にここで反応させるためですね。
各ボトルに蓋とチューブ類を取り付けセットは完了です。水の量は多いほど反応が安定するのですがこの量でギリギリです。これ以上水を入れると終盤であふれます。反応が進むと重曹ボトル（１）は溶液でいっぱいになり、あふれた分は重曹ボトル（２）に流れ込みます。クエン酸が無くなる頃には重曹ボトル（２）の半分ぐらいまで反応後の溶液が溜まります。上記以上の量の水を入れておくとあふれた溶液が水槽に流れ込むことになるので注意して下さい。ボトルは３本まとめてくくっておくと倒れにくくなります。スタンド状のものを作るか３本まとめて入る箱などを転倒防止のために用意して下さい。ボトルを倒すと破裂事故や中身の噴出が考ええられるので倒さないことが絶対条件です。
重曹ボトル（２）のＣＯ２添加側のジョイントに→スピコン→逆流防止弁→バブルカウンター→ＣＯ２拡散器（エアーストーンやＣＯ２ミキサー）の順に各パーツをシリコンチューブで接続します。これでセットは完了です。
エアーポンプの電源を入れるとＣＯ２の発生が始まります。初回のみ多い目にＣＯ２を発生させてボトルの中の空気を追い出してからスピコンで添加量を調節します。あとは気が向いたときに底に溜まっている重曹を（クエン酸滴下用のプラパイプを使って）軽く混ぜるだけでクエン酸溶液が無くなるまで反応は続きます。

その他気がついたことなど
できるだけ安定した高い圧力が必要なのでエアーポンプはこの発生器専用に１台用意して下さい。他のエアーポンプからエアーを分岐しての使用は不可です。

エアーポンプの効果は絶大で、発生量が不安定になることもリスタートに失敗することもありません。安心してタイマー制御ができます。

実は今回、興和製のＣＯ２ストーンを使っています。



先にＣＯ２ストーンは使えませんと書いていますがこの商品は多少目が粗く作られているのでしょうか、エアーポンプにつないでみたら何と泡が出たのです！（試して見るもんですね、泡は出ますがごく少量なので当然エアーストーンとしては使えません…念のため）　他にももう１種類ＣＯ２ストーンを持っていて（ずいぶん前に買ったのでどこの製品かは不明）こちらは表面がつるつるしていて細かい泡が出てお気に入りなのですがエアーポンプでは泡が出ませんでした。
ＣＯ２ストーンによっては今回の発生器で使えるものがあります。数日間水に浸けておいたＣＯ２ストーンをエアーポンプにつないでみて泡が出るようなら今回の発生器で使用することができます。必ず水になじんだ状態のＣＯ２ストーンでテストをして下さい。

タイマーはボンベによる添加にグレードアップした時や他のアクア機器への転用も考えてアクア用のタイマーをおすすめします。割高のように見えますが専用品だけによく考えられているのでなにかと便利です。

…と言いながら以前から気になっていたこんなタイマーを買ってみました



ホームセンターで￥９８０でした。１５分間を最小単位として何度でもＯＮ　ＯＦＦできます。円盤の回りのコマをずらすことで設定します。円盤が回り、ずらしたコマにスイッチが触れている時にスイッチがＯＮになります。２４時間タイマーなのでアクア用に使えないことはないですが本体がちょっと大きめです。コンセントに直接差し込むタイプなのでコンセントに差し込むととなりのコンセントをふさいでしまいます。

５．８ｍｍのドリルの刃、５ｍｍプラパイプ、６ｍｍシリコンチューブはセットで必須です。千枚通しなどで穴を広げるような開け方をするとＣＯ２漏れの原因になります。プラパイプは模型店、大手家電店の玩具売り場で売られているタミヤ製のものが手に入りやすいですね。

今回のＣＯ２発生器は見かけは少々複雑ですがパイプの曲げ加工などのコツが必要な工程が無く接着剤も使わないので半日もあれば完成できます。
私が今回使った工具は　電動ドライバー、５．８ｍｍのドリルの刃、目立てヤスリ（小）カッターナイフ、ハサミ　です、特殊なものはドリルの刃のみですね。

この発生器は少しぐらいＣＯ２漏れがあっても問題なく動作してしまうので漏れていても気が付きません。せっかくのＣＯ２が無駄になってしまうのでしっかりチェックしましょう。

クエン酸と重曹はネット通販が安くて便利です　私はここで買いました。

細かい泡の出るエアーストーンはいろいろありますがこんなのはいかがでしょうか？
アクアプランツさんで販売されているコレ（下の写真の右側）です。
「別注」「限定」「特注」などの言葉に弱いんです…私。



ＣＯ２添加用の目が細かい特注品で、通常のいぶきエアーストーン（左側）より細かい泡ので出る確率が高くなります。



スピコンは低速制御型のものを買わないと通常のタイプだと思った量に調整できないので微調整にイライラします。

発酵式では不可能な「添加量が自由に調節できる」のと「タイマー制御ができる」のが大きな魅力です。小型ボンベによる添加と比べて優っているのは製作費が多少安い事とランニングコストのみぐらいですが…

水草の量や調子に合わせて添加量を自由に調節できるのは大きなメリットで発酵式と大きく違うところです。ＣＯ２の添加が十分でないと新芽がすぐに委縮してしまうパールグラスも様子を見ながら添加量を調節することができます。

今回のバージョンは安全弁を取り付ける適切な場所見当たらないので設定していません（スペースではなく構造上の問題です）何かトラブルがあった場合に圧力が上がりすぎるとどこかのジョイントでシリコンチューブが抜けるのでボトルの破裂事故までは至らないと思いますが、中身の噴出は考えられます。チューブが折れ曲がったり詰まったりしても反応が止まる程度なのでそれほど問題にはなりません、ボトルが倒れても逆流防止弁の働きで急激な反応は起こらない構造にしてありますが溶液が水槽に流れ込むかも知れません。

圧力がかかっている状態の時に何か作業をする場合には必ず最初にクエン酸ボトルのエアーポンプからのチューブを抜いてクエン酸ボトルの圧力を抜いてから作業に取り掛かって下さい。


☆今回のＣＯ２発生器は穏やかな反応の発酵式と違い、アクシデントによっては急激な反応もありえるので特に安全対策を常に考えて工作、使用をしてください。

☆この記事には補足があります。


製作される前に必ずこちらをお読み下さい。

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今回のオマケ画像

「モウセンゴケ」　ですね。　あまりの小ささに久しぶりに三脚を使いました。
いただいた種を浮舟式栽培箱に蒔いたのですが、気が付いた時にはこんな状態になっていました。極小ですがいっちょまえに粘液を出しています。
写真では大きさが分かりにくいので定規を置いてあります、目盛部分のみが下部に少しだけ写っています、１目盛が１ｍｍです。