MAGAZINE / 08 · SCIENCE

浴槽の滞留時間、鮮度、循環式との比較

温泉を科学する

石造りの露天風呂から透き通った湯があふれる様子

温泉が好きな人なら、「源泉かけ流し」という言葉に、特別な魅力を感じることがあるのではないだろうか。

浴槽の湯口から、新しい温泉が絶えず注ぎ込まれている。そして、浴槽の縁から温泉があふれ、そのまま流れ去っていく。 見ているだけでも気持ちがよい光景だ。

温泉が惜しげもなく注がれ、使われた温泉がふたたび浴槽へ戻ることはない。自然から湧き出した温泉を、そのまま身体で受け止めているような感覚がある。

だが、改めて考えてみると、疑問が生まれる。源泉かけ流しの温泉は、なぜ魅力的なのだろう。 新しい温泉が常に入ってくるからだろうか。それとも、源泉から湧き出したときの成分が、よく保たれているからだろうか。

温泉は地表に湧き出してから、温度や圧力の変化、酸素との接触によって、さまざまな化学反応を起こす。この変化を踏まえると、源泉かけ流しの魅力を、もう少し具体的に説明できるようになる。

ただし、最初に断っておきたい。源泉かけ流しであれば、必ず泉質が優れているわけではない。また、必ずしも衛生的であるとも限らない。

温泉の使い方によって何が変わり、何が変わらないのか。変わるものと変わらないものを見分けることが、温泉の面白さを知るためには大切だと思う。

まず、言葉の意味から整理しておこう。

一般に、かけ流しとは、浴槽へ新しい温泉を入れ続け、浴槽からあふれた温泉を回収して再利用しない方式を指す。

一方、循環式の温泉では、浴槽の温泉を回収し、ろ過や加温、消毒などをしたうえで、ふたたび浴槽へ戻すことがある。両者の大きな違いは、浴槽の温泉をもう一度使うかどうかだ。

ただし、「かけ流し」という言葉だけでは、源泉をどんな状態で使っているのかまでは分からない。 たとえば、高温の温泉を水で薄めて浴槽へ入れ、そのまま流している場合もある。低温の源泉を加温して使っている場合もある。

日本温泉協会は、温泉を常に入れ続けて再利用しない「温泉かけ流し」、加水せずに入れる「源泉かけ流し」、加水も加温もしない「源泉100%かけ流し」といった用語を、区別して説明している。

ただし、これらは温泉の使い方を説明するための用語であり、すべての施設で統一された表示がされていると考えるべきではない。 実際の使い方は、施設に掲示された情報で確かめる必要がある。

温泉法では、加水、加温、循環、消毒などをしている場合には、加水などをしていることと、その理由を掲示することが求められている。

源泉かけ流しを理解するには、言葉の印象ではなく、実際に温泉がどのように浴槽へ入れられているのかを見る必要がある。

浴槽の中の水の流れについて考えてみたい。

浴槽に一定の量の温泉がたまっていて、新しい温泉が絶えず注がれているとしよう。同じ量の温泉が浴槽からあふれていれば、浴槽全体の水の量は変わらない。だが、浴槽の中の水は、少しずつ新しいものへ入れ替わっている。

入れ替わりには、どのくらいの時間がかかるのだろう。

たとえば、4,000リットル入る浴槽に、毎分40リットルの温泉が注がれているとする。単純に計算すれば、100分で浴槽の容量と同じ4,000リットルの温泉が入ってくる。

では、100分たてば浴槽の温泉はすべて入れ替わるのだろうか。実は、そうとは限らない。

浴槽の中では、新しく入ってきた温泉と、もともと入っていた温泉が混ざり合う。すると、古い温泉の一部は外へ流れ出す一方で、別の一部は浴槽の中に残り続ける。 水理学では、水が入れ物の中にとどまる時間を「滞留時間」と呼んで考える。

先ほどの例で、浴槽の水が均一に混ざり合っていると仮定してみよう。浴槽の容量を流入量で割ると、100分という数字が出る。100分は、浴槽の水が完全に混ざると仮定したときの平均滞留時間にあたる。

だが、100分たった時点で、もともと入っていた温泉が完全になくなるわけではない。古い温泉の割合は、時間とともに指数関数的に減っていく。 この条件では、100分後にも古い温泉が約37%残る計算になる。約300分、つまり5時間たって、ようやく古い温泉の割合が約5%になる。

もちろん、これは浴槽の中が均一に混ざっていると仮定した、単純な計算だ。実際の浴槽では、湯口や排水口の位置、浴槽の形、温度差による対流、入浴する人の動きなどによって、水の流れは変わる。

たとえば、湯口と排出口が近ければ、新しく注がれた温泉の一部が、浴槽全体に行き渡る前に流れ出してしまうことがある。 反対に、浴槽の隅や底の近くに水の流れが弱いところがあれば、古い温泉が比較的長く残ることもある。

つまり、かけ流しの浴槽であっても、温泉がどれだけ新しく保たれているかは、湧出量と浴槽の大きさ、そして水の流れ方によって違う。

同じ源泉かけ流しでも、大きな浴槽に少量の温泉を注いでいる場合と、小さな浴槽に豊富な温泉を注いでいる場合では、浴槽の温泉が入れ替わる速さはまったく違う。 温泉の新しさを考えるなら、源泉かけ流しかどうかだけでなく、湯量と浴槽の大きさにも目を向ける必要がある。

では、源泉の湧出量が多ければ、必ずよい温泉になるのだろうか。

もちろん、湯量だけで温泉の価値が決まるわけではない。だが、豊富な湯量には、はっきりした特徴がある。

まず、浴槽へ大量の新しい温泉を入れることができる。同じ大きさの浴槽なら、流入量が多いほど平均滞留時間は短くなり、浴槽の水が入れ替わる速さが上がる。

また、地表で変化しやすい成分を含む温泉では、新しい温泉が絶えず補給されることで、浴槽の中の状態が、源泉から入ってくる温泉に近づきやすくなる。

たとえば、硫化水素を含む温泉を考えてみよう。硫化水素は、浴槽の中で気体として抜けたり、酸化されたりすることがあり、時間がたつほど濃度が下がる場合がある。だが、湯口から硫化水素を含む新しい温泉が絶えず入ってくれば、硫化水素は失われる一方ではなく、補給され続ける。

二酸化炭素についても同じだ。遊離二酸化炭素を多く含む温泉では、浴槽にたまっているあいだにガスが抜けていくことがある。だが、供給量が十分に多ければ、ガスを含んだ新しい温泉が絶えず入ってくる。

浴槽では、成分が失われたり変わったりする一方で、新しい温泉によって成分が補給されている。そのため、浴槽の温泉の化学的な状態は、源泉から何分たったかだけでなく、新しい温泉が入ってくる速さと、成分が失われる速さとの兼ね合いによっても決まる。浴槽の中でも、小さな化学反応が絶えず起きていると考えることができる。

ただし、流入量が多ければ必ず源泉の成分が保たれるわけではない。たとえば、浴槽へ入れる前に長い配管や開放された貯湯槽を通っていれば、途中ですでにガスが失われている可能性がある。 また、勢いよく水面へ落とすことで、かえってガスが抜けやすくなる場合もある。

源泉の状態をよく保つには、湯量が多いことだけでなく、源泉から浴槽までの温泉の送り方も大事になる。

ここまで考えると、源泉かけ流しなら新鮮な温泉だ、という単純な理解には注意が必要だと分かる。

たとえば、山の中に自然に湧き出す温泉があるとしよう。源泉のすぐ近くに小さな浴槽があり、湧き出した温泉が短い経路で直接流れ込んでいる。しかも源泉の湧出量が十分に多く、浴槽の温泉が常に入れ替わっている。この場合、浴槽の温泉は、源泉から湧き出したときの状態に比較的近い可能性がある。

一方、源泉から数km離れた施設へ温泉を送っている場合を考えてみよう。浴槽へ注がれたあとに再利用していなければ、この温泉もかけ流しと呼べる。だが、源泉から施設までのあいだに、温度が下がったり、ガスが抜けたり、成分が沈殿したりすることがある。 つまり、同じかけ流しでも、浴槽に届いたときの状態は違う可能性がある。

もっとも、長い配管を通ることが必ず悪いわけでもない。密閉された配管で適切に管理されていれば、開放された水路よりもガスが抜けにくい場合もある。 また、源泉温度が非常に高い場合には、熱交換器を使って入浴に適した温度まで冷やすこともできる。

大事なのは、源泉からの距離そのものよりも、源泉から浴槽までの途中で温泉にどんな変化が起きているかだ。

こう考えると、温泉の鮮度には、少なくとも二つの意味があることが分かる。

一つは、浴槽に注がれてから、どれくらいの時間がたっているかという意味での鮮度だ。

もう一つは、源泉の化学的な状態が、どれくらい保たれているかという意味での鮮度だ。

二つの鮮度は、必ずしも一致しない。 かけ流しは、浴槽の温泉が入れ替わっていく方式を説明する言葉だ。だが、かけ流しという言葉だけで、源泉の化学的な状態まで保証されるわけではない。

温泉が好きな人のなかには、湯口の近くに好んで入る人もいるだろう。 実際、湯口のすぐ近くでは、浴槽のほかのところとは違う感覚を覚えることがある。

流れ込んできたばかりの温泉が身体に触れる。周りより少し温かい温泉が絶えず流れてくる。泉質によっては、硫黄の匂いや独特の肌触りが強く感じられる場合もある。

この感覚には、いくつかの理由が考えられる。

まず、水の流れそのものだ。静かな浴槽に浸かっていると、身体の表面には、周りの水とのあいだに温度差のある薄い水の層ができる。この層を「熱の境界層」という。ところが、水が流れているところでは、境界層が絶えず入れ替わる。そのため、同じ水温でも、流れのある温泉は身体へ熱を伝えやすくなる。

つまり、湯口の近くで温かさが強く感じられるのは、実際の温度が高いからだけではない。水の流れによって、身体と温泉のあいだの熱の伝わり方が変わっていることも関係している。

さらに、湯口の近くでは、浴槽に長くとどまった水よりも、新しく入ってきた源泉の割合が高い場合がある。 そのため、源泉に含まれているガスや、地表で変化しやすい成分が、比較的多く残っている可能性もある。

もちろん、すべての温泉で湯口の近くの成分が濃いわけではない。浴槽のつくりや流れによって、水の混ざり方は違う。それでも、湯口の近くで感じる心地よさには、気分だけでなく、水の流れや熱の伝わり方、成分の違いといった物理的・化学的な理由が関わっている可能性がある。

温泉に入ったときの感覚を理解するには、泉質だけでなく、温泉の流れ方も考える必要がある。

源泉かけ流しを評価することは、循環式の温泉を否定することになるのだろうか。 必ずしもそうではない。

循環式の温泉では、浴槽の温泉を回収し、ろ過や加温、消毒などをして再利用することがある。同じ水を繰り返し使うので、温泉資源の使用量を抑えることができる。 また、浴槽の温度を管理しやすく、大きな施設でも一定の入浴環境を保ちやすい。

一方、循環やろ過の過程で、温泉の成分が変わる可能性もある。たとえば、水を循環させることでガスが抜けたり、ろ過装置によって微粒子が取り除かれたりすることがある。成分によっては、源泉の特徴が弱まる場合もあるだろう。

だが、ナトリウムや塩化物イオンのように、ふつうのろ過ではほとんど取り除かれない成分もある。 つまり、循環式にしたからといって、すべての温泉成分が失われるわけではない。

また、衛生管理も大事な問題だ。浴槽には、入浴する人の皮膚から微生物や有機物などが持ち込まれる。配管や浴槽の表面には、生物膜と呼ばれる微生物の集まりができることがあり、生物膜ではレジオネラ属菌などが増える可能性がある。

こうした問題は、循環式の浴槽だけで起きるわけではない。 かけ流しの浴槽であっても、配管や貯湯槽の管理が不十分なら、微生物が増えることがある。

厚生労働省の衛生管理に関する資料でも、かけ流しの施設を含めて、配管や浴槽の洗浄、生物膜の除去、適切な消毒などの重要性が示されている。

したがって、源泉かけ流しであることは、それだけで衛生的な安全性を保証するものではない。 反対に、循環式であっても、適切な衛生管理がされていれば、安全で快適な入浴環境を保つことができる。

温泉の成分をできるだけ保ちたいという要求と、限られた温泉資源を有効に使い、安全な入浴環境を保つという要求は、ときにぶつかる。どちらがよいと単純には決められない。

ここまで、かけ流しの浴槽の水の流れや、温泉の化学的な変化について考えてきた。科学的に見れば、源泉かけ流しの魅力は、いくつかの要素に分けて考えることができる。

一つは、新しい温泉が絶えず入ってくることで、浴槽の温泉が入れ替わっていくことだ。

もう一つは、源泉から入ってきた温泉の化学的な特徴を、比較的保ちやすい場合があることだ。

そして、流れ込む温泉そのものが、浴槽の中の温度の分布や水の動きを変え、入浴したときの感覚を変えていることもある。

だが、これらはあくまで科学的に説明できる部分だ。温泉に入ったときの心地よさは、科学だけでは説明しきれない。 温泉の温度、匂い、肌触り、浴槽のつくり、周りの景色、静けさ。さまざまな要素が重なり合って、一つの入浴体験が生まれている。

そして、源泉かけ流しの温泉には、もう一つの魅力があるように思う。地下から湧き出してきた水が、目の前で流れ続けていることだ。

何千年も前に地中へしみ込んだかもしれない水が、地球内部の熱を受け取り、岩石と反応し、長い時間をかけて地表に現れる。その水が湯口から流れ出し、僕たちの身体を温め、そのまま流れ去っていく。地下から来た水の流れを、身体で直接感じられることには、特別な面白さがある。

ただし、忘れてはならないことがある。温泉は、無限に湧き続けるわけではない。

浴槽から惜しげもなく流れ去っていく温泉を見ていると、地下には無尽蔵の水があるように感じられる。だが実際には、地下の温泉資源にも限りがある。 源泉から湧き出す水には、水を補給する仕組みがあり、地下の圧力や熱が関わっている。そして、人間が温泉を取り出すことで、補給の仕組みが変わる場合もある。

温泉を豊かに楽しむことと、温泉が湧き続けられる条件を守ることは、本来、切り離せない問題なのだ。

ゆーたなかお

温泉天国 - Onsen Paradise 運営

旅と食と温泉好き。どこにでもいます。

SOURCES

  1. 日本温泉協会「温泉用語解説」(2015年)「かけ流し」「温泉かけ流し」「源泉かけ流し」「源泉100%かけ流し」の用語の違いと、加水・加温の扱いについて解説している。
  2. 環境省「温泉法施行規則の一部を改正する省令について」(2005年)温泉施設での加水、加温、循環、ろ過、消毒などについて、利用者への掲示を義務づけた制度改正を説明している。
  3. 日本温泉協会「温泉分析書の見方」(2020年)泉温、湧出量、源泉の成分などを確認する方法と、分析時点の成分が現在の浴槽の状態を保証するわけではないことを解説している。
  4. コロラド州立大学「Reactor Design and Analysis」(反応槽の設計と解析)水の流入量と容積から平均滞留時間を求める考え方を説明。浴槽の大きさと注湯量の関係を考えるための理論的な基礎資料。
  5. ドレスデン工科大学「System Analysis: First-order Processes」(一次過程のシステム解析)完全混合槽における濃度の時間変化と滞留時間の数学的な関係を解説。浴槽内の古い湯の割合を計算するモデルの参考資料。
  6. 厚生労働省「レジオネラ対策のページ」公衆浴場や旅館などの衛生管理、レジオネラ属菌の増殖防止、浴槽・配管の管理に関する指針やマニュアルを掲載している。