JP2013128882A - 水素水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶存水素の揮発劣化の心配がなく、安全・衛生的な水素水を、簡易な装置で提供すること。
【解決手段】液体を収容可能な容器、前記容器の内部に配置された、下方から上昇してくる気体の上昇を規制する部材、前記容器の内部又は近傍に配置された反応槽、前記反応槽の内部に配置された水素発生手段、及び、前記反応槽の内部上方と前記容器の内部下方とを連通する連通管、を有する、水素水製造装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的な水道水やミネラルウォーターよりも水素が高濃度で含まれている水素水を製造するための装置、及び、この装置を利用した水素水の製造法に関する。

近年、水素を高濃度で含む所謂水素水が、体内で発生した過剰な活性酸素を除去し、美容や健康に良好な影響を及ぼすとして注目されている。また、水素水は電子部品やその他の洗浄用に使用されることもある。このような水素水は、一般的には、水を電気分解したり、水に水素ボンベ等からの水素ガスを攪拌手段を用いて混合することにより製造されている（例えば、特許文献１参照）。
また、マグネシウム等の還元力を持つ金属等を入れたカートリッジを水中に入れて水素水を製造することも行われている。

特開２００４−６６０７１号公報

しかし、前述のような電気分解装置や水素ボンベを使用した製造装置は、大型／高価であり、家庭や一般の美容施設等で手軽に使用することはできない。また、このような方法で大量に製造された水素水は、通常、ガス透過率の低い材料からなる専用の容器に充填して保存されるが、長期間保存した場合には、水素水に含まれていた水素が揮散して水中の水素濃度が低下し、実際に使用する際にはもはや水素水ではなくなっているということもある。さらに、水素ボンベ等からの水素ガスを水に混合する方法の場合、水素ガスは水素分子が非常に小さい為水中に比較的容易に溶けるにもかかわらず、実際には高濃度の水素水を得るのは難しい。
また、カートリッジを水中に入れる方法の場合、水に金属等を長時間浸漬することになるため、その金属が高度に精製されたものでないと水素以外の余分な化学物質が水中に混入する可能性があり、安全、衛生的とはいえない。
そこで、本発明は、保存劣化の心配がなく、安全・衛生的な水素水を、簡易な装置で装置することを目的とする。

本発明者らは、上述の課題について検討したところ、水素ガスを水中に混合する方法において高濃度の水素水を得ることが難しい原因は、水素ガスの比重がきわめて小さいため、水と混合しても水に溶解する間もなく、直ちに水中から抜け出てしまうことにあることを突き止めた。
また、本発明者らは、携帯可能な程度に小型の装置を用いて水素水を即席で製造し、製造した水素水をそのままその場で使用してしまえば、保存に伴う問題が解決できるということにも気が付いた。
そして、以上の知見を踏まえて携帯可能な程度に小型の水素水製造装置を実現すべく鋭意検討した結果、水を入れた容器の中に、気体の上昇を規制する規制部材（好ましくは、その形状が、気体を少なくとも一時的に貯留することができるようなもの）を設けると共に、該容器内の水を、水素発生手段を内部に配置した密閉型の反応槽の内部と管（連通管）を用いて連通すれば、反応槽内部で発生した水素が、水素発生による反応槽内部の圧力の高まりによって自然に管を通じて水中に吹き込まれ、規制部材によって水中に長時間滞留して溶解し、高濃度の水素水が得られること、及び、この構成を用いれば、容器、反応槽、管、水素発生手段及び規制部材というわずかに５つの構成要素から、ボンベや攪拌器といった特別な機械的手段等を用いることなく、携帯可能な程度に小型の水素水製造装置を作製することができることを見出し、本発明を成すに至った。

すなわち、本発明は以下のとおりである。
液体を収容可能な容器、
前記容器の内部に配置された、下方から上昇してくる気体の上昇を規制する部材、
前記容器の内部又は近傍に配置された反応槽、
前記反応槽の内部に配置された水素発生手段、及び、
前記反応槽の内部上方と前記容器の内部下方とを連通する連通管、
を有する、水素水製造装置。

本発明の水素水製造装置は、小型で携帯可能であるため、水素水の使用時（たとえば、飲用したり、美顔施術等に用いたりする際）に、その場で水素水を製造することができる。そのため、本発明の水素水製造装置を用いれば、できたての高濃度の水素水を使用に供することができ、保存劣化の心配がない。
また、本発明の水素水製造装置は、非常に簡易な構成からなるため、家庭や一般の美容施設等においても手軽かつ安価に水素水を製造することができる。
さらに、本発明によれば、製造する水素水は、金属等水素以外の化学物質と接触することがないので、不要な化学物質等が水素水に混入するおそれがなく、安全な水素水を提供することができる。

本発明の水素水製造装置の一例を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態について、本発明の水素水製造装置の一例を示す概略図である図１を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、図１の例や以下に述べる実施の形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。

本発明の水素水製造装置１は、液体を収容可能な容器１１と、容器１１の内部又は近傍に配置された反応槽１２と、反応槽１２の内部上方と容器１１の内部下方とを連通している連通管１３と、反応槽１２の内部に配置された水素発生手段１４と、前記容器の内部に配置された、下方から上昇してくる気体の上昇を規制する部材１８とを有する。

まず、容器１１について説明する。
容器１１は、液体を収容可能なものであれば、その形状、大きさ、材質に限定はない。
容器１１の形状、大きさは、例えば、本発明の水素水製造装置によって製造した水素水をそのまま飲用する場合には、図１の例にようにタンブラーのような形状、サイズにしてもよい。
容器１１の材料にも限定はなく、具体例としては、金属、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やアクリル樹脂等の高分子材料、ガラス等のセラミック材料、又は、これらの材料の組合せからなる多層フィルム等が挙げられる。容器１１及び後述する反応槽１２、さらには後述する連通管１３を、ガラスやＰＥＴ等の透明な材料によって形成すると、水素が水素発生手段１４から発生し、その泡１７が連通管１３を通って水中に出てくる様子を容器１１の外から観察することができるので、利用者に臨場感を与えることができる。
容器１１には蓋はなくてもよいが、蓋を設けておくと製造した水素水がこぼれたり、水素水から水素が揮散するのを防ぐことができる。図１の例においては、ストロー１６を挿入するための穴を有する蓋１５が設けられている。

次に、反応槽１２について説明する。
反応槽１２は、水素発生手段１４に使用する化学物質や水素に対して耐性のある材料で形成されている限り、その形状や具体的な材質に限定はない。
反応槽１２の材料の具体例としては、容器１１と同様の材料、すなわち、金属、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の高分子材料、ガラス等のセラミック材料、又は、これらの材料の組合せからなる多層フィルム（いわゆる包装用フィルム等）等が挙げられる。
反応槽１２の内部は、後述する連通管１３により、容器１１の内部下方と連通されており、したがって、連通管１３を通すための孔１２１を有している。この孔の位置に限定はなく、例えば、図１の例のように底面であってもよいし、側面であってもよい。
さらに、反応槽１２は、水素発生手段１４を出し入れするための開口部１２２を有していることが好ましい。
反応槽１２は、連通管１３で容器１１の内部下方と連通されている以外は、密閉されている。密閉構造とすることにより、反応槽１２内で水素が発生すると内部圧が増加し、これによって水素を容器１１の下方に送り込むことができる。したがって、反応槽１２が図１の例のように開口部１２２を有しているものであるような場合には、組み合せて蓋を使用することが好ましい。図１の例においては、容器１１の蓋と一体的に形成された蓋１５により、反応槽１２の開口部が封止されている。
反応槽１２は、容器１１の内部又は近傍に配置される。反応槽１２が容器１１の内部に配置されていると、水素水製造装置１がコンパクトになるため好ましい。この場合、反応槽１２は、容器１１内部の上方に配置されていることが好ましく、また、水素水製造装置を携帯用として使用する場合等には反応槽１２に固定されている方が安全で持ち運びにも便利である。反応槽１２本体やその中に配置される水素発生手段１４が比較的軽い場合には、容器１１に水を満たした際に浮力により反応槽１２が持ち上げられ、傾くなどして、反応槽１２と接続された連通管１３の先端が容器１１の内部下方に位置しなくなるおそれもある。したがって、このような観点からも、反応槽１２が容器１１内部に配置される場合には、反応槽１２は固定されていることが好ましい。固定方法に限定はなく、例えば、はじめから容器１１と一体的に形成されていてもよいし、図１の例のように、容器１１と共通の蓋１５を使用することにより固定してもよい。

次に、下方から上昇してくる気体の上昇を規制する規制部材１８について説明する。本発明においては、容器１１の内部に、下方から上昇してくる水素の上昇を規制する規制部材１８を設ける。これにより、水中に吹き込まれた水素が水に溶解するよりも前に水中から抜け出るのを防ぎ、高濃度の水素水の製造が可能となる。具体的には、連通管１３から水中に出て上昇する水素の泡１７の少なくとも一部が、規制部材１８にぶつかり、その下に溜まったり、下方に押し戻されたり、微小泡に分割されたりして、規制部材１８がない場合と比較して長時間水中に滞在することになる。その結果、水に溶解する水素の割合を増加させることができる。
規制部材１８の形状に限定はなく、下方から上昇してくる水素の上昇を規制することのできる形状であれば如何なる形状でもよい。そして、本発明者らの研究によれば、例えば、図１の例に示す傘形状（或は庇形状）のように、その下に水素を貯留することができる形状にすると、より高濃度の水素水が製造できることが判明した。これは、水素が規制部材１８の下（内側）に貯留されると、水素の水中における滞留時間が長くなることに加え、貯留された水素にはその下側（及び上側）に存在する水からの静水圧がかかり、これにより水素の水中への溶解が促進されるためであると考えられるが、機序はこれによらない。したがって、規制部材１８の形状は、少なくとも一時的に気体を貯留できる形状であることが好ましい。
規制部材１８は、容器１１の内部（ただし、反応槽１２が、容器１１の内部に配置されている場合には、反応槽１２の外部）に配置されていればよく、具体的な配置位置に限定はない。例えば、図１の例のように反応槽１２が容器１１の内部に配置される場合には反応槽１２の外側面に規制部材１８を設けてもいいし、容器１１の内側面に設けることもできるし、さらには、容器１１や反応槽１２とは独立しても設けられていてもよい。
規制部材１８は、水素及び水に対して耐性のある材料で形成されていればよく、具体的な材料としては、容器１１や反応槽１２と同様の材料が挙げられる。また、規制部材１８は、容器１１や反応槽１２と一体的に形成されていてもよい。

次に、連通管１３について説明する。
連通管１３は、反応槽１２の内部上方と容器１１の内部下方とを連通するものであり、これにより、反応槽１２内部で発生した水素を容器１１に保持された水の中に導く役割を果す。
連通管１３は、水素及び水に対して耐性のある材料で形成されていればよく、具体的な材料としては、容器１１や反応槽１２と同様の材料が挙げられる。連通管１３が可撓性の材料で形成されていると取扱が容易になるため好ましい。
連通管１３は、その一端１３１が反応槽１２の内部上方に、もう一端１３２が容器１１の内部下方に位置するように配置される。さらに、連通管１３の端１３２は、そこから出る水素ガスの多くが上昇する際に規制部材１８にぶつかるよう、規制部材１８の垂直下方に配置することが好ましい。また、水素発生手段１４が液体を含む場合には、その液面１４１より上に連通管１３の端１３１が位置するように連通管１３を配置する。また、連通管１３の端１３２は、容器１１に注がれる水の量が少ない場合でも水素水が製造できるよう、なるべく容器１１の内底面に近い位置に配置することが好ましい。さらに、端１３１及び１３２の開口部に蓋１５や容器１１等の他の構成要素が接触してその口を塞ぐこのとのないように連通管１３を配置することが好ましい。
また、連通管１３は、反応槽１２本体又はこれと組み合わされた蓋に設けられた孔１２１を通って反応槽１２に接続される。その際、連通管１３と孔１２１との間にシリコンゴム等の弾性材料等からなるパッキン等を介在させると、反応槽１２の密閉度が高まるため好ましい。なお、反応槽１２が、容器１１の外部に配置される場合（図示せず）には、連通管１３は、容器１１本体又はこれと組み合わされた蓋に設けられた孔を通って反応槽１２に接続される。
連通管１３の管径（内径）に限定はなく、水素水製造装置の規模によって適宜決定すればよいが、例えば、水素水製造装置が携帯用である場合には、数ミリ程度で十分であり、また、管径が小さいと、水素ガスが細かな気泡となって、水中に放出されるため、水素ガスの水中への溶解を促し易い。

次に、水素発生手段１４について説明する。
水素発生手段１４は、水素を発生するものであれば如何なるものであってもよく、例えば、燃料電池の分野で採用されている各種水素発生手段等を使用することができる。このような手段としては、例えば、金属と酸を反応させるもの、水素化金属に水を反応させるもの、水素吸蔵合金や活性炭等の水素貯蔵材料から水素を放出させるもの等が挙げられる。
具体的には、金属（例：マグネシウム等）と固体状の酸を含む組成物の成形体からなる反応体１４１と水１４２との組合せが挙げられる。このような反応体１４１は、持ち運びや取り扱いが容易で、別途、酸溶液を用意することなく、水に浸漬するだけで簡単に水素を発生させることができるので好ましい。また、固体状の酸として、クエン酸、リンゴ酸、フマル酸等のような可食性有機酸を使用すると、誤って、反応体１４１に触れたり、服飲したりした場合でも人体に安全である。なお、反応体を構成する金属と固体状の酸を含む組成物には、さらに、バインダーを添加してもよい。このようなバインダーとしては、例えば、ヒドロキシプロピルセルロースや糖又は糖アルコール類（例えば、ショ糖、乳糖、ブドウ糖、ソルビトール、マルチトール、デキストリン）などの公知のものが挙げられるが、これに限定されない。

さらに、本発明の水素水製造装置には、本発明の趣旨に反しない限り、上述した必須の構成要素や既述の任意の構成要素（蓋、パッキン等）に加えて、さらに別の任意の構成要素を追加することができる。このような任意の構成要素としては、例えば、水１９を攪拌するための自動スターラー等の攪拌手段が挙げられるが、これに限定されない。
また、本発明の水素水製造装置は、ストローを組み合せて水素水入りの飲料容器としたり、容器の水（水素水）を噴霧する噴霧手段と組み合せて美顔器や洗浄用スプレーとすることもでき、できたてのフレッシュな水素水を飲用や美容用途、洗浄用途に供することができる。この場合、容器や反応槽が透明であれば、水素水が製造される様子を観察しながら、飲用したり、美容に用いたりすることができるので、視覚的演出効果もある。

続いて、本発明の水素水製造装置を用いて水素水を製造する方法について説明する。
本発明の水素水製造装置を用いて水素水を製造する際には、容器１１に水１９を入れ（反応槽１２が容器１１の内部に配置されている場合には、容器１１と反応槽１２の間に水を注ぎ）、水素発生手段１４から水素を発生させる。ここで、容器１１に入れる水１９の種類に限定はなく、水道水、精製水、ミネラルウォーター等から用途に応じて適宜選択すればよい。
水素発生手段１４からの水素発生が開始した後、しばらくすると、発生した水素が連通管を通って容器の内底面付近で水中に吹き込まれ、水中を上昇し規制部材１８にぶつかって（さらにその下に貯留されて）水に溶解し、或は、微細な小胞の状態で水中に留まり、水１９が水素水となる。

本発明の水素水製造装置により得られた水素水は、水素以外の化学物質と接触していないので、そのまま、飲用したり、美容用途、洗浄用途、その他各種用途に使用することができる。したがって、本発明の水素水製造装置はとりわけ携帯用に適している。

１ 水素水製造装置
１１ 容器
１２ 反応槽
１２１ 孔
１２２ 開口部
１３ 連通管
１３１ 上端
１３２ 下端
１４ 水素発生手段
１４１ 液面
１５ 蓋
１６ ストロー
１７ 泡
１８ 規制部材
１９ 水

Claims (10)

1. 液体を収容可能な容器、
   前記容器の内部に配置された、下方から上昇してくる気体の上昇を規制する部材、
   前記容器の内部又は近傍に配置された反応槽、
   前記反応槽の内部に配置された水素発生手段、及び、
   前記反応槽の内部上方と前記容器の内部下方とを連通する連通管、
   を有する、水素水製造装置。
2. 前記容器及び前記反応槽が共に透明である、請求項１に記載の水素水製造装置。
3. 前記規制部材が、少なくとも一時的に気体を貯留できる形状を有している、請求項１又は２に記載の水素水製造装置。
4. 前記規制部材の形状が、傘状である、請求項１〜３いずれか１項に記載の水素水製造装置。
5. 前記水素発生手段が、金属と固体状の酸を含む組成物の成形体からなる反応体と水との組合せである、請求項１〜４いずれか１項に記載の水素水製造装置。
6. 前記水素発生手段が、マグネシウムとクエン酸を含む組成物の成形体からなる反応体と水との組合せである、請求項５に記載の水素水製造装置。
7. 請求項１〜６いずれか１項に記載の水素水製造装置と、
   前記容器に収容された水素水を飲むためのストローと、を有する飲料容器。
8. 請求項１〜６いずれか１項に記載の水素水製造装置と、
   前記容器に収容された水素水を噴霧する噴霧手段と、を有する美顔器。
9. 前記容器に水を配する工程と、
   前記水素発生手段による水素の発生を開始する工程と
   を有する、請求項１〜６いずれか１項に記載の水素水製造装置を用いた水素水製造方法。
10. 金属と固体状の酸を含む組成物の成形体からなる反応体と水との組合せからなる、水素発生手段。