JP2004350538A

JP2004350538A - 家庭用水素溶解装置

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Publication number: JP2004350538A
Application number: JP2003149757A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Tanaka; 喜典田中; Mikio Shinagawa; 幹夫品川
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】家庭内において水素ガスを直接、食品・飲料用品に溶解させることにより、これらの酸化による劣化を簡便に防止することができると共に容易に過酸化物の還元を行うことができる家庭用水素溶解装置を提供する。
【解決手段】飲料、水系液状食品、油系液状食品のいずれかの液状物質を入れた液槽を具備する。また、上記液状物質に含まれる抗酸化物、油の酸化抑制物、過酸化物を還元するための水素を発生させる水素発生機構を具備する。さらに、水素発生機構により発生させた水素を液槽内の液状物質に供給して溶解させるための水素供給ノズルを具備する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭内において飲料、水系液状食品、油系液状食品などの飲食物の酸化を防止するのに用いられる家庭用水素溶解装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液状物質に水素を溶解させる方法や装置としては、特開２００２−３０１４８３号公報（特許文献１）等に開示されているものがあるが、これらのものは、水素ガスを純水や水道水に直接あるいは気体透過性の膜を利用して加圧溶解させるものであった。
【０００３】
水素ガスの供給方法には、あらかじめ水素ガスボンベで供給するものや、電解、ＳＰＥ電解により生成して供給するものがある。これらの水素溶解水は、原子力施設での配管の劣化防止やフラットパネルディスプレー上の微粒子除去のために用いられており、主に工場等の大規模プラントにおいて安全性を十分に備えた環境にて用いられつつある。
【０００４】
一方、家庭用、食品・飲料用の水素溶解水の装置としては、特開平１０−１１８６５３号公報（特許文献２）等に開示されているものがあり、これらのものは流水又は貯め置きの水を直接電解し、発生する水素をそのまま水の中に溶解させるものである。この技術の代表的な装置であるアルカリイオン水整水器と呼ばれるものは、流水の電解時にｐＨの変化と共に水素の溶解が起こり、水素溶解水が生成される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３０１４８３号公報
【特許文献２】
特開平１０−１１８６５３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アルカリイオン水整水器を用いた水素の溶解の場合、飲用するときの水素の溶解量は０．１〜０．２ｐｐｍであり、室温、大気圧中の水素飽和溶解量１．５ｐｐｍに比べて低く、水素の還元はある程度発揮されるが、その能力はまだ低いものである。
【０００７】
また、この飲料用液状物質の水素溶解については直接水を電解し、電極表面から生成される水素を単純な物質移動又は流水に伴って促進された物質移動によって溶解させている。これらは水自身を電気分解する手法であり、お茶、中国茶、紅茶、コーヒー等を直接電気分解することは、これらに含有している有機物、無機物、イオン種等を電気分解により有害な物質に変化させてしまうおそれがあるため、避けなければならない。また、液状の食品には味噌汁、スープ、カレー等の固形状のものを含む物が存在するが、これらを水素溶解状態にするために電解槽内に流すことは不可能である。また、同じ液体でも油の含有量が多い場合には電解処理をしても電流が流れにくいため、電解水素生成が行えず水素溶解状態に変化させることができない。
【０００８】
また、電気分解では通常、陰極側、陽極側の２槽式であるため、陽極側は発生する酸素の溶解が行われる。酸素は食品・飲料などに含まれる抗酸化物質、油分を酸化させたり、自身が過酸化水素、活性酸素などの有害なものに変化したりするため、食用としては避ける必要がある。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、家庭内において水素ガスを直接、食品・飲料用品に溶解させることにより、これらの酸化による劣化を簡便に防止することができると共に容易に過酸化物の還元を行うことができる家庭用水素溶解装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る家庭用水素溶解装置は、飲料、水系液状食品、油系液状食品のいずれかの液状物質１を入れた液槽２と、上記液状物質１に含まれる抗酸化物、油の酸化抑制物、過酸化物を還元するための水素３を発生させる水素発生機構４と、水素発生機構４により発生させた水素３を液槽２内の液状物質１に供給して溶解させるための水素供給機構５とを具備して成ることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項２の発明は、請求項１において、水素発生機構４が、固体高分子膜６による水の電気分解により水素３を発生させるように形成されて成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、液状物質１に溶解した時の水素３及び溶解した後の水素３の反応活性を増大させる水素活性部７を具備して成ることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項４の発明は、請求項３において、水素活性部７に、白金、パラジウムから選ばれる貴金属系の触媒８を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項５の発明は、請求項３において、水素活性部７に、ヒドロゲナーゼからなる酵素系の触媒８を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項６の発明は、請求項４又は５において、触媒８と同種又は異種の基材９の表面に、触媒８を付着させることにより、触媒８を付着させた後に焼成することにより、又は触媒８を付着させてこれを白金黒化することにより、成長させた触媒８を用いて成ることを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項７の発明は、請求項６において、基材９として、あらかじめ表面を粗化処理したものを用いて成ることを特徴とするものである。
【００１７】
また請求項８の発明は、請求項４又は５において、触媒８の形状が、メッシュ形状又は多孔質形状であることを特徴とするものである。
【００１８】
また請求項９の発明は、請求項３乃至８のいずれかにおいて、水素活性部７が、液状物質１内において振動又は回転可能に形成されて成ることを特徴とするものである。
【００１９】
また請求項１０の発明は、請求項１乃至９のいずれかにおいて、液槽２内において液状物質１を流動させるための流駆動部１０を液槽２に形成して成ることを特徴とするものである。
【００２０】
また請求項１１の発明は、請求項４乃至１０のいずれかにおいて、触媒８の温度を上昇させるための温度上昇機構を具備して成ることを特徴とするものである。
【００２１】
また請求項１２の発明は、請求項４乃至１１のいずれかにおいて、触媒８に電位を付与するための電位付与機構を具備して成ることを特徴とするものである。
【００２２】
また請求項１３の発明は、請求項１乃至１２のいずれかにおいて、水素供給機構５が、水素３を供給する際に水素３をバブリングさせるために、孔径０．１〜１０μｍのメッシュ又は多孔質体１４を用いて形成されるバブリング機構１５を具備して成ることを特徴とするものである。
【００２３】
また請求項１４の発明は、請求項１３において、メッシュ又は多孔質体１４として紙フィルター又はポリマーフィルターを用い、かつ、これらを取り外して交換できるようにバブリング機構１５が形成されて成ることを特徴とするものである。
【００２４】
また請求項１５の発明は、請求項１３又は１４において、表面があらかじめ親水処理又は親油処理されたメッシュ又は多孔質体１４を用いて成ることを特徴とするものである。
【００２５】
また請求項１６の発明は、請求項１３乃至１５のいずれかにおいて、抗菌処理されたメッシュ又は多孔質体１４を用いて成ることを特徴とするものである。
【００２６】
また請求項１７の発明は、請求項１３乃至１６のいずれかにおいて、メッシュ又は多孔質体１４の剛性を保持するための剛性保持機構１６を具備して成ることを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
室温、大気圧中に置かれた水溶液には、大気中の酸素がヘンリーの法則に従う濃度で溶解している。酸素は水溶液中で抗酸化物質と反応し相手を酸化すると同時に、自身はスーパーオキシドアニオンに還元される。スーパーオキシドアニオンは抗酸化物質によってさらに還元され過酸化水素へと変化する。過酸化水素自身はそれ自身が安定であるため、抗酸化物質によって分解されることが少なく、蓄積されて水溶液中の濃度が上昇する（ＭｏｃｈｉｚｕｋｉｅｔａｌＡｎａｌｙｔｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ２００１，Ｖｏｌ．１７ｉ１３８３）。
【００２８】
また、油分は溶存酸素に酸化分解され、別の物質に変化していく。酸化した油分は有害であると考えられており、ガン等の原因として考えられている。
【００２９】
つまり、まず溶解酸素を取り除くことが非常に重要であり、このため家庭で手に入れることができる純水や水道水を用いて水素３を生成した後に、この水素３を飲料、水系液状食品、油系液状食品等に添加することにより、これらに含有されている抗酸化物、油分の酸化防止を図ることができる。
【００３０】
また、水素３自身は還元性を有するため、熱エネルギー的には対象物質を還元することができると考えられているが、実際にはその反応速度が遅いために対象物質を素早く還元することはできない。このため、水素３を活性化することにより、反応速度を増大させる水素活性部７を発明したことにより、生成した過酸化物を高効率で還元することができるようになった。
【００３１】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３２】
（実施例１）
図２は請求項１の発明の実施例を示すものであり、液槽２と、水素発生機構４と、水素供給機構５とを具備することによって、家庭用水素溶解装置が形成されている。液槽２には、飲料、水系液状食品、油系液状食品のいずれかの液状物質１を入れるものであり、この液状物質１の具体例としては、お茶、中国茶、紅茶、コーヒー、味噌汁、スープ、カレー等を挙げることができる。水素発生機構４と液槽２との間には水素供給機構５が設けてあり、水素発生機構４により発生させた水素３を水素供給機構５を通じて、液槽２内の液状物質１に供給して溶解させるようにしてある。よって、液状物質１に溶解した水素３により、上記液状物質１に含まれる抗酸化物、油の酸化抑制物、過酸化物を還元することができ、家庭内において食品・飲料用品の酸化による劣化を簡便に防止することができるものである。
【００３３】
ところで、常温、大気中に置かれた液体には、大気を形成する窒素、酸素、二酸化炭素等がヘンリーの法則に基づき、その分子のモル分率で溶解している。体積比で窒素は７８％、酸素は２１％含まれており、通常の液体では８ｍｇ／Ｌ程度の酸素が含まれている。既述のとおり、酸素は水溶液中で抗酸化物質と反応し相手を酸化すると同時に、自身はスーパーオキシドアニオンに還元される。スーパーオキシドアニオンは酸素より反応活性であり、酸素では反応しにくいものを含めて次々とラジカル酸化を起こしていく。従来から食品の酸化防止のために脱酸素は行われており、鉄粉系脱酸素剤等が用いられている。液体からの脱酸素としては通常窒素の封入が主であり、これはその安全性、簡便性から取り入れられてきた。
【００３４】
しかしながら、商品生産段階における飲料、水系液状食品、油系液状食品の酸化劣化よりもむしろ使用時又は保管時における酸化劣化の方が重要な問題である。現在、家庭内においては、大気の中から濃縮した窒素ガスを添加するような機構や装置は存在しないが、本実施例においては、窒素の代わりに水素３を液状物質１に添加することにより酸化による劣化を防ぐことができるものである。このような水素３添加の場合には、脱酸素ができることと同時に、水素３そのものが還元性であるため、水素３の還元力により酸化物質を還元することが可能となるのである。
【００３５】
図１は、本実施例における家庭用水素溶解装置を用いて水素３を添加した水素添加水（水素溶存水）と水素３を添加しない通常の水（空気溶存水）について、ｐＨ＝７におけるアスコルビン酸（ＡｓＡ）の自然酸化防止効果を示すグラフである。空気を含む水（空気溶存水）の場合には、水素３を添加した水（水素溶存水）に比べて、同時間経過後において含有されているアスコルビン酸の溶解量が減少している。これは、溶存する酸素がアスコルビン酸の酸化分解を促進したためである。つまり、飲料、水系液状食品、油系液状食品に含まれるアスコルビン酸のような抗酸化物は、溶存している酸素によって酸化分解をされ、溶解量が減少する。ある程度時間が経過してもアスコルビン酸の残存率が高いということは、それだけ液状物質１の酸化による劣化が防止されているということである。本実施例においては、アスコルビン酸の酸化防止について示したが、家庭用水素溶解装置を用いることにより、他の抗酸化物質についても残存率を高く維持することができ、液状物質１の酸化を防止することができた。
【００３６】
（実施例２）
図２は請求項２の発明の実施例も示しており、液槽２と、水素発生機構４と、水素供給機構５とを具備することによって、家庭用水素溶解装置が形成されている。液槽２には、飲料、水系液状食品、油系液状食品のいずれかの液状物質１を入れるものであり、この液状物質１の具体例としては、お茶、中国茶、紅茶、コーヒー、味噌汁、スープ、カレー等を挙げることができる。
【００３７】
水素発生機構４は、固体高分子膜６による水の電気分解により水素３を発生させるように形成されている。すなわち、電解槽３３内に固体高分子膜６を設け、この固体高分子膜６の一方の面に陽極１９を、他方の面に陰極２１を配設する。また、電解層内において陽極１９側には陽極室２０が設けてあり、陰極２１側には陰極室２２が設けてある。そして、水タンク１７から陽極室２０及び陰極室２２に水（例えば、純水、精製水、食塩水又は水道水）を供給すると共に、電源１８により陽極１９及び陰極２１に電圧を印加すると、固体高分子膜６による水の電気分解により陰極室２２に水素３が発生する。上記のように、水素発生機構４は固体高分子膜６を用いて形成してあるので、家庭用水素溶解装置を一般家庭用として小型化することができるものである。
【００３８】
水素供給機構５は、陰極室２２に連通する水素供給ノズル２３で構成されており、この水素供給ノズル２３の先端部から水素３が吐出されるようになっている。そして、液槽２に入れた液状物質１の内部に水素供給ノズル２３の先端部を入れることにより、水素発生機構４と液槽２との間に水素供給機構５を設けるようにしている。
【００３９】
水素発生機構４を作動させると、この水素発生機構４により発生した水素３が水素供給機構５を通じて、液槽２内の液状物質１に供給して溶解させることができる。よって、液状物質１に溶解した水素３により、上記液状物質１に含まれる抗酸化物、油の酸化抑制物、過酸化物を還元することができ、家庭内において食品・飲料用品の酸化による劣化を簡便に防止することができるものである。
【００４０】
ここで、水素３の供給方法としては、ガスボンベによる常時供給、Ｍｇ系等の無機金属水素化物と水との反応、Ｆｅ等の金属と酸との反応が考えられる。しかし、ガスボンベの場合には安全性の問題から家庭への供給が難しく、他の場合でも実際には無機金属水素化物、酸などの家庭への供給は難しい。水素ガスは分子サイズが非常に小さいため、容器の材質を通過し系外に漏れることがある。また、金属については水素脆性の問題もあり、容器の保存性の面から水素３を蓄積しておいて、付与時に放出することはコスト的に望ましくなく、家庭で用いる場合には安全性の観点から保管することは望ましくない。
【００４１】
一方、固体高分子膜６による水の電気分解は、従来から工業用の水素発生器、ガスクロマトグラフ用の水素発生器として使用されている。
【００４２】
本実施例では、純水、精製水、食塩水又は水道水を固体高分子膜６を用いた水素発生機構４により電解して水素３を生成しながら、飲料、水系液状食品、油系液状食品に水素３を溶解させることができる。つまり、固体高分子膜６を用いた水素発生機構４であれば、必要なときに必要なだけ水素３を取り出すことができ、家庭内において水素３を保管しておく等の危険を回避することができるものである。また、水素３を生成するための水は、市販されているものや水道水など、安全に手軽に手に入れることが可能であり、また分解エネルギーである電気も容易に用いることができる。
【００４３】
（実施例３）
図２は請求項３の発明の実施例も示しており、水素供給機構５に水素活性部７を設けている。その他の構成については実施例１、２と同様であるため説明は省略する。水素活性部７は、水素３の反応活性を増大させるもの（水素３を活性化させるもの）であり、水素供給ノズル２３の先端部の近傍に設け、しかも液状物質１内に配置してある。そのため水素活性部７は、水素供給ノズル２３の先端部から吐出された水素３や、液状物質１内にすでに溶解している水素３と接触することができ、液状物質１に溶解した時の水素３及び溶解した後の水素３の反応活性を増大させることができるものである。
【００４４】
ここで、水素３自身は、酸化還元電位からも分かるように還元性物質であり、熱エネルギー的には対象物を還元することができる。しかしながら、その反応速度が遅いために過酸化物を速やかに還元することは不可能である。この原因は反応の活性化エネルギーの高いためと考えられ、この反応速度を上昇させるため水素３自身を活性化することが望まれる。
【００４５】
そして既述のとおり、図２は本実施例における家庭用水素溶解装置を示すものであり、水タンク１７から供給された水を固体高分子膜６を用いて電解することにより水素３を生成し、その水素３を液槽２に導き入れ、液状物質１中に含有させる。この液槽２内には水素活性部７が存在しているので、溶解している水素３及び気泡の水素３が活性化される。活性化した水素３は反応性が高いので、液状物質１中の過酸化物を迅速に還元することができるものである。
【００４６】
水素活性部７の形状は、特に限定されるものではないが、例えば、図２に示すように筒状体とすることができる。そして、この筒状体の外面に、白金、パラジウムから選ばれる貴金属系の触媒８を設けたり（請求項４の発明）、ヒドロゲナーゼからなる酵素系の触媒８を設けたり（請求項５の発明）すると、水素３を一層容易に活性化させることができるものである。
【００４７】
ここで、水素活性部７に白金触媒８を設けたものを用いた場合に、家庭用水素溶解装置による還元力がどの程度高まるかを示すため、実験データを示す。図３は過酸化水素を含む水に白金触媒８を設けた水素活性部７を入れ、通常の空気飽和の水（空気溶存水）と水素３を添加した水（水素溶存水）とについて、溶存している過酸化水素の量を時間を追って測定したものである。水素活性部７に白金触媒８を設けたものを用いる方（水素溶存水）が、時間の経過とともに素早く溶存過酸化水素を減少させることができることが確認される。
【００４８】
白金自身も過酸化水素の不均一分解触媒８であるが、水素３の溶解した水の場合はその分解効率が上昇する。
【００４９】
水素３は白金表面に吸着され、Ｈ原子として解離することが知られている。この解離Ｈ原子は反応性が高く、同様に吸着された有機物や酸素と反応する。過酸化水素の分解の場合には活性化した水素３により、過酸化水素の直接水素化分解、あるいは分解し生成した酸素や白金上で吸着されていた酸素の水素化が起こり、その分解速度が上昇する。
【００５０】
直接分解：Ｈ_２Ｏ_２＋Ｈ_２（触媒） → ２Ｈ_２Ｏ
あるいは
間接分解：２Ｈ_２Ｏ_２ → Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ
Ｏ_２＋２Ｈ_２（触媒） → ２Ｈ_２Ｏ
なお、水素活性部７に、白金を設ける以外に、パラジウムを設けたり、ヒドロゲナーゼを設けたりしても、図３に示すものと同様に溶存過酸化水素を迅速に減少させることができる。
【００５１】
（実施例４）
本実施例は請求項６の発明の実施例であり、次のような触媒８を用いるようにしている。まず、触媒８を担持するための基板（担体）を用意する。この基板は、触媒８と同種のものでも異種のものでも構わず、例えば、チタン板を例示することができる。そして、上記の基板の表面に電解メッキなどで触媒８を付着させることにより、触媒８を成長させる。このようにして得たものを水素活性部７として利用することができる。また、上記の基板の表面に触媒８を付着させた後にこれを焼成することにより、触媒８を成長させる。このようにして得たものも水素活性部７として利用することができる。さらに、上記の基板の表面に触媒８を付着させてこれを白金黒化することにより、触媒８を成長させる。このようにして得たものも水素活性部７として利用することができる。
【００５２】
触媒８による水素活性化に関しては、水素３とその触媒８の接触面積が大きいほど、活性化された水素３が多く発生することとなる。つまり、触媒８の表面積が大きいほど、水素３との接触回数が多くなる。下記の表１は、サンドブラスト処理後のチタン板の表面へ白金触媒を電解メッキにより付着させたもの（電解メッキＡ、Ｂの２種類）の表面積比を示し、また、チタン板の表面へ白金触媒を付着させ、これを焼成した後のもの（焼成メッキＡ、Ｂの２種類）の表面積比を示す。なお、表面積比は未処理のチタン板の面積を基準とする。また、電解メッキＡ、Ｂとで表面積比が異なるのは、サンドブラスト処理の程度を変えたからであり、また、焼成メッキＡ、Ｂとで表面積比が異なるのは、焼成の程度を変えたからである。
【００５３】
【表１】

【００５４】
表面積比が大きいほど、水素３の接触回数も多くなり、活性化される水素３も増加し、還元速度が増大したことを確認した。
【００５５】
なお、触媒８を表面に成長させた基材９を筒状に形成することにより、図２に示されているような水素活性部７を形成することができる。また、その他の構成については図２に示すものと基本的に同じであるので説明は省略する。
【００５６】
（実施例５）
本実施例は請求項７の発明の実施例であり、実施例４における基材９として、あらかじめ表面を粗化処理したものを用いるようにしたものである。
【００５７】
上記のように、粗化処理を行うことにより、基材９の平面上に凹凸を設け、基材９自身の比表面積を増大させることができる。さらにこの上に触媒８を電解メッキ、焼成メッキ、白金黒化で成長させることにより、より比表面積の大きな触媒８を得ることができ、水素３と触媒８との接触回数も多くなり、活性化される水素３の量も増加させることができ、還元速度が増大するものである。
【００５８】
（実施例６）
本実施例は請求項８の発明の実施例であり、触媒８の形状をメッシュ形状又は多孔質形状にしている。このようにすると、触媒８の中に液状物質１を通過させることができ、この液状物質１に溶存している水素３の触媒８への接触回数を増加させることができるものである。よって、活性化される水素３の量も増加し、還元速度を増大させることができるものである。
【００５９】
（実施例７）
図４は請求項９の発明の実施例を示すものであり、水素活性部７が、液状物質１内において振動又は回転可能に形成されている。その他の構成については図２と同様であるため説明は省略する。図４に示すものにおいては、水素活性部７自身が回転モーター２４と軸２５を介して直結しており、水素３を液状物質１内に供給している最中、又は水素３が液状物質１内にすでに供給された後に、モーター２４を作動させることにより、水素活性部７を液状物質１中で回転させることができるようになっている。このようにすると、液状物質１が水素活性部７の回転と共に回転を起こして撹拌され、溶存している水素３と水素活性部７との接触回数も多くなり、活性化される水素３の量も増加し、還元速度を増大させることができるものである。
【００６０】
なお、図４においては、水素活性部７の回転について説明したが、これに限定されるものではなく、超音波、ピエゾ素子を使った微細な振動や縦横、上下方向への平行動作の振動も本発明に含まれる。
【００６１】
（実施例８）
図５は請求項１０の発明の実施例を示すものであり、液槽２内において液状物質１を流動させるための流駆動部１０を液槽２に形成してある。その他の構成については図２と同様であるため説明は省略する。図５に示すものにおいて、流駆動部１０は撹拌羽２６及び駆動体２７から構成されており、液槽２内の底部付近に撹拌羽２６を設け、液槽２の下部に設けた駆動体２７により撹拌羽２６を回転させることができるようにしてある。このようにすると、水素３を液状物質１内に供給している最中、又は水素３が液状物質１内にすでに供給された後に、駆動体２７で撹拌羽２６を回転させることにより、液槽２内において液状物質１を絶えず流動（撹拌）させておくことができ、溶存している水素３と水素活性部７との接触回数も多くなり、活性化される水素３の量も増加し、還元速度を増大させることができるものである。
【００６２】
（実施例９）
本実施例は請求項１１の発明の実施例であり、触媒８の温度を上昇させるための温度上昇機構を用いるようにしている。その他の構成については図２と同様であるため説明は省略する。温度上昇機構の具体例としては各種ヒーターを挙げることができ、ヒーターを水素活性部７に直に取り付けて触媒８を直接的に加熱したり、あるいはヒーターを水素活性部７の近傍又は液状物質１内に配置したりして触媒８を間接的に加熱したりすることにより、触媒８の温度を上昇させることができる。なお、温度上昇機構については図示省略している。
【００６３】
水素３の活性化は室温状態でも生じるが、ボルツマン分布からも温度が上昇するほど大きなエネルギーを持つものが増えるため活性化障壁を超える確率も大きくなり、より高効率で水素３の活性化状態が生じる。このため還元速度も増大させることができるのである。
【００６４】
（実施例１０）
本実施例は請求項１２の発明の実施例であり、触媒８に電位を付与するための電位付与機構を用いるようにしている。その他の構成については、図２と同様であるため、説明は省略する。上記の電位付与機構については、図示省略しているが、具体的には、例えば、図２において水素供給ノズル２３の先端部をプラス極とし、水素活性部７をマイナス極として、電圧を印可することにより、水素活性部７に設けた触媒８に電位を付与することができる。このようにすると、電気エネルギーにより強制的に水素３を触媒８に吸着させることが可能となり、容易に水素３を活性化させることができると共に、エネルギーレベルを増大させることによりさらに活性化させることができる。このように高効率で水素３の活性化状態が生じるため、還元速度も増大するのである。
【００６５】
（実施例１１）
本実施例は請求項１３の発明の実施例であり、バブリング機構１５を用いるようにしている。その他の構成については図２と同様であるため説明は省略する。バブリング機構１５は、孔径０．１〜１０μｍのメッシュ又は多孔質体１４を用いて形成することができ、このバブリング機構１５を水素供給機構５に設ける。具体的には、上記のメッシュ又は多孔質体１４を水素供給ノズル２３の先端部に設け、水素発生機構４により発生した水素３がメッシュ又は多孔質体１４を通過した後、液状物質１内に吐出されるようにする。そうすると、水素３が液状物質１に供給される際にバブリングして微細な水素３の気泡を生じさせることができる。
【００６６】
水素供給ノズル２３の先端部が孔径の大きなパイプ状であると、このパイプの孔径に見合った大きな気泡が生じる。しかし、上記のようにメッシュ又は多孔質体１４を用い、これらを通して水素３を液状物質１に供給すると、水素３は液状物質１中において非常に細かな気泡として分散する。水素３の溶解は通常、この気泡からの拡散で生じるため、小さく分散した気泡の方が効率が良いのである。
【００６７】
ここで、Ｙｏｕｎｇ − Ｌａｐｌａｃｅの式によると、Ｐ_ｉｎ−Ｐ_ｏｕｔ＝２γ／ｒ（Ｐ_ｉｎ：内部圧力、Ｐ_ｏｕｔ：外部圧力、γ：水の表面張力、ｒ：半径）となる。気泡の水中での内圧はその径と関連があり、直径１μｍで約４気圧、直径１ｍｍで約１気圧である。つまり、直径１μｍで放出された水素３は内圧が高いため内側から外側の水に向かって効率よく水素３が溶解する。直径１ｍｍで放出された水素３は内圧と水圧にほとんど差が無いので溶ける速度は気中とほとんど同じであり、一部溶解しながら気泡として存在する。
【００６８】
図６に本実施例における多孔質体１４の孔径と水素溶解量（水素濃度）についての関係を示す。孔径が小さくなると水素３の溶解量は増加するようになるが、小さすぎると孔を通過する抵抗が大きくなり、大きな圧力をかけないと水素３が放出されない。このため孔径の直径は０．１μｍ以上であることが必要である。また、孔が大きい場合には溶解量は悪くなる。このため孔径の直径は１０μｍ以下であることが望ましい。
【００６９】
（実施例１２）
本実施例は請求項１４の発明の実施例であり、実施例１１と同様にバブリング機構１５を用いるようにしているが、特に、メッシュ又は多孔質体１４として紙フィルター又はポリマーフィルターを用い、かつ、これらを取り外して交換できるようにバブリング機構１５が形成されている。
【００７０】
メッシュや多孔質体１４自身は、液状物質１に水素３を供給する際に液状物質１内に浸漬されることとなり、メッシュや多孔質体１４の表面に、飲料、水系液状食品、油系液状食品等が付着する。これらの一部はメッシュや多孔質体１４の内部に染み込むこととなり、時間の経過とともに菌などが繁殖して非常に不衛生な状態となる。
【００７１】
そこで、本実施例においては、使用済みのメッシュや多孔質体１４を新しいメッシュや多孔質体１４に容易に交換できるようにしている。図７はメッシュや多孔質体１４を取り外して交換できるように形成されたバブリング機構１５の具体例を示すものであり、このバブリング機構１５は、開口を設けたキャップ２８と、多孔質体１４（メッシュでもよい）と、Ｏリング状のシリコンパッキン３０と、有底筒状のボディ３１とから構成されている。上記の多孔質体１４としては、ろ紙２９などの紙フィルター又はポリマーフィルターを用いるのが好ましく、本実施例においてはろ紙２９を用いている。また、ボディ３１の外側面には雄ネジが形成されており、キャップ２８の内側面には雌ネジが形成されている。また、ボディ３１は水素供給ノズル２３の先端部に設け、水素発生機構４から発生した水素３が水素供給ノズル２３を通じてボディ３１の内部に入るようにしてある。そして、ボディ３１の開口縁３５にシリコンパッキン３０及びろ紙２９をこの順に載置し、ボディ３１にキャップ２８を被せることによって、バブリング機構１５を形成することができる。ろ紙２９が汚染された場合には、キャップ２８をボディ３１から取り外し、ろ紙２９を交換すればよい。
【００７２】
このように本実施例によれば、汚染されたメッシュ又は多孔質体１４を簡易に取り外し、新しいものと交換することができる。なお、本実施例においては、メッシュ又は多孔質体１４を取り替えるための構造として、ネジ式を採用しているが、これに限定されるものではなく、バネや剛体を用いた抑え込み式などを採用してもよい。また、メッシュ又は多孔質体１４を自由に取り替えることができるようにしていても、シリコンパッキン３０によって水密にされているので、メッシュや多孔質体１４により、微細な水素３を液状物質１中に確実に分散させることができるものである。
【００７３】
（実施例１３）
本実施例は請求項１５の発明の実施例であり、表面があらかじめ親水処理又は親油処理されたメッシュ又は多孔質体１４を用いるようにしている。上記親水処理の方法又は親油処理の方法としては、特に限定されるものではなく、公知の方法で、多孔質体１４を親水性にしたり新油性にしたりすることができる。
【００７４】
液状物質１における水素３の溶解量は、分散される気泡の径が小さいほど増大する。メッシュや多孔質体１４の孔から出てくる気泡は、メッシュや多孔質体１４との表面張力の垂直成分よりその浮力が小さい場合、多孔質体１４にくっ付いており、浮力が大きくなり表面張力の垂直成分と釣り合ったときに、多孔質体１４から離れて液状物質１中を上昇する。つまり、表面張力の垂直成分（左辺）と浮力（右辺）の釣り合いは次式のように示される。
【００７５】
２πＲ_ｄγｓｉｎα＝△ρｇ（４／３）πｒ^３
ここで、Ｒ_ｄ：多孔質体１４（又はメッシュ）の孔半径、γ：表面張力、α：接触角、△ρ：気液密度、ｇ：重力加速度、ｒ：気泡半径となる。つまり、表面張力を小さくするように多孔質体１４自身を親水処理することにより、一層小さな気泡半径で溶解させることができ、溶解量を増大させることができる。
【００７６】
そして、水系の液状物質１に水素３を供給する場合においては親水処理されたメッシュ又は多孔質体１４を用い、また、油系の液状物質１に水素３を供給する場合においては親油処理されたメッシュ又は多孔質体１４を用いることにより、液状物質１に溶解させる水素３の量を増大させることができ、液状物質１を効率よく還元することができるのである。
【００７７】
（実施例１４）
実施例１３のように、メッシュや多孔質体１４を取り替えるようにして菌の発生を抑制しても、取り替えのタイミングによっては菌の発生を防止することができないおそれがある。そこで、本実施例においては、抗菌処理されたメッシュ又は多孔質体１４を用いるようにしている（請求項１６の発明）。具体的には、銀や銅などの金属系抗菌剤又は有機系の抗菌剤を用いて、メッシュや多孔質体１４の表面を処理するようにしている。このようにすると、菌の発生をさらに抑えることができる上に、メッシュや多孔質体１４の取り替えのタイミングが遅れても、菌の増殖を十分に抑制することができ、安全な水、その他の液状物質１を得ることができるものである。
【００７８】
（実施例１５）
ろ紙２９やポリマー系のメッシュ又は多孔質体１４はそれ自身柔らかく、容易に撓んだりする。このため、液状物質１中においては水素３の圧力により、多孔質体１４の中心部が図８（ａ）のように押されて盛り上がり、曲面形状となる。このとき多孔質体１４の周辺部はボディ３１とキャップ２８により挟持されている。そして、図８（ａ）のような場合には、キャップ２８の開口を上方に向けたとき、多孔質体１４の盛り上がった部分は他の部分よりも微小ながら液状物質１中の上部に存在することとなるため、盛り上がった部分にかかる液圧が他の部分より低くなって、その近辺の孔から水素３が放出しやすい。このため気泡の放出がこの部位に集中して、気泡が大きく形成されて放出される。よって、多孔質体１４を用いるにもかかわらず、微細な気泡を生じさせることができなくなるおそれがある。
【００７９】
そこで、上記のような問題を解消するため、本実施例においては、メッシュ又は多孔質体１４の剛性を保持するための剛性保持機構１６を用いるようにしている。図７に示す取り替え式のバブリング機構１５と基本的な構造は同じであるが、本実施例においては図８（ｂ）に示すようにキャップ２８の開口に十字形の補強材３２を架け渡して、多孔質体１４が水素３の圧力で盛り上がらないようにしている。このようにすると、多孔質体１４の剛性を十分に確保することができ、図８（ａ）のような曲面部が形成されず、液圧の差も生じなくなるため、気泡の発生が多孔質体１４の全面から起こるようにすることができる。なお、本実施例では補強材３２の形状を十字型としたがこの形状に限定されるものではない。
【００８０】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る家庭用水素溶解装置によれば、家庭内において水素ガスを直接、食品・飲料用品に溶解させることにより、これらの酸化による劣化を簡便に防止することができると共に容易に過酸化物の還元を行うことができるものである。
【００８１】
また請求項２の発明によれば、家庭内において水素ガスを直接、食品・飲料用品に溶解させることにより、これらの酸化による劣化を簡便に防止することができるものである。しかも、固体高分子膜を用いた水素発生機構であれば、必要なときに必要なだけ水素を取り出すことができ、家庭内において水素を保管しておく等の危険を回避することができるものである。また、水素を生成するための水は、市販されているものや水道水など、安全に手軽に手に入れることが可能であり、また分解エネルギーである電気も容易に用いることができる。
【００８２】
また請求項３の発明によれば、液状物質に溶解した時の水素及び溶解した後の水素の反応活性を増大させることができるものである。
【００８３】
また請求項４の発明によれば、水素を一層容易に活性化させることができるものである。
【００８４】
また請求項５の発明によれば、水素を一層容易に活性化させることができるものである。
【００８５】
また請求項６の発明によれば、比表面積の大きな触媒を得ることができ、この触媒を用いることで、水素の接触回数も多くなり、活性化される水素も増加し、還元速度を増大させることができるものである。
【００８６】
また請求項７の発明によれば、より比表面積の大きな触媒を得ることができ、水素と触媒との接触回数も多くなり、活性化される水素の量も増加させることができ、還元速度が増大するものである。
【００８７】
また請求項８の発明によれば、触媒の中に液状物質を通過させることができ、この液状物質に溶存している水素の触媒への接触回数を増加させることができるものである。よって、活性化される水素の量も増加し、還元速度を増大させることができるものである。
【００８８】
また請求項９の発明によれば、液状物質が水素活性部の振動又は回転と共に振動又は回転を起こして撹拌され、溶存している水素と水素活性部との接触回数も多くなり、活性化される水素の量も増加し、還元速度を増大させることができるものである。
【００８９】
また請求項１０の発明によれば、水素を液状物質内に供給している最中、又は水素が液状物質内にすでに供給された後に、駆動体で撹拌羽を回転させることにより、液槽内において液状物質を絶えず流動（撹拌）させておくことができ、溶存している水素と水素活性部との接触回数も多くなり、活性化される水素の量も増加し、還元速度を増大させることができるものである。
【００９０】
また請求項１１の発明によれば、温度が上昇するほど大きなエネルギーを持つものが増え、活性化障壁を超える確率も大きくなり、より高効率で水素の活性化状態が生じ、還元速度を増大させることができるものである。
【００９１】
また請求項１２の発明によれば、電気エネルギーにより強制的に水素を触媒に吸着させることが可能となり、容易に水素を活性化させることができると共に、エネルギーレベルを増大させることによりさらに活性化させることができる。このように高効率で水素の活性化状態が生じるため、還元速度も増大するのである。
【００９２】
また請求項１３の発明によれば、メッシュ又は多孔質体を通して水素を液状物質に供給することにより、水素を液状物質中において非常に細かな気泡として分散させることができるものである。
【００９３】
また請求項１４の発明によれば、汚染されたメッシュ又は多孔質体を簡易に取り外し、新しいものと交換することができるものである。
【００９４】
また請求項１５の発明によれば、水系の液状物質に水素を供給する場合においては親水処理されたメッシュ又は多孔質体を用い、また、油系の液状物質に水素を供給する場合においては親油処理されたメッシュ又は多孔質体を用いることにより、液状物質に溶解させる水素の量を増大させることができ、液状物質を効率よく還元することができるのである。
【００９５】
また請求項１６の発明によれば、菌の発生をさらに抑えることができる上に、メッシュや多孔質体の取り替えのタイミングが遅れても、菌の増殖を十分に抑制することができ、安全な水、その他の液状物質を得ることができるものである。
【００９６】
また請求項１７の発明によれば、多孔質体の剛性を十分に確保することができ、気泡の発生が多孔質体の全面から起こるようにすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡｓＡ残存率と放置時間との関係を示すグラフである。
【図２】本発明に係る家庭内水素溶解装置の一例を示す概略図である。
【図３】溶存過酸化水素量と時間との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る家庭内水素溶解装置の他例を示す概略図である。
【図５】本発明に係る家庭内水素溶解装置の他例を示す概略図である。
【図６】水素濃度と多孔質体の孔径との関係を示すグラフである。
【図７】バブリング機構の一例を示す概略斜視図である。
【図８】バブリング機構の一例を示すものであり、（ａ）は剛性保持機構を具備しないものの概略斜視図、（ｂ）は剛性保持機構を具備するものの概略斜視図である。
【符号の説明】
１液状物質
２液槽
３水素
４水素発生機構
５水素供給機構
６固体高分子膜
７水素活性部
８触媒
９基材
１０流駆動部
１４多孔質体
１５バブリング機構
１６剛性保持機構

Claims

飲料、水系液状食品、油系液状食品のいずれかの液状物質を入れた液槽と、上記液状物質に含まれる抗酸化物、油の酸化抑制物、過酸化物を還元するための水素を発生させる水素発生機構と、水素発生機構により発生させた水素を液槽内の液状物質に供給して溶解させるための水素供給機構とを具備して成ることを特徴とする家庭用水素溶解装置。
水素発生機構が、固体高分子膜による水の電気分解により水素を発生させるように形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の家庭用水素溶解装置。
液状物質に溶解した時の水素及び溶解した後の水素の反応活性を増大させる水素活性部を具備して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の家庭用水素溶解装置。
水素活性部に、白金、パラジウムから選ばれる貴金属系の触媒を設けて成ることを特徴とする請求項３に記載の家庭用水素溶解装置。
水素活性部に、ヒドロゲナーゼからなる酵素系の触媒を設けて成ることを特徴とする請求項３に記載の家庭用水素溶解装置。
触媒と同種又は異種の基材の表面に、触媒を付着させることにより、触媒を付着させた後に焼成することにより、又は触媒を付着させてこれを白金黒化することにより、成長させた触媒を用いて成ることを特徴とする請求項４又は５に記載の家庭用水素溶解装置。
基材として、あらかじめ表面を粗化処理したものを用いて成ることを特徴とする請求項６に記載の家庭用水素溶解装置。
触媒の形状が、メッシュ形状又は多孔質形状であることを特徴とする請求項４又は５に記載の家庭用水素溶解装置。
水素活性部が、液状物質内において振動又は回転可能に形成されて成ることを特徴とする請求項３乃至８のいずれかに記載の家庭用水素溶解装置。
液槽内において液状物質を流動させるための流駆動部を液槽に形成して成ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の家庭用水素溶解装置。
触媒の温度を上昇させるための温度上昇機構を具備して成ることを特徴とする請求項４乃至１０のいずれかに記載の家庭用水素溶解装置。
触媒に電位を付与するための電位付与機構を具備して成ることを特徴とする請求項４乃至１１のいずれかに記載の家庭用水素溶解装置。
水素供給機構が、水素を供給する際に水素をバブリングさせるために、孔径０．１〜１０μｍのメッシュ又は多孔質体を用いて形成されるバブリング機構を具備して成ることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の家庭用水素溶解装置。
メッシュ又は多孔質体として紙フィルター又はポリマーフィルターを用い、かつ、これらを取り外して交換できるようにバブリング機構が形成されて成ることを特徴とする請求項１３に記載の家庭用水素溶解装置。
表面があらかじめ親水処理又は親油処理されたメッシュ又は多孔質体を用いて成ることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の家庭用水素溶解装置。
抗菌処理されたメッシュ又は多孔質体を用いて成ることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の家庭用水素溶解装置。
メッシュ又は多孔質体の剛性を保持するための剛性保持機構を具備して成ることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれかに記載の家庭用水素溶解装置。