JP2005013825A - 還元性水素水、還元性水素水の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】機能水(還元性水素水)の製造をより簡素化し量産容易となる装置の提供を課題とする。
【解決手段】ミネラル含有水と水素ガスとを大気圧以上の圧力下で気液混合させる方法と装置を提供した。特にエジェクタの利用で前記の混合効率を上げた。ミネラルと水素ガスとの相乗効果で溶液分子のエネルギーが相対的に向上し生体への影響が大きくなる。
【選択図】 図7
【解決手段】ミネラル含有水と水素ガスとを大気圧以上の圧力下で気液混合させる方法と装置を提供した。特にエジェクタの利用で前記の混合効率を上げた。ミネラルと水素ガスとの相乗効果で溶液分子のエネルギーが相対的に向上し生体への影響が大きくなる。
【選択図】 図7
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本案は、ミネラルを含む天然水に水素ガスを通気した液体からなる還元性水素水を利用した食品、特に飲用の還元性水素水と製造装置に関する。本明細書にては水素と水とを混合することで還元作用を付加したものを「還元性水素水」と記載する。
【0002】
【従来の技術】
水は地球上で最もありふれた物質であるが、液体としては特異な性質を持っている。それを列挙すると、沸点、融点が比較的高い。蒸発熱、凝固熱が比較的大きい。熱容量が比較的大きい。4℃で最大密度になる。固相(氷)が液相よりも低密度である(普通は結晶を作り固体化した方が高密度)。4℃で熱膨張係数が符号を変える。等温圧縮率が46℃で極小になる。粘性率の圧力依存性が30℃で負になる。表面張力が比較的大きい。誘電率が比較的大きい、などである。
【0003】
これらの性質は、定性的には水分子同士が複雑な相互作用をしていることを示す。水分子は水素結合で3次元的につながっている。水素結合には異方性があり集合状態で水分子の向きやすい方向とそうでない方向が生じ、熱揺らぎによって結合ができたり壊れたりしている。つまり、水は異方性分子の集合体なので空間的にも時間的にも動的に変化している物質である。さらに水は電解質やアルコールなど多様な物質を溶かし、その溶液では水分子の動的変化がさらに複雑になっていると考えられる。
【0004】
上記のような動的変化の科学的解明は未完であって、水の特性の説明は定性的なものにとどまっている。しかも、水中に多様なものがごく微小量混入した状態は多種多様であり、それらの科学的解明は至難である。ごく微小量とはppm、ppbのオーダであって、このオーダの混入物質の特定と定量化そのものが難しい。いわゆるミネラルウォータはまさしく特性解析困難なものであり、ミネラルウォータ以外の市販されている、おいしい水、健康によい水、特定の病気を改善する水といった、付加価値をつけた数多くの飲用の水も同様である。水の特異さに微量混入物質が輪をかけ、いわゆる水のサイエンスは意外にも遅れている。
【0005】
サイエンスとは無関係においしい水、健康によい水、といった付加価値飲用水につき、<017のNMR><ORP><pH>などの測定データを引用し「水自体が特別な状態」に変化していると記載された公知文献がある。「特別な状態の水」をクレームしたり、その水を「特別な状態」にする製法の特許も多数ある。統一的ではないが特許文献4〜特許文献8にそれらの例を挙げる。これら個別の説明は略すが、これら製法は、「電気エネルギーを付与」または「磁気エネルギーを付与」または「触媒を作用させる」の単独か組み合わせ製法によるおいしい水、健康によい水、といった付加価値飲用水である。「電気エネルギー付与」では放電も含む「電気分解」が多い。静電界、静磁界ばかりでなく高周波電界、高周波磁界での製法も提案されている。
【0006】
これらの公知の付加価値飲用水は<O17のNMR><ORP><pH>などで水を特徴づけ、新規性を主張しているがそれらによる特徴づけ、および測定データの再現性には疑問がある。ここで、<O17のNMR>とは、酸素17(O17)分子のNMR(核磁気共鳴)緩和時間、<ORP>とは、Oxdation Reduction Potential:酸化還元電位、<pH>は水素イオン濃度である。
【0007】
非特許文献1にては、<O17のNMR>と<pH>とは相関があり、<O17のNMR>半値幅が小さいことは単に<pH>が7から前後に外れていることを意味するという実験的記載がある。また非特許文献2では<O17のNMR>から水のcluster(クラスター)について議論することは問題があり、おいしいなどの水の官能評価に<O17のNMR>を用いることは誤りであることが示されている。
【0008】
<ORP(酸化還元電位:redox potential)>値は、測定電極を蒸留水等で洗浄・乾燥を繰り返して測定したとしても電極表面の電気化学状態のわずかな変化が起こり、測定のたびに100mV近く変動する。また簡易型ORP測定器では例えば基準白金電極自体が200mV電位であるのにその校正を無視した200mVずれていると思われるデータが多い。原理的にORP値自体が不純物の量と種類とそれらのバランスで大きく変わる。つまり水のわずかな成分変化で還元性とは無関係に大きく変わる。こういったことからORPデータによる水の特徴づけは信頼性と再現性に欠ける。
【0009】
<pH>についても同様に、水のわずかな成分変化で電解イオン等と水素イオンとのバランスが変わるため測定データも変わる。これらのことから、現状で困難なppm、ppbのオーダの水の微量成分を定量評価しない限り、<O17のNMR><ORP><pH>およびそれらの組み合わせのみで付加価値水の特徴づけしようとしても難しい。つまり物質としての権利主張は難しいと考えられる。
【0010】
一方、水素と液体を混合することで抗酸化効果を得た付加価値付き液体とその製法が特許文献1〜特許文献3に記載されている。水素との混合にて水に還元性が付加される。特許文献1〜特許文献3に記載の水も還元性水素水である。特許文献1では、真空下で脱気する工程を必要としている。特許文献2では、水素飽和槽でそれに付属する撹拌子と動力モータで急速撹拌しながら還元性水素水を製造すると記載されている。特許文献3では、ORP測定器をセンサーとしてORP値を制御量としたプロセス制御での製造法と装置が記載されている。図9が特許文献3の還元性水素水を含むガス溶存液状媒体(水素あるいは酸素溶存水)の製造装置説明図である。
【0011】
また一方、エジェクタと称呼される気液噴流を利用した流体機器を気液の混合プロセスに用いることは公知である。すなわち、任意の反応で撹拌子と動力モータなどによる気液撹拌をエジェクタの気液噴流による撹拌に置き換えること(特許文献9参照)、より具体的にはオゾンにより水を浄化するプロセスでオゾン・水の気液混合にエジェクタを用いること(特許文献10参照)、有機化合物の水素化や酸化における気液触媒反応にてエジェクタを用いること(特許文献11参照)、などである。エジェクタの構成を図6に示す。エジェクタの構成は公知であるので図6の説明は略す。
【0012】
【特許文献1】
特許2890342「食品等の還元性水素水とその製造方法並びに製造装置」熊本県
【0013】
【特許文献2】
特開2000−354696「洗濯水、風呂水等へ供給する水素飽和水の大量連続供給装置」有限会社情報科学研究所
【0014】
【特許文献3】
特開2003−019426「ガス溶存液状媒体の生産方法およびガス溶存液状媒体の生産システム」有限会社情報科学研究所
【0015】
【特許文献4】
特開平09−168783「還元性電解水及びその生成方法」佐藤文平
【0016】
【特許文献5】
特開平10−118653「電解水素溶存水の製造方法ならびにその製造装置」日本トリム:株式会社
【0017】
【特許文献6】
特開2000−212784「医療用の水、その製途方法およびその製造装置」日本トリム:株式会社
【0018】
【特許文献7】
米国特許US6284293「Method for generating
oxygenated water」CRANDALL,et al.
【0019】
【特許文献8】
米国特許US6251259「Method and apparatus for producing electrolyzed water」Satoh,et al.
【0020】
【特許文献9】
特開2003−170039「反応装置」石川島播磨重工業株式会社
【0021】
【特許文献10】
特開2002−301489「水浄化方法およびその装置」三菱重工業株式会社
【0022】
【特許文献11】
米国特許US6506361「Gas−liquid reaction process including ejector and monolith catalyst」AIR PROD & CHEM (US)
【0023】
【非特許文献1】
上平恒著,「水の分子工学」,講談社サイエンティフィク,講談社,ISBN4−06−153378−9,p.100−103
【0024】
【非特許文献2】
日本電子株式会社分析機器技術本部NMRグループ「水の味とO17NMRの信号幅との関連性について」日本電子ニュース,vol.31,No.1,(1990)
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高機能で信頼性ある付加価値をつけた水の物質としての提案が課題である。しかしながら、従来技術でも述べた事情から現状では「付加価値水そのもの」の機能、信頼性を物性データ等で科学的に証明し主張することは困難である。したがって、相対的に付加価値水の差を示し新規性を主張する。付加価値水は、より具体的には還元性水素水である。
【0026】
また本発明は、還元性水素水の製法が課題である。すなわち、特許文献1記載のような真空下で脱気する工程を経ることをせず、そのままの状態で水素ガスと気液混合する製造装置、特に飲用の還元性水素水、および、その飲用の還元性水素水の製造装置の提供を課題とする。
【0027】
【課題を解決するための手段】
おいしい水や奇跡の水の機能にて、酸化性物質に作用しそれを中和する還元性がある。ある種の水が活性酸素やラジカルを還元するスカベンジャー(排除物質)として機能している、といった報告も多い。したがって何らかの還元性物質が自然環境下で水に富化きれたものが、おいしい天然水や奇跡の水、ではないかと推定される。
【0028】
発明者らは還元性物質を水素、高圧下での水素ガス・水混合による水素ガス富化に注目した。さらに金属元素と水素が複合的に作用して上記還元性が増す効果が出ると考えた。水に含有された金属が、イオンや錯体の状態で電子伝達すなわち酸化還元反応で何らかの役割を果たしていると推定している。
【0029】
高圧下での水素ガスと水の気液混合については特許文献1〜特許文献3で開示されている。しかしながら、特許文献1の真空下で脱気する工程は必ずしも必要としない。また特許文献2の攪拌手段も必ずしも必要としない。さらにまた特許文献3のORP測定器をセンサーとしたプロセス制御は前述のORP測定の問題から実用性に欠ける。
【0030】
本案は(請求項1)、大気圧より高い圧力容器にミネラル含有原料水と水素ガスを供給することで、含有ミネラルと水素により液体中の分子のエネルギーを増加させた還元性水素水であって、圧力容器の内圧が(請求項2)、大気圧との差圧で0.01MPa〜0.9MPaである。また、原料水の含有ミネラルとその含有量が(請求項3)、少なくともカルシウム(Ca)が5ppm以上、マグネシウム(Mg)が0.5ppm以上である。
【0031】
現状では、天然水に含有される微量金属の種類と含有量、および水分子中での金属の状態は研究段階である。同様に水素の含有量と水分子中での水素の状態も研究段階である。こういった現状で発明者らは、天然水に水素富化を行った。これは従来製法よりシンプルであり、実用的である。天然水はいわゆるミネラル水である。
【0032】
水硬度は、炭酸カルシウムを基準としたものであるので含有ミネラルとの対応はあいまいである。本案のミネラル含有原料水は、水の硬度でいえば軟水の領域が好ましく、カルシウム(Ca)が5ppm〜10ppm、マグネシウム(Mg)が0.5ppm〜3ppmが好適である。ここでppmはmg/リットルと等価である。
【0033】
<他の付加価値水との相対的な差の説明>(図1参照)
本案の還元性水素水にては(請求項4)、液体中の分子のエネルギを増加が水の酸素17のNMRスペクトルの半値幅で計測され、原料水の17酸素のNMRスペクトルの半値幅に対して97%以下の半値幅である。たとえば、天然の原料水の17酸素のNMRスペクトルの半値幅が40Hz、それに対し本案プロセスをかけた後の水の17酸索のNMRスペクトルの半値幅は38.8Hzであった。したがって、およそ97%(38.8÷40)である。よって、原料水の17酸素のNMRスペクトルの半値幅に対して97%以下の半値幅となる。他の測定例では、44.4Hzの原料水に対して38.5Hzとなり、この場合は87%である。
【0034】
図1は、本案による還元性水素水(実線)と従来法による付加価値水(点線)の<O17のNMR>半値幅を示す図である。従来法による付加価値水は、特許文献1〜特許文献4のものの一部である市販品を用いた。また、重水、緩衝溶液(MiliQ)、水道水も比較のため用い、その結果も点線で示した。測定は温度27℃、160回の自動スキャン測定の平均値である。測定データ値は図中に記載した。
【0035】
非特許文献1では、<O17のNMR>と<pH>との相関が記載されている。それによれば、<O17のNMR>半値幅が小さいことは単に<pH>が7から前後に外れていることを意味する。しかしながら、それは定常状態であり、非定常なエネルギー活性状態が生じていれば単純相関はないと考える。よって本案の還元性水素水は相対的に分子エネルギーが高い状態であり、高機能であると考えられる。
【0036】
<機能の説明>
図2が、本案の還元性水素水の機能の検証実験の結果の図である。アトピー性皮膚炎自然発症モデル動物NC/Ngaマウスへの飲用水交換と水スプレー塗布を午前9時と午後5時の2回実施した。その際の水を本案の水と水道水(control)を使用した。臨床スコアと動画撮影は午前11時に実施した。その結果が図1(a)であってマウスの15分間スクラッチ(擦過)回数測定値、および図1(b)がアトピー性皮膚炎臨床スコアのグラフである。スクラッチ(擦過)回数はノベルテック社のSCLABAソフトを使用して解析した。臨床スコアは、5つの臨床症状項目に対しそれぞれ0〜3の重篤度でマックス15ポイントとなるよう点をつけたものである。マウス数は4+4(control:水道水での対照)の計8匹使用した。図3は、図2に用いたマウスの実験後の写真である。
【0037】
【発明の実施の形態】
本案の還元性水素水の製造装置は(請求項5)、水素ガスの供給手段と、上下距離が300mm以上で内部上方にミネラル含有原料水の供給ノズルと内部下方に水素ガス供給ノズルが配設された圧力容器と、前記圧力容器の内圧を大気圧以上に維持する圧力調整手段を有する。図4が本案の還元性水素水の製造装置第一例で、図5が本案の還元性水素水の製造装置第二例である。第2例のように水素を再利用する循環配管を設けてもよい。循環配管については、図10、図11のような気体の循環再利用を考慮した配管系が公知なので容易に設計と実現が可能である。
【0038】
良好なる気液混合をなすために、原水(原料水)散布スプレーノズル1と水素ガス供給ノズル2の間隔(上下距離)が300mm以上であることが必要である。圧力容器の内圧は、大気圧に対しての差圧0.01MPa〜0.9MPaの範囲で維持するのが好適である。
【0039】
公知のエジェクタを応用した本案の還元性水素水の製造装置第三例は(請求項6)、水素ガスの供給手段と、塩素除去手段と、ミネラル含有原料水を大気圧以上に加圧する加圧手段と、前記加圧手段による加圧ミネラル含有原料水供給部と水素ガス吸引部をもつ加圧ミネラル含有原料水圧で水素ガス吸引するエジェクタが内部に配設され、かかるエジェクタでミネラル含有原料水と水素ガスの気液混相流が内部で形成される圧力容器と、前記圧力容器の内圧を大気圧以上に維持する圧力調整手段を有する。図6が、エジェクタを使用した本案の還元性水素水の製造装置第三例説明図である。図6にて、塩素除去手段は塩素除去装置、圧力調整手段は減圧弁と記されている。水素ガスの供給は水素ガスボンベを接続し、ボンベ内水素圧で接続配管へ供給する。
【0040】
ミネラル含有原料水の加圧は、大気圧に対しての差圧0.1MPa〜0.3MPaの範囲に加圧するのが好適である。圧力容器3の内圧は、大気圧に対しての差圧0.01MPa〜0.9MPaの範囲で維持するのが好適である。
【0041】
エジェクタを使用した本案の還元性水素水の製造装置第四例は(請求項7)、水素ガスの供給手段と、塩素除去手段と、ミネラル含有水道水の供給手段と前記塩素除去手段を経由したミネラル含有水道水の水圧によって水素ガスを吸引する吸引部をもつエジェクタとを有する。図7が、エジェクタを使用した本案の還元性水素水の製造装置第四例説明図である。図7にて、塩素除去手段は塩素除去装置と記されている。塩素除去手段の下流側に逆流防止弁(逆止弁)を配説したほうがよい。また塩素除去装置の下流の配管の長さは1m程度ある方が配管中で気液混合がなされて好適である。水素ガスの供給は水素ガスボンベを接続し、ボンべ内水素圧で接続配管ヘ供給する。
【0042】
水道水の中にも有効ミネラルが混じっているのでこれを直接用いたものが、図8に示す本案製造装置第四例である。水道水の中に有効ミネラルが混じっている場合について家庭内設置が可能である。水道管を塩素除去装置に接続する。水道水の水圧は、大気圧に対しての差圧0.1MPa〜0.15MPaである。これに加圧して0.3MPa程度までの圧力としてエジェクタ効果を強化してもよい。加圧は公知のポンプ、コンプレッサ、ブースターなどを利用すればよい。エジュクタの下流の配管長は、気液混合に充分な配管の長さが必要であるが1m程度の長さで十分である。
【0043】
製造装置第四例にて、還元性水素水の水供給部(蛇口)5に関するより詳細な構成例を図12に示す。図12の4は上方閉鎖下方開放の水素滞留フードであって、水素はフード内の上部に滞留するので、そのフードから外ヘ水素をだす。図12のようにコップを置くと還元性水素水が出てくるケースを用意すれば便利で家庭内に設置して還元性水素水を生成して即時利用できる。
【0044】
【発明の効果】
還元性水素水の製造をより簡素化し量産容易となるミネラル含有水と水素ガスとを大気圧以上の圧力下で気液混合させる装置を提供した。特にエジェクタの利用で水素ガスとの混合効率を上げた。ミネラルと水素ガスとの相乗効果で溶液分子のエネルギーが相対的に向上し生体ヘの良好な影響が大きくなる。
【0045】
本案の装置は、ミネラル含有原料水が原料対象として限定されず、水素との相乗効果を出す物質が含有される液体に対して利用できる。すなわち、コーヒー・蒸留酒・お茶に代表される飲料の製造、豆腐や味噌などの発酵醸造食品の製造、さらに医薬品・化粧品の製造にも利用できる。
【0046】
還元性水素水の生体の健康維持増進効果、美容効果、ならびにコンクリート混練での減水効果など未検証であり研究段階にあるものがほとんどであるが有望であって、広範に利用されそれぞれの効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本案の水と比較例の水のO17のNMRスペクトル図。
【図2】本案の水の機能の定量化実験の説明図:アトピー性皮膚炎自然発症モデル動物NC/Ngaマウスヘの飲用水交換と水スプレー塗布を午前9時と午後5時の2回実施。臨床スコアと動画撮影は午前11時に実施:(a)マウスの15分間スクラッチ(擦過)回数測定値、(b)アトピー性皮膚炎臨床スコアのグラフである。スクラッチ(擦過)回数はノベルテック社のSCLABAソフトを使用して解析。臨床スコアは、5つの臨床症状項目に対しそれぞれ0〜3の重篤度でマックス15ポイントとなるよう点をつけたもの。マウス数は4+4(control:水道水での対照)の計8匹。
【図3】図2に用いたマウスの実験後の写真。
【図4】本案の還元性水素水の製造装置第一例説明図。
【図5】本案の還元性水素水の製造装置第二例説明図。
【図6】公知のエジェクタの説明図。
【図7】エジェクタを使用した本案の還元性水素水の製造装置第三例説明図。
【図8】エジェクタを使用した本案の還元性水素水の製造装置第四例説明図。
【図9】特開2003−019426のガス溶存液状媒体(水素あるいは酸素溶存水)の製造装置第一例説明図。
【図10】(a)特開2002−301489のエジェクタを使用した水のオゾン浄化装置説明図。(b)特開2002−301489に記載されたオゾンを用いた公知の水浄化装置説明図。
【図11】米国特許US6506361のエジェクタを使用したGas−liquid reaction process装置説明図。
【符号の説明】
1 原水(原料水)散布スプレーノズル
2 水素ガス供給ノズル
【発明の属する技術分野】
本案は、ミネラルを含む天然水に水素ガスを通気した液体からなる還元性水素水を利用した食品、特に飲用の還元性水素水と製造装置に関する。本明細書にては水素と水とを混合することで還元作用を付加したものを「還元性水素水」と記載する。
【0002】
【従来の技術】
水は地球上で最もありふれた物質であるが、液体としては特異な性質を持っている。それを列挙すると、沸点、融点が比較的高い。蒸発熱、凝固熱が比較的大きい。熱容量が比較的大きい。4℃で最大密度になる。固相(氷)が液相よりも低密度である(普通は結晶を作り固体化した方が高密度)。4℃で熱膨張係数が符号を変える。等温圧縮率が46℃で極小になる。粘性率の圧力依存性が30℃で負になる。表面張力が比較的大きい。誘電率が比較的大きい、などである。
【0003】
これらの性質は、定性的には水分子同士が複雑な相互作用をしていることを示す。水分子は水素結合で3次元的につながっている。水素結合には異方性があり集合状態で水分子の向きやすい方向とそうでない方向が生じ、熱揺らぎによって結合ができたり壊れたりしている。つまり、水は異方性分子の集合体なので空間的にも時間的にも動的に変化している物質である。さらに水は電解質やアルコールなど多様な物質を溶かし、その溶液では水分子の動的変化がさらに複雑になっていると考えられる。
【0004】
上記のような動的変化の科学的解明は未完であって、水の特性の説明は定性的なものにとどまっている。しかも、水中に多様なものがごく微小量混入した状態は多種多様であり、それらの科学的解明は至難である。ごく微小量とはppm、ppbのオーダであって、このオーダの混入物質の特定と定量化そのものが難しい。いわゆるミネラルウォータはまさしく特性解析困難なものであり、ミネラルウォータ以外の市販されている、おいしい水、健康によい水、特定の病気を改善する水といった、付加価値をつけた数多くの飲用の水も同様である。水の特異さに微量混入物質が輪をかけ、いわゆる水のサイエンスは意外にも遅れている。
【0005】
サイエンスとは無関係においしい水、健康によい水、といった付加価値飲用水につき、<017のNMR><ORP><pH>などの測定データを引用し「水自体が特別な状態」に変化していると記載された公知文献がある。「特別な状態の水」をクレームしたり、その水を「特別な状態」にする製法の特許も多数ある。統一的ではないが特許文献4〜特許文献8にそれらの例を挙げる。これら個別の説明は略すが、これら製法は、「電気エネルギーを付与」または「磁気エネルギーを付与」または「触媒を作用させる」の単独か組み合わせ製法によるおいしい水、健康によい水、といった付加価値飲用水である。「電気エネルギー付与」では放電も含む「電気分解」が多い。静電界、静磁界ばかりでなく高周波電界、高周波磁界での製法も提案されている。
【0006】
これらの公知の付加価値飲用水は<O17のNMR><ORP><pH>などで水を特徴づけ、新規性を主張しているがそれらによる特徴づけ、および測定データの再現性には疑問がある。ここで、<O17のNMR>とは、酸素17(O17)分子のNMR(核磁気共鳴)緩和時間、<ORP>とは、Oxdation Reduction Potential:酸化還元電位、<pH>は水素イオン濃度である。
【0007】
非特許文献1にては、<O17のNMR>と<pH>とは相関があり、<O17のNMR>半値幅が小さいことは単に<pH>が7から前後に外れていることを意味するという実験的記載がある。また非特許文献2では<O17のNMR>から水のcluster(クラスター)について議論することは問題があり、おいしいなどの水の官能評価に<O17のNMR>を用いることは誤りであることが示されている。
【0008】
<ORP(酸化還元電位:redox potential)>値は、測定電極を蒸留水等で洗浄・乾燥を繰り返して測定したとしても電極表面の電気化学状態のわずかな変化が起こり、測定のたびに100mV近く変動する。また簡易型ORP測定器では例えば基準白金電極自体が200mV電位であるのにその校正を無視した200mVずれていると思われるデータが多い。原理的にORP値自体が不純物の量と種類とそれらのバランスで大きく変わる。つまり水のわずかな成分変化で還元性とは無関係に大きく変わる。こういったことからORPデータによる水の特徴づけは信頼性と再現性に欠ける。
【0009】
<pH>についても同様に、水のわずかな成分変化で電解イオン等と水素イオンとのバランスが変わるため測定データも変わる。これらのことから、現状で困難なppm、ppbのオーダの水の微量成分を定量評価しない限り、<O17のNMR><ORP><pH>およびそれらの組み合わせのみで付加価値水の特徴づけしようとしても難しい。つまり物質としての権利主張は難しいと考えられる。
【0010】
一方、水素と液体を混合することで抗酸化効果を得た付加価値付き液体とその製法が特許文献1〜特許文献3に記載されている。水素との混合にて水に還元性が付加される。特許文献1〜特許文献3に記載の水も還元性水素水である。特許文献1では、真空下で脱気する工程を必要としている。特許文献2では、水素飽和槽でそれに付属する撹拌子と動力モータで急速撹拌しながら還元性水素水を製造すると記載されている。特許文献3では、ORP測定器をセンサーとしてORP値を制御量としたプロセス制御での製造法と装置が記載されている。図9が特許文献3の還元性水素水を含むガス溶存液状媒体(水素あるいは酸素溶存水)の製造装置説明図である。
【0011】
また一方、エジェクタと称呼される気液噴流を利用した流体機器を気液の混合プロセスに用いることは公知である。すなわち、任意の反応で撹拌子と動力モータなどによる気液撹拌をエジェクタの気液噴流による撹拌に置き換えること(特許文献9参照)、より具体的にはオゾンにより水を浄化するプロセスでオゾン・水の気液混合にエジェクタを用いること(特許文献10参照)、有機化合物の水素化や酸化における気液触媒反応にてエジェクタを用いること(特許文献11参照)、などである。エジェクタの構成を図6に示す。エジェクタの構成は公知であるので図6の説明は略す。
【0012】
【特許文献1】
特許2890342「食品等の還元性水素水とその製造方法並びに製造装置」熊本県
【0013】
【特許文献2】
特開2000−354696「洗濯水、風呂水等へ供給する水素飽和水の大量連続供給装置」有限会社情報科学研究所
【0014】
【特許文献3】
特開2003−019426「ガス溶存液状媒体の生産方法およびガス溶存液状媒体の生産システム」有限会社情報科学研究所
【0015】
【特許文献4】
特開平09−168783「還元性電解水及びその生成方法」佐藤文平
【0016】
【特許文献5】
特開平10−118653「電解水素溶存水の製造方法ならびにその製造装置」日本トリム:株式会社
【0017】
【特許文献6】
特開2000−212784「医療用の水、その製途方法およびその製造装置」日本トリム:株式会社
【0018】
【特許文献7】
米国特許US6284293「Method for generating
oxygenated water」CRANDALL,et al.
【0019】
【特許文献8】
米国特許US6251259「Method and apparatus for producing electrolyzed water」Satoh,et al.
【0020】
【特許文献9】
特開2003−170039「反応装置」石川島播磨重工業株式会社
【0021】
【特許文献10】
特開2002−301489「水浄化方法およびその装置」三菱重工業株式会社
【0022】
【特許文献11】
米国特許US6506361「Gas−liquid reaction process including ejector and monolith catalyst」AIR PROD & CHEM (US)
【0023】
【非特許文献1】
上平恒著,「水の分子工学」,講談社サイエンティフィク,講談社,ISBN4−06−153378−9,p.100−103
【0024】
【非特許文献2】
日本電子株式会社分析機器技術本部NMRグループ「水の味とO17NMRの信号幅との関連性について」日本電子ニュース,vol.31,No.1,(1990)
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高機能で信頼性ある付加価値をつけた水の物質としての提案が課題である。しかしながら、従来技術でも述べた事情から現状では「付加価値水そのもの」の機能、信頼性を物性データ等で科学的に証明し主張することは困難である。したがって、相対的に付加価値水の差を示し新規性を主張する。付加価値水は、より具体的には還元性水素水である。
【0026】
また本発明は、還元性水素水の製法が課題である。すなわち、特許文献1記載のような真空下で脱気する工程を経ることをせず、そのままの状態で水素ガスと気液混合する製造装置、特に飲用の還元性水素水、および、その飲用の還元性水素水の製造装置の提供を課題とする。
【0027】
【課題を解決するための手段】
おいしい水や奇跡の水の機能にて、酸化性物質に作用しそれを中和する還元性がある。ある種の水が活性酸素やラジカルを還元するスカベンジャー(排除物質)として機能している、といった報告も多い。したがって何らかの還元性物質が自然環境下で水に富化きれたものが、おいしい天然水や奇跡の水、ではないかと推定される。
【0028】
発明者らは還元性物質を水素、高圧下での水素ガス・水混合による水素ガス富化に注目した。さらに金属元素と水素が複合的に作用して上記還元性が増す効果が出ると考えた。水に含有された金属が、イオンや錯体の状態で電子伝達すなわち酸化還元反応で何らかの役割を果たしていると推定している。
【0029】
高圧下での水素ガスと水の気液混合については特許文献1〜特許文献3で開示されている。しかしながら、特許文献1の真空下で脱気する工程は必ずしも必要としない。また特許文献2の攪拌手段も必ずしも必要としない。さらにまた特許文献3のORP測定器をセンサーとしたプロセス制御は前述のORP測定の問題から実用性に欠ける。
【0030】
本案は(請求項1)、大気圧より高い圧力容器にミネラル含有原料水と水素ガスを供給することで、含有ミネラルと水素により液体中の分子のエネルギーを増加させた還元性水素水であって、圧力容器の内圧が(請求項2)、大気圧との差圧で0.01MPa〜0.9MPaである。また、原料水の含有ミネラルとその含有量が(請求項3)、少なくともカルシウム(Ca)が5ppm以上、マグネシウム(Mg)が0.5ppm以上である。
【0031】
現状では、天然水に含有される微量金属の種類と含有量、および水分子中での金属の状態は研究段階である。同様に水素の含有量と水分子中での水素の状態も研究段階である。こういった現状で発明者らは、天然水に水素富化を行った。これは従来製法よりシンプルであり、実用的である。天然水はいわゆるミネラル水である。
【0032】
水硬度は、炭酸カルシウムを基準としたものであるので含有ミネラルとの対応はあいまいである。本案のミネラル含有原料水は、水の硬度でいえば軟水の領域が好ましく、カルシウム(Ca)が5ppm〜10ppm、マグネシウム(Mg)が0.5ppm〜3ppmが好適である。ここでppmはmg/リットルと等価である。
【0033】
<他の付加価値水との相対的な差の説明>(図1参照)
本案の還元性水素水にては(請求項4)、液体中の分子のエネルギを増加が水の酸素17のNMRスペクトルの半値幅で計測され、原料水の17酸素のNMRスペクトルの半値幅に対して97%以下の半値幅である。たとえば、天然の原料水の17酸素のNMRスペクトルの半値幅が40Hz、それに対し本案プロセスをかけた後の水の17酸索のNMRスペクトルの半値幅は38.8Hzであった。したがって、およそ97%(38.8÷40)である。よって、原料水の17酸素のNMRスペクトルの半値幅に対して97%以下の半値幅となる。他の測定例では、44.4Hzの原料水に対して38.5Hzとなり、この場合は87%である。
【0034】
図1は、本案による還元性水素水(実線)と従来法による付加価値水(点線)の<O17のNMR>半値幅を示す図である。従来法による付加価値水は、特許文献1〜特許文献4のものの一部である市販品を用いた。また、重水、緩衝溶液(MiliQ)、水道水も比較のため用い、その結果も点線で示した。測定は温度27℃、160回の自動スキャン測定の平均値である。測定データ値は図中に記載した。
【0035】
非特許文献1では、<O17のNMR>と<pH>との相関が記載されている。それによれば、<O17のNMR>半値幅が小さいことは単に<pH>が7から前後に外れていることを意味する。しかしながら、それは定常状態であり、非定常なエネルギー活性状態が生じていれば単純相関はないと考える。よって本案の還元性水素水は相対的に分子エネルギーが高い状態であり、高機能であると考えられる。
【0036】
<機能の説明>
図2が、本案の還元性水素水の機能の検証実験の結果の図である。アトピー性皮膚炎自然発症モデル動物NC/Ngaマウスへの飲用水交換と水スプレー塗布を午前9時と午後5時の2回実施した。その際の水を本案の水と水道水(control)を使用した。臨床スコアと動画撮影は午前11時に実施した。その結果が図1(a)であってマウスの15分間スクラッチ(擦過)回数測定値、および図1(b)がアトピー性皮膚炎臨床スコアのグラフである。スクラッチ(擦過)回数はノベルテック社のSCLABAソフトを使用して解析した。臨床スコアは、5つの臨床症状項目に対しそれぞれ0〜3の重篤度でマックス15ポイントとなるよう点をつけたものである。マウス数は4+4(control:水道水での対照)の計8匹使用した。図3は、図2に用いたマウスの実験後の写真である。
【0037】
【発明の実施の形態】
本案の還元性水素水の製造装置は(請求項5)、水素ガスの供給手段と、上下距離が300mm以上で内部上方にミネラル含有原料水の供給ノズルと内部下方に水素ガス供給ノズルが配設された圧力容器と、前記圧力容器の内圧を大気圧以上に維持する圧力調整手段を有する。図4が本案の還元性水素水の製造装置第一例で、図5が本案の還元性水素水の製造装置第二例である。第2例のように水素を再利用する循環配管を設けてもよい。循環配管については、図10、図11のような気体の循環再利用を考慮した配管系が公知なので容易に設計と実現が可能である。
【0038】
良好なる気液混合をなすために、原水(原料水)散布スプレーノズル1と水素ガス供給ノズル2の間隔(上下距離)が300mm以上であることが必要である。圧力容器の内圧は、大気圧に対しての差圧0.01MPa〜0.9MPaの範囲で維持するのが好適である。
【0039】
公知のエジェクタを応用した本案の還元性水素水の製造装置第三例は(請求項6)、水素ガスの供給手段と、塩素除去手段と、ミネラル含有原料水を大気圧以上に加圧する加圧手段と、前記加圧手段による加圧ミネラル含有原料水供給部と水素ガス吸引部をもつ加圧ミネラル含有原料水圧で水素ガス吸引するエジェクタが内部に配設され、かかるエジェクタでミネラル含有原料水と水素ガスの気液混相流が内部で形成される圧力容器と、前記圧力容器の内圧を大気圧以上に維持する圧力調整手段を有する。図6が、エジェクタを使用した本案の還元性水素水の製造装置第三例説明図である。図6にて、塩素除去手段は塩素除去装置、圧力調整手段は減圧弁と記されている。水素ガスの供給は水素ガスボンベを接続し、ボンベ内水素圧で接続配管へ供給する。
【0040】
ミネラル含有原料水の加圧は、大気圧に対しての差圧0.1MPa〜0.3MPaの範囲に加圧するのが好適である。圧力容器3の内圧は、大気圧に対しての差圧0.01MPa〜0.9MPaの範囲で維持するのが好適である。
【0041】
エジェクタを使用した本案の還元性水素水の製造装置第四例は(請求項7)、水素ガスの供給手段と、塩素除去手段と、ミネラル含有水道水の供給手段と前記塩素除去手段を経由したミネラル含有水道水の水圧によって水素ガスを吸引する吸引部をもつエジェクタとを有する。図7が、エジェクタを使用した本案の還元性水素水の製造装置第四例説明図である。図7にて、塩素除去手段は塩素除去装置と記されている。塩素除去手段の下流側に逆流防止弁(逆止弁)を配説したほうがよい。また塩素除去装置の下流の配管の長さは1m程度ある方が配管中で気液混合がなされて好適である。水素ガスの供給は水素ガスボンベを接続し、ボンべ内水素圧で接続配管ヘ供給する。
【0042】
水道水の中にも有効ミネラルが混じっているのでこれを直接用いたものが、図8に示す本案製造装置第四例である。水道水の中に有効ミネラルが混じっている場合について家庭内設置が可能である。水道管を塩素除去装置に接続する。水道水の水圧は、大気圧に対しての差圧0.1MPa〜0.15MPaである。これに加圧して0.3MPa程度までの圧力としてエジェクタ効果を強化してもよい。加圧は公知のポンプ、コンプレッサ、ブースターなどを利用すればよい。エジュクタの下流の配管長は、気液混合に充分な配管の長さが必要であるが1m程度の長さで十分である。
【0043】
製造装置第四例にて、還元性水素水の水供給部(蛇口)5に関するより詳細な構成例を図12に示す。図12の4は上方閉鎖下方開放の水素滞留フードであって、水素はフード内の上部に滞留するので、そのフードから外ヘ水素をだす。図12のようにコップを置くと還元性水素水が出てくるケースを用意すれば便利で家庭内に設置して還元性水素水を生成して即時利用できる。
【0044】
【発明の効果】
還元性水素水の製造をより簡素化し量産容易となるミネラル含有水と水素ガスとを大気圧以上の圧力下で気液混合させる装置を提供した。特にエジェクタの利用で水素ガスとの混合効率を上げた。ミネラルと水素ガスとの相乗効果で溶液分子のエネルギーが相対的に向上し生体ヘの良好な影響が大きくなる。
【0045】
本案の装置は、ミネラル含有原料水が原料対象として限定されず、水素との相乗効果を出す物質が含有される液体に対して利用できる。すなわち、コーヒー・蒸留酒・お茶に代表される飲料の製造、豆腐や味噌などの発酵醸造食品の製造、さらに医薬品・化粧品の製造にも利用できる。
【0046】
還元性水素水の生体の健康維持増進効果、美容効果、ならびにコンクリート混練での減水効果など未検証であり研究段階にあるものがほとんどであるが有望であって、広範に利用されそれぞれの効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本案の水と比較例の水のO17のNMRスペクトル図。
【図2】本案の水の機能の定量化実験の説明図:アトピー性皮膚炎自然発症モデル動物NC/Ngaマウスヘの飲用水交換と水スプレー塗布を午前9時と午後5時の2回実施。臨床スコアと動画撮影は午前11時に実施:(a)マウスの15分間スクラッチ(擦過)回数測定値、(b)アトピー性皮膚炎臨床スコアのグラフである。スクラッチ(擦過)回数はノベルテック社のSCLABAソフトを使用して解析。臨床スコアは、5つの臨床症状項目に対しそれぞれ0〜3の重篤度でマックス15ポイントとなるよう点をつけたもの。マウス数は4+4(control:水道水での対照)の計8匹。
【図3】図2に用いたマウスの実験後の写真。
【図4】本案の還元性水素水の製造装置第一例説明図。
【図5】本案の還元性水素水の製造装置第二例説明図。
【図6】公知のエジェクタの説明図。
【図7】エジェクタを使用した本案の還元性水素水の製造装置第三例説明図。
【図8】エジェクタを使用した本案の還元性水素水の製造装置第四例説明図。
【図9】特開2003−019426のガス溶存液状媒体(水素あるいは酸素溶存水)の製造装置第一例説明図。
【図10】(a)特開2002−301489のエジェクタを使用した水のオゾン浄化装置説明図。(b)特開2002−301489に記載されたオゾンを用いた公知の水浄化装置説明図。
【図11】米国特許US6506361のエジェクタを使用したGas−liquid reaction process装置説明図。
【符号の説明】
1 原水(原料水)散布スプレーノズル
2 水素ガス供給ノズル
Claims (7)
- 大気圧より高い圧力容器にミネラル含有原料水と水素ガスを供給することで、含有ミネラルと水素により液体中の分子のエネルギーを増加させた還元性水素水。
- 圧力容器の内圧が、大気圧との差圧で、0.01MPa〜0.9MPaである請求項1記載の還元性水素水。
- 原料水の含有ミネラルとその含有量が、少なくともカルシウム(Ca)が5ppm以上、マグネシウム(Mg)が0.5ppm以上である請求項1記載の還元性水素水。
- 液体中の分子のエネルギーを増加が水の酸素17のNMRスペクトルの半値幅で計測され、原料水の酸素17のNMRスペクトルの半値幅に対して97%以下の半値幅である請求項1記載の還元性水素水。
- 水素ガスの供給手段と、上下距離が300mm以上で内部上方にミネラル含有原料水の供給ノズルと内部下方に水素ガス供給ノズルが配設された圧力容器と、前記圧力容器の内圧を大気圧以上に維持する圧力調整手段を有する請求項1から請求項4のいずれかに記載の還元性水素水の製造装置。
- 水素ガスの供給手段と、塩素除去手段と、ミネラル含有原料水を大気圧以上に加圧する加圧手段と、前記加圧手段による加圧ミネラル含有原料水供給部と水素ガス吸引部を持つ加圧ミネラル含有原料水圧で水素ガス吸引するエジェクタが配設され、かかるエジェクタでミネラル含有原料水と水素ガスの気液混相流が流入される圧力容器と、前記圧力容器の内圧を大気圧以上に維持する圧力調整手段を有する請求項1から請求項4のいずれかに記載の還元性水素水の製造装置。
- 水素ガスの供給手段と、塩素除去手段と、ミネラル含有水道水の供給手段と、前記塩素除去手段を経由したミネラル含有水道水の水圧によって水素ガスを吸引する吸引部を持つエジェクタとを有する請求項1から請求項4のいずれかに記載の還元性水素水の製造装置。
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