JP2010005607A

JP2010005607A - 高純度の酸素ガスと水素ガスを利用した微細気泡含有高濃度酸素水と水素水の同時並列製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP2010005607A
Application number: JP2008310925A
Authority: JP
Inventors: Cheol Ok Kim; キム・チョルオク; Ho Goeng Kim; キム・ホグェン; Bomsoo Kim; キム・ボムス
Original assignee: CUBE CO Ltd L; L-CUBE CO Ltd; UNISIA CO Ltd
Current assignee: CUBE CO Ltd L; L-CUBE CO Ltd; UNISIA CO Ltd
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-01-14
Also published as: KR100980200B1; KR20100000454A

Abstract

【課題】それぞれ酸素が豊富な微細気泡含有高濃度酸素水と水素が豊富な微細気泡含有水素水を同時並列的に製造する装置および方法を提供すること。
【解決手段】給水された水から酸素ガスと水素ガスを生成する酸素ガス及び水素ガス生成ユニット；生成された酸素ガスと水を、多孔質物質を通して微細気泡を発生させ、混合させる第1混合部；生成された水素ガスと水を、多孔質物質を通して微細気泡を発生させ混合させる第2混合部；上記の第1混合部と連結し、酸素ガスと水の微細気泡を含む混合流体を加圧し、酸素ガスの溶解度を高めるための第1溶解部；上記の第2混合部と連結し、水素ガスと水の微細気泡を含む混合流体を加圧し、酸素ガスの溶解度を高めるための第2溶解部；及び、上記の各溶解部と連結し、上記の各溶解部から排出される酸素水と水素水をそれぞれ貯蔵する第1貯蔵タンク及び第2貯蔵タンクを含む、高純度の酸素ガスと水素ガスを利用した微細気泡含有濃度酸素水と水素水の同時並列製造装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、高純度の酸素ガスと水素ガスを利用した微細気泡含有高濃度酸素水と水素水の同時並列製造装置に関するものである。

酸素及び水素混合気体は、使用者によりその名称は様々であるが（ブラウンガス、酸素水素混合ガス、水素酸素混合ガス、水酸化ガス、ハイドロクスガス等）、水の電気分解で得られた気体で、水素と酸素の当量比が2:1で発生する気体を成すもの、そしてブラウンガスのように一度に採取するのではなく、別々に採取したもので、以下では“酸素ガスと水素ガス”と通称する。

飲用を前提に利用される酸素ガスと水素ガスは、燃料として使用される通常の場合に比べ、高純度であることが要求される。高純度の酸素ガスと水素ガスは、電解質の不純物を除去する装置を含む従来の電解槽を中心とした電気分解方式と、電解質の添加がないイオン交換膜を中心とした電気分解方式等により、得ることができる。

高純度の酸素ガスと水素ガスを清潔で安全な水（水道水、精製水またはミネラルウォーター）に投入し飲用可能にする方法及び装置を提案した以前の技術は大きく分けて酸素ガスと水素ガスの全てを利用する方法と、その中の水素ガスだけを利用する方法、或いは酸素ガスだけを利用する方法の3種類に分類される。

近頃、酸素ガスと水素ガスの両方を利用した飲料水製造を提案した方法（下記特許文献1参照）も存在するが、“一部の水素が、金属ナノコロイドに吸着され、気体とならずに安定した状態となり、水素分子と酸素は外に排出される”と、提案された実施例で明らかにされているように、実際に製造された還元水素水には、水素ガスのみが利用されており、混合ガス全体を利用しているとは考え難い。

また、単純に酸素ガスと水素ガスを水に注入する方法のみでは、水素以外に酸素を一定水準以上含む飲料水を製造するのは不可能である。本出願人の特許出願（下記特許文献2参照）は、まさにこのような点を改善した場合に該当する。

水素ガスだけを利用する方法としては、近頃の加水素水を製造する発明がこれに該当する。ただし、従来広く知られているようにイオン水器を提案するのは、その原理上類似する点も多いが、加水素水製造と同一の発明と見るのは難しい。その理由は、イオン水器の発明技術は、浄水された水を直接電気分解し、水酸化イオン(OH^-)の移動により陰極に集まったアルカリ水に関するもので、このようなアルカリ水の場合、水素(H₂)ガスがすぐ空気中に飛んでしまい、実際は水中に水素分子が安定して存在できないため、強アルカリ性を帯びる。その反面、水素ガスを直接水に混合、溶解し、加水素水を製造する技術の場合は、水酸化イオン(OH^-)ではない水素ガスの分子状態(H₂)で、水中に長期間安定した状態で存在し、水が中性により近い性質を持つようになる。

酸素ガスのみを利用する場合は、溶存酸素浄水器、酸素水浄水器、或いは酸素水を製造する提案がこれに該当する。

酸素水浄水器、もしくは酸素水製造方法を提案する場合、従来の気体を液体に溶解するための下水処理技術を利用したり、また引用する。つまり、大量の排水や養魚場の水などを清潔に浄水処理する技術として展開されてきた。特に酸素の溶解度は、空気の泡が水と接触する接触表面積にも関係があり、バブラーが微細気泡を生成すると気泡と水系の接触する表面積が増え、バブラーの容量は同じでも、酸素の溶解度はより大きくなるという原理を主に利用している。

具体的に溶存酸素量を増やすための方法として、マイクロフィルターや多孔質物質を含み、微細気泡発生原理を利用したり、発生させた微細気泡を強い旋回流や過流を通じて均一に混合するなど、先行する技術を利用し、大気圧下で溶解可能な酸素濃度よりも10倍以上の過飽和濃度で酸素を溶解させ、機能水の機能を持つ飲料水を製造する装置及び方法が提案されている。

溶存酸素量(DO; Dissolved Oxygen)は、水中に溶解している酸素の量をppm(mg/L)で示したものである。水中の溶存酸素量が、80ppm以上である場合、治療の機能を持つと知られている。

同時に近頃、微細気泡の研究と応用に関する開発が活発に行われている。特に、同時に近頃、微細気泡の研究と応用に関する開発が活発に行われており、特にマイクロバブルは直径が十マイクロメートル〜数十マイクロメートル範囲のバブルと定義され、液中での給水効果が高く、均一性と分散性に富み、生体の生物活性を高め、超音波を使うと70℃程度まで発熱するなどの特性を活かし、ガン診断や治療などに応用されている。

イオン水器や還元水素水、或いは加水素水製造装置に関する方法としては、従来のイオン水器製造方法(下記特許文献3参照)以外にも、上記の微細気泡発生原理を利用し、溶存水素量と酸化還元電位を一定水準で保つ加水素水を製造する方法が提案されている(下記特許文献4参照)。溶存水素量(DH; Dissolved Hydrogen)は、水中に溶解している水素の量をppb或いはppmで示したものである。水道水には、2.3〜2.6ppb、ミネラルウォーターには1.2〜2.4ppbの水素が含まれているという日本での報告がある。近頃、抗酸化機能として知られている物質が、過酸化水素ではなく水素分子だという主張の台頭に従い、重要視して推測すべき数値として、溶存水素量の使用が増えてきている。酸化還元電位(ORP; Oxidation Reduction Potential)は、人体に限らず酸化還元系を含む界(溶液)で、白金のようなそれ自体は酸化還元反応に関与しない非活性電極をその溶液に浸すと、電極間に電位差が生じる。この電位差が酸化還元電位であり、単位はmVである。イオン水器、還元水素水、加水素水を始めとしたマイナスORPの水は、非常に高いプラスORPを持つ活性酸素の破壊力を相殺できる能力を持つことが知られている。参考に、人体の消化器官の各部位で測定されたORP値を見ると、胃 +150mV、十二指腸-150mV、小腸 -150mV、大腸-250mVである。人体において、血液から吸収される水のORPを下げ、人体の至る所で発生する活性酸素の作用を抑制する器官が大腸である。そのため、水が素早く吸収されるためには、ORPを低く維持しなければならない。

我々が普段飲んでいる水のORPは、一般のミネラルウォーターの場合、約＋200mVで、水道水はそれよりも遥かに高い数値である。従って、水道水や、ミネラルウォーターは人体の消化器官と均衡を成すことが出来ないと判断される。

従来のイオン水器は、ORP数値のマイナス絶対値を高めると、相対的に水素イオン濃度(pH)が高まり、強アルカリになるという問題があった。そのため韓国と日本では、イオン水器は一般人が飲用する水ではなく、医療用物質生成器として許可されてきた。近頃、政府は一部、その治療効果を認定し、アルカリイオン水として許可した。一方、イオン水器に溶けている溶存酸素量は、水道水とあまり差が無いことが知られている。

最近になり、国内だけでなく全世界で健康及び環境に対する関心が持続的に上昇していることは周知の事実である。その関心の韓国版の中の一つが、まさに水なのである。今は清潔で安全な水を超え、健康機能を含む水を求める消費者も次第にその基盤を広げている。このような流れに合わせて、清潔で安全であるだけでなく、健康機能を含む飲料水を提供しようという発明家及び企業の努力も共に進行しており、従来の浄水機能だけでなく、活性酸素を除去するというイオン水器、酸素を大量供給し、活力を高めるという酸素水浄水器等に拡大してきているというのが実状である。

このような時に清潔で安全な水を超え、いわゆる良い水の新たな必須条件である健康機能を提案しつつも、水素ガスのみを利用したり、酸素ガスのみを別に利用する個別的でありつつも、浪費的な要素のある従来のアプローチを一つに統合し、高純度の酸素ガスと水素ガスを別々に利用できるが、一箇所で一度に利用できるものが要求される。
韓国特許第10−0761099号公報韓国特許願第10−2008-0030490号韓国特許第10−0479644号公報韓国特許第10−083832号公報

本発明の目的は、一定の圧力で高純度の酸素ガス又は水素ガスを清潔で安全な原水の一部と一定の比率で混合し、一定の大きさ以下の直径を持つ微細気泡を発生させ溶解した後、これを開放型水槽または密閉型タンクの原水に分散或いは投入し、それぞれ酸素が豊富な微細気泡含有高濃度酸素水と水素が豊富な微細気泡含有水素水を同時並列的に製造する装置を提供することである。

本発明に従った高純度の酸素ガスと水素ガスを利用した微細気泡含有高濃度酸素水と水素水の同時並列製造装置は、給水された水から酸素ガスと水素ガスを生成する酸素ガス及び水素ガス生成ユニット；生成された酸素ガスと水を、多孔質物質を通して微細気泡を発生させ、混合させる第1混合部；生成された水素ガスと水を、多孔質物質を通して微細気泡を発生させ、混合させる第2混合部；上記の第1混合部と連結し、酸素ガスと水の微細気泡を含む混合流体を加圧し、酸素ガスの溶解度を高めるための第1溶解部；上記の第2混合部と連結し、水素ガスと水の微細気泡を含む混合流体を加圧し、酸素ガスの溶解度を高めるための第2溶解部；及び、上記の各溶解部と連結し、各溶解部から排出される酸素水と水素水をそれぞれ貯蔵する第1貯蔵タンク及び第2貯蔵タンクを含む。

提案された発明によると、高純度の酸素ガスと水素ガスを水と一定の比率で混合し、一定の大きさ以下の直径を持つ微細気泡を発生させることで、酸素が豊富な酸素水と水素が豊富な水素水を別々に、且つ同時に生成することができ、それぞれ生成された酸素水と水素水が両方とも微細気泡を含んでいるため、酸素と水素を水中に安定的に、長期間維持できるという利点がある。

また、酸素が豊富に含まれる酸素水は、体内に酸素を容易に供給することが出来、水素が豊富な水素水は過剰生産された体内の活性酸素を容易に無くすことができる。

以下では、図面を参照し実施例について具体的に説明する。

図1は、第1実施例に従った微細気泡含有高濃度酸素水と水素水の同時並列製造装置の構成を示すブロック図である。

本実施例は市販の浄水器形態にそのまま、或いは一部変形適用され、酸素水と水素水を別々に、且つ同時に生成する方法を提案する。

本実施例で説明する“微細気泡含有高濃度酸素水と水素水”について、先ず“微細気泡含有高濃度酸素水”は“酸素を大量に含み、溶存酸素量(DO)を80ppm以上、水素イオン濃度(pH)を7.0より若干高めに維持し、直径が数マイクロメートルから数十マイクロメートルの範囲に該当する気泡を大量に含む水”と定義する。

また、“微細気包含有高濃度水素水”は、水素を大量に含み、溶存水素量(DH)を1.8ppm以上、酸化還元電位(ORP)を-500mV以下、水素イオン濃度(pH)を7.0より若干高めに保ち、直径が数マイクロメートル〜数十マイクロメートルの範囲に該当する気泡を大量に含む水“と定義する。

以下では説明の便宜上、この2パターンに定義された水を通称し、“微細気泡含有高濃度酸素水と水素水”と呼び、更に簡略して“酸素水と水素水”と呼ぶことにする。

図1を参照すると、本実施例に従った酸素水と水素水の同時並列製造装置は、給水部(50)と、外部から給水される水及び酸素水と水素水を区画して貯蔵する貯蔵ユニット(100)と、給水される水から酸素ガスと水素ガスを生成する酸素ガスと水素ガス生成ユニット(400；以下では説明の便宜上、“ガス生成ユニット”と示す)と、水と酸素ガスと水素ガスをそれぞれ混合させる混合部(510、520)と、各酸素ガスと水素ガスを水に溶解させる溶解部(310、320)を含む。

詳しく説明すると、水道配管(P1)は浄水フィルター(52)に連結する。連結配管(P2)は、貯蔵水槽(110)に連結される。そして上記の貯蔵水槽(110)は、連結配管(P3)によって第1貯蔵タンク(120；通常は冷水タンクの役割)と、連結配管(P4)により第2貯蔵タンク(130；通常は冷水タンクの役割)に連結する。

上記の水道配管(P1)は、一定の水圧で水を供給するためのもので、通常は配水地と配水管を通じて連結された配管でも可能であり、或いは加圧ポンプが設置された飲料水タンクに連結することもできる。

上記の浄水フィルター(52)は、既存のフィルターが利用可能で、このような既存のフィルターとしては活性炭フィルター、逆浸透圧フィルターまたは中空糸膜フィルター等を利用することができる。また、本実施例で上記の浄水フィルターは、2種類以上のフィルターを組み合わせて使用する場合もある。

第1浄水供給配管(P5)は、上記の第1貯蔵タンク(120)から第1混合部(510)の入り口と連結される。上記の第1浄水供給配管(P5)には、第1減圧バルブ(210)が設置され、第1浄水供給配管(P5)を流動する水を、上記の第1減圧バルブ(210)で一定の圧力以下に減圧する。

第2浄水供給配管(P6)は、上記の第2貯蔵タンク(130)から第2混合部(520)の入り口と連結される。上記の第2浄水供給配管(P6)には、第2減圧バルブ(230) が設置され、第2浄水供給配管(P6)を流動する水を上記の第2減圧バルブ(230) で一定の圧力以下に減圧する。

このように、上記の各浄水供給配管(P5、P6)を流動する水が減圧されるのは、上記の第1混合部(510)及び第2混合部(520)に流入する水と共に、ガス生成ユニット(400)で発生した酸素ガスと水素ガスが、上記の混合部(510、520)に円滑に供給されるようにするためである。本実施例では、ガス生成ユニット(400)から発生した酸素ガスと水素ガスの圧力を考慮する時、上記の各浄水給水配管(P5、P6)の減圧バルブ(210、230)を流れる水の圧力は、2 kgf/ｃｍ^２程度に設定される場合もある。

また上記の浄水供給配管(P5、P6)には、上記の各減圧バルブ(210、230)と上記の各混合部(510、520)の間に位置し、上記の各浄水供給配管(P5、P6)内部の流量を調節する第1流量調節部(220)と第2流量調節部(240)が設置される。ここで述べる上記の各浄水供給配管(P5、P6)内部の流量とは、上記の各混合部(510、520)に供給される単位時間の水量を意味する。

一方、上記の連結配管(P2) から分岐した分岐配管(P7)には、水の供給を受け、電気分解により高純度の酸素ガスと水素ガスを発生させるガス生成ユニット(400)が連結される。

飲用を前提に利用する酸素ガスと水素ガスは、燃料用に利用される場合と比べ、高純度であることが要求されるため、上記のガス生成ユニット(400)は、電解質を使用せず、水を利用して電気分解する方式を採用するのが望ましい。但し、図示はされていないが、この方式を採用する場合、電気分解装置の陽(+)極では酸素が発生及び排出され、陰(-)極では水素と水が共に発生及び排出されるため、水素と水を分離する装置を付け、水素ガス供給配管(P9)を形成し、水素から分離された水は再び分岐配管(P7)と連結され、循環利用することを含む。しかし、従来の電解質を利用し、水を電気分解する方式を採用する場合には、必ず不純物を除去する装置を設置する方式が望ましい。

上記の酸素ガスとガス生成ユニット(400)には、精製水が供給されなければならず、このために上記の分岐配管(P7)に流入する水が、先ずイオン交換樹脂のような浄水フィルター(402)を通過し流入されるようにする。そして上記の浄水フィルター(402)を通過した水は、生成部(401)に流入し、電気分解される。

上記のガス生成ユニット(400)から発生した酸素ガスと水素ガスは、酸素ガス供給配管(P8)及び、水素ガス供給配管(P9)を通じて、それぞれ第1混合部(510)と第2混合部(520)に移動する。この時、酸素ガス供給配管(P8)及び水素ガス供給配管(P9)には、それぞれ第1活性炭フィルター(403)と第2活性炭フィルター(404)が設置可能で、このような第1、2活性炭フィルター(403、404)は、酸素ガスと水素ガスと共に水内部に流入する異質物を濾過する。

また上記の酸素ガス供給配管(P8)及び水素ガス供給配管(P9)には、上記の第1及び2活性炭フィルター(403、404)とそれぞれ第1及び2混合部(510、520)の間に位置し、上記の酸素ガス供給配管(P8)及び水素ガス供給配管(P9)内部の流量を調節する第3流量調節部(407)と第4流量調節部(410)が設置される。上述した上記の酸素ガス供給配管(P8)及び水素ガス供給配管(P9)内部の流量とは、それぞれ第1混合部(510)と第2混合部(520)に供給される単位時間あたりの酸素ガスと水素ガスの量を意味する。

図2は、第1実施例に従った混合部の構成を示した図面である。

本実施例で、第1及び第2混合部(510、520)は、その構成が同一であるため、図2では一つの混合部のみを図示し、第1及び第2混合部を同時に説明することにする。

図1及び図2を参照すると、上記の各混合部(510、520)は、内部にノズル(503、506)と多孔質物質(505)を含む、円形或いは角型の管体である。

上記の各混合部(510、520)には、それぞれ上記の第1及び第2浄水供給配管(P5、P6)が水密結合される。上記の各混合部(510、520)の他の端部には、それぞれ酸素ガスを供給する酸素ガス供給配管(P8)及び水素ガスを供給する水素ガス供給配管(P9)が水密結合される。

上記の酸素ガス供給配管(P8)及び水素ガス供給配管(P9)には、それぞれ第1逆流防止バルブ(406)と第2逆流防止バルブ(409)が設置され、上記の第1及び第2浄水供給配管(P5、P6)から供給された水が上記の酸素ガス供給配管(P8)及び水素ガス供給配管(P9)に逆流するのを防止する。

また、上記の酸素ガス供給配管(P8)及び水素ガス供給配管(P9)には、それぞれ第1圧力調節装置(405)と第2圧力調節装置(408)が設置され、一定圧力の酸素ガスと水素ガスがそれぞれ上記の第1混合部(510)と第2混合部(520)に供給されるようにする。

上記の各混合部(510、520) の内部には、それぞれノズル(503、506)が設置されており、高圧噴射された水が、より高圧で噴射されるように形成されている。通常、水を音速以下で噴射させるためのノズルは、流路面積が水を流す方向に向って狭くなる、テーパノズル(503)が良い。しかし水を音速以上で噴射する場合は、再び流路面積を大きくする必要があり、逆テーパノズル(506)が必要となるため、テーパノズル(503)と逆テーパノズル(506)を組み合わせることが望ましい。

上記の各混合部(510、520)内には、管体における水の噴射先にそれぞれ拡散室(504)が設置される。上記の拡散室(504)は、上記の第1浄水供給配管(P5)に沿って流れる浄水された水と、酸素ガス供給配管(P8)を通じて供給された酸素ガス混合流体、又は、上記の第2浄水供給配管(P6)に沿って流れる浄水された水と水素ガス供給配管(P9)を通じて供給された水素ガスの混合流体を拡散させるためのものである。

上記の拡散室(504)には、所定の直径のホールを持つ一種のフィルターである多孔質物質(505)が付いている。これは、上記の拡散室(504)に導入される水と酸素ガスの混合流体及び水と水素ガスの混合流体を、それぞれ多孔質物質(505)を介在して噴射することによって、多孔質物質(505)に形成された穴の直径と同一の微細気泡を形成するためのものである。

上記の多孔質物質(505)は、厚さ5〜10mmの範囲、直径2〜120μｍ範囲のホールを持つステンレススチールの焼結体が望ましい。市場で入手可能な焼結体であるタイラーメッシュの場合、直径10μｍ以下の微細気泡を形成させるためには、120メッシュ以上を選択する。

上記の各混合部(510、520)は、酸素ガスと水素ガスの溶解度を高めるため、図2で図示されているようにテーパノズルと逆テーパノズルが組み合わされたダブルチューブ構造と多孔質物質(505)が連続結合されて、使用される。

一方、上記の各混合部(510、520) の出口端にはそれぞれ第1循環ポンプ(330)と第2循環ポンプ(340)が連結される。上記の各混合部(510、520)から出された、微細気泡が大量に含まれた酸素ガスと水の混合流体及び水素ガスと水の混合流体は、上記の各循環ポンプ(330、340)の作動により、所定の圧力を持ちながらそれぞれ第1溶解部(310)と第2溶解部(320)を通過する。

上記の第1及び第2減圧バルブ(210、230)を通過しながら、約2 kgf/ｃｍ^２程度に減圧された水の圧力は、上記の第1及び第2循環ポンプ(330、340)を通過しながら約7 kgf/ｃｍ^２程度となり、このような圧力で上記の第1及び第2溶解部(310、320)を通過しながら水にそれぞれ酸素ガスと水素ガスが溶存される。

図3は、第1実施例に従った溶解部の構成を示す図面である。

本実施例で、第1及び第2溶解部(310、320)は、その構成が同一であるため、図3では一つの溶解部のみを図示し、第1及び第2溶解部を同時に説明することにする。

図3を参照すると、本実施例の上記の第1及び第2溶解部(310、320)は内側に不織布またはマイクロフィルター(331)を設置し、少なくとも2個以上の筒を作ることが望ましい。

さらに望ましいのは、図3で図示されているように、直列に連結された4つの筒で構成されることである。不織布やマイクロフィルターは、上記の第1、2混合部(510、520)と同じように微細気泡をさらに細かく砕く働きをする。これは、ミクロン単位で砕かれた水と酸素ガスと水素ガスが混合し、酸素ガスと水素ガスが溶存されるという原理に基づくものである。マイクロフィルターの大きさは、0.1〜20μｍ範囲の多様なフィルターが使用可能である。

また、溶解筒(341、342、343、344)を4個直列で連結し、この時、上記の不織布またはマイクロフィルター(331)は、それぞれ水と酸素ガス混合流体及び水と水素ガス混合流体が流入する流入側に設置される。

第1溶解筒(341)の流入側に連結されたインジェクター(321)は、内径が0.5Φの管型形状で、上記の第1、2混合部(510、520)からそれぞれ水と酸素ガスの混合流体及び水と水素ガスの混合流体が上記の第1、2循環ポンプ(330、340)を通りながら狭いところを通過し、流れを速める。

上記の第1及び第2循環ポンプ(330、340)の一定の圧力により、上記の溶解筒(341、342、343、344)の上部からそれぞれ微細気泡状態の酸素ガスと水の混合流体及び微細気泡状態の水素ガスと水の混合流体が流入し、下部から吐き出される。この時、上記の第1溶解筒(341)でそれぞれ水と酸素ガス及び水と水素ガスが混合し形成された微細気泡状態で上部から下部に移動する際、酸素ガスと水素ガスは更に細かい微細気泡となり、気泡は水の流速と共に下部へ移動し、それぞれ第2溶解筒(342)に流入する。この過程で各酸素ガスと水素ガスは、超微細気泡化され、水中で物理的に強制溶解される。このような自然の流れによる落差原理が第3溶解筒(343)と第4溶解筒(344)でも繰り返し利用され、最終目的としている溶存量の濃度に従って流量、流速及び圧力等が設定される設計である。

したがって、上記の酸素ガス供給配管(P8)及び水素ガス供給配管(P9)を通じて排出される各高濃度酸素ガスと水素ガスは、第1及び第2浄水供給配管(P5、P6)に従って流れる浄水された水と共に、第1及び第2混合部(510、520)を経て微細気泡に砕かれ、第1及び第2循環ポンプ(330、340)、第1及び第2溶解部(310、320)を通過し、水中の酸素ガスと水素ガスの溶存量は大きく増加し、酸素ガスと水素ガスが溶存した水(それぞれ酸素水と水素水)は上記の第1及び第2貯蔵タンク(120、130)内に貯蔵される。

上記の第1及び第2貯蔵タンク(120、130)内に貯蔵された各酸素水と水素水は、上記の第1、第2循環ポンプ(330、340)の作動中は、第1、第2浄水供給配管(P5、P6)に沿って再び循環しながら水の酸素ガスと水素ガス溶存量を、飽和状態まで高める。

一方、上記の第1、第2貯蔵タンク(120、130)には酸素水と水素水の水位を測定するための第１最低水位センサー(140)と第2最低水位センサー(150) がそれぞれ設置される。

上記の第1及び第2最低水位センサー(140、150)は、それぞれ上記の第1及び第2貯蔵タンク(120、130)内部の酸素水と水素水の基準最低水位を感知する役割を果たす。従って、上記の第1及び第2最低水位センサー(140、150)で、酸素水と水素水の基準最低水位が感知された場合、上記の第1及び第2貯蔵タンク(120、130)内にそれぞれ上記の貯蔵水槽(110)の水が供給される。

また、上記の第1及び第2貯蔵タンク(120、130)にはソレノイドバルブのような第1電子制御式開閉バルブ(710)と第2電子制御式開閉バルブ(720)が設置され、それぞれ第1出水管(P10)と第2出水管(P11)が連結される。上記の第1及び第2電子制御式開閉バルブ(710、720)は、制御部(600)から伝達される電気的な制御信号により開閉操作が行われる。

図1で、上記の第1及び第2出水管(P10、P11)はそれぞれ第1及び第2貯蔵タンク(120、130)と第1及び第2溶解部(310、320)の間の配管から分岐するものと図示されているが、上記の第1及び第2出水管(P10、P11)は、各上記の第1及び第2貯蔵タンク(120、130)への直接連結も可能である。

反面、上記の制御部(600) は上記の第1及び2電子制御式開閉バルブ(710、720)の開閉を制御する。また、上記の制御部(600)には、第1及び第2出水管(P10、P11)の先端に隣接し、コップまたは容器の有無を非接触式で感知し、信号を伝達する第1センサー(610)と第2センサー(620)がそれぞれ連結される。このような第1及び2センサー(610、620)には、人体の赤外線信号を感知し、電気的な信号を発生させる焦電センサーが利用される場合もある。

また上記の制御部(600)は、第1及び第2循環ポンプ(330、340)とガス生成ユニット(400)を直接制御できるように連結する。特に、本実施例において上記の制御部(600)は、第1及び第2センサー(610、620)のon/off動作をカウントするためのカウンター回路部を含み、設定されたカウント数ごとにガス生成ユニット(400)及び第1及び第2循環ポンプ(330、340)を設定された時間のみ作動するように制御する。

従って、上記の制御部(600)は一定量以上の水を使用したと判断された場合には、設定時間の間、ガス生成ユニット(400)と上記の第1及び第2循環ポンプ(330、340)を作動し、それぞれ水中の酸素ガスと水素ガスの溶存量を増加させる。

この時、上記のガス生成ユニット(400)と上記の第1及び第2循環ポンプ(330、340)の作動時間は、上記の第1及び第2貯蔵タンク(120、130)の容量に従い、経験的または実験的に決定された後、上記の制御部(600)内に設定値として指定できる。

また一方で、上記の制御部(600)には第1及び第2循環ポンプ(330、340)及び上記のガス生成ユニット(400)の作動可否を使用者が直接制御できるよう、電源スイッチ(630)が連結される。つまり、使用者は酸素ガスと水素ガスが溶存した水を利用したい場合は、電源スイッチ(630)を操作し、第1及び2循環ポンプ(330、340)及びガス生成ユニット(400)の作動を制御することが可能である。

上記の電源スイッチ(630)は、上記の第1及び第2循環ポンプ(330、340)並びにガス生成ユニット(400)のみを制御するため、上記の第1及び第2センサー(610、620)の信号による第1及び第2開閉バルブ(710、720)のon/offは、上記の電源スイッチ(630)の操作とは関係なく、行われる。

ここで上記の第1及び第2貯蔵タンク(120、130)に図示されていない冷却装置を追加し、上記の第1及び第2貯蔵タンク(120、130)に貯蔵された高濃度の酸素水と水素水を一定の温度で維持できるようにするのが望ましい。

図4は、第1実施例に従った酸素水と水素水の同時並列製造装置の制御構造を示すブロック図である。

図4を参照すると、本実施例に従った酸素水と水素水の同時並列製造装置は、上記の第1混合部(510)に供給される水量を調節する第1流量調節部(220)と、上記の酸素ガス供給配管(P8)から第1混合部(510)に供給される酸素ガスの量を調節する第3流量調節部(407)と、上記の第2混合部(520)に供給される水量を調節する第2流量調節部(240)と、上記の水素ガス供給配管(P9)から上記の第2混合部(520)に供給される水素ガスの量を調節する第4流量調節部(410)と、上記の第1貯蔵タンク(120)内の最低水位を感知する第1最低水位センサー(140)と、上記の第2貯蔵タンク(130)内の最低水位を感知する第2最低水位センサー(150)と、上記の各最低水位センサー(140、150)で感知された水位情報に従い、上記の各流量調節部(220、240、407、410)を制御する制御部(600)を含む。

詳しく説明すると、上記の各最低水位センサー(140、150)は一例として圧力センサーを使用することができる。また、上記の各最低水位センサー(140、150)で基準の最低水位が感知されると、上記の制御部(600)は上記の連結配管(P2)に設置されているバルブ（図示なし）を作動させ、上記の各貯蔵タンク(120、130)内に水が供給されるようにする。

ここで、最低水位に到達した時の方がが基準の最低水位に到達しない時よりも、上記の各最低水位センサー(140、150)で感知される圧力が低い。従って、上記の各最低水位センサー(140、150)で、基準の最低水位が感知されたということは、上記の各最低水位センサー(140、150)で感知された圧力が瞬間的に低くなり始めた時を感知したということを意味する。

そして、上記の貯蔵タンク(120、130)に基準の水位まで水が貯蔵された場合、上記の制御部(600)は酸素水と水素水が上記の貯蔵タンク(120、130)に貯蔵されるようにするため、上記の各流量調節部(220、240、407、410)の作動を制御する。

そして、上記の第1流量調節部(220)の作動により、上記の第1混合部(510)には単位時間当たり第1基準量の水が流入し、上記の第3流量調節部(407)の作動により、上記の第1混合部(510)には単位時間当たり第2基準量の酸素ガスが供給される。また、上記の第1基準量は、上記の第2基準量よりも値が大きい。

そして、上記の第2流量調節部(240)の作動により、上記の第2混合部(520)には単位時間当たり、第1基準量の水が流入し、上記の第4流量調節部(410)の作動により、上記の第2混合部(520)に単位時間当たり第3基準量の水素ガスが供給される。また、上記の第1基準量は、上記の第3基準量よりも値が大きい。

詳しく説明すると、上記の第1基準量と上記の第2基準量の比率は、およそ77〜91:1となり、上記の第1基準量と上記の第3基準量の比率はおよそ38〜45:1となる。（1分当たり、酸素は11〜13cc、水素は22〜26cc発生する電気分解装置を採用し、水1リットルに混合する場合）これに従い、上記の各混合部(510、520)の水と酸素ガスの比率は、およそ77〜91:1、水と水素ガスの比率はおよそ38〜45:1となる。

上記の混合比率は、上記の各混合部(510、520)内に設置されている多孔質物質のホールの大きさと、拡散室に供給される水と酸素ガス及び水素ガスの圧力、水量等の条件によって、それぞれ77〜91（酸素ガスの場合）、38〜45（水素ガスの場合）範囲内でその正確な水の供給比率が決定される。

このように一定の比率で水と酸素ガス及び水素ガスが、上記の各混合部(510、520)に供給されるため、上記の制御部(600)は上記の各流量調節部(220、240、407、410)の作動時間を制御する。つまり、上記の制御部(600)は、各流量調節部(220、240、407、410)が同じ時間だけ作動されるようにする。

このように本実施例によると、水に酸素ガス又は水素ガスが一定の比率で混合され、微細気泡を大量に含む高濃度の酸素水と水素水を別々に、且つ同時に生成できるようにする。すなわち、本実施例で目的とする酸素を大量に含み、溶存酸素量(DO)を80ppm以上、水素イオン濃度(pH)を7.0より若干高めに保ち、直径が数マイクロメートル〜数十マイクロメートル範囲に該当する気泡を大量に含む水(微細気泡含有高濃度酸素水)と、水素を大量に含み、溶存水素量(DH)を1.8ppm以上、酸化還元電位(ORP)を-500mV以下、水素イオン濃度(pH)を7.0より若干高めに保ち、直径が数マイクロメートル〜数十マイクロメートル範囲に該当する気泡を大量に含む水（微細気泡含有高濃度水素水）を製造することができる。

このように生成された酸素水と水素水は、一定時間が経過しても安定して水中に存在できるため、酸素水は体内に必要な酸素を手軽に供給することが出来、水素水は体内で過剰生成された活性酸素を容易に除去することができる。

また、酸素水と水素水の水位が感知され、水の供給が自動で行われるため、上記の各貯蔵タンク(120、130)にそれぞれ酸素ガスと水、水素ガスと水が一定の比率で混合された酸素水と水素水が一定量貯蔵でき、利用者の利便性が向上するといった利点がある。

下の表は、第1実施例に基づき製造された浄水器型の製造装置で、作られた微細気泡含有高濃度酸素水と微細気泡含有高濃度水素水の溶存酸素量(DO)と溶存水素量(DH)、酸化還元電位(ORP)を測定した結果を表したものである。表1によると、微細気泡含有高濃度水素水の場合、DOは60分経過後に、80ppm以上を記録し、ORPは30分経過後に-500mV以下を記録した。また微細気泡含有高濃度酸素水の場合、DHは30分経過後に1.8ppm以上を記録した。溶存酸素量は、OxyGuardのHandy Polarisモデルで、溶存水素量は日本電波工業のDH-35Aモデル、酸化還元電位は日本電波工業のRM-20Pモデルで測定した。また、実験対象製造装置は、15分起動、45分待機の間隔を基準に作動させ、各貯蔵タンクの容量は3リットルである。

図5は、第2実施例に従った酸素水と水素水の同時並列製造装置を構成するブロック図である。

本実施例は、他の部分においては第1実施例と同一であり、ただ給水部の作動と酸素ガスと水素ガスの選択において違いがある。従って、以下では本実施例の特徴的な部分についてのみ説明する。また、本実施例は製造装置の形態だけでなく、大容量の酸素水と水素水を別々に、且つ同時に、または選択的に生成する方法を提案する。

図5を参照すると、水道配管(P1)は浄水フィルター(52)を通過後に連結配管（P12）から
ガス生成ユニット(400)に流入したり、すでに浄水された水を貯留する浄水槽 (160) を通じて連結配管(P13)からガス生成ユニット(400)に流入する。

また、酸素ガス生成ユニット(400)で酸素ガス供給配管(P8)と水素ガス供給配管(P9)を必要に応じて選択できる選択部(810)が設置される。

つまり、上記の酸素ガス供給配管(P8)及び上記の水素ガス供給配管(P9)によって酸素ガス及び水素ガスが供給されるようにしたり、どちらか片方の供給配管のみを使用し、酸素ガス或いは水素ガスが供給されるようにすることができる。

この時、ガス生成ユニット(400)では酸素ガス及び水素ガスが生成されるため、選択されなかったガスは、上記のガス生成ユニット(400)の外部に排出されるような構成となる。

従って、大量製造時の必要に応じて、酸素水と水素水の2つを同時に別々に製造したり、どちらか片方を選択して製造することができる。

このような本実施例によると、水に酸素ガス又は水素ガスが一定比率で混合され、微細気泡を大量に含む高濃度の酸素水と水素水を別々に、且つ同時に生成可能となる。すなわち、本実施例で目的とする酸素を大量に含み、溶存酸素量(DO)を80ppm以上、水素イオン濃度(pH)を7.0より若干高めに保ち、直径が数マイクロメートル〜数十マイクロメートル範囲に該当する気泡を大量に含む水(微細気泡含有高濃度酸素水)と、水素を大量に含み、溶存水素量(DH)を1.8ppm以上、酸化還元電位(ORP)を-500mV以下、水素イオン濃度(pH)を7.0より若干高めに保ち、直径が数マイクロメートル〜数十マイクロメートル範囲に該当する気泡を大量に含む水(微細気泡含有高濃度水素水)を生成することができる。

このように生成された酸素水と水素水は、一定時間が経過しても安定した状態で水に存在できるため、必要に応じてアルミニウムパック、アルミニウム缶、ガラスビン、ペットボトル等に真空充填して長期間流通保管される際に有利である。

また上記の例は酸素水と水素水を、浄水された大量の原水に適用したものだが、本発明はこれに限定せず、飲める湧き水、混合飲料、ドリンク類、酒類または化粧品、食料品等の製造、飲食物の処理、更には園芸、農業、養魚、畜産等に供給される大量の原水に広く適用できる。また、住宅、アパート、ホテル、オフィスビル、病院、学校、リゾート等、様々な規模の施設に対する大容量の原水供給等にビルトイン施行し適用することもできる。

図6は、第3実施例に従った酸素水と水素水の同時並列製造装置を示すブロック図である。

本実施例は、他の部分においては第2実施例と同一で、ただ貯蔵タンクの用途及び貯蔵タンクに噴射ノズルが設置される点において違いがある。従って、以下では本実施例の特徴的部分についてのみ説明する。

本実施例は、浴槽（貯蔵タンク）に酸素水と水素水を別々に、且つ同時に、また選択的に貯蔵する方法を提案する。

図6を参照すると、水道配管(P1)は浄水フィルター(52)を通過後に連結配管(P12)からガス生成ユニット(400)に流入したり、すでに浄水された浄水筒(160)を通じて連結配管(P13)からガス生成ユニット(400)に流入する。本実施例では、一般家庭用浴槽(330L:910、920)に酸素や水素を溶存し投入するものであるため、少量の精製された水が上記のガス生成ユニット(400)に供給される条件であれば、充分である。

また上記のガス生成ユニット(400)で、酸素ガス供給配管(P8)と水素ガス供給配管(P9)を必要に応じて選択可能な選択部(810)が設置される。

従って、浴槽水製造時の必要に応じて、酸素水と水素水の2つを同時に、且つ別々に製造したり、どちらか片方を選択して製造することが可能となる。一般家庭では、どちらか片方を選択できるようになる予定で、業務用である場合は必要に応じて両方、或いは片方選択が可能となる。

そして上記の浴槽(910、920)には、溶解した水素と水の混合流体、或いは溶解された酸素と水の混合流体を上記の浴槽(910、920)に噴射する噴射ノズル(1020)が設置される。

図7は、第3実施例に従った噴射ノズルの構成を示す図である。

図7を参照すると、上記の噴射ノズル(1020)は、その内側の共同部に一定の間隔を保つ2枚のマイクロフィルター(1021)が設置されており、より細かい気泡の排出が可能となる。このフィルターは、所定のマイクロフィルターの前と、後ろの面にSUS316網ネット(1022)を差し込んだ構造となる。また、上記の噴射ノズル(1020)のノズル口(1023)は直径2mmの小さな穴が多数開いた構成となっている。

このように、本実施例によると水に酸素ガス又は水素ガスを一定の比率で混合し、微細気泡を大量に含む高濃度の酸素水と水素水を別々に、且つ同時に生成することができる。

上記の実施例1と2とは多少違いがあるが、本実施例が目的とする酸素を大量に含み、溶存酸素量(DO)を20ppm以上（通常、浴槽水が約40℃前後である場合、溶存酸素量は80ppmより低い範囲を見せる）、水素イオン濃度(pH)を7.0より若干高く維持し、直径が数マイクロメートル〜数十マイクロメートル範囲に該当する気泡を大量に含む浴槽水（微細気泡含有高濃度酸素浴槽水）と、水素を大量に含み、溶存水素量(DH)を1.0ppm以上（通常、浴槽水が約40℃前後である場合、溶存水素量は1.8ppmより低い範囲を見せる）、酸化還元電位(ORP)を-400mV以下（通常、浴槽水が約40度前後である場合、酸化還元電位は-500mVより高い範囲を見せる）、水素イオン濃度(pH)を7.0より若干高めに保ち、直径が数マイクロメートル〜数十マイクロメートル範囲に該当する気泡を大量に含む浴槽水（微細気泡含有高濃度水素浴槽水）を製造することができる。

上記の実施例によると、浴槽(910、920)内に循環される浴槽水と酸素ガス(或いは水素ガス)の混合流体は、酸素（或いは水素）を通常の浴槽水に比べて多く含み、気泡もとても細かく、豊富であるため、爽快な入浴感が得られる。さらに何度浴槽水を循環させても、水質は改善されるため水を清潔に維持できる。特に浴槽水と水素ガスの混合流体は、アトピー性皮膚疾患等、皮膚疾患に特に効果のあるものと知られている。

また上記の例は、微細気泡含有酸素水（或いは水素水）を浴槽に適用したものだが、本実施例はこれに限定せず、プールや温泉、バブル温泉等のレジャー施設、スパ施設、健康施設等に広く適用可能である。または、この装置が内蔵された浴槽を製造するのに適用できる。

図1は、第1実施例に従った微細気泡含有高濃度酸素水と水素水の同時並列製造装置の構成を示すブロック図。図2は、第1実施例に従った混合部の構成を示す図面。図3は、第1実施例に従った溶解部の構成を示す図面。図4は、第1実施例に従った酸素水と水素水の同時並列製造装置の制御構造を示すブロック図。図5は、第2実施例に従った酸素水と水素水の同時並列製造装置を構成するブロック図。図6は、第3実施例に従った酸素水と水素水の同時並列製造装置を示すブロック図。図7は、第3実施例に従った噴射ノズルの構成を示す図面。

符号の説明

１２０…第１貯蔵タンク、１３０…第２貯蔵タンク、３１０…第１溶解部、３２０…第２溶解部、３４１，３４２，３４３，３４４…溶解筒、４００…酸素ガス及び水素ガス生成ユニット、５０３…テーパノズル、５０５…多孔質物質、５０６…逆テーパノズル、８１０…選択部、５１０…第１混合部、５２０…第２混合部。

Claims

給水された水から酸素ガスと水素ガスを生成する酸素ガス及び水素ガス生成ユニット；
生成された酸素ガスと水を、多孔質物質を通して微細気泡を発生させ、混合させる第1混合部；
生成された水素ガスと水を、多孔質物質を通して微細気泡を発生させ、混合させる第2混合部；
上記の第1混合部と連結し、酸素ガスと水の微細気泡を含む混合流体を加圧し、酸素ガスの溶解度を高めるための第1溶解部；
上記の第2混合部と連結し、水素ガスと水の微細気泡を含む混合流体を加圧し、水素ガスの溶解度を高めるための第2溶解部；及び
上記の各溶解部と連結し、上記の各溶解部から排出される酸素水と水素水をそれぞれ貯蔵する第1貯蔵タンク及び第2貯蔵タンクが含まれる、高純度の酸素ガスと水素ガスを利用した微細気泡含有高濃度酸素水と水素水の同時並列製造装置。
上記の混合部にテーパノズルと逆テーパノズルが順に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の高純度の酸素ガスと水素ガスを利用した微細気泡含有高濃度酸素水と水素水の同時並列製造装置。
上記の各溶解部には、直列に連結された多数の溶解筒を含む、請求項1又は2に記載の高純度の酸素ガスと水素ガスを利用した微細気泡含有高濃度酸素水と水素水の同時並列製造装置。
上記の生成ユニットで生成された酸素ガスと水素ガスの各混合部での流動可否を選択するための選択部が、さらに含まれ、
上記の選択部の操作によって、酸素ガス及び水素ガスが上記の各混合部から流動したり、酸素ガス及び水素ガスのうち片方が、上記のどちらか片方の混合部に流動することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の高純度の酸素ガスと水素ガスを利用した微細気泡含有高濃度酸素水と水素水の同時並列製造装置。