JP2014094361A

JP2014094361A - ガス発生装置

Info

Publication number: JP2014094361A
Application number: JP2012248266A
Authority: JP
Inventors: Kasumi Koyama; かすみ小山; Maiko Nanao; 舞子七尾; Atsuyoshi Murakami; 篤良村上
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2014-05-22

Abstract

【課題】高濃度の水素ガスや炭酸ガスを発生する装置を提供する。
【解決手段】ガス発生装置３に水を供給する。すると、水は収納部１２内にも侵入するがキャップ部材１３の下向きの凹部１４内には空気が滞留する。そして、筒体１０の上端は凹部１４内に臨んでいるため、凹部１４内の空気によって、収納部１２内の水Ｗ１と収納部１２外の水Ｗ２とは分離され、混じり合うことがない。その結果、飲料水ボトル１を倒さない限り、収納部１２内のガス発生剤の原料及び反応物は収納部１２から外部に出ることはなく、更に仮にＭｇやＣａなどの原料やその化合物が水に溶解したとしてもその水は収納部１２に留まり、外部に出てくることはない。
【選択図】図３

Description

本発明は水中に大量のガスを発生させる装置に関する。

例えば、水素は体内の活性酸素のうちの最も問題となっているヒドキシラジカルに選択的に結合するため、最近では水素を含んだ水が市販されている。しかしながら、水素の１気圧２５℃における飽和濃度は１．６ｐｐｍと極めて少なく、また水素ガス分子は最も半径が小さい分子であるので、簡単に水中から抜けてしまい、実際に市販されているペットボトルやアルミニウム缶などに入っている飲用水中の水素濃度は無視できるほど少ない。このため、積極的に水中で水素ガスを発生させる提案がなされている。

特許文献１には、ＣａＨ_２やＭｇＨ_２などの水素化金属化合物とクエン酸などの固体酸をポリエチレンなどの水不溶性高分子化合物に溶融して冷却固化させた水素発生剤が提案されている。

また、水素ではないがボトル内の飲料にお茶の粉を添加する先行技術として特許文献２が提案されている。この特許文献２にあっては、キャップの下半部にはボトル口部の雄ネジ部に螺合する雌ネジ部形成し、上半部と下半部の境に仕切り板を設け、この仕切り板の上方空間をお茶の粉を入れる空間とし、また仕切り板の一部は外部まで伸び。この外部に伸びた部分を引くことで、仕切り板を抜き取りボトル内にお茶の粉が落下する構成が開示されている。

特許文献３には、同じくボトルのキャップに工夫を凝らすことで、キャップ内に収納した添加物がボトル内の飲料中に落下する内容が開示されている。即ち、下端部に排出口を有する内部キャップの内側に前記排出口を閉塞する円筒部をスライド可能に配置し、この円筒部を外部キャップと一体化することで、外部キャップを廻して上方に移動させる際に前記排出口を開けて添加物を飲料中に落下させるようにしている。

特許文献４には臭気トラップについて開示されている。この文献ではオイルを密封したトラップにより、臭気源の気体が外部に漏れないようにしたものであり、本願発明とは目的もまた技術分野も異なる。

特開２００９−１２６７３６号公報特開２００４−２６８９３０号公報特表２０１２−５１９６３１号公報特表平１１−５１５０６８号公報

特許文献１に挙げられている水素化カルシウム（ＣａＨ_２）は水と接触して瞬時に水素ガスを発生するが、水素化カルシウムは発熱量が大きく危険物に指定され、また反応物である水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）は目に入ると失明のおそれがある。したがって、水素化カルシウムを飲料用の水素発生剤として用いることはできない。

一方、水素化マグネシウム（ＭｇＨ_２）は水と接触して水素ガスを発生するが、極めて緩慢でペットボトルなどで水素ガスを発生させるには不向きである。しかしながら、酢酸やクエン酸が存在することで反応速度は大幅に向上する。

そこで、水素化マグネシウム（ＭｇＨ_２）とクエン酸（固体酸）との混合物を、特許文献２または特許文献３に開示されるようなキャップの内側部に収納し、この収納した混合物をボトル内の飲料中に落としこむことが考えられる。

上記の構成とすることで、確かに水中で水素ガスが多量に発生するので、溶存水素濃度は１．６ｐｐｍ近くなり且つそれ以外に水素ガスの気泡が多量に存在するので、実質的な水素濃度は極めて高くなる。

しかしながら、水素化マグネシウムは危険物ではないが現在までのところ食品添加物として認められていない。また水素化マグネシウムを水と反応させると下記の反応式で水酸化マグネシウムが生成される。
ＭｇＨ_２＋２Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）_２＋２Ｈ_２
この水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）は危険物ではなく整腸剤（下剤）として市販されているが、大量に摂取することは好ましくなく、且つ飲料水に不快な味がついてしまう。

また、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）は酸（酢酸）と反応して炭酸ガスを発生する。但し、炭酸水素ナトリウムは胃酸を中和する効能はあるが、高血圧、心臓病或いは腎臓病を患っている患者には悪影響を及ぼす。したがって、誰でもそのまま摂取できるものではない。

上記した先行技術を組み合わせて構成されるものは、水素化カルシウムや水素化マグネシウムとクエン酸との混合物、炭酸水素ナトリウムなどを飲料水中に落下させることになり、そのまま体内に入ってしまうので、水素ガスや炭酸ガスを発生するボトルとしては実用的ではない。

また高濃度の水素水や炭酸水を製造する装置として、水を電気分解したり、水素ボンベや炭酸ガスボンベからガスを供給する先行技術も提案されているが、コスト的に見合うものではない。

上記課題を解決するため本発明に係るガス発生装置は、容器の底部に水と反応してガスを発生するガス発生剤を収納する収納部が設けられ、この収納部の上部は上方に伸びる筒体とされ、この筒体の上端はキャップ部材にて覆われ、このキャップ部材の外周部下端は前記筒体の上端よりも下方に位置し、前記筒体の上部にはその下端が前記キャップ部材の外周部下端よりも高い位置となる連通部が形成され（トラップ構造）、また、前記収納部の底部には着脱自在な蓋部材が設けられ、この蓋部材の動作に連動して前記収納部内に前記容器内の飲料を一定量だけ導入する導入機構が設けられた構成である。
発生するガスとしては、ガス発生剤を変えることで、水素や炭酸ガスに限らず酸素も発生させることができる。

本発明に係るガス発生装置を飲料用ボトルと一体とする場合には、飲料用ボトルの底部を本発明に係るガス発生装置で構成する。
また、本発明に係るガス発生装置を飲料用ボトルからの水のレシーバとする場合には、例えば上下逆さまにした飲料用ボトルが収まる載置部を備えた構成とする。

上記の導入機構の具体的な構成例としては、蓋部材の回転動作に連動して筒体内面と液密の状態で昇降動する昇降体を蓋部材に取り付け、これら昇降体と筒体の側面に連通穴を形成し、昇降体の上昇時に昇降体の連通穴と筒体の連通穴が重なっている間だけ、容器内の水（飲料）を収納部内に導入する機構が考えられる。

また、上記の導入機構の別の具体的な構成例としては、蓋部材の回転動作に連動して筒体内面と液密の状態で蓋部材と反対方向に昇降動する昇降体を蓋部材に設けたネジ部材に螺合し、この昇降体の上面をガス発生剤のセット面とし、蓋部材の締め付け動作に連動して昇降体を降下させ、この降下によって昇降体の上方空間の容積を増大させて減圧し、この減圧によって容器内の水（飲料）を収納部内に導入する機構が考えられる。

また、上記の導入機構の別の具体的な構成例としては、蓋部材の一部を上方に凹んだダイヤフラムとし、また、収納部内には蓋部材を締め込んだ際に前記ダイヤフラムに当接する作動片を設け、蓋部材締め込みの途中でダイヤフラムが瞬時に下方へ突出する形状に反転させ、これによって収納部内の容積を急激に増大させて減圧し、この減圧によって容器内の水（飲料）を収納部内に導入する機構が考えられる。

また、上記の導入機構の別の具体的な構成例としては、蓋部材の裏面に設けたカムに当接する弁棒を備えた弁を収納部に設け、蓋部材の締め込み回転に伴うカムの移動に連動して、一定時間だけ前記弁を開き、この間に収納部内に容器内の水（飲料）を収納部内に導入する機構が考えられる。

水素化カルシウムの粉末は水と接触することで、また水素化マグネシウムの微粉末は酢酸やクエン酸を含む飲料と接触して瞬時に水素ガスを発生し、また水素化マグネシウムの微粉末は水と接触しても比較的短時間のうちに水素ガスを発生する。一方、水素化カルシウムおよび水素化マグネシウムはいずれも食品添加物として認められていない。
また、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）は酸（酢酸）と反応して炭酸ガスを発生するが、高血圧、心臓病或いは腎臓病を患っている患者には悪影響を及ぼす。

本発明によれば、未反応の水素化金属や炭酸水素ナトリウム及び反応残渣である水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムなどはガス発生剤の収納部に閉じ込められ、外部に拡散しないので、飲料水を飲んでも体内に入ることがない。
また本発明によれば、蓋部材を外すだけで、簡単に新しいガス発生剤に交換することができる。

本発明に係るガス発生装置を飲料水ボトルの底部に適用した例の縦断面図図１に示したガス発生装置がガス（水素）を発生している状態の縦断面図（ａ）〜（ｃ）はガス発生の過程を説明した要部断面図別実施例を説明した図３と同様の図別実施例を説明した図３と同様の図別実施例を説明した図３と同様の図本発明に係るガス発生装置を水のレシーバに適用した例の縦断面図

以下に本発明の実施例を説明する。
図１に示すように、飲料水ボトル１はボトル本体２と、このボトル本体２に取り付けられた底部を構成するガス発生装置３からなる。ボトル本体２には注水口４が形成され、この注水口４は蓋体５で閉じられている。更にボトル本体２の下部には水素水や炭酸水を取り出すための蛇口６が設けられている。

ガス発生装置３は飲料水ボトル１のテーパ状をなす底面７の最も低くなった中央部に開口が形成され、この開口に環状部材８が装着されている。環状部材８の外周には雄ネジ部が形成され、この雄ネジ部に螺合する雌ネジ部を形成した蓋体９が環状部材８の下端に取り付けられ、また環状部材８の上端開口には筒体１０のフランジ部が取り付けられている。尚、環状部材８と筒体１０とを１つの部材で構成することもできる。

以上の環状部材８、蓋体９及び筒体１０によってガス発生剤１１の収納部１２が形成される。ガス発生剤１１としては、水素化金属の粉末、水素化金属の粉末とクエン酸などの固体酸粉末の混合物、炭酸水素ナトリウムの粉末、更にはこれらに甘味料や着色剤を添加してもよい。
また図３に示すように、複数の材料、例えば水素化金属の粉末１１ａとクエン酸などの固体酸粉末１１ｂを別々に収納部１２内にセットしてもよい。

そして筒体１０の上方にはキャップ部材１３が配置されている。キャップ部材１３は例えば筒体１０に支持されている。そして本実施例ではキャップ部材１３は筒体１０の上縁部を覆う環状の下向きの凹部１４が形成されている。つまり、筒体１０の上縁部よりも凹部１４の下端、即ちキャップ部材１３の外周部下端の方が下になっている。

また筒体１０の上端部は周方向に不連続に切欠することで凹部１４内の筒部１０よりも内側部と外側部を連通する連通部１５が形成されている。この連通部１５の下端は前記凹部１４の下端よりも高い位置にある。したがって、飲料水ボトル１内に水が入った状態でも水は連通部１５を介して収納部１２内に流入することはない。

キャップ部材１３の形状としては単純なキャップ形状としてもよい。但し、図３に示したように環状凹部１４とすることで、後述するように凹部１４内に最初に滞留する空気の量が少なくなり、水素ガスなどの反応によって生じたガスが薄まることなくまた空気との置換が短時間のうちに行える。

収納部１２内でガスを発生させるには、ガス発生剤１１に水を接触させなければならない。そのための水導入機構２０として図３に示す実施例にあっては、蓋部材９の底面の中央にピン２１を立設し、このピン２１の上端に筒状昇降体２２を固着している。この筒状昇降体２２は蓋部材９を外した時には筒体１０から抜ける。

また筒状昇降体２２は筒体１０の内面に液密に密接するとともに筒体１０の内面に対し摺動自在となっている。また、筒体１０と筒状昇降体２２の側面には連通穴１０ａ、２２ａが形成されている。

次に、図２及び図３（ａ）〜（ｃ）に基づき、ガスとして水素ガスが発生するまでの過程を説明する。
前記したように飲料水ボトル１内に水Ｗ１が入った状態でも図３（ａ）に示すように収納部１２内は空気で満たされている。

次いで図３（ｂ）に示すように蓋部材９を廻して締め付ける。すると蓋部材９の上昇に伴って筒状昇降体２２も上昇し、途中まで上昇した時点で連通穴１０ａ、２２ａが重なり、収納部外の水Ｗ１が収納部１２内に流入する。そして、更に蓋部材９を廻して締め付けて筒状昇降体２２が上昇すると、連通穴１０ａと連通穴２２ａの重なりはなくなり、収納部外の水Ｗ１の流入は停止する。

一方、収納部１２内の水Ｗ２はガス発生剤に接触して図３（ｃ）に示すように水素ガスを発生する。発生した水素ガスは一旦凹部１４内に入るが凹部１４から溢れ出て収納部１２外の水Ｗ１の中に分散する。

ここで、筒体１０の上端は凹部１４内に臨んでいるため、凹部１４内の空気によって、収納部１２内の水Ｗ２は収納部１２外の水Ｗ１とは分離され、混じり合うことがない。

その結果、飲料水ボトル１を倒さない限り、収納部１２内の水素ガス発生剤１１の原料及び反応物は収納部１２から外部に出ることはなく、更に仮にＭｇやＣａ或いはその化合物が水に溶解したとしてもその水は収納部１２に留まり、外部に出てくることはない。

図４（ａ）〜（ｃ）は別実施例を説明した図３と同様の図であり、この実施例では導入機構３０を備えている。
この導入機構３０は蓋部材９の底面の中央に雄ネジロッド３１を立設し、雄ネジロッド３１にナット部材３２を介して筒状昇降体３３を螺合している。前記雄ネジロッド３１の向きは蓋部材９の昇降動の動きと筒状昇降体３３の昇降動の動きとが逆になる向きとし、またネジのピッチは蓋部材９の上昇よりも筒状昇降体３３の下降動の方が早くなるようにする。

筒状昇降体３３の上面はガス発生剤１１の載置部となっている。したがって、この実施例では筒状昇降体３３の上方空間が収納部１２となる。また、筒体１０と環状部材８の境界部にはシール部材３４を設け、筒状昇降体３３が昇降動する際に液密性を維持するようにしている。

図４（ａ）の状態から図４（ｂ）に示すように蓋部材９を廻して締め付ける。すると蓋部材９の上昇に伴って筒状昇降体３３は下降し、収納部１２の容積が急激に増大する。その結果、収納部１２内の圧力が低下し収納部外の水Ｗ１が一定量だけ収納部１２内に流入する。

この実施例にあっても、凹部１４内の空気によって、収納部１２内の水Ｗ２は収納部１２外の水Ｗ１とは分離され、混じり合うことがない。
また、収納部１２内の水Ｗ２はガス発生剤に接触して図４（ｃ）に示すように水素ガスを発生する。発生した水素ガスは一旦凹部１４内に入るが凹部１４から溢れ出て収納部１２外の水Ｗ１の中に分散する。

図５（ａ）〜（ｃ）は別実施例を説明した図３と同様の図であり、この実施例では導入機構４０を備えている。
この導入機構４０はダイヤフラム機構を採用している。即ち、蓋部材９の底面部４１を弾性的に上方に凹出するか下方に突出するかいずれかの姿勢をとるダイヤフラムとし、筒体１０のフランジ部には下方に突出するピン、板などの作動片４２を取付けている。

図５（ａ）の状態から蓋部材９を廻して締め付ける。すると蓋部材９の上昇に伴って上方に凹出している底面部４１が作動片４２の下端に当たる。そして、更に蓋部材９を廻わすと底面部４１は徐々に変形し、思案点を過ぎた時点で図５（ｂ）に示すように急激に下方に突出する。その結果、収納部１２の容積が急激に増大し、収納部１２内の圧力が低下し収納部外の水Ｗ１が一定量だけ収納部１２内に流入する。

この実施例にあっても、キャップ１３の凹部１４内の空気によって、収納部１２内の水Ｗ２は収納部１２外の水Ｗ１とは分離され、混じり合うことがない。
また、収納部１２内の水Ｗ２はガス発生剤に接触して図５（ｃ）に示すように水素ガスを発生する。発生した水素ガスは一旦凹部１４内に入るが凹部１４から溢れ出て収納部１２外の水Ｗ１の中に分散する。

図６（ａ）〜（ｃ）は別実施例を説明した図３と同様の図であり、この実施例では導入機構５０を備えている。
この導入機構５０は筒体１０のフランジ部に連通穴５１を形成し、この連通穴５１をバルブ５２で開閉するようにしている。バルブ５２はバルブケース５３内に収められ、バルブケース５３内の弾性体５４によって閉方向に付勢され、またバルブステム５５は下方に伸び環状部材８の内面に設けたガイド５６間に摺動自在に位置している。

また、蓋部材９の底面にはカム５７が設けられ、このカム５７の形状は立ち上がり面、水平面及び立ち下がり面から構成されている。

蓋部材９の締め付けを開始した時点では、図６（ａ）に示すようにバルブステム５５の下端はカム５７から離れている。
そして、蓋部材９を締め付けてゆくにつれて蓋部材９上昇し、カム５７にバルブステム５５の下端が当接する。更に蓋部材９を締め付けてゆくと、図６（ｂ）に示すようにカム５７の水平面にバルブステム５５の下端が当接し、蓋部材９の上昇に伴って、バルブ５２が持ち上げられ、連通穴５１が開となり、納部外の水Ｗ１が収納部１２内に流入する。

更に蓋部材９を回転させるとバルブステム５５の下端がカム５７の立下り部に落とし込まれ、バルブ５２が弾性体５４の弾発力で押し下げられ、連通穴５１が閉じられ、収納部外の水Ｗ１が一定量だけ収納部１２内に流入する。

この実施例にあっても、キャップ１３の凹部１４内の空気によって、収納部１２内の水Ｗ２は収納部１２外の水Ｗ１とは分離され、混じり合うことがない。
また、収納部１２内の水Ｗ２はガス発生剤に接触して図６（ｃ）に示すように水素ガスを発生する。発生した水素ガスは一旦凹部１４内に入るが凹部１４から溢れ出て収納部１２外の水Ｗ１の中に分散する。

図７は本発明に係るガス発生装置を水のレシーバに適用した例の縦断面図であり、この実施例では飲料水ボトル１の口部にバルブ部材１５が設けられ、ガス発生装置３の上面１６を飲料水ボトル１の肩部形状に合わせた載置部とし、更に上面１６の中央に飲料水ボトル１の口部が挿入される受け部１７が形成され、この受け部１７に前記バルブ部材１５を解除して飲料水ボトル１内の水をガス発生装置３内に導くバルブ解除部材１８を設けている。尚、バルブ部材１５及びバルブ解除部材１８の構造は任意である。

以上においてガス発生装置３の上面１６に飲料水ボトル１を逆さまにしてセットすると、バルブ解除部材１８によりバルブ部材１５が持ち上げられ、流路１９が開となり飲料水ボトル１内の水がガス発生装置３内に入り、前記と同様に水素ガスが発生する。
尚、図７では導入機構４０を示しているが、これ以外の導入機構２０、３０、５０を適用してもよい。

本発明に係るガス発生装置はガス発生剤として水素ガスを発生するものを用いる場合には、一般家庭、会社、ジム、その他公共施設など多くの場所で利用することができる。また炭酸ガスを発生させるガス発生剤を用いる場合にはキャンプやパーティーなどにも使用することができる。

１…飲料水ボトル、２…ボトル本体、３…ガス発生装置、４…注水口、５…蓋体、６…蛇口、７…飲料水ボトルの底面、８…環状部材、９…蓋体、１０…筒体、１０ａ…連通穴、１１…ガス発生剤、１２…収納部、１３…キャップ部材、１４…凹部、１５…バルブ部材、１６…ガス発生装置の上面、１７…受け部、１８…バルブ解除部材、１９…流路、２０，３０，４０，５０…導入機構、２１…ピン、２２…昇降体、２２ａ…連通穴、３１…雄ネジロッド、３２…ナット部材、３３…昇降体、３４…シール部材、４１…蓋部材の底面部、４２…作動片、５１…連通穴、５２…バルブ、５３…バルブケース、５４…弾性体、５５…バルブステム、５６…ガイド、５７…カム、Ｗ１…収納部外の水、Ｗ２……収納部内の水。

Claims

容器の底部に水と反応してガスを発生するガス発生剤を収納する収納部が設けられ、この収納部の上部は上方に伸びる筒体とされ、この筒体の上端はキャップ部材にて覆われ、このキャップ部材の外周部下端は前記筒体の上端よりも下方に位置し、前記筒体の上部にはその下端が前記キャップ部材の外周部下端よりも高い位置となる連通部が形成され、また、前記収納部の底部には着脱自在な蓋部材が設けられ、この蓋部材の動作に連動して前記収納部内に前記容器内の飲料を一定量だけ導入する導入機構が設けられていることを特徴とするガス発生装置。
請求項１に記載のガス発生装置において、前記容器は飲料用ボトルであることを特徴とするガス発生装置。
請求項１に記載のガス発生装置において、前記容器は飲料用ボトルとは別体で、飲料用ボトルの載置部を備え、載置された飲料用ボトルからの水を受けるレシーバを構成することを特徴とするガス発生装置。