JP2014226575A - 水素水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構造を有することなく、水素ガスの溶解度が高い水素水を生成することができ、かつ、使い勝手が良いなど、従来技術における種々の不具合を改善した新規の水素水生成装置を提供する。【解決手段】本発明の水素水生成装置１は、飲料水１００を貯蔵可能な飲料容器２と、飲料容器２の内部において略水平に配置される陽極板３１及び陰極板３２を有する電気分解板３と、陽極板３１及び陰極板３２から飲料容器２の外部まで配置される導電部４と、導電部４を介して陽極板３１及び陰極板３２にそれぞれ電力を供給する給電部５と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、水素水生成装置に係り、特に、携帯型水素水生成装置において電気分解する際に好適に利用できる循環ポンプ不要で小型の水素水生成装置に関する。

従来の水素水生成装置は、その一例として、底部周辺に蛇口を有する飲料容器と、飲料容器と別個に設けられており直立する陽極板および陰極板を有する電解槽と、飲料容器及び電解槽を連通する循環流路と、循環流路に流れる流体を強制循環させる循環ポンプと、循環流路の端部に設置されており発生ガス（発生ガスとは、飲料水の電気分解の場合、水素ガス及び酸素ガスの混合ガスをいう。）の気泡径を微細化する微泡化セラミックと、を備える（特許文献１を参照）。

特開２０１２−８６１９３号公報

しかしながら、従来の水素水生成装置においては、陰極板が直立しているため、陰極板から発生する水素ガスの気泡径が微細な状態（気泡径：１０〜１００μｍ）では陰極板から離脱した水素ガスの浮力による上昇時に陰極板の上部に引力で再吸着してしまい、陰極板に吸着した他の気泡と合体して大きな気泡（気泡径：３００μｍ〜１ｍｍ）に成長するまで水素ガスが陰極板から再離脱することができなかった。水素ガスは、その気泡径が大きいほど、電解槽に貯蔵された被電解水から放出されやすくなる。そのため、被電解水から放出された水素ガスを循環ポンプで強制循環させなければ、飲料容器に貯蔵された飲料水に水素ガスを溶解することができないという問題があった。

また、従来の水素水生成装置においては、陰極板が直立しているため、電解槽に貯蔵された被電解水（飲料水）に対して水素ガスの溶解度が陰極板の上方に進むほど高くなると共にその左右方向及び下方に進むほど低くなるので、その被電解水（飲料水）に対して水素ガスを均一に溶解することができなかった。つまり、電解槽に貯蔵された水素水（水素ガスが溶解した飲料水）において水素ガスの溶解度に偏りが生じているため、その水素水を直接飲用しても水素ガス摂取量の観点から効果にバラツキが生じるおそれがあった。

また、従来の水素水生成装置においては、循環ポンプが循環流路を介して飲料容器に接続されている。そのため、飲料容器に貯蔵された飲料水を飲用する場合、飲料容器をコップの如く使用することができず、飲料容器から他の容器に移し替えなければならないため、使い勝手に改善の余地があった。

また、従来の水素水生成装置においては、水素ガスが溶解される飲料水を飲料容器の底部周辺に設けられた蛇口から注いでいたので、飲料容器の上部周辺から飲料水を注いだ場合と比較して、水素ガスの溶解度が少ないという問題があった。

また、従来の水素水生成装置においては、電解槽が飲料容器と別個に設けられていたので、装置の寸法や重量が大きくなりやすいという問題があった。

また、水素水生成装置として用いるためには適さない上記以外の種々の不具合も多数存在するという問題があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、複雑な構造を有することなく、水素ガスの溶解度が高い水素水を生成することができ、かつ、使い勝手が良いなど、従来技術における種々の不具合を改善した新規の水素水生成装置を提供することを本発明の目的としている。

（１）前述した目的を達成するため、本発明の水素水生成装置は、飲料水を貯蔵可能な飲料容器と、飲料容器の内部において略水平に配置される陽極板及び陰極板を有する電気分解板と、陽極板及び陰極板から飲料容器の外部まで配置される導電部と、導電部を介して陽極板及び陰極板にそれぞれ電力を供給する給電部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電気分解板が略垂直に配置される場合と比較して、水素ガスの気泡径が成長することを防止することができるので、飲料容器に貯蔵された飲料水に対して水素ガスをできる限り長く残留させることができる。また、飲料容器の水平断面に対して水素ガスの発生面が増加するので、飲料容器に貯蔵された飲料水に対して水素ガスをできる限り多くかつ均等に撹拌させることができる。

（２）また、本発明の水素水生成装置において、飲料容器は、利用者が飲料水を直接飲用することが可能なタンブラーグラス、マグカップその他のコップであることが好ましい。

本発明によれば、水素ガスが残留する飲料水を他の容器に注ぐことを要しないので、その注水によって飲料水から水素ガスが放出したり、外部の気体が飲料水に過剰に取り込まれたりすることを防止することができる。

（３）また、本発明の水素水生成装置において、陽極板及び陰極板は、空隙を介して一定間隔で相対すると共に、複数の通過孔をそれぞれ有することが好ましい。

本発明によれば、陽極板及び陰極板のうち下側に配置された電極板から発生する発生ガスをその上側に配置された電極板の通過孔から通過させることができる。

（４）また、本発明の水素水生成装置において、陰極板は、陽極板よりも下方に位置することが好ましい。

本発明によれば、陽極板及び陰極板の間に生じる対流を利用して陰極板から発生及び上昇する水素ガスを陽極板及び陰極板の間で撹拌することができるので、飲料水に水素ガスをより多く溶解させることができる。また、飲用容器に対して陰極板が下側に位置すればするほど水素ガスが飲料水から放出するまでの時間を長くすることができるので、その分だけ飲料水に対して水素ガスをできる限り長く残留させることができる。

（５）また、本発明の水素水生成装置において、陽極板及び陰極板の各周縁は、飲料容器に設けられた内壁から所定の間隔だけ離れて位置することが好ましい。

本発明によれば、電気分解板の周縁から飲料容器の内壁までの隙間が小さくなるほどその隙間を通る飲料水の下降水圧が高くなる。その結果、陽極板及び陰極板の間に生じる強い対流圧も高くなるので、飲料水に水素ガスをより多く撹拌することができる。また、電気分解板の周縁から飲料容器の内壁までの隙間が均一になるほどその隙間を通る飲料水の下降水圧が均一になる。その結果、陽極板及び陰極板の間に生じる強い対流圧も均一になるので、飲料水に水素ガスを均一に撹拌することができる。

（６）また、本発明の水素水生成装置において、陽極板及び陰極板は、飲料容器に設けられた底面部付近に配置されることが好ましい。

本発明によれば、飲料容器に対して電気分解板が下側に位置すればするほど水素ガスが飲料水から放出するまでの時間を長くすることができるので、その分だけ飲料水に対して水素ガスをできる限り長く残留させることができる。

（７）また、本発明の水素水生成装置において、電気分解板は、陽極板及び陰極板の各略中央及び飲料容器における底面部の略中央を支持する中央支持部材と、を有することが好ましい。

本発明によれば、飲料水の流量が多い電気分解板の周縁に支持部材を配置していないので、飲料水の対流及び水素ガスの撹拌が阻害されることを防止することができる。また、支持部材が陽極板及び陰極板の各略中央に配置されているので、支持部材の個数を１個のみにすることができる。

（８）また、本発明の水素水生成装置において、導電部は、飲料容器の外面に露出する導電端子を有しており、給電部は、利用者が飲料容器を給電部に載置するか否かの動作に応じて飲料容器から容易に着脱可能であると共に、飲料容器の載置時に導電端子に接触する給電端子を有する給電台座であることが好ましい。

本発明によれば、利用者が飲料容器を持ち上げたときに給電部から飲用涼気を容易に取り外すことができるので、飲用時の飲料容器の重量を軽量にすることができる。

（９）また、本発明の水素水生成装置において、導電端子は、飲料容器における底面部の外面から露出しており、給電端子は、給電部の外面であって飲料容器における底面部の外面との相対面から露出することが好ましい。

本発明によれば、利用者が飲料容器を持ったときに導電端子が利用者の手に接触しないので、手の接触による導電端子の破損や腐食を防止することができる。また、導電端子及び給電端子が接触した際にはそれらが隠れるため、給電時に利用者の手が導電端子又は給電端子に接触し、利用者が感電することを防止することができる。

（１０）また、本発明の水素水生成装置において、陽極板及び陰極板のうちの一方の電極板に接続する一方の導電端子は、飲料容器における底面部の略中央に配置されており、陽極板及び陰極板のうちの他方の電極板に接続する他方の導電端子は、飲料容器における底面部の周縁付近に配置されることが好ましい。

本発明によれば、飲料容器の底面部において一方の導電端子が他方の導電端子から最も離れた位置に配置されているので、導電性物質が飲料容器の底面部に付着して給電時に給電部が短絡することを防止することができる。

（１１）また、本発明の水素水生成装置において、給電部は、飲料容器の載置時に飲料容器が給電部における所定の位置に載置されるための形状、記号、模様又は色彩により構成されることが好ましい。

本発明によれば、飲料容器を載置するときに、利用者に導電端子及び給電端子の接続位置を意識させることなく、導電端子及び給電端子を容易に接続させることができる。

本発明の水素水生成装置によれば、複雑な構造を有することなく、水素ガスの溶解度が均一かつ高い水素水を生成し、使い勝手が良いなど、従来技術における種々の不具合を改善した新規の水素水生成装置を提供することができるという効果を奏する。

図１は、本実施形態の水素水生成装置を示す縦断面図である。 図２は、本実施形態の飲料容器を示す平面図である。 図３は、本実施形態の飲料容器を示す底面図である。 図４は、本実施形態の飲料容器を給電部から取り外した状態を示す縦断面図である。 図５は、本実施形態の水素水生成装置における水素ガスの発生状態を示す拡大縦断面図である。 図６は、比較例の水素水生成装置を示す縦断面図である。

以下、本発明の水素水生成装置をその一実施形態により説明する。

［水素水生成装置の概要］
本実施形態の水素水生成装置は、一般家庭内等において健康に良いとされている水素水を生成するために用いられる装置である。ここで、水素水とは、飲料水に水素分子（以後、単に「水素」という。）を溶解させた水をいう。飲料水としては、水道水、浄水、天然水など、Ｎａ（ナトリウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃｌ（塩素）などの化合物を含むことにより弱導電性を示す水が用いられる。

［水素水生成装置の全体構成］
図１は、本実施形態の水素水生成装置を示す縦断面図である。図２は、本実施形態の飲料容器及び電気分解板を示す平面図である。図３は、本実施形態の飲料容器を示す底面図である。図４は、本実施形態の飲料容器を給電部から取り外した状態を示す縦断面図である。なお、図４の飲料水の内部において描かれた点は水素ガスを模式的に示している。

本実施形態の水素水生成装置１は、図１に示すように、飲料容器２と、電気分解板３と、導電部４と、給電部５と、を備える。この水素水生成装置１は、小型、軽量、使いやすさ等の観点から循環ポンプを必要としない。

［飲料容器２］
飲料容器２は、図１に示すように、電解槽として飲料水１００を貯蔵可能な容器である。この飲料容器２は、利用者が飲料水１００を直接飲用することが可能なタンブラーグラス、マグカップその他のコップであることが好ましい。ここで示すコップとは、取っ手の有無にかかわらず、飲料水１００を直接飲用するために用いられる種々の容器の総称である。

本実施形態において、飲料容器２としてはプラスチック製タンブラーを用いており、その容量は約２００〜４００ｍｌである。

［電気分解板３］
電気分解板３は、図１に示すように、陽極板３１及び陰極板３２を有する。また、電気分解板３は、中央支持部材３３と、絶縁スペーサ３４と、絶縁リベット３５と、を有することが好ましい。

（陽極板３１及び陰極板３２）
陽極板３１及び陰極板３２は、相対して配置されている。ここで、陽極板３１及び陰極板３２によって飲料水１００が電気分解される場合、陽極板３１から酸素ガスが発生すると共に、陰極板３２から水素ガス１１０が発生する。そのため、陽極板３１及び陰極板３２としては、飲料水１００が電気分解されたときにイオン化、溶解及び酸化しない不溶性の電極板が用いられる。例えば、陽極板３１としては、イリジウム（Ｉｒ）メッキしたチタニウム板を用いることが好ましい。また、陰極板３２としては、白金（Ｐｔ）メッキしたチタニウム板を用いることが好ましい。陽極板３１及び陰極板３２の厚みは、約０．１〜２ｍｍに設定されている。

また、陽極板３１及び陰極板３２は、図１に示すように、飲料容器２の内部において略水平に配置されている。略水平とは、完全な水平だけでなく、完全な水平と比較して若干傾いていたとしても、従来技術における陽極板及び陰極板の縦配置と比較した場合に、本発明の趣旨から水平と言える場合も含まれる。また、陽極板３１及び陰極板３２が水平に配置される場合、陰極板３２は、図１に示すように、陽極板３１よりも下方に位置することが好ましい。

また、陽極板３１及び陰極板３２は、図１及び図２に示すように、複数の通過孔３ａをそれぞれ有することが好ましい。本実施形態の陽極板３１及び陰極板３２としては、エキスパンドメタルが用いられている。エキスパンドメタルにおける各メッシュの形状、寸法及び密度は同一に設定されている。また、エキスパンドメタルの開口率は５０％以上に設定されている。また、エキスパンドメタルは、水素ガス１１０や酸素ガスなどの発生ガスが陽極板３１又は陰極板３２の突出部に吸着されることを抑制するため、平滑処理されていることが好ましい。

また、飲料容器２の水平断面が円形であるため、陽極板３１及び陰極板３２は円形条に構成されていることが好ましい。そして、陽極板３１及び陰極板３２の直径は、それらが配置される飲料容器２における水平断面の直径以下に設定されていることが好ましい。例えば、陽極板３１及び陰極板３２の直径は、飲料容器２における底面部２１の直径に対して約８５〜９９％の大きさに設定されている。

また、陽極板３１及び陰極板３２の各周縁は、図１及び図２に示すように、飲料容器２に設けられた内壁２２から所定の間隔だけ位置することが好ましい。例えば、この所定の間隔は、陽極板３１及び陰極板３２が配置される飲料容器２の水平断面の直径に対して、約１〜１５％の大きさに設定されている。

また、陽極板３１及び陰極板３２は、飲料容器２に設けられた底面部２１付近に配置されることが好ましい。この場合、陽極板３１及び陰極板３２は、底面部２１に近づくほど好ましい。ただし、陽極板３１及び陰極板３２が飲料容器２の底面部２１に接触又は接触するくらいに近づくと、陽極板３１及び陰極板３２の間に対流が生じなかったり、対流が生じても小さくなったりする。そのため、図１に示すように、電気分解板３が飲料容器２の底面部２１から所定の間隔だけ離れていることが好ましい。例えば、この所定の間隔は、約１〜２０ｍｍに設定されている。

（中央支持部材３３）
中央支持部材３３は、ＡＢＳ樹脂やシリコーンゴムなどの耐水性及び絶縁性を有する材料を用いて構成されている。この中央支持部材３３は、陽極板３１及び陰極板３２の間隔を定めるため、図１に示すような直径が異なる２個以上の中空円柱を同軸配置した形状又は図示しない中空切頭円錐状に構成されている。そのため、中央支持部材３３は、陽極板３１及び陰極板３２のうち少なくとも陰極板３２の略中央を貫通している。また、中央支持部材３３は、陽極板３１及び陰極板３２の略中央及び飲料容器２における底面部２１の略中央を支持する。

（絶縁スペーサ３４及び絶縁リベット３５）
陽極板３１及び陰極板３２は、図１に示すように、空隙を介して一定間隔で相対することが好ましい。本実施形態の一定間隔としては、例えば約１〜５ｍｍに設定されている。

上記の一定間隔を保持するため、絶縁スペーサ３４は、環状に構成されており、陽極板３１及び陰極板３２の間に配置されている。絶縁リベット３５は、絶縁スペーサ３４の内部を貫通していると共に、陽極板３１及び陰極板３２を固定する。

［導電部４］
導電部４は、図１に示すように、陽極板３１及び陰極板３２から飲料容器２の外部まで配置される。本実施形態の導電部４は、図１及び図３に示すように、陽極側導電端子４１と、陰極側導電端子４２と、陰極側リード線４３と、を有する。

（陽極側導電端子４１）
陽極側導電端子４１は、導電性及び耐水性を有する柱部４１ａと、柱部４１ａの一端に設けられた導電性及び耐水性を有するフランジ部４１ｂと、柱部４１ａの途中に取り付けられたクリップ部４１ｃと、を有する。

柱部４１ａは、陽極板３１と同じ材料により構成されている。また、柱部４１ａは、陽極板３１、陰極板３２、中央支持部材３３及び飲料容器２における底面部２１の略中央を貫通する。これにより、この陽極側導電端子４１は、飲料容器２における底面部２１の略中央に配置される。また、この柱部４１ａは、陽極板３１から飲料容器２における底面部２１の外面までの距離以上の長さに構成されている。そのため、陽極側導電端子４１は、陽極板３１から飲料容器２における底面部２１の外面の略中央から露出する。

フランジ部４１ｂは、陽極板３１と同じ材料により構成されている。また、フランジ部４１ｂは、柱部４１ａが通過する陽極板３１の貫通穴よりも大きい寸法に構成されている。そのため、フランジ部４１ｂは、陽極板３１が中央支持部材３３から離脱することを防止すると共に、陽極板３１に対して電気的に接続される。本実施形態においては、陽極板３１及びフランジ部４１ｂは、スポット溶接されている。

クリップ部４１ｃは、柱部４１ａが飲料容器２の底面部２１を貫通することにより飲料水１００が飲料容器２から漏れることを防止する２個のＯリング４４を、中央支持部材３３の底部と挟むための部材である。本実施形態のクリップ部４１ｃとしては、Ｅリングが用いられている。

（陰極側導電端子４２）
陰極側導電端子４２は、導電性材料を用いて環状に構成されている。本実施形態の陰極側導電端子４２としては、防錆性を向上させるため、ステンレスリングが用いられている。また、陰極側導電端子４２は、ピン４５を用いて、飲料容器２における底面部２１の周縁付近に固定されている。

（陰極側リード線４３）
陰極側リード線４３は、陰極板３２と同じ材料により構成されている。本実施形態においては、陰極板３２、陰極側リード線４３及び陰極側導電端子４２が、それぞれスポット溶接されている。また、陰極側リード線４３が飲料容器２の底面部２１を貫通することにより飲料水１００が飲料容器２から漏れることを防止するゴムパッキン４６が飲料容器２における底面部２１に取り付けられており、陰極側リード線４３はゴムパッキン４６の内部を貫通する。

［給電部５］
給電部５は、図１に示すように、導電部４を介して陽極板３１及び陰極板３２にそれぞれ電力を供給する。

ここで、給電部５は、給電台座であることが好ましい。給電台座とは、飲料容器２に対する台座である。この給電台座は、利用者が飲料容器２を給電部５に載置するか否かの動作に応じて、飲料容器２から容易に着脱可能に構成されている。また、給電部５は、入力端子５１と、電源回路５２と、陽極側給電端子５３と、陰極側給電端子５４と、給電スイッチ５５と、給電ランプ５６と、ガイド部５７と、を有することが好ましい。

（入力端子５１）
入力端子５１は、図示しないＡＣアダプタに接続可能な端子である。このＡＣアダプタが家庭用１００Ｖコンセントに接続されると、コンセントからＡＣアダプタを介して給電部５に電力が供給される。

（電源回路５２）
電源回路５２は、入力端子５１、陽極側給電端子５３、陰極側給電端子５４、給電スイッチ５５及び給電ランプ５６を電気的に接続させる回路である。

（陽極側給電端子５３）
陽極側給電端子５３は、給電部５に対する飲料容器２の載置時に陽極側導電端子４１に接触する。この陽極側給電端子５３は、陽極側導電端子４１による上部押圧の有無に応じて上下方向に移動可能なスプリング付導電ピンであることが好ましい。また、この陽極側給電端子５３は、給電部５の外面であって飲料容器２における底面部２１の外面との相対面から露出することが好ましい。また、陽極側給電端子５３は、給電部５における相対面の略中央に配置されることが好ましい。

（陰極側給電端子５４）
陰極側給電端子５４は、給電部５に対する飲料容器２の載置時に陰極側導電端子４２に接触する。この陰極側給電端子５４は、陰極側導電端子４２の直径と同等の直径を有する環状導電板であることが好ましい。また、この陰極側給電端子５４は、給電部５の外面であって飲料容器２における底面部２１の外面との相対面から露出することが好ましい。また、陰極側給電端子５４は、給電部５における相対面において陽極側給電端子５３と同軸上に配置されることが好ましい。

（給電スイッチ５５）
給電スイッチ５５は、約６〜１２Ｖの電源電圧を陽極側給電端子５３及び陰極側給電端子５４に供給するか否かを選択する。本実施形態の電源電圧は一定であるため、本実施形態の給電スイッチ５５としては、接点スイッチが用いられている。この接点スイッチは、陽極側給電端子５３が陽極側導電端子４１による押圧によって押し下げられたときに陽極側給電端子５３に接触するカンチレバー型スイッチとなっている。

（給電ランプ５６）
給電ランプ５６は、接点スイッチが陽極側給電端子５３に接触したときに点灯する。本実施形態の給電ランプ５６は、ＬＥＤである。

（ガイド部５７）
ガイド部５７は、飲料容器２が給電部５に載置されたときに飲料容器２が給電部５における所定の位置に載置されるための形状、記号、模様又は色彩により構成されている。本実施形態のガイド部５７は、飲料容器２における底面部２１の外面との相対面から上方に起立しており、飲料容器２の底面部２１周辺を取り囲む環状壁となっている。
［水素水生成装置の作動］

次に、本実施形態の水素水生成装置１の作動を説明する。

［ガスの発生開始］
図１に示すように、飲料容器２が給電部５に載置された状態において、給電部５から導電部４を介して電気分解板３に電力が供給されると、電気分解板３は飲料容器２に貯蔵された飲料水１００の電気分解を開始する。飲料水１００が電気分解されると、陰極板３２側から水素ガス（２Ｈ_２）１１０が発生するので、飲料水１００が水素水１０１になる。

［発生ガスの気泡サイズ］
電気分解によって電気分解板３にから発生する初期の発生ガスの気泡はナノサイズである。この気泡径がナノサイズの発生ガスが相互に合体すると、マイクロサイズ以上の大きなサイズの気泡に成長する。気泡サイズが大きくなるほど、発生ガスの浮力が増加するので、電気分解板３から離脱して水面に浮上するまでの時間が短くなる。

例えば、発生ガスの気泡サイズがマイクロサイズの場合、水素ガス１１０の浮上速度は約１〜５ｍｍ／分であるため、発生ガスが水素水１０１内に長時間留まることができる。それに対し、発生ガスの気泡サイズがミリサイズの場合、水素ガス１１０の浮上速度は約６００倍の約１０〜５０ｍｍ／秒であるため、発生ガスは水素水１０１内に短時間しか留まることができない。そのため、発生ガスの気泡サイズがマイクロサイズの状態において水素ガスを電気分解板３から離脱させることにより、水素ガスが水素水１０１内に長時間留まり、水素水１０１の溶解度が高まることになる。しかしながら、発生ガスの気泡サイズがマイクロサイズの状態においては、発生ガスの浮力よりも電気分解板３に対する付着力（表面張力）が強いため、循環ポンプ等の強制循環による剥離力を発生ガスの気泡に加えない限り、電気分解板３から気泡は離脱しにくい。

［対流等による発生ガスの強制剥離及び溶解度の向上］
図５は、本実施形態の水素水生成装置１における水素ガス１１０の発生状態を示す拡大縦断面図である。図５に示す矢印は飲料水又は発生ガスの移動方向を示している。

本実施形態の陽極板３１及び陰極板３２は、所定の間隔で配置されている。そのため、陽極板３１及び陰極板３２においてそれぞれ発生した酸素ガス及び水素ガス１１０が上昇する際に、陽極板３１及び陰極板３２の間に強い対流と乱流が発生する。その結果、酸素ガス及び水素ガス１１０の各気泡は、マイクロサイズの状態において、循環ポンプを使用することなく、電気分解板３から強制的に剥離させられる。

また、本実施形態の陽極板３１及び陰極板３２は、図１に示すように、水平に配置されていると共に、複数の通過孔３ａをそれぞれ有している。そのため、電気分解板３から強制的に剥離させられた酸素ガス及び水素ガス１１０の各気泡が上昇する際に電気分解板３に再付着する機会が減少する。また、図２に示すように、陽極板３１及び陰極板３２が水平配置されていると、平面視における電気分解板３の面積が最大となるため、水素水１０１の溶解度が高まる。

また、陽極板３１及び陰極板３２の各周縁は、図１及び図２に示すように、飲料容器２の内壁２２から所定の間隔で配置されているので、その隙間（所定の間隔）で飲料水１００の下降流が発生し、電気分解板３の下方において攪拌が生じる。その結果、電気分解板３の下方に配置された陰極板３２の表面及び裏面に付着する水素ガス１１０の気泡に対して、撹拌、対流及び乱流による強制剥離が生じるので、水素水１０１の溶解度が高まる。

［多量の水素を含む水素水１０１の生成］
純水から酸素や窒素などの全ての気体を完全に脱気した後に水素を溶解させた状態において、純水１００ｍｌに対する水素の溶解限度は、２０℃、１気圧の雰囲気で、１．８ｍｌ（≒１．６ｐｐｍ）である。そのため、酸素や窒素などの気体が飽和した通常の飲料水１００に対して水素ガス１１０を１ｍｌ溶解させることは困難である。さらに、飲料水１００を電気分解すると、陽極板３１側から酸素ガスが発生するので、水素ガス１１０を溶解させることはより困難であるように思える。

しかしながら、飲料水１００に対して気泡径がマイクロレベルの水素ガス１１０を多量に発生させると、上記の結果に反して、図４に示すような、水素ガス１１０が多量に残留して白濁した水素ガス残留水（水素ガス残留水とは、飲料水１００又は水素水１０１に気泡状態の水素ガス１１０が残留した状態の水素水１０１のことをいう。当該明細書において単に水素水１０１といった場合には水素ガス残留水も含まれる。）１０２が短時間で生成される。この一因としては、水素水１０１に溶解する酸素や窒素などの他の気体の分子サイズが水素の分子サイズより大きいため、水素水１０１の溶解度が高くなるほど、水素水１０１から酸素や他の気体が水素ガス１１０よりも優先的に放出され、水素水１０１に溶解する他の気体の溶解度が減少するからと推測する。また、他の一因としては、気泡径がマイクロレベルの水素ガス１１０が水素水１０１に気泡として留まっている状態が長時間続くためであると推測する。

以下、本実施形態の水素水生成装置１によって水素ガス残留水１０２を短時間で生成することが可能であることの立証実験の結果を示す。

図６は、比較例の水素水生成装置を示す縦断面図である。図６に示す矢印は発生ガスの移動方向を示している。

結果Ａは、図６に示す比較例の水素水生成装置５０によって生成された水素水１０１に溶解された水素量を示している。結果Ｂは、本実施形態の水素水生成装置１によって生成された水素水１０１に溶解された水素量を示している。結果Ｃは、本実施形態の水素水生成装置１によって生成された水素ガス残留水１０２に溶解された水素及び残留する水素ガス１１０の合計水素量を示している。

本実施形態と比較例との差異は、本実施形態（結果Ｂ及び結果Ｃ）の陽極板３１及び陰極板３２の向きが水平であるのに対し、比較例（結果Ａ）の陽極板５１及び陰極板５２の向きが従来技術と同様に垂直である点にある。その他の条件については同一にしている。また、飲料水１００の容量は３６０ｍｌである。給電部５から電気分解板３に供給される直流電圧は９Ｖ、その直流電流は２００ｍＡである。

上記した結果Ａと比較すると、結果Ｂについては、約１．３〜１．７倍の水素量の増加を確認することができる。これは、本実施形態の陽極板３１及び陰極板３２の向きが水平なので、その向きが縦である比較例と比較して、水素ガス１１０の上昇時に電極板に再付着した他の水素ガス１１０と合体して気泡径がミリレベルまで成長するといったことを回避していることに起因する。その結果、飲料水１００に対して水素ガス１１０ができる限り長く残留し、飲料水１００に水素が溶解されやすい環境下にあったからと推測する。また、飲料容器２の水平断面に対して水素ガス１１０の発生面が増加するので、飲料容器２に貯蔵された飲料水１００に対して水素ガス１１０をできる限り多くかつ均等に撹拌させることができたからと推測する。

また、結果Ｃについては、約２．４〜３．０倍の水素量の増加を確認することができる。つまり、本実施形態の水素水生成装置１によって生成された水素ガス残留水１０２には、マイクロサイズの気泡状態の水素ガス１１０が多量に残留していることがわかる。これは、図４及び図５に示すように、本実施形態において電気分解中に飲料水１００の全体が水素ガス１１０によって白濁し、電気分解直後数分程度その白濁状態が維持されていたことからも、水素ガス残留水１０２に多量の水素ガス１１０が残留していることは明らかであった。

以上の実験結果からも、本実施形態の水素水生成装置１によって多量の水素を含む水素ガス残留水１０２を短時間で生成することが可能であることが立証された。

［水素水１０１の飲用時期及び飲用方法］
水素ガス残留水１０２に気泡として残留する水素ガス１１０の大部分は、その水素ガス１１０が上昇する際に他の気泡と合体して成長する可能性があることを考慮すれば、１０分程度で水素水１０１の外に放出されてしまう。また、多量の水素ガス１１０を含む水素ガス残留水１０２であっても、その水素ガス残留水１０２を貯蔵する飲料容器２が１時間以上運搬されると、運搬により水素ガス残留水１０２に外力が加わり、水素ガス１１０や溶解した水素が放出されやすくなるので、運搬後には水素水１０１の溶解度が約３００ｐｐｂまで減少してしまう。そのため、飲料水１００の電気分解直後（理想としては３０秒以内）に水素水１０１を飲用することが好ましい。

本実施形態においては、図４に示すように、利用者が飲料容器２を手で持ち上げると、飲料容器２が給電部５から簡単に離れると共に、導電端子４１、４２が給電端子５３、５４から離れるので、電気分解直後における多量の水素ガス１１０（比較例と比較して２〜３倍の水素量）を含む状態の水素ガス残留水１０２をすぐに飲用することができる。

なお、人体に対しては、飲料水１００に水素が溶解した水素水１０１から水素を摂取するよりも、水素ガス残留水１０２に残留する水素ガス１１０を水素水１０１と共に摂取した方が、水素摂取による好適な影響が期待できる。そのため、飲料水１００又は水素水１０１に水素ガス１１０が多量に残留するほうが好ましい。

また、水素水１０１に対して水素ガス１１０の濃度が３％以下であれば発火や爆発などの危険はないので、水素水１０１や水素ガス残留水１０２から放出された水素ガス１１０が原因で爆発等の危険が生じることはない。

（給電ランプ５６）
図４に示す飲料容器２が図１に示すように給電部５に載置されると、給電部５が電気分解板３に電力を供給する。このとき、給電ランプ５６が点灯するので、給電ランプ５６が透明の飲料容器２をその底面側から照らし、水素ガス１１０によって白濁した飲料水１００が給電ランプ５６の照明色によって鮮やかに輝く。つまり、給電ランプ５６は、給電状態を示すと共に、飲料水１００のライトアップをも行う。

［水素ガス１１０の発生停止］
飲料容器２が給電部５から取り外されて給電端子５３、５４が導電端子４１、４２と非接触の状態になっているか、給電部５に電力を供給するＡＣアダプタが取り外されたとき、電気分解が終了するので、水素ガス１１０の発生が停止する。
［水素水生成装置の効果］

次に、本実施形態の水素水生成装置１の効果を説明する。

（１）本実施形態の水素水生成装置１は、飲料水１００を貯蔵可能な飲料容器２と、飲料容器２の内部において略水平に配置される陽極板３１及び陰極板３２を有する電気分解板３と、陽極板３１及び陰極板３２から飲料容器２の外部まで配置される導電部４と、導電部４を介して陽極板３１及び陰極板３２にそれぞれ電力を供給する給電部５と、を備えることを特徴とする。

本実施形態によれば、電気分解板３が略垂直に配置される場合と比較して、水素ガス１１０の気泡径が成長することを防止することができるので、飲料容器２に貯蔵された飲料水１００に対して水素ガス１１０をできる限り長く残留させることができる。また、飲料容器２の水平断面に対して水素ガス１１０の発生面が増加するので、飲料容器２に貯蔵された飲料水１００に対して水素ガス１１０をできる限り多くかつ均等に撹拌させることができる。

（２）また、本実施形態の水素水生成装置１において、飲料容器２は、利用者が飲料水１００を直接飲用することが可能なタンブラーグラス、マグカップその他のコップであることが好ましい。

本実施形態によれば、水素ガス１１０が残留する飲料水１００を他の容器に注ぐことを要しないので、その注水によって飲料水１００から水素ガス１１０が放出したり、外部の気体が飲料水１００に過剰に取り込まれたりすることを防止することができる。

（３）また、本実施形態の水素水生成装置１において、陽極板３１及び陰極板３２は、空隙を介して一定間隔で相対すると共に、複数の通過孔３ａをそれぞれ有することが好ましい。

本実施形態によれば、陽極板３１及び陰極板３２のうち下側に配置された電極板から発生する発生ガスをその上側に配置された電極板の通過孔３ａから通過させることができる。

（４）また、本実施形態の水素水生成装置１において、陰極板３２は、陽極板３１よりも下方に位置することが好ましい。

本実施形態によれば、陽極板３１及び陰極板３２の間に生じる対流を利用して陰極板３２から発生及び上昇する水素ガス１１０を陽極板３１及び陰極板３２の間で撹拌することができるので、飲料水１００に水素ガス１１０をより多く溶解させることができる。また、飲用容器に対して陰極板３２が下側に位置すればするほど水素ガス１１０が飲料水１００から放出するまでの時間を長くすることができるので、その分だけ飲料水１００に対して水素ガス１１０をできる限り長く残留させることができる。

（５）また、本実施形態の水素水生成装置１において、陽極板３１及び陰極板３２の各周縁は、飲料容器２に設けられた内壁２２から所定の間隔だけ離れて位置することが好ましい。

本実施形態によれば、電気分解板３の周縁から飲料容器２の内壁２２までの隙間が小さくなるほどその隙間を通る飲料水１００の下降水圧が高くなる。その結果、陽極板３１及び陰極板３２の間に生じる強い対流圧も高くなるので、飲料水１００に水素ガス１１０をより多く撹拌することができる。また、電気分解板３の周縁から飲料容器２の内壁２２までの隙間が均一になるほどその隙間を通る飲料水１００の下降水圧が均一になる。その結果、陽極板３１及び陰極板３２の間に生じる強い対流圧も均一になるので、飲料水１００に水素ガス１１０を均一に撹拌することができる。

（６）また、本実施形態の水素水生成装置１において、陽極板３１及び陰極板３２は、飲料容器２に設けられた底面部２１付近に配置されることが好ましい。

本実施形態によれば、飲料容器２に対して電気分解板３が下側に位置すればするほど水素ガス１１０が飲料水１００から放出するまでの時間を長くすることができるので、その分だけ飲料水１００に対して水素ガス１１０をできる限り長く残留させることができる。

（７）また、本実施形態の水素水生成装置１において、電気分解板３は、陽極板３１及び陰極板３２の各略中央及び飲料容器２における底面部２１の略中央を支持する中央支持部材３３と、を有することが好ましい。

本実施形態によれば、飲料水１００の流量が多い電気分解板３の周縁に支持部材を配置していないので、飲料水１００の対流及び水素ガス１１０の撹拌が阻害されることを防止することができる。また、支持部材が陽極板３１及び陰極板３２の各略中央に配置されているので、支持部材の個数を１個のみにすることができる。

（８）また、本実施形態の水素水生成装置１において、導電部４は、飲料容器２の外面に露出する導電端子４１、４２を有しており、給電部５は、利用者が飲料容器２を給電部５に載置するか否かの動作に応じて飲料容器２から容易に着脱可能であると共に、飲料容器２の載置時に導電端子４１、４２に接触する給電端子５３、５４を有する給電台座であることが好ましい。

本実施形態によれば、利用者が飲料容器２を持ち上げたときに給電部５から飲用涼気を容易に取り外すことができるので、飲用時の飲料容器２の重量を軽量にすることができる。

（９）また、本実施形態の水素水生成装置１において、導電端子４１、４２は、飲料容器２における底面部２１の外面から露出しており、給電端子５３、５４は、給電部５の外面であって飲料容器２における底面部２１の外面との相対面から露出することが好ましい。

本実施形態によれば、利用者が飲料容器２を持ったときに導電端子４１、４２が利用者の手に接触しないので、手の接触による導電端子４１、４２の破損や腐食を防止することができる。また、導電端子４１、４２及び給電端子５３、５４が接触した際にはそれらが隠れるため、給電時に利用者の手が導電端子４１、４２又は給電端子５３、５４に接触し、利用者が感電することを防止することができる。

（１０）また、本実施形態の水素水生成装置１において、陽極板３１及び陰極板３２のうちの一方の電極板に接続する一方の導電端子は、飲料容器２における底面部２１の略中央に配置されており、陽極板３１及び陰極板３２のうちの他方の電極板に接続する他方の導電端子は、飲料容器２における底面部２１の周縁付近に配置されることが好ましい。

本実施形態によれば、飲料容器２の底面部２１において一方の導電端子が他方の導電端子から最も離れた位置に配置されているので、導電性物質が飲料容器２の底面部２１に付着して給電時に給電部５が短絡することを防止することができる。

（１１）また、本実施形態の水素水生成装置１において、給電部５は、飲料容器２の載置時に飲料容器２が給電部５における所定の位置に載置されるための形状、記号、模様又は色彩により構成されることが好ましい。

本実施形態によれば、飲料容器２を載置するときに、利用者に導電端子４１、４２及び給電端子５３、５４の接続位置を意識させることなく、導電端子４１、４２及び給電端子５３、５４を容易に接続させることができる。

すなわち、本実施形態の水素水生成装置１によれば、複雑な構造を有することなく、水素ガス１１０の溶解度が均一かつ高い水素水１０１を生成することができ、使い勝手が良いなど、従来技術における種々の不具合を改善した新規の水素水生成装置１を提供することができるという効果を奏する。

なお、本発明は、前述した実施形態などに限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１ 水素水生成装置
２ 飲料容器
３ 電気分解板
３ａ 通過孔
４ 導電部
５ 給電部
２１ 底面部
２２ 内壁
３１ 陽極板
３２ 陰極板
３３ 中央支持部材
３４ 絶縁スペーサ
３５ 絶縁リベット
４１ 陽極側導電端子
４１ａ 柱部
４１ｂ フランジ部
４１ｃ クリップ部
４２ 陰極側導電端子
４３ 陰極側リード線
４４ Ｏリング
４５ ピン
４６ ゴムパッキン
５１ 入力端子
５２ 電源回路
５３ 陽極側給電端子
５４ 陰極側給電端子
５５ 給電スイッチ
５６ 給電ランプ
５７ ガイド部
１００ 飲料水
１０１ 水素水
１０２ 水素ガス残留水
１１０ 水素ガス

Claims (11)

1. 飲料水を貯蔵可能な飲料容器と、
   前記飲料容器の内部において略水平に配置される陽極板及び陰極板を有する電気分解板と、
   前記陽極板及び前記陰極板から前記飲料容器の外部まで配置される導電部と、
   前記導電部を介して前記陽極板及び前記陰極板にそれぞれ電力を供給する給電部と、
   を備えることを特徴とする水素水生成装置。
2. 前記飲料容器は、利用者が前記飲料水を直接飲用することが可能なタンブラーグラス、マグカップその他のコップである
   ことを特徴とする請求項１に記載の水素水生成装置。
3. 前記陽極板及び前記陰極板は、空隙を介して一定間隔で相対すると共に、複数の通過孔をそれぞれ有する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水素水生成装置。
4. 前記陰極板は、前記陽極板よりも下方に位置する
   ことを特徴とする請求項３に記載の水素水生成装置。
5. 前記陽極板及び前記陰極板の各周縁は、前記飲料容器に設けられた内壁から所定の間隔だけ離れて位置する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水素水生成装置。
6. 前記陽極板及び前記陰極板は、前記飲料容器に設けられた底面部付近に配置される
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水素水生成装置。
7. 前記電気分解板は、前記前記陽極板及び前記陰極板の各略中央及び前記飲料容器における底面部の略中央を支持する中央支持部材と、を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の水素水生成装置。
8. 前記導電部は、前記飲料容器の外面に露出する導電端子を有しており、
   前記給電部は、前記利用者が前記飲料容器を前記給電部に載置するか否かの動作に応じて前記飲料容器から容易に着脱可能であると共に、前記飲料容器の載置時に前記導電端子に接触する給電端子を有する給電台座である
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の水素水生成装置。
9. 前記導電端子は、前記飲料容器における前記底面部の外面から露出しており、
   前記給電端子は、前記給電部の外面であって前記飲料容器における前記底面部の外面との相対面から露出する
   ことを特徴とする請求項８に記載の水素水生成装置。
10. 前記陽極板及び前記陰極板のうちの一方の電極板に接続する一方の前記導電端子は、前記飲料容器における前記底面部の略中央に配置されており、
    前記陽極板及び前記陰極板のうちの他方の電極板に接続する他方の前記導電端子は、前記飲料容器における前記底面部の周縁付近に配置される
    ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の水素水生成装置。
11. 前記給電部は、前記飲料容器の載置時に前記飲料容器が前記給電部における所定の位置に載置されるための形状、記号、模様又は色彩により構成される
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水素水生成装置。

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