JP2015150512A - 水素水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水素を高濃度に溶存し、しかも溶存した水素が水中から飛散しにくい水素水を簡易に製造することができる水素水製造装置を提供する。【解決手段】水素水を製造する水素水製造装置１０において、水を電気分解して水素と酸素とを発生させる水電気分解装置１２と、電気分解により生成された電気分解水中に水素及び酸素のナノバブルを発生させるナノバブル発生装置１４と、を備え、前記ナノバブル発生装置は、前記電気分解水を貯留するとともに密閉された耐圧容器で形成された液体貯留槽と、前記電気分解により発生した水素ガスと酸素ガスの気体を前記液体貯留槽内の電気分解水中に高圧で放出する気体放出手段と、前記気体の放出により高圧となった液体貯留槽を大気圧に開放する開閉バルブと、を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は水素水製造装置に係り、特に、水素を含み、しかも含まれた水素が水中から飛散しにくい水素水を簡易に製造するための水素水製造装置に関する。

水素水は、水素を高濃度に溶存させた水であり、水素水を飲むことにより、人体の健康に害を及ぼすと言われている人体中の活性酸素を還元して除去するとして近年注目されている。また、水素水は健康飲料として利用される他にも半導体工業での半導体基板の洗浄や、工場配管内の水垢洗浄等の工業用途等でも注目されている。

水素水を製造する方法としては、大きく分けて、高圧下で水素ガスを水に溶解させる高圧溶解法（例えば特許文献１）と、電気分解装置の電解槽に水を入れ、陽極と陰極との間に電圧を印加することにより、陰極側に水素を発生させる電気分解法（例えば特許文献２）と、がある。

しかし、高圧下で水素ガスを水に溶解させる方法は、危険物である高圧な水素ガスボンベを使用しなくてはならず、一般家庭等において簡易に水素水を製造する方法としては不適当である。したがって、簡易に水素水を製造する方法としては、水の電気分解によって製造することが好ましい。

特許第３６０６４６６号公報 特開２００２−２５４０７８号公報

しかしながら、特許文献１の高圧溶解法及び特許文献２の電気分解法によって製造された水素水は、いずれの場合も短時間のうちに水から水素が飛散してしまい水素水としての効果が低減するという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、水素を高濃度に溶存し、しかも溶存した水素が水中から飛散しにくい水素水を簡易に製造することができる水素水製造装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る水素水製造装置は、水素水を製造する水素水製造装置において、水を電気分解して水素と酸素とを発生させる水電気分解装置と、前記電気分解により生成された電気分解水中に前記水素及び前記酸素のうち少なくとも前記水素のナノバブルを発生させるナノバブル発生装置と、を少なくとも備えたことを特徴とする。

本発明の水素水製造装置によれば、水電気分解装置によって水を電気分解し、陽極からは酸素を発生し、陰極からは水素を発生する。そして、ナノバブル発生装置によって、電気分解により生成された電気分解水中に、電気分解で発生した水素及び酸素のナノバブルを発生させるようにした。

これにより、水中に溶存しやすくし且つ水中から飛散しにくいナノバブルの水素を高濃度に溶存し、しかも溶存した水素が水中から飛散しにくい水素水を簡易に製造することができる。なお、水としては例えば、純水、水道水やミネラルウオータ等を使用することができる。

本発明の水素水製造装置において、前記ナノバブル発生装置は、前記電気分解水を貯留するとともに密閉な耐圧容器で形成された液体貯留槽と、前記電気分解により発生した水素ガスと酸素ガスの気体を前記液体貯留槽内の電気分解水中に高圧で放出する気体放出手段と、前記気体の放出により高圧となった液体貯留槽を大気圧に開放する開閉バルブと、を備えることが好ましい。

これにより、電気分解により発生した水素ガス及び酸素ガスの気体が気体放出手段から液体貯留槽内に貯留された電気分解水中に高圧で放出される。この結果、水素ガス及び酸素ガスの高速の気流は、電気分解水と激しく摩擦して剪断され、ナノバブルが発生する。更に、開閉バルブにより、気体の放出により高圧となった液体貯留槽を大気圧に開放したときにもナノバブルが発生する。
これにより、水素のナノバブルを２ステップで多段的に形成できるので、高濃度に溶存し、しかも溶存した水素が水中から飛散しにくい水素水を確実に製造することができる。

本発明の水素水製造装置において、前記水電気分解装置は、前記液体貯留槽内の電気分解水中に放出する水素ガスと酸素ガスとのガス比率を調整するガス比率調整手段を備えることが好ましい。
さらには、前記水電気分解装置は、前記液体貯留槽内に貯留する電解水である陽極電気分解水（酸性水）と陰極電気分解水（アルカリイオン水：アルカリ水とも称する）との液体比率を調整する液体比率調整手段を備えることが好ましい。
これにより、健康用途あるいは工業用途等の用途に応じて、水素濃度と酸素濃度とを任意に調整した水素水を製造することができる。また、酸性水とアルカリ水をの比率を任意に調整した水素水を製造することができる。

本発明の水素水製造装置において、前記水電気分解装置の前段に、前記水を磁場内に通して磁気処理を行う磁気処理装置を設けることが好ましい。
このように、水を磁場内に通して磁気処理を行うことによって、水のクラスタを細分化するとともに水が活性化されて高エネルギー状態になる。そして、クラスタが細分化され高エネルギー状態になった水は、溶解力が高くなる。

したがって、磁気処理した水を電気分解して生成された電気分解水は、磁気処理しない電気分解水よりも溶解力が大きいので、水素及び酸素のナノバブルを電気分解水中に一層溶解し易くなる。これにより、水素を一層高濃度に溶解した水素水を製造できるとともに、溶解した気体が一層飛散しにくくなる。また、磁気処理された水は、人間の細胞等への浸透力や、汚れを除去する洗浄力等の機能を高めることができるので、健康飲料用途や工業用途への付加価値を一層高めることができる。

本発明の水素水製造装置において、前記磁気処理装置は、前記水が循環する循環路に設けられた磁気処理部と、前記循環路を循環している水を前記水電気分解装置に流す切替え手段と、を備えることが好ましい。
このように、水が循環して磁気処理部を複数回通過できるようにしたので、水に大きな電荷を発生させることができる。これにより、磁気水としての性質を長時間維持することができる。磁気水は、新陳代謝を促進する等の効果があると言われているので、磁気水としての性質を長時間維持することによって、水素水の健康価値を向上できる。

本発明の水素水製造装置において、前記磁気処理部は、前記循環路に沿って配列された複数の磁石を有するとともに、前記複数の磁石は互いの磁石の磁極方向が不規則になるように配列されていることが好ましい。
このように、複数の磁石が互いの磁石の磁極方向が不規則になるように配列されることにより、水に一層大きな電荷を発生させることができる。

本発明の水素水製造装置において、前記水電気分解装置は、陽極と陰極とを構成する複数本の酸化チタン電極と、前記複数本の酸化チタン電極に電圧を印加する直流電源と、前記複数本の酸化チタン電極に紫外線を照射する紫外線導光路を有する紫外線照射手段と、前記複数本の酸化チタン電極の極性を切替え制御する制御手段と、を備えることが好ましい。
このように、紫外線導光路から酸化チタン電極に紫外線を照射することにより、水の電気分解に加えて水の光分解により酸素と水素を発生させることができる。
また、酸化チタン電極に紫外線を照射することにより、電極表面の親水性が大きくなるので、発生した水素や酸素が電極から離れ易くなる。
また、酸化チタン電極に紫外線を照射すると電極表面の親水性の増加と、有機物の分解効果により電極の自浄作用が生じるので、電極の汚れを防止することができる。
また、酸化チタン電極の極性を切り替えることにより、水中のミネラル成分が電極に付着して電解性能を低下させることを防止できる。
これらの特徴により、本発明に係る水素水製造装置は、電気分解のみの場合に比べて水素発生効率を高くすることができる。したがって、高い発生効率で水素を発生させることができるので、水素水製造装置のコンパクト化を図ることができる。

本発明の水素水製造装置において、前記酸化チタン電極は、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＯ２（酸化チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ(鉄)、Ｃｒ（クロム）、Ｐｔ（白金）、Ｃｏ（コバルト）、Ｒｈ（ロジウム）の粉末を用いて粉末冶金により形成し、焼結後のＴｉＯ２の比率が全体の３〜５質量％であることが好ましい。
これにより、更に高い発生効率で水素を発生させることができる。

本発明の水素水製造装置において、前記水電気分解装置の陽極と陰極との電極内部に空洞部を形成し、この空洞部内に磁石を設けることが好ましい。
これにより、水電気分解装置での水の電気分解と並行して水の磁気処理を行うことができるので、装置をコンパクト化することができる。なお、電極の内部に空洞部を形成し、この空洞部内に磁石を設ける態様は、水電気分解装置の前段に磁気処理装置を更に設ける場合と設けない場合とのいずれにも適用できる。

本発明の水素水発生装置において、前記水電気分解装置の陰極には、ＳｒＴｉＯ_３（チタン酸ストロンチウム）が含まれていることが好ましい。
水素を発生させる陰極にチタン酸ストロンチウムを含ませて、紫外線照射手段によって陰極に４００〜８００ｎｍの紫外線を照射する。これにより、陰極からの水素発生を促進させることができる。

本発明の水素水発生装置において、前記水電気分解装置の陽極には、ＷＯ_３（酸化タングステン）が含まれていることが好ましい。
酸素を発生させる陽極に酸化タングステンを含ませて、紫外線照射手段によって陽極に紫外線を照射する。これにより、陽極からの酸素発生を促進させることができる。

本発明の水素水製造装置によれば、水素を含み、しかも含まれた水素が水中から飛散しにくい水素水を簡易に製造することができる。

本発明の第１の実施の形態の水素水製造装置の全体構成図 水電気分解装置に紫外線照射手段を設けた図 本発明の第２の実施の形態の水素水製造装置の全体構成図 磁気処理装置の磁石の配列方法の態様を説明する説明図 磁気処理装置の磁石の配列方法のさらに別の態様を説明する説明図 本発明の第３の実施の形態の水素水製造装置の全体構成図

以下添付図面に従って、本発明に係る水素水製造装置の好ましい実施の形態について詳述する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態の水素水製造装置１０の全体構成図である。
図１に示すように、第１の実施の形態の水素水製造装置１０は、主として、水を電気分解して水素と酸素とを発生させる水電気分解装置１２と、電気分解水中に水素及び酸素の直径１μｍ以下の気泡（一般的にナノバブルと呼ばれる）を発生させるナノバブル発生装置１４とで構成される。

水電気分解装置１２は、主として、電解槽１６と、電解槽１６内に設けられて陽極１８と陰極２０とからなる２本の電極１８、２０と、２本の電極１８、２０に電線２２を介して電圧を印加する直流電源部２４と、電解槽１６に水素水を製造するための原水（例えば水道水）を供給する原水供給配管２６と、で構成される。
電気分解される原水は、電解槽１６に満杯にならないように供給され、電解槽１６内の上部にはヘッドスペース部２７が形成される。

電解槽１６は、密閉容器として形成され、陽極１８が設けられた陽極室２８と、陰極２０が設けられた陰極室３０とに区画され、陽極室２８と陰極室３０とは連通室３２によって原水が自由に往来できるように連通される。図１では、連通室３２を電解槽１６の底部に設けたが、この位置に限定されるものではない。

また、陽極室２８と陰極室３０との天井面には、原水の電気分解により発生し、陽極室２８と陰極室３０とのそれぞれのヘッドスペース部２７Ａ，２７Ｂに溜まった水素ガスと酸素ガスとを電解槽１６から排出するためのガス排出口３４Ａ，３４Ｂがそれぞれ形成される。

陽極室２８と陰極室３０とのそれぞれのガス排出口３４Ａ，３４Ｂには、水電気分解装置１２で発生したガスをナノバブル発生装置１４に送る送気管３６が連結される。送気管３６は、ガス排出口３４Ａ，３４Ｂから延設された２本のガス配管が１本に合流するとともに、合流部にはガス比率調整手段としての第１の三方コック３８が設けられる。この第１の三方コック３８によって、ナノバブル発生装置１４に送気する水素ガスと酸素ガスとのガス比率を変えることができる。

また、陽極室２８と陰極室３０との下部（水面より下の部分）には、原水の電気分解により陽極室２８と陰極室３０とにそれぞれ生成された電気分解水である陽極電気分解水と陰極電気分解水とを排出する液体排出口４０Ａ，４０Ｂがそれぞれ形成される。

陽極室２８と陰極室３０とのそれぞれの液体排出口４０Ａ，４０Ｂには、電気分解水をナノバブル発生装置１４に送る送液管４２が連結される。送液管４２は、陽極室２８と陰極室３０とのそれぞれの液体排出口４０Ａ，４０Ｂから延設された２本の液配管が１本に合流するとともに、合流部には電気分解水比率調整手段としての第２の三方コック４４が設けられる。この第２の三方コック４４によって、ナノバブル発生装置１４に送液する陽極電気分解水と陰極電気分解水との液体比率を変えることができる。

本実施の形態で使用される陽極１８及び陰極２０の電極は、長尺な棒状に形成され、酸化チタン電極を用いることが好ましい。
酸化チタン電極は、例えば、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＯ２（酸化チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ(鉄)、Ｃｒ（クロム）、Ｐｔ（白金）、Ｃｏ（コバルト）、Ｒｈ（ロジウム）の粉末を用いて粉末冶金により形成することもできるし、ステンレス棒で形成した電極芯材の周りに、Ｔｉ（チタン）とＴｉＯ２（酸化チタン）とを粉末冶金により形成することもできる。粉末冶金で行った焼結後の各金属の質量比は、ＴｉＯ２の比率が全体の３〜５質量％であることが好ましい。これにより、後述する各種ＴｉＯ２に基づく効果が十分発揮される。また、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）等の白金族元素やＣｏ（コバルト）を含むことにより、水の分解を促進させることができるのでより好ましい。

また、ＴｉとＴｉＯ２の比率を粉末冶金により形成された部分で見た場合、Ｔｉ濃度が５〜７質量％、ＴｉＯ２濃度が３〜５質量％となるように含有させることが好ましい。このように酸化チタン電極１８，２０の表面をポーラスな焼結金属層で形成することにより、電極表面積を大きくでき電気分解する水との接触面積を増大できる。また、電極表面に存在する酸化チタン量を多くできる。これにより、水の電気分解効率及び水の光分解効率を向上できる。

ナノバブル発生装置１４は、主として、電気分解により生成された陽極電気分解水と陰極電気分解水の電気分解水を貯留する液体貯留槽４６と、電気分解により発生した水素ガスと酸素ガスの気体を液体貯留槽４６内の電気分解水中に高圧で放出する気体放出手段４８と、気体の放出で高圧となった液体貯留槽４６を大気圧に開放する開閉バルブ５５Ａと、で構成される。

そして、水電気分解装置１２からの送気管３６が気体放出手段４８に連結されるとともに、水電気分解装置１２からの送液管４２が液体貯留槽４６に連結される。また、気体放出手段４８からは液体貯留槽４６に貯留された電気分解水に水没するように放出管５０が配設され、放出管５０の先端部には先細状のノズル５２が設けられる。これにより、水電気分解装置１２で発生したガスを液体貯留槽４６に貯留された電気分解水中に高圧で放出することができる。気体放出手段４８としては、例えばコンプレッサを使用することができる。

また、液体貯留槽４６は、密閉な耐圧容器として形成され、液体貯留槽４６の下部には、製造された水素水を取り出す開閉バルブ５４Ａ付きの取出し配管５４が設けられる。また、液体貯留槽４６の上部には、液体貯留槽４６内の圧力を開放する開閉バルブ５５Ａ付きのベント配管５５が設けられる。なお、図１では、取出し配管５４とベント配管５５とを別に設けたが、ベント配管５５を取出し配管５４で共用してもよい。

図２は、水電気分解装置１２の好ましい態様であり、陽極１８及び陰極２０の電極に紫外線を照射する紫外線照射手段５８を設けた場合である。
紫外線照射手段５８は、主として、紫外線を発光する発光源６０と、陽極１８及び陰極２０の電極の近傍に設けられた紫外線導光路６２、６２と、発光源６０から出射された紫外線を紫外線導光路６２に導く導光線６３とで構成される。発光源６０としてはＵＶ−ＬＥＤ（紫外線ＬＥＤ）を好適に使用することができる。

紫外線導光路６２はＵ字形状の棒状体を好適に使用でき、図２に示すように、陽極１８（又は陰極２０）を囲むように設けられる。紫外線導光路６２は、紫外線が透過可能な樹脂製やガラス製の棒状体やチューブ等も使用することができる。紫外線導光路６２の先端部（Ｕ字部分）には、紫外線導光路６２の捩れを防止する捩れ防止板６４が設けられる。

また、紫外線の発光を目視で確認できるように、例えばパイロットＬＥＤとして可視光ＬＥＤを使用し、発光源６０から紫外線が出射されたときに、同時に紫外線導光路６２が可視光ＬＥＤにより照明されるようにすることが好ましい。発光源６０から出射する紫外線の波長領域は１０〜４００ｎｍの範囲なので、可視光ＬＥＤの発光色は使用者が紫外線の出射をイメージし易い４００ｎｍ付近の青色の波長がより好ましい。

可視光ＬＥＤを多色発光可能なＬＥＤとすることにより、例えば、通常の動作状態を青色、電池の残量が不足している状態をオレンジ色、過電流などにより酸化チタン電極への電流ストップ状態を赤色とすることなど、本装置の動作状態を可視光ＬＥＤの発光色により細かく表示できるので、さらにより好ましい。

このように、陽極１８及び陰極２０に紫外線を照射する紫外線照射手段５８を設けた水電気分解装置１２の態様では、陰極に２０にＳｒＴｉＯ_３（チタン酸ストロンチウム）を含ませ、陽極１８にＷＯ_３（酸化タングステン）が含ませることが好ましい。

水素を発生させる陰極２０にチタン酸ストロンチウムを含ませて、紫外線照射手段５８によって４００〜８００ｎｍの紫外線を照射することにより、陰極２０からの水素発生を促進させることができる。また、酸素を発生させる陽極１８に酸化タングステンを含ませて、紫外線照射手段５８によって紫外線を照射する。これにより、陽極１８からの酸素発生を促進させることができる。

この場合も、酸化チタン電極１６の表面をポーラスな焼結金属層で形成することにより、電極表面積を大きくでき、電極表面に存在するチタン酸ストロンチウム量や酸化タングステン量を多くできる。なお、水素水製造装置１０で製造する水の酸素量が少ない方が好ましい場合には、陽極１８に酸化タングステンを含ませる必要はない。

また、図２に示すように、２本の電極１８、２０の極性を切り替え制御する制御手段６６を設けることが好ましい。
制御手段６６は、主として、２本の電極１８，２０の極性を切り替える切替え制御、切り替えタイミングの制御、水電気分解装置１２の連続稼働時間の制御、過電流時の電流ストップ制御等を行うものであり、ＩＣチップを好適に使用できる。このように、２本の電極１８，２０の極性を切り替えることによって、水の電気分解時に水中のミネラル成分が電極に付着して電解性能が低下するのを防止できる。極性の切り替えタイミングとしては、水のミネラル成分濃度に応じて異なるが、一般的に２秒〜１５秒の間隔で切り替えることが好ましい。また、連続稼働時間の制御としては、例えば水素水製造装置１０を３０秒稼働したら、水素水製造装置１０の電源が切れるようにすることができる。

次に上記の如く構成された第１の実施の形態の水素水製造装置１０を用いて、水道水から水素水を製造する方法を説明する。なお、説明は、電極１８、２０として酸化チタン電極を使用するとともに、紫外線照射手段５８を設けた場合で説明する。

先ず、水電気分解装置１２の作用について説明する。
原水供給配管２６から水道水を電解槽１６内に供給する。これにより、水道水中に２本の酸化チタン電極１８，２０と紫外線導光路６２とを水没させる。
次に、水素水製造装置１０の電源スイッチ（図示せず）を押して電源をＯＮにし、２本の酸化チタン電極１８，２０に電圧を印加するとともに、紫外線導光路６２から２本の酸化チタン電極１８，２０に紫外線を照射する。

これにより、水の電気分解により、陽極の酸化チタン電極１８からは酸素が発生し、陰極の酸化チタン電極２０からは水素が発生する。更に、紫外線導光路６２から2本の電極１８，２０に紫外線を照射することにより、水の光分解により酸素と水素が発生する（本多-藤嶋効果）とともにマイナスイオンが発生する。

そして、陽極の酸化チタン電極１８から発生した酸素は、一部がガスとして陽極室２８のヘッドスペース部２７Ａに溜まり、残りは原水に溶解して陽極電気分解水として陽極室２８に溜まる。同様に、陰極の酸化チタン電極２０から発生した水素は、一部がガスとして陰極室３０のヘッドスペース部２７Ｂに溜まり、残りは原水に溶解して陽極電気分解水として陰極室３０に溜まる。
そして、水電気分解装置１２で発生した水素ガス及び酸素ガスと、生成した陽極電気分解水及び陰極電気分解水は、次のステップであるナノバブル発生装置１４で処理される。

次に、ナノバブル発生装置１４の作用について説明する。
水電気分解装置１２で発生した水素ガス及び酸素ガスの気体は、ナノバブル発生装置１４の気体放出手段４８に送気される。この場合、第１の三方コック３８により、気体放出手段４８に送気する水素ガスと酸素ガスとのガス比率を用途に応じて任意に調整することがでる。

一方、水電気分解装置１２で生成された陽極電気分解水及び陰極電気分解水の電気分解水は、ナノバブル発生装置１４の液体貯留槽４６に送液されて貯留される。この場合、第２の三方コック４４により、液体貯留槽４６に送液する陽極電気分解水と陰極電気分解水との液体比率を用途に応じて任意に調整することがでる。

そして、水素ガス及び酸素ガスの気体が気体放出手段４８によって加圧され、加圧された気体がノズル５２から液体貯留槽４６内に貯留された電気分解水中に高圧で放出される。これにより、高圧で放出された水素ガス及び酸素ガスの高速の気流は、電気分解水と激しく摩擦して剪断され、ナノバブルが発生する。

次に、気体放出手段４８から液体貯留槽４６へのガスの放出が終了したら、ベント配管５５の開閉バルブ５５Ａを一気に開放する。これにより、気体放出手段４８から放出されたガスによって内部が高圧状態となった液体貯留槽４６の圧力が一気に大気圧に開放される。この圧力の開放によって、液体貯留槽４６内には更にナノバブルが発生する。
これにより、第１の実施の形態の水素水製造装置１０によれば、水素を高濃度に溶存し、しかも溶存した水素が水中から飛散しにくい水素水を簡易に製造することができる。

そして、上記説明した第１の実施の形態の水素水製造装置１０の特徴をまとめると、以下のようになる。
（ａ）水電気分解装置１２では、電気分解による水素発生と光分解による水素発生の両方を並行して行うので、電気分解のみの場合に比べて水素発生効率が高い。

（ｂ）酸化チタン電極１８、２０に紫外線を照射することにより、電極表面の親水性が大きくなるので、発生した水素や酸素が酸化チタン電極１８、２０から離れ易くなる。これにより、酸化チタン電極１８、２０に酸素や水素の気泡が付着することによる電解性能の低下を防止するので、水素発生効率が一層大きくなる。そして、発生した水素や酸素が2本の酸化チタン電極１８，２０から離れ易くなることにより、小さな気泡の水素を形成し易くなるので、水素が水中に溶存し易くなる。

（ｃ）２本の酸化チタン電極１８、２０に紫外線を照射すると電極表面の親水性が大きくなるので、電極表面の汚れの下から水が濡れてゆくことにより汚れを剥がすとともに、電極表面についた有機物などの汚れを分解する自浄効果を発揮することができる。これにより、電極表面を正常に保つことができるので、水素発生効率を高い状態で維持することができる。

（ｄ）紫外線照射による副次的な効果として、水の殺菌も合わせて行うことができる。
（ｅ）制御手段６６を併用する場合には、２本の酸化チタン電極１８，２０の極性を切り替えることにより、水中のミネラル成分が2本の酸化チタン電極１８，２０に付着して電解性能を低下させることを防止できる。ただし、第１の三方コック３８と第２の三方コック４４を使用して、上記したガス比率調整及び液体比率調整を行う場合には、陽極室２８には酸素を発生させ、陰極室３０には水素を発生させる必要があるので、制御手段６６は停止した状態で行う。

（ｆ）ナノバブル発生装置１４では、水電気分解装置１２で発生したガスを高速で液体貯留槽４６の電気分解水に放出することによるナノバブルの発生と、ガスの放出によって高圧状態となった液体貯留槽４６を大気圧に開放することによるナノバブルの発生との両方を行うようにした。これにより、ナノバブルを効率的に発生させることができる。

（ｇ）また、電気分解により発生し液体貯留槽４６内の電気分解水中に放出する水素ガスと酸素ガスとのガス比率を調整する第１の三方コック３８と、電気分解により生成し液体貯留槽４６内に貯留する陽極電気分解水と陰極電気分解水との電気分解水比率を調整する第２の三方コック４４とを備えるようにしたので、健康用途あるいは工業用途等の用途に応じて、水素濃度と酸素濃度とを任意に調整し、更に酸性とアルカリ性とを任意に調整した水素水を製造することができる。

このような特徴により、水素を高濃度に溶存し、しかも溶存した水素が水中から飛散しにくいという従来にない水素水を簡易に製造することができる。
実際に、第１の実施の形態の水素水製造装置１０で製造した水素水を円筒状のビーカに入れ、静置した状態で水素水からの水素の飛散状況を調べた。その結果、静置３時間後でも水素の飛散は全体の３０％にすぎず、７０％の水素が水素水中に残存しており、水電気分解装置のみで製造した水素水に比べて飛散率を大幅に低減することができた。

なお、本発明の水素水製造装置１０で製造された水素水を飲料用として使用する場合、水素以外に酸素も含まれているが、酸素が溶存した水を飲んでも健康上問題はない。また、第１の三方コックと第２の三方コックを調整することにより、酸素を殆ど含まない水素水を製造することも可能である。また、図１において水電気分解装置１２は、１台として図示されているが、水電気分解装置１２複数台を並列に配置して同時にどうさせることにより、より効率的に水素水を製造することが可能となる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態の水素水製造装置１０は、水電気分解装置１２の前段（上流側）に、原水（例えば水道水）を磁場内に通して磁気処理を行う磁気処理装置６８を設けたものである。

図３は、水素水製造装置１０の第２の実施の形態の全体構成図であり、水電気分解装置１２及びナノバブル発生装置１４は図１及び図２で説明した構成と同様であるので、ここでは磁気処理装置６８について説明する。
図３に示すように、磁気処理装置６８は、主として、水を循環させる循環ポンプ７０Ａを備えた循環配管７０と、循環配管７０に水素水を製造するための原水を供給する原水供給管７２と、循環配管７０を流れる原水に磁力を付与する磁気処理部７４と、磁気処理された磁気水を水電気分解装置１２に送る磁気水送液管７５（第１の実施の形態では原水供給配管２６に相当）と、で構成される。

また、原水供給管７２と循環配管７０、及び磁気水送液管７５と循環配管７０との連結部には、それぞれ第３の三方コック７６及び第４の三方コック７８が設けられる。この第３の三方コック７６及び第４の三方コック７８によって、磁気処理部７４に通す原水の循環回数を任意に設定することができる。これにより、原水に付与する磁力の大きさを調整することができる。

磁気処理部７４は、原水の流入口８０Ａと流出口８０Ｂとを有する円筒形のケーシング８０内に、原水の流れ方向に沿って円筒状の磁石８２を多数配列（図３では６個配列）することによって構成される。また、磁石８２同士の間には、磁石８２と同じ円筒状のスペーサ８４が設けられる。そして、流入口８０Ａからケーシング８０内に流入した原水は、配列された磁石８２の円筒状の中心開口部とスペーサ８４の円筒状の中心開口部とによって円管状に形成された流路８６を矢印方向８８に流れて流出口８０Ｂから流出する。

磁石８２は、永久磁石と電磁石とのいずれでもよいが、本実施の形態では、永久磁石であるネオジウム磁石の例で説明する。
図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、磁気処理部７４の流路８６を流れる原水に対する永久磁石８２の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の方向について各種の態様を示したものである。

図４の（Ａ）及び図４（Ｂ）は、円筒状の永久磁石８２における円筒面の左側面に例えばＮ極を形成し、右側面に例えばＳ極を形成する厚み方向着磁された磁石を使用する場合である。即ち、配列された永久磁石８２の磁極が全て流路方向に平行になるように配列したものであり、磁場を形成する磁力線は流路方向に平行に発生する。そして、図４（Ａ）は、Ｎ極とＳ極とが順番に配列されるように規則的に配置した場合であり、図４の（Ｂ）は、隣り合う永久磁石８２のＮ極とＳ極との磁極が同じになるように不規則的に配置した場合である。

図４（Ｃ）は、径方向にＮ極Ｓ極が分かれた円筒状の永久磁石８２を径方向に半分割し、流路８６を挟んで着磁パターンが反転するように永久磁石８２を対向配置したものである。この場合、半分割された永久磁石８２の外周面側と内周面側とにＮ極とＳ極とが形成される。即ち、配列された永久磁石８２の磁極が全て原水の流路方向に対して垂直になるように配列したものであり、磁場を形成する磁力線は流路方向に垂直に発生する。また、図４の（Ｃ）は、流路８６を挟んで対向配置される永久磁石８２の外周面側及び内周円側の磁極が互いに異なるようにした。

図５は、磁気処理部７４のさらに別態様であり、図４（Ｂ）の磁気処理部７４と図４（Ｃ）の磁気処理部７４を直列に配置したものである。
磁気処理部７４の流路８６を流れる原水に対する永久磁石８２の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の方向としては、図４（Ａ）のように全て規則的に配列されるよりも、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、及び図５のように不規則的に配列される方が好ましい。不規則的に配列することによって、流路８６を流れる原水に対して偏りなく磁力を付与することができるので、原水を確実に磁気処理することができる。

磁気処理部７４における永久磁石８２の磁力は、流路８６の中心軸位置において１２００〜１７００ガウス程度を有することが好ましい。
次に、上記の如く構成された磁気処理装置６８の作用について、原水として水道水を使用した例で説明する。

原水供給管７２から循環配管７０に供給された水道水は、水素結合によって大きな水分子集団を形成している。また、水道水に含有されているイオン、例えばカルシウムイオン（Ｃａ2+）、ナトリウムイオン（Ｎａ+）、塩素イオン（Ｃｌ-）等は、水素結合された大きな水分子集団に周囲を取囲まれ、大きなクラスタとして存在する。

このようなクラスタを含む水道水が、磁気処理部７４を流れて磁気処理されることによって、水素結合が破壊される。これによってクラスタは微細化され、水道水はイオン化される。また水分子が磁気処理によって活性化され、高エネルギー状態となる。このようなクラスタが小さくなり高エネルギー状態となった水道水（磁気水）は溶解力が高くなる。

したがって、磁気処理装置６８で磁気処理した水を、水電気分解装置１２で電気分解して生成された溶解性の高い電気分解水に、ナノバブル発生装置１４において水素ガス及び酸素ガスの気体を高圧で放出するので、水素を一層高濃度に溶解した水素水を製造できるとともに、溶解した気体が一層飛散しにくくなる。

また、磁気処理装置６８において、水道水が循環流路７０を循環して磁気処理部７４を複数回通過できるようにしたので、水道水に大きな電荷を発生させることができる。また、磁気処理部７４における永久磁石の配列を不規則に配列することで、水道水に一層大きな電荷を発生させることができる。

これにより、磁気水としての性質を長時間維持することができる。磁気水は、新陳代謝を促進する等の効果があると言われているので、磁気水としての性質を長時間維持することによって、水素水の健康価値を向上できる。
磁気水は時間の経過にともなって放電し、磁気水としての性質が低下する。しかし、本実施の形態の磁気処理装置６８で磁気処理した水道水は、磁気水としての性質を２４時間維持することができ、従来市販されている磁気水に比べて大幅に長くなった。

したがって、本発明の第２の実施の形態の水素水製造装置１０によれば、製造した水素水に磁気水としての機能も備えることができるので、健康飲料水としての価値を向上させることができるだけでなく、工業用途等の価値も向上できる。

例えば、健康飲料水として使用する場合、磁気処理によって水道水に溶けている塩素の濃度を３０％以上低下できる。したがって、塩素の副産物であるトリハロメタンや、処理が難しいとされているテトラクロロエチレンを９０％以上除去することができる。また、上記したように大きな水分子集団を小さな水分子集団にすることがすることができるので、製造された水素水の味をまろやかにすることができる。

また、工業用途を見た場合、配管内のスケール（水垢）除去に、水素水を洗浄水として使用し、水素の還元作用を利用して配管の酸化を防止することが行われている。この場合、溶解性の小さい水素を如何に高濃度に溶解するかが洗浄力の向上に重要である。第２の実施の形態の水素水製造装置１０を用いれば、磁気処理装置６８とナノバブル発生装置１４とによって、水電気分解装置１２で発生させた水素を水道水中に高濃度に含有させることができる。したがって、第２の実施の形態の水素水製造装置１０で製造された水素水は、工業用途としても優れている。
その他の用途としては、洗濯機の水として使用することで、洗剤の使用量を低減でき、植物栽培の水として使用することで、植物の発育を促進することができる。

［第３の実施の形態］
本発明の水素水製造装置１０の第３の実施の形態は、原水の磁気処理と電気分解とを１つの装置で一緒に行うように水電気分解装置１２を構成したものである。

図６に示すように、酸化チタン電極１８、２０の内部に空洞部を形成し、この空洞部内に永久磁石９２を設けた。なお、第３の実施の形態での水電気分解装置１２の前段に、第２の実施の形態で説明した磁気処理装置６８を配置するようにすることもできる。
なお、酸化チタン電極１８、２０の内部に空洞部を形成し、この空洞部内に永久磁石９２を設ける態様は、水電気分解装置１２の前段に磁気処理装置６８を更に設ける場合と設けない場合とのいずれにも適用できる。

したがって、水電気分解装置１２の前段に磁気処理装置６８を更に設ける場合には、原水の磁気処理を磁気処理装置６８と水電気分解装置１２とで多段処理することができるので、水素を一層高濃度に溶存し、しかも溶存した水素が水中から一層飛散しにくい水素水を製造できる。

１０…水素水製造装置、１２…水電気分解装置、１４…ナノバブル発生装置、１６…電解槽、１８…電極、２０…電極、２２…電線、２４…直流電源部、２６…原水供給配管、２７…ヘッドスペース部、２８…陽極室、３０…陰極室、３２…連通室、３４Ａ，３４Ｂ…ガス排出口、３６…送気管、３８…第１の三方コック、４０Ａ，４０Ｂ…液体排出口、４２…送液管、４４…第２の三方コック、４６…液体貯留槽、４８…気体放出手段、５０…放出管、５２…ノズル、５４Ａ…開閉バルブ、５４…取出し配管、５５Ａ…開閉バルブ、５５…ベント配管、５８…紫外線照射手段、６０…発光源、６２…紫外線導光路、６３…導光線、６４…捩れ防止板、６６…制御手段、６８…磁気処理装置、７０…循環配管、７２…原水供給管、７４…磁気処理部、７５…磁気水送液管、７６…第３の三方コック、７８…第４の三方コック、８０…ケーシング、８０Ａ…流入口、８０Ｂ…流出口、８２…永久磁石、８４…スペーサ、８６…流路、９２…永久磁石

Claims (12)

1. 水素水を製造する水素水製造装置において、
   水を電気分解して水素と酸素とを発生させる水電気分解装置と、
   前記電気分解により生成された電気分解水中に前記水素と前記酸素とのうち少なくとも前記水素のナノバブルを発生させるナノバブル発生装置と、を少なくとも備えたことを特徴とする水素水製造装置。
2. 前記ナノバブル発生装置は、
   前記電気分解水を貯留するとともに密閉された耐圧容器で形成された液体貯留槽と、
   前記電気分解により発生した水素ガスと酸素ガスの気体を前記液体貯留槽内の電気分解水中に高圧で放出する気体放出手段と、
   前記気体の放出により高圧となった液体貯留槽を大気圧に開放する開閉バルブと、
   を備えた請求項１に記載の水素水製造装置。
3. 前記水電気分解装置は、前記液体貯留槽内の電気分解水中に放出する水素ガスと酸素ガスとのガス比率を調整するガス比率調整手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水素水製造装置。
4. 前記水電気分解装置は、前記液体貯留槽内に貯留する電気分解水である陽極電気分解水と陰極電気分解水との液体比率を調整する液体比率調整手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素水製造装置。
5. 前記水電気分解装置の前段に、前記水を磁場内に通して磁気処理を行う磁気処理装置を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素水製造装置。
6. 前記磁気処理装置は、
   前記水が循環する循環路に設けられた磁気処理部と、
   前記循環路を循環している水を前記水電気分解装置に流す切替え手段と、を備えた請求項５に記載の水素水製造装置。
7. 前記磁気処理部は、
   前記循環路に沿って配列された複数の磁石を有するとともに、前記複数の磁石は互いの磁石の磁極方向が不規則になるように配列されている請求項６に記載の水素水製造装置。
8. 前記水電気分解装置は、
   陽極と陰極とを構成する複数本の酸化チタン電極と、
   前記複数本の酸化チタン電極に電圧を印加する直流電源と、
   前記複数本の酸化チタン電極に紫外線を照射する紫外線導光路を有する紫外線照射手段と、
   前記複数本の酸化チタン電極の極性を切替え制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素水製造装置。
9. 前記酸化チタン電極は、
   Ｔｉ（チタン）、ＴｉＯ２（酸化チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ(鉄)、Ｃｒ（クロム）、Ｐｔ（白金）、Ｃｏ（コバルト）、Ｒｈ（ロジウム）の粉末を用いて粉末冶金により形成し、焼結後のＴｉＯ２の比率が全体の３〜５質量％である請求項８に記載の水素水製造装置。
10. 前記水電気分解装置の陽極と陰極との電極内部に空洞部を形成し、この空洞部内に磁石を設けた請求項１〜９のいずれか１項に記載の水素水製造装置。
11. 前記水電気分解装置の陰極には、ＳｒＴｉＯ_３（チタン酸ストロンチウム）が含まれている請求項８〜１０のいずれか１項に記載の水素水発生装置。
12. 前記水電気分解装置の陽極には、ＷＯ_３（酸化タングステン）が含まれている請求項８〜１１のいずれか１項に記載の水素水発生装置。

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