JP2015188789A - 水素含有水の製造方法、製造装置および水素水 - Google Patents

Abstract

【課題】高濃度で持続性の高い水素含有水を簡素な構成で得られるようにする。【解決手段】原料水を貯留する冷水タンク１３と、冷水タンク１３に備えられ、原料水中にファインバブルを分散させるファインバブル分生成器１６と、ファインバブル生成器１６に水素と二酸化炭素の混合ガスを供給するガス供給部１７と、ファインバブルが分散した原料水中の水素または二酸化炭素の溶存濃度を測定する測定部３７を備える。水素と二酸化炭素の混合ガスを原料水にファインバブル分散処理して、原料水中に水素と二酸化炭素を存在させ、水素の溶解を図る。【選択図】図１０

Description

この発明は、たとえば飲料用や医療用などとして利用される、水素（水素分子）を含有する水素含有水の製造方法に関する。

一般に水素水と呼ばれる水素含有水は、気体である水素ガスを水に溶かして製造される。水素ガスを水に溶かすためにはいくつかの方法があるが、最も簡単で一般的な方法は、多孔質体を通して水素ガスを吹き込むエアレーションである。エアレーションにより生成した泡は水中を強上昇し、水面において破裂する。この過程で水素ガスが水に溶ける。

しかし、水に対する水素の溶解度は低いので、溶存水素濃度を高めることは難しい。

このため、下記特許文献１に開示された発明では、水素ガスを吹き込んで得た水素水の溶存水素濃度の低下を防いで、高い溶存水素濃度を維持する。つまり、原料としての水に、あらかじめ水素イオンを混合して、水素イオンが水素分子と共存するように構成することで、水素イオンと水素分子の弱いコンプレックスを形成して溶存水素分子の安定化を図るというものである。

しかし、水素イオンを共存させるために原料水に乳酸等の有機酸を溶解させる必要がある。このため工程が多くなるとともに、有機酸の種類によっては余分な成分や味が付与されることになり、飲用に不向きとなる場合もある。

下記特許文献２に開示された発明では、エアレーションによって水素水を製造する段階で溶存水素濃度を高める工夫をしている。つまり、マイナスに帯電した水素ガスの微小気泡の合体を防止して溶解量を高めるため、エアレーション手段の下流部にブラス電荷体を除去するプラス電荷体除去手段を備える。

しかし、装置が複雑化する難点がある。

また、エアレーションにおいては純水素ガスもしくは電解により生成した水素ガスを用いることが一般的であるが、安全性の観点から、より低濃度の水素ガスを用いても高濃度の溶存水素量が得られる水素水製造方法の開発が望まれている。

特開２００８−３６５２１号公報 特開２０１３−９４６９３号公報

そこで、この発明は、簡素な構成でありながらも高濃度で持続性の高い水素含有水を得られるようにすることを主な目的とする。

本発明者らはかかる課題を解決するために鋭意検討の結果、水素と二酸化炭素の混合ガスをファインバブル発生装置に導入することによって、その運転初期段階で大量の溶存水素を存在させうることを見出した。また、これを利用することによって大量の水素が存在する水素水を製造できることとなった。

そのための手段は、水素に二酸化炭素を加えた混合ガスを原料水にファインバブル分散処理して、前記原料水中に水素と二酸化炭素を存在させる水素含有水の製造方法である。

ファインバブル分散処理とは、処理後の状態（溶解・浮遊）に関わらず、ファインバブルを生成し分散させる処理のことである。この処理には一般的にファインバブル生成と認知されている方法全般が使用できる。ファインバブルは、目視不可能な大きさのものを含む、直径１００μｍ以下の微細な気泡である。

生成されたファインバブルにより水素が大量に溶解し、溶存水素濃度の高い状態が持続する。

前記ファインバブル分散処理時には、前記原料水の溶存水素濃度の過飽和状態を作出するとよい。溶存水素濃度の過飽和状態とは、ファインバブル生成条件に基づく溶存水素濃度の安定値を超えた状態である。

前記ファインバブル分散処理は、前記ファインバブル分散処理の開始後、前記原料水の溶存水素濃度をファインバブル生成条件に基づく安定値よりも高い値まで上昇させるとよい。これにより大量の水素が存在する水素水を製造できる。

前記ファインバブル分散処理は、前記ファインバブル分散処理の開始後、前記原料水の溶存水素濃度をファインバブル生成条件に基づく安定値よりも高い値まで上昇させ、該安定値よりも高い値において前記ファインバブル分散処理を終了するとよい。

前記原料水の溶存水素濃度の上昇は、溶存水素濃度を測定することで検出するほか、原料水の溶存二酸化炭素濃度を測定して検出してもよい。

前述の方法で製造される水素含有水は、溶解した水素を含む水素水である。また、溶解した水素と二酸化炭素を含む炭酸水素水である。

課題を解決するための別の手段は、原料水を貯留するタンクと、前記タンクに備えられ、原料水中にファインバブルを分散させるファインバブル分散処理手段と、前記ファインバブル分散処理手段に水素と二酸化炭素の混合ガスを供給するガス供給部を備えた水素含有水製造装置である。

この構成の装置では、タンク中の原料水に対してファインバブル分散処理手段がファインバブル分散処理して原料水中に水素と二酸化炭素を存在させる。そして、生成されたファインバブルにより水素が大量に溶解し、溶存水素濃度の高い状態が持続する。

前記タンクに、ファインバブルが分散した原料水中の水素または二酸化炭素の溶存濃度を測定する溶存濃度測定手段を備えるとよい。溶存濃度測定手段の測定結果に基づいて、所望のファインバブル分散処理状態を得られる。

この発明によれば、水素と二酸化炭素の混合ガスを用いてファインバブル分散処理を行うので、簡素な構成でありながらも高濃度で持続性の高い水素含有水を得ることができる。

また、この発明により、混合ガス中の水素濃度を非可燃性ガスと判断される上限値である８．３％以下の濃度とした場合でも、大量の溶存水素を存在させることができ、高濃度で持続性の高い水素含有水を製造することが可能となる。

水素含有水の製造方法を示す流れ図。 混合ガス種と水素濃度の違いによる安定値を示すグラフ。 水素と二酸化炭素の混合ガスをファインバブル分散処理したときの特性を示すグラフ。 混合ガス種と水素濃度の違いによるピーク値と安定値を示すグラフ。 流量の違いによるピーク値と安定値を示すグラフ。 混合ガスの導入方法の違いによるピーク値と安定値を示すグラフ。 ファインバブル生成方式の違いによるピーク値と安定値を示すグラフ。 溶存水素濃度と溶存二酸化炭素濃度の関係を示すグラフ。 原料水の違いによるピーク値と安定値を示すグラフ。 水素含有水製造装置の概略構成図。

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
水素含有水としての水素水や炭酸水素水は、水素に二酸化炭素を加えた混合ガスを原料水にファインバブル分散処理して製造される。つまり、この製造方法は図１に示したような工程を有し、貯留した原料水（原料水供給ｎ１）中でファインバブルを生成して原料水中にファインバブルを分散させ（ファインバブル分散処理ｎ２）、水素と二酸化炭素のファインバブルが存在する状態を作り（ファインバブル存在ｎ３）、水素の溶解を図る（混合ガス溶解ｎ４）。つまり水素と二酸化炭素を、ファインバブルを用いて原料水に導入する。

原料水には、たとえば上水、飲料水、飲料可能な自然水、気体吸蔵物質を含有した水などを、水素含有水の用途に応じて使用できる。

ファインバブルを生成させる装置としては、ファインバブルの生成が可能なすべての方式のものが使える。たとえば、バブルせん断方式、加圧溶解方式、多孔質方式などのファインバブル生成器がある。

ファインバブル分散処理は、原料水中の溶存水素濃度が所望の濃度になるまで行う。好ましくは、原料水の溶存水素濃度の過飽和状態を作出するまで行う。過飽和状態の溶存水素濃度は、原料水の成分や量、水温、ファインバブル供給量（流量）、混合ガス中の水素濃度などのファインバブル生成条件に基づく溶存水素濃度の安定値よりも高い値まで上昇する。

溶存水素濃度の上昇は、原料水の溶存水素濃度を溶存水素計で測定したり、溶存二酸化炭素濃度を溶存二酸化炭素計やガスクロマトグラフィー、化学滴定などで測定したりして検出できる。

過飽和状態作出後は、溶存水素濃度が安定値よりも高い値を示している時にファインバブル分散処理を終了する。ファインバブル分散処理の終了は、溶存水素濃度の上昇を検出した信号に基づいて電気的な制御でファインバブルを生成させる装置を停止したり、装置やその取り付け構造によっては原料水の中から取り出したりして行う。

原料水中に分散したファインバブルは、水素を大量に溶解する。溶存水素濃度が高いので、時間が経過して溶存水素濃度が下がっても、溶存水素濃度の比較的高い状態が持続する。

前述のような方法で水素水または炭酸水素水を製造したときの実験結果を次に示す。

［実験１］
この実験では、水素に混合するガスの種別と水素濃度による溶存水素濃度の違いを確認した。

実験は、タンク内に４０Ｌの原料水を貯留し、原料水中でファインバブル生成器によりファインバブルを生成した。ファインバブルの生成条件は次のとおりである。

ファインバブル生成器：株式会社Ｌｉｇａｒｉｃ製 ナノバブル生成装置「バヴィタス」（登録商標。以下同じ） ＨＹＫ−１５−ＳＤ （以下「バヴィタス」という）
原料水：脱イオン水
水温：１８±２℃
流量：８００ｃｃ／ｍｉｎ
使用する混合ガス種：水素と二酸化炭素の混合ガス、水素と窒素の混合ガス
混合ガスの水素濃度：４％、８．３％、２０％、５０％
溶存水素濃度計：東亜デーケーケー株式会社製 ＤＨ３５−Ａ
なお、水素濃度が８．３％の混合ガスについては、水素と二酸化炭素の混合ガスについてのみ行った。水素濃度８．３％は、ＩＳＯ１０１５６；１９９６による水素と二酸化炭素の可燃性ガスと判断される爆発下限未満である。

ファインバブル生成器を駆動すると、原料水の溶存水素濃度は上昇し、駆動の継続より、ファインバブル生成条件に応じて一定の安定値になる。このようなファインバブル生成器運転中の溶存水素濃度と、溶存水素濃度が安定値になってから運転を停止した後の溶存水素濃度を溶存水素濃度計で測定した。

この結果、表１のような結果が得られた。表１中、「Ｈ_２濃度」は混合ガスの水素濃度、「混合ガス種」は水素に混合したガスの種類、「安定値」はファインバブル生成器運転中の安定値、「ＤＨ激減」はＤＨ、すなわち溶存水素濃度（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ）の激減がファインバブル生成器運転停止後にあったか否か（あった場合には丸印）、「ＤＨの減少値」は「ＤＨ激減」により減少した溶存水濃度、「ＤＨ半減期」は溶存水素濃度がファインバブル生成器の運転停止から安定値の半分になるまでの時間である。

表１のうち安定値をグラフに表したものが図２である。
図２に示すように、いずれの混合ガスの場合でも水素濃度が高いほど、溶存水素濃度の安定値は高くなることがわかる。また、水素に二酸化炭素を混合した混合ガスの方が、窒素を混合した混合ガスよりも高い安定値が得られる。しかもその溶存水素濃度は、水素水の溶存水素濃度の目安とされる０．１ｐｐｍを、水素濃度が低い４％の場合でも超えている。

そこで、水素濃度が４％の場合の溶存水素濃度の変化を分析したところ、図３のグラフに示したような特徴が確認できた。

水素と窒素の混合ガスの場合には溶存水素濃度が安定値になった後、前述のように（表１参照）溶存水素濃度の激減（ＤＨ激減）が発現し、その後、溶存水素濃度は徐々に減少するだけであるが、水素と二酸化炭素の混合ガスの場合には図３に示したように、溶存水素濃度が安定値（０．１１４ｐｐｍ）となる前に安定値の３倍ほど高い溶存水素濃度（０．３０２ｐｐｍ）となる現象がみられる。このような高濃度になる値を以下、「ピーク値」という。ピーク値が発現した後、溶存水素量は安定値まで降下し、その後ＤＨの激減はなく、緩やかな曲線を描いて徐々に低下する。

混合ガスの水素濃度が４％のもののほか、８．３％、２０％、５０％の混合ガスについても分析した結果を表にしたものが表２である。分析は、「安定値からの半減期」、「ピーク値からの半減期」、「０．１ｐｐｍ以上の維持時間」についても行った。

また、溶存水濃度のピーク値と安定値について、グラフに表すと図４のようになる。表２、図４からわかるように、水素と二酸化炭素の混合ガスの場合には、いずれの水素濃度の場合でもピーク値がみられる。一方、水素と窒素の混合ガスの場合には、いずれの水素濃度の場合においてもピーク値はみられない。

溶存水素濃度の持続期間については、表２からわかるように、ピーク値からの半減期は、水素と二酸化炭素の混合ガスの場合、水素濃度が４％のものでも２０％のものでも、安定値からの半減期に比べて短いものの、０．１ｐｐｍ以上の維持時間は、水素濃度が４％のものでも２０％のものでも、ピーク値からの維持時間のほうが安定値からの維持時間よりも長い。水素濃度４％の場合には、安定値からの維持時間が４８．５分であるのに対して、ピーク値からの維持時間が２５０分と、０．１ｐｐｍを維持できる時間は約５倍も長い。

このような結果を得たので、水素濃度４％の水素と二酸化炭素の混合ガスでファインバブル分散処理をして、溶存水素濃度のピーク値においてファインバブル分散処理を終了する実験を行った。

ファインバブル分散処理を終了した後の溶存水素濃度の変化を測定してみたところ、図３のグラフに示すような結果が得られた。

すなわち、ピーク値の高濃度状態から徐々に溶存水素濃度が低下するものの、３００分を経過しても、安定値になるまでファインバブル処理を行ったものよりも、高い溶存水素濃度を維持していることがわかる。つまり、ファインバブル分散処理を溶存水素濃度のピーク値において終了すると、溶存水素濃度の持続性が高い。

［実験２］
この実験では、溶存水素濃度についてのファインバブル分散処理の流量依存性について確認した。

実験は、実験１の場合と同じく、タンク内に４０Ｌの原料水を貯留し、原料水中でファインバブル生成器によりファインバブルを生成した。ファインバブルの生成条件は次のとおりである。

ファインバブル生成器：株式会社Ｌｉｇａｒｉｃ製 ナノバブル生成装置「バヴィタス」 ＨＹＫ−１５−ＳＤ
原料水：脱イオン水
水温：１８±２℃
流量：３００ｃｃ／ｍｉｎ、８００ｃｃ／ｍｉｎ、１３００ｃｃ／ｍｉｎ、１８００ｃｃ／ｍｉｎ
使用する混合ガス種：水素と二酸化炭素の混合ガス
混合ガスの水素濃度：４％
溶存水素濃度計：東亜デーケーケー株式会社製 ＤＨ３５−Ａ
この結果、表３、図５のような結果が得られた。すなわち単位時間当たりの流量が多いほど、溶存水濃度のピーク値も安定値も上昇する。ファインバブル分散処理を、より短時間で大量に激しく行う方が高いピーク値と安定値を得られることがわかる。

［実験３］
この実験では、ファインバブル分散処理の有効性について確認した。

実験は、実験１の場合と同じく、タンク内に４０Ｌの原料水を貯留し、原料水中でファインバブル生成器によりファインバブルを生成した。比較例として、ファインバブル生成器に代えてエアストーンを用いたエアレーションを行った。ファインバブルの生成とエアレーションの条件は次のとおりである。

ファインバブル生成
・ファインバブル生成器：株式会社Ｌｉｇａｒｉｃ製 ナノバブル生成装置「バヴィタス」 ＨＹＫ−１５−ＳＤ
・・ガス流量：８００ｃｃ／ｍｉｎ
・・水量：２６Ｌ／ｍｉｎ
・ファインバブル生成器：ニッタ株式会社製 気液せん断方式マイクロバブル発生器「泡多郎」（登録商標。以下同じ） ＢＬ１２ＡＡ−１２−Ｄ４（直接操作タイプ） （以下「泡多郎」という）
・・ガス流量：３０ｃｃ／ｍｉｎ
・・水量：３Ｌ／ｍｉｎ
エアレーション
・エアストーン：市販の水槽用のエアストーン
・・エアの供給量：５０００ｃｃ／ｍｉｎ
原料水：脱イオン水
水温：１８±２℃
使用する混合ガス種：水素と二酸化炭素の混合ガス
混合ガスの水素濃度：４％
溶存水素濃度計：東亜デーケーケー株式会社製 ＤＨ３５−Ａ
なお、「バヴィタス」と「泡多郎」は、共にバブルせん断方式でファインバブルを生成するものであるが、「泡多郎」は「バヴィタス」よりも小型である。

この結果、表４、図６のような結果が得られた。すなわちファインバブル生成を行うバヴィタスと泡多郎を用いた場合には溶存水素濃度が０．３ｐｐｍほどの高いピーク値が得られるが、エアストーンを用いた場合には０．１ｐｐｍにも満たない極低い値にとどまる。安定値については、泡多郎ではバヴィタスに比べて値は低いが、それでもエアストーンの場合よりも高い。

このような結果から、溶存水素濃度の高いピーク値を出すためにはファインバブル分散処理が有効であることがわかる。

［実験４］
この実験では、ファインバブルの生成方式による違いがあるかについて確認した。

前述の「バヴィタス」と「泡多郎」は能力の差はあるが、いずれもバブルせん断方式でファインバブルを生成するものであった。加圧溶解方式のものでも前述と同様にピーク値が出現し、高い溶存水素濃度が得られるかを確認した。

実験は、実験１の場合と同じく、タンク内に４０Ｌの原料水を貯留し、原料水中でファインバブル生成器によりファインバブルを生成した。ファインバブル生成器として、前述の「バヴィタス」および「泡多郎」に加えて、加圧溶解方式のファインバブル生成器（シグマテクノロジー有限会社製）（以下「シグマ」という）を使用した。

ファインバブルの生成条件は次のとおりである。

・株式会社Ｌｉｇａｒｉｃ製 ナノバブル生成装置「バヴィタス」 ＨＹＫ−１５−ＳＤ
・・ガス流量：８００ｃｃ／ｍｉｎ
・・水量：２６Ｌ／ｍｉｎ
・ニッタ株式会社製 気液せん断方式マイクロバブル発生器「泡多郎」 ＢＬ１２ＡＡ−１２−Ｄ４（直接操作タイプ）
・・ガス流量：３０ｃｃ／ｍｉｎ
・・水量：３Ｌ／ｍｉｎ
・シグマテクノロジー有限会社製 ナノバブル発生装置 ΣＰＭ−１５ＫＹＣ
・・ガス流量：５００ｃｃ／ｍｉｎ
・・水量：４Ｌ／ｍｉｎ
原料水：脱イオン水
水温：１８±２℃
使用する混合ガス種：水素と二酸化炭素の混合ガス
混合ガスの水素濃度：４％
溶存水素濃度計：東亜デーケーケー株式会社製 ＤＨ３５−Ａ
この結果、図７に示したような結果が得られた。ファインバブルの生成能力に違いがあるため単純に比較はできないものの、加圧溶解方式で生成されたファインバブルを利用した場合でもピーク値が出現することがわかる。多孔質方式で生成されるファインバブルでも同様に、ピーク値を出現させることができると予想できる。

［実験５］
この実験では、溶存水素濃度と溶存二酸化炭素濃度の関係を調べた。

実験は、実験１の場合と同じく、タンク内に４０Ｌの原料水を貯留し、原料水中でファインバブル生成器によりファインバブルを生成した。ファインバブル生成器として、前述の「バヴィタス」および「泡多郎」を使用した。使用する混合ガスは水素と二酸化炭素の混合ガスで、水素濃度は８．３％とした。これは、前述したようにＩＳＯ１０１５６；１９９６による水素と二酸化炭素の混合ガスの爆発下限である。

また参考のため、水素濃度が４％、２０％である混合ガスについても実験を行った。ただし、これらの濃度の混合ガスは「泡多郎」のみを使用した。

ファインバブルの生成条件は次のとおりである。

・株式会社Ｌｉｇａｒｉｃ製 ナノバブル生成装置「バヴィタス」 ＨＹＫ−１５−ＳＤ
・・ガス流量：８００ｃｃ／ｍｉｎ
・・水量：２６Ｌ／ｍｉｎ
・ニッタ株式会社製 気液せん断方式マイクロバブル発生器「泡多郎」ＢＬ１２ＡＡ−１２−Ｄ４（直接操作タイプ）
・・ガス流量：３０ｃｃ／ｍｉｎ
・・水量：３Ｌ／ｍｉｎ
原料水：脱イオン水
水温：１８±２℃
溶存水素濃度計：東亜デーケーケー株式会社製 ＤＨ３５−Ａ
溶存二酸化炭素濃度測定方法：水酸化バリウムを用いた滴定
この結果、図８に示したような結果が得られた。溶存水素濃度の上昇と溶存二酸化炭素濃度の上昇との間には関係があることがわかる。各水素濃度の混合ガスにおいて溶存水素濃度の安定値を超える溶存水素濃度が発現するのは、溶存二酸化炭素濃度がおよそ２００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍに位置する場合であり、その中間にあるほど、溶存水素濃度が高いことがわかる。

このため、溶存水濃度の上昇や溶存水素濃度がピーク値に到達したか否かは、原料水の溶存二酸化炭素濃度を測定することで判断できることがわかる。

［実験６］
この実験では、原料水が気体を吸蔵する物質を有する場合の効果の違いを確認した。

実験は、実験１の場合と同じく、タンク内に４０Ｌの原料水を貯留し、原料水中でファインバブル生成器によりファインバブルを生成した。

ファインバブルの生成条件は次のとおりである。

ファインバブル生成器：株式会社Ｌｉｇａｒｉｃ製 ナノバブル生成装置「バヴィタス」 ＨＹＫ−１５−ＳＤ
原料水：脱イオン水、富士の湧水株式会社製「富士の湧水」（登録商標）
水温：１８±２℃
流量：８００ｃｃ／ｍｉｎ
使用する混合ガス種：水素と二酸化炭素の混合ガス
混合ガスの水素濃度：４％
溶存水素濃度計：東亜デーケーケー株式会社製 ＤＨ３５−Ａ
「富士の湧水」は、気体を吸蔵する物質であるバナジウムを多く含む。バナジウムの他にも、マグネシウム、カルシウム、ナトリウムなどの気体吸蔵物質を含む。これらの気体吸蔵物質は人体が摂取しても無害である。

参考までにあげると、「富士の湧水」の成分は、１００ｍｌあたり、ナトリウムが０．５３ｍｇ、カルシウムが０．６２ｍｇ、マグネシウムが．０２１ｍｇ、カリウムが０．１０ｍｇ、バナジウムが８０μｇ／Ｌで、硬度は２４ｍｇ／Ｌ、ｐＨは８．４である。

この結果、表５、図９に示したような結果が得られた。脱イオン水に比べて、「富士の湧水」の方が、溶存水素濃度のピーク値も安定値も高いことがわかる。気体吸蔵物質が溶存水素濃度を高めることに貢献していると考えられる。

このような結果は、水素濃度が違っても変わらないことであるのかを確認すべく、水素ガス１００％の場合で同じ実験を行ったところ、その安定値は、表６に示すようなものとなった。

水素濃度が高い場合でも、「富士の湧水」の方が脱イオン水よりも高い溶存水素濃度の安定値を得られることがわかる。

以上のような結果から、水素と二酸化炭素の混合ガスを原料水中でファインバブル分散処理すれば、溶存水素濃度が高い水素水や炭酸水素水が得られるということがわかる。溶存水素濃度は、ファインバブル分散処理の供給量（流量）が多ければ多いほど、また混合ガスの水素濃度が高ければ高いほど、高くなる。しかし、混合ガスの水素濃度は、安全とされる４％であっても、０．３ｐｐｍに近い溶存水素濃度とすることができ、溶存水素濃度がピーク値またはその近傍にあるときにファインバブル分散処理を終了すれば、水素水または炭酸水素水は、より長時間にわたって０．１ｐｐｍを超える溶存水素濃度を持続する。

前述のような製造方法を実現するウォーターサーバー型の水素含有水製造装置（以下「水素水サーバー」という）１１を、図１０に示す。

水素水サーバー１１は、原料水を充填したウォーターボトル１２を接続する接続部１２ａと、ウォーターボトル１２から供給される原料水を貯留する冷水タンク１３と、冷水タンク１４に原料水を供給する原料水供給路１４と、冷水タンク１３内に貯留された原料水のうち上部側の原料水が供給される温水タンク１５と、冷水タンク１３に設けられたファインバブル生成器１６と、ファインバブル生成器１６に混合ガスを供給するガス供給部１７と、冷水タンク１３内の原料水をファインバブル生成器１６に循環させる循環路１８と、原料水供給路１４および循環路１８に原料水を流す循環ポンプ１９を有する。

前述の接続部１２ａは水素水サーバー１１の上部に設けられ、この接続部１２ａにウォーターボトル１２が着脱可能に取り付けられる。接続部１２ａからは、ウォーターボトル１２の原料水を、接続部１２ａより下に設けられた前述の冷水タンク１３に供給する原料水供給路１４がのびている。

原水供給路１４の接続部１２ａ側の端部には、原水供給路１４を開閉する電磁弁１４ａが設けられている。原水供給路１４は、途中に前述の循環ポンプ１９が設けられ、この循環ポンプ１９の導入路１９ａまでを上流側部４１、循環ポンプ１９の導出路１９ｂから先を下流側部４２とした構成で、上流側部４１と導入部１９ａ、導出部１９ｂと下流側部４２との間はそれぞれ電磁三方弁１４ｂ，１４ｃが設けられている。また下流側部４２における冷水タンク１３側の部分に、脱気部４３が形成されている。

この脱気部４３は、原料水供給部１４を通って冷水タンク１３に供給される原料水から真空引きにより溶存気体を抜く部分で、脱気モジュール４３ａと真空ポンプ４３ｂと排気路４３ｃを有している。原料水供給部１４における脱気部４３と冷水タンク１３との間には電磁弁１４ｄが備えられている。

冷水タンク１３は、供給された原料水を冷却するとともに、原料水にファインバブル分散処理をして水素水を製造する部分である。同時に冷水タンク１３は、前述の温水タンク１５に原料水を流入させる部分でもある。このため冷水タンク１３内には、冷水タンク１３内を上下に仕切るバッフル板３１が設けられ、バッフル板３１の中央からは接続管３２が垂設されている。接続管３２は温水タンク１５内に入り、接続管３２の下端は温水タンク１５の底に近い位置まで延びている。接続管３２の上端にはチェックバルブ３２ａが設けられ、冷水タンク１３から温水タンク１５への原料水の流入は許容する一方、温水タンク１５側から冷水タンク１３側への原料水の流れを規制する。

バッフル板３１より上方には、冷水タンク１３の天井面から回転可能に支持されたフロート３３が設けられ、冷水タンク１３内の原料水が所定量より減ると、冷水タンク１３における原料水供給路１４の供給口１４ｅが開いて、原料水が供給されるように構成されている。

また冷水タンク１３のバッフル板３１より下方の外周面には、原料水を冷却する冷却器３４が設けられている。冷水タンク１３の底にはユースポイントに冷水を供給する冷水供給路３５と、前述の循環路１８の一端が設けられている。冷水タンク１３内におけるバッフル板３１より下の部分には、循環路１８の他端が接続されたファインバブル生成器１６が備えられている。

循環路１８は、冷水タンク１３の底から延びて循環ポンプ１９の導入路１９ａの電磁三方弁１４ｂに接続される上流側部８１と、循環ポンプ１９の導出路１９ｂの電磁三方弁１４ｃから延びてファインバブル生成器１６に接続される下流側部８２を有する。

循環路１８の上流側部８１には、温水タンク１５の底から延びる温水供給路８３が電磁三方弁８４を介して接続されている。温水供給路８３は、冷水タンク１３を殺菌洗浄するときに温水を供給するための流路として用いることができる。

ファインバブル生成器１６としては、前述例のようなバブルせん断方式、加圧溶解方式または多孔質方式などの装置を使用できる。

このファインバブル生成器１６に混合ガスを供給するため、ファインバブル生成器１６には前述のガス供給部１７が接続されている。

ガス供給部１７は、水素と二酸化炭素を混合してファインバブル生成器１６に供給するものである。ガス供給部１７は、水素が充填された水素容器７１と、二酸化炭素が充填された二酸化炭素容器７２と、これらの容器７１，７２からあらかじめ定められた一定量の水素ガスまたは二酸化炭素ガスを取り出す定量ベローズ７３，７４を備え、定量ベローズ７３，７４の先には電磁弁１７ａ，１７ｂを介して混合のためのミキサ７５を備える。

ミキサ７５の先には電磁弁１７ｃを介して、容積が可変で気体を貯める貯気ベローズ７６を備えている。貯気ベローズ７６の先には、ファインバブル生成器１６に延びる混合ガス供給路７７が設けられている。この混合ガス供給路７７の貯気ベローズ７６側の位置には手動弁１７ｄが設けられ、この手動弁１７ｄよりも下流側の部位と冷水タンク１３の天井面との間に、冷水タンク１３から逃げる混合ガスを回収する回収路７８が設けられている。これにより、貯気ベローズ７６とファインバブル生成器１６と冷水タンク１３との間を閉じた状態とすることができる。

冷水タンク１３には、水位計３６と、原料水の溶存水素濃度や溶存二酸化炭素濃度、水温などの必要情報を取得できるようにすべく溶存水素濃度計や温度計などの複数の必要な測定器（図示せず）を備えた測定部３７が設けられている。この測定部３７は、循環ポンプ１９や真空ポンプ４３ｂ、電磁弁１４ａ，１４ｄ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、電磁三方弁１４ｂ，１４ｃ，８４などの各部材と共に、図示しない制御部に接続される。測定部３７による測定は、冷水タンク１３内の原料水をチューブポンプ３８で汲み出して行われる。

温水タンク１５は冷水タンク１３の下方に備えられ、下部の外周面には加熱器５１が取り付けられている。温水タンク１５の上面には、ユースポイントに温水を供給する温水供給路５２が設けられている。温水供給路５２と冷水供給路３５の間と、温水タンク１５と冷水タンク１３の間は、それぞれ電磁弁５５ａ，５６ａを有する第１バイパス路５５、第２バイパス路５６で接続されている。

このような構成の水素水サーバー１１では、次のようにして水素水または炭酸水素水が製造される。
まず、原料水供給路１４に原料水を流せるように（図１０の細線の矢印参照）、循環ポンプ１９の導入路１９ａと導出路１９ｂの端部の電磁三方弁１４ｂ，１４ｃを切り替えて、循環ポンプ１９を駆動し、ウォーターボトル１２の原料水を脱気モジュール４３ａに供給する。脱気モジュール４３ａは真空ポンプ４３ｂの駆動により原料水から空気を除去する。脱気された原料水は電磁弁１４ｄの開放により冷水タンク１３に供給される。

原料水は、まず冷水タンク１３のバッフル板３１よりも下に貯まってから、バッフル板３１よりも上に上昇する。バッフル板３１よりも上の原料水は、連結管３２を通って温水タンク１５内に流下し、温水タンク１５を満たす。

温水タンク１５が満タンになり冷水タンク１３の水が所定量になると、フロート３３が上がって供給口１４ｅが閉じられ、原料水の供給は停止する。

その後、ファインバブル分散処理を開始する。つまり冷水タンク１３内の原料水を循環路１８に流せるように（図１０の破線の矢印参照）、循環ポンプ１９の導入路１９ａと導出路１９ｂの端部の電磁三方弁１４ｂ，１４ｃを切り替えて、循環ポンプ１９を駆動し、冷水タンク１３内の原料水を循環路１８に流してファインバブル生成器１６に送り込む。同時に、ガス供給部１７を駆動して、所望混合率の水素と二酸化炭素の混合ガスをファインバブル生成器１６に供給する。水素と二酸化炭素の混合率は適宜設定される。

原料水の循環と混合ガスの供給により、ファインバブル生成器１６からは水素と二酸化炭素のファインバブルが冷水タンク１３の原料水中に生成される。原料水中に発生したファインバブルは、すぐに消えることなく原料水中に分散して広がり、存在する。これによって、水素と二酸化炭素は水に溶解する。

冷水タンク１３内の原料水は冷却器３４によって冷却されているので、水素は溶解しやすい。

ファインバブル分散処理中に、測定部３７で原料水の溶存水素濃度と溶存二酸化炭素濃度の少なくともいずれか一方を測定し、ファインバブル生成条件に応じて得られる溶存水素量の安定値を超えた過飽和状態になっていることを検出する。この時点でファインバブル分散処理を終了してもよいが、検出の結果、ピーク値であって、極大点により近い溶存水素濃度になった時に、ファインバブル分散処理を終了するのが好ましい。

ファインバブル分散処理の終了後、原料水中の混合ガスは徐々に抜けるものの、冷水タンク１３から回収路７８を通って貯気ベローズ７６に貯まるので、外部に漏れることはない。このため、混合ガスの消費を抑えることができる。また、冷水タンク１３の上部空間に混合ガスしかない状態をつくることができるので、水素水からの混合ガスの抜けを抑制することもできる。

このようにして製造された水素水は、溶解した水素と二酸化炭素を含んでおり、冷水供給路３５を通してユースポイントに供給され、飲用に供される。

前述の実験から明らかなように、水素水の溶存水素濃度は高く、その高さと貯気ベローズ７６と回収路７８を有する構造ゆえに、溶存水素濃度の高い状態を維持できる。しかも、そのために混合ガスの水素濃度を極端に高める必要はなく、４％であっても、０．１ｐｐｍを超える溶存水素濃度を得られ、持続性もある。

また、原料水に対してあらかじめ脱気を行うので、溶存水素濃度と溶存二酸化炭素濃度を高めることもできる。

混合ガスの供給は、水素容器と二酸化炭素容器から所望量のガスを供給し混合して行うので、製造のたびに所望の溶存水素濃度の水素含有水を製造できる。

溶存水素濃度の上昇を溶存二酸化炭素濃度に基づいて検出する場合には、測定のための機器が安価であるので、水素水サーバー１１の製造コストを抑えることができる。

この発明の構成と、前述の一形態の構成との対応において、
この発明のタンクは、前述の冷水タンクに対応し、
以下同様に、
ファインバルブ分散処理手段は、ファインバブル生成器に対応し、
溶存濃度測定手段は、測定部における溶存水素濃度または溶存二酸化炭素濃度を測定する機器に対応するも、
この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することもできる。

たとえば、ガス供給部の混合ガスは、予め混合して容器に充填されたものを使用してもよい。

ファインバブル分散処理の制御は、溶存水素濃度や溶存二酸化炭素濃度の測定結果に基づいて行うほか、ファインバブル生成条件に基づいて演算して得られる駆動時間によって制御することもできる。

水素含有水製造装置はウォーターサーバー型のものに限らず、たとえば工業的に製造する装置であってもよい。

１１…水素含有水製造装置
１２…ウォーターボトル
１３…冷水タンク
１４…原料水供給路
１６…ファインバブル生成器
１７…ガス供給路
１８…循環路
１９…循環ポンプ
３７…測定部
７１…水素容器
７２…二酸化炭素容器

Claims (9)

1. 水素に二酸化炭素を加えた混合ガスを原料水にファインバブル分散処理して、前記原料水中に水素と二酸化炭素を存在させる
   水素含有水の製造方法。
2. 前記ファインバブル分散処理時に、前記原料水の溶存水素濃度の過飽和状態を作出する
   請求項１に記載の水素含有水の製造方法。
3. 前記ファインバブル分散処理の開始後、前記原料水の溶存水素濃度をファインバブル生成条件に基づく安定値よりも高い値まで上昇させる
   請求項１または請求項２に記載の水素含有水の製造方法。
4. 前記ファインバブル分散処理の開始後、前記原料水の溶存水素濃度をファインバブル生成条件に基づく安定値よりも高い値まで上昇させ、
   該安定値よりも高い値において前記ファインバブル分散処理を終了する
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の水素含有水の製造方法。
5. 前記原料水の溶存水素濃度の上昇を原料水の溶存二酸化炭素濃度を測定して検出する
   請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の水素含有水の製造方法。
6. 請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の水素含有水の製造方法で製造され、溶解した水素を含む
   水素水。
7. 請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の水素含有水の製造方法で製造され、溶解した水素と二酸化炭素を含む
   炭酸水素水。
8. 原料水を貯留するタンクと、
   前記タンクに備えられ、原料水中にファインバブルを分散させるファインバブル分散処理手段と、
   前記ファインバブル分散処理手段に水素と二酸化炭素の混合ガスを供給するガス供給部を備えた
   水素含有水製造装置。
9. 前記タンクに、ファインバブルが分散した原料水中の水素または二酸化炭素の溶存濃度を測定する溶存濃度測定手段を備えた
   請求項８に記載の水素含有水製造装置。