JP2017131839A - 微細水素バブル発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 微細水素バブル水を生成することができる実用的な微細水素バブル発生装置を提供する。
【解決手段】 水素ガス発生器１が発生させた水素ガスは、水素ガス貯留タンク１３にいったん溜められた後、コンプレッサー４により吸引され、水タンク２とポンプ３の吸い込み口とをつなぐリターン管５の途中から注入され加圧されてポンプ３に供給される。水と水素ガスの混合物は、ポンプ３の吐き出し口から吐き出され、オリフィス６１により水素ガスが微細化されながら、注入管３１により水タンク２に注入される。生成された水素バブル水は、注入管３１から分岐する取り出し管７によって取り出される。
【選択図】 図１

Description

本願の発明は、マイクロオーダーからナノオーダー程度の微細な水素バブルを発生させる技術に関するものである。

マイクロオーダーからナノオーダーの微細なバブルを発生させる技術は、幾つかの分野で実用化されている。例えば、マイクロバブルによって物品の表面を洗浄したり、マイクロバブルによって汚水を処理したりする技術が開発されている。

特開２０１１−１１５７７１号公報

これら微細バブル発生装置は、多くは空気やオゾンといった気体のマイクロバブルであり、水素ガスのバブル（水素バブル）を発生させる装置は知られていない。
一方、発明者の研究によると、マイクロオーダーからナノオーダー程度の微細な水素バブルが混合している水（以下、微細水素バブル水という）は、その還元作用によって種々の効果があることが判ってきた。例えば、美容室では、顧客の頭髪を染めるカラーリング（毛染め）のサービスがメニューに含まれているのが一般的である。しかしながら、毛染め剤の成分による作業者（美容師等）の手荒れが深刻な問題となっている。カラーリング担当の店員は、繰り返し毛染め剤に手を晒すために短期間のうちに深刻な手荒れとなり、それが理由に仕事を辞めていく場合も多い。

発明者は、この問題を解決するために微細水素バブル水を使用して毛染めをしてみてはどうかと思い、微細水素バブル水で毛染めの際のすすぎ等の作業をしてもらったところ、手荒れが劇的に改善することが判明した。さらに、毛染め自体も通常の水道水を使用する場合に比べて非常にきれいに仕上がることも判明した。理由については詳細は不明であるが、微細水素バブルの大きな酸化還元電位によるものと推測される。

微細水素バブルは、このように顕著な効果を有するが、微細水素バブル水を作る実用的な装置は開発されておらず、したがって市販されていない。発明者の研究によれば、微細水素バブル発生においては、ポンプにおける圧力の調整が難しかったり、ポンプにおいて大きな音が発生してしまったりする課題がある。
この出願の発明は、上記のような課題を解決するために為されたものであり、微細水素バブル水を生成することができる実用的な微細水素バブル発生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、
水素ガス発生器と、
水を溜めた水タンクと、
水素ガス発生器が発生させた水素ガスを水タンク内に注入するポンプと、
水素ガス発生器が発生させた水素ガスをポンプに加圧して供給するコンプレッサーと
を備えており、
ポンプの吐き出し口と水タンクとは注入管で接続されており、注入管には水素ガスを微細化するオリフィスが設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記水タンクと前記ポンプの吸い込み口とはリターン管で接続されていて、前記水タンク内の水はリターン管を通って前記ポンプに流入するようになっており、
前記コンプレッサーからの水素ガスの供給管は、リターン管の途中に設けられた連結部においてリターン管に接続されており、
前記ポンプの吸い込み口には、水タンクからの水と前記コンプレッサーから加圧された状態で供給される水素ガスの混合物が流入する構造であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項２の構成において、前記ポンプ、前記注入管、前記水タンク及び前記リターン管は、循環路を形成しており、
微細水素バブルを取り出す取り出し管が前記注入管から分岐した状態で設けられており、取り出し管には別のオリフィスが設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項２又は３の構成において、前記注入管には、水素ガスと水との混合を行う内部筒型のスタティックミキサーが設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項２、３又は４の構成において、前記注入管には、水素ガスを加圧して水への混合を促進する加圧混合タンクが設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項５の構成において、前記加圧混合タンクは、タンク容器と、水素ガスと水との混合物の流入口及び流出口を有するタンク容器と、タンク容器内に屈曲した流路を形成するバッフル板とを備えており、タンク容器の上部には、余剰の水素ガスを排出するバルブが設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請求項１乃至６いずれかの構成において、前記水タンクは透明な容器で形成されており、外部から視認可能であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項８載の発明は、前記請求項１乃至７いずれかの構成において、前記水素ガス発生器の流出側には水素ガス貯留ボトルが設けられており、
水素ガス貯留ボトルには水が溜められていて、前記水素ガス発生器で発生した水素ガスは水素ガス貯留ボトルの底部から当該水を通して流入して水素ガス貯留ボトルの残余空間に溜まる構造となっており、
前記コンプレッサーは、水素ガス貯留ボトルの残余空間から水素ガスを吸引するよう設けられており、前記水素発生器と前記コンプレッサーとは、水素ガス貯留ボトル内の水により遮断されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項９記載の発明は、前記請求項８の構成において、前記水素ガス貯留ボトルには、水高計が付設されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１０記載の発明は、前記請求項９の構成において、前記水高計により前記水素ガス貯留ボトル内の水素ガスの圧力が限度以上になったことが検知された際に前記水素発生器の動作を停止させるスイッチが設けられているという構成を有する。

以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、高濃度の微細水素バブルが発生している水が提供されるので、その大きな酸化還元電位を種々の用途に利用することができる。この際、ポンプにコンプレッサーにより加圧された状態で水素ガスが供給されるので、ポンプの動作が容易に安定化し、面倒な調整は不要となる。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、水と水素バブルの混合物がリターン管により戻され、これに対して水素ガスが新たに混入する構造なので、濃度の高い微細水素バブルの発生がシンプルな構造で短時間に行える。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、取り出し管にもオリフィスが設けられているので、取り出しの際に微細水素バブルの濃度が低下してしまう問題もない。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、注入管にはインナーミキサーが設けられているので、ポンプの静音化が図られ、また微細水素バブルの濃度がより高くなる。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、注入管には加圧混合タンクが設けられているので、ポンプの静音化が図られ、また微細水素バブルの濃度がより高くなる。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、加圧混合タンクが、屈曲した流路を形成し、余剰水素ガスを放出するものであるので、流速の抑制とそれによる消音作用、そして微細水素バブルの濃度がさらに高められる効果を有する。
また、請求項７記載の発明によれば、上記効果に加え、水タンクが透明なものであり、外部から視認可能に配置されているので、十分な微細水素バブルの発生を外部から目で確認することができ、取り出し可能を視覚的に判断することができる。
また、請求項８記載の発明によれば、上記効果に加え、水素ガス貯留ボトル内の水によりコンプレッサーの吸引圧力が遮断されるので、簡易な構成により水素ガス発生器の連続運転が可能となる。
また、請求項９記載の発明によれば、上記効果に加え、水素ガス貯留ボトルが水高計を備えているので、水素ガスの過剰な生成を監視することができる。
また、請求項１０記載の発明によれば、上記効果に加え、生成される水素ガスの圧力が限度以上になった場合に水素ガス発生器の動作が自動的に停止されるので、装置の安全性がより高くなる。

実施形態に係る微細水素バブル発生装置の概略図である。 図１の装置に備えられた加圧混合タンクの構造の一例を示した断面概略図である。 図１に示す微細水素バブルの外観概略図である。

次に、本願発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、実施形態に係る微細水素バブル発生装置の概略図である。
図１に示すように、実施形態の微細水素バブル発生装置は、水素ガス発生器１と、水を溜めた水タンク２と、水素ガス発生器１が発生させた水素ガスを水タンク２内の水に注入するポンプ３と、ポンプ３に対して水素ガスを加圧して供給するコンプレッサー４とを備えている。

水素ガス発生器１としては、この実施形態では、イオン交換膜を使用したものが採用されている。詳細の図示は省略するが、水素ガス発生器１は、水を電気分解する一対の電極と、陽イオン交換膜を内蔵した構造となっている。図１に示すように、水素ガス発生器１は、原料水ボトル１１を備えている。原料水ボトル１１には、水素ガスの原料としての水が溜められている。原料としての水は、超純水であることが好ましい。
水素ガス発生器１では、陽イオン交換膜を通して水素イオンのみが陰極側に移動し、水素ガスが発生す。一方、陽極側には酸素ガスが残る。酸素ガスは使用されないので、排気筒１２から排出されるようになっている。

図１に示すように、装置は、圧力バランスを取るための水素ガス貯留ボトル１３を備えている。水素ガス貯留ボトル１３は、配管１４によって水素ガス発生器１と接続されており、水素ガス発生器１が発生させた水素ガスは、水素ガス貯留ボトル１３に送られて溜まるようになっている。水素ガス貯留器とコンプレッサー４とは送気管１５によって接続されており、水素ガス貯留ボトル１３内の水素ガスは主としてコンプレッサー４に送られるようになっている。

尚、水素ガス貯留ボトル１３の内部には、圧力バランス用の水が溜められている。水素ガス発生器１からの水素ガスは、水素ガス貯留ボトル１３内で水を通過して上側の空間に溜まる。また、図１に示すように、水素ガス貯留ボトル１３には、水高計１６が設けられている。水高計１６は、内部に水を溜めた透明な容器である。水高計１６と水素ガス貯留ボトル１３とは、通水管１７によって底部が連通している。

水高計１６には、水位センサが設けられている。水位センサは、この例ではフロート１６１となっている。フロート１６１にはスイッチ１６２が接続されており、スイッチ１６２は、水素ガス発生器１内の安全回路（不図示）に接続されている。水素ガス貯留ボトル１３内の水素ガスの貯留量が多くなると、水素圧力が高くなるから、通水管１７を通して水高計１６内の水が押し上げられる。限度以上に水素貯留量が多くなると、水高計１６内の水位がフロート１６１に達してフロート１６１を浮き上がらせる。この結果、スイッチ１６２がオンになり、水素ガス発生器１内の安全回路が働いて水素ガス発生器１の動作が停止させられる。このため、水素ガス発生器１や水素ガス貯留ボトル１３内の水素ガスが高濃度、高圧力になって爆発等を生じる事故が未然に防止される。水高計１６のサイズやフロート１６１の位置は、爆発等の事故に対して十分な安全率を見込んで設計される。尚、水素ガス貯留ボトル１３内の容積において、例えば６０％が水貯留の容積とされ、残りの４０％が水素ガスを溜める容積とされる。

ポンプ３は、流体が液体と気体の混合であっても送出が可能なものされる。気液移送ポンプのような名称で販売されているものの中から、適宜選択して使用可能である。
このようなポンプ３に対してコンプレッサー４を採用することは、実施形態の微細水素バブル発生装置の大きな特徴点の一つとなっている。通常、微細バブル水を生成する場合、水を溜めたタンク内にポンプで気体を吸い込んで送り込む構造が採用される。発明者の研究によると、微細水素バブル発生装置においてこの種の構造を採用すると、ポンプの動作が不安定で、且つ調整が非常に難しくなることが判明した。

発明者の研究によると、ポンプが気体を吸い込む際に吸い込み口では負圧となっており、これが原因で上記ポンプの動作が不安定になり、また調整が難しくなることが判ってきた。このような知見に基づき、コンプレッサー４を採用して水素ガスを加圧しながらポンプ３に送り込む構造を想到するに至った。実施形態において、水素ガス貯留ボトル１３３とコンプレッサー４とは送気管１５で接続されており、水素ガス貯留ボトル１３内の水素ガスが少しずつコンプレッサー４に送られる。コンプレッサー４が動作時に水素ガス貯留ポンプ３から水素ガスを吸い込むことで、水素ガスがコンプレッサー４に供給される。

また、この実施形態では、ポンプ３の動作をさらに安定させて調整をより容易にするため、水タンク２からポンプ３に水を戻すリターン管５が設けられており、コンプレッサー４の下流側の配管（以下、水素ガス供給管という）４１は、このリターン管５に接続されている。即ち、リターン管５は、水タンク２の底部とポンプ３の吸い込み口とをつないだ状態で設けられている。水素ガス供給管４１は、リターン管５の途中に設けられた連結部５１においてリターン管５に接続されており、ここで水と水素ガスとが混合されるようになっている。

一方、ポンプ３の吐き出し口には、注入管３１が接続されている。注入管３１は、ポンプ３と水タンク２とをつないだ管であり、ポンプ３から吐き出される水素ガスを水タンク２に注入するための管である。上記説明から解るように、実施形態において、ポンプ３の吸い込み口には、水素ガス供給管４１を通して送られる水素ガスとリターン管５で戻される水の混合物が流入する。したがって、注入管３１を通して水タンク２に注入される流体も、水と水素ガスの混合物である。
注入管３１の途中にはオリフィス（以下、第一オリフィスという）６１が設けられている。オリフィスの開口は、例えば直径５ｍｍ程度である。水素ガスは、この第一オフィス６１を通過して水タンク２内に流入するが、この際に微細化する。

そして、注入管３１の途中から分岐するようにして取り出し管７が設けられている。取り出し管７は、生成した微細水素バルブ水を取り出すための管であり、終端には必要に応じてフレキシブルなチューブが接続される。取り出し管７の分岐箇所には、三方弁７１が設けられている。三方弁７１は、微細水素バブル水の流れが水タンク２に向かうのと取り出し管７に向かうのとを切り替えるものとなっている。
取り出し管７上には、別のオリフィス（以下、第二オリフィスという）６２が設けられている。第二オリフィス６２は、微細水素バブルを取り出す際にその濃度が低下しないよう再度微細化するためのものである。

尚、図１に示すように、水タンク２には、給水管２１が接続されている。給水管２１には、給水バルブ２２が設けられている。水タンク２内には水位センサ（以下、下センサという）２３が設けられており、水タンク２内の水が消費されて減った際には、下位センサ２３がこれを検出するので、給水バルブ２２を開いて給水する。また、水タンク２には別の水位センサ（以下、上センサという）２４が設けられている。上センサ２４の位置まで水が溜まると、給水バルブ２２を閉じる。

上記構成に係る実施形態の微細水素バブル発生装置では、水素ガス発生器１が発生させた水素ガスが水素ガス貯留ボトル１３に一時的に溜められる。そして、コンプレッサー４の吸い込み圧力により水素ガスが水素ガス貯留ボトル１３から吸い出され、コンプレッサー４により水素ガス供給管４１を通って加圧された状態でリターン管５に流入する。
一方、リターン管５は、一端が水タンク２の底部に接続されているので、水タンク２内の水頭圧はリターン管５を介してポンプ３の吸い込み口に作用する。この状態で、ポンプ３が動作すると、ポンプ３はリターン管５を通して水タンク２内の水を吸い込む。この際、コンプレッサー４が水素ガスをリターン管５に押し込んでいるので、ポンプ３の吸い込み口には水と水素ガスの混合物が流入する。この際、コンプレッサー４の作用により、ポンプ３に対しては水素ガスは加圧された状態となっており、また水タンク２の水頭圧により水が加圧された状態となっている。即ち、加圧されながら水素ガスと水は混合されてポンプ３に供給されている。

一方、ポンプ３は、吐き出し口から水と水素ガスの混合物を吐き出す。混合物は、注入管３１を通って水タンク２に達する。この際、第一オリフィス６１を通過することで、水素ガスは小さな気泡になる。したがって、水タンク２内に水素ガスの気泡（水素バブル）が発生する。
水タンク２内の水及び水素バブルは、リターン管５を通って再度ポンプ３の吸い込み口に達する。この際、水素ガス供給管４１の接続箇所でさらに水素ガスが供給され、水素ガスの量が多くなった状態でポンプ３の吸い込み口に達する。そして、同様に、ポンプ３の吐き出し口から流出し、注入管３１によって水タンク２に注入される。この際、第一オリフィス６１によって水素ガスの微細気泡化が再度行われる。

このようにして、水と水素バブルの混合物は、水素ガス供給管４１での接続箇所で水素ガスの追加供給を受けながら、ポンプ３、注入管３１、水タンク２及びリターン管５で形成される循環路を循環する。この循環により、水素バブルの微細化が進み、微細水素バブル水中の微細水素バブルの混合量（濃度）が増加する。
この状態を所定時間維持すると、微細水素バブルの濃度が十分となるので、三方弁７１を操作し、水タンク２側への流路を閉じ、取り出し管７側への流路を開く。この結果、微細水素バブル水が取り出し管７を経て取り出される。この際、微細水素バブル水は第二オリフィス６２を通過するので、水素バブルの濃度低下が抑えられ、微細な気泡のまま取り出される。

尚、生成される微細水素バブル水は、微細な水素バブルが水に混合している状態（混合物）である。この際、水素ガスは、ガス分子の状態で微細な気泡を形成して水に混入している場合もあるし、水素イオンとなって水中に溶解している場合もある。また、気泡中の水素が気体としての水素イオンとなって含まれている場合もあり得る。この明細書では、このような状態を水素ガスないし水素バブルの水への混合と呼んでいる。したがって、水素バブルがより微細化したり、微細水素バブルの濃度が高くなったりすることは、より混合が進んだ状態ということができる。より混合が進むことを、「溶解」ということもできる。

上記のように動作する実施形態の微細水素バブル発生装置は、さらに実用的なものになるようにするための構成を備えている。即ち、図１に示すように、実施形態の微細水素バブル発生装置は、注入管３１にスタティックミキサー６３と加圧混合タンク６４とを備えている。これらの要素について、以下に説明する。
図１に示すように、スタティックミキサー６３と加圧混合タンク６４は、三方弁７１とポンプ３との間に設けられている。スタティックミキサー６３が上流側、加圧混合タンク６４が下流側６４となっているが、この関係は逆でも良い。

スタティックミキサー６３は、撹拌翼を回転駆動する動的なミキサーではなく、複雑な流路を効果的に形成することで流体の混合、撹拌を行う器具である。この実施形態では、特に、内部筒型のものが使用されている。この種のスタティックミキサーは、開口を上流側に向けて配置された有底の衝突円筒体を内部に有する構造のものであり、例えば特開平９−２９９７７６号公報にその構造が開示されている。この種のスタティックミキサーは、インナーミキサーとも呼ばれるので、以下、インナーミキサーと言い換える。

加圧混合タンク６４については、図２を参照して説明する。図２は、図１の装置に備えられた加圧混合タンク６４の構造の一例を示した断面概略図である。加圧混合タンク６４は、流入する気体と液体とを内部で加圧した状態として混合をさらに進める構造のタンクである。混合をさらに進めるものであるため、加圧溶解タンクと呼ぶこともできる。
図２に示すように、加圧混合タンク６４は、全体としては上下が閉じられた円筒状のタンク容器６４１と、タンク容器６４１内に設けられた隔壁６４２や複数のバッフル板６４３を備えている。図２に示すように、隔壁６４２は、タンク容器６４１内を上下に延びるよう設けられており、タンク容器６４内は左右に区画されている。隔壁６４２は、両側端がタンク容器６４１の内面に固定されている。

隔壁６４２で仕切られた両側の空間は、多数の水平な姿勢のバッフル板６４３で仕切られている。各バッフル板６４３には、混合流体が通過する孔６４８が形成されている。孔６４８は、各バッフル板６４３において上下方向で互い違いの位置となっている。即ち、隔壁６４２に近い位置と、タンク容器６４１の内側面に近い位置とで互い違いに設けられている。各バッフル板６４３の孔６４８により複雑なジグザグの流路が形成されるようになっている。
タンク容器６４１の上部の一方の側には流入口６４４が設けられており、下部中央には流出口６４５が設けられている。隔壁６４２で仕切られた一方の空間には、各バッフル板６４３を貫通した状態で垂直管６４９が設けられており、垂直管６４９の上端は流入口６４４に接続されている。また、タンク容器６４１の上部中央には、ガス抜き孔６４６が設けられており、ガス抜き孔６４６には、自動バルブ（リリーフバルブ）６４７が接続されている。自動バルブ６４７は、タンク容器６４１内の圧力がある程度以上高くなると自動的に開くバルブである。

図１に示すように、加圧混合タンク６４は、ポンプ３の下流側に位置するので、水と水素バブルの混合物はポンプ３によりかなりの水圧でタンク容器６４１内に流入する。混合物は、図２に矢印で示すように、垂直管６４９を通って一気にタンク容器６４１の底部に達し、底部からタンク容器６４１内に勢い良く進入する。そして、混合物は、各バッフル板６４３の孔６４８が形成する左側の空間のジグザグな流路を通って上昇し、上部で反転して下降する。そして、右側のジグザグな流路を通って下降した後、流出口６４５から流出する。この際、さらに混合が進み、水素ガスはより微細な気泡となる。
水への混合が進まずに大きな塊となっている余剰の水素ガスは、タンク容器６４１の上部に溜まり、この量が多くなると、圧力により自動バルブ６４７が開いて放出される。このため、下部の流出口６４５から流出する混合物においては、水素バブルはマイクロオーダーからナノオーダー程度の微細なもののみからほぼ成る。
尚、この例の加圧混合タンク６４は、複数のバッフル板６４３で複雑な流路を形成しておき、ポンプ３の送出圧力を利用して加圧状態を作り出すものであるといえる。この加圧混合タンク６４は、加圧混合（加圧熔解）に加え、ポンプ３の送出圧力による流速を抑えて流速を低くするとともに気液分離を行う作用を有する。また、流速が抑えられることから消音作用も有する。

このようなインナーミキサー６３と加圧混合タンク６４とを備えた実施形態の微細水素バブル発生装置では、装置の静音化と水素バブルの微細化に特に顕著な効果がある。インナーミキサー６３は、特に静音化に貢献している。実施形態のように水と気体との混合物をポンプ３に吸わせて送り出す構造では、ポンプ３の動作が非常に大きくなる。これは、ポンプ３の性質上、構造上、やむを得ないともいえる。一方、実施形態のようにインナーミキサー６３を使用すると、ポンプ３の動作音は驚くほど小さくなる。これは、インナーミキサー６３により水素ガスの水への混合が迅速に進むために、ポンプ３内での混合物の流れがスムーズになることによると思われる。

また、加圧混合タンク６４は、上記のように混合物中に含まれる水素バブルを微細なもののみとし、大きな塊を取り除くのに貢献している。このことも相まって、インナーミキサー６３によるポンプ３の静音化の効果がより高くなっているものと思われる。
インナーミキサー６３と加圧混合タンク６４との双方を使用することが理想的であるが、インナーミキサー６３のみを使用しても一定の効果があり、また加圧混合タンク６４のみを使用しても一定の効果がある。

次に、実施形態の装置の外観上の工夫について説明する。図３は、図１に示す微細水素バブルの外観概略図である。
実施形態の微細水素バブル発生装置において、水タンク２は透明な容器で形成されている。例えばアクリル樹脂のような樹脂製、又はガラス製とされる。そして、図３に示すように、水タンク２は、外部から視認可能な状態で設けられている。

装置は、上記水素発生器やコンプレッサー４、ポンプ３等を収容したケーシング８を備えている。ケーシング８によってこれら水素発生器１などは外部から見えないようになっているが、水タンク２はあえて見えるようにしている。
これは、水タンク２を透明なものにしておいて、内部で微細水素バブルが発生するのが視覚的に確認できるようにするためである。微細水素バブルは、マイクロオーダーからナノオーダー程度の大きさであるため、ある程度の量が発生すると、水中に霧がかかったような状態となり、さらに発生が進むと、水が白濁化した状態となる。したがって、十分な量の微細水素バブルが発生したかどうかは、白濁の濃度で判断できる。このために水タンク２を透明にし、外部から見えるようにしている。また、微細なバブルが発生してその量が多くなっていく状況は、清涼感を感じられるので、意匠的な観点でも好ましく、店舗等に設置された場合に雰囲気作りに役立つ。

このような実施形態の微細水素バブル発生装置を使用する場合、上記のように水タンク２内に水（水道水で良い）を溜めておくとともに、原料水ボトル１１（できれば純水、より好ましくは超純水が良い）を投入し、水素ガス発生器１の電源をオンにするとともに、コンプレッサー４及びポンプ３の動作を開始させる。
水素ガス発生器１で発生した水素ガスは、水素ガス貯留ボトル１３を経てコンプレッサー４によってリターン管５に押し込まれる。ポンプ３は、リターン管５から水と水素ガスの混合物を吸い込んで吐き出し、混合物は、インナーミキサー６３、加圧混合タンク６４及び第一オリフィス６１を経て水タンク２に達する。この際、水素ガスは微細気泡化して微細水素バブルとなる。

水タンク２内の水と微細水素バブルは、水素ガス供給管４１から合流する水素ガスとともに再度ポンプ３に送られ、インナーミキサー６３、加圧混合タンク６４及び第一オリフィス６１を再度通過して微細気泡化が一段と進展する。
利用者は、水タンク２内を見ながら水が十分に白濁化したと判断すると、三方弁７１を操作し、水と微細水素バブルの混合物（微細水素バブル水）を取り出し管７から取り出す。この際、第二オリフィス６２で水素ガスはさらに微細気泡化される。そして、洗面器等の容器に微細水素バブル水を溜めて利用する。

微細水素バブルはマイクロオーダーの大きさ又はナノオーダーの大きさであり、濃度としては１ｐｐｍ〜５ｐｐｍであることが望ましく、２〜３ｐｐｍ程度であることがより望ましい。微細水素バブルの濃度は、上記装置の運転時間（取り出し管７から取り出すまでの混合物の循環時間）で調節される。
このような微細水素バブル水は、その低い（マイナス電位なので絶対値の大きな）酸化還元電位によって特徴付けられる。実施形態の微細水素バブル発生装置で生成した微細水素バブル水の酸化還元電位は、−３００ｍＶ〜−８００ｍＶ程度であり、例えば−５５０ｍＶ程度である。このように大きな酸化還元電位を有する微細水素バブル水は、高い還元力を有し、種々の用途に利用できる。

このような構成及び動作に係る実施形態の微細水素バブル発生装置によれば、ポンプ３にコンプレッサー４により加圧された状態で水素ガスが供給されるので、ポンプ３の動作が容易に安定化し、面倒な調整は不要である。
また、水と水素バブルの混合物がリターン管５により戻され、これに対して水素ガスが新たに混入する構造なので、濃度の高い微細水素バブルの発生がシンプルな構造で短時間に行える。単にポンプ３により水素ガスを水タンク２に流入させるだけの構造であると、複雑な流入構造が必要になったり、また長時間を要したりすることがあり得るが、実施形態ではそのような問題はない。

尚、前述した水素ガス貯留ボトル１３は、コンプレッサー４が動作した際に圧力バランスを確保する機能を有している。実施形態の装置のようにコンプレッサー４を使用してポンプ３に水素ガスを送り込む構造では、水素ガスと酸素ガスの圧力バランスが崩れるため、連続運転ができない。このため、実施形態の装置では、発生した水素ガスを水素ガス貯留ボトル１３内に底部から流入させ、ボトル１３内の上部の空間に水素ガスを溜め、その空間からコンプレッサー４で吸引する構造医となっている。即ち、コンプレッサー４が動作した際、コンプレッサー４による吸引力は水素ガス貯留ボトル１３内に水により遮断され、水素ガス発生器１には直接作用しない。このため、水素ガス発生器１において水素ガスと酸素ガスの圧力バランスが崩れることはなく、連続運転が可能となっている。
連続運転を可能にする構成として、水素ガス発生器１の流出側に圧力計や圧力調整弁を設ける構成が考えられるが、このようにすると構造が複雑になり、コスト高となる問題がある。実施形態の構成では、内部に水を有する水素ガス貯留ボトル１３を設けてコンプレッサー４の吸引圧力を遮断することで連続運転を可能にしており、構造的にシンプルであり、コストも安価となる。その上、水素ガス貯留ボトル１３に対して水高計が設けられているので、過剰な水素ガスの生成の監視、水素ガスの圧力が限度以上になった場合の水素ガス発生器１の動作停止を安価なコストで達成している。

また、取り出し管７上に第二オリフィス６２が設けられているので、取り出しの際に微細水素バブルの濃度が低下してしまう問題もない。
また、注入管３１には、インナーミキサー６３や加圧混合タンク６４が設けられているので、ポンプ３の静音化が図られ、また微細水素バブルの濃度がより高くなる。
さらに、水タンク２が透明なものであり、外部から視認可能に配置されているので、十分な微細水素バブルの発生を外部から目で確認することができ、取り出し可能を視覚的に判断することができる。
尚、生成される微細水素バブル水の用途としては、前述した美容室での理容の他、各種物品の洗浄で使用することができ、また家庭や入浴施設における入浴の際に利用することができる。

１ 水素ガス発生器
１１ 原料水ボトル
１３ 水素ガス貯留ボトル
１６ 水高計
２ 水タンク
３ ポンプ
３１ 注入管
４ コンプレッサー
５ リターン管
６１ 第一オリフィス
６２ 第二オリフィス
６３ インナーミキサー
６４ 加圧混合タンク
７ 取り出し管
８ ケーシング

Claims (10)

1. 水素ガス発生器と、
   水を溜めた水タンクと、
   水素ガス発生器が発生させた水素ガスを水タンク内に注入するポンプと、
   水素ガス発生器が発生させた水素ガスをポンプに加圧して供給するコンプレッサーと
   を備えており、
   ポンプの吐き出し口と水タンクとは注入管で接続されており、注入管には水素ガスを微細化するオリフィスが設けられていることを特徴とする微細水素バブル発生装置。
2. 前記水タンクと前記ポンプの吸い込み口とはリターン管で接続されていて、前記水タンク内の水はリターン管を通って前記ポンプに流入するようになっており、
   前記コンプレッサーからの水素ガスの供給管は、リターン管の途中に設けられた連結部においてリターン管に接続されており、
   前記ポンプの吸い込み口には、水タンクからの水と前記コンプレッサーから加圧された状態で供給される水素ガスの混合物が流入する構造であることを特徴とする請求項１記載の微細水素バブル発生装置。
3. 前記ポンプ、前記注入管、前記水タンク及び前記リターン管は、循環路を形成しており、
   微細水素バブルを取り出す取り出し管が前記注入管から分岐した状態で設けられており、取り出し管には別のオリフィスが設けられていることを特徴とする請求項２記載の微細水素バブル発生装置。
4. 前記注入管には、水素ガスと水との混合を行う内筒型のスタティックミキサーが設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載の微細水素バブル発生装置。
5. 前記注入管には、水素ガスを加圧して水への混合を促進する加圧混合タンクが設けられていることを特徴とする請求項２、３又は４記載の微細水素バブル発生装置。
6. 前記加圧混合タンクは、タンク容器と、水素ガスと水との混合物の流入口及び流出口を有するタンク容器と、タンク容器内に屈曲した流路を形成するバッフル板とを備えており、タンク容器の上部には、余剰の水素ガスを排出するバルブが設けられていることを特徴とする請求項５記載の微細水素バブル発生装置。
7. 前記水タンクは透明な容器で形成されており、外部から視認可能であることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の微細水素バブル発生装置。
8. 前記水素ガス発生器の流出側には水素ガス貯留ボトルが設けられており、
   水素ガス貯留ボトルには水が溜められていて、前記水素ガス発生器で発生した水素ガスは水素ガス貯留ボトルの底部から当該水を通して流入して水素ガス貯留ボトルの残余空間に溜まる構造となっており、
   前記コンプレッサーは、水素ガス貯留ボトルの残余空間から水素ガスを吸引するよう設けられており、前記水素発生器と前記コンプレッサーとは、水素ガス貯留ボトル内の水により遮断されていることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の水素バブル発生装置。
9. 前記水素ガス貯留ボトルには、水高計が付設されていることを特徴とする請求項８記載の水素バブル発生装置。
10. 前記水高計により前記水素ガス貯留ボトル内の水素ガスの圧力が限度以上になったことが検知された際に前記水素発生器の動作を停止させるスイッチが設けられていることを特徴とする請求項９記載の水素バブル発生装置。
    

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