JP2018030095A - 水素水生成器および水素水生成器用の吸着カートリッジ - Google Patents
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Abstract
【課題】電気分解式の開放型水素水生成器であって、飲用する際に、十分に高い水素溶存濃度の水素水を得ることができる水素水生成器の提供。
【手段】水素水が活性炭または金属マグネシウムと接触するように構成された吸着カートリッジを水素水生成器に取り付ける。
【選択図】図１５
【手段】水素水が活性炭または金属マグネシウムと接触するように構成された吸着カートリッジを水素水生成器に取り付ける。
【選択図】図１５
Description
本発明は、水素水生成器に関する。より詳しくは、開放型の電気分解式水素水生成器であって、得られる水素溶存濃度が向上された水素水生成器に関する。
体内では、ミトコンドリアがエネルギー生成の際に活性酸素を発生し、この活性酸素が体内に蓄積されると、細胞を酸化して細胞膜を破壊したり、ＤＮＡを傷つけたりして様々な疾患をもたらすと報告されている。したがって、美容、健康、ダイエットのためには活性酸素を消去することが必要である。
近年、水素水を取り込むことによって水素が活性酸素を還元することが可能であることがよく知られるようになり、美容、健康、ダイエットのために水素水の需要が高まっている。
水素水を生成するための様々な装置が公開され（特許文献１）、市場でも提供されている。その多くは、水の電気分解により水素を発生させるものであり、通電が必要であるため装置も複雑で高価である（特開２００５−１８６０３４号公報）。
より簡便な水素水生成器具としては、ペットボトルやコップに水を入れて、その中に投入するだけで水素水を生成する、金属マグネシウム、水晶石、黒曜石、トルマリン、抗菌砂、風化サンゴ、珪素を含むボール状の水素発生具が公開されている（特開２０１３−８２５８５号公報）。
また、スポーツジムなどではアルミパウチ入りの高濃度水素水が自動販売機で販売されている。このような水素水は、高圧をかけて水素を水に充填して製造されている。
より簡便な水素水生成器具としては、ペットボトルやコップに水を入れて、その中に投入するだけで水素水を生成する、金属マグネシウム、水晶石、黒曜石、トルマリン、抗菌砂、風化サンゴ、珪素を含むボール状の水素発生具が公開されている（特開２０１３−８２５８５号公報）。
また、スポーツジムなどではアルミパウチ入りの高濃度水素水が自動販売機で販売されている。このような水素水は、高圧をかけて水素を水に充填して製造されている。
家庭で水素水を得るためには、簡便なものよりも、むしろ、据え置き型の電気分解式水素水生成器が好ましい。電気分解式水素水生成器には、生成した水素水を収容する容器を密閉した状態で使用するタイプと容器を開放状態のまま使用するタイプとがある。
密閉状態で使用するタイプでは、生成した水素が脱気せず、溶存水素濃度を維持または増加することができるが、比較的容量が小さく、水素水を取り出す際にフタをあけなければならず、いつでも大量に水素水を得ることができない。また、過圧防止のための安全装置も必要である。一方、開放状態で使用するタイプでは、大量に水素水を生成して、容器からそのままコップに注いだり、飲んだりすることができて便利であるが、生成した水素が容易に脱気するので、溶存水素濃度を維持することが困難であった。
そこで、本発明は、開放型水素水生成器であって、飲用する際に、十分に高い水素溶存濃度の水素水を得ることができる水素水生成器の提供を課題とする。
密閉状態で使用するタイプでは、生成した水素が脱気せず、溶存水素濃度を維持または増加することができるが、比較的容量が小さく、水素水を取り出す際にフタをあけなければならず、いつでも大量に水素水を得ることができない。また、過圧防止のための安全装置も必要である。一方、開放状態で使用するタイプでは、大量に水素水を生成して、容器からそのままコップに注いだり、飲んだりすることができて便利であるが、生成した水素が容易に脱気するので、溶存水素濃度を維持することが困難であった。
そこで、本発明は、開放型水素水生成器であって、飲用する際に、十分に高い水素溶存濃度の水素水を得ることができる水素水生成器の提供を課題とする。
本発明による電気分解式の水素水生成器は、少なくとも、水を電気分解して水素を発生する水素発生機が下面に取り付けられたサーバーおよび前記サーバーを搭載するため水素水生成器本体を含む。
サーバーは、限定されないが、１．０〜２．０Ｌ程度の原水を受容することができる。本発明によれば、生成された水素水は、活性炭または金属マグネシウムの少なくともひとつと接触するように構成されている。サーバーには外部に通水可能な送水口を有する着脱可能の蓋体が取り付けられる。この蓋体の裏面、すなわち、サーバーに蓋体を取り付けたとき、サーバー内部に向かう面であって、サーバー内部と前記送水口とを隔てる位置に、少なくとも活性炭を含む吸着カートリッジを取り付けて、サーバーから水素水を注ぎ出すときには、必ず、この吸着カートリッジに収容された活性炭層または金属マグネシウム層を通過するように構成することができる。本発明による水素水生成器は、水素水が活性炭または金属マグネシウムと接触するように構成されていればよく、活性炭を収容する吸着カートリッジは必ずしも蓋体に取り付ける必要はない。
サーバーは、限定されないが、１．０〜２．０Ｌ程度の原水を受容することができる。本発明によれば、生成された水素水は、活性炭または金属マグネシウムの少なくともひとつと接触するように構成されている。サーバーには外部に通水可能な送水口を有する着脱可能の蓋体が取り付けられる。この蓋体の裏面、すなわち、サーバーに蓋体を取り付けたとき、サーバー内部に向かう面であって、サーバー内部と前記送水口とを隔てる位置に、少なくとも活性炭を含む吸着カートリッジを取り付けて、サーバーから水素水を注ぎ出すときには、必ず、この吸着カートリッジに収容された活性炭層または金属マグネシウム層を通過するように構成することができる。本発明による水素水生成器は、水素水が活性炭または金属マグネシウムと接触するように構成されていればよく、活性炭を収容する吸着カートリッジは必ずしも蓋体に取り付ける必要はない。
吸着カートリッジ内部には、活性炭および金属マグネシウム以外に、ゼオライトその他の物質を収容することができる。
水素水生成器本体には、サーバーの台座と嵌合し、かつ、水を受容する台座受け部が設けられている。
サーバーの下面に取り付けられた水素発生機は、陽イオン交換膜および電極を含む分離型の水電気分解装置である。ここで、分離型の水電気分解装置とは、陽イオン交換膜の陽極側と陰極側とが分離されて、膜を通じてイオンは移動するが、水の導通は遮断されて、陽極側と陰極側とが、独立に酸化還元反応を起こす状態の水電気分解装置をいう。
サーバーを水素水生成器本体の台座受け部に嵌合させたとき、サーバー下面に取り付けられた水素発生機は、台座受け部に受容された外部水に浸漬される。このとき、陽イオン交換膜の陰極表面は、原水および水素発生により水素水となる水を受容するサーバー内部に向かい、陽極表面は台座受け部に向かう。
サーバーの下面に取り付けられた水素発生機は、陽イオン交換膜および電極を含む分離型の水電気分解装置である。ここで、分離型の水電気分解装置とは、陽イオン交換膜の陽極側と陰極側とが分離されて、膜を通じてイオンは移動するが、水の導通は遮断されて、陽極側と陰極側とが、独立に酸化還元反応を起こす状態の水電気分解装置をいう。
サーバーを水素水生成器本体の台座受け部に嵌合させたとき、サーバー下面に取り付けられた水素発生機は、台座受け部に受容された外部水に浸漬される。このとき、陽イオン交換膜の陰極表面は、原水および水素発生により水素水となる水を受容するサーバー内部に向かい、陽極表面は台座受け部に向かう。
水の電気化学反応は次のように示さる。陽イオン交換膜の陽極側では酸素の生成とオゾンの生成が同時に起こる：
２Ｈ２Ｏ→２Ｈ２＋Ｏ２（酸素生成）
３Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋Ｏ３（オゾン生成）
この時、水素はＨ＋となって、陽極電極側から陽イオン交換膜を通り陰極電極側に移動して、陰極電極表面で電子を受け水素ガス（Ｈ２）となり、サーバー内の原水に溶存する。同時に、原料水中に含まれるＣａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｎａ２＋などの陽イオンも陽極側から陰極側へと移動する。
２Ｈ２Ｏ→２Ｈ２＋Ｏ２（酸素生成）
３Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋Ｏ３（オゾン生成）
この時、水素はＨ＋となって、陽極電極側から陽イオン交換膜を通り陰極電極側に移動して、陰極電極表面で電子を受け水素ガス（Ｈ２）となり、サーバー内の原水に溶存する。同時に、原料水中に含まれるＣａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｎａ２＋などの陽イオンも陽極側から陰極側へと移動する。
水素の水への溶解度は、常温常圧で１．６２ｐｐｍであり、水素水の医学的な効果があるのは１ｐｐｍ（１０００ｐｐｂ）程度といわれている。また、美容健康目的のためには１００ｐｐｂ程度で十分であるとされている。
本発明による水素水生成器において、例えば、サーバーに１．５Ｌ程度の原水（当初溶存水素濃度０ｐｐｂ）を受容し、水素発生機に５Ｖの電圧を印加すれば、水素発生機の触媒サイズに依存するが、溶存水素濃度は１０分間後に約８００ｐｐｂ、２０分間後に約１１００ｐｐｂ、３０分後に約１２００ｐｐｂとなる。その後、省エネモードで溶存水素濃度を保つ。省エネモードは、電圧を下げて電流値を下げる方法、同じ電圧で、電流を間歇的に高速パルス状に印加して、印加時間に比例した電気エネルギーを与える方法がある。後者の方法であれば、発生する気泡径が小さいので、より高い溶存効率を得ることができる。
本発明による水素水生成器において、例えば、サーバーに１．５Ｌ程度の原水（当初溶存水素濃度０ｐｐｂ）を受容し、水素発生機に５Ｖの電圧を印加すれば、水素発生機の触媒サイズに依存するが、溶存水素濃度は１０分間後に約８００ｐｐｂ、２０分間後に約１１００ｐｐｂ、３０分後に約１２００ｐｐｂとなる。その後、省エネモードで溶存水素濃度を保つ。省エネモードは、電圧を下げて電流値を下げる方法、同じ電圧で、電流を間歇的に高速パルス状に印加して、印加時間に比例した電気エネルギーを与える方法がある。後者の方法であれば、発生する気泡径が小さいので、より高い溶存効率を得ることができる。
サーバー内部で生成された水素水が、吸着カートリッジ内部に収容された活性炭と接触することにより、水素水に存在する有機ハロゲン物質の除去や残留塩素の分解のみならず、水素水内部の溶存水素が活性炭の細孔に吸着され、飽和状態になれば、吸着された水素が溶存水素とともに排出されて、サーバー内部の水素水の溶存水素濃度よりも高いか、少なくとも、同程度の溶存水素濃度の水素水を取得することができる。
サーバー内部で生成された水素水が、吸着カートリッジ内部に収容された金属マグネシウムと接触することにより、水素を発生し、水素水の溶存水素濃度がさらに向上する。
サーバー内部で生成された水素水が、吸着カートリッジ内部に収容された金属マグネシウムと接触することにより、水素を発生し、水素水の溶存水素濃度がさらに向上する。
本発明の水素水生成器には、少なくとも活性炭または金属マグネシウムのいずれかを含む吸着カートリッジが備えられているので、生成された水素水が活性炭または金属マグネシウムと接触して、安定して高い溶存水素濃度を保つことができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明は以下の形態には限定されない。
水素水生成器は、図１ないし図５に示すように、水素水生成器本体１０と、前記水素水生成機本体１０に着脱可能に装着されるサーバー３０とで構成される。
水素水生成器本体１０は、図６に示すように、台部１１の上面片側に略環状の台座受け部１２を設けてあるとともに、前記台部１１の残る上面片側に給水部２０を設けてある。前記台座受け部１２は、後述するサーバー３０の台座部４０に嵌合可能な平面形状を有し、その内側に水溜め部１３を形成してある。また、前記台座受け部１２は、その開口縁部の対向する位置に、一対の電源用端子１４,１４と一対のセンサー１５、１５とをそれぞれ配置してある。そして、前記電源用端子１４,１４の間には、電気分解用原水の水位を検出するための２本の水位センサー１６が配置されている。
前記給水部２０は、図１および図２に示すように、その正面に制御パネル２１を配置してある。前記制御パネル２１は、電源スイッチ２２ａ、水素濃度表示部２２ｂおよび時間表示部２２ｃを備えている。また、前記給水部２０は、図３および図４に示すように、その傾斜面に設けた湾曲する開閉蓋２３を開閉することにより、筒状のカートリッジケース２４を交換可能にしてある。前記カートリッジケース２４は、その内部にイオン交換樹脂（図示せず）を充填してある。そして、前記給水部２０の内部には、前記開閉蓋２３を明けて前記カートリッジケースを装着すると、前記カートリッジケース２４の底面と対向するように、給水用凹部２５が設けられている（図７および図８）。前記給水用凹部２５は、前記台座受け部１２内に形成された前記水溜め部１３（図６）に連通している。このため、給水用凹部２５と水溜め部とは常に同一の水位を保持する。また、給水部２０は、サーバー３０と対向する湾曲した外側面に、発光素子２６を上下方向に沿って同一直接上に埋設してある。
サーバー３０は、図９ないし図１１に示すように、有底筒状のサーバー本体３１と、前記サーバー本体３１の底部に組み付けられた台座部４０と、前記サーバー本体３１の上端開口縁部に着脱可能に組み付けられる蓋体６０と、で構成されている。
前記サーバー本体３１は、図１１に示すように、その外周面に取っ手３２を一体成型してあるとともに、その外周面の上端縁部に略Ｌ字形状のロック溝３３を設けてある。また、前記サーバー本体３１は、その底面隅部に２本の空焚き防止センサー３４（図１１中の手前側の空焚き防止センサー３４は図示せず）を突設してある。そして、前記サーバー本体３１は、その底面中央に設けた連通口３５を簀子状のカバー３６で被覆してある。
前記台座部４０は、図１１示すように、前記サーバー本体３１を搭載可能な平面形状を有し、前記サーバー本体３１の連通口３５と対向する位置にガス発生器として水素発生機５０を組み込んである。前記水素発生機５０は、高分子固体電解膜５１を陽極電極５２と陰極電極５４とで挟持した構成を有している。
高分子電解質膜５１としては、従来公知のものを使用でき、例えば、厚さ１００〜３００μｍの陽イオン交換膜が挙げられる。素材としてはパーフルオロカーボン材料（例えば、「Nafion」（登録商標））などを使用することができる。
陽極電極５２としては、例えば、陽極触媒５３ａと、チタン製の陽極電極部５３ｂと、枠形状の保持体５３ｃとを順次、重ねて形成されている。そして、前記保持体５３ｃは台座部４０に一体成型されている。
陽極触媒５３ａとしては、例えば、厚さ０．１ｍｍ前後の薄いチタン製グレーチング、いわゆるマイクログレーチングを白金で被覆したものが挙げられる。陽極電極部５３ｂとしては、例えば、チタン製のグレーチングが挙げられる。グレーチングとしては、例えば、平板に多数の鎖線状の切れ目を平行に設け、かつ、これを引き伸ばすことにより、菱形の開口部を形成したメッシュ状の素材がある。また、別のグレーチングとしては、格子状に配置した線材を溶接一体化したメッシュ状の素材がある。
なお、陽極触媒５３ａ，陽極電極部５３ｂには金属板に多数の貫通孔を設けたパンチングメタル状の素材を使用してもよい。また、保持体５３ｃはチタン製であってもよく、ステンレス製であってもよい。
陽極触媒５３ａとしては、例えば、厚さ０．１ｍｍ前後の薄いチタン製グレーチング、いわゆるマイクログレーチングを白金で被覆したものが挙げられる。陽極電極部５３ｂとしては、例えば、チタン製のグレーチングが挙げられる。グレーチングとしては、例えば、平板に多数の鎖線状の切れ目を平行に設け、かつ、これを引き伸ばすことにより、菱形の開口部を形成したメッシュ状の素材がある。また、別のグレーチングとしては、格子状に配置した線材を溶接一体化したメッシュ状の素材がある。
なお、陽極触媒５３ａ，陽極電極部５３ｂには金属板に多数の貫通孔を設けたパンチングメタル状の素材を使用してもよい。また、保持体５３ｃはチタン製であってもよく、ステンレス製であってもよい。
陰極電極５４としては、例えば、陰極触媒５５ａと、制菌電極５５ｂと、チタン製の陰極電極部５５ｃと、枠形状の保持体５５ｄとを順次、積み重ねて形成されている。そして、前記保持体５５ｄは陰極ブロック５６に一体成形されている。
陰極触媒５５ａとしては、例えば、チタン製のマイクログレーチングに白金メッキを施したものが挙げられる。制菌電極５５ｂとしては、例えば、銀製のマイクログレーチングが挙げられる。陰極電極部５５ｃとしては、例えば、チタン製のグレーチングが挙げられる。
なお、陰極触媒５５ａ、制菌電極５５ｂ、および、陰極電極部５５ｃには、金属板に多数の貫通孔を設けたパンチングメタル状の素材を使用してもよい。また、保持体５５ｄはチタン製であってもよく、ステンレス製であってもよい。
陰極触媒５５ａとしては、例えば、チタン製のマイクログレーチングに白金メッキを施したものが挙げられる。制菌電極５５ｂとしては、例えば、銀製のマイクログレーチングが挙げられる。陰極電極部５５ｃとしては、例えば、チタン製のグレーチングが挙げられる。
なお、陰極触媒５５ａ、制菌電極５５ｂ、および、陰極電極部５５ｃには、金属板に多数の貫通孔を設けたパンチングメタル状の素材を使用してもよい。また、保持体５５ｄはチタン製であってもよく、ステンレス製であってもよい。
さらに、前記水素発生機５０は、シール性を高めるため、前記高分子固体電解膜５１と台座部４０との間にゴムパッキン４１を配置するとともに、前記高分子固体電解膜５１と陰極ブロック５６の間にゴムパッキン４２を配置してある。そして、前記台座部４０に前記陰極ブロック５６を嵌合することにより水素発生機５０が組み立てられる。この結果、前記高分子固体電解膜５１で前記サーバー本体３１の連通口３５が遮蔽される。
前記蓋体６０は、図１１に図示するように、外部に通水可能な注ぎ口６１を備えているとともに、吸着カートリッジ７０を着脱可能に組み込んである（図７）。また、前記蓋体６０は、その内部面の開口縁部に設けたロック用突起６２を設けてある。そして、前記蓋体６０と前記サーバー本体３１とで環状のゴムパッキン６３を挟持しつつ、前記ロック用突起６１をサーバー本体３１に設けたロック溝３３に係合する。これにより、水漏れすることなく水素水を注ぐことができる密閉性を確保できる。
前記吸着カートリッジ７０は、図１２ないし図１４に示すように、カートリッジ本体７１の一部を下方側に膨出させて収納用凹部７２を形成してある。そして、前記収納用凹部７２の開口縁部に、カートリッジカバー７３を係合して閉鎖空間を形成できる。ただし、前記収納用凹部７２の底面およびカートリッジカバー７３は水素水が通過し易いように、簀子状となっている。前記収納用凹部７２には、濾材（例えば、不織布、活性炭など）、水素ガス生成材（例えば、金属マグネシウム、ゼオライトなど）を積み重ねて収納してもよい。
本発明の吸着カートリッジ７０が活性炭を含む場合、水素水が活性炭と接触する。活性炭は、水素水に存在する有機ハロゲン物質の除去や残留塩素の分解のみならず、水素水内部の溶存水素を吸脱着し、サーバー内部の水素水の溶存水素濃度を安定させる。
活性炭は、ヤシ殻やパルプなどの炭素物質を１０００℃程度の高温で加熱して作られ、細孔径が２ｎｍ以下のもの（ミクロポーラス材料）から１０００ｎｍを超えるもの（マクロポーラス材料）まで多種類存在する。その形状も粉状、顆粒状、繊維状、布状、ハニカム状など、様々である。
活性炭はミクロないしマクロ細孔を有し、表面積が非常に大きく、細孔内の表面でのファンデルワールス力によって水素などの気体を物理吸着する。吸着された水素を放出する。
水道原水には殺菌のため塩素が投入され、日本では、水道法に基づき、給水栓（蛇口）における水が、遊離残留塩素を０．１ｍｇ／Ｌ（０．１ｐｐｍ）以上保持するように塩素消毒をすること、と規定されている。
現在、塩素消毒剤として、塩素（液化塩素）、次亜塩素酸ナトリウム（NaClO）、二酸化塩素などが使用されており、これらが病原生物の細胞内に侵入してＤＮＡなどの機能を破壊することによって消毒される。また、さらにはトリハロメタンなどの発がん性物質も生成される。これらの塩素系物質の残留濃度は低く、直接人体に影響がないとされているが、美容や健康を考慮すると除去することが好ましい。これらの塩素系物質は、例えば、活性炭などの多孔性物質に通水すると分解や吸着により除去することができる。
現在、塩素消毒剤として、塩素（液化塩素）、次亜塩素酸ナトリウム（NaClO）、二酸化塩素などが使用されており、これらが病原生物の細胞内に侵入してＤＮＡなどの機能を破壊することによって消毒される。また、さらにはトリハロメタンなどの発がん性物質も生成される。これらの塩素系物質の残留濃度は低く、直接人体に影響がないとされているが、美容や健康を考慮すると除去することが好ましい。これらの塩素系物質は、例えば、活性炭などの多孔性物質に通水すると分解や吸着により除去することができる。
本発明の吸着カートリッジ７０が金属マグネシウムを含む場合、水素水が金属マグネシウムと接触する。水が金属マグネシウムに接触すると、反応式Ｉにしたがって、水素が発生し、金属マグネシウムは水酸化マグネシウムになる。
反応式Ｉの右辺で生成された水酸化マグネシウムはさらに反応式ＩＩに従って、酸化マグネシウムに変換される。
酸化マグネシウム(MgO)は安定な物質で金属マグネシウム表面上に皮膜を形成すると、水素発生が抑制されてしまうので、反応式ＩＩの進行を妨げてMgOの生成を阻害することが望ましい。そのためには反応式Ｉの段階で、乾燥して水が消失しないようにすること、およびマグネシウムイオンを系外に追い出すことが必要である。
発明者らは、予備的な実験で、金属マグネシウムのみで水素水を繰り返し生成したときには水素濃度が大きく変動して安定することがなかったが、金属マグネシウムとゼオライトとを共存させると、繰り返し生成したとき水素濃度の変動が小さく、一定値に収束することを明らかにした。金属マグネシウムとゼオライトを共存させると、ゼオライトがマグネシウムイオンを取り込んでMgOの生成を阻害する目的が達成されるものと考えられる。
本発明において、金属マグネシウムは、削状、粉末状、粒状、板状などいかなる形状で用いてもよい。
ゼオライトはアルカリまたはアルカリ土類金属を含む含水アルミノシリケートであり、細孔材料としてよく知られている。構造中の細孔径は通常０．２〜１．０ｎｍ（２〜１０Å）程度である。
本発明において、金属マグネシウムとゼオライトとの共存とは、吸着カートリッジに流入した水が金属マグネシウムおよびゼオライトのいずれとも接触されるように、吸着カートリッジの内部に金属マグネシウムおよびゼオライトが存在することを意味する。
金属マグネシウムとゼオライトとの共存は、吸着カートリッジの内部に、例えば、金属マグネシウムとゼオライトとの混合物の層を配置すること、金属マグネシウムの層とゼオライトの層とを接触して形成した複層を配置すること、金属マグネシウムの層とゼオライトの層とを接触させずそれぞれ単層として配置することなどにより達成することができる。
金属マグネシウムおよびゼオライトの複層、金属マグネシウムの単層とゼオライトの単層は、それぞれ、独立して１または複数層配置することでき、複層と各単層とを適宜組み合わせて配置することもできる。
金属マグネシウムの層とゼオライトの層とは、いかなる順序で配置してもよいが、例えば、吸着カートリッジの入水口側（例えば、図１５に示す様に吸着カートリッジを取り付けたときの収納用凹部７２側。以下同様。）に金属マグネシウム層を配置し、出水口側（例えば、図１５に示す様に吸着カートリッジを取り付けたときのカートリッジカバー７３側。以下同様。）にゼオライト層を配置することができる。
金属マグネシウムとゼオライトとの共存は、吸着カートリッジの内部に、例えば、金属マグネシウムとゼオライトとの混合物の層を配置すること、金属マグネシウムの層とゼオライトの層とを接触して形成した複層を配置すること、金属マグネシウムの層とゼオライトの層とを接触させずそれぞれ単層として配置することなどにより達成することができる。
金属マグネシウムおよびゼオライトの複層、金属マグネシウムの単層とゼオライトの単層は、それぞれ、独立して１または複数層配置することでき、複層と各単層とを適宜組み合わせて配置することもできる。
金属マグネシウムの層とゼオライトの層とは、いかなる順序で配置してもよいが、例えば、吸着カートリッジの入水口側（例えば、図１５に示す様に吸着カートリッジを取り付けたときの収納用凹部７２側。以下同様。）に金属マグネシウム層を配置し、出水口側（例えば、図１５に示す様に吸着カートリッジを取り付けたときのカートリッジカバー７３側。以下同様。）にゼオライト層を配置することができる。
本願の吸着カートリッジ７０は、水素吸脱着機能を有する活性炭に加えて、水素発生機能を有する金属マグネシウムおよび水素水生成安定化機能を有するゼオライトを含むことができる。
活性炭は単独で活性炭層として配置することができ、また、金属マグネシウムまたはゼオライトと混合して混合層として配置することもできる。
活性炭層は、金属マグネシウムの層およびゼオライトの層に対していかなる順序で配置してもよいが、例えば、吸着カートリッジ７０の入水口側に金属マグネシウム層およびゼオライト層を配置し、出水口側に活性炭層を配置することができる。この配置にすれば、活性炭の水素吸蔵能を有効に活用することができるので好ましい。
活性炭層は、金属マグネシウムの層およびゼオライトの層に対していかなる順序で配置してもよいが、例えば、吸着カートリッジ７０の入水口側に金属マグネシウム層およびゼオライト層を配置し、出水口側に活性炭層を配置することができる。この配置にすれば、活性炭の水素吸蔵能を有効に活用することができるので好ましい。
また、本発明の吸着カートリッジの別の態様として、活性炭は、金属マグネシウムと活性炭との混合物の層として含むこともできる。
この場合、ゼオライトの陽イオン取込み能を有効に活用する観点から、金属マグネシウムと活性炭との混合物の層を入水口側、ゼオライトの層を出水口側に配置することが好ましい。
この場合、ゼオライトの陽イオン取込み能を有効に活用する観点から、金属マグネシウムと活性炭との混合物の層を入水口側、ゼオライトの層を出水口側に配置することが好ましい。
次に、水素水生成器の使用方法について説明する。
まず、給水部２０の開閉蓋２３を開け、イオン交換樹脂を充填したカートリッジケース２４に所定量の水道水を注水する。これにより、イオン交換樹脂によってカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンを除去された浄水９０（イオン交換水）が給水用凹部２５に供給され水溜め部１３に流入する。水溜め部１３内の浄水９０が所定の水位に達したとき、浄水水位センサー１６に接触し、浄水９０の存在を検知する。
まず、給水部２０の開閉蓋２３を開け、イオン交換樹脂を充填したカートリッジケース２４に所定量の水道水を注水する。これにより、イオン交換樹脂によってカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンを除去された浄水９０（イオン交換水）が給水用凹部２５に供給され水溜め部１３に流入する。水溜め部１３内の浄水９０が所定の水位に達したとき、浄水水位センサー１６に接触し、浄水９０の存在を検知する。
サーバー本体３１内に貯留水として水道水９１を注入し、サーバー本体３１に、吸着カートリッジ７０を組み付けた蓋体６０を取り付ける。そして、水素水生成器本体１０の台座受け部１２に前記サーバー３０の台座部４０を嵌合することにより、水素発生機５０が水溜め部１３内の浄水９０に浸漬される。ついで、操作パネル２１の電源スイッチ２２ａをオンすると、水素発生機５０に所定の時間、通電される。そして、時間表示部２２ｃが電気分解に必要な残存時間を表示し、水素濃度表示部２２ｂが経過時間に応じて点灯する。
そして、水素発生機５０が浄水９０を電気分解することにより、酸素ガスおよび水素ガスが発生する。酸素ガスは高分子固体電解膜５１に沿って外気に放出される。一方、水素ガスは、陽極電極５２で発生した水素イオンが高分子固体電解膜５１を透過し、陰極電極５４で電子を受け取って発生する。発生した水素ガスは気泡となって水道水９１内を上昇し、水道水９１内に溶解する。
所定の時間が経過すると、電源スイッチ２２ａが自動に切れ、電気分解が終了する。
所定の時間が経過すると、電源スイッチ２２ａが自動に切れ、電気分解が終了する。
以下に本発明に関する実施例を記載するが、これらは本発明を限定するものではない。
実施例１
高分子固体電解膜を陽極電極と陰極電極とで挟持したものを水素発生機とし、サーバーの台座部に組み込んだ。
高分子固体電解膜としては、厚さ２５０μｍのデュポン製のナフィオン膜を使用した。
陽極電極としては、チタン製の保持体と、チタン製のグレーチングからなる陽極電極部と、巾３０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのチタン製のマイクログレーチングに白金のメッキ層を形成した陽極触媒と、を順次、積み重ねたものを使用した。
陰極電極としては、巾２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのチタン製のマイクログレーチングに白金のメッキ層を形成した陰極触媒と、巾３０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの銀製のマイクログレーチングからなる制菌電極と、チタン製のグレーチングからなる陰極電極部と、チタン製の保持体とを順次、積み重ねたものを使用した。
高分子固体電解膜を陽極電極と陰極電極とで挟持したものを水素発生機とし、サーバーの台座部に組み込んだ。
高分子固体電解膜としては、厚さ２５０μｍのデュポン製のナフィオン膜を使用した。
陽極電極としては、チタン製の保持体と、チタン製のグレーチングからなる陽極電極部と、巾３０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのチタン製のマイクログレーチングに白金のメッキ層を形成した陽極触媒と、を順次、積み重ねたものを使用した。
陰極電極としては、巾２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのチタン製のマイクログレーチングに白金のメッキ層を形成した陰極触媒と、巾３０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの銀製のマイクログレーチングからなる制菌電極と、チタン製のグレーチングからなる陰極電極部と、チタン製の保持体とを順次、積み重ねたものを使用した。
吸着カートリッジ７０の収納用凹部７２の内部形状に合わせて裁断した繊維状活性炭（フタムラ化学株式会社製 ACFフエルト製品 FE3010）３枚を濾材、水素ガス生成材等７５,７６,７７として重ねて挿入し（この実施例では、７４、７８は存在せず）、収納用凹部７２を閉鎖するように、カートリッジカバー７３を嵌合した（図１２、１７a）。図１５に示す様に、この吸着カートリッジ７０が所定の位置に搭載された蓋体６０を、水道水９１（１．５Ｌ）を収容するサーバー３０にはめ込んだ。
サーバー３０を水素水生成器本体１０の台座受け部１２に搭載し、５．０Ｖの印加電圧で通電することにより水素発生機５０から水素を発生させた。３０分間通電後、サーバー３０内の水道水９１の溶存水素濃度Ｈ０（ｐｐｂ）を測定した。水道水９１を注ぎ口６１経由で測定瓶に注ぎ出し（約２００ｍＬ）、取水の溶存水素濃度Ｈ１を測定した。同様に、再度水道水９１を注ぎ出し（約２００ｍＬ）、２回目の取水の溶存水素濃度Ｈ２を測定した。溶存水素濃度の測定結果を表１に示す。
サーバー３０を水素水生成器本体１０の台座受け部１２に搭載し、５．０Ｖの印加電圧で通電することにより水素発生機５０から水素を発生させた。３０分間通電後、サーバー３０内の水道水９１の溶存水素濃度Ｈ０（ｐｐｂ）を測定した。水道水９１を注ぎ口６１経由で測定瓶に注ぎ出し（約２００ｍＬ）、取水の溶存水素濃度Ｈ１を測定した。同様に、再度水道水９１を注ぎ出し（約２００ｍＬ）、２回目の取水の溶存水素濃度Ｈ２を測定した。溶存水素濃度の測定結果を表１に示す。
溶存水素濃度の測定は以下の様に行った。得られた水素水を攪拌機で撹拌しながら、溶存水素濃計測器で溶存水素濃度と、水温とを測定した。溶存水素計測器としては、有限会社共栄電子研究所製の溶存水素計ＫＭ２１００ＤＨを使用した。溶存水素電極には同社製の流通型溶存水素電極ＫＨ−１０を使用した。また、攪拌には、アズワン株式会社により供給されるマグネチックスターラーＲＳ−１ＤＮおよびＴＰＦＥ樹脂被覆の回転子を使用した。
水道水９１の溶存水素は、サーバー３０より注ぎ出してから、測定完了までに散逸してしまうため、実測された溶存水素濃度は、取水直後の本来の溶存水素濃度よりは低くなる（１００〜１５０ｐｐｂの低下）。
水道水９１の溶存水素は、サーバー３０より注ぎ出してから、測定完了までに散逸してしまうため、実測された溶存水素濃度は、取水直後の本来の溶存水素濃度よりは低くなる（１００〜１５０ｐｐｂの低下）。
実施例２
吸着カートリッジ７０の収納用凹部７２の内部形状に合わせて裁断した繊維状活性炭（フタムラ化学株式会社製 ACFフエルト製品 FE3010）、粒状活性炭（大阪ガスケミカル株式会社製（旧 武田薬品工業株式会社） WA8-32）および繊維状活性炭（フタムラ化学株式会社製 ACFフエルト製品 FE3010）をこの順番に濾材、水素ガス生成材等７５,７６,７７として重ねて挿入し（この実施例では、７４、７８は存在せず）、収納用凹部７２を閉鎖するように、カートリッジカバー７３を嵌合した（図１２、１７ｂ）。それ以外は、実施例１と同様に、水道水９１の溶存水素濃度を測定した。測定結果を表１に示す。
吸着カートリッジ７０の収納用凹部７２の内部形状に合わせて裁断した繊維状活性炭（フタムラ化学株式会社製 ACFフエルト製品 FE3010）、粒状活性炭（大阪ガスケミカル株式会社製（旧 武田薬品工業株式会社） WA8-32）および繊維状活性炭（フタムラ化学株式会社製 ACFフエルト製品 FE3010）をこの順番に濾材、水素ガス生成材等７５,７６,７７として重ねて挿入し（この実施例では、７４、７８は存在せず）、収納用凹部７２を閉鎖するように、カートリッジカバー７３を嵌合した（図１２、１７ｂ）。それ以外は、実施例１と同様に、水道水９１の溶存水素濃度を測定した。測定結果を表１に示す。
実施例３
吸着カートリッジ７０の収納用凹部７２の内部形状に合わせて裁断した不織布（日本バイリーン株式会社）、５ｇの粒状ゼオライト、１０ｇの金属マグネシウム、５ｇのゼオライトおよび不織布（日本バイリーン株式会社）をこの順番に濾材、水素ガス生成材等７４,７５,７６,７７,７８として重ねて挿入し、収納用凹部７２を閉鎖するように、カートリッジカバー７３を嵌合した（図１２、１７ｃ）。それ以外は、実施例１と同様に、水道水９１の溶存水素濃度を測定した。測定結果を表１に示す。
吸着カートリッジ７０の収納用凹部７２の内部形状に合わせて裁断した不織布（日本バイリーン株式会社）、５ｇの粒状ゼオライト、１０ｇの金属マグネシウム、５ｇのゼオライトおよび不織布（日本バイリーン株式会社）をこの順番に濾材、水素ガス生成材等７４,７５,７６,７７,７８として重ねて挿入し、収納用凹部７２を閉鎖するように、カートリッジカバー７３を嵌合した（図１２、１７ｃ）。それ以外は、実施例１と同様に、水道水９１の溶存水素濃度を測定した。測定結果を表１に示す。
実施例４
吸着カートリッジ７０の収納用凹部７２の内部形状に合わせて裁断した繊維状活性炭（フタムラ化学株式会社製 ACFフエルト製品 FE3010）、５ｇの粒状ゼオライト、１０ｇの金属マグネシウム、５ｇのゼオライトおよび繊維状活性炭（フタムラ化学株式会社製 ACFフエルト製品 FE3010）をこの順番に濾材、水素ガス生成材等７４,７５,７６,７７,７８として重ねて挿入し、収納用凹部７２を閉鎖するように、カートリッジカバー７３を嵌合した（図１２、１７ｄ）。それ以外は、実施例１と同様に、水道水９１の溶存水素濃度を測定した。測定結果を表１に示す。
吸着カートリッジ７０の収納用凹部７２の内部形状に合わせて裁断した繊維状活性炭（フタムラ化学株式会社製 ACFフエルト製品 FE3010）、５ｇの粒状ゼオライト、１０ｇの金属マグネシウム、５ｇのゼオライトおよび繊維状活性炭（フタムラ化学株式会社製 ACFフエルト製品 FE3010）をこの順番に濾材、水素ガス生成材等７４,７５,７６,７７,７８として重ねて挿入し、収納用凹部７２を閉鎖するように、カートリッジカバー７３を嵌合した（図１２、１７ｄ）。それ以外は、実施例１と同様に、水道水９１の溶存水素濃度を測定した。測定結果を表１に示す。
吸着カートリッジ７０には活性炭のみが収容されている実施例１および２では、取水１回目の溶存水素濃度はサーバー内の当初水素水の溶存水素濃度よりも低くなる。上記したようにサーバーからの注ぎ出しから測定完了までの溶存水素の散逸による溶存水素濃度低下（１００〜１５０ｐｐｂ）を考慮すると、溶存水素濃度の低下はより少ないと見積もれる。一方、取水２回目の溶存水素濃度は、取水１回目の溶存水素濃度よりも高くなる。溶存水素の散逸を考慮すると、溶存水素濃度の上昇はより多いと見積もれる。
このことは、取水１回目では、水道水９１中の溶存水素が活性炭に吸着されるが、飽和状態になれば、水素が脱離して放出されるため、取水２回目では溶存水素濃度が高くなると考えられる。すなわち、活性炭には水素を吸脱着することにより、水素水の溶存水素濃度を制御できる可能性が示された。
また、金属マグネシウムおよびゼオライトが収容された実施例３では、溶存水素の散逸を考慮すると、溶存水素濃度は明らかに上昇した。また、金属マグネシウムおよびゼオライトに加えて活性炭が収容された実施例４では、溶存水素の散逸を考慮すると、取水１回目の溶存水素濃度はほとんど低下せず、取水２回目の溶存水素濃度は、金属マグネシウムが収容されていない実施例１および２と比較して、水素濃度が大きく上昇していることが分かる。すなわち、水と金属マグネシウムとの反応により、水素水の溶存水素濃度を上昇できることが示された。
このことは、取水１回目では、水道水９１中の溶存水素が活性炭に吸着されるが、飽和状態になれば、水素が脱離して放出されるため、取水２回目では溶存水素濃度が高くなると考えられる。すなわち、活性炭には水素を吸脱着することにより、水素水の溶存水素濃度を制御できる可能性が示された。
また、金属マグネシウムおよびゼオライトが収容された実施例３では、溶存水素の散逸を考慮すると、溶存水素濃度は明らかに上昇した。また、金属マグネシウムおよびゼオライトに加えて活性炭が収容された実施例４では、溶存水素の散逸を考慮すると、取水１回目の溶存水素濃度はほとんど低下せず、取水２回目の溶存水素濃度は、金属マグネシウムが収容されていない実施例１および２と比較して、水素濃度が大きく上昇していることが分かる。すなわち、水と金属マグネシウムとの反応により、水素水の溶存水素濃度を上昇できることが示された。
本発明の水素水生成器には、少なくとも活性炭または金属マグネシウムのいずれかを含む吸着カートリッジが備えられているので、開放型の電気分解式水素水生成器であっても、高い溶存水素濃度の水素水を取水することができる。
１０ 水素水生成器本体
１１ 台部
１２ 台座受け部
１３ 水溜め部
１４ 電源用端子
１５ センサー用端子
１６ 水位センサー
２０ 給水部
２１ 操作パネル
２３ 開閉蓋
２４ カートリッジケース
２５ 給水用凹部
３０ サーバー
３１ サーバー本体（容器）
３２ 取っ手
３３ ロック溝
３４ 空焚き防止センサー
３５ 連通口
３６ カバー
４０ 台座部
５０ 水素発生機
５１ 高分子固体電解膜
５２ 陽極電極
５４ 陰極電極
６０ 蓋体
６１ 注ぎ口
７０ 吸着カートリッジ
７１ 吸着カートリッジ本体
７２ 収納用凹部
７３ カートリッジカバー
７４ 濾材、水素ガス生成材等
７５ 濾材、水素ガス生成材等
７６ 濾材、水素ガス生成材等
７７ 濾材、水素ガス生成材等
７８ 濾材、水素ガス生成材等
９０ 浄水
９１ 水道水（貯留水）
９２ 気泡（水素ガス）
１１ 台部
１２ 台座受け部
１３ 水溜め部
１４ 電源用端子
１５ センサー用端子
１６ 水位センサー
２０ 給水部
２１ 操作パネル
２３ 開閉蓋
２４ カートリッジケース
２５ 給水用凹部
３０ サーバー
３１ サーバー本体（容器）
３２ 取っ手
３３ ロック溝
３４ 空焚き防止センサー
３５ 連通口
３６ カバー
４０ 台座部
５０ 水素発生機
５１ 高分子固体電解膜
５２ 陽極電極
５４ 陰極電極
６０ 蓋体
６１ 注ぎ口
７０ 吸着カートリッジ
７１ 吸着カートリッジ本体
７２ 収納用凹部
７３ カートリッジカバー
７４ 濾材、水素ガス生成材等
７５ 濾材、水素ガス生成材等
７６ 濾材、水素ガス生成材等
７７ 濾材、水素ガス生成材等
７８ 濾材、水素ガス生成材等
９０ 浄水
９１ 水道水（貯留水）
９２ 気泡（水素ガス）
Claims (6)
- 入水口を有する収納用凹部および前記収納用凹部に嵌合し、出水口を有するカートリッジカバーを含む吸着カートリッジであって、前記収納用凹部には、少なくとも活性炭または金属マグネシウムのいずれかが収納されている、吸着カートリッジ。
- 前記収納用凹部に、活性炭が収納されている、請求項１に記載の吸着カートリッジ。
- 前記収納用凹部に、活性炭および金属マグネシウムが収納されている、請求項１に記載の吸着カートリッジ。
- 前記収納用凹部に、さらにゼオライトが収納されている、請求項３に記載の吸着カートリッジ。
- 少なくとも、水を電気分解して水素を発生する水素発生機が下面に取り付けられたサーバーおよび前記サーバーを搭載するため水素水生成器本体を含み、さらに、サーバー内部に請求項１〜４いずれか１に記載の吸着カートリッジを含む、電気分解式の開放型水素水生成器。
- 前記サーバーには外部に通水可能な送水口を有する着脱可能な蓋体が取り付けられ、前記取り付けられた蓋体のサーバー内部に向かう面であって、サーバー内部と前記送水口とを隔てる位置に前記吸着カートリッジが取り付けられている、請求項５に記載の電気分解式の開放型水素水生成器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016163860A JP2018030095A (ja) | 2016-08-24 | 2016-08-24 | 水素水生成器および水素水生成器用の吸着カートリッジ |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018030095A true JP2018030095A (ja) | 2018-03-01 |
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ID=61304208
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| JP (1) | JP2018030095A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019166502A (ja) * | 2018-03-26 | 2019-10-03 | マクセルホールディングス株式会社 | 水素水生成装置 |
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| JP2015506819A (ja) * | 2011-12-23 | 2015-03-05 | アルイ カンパニー，リミテッド | 水素水製造装置 |
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| JP2016002529A (ja) * | 2014-06-18 | 2016-01-12 | 水青工業株式会社 | 携帯用給水器およびこれに用いるカートリッジ |
-
2016
- 2016-08-24 JP JP2016163860A patent/JP2018030095A/ja active Pending
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