JP2018053318A - 携帯用水素発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】 一対の電極を組み立てる際の作業や、修理、メンテナンスの作業が容易であり、十分な量の水素を長期間安定して発生させることができる優れた携帯用水素発生器を提供する。【解決手段】 水密な容器１内に設けられた一対の電極２，３は、互いに絶縁された状態で保持板４にネジ８によりネジ止めされている。ネジ止めの箇所は、各電極２，３が、給電回路６により電圧が供給された際に水を電気分解して水素を発生させることができる程度の狭い間隔で対向する箇所である。【選択図】 図２

Description

この出願の発明は、水の電気分解により水素を発生させて飲用等に利用する携帯用水素発生器に関するものである。

近年、人の体の健康を増進させるものとして水素の効用が大変注目されている。例えば、水素を水に溶解させた水素水をラミネートパッケージに封入した商品が売れ行きを伸ばしており、ブームになりつつある。また、水中で微細な水素の泡（バブル）を発生させ、発生させた水素（気体）を鼻等から体内に取り込む機器も開発されており、健康機器として人気を博している。

このような水素関連の商品のうち、携帯用の水素発生器も新たに開発されており、外出先等でも気軽に水素を体に取り込める機器として、利用が広がりつつある。図３は、このような従来の携帯用水素発生器の正面断面概略図である。
携帯用水素発生器は、水密な容器１に一対の電極２，３を設けた構造となっている。一対の電極２，３は、非常に狭い間隔で対向しており、一対の電極２，３間に直流電圧を供給することで容器１内の水を電気分解し、一方の電極２に水素を発生させ、他方の電極３に酸素を発生させる。発生した水素は、水中に溶解（疑似溶解）する。ある程度の時間、電気分解を行った後、キャップを開けて水を飲むことで水素が体内に取り込まれる。

特開２０１５−１３１２９５号公報

上述したような水素発生器において、人の体内に取り込むことで健康増進の作用があるのは、一般的には水素濃度が１ｐｐｍ以上の場合とされている。しかしながら、上述した従来の携帯用水素発生器では、０．４〜０．５ｐｐｍ程度の濃度でしか水素を発生させることができない。

この理由は、上記一対の電極の対向距離の調整が非常に難しいという構造上の問題に起因している。即ち、一対の電極の対向距離は、供給する電圧及び発生させる電流に応じて所定の狭い距離とされる必要がある。例えば、７．４Ｖ程度の電圧を供給して０．１Ａ程度の電流を発生させて水を電気分解する場合、一対の電極の対向距離は０．０９ｍｍ程度の狭いものにする必要がある。これよりも距離が離れると、水の電気抵抗が大きいため、十分な電流が流れず、十分に電気分解せずに水素の発生量は著しく小さくなる。一方、これより狭くなると、一対の電極が接触してショートし易くなる。ショートすると、当然ながら水素は発生せず、また故障の原因となる。

従来の携帯型水素発生器では、図３に示すように、絶縁性のスペーサ７を一対の電極２，３の間に挟み込んで一対の電極２，３を相互にネジ止めして固定している。このような構造では、スペーサ７の寸法精度が悪いと、一対の電極２，３の対向距離もバラツキが生じ、水素発生量が小さい製品となってしまったり、ショートし易い製品となってしまったりする。

また、スペーサ７は０．０９ｍｍ程度の厚さの薄いものとなるが、使用するうちにスペーサ７が摩耗してショートしてしまう故障の他、スペーサ７と電極２，３との間にカルキ等の異物が入り込んで電極間距離を広げてしまったりする故障も生じ得る。
さらに、修理やメンテナンスの際には分解して再度組み立てる必要があるが、スペーサ７を介在させた状態０．０９ｍｍ程度の狭い間隔で精度良く一対の電極２，３を組み立てるのは、かなり面倒で難しい作業となっている。

本願の発明は、このような従来の携帯用水素発生器の課題を解決するために為されたものであり、所定の狭い間隔で一対の電極を精度良く対向させて一対の電極を組み立てる際の作業が容易であり、修理やメンテナンスの作業も容易であり、十分な量の水素を長期間安定して発生させることのできる優れた携帯用水素発生器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、この出願の請求項１記載の発明は、
水密な容器と、
容器内に設けられた一対の電極と、
一対の電極に電圧を供給する給電回路と
を備えた携帯用水素発生器であって、
一対の電極は、給電回路により電圧が供給された際に水を電気分解して水素を発生させることができる程度の狭い間隔で対向して配置されており、
一対の電極は、互いに絶縁された状態で保持板に取り付けられており、
保持板は、各電極の特定の部位を固定するための固定箇所を有しており、各固定箇所は、当該箇所で各電極を固定した際に各電極が前記間隔で対向する位置に位置し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、前記電極は、前記間隔で対向する主部と、対向する側に主部から延びた部位である副部とを有しており、前記特定の部位は副部に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３記載の発明は、前記請求項２の構成において、前記主部は、前記保持板に対して垂直であり、前記副部は、前記保持板に対して平行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４記載の発明は、前記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記各固定箇所は、前記各副部を前記保持板に対してネジ止めで固定する箇所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５記載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記保持板は、前記各電極が取り付けられた状態で前記容器から取り出すことができるよう前記容器内に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、この出願の請求項１記載の発明によれば、保持板における一対の電極の固定箇所が、固定した際に一対の電極が所定の電極間距離で対向する位置に位置しているので、従来のようにスペーサを使用して電極間距離を確保する必要がない。このため、スペーサの寸法精度によって影響を受けたり、スペーサの摩耗やスペーサとの界面への異物の混入によって電極間距離が変化してしまったり問題は生じない。このため、長期間安定して十分な濃度の水素を発生させることができる。また、予め位置が確保されている固定箇所で各電極を固定するだけで良いので、組立作業も容易であり、修理やメンテナンスもし易い。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、固定箇所は副部に設定されているので、固定のために主部の面積が失われることはなく、より効率良く水素を発生させることができる。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、主部は保持板に対して垂直であり、副部は保持板に対して平行であるので、構造的にシンプルになり、一対の電極の取り付け作業もより容易となる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、各電極は保持板に対してネジ止めで固定されるので、各電極の交換が容易である。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、各電極を取り付けた状態で保持板を容器から取り外すことができるので、各電極のメンテナンスや交換がさらに容易である。

実施形態の携帯型水素発生器の正面断面概略図である。 図１の携帯型水素発生器の組立構造を示す斜視概略図である。 従来の携帯型水素発生器の正面断面概略図である。

次に、この出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、実施形態の携帯型水素発生器の正面断面概略図、図２は、図１の携帯型水素発生器の組立構造を示す斜視概略図である。
図１及び図２に示す携帯型水素発生器は、水密な容器１と、容器１内に設けられた一対の電極２，３とを備えている。

容器１は、容器本体１１と、上キャップ１２と、底キャップ１３とから成っている。容器本体１１は、アクリル樹脂のような透明な材料で形成されており、形状としては円筒状である。持ちやすさを考慮して、中腹部にくびれを設けた形状とされることがある。
上キャップ１２は、パッキン１２１を介して容器本体１１の上端開口を水密に塞ぐものとなっている。上キャップ１２はねじ込み式であり、右回しでねじ込むと容器本体１１の上端開口を水密に塞ぎ、左回しで取り外せるようになっている。
底キャップ１３もねじ込み式で容器本体１１の下端開口を水密に塞いでいるが、頑丈に容器本体１１に固定されており、修理やメンテナンス以外には底キャップ１３は取り外されない。尚、上キャップ１２及び底キャップ１３も樹脂製である。

一対の電極２，３は、保持板４に取り付けられている。この実施形態では、保持板４は底キャップ１３に取り付けられている。保持板４は、底キャップ１３の内径に適合する円盤状であり、底キャップ１３の上端開口から少し下の位置において底キャップ１３に嵌め込まれている。図１に示すように、保持板４と底キャップ１３と内面との間にはパッキン４１が介在されており、保持板４は、底キャップ１３内の空間を水密に塞いでいる。パッキン４１は、多少硬めのものが使用されており、パッキン４１の弾性に逆らって保持板４は底キャップ１３に押し込まれており、これによって抜けないようになっている。尚、図１に示すように、保持板４は、容器本体１１の中心軸Ａに対して垂直な姿勢である。保持板４は、ポリエチレンやポリイミドのような樹脂製であり、絶縁性である。

一対の電極２，３は、図１に示すように所定の狭い間隔で対向する主部２１，３１と、主部２１，３１から折れ曲がった状態で延びる副部２２，３２とから成る形状である。図１に示すように、一対の電極２，３は、容器本体１１の中心軸Ａを通る面に対して面対称の形状、配置となっている。
即ち、各主部２１，３１は、保持板４に対して垂直な姿勢である。一方の電極２における副部２２は、他方の電極３とは反対側に折れ曲がって形成された部位であり、他方の電極３における副部３２は、一方の電極２とは反対側に折れ曲がって形成された部位となっている。各電極２，３において、副部２２，３２は主部２１，３１に対して垂直に折れ曲がっており、従って各副部２２，３２は保持板４に対して平行である。

図２に示すように、各電極２，３の主部２１，３１は格子状となっている。これは、水に対する接触面積を大きくし、電気分解の効率を高めるためである。
各電極２，３の少なくとも主部２１，３１は、チタン製の部材の表面にプラチナコーティングを施したものとなっている。これは、耐蝕性及び導電性を高くし、長期間安定して水素を発生させることができるようにするためである。副部２２，３２は、給電線が接続されるため導電性であることは必要であるが、表面のプラチナコーティングが省略されたり、チタン以外の導電材料で形成されたりする場合があり得る。

このような各電極２，３は、各副部２２，３２が保持板４に対してネジ止めされることで保持板４に固定されている。図２に示すように、保持板４にはネジ孔４０が形成されている。各副部２２，３２にも、ネジ孔２０が形成されている。各電極２，３は、図２に示すように、各ネジ孔４０，２０を通してネジ５で保持板４に対して固定される。
保持板４における各ネジ孔４０と、各電極２，３の副部２２，３２におけるネジ孔２０とは、ネジ止めした際に各主部２１，３１が所定の間隔となる位置に形成されている。この実施形態では、各主部２１，３１の対向間隔（以下、電極間距離といい、図１にｄで示す。）は、前述したのと同様で０．０９ｍｍとなっている。この距離となるように、各ネジ孔４０，２０が所定の位置に形成されている。

図１に示すように、保持板４の裏側（容器本体１１とは反対側）には、回路ボックス６が固定されている。回路ボックス６内には給電回路が設けられている。
給電回路は、電池を含んでいる。この実施形態では、電池はリチウムポリマー電池が使用されている。より具体的には、出力電圧３．７Ｖのリチウムポリマー電池が２個直列に接続されており、７．４Ｖの直流電圧を一対の電極２，３に供給するよう構成されている。給電回路は、０．０９ｍｍの電極間距離で対向した一対の電極２，３が水道水中に浸っている場合、両者の間に０．１Ａ程度の電流が流れるよう構成されている。

尚、この実施形態では、ネジ５は電極２，３の導通のための端子も兼ねている。図１に示すように、各ネジ５は、保持板４を貫通しており、下側の露出部分が端子となっている。各ネジ５は、保持板４を水密に保持板４を貫通している。各ネジ５の端部には、着脱式の電極コネクタ２３、３３が取り付けられており、電極コネクタ２３，３３は、給電線２４，３４により給電回路に接続されている。電極コネクタ２３，３３は、ピンチ式（挟み式）のような着脱容易なものであり、ユーザーにて電極コネクタ２３，３３の着脱が可能となっている。給電回路は、電池を不図示のＡＣアダプタを介して充電するための充電回路や、自動車のＤＣ電源（１２Ｖ）から給電するための電圧変換回路等を含んでいる。尚、保持板４が導電性の場合、副部２２，３２と保持板４との間には絶縁材が設けられ、また各ネジ５は絶縁材を介して保持板４に水密に貫通した構造とされる。

また、底キャップ１３の外面には、不図示のスイッチが設けられている。スイッチは給電回路に接続されており、一対の電極２，３への給電のオンオフを行うよう構成されている。
さらに、上キャップ１２の上面には、チューブ接続パイプ１２２が設けられている。チューブ接続パイプ１２２には、吸引チューブ１２３が接続可能となっている。吸引チューブ１２３は、例えば内径５ｍｍ程度のフレキシブルチューブであり、チューブ接続パイプ１２２に対して着脱自在である。

このような実施形態の携帯用水素発生器を使用する場合、電池が充電された状態とするとともに、上キャップ１２を開け、容器本体１１内に水（水道水、ミネラルウォーター又は純水等）を注ぎ入れる。上キャップ１２をしっかり閉めた後、不図示のスイッチをオンにする。この結果、一対の電極２，３に直流電圧が供給され、水を通して電流が流れて水が電気分解する。これにより、陽極側に酸素ガスが発生し、陰極側に水素ガスが発生する。水素ガスは酸素ガスの倍の量である。

上記動作を所定時間続けると、容器本体１１内に十分な量の水素ガスが発生する。水素ガスは、細かな泡となって水中に疑似溶解している状態である。この状態で、不図示のスイッチをオフにし、上キャップ１２を開け、上キャップ１２の縁から水を飲んで水素を体内に取り入れる。尚、給電回路がタイマーを含んでおり、十分な量の水素が発生する時間で自動的に給電回路がオフになる構成が採用されることもある。

また、上記実施形態の構造において、保持板４は、一対の電極２，３を固定した状態において取り出すことができるようになっている。即ち、保持板４は、取り出し用のフック部（不図示）を二箇所有している。保持板４を取り出す際には、フック部を工具で引っ掛けて保持板４を底キャップ１３から引き抜く。このため、容器１から取り外した状態で一対の電極２，３の点検をしたり、カルキの除去のようなメンテナンスの作業をしたりすることができる。電極２，３を交換する場合には、ネジを取り外して電極２，３を交換しても良いし、保持板４ごと一対の電極２，３を交換してしまっても良い。

上記構成に係る実施形態の携帯用水素発生器によれば、一対の電極２，３が互いに絶縁された状態で保持板４に取り付けられており、保持板４における一対の電極２，３の固定箇所が、固定した際に一対の電極２，３が所定の電極間距離で対向する位置に位置しているので、従来のようにスペーサを使用して電極間距離を確保する必要がない。このため、スペーサの寸法精度によって影響を受けたり、スペーサの摩耗やスペーサとの界面への異物の混入によって電極間距離が変化してしまったり問題は生じない。このため、長期間安定して十分な濃度の水素を発生させることができる。
また、予め位置が確保されている固定箇所で各電極２，３を固定するだけで良いので、組立作業も容易であり、修理やメンテナンスもし易い。

尚、各電極２，３に設けられたネジ孔や保持板４に設けられた各ネジ孔は、固定箇所の一例である。ネジ止めの他、嵌め込みによって各電極２，３を保持板４に固定する場合もあり得る。例えば、弾性によって多少縮むことができる突起を各電極２，３に設け、この突起よりも少し小さな凹部を保持板４に設ける。突起を凹部に圧力を掛けて押し込むことで、各電極２，３が保持板４に固定された状態とする。但し、この構造に比べるとネジ止めの方が取り外しが容易であるので好適である。

また、各電極２，３が主部２１，３１と副部２２，３２に分かれておらず、主部２１，３１のみで各電極２，３が形成されていても良い。この場合には、例えば保持板４に突条を設け、主部２１，３１及び突条にネジ孔を設けてネジ止めする構造や、保持板４に主部２１，３１の嵌め込み用の凹部を設け、そこに嵌め込んで主部２１，３１を保持する構造が考えられる。但し、これらの構造の場合、主部２１，３１の一部が固定用の部位となるので、その部分の表面積が失われる。このため、その部分で効率が低下する。副部２２，３２がある場合、主部２１，３１の表面積が失われることがないので、効率は低下しない。

また、上記に比べると、保持板４に対して平行な姿勢となるよう折り曲げられた副部２２，３２を設ける構造の方がシンプルであり、電極２，３の取り付けがより容易である。尚、副部２２，３２が主部２１，３１に対して垂直ではなくて斜めであっても良いが、それに併せて保持板４も斜めの面（テーパ面）を有する形状とする必要があり、やはり構造的にシンプルでなくなる。
さらに、各電極２，３が取り付けられた状態で保持板４を容器１から取り出すことができるので、各電極２，３のメンテナンスや交換がより容易となっている。

上記実施形態の携帯型水素発生器において、吸引チューブ１２３は、上キャップ１２ごと交換するタイプでも良い。尚、吸引チューブは、チューブの先端を鼻又は口に差し込んで、発生した水素ガスを体内に取り込むように使用する。
尚、上記実施形態では、ネジ８は電極２，３の端子に兼用されていて導通を確保するものであったが、ネジ８とは別に端子が設けられ、それらが給電回路に接続されても良い。この場合は、ネジ８は絶縁材料で形成されている場合もあり得る。

１ 容器
１１ 容器本体
１２ 上キャップ
１３ 底キャップ
２ 電極
２０ ネジ孔
２１ 主部
２２ 副部
３ 電極
３１ 主部
３２ 副部
４ 保持板
４０ ネジ孔
４１ パッキン
５ ネジ
６ 回路ボックス

Claims (5)

1. 水密な容器と、
   容器内に設けられた一対の電極と、
   一対の電極に電圧を供給する給電回路と
   を備えた携帯用水素発生器であって、
   一対の電極は、給電回路により電圧が供給された際に水を電気分解して水素を発生させることができる程度の狭い間隔で対向して配置されており、
   一対の電極は、互いに絶縁された状態で保持板に取り付けられており、
   保持板は、各電極の特定の部位を固定するための固定箇所を有しており、各固定箇所は、当該箇所で各電極を固定した際に各電極が前記間隔で対向する位置に位置していることを特徴とする携帯用水素発生器。
2. 前記電極は、前記間隔で対向する主部と、対向する側に主部から延びた部位である副部とを有しており、前記特定の部位は副部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の携帯用水素発生器。
3. 前記主部は、前記保持板に対して垂直であり、前記副部は、前記保持板に対して平行であることを特徴とする請求項２記載の携帯用水素発生器。
4. 前記各固定箇所は、前記各電極を前記保持板に対してネジ止めで固定する箇所であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の携帯用水素発生器。
5. 前記保持板は、前記各電極が取り付けられた状態で前記容器から取り出すことができるよう前記容器内に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の携帯用水素発生器。

Images