JP3164934U

JP3164934U - 水素ガス発生器

Info

Publication number: JP3164934U
Application number: JP2010006727U
Authority: JP
Inventors: 浩和高瀬
Original assignee: 株式会社アイ・アンド・アール
Priority date: 2010-10-09
Filing date: 2010-10-09
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2020-10-09

Abstract

【課題】簡単に持ち運べることができ、簡易に水素を発生させることができる新規な水素ガス発生器を提供し、さらに、これを利用した水素ガス還元性液体製造装置を提供する。
【解決手段】水素ガス発生器は、水素ガスを透過させるが水分子を透過させない高分子材料からなる密閉可能な容器と、水と混合されることにより水素ガスを発生させるために前記密閉可能な容器に収納されたマグネシウム細片とからなる。収納容器に密閉された液体中に、水素ガス発生器を浸漬させ、水素ガス還元性液体製造装置とする。
【選択図】図１

Description

本考案は水素ガス発生器に関し、詳しくは、簡易な手段で液体中に水素ガスを溶解させることができる水素ガス発生器に関するものである。

従来から、酸化還元電位がマイナスの値となる還元水は、金属の酸化や食品の腐敗を抑制する効果があるとされ、それを飲料水として摂取すると有害とされる体内の活性酸素を除去することができるといわれている。

このような還元水を製造する方法として、活性化した水素ガスを水中に吹き込み水中の溶存酸素を除去するというものが知られている(特許文献１)。
しかし、水素ガスを水中に吹き込むバブリング方式は、水素ガスが水と接触した部分でしか溶解することができないため溶解の能率が悪く、また、水素ガスの回収が困難でコストが高かった。

このため、圧力容器内に水素ガスを充填した上で、原水を圧力容器内に導入し、原水はシャワー状あるいは霧状に散水する水素還元水製造装置が提案されている（特許文献２）。
しかし、この装置は、工業的に大量の水素還元水を製造することに適した大掛かりなものであるため、少量の水素を発生させ、原水を必要な時に必要なだけ水素還元させる用途には向かず、このようなニーズを満たす水素還元水製造装置が望まれていた。

そこで、特許文献３、特許文献４に開示されるような簡易な水素還元水製造装置が種々提案されている。これらは、水中にマグネシウム等の金属を投入し還元反応により水素を発生させるものである。
この還元反応の基本的な反応式は、
Mg + 2H₂O → H₂ + Mg(OH)₂ （式１）
で示されるようなものである。
しかしながら、特許文献３、４に記載された水素還元水製造装置は、以下のようなpHの調整が困難であるという問題があった。

特許文献３には水素豊富水発生器が提案され、図１、図２に開示されるような、内部に水が滲入可能なセラミック製の筒状ケースにマグネシウム粒を収納し、これを容器内の飲料水に投入するとマグネシウム粒と飲料水の水分とセラミック成分により、H₂O₂が発生するとともに水素が発生して浄化された水素豊富水を発生するものが開示されている。
しかし、この水素豊富水発生器は、そのケースはセラミックでできており、このケースを通じて飲料水がマグネシウム粒と反応し、水素ガスを発生するため、反応残渣であるMg(OH)₂が飲料水中に残ることになる。
したがって、飲料水がアルカリ性に傾き、pHの調整が困難である。加えて、反応が激しく進むため、発生した水素泡が大きくなり、水素を十分溶解させることが困難である。

また、特許文献４は、水素豊富水生成器が提案され、液体が容易に通過できる素材で形成された袋体にマグネシウム粒と水素吸蔵合金粉末をペーストで固形化した水素発生チップを充填し、さらにゼオライトを加えたものが提案されている。
しかし、この水素豊富水生成パックは、袋体を通じて飲料水がマグネシウム粒と反応し、水素ガスを発生するため、反応残渣であるMg(OH)₂が飲料水中に残ることになる。
したがって、特許文献３のものと同様に、飲料水もアルカリ性に傾き、pHの調整が困難である。水素を十分溶解させることが困難であることも同様である。

特開平８−２７６１０４号公報特開２００６−１１６５０４号公報特開２００５−１６１２０９号公報実用新案登録３１０７６２４号公報

本考案はこのような事情に鑑みてなされたもので、反応残渣であるMg(OH)₂などが酸化還元電位をマイナスとする対象である飲料水と接触しないようにした水素ガス発生器を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、発明者は鋭意研究を重ね、マグネシウムなどの水素発生材料を直接水素を溶解しようとする水に投入するのではなく、別の容器で水素を発生させ、発生した水素ガスを容器壁を通して水に溶解させることに着目した。すなわち、水素ガスを透過させるが水分子を透過させない高分子材料からなる密閉可能な容器中で水素を発生させ、発生した水素を当該容器壁を通して水中に溶解するように構成する装置が最も有効であることを見出した。

また、本考案は、簡単に持ち運べることができ、必要な時に必要な場所で水素を発生させることができる水素ガス発生器を提供することを目的とする。

さらに、本考案は、上述の水素ガス発生器を用いた水素ガス還元性液体製造装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本考案に係る水素ガス発生器は、水素ガスを透過させるが水分子を透過させない高分子材料からなる密閉可能な容器と、水と混合されることにより水素ガスを発生させるために前記密閉可能な容器に収納されたマグネシウム細片とからなることを特徴とする。

また、水素ガスを透過させるが水分子を透過させない高分子材料からなる密閉可能な容器は、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートのいずれかまたはこれらの組合せからなることが好ましい。

さらに、密閉可能な容器は、水をその容器の内部に投入するために開閉可能な投入部を有するとともに、投入部はマグネシウム細片と水とを容器内で密閉状態に維持するよう閉鎖できる構造を有することが好ましい。

加えて、開閉可能な投入部は、ねじによる嵌合構造により開閉自在であることが好ましい。

また、密閉可能な容器は、袋体であることが好ましい。袋体は水が封入された内側袋をその内部にさらに有してなり、内側袋は押圧された場合に破断して封入された水がマグネシウム細片と還元反応を起こして水素を発生するように、袋体より容易に破断しやすいことが好ましい。

本考案に係る水素ガス還元性液体製造装置は、上述の水素ガス発生器と、水素ガスと接触させて還元させるための液体を密閉させて収納した収納容器とからなり、前記水素ガス発生器は前記収納容器の前記液体中に浸漬させてなることを特徴とする。

本考案に係る水素ガス発生器は、簡易な手段で液体中に水素ガスを溶解させることができる。このため、液体中の酸化還元電位を大きくマイナス側にした還元性液体が製造できるとともに、反応生成物が液体中に残らないので、水素を溶解しても液体のpHを自在に選定できる。
また、発生した水素泡が細やかである。このため、水素溶解速度を一定とでき時間経過とともに水素溶解量を高くすることができる。
さらに、持ち歩くことができ、簡易に水素発生をさせることができる。

本考案に係る水素ガス還元性液体製造装置は、簡易な手段で液体中に水素ガスを溶解させた水素ガス還元性液体を製造することができるとともに、反応生成物が液体中に残らないので、水素を溶解しても液体のpHを自在に選定できる。

本考案に係る水素ガス発生器の実施形態の例を示す断面図である。本考案に係る水素ガス発生器の使用の例を示す断面図である。図１に係る実施形態により水素ガス還元性液体を製造する例を示す斜視図である。本考案に係る水素ガス還元性液体製造装置の実施形態の例を示す斜視図である。本考案に係る水素ガス発生器の実施形態の他の例を示す斜視図である。

以下、本考案の実施形態例を図面に基づいて説明する。
（一の実施例）
図１は、蓋付きの水素発生装置Ａの断面図を示し、この水素ガス発生器Ａは、本体１１と本体１１にねじ構造で嵌合するねじ蓋１２からなる円筒形状の収納容器１０と、この収納容器１０内に収納されたマグネシウム細片３０とを有するものである。使用の際は、図２に示すように、ねじ蓋１２を開け、イオン交換水４０を加えたのち、またねじ蓋１２を閉じて、収納容器１０を密封する。収納容器１０は、ポリエチレン製であり、寸法諸元は、表１に示すようなものである。

上記のポリエチレン製の収納容器１０にマグネシウム細片３０を１g入れたものを水素ガス発生器Ａとした。この水素ガス発生器Ａに、イオン交換水４０を３gと塩化マグネシウム少々を入れ、ねじ蓋１２で密栓した。なお、水中で浮き上がらないように、スチールポールなどの錘をあわせて充填してもよい。

還元反応は、マグネシウム細片３０の表面を介して進み、収納容器１０内の圧力は高まると、（式1）の還元反応は抑制する方向に働き、収納容器１０の壁を通して透過していく水素量に相応した緩やかな反応速度となる。

収納容器４０の壁を透過する水素の速度により、透過する水素の量は異なる。このため、収納容器４０の材質、厚み、大きさを目的、用途に応じて選定したり、水素発生速度を触媒添加により促進させたりすることにより、水素の透過量を制御できる。
水素透過性の材料の気体の透過量は、一般に、
（透過量）＝（圧力）×（面積）×（時間）／（材料の厚み）
で示されるので、目的、用途によって容器の材質、厚みを選定する。

（容器材質）
収納容器４０は、水素ガスを透過させるが水分子を透過させない高分子樹脂を用いることができるが、扱いやすくまた短時間で水素を溶解させるためには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（PET）、が好ましい。

（添加剤）
（式１）で示すマグネシウムと水との還元反応を促進するために、クエン酸等の酸や塩化ナトリウム、塩化マグネシウムを少量、触媒として添加してもよい。また、塩化ナトリウムを添加すると同時に硫酸銅を少量加えてもよい。

図３は、この水素ガス発生器Ａを、イオン交換水７０を５００mL入れたガラス容器６０中に投入した状態を示す。水素ガス発生器Ａの収納容器１０の壁の構成物質であるポリエチレンは、ガスバリア性は完全でなく、イオン交換水４０は透過しないが収納容器１０内で発生した水素ガスは透過する。このため、（式１）で示すように投入されたポリエチレン収納容器１０内でイオン交換水４０とマグネシウム細片３０の反応が進行し、発生した水素ガスのみが収納容器壁を通してゆっくり透過し、ガラス容器６０中のイオン交換水７０に溶解する。この収納容器１０の壁を通して透過する水素の気体分子はnmオーダーとなるため、極めて細かく、効率よくイオン交換水７０に水素が溶解される。

マグネシウムの原子量は２４．３であって収納容器１０内のマグネシウムは１gであるので、（式１）のように、０．０４１モルであるマグネシウム１gからは標準状態では約１L（約８０mg）の水素ガスが発生する。なお、収納容器１０の有効容量は５cm³であるため、イオン交換水は最大５cm³しか入れることができない。イオン交換水（H₂O）の分子量が１８であり、５cm³の水はおおよそ５gであるため、５／１８＝０．２８モルである。（式１）で示すように、マグネシウム１モルに対して水２モルが反応して、水素１モルが生成されるので、水は０．０８２モル以上あるため、マグネシウムが尽きると還元反応は停止する。
なお、マグネシウム表面には酸化膜が生じるため、マグネシウムはなるべく細かくすると表面積が増加し反応が進むため好ましい。

図４に示すように、水素ガス発生器Ａをガラス容器８０にイオン交換水９０を５００mL入れた水素ガス還元水製造装置Ｒの中に投入し密栓して、酸化還元電位と溶存酸素量を計測した。酸化還元電位は東亜電波（株）製のＯＲＰメーターＲＭ−１２Ｐ型を用いて測定し、溶存水素は電気化学計器（株）製のＣＬＣ−１７１Ｄ型を用いて測定した。

投入前のイオン交換水９０の酸化還元電位はプラス２０mVであり、水素イオン指数を表すpHは６であった。投入から３０分経過後のガラス容器内の水の酸化還元電位はマイナス５００mVとなり、１時間経過後ではマイナス６００mVとなった。pHは６と変わらなかった。投入から１時間後の溶存水素量は１．０mg/Lであった。

イオン交換水９０の代りに水道水１００を用いて同様に計測したところ、投入前の水道水１００の酸化還元電位はプラス５２０mVであり、水素イオン指数を表すpHは７であった。投入から３０分経過後のガラス容器内の水の酸化還元電位はマイナス１０mVとなり、１時間経過後ではマイナス５００mVとなった。pHは７と変わらなかった。投入から１時間後の溶存水素量は１．０mg/Lであった。

（アルカリ性液体の例）
アルカリ性液体として、水の代わりに乳酸０．５重量％水溶液５００mL中に、水素ガス発生器Ａを投入した。投入前のpHは３、酸化還元電位はプラス５５０mVであった。投入から１時間経過後に酸化還元電位を測定したところ、マイナス６００mVであった。pHは３と変わらなかった。

（酸性液体の例）
同様に、酸性液体として、水の代わりに消石灰０．１重量％水溶液５００mL中に、水素ガス発生器Ａを投入した。投入前のpHは１３、酸化還元電位はマイナス１５０mVであった。投入から１時間経過後に酸化還元電位を測定したところ、マイナス７００mVであった。pHは１３と変わらなかった。

イオン交換水９０の水素リッチな状態を長く保持するには、図４に示すように、ガラス容器８０を密栓することが望ましい。また、必要に応じ、水素発生器Ａは複数個イオン交換水９０の中に投入することができる。
容器の材質は、ガラス以外にもエチレンビニルアルコール共重合体のようなガスバリア性の高い材質を用いてもよい。

以上のように、本発明の水素発生装置は、pHにかかわらず、対象となる液体に水素を溶解することができ、水素ガスで還元した液体を製造できる。

（カルシウム）
なお、この水素ガス発生器の例では、マグネシウムの還元反応について説明したが、カルシウムを用いても同様である。この場合の基礎反応は、次の（式２）で示される。
Ca + 2H₂O → 2H₂ + Ca(OH)₂ （式２）

（他の実施例）
図５は、収納容器１１０が袋体の場合の水素ガス発生器Ｂの中央断面を示した斜視図を示す。この水素ガス発生器Ｂは、収納容器１１０としてポリエチレンでできた外側袋１１０を有し、その内部にさらに内側袋１１１を有している。

外側袋１１０は、ポリエチレン以外にほとんどの高分子樹脂を用いることができるが、扱いやすくまた短時間で水素を溶解させるためには、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（PET）を用いることができる。また、空気、水蒸気、ガスは透過するが水は通さない透湿防水性を備えた透湿防水フィルムを使用することもできる。

内側袋１１１は、ポリエチレン製である。ポリエチレンでなくともよいが水を透過させない材質であればよく、ほとんどの高分子樹脂を用いることができる。扱いやすさの点からは、ポリエチレンのほかにも、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（PET）、が好ましい。加えて、内側袋１１１は、人の手で押圧した場合に、容易に破れる程度の強度を有し、なおかつ、外側袋１１０より破れやすいものである。一方、外側袋１１０は、内側袋１１１より破れにくく、外側袋１１０内に発生する水素ガスの圧力に耐えて破れないよう必要な強度を有するように、材料の材質、厚み等を選定すればよい。

外側袋１１０および内側袋１１１とも一端に開口を設けておき、その開口から内側袋には水を入れて溶着などで封入し、外側袋１１０にはマグネシウム細片１２０と内側袋１１１とを入れて溶着などで封入する。

このような二重構造の袋１１０，１１１を備えた水素ガス発生器Ｂは、任意の場所で必要な時に、袋を押圧して内側袋１１１だけ破ることにより、外側袋１１０の内部で内側袋１１１が破れ内側袋１１１内の水１３０が外側袋１１０内のマグネシウム細片１２０と接触して、（式１）で示す還元反応を起こし、外側袋１１０内で水素ガスが発生する。

図では示さないが、イオン交換水を入れたガラス容器中にこの水素ガス発生器Ｂを投入して浸漬させると、収納容器である外側袋１１０の壁の構成物質であるポリエチレンは、ガスバリア性は完全でなく、イオン交換水は透過しないが水素ガスは透過するため、（式１）で示すように投入された水素ガス発生器Ｂ内でイオン交換水とマグネシウムの反応が進行し、発生した水素ガスのみが外側袋１１０をゆっくり透過して、ガラス容器中のイオン交換水に溶解する。このため、外側袋１１０を通して透過する水素の気体分子はnmオーダーとなるため、極めて細かく、効率よくイオン交換水に水素が溶解される。

このように水素ガス発生器Ｂは、水素ガス発生に必要なマグネシウムおよび水を備えるものであるため、水素ガス発生器Ｂを容器中の液体に浸漬させると、任意な場所で簡便に必要な量の水素ガス還元水を製造することができ、水素ガス還元液体製造装置を構成することができる。

また、対象とする液体を水素リッチな状態で長く保持するには、ガラス容器を密閉するよう密栓等することが望ましい。また、ガラス以外にもエチレンビニルアルコール共重合体のようなガスバリア性の高い材質を用いてもよい。

以上、本考案の実施形態の例を図面に基づき説明したが、本考案はこれら実施形態例に限定されるものではなく、実用新案登録請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において種々の変更が可能である。

Ａ、Ｂ：水素ガス発生器Ｒ:水素ガス還元液体製造装置
１０：収納容器１１：本体１２：ねじ蓋
３０:マグネシウム細片
４０：イオン交換水６０：ガラス容器
７０：イオン交換水８０：ガラス容器
９０：イオン交換水１００：水道水
１１０：収納容器（外側袋）１１１：内側袋１２０：マグネシウム細片１３０：水

Claims

水素ガスを透過させるが水分子を透過させない高分子材料からなる密閉可能な容器と、水と混合されることにより水素ガスを発生させるために前記密閉可能な容器に収納されたマグネシウム細片とからなることを特徴とする水素ガス発生器。
前記水素ガスを透過させるが水分子を透過させない高分子材料からなる密閉可能な容器は、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートのいずれかまたはこれらの組合せからなることを特徴とする請求項１に記載の水素ガス発生器。
前記密閉可能な容器は、水をその容器の内部に投入するために開閉可能な投入部を有するとともに、前記投入部は前記マグネシウム細片と前記水とを前記容器内で密閉状態に維持するよう閉鎖できる構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の水素ガス発生器。
前記開閉可能な投入部は、ねじによる嵌合構造により開閉自在であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の水素ガス発生器。
前記密閉可能な容器は、袋体であることを特徴とする請求項１または２に記載の水素ガス発生器。
前記袋体は水が封入された内側袋をその内部にさらに有してなり、前記内側袋は押圧された場合に破断して封入された水が前記マグネシウム細片と還元反応を起こして水素を発生するように、前記袋体より容易に破断しやすいことを特徴とする請求項５に記載の水素ガス発生器。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の水素ガス発生器と、水素ガスと接触させて還元させるための液体を密閉させて収納した収納容器とからなり、前記水素ガス発生器は前記収納容器の前記液体中に浸漬させてなることを特徴とする水素ガス還元性液体製造装置。