JP4505234B2 - 水素水製造装置および水素水製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水素水を製造する水素水製造装置および水素水製造方法に関し、より詳しくは、活性酸素の除去に有用な低い酸化還元電位を確実に確保することができ、しかも低い酸化還元電位を持つ水素水を安定的に製造することができる水素水製造装置、水素水製造方法に関するものである。

活性酸素が様々な病気を引き起こす原因になっているということは、医学論文やメディアによって知られるようになってきている。しかしながら、活性酸素を減らす、または取り除く直接的な解決方法が見つかっていない。ところで、活性水素を含む水素水を体の中に取りこむと、活性水素と活性酸素とが化合して水になることにより、活性酸素を減らすことができることが知られるに至っている。また、水素水は電子部品の洗浄に対しても極めて有用（環境汚染の恐れがない。）であることが知られ、次第に注目されるようになってきている。このような水素水を製造する装置としては、例えば後述するような構成になるものが知られている。以下、従来例に係る幾つかの水素水製造装置を説明する。

先ず、従来例１に係る技術を、水素含有超純水の製造方法を実施する工程系統図の図２を参照しながら説明する。超純水は、流量計５１を経由して脱気膜モジュール５２(脱気モジュールに相当する）に送られる。この脱気膜モジュール５２は、ガス透過膜を介して超純水と接する気相側が真空ポンプ５３により減圧状態に保たれ、超純水中の溶存気体が脱気される。次いで、溶存気体が脱気された超純水は水素ガス溶解膜モジュール５４(水素給気モジュールに相当する)に送られる。この水素ガス溶解膜モジュール５４においては、水素ガス供給器５５から供給される水素ガスが気相側に送られ、ガス透過膜を介して超純水に供給される。溶存水素ガス濃度が所定の値に達した超純水には、薬液貯槽５６から薬注ポンプ５７によりアンモニア水等の薬液を供給し、所定のpＨ値に調整することができる。水素ガスを溶解し、アルカリ性となった水素含有超純水は、最後に精密ろ過装置５８に送られ、ＭＦフィルタなどにより微粒子が除去される。

この従来例１に係る水素含有超純水の製造方法を実施する装置の場合、脱気は、脱気膜モジュール５２の出口、あるいは入口に溶存気体測定センサ５９(例えば、溶存気体計、溶存窒素計、溶存酸素計等)を設置し、超純水中の総気体量、あるいは溶存窒素量、溶存酸素量を測定して飽和度を求め、その信号を真空ポンプに送って超純水の飽和度と所望飽和度とを対比して、脱気量を調整する。また、脱気量の調整は、例えば真空ポンプによる真空度を真空度調節弁の開度を調整して行うことができると記載されている。さらに、水素ガスの供給量は、脱気後の超純水の気体飽和度を溶存気体測定センサ５９により測定し、それぞれ信号を水素ガス供給器に送り、例えば、水素ガス供給路に設けた弁の開度などを調整することにより制御することができると記載されている。なお、水素ガス溶解膜モジュール５４から精密ろ過装置５８に連通する管路に設けられてなるものは溶存水素測定センサ６０である(例えば、特許文献１参照)。

次に、従来例２に係る技術を、水素溶解装置の一例を示す図の図３を参照しながら説明する。この従来例２に係る水素溶解装置は、溶解槽６１、循環系６２、水素供給手段であるエゼクタ６３等によって構成されている。符号６４、６５、６６はそれぞれ、超純水供給系、ガス排出用の排出弁およびエアドレン弁である。前記溶解槽６１は、超純水が滞留する滞留部７１、散水ノズル７２および気液接触層７３等から構成されており、これらは胴体７４内に入れられている。気液接触層７３は、多数の充填材７３ａで形成されており、この充填材７３ａはセラミックや樹脂等の材料からなり、球状、粒状、柱状等の適当な形状のものである。循環系６２は、循環ポンプ８１によって滞留部７１の水を循環させるように設けられている。この循環系６２には前記エゼクタ６３を設け、循環系６２から滞留部７１内の内管７１ａおよび放出口７１ｂを介して供給される純水にエゼクタ６３を介して水素ガスを供給することにより水素水を製造するようになっている。なお、水素は図示しない水素製造装置によって製造される(例えば、特許文献２参照)。

また、電気分解により得られた活性水素を、活性水素導管を通してボトル内の水に吹き込むことにより、健康に良い飲料用の活性水素水を得ることができる活性水素水製造装置が知られている(例えば、特許文献３参照)。
特開平１１−７７０２３号公報 特開２００２−１８２５３号公報 特開２００２−２８２８７１号公報

従来、水素水製造装置においては、飲料用、洗浄用の如何にかかわらず溶存水素濃度のみが注目されている。上記従来例１、２は洗浄用の水素水を製造するものであるからやむを得ないとしても、従来例３の場合にあっても、体内に存在し様々な病気を引き起こす原因とされる活性酸素を除去する効力を示す指標となる酸化還元電位(ＯＲＰ)については十分な管理がなされていなかった。つまり、活性酸素を除去する十分な効力を有する水素水を製造し得ているとはいえなかった。

従って、本発明の目的は、酸化還元電位を十分に管理することができ、しかも低い酸化還元電位、具体的には−６００ｍＶ〜−４００ｍＶという低い酸化還元電位を持つ水素水を安定的に製造することを可能ならしめる水素水製造装置、水素水製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る水素水製造装置が採用した手段は、給水ポンプ(１a)から供給される原水中の不純物を除去する逆浸透膜フィルタ(１c)が介装されてなる水供給ライン(１)を介して供給された純水中の溶存気体を脱気する脱気モジュール(２)と、この脱気モジュール(２)から流量計(４a)が介装されてなる脱気水供給ライン(４)が連通すると共に、水素量制御弁(７c)が介装されてなる水素供給ライン(７)が連通し、脱気水に水素を溶解させて水素水を製造する水素給気モジュール(５)と、この水素給気モジュール(５)に一端が接続され、水素水排出弁(８a)が介装されてなる水素水排出ライン(８)と、この水素水排出ラインに排出される水素水の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定手段(９)と、この水素水排出ラインの水素給気モジュール(５)と水素水排出弁(８a)の間から導出した前記給水ポンプ(１a)に原水を供給する原水供給源に水素水を戻す水素水戻しライン(12)と、前記流量計(４a)から脱気水の流量測定値が入力され、この流量測定値が設定した値になるように前記給水ポンプ(１a)の回転数を制御し、前記酸化還元電位測定手段(９)から入力される酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になるように前記水素量制御弁(７c)の開度を制御すると共に、酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になると、前記水素水排出弁(８a)を開弁制御するコントローラ(10)とから構成されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る水素水製造装置が採用した手段は、請求項１に記載の水素水製造装置において、前記酸化還元電位測定手段(９)は、溶存水素濃度を測定する溶存水素濃度計の機能を備え、この酸化還元電位測定手段で測定された酸化還元電位、および溶存水素濃度を表示するモニタ装置(11)を備えてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係る水素水製造方法が採用した手段は、不純物が除去された純水中の溶存気体を脱気する脱気モジュール(２)から、水素水を製造する水素給気モジュール(５)に供給される脱気水の供給量が所定量になるように、給水ポンプ(１a)の回転数を制御して逆浸透膜フィルタ(１c)を介して不純物が除去された純水を前記脱気モジュール(２)に供給し、前記水素給気モジュール(５)から排出される水素水の酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になるように、この水素給気モジュール(５)に供給する水素量を制御すると共に、酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になるまで前記水素給気モジュール(５)から排出される水素水を前記給水ポンプ(１a)の上流側に還流させて循環させ、酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になると、水素水排出弁(８a)を開弁して酸化還元電位が予め定めた所定の範囲の水素水を得ることを特徴とする。

前記請求項１に記載の水素水製造装置により製造される水素水は、酸化還元電位が−６００ｍＶ〜−４００ｍＶに管理されると共に、溶存水素濃度が１.２ｐｐｍ〜１.６ｐｐｍに管理されてなるものである。

本発明の請求項１、２に係る水素水製造装置、請求項３に係る水素水製造方法によれば、給水ポンプ(１a)の回転数の制御により予め定められた所定量の原水がポンプアップされ、このポンプアップされた原水が逆浸透膜フィルタ(１c)で不純物が除去されて純水となって脱気モジュール(２)に供給される。この脱気モジュール(２)で溶存気体が脱気された純水は、酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になる量の水素が供給される水素給気モジュール(５)に送られ、この水素給気モジュール(５)内で水素水となって水素水排出ライン(８)に流出するが、このとき測定される酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になるまで水素給気モジュール(５)から排出される水素水が給水ポンプ(１a)の上流側に還流されて循環される。そして、酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になると、水素水排出弁(８a)が開弁され、所定量であって、かつ酸化還元電位が予め定めた所定の範囲の水素水が水素水排出ライン(８)から排出される。

本発明の請求項２に係る水素水製造装置の酸化還元電位測定手段(９)は、水素水の溶存水素量を測定する溶存水素量計の機能を備え、この酸化還元電位測定手段(９)で測定された酸化還元電位、および溶存水素量を表示するモニタ装置(11)を備えている。従って、本発明の請求項２に係る水素水製造装置によれば、モニタ装置(11)を監視することにより、水素水製造装置の異常の発生を知ることができるから、異常発生時に的確に対処することにより、水素水製造装置の稼働率の低下を最小限に食い止めることができる。

また、水素水の酸化還元電位、および溶存水素量を管理することにより、活性酸素の除去に十分な効力を有する水素水を製造することができる。

本発明に係る製造方法あるいは製造装置で製造された水素水によれば、酸化還元電位が−６００ｍＶ〜−４００ｍＶに管理されると共に、溶存水素濃度が１.２ｐｐｍ〜１.６ｐｐｍに管理されているので、活性酸素の除去に効果を発揮することができる。

以下、本発明の水素水製造方法を実施し、かつ本発明の水素水を製造する本発明の形態に係る水素水製造装置を、その模式的構成説明図の図１を参照しながら説明する。

本発明の形態に係る水素水製造装置は、図示しないガス透過膜を有する脱気モジュール(２)を備えており、この脱気モジュール(２)の上部に、図示しない井戸等の原水供給源から水供給ライン(１)が連通している。この水供給ライン(１)には、前記原水供給源から脱気モジュール(２)側に向かって順に、給水ポンプ(１a)、開閉弁(１b)、原水に含まれている０.５ｎｍ以上の大きさであって、かつ酸化還元電位を上昇させる原因となる重金属、菌類、塩素化合物等の不純物を除去する逆浸透膜フィルタ(１c)が介装されている。また、脱気モジュール(２)の底部に真空ライン(３)が接続されており、真空ポンプ(３a)により真空引きされるように構成されている。

前記脱気モジュール(２)から、図示しないガス透過膜を有する水素給気モジュール(５)の上下方向の中程に、流量計(４a)が介装されてなる脱気水供給ライン(４)が連通しており、脱気モジュール(２)で溶存気体が脱気された純水が送込まれるようになっている。この水素給気モジュール(５)の底部に、水素ボンベ(７a)から水素供給ライン(７)が連通している。この水素供給ライン(７)には、水素ボンベ(７a)側から順に減圧弁(７b)、水素量制御弁(７c)が介装されており、所定圧に減圧された所定量の水素が供給されるように構成されている。

また、給気モジュール(５)の上部には、排水素量調節弁(６a)が介装され、溶け込めずに脱気された純水から排出された水素を排出する排水素ライン(６)が接続されている。そして、この水素給気モジュール(５)に、水素水排出弁(８a)が介装されてなる水素水排出ライン(８)が接続されている。また、水素水排出ライン(８)の水素給気モジュール(５)と水素水排出弁(８a)の間から、前記原水供給源に水素水を還流させて戻す水素水戻しライン(12)が連通している。なお、図１においては、水素排出ライン(８)に介装される水素水排出弁(８a)の上流側で水素水戻しライン(12)が分岐するようになっているが、水素水排出弁(８a)を三方弁とすることで、水素水排出ライン(８)と水素水戻しライン(12)相互に流れを切り替えるようにしてもよい。

前記水素給気モジュール(５)と水素水戻しライン(12)の分岐部との間に、この水素水排出ライン(８)に排出される水素水の酸化還元電位、溶存水素濃度を測定する酸化還元電位測定手段(９)が設けられている。そして、この酸化還元電位測定手段(９)で測定され続ける酸化還元電位、溶存水素濃度はモニタ装置(11)に入力されるように構成されている。この形態の場合にあっては、酸化還元電位測定手段(９)は水素水排出ライン(８)に設けられており、この水素水排出ライン(８)を流れる水素水の酸化還元電位、溶存水素濃度を測定するように構成されている。しかしながら、これに限らず、例えば酸化還元電位測定手段(９)を前記水素水戻しライン(12)に設け、この水素水戻しライン(12)を流れる水素水の酸化還元電位、溶存水素濃度を測定する構成にすることができる。但し、この場合には、水素水戻しライン(12)を介して水素水を定期的に原水供給源に戻し、酸化還元電位、溶存水素濃度を確認する必要がある。

前記酸化還元電位測定手段(９)によって測定され続ける酸化還元電位、溶存水素濃度は流量計(４a)から脱気水の流量測定値が入力され、また給水ポンプ(１a)の回転数、水素量制御弁(７c)、水素水排出弁(８a)を制御するコントローラ(10)に入力されるようになっている。
即ち、コントローラ(10)によって、流量計(４a)から入力される脱気水の流量測定値が予め定めた流量になるように給水ポンプ(１a)の回転数が制御される。また、酸化還元電位測定手段(９)から入力される酸化還元電位と溶存水素濃度が予め定めた所定の範囲になるように、水素量制御弁(７c)の開度が制御されると共に、酸化還元電位と溶存水素濃度が予め定めた所定の範囲になると、水素水排出弁(８a)が開弁制御されるものである。なお、本実施の形態においては、流量計(４a)は脱気水供給ライン(４)に介装されているが、例えば水供給ライン(１)に介装されていても良く、また水素水排出ライン(８)に介装されていても良い。

以下、本発明の形態に係る水素水製造装置の作用態様を説明する。給水ポンプ(１a)が駆動されると図示しない井戸等の原水供給源から原水が吸引されると共に吐出され、給水ポンプ(１a)から吐出された原水が逆浸透フィルタ(１c)に送り込まれる。そして、０.５ｎｍ以上の大きさであって、かつ酸化還元電位を上昇させる原因となる重金属、菌類、塩素化合物等の不純物が除去され、純水となって脱気モジュール(２)に流入する。この脱気モジュール(２)に流入した純水は、ガス透過膜を介して真空ポンプ(３a)により減圧状態で維持され続ける気相側に接するため、純水から溶存気体(溶存空気)が脱気される。脱気された脱気水は流量計(４a)が介装されてなる脱気水供給ライン(４)を介して水素給気モジュール(５)に流入する。流量計(４a)で測定される脱気水の流量測定値はコントローラ(10)に入力され続けている。

水素給気モジュール(５)には脱気水が流入するとともに、水素ボンベ(７a)から減圧弁(７b)で所定圧力に減圧され水素供給ライン(７)を介して水素が供給され、水素給気モジュール(５)内ではガス透過膜を透過して脱気水に水素が溶解することで水素水となる。この水素水は、酸化還元電位測定手段(９)が介装されてなる水素水排出ライン(８)に流出し、水素水戻しライン(12)を介して原水供給源に戻されて循環される。そして、酸化還元電位測定手段(９)で測定され続ける水素水の酸化還元電位、溶存水素濃度がコントローラ(10)に入力され続けると共に、モニタ装置(11)に入力され続けている。

コントローラ(10)により、流量計(４a)で測定される脱気水の流量測定値が予め定められた流量になるように、給水ポンプ(１a)の回転数が制御されている。また、コントローラ(10)により、酸化還元電位測定手段(９)で測定される水素水の酸化還元電位、溶存水素濃度、具体的には酸化還元電位が予め定めた酸化還元電位(−６００ｍＶ〜−４００ｍＶ)になるように、溶存水素濃度が予め定めた範囲(１.２ｐｐｍ〜１.６ｐｐｍ)になるようにまた水素量制御弁(７c)の開度が制御されている。そして、水素給気モジュール(５)から水素水排出ライン(８)に流出した水素水が、水素水戻しライン(12)を介して原水供給源に戻され循環され続けている間に、酸化還元電位測定手段(９)で測定される水素水の酸化還元電位が予め定めた酸化還元電位(−６００ｍＶ〜−４００ｍＶ)になり、また溶存水素濃度が予め定めた範囲(１.２ｐｐｍ〜１.６ｐｐｍ)になると、水素水排出弁(８a)が開弁される。これにより、水素水排出ライン(８)を介して活性酸素の除去に十分な効力を有する−６００ｍＶ〜−４００ｍＶの酸化還元電位を持ち、かつ１.２ｐｐｍ〜１.６ｐｐｍの範囲の溶存水素を含む水素水が得られる。

以上詳述したように、本発明の形態に係る水素水製造装置によれば、下記のとおりの効果を得ることができる。即ち、水素水排出ライン８を介して−６００ｍＶ〜−４００ｍＶの酸化還元電位を持ち、かつ１.２ｐｐｍ〜１.６ｐｐｍの範囲の溶存水素を含む水素水が得られたときには、上記のとおり、脱気水の流量が予め定められた流量になるように、給水ポンプ(１a)の回転数が制御されている。また、水素水の酸化還元電位が予め定めた酸化還元電位(−６００ｍＶ〜−４００ｍＶ)になるように、かつ溶存水素濃度が１.２ｐｐｍ〜１.６ｐｐｍの範囲になるように水素量制御弁(７c)の開度が制御されている。従って、本発明の形態に係る水素水製造装置によれば、所定の範囲の酸化還元電位を持ち、かつ所定の範囲の溶存水素を含む水素水を安定的に製造することができる。

また、本発明の上記形態に係る水素水製造装置によれば、モニタ装置(11)を監視することにより、水素水製造装置の異常の発生を知ることができるから、異常発生時に的確に対処することにより、水素水製造装置の稼働率の低下を最小限に食い止めることができるという効果も得ることができる。

本発明の形態に係る水素水製造装置の模式的構成説明図である。 従来例１に係り、水素含有超純水の製造方法を実施する工程系統図である。 従来例２に係り、水素溶解装置の一例を示す図である。

１…水供給ライン，１a…給水ポンプ，１b…開閉弁，１c…逆浸透膜フィルタ
２…脱気モジュール
３…真空ライン，３a…真空ポンプ
４…脱気水供給ライン，４a…流量計
５…水素給気モジュール
６…排水素ライン，６a…排水素量調節弁
７…水素供給ライン，７a…水素ボンベ，７b…減圧弁，７c…水素量制御弁
８…水素水排出ライン，８a…水素水排出弁
９…酸化還元電位測定手段
１０…コントローラ
１１…モニタ装置
１２…水素水戻しライン

Claims (3)

1. 給水ポンプ(１a)から供給される原水中の不純物を除去する逆浸透膜フィルタ(１c)が介装されてなる水供給ライン(１)を介して供給された純水中の溶存気体を脱気する脱気モジュール(２)と、
   この脱気モジュール(２)と流量計(４a)が介装されてなる脱気水供給ライン(４)が連通すると共に、水素量制御弁(７c)が介装されてなる水素供給ライン(７)が連通し、脱気水に水素を溶解させて水素水を製造する水素給気モジュール(５)と、
   この水素給気モジュール(５)に一端が接続され、水素水排出弁(８a)が介装されてなる水素水排出ライン(８)と、
   この水素水排出ライン(８)に排出される水素水の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定手段(９)と、
   前記水素水排出ライン(８)の水素給気モジュール(５)と水素水排出弁(８a)の間に連通し、前記給水ポンプ(１a)に原水を供給する原水供給源に水素水を戻す水素水戻しライン(12)と、
   前記流量計(４a)から脱気水の流量測定値が入力され、この流量測定値が設定した値になるように前記給水ポンプ(１a)の回転数を制御し、前記酸化還元電位測定手段(９)から入力される酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になるように前記水素量制御弁(７c)の開度を制御すると共に、酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になると、前記水素水排出弁(８a)を開弁制御するコントローラ(10)と
   から構成されてなることを特徴とする水素水製造装置。
2. 前記酸化還元電位測定手段(９)は、水素水の溶存水素濃度を測定する溶存水素濃度計の機能を備え、この酸化還元電位測定手段(９)で測定された酸化還元電位、および溶存水素濃度を表示するモニタ装置(11)を備えてなる請求項１に記載の水素水製造装置。
3. 不純物が除去された純水中の溶存気体を脱気する脱気モジュール(２)から、水素水を製造する水素給気モジュール(５)に供給される脱気水の供給量が所定量になるように、給水ポンプ(１a)の回転数を制御して逆浸透膜フィルタ(１c)を介して不純物が除去された純水を前記脱気モジュール(２)に供給し、前記水素給気モジュール(５)から排出される水素水の酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になるように、この水素給気モジュール(５)に供給する水素量を制御すると共に、酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になるまで前記水素給気モジュール(５)から排出される水素水を前記給水ポンプ(１a)の上流側に還流させて循環させ、酸化還元電位が予め定めた所定の範囲になると、水素水排出弁(８a)を開弁して酸化還元電位が予め定めた所定の範囲の水素水を得ることを特徴とする水素水製造方法。