JP5324177B2 - 還元水ミスト発生装置、還元水ミスト発生方法 - Google Patents

Description

本発明は、水素水ミストを還元水ミストとして発生させることができる、還元水ミスト発生装置及び還元水ミスト発生方法に関するものである。

従来より、皮膚や髪の抗酸化、食品の保存、金属への錆付着の防止、などを目的として、水素水を利用することが行われている。

特許文献１には、この種の水素水を製造できる水素水給水装置が提案されている。この種の水素水給水装置では、住戸へ給水されるべき水の一部が、戸外に設置された電気分解槽へ導入されて水素ガス及び酸素ガスを含んだ水とされる。その後、水素ガス及び酸素ガスを含んだ水が前記住戸へ給水されるべき水と混合された状態で住戸へ給水される。
特開２００５−１０５２８９号公報

ところで、この種の水素水給水装置は、水素ガス及び酸素ガスを含んだ水が住戸へ給水されるべき水と混合された状態で住戸に供給される。しかしながら、皮膚や髪の抗酸化、食品の保存、金属への錆付着の防止を目的とするためには、水素水をミスト状態で対象物品に満遍なく発生させることが所望される。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、水素水ミストを還元水ミストとして発生させることができる、還元水ミスト発生装置及び還元水ミスト発生方法を提供することを目的とするものである。

本発明の一局面に係る還元水ミスト発生装置は、硝酸分子との間で起こる化学反応により水素分子を発生する金属元素からなる放電電極と、前記放電電極へ水を供給する水供給部と、前記放電電極へ高電圧を印加して電界を発生させて前記放電電極に供給された前記水を静電霧化させるための高電圧印加部と、を備えており、前記放電電極は、前記高電圧印加部により印加された前記高電圧により前記電界を発生させて、前記放電電極に供給された前記水を静電霧化して、微粒子状態とされた水とする静電霧化機能と、前記水が静電霧化される際に発生する前記硝酸分子との間で化学反応を起こして、前記水素分子を発生する水素分子発生機能と、を備えており、前記微粒子状態とされた水に前記水素分子を含む水素水ミストを還元水ミストとして発生させることを特徴とする（請求項１）。

この構成によれば、放電電極に高電圧が印加された際には、放電電極が、電界を発生させて、水供給部から供給された水を静電霧化して、微粒子状態とされた水とする。また、水が静電霧化される際に静電霧化される水の一部が空気中の窒素を取り込んで発生する硝酸分子との間で、放電電極が化学反応を起こして、水素分子を発生させる。その結果、微粒子状態とされた水の中に、大量の水素分子が含まれたミスト状の水素水ミストが発生する。

そのため、還元水ミスト発生装置が、簡易な構成で、水から水素分子が大量に含まれた水素水ミストを還元水ミストとして発生させることができる。また、水素水ミストが、人の皮膚や髪、食品、金属などの対象物品の隅々にまで達して、効率的な抗酸化効果を与えることができる。

上記構成において、前記放電電極が、水素よりもイオン化傾向が高い前記金属元素からなる構成とすることができる（請求項２）。

この構成によれば、放電電極が、水が静電霧化される際に発生する硝酸分子と容易に化学反応を起こして水素分子を発生することができる。

上記構成において、前記放電電極が前記水を静電霧化する際に発生するＯＨラジカルを除去するＯＨラジカル除去部を備える構成とすることができる（請求項３）。

この構成によれば、ＯＨラジカル除去部が、酸化作用を有するＯＨラジカルを除去するので、ＯＨラジカルの含有量が極めて小さな水素水ミストを発生することができ、より効率的に、対象物品に対して抗酸化効果を与えることができる。

上記構成において、前記ＯＨラジカル除去部が、メッシュ状のステンレス材で構成されている構成とすることができ（請求項４）、また、前記ＯＨラジカル除去部が、空洞を有した複数の正六角柱が集合したハニカム構造とされているステンレス材で構成されている構成とすることができる（請求項５）。

この構成によれば、ＯＨラジカル除去部において、除去対象であるＯＨラジカルと接触する接触面が多く確保される。特に、ＯＨラジカル除去部が、空洞を有した複数の正六角柱が集合したハニカム構造とされているステンレス材で構成されていれば、除去対象であるＯＨラジカルと接触する接触面がより多く確保される。

そのため、還元水ミスト発生装置は、大量のＯＨラジカルを多く除去することができるので、ＯＨラジカルの含有量が極めて小さな還元水ミストを発生させることができ、対象物品に対してより効率的に抗酸化効果を与えることができる。

上記構成において、前記放電電極と対となって設けられた対向電極を備えており、前記ＯＨラジカル除去部を、前記対向電極に対して、前記ＯＨラジカルの発生方向の下流側に備える構成とすることができる（請求項６）。

この構成によれば、対向電極が、放電電極と対となって設けられているので、放電電極及び対向電極へ高電圧が印加された際には、放電電極に供給された水と、対向電極との間にクーロン力が発生する。

そのため、還元水ミスト発生装置は、放電電極に供給された水を、放電電極に供給された水と対向電極との間に発生したクーロン力により効率的に静電霧化させて微粒子状態とされた水とすることができる。効率的な静電霧化を行うことができれば、静電霧化される水の量が増加するので、空気中の窒素分子を取り込んで硝酸分子となる水の量も比例的に増加する。そのため、還元水ミスト発生装置は、硝酸分子を大量に発生させることができる。そして、大量に発生された硝酸分子に対して、放電電極との間で化学反応を起こさせることができるので、大量に水素分子を発生させることができる。

結果として、還元水ミスト発生装置は、微粒子状態とされた水に水素分子が大量に含まれる水素水を還元水ミストとして発生させることができる。

また、ＯＨラジカル除去部が、対向電極に対して、ＯＨラジカルの発生方向の下流側に設けられているので、対向電極を通過したＯＨラジカルを適切に除去することができる。

上記構成において、前記放電電極と対となって設けられ、且つ、前記放電電極に対して、前記ＯＨラジカルの発生方向の下流側に前記ＯＨラジカル除去部を有した対向電極を備える構成とすることができる（請求項７）。この構成によれば、対向電極がＯＨラジカル除去部を有しているので、部品点数が減るという効果が奏される。

また、本発明の他の局面に係る還元水ミスト発生方法は、硝酸分子との間で起こる化学反応により水素分子を発生する金属元素からなる放電電極へ水を供給する水供給ステップと、前記放電電極へ高電圧を印加して電界を発生させて、前記放電電極に供給された前記水を静電霧化させる静電霧化ステップと、前記水が静電霧化される際に発生する前記硝酸分子との間で化学反応を起こして前記水素分子を発生させ、前記微粒子状態とされた水に前記水素分子を含む水素水を還元水ミストとして発生させる還元水ミスト発生ステップと、 を備えることを特徴とする（請求項８）。

この方法によれば、前記水供給ステップ、前記静電霧化ステップ、及び、前記還元水ミスト発生ステップという簡易なステップで、水から水素分子を大量に含む水素水ミストを還元水ミストとして発生させることができる。

上記方法において、前記放電電極が前記水を静電霧化する際に発生するＯＨラジカルを除去するＯＨラジカル除去ステップを備える方法とすることができる（請求項９）。

この方法によれば、ＯＨラジカル除去ステップにおいて、酸化作用を有するＯＨラジカルが除去されるので、ＯＨラジカルの含有量が極めて小さな還元水ミストを発生させることができ、対象物品に対してより効率的に抗酸化効果を与えることができる。

本発明によれば、還元水ミスト発生装置が、簡易な構成で、水から水素分子が大量に含まれた水素水ミストを還元水ミストとして発生させることができる。また、水素水ミストが、人の皮膚や髪、食品、金属などの対象物品の隅々にまで達して、効率的な抗酸化効果を与えることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る還元水ミスト発生装置及び還元水ミスト発生方法について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る還元水ミスト発生装置の要部構成の一例を示す図である。図２は、金属メッシュの構造の一例を示す斜視図である。図３は、テーラーコーンについて説明するための図である。

図１に示す還元水ミスト発生装置１は、水素水ミストを還元水ミストＭとしてミスト状に発生させることができる装置である。このような還元水ミスト発生装置１は、水供給管１８を有する放電電極１０、冷却面１２及び放熱面１３を有するペルチェ素子（水供給部）１１、放熱フィン１４、高電圧印加部１５、金属メッシュ（ＯＨラジカル除去部）１６、ペルチェ素子用電源１７、及び、対向電極１９を備える。

このような還元水ミスト発生装置１において、放電電極１０は、硝酸分子（ＨＮＯ３）との間で起こる化学反応により水素分子（Ｈ２）を発生する金属元素からなる。このような金属元素は、水素（Ｈ）よりもイオン化傾向が高い金属元素であることが好適である。水素よりもイオン化傾向が高い金属元素は、硝酸分子と容易に化学反応を起こして水素分子を発生することができるからである。

このように、水素よりもイオン化傾向が高く、硝酸分子と容易に化学反応を起こして水素分子を発生することができる金属元素は種々存在する。しかしながら、このような金属元素としては亜鉛（Ｚｎ）が好適である。亜鉛は、アルミニウム（Ａｌ）等の元素とは異なり、硝酸分子との間で化学反応を起こした際に不導体を発生しないからである。

また、放電電極１０は、先端部１０ａに向かって先細り形状とされている。放電電極１０の先端部１０ａにおいて、後述するテーラーコーンが安定して生成されるからである。

放電電極１０において、水供給管１８は、ペルチェ素子１１の冷却面１２で発生した結露水を放電電極１０の先端部１０ａまで供給するために設けられている。このような水供給管１８が結露水を放電電極１０の先端部１０ａまで供給する方法は種々考えられる。しかしながら、このような方法としては毛細管が好適である。ポンプなどの汲み上げ手段を使用せずに、結露水を放電電極１０の先端部１０ａまで供給することができるからである。

ペルチェ素子１１は、ペルチェ素子用電源１７により通電された際には、ペルチェ素子１１の冷却面１２が冷却される。その結果、冷却面１２の周辺の空気に含まれる水分が冷却面１２の表面で結露して結露水とされる。一方、ペルチェ素子１１の放熱面１３からは熱が発生するが、その熱は放熱フィン１４により放熱される。

尚、本実施形態において、水供給部はペルチェ素子１１で構成されているが、熱交換器、ゼオライト等の吸着剤、等で構成されることも挙げられる。また、人手により水が補給される構成も挙げられる。

このようなペルチェ素子１１により冷却面１２に発生した結露水は、毛細管現象などにより水供給管１８を通じて汲み上げられて放電電極１０の先端部１０ａへと達する。

高電圧印加部１５は、放電電極１０及び対向電極１９に接続されており、放電電極１０及び対向電極１９へ高電圧を印加させ、放電電極１０と対向電極１９との間で電界を発生させる。その結果、放電電極１０に供給された水が先端部１０ａにおいて静電霧化されて、微粒子状態の水とされる。そして、このような微粒子状態とされた水が、後述するクーロン力により対向電極１９の方向へと導かれる。

金属メッシュ１６は、対向電極１９に対して、放電電極１０から発生するＯＨラジカルの発生方向の下流側（図１では対向電極１９の上側）に設けられている。放電電極１０が水を静電霧化する際に、静電霧化される水の一部から、対向電極１９の方向へＯＨラジカルが発生するので、抗酸化目的のためには、対向電極１９を通過するＯＨラジカルを除去する必要があるからである。

このような金属メッシュ１６は、ハニカム構造とされているステンレス材で構成されている。図２に示すように、金属メッシュ１６は、ステンレス材で構成され空洞を有した複数の正六角柱１６Ａ・・・が蜂の巣状に集合した構造とされている。このように、金属メッシュ１６が、ハニカム構造とされているステンレス材で構成されているので、金属メッシュ１６において、除去対象であるＯＨラジカルと接触する接触面が多く確保される。そのため、還元水ミスト発生装置１は、大量のＯＨラジカルを除去することができる。

尚、金属メッシュ１６は、メッシュ状のステンレス材で構成されていてもよい。メッシュ状のステンレス材で構成されている際にも、金属メッシュ１６において、除去対象であるＯＨラジカルと接触する接触面が多く確保され、効率的にＯＨラジカルを除去することができるからである。

対向電極１９は、図１に示すように、放電電極１０と対となって設けられている。このように、対向電極１９が、放電電極１０と対となって設けられているので、放電電極１０及び対向電極１９へ高電圧が印加された際には、放電電極１０に供給された水と、対向電極１９との間にクーロン力が発生する。そのため、還元水ミスト発生装置１は、放電電極１０に供給された水を、放電電極１０に供給された水と対向電極１９との間で生じた電界により効率的に静電霧化させて、微粒子状態とされた水とすることができる。効率的な静電霧化を行うことができれば、静電霧化される水の量が増加するので、空気中の窒素分子を取り込んで硝酸分子となる水の量も比例的に増加する。そのため、還元水ミスト発生装置１は、硝酸分子を大量に発生させることができる。そして、大量に発生された硝酸分子に対して、放電電極１０との間で化学反応を起こさせることができるので、大量に水素分子を発生させることができる。

結果として、還元水ミスト発生装置１は、微粒子状態とされた水に水素分子が大量に含まれる水素水ミストを還元水ミストＭとして発生させることができる。

このような還元水ミスト発生装置１において、ペルチェ素子１１に通電した際には、ペルチェ素子１１の冷却面１２による冷却効果によって、冷却面１２において、冷却面１２の周辺の空気中の水分が結露水（以下、単に「水」という）とされる。このような水は、毛細管現象などにより水供給管１８を通じて放電電極１０の先端部１０ａへ供給される。

そして、高電圧印加部１５により放電電極１０及び対向電極１９へ高電圧が印加された際には、放電電極１０と対向電極１９との間で電界が発生する。また、放電電極１０及び対向電極１９へ高電圧が印加された際には、放電電極１０の先端部１０ａに供給された水が電荷を帯びた状態となる。

その結果、放電電極１０の先端部１０ａに供給された水と対向電極１９との間に、対向電極１９の方向へクーロン力が働き、水の液面が局所的に錐状に盛り上がる。このように水の液面が局所的に錐状に盛り上がった箇所が、図３に示すテーラーコーンＴである。このようなテーラーコーンＴの先端は、放電電極１０へ印加された高電圧により更に電荷を帯びた状態となる。その結果、テーラーコーンＴの先端では、対向電極１９の方向に生じるクーロン力が大きくなり、その結果、テーラーコーンＴが成長する。

しかしながら、このようにテーラーコーンＴが成長すると、テーラーコーンＴの先端に電荷が集中して電荷の密度が高密度となる。すると、テーラーコーンＴの先端部分の水が大きなエネルギー（高密度となった電荷の反発力）を受け、表面張力を超えて分裂・飛散（レイリー分裂）を繰り返す。その結果、ナノメートルサイズの粒径を有する微粒子状態の水が、対向電極１９の方向へ大量に発生する。

このように、放電電極１０が、放電電極１０の先端部１０ａにおいてテーラーコーンＴを成長させ、テーラーコーンＴの先端部分の水に対してレイリー分裂を繰り返させて、微粒子状態の水を対向電極１９の方向へ大量に発生させる機能を、静電霧化機能という。

このような静電霧化機能が実行されている際には、放電電極１０の先端部１０ａの水の一部が、空気中の窒素分子（Ｎ２）を取り込み硝酸分子となる。このように放電電極１０の先端部１０ａにおいて発生した硝酸分子は、放電電極１０と化学反応を起こして水素分子を発生する。このように、放電電極１０が、放電電極１０ａの先端部１０ａにおいて発生した硝酸分子と化学反応を起こして水素分子を発生する機能を水素分子発生機能という。

図４は、放電電極１０において水素分子が発生する仕組みを説明するための図である。放電電極１０は本実施形態では亜鉛で構成されている。そのため、放電電極１０の先端部１０ａにおいて発生した硝酸分子（ＨＮＯ３）は放電電極１０を構成する亜鉛（Ｚｎ）と化学反応を起こして水素分子（Ｈ２）を発生する。かかる化学反応は、Ｚｎ＋２（ＨＮＯ３）→Ｈ２＋Ｚｎ（ＮＯ３）２なる化学反応式で示される。その結果、放電電極１０において水素分子が発生する。このような水素分子は空気より比重が小さいため、対向電極１９の方向に導かれる。その結果、放電電極１０からは、水素分子を含んだ微粒子状態の水が、還元水ミストＭとして対向電極１９の方向へ発生する。

しかしながら、放電電極１０の先端部１０ａにおいて、静電霧化される水の一部が空気中の窒素分子を取り込んで硝酸分子となる際には、酸化作用を有するＯＨラジカルが同時に発生する。つまり、ＯＨラジカルが、還元水ミストＭに混入して対向電極１９の方向に発生する。しかしながら、このようなＯＨラジカルは金属メッシュ１６において除去される。つまり、金属メッシュ１６がＯＨラジカルに酸化されることで、ＯＨラジカルを除去する。

尚、還元水ミスト発生装置１において対向電極１９は必ずしも必須ではない。対向電極１９が無くても放電電極１０に高電圧が印加された際には、放電電極１０において放電が生じるからである。この場合、放電電極６５から、微粒子状態の水が、図示しない筐体方向などに向かって散布される。この場合、放電電極１０に対して、微粒子状態の水が散布される方向の下流側に、金属メッシュ１６が設けられていれば、金属メッシュ１６に対して、微粒子状態の水が散布される方向の下流側では、ＯＨラジカルが除去され、且つ、水素分子を大量に含んだ微粒子状態の水が、還元水ミストＭとして発生する。

図５は、本発明の一実施形態に係る還元水ミスト発生装置の要部構成の他の例を示す図である。尚、図５において、図１に示す還元水発生装置１と同一の要素は、図１に示す符号と同一の符号が付される。また、説明が省略される。

図５に示す還元水ミスト発生装置１Ａは、図１に示す還元水ミスト発生装置１と同様に、水素水ミストを還元水ミストＭとしてミスト状に発生させることができる装置である。このような還元水ミスト発生装置１Ａにおいて、ＯＨラジカル除去部を有した対向電極１９Ａが、ＯＨラジカルの発生方向の下流側（図５では放電電極１０の上側）に設けられている。つまり、対向電極１９Ａが、ＯＨラジカル除去部としての機能を兼ね備えている。尚、このような対向電極１９Ａの構造は、図２に示す金属メッシュ１６と同じである。

このような対向電極１９Ａにおいて、還元水ミストＭに混入して対向電極１９Ａの方向へ発生したＯＨラジカルが除去される。このような還元水ミスト発生装置１Ａによれば、対向電極１９ＡがＯＨラジカル除去部を有しているので、部品点数が減るという効果が奏される。

図６は、本発明の一実施形態に係る還元水ミスト発生方法の概要を示すフローチャートである。還元水ミスト発生装置１及び１Ａは、以下のステップＳ１〜ステップＳ６に示す一連の手順により、水素水ミストを還元水ミストＭとして発生させる。

すなわち、還元水ミスト発生装置１及び１Ａは、ペルチェ素子用電源１７によりペルチェ素子１１への通電を開始させる（ステップＳ１）。その結果、ペルチェ素子１１の冷却面１２において結露水を取得することができる（ステップＳ２）。ついで、冷却面１２において取得された結露水を、毛細管現象などにより水供給管１８を通じて汲み上げて放電電極１０の先端部１０ａへと供給する（ステップＳ３）。

ついで、高電圧印加部１５により、放電電極１０及び対向電極１９へ高電圧を印加させ、放電電極１０と対向電極１９との間で電界を発生させる（ステップＳ４）。その結果、放電電極１０の先端部１０ａへ供給された結露水が静電霧化される（ステップＳ５）。その結果、放電電極１０の先端部１０ａから、微粒子状態とされた水が対向電極１９の方向へ大量に発生する。

ついで、放電電極１０に対して、前記結露水が静電霧化される際に発生する硝酸分子と化学反応を起こさせて、水素分子を発生させる（ステップＳ６）。その結果、ステップＳ５の処理において発生した微粒子状態の水に水素分子が含まれた還元水ミストＭが、対向電極１９の方向へ発生する。

また、硝酸分子と同時に発生するＯＨラジカルを金属メッシュ１６において除去する（ステップＳ６）。その結果、還元水ミスト発生装置１及び１Ａは、ＯＨラジカルの含有量が極めて小さな水素水ミストを還元水ミストＭとして発生させることができる。

尚、本実施形態に係る還元水ミスト発生装置１及び１Ａは、シャワーヘッド、美顔器、サウナスーツ、ヘアドライヤ、ヘアブラシ、ヘアアイロン、空気調和器、サウナ装置、ユニットバスなど、各種の物品に内蔵させることができる。

本発明の一実施形態に係る還元水ミスト発生装置の要部構成の一例を示す図である。 金属メッシュの構造の一例を示す斜視図である。 テーラーコーンについて説明するための図である。 放電電極において水素分子が発生する仕組みを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る還元水ミスト発生装置の要部構成の他の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る還元水ミスト発生方法の概要を示すフローチャートである。

符号の説明

１，１Ａ 還元水ミスト発生装置
１０ 放電電極
１１ ペルチェ素子
１２ 冷却面
１５ 高電圧印加部
１６ 金属メッシュ
１９，１９Ａ 対向電極
Ｍ 還元水ミスト

Claims (9)

1. 硝酸分子との間で起こる化学反応により水素分子を発生する金属元素からなる放電電極と、
   前記放電電極へ水を供給する水供給部と、
   前記放電電極へ高電圧を印加して電界を発生させて前記放電電極に供給された前記水を静電霧化させるための高電圧印加部と、
   を備えており、
   前記放電電極は、
   前記高電圧印加部により印加された前記高電圧により前記電界を発生させて、前記放電電極に供給された前記水を静電霧化して、微粒子状態とされた水とする静電霧化機能と、 前記水が静電霧化される際に発生する前記硝酸分子との間で化学反応を起こして、前記水素分子を発生する水素分子発生機能と、を備えており、前記微粒子状態とされた水に前記水素分子を含む水素水ミストを還元水ミストとして発生させることを特徴とする還元水ミスト発生装置。
2. 前記放電電極が、水素よりもイオン化傾向が高い前記金属元素からなることを特徴とする請求項１に記載の還元水ミスト発生装置。
3. 前記放電電極が前記水を静電霧化する際に発生するＯＨラジカルを除去するＯＨラジカル除去部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の還元水ミスト発生装置。
4. 前記ＯＨラジカル除去部が、メッシュ状のステンレス材で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の還元水ミスト発生装置。
5. 前記ＯＨラジカル除去部が、空洞を有した複数の正六角柱が集合したハニカム構造とされているステンレス材で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の還元水ミスト発生装置。
6. 前記放電電極と対となって設けられた対向電極を備えており、
   前記ＯＨラジカル除去部を、前記対向電極に対して、前記ＯＨラジカルの発生方向の下流側に備えることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の還元水ミスト発生装置。
7. 前記放電電極と対となって設けられ、且つ、前記放電電極に対して、前記ＯＨラジカルの発生方向の下流側に前記ＯＨラジカル除去部を有した対向電極を備えることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の還元水ミスト発生装置。
8. 硝酸分子との間で起こる化学反応により水素分子を発生する金属元素からなる放電電極へ水を供給する水供給ステップと、
   前記放電電極へ高電圧を印加して電界を発生させて、前記放電電極に供給された前記水を静電霧化させて微粒子状態の水とする静電霧化ステップと、
   前記水が静電霧化される際に発生する前記硝酸分子との間で化学反応を起こして前記水素分子を発生させ、前記微粒子状態とされた水に前記水素分子を含む水素水ミストを還元水ミストとして発生させる還元水ミスト発生ステップと、
   を備えることを特徴とする還元水ミスト発生方法。
9. 前記放電電極が前記水を静電霧化する際に発生するＯＨラジカルを除去するＯＨラジカル除去ステップを備えることを特徴とする請求項８に記載の還元水ミスト発生方法。

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