JP5342156B2 - 水素水及び水素水生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、飲料に供する水素水の生成装置に係り、さらに詳細には、粒径が１μｍ〜５０μｍ程度の水素ガスのマイクロバブルを含有した水素水及び水素水生成装置に関する。

近年、健康増進に有効であるとして、水素水の製造が行われている。上記水素水の製造としては、水に水素を溶解するために、種々の手段が採用されているが、水素ガスの微細気泡を発生させて水素水を製造することも提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００７−２３７１６１号公報

前記特許文献１に記載の水素水の製造装置は、管体に形成した絞り装置の拡散室へ、先細ノズルから原料水を高圧で噴射すると共に水素ガスを前記先細ノズルの周囲から供給して原料水と水素ガスとの混合流体を成形する構成である。そして、前記拡散室に備えた多孔質要素を介して前記混合流体を拡散させることにより、微細気泡を大量に含有している水素水を前記管体の排出口から得る構造である。

上記構成において得られる水素水には微細気泡が含有されているものの、上記微細気泡の粒径は２μｍ〜１２０μｍを含むものである。したがって、水素水を製造したとき、例えば粒径が８０μｍ程度以上の気泡は浮上し易いものであり、かつ粒径が比較的大きな気泡が浮上するとき、周囲のより小さな粒径の気泡が追従して同時に浮上するものである。よって、より粒径の小さな気泡が漂う時間が短いものとなり、水素ガスの溶解率を向上する上において問題がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、水素ガスを飽和状態に溶解した溶解水を、オリフィスの小孔を通過して圧力を解放することにより溶解していた水素ガスを微細な気泡として発生させ、この微細な気泡を網部材を通過させることにより微細化して、粒径が１μｍ〜５０μｍ程度の微細気泡にし、この粒径が１μｍ〜５０μｍ程度の水素ガスのマイクロバブルを含有していることを特徴とするものである。

また、水素ガスを溶解した溶解水を製造するための溶解水製造手段と、この溶解水製造手段から供給された溶解水から水素ガスのマイクロバブルを発生させるためのバブル発生ノズルとを備え、前記溶解水製造手段において水素ガスを溶解するための気体溶解装置は、密閉した容器の上部に備えた流入口を前記容器内の溶解水の上面から下方位置に没入して備えると共に溶解水内の水素ガスを排出するための排出弁を前記容器の上端部に備え、前記容器の底部付近に備えた流出口は、前記容器の底部に当接接触して粒径が０．０８ｍｍ程度以上の気泡が除去された後の溶解水を流出するために、前記容器の底面に近接して下側に向けて配置してあり、給水部又は貯水部から前記溶解製造手段に水を吸引するための吸引路に分岐接続した分岐接続路を備え、この分岐接続路に水素ガス供給手段を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、粒径が１μｍ〜５０μｍ程度の水素ガスのマイクロバブルが水に長時間浮遊しており、このマイクロバブルの一部が溶解することによって溶解している水素ガスを補うこととなり、水素水における溶存水素ガス濃度を長時間に亘ってほぼ一定に保持することができるものである。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、図１に示すように、本発明の実施形態に係る水素水生成装置１は、持ち運び自在なケーシング３を備えている。上記ケーシング３は、箱状のケーシング本体５に対して蓋部材７を開閉自在に備えた構成であって、前記ケーシング本体５内には、小型のモータ９によって回転駆動されるポンプ１１が装着してある。このポンプ１１は例えば渦流ポンプ又はカスケードポンプなどのごとき適宜のポンプよりなるものであって、ポンプ１１の吸引口１３は吸引路１５を介して、貯水部１７又は水の供給を行う水源（給水部）に接続してある。

前記ポンプ１１に吸引される水に水素ガスを混合して混合水（混合液）とするために、前記吸引路１５の途中には、水素ガス供給手段の一例としての水素ガスボンベ２１に接続した分岐接続路１９が分岐接続してある。前記分岐接続路１９から前記吸引路１５内へ水素ガスを吸引する構成としては、吸引路１５にはポンプ１１の吸引作用による負圧が発生しているので、吸引路１５に分岐接続路１９を接続する構成でもって容易に実施可能である。また、ガスボンベ２１内の圧力によっても水素ガスの供給を容易に行い得るものである。前記分岐接続路１９には、前記ガスボンベ２１からの水素ガスの供給量を調整自在な流量調整弁が備えられている。

前記ポンプ１１の吐出口２３は、接続路２５を介して気体溶解装置２７に接続してある。この気体溶解装置２７は、前記ポンプ１１などと溶解水製造手段を構成するものであって、密閉した密閉容器２９を備えている。この密閉容器２９の上部側の位置には、前記接続路２５と接続した流入管３１を備えている。この流入管３１の内端部（流入口）３３は、下側に向けてあって前記密閉容器２９内に貯留された状態にある水面３５より僅かに下側に没入してある。

さらに、前記密閉容器２９の上部には、前記ポンプ１１によって密閉容器２９内に流入された混合液（混合水）内の余分な気体を排出するための排出弁３７が備えられている。上記排出弁３７は、密閉容器２９の上部から過剰気体を排出する機能を有すると共に、前記密閉容器２９内の圧力を大気圧よりも大きな所定の圧力に保持する機能を有するものである。前記排出弁３７は、例えばボール等のごとき弁体３９を備えた逆止弁等よりなるものであって、この逆止弁の排気孔は、前記密閉容器２９内の圧力が大きく低下することのないように微細孔に形成してある。

前記密閉容器２９の底部（底面）２９Ｂ付近には、密閉容器２９内の溶解水（水素ガスを溶解した水）を外部へ流出するための流出管４１が備えられている。この流出管４１の入口（流出口）４３は、前記密閉容器２９の底面に近接して下側に指向してあって、密閉容器２９の底部２９Ｂと前記流出管４１の入口４３との間には、数ｍｍ程度の僅かな間隔が設けてある。そして、前記流入管３１の内端部（流入口）３３と前記流出管４１との間には、前記流入口３３から前記流出管４１に至る水の流速が極めて遅くなるゆったりとした流れの領域である滞留領域が形成されている。

換言すれば、上記滞留領域は、前記流入口３３から密閉容器２９内に流入した水がほぼ滞留する態様となる領域であって、前記流入口３３から流入したときの動的な水の流れの勢いが緩和されて一時的に静的な流れの淀み態様とする領域であって、この滞留領域の水が前記流出管４１を経て前記貯水部１７へ流入されるものである。

上記構成により、流入管３１の流入口３３から密閉容器２９内に流入した混合水内の大きな気泡は、流入口３３の部分から直ちに浮上上昇するものである。したがって、混合水内の大きな気泡の存在に起因する上昇流は、前記流入口３３から上側の部分であり、密閉容器２９の底部付近に影響を与えるようなことはない。

また、流出管４１の流出口４３は、密閉容器２９の底部２９Ｂ付近に配置してあり、しかも底面２９Ｂに近接して下側に向けて配置してあるので、密閉容器２９内の水面から流出口４３に至る高さ寸法を可能な限り大きくすることができ、溶解していない、例えば粒径が０．０８ｍｍ程度以上の気泡が浮上する時間をより大きく稼ぐことができる。そして、流出口４３においては密閉容器２９の底面２９Ｂに当接接触した後の静かなゆったりとした流れの水を吸引することになる。

したがって、大きなほとんどの気泡は上部において浮上し除去され、かつ混合水が底部２９Ｂに至る過程において、より小さな気泡が次第に浮上除去される。そして、浮上することなく穏やかな流れに乗って下側へ移動した例えば粒径が０．０８ｍｍ程度以上の気泡は底面に当接接触し、そのときの反動で浮上し除去される。また粒径が０．０８ｍｍ程度の気泡の一部は底面に付着することがある。そして、付着した気泡に次の粒径が０．０８ｍｍ程度の気泡が当接すると、そのときの刺激で付着が解除されて浮上し除去されるものである。

すなわち、前記流出口４３に流入する直前においては、混合水を底面に当接接触せしめることによって溶解していない粒径が０．０８ｍｍ程度以上の気泡の除去が行われるものである。

前記流出管４１には接続路（接続管）４７を介してバブル発生ノズル４９が接続してある。このノズル４９は、図２に示すように、前記接続管４７を接続したノズル本体５１を備えている。このノズル本体５１において前記接続管４７へ連通した連通穴５３にはバブル発生カートリッジ５５が着脱可能に取付けてある。

より詳細には、前記バブル発生カートリッジ５５は、図２に示すように、一端側を壁部によって閉じて他端側を開口した形態の円筒形状のカートリッジ本体５７を備えており、このカートリッジ本体５７内には、微細目の網部材５９，適数の小孔を備えたオリフィス６１を、カートリッジ本体５７の他端側の開口から順次挿入し、螺入したリング状のナット、スナップリング等のごときリング状の固定具６３によって着脱可能に固定してある。そして、前記カートリッジ本体５７の一端側の壁部と前記網部材５９との間には圧力解放室６５が備えられており、この圧力解放室６５の周壁には複数の貫通孔６７が形成してある。

前記カートリッジ本体５７の一端側は、前記ノズル本体５１における前記連通穴５３から、ノズル本体５１に形成した大径の穴よりなる撹拌室６９内に突出してあり、前記カートリッジ本体５７の前記貫通孔６７は撹拌室６９に連通してある。

以上のごとき構成において、モータ９を駆動してポンプ１１を回転駆動すると、給水部又は貯水部１７内の水が吸引路１５を介して吸引されると共に、分岐接続路１９を介してガスボンベ１８内の水素ガスが供給される。ポンプ１１に吸引された水と水素ガスの気体はポンプ１１内において撹拌混合され、水素ガスの一部は水に溶解されて、気体溶解装置２７における密閉容器２９内へ流入管３１の流入口３３から下方向へ指向して噴射される。そして、この密閉容器２９内の上部付近においては、噴射された水によって上部の水が撹拌されて、気体の溶解が行われる。この際、水に溶解することのない余分な気体は、密閉容器２９内の水面３５に浮上集中し、排出弁３７を介して外部へ排出される。すなわち、水内の気体が大きな気泡となって浮上することに起因する急速な上昇流は、前記流入口３３から上側の部分に生じているものである。なお、前記密閉容器２９内の圧力は外気圧よりも常に高圧に保持されているものである。

前記密閉容器２９の底部２９Ｂ付近は、前記流入管３１から流入した水によって撹拌されることのない静的な滞留態様、すなわち溶解していない例えば粒径０．０８ｍｍ程度以上の気泡を浮上させて流出管４１に流入することのない程度にゆったりした流れの状態にある。そして、この底部２９Ｂ付近の溶解水は、流出管４１から接続管４７を経てバブル発生ノズル４９へ供給される。

前記流出管４１の流出口４３は密閉容器２９の底部２９Ｂから数ｍｍ程度離れた位置において下側（底部側）に向けてあるので、前記流出口４３に流入する水は、密閉容器２９の底面２９Ｂに当接、接触してから流入するものである。したがって、飽和状態にある水が底部に接触すると、浮上することなく底面付近に流れてきた例えば粒径が０．０８ｍｍ程度以上の気泡が底部２９Ｂに当接し、その反動で浮上し除去される。また、底部２９Ｂに付着した一部の気泡は、次の気泡の当接による刺激によって浮上され、浮上除去されるものである。

したがって、前記流出口４３へ流入する飽和状態の水は、溶解していない粒径が０．０８ｍｍ程度以上の気泡よりなる余分な気体が除去された状態にあるものである。よって、前記流出口４３から流入する飽和状態の水は、溶解していない粒径が０．０８ｍｍ程度以上の気泡を含まずに適正な飽和状態にあるものである。

接続管４７からノズル４９へ流入した溶解水は、オリフィス６１の小孔を通過すると、圧力が開放されるので、溶解水に溶解していた気体（水素ガス）が微細気泡となって発生する。この発生した微細な気泡は網部材５９によってさらに微細化されて圧力解放室６５へ噴射される。圧力解放室６５において溶解水の圧力がさらに解放されるので、溶解していた気体が微細気泡となってさらに発生すると共に、圧力解放室６５の一端側の壁部に衝突してさらに微細化される。

そして、前記圧力解放室６５から貫通孔６７を通過して撹拌室６９へ噴射された溶解水はさらに圧力の解放を受けて微細な気泡をさらに発生すると共に撹拌作用により微細化されて粒径が１μｍ〜５０μｍ程度のマイクロバブルとなり、外部へ噴出されることになる。

すでに理解されるように、気体溶解装置２７からノズル４９へ供給される溶解水は溶解していない余分な気体を除去した状態にあり、かつ溶解することなく水の流れに乗って移送されるような気泡（例えば粒径が０．０８ｍｍ程度以上の気泡）も含まれていないので、ほぼ均一なマイクロバブルを発生することができる。したがって、粒径の比較的大きな気泡の浮上に追従してマイクロバブルが浮上するようなことがなく、マイクロバブルの漂う時間を長くすることができ、マイクロバブルの効果を保持することができるものである。

すなわち、水素ガスのマイクロバブルが貯水部１７内に噴射されると、貯水部１７内は乳白色となるものである。そして、貯水部１７内の水に溶解していた水素ガスが外部に放出されると、マイクロバブルの一部が溶解して水素ガスを補うこととなり、貯水部１７内の水における溶存水素ガス濃度（溶解している水素ガスの濃度）を、常にほぼ一定に保持することができるものである。

本発明の実施形態に係る水素水生成装置の概念的、概略的な説明図である。 ノズルの断面説明図である。

符号の説明

９ モータ
１１ ポンプ
１７ 貯水部
１８ ガスボンベ
１９ 分岐接続路
２４ 空気吸引路
２７ 気体溶解装置
２９ 密閉容器
３１ 流入管
３３ 内端部（流入口）
３５ 水面
３７ 排出弁
４１ 流出管
４３ 入口
４９ バブル発生ノズル

Claims (2)

1. 飲料に供する水素水であって、水素ガスを飽和状態に溶解した溶解水を、オリフィスの小孔を通過して圧力を解放することにより溶解していた水素ガスを微細な気泡として発生させ、この微細な気泡を網部材を通過させることにより微細化して、粒径が１μｍ〜５０μｍ程度の微細気泡にし、この粒径が１μｍ〜５０μｍ程度の水素ガスのマイクロバブルを含有していることを特徴とする水素水。
2. 水素ガスを溶解した溶解水を製造するための溶解水製造手段と、この溶解水製造手段から供給された溶解水から水素ガスのマイクロバブルを発生させるためのバブル発生ノズルとを備え、前記溶解水製造手段において水素ガスを溶解するための気体溶解装置は、密閉した容器の上部に備えた流入口を前記容器内の溶解水の上面から下方位置に没入して備えると共に溶解水内の水素ガスを排出するための排出弁を前記容器の上端部に備え、前記容器の底部付近に備えた流出口は、前記容器の底部に当接接触して粒径が０．０８ｍｍ程度以上の気泡が除去された後の溶解水を流出するために、前記容器の底面に近接して下側に向けて配置してあり、給水部又は貯水部から前記溶解製造手段に水を吸引するための吸引路に分岐接続した分岐接続路を備え、この分岐接続路に水素ガス供給手段を備えていることを特徴とする水素水生成装置。

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