JP5710050B1 - 水素添加システム、および当該システムに使用する液体容器 - Google Patents

Abstract

【課題】液体に対して、容器サイズを問わず、簡便な手法で、高濃度の水素を添加する。【解決手段】水から圧力制御下で水素ガスを取り出す水素ガス発生装置１０と、当該水素ガス発生装置で発生した水素ガスを外部に供給する水素ガス供給路３０と、当該水素ガス供給路に接続されたとき開通し、当該接続が断たれたとき閉じる開閉手段５０によって当該水素ガス供給路に連通されているとともに、内部に液体を収容可能な液体容器と、を備えた水素添加システム。所望のガス圧を有する水素を水素ガス発生装置１０から取り出して液体に添加するので、ヘンリーの法則に従って、液体容器８０のサイズとは無関係に、高濃度で水素を添加することが可能になる。なお「液体」とは、代表的には、水、お茶、コーヒー、その他のあらゆる液体、および医療用途として使用される電解質液（生理食塩液、電解質が入った点滴液等）である。【選択図】図１

Description

本発明は、液体に対して簡便な手法で水素を添加するシステム、および当該システムに使用する液体容器に関する。

近年、水素水の飲用による健康効果が話題になっている。水素水の飲用により、抗炎症効果や抗酸化作用の他、糖尿病、便秘、歯周病対策、その他多くの健康効果が確認されており、健康志向の高まりとともに飲用者が増えてきている。
なお、水素水の飲用による健康効果は、水素の摂取量と頻度に相関すると考えられている。すなわち、水素水の濃度が２倍になれば、半分量の水素水の飲用で、同等程度の健康効果が期待できる。

水素水を製造する装置類として、例えば特許文献１に開示されたものがある。これは、水素発生部で発生させた水素を圧力タンクに導いて水素水を製造する工場設備であって、家庭等で簡便に利用できるものではない。

一方、水を入れたペットボトル等の容器内に、水素発生材が封入された試験管（スピッツ）を入れて逆止弁付きのキャップを閉め、容器内で水素水を作るものが提案されている（例えば、特許文献２）。しかしながら、スピッツは特定容量のペットボトルに対して専用的に使用するように作られる。例えば、５００ｍｌのペットボトルに使用するスピッツは、それに応じた量の水素発生材が封入されており、対象となるペットボトルの容量が異なれば、必要な水素発生材の量も異なる。それ故に、次のような問題が残る。
例えば、５００ｍｌのペットボトル専用のスピッツを３００ｍｌのペットボトルに使用すると、水素濃度は高くなるが、圧力が過大になりペットボトルの耐圧を超えてしまう。一方、１０００ｍｌのペットボトルに使用すると、水素濃度が予定値よりも低くなってしまう。つまり、ペットボトルの容量毎に専用のスピッツを用意する必要があり、汎用性に劣る。

なお、特許文献３には、浄水器タイプの水素水製造装置が開示されているが、この装置は、水道水を供給する蛇口に接続して使用することが必須となる。また、水素ガスボンベを使用するが故に、高圧ガス保安法に準拠してガス漏れ検知器を設置する必要がある等、使用に際して制約が多い。

特開２０１３−２２５６７号公報 特許第４６５２４７９号明細書 特許第５０９５０２０号明細書

本発明は上記従来技術の現状に鑑みて創案されたものであって、その目的は、簡便かつ汎用的な手法によって、液体に対して、容器のサイズを問わず、高濃度の水素を添加する手段を提供することにある。

課題を解決するための手段および効果

本発明の水素添加システムは、「水（精製水が好ましい）から圧力制御下で水素ガスを取り出す水素ガス発生装置」と「当該水素ガス発生装置で発生した水素ガスを外部に供給する水素ガス供給路」と「当該水素ガス供給路に接続されたとき開通し、当該接続が断たれたとき閉じる開閉手段によって当該水素ガス供給路に連通されているとともに、内部に液体を収容可能な液体容器」とを備える。
ここで言う「液体」とは、代表的には、水、お茶、コーヒー、その他のあらゆる飲料、および医療用途として使用される電解質液（生理食塩液、電解質が入った点滴液等）である。

本発明では、水から水素ガスを取り出す水素ガス発生装置を利用して、そこから得られた水素を液体に添加している。つまり、水素ガスボンベを使用していないので、家庭、オフィス、その他スポーツクラブ等において手軽に設置可能なコンパクトな装置をもって簡便に、液体に水素を添加することが可能となる。
また、本発明で使用する水素ガス発生装置は、圧力制御下で水素ガスを取り出すことができ、発生する水素ガスの圧力を例えば０．２〜０．５ＭＰａ程度に設定することができる。その場合、１ＭＰａ以上にならないが故に、高圧ガス保安法でいう高圧ガスには該当せず、同法に準拠したガス漏れ検知器を設置する必要もない。

本発明では、発生する水素ガスの圧力を制御できる水素ガス発生装置を使用する。したがって、ヘンリーの法則に従い、調整したガス圧に応じた水素添加量が実現できるので、液体容器のサイズとは無関係に、高濃度の水素を同じように添加することが可能になる。
なお、ヘンリーの法則は液体に溶け得る気体量に関する法則であって、簡単に言うと、液体に接している気体は、その圧力に比例した量で液体に溶け得る。つまり、水素ガスの圧力が高い程、多くの水素ガスが添加できることを示している。

本発明の水素添加システムを使用すれば、消費者は、水素が添加された飲料（例えば水素水）を、飲みたい時にその場で作ることができる。あるいは、医療の場において、電解質液（生理食塩液、電解質が入った点滴液等）を必要な時に必要な量だけ作ることができる。
従来、工場で生産した水素水をペットボトルやアルミパウチや缶に封入して販売されているが、水素を添加した後、時間が経つと水素が抜けるため、水素濃度について不満があった。本発明によれば、作りたての水素水をその場で飲むことが可能となるので、このような濃度不足に関する不満が解消される。

本発明では、水素ガス発生装置を使用して「水」から水素ガスを取り出しているが、使用する「水」は、「精製水」であることが好ましい。「精製水」とは、一般には蒸留、濾過、イオン交換等の手法で不純物が除去された「水」を意味する。「精製水」は、一般市場において安価に入手できる。
本発明の水素添加システムは、一度設置すれば、その後は、水（精製水が好ましい）を補充すれば継続使用が可能であり、したがって、ランニングコストが安いというメリットがある。

本発明の液体容器は、上記水素添加システムにおいて使用するのに適したもので、「外部の水素ガス供給路に接続されたとき開通し、当該接続が断たれたとき閉じる開閉手段」を備えるとともに、内部に液体を収容可能である。
液体容器が備える開閉手段は、着脱可能なプラグおよびソケットの一方または両方で構成されることが好ましいが、逆止弁その他を利用してもよい。

本発明の一実施形態に係る水素添加システムの外観斜視図。 図１中の水素ガス発生装置について、その内部機構を示すブロック図。 図１中の液体容器を拡大して説明する斜視図。

本発明は飲料や医療用の電解質液等の液体に水素を添加することに関するが、以下の実施形態では、飲料に水素を添加する例について説明する。医療用の電解質液に対しても、同じようにして水素を添加することができる。

《水素ガス発生装置の例》
まず最初に、本発明において使用する水素ガス発生装置１０について、図１、２を参照して説明する。本発明では、投入した水（好ましくは精製水）から圧力制御下で水素ガスを取り出すことができる水素ガス発生装置を使用する。
そのような水素ガス発生装置、それ自体は一般的に知られたものであり、本発明において、そのような機能を有する限り、任意の水素ガス発生装置を使用できる。図１、２を参照して、１つの例を説明する。

図１は水素ガス発生装置１０の外観を示しており、図２はその内部機構を模式的に示すブロック図である。キャップ１１を開けて、装置内の水タンク１２に精製水を投入する。タンク内の水量は、装置壁面に設けた窓１８から確認することができる。
スイッチ１７をオンにして電解セル１３に通電した状態で、精製水が水タンク１２から電解セル１３に送られる。電解セル１３の陽極側では、次式（１）で示される化学反応が起こる。

式（１）： ２Ｈ_２Ｏ → Ｏ_２＋ ４Ｈ^＋ ＋ ４ｅ⁻

生じた酸素（Ｏ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）の一部は、電解セル１３の陽極側から水タンク１２に戻される。

一方、電解セル１３の陰極側では、次式（２）で示される化学反応が起こる。

式（２）： ４Ｈ^＋ ＋ ４ｅ⁻ → ２Ｈ_２

生じた水素ガス（２Ｈ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）の一部は、電解セル１３の陰極側から水素分離タンク１４に送られる。図示の例では、水は、水素分離タンク１４から水タンク１２へ戻される。水素分離タンク１４に蓄えられた水素ガスは、接続部２０を介して外部の水素ガス供給チューブ（水素ガス供給路）３０に流れ込む。

水素ガス発生装置１０内で水素分離タンク１４から接続部２０に至る流路１９には、圧力センサ１５および圧力計１６が設けられていて、センサで検知された水素ガス圧が圧力計１６に表示される。圧力計１６は装置壁面に配置されていて、外部からその値を読み取ることができる。

電解セル１３に供給される電力は、接続部２０から外部に排出される水素ガス圧が一定に保たれるように、次のように制御される。すなわち、圧力センサ１５からの出力を用いてＤＣ電源１９の出力を制御し、ガス圧を一定値に保つ。当該一定値は固定であってもよいし、使用者がレバー等を操作することで変更可能としてもよい。いずれの場合も、一般的に知られた方法で実現すればよく、本発明のポイントではないので、ここでは詳しく説明しない。

本発明の水素添加システムでは、水素ガスボンベを使用することなく、水を投入して水素ガスを発生させる水素ガス発生装置を利用するが故に、システム全体をコンパクトにすることができ、スポーツクラブや家庭、オフィス、その他適当な場所に設置することができる。水素ガス発生装置１０のサイズは、例えば幅（３７ｃｍ）、奥行き（４４ｃｍ）、高さ（３６ｃｍ）程度、あるいはそれ以下に設計することが可能であるため、コンパクト性という点でアドバンテージが大きい。
また、圧力制御下で水素ガスを取り出すことができので、発生する水素ガスの圧力を例えば０．２〜０．５ＭＰａ程度に設定すれば、高圧ガス保安法でいう高圧ガスには該当せず、したがって同法に準拠したガス漏れ検知器を設置する必要もない。

《液体容器８０》
次に、本発明の水素添加システムで使用する液体容器の一例を説明する。液体容器８０は、水素ガス供給チューブ（水素ガス供給路）３０の先端に位置するカプラ５０（開閉手段）を介して、水素ガス発生装置１０に接続される。詳しくは後述するが、図１（ａ）ではカプラ５０が外れた状態にあり、図１（ｂ）ではカプラ５０が接続された状態にある。

図３は、図１中の液体容器８０を拡大して詳細に示している。液体容器８０は、水素添加対象となる液体を収容しており、そのキャップ８１にプラグ５６を備えている。プラグ５６は、図３（ｂ）に示したように、カプラ５０を構成する一要素である。すなわち、カプラ５０は、ソケット５５とプラグ５６で構成されていて、両者が接続されたとき流路が開通し、分離されると流路が閉じる。接続されたソケット５５およびプラグ５６を外す際には、ソケット５５の側面に設けた分離ボタン５５ａを押下する。

図３（ａ）では、プラグ５６からチューブ８５を飲料内にまで延在させており、したがって、水素ガスが飲料内部に直接供給させることとなるので、水素添加効率が高まると考えられる。ただし、ヘンリーの法則に従いガス圧に応じた水素添加量が得られるので、チューブ８５を省略することも可能である。

《開閉手段》
液体容器８０は、水素ガス供給チューブ（水素ガス供給路）３０に接続されたとき開通し、当該接続が断たれたとき閉じる開閉手段を有するが、このような機能を備える限り、開閉手段の具体的構成は、特定のものに限定されない。
例えば、図３（ａ）に示した液体容器８０では、プラグ５６が開閉手段である。その他にも、液体容器にソケット５５を設けてこれを開閉手段としてもよいし、あるいは、ソケット５５とプラグ５６で構成されるカプラ５５全体を液体容器に設けてこれを開閉手段としてもよい。さらに別の例として、逆止弁を開閉手段として採用してもよい。
いずれの場合でも、液体容器８０は、水素ガス供給チューブ３０に接続される前は、キャップ８１によって密封された状態となり、水素ガス供給チューブ３０に接続されると、水素ガス供給チューブ３０からの水素ガスが容器内に進入することが可能となる。

《変形例》
図示した例では、液体容器８０はキャップ８１を備えていて、当該キャップに開閉手段（プラグ５６）を備えているが、必ずしもそのような構成でなくてもよい。本発明において液体容器は、内部に液体を収容可能な容器であって、上記と同じ機能を有する開閉手段をいずれかの位置（例えば容器壁面等）に備えたものであればよい。

図１に示した例では、水素ガス発生装置１０に設ける接続部２０も、図３（ｂ）に示したカプラ５０と同じカプラで構成されている。しかし、液体容器８０側に開閉手段としてのカプラ５０が存在しているので、接続部２０は通常の継ぎ手部材で構成してもよい。
なお、接続部２０としてカプラ５０を使用する場合にはチューブ３０を省略して、接続部２０に直接液体容器８０を接続してもよい。その場合、水素ガス発生装置１０で発生した水素ガスは、流路１９（水素ガス供給路）から開閉手段としての接続部２０を介して液体容器８０内に供給される。接続部２０は、図示したような装置上面に限らず、前面や側面等、都合の良い任意の位置に配置することが可能である。

《水素添加システム１０の使用例》
図１を参照して、水素添加システム１０の使用例を説明する。まず、図１（ａ）に示したようにカプラ５０が外れた状態で、スイッチ１７をオンにして、水素ガス発生装置１０内で発生するガス圧が所望値（例えば、０．２〜０．５ＭＰａ）になるのを待つ。ガス圧は、装置壁面に設けた圧力計１６で読むことができる。

ガス圧が所望値になったら、図１（ｂ）に示したように、水素ガス供給チューブ３０の先端に設けたソケット５５を、液体容器８０のキャップ８１に設けたプラグ５６に接続する。これにより、水素ガスが所望のガス圧で液体容器８０内に圧入される。
一瞬で水素ガスが容器内に圧入されるので、その後ソケット５５を外す。上述したように、ソケット５５を外すと同時に流路は閉じられるので、容器は加圧状態で密閉される。消費者は、容器を振って水素ガスを液体に溶け込ませ、これを飲用することができる。

溶け込む水素量はヘンリーの法則に従い、例えばガス圧が０．５ＭＰａならば、理論上８ｐｐｍの水素濃度が実現できることになる。
常温・常圧では、ヘンリーの法則に従い１．６ｐｐｍ以下の水素濃度しか実現できないこととなるが、本発明では、水素ガス発生装置１０を使用して圧力制御下で発生した水素ガスを液体容器内に注入するため、注入時のガス圧を制御することで、高濃度で水素を添加することが可能となる。

また、ガス圧によって水素添加量をコントロールできるので、液体容器のサイズとは無関係に、所望の濃度で水素を添加することが可能になる。１回で飲み切れるサイズ（例えば、１５０〜２００ｍｌ）の液体容器を用いれば、水素を添加したての飲料をその場で全て飲み切ってしまうことができる。従来、工場で生産した水素水をペットボトルやアルミパウチや缶に封入して販売されているが、水素を添加した後、時間が経つと水素が抜けるため、水素濃度について不満があった。本発明によれば、そのような不満は完全に解消できる。

なお上述したように、水素のガス圧は、水素ガス発生装置１０に固有の値として固定されていてもよいし、使用者がレバー等を操作することで変更可能としてもよい。

《変形例》

図示した例では、水素ガス発生装置１０に対して１系統の水素ガス供給チューブ３０を設けているが、別例として、２系統以上の水素ガス供給チューブ３０を設ければ、２以上の液体容器８０に並行して同時に水素ガスを供給することができる。装置のコンパクト性を重視する場合には、水素ガス供給チューブ３０は１系統であることが好ましい。
また、１本の水素ガス供給チューブを途中で２つまたは３つ以上に分岐させてもよい。このような複数系統を利用する場合、例えば、異なるサイズの容器に同時に水素ガスを供給することや、異なる液体に同時に水素ガスを供給することが可能となる。

１０ 水素ガス発生装置
１１ キャップ
１２ 水タンク
１３ 電解セル
１４ 水素分離タンク
１５ 圧力センサ
１６ 圧力計
１７ スイッチ
１８ 窓
１９ 流路（水素ガス供給路）
２０ 接続部
３０ 水素ガス供給チューブ（水素ガス供給路）
５０ カプラ（開閉手段）
５５ ソケット（開閉手段）
５６ プラグ（開閉手段）
８０ 液体容器
８１ キャップ
８５ チューブ

Claims (3)

1. 水から圧力制御下で水素ガスを取り出す水素ガス発生装置（１０）と、
   当該水素ガス発生装置（１０）で発生した水素ガスを外部に供給する水素ガス供給路（１９、３０）と、
   当該水素ガス供給路（１９、３０）に接続されたとき開通し、当該接続が断たれたとき閉じる開閉手段（５０、５５、５６）によって当該水素ガス供給路（１９、３０）に着脱可能に連通されているとともに、内部に液体を収容可能な液体容器（８０）と、を備え、
   上記水素ガス発生装置（１０）は、水素ガスのガス圧を可変に制御できるものである、水素添加システム。
   
2. 請求項１記載の水素添加システムに使用する液体容器であって、
   外部の水素ガス供給路（１９、３０）に接続されたとき開通し、当該接続が断たれたとき閉じる開閉手段（５０、５５、５６）を備えるとともに、内部に液体を収容可能な液体容器。
   
3. 上記開閉手段は、着脱可能なプラグ（５６）およびソケット（５５）の一方または両方で構成されている、請求項２記載の液体容器。

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