JP5810334B1 - 家庭用ナノバブル水素水製造供給装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】家庭においても手軽に、大量のナノバブル水素水を安全に生産する装置の提供。【解決手段】水道蛇口１に接続する水の取り入れ装置と、水流の発生を感知する防爆水流センサースイッチ４と、水素ガス供給源１０からのガスを浄化脱臭する脱臭装置１７と、脱臭装置１７からエジェクターへ水素ガスを通導する金属製パイプと接続する水素ガス供給開閉装置１９と、第１次の微細気泡を発生させるエジェクター２０と、水流感知センサー４から送られる信号で水素ガス供給開閉装置１９を作動する装置と、エジェクター２０で発生した微細気泡を減圧真空状態で破砕する水流ポンプ２３と、水流ポンプ２３から吐出するナノサイズの第２次微細気泡を加圧して圧潰する加圧装置２４と、ナノバブル水素水を供給する蛇口とからなる家庭におけるナノバブル水素水の安全で多量供給を可能とする家庭用ナノバブル水素水製造供給装置。【選択図】図１

Description

本発明は、家庭用の安全なナノバブル水素水製造供給装置に関する。

ナノバブル水素水は、生体内で抗酸化性の機能を有し、アンチエイジングを中心とする生活習慣病の予防やガンの予防及び治療に効果があることが知られ、水素水、活性水素水、ナノバブル水素水として水素を含む水の販売が行われている。
しかし、家庭用の装置としては、水に食塩を添加して電気分解し水素を含む陰極側の水を集めるアルカリ電解還元水に発生する水素を活用する整水器が実用化されているに過ぎない。
以下、活性水素水、ナノバブル水及びナノバブル水素水の生産方法のオリジナルとなる最初に出願された特許出願について概要を説明する。

特許文献１は、「水素水そのもの」を特許とした最初の発明で、発明の名称は「食品等の還元性水素水とその製造方法並びに製造装置」である。
方法は水へ水素ガスを吹き込み、撹拌して還元性の水素水を生産する技術である。

特許文献２は、アルカリ電解還元水の製造に関する最初の発明で、発明の名称は「電解水素溶存水およびその製造方法ならびにその製造装置」である。
方法は水道水から純水を得る。純水中にＮａＣｌを加えてその電導率を１００μＳ／ｃｍ以上に調整する。その後電気分解し、得られた陰極水を取出し、中性にする。
得られた陰極水は０．１ｐｐｍ以上の溶存水素（Ｈ＋、Ｈ・、Ｈ２）を含む。
この溶存水素が、ＤＮＡの損傷を防止または抑制する。装置の主要機作は電気分解である。

特許文献３は、機能性水素水の微細気泡による生産を特許とした最初の発明で、発明の名称は「水素ガス及び酸素ガスの減圧・加圧溶解方式のコロイド溶液による自動酸化・還元処理システム」である。方法は水の減圧状態にガスを添加してポンプで撹拌してキャビテーションを起こし、加圧により微細気泡を発生させる。しかし、真空キャビテーション処理ではなく、処理も気泡の微細化処理はキャビテーション１回だけであり、エジェクターと真空キャビテーションによる２段階の気泡微細化処理は行っていない。

特許文献４は、水素ナノバブルの生産方法で、発明の名称は「ナノバブル・フコイダン水素水製造方法と製造システム」である。方法は、水の減圧状態に多数の水素供給口から水素を添加して多数のバブル破砕障壁を設け、キャビテーションを行いナノバブルを生産する方法で基本的には、特許文献３と同じメカニズムで、真空キャビテーションではない。

特許文献５は、マイクロバブルの製造方法の最初の発明で、発明の名称は「旋回式微細気泡発生装置」である。
概要は円錐形又は徳利型のスペースを有する容器本体と、同スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された液体導入口と、前記スペース底部に開設された気体導入孔と、前記スペースの頂部に開設された旋回気液導出口から構成する。本出願は、真空キャビテーションにより微細気泡を発生するものであり、微細気泡生産方法が基本的に相違する。

特許文献６は、超音波により微細気泡を発生させるものであり、発明の名称は「ナノバブルの製造方法」である。淡水魚と海水魚が同一水槽で生育できるなど、微細気泡の物理化学的特性について革新的知見をもたらせたものである。本出願は、真空キャビテーションにより微細気泡を発生するものであり、微細気泡生産方法が基本的に相違する。

特許文献７は、超音波により酸素の微細気泡を発生させるものであり、発明の名称は「酸素ナノバブル及びその製造方法」である。本出願は、真空キャビテーションにより微細気泡を発生するものであり、微細気泡生産方法が基本的に相違する。

特許文献８は、マイクロバブルの製造方法で、発明の名称は「旋回式微細気泡発生装置」である。
概要はキャビテーションエロージョンを防止しつつ、大量の微細気泡を発生することが可能な高効率の旋回式微細気泡発生装置で、円筒状のケーシング内部に形成された気液の旋回可能な空間を有する気液旋回室と、気液旋回室内内へ液体を導入する液体導入口と、ケーシングの一方の端部壁面の中央に配設された気液旋回室内へ気体を導入する気体導入口と、気体導入口と対向するケーシングの端部壁面の中央に配設された気液吐出口とを備え、気液旋回室は液体導入口から導入される液体と気体導入口から導入された気体とを接触させる主旋回部とを備える。本出願は、真空キャビテーションにより微細気泡を発生するものであり、微細気泡生産方法が本出願とは基本的に相違する。

水素水の文献
特許公開平０８−０５６６３２ 特許公開平１０−１１８６５３ 特許公開２００４−３４４８５９ 特許公開２０１１−２３００５５ ナノバブルの製法の文献
特許公開２０００−４４７ 特許公開２００５−２４５８１７ 特許公開２００５−２４６２９４ 特許公開２００６−１４２３００

現在普及されているアルカリ電解還元水は、食塩水の電解液で、塩分の摂り過ぎになるので、糖尿病などの生活習慣病患者には特に不適である。また、発生期の水素であるので反応性が強く、酸化還元電位が−２００ｍＶ以下になるレベルでは血液の酸素を吸奪して酸欠状態に陥り頭痛を発生する場合もあり、１００％安全とはいえない。
最近の研究では還元性水素水及びナノバブル水素水は、アルカリ電解還元水と同様ガン抑制や生活習慣病予防の効果が認められている。また、反応性が弱いので血液の酸素を吸奪したり、頭痛を起こすことがないので安全である。そのため水素水及びナノバブル水素水として機能性の水を売る事業が展開されている。
家庭において、飲料水、調理用水、洗浄水、洗濯水、風呂水として安全に大量の水素水を供給する装置は世界的にもまだない。本発明では、家庭においても手軽に、大量のナノバブル水素水を安全に生産する装置を開発することが課題である。

家庭の水道の蛇口をひねれば、装置を通過したナノバブル水素水がふんだんに出てくる装置にするため、蛇口から水が出ると流水を感知するセンサーを備える。
流水の発生に伴い、エジェクターにより１次のファインバブルを発生させる。
そのエジェクターへは水素供給装置からの水素ガスを供給する開閉器をセンサーの指令で作動させる。
水素を供給されたファインバブルは、真空キャビテーションを起こす水流ポンプへ導く。
水流ポンプは流水を感知する防爆水流センサースイッチの作動と同時にその指令で作動する。
水流ポンプ内では、供給される水量よりポンプの吸引排出処理能力を大きく設定しているので、減圧条件下で、ポンプの羽根車の位置で真空キャビテーションを起こし、微細気泡が数十倍〜数百倍の大きさに膨張し、破砕を繰り返すので、瞬間的にナノサイズの微細気泡に砕け、ナノバブル水素水になる。
生成したナノバブル水素水、供給口の直前を絞り加圧する。加圧後、水の供給口では、直接給水する蛇口とシャワー給水口を設け、用途に応じ使い分けできるようにする。

家庭用ナノバブル水素水製造供給装置
装置は図１に示した。セットは水流系統、水素ガス流系統、電源切り替え系統、ポンプ系統、ナノバブル水素水供給系統の順に説明を加える。
装置の説明
１ 水の供給系統
（１）水道蛇口１に水供給ホースコネクター２を接続する。
（２）水道の蛇口を捻ると、通水パイプ３を通して防爆水流センサースイッチ４が作動する。
２ 電力の供給系統
（３）供給する水は、防爆水流センサースイッチ４を作動し、その信号は動力指令はリード線８を通じて動力モーター２３へ送られ、ガス供給指令はリード線９を通じてガスの自動開閉器１９へ送られる。
（４）電力はコンセントのプラグ５からリード線６を通じてモーター２２へ送られる一方、そのリード線６の分線７でガスの自動開閉器１９へ送られる。
３ ガスの供給系統
（５）水素ガスボンベ又は水素吸蔵合金の水素供給源１０の元栓１１を開放する。
（６）元栓を開放すると貯留水素量を示す圧力計１２が作動する。
（７）水素貯留量１２を確認したら減圧調整弁１３を回して圧力計で所定の圧力１４に調整し、ニードルバルブ１６を回して流量計１５の表示に合わせて水素の流量を調整する。
（８）水素ガスはガスろ過装置と活性炭を詰めた脱臭装置１７を通過し、ステンレス製の安全なリードパイプ１８で、ガスの自動開閉器１９へ供給される。
４ ナノバブル生成系統
（９）水流発生センサー４を通過した水は、エジェクター２０で水素の供給を受け取り、第１次の気泡微細化による微細気泡（マイクロバブル）を生成する。
（１０）第１次の微細気泡（マイクロバブル）水は、誘導パイプ２１により、強力な羽根車ポンプ２３へ導かれる。羽根車ポンプ２３は動力モーター２２で作動する。
（１１）羽根車ポンプ２３は、水の供給量より処理能力の高い性能を必要とし、誘導パイプ２１内が常に減圧となることが必要である。これにより回転する羽根車の後側に真空に近い減圧又は、真空を生じ、１次生産された微細気泡が数百倍の容積に膨張し、２次の真空条件下におけるキャビテーションによる破砕が発生する。
（１２）２次気泡微細化の真空キャビテーション破砕を行った微細気泡は大部分が、ナノサイズの微細気泡となり、さらに通路を狭めた圧縮装置２４で圧潰し、ナノバブル水素水となる。ナノバブル水素水は水素の過飽和溶液を形成して、酸化還元電位が−６００ｍＶ〜−７５０ｍＶの強還元性の性質に変化し、生体の活性酸素の消去に役立つことが判明している。
（１３）真空キャビテーションで生産されたナノバブル水素水は、パイプを細めた加圧装置２４を通過して、配水切り替え装置２５で、生活用水、シャワーに切り替えを行う。
（１４）生活用水、風呂等への供給は、配水パイプ２６を通過し、供給蛇口２７から配水する。
（１５）シャワーへの供給は、配水ホース２８を通って、シャワー口２９へ配水する。
（１６）装置の主要部は、ナノバブル生産供給装置のカバーケース３０内に収納している。

防爆水流センサースイッチ
水素ガスを使用するので、装置を作動させるに当り、水流発生の信号を防爆で安全な通電スイッチとして発信する必要がある。
図２に示すように、防爆水流センサースイッチは、両端に通水パイプの配管と接続するためのコネクターネジを切ったパイプ３５を装備した筒状の外部容器３１を有している。
外部容器３１は内部に伸縮可能なゴム製の絶縁体のパイプ３２を内蔵し、外部容器３１とゴム製の絶縁体のパイプ３２の間に空間３３を設ける。
外部容器３１内側と絶縁体のパイプ３２外側に、絶縁体で保護した接続のスイッチを設置し、一組は電源６とポンプ２３へのリード線８、あとの一組は電源から分岐したリード線７と水素ガス供給自動開閉器１９へのリード線９と接続している。
防爆水流センサースイッチは水流を発生させると、エジェクター２０で水流が狭められるので、水圧が高まり伸縮可能なゴム製の絶縁体のパイプ３２が膨らみ、外部容器３１内側と絶縁体のパイプ３２外側の水流センサースイッチ３４が接着して、水素の自動開閉器１９と水流ポンプのモーター２２が自動的に作動する構造になっている。
防爆水流発生センサースイッチは外部容器で外気と隔離されている上、水流で常にアースされているので静電気や火花の発生がなく防爆機能を有する。

試験の方法
前記家庭用ナノバブル水素水製造供給装置を用いて、水道水を処理したナノバブル水素水の酸化還元電位を調査した。比較に水道水と水へ水素ガスを吹き込みキャビテーションにより水素を吸収させた還元性水素水、ナノバブル水素水の酸化還元電位を数回に亘り調査し、表１に比較掲載した。
結果

結果概要
水道水は次亜塩素酸消毒を行っているので、酸化還元電位は高く、＋３２０ｍＶであった。
水道水の酸化還元電位は、浄水場に近いほど高く＋６００ｍＶの所もあり、水道管の鉄を錆びさせ電子を放出するため常時低下し、遠いと＋２５０ｍＶ程度の所も発生する。
本試験の原水は、ごく普遍的な範囲の酸化還元電位であるが、キャビテーションによる還元性水素水の場合で不十分な処理の場合は−５５０ｍＶ程度の強還元性であり、水素ガスを十分に供給して水素を飽和する処理の場合は−６００ｍＶに達し強還元性を示す。
微細気泡を真空キャビテーションして生成するナノバブル水素水の場合は、水素の過飽和状態により、酸化還元電位はさらに低下し、条件によって−７００ｍＶから−７５０ｍＶの極めて強い還元条件を創出することが可能である。ナノバブル水素水の数値は飽和水素水の理論的数値より著しく高くなっている。
各還元処理によるｐＨの変化は、酸化還元電位が０．４上昇し、ナノバブル水素水が０．６上昇する程度で、いずれも大きな変動はなく、アルカリ性水には達せず、飲料水として十分に安全である。

産業上利用の可能性

高齢化した現代社会では、高血圧、高脂血症、糖尿病、心疾患、脳梗塞等のいわゆる生活習慣病が蔓延している。また癌の発生も増加し、日本人の３大死亡原因に癌、脳血管疾患、心疾患が挙げられている。最近の研究ではこれらの疾患の原因に、活性酸素の大量発生による細胞、遺伝子の損傷があげられる。
その対応としては、ビタミンＣ、ビタミンＥの摂取を多くすることが良いとされている。
この他にビタミンより数十〜数百倍の抗酸化機能を有するカロテン、リコペン、アントシアニン等のいわゆる抗酸化機能成分を多く含む野菜食が奨励されているところである。
しかし、これらは分子が大きく生体への吸収率は極めて低いと考えられることと、野菜を多く摂取することが要求される。
これを解決するため、還元性水素水、アルカリ電解還元水、ナノバブル水素水の販売が急増しているが、いずれの水もアトピー性皮膚炎の治療、生活習慣病の軽減、癌の軽減効果が認められている。
その中でも、ナノバブル水素水は分子が極めて小さいので生体に吸収され易く、ｐＨの変化もなく、安全に抗酸化機能を発揮することができる。
そこで、これを家庭でもふんだんに利用することが可能となれば、飲料水、炊事用水、風呂、シャワー等色々の場面で利用することが可能となる。
即ち、家庭のみならず、病院、老人ホームでの利用が増大し、老人の疾病、疾患が減少するものと考えられる。

家庭用ナノバブル水素水製造供給装置系統図 防爆水流センサースイッチの構造、作動説明図

１ 水道蛇口
２ 給水コネクター
３ 通水パイプ
４ 防爆水流センサースイッチ
５ 電源ソケット
６ 電源リード線
７ ガス自動開閉器電源リード線
８ 水流センサーからポンプのモーターへの指令リード線
９ 水流センサーからガス自動開閉器への指令リード線
１０ 水素ガスボンベ又は水素ガス供給源
１１ 水素ガスボンベ元栓
１２ ボンベ圧ゲージメーター（水素ガス量表示ゲージメーター）
１３ ガス圧減圧バルブ
１４ 供給ガス圧表示ゲージメーター
１５ ガス流量計
１６ ニードルバルブ
１７ ガス脱臭ろ過装置
１８ ガスリードパイプ
１９ ガス自動開閉器（逆流防止弁付き）
２０ エジェクター
２１ 水流ポンプへの導水管
２２ 水流ポンプ作動モーター
２３ 羽根車水流ポンプ
２４ 水流加圧装置
２５ 配水切り替え装置
２６ 生活用水配水パイプ
２７ 生活用水配水口
２８ シャワー水配水パイプ
２９ シャワー
３０ 家庭用ナノバブル水素水製造供給装置カバーケース
３１ 防爆水流センサースイッチ外部容器
３２ ゴム製の絶縁体のパイプ
３３ 外部容器と絶縁体パイプの間の空間
３４ 水流センサー電極（スイッチ）
３５ 通水パイプとの接合ネジ部
３６ エアー取り入れ口

Claims (2)

1. 水道蛇口に接続する水の取り入れ装置と、
   水流の発生を感知する防爆水流センサースイッチと、
   水流へ水素ガスを１次微細気泡にして送り込むエジェクターと、
   水素ガス供給源からのガスの脱臭装置と、
   脱臭装置からエジェクターへ水素ガスの漏出を防いで通導する金属製の細いパイプと、
   金属製の細いパイプと接続する水素ガス供給開閉装置と、
   防爆水流センサースイッチから送られる信号で水素ガス供給開閉装置を作動する装置と、
   エジェクターで発生した１次微細気泡を減圧真空状態で真空キャビテーションにより破砕するために水道水の水の供給量より大きな吸引処理能力を有する水流ポンプと、
   水流ポンプから吐出するナノサイズの第２次微細気泡を加圧して圧潰する加圧装置と、
   第２次微細気泡を圧潰したナノバブル水素水を供給する蛇口と、
   からなり家庭におけるナノバブル水素水の安全で多量供給を可能とすることを特徴とする家庭用ナノバブル水素水製造供給装置。
2. 請求項１の防爆水流センサースイッチは、
   両端に通水パイプの配管と接続するパイプを装備した筒状の外部容器と、
   外部容器内部に内蔵する伸縮可能なゴム製の絶縁体のパイプと、
   外部容器とゴム製の絶縁体のパイプの間の空間と、
   外部容器内側に耐熱絶縁体を介して取り付けたスイッチ電極と、
   伸縮可能なゴム製の絶縁体に耐熱性絶縁体を介して取り付けたスイッチ電極と、
   これらのスイッチの電極に取り付けたリード線と、
   からなり、
   水流を発生させると、水圧でゴム製の絶縁体が膨らみ、
   外部容器側と絶縁体のパイプ側のスイッチ電極が接着して電流が発生し、
   水素の自動開閉器と水流ポンプのモーターが自動的に作動することを特徴とする
   防爆水流センサースイッチを有する家庭用ナノバブル水素水製造供給装置。

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