JP6496928B2 - 飲料用水素発生器 - Google Patents

Description

本発明は、注水作業を含まず飲料に水素を添加し水素を含んだ飲料を得るための飲料用水素発生器に関する。

活性酸素は酸化力が非常に強く、人間の体内に侵入した細菌やウイルスを除去する役割を有する一方で、人間の正常な細胞をも攻撃し、損傷させてしまうことが調べられている。過剰な活性酸素の存在は、正常な細胞を損傷させる可能性を上昇させ、細胞の劣化及び細胞の変異、又はこれに伴う肌の老化や動脈硬化などのリスクを発生させる。

近年、水素が活性酸素を除去することが研究により明らかになり、摂取することで直接体内に水素を取り込むことが可能である水素を含有した飲料水（水素水と称する。）が健康や美容に効果的であると注目されている。水素と活性酸素との反応では、反応物として水のみを発生するため、人体への悪影響が非常に少ない。従って、特に活性酸素が体内に発生しやすい、運動時や、飲食時、喫煙時、紫外線・汚染環境下での滞在時、睡眠不足、長時間労働等の高いストレスを受けた時等の種々の状態におけるにおいて老化の防止や美容・健康促進のために、水素水を摂取することが推奨されている。

実際に日常において水素水を飲料として摂取する場合には、まず、飲料として人体に毒性が無い又は人体への健康被害が無いことが要求される。また、利便性を考慮すると摂取・運搬容易な大きさが望まれる。さらに、水素は、ペットボトルなどの高分子素材の容器を通過及び容器内の飲料組成と反応しうることから、容器内の飲料に含まれる水素は時間経過により減少するという問題がある。その一方、水素水は大量の水素水を一度に摂取するよりも、複数回に分けて摂取する方がより高い活性酸素除去の効果が発生するという研究結果が得られており、容器内で長時間水素水としての効果を維持することが重要かつ要求される。

上述の点から、水素水の摂取に際し、水素水に人体に悪影響をもたらす物質が混入しないこと、容器が携帯又は運搬が容易な形状及び大きさであること、摂取直前まで水素水における水素の含有量が保たれること、容器内で長時間水素水としての効果を維持することが、要求される。

上述の課題を解決するために、本発明者らは、特許文献１に記載の水素発生器（以下、先行水素発生器と称する。）を開発した。先行水素発生器は、金属と水との化学反応により定常的に水素を発生させ、先行水素発生器を直接飲料内に入れることで任意の飲料に水素を溶け込ませ、水素水を得ることができる。先行水素発生器は、水素のみを透過するフィルターで覆われているため、飲料中に水素以外の異物が混入することがなく、人体への悪影響をもたらすリスクはない。また、先行水素発生器は、ペットボトル容器等の既存の容器に入れることが可能な大きさであり、携帯又は運搬が容易な形状及び大きさの任意の容器に適用可能である。さらに、摂取直前に水素を発生させた先行水素発生器を飲料に入れることで水素水が得られるため、摂取時には飲料に十分な水素の含有量が保たれ、また、反応終了まで継続して水素が発生するため長時間の使用にも適している。

しかしながら、先行水素発生器では、飲料内へ入れるための準備として、所定量の水を計量し、先行水素発生器の蓋を開けて先行水素発生器に注水し、先行水素発生器の蓋を閉めるという工程が必須である。このような工程が煩雑であることに加え、蓋や注水具等の部材を準備する必要があることや、部材の形状及び大きさの制限から構成が複雑で製造面からの問題もあった。また先行水素発生器の一端から注水するため、容器内の金属全体に水が接触するまでに時間を要し、十分な水素の確保ができなかった。従って、先行水素発生器では、迅速容易に水素水を得るというニーズには対応できなかった。

国際出願PCT/JP２０１３/０８３１２１号公報

上述のように、先行水素発生器の利点を備えつつ、さらに迅速かつ容易に水素水を得る装置が望まれていた。

本発明は、以上の事情に鑑みて創作されたものであり、先行水素発生器の利点をそのままに、さらに簡易な構成及び工程で迅速に水素水を得ることが可能な水素発生器を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の飲料用水素発生器は、水を主組成とする水溶液を内部に封入する、長手方向に伸びた略筒形状のアンプル部材と、
前記アンプル部材と水と水素発生反応する金属材料とを内部に封入し、前記アンプル部材よりも可撓性の高い素材で構成され該アンプル部材の長手方向に延びる略筒形状の外套部材と、を備え、
前記外套部材の一部が、水溶液を遮断し水素を通過させる通気性不浸透性材料で外部と遮断され、
前記アンプル部材は、使用時に前記アンプル部材の横方向の手力により断割可能である、
ことを特徴とする。

本発明の水素発生器（以下、本水素発生器と称する。）では、略筒状の細長い本水素発生器の中央近傍等に手力で折り曲げていくと、外套部材の断割又は断裂が生じることなく内部の可撓性の低いアンプル部のみが断割され、アンプル部内に封入した水溶液の全てが一度に外套部材内に放出される。その結果、水溶液と外套部材内に封入する金属部との化学反応により、所定量の水素ガスが反応終了まで発生し、通気性不浸透性材料を通って水素ガスが外套部材の外部に放出され、その他の金属材料及び水溶液は外套部材の内に留まる。この状態で任意の飲料内に本水素発生器を入れることで、水素発生反応終了まで水素ガスが飲料に溶け込み簡易に水素水を得ることができる。

上述の本水素発生器では、在庫時、持ち運び時には何ら水素発生反応をさせずに管理することができつつも、使用時にユーザの手力で水素発生具を折り曲げるだけ反応終了まで所定量の水素ガスを放出することができ、所望するボトル等の容器ごとに簡単に水素水化することできる使い捨て製品として汎用性が高い。また、水素発生反応のための注水作業もないためユーザにとって手軽であり、注水時の液垂れもなく衛生的である。さらに、水溶液入りの案ブル部材と金属材料とを封入するだけの単純な構造であり製造、管理、搬送コストも低減し得る点でも有利である。

前記金属部が、粒状物若しくは粉末状物、任意の立体形状としたもの、非反応物の表面に金属を固定したもの、又はこれらを組み合わせた構成であることが望しい。

上述の本水素発生器によると、水素の発生において、所望の水素発生の時間あたりの量、持続時間及び反応温度を調節することが可能となり、所望の水素濃度及び持続時間の水素水を得ることが可能となる。特に各容器等を迅速に水素水化することができる。例えば、粒状のする場合や金属粉末を含有させたカートリッジにする場合等があげられる。

また、前記アンプル部材は前記金属材料よりも下方に配設されることが好ましい。

この順番に設置すると常時金属材側に水溶液が貯留し、水素ガスの発生が停滞することを回避できる。

前記金属部において、水と化学反応をする金属の主組成が、マグネシウム、アルミニウム、カルシウムのいずれかであることが好ましい。

前記アンプル部の長手方向の中央近傍の厚みが、他よりも小さい構成又は剛性が低い構成であることが望しい。

上述の本水素発生器によると、本水素発生器を折り曲げる際に通常、外套部材の中央近傍を折り曲げようとし手力を与えるためアンプル部への横荷重も中央近傍で起こる可能性が高くなる。このため、この中央近傍部分の厚みを小さくしておくとアンプル部材が迅速に断割しやすい。したがって、アンプル部から外套部材内への水溶液の流出ひいては金属材料への反応がより小さな手力で迅速に行われ、迅速に水素ガスが放出し水素水化を早めることができる。

前記外套部材は、前記アンプル部材の厚みが小さい位置の近傍で厚み又は径が小さいことが望しい。

上述の本水素発生器では、アンプル部材の厚みが小さい部分の位置に近い位置の近くに外套部材の厚みが小さい又は細くなった部分が設置されるため外套部材が折れ曲がり易い位置がそのままアンプル部材が断割し易い位置と略合致する構成になっており、よりアンプル部材が断割しやすく、迅速な水素ガス発生、水素水化を達成することができる。

また、本飲料水用水素発生器は、
前記外套部材の上端は蓋部材を有し、該蓋部材に設けた前記通気性不浸透性材料により前記前記外套部材の内の水溶液は封止され、
前記通気性不浸透性材料が、
熱可塑性樹脂であっても良い。

なお、前記熱可塑性樹脂が、
（Ａ）ポリ塩化ビニリデン、（Ｂ）ポリ塩化ビニル、及び、（Ｃ）ポリアクリロニトリルからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。

アンプル部材が断割されて発生した水素ガスは外套部材の上端の蓋部材から上方に放出されることとなる。

本水素発生器は、下方に汎用のボトルとネジ締め可能なネジ溝を設けた開口を有し上端を閉鎖する底部とするキャップ部材を備え、
該キャップ部材には、その前記底部の中心近傍から下方に突出し前記キャップ部材の開口より径が小さく前記外套部材の上端とネジ締め可能な開口を有するキャップ開口部を有し、
前記外套部材の上端は、該キャップ開口部とネジ締め可能なネジ溝を設けられてもよい。

本水素発生器は、上端で汎用のボトル用キャップに取り付けられるようにしている。具体的には、キャップ部材の底部（下方に開口する場合の天面）から下方に外套部材をネジ留めできるようなキャップ部材を提供し、使用時にこのキャップ部材から下方に外套部材に延びて取り付けられた状態で外套部材をボトル内に挿入し、キャップ部材をボトルに締め付けると、汎用のボトルにキャップを絞めた状態で内部の水溶液を水素水化できるようになる。したがって、汎用のボトルの水溶液を通常の保存状態で簡単に水素水化できる。

本発明は、簡易な工程で手軽かつ迅速に水素水を得ることができる。また、本発明は、任意の携帯又は運搬が容易な形状又は大きさの容器に使用することが可能となり、汎用のボトルでの水素水化も容易である。

本発明の水素発生器の一つの実施形態の模式断面図である。 本発明の水素発生器を折り曲げることで水素を発生させる模式図であり、（ａ）は図１の非使用時の状態から外套部材１２を折り曲げた状態、（ｂ）は折り曲げ後に元の状態に戻した状態を示している。 、外套部材１が長手方向中央近傍の厚み又は径が小さくなっている様子を示した模式断面図であり、（ａ）では、外套部材の中央近傍の内壁周囲に内側に突出する凸形状部を備えたもの、（ｂ）ではアンプル部材の一部が、他部に比べ厚みが小さい薄肉部を設けたものを示している。 キャップ部材と、本水素発生器の模式図である。 外套部材内に封入される金属粒子として粒状の例が模式的に示されている。 図４のキャップ部材と本水素発生器とを装着した状態でボトルに挿入した様子を示す模式図を示している。

以下に、本発明の水素発生器の実施形態の代表例を、図１〜５を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の水素発生器は、図示されるものに限られず、また図示及び説明の内容を一般常識の範囲内で改変したものをも含むことはいうまでもない。また各図は、容易な理解のために、必要に応じて寸法、比又は数を誇張して表示している場合もある。

まず、本水素発生器の概要について図１を参照して説明する。図１は、本発明の水素発生器１０の一つの実施形態の模式断面図である。図１に示すように、本水素発生器１０は、外套部材１２内にアンプル部材１４と金属部材（金属材料）１６が、外套部材１２の内部に封入されている。外套部材１２の上方（紙面上方）には水素通過部材１３が配設され、アンプル部材１４内には水溶液１８が封入されている。

続いて、各構成要素について以下に詳細に説明する。
外套部材１２は、上方が開口した長手方向に延びる略筒形状である。この外套部材１２は、内部の金属部材１６、水溶液１８及び水素等の気体も実質的に通過させず、かつ手力で折り曲げ又は湾曲可能な可撓性の高い素材で構成されており、概ねゴム等の樹脂素材で形成されている。外套部材１２と外套部材１２の開口部に連結される水素通過部材１３（後述する蓋部材１３）とによって、アンプル部材１４及び金属部材１６を封入している。

外套部材１２の上端の開口１１には、略円筒状のコルク形状等の蓋部材１５が圧入されており、この蓋部材１５の下面に薄膜状のフィルム素材１３ａを備えている。フィルム素材１３ａは金属及び水溶液を通過させずかつ気体を通過させる通気性不浸透性材料で構成される。また、蓋部材１５は気体を通過させる素材で構成され、フィルム素材１３ａと蓋部材１５とで構成された水素通過部材１３を介して、外套部材１２内で発生した水素がから外へ放出される。
通気性不浸透性材料１３の蓋部材１５は不織布等であり、フィルム素材１３ａは例えば、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル又はポリアクリロニトリル等の熱可塑性樹脂が採用される。

アンプル部材１４は、長手方向に延びる水を主成分とする水溶液を密封した閉空間を形成する略筒形状（棒状部材）である。このアンプル部材１４は汎用のアンプル同様に外壁をガラスやプラスチック等の外套部材１２よりも硬く断割し易い素材で構成している。実際に長手方向に対して略直角方向に手力を加えると湾曲せずに容易に断割することができる。

また、アンプル部材１４は、外套部材１２よりも高い剛性を備えるため外套部材１２に対して長手方向と直角方向に押圧を加えていくと、外套部材１２が断割又は断裂される前にアンプル部材１４が断割され、アンプル部材１４内に封入されていた水溶液１８が外套部材１２内に流出し、貯留する。

図５には外套部材１２内に封入される金属部材１６として粒状の例が模式的に示されている。具体的にそれぞれの金属部材１６は図５に示すように略球状の非反応部２２とその表面上に被覆固定された金属粒子層２４とから構成される。金属粒子層２４は水と水素発生反応する金属が主成分である。例えば、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、カリウム、ナトリウム、亜鉛、鉄である。非反応部２２は、水溶液との接触では実質的に化学反応を起こさない素材が好ましく、例えばプラスチックやセラミックボール等である。非反応部２２の表面への金属粒子２４の固定は、例えば焼付けによって行われる。これにより水溶液と接触する金属部材１６の表面積を常時確保することができ、粉状でそのまま金属部材１６を載置する場合に比べて水溶液１８との反応時に金属の粒子の凝集が生じず、安定した水素発生反応を確保できる。

また、金属粒子の凝集回避として不織布等の非反応部２４に金属粒子２４を塗布、修飾したカートリッジのごときも考えられる。また、外套部材１２の径がある程度大きい場合や迅速に水素発生反応させる場合などでは粉末状の金属粒子２４をそのまま載置することも考えられる。

次に、本水素発生器１０の使用方法について、図２も参照して説明する。図２は、本発明の水素発生器１０を折り曲げることで水素を発生させる模式図であり、（ａ）は図１の非使用時の状態から外套部材１２を折り曲げた状態、（ｂ）は折り曲げ後に元の状態に戻した状態を示している。本水素発生器１０の長手方向と直角方向に押圧を加えると、図２（ａ）に示すように、外套部材１２が屈曲し、アンプル部材１４は断割する。これに伴いアンプル部材１４内の水溶液１８が外套部材１２内に流出し、金属部材１６に接触する。続いて、図２（ｂ）に示すように、水と金属との化学反応が生じ、その結果、水素２０が発生し、上部の蓋部材１５のフィルム素材１３ａを介して水素ガス２０のみが外套部材１４から外部へと流出する。前述のように外部に流出した水素ガス２０は、本水素発生器１０を所望の飲料内に入れることで、飲料に溶け込み、使用者は水素の溶解した飲料（水素水）を得ることができる。

また、外套部材１２は、長手方向中央近傍の厚み又は径が小さくなっている。例えば、図３（ａ）の例では、外套部材１２の中央近傍の内壁周囲に内側に突出する凸形状部４０を備えている。この凸形状部４０により、本水素発生器１０に横荷重（押圧）を加えた場合に、凸形状部４０に応力集中し、その部分が折れ曲がり易いだけでなく、アンプル部材１４の長手方向中央近傍に接触し、加圧がされ、より容易にアンプル部の断割が可能となる。

一方、図３（ｂ）の例ではアンプル部材１４の一部が、他部に比べ厚みが小さい薄肉部４１を設けている。この薄肉部４１により、薄肉部４１が、他と比較して断割されやすいため、より小さい横荷重（押圧力）で容易にアンプル部材１４が断割する。また、この薄肉部４１はアンプル部材１４の長手方向中央近傍にあり、一端だけが断割する場合と比較して水溶液１８が迅速に外套部材１２内に流出する。さらに、上述した外套部材１２の凸形状部４０が薄肉部４１と長手方向に略同位置に配設されることで、よりいっそうアンプル部材１４の断割し易くなる。

金属部材１６は、例えば水と反応して水素ガスを放出する主組成として、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム又はこれらの水素化物等が例示される。金属を粒径や形状は、所望の使用態様、水素水化を企図する対象水溶液又はボトルによって種々に設定される。

水溶液１８は、色素付き、フレーバー等の場合も考えられ、視覚的、嗅覚的に水素水を使用者が楽しむことが可能となる。また、飲料が水素水かどうか、即ち、アンプル部材１４の断割が良好に行われ水素が発生しているか否かを判別することも可能となる。

次に、以下に、本発明の水素発生器の他の実施形態について説明する。
図４にはキャップ部材と、本水素発生器１１０の模式図が示されている。図６には図４のキャップ部材と本水素発生器１１０とを装着した状態でボトルに挿入した様子を示す模式図を示している。

本水素発生器１１０は、上述の水素発生器１０と同様に外套部材１１２、アンプル部１１４、金属部１１６、水溶液１１８及び水素透過部１１３を備えつつさらにキャップ部材１２２を用いる。水素の発生手順は上述の水素発生器１０と同様である。

キャップ部材１２２は、下側が開口した略円筒状の部材であり、キャップ本体部１２４と内フランジ部１２６と外フランジ部１２８とフィルター部１３２で構成される。キャップ本体部１２４は下方（紙面下側）に開口を有する略円筒状であり、定格のボトル用キャップ形状である（このため既存のボトルにそのまま適用できる）。内フランジ部１２６と外フランジ部１２８とでキャップ部材１２２は内外の２層の略円筒状の開口部を形成している。内フランジ部１２６の長手方向（高さ方向）の中央近傍には、キャップ本体部１２４の上面と略平行に、内フランジ部１２６の上下中間位置に略円形のフィルター部１３２が配置される。フィルター部１３２は内フランジ部１２６に挟まれる部分に、金属及び水溶液を通さず、水素を通す通気性不浸透性材料（例えばフッ素フィルム）を備えている。フィルター部１３２より下方の内フランジ部の内側周囲には、らせん状にネジ溝１２６ａが配設され、外フランジ部１２８の内側周囲にもキャップ部材１２４の上面かららせん状のネジ溝１２８ａが配設される。

図４に示す水素発生器１０の蓋部分１５には外側周囲には内フランジ部１２６のネジ山１２６ａとネジ締結可能ならせん状にネジ山１９を備える。本水素発生器１０とキャップ部材１２２とボトル２００とをネジ締結した場合、水素発生器１０から放出された水素ガス２０は、フィルター部１３２を通過し、内フランジ部１２６と外フランジ部１２８との隙間を介してボトル２００内の水溶液２０１に到達する。これによってボトル２００にキャップ部材１２４で密封している場合には水素水を生成できることとなる。

なお、図４、図６の例では、本水素発生器１０からの水素ガスがフィルタ部材１３２が備える通気性不浸透性材料で水素ガス等の気体のみ通過させるため、水素発生器１０自体に通気性不浸透性材料を備える必要がないとも考えられるが、本水素発生器１０が落下したり、ユーザがそのままボトル２００内に投入することも考えられるため水素発生器１０自体に通気性不浸透性材料を備えることが必要である。

また、図４、図６では汎用性を考慮しキャップ部材１２４等をボトル２００とネジ締結する構成が示されているが、機構的にはネジ機構以外にボトルや水素発生器１０に圧入する構成であっても良い。

１０ 水素発生器
１２ 外套部材
１３ 水素通過部材
１４ アンプル部
１６ 金属部材（金属材料）
１８ 水溶液
２０ 水素
２２ 非反応部
２４ 金属粒子
４０ 凸形状部
１１０ 水素発生器
１１２ 外套部材
１１３ 水素通過部材
１１４ アンプル部
１１６ 金属部
１１８ 水溶液
１２２ キャップ部材
１２４ キャップ本体部
１２６ 内フランジ部
１２８ 外フランジ部
１３０ ネジ部

Claims (6)

1. 水を主組成とする水溶液を内部に封入する、長手方向に伸びた略筒形状のアンプル部材と、
   前記アンプル部材と水と水素発生反応する金属材料とを内部に封入し、前記アンプル部材よりも可撓性の高い素材で構成され該アンプル部材の長手方向に延びる略筒形状の外套部材と、を備え、
   前記外套部材の一部が、水溶液を遮断し水素を通過させる通気性不浸透性材料で外部と遮断され、
   前記アンプル部材は、使用時に前記アンプル部材の横方向の手力により断割可能であり、
   前記アンプル部材の長手方向の中央近傍の厚みが、他よりも小さい構成であり、
   前記外套部材は、前記アンプル部材の厚みが小さい位置の近傍で厚み又は径が小さい、
   ことを特徴とする、飲料用水素発生器。
2. 前記金属材料は、粒状物、粉末状物、任意の立体形状物、非反応物の表面に金属を固定したもの、又はこれらを組み合わせた構成である、ことを特徴とする請求項１に記載の飲料用水素発生器。
3. 前記金属材料において、水と化学反応をする金属の主組成が、マグネシウム、アルミニウム、カルシウムのいずれかである、ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の飲料用水素発生器。
4. 前記外套部材の上端は蓋部材を有し、該蓋部材に設けた前記通気性不浸透性材料により前記外套部材の内の水溶液は封止され、
   前記通気性不浸透性材料が、
   熱可塑性樹脂である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の飲料用水素発生器。
5. 前記熱可塑性樹脂が、
   （Ａ）ポリ塩化ビニリデン、（Ｂ）ポリ塩化ビニル、及び、（Ｃ）ポリアクリロニトリルからなる群から選択される少なくとも１種である、ことを特徴とする請求項４に記載に記載の飲料用水素発生器。
6. 下方に汎用のボトルとネジ締め可能なネジ溝を設けた開口を有し上端を閉鎖する底部とするキャップ部材を備え、
   該キャップ部材には、その前記底部の中心近傍から下方に突出し前記キャップ部材の開口より径が小さく前記外套部材の上端とネジ締め可能な開口を有するキャップ開口部を有し、
   前記外套部材の上端は、該キャップ開口部とネジ締め可能なネジ溝を設けたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の飲料用水素発生器。