JP7122074B1

JP7122074B1 - 還元水素水生成装置

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Publication number: JP7122074B1
Application number: JP2021017164A
Authority: JP
Inventors: 圭廣岡
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Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2022-08-19
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Abstract

【課題】還元水素水を極力、長期に亘って的確に生成できる還元水素水の生成方法及び還元水素水生成装置を提供する。【解決手段】複数のＭｇ片２０に対して水道水を連続的に供給することにより、複数のＭｇ片２０を通り過ぎる水道水中に、Ｈ2、Ｍｇ2+を生成すると共に、ＯＨ-濃度を、複数のＭｇ片２０への供給前の水道水中の水酸化物イオン濃度よりも増大させ、水道水の流れによって、複数の各Ｍｇ片２０の周囲に位置するＨ2、Ｍｇ2+及びＯＨ-をその複数の各Ｍｇ片２０から離間させる方向に誘導する。【選択図】図２

Description

本発明は、還元水素水生成装置に関する。

還元水素水は、溶存水素を含むアルカリ性水溶液として知られている。この還元水素水の生成には、一般に、特許文献１に示すように、電気分解（電解）が用いられており、その生成に当たっては、陰極から電子が被処理水に与えられる。これにより、被処理水中の水素イオン（Ｈ⁺）が水素原子（Ｈ）を経て水素分子（Ｈ₂ガス）となり、それが被処理水中に溶存する一方、被処理水中の水素イオン（Ｈ⁺）濃度の減少に伴い、水酸化物イオン（ＯＨ^-）濃度が増大してアルカリ性を示すことになる。

ところで、本発明者は、還元水素水を簡易且つ効率的に還元水素水を生成するべく、水素よりもイオン化傾向が大きい金属を水溶液（被処理水）中に浸漬したときに、局部電池が構成されることに着目している。具体的には、水素よりもイオン化傾向が大きい金属を水溶液中に浸漬すれば、金属が水溶液に溶解して金属イオンになる一方で、電子が金属に残る。この金属上の電子が水溶液中の水素イオン（Ｈ⁺）に与えられ、その水素イオン（Ｈ⁺）は水素原子（Ｈ）を経て水素分ガス（Ｈ₂）となり、それが被処理水中に溶存する。他方で、上記水素イオン（Ｈ⁺）濃度の減少に基づき、水酸化物イオン（ＯＨ^-）濃度が増大してアルカリ性を示すことになる。この結果、電解を利用した場合同様、還元水素水を得ることができる。

特許第６７０７２４１号公報

しかし、上記還元水素水の生成方法においては、水素（Ｈ₂）が気泡として金属表面に張り付き、その多くの水素ガス（Ｈ₂）は、水溶液の圧力に打つ勝つことができず、金属に付着した状態が維持される。また、水溶液中に溶出した金属イオンと、相対的に濃度が増大する水酸化物イオンとが金属周囲に近づき、金属の表面に金属水酸化物が不動体として覆うように付着する。このため、金属上の電子と水素イオン（Ｈ⁺）との結合が阻害され（以下、分極）、水素ガス（Ｈ₂）が生成されることも、水酸化物イオン（ＯＨ^-）濃度が増大することも抑制される（還元水素水生成の抑制）。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、金属を被処理水中に浸漬することによって生成する還元水素水を極力、長期に亘って的確に生成できるようにする還元水素水生成装置を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明にあっては、下記（１）～（８）とした構成とされている。

（１）流入口と流出口とを備え、該流入口から被処理水を連続的に流入させて該被処理水を該流出口に向けて流す装置本体と、
前記装置本体内に前記被処理水の流れ領域において設けられ、その材料成分が、水素よりもイオン化傾向が大きい金属を含んでいる水調整材としての複数の水調整材片と、を備え、
前記装置本体内に複数の仕切り板を間隔をあけつつ順次、設けることにより、複数の収納室が直列配置をもって形成され、
前記複数の各仕切り板に、隣合う前記収納室間を連通させる連通孔がそれぞれ形成され、
前記複数の各収納室に、複数の水調整材片が余裕空間をあけつつそれぞれ収納され、
前記複数の各水調整材片は、前記被処理水が前記装置本体内に該装置本体の流入口から流入されているときには、該被処理水が該複数の各水調整材片の周囲を通過可能となるように設定されていると共に、該被処理水中において浮遊状態となるように設定されている、
ことを特徴とする還元水素水生成装置とした構成とされている。

この構成により、水素よりもイオン化傾向が大きい金属を含む水調整材に対して、被処理水が連続的に供給されることになり、その水調整材を通り過ぎる被処理水中において、水素ガス（Ｈ₂）、金属の金属イオンが生成されると共に、水酸化物イオン濃度が、装置本体内に流入する前の被処理水中の水酸化物イオン濃度よりも増大することになる（還元水素水の生成）。しかもこの場合、被処理水の流れによって、水調整材の周囲に位置する前記水素ガス、金属の金属イオン及び水酸化物イオンが、その水調整材から離間させる方向に誘導されることになり、水素ガス及び不動体である金属水酸化物が水調整材表面（金属表面）に付着することを抑制でき（分極の抑制）、金属上の電子と水素イオンとの結合を可能にすることができる。このため、還元水素水の生成の継続性を向上させることができ、還元水素水を極力、長期に亘って的確に生成できる還元水素水生成装置を提供できる。

また、複数の水調整材片をもって水調整材の比表面積を増大させることができ、被処理水と水調整材との接触面積を増大させて、還元水素水を効果的に生成することができる。その一方で、各水調整材片の周囲に対して被処理水を流して、水素ガス、金属イオン、水酸化物イオンを各水調整材片から離間させることができ、各水調整材片において、水素ガス及び不動体である金属水酸化物が付着することを抑制できる。また、仮に、各水調整材片に水素ガス及び金属水酸化物が付着しても、被処理水中での各水調整材片の浮遊状態に基づき、水調整材片同士を衝突させ、各水調整材片と装置本体の内壁とを衝突させることもでき、その衝突に基づき、その水素ガス及び金属水酸化物を各水調整材片から離間させることができる（還元水素水生成の継続性向上）。
さらに、前記装置本体内に複数の仕切り板を間隔をあけつつ順次、設けることにより、複数の収納室が直列配置をもって形成され、前記複数の各仕切り板に、隣合う前記収納室間を連通させる連通孔がそれぞれ形成され、前記複数の各収納室に、複数の水調整材片が余裕空間をあけつつそれぞれ収納されていることから、各収納室において還元水素水の生成を担わせることになり、最終的に得られる還元水素水中の溶存水素量を増大させることができる。しかも、各収納室に複数の水調整材片が余裕空間をあけつつそれぞれ収納されていることから、各収納室において、具体的に、連通孔からの被処理水の流れにより各水調整材片を激しく浮遊させることができ、水調整材片同士を衝突させると共に、各水調整材片と装置本体の内壁とを衝突させて、各水調整材片に水素ガス及び金属水酸化物が付着していても、その水素ガス及び金属水酸化物を各水調整材から離間させることができる（還元水素水生成の継続性向上）。

（２）前記（１）の構成の下で、
前記装置本体の流入口側及び流出口側の少なくとも一方に、該装置本体内における被処理水の流量を調整する流量調整手段が設けられ、
前記流量調整手段が、前記被処理水の流量調整に基づき、前記装置本体内の被処理水の流速を調整可能としている構成とされている。

この構成により、水調整材に対する被処理水の供給流速を調整することができ、処理水の酸化還元電位を調整することができる。これにより、本発明者の知見を利用して、酸化還元電位の観点から客観的に、所望の還元水素水を得ることができる。

（３）前記（１）又は（２）の構成の下で、
前記各仕切り板の連通孔内面が、その孔を被処理水が通過するときに、その被処理水を螺旋流とするための案内面として形成されている構成とされている。

この構成により、仕切り板の孔からの被処理水の旋回流が各水調整材片同士の衝突を促進することになり、水素ガス及び金属水酸化物が各水調整材片に付着することを、一層抑制することができる（還元水素水生成の継続性の一層の向上）。
（４）前記（１）の構成の下で、
前記流入口に、被処理水を浄化するための浄化装置が接続され、
前記浄化装置が、水素よりもイオン化傾向が小さい金属の金属イオンを除去するように設定されている構成とされている。
この構成によれば、水調整材片が保有する電子のエネルギを有効に利用すべく、それを極力、水（Ｈ ₂ Ｏ）から水素（Ｈ ₂ に）に還元される還元反応以外の還元反応に使用されないようにすることができる。
（５）前記（１）の構成の下で、
前記連通孔が、前記各仕切り板において、複数設けられ、
前記複数の連通孔は、前記各仕切り板において、該各仕切り板の配設方向に順番に、径方向中央部、外周縁部の配置順の繰り返しをもって形成されている構成とされている。
（６）前記（１）の構成の下で、
前記複数の水調整材片が、ミネラル成分である構成とされている。
この構成により、水調整材片における金属として、人体にとって有効なミネラル成分を用
いることができる。
（７）前記（１）の構成の下で、
前記各収納室に収納される前記複数の水調整材片の容積が、該各収納室の容積に対して５０～９０％に設定されている構成とされている。
（８）前記（１）の構成の下で、
前記複数の仕切り板に軸棒が、該複数の仕切り板を貫通した状態で一体化され、
前記軸棒が、該軸棒の軸心を中心として回転可能とされている構成とされている。
この構成によれば、各収納室において、複数の水調整材片に、浮遊した状態で乱れた挙動を取らせることができると共に、その動きにより遠心分離効果を生じさせ、複数の水調整材片を収納室の径方向外方側に移動させる一方で、分離されたＨ ₂ 等を収納室の径方向内方側に移動させることができる。

本発明によれば、還元水素水を極力、長期に亘って的確に生成できる還元水素水生成装置を提供できる。

第１実施形態に係る還元水素水生成装置を示す図。第１実施形態に係る還元水素水生成装置の装置本体内の状態を説明する説明図。水道水中に浸漬されたＭｇ片から還元水素水が生成される仕組みを説明する説明図。図２の状態をより詳細に説明する説明図。第２実施形態に係る還元水素水生成装置を示す図。第２実施形態に係る還元水素水生成装置の装置本体内の状態を説明する説明図。図６の状態をより詳細に説明する説明図。第３実施形態を説明する説明図。本実施例に係るサンプリングを説明する説明図。比較例に係る各試験水の調整方法を説明する説明図。所定重量のＭｇ片が入れられたビーカー内に一定量の水道水を注入し、その水道水の注入時点からの酸化還元電位及びｐＨの経時変化値を示す図。図１１の値に基づいて作成された酸化還元電位及びｐＨの特性を示す特性図。比較例の試験結果値（酸化還元電位及びｐＨの計測値）を示す図。図１３の計測値に基づいて作成された酸化還元電位及びｐＨの特性を示す特性図。本実施例の試験結果値（酸化還元電位及びｐＨの計測値）を示す図。図１５の計測値に基づいて作成された酸化還元電位及びｐＨの特性を示す図。本実施例の下で、供給水道水流量の変化に対してその水道水の酸化還元電位及びｐＨの各計測値がどのように変化するかを示す図。図１７の計測値に基づいて作成された酸化還元電位及びｐＨの特性を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図４は、第１実施形態における生成方法及びその生成方法を実施する生成装置を示す。この第１実施形態において、符号１は生成装置である。この生成装置１は、被処理水としての水道水を処理して、処理水としての還元水素水を生成する装置本体２と、その装置本体２内に水道水を供給する水道水の供給系３と、装置本体２からの処理水としての還元水素水を取り出す還元水素水の取出し系４とを備えている。これらは、設置面（図示略）上に配置される。

前記装置本体２は、図１、図２に示すように、軸線が上下方向に円筒状に伸びる一定径（例えば内径１４ｃｍ）の有底円筒体部５と、その有底円筒体部５の開口部にその開口を覆うように着脱可能且つ液密に取付けられる頭部６とを有している。この装置本体２は、その頭部６が有底円筒体部５よりも上側に位置するように設置され、この装置本体２内には、上下方向に伸びる内部空間７が形成されている。本実施形態においては、この装置本体２の上部に、内部空間７を外部に連通する流入口８が形成され、この装置本体２の下部に、内部空間７を外部に連通させる取出し口９が形成されている。

前記水道水の供給系３においては、図１に示すように、貯水タンク１０と装置本体２の流入口８とが供給パイプ１１を介して接続され、その供給パイプ１１には、貯水タンク１０から装置本体２に向けて順に、ポンプ１２、流量調整弁１３、浄化装置１４が介装されている。貯水タンク１０は、飲料可能な浄水を貯めるものであり、本実施形態においては、その貯水タンク１０内に水道水が貯められる。このため、貯水タンク１０内には、図示を略す水道水供給源から水道水が供給され、貯水タンク１０内は、常に一定量の水道水が貯留される。ポンプ１２は、貯水タンク１０内の水道水を装置本体２に向けて送り出す役割を有しており、その吐出能力は、装置本体２の取出し口９からの還元水素水の流出量等を考慮して決められている。流量調整弁１３は、装置本体２への流量を調整するものであり、その流量調整を通じて、装置本体２内をその軸線方向に流れる水道水の平均流速が調整されることになる。浄化装置１４は、水道水をさらに浄化するものであり、その浄化装置１４内には、本実施形態においては、活性炭等の吸着材が収納されている。

この場合、浄化装置１４が、水（Ｈ₂Ｏ）から水素ガス（Ｈ₂）を発生する還元反応に関与する電子のエネルギよりも低い電子のエネルギをもって還元される金属イオンを除去できる機能を有していれば、より好ましい。後述する如く、水調整材片（金属）２０が保有する電子のエネルギを有効に利用すべく、それを極力、Ｈ₂ＯからＨ₂に還元される還元反応以外の還元反応に使用されないようにするためである。このため、水道水中に例えば銅イオンＣｕ²⁺等が含まれている場合には、取り除くことが好ましい。

前記装置本体２内（内部空間７）には、図２に示すように、装置本体２の軸線方向に間隔をあけて円板状の複数の仕切り板１５が設けられている。この各仕切り板１５は、下側から上側に向けて順に、装置本体２の内壁に順次設けられる取付け具（図示略）に着脱可能に取付けられ、隣り合う仕切り板１５は、後述の水調整材片２０を収納するための収納室１６を区画している。この場合、最上段の仕切り板１５と装置本体２の上部内壁（頭部６の上部内壁）とは、前記流入口８から装置本体２内に水道水を流入させるための流入室１７を区画し、最下段の仕切り板１５と装置本体２の下部内壁（有底円筒体部５の下部内壁）とは、前記取出し口９から装置本体２外へ水道水を流出させるための流出室１８を区画している。この各仕切り板１５には、その各仕切り板１５の肉厚方向に貫通する複数の連通孔１９が形成されている。複数の連通孔１９は、本実施形態では、上側から下側に向けての各仕切り板１５において、径方向中央部、外周縁部の順に形成され、その各仕切り板１５における各個所の複数の連通孔１９は、装置本体２内に流入された水道水を図２の矢印で示すような流れとする。この場合、各仕切り板１５における複数の連通孔１９の開口面積の総和は、装置本体２内への水道水の供給当初において、上側の収納室１６から下側の収納室１６に向けて順に、収納室１６を水道水で満たすことになるように設定することが好ましい。

前記装置本体２内の各収納室１６には、図２に示すように、水道水の水調整を行う水調整材としての複数の水調整材片２０（図２、図４においては、簡易的に円形状をもって示す。また、図２において、複数の水調整材片２０は一部の収納室１６においてのみ図示し、他の収納室１６においては図示を略す。）が収納されている。各水調整材片２０は、水素よりもイオン化傾向が大きい金属を含むものであり、その金属としては、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、鉄、カリウム等のミネラル成分が好ましい。この各水調整材片としては、前記好ましい金属に触媒（例えばＦｅ，ＦｅＯ，Ｆｅ₂Ｏ₃等）を含めて成形物（粉体同士を混ぜ合わせて成形としたもの）としたものや、そのような好ましい金属だけで構成するものを選択し得る。本実施形態においては、水調整材片として、金属マグネシウム片単独で構成されるもの（以下、Ｍｇ片といい、符号２０を用いる。）が用いられる。これは、Ｍｇ片がミネラル成分であることに加えて、ＭｇとＭｇ²⁺との間の平衡反応の標準電極電位（－２．３６(V vs. SHE)）が、Ｈ₂とＨ⁺との間の平衡反応の標準電極電位（０(V vs. SHE)）よりも格段に小さく（電子のエネルギが大きく）、前者が後者よりも酸化し易い（電子を放出し易い）ことに着目して選択されている。

この場合、水調整材が複数の水調整材片（Ｍｇ片）２０とされているのは、複数の水調
整材片（Ｍｇ片）２０ではない一つの塊に比べて水道水との接触面積を増やすべく、比表面積を増大させると共に、後述の通り、複数の各水調整材片２０を激しく舞い上がらせるためである。この各収納室１６への複数のＭｇ片２０の装填に当たっては、有底円筒体部５から頭部６及び仕切り板１５を外した上で、各収納装置本体２の下側から上側に向けて順に、各収納室１６の相当空間毎にその各相当空間にＭｇ片２０を入れ込み、それを終えると、その各相当空間の上側を仕切り板１５の取付けにより塞ぐ。この各相当空間へのＭｇ片２０の装填が最上段の収納室１６の相当空間まで行われると、有底円筒体部５に対して再び頭部６が取付けられ、これにより、Ｍｇ片２０が装填された装置本体２となる。

上記水調整材片としてのＭｇ片２０は、装置本体２内に供給される水道水中において、水素ガス（Ｈ₂）を生成すると共に、水道水中の水酸化物イオン（ＯＨ^-）濃度を増大させて、水道水を還元水素水に処理する役割を果たす。図３により具体的に説明すれば、Ｍｇ片２０が水道水（水溶液）中に浸漬されれば、Ｍｇ片２０が水道水に溶解してＭｇイオン（Ｍｇ²⁺）を生成する一方で、電子が、Ｍｇ片２０表面に残ったり、或いはＭｇ片から金属製（例えばＳＵＳ３０４等）の装置本体２内壁に移動する（局部電流）。このＭｇ片２０表面又は装置本体２の内壁上の電子が水道水中の水素イオン（Ｈ⁺）に与えられ、そのＨ⁺は水素原子（Ｈ）を経て水素分ガス（Ｈ₂）となり、それが被処理水中に溶存する。このとき、水素よりもイオン化傾向が小さい（電子のエネルギが小さい）金属の金属イオンが除去されていれば、Ｍｇ片２０表面又は装置本体２の内壁上の電子のほとんどが水道水中のＨ⁺に与えられる。他方で、上記Ｈ⁺濃度の減少に基づき、水酸化物イオン（ＯＨ^-）濃度が増大してアルカリ性を示すことになる。これにより、還元水素水が生成される。

前記複数の水調整材片としての複数のＭｇ片２０は、図２に示すように、前記複数の各収納室１６において、余裕空間をあけつつそれぞれ収納されている。装置本体２内に水道水が満たされた状態で水道水の流れ（図２、図４中、矢印をもって示す。）が生じたときに、その水道水の流れによって、Ｍｇ片２０をその水道水中て激しく舞い上がらせた浮遊状態とし、その水道水の流れを、各収納室１６において複数の各Ｍｇ片２０の周囲を通る流れとすると共に、各Ｍｇ片２０同士の衝突、さらには各Ｍｇ片２０と装置本体２内壁との衝突を促進するためである。このときの水道水の流速（装置本体２内での下向きの平均流速）は、前述の流量調整弁１３により調整される。本実施形態においては、各収納室１６に収納される複数のＭｇ片２０の容積は、各収納室１６の容積に対して５０～９０％が望ましく、６０～７０％がより好ましい。

前記還元水素水の取出し系４においては、取出し口９に接続される取出し管２１と、該取出し管２１に介装される調整弁２２とが備えられている。取出し管２１内は、装置本体２内の流出室１８に連通されており、その取出し管２１から、装置本体２内で水道水の処理を終えたものが還元水素水として流出される。調整弁２２は、前記流量調整弁１３との関係で、水道水の流量又は装置本体２内の圧力を調整する必要があるときに用いられるものであり、本実施形態においては、一定の開度をもって開かれている。

このような還元水素水生成装置１においては、水道水が浄化装置１４を経て装置本体２の流入口８に供給されると、水道水は、流入室１７から下側の収納室１６に向けて順次、満たされていく。そして、装置本体２内が水道水で満たされた状態となると、その状況下で、図２の矢印で示す水道水の流れが生じ、各収納室１６の水道水中において、各Ｍｇ片２０は、水道水の流れによって激しく舞い上がった浮遊状態となる。これにより、各収納室１６において、水道水が複数の各Ｍｇ片２０の周囲を通って流れると共に、各Ｍｇ片２０同士の衝突等が促進されることになる。このため、Ｍｇ片２０に対する水道水の接触面積が増大することになり、各収納室１６において、前述のＭｇ片２０と水道水との作用関係により還元水素水が効果的に生成される。この結果、取出し管２１からの最終的な一定品質の還元水素水を取り出すに当たり、金属（Ｍｇ）として複数のＭｇ片２０としない一塊のものを用いる場合に比して、その取出し流量を増大させることができ、さらには、その複数のＭｇ片２０を収納する複数の収納室１６により、単一の収納室１６を用いる場合よりも、その効果を一層高めることができる。

他方で、各収納室１６において、水道水が複数の各Ｍｇ片２０の周囲を通って流れることになる。このため、各Ｍｇ片２０の周囲にＨ₂、Ｍｇ（ＯＨ）₂となるＭｇ²⁺及びＯＨ^-が位置しても、それらが水道水の流れによって各Ｍｇ片２０から離間する方向に誘導されることになり、Ｈ₂及びＭｇ（ＯＨ）₂がＭｇ片２０表面に覆うように付着することが抑制される（分極抑制）。また、各Ｍｇ片２０同士の衝突等が水道水の流れに基づき促進されると、仮に、各Ｍｇ片２０表面にＨ₂及びＭｇ（ＯＨ）₂が付着しても、その衝突に基づき、そのＨ₂及びＭｇ（ＯＨ）₂が各Ｍｇ片２０から離間される。このため、還元水素水を効果的に生成しつつ、その還元水素水の的確な生成の継続性を向上させることができる。

ポンプ１２の駆動が停止され、又は流量調整弁１３が閉弁されたときには、装置本体２内への水道水の供給が停止される。これに伴い、装置本体２内の還元水素水（水道水）の全部が、取出し管２１から排出されることになり、当該生成装置１の不使用時には、装置本体２内に水道水（還元水素水）が残存しなくなる。この結果、当該生成装置１の不使用時に、Ｍｇ（ＯＨ）₂等がＭｇ片２０表面に覆うように付着することが防止され、当該生成装置１は、次の使用時に的確に機能することになる。尚、装置本体２内の水道水（還元水素水）の全部を取出し管２１から排出するために、装置本体２の上部に大気開放弁（図示略）を設けることが好ましく、また、水道水の供給停止後に装置本体２から排出される還元水素水については、その有効利用を図るべく、貯留容器に貯めておき、後に使用できるようにすることが好ましい。

図５～図７は第２実施形態、図８は第３実施形態を示す。この各実施形態において、前記第１実施形態と同一構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図５～図７に示す第２実施形態は、前記第１実施形態の変形例を示す。この第２実施形態においては、装置本体２内にその下部から水道水が供給パイプ１１を介して供給されることになっている。

装置本体２には、その下部において、流入室１７、それに連なる流入口８が形成され、その上部において、流出室１８、それに連なる取出し口９が形成されている。流入口８に連なる供給パイプ１１には、水道水供給源（図示略）から延びる接続ホース２３にジョイント２４を介して接続され、水道水供給源における水道水圧の下で流量調整弁１３により流量調整された水道水が、浄化装置１４を介して装置本体２内に供給される。取出し口９には、フレキシブルな取出しパイプ２５が接続されており、その取出しパイプ２５から処理水としての還元水素水が流出される。また、装置本体２の下部には、図５に示すように、排水管２６が接続され、その排水管２６には開閉弁２７が介装されている。排水管２６及び開閉弁２７は、装置本体２内の水道水を外部に排出するときに用いるものであり、通常、開閉弁２７は閉じられている。

装置本体２内の各収納室１６には、前記第１実施形態同様、複数のＭｇ片２０が余裕空間をあけつつそれぞれ収納されている一方、その各収納室１６を区画する各仕切り板１５には、図６に示すように、複数の連通孔１９がそれぞれ形成されている。複数の連通孔１９は、各仕切り板１５全体において方々に配置されており、装置本体２下部の流入口８から該装置本体２内に流入された水道水は、下側から上側に向けて順に、各収納室１６を満たしながら上昇し、装置本体２内全体が水道水で満たされた後に、その状態を維持しつつ、水道水は装置本体２内を上昇する。

この第２実施形態においては、装置本体２内に水道水が満たされた状態の下で水道水が供給されると、装置本体２内において、各仕切り板１５における複数の連通孔１９を貫いて流れる噴流がそれぞれ生じる。この各噴流によって、各Ｍｇ片２０がその水道水中て激しく舞い上がった浮遊状態となると共に、各収納室の水道水の流れが乱される。このため、各収納室１６においては、水道水の流れが複数の各Ｍｇ片２０の周囲を通って流れると共に、各Ｍｇ片２０同士の衝突、各Ｍｇ片２０と装置本体２の内壁との衝突が促進される。これにより、水調整材に対する水道水の接触面積を増大させて、各収納室１６において、還元水素水の生成を効果的に行わせる一方で、水道水の流れが複数の各Ｍｇ片２０の周囲を通って流れることにより、各Ｍｇ片２０の周囲に位置するＨ₂、Ｍｇ（ＯＨ）₂となるＭｇ²⁺及びＯＨ^-は、各Ｍｇ片２０から離間する方向に誘導されることになり、Ｈ₂及びＭｇ（ＯＨ）₂がＭｇ片２０表面を覆うように付着することが抑制される（分極抑制）。また、水道水の流れにより、各Ｍｇ片２０同士の衝突、各Ｍｇ片２０と装置本体２の内壁との衝突が促進されることは、仮に、各Ｍｇ片２０表面にＨ₂及びＭｇ（ＯＨ）₂が付着しても、その衝突に基づき、そのＨ₂及びＭｇ（ＯＨ）₂を各Ｍｇ片２０から離間させる。このため、この第２実施形態においても、還元水素水の的確な生成の継続性を向上させることができる。

この第２実施形態においては、還元水素水の生成を停止するときには、流量調整弁１３が閉弁されて、装置本体２内への水道水の供給が止められるが、その生成停止がしばらく続く場合には、流量調整弁１３が閉弁されると共に、開閉弁２７が開弁され、装置本体２内の水道水（還元水素水）の全部が外部に排出される。還元水素水の生成停止の間、滞留水中でのＭｇ片２０の酸化作用（Ｍｇ²⁺の生成）によりＭｇ片２０等の表面にＭｇ（ＯＨ）₂等が付着することを防止するためである。勿論この場合も、装置本体２から排出される還元水素水については、その有効利用を図るべく、貯留容器に貯めておき、後に使用できるようにすることが好ましい。

図８に示す第３実施形態は、前記第２実施形態の変形例を示す。この第３実施形態においては、各仕切り板１５の各連通孔１９内面が、その各連通孔１９を水道水が通過するときに、その水道水を螺旋流とするための案内面として形成されている。具体的には、各連通孔１９内面に案内面として螺旋状のねじ山（図示略）が形成されている。これにより、仕切り板１５の各連通孔１９からの水道水の旋回流が、Ｈ₂、Ｍｇ²⁺及びＯＨ^-を各Ｍｇ片２０の周囲から離間させること、各Ｍｇ片２０同士の衝突、各Ｍｇ片２０と装置本体２の内壁との衝突を、一層促進することになり、各Ｍｇ片２０に対するＨ₂及びＭｇ（ＯＨ）₂の付着抑制を高めることができる。この結果、還元水素水の的確な生成の継続性を一層向上させることができる。

以下に、上記実施形態を用いた実施例（本実施例）を、比較例との比較の上で説明する。
（１）還元水素水の生成、及びＭｇ片の継続使用能力についての確認試験
（１－１）本実施例の試験内容
本実施例においては、図９に示すように、第２実施形態に係る生成装置１（装置本体２）に所定供給流量の下で浄化装置１４通過後の水道水を供給し、その生成装置１の取出し管２１から、一定量（１０００ｍｌ）の処理水を、順次、複数の各ビーカーＢ１内にサンプリングした。そして、その各サンプリング水の酸化還元電位（各図中における表示として「ＯＲＰ」を使用し、基準電極として標準水素電極を使用（以下、同様））、ｐＨをそれぞれ計測した。さらに、上記サンプリング後も、処理水を取出し管２１から流し続け、試験開始（取出し管２１から処理水が流れ始めた時点）から１時間後に、上記と同様、一定量（１０００ｍｌ）の処理水を、順次、複数の各ビーカーＢ１内にサンプリングし、その各サンプリング水の計測を行った。このとき、装置本体２の複数の収納室１６を上下方向に５段とし、その５段の各収納室にＭｇ片を５００ｇ装填し（全体で２５００ｇ）、供給水道水（浄化装置１４通過後の水道水）としては、供給流量が３（ｌ／分）、酸化還元電位が３０４ｍＶ、ｐＨが７．６５であるものを用いた。

（１－２）比較例の試験内容
比較例においては、図１０に示すように、所定重量（５０ｇ）のＭｇ片が入れられたビーカーＢ２内に、一定量（１００ｍｌ）の被処理水としての水道水（本件浄化装置により浄化した本実施例と同じもの（酸化還元電位３０４ｍＶ、ｐＨ７．６５））を注入して試験水とし、その試験水の酸化還元電位（基準電極として標準水素電極を使用（以下、同様））、ｐＨを計測した。この計測後、ビーカーＢ２内の所定重量のＭｇ片をそのまま残しつつ試験水だけを捨て、新たな一定量（１００ｍｌ）の水道水（最初に注入した水道水と同じ水道水）をそのビーカーＢ２内に注入して新たな試験水とし、その試験水の酸化還元電位、ｐＨを計測した。同様の試験水の計測を、この後、複数回に亘って行った。この場合、各回の試験水の計測は、ビーカーＢ２内への水道水の注入から所定のタイミング（水道水注入から３５分（共通計測タイミング））で行った。この所定タイミングについては、所定重量（５０ｇ）のＭｇ片が入れられたビーカーＢ２内に一定量（１００ｍｌ）の水道水を注入し、その水道水の注入時点からの酸化還元電位、ｐＨの経時変化を求め、それらの値がほぼ安定した時点を求め、その遅い時点の方を計測時点ｔｄとした。図１１、図１２がその結果を示すものである。図１１、図１２によれば、ｐＨについては、ビーカーＢ２への水道水の注入後５分程度で、その値が安定する（略一定となる）一方で、酸化還元電位については、ビーカーＢ２への水道水の注入後３５分程度でその値が安定し始めた。このことから、上述の通り、比較例における各試験水の計測の所定タイミングを、ビーカーＢ２内への水道水の注入から３５分とした。

（１－３）試験結果
（１－３－１）還元水素水の生成については、水溶液中において、酸化還元電位（計測値）がＭｇの標準電極電位（－２．３６(V vs. SHE)）よりも高ければ（酸化方向に進行する状態）、Ｍｇの存在下、ＭｇからＭｇ²⁺への移行（Ｍｇ表面での負電荷生成）が生じ、しかも、その酸化還元電位がＨ₂の標準電極電位（０(V vs. SHE)）よりも低ければ（還元方向に進行する状態）、Ｍｇ表面でＨ⁺からＨ₂への移行が生じる（還元水素水の生成）。これについては、比較例においては、図１１～図１４に示すように、ビーカーＢ２への注水後一定時間を経過すれば、試験水がアルカリ性を示すと共に、その酸化還元電位（計測値）が上記条件を満たす各値となり、本実施例においても、順次、サンプリングした各サンプリング水の計測値（酸化還元電位、ｐＨ）が、図１５、図１６に示すように、上記条件を満たす各値となった。したがって、比較例、本実施例のいずれにおいても、還元水素水の生成が認められる。

（１－３－２）比較例におけるＭｇ片の継続使用能力の試験結果（各回のＯＲＰ、ｐＨ）については、図１３、図１４に示されている。比較例においては、酸化還元電位に関して、いずれの試験水においても、その各計測値は注入時の値（３０４ｍＶ）よりも低下するものの、１回目の試験水の計測値（－８９ｍＶ）が最も低く、２回目以降、各計測値は、試験の順番が進むに伴い緩やかな勾配をもって次第に上昇した。この結果、１回目の計測値と４回目の値との間で比較的な大きな差分ΔＥを示した（図１３,図１４参照）。一方、ｐＨに関しては、１回目の試験水の計測値が注入時における水道水の値（ｐＨ７．６５）よりも上昇したものの、それ以降の試験水においては、その試験の順番が進むに従って多少、低下する傾向を示した（ｐＨ９．３０～９．０５）。

上記試験結果によれば、上記酸化還元電位の傾向に基づき（試験水中の全てのイオン（Ｍｇ²⁺、Ｈ⁺等）による電位である酸化還元電位が、試験の順番が進むにつれて次第に上昇すること）、試験水中における各平衡反応（Ｍｇ²⁺＋２ｅ＝Ｍｇ，２Ｈ⁺＋２ｅ＝Ｈ₂等）において、電子を含む側（酸化側）の活性化エネルギが次第に増加し、電子を含まない側（還元側）の活性化エネルギが次第に減少することになる。このため、各Ｍｇ片２０においては、そのＭｇの酸化（Ｍｇ²⁺）が促されて、各Ｍｇ片２０に負電荷（電子）が帯電し、基本的には、試験水中のＨ⁺がＭｇ片表面でＨを経てＨ₂になる。その一方で、２Ｈ⁺＋２ｅ＝Ｈ₂の反応においては、試験の順番が進むにつれて次第に酸化還元電位が上昇することに基づき、電子を含む側（酸化側）の活性化エネルギが次第に増加し、Ｈ₂の生成が低下されると考えられる。これは、各試験において、試験水の注入の度に、Ｍｇ片上で生成されたＨ₂がそのＭｇ片表面に付着して、試験水中の新たなＨ⁺とＭｇ片表面上の電子との結合が抑制されるためだけでなく、各試験において、試験水中に溶出したＭｇ²⁺とその試験水中のＯＨ^-とがＭｇ（ＯＨ）₂を生成し、Ｍｇ片表面に対するそのＭｇ（ＯＨ）₂の付着量（被覆面積）が、試験の順番が進むにつれて増し、試験水中の新たなＨ⁺とＭｇ片表面上の電子との結合を抑制するためと考えられる。このことは、図１４において、Ｈ⁺濃度に関係するｐＨが、試験の順番が進むに従って多少、低下する（Ｈ⁺濃度が多少、増加する）ことによっても示されていると考えられる。

（１－３－３）本実施例におけるＭｇ片の継続使用能力の試験結果（各回のＯＲＰ、ｐＨ）については、図１５、図１６に示されている。本実施例においては、水中の全てのイオンによる電位である酸化還元電位に関して、いずれのサンプリング水においても、その各計測値は、供給水道水の値（３０４ｍＶ）よりも低下し、取出し管２１による処理水の取出し開始直後からの複数（４回）の各サンプリング水だけでなく、処理水の取出し開始から１時間経過後における複数（４回）の各サンプリング水においても、各計測値にほとんど差分が生じなかった（図１５、図１６参照）。ｐＨに関しては、いずれのサンプリング
水においても、その各計測値は、注入時の値（ｐＨ７．６５）よりもアルカリ性域に上昇し、その各サンプリング水の計測値は、処理水の取出し開始直後からの複数（４回）のサンプリングだけでなく、処理水の取出し開始から１時間経過後における複数（４回）の各サンプリングにおいて、ほとんど差分が生じなかった（図１５、図１６参照）。このことから、本実施例は、サンプリングの順番が進んでも、各サンプリング水の各平衡反応の活性化エネルギに変化がなく、比較例に比して、分極等を生じにくく、還元水素水を極力、長期に亘って的確に生成できる点で、優位性を有すると考えられる。

（２）装置本体２での水道水の流速による影響についての確認試験
第２実施形態に係る装置１を用いて、流量調整弁１３をもって水道水の供給流量を調整することにより、装置本体２内の上昇平均流速を変化させ、そのときの取出し管２１からの処理水を１０００ｍｌサンプリングし、その各サンプリング水の酸化還元電位、ｐＨを計測した。この場合、装置本体２の複数の収納室１６を上下方向に５段とし、その５段の各収納室にＭｇ片を３００ｇ装填し（全体で１５００ｇ）、供給水道水としては、酸化還元電位が３０３ｍＶ、ｐＨが７．６５であるものを用いた。

図１７、図１８は、上記試験結果を示す。試験結果によれば、ｐＨについては、１回目のサンプリング以降、アルカリ性（ｐＨ１０．２３）の下で、水道水の供給流量（装置本体２内の上昇平均流速）の増大に伴い若干、値が低下傾向を示し、酸化還元電位については、水道水の供給流量（装置本体２内の上昇平均流速）の増大に伴い緩やかな勾配をもって次第に上昇する傾向を示した。これにより、酸化還元電位を低くしたいときには、水道水の供給流量（装置本体２内における水道水の平均流速）を小さくすればよいとの知見を得た。

以上実施形態について説明したが本発明にあっては、次の態様を包含する。
（１）第１実施形態に係る仕切り板１５の構成を第２実施形態に係る仕切り板１５に適用し、第２実施形態に係る仕切り板１５の構成を第１実施形態に係る仕切り板１５に適用すること。
（２）複数の収納室１６を適宜の数とし、各収納室１６にＭｇ片を装填すること。
（３）還元水素水の溶存水素量等から、各収納室１６に対するＭｇ片の装填量を適宜決めること。
（４）Ｍｇ片の各大きさ（粒子径）を、供給水道水の流速との関係で、互いに衝突が促進されるような浮遊状態とする観点から、適宜決めること。
（５）各収納室１６内に、その軸心を中心とした水道水の螺旋流を形成すること。このため、例えば、装置本体２内の複数の仕切り板１５を、それらを貫通する軸棒により一体化し、その軸棒をその軸心を中心として回転させることができる。この場合、仕切り板１５の表面に、螺旋流を形成するための案内翼を設けることが好ましい。これにより、各収納室１６において、複数のＭｇ片２０に、浮遊した状態で乱れた挙動を取らせることができると共に、その動きにより遠心分離効果を生じさせ、複数のＭｇ片２０を収納室１６の径方向外方側に移動させる一方で、分離されたＨ₂等を収納室１６の径方向内方側に移動させることができる。
（６）装置本体２の内壁を、水調整材としてのＭｇ等の金属により形成すること。
（７）水調整材片２０の金属として、種々のものを用い、又は種々のものを混在させること。
（８）各収納室１６毎に異なった金属（水調整材）をそれぞれ収納したり、各収納室１６内に複数の異なった金属を混在させること。

本発明は、還元水素水を極力、長期に亘って的確に生成できるために利用できる。

１還元水素水生成装置
２装置本体
８流入口
９取出し口（流出口）
１３流量調整弁
１５仕切り板
１６収納室
１９連通孔
２０Ｍｇ片（水調整材片）

Claims

流入口と流出口とを備え、該流入口から被処理水を連続的に流入させて該被処理水を該流出口に向けて流す装置本体と、
前記装置本体内に前記被処理水の流れ領域において設けられ、その材料成分が、水素よりもイオン化傾向が大きい金属を含んでいる水調整材としての複数の水調整材片と、を備え、
前記装置本体内に複数の仕切り板を間隔をあけつつ順次、設けることにより、複数の収納室が直列配置をもって形成され、
前記複数の各仕切り板に、隣合う前記収納室間を連通させる連通孔がそれぞれ形成され、
前記複数の各収納室に、複数の水調整材片が余裕空間をあけつつそれぞれ収納され、
前記複数の各水調整材片は、前記被処理水が前記装置本体内に該装置本体の流入口から流入されているときには、該被処理水が該複数の各水調整材片の周囲を通過可能となるように設定されていると共に、該被処理水中において浮遊状態となるように設定されている、
ことを特徴とする還元水素水生成装置。
請求項１において、
前記装置本体の流入口側及び流出口側の少なくとも一方に、該装置本体内における被処理水の流量を調整する流量調整手段が設けられ、
前記流量調整手段が、前記被処理水の流量調整に基づき、前記装置本体内の被処理水の流速を調整可能としている、
ことを特徴とする還元水素水生成装置。
請求項１又は２において、
前記各仕切り板の連通孔内面が、その孔を被処理水が通過するときに、その被処理水を螺旋流とするための案内面として形成されている、
ことを特徴とする還元水素水生成装置。
請求項１において、
前記流入口に、被処理水を浄化するための浄化装置が接続され、
前記浄化装置が、水素よりもイオン化傾向が小さい金属の金属イオンを除去するように設定されている、
ことを特徴とする還元水素水生成装置。
請求項１において、
前記連通孔が、前記各仕切り板において、複数設けられ、
前記複数の連通孔は、前記各仕切り板において、該各仕切り板の配設方向に順番に、径方向中央部、外周縁部の配置順の繰り返しをもって形成されている、
ことを特徴とする還元水素水生成装置。
請求項１において、
前記複数の水調整材片が、ミネラル成分である、
ことを特徴とする還元水素水生成装置。
請求項１において、
前記各収納室に収納される前記複数の水調整材片の容積が、該各収納室の容積に対して５０～９０％に設定されている、
ことを特徴とする還元水素水生成装置。
請求項１において、
前記複数の仕切り板に軸棒が、該複数の仕切り板を貫通した状態で一体化され、
前記軸棒が、該軸棒の軸心を中心として回転可能とされている、
ことを特徴とする還元水素水生成装置。