JP7305635B2 - 水素混合ガスの生成方法 - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、水素混合ガスの生成方法に関する。
従来、水素を人体内に取り込むことは、病変や機能障害を引き起こす原因となるとされる活性酸素種を除去するのに有効であることが知られていた。そこで、飽和蒸気から水素ガスを発生させ、この水素ガスを人体内に取り込むことを可能にする水素混合ガス生成装置が提案された（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１３－１５１４００号公報
しかしながら、従来の水素混合ガス生成装置で得られた水素ガスでは、効果的に健康増進を図ることのできる裏付けがとれるまでには至っていない。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、健康増進により高い効果を発揮することのできる水素混合ガスの生成方法を提供することを目的とする。
（１）実施形態の一態様に係る水素混合ガスの生成方法は、還元促進部材を収納する加熱パイプと、当該加熱パイプを加熱する加熱装置とを有する加熱部を備える装置を用いた水素混合ガスの生成方法であって、第１の工程と、第２の工程とを有する。第１の工程は、前記加熱パイプに原水を流入させて加熱して水蒸気を発生させ、発生した水蒸気をさらに５００～８００℃に加熱するとともに、前記原水とともに加熱された前記還元促進部材に接触させて当該水蒸気を還元して水素ガスを発生させる。第２の工程は、前記第１の工程で発生した水素ガスを希釈して５００～２００００ｐｐｍの濃度の水素混合ガスを得る。
（２）また、実施形態の一態様に係る水素混合ガスの生成方法は、上記（１）において、前記加熱部は、前記加熱パイプの周りに巻回されるコイルヒータを備えることを特徴とする。
（３）また、実施形態の一態様に係る水素混合ガスの生成方法は、上記（１）において、前記加熱部は、電磁誘導加熱装置を備えることを特徴とする。
（４）また、実施形態の一態様に係る水素混合ガスの生成方法は、上記（１）から（３）のいずれか一つにおいて、前記第２の工程で得られる前記水素混合ガスの水素ガスの濃度を１０００～３０００ｐｐｍとすることを特徴とする。
（５）また、実施形態の一態様に係る水素混合ガスの生成方法は、上記（１）から（４）のいずれか一つにおいて、前記還元促進部材は、ステンレスにより形成され、両端からそれぞれ棒体が延在する筒状部を有する第１の金属部材と、鉄鋼材により形成され、複数本束ねられた状態で前記筒状部内に収納される第２の金属部材とを備えることを特徴とする。
（６）また、実施形態の一態様に係る水素混合ガスの生成方法は、上記（５）において、前記第１の金属部材における前記筒状部から延在する前記棒体の長さは、前記筒状部が前記原水に接触しない長さに規定されることを特徴とする。
実施形態の一態様によれば、健康増進を図ることのできる水素混合ガスを、より効果的に生成することができる。
図１は、実施形態に係る水素混合ガス生成装置の使用状態を示す説明図である。 図２は、実施形態に係る水素混合ガス生成ユニットの一例を示す模式的説明図である。 図３は、実施形態に係る水素混合ガス生成装置の構成例の一例を正面視により示す説明図である。 図４は、実施形態に係る水素混合ガス生成装置の構成例の一例を平面視により示す説明図である。 図５は、実施形態に係る水素混合ガス生成装置の構成例の一例を側面視により示す説明図である。 図６は、実施形態に係る空気取入部を備える加熱パイプを示す正面図である。 図７Ａは、実施形態に係る還元促進部材を示す正面図である。 図７Ｂは、実施形態に係る還元促進部材を示す平面図である。 図８Ａは、図７ＡにおけるＡ－Ａ線における拡大断面図である。 図８Ｂは、変形例に係る還元促進部材の断面視による説明図である。 図９は、実施形態に係る水素混合ガス吸入後の血清中ＥＬの産生が促進されたことを示すグラフである。 図１０は、実施形態に係る水素混合ガス吸入後の血清中硝酸イオンの産生が促進されたことを示すグラフである。 図１１は、実施形態に係る水素混合ガス吸入後のアンジオテンシンＩ転換酵素が抑制されたことを示すグラフである。 図１２は、他の実施形態に係る水素混合ガス生成装置の蒸気加熱部の一例を示す模式的説明図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する水素混合ガスの生成方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
先ず、図１および図２を参照しながら、本実施形態に係る水素混合ガスを生成するための水素混合ガス生成装置１０の構成の概要、およびこの水素混合ガス生成装置１０を用いて実施される水素混合ガスの生成方法について説明する。図１は、実施形態に係る水素混合ガス生成装置１０の使用状態を示す説明図、図２は、実施形態に係る水素混合ガス生成ユニットの一例を示す模式的説明図である。
本実施形態に係る水素混合ガス生成装置１０は、蒸気と水素ガス（Ｈ２）とが含まれる水素混合ガスを生成し、水素濃度を適切な濃度にして人体内に取り込み可能としたものである。図１に示すように、使用者は、ケーシング１から伸延するガス吸入管３０の先端を鼻に装着して、生成された水素混合ガスを鼻腔から摂取することができる。本実施形態では、使用者を一人としたが、ガス吸入管３０の接続部１３３を複数設けたり、ガス吸入管３０を複数に分岐させたりすることで、２人以上の使用も可能である。なお、ガス吸入管３０としては、例えば、カニューレなどを好適に用いることができる。
水素混合ガス生成装置１０のケーシング１は、図１に示すように、底壁１６と、天井壁１１と、４つの周壁１２，１３，１４，１５（図４を参照）とにより矩形箱状に形成されており、底壁１６の４隅には球状のキャスタ２０が取付けられる。
また、かかるケーシング１は、適宜の厚みからなるステンレスあるいは鋼板により形成される。図１に示すように、天井壁１１には、その面積の大部分を占める上部点検口１１０が形成されており、かかる上部点検口１１０は、蓋体１１１で着脱自在に覆われる。そして、蓋体１１１の前側に、電源スイッチ１１２と、操作部として機能するタッチパネル１１３とが設けられる。
また、ケーシング１の周壁の１つである前壁１２には、その面積の大部分をしめる前部点検口１２０が形成される。かかる前部点検口１２０には、図示しないヒンジを介して、取っ手１２２を有する前面扉１２１が開閉自在に取付けられる。
さらに、ケーシング１の周壁の一つである左側壁１３にも、その面積の大部分をしめる側部点検口１３０が形成され、この側部点検口１３０は蓋体１３１で着脱自在に覆われる。なお、本実施形態に係る水素混合ガス生成装置１０では、側部点検口１３０から後述する制御ユニット１０１（図３および図４参照）のメンテナンスが可能である。側部点検口１３０の上方、上縁部近傍位置には、複数の通気口１３２，１３２が形成される。かかる通気口１３２，１３２の前方位置には、ガス吸入管３０の接続部１３３が設けられる。
なお、複数の通気口１３２，１３２は、ケーシング１の周壁を構成する右側壁１４、後壁１５の上縁部近傍位置にも形成される。
ケーシング１の内部には、水素混合ガス生成ユニット１００が収納される。水素混合ガス生成ユニット１００は、図２に示すように、給水部２と、蒸気加熱部３と、ガス取出部５と、冷却部６とを備える。そして、第１の工程では、給水部２から供給された原水を蒸気加熱部３により加熱して蒸気を生成するとともに、その加熱蒸気をさらに５００～８００℃の間、より好ましくは６５０～７５０℃に加熱して水素ガスを含む高温の蒸気混合ガスを生成する。次いで、第２の工程として、第１の工程で発生した水素ガスを、系内に取り込んだ二次空気と混合して冷却しつつ１０００～３０００ｐｐｍ（０．１～０．３Ｖｏｌ％）の濃度に希釈し、人体に取り込むのに適した温度の水素混合ガスを得ることができるようにしている。
図３は、実施形態に係る水素混合ガス生成装置１０の構成例の一例を正面視により示す説明図、図４は、同上の水素混合ガス生成装置１０の構成例の一例を平面視により示す説明図、図５は、同上の水素混合ガス生成装置１０の構成例の一例を側面視により示す説明図である。また、図６は、実施形態に係る空気取入部を備える加熱パイプを示す正面図である。なお、図３および図５において、符号１９は水素混合ガス生成装置１０の設置面を示す。また、図２のみならず、いずれの図面においても、理解を容易にするために適宜簡略化してある。
水素混合ガス生成ユニット１００について、より具体的に説明する。図２～図５に示すように、給水部２は、原水５００を貯留する給水タンク２１と、蒸気加熱部３に供給される原水５００の液面を調整する調整タンク２２とを備える。給水タンク２１内には、原水５００の水量を検出するレベルスイッチ２１０が配設され、調整タンク２２には、図３および図５に示すように、給水レベル計２２１が設けられる。
調整タンク２２には、排水バルブ２２２を介して排水ホース２２０が取付けられており、調整タンク２２内の水を抜くことができる。かかる給水タンク２１と調整タンク２２とを、電磁弁２３を介して給水管４０により連通している。電磁弁２３の開閉動作は、給水レベル計２２１の値に応じて制御ユニット１０１（図４）により制御される。なお、図３および図４において、符号４１０は、給水管４０のカプラを示す。また、図３および図５において、符号２１９は給水レベル計２２１が備えるフロートを示す。
蒸気加熱部３は、調整タンク２２からの原水５００が流入する加熱パイプ３１と加熱装置とを備える。ここでは、加熱装置として、加熱パイプ３１の略全長に亘って周りを巻回するコイルヒータ７を備える。すなわち、蒸気加熱部３は、給水部２より連通管５０を介して加熱パイプ３１に供給された原水５００をコイルヒータ７で加熱して蒸気を発生させ、この蒸気をさらに６５０℃～７５０℃まで加熱する。なお、コイルヒータ７の周りは所定の厚みを有する断熱材３２で被覆される。
加熱パイプ３１に供給される原水５００の量は、調整タンク２２によって一定に保たれる。すなわち、図５に示すように、調整タンク２２における液面５０１と加熱パイプ３１内の液面５０１は同レベルとなる。
図５に示すように、原水５００が流入する加熱パイプ３１は、給水部２と連通する連通管５０が接続された筒状体３３０の上端部に、断熱用スリーブ４７を介して取付けられる。かかる加熱パイプ３１内には、水素ガスの発生を促進するための還元促進部材４（図６参照）が収納される。かかる還元促進部材４は、ステンレスにより形成され、両端からそれぞれ棒体が延在する筒状部４３を有する第１の金属部材と、鉄鋼材により形成され、複数本束ねられた状態で筒状部４３内に収納される第２の金属部材とを備える。図５において、符号３３１で示される空間は、加熱パイプ３１と接続する筒状体３３０の中に形成された水溜部である。
かかる還元促進部材４を設けることによって、本実施形態に係る水素混合ガス生成装置１０は、加熱された蒸気が効率よく還元されて水素ガスの生成効率が高まり、必要を満たす量の水素ガスを安定的に生成することができる。なお、還元促進部材４については、後に詳述する。
図６に示すように、加熱パイプ３１内の液面５０１よりも上部は、発生した蒸気が６５０℃～７５０℃に加熱されて過熱蒸気となる過熱領域３００となっている。すなわち、加熱パイプ３１の内部には、水素ガスと過熱蒸気とが混在する水素混合ガスが高温状態で存在することになる。かかる水素混合ガスは、加熱パイプ３１の上部に設けられた排気筒３４０から放熱管８０へと送られる（矢印７００）。また、この工程で発生する水素ガスの濃度は４，２％（４２０００ｐｐｍ）である。次工程において、水素ガスの濃度を１０００～３０００ｐｐｍの範囲に収まるためには、この工程における水素ガスの濃度は４，２％以下とすることが望ましい。
ところで、本実施形態における加熱パイプ３１は、内径約３０ｍｍ、全長３４５ｍｍであり、内部に形成される過熱領域３００は、６０～８０ｍｍ程度である。なお、ケーシング１の大きさに応じて、加熱パイプ３１の全長は１００～７００ｍｍの間で設定されることもあり、その場合、過熱領域３００の範囲は２０～４３０ｍｍ程度となる。
かかる過熱領域３００を設けたことにより、後述する二次空気と混合することによって吸入するのに適した温度になるとともに、常圧下であっても、水素ガス（Ｈ２）が人体に適した濃度である１０００～３０００ｐｐｍ（略０．１～０．３％）まで希釈された蒸気混合ガスを取り出し可能とすることができる。
ガス取出部５は、図２～図５に示すように、放熱管８０と、ガス送出ケース８と、ガス吸入管３０とを備える。すなわち、一端が加熱パイプ３１の上部に連通する放熱管８０の他端にガス送出ケース８が接続され、このガス送出ケース８にガス吸入管３０が導出管３３を介して連通する。
また、図３～図５に示すように、原水５００が流入する加熱パイプ３１の上端部には、水素ガスと過熱蒸気とが混在した高温の水素混合ガスに二次空気を取り込むための気体取入部５５が設けられる。すなわち、加熱パイプ３１の上端開口にキャップ体４００がシール材４５０を介して着脱自在に取り付けられており、かかるキャップ体４００に形成されたピンホールを気体取入部５５としている。
ピンホールの直径は、水素ガスの濃度を１０００～３０００ｐｐｍの範囲に収めるために系内に取り込む二次空気の量によって定められる。本実施形態に係る水素混合ガス生成装置１０では、前述の加熱パイプ３１内において、６５０℃～７５０℃に加熱された水蒸気と還元促進部材４との酸化還元反応により発生した水素ガスの濃度は、４２０００ｐｐｍであり、これを１０００～３０００ｐｐｍの範囲に収めるためには、系内に流入させる二次空気の必要量は、０．２～１．０リットル／分であることが分かった。そのために、ピンホールの径は、５ｍｍ未満とする必要がある。その中でも、１．０～２．０ｍｍ程度に設定することが好ましい。
本実施形態では、二次空気の必要量を０．４～０．５リットル／分に設定しているため、これに合わせて、ピンホールの直径を１．２ｍｍとしている。なお、本実施形態における水素混合ガス生成装置１０において、系内に流入する二次空気の量は、実測の結果、約０．４リットル／分であった。
かかる気体取入部５５を設けたことにより、図３および図５に示すように、ガス送出ケース８内に設けられた送気ファン８１の作動により、加熱パイプ３１内に外気が吸い込まれ放熱管８０を介して蒸気混合ガスとともにガス送出ケース８へと送られ、ひいてはガス吸入管３０へと送られる。
こうして、水素ガスを含む蒸気混合ガスに、新鮮な外気が二次空気として適量取り入れられ、水素混合ガスは、１０００～３０００ｐｐｍの範囲の濃度に希釈されるとともに、人体に摂取可能な適切な温度まで冷却することができる。
このように、ガス送出ケース８内における送気ファン８１の一次側に送られてきた適当な濃度の水素混合ガスは、送気ファン８１により、当該送気ファン８１の二次側に連通した導出管３３を介してガス吸入管３０へと送出される（図３の矢印ｆ参照）。そして、この間に十分に冷却された水素混合ガスは、ガス吸入管３０（カニューレ）から円滑に系外へと送り出され、このガス吸入管３０（カニューレ）から使用者の鼻腔に送られ、鼻腔の粘膜から体内へ取り込まれる。
ガス取出部５の一部を構成する放熱管８０は、図２～図５に示すように、コイル状に構成して放熱しやすくしており、冷却部６の一部を構成する。すなわち、冷却部６は、ガス取出部５に含まれるとも言える。かかる冷却部６は、放熱管８０と、放熱管８０に向けて送風できるように配設された冷却ファン６２（図５参照）とを備える。
コイル状に形成された放熱管８０は、図３～図５に示すように、蒸気加熱部３の断熱材３２の周りを囲むように配設される。かかる構成によれば、ケーシング１の内部空間を有効利用することができ、ケーシング１の大型化を防止することで、水素混合ガス生成装置１０の小型化に寄与することができる。
また、気体取入部５５は、加熱パイプ３１の上端に配置されている。そのため、気体取入部５５はケーシング１の内部の上部に位置し、障害物などが周りに存在しないため、メンテナンス作業も容易となる。
なお、気体取入部５５を設ける位置は、加熱パイプ３１の上端に限定するものではない。送気ファン８１の上手であって、蒸気加熱部３で生成した蒸気混合ガスを吸引する流路内であればどこでも構わない。
また、気体取入部５５にフィルタを設け、吸引した空気から不純物などを除去し、清浄な空気によって水素ガスを希釈することもできる。
ところで、図３および図５に示すように、送気ファン８１の一次側に形成されるガス対流空間８３に連通するように、ガス送出ケース８の底部には水滴排出口８３１が形成される。そして、この水滴排出口８３１にドレーンパイプ８６の基端を接続し、先端を調整タンク２２内に臨ませている。このように、ガス送出ケース８においては、蒸気混合ガスを円滑に送気しながら、完全に気液分離されていない蒸気をガス対流空間８３で滞留させながら復水して、復水された水を調整タンク２２に戻している。
冷却ファン６２は、図５に示すように、所定角度だけ傾けて配設しており、風が放熱管８０を斜め上方に横切るように送風可能としている。したがって、放熱管８０に効率的に風を当てることができ、なおかつ、放熱管８０から熱を奪った暖かい空気は、ケーシング１の側壁に形成された通気口１３２からケーシング１の外へ流出させることができる。
次に、図６～図８Ｂを参照しながら、蒸気加熱部３を構成する加熱パイプ３１内に収納された還元促進部材４について具体的に説明する。図６は、実施形態に係る気体取入部５５を備える加熱パイプ３１を示す正面図である。また、図７Ａは、実施形態に係る還元促進部材４を示す正面図、図７Ｂは、同上の還元促進部材４を示す平面図である。また、図８Ａは、図７ＡにおけるＡ－Ａ線における拡大断面図である。
原水５００が流入する加熱パイプ３１の中に収納された還元促進部材４は、たとえば、鉄などのように酸化し易い金属、換言すれば錆び易い金属から構成される。たとえば、Ｌｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｈｇなどの陽イオンになりやすい、換言すれば酸化されやすい金属から構成される。本実施形態における還元促進部材４は、鉄（Ｆｅ）を用いている。
すなわち、本実施形態に係る還元促進部材４は、図７Ａに示すように、例えば、ステンレス鋼により形成され、両端からそれぞれ棒体が延在する筒状部４３を有する第１の金属部材である保持部材４１１と、例えば棒状の鉄鋼材４２が複数本束ねられた第２の金属部材である鉄棒部材４１２とを備えている。本実施形態では、図８Ａに示すように、鉄棒部材４１２を、保持部材４１１の筒状部４３内に密状態に収納している。かかる鉄棒部材４１２が、実質的に還元促進の機能を担っており、本実施形態では、断面円形のいわゆる丸鋼である鉄鋼材４２の直径を４ｍｍとし、材料としてはＳ４５Ｃを用いている。
このように、丸鋼である鉄鋼材４２を隙間なく密に束ねることで、筒状部４３の内部まで効率よく熱を伝達することができる。したがって、鉄棒部材４１２全体に熱が効率良く伝達され、蒸気との間での酸化還元反応を促進することができる。
そして、上述したように、還元促進部材４は、保持部材４１１と鉄棒部材４１２とを有するカートリッジ状に構成されているため、交換などのメンテナンスが容易である。
ところで、保持部材４１１の筒状部４３は、図７Ａに示すように、筒体の両端開口をキャップ材４４で閉塞した構造となっている。そして、加熱パイプ３１内の蒸気が内部に収納されている鉄棒部材４１２と十分に接触できるように、筒体の周面には複数の孔部４３ａが形成され、キャップ材４４には対向するように一対の半円状の連通孔４４ａが形成されている。かかる孔部４３ａから蒸気が筒状部４３の中に入り込み、鉄棒部材４１２との間で酸化還元反応が生起する。
筒状部４３が有する２本の棒体のうち、図７Ａにおいて筒体の上端部に設けられたキャップ材４４に一端が接続された第１の棒体４１ａと、筒体の下端部に設けられたキャップ材４４に一端が接続された第２の棒体４１ｂとは、長さが異なっている。すなわち、図６に示すように、第２の棒体４１ｂを相対的に長く形成して、筒状部４３内の鉄棒部材４１２が、原水５００に決して浸かることがなく、かつ加熱パイプ３１内の液面５０１よりも上部に設けられた過熱領域３００に位置するようにしている。
したがって、加熱パイプ３１に供給された原水５００は、コイルヒータ７により加熱されて蒸気となり、さらにコイルヒータ７により加熱された過熱蒸気が、やはりコイルヒータ７により加熱されて酸化力が高まった還元促進部材４の鉄棒部材４１２に効率的に触れて還元反応が促進され、水素ガスを含む水素混合ガスが生成される。
なお、図５および図６に示すように、保持部材４１１の少なくとも第２の棒体４１ｂは、原水５００に浸かることになる。よって、保持部材４１１としては、第２の棒体４１ｂを含め、すべての材料をＳＵＳ３０４などのステンレス鋼としている。ステンレス鋼を用いることで、保持部材４１１が水に浸かって赤錆が発生し、原水５００が赤く濁って見映えを損なってしまうことを防止することができる。
保持部材４１１の筒状部４３内に収納された鉄棒部材４１２は、高温下の加熱パイプ３１内において過熱蒸気に晒されるため、活発な酸化還元反応が生起され、過熱蒸気から酸素を奪って還元するとともに、自身は酸素と反応して酸化する。このように、かかる酸化還元反応が加熱パイプ３１内で生起されるため、水素ガスの発生が促進される。なお、かかる作用に伴って、時間の経過とともに、鉄棒部材４１２の表面には黒錆が発生する。
ところで、還元促進部材４は、図８Ｂに示すような構成とすることもできる。図８Ｂは、変形例に係る還元促進部材４の断面視による説明図である。変形例に係る還元促進部材４は、図示するように、棒状部材である鉄鋼材４２が複数本束ねた中で、その中央位置に熱変形しやすいパイプ部材４６を配置した構成としている。すなわち、保持部材４１１の筒状部４３に収納される鉄棒部材４１２を、鉄鋼材４２と同じくＳ４５Ｃを材料とするパイプ部材４６を中央に配置し、このパイプ部材４６の周りに、棒状部材である鉄鋼材４２を複数本束ねている。
このとき、パイプ部材４６は、直径を４ｍｍとした鉄鋼材４２よりも大径とすることが好ましい。ここでは、パイプ部材４６の直径を８ｍｍとしている。
これは、例えば、図８Ａに示す構成のように、筒状部４３に鉄鋼材４２を隙間なく密に束ねて収納すると、各鉄鋼材４２が熱による膨張で変形が生じる。そこで、同じ材料でありながらもより変形し易い大径のパイプ部材４６を、鉄棒部材４１２の中心部に配置している。かかる構成によって、鉄鋼材４２が膨張による変形しようとする力をパイプ部材４６が吸収し、鉄棒部材４１２としての変形を防止することができる。
なお、鉄棒部材４１２の径や長さなどの寸法は、本実施形態に限定されることはなく、所望する水素混合ガスの発生量、加熱量などを勘案して、総合的に適宜決定することができる。
上述の還元促進部材４は、加熱パイプ３１の上端から抜き差し自在としている。そのため、加熱パイプ３１の上端開口から挿通するだけで、誰でも簡単に還元促進部材４をセットすることができる。還元促進部材４を加熱パイプ３１内に収納した後は、当該加熱パイプ３１の上端開口を閉蓋するとよい。反対に、還元促進部材４などを交換したりするために、加熱パイプ３１から取り出す場合は、開蓋して保持部材４１１の第１の棒体４１ａを摘んで簡単に抜き出すことができる。なお、図５において、符号４０２はパッキンなどのシール部材を示す。
以上、本実施形態に係る還元促進部材４について説明したが、還元促進部材４の構成は、上述の形態に厳密に限定されないことは言うまでもない。例えば、第２の金属部材を構成する各鉄鋼材４２の表面に凹凸部（不図示）を形成して表面積を増大させることができる。また、鉄鋼材４２の形状は、熱伝導の効率を考慮して棒状としていたが、これは中実の棒体には限られず、中空の管状であってもよい。また、鉄鋼材４２は、棒状ではなく球状であっても構わない。
上述してきた構成において、本実施形態に係る水素混合ガス生成装置１０は、蒸気加熱部３が、図４に示すように、ケーシング１の第１の側壁である右側壁１４と、第２の側壁である後壁１５とで形成される角部１７に近接配置される。
すなわち、断熱材３２でコイルヒータ７を被覆しているものの、高温となる蒸気加熱部３を、右側壁１４と後壁１５とで形成される角部１７の近傍に配置している。これにより、たとえば、制御ユニット１０１（図３）を、左側壁１３の近傍に配設して蒸気加熱部３から遠ざけ、熱による影響を回避することができる。さらに、ケーシング１内における左側壁１３から前壁１２側にかけて形成される空間に、蒸気加熱部３を除く他の水素混合ガス生成ユニット１００の要素を効率的に配置して、水素混合ガス生成装置１０をコンパクト化することが可能となる。
また、図４に示すように、ケーシング１の底壁１６には、ケーシング１の軽量化にも寄与する複数の外気導入口１６１が設けられている。さらに、本実施形態に係る水素混合ガス生成装置１０は、図４および図５に示すように、ケーシング１内に上昇気流６００を強制的に発生させるファン９を、底壁１６に形成した外気導入口１６１に臨設している。ここでは、ファン９を、その一部が平面視で蒸気加熱部３と重なるように配置している。すなわち、複数の外気導入口１６１のうち、蒸気加熱部３の近傍に設けられた外気導入口１６１にファン９を臨設し、一部が平面視で蒸気加熱部３と重なるように位置させている。かかる構成とすることによって、外気を、蒸気加熱部３の周面に沿って上昇させ、空冷効果を高めるようにしている。
かかる構成により、図５に示すように、ファン９によって外気導入口１６１から引き込まれた空気は上昇気流６００となって、蒸気加熱部３の外表面、すなわち断熱材３２の表面に沿って上昇しながら熱を奪っていくことになる。
なお、ケーシング１の内部には、図３に示すように、温度監視センサ１０２を設けており、ファン９の駆動については、制御ユニット１０１により、温度監視センサ１０２の検出結果に応じて制御することもできる。
また、図５に示すように、後壁１５に、蒸気加熱部３からの輻射熱を受ける受熱板１５１を設けることにより、受熱板１５１と後壁１５の内面との間に、上昇気流６００を通過させて受熱板１５１を空冷する昇風路１５２を形成している。なお、本実施形態に係る水素混合ガス生成装置１０では、受熱板１５１および昇風路１５２は、右側壁１４にも設けている（図４を参照）。
このように、高温となる蒸気加熱部３を、四角形の底壁１６の隅部の一つに配置し、２つの側壁（右側壁１４および後壁１５）に近接させることにより、積極的に熱をケーシング１側に伝達している。したがって、蒸気加熱部３については、上昇気流６００による空冷と相俟って、冷却効果をより高めることができる。
蒸気加熱部３の外表面に沿って流れる上昇気流６００も、昇風路１５２を通過する上昇気流６００も、側壁の上部位置に設けられた通気口１３２から外部へ円滑に流出するため、ケーシング１内は、常温の外部空気が常時流入することになる。
上述してきたように、本実施形態に係る水素混合ガス生成装置１０を用いた方法、すなわち、加熱パイプ３１に原水５００を流入させて加熱して水蒸気を発生させ、発生した水蒸気をさらに５００～８００℃に加熱するとともに、原水５００とともに加熱された還元促進部材４に接触させて当該水蒸気を還元して水素ガスを発生させる第１の工程と、第１の工程で発生した水素ガスを、系内に取り込んだ二次空気と混合して冷却しつつ５００～２００００ｐｐｍ（０．０５～２．０Ｖｏｌ％）の濃度に希釈された水素混合ガスを得る第２の工程とを有する水素混合ガスの生成方法により得た水素混合ガスを摂取することで、健康増進に大きく寄与することができる。
たとえば、表１に示すように、本実施形態に係る方法にて得た水素混合ガスを摂取した被験者からは、健康改善に関し、大きな支持を得ていることが分かる。表１は、「悪性腫瘍」、「アレルギー」、「その他」の症状を抱える複数の被験者に対し、水素混合ガスを摂取した結果として効果の「有り」、「無し」を訪ねたアンケート結果をまとめたものである。
表１に示すように、特に悪性腫瘍を患っている被験者２０名のうち、充分な効果が有ったと答えた者が１２名もいる。そして、効果有としたものが７人であり、効果無しと答えたものはわずか１名であった。同様に、「アレルギー」や「その他」の症状を抱える被験者の答えも概ね良好であることが分かる。
Figure 0007305635000001
図９は、水素ガス吸入後の血清中血管内皮リパーゼ（ＥＬ：Endothelial Lipase）の産生が促進されたことを示すグラフである。ここで、血管内皮リパーゼ（ＥＬ）は、血管内皮細胞に恒常的に発現するタンパク質である。このＥＬは、増加しすぎると、いわゆる善玉コレステロールである高比重リポタンパク（ＨＤＬ：High-Density Lipoprotein）を減少させてしまい、身体に好ましくない状態になるとされる。しかし、適正な、すなわち生理的な範囲での増加であれば、血管に対する良質な刺激となり、血管をしなやかな状態にする機能が期待できる。
図９に示すように、健康な成人である被験者Ａ～Ｆが水素ガスを吸入して９０分後の血清中の血管内皮リパーゼ（以下、ＥＬと記載する場合がある）の濃度は、おしなべて上昇している。これは、統計学的に有意な促進作用と認められる。
水素混合ガス吸入後のＥＬの増加は、生理的な適正範囲にあるものである。そのため、水素ガス吸入によるＥＬの産生促進作用は、血管内皮細胞の生理的活性作用と言え、血管内皮細胞の生理的機能を発動させるためのトリガー作用と考察される。
ところで、このトリガー作用は、その後の一酸化窒素の酸化分解産物である硝酸イオン（ＮＯ3 -）の産生促進、アンジオテンシンＩ転換酵素（ＡＣＥ：Angiotensin-Converting Enzyme）の抑制作用、さらには末梢血液の血流量の促進作用に影響を与える一連のカスケード作用として有効であると考えられる。
図１０は、水素混合ガス吸入後の血清中硝酸イオンの産生が促進されたことを示すグラフであり、図１１は、水素ガス吸入後のアンジオテンシンＩ転換酵素が抑制されたことを示すグラフである。
図１０に示すように、被験者Ｇ～Ｊが水素混合ガスを吸入して９０分後の血清中の硝酸イオン（ＮＯ3 -）の濃度は、おしなべて上昇している。これは、統計学的に有意な促進作用と認められる。
血液中の硝酸イオンの誘導は、生体における一酸化窒素合成酵素（ＮＯＳ：Nitric Oxide Synthase）の産生を意味する。したがって、この結果は、最終的には、平滑筋弛緩作用および血管の拡張作用、さらには動脈硬化症、急性心筋梗塞発症のリスクを低下させる作用を示唆していると考えられる。
また、アンジオテンシンＩ転換酵素（ＡＣＥ）について見ると、図１１に示すように、被験者ＫおよびＬが水素ガスを吸入して９０分後の血清中のＡＣＥは抑制作用の傾向が見られた。
アンジオテンシンＩ転換酵素（ＡＣＥ）は、肺の血管内皮細胞によって産生され放出される血圧調整に関与する酵素である。かかるＡＣＥは、全身に広く分布するが、特に、肺に多量に存在する。ＡＣＥは、不活性体であるアンジオテンシンＩを活性体であるアンジオテンシンＩＩに変換するとともに、血圧降下作用を持つ生理活性物質の一種であるブラジキニンを不活性化する。
水素ガス吸入後に、ＡＣＥ活性が生理的範囲で抑制される傾向は、ＡＣＥを阻害する薬物同様、間接的に一酸化窒素（ＮＯ）の増加による末梢血管の拡張作用および降圧作用を示唆するものと考えられる。また、ＡＣＥ活性の抑制作用は、腎臓の輸出細動脈の拡張作用（糸球体内圧を下げることによる直接的な腎保護作用）、さらには、インスリン感受性の改善作用にも関与することが報告されている。
さらに、ＡＣＥ活性の抑制は、高齢者の肺炎防止作用（肺炎発生率低下）にも関与することが報告されている。すなわち、高齢者の肺炎は、主に大脳基底核でのドパミンの産生低下に伴うサブスタンスＰ（知覚神経Ｃ線維末端に貯蔵されている神経ペプチドの一種）の減少による嚥下機能の障害と言われている。すなわち、夜間に唾液が肺に入ることで肺炎を発症することが原因と考えられている。
それに対し、水素ガス吸入後のＡＣＥ活性抑制作用は、サブスタンスＰの分解を抑制することで、低下した嚥下機能を改善し、夜間における不顕性誤嚥を防止することで肺炎の発症を防止する作用が期待できる可能性を示している。
次に、他の実施形態に係る水素混合ガスの生成方法について説明する。図１２は、他の実施形態に係る水素混合ガス生成装置の蒸気加熱部の一例を示す模式的説明図である。
上述してきた例では、水素混合ガス生成装置が備える蒸気加熱部３は、加熱装置として加熱パイプ３１の周りに巻回されるコイルヒータ７を備える構成とした。しかし、加熱装置は、コイルヒータ７に限定されるものではない。たとえば、図１２に示すように、加熱装置を電磁誘導加熱装置、いわゆるＩＨ（Induction Heating）を用いた加熱装置を用いることができる。
すなわち、図１２に示すように、他の実施形態に係る水素混合ガス生成装置が備える蒸気加熱部３の加熱装置は、鉄鋼材により形成された鉄棒部材４１２を有する還元促進部材４が収納された加熱パイプ３１の周りにＩＨコイル３０１を配置している。そして、ＩＨコイル３０１は、ＩＨ制御回路３０３を介して商用電源３０４と接続している。ＩＨ制御回路３０３には、たとえばインバータ回路と、このインバータ回路を制御する制御回路などが設けられている。
こうして、ここでは、ＩＨコイル３０１に高周波電流を流すことにより、電磁誘導によって鉄棒部材４１２にうず電流を流し、鉄棒部材４１２を加熱するようにしている。
また、この他の実施形態では、ＩＨコイル３０１を、加熱パイプ３１の周りに設けた巻回基材３０２を介して加熱パイプ３１の周りに配設したが、ＩＨコイル３０１の配置などについては、適宜設定することができる。
また、うず電流を発生させる金属として、鉄棒部材４１２を有する還元促進部材４を利用したが、別途金属体を設けても良い。
ところで、上述してきた各実施形態では、加熱パイプ３１に取り付けたキャップ体４００にピンホールからなる気体取入部５５を形成し、この気体取入部５５から外気を二次空気として取り込むことで、水素ガスと過熱蒸気とが混在した高温の水素混合ガスを希釈していた。
しかし、気体取入部５５から取り入れるのは、空気ではなく、Ｏ2（酸素）を含まないガス（以下、「希釈用ガス」と呼ぶ。）とすることもできる。希釈用ガスとしては、たとえば窒素ガスなどを好適に用いることができる。この場合、希釈用ガスを充填したタンク（不図示）を気体取入部５５に連通連結するとよい。
希釈用ガスには、Ｏ2（酸素）が含まれないため、蒸気混合ガスに含まれていると考えられるラジカル水素を含む水素原子は、酸素原子などと反応することがない。したがって、人体の健康維持に極めて良いとされる水素混合ガスの効能に与える影響を可及的に抑えることができる。
こうして、水素ガスを含む蒸気混合ガスに、希釈用ガスを取り入れることで、水素混合ガスは、１０００～３０００ｐｐｍの範囲の濃度に希釈されるとともに、人体に摂取可能な適切な温度まで冷却される。なお、この場合も希釈用ガスの必要量に応じて気体取入部５５の口径などは設定される。
また、たとえば送気ファン８１の作動によって、希釈用ガスが蒸気混合ガスと混合されてガス吸入管３０へと送られるのであれば、上述してきた構成の気体取入部５５を設ける必要はない。
上述してきた実施形態より、以下の水素混合ガスの生成方法が実現する。
（１）還元促進部材４を収納する加熱パイプと当該加熱パイプを加熱する加熱装置とを有する加熱部を備える装置を用いた水素混合ガスの生成方法であって、加熱パイプ３１に原水５００を流入させて加熱して水蒸気を発生させ、発生した水蒸気をさらに５００～８００℃に加熱するとともに、原水５００とともに加熱された還元促進部材４に接触させて当該水蒸気を還元して水素ガスを発生させる第１の工程と、第１の工程で発生した水素ガスを、系内に取り込んだ二次空気と混合して冷却しつつ５００～２００００ｐｐｍの濃度に希釈された水素混合ガスを得る第２の工程と、を有する水素混合ガスの生成方法。なお、発生した水蒸気をさらに加熱する温度範囲は、好ましくは６５０～７５０℃である。
かかる方法によれば、人体の健康維持に極めて良いとされる水素混合ガスを効率よく得ることができる。
（２）上記（１）において、蒸気加熱部３は、加熱パイプ３１の周りに巻回されるコイルヒータ７を備える水素混合ガスの生成方法。
（３）上記（１）において、蒸気加熱部３は、電磁誘導加熱装置を備える水素混合ガスの生成方法。
蒸気加熱部３に電磁誘導加熱装置を用いれば、装置全体をコンパクト化することができる。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、第２の工程で得られる水素混合ガスの水素ガスの濃度を１０００～３０００ｐｐｍとする水素混合ガスの生成方法。
かかる方法によれば、人体の健康維持に極めて良いとされる水素混合ガスを、より確実に得ることができる。
かかる方法によれば、前段階で得た相対的に高濃度の水素ガスを、人体に対して効果を発揮する一定の範囲まで、水素ガス濃度を容易に希釈することができる。
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、還元促進部材４は、ステンレスにより形成され、両端からそれぞれ棒体４１ａ，４１ｂが延在する筒状部４３を有する保持部材４１１と、鉄鋼材４２により形成され、複数本束ねられた状態で筒状部４３内に収納される鉄棒部材４１２と、を備える水素混合ガスの生成方法。
かかる方法によれば、活性化された還元促進部材により、高温の水蒸気を効率的に還元して水素ガスを得ることができるとともに、還元促進部材がカートリッジ化されるため、交換などのメンテナンスも容易となる。
（６）上記（５）において、保持部材４１１における筒状部４３から延在する棒体４１ａ，４１ｂの長さは、筒状部４３が原水５００に接触しない長さに規定される水素混合ガスの生成方法。
（７）上記（１）から（６）において、第１の工程で発生した水素ガスと酸素を含まない希釈用ガスとを混合して５００～２００００ｐｐｍの濃度に希釈された水素混合ガスを得る水素混合ガスの生成方法。
また、本実施形態における水素混合ガス生成装置１０は、矩形箱型のケーシング１内に水素混合ガス生成ユニット１００を効率的に収納し、コンパクトな構造となっている。しかも、高温になる蒸気加熱部３を収納していながら、その配置を工夫して効果的な空冷を行える構造を実現したため、ケーシング１まで高温になることを防止することができる。さらに、蒸気加熱部３の加熱パイプ３１内に、還元促進部材となる還元促進部材４を収納し、１．０～２．０ｍｍのピンホールから取り込んだ二次空気により希釈したことにより、１０００～３０００ｐｐｍ（０．１～０．３Ｖｏｌ％）の濃度の水素混合ガスを安定的に発生させることができる。
また、上述した実施形態に限らず、ピンホールの径を５ｍｍ未満とした場合でも、さらには最終的に得られる水素混合ガスの水素ガス濃度が５００～２００００ｐｐｍであっても、人体の健康維持に極めて良いとされる水素混合ガスを得ることができる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
３ 蒸気加熱部（加熱部）
７ コイルヒータ
１０ 水素混合ガス生成装置
３１ 加熱パイプ
４１ａ 第１の棒体
４１ｂ 第２の棒体
４３ 筒状部
５５ 気体取入部
４１１ 保持部材（第１の金属部材）
４１２ 鉄棒部材（第２の金属部材）
５００ 原水

Claims (7)

  1. 還元促進部材を収納する加熱パイプと当該加熱パイプを加熱する加熱装置とを有する加熱部を備える装置を用いた水素混合ガスの生成方法であって、
    前記加熱パイプに原水を流入させて加熱して水蒸気を発生させ、発生した水蒸気をさらに５００～８００℃に加熱するとともに、前記原水とともに加熱された前記還元促進部材に接触させて当該水蒸気を還元して水素ガスを発生させる第１の工程と、
    前記第１の工程で発生した水素ガスを希釈して５００～２００００ｐｐｍの濃度の水素混合ガスを得る第２の工程と、
    を有し、
    前記還元促進部材は、
    ステンレスにより形成され、両端からそれぞれ棒体が延在する筒状部を有する第１の金属部材と、
    断面円形の棒状の鉄鋼材により形成され、複数本束ねられた状態で前記筒状部内に収納される第２の金属部材と、
    を備え、
    前記第２の金属部材を、前記筒状部内に密状態に収容している
    ことを特徴とする水素混合ガスの生成方法。
  2. 還元促進部材を収納する加熱パイプと当該加熱パイプを加熱する加熱装置とを有する加熱部を備える装置を用いた水素混合ガスの生成方法であって、
    前記加熱パイプに原水を流入させて加熱して水蒸気を発生させ、発生した水蒸気をさらに５００～８００℃に加熱するとともに、前記原水とともに加熱された前記還元促進部材に接触させて当該水蒸気を還元して水素ガスを発生させる第１の工程と、
    前記第１の工程で発生した水素ガスを希釈して５００～２００００ｐｐｍの濃度の水素混合ガスを得る第２の工程と、
    を有し、
    前記還元促進部材は、
    ステンレスにより形成され、両端からそれぞれ棒体が延在する筒状部を有する第１の金属部材と、
    断面円形の棒状の鉄鋼材により形成され、複数本束ねられた状態で前記筒状部内に収納される第２の金属部材と、
    を備え、
    前記第２の金属部材は、
    鉄鋼材により形成され、前記筒状部内に収納されるパイプ部材を有し、前記パイプ部材が中央に配置され、前記パイプ部材の周りに複数本の前記鉄鋼材が束ねられる
    ことを特徴とする水素混合ガスの生成方法。
  3. 前記加熱部は、前記加熱パイプの周りに巻回されるコイルヒータを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の水素混合ガスの生成方法。
  4. 前記加熱部は、電磁誘導加熱装置を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の水素混合ガスの生成方法。
  5. 前記第２の工程で得られる前記水素混合ガスの水素ガスの濃度を１０００～３０００ｐｐｍとする
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の水素混合ガスの生成方法。
  6. 前記第１の金属部材における前記筒状部から延在する前記棒体の長さは、前記筒状部が前記原水に接触しない長さに規定される
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の水素混合ガスの生成方法。
  7. 前記第２の工程は、前記第１の工程で発生した水素ガスを系内に取り込んだ二次空気と混合して冷却しつつ５００～２００００ｐｐｍの濃度に希釈された水素混合ガスを得、
    前記二次空気は、孔径が５．０ｍｍ未満のピンホールから取り込まれる
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の水素混合ガスの生成方法。
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