JPH0531203A - 酸素ガス発生方法装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定的にして、しかも簡易に酸素ガスの発生
を図り、使用簡易にして安価に酸素ガス発生方法装置を
提供するものである。 【構成】 硫酸マンガン等の水溶性金属化合物を主剤と
し、水溶液中にこれを金属イオンとして存在させ、同溶
液中にてこれを不安定な化合物に変換し、気体酸素を用
いて徐々にこれを酸化処理し、よって均一、且つ微細な
酸化物を水溶液中にて生成させ、生成した酸化物よりな
る触媒水を過炭酸ソーダに接触反応させることにより酸
素ガスを発生させる方法で、反応材料を収容する容器と
反応容器を共用にするためにベローズ構造の容器を使用
し、該容器（１）の頂上開口（２）に、酸素ガス送気チ
ューブ（３）の末端に設けた接続栓（４）を接続し、チ
ューブ（３）にはフィルター（５）を接続し、これをマ
スク（６）に接続した装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、酸素ガス発生方法装
置の改良創作に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】酸素ガスの吸入を目的とする機器は各種
あるが、大別すると酸素ガスをボンベなどの容器に高圧
圧縮貯蔵し、必要に応じてこれを噴出させ利用すもの
と、化学反応を利用して酸素ガスを発生させ、これを利
用するものとの二種である。

【０００３】本発明に係わる酸素ガス発生方法装置は後
者に属するものである。化学反応による酸素ガス発生装
置の酸素原料として一般的に使用されているものは炭酸
ナトリウム過酸化水素付加物（以下「過炭酸ソーダー」
と称する）であり、これを水溶液中にて解離させ、分離
した過酸化水素より酸素ガスを取り出すものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】過炭酸ソーダーを原料
とした酸素ガス吸引は比較的安価で安全であり、且つ保
持が容易である利点をもっている。

【０００５】一方化学反応のなかでも比較的不安定であ
る分解反応を利用するため、反応のコントロールに厳密
さを欠き、このことは発生する酸素ガスの流出量が不安
定であるという使用上の欠点となっている。

【０００６】従来の酸素発生方法が一般的に持っている
このような欠点を以下に記載し、本発明における改良点
を明らかにする。

【０００７】従来の酸素発生方法の欠点 （１） 過炭酸ソーダを原料とする場合、ランニングコ
ストの低減を意図するため、反復使用を目的として発生
器構造を設計するため、機器の形状が比較的大型にな
り、携行使用の観点から改良すべき点である。 （２） 酸素ガス発生に必要な材料及び原料として、過
炭酸ソーダ、水、触媒の３点が必需品であり、このうち
水はその内蔵資料としてではなく、その都度外部より調
達する方式が取られている。このことは発生装置の使用
場所を限定することとなり、緊急時あるいは安直な使用
の妨げとなっている。（従来の装置では水の必要量は過
炭酸ソーダ／酸素ガス総量１０ｌ・１００ｇに対して５
００ｃｃが基本とされている。） （３） 過炭酸ソーダによる酸素ガスの発生は、過酸化
水素の分解反応を利用しているため反応の再現性に安定
がない。このことは流出酸素ガスの量に安定性を欠くこ
ととなり、吸引目的に照らして好ましいことではない。 （４） 温度依存性が高い。このことは過炭酸ソーダを
分離、分解して酸素ガスを取り出す方式の宿命ともいえ
る（通常、反応環境温度が１０℃変化すると反応速度は
２倍となる。）が、日常の生活温度領域にて使用した場
合、改良の余地がある。 （５） 過酸化水素の分解速度を速くする触媒として、
通常二酸化マンガン粉末が使用されている。触媒として
は重金属の酸化物、イオン等、適当するものは多くある
が、安定性、作用性を考慮して主に二酸化マンガンが使
用されている。触媒機能は対象化合物との接触によって
作用するものであるが、反応速度の決定は単位量の触媒
では表面積に比例するものとなる。通常使用されている
二酸化マンガンはその粉末化作業が機械的に行われてお
り、分子レベルでの化学反応に対しては粒度の均一性に
極めて欠けているといえる。このことは接触反応の経時
変化での不均一さとして結果し、酸素ガス流出量の不安
定さを増加させる一因ともなっている。

【０００８】以上酸素ガス吸入を目的として酸素原料に
過炭酸ソーダを用いた酸素ガス発生器の既存の方法装置
の欠点を検証したが，本発明による酸素ガス発生方法装
置はこれらの欠点を解決すべく開発されたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、小型、軽量、
便利さを実現するための構造上の改良、酸素ガス流出量
の安定化を図るための反応機構、主として触媒の改良を
行った。酸素ガス発生方法として硫酸マンガン等、水溶
性金属化合物を主剤とし、水溶液中にこれを金属イオン
として存在させ、同溶液中にこれを不安定な化合物に変
換し、気体酸素を用いて徐々にこれを酸化処理し、よっ
て均一且つ微細な酸化物を水溶液中に生成させ、生成し
た酸化物よりなる触媒水を過炭酸ソーダに接触反応させ
ることにより酸素ガスを発生せしめる方法で、この反応
材料を収容する容器と反応容器を共用にするためにベロ
ーズ構造の容器（１）を使用し、該容器の頂上開口
（２）に、酸素ガス送気チューブ（３）の末端に設けた
接続栓（４）を接続し、チューブ（３）端にフィルター
（５）を接続し、該フィルター（５）はマスク（６）に
接続して酸素ガス発生容器としたものである。

【００１０】

【実施例】容器の使用は１回毎の使い捨てとした。原料
である過炭酸ソーダは１回毎の使用量が発生器によって
決められており、保管に当たっては別に容器が必要とな
る。本発明では過炭酸ソーダの保存容器そのものを酸素
ガス発生のための反応容器として使用する。

【００１１】一定の容器に水、触媒、過炭酸ソーダを入
れた時、水に溶け出した過酸化水素が触媒と接触するこ
とにより激しく酸素（ガス）を分離生成する。この様子
は炭酸水から炭酸ガスが吹き出す状態に似ており、同時
に粘度のやや高い液体を沸騰させたような状態となる。
このことは容器内部の液面の上昇をもたらし、容量が小
さい場合、水溶液が酸素ガスと一緒になって外部へ吹き
出す現象がおきる。この現象を回避するため、従来の酸
素発生器では反応容器に充分な容量をもたせたものが必
要であった。このことは過炭酸ソーダの保存容器と反応
容器を共用する場合、保存という目的に対しては過大な
容積をもつ容器が必要とされ、小型の容器開発という目
的にとって障害となる。

【００１２】本発明では保存容器（反応容器）の形状を
ベローズ構造のように伸縮可能なものとし、保存時には
収縮させておき、使用時伸張するものとした。

【００１３】すなわち、容器内で酸素ガスが発生し始め
ると、ガスの取り出し口、もしくはガス流路に一定の流
体抵抗をもたせることにより容器内部のガス圧力が高く
なり、その結果容器は縦方向に伸張し、よって液面とガ
ス取り出し口の距離を必要量保持する構造を持たせた。
容器内での反応液の温度は、経時的に上昇し、且つ溶け
出した炭酸ナトリウムの濃度が上昇することにより液体
の粘性が高くなり、発泡状態が顕著になる。従って、容
器の材質は使用温度範囲（７０〜８０℃ＭＡＸ）で機械
的構造が維持でき、且つ温度の上昇によって若干軟化し
伸張し易いものが適当である。具体的には軟質ポリエチ
レン、ポリスチレン等が使用し易い。

【００１４】図１に示すようにベローズ構造の容器を利
用した反応容器（１）の頂上開口（２）には酸素ガス送
気チューブ（３）の末端に設けた接続栓（４）を接続
し、上記チューブ（３）端には活性炭（Ｃ）よりなるフ
ィルター（５）が接続され、このフィルター（５）はマ
スク（６）に接続される構成とし、これらは上記材料に
より製作される。反応容器（保存容器）の使用前、使用
中の状態を図２及び図３に示す。

【００１５】過炭酸ソーダーを原料として発生した酸素
ガスは、その反応の構成上、酸素ガスと共に水蒸気、微
細な粒子となった混合溶液の飛沫（ミスト）を含んだも
のであり、吸引可能な状態とするには洗浄が不可欠であ
る。従来一般では水を用いた曝気による洗浄を行ってき
た。この方法は洗浄目的に照らして安全且つ確実である
が、水の用意、機器のスペース大なることを必要とし、
今回の発明目的には合致しない。（従来装置は図４に示
す反応容器（１０）、水タンク（１１）、送気チューブ
（１２）、ガスチューブ（１３）、マスク（１４）より
なる。）。

【００１６】本発明による洗浄機器は発生容器と夾雑物
の除去を目的としたフィルターとの間に一定の流路距離
をもつチューブを使用し、このチューブにガスの冷却、
ミスト、水蒸気の液体化を負担させ、フィルターには乾
式の活性炭（Ｃ）を用いて洗浄浄化の目的を達成してい
る。またフィルター（５）は吸引時使用するマスク
（６）に内蔵し、取扱の簡便化を考慮している。

【００１７】本発明による酸素ガス浄化機構は、酸素発
生容器より噴出した夾雑物の混在する酸素ガスを適当な
チューブを用いて冷却し、液体化できるものはチューブ
内にてこれを処理するようにし、微細な混在不純物を吸
引用マスクに内蔵された活性炭を主剤とするフィルター
で除去し、吸引可能な酸素ガスに精製する装置とする。

【００１８】過炭酸ソーダより酸素ガスを取り出す場
合、その反応機構は以下のようになる。炭酸ナトリウム
に固定された過酸化水素は水の存在により炭酸ナトリウ
ムが溶解し、同時に過酸化水素が水溶液中に分離する。
（炭酸ナトリウムの溶解度は２９．４ｇ／１００ｃｃ・
２５℃水）水溶液中に存在する過酸化水素は不安定であ
り、重金属イオン・酸化物の存在で容易に分解し、水と
酸素（ガス）になる。過炭酸ソーダを原料とし、酸素ガ
ス吸引を目的とする酸素発生器内における化学反応は基
本的には上記反応であるが、吸引の目的を達成するため
には一定の時間、安定した酸素ガスの流出量を継続確保
する必要がある。そのため、反応容器内での分解反応を
目的に合致するようコントロールする必要がある。一定
の容器内での分解反応を考察する場合、以下の諸点が反
応コントロールの要件となる。 （１） 過炭酸ソーダは投入後、時間の経過とともに水
溶液中に溶け出し、分離した過酸化水素は酸素を放出し
水となる。時間の経過とともに過炭酸ソーダは減少す
る。このことは酸素ガスの供給源が減少していくことを
意味する。 （２） 容器内の触媒量は変化しない。 （３） 反応の進行に伴って反応熱を吸収した水溶液
は、その温度が上昇していく初期の水量と温度上昇の度
合いは反比例の関係にある。液温の上昇は過炭酸ソーダ
の溶解速度を早め、過酸化水素の分解速度を早め、結果
として酸素ガスの流出量は増加する。

【００１９】一定容器内に水、触媒、過炭酸ソーダを投
入した場合、直ちに過炭酸ソーダが溶け出し、分離した
過酸化水素が触媒と接触し酸素ガスが放出される。この
反応は初期段階では徐々に始まるが、溶液各部で任意に
発生した酸素ガスが液面に上昇し、この上昇作用が水溶
液中の各成分の対流をもたらし、結果として酸素ガスの
放出が加速度的に増大していく。反応の進行に従って過
炭酸ソーダの残量が減少し、酸素の供給源が乏しくな
り、且つ水溶液中の炭酸ナトリウムの濃度が増加し、過
炭酸ソーダの溶解速度が減少する。結果として酸素ガス
の発生量は徐々に減少していく。このような酸素発生状
態を図５に示す。投入する初期の水量が少ない場合、反
応熱による水温上昇が顕著になり、酸素の発生量が加速
度的に増加し、所謂暴走状態が発生する。この状態を図
６に示す。

【００２０】本発明による酸素ガスの発生をコントロー
ルした状態を図７に示す。図７のような酸素発生を可能
にした本発明の内容を以下に記載する。一定の容器内で
の分解反応の進行を決定する要因として、過炭酸ソーダ
の投入量、水量、触媒量及び形状、反応容器の形状、初
期温度及び温度上昇率などが主なものである。これらの
要因は相互に作用しあっているが、反応機構の改良とい
う観点から検討を行う場合、検討対象は以下の諸点とな
る。

【００２１】（１） 過炭酸ソーダの投入量は酸素ガス
必要量より決定される。（過炭酸ソーダ１００ｇに対し
て約１０ｌの酸素ガス発生） （２） 使用水量は発明の目的に照らして少量であるこ
とが望ましく、必要最小限であるべき。 （３） 初期温度について、通常の生活環境における温
度範囲１０〜３０℃において使用可能であることが望ま
しい。 （４） 安定、且つ再現性の高い触媒の選択もしくは開
発。

【００２２】図７に示した発生曲線は、過炭酸ソーダの
量に対応する水量、触媒（正・負）を検討することによ
って可能となった。すなわち、反応の進行によって酸素
ガスの供給源は逓減し、従って水溶液中に新に供給され
る過酸化水素も逓減し、このことは発生する酸素ガスの
流出量低下をもたらす。同時に水溶液中の炭酸ナトリウ
ム濃度はざん増し、よって過炭酸ソーダの溶出速度は低
下し、過酸化水素の供給の逓減をもたらす。

【００２３】一方、反応の進行によって反応熱が水溶液
に吸収され、溶液の温度上昇をもたらす。このことは、
先に述べた酸素ガス流出量の逓減傾向に相反するもので
あり、従って、溶液温度の上昇を過炭酸ソーダの溶出速
度の低下の補正に利用することが可能である。しかしな
がら、この温度上昇は触媒が存在する分解反応において
は溶出速度の補正を上回る速度で反応速度の増加をもた
らし、酸素ガス流出速度が加速度的に増加していく。そ
の状態を示したものが図６である。これらの要件を解決
すべく触媒の検討、開発を行った。

【００２４】触媒開発の制約条件として、 （１） 安定であること。 （２） 毒性について顕著でないこと。 （３） 安価であること。 （４） 温度依存性の改良が可能であること。 （５） 触媒単体の形状が常に安定し、粒度の均一性に
優れ、且つ水中に長時間存在しても変質しないこと。 （６） 長時間の静置後、使用に際して容易に水中に均
一に分布可能なもの。以上の目的に照らして様々な試験
を行い、結果として望ましいものを得た。

【００２５】以下にその触媒（触媒水）の生産方法を記
載する。 １． 触媒生成の原料として硫酸マンガン及び水酸化カ
ルシウムを用いる。この原料は他に水溶性の金属化合
物、同じく水溶性の水酸化化合物でも使用可能である
が、経験的に上記二種の化合物を選択した。 ２． 同原料を別々に水に溶解し、二種の水溶液を混合
し反応させる。混合直後はコロイド状の白茶物質が生成
する。これは主として硫酸カルシウム（石膏）及び水酸
化マンガンの混在物と推定される。 ３．この混合液に酸素ガスもしくは空気を吹き込むこと
により、生成した水酸化マンガン化合物は II もしくは
III 荷の酸化物及び錯体に変化する。この状態にて水
溶液は白茶色から黒褐色に変化するが、生成されたマン
ガン化合物の特定、組成等は行っていない。 ４．その後、この水溶液を煮沸、濃縮する。煮沸は水溶
液中に存在するマンガン化合物及び析出した石膏（表面
にマンガン化合物が吸着している）の粒度を調整し、均
一にするためである。 ５．濃縮した溶液は触媒水として使用する場合、適当な
濃度に希釈する。触媒水とは過炭酸ソーダに対し用いる
水と触媒を混合したもので、本発明の要件となるもので
ある。 ６．酸素ガス発生に使用する水の量に関し、取扱機能
上、少なければ少ない程利点があるが、水温の上昇によ
り反応の暴走が起きることは先に述べた通りである。水
温の上昇を利点として利用し、且つ暴走を阻止するため
負触媒を上記触媒水に加える。負触媒の選定に当たって
は既知の物質を種々検討した。今回生成した正触媒との
適合性より判断して、塩化ナトリウム（食塩）を使用す
ることとした。 ７．結果として以下のデータ（酸素流出量経時変化）を
得た。図８は従来方法で、過炭酸ソーダ１００ｇ、水量
５００ｃｃ、触媒として粉末二酸化マンガンにより得た
酸素ガス流量を示す。図９は本発明方法を示し、過炭酸
ソーダ１００ｇ、触媒水１２０ｃｃにより得た酸素ガス
流量を示す。

【００２５】以上の説明より本発明の内容を次の通り要
約する。本発明において、硫酸マンガン等水溶性金属化
合物を主剤とし、水溶液中にこれを金属イオンとして存
在させ、同溶液中にてこれを不安定な化合物に変換し、
気体酸素を用いて徐々にこれを酸化処理し、よって均
一、且つ微細な酸化物を水溶液中にて生成させ、生成し
た酸化物を過酸化水素の分解反応の正触媒として使用し
たものである。

【００２６】上記触媒を利用し、過炭酸ソーダより安定
した流出量で酸素ガスを取り出すため、使用する過炭酸
ソーダの量に応じて使用する水量は変化させるものであ
るが、過酸化水素の分解反応によって発生する反応熱
（プラス）が同水溶液の温度を上昇させることを積極的
に利用し、過炭酸ソーダの水溶液中への溶け出し量を一
定になるように水量を決定し、よって酸素ガス発生のた
めの原料である過酸化水素の水溶液中での濃度を一定に
する。この時、反応環境温度の上昇による反応速度の増
加を負触媒として塩化ナトリウムを共存させることによ
って上昇した温度領域での正触媒作用の抑制をなし、結
果として安定均一な酸素ガス流出を得るものである。

【００２７】

【発明の効果】本発明は上記の如く構成されるから従来
方法に比較して極めて安定した酸素ガスの供給が可能と
なり、しかもこの方法を実施する容器は不使用時は反応
材料を収容する程度の大きさの容器とし、反応時には容
器が必要範囲内に伸張する効果を有するものであるか
ら、従来の酸素発生方法装置に比較し、使用簡易にし
て、しかも安価に提供できる極めて有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法装置の一部切欠正面図である。

【図２】反応内容を材料容器として使用した状態の説明
図である。

【図３】反応時に反応容器が伸張した状態を示す説明図
である。

【図４】従来の反応装置の説明図である。図５乃至図９
は何れも酸素発生量を示すグラフ図にして、

【図５】過炭酸ソーダの溶解温度の減少により酸素ガス
量が徐々に減少する状態を示す。

【図６】反応熱による水温上昇が顕著になって生ずる酸
素ガスの加速度発生を示す。

【図７】本発明方法により酸素ガスをコントロールした
状態を示す。

【図８】従来方法の酸素ガスの流量を示す。

【図９】本発明方法の酸素ガス発生流量を示す。

【符号の説明】

１ 反応容器 ２ 開口 ３ 酸素ガス送気チューブ ４ 接続栓 ５ フィルター ６ マスク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭酸ナトリウム過酸化水素付加物（過炭
   酸ソーダー）に下記（イ）に記載する触媒水を接触反応
   せしめることにより酸素ガスを発生せしめることを特徴
   とする酸素ガス発生方法。（イ） 硫酸マンガン等、水
   溶性金属化合物を主剤とし、水溶液中にこれを金属イオ
   ンとして存在させ、同溶液中にてこれを不安定な化合物
   に変換し、気体酸素を用いて徐々にこれを酸化処理し、
   よって均一、且つ微細な酸化物を水溶液中にて生成して
   なる触媒水。
2. 【請求項２】 ベローズ構造の容器を利用した反応容器
   （１）の頂上開口（２）には、酸素ガス送気チューブ
   （３）の末端に設けた接続栓（４）を接続し、該チュー
   ブ（３）端にはフィルター（５）を接続し、該フィルタ
   ー（５）にマスク（６）を接続してなることを特徴とす
   る酸素ガス発生装置。