JPWO2017098598A1 - 水素水生成器 - Google Patents

Abstract

陽極電極と陰極電極とを容器内に略垂直方向に配置した構成において、効率良く水素を生成することができる水素水生成器を提供する。陽極電極４Ａ又は陰極電極４Ｂを２本以上有する電極部４は生成器本体カバー部２支持されている。生成器本体カバー部２を掴み、電極部４をコップのような飲料容器１２内の飲用水に浸す。そして、制御部１１が電池８からの供給電圧を昇圧させた電圧を所定時間電極部４に印加することで、電気分解が開始される。このとき、飲用水中では、陽極電極と陰極電極との間の通電経路が複数形成されるため、効率よく水素を発生することができる。

Description

本発明は、飲料容器に貯蔵されている飲用水中に、電気分解により水素を発生させて水素水を生成する水素水生成器に関する。

近年、一定濃度の水素水を摂取することで活性酸素が中和されて、健康増進につながることが臨床結果や研究機関での実験結果で証明されている。そのため、水素水を積極的に摂取できるように、アルミボトルやペットボトル等の容器に水素水を封入したものや、水中において水素を発生させる錠剤が販売に供されるようになってきている。

また、このような既成品ではなく、手軽に利用者が水素水を生成できるように、飲料水を貯蔵可能な飲料容器内に陽極電極板と陰極板とを垂直に並べて配置することで、電気分解によって水素水を生成する水素水生成器が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

そして、飲料容器の内部に陽極板及び陰極板を略水平に配置した構成の水素水生成器も知られている（例えば、特許文献２を参照）。

実用新案登録第３１９５９９５号公報 特開２０１４−２２６５７５号公報

特許文献１で開示の水素水生成器は、陽極電極と陰極電極とを飲料容器の上方の口部から垂直に差し込み電気分解することで水素水を生成しているため、陰極電極の下部で生成された水素の気泡が陰極電極に沿って上昇する間に、上部で生成された気泡と合体して径が大きくなり、径が大きくなる分、短時間で電解水から放出され、電解水の水素濃度が低くなる欠点がある。

一方、特許文献２で開示の水素水生成器は、飲料容器内に陽極板と陰極板とを略水平に配置することで、水素ガスの気泡径が合体により成長するのを防止することで、水素濃度が低下するのを遅らせている。しかしながら、特許文献２では、陽極板及び陰極板から飲料容器の外部まで導電部を固定で供えた特別な構造の飲料容器しか使用できず、携帯するには飲料容器ごと持ち歩かなければならないという不便さがある。

上記点に鑑みて、本発明は、陽極電極と陰極電極とを容器内に略垂直方向に配置した構成において、効率良くの水素を生成することができる水素水生成器を提供することを目的としている。

本発明の水素水生成器は、飲用水を貯蔵可能な飲料容器と、前記飲料容器の内部に略垂直に平行に配置される陽極の電極及び陰極の電極を有する電極部と、前記電極部を支持する支持部と、前記支持部内に格納される電池と、前記電池から供給される電池電圧を昇圧させた電圧が所定時間前記電極部に印加されるよう制御する制御部と、を備え、前記電極部は、前記陽極の電極又は前記陰極の電極を２本以上有することを特徴としている。

前記電極部は、３本の前記電極で構成されて、中心に配置した前記電極の極性と両端に配置した前記電極の極性とを違えるよう配置することができる。

また、ある実施形態では、前記電極部は、前記陽極の電極及び前記陰極の電極をそれぞれ２本ずつの４本で構成されて、隣り合う前記電極の極性が互いに異なるように、平面上で四角形状を形成することができる。

さらに、ある実施形態では、前記電極部は、平面上で四角形状を形成するよう配置した４本の前記電極の中心に１本の前記電極を配置し、中心の前記電極を通る一方の前記四角形の対角線の両端には、中心の前記電極とは異なる極性の前記電極を配置し、他方の前記対角線の両端には、前記中心の前記電極と同じ極性の前記電極を配置することができる。

前記電極部の電極の配置に関する上記の何れの実施形態においても、隣り合う前記陽極の電極と前記陰極の電極とは、０．８ミリメートルの間隔で配置するとよい。

加えて、前記電極部を構成する各前記電極の極性を切り換え可能とすることで、各電極の寿命の均一化が図れる。

また、前記制御部は、前記飲料容器に保存されている飲用水の量に応じて前記電極部への通電時間を制御することで、生成する水素水の水素濃度を一定にすることができる。

そして、前記制御部は、例えば２０ボルトにまで昇圧させて一定電流を前記電極部に供給する。一定電流を供給することにより、飲料容器に保存されている飲用水の水質の違いの影響を受けない電気分解が維持される。

さらに、前記支持部と着脱自在に構成されて、前記支持部との接合時に前記電極部を覆って保護するキャップ部を備える構成にすると、携帯性の面で好ましい。

本発明によれば、陽極の電極又は陰極の電極を２本以上有する電極部を飲料容器の飲用水中に上方から挿入することで、飲用水中には陽極電極と陰極電極との間の通電経路が複数形成されるため、簡単且つ短時間で効率よく多量の水素水が生成されるため、長時間に亘って水素水を保持できる。

本発明に係る水素水生成器の外観斜視図を示す。 本発明に係る水素水生成器の展開斜視図を示す。 本発明に係る水素水生成器の表示器の説明図を示す。 本発明に係る水素水生成器の裏側からの外観斜視図を示す。 本発明に係る水素水生成器における陽極電極及び陰極電極の配置を平面図で模式的に示す。 本発明に係る水素水生成器の電気的な構成をブロック図で示す。 本発明に係る水素水生成器を用いての水素水の生成を説明する図を示す。 電極の数による飲用水中の水素濃度の実測値を表わす図を示す。 本発明に係る水素水生成器における陽極電極及び陰極電極の配置の他の実施形態を平面図で模式的に示す。

以下に、図面を参照しながら本発明に係る水素水生成器を説明する。

図１は水素水生成器１の全体斜視図を示し、生成器本体カバー部２と生成器本体キャップ部３とから成る。生成器本体キャップ部３は、図２で示すように、生成器本体カバー部２から取り外し自在であり、装着されたとき、生成器本体カバー部２から突出して形成されている電極部４を覆って保護する。よって、生成器本体カバー部２は、電極部４を支持する支持部となっている。

生成器本体カバー部２の表面には、液晶の表示器５と、２種類の生成スイッチ６Ａ，６Ｂを備えたスイッチ部６とが設けられている。表示器５は、図３で示すように、電池残量表示部５１、電極交換表示部５２及び水素水容量表示部５３，５４を備える。そして、生成器本体カバー部２の裏面には、図４で示すように、電池８が収容される電池ボックス９のカバー１０が形成されている。電池８は、例えば単三型の３．７Ｖのリチュームイオン電池である。電池ボックス９は、又は２本の電池８が直列に収容するように構成されてもよい。

そして、図４では、電源を電池８と商用電源とを併用した構成が示されており、生成器本体カバー部２には、商用電源に接続されたとき、３．７Ｖ若しくは７．４ＶのＤＣ電源を供給するＡＣアダプタ１５のプラグ１６が差し込まれるＤＣジャック１７が設けられている。

電極部４は、陽極及び陰極がそれぞれ２本ずつ４本の電極から構成されており、４本の電極は、互いに等間隔で平行に配置されている。図５に平面図で示すと、例えば、０．８ｍｍ（ミリメートル）の間隔ｄを置いて正方形状に配置される。よって、正方形の一方の対角線上に陽極電極４Ａどうしが対向し、他方の対角線上で陰極電極４Ｂどうしが対向している。そして、電極部４は、電極どうしが接触しないように、各電極の先端を束ねるための電極棒固定保護キャップ１１を備えている。各電極の素材には、水素水生成能力や電極の生成寿命を考慮するとチタンやプラチナ、又はこの複合材料を使用するのが好適であるが、マグネシウム等を用いてもよい。そして、電極の表面には、金メッキを施すとよい。

図６は、水素水生成器１の電気的な構成をブロック図で示している。制御部１１は、一般的な中央演算処理装置等を含む集積回路で構成されており、電池８から３．７Ｖ又は電池ボックスが２本の電池８を直列に収容する場合は７．４Ｖの電池電圧が供給されている。そして、制御部１１には、表示器５、スイッチ部６、定電流部１２、昇圧部１３及び極性切替部１４が接続されている。

制御部１１は、スイッチ部６の生成スイッチ６Ａ又は生成スイッチ６Ｂが操作されると、電気分解を行うために水中に差し込まれている電極部４への通電制御を行なう。このとき、制御部１１は、何れの生成スイッチ６Ａ，６Ｂが操作されたかに応じて通電時間を変えると共に、表示器５の操作されたスイッチに対応している水素水容量表示部５３，５４での表示を制御する。

また、制御部１１は、電極部４への通電時、電極部４が差し込まれた水質の違い、特に食塩などを多く含む水の影響を受けずに、一定の電気分解に維持するため、定電流部１２が電極部４へ常に一定の電流を供給するよう定電流制御を行なう。このとき、昇圧部１３では、３．７Ｖ又は７．４Ｖの電池電圧を２０ボルトにまで昇圧し、電極部４に印加する。よって、生成器本体カバー部２は、少なくとも１００℃までの耐熱性のある樹脂素材で構成するのが好ましい。

加えて、制御部１１は、電池８の残存容量を監視して、残量を３段階で電池残量表示部５１に表示する機能や、電極部４への通電回数の累計をカウントして所定回数、例えば１０００回に達したとき電極交換を促すサインを電極交換表示部５２に表示する機能を備えている。

電気分解を行うために電極部４に通電すると、陽極電極４Ａから陰極電極４Ｂへ僅かながら金属材料が溶出して、除々に陽極電極の寿命が短くなる現象が起きる。そこで、電極部４の各電極は陽極又は陰極に切り替え可能な構成とし、制御部１１は、定期的に又は電気分解を開始する度に、制御部１１は、極性切替部１４を制御して各電極の極性を切り換えることで、電極の寿命を均一にしている。

上記構成による水素水生成器１の動作を説明する。水素水を生成するには、生成器本体キャップ部３を取り外し、電極部４を支持している生成器本体カバー部２を掴み、図７で示すように、電極部４をコップのような飲料容器１２内の飲用水に浸す。そして、飲料容器１２内の飲用水の量に応じて、生成スイッチ６Ａ又は生成スイッチ６Ｂの何れかが操作される。このとき飲用水の量が概ね４００ｍｌから５００ｍｌであるときには、生成スイッチ６Ａが操作されて、制御部１１は、水素水容量表示部５６を表示駆動し、昇圧部１３で昇圧した２０ボルトの電圧が電極部４に６０秒間印加されるよう制御する。また、飲用水の量が概ね２００ｍｌから２５０ｍｌであるときには、生成スイッチ６Ｂが操作されて、制御部１１は、水素水容量表示部５７を表示駆動し、２０ボルトの電圧が電極部４に３０秒間印加されるよう制御する。

電極部４へ電圧が印加され、飲料容器１２内の飲用水の電気分解が行われると、発生する水素イオンが陰極電極４Ｂに引き寄せられ、陰極電極４Ｂに集まった水素イオンは、陰極電極４Ｂから電子を受け取り、水素原子として陰極電極４Ｂの周囲に存在することになる。そして、水素原子は、互いに結びつくことにより水素分子となって水素水が生成される。

電気分解において、陽極電極４Ａと陰極電極４Ｂとを２本ずつの電極４本で配置すると、１つの陰極電極４Ｂは２つの陽極電極４Ａとの間で通電するために、陽極電極４Ａと陰極電極４Ｂとをそれぞれ１本ずつの電極２本で配置した構成と比較して、図８の水素濃度の実測値で示すように、飲用水の水素の量を増大させることができる。つまり、飲用水中では、陽極電極４Ａと陰極電極４Ｂとの間の通電経路が複数形成されるため、効率よく水素を発生することができる。

飲用水中に陽極及び陰極間で複数の通電経路を形成するには、他にも種々の構成がある。図９（ａ）に示すように、電極部４を１本の陽極電極４Ａを中心に左右に２本の陰極電極４Ｂの電極３本で配置した構成がある。この場合も、図８の実測値で示すように、電極２本で配置した構成と比較して、飲用水の水素濃度を増大させることができる。そして、この構成で極性切替部１４によって各電極の極性が切り換えられると、中心の電極が陰極電極で両端の電極が陽極電極となる。また、図示のごとく３本の電極を一列に並べて配置する以外に、平面上では三角形状に配置してもよい。

図９（ｂ）は、平面上に正方形状に配置した４本の電極の中心に１本の電極を配置した電極５本で電極部４を構成した例を示している。図示では、中心の陽極電極４Ａを通る一方の対角線ａの両端にも陽極電極４Ａを配置し、他方の対角線ｂの両端には陰極電極４Ｂを配置しているが、極性切替部１４によって各電極の極性が切り換えられると、中心が陰極電極４Ｂとなって、対角線ａの両端の電極も陰極電極４Ｂとなり、対角線ｂの両端の電極が陽極電極４Ａとなる。このように、電極５本で電極部４を構成したときには、陽極及び陰極間で通電経路の数がさらに多くなるため、図８の実測値で示すように、飲用水の水素濃度をいっそう増大させることができる。

そして、電極部４の各電極が飲用水との接触面積が大きくなるような形状とすることでも、効果的に水素を発生させることができる。したがって、電極の形状は棒状より表面積が大きくなる板状が好ましい。また、電極を螺旋状に構成すれば、表面積と長さの両方が確保でき発生効率を高めることができる。

電気分解される飲料容器１２内の飲用水には、蒸留水以外の水道水等の水が用いられるが、例えば、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、バナジウム等のミネラルを含むミネラルウォータを利用するとよい。これらミネラルイオンは陽イオンであるため、電気分解時には、水素イオンと共に陰極電極４Ｂに引き寄せられる。その結果、水素原子とミネラル原子とが結びつくことで、水素の気化を防止することができ、飲用水に水素を長期的に溶存させておくことが可能となる。そして、ミネラルウォータは、一般的にペットボトルで市販されおり、この場合、飲料容器１２となるペットボトルの口から電極部４を挿入して電気分解を行った後、ペットボトルのキャップを閉めることで、長期保存が容易である。

本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態は本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、変形例を本発明の技術的範囲から排除しない。

本発明は、水中において水素を発生させて、簡易的に水素水を生成が可能な水素水生成器に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

１ 水素水生成器
２ 生成器本体カバー部（支持部）
３ 生成器本体キャップ部（キャップ部）
４ 電極部
４Ａ 陽極電極
４Ｂ 陰極電極
８ 電池
１１ 制御部

Claims (9)

1. 飲用水を貯蔵可能な飲料容器と、
   前記飲料容器の内部に略垂直に平行に配置される陽極の電極及び陰極の電極を有する電極部と、
   前記電極部を支持する支持部と、
   前記支持部内に格納される電池と、
   前記電池から供給される電池電圧を昇圧させた電圧が所定時間前記電極部に印加されるよう制御する制御部と、を備え、
   前記電極部は、前記陽極の電極又は前記陰極の電極を２本以上有することを特徴とする水素水生成器。
2. 前記電極部は、３本の前記電極で構成されて、中心に配置した前記電極の極性と両端に配置した前記電極の極性とを違えるよう配置したことを特徴とする請求項１に記載の水素水生成器。
3. 前記電極部は、前記陽極電極及び前記陰極電極をそれぞれ２本ずつ４本で構成されて、隣り合う前記電極の極性が互いに異なるように、平面上で四角形状を形成するよう配置したことを特徴とする請求項１に記載の水素水生成器。
4. 前記電極部は、平面上で四角形状を形成するよう配置した４本の前記電極の中心に１本の前記電極を配置し、中心の前記電極を通る一方の前記四角形の対角線の両端には、中心の前記電極とは異なる極性の前記電極を配置し、他方の前記対角線の両端には、前記中心の前記電極と同じ極性の前記電極を配置したことを特徴とする請求項１に記載の水素水生成器。
5. 前記電極部を構成する前記電極は、極性が切り換え可能であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の水素水生成器。
6. 前記制御部は、前記飲料容器に保存されている飲用水の量に応じて前記電極部への通電時間を制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の水素水生成器。
7. 前記制御部は、２０ボルトにまで昇圧させて一定電流を前記電極部に供給するよう制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の水素水生成器。
8. 隣り合う前記陽極の電極と前記陰極の電極とは、０．８ミリメートルの間隔で配置したことを特徴とする請求項７に記載の水素水生成器。
9. 前記支持部と着脱自在に構成されるキャップ部をさらに備え、前記キャップ部は、前記支持部との接合時に前記電極部を覆い保護することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の水素水生成器。

Images