WO2018020707A1

WO2018020707A1 - 水素水生成装置

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Publication number: WO2018020707A1
Application number: PCT/JP2017/002528
Authority: WO
Inventors: 宗郷熊谷; 篤樹柿谷
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2018-02-01
Also published as: CN109475826B; JP6840755B2; CN109475826A; JPWO2018020707A1

Abstract

短時間で所望する高濃度の水素を含有する水素水を生成すること。水素水生成装置（１０１）は、ワンパス方式で水素水を生成する装置であって、水を通水する第１通水路（３）及び第２通水路（４）と、上記第１通水路（３）及び第２通水路（４）に形成され、当該第１通水路（３）及び第２通水路（４）を流れる水と、外部から供給された水素ガスとを撹拌する撹拌機（１）と、を備える。

Description

水素水生成装置

　本発明は、水素水を生成する水素水生成装置に関する。

　近年、水素の生体内における抗酸化作用が注目されており、水素の摂取により、肥満、動脈硬化、糖尿病、アトピー性皮膚炎、放射線障害などを副作用なく改善する健康効果が得られることが確認されている。

　また、水素を摂取するための方法としては、（ｉ）水素ガスを直接吸引する方法、（ｉｉ）水素を溶存させた水素水を飲む方法、（ｉｉｉ）水素風呂等で皮膚から吸収させる方法、および（ｉｖ）水素が溶存した生理食塩水を点滴する方法が知られている。

　これらの方法のうち、水素水を飲む方法は、水素ガスを吸引する方法に比べて安全で日常生活の中で手軽に水素を摂取することができるため、水素の優れた効果を求める一般家庭に普及しつつある。

　特に、水素の優れた効果を得るためには、水素の飽和濃度（約１．６ｐｐｍ）以上の高濃度の水素が含まれる水素水を摂取するのが好ましい。

　例えば、特許文献１には、水素を水素バブルとして水に与えて加圧送水して溶存槽に貯留し、この溶存槽に貯留した水素水を循環させることで、高濃度の水素が含まれる水素水を生成する気体溶解装置が開示されている。

日本国公開特許公報「特許第５８６５５６０号公報（２０１６年１月８日登録）」

　しかしながら、特許文献１に開示された気体溶解装置では、高濃度の水素が含有された水素水が得られるものの、高濃度の水素水を得るためには、装置内で水素水を複数回循環させる必要がある。このため、所望する高濃度の水素を含有した水素水を得るまでに長い時間を要するという問題を生じる。

　本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、短時間で所望する高濃度の水素を含有する水素水を生成することが可能な水素水生成装置を提供することにある。

　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る水素水生成装置は、水が１回装置内を通水する間に、通水中の水に水素ガスを混合して水素水を生成する水素水生成装置であって、水を通水する通水路と、上記通水路に形成され、当該通水路を流れる水と、外部から供給された水素ガスとを撹拌する撹拌機と、を備えたことを特徴としている。

　本発明の一態様によれば、短時間で所望する高濃度の水素を含有する水素水を生成できるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る水素水生成装置の概略構成図である。本発明の実施形態２に係る水素水生成装置の概略構成図である。本発明の比較例に係る水素水生成装置の概略構成図である。本発明の実施形態３に係る水素水生成装置の概略構成図である。図４に記載の水素水生成装置が備えた撹拌装置の概略構成断面図である。図５に示す撹拌装置内の撹拌スクリューの一例を示す概略斜視図である。本発明の実施形態４に係る水素水生成装置の概略構成図である。本発明の実施形態５に係る水素水生成装置の概略構成図である。本発明の実施形態６に係る水素水生成装置の概略構成図である。水道圧での取水時間と圧力の関係を示すグラフである。

　〔実施形態１〕
　本発明の一実施の形態について説明すれば、以下の通りである。

　（水素水生成装置１０１の概要）
　図１は、本実施形態に係る水素水生成装置１０１の概略構成図である。

　水素水生成装置１０１は、水が１回装置内を通水する間に、通水中の水に水素ガスを混合して水素水を生成するワンパス方式の水素水生成装置であって、撹拌機１、水供給源２、第１通水路３、第２通水路４、水素ガス（Ｈ_２ガス）供給路５を含んでいる。なお、本実施形態では、水供給源２として水道を例に説明する。つまり、第１通水路３は、水供給源２である水道の蛇口に直結されている。従って、水道水の排出量の調整は、水供給源２である水道の蛇口の開放量により調整することになる。

　第１通水路３は、水供給源２からの水を撹拌機１に供給するための通水路であり、第２通水路４は、撹拌機１から排出される水を取水側に送出する通水路である。水素ガス供給路５は、図示しないガスボンベ等のガス供給源から水素ガスを撹拌機１に供給するための供給路である。

　撹拌機１は、撹拌槽１ａと撹拌羽根１ｂとを備え、当該撹拌槽１ａ内で撹拌羽根１ｂを用いて第１通水路３から供給される水と水素ガス供給路５から供給される水素ガスとを撹拌し、撹拌後の水を第２通水路４に排出するようになっている。

　撹拌羽根１ｂは、撹拌槽１ａの外部に設けられた撹拌モータ６によって駆動される。撹拌羽根１ｂの回転軸（図示しない）が撹拌槽１ａの外部に突出し、撹拌モータ６と接続されている。なお、撹拌羽根１ｂと撹拌モータ６が上述のように回転軸で接続されてもよいが、これに限定されず、例えば撹拌羽根１ｂと撹拌モータ６とがマグネットカップリングにより接続されていてもよい。マグネットカップリングの詳細については後述する。

　（水素水生成装置１０１による水素水生成）
　水素水生成装置１０１により水素水を生成するには、まず、水供給源２である水道水を第１通水路３に通水する。この水道水の第１通水路３への通水と同時に、水素ガス供給源から水素ガスが水素ガス供給路５に送られる。その後、第１通水路３に通水された水道水及び水素ガス供給路５に送られた水素ガスは、撹拌機１に供給される。ここでは、水素ガスの撹拌機１への供給量を１００ｃｃ／ｍｉｎとし、水道水の撹拌機１への供給量を１．１ｌ／ｍｉｎとして説明する。

　撹拌機１では、供給された水道水と水素ガスとを撹拌槽１ａ内で撹拌羽根１ｂによって撹拌される。撹拌により、水素の飽和濃度（約１．６ｐｐｍ）の水素ガスが水道水に含有されるようになる。撹拌機１は、撹拌後の高濃度の水素ガスを含んだ水道水（以下、水素水）を第２通水路４に送り出す。第２通水路４に送り出された水素水は、取水され、飲用水となる。

　（効果）
　上記構成によれば、撹拌機１は、第１通水路３と第２通水路４との接続部分に配置されているので、水が１回装置内を通水する間に水素ガスを混合させる、所謂一過処理（ワンパス方式）により、従来のように水を循環させて水素濃度を高める方式に比べて、短時間で高濃度の水素を含有する水素水を生成することができるという効果を奏する。

　このように、短時間で高濃度の水素を含有する水素水を生成する水素水生成装置を用いれば、ユーザは手軽に水素水を生成し、水素水の少量の飲用で効率的に水素ガスを摂取することができる。

　なお、本実施形態では、水に水素ガスをさらに溶け込ませ易くするために、撹拌機１、第１通水路３、第２通水路４で構成される通水経路内の圧力（内圧）を高めるための構成について説明していないが、下記の実施形態２では、通水経路の内圧を高めるための構成を追加した例について説明する。

　〔実施形態２〕
　本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

　（水素水生成装置１０２の概要）
　図２は、本実施形態に係る水素水生成装置１０２の概略構成図である。なお、水素水生成装置１０２は、前記実施形態１の水素水生成装置１０１とほぼ同じ構成であるが、水供給源２である水道の蛇口に第１通水路３が直結した構成ではなく、水を貯水するタンクに第１通水路３が直結した構成である。

　第１通水路３には、タンクの水を撹拌機１に供給するために給水ポンプ７が設けられている。本実施形態では、給水ポンプ７によりタンクから流れる水の流量を、１．１Ｌ／ｍｉｎとしている。

　第２通水路４には、当該第２通水路４を構成する管の内径（例えば１／４インチ）よりも小さい内径（例えば１／８インチ）の細管８が接続されている。細管８は、長さ１．８ｍの細チューブからなる。細管８の素材に関しては、一般的な飲用水を生成する装置内で用いられているチューブと同素材であればよく、特に限定されるものではない。このように、第２通水路４に、細管８が接続されていることで、撹拌機１から送り出されて第２通水路４を流れる水が、第２通水路４内径がより小さい細管８に入るときに、通水経路（第１通水路３、給水ポンプ７、撹拌機１、第２通水路４）の内圧が高まる。従って、細管８は、通水路の内圧を高めるための加圧部として機能する。

　さらに、第１通水路３には、上記通水経路の内圧を測定するための圧力計９が設けられている。

　なお、上記の細管８による通水路の内圧は高いほど水素ガスが溶け込む量が増えるものの、例えば図１０に示すグラフから、水素水生成装置１０２による水素水の生成開始（飲用ボタンの押下）から飲用可能な水素水が取水できるまでの時間（取水時間）が長くなることが分かる。従って、水素濃度、取水時間を考慮して、通水路の内圧を設定するようにすればよい。

　（水素水生成装置１０２による水素水生成）
　水素水生成装置１０２により水素水を生成するには、まず、水供給源２である貯水タンクの水を給水ポンプ７により第１通水路３に通水する。この第１通水路３への通水と同時に、水素ガス供給源（ボンベ）から水素ガスが水素ガス供給路５に送られる。その後、第１通水路３に通水された水及び水素ガス供給路５に送られた水素ガスは、撹拌機１に供給される。

　撹拌機１では、供給された水と水素ガスとを撹拌槽１ａ内で撹拌羽根１ｂによって撹拌される。撹拌により、水素の飽和濃度（約１．６ｐｐｍ）を超えた量の水素ガスが水道水に含有されるようになる。撹拌機１は、撹拌後の高濃度の水素ガスを含んだ水（以下、水素水）を第２通水路４に送り出す。第２通水路４に送り出された水素水は、細管８に流れ込み、取水され、飲用水となる。

　しかも、第２通水路４には、当該第２通水路４の内径よりも小さい内径の細管８が接続されているため、当該第２通水路４から細管８に水素水が流れる込むことにより、当該細管８より上流側の通水経路（第２通水路４、撹拌機１、第１通水路３）の内圧が高まる。これにより、水素ガスがさらに水に溶けやすくなり、より高濃度の水素を含有した水素水を得ることができる。

　ここで、撹拌機１が水素濃度を高めるために重要な部材であることを以下の比較によって説明する。

　図２に示す水素水生成装置１０２の場合、水素ガスの撹拌機１への供給量を１００ｃｃ／ｍｉｎとし、水道水の撹拌機１への供給量を１．１ｌ／ｍｉｎとしたとき、通水経路の内圧３．６ａｔｍで、取水された水素水の水素濃度は３．４ｐｐｍとなった。

　図３は、図２に示す水素水生成装置１０２から撹拌機１を省いた水素水生成装置１０３を示す。図３に示す水素水生成装置１０３の場合、水素ガスの撹拌機１への供給量を１００ｃｃ／ｍｉｎとし、水道水の撹拌機１への供給量を１．１ｌ／ｍｉｎとしたとき、通水経路の内圧３．６ａｔｍで、取水された水素水の水素濃度は１．９ｐｐｍとなった。

　図３に示す水素水生成装置１０３においても、水素の飽和濃度（約１．６ｐｐｍ）を超えた水素濃度の水素水を生成することができたが、図２に示す水素水生成装置１０２のように、撹拌機１を用いて水と水素ガスを撹拌したほうがより水素濃度の高い水素水を得ることができる。

　このように、本実施形態においても、短時間で高濃度の水素を含有する水素水を生成する水素水生成装置を用いれば、ユーザは手軽に水素水を生成し、水素水の少量の飲用で効率的に水素ガスを摂取することができる。以下の実施形態３では、さらに、水素水の水素濃度を高める例について説明する。

　〔実施形態３〕
　本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

　（水素水生成装置１０４の概要）
　図４は、本実施形態に係る水素水生成装置１０４の概略構成図である。なお、水素水生成装置１０３は、前記実施形態２の水素水生成装置１０２とほぼ同じ構成であるが、撹拌機１内部で生じる渦流によって形成される気相の気体（主に水素ガス）を外部に排出する気体排出経路１０が設けられている点で異なる。つまり、水素水生成装置１０３では、撹拌機１において撹拌時に形成される渦流の気相の気体を外部に排出する気体排出経路１０が形成され、上記気体排出経路１０は、上記撹拌機１より上記通水路（第１通水路３、第２通水路４）の下流側（第２通水路４）に接続されている。このように、気体排出経路１０が第２通水路４に接続されことで、当該第２通水路４を流れる水（水素水）に気体を混合させるようになっている。これにより、図４の水素水生成装置１０４では、撹拌機１に形成された気体排出経路１０が、撹拌槽１ａ内部で生じる渦流によって形成される気相の気体を排出し、撹拌機１の第２通水路４が、撹拌槽１ａ内部で生じる渦流によって形成される液相の液体（水素水）を排出する。

　気体排出経路１０は、撹拌槽１aにおける撹拌羽根１ｂを回転させる回転軸１７（図５）の回転中心に対応する位置に形成されるのが好ましい。これは、撹拌槽１ａ内で撹拌羽根１ｂが回転する際に、水素ガスが回転軸１７周りに集まるため、気体排出経路１０は、撹拌槽１ａにおいて、できるだけ回転軸１７に近い位置に配置するのが好ましいためである。しかしながら、気体排出経路１０の形成位置は、上記の例に限定されず、撹拌槽１ａで生じる気体（水素ガス）を排出できる位置であればよい。

　（水素水生成装置１０４による水素水生成）
　水素水生成装置１０４により水素水を生成するには、まず、水供給源２である貯水タンクの水を給水ポンプ７により第１通水路３に通水する。この第１通水路３への通水と同時に、水素ガス供給源（ボンベ）から水素ガスが水素ガス供給路５に送られる。その後、第１通水路３に通水された水及び水素ガス供給路５に送られた水素ガスは、撹拌機１に供給される。

　撹拌機１では、供給された水と水素ガスとを撹拌槽１ａ内で撹拌羽根１ｂによって撹拌される。撹拌により、水素の飽和濃度（約１．６ｐｐｍ）を超えた量の水素ガスが水道水に含有されることになる。撹拌機１は、撹拌後の高濃度の水素ガスを含んだ水（以下、水素水）を第２通水路４に送り出す。第２通水路４には、撹拌機１の気相から排出される気体（水素ガス）が気体排出経路１０により供給されるため、当該第２通水路４に流れる水素水に対して、さらに水素ガスが混合される。第２通水路４内でさらに水素ガスが混合された水素水は、細管８に流れ込み、取水され、飲用水となる。

　さらに、撹拌機１によって高濃度の水素を含有した水素水が流れる第２通水路４において、さらに、撹拌機１の気相の気体（水素ガス）が気体排出経路１０によって供給され、水素水に水素ガスがさらに混合されるため、非常に高濃度の水素を含有した水素水が得られる。

　図４に示す水素水生成装置１０４の場合、水素ガスの撹拌機１への供給量を１００ｃｃ／ｍｉｎとし、水道水の撹拌機１への供給量を１．１ｌ／ｍｉｎとしたとき、通水経路の内圧３．６ａｔｍで、取水された水素水の水素濃度は３．９ｐｐｍとなった。図２に示す水素水生成装置１０２よりもさらに水素水の水素濃度が大きくなった。

　本実施形態では、図４に示すように、気体排出経路１０の接続先を、細管８の手前の第２通水路４にしているが、これに限定されるものではなく、例えば細管８の後の取水直前であってもよく、撹拌機１以下の流路であればどこでもよい。

　なお、本実施形態に係る水素水生成装置１０４に搭載れた撹拌機１は、説明の便宜上、図４に示すように、簡略化して記載している。以下に、撹拌機１の詳細な構造について説明する。

　（撹拌機１の配管）
　図５は、撹拌機１の概略構成断面図である。図６は、撹拌機１に備えられた撹拌羽根１ｂの概略構成斜視図である。

　撹拌機１は、図５に示すように、撹拌槽１ａ内に水を取り込むための第１通水路３となる配管１１、撹拌槽１ａ内で混合された混合水（水素水）を排出するための第２通水路４となる配管１２、撹拌槽１ａ内で生じる気相の気体（水素ガス）を排出するための気体排出経路１０となる配管１３が接続されている。さらに、撹拌機１には、撹拌槽１ａ内の空気を抜くための配管１４がさらに接続されている。また、配管１１～配管１４の全てに開閉機構となる電磁弁１５が設けられている。

　ここで、図５に示す撹拌機１の紙面上の上を上部、下を下部として説明する。

　配管１１は、貯水タンクに貯水された飲用水を撹拌槽１ａ内に導く配管であり、当該撹拌槽１ａの下部に設けられている。

　また、配管１２は、撹拌槽１ａ内で混合された水を排出する配管であり、当該撹拌槽１ａの上部に設けられている。これにより、撹拌槽１ａに配管１１から水が注入されたとき、当該撹拌槽１ａの上部に設けられた配管１２から空気が抜けるので、スムーズな空気抜きが可能となる。

　配管１４は、撹拌槽１ａの上部に設けられた空気抜き専用の配管であり、電磁弁１５により必要に応じて開閉される。つまり、配管１４は、配管１２による空気抜きがスムーズに行えないときに電磁弁１５により開放し、空気抜きに使用する。従って、配管１２から空気がスムーズに抜ける構成の場合には、敢えて配管１４を設ける必要はない。

　配管１３は、主としてガスを排出する配管であり、飲用水と水素ガスを撹拌した際に撹拌槽１ａ内で形成される渦（気相）に隣接する位置に設けられる。撹拌槽１ａ内で形成される渦の大きさや形は、撹拌槽１ａの内部形状・大きさ・撹拌羽根１ｂの羽根の形、撹拌羽根１ｂの回転数、飲用水と水素ガスの体積比や互いの圧力関係等によって決まるため、配管１３を設ける位置は任意である。

　なお、配管１３は、主としてガスを排出するものであるが、撹拌済みの飲用水の一部が混入することは必然であり、特に問題にはならない。

　配管１１上に配した電磁弁１５は、撹拌槽１ａ内に水を導く際、その動作を開始する時に開かれるものであるが、水の移動を給水ポンプ７で行う場合などは、この機構を排除して、給水ポンプ７のＯＮ／ＯＦＦで、これを担ってもよい。

　配管１２、配管１３上に配した電磁弁１５は、撹拌槽１ａ内の飲用水と気相の配分を制御する場合などを考慮して、個別に配置したが、その必要が無い場合には、合流後の経路上に配してもよいし、或いは、開閉機構そのもの自体を配置しなくてもよい。

　配管１２、配管１３上に電磁弁１５を設ける、もう一つの目的は、混合開始（動作開始）の初期時点で、水素ガス濃度が十分に上がりきっていない水素水が排出されることを防止することであり、排出を一時的に止めて、所望の濃度に上がった後に水素水を排出するところにある。なお、初期時点でも撹拌槽１ａから排出される水素水の水素ガス濃度が十分である場合には、配管１２、配管１３上に電磁弁１５を設けなくてもよい。

　なお、図４及び図５では、水素ガスの流入を撹拌機１の前段で行い、飲用水と混合した状態で撹拌機１に送られていたが、水素ガスを撹拌槽１ａに直接流入するように、当該撹拌槽１ａに水素ガス流入用の配管を新たに設けてもよい。例えば図１に示す水素水生成装置１０１のように、撹拌機１に直接水素ガス供給路５を設けてもよい。この場合、水素ガス供給路５を設ける位置については、特に規定されものではない。

　（撹拌機１の撹拌構造）
　図５に示す撹拌機１では、撹拌モータ６と撹拌羽根１ｂとは直接回転軸により接続されているのではなく、マグネットカップリングにより接続されている。

　撹拌モータ６は、撹拌槽１ａの外部に配置されており、撹拌モータ６の回転軸は撹拌槽１ａの側壁に対向配置されたマグネットカップリング１６ａに接続されている。また、撹拌羽根１ｂに備えられているマグネットカップリング１６ｂは、撹拌槽１ａの側壁を介してマグネットカップリング１６ａに対向する位置に配置されている。なお、撹拌羽根１ｂは、図６に示すように、中心に貫通孔１ｃが形成され、後述する回転軸１７が挿入されるようになっている。これにより、図５に示すように、撹拌羽根１ｂの回転軸１７の両端が撹拌槽１ａの内壁に回転自在に指示される。

　これにより、撹拌モータ６の回転駆動力によってマグネットカップリング１６ａが回転すると、その回転駆動力が磁力によってマグネットカップリング１６ｂに伝達され、撹拌羽根１ｂが回転軸１７を中心として回転するようになっている。

　マグネットカップリング１６ａ・１６ｂにおいて、それぞれに設けるマグネットの数量（磁力）は、撹拌モータ６と撹拌羽根１ｂとの距離や、撹拌槽１ａ内での水の抵抗に応じて決めればよく、撹拌羽根１ｂの回転時のバランスを考慮して対象に配置するのが好適である。図５では、撹拌羽根１ｂの回転軸１７の両端が撹拌槽１ａの内壁に固定する形となっているが、マグネットカップリング１６ｂ側のみの固定でも構わない。この場合、配管１３の出口を、より気相の中心（撹拌時の渦の中心）に配置することができる。これは、撹拌槽１ａ内で撹拌羽根１ｂが回転する際に、水素ガスが回転軸１７周りに集まるため、配管１３は、できるだけ回転軸１７に近い位置に配置するのが好ましいためである。

　前記実施形態１～３では、水素ガスの供給源として水素ボンベを例に説明したが、以下の実施形態では、水素ガスの供給源として電解装置を例に説明する。

　〔実施形態４〕
　本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

　（水素水生成装置２０１の概要）
　図７は、本実施形態に係る水素水生成装置２０１の概略構成図である。

　水素水生成装置２０１は、水が１回装置内を通水する間に、通水中の水に水素ガスを混合して水素水を生成するワンパス方式の水素水生成装置であって、撹拌機１、水供給源２、水素ガス（Ｈ_２ガス）の供給源である電解装置２０を含んでいる。なお、本実施形態では、水供給源２として水道を例に説明する。なお、水供給源２の水道圧を補助するために追加のポンプ７を設けてもよい。また、前記実施形態２に記載のように貯水タンクと給水ポンプ７を用いて水を撹拌機１に供給してもよい。

　電解装置２０は、電解液を貯蔵する電解槽２１と、電解槽２１内のほぼ中央に設けられたイオン交換膜２２、電解槽２１の水道水供給側に設けられたＲＯ膜（reverse osmosis membrane）２３を備えている。イオン交換膜２２は、イオン伝導性を有する固体高分子膜であり、図示しないが両面に触媒層と電極（正負の電極）が接合され、電極に電圧を印加することで、負電極（陰極）側に水素ガス、正電極（陽極）側に酸素ガスを発生するようになっている。これにより、電解槽２１は、イオン交換膜２２を境界にして、正電極側に酸素発生部２１ａ、負電極側に水素発生部２１ｂが形成される。また、ＲＯ膜２３は、水供給源２から供給される電解液としての水道水から水分子のみを電解槽２１内に送り出すようになっている。水素生成に必要な水の量は極めて少なく、ＲＯ膜２３に水圧を与えられたときに徐々に電解液を生成して、電解槽２１内に貯蔵しておく。

　電解装置２０によって発生した水素ガスは、撹拌機１に送られる一方、酸素ガスは、装置外部に排出される。これらガスの排出制御は、電解装置２０の酸素発生部２１ａ及び水素発生部２１ｂのそれぞれの排気側に設けられた電磁弁２４・２４の開閉により制御される。

　撹拌機１は、前記実施形態１の水素水生成装置１０１と同様に、水供給源２から供給される水道水と、電解装置２０から供給される水素ガスとを撹拌し、水素ガスが溶け込んだ水道水（水素水）を外部に排出する。撹拌機１からの水の排出配管は、撹拌機１の液相部分に設ける。

　撹拌機１の大きさは、水素水生成速度や撹拌効率等をふまえて任意に設計される。撹拌機１を小さくすると、大きな撹拌機よりも水量が減少し、撹拌機１の全体を高速で撹拌することができるため、より効率的に撹拌することが可能となる。

　撹拌機１の水素水の排出路には、撹拌機１内の内圧を高めるための絞り部２５、排出される水素水の取水制御を行うため電磁弁２６が設けられている。ただし、電磁弁２６は、設けなくてもよい。絞り部２５は、撹拌機１から排出される水素水の流れを絞り込むように、水素水が流れる管の内径を小さく絞り込んだ管からなる。なお、絞り部２５としては、前記実施形態２の水素水生成装置１０２で用いられる細管８のような細チューブで構成されもよい。

　（水素水生成装置２０１による水素水生成）
　水素水生成装置２０２により水素水を生成するには、水供給源２である水道等の圧力を利用して、ＲＯ膜２３により水道水から水分子のみを透過させて電解槽２１に純水を貯蔵しておく。ＲＯ膜２３を設けず、ユーザによって電解装置２０に純水または電解液が投入されるようにしてもよい。電解槽２１に電解液がある状態で、電磁弁２６を開放することで水を撹拌機１に通水し、イオン交換膜２２の両面に接合された電極に電圧を印加することにより純水から酸素ガスと水素ガスを発生する。電解装置２０にて発生した水素ガスは、撹拌機１に送られ、水道水と撹拌される。撹拌により、水素の飽和濃度（約１．６ｐｐｍ）を超えた量の水素ガスが水道水に含有されることになる。撹拌機１は、撹拌後の高濃度の水素ガスを含んだ水（以下、水素水）を排出し絞り部２５を経て取水され、飲用水となる。水供給源２の水は、活性炭フィルター等の塩素除去手段または飲用水質に調整する手段を設けてもよい。

　（効果）
　上記構成によれば、前記実施形態１～３と同様に、ワンパス方式により、従来のように水を循環させて水素濃度を高める方式に比べて、短時間で高濃度の水素を含有する水素水を生成することができるという効果を奏する。

　しかも、水素水生成装置２０１では、水素供給源として水素ボンベではなく、電解装置２０を用いているため、水道水を流し続けられることができれば、水素ボンベを使用する場合のように水素ガスの残量を気にすること無く、水素水を生成し続けることが可能となる。

　また、電解装置２０に対する電解液の供給を、正電極側、すなわち酸素発生側に行うことで、水素発生部２１ｂがイオン交換膜２２によって閉じた構成となるため、通水路（第１通水路３、第２通水路４）に圧力がかかった際に水素水生成装置２０１や電解水供給部等の上流側に逆流することを防止することができる。少なくとも正電極側に水を給水すればよく、例えば飲用水を負極側に通水する構成としてもよい。

　電解装置２０において、水素水生成中、酸素発生部２１ａを電磁弁２４により排出口を閉じて、酸素が電解装置２０内に一時的に貯蔵され、水素水の生成が終了するか所定の時間電解するごとに開放する。

　上記構成によれば、電解時に発生する酸素を一時的に電解装置２０内に貯めることで、酸素発生部２１ａの圧力を高められ、電解時に発生したガスで固体高分子膜（イオン交換膜２２）と電極の間にわずかな隙間が生じて電解効率が低下することを抑制することができる。また、所定の時間ごとに開放することで、酸素発生部２１ａと水素発生部２１ｂの各部屋の圧力のバランスをとり、電解効率を高く保つことができる。なお、電磁弁２４による排出口を開放する時間は、酸素発生部２１ａと水素発生部２１ｂの各部屋の圧力のバランスをとり、電解効率を高く保つことができる時間に予め設定される。

　また、水素水の生成が終了したときに撹拌機１または通水経路（第１通水路３、第２通水路４）内に酸素を開放することで、酸素開放時に意図せず混じってしまう電解液を、撹拌機１または通水路（第１通水路３、第２通水路４）内に混合してもよい。これにより、酸素開放時に混じる電解液を外で受ける受け部を別途設ける必要がない。撹拌機１または通水路（第１通水路３、第２通水路４）内に開放された酸素は、水素水の生成を開始し、水を通水した際に押し出されて排出される。

　〔実施形態５〕
　本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

　（水素水生成装置２０２の概要）
　図８は、本実施形態に係る水素水生成装置２０２の概略構成図である。

　水素水生成装置２０２は、前記実施形態４の水素水生成装置２０１とほとんど同じ構成であるが、撹拌機１を複数配置している点で異なる。

　水素水生成装置２０１では、図８に示すように、水供給源２からの水道水の通水路上に、２個の撹拌機１が直列に接続され、それぞれの撹拌機１に対して、電解装置２０から水素ガスが供給されるようになっている。ただし、第一の撹拌機１から、水素ガスを供給してもよい。そのようにした場合、前記実施の形態３の気体排出経路１０と第２通水路４の合流箇所に別の撹拌機を設けることに相当する。

　（水素水生成装置２０２による水素水生成）
　水素水生成装置２０２による水素水の生成は、前記実施形態４の水素水生成装置２０１による水素水の生成とほぼ同じであり、水と水素ガスとの撹拌が多段になっている点で異なる。

　水素水生成装置２０２により水素水を生成するには、まず、水供給源２である水道の水を撹拌機１及び電解装置２０に通水する。電解装置２０は、通水と同時に作動し、イオン交換膜２２に接合された電極に電圧を印加することにより純水から酸素ガスと水素ガスを発生する。電解装置２０にて発生した水素ガスは、２個の撹拌機１に送られ、上流側の撹拌機１において水道水と撹拌され、下流側の撹拌機１において上流側の撹拌機１で生成された水素水と撹拌される。これにより、上流側の撹拌機１において、常に水素の含まれない水が供給・混合されるため、排出される水素濃度が薄まってしまうが、下流側の撹拌機１において、水素がある程度溶け込んだ水道水（水素水）にさらに水素を混合し含有させる。下流側の撹拌機１の撹拌羽根の回転速度は、上流側より高めたほうが好ましい。下流側の撹拌機１は、撹拌後の高濃度の水素ガスを含んだ水（以下、水素水）を排出し絞り部２５を経て電磁弁２６を開放することで、取水され、飲用水となる。

　（効果）
　上記構成によれば、前記実施形態１～３と同様に、ワンパス方式により、従来のように水を循環させて水素濃度を高める方式に比べて、短時間で高濃度の水素を含有する水素水を生成することができるという効果を奏する。さらに、前記実施形態４と同様に、水素供給源として水素ボンベではなく、電解装置２０を用いているため、水道水を流し続けられることができれば、水素ボンベを使用する場合のように水素ガスの残量を気にすること無く、水素水を生成し続けることが可能となる。

　しかも、水素水生成装置２０２では、撹拌機１を直列に２個配置しているため、上流側の撹拌機１において生成された水素水に対して、下流側の水供給源２においてさらに水素ガスを溶け込ませることになる。このため、最初の撹拌機１にてある程度まで水素ガスが溶け込んだ水道水に対して、次の撹拌機１にてさらに水素ガスが溶け込むように撹拌されるので、撹拌機１を２個用いれば、後段の撹拌機１で供給された水素を含まない水と混合されて薄まることがなく、水素水生成装置２０１よりも高濃度の水素を含有する水素水を生成することが可能となる。

　なお、本実施形態では、撹拌機１を２個直列に接続した例を示したが、撹拌機１の直列に配置する個数は２個に限定されるものではなく、２個よりも多く接続してもよい。撹拌機１の大きさを変えずに数を増やせば、水道水が通過する時間がかかるため、水素水を取水できるまでの時間が長くなる虞があるので、撹拌機１の数を増やす際は、撹拌機１の一つの大きさを、小さくすればよい。撹拌機１を複数設けることで効率的に撹拌できるようになるため、撹拌機１の水の滞留時間を下げることになる。すなわち、水素水を取水できるまでの時間が短くなる。撹拌機１の大きさは、例えば、各辺２～３ｃｍ程度でよい。

　〔実施形態６〕
　本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

　（水素水生成装置２０３の概要）
　図９は、本実施形態に係る水素水生成装置２０３の概略構成図である。

　水素水生成装置２０３は、前記実施形態５の水素水生成装置２０２とほぼ同じ構成であるが、水道水の通水路上に、２個の撹拌機３１が並列に接続されている点で異なる。なお、各撹拌機３１に対して、電解装置２０から水素ガスが供給されるようになっている。

　撹拌機３１は、水と水素ガスを撹拌する撹拌槽の断面積が、撹拌後の水を排出する出口方向に向かって小さくなるように形成されているので、当該撹拌槽内の圧力を高めることができる。これにより、前記実施形態５において設けた絞り部２５は不要となる。

　２個の撹拌機３１によって撹拌された水素水は、それぞれ水素の飽和濃度（約１．６ｐｐｍ）を超えるような高濃度の水素が含まれる水素水である。各撹拌機３１から排出された水素水は、図９に示すように電磁弁２６の手前で統合される。

　（水素水生成装置２０３による水素水生成）
　水素水生成装置２０３による水素水の生成は、前記実施形態５の水素水生成装置２０２による水素水の生成とほぼ同じであり、水と水素ガスとの撹拌を並列で行っている点で異なる。

　水素水生成装置２０３により水素水を生成するには、まず、水供給源２である水道の水を撹拌機３１・３１に通水する。このとき、撹拌機３１・３１の排出側の電磁弁２６は開状態にする。電解装置２０は、通水と同時に作動し、ＲＯ膜２３により水道水から水分子のみを透過させて電解槽２１に貯蔵された純水から、イオン交換膜２２に接合された電極に電圧を印加することにより酸素ガスと水素ガスを発生する。電解装置２０にて発生した水素ガスは、２個の撹拌機３１に送られ、２個の撹拌機３１において水道水と撹拌される。これにより、各撹拌機３１において、水素の飽和濃度（約１．６ｐｐｍ）を超えた量の水素ガスが水道水に溶け込ませた水素水を排出し、それぞれの水素水を統合して電磁弁２６を開放することで、取水され、飲用水となる。

　（効果）
　上記構成によれば、前記実施形態１～３と同様に、ワンパス方式により、従来のように水を循環させて水素濃度を高める方式に比べて、短時間で高濃度の水素を含有する水素水を生成することができるという効果を奏する。さらに、前記実施形態４、５と同様に、水素供給源として水素ボンベではなく、電解装置２０を用いているため、水道水を流し続けられることができれば、水素ボンベを使用する場合のように水素ガスの残量を気にすること無く、水素水を生成し続けることが可能となる。

　また、前記実施形態５と同様に、水素水生成装置２０３では、撹拌機３１を並列に２個配置し、それぞれの撹拌機３１にて撹拌され生成された高濃度の水素が溶け込んだ水素水を統合しているため、前記実施形態４の水素水生成装置２０１の半分の規模の撹拌機３１を２個用いれば、水素水生成装置２０１よりも高濃度の水素を含有する水素水を生成することが可能となる。

　しかも、撹拌機３１は、水と水素ガスを撹拌する撹拌槽の断面積が、撹拌後の水を排出する出口方向に向かって小さくなるように形成されているので、大きな撹拌羽根を設置して比較的少ない量の水を撹拌できるため、効率的に水素水の水素濃度を高めることができる。また、撹拌槽の出口断面積を細管８の内径程度にすることで、加圧部（細管８）と同じ機能があるため、加圧部（細管８）を設ける必要がなくなり、部品数を削減できる。
撹拌機３１においては、さらに、内部の撹拌羽根により撹拌された水を撹拌槽の水の排出する出口方向に向かって押し出すようにすることで、さらに撹拌槽内の圧力を若干高めることができるので、さらに水素水の水素濃度を高めることができる。

　〔まとめ〕
　本発明の態様１に係る水素水生成装置は、水が１回装置内を通水する間に、通水中の水に水素ガスを混合して水素水を生成する水素水生成装置（１０１，１０２，１０４）であって、水を通水する通水路（第１通水路３、第２通水路４）と、上記通水路（第１通水路３、第２通水路４）に形成され、当該通水路（第１通水路３、第２通水路４）を流れる水と、外部から供給された水素ガスとを撹拌する撹拌機１と、を備えたことを特徴としている。

　上記構成によれば、通水路に設けられた撹拌機において通水中の水と水素ガスが撹拌されることで、通水中の水に含有される水素ガス量を増加させることが可能となる。しかも、上記構成の水素水生成装置は、水が１回装置内を通水する間に水素ガスを混合させる、所謂一過処理（ワンパス方式）を前提としているため、従来のように水を循環させて水素濃度を高める方式に比べて、短時間で高濃度の水素を含有する水素水を生成することができる。すなわち、装置内に水量を確保して水を循環させる必要がなくなるため、装置が小型化する。加えて、連続して高濃度の水素水を取り出すことができる。

　本発明の態様２に係る水素水生成装置は、上記態様１において、上記通水路（第１通水路３、第２通水路４）における上記撹拌機１形成位置よりも下流側（第２通水路４）に当該通水路（第１通水路３、第２通水路４）内の圧力を高める加圧部（細管８）が形成されていてよい。

　上記の構成によれば、通水路における撹拌機形成位置よりも下流側に当該通水路内の圧力を高める加圧部が形成されていることで、当該加圧部よりも上流側の通水路（撹拌機を含む）の内圧が高くなるため、飽和溶存水素量の上限が増加し、水素ガスがさらに水に溶けやすくなり、より高濃度の水素を含有した水素水を得ることができる。

　本発明の態様３に係る水素水生成装置は、上記態様１または２において、上記通水路（第１通水路３、第２通水路４）における上記撹拌機１形成位置よりも下流側（第２通水路４）に、水素ガスを供給するための気体経路１０が形成されており、水素ガス供給部に接続されていてもよい。

　上記構成によれば、上記撹拌機の上記通水路の下流側に水素ガスが供給されているので、撹拌機下流における既に高濃度の水素が含まれた水素水に対して、気体経路から供給される水素ガスが混合される。これにより、水素ガスがさらに通水路内の水素水に溶け込むこと、また溶存した水素の脱気を防止することで、より高濃度の水素を含有した水素水を得ることができる。

　本発明の態様４に係る水素水生成装置は、上記態様１～３の何れか１態様において、撹拌機１において撹拌時に形成される渦流の気相の気体を当該撹拌機１の外部に排出する気体排出経路１０が形成され、上記気体排出経路１０は、上記通水路（第１通水路３、第２通水路４）における上記撹拌機１より下流側（第２通水路４）に接続されていてもよい。

　上記構成によれば、上記撹拌機の上記通水路の下流側に、撹拌時に形成される渦流の気相の気体を外部に排出する気体排出経路されているので、撹拌機下流における通水路を流れる既に高濃度の水素が含まれた水素水に対して、気体排出経路から排出される気体、すなわち水素ガスが混合される。これにより、水素ガスがさらに通水路内の水素水に溶け込むことになり、より高濃度の水素を含有した水素水を得ることができる。

　本発明の態様５に係る水素水生成装置は、上記態様４において、上記撹拌機１において撹拌時に形成される渦流の液相の液体を当該撹拌機１の外部に排出する排出口（配管１２）が開閉自在（電磁弁１５）に形成されていてもよい。

　本発明の態様６に係る水素水生成装置は、上記態様１～５の何れか１態様において、撹拌機１における、撹拌後の水の上記通水路（第２通水路４）への排出口側に開閉弁（電磁弁１５）が設けられていてもよい。

　上記構成によれば、撹拌機における、撹拌後の水の通水路への排出口側に開閉弁が設けられていることで、当該開閉弁を閉じれば撹拌機内の圧力を高めることができる。これにより、通水初期、すなわち水素水生成開始時に、開閉弁を閉じれば、圧力が高まった状態で水と水素ガスを撹拌できるため、水素が水に溶け込む量が増え、より高濃度の水素を含有した水素水を初期段階から得ることができる。

　本発明の態様７に係る水素水生成装置は、上記態様１～６の何れか１態様において、撹拌機１は、上記通水路（第１通水路３、第２通水路４）に複数個直列に配置されていてもよい。

　上記構成によれば、複数の撹拌機が通水路に配置されていることで、水素の含まれていない水でなく、上流側の撹拌機内で生成された既に水素を多く含む水素水に対して、下流側の撹拌機において水素ガスが混合されるので、より高濃度の水素を含有した水素水を得ることができる。撹拌機の数を増やすほど、水素の濃度を高めることが可能となる。

　また、小型の撹拌機を複数設けることで、撹拌機全体を通過する水の滞留時間が短くなるため、水を取水するまでの時間を短くできる。

　本発明の態様８に係る水素水生成装置は、上記態様１～７の何れか１態様において、撹拌機３１における、水と水素ガスを撹拌する撹拌槽は、その断面積が、撹拌後の水を排出する出口方向に向かって小さくなるように形成されていてもよい。

　上記構成によれば、撹拌槽の断面積が撹拌後の水を排出する出口方向に向かって小さくなっているので、大きな撹拌羽根を設置して比較的少ない量の水を撹拌できるため、効率的に水素水の水素濃度を高めることができる。

　また、撹拌槽の出口断面積を加圧部として機能する細管８の内径程度にすることで、細管８と同じ機能とるため、加圧部（細管８）を設ける必要がなくなり、部品数を削減できる。

　本発明の態様９に係る水素水生成装置は、上記態様１～８の何れか１態様において、イオン伝導性を有する固体高分子膜（イオン交換膜２２）の両面に触媒層または電極が一体となるように構成された電解装置２０を備え、上記電解装置２０の少なくとも陽極側に上記通水路を流れる水を電解液として供給して陰極側から発生する水素を、上記撹拌機１または上記通水路（第１通水路３、第２通水路４）に供給するようにしてもよい。陽極側に電解液を供給し、陰極側に飲用水を供給する構成でもよい。

　上記構成によれば、通水路の通水を用いて水素ガスを発生させる電解装置を備えていることで、ガスボンベ等の容量が決まった容器から水素ガスを撹拌機に供給する場合に比べて、水素ガスを安定して撹拌機に供給することができる。つまり、ガスボンベ等の場合には容器内の水素ガスがなくなれば、撹拌機に水素ガスが供給できないが、電解装置の場合には通水している限り水素ガスを発生させることができるので、撹拌機に水素ガスが供給できないということはない。また、上記水素ガスを通水路（第１通水路３、第２通水路４）に供給する場合も、通水路に水素ガスが供給できないということはない。

　また、陽極側に水（電解水）を供給する構成とすることで、水素発生部がイオン交換膜２２によって閉じた構成となるため、通水路（第１通水路３、第２通水路４）に圧力がかかった際に水素水生成装置や電解水供給部等の上流側に逆流することを防止することができる。

　本発明の態様１０に係る水素水生成装置は、上記態様９において、上記陽極側で酸素を発生する酸素発生部２１ａは、水素水生成時に、酸素が電解装置２０内に一時的に貯蔵され、水素水の生成が終了するか所定の時間電解するごとに開放することが好ましい。

　上記構成によれば、電解時に発生する酸素を一時的に電解装置内に貯めることで、酸素発生部の圧力を高められ、電解時に発生したガスで固体高分子膜と電極の間にわずかな隙間が生じて電解効率が低下することを抑制することができる。また、所定の時間ごとに開放することで、酸素発生部と水素発生部の各部屋の圧力のバランスをとり、電解効率を高く保つことができる。

　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１　撹拌機
１ａ　撹拌槽
１ｂ　撹拌羽根
１ｃ　貫通孔
２　水供給源
３　第１通水路（通水路）
４　第２通水路（通水路）
５　水素ガス供給路
６　撹拌モータ
７　給水ポンプ
８　細管（加圧部）
９　圧力計
１０　気体排出経路
１１～１４　配管
１５　電磁弁（開閉弁）
１６ａ、１６ｂ　マグネットカップリング
１７　回転軸
２０　電解装置
２１　電解槽
２１ａ　酸素発生部
２１ｂ　水素発生部
２２　イオン交換膜（固体高分子膜）
２３　ＲＯ膜
２４　電磁弁（開閉弁）
２５　絞り部（加圧部）
２６　電磁弁（開閉弁）
３１　撹拌機
１０１～１０４　水素水生成装置
２０１～２０３　水素水生成装置

Claims

　水が１回装置内を通水する間に、通水中の水に水素ガスを混合して水素水を生成する水素水生成装置であって、
　水を通水する通水路と、
　上記通水路に形成され、当該通水路を流れる水と、外部から供給された水素ガスとを撹拌する撹拌機と、
を備えたことを特徴とする水素水生成装置。
　上記通水路における上記撹拌機形成位置よりも下流側に当該通水路内の圧力を高める加圧部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の水素水生成装置。
　上記撹拌機よりも下流の通水路に水素ガスを供給する経路を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の水素水生成装置。
　上記撹拌機において撹拌時に形成される渦流の気相の気体を当該撹拌機の外部に排出する気体排出経路が形成され、
　上記気体排出経路は、上記通水路における上記撹拌機より下流側に接続されていることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の水素水生成装置。
　上記撹拌機において撹拌時に形成される渦流の液相の液体を当該撹拌機の外部に排出する排出口が開閉自在に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の水素水生成装置。
　上記撹拌機における、撹拌後の水の上記通水路への排出口側に開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の水素水生成装置。
　上記撹拌機は、上記通水路に複数個直列に配置されていることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の水素水生成装置。
　上記撹拌機における、水と水素ガスを撹拌する撹拌槽は、その断面積が、撹拌後の水を排出する出口方向に向かって小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の水素水生成装置。
　イオン伝導性を有する固体高分子膜の両面に触媒層または電極が一体となるように構成された電解装置を備え、
　上記電解装置の少なくとも陽極側に電解液を供給して陰極側から発生する水素を、上記撹拌機または上記通水路に供給することを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の水素水生成装置。
　上記陽極側で酸素を発生する酸素発生部は、水素水生成時に、酸素が電解装置内に一時的に貯蔵され、水素水の生成が終了するか所定の時間電解するごとに開放することを特徴とする請求項９に記載の水素水生成装置。