(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に水素を溶解させて水素水を生成し取出口から吐出させる気体溶解装置であって、
固体高分子膜（ＰＥＭ）を挟んだ電気分解により水素を発生させる水素発生手段と、
前記水素発生手段からの水素を水素バブルとして水に与えて加圧送水する加圧型気体溶解手段と、
前記加圧型気体溶解手段で生成した水素水を導いて貯留する溶存槽と、
前記溶存槽及び前記取出口を接続する管状路と、を含み、
前記溶存槽に貯留された水素を飽和状態で含む前記水素水を前記加圧型気体溶解手段に送出し加圧送水して循環させ前記水素バブルをナノバブルとするとともにこの一部を前記水素発生手段に導き電気分解に供することを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
前記溶存槽から前記加圧型気体溶解手段を経て前記溶存槽への循環経路において、前記加圧型気体溶解手段は生成した前記水素バブルを時間とともに平均径を小さくするように加圧送水することを特徴とする請求項１記載の気体溶解装
置。
【請求項３】
前記溶存槽は前記加圧型気体溶解手段からの前記水素水を加圧貯留することを特徴とする請求項２記載の気体溶解装置。
【請求項４】
前記溶存槽は少なくともその一部にフィルターを与えて前記水素バブルを維持することを特徴とする請求項３記載の気体溶解装置。
【請求項５】
前記加圧型気体溶解手段はダイヤフラムポンプを含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちの１つに記載の気体溶解装置。
【請求項６】
前記管状路は前記取出口からの水素水の吐出動作による前記管状路内の圧力変動を防止し層流を形成させる降圧移送手段を含むことを特徴とする請求項１乃至５のうちの１つに記載の気体溶解装置。
【請求項７】
前記降圧移送手段は前記管状路の前記取出口近傍に管径をより大若しくはより小とするテーパーを与えた圧力調整部を含むことを特徴とする請求項６記載の気体溶解装置。
【請求項８】
水に水素を溶解させて水素水を生成し取出口から吐出させる気体溶解方法であって、
固体高分子膜（ＰＥＭ）を挟んだ電気分解により水素を発生させる水素発生手段と、
前記水素発生手段からの水素を水素バブルとして水に与えて加圧送水する加圧型気体溶解手段と、
前記加圧型気体溶解手段で生成した水素水を導いて貯留する溶存槽と、
前記溶存槽及び前記取出口を接続する管状路と、において、
前記溶存槽に貯留された水素を飽和状態で含む前記水素水を前記加圧型気体溶解手段に送出し加圧送水して循環させ前記水素バブルをナノバブルとするとともにこの一部を前記水素発生手段に導き電気分解に供することを特徴とする気体溶解方法。
【請求項９】
前記溶存槽から前記加圧型気体溶解手段を経て前記溶存槽への循環経路において、前記加圧型気体溶解手段は生成した前記水素バブルを時間とともに平均径を小さくするように加圧送水することを特徴とする請求項８記載の気体溶解方法。
【請求項１０】
前記溶存槽には少なくとも２００ｎｍ以下の平均径の水素バブルを与えることを特徴とする請求項９記載の気体溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体溶解装置及び気体溶解方法に関し、特に、気体を過飽和の状態に液体へ溶解させ、かかる過飽和の状態を安定に維持し提供できる気体溶解装置及び気体溶解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水やお茶といった飲料に二酸化炭素や水素等の気体を充填した清涼飲料水などが販売されている。このように、液体に充填させた気体を摂取することにより、気体のままでは、なかなか人間の体内に取り込めなかったものを、容易に体内に取り込むことができ、個々の気体が有する有用な効果を発揮しやすくしている。【０００３】
例えば、水やお茶といった飲料に水素ガスを充填した清涼飲料水などが販売されている。これは、液体に充填させた水素ガスを摂取することにより、人間の体内に存在する活性酸素を還元させることを目的としている。【０００４】
一方、活性酸素は、クエン酸サイクルでＡＴＰ（アデノシン三リン酸）を作り出す時に重要な役割を果たすなど、生命維持に必須であるとともに、体内へ侵入してきた異物を排除する役割も担っていることが判ってきている。また、生体内の反応などで用いられなかった活性酸素は、通常、細胞内に存在する酵素によって分解される。しかしながら、すべての活性酸素が酵素によって分解されるわけではなく、余剰の活性酸素が分解されずに存在することになる。その結果、余剰の活性酸素により細胞が損傷され、癌や生活習慣病等の疾病、および老化などを招来する原因となり、余剰の活性酸素を排除することが健康維持のために求められている。【０００５】
そこで、近年、かかる余剰の活性酸素を排除する物質として水素が用いられている。水素は、その分子量がきわめて小さいために身体内に吸収されやすく、さらに水素が活性酸素と反応すると水に変化するもので、安全性が高いなどの理由を有するからである。また、数多い活性酸素の中でも特にヒドロキシラジカルのみを選んで還元し、身体に有用な活性酸素に影響を与えないからである。【０００６】
このように、特段の害も無く、病気予防や健康増進につながると考えられる水素の病理学的な有効性については、非特許文献１〜１０など多くの学術誌等で報告されており、枚挙にいとまがない。【０００７】
上記のとおり、水素ガスの摂取は、病気予防や健康増進といった有用な効果を奏する。また、他の気体の摂取は、それぞれに特有の病気予防や健康増進といった有用な効果を奏する。そのため、水素等の気体を液体に溶解することを目的として、種々の手段が公開されている。【０００８】
例えば、特許文献１には、密閉容器（Ａ）中で飲料水と水素ガス若しくは水素ガスを含む混合気体を加圧状態で接触させて該飲料水に水素を溶解させて水素水を生水する方法に於いて、容器（Ａ）内の水素水が利用のために排出されて、容器（Ａ）の内圧が低下した時点で排出を停止し、その後新規な飲料水を密閉状態の容器（Ａ）に充填することで容器（Ａ）の内圧を上昇させ、再度容器（Ａ）内に充填された飲料水に水素を溶解させる水素水の生水方法が、開示されている。また、特許文献２には、飲料に供する水素水であって、水素ガスを飽和状態に溶解した溶解水を、オリフィスの小孔を通過して圧力を解放することにより溶解していた水素ガスを微細な気泡として発生させ、この微細な気泡を網部材に導いて通過させることにより微細化させて、粒径が１μｍ〜５０μｍ程度の微細気泡にし、この粒径が１μｍ〜５０μｍ程度の水素ガスのマイクロバブルを含有していることを特徴とする水素水が、開示されている。さらに、特許文献３には、空気中の水分を結露させて凝縮した結露水を生成する結露装置と、この結露水に対して水素発生反応を生じさせることによって、活性水素を溶存した水素水を生成する水素水化処理装置と、この水素水から不純物を除去して、水素水とするフィルタユニットと、この水素水を貯留して、飲料水として供給する飲料水サーバとから構成したことを特徴とする水素水製造装置が、開示されている。【０００９】
また、特許文献４には、（イ）管体と、（ロ）管体の一方の端部に形成され、原料水を高圧で供給する原料水供給系と、（ハ）管体に水密結合され、原料水供給系から供給された原料水に対して、ほぼ直角に水素を供給する水素供給系と、（ニ）管体内において前記水素供給系の下流に管体の長手方向に形成され、原料水供給系から管体に供給された原料水と、水素供給系から管体に供給された水素の混合流体を拡散させるための拡散室と、（ホ）拡散室に充填され、所定の孔径を有し、供給された水素を微細気泡として通過させるための多孔質要素と、（ヘ）管体の他方の端部に形成され、製造された加水素水を排出する排出口と、を備えている水素を微細気泡として大量に含んだ加水素水の製造装置が、開示されている。さらに、特許文献５には、水供給部と、水素供給部と、前記各供給部から水と水素の供給を受けて水素混入水を吐出する気液混合ポンプと、気液混合ポンプから吐出される水素混入水が攪拌される攪拌部と、攪拌部からの水素混入水が所定の滞流をなして溶存水素以外の水素を放出させる放気安定槽とを含んで構成されることを特徴とする水素水の連続製造装置が、開示されている。さらにまた、特許文献６には、貯留した水に水素を溶解させるための容器と、水素化マグネシウムの加水分解により水素を発生させる水素発生部と、該水素発生部で発生した水素を前記容器に供給する水素供給管と、前記容器に貯留された水に加圧された水素が溶解してなる水素水を外部へ供給する水素水供給管とを備える水素水製造装置が、開示されている。【００１０】
また、特許文献７には、加圧液体と加圧気体とを接触させることにより、気体を液体に溶解させる加圧型気体溶解機構と、液体流路において該加圧型気体溶解機構の後に設置された降圧機構とで構成される気体溶解装置であって、降圧機構が、複数のキャピラリーの内側に加圧液体を流すことにより、液体を降圧させるべく構成されたものであることを特徴とする気体溶解装置が、開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Nature Medicine,2007,Vol.13,p688-694
【非特許文献２】T.Itoh et al., Biochem.Biophys.Res.Comm., 411(2011), pp143-14
【非特許文献３】S.Kajiyama et al., Nutrition Research, 28(2008), pp137-143
【非特許文献４】N.Atsunori et al., BJ.Heart and Lung Transplantation
【非特許文献５】小山勝弘他、アンチ・エイジング医学、日本抗加齢医学会雑誌、Vol.4, No.1, pp117-122
【非特許文献６】y.Saito, Exp.Oncology, 31(2009), pp156-162
【非特許文献７】太田成男、大沢郁朗他、実験医学、Mol.26,No.13(2008年,8月号), pp2074-2080
【非特許文献８】H.Oharazawa et al., Investigative Ophthalmology & Visual Sci., 51(2010), pp487-492
【非特許文献９】M.Dole, Science, New Series, 190, 4210(Oct.10,1975), pp152-154
【非特許文献１０】B.Ghrib et al., Life Sci., 324(2001), pp719-724
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１３−１２６６５０号公報
【特許文献２】特許第５３４２１５６号公報
【特許文献３】特開２０１３−９４７５７号公報
【特許文献４】特開２００７−２３７１６１号公報
【特許文献５】特開２００８−６３６５号公報
【特許文献６】特開２０１３−２２５６７号公報
【特許文献７】特開平８−８９７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記特許文献１〜６記載の技術は、水素水を得ることはできるものの、気体を過飽和の状態に液体へ溶解させ、この過飽和の状態を安定に維持できるものではなく、提供される水素水の濃度が低く、十分な水素水の効果が得られるものではなかった。さらに、装置が大掛かりであるため十分なスペース等が必要となり、ウォーターサーバー等へ容易に取付けることができないという問題点があった。【００１４】
また、特許文献７記載の技術は、降圧機構が複数のキャピラリーを有しているため、降圧機構のスペースを広く取る必要があり、ウォーターサーバー等に容易に取付けることができないという問題点があった。さらに、複数のキャピラリーを有しているため製造や故障時の修理が煩雑になり、ウォーターサーバー等に取付けて使用するには、実用化の面で問題があった。【００１５】
そこで、本発明の目的は、前記の従来技術の問題点を解決し、気体を過飽和の状態に液体へ溶解させ、かかる過飽和の状態を安定に維持しこれを提供でき、さらにウォーターサーバー等へ容易に取付けることができる気体溶解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、降圧移送手段を設け、さらに液体にかかる圧力を調整することで、前記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。【００１７】
即ち、本発明の気体溶解装置は、水に水素を溶解させて水素水を生成し取出口から吐出させる気体溶解装置であって、生成した水素水を導いて加圧し貯留する溶存槽と、前記溶存槽及び前記取出口を接続する管状路において前記取出口からの水素水の吐出動作による前記管状路内の圧力変動を防止し層流を形成させる降圧移送手段と、を含むことを特徴とする。かかる発明によれば、生成した水素水から水素を離脱させることなくこの外部に提供することができるのである。【００１８】
上記発明において、前記降圧移送手段は前記管状路の前記取出口近傍に管径をより大若しくはより小とするテーパーを与えた圧力調整部を含むことを特徴としてもよい。【００１９】
上記発明において、前記溶存槽には、ダイヤフラムポンプにより水と水素バブルとを同時に加圧送水する加圧型気体溶解手段が接続されていることを特徴としてもよい。【００２０】
上記発明において、前記管状路の内径及び長さをそれぞれＸ、Ｌとし、前記加圧型気体溶解手段に加えられている圧力をＹとしたときに、前記管状路内の水素水に層流を形成させるようＸ、Ｙ及びＬの値が選択されていることを特徴としてもよい。【００２１】
上記発明において、前記溶存槽に加圧貯留された水素水を再度、前記加圧型気体溶解手段に送出し水素バブルと同時に加圧送水することを特徴としてもよい。【００２２】
上記発明において、前記溶存槽に加圧貯留された水素水を水槽中に導き、前記水槽中の水を前記加圧型気体溶解手段に送出し水素バブルと同時に加圧送水することを特徴としてもよい。【００２３】
また、本発明の気体溶解方法は、水に水素を溶解させて水素水を生成し取出口から吐出させる気体溶解方法であって、生成した水素水を導いて加圧貯留する溶存槽と、前記溶存槽及び前記取出口を接続する管状路と、を少なくとも含む気体溶解装置において、前記取出口からの水素水の吐出動作による前記管状路内の圧力変動を防止し前記管状路内に層流を形成させることを特徴とする。【００２４】
上記発明において、前記気体溶解装置は前記溶存槽に接続され且つダイヤフラムポンプにより水と水素バブルとを同時に加圧送水する加圧型気体溶解手段を更に含み、
前記溶存槽に加圧貯留された水素水を再度、前記加圧型気体溶解手段に送出し水素バブルと同時に加圧送水することを特徴としてもよい。【００２５】
上記発明において、前記溶存槽に加圧貯留された水素水を水槽中に導き、前記水槽中の水を前記加圧型気体溶解手段に送出し水素バブルと同時に加圧送水することを特徴としてもよい。【００２６】
上記発明において、前記溶存槽には少なくとも２００ｎｍ以下の平均径の水素バブルを含む水素水を加圧貯留させることを特徴としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の気体溶解装置を示す図である。
【図２】本発明の気体溶解工程を示す図である。
【図３】本発明の気体溶解装置の使用の一例を示す図である。
【図４】図３の装置における気体溶解工程を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の気体溶解装置について具体的に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の気体溶解装置の一例を示す断面図である。図中、１は気体溶解装置、２は気体発生手段、３は加圧型気体溶解手段、４は溶存槽、５は降圧移送手段である。気体溶解装置１は、気体を発生させる気体発生手段２と、この気体を加圧して液体に溶解させる加圧型気体溶解手段３と、気体を溶解している液体を溶存及び貯留する溶存槽４と、この液体が細管５ａを流れることで降圧する降圧移送手段５と、を有している。
【００３０】
ここで、降圧移送手段５は、溶存槽４及び取出口１０を接続する管状路５ａにおいて、取出口１０からの水素水の吐出動作による管状路５ａ内の圧力変動を防止しこの中に層流を形成させる。例えば、降圧移送手段５の管状路５ａは、内部を流れる液体の圧力にもよるが比較的長尺であり径の小さいことが好ましく、管状路５ａの取出口近傍に管径を絞った若しくは拡げたテーパーを与えた圧力調整部を含むものであってもよい。
【００３１】
また、本発明の気体溶解装置１において、細管５ａの内径をＸｍｍとし、加圧型気体溶解手段３により加えられる圧力をＹＭＰａとしたときに、細管５ａ内に層流を形成させるようなものであって、Ｘ／Ｙの値が、１．００〜１２．００であることを特徴とするものであり、さらに、Ｘ／Ｙの値が、３．３０〜１０．０であることが好ましく、４．００〜６．６７であることがより好ましい。気体を過飽和で溶存させている液体が、かかる条件で細管５ａ中を層流状態で流れて降圧移送されることで、気体を過飽和の状態で液体に溶解させ、さらに過飽和の状態を安定に維持し移送することができる。ここで、「過飽和」とは、気体の液体への溶解度は温度により異なるが、ある温度Ａ（℃）における気体の液体への溶解量が、その温度Ａ（℃）における溶解度より多く存在している状態を示す。
【００３２】
さらに、図１では、気体発生手段２は、水素発生手段２１を有し、さらにまたイオン交換手段２２を有している。また、水素発生手段２１が、電気分解により水素を発生させるもので、例えば、固体高分子膜（ＰＥＭ）方式として知られる公知の装置であっても良い。なお、イオン交換手段２２はイオン交換樹脂等を用いてイオン交換を行うものであり、気体発生手段２はイオン交換手段２２を有していることが好ましいが、必須のものではない。
【００３３】
図１では、今回、液体として水を使用している。図２を併せて参照すると、液体吸入口７から水を吸入し（Ｓ１）、加圧型気体溶解手段３の吸入口８を経由してポンプ３ａで吸入し後述する水素発生手段２１からの水素を配管内にて合流させ混合し（Ｓ２’）、加圧溶解（Ｓ２）後、この吐出口９から水を吐出する。吐出された水の一部を分離し（Ｓ２’’）、イオン交換手段２２でイオン交換し（Ｓ３）水素発生手段用取入口２３を経由して水素発生手段２１に送られる。水素発生手段２１では、イオン交換された水を用いて電気分解（Ｓ４）により水素を発生させ水素供給管２４を通して加圧型気体溶解手段３の吸入口８へと送られる。また、電気分解により発生した酸素は、酸素排出口２５を通して気体溶解装置１の外へと排出される。
【００３４】
電気分解により発生した水素は加圧型気体溶解手段３の吸入口８へと送られ、そのポンプ３ａにより加圧されることで、液体吸入口７から吸入した水に加圧溶解される。水素を加圧溶解した水は、加圧型気体溶解手段３の吐出口９から吐出され、溶存槽４に過飽和の状態で溶存される（Ｓ５）。溶存槽４に溶存された液体は、降圧移送手段５である細管５ａ内で層流状態を維持して流れることで降圧され（Ｓ６）、水素水吐出口１０から外部へ吐出される（Ｓ７）。
【００３５】
また、本発明の気体溶解装置１は、降圧移送手段５である細管５ａの内径Ｘが、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍより大きく３．０ｍｍ以下であることがより好ましく、２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましい。かかる範囲とすることで、特開平８−８９７７１号公報記載の技術のように、降圧するために１０本以上の細管を設置する必要が無く、細管５ａを１本有することで降圧することができるとともに、管内に層流を形成し得る。また、ウォーターサーバー等に容易に取付けることができ、さらに、製造や故障時の修理が容易になり、ウォーターサーバー等への取付けがより容易になる。なお、本発明において、細管の内径Ｘとは、単管の場合の内径だけではなく、例えば、二重管中の細管の内径Ｘ等も含むものであり、形状は問わない。
【００３６】
さらに、本発明において、２０℃における加圧型気体溶解手段３の圧力Ｙとしては、０．１０〜１．０ＭＰａであることが好ましく、０．１５〜０．６５ＭＰａであることがより好ましく、０．２０〜０．５５ＭＰａであることがさらにより好ましく、０．２３〜０．５０ＭＰａであることが最も好ましい。圧力をかかる範囲とすることで、気体を液体中に容易に溶解できる。また、加圧型気体溶解手段３は、吐出口９の方向を上向きに設置することが好ましい。これにより、ポンプ圧送効率が上がり気体の溶解効率を高めることができる。
【００３７】
さらにまた、本発明の気体溶解装置１は、加圧型気体溶解手段３で加圧して気体を溶解した液体を、排出せずに循環して加圧型気体溶解手段３に送り、循環した後に、降圧移送手段５に送ることが好ましい。これにより、より気体の溶解濃度を高めることができる。また、循環回数としては、特に限定されないが、１〜１０回以内で最高溶存濃度に達することであることが好ましく、１〜５回で最高溶存濃度に達することとがより好ましい。
【００３８】
さらに、本発明の気体溶解装置１は、気体発生手段２と、加圧型気体溶解手段３とを制御するコントロール機構６を有することが好ましい。コントロール機構６は、電源プラグ６１により電源に接続されている。また、コントロール機構６は、気体発生手段２と接続されている配線６２と、加圧型気体溶解手段３と接続されている配線６３で、気体発生手段２および加圧型気体溶解手段３と接続されている。これにより、電力を用いて気体発生手段２と、加圧型気体溶解手段３とを制御することができる。
【００３９】
さらにまた、本発明の気体溶解装置１は、コントロール機構６により、気体発生手段２と加圧型気体溶解手段３の稼働時間が５〜６０分間であり、かつこの稼働時間の１〜５倍の停止時間で、気体発生手段２と加圧型気体溶解手段３を制御することが好ましく、気体発生手段２と加圧型気体溶解手段３の稼働時間が１０〜３０分間であり、かつこの稼働時間の２〜４倍の停止時間で、気体発生手段２と加圧型気体溶解手段３を制御することがより好ましく、気体発生手段２と加圧型気体溶解手段３の稼働時間が１０〜２０分間であり、かつこの稼働時間の３倍の停止時間で、気体発生手段２と加圧型気体溶解手段３を制御することが最も好ましい。かかる制御により、効率よく水素を液体に飽和状態で溶解することができる。なお、制御は、前記コントロール機構にタイマー機能を持たせて行うことができる。
【００４０】
また、本発明の気体溶解装置１は、加圧型気体溶解手段３としては気体と液体とを同時に加圧して気体を液体に溶解できるものであり、特に限定されないが、ダイヤフラムポンプ３ａを含むことが好ましい。ダイヤフラムポンプ３ａを用いることで、より小スペースに加圧型気体溶解手段３を設けることができる。
【００４１】
さらに、本発明の気体溶解装置１は、流量に対して１／３の容量の溶存槽４となるように、溶存槽４を１個または２個以上複数有することが好ましく、特に２個以上有することが好ましい。２個以上とすることで、より効率よく短時間で気体を高濃度に溶解できる。図１では、多孔質体などからなるマイクロフィルターを内部に含む溶存タンク４１と活性炭フィルターを内部に含む溶存タンク４２を有しており、これにより過飽和の状態をより安定に維持することができる。
【００４２】
また、本発明において、溶存槽４としては、気体を溶解した状態で加圧下で溶存できれば、特に形状等は限定されず、マイクロフィルターや活性炭（カーボン）フィルターは他のフィルターであってもよい。さらに、溶存槽４は、溶存タンク４１の上側から気体を溶解した液体を取り込み、下側から降圧移送手段５へと送られることが好ましい。これにより、溶存タンク４１中の上部に気体が溜まることで液体と気体を分離出来、気体が溶存した液体のみが降圧移送手段５へと送ることができるため、気体のみを降圧移送手段５へと送られることを防止でき、気体の溶解を安定した状態で生成・維持できる。
【００４３】
図３は、本発明の気体溶解装置の使用の一例を示す図である。図中、１００はウォーターサーバーである。ウォーターサーバー１００に気体溶解装置１’を取付けることで、ウォーターサーバー１００中の水を用いて、水素ガスを発生させ、さらにそれを用いて過飽和の水素水を供給することできる。また、過飽和の水素水をウォーターサーバー１００中に保存できるとともに、循環できるので、常に過飽和の水素水を供給することができる。
【００４４】
詳細には、図４を併せて参照すると、ウォーターサーバー１００から水、気体発生手段２から水素を同時に加圧型気体溶解手段３のダイヤフラムポンプ３ａに導かれ、これで加圧しながらバブリングし水素水を得る。かかる水素水はダイヤフラムポンプ３ａでの加圧状態を維持しながら、多孔質体などからなるマイクロフィルター（溶存タンク）４１、活性炭フィルター（溶存タンク）４２を通じて、降圧移送手段５の細管５ａを経て再び、ウォーターサーバー１００に導かれる。また、ダイヤフラムポンプ３ａを出た水素水の一部は、イオン交換手段２２を介して水素発生手段２１に送られ電気分解されて水素を発生させる。かかる水素は気体溶解装置３のダイヤフラムポンプ３ａに送られる。
【００４５】
かかる装置で、約３０分間稼動させたところ、５００ｎｍ以下のナノバブルが光学的に観察され、引き続き３日間稼動させたところ、２００ｎｍ程度のナノバブルが光学的に観察された。
【００４６】
上記では、気体として水素を用いた例を示したが、他の気体を過飽和の状態で溶解することも可能である。例えば、気体発生手段２として炭酸ガスボンベ、窒素ガスボンベ、酸素ガスボンベ等を用いれば、種々の気体を過飽和で溶解することができる。これにより、水素、二酸化炭素、窒素および酸素からなる群より選ばれる一種以上の気体を液体に過飽和で溶解することができる。
【００４７】
ただし、気体としては水素が最も好ましい。水素は分子量が小さく、しかも液体中の内容物と内容物の間、例えば水と水との分子の間に入って、より過飽和の状態を維持しやすいと考えられる。また、水素の液体中の濃度が７℃で２．０ｐｐｍより大きいことが好ましく、２．０〜８．０ｐｐｍであることが好ましい。２．０ｐｐｍより大きいことで過飽和状態を維持できる。
【００４８】
さらに、本発明において、液体の温度を３０〜９５℃で水素を溶解することができ、液体中の濃度が４２℃で２ｐｐｍより大きいことが好ましく、３〜４ｐｐｍであることが好ましい。２ｐｐｍより大きいことで、水素水をシャワーや入浴等にも使用できる。また、お湯の温度８０℃時の水素溶存濃度が１．０ｐｐｍ以上であることが好ましい。
【００４９】
また、本発明において、気体として水素が用いられる場合、上記図１および図３の水素発生手段２１に示すように、電気分解により発生した水素であることが好ましい。例えば、固体高分子膜（ＰＥＭ）方式でなくとも、２５％ＫＯＨを含む水溶液をアルカリ式電解槽にいれ、これを電気分解することで水素を発生させ、かかる水素を気体として使用することができる。これにより、従来の水素ボンベによる充填では約１５ＭＰａ必要であるのに対し、約１ＭＰａ以下の圧力で使用することができ、より安全に使用できる。また、オンサイトで水素発生手段２１から発生した水素を気体として使用することで、ボンベから供給する場合と比較してコストを格段に安くすることができる。
【００５０】
また、本発明において、液体としては、特に限定されないが、水、お茶、コーヒー等の飲料等を挙げることができ、特に水が好ましい。水は、種々の気体を溶解することができるとともに、他の成分の影響を最小限にすることができる。
【００５１】
また、本発明において、降圧移送手段５である細管は、本発明の効果を妨げない範囲において、通常の液体や気体を流す際に使用できる部材を使用することができ、例えば、ポリプロピレン製の細管を使用できる。また、細管の外部にアルミを蒸着するなど、気体の漏れが無い構造とすることが好ましい。
【００５２】
以下、本発明について、実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００５３】
（実施例１）
図１に示す気体溶解装置１を図３に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径２ｍｍで長さ１．６ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．４１ＭＰａ、水素発生量を２１ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を７３０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で６．５ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００５４】
（実施例２）
図１に示す気体溶解装置１を水道に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径２ｍｍで長さ１．６ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．２５ＭＰａ、水素発生量を２１ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を７３０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、１１℃で２．６ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００５５】
（実施例３）
図１に示す気体溶解装置１を図３に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径２ｍｍで長さ１．６ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．３０ＭＰａ、水素発生量を２１ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を７３０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で５．９ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００５６】
（実施例４）
図１に示す気体溶解装置１を図３に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径２ｍｍで長さ１．５ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．３５ＭＰａ、水素発生量を２５ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を５９０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で３．０ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００５７】
（実施例５）
図１に示す気体溶解装置１を図３に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径２ｍｍで長さ１．６ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．３８ＭＰａ、水素発生量を２５ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を５６０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で３．８ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００５８】
（実施例６）
図１に示す気体溶解装置１を図３に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径２ｍｍで長さ１．８ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．４０ＭＰａ、水素発生量を２５ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を５４０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で４．２ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００５９】
（実施例７）
図１に示す気体溶解装置１を図３に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径２ｍｍで長さ１．８ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．４５ＭＰａ、水素発生量を２０ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を５６０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で４．５ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００６０】
（実施例８）
図１に示す気体溶解装置１を図３に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径２ｍｍで長さ１．８ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．５０ＭＰａ、水素発生量を１５ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を５７０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で４．２ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００６１】
（実施例９）
図１に示す気体溶解装置１を図３に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径２ｍｍで長さ２．０ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．６０ＭＰａ、水素発生量を１５ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を４６０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で３．４ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００６２】
（実施例１０）
図１に示す気体溶解装置１を図３に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径２ｍｍで長さ１．４ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．２０ＭＰａ、水素発生量を３０ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を５５０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で２．７ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００６３】
（実施例１１）
図１に示す気体溶解装置１を図３に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径２ｍｍで長さ３ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．５０ＭＰａ、水素発生量を２０ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を５５０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で２．４ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００６４】
（実施例１２）
図１に示す気体溶解装置１を図３に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径３ｍｍで長さ４ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．３５ＭＰａ、水素発生量を２０ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を６５０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で３．５ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００６５】
（実施例１３）
図１に示す気体溶解装置１を図３に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径３ｍｍで長さ２．５ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．２５ＭＰａ、水素発生量を２０ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を７００ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で３．０ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持していた。【００６６】
（比較例１）
図１に示す気体溶解装置１を図２に示すように市販のウォーターサーバー１００に接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径２ｍｍで長さ０．４ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．０５ＭＰａ、水素発生量を２１ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を９６０ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で１．６ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持できなかった。【００６７】
（比較例２）
図１に示す気体溶解装置１を図２に示すように市販のウォーターサーバーに接続して、４回循環して、水素水を生成した。降圧移送手段５の細管５ａは、内径３ｍｍで長さ０．８ｍのポリプロピレン製のものを使用した。圧力を０．０８ＭＰａ、水素発生量を２１ｃｍ３／ｍｉｎ、水の流量を９００ｃｍ３／ｍｉｎで行った。３０分運転後の水中の水素濃度は、７℃で１．８ｐｐｍの水素水となり、過飽和の状態を維持できなかった。【００６８】
実施例１〜実施例１３はいずれも過飽和状態の水素水を得ることができ、しかも持続的に維持できた。一方、比較例１および２では、過飽和状態の水素水を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
水道やウォーターサーバーだけでなく、お茶やジュース等の飲料、あるいは浴槽などにも取付けることができる。気体を過飽和の状態で液体に溶解させ、かかる過飽和の状態を安定に維持することが求められる種々の液体に利用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  気体溶解装置
２  気体発生手段
２１  水素発生手段
２２  イオン交換手段
２３  水素発生手段用取入口
２４  水素供給管
２５  酸素排出口
３  加圧型気体溶解手段
４  溶存槽
４１、４２  溶存タンク
５  降圧移送手段
５ａ  細管
６  コントロール機構
７、８  液体吸入口
９、１０  吐出口
１００  ウォーターサーバー
【要約】
気体を過飽和の状態で液体に溶解させ、かかる過飽和の状態を安定に維持でき、さらにウォーターサーバー等へ容易に取付けることができる気体溶解装置を提供することである。
水に水素を溶解させて水素水を生成し取出口から吐出させる気体溶解装置である。生成した水素水を導いて加圧し貯留する溶存槽と、溶存槽及び取出口を接続する管状路において取出口からの水素水の吐出動作による管状路内の圧力変動を防止し層流を形成させる降圧移送手段と、を含むことを特徴とする。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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