(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
少なくとも逆浸透膜フィルタと、カーボンフィルタと、マグネシウムフィルタとからなり、前記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。
【請求項２】
前記結露装置は、空気取り入れ口を設けたハウジング内に、一側面が露点以下の温度に冷却し、他側面が露点温度以上となったパネルを配設して、前記パネル表面に結露を生じさせるように構成したことを特徴とする請求項１記載の水素水製造装置。
【請求項３】
前記結露水凝集装置には滅菌手段を備える構成としたことを特徴とする請求項１記載の水素水製造装置。
【請求項４】
前記水素水化処理装置は、前記結露装置の下部位置に配設した反応容器を有し、この反応容器には微粒状の金属マグネシウム粉体を担体としての粘土に混煉して焼成した多孔質固形物からなる触媒を収容し、前記結露装置から流下する結露水を原水として、この原水とマグネシウムとを反応させることにより活性水素を発生させるように構成したことを特徴とする請求項１記載の水素水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の水分を凝縮させて得られる水を原水として活性水素を生成する処理を行う水素水製造装置及び水素水製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素水は、例えば飲料用水の中に活性水素を高濃度に溶存させたもので、人体の健康に対する害となる活性酸素を還元して除去する等、医学的見地から有用なものとして、近年においては、飲料用等として広く消費されるようになってきている。
【０００３】
水素を溶存させた水素水の製造装置は、例えば特許文献１に開示されている。この従来技術による水素水製造装置は、水道水を原水として、この水道水を高純度水となるように不純物等を除去したうえで、通水型の電解槽を通過させるようになし、その間に活性水素を生成するようにしたものである。ここで、電解槽にはアノード室とカソード室とが設けられており、かつこれらアノード室に設けたアノード極とカソード室におけるカソード極との間でイオン交換樹脂を充填する構成となし、この電解槽で電気分解により活性水素を豊富に溶存させた水素水が生成される。このようにして生成した水素水はリザーバタンクに貯留されて、飲料水として供給されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−９４６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述した特許文献１では、水道水を原水としているが、水道水には無機物や有機物等の様々な不純物が混入しており、不純物には放射性物質等の有害物も含まれ、さらにバクテリアやウィルス等といった雑菌も含まれている。このような原水を処理して活性水素を溶存させた水素水を飲料用として使用する際には、不純物等を除去した高度な純水として電解槽に供給しなければならない。このために、電解槽の前段に複数種類のフィルタを設けるようにして、電解槽に導く前に予め各種の不純物や雑菌等を除去しなければならないことになる。
【０００６】
特許文献１の水素水飲料供給装置では、家庭での飲用に供するものとして使用されるものであるとされている。特に家庭用の飲料供給装置にあっては、部品交換や修理等のメインテナンスの頻度をできるだけ少なくすることが求められる。例えば、フィルタ類は定期的に交換する必要があるが、電解槽の前段に設けたフィルタは、原水における不純物濃度が高くなると、その分だけフィルタに対する負荷が大きくなる。即ち、フィルタを通過する原水に含まれる不純物等の量や種類が多くなると、フィルタが早期に劣化し、または機能の低下を来し、その交換や修理等を頻繁に行わなければならない。特に、家庭用の飲料水供給装置として使用する場合には、フィルタのメインテナンス頻度をできるだけ少なくする必要がある。この点を考慮して、水道水に代える原水として、純水、即ち不純物の少ない処理水を用いることも考えられるが、そうすると水素水飲料供給装置としてのランニングコストが高くなる等の問題点もある。
【０００７】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、枯渇することがない水を原水として、活性水素を溶存させた水素水を生成することによって、長期間にわたって安定的に水素水を製造できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するために、本発明の水素水製造装置の構成は、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、  少なくとも逆浸透膜フィルタと、カーボンフィルタと、マグネシウムフィルタとからなり、前記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から構成したことをその特徴とするものである。
【０００９】
ここで、水素水は反応性の高い水素種である活性水素を高濃度に溶存させたものであって、飲料用等として供せられるものである。水素水を生成するためには、水に還元性金属を反応させるが、また電気分解によっても活性水素を発生させることもできる。水は不純物等を含まない純水とする。空気中の水分を凝縮させ、この凝縮水を用いると、水の供給源が枯渇することはない。
【００１０】
空気に含まれる水分を凝縮するには、例えば空気を露点以下に冷却して、結露用パネルに付着させれば良い。このために用いられる結露装置は、チャンバ内に結露用のパネルを設けて、このパネルの一方側の温度を露点以上に昇温し、他方側が露点以下の温度となるように、温度制御を行う。これによって、パネルに結露水が付着して成長し、重力の作用により流下させて集水器で回収して水素水化処理装置に供給される。ここで、結露装置の処理能力にもよるが、例えば湿度が６５％程度の空気中からは、１時間当たり１リットル程度の結露水であれば、容易に製造することができる。また、空気から得られる凝縮水は不純物等を実質的に含まない純水若しくは純水に近いものである。
【００１１】
水素水化処理装置内では、原料水としての結露水に水素発生反応を生じさせることによって、活性水素を豊富に溶存させた活性水素を生成する。水素発生反応を生じさせるには、還元性金属、例えばマグネシウムが好適に用いられる。例えば、金属マグネシウム粉を粘土と混煉して焼成したものを水素発生用の反応基質としての触媒とするのが、取り扱い等の観点から望ましい。この触媒は水素水化処理装置に投入するだけで良く、また回収も容易になる。この水素水化処理装置に結露装置から供給される結露水を処理用水として供給して、この水素水化処理装置内の水素発生用触媒の作用で活性水素を生成し、この活性水素を溶存した水素水が生成される。
【００１２】
処理用水としての結露水は、実質的に不純物等を含まない純水である。ただし、結露水は空気中から発生するものであり、空気中には極めて微小な異物が粒子状となって浮遊している。また、バクテリアやウィルス等の雑菌等も浮遊していることもある。このために、安全な飲料水とするためには、これらの異物を水素水から除去する必要がある。このために、水素水化処理装置の前段または後段にフィルタユニットを設けて、前述した不純物を濾過して除去して浄水する。さらに、良質な飲料水としては、脱臭することが必要な場合もある。そこで、フィルタユニットは１または複数のフィルタから構成するが、フィルタの機能としては、逆浸透膜（ＲＯ）フィルタとカーボンフィルタとを組み合わせて用いるのが望ましい。そして、飲料水として使用されるものであるから、ミネラル分等を添加することが望ましい場合もある。そこで、フィルタの一種として、活性炭を用いることもできる。しかも、中空糸膜を用いるようにすると、放射性物質等の除去も可能になる。このように、逆浸透膜フィルタを通過させることによって、酸化還元電位（ＯＲＰ）が−２００ｍＶ程度になる。
【００１３】
ここで、水素水を生成するための処理用水は結露水であり、結露水そのものには不純物等が溶存していない。ただし、水素水化処理装置で処理される結露水には、結露の後に空気中に浮遊している不純物が混入しているおそれがある。このために、フィルタユニットで濾過される不純物等はごく少量である。従って、フィルタユニットを構成するフィルタの負荷は極めて小さいものであり、フィルタ機能が低下する度合いが抑制されることになり、その長寿命化されて交換頻度を少なくできる。
【００１４】
以上のようにして生成した活性水素を溶存させた水素水は、飲料水サーバから供給される。ここで、飲料水サーバは、水素水の給水タンクと、供給用コックとを含むものであり、供給時に飲料水の水温調整を行うことが望ましい。この水温調整は、例えば４〜１０℃程度の冷水と７０〜９５℃以上の温水との２系統とすることができる。
【００１５】
また、水素水製造方法の発明は、空気中の水分を結露させて生成した結露水を凝縮することにより原水となし、この原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し、さらにこの水素水をフィルタによって不純物を除去することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
空気中の水分を凝縮して得られる凝縮水を原水とすることによって、原水の供給源を必要とすることがなく、不純物濃度の低い水から水素水を生成することによって、長期間にわたって安定的に水素水を安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の一形態を示す水素水製造装置の構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図１に水素水製造装置の全体構成を示す。１は結露装置であり、結露装置１はハウジング１０を設けたチャンバ内に結露用のパネル１１が配置されている。ここで、パネル１１はガラスやアルミニウム板等の金属板から構成される。そして、このパネル１１により区画形成される一方側をコールドチャンバ１０ａとし、反対側をホットチャンバ１０ｂとしており、コールドチャンバ１０ａ側の壁面には外気取り入れ口１２が形成されている。
【００１９】
ハウジング内において、パネル１１のコールドチャンバ１０ａ側の表面１１ａは露点温度以下に保持されており、ホットチャンバ１０ｂ側の表面１１ｂは少なくとも露点温度より十分高い温度状態に保持されている。その結果、外気取り入れ口１２からハウジング１０内に流入した外気はパネル１１のコールド側表面１１ａと接触して、その水分が凝縮されることになり、その結果結露が発生する。パネル１１のコールド側表面１１ａに付着した結露水は、パネル１１の表面で成長して、自重によりこの表面１１ａに沿って流下することになる。ハウジング１１の下部には漏斗を備えた集水器１３が配置されており、パネル１１に沿って流下した結露水は集水器１３に集められる。
【００２０】
集水器１３の下部位置には、水素水化処理装置２が設けられている。この水素水化処理装置２は集水器１３から供給される結露水を原水として、この原水を収容して水素発生反応を生じさせる反応容器２０を有するものであり、この反応容器２０内には触媒２１が投入されている。触媒２１は、例えば金属マグネシウムであり、この金属マグネシウムは微粒状の粉体からなり、担体としての粘土に混煉して焼成することにより製造された所望形状の多孔質固形物であり、この触媒２１は反応容器２０内に投入されている。
【００２１】
ここで、結露装置１及び水素水化処理装置２は密閉されておらず、開放型のものであって、このために、外気には塵埃等の浮遊物やバクテリアやウィルス等といった雑菌が含まれていることがある。そこで、水素水化処理装置２の内部を滅菌して清浄な状態に保持するために、水素水化処理装置２の反応容器２０の内部には紫外線照射ランプ２２が設けられている。
【００２２】
結露装置１では連続的に結露水を供給できるが、水素水化処理装置２の反応容器２０は貯水可能な量には限度がある。そこで、反応容器２０には、フロート式の流量計２３を設けることによって、反応容器２０内の貯水量を検出するようにしている。そして、この反応容器２０内の貯水量が所定のレベルに達すると、結露水の供給を停止させる。この結露水の供給停止は、結露装置１におけるパネル１１の表面１１ａの温度を露点より高くすることにより行うことができる。その結果、反応容器２０から原水が溢出するのを防止することができる。
【００２３】
水素水化処理装置２における反応容器２０内では、貯留水が触媒２１を構成する金属マグネシウムと反応して、酸化マグネシウムと活性水素とが生成される（Ｈ２Ｏ＋Ｍｇ＝ＭｇＯ＋Ｈ２）。これによって、原水から活性水素を含んだ水素水が製造される。ただし、水素水は純水から生成したものであり、そのままの状態では飲料水として使用することはできない。しかも、反応容器２０内で金属マグネシウムと反応させることにより生じた酸化マグネシウムが溶存しており、また反応容器２０は開放容器から構成されているので、空気中に浮遊している塵埃等の微小異物や雑菌等も溶存している可能性もある。
【００２４】
以上のことから、水素水化処理装置２の後段にフィルタユニット３を設ける。フィルタユニット３として各種のフィルタから構成されており、図１に示した実施の形態では、３種類のフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃで構成されている。反応容器２０からの配管３１はこれらフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを順次通過して、飲料水サーバ４に供給されるようになっている。フィルタユニット３を構成するフィルタ３０ａは逆浸透膜（ＲＯ）フィルタであり、この逆浸透膜フィルタ３０ａによって、水素水中に浮遊する無機物や有機物等の不純物や雑菌が除去され、また酸化還元電位（ＯＲＰ）が−２００ｍＶ程度となる。さらに、フィルタ３０ｂはカーボンフィルタであり、このカーボンフィルタ３０ｂは処理水の色素成分や臭い成分を吸着して除去するためのものであり、また水素水にミネラル成分を溶存させることもできるようになっている。さらに、フィルタ３０ｃはマグネシウムフィルタであり、水素水化処理装置２０における反応容器２０内で原水が金属マグネシウムと反応する結果、発生する酸化マグネシウム等を完全に除去するためのものである。なお、フィルタユニット３０を構成するフィルタは前述のものに加えて、若しくは前述以外の各種のフィルタを用いる構成としても良い。例えば、放射性物質を吸着除去するフィルタを設ければ、放射線による内部被曝を防止することができる。
【００２５】
そして、フィルタユニット３０の下流側にはポンプ３２が設けられており、このポンプ３２を駆動することによって、水素水化処理装置２を構成する反応容器２０から供給される水素水はフィルタユニット３０を通過する間に濾過されて飲料水が生成され、この飲料水が飲料水サーバ４に供給されることになる。飲料水サーバ４は給水タンク４０を有するものであり、水素水がこのタンク４０に貯留される。そして、給水タンク４０の下部には、ヒータ４１ａと開閉弁４１ｂとからなる温水供給部４１と、冷却器４２ａと開閉弁４２ｂとからなる冷水供給部４２とが接続されている。
【００２６】
ここで、給水タンク４０内には水素水が長い時間貯留されることもあり、従ってこの水素水に雑菌等が繁殖しないように保持するために、紫外線照射ランプ４３が給水タンク４０に装着されている。また、給水タンク４０内の水素水の量を一定に保つために、フロート式の流量計４４が設けられており、この流量計４４によって、給水タンク４０内の水素水液面が所定のレベル以下となったときに、ポンプ３２を駆動して、水素水を給水タンク４０内に補給するようになし、給水タンク４０内の液面が所定のレベルにまで達すると、ポンプ３２の駆動を停止するようにしている。
【００２７】
さらに、図中において、５０は制御部であって、この制御部５０は電源とコントローラとを備えている。この制御部５０によって、結露装置１におけるパネル１１の作動によるコールドチャンバ１０ａ及びホットチャンバ１０ｂの温度制御が行われる。また、水素水化処理装置２に設けた紫外線照射ランプ２２の電源供給が行われ、流量計２３からの信号が制御部５０に取り込まれて、結露装置１のパネル１１の制御が行われる。さらに、飲料水サーバ４における紫外線照射ランプ４３に対する電源供給を行うと共に、流量計４４からの信号に基づいてポンプ３２の作動制御が行われるようになっている。
【００２８】
以上のように構成される水素水製造装置は、結露装置１において、外気温と湿度との関係から、外気取り入れ口１２と対面するパネル１１のコールド側表面１１ａを露点温度より十分低い温度状態となし、ホット側表面１１ｂを露点温度以上の温度とすることによって、コールド側の表面１１ａに結露を生じさせる。結露した水滴はパネル１１の表面で成長して自重で流下して、集水器１３を介して反応容器２０に流入する。
【００２９】
ここで、結露水は不純物等を含まない純水であるが、水素水化処理装置２の反応容器２０には結露装置１からの結露水が自然流下して集水される。この結露水が原水として、水素水が製造されることになる。反応容器２０は開放容器であることから、結露水そのものは純水であるにしても、反応容器２０内では、空気中に浮遊する微粒子等やバクテリアやウィルス等の雑菌が結露水に混入する可能性がある。反応容器２０内には紫外線照射ランプ２２が設けられており、この紫外線照射ランプ２２を点灯することによって、特に雑菌を死滅させ、雑菌の繁殖を阻止するか、少なくとも抑制することができる。そして、反応容器２０内には触媒２１が投入されているので、反応容器２０内の原水はこの触媒２１と反応して、活性水素を発生させ、原水に活性水素が溶存した水素水が製造される。ここで、水素水における活性水素の含有量は、触媒２１の量と、反応容器２０での滞留時間とに基づくようになっており、これらを制御することによって、活性水素の濃度が決定される。
【００３０】
ただし、反応容器２０内の水素水には、酸化マグネシウムが溶存しており、また周囲に浮遊していた微粒子等の不純物が含まれている。そこで、配管３１におけるフィルタユニット３の下流側に設けたポンプ３２を駆動して、反応容器２０内の水素水をフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを通過させることによって、不純物や酸化マグネシウム等を取り除き、かつミネラル分を与える。水素水の原水は結露水からなる純水であるから、不純物等が存在するものの、その濃度は低く、フィルタユニット３を構成するフィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃの負荷が小さいものであり、各フィルタ３０ａ，３０ｂ，３０ｃの寿命が長くなり、その交換頻度を少なくすることができ、頻繁にメインテナンスする必要がなくなる。
【００３１】
前述のようにして、ポンプ３２を駆動することによって、フィルタユニット３で濾過されて、活性水素を豊富に溶存させた飲料水が生成されて、飲料水供給サーバ４における給水タンク４０に貯留される。ここで、給水タンク４０内の水素水からなる飲料水は温水供給部４１から７０〜９５℃の温水が、また冷水供給部４２から４〜１０℃の冷水が供給されることになる。
【００３２】
ここで、原水は水道水等ではなく、空気中に存在する水分を結露させた結露水であるから、常時給水が可能となり、自然災害等による断水時にあっても、飲料水の供給が断たれることはない。しかも、フィルタユニット３により不純物や汚損物等を除去した安全な水であり、さらに活性水素を豊富に含むことから、活性酸素を還元して除去できる医学的に優れた飲料水であるから、健康の増進を図ることができる。
【００３３】
ここで、結露装置１におけるパネル１１の面積と、表面１１ａの温度とにより結露量が変化するが、結露装置１を連続的に稼働させると、原水の供給量が増えて、やがては反応容器２０や給水タンク４０から溢出することになるが、パネル１１における表面１１ａが外気における結露温度以上とすれば、結露を停止させることができる。反応容器２０及び給水タンク４０には流量計２３，４４が設けられて、常時それらの貯水量をモニタリングしているので、貯留量に応じて、適宜パネル１１の温度管理を行うことによって、常時過不足のない貯水量を確保することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  結露装置                    ２  水素水化処理装置
３  フィルタユニット            ４  飲料水サーバ
１０  ハウジング                １１  パネル
２０  反応容器                  ２１  触媒
３０ａ〜３０ｃ  フィルタ        ３１  配管
３２  ポンプ                    ４０  給水タンク
４１  温水供給部                ４２  冷水供給部
【図１】
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