(57)【要約】【課題】水素を豊富に含有する水素水を製造する。【解決手段】貯留層と、循環ポンプと、アキュムレータと、流体混合装置とを循環路上に配置する。流体混合装置は、両端に出入口を形成した円筒状のケーシングと、互いに対向する面に前面開放の多角形の小室をハニカム状に多数配列した大小２枚の円板を同心的に、かつ互いに同径の円板が隣接するように重ね合せて前記ケーシング内に設置した導流単位体とからなる。大径な円板は前記ケーシングの内径に合致する直径を有するとともに、中心に流通孔を穿設し、大径な円板と小径な円板の小室は互いの小室が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列される。水素ガスと水とを含む流体が、０．２メガパスカルから１０メガパスカルまでの圧力で流体混合装置を通過して、循環路を繰り返し循環する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガス供給装置と、
前記水素ガス供給装置からの水素ガス受け入れ口と、
水の受け入れ口と、
両端に出入口を形成した円筒状のケーシングと、互いに対向する面に前面開放の多角形の小室をハニカム状に多数配列した大小２枚の円板を同心的に、かつ互いに同径の円板が隣接するように重ね合せて前記ケーシング内に設置した導流単位体とからなる流体混合装置と
を配置した水素水製造システムであって、
前記流体混合装置は、
前記大径な円板は前記ケーシングの内径に合致する直径を有するとともに、中心に流通孔を穿設し、
前記大径な円板と小径な円板の小室は互いの小室が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列されており、
前記出入口を形成する円筒状のケーシングの両端には前記導流単位体の大径な円板を位置させてその流通孔をケーシングの出入口に連通させ、
前記水素水製造システムを運転する際に、前記水素ガスと前記水とを含む流体が、０．２メガパスカルから１０メガパスカルまでの圧力で前記流体混合装置を通過することにより、前記水素と前記水を含む流体を均一混合すべく、当該流体を撹拌することを特徴とする水素水製造システム。
【請求項２】
水素ガス供給装置と、
前記水素ガス供給装置からの水素ガス受け入れ口と、
水の受け入れ口と、
前記水素ガス受け入れ口から受け入れた水素ガスと前記水の受け入れ口から受け入れた水との混合流体を貯留する貯留層と、
循環ポンプと、
アキュムレータと、
両端に出入口を形成した円筒状のケーシングと、互いに対向する面に前面開放の多角形の小室をハニカム状に多数配列した大小２枚の円板を同心的に、かつ互いに同径の円板が隣接するように重ね合せて前記ケーシング内に設置した導流単位体とからなる流体混合装置と
を循環路上に配置した水素水製造システムであって、
前記流体混合装置は、
前記大径な円板は前記ケーシングの内径に合致する直径を有するとともに、中心に流通孔を穿設し、
前記大径な円板と小径な円板の小室は互いの小室が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列されており、
前記出入口を形成する円筒状のケーシングの両端には前記導流単位体の大径な円板を位置させてその流通孔をケーシングの出入口に連通させ、
前記水素水製造システムを運転する際に、前記水素ガスと前記水とを含む流体が、０．２メガパスカルから１０メガパスカルまでの圧力で前記流体混合装置を通過して、前記水素水製造システムの循環路を繰り返し循環することにより、前記水素と前記水を含む流体を均一混合すべく、当該流体を撹拌することを特徴とする水素水製造システム。
【請求項３】
前記流体混合装置は、
前記円筒状のケーシングに発生する熱を放熱すべく、前記円筒状のケーシングを取り囲む放熱槽をさらに有し、
前記水素ガスと前記水とを含む流体が、前記出入口に入る直前又は前記出入口から出た直後に前記円筒状のケーシングに接触して、前記円筒状のケーシングから熱を奪う
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水素水製造システム。
【請求項４】
前記円筒状のケーシングの内側に、当該ケーシングの内径よりも小さい外形を有するスプリングを自由振動が可能な状態で設けたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の水素水製造システム。
【請求項５】
前記放熱槽の内側に、当該放熱槽の内径よりも小さい外形を有するスプリングを自由振動が可能な状態で設けたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の水素水製造システム。
【請求項６】
水素ガス供給装置と、
前記水素ガス供給装置からの水素ガス受け入れ口と、
水の受け入れ口と、
前記水素ガス受け入れ口から受け入れた水素ガスと前記水の受け入れ口から受け入れた水との混合流体を貯留する貯留層と、
循環ポンプと、
アキュムレータと、
両端に出入口を形成した円筒状のケーシングと、前記ケーシングの内径よりも小さい外径を有するらせん状に巻かれたつるまきバネとからなる流体混合装置と
を循環路上に配置した水素水製造システムであって、
前記水素水製造システムを運転する際に、前記水素ガスと前記水とを含む流体が、０．２メガパスカルから１０メガパスカルまでの圧力で前記流体混合装置を通過して、前記水素水製造システムの循環路を繰り返し循環することにより、前記水素と前記水を含む流体を均一混合すべく、当該流体を撹拌することを特徴とする水素水製造システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の水素水製造システムを用いて、前記貯留槽に生成された水素水を、アルミパウチ、アルミ缶又はスチール缶に収納したことを特徴とする水素水。
【請求項８】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の水素水製造システムを移動可能なものとし、車の荷台に搭載可能な大きさとしたことを特徴とする水素水製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素含有率の高い水を製造する装置、とりわけ水素ガスと水とを高圧にて混合して水素含有率の高い水を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、水素水製造装置が開示されている。カソード室とアノード室が隔膜で仕切られている２室型電解セルを用いて水素を精製し、アノード室の電解液として、有機酸もしくは１価カチオンイオン交換膜を透過しない２価以上の金属イオンが含まれた電解液を用いるものである。これにより水中の溶存水素濃度を精確かつ安定して制御することができる。
【０００３】
特許文献２には、水素水製造装置が開示されている。水素溶解水に溶存する酸素と水素とを反応させる反応部を有し、高品質の水素水とするものである。また、過剰に溶解した水素を回収して再利用する。
【０００４】
特許文献３には、筐体への取り付け性を改善して作業性を向上させた水素水製造装置が開示されている。
【０００５】
特許文献４には、水素水製造装置の管理装置が開示されている。製造流量、製造時刻装置の識別番号をネットワークを介して管理して適性に摂取しているか否かを管理するものである。
【０００６】
特許文献５には、飲料用の水素水の製造装置及び方法が開示されている。脱パイロジェンを行ったＵＦ水を用いるものである。
【０００７】
特許文献６には、水素水製造方法及び装置が開示されている。水素透過性金属を用いるものである。
【０００８】
特許文献７には、透析液稀釈用水素水製造装置が開示されている。ＲＯ膜モジュール、活性炭フィルタ、水素発生部、気液混合器、溶存水素濃度センサなどを有する。
【０００９】
特許文献８には、直径１μｍ以下の気泡を発生させるナノバブル発生装置と電気分解装置とを有する水素水製造装置が開示されている。溶存した水素が水中から飛散しにくいものである。
【００１０】
特許文献９には、携帯型水素水製造装置が開示されている。水を電気分解して水素を発生させるものである。
【００１１】
特許文献１０には、酸化チタン電極を用いた水素水製造装置が開示されている。家庭向けにコンパクトなものである。
【００１２】
特許文献１１には、電離水素水を製造するための遺伝子が開示されている。パラ型水素分子からオルト型水素分子に転換する遺伝子を用いるものである。
【００１３】
特許文献１２には、水素水飲料を製造しつつ、水素ガスを燃焼させる水素調理システムが開示されている。水素を燃焼させた水蒸気を含む熱風によりオーブン内で肉、野菜を調理するものである。
【００１４】
特許文献１３には、金属マグネシウム又はマグネシウム合金を陽極として、酸化還元電位がマイナス１．０００ｍＶ以下の水素水を提供する水素水製造装置が開示されている。水素水を運搬する容器の底部に水素水保温用水素水製造装置をセットして酸化還元電位を維持するものである。
【００１５】
特許文献１４には、マグネシウムなどの金属と酸とを用いて水素水をその場で製造する水素水製造装置が開示されている。
【００１６】
特許文献１５には、空気中の水分を結露させて、凝縮した結露水を用い、金属マグネシウムと反応させて水素水を製造する装置及び方法が開示されている。フィルタユニットを通過させて飲料用の水素水を製造するものである。
【００１７】
特許文献１６には、水素化マグネシウムの加水分解により水素を発生させて、水素水を製造する装置及び方法が開示されている。である。
【００１８】
特許文献１７には、微小気泡生成装置、水素水製造装置が開示されている。ロータ、ステータ、モータを用いて微小気泡を生成する。ナノレベルの気泡となった水素ガスが水分子の隙間にはいりこむため、長時間経過したのちも水素ガスが水中に浮遊し続ける。その結果、溶存水素濃度を長期間維持できるとする。
【００１９】
特許文献１８には、ブラウンガスを利用して水素と酸素の両方が豊富な微細気泡を含む高濃度酸素水素水の製造装置が開示されている。制裁されたブラウンガスと水とを多孔質物質に通すことで微細気泡とするものである。
【００２０】
特許文献１９には、ブラウンガスを利用した還元水素水製造装置が開示されている。電気分解して得られる水素と酸素を分離しないで採集したブラウンガスを用いた水素水製造装置である。
【００２１】
特許文献２０には、水素水製造装置が開示されている。気液混合タンク内の水を蒸発させることによって得た蒸留水を電解槽へ補水するものである。
【００２２】
特許文献２１には、水素水製造装置及び電解液加温方法が開示されている。電解液の温度が所定温度以下の場合に電解液を加温するものである。
【００２３】
特許文献２２には、水素水製造装置が開示されている。電解槽内の分解効率を上げて、水素ガスを効率よく供給することを目的とするものである。
【００２４】
特許文献２３には、水素水製造装置及び水素水製造方法が開示されている。空気又は酸素と混合させることなく安全に水素ガスを気液混合タンクに供給するものである。気液混合タンク、浴槽、循環ポンプ、電解槽などを有する。
【００２５】
特許文献２４には、低い酸化還元電位の水素水を安定的に製造する水素水製造装置が開示されている。をするものである。
【００２６】
特許文献２５には、還元電位水素水製造装置が開示されている。水素ガスと水を共にポンプの吸い込み口より吸引撹拌し、吐き出し管内へオゾンを圧縮空気とともに圧送するものである。
【００２７】
特許文献２６には、水素水製造装置及び製造方法が開示されている。水素ガス濃度検出手段の校正を自動的に短時間で行うことができるものである。
【００２８】
特許文献２７には、活性水素水製造装置が開示されている。マグネシウム金属とトルマリン鉱石とをマグネシウム金属容器に納めたものである。トルマリン鉱石が水野クラスターを小さくする働きをする。
【００２９】
特許文献２８には、水素水製造装置が開示されている。水素ボンベの水素を水素導管を介してボトルの水に吹き込み注入するものである。
【００３０】
特許文献２９には、活性水素水製造装置が開示されている。電気分解により得られた活性水素を活性水素導管を介してボトルの水に吹き込み注入して活性水素水を得るものである。
【００３１】
特許文献３０には、過酸化水素水製造装置が開示されている。セラミックス成形体が充填された反応容器を有する。
【００３２】
特許文献３１には、水を電気分解する水素水製造装置であって、水素濃度を高められるように流路構造を改善したものが開示されている。負極電極で生成された水素水が排出される水素水排出ポートと、負極電極に向かって水を噴射する噴射ポートが設けられている。電極モジュールには、固体高分子電解質膜を備える。
【００３３】
特許文献３２には、水を電気分解して水素水を製造する装置が開示されている。磁性体をさらに含み、磁化水とする。また、振動子をさらに含み波動水とする。
【００３４】
特許文献３３には、携帯可能な水素水製造装置が開示されている。水道水などを飲む直前に電気分解して溶存水素を豊富な状態にするものである。
【００３５】
水素水製造装置とは、直接関連のない撹拌装置の他の例として、特許文献３４、特許文献３５、特許文献３６のものがある。これらは、多角形状の小室を多数配列した円板を重ねたものを円筒状のケーシングで覆い、高圧の流体を通すことで撹拌（混合）する装置である。この装置では、モータなどの回転する部分は有していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３６】
【特許文献１】特開２０１７−０８７０８７号公報
【特許文献２】特開２０１７−０００９５６号公報
【特許文献３】特開２０１６−１５５０８０号公報
【特許文献４】特開２０１６−１４７２２４号公報
【特許文献５】特開２０１６−１０１５６５号公報
【特許文献６】特開２０１６−０６８０４５号公報
【特許文献７】特開２０１６−０１３３４９号公報
【特許文献８】特開２０１５−１５０５１２号公報
【特許文献９】特開２０１５−１３１２９５号公報
【特許文献１０】特開２０１５−１０４６９０号公報
【特許文献１１】特開２０１５−０５０９６０号公報
【特許文献１２】特開２０１４−２２３０４６号公報
【特許文献１３】特開２０１４−１５１２７０号公報
【特許文献１４】特開２０１３−１２８８８２号公報
【特許文献１５】特開２０１３−０９４７５７号公報
【特許文献１６】特開２０１３−０２２５６７号公報
【特許文献１７】特開２０１０−１３７２０３号公報
【特許文献１８】特開２００９−２４８０７９号公報
【特許文献１９】特開２００８−１１０３４２号公報
【特許文献２０】特開２００６−１６７６８３号公報
【特許文献２１】特開２００６−１５０１８９号公報
【特許文献２２】特開２００６−１５０１８８号公報
【特許文献２３】特開２００６−１５０１８８号公報
【特許文献２４】特開２００５−２１８８８５号公報
【特許文献２５】特開２００５−１８６０４９号公報
【特許文献２６】特開２００４−０８９８７１号公報
【特許文献２７】特開２００２−３３６８７７号公報
【特許文献２８】特開２００２−３０１４８３号公報
【特許文献２９】特開２００２−２８２８７１号公報
【特許文献３０】特開平８−２１７４２１号公報
【特許文献３１】特表２０１６−５０１７１４号公報
【特許文献３２】特表２０１５−５０６８１９号公報
【特許文献３３】特表２０１４−５２６９６８号公報
【特許文献３４】特公昭５９−３９１７３号公報
【特許文献３５】特開平１１−９９８０号公報
【特許文献３６】特開平１１−１１４３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
水中に溶存する水素は、時間が立つと空気中に拡散してしまい、溶存水素濃度がなかなか上がりにくい。また、上がったとしてもそれを維持するのが困難である。という課題がある。
特許文献１では、有機酸を電解液として用いて溶存水素濃度の安定化を図る。しかし、酢酸を用いた場合の溶存水素濃度は、最大でも０．４５ｐｐｍである。
特許文献４では、水素溶存量が、０．４〜１．６ｐｐｍとする。
特許文献９では、水素溶存量が、６００ｐｐｂから１６００ｐｐｂである。
特許文献１０では、水素濃度が、０．２〜１．２ｐｐｍである。
特許文献１１では、溶存水素濃度が最大で７６．３μｇ／Ｌである。
特許文献１２では、溶存水素濃度の上限が１．１２〜１．１５ｐｐｍであるとする。
特許文献１３では、水素水保温用水素水製造装置をアルミニウムコーティングしたポリタンクの底部にセットして、酸化還元電位がー１７６０ｍＶの水素水を充満した状態で５日間、１．０００ｋｍの輸送した結果、酸化還元電位―１０００ｍｖ以下を保持したとされる。
特許文献１７では、微小気泡の生成により、酸化還元電位―８４０ｍＶを実現している。
特許文献１８では、溶存水素濃度が１．４５ｐｐｍ、酸化還元電位がー２８７のデータが示されている。
特許文献１９では、酸化還元電位が−１６０ｍＶ、−２０８ｍＶのデータが示されている。
特許文献２４では、溶存水素濃度が１．２ｐｐｍから１．６ｐｐｍ（酸化還元電位がー６００ｍＶから−４００ｍＶ）に管理される。
特許文献３３では、溶存水素濃度０．６４ｐｐｍを実現している。
【００３８】
本願発明者は、特許文献１７において、微小気泡の生成により、酸化還元電位―８４０ｍＶを実現したことに注目した。また、特許文献８には、ナノバブル発生装置を用いた水素水製造システムが示されている。そこで、微小気泡の生成装置としてさらに適したものを選定することで、溶存水素濃度を高めた水素水を製造する装置を実現できる可能性があると考えた。
【００３９】
本発明は、水素を豊富に含有する水素水を製造する装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明者は、さまざまな撹拌（混合）装置を試したところ、特許文献３４、特許文献３５、特許文献３６に示す撹拌装置が、水素水製造システムの循環路上のいずれかの配管の途中に、設置して用いる撹拌（混合）装置として適切であることを見出した。
すなわち、本発明に係る水素水製造システムは、水素ガス供給装置と、前記水素ガス供給装置からの水素ガス受け入れ口と、水の受け入れ口と、循環ポンプと、アキュムレータと、流体混合装置とを配置してなる。前記流体混合装置は、両端に出入口を形成した円筒状のケーシングと、互いに対向する面に前面開放の多角形の小室をハニカム状に多数配列した大小２枚の円板を同心的に、かつ互いに同径の円板が隣接するように重ね合せて前記ケーシング内に設置した導流単位体とからなり、前記流体混合装置は、前記大径な円板は前記ケーシングの内径に合致する直径を有するとともに、中心に流通孔を穿設し、前記大径な円板と小径な円板の小室は互いの消失が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列されており、前記出入口を形成する円筒状のケーシングの両端には前記導流単位体の大径な円板を位置させてその流通孔をケーシングの出入口に連通させ、前記水素水製造システムを運転する際に、前記水素ガスと前記水とを含む流体が、０．２メガパスカルから１０メガパスカルまでの圧力で前記流体混合装置を通過することにより、前記水素と前記水を含む流体をせん断効果により均一混合して当該流体を撹拌することを特徴とする。これにより、水素ガスと水との均一混合が適切になされて、水素の溶存量が豊かな水を製造できる。
【００４１】
また、本発明に係る水素水製造システムは、水素ガス供給装置と、前記水素ガス供給装置からの水素ガス受け入れ口と、水の受け入れ口と、前記水素ガス受け入れ口から受け入れた水素ガスと前記水の受け入れ口から受け入れた水との混合流体を貯留する貯留層と、循環ポンプと、アキュムレータと、流体混合装置とを循環路上に配置してなる。前記流体混合装置は、両端に出入口を形成した円筒状のケーシングと、互いに対向する面に前面開放の多角形の小室をハニカム状に多数配列した大小２枚の円板を同心的に、かつ互いに同径の円板が隣接するように重ね合せて前記ケーシング内に設置した導流単位体とからなり、前記流体混合装置は、前記大径な円板は前記ケーシングの内径に合致する直径を有するとともに、中心に流通孔を穿設し、前記大径な円板と小径な円板の小室は互いの消失が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列されており、前記出入口を形成する円筒状のケーシングの両端には前記導流単位体の大径な円板を位置させてその流通孔をケーシングの出入口に連通させ、前記水素水製造システムを運転する際に、前記水素ガスと前記水とを含む流体が、０．２メガパスカルから１０メガパスカルまでの圧力で前記流体混合装置を通過して、前記水素水製造システムの循環路を繰り返し循環することにより、前記水素と前記水を含む流体をせん断効果により均一混合して当該流体を撹拌することを特徴とする。これにより、水素ガスと水との均一混合が適切になされて、水素の溶存量が豊かな水を製造できる。
【００４２】
前記流体混合装置は、前記円筒状のケーシングに発生する熱を放熱すべく、前記円筒状のケーシングを取り囲む放熱槽をさらに有し、前記水素ガスと前記水とを含む流体が、前記出入口に入る直前又は前記出入口から出た直後に前記円筒状のケーシングに接触して、前記円筒状のケーシングから熱を奪うことを特徴とする。これにより、流体混合装置のケーシングが過熱することによる不具合を回避できる。
【００４３】
さらに、前記円筒状のケーシングの内側に、当該ケーシングの内径よりも小さい外形を有するスプリングを自由振動が可能な状態で設けたことを特徴とする。これにより流体が循環する際の脈動を吸収し、せん断効果を高めて安定した混合、均一化をすることができる。
【００４４】
また、前記放熱槽の内側に、当該放熱槽の内径よりも小さい外形を有するスプリングを自由振動が可能な状態で設けたことを特徴とする。これにより、放熱槽における脈動の吸収がなされて、せん断効果を高めて、安定した混合、均一化をすることができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係る水素水製造装置は、上述のように構成されているので、水素の気泡を小さくすることができ、溶存水素濃度を上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】流体混合装置を水素水製造システムに用いた例を示す図である。図１(a)は、流体混合装置に水素と水との混合流体を一度通すことにより水素水を製造するシステムを表す。図１(b)は、流体混合装置を循環路内に設けて水素水製造システムを構成した例を示す図である。
【図２】小室の構成を詳しく説明する図である。図２（ａ）は、流体の入る向きから見た図である。図２（ｂ）は、Ａ−Ａ断面図である。
【図３】小室の形状についてのバリエーションを示す図である。図３（ａ）は、正八角形を繰り返す形状についてのものである。図３（ｂ）は、正六角形を繰り返す形状についてのものである。図３（ｃ）は、正三角形を繰り返す形状についてのものである。図３（ｄ）は、正方形を繰り返す形状についてのものである。
【図４】導流単位体の一つについて、大径な円板、小径な円板、小室の構成をくわしく描いた部分拡大図である。
【図５】小径な円板の例を示す斜視図である。
【図６】流体混合装置に放熱槽を備えたものを水素水製造システムに用いた例を示す図である。
【図７】スプリングを用いた流体混合装置の構造を示す断面図である。
【図８】流体混合装置にスプリングを応用した例を示す断面図である。
【図９】流体混合装置にスプリングを応用したものに放熱槽を備えた例を示す断面図である。
【図１０】流体混合装置に放熱槽を備えたものの放熱槽の部分にスプリングを応用した例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。図中の符号が同一のものは、同様の構成、機能を有する。
＜実施形態１＞
＜構成＞
図１から図５までは、本発明の実施形態１を例示する図である。ここで、図１は流体混合装置１を水素水製造システムに用いた例を示す図である。水素水製造システムには、水素ボンベにより水素を供給するもの、電気分解により水素を生成してもちいるもの、化学変化により水素を生成してもちいるもの、遺伝子をもちいるものなどが考えられる。図１に示す流体混合装置は、水素ガスを必要な圧力にて供給可能でありさえすれば、さまざまな水素供給の場合に適用可能である。また、新たに水素水製造システムを設計する場合のみならず、貯留槽との関係で循環路を形成可能であるならば、既存の水素水製造システムにあとから追加で設置することも可能である。
【００４８】
図１では、水素水製造システムを模式的に示し、本発明に係る流体混合装置をその内部がわかるように断面図により示している。図１に描かれた矢印は、水素水と水との混合された流体の流れる向きを示している。
図１(a)には、流体混合装置に水と水素ガスとの混合流体を０．２メガパスカルから１０メガパスカルの間の圧力で通すことにより、均一混合して、その結果、水素ガスの溶存量が豊かな水を製造する水素水製造システムを描いている。流体混合装置１については、後述するものと同一である。
【００４９】
図１（b)に示す水素水製造システムは、主に貯留槽８１と循環ポンプ８２とアキュムレータ８３と流体混合装置１と、それらをつなぐ循環路とにより構成される。そして、貯留槽８１には、水受入れ口８５を設け、流体混合装置１の上流に水素ガス受入れ口８４を設けたものである。
貯留槽８１は、水と水素ガスとの混合流体を貯留するタンクである。貯留槽８１には、図示を省略したバルブを介して、水受入れ口８５が設けられ、水素水を製造するための原料となる水（原水）をこの水素水製造システムに供給する。原水は、水素水を製造する目的にしたがって必要な水を供給する。たとえば、飲料水としての水素水を製造する場合には、飲料に適した水が供給される。放射能汚染の疑いのある土壌に散布するための水素水を製造するには、飲用の基準を充たす必要はない。原子力発電所などの施設の洗浄目的の水素水の場合には、洗浄する箇所ごとに適した基準の原水が供給される。
【００５０】
貯留槽８１には、図示を省略したが、上部にガス抜きバルブが設けられる。水素水製造システムの運転開始の際には、まずガス抜きバルブを開放した状態で、水受入れ口８５から貯留槽８１に原水を供給する。ガス抜きバルブから水があふれ出ることで貯留槽８１内に水が満タンとなったことを知る。ガス抜きバルブを閉じ、水受入れ口８５からの水の供給を止める。この状態で、循環ポンプ８２を働かせて水を循環路内に行き渡らせる。貯留槽内の水が循環路に行き渡ることにより、循環路内のガス（大気）が貯留槽にたまる。このガスを抜くために、再びガス抜きバルブを開放して水受入れ口８５から再び原水を補給する。このガス抜きを何度か行うことにより、循環路内に原水を満たし、循環路内の不要なガス（大気）を除くことができる。
【００５１】
循環路を原水で充たした状態で、水素ガス受入れ口８４から水素ガスを受け入れつつ、循環ポンプ８２を駆動して、流体混合装置１内を水素ガスと水との混合流体が０．２メガパスカルから１０メガパスカルの圧力で通るようにする。水素ガスの分子、水分子は、それぞれクラスタと呼ばれる塊の状態（数個から数十個の分子がくっついた状態）にあることが知られている。流体混合装置１内を繰り返し、高圧で通り抜けることで水素ガスの粒子（クラスタ）及び水分子の粒子（クラスタ）がせん断効果により小さくなり、水素が水分子の隙間に入り込む状態を実現する。それにより、水素含有量（溶存水素濃度）の豊富な水を製造することができる。
【００５２】
図示を省略したが、貯留槽８１には、内部の水の溶存水素濃度を測定する溶存水素濃度測定装置を設ける。また、図示を省略したが、貯留槽８１の底部には、製造後の水素水を取り出す水素水取出し口を設けて、製造後の水素水を取り出す。貯留槽８１から取り出された水素水は、溶存水素濃度の劣化を防ぐために即座にプルトップ式（プルタブを引っ張って開封するタイプの密閉性の高い缶）のアルミ缶、スチール缶、又はアルミパウチ容器などに収納される。ネジ蓋式の缶は、水素が抜けやすいので好ましくない。
【００５３】
循環ポンプ８２は、図１に示す循環路内に、水素ガスと水との混合流体を強制的に循環させるためのポンプである。流体混合装置１の内部を水素ガスと水との混合流体が０．２メガパスカルから１０メガパスカルの圧力で通り抜けるだけの能力を有するポンプを用いる。市販のポンプには、５０メガパスカルの能力を持つものが容易に見つかる。したがって、０．２メガパスカルから１０メガパスカルの圧力を実現することは可能である。
【００５４】
アキュムレータ８３は、蓄圧器とも呼ばれる装置であり、脈動吸収、衝撃吸収のために用いる。循環ポンプ８２により送られる水素ガスと水との混合流体の圧力を調整し、流体混合装置１に加わる圧力（脈動、衝撃）が大きくなりすぎないようにする。
【００５５】
水素ガス受入れ口８４は、図示を省略したがバルブが設けられて、当該バルブを開放することにより水素ガス供給装置（不図示）からの水素ガスを流体混合装置１に向けて供給することができるようになっている。水素ガス供給装置は、水素ガスボンベにより構成することができる。また、水を電気分解することにより水素を供給するものでもよい。さらに、マグネシウムの加水分解、水素化マグネシウムの加水分解など、化学反応を用いる水素ガス供給装置であってもよい。高圧ガスボンベを用いることが許されない環境にあっては、電気分解または加水分解により水素を発生させる装置が用いられる。
【００５６】
図１に示す水素水製造システムの規模の大きさは、工場又はプラントと呼べるほどの大きなものにすることもできる。また、トラックの荷台に載せられるほどの大きさで構成することもできる。また、トラックの荷台から降ろして、自走式の装置とすることも可能である。前述したように、出来上がった水素水を遠隔地に運んで使用する場合には、運搬のためにアルミパウチや、プルトップ式のアルミ缶、スチール缶を用いる必要がある。しかし、使用する場で水素水を製造する場合には、運搬の必要はなくなる。したがって、放射能汚染の疑いのある土壌に水素水を噴霧して除染するなどの用途に用いるには、移動可能な大きさの水素水製造システムとして、さらに生成された水素水を土壌に噴霧する噴霧装置を設けて除染装置とすることが望ましい。
【００５７】
図１に示す流体混合装置１は、円筒状のケーシング１０の内部に複数の円板が設けられた構成を有している。ここでいう円板は、その形状が円形であることを意味するものであって、回転するものではなく固定されており、動かないものである。円筒状のケーシング１０の内部には、大径な円板３１，３２，３３，３４，３５，３６が設けられる。これらは固定され、動かない。また、円筒状のケーシング１０と大径な円板との間には、弾性体などが配置されて、流体が通ることができない。大径な円板３１，３２，３３，３４，３５，３６の中央部には、流通孔が穿設されており、流体が通ることができる。
【００５８】
小径な円板４１，４２，４３，４４，４５，４６は、円筒状のケーシング１０との間で透き間を有しており、小径な円板と円筒状のケーシング１０との間の透き間を流体が通ることができる。小径な円板４１，４２，４３，４４，４５，４６の中央部には流通孔が存在しない。
【００５９】
円筒状ケーシング１０の内部には、導流単位体２１，２２，２３が同心的に重ね合わさって設けられている。導流単位体２１は、大径な円板３１，小室，小室，小径な円板４２，小室，小室，大径な円板３２と配列されており、他の導流単位体も同様の構成をしている。これにより、流入口６０から入る流体は、大径な円板の流通孔、小室、小径な円板の縁とケーシングの透き間、小室、大径な円板の流通孔という経路を３回繰り返して通って、流出口７０から出る。このときに、せん断効果により、流体が均一混合される。
【００６０】
図２は、小室の構成を詳しく説明する図である。図２（ａ）は、流体の入る向きから見た図である。図２（ｂ）は、Ａ−Ａ断面図である。ここでは、大径な円板、小径な円板を省略して、小室のみを描いている。図２に示すように、小室は、ハニカム状に透き間なく並べられた多角形（ここでは正六角形）を２層設け、それらがずれた状態で重なるようになっている。これにより流体の通り道を複雑にして、せん断効果を得られるようにしている。
【００６１】
図３は、小室の形状についてのバリエーションを示す図である。図３（ａ）は、正八角形を繰り返す形状についてのものである。図３（ｂ）は、正六角形を繰り返す形状についてのものである。図３（ｃ）は、正三角形を繰り返す形状についてのものである。図３（ｄ）は、正方形を繰り返す形状についてのものである。先にハニカム状と書いたのは、広義のハニカム状、すなわち正六角形にかぎらず、正多角形などを並べることにより、すきまなく平面的に広がりをもたせた繰り返し図形を意味する。したがって、図３に示すような、正八角形、正六角形、正三角形、正方形などを含む。いずれの場合も、二層からなる小室の広がりであって、その二層は、ずらして重ねられる。すなわち、大径な円板側に設けられる小室と、小径な円板側に設けられる小室とは、互いに連通するように設けられ、ハニカム状の繰り返し図形が、図３のようにずらして設けられることにより、流体の通路を複雑にしている。
【００６２】
図４は、導流単位体の一つについて、大径な円板３５，３６、小径な円板４５，４６、小室の構成を円筒状ケーシング１０に近いところについてくわしく描いた部分拡大図である。図４に示すように、小径な円板４５，４６の外側であって、円筒状ケーシング１０の内壁に近い部分には、流体が通過できる孔が設けられる。
【００６３】
図５は、小径な円板４１の例を示す斜視図である。図５に示すように、小径な円板４１には、ハニカム状に広がる小室が貼り付けられ、大径な円板と対向して配置される。
【００６４】
＜動作＞
０．２メガパスカルから１０メガパスカルの圧力にて、水素ガスと水とを含む流体を通すことにより、流体混合装置１のせん断効果により、水素ガスと水とが均一混合する。そして、クラスタをこわして微小にすることにより、水素溶存濃度を上げることができる。
なお、図１では、流体混合装置１の円筒状ケーシングを左右に寝かせた状態で用いているが、上下（垂直）に立った状態で用いても同様の動作が可能である。
【００６５】
＜実施形態２＞
＜流体混合装置に放熱槽を設けた実施形態＞
図６は、流体混合装置１に放熱槽を備えたものを水素水製造システムに用いた例を示す図である。
放熱槽９０は、円筒状のケーシング１０を覆う密閉容器として形成される。水素ガス受入れ口８４から水素が流入し、水素と水との混合流体となった流体は、一旦、放熱槽９０に蓄積されて、円筒状のケーシング１０に接することにより熱を奪う。その後、流入口６０から流体混合装置１に入る。そして、流出口７０から出て貯留槽８１に向かう。
この放熱槽９０の存在により、ケーシング１０が過熱することを抑える。
【００６６】
＜実施形態３＞
＜スプリングを用いた実施形態＞
図７は、流体混合装置１の代わりに用いることのできるスプリングを用いた流体混合装置２０１の例を示す断面図である。図７に描く液化促進装置２０１は、上に述べたハニカム状の小室からなる導流単位体を有しない。そのかわりに円筒状ケーシング２１０にスプリング２５０を有している。スプリング２５０は、らせん状にまかれたバネ（つるまきバネ）であって、スプリング２５０の外径は、円筒状ケーシング２１０の内径よりも小さい。スプリング２５０と円筒状ケーシング２１０の内壁との間には、すきま（たとえば、０．１ｍｍから５ｍｍ）が生じるようにスプリング２５０の大きさが調整される。そのすきまがあることによりスプリング２５０は、自由振動が可能である。
円筒状ケーシング２１０の上部には、上部ケーシング２２０が設けられ、円筒状ケーシング２１０の下部には下部ケーシング２３０が設けられて、密閉空間が形成される。この密閉空間は１０メガパスカルの高圧で流体が流れることを許容する強度を備える。上部ケーシング２２０には、流入口６０が設けられる。下部ケーシング２３０には流出口７０が設けられる。流入口６０及び流出口７０は、流入した流体が直接流出しないようにずらした位置に配置される。
【００６７】
＜動作＞
流体混合装置２０１に、０．２メガパスカルから１０メガパスカルの圧力にて、水素ガスと水とを含む流体を通すことにより、流体混合装置２０１が有するスプリング２５０は、上下左右に自由に振動するので高圧で流れる流体の脈動（脈打つような圧力の変動）を抑えて、圧力を均一化するように働く。さらに、自由に振動するスプリング２５０は、さまざまの向きで流体とぶつかるので、その際のせん断効果により、水素ガスと水とがそれぞれのクラスタがこわされて微細粒子となって、均一混合する。その結果、溶存水素濃度の高い水素水を生成することができる。流体が水素水製造システムの循環路を何度も繰り返し循環することでその効果を増すことができる。
【００６８】
＜実施形態４＞
＜流体混合装置にスプリングを応用した実施形態＞
図８は、流体混合装置１、すなわちハニカム状の小室からなる導流単位体を固定されたものとして有して、さらにスプリングを用いた液化促進装置３０１の例を示す断面図である。図８に描く流体混合装置３０１は、ハニカム状の小室からなる導流単位体２１、２２、２３を有し、かつスプリング３５０を有している。スプリング３５０がケーシング３１０の内壁との間にすきまが生じるようにその大きさが調整され、スプリング３５０が自由振動可能であることは、流体混合装置２０１と同様である。
また、上部ケーシング３２０、下部ケーシング３３０とにより密閉空間が形成されること、その密閉空間が１０メガパスカルの高圧流体が流れることを許容する強度を備えること、流入口６０と流出口７０とがそれぞれ設けられ、流入した流体が直接流出しないようにずらした位置に配置されることは、流体混合装置２０１と同様である。
【００６９】
＜動作＞
流体混合装置３０１が有するスプリング３５０は、液化促進装置２０１の場合と同様に、脈動を抑える効果とせん断効果を有する。さらに導流単位体２１，２２，２３がせん断効果を有する。したがって、スプリング３５０と導流単位体２１，２２，２３との相乗効果により、水素ガスと水とが、クラスタが小さくなり、均一混合する。そして、その結果溶存水素濃度を上げることができる。流体が水素水製造システムの循環路を何度も繰り返し循環することでその効果を増すことができる。
【００７０】
＜実施形態５＞
＜流体混合装置にスプリングを用いたものにさらに放熱槽を備えた実施形態＞
図９は、流体混合装置にスプリングを用いたものにさらに放熱槽を備えた流体混合装置４０１を示す断面図である。すなわち、流体混合装置３０１に放熱槽４９０を加えたものである。放熱槽４９０は、放熱槽９０（図６）と同様のものである。この構成により、流体混合装置の発熱を抑えることができる。
【００７１】
＜実施形態６＞
＜流体混合装置に放熱槽を備えたものの放熱槽の部分にスプリングを応用した実施形態＞
図１０は、流体混合装置に放熱槽を備えたものの放熱槽５９０の部分にスプリング５５０を応用した流体混合装置５０１を示す断面図である。すなわち、図６に示す実施形態において、放熱槽の部分にスプリング５５０を設けた実施例である。図１０に描いたスプリング５５０は、下部にいくほど径が小さくしてテーパー形状としている。テーパー形状にしたスプリングは、図７、図８、図９などの他の実施形態においても利用可能である。テーパー形状のスプリングとすることにより、さらに流体の流れに変化が生じ、せん断効果が大きくなると考えられる。スプリング５５０による脈動を抑える効果、せん断効果が得られ、さらに導流単位体を通ることによるせん断効果が得られる。そして、さらに放熱槽による発熱を抑える効果が得られる。
【００７２】
≪爆縮  分離浮遊≫
せん断効果により、水素ガスと水とがそれぞれクラスタが破壊されて、小さくなることにより溶存水素濃度が上がると説明した。この現象は、爆縮（implosion：全周囲からの圧力で押しつぶされる破壊現象）と見ることができる。また、クラスタが破壊された結果、水素ガスのクラスタが小さくなって溶存水素濃度が上がる際の現象は、分離浮遊と説明することができる。
【００７３】
≪１０時間の運転で溶存水素濃度が１００ｐｐｍの数字を記録した≫
本発明の発明者が、実験したところによると、本水素水製造システムを１０時間運転した結果、溶存水素濃度が１００ｐｐｍまで上がることを確認できた。
【００７４】
本発明の装置は、飲料水の分野、除染の分野などにおいて広く利用することができるものである。
【符号の説明】
【００７５】
１  流体混合装置
１０  ケーシング
２１，２２，２３  導流単位体
３１，３２，３３，３４，３５，３６  大径な円板
４１，４２，４３，４４，４５，４６  小径な円板
５０  小室
６０  流入口
７０  流出口
８１  貯留槽
８２  循環ポンプ
８３  アキュムレータ
８４  水素ガス受入れ口
８５  水受入れ口
９０  放熱槽
２０１  （スプリングを用いた）流体混合装置
２１０  円筒状ケーシング
２２０  上部ケーシング
２３０  下部ケーシング
２５０  スプリング
３０１  （スプリングを用いた）流体混合装置
３１０  円筒状ケーシング
２２０  上部ケーシング
２３０  下部ケーシング
３５０  スプリング
４０１  （スプリングを有し、放熱槽を備えた）流体混合装置
４８０  放熱槽配管
４９０  放熱槽
５０１  （スプリングを有する放熱槽を備えた）流体混合装置
５５０  スプリング
５８０  放熱槽配管
５９０  放熱槽
【図１】
2019018187.tif 000003
【図２】
2019018187.tif 000004
【図３】
2019018187.tif 000005
【図４】
2019018187.tif 000006
【図５】
2019018187.tif 000007
【図６】
2019018187.tif 000008
【図７】
2019018187.tif 000009
【図８】
2019018187.tif 000010
【図９】
2019018187.tif 000011
【図１０】
2019018187.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月23日(2018.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガス供給装置と、
前記水素ガス供給装置からの水素ガス受け入れ口と、
水の受け入れ口と、
両端に流入口と流出口とからなる出入口を形成した円筒状のケーシングと、互いに対向する面に前面開放の多角形の小室をハニカム状に多数配列した大径な円板と小径な円板とからなる大小２枚の円板を同心的に、かつ互いに同径の円板が隣接するように重ね合せて前記ケーシング内に設置した導流単位体とからなる流体混合装置と、
前記円筒状のケーシングに発生する熱を放熱すべく、前記円筒状のケーシングを取り囲む放熱槽と
を配置した水素水製造システムであって、
前記流体混合装置は、
前記大径な円板は前記ケーシングの内径に合致する直径を有するとともに、中心に流通孔を穿設し、
前記大径な円板と小径な円板の小室は互いの小室が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列されており、
前記出入口を形成する円筒状のケーシングの両端には前記導流単位体の大径な円板を位置させてその流通孔をケーシングの出入口に連通させ、
前記水素水製造システムを運転する際に、前記水素ガスと前記水とを含む流体が、０．２メガパスカルから１０メガパスカルまでの圧力で前記流入口に入る直前に前記放熱槽内で前記円筒状のケーシングに接触して、前記円筒状のケーシングから熱を奪い、前記流体混合装置を通過することにより、前記水素と前記水を含む流体を均一混合すべく、当該流体を撹拌することを特徴とする水素水製造システム。
【請求項２】
水素ガス供給装置と、
前記水素ガス供給装置からの水素ガス受け入れ口と、
水の受け入れ口と、
両端に流入口と流出口とからなる出入口を形成した第一の円筒状のケーシングと、互いに対向する面に前面開放の多角形の小室をハニカム状に多数配列した大径な円板と小径な円板とからなる大小２枚の円板を同心的に、かつ互いに同径の円板が隣接するように重ね合せて前記ケーシング内に設置した導流単位体とからなる流体混合装置と、
前記第一の円筒状のケーシングを取り囲む第二の円筒状のケーシングと
を配置した水素水製造システムであって、
前記流体混合装置は、
前記大径な円板は前記ケーシングの内径に合致する直径を有するとともに、中心に流通孔を穿設し、
前記大径な円板と小径な円板の小室は互いの小室が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列されており、
前記出入口を形成する前記第一の円筒状のケーシングの両端には前記導流単位体の大径な円板を位置させてその流通孔を前記第一の円筒状のケーシングの出入口に連通させ、
前記第二の円筒状のケーシングは、
その内壁との間にすきまが生じる大きさの自由振動可能なスプリングを有し、
前記水素水製造システムを運転する際に、前記水素ガスと前記水とを含む流体が、０．２メガパスカルから１０メガパスカルまでの圧力で前記流体混合装置の流入口に入る直前に前記第二の円筒状のケーシング内部のスプリングに接触して、上下左右に自由に振動させ、前記流体混合装置を通過することにより、前記水素と前記水を含む流体を均一混合すべく、当該流体を撹拌することを特徴とする水素水製造システム。
【請求項３】
水素ガス供給装置と、
前記水素ガス供給装置からの水素ガス受け入れ口と、
水の受け入れ口と、
両端に流入口と流出口とからなる出入口を形成した第一の円筒状のケーシングと、互いに対向する面に前面開放の多角形の小室をハニカム状に多数配列した大径な円板と小径な円板とからなる大小２枚の円板を同心的に、かつ互いに同径の円板が隣接するように重ね合せて前記ケーシング内に設置した導流単位体とからなる流体混合装置と、
前記第一の円筒状のケーシングを取り囲む第二の円筒状のケーシングと
前記第二の円筒状のケーシングに発生する熱を放熱すべく、前記第二の円筒状のケーシングを取り囲む放熱槽と
を配置した水素水製造システムであって、
前記流体混合装置は、
前記大径な円板は前記ケーシングの内径に合致する直径を有するとともに、中心に流通孔を穿設し、
前記大径な円板と小径な円板の小室は互いの小室が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列されており、
前記出入口を形成する第一の円筒状のケーシングの両端には前記導流単位体の大径な円板を位置させてその流通孔を第一の円筒状のケーシングの出入口に連通させ、
前記第二の円筒状のケーシングは、
その内壁との間にすきまが生じる大きさの自由振動可能なスプリングを有し、
前記水素水製造システムを運転する際に、前記水素ガスと前記水とを含む流体が、０．２メガパスカルから１０メガパスカルまでの圧力で前記流体混合装置の流入口に入る直前に前記放熱槽内で前記第二の円筒状のケーシングに接触して、前記第二の円筒状のケーシングから熱を奪い、さらに、前記第二の円筒状のケーシング内部のスプリングに接触して、上下左右に自由に振動させ、前記流体混合装置を通過することにより、前記水素と前記水を含む流体を均一混合すべく、当該流体を撹拌することを特徴とする水素水製造システム。
【請求項４】
水素ガス供給装置と、
前記水素ガス供給装置からの水素ガス受け入れ口と、
水の受け入れ口と、
両端に流入口と流出口とからなる出入口を形成した円筒状のケーシングと、互いに対向する面に前面開放の多角形の小室をハニカム状に多数配列した大径な円板と小径な円板とからなる大小２枚の円板を同心的に、かつ互いに同径の円板が隣接するように重ね合せて前記円筒状のケーシング内に設置した導流単位体とからなる流体混合装置と、
前記円筒状のケーシングに発生する熱を放熱すべく、前記円筒状のケーシングを取り囲む放熱槽と
を配置した水素水製造システムであって、
前記流体混合装置は、
前記大径な円板は前記円筒状のケーシングの内径に合致する直径を有するとともに、中心に流通孔を穿設し、
前記大径な円板と小径な円板の小室は互いの小室が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列されており、
前記出入口を形成する前記円筒状のケーシングの両端には前記導流単位体の大径な円板を位置させてその流通孔を前記円筒状のケーシングの出入口に連通させ、
前記放熱槽は、
その内壁との間にすきまが生じる大きさの自由振動可能なスプリングを有し、
前記水素水製造システムを運転する際に、前記水素ガスと前記水とを含む流体が、０．２メガパスカルから１０メガパスカルまでの圧力で前記流体混合装置の流入口に入る直前に前記放熱槽内で前記円筒状のケーシングから熱を奪い、さらに前記放熱槽内部のスプリングに接触して、上下左右に自由に振動させ、前記流体混合装置を通過することにより、前記水素と前記水を含む流体を均一混合すべく、当該流体を撹拌することを特徴とする水素水製造システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載した水素水製造システムであって、
さらに
前記水素ガス受け入れ口から受け入れた水素ガスと前記水の受け入れ口から受け入れた水との混合流体を貯留する貯留槽と、
循環ポンプと、
アキュムレータと、
を、前記貯留槽に貯留された混合流体が、前記循環ポンプと前記アキュムレータと前記流体混合装置とを通過して前記貯留槽に戻る循環路上に配置し、当該循環路上のいずれかの位置に前記水素ガス受け入れ口と、水の受け入れ口とを配置して、
前記水素水製造システムを運転する際に、前記水素ガスと前記水とを含む流体が、０．２メガパスカルから１０メガパスカルまでの圧力で前記流体混合装置を通過して、前記水素水製造システムの前記循環路を繰り返し循環することにより、前記水素と前記水を含む流体を均一混合すべく、当該流体を撹拌することを特徴とする水素水製造システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の水素水製造システムを用いて、水素と水を含む流体を撹拌する流体撹拌ステップと、
前記流体混合装置を通過した水素水を、アルミパウチ、アルミ缶又はスチール缶に収納する収納ステップと
を有する水素水製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の水素水製造システムを移動可能なものとし、車の荷台に搭載して移動させる移動ステップと、
水素水を必要とする場において、水素水を製造して供給する水素水製造供給ステップと
を有する水素水製造方法。