(57)【要約】【課題】オゾンガスの発生を抑制し、高品質の飲料用の還元水素水を短時間で生成することができる水素水生成器及び水素水生成方法を提供すること。【解決手段】水を収納する容器部と、前記水を電気分解する電極部と、前記電極部に正電圧を供給する電圧供給部と、を有し、前記電圧供給部は、第１電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第１電圧供給期間、及び前記第１電圧値よりも低い第２電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第２電圧供給期間を周期的に組み合わせた電圧波形によって電圧供給すること。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を収納する容器部と、
前記水を電気分解する電極部と、
前記電極部に正電圧を供給する電圧供給部と、を有し、
前記電圧供給部は、第１電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第１電圧供給期間、及び前記第１電圧値よりも低い第２電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第２電圧供給期間を周期的に組み合わせた電圧波形によって電圧供給する水素水生成器。
【請求項２】
前記電圧供給部は、前記第１電圧供給期間の供給電圧値を前記第１電圧値に固定し、前記第２電圧供給期間の供給電圧値を前記第２電圧値に固定する請求項１に記載の水素水生成器。
【請求項３】
前記電圧供給部は、前記第１電圧供給期間、第２電圧供給期間、及び前記第１電圧値よりも低く且つ前記第２電圧値よりも高い第３電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第３電圧供給期間を周期的に組み合わせた電圧波形を形成する請求項１又は２に記載の水素水生成器。
【請求項４】
前記電圧供給部は、前記第１電圧値と前記第３電圧値との差を前記第３電圧値と前記第２電圧値との差の２倍とする請求項３に記載の水素水生成器。
【請求項５】
前記電極部は、前記容器部が螺着して前記水を密封する筐体と、前記筐体に設置された陽極及び陰極を含む電極ユニットとを備え、
前記筐体と前記電極ユニットとは、一体的に形成されて分離することができない請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水素水生成器。
【請求項６】
前記陰極は、チタン及び前記チタンの表面を被覆する少なくとも白金を含む被膜からなるとともに、メッシュ状に形成されている請求項５に記載の水素水生成器。
【請求項７】
前記容器部または前記電極部に、前記水に浸るように亜硫酸カルシウムを主成分とし次亜塩素酸を除去する次亜塩素酸除去材を配設させてなる請求項１乃至６のいずれか１項に記載の水素水生成器。
【請求項８】
容器に水を入れる水供給工程と、
前記水に浸漬した陽極及び陰極を含む電極ユニットに正電圧を供給する電圧供給工程と、を有し、
前記電圧供給工程において、第１電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第１電圧供給期間、及び前記第１電圧値よりも低い第２電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第２電圧供給期間を周期的に組み合わせた電圧波形によって電圧供給する水素水生成方法。
【請求項９】
前記電圧供給工程において、前記第１電圧供給期間の供給電圧値を前記第１電圧値に固定し、前記第２電圧供給期間の供給電圧値を前記第２電圧値に固定する請求項８に記載の水素水生成方法。
【請求項１０】
前記電圧供給工程において、前記第１電圧供給期間、第２電圧供給期間、及び前記第１電圧値よりも低く且つ前記第２電圧値よりも高い第３電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第３電圧供給期間を周期的に組み合わせた電圧波形によって電圧供給する請求項８又は９に記載の水素水生成方法。
【請求項１１】
前記電圧供給工程において、前記第１電圧値と前記第３電圧値との差を前記第３電圧値と前記第２電圧値との差の２倍とする請求項１０に記載の水素水生成方法。
【請求項１２】
さらに、前記水に含まれる塩化物イオンにより前記電圧供給工程を経て生じる次亜塩素酸を、亜硫酸カルシウムを主成分とする次亜塩素酸除去材により除去する次亜塩素酸除去工程、を有する請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の水素水生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道水及び市販のミネラルウォータから電解還元作用により、活性水素を多く含む還元水素水を生成する水素水生成器、及び当該水素水生成器による水素水生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、一般の水道水は、浄水場において塩素を加えることによって殺菌を行うため、水の味を悪化させ、更には残留塩素と水中の有機物とが化合して人体に悪影響を及ぼす物質が生成される可能性があることが知られていた。このため、水道水が飲料として利用されることは少なく、地下水を水源とするミネラルウォータを飲料として利用することが、特に多くなっている。
【０００３】
近年においては、体内の活性酸素を中和することにより、健康の増進、体質の改善、及び病気の治療等を図るために、飲料水内に水素を溶存させた水素水が注目されている。水素水を生成する方法としては、例えば、水に対してマグネシウム等の還元力を有する金属を投入することによって生成する方法が従来から知られている。また、水素水を生成する方法として、陰電圧を作用させることによる電解による方法も知られている。
【０００４】
電解による方法としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に、その内容が開示されている。具体的には、水中に第１〜第３の電極を配置し、第１の電極と第２の電極との間には高周波の直流・交流・直交流等の電圧を印可するとともに、第３の電極を接地して、第１の電極及び第２の電極と第３の電極との水に直流電流を流すことにより、当該水を電解するとともに酸化還元電位を低下させて還元水素水を生成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１１３５６号公報
【特許文献２】特開２００９−２２９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高濃度の還元水素水を短時間で生成する場合には、供給する電圧の値を比較的に高くすることが一般的に考えられるが、単純に電圧値を比較的に高く設定するだけでは、大量のオゾンガス（Ｏ３）が発生してしまい、生成される還元水素水の特性（活性酸素の中和）の劣化及び品質（におい等）の低下をまねいていた。すなわち、飲料用として用いることができる良好な還元水素水の生成が困難であった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、オゾンガスの発生を抑制し、高品質の飲料用の還元水素水を短時間で生成することができる水素水生成器及び水素水生成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、水を収納する容器部と、前記水を電気分解する電極部と、前記電極部に正電圧を供給する電圧供給部と、を有し、前記電圧供給部は、第１電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第１電圧供給期間、及び前記第１電圧値よりも低い第２電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第２電圧供給期間を周期的に組み合わせた電圧波形によって電圧供給する水素水生成器である。
【０００９】
このような電圧波形によって電圧供給を行うことにより、第１電圧供給期間の電圧供給にともなって電極部の温度上昇が生じたとしても、第２電圧供給期間において電圧供給を低下することで電極部の温度を下げることができる。これにより、電極部の温度上昇が抑制され、陰極における水素の発生効率を向上させ、陽極におけるオゾンの発生を抑制することができる。すなわち、オゾンガスの発生を抑制し、高品質の飲料用の還元水素水を短時間で生成することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、上述した第１の態様において、前記電圧供給部が、前記第１電圧供給期間の供給電圧値を前記第１電圧値に固定し、前記第２電圧供給期間の供給電圧値を前記第２電圧値に固定することである。これにより、電極部の温度上昇がより抑制され、陰極における水素の発生効率を一層向上させ、陽極におけるオゾンの発生を一層抑制することができる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、上述した第１の態様又は第２の態様において、前記電圧供給部が、前記第１電圧供給期間、第２電圧供給期間、及び前記第１電圧値よりも低く且つ前記第２電圧値よりも高い第３電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第３電圧供給期間を周期的に組み合わせた電圧波形を形成することである。このような供給電圧値のより細かな制御により、電極部の温度上昇がより一層抑制され、陰極における水素の発生効率を極めて向上させ、陽極におけるオゾンの発生もより良好に抑制することができる。
【００１２】
本発明の第４の態様は、上述した第３の態様において、前記電圧供給部が、前記第１電圧値と前記第３電圧値との差を前記第３電圧値と前記第２電圧値との差の２倍とすることである。このような供給電圧値のより細かな制御により、電極部の温度上昇がより一層抑制され、陰極における水素の発生効率を極めて向上させ、陽極におけるオゾンの発生もより良好に抑制することができる。
【００１３】
本発明の第５の態様は、上述した第１乃至第４のいずれかの態様において、前記電極部が、前記容器部が螺着して前記水を密封する筐体と、前記筐体に設置された陽極及び陰極を含む電極ユニットとを備え、前記筐体と前記電極ユニットとは、一体的に形成されて分離することができないことである。
【００１４】
本発明の第６の態様は、上述した第５の態様において、前記陰極が、チタン及び前記チタンの表面を被覆する少なくとも白金を含む被膜からなるとともに、メッシュ状に形成されていることである。これにより、発生する水素を容器部の水中に導くことができ、当該水素を容易に水中に溶存させることができる。
【００１５】
本発明の第７の態様は、上述した第１乃至第６のいずれかの態様において、前記容器部または前記電極部に、前記水に浸るように亜硫酸カルシウムを主成分とし次亜塩素酸を除去する次亜塩素酸除去材を配設させてなることである。
【００１６】
これにより、どんな水にも一般に塩化物イオンが含まれているため、この塩化物イオンと陽極において生成される酸素原子とにより次亜塩素酸が生成されるが、この次亜塩素酸は亜硫酸カルシウムを主成分とする次亜塩素酸除去材により還元されることになり、次亜塩素酸に特有の臭気が良好に解消される。さらに、酸素原子は亜硫酸カルシウムの硫酸カルシウムへの反応に使用されることになるので、酸素原子が水素と反応して水に戻ることを防止して水素の発生効率を一層向上させて水素濃度を効果的に高めることができるとともに、オゾンの発生を一層抑制することができる。
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の第８の態様は、容器に水を入れる水供給工程と、前記水に浸漬した陽極及び陰極を含む電極ユニットに電圧を供給する電圧供給工程と、を有し、前記電圧供給工程において、第１電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第１電圧供給期間、及び前記第１電圧値よりも低い第２電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第２電圧供給期間を周期的に組み合わせた電圧波形によって電圧供給する水素水生成方法である。
【００１８】
このような電圧波形によって電圧供給を行うことにより、第１電圧供給期間の電圧供給にともなって電極部の温度上昇が生じたとしても、第２電圧供給期間において電圧供給を低下することで電極部の温度を下げることができる。これにより、電極部の温度上昇が抑制され、陰極における水素の発生効率を向上させ、陽極におけるオゾンの発生を抑制することができる。すなわち、オゾンガスの発生を抑制し、高品質の飲料用の還元水素水を短時間で生成することができる。
【００１９】
本発明の第９の態様は、上述した第８の態様において、前記電圧供給工程で前記第１電圧供給期間の供給電圧値を前記第１電圧値に固定し、前記第２電圧供給期間の供給電圧値を前記第２電圧値に固定することである。これにより、電極部の温度上昇がより抑制され、陰極における水素の発生効率を一層向上させ、陽極におけるオゾンの発生を一層抑制することができる。
【００２０】
本発明の第１０の態様は、上述した第８の態様又は第９の態様において、前記電圧供給工程で前記第１電圧供給期間、第２電圧供給期間、及び前記第１電圧値よりも低く且つ前記第２電圧値よりも高い第３電圧値を平均供給電圧値として電圧供給する第３電圧供給期間を周期的に組み合わせた電圧波形によって電圧供給することである。このような供給電圧値のより細かな制御により、電極部の温度上昇がより一層抑制され、陰極における水素の発生効率を極めて向上させ、陽極におけるオゾンの発生もより良好に抑制することができる。
【００２１】
本発明の第１１の態様は、上述した第１０の態様において、前記電圧供給工程で前記第１電圧値と前記第３電圧値との差を前記第３電圧値と前記第２電圧値との差の２倍とすることである。このような供給電圧値のより細かな制御により、電極部の温度上昇がより一層抑制され、陰極における水素の発生効率を極めて向上させ、陽極におけるオゾンの発生もより良好に抑制することができる。
【００２２】
本発明の第１２の態様は、請求項８乃至第１１のいずれかの態様において、さらに、前記水に含まれる塩化物イオンにより前記電圧供給工程を経て生じる次亜塩素酸を、亜硫酸カルシウムを主成分とする次亜塩素酸除去材により除去する次亜塩素酸除去工程を有することである。
【００２３】
これにより、どんな水にも一般に塩化物イオンが含まれているため、この塩化物イオンと陽極において生成される酸素原子とにより次亜塩素酸が生成されるが、この次亜塩素酸は亜硫酸カルシウムを主成分とする次亜塩素酸除去材により還元されることになり、次亜塩素酸に特有の臭気が良好に解消される。さらに、酸素原子は亜硫酸カルシウムの硫酸カルシウムへの反応に使用されることになるので、酸素原子が水素と反応して水に戻ることを防止して水素の発生効率を一層向上させて水素濃度を効果的に高めることができるとともに、オゾンの発生を一層抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る水素水生成器及び水素水生成方法によれば、オゾンガスの発生を抑制し、高品質の飲料用の還元水素水を短時間で生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施例に係る水素水生成器の分解概略図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る水素水生成器の電極部の上面図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る電極部の電極の分解斜視図である。
【図４】本発明の第１実施例に係る水素水生成器１０の部分的なブロック図である。
【図５】本発明の第１実施例に係る水素水生成器において用いられる電圧波形である。
【図６】還元水素水が生成されるまでの各生成行程を説明するための水内の概略図である。
【図７】還元水素水が生成されるまでの各生成行程を説明するための水内の概略図である。
【図８】還元水素水が生成されるまでの各生成行程を説明するための水内の概略図である。
【図９】本発明の第１実施例の変形例に係る電圧波形である。
【図１０】本発明の第１実施例の変形例に係る電圧波形である。
【図１１】本発明の第２実施例に係る、次亜塩素酸除去部材を備えた水素水生成器の電極部の上面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ線に沿う、次亜塩素酸除去部材を備えた水素水生成器の電極部の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について、実施例及び変形例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施例の説明に用いる図面は、いずれも本発明による水素水生成器を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、各構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、実施例及び変形例で用いる様々な数値は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて様々に変更することが可能である。
【００２７】
＜第１実施例＞
（水素水生成器の構成）
先ず、図１乃至図３を参照しつつ、第１実施例に係る水素水生成器の全体構成及び各構成部材を説明する。図１は本実施例に係る水素水生成器の分解概略図であり、図２は本実施例に係る水素水生成器の電極部の上面図であり、図３は本実施例に係る電極部の電極の分解斜視図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施例に係る水素水生成器１０は、水を収納する容器部１１と、水を電気分解する電極部１２と、電極部１２に所望の正電圧を供給する電圧供給部１３を有している。本実施例に係る水素水生成器１０においては、容器部１１内に水道水又はミネラルウォータ等の水を入れ、容器部１１の一端を電極部１２に螺着し、電圧供給部１３から所定の波形で電圧を電極部１２に供給することで容器部１１内の水が電気分解され、当該水が良質の還元水素水に変化する。
【００２９】
容器部１１は、プラスチックからなる円筒体２１、及び円筒体２１の一端部を閉塞するキャップ体２２から構成されている。ここで、円筒体２１の一端部の内側面及びキャップ体２２には、当該螺着をなすための凹凸が形成されており、円筒体２１の一端部の内側面に形成された凹凸（図示せず）及びキャップ体２２に形成された凹凸（図示せず）を噛み合わせることにより、キャップ体２２を円筒体２１の一端部に螺着することができる。また、キャップ体２２には、ゴム等の弾性体からなるオーリング（図示せず）が設けられており、円筒体２１とキャップ体２２とを隙間なく螺着することができる。このため、円筒体２１とキャップ体２２との接触部分から水が漏れだすことはない。
【００３０】
図１及び図２から分かるように、電極部１２は、略円盤状の筐体２３、及び筐体２３に設置された電極ユニット２４を備えている。筐体２３の上面２３ａには、円筒体２１の他端部（キャップ体２２が配置される端部とは反対側の端部）を装着するための溝部２５が形成されている。また、溝部２５の側面には凸部が形成されており、円筒体２１の他端部の外側面に形成された凹部が当該凸部と噛み合うことにより、円筒体２１の他端部が筐体２３に螺着されることになる。更に、溝部２５の底面には、ゴム等の弾性体からなるオーリング（図示せず）が設けられており、円筒体２１と筐体２３とを隙間なく螺着することができる。このため、円筒体２１と筐体２３との接触部分から水が漏れだすことはない。
【００３１】
そして、筐体２３の中央部には、平面形状が略正方形の開口２６が設けられており、開口２６から電極ユニット２４が露出している。すなわち、電極ユニット２４は筐体２３の内部に配設されているものの、開口２６を介して容器部１１内の水が浸入することにより、容器部１１内の水中に電極ユニット２４を浸漬することが可能となり、容器部１１内の水を電気分解することができる。
【００３２】
図３に示すように、電極ユニット２４は、メッシュ状に形成された陽極３１、メッシュ状に形成された陰極３２、及び陽極３１と陰極３２とを対向させ且つ離間して保持する枠体３３から構成されている。陽極３１及び陰極３２は、例えば、チタン（Ｔｉ）からなるメッシュ状の金属体の表面に白金（Ｐｔ）・イリジウム（Ｉｒ）（白金の薄膜及びイリジウム薄膜からなる被膜）及びこれらの混合物（白金及びイリジウムを混合して形成された被膜）が被覆された構造を有している。すなわち、各電極は、チタン層上に白金（Pt）・イリジウム（Ir）及びこれらの混合物の層が積層された２層ないし３層構造を有していることになる。なお、陽極３１については、白金（Ｐｔ）・イリジウム（Ｉｒ）及びこれらの混合物等の層が形成されること無く、チタン層（すなわち、チタンの金属体）のみから構成されていてもよい。本実施例においては、製造上のコスト低減及び組み立て作業の容易化の観点から、陽極３１及び陰極３２を同一の構造としている。また、陽極３１及び陰極３２の材料は、チタン・白金（Ｐｔ）・イリジウム（Ｉｒ）及びこれらの混合物等に限られることなく、電極ユニット２４が浸漬することになる水中において、人体に悪影響を及ぼすガス又は有機物等を生成することがなければ、他の金属を用いることもできる。例えば、チタン合金及びマグネシウム等を用いて、表層部に白金系被膜や水素化マグネシウムを被覆させてもよい。
【００３３】
陽極３１及び陰極３２をメッシュ状に形成する理由は、陰極３２で発生する水素を筐体２３の外部に放出し、容器部１１内に収納された水に溶存させやすくするためである。なお、陽極３１及び陰極３２の形状はメッシュ状に限定されることなく、陰極３２で発生する水素を筐体２３の外部に放出することができれば他の形状であってもよい。例えば、板状の電極に多数の貫通孔を設けた形状であってもよい。
【００３４】
枠体３３は、プラスチック又はその他の絶縁材料から構成されており、陽極３１及び陰極３２を導通させることなく、離間して対向させつつ保持している。また、枠体３３の内側面には溝（図示せず）が形成されており、当該溝に陽極３１及び陰極３２が嵌めこまれることによって保持されている。なお、陽極３１及び陰極３２の保持方法としては、人体に影響がない接着剤等を用いてもよい。加えて水素を安定化を付加するために陽イオン樹脂被膜を用いてもよい。
【００３５】
本実施例における電極部１２は、筐体２３と電極ユニット２４が一体的に形成されており、筐体２３から電極ユニット２４を分離することができない構造を備えている。すなわち、電極部１２の製造工程において筐体２３内に配設された電極ユニット２４は、その後の製造工程及び水素水生成器１０の使用の前後において取り出すことができなくなっている。
【００３６】
図１に示すように、電圧供給部１３は、筐体４１、筐体４１内に配設された電圧供給回路４２、外部電源に接続するためのアダプタ４３を有している。ここで、アダプタ４３と電圧供給回路４２とは配線４４によって電気的に接続されている。また、筐体４１の一端には凸部４１ａが設けられ、電極部１２の筐体２３の下面２３ｂには当該凸部４１ａに対応する凹部（図示せず）が設けられている。すなわち、筐体２３の凹部に筐体４１の凸部４１ａを嵌挿することができ、電極部１２の筐体２３と電圧供給部１３の筐体４１とは着脱自在となっている。更に、筐体４１の凸部４１ａの表面には電圧供給回路４２と電気的に接続された接続端子（図示せず）が露出しており、筐体２３の凹部の表面には陽極３１及び陰極３２に電気的に接続された接続端子（図示せず）が露出している。そして、筐体２３の凹部に筐体４１の凸部４１ａを嵌挿すると、筐体４１の凸部４１ａの表面における接続端子が筐体２３の凹部の表面における接続端子と接触し、電圧供給回路４２から陽極３１及び陰極３２に対して所定の波形の電圧を供給することができる。
【００３７】
なお、電圧供給部１３は、アダプタ４３を有することなく、乾電池又は充電池（蓄電池）等の各種の電池を使用することができる構造としてもよい。
【００３８】
次に、図４及び図５を参照しつつ、電極ユニット２４への電圧供給について説明する。図４は、電圧供給を説明するための水素水生成器１０の部分的なブロック図である。また、図５は、電圧供給回路４２から電極ユニット２４に供給される電圧の波形である。なお、図５において、横軸が時間（秒）であり、縦軸が電圧値（ボルト）である。
【００３９】
図４に示すように、例えば、外部電源５１から供給される０．１〜２４０Ｖの交流電圧は、アダプタ４３において、約１〜３６Ｖ（本実施例では、約６Ｖ）の直流電圧に変換される。そして、アダプタ４３で変換された約６Ｖの直流電圧は、電圧供給部１３の電圧供給回路４２に供給される。電圧供給回路４２は、６Ｖの電圧が常時供給される電圧波形を図５に示す電圧波形に変換し、図５に示す電圧波形によって電極ユニット２４に電圧供給をする。すなわち、本実施例の水素水生成器１０においては、陽極３１と陰極３２との間の電位差が図５に示すように変化することになる。
【００４０】
電圧供給回路４２から電極ユニット２４へ供給される電圧波形は、例えば、図５に示すように、６Ｖ（第１電圧値）で電圧供給をする１秒間である第１電圧供給期間、４．５Ｖ（第２電圧値）で電圧供給をする０．５秒間である第２電圧供給期間、及び５Ｖ（第３電圧値）で電圧供給をする１秒間である第３電圧供給期間を周期的に組み合わせて形成されている。ここで、第１電圧供給期間においては、供給電圧値を６Ｖに固定しているため、第１電圧供給期間の平均供給電圧値が第１電圧値である６Ｖとなる。同様に、第２電圧供給期間においては、供給電圧値を４．５Ｖに固定しているため、第２電圧供給期間の平均供給電圧値が第２電圧値である４．５Ｖとなり、第３電圧供給期間においては、供給電圧値を５Ｖに固定しているため、第３電圧供給期間の平均供給電圧値が第３電圧値である５Ｖとなる。
【００４１】
このような電圧波形によって電圧供給を行うことにより、第１電圧供給期間の電圧供給にともなって電極ユニット２４の温度上昇が生じたとしても、第２電圧供給期間及び第３電圧供給期間において電圧供給を低下することで電極ユニット２４の温度を下げることができる。これにより、電極ユニット２４の温度上昇が抑制され、陰極３２における水素の発生効率を向上させ（すなわち、水素の発生量を増加させ）、陽極３１におけるオゾンの発生を抑制することができる。
【００４２】
また、本実施例においては、電圧供給期間内の最低電圧値（４．５Ｖ：第２電圧値）から最高電圧値（６Ｖ：第１電圧値）まで電圧値の変化を、中間電圧値（５Ｖ：第３電圧値）を経由して段階的に行っている。これにより、電気分解に必要な電圧値を維持しつつ、電極ユニット２４の温度上昇を良好に抑制することができ、陰極３２における水素の発生を一層向上させることができる。
【００４３】
更に、本実施例においては、電圧供給期間内の最高電圧値（６Ｖ：第１電圧値）と中間電圧値（５Ｖ：第３電圧値）との差（１Ｖ）を、電圧供給期間内の中間電圧値（５Ｖ：第３電圧値）と最低電圧値（４．５Ｖ：第２電圧値）との差（０．５Ｖ）の２倍に設定している。このような電圧制御を行うことにより、電気分解に必要な電圧値を維持しつつ、電極ユニット２４の温度上昇をより一層良好に抑制することができ、陰極３２における水素の発生をより一層向上させることができる。
【００４４】
（水素水生成器の使用方法）
次に、図６乃至図８を参照しつつ、本実施例に係る水素水生成器１０の使用方法、及び還元水素水の生成行程を説明する。図６乃至図８は、還元水素水が生成されるまでの各生成行程を説明するための水内の概略図である。
【００４５】
先ず、容器部１１に市販されているミネラルウォータを入れ（水供給工程）、容器部１１を電極部１２に螺着して水を密封する。次に、電極部１２を電圧供給部１３に嵌挿させ、電圧供給部１３上に、容器部１１及び電極部１２によって密閉された空間に収納された水をセットする。その後、アダプタ４３を外部電源に差し込み、電圧供給部１３の筐体４１の表面に設けられたスイッチ（図示せず）を押し、電圧供給部１３の電圧供給回路４２から電極部１２の電極ユニット２４に電圧供給を開始する。この際、図５に示す電圧波形によって電圧が供給される（電圧供給工程）。これにより、容器部１１内の水中において、水素の生成が開始される。
【００４６】
次に、図６に示すように、上述した電圧波形による電圧供給を開始すると、容器部１１の水５２が電気分解して、水素イオン（Ｈ＋）５３及び水酸化物イオン（（ＯＨ−）図示せず）が発生することになる。また、図６に示すように、市販されているミネラルウォータである水５２内には、ミネラルイオン５４が含まれている。ここで、ミネラルイオンとは、例えば、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、バナジウム等の陽イオンである。
【００４７】
上述した電圧波形による電圧供給を続けることにより、水素イオン５３が陰極３２に引き寄せられるとともに、ミネラルイオン５４も陰極３２に引き寄せられることになる。この際、上述した電圧供給を行うため、陰極３２における温度上昇が抑制され、効率良く水素イオン５３及びミネラルイオン５４を陰極３２に引き寄せることができる。なお、陽極３１には水酸化物イオンが引き寄せられている。
【００４８】
次に、図７に示すように、陰極３２に集まった水素イオン５３は、陰極３２から電子を受け取り、水素原子（Ｈ）５５として陰極３２の周囲に存在することになる。また、ミネラルイオン５４も陰極３２から電子を受け取り、ミネラル原子５６（図８に示す）として陰極３２の周囲に存在することになる。
【００４９】
ここで、一般には、水素原子５５は、互いに結びつくことにより水素分子（Ｈ２）として気化してしまい、水５２中に溶存することが困難である。しかしながら、本実施例においては、図８に示すように、陰極３２を構成する白金を触媒として、水素原子５５とミネラル原子５６とが容易に結びつくことになる。すなわち、ミネラル原子５６に少なくとも１つ以上の水素原子５５が吸蔵されることになる。具体的には、陰極３２において、水素化ナトリウム（ＮａＨ）、水素カルシウム（ＣａＨ２）、又は水素化カリウム（ＫＨ）等の水素化合物が生成されることになる。これにより、水素の気化を防止することができ、水５２内に水素を長期的に溶存させておくことが可能になる。このような技術を、「水素カプセル化テクノロジー（hydrogen encapsulation technology）」と称する。
【００５０】
一方、陽極３１に集まる水酸化物イオンは、陽極３１に電子を渡すことにより、酸素分子（Ｏ２）５７となって気化することになる。なお、水酸化物イオンは、電子を陽極３１に渡すことにより、水５２へと変化もする。ここで、上述した電圧供給を行うため、陽極３１における温度上昇が抑制され、オゾンの発生が抑制される。
【００５１】
以上の行程を経て、オゾン臭のしない優れた還元水素水が容易かつ短時間で生成されることになる。
【００５２】
なお、ミネラルウォータに代えて水道水を用いてもよい。このような場合には、電極板等への負担を避けるために塩素除去をした水道水が条件となるが、ミネラルウォータ同等もしくはより豊富にミネラル成分が水中に存在しているため、水素カプセル化テクノロジーを利用し、上述した電圧波形による電圧供給によって容易かつ短時間で、オゾン臭のしない優れた還元水素水を生成することができる。
【００５３】
（各種の水素水生成器との比較）
次に、以下の表１を参照しつつ、本実施例に係る水素水生成器１０と一般に販売されている水素水生成器との比較結果を説明する。評価内容としては、水量を３００ミリリットルとした場合に、水中の水素濃度が３００ｐｐｍ及び５００ｐｐｍに到達するまでの時間を比較した。ここで、ビクトリージャンパン株式会社の『ルルド』を比較製品Ａとし、株式会社日省エンジニアリングの『Ｍｙ  神透水ボトル』を比較製品Ｂとし、ミライプラス株式会社の『水素水サーバー  ＳＯＭＡ』を比較製品Ｃとした。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
表１に示すように、本実施例に係る水素水生成器１０を使用すると、比較製品Ａ〜Ｃと比較して、水素濃度が３００ｐｐｍに到達するまでの時間が約１分以上も早く、水素濃度が５００ｐｐｍに到達するまでの時間が約２分半以上も早いことが分かった。このように、本実施例に係る水素水生成器１０が他社製品と比較して優れていることは、上述した電圧波形に起因するものであり、陰極の温度上昇を抑制したことによるものと考えられる。
【００５６】
＜変形例＞
上述した実施例においては、図５に示すように、電圧供給回路４２から電極ユニット２４への電圧供給に係る電圧波形は、供給電圧値が３段階に設定され、第１電圧供給期間、第２電圧供給期間、及び第３電圧供給期間を組み合わせて形成されていた。電圧波形は、図５に示すものに限定されることなく、例えば、図９又は図１０に示すような電圧波形であってもよい。ここで、図９及び図１０は、図５と同様に示す、変形例に係る電圧波形である。
【００５７】
図９に示すような他の電圧波形は、例えば、６Ｖ（第１電圧値）で電圧供給をする２秒間である第１電圧供給期間、及び３Ｖ（第２電圧値）で電圧供給をする０．５秒間である第２電圧供給期間を周期的に組み合わせて形成されている。ここで、第１電圧供給期間においては、供給電圧値を６Ｖに固定しているため、第１電圧供給期間の平均供給電圧値が第１電圧値である６Ｖとなる。同様に、第２電圧供給期間においては、供給電圧値を３Ｖに固定しているため、第２電圧供給期間の平均供給電圧値が第２電圧値である３Ｖとなる。
【００５８】
また、図１０に示すような他の電圧波形は、例えば、５Ｖを振幅の基準とした正弦波において、２周期に１回の頻度で下に凸となる部分を上に凸と変更している。より具体的には、電圧供給が開始されると、最初の１秒間（０秒〜１秒）、次の１秒間（１秒〜２秒）、及び更に次の１秒間（２秒〜３秒）は、上に凸となるグラフとなり、更に続く１秒間（３秒から４秒）は下に凸となるグラフとなり、当該１秒〜４秒間の変化をその後も周期的に繰り返している。すなわち、図１０における電圧波形は、５Ｖ以上で電圧値を変化させて電圧供給をする３秒間である第１電圧供給期間、及び５Ｖ以下で電圧値を変化させて電圧供給をする１秒間である第２電圧供給期間を周期的に組み合わせて形成されている。ここで、電圧波形の両振幅（最大電圧値と最小電圧値との差）は約３〜５Ｖであり、第１電圧供給期間における平均供給電圧値は約６Ｖであり、第２電圧供給期間における平均供給電圧値は約４Ｖである。
【００５９】
これらの電圧波形によって電圧供給を行うことにより、第１電圧供給期間の電圧供給にともなって電極ユニット２４の温度上昇が生じたとしても、第２電圧供給期間電圧供給を低下することで電極ユニット２４の温度を下げることができる。これにより、電極ユニット２４の温度上昇が抑制され、陰極３２における水素の発生効率を向上させ（すなわち、水素の発生量を増加させ）、陽極３１におけるオゾンの発生を抑制することができる。
【００６０】
＜第２実施例＞
第２実施例は、上記第１実施例と比較して、水素水生成器に亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ３）を主成分とする次亜塩素酸除去材を追加して配設する点が異なっており、以下、図１１及び図１２を参照しつつ、第２実施例に係る水素水生成器について説明する。なお、上記第１実施例と共通する部分については適宜説明を省略し、上記第１実施例と異なる点について説明する。図１１は本実施例に係る次亜塩素酸除去材を備えた水素水生成器の電極部の上面図であり、図１２は図１１のＡ−Ａ線に沿う本実施例に係る次亜塩素酸除去材を備えた水素水生成器の電極部の縦断面図である。
【００６１】
図１１及び図１２に示すように、本実施例に係る水素水生成器１１０は、水を収納する容器部１１と、水を電気分解する電極部１１２と、電極部１１２に所望の正電圧を供給する電圧供給部１３を有して構成されている。
【００６２】
電極部１１２には、筐体２３の上面２３ａに電極ユニット２４を囲むように位置して、次亜塩素酸除去ユニット６０が配設されている。次亜塩素酸除去ユニット６０は、次亜塩素酸除去材収容部材６２と、次亜塩素酸除去材収容部材６２に収容された次亜塩素酸除去材８０とで構成されている。
【００６３】
次亜塩素酸除去材８０は、各々球状（ボール状）に成形された小径（例えば、φ５mm程度）の次亜塩素酸除去ボール８２を複数使用して構成されている。
【００６４】
次亜塩素酸除去材収容部材６２は、底部６５に円筒状の外周壁６６及び電極ユニット２４を囲む内周壁６７が立設されて容器部１１側に開口する室６８の形成された収容部材本体６４と、外周壁６６及び内周壁６７の各上端縁部に接合されて収容部材本体６４の容器部１１側の開口を塞ぐ蓋部材７０とから構成されている。そして、次亜塩素酸除去材収容部材６２は、底部６５が上面２３ａにビス等で接合されて筐体２３に固定されている。
【００６５】
蓋部材７０は、同心円状の複数のスリット７２が穿設され、収容部材本体６４の室６８内にスリット７２を介して水を浸入させることが可能に構成されている。なお、スリット７２は、次亜塩素酸除去ボール８２が貫通しない程度の幅に寸法が設定されており、これにより、次亜塩素酸除去ボール８２、即ち次亜塩素酸除去材８０が次亜塩素酸除去材収容部材６２に収容された状態に保持される。
【００６６】
以下、このように構成された第２実施例に係る水素水生成器の作用及び効果について説明する。
上記第１実施例で説明したと同様、第２実施例に係る水素水生成器１１０においても、容器部１１内に水道水又はミネラルウォータ等の水を入れ、容器部１１の一端を電極部１１２に螺着し、電圧供給部１３から所定の波形で電圧を電極部１１２に供給することで容器部１１内の水が電気分解され、当該水が良質の還元水素水に変化する。
【００６７】
この際、上述したように、電極部１１２の陽極３１に集まる水酸化物イオンは、陽極３１に電子を渡すことにより、酸素分子（Ｏ２）５７となって気化する。このときの化学反応式は式(1)に示す通りである。
２Ｈ２Ｏ  →  Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−    ・・・(1)
【００６８】
しかしながら、実際には酸素分子（Ｏ２）５７は、反応の過程において途中生成物である酸素原子（Ｏ）として水中にて一時的に存在し、一方どんな水でも一般に塩化物イオン（Ｃｌ−）を含んでおり、上記電気分解時において、塩化物イオン（Ｃｌ−）が活性化して酸素原子（Ｏ）と塩化物イオン（Ｃｌ−）とが反応し、次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）が生成される。このときの化学反応式は式(2)に示す通りである。
Ｃｌ−＋Ｏ  →  ＣｌＯ−  ・・・(2)
【００６９】
この次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）は、所謂塩素臭と呼ばれる特有の臭気を発生することが知られている。
次亜塩素酸除去ボール８２、即ち次亜塩素酸除去材８０は、亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ３）を主成分としていることから、水中に次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）が存在すると、この次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）と還元反応を起こし、塩化物イオン（Ｃｌ−）と硫酸カルシウムイオン（Ｃａ２＋＋ＳＯ４２−）とを生成する（次亜塩素酸除去工程）。このときの化学反応式は式(3)に示す通りである。
ＣａＳＯ３＋ＣｌＯ−  →  Ｃｌ−＋Ｃａ２＋＋ＳＯ４２−  ・・・(3)
【００７０】
これにより、反応の過程において一時的に生成される酸素原子（Ｏ）と塩化物イオン（Ｃｌ−）との反応により生成される次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）が次亜塩素酸除去材８０によって良好に塩化物イオン（Ｃｌ−）に還元される。塩化物イオン（Ｃｌ−）は、次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）とは異なり臭気を発生することはない。故に、次亜塩素酸除去材８０を使用することで、次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）の有する特有の臭気を解消することができる。
【００７１】
ところで、この一時的に生成される酸素原子（Ｏ）の一部は、発生した水素原子（Ｈ）５５と反応して水（Ｈ２Ｏ）に戻ってしまうと考えられるのであるが、酸素原子（Ｏ）は、上述のように次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）を経て次亜塩素酸除去材８０中の亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ３）との反応に使用されるので、この酸素原子（Ｏ）と反応して水（Ｈ２Ｏ）に戻ってしまう水素原子（Ｈ）５５が減少し、水中における水素原子（Ｈ）５５の量が増加すると考えられる。これにより、次亜塩素酸除去材８０を使用することで、生成された水素水中の水素濃度を効果的に高めることができる。
【００７２】
また、酸素原子（Ｏ）は、上述のように亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ３）との反応に使われて硫酸カルシウムイオン（Ｃａ２＋＋ＳＯ４２−）になるので、次亜塩素酸除去材８０を使用することで、併せてオゾンの発生も一層効果的に抑制される。
【００７３】
なお、上記第２実施例では、次亜塩素酸除去材８０を備えた次亜塩素酸除去ユニット６０を電極部１１２の筐体２３の上面２３ａに設ける場合を例に説明したが、次亜塩素酸除去ユニット６０の配設位置は次亜塩素酸除去材８０が水に浸るような位置であれば電極部１１２の筐体２３の上面２３ａに限定されるものではなく、次亜塩素酸除去ユニット６０を容器部１１に設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０    水素水生成器
１１    容器部
１２    電極部
１３    電圧供給部
２１    円筒体
２２    キャップ体
２３    筐体
２３ａ    上面
２３ｂ    下面
２４    電極ユニット
２５    溝部
２６    開口
３１    陽極
３２    陰極
３３    枠体
４１    筐体
４１ａ  凸部
４２    電圧供給回路
４３    アダプタ
４４    配線
５１    外部電源
６０    次亜塩素酸除去ユニット
８０    次亜塩素酸除去材
８２    次亜塩素酸除去ボール
【図１】
2015186798.tif 000004
【図２】
2015186798.tif 000005
【図３】
2015186798.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2015186798.tif 000009
【図７】
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【図８】
2015186798.tif 000011
【図９】
2015186798.tif 000012
【図１０】
2015186798.tif 000013
【図１１】
2015186798.tif 000014
【図１２】
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