(57)【要約】【課題】  酸化還元電位が−４００ｍＶ〜−６８０ｍＶ、ｐＨが中性で、１２０μｍ〜２μｍの水素の微細気泡を大量に含んだ加水素水の提供。【解決手段】  両端開口の密閉管体内に、拡散室をダブルチューブ構造で設け、拡散室に厚さ１０ｍｍ、孔径２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）のステンレス製多孔質要素を設け、密閉管体に、酸化還元電位３５７ｍＶ、ｐＨ７．２５、水温１３．２℃の水道水を０．２ＭＰａ、水量１５Ｌ／分で供給し、０．２５ＭＰａ、流量０．５Ｌ／分に調整した水素ガスを供給し、原料水と混合し、多孔質要素を通過させて拡散室に拡散させて、水量１０Ｌ／分、水温１３．３℃、溶存水素量１．３１ｐｐｍ、酸化還元電位が−６１５ｍＶで、直径２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）の微細気泡を大量に含んだ加水素水を得る。必要に応じて、この加水素水製造装置を２基以上連結する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化還元電位が−４００ｍＶ〜−６８０ｍＶで、ｐＨが中性で、０．５〜１．６ｐｐｍの量の水素ガスを、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲のミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルの混合気泡として大量に含んだ加水素水。
【請求項２】
（イ）両端開口の密閉管体内に、拡散室をダブルチューブ構造で設けることと、
（ロ）拡散室に所定の孔径を有する多孔質要素を設けることと、
（ハ）密閉管体に、原料水を高圧で供給することと、
（ニ）密閉管体に、水素を供給し、原料水と混合して水と水素の混合流体を形成することと、
（ホ）前記混合流体を、前記多孔質要素を通過させて拡散室に拡散することと、
（ヘ）製造された加水素水を密閉管体から取り出すことを含む水素を微細気泡として大量に含んだ加水素水の製造方法。
【請求項３】
微細気泡が、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲のミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルの混合気泡である請求項２に記載した加水素水の製造方法。
【請求項４】
前記多孔質要素の孔の直径が１２０μｍ〜２μｍである請求項２または３に記載した加水素水の製造方法。
【請求項５】
前記多孔質要素が、金属またはセラミックスの焼結体である請求項２〜４のいずれか１項に記載した加水素水の製造方法。
【請求項６】
（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。
【請求項７】
微細気泡が、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲のミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルの混合気泡である請求項６に記載した加水素水の製造装置。
【請求項８】
前記多孔質要素の孔の直径が１２０μｍ〜２μｍである請求項６または７に記載した加水素水の製造装置。
【請求項９】
前記多孔質要素が、金属またはセラミックスの焼結体である請求項６〜８のいずれか１項に記載した加水素水の製造装置。
【請求項１０】
原料水の供給圧力が０．１〜０．５ＭＰａである請求項６〜９のいずれか１項に記載した加水素水の製造装置。
【請求項１１】
原料水の供給量が８〜２０リットル／分である請求項６〜１０のいずれか１項に記載した加水素水の製造装置。
【請求項１２】
水素の供給圧力が０．２〜０．８ＭＰａである請求項６〜１１のいずれか１項に記載した加水素水の製造装置。
【請求項１３】
水素の供給量が０．１〜１リットル／分である請求項６〜１２のいずれか１項に記載した加水素水の製造装置。
【請求項１４】
請求項６〜１３のいずれか１項に記載した装置を２基以上連結した加水素水の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細気泡を含有する加水素水、およびそれを製造する方法ならびに装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒトを含む哺乳動物（以下「生体」という）の体内には種々の酸化還元系が存在し、またその中の多くは相互に共役して生体内酸化還元反応に関与している。生体内酸化還元系の酸化還元電位は、反応の自由エネルギー変化および平衡定数と直接に関係しており、これらの反応の方向を予言するのに役立つものである。
【０００３】
哺乳動物の臓器、或いは生体内反応の酸化還元反応は電位が低く、通常−１００ｍＶ〜−４００ｍＶの範囲であり、そのｐＨは３〜７の範囲である。体液の酸化還元電位が高くなると活性酸素が滞留し易く、器官に障害が出てくると云われている。とくに、腸内微生物が活発に活動して栄養成分を消化吸収する腸内は、嫌気性の還元雰囲気に維持されている必要がある。
【０００４】
たとえば、生体内における、「酢酸＋ＣＯ２＋２Ｈ＋／α−ケトグルタル酸反応」の酸化還元電位は−６７３ｍＶ、「酢酸＋ＣＯ２／ピルビン酸反応」の酸化還元電位は−６９９ｍＶ、「酢酸＋２Ｈ＋／アセトアルデヒド反応」の酸化還元電位は−５８１ｍＶ、フェレドキシンの酸化還元電位は−４１３ｍＶ、「キサンチン＋Ｈ＋／ヒポキサンチン＋Ｈ２Ｏ」の酸化還元電位は−３７１ｍＶ、「尿酸＋Ｈ＋／キサンチン＋Ｈ２Ｏ」の酸化還元電位は−３６０ｍＶ、「アセト酢酸＋２Ｈ＋／β−ヒドロキシ酪酸反応」の酸化還元電位は−３４６ｍＶ「シスチン＋２Ｈ＋／２システイン反応」の酸化還元電位は−３４０ｍＶである。
【０００５】
このように生体内における酵素、補酵素、代謝関連物質の反応は、酸化還元電位が低い環境下にある。また、酸化還元電位が低い水、または食品は、身体を酸化させる活性酸素や、１個又はそれ以上の不対電子を有する分子或いは原子、即ち、フリーラジカルを分離、消去する作用があって、ＳＯＤ（スーパーオキシドジムスターゼ）という活性酸素消去酵素の反応を促進させると云われている。
【０００６】
酸化還元反応を始めとする体内の代謝反応の場を提供しているのが、体液である。体液は生体のほぼ６０％を占めている。体液は、水を中心として、電解質、タンパク質等を重要な構成要素としている。これが、酸化還元電位が低い水が生体内にとって有効な理由である。
【０００７】
ところで、水道水の酸化還元電位は＋４００〜＋８００ｍＶ、ｐＨが６．５〜８の範囲である。従って、水道水は、酸化還元電位が−１００ｍＶ〜−４００ｍＶの範囲の生体臓器とバランスがとれないと考えられる。
【０００８】
現在、酸化体と還元体の混合状態にある水、たとえば水道水の酸化還元電位をマイナスにする方法として、たとえば電気分解法、高周波電流印加法等幾つか提案されている。然しながら、いずれも酸化還元電位の値とｐＨのバランスが、生体内酸化還元反応の観点から、理想的な方法ではなかった。
【０００９】
生体反応の中には、酸化還元反応を伴う反応が多く、代謝反応等に極めて重要な役割を担っている。また、生体に限らず、酸化体と還元体を含んだ系（溶液）において、白金のようにそれ自体は酸化還元反応に関与しない不活性な電極を、その溶液に浸すと、電極間に電位差が現れる。この電位差が、酸化還元電位（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ−Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ＝ＯＲＰ）で、単位はｍＶで表される。今、ある物質の酸化体の活量を［Ｏｘ］、還元体の活量を［Ｒｅｄ］と表すと、両者の混合状態は、式（１）で表される。
［Ｏｘ］＋ｎｅ→［Ｒｅｄ］                            （１）
式（１）において、ｅは電子、ｎは移動する電子数である。
【００１０】
式（１）で表した電極反応式の酸化還元電位（ＥｍＶ）は、ネルンスト（Ｎｅｒｎｓｔ）の式（２）で表される。
Ｅ＝Ｅ０＋（ＲＴ／ｎＦ）ｌｎ［Ｏｘ］／［Ｒｅｄ］      （２）
式（２）において、Ｒは気体定数（８．３１Ｊｍｏｌ−１Ｋ−１）、Ｔは絶対温度（Ｋ）、Ｆはファラデー定数（９６４０６ＪＶ−１）である。Ｅ０は、［Ｏｘ］＝［Ｒｅｄ］の時の標準酸化還元電位である。
【００１１】
式（２）において、ｌｎ［Ｏｘ］／［Ｒｅｄ］は、自然対数である。従って、分母、即ち［Ｒｅｄ］を、分子、即ち［Ｏｘ］より、極端に大きくすればするほど、酸化還元電位Ｅのマイナス（−）値を大きくすることができることになる。即ち、理論的には、還元体［Ｒｅｄ］の活量を、酸化体［Ｏｘ］の活量より大きくすればするほど、酸化還元電位をマイナス（−）値にすることができる。
【００１２】
つまり、酸化体と還元体の混合状態にある原料水に水素を吹き込んで原料水の酸化還元電位をマイナス電位に低下させる方法においては、還元体［Ｒｅｄ］の活量を、酸化体［Ｏｘ］の活量より大きくすることが重要となる。この場合、酸化体と還元体の混合状態にある原料水を、シリカ系石英斑岩に金属を担持させた還元触媒と接触させながら水素を吹き込むと、効率が良くなるので好ましい。
【００１３】
本発明者らは、上述した理論的背景のもとに、これまでにも幾つかの水素水製造装置等を開発している（特許文献１）。
【００１４】
特許文献１には、「反応槽と、反応槽に水密結合された原料水供給系パイプと、反応槽に水密結合された減圧系パイプと、反応槽に水密結合された水素供給系パイプと、反応槽に水密結合された生成水取出し系パイプから構成される水素水製造装置であって、
（イ）反応槽が、透孔を有する仕切り板を介して少なくとも２個の上部チャンバと下部チャンバに分割されていて、仕切り板の上に還元触媒を載置したこと、
（ロ）原料水供給系パイプが、原料水供給源に水密結合されていて、反応槽の上部チャンバ内に導入される先端に散水ノズルを具備していること、
（ハ）減圧系パイプが、減圧装置に水密結合されていて、反応槽の上部チャンバ内に導入されていること、
（ニ）水素供給系パイプが、水素供給装置に水密結合されていて、反応槽の下部チャンバの底部に水密結合されていること、
（ホ）生成水取出し系パイプが、反応槽の下部チャンバの底部に水密結合されていることを特徴とする水素水製造装置。」が開示されている。
【００１５】
ところで、近年微細気泡の研究と、その用途開発が盛んに行われてきている。マイクロバブルは、直径が１０〜数１０μｍの微細な気泡と定義されている。通常、水中で発生或いは形成される気泡の直径は数ミリ程度であるが、マイクロバブルはその１／１００以下であるという特徴を活かした用途が開発されている。即ち、マイクロバブルは、液体中への吸収効率が高い、均一性と分散性に優れている、生体の生物活性を高める、超音波を当てると７０℃程度までに発熱する等の特性を活かして、癌の診断や治療等に応用されている。具体的には、国立徳山工業高等専門学校土木建築学科大成博文教授の指導の下に、マイクロバブルによる酸素供給と殺菌作用により養殖カキの成長促進、夏カキの出荷、水質浄化等が報告されている。
【特許文献１】特開２００５−１７７７２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、本発明においては、加水素水、およびそれを製造する方法ならびに装置に関し、前記従来の課題を解決するもので、前記特許文献１に開示した水素水に大量の微細気泡を含有させることにより、かかる加水素水の産業上の用途を拡大させるべく、大量の微細気泡を含有させた加水素水、およびそれを製造する方法ならびに製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の加水素水は、水素を大量に含み、酸化還元電位を−４００ｍＶ以下に、ｐＨを７より僅かに高く維持し、ミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルまで広範な直径の微細気泡を大量に含んでいるものである。
【００１８】
ここで、微細気泡に関して、発生期のバブルの直径がミリ単位のものをミリバブル、１０〜数１０マイクロメートルの範囲のものをマイクロバブル、数１００ナノメートル〜１０マイクロメートルの範囲のものをマイクロナノバブル、数１００ナノメートル以下のものをナノバブルと分類することがある。本発明でも、この分類を一部採用した。すなわち、本発明の加水素水は、発生期において、直径が０．１２ｍｍ以下のミリバブルからマイクロバブル、およびマイクロナノバブルまで広範な直径の気泡を含んでいることを特徴とする。従って、本明細書では、ミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルを包括する広義の用語として「微細気泡」を使用するものとする。
【００１９】
本発明者らは、課題を解決するための手段を策定するに当たって、（１）原料水に所定の量の水素ガスを確実に吹き込むこと、（２）原料水に吹き込む水素ガスを所定の直径を有する微細気泡とすること、（３）バッチ式ではなく、連続式で加水素水を製造すること、（４）広い設置場所を必要とせず、必要に応じてシャワーのように可動性があり、簡便に取り扱うことができること、を検討した。
【００２０】
その結果、本発明の加水素水の製造装置の基本的な構成を、
（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構成とすることとした。
【００２１】
本発明の加水素水の製造装置の主要部材は、断面が主として円形、或いは角形の管体である。管体の材料は、炭素綱、ステンレススティール等金属が好ましいが、その他負圧に耐える強度を有するガラス、プラスチック、セラミックス、ゴム、あるいはこれらを組合せたものでもよい。
【００２２】
管体の一方の端部には水の噴射口となる開口部が形成されていて、原料水を高圧で供給する原料水供給系が水密結合されている。原料水供給系は、水圧が０．１〜０．５ＭＰａの水供給施設、通常は水道水と連結し、その中間にポンプを連結する。原料水の供給量は８〜２０リットル／分が好ましい。
【００２３】
管体の一方の端部に形成された水の噴射口の管体内側は、ノズルとなっていて、高圧で噴射された水をさらに高圧で噴射するようになっている。通常は、原料水を非圧縮性の状態、即ち音速以下で噴射させるので、ノズルの形状は、流路面積がなめらかに適当に小さくなるような、いわゆる先細ノズルでよい。しかしながら、原料水を圧縮性の状態、即ち音速以上で噴射させる場合は、流速が音速に等しくなるまでは、先細ノズルでもよいが、音速を超えた噴流を受けるには、再度流路面積を大きくする必要があるので、末広ノズルが必要となり、先細ノズルと末広ノズルを組合せたものとなる。
【００２４】
管体には、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を水密結合して設ける。水素供給系には、逆止弁を設けて、原料水供給系から供給された水が、水素供給系に逆流するのを防止することが好ましい。  水素供給系には水素ボンベ、ガス圧調整装置、配管等が組み込まれていて、圧力を調整した水素ガスを噴射するようになっている。
【００２５】
水素ガスの供給圧力は、０．２〜０．８ＭＰａが好ましく、その供給量は０．１〜１リットル／分が好ましい。
【００２６】
管体内には、前記水素供給系の下流に、管体の長手方向に拡散室が、いわゆるダブルチューブの構造で形成されている。拡散室は、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ものである。
【００２７】
拡散室は、両端から中央に向かって縮径構造、即ち、絞り構造となっていて、絞り部で負圧が形成されるようになっている。拡散室が絞り構造になっていて、負圧が形成されるようになっているので、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との混合流体の吸引効果が増強される。
【００２８】
拡散室には、所定の孔径を有する多孔質要素が充填されている。拡散室に配設される多孔質要素は、一種のフィルターである。拡散室に導入される原料水と水素から成る混合流体を、多孔質要素を介して噴射することにより、多孔に形成されている孔の直径と同じ直径の気泡として形成するためのものである。
【００２９】
多孔室要素は、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲の孔を有するものならば、その材料は特段に限定されない。砲金、ブロンズ、ニッケル、ステンレススティール、セラミックスなどの焼結体、金網等が使用できる。耐磨耗性と、製造された加水素水を飲用に供する場合には、ステンレススティールの焼結体が好ましい。
【００３０】
多孔室要素の形状は、円盤、円筒、円筒底付き、口金付き等多種多様な形状があるが、管体に挿入するには円筒形が好ましい。
【００３１】
多孔室要素の厚さは、５〜２０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍであるが、水圧、水量等の条件によって適宜選択される。
【００３２】
市場から入手できる焼結体のＴｙｌｅｒメッシュは、２０〜２５０メッシュ（０．８３３ｍｍ〜０．０６１ｍｍ）の範囲があるが、直径が１０μｍ以下の微細気泡を形成させるためには、１２０メッシュ以上を選択する。Ｔｙｌｅｒメッシュが大きくなるほど（ｍｍが小さくなるほど）、高濃度の溶存水素量を得ることがきるが、水圧水量の圧損が大きくなり、製造効率が低下する。従って、求める溶存水素量、水量により、適宜選択することが重要である。
【００３３】
本発明の加水素水の製造装置は、２基以上を連結して使用してもよい。特に、水道水の場合、水量１５リットル／分以上の水量で、１．３ｐｐｍ以上の溶存水素量を確保するのには、２基以上を連結して使用することが必要である。
【００３４】
以上のことから、課題を解決するための手段として、請求項１においては、酸化還元電位が−４００ｍＶ〜−６８０ｍＶで、ｐＨが中性で、０．５〜１．６ｐｐｍの量の水素ガスを、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲のミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルの混合気泡として大量に含んだものである。
【００３５】
請求項２においては、（イ）両端開口の密閉管体内に、拡散室をダブルチューブ構造で設けることと、
（ロ）拡散室に所定の孔径を有する多孔質要素を設けることと、
（ハ）密閉管体に、原料水を高圧で供給することと、
（ニ）密閉管体に、水素を供給し、原料水と混合して水と水素の混合流体を形成することと、
（ホ）前記混合流体を、前記多孔質要素を通過させて拡散室に拡散することと、
（ヘ）製造された加水素水を密閉管体から取り出すことを含む水素を微細気泡として大量に含んだ加水素水の製造方法である。
【００３６】
請求項３においては、前記請求項２において、微細気泡が、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲のミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルの混合気泡である。
【００３７】
請求項４においては、前記請求項２または３において、前記多孔質要素の孔の直径が１２０μｍ〜２μｍである。
【００３８】
請求項５においては、前記請求項２〜４のいずれか１項において、前記多孔質要素が、金属またはセラミックスの焼結体である。
【００３９】
請求項６においては、（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である。
【００４０】
請求項７においては、前記請求項６において、微細気泡が、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲のミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルの混合気泡である。
【００４１】
請求項８においては、前記請求項６または７において、前記多孔質要素の孔の直径が１２０μｍ〜２μｍである。
【００４２】
請求項９においては、前記請求項６〜８のいずれか１項において、前記多孔質要素が、金属またはセラミックスの焼結体である。
【００４３】
請求項１０においては、前記請求項６〜９のいずれか１項において、原料水の供給圧力が０．１〜０．５ＭＰａである。
【００４４】
請求項１１においては、前記請求項６〜１０のいずれか１項において、原料水の供給量が８〜２０リットル／分である。
【００４５】
請求項１２においては、前記請求項６〜１１のいずれか１項において、水素の供給圧力が０．２〜０．８ＭＰａである。
【００４６】
請求項１３においては、前記請求項６〜１２のいずれか１項において、水素の供給量が０．１〜１リットル／分である。
【００４７】
請求項１４においては、前記請求項６〜１３のいずれか１項に記載した装置を２基以上連結した加水素水の製造装置である。
【発明の効果】
【００４８】
請求項１に記載した発明により、酸化還元電位が−４００ｍＶ〜−６８０ｍＶで、ｐＨが中性で、０．５〜１．６ｐｐｍの量の水素ガスを、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲のミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルの混合気泡として大量に含んだ加水素水を所定の容器に充填して飲用用として商取引の対象にすることができる。
即ち、本発明の加水素水は、酸化還元電位が−４００ｍＶ〜−６８０ｍＶ、ｐＨが中性なので、ヒトを含む哺乳動物の生体内反応における種々の酸化還元反応と調和するので、飲用にも使用できる。
また、酸化還元電位が−４００ｍＶ〜−６８０ｍＶ、ｐＨが中性なので、体内の代謝反応の場を提供している水を中心として、電解質、タンパク質等を重要な構成要素としている体液と相溶性がよい。
さらに、水素ガスが、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲のミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルの混合気泡として大量に含んでいるので、生体中への吸収効率が高い、均一性と分散性に優れている、生体の生物活性を高める等の性能を利用して、水質の浄化、癌の診断や治療等への応用が期待される。
【００４９】
請求項２に記載した発明により、酸化還元電位を所定の範囲に維持し、ｐＨを中性に維持し、水素ガスを微細気泡として含有する加水素水を連続して製造することができる。
【００５０】
請求項３に記載した発明により、加水素水が、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲のミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルの混合微細気泡の水素を含有しているので、製造された加水素水を、水質の浄化、癌の診断や治療等に応用する可能性が開ける。
【００５１】
請求項４に記載した発明により、孔の直径が１２０μｍ〜２μｍの多孔質要素を適宜選択することにより、微細気泡の直径を１２０μｍ〜２μｍの範囲で調整することができる。
【００５２】
請求項５に記載した発明により、多孔質要素を、金属またはセラミックスの焼結体とすることにより、耐久性と孔の信頼度が高い多孔質要素とすることができる。
【００５３】
請求項６に記載した発明により、酸化還元電位を所定の範囲に維持し、ｐＨを中性に維持し、水素ガスを微細気泡として含有する加水素水を連続して製造する装置自体を商取引の対象とすることができる。また、構造を小型化、簡便化することにより、用途を拡大することができる。
【００５４】
請求項７に記載した発明により、加水素水が、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲のミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルの混合微細気泡の水素を含有しているので、製造された加水素水を、水質の浄化、癌の診断や治療等に応用する可能性が開ける。
【００５５】
請求項８に記載した発明により、孔の直径が１２０μｍ〜２μｍの多孔質要素を適宜選択することにより、微細気泡の直径を１２０μｍ〜２μｍの範囲で調整することができる。
【００５６】
請求項９に記載した発明により、多孔質要素を、金属またはセラミックスの焼結体とすることにより、耐久性と孔の信頼度が高い多孔質要素とすることができる。
【００５７】
請求項１０に記載した発明により、通常の水道水（常水）を、原料水として使用できるので、使用範囲が拡大される。
【００５８】
請求項１１に記載した発明により、原料水の供給量が８〜２０リットル／分であるので、通常の水道水（常水）に対応できる。
【００５９】
請求項１２および１３に記載した発明により、０．５〜１．６ｐｐｍの水素を含有させることができる。
【００６０】
請求項１４に記載した発明により、請求項６〜１３のいずれか１項に記載した装置を２基以上連結するので、水量１５リットル／分以上の水量で、１．３ｐｐｍ以上の溶存水素量を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
以下、発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００６２】
図１は、実施例１で使用した装置の断面図である。図１において、１は、ステンレススティールの管体で製造した加水素水製造装置、２は、原料水供給口で、（図示していない）水道水供給口、ポンプ、配管等と水密結合されていて原料水供給系を形成している。３は、水素供給口で、（図示していない）水素ボンベ、ガス圧調整装置、配管等と水密結合されていて水素供給系を形成し、原料水に対してほぼ直角に水素を噴射するようになっている。原料水供給口２の先端には、先細ノズル４が接続されていて、原料水を高圧で噴射するようになっている。  
【００６３】
５は、ダブルチューブ状構造で管体１内に形成された拡散室である。拡散室５は、両端から中央に向かって縮径構造、即ち、絞り構造となっていて、絞り部で負圧が形成されるようになっている。拡散室が絞り構造になっていて、その下流部の先端は、製造された加水素水を排出する排出口７となっている。
【００６４】
拡散室５には、多孔質要素６が充填されている。多孔質要素６は、厚さ１０ｍｍ、孔径サイズ２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）のステンレススティールの焼結体である。
【００６５】
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ、水温＝１３．２℃）を、水圧０．２ＭＰａ、水量１５リットル／分で原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、水素供給口３から噴出させ、原料水と水素の混合流体を形成し、多孔質要素６を介して、拡散室５内に拡散させ、水量１０リットル／分、水温１３．３℃、溶存水素量が１．３１ｐｐｍ、酸化還元電位が−６１５ｍＶ、ｐＨが７．３５で、２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）を中心とする微細気泡を大量に含有している加水素水を排出口７から連続して得た。
【実施例２】
【００６６】
多孔質要素の厚さを５ｍｍに変更した以外は、実施例１で使用した装置と同じ装置を使用した。
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ、水温＝１３．２℃）を、水圧０．２ＭＰａ、水量１５リットル／分で原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、水素供給口３から噴出させ、原料水と水素の混合流体を形成し、多孔質要素６を介して、拡散室５内に拡散させ、水量１２リットル／分、水温１３．３℃、溶存水素量が０．９ｐｐｍ、酸化還元電位が−６００ｍＶ、ｐＨが７．３０で、２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）を中心とする微細気泡を大量に含有している加水素水を排出口７から連続して得た。
【実施例３】
【００６７】
多孔質要素の厚さを１０ｍｍ、孔径を６０メッシュ（０．２４６ｍｍ）に変更した以外は、実施例１で使用した装置と同じ装置を使用した。
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ、水温＝１３．２℃）を、水圧０．２ＭＰａ、水量１５リットル／分で原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、水素供給口３から噴出させ、原料水と水素の混合流体を形成し、多孔質要素６を介して、拡散室５内に拡散させ、水量１２リットル／分、水温１３．３℃、溶存水素量が０．９２ｐｐｍ、酸化還元電位が−６００ｍＶ、ｐＨが７．３１で、６０メッシュ（０．２４６ｍｍ）を中心とする微細気泡を大量に含有している加水素水を排出口７から連続して得た。
【実施例４】
【００６８】
多孔質要素の厚さを５ｍｍ、孔径を６０メッシュ（０．２４６ｍｍ）に変更した以外は、実施例１で使用した装置と同じ装置を使用した。
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ、水温＝１３．２℃）を、水圧０．２ＭＰａ、水量１５リットル／分で原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、水素供給口３から噴出させ、原料水と水素の混合流体を形成し、多孔質要素６を介して、拡散室５内に拡散させ、水量１４リットル／分、水温１３．３℃、溶存水素量が０．７５ｐｐｍ、酸化還元電位が−６００ｍＶ、ｐＨが７．２８で、６０メッシュ（０．２４６ｍｍ）を中心とする微細気泡を大量に含有している加水素水を排出口７から連続して得た。
【実施例５】
【００６９】
図２は、実施例５で使用した装置の断面図である。実施例５で使用した装置は、厚さ１０ｍｍで、孔径が２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）の多孔質要素６を装着した実施例１の装置を２基連結した構造である。
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ、水温＝１３．２℃）を、水圧０．２ＭＰａ、水量２０リットル／分で、２個の原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、２個の水素供給口３、３から噴出させ、原料水と水素の混合流体を形成し、２枚の多孔質要素６、６を介して、２個の拡散室５、５内に拡散させ、水量１５リットル／分、水温１３．３℃、溶存水素量が１．７ｐｐｍ、酸化還元電位が−６２５ｍＶ、ｐＨが７．３１で、２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）を中心とする微細気泡を大量に含有している加水素水を排出口７から連続して得た。
【実施例６】
【００７０】
図３は、実施例６で使用した装置の断面図である。実施例６で使用した装置は、厚さ１０ｍｍで、孔径が６０メッシュ（０．２４６ｍｍ）の多孔質要素６を装着した実施例３の装置を３基連結した構造である。
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ、水温＝１３．２℃）を、水圧０．２ＭＰａ、水量２０リットル／分で、３個の原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、３個の水素供給口３、３、３から噴出させ、原料水と水素の混合流体を形成し、３枚の多孔質要素６、６、６を介して、３個の拡散室５、５、５内に拡散させ、水量１５リットル／分、溶存水素量が１．５２ｐｐｍ、酸化還元電位が−６２３ｍＶ、ｐＨが７．３１で６０メッシュ（０．２４６ｍｍ）の微細気泡を大量に含有している加水素水を排出口７から連続して得た。
【実施例７】
【００７１】
実施例１で使用したと同じ装置、同じ多孔質要素（厚さ１０ｍｍ、孔径２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）を使用した。
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ）を給湯器で４０℃の温水にした。この温水を、水圧０．２ＭＰａ、水量１５リットル／分で、原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、水素供給口３から噴出させ、温水と水素の混合流体を形成し、多孔質要素６を介して、拡散室５内に拡散させ、水量１０リットル／分、水温４０．０℃、溶存水素量が１．３０ｐｐｍ、酸化還元電位が−６１４ｍＶ、ｐＨが７．３６で、２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）を中心とする微細気泡を大量に含有している加水素温水を排出口７から連続して得た。
【００７２】
本実施例の加水素水、およびその製造方法ならびに製造装置は、上述した実施例に限定されず、例えば、上述の実施例５および６においては、複数の加水素水製造装置を直列連結した構成について説明したが、複数の加水素水製造装置を並列連結して構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例で使用する加水素水製造装置の断面図。
【図２】本発明の別の実施例で使用する加水素水製造装置の断面図。
【図３】本発明のさらに別の実施例で使用する加水素水製造装置の断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１  加水素水製造装置
２  原料水供給口
３  水素供給口
４  ノズル
５  拡散室  
６  多孔質要素
７  加水素水排出口
【図１】
2007237161.tif 000003
【図２】
2007237161.tif 000004
【図３】
2007237161.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月10日(2007.5.10)
【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】
ダブルチューブ構造の拡散室が設けられ、該拡散室に所定の孔径を有する多孔質要素が設けられた管体を、長手方向に沿って略直線状に複数配設し、
一の管体に、原料水を高圧で供給し、
前記管体に、水素を供給し、拡散室で原料水と水素とを混合して原料水と水素との混合流体を形成し、
前記混合流体を、前記多孔質要素に通過させて拡散させ、
隣接する管体に、前記多孔質要素を通過した原料水と水素との混合流体を高圧で供給し、隣接する管体の拡散室で水素と混合させた後に、多孔質要素に通過させて拡散させることで、
水素ガスの微細気泡を多量に含有する加水素水を連続して製造することを特徴とする加水素水の製造方法。
【請求項２】
前記微細気泡が、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲である請求項１に記載した加水素水の製造方法。
【請求項３】
前記多孔質要素の孔の直径が１２０μｍ〜２μｍである請求項１または２に記載した加水素水の製造方法。
【請求項４】
前記多孔質要素が、金属またはセラミックスの焼結体である請求項１〜３のいずれか１項に記載した加水素水の製造方法。
【請求項５】
両端開口状に形成された管体と、
前記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、
前記管体に水密結合され、前記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、
前記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との混合流体を拡散させるための拡散室と、
前記拡散室に充填され、所定の孔径を有し、供給された原料水と水素との混合流体を通過させるための多孔質要素と、
前記管体の他方の端部に形成され、前記多孔質要素を通過した原料水と水素との混合流体を排出する排出口とを具備してなり、
前記管体を、隣接する前記原料水供給系と排出口とを接続して、長手方向に沿って略直線状に複数配設し、
一の管体の排出口から排出された原料水と水素との混合流体を、隣接する管体の原料水供給系から管体内に高圧で供給し、隣接する管体の拡散室で水素と混合させた後に、多孔質要素に通過させて拡散させることで、
水素ガスの微細気泡を多量に含有する加水素水を連続して製造することを特徴とする加水素水の製造装置。
【請求項６】
前記微細気泡が、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲である請求項５に記載した加水素水の製造装置。
【請求項７】
前記多孔質要素の孔の直径が１２０μｍ〜２μｍである請求項５または６に記載した加水素水の製造装置。
【請求項８】
前記多孔質要素が、金属またはセラミックスの焼結体である請求項５〜７のいずれか１項に記載した加水素水の製造装置。
【請求項９】
原料水の供給圧力が０．１〜０．５ＭＰａである請求項５〜８のいずれか１項に記載した加水素水の製造装置。
【請求項１０】
原料水の供給量が８〜２０リットル／分である請求項５〜９のいずれか１項に記載した加水素水の製造装置。
【請求項１１】
水素の供給圧力が０．２〜０．８ＭＰａである請求項５〜１０のいずれか１項に記載した加水素水の製造装置。
【請求項１２】
水素の供給量が０．１〜１リットル／分である請求項５〜１１のいずれか１項に記載した加水素水の製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加水素水の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒトを含む哺乳動物（以下「生体」という）の体内には種々の酸化還元系が存在し、またその中の多くは相互に共役して生体内酸化還元反応に関与している。生体内酸化還元系の酸化還元電位は、反応の自由エネルギー変化および平衡定数と直接に関係しており、これらの反応の方向を予言するのに役立つものである。
【０００３】
哺乳動物の臓器、或いは生体内反応の酸化還元反応は電位が低く、通常−１００ｍＶ〜−４００ｍＶの範囲であり、そのｐＨは３〜７の範囲である。体液の酸化還元電位が高くなると活性酸素が滞留し易く、器官に障害が出てくると云われている。とくに、腸内微生物が活発に活動して栄養成分を消化吸収する腸内は、嫌気性の還元雰囲気に維持されている必要がある。
【０００４】
たとえば、生体内における、「酢酸＋ＣＯ２＋２Ｈ＋／α−ケトグルタル酸反応」の酸化還元電位は−６７３ｍＶ、「酢酸＋ＣＯ２／ピルビン酸反応」の酸化還元電位は−６９９ｍＶ、「酢酸＋２Ｈ＋／アセトアルデヒド反応」の酸化還元電位は−５８１ｍＶ、フェレドキシンの酸化還元電位は−４１３ｍＶ、「キサンチン＋Ｈ＋／ヒポキサンチン＋Ｈ２Ｏ」の酸化還元電位は−３７１ｍＶ、「尿酸＋Ｈ＋／キサンチン＋Ｈ２Ｏ」の酸化還元電位は−３６０ｍＶ、「アセト酢酸＋２Ｈ＋／β−ヒドロキシ酪酸反応」の酸化還元電位は−３４６ｍＶ「シスチン＋２Ｈ＋／２システイン反応」の酸化還元電位は−３４０ｍＶである。
【０００５】
このように生体内における酵素、補酵素、代謝関連物質の反応は、酸化還元電位が低い環境下にある。また、酸化還元電位が低い水、または食品は、身体を酸化させる活性酸素や、１個又はそれ以上の不対電子を有する分子或いは原子、即ち、フリーラジカルを分離、消去する作用があって、ＳＯＤ（スーパーオキシドジムスターゼ）という活性酸素消去酵素の反応を促進させると云われている。
【０００６】
酸化還元反応を始めとする体内の代謝反応の場を提供しているのが、体液である。体液は生体のほぼ６０％を占めている。体液は、水を中心として、電解質、タンパク質等を重要な構成要素としている。これが、酸化還元電位が低い水が生体内にとって有効な理由である。
【０００７】
ところで、水道水の酸化還元電位は＋４００〜＋８００ｍＶ、ｐＨが６．５〜８の範囲である。従って、水道水は、酸化還元電位が−１００ｍＶ〜−４００ｍＶの範囲の生体臓器とバランスがとれないと考えられる。
【０００８】
現在、酸化体と還元体の混合状態にある水、たとえば水道水の酸化還元電位をマイナスにする方法として、たとえば電気分解法、高周波電流印加法等幾つか提案されている。然しながら、いずれも酸化還元電位の値とｐＨのバランスが、生体内酸化還元反応の観点から、理想的な方法ではなかった。
【０００９】
生体反応の中には、酸化還元反応を伴う反応が多く、代謝反応等に極めて重要な役割を担っている。また、生体に限らず、酸化体と還元体を含んだ系（溶液）において、白金のようにそれ自体は酸化還元反応に関与しない不活性な電極を、その溶液に浸すと、電極間に電位差が現れる。この電位差が、酸化還元電位（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ−Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ＝ＯＲＰ）で、単位はｍＶで表される。今、ある物質の酸化体の活量を［Ｏｘ］、還元体の活量を［Ｒｅｄ］と表すと、両者の混合状態は、式（１）で表される。
［Ｏｘ］＋ｎｅ→［Ｒｅｄ］                            （１）
式（１）において、ｅは電子、ｎは移動する電子数である。
【００１０】
式（１）で表した電極反応式の酸化還元電位（ＥｍＶ）は、ネルンスト（Ｎｅｒｎｓｔ）の式（２）で表される。
Ｅ＝Ｅ０＋（ＲＴ／ｎＦ）ｌｎ［Ｏｘ］／［Ｒｅｄ］      （２）
式（２）において、Ｒは気体定数（８．３１Ｊｍｏｌ−１Ｋ−１）、Ｔは絶対温度（Ｋ）、Ｆはファラデー定数（９６４０６ＪＶ−１）である。Ｅ０は、［Ｏｘ］＝［Ｒｅｄ］の時の標準酸化還元電位である。
【００１１】
式（２）において、ｌｎ［Ｏｘ］／［Ｒｅｄ］は、自然対数である。従って、分母、即ち［Ｒｅｄ］を、分子、即ち［Ｏｘ］より、極端に大きくすればするほど、酸化還元電位Ｅのマイナス（−）値を大きくすることができることになる。即ち、理論的には、還元体［Ｒｅｄ］の活量を、酸化体［Ｏｘ］の活量より大きくすればするほど、酸化還元電位をマイナス（−）値にすることができる。
【００１２】
つまり、酸化体と還元体の混合状態にある原料水に水素を吹き込んで原料水の酸化還元電位をマイナス電位に低下させる方法においては、還元体［Ｒｅｄ］の活量を、酸化体［Ｏｘ］の活量より大きくすることが重要となる。この場合、酸化体と還元体の混合状態にある原料水を、シリカ系石英斑岩に金属を担持させた還元触媒と接触させながら水素を吹き込むと、効率が良くなるので好ましい。
【００１３】
本発明者らは、上述した理論的背景のもとに、これまでにも幾つかの水素水製造装置等を開発している（特許文献１）。
【００１４】
特許文献１には、「反応槽と、反応槽に水密結合された原料水供給系パイプと、反応槽に水密結合された減圧系パイプと、反応槽に水密結合された水素供給系パイプと、反応槽に水密結合された生成水取出し系パイプから構成される水素水製造装置であって、（イ）反応槽が、透孔を有する仕切り板を介して少なくとも２個の上部チャンバと下部チャンバに分割されていて、仕切り板の上に還元触媒を載置したこと、（ロ）原料水供給系パイプが、原料水供給源に水密結合されていて、反応槽の上部チャンバ内に導入される先端に散水ノズルを具備していること、（ハ）減圧系パイプが、減圧装置に水密結合されていて、反応槽の上部チャンバ内に導入されていること、（ニ）水素供給系パイプが、水素供給装置に水密結合されていて、反応槽の下部チャンバの底部に水密結合されていること、（ホ）生成水取出し系パイプが、反応槽の下部チャンバの底部に水密結合されていることを特徴とする水素水製造装置。」が開示されている。
【００１５】
ところで、近年微細気泡の研究と、その用途開発が盛んに行われてきている。マイクロバブルは、直径が１０〜数１０μｍの微細な気泡と定義されている。通常、水中で発生或いは形成される気泡の直径は数ミリ程度であるが、マイクロバブルはその１／１００以下であるという特徴を活かした用途が開発されている。即ち、マイクロバブルは、液体中への吸収効率が高い、均一性と分散性に優れている、生体の生物活性を高める、超音波を当てると７０℃程度までに発熱する等の特性を活かして、癌の診断や治療等に応用されている。具体的には、国立徳山工業高等専門学校土木建築学科大成博文教授の指導の下に、マイクロバブルによる酸素供給と殺菌作用により養殖カキの成長促進、夏カキの出荷、水質浄化等が報告されている。
【特許文献１】特開２００５−１７７７２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、本発明においては加水素水の製造方法及び製造装置に関し、前記従来の課題を解決するもので、前記特許文献１に開示した水素水に大量の微細気泡を含有させることにより、かかる加水素水の産業上の用途を拡大させるべく、大量の微細気泡を含有させた加水素水の製造方法及び製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の加水素水は、水素を大量に含み、酸化還元電位を−４００ｍＶ以下に、ｐＨを７より僅かに高く維持し、水素ガスをミリバブル、マイクロバブル、およびマイクロナノバブルまで広範な直径の微細気泡として大量に含んでいるものである。
【００１８】
ここで、微細気泡に関して、発生期のバブルの直径がミリ単位のものをミリバブル、１０〜数１０マイクロメートルの範囲のものをマイクロバブル、数１００ナノメートル〜１０マイクロメートルの範囲のものをマイクロナノバブル、数１００ナノメートル以下のものをナノバブルと分類することがある。本発明でも、この分類を一部採用した。すなわち、本発明の加水素水は、発生期において、直径が０．１２ｍｍ以下のミリバブルからマイクロバブル、およびマイクロナノバブルまで広範な直径の水素ガスの気泡を含んでいることを特徴とする。
【００１９】
本発明者らは、課題を解決するための手段を策定するに当たって、（１）原料水に所定の量の水素ガスを確実に吹き込むこと、（２）原料水に含有する水素ガスを所定の直径を有する微細気泡とすること、（３）バッチ式ではなく、連続式で加水素水を製造すること、（４）広い設置場所を必要とせず、必要に応じてシャワーのように可動性があり、簡便に取り扱うことができること、を検討した。
【００２０】
その結果、本発明の加水素水の製造装置の基本的な構成を、両端開口状に形成された管体と、前記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、前記管体に水密結合され、前記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、前記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との混合流体を拡散させるための拡散室と、前記拡散室に充填され、所定の孔径を有し、供給された原料水と水素との混合流体を通過させるための多孔質要素と、前記管体の他方の端部に形成され、前記多孔質要素を通過した原料水と水素との混合流体を排出する排出口とを具備してなり、前記管体を、隣接する前記原料水供給系と排出口とを接続して、長手方向に沿って略直線状に複数配設し、一の管体の排出口から排出された原料水と水素との混合流体を、隣接する管体の原料水供給系から管体内に高圧で供給し、隣接する管体の拡散室で水素と混合させた後に、多孔質要素に通過させて拡散させることで、水素ガスの微細気泡を多量に含有する加水素水を連続して製造する構成とすることとした。
【００２１】
本発明の加水素水の製造装置の主要部材は、断面が主として円形、或いは角形の管体である。管体の材料は、炭素綱、ステンレススティール等金属が好ましいが、その他負圧に耐える強度を有するガラス、プラスチック、セラミックス、ゴム、あるいはこれらを組合せたものでもよい。
【００２２】
管体の一方の端部には水の噴射口となる開口部が形成されていて、原料水を高圧で供給する原料水供給系が水密結合されている。原料水供給系は、水圧が０．１〜０．５ＭＰａの水供給施設、通常は水道水と連結し、その中間にポンプを連結する。原料水の供給量は８〜２０リットル／分が好ましい。
【００２３】
管体の一方の端部に形成された水の噴射口の管体内側は、ノズルとなっていて、高圧で噴射された水をさらに高圧で噴射するようになっている。通常は、原料水を非圧縮性の状態、即ち音速以下で噴射させるので、ノズルの形状は、流路面積がなめらかに適当に小さくなるような、いわゆる先細ノズルでよい。しかしながら、原料水を圧縮性の状態、即ち音速以上で噴射させる場合は、流速が音速に等しくなるまでは、先細ノズルでもよいが、音速を超えた噴流を受けるには、再度流路面積を大きくする必要があるので、末広ノズルが必要となり、先細ノズルと末広ノズルを組合せたものとなる。
【００２４】
管体には、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を水密結合して設ける。水素供給系には、逆止弁を設けて、原料水供給系から供給された水が、水素供給系に逆流するのを防止することが好ましい。
水素供給系には水素ボンベ、ガス圧調整装置、配管等が組み込まれていて、圧力を調整した水素ガスを噴射するようになっている。
【００２５】
水素ガスの供給圧力は、０．２〜０．８ＭＰａが好ましく、その供給量は０．１〜１リットル／分が好ましい。
【００２６】
管体内には、前記水素供給系の下流に、管体の長手方向に拡散室が、いわゆるダブルチューブの構造で形成されている。拡散室は、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との混合流体を拡散させるためのものである。
【００２７】
拡散室は、両端から中央に向かって縮径構造、即ち、絞り構造となっていて、絞り部で負圧が形成されるようになっている。拡散室が絞り構造になっていて、負圧が形成されるようになっているので、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との混合流体の吸引効果が増強される。
【００２８】
拡散室には、所定の孔径を有する多孔質要素が充填されている。拡散室に配設される多孔質要素は、一種のフィルターである。拡散室に導入される原料水と水素から成る混合流体を、多孔質要素を介して噴射することにより、多孔に形成されている孔の直径と同じ直径の気泡として形成するためのものである。
【００２９】
多孔室要素は、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲の孔を有するものならば、その材料は特段に限定されない。砲金、ブロンズ、ニッケル、ステンレススティール、セラミックスなどの焼結体、金網等が使用できる。耐磨耗性と、製造された加水素水を飲用に供する場合には、ステンレススティールの焼結体が好ましい。
【００３０】
多孔室要素の形状は、円盤、円筒、円筒底付き、口金付き等多種多様な形状があるが、管体に挿入するには円筒形が好ましい。
【００３１】
多孔室要素の厚さは、５〜２０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍであるが、水圧、水量等の条件によって適宜選択される。
【００３２】
市場から入手できる焼結体のＴｙｌｅｒメッシュは、２０〜２５０メッシュ（０．８３３ｍｍ〜０．０６１ｍｍ）の範囲があるが、直径が１０μｍ以下の微細気泡を形成させるためには、１２０メッシュ以上を選択する。Ｔｙｌｅｒメッシュが大きくなるほど（ｍｍが小さくなるほど）、高濃度の溶存水素量を得ることがきるが、水圧水量の圧損が大きくなり、製造効率が低下する。従って、求める溶存水素量、水量により、適宜選択することが重要である。
【００３３】
本発明の加水素水の製造装置は、２基以上を連結して使用するものである。特に、水道水の場合、水量１５リットル／分以上の水量で、１．３ｐｐｍ以上の溶存水素量を確保するのには、２基以上を連結して使用することが必要である。
【００３４】
以上のことから、課題を解決するための手段として、請求項１においては、ダブルチューブ構造の拡散室が設けられ、該拡散室に所定の孔径を有する多孔質要素が設けられた管体を、長手方向に沿って略直線状に複数配設し、一の管体に、原料水を高圧で供給し、前記管体に、水素を供給し、拡散室で原料水と水素とを混合して原料水と水素との混合流体を形成し、前記混合流体を、前記多孔質要素に通過させて拡散させ、隣接する管体に、前記多孔質要素を通過した原料水と水素との混合流体を高圧で供給し、隣接する管体の拡散室で水素と混合させた後に、多孔質要素に通過させて拡散させることで、水素ガスの微細気泡を多量に含有する加水素水を連続して製造するものである。
【００３５】
請求項２においては、前記微細気泡が、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲である。
【００３６】
請求項３においては、前記多孔質要素の孔の直径が１２０μｍ〜２μｍである。
【００３７】
請求項４においては、前記多孔質要素が、金属またはセラミックスの焼結体である。
【００３８】
請求項５においては、両端開口状に形成された管体と、前記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、前記管体に水密結合され、前記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、前記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との混合流体を拡散させるための拡散室と、前記拡散室に充填され、所定の孔径を有し、供給された原料水と水素との混合流体を通過させるための多孔質要素と、前記管体の他方の端部に形成され、前記多孔質要素を通過した原料水と水素との混合流体を排出する排出口とを具備してなり、前記管体を、隣接する前記原料水供給系と排出口とを接続して、長手方向に沿って略直線状に複数配設し、一の管体の排出口から排出された原料水と水素との混合流体を、隣接する管体の原料水供給系から管体内に高圧で供給し、隣接する管体の拡散室で水素と混合させた後に、多孔質要素に通過させて拡散させることで、水素ガスの微細気泡を多量に含有する加水素水を連続して製造するものである。
【００３９】
請求項６においては、前記微細気泡が、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲である。
【００４０】
請求項７においては、前記多孔質要素の孔の直径が１２０μｍ〜２μｍである。
【００４１】
請求項８においては、前記多孔質要素が、金属またはセラミックスの焼結体である。
【００４２】
請求項９においては、原料水の供給圧力が０．１〜０．５ＭＰａである。
【００４３】
請求項１０においては、原料水の供給量が８〜２０リットル／分である。
【００４４】
請求項１１においては、水素の供給圧力が０．２〜０．８ＭＰａである。
【００４５】
請求項１２においては、水素の供給量が０．１〜１リットル／分である。
【発明の効果】
【００４６】
請求項１に記載した発明により、水素ガスを混合気泡として大量に含んだ加水素水を所定の容器に充填して飲用用として商取引の対象にすることができる。
また、水素ガスが混合気泡として大量に含んでいるので、生体中への吸収効率が高く、均一性と分散性に優れているため、生体の生物活性を高める等の性能を利用して、水質の浄化、癌の診断や治療等への応用が期待される。
また、酸化還元電位を所定の範囲に維持し、ｐＨを中性に維持し、水素ガスを微細気泡として含有する加水素水を連続して製造することができる。
【００４７】
請求項２に記載した発明により、加水素水が、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲の水素ガスの微細気泡を含有しているので、製造された加水素水を、水質の浄化、癌の診断や治療等に応用する可能性が開ける。
【００４８】
請求項４に記載した発明により、孔の直径が１２０μｍ〜２μｍの多孔質要素を適宜選択することにより、微細気泡の直径を１２０μｍ〜２μｍの範囲で調整することができる。
【００４９】
請求項５に記載した発明により、多孔質要素を、金属またはセラミックスの焼結体とすることにより、耐久性と孔の信頼度が高い多孔質要素とすることができる。
【００５０】
請求項６に記載した発明により、水素ガスを混合気泡として大量に含んだ加水素水を所定の容器に充填して飲用用として商取引の対象にすることができる。
また、製造される水素ガスが混合気泡として大量に含んでいるので、生体中への吸収効率が高く、均一性と分散性に優れているため、生体の生物活性を高める等の性能を利用して、水質の浄化、癌の診断や治療等への応用が期待される。
また、酸化還元電位を所定の範囲に維持し、ｐＨを中性に維持し、水素ガスを微細気泡として含有する加水素水を連続して製造することができる。
また、構造を小型化、簡便化することにより、用途を拡大することができる。
【００５１】
請求項７に記載した発明により、加水素水が、直径が１２０μｍ〜２μｍの範囲の水素ガスの微細気泡を含有しているので、製造された加水素水を、水質の浄化、癌の診断や治療等に応用する可能性が開ける。
【００５２】
請求項８に記載した発明により、孔の直径が１２０μｍ〜２μｍの多孔質要素を適宜選択することにより、微細気泡の直径を１２０μｍ〜２μｍの範囲で調整することができる。
【００５３】
請求項９に記載した発明により、多孔質要素を、金属またはセラミックスの焼結体とすることにより、耐久性と孔の信頼度が高い多孔質要素とすることができる。
【００５４】
請求項１０に記載した発明により、通常の水道水（常水）を、原料水として使用できるので、使用範囲が拡大される。
【００５５】
請求項１１に記載した発明により、原料水の供給量が８〜２０リットル／分であるので、通常の水道水（常水）に対応できる。
【００５６】
請求項１２に記載した発明により、０．５〜１．６ｐｐｍの水素を含有させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００５８】
図１は、実施例１で使用した装置の断面図である。図１において、１は、ステンレススティールの管体で製造した加水素水製造装置、２は、原料水供給口で、（図示していない）水道水供給口、ポンプ、配管等と水密結合されていて原料水供給系を形成している。３は、水素供給口で、（図示していない）水素ボンベ、ガス圧調整装置、配管等と水密結合されていて水素供給系を形成し、原料水に対してほぼ直角に水素を噴射するようになっている。原料水供給口２の先端には、先細ノズル４が接続されていて、原料水を高圧で噴射するようになっている。
【００５９】
５は、ダブルチューブ状構造で管体１内に形成された拡散室である。拡散室５は、両端から中央に向かって縮径構造、即ち、絞り構造となっていて、絞り部で負圧が形成されるようになっている。拡散室が絞り構造になっていて、その下流部の先端は、製造された加水素水を排出する排出口７となっている。
【００６０】
拡散室５の縮径部分には、多孔質要素６が充填されている。多孔質要素６は、厚さ１０ｍｍ、孔径サイズ２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）のステンレススティールの焼結体である。
【００６１】
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ、水温＝１３．２℃）を、水圧０．２ＭＰａ、水量１５リットル／分で原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、水素供給口３から噴出させ、原料水と水素の混合流体を形成し、多孔質要素６を介して、拡散室５内に拡散させ、水量１０リットル／分、水温１３．３℃、溶存水素量が１．３１ｐｐｍ、酸化還元電位が−６１５ｍＶ、ｐＨが７．３５で、２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）を中心とする微細気泡を大量に含有している加水素水を排出口７から連続して得た。
【実施例２】
【００６２】
多孔質要素の厚さを５ｍｍに変更した以外は、実施例１で使用した装置と同じ装置を使用した。
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ、水温＝１３．２℃）を、水圧０．２ＭＰａ、水量１５リットル／分で原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、水素供給口３から噴出させ、原料水と水素の混合流体を形成し、多孔質要素６を介して、拡散室５内に拡散させ、水量１２リットル／分、水温１３．３℃、溶存水素量が０．９ｐｐｍ、酸化還元電位が−６００ｍＶ、ｐＨが７．３０で、２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）を中心とする微細気泡を大量に含有している加水素水を排出口７から連続して得た。
【実施例３】
【００６３】
多孔質要素の厚さを１０ｍｍ、孔径を６０メッシュ（０．２４６ｍｍ）に変更した以外は、実施例１で使用した装置と同じ装置を使用した。
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ、水温＝１３．２℃）を、水圧０．２ＭＰａ、水量１５リットル／分で原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、水素供給口３から噴出させ、原料水と水素の混合流体を形成し、多孔質要素６を介して、拡散室５内に拡散させ、水量１２リットル／分、水温１３．３℃、溶存水素量が０．９２ｐｐｍ、酸化還元電位が−６００ｍＶ、ｐＨが７．３１で、６０メッシュ（０．２４６ｍｍ）を中心とする微細気泡を大量に含有している加水素水を排出口７から連続して得た。
【実施例４】
【００６４】
多孔質要素の厚さを５ｍｍ、孔径を６０メッシュ（０．２４６ｍｍ）に変更した以外は、実施例１で使用した装置と同じ装置を使用した。
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ、水温＝１３．２℃）を、水圧０．２ＭＰａ、水量１５リットル／分で原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、水素供給口３から噴出させ、原料水と水素の混合流体を形成し、多孔質要素６を介して、拡散室５内に拡散させ、水量１４リットル／分、水温１３．３℃、溶存水素量が０．７５ｐｐｍ、酸化還元電位が−６００ｍＶ、ｐＨが７．２８で、６０メッシュ（０．２４６ｍｍ）を中心とする微細気泡を大量に含有している加水素水を排出口７から連続して得た。
【実施例５】
【００６５】
図２は、実施例５で使用した装置の断面図である。実施例５で使用した装置は、厚さ１０ｍｍで、孔径が２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）の多孔質要素６を装着した実施例１の装置を２基連結した構造である。
具体的には、前記管体を、隣接する水素供給口３と排出口７とを接続して、長手方向に沿って略直線状に２基配設したものであって、一の排出口７から排出された原料水と水素との混合流体を、隣接する水素供給口３から管体内に高圧で供給して、隣接する管体の拡散室５で連続して水素と混合させるものである。
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ、水温＝１３．２℃）を、水圧０．２ＭＰａ、水量２０リットル／分で、２個の原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、２個の水素供給口３、３から噴出させ、原料水と水素の混合流体を形成し、２枚の多孔質要素６、６を介して、２個の拡散室５、５内に拡散させ、水量１５リットル／分、水温１３．３℃、溶存水素量が１．７ｐｐｍ、酸化還元電位が−６２５ｍＶ、ｐＨが７．３１で、２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）を中心とする微細気泡を大量に含有している加水素水を排出口７から連続して得た。
【実施例６】
【００６６】
図３は、実施例６で使用した装置の断面図である。実施例６で使用した装置は、厚さ１０ｍｍで、孔径が６０メッシュ（０．２４６ｍｍ）の多孔質要素６を装着した実施例３の装置を３基連結した構造である。
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ、水温＝１３．２℃）を、水圧０．２ＭＰａ、水量２０リットル／分で、３個の原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、３個の水素供給口３、３、３から噴出させ、原料水と水素の混合流体を形成し、３枚の多孔質要素６、６、６を介して、３個の拡散室５、５、５内に拡散させ、水量１５リットル／分、溶存水素量が１．５２ｐｐｍ、酸化還元電位が−６２３ｍＶ、ｐＨが７．３１で６０メッシュ（０．２４６ｍｍ）の微細気泡を大量に含有している加水素水を排出口７から連続して得た。
【実施例７】
【００６７】
実施例１で使用したと同じ装置、同じ多孔質要素（厚さ１０ｍｍ、孔径２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）を使用した。
広島県福山市水道局の水道水（酸化還元電位＝３５７ｍＶ、ｐＨ＝７．２５、溶存水素量＝３ｐｐｂ）を給湯器で４０℃の温水にした。この温水を、水圧０．２ＭＰａ、水量１５リットル／分で、原料水供給口２から噴出させた。水素ガスを、ガス圧調整器でガス圧を０．２５ＭＰａ、流量を０．５リットル／分に調整して、水素供給口３から噴出させ、温水と水素の混合流体を形成し、多孔質要素６を介して、拡散室５内に拡散させ、水量１０リットル／分、水温４０．０℃、溶存水素量が１．３０ｐｐｍ、酸化還元電位が−６１４ｍＶ、ｐＨが７．３６で、２００メッシュ（０．０７４ｍｍ）を中心とする微細気泡を大量に含有している加水素温水を排出口７から連続して得た。
【００６８】
本実施例の加水素水、およびその製造方法ならびに製造装置は、上述した実施例に限定されず、例えば、上述の実施例５および６においては、複数の加水素水製造装置を直列連結した構成について説明したが、複数の加水素水製造装置を並列連結して構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例で使用する加水素水製造装置の断面図。
【図２】本発明の別の実施例で使用する加水素水製造装置の断面図。
【図３】本発明のさらに別の実施例で使用する加水素水製造装置の断面図。
【符号の説明】
【００７０】
１  加水素水製造装置
２  原料水供給口
３  水素供給口
４  ノズル
５  拡散室  
６  多孔質要素
７  加水素水排出口