JP2019018187A - 水素含有率の高い水を製造するシステム - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
<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。
<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。
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。
<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。
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。
<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。
<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。
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。
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。
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
Claims (8)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
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