(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022189567
(43)【公開日】2022-12-22
(54)【発明の名称】ガスカートリッジおよび水素炭酸水の製造装置
(51)【国際特許分類】
C02F 1/68 20060101AFI20221215BHJP
B01F 21/00 20220101ALI20221215BHJP
B01F 23/23 20220101ALI20221215BHJP
【ＦＩ】
C02F1/68 520C
C02F1/68 510A
C02F1/68 510B
C02F1/68 520B
C02F1/68 530B
C02F1/68 530K
B01F1/00 C
B01F3/04 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021098215
(22)【出願日】2021-06-11
(71)【出願人】
【識別番号】000158312
【氏名又は名称】岩谷産業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100136098
【弁理士】
【氏名又は名称】北野 修平
(74)【代理人】
【識別番号】100137246
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 勝也
(72)【発明者】
【氏名】古谷 政博
(72)【発明者】
【氏名】水谷 大地
(72)【発明者】
【氏名】澤田 俊
(72)【発明者】
【氏名】牧平 尚久
【テーマコード（参考）】
4G035
【Ｆターム（参考）】
4G035AA01
4G035AA06
4G035AB05
(57)【要約】
【課題】品質の安定した水素炭酸水を、取り扱いしやすい態様で提供するための手段を提供すること。
【解決手段】ガスカートリッジは、耐圧容器と、前記耐圧容器内に充填された液化ガスと、を含む。前記耐圧容器は、前記液化ガスを収容する内部空間を有するタンクと、前記タンクと前記耐圧容器の外部との間を封止する口部と、を備える。前記液化ガスは、液化炭酸ガスと、前記液化炭酸ガスの中に５００ｗｔ．ｐｐｍ以上４５００ｗｔ．ｐｐｍ以下の割合で溶存する水素と、を含む。
【選択図】図２
【解決手段】ガスカートリッジは、耐圧容器と、前記耐圧容器内に充填された液化ガスと、を含む。前記耐圧容器は、前記液化ガスを収容する内部空間を有するタンクと、前記タンクと前記耐圧容器の外部との間を封止する口部と、を備える。前記液化ガスは、液化炭酸ガスと、前記液化炭酸ガスの中に５００ｗｔ．ｐｐｍ以上４５００ｗｔ．ｐｐｍ以下の割合で溶存する水素と、を含む。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
耐圧容器と、
前記耐圧容器内に充填された液化ガスと、
を含むガスカートリッジであって、
前記耐圧容器は、
前記液化ガスを収容する内部空間を有するタンクと、
前記タンクと前記耐圧容器の外部との間を封止する口部と、
を備え、
前記液化ガスは、
液化炭酸ガスと、
前記液化炭酸ガスの中に５００ｗｔ．ｐｐｍ以上４５００ｗｔ．ｐｐｍ以下の割合で溶存する水素と、を含む、
水素炭酸水製造のためのガスカートリッジ。
前記耐圧容器内に充填された液化ガスと、
を含むガスカートリッジであって、
前記耐圧容器は、
前記液化ガスを収容する内部空間を有するタンクと、
前記タンクと前記耐圧容器の外部との間を封止する口部と、
を備え、
前記液化ガスは、
液化炭酸ガスと、
前記液化炭酸ガスの中に５００ｗｔ．ｐｐｍ以上４５００ｗｔ．ｐｐｍ以下の割合で溶存する水素と、を含む、
水素炭酸水製造のためのガスカートリッジ。
【請求項2】
前記耐圧容器内の圧力が７ＭＰａ以上１１ＭＰａ以下である、請求項１に記載のガスカートリッジ。
【請求項3】
前記耐圧容器内に収容された前記液化ガスは、雰囲気温度２５度において、二酸化炭素の分圧６ＭＰａに対して、水素の分圧が１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下である、請求項１または請求項２に記載のガスカートリッジ。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスカートリッジと、
前記ガスカートリッジの前記口部に接続するガス取り出し部と、
原料液体を収容するボトルを保持する保持部と、
を備える、水素炭酸水の製造装置であって、
前記ガス取り出し部は、
前記ガスカートリッジに充填された前記液化ガスの液相部と、前記ボトルとを連通する連通部を含む、
水素炭酸水の製造装置。
前記ガスカートリッジの前記口部に接続するガス取り出し部と、
原料液体を収容するボトルを保持する保持部と、
を備える、水素炭酸水の製造装置であって、
前記ガス取り出し部は、
前記ガスカートリッジに充填された前記液化ガスの液相部と、前記ボトルとを連通する連通部を含む、
水素炭酸水の製造装置。
【請求項5】
前記連通部は、前記ボトルに収容された原料液体の液中に連通する、請求項４に記載の水素炭酸水の製造装置。
【請求項6】
前記連通部が、金属製または樹脂製の管状部材である、請求項４または請求項５に記載の水素炭酸水の製造装置。
【請求項7】
前記ボトルに収容された前記原料液体１Ｌに対する、前記液化ガスの注入量（２５℃、１ａｔｍにおける、二酸化炭素と水素の混合ガスとしての体積）が３Ｌ～８Ｌである、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の水素炭酸水の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ガスカートリッジおよび水素炭酸水の製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
水素と二酸化炭素とを含有する水が公知である。たとえば特許文献１には、水素と二酸化炭素との混合ガスを原料水にファインバブル分散処理する工程を含む、水素水の製造方法が記載されている。特許文献１の製造方法によれば、二酸化炭素を含有する水素水が製造できる。また特許文献２には、二酸化炭素を含有する水素水であって、水に対して０．２ｐｐｍ～１．２ｐｐｍの水素を含有するとともに、１０００ｐｐｍ～３０００ｐｐｍの二酸化炭素を含有するものが記載されている。
【0003】
一方で、粗製液化炭酸ガス中に、一酸化炭素、水素、窒素等が溶存することが知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１５－１８８７８９号公報
【特許文献2】特開２０１９－４８７９３号公報
【特許文献3】特開平１１－２０９１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
水素と二酸化炭素とを含有する水（以下、水素炭酸水と称する）は、飲用、調理用、美容用等の用途も想定されており、業務用に限られず一般家庭での利用も想定される。このため、品質の安定した水素炭酸水を、取り扱いしやすい態様で提供できることが望まれる。本開示に係る発明の目的の１つは、品質の安定した水素炭酸水を、取り扱いしやすい態様で提供するための手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示にかかるガスカートリッジは、耐圧容器と、前記耐圧容器内に充填された液化ガスと、を含む。前記耐圧容器は、前記液化ガスを収容する内部空間を有するタンクと、前記タンクと前記耐圧容器の外部との間を封止する口部と、を備える。前記液化ガスは、液化炭酸ガスと、前記液化炭酸ガスの中に５００ｗｔ．ｐｐｍ以上４５００ｗｔ．ｐｐｍ以下の割合で溶存する水素とを含む。
【発明の効果】
【0007】
上記本開示のガスカートリッジによれば、品質の安定した水素炭酸水を、取り扱いしやすい態様で提供するための手段が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
［実施形態の概要］
本開示のガスカートリッジは、耐圧容器と、前記耐圧容器内に充填された液化ガスと、を含む。前記耐圧容器は、前記液化ガスを収容する内部空間を有するタンクと、前記タンクと前記耐圧容器の外部との間を封止する口部と、を備える。前記液化ガスは、液化炭酸ガスと、前記液化炭酸ガスの中に５００ｗｔ．ｐｐｍ以上４５００ｗｔ．ｐｐｍ以下の割合で溶存する水素と、を含む。
なお、本明細書において「ガスカートリッジ」とは、水素炭酸水の製造装置に対して取り換え可能である、内部にガスが収容されるガス供給容器を意味する。本明細書でいう「ガスカートリッジ」は、市場においてカートリッジと称されるものに限定されず、シリンダーと称されるガス供給容器も含む。
本開示のガスカートリッジは、耐圧容器と、前記耐圧容器内に充填された液化ガスと、を含む。前記耐圧容器は、前記液化ガスを収容する内部空間を有するタンクと、前記タンクと前記耐圧容器の外部との間を封止する口部と、を備える。前記液化ガスは、液化炭酸ガスと、前記液化炭酸ガスの中に５００ｗｔ．ｐｐｍ以上４５００ｗｔ．ｐｐｍ以下の割合で溶存する水素と、を含む。
なお、本明細書において「ガスカートリッジ」とは、水素炭酸水の製造装置に対して取り換え可能である、内部にガスが収容されるガス供給容器を意味する。本明細書でいう「ガスカートリッジ」は、市場においてカートリッジと称されるものに限定されず、シリンダーと称されるガス供給容器も含む。
【0010】
従来、水素炭酸水の製造において、水素容器と二酸化炭素容器とが別々に備えられており、それらの容器から供給された水素ガスと二酸化炭素ガスとをミキサで混合した上で、原料水に注入することが公知である（たとえば特許文献１、特許文献２）。しかしながら、水素容器と二酸化炭素容器とを別々に備え、さらにミキサ等を含む複雑な装置を一般家庭に設置し、使用することは現実的ではない。また、二酸化炭素と水素を気体の状態で混合した混合ガスは体積が大きく、コンパクトな形態で供給できないため、取り扱い性に劣る。
【0011】
そこで発明者らは、水素と二酸化炭素とが１つの容器に収容されたガスカートリッジを作り出すことを構想した。ここで、水素を含む液化炭酸ガスは公知である（たとえば特許文献３）。しかしながら、特許文献３に開示された液化ガスは、液化炭酸ガス中に不純物としての水素等を含むものである。特許文献３の発明では、液化炭酸ガス中に含有される水素は、液化炭酸ガス中で水に変換されて除去される。特許文献３では、水素が溶解した液化炭酸ガスを継続的に安定して取り出すことについては何ら検討されていない。
【0012】
発明者らは前記の構想に基づいて検討を進め、安定した品質の水素炭酸水を提供するためには、１つの容器から継続的に水素および二酸化炭素を取り出す場合であっても、水素と二酸化炭素との割合が一定の範囲に維持されねばならないという課題を見出した。そして、さらなる検討の結果、前記のガスカートリッジによれば、この課題を解決できることを見出した。
【0013】
本開示のガスカートリッジによれば、１つのガスカートリッジから継続的に内容物を取り出す場合であっても水素と二酸化炭素との含有割合が安定した、水素・二酸化炭素混合ガスを得ることができる。このため、取り扱いが容易で、例えば一般家庭における専門知識を持たないユーザであっても、簡単に水素炭酸水を作ることができる。また、水素を含有する液化炭酸ガスを収容するカートリッジが提供されるため、コンパクトで取り扱い性に優れる。
【0014】
前記のガスカートリッジにおいて、前記耐圧容器内の圧力が７ＭＰａ以上１１ＭＰａ以下であるものとできる。タンク内の圧力がこの範囲であれば、水素炭酸水としての効果を得られる量の水素を、液化炭酸ガス中に安定して含有させることができる。
【0015】
前記のガスカートリッジにおいて、雰囲気温度２５度において、二酸化炭素の分圧６ＭＰａに対して、水素の分圧が１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下であるものとできる。この範囲であれば、水素炭酸水としての効果を得られる量の水素を、液化炭酸ガス中に安定して含有させることができる。なお、この時、ガスカートリッジに収容された二酸化炭素の一部は液化しており、カートリッジ中では炭酸ガス（気体）と液化二酸化炭素（液体）の両方が存在している。
【0016】
本開示にかかる水素炭酸水の製造装置は、前記のガスカートリッジと、前記ガスカートリッジの前記口部に接続するガス取り出し部と、原料液体を収容するボトルを保持する保持部と、を備える。前記ガス取り出し部は、前記ガスカートリッジに充填された前記液化ガスの液相部と、前記ガスカートリッジの外部とを連通する連通部を含むものであってよい。水素が溶解した液化炭酸ガスの液相部からガスを取り出すことによって、継続的に、水素濃度が安定した水素炭酸水を得ることができる。
【0017】
前記製造装置において、前記連通部は、前記ボトルに収容された原料液体の液中に連通するものとできる。原料液体の液中に水素含有液化炭酸ガスを送入することによって、十分な量の水素を含有する炭酸水を安定に製造できる。
【0018】
前記製造装置において、前記連通部は、金属製または樹脂製の管状部材であるものとできる。この構成によれば、ガスカートリッジから常圧を超えるガスが取り出される場合であっても、安全かつ安定してガスを取り出すことができる。
【0019】
前記製造装置において、前記ボトルに収容された前記原料液体１Ｌに対する、前記液化ガスの注入量は３Ｌ～８Ｌとできる。なお、ここでいう３Ｌ～８Ｌとは、２５℃、１ａｔｍにおいて、二酸化炭素と水素の混合ガスとして３Ｌ～８Ｌであることを意味している。この構成によれば、水素炭酸水としての効果が期待できるとともに、飲用に適したおいしい水素炭酸水が得られる。
【0020】
［実施の形態１］
（ガスカートリッジ）
図１は本開示にかかるガスカートリッジの概要図である。ガスカートリッジ１は、耐圧容器１１と、耐圧容器内に充填された液化ガス５１とを含む。耐圧容器１１は、液化ガス５１を収容する内部空間を有するタンク２１と、タンク２１と耐圧容器１１の外部との間を開閉可能に封止する口部３１と、を備える。
（ガスカートリッジ）
図１は本開示にかかるガスカートリッジの概要図である。ガスカートリッジ１は、耐圧容器１１と、耐圧容器内に充填された液化ガス５１とを含む。耐圧容器１１は、液化ガス５１を収容する内部空間を有するタンク２１と、タンク２１と耐圧容器１１の外部との間を開閉可能に封止する口部３１と、を備える。
【0021】
ガスカートリッジ１に充填された液化ガス５１は、液化炭酸ガス（以下、ＬＣＯ２ということがある）中に水素が溶解した、水素含有ＬＣＯ２である。ＬＣＯ２中に溶存する水素の濃度は、５００ｗｔ．ｐｐｍ以上４５００ｗｔ．ｐｐｍ以下であるものとできる。ＬＣＯ２中に溶存する水素の濃度が５００ｗｔ．ｐｐｍ以上であれば、水素と炭酸ガスとを含む水素炭酸水が得られ、水素炭酸水として実用的なものを得ることができる。ＬＣＯ２中に溶存する水素の濃度が４５００ｗｔ．ｐｐｍ以下であれば、ガスカートリッジから水素ガスおよび炭酸ガスを取り出す際の、炭酸ガスに対する水素ガス濃度が約１０ｖｏｌ．％／ＣＯ２ｂａｌ．以下となり、水素濃度の高い水素炭酸水を得ることができる。
【0022】
また、ＬＣＯ２中に溶存する水素の濃度は、８６９ｗｔ．ｐｐｍ以上３５９６ｗｔ．ｐｐｍ以下であれば好ましい。水素の濃度が８６９ｗｔ．ｐｐｍ以上であれば、ガスカートリッジから水素ガスおよび炭酸ガスを取り出す際の、炭酸ガスに対する水素ガス濃度が約２．０ｖｏｌ．％／ＣＯ２ｂａｌ．以上となり、水素炭酸水としての効果が得られやすくなる。水素の濃度が３５９６ｗｔ．ｐｐｍ以下であれば、ガスカートリッジから水素ガスおよび炭酸ガスを取り出す際の、炭酸ガスに対する水素ガス濃度が約８．３ｖｏｌ．％／ＣＯ２ｂａｌ．以下となり、安全上の問題なく取り扱うことができる、実用的なガスカートリッジが得られる。ＬＣＯ２中に溶存する水素の濃度は、１０６８ｗｔ．ｐｐｍ以上３５９６ｗｔ．ｐｐｍ以下であればより好ましい。水素の濃度が１０６８ｗｔ．ｐｐｍ以上であれば、ガスカートリッジから内容物（水素ガスおよび炭酸ガス）を取り出す際の炭酸ガスに対する水素ガス濃度が、２．５ｖｏｌ．％／ＣＯ２ｂａｌ．以上となり、水素炭酸水として十分な水素濃度を有し、よりよい効果が期待できる。
【0023】
ガスカートリッジ１に収容される液化ガス５１は、二酸化炭素（ＣＯ２）と水素（Ｈ２）とからなることが好ましい。二酸化炭素と水素以外に、不可避的な不純物を含んでもよい。
【0024】
ガスカートリッジ１の具体的な形状は特に制限されない。一例としては、円筒形で中空のタンク２１と、タンク２１の長さ方向の一端に接続し、タンク２１に対して小径である口部３１とを含む、耐圧容器１１を用いることができる。タンク２１の素材は特に制限されず、アルミやステンレス等の金属や各種の合金からなるものを用いることができる。口部３１は、水素炭酸水の製造装置（［図２］）に固定されるように、外周面にねじ溝やリムが形成されていてもよい。口部３１は樹脂や金属等の栓で封止されており、水素炭酸水の製造装置に取り付けた時に開封されるようになっていてもよい。また、カートリッジ１は、口部３１に連結する、脱圧用ポート、異常時にガスを放出する安全弁等である圧力調整機構１５を有する。
【0025】
ガスカートリッジ１の容量は特に制限されない。例えば、タンクの容量が５ｍＬ～１０００ｍＬ程度であってよく、１０ｍＬ～６００ｍＬであれば実用上より好ましい。一般家庭等での取り扱いやすさを考慮すると、１００ｍＬ未満であることも好ましい。タンク内に収容される液化ガスの量は、例えば５ｇ～８００ｇ程度（未開封時）であってよく、１０ｇ～６００ｇ程度であれば、実用上より好ましい。ガスカートリッジ１は、１回使い切りであってもよく、複数回に分けてガスを供給することが可能であってもよい。ガスカートリッジ１は、使い捨てであってもよく、液化ガスを再充填してリサイクル使用可能であってもよい。
【0026】
（水素炭酸水の製造装置）
図２は、本開示にかかる水素炭酸水の製造装置の模式図である。水素炭酸水の製造装置７は、本開示にかかるガスカートリッジ１から水素と二酸化炭素とを取り出し、原料液体に注入して水素炭酸水を作り出す装置である。製造装置７は、本体７１と、ガス取出し部７２と、原料液体（例えば水）を収容するボトル７３を保持する保持部７４と、を備える。ガス取出し部７２は、連通部７５を備える。連通部７５は、ガスカートリッジ１に収容された液化ガス５１の液相部分と、ボトル７３の内部とを連通する。連通部７５の先端には、ノズル７６が備えられる。製造装置７は、液化ガス５１の液相部分から水素含有ＬＣＯ２を取り出す構成とすることによって、１つのカートリッジから連続的にガスを取り出す場合であっても、混合ガス（水素と二酸化炭素の混合ガス）における水素濃度が安定するという効果が得られる。
図２は、本開示にかかる水素炭酸水の製造装置の模式図である。水素炭酸水の製造装置７は、本開示にかかるガスカートリッジ１から水素と二酸化炭素とを取り出し、原料液体に注入して水素炭酸水を作り出す装置である。製造装置７は、本体７１と、ガス取出し部７２と、原料液体（例えば水）を収容するボトル７３を保持する保持部７４と、を備える。ガス取出し部７２は、連通部７５を備える。連通部７５は、ガスカートリッジ１に収容された液化ガス５１の液相部分と、ボトル７３の内部とを連通する。連通部７５の先端には、ノズル７６が備えられる。製造装置７は、液化ガス５１の液相部分から水素含有ＬＣＯ２を取り出す構成とすることによって、１つのカートリッジから連続的にガスを取り出す場合であっても、混合ガス（水素と二酸化炭素の混合ガス）における水素濃度が安定するという効果が得られる。
【0027】
製造装置７の具体的な構成は限定されず、様々な構成でありえる。図２の例では、口部３１が鉛直下向きになるようにカートリッジ１が保持されるが、これに制限されない。例えば、カートリッジ１の口部３１が上向きとなるよう保持され、連通部７５がカートリッジ１の上方からカートリッジ１の内部の底面近くまで達するよう挿入される形態であってもよい。また、連通部７５は、ガスカートリッジ１と一体化された第１部分と、第１部分と接続し、製造装置７に設けられた第２部分と、から構成されてもよい。
【0028】
また、製造装置７の構成は図２の例に限定されず、原料液体を収容するタンクと、カートリッジ１から取り出された混合ガスと原料液体とが混合されるミキサと、を備えてもよい。この場合、ミキサで生成された混合ガスと原料液体の混合物（水素炭酸水）を取り出し口から取り出す構成としてもよい。原料液体は典型的には水であるが、水に限定されない。原料液体は、香料や甘味料その他の成分を含む水であってもよく、ジュースやアルコール飲料等でもよい。
【0029】
連通部７５の具体的な構成は特に限定されない。例えば、液化ガス５１の液相部に金属製または樹脂製の管状部材（チューブ）が挿入される形態であってもよい。また、連通部７５に連続して、または連通部７５の途中に、弁やニードルバルブ等の供給量調整部材が設けられていてもよい。
【0030】
（ガスカートリッジの製造方法）
図３は、本開示にかかるガスカートリッジを製造するための製造システムの一例を示す。図３を参照して、製造システム６１は、原料ガスの供給源として、液化炭酸ガスを収容する容器であるボンベ６２および水素ガスを収容する容器であるボンベ６３を含む。それぞれに、減圧弁８１，８２が備えられる。まず、減圧弁８２を閉とし、減圧弁８１およびバルブ１２１，１２２、１２３を開として、ボンベ６２からＬＣＯ２を取り出し、抽出槽６４を経て混合槽６５にＬＣＯ２を導入する。混合槽６５には、温度計１３１と圧力計１３２とが備えられている。ＬＣＯ２の充填量は、例えば、３．０ＭＰａ～７．０ＭＰａ程度の圧力となるようにＬＣＯ２を充填することができる。
図３は、本開示にかかるガスカートリッジを製造するための製造システムの一例を示す。図３を参照して、製造システム６１は、原料ガスの供給源として、液化炭酸ガスを収容する容器であるボンベ６２および水素ガスを収容する容器であるボンベ６３を含む。それぞれに、減圧弁８１，８２が備えられる。まず、減圧弁８２を閉とし、減圧弁８１およびバルブ１２１，１２２、１２３を開として、ボンベ６２からＬＣＯ２を取り出し、抽出槽６４を経て混合槽６５にＬＣＯ２を導入する。混合槽６５には、温度計１３１と圧力計１３２とが備えられている。ＬＣＯ２の充填量は、例えば、３．０ＭＰａ～７．０ＭＰａ程度の圧力となるようにＬＣＯ２を充填することができる。
【0031】
ここで、原料として用いるガスは、高純度のものを用いることが好ましい。液化炭酸ガスとしては、好ましくは例えば、純度９９．９８０ｖｏｌ％以上、不純物として水分０．０１２ｖｏｌ％以下のガスを用いることができる。また、水素ガスとしては、好ましくは例えば、純度９９．９９９９ｖｏｌ％以上のガスを用いることができる。しかしながら、炭酸ガスおよび水素ガスは、水素炭酸水の用途に応じて変更すれば良く、これに限定されない。
【0032】
続いて、減圧弁８１を閉とし、減圧弁８２を開として、抽出槽６４および混合槽６５に導入されたＬＣＯ２中に、水素ガスをバブリングする形で充填する。図示していないが、例えば、バブリングノズルを使用することによってＬＣＯ２中に溶解する水素の量を増加させることもできる。水素ガスの充填量は、例えば３．５ＭＰａ～１４．５ＭＰａ程度の圧力となるように水素ガスを充填することができる。
【0033】
続いて、減圧弁８２，バルブ１２１，１２２，１２３を閉として、所定の圧力、温度になるまで静置する。所定の圧力、温度になったことを確認し、水素含有ＬＣＯ２を得る。
【0034】
バルブ１２２，１２３を開閉し、混合槽６５の液相部分から抽出槽６４へと水素含有ＬＣＯ２を移送する。抽出槽６４をガスカートリッジに交換し、ガスカートリッジに水素含有ＬＣＯ２を充填することもできる。ガスカートリッジの充填圧力は、特に制限されないが、例えば７ＭＰａ以上、１１ＭＰａ以下（未使用時）とすることができる。また、二酸化炭素と水素の割合は、例えば、環境温度２５度において、二酸化炭素の分圧６ＭＰａに対して、水素の分圧を１ＭＰａ以上、５ＭＰａ以下とできる。
【0035】
（水素炭酸水の製造方法）
本開示にかかるガスカートリッジおよび製造装置を用いて水素炭酸水を製造する方法を説明する。水素炭酸水は、一般的な炭酸水を製造する方法に準じて製造できる。原料液体として水を用いる場合、常温の水を用いてもよく、０～１０℃程度の水を用いることも好ましい。
本開示にかかるガスカートリッジおよび製造装置を用いて水素炭酸水を製造する方法を説明する。水素炭酸水は、一般的な炭酸水を製造する方法に準じて製造できる。原料液体として水を用いる場合、常温の水を用いてもよく、０～１０℃程度の水を用いることも好ましい。
【0036】
水素炭酸水の製造においては、装置に設置したボトル中の原料液体に対して、水素含有ＬＣＯ２をノズルから噴射し、原料液体と混合してもよい。また、原料液体と水素含有ＬＣＯ２とをミキサで混合した後に、ボトルに移送する形態であってもよい。製造装置の連通部を通じて、ガスカートリッジから取り出された水素含有ＬＣＯ２が、原料液体の液中に直接注入されるようにしてもよい。取出し経路中に気化部が備えられていてもよい。気化部を備える場合、液相から取り出された水素含有ＬＣＯ２が気化された上で原料液体に注入される。
【0037】
原料液体に対する水素含有ＬＣＯ２の注入量は、特に制限されない。一例としてはたとえば、飲用の水素炭酸水の場合、水１Ｌに対して３Ｌ～８Ｌ程度の水素含有ＬＣＯ２ガスを注入することができ、４Ｌ～７Ｌ程度であればより好ましい。このような量の水素含有ＬＣＯ２は、例えば、容量が１０ｍＬ～１５ｍＬ程度である使い切りタイプのガスカートリッジに収容された形態で提供されうる。この範囲であれば、水素炭酸水としての効果が期待できるとともに、炭酸水としてのおいしさが得られる。また、美容用（例えば風呂等）の水素炭酸水の場合、２００～２８０Ｌ程度の水に対して、３０～４５Ｌ程度の水素含有ＬＣＯ２ガスを注入することができる。ここでいう水素含有ＬＣＯ２ガスの体積は、２５℃、１ａｔｍにおける、二酸化炭素と水素の混合ガスとしての体積を意味している。なお、これは、必ず２５℃、１ａｔｍの条件下で注入が行われることを意味するものではない。原料液体に対する水素含有ＬＣＯ２の注入は、例えば０℃～１００℃である任意の温度、例えば１ａｔｍ～１０ａｔｍである任意の圧力で行われてよい。
【0038】
［実施例］
（試験１：水素含有ＬＣＯ２の製造および評価）
図４に示す装置を用いて、温度計、圧力計および液温測定用の温度センサが取り付けられたサイトグラス（容量３０ｍＬ、型番ＯＤ１２０１２７ Ｔ-１２０３１、耐圧硝子工業株式会社製）の下部より、ＬＣＯ２（一般グレード、イワタニファインガス社製）を６．０～６．５ＭＰａで充填した。続いて、サイトグラス下部よりＨ２（工業用グレード、イワタニファインガス社製）を１．０～３．０ＭＰａで加圧充填した。所定の温度および圧力（温度２５℃、トータル圧力７．０～９．５ＭＰａ）になるまで１５分程度静置し、水素含有ＬＣＯ２を得た。一連の操作は、雰囲気温度２５℃の環境下で実施した。このとき、液化炭酸ガスの中に溶存する水素の濃度は、７８２ｗｔ．ｐｐｍ～１８６６ｗｔ．ｐｐｍであると計算された。
（試験１：水素含有ＬＣＯ２の製造および評価）
図４に示す装置を用いて、温度計、圧力計および液温測定用の温度センサが取り付けられたサイトグラス（容量３０ｍＬ、型番ＯＤ１２０１２７ Ｔ-１２０３１、耐圧硝子工業株式会社製）の下部より、ＬＣＯ２（一般グレード、イワタニファインガス社製）を６．０～６．５ＭＰａで充填した。続いて、サイトグラス下部よりＨ２（工業用グレード、イワタニファインガス社製）を１．０～３．０ＭＰａで加圧充填した。所定の温度および圧力（温度２５℃、トータル圧力７．０～９．５ＭＰａ）になるまで１５分程度静置し、水素含有ＬＣＯ２を得た。一連の操作は、雰囲気温度２５℃の環境下で実施した。このとき、液化炭酸ガスの中に溶存する水素の濃度は、７８２ｗｔ．ｐｐｍ～１８６６ｗｔ．ｐｐｍであると計算された。
【0039】
続いて、サイトグラスの下部に取り付けたステンレス製５ｍＬ管（１／４インチステンレス管）を使用して、水素含有ＬＣＯ２を５ｍＬ分離し、シリンダー（容積１０００ｍＬ、Ｓｗａｇｅｌｏｋ社製、試料採取用ステンレスボンベ３０４Ｌ－ＨＤＦ４－１０００）に回収した。シリンダーに回収された水素含有ＬＣＯ２を、ガスクロマトグラフィー装置（型番ＧＰＡ－２０、Ｙａｎａｃｏ社製）を用いてガスクロマトグラフィー分析した。
【0040】
ガスクロマトグラフィー分析の結果を、図５のグラフに示す。図５に示されるとおり、ＬＣＯ２に対する充填時の水素ガス分圧（ＭＰａ）と、水素含有ＬＣＯ２を取り出して気化させた後の水素濃度（％）（二酸化炭素に対する水素の濃度）とは比例することが確認された。また、二酸化炭素に対してパーセントオーダーの水素ガスを含んだ水素含有炭酸ガスを供給できることが確認された。
【0041】
（試験２：水素含有ＬＣＯ２の製造および取り出しの実施例）
図４に示す装置を用いて、温度計および圧力計が取り付けられたサイトグラス（容量３０ｍＬ、型番ＯＤ１２０１２７ Ｔ-１２０３１、耐圧硝子工業株式会社製）の下部より、ＬＣＯ２（一般グレード、イワタニファインガス社製）を６．０～６．５ＭＰａで充填した。続いて、サイトグラス下部よりＨ２（工業用グレード、イワタニファインガス社製）を２．０ＭＰａで加圧充填した。所定の温度および圧力になるまで１５分程度静置し、水素含有ＬＣＯ２を得た。一連の操作は、雰囲気温度２５℃の環境下で実施した。このとき、液化炭酸ガスの中に溶存する水素の濃度は、１３９０ｗｔ．ｐｐｍであると計算された。
図４に示す装置を用いて、温度計および圧力計が取り付けられたサイトグラス（容量３０ｍＬ、型番ＯＤ１２０１２７ Ｔ-１２０３１、耐圧硝子工業株式会社製）の下部より、ＬＣＯ２（一般グレード、イワタニファインガス社製）を６．０～６．５ＭＰａで充填した。続いて、サイトグラス下部よりＨ２（工業用グレード、イワタニファインガス社製）を２．０ＭＰａで加圧充填した。所定の温度および圧力になるまで１５分程度静置し、水素含有ＬＣＯ２を得た。一連の操作は、雰囲気温度２５℃の環境下で実施した。このとき、液化炭酸ガスの中に溶存する水素の濃度は、１３９０ｗｔ．ｐｐｍであると計算された。
【0042】
続いて、サイトグラスの下部に接続した内容積１０００ｍＬのシリンダー（Ｓｗａｇｅｌｏｋ社製、試料採取用ステンレスボンベ３０４Ｌ－ＨＤＦ４－１０００）に水素含有ＬＣＯ２を充填し、液相部を全て気化させた。気化させたガスを直接ガスクロマトグラフィー装置（型番ＧＰＡ－２０、Ｙａｎａｃｏ社製）に導入し、ガスクロマトグラフィー分析を実施した。サンプル流量は１００ｍＬ／ｍｉｎとし、サンプル取得間隔は５分／回とした。
【0043】
結果を図６のグラフに示す。図６は、測定開始からの経過時間（分）と、各時間における水素濃度（％）（二酸化炭素に対する水素の濃度）を示している。図６に示されるとおり、取り出し開始直後からシリンダー内の圧力が０ＭＰａになる４０分後まで、安定して高い水素濃度が維持されることが確認された。
【0044】
（試験３：比較例）
上記と同様の方法および条件で水素含有ＬＣＯ２を得た。続いて、サイトグラスの上部に設けた減圧弁の二次側圧力を０．１ＭＰａ、流量を１０ｍＬ／分としてガスクロマトグラフィー装置（試験２と同じ）にサイトグラス内の気相部を供給し、ガスクロマトグラフィー分析を実施した。その後、サイトグラス上部から気相部を流量１００ｍＬ／分で５分間または１０分間ブローし続けた。この操作を、サイトグラス内の全圧が０ＭＰａになるまで繰り返し行った。
上記と同様の方法および条件で水素含有ＬＣＯ２を得た。続いて、サイトグラスの上部に設けた減圧弁の二次側圧力を０．１ＭＰａ、流量を１０ｍＬ／分としてガスクロマトグラフィー装置（試験２と同じ）にサイトグラス内の気相部を供給し、ガスクロマトグラフィー分析を実施した。その後、サイトグラス上部から気相部を流量１００ｍＬ／分で５分間または１０分間ブローし続けた。この操作を、サイトグラス内の全圧が０ＭＰａになるまで繰り返し行った。
【0045】
結果を図７のグラフに示す。図７は測定開始からの経過時間（分）と、各時間における水素濃度（％）（二酸化炭素に対する水素の濃度）を示している。図７に示されるとおり、取り出し開始直後の水素濃度は１５％であり、時間の経過とともに低下し、終了時には１％となった。この結果から、気相部からの取り出しでは、水素を安定した濃度で供給することが難しいと考えられた。
【0046】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0047】
１ ガスカートリッジ、１１ 耐圧容器、１５ 圧力調整機構、２１ タンク、３１ 口部、５１ 液化ガス、６１ 製造システム、６２、６３ ボンベ、６４ 抽出槽、６５ 混合槽、７ 製造装置、７１ 本体、７２ ガス取出し部、７３ ボトル、７４ 保持部、７５ 連通部、８１、８２ 減圧弁、１２１、１２２、１２３ バルブ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
