特許 7037139 水素供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-08

(45)【発行日】2022-03-16

(54)【発明の名称】水素供給装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/68 20060101AFI20220309BHJP

   C01B 3/06 20060101ALI20220309BHJP

   C01B 3/08 20060101ALI20220309BHJP

   B01J 7/02 20060101ALI20220309BHJP

   B01J 4/00 20060101ALI20220309BHJP

   A61H 33/02 20060101ALI20220309BHJP

【ＦＩ】

C02F1/68 510H

C01B3/06

C01B3/08 Z

C02F1/68 520B

C02F1/68 530D

B01J7/02 Z

B01J4/00 102

A61H33/02 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018150140

(22)【出願日】2018-08-09

(65)【公開番号】P2020025902

(43)【公開日】2020-02-20

【審査請求日】2021-02-15

(73)【特許権者】

【識別番号】500101298

【氏名又は名称】有限会社 アクアサイエンス

(73)【特許権者】

【識別番号】515098451

【氏名又は名称】株式会社厚生工学研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大河内 正一

【審査官】富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２８４４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２４８５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６５６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／０５５１４６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／６８

Ｃ０１Ｂ ３／０６

Ｃ０１Ｂ ３／０８

Ｂ０１Ｊ ７／０２

Ｂ０１Ｊ ４／００

Ａ６１Ｈ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

貯水槽内の水を吸引する吸水部と、
前記吸水部が吸引した水が導入されるとともに内部に該水と反応して水素を発生する水素発生剤を収容した水素供給部と、
前記水素供給部において発生した水素を含む前記水を前記貯水槽へ吐出する吐水部と、
を備えるとともに、
前記水素供給部は、前記吸水部からの水が流入する流入口と、前記水素発生剤が収容される収容部と、前記吐水部への水が流出する流出口と、を有し、
前記水素発生剤は、水素発生原料としての水素化金属化合物が常温固体の油脂の中に分散して成形されているものであり、
前記常温固体の油脂は、油脂又は脂肪酸とポリエチレングリコール、ポリオキシエチレン又はポリオキシエチレンアルキルエーテルとを反応させエステル化したポリオキシエチレン油脂又はポリオキシエチレン脂肪酸エステルであることを特徴とする水素供給装置。

【請求項2】

前記水素化金属化合物は、水素化ホウ素ナトリウムであることをと特徴とする請求項１記載の水素供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、貯水槽、特に浴槽内の水に水素を供給する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明者らにより発表された論文である下記の非特許文献１及び２には、水に水素を溶存させた水素水に触れることで、皮膚の弾力性が向上したり、毛髪の滑らかさや毛髪の艶が増したり、深部体温を上昇させたりすることが開示されている。

【0003】

また、下記の特許文献１には、水素水のような還元水が皮膚の老化防止等に寄与することから、入浴剤に水素発生剤を用いた技術が開示されている。

【0004】

また、下記の特許文献２には、水素水のような還元水を飲むと、胃腸症状の改善や活性酸素の除去といったアンチエイジング効果が期待されることから、水を電気分解して電解水を生成する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】ＷＯ２００７／５５１４６Ａ１

【文献】特許第５６３９７２４号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】Y.Kurita, K.Umeda, S.Ikeda, O.Urushibata & S.Okouchi（栗田繕彰、梅田一輝、池田茂男、漆畑修、大河内正一）, "Effects of Magnesium Hydride as a Reductive Bath Additive on the Skin（還元系水素入浴剤としての水素化マグネシウムの皮膚に及ぼす効果）", J.Hot Spring Sci.（温泉科学）, Vol.63, No.4, p.317-327

【文献】大河内正一、大波英幸、庄司未来、大野慶晃、池田茂男、阿岸祐幸、萩原知明、鈴木徹、「電解還元系の人工温泉水の皮膚および髪に与える効果」、温泉科学、第５５巻、第２号、ｐ．５５－６３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の特許文献１には、水素発生剤を入浴剤として使用することは開示されているが、これを浴槽への水素供給装置に適用することに関しては開示はされていない。

【0008】

また、上記の特許文献２に開示されているような電気分解によって水素水を生成する場合には、比較的大がかりな電気関係の設備を設ける必要がある。

【0009】

そこで、本発明は、簡素な構成でかつ安全に水素を含んだ水素水を浴槽へ供給可能な装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明に係る水素供給装置は、貯水槽内の水を吸引する吸水部と、
前記吸水部が吸引した水が導入されるとともに内部に該水と反応して水素を発生する水素発生剤を収容した水素供給部と、
前記水素供給部において発生した水素を含む前記水を前記貯水槽へ吐出する吐水部と、
を備えるとともに、
前記水素供給部は、前記吸水部からの水が流入する流入口と、前記水素発生剤が収容される収容部と、前記吐水部への水が流出する流出口と、を有することを特徴とする。

【0011】

本発明では、貯水槽、たとえば浴槽に貯留されている水の中に吸水部が投入される。吸水部は、たとえばポンプのような揚水機構により、水を水素供給部まで汲み上げる。汲み上げられた水は、流入口より内部の収容部へ流入し、ここで水素発生剤と接触する。水素発生剤には、水と反応して水素を発生する成分である水素発生原料が含まれている。水素発生原料としては、水素化金属化合物、たとえば、水素化ホウ素ナトリウムが挙げられる。

【0012】

水素化ホウ素ナトリウムは水と反応すると、下記反応式（式１）にて１モル当たり水素が４モル発生する。

【0013】

ＮａＢＨ_４ ＋ ２Ｈ_２Ｏ → ＮａＢＯ_２＋ ４Ｈ_２ ［式１］

【0014】

なお、水素化金属化合物としては、他に、水素化マグネシウム（ＭｇＨ_２）を使用することも考えられる。なお、水素化マグネシウムが水と反応して水素を発生する反応式は下記式２の通りである。

【0015】

ＭｇＨ_２ ＋ ２Ｈ_２Ｏ → Ｍｇ（ＯＨ）_２＋ ２Ｈ_２［式２］

【0016】

すなわち、水素化マグネシウム１モル当たりの水素発生量は２モルである。よって、水素化ホウ素ナトリウムは、前記式１に示すように、１モル当たりの水素発生量が４モルと、水素化マグネシウムの２倍ということとなる。

【0017】

さらには、水素化金属化合物ではないが、金属マグネシウムとの反応では、下記式３の通り、金属マグネシウム１モル当たりの水素発生量は１モルである。よって、水素化ホウ素ナトリウムは金属マグネシウムの４倍の水素を発生することになる。

【0018】

Ｍｇ ＋ ２Ｈ_２Ｏ → Ｍｇ（ＯＨ）_２＋ Ｈ_２［式３］

【0019】

一方、水素化ホウ素ナトリウム及び水素化マグネシウム、さらには金属マグネシウムの分子量はそれぞれ、３７．８、２６．３及び２４．３であるから、発生する水素１モルに対する各物質の化学当量は前記式１～３から、
水素化ホウ素ナトリウム：３７．８÷４＝９．４５（ｇ）
水素化マグネシウム：２６．３÷２＝１３．１５（ｇ）
金属マグネシウム：２４．３÷１＝２４．３(ｇ)
となる。よって、単位質量当たりの水素発生量は、水素化ホウ素ナトリウムでは水素化マグネシウム及び金属マグネシウムのそれぞれ約１．４倍及び約２．６倍ということになる。

【0020】

なお、水素化ホウ素ナトリウムから水素が発生する反応の産物であるＮａＢＯ_２（前記式１参照）は温泉成分のメタホウ酸でもあるため、温泉成分の供給という副次的な効果もある。また、水素化ホウ素ナトリウムは、特に水道水中に含有される次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）が下記反応式（式４）に従って分解する反応を促進する副次的な効果もある。なお、下記式４中の「Ｏ」は活性酸素である。

【0021】

ＨＣｌＯ → ＨＣｌ＋Ｏ ［式４］

【0022】

上記した副次的な効果も含めて、本件発明では、水素発生原料として水素化ホウ素ナトリウムを採用することとしている。

【0023】

水素発生原料が水と反応して発生した水素は、貯水槽から流入部を経て流入し続ける水の圧力によって、その水とともに流出口から吐水部へ至り、貯水槽へ供給されることになる。

【0024】

ここで、前記水素発生剤は、水素発生原料としての水素化金属化合物が常温固体の油脂の中に分散して成形されているものであることが望ましい。換言すると、水素発生原料としての水素化金属化合物が、常温固体の油脂でコーティングされた状態で成形されているものであってもよい。なお、水素発生原料を常温固体の油脂の中に分散して成形すること、あるいは、水素発生原料を常温固体の油脂でコーティングされた状態で成形することとは、常温固体の油脂などを加熱溶解したものに、水素発生原料を混合して分散させたものを、冷却して再度固化して成形することをいう。

【0025】

この常温固体の油脂とは、油脂又は脂肪酸とポリエチレングリコール、ポリオキシエチレン又はポリオキシエチレンアルキルエーテルとを反応させエステル化したポリオキシエチレン油脂又はポリオキシエチレン脂肪酸エステルを、水素化金属化合物と加熱混合し、冷却して成形したものであることとしてもよい。なお、ここでいう油脂としては、常温で固体の性状を有するものであれば、天然油若しくは合成油のいずれでも、又はこれらの混合物でもよく、特に、硬化ヒマシ油が好適である。また、ここでいう脂肪酸としては、ステアリン酸などが挙げられる。

【0026】

前記水素化金属化合物とは、水素原子を含む金属化合物であって、水と反応して水素が発生するものをいい、前記水素化ホウ素ナトリウム及び前記水素化マグネシウムがこれに含まれる。このうち、前記の通り、水素化ホウ素ナトリウムが特に好適である。

【0027】

この水素発生剤の成形の際には、上記した、油脂又は脂肪酸とポリエチレングリコール、ポリオキシエチレン又はポリオキシエチレンアルキルエーテルとを反応させエステル化したポリオキシエチレン油脂又はポリオキシエチレン脂肪酸エステルを、油脂コーティング剤として、加熱して溶解させ、粉体の水素化金属化合物をこれに混合した後、常温以下に冷却することが望ましい。なお、油脂又は脂肪酸と、ポリオキシエチレン又はポリオキシエチレンアルキルエーテルとは、それぞれ別体で材料として用意したものを反応させてポリオキシエチレン油脂又はポリオキシエチレン脂肪酸エステルを生成させてもよいし、あるいは、あらかじめエステル化されているポリオキシエチレン油脂又はポリオキシエチレン脂肪酸エステルを材料として使用してもよい。また、ここでいう「エステル化」とは、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレン又はポリオキシエチレンアルキルエーテルの末端の水酸基の一方のみが油脂又は脂肪酸とエステル化する場合のみならず、末端の水酸基の両方がエステル化してジエステルを形成する場合も含む。このようなジエステルとしては、たとえば、ポリオキシエチレンジステアレートが挙げられる。

【0028】

すなわち、水素化金属化合物（特に、水素化ホウ素ナトリウム）が、上記した、油脂コーティング剤としての、油脂又は脂肪酸と、ポリオキシエチレン又はポリオキシエチレンアルキルエーテルとを反応させエステル化したポリオキシエチレン油脂又はポリオキシエチレン脂肪酸エステルにより油脂コーティングされ、これにより水素化金属化合物と水との接触が遅延することで、水素が徐々に、かつ、比較的長期間にわたり発生することとなっている。そのためには、この油脂コーティングされた皮膜が３５～９５℃で溶解するものであって、１０分間のシャワー時間での溶解量が１ｇ以下であればよい。

【0029】

なお、水素化金属化合物の代わりに水素発生剤として金属マグネシウムを使用する場合には、上記式３で示した反応の速度が遅いため、クエン酸などの酸を油脂コーティングに添加する必要がある。

【発明の効果】

【0030】

本発明は以上のように構成されているため、簡素な構成でかつ安全に水素を含んだ水素水を浴槽へ供給可能な装置が提供される。具体的には、入浴の都度、入浴剤のように、貯水槽としての浴槽に水素発生剤を投入することなく、装置を作動させるだけで、繰り返し何度も使用が可能となっている。また、水素発生原料として水素化ホウ素ナトリウムを使用した場合には、水道水に起因する塩素を浴槽内の水から除去ないし低減させることも可能となっている。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の実施の形態に係る水素供給装置の設置状態を示す模式図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る水素供給装置の概要を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、図面は模式図であり、各構成は簡略化又は誇張されている場合があるとともに、描かれている各構成の大きさは必ずしも実物を反映するものではない。

【0033】

本実施の形態の水素供給装置１０は、図１に示すように、吸水部２０、水素供給部３０及び吐水部４０を備えている。水素供給部３０は、貯水槽６０としての浴槽の辺縁６１に載置され、その一部が辺縁６１から貯水槽６０の内側へ張り出している。この張り出している部分から、吸水部２０に連絡する吸水路２１と、吐水部４０に連絡する吐水路４１とが延設されている。吸水部２０及び吐水部４０は貯水槽６０の水７０の中に位置している。水素供給部３０の上部分は、下半分であって吸水路２１及び吐水路４１が取り付けられている取付部３７に対して、ねじ込み式に装着される収容部３５となっている。

【0034】

吸水部２０には図示しないポンプが内蔵されている。このポンプは、いわゆる風呂水ポンプで使用されているような小型のものである。水素供給部３０からはこの吸水部２０のポンプを作動させるための電源コード１１が延設されている。

【0035】

吸水部２０には、貯水槽６０の水７０の中で浮遊又は沈殿しているゴミを吸い込まないための図示しないフィルターも装着されている。

【0036】

図２に示すように、水素供給部３０の上半分である収容部３５は、水素供給部３０の下半分である取付部３７に取り外し可能に螺着されている。すなわち、収容部３５の外面の雄ねじと、取付部３７の内面の雌ねじとが互いに螺合することで、収容部３５は取付部３７に装着される。収容部３５の中には、後述する水素発生剤５０が詰め込まれている。収容部３５の底面には複数の開口部３６が設けられている。この収容部３５はカートリッジとして、中の水素発生剤５０が消費されれば別のものと交換可能である。

【0037】

水素供給部３０の底面には、貯水槽６０から水７０が流入する流入口３１と、貯水槽６０へ水７０が流出する流出口３２が設けられている。流入口３１の周囲からは吸水装着部３３が突設されており、ここに吸水路２１が装着される。同様に、流出口３２の周囲からは吐水装着部３４が突設されており、ここに吐水路４１が装着される。

【0038】

なお、水素供給部３０は、貯水槽６０の水７０に沈めて使用したり、あるいは、浮かべて使用するタイプのものであってもよい。

【0039】

水素発生剤５０の組成は、下記表１の通りである。

【0040】

【表1】

【0041】

上記表１の成分を混合し、１５０℃で攪拌したのち、常温以下まで冷却し、固化させたものを水素発生剤５０とする。この水素発生剤５０を、直径約５ｃｍ及び高さ約４ｃｍの円柱形状に成形したもの（質量約３５ｇ）が、前記収容部３５内に収容されている。

【0042】

水素供給装置１０の使用時には、図１に示すように、貯水槽６０の水７０の中に吸水部２０と吐水部４０とが投入される。そして、吸水部２０に内蔵されているポンプを作動させることで、貯水槽６０の水７０が吸水路２１へ吸引される。吸引された水７０は、流入口３１を経て、貯水槽６０の辺縁６１に載置されている水素供給部３０の流入口３１から内部へ導入される。

【0043】

水素供給部３０の内部へ流入した水７０は、開口部３６を経て収容部３５の中の水素発生剤５０と接触し、前記式１に示した反応によって水素が発生する。

【0044】

ここで、この水素発生剤５０では、油脂としての硬化ヒマシ油が、ポリエチレングリコールによりポリオキシエチレン化して、ポリオキシエチレン油脂としての常温固体のポリオキシエチレン硬化ヒマシ油となっている。そして、水素発生原料である水素化金属化合物としての粉末状の水素化ホウ素ナトリウムが、油脂コーティング剤としてのこのポリオキシエチレン硬化ヒマシ油によって被覆された状態で分散している。そのため、一度に全量が水７０と接触することがなく徐々に比較的長期間にわたり、水７０との反応が継続する。それに加え、円柱形状の水素発生剤５０の底面のみが水７０と接触するため、水素発生剤５０が消費されても水７０との接触面積は変化せず、一定の反応が継続する。

【0045】

なお、油脂コーティング剤としては、上記のように生成したポリオキシエチレン硬化ヒマシ油に限られず、他の植物油又は脂肪酸をポリエチレングリコール、ポリオキシエチレン又はポリオキシエチレンアルキルエーテルとエステル化したポリオキシエチレン油脂又はポリオキシエチレン脂肪酸エステルを使用することも可能である。このような油脂コーティング剤は、４２℃の水において１０分当たりの溶解量が１ｇ以下であれば、水素発生剤５０の成分として使用可能であると考えられる。

【0046】

発生した水素は水７０とともに再び開口部３６から流出口３２を経て吐水路４１へ至る。そして吐水部４０から水７０が再び貯水槽６０へ吐出されるとともに水素が貯水槽６０へ供給されることとなる。

【0047】

なお、水素供給部３０の底部付近には、開閉可能の図示しない排水口が設けられており、不使用時にこれを開放することで、水素供給部３０の中に滞留している水７０を排出することができる。

【実施例】

【0048】

上記の水素供給装置１０を使用し、貯水槽６０の中の水７０（水道水２００Ｌ、４０℃）をポンプで１０Ｌ／分の流量で循環させ、水素発生剤５０と循環接触させた。その結果、循環５分以内に、貯水槽６０の水７０における水素濃度は５０ｐｐｂを優に上回った。なお、この水素濃度は、皮膚の弾力性向上効果を示すとされている。同時に、水道水に含まれている残留塩素を除去する効果も認められた。

【0049】

この水素発生剤５０は、カートリッジを１回セットすれば、１日１回、１０分間の循環使用で、１箇月以上の水素入浴が可能となった。また、水素発生剤と流水の接触面積が一定であることで、入浴ごとの水素濃度の変動も抑制されるという結果も得られた。そのため、安定した水素入浴がより簡便に利用可能となった。

【符号の説明】

【0050】

１０ 水素供給装置 １１ 電源コード
２０ 吸水部 ２１ 吸水路
３０ 水素供給部 ３１ 流入口 ３２ 流出口
３３ 吸水装着部 ３４ 吐水装着部 ３５ 収容部
３６ 開口部 ３７ 取付部
４０ 吐水部 ４１ 吐水路
５０ 水素発生剤
６０ 貯水槽 ６１ 辺縁
７０ 水

【図1】

【図2】