JP4190986B2 - 飲料水の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

この発明は、原水中のミネラル成分を残存させて浄化されており、生活用水や食品工業用水などにも使用可能な飲料水の製造方法およびその製造装置に関する。

一般に、飲料水に無機鉱物質を接触させてミネラル含有量を調整し、または不足する成分を補って健康に良いものとし、また味覚的にも優れた飲料水を製造できることが知られている。

従来の飲料水製造装置は、浄水器と同様な構造の透水性カートリッジに、珊瑚砂（コーラルサンド）や石灰岩などの天然ミネラル材を充填して、濾過とミネラル材の溶出を同時に行ない、さらにミネラル成分の溶出量を電気伝導度で検出して調節したミネラル成分量の溶出安定化を図ったものが知られている（特許文献１参照。）。

また、水分子のクラスターのダウンサイジング化を図って水を活性化させる部材として、Ｎａ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｓ，Ｋ，Ｃａ，ＴｉおよびＦｅを主成分として酸化物換算で９５重量％以上含有する鉱物微粉１００重量部に対して、リン化チタン１〜４重量部、酸化マンガン３〜５重量部および磁鉄鉱１〜２重量部を必須成分として含有する釉薬で、担体粒子表面を被覆して焼成されたセラミックス製の水活性化部材が知られている（特許文献２参照。）。

また、水道水のその他の飲用水の防臭、除塵および除菌処理に用いられるフィルタとしては、多孔質中空糸膜が良く知られている（特許文献１参照）。

特開平７−２５６２７５号公報（請求項１、段落０００３、０００４）

特許第２９９９７６９号公報（請求項１）

しかし、上記した従来のミネラル剤を用いた飲料水の製造方法では、多孔質化された表面に水の接触通過する際の抵抗が大きく、そのために相当に加圧された水を用いるか、または濾過材から水が徐々に染み出るように大型化したものを設置しなければならず、短時間でミネラル成分を充分に溶出できるものではなかった。

また、中空糸膜からなる除菌フィルタは、樹脂製フィルタであるから、塩類やイオンが吸着分離されやすく、飲用水の旨みが感じられるミネラル成分まで除去されてしまう場合があり、確実に除菌されかつ美味しく感じられるミネラル成分を残存させて浄化された鉱水（ミネラルウォータ）を製造できなかった。

そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、ミネラル含有原水中の適当なミネラル成分を残して、短時間に効率よく浄化できる飲料水の製造方法およびその製造装置とすることである。

上記の課題を解決するために、この発明では、ＳｉＯ₂：５５〜７５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：７．５〜２０重量％およびＦｅ：３〜１０重量％を含有すると共にＣａとＮａとＭｇとＫを合計量で５〜１５重量％含有するセラミックス組成物で形成されたセラミックス材に、原水を接触通過させる工程と、この工程を経て生成した鉱水から懸濁物および溶存ガスを無機質系フィルタで分離除去する工程を設け、次いで多孔質セラミックスからなるフィルタでろ過する除菌工程を設けてなる飲料水の製造方法としたのである。

上記したように構成されるこの発明の製造方法によると、所定のミネラル成分を含んだ原水はセラミックス材と効率よく接触するなどして活性化され、その後、微小懸濁物や遊離塩素などの溶存ガスが、活性炭やゼオライトからなる無機質系フィルタで分離除去され、さらにトリハロメタン、亜硝酸イオン、ダイオキシン、農薬、菌類などの有機物は多孔質セラミックスからなるフィルタでろ過されて分離除去されるが、前記溶出するか、または原水中に存在していたナトリウム、カルシウム、マグネシウム、カリウムは適量残存した状態で良質の飲料水が得られる。

また、上記した製造方法に用いる装置としては、ＳｉＯ₂：５５〜７５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：７．５〜２０重量％およびＦｅ：３〜１０重量％を含有すると共にＣａとＮａとＭｇとＫを合計量で５〜１５重量％含有するセラミックス材を通水管内に収容し、この通水管の一端は原水の供給路に接続すると共に、他端には原水が前記セラミックス材に接触通過して生じた鉱水を濾過する無機質材からなるガス吸着性フィルタを接続し、次いで多孔質セラミックス製の除菌用フィルタを接続して設けてなる飲料水の製造装置を使用することが適当である。

一端が原水の供給路に接続された通水管に所定のセラミックス組成物からなるセラミックス材を収容しておくと、これを通過した後の水には、前記特許文献１に記載された発明と同様の作用により何らかの物理化学的作用によって、界面活性作用の増加、水酸化イオンの増加、水のクラスターのダウンサイジング、すなわち単分子化などの活性化が起こっていると考えられる。

通水管の出口側の端部には無機質材からなるガス吸着性フィルタが接続され、これにより塵埃および遊離塩素などの溶存ガスが除去され、さらに接続された多孔質セラミックス製の除菌用フィルタでトリハロメタン、亜硝酸イオン、ダイオキシン、農薬、菌類などが除去されるが、ここでも前記ミネラル成分は残存する。

原水の連続供給状態でこのような効果を確実にするためには、通水管の管長が、内径の５０〜３００倍に形成されている上記の飲料水の製造装置とすることが好ましい。

また、飲料水の製造装置を小型化するために、通水管の内部に通水管と同長の仕切り壁を挿入して３通路以上に分割して設けると共に、全通路を経由して水が通過するように通水管の両端部にて通路同士を連結したミネラルウォータの製造装置とすることが好ましい。

さらに好ましくは通水管内の軸方向に小径管を設け、この小径管の周囲に通水管内周面と密接する螺旋状の鍔（またはフィン）を形成すると共に、前記通水管と小径管の間に形成された螺旋状の通水路にリン化チタン、酸化マンガンおよび磁鉄鉱を必須成分として含有する釉薬で被覆して焼成されたセラミックス粒を充填し、前記螺旋状通水路の一端には原水の供給路を接続すると共に、その他端と小径管とを接続して小径管から鉱水を採水する請求項２または３に記載のミネラルウォータの製造装置とすれば、より小型の通水管を採用することができる。

また、前記した除菌作用が優れた多孔質セラミックス製除菌フィルタとしては、ＳｉＯ₂：５５〜７５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：７．５〜２０重量％およびＦｅ：３〜１０重量％を含有すると共にＣａとＮａとＭｇとＫを合計量で５〜１５重量％含有するセラミックス組成物で形成され、表面にＳｉＯ₂またはＡｌ₂Ｏ₃の表面層を有する多孔質セラミックス製除菌フィルタを採用した飲料水の製造装置が好ましいものである。

この発明は、以上説明したように、所定のセラミックス組成物で形成されたセラミックス材に、原水を接触通過させ、生成した活性水から懸濁物および溶存ガスを無機質系フィルタで分離除去し、次いで多孔質セラミックスからなるフィルタでろ過する除菌工程を設けたので、セラミックス材に接触通過するときの水の抵抗が小さくなり、しかも適当なミネラル成分を残し、かつ夾雑物を除去して浄化された飲料水の製造方法になるという利点がある。

また、所定のセラミックス組成物で形成されたセラミックス材を通水管内に収容し、この通水管に除塵用フィルタおよび無機質材からなるガス吸着性フィルタを接続し、次いで多孔質セラミックス製の除菌用フィルタに接続した飲料水の製造装置としたので、原水中の適当なミネラル成分が残存しており、しかもトリハロメタン、亜硝酸イオン、ダイオキシン、農薬、菌類などの有機物が分離除去された安全性の高い飲料水を製造できる装置であるという利点がある。

飲料水の製造装置において、通水管が所定の内径で所定の管長のものは、上記利点に加えて効率よく飲料水を連続的に製造できるものになる。

また、通水管の内部を分割して複数の通路を設けたものや、通水管内に螺旋状通水路を設けた飲料水の製造装置では、上記の利点に加えて通水管などを極めて小型化することができるので、製造装置全体を充分に小型化できる利点がある。

また、多孔質セラミックス製除菌フィルタが、所定のセラミックス組成物で形成されているものは、除菌能力が安定して高いため、極めて安全な飲料水を製造できるものになる。

この発明の実施形態の飲料水の製造装置および製造方法を以下に、添付図面に基づいて説明する。
図１〜４に示すように、第１実施形態の飲料水の製造装置は、セラミックス材１を通水管２の内部に収容し、通水管２の一端は原水である水道水の供給路（矢印）３に接続すると共に、他端には原水が前記セラミックス材に接触通過して活性化された水を、濾過する無機質材からなるガス吸着性フィルタ４を接続し、次いで多孔質セラミックス製の除菌用フィルタ５を接続しており、要所には除塵用フィルタ６を配置したものである。なお、図１中の符号７は、適宜に開閉可能な調整バルブを示している。

セラミックス材は、ＳｉＯ₂：５５〜７５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：７．５〜２０重量％およびＦｅ：３〜１０重量％を含有すると共にＣａとＮａとＭｇとＫを合計量で５〜１５重量％含有するセラミックス組成物で形成されたものである。セラミックス材は均質に一体成形しても良いが、少なくとも表面がこのようなセラミックスで形成されていればよいので、高温に耐える種々の基材の表面に釉薬（上薬）を塗布し、これを焼成することによって少なくとも表面を所定のセラミックスで形成することができる。

このようなセラミックス組成物の例として、具体的には花崗岩を主成分とするものを採用できる。花崗岩の組成は、例えばＮａ₂Ｏ：１.０〜２.５重量％、ＭｇＯ：１.０〜２.５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：１３〜２０重量％、ＳｉＯ₂：５５〜７０重量％、ＳＯ₃：１.０〜２.０重量％、Ｋ₂Ｏ：３〜４重量％、ＣａＯ：２〜４重量％、ＴｉＯ₂：０.５〜１.２重量％およびＦｅ₂Ｏ₃：７〜１５重量％である。

図２に示すように、粒状セラミックス材１ａに形成するには、例えば直径３〜１２ｍｍ程度の球状粒に形成したものを採用できる。また、無機質の発泡体や焼結体を基材として用いる場合は、通気孔２０μｍ〜１ｍｍ程度の連通気孔を有する多孔質材であることが好ましい。

また図３に示すように、ミネラル抽出用セラミックス材を管の内部に設けた格子の表面に釉薬として被覆し、焼成することによって、格子状セラミックス材１ｂその他のハニカム状セラミックス材などに形成することもできる。格子の間隔や孔径は、例えば０．５〜２ｍｍにすると水との接触効率がよくて好ましい。

また、釉薬として、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓ、Ｋ、Ｃａ、ＴｉおよびＦｅを主成分として酸化物換算で９５重量％以上含有する鉱物微粉１００重量部、リン化チタン（ＴｉＰ）１〜４重量部、酸化マンガン３〜５重量部および磁鉄鉱１〜２重量部を含んでいるセラミックス組成物を採用することができる。

図１に示すように、セラミックス材を収容した通水管２は、直管の端部に多孔板などの透水性の仕切り部品（図示せず。）を設けてセラミックス材を保持しており、このような通水管２を複数本並べて管端部同士をＵ字状の管継手８などで接続すれば、比較的小さな装置であっても所要の長さに形成され、所要時間かけて濾過できるものになる。

例えば、通水管２は、水の通過速度を１０ｃｍ／秒以上、接触時間を１０秒以上、圧力０．２ＭＰａ以上に調整すれば、少量のセラミックスで効率よく活性化された鉱水を製造することができる。また、通水管全体の管長は、管の内径の５０〜３００倍に形成することが好ましい。管長を内径の５０倍未満に形成すると、前記した圧力で水が接触する時間を１０秒以上保つことは困難であり、３００倍を越えて管長を延長すると、通水抵抗が増加して製造速度が低下して実用性が損なわれる。

除塵用フィルタ６は、複数の通水管２が連結された原水のセラミックス材との接触通過工程の中間部分または下流側に設けることが好ましい。このような除塵用フィルタ６は、例えばメッシュ２０〜５０μｍ程度の金網や繊維製網状フィルタなどを採用でき、その他の鉱物微粒子やセラミックス微粉末などを除去できれば、その他周知の濾過装置を採用できる。

また、ガス吸着性フィルタ４の具体例としては、５μｍ以下の微粒子を吸着除去できるような活性炭やゼオライトなどの微細な気孔を有する無機多孔質材をフィルタ材として採用できる。

除菌用フィルタ５は、セラミックスの多孔体からなる基材の表面または中間層に、フィルタの濾過性能を決定する気孔径の分離層を形成したものであり、ＳｉＯ₂：５５〜７５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：７．５〜２０重量％およびＦｅ：３〜１０重量％を含有すると共に、ＣａとＮａとＭｇとＫを合計量で５〜１５重量％含有するセラミックス組成物で基材を形成し、表面層をＳｉＯ₂またはＡｌ₂Ｏ₃で形成し、粒径０．１μｍ未満の高分子、微生物、金属微粒子をも分離できるものを採用することが好ましい。

多孔質セラミックスは、無機酸化物と３００℃以下で焼失する樹脂粉末を混合し、例えば７００℃程度で焼成して樹脂を蒸発して取り除き、その後に形成される孔径０．１μｍ以下の気孔でもって多孔質化したものを採用することができる。

また、多孔質セラミックス製の除菌フィルタが、粒径０．１μｍ以下のＡｌ₂Ｏ₃製微粉末を付着させて焼成されたろ過面を有する多孔質セラミックス製除菌フィルタを採用することがより好ましい。

このような多孔質セラミックス製除菌用フィルタの基材内部は、前工程で塩素が除去された微生物が繁殖しやすい水が通過するものであるから、水が滞留しにくい構造であることが好ましく、万一の滞留防止のためには、例えば電磁弁で開閉する放水口を設け、中間部から滞留水が適宜に放出されるよう設けることが好ましい。

このようなフィルタ類を接続して構成された図１に示すようなミネラルを含有する飲料水の製造装置は、飲料水の自動販売機に組み入れて使用することができる。

すなわち、図１及び図４に示すように、上水道から供給された原水は、Ｕ字状の管継手８で接続された直列３連の通水管２の２つ目の通水管２を通過した後、バイパスによりその一部をペットボトルなどの容器９の洗浄水として使用し、洗浄された容器１０に対して、製造された飲料水を注入することが好ましい。

図４に示した自動販売機では、まず、右側の洗浄口１１に容器９を置いて、コインなどを投入してタイマーを働かし、規定時間だけ水で洗い、次いで左側の水受け口１２に容器９をおいて、ミネラルを含有する飲料水の必要量だけを持参の容器１０に注入して購入することができる。

第２実施形態の製造装置としては、図５〜７に示した通水管１３を用いたこと以外は、第１実施形態の装置と同じ構成を採用できる。

第２実施形態に用いる通水管１３は、その内部に管と略同長の４枚の仕切り壁１４、１５、１５、１６を格子状に組み立てて挿入して９つの通路を形成したものであり、管の内周に沿って隣合う２つの通路毎に端部を連絡させ、このようにして全通路を直列に連通させ、すなわち全通路を一巡してから水が管中央の通路から通過させるものである。

すなわち、図６、７に示すように、仕切り壁１４、１５、１５、１６は、略長方形状の合成樹脂板もしくはセラミックス板または金属板などで形成した板状部品からなり、長手方向の上端もしくは下端または両端の隅部を方形状に切り欠いて水の抜け口１７、１８、１９、２０を形成すると共に、組み合わせた板状部品の交差部に細溝状のスリット２１を形成しており、図６に示す格子状に組み立てた後、全体を通水管２に挿入してセットする。
なお、仕切り壁の枚数は、適宜に変更することができ、必要に応じて複数の通路を利用できるように構成できる。通水させる順番も前記した水の抜け口の位置により、適宜に変更できる。

図８（ａ）に示すように、管の両端が蓋状部品１３ａで閉じられた通水管１３は、その内部に挿入された仕切り壁１４、１５、１５、１６（図５参照）により、矢印ａから導入された水を矢印ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉの順に反転させて全通路を一巡して通過させ、矢印ｊの通路から放出する。

前述のようにこのような通水管１３内には、粒状のセラミックス材が充填されているため、所定成分を含んだセラミックスが原水に効率よく接触し、次工程に送られる。

図８に示すように、第３実施形態のミネラルウォータの製造装置は、原水を粒状セラミックス材１ａに接触通過させる通水管１３を設け、仕切り壁１４、１５、１５、１６（図５参照）を組み付けて挿入すると共に、その内部中央の通路には懸濁物および溶存ガスを分離除去する活性炭などのガス吸着性フィルタ２３を充填した無機質系フィルタと、多孔質セラミックスでろ過する除菌用フィルタ２４を直結させて小型化したものであり、通水管１３内の中央部の通路内には、活性炭などのガス吸着性フィルタ２３を充填すると共に、通水管１３は継手２２を介して同径の管に収容した多孔質セラミックス製除菌フィルタ２４に接続して製造装置を小型化したものである。

また、図９に示すように、第４実施形態のミネラル含有飲料水の製造装置は、通水管部２５内の仕切りを連続した螺旋状に形成している。すなわち、このものは通水管部２５内に螺旋状鍔付きの小径管２６を設け、小径管２６の内部には、活性炭などのガス吸着性フィルタ２３を装填し、螺旋状鍔２７は小径管２６の周囲で通水管２５の内周面と密接する高さに設け、これにより形成された通水管２５と小径管２６の間の螺旋状通水路に粒状セラミックス材１ａを多数充填している。
そして、螺旋状通水路の最上流部には水道水の供給路２８を接続すると共に、螺旋状通水路の最下流部と小径管２６とを切り欠いて設けた水抜け口２９で連続させて、小径管２６内のガス吸着性フィルタ２３に接触通過した水が多孔質セラミックス製除菌フィルタ２４を通過して飲料水３０を得るようにしている。
これらミネラル含有飲料水の製造装置によると、原水中に含まれていたミネラル成分が残存し、しかもトリハロメタン、亜硝酸イオン、ダイオキシン、農薬、菌類などの有機物が分離除去された安全性の高い飲料水を製造でき、しかも通水管などが小型化されている装置は、持ち運びも容易であるから、ミネラル含有の飲料水の自動販売機の外にも家庭用や非常時にも使用できるものである。

第１実施形態の飲料水の製造装置を示す説明図 第１実施形態に用いるセラミックス材の斜視図 第１実施形態に用いるセラミックス材の斜視図 第１実施形態の飲料水の製造装置を収容した自動販売機の斜視図 第２実施形態に用いる通水管の形態を示す斜視図 第２実施形態に用いる仕切り壁を示す斜視図 第２実施形態に用いる仕切り壁を分解して示す正面図 （ａ）第３実施形態に用いる通水管と除菌用フィルタの連結状態を示す断面図（ｂ）第３実施形態に用いる通水管の断面図 第４実施形態に用いる通水管と除菌用フィルタの連結状態を一部切り欠いて示す断面図

符号の説明

１ セラミックス材
１ａ 粒状セラミックス材
１ｂ 格子状セラミックス材
２、１３ 通水管
３、２８ 水道水の供給路
４、２３ ガス吸着性フィルタ
５、２４ 除菌用フィルタ
６ 除塵用フィルタ
７ 調整バルブ
８ 管継手
９、１０ 容器
１１ 洗浄口
１２ 水受け口
１４、１５、１６ 仕切り壁
１７、１８、１９、２０ 水抜け口
２１ スリット
２２ 継手
２５ 通水管部
２６ 小径管
２７ 螺旋状鍔
２９ 水抜け口
３０ 飲料水

Claims (4)

1. ＳｉＯ₂：５５〜７５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：７．５〜２０重量％およびＦｅ：３〜１０重量％を含有すると共にＣａとＮａとＭｇとＫを合計量で５〜１５重量％含有するセラミックス組成物からなるセラミックス材を通水管内に収容し、この通水管の一端は原水の供給路に接続すると共に、他端には前記セラミックス材に接触通過した水を濾過する無機質材製のガス吸着性フィルタを接続し、前記セラミックス組成物で形成され、表面または中間層に孔径０．１μｍ以下の気孔を形成したＳｉＯ₂またはＡｌ₂Ｏ₃の分離層を有する多孔質セラミックス製の除菌用フィルタを接続して設けてなる飲料水の製造装置。
2. 通水管が、管長を内径の５０〜３００倍に形成した通水管である請求項１に記載の飲料水の製造装置。
3. 通水管の内部に通水管と同長の仕切り壁を挿入して通路を複数に分割して設けると共に、全通路を経由して水が通過するように各通路を直列に連通させてなる請求項１または２に記載の飲料水の製造装置。
4. 通水管内の軸方向に小径管を設け、この小径管の周囲に通水管内周面と密接する高さの螺旋状鍔を形成すると共に、前記通水管と小径管の間に形成された螺旋状通水路に前記ミネラル抽出用セラミックス材からなるセラミックス粒を充填し、前記螺旋状通水路の一端には原水の供給路を接続すると共に、螺旋状通水路の他端と小径管を接続して小径管から鉱水を採水する請求項１または２に記載の飲料水の製造装置。

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