JPH10481A - ミネラル水製造用の濾材およびミネラル水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン結晶を用いる濾材において、長期にわ
たってミネラルイオンを溶出可能とする。 【解決手段】 水およびミネラル成分が浸透可能な空孔
が点在する固体状のセルロース系ポリマーの内部に、ミ
ネラルイオンを含むイオン結晶を保持させたものから濾
材３を構成している。この濾材３に水を通過させると、
濾材３内部に水が浸透し、この水によりイオン結晶がイ
オン化してミネラルイオンを形成し、このミネラルイオ
ンは、ゲル化したセルロース系ポリマーに阻害されなが
ら、セルロース系ポリマーの空孔に沿って移動して、濾
材３表面を通過する水に溶出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原水にミネラル成
分を添加してミネラル水を製造するミネラル水製造装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平１−２１５３９２号公報に
提案されているように、原水供給源からの原水を濾材に
通過させて、この原水にミネラルイオンを添加してミネ
ラル水を製造するミネラル水製造装置において、麦飯石
のようなミネラル鉱石を濾材として用いている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ミネラル鉱
石は人工的に製造されるものではなく、天然のものであ
るため、カルシウムやナトリウム等の数種のミネラルイ
オンの組成割合を調整することができない。また、ミネ
ラル鉱石では、ミネラルイオンがケイ素またはケイ酸と
共有結合しており、一般に共有結合を切ってイオン化す
るためには、非常に大きなエネルギーが必要となる。こ
のため、ミネラル鉱石に水を通過させるだけではミネラ
ルイオンの溶出量は極めて小さく、所定濃度のミネラル
イオンを含むミネラル水を製造するのに、非常に長時間
を必要としてしまう。

【０００４】これに対して本発明者は、共有結合結晶で
ある麦飯石のかわりに、ミネラルイオンを含むイオン結
晶、例えば、ＣａＣｌ₂ 、ＭｇＣｌ₂ 等の結晶を用いる
ことを試みた。ここで、イオン結晶とは、共有結合結晶
に比べて、水中におけるイオン化が非常に容易になされ
るものであるため、麦飯石に比べて、ミネラルイオンの
溶出量を非常に大きくできる。また、種類の異なるミネ
ラルイオンを含むそれぞれのイオン結晶の量を好みに応
じて変えることにより、ミネラル水中のミネラルイオン
の組成割合を調整できる。

【０００５】ところが、イオン結晶からなる濾材では、
この濾材がすぐに溶けてなくなってしまうため、長期に
わたって濾材として使用することができないという問題
が発生する。本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、イオン結晶を用いる濾材において、長期にわたって
ミネラルイオンを溶出可能とすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１ないし５に記載の発明では、水およびミネ
ラル成分が浸透可能な空孔が点在する固体状の多孔質材
料の内部に、ミネラルイオンを含むイオン結晶を保持さ
せたものから濾材（３）を構成することを特徴としてい
る。

【０００７】このような構成によれば、濾材（３）に水
を通過させることにより、濾材（３）内部に水が浸透
し、この水によりイオン結晶がイオン化してミネラルイ
オンを形成し、このミネラルイオンが多孔質材料の空孔
に沿って移動して、濾材（３）表面を通過する水に溶出
する。このように、ミネラルイオンは、多孔質材料によ
り阻害されながら移動して原水へ溶出するので、イオン
結晶の塊を濾材（３）とする場合に比べて、原水に対す
るミネラルイオンの単位時間当たりの溶出量を小さくで
き、長期にわたってミネラルイオンを溶出することがで
きる。

【０００８】また、請求項２に記載の発明では、濾材
（３）の表面の所定部位に形成した原水通過部のみに原
水を通過させて、この原水通過部のみからミネラルイオ
ンを溶出させているので、濾材（３）の表面全体に水を
通過させるのに比べて、濾材（３）と原水との接触面積
を小さくでき、より長期にわたってミネラルイオンを溶
出することができる。

【０００９】また、請求項３に記載の発明では、材料内
部に水を保持可能な多孔質材料にミネラル成分を保持さ
せている。この濾材（３）に水を通過させると、内部に
水を保持した状態となり、材料内部に水を保持できない
多孔質材料に水を通過させる場合に比べて、材料内部に
おけるミネラルイオンの移動速度を遅くできる。よっ
て、ミネラルイオンの単位時間当たりの溶出量をより小
さくでき、より長期にわたってミネラルイオンを溶出す
ることができる。

【００１０】さらに、請求項４に記載の発明のように、
筒形状で、セルロース系材料からなる濾材（３）の内周
面のみに原水を通過させている。これによれば、筒形状
の全表面に水を通過させる場合に比べて、ミネラルイオ
ンの単位時間当たりの溶出量を小さくでき、長期にわた
ってミネラルイオンを溶出することができる。また、濾
材（３）をセルロース系材料により形成しているので、
時間の経過にともなって、濾材（３）の内周面がわずか
ずつであるが原水に溶けだし、濾材（３）の内径が拡大
する。従って、濾材（３）の内周面と原水との接触面積
を時間の経過とともに拡大することができる。ここで、
筒状の内周面のみに原水を通過させるものにおいて内径
が拡大しないままでは、時間の経過にともなってミネラ
ルイオンの溶出量は低下すると推定されるが、上記接触
面積を拡大することにより、ミネラルイオンの溶出量の
低下を防止できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１に示すように、ミネラル水製造
装置は水を溜める略直方体状の容器部１を備え、この容
器部１に、水流入口１１および水流出口１２が形成され
ている。水流入口１１には、住宅等に備え付けの水道口
（原水供給源）が接続され、水流出口１２からは容器部
１内の水が吐水される。水流入口１１および水流出口１
２には、これら水流入口１１および水流出口１２を開閉
する開閉弁１１１、１２１が備えられている。

【００１２】そして、容器部１内には、原水中の臭気や
ゴミ等を除去するための円柱状の活性炭層２と、カルシ
ウム（ミネラルイオン）およびマグネシウム（ミネラル
イオン）を原水に付与するための円筒状の濾材３とが配
置されている。活性炭層２の外周面（図中上面、下面、
および内周面以外の外表面）には、水分子の侵入を阻止
する材料からなる薄膜（図示しない）が形成されてい
る。

【００１３】濾材３は、乾燥したセルロース系材料、例
えばゼリー、蒟蒻、寒天等に点在する空孔に、上記塩化
カルシウム二水和物（ミネラルイオンを含むイオン結
晶）および塩化マグネシウム六水和物（ミネラルイオン
を含むイオン結晶）が保持された状態のものである（図
３（ａ）参照）。なお、セルロース系材料は、水および
ミネラルイオンが浸透可能な空隙が点在する固体状の材
料であり、材料内部に水分子を保持可能（以下、ゲル化
可能という）なものである。

【００１４】また、図２（ｂ）に示すように、濾材３の
上面、下面、および外周面、つまり、内周面以外の外表
面には、水分子の侵入を阻止する材料、例えば、ポリプ
ロピレンからなる薄膜４が形成されている。この結果、
濾材３の内周面は、請求項でいう水通過部となり、濾材
３の上面、下面、および外周面は、請求項でいう水非通
過部となる。

【００１５】そして、容器部１の底面には、第１、第
２、第３貫通孔１ａ、１ｂ、１ｃが形成されている。そ
して、活性炭層２の底面により第１貫通孔１ａを覆うよ
うに、活性炭層２が容器部１内に配置され、濾材３の底
面側内周部により第２貫通孔１ｂを覆うように、濾材３
が容器部１内に配置されている。容器部１の底面側外部
には、第３貫通孔１ｃと第１貫通孔１ａとを連通する第
１水通路１３と、第３貫通孔１ｃと第２連通孔１ｂとを
連通する第２水通路１４とが形成されており、これら第
１、第２水通路１３、１４を収納する収納ケース１０
が、容器部１の底面側に一体に装着されている。さら
に、第１、第２通路１３、１４には、第３貫通孔１ｃか
ら第１、第２貫通孔１ａ、１ｂを通って、活性炭層２ま
たは濾材３へ水を循環させる水ポンプ５と、第１水通路
１３と第２水通路１４とを切替可能な切替弁６が備えら
れている。

【００１６】なお、濾材３の形成方法としては、例え
ば、乾燥した状態のセルロース系材料５ｇと、粉末状の
塩化カルシウム二水和物８．１２ｇと、粉末状の塩化マ
グネシウム六水和物６．１７ｇと、水５０ｇとを混合
し、よく攪拌した後、これらの材料を乾燥成形する。こ
の結果、外径が７０ｍｍ、内径が２０ｍｍ、高さが１５
０ｍｍの円筒状の濾材３が形成される。

【００１７】以下に、上記構成における本実施形態の作
動を説明する。上記したミネラル水製造装置１では、開
閉弁１１１により水流入口１１を開き、開閉弁１２１に
より水流出口１２を閉じた状態において、上記水道口か
らの原水を容器部１内に流出させ、容器部１内に所定
量、例えば３リットルの原水を溜める。このとき、容器
部１内における水位が、活性炭層２および濾材３の上面
よりも下方にくるようになっている。

【００１８】同時に、切替弁６により、第１水通路１３
を開くとともに第２水通路１４を閉じた状態とし、水ポ
ンプ５により、第１水通路１３を介して水を活性炭層２
内の下面から上面へかけて通過させる。例えば、このと
きの水循環量は１ｌ／ｍｉｎで、１５分間循環させる。
これにより、原水中の臭気やゴミ等が除去される。その
後、切替弁６により第１水通路１３を閉じるとともに、
第２水通路１４を開いた状態とし、水ポンプ５により、
第２水通路１４を介して水を濾材３内周面の下面から上
面へかけて通過させる。例えば、このときの水循環量は
１ｌ／ｍｉｎで、１５分間循環させる。これにより、上
記臭気やゴミ等が除去された原水に、カルシウムイオン
およびマグネシウムイオンからなるミネラルイオンが添
加される。

【００１９】その後、水ポンプ５の作動を停止し、切替
弁６により第１、第２水通路１３、１４をともに全閉
し、水流出口１２を開くことにより、カルシウムイオン
を約３０ｍｇ／ｌ、マグネシウムイオンを約１５ｍｇ／
ｌ含んだミネラル水が、水流出口１２から吐出される。
なお、ミネラル水におけるミネラルイオンの割合および
添加量は、濾材３の形成時における粉末状のミネラル成
分の混入割合、容器部１内に溜める原水の量、水循環
量、および、濾材３に水を循環させる時間等の条件に応
じて決定されるものであり、上記ミネラルイオンが所望
の割合で所望量だけ溶出されるよう、上記条件が設定さ
れている。

【００２０】次に、濾材３から水にミネラルイオンが溶
出するメカニズムを図３（ａ）〜（ｄ）に基づいて詳し
く説明する。なお、図３（ａ）〜（ｄ）は、濾材３の半
断面図を示すもので、図中上面が濾材３の内周面であ
る。まず、図３（ａ）に示すように、乾燥状態の濾材３
の内周面を水（Ｈ₂ Ｏ）が通過しはじめると、図３
（ｂ）に示すように、濾材３の内周面から水が浸透し、
濾材３において水が浸透した部分のセルロース系材料が
ゲル化し、この部分に存在するミネラル成分（ＣａＣｌ
₂ 、ＭｇＣｌ₂ ）が水に溶解し、ミネラルイオン（Ｃａ
²⁺、Ｍｇ²⁺）および塩化物イオン（Ｃｌ^- ）となる。な
お、図３（ｂ）〜（ｄ）においてイオン化した様子の図
示は省略している。

【００２１】そして、このミネラルイオンおよび塩化物
イオンは、ゲル化したセルロース系材料により阻害され
ながら、ゲル化した部分の空孔に沿って移動して、内周
部を流れる水に溶出する。ここで、ミネラルイオンに加
えて塩化物イオンも水に添加されるが、塩化物イオンは
人体に無害であるので問題はない。なお、図３（ｂ）〜
（ｄ）において、ゲル化した部分は斜線で示してある。

【００２２】さらに時間が経過すると、図３（ｃ）に示
すように、濾材３において外周面（図中下面）まで水が
浸透し、外周面側に存在するミネラルイオンも内周面側
へ移動する。その後は、時間の経過にともなって、図３
（ｄ）に示すように、ゲル化した部分が水に少しずつ溶
けだし、濾材３の内径が拡大されるので、濾材３の内周
面の面積、つまり、濾材３と水との接触面積が拡大す
る。これにより、時間の経過にともなってミネラルイオ
ンの溶出量が減少するのを抑制している。

【００２３】そして、本実施形態の濾材３は、水および
ミネラルイオンが浸透可能な空隙が点在する固体状のセ
ルロース系材料に、ミネラルイオンを含むイオン結晶を
保持させているだけである。ここで、イオン結晶とは、
共有結合結晶に比べて水中におけるイオン化が非常に容
易になされるものであるため、麦飯石に比べて、ミネラ
ルイオンの溶出量を非常に大きくできる。

【００２４】また、濾材３の内周面のみに水を通過させ
て、この内周面のみからミネラルイオンを溶出させてい
るので、濾材３の表面全体に水を通過させるのに比べ
て、濾材３と水との接触面積を小さくでき、より長期に
わたってミネラルイオンを溶出できる。また、濾材３に
水を通過させ、内部に水分子を保持させた（ゲル化し
た）状態では、材料内部に水を保持できない材料、例え
ばシリコンゴムに水を通過させる場合に比べて、材料内
部におけるミネラルイオンの移動速度を遅くでき、ミネ
ラルイオンを少しずつ水に溶出させることができる。よ
って、濾材３に水を通過させはじめた直後でのミネラル
イオンの溶出量が非常に大きく、時間の経過にともなっ
て溶出量が大幅に減少することを抑制できる。

【００２５】以下に、本実施形態のミネラルイオンの溶
出量に関する実験について説明する。まず、本実施例の
濾材３としては、上記したものを用い、従来例として
は、径が８０ｍｍ、高さが１００〜１５０ｍｍの円筒部
材に麦飯石を詰めて用いた。そして、流量１ｌ／ｍｉｎ
で１２０分間濾材３に水を循環させる操作を３回続けて
行い、２回目および３回目におけるカルシウムイオンお
よびマグネシウムイオンの溶出量（ｍｇ／ｌ）を図４、
５のグラフおよび図表に示した。なお、１回目では、乾
燥状態の濾材３が徐々にゲル化して図３（ｃ）の状態と
なり、２回目以降では、濾材３全体が完全にゲル化した
状態となっている。

【００２６】この結果、図４に示すグラフからわかるよ
うに、本実施例によれば、単位時間当たりのカルシウム
の溶出量が、従来例に比べて非常に大きいことがわかっ
た。具体的には、１２０分循環させた後において、約１
０倍程度の溶出量が得られていることがわかる。また、
別の実験としては、上記した本実施形態の濾材３（実施
例）と、上記実施形態の濾材３の上面、下面、および外
周面をポリプロピレンにて覆わないもの（比較例）とを
用い、それぞれの濾材の一端から他端へ水を通過させる
ような装置とした。そして、原水を１２００ｌおよび２
２００ｌ通過させた後の濾材３を、図１のミネラル水製
造装置に設置し、流量１ｌ／ｍｉｎで１２０分間、濾材
３に水を循環させた後のカルシウムの溶出量を測定し
た。

【００２７】この結果、図５に示す図表からわかるよう
に、比較例では、原水の通過量が増加するにともなっ
て、つまり、時間の経過にともなって、カルシウムの溶
出量が大幅に減少するが、実施例では、原水の通過量が
増加しても、カルシウムの溶出量が大幅に減少すること
を抑制できる。よって、本実施形態によれば、長期にわ
たって、ミネラル成分の溶出量の大幅な減少を抑制でき
る。

【００２８】（他の実施形態）上記実施形態では、多孔
質材料としてセルロース系材料を用いていたが、これに
限定されることはなく、シリコンゴム等を用いてもよ
い。このとき、濾材３の形状は筒形状に限定されること
はない。なお、濾材３は、粉末状のシリコンゴムと上記
ミネラル成分と水とを混合し、よく攪拌した後、これら
の材料を成形乾燥することにより形成できる。

【００２９】また、上記実施形態では、濾材３により、
カルシウムおよびマグネシウムを原水に付与するように
していたが、他に、ナトリウムやカリウム等を付与する
ようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に関わるミネラル水製造装置
の概略的な断面図である。

【図２】（ａ）は濾材の図１中Ａ矢視図、（ｂ）は濾材
の拡大断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、ミネラルイオンの溶出メカ
ニズムを説明するための濾材の部分断面図である。

【図４】実施例および従来例のカルシウムイオンの溶出
量を示すグラフである。

【図５】実施例および比較例のカルシウムイオンの溶出
量を示す図表である。

【符号の説明】

１…容器部、１１…水流入口、１２…水流出口、３…濾
材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 1/68 ５４０ Ｃ０２Ｆ 1/68 ５４０Ａ ５４０Ｚ 1/28 1/28 Ｓ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原水供給源からの原水にミネラルイオン
   を添加するミネラル水製造用の濾材（３）であって、 水およびミネラルイオンが浸透可能な空隙が点在する固
   体状の多孔質材料に、ミネラルイオンを含むイオン結晶
   を保持させたものからなることを特徴とするミネラル水
   製造用の濾材。
2. 【請求項２】 前記濾材（３）の表面は、前記濾材
   （３）の表面の所定部位に形成された原水通過部と、前
   記原水通過部以外の部分に形成された原水非通過部とを
   備えていることを特徴とする請求項１に記載のミネラル
   水製造用の濾材。
3. 【請求項３】 前記多孔質材料は、材料内部に水を保持
   可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の
   ミネラル水製造用の濾材。
4. 【請求項４】 前記濾材（３）は中空筒形状であり、 前記原水通過部は、前記濾材（３）の内周面に形成され
   ており、 前記多孔質材料は、セルロース系材料から構成されてい
   ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに
   記載のミネラル水製造用の濾材。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１つに記載
   のミネラル水製造用の濾材（３）と、 前記濾材（３）を収納する容器部（１）と、 原水供給源からの原水を前記容器部（１）に流入する水
   流入口（１１）と、 前記容器部（１）内の水を外部へ流出する水流出口（１
   ２）とを備えていることを特徴とするミネラル水製造装
   置。