特開 2022-136732 処理水生成装置

(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】P2022136732

(43)【公開日】2022-09-21

(54)【発明の名称】処理水生成装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/68 20060101AFI20220913BHJP

【ＦＩ】

C02F1/68 520N

C02F1/68 510A

C02F1/68 530A

C02F1/68 530B

C02F1/68 520S

C02F1/68 540Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021036486

(22)【出願日】2021-03-08

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 開催日（発明を発表した日）は令和２年９月１５日で、開催アドレスはｈｔｔｐｓ：／／ｗｍ２０２０ａ．ａｃｌａｂ．ｅｓｙｓ．ｔｓｕｋｕｂａ．ａｃ．ｊｐ／ｃｙｂｅｒｓｅｓｓｉｏｎ／である。

(71)【出願人】

【識別番号】518131539

【氏名又は名称】ＯＸＥＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100133271

【弁理士】

【氏名又は名称】東 和博

(72)【発明者】

【氏名】廣島 誠浩

(72)【発明者】

【氏名】呉 ▲トン▼嬌

(72)【発明者】

【氏名】長濱 綾音

(72)【発明者】

【氏名】我謝 瑞希

(72)【発明者】

【氏名】立花 知奈津

(72)【発明者】

【氏名】坂本 光生

(57)【要約】

【課題】水処理に用いる触媒を単体かつ有効的に利用し、アルカリイオン水と同等の効果を持つ処理水を低コストで生成できる処理水生成装置を提供する。
【解決手段】処理槽11を備え、処理槽11の上流側に原水Ｗ_０の給水口12を備え、処理槽11の下流側に処理水Ｗ_１の吐水口14を備え、処理槽11の内部に焦電体17が配置され、処理槽11の内部に焦電体17を帯電させる加熱手段18が配置され、給水口12から処理槽11内に給水された原水Ｗ_０が、帯電された焦電体17により処理され、得られた処理水Ｗ_１が吐水口14から吐出される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理槽を備え、処理槽の上流側に原水の給水口を備え、処理槽の下流側に処理水の吐水口を備え、処理槽の内部に誘電体が配置され、処理槽の内部に前記誘電体に物理的な処理を行なう手段が配置され、給水口から処理槽内に給水された原水が、物理的な処理が付与された前記誘電体により処理され、得られた処理水が吐水口から吐出されることを特徴とする処理水生成装置。

【請求項2】

処理槽の内部に多数の誘電体を内部に含むフィルタが配置され、前記多数の誘電体に物理的な処理を行なう手段がフィルタの周囲に配置され、給水口から処理槽内に給水された原水が、フィルタ内部を通過する間に、物理的な処理が付与された前記多数の誘電体により処理され、得られた処理水が吐水口から吐出されることを特徴とする、請求項１記載の処理水生成装置。

【請求項3】

前記誘電体に物理的な処理を行なう手段として、誘電体を加熱する加熱手段、誘電体を加圧する加圧手段、誘電体を加電圧する加電圧手段、誘電体に電磁波を付加する電磁波発生手段のうち、いずれか一の手段または複数の組み合わせからなる手段が選択されることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の処理水生成装置。

【請求項4】

前記誘電体に対する加熱温度、圧力、電圧、電磁波のいずれか一または複数を調整する調整手段を備えることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の処理水生成装置。

【請求項5】

前記誘電体が、焦電体、圧電体、強誘電体のいずれか一または複数から構成されることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の処理水生成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘電体に物理的な処理を付与し、水を通過させて水を改質する処理水生成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から処理水生成装置の一つに、アルカリイオン整水器が知られている。アルカリイオン整水器は、原水（水道水）を電気分解して陰極室からアルカリイオン水（アルカリ性電解水）を得る装置であり、生成されたアルカリイオン水は、飲用して胃腸症状の改善に効果があるとされ（ｐＨ９～ｐＨ１０）、また、医療用途以外にも、洗浄効果や美容効果があることが報告されている。

【0003】

処理水生成装置として、上記のアルカリイオン整水器以外に、活性水や還元水の生成装置が提案されている。特許文献１は、トルマリン水生成器とオゾンガス混合器で構成する高速循環式活性水製造装置である。特許文献１の装置は、生成されたトルマリン活性水に繰り返しオゾンガスを強制注入することで、水分子が小さく溶存酸素度が高く、洗浄効率のよい活性水が得られるとされている。

【0004】

特許文献２は、トルマリンとシリカゲルを収容し給水される活性水生成槽、活性水の電気分解槽、活性水のみを電気分解槽へ流動するフィルタを備えた装置である。特許文献２の装置は、トルマリンとシリカゲルによって水道水が活性化され、活性水のみを流動可能としたフィルタを通過後、電気分解することで、洗浄性およびコーティング性に優れた処理水が得られるとされている。

【0005】

特許文献３は、０～１００℃の生理食塩水に－１８０～９０℃の水素ガスを０．１～１０００気圧に加圧して溶解せしめ、その後常温常圧に戻すことにより、還元性生理食塩水を得る装置である。特許文献３の装置は、得られた還元水生理食塩水は非常に低い酸化還元電位を有し、生理食塩水として通常的に使用できるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３－１０８６６号公報

【特許文献2】特開２０１０－１７２８７６号公報

【特許文献3】特開２００５－５３８８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１、２の装置は、トルマリンとその他（オゾンガス、シリカゲル）の混合物を触媒として処理水を得る方式であり、装置が複雑で、生成コストが高くなるという課題がある。電気電解を行おうとする場合、電解槽、電源、水配管などが必要で、装置が増大化する。特許文献３の装置は、水素ガスをバッチ式または連続流通式で供給しており、特許文献１、２の装置と同様に、装置が複雑となり、生成コストが高くなるという課題がある。

【0008】

本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、水処理に用いる触媒を単体かつ有効的に利用し、アルカリイオン水と同等の効果を持つ処理水を低コストで生成できる処理水生成装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明に係る処理水生成装置は、
処理槽を備え、処理槽の上流側に原水の給水口を備え、処理槽の下流側に処理水の吐水口を備え、処理槽の内部に誘電体が配置され、処理槽の内部に前記誘電体に物理的な処理を行なう手段が配置され、給水口から処理槽内に給水された原水が、物理的な処理が付与された前記誘電体により処理され、得られた処理水が吐水口から吐出されることを第１の特徴とする。

【0010】

ここで、誘電体は、電気を溜めることのできる性質をもつ材料を指しており、当該材料に電圧を加えると両側に正負の電荷を生じる（分極）性質を備えている。誘電体には、電圧をゼロにすると分極しなくなる常誘電体と、加えた電圧をゼロにしても分極したままの状態を保つ強誘電体が含まれる。本発明における誘電体は、物理的な処理が付与されると、両側に正負の電荷の分極を生じる材料を意味しており、帯電性をもつ結晶体が含まれる。また、本発明における誘電体には、下位概念として、圧力（圧力変化）を加えると圧電効果により帯電する圧電体、熱（温度変化）を加えると焦電効果により帯電する焦電体が含まれる。さらに、電磁波の変化、電圧の変化により帯電する材料が含まれる。物理的な処理とは、加熱処理、加圧処理、加電圧処理、電磁波処理などを含み、化学的処理、生物学的処理は含まれない。

【0011】

本発明に係る処理水生成装置は、
処理槽の内部に多数の誘電体を内部に含むフィルタが配置され、前記多数の誘電体に物理的な処理を行なう手段がフィルタの周囲に配置され、給水口から処理槽内に給水された原水が、フィルタ内部を通過する間に、物理的な処理が付与された前記多数の誘電体により処理され、得られた処理水が吐水口から吐出されることを第２の特徴とする。

【0012】

本発明に係る処理水の生成装置は、
前記誘電体に物理的な処理を行なう手段として、誘電体を加熱する加熱手段、誘電体を加圧する加圧手段、誘電体を加電圧する加電圧手段、誘電体に電磁波を付加する電磁波発生手段から、いずれか一の手段または複数の組み合わせからなる手段が選択されることを第３の特徴とする。

【0013】

本発明に係る処理水の生成装置は、
前記誘電体に対する加熱温度、圧力、電圧、電磁波のいずれか一または複数を調整する調整手段を備えることを第４の特徴とする。

【0014】

本発明に係る処理水の生成装置は、
前記誘電体が、焦電体、圧電体、強誘電体のいずれか一または複数から構成されることを第５の特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

以上説明したように、本発明によると、焦電体や圧電体などの誘電体を単体でかつ有効的に利用し、アルカリイオン水と同等の効果を持つ処理水を低コストで生成できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る処理水生成装置の構成を示す図、

【図2】本装置によるトルマリン水とアルカリイオン水の物理化学的挙動を示す図、

【図3】加熱処理温度と本装置によるトルマリン水の表面張力の変化を示す図、

【図4】加熱処理後の時間と本装置によるトルマリン水の表面張力の挙動を示す図、

【図5】本装置によるトルマリン水とアルカリイオン水についてＳＯＤ活性の実験結果を示す図、

【図6】本装置によるトルマリン水について大腸菌殺菌効果を示す図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0017】

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。図１ないし図6は本発明に係る一実施形態を示すもので、これらの図において、符号Ｓは本発明に係る処理水生成装置を示している。

【0018】

処理水生成装置Ｓの構造を説明すると、図１に示すように、処理水生成装置Ｓは、ケーシング１０の内部に処理槽１１が配置されている。処理槽１１の上流側には原水（水道水）Ｗ_０を給水する給水口１２および給水口１２から続く給水配管１３が設けられている。処理槽１１の下流側には処理水（トルマリン水）Ｗ_１を吐出する吐水口１４および吐水口１４から続く吐水配管１５が設けられている。

【0019】

処理槽１１の内部には円筒形のフィルタ１６が横向きに配置されている。フィルタ１６の内部には多数の粒状（粒径０．１ｍｍ～１０ｍｍ）の焦電体１７が収容されている。フィルタ１６の素材は耐熱性樹脂シリコン、耐熱性ナイロンなどが用いられている。焦電体１７は本実施形態ではトルマリン鉱石が用いられている。

【0020】

フィルタ１６の周囲には非金属製のヒーター１８が（図示例では上下２箇所に）配置されている。この非金属製のヒーター１８は、フィルタ１６、処理槽１１とその内側空間、フィルタ１６内部の焦電体１７を加熱処理する（物理的に処理する）もので、加熱により焦電体１７を帯電させ、焦電体１７の帯電作用により、フィルタ１６内を通過する水（原水）の物理的・生物的特性を変化させた処理水を生成させるための発熱部として機能する。非金属製のヒーター１８は、例えばセラミックヒーターが使用されるが、非導電物により電気的に遮断されて熱が移動するように配置して使用する。

【0021】

非金属製のヒーター１８は、フィルタ１６、処理槽１１とその内側空間、フィルタ１６内部の焦電体１７の全体を加熱することにより、焦電体１７に対する帯電効率を向上させることができる（焦電体１７の全体を速やかに加熱し、帯電させる）。

【0022】

非金属製のヒーター１８は、配線１９により制御盤２０と接続されている。制御盤２０は、ヒーター１８のＯＮ・ＯＦＦ制御、ヒーター１８の加熱温度および加熱時間の調整を行う。制御盤２０は、処理槽１１内部に非接触式または接触式の温度センサー（図示せず）を備え、温度センサーに基づき、焦電体１７の加熱温度（表面温度）を、例えば２５℃、５０℃、７５℃、１００℃と段階的に調整可能である。焦電体１７の加熱温度を調整することで、焦電体１７の帯電量を調整し、目的に合った処理水を生成することが可能となる。

【0023】

上記構成の本装置Ｓにおいて、フィルタ１６および内部の焦電体１７はカートリッジ式となっており、定期的に交換可能となっている。また、制御盤２０はケーシング１０に内蔵されている。

【0024】

図２は、図１に示す本装置Ｓを用いて、焦電体１７を１００℃に加熱処理し、通水により得られるトルマリン水（本装置Ｓによる処理水）と、アルカリイオン水の物理化学的挙動を示している。

【0025】

図２のグラフに示すように、電気分解をしないで試薬調整した区［純水、水素（Ｈ_２）バブル水、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水（ｐＨ１１）、水素バブル水（ｐＨ１１）、水酸化ナトリウム水（ｐＨ１２）、水素バブル水（ｐＨ１２）］の表面張力は、市水（水道水）と同様な結果を示した。これに対し、電気分解により得られるアルカリイオン水［ＡｌＥＷ（電界強度：１０Ａ）、ＡｌＥＷ（電界強度：１４Ａ）］と、本装置Ｓによるトルマリン水［ＴＲＭ（純水）、ＴＲＭ（純水・バブルの組み合わせ）、ＴＲＭ（市水）、ＴＲＭ（市水・バブルの組み合わせ）］は、バブル、ｐＨの違いに影響なく、表面張力が低下した。

【0026】

図３は、本装置Ｓを用いて焦電体１７の加熱温度を変化させた場合の、本装置Ｓにより得られるトルマリン水の表面張力の変化を示している。同図に示すように、制御盤２０からの調整により、焦電体１７の加熱処理温度を常温区（無加熱：２０℃）から５０℃、７５℃、１００℃と段階的に上げると、５０℃および７５℃で表面張力が段階的に低下し、１００℃では７５℃の場合の表面張力に変化が見られなかった。本装置Ｓにより得られるトルマリン水は、５０℃の処理区でアルカリイオン水区と同等の表面張力に低下することが分かった。

【0027】

図４は、本装置Ｓにより得られるトルマリン水の、加熱処理後の時間経過にともなう表面張力の変化を示している。同図に示すように、本装置Ｓにより２５℃、５０℃、７５℃、１００℃で加熱処理した後のトルマリン水の表面張力は、６時間経過後も、市水の表面張力よりも低い値を維持しており、その後は時間経過とともに表面張力が上昇し、その効果が低下することが確認された。しかしながら、再加熱すれば表面張力の低下を維持できることが分かった。

【0028】

図５は、本装置Ｓにより得られるトルマリン水と、アルカリイオン水によるＳＯＤ（スーパーオキシドディスムターゼ）活性についての実験結果を示している。ＳＯＤ活性の測定にはＳＯＤ活性測定キット（同仁堂社製ＷＳＴ）を用い、活性酸素消去にはアスコルビン酸を使用した。同図のグラフによると、ＳＯＤ活性（％）が、純水（ＰＷ）で７０％弱であるが、本装置Ｓにより得られるトルマリン水は加熱温度２５℃で８０％を超え、加熱温度５０℃で９０％付近、加熱温度７５℃で９５％と高い数字を測定し、アルカリイオン水（電界強度：４Ａ、８Ａ）と同様に、活性酸素の消去能力を上昇させることが示唆された、

【0029】

なお、アルカリイオン水は抗酸化能力を拡大（エンハンス）することが先行論文により報告されている（花岡らテキサス大学バイオケミストリー）。また、図５によると、本装置Ｓにより得られるトルマリン水は、加熱温度１００℃加熱になるとＳＯＤ活性（％）が８０％以下に低下し、アルカリイオン水も電界強度を上げる（１２Ａ）とＳＯＤ活性（％）が純水以下に低下することも分かった。

【0030】

図６は、本装置Ｓにより得られるトルマリン水の大腸菌殺菌効果を示している。同図に示すように、本装置Ｓにより得られるトルマリン水は、加熱温度２５℃、５０℃、７５℃の場合の残存菌数が１ｍｌあたり１０．０未満と低く、１００℃の場合は１ｍｌあたり８．３６とさらに低い値を測定し、抗菌効果が得られることが分かった。なお、アルカリイオン水では抗菌効果が見られなかった。

【0031】

本実施形態の処理水生成装置Ｓによると、以下の効果を奏する。

【0032】

（１）内蔵する焦電体を加熱するようにしたことで、原水からアルカリイオン水と同様に表面張力の低下した処理水を生成することができる。表面張力の低下の作用の一例として洗浄力作用や界面活性作用がある。化学洗剤を使用しない環境負荷低減を可能とする。

【0033】

（２）同じく内蔵する焦電体を加熱するようにしたことで、原水からアルカリイオン水と同様に抗酸化力の増強効果を示す処理水を生成することができる。処理水における水の物性は市水（水道水）と変わらないため市水と同じように利用することができる。飲用に利用することで健康促進を図ることができる。

【0034】

（３）加熱する機能（ヒーター）を備えたから、処理水の経過時間や積算使用水量に合わせて、内蔵する焦電体を再加熱し、表面張力効果を繰り返し再生することができる。

【0035】

（４）内蔵する焦電体の加熱温度を調整できるようにしたから、目的に応じた処理水を生成することができる。加熱温度５０℃で得られる処理水は、一定の表面張力、抗酸化力増強効果、殺菌力が得られ、加熱温度７５℃で得られる処理水は、５０℃の場合よりも高い表面張力、抗酸化力増強効果が得られ、加熱温度１００℃で得られる処理水は、５０℃および７５℃の場合よりも表面張力は高いが、殺菌力は低い（但し、殺菌力はアルカリイオン水と同程度である）。このように目的に応じた処理水を生成できる。

【0036】

（５）本装置で得られる処理水は、アルカリイオン水では発揮できない抗菌作用を示す水の生成が可能となった。

【0037】

（６）フィルタをカートリッジ式としたことで、内蔵した焦電体を取り替える際は、フィルタごと交換することができる。取り外しや交換の作業が容易となった。

【0038】

以上の実施形態では、焦電体に物理的な処理を行う手段として、加熱手段を用いたが、これに限られない。また、物理的な処理を行う対象として焦電体に限らない。本発明では、物理的な処理を行う手段として、加圧手段、加電圧手段、電磁波発生手段を用いることができる。

【0039】

本発明は、焦電体以外に、圧力の変化によって圧電効果を生じる圧電体、外部電場がなくても自発分極が生じる強誘電体も適用可能である。電圧の変化、電磁波の変化によっても帯電する材料についても適用可能である。トルマリン石は焦電体、圧電体、強誘電体のそれぞれの性質を有する。本発明は、以上に述べた手段および対象によっても、本装置Ｓで得られる処理水と同様の処理水を生成することができる。

【0040】

かくして、本発明によると、アルカリイオン水と同様の表面張力、抗酸化力増強効果をもつ処理水、アルカリイオン水では発揮できない抗菌作用を示す処理水を、一つの装置で、しかも簡易な構造かつ低いコストで作ることができるようになった。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明は、一般家庭での日常飲用・洗浄から、食品工場における化学薬品を使用しない洗浄使用まで、幅広く利用可能である。

【符号の説明】

【0042】

１０ ケーシング
１１ 処理槽
１２ 給水口
１３ 給水配管
１４ 吐水口
１５ 吐水配管
１６ フィルタ
１７ 焦電体（誘電体）
１８ ヒーター（加熱手段）
１９ 配線
２０ 制御盤
Ｓ 処理水生成装置
Ｗ_０ 原水
Ｗ_１ トルマリン水（処理水）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】