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(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】2023-12-13
(45)【発行日】2023-12-21
(54)【発明の名称】水、その製造方法および製造システム
(51)【国際特許分類】
C02F 1/34 20230101AFI20231214BHJP
B01D 61/04 20060101ALI20231214BHJP
C02F 1/44 20230101ALI20231214BHJP
B01J 3/00 20060101ALI20231214BHJP
B01J 3/02 20060101ALI20231214BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20231214BHJP
A61K 8/19 20060101ALI20231214BHJP
A61Q 1/00 20060101ALI20231214BHJP
A61Q 19/00 20060101ALI20231214BHJP
【ＦＩ】
C02F1/34
B01D61/04
C02F1/44 D
B01J3/00 A
B01J3/02 101A
H01L21/304 622Q
H01L21/304 647Z
H01L21/304 648K
A61K8/19
A61Q1/00
A61Q19/00
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2022075446
(22)【出願日】2022-04-28
(65)【公開番号】P2023164108
(43)【公開日】2023-11-10
【審査請求日】2023-03-13
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】523041001
【氏名又は名称】株式会社ＳＯＳＵＩ
(74)【代理人】
【識別番号】100163865
【弁理士】
【氏名又は名称】飯塚 健
(74)【代理人】
【識別番号】100098899
【弁理士】
【氏名又は名称】飯塚 信市
(72)【発明者】
【氏名】佐川 静夫
(72)【発明者】
【氏名】森本 國勢
(72)【発明者】
【氏名】根本 泰行
【審査官】目代 博茂
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－１１５５３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１２９９７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２８９２３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１８２５５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２６１３０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２３１０８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１０７１９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２５１１５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－３０５９１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２７２０９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００４／００９９６１４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０２Ｆ１／００－９／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
浸透性の高い水の製造方法であって、処理対象となる水を加圧したのち、小孔より所定のチャンパ内に高速に噴出させ、これを所定の物体に衝突させたのちに回収する衝突回収処理を、１または２回以上繰り返して実行する第１のステップと、
処理対象となる水に対して、少なくとも逆浸透膜（ＲＯ膜）式の純水化処理を実行する第２のステップと、
からなる少なくとも２つのステップを具備し、
前記第１のステップは、前記第２のステップに先立って実行され、
前記第１のステップと第２のステップとの間において、前記衝突回収処理を経た水を、少なくとも前記衝突回収処理を経ていない水により希釈増量する第３のステップをさらに具備する、方法。
【請求項2】
前記希釈増量に際する希釈濃度の範囲が、「衝突回収処理を経た水」：「衝突回収処理を経ていない水」＝１：２～1：２０の範囲である、請求項１に記載の方法。【請求項3】
前記第１のステップにおける処理対象となる水が、井戸水又は水道水であり、かつ前記第２のステップにおける少なくとも前記衝突回収処理を経ていない水についても、前記井戸水又は水道水である、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記第１のステップにおける水の加圧は、１００～２４５ＭＰａであり、かつ前記小孔の内径は０．１～０．３５ｍｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記２つのステップを経た水に対して、ナノバブル発生処理を施す第４のステップをさらに具備する、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記２つのステップを経た水に対して、プラズマ処理を施す第５のステップをさらに具備する、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記衝突回収処理が、所定のチャンバ内において、１の小孔より高速に噴出される水を所定物体に衝突させたのち、これを回収する処理を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記衝突回収処理が、所定のチャンバ内において、２以上の小孔より高速に噴出される水を互いに衝突させたのち、これを回収する処理を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記第２のステップが、電気再生式（ＥＤＩ式）の純水化処理をさらに実行する、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記第２のステップが、樹脂交換式の純水化処理をさらに実行する、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
浸透性の高い水の製造システムであって、処理対象となる水を加圧したのち、小孔より所定のチャンパ内に高速に噴出させ、これを所定の物体に衝突させたのちに回収する衝突回収処理を、１または２回以上繰り返して実行する第１の装置と、
処理対象となる水に対して、少なくとも逆浸透膜（ＲＯ膜）式の純水化処理を実行する第２の装置と、
からなる２つの装置を少なくとも具備し、
前記第１の装置は、処理順において、前記第２の装置よりも前段に置かれ、
前記第１の装置と前記第２の装置との間には、前記第１の装置を経た水を、少なくとも前記第１の装置を経ていない水により希釈増量する第３の装置をさらに具備する、システム。
【請求項12】
製造される水の用途が、半導体処理水である、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
製造される水の用途が、化粧品用原料水である、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、化粧品用、工業的洗浄用等々の用途に適した浸透性の高い水、その製造方法および製造システムに関する。
【背景技術】
【0002】
不純物を限りなく含まず、しかも浸透性の高い水に対する要望は、化粧品その他各種の工業的洗浄の分野において、強く存在する。従来の試みとしては、原料となる水に対して純水化処理を適用することで、不純物を限りなく除去することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
しかしながら、一般的に純水は表面張力が高く浸透性に劣るものであるため、上述の純水化処理のみにて得られる水では浸透度には限りがあり、高い浸透度を得ようとすると、界面活性剤等のなんらかの化学物質の力を借りざるを得ず、結局、そうして得られる浸透性の高い水の用途は限られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００８－２３１０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、不純物を限りなく含まず、しかも浸透性の高い水、その製造方法および製造システムを提供することにある。
【0006】
本発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る水は、電気抵抗率が１８．００ＭΩ・ｃｍ以上であって、かつ表面張力が摂氏２０度において７２．５５ｍＮ／ｍ以下である。
【0008】
好ましい実施の形態においては、ｐＨが５．２～６．０であってもよい。
【0009】
好ましい実施の形態においては、製造直後の表面張力が摂氏２０度において７２．５５ｍＮ／ｍ以下、かつ製造後６カ月を経過した時点での表面張力増加分が０．１４％以内であってもよい。
【0010】
別の一面から見た本発明は、水の製造方法として把握することもできる。本発明に係る水の製造方法は、処理対象となる水を加圧したのち、小孔より高速に噴出させ、これを所定の物体に衝突させたのちに回収する衝突回収処理を、１または２回以上繰り返して実行する第１のステップと、処理対象となる水に対して、少なくとも逆浸透膜（ＲＯ膜）式の純水化処理を実行する第２のステップからなる少なくとも２つのステップを具備するものである。基本的には、第１のステップと第２のステップの順序は問わない。なお、以下において、純水、純水化、純水化処理と称するものには、超純水、超純水化、超純水化処理も含む。
【0011】
好ましい実施の形態においては、前記第１のステップにおける水の加圧は高圧用途のプランジャポンプを介して行われ、かつ前記第１のステップは、前記第２のステップに先立って実行されるものであってもよい。
【0012】
好ましい実施の形態においては、前記第１のステップと第２のステップとの間において、前記第１のステップを経た水を、少なくとも前記衝突回収処理を経ていない水により希釈増量する第３のステップをさらに具備するものであってもよい。
【0013】
好ましい実施の形態においては、前記第１のステップにおける水の加圧は、１００～２４５ＭＰａであり、かつ前記小孔の内径は０．１～０．３５ｍｍであってもよい。
【0014】
好ましい実施の形態においては、前記２つのステップを経た水に対して、ナノバブル発生処理を施す第４のステップをさらに具備してもよい。
【0015】
好ましい実施の形態においては、前記２つのステップを経た水に対して、プラズマ処理を施す第５のステップをさらに具備してもよい。
【0016】
上述の製造方法において、前記の衝突回収処理については、様々な方式を採用することができる。例えば、前記衝突回収処理が、所定のチャンバー内において、１の小孔より高速に噴出される水を所定物体（例えばセラミックボール）に衝突させた後、これを回収する処理を含むものであってもよい。また、前記衝突回収処理が、所定の密閉チャンバー内において、２以上の小孔より高速に噴出される水同士を互いに衝突（正面衝突、斜め衝突）させた後、これを回収する処理を含むものであってもよい。また、前記衝突回収処理が、水が満たされた貯槽内において、１又は２以上の小孔より貯水中に高速で噴出される水を、貯水と共に回収する処理を含むものであってもよい。その他、高速衝突回収処理が、所定の密閉チャンバー内において、小孔より高速に噴出される水を、ダイヤモンドの隙間に通ずることにより、水に対して圧縮と共に剪断力を与えるものであってもよい。
【0017】
上述の水の製造方法において、逆浸透膜式の純水化処理とは、ＲＯモジュールを用いて、水に溶け込む微細な物質をほぼ除去する処理である。ＲＯモジュールとしては、様々な構造のものが知られているが、例えば、浸透膜（メンブレン）を何層にも重ねてのり巻き状に巻き、容器に収めて大きな表面積で多くの水を処理する構成を採用できる。この逆浸透膜により、原水が透過水（純水）と濃縮水（排水）とに分離される。原水中の不純物を排水として処理するため、目詰まりも少なく長期間使用できる。
【0018】
上述のステップ２においては、逆浸透膜式の純水化処理に加えて、他の方式の純水化処理を併せて実行するものであってもよい。すなわち、前記第２のステップが、電気再生式（ＥＤＩ式）の純水化処理をさらに実行するものであってもよい。また、前記第２のステップが、樹脂交換式の純水化処理をさらに実行するものであってもよい。
【0019】
別の一面から見た本発明は、水の製造システムとして把握することもできる。すなわちこの水の製造システムは、処理対象となる水を加圧したのち、小孔より高速に噴出させ、これを所定の物体に衝突させたのちに回収する衝突回収処理を、１または２回以上繰り返して実行する第１の装置と、処理対象となる水に対して、少なくとも逆浸透膜（ＲＯ膜）式の純水化処理を実行する第２の装置と、からなる２つの装置を少なくとも具備し、それら２つの装置を経由して水を製造するするものである。
【0020】
別の一面から見た本発明は、上述の水の製造方法により製造された水として把握することもできる。
【発明の効果】
【0021】
本発明に係る水は、何ら化学物質を添加していないにも拘らず、純水化処理のみにて得られる水よりも高い浸透性を呈する。そのため、化粧品の分野、半導体洗浄を含む様々な工業的洗浄の分野のほか、浸透性は要求するものの、不純物の存在を嫌う様々な分野への広い応用が期待される。
【0022】
本発明に係る製造方法または製造システムによれば、比較的に小規模の設備にて、不純物を限りなく含まず、しかも浸透性の高い水を製造することができる。しかも、こうして得られる水は、その状態が長期に維持され、安定性が良好である。そのため、長期保存が可能であることから、市場での流通に支障がなく、個々のユーザにて製造設備を要しないという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
≪方法の実施形態≫
以下に、本発明に係る水の製造方法の好適な実施の一形態につき、添付図面（図１及び図２）を参照しながら詳述する。それらの図から明らかなように、この水の製造方法は、原水取得処理（ステップ１０１）、衝突回収処理（ステップ１０２）、希釈処理（ステップ１０４）、及び純水化処理（ステップ１０５）を含んで構成される。また、必要に応じて追加処理（ステップ１０７）を行ってもよい。
以下に、本発明に係る水の製造方法の好適な実施の一形態につき、添付図面（図１及び図２）を参照しながら詳述する。それらの図から明らかなように、この水の製造方法は、原水取得処理（ステップ１０１）、衝突回収処理（ステップ１０２）、希釈処理（ステップ１０４）、及び純水化処理（ステップ１０５）を含んで構成される。また、必要に応じて追加処理（ステップ１０７）を行ってもよい。
【0025】
［原水取得処理］
原水取得処理（ステップ１０１）は、この製造方法に必要とされる原料水を取得するものである。原料水としては、一般の市水（水道水や井戸水等）をそのまま使用することができる。それらの市水を予め純水化装置にかけて、水に溶け込んだ粒子（各種の陰イオンや陽イオン等々）を除去することは、却って、その後行われる衝突回収処理（加圧手段として高圧用途のプランジャポンプが使用される場合）における加圧装置に無用な負荷を掛け、無駄に電力を消費することが確認された。
原水取得処理（ステップ１０１）は、この製造方法に必要とされる原料水を取得するものである。原料水としては、一般の市水（水道水や井戸水等）をそのまま使用することができる。それらの市水を予め純水化装置にかけて、水に溶け込んだ粒子（各種の陰イオンや陽イオン等々）を除去することは、却って、その後行われる衝突回収処理（加圧手段として高圧用途のプランジャポンプが使用される場合）における加圧装置に無用な負荷を掛け、無駄に電力を消費することが確認された。
【0026】
［衝突回収処理］
衝突回収処理（ステップ１０２）は、処理対象となる水（原水）を、例えば、高圧用途のプランジャポンプにて加圧（圧力１００～２４５ＭＰａ）した後、小孔（内径０．１～０．３５ｍｍ）より高速に噴出させ、これを所定の物体に衝突させた後に回収する衝突回収処理を、１回又は２回以上繰り返して実行する（ステップ１０３）ものである。
衝突回収処理（ステップ１０２）は、処理対象となる水（原水）を、例えば、高圧用途のプランジャポンプにて加圧（圧力１００～２４５ＭＰａ）した後、小孔（内径０．１～０．３５ｍｍ）より高速に噴出させ、これを所定の物体に衝突させた後に回収する衝突回収処理を、１回又は２回以上繰り返して実行する（ステップ１０３）ものである。
【0027】
先に説明したように、衝突回収処理の具体的な方法は区々である。例えば、所定のチャンバー内において、１の小孔より高速に噴出される水を所定物体に衝突させた後、これを回収する処理、同様に所定のチャンバー内において、２以上の小孔より高速に噴出される水を互いに衝突（正面衝突または斜め衝突）させた後、これを回収する処理、または水が満たされた貯蔵内において、１又は２以上の小孔より貯水中に高速で噴出された水を、貯水と共に回収する処理などにて実現することができる。
【0028】
［希釈増量処理］
希釈増量処理（ステップ１０４）は、衝突回収処理（ステップ１０２）と純水化処理（ステップ１０５）との間において、衝突回収処理（ステップ１０２）を経た水を、少なくとも衝突回収処理を経ていない水（例えば、「原水」そのもの）により希釈増量するものである。
希釈増量処理（ステップ１０４）は、衝突回収処理（ステップ１０２）と純水化処理（ステップ１０５）との間において、衝突回収処理（ステップ１０２）を経た水を、少なくとも衝突回収処理を経ていない水（例えば、「原水」そのもの）により希釈増量するものである。
【0029】
この希釈増量処理（ステップ１０４）の技術的な意義は、後に詳述するように、衝突回収処理（ステップ１０２）にて生成された水の性質をさほど低下させることなく、最終的な処理水の生産量を増加させることにある。
【0030】
［純水化処理］
純水化処理（ステップ１０５）は、希釈増量処理（ステップ１０４）を経た水に対して、少なくとも逆浸透膜（ＲＯ膜）式の純水化処理を実行するものである。この純水化処理（ステップ１０５）の一具体例が、図２に示されている。同図に示されるように、この純水化処理は、逆浸透膜式（ＲＯ膜式）処理（ステップ１０５１）と、電気再生式（ＥＤＩ式）処理（ステップ１０５２）と、樹脂交換式処理（ステップ１０５３）とを含んで構成される。
純水化処理（ステップ１０５）は、希釈増量処理（ステップ１０４）を経た水に対して、少なくとも逆浸透膜（ＲＯ膜）式の純水化処理を実行するものである。この純水化処理（ステップ１０５）の一具体例が、図２に示されている。同図に示されるように、この純水化処理は、逆浸透膜式（ＲＯ膜式）処理（ステップ１０５１）と、電気再生式（ＥＤＩ式）処理（ステップ１０５２）と、樹脂交換式処理（ステップ１０５３）とを含んで構成される。
【0031】
・逆浸透膜式（ＲＯ膜式）処理
ここで、逆浸透膜式（ＲＯ膜式）処理とは、ＲＯモジュールを用いて水に溶け込む微細な物質をほぼ全て除去する処理である。ＲＯモジュールは、例えば、浸透膜（メンブレン）を何層にも重ねてのり巻き状に巻き、容器に収めて大きな表面積で多くの水を処理することができる。逆浸透膜により、原水が透過水（純水）と濃縮水（排水）に分離される。原水中の不純物を排水として処理するため、目詰まりも少なく長期間使用できる。
ここで、逆浸透膜式（ＲＯ膜式）処理とは、ＲＯモジュールを用いて水に溶け込む微細な物質をほぼ全て除去する処理である。ＲＯモジュールは、例えば、浸透膜（メンブレン）を何層にも重ねてのり巻き状に巻き、容器に収めて大きな表面積で多くの水を処理することができる。逆浸透膜により、原水が透過水（純水）と濃縮水（排水）に分離される。原水中の不純物を排水として処理するため、目詰まりも少なく長期間使用できる。
【0032】
・電気再生式（ＥＤＩ式）処理
電気再生式（ＥＤＩ式）処理（ステップ１０５２）は、ＲＯ膜処理された水をより高純度な純水に変換するための処理であり、イオン交換樹脂と交換膜により脱塩処理し、同時に電気を利用して再生を行うことで、連続的に高純度水素イオン含有水を生成することができる。再生操作は不要であり、薬品を使用せず、また再生廃液も発生しない利点がある。
電気再生式（ＥＤＩ式）処理（ステップ１０５２）は、ＲＯ膜処理された水をより高純度な純水に変換するための処理であり、イオン交換樹脂と交換膜により脱塩処理し、同時に電気を利用して再生を行うことで、連続的に高純度水素イオン含有水を生成することができる。再生操作は不要であり、薬品を使用せず、また再生廃液も発生しない利点がある。
【0033】
・樹脂交換式処理
樹脂交換式処理（ステップ１０５３）は、水中に溶存するイオン（例えば、カルシウムイオン、ナトリウムイオン、塩化物イオン等々）を除去する処理であり、自ら持つイオンを水中に出して、代わりに水中に存在する他のイオンと交換する性質を有するイオン交換体を使用する。多孔性の合成樹脂で作ったイオン交換体をイオン交換樹脂と称する。イオン交換樹脂は、直径約０．５ｍｍ程度の球体である。イオン交換樹脂には、陽イオン（プラスイオン）を交換する陽イオン交換樹脂（カチオン交換樹脂）と、陰イオン（マイナスイオン）を交換する陰イオン交換樹脂（アニオン交換樹脂）が存在し、これら２種類の樹脂を単独で使用したり、混合して利用したりする。
樹脂交換式処理（ステップ１０５３）は、水中に溶存するイオン（例えば、カルシウムイオン、ナトリウムイオン、塩化物イオン等々）を除去する処理であり、自ら持つイオンを水中に出して、代わりに水中に存在する他のイオンと交換する性質を有するイオン交換体を使用する。多孔性の合成樹脂で作ったイオン交換体をイオン交換樹脂と称する。イオン交換樹脂は、直径約０．５ｍｍ程度の球体である。イオン交換樹脂には、陽イオン（プラスイオン）を交換する陽イオン交換樹脂（カチオン交換樹脂）と、陰イオン（マイナスイオン）を交換する陰イオン交換樹脂（アニオン交換樹脂）が存在し、これら２種類の樹脂を単独で使用したり、混合して利用したりする。
【0034】
【0035】
同図に示されるように、この水の製造システムは、衝突回収装置２０１と、希釈装置２０２と、純水化装置２０３とを含んで構成されている。この例にあっては、純水化装置２０３は、ＲＯ膜式純水装置２０３１と、ＥＤＩ式純水装置２０３２と、樹脂交換式純水装置２０３３とを含んで構成される。
【0036】
［衝突回収装置］
衝突回収装置２０１は、処理対象となる水（原水）を加圧（例えば、２４５気圧程度）した後、小孔（例えば、直径０．１ｍｍ程度）より高速に噴出させ、これを所定の物体に衝突させた後に回収する処理を、１回又は２回以上繰り返して実行する第１の装置として機能するものである。ここで、衝突回収処理としては、公知の様々な構成を採用することができる。すなわち、衝突回収処理としては、例えば、所定の密閉チャンバー内において、１の小孔より高速に噴出される水を所定物体（例えば、セラミックボール）に衝突させた後、これを回収する処理、同様に所定のチャンバー内において、２以上の小孔より高速に噴出される水を互いに衝突（正面衝突または斜め衝突）させた後、これを回収する処理、同様に所定のチャンバー内において１の小孔より高速に噴出される水をダイヤモンドの隙間に注入し、これに剪断力を強制的に付与するもの、さらには水が満たされた貯槽内において、１又は２以上の小孔より貯水中に高速で噴出される水を、貯水と共に回収する処理（例えば、図９参照）を含むものであってもよい。
衝突回収装置２０１は、処理対象となる水（原水）を加圧（例えば、２４５気圧程度）した後、小孔（例えば、直径０．１ｍｍ程度）より高速に噴出させ、これを所定の物体に衝突させた後に回収する処理を、１回又は２回以上繰り返して実行する第１の装置として機能するものである。ここで、衝突回収処理としては、公知の様々な構成を採用することができる。すなわち、衝突回収処理としては、例えば、所定の密閉チャンバー内において、１の小孔より高速に噴出される水を所定物体（例えば、セラミックボール）に衝突させた後、これを回収する処理、同様に所定のチャンバー内において、２以上の小孔より高速に噴出される水を互いに衝突（正面衝突または斜め衝突）させた後、これを回収する処理、同様に所定のチャンバー内において１の小孔より高速に噴出される水をダイヤモンドの隙間に注入し、これに剪断力を強制的に付与するもの、さらには水が満たされた貯槽内において、１又は２以上の小孔より貯水中に高速で噴出される水を、貯水と共に回収する処理（例えば、図９参照）を含むものであってもよい。
【0037】
そのような衝突回収装置２０１としては、例えば市販の湿式微粒化装置を用いることができる。湿式微粒化装置による衝突回収処理は、例えば次のように行われる。まず、水を高圧用途のプランジャポンプにより加圧して加圧水を得る。ついで、得られた加圧水を２系統に分岐したのち、それらをチャンバー内の別々の小孔から高速で噴出させ、９０度の角度で両者を斜め衝突させる。一例として、チャンバー内の小孔の径は０．１ｍｍ程度、加圧水同士の衝突時の相対速度は４００ｍ／秒とする。
【0038】
加圧水同士の衝突部の概念図が図５に示されている。同図に示されるように、２つの小孔（「小孔１」，「小孔２」、いずれも口径０．１ｍｍ程度）から噴出された水は、互いに９０度の角度で斜め衝突させられる。その結果、チャンバーの空室内においては、高温高圧状態（例えば、１５０～３５０℃、０．５～２５ＭＰａ）が出現する。
【0039】
こうして生成された衝突済水は回収されて、以上の加圧・衝突・回収処理が必要回数繰り返されたのち、最終的に「処理水１」として次工程へと送られる。
【0040】
［希釈装置］
次に、希釈装置及びＲＯ膜式・純水化装置の概念図が図６に示されている。同図に示されるように、「処理水１」は希釈装置２０２へと送られる。希釈装置２０２は、貯槽２０２ａ内において、「処理水１」に対して「原水」を加え混合することによって、「処理水１」を「原水」により希釈増量する。なお、本発明において希釈濃度は特に限定せず用途に応じて適宜設定できるが、「処理水１」：「原水」＝１：２～１：２０程度の範囲が現実的である。こうして、「処理水１」を「原水」にて希釈してなる希釈水は、「処理水２」として次工程へと送られる。
次に、希釈装置及びＲＯ膜式・純水化装置の概念図が図６に示されている。同図に示されるように、「処理水１」は希釈装置２０２へと送られる。希釈装置２０２は、貯槽２０２ａ内において、「処理水１」に対して「原水」を加え混合することによって、「処理水１」を「原水」により希釈増量する。なお、本発明において希釈濃度は特に限定せず用途に応じて適宜設定できるが、「処理水１」：「原水」＝１：２～１：２０程度の範囲が現実的である。こうして、「処理水１」を「原水」にて希釈してなる希釈水は、「処理水２」として次工程へと送られる。
【0041】
本願発明者らの知見によれば、高圧用途のプランジャポンプを使用した衝突回収処理と純水化処理とからなる２つの処理を施す場合には、衝突回収処理を行った後に純水化処理を行うことが好ましい。衝突回収処理を行う際には噴出圧力を高圧にすることで生産効率が上げられるが、純水化処理を施した後の水は純度が高いためか装置への負荷が大きく、その負荷の高さから高圧をかけることは困難である。そのため純水化処理の後に衝突回収処理を行う場合には比較的低い圧力で衝突回収処理を行わなければならず、生産効率の面から好ましくない。一方、衝突回収処理を行った後に純水化処理を行う場合には、衝突回収処理を施す原水は水道水などの不純物を含む水であるため装置への負荷は低く、高圧で衝突回収処理を行えるので逆の順番で処理を行う場合と比べて生産効率が高い。また、理由は不明だが、衝突回収処理を経た水を一定量の衝突回収処理を経ていない水で希釈した場合には、得られた水（処理水２）の表面張力は配合割合から想定される値よりも低いものとなる。
【0042】
［ＲＯ膜式・純水化装置］
次に、ＲＯ膜式・純水化装置２０３１は、加圧ポンプ２０３１ａと複数のＲＯモジュールＭ１～Ｍ５とを含んで構成される。図示のＲＯモジュールＭ１～Ｍ５は、浸透膜（メンブレン）を何層にも重ねてのり巻き状に巻き、容器に収めて大きな表面積で多くの水を処理することができる、いわゆるスパイラル型モジュールとされているが、これに代えて他の形式のＲＯモジュール（例えば、ホロファイバ型ＲＯモジュール）を使用してもよい。加圧ポンプ２０３１ａを介して送り込まれた「処理水２」は、ＲＯモジュールを構成する逆浸透膜により、透過水（「処理水３」）と濃縮水（排水）に分離される。「処理水２」の中の不純物を排水として処理するため、目詰まりも少なく長期間使用することができる。こうして生成された「処理水３」は、次工程へと送られる。
次に、ＲＯ膜式・純水化装置２０３１は、加圧ポンプ２０３１ａと複数のＲＯモジュールＭ１～Ｍ５とを含んで構成される。図示のＲＯモジュールＭ１～Ｍ５は、浸透膜（メンブレン）を何層にも重ねてのり巻き状に巻き、容器に収めて大きな表面積で多くの水を処理することができる、いわゆるスパイラル型モジュールとされているが、これに代えて他の形式のＲＯモジュール（例えば、ホロファイバ型ＲＯモジュール）を使用してもよい。加圧ポンプ２０３１ａを介して送り込まれた「処理水２」は、ＲＯモジュールを構成する逆浸透膜により、透過水（「処理水３」）と濃縮水（排水）に分離される。「処理水２」の中の不純物を排水として処理するため、目詰まりも少なく長期間使用することができる。こうして生成された「処理水３」は、次工程へと送られる。
【0043】
［ＥＤＩ式・純水化装置］
次に、ＥＤＩ式・純水化装置の概念図が図７に示されている。同図に示されるように、ＥＤＩ式・純水化装置は、陽極と陰極との間に、陰イオン交換膜（Ａ）と陽イオン交換膜（Ｃ）とを交互に並べ、その間にイオン交換樹脂を封入した構造を有する。図中矢視されるように、水中の陰イオンは陽極側に、陽イオンは陰極側に泳動するが、陽イオン交換膜、陰イオン交換膜の働きで、イオンが希釈される部屋、濃縮される部屋が現れる。希釈される部屋を通過する水は純水化されて「処理水４」となり、濃縮される部屋を通過する濃縮水は排水される。イオン交換樹脂はイオンを一時的に捕捉する役割を担っている。こうして得られた「処理水４」は次工程へと送られる。
次に、ＥＤＩ式・純水化装置の概念図が図７に示されている。同図に示されるように、ＥＤＩ式・純水化装置は、陽極と陰極との間に、陰イオン交換膜（Ａ）と陽イオン交換膜（Ｃ）とを交互に並べ、その間にイオン交換樹脂を封入した構造を有する。図中矢視されるように、水中の陰イオンは陽極側に、陽イオンは陰極側に泳動するが、陽イオン交換膜、陰イオン交換膜の働きで、イオンが希釈される部屋、濃縮される部屋が現れる。希釈される部屋を通過する水は純水化されて「処理水４」となり、濃縮される部屋を通過する濃縮水は排水される。イオン交換樹脂はイオンを一時的に捕捉する役割を担っている。こうして得られた「処理水４」は次工程へと送られる。
【0044】
［樹脂交換式・純水化装置］
次に、樹脂交換式・純水化装置の構成について説明する。樹脂交換式・純水化装置の概念図が図８に示されている。同図に示されるように、樹脂交換式・純水化装置２０３３は、水の流通する容器内にイオン交換樹脂を満たした構造を有する。イオン交換樹脂多孔性の合成樹脂で作ったイオン交換体であって、みずからが持つイオンを水中に放出する代わりに、水中に存在する他のイオンと交換する性質を有する。一般的に、イオン交換樹脂は、直径約０．５ｍｍ程度の球体であり、ちょうど魚の卵、例えば、タラコ、数の子のような外観を呈し、その色は褐色、黄色、白色、黒色など様々でやや透明なものから不透明なものまで存在する。イオン交換樹脂には、陽イオン（プラスイオン）を交換する陽イオン交換樹脂（カチオン交換樹脂）と、陰イオン（マイナスイオン）を交換する陰イオン交換樹脂（アニオン交換樹脂）が存在し、これら２種類の樹脂を単独で利用したり、混合したりして利用する。なお、本発明においては、ＲＯ膜式・純水化装置による純水化処理に加えて、ＥＤＩ式・純水化装置及び／又は樹脂交換式・純水化装置にて更に純水化処理を行った水を超純水と称する。
次に、樹脂交換式・純水化装置の構成について説明する。樹脂交換式・純水化装置の概念図が図８に示されている。同図に示されるように、樹脂交換式・純水化装置２０３３は、水の流通する容器内にイオン交換樹脂を満たした構造を有する。イオン交換樹脂多孔性の合成樹脂で作ったイオン交換体であって、みずからが持つイオンを水中に放出する代わりに、水中に存在する他のイオンと交換する性質を有する。一般的に、イオン交換樹脂は、直径約０．５ｍｍ程度の球体であり、ちょうど魚の卵、例えば、タラコ、数の子のような外観を呈し、その色は褐色、黄色、白色、黒色など様々でやや透明なものから不透明なものまで存在する。イオン交換樹脂には、陽イオン（プラスイオン）を交換する陽イオン交換樹脂（カチオン交換樹脂）と、陰イオン（マイナスイオン）を交換する陰イオン交換樹脂（アニオン交換樹脂）が存在し、これら２種類の樹脂を単独で利用したり、混合したりして利用する。なお、本発明においては、ＲＯ膜式・純水化装置による純水化処理に加えて、ＥＤＩ式・純水化装置及び／又は樹脂交換式・純水化装置にて更に純水化処理を行った水を超純水と称する。
【0045】
≪システムの作用・製造水の性質など≫
次に、以上説明した水の製造システムの作用、並びに、製造された水の性質ないし用途について説明する。
次に、以上説明した水の製造システムの作用、並びに、製造された水の性質ないし用途について説明する。
【0046】
［システムの作用］
衝突回収装置２０１に供給された「原水」は、高圧用途のプランジャポンプを介して十分に加圧（例えば、２４５気圧程度）された後、密閉されたチャンバーへと導入される。導入された加圧水は２系統に分岐された後、チャンバー内の空所内において、２つの小孔（例えば、口径０．１ｍｍ程度）から高速で噴出され、互いに９０度の角度で斜め衝突（例えば、相対速度４００ｍ／秒）する（図５参照）。これにより、運動エネルギーが熱エネルギーに変換されることにより、空所２０１６ａ内には、高温高圧状態（例えば、１５０～３５０℃、０．５～２５ＭＰａ）が生成される。以上の高速衝突・回収処理は、必要回数繰り返され、最終的に、「処理水１」となって次工程へと送り込まれる。
衝突回収装置２０１に供給された「原水」は、高圧用途のプランジャポンプを介して十分に加圧（例えば、２４５気圧程度）された後、密閉されたチャンバーへと導入される。導入された加圧水は２系統に分岐された後、チャンバー内の空所内において、２つの小孔（例えば、口径０．１ｍｍ程度）から高速で噴出され、互いに９０度の角度で斜め衝突（例えば、相対速度４００ｍ／秒）する（図５参照）。これにより、運動エネルギーが熱エネルギーに変換されることにより、空所２０１６ａ内には、高温高圧状態（例えば、１５０～３５０℃、０．５～２５ＭＰａ）が生成される。以上の高速衝突・回収処理は、必要回数繰り返され、最終的に、「処理水１」となって次工程へと送り込まれる。
【0047】
こうして得られた「処理水１」は、希釈装置２０２へと送り込まれ、これに任意の希釈水（一例として原水）が加えられて希釈増量される。「処理水１」を任意の希釈水にて希釈してなる希釈水は、「処理水２」として次工程へと送られる。
【0048】
続いて、希釈処理により増量された「処理水２」は、加圧ポンプ２０３１ａを介してＲＯ膜式・純水化装置２０３１へと送り込まれ、ＲＯモジュールＭ１～Ｍ５を透過することで「処理水３」が得られる。
【0049】
続いて、「処理水３」は、必要により、ＥＤＩ式・純水化装置２０３２及び/又は樹脂交換式・純水化装置２６３３へと送られ、さらに純度の高い高純度水素イオン含有水である「処理水４」又は「処理水５」となる。
【0050】
こうして得られた「処理水４」又は「処理水５」は、化粧品、洗浄液など、様々な分野での応用が期待される。このようなシステムにより得られた「処理水４」及び「処理水５」は、純水化処理を経ており理論純水に近い電気抵抗値を有しているにも拘わらず、純水よりも表面張力が低く浸透性に優れている。一般的に水の純度が上がると表面張力は上昇するため、純水化処理を経た処理水の表面張力は原水の表面張力よりも高くなるはずであるが、実際には原水よりも低い表面張力を有している。理由は不明であるが衝突回収処理によるものと考えられる。
【0051】
本発明においては、衝突回収処理と純水化処理を施した後に、より表面張力を低下させるための追加処理を行ってもよい。追加処理の詳細フローチャートが、図３に示されている。追加処理においては、後述のナノバブル処理（ステップ１０７１）とプラズマ処理（ステップ１０７２）が行われる。
【0052】
［ナノバブル処理］
純水化処理を行った水にナノバブル処理（ステップ１０７１）を施すことで、より表面張力を低下させることができる。ナノバブル処理は、既知のナノバブル発生装置、マイクロバブル発生装置などを用いることで施すことができる。
純水化処理を行った水にナノバブル処理（ステップ１０７１）を施すことで、より表面張力を低下させることができる。ナノバブル処理は、既知のナノバブル発生装置、マイクロバブル発生装置などを用いることで施すことができる。
【0053】
［プラズマ処理］
純水化処理を行った水にプラズマ処理（ステップ１０７２）を施すことで、より表面張力を低下させることができる。一例として、プラズマ処理は次のように行われる。空気中で高電圧放電（一例として１５０００～２５０００Ｖ）を行い高電圧プラズマを発生させる。発生させた高電圧プラズマを水中ブロワで水中に吹き込むことで、水にプラズマ処理を施すことができる。なお、本発明においてナノバブル処理とプラズマ処理の双方を行う場合には、どちらの処理を先に行ってもよい。また、ナノバブル処理とプラズマ処理はいずれか一方だけでも表面張力を低下させることができるが、両方を施すことでより表面張力を低下させ、更に浸透性を向上させることができる。
純水化処理を行った水にプラズマ処理（ステップ１０７２）を施すことで、より表面張力を低下させることができる。一例として、プラズマ処理は次のように行われる。空気中で高電圧放電（一例として１５０００～２５０００Ｖ）を行い高電圧プラズマを発生させる。発生させた高電圧プラズマを水中ブロワで水中に吹き込むことで、水にプラズマ処理を施すことができる。なお、本発明においてナノバブル処理とプラズマ処理の双方を行う場合には、どちらの処理を先に行ってもよい。また、ナノバブル処理とプラズマ処理はいずれか一方だけでも表面張力を低下させることができるが、両方を施すことでより表面張力を低下させ、更に浸透性を向上させることができる。
【0054】
［処理手順を入れ替わる場合の一例］
本発明においては、純水化処理を施した後に衝突回収処理を行うように構成してもよい。純水化処理を施した後の水には高圧がかけにくいため生産効率は低下するものの、必要に応じて手順を入れ替えることができる。また、使用する装置の変更や将来的な装置の進化等によっては、上述のデメリットは解消される可能性も考えられる。
本発明においては、純水化処理を施した後に衝突回収処理を行うように構成してもよい。純水化処理を施した後の水には高圧がかけにくいため生産効率は低下するものの、必要に応じて手順を入れ替えることができる。また、使用する装置の変更や将来的な装置の進化等によっては、上述のデメリットは解消される可能性も考えられる。
【0055】
［衝突回収装置の他の例］
なお、以上の説明では、本発明システムにおいて、衝突回収装置２０１として所定のチャンバー内において２以上の小孔より高速に噴出される水を互いに衝突させた後、これを回収するものを示したが、衝突回収処理の構成はこれに限定されない。例えば、図９に示されるように、水で満たされた貯槽内において、１の小孔（２１１ｅ）より貯水（Ｅ１）中に高速で噴出される水を、貯水と共に回収（２１１ｄ）する処理を含むものであっても良い。すなわち、図９の衝突回収装置２１１において、２１１ａは貯槽、２１１ｂは撹拌機構、２１１ｃは廃棄部、２１１ｄは槽内水採取部、２１１ｅは加圧水噴射部、２１１ｆは取出口、２１１ｇは加圧機構、２１１ｈは低圧機構であり、その動作は、日本国特許第５９１３６７０公報に詳細に記述されている。
なお、以上の説明では、本発明システムにおいて、衝突回収装置２０１として所定のチャンバー内において２以上の小孔より高速に噴出される水を互いに衝突させた後、これを回収するものを示したが、衝突回収処理の構成はこれに限定されない。例えば、図９に示されるように、水で満たされた貯槽内において、１の小孔（２１１ｅ）より貯水（Ｅ１）中に高速で噴出される水を、貯水と共に回収（２１１ｄ）する処理を含むものであっても良い。すなわち、図９の衝突回収装置２１１において、２１１ａは貯槽、２１１ｂは撹拌機構、２１１ｃは廃棄部、２１１ｄは槽内水採取部、２１１ｅは加圧水噴射部、２１１ｆは取出口、２１１ｇは加圧機構、２１１ｈは低圧機構であり、その動作は、日本国特許第５９１３６７０公報に詳細に記述されている。
【0056】
［化粧品関連用途］
本発明に係る水は表面張力が低く、皮膚への浸透性にも優れるため化粧品用途に好適に用いることができる。衝突回収処理と純水化処理を施した水でも表面張力が低く優れた効果が得られるが、ナノバブル処理及び／又はプラズマ処理を施した水であればより表面張力が低く、浸透性にも優れたものとなる。化粧品の利用部位としては、頭髪、頭皮、顔、身体、手足など身体全体へ利用することができる。また、適用商品としては、化粧水、乳液、クリーム、ジェル、美容液、シャンプー、リンス、液体せっけん等種々の化粧品及びボディ用品に適用することができる。
本発明に係る水は表面張力が低く、皮膚への浸透性にも優れるため化粧品用途に好適に用いることができる。衝突回収処理と純水化処理を施した水でも表面張力が低く優れた効果が得られるが、ナノバブル処理及び／又はプラズマ処理を施した水であればより表面張力が低く、浸透性にも優れたものとなる。化粧品の利用部位としては、頭髪、頭皮、顔、身体、手足など身体全体へ利用することができる。また、適用商品としては、化粧水、乳液、クリーム、ジェル、美容液、シャンプー、リンス、液体せっけん等種々の化粧品及びボディ用品に適用することができる。
【0057】
［半導体洗浄液］
本発明に係る水は表面張力が低く純水化処理が施されているため、半導体洗浄液としても好適に用いることができる。衝突回収処理と純水化処理を施した水でも表面張力が低く優れた効果が得られるが、ナノバブル処理及び／又はプラズマ処理を施した水であればより表面張力が低く、半導体の微細な構造にも入り込みやすい優れたものとなる。
本発明に係る水は表面張力が低く純水化処理が施されているため、半導体洗浄液としても好適に用いることができる。衝突回収処理と純水化処理を施した水でも表面張力が低く優れた効果が得られるが、ナノバブル処理及び／又はプラズマ処理を施した水であればより表面張力が低く、半導体の微細な構造にも入り込みやすい優れたものとなる。
【0058】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例1】
【0059】
［実施例１に係る水の製造］
栃木県下都賀郡壬生町の水道水を原水とし、この原水を湿式微粒化装置で２００ＭＰａの条件で１回衝突回収処理を行い、その後に処理水の９倍量の原水を加えて１０倍に希釈する。希釈後の水にＲＯ膜にて純水化処理を施した後、ＥＤＩ式・純水化装置及び樹脂交換式・純水化装置を通すことにより、実施例１にかかる水が得られた。
栃木県下都賀郡壬生町の水道水を原水とし、この原水を湿式微粒化装置で２００ＭＰａの条件で１回衝突回収処理を行い、その後に処理水の９倍量の原水を加えて１０倍に希釈する。希釈後の水にＲＯ膜にて純水化処理を施した後、ＥＤＩ式・純水化装置及び樹脂交換式・純水化装置を通すことにより、実施例１にかかる水が得られた。
【0060】
［実施例２］
実施例１にて得られた水に、ナノバブル発生装置で送水圧０．２ＭＰａ、気泡径１００ｎｍ以下の条件で処理を施しナノバブル処理水を得た。直流高電圧変圧器にて２００００Ｖの電圧で高電圧プラズマを発生させ、発生した高電圧プラズマを水中ブロワにてナノバブル処理水に吹き込むことで実施例２にかかる水が得られた。
実施例１にて得られた水に、ナノバブル発生装置で送水圧０．２ＭＰａ、気泡径１００ｎｍ以下の条件で処理を施しナノバブル処理水を得た。直流高電圧変圧器にて２００００Ｖの電圧で高電圧プラズマを発生させ、発生した高電圧プラズマを水中ブロワにてナノバブル処理水に吹き込むことで実施例２にかかる水が得られた。
【0061】
［比較例１］
栃木県下都賀郡壬生町の水道水を原水とし、この原水にＲＯ膜にて純水化処理を施した後、ＥＤＩ式・純水化装置及び樹脂交換式・純水化装置を通すことにより比較例１にかかる水が得られた。
栃木県下都賀郡壬生町の水道水を原水とし、この原水にＲＯ膜にて純水化処理を施した後、ＥＤＩ式・純水化装置及び樹脂交換式・純水化装置を通すことにより比較例１にかかる水が得られた。
【0062】
［実施例３］
比較例１にて得られた水に、湿式微粒化装置で１００ＭＰａの条件で１回衝突回収処理を行うことで実施例３にかかる水が得られた。
比較例１にて得られた水に、湿式微粒化装置で１００ＭＰａの条件で１回衝突回収処理を行うことで実施例３にかかる水が得られた。
【0063】
［実施例４］
比較例１にて得られた水に、湿式微粒化装置で１００ＭＰａの条件で２回衝突回収処理を行うことで実施例４にかかる水が得られた。
比較例１にて得られた水に、湿式微粒化装置で１００ＭＰａの条件で２回衝突回収処理を行うことで実施例４にかかる水が得られた。
【0064】
［比較例２］
市販の精製水を用意し、比較例２にかかる水とした。
市販の精製水を用意し、比較例２にかかる水とした。
【0065】
［比較例３］
栃木県下都賀郡壬生町の水道水を採取し、比較例３にかかる水とした。
栃木県下都賀郡壬生町の水道水を採取し、比較例３にかかる水とした。
【0066】
＜表面張力の測定＞
各実施例及び比較例の水について、ペンダントドロップ法にてそれぞれ９０回ずつ表面張力を測定し、その平均値をそれぞれの表面張力とした。表面張力の測定結果が図１０に示されている。
各実施例及び比較例の水について、ペンダントドロップ法にてそれぞれ９０回ずつ表面張力を測定し、その平均値をそれぞれの表面張力とした。表面張力の測定結果が図１０に示されている。
【0067】
一般的に水の純度が上がると表面張力は上昇する傾向にあるが、実際のところ、図１０より明らかなように、比較例３の水道水と比べて、比較例２の市販の精製水は、表面張力がわずかであるが高くなっており、さらに比較例１で見られるように、比較例３を原水として用いて純水化した水の場合には、著しく表面張力が高くなっていた。系統的な実験誤差に基づくと思われるズレがあるものの、比較例３の測定結果は、理論純水の表面張力の値（摂氏２０度で７２．７５ｍＮ／ｍ）に対応するものと思われる。また、衝突回収処理、希釈処理、純水化処理に加えてナノバブル処理、プラズマ処理を施した実施例２の水は、実施例１の水よりも表面張力が低かった。この結果から、ナノバブル処理とプラズマ処理も表面張力の低下に寄与するものと認められる。
【0068】
純水化処理の後に衝突回収処理を行った実施例３，４の水は純水化処理のみを行った比較例１の水よりも表面張力が低かったことから、衝突回収処理を行うことで水の表面張力は低下し、衝突回収処理を複数回行うことでより表面張力を低下させることができるものと認められる。
【産業上の利用可能性】
【0069】
本発明によれば、高圧噴射・衝突回収処理を利用して原水を改質することにより、様々な用途に適した、新たな性質を有する水、その製造方法及び製造システムを提供し、関連産業に貢献することができる。
【符号の説明】
【0070】
２０１、２１１ 衝突回収装置
２０２ 希釈装置
２０３ 純水化装置
２０３１ ＲＯ膜式純水装置
２０３２ ＥＤＩ式純水装置
２０３３ 樹脂交換式純水装置
２０３１ａ 高圧ポンプ
Ｍ１～Ｍ５ ＲＯモジュール
２０２ 希釈装置
２０３ 純水化装置
２０３１ ＲＯ膜式純水装置
２０３２ ＥＤＩ式純水装置
２０３３ 樹脂交換式純水装置
２０３１ａ 高圧ポンプ
Ｍ１～Ｍ５ ＲＯモジュール
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】