(57)【要約】      （修正有）【課題】水素溶解飲料水を安全に製造するための、フィルターの提供。【解決手段】ケイ酸と水素ガスとを含有する水組成物を製造するためのフィルター（１０）であって、担体材料（１０２）と、担体材料（１０２）に支持されているシリコン材料（１０６）とを含むフィルター（１０）である。該フィルター（１０）は、５０μｍ〜１０ｍｍの直径を有する。フィルター（１０）を含むフィルターアセンブリ、フィルター装置、浄水システム及びフィルターアセンブリの製造方法をも提供する。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ酸と、水素ガスと、を含有する水組成物を製造するためのフィルター（１０）であって、
担体材料（１０２）と、
前記担体材料（１０２）に支持されているシリコン材料（１０６）と、を含み、
５０μｍ〜１０ｍｍの直径を有する、フィルター（１０）。
【請求項２】
前記担体材料（１０２）は、活性炭、セラミック、竹炭、医療用石、ケイ砂、珪藻土、鉱石、ゼオライト、シリコン顆粒及びポリマー繊維からなる群より選ばれる少なくとも１つの担体（１０２１）を含む、請求項１に記載のフィルター（１０）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの担体（１０２１）は、前記活性炭であり、且つ、前記シリコン材料（１０６）は、前記活性炭の表面（１０４１）を覆っている複数のナノシリコン粒子を含み、前記ナノシリコン粒子は、平均粒径が５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある、請求項２に記載のフィルター（１０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの担体（１０２１）は、複数のナノシリコン粒子の凝集により形成された前記シリコン顆粒であり、且つ、前記シリコン材料（１０６）は、前記シリコン顆粒を完全に覆っている複数のナノシリコン粒子を含み、前記ナノシリコン粒子は、平均粒径が５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある、請求項２に記載のフィルター（１０）。
【請求項５】
前記シリコン材料（１０６）は、前記フィルター（１０）の１００重量％に基づいて、４０重量％〜９５重量％の範囲の量で存在する、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のフィルター（１０）。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のフィルター（１０）を複数含む、フィルターアセンブリ。
【請求項７】
前記フィルター（１０）らの間を結合する結合剤（１２）を更に含む、請求項６に記載のフィルターアセンブリ。
【請求項８】
前記結合剤（１２）を介して前記フィルター（１０）に結合され、且つ、活性炭、セラミック、竹炭、医療用石、ケイ砂、珪藻土、鉱石、ゼオライト、シリコン顆粒、ポリマー繊維、水ガラス及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの補助フィルター（１１）を更に含み、
前記補助フィルター（１１）は、その表面上に支持された抗菌成分を含み、前記抗菌成分は、ナノ銀粒子、ナノ亜鉛粒子及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項７に記載のフィルターアセンブリ。
【請求項９】
前記フィルター（１０）は、第１群のフィルター（１０）と第２群のフィルター（１０）とを含み、各前記第１群のフィルター（１０）の前記担体材料（１０２）は、各前記第２群のフィルタ（１０）のそれとは異なり、前記シリコン材料（１０６）は、各前記担体材料（１０２）の表面（１０４）上に支持されるナノシリコン粒子を含む、請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載のフィルターアセンブリ。
【請求項１０】
各前記第１群のフィルター（１０）において、前記担体材料（１０２）は、それぞれが０．２μｍ〜２ｍｍの範囲の平均直径を有する多数の担体（１０２１）を含み、各前記第２群のフィルター（１０）において、前記担体材料（１０２）は、２５μｍ〜２．５ｍｍの範囲の平均直径を有する、請求項９に記載のフィルターアセンブリ。
【請求項１１】
第１の受容空間（２０２）を画定し、第１のインレット（２０３）及び第１のアウトレット（２０４）を含み、前記第１のインレット（２０３）及び前記第１のアウトレット（２０４）が前記第１の受容空間（２０２）と流体連通している第１のハウジング（２０）、及び
前記第１のハウジング（２０）の前記第１の受容空間（２０２）に受容されている請求項６〜請求項１０のいずれか一項に記載のフィルターアセンブリ（２１）を含む、フィルター装置（２）。
【請求項１２】
前記フィルターアセンブリ（２１）は複数の補助フィルター（１１）を更に含み、各前記補助フィルター（１１）は、活性炭、セラミック、竹炭、医療用石、ケイ砂、珪藻土、鉱石、ゼオライト、シリコン顆粒、ポリマー繊維、水ガラス及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、且つ、各前記補助フィルター（１１）は、その表面上に支持された抗菌成分を含み、前記抗菌成分は、ナノ銀粒子、ナノ亜鉛粒子及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１１に記載のフィルター装置（２）。
【請求項１３】
前記第１のハウジング（２０）の前記第１の受容空間（２０２）を第１のサブ受容空間（２０２１）と第２のサブ受容空間（２０２２）とに分割するスペーサ（２５）と、前記第２のサブ受容空間（２０２２）に受容されている中空糸膜（２６）と、前記第１のサブ受容空間（２０２１）に受容されている前記フィルターアセンブリ（２１）と、を更に備える、請求項１１または請求項１２に記載のフィルター装置（２）。
【請求項１４】
第１のフィルター装置（２）とする請求項１１〜請求項１３のいずれか１項に記載の少なくとも１つのフィルター装置（２）と、前記第１のフィルター装置（２）に流体接続されているパイプラインユニット（４１）と、前記第１のフィルター装置（２）の下流に配置され、前記パイプラインユニット（４１）に接続されて液体、気体またはそれらの組み合わせを前記パイプラインユニット（４１）から排出する、オプションとする排出ユニット（４３）と、を含む、浄水システム（４）。
【請求項１５】
第２の受容空間（３０１）を画定する第２のハウジング（３０）及び前記第２の受容空間（３０１）に受容されている中空糸膜（３１）とを含む第２のフィルター装置（３）を更に含み、前記第２のハウジング（３０）は、前記第２の受容空間（３０１）と流体連通している第２のインレット（３０２）及び第２のアウトレット（３０３）を含み、前記第２のフィルター装置（３）は、前記パイプラインユニット（４１）を経由して前記第１フィルター装置（２）と流体接続され、
前記第２のフィルター装置（３）は、少なくとも１つの補助フィルター（３２）を更に含み、前記少なくとも１つの補助フィルター（３２）は、その表面上に支持された抗菌成分を含み、前記中空糸膜（３１）の上流に配置されている、請求項１４に記載の浄水システム。
【請求項１６】
（ｃ）複数のナノシリコン粒子を含むシリコン材料（１０６）を溶媒と混合して、ナノシリコンスラリー（８）を得るステップと、
（ｄ）５０μｍ〜１０ｍｍの範囲の直径を有するフィルターアセンブリを得るために、撹拌下で前記ナノシリコンスラリー（８）と担体材料（１０２）を混合するステップと、を含み、
前記ナノシリコン粒子は、前記シリコン材料（１０６）及び前記担体材料（１０２）の総重量に基づいて４０重量％〜９５重量％の範囲の量で存在する、フィルターアセンブリを製造する方法。
【請求項１７】
工程（ａ）において、前記ナノシリコン粒子が、前記ナノシリコンスラリー（８）の総重量に基づいて１０重量％〜４０重量％の範囲の量で前記ナノシリコンスラリー（８）中に存在し、且つ、前記ステップ（ｂ）は、５０℃〜３００℃の範囲の温度で実施される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、フィルター、並びにそれを含むフィルターアセンブリ、フィルター装置及び浄水システムに関し、そして、より具体的には、ケイ酸と水素ガスを含む水組成物を製造するためのフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素溶解飲料水は、体内の活性酸素または遊離基を中和できるので、人間に有益である。従って、近年、水素溶解飲料水に関する研究テーマが普及している。
【０００３】
現在、最も一般的に販売されている水素溶解飲料水は、高純度の水素を水に直接に溶解させることにより、あるいは、マグネシウム粉またはマグネシウムのタブレットを純水と反応させて水素を生成することにより製造されている。しかしながら、前者の方法には、高純度の水素の製造及び水素を水に溶解させることが困難という問題点があり、且つ高純度の水素の使用に対する安全性の懸念という問題点がある。後者の方法については、マグネシウムが水と反応することにより生成された水酸化マグネシウムは、心血管疾患の治療に使用されるいくつかの薬物と同時に服用してはいけない。更に、水酸化マグネシウムの量が多すぎると、急性薬物中毒、急性腎不全、高マグネシウム血症または他の健康状態の悪化を引き起こす可能性がある。
【０００４】
日本特許出願公開第２０１６−１５５１１８Ａ号明細書には、微細シリコンナノ粒子を水中に分散させて水中で水素を生成させる水素水の製造方法及びその装置が開示されている。しかしながら、微細シリコンナノ粒子は水との反応が速すぎる可能性がある。
【０００５】
以上のことから、生体（例えば、人間）に有益な水素溶解飲料水を安全に製造することは、当業者にとってなおも解決すべき課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本開示の目的は、先行技術の欠点の少なくとも１つを軽減することができ、ケイ酸及び水素ガスを含む水組成物を製造するためのフィルター、フィルターアセンブリ、フィルター装置及び浄水システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様によれば、フィルターは、担体材料と、担体材料に接着または支持されるシリコン材料とを含む。フィルターの直径は５０μｍ〜１０ｍｍの範囲にある。
【０００８】
本開示の別の態様によれば、フィルターアセンブリは、複数の上述のフィルターを含む。
【０００９】
本開示の更なる別の態様によれば、フィルター装置は、第１のハウジングと上述のフィルターアセンブリとを含む。第１のハウジングは、第１の受容空間を画定し、第１の受容空間と流体連通している第１のインレット及び第１のアウトレットを含む。フィルターアセンブリは、第１のハウジングの第１の受容空間に受容されている。
【００１０】
本開示の更なる別の態様によれば、浄水システムは、第１のフィルター装置とする上述した少なくとも１つのフィルター装置と、パイプラインユニットと、オプションとする排出ユニットとを含む。パイプラインユニットは、第１のフィルター装置と流体接続されている。排出ユニットは、第１のフィルター装置の下流に配置され、パイプラインユニットに接続されて液体、気体、またはそれらの組み合わせをパイプラインユニットから排出する。
【００１１】
本開示の更なる別の態様によれば、フィルターアセンブリの製造方法は以下のステップを含む。
（ａ）複数のナノシリコン粒子を含むシリコン材料を溶媒と混合して、ナノシリコンスラリーを得るステップ。
（ｂ）５０μｍ〜１０ｍｍの範囲の直径を有するフィルターアセンブリを得るために、攪拌下でナノシリコンスラリーと担体材料を混合するステップ。ナノシリコン粒子は、シリコン材料と担体材料の総重量に基づいて、４０重量％〜９５重量％の範囲の量で存在する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して、以下の実施形態の詳細に説明することにより明白になる。
【００１３】
【図１Ａ】本開示によるフィルターの第１の実施形態を示す概略図である。
【図１Ｂ】フィルターの第２の実施形態を示す概略図である。
【図１Ｃ】フィルターの第３の実施形態を示す概略図である。
【図１Ｄ】フィルターの第４の実施形態を示す概略図である。
【図１Ｅ】フィルターの第５の実施形態を示す概略図である。
【図１Ｆ】フィルターの第６の実施形態を示す概略図である。
【図１Ｇ】担体材料の表面を部分的に覆っているシリコン材料を含むフィルターの第１の実施形態を示す電子顕微鏡写真である。
【図１Ｈ】担体材料の表面を完全に覆っているシリコン材料を含むフィルターの第２の実施形態を示す電子顕微鏡写真である。
【図２Ａ】複数の第１の実施形態のフィルターを含むフィルターアセンブリの第１の例の概略図である。
【図２Ｂ】複数の第２の実施形態のフィルターを含むフィルターアセンブリの第２の例の概略図である。
【図２Ｃ】複数の第１及び第２の実施形態のフィルターを含むフィルターアセンブリの第３の例の概略図である。
【図２Ｄ】複数の第２、第３及び第４の実施形態のフィルターを含むフィルターアセンブリの第４の例の概略図である。
【図２Ｅ】第２、第３及び第５の実施形態のフィルターを含むフィルターアセンブリの第５の例の概略図である。
【図２Ｆ】２つの異なる担体を有する第１及び第２の実施形態のフィルターを含むフィルターアセンブリの第６の例の概略図である。
【図２Ｇ】第２及び第３の実施形態のフィルターと、少なくとも１つの補助フィルターとを含むフィルターアセンブリの第７の例の概略図である。
【図２Ｈ】第２、第３及び第４の実施形態のフィルターを含むフィルターアセンブリの第８の例の概略図である。
【図２Ｉ】複数の第１の実施形態のフィルター及び複数の補助フィルターを含むフィルターアセンブリの第９の例の概略図である。
【図２Ｊ】複数の第２の実施形態のフィルター及び複数の補助フィルターを含むフィルターアセンブリの第１０の例の概略図である。
【図２Ｋ】第１及び第２の実施形態のフィルターと、複数の補助フィルターとを含むフィルターアセンブリの第１１の例の概略図である。
【図２Ｌ】第２及び第５の実施形態のフィルターと、複数の補助フィルターを含むフィルターアセンブリの第１２の例の概略図である。
【図２Ｍ】第２及び第３の実施形態のフィルターと、補助フィルターとを含むフィルターアセンブリの第１３の例の概略図である。
【図２Ｎ】複数の第６の実施形態のフィルターを含むフィルターアセンブリの第１４の例の概略図である。
【図２Ｏ】第１、第３及び第５の実施形態のフィルターと、補助フィルターとを含むフィルターアセンブリの第１５の例の概略図である。
【図２Ｐ】フィルターアセンブリの第５の例の外観及びサイズを示す電子顕微鏡画像である。
【図２Ｑ】図２Ｐの部分拡大画像である。
【図３】本開示によるフィルターアセンブリの製造方法に使用される装置を示す斜視図である。
【図４Ａ】本開示によるフィルター装置の第１の実施形態を示す概略図である。
【図４Ｂ】フィルター装置の第２の実施形態を示す概略図である。
【図４Ｃ】フィルター装置の第１の実施形態によって生成される水組成物の異なる産出量で測定された酸化還元電位（ＯＲＰ）及びケイ酸濃度を示すグラフである。
【図４Ｄ】フィルター装置の第３の実施形態を示す概略図である。
【図４Ｅ】フィルター装置の第３の実施形態によって生成される水組成物の異なる産出量で測定された酸化還元電位（ＯＲＰ）及びケイ酸濃度を示すグラフである。
【図５Ａ】フィルター装置の第４の実施形態を示す概略図である。
【図５Ｂ】それぞれが中央に貫通孔を有する２つの円柱状ブロックとして一体に成形されたフィルタ装置の第４の実施形態のフィルターアセンブリを示す斜視図である。
【図６Ａ】フィルター装置の第５の実施形態を示す概略図である。
【図６Ｂ】それぞれが中央に貫通孔を有する２つの円柱状ブロックとして一体に成形され、抗菌成分を含む補助フィルター層が含まれているフィルター装置の第５の実施形態のフィルターアセンブリを示す斜視図である。
【図７】フィルター装置の第６の実施形態を示す概略図である。
【図８】フィルター装置の第７の実施形態を示す概略図である。
【図９】フィルター装置の第８の実施形態を示す概略図である。
【図１０】フィルター装置の第９の実施形態を示す概略図である。
【図１１】フィルター装置の第１０の実施形態を示す概略図である。
【図１２】フィルター装置の第１１の実施形態を示す概略図である。
【図１３】フィルター装置の第１２の実施形態を示す概略図である。
【図１４】本開示による浄水システムの第１の実施形態を示す概略図である。
【図１５】浄水システムの第２の実施形態を示す概略図である。
【図１６】浄水システムの第３の実施形態を示す概略図である。
【図１７】本開示による水処理システムの一実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示をより詳細に説明する前に、適切と考えられる場合において、符号又は符号の末尾部分は、同様の特性を有し得る対応の又は類似の要素を示すために各図面間で繰り返し用いられることに留意されたい。
【００１５】
図１Ａを参照すると、本開示によるフィルター１０の第１の実施形態は、水を精製し、ケイ酸及び水素ガスを含む水組成物を生成することに適合されている。フィルター１０は、表面１０４を有する担体材料１０２と、担体材料１０２の表面１０４に接着または支持されるシリコン材料１０６とを含む。担体材料１０２は、少なくとも１つの担体１０２１を含む。担体１０２１の例には、活性炭、セラミック、竹炭、医療用石、ケイ砂、珪藻土、鉱石、ゼオライト、シリコン顆粒、ポリマー顆粒（ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリプロピレンなど）及びポリマー繊維が含まれるが、これらに限定されない。担体材料１０２は、多孔性または非多孔性であり得る。担体材料１０２は、平均粒径が２５μｍ〜２．５ｍｍの範囲にあることができ、好ましくは７５μｍ〜２ｍｍの範囲にあり、より好ましくは１２５μｍ〜１．５ｍｍの範囲にあり、更により好ましくは１５０μｍ〜１．２ｍｍの範囲にある。特定の実施形態において、担体材料１０２は、その表面１０４上に分布した複数の微小孔を有する活性炭である。活性炭は、例えば、Ｈａｙｃａｒｂ  ＰＬＣ社から購入できるメッシュ寸法が１２×４０のもの（型番：ＲＷＡＰ １０７４）、またはＪａｃｏｂｉ  Ｃａｒｂｏｎｓ社から購入できるメッシュ寸法が６０×１００のものである。表面１０４に吸着されたシリコン材料１０６の一部は、活性炭の微細孔に堆積され、それにより、未処理水とシリコン材料１０６との間の接触面積が増加できて、それから製造される水組成物中の水素ガス及びケイ酸濃度が増加する。
【００１６】
シリコン材料１０６は、平均粒径（Ｄ５０）が５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にあり、好ましくは１００ｎｍ〜４００ｎｍにあり、より好ましくは１５０ｎｍ〜３５０ｎｍにあり、更により好ましくは２００ｎｍ〜３００ｎｍにある複数のナノシリコン粒子を含むことができる。平均粒径（Ｄ５０）は、レーザー回折式粒度分布測定装置（製造元：Ｈｏｒｉｂａ, Ｌｔｄ、モデル：ＬＡ９５０Ｖ２）を使用して測定することができる。ナノシリコン粒子の平均粒径が小さいほど、ナノシリコン粒子の反応性が大きくなり、ナノシリコン粒子と未処理水との反応が速くなり、その結果、ケイ酸と水素ガスを含む水組成物の生産速度が高まる。しかしながら、ナノシリコン粒子と未処理水との反応が速すぎる場合、ナノシリコン粒子はすぐに消費され、即ち、ナノシリコン粒子の平均粒子径は小さすぎてはいけない。従って、ナノシリコン粒子の平均粒径は、好ましくは５０ｎｍより大きく、より好ましくは１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲にあり、その結果、ケイ酸と水素ガスを含む水組成物の生産速度が適度になる。特定の実施形態において、シリコン材料１０６は、ケイ酸及び水素ガスを含有する水組成物の生産速度がより低くなることが予想されても、８００ｎｍ〜１．５μｍの範囲の平均粒径を有する複数のマイクロシリコン粒子を含むことができる。
【００１７】
フィルター１０は、直径が５０μｍ〜１０ｍｍの範囲にあり、好ましくは７５．５μｍ〜８ｍｍ、より好ましくは３００μｍ〜６ｍｍ、更により好ましくは６００μｍ〜５ｍｍ、もっと更により好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍにある。
【００１８】
この実施形態において、シリコン材料１０６は、担体材料１０２の表面１０４の面積の一部を覆っていて（例えば１０％〜８０％）、好ましくは担体材料１０２の表面１０４の面積の５０％より大きく、より好ましくは担体材料１０２の表面１０４の面積の約８０％を覆う。シリコン材料１０６によって覆われた表面１０４の面積が大きいほど、ナノシリコン粒子間の結合力及びシリコン材料１０６と担体材料１０２との間の結合力が強くなり、それにより、シリコン材料１０６は、水流により担体材料１０２の表面１０４から容易に分離されることがない。従って、シリコン材料１０６は、より長い期間に亘って表面１０４上に支持され、それにより、フィルター１０の耐用年数を延ばすことができる。シリコン材料１０６の表面１０４における分布がまばらであると、シリコン材料１０６は、水流により担体材料１０２の表面１０４から容易に分離されやすく、フィルター１０の耐用年数が短くなる。更に、本開示によるフィルター１０の耐用年数の不足を回避するために、シリコン材料１０６は、フィルター１０の１００重量％に基づいて１０重量％、好ましくは４０重量％〜９５重量％の範囲の量で存在してもよい。
【００１９】
シリコン材料１０６の量は、フィルター１０を有機溶媒（水酸化テトラメチルアンモニウムなど）またはアルカリ溶液（水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなど）と接触させて、担体材料１０２をシリコンから分離することにより測ることができ、乾燥または濾過工程の後、担体材料１０２の量を測定するにより、シリコン材料１０６の量を測定する。
【００２０】
図１Ｂを参照すると、本開示によるフィルター１０の第２の実施形態は、シリコン材料１０６が担体材料１０２の表面１０４を完全に覆って、担体材料１０２上に活性層が形成されたことを除いて、フィルター１０の第１の実施形態と実質的に同じである。
【００２１】
担体材料１０２の表面１０４を完全に覆っているナノシリコン粒子によって形成された活性層は、平均厚さが２００ｎｍ〜３ｍｍ、好ましくは５００ｎｍ〜２．５ｍｍの範囲にあり、その結果、フィルター１０の耐用年数が所定の期間（３ヶ月または半年など）に達することが期待される。その上、ナノシリコン粒子の量が多い場合、形成される活性層がより厚くなり、ナノシリコン粒子間の結合がより強くなり、フィルター１０の耐用年数がより長くなる。しかしながら、活性層が厚すぎると、ナノシリコン粒子の単位体積あたりの担体材料１０２の表面積１０４が小さくなり、その結果、ケイ酸及び水素ガスを含む水組成物の製造速度が低下する。逆に、活性層が薄すぎる場合、シリコン材料１０６は、該水組成物を製造する能力が急速に失われる。
【００２２】
図１Ｃを参照すると、本開示によるフィルター１０の第３の実施形態は、第２の実施形態と実質的に同様である。その相違点は、第３の実施形態の担体材料１０２が多数の担体１０２１を含むことである。この実施形態において、これらの担体１０２１は同じである。この実施形態の担体１０２１は、フィルター１０の製造方法において、第２の実施形態のフィルター１０の担体材料１０２を分割することによって形成されることができる。例えば、担体材料１０２（活性炭など）は、平均直径が２５μｍ〜２．５ｍｍの範囲にあり得て、複数の担体１０２１に分割することができ、各担体１０２１は、平均直径が０．２μｍ〜２ｍｍの範囲にあり、好ましくは０．２μｍ〜１．５ｍｍの範囲にある。担体１０２１の平均直径が非常に小さい場合、担体１０２１は、ナノシリコン粒子と凝集してフィルター１０を形成し得る。従って、１つの担体１０２１を有する第１及び第２の実施形態と比較して、この実施形態のように製造されたフィルター１０の担体材料１０２は、シリコン材料１０６をその上に支持するためのより大きな表面１０４を有し、それにより、ケイ酸と水素ガスの連続放出期間を延長できる。その上、本実施形態のフィルター１０は、フィルター１０の安定性を向上させてその寿命を延ばすことができるように、第１または第２の実施形態よりも大きな直径を有することができる。他の実施形態において、第２の実施形態のフィルター１０の担体材料１０２から分割しない担体１０２１は、上記の第２の実施形態の担体材料１０２と同じ範囲の平均粒径を有し得る。
【００２３】
図１Ｄを参照すると、本開示によるフィルター１０の第４の実施形態は、担体材料１０２が異なる担体１０２１を含むことを除いて、第３の実施形態と実質的に同じである。例えば、担体１０２１の一部は活性炭であり、担体１０２１の別の部分は鉱石であり、これらの担体１０２１の表面１０４１は、活性層を形成するナノシリコン粒子によって完全に覆われている。
【００２４】
図１Ｅを参照すると、本開示によるフィルター１０の第５の実施形態は、担体材料１０２が複数のナノシリコン粒子の凝集によって形成されるシリコン顆粒であり、シリコン材料１０６がシリコン顆粒の表面１０４を完全に覆っている複数のナノシリコン粒子を含むことを除いて、第２の実施形態と実質的に同様である。本実施形態の変形例において、担体材料１０２は、単一のマイクロシリコン粒子からなるシリコン顆粒であり得る。シリコン顆粒は、０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲の平均粒径を有することができ、ナノシリコン粒子は、８００ｎｍ以下の平均粒径を有することができる。この実施形態において、シリコン顆粒及びナノシリコン粒子は、フィルター１０の１００重量％に基づいて９９重量％〜１００重量％の範囲の量で存在する。
【００２５】
図１Ｆを参照すると、本開示によるフィルター１０の第６の実施形態は、担体材料１０２として機能するポリマー繊維と、ポリマー繊維の表面上に支持されたシリコン材料１０６とを含む。ポリマー繊維は、複数の繊維樹脂をエレクトロスピニング法またはメルトブロー法にかけることによって作製でき、０．５μｍ〜１００μｍの範囲の平均断面直径を有し得る。
【００２６】
図１Ｇを参照すると、フィルター１０の第１の実施形態の部分拡大電子顕微鏡写真には、活性炭の表面１０４上に分布した複数の微細孔（矢印で示される）と、活性炭の表面１０４を部分的に覆っているナノシリコン粒子（明るい色で示される）を有し、即ち、シリコン材料１０６は、活性炭の表面１０４の面積の１０％〜８０％を覆い、活性炭の微細孔に部分的に堆積されていることが示される。
【００２７】
図１Ｈを参照すると、フィルター１０の第２の実施形態の部分拡大電子顕微鏡写真には、ナノシリコン粒子が活性炭の表面１０４を完全に覆い、即ち、シリコン材料１０６が活性炭の表面１０４の面積の１００％を覆い、且つ、活性炭の表面１０４上の微細孔内に完全に堆積されて、その上にある微細孔が見えなくなることが示される。
【００２８】
本開示によれば、ケイ酸及び水素ガスを含む水組成物を生成するように適用されるフィルターアセンブリは、第１〜第６の実施形態の前述のフィルター１０のいずれかまたはそれらの組み合わせである複数のフィルター１０を含む。特定の実施形態において、フィルターアセンブリは、例えば図２Ｍ以降に示されるように、少なくとも１つの補助フィルター１１を更に含むことができる。補助フィルター１１の例として、活性炭、セラミック、竹炭、医療用石、ケイ砂、珪藻土、鉱石、ゼオライト、シリコン顆粒、ポリマー顆粒、ポリマー繊維、水ガラス及びそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。フィルターアセンブリのフィルター１０と補助フィルター１１の量の比は、実際の需要に応じて調整することができ、図２Ａ〜図２Ｏに示されるような例に限定されない。
【００２９】
図２Ａを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第１の例は、複数のフィルター１０の第１の実施形態を含み、即ち、各担体材料１０２は活性炭を含み、各シリコン材料１０６はナノシリコン粒子を含む。
【００３０】
図２Ｂを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第２の例は、複数のフィルター１０の第２の実施形態を含むことを除いて、第１の例と実質的に同じである。ナノシリコン粒子は活性炭のそれぞれの表面１０４を完全に覆っているので、フィルターアセンブリはより長い耐用年数を有し得る。
【００３１】
図２Ｃを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第３の例は、複数のフィルター１０の第１及び第２の実施形態を含む。フィルターアセンブリの耐用年数は、フィルター１０の第１及び第２の実施形態の量の比を調整することにより制御され得る。例えば、フィルター１０の第１の実施形態におけるシリコン材料１０６の量が少なくなった場合、フィルター１０の第２の実施形態を追加して、フィルターアセンブリ内のシリコン材料１０６の総量を増加させることができる。
【００３２】
フィルターアセンブリのフィルター１０は、少なくとも２つの異なるフィルター１０のグループ（例えば、フィルター１０の第１のグループ及びフィルター１０の第２のグループ）を含むことができ、フィルター１０の第１のグループの各担体材料１０２は、フィルター１０の第２のグループの各担体材料１０２とは異なる。
【００３３】
例えば、図２Ｄを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第４の例は、フィルターの第１のグループ（即ち、１つの担体１０２１を有するフィルター１０の第２の実施形態）及びフィルターの第２のグループ（即ち、複数の担体１０２１を有するフィルター１０の第３及び第４の実施形態）を含み、且つそれらの量は、実際の需要に応じて調整され得る。
【００３４】
図２Ｅを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第５の例は、フィルター１０の第２、第３及び第５の実施形態を含み、それらの量は実際の需要に応じて調整され得る。フィルターアセンブリがフィルター１０の第２の実施形態を多数含む場合、フィルター１０の第３及び第５の実施形態のいずれかはそこから省略され得る。同様に、フィルターアセンブリがフィルター１０の第３の実施形態を多数含む場合、フィルター１０の第１及び第５の実施形態のいずれかはそこから省略され得る。
【００３５】
図２Ｆを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第６の例は、フィルター１０の第１及び第２の実施形態を含む。各フィルター１０の担体材料１０２は、同じでも異なってもよい。この例において、フィルター１０の第２の実施形態の２つの担体材料１０２は活性炭であり、一方、フィルター１０の第２の実施形態の残りの１つの担体材料１０２及びフィルター１０の第１の実施形態の担体材料１０２は、付加の機能を発揮できる鉱石である。例えば、鉱石は、遠赤外光を放射することができ、水分子の分子運動の振動により共鳴効果を生み出して、水分子をより小さなサイズに分割し、それにより、水組成物の水分子は容易に吸着され得る。
【００３６】
図２Ｇを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第７の例は、フィルター１０の第２及び第３の実施形態と、少なくとも１つの補助フィルター１１とを含む。フィルター１０及び補助フィルター１１の量は、実際の需要に応じて調整することができる。補助フィルター１１は、フィルターアセンブリ内のフィルター１０の量の比を調整するおよび／または追加の機能を提供するために添加される。例えば、補助フィルター１１は、鉄、カルシウム、亜鉛、カリウム、シリカ、アルミニウムなどのミネラルが豊富で、強力なイオン交換能力を有する医療用石であり、有害物質の除去、ｐＨ値の調整、酸素ガス含有量の増加、前述のミネラルの水への適量溶解に利用できる。或いは、補助フィルター１１は、微量元素（ヨウ素及びセレンなど）を放出できる材料を含み得る。
【００３７】
図２Ｈを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第８の例は、フィルターアセンブリ１０の第４の実施形態を複数含むことを除いて、フィルターアセンブリの第５の例と実質的に同様である。
【００３８】
図２Ｉを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第９の例は、フィルターアセンブリ内のフィルターのシリコン材料１０６の量の比を調整するための活性炭であり得る複数の補助フィルター１１を更に含むことを除いて、フィルターアセンブリの第１の例と実質的に同様である。その上、補助フィルター１１は、フィルター１０の担体材料１０２とは異なる平均粒径を有し得る。
【００３９】
図２Ｊを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第１０の例は、複数の補助フィルター１１を更に含むことを除いて、フィルターアセンブリの第２の例と実質的に同様である。この例において、各補助フィルター１１は、表面に支持されている抗菌成分を含んでおり、フィルター１０内及び上記のように製造された水組成物内の細菌などの微生物の過剰な成長を効果的に防ぐ。抗菌成分の例には、ナノ銀粒子、ナノ亜鉛粒子及びそれらの組み合わせが含まれ得るが、これらに限定されない。
【００４０】
図２Ｋを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第１１の例は、図２Ｉ及び２Ｊに示されるように、多数の補助フィルター１１を更に含むことを除いて、第３の例と実質的に同様である。
【００４１】
図２Ｌを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第１２の例は、第１１の例におけるフィルター１０の第１の実施形態がフィルター１０の第５の実施形態に置き換えられたことを除いて、第１１の例と実質的に同様である。
【００４２】
図２Ｍを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第１３の例は、多数の補助フィルター１１が含まれることを除いて、フィルターアセンブリの第７の例と実質的に同様である。
【００４３】
図２Ｎを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第１４の例は、フィルター１０の第６の実施形態を複数含み、フィルター１０の第６の実施形態は、各担体材料１０２がナノスケールまたはマイクロスケール範囲であり得るポリマー繊維である。フィルターアセンブリは、ナノシリコン粒子と紡糸溶媒（Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミドなど）に溶解したポリマー（ポリアクリロニトリルなど）とを含む混合物を、エレクトロスピニング方法にかけることにより製造できる。フィルターアセンブリは、更に酸化及び炭化反応されて、ナノシリコン粒子が吸着された炭化ポリマー繊維を得ることができる。或いは、フィルターアセンブリの第１４の例は、ナノシリコン粒子と樹脂（ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びポリ乳酸など）の混合物を、スクリュー押出機を使用してメルトブロー方法にかけることにより作成されることができる。
【００４４】
図２Ｏを参照すると、本開示によるフィルターアセンブリの第１５の例は、フィルター１０の第１、第３及び第５の実施形態と、オプションとする補助フィルター１１とを含む。フィルターアセンブリは、全体強度を高めるために、フィルター１０同士を結合し、且つフィルター１０を補助フィルター１１に結合するための少なくとも１つの結合剤１２を更に含むことができる。この例は、フィルター１０の他の上述の実施形態を含むこともできる。結合剤１２は、溶融状態でも、部分的に溶融状態でもよい。結合剤１２の例には、ポリエーテル、アクリル樹脂、スチレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、セルロース、グリセロール、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール及びそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。
【００４５】
この例において、フィルター１０の担体材料１０２は活性炭であり、活性炭とシリコン材料１０６（即ち、ナノシリコン粒子）とは、共同で焼結活性炭または圧縮活性炭（即ち、フィルター１０の全体的な外観から観察される成形活性炭）に形成した。ナノシリコン粒子は、活性炭の表面１０４の面積の１０％超を、好ましくは４０％超を覆っている。具体的に、この例のフィルターアセンブリは、活性炭、ナノシリコン粒子及び結合剤１２を混合し、得られた混合物を金型でホットプレスして素地を形成し、その後、素地を所定の温度で焼結することにより製造された。或いは、フィルターアセンブリは、フィルター１０の上述の実施形態のいずれかを結合剤１２と混合し、次いで該混合物をホットプレス方法及び焼結方法にかけることにより製造されることができる。焼結後、結合剤１２には、未処理水がその内に流れることができる複数の穴（図示せず）が形成される。
【００４６】
図２Ｐは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）（製造元：Ｈｉｔａｃｈｉ，Ｌｔｄ．、モデル：Ｓ−４００）を使用して撮影されたフィルターアセンブリの第５の例の電子顕微鏡写真画像である。フィルターアセンブリは、寸法が１ｍｍ×１．３ｍｍのフィルター１０を含み、複数のナノシリコン粒子が担体材料１０２（即ち、活性炭（製造元：ＨａｙｃａｒｂＰＬＣ、モデル：ＲＷＡＰ １０７４、メッシュの寸法が１２×４０で、直径が０．４２５ｍｍ〜１．７ ｍｍの範囲内））を覆っている。
【００４７】
図２Ｑは、図２Ｐの部分拡大画像であり、担体材料１０２の表面１０４上で凝集するナノシリコン粒子を示す。ナノシリコン粒子のそれぞれは、ＳＥＭ画像を分析することで測られた７５ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲の平均直径を有する。或いは、フィルター１０及びナノシリコン粒子の直径は、１０ｎｍ〜３ｍｍの範囲の粒子直径を測定できるレーザー回折粒度分析器（製造元：Ｈｏｒｉｂａ, Ｌｔｄ.、モデル：ＬＡ９５０Ｖ２）を使用して測ることができる。加えて、網目スクリーンを使用して、フィルター１０とマイクロスケール範囲及びナノスケール範囲内に入るナノシリコン粒子との直径を測定することができる。
【００４８】
図３を参照すると、適正な剪断力を提供するためのインペラ７を備え、本開示によるフィルターアセンブリの上述の例を調製する方法に利用することに適している攪拌装置６が例示される。この方法は、（ａ）ナノシリコンスラリー８を得るために、攪拌装置６でシリコン材料１０６（例えばナノシリコン粒子など）を溶媒（例えばアルコールなど）と混合するステップと、（ｂ）担体材料１０２（例えば活性炭など）とナノシリコンスラリー８を攪拌下で混合し、ナノシリコン粒子と活性炭が互いに衝突し且つ凝集して、５０μｍ〜１０ｍｍの範囲の直径を有するフィルターアセンブリを得るステップと、を含む。インペラ７の回転速度及び回転モード（即ち、連続的または非連続的回転）は、実際の需要に応じて調整することができる。
【００４９】
特定の実施形態において、ステップ（ｂ）は、溶媒を除去するために５０℃〜３００℃の範囲の温度で実施される。ステップ（ａ）において、ナノシリコンスラリー８のナノシリコン粒子は、ナノシリコンスラリー８の総量に基づいて１０重量％〜４０重量％の範囲の量で存在できる。ナノシリコン粒子は、シリコン材料１０６及び担体材料１０２の総重量に基づいて４０重量％〜９５重量％の範囲の量で存在する。
【００５０】
図４Ａを参照すると、本開示によるフィルター装置２の第１の実施形態は、未処理水を浄化し、ケイ酸及び水素ガスを含む水組成物を生成することに適用されている。管状のフィルター装置２は、第１のハウジング２０とフィルターアセンブリ２１とを含む。第１のハウジング２０は、第１の受容空間２０２を画定し、第１の受容空間２０２と流体連通する第１のインレット２０３及び第１のアウトレット２０４を有する。この実施形態において、第１のインレット２０３及び第１のアウトレット２０４は、第１のハウジング２０の同じ側（即ち、上側）に配置されている。第１のハウジング２０は、第１のアウトレット２０４と連通する流路２００１が形成され、第１のハウジング２０の上側から第１のハウジング２０の下側に向かって延びる内側管状壁２００と、内側管状壁２００を囲む外側管状壁２０１とを含む。フィルターアセンブリ２１は、第１のハウジング２０の第１の受容空間２０２に、且つ内側管状壁２００と外側管状壁２０１との間の領域に配置されている。フィルターアセンブリ２１は、少なくとも１つの上述のフィルターアセンブリの例（例えば、フィルターアセンブリの第１〜第１４の例）、または複数の上述のフィルター１０（例えば、第１〜第６の実施形態）を含み得る。フィルター１０は、補助フィルター１１と更に混合され得る。フィルターアセンブリ２１内のフィルター１０及び補助フィルター１１の合計量（量または重量に関して）は、実際の需要に応じて調整することができる。特定の実施形態において、フィルター装置２は、第１の受容空間２０２に収容され、未処理水からの大きな粒子サイズを有する不純物を濾過するように適合された少なくとも１つの主フィルターユニット２２（例えば不織布、繊維メッシュ、スポンジなど）を更に含み得る。この実施形態において、フィルター装置２は、フィルターアセンブリ２１の水流方向Ｆに沿う上流及び下流のそれぞれに配置されている２つの主フィルターユニット２２（即ち、上流及び下流の主フィルターユニット２２）を含む。使用する際、所定量の未処理水が、第１のインレット２０３を経由して第１のハウジング２０に導入され、上流の主フィルターユニット２２、フィルターアセンブリ２１及び下流の主フィルターユニット２２を経由して水流方向Ｆに沿って流れ、そこで、未処理水はフィルターアセンブリ２１のシリコン材料１０６と反応して、ケイ酸と水素ガスを含む水組成物が生成される。次いで、水組成物は、流路２００１に沿って流れ、第１のアウトレット２０４を経由して第１のハウジング２０から流出する。図４Ａに示されるように、フィルターアセンブリ２１は、上流及び下流の主フィルターユニット２２の間の第１の受容空間２０２の領域を完全に充填しているが、これに限定されない。この実施形態の変形例において、フィルターアセンブリ２１は、上流及び下流の主フィルターユニット２２の間の領域を部分的に充填する。例えば、上流及び下流の主フィルターユニット２２の間の領域の４０％〜７０％のみがフィルターアセンブリ２１で充填され、それにより、未処理水が第１の受容空間２０２の領域に流入するとき、この領域で利用可能な追加スペースにより、水流で生成される乱流によってフィルターアセンブリ２１を反転させることができ、未処理水とフィルターアセンブリ２１との間の接触と反応を増加させ、それにより、上記のように生成された水組成物中のケイ酸及び水素ガスの濃度をより短い時間で増加させると共に、フィルターアセンブリ２１の耐用年数が向上する。この実施形態の別の変形例において、第１のハウジング２０の第１の受容空間２０２、例えば、流路２００１に中空糸膜（図示せず）が収容され得る。
【００５１】
図４Ｂを参照すると、本開示によるフィルター装置２の第２の実施形態は、それぞれの表面上に支持された抗菌成分をオプションとして含むことができる１つ以上の補助フィルター１１からなる補助フィルターアセンブリ２３を更に含むことを除いて、フィルター装置２の第１の実施形態と同様である。
【００５２】
補助フィルター１１の例として、活性炭、セラミック、竹炭、医療用石、ケイ砂、珪藻土、鉱石、ゼオライト、シリコン顆粒、ポリマー繊維、可溶ガラス（例えばケイ酸ナトリウムなど）及びそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。抗菌成分の例には、ナノ銀粒子、ナノ亜鉛粒子及びこれらの組み合わせが含まれ得るが、これらに限定されない。例示的な実施形態において、補助フィルター１１は、その表面に吸着されたナノ亜鉛粒子を含む活性炭である。別の例示的な実施形態において、補助フィルター１１は、活性炭と可溶性ガラスとの組み合わせであり、且つ、その表面に支持されたナノ亜鉛粒子を含む。未処理水と反応すると、補助フィルター１１に支持されたナノ銀粒子及びナノ亜鉛粒子は、銀イオン及び亜鉛イオンを放出して、フィルターアセンブリ２１及び上記のように生成された水組成物に増殖する微生物を抑制することができる。図４Ｂに示されるように、補助フィルターアセンブリ２３は、フィルターアセンブリ２１の中間部に挿入されているが、これに限定されない。この実施形態の変形例において、補助フィルターアセンブリ２３は、フィルターアセンブリ２１と実質的に混合されて、そのアセンブリ２１、２３が第１の受容空間２０２に均等に分布され得る。
【００５３】
図４Ｃは、フィルター装置２の第１の実施形態により生成された水組成物の異なる産出量で測定された酸化還元電位（ＯＲＰ）及びケイ酸濃度を示すグラフである。フィルター装置２のフィルターアセンブリ２１の担体材料１０２は、ＨａｙｃａｒｂＰＬＣ（モデル：ＲＷＡＰ  １０７４、１２×４０メッシュ）から購入した活性炭であり、直径が０．４２５ｍｍ〜１．７ｍｍであり、総重量が４５８７．５ｇである。シリコン材料１０６は、フィルターアセンブリ２１の１００重量％に基づいて７８．２重量％の量で存在する。水組成物のＯＲＰは、電極（製造元：ＪＡＱＵＡ、モデル：ＥＯ２２１）及び酸化還元電位（ＯＲＰ）分析装置（製造元：ＨｏｒｉｂａＬｔｄ .、モデル：Ｆ−５１）により測定された。水組成物をケイ酸塩テストキット（ＭＣｏｌｏｒｔｅｓｔ(登録商標)、Ｍｅｒｃｋ）を使用する比色測定にかけ、ケイ酸濃度を測った。
【００５４】
図４Ｃに示されるように、最初に水組成物が産出された時（即ち、１Ｌの産出量）、ケイ酸濃度及びそのＯＲＰ値のそれぞれは、３０ｍｇ／Ｌ及び−６７７ｍＶであり、水組成物の産出量が４７７Ｌに増加すると、ケイ酸濃度は１２ｍｇ／Ｌに減少し、ＯＲＰ値は−５７４ｍＶにわずかに増加した。
【００５５】
図４Ｄを参照すると、本開示によるフィルター装置２の第３の実施形態は、この実施形態の第１のハウジング２０に、第１のハウジング２０の底面に配置され、第１のアウトレット２０４から離間した少なくとも２つの第１のインレット２０３を含むことを除いて、第１の実施形態と同様である。更に、フィルターアセンブリ２１と、上流及び下流の主フィルターユニット２２とは、第１のハウジング２０の底面から第１のハウジング２０の上面に向かって延伸する内側管状壁２００によって画定された流路２００１に配置されている。上流の主フィルターユニット２２は、未処理水の流速を効果的に遅くするために、少なくとも１つの弾性フォームスポンジ２２１（例えば、５〜４０μｍの範囲の孔径を有する）を含み得る。下流の主フィルターユニット２２は、弾性フォームスポンジ２２１及び不織布２２２（例えば、５μｍの孔径を有する）を含み得る。他の実施形態において、補助フィルターアセンブリ２３（図示せず）は、フィルターアセンブリ２１の中央部分に任意に挿入することができるが、これに限定されない。
【００５６】
使用する際、未処理水は、フィルターアセンブリ２１に到達する前に、第１のインレット２０３から第１のハウジング２０の上側に向かって長い距離（例えば、第１のハウジング２０の長さに近い距離）を移動する必要がある。このような構成により、未処理水の流量を効果的に遅くすることができ、それにより、フィルターアセンブリ２１からのシリコン材料１０６の損失を減らすことができる。従って、シリコン材料１０６の水組成物中への落下によって引き起こされる汚染（例えば、混濁）及び下流の主フィルターユニット２２の詰まりを低減することができ、それによりフィルターアセンブリ２１の寿命を延ばすことができる。
【００５７】
更に、図４Ｄに示すように、主フィルターユニット２２に圧力を加えて、主フィルターユニット２２の下流に配置されたフィルターアセンブリ２１を圧縮するために、内側管状壁２００に弾性部品２４（例えば、ばね）を更に配置することができる。
【００５８】
図４Ｅは、フィルター装置２の第３実施形態により生成される水組成物の異なる産出量で測定された酸化還元電位（ＯＲＰ）及びケイ酸濃度を示すグラフである。フィルター装置２のフィルターアセンブリ２１は、担体材料１０２とする活性炭（製造元：ＨａｙｃａｒｂＰＬＣ、モデル：ＲＷＡＰ  １０７４、１２×４０メッシュ、即ち、直径が０．４２５ｍｍ〜１．７ｍｍの範囲）を含み、図３に示され器具を使用することで用意され、その後、３つの異なる篩目を使用してふるいにかけられた。即ち、フィルターアセンブリ２１は、３つの異なる平均粒径を有するフィルター１０を含み、これらは、１４．３重量％にあり、０．５５ｍｍ未満（即ち、＜３０メッシュ）の第１の平均粒径を有するフィルター１０と、４７．６重量％にあり、０．５５ｍｍ〜２ｍｍ（即ち、８〜３０メッシュ）の範囲の第２の平均粒径を有するフィルター１０と、３８．１重量％にあり、２ｍｍ〜４ｍｍ（即ち、５〜８メッシュ）の範囲の第３の平均粒径を有するフィルター１０とである。フィルター装置２によって生成された水組成物は、１時間に３分間、合計９０Ｌ／日で収集され、収集された水組成物は、上述のようにケイ酸濃度及びＯＲＰ値測定にかけられた。図４Ｅに示されるように、最高のケイ酸濃度及び最低のＯＲＰ値は、それぞれ９０ｍｇ／Ｌ及び−７１５ｍＶである。水組成物の産出量が３２１２Ｌまで増加しても、ケイ酸濃度は３８ｍｇ／Ｌに維持され、ＯＲＰ値は−５８７ｍＶに維持された。更に、所定の重量パーセント比を有する３つのクラスのフィルター１０により構成されたフィルターアセンブリ２１が、３つのクラスのフィルター１０のうちの１つのみにより構成されるフィルターアセンブリ２１（データは示されていない）よりも優れた性能を有することは、実験的に検証された。それらの結果は、平均粒径が小さい、大きい、またはランダムなサイズのフィルター１０のみで構成されるフィルターアセンブリ２１と比較して、フィルター装置２のフィルターアセンブリ２１の性能が向上する結果、フィルターアセンブリ２１において異なる平均粒径を有する上記のフィルター１０の重量パーセント比の調整により、フィルターアセンブリ２１と水組成物との間の接触面積が最適化される効果が示される。言い換えれば、フィルターアセンブリ２１が少なくとも２つの異なる平均粒径を有するフィルター１０を含む場合、それにより生成される水組成物は改善された所望の特性が示され得る。
【００５９】
図５Ａを参照すると、フィルター装置２の第４の実施形態は、水流方向（Ｆ）に沿ってフィルターアセンブリ２１の上流に配置される１つの主フィルターユニット２２を含むことを除いて、第１の実施形態と同様である。第１のハウジング２０の内側管状壁２００は、第１のハウジング２０の上側から下側に延び、水が通過するための複数の細孔（図示せず）を有する。更に、フィルターアセンブリ２１は、例えば焼結活性炭または圧縮活性炭など一体的に成形されている円柱状ブロックである。図５Ｂに示されるように、フィルターアセンブリ２１は、それぞれが中央貫通孔を有する２つの離間した円柱状ブロックに成形され得る。使用する際、所定量の未処理水は、水流方向（Ｆ）に沿って第１のインレット２０３から第１のハウジング２０に導入され、その後、主フィルターユニット２２及びフィルターアセンブリ２１を順次に流れて、その中のシリコン材料１０６と反応する。その後、フィルターアセンブリ２１によって生成されて得られた水組成物は、内側管状壁２００の細孔を経由し、流路２００１に沿って流れ、第１のアウトレット２０４を経由して第１のハウジング２０から流出する。この実施形態の変形例において、中空糸膜（図示せず）は、第１のハウジング２０の第１の受容空間２０２、例えば、流路２００１に収容され得る。
【００６０】
図６Ａを参照すると、本開示によるフィルター装置２の第５の実施形態は、フィルター装置２の第２の実施形態で説明した補助フィルターアセンブリ２３を更に含むことを除いて、第４の実施形態と同様である。図６Ｂに示されるように、補助フィルターアセンブリ２３は、フィルターアセンブリ２１の内側に配置されるフィルター層として形成されるが、これに限定されない。この実施形態の変形例において、補助フィルターアセンブリ２３は、フィルターアセンブリ２１と完全に混合されて、これらのアセンブリ２１、２３が第１の受容空間２０２内に均等に分布され得る。
【００６１】
図７を参照すると、本開示によるフィルター装置２の第６の実施形態は、第１のハウジング２０、フィルターアセンブリ２１、スペーサ２５及び中空糸膜２６を含む。第１のハウジング２０は、第１の受容空間２０２を画定し、第１のハウジング２０の両側（即ち、下側及び上側）のそれぞれに位置する第１のインレット２０３と第１のアウトレット２０４とを有する。スペーサ２５は、第１のハウジング２０の側面から第１の受容空間２０２内に延び、第１の受容空間２０２を、それぞれ第１のインレット２０３及び第１のアウトレット２０４と流体連通する第１のサブ受容空間２０２１及び第２のサブ受容空間２０２２に分割する。スペーサ２５には、第１のサブ受容空間２０２１と第２のサブ受容空間２０２２とを流体連通させるための少なくとも１つの開口部２５１が形成されている。開口部２５１の直径及び数は、実際の需要に応じて調整することができる。フィルターアセンブリ２１は第１のサブ受容空間２０２１に受容され、中空糸膜２６は第２のサブ受容空間２０２２に受容されている。特定の実施形態において、上述の少なくとも１つの補助フィルター１１は、オプションとして第１のサブ収容空間２０２１に配置され、または、フィルターアセンブリ２１と完全に混合されて、第１のサブ収容空間２０２１内に均等に分布され得る。この実施形態において、複数の補助フィルター１１（即ち、上述の補助フィルターアセンブリ２３）は、フィルターアセンブリ２１の中央部に挿入されている。使用する際、所定量の未処理水は、水流方向（Ｆ）に沿って第１のインレット２０３を経由して第１のハウジング２０に導入され、フィルターアセンブリ２１及び補助フィルターアセンブリ２３を経由して流れてケイ酸と水素ガスを含む水組成物が生成される。その後、水組成物は、中空糸膜２６によって更なるろ過が行われて、第２のサブ収容空間２０２２に流入し、そして、第１のアウトレット２０４を経由して第１のハウジング２０から流出する。
【００６２】
図８を参照すると、本開示によるフィルター装置２０の第７の実施形態は、フィルター装置２の第６の実施形態と同様である。その相違点は、第７の実施形態において、第１のインレット２０３と第１のアウトレット２０４の両方が第１のハウジング２０の底面に配置されている。スペーサ２５は、第１のハウジング２０の下側から第１のハウジング２０の上側に向かって延伸し、第１のハウジング２０の上側に近接する開口部２５１を画定する周壁２５２を含む。フィルターアセンブリ２１及び補助フィルターアセンブリ２３のそれぞれには、第２のサブ受容空間２０２２に位置が対応する中央貫通孔が形成されている。図８に示されるように、第２のサブ受容空間２０２２は、ハウジング２０の長さ方向（図７に示されるハウジング２０の幅方向と比較して）に延伸するスペーサ２５によって画定するため、中空糸膜２６の長さは、第６の実施形態よりも大きくなり、これは、水組成物が比較的長い距離及び時間に亘って水流方向（Ｆ）に沿って中空糸膜２６を経由して流れることを意味し、それによりろ過効果を改善して、望ましくない微生物および／または不純物を効果的に除去する。
【００６３】
図９を参照すると、本開示によるフィルター装置２の第８の実施形態は、以下の相違点を除いて、フィルター装置２の第７の実施形態と同様である。具体的には、この実施形態において、第１のインレット２０３及び第１のアウトレット２０４のそれぞれは、第１のハウジング２０の上側及び下側に配置されている。スペーサ２５は、第１のハウジング２０の上面から間隔を空けて配置され、第１のハウジング２０の上面に近接する周壁２５２の末端を覆っているカバー壁２５３を更に含む。スペーサ２５の周壁２５２には、第１のサブ収容空間２０２１と第２のサブ収容空間２０２２とを流体連通させるために、第１のハウジング２０の下側に近接する少なくとも１つの開口２５１が形成されている。使用する際、フィルターアセンブリ２１によって生成された水組成物が開口部２５１を経由して第２のサブ受容空間２０２２に流れた後、水組成物の一部は中空糸膜２６を経由して上向きにスペーサ２５のカバー壁２５３に向かって流れてから、下向きに第１のアウトレット２０４に向かって流れることにより、水組成物が比較的長い距離及び時間に亘って中空糸膜２６を経由して流れることができ、それにより第６及び第７の実施形態より向上したろ過効果が達成される。
【００６４】
図１０を参照すると、本開示によるフィルター装置２の第９の実施形態は、以下の相違点を除いて、フィルター装置２の第８の実施形態と同様である。具体的には、第１のインレット２０３及び第１のアウトレット２０４のそれぞれは、第１のハウジング２０の下側及び上側に配置されている。スペーサ２５は、第１のハウジング２０の下側から離間したカバー壁２５３と、カバー壁２５３の周囲から第１のハウジング２０の上側に向かって延伸して第１のハウジング２０の上側に近接する少なくとも１つの開口部２５１を画定する周壁２５２とを含む。上記の構成では、フィルターアセンブリ２１によって生成された水組成物が開口部２５１を経由して第２のサブ受容空間２０２２に流入すると、水組成物の一部はスペーサ２５のカバー壁２５３に向かって下向きの方向に流れてから、第１のアウトレット２０４に向かって上向きの方向に流れる（即ち、中空糸膜２６の長さの約２倍）。即ち、水組成物は、比較的長い距離及び期間に亘って中空糸膜２６を経由して流れることができ、それにより、優れたろ過効果が達成される。
【００６５】
図１１を参照すると、本開示によるフィルター装置２の第１０の実施形態は、以下の相違点を除いて、フィルター装置２の第７の実施形態と同様である。具体的には、スペーサ２５の周壁２５２は、第１のハウジング２０の底面に隣接している第１の部材２５２１と、第１の部材２５２１に接続し、直径が第１の部材２５２１の直径よりも大きい第２の部材２５２２とを含む。第１の部材２５２１は、第１のアウトレット２０４及び第２の部材２５２２によって画定される第２のサブ受容空間２０２２とに流体連通するアウトレット流路２５４を画定するように構成されている。その上、フィルター装置２は、互いに間隔を空けた２つの第１のインレット２０３を含み、更に、フィルター装置２の第１の実施形態で説明したように、第２の部材２５２２及び水流方向（Ｆ）に沿った下流のフィルターアセンブリ２１に配置されている主フィルターユニット２２を含む。使用する際、フィルターアセンブリ２１によって生成された水組成物は、主フィルターユニット２２を経由して流れ、大きな粒径の不純物が除去され、次いで中空糸膜２６を経由して流れ、最終的にアウトレット流路２５４に沿って第１のハウジング２０から流出する。
【００６６】
なお、フィルター装置２の上記第６〜第１０の実施形態で使用されるフィルターアセンブリ２１は、フィルターアセンブリの上記の例の少なくとも１つ（例えば、フィルターアセンブリの第１〜第１５の例）または上述のフィルター１０（例えば、フィルター１０の第１〜第６の実施形態）を含むことができる。フィルター１０は、少なくとも１つの補助フィルター１１と更に混合され得る。更に、他の実施形態において、フィルターアセンブリ２１は、第１のサブ受容空間２０２１の部分容積、例えば、第１のサブ受容空間２０２１の総容積の４０％〜８０％まで充填され得る。
【００６７】
図１２を参照すると、本開示によるフィルター装置２の第１１の実施形態は、以下の相違点を除いて、フィルター装置２の第６の実施形態と同様である。具体的には、フィルター装置２の第１１の実施形態は、スペーサ２５から離間し、第１のハウジング２０の下側に近接し、第１のインレット２０３及びフィルターアセンブリ２１と流体連通しているインレット流路２５５が形成されるように構成された追加スペーサ２５´をさらに含む。各補助フィルターアセンブリ２３及び各フィルターアセンブリ２１には、開口部２５１と空間的に連通する中央貫通孔（図６Ｂに示される）が形成されている。フィルターアセンブリ２１は、補助フィルターアセンブリ２３を囲むように配置されている。なお、補助フィルターアセンブリ２３は、省略してもよく、または、フィルターアセンブリ２１と均等に混合してもよい。使用する際、第１のインレット２０３を経由して第１のハウジング２０に導入される未処理水は、インレット流路２５５を実質的に充填し、次いで、フィルターアセンブリ２１及び補助フィルターアセンブリ２３を経由して流れ、ケイ酸及び水素ガスを含む水組成物を生成する。次に、水組成物は、開口部２５１を経由して第２のサブ受容空間２０２２に流入し、中空糸膜２６によってろ過され、次いで、第１のアウトレット２０４を経由して第１のハウジング２０から流出する。
【００６８】
図１３を参照すると、本開示によるフィルター装置２の第１２の実施形態は、以下の相違点を除いて、フィルター装置２の第１１の実施形態と同様である。具体的に、この実施形態において、スペーサ２５、２５´は省略された。 第１のインレット２０３及び第１のアウトレット２０４は、第１のハウジング２０の上側に配置されている。その上、フィルターアセンブリ２１には、補助フィルターアセンブリ２３と、補助フィルターアセンブリ２３に囲まれた中空糸膜２６とを配置するための中央穴（貫通穴ではない）が形成されている。使用する際、第１のインレット２０３を経由して第１のハウジング２０に導入される未処理水は、第１の受容空間２０２を実質的に充填し、フィルターアセンブリ２１を流れて水組成物を生成し、その後、水組成物は補助フィルターアセンブリ２３及び中空糸膜２６を流れて、最終的に第１のアウトレット２０４を経由して第１のハウジング２０から流出する。
【００６９】
補助フィルターアセンブリ２３には、フィルター装置２の前述の実施形態のすべてにオプションとして含まれてもよく、且つ、補助フィルターアセンブリ２３には、抗菌成分を含んでも含まなくてもよい。
【００７０】
本開示によれば、水を浄化し、ケイ酸及び水素ガスを含む水組成物を生成するように適合された浄水システム４は、第１のフィルター装置２とする上述の少なくとも１つのフィルター装置２を含む。
【００７１】
図１４を参照すると、本開示による浄水システム４の第１の実施形態は、水を浄化し、ケイ酸及び水素ガスを含む水組成物を生成するように適用されている。浄水システム４は、上述したフィルター装置２の少なくとも１つの実施形態の第１のフィルター装置２、第２のフィルター装置３及びパイプラインユニット４１を含む。この実施形態において、第１のインレット２０３及び第１のアウトレット２０４は、第１のハウジング２０の上側に配置されるが、これに限定されない。
【００７２】
第２のフィルター装置３は、水流方向（Ｆ）に沿って第１のフィルター装置２の下流に配置されている。第２のフィルター装置３は、第２の受容空間３０１を画定する第２のハウジング３０と、第２の受容空間３０１に受容されている中空糸膜３１とを有する。第２のハウジング３０は、第２のハウジング３０の同じ側（即ち、上側）に配置され、且つ第２の受容空間３０１と流体連通する第２のインレット３０２及び第２のアウトレット３０３を含む。この実施形態の他の変形例において、第２のインレット３０２及び第２のアウトレット３０３は、第２のハウジング３０の下側に配置されることができ、または実際の需要に応じて第２のハウジング３０の両側にそれぞれ配置されることもできる。
【００７３】
他の実施形態において、第１のフィルター装置２が、図７〜図１３に示されるようなフィルター装置２の実施形態の中空糸膜２６を含む場合、第２のフィルター装置３はオプションとして省略可能である。
【００７４】
パイプラインユニット４１は、第１のインレット２０３に接続されるインレット管４１０と、第２のアウトレット３０３に接続されるアウトレット管４１１と、第１のフィルター装置２の第１のアウトレット２０４と第２のフィルター装置３の第２のインレット３０２とを流体接続する第１の輸送管４１２とを含む。
【００７５】
水組成物を生成するために、インレット管４１０によって送達された未処理水は、最初に水流方向（Ｆ）に沿って第１のインレット２０３を経由して第１のフィルター装置２に導入され、フィルターアセンブリ２１を流れて水組成物を生成する。上記のように生成された水組成物は、第１のアウトレット２０４を経由して第１の輸送管４１２に流入し、次いで、ろ過のために第２のインレット３０２を経由して第２のフィルター装置３に導入される。ろ過された水組成物は、第２のアウトレット３０３を経由してアウトレット管４１１に流入する。中空糸膜３１は、複数の中空糸を含むことができ、各中空糸は、直径が１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の貫通孔が形成されているため、直径が貫通孔の直径よりも大きい不純物、例えば微生物、シリコン材料（ナノシリコン粒子など）、水組成物に潜在的に存在するナノ銀／亜鉛粒子は、中空糸によってろ過され、それによりこれらの不純物が第２のアウトレット３０３から流出することが防止される。
【００７６】
浄水システム４は、オプションとする少なくとも１つの紫外線殺菌ユニット４２を更に含むことができる。この実施形態において、浄水システム４は、それぞれが、未処理水を殺菌するために第１のフィルター装置２の上流に配置され、上記のように生成且つろ過された水組成物を殺菌するために第２のフィルター装置３の下流に配置され、且つ、インレット管４１０を介して第１のフィルター装置２に流体接続され、アウトレット管４１１を介して第２のフィルター装置３に流体接続されている２つの紫外線殺菌ユニット４２、４２´を含む。或いは、紫外線殺菌ユニット４２は、上記のように生成された水組成物を水流方向（Ｆ）に沿って殺菌するために第１及び第２のフィルター装置２、３の間に配置され、第３の輸送管４１２（図示せず）を介して第１及び第２のフィルター装置２、３に流体接続される。紫外線殺菌ユニット４２を第１のフィルター装置２の上流に配置することにより、未処理水の中に存在して第１のフィルター装置２に進入する可能性がある微生物が大幅に減少し、フィルターアセンブリ２１中の微生物の増殖を効果的に防止でき、水組成物中のケイ酸の重合も防ぐ。
【００７７】
浄水システム４は、ケイ酸を含む液体、水素ガスを含む気体、またはそれらの組み合わせを排出するための圧力逃し弁である排出ユニット４３を少なくとも１つ含むことができる。この実施形態において、第１及び第２の排出ユニット４３、４３´のそれぞれは、第１のフィルター装置２の下流及び第２のフィルター装置３の下流に配置され、パイプラインユニット４１の第１の輸送管４１２及びアウトレット管４１１に動作可能に接続されている。第１のフィルター装置２での水組成物の製造において、ケイ酸及び水素ガスが連続的に生成及び蓄積されるので、第１の輸送管４１２に望ましくない高圧が生じて、液体の流れに悪影響を及ぼすか、パイプラインユニット４１が破裂する可能性がある。第１の排出ユニット４３は、第１の輸送パイプ４１２内の望ましくない高圧を解放して、液体の流れを促進し、その破裂を回避し、及びケイ酸の蓄積を防止することができる。上記のように生成された水組成物及び水素ガスが比較的高い程度まで蓄積した場合、第２の排出ユニット４３´を使用して、アウトレット管４１１内の水組成物の一部及び望ましくない高圧を排出することにより、液体の流れを促進し、アウトレット管４１１の破裂を避けまた微生物がその中で増殖するのを防ぐ。
【００７８】
この実施形態において、浄水システム４は、未処理水のＴＤＳ量及び生成された水組成物を測定するために、水流方向（Ｆ）に沿って第１のフィルター装置２の上流及び下流にそれぞれ取り付けられた２つの測定ユニット４４、４４´（即ち、総溶解固形分（ＴＤＳ）計）を更に含む。具体的に、第１のフィルター装置２の上流に配置された測定ユニット４４は、給水システム５１（図１７参照）と第１のフィルター装置２の第１のインレット２０３とを接続するインレット管４１０に動作可能に接続されており、且つ、第１のフィルター装置２の下流に配置された測定ユニット４４´は、第２のフィルター装置３の第２のアウトレット３０４と紫外線殺菌ユニット４２´とを接続するアウトレット管４１１に動作可能に接続されている。なお、測定ユニット４４´により測定されたＴＤＳ量（以下、Ｖｔと称する）は、測定ユニット４４により測定されたＴＤＳ量（以下、Ｖｏと称する）よりも大きい。ＶｔとＶｏの差（ΔＶ）が所定の値より小さくなると、水組成物中のケイ酸と水素ガスの量が著しく減少し、第１のフィルター装置２のフィルターアセンブリ２１の交換が必須であることを示す。測られたΔＶは、ナノシリコン粒子及びその中に含まれる担体材料１０２の量及び平均粒径など、フィルター１０のいくつかの特性によって影響を受ける可能性がある。浄水システム４の通常の動作状態下で、測られたΔＶは、１０μＳ／ｃｍ〜１５０μＳ／ｃｍの範囲にあることができ、好ましくは２０μＳ／ｃｍ〜１２０μＳ／ｃｍにあり、より好ましくは３０μＳ／ｃｍ〜９０μＳ／ｃｍにあり、且つ、水組成物のケイ酸濃度は、１ｐｐｍ（ＴＤＳ量）＝１ｍｇ／ｍＬ（ケイ酸濃度）＝２μＳ／ｃｍ（ＴＤＳ伝導率）の式に基づいて、８ｍｇ／ｍＬ〜９０ｍｇ／Ｌの範囲にあり、好ましくは１０ｍｇ／ｍＬ〜５０ｍｇ／ｍＬの範囲にある。
【００７９】
図１５を参照すると、本開示による浄水システム４の第２の実施形態は、第３のフィルター装置３´を更に含むことを除いて、浄水システム４の第１の実施形態と同様であり、第３のフィルター装置３´は水流方向（Ｆ）に沿って第１のフィルター装置２の上流に配置されるが、これに限定されない。特定の実施形態において、第３のフィルター装置３´は、水流方向（Ｆ）に沿って第１のフィルター装置２´の下流に配置される。第３のフィルター装置３´は、第３の受容空間３０１´を画定する第３のハウジング３０´と、第３の受容空間３０１´と流体連通する第３のインレット３０２´及び第３のアウトレット３０３´とを含む。第３のインレット３０２´及び第３のアウトレット３０３´は、第３のハウジング３０´の上側に配置されるが、これに限定されない。第３のインレット３０２´及び第３のアウトレット３０３´は、第３のハウジング３０´の下側に配置されてもよく、または第３のハウジング３０´の２つの反対側にそれぞれ配置され得る。第３のフィルター装置３´は、第３のハウジング３０´の第３の受容空間３０１´に受容され、上述の抗菌成分が支持されている少なくとも１つの補助フィルター３２を含む。第３のフィルター装置３´の第３のアウトレット３０３´及び第１のフィルター装置２´の第１のインレット２０３は、パイプラインユニット４１の第２の輸送管４１３を経由して互いに流体接続され、且つ、第３のインレット３０２´は、インレット管４１０と流体接続されている。使用する際、未処理水は、水流方向（Ｆ）に沿って第３のインレット３０２´を経由して第３のフィルター装置３´に最初に導入且つろ過され、ろ過水は第３のアウトレット３０３´から第２の輸送管４１３に送達された後、第１のインレット２０３を経由して第１のフィルター装置２に導入して、ケイ酸と水素ガスを含む水組成物を生成する。上記のように生成された水組成物は、第１のアウトレット２０４から流出し、その後、更なるろ過のために第２のフィルター装置３に流入する。
【００８０】
図１６を参照すると、本開示による浄水システム４の第３の実施形態は、第２の実施形態の第３のフィルター装置３´が別の第１のフィルター装置２´に置き換えられ、且つ第３の実施形態のパイプラインユニット４１は、並列に配置された２つの第１のフィルター装置２、２´に未処理水を送るように設計されていることを除いて、浄水システム４の第２の実施形態と同様である。その上、パイプラインユニット４１は、第１のフィルター装置２、２´の第１のインレット２０３、２０３´に流体接続されるインレット管４１０と、第１のアウトレット２０４、２０４´及び２つの第１のフィルター装置２、２´及び第２のインレット３０２に流体接続される第１の輸送パイプ４１２と、第２のアウトレット３０３´に流体接続されたアウトレット管４１１とを含む。２つ（またはそれ以上）の第１のフィルター装置２、２´を並列に接続することにより、未処理水をシリコン材料１０６と効率的に反応させ、それにより、比較的短い時間で所望のケイ酸濃度を有する水組成物を生成することができる。
【００８１】
浄水システム４の第１〜第３の実施形態のそれぞれにおいて、第１のフィルター装置２（２´）の下流に配置され、そこから流出する処理済み水（即ち、水組成物）を循環させることができる還流ユニット（図示せず）を更に含むことができ、それにより、処理済み水を第１のフィルター装置２内のシリコン材料１０６と再び反応させることができる。従って、水組成物は、効率的な方法で得ることができ、且つ比較的高い濃度のケイ酸と水素ガスを有することができる。即ち、水組成物中に存在するケイ酸及び水素ガスの濃度は、還流ユニットによって第１のフィルター装置２に戻る処理済み水の循環時間（即ち、処理済み水がシリコン材料１０６と反応する時間）を制御することにより調整できる。特定の実施形態において、少なくとも１つのフロースイッチ（図示せず）を第１のフィルター装置２の上流に更に配置して、浄水システム４における未処理水の水流方向（Ｆ）を制御することができ、それにより、水組成物中に存在するケイ酸及び水素ガスの生成速度及び濃度を更に調整する。例えば、比較的低い濃度のケイ酸及び水素ガスが必要な場合、未処理水は、第１のフィルター装置２を流れるように制御され得る。より高い濃度のケイ酸と水素ガスが必要な場合、未処理水は、フロースイッチと還流ユニットを組み合わせて制御し、第１のフィルター装置２を複数回に流れることができる。特定の実施形態において、浄水システム４は、還流ユニット（即ち、処理済み水が第１のろ過装置２に戻る循環時間）を制御し、および／または一定量の飲用水を処理済み水に混合する必要があるかどうかを制御するように構成されるコンピュータ制御パネル（図示せず）を更に含み、それにより、所望の濃度のケイ酸と水素ガスとを得る。
【００８２】
特定の実施形態において、浄水システム４は、水素ガスを除去するための脱気ユニット、および／または、ケイ酸を除去または吸収するためのイオン交換樹脂、多価カチオンの酸化物または多価カチオンの水酸化物を含む補助フィルター装置を更に含むことができ、それにより、ケイ酸を含まない水素溶解水、水素ガスを含まないケイ酸溶解水及びケイ酸と水素ガスとを含まない純水など、様々な種類の水（即ち、上記の水組成物以外）を製造することができる。コンピュータ制御パネルまたはフロースイッチの効果により、未処理水を第１のフィルター装置２、第２のフィルター装置３、脱気ユニット、イオン交換樹脂を含む補助フィルター装置、多価カチオンの酸化物または多価カチオンの水酸化物を含む補助フィルター装置及びこれらの組み合わせをどのように選択的に経由させるかを決定して、ユーザーの需要に応じて上記の異なる種類の水または水組成物を得ることができる。
【００８３】
図１７を参照すると、本開示による水処理装置５が提供され、これは、給水システム５１と、給水システム５１に流体接続された上述の浄水システム４と、未処理水および／または上記のように生成された水組成物の温度を調節するために、給水システム５１および／または浄水システム４に流体接続されるオプションとする水温調節システム５２とを含む。給水システム５１は、ろ過水を浄水システム４に供給するために、市販の逆浸透（Ｒ．Ｏ．）装置または他の任意のタイプの浄水装置を含むことができる。但し、天然水、ミネラルウォーター、地下水または他のろ過されていない水を直接に使用することもできる。水温調節システム５２は、水温を加熱および／または冷却して、所望の温度（冷水、熱水または温水）を有する水組成物を得ることができる。
【００８４】
本開示によれば、本開示のフィルター１０、フィルターアセンブリ、フィルター装置２及び浄水システム４の上記の実施形態及び例のいずれかによって生成された水組成物は、濃度が８ｍｇ/Ｌ〜９０ｍｇ/Ｌ、好ましくは１０ｍｇ/Ｌ〜５０ｍｇ/Ｌの範囲にあるケイ酸を有し、且つ−１００ｍＶ以下、好ましくは−３００ｍＶ以下、より好ましくは−５５０ｍＶ以下、更により好ましくは−６５０ｍＶ以下の酸化還元電位（ＯＲＰ）値を有する。
【００８５】
飲用水としての使用とは別に、水組成物を製品に添加して製品の酸化速度を遅くするか、動物に適用してその結合組織の形成を促進することができる。該製品は、動物の外部または内部に適用することができる。該製品の例には、スキンケア製品及び飲料が含まれるが、これらに限定されない。該動物は、脊椎動物であってもよいが、これに限定されない。
【００８６】
スキンケア製品の例には、化粧水、保湿ローション、保湿クリーム、エッセンス、美白ローション、美白ミルク、美白クリームなどが含まれるが、これらに限定されない。保湿フェイシャルマスクを作成するために、水組成物は、スキンケア製品の既存の組成物に添加でき、或いは、Ｌ−アスコルビン酸、αヒドロキシル酸、プラセンタ、様々な植物抽出物などのフェイシャルマスク組成物に使用される周知の成分を任意に含んでもよい不織布に添加できる。望ましく、水組成物は、フェイシャルマスク構成において、抗酸化成分（ビタミンＣ、ビタミンＥ、カルノシン及びコエンザイムＱ１０など）及び保湿成分（ヒアルロン酸、グリセリンなどのポリオール、コラーゲンなど）の少なくとも１つを置き換えて使用し得る。保湿フェイシャルマスクは、そこからの水素ガスの損失を防ぐために、気密の方法で、例えば、気密のボトルに包装され得る。或いは、水組成物は、フェイスマスクキットとしてパッケージされるように、乾燥した形の公知の成分（美白剤、植物抽出物、酵素など）を含み得るフェイスマスクと組み合わせる気密ガラス瓶などの気密ボトルに充填することもできる。使用中、フェイスマスクは水組成物で濡らすことができる。
【００８７】
飲料の例としては、容易に酸化されるジュース（リンゴジュースなど）、発泡水、ビール、コーヒー、紅茶、ヨーグルト、機能性飲料などが含まれるが、これらに限定されなく、これらにケイ酸と水素ガスとを加えて風味を高めることができる。酸性ジュースは、水組成物中に存在するケイ酸と共に添加することに特に適している。飲料は、気密の方法で、好ましくは気密ガラス瓶で包装することができる。ビールを例にすると、水組成物中に存在するケイ酸と水素ガスを使用して、ビールの風味及び味を変えることができる。ヨーグルトを例にすると、水組成物の低いＯＲＰ値により、乳酸菌などの通性または偏性嫌気性菌を活性化することができる。発泡水を例にすると、水組成物に存在する水素ガスにより発泡水に溶解したガスと相乗作用して異なるレベルの発泡感を生成し、ケイ酸により発泡水の栄養価を高める。コーヒーを例にすると、水組成物に存在するケイ酸は、コーヒーの酸性分子を中和し、それにより、コーヒーはその酸性度を失う。コーヒーの中に存在する酒石酸に加えて、コーヒーの酸味は通常乳酸とリンゴ酸に由来し、その甘味は通常クエン酸に由来し、その刺激臭は通常キナ酸とクロロゲン酸に由来し、且つその香りは通常オイゲノールに由来する。従って、コーヒーの酸味は、コーヒーに添加される水組成物中に存在するケイ酸が１０ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌの範囲の濃度にある場合、適度に希釈することができ、且つ、コーヒーからの酸味をより除去するために、２０ｍｇ／Ｌ〜４０ｍｇ／Ｌの範囲の濃度にあるケイ酸を有する水組成物をコーヒーに添加し得る。水組成物は、水が必要な他の用途にも使用できる。例えば、水組成物は、（ａ）挽いた穀物と水を糖化して麦汁を得るステップ、（ｂ）麦汁ろ過により麦汁を挽いた穀物から分離するステップ、（ｃ）麦汁をホップと共に煮沸するステップ、（ｄ）麦汁を冷却するステップ、（ｅ）麦汁が発酵作用されるように酵母を添加してビールを得るステップ、（ｆ）ビールを滅菌ろ過するステップ、（ｇ）ビールを包装するステップを含むビール醸造方法に適用することができる。水組成物は、元々挽いた穀物に由来するケイ酸の濃度を調整し、発酵作用が確実に嫌気性条件下で行われるために、ステップ（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）の少なくとも1つにおいて添加することができる。同様に、水組成物は、ヨーグルト、プロバイオティクス飲料などの細菌発酵を利用する食品及び飲料の製造方法に適用できる。具体的には、（ａ）牛乳を滅菌するステップ、（ｂ）牛乳が発酵処理されるように、牛乳に細菌培養物を加えるステップ、（ｃ）得られた発酵液を均一に攪拌するステップ、（ｄ）発酵物をろ過してヨーグルトを得るステップ、（ｅ）ヨーグルトを包装するステップを含むヨーグルトの製造方法であり、ここで、細菌培養物による発酵処理を強化するために、ステップ（ａ）及び（ｂ）の少なくとも1つにおいて水組成物を添加することができる。
【００８８】
更に、水組成物は農業及び漁業の分野に適用され得る。例えば、漁業において、水組成物は、藻類及びその他の微生物を含む養殖池に添加することができ、水組成物に存在するケイ酸により、養殖池の藻類及び微生物の成長と代謝の向上を与えることができる。更に、ＯＲＰ値が低い水組成物は、養殖池にある特定の偏性及び通性嫌気性細菌の増殖を助長できる環境を提供する。但し、大気暴露によりＯＲＰ値が徐々に増加する可能性があるため、養殖池は嫌気性細菌に支配されない。水組成物は、所望の養殖池の環境に応じて異なる量及び時間に養殖池に加えることができる。農業において、作物の成長を促進し、作物の細胞に所望のＯＲＰ値を与え、作物の耐病性及び収穫量を増加させるために、土壌に水組成物を加えることができる。
【００８９】
ケイ酸と水素ガスを含む水組成物（低いＯＰＲ値に与える）は、それぞれ異なるメカニズムを介して、酸化ストレス関連疾患、神経系疾患、骨格疾患などに関連する人体の様々なシステムを調整でき健康管理にも適用できる。例として、酸化ストレスの程度を監視し、その上昇を回避することは、老化、慢性炎症、癌、神経変性疾患、心血管疾患、関節炎、糖尿病、痛風、アレルギー、自己免疫疾患、腎臓病などの酸化ストレスに関連する現在知られている疾患を遅延させ、且つ阻止する重要な要素である。水組成物に溶解するケイ酸の存在は、酸化及び抗酸化の細胞バランスを維持するために不可欠な細胞内の金属イオンの形成及び活性を調節するために使用できる。具体的に、ケイ酸は無機イオンと錯体を形成して、鉄を細胞から安全に分離することにより、細胞の活性酸素種を形成する能力を低下させる。水組成物中に存在する水素ガスにより、細胞内の活性酸素種を含むフリーラジカルを中和できる。水組成物は、酸化ストレス関連疾患から人体を保護することにより、健康管理に貢献できる。従って、例として骨格系を取り上げると、水組成物中に存在するケイ酸は、人体によるカルシウムとビタミンＤの吸収を促進し、骨損失を防ぐ。水組成物中に存在する水素ガスは、関節の炎症を治療し、破骨細胞の分化を抑制するために使用できる。従って、水組成は、人体の骨格系を保護することにより、健康管理に貢献できる。更に別の例として神経系を取り上げると、ケイ酸と水素ガスは人体の様々なシステムの異なるメカニズムに同化することができるため、アルミニウムによって誘発される細胞の神経毒性を抑制でき、それによりアルツハイマー病など神経疾患のリスクを低減することができる。
【００９０】
要約すると、本開示のフィルター１０（担体材料１０２及び担体材料１０２上に支持されたシリコン材料１０６を含む）、フィルターアセンブリ、フィルター装置２及び浄水システム４は、未処理水をシリコン材料１０６と反応させることにより、量が増加したケイ酸及び水素ガスを含む水組成物を製造できる。
【００９１】
上記においては、説明のため、本発明の全体的な理解を促すべく多くの具体的な詳細が示された。しかしながら、当業者であれば、一またはそれ以上の他の実施形態が具体的な詳細を示さなくとも実施され得ることが明らかである。また、本明細書における「一つの実施形態」「一実施形態」を示す説明において、序数などの表示を伴う説明は全て、特定の態様、構造、特徴を有する本発明の具体的な実施に含まれ得るものであることと理解されたい。更に、本説明において、時には複数の変化例が一つの実施形態、図面、またはこれらの説明に組み込まれているが、これは本説明を合理化させるためのもので、また、本発明の多面性が理解されることを目的としたものであり、また、一実施形態における一またはそれ以上の特徴あるいは特定の具体例は、適切な場合には、本開示の実施において、他の実施形態における一またはそれ以上の特徴あるいは特定の具体例と共に実施され得る。
【００９２】
以上、本発明の好ましい実施形態及び変化例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
2020116566.tif 000019
【図２Ｊ】
2020116566.tif 000020
【図２Ｋ】
2020116566.tif 000021
【図２Ｌ】
2020116566.tif 000022
【図２Ｍ】
2020116566.tif 000023
【図２Ｎ】
2020116566.tif 000024
【図２Ｏ】
2020116566.tif 000025
【図２Ｐ】
2020116566.tif 000026
【図２Ｑ】
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【図３】
2020116566.tif 000028
【図４Ａ】
2020116566.tif 000029
【図４Ｂ】
2020116566.tif 000030
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
2020116566000001.pdf