JP6723390B2 - 水処理用単回使用カプセル - Google Patents

Description

本発明は水処理に関する。本発明は、特に水処理用単回使用カプセル及び単回使用カプセルを収容するための収容装置に関する。

ポイント・オブ・ユース（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｕｓｅ （ＰｏＵ））で飲料水を処理する方法は、石灰スケールから装置を保護し、重金属を除去し、塩素などの望ましくない物質を除去することによって水の味、匂い及び外観を改善するためによく使用される。

ポイント・オブ・ユース水処理は、石灰スケールから防護すべき装置の上流にある飲料水配管に直接設置されている、配水管連結フィルタシステム、いわゆるＰｏＵフィルタカートリッジによって供給することができる。例えば、フィルタカートリッジは通例、コーヒーマシン、自動販売機、スチーマ、オーブン、ウォーターディスペンサ及び製氷機の上流に設置されている。水硬度、重金属及び塩素は、フィルタカートリッジによって水から除去される。さらに、石灰スケールからシャワーヘッドやパネルを防護するために、給水用取付部品、例えばシャワー水栓に設置されるＰｏＵフィルタがある。給水用取付部品、例えばキッチンの水栓に直接ねじ止めすることができる他のフィルタには、水から望ましくない味及び臭気を除去するためのフィルタ、水殺菌用のオゾン生成フィルタ並びに重金属除去用フィルタがある。非配水管連結ＰｏＵフィルタシステムもある。石灰スケールを防止し、望ましくない臭気物質及び風味を除去するためのフィルタカートリッジが主に存在し、このフィルタカートリッジは、コーヒーマシンなどの装置の水タンク、又はフィルタピッチャーに装備されているフィルタシステム（即ち重力フィルタ又は飲料水フィルタ）内に設置されている。

これらのフィルタはすべて、通例、１〜１２カ月又はなおより長期である、より長期間にわたって使用されるという点で共通である。しかし、飲料水が決して無菌でなく、フィルタ材料の面積が大きいという事実のために、ＰｏＵフィルタシステムはすべて、使用期間中に細菌及び他の病原体がフィルタ材料内で蓄積、増殖し、次いで多数が濾過水中に放出され得るという問題を有する。

静菌作用を有する銀は、細菌の増殖を防止するためにフィルタカートリッジに、例えば銀含浸活性炭又は銀含浸イオン交換材料の形態で使用されている。しかし、細菌汚染及び増殖を完全に避けることができないが、細菌増殖の速度を低下又は減速のみ可能であるため、このような材料の有効性は疑問である。さらに、このようなフィルタ内で妨害されずに増殖可能であり、極めて短期間内に強い細菌汚染をもたらし得る銀耐性細菌が存在する。

銀含有フィルタカートリッジは、銀イオンを例えば１０〜２００μｇ／ｌの濃度で濾過水中に連続的に浸出させるという欠点も有する。いくつかの銀化合物はより多くの量にて有毒であり得るため、この連続的な浸出は健康上の懸念を生じさせる。銀イオンはスルフヒドリル基及びアミノ基に高い親和性を有するので、ヒトの体内でアミノ酸、核酸及び他の化合物との錯体形成が発生し得て、体内、とりわけ結合組織、皮膚及び眼への銀の沈着が生じる。

このため現時点での最新技術によれば、ＰｏＵフィルタによって、銀を含まない清浄で衛生上安全な水を製造することはできない。上述の問題は、ＰｏＵフィルタシステムが例えばドイツ、スイス、イタリア、ポーランド及びフランスの保健機関によって激しく批判され、又は拒絶さえされる理由である。いくつかの国々では、ＰｏＵフィルタシステムの使用を禁止する活動がなされている。さらに、消費者向け雑誌、例えばドイツの“Ｓｔｉｆｔｕｎｇ Ｗａｒｅｎｔｅｓｔ”（Ｓｔｉｆｔｕｎｇ Ｗａｒｅｎｔｅｓｔ， Ｔｅｓｔ ０５／２０１５を参照のこと）又はオーストリアの“Ｄｅｒ Ｋｏｎｓｕｍｅｎｔ”（Ｄｅｒ Ｋｏｎｓｕｍｅｎｔ ０８／２０１５を参照のこと）は、このようなＰｏＵフィルタシステムを使用しないことを強く勧めている。

ゆえに、ポイント・オブ・ユースに容易に設置され、従来技術のシステムの欠点を回避することができる、水処理システム向け技術が必要とされている。

Ｓｔｉｆｔｕｎｇ Ｗａｒｅｎｔｅｓｔ，Ｔｅｓｔ ０５／２０１５ Ｄｅｒ Ｋｏｎｓｕｍｅｎｔ ０８／２０１５

水処理を改善し、従来技術の欠点を回避することが必要とされ得る。この必要は、独立請求項の主題によって対処される。さらなる実施例及び実施形態が独立請求項、明細書及び図に示されている。

本発明の第１の態様は、水処理用単回使用カプセルに関する。単回使用カプセルは、入口側及び出口側を画成するカプセル本体並びにカプセル本体内に位置する第１空洞を備え、第１空洞はイオン交換要素を含む。任意に、単回使用カプセルは、細菌を除去するフラットシート膜フィルタ及び／又はカプセル本体内に配置された活性炭要素を備え得る。

言い換えれば、本発明は、石灰スケール防止並びに／又は細菌除去並びに／又は水の味及び品質の改善並びに／又は重金属除去のための、ポイント・オブ・ユース（ＰｏＵ）にて使用され得る単回使用フィルタカプセルに関連し得る。さらに、本発明の単回使用カプセルは、細菌汚染の問題を回避し、処理水中への銀の浸出を増大させ得る、細菌増殖を防止するための銀の包含が不要である。単回使用カプセルは、例えばキッチン、バー又はオフィスで、水栓などの水道用アーマチュア（ｗａｔｅｒ ａｒｍａｔｕｒｅ）に直接装備される収容装置、即ちアダプタと共に使用され得る。さらに収容装置は、飲料用ディスペンサ、例えばコーヒーマシン、茶浸出装置、自動販売機、水又はソフトドリンクディスペンサに装備され得る。

単回使用カプセルは、最大５リットルの水を処理するために使用され得る。本発明の文脈において、単回使用カプセルによって提供される水処理は、水の浄化、脱炭酸及び／又は軟化を含み得る。一実施形態により、本発明の単回使用カプセルは、石灰スケール防止並びに重金属及び他の汚染物質、例えば硝酸塩、亜硝酸塩、塩素、亜ヒ酸塩、ヒ酸塩又はウランの濃度の低減を提供する。言い換えれば、単回使用カプセルは、処理水からの石灰スケール沈殿が低減される程度まで、全硬度又は炭酸塩のみの硬度（アルカリ度）を低下させることができる、及び／又は水中に存在する重金属の量を低減できる、及び／又はアニオン、例えば硝酸、亜硝酸、塩素、亜ヒ酸、ヒ酸又はウラニルのアニオンを低減できる。

このため、本発明は、温水ディスペンサを石灰スケールから保護するための、コーヒー又は茶の最良味の最適化水硬度の水を生成するための、並びにポイント・オブ・ユースにおける水、例えば水道水と比較して、水硬度及び重金属又は他の汚染物質の量がより低い飲料水を供給するための解決策を提供し得る。さらに細菌は、フラットシート限外濾過膜が内部に配置されたカプセルによって除去される。本発明は、水の味を改善するためにさらに使用され得る。

本出願の文脈において、「カプセル」という用語は、例えば５ｍｌ〜５０ｍｌの間の量を封入し得る小型容器を示し得る。本明細書に記載する単回使用カプセルは、コーヒーカプセルと同様の構造を有し得る。

カプセル本体は、中空の内部を有し得る単回使用カプセルの外側シェルを示し得る。さらにカプセル本体は、カプセル本体の内部をカプセル本体の外部から不浸透的に封止し得る。例えば、カプセル本体はプラスチック、バイオプラスチック及び／又はアルミニウム製であり得る。しかし、カプセル本体は、カプセル本体の内部がカプセル本体の外部から不浸透的に封止されないような構造であってもよい。カプセル本体は、例えば配向若しくは非配向合成繊維及び／又は天然材料、例えばセルロース製であってもよい。

入口側及び出口側は、カプセル本体の異なる側面を示し得る。カプセル本体は、例えば実質的に円筒、円錐台又は角錐台の形状を有し、入口側及び出口側は円筒、円錐台又は角錐台の上部及び底部によってそれぞれ画成され得る。「実質的に」とは、縁の追加など、純粋な円筒又は円錐形状からの多少の逸脱があり得ることを意味する。言い換えれば、入口側及び出口側は、カプセル本体の対向する側面によって画成され得る。このため、水がカプセル本体を流過する場合、水は入口側を通ってカプセル本体に流入し、出口側を通ってカプセル本体から出る。

カプセル本体の内部では、単回使用カプセルは、少なくとも２層を含む層状化構造を有し得る。層は、平面状に広がり得て、単回使用カプセルへの水の全体の流過方向に対してそれぞれ垂直に配置され得る。各種の層は、境界層、例えばフィルタ、膜などによってさらに分離され得る。

第１空洞は、カプセル本体内の容積を示し得る。第１空洞は、水が入口側から出口側まで流れるときに水が第１空洞を流過するように、入口側と出口側の間に位置し得る。さらに、第１空洞はカプセル本体の側壁によって区切られ得る。このため、第１空洞は、カプセル本体によって少なくとも部分的に区切られ得る。結果として、第１空洞（例えば袋）を区切るためのさらなる構造は不要であり得る。言い換えれば、カプセル本体の側壁の一部は、第１空洞の境界であり得る。しかし、第１空洞をさらなる境界材料によって、例えばカプセル本体の側壁と必ずしも連結されていないプラスチック袋によって画成することも可能である。第１空洞にイオン交換要素を充填することが理解され得る。

イオン交換要素は、少なくとも１つのイオン交換材料、例えば弱酸カチオン交換材料、強酸カチオン交換材料、弱塩基アニオン交換材料、強塩基アニオン交換材料又はこれらの混合物を含み得る。イオン交換材料は、イオン交換材料と接触する溶液中の他のイオンと交換されることが可能であるイオンを含有する、不溶性物質である。用いたイオン交換材料に応じて、イオン交換要素によって炭酸水硬度（アルカリ度）、全水硬度、重金属イオンの濃度並びに／又は他の汚染物質、例えば硝酸塩、亜硝酸塩、塩素、亜ヒ酸塩、ヒ酸塩及び／又はウランの濃度が低減され得る。

例えば、炭酸水素塩（ＨＣＯ_３）に結合したスケール形成カルシウムカチオン及びマグネシウムカチオンの濃度は、弱酸カチオン交換材料を使用することによって低減することができる。結果として、処理水の炭酸水硬度（水アルカリ度としても既知）が低下され得る。若しくは又は加えて、硫酸塩、塩素、炭酸水素塩、リン酸塩又は硝酸塩のアニオンに結合したカルシウムカチオン及びマグネシウムカチオンの濃度は、強酸カチオン交換材料によって低下させることができる。結果として、処理水の全水硬度が低下され得る。カチオン交換材料は水素形態であることができ、即ちイオン交換部位の１００％にＨ^＋イオンが担持され、又はカチオン交換材料が少なくとも部分的にナトリウムカチオン、カリウムカチオン又はマグネシウムカチオンを担持できることに留意されたい。

本発明の好ましい実施形態により、弱酸カチオン交換材料、強酸カチオン交換材料又はこれらの混合物は水素形態である。水がカチオン交換材料を流過する場合、スケール形成カチオン、例えばＣａ^２＋及びＭｇ^２＋はＨ^＋イオンによって置換される。この置換は、カルシウムカチオン及びマグネシウムカチオンの濃度だけでなく、炭酸アニオンの濃度も処理水中で低下する、即ち、処理水が脱炭酸されるという利点を有し得る。これにより処理水のｐＨは低い値に移動し、このことが次に石灰−炭酸バランスの移動につながる。結果として、石灰スケール沈殿は低減され得る。好ましくは、処理水のｐＨ値は６．８未満である。

本発明の単回使用カプセルは、少なくとも１つの固体酸及び／又は少なくとも１つの酸塩（即ち酸組成物）を、第１空洞内に及び／又は第１空洞と入口側との間に及び／又は第１空洞と出口側との間にさらに含み得る。酸組成物は、イオン交換要素のイオン交換材料と混合され得るか、又はさらなる層として提供され得て、この層は第１空洞と入口側との間に及び／又は第１空洞と出口側との間に配置され得る。フラットシート膜フィルタがカプセル本体内に配置されている場合、酸組成物は、イオン交換要素のイオン交換材料と混合され得るか、又はさらなる層として提供され得て、この層は第１空洞とフラットシート膜フィルタとの間に、入口側とフラットシート膜フィルタとの間に、又はフラットシート膜フィルタと出口側との間に配置され得る。

好ましい実施形態により、単回使用カプセルは、カプセル本体内に配置されたフラットシート膜フィルタを備え得る。フラットシート膜フィルタは、単回使用カプセル内で細菌バリアを提供し得る。このようにして、衛生的な水が単回使用カプセル内で確実に提供され得る。本発明者らは、単回使用カプセル内でのフラットシート膜フィルタの使用が有利であるのは、このフィルタが水から細菌を十分に濾過することが可能であり、例えば、通例ＰｏＵフィルタで使用される中空繊維限外濾過膜よりもスペースを占有しないためであることを認識している。このため、単回使用カプセルサイズを小さくすることが可能である。フラットシート膜フィルタは、生分解性でない又は生分解性である材料を含み得る。例えば、フラットシート膜フィルタは、ナイロン、再生セルロース、セルロースエステル、セルロースニトレート、セルロースアセテート、ポリビニリデンフルオリド、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリアミド、ＰＴＦＥ及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含み得る、又は材料からなり得る。

フラットシート膜フィルタはフラットシート膜フィルタの１種であり、通例、微生物分析で使用され、例えば米国のＥＭＤ Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ又はドイツのＳａｒｔｏｒｉｕｓ ＡＧから市販されている。

本発明のさらなる例示的な実施形態により、フラットシート膜フィルタは、第１空洞と入口側との間及び／又は第１空洞と出口側との間に配置される。フラットシート膜フィルタは、０．２μｍ以下の孔径を有し得る。好ましくは、フラットシート膜フィルタは、限外濾過膜であることができる。当業者に既知であるように、限外濾過膜は、０．００２〜０．１μｍの孔径を有し得る。このようにして、処理水中に細菌が存在しないように、単回使用カプセルを流過する水から細菌も除去され得る。このため、さらなる汚染物質が水から除去され得る。

単回使用カプセルは、言い換えれば、５〜５０ｍｌの容積を有する容器を含み、深絞り部品又は射出成形部品として構築され得る。単回使用カプセルの形状、即ち単回使用カプセルの断面は、円形、楕円形、四角形又は多角形であり得る。このため、単回使用カプセルは実質的に円筒、円錐台又は角錐台として成形され得る。単回使用カプセルの円形又は楕円形プロフィールは、単回使用カプセルの内部として有利であり得るか、又はカプセル本体が、水が流過しないスペースをあまり若しくは全く有さないことがある。言い換えれば、単回使用カプセルは、カプセル本体への均一な水の流れを生じる形状を有し得る。このようにして、存在する場合には、酸組成物の水への一定の溶解が提供され得る。カプセル本体は、プラスチック、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）又は配向若しくは非配向繊維を有するプラスチックフリース、天然材料、例えばマニラアサ若しくは他のセルロース系材料、又は分解可能なバイオプラスチック若しくはこれらの混合物を含み得る。

単回使用カプセルが深絞り部品である場合、単回使用カプセルの底部は穿孔され得る、及び／又は配向若しくは非配向繊維を有する合成若しくは生分解性フリースを含み得る。単回使用カプセルが射出成形部品である場合、単回使用カプセルの底部は、使用した射出金型によって設けられた画成開口部を備え得る。

画成開口部は例えば２０μｍ〜２００μｍの孔径を有し得る。単回使用カプセルの底部が射出成形によって製造されている場合、該部品は、単回使用カプセルの第２の製造ステップで配向又は非配向繊維を含む紙フィルタ又はフリースが上に適用される支持構造体を含み得る。

この点で、単回使用カプセルの底部又はカプセル本体は、カプセル本体の出口側を示し得る。

カプセル本体の入口側と呼ばれ得る単回使用カプセルの上面が非穿孔箔によって与えられ得て、非穿孔箔は、単回使用カプセルが収容装置内に挿入される際に収容装置によって穿孔のみされ得る。箔は、カプセル本体の入口側に接着又は超音波溶接され得る。カプセル本体を通る水流を制御又は誘導するために、入口側及び／又は出口側の開口部は、特別に設計され、例えば不均一に配置され得る。さらに、単回使用カプセルの上面が射出成形部品である場合、単回使用カプセルの上面は、使用した射出金型によって与えられた画成開口部を備え得る。

さらに、上面、即ち入口側と底面、即ち出口側との間に、カプセル本体はイオン交換要素を含む少なくとも１つの層を備え得る。好ましくは、カプセル本体は少なくとも２つの異なる層を備え得る。第１層はイオン交換要素を備え得て、第２層はフラットシート膜フィルタを備え得る。カプセルは上面と第１層との間に、流入水を配水するための、及び／又は単回使用カプセルからの粒子の流出を防止するための（即ちフィルタ層）、及び／又は供給水からの粒子のカプセルへの進入を防止するための、配向又は非配向繊維を含む紙フィルタ又はフリースをさらに備え得る。このため、このフィルタ層は配水層とも呼ばれ得る。フィルタ層は繊維材料、例えばフリースを含み得る。フリースは、合成ポリマー、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル若しくはポリエチレン（ＰＥ）からなる繊維、天然ポリマー、例えばビスコースからなる繊維、天然繊維、例えばセルロース系繊維又は天然ポリマーと合成ポリマーとの繊維の複合体を含有し得る。

例示的な実施形態により、カプセル本体は回転対称体、好ましくは円筒、円錐台又は角錐台の形状を有し得る。この場合、カプセル本体の入口側及び出口側は、回転対称体の上面及び底面によって画成され得て、カプセル本体は、回転対称体のシェル面によって画成される側壁を備え得る。

本出願の文脈において、回転対称体は、３６０°未満の不連続な回転下でのみ対称である物体も示し得る。角錐は、例えば９０°の不連続な回転及びその複数の下で回転対称であり得るため、回転対称体であることが理解される。

本発明の例示的な実施形態により、単回使用カプセルは、水５リットル未満のみ、好ましくは水４リットル未満のみ、より好ましくは水３リットル未満のみ、最も好ましくは水２リットル未満のみを処理するように構成されている。一実施形態により、単回使用カプセルは、水２５ｍｌ、１２５ｍｌ、２５０ｍｌ、３００ｍｌ、４００ｍｌ、５００ｍｌ、７５０ｍｌ又は１０００ｍｌ、好ましくは１０００ｍｌを処理するように構成されている。

このようにして、単回使用カプセルは確実に単回使用向けに構成されている。このため、単回使用カプセルは、廃棄される前に、短期間のみ使用することができる。このことにより、単回使用カプセル内の汚染及び細菌又は他の病原体の蓄積が回避される。さらに、本発明のカプセルの単回使用により、単回使用カプセルのカプセル本体及び他の要素、例えばハウジングを生分解性材料から製造することができる。さらに、細菌汚染に対するその高い感受性のために、従来のポイント・オブ・ユース・フィルタカートリッジでは回避されている、アニオン交換材料も用いることができる。

本発明の例示的な実施形態により、フラットシート膜フィルタは０．２μｍ以下の孔径を有し、好ましくは限外濾過フラットシート膜フィルタである。フラットシート膜フィルタに０．２μｍ以下の孔径を設けることにより、細菌が確実に水から除去され、膜フィルタ上に保持される。

本発明の例示的な実施形態により、フラットシート膜フィルタは、２ｍｍ未満、好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍの厚さを有する。このようにして、フラットシート膜フィルタは、単回使用カプセルがコンパクトなサイズを有するように、単回使用カプセル内で大きなスペースを占有していない。

本発明の例示的な実施形態により、第１空洞は、３ｍｌ〜４８ｍｌの間、好ましくは４ｍｌ〜３０ｍｌの間、最も好ましくは５ｍｌ〜２０ｍｌの間の容積を有する。

このようにして、単回使用カプセル、即ち１回の使用の間に水を濾過するためにだけに使用できるカプセルが提供される。上述のように、これにより単回使用カプセルの細菌汚染が防止される。

本発明の例示的な実施形態により、単回使用カプセルは、第１空洞と入口側との間に配置された第１フィルタ層及び／又は第１空洞と出口側との間に配置された第２フィルタ層をさらに含む。

本出願の文脈において、フィルタ層が第１空洞と入口側との間に配置される場合、フィルタ層は配水層とも呼ばれ得る。さらに、フィルタ層は、イオン交換要素の細粒などの固体粒子が単回使用カプセルから脱落するのを防止し得て、及び／又は配管系からの粒子がカプセルに進入することを防止し得る（供給水の精密濾過又は微粒子濾過）。さらにフィルタ層によって、単回使用カプセルの濾過能力が改善されるように、入口側を通じて流入する水がイオン交換要素のより広い表面にわたって分布し得る。フィルタ層は、紙フィルタ若しくはメッシュであり得るか、フリースを含み得る。メッシュ又はフリースは、合成繊維、例えばポリプロピレン（ＰＰ）及び／若しくはポリエチレン（ＰＥ）及び／若しくはポリエステル（ＰＥＳ）又は天然繊維、例えばセルロース並びに／又は天然及び合成繊維を含む複合繊維を含み得る。

本発明の例示的な実施形態により、第１フィルタ層及び／又は第２フィルタ層は繊維材料を含む。第１フィルタ層及び／又は第２フィルタ層の繊維材料は、０．５μｍ〜２００μｍ、好ましくは１０μｍ〜１５０μｍ、最も好ましくは５０μｍ〜１００μｍの孔径を有する。若しくは又は加えて、第１フィルタ層及び／又は第２フィルタ層の繊維材料は、１０ｇ／ｍ^２〜１００ｇ／ｍ^２、好ましくは２０ｇ／ｍ^２〜８０ｇ／ｍ^２、最も好ましくは３０ｇ／ｍ^２及び５０ｇ／ｍ^２の比重を有する。若しくは又は加えて、第１フィルタ層及び／又は第２フィルタ層は、５ｍｍ未満、好ましくは３ｍｍ未満の厚さを有する。

孔径は、ＡＳＴＭ Ｄ６７６７又はＡＳＴＭ Ｄ４７５１に従って測定される。このようなパラメータがフィルタ層の最適な機能をもたらすことが見出されている。即ち、フィルタ層が確実に、単回使用カプセルからの固体粒子の脱落を防止すると同時に、水が確実に第１空洞上に均等に分配されるようにする。

本発明の例示的な実施形態により、入口側及び／又は出口側は、５００μｍ未満、好ましくは２００μｍ未満の開口部を備える。

このようにして、入口側及び／又は出口側の開口部は、カプセル本体の内部に配置された粒子（例えば粒状イオン交換要素）がカプセル本体から脱落しないように十分に小さくなっている。このため、このような小さい開口部を設けることによって、特にイオン交換樹脂のみを使用する場合に、カプセル本体内にフィルタ層を配置する必要がない場合がある。単回使用カプセルが少なくとも１つの酸及び／又は少なくとも１つの酸塩を含む酸組成物を含む場合、カプセル本体からの固体酸組成物粒子の脱落を防止するため、１００μｍ未満、好ましくは１０μｍの孔径を有する紙フィルタ又はフリースを使用することが好ましい場合がある。

本発明により、第１空洞はイオン交換要素を含む。イオン交換要素は、イオン交換体とも呼ばれ得る。本発明の例示的な実施形態により、イオン交換要素は、弱酸及び／又は強酸カチオン交換材料を含む。本発明のさらなる例示的な実施形態により、イオン交換要素は、弱酸と強酸カチオン交換材料との混合物を含み得る。

弱酸及び／若しくは強酸カチオン交換材料は、１００％が水素形態、即ちＨ^＋形態で供給され得るか、又は弱酸及び／若しくは強酸カチオン交換材料の全容量の１００％までのナトリウム、カリウム若しくはマグネシウムカチオンが担持され得る。本発明の一実施形態により、イオン交換要素は、１００％が水素形態である弱酸及び／又は強酸カチオン交換材料を含む。好ましい実施形態により、イオン交換要素は、１００％が水素形態である弱酸カチオン交換材料を含む。別の実施形態により、イオン交換要素は、弱酸及び／又は強酸カチオン交換材料を含み、該カチオン交換材料は、弱酸及び／若しくは強酸カチオン交換材料の全容量の５０％までのナトリウム、カリウム若しくはマグネシウムカチオンが担持され得る。

弱酸及び／又は強酸カチオン交換材料を使用することにより、本発明の単回使用カプセルを流過する水中のＣａ^２＋及びＭｇ^２＋などのスケール形成カチオンの濃度を低下させることができる。水がカチオン交換材料を通過する場合、スケール形成カチオンＣａ^２＋及びＭｇ^２＋は、カチオン交換材料に担持されているカチオン、例えばＨ^＋、Ｎａ^＋又はＫ^＋によって置換され得る。弱酸カチオン交換体を用いることにより、水のアルカリ度（炭酸塩の硬度）を低下させることができる。強酸カチオン交換体を使用することにより、水の全硬度が低下され、即ち水が軟化する。イオン交換材料にＭｇ^２＋が担持されている場合には、Ｃａ^２＋の濃度のみを低下させることができ、カルシウムカチオンはＭｇ^２＋によって置換される。結果として、処理水は石灰沈殿傾向が低下する。

さらに、弱酸カチオン交換材料及び／又は強酸カチオン交換材料を１００％水素形態で供給することによって、処理水中のカルシウムカチオン及びマグネシウムカチオンの濃度が低下するだけでなく、炭酸アニオンの濃度も低下し、即ち処理水は脱炭酸される。これにより処理水のｐＨは低い値に移動し、このことが次に石灰−炭酸バランスの移動につながる。本出願の発明者らは、本発明の単回使用カプセルによって達成される水の脱炭酸によって、１２０℃までの水温の処理水からの石灰沈殿が十分に防止されることを見出した。このため、本発明の単回使用カプセルは、石灰スケール防止に使用することができる。特に、１００％水素形態である弱酸カチオン交換材料の使用が特に有利であることが見出された。弱酸カチオン交換材料及び／又は強酸カチオン交換材料の１００％水素形態での使用の別の利点は、処理水中のナトリウムカチオン、カリウムカチオン又はマグネシウムカチオンの濃度が上昇しない、即ちさらなるイオンが処理水に添加されないことである。

イオン交換要素は、重金属が水から除去され得るという利点も提供し得る。弱酸及び／又は強酸カチオン交換材料によって濃度を低下させることができる重金属カチオンの例としては、水銀、リチウム、カドミウム、セシウム、銀、マンガン、亜鉛、銅、ニッケル、コバルト、ストロンチウム又は鉛が挙げられる。前記カチオン交換材料を用いてアルミニウムカチオン又はアンモニウムカチオンの濃度を低下させることも可能である。

イオン交換要素は、例えば望ましくないアニオン、例えば硝酸塩、亜硝酸塩、塩素、フッ素、亜ヒ酸塩、ヒ酸塩又はウランの濃度を低下させるために、アニオン交換材料を含み得る。アニオン交換材料は、弱塩基及び／又は強塩基アニオン交換材料を含み得る。好ましくは、弱塩基及び／若しくは強塩基アニオン交換材料は、１００％が水酸化物形態、即ちＯＨ⁻形態で供給され得るか、又は弱塩基及び／若しくは強塩基アニオン交換材料の全容量の１００％までの塩素アニオン又は硫酸アニオンが担持され得る。弱塩基及び／又は強塩基アニオン交換材料によって濃度を低下させることができるアニオンの例は、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、塩素酸塩、ヒ素のアニオン又はウラニルのアニオンである。硝酸塩は、例えば塩素形態の強塩基アニオン交換材料を使用することによって除去することができ、ウランは硫酸塩の形態の強塩基アニオン交換要素を使用することによって除去することができ、ヒ素アニオンは酸化鉄で処理したアニオン交換要素によって除去することができる。

イオン交換要素が２つ以上のイオン交換材料、例えば弱酸カチオン交換材料及び強酸カチオン交換材料並びに／又はアニオン交換材料を含む場合、イオン交換材料は、交互のイオン交換材料床の形態でイオン交換要素内に充填され得る。又は、イオン交換材料は、混合床の形態で充填され得る。

好適なイオン交換材料は当業者に既知であり、当業者は目的とする用途に従ってイオン交換材料を選択する。イオン交換材料の例は架橋ポリスチレンであり、架橋ポリスチレンには、実際のイオン交換部位は重合後に導入される。主なイオン交換樹脂の種類は、これらの官能基（即ち、イオン交換部位）によって区別され得る。強酸カチオン交換体は、通例、スルホン酸基を含み、ナトリウムポリスチレンスルホネート又はポリＡＭＰＳ（ポリ（２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸））などの材料から作製することができる。強塩基性アニオン交換体は、通例、第４級アミノ基、例えばトリメチルアンモニウム基を含む。強塩基性アニオン交換体の例は、ｐｏｌｙＡＰＴＡＣ（ポリ（アクリルアミド−Ｎ−プロピルトリメチルアンモニウムクロリド））である。弱酸カチオン交換体は通例、カルボン酸基を含み、弱塩基アニオン交換体は通例、第１級、第２級及び／又は第３級アミノ基、例えばポリエチレンアミンを含有する。通常、イオン交換材料は、小型ビーズ、細粒及び／又は繊維の形態で用いられる。

本発明の例示的な実施形態により、単回使用カプセルは、単回使用カプセルを通る水流を１５０ｌ／ｈ（２．５ｌ／ｍｉｎ）未満、好ましくは１００ｌ／ｈ（１．６７ｌ／ｍｉｎ）未満、最も好ましくは４０ｌ／ｈ（０．６６ｌ／ｍｉｎ）未満に制限するための、流量制限構造をさらに備える。

言い換えれば、単回使用カプセルは、送水管内の通常の圧力にて、単回使用カプセルを通る水流を１５０ｌ／ｈ未満、好ましくは１００ｌ／ｈ未満、最も好ましくは４０ｌ／ｈ未満に制限するように構成され得る。流量制限構造は、単回使用カプセルの入口側及び／又は出口側に設けられ得る。流量制限構造は、例えばスロットルであり得る。さらに、単回使用カプセルは、流量制限構造及び少なくとも第１又は第２フィルタ層を備え得る。例えば単回使用カプセルは、入口側に配置された流量制限構造と、イオン交換要素上に水を分配するための第１フィルタ層を備え得る。一実施形態により、流量制限構造はフローリミッタ、即ち供給水の入口の直径であり、処理水の出口は、特定の時間内に少量の水だけがカプセルを通過できるように強度に縮小されている。このようにして、最適な水処理を提供するために、単回使用カプセルを通る水流は確実に十分に少なくされている。

本発明の例示的な実施形態により、単回使用カプセルは、カプセル本体内に位置する活性炭要素をさらに備える。

活性炭要素は、入口側と第１空洞との間及び／又は出口側と第１空洞との間に配置され得る。さらなる例示的な実施形態により、活性炭要素は、第１空洞内に配置され、及び／又はイオン交換要素と混合される。さらなる例示的な実施形態により、活性炭要素は、第１空洞内に配置される。さらに、活性炭要素をイオン交換要素と混合してもよい。活性炭要素は、細粒形態、ペレット形態、活性炭フリース形態及び／又はプレス活性炭形態で供給され得る。

このようにして、望ましくない臭気物質及び風味、例えば塩素を水から除去することができ、水の味、匂い及び外観を改善することができる。

本発明の一実施形態により、単回使用カプセルは、銀、銀合金又は銀化合物を含まない。銀、銀合金又は銀化合物の例は、銀ナノ粒子、コロイド銀、銅−銀合金、硝酸銀、硫化銀又は塩化銀である。

本発明者らは、単回使用カプセルは１回のみの使用に提供されるため、銀、銀合金又は銀化合物の添加が不要であることを認識した。短期間の使用のために、細菌及び他の病原体によるカプセルの汚染を回避することができる。さらに、フラットシート膜は、処理される水中に既に存在する細菌及び他の病原体が処理水中に放出されるのを防止し得る。

本発明の例示的な実施形態により、入口側及び／又は出口側は、穿刺可能な箔によって封止されている。

このようにして、単回使用カプセルは不浸透的に封止され得て、単回使用カプセル内の開口部は、単回使用カプセルが本発明の文脈に記載された収容装置に挿入されるときにのみに提供され得る。このようにして、単回使用カプセルは汚染されていないことが保証される。例えば、カプセル本体は、入口側及び出口側に開口部を有する射出成形部品又は深絞り部品であり得る。これらの開口部は、穿孔可能な箔でそれぞれ封止され得る。前記開口部は、開口部の上部に箔を付着させる（即ち、接着、超音波溶接させる）ための支柱などの、箔用の支持構造をさらに備え得る。

本発明の例示的な実施形態により、カプセル本体は、プラスチック、バイオプラスチック、配向又は非配向合成繊維、天然材料、セルロース、アルミニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される材料で作製される。

本発明の文脈において、「バイオプラスチック」という用語は、植物性油脂、コーンスターチ又は微生物群などの再生可能バイオマス源に由来するプラスチックを示す。バイオプラスチックは、農業副産物から、使用済みプラスチックボトル及び他の容器からも、微生物を使用して作製することができる。生分解性バイオプラスチックは、これらの構造に応じて、嫌気性又は好気性環境のいずれかで分解し得る。バイオプラスチックの例は、デンプン系プラスチック、セルロース系プラスチック、ポリ乳酸、ポリ−３−ヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリアミド１１又はバイオ由来ポリエチレンである。

本発明の例示的な実施形態により、単回使用カプセルは、第１空洞内及び／又は第１空洞と入口側との間及び／又は第１空洞と出口側との間に、少なくとも１つの酸及び／又は少なくとも１つの酸塩を含む酸組成物をさらに含む。

酸組成物は、入口側とイオン交換材料の間、又はイオン交換体と出口側との間、好ましくはイオン交換体と出口側との間に配置される層として提供され得る。カプセル本体内にフラットシート膜フィルタが配置されている場合、酸組成物は、第１空洞とフラットシート膜フィルタとの間、入口側とフラットシート膜フィルタとの間、又は出口側とフラットシート膜フィルタとの間に設けられ得る。又は、酸組成物は、第１空洞内に位置され得る、及び／又はイオン交換要素と混合され得る。

一実施形態により、酸組成物は、アスコルビン酸、クエン酸、フマル酸、マレイン酸、リンゴ酸、酒石酸及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの酸を含むことができる。加えて又は若しくは、酸組成物は、少なくとも１つの酸塩、好ましくはＣｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−又はＨ_２ＰＯ_４ ⁻を含むことができる。好ましい実施形態により、酸組成物は、クエン酸及び／又はリンゴ酸を含む。

本発明の例示的な実施形態により、酸組成物は固体形態である。例えば、酸組成物は、粉末、細粒、フレーク又は錠剤の形態であり得る。当業者は、本発明のカプセルのサイズ及び酸組成物の所望の溶解プロフィールに従って固体形態を選択する。

本発明のさらなる例示的な実施形態により、本発明のカプセルは、不浸透性の穿刺可能な袋を備え、酸組成物は液体の形態で提供され、不浸透性の穿刺可能な袋によって包囲されている。このようにして、単回使用カプセルが飲料分配装置に挿入されると、不浸透性の穿刺可能な袋は、液体酸組成物がカプセル本体を流過する水中に放出されるように、飲料分配装置によって穿刺される。

一実施形態により、液体酸組成物は、少なくとも１つの酸及び／又は少なくとも１つの酸塩並びに水を含む。液体酸組成物は、液体塩組成物の全重量に対して、１〜９５重量％塩組成物、好ましくは１０〜９０重量％、より好ましくは２０〜８５重量％、最も好ましくは３０〜８０重量％の固体含有率を有し得る。

さらなる例示的な実施形態により、カプセルは、第１空洞と出口側との間に第２空洞をさらに備え、第２空洞は飲料ベースを含む。第１空洞と出口側との間にフラットシート膜フィルタが存在する場合、第２空洞は、好ましくは、フラットシート膜フィルタと出口側との間に存在する。

飲料ベースは、エスプレッソ、コーヒー、紅茶、可溶性飲料粉末、液体飲料濃縮物、無機塩、微量元素、ビタミン、アミノ酸、植物抽出物、ハーブ抽出物、葉酸、香味料及びこれらの混合物からなる群より選択され得る。

可溶性飲料粉末の例は、インスタントコーヒー、インスタント紅茶、即席スープ、粉末ミルク、ココア飲料粉末、レモネード粉末、フレーバー飲料混合粉末、ハーブ粉末、フルーツ粉末、スパイス粉末、タンパク質粉末、スポーツ飲料粉末、凍結乾燥フルーツ粉末、凍結乾燥野菜粉末、スムージー粉末又はビタミン粉末である。液体飲料濃縮物の例は、コーヒー濃縮物、紅茶濃縮物、フレーバーエマルジョン、フルーツシロップ、ハーブシロップ、スパイスシロップ、レモネード濃縮物、フレーバードリンク濃縮物又はビタミン濃縮物である。

本発明の意味における「無機塩」は、健全な成長及び維持のために生体が摂取又は吸収する必要のある無機塩である。無機塩は、好ましくはアルカリ又はアルカリ土類塩、石灰石、石灰、ドロマイト、粘土鉱物、天然ゼオライト及びこれらの混合物からなる群から選択され得る。特に、飲料水、湧水、地下水又はミネラルウォーター中に見出され得る全ての無機塩が使用され得る。アルカリ又はアルカリ土類塩の例は、ナトリウム、カリウム、マグネシウム及びカルシウムの塩であり、好ましくはアルカリ又はアルカリ土類の塩は、塩化カリウム、炭酸水素カリウム、硫酸カリウム、クエン酸カリウム、塩化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硫酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、グルコン酸マグネシウム、グルコン酸乳酸マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、クエン酸カルシウム、乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、グルコン酸乳酸カルシウム及びこれらの混合物からなる群から選択される。微量元素の例は、リチウム、セレン、亜鉛、鉄、ホスフェート、ヨウ素又はモリブデンである。ビタミンの例は、ビタミンＡ、ベータカロチン、ビタミンＢ１、ビタミンＢ２、ビタミンＢ３、ビタミンＢ５、ビタミンＢ６、ビタミンＢ１２、ビオチン、ビタミンＣ、ビタミンＤ、ビタミンＥ又はビタミンＫである。しかし、本発明が上記の飲料ベース材料に限定されないことは明らかである。

本発明の例示的な実施形態により、カプセル本体は、５ｍｌ〜５０ｍｌ、好ましくは８ｍｌ〜４０ｍｌ、最も好ましくは１０ｍｌ〜２５ｍｌの容積を有する。

このようにして、単回使用カプセル、即ち１回の使用の間に水を濾過するために使用すべき又はその間でのみ使用できるカプセルが提供される。上述のように、これにより単回使用カプセル内での細菌の増殖が防止される。

本発明の第２の態様は、本発明の文脈で記載される単回使用カプセルを収容するための収容装置に関する。収容装置は、本発明の文脈で説明される単回使用カプセルを備える。さらに収容装置は、水を処理するために単回使用カプセルを通じて水を誘導するように構成されている。

収容装置は、例えば水栓、コーヒーマシン、自動販売機又はウォーターディスペンサに設置され得る。このようにして、これらの装置は、細菌で汚染され得るフィルタカートリッジを装着する必要はない。

本発明の例示的な実施形態により、収容装置は、単回使用カプセルを通る水流を１５０ｌ／ｈ未満、好ましくは１００ｌ／ｈ、より好ましくは４０ｌ／ｈ未満に制限するように構成された流量制限装置をさらに備える。

このようにして、最適な処理容量を提供するために、単回使用カプセルを通る水流は確実に十分に少なくされている。

本発明の例示的な実施形態により、収容装置は、送水管の水が収容装置内の単回使用カプセルを流過するように、送水管に、好ましくは水栓に取り付けられるように構成される。

このようにして、処理水を放出するように水栓を構成することができる。さらに単回使用カプセルは、収容装置にて容易に交換することができる。

本発明のさらなる態様は、本発明の文脈で記載される単回使用カプセルを収容するための収容装置を含む飲料分配装置に関する。収容装置は、本発明の文脈で記載した単回使用カプセルを備える。さらに収容装置は、水を処理するために単回使用カプセルを通じて水を誘導するように構成されている。

本発明の例示的な実施形態により、飲料分配装置は、第２カプセルを収容するように構成された第２収容装置をさらに備える。第２カプセルは、コーヒー、エスプレッソ、紅茶、レモネードなどの飲料ベースを含む。

このようにして、飲料ディスペンサは、２つの異なるカプセルである、本出願の文脈で記載されるような第１単回使用カプセル及び本出願の文脈で記載される飲料ベースを含む第２カプセルを同時に収容するように構成され得る。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明らかとなり、解明される。

本発明の例示的な実施形態による単回使用カプセルを示す。 本発明の例示的な実施形態による単回使用カプセルを示す。 本発明の例示的な実施形態による単回使用カプセルを示す。 本発明のさらなる例示的な実施形態による単回使用カプセルを示す。 本発明のさらなる例示的な実施形態による単回使用カプセルを示す。 本発明のさらなる例示的な実施形態による単回使用カプセルを示す。 本発明のさらなる例示的な実施形態による単回使用カプセルを示す。 本発明のさらなる例示的な実施形態による単回使用カプセルを示す。 本発明のさらなる例示的な実施形態による単回使用カプセルを示す。 本発明のさらなる例示的な実施形態による収容装置を示す。 本発明のさらなる例示的な実施形態による収容装置を示す。 本発明のさらなる例示的な実施形態による飲料ディスペンサを示す。

これらの図は必ずしも縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。さらに、同じ参照符号が異なる図で使用される場合、該参照符号は同じ又は類似の要素を示し得る。しかし、同じ又は類似の要素は、異なる参照符号でも示され得る。

図面の詳細な説明
図１Ａ及び図１Ｂはそれぞれ、本発明の例示的な実施形態による水処理用単回使用カプセルを示す。単回使用カプセル１００は、入口側１０２及び出口側１０３を画成するカプセル本体１０１を備える。さらに単回使用カプセル１００は、カプセル本体１０１内に位置し、イオン交換要素を含む第１空洞１０４を備える。単回使用カプセルは、フラットシート膜フィルタ１０５をさらに含む。フラットシート膜フィルタ１０５は、カプセル本体１０１を流過する水から細菌を除去するように構成されている。図１Ａでは、フラットシート膜フィルタが第１空洞１０４と入口側１０２との間に配置され、図１Ｂでは、フラットシート膜フィルタ１０５が第１空洞１０４と出口側１０３との間に配置されることが示されている。

言い換えれば、単回使用カプセル１００は、カプセル本体１０１内に層状構造を有し、図１Ａの例示的な実施形態により、上部層はフラットシート膜フィルタ１０５によって構成され、下部層は第１空洞１０４をイオン交換要素と共に含むが、図１Ｂの例示的な実施形態により、上部層は第１空洞１０４を含み、下部層はフラットシート膜フィルタ１０５を含む。これらの層は、入口側１０２から出口側１０３への水流全体に対して垂直に配置され得る。図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂの例示的な実施形態において、カプセル本体１０１は円錐台の形状を有し、入口側１０２は円錐台の底面によって画成され、出口側１０３は円錐台の上面によって画成される。これらの例示的な実施形態は、円錐台形状のカプセル本体を示しているが、他の形状、例えば円筒、円錐台、角錐台などの任意の回転対称体も可能である。このため、カプセル本体１０１の底面及び上面は、楕円形、正方形又は多角形などの非円形形状も有し得る。カプセル本体１０１は、プラスチック、バイオプラスチック、配向又は非配向合成繊維、セルロースなどの天然材料及びこれらの混合物からなる群から選択される材料で作製され得る。カプセル本体１０１の容積は、５ｍｌ〜５０ｍｌ、好ましくは８ｍｌ〜４０ｍｌ、最も好ましくは１０ｍｌ〜２５ｍｌであり得る。単回使用カプセル１００は、水５リットル未満のみ、好ましくは水４リットル未満のみ、より好ましくは水３リットル未満のみ、最も好ましくは水２リットル未満のみを処理するように構成され得る。さらに、単回使用カプセル１００は、銀が水中に放出されないように、銀、銀合金又は銀化合物を含まなくてよい。カプセル本体１０１の入口側１０２及び／又は出口側１０３は、図２の例示的な実施形態に示すように追加のフィルタ層を設ける必要がないように、５００μｍ未満、好ましくは２００μｍ未満の開口部を画成し得る。

第１空洞は、３ｍｌ〜４８ｍｌ、好ましくは４ｍｌ〜３０ｍｌ、最も好ましくは５ｍｌ〜２０ｍｌの容積を有し得る。フラットシート膜フィルタ１０５は、限外濾過であり得て、０．２μｍ以下の孔径を有し得る。さらにフラットシート膜フィルタ１０５は、２ｍｍ未満、好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍの厚さを有し得る。フラットシート膜フィルタ１０５は、単回使用カプセル１００内の細菌バリアとして作用する。イオン交換材料は、弱酸及び／又は強酸カチオン交換材料を含み得る。

図２は、本発明のさらなる例示的な実施形態による単回使用カプセル１００を示す。単回使用カプセル１００は、図１Ａ及び図１Ｂに示す単回使用カプセルに加えて、第１フィルタ層１０６及び第２フィルタ層１０７を備える。第１フィルタ層１０６は入口側１０２と第１空洞１０４との間に配置され、第２フィルタ層１０７は出口側１０３と第１空洞との間に配置される。この例示的な実施形態により、フラットシート膜フィルタは、第１空洞１０４と第２フィルタ層１０７との間に配置される。しかし、フラットシート膜フィルタは、他の位置、例えば第１フィルタ層１０６と第１空洞１０４との間、入口側１０２と第１フィルタ層１０６との間及び／又は第２フィルタ層１０７と出口側１０３との間にも配置され得る。第１フィルタ層及び／又は第２フィルタ層は、繊維材料を含み得る。繊維材料は、０．５μｍ〜２００μｍ、好ましくは１０μｍ〜１５０μｍ、最も好ましくは５０μｍ〜１００μｍの孔径を有し得る。若しくは又は加えて、第１フィルタ層又は及び／又は第２フィルタ層の繊維材料は、１０ｇ／ｍ^２〜１００ｇ／ｍ^２、好ましくは２０ｇ／ｍ^２〜８０ｇ／ｍ^２、最も好ましくは３０ｇ／ｍ^２及び５０ｇ／ｍ^２の比重を有し得る。加えて又は若しくは、第１フィルタ層及び／又は第２フィルタ層は、５ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満の厚さを有し得る。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明のさらなる例示的な実施形態による単回使用カプセル１００を示す。単回使用カプセル１００は、イオン交換要素を有する第１空洞１０４、フラットシート膜フィルタ１０５、第１フィルタ層１０６及び第２フィルタ層１０７並びに活性炭要素１０８を含む。図３Ａの例示的な実施形態により、活性炭要素１０８は、第１フィルタ層１０６と第１空洞１０４との間に配置される。フラットシート膜フィルタ１０５は、第１空洞１０４と第２フィルタ層１０７との間に配置される。入口側１０２から出口側１０３を見ると、活性炭要素１０８は第１フィルタ層１０６の後ろに配置され、第１空洞１０４は活性炭要素１０８の後ろに配置され、フラットシート膜フィルタ１０５は第１空洞１０４の後ろに配置され、第２フィルタ層１０７はフラットシート膜フィルタ１０５の後ろに配置されている。図３Ｂの例示的な実施形態により、フラットシート膜フィルタ１０５は、第１空洞１０４と第２フィルタ層１０７との間に配置され、活性炭要素１０８は第１空洞１０４とフラットシート膜フィルタとの間に配置されている。入口側１０２から出口側１０３を見ると、第１空洞１０４は第１フィルタ層１０６の後ろに配置され、活性炭要素１０８は第１空洞１０４の後ろに配置され、フラットシート膜フィルタ１０５は活性炭要素１０８の後ろに配置され、第２フィルタ層１０７はフラットシート膜フィルタ１０５の後に配置されている。しかし、各種の層１０４、１０５、１０６、１０７、１０８の他の配置も可能である。さらに、単回使用カプセル１００は、第１フィルタ層１０６及び第２フィルタ層１０７を備え得ない、又は第１フィルタ層１０６及び第２フィルタ層１０７のうちの一方だけを備え得る。例えば、入口側１０２及び／又は出口側１０３は、フィルタ層を有する代わりに、図１Ａ及び図１Ｂの文脈で記載したように、５００μｍ未満、好ましくは２００μｍ未満の開口部を備え得る。

図４Ａ及び図４Ｂに、本発明のさらなる例示的な実施形態による単回使用カプセル１００を示す。図４Ａ及び図４Ｂに示す単回使用カプセル１００はそれぞれ、第１空洞１０４、フラットシート膜フィルタ１０５及び酸組成物１０９を含む。これらの例示的な実施形態により、酸塩組成物１０９は、カプセル本体１０１内に層として配置されている。しかし、酸組成物１０９は、第１空洞１０４内に位置してもよく、及び／又はイオン交換要素と混合されてもよい。酸組成物は代案として、イオン交換体を含有する第１空洞１０４の前に位置し得る。酸組成物は、アスコルビン酸、クエン酸、フマル酸、マレイン酸、リンゴ酸、酒石酸及びこれらの混合物を含み得る。カプセルは、固体酸組成物粒子をカプセル内に保持するために、フリース１１０をさらに含み得る。図４Ｂに示す単回使用カプセルは、酸組成物層１０９がフラットシート膜フィルタ１０５と第１空洞１０４との間に配置されている実施形態を示す。図４Ａ及び図４Ｂに示す例示的な実施形態では、酸組成物１０９は固体形態で提供される。しかし、酸組成物は液体形態で提供されてもよく、例えば穿刺可能な袋内に配置されてもよい。

図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ、別の例示的な実施形態による単回使用カプセル１００を示し、単回使用カプセル１００は、単回使用カプセルを通る水流を１５０ｌ／ｈ未満、好ましくは１００ｌ／ｈ未満、最も好ましくは４０ｌ／ｈ未満に制限するように構成された流量制限構造１１１をさらに備える。流量制限構造１１１はスロットルであり得る。図５Ａでは流量制限構造１１１が入口側１０２に配置され、図５Ｂでは流量制限構造１１１が出口側１０３に配置されていることが示されている。

図６Ａ及び６Ｂには、例示的な実施形態による収容装置７００がそれぞれ示されている。収容装置７００は、単回使用カプセル１００を収容し、水処理用単回使用カプセル１００を通じて水を誘導するように構成されている。図６Ａにおいて、収容装置７００が水栓７０１の端部に設置されていることが示されている。受信デバイスはさらに、流量制限装置７０５を備える。図６Ｂでは、収容装置７００が飲料分配装置７０２、例えばコーヒーマシンに設けられていることが示されている。飲料分配装置７０２は、飲料を調製するために処理水７０４が供給されるように、水７０３を収容装置７００に誘導するように構成されてもよい。

図７は、本発明のさらなる例示的な実施形態による飲料ディスペンサ７１０を示す。飲料分配装置７１０は、水処理用単回使用カプセル１００を収容するように構成された第１収容装置７００を含む。さらに、飲料分配装置は、第２カプセル７１２を収容するように構成された第２収容装置７１１を含む。第２カプセルは、例えばコーヒー、紅茶、レモネードなどの飲料ベースを含む。第１収容装置７００及び第２収容装置７１１は、水７１３が最初に第１の収容装置７００及び第１カプセル１００を流過し、次に第２収容装置７１１及び第２カプセル７１２を通過するように配置されている。第１カプセル７００は、（例えば精製、脱炭素及び／又は軟化された）処理水７１４が供給されるように、入来水７１３を処理する。第２カプセル７１２は、飲料７１５が飲料分配装置７１０によって供給されるように、処理水７１４に飲料ベースを添加する。

本発明は、図面及び上述の説明において詳細に例証及び説明されているが、このような図面及び説明は、例証的又は例示的であって限定的ではないとみなされるものである。したがって、本発明は開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形は、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求された発明を実施する際に当業者によって理解及び達成され得る。

特許請求の範囲において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外しない。ある手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

１．測定方法
以下では、実施例で行った測定方法について説明する。

水硬度
Ｔｅｔｒａ ＧＨ／ＴＨ Ｔｅｓｔｋｉｔ（Ｔｅｔｒａ ＧｍｂＨ、ドイツ）を用いて、供給水の炭酸塩の硬度（アルカリ度）及び全硬度並びに処理水の炭酸塩の硬度を室温にて測定した。

ｐＨ
供給水及び処理水のｐＨ値は、Ｇｒｅｉｓｉｎｇｅｒ ｐＨ Ｍｅｔｅｒ ＧＰＨ １１４及び電極ＧＥ １１４（ＧＨＭ Ｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ、ドイツ）を使用して室温にて測定した。

導電率
供給水及び処理水の導電率は、Ｇｅｉｓｉｎｇｅｒ伝導度計ＧＬＦ １００（ＧＨＭ Ｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ、ドイツ）を使用して室温にて測定した。

２．材料
カプセル１
円筒状カプセルの寸法：内径：２５ｍｍ；外径：３０ｍｍ、高さ：３０ｍｍ。

イオン交換要素材料：架橋ポリアクリレート（Ｌｅｗａｔｉｔ（Ｒ）Ｓ８２２７、ＬａｎＸｅｓｓ ＡＧ、ドイツ）をベースとするＨ^＋形の弱酸カチオン交換体。

イオン交換要素体積：１０ｍｌ。

カプセル本体材料：ポリエチレン（ＰＥ）。

カプセルの入口及び出口に、ＰＥフリース（Ｖｉｌｅｄｏｎ、Ｆｒｅｕｄｅｎｂｅｒｇ ＡＧ、ドイツ）を設置し、限外濾過膜（Ｓａｒｔｏｒｉｕｓセルロースアセテート膜型１１１、直径２５ｍｍ、孔径０．２μｍ、Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ ＡＧ、ドイツ）を入口フリースとイオン交換要素との間に設置した。

カプセル２
円筒状カプセルの寸法：内径：２０ｍｍ；外径：２５ｍｍ；高さ：５０ｍｍ。

イオン交換要素材料：架橋ポリアクリレート（Ｌｅｗａｔｉｔ（Ｒ）Ｓ８２２７、ＬａｎＸｅｓｓ ＡＧ、ドイツ）をベースとするＨ^＋形の弱酸カチオン交換体。

イオン交換要素体積：１５ｍｌ。

カプセル本体材料：ポリエチレン（ＰＥ）。

カプセルの入口及び出口にＰＥフリース（Ｖｉｌｅｄｏｎ、Ｆｒｅｕｄｅｎｂｅｒｇ ＡＧ、ドイツ）を設置し、限外濾過膜（Ｓａｒｔｏｒｉｕｓセルロースアセテート膜型１１１、直径２０ｍｍ、孔径０．２μｍ、Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ ＡＧ、ドイツ）を入口フリースとイオン交換要素との間に設置した。

カプセル３
円筒状カプセルの寸法：内径：２０ｍｍ；外径：２５ｍｍ；高さ：５０ｍｍ。

イオン交換要素材料：架橋ポリアクリレート（Ｌｅｗａｔｉｔ（Ｒ）Ｓ８２２７、ＬａｎＸｅｓｓ ＡＧ、ドイツ）をベースとするＨ^＋形の弱酸カチオン交換体。

イオン交換要素体積：１５ｍｌ。

カプセル本体材料：ポリエチレン（ＰＥ）。

カプセルの入口及び出口にＰＥフリース（Ｖｉｌｅｄｏｎ、Ｆｒｅｕｄｅｎｂｅｒｇ ＡＧ、ドイツ）を設置し、限外濾過膜（Ｓａｒｔｏｒｉｕｓセルロースアセテート膜型１１１、直径２０ｍｍ、孔径０．２μｍ、Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ ＡＧ、ドイツ）を入口フリースとイオン交換要素との間に設置した。さらに、アスコルビン酸０．５ｇを含有する層を、イオン交換要素とカプセル出口のフリースとの間に設置した。

供給水１
導電率：３８５μＳ／ｃｍ
ｐＨ：７．５
炭酸塩の硬度：１１°ｄＫＨ、１．９６ｍｍｏｌ／ｌ。

全硬度：１３°ｄＨ；２．３２ｍｍｏｌ／ｌ。

供給水２
導電率：６４４μＳ／ｃｍ
ｐＨ：７．５
全硬度：１７°ｄＨ；３．０３ｍｍｏｌ／ｌ。

３．実施例
［実施例１］
円筒状アダプタの形状の収容装置を（エアレーターの代わりに）水栓の内ねじに取り付け、カプセル１を装着した。流入する水の全量がカプセルを流過するように、フラット・シール・リングを使用してカプセル壁をアダプタ内で封止した。供給水１の２ｌの全水体積を０．４ｍｌ〜０．５ｌ／分（２４〜３０ｌ／ｈ）の水量流量にて５０ｍｌ分量でカプセルに通過させた。水５０ｍｌの各分量の後に、処理水量の炭酸塩の硬度（アルカリ度）、ｐＨ及び導電率を測定した。結果を下の表１にまとめる。

上記の表１に示すように、処理水のｐＨ値は当初６．５であり、全供給水量２リットルがカプセルを通過した後に７．０に変化した。この試験手順を２０回反復した（処理水４０リットル）。各リットルをケトルで１００℃まで加熱した。並行して、４０ｌの供給水１を第２のケトルで沸騰させた。続いて、石灰沈殿物を１リットルの希塩酸で溶解させ、ＩＣＰ（結合アルゴンプラズマ）分析によりカルシウム濃度及びマグネシウム濃度を検出することにより、両方のケトルにおいて石灰沈殿物を測定した。処理水を供給したケトルにて、約９０％少ない石灰が沈殿したことが判明した。したがって、本発明のカプセルは、効率的な石灰スケール防止を提供することができる。

［実施例２］
円筒状アダプタの形状の収容装置を（エアレーターの代わりに）水栓の内ねじに取り付け、カプセル２を装着した。流入する水の全量がカプセルを流過するように、フラット・シール・リングを使用してカプセル壁をアダプタ内で封止した。供給水１の２ｌの全水量を０．３ｌ／分（１８ｌ／ｈ）の水量流量にて１０００ｍｌ分量でカプセルに通過させ、ｐＨ、導電率及び炭酸塩の硬度を処理水の第１のリットル及び第２のリットルにて測定した。

上記の表２に示すように、処理水のｐＨ値は当初６．６であり、全供給水量２ｌがカプセルを通過した後に６．８に変化した。

［実施例３］
円筒状アダプタの形状の収容装置を（エアレーターの代わりに）水栓の内ねじに取り付け、カプセル３を装着した。流入する水の全量がカプセルを流過するように、フラット・シール・リングを使用してカプセル壁をアダプタ内で封止した。供給水２の５ｌの全水体積を０．３ｌ／分（１８ｌ／ｈ）の水量流量にて１０００ｍｌ分量でカプセルに通過させた。水１０００ｍｌの各分量の後に、処理水量のｐＨ及び導電率を測定した。結果を下の表３にまとめる。

上記の表３に示すように、処理水のｐＨ値は当初５．９であり、全供給水量５ｌがカプセルを通過した後に６．８に変化した。このため、カプセル内に酸を含む層を配置することにより、石灰スケール防止の有効性をさらに向上させることができ、また、本発明のカプセルは、より大きい水量について効率的な石灰スケール防止を提供することができる。

Claims (17)

1. 水処理のための単回使用カプセル（１００）であって、
   入口側（１０２）及び出口側（１０３）を画成するカプセル本体（１０１）、並びに
   前記カプセル本体内に位置する第１空洞（１０４）を備え、
   前記第１空洞がイオン交換要素を含み、
   前記単回使用カプセルが、カプセル本体内に配置されたフラットシート膜フィルタ（１０５）を含み、
   前記フラットシート膜フィルタが、０．２μｍ以下の孔径を有し、並びに
   前記イオン交換要素が、弱酸及び／又は強酸カチオン交換材料であって、１００％水素形態であるものを含む、
   単回使用カプセル。
2. 前記単回使用カプセルが、水５リットル未満のみ、好ましくは水４リットル未満、より好ましくは水３リットル未満のみ、最も好ましくは水２リットル未満のみを処理するように構成されている、請求項１に記載の単回使用カプセル。
3. 前記フラットシート膜フィルタが、限外濾過フラットシート膜フィルタである、請求項１に記載の単回使用カプセル。
4. 前記フラットシート膜フィルタが、２ｍｍ未満、好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍの厚さを有する、請求項１又は３に記載の単回使用カプセル。
5. 前記第１空洞が、３ｍｌ〜４８ｍｌ、好ましくは４ｍｌ〜３０ｍｌ、最も好ましくは５ｍｌ〜２０ｍｌの容積を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の単回使用カプセル。
6. 前記第１空洞と前記入口側との間に配置された第１フィルタ層（１０６）、及び／又は
   前記第１空洞と前記出口側との間に配置された第２フィルタ層（１０７）を備える、請求項１〜５のいずれかに記載の単回使用カプセル。
7. 前記第１フィルタ層及び／若しくは前記第２フィルタ層が、繊維材料を含み、
   前記第１フィルタ層及び／若しくは前記第２フィルタ層の前記繊維質材料が、０．５μｍ〜２００μｍ、好ましくは１０〜１５０μｍ及び最も好ましくは５０〜１００μｍの孔径を有し、並びに／又は
   前記第１フィルタ層及び／若しくは前記第２フィルタ層の前記繊維材料が、１０ｇ／ｍ^２〜１００ｇ／ｍ^２、好ましくは２０ｇ／ｍ^２〜８０ｇ／ｍ^２及び最も好ましくは３０ｇ／ｍ^２〜５０ｇ／ｍ^２の比重を有し、並びに／又は
   前記第１フィルタ層及び／若しくは前記第２フィルタ層が、５ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満の厚さを有する、請求項６に記載の単回使用カプセル。
8. 前記イオン交換要素が、１００％水素形態である弱酸カチオン交換材料を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の単回使用カプセル。
9. 前記単回使用カプセルを通る水流を１５０ｌ／ｈ未満、好ましくは１００ｌ／ｈ未満及び最も好ましくは４０ｌ／ｈ未満に制限するための流量制限構造（１１１）をさらに備える、請求項１〜８のいずれかに記載の単回使用カプセル。
10. 前記カプセル本体内に位置する活性炭要素（１０８）をさらに含む、請求項１〜９のいずれかに記載の単回使用カプセル。
11. 前記単回使用カプセルが銀、銀合金又は銀化合物を含まない、請求項１〜１０のいずれかに記載の単回使用カプセル。
12. 前記カプセル本体が、プラスチック、バイオプラスチック、配向又は非配向合成繊維、天然材料、アルミニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される材料で作製される、請求項１〜１１のいずれかに記載の単回使用カプセル。
13. 前記カプセルが、前記第１空洞内及び／又は前記第１空洞と前記入口側との間及び／又は前記第１空洞と前記出口側との間に、少なくとも１つの酸及び／又は少なくとも１つの酸塩を含む酸組成物をさらに含み、好ましくは、前記酸が、アスコルビン酸、クエン酸、フマル酸、マレイン酸、リンゴ酸、酒石酸及びこれらの混合物からなる群から選択され、並びに／又は前記酸塩が、Ｃｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−、Ｈ_２ＰＯ_４ ⁻である、請求項１〜１２に記載の単回使用カプセル。
14. 前記カプセル本体が、５ｍｌ〜５０ｍｌ、好ましくは８ｍｌ〜４０ｍｌ及び最も好ましくは１０ｍｌ〜２５ｍｌの容積を有する、請求項１〜１３のいずれかに記載の単回使用カプセル。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の単回使用カプセルを収容するための収容装置（７００）であって、
    請求項１〜１４のいずれかに記載の単回使用カプセル（１００）を備え、
    前記水処理用単回使用カプセルを通じて水を誘導するように構成されている、収容装置。
16. 前記単回使用カプセルを通る水流を１５０ｌ／ｈ未満、好ましくは１００ｌ／ｈ未満及び最も好ましくは４０ｌ／ｈ未満に制限するように構成された流量制限装置（７０５）をさらに備える、請求項１５に記載の収容装置。
17. 前記収容装置が、送水管（７０１）の水が前記収容装置内の単回使用カプセルを流過するように、送水管に、好ましくは水栓に取り付けられるように構成されている、請求項１５又は１６に記載の収容装置。

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