JP2008279450A - 浄水器用カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で、粒状濾過層の有効利用可能とする。
【解決手段】本体容器１の内壁面１ａとの間に間隙１ｂを形成し、粒状濾過材７を保持する外部スペーサ９が設けられている。原水は、入水部３より供給され、目皿５を通った後、粒状濾過材７の中を通過する。外部スペーサ入口部９ｇまで通過してきた水は、粒状濾過材７の粒径及び外部スペーサ入口部９ｇ開口面積に起因する圧力抵抗によって、外部スペーサ９内の粒状濾過材７を流れる内層流１０と外部スペーサ９と本体容器１との間に設けられた間隙１ｂを通過した後、再び外部スペーサ９内の粒状濾過材７を流れる外層流１１に分流される。分流された内層流１０と外層流１１は、本体容器１の同心中央部に設けられた集水管８を通過した後、中空糸膜モジュール６を通過し、浄化された濾過水が出水部４から得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水道水やその他の原水中に含まれる塩素や臭気原因物質、有害物質等を除去することにより、おいしく安全な水を供給するための浄水器用カートリッジに関するものである。

安全な水を供給するために、水道水には殺菌用の塩素添加が義務付けられている。そのために、水道水が雑菌により汚染される懸念は少ないものの、カルキ臭により水の味は損なわれてしまう。また、この塩素と水道水中に含まれるフミン質などの有機物質と反応することにより、発ガン性を有するトリハロメタンが水道水中に生成されることも確認されている。そして、近年の河川、湖沼の汚染等により、これらを原水とする水道水中には、２―メチルイソボルネオールのようなカビ臭原因物質が微量成分として含まれていることも確認されている。

また水道水の配水に使用される配管に鉛管が使用されている場合、水道水の滞留、ｐＨ等により鉛管より溶解性の鉛が溶出し、この鉛を摂取した場合、人の健康を害することが分かってきた。これらの水の味を損ねる物質、有機物質及び有害物質等を除去するための浄水器が広く使用されている（例えば、特許文献１参照）。

また、この他にも、多様な形態の浄水器が使用されている。

図７は、従来の浄水器用カートリッジの断面図である。原水は、図中矢印に示すように、入水部１０３より供給され、粒状濾過材１０７が入水部１０３側に移動するのを防止するための部材であり、水は通過させるが粒状濾過材１０７は通過させないように構成された目皿１０５を通った後、粒状濾過材１０７の中を通過する。その後、粒状濾過材１０７の圧力損失によって、水は集水管１０８の根元部１０８ａ付近を通過、中空糸膜モジュール１０６を通過した後、浄化された濾過水が出水部１０４から得られる。

図８は、従来の浄水器用カートリッジの別の例を示す断面図である。このカートリッジは、中子上蓋２１６に中空糸膜モジュール２０６、プレフィルタ２１７を取りつけ、その間に粒状濾過材２０７を詰め中子下蓋２１８によって密封されたものを、上蓋２１５に取り付け、本体容器２０１によって密封されている。原水は、入水部２０３より供給され、プレフィルタ２１７と本体容器２０１の間に設けられた隙間を通過した後、プレフィルタ２１７の内側に配置した中空糸膜モジュール２０６方向に向かって流れ、浄化された濾過水が出水部２０４から得られる。

図９は、従来の浄水器用カートリッジのもう一つ別の例を示す断面図である。このカートリッジは、外部スペーサ３０９に集水管３０８を取り付け、その間に粒状濾過材３０７を詰め濾過材押さえ板３２０を入れ、さらに不織布３２２を入れた後、外部スペーサ蓋３２１によって密封したものに、中空糸膜モジュール３０６を取り付け、これらを本体容器３０１に挿入し、底蓋３０２を装着したものからなっている。原水は、入水部３０３より供給され、外部スペーサ３０９の下部より、底蓋３０２と外部スペーサ３０９の間に設けられた隙間を通過した後、外部スペーサ３０９側面周辺部より、粒状濾過材３０７、集水管３０８を通過し、浄化された濾過水が出水部３０４から得られる。
特開２００１−３５３４８６号公報

しかしながら、図７に示した従来例では、集水管１０８の根元部１０８ａ付近の粒状濾過材１０７まで圧力損失によって水が通過しづらく、粒状濾過材１０７を満遍なく有効利用することができず、目的とする除去性能が得られなかったり、不必要にカートリッジ形状が大きくなったりする不具合が生じる。

また、図８に示した従来例では、中空糸膜モジュール根元部２１９付近の粒状濾過材２０７は有効に利用されることが無く、目的とする除去性能を得るための粒状濾過材２０７を不必要に使用しなければならず、工業生産的に不利である。不必要である中空糸膜モジュール根元部２１９付近の粒状濾過材７を無くしてしまうと、この個所に集中して水が流れ、いわゆるショートパス現象を引き起こし、目的とする除去性能が得られない。そして、この構造に起因して、プレフィルタ２１７の内側に配置した中空糸膜モジュール２０６との距離を均一にすることは極めて困難であるため、ここでもショートパス現象により粒状濾過材２０７を有効に利用することができない。また、構造が複雑であるため、製造工数及び部材点数が多くコストがかかり工業生産的に不利である。

また、図９に示した従来例においても、集水管根元部３０８ａ付近の粒状濾過材３０７は有効に利用されることが無く、目的とする除去性能を得るための粒状濾過材３０７を不必要に使用しなければならず、工業生産的に不利である。この集水管根元部３０８ａ付近の粒状濾過材３０７を極力有効に利用するために、濾過材押さえ板３２０及び粒状濾過材３０７のばらつきを吸収するための不織布２２を入れることでばらつき防止を図っているが、構造が複雑であるため、製造工数及び部材点数が多くコストがかかり工業生産的に不利である。

また、粒状の濾過材を使用した浄水器の場合、浄水器用カートリッジのコンパクト化及び除去性能の向上の要求により、高除去性能の物が望まれており、そのため比表面積の大きい、水との接触時間が長い、粒径の小さな濾過材が使用されてきている。

しかしながら、高除去性能を求めるため、濾過材の粒径を小さくしていくと、水の圧力損失が増大し、流量低下を招いてしまう。流量低下を招かないためには、濾過材粒度を大きくして、量を増やす方法が挙げられるが、これでは浄水器用カートリッジが大きくなってしまう問題が生じてしまう。

また、水の流入する濾過材部の断面積を大きくとることにより、流量低下を招かない方法も挙げられるが、これでも径方向に浄水器用カートリッジが大きくなってしまう問題が生じてしまう。

本願発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、簡便な構成で、粒状濾過層の有効利用とコンパクトな浄水器用カートリッジを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の浄水器用カートリッジは、粒状の濾過材と、粒状の濾過材を内部に保持するためのスペーサを有する浄水器用カートリッジにおいて、粒状の濾過材が、略円筒形状のスペーサの側面部に沿って円筒状に保持され、スペーサが、流体を、側面部からスペーサ内に流入させ、かつスペーサの端面部からもスペーサ内に流入させる構造を有することを特徴とする。

また、本発明の浄水器用カートリッジは、スペーサが、端面部及び一の側面部からスペーサ内に流入してスペーサ内を通過した流体を、スペーサの他の側面部から流出させる構造を有するものであってもよい。

また、本発明の浄水器用カートリッジのスペーサには、スペーサの側面部に、流体は通過させるが濾過材は通過させないシートが配置されているものであってもよい。

また、本発明の浄水器用カートリッジのスペーサは、流体を、スペーサの側面部からスペーサ内に流入させるための流路と、スペーサの端面部からもスペーサ内に流入させるための流路に分流させることができる構造を有する入口部を有するものであってもよい。

本発明によると、筒状の本体容器に濾過材を配した浄水器用カートリッジにおいて、濾過材を通過する流体の流れを、少なくとも２方向以上に分流させることによって、濾過材全体を満遍なく有効利用しながら流量低下を招かない。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の浄水器用カートリッジの一実施形態を示す断面図である。

本体容器１の一端面側に浄化すべき原水の流入口である入水部３、および浄化された濾過水が排出される出水部４が設けられており、他端面側には底蓋２がＯリングでシールされて着脱可能に装着されている。

本体容器１内には、粒状濾過材７の入水部３側への移動を防止し、かつ、水は通過させるが粒状濾過材７は通過させないように構成された部材である目皿５と、本体容器１の内壁面１ａとの間に間隙１ｂを形成し、粒状濾過材７を保持する外部スペーサ９と、中空糸膜モジュール６を保持する保持容器６ａと、外部スペーサ９内の粒状濾過材７を通過した水を集水し、保持容器６ａへと流入させる集水管８とが設けられている。

図２に本実施形態の外部スペーサの側面図を、図３および図４に本体容器に装着された状態の外部スペーサ近傍の一部拡大図をそれぞれ示す。なお、図３の外部スペーサは、図２のＡ−Ａ線における断面を、また、図４は、図２のＢ−Ｂ線における断面を示している。

本体容器１への装着方向に窄まるテーパを有する略円筒形状の外部スペーサ９は、その両端にＯリングを装着可能な溝９ｃ、９ｄがそれぞれ形成されたリング部９ａ、９ｂと、このリング部９ａ、９ｂに対して一体的に形成されたシート保持部９ｆと、シート保持部９ｆに接着あるいは融着された、水は通過させるが粒状濾過材７は通過させないシート１４とを有する。

シート保持部９ｆの外径は、リング部９ａ、９ｂに比べて小さくなっており、外部スペーサ９を本体容器１に装着した際、リング部９ａ側でシート保持部９ｆの外周と本体容器１の内壁面１ａとの間に隙間Ｌａの間隙１ｂが形成され、一方、リング部９ｂ側で隙間Ｌｂの間隙１ｂが形成される。なお、隙間Ｌａ、Ｌｂは同じであってもよいし、あるいは、必要に応じて異なる値とするものであってもよい。なお、これら隙間Ｌａ、Ｌｂは本体容器１の内壁面１ａからシート保持部９ｆの外周までの距離であり、本体容器１の内壁面１ａからシート１４の表面までの距離は、図４に示すように概ねＬｃとなる。

外部スペーサ９は、本体容器１に装着される際、リング部９ｂの端部に形成されたフランジ部９ｅが本体容器１の端面１ｃに当接して位置決めされる。外部スペーサ９は、本体容器１に装着されると、リング部９ａ、９ｂが本体容器１の内壁面１ａに内接し、溝９ｃ、９ｄに取り付けられたＯリングによりリング部９ａ、９ｂと内壁面１ａとの間は密封される。

この浄水器の製造工程において、一方が開放した筒状の本体容器１の開放部側を上にし、目皿５、中空糸膜モジュール６、集水管８、外部スペーサ９を挿入した状態で、本体容器１の開放上部から粒状濾過材７を投入充填する。本体容器１の形状は必ずしも限定はされず、例えば多角柱状や円錐台状等の形状とすることも可能であるが、円筒形状とすると、耐圧性や成形性が向上し、かつ外部スペーサ９から集水管８の距離が等しく取れるのでより好ましい。

本体容器１と底蓋２との結合方法は必ずしも限定はされず、両部材に穴を開けてボルトを通して結合する方法等を用いることができるが、両部材に雄ネジ／雌ネジを形成して嵌合する方法が、部品点数を少なくできるため好ましい。何れの結合方法であっても、粒状濾過材７のネジ部噛み込みによる嵌合不良を防止するために、粒状濾過材７を投入後、その上部に不織布１２を載せた上で底蓋２を嵌合させることが好ましい。

次に、以上のような構成の本実施形態の浄水器における水の流れ方について説明する。

まず、原水は、入水部３より供給され、目皿５を通った後、粒状濾過材７の中を通過する。

その後、図５の粒状濾過材を流れる水の拡大断面図で示すように、外部スペーサ入口部９ｇまで通過してきた水は、粒状濾過材７の粒径及び外部スペーサ入口部９ｇ開口面積に起因する圧力抵抗によって、外部スペーサ９内の粒状濾過材７を流れる内層流１０と外部スペーサ９と本体容器１との間に設けられた間隙１ｂを通過した後、再び外部スペーサ９内の粒状濾過材７を流れる外層流１１に分流される。

分流された内層流１０と外層流１１は、本体容器１の同心中央部に設けられた集水管８を通過した後、中空糸膜モジュール６を通過し、浄化された濾過水が出水部４から得られる。

このように原水を、外部スペーサ入口部９ｇにて内層流１０と外層流１１に分流することにより、外部スペーサ内部の粒状濾過材７を流れる水は、外部スペーサ入口部９ｇから集水管根元部８ａの間には内層流１０が流れ、集水管８の中央部から集水管端部８ｂの間にかけては外層流１１が流れ込むことによって、粒状濾過材７は満遍なく有効利用され、水の味を損ねる物質、有機物質及び有害物質等の除去性能を高めることができる。

内層流１０と外層流１１に分流の効果は、本体容器１の配置方向には制限されず、垂直、水平及び斜め方向の何れの場合でも効果がある。また垂直方向の場合において、原水が入水部３より供給される際、原水の流れる方向が垂直上方向であっても垂直下方向の何れであっても効果がある。

原水を、外部スペーサ入口部９ｇにて内層流１０と外層流１１に分流を引き起こされるの要因の一つとして挙げられるのは、粒状濾過材７の粒径によってである。粒状濾過材７の粒径は、＃２０〜＃２００メッシュの範囲であればよく、＃３０〜＃１８０メッシュの範囲が好ましく、＃４０〜１５０メッシュの範囲がより好ましい。

本発明の浄水器に用いられる、外部スペーサ９と本体容器１との間に設けられた隙間を作るためのシート１４は、メッシュ、接着または融着した繊維状シート、不織布、フェルトなどが例示でき、望ましいのは、メッシュ、接着または融着した繊維状シート、不織布が挙げられる。

本発明の浄水器に用いられる粒状濾過材７としては、粉末状活性炭、粒状活性炭、分子吸着樹脂、ゼオライト、モレキュラーシーブ、キレート樹脂、イオン交換樹脂、亜硫酸カルシウム、コーラルサンド、麦飯石、医王石、トルマリンなどが例示でき、これらのうちの１種、あるいは２種以上を用いて使用する方法が挙げられる。望ましくは、粉末状活性炭、粒状活性炭、ゼオライト、モレキュラーシーブ、イオン交換樹脂、亜硫酸カルシウム、これらのうちの１種、あるいは２種以上を用いることで、特に望ましいのは、粉末状活性炭、粒状活性炭を用いる場合である。

この中空糸膜を使用する場合、中空糸膜モジュール６の素材としては特に制限はないが、セルロース系、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）系、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルアルコール系、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリエーテル系、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）系、ポリスルフォン系、ポリアクリロニトリル系、ポリ四弗化エチレン（ＰＴＦＥ）系、ポリカーボネイト系、ポリエステル系、ポリアミド系、芳香族ポリアミド系等の各種材料が挙げられる。望ましくは、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）系、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）を用いることができ、特に望ましくは、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）系を用いる場合である。

本発明の浄水器を構成する本体容器は、コスト、成形加工性を考慮すると、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ＰＰ樹脂、ＰＥ樹脂、ポリカーボネイト樹脂等のプラスチックで構成することが好ましい。肉厚は、耐圧性を考慮し３ｍｍ以上が好ましい。
（第２の実施形態）
図６に本実施形態の浄水器用カートリッジの側断面図を示す。

本実施形態の浄水器用カートリッジは、水の味を損ねる物質、有機物質及び有害物質等の除去性能を高める目的として、粒状濾過材７の前段に成型状濾過材１３が配置されている。なお、本実施形態の浄水器用カートリッジは、成型状濾過材１３が設けられた以外の構成は、第１の実施形態で説明した浄水器用カートリッジと同じである。よって、以下の説明では第１の実施形態と同じ符号を用いるものとする。

成型状濾過材１３は、粉末活性炭、粒状活性炭、繊維状活性炭、イオン交換繊維、ゼオライト、モレキュラーシーブ、キレート樹脂、イオン交換樹脂、亜硫酸カルシウム、コーラルサンド、麦飯石、医王石、トルマリンなどが例示でき、これらのうちの１種、あるいは２種以上を用いて成型し使用する方法が挙げられる。

望ましくは、粉末活性炭、粒状活性炭、繊維状活性炭、イオン交換繊維、ゼオライト、モレキュラーシーブ、キレート樹脂、イオン交換樹脂、亜硫酸カルシウム、これらのうちの１種、あるいは２種以上を用いて成型し使用することで、特に望ましいのは、粉末活性炭、粒状活性炭、繊維状活性炭、イオン交換繊維である。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、水は内層流１０と外層流１１とに分流され、粒状濾過材７は満遍なく有効利用され、水の味を損ねる物質、有機物質及び有害物質等の除去性能を高めることができる。

本発明に係る第１の実施形態の浄水器用カートリッジの一例を示す断面図である。 本発明に係る第１の実施形態の外部スペーサの外観図である。 本体容器への外部スペーサの装着状態を示す、浄水器用カートリッジの一部拡大図である。 本体容器とシート材との間に形成された間隙を示す、浄水器用カートリッジの一部拡大図である。 粒状濾過材を流れる水の拡大断面図である。 本発明に係る第２の実施形態の浄水器用カートリッジの一例を示す断面図である。 従来の浄水器用カートリッジの一例を示す断面図である。 従来の浄水器用カートリッジの一例を示す断面図である。 従来の浄水器用カートリッジの一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 本体容器
１ａ 内壁面
１ｂ 間隙
１ｃ 端面
２ 底蓋
３ 入水部
４ 出水部
５ 目皿
６ 中空糸膜モジュール
６ａ 保持容器
７ 粒状濾過材
８ 集水管
８ａ 集水管根元部
８ｂ 集水管端部
９ 外部スペーサ
９ａ、９ｂ リング部
９ｃ、９ｄ 溝
９ｅ フランジ部
９ｆ シート保持部
９ｇ 外部スペーサ入口部
１０ 内層流
１１ 外層流
１２ 不織布
１３ 成型状濾過材
１４ シート
２２ 不織布

Claims (4)

1. 粒状の濾過材と、前記粒状の濾過材を内部に保持するためのスペーサを有する浄水器用カートリッジにおいて、
   前記粒状の濾過材が、略円筒形状のスペーサの側面部に沿って円筒状に保持され、
   前記スペーサが、流体を、前記側面部から前記スペーサ内に流入させ、かつ前記スペーサの端面部からも前記スペーサ内に流入させる構造を有することを特徴とする浄水器用カートリッジ。
2. 前記スペーサが、前記端面部及び一の前記側面部から前記スペーサ内に流入して前記スペーサ内を通過した流体を、前記スペーサの他の前記側面部から流出させる構造を有する、請求項１に記載の浄水器用カートリッジ。
3. 前記スペーサには、前記スペーサの前記側面部に、流体は通過させるが前記濾過材は通過させないシートが配置されている請求項１又は2に記載の浄水器用カートリッジ。
4. 前記スペーサは、流体を、前記スペーサの前記側面部から前記スペーサ内に流入させるための流路と、前記スペーサの前記端面部からも前記スペーサ内に流入させるための流路に分流させることができる構造を有する入口部を有する請求項1ないし3のいずれか１項に記載の浄水器用カートリッジ。

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