JP2009233566A - 浄水器 - Google Patents

Abstract

【課題】活性炭処理した後に逆浸透膜またはナノろ過膜で膜ろ過処理し、膜ろ過水を貯水タンクに貯留する浄水器において、膜処理した浄水を貯留させる貯水タンク等における雑菌汚染を長期間抑制できるとともに、給水ポンプ停止時に膜ろ過水が流出することを防止する安価でコンパクトな浄水器を提供する。
【解決手段】銀添着活性炭で水をろ過処理する前処理カートリッジ４０と、逆浸透膜またはナノろ過膜で膜ろ過処理する膜ろ過カートリッジ１５とで処理された水を貯留する貯水タンク１８を有してなる浄水器であって、電圧を印加した電極から抗菌性金属イオンを溶出する抗菌ユニット７０を、前記膜ろ過カートリッジと前記貯水タンクとの間に配するとともに、貯水タンクから給水する給水ポンプ１９と浄水ノズル２０との間にバイパスライン２１を有している浄水器。
【選択図】図１

Description

本発明は、原水をろ過する浄水器に関する。

水道水などの原水を浄化する浄水器としては、蛇口に直接取り付けるタイプの他に、
キッチンに据え置くタイプ、キッチン内部に収納設置するタイプ、電気分解を行うアルカリイオン整水器等、様々な種類の浄水器が使用されている。また、浄水器に組込む浄化手段としては、活性炭と精密ろ過レベルの中空糸膜とを組み合わせた浄化処理カートリッジが一般的に用いられている。

この浄化処理カートリッジを複数取り付けてろ過能力を高めた浄水器や、ろ過精度の高い逆浸透膜を用いた浄水器も提案されている。このように膜ろ過処理された水が浄水器中の浄化処理カートリッジから直接供給されるタイプの浄水器のほか、浄化処理された水を一旦タンク内に貯水し、使用時に必要な量だけ供給して使用するタイプの浄水器も提供されている。

ろ過処理された水が貯水タンクに貯留されているタイプの浄水器（以後「貯水タンク付き浄水器」と呼ぶ。）では、ろ過精度の高いろ過処理を行ったろ過水を得られる点で優れている。しかし、このタイプの浄水器では、ろ過水中に水道水中の塩素が残留していないので、貯水タンク内の膜ろ過水が雑菌等により汚染され易い。そこで、貯水タンクを定期的に洗浄したり、また、貯水タンク内に一定期間滞留した浄水を捨てたりするのが好ましい。しかし、現実問題としてこれらを十分に実施するのは難しく、雑菌等の汚染防止の効果も未知数である。

そのため、貯水タンク内のろ過水の雑菌汚染を防止するための手段として、例えば特許文献１で開示されているように、膜ろ過処理した水を銀添着活性炭や銀ゼオライト処理した後に、貯水タンクに貯留する方法が提案されている。しかし、銀添着活性炭処理では通水時間の経過に伴って、銀が添着していない活性炭表面に有機物が増加していくため、微生物の栄養源となり細菌が増殖し易いという問題がある。また極端に高濃度の銀イオンは好ましくないが、特許文献１には実施例を含め銀イオン濃度の制御については言及されていない。

貯水タンク内の膜ろ過水の雑菌汚染を防止する他の方法としては、例えば特許文献２で開示されている技術が挙げられる。特許文献２では、貯蔵タンクにＵＶフィルタと循環ポンプを有する循環路を設けて、循環管を通じた貯蔵水が貯蔵タンク、ＵＶフィルタ、循環ポンプ、貯蔵タンクの順に循環することにより、膜ろ過水の雑菌汚染を防止する発明が開示されている。

しかしこの方法は、高価になると同時に大きなスペースが必要となる。また、貯水タンクの下流側に設けた給水ポンプにより、膜ろ過水を浄水ノズルから外部に供給する場合、給水ポンプ停止後もサイフォン現象により浄水ノズルから膜ろ過水が流出し続ける不具合があった。

このサイフォン現象を防止する技術に関しては特許文献３に、遮断板、昇降軸、ガイドポスト等からなるサイフォンキャップを含むサイフォン防止手段が開示されている。しかし、この方法もまた、部品点数が多いため高価になる。
特開平１０−８５５９０号公報 特開平９−２９０２５２号公報 特開２００３−３０５４５７号公報

ろ過精度の高い貯水タンク付浄水器では、貯水タンク中の膜ろ過水の雑菌汚染を防止するため、ろ過水中に所定の銀イオンを含有させることは有効な手段の１つである。しかし、銀イオンはあまり拡散しないため、貯水タンク内で濃度の不均一が生じるという課題があった。

したがって、貯水タンク付き浄水器は、利用時に不具合が生じることなく、かつ安全に雑菌の繁殖を防止する有効な手段がなかったという点に課題があった。

本発明はかかる課題を解決するために想到されたものであり、貯水タンク付浄水器の貯水タンク内のろ過水に対して銀イオンを適度な濃度で含有させ雑菌汚染を長期間抑制できるとともに、貯水タンク内の銀イオンの濃度を均一に維持できる安価でコンパクトな浄水器を提供する。

すなわち、本発明は、
供給された被処理水を
膜でろ過しろ過水を得る膜ろ過部と、
前記ろ過水の流量を計測する流量計と、
前記流量計の計測値に基づいて制御信号を出力する制御部と、
前記制御信号を受信し前記制御信号に従って前記ろ過水に金属イオンを溶出させ金属イオン含有ろ過水を得る抗菌ユニットと、
前記金属イオン含有ろ過水を貯留する貯水タンクと、
前記貯水タンクの下流側に設けた給水ポンプと、
前記給水ポンプを介して前記貯水タンク中の前記金属イオン含有ろ過水を浄水ノズルから外部に供給する給水ラインと、
前記給水ラインの途中に配設され前記貯水タンクの水面上へ通じるバイパスラインとを有する浄水器を提供する。

本発明によると、水道水を活性炭処理し、次いで逆浸透膜（以下、ＲＯ膜と呼ぶ。）またはナノろ過膜（以下、ＮＦ膜と呼ぶ。）を有する膜カートリッジで膜ろ過処理した後に、膜ろ過処理水を貯水タンクに貯留する浄水器や浄水方法において、浄水器内に銀イオンを溶出させる抗菌手段を有しているため、膜ろ過水を貯留させる貯水タンク内の雑菌汚染を長期間にわたり抑制することができる。

また、貯水タンクから浄水ノズルを介して外部にろ過水を供給する給水ラインの途中にバイパスラインが配設されているので、このバイパスラインを介して貯水タンク中のろ過水が循環し、銀イオンの濃度を均一に維持できる。また、このバイパスラインの存在によって、給水ポンプ停止時に膜ろ過水が流出するサイフォン効果を防止することができる。

また、本発明によると、コンパクトでありながら安価であり、かつ安全性の高い浄水器を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る浄水器の構成および処理工程の一実施形態を示す図である。

本実施形態の浄水器１００は例えば図１に示すように、水道配管１から止水栓７で分岐して水道水を浄水器内に取り入れ使用する。この場合は水道水が原水となる。なお、原水は被処理水である。ストレーナ８とフローコントロールバルブ９および原水電磁弁１０は一体構造を成して止水栓７と耐圧ホース５を介して連結されている。

原水電磁弁１０よりラインを２方に分岐し、一方はリリーフ弁２２から排水ラインＡ（２５）を通じて浄水器１００の系外に原水を排水する。もう一方は前処理カートリッジ４０から膜ろ過カートリッジ１５および抗菌ユニット７０を経て貯水タンク１８に至る。

前処理カートリッジ４０と膜ろ過カートリッジ１５との間には流量計Ａ（１４ａ）が配置されており、膜ろ過カートリッジ１５と抗菌ユニット７０との間には流量計Ｂ（１４ｂ）を具備している。

膜ろ過カートリッジ１５の濃縮ライン５０は定流量弁２３を介して排水ラインＡ（２５）に接続され、また、貯水タンク１８のオーバーフローライン１６も排水ラインＡ（２５）に連結されるとともに水位センサ３０を有している。

貯水タンク１８の最下部より排水弁２４を介して排水ラインＢ（２６）の先端は浄水器１００の系外に延び、また貯水タンク１８と排水弁２４との間から分岐して、給水ポンプ１９と、膜ろ過水を外部に供給する浄水ノズル２０が給水ライン６０により接続されている。さらに給水ポンプ１９と浄水ノズル２０との間にバイパスライン２１を設けて浄水器１００を形成している。

図１を参照にして、本実施形態の浄水器１００をさらに詳細に説明する。
浄水器１００の外観部に取り付けたスイッチ（図示せず）を入れると原水電磁弁１０が開き水道水は浄水器内に流入する。このときリリーフ弁２２の水圧を例えば０．１５ＭＰａに設定しておけばそれ以上の水圧ではリリーフ弁２２が開となり、水道水は排水ラインＡ（２５）から浄水器１００の系外に排出されるため、原水電磁弁１０より下流側には設定水圧以上の水圧が加わることはなく、通水経路の水漏れや破損を防止できる。

また水道水中の異物や鉄錆の固まりはストレーナ８の金網に捕捉されるため、原水電磁弁１０やリリーフ弁２２の弁座が損傷したり異物を噛み込むこともない。金網のサイズは８０〜１５０メッシュの範囲がよく、該金網部はストレーナ８のハウジングに着脱自在に係累しているため金網に異物が詰まると取り外して洗浄できる。

原水電磁弁１０のもう一方はホース１７を介して前処理カートリッジ４０に通じている。前処理カートリッジ４０は、平均孔径が０．１〜１０μｍの円筒状のフィルター１３と銀添着活性炭１２を充填したものである。原水は前処理部内のフィルター１３と銀添着活性炭１２を通過する。

ここで使用するフィルター１３は平均孔径が０．１〜１０μｍであればろ層形状は特に制限されるものではなく、プリーツ型、ワインド型、デプス型等のいずれでもよい。材質も、特に制限されるものではなく、ポリプロピレン、ポリエステル等のいずれでも構わない。

また使用する銀添着活性炭１２を通過した後の水中の銀イオンの濃度の下限を５μｇ／Ｌとすることが好ましい。これは、一般細菌の増殖の抑制が大きく期待できるためであり、また上限を１００μｇ／Ｌ以下とするのは、ＵＳＥＰＡ（米国環境保護庁）が規定している安全飲料水法水質基準に基づくものである。もし、上限が各国・地域により水質基準が定められている場合は、その値を上限とする。なお、本実施形態で規定する銀イオン濃度は、ＩＣＰ発光分光分析装置で測定した数値である。

銀添着活性炭１２の形状は粉末、粒状、繊維状等のいずれでもよく、寿命は流量計Ａ（１４ａ）により積算流量を測定し表示する。さらに前処理カートリッジ４０の上流側に逆止弁１１を設置すれば例え配管に負圧がかかっても活性炭などのろ材が流出することもないのでより好ましい。

前処理カートリッジを通過した原水は、膜ろ過カートリッジ１５を通る。
本実施形態で用いるＲＯ膜またはＮＦ膜を有する膜ろ過カートリッジ１５に使用される分離膜としては、脱塩率が９３％以上（評価条件 ＮａＣｌ濃度：５００ｍｇ／Ｌｌ、操作圧力：０．１ＭＰａ）のＲＯ膜や、脱塩率が５％以上９３％未満（評価条件 ＮａＣｌ濃度：５００ｍｇ／Ｌ、操作圧力：０．１ＭＰａ）のＮＦ膜を選択して用いることができる。

かかる性能を有する分離膜の素材として、ＲＯ膜の場合は酢酸セルロース、セルロース系のポリマー、ポリアミド、およびビニルポリマー等の高分子材料を用いることができる。また、ＮＦ膜の場合にはポリアミド系、ポリピペラジンアミド系、ポリエステルアミド系、あるいは水溶性のビニルポリマーを架橋したものなどを用いることができる。代表的なＲＯ膜としては、酢酸セルロース系またはポリアミド系の非対称膜、およびポリアミド系の活性層を有する複合膜を挙げることができ、中でも、ポリアミド系の活性層の表層にポリビニルアルコールを被覆させた複合膜は、高排除性能かつ高透水性かつ高耐汚染性を有するので好ましい。

分離膜の形状としてはＲＯ膜、ＮＦ膜ともに平膜または中空糸膜であることが好ましく、例えば分離膜の膜厚を１０μｍ〜１ｍｍの範囲、中空糸膜の場合は外径を５０μｍ〜４ｍｍの範囲とすることが好ましい。

また、中空糸膜は外壁に孔径０．１μｍ程度を有する中空形状の膜であり、ＲＯ膜やＮＦ膜より孔径が大きいため、主に補足できる物質は濁質や細菌が中心となるが、ろ過処理できる水量が多くなる利点を有する。

ＲＯ膜やＮＦ膜の形状は、分離膜が平膜状の場合にはスパイラル型、プリーツ型、プレート・アンド・フレーム型、円盤状のディスクを積み重ねたディスクタイプがあり、中空糸膜の場合には、中空糸膜をＵ字状やＩ字状に束ねて容器に収納した円筒型があるが本実施形態ではいずれのカートリッジ形状を用いてもよい。これらの膜ろ過カートリッジ１５は、ランニングコストを抑えるという観点から低圧で運転できるものであるのが好ましい。

また浄水器に供給される原水の状態によって使用する膜を適宜選択することができるが、溶存物質を選択的に除去でき、目標とする水質に調整しやすい点からＮＦ膜を使用することが好ましい。

ＮＦ膜が持つ選択的な除去能力を利用し、１価イオンの脱塩率を１０〜９３％の範囲内とすれば、膜ろ過カートリッジ１５を通過後の水道水は、カルシウムイオンやマグネシウムイオン等の２価のミネラル成分を適度に含む水となり、おいしい水を供給することができる。

このろ過膜を水が通過するためには一定以上の水圧が必要となるが、膜ろ過カートリッジ１５の濃縮水側に定流量弁２３を配して濃縮水の流量を制御すれば良い。膜ろ過カートリッジを通過した水をろ過水と呼ぶ。

ろ過水は次に抗菌ユニット７０を通過する。
本実施形態で用いる抗菌ユニット７０は、流入口から流出口へと膜ろ過処理水が流れる水流に沿う形で、２枚の板状電極が向かいあわせに配置され、電極は銀単独、銀と銅の合金、銀と亜鉛の合金等、抗菌性金属イオンのもとになる金属を含む金属材料で構成されている。そのため、両電極に電圧を印加すると、陽極側から銀イオン等の抗菌性金属イオンが溶出する。ろ過水に溶出させる金属イオンは、抗菌能力が高く、極微量で効果がある点で、銀イオン、銅イオンが好ましく、最も多種の菌に対して抗菌効果が有効である点で銀イオンが特に好ましい。なお、以下の説明では銀イオンで説明を続けるが、他の金属イオンを排除する意味ではない。

この抗菌ユニット７０は、流量計Ｂ（１４ｂ）で膜ろ過処理したろ過水の流量に応じて、電極間に電流を流すように制御される。具体的には、膜ろ過処理水の流量が大きい場合は、電流を大きくし銀イオン溶出量を増やし、流量が小さい場合は電流を小さくして銀イオン溶出量を減らすように制御が行われる。より詳細には、流量計Ｂの出力から抗菌ユニットの電極間に流す電流量を制御する制御信号が制御部によって作られる。抗菌ユニット７０はこの制御信号を受けて、制御信号に応じた電流を電極間に流す。

制御信号は電圧、電流のどちらでもよく、また直流、パルス波のいずれであってもよい。また、制御信号は、電気以外の信号でもよく、例えば機械的な力の伝達や光または音であってもよい。

制御部は抗菌ユニット７０に送る制御信号を作成する部分であればよく、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）とプログラムを用いた制御装置であったり、流量計自体であってもよい。

このようにろ過水の流量に応じた銀イオンを溶出させることで、ろ過水の流量が変動しても、ろ過水中の銀イオン濃度を一定にすることができる。所定量の銀イオンを溶出するためのろ過水の流量と抗菌ユニットに供給する電流との関係は、ＲＯ膜やＮＦ膜のろ過特性の一つである除去率に応じて適宜設定する必要がある。

これは銀添着活性炭１２から溶出した銀イオンが膜ろ過カートリッジ１５で除去されるためである。つまり［銀イオン濃度５μｇ／Ｌ〜１００μｇ／Ｌ］＝［膜ろ過カートリッジろ過後の銀イオン濃度］＋［抗菌ユニットから溶出する銀イオン濃度］となるように設定する。

このとき抗菌ユニット７０から溶出される銀イオンの濃度は流量計１４ｂで検出された流量に従い制御されるため、概ね一定となるが均一ではない。また、銀イオンは拡散し難いため、貯水タンク１８内の銀イオン濃度には分布ができる。なお、金属イオンが溶出したろ過水を金属イオン含有ろ過水と呼ぶ。銀イオンが溶出したろ過水も金属イオン含有ろ過水である。以下の説明では「銀イオン含有ろ過水」という言葉を用いる場合があるが、これは金属イオン含有ろ過水の中で特に抗菌性の高い銀イオンを溶出させたろ過水を指す。

抗菌ユニット７０を通過した銀イオン含有ろ過水は、貯水タンク１８に導入され、貯水タンク１８に設置した上限センサ３０ｂが感知するまで貯水タンクに貯留される。本実施の形態の浄水器１００は、水道から水が供給されている間運転を継続する。上限センサ３０ｂが貯水タンクの水面が所定の位置に達したことを感知すると、上限センサから信号が送られ、原水供給弁１０が閉となり運転は停止する。このようにして銀イオン含有ろ過水は、常に貯水タンクが一杯になるまでろ過され貯留される。

次に膜ろ過水を外部に供給する方法を説明する。
貯水タンク１８から浄水を給水する場合には、浄水器１００の外部に設置した給水ボタン（図示せず）を押せば、給水ポンプ１９により浄水ノズル２０から給水される。

給水ポンプ１９と浄水ノズル２０との間に設置したバイパスライン２１は貯水タンク１８の上部に位置し、給水時には常に浄水の一部がバイパスライン２１を通って貯水タンク１８に還流される。

このバイパスラインから貯水タンクへの還流で貯水タンク１８内は撹拌されるため、銀イオン濃度は均一となる。このため、特許文献２で開示されているような、「貯蔵タンクにはＵＶフィルタと循環ポンプを有する循環路を設けて、循環管を通じた貯蔵水が貯蔵タンク、ＵＶフィルタ、循環ポンプ、貯蔵タンクの順に循環」する必要はないため、省スペースで安価な浄水器となる。

浄水ノズル１８からの給水量とバイパスライン２１の還流量は必要に応じて給水ポンプ１９を選定すれば良く、また給水量と還流量の比はバイパスライン２１の内径を変更すれば任意に設定できる。またバイパスライン２１内にオリフィスを設けることも好ましい態様である。

もし、バイパスライン２１がなければ、給水ポンプ１９を停止しても、浄水ノズル２０の先端が貯水タンク１８の液面より下に位置していた場合、貯水タンク１８と給水ポンプ１９と浄水ノズル２０は給水ライン６０を介して水密的に連通した状態が保持される。そのため、貯水タンク１８内の膜ろ過水はサイフォン現象により浄水ノズル２０から、流出し続ける。

しかし、本実施形態では給水ポンプ１９と浄水ノズル２０との間にバイパスライン２１を設けるとともに、バイパスライン２１と貯水タンク１８の間には空間を有している。そのため、給水ポンプ１９を停止した場合、浄水ノズル２０内の滞留水は自重によりバイパスライン２１を逆流して貯水タンク１８内に戻される。また同時に浄水ノズル２０内は空気と置換される。このため貯水タンク１８内の膜ろ過水がサイフォン現象により排出されることはない。

給水を継続して貯水タンク１８の水位が低下し上限センサ３０ｂを下回れば原水電磁弁１０が開となり自動的に水道水の供給を開始し、下限センサ３０ａが水面を感知すれば信号が送られ自動的に給水ポンプ１９はＯＦＦとなり膜ろ過水の供給は停止されるが、運転は水位が上限センサ３０ｂに達するまで継続される。

また貯水タンク１８にはオーバーフローライン１６が設置しているため上限センサ３０ｂで検出不良が発生しても浄水器１００からシンク３上に水漏れすることはない。オーバーフロー水は濃縮水ラインとリリーフ弁からの排出ラインと連結して排出ラインＡ（２５）を形成し浄水器１００の系外に排出される。

また、長時間浄水器を使用しない場合、貯水タンク１８の滞留水に一般細菌が増殖する懸念がある。この解決手段として設定時間（例えば２４時間など）になると排水弁２４が自動的に開き貯水タンク１８の滞留水を排水ラインＢ２６から浄水器１００の系外に排出させるようにするのが好ましい。

水位が下限センサ３０ａ以下となれば排水弁２４は自動的に閉となるが、この自動停止のタイミングは下限センサ３０ａを検知してから所定の時間経過後に停止させても良い。排水後は自動的に原水供給弁１０が開となって水道水の供給が開始される。前処理カートリッジ４０と膜ろ過カートリッジ１５は寿命となったら交換する。

この寿命検知は、例えば総積算流量で設定することが出来る。前処理カートリッジ４０の総積算流量は、流量計Ａ（１４ａ）で測定し、また膜ろ過カートリッジ１５の総積算流量は、流量計Ｂ（１４ｂ）で測定する。またタイマーによるカートリッジの使用時間でも寿命を設定してもよい。寿命になったときには浄水器の外部にＬＥＤやＬＣＤで表示すれば劣化したカートリッジを継続して使用することもない。本浄水器は上述した構造や動作により安価でコンパクトであるとともに、安全な水を供給することができる。

本発明は浄水器を含む水処理装置に好適に用いることができる。

本発明に係る浄水器の一実施形態を示す構成図である。

符号の説明

１：水道配管
２：片チーズ
３：シンク
４：水栓
５：耐圧ホース
７：止水栓
８：ストレーナ
９：フローコントロールバルブ
１０：原水電磁弁
１１：逆止弁
１２：銀添着活性炭
１３：フィルタ
１４ａ：流量計Ａ
１４ｂ：流量計Ｂ
１５：膜ろ過カートリッジ
１６：オーバーフローライン
１７：ホース
１８：貯水タンク
１９：給水ポンプ
２０：浄水ノズル
２１：バイパスライン
２２：リリーフ弁
２３：定流量弁
２４：排水弁
２５：排水ラインＡ
２６：排水ラインＢ
３０：水位センサ
３０ａ：水位下限センサ
３０ｂ：水位上限センサ
３５：膜ろ過ライン
４０：前処理カートリッジ
５０：濃縮水ライン
６０：給水ライン
７０：抗菌ユニット
１００：浄水器

Claims (5)

1. 供給された被処理水を
   膜でろ過しろ過水を得る膜ろ過部と、
   前記ろ過水の流量を計測する流量計と、
   前記流量計の計測値に基づいて制御信号を出力する制御部と、
   前記制御信号を受信し前記制御信号に従って前記ろ過水に金属イオンを溶出させ金属イオン含有ろ過水を得る抗菌ユニットと、
   前記金属イオン含有ろ過水を貯留する貯水タンクと、
   前記貯水タンクの下流側に設けた給水ポンプと、
   前記給水ポンプを介して前記貯水タンク中の前記金属イオン含有ろ過水を浄水ノズルから外部に供給する給水ラインと、
   前記給水ラインの途中に配設され前記貯水タンクの水面上へ通じるバイパスラインとを有する浄水器。
2. 前記金属イオンは銀イオンである請求項１に記載された浄水器。
3. 前記膜ろ過部に供給される被処理水が通過する前処理部を有する請求項１または２のいずれかの請求項に記載された浄水器。
4. 前記前処理部には銀添着活性炭が配設されている請求項１乃至３のいずれか１の請求項に記載された浄水器。
5. 前記銀イオン含有ろ過水中の銀イオン濃度は５μｇ／Ｌ以上１００μｇ／Ｌ以下である請求項１乃至４のいずれか１の請求項に記載された浄水器。
   
   

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