JP2009535207A - 自律的に機能する水浄化デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、家庭用水浄化デバイスであって、電気的に駆動する水浄化手段と、前記水浄化手段と連通し、当該家庭用水浄化デバイスが運転可能なときには水供給システムに接続されている、汚染水の入口と、前記水浄化手段と連通し、浄化水を配水する出口とを有し、運転状態において水が前記入口から前記水浄化手段を介して前記出口に流れる家庭用水浄化デバイスにおいて、当該家庭用水浄化デバイスは、水の流れを遮断する閉鎖ユニットと、利用可能な水の供給を検知するセンサと、前記閉鎖ユニット及び前記水浄化手段を制御する制御手段とを更に有する、家庭用水浄化デバイスに関する。本発明によれば、自律した浄水器が提供され、水と電気との双方の供給の遮断がある場合であっても、安全できれいな飲料水の適切な一日の供給量を平均的な家庭に供給することができる。

Description

本発明は、概して、水供給システムに接続される、電気的に駆動する水浄化手段を有する水浄化デバイスに関する。具体的には、本発明は、予め設定された量の浄化水を自律的に配水（dispense）する浄水器（water-purifier）に関する。

水は、多くの異なる種類の汚染物質を含む可能性があり、例えば、微粒子、有害な化学物質、並びにバクテリア、寄生虫、嚢胞及びウイルスのような数種類の微生物を含んでいる。いかなる有害な汚染物質も、人間による安全な消費に適応する前に、水から除去されなければならない。汚染水（contaminated water）の暴露（exposure）に関連付けられた因果関係は、非常に深刻であり、特に発展途上国においては命にさえかかわる。同時に、しかしながら、これらの国においては、人口密度、乏しい水源、及び／又は電力の不足を含む、汚染水を助長する可能性があるいくつかの原因がある。

それ故、人間の消費可能な水を生成するために、１又はそれ以上の浄化技術に基づいて多くの異なる種類の水浄化システムが開発されてきた。既知の水浄化技術は、水の蒸留、沸騰、化学的消毒法、逆浸透、ろ過、及びＵＶ照射での処理を含む。

ＵＶ殺菌は、上述の如く、安全な飲み水を生成するための既知の手段である。未浄化の水へのＵＶ放射線の照射は、これらのＤＮＡにＵＶ光線を照射することによって水中の全ての生物を除去するだろう。しかしながら、ＵＶランプの使用は、当然に電気を必要とする。それ故、ＵＶの水浄化は、持続的な電力を要求する。世界の多くの地域において、電力が一日のある期間の間遮断されるか、又は利用可能な電気が全くない場所では、ＵＶ水浄化システムを適用し難い。

ＵＳ６，８６３，８２７においては、水をろ過するための複数の水ろ過器と水に照射するためのＵＶチャンバとを有するＵＶ水浄化デバイスが記載されている。このデバイスは、浄化処理におけるポンプ動作に用いられる電気モータに給電する電力バッテリに太陽光を供給する、内蔵型のパワーサプライを含んでいる。このデバイスは、電気を利用することができない辺ぴな地域での使用に特に適している。

ＷＯ２００５／０１９１１５においては、汚染された飲み水を処理するための、自己充填、非電気のウォータフィルタデバイスが記載されており、これは、汚染水を処理するための低圧フィルタと、このウォータフィルタにより処理された浄化水を貯蔵するストレージハウジングとを有している。さらに、このデバイスは、ストレージハウジングの容量に達すると、浄化された飲み水のストレージハウジングへの流入を阻止するための自動遮断バルブを含み、オーバーフローの事態を防止する。このデバイスは、ＵＶ放射線を使用しておらず、デバイスの範囲内で統合されたストレージタンクの容量を制限する、特定量の水を配水するのに適しているだけである。

既知の水浄化技術に基づく１又はそれ以上の浄水のアプリケーションは、水圧及び電気の双方が一般的に容易に利用可能であって良好な水質が標準的に実現される家庭環境において展開される。しかしながら、発展国等の一部の国において、水及び／又は電気の公共的供給を遮断するということがときどき起こる。

水供給システムからの給水が利用できない状況においても、既知の水浄化デバイスは、例えば、電気的に駆動する水浄化手段の連続した動作によって、電気エネルギを消費し続ける。ユーザがデバイスのスイッチをオフにする場合にだけ、電気の連続した消費が停止する。しかしながら、これは、給水が再開される毎に、ユーザがデバイスを再びオンにしなければならないという欠点を持つ。

本発明の目的は、上述した欠点を解決する水浄化デバイスを提供することにある。

この目的は、家庭用水浄化デバイスであって、電気的に駆動する水浄化手段と、前記水浄化手段との流体通路であって当該家庭用水浄化デバイスが運転可能な場合に水供給システムに接続される、汚染水の入口と、前記水浄化手段との流体通路である、浄化水を配水する出口とを有し、動作状態において水が前記入口から前記水浄化手段を介して前記出口に流れる当該家庭用水浄化デバイスにおいて、当該家庭用水浄化デバイスは、水の流入（流れ）を遮断する閉鎖ユニットと、利用可能な水の供給を検知するセンサと、前記閉鎖ユニット及び前記水浄化手段を制御する制御手段とを更に有する、家庭用水浄化デバイスを提供する発明により達成される。

本発明による水浄化デバイスは、給水の遮断がある場合であっても、料理や飲用のための安全な飲料水の適切な一日の供給量を平均的な家庭に提供することができる。利用可能な水の供給を検知することより、水が公共の水システムから利用可能である場合にだけ、デバイスが電気エネルギを消費するだろう。デバイスが数種類のパワーセーブモードを参照する間、水の供給が一時的に阻害される場合に、制御手段が電気的に駆動する水浄化手段のスイッチをオフにする。その後、水浄化手段は、センサにより検知されて水が再び利用可能になると再起動される。これは、電気エネルギをセーブするとともに、ユーザが水の利用可能性に依存してデバイスのオン及びオフを切り替える必要がない。

水の供給の遮断がある場合に或るパワーセーブモードに変わることにより、電気的に駆動する水浄化手段の寿命が増大するだろう。このような手段は、例えばランプ又は他の放射線放出デバイスであり、従って、水の供給の一時的な遮断があるか否かに関わらずこれらがオフに切り換えられる場合に、より長い寿命を持つだろう。

本発明による水浄化デバイスの他の利点は、電気の遮断がある場合に、制御手段は、閉鎖ユニットの動作又は起動により水の流れを即座に遮断することである。これは、浄化水及び未浄化水の混合を防止することを可能とする。

好ましい実施形態においては、デバイスは、浄化された水の質を監視する手段を有する。浄化された水の質を監視する手段は、例えば、回転式タイプの電気機械カウンタ（rotary van type electro-mechanical counter）のようなフローカウンタを有してもよい。流入の累積データは、デバイスの人工メモリ（artificial memory）に格納され、好ましくは、予め設定された量の水が浄化されたか否かを決定するために用いられる。さらにまた、監視手段により供給されたデータは、ろ過手段の使用期限の状態をチェックするため、即ち、ろ過手段がまだ使用可能であるか、又は交換されるべきかどうかをチェックするために用いられる。

他の好ましい実施形態によれば、制御手段は、予め設定された量の水が浄化された場合に、バルブ等の閉鎖ユニットを操作する。予め設定された量の水が浄化されて、例えば、デバイスの下の貯蔵容器（storage vessel）が浄化水で満たされると、閉鎖ユニットは、利用可能な予め設定された量の浄化水を保証しつつ、水の流入を遮断するだろう。この水の予め設定された量は、好ましくは、例えば、数種類の緊急供給水を含む貯蔵容器を満たすために配水されるべき水の量に対応する。これは、水の供給が制限されている場合において利用可能なより小量の浄化水だけを取得することを可能とする。

特に好ましい実施形態においては、デバイスは、浄化されるべき水の予め設定された量を設定するための入力手段を更に有している。ユーザは、この際、浄化されるべき水の量、例えば、水浄化デバイスと接続して消費者に使用される特定タイプの貯蔵容器の大きさに対応する量を設定してもよく、これは、浄化水の緊急供給として使用される。これらのデータは、デバイスの装置メモリ（appliance memory）にセーブされてもよい。水が利用可能であり、デバイスがオンにされる場合に、消費者により設定される量の水が浄化される。

更なる好ましい実施形態においては、デバイスは、充電ソースに電気的に接続される再充電可能なバッテリを有している。充電ソースは、電気の供給を可能とするものがない場合に、メインパワーグリッド又はソーラーセルに接続される電力供給ユニットへの接続を可能とする。バッテリは、例えば、メインパワーグリッドに故障があり、或る期間の間に水を未だ浄化することができないような場合に、電力供給を引く継ぐバックアップシステムとしての役目を果たす。メインパワーが利用可能である場合には、バッテリは、再び充電されることになるので、次のメインパワーの遮断の場合に引き継ぐことができる。代わりに、デバイスは、また、バッテリを充電する目的だけのメインパワーを用いる間、バッテリパワーサプライを使用することができる。好ましくは、制御手段は、電気の供給が遮断するとともにバッテリが空であるとすぐに、閉鎖ユニットを起動させる。

利用可能な汚染水を検知するセンサは、好ましくは、圧力スイッチを有している。この圧力スイッチは、概して、水圧で動作するデジタルスイッチである。デバイスの入口において水の圧力がある限りは、スイッチをオンまたはオフにすることができる。スイッチは、入口における圧力が或る値まで下がった時にその状態を変更する。他には、センサは、水入口圧力が或る値まで下がるという事に起因してリードスイッチと同じレベルにフロート位置にあるときにリードスイッチを起動させる磁気フロートシステム（例えば、磁石を含むフロート）を有してもよい。

本発明の好ましい実施形態によれば、電気的に駆動する水浄化手段は、ＵＶ放射線を水に照射するＵＶ手段を有する。ＵＶ放射線は、安全で健康的な飲み水を供給するための既知の手段である。水は、好ましくは、人間の消費（水が水浄化システムに基づくＵＶで用いられる標準分類に応じて消毒されたこと示すNSF55, class A）の安全が考慮されるレベルに応じて、全ての有害な微生物（バクテリア、ウイルス及び嚢胞｛のうほう｝）が不活性になる範囲で、ＵＶ−Cに暴露される。

好ましくは、デバイスは、ＵＶ手段と連通し、ＵＶ手段の上流側に、水をろ過するろ過手段を更に有している。水をＵＶ放射線に暴露する前に汚染水をろ過することで、適当なＵＶ殺菌を害する可能性のある汚染が除去される。ろ過手段は、例えば、パーティクル等を取り除くための堆積物フィルタ、例えば塩素を除去することにより水の風合い特性を改善するための活性炭フィルタ、及び／又は、鉛、ヒ素、硝酸塩、フッ化物等のような特定の汚染を取り除くための特定のカスタマイズされたフィルタメディアのような、１又はそれ以上の従来のフィルタを有している。

それ故、本発明によれば、自律した水浄化が供給されるので、水及び電気の双方の供給が頻繁に遮断する場合であっても、安全できれいな飲み水の十分な日々の供給を平均的な家庭に提供することができる。従って、デバイスは、発展途上国における使用に特に適している。

異なる状況下（即ち、水及び電気の利用に関して）での本発明によるデバイスの自律した機能は、本発明の好ましい実施形態を参照して以下で更に説明される。

〔１〕水及び主要な電気が利用可能である場合
デバイスは、オン／オフスイッチ（メインスイッチ）を用いてオンに切り替えられる。

デバイスは、圧力センサを用いて水（サプライ）の利用可能性を確認する。

デバイスは、その後、以下の内容をチェックする。
・フィルタの使用期限。フィルタの使用期限が終了している際には、デバイスは、ユーザに配水しないだろう。デバイスは、ディスプレイで交換することをユーザに知らせるだろう。フィルタの使用期限が完全に終了する前に、デバイスは、もうすぐフィルタの使用期限の終了になることをユーザに知らせる。フィルタの使用期限が全く終了しない場合には、浄化システムは、次のステージへ移行するだろう。
・ＵＶチャンバ内での有効なＵＶ放射量。放射量が或る値を超える場合には、システムは、使用の準備をする。ＵＶ放射量が十分でない場合においては、例えば、ＵＶランプを交換するための情報がユーザに与えられる。

デバイスは、デフォルトで手動モードに入り、デバイスが使用の準備をしているという、オーディオ及びビジュアル的な合図を用いることにより、ユーザに知らせるだろう。

配水ボタンを押すことにより、浄化水（浄化された水）は、デバイスの出口から採取される。

デバイスが、或る期間において使用中ではない場合には、デバイスは、パワーセーブモードに切り替わる。即ち、ＵＶランプがオフに切り替えられる。その後、ユーザは、デバイスがパワーセーブモードに入った後に、配水することを希望する場合には、デバイスは、上記（第３及び第４ステップ）で述べたフィルタの使用期限、及びＵＶチャンバ内の有効なＵＶ放射量を再度チェックする。

ユーザは、デバイスを自律モードに切り替える場合には、この際、ユーザは、浄化されるべき水の量を設定してもよい。デバイスは、その後、予め設定した量の水を浄化及び配水し、予め設定された量が浄化された時に、水の供給を遮断することにより停止する。デバイスは、前の段落（パワーセーブモード）で述べたステップに再び移行するだろう。

〔２〕水が利用できず主要な電気が利用可能である場合
デバイスは、オン／オフスイッチ（メインスイッチ）を用いてオンに切り替えられる。

デバイスは、圧力センサを用いて水（サプライ）の利用可能性を確認する。ここでは水がないので、デバイスは、自律モードに変わる。

ユーザは、水の供給の復帰後に浄化されるべき水の量を設定してもよい。

デバイスは、待機モードに入る（パワーセーブモード）。

水の供給が復帰すると、水位線についての圧力が増加して、（或る閾値の圧力に達する場合に）デバイスをオンに切り替える制御手段に信号を伝える圧力スイッチにより検知される。

デバイスは、その後、以下の内容をチェックする。
・フィルタの使用期限。フィルタの使用期限が終了している際には、デバイスは、ユーザに配水しないだろう。デバイスは、ディスプレイで交換することをユーザに知らせるだろう。フィルタの使用期限が完全に終了する前に、デバイスは、もうすぐフィルタの使用期限の終了になることをユーザに知らせる。フィルタの使用期限が全く終了しない場合には、浄化システムは、次のステージへ移行するだろう。
・ＵＶチャンバ内での有効なＵＶ放射量。放射量が或る値を超える場合には、システムは、使用の準備をする。ＵＶ放射量が十分でない場合においては、例えば、ＵＶランプを交換するための情報がユーザに与えられる。

デバイスは、その後、予め設定した量の水を浄化及び配水し、予め設定された量が浄化された時に停止する。

その間に水の供給が停止した場合には、デバイスは、デフォルトの設定として配水されるべき水の残りの量を設定し、第４ステップに戻る（パワーセーブモード）。

配水後、デバイスが或る期間において使用されていない場合には、デバイスは、パワーセーブモードに切り替わる。即ち、ＵＶランプがオフに切り替えられる。ユーザは、デバイスがパワーセーブモードに切り替わった後に、配水することを希望する場合には、デバイスは、上記第２ステップ（水の利用可能性のチェック）を再び開始し、更に続行するだろう。

〔３〕水が利用可能であり電気が利用できない場合／水も電気も利用できない場合
バッテリバックアップシステムが自動的に引き継いで、デバイスは、上述した〔１〕及び〔２〕のそれぞれで未だ機能するだろう。

本発明は、図１で更に例示され、図１は、各構成の水の流れ及び電気配線を示す、本発明の好ましい実施形態によるデバイスの構成を表す概略図である。

動作する前に、デバイスは、概して、キッチンの給水栓のような栓（tap）に接続される。この栓は、デバイスに汚染水１を供給する（即ち、人間が飲むことができない生水）。汚染水１は、入口２を介して流入される。ここで、水供給システムからの水が、少なくとも浄化することなく、直接的に飲料に適さないような国で、本発明によるデバイスが主として用いられると仮定する。また、このような国においては、水及び／又は電気の公共の供給が遮断されることが定期的に起こる。

図１に概略的に示すように、汚染水の入口２は、堆積物フィルタ等の第１のフィルタＦ１、及び水から塩素、有機化合物及び鉛等を除去するための活性炭フィルタ等の第２のフィルタＦ２と流体において接続する。双方のフィルタは、カスタマイズされたフィルタブロック４で統合されてもよい。フィルタは、水の流れの上流側（upstream from）、即ち、方向について前段側（before）から、ＵＶ光を暴露することにより水から微生物を除去するためのＵＶランプを持つＵＶチャンバ３へと供給されている。それ故、フィルタは、有効なＵＶ殺菌を害するいかなる汚染を除去してもよい。図１に示すように、電磁バルブ等のバルブ５は、フィルタＦ１及びＦ２への汚染水１１の供給を制御する。

ＵＶチャンバ３を出て出口１５を通過する水は、人間が水を飲むことが安全であり、使える状態であるという意味で浄化されている。例えば、デバイスが使用される場所に依存して、世界の特定の領域で特有である特定の不純物を除去するために、デバイスが追加のフィルタを有してもよいことが理解されるだろう。

本発明による自律的に機能するデバイスは、図１に示すように、バルブ５の上流側に、水供給システムからの汚染水１の利用可能性を決定する圧力スイッチ６を有する。圧力スイッチ６は、この圧力スイッチ６からの信号１２に応答してＵＶチャンバ３内のＵＶランプのオン又はオフを切り替える制御手段７と電気的に結合されている。この制御手段７は、例えば、マイクロコントローラや電気回路のような複数の電子部品が取り付けられたプリント配線基板を含んでもよい。遅延要素が、例えば、ＵＶランプに、水がＵＶ光の十分な照射量で照射されることを保証するようにＵＶチャンバにおいてフルパワーにするためのウォームアップを可能にしてもよい。好ましくは、追加のバルブが、電気的に駆動する水浄化手段又はＵＶチャンバ３と出口１５との間に設けられており（図示されていない）、このバルブは、制御手段７により制御される。

また、本発明のデバイスは、好ましくは、フィルタで浄化された水の質を監視するフローカウンタ１０を有している。フローカウンタは、例えば、回転式タイプの電気機械カウンタであってもよい。このようなフローカウンタは、流量に依存する多くの回転を作り出し、従って、デバイスを通過する流量で測定される電気パルスを生成する。フローカウンタ１０は、予め設定された量の水がバルブ５で浄化された場合に汚染水の供給を停止するために、制御手段７を介してバルブ５に電気的に結合１３,１４されている。流量の累積データは、デバイスの人工メモリに格納されて、選択された予め設定された量の水が浄化されたか否かを判断するために用いられる。予め設定された量の水は、例えば、ユーザが出口１５で配水することができるとともに浄化水の緊急供給として用いられるべき貯蔵容器の容量に対応してもよい。

予め設定された量の水を浄化した後、デバイスは、例えば、予め設定された量の水が浄化されたことを示す信号（音声、及び／又はディスプレイ上のテキストメッセージのようなビジュアル）を発行する。

本発明のデバイスでは、異なる容量を持つ異なる型式の貯蔵容器を用いることが可能であり、ユーザが、浄化されるべき水の量を容易に調節することができる。好ましくは、入力手段（図示されていない）が制御手段７に接続されており、浄化されるべき水の要求量をユーザが予め選択することを可能とする。選択された量は、制御手段７の数種類の人工メモリに格納される。

フローカウンタにより提供されたデータは、更に、ろ過手段の使用期限の状態をチェックするため、即ち、ろ過手段が使用に未だ適合しているか又は交換されるべきかをチェックするために用いられる。代わりに、又は加えて、ろ過手段の使用期限の状態は、時間に基づいてもよい。即ち、デバイスは、また、フィルタがデバイスに導入されてから予め設定された期間が経過した場合に、デバイスへの水の供給を停止したり、及び／又は、ユーザに信号を発行したりしてもよい。

上述のように、デバイスは、好ましくは、給電のためのメインパワーグリッドに接続されている。図１に示すように、デバイスは、また、統合された再充電可能なバッテリ８を有し、これは、メインパワーサプライ９が遮断された場合において電力を供給するバックアップシステムとしての役目を果たしてもよい。メインパワーサプライが遮断された場合に、メインの電気が再び利用可能になるまで、バッテリ８がデバイスに電力を供給する。メインパワーが利用可能になった場合には、バッテリ８は、再充電されて、電気の供給が遮断される次の期間のために待機する。デバイスは、更に、例えば、必要な場合に１２Ｖのバッテリパワーを１２０〜２６０ＶＡＣに変換する変圧器のような、一般的な部品を有してもよい。

再充電バッテリ８は、メインパワーグリッドに接続されるべきパワーサプライユニット（図示省略）に接続されてもよい。代わりに、デバイスの外側に取り付けられる太陽電池に接続されてもよい。

本発明によるデバイスは、全てに渡る電力消費を削減することができる。デバイスが或る期間の間に使用中ではない場合には、制御手段７は、例えばＵＶランプをオフに切り替えることにより、エネルギセーブモードに切り替えてもよく、これにより、全てに渡る電力消費を最小限にすることができる。これは、また、ＵＶランプの寿命を向上させることができる。

デバイスの電力消費を削減するために、特にバッテリ又はＤＣパワーサプライを用いる場合には、ユーザは、例えば、バルブに供給された電力を削減するためのいわゆるパルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）を作ることができる。ＰＷＭでは、ＤＣサプライ電圧がある頻度でオンとオフとで絶え間なく切り替えられる。１パルスの全体期間と比較されたオンに切り替えられる供給電圧の割合は、負荷サイクル（Duty Cycle；D=Ton/Ton+Toff）と呼ばれる。Tonは、供給電圧がバルブに接続される時間であり、従って、Toffは、供給電圧がバルブに接続されない時間である。切り替え頻度は、1/(Ton+Toff)として規定される。バルブ（Ｌ／Ｒ）の電気時間定数をはるかに下回るTon+Toffを選択することで、ＰＷＭ回路（Usupply*D）により印加される平均ＤＣ電圧だけの"sees"のようなバルブを生じさせるだろう。バルブに供給される平均ＤＣ電圧を低くすることで、バルブに供給される電力の全体量を削減するという結果を生じるだろう。

本発明の好ましい実施形態によるデバイスの構成を表す概略図である。

Claims (8)

1. 家庭用水浄化デバイスであって、
   電気的に駆動する水浄化手段と、前記水浄化手段と連通し、当該家庭用水浄化デバイスが運転可能なときには水供給システムに接続されている、汚染水の入口と、前記水浄化手段と連通し、浄化水を配水する出口とを有し、運転状態において水が前記入口から前記水浄化手段を介して前記出口に流れる当該家庭用水浄化デバイスにおいて、
   当該家庭用水浄化デバイスは、
   水の流れを遮断する閉鎖ユニットと、利用可能な水の供給を検知するセンサと、前記閉鎖ユニット及び前記水浄化手段を制御する制御手段とを更に有する、家庭用水浄化デバイス。
2. 浄化された水の質を監視する監視手段を更に有する、請求項１に記載の家庭用水浄化デバイス。
3. 前記制御手段は、予め設定された量の水が浄化された場合に前記閉鎖ユニットを操作する、請求項２に記載の家庭用水浄化デバイス。
4. 浄化されるべき水の予め設定された量を設定する入力手段を更に有する、請求項３に記載の家庭用水浄化デバイス。
5. 充電源に電気的に接続される再充電可能なバッテリを更に有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の家庭用水浄化デバイス。
6. 前記センサが圧力スイッチを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の家庭用水浄化デバイス。
7. 前記電気的に駆動する水浄化手段は、ＵＶ放射線を水に照射するＵＶ手段を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の家庭用水浄化デバイス。
8. 前記ＵＶ手段と連通し、前記ＵＶ手段の上流側に、水をろ過するろ過手段を更に有する、請求項７に記載の家庭用水浄化デバイス。

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