JP2015003288A

JP2015003288A - 浄水装置

Info

Publication number: JP2015003288A
Application number: JP2013129110A
Authority: JP
Inventors: 幸蔵山▲崎▼; Kozo Yamazaki; 健一兼田; Kenichi Kaneda
Original assignee: Advance Co Ltd
Current assignee: Advance Co Ltd
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2015-01-08

Abstract

【課題】電源が確保できない地域や事態であっても、手動操作が容易で原水を確実に流動させ、河川等からの原水を安全安心な飲料可能な水にする浄水装置を提供することを課題とする。
【解決手段】ストレーナと、往復式手動ポンプと、該往復式手動ポンプの前後に配設された第一逆止弁及び第二逆止弁と、逆浸透膜浄水器の上流側に配設したセディメントフィルター及びプリカーボンフィルターと、逆浸透膜浄水器と、ポストカーボンフィルターと、濃縮水の流量を調整する流量調整弁と、ホース又は配管とを備え、前記ストレーナから前記逆浸透膜浄水器までのホース又は配管の内径を往復式手動ポンプのハンドルに加える圧力が３ｋｇ／ｃｍ^２以下になるように設定し、セディメントフィルターのフィルターの孔径よりも小さい孔径のフィルターを具備するプリカーボンフィルターを配設して２段階濾過式とし、前記流量調整弁で逆浸透膜浄水器内の上流側の圧力を高めるように調整できる浄水装置により課題解決できた。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川等の原水を逆浸透膜で水成分のみの透過水を透過させて飲料水にする浄水装置に関するものである。

浄化装置としては、特許文献１に、貯水槽へ受けた原水を加圧手段により逆浸透膜分離器へ送液して、逆浸透膜の非透過濃縮側の濃縮液と該逆浸透膜を透過した透過水とに分離する浄水器において、原水の貯留槽と、該貯留槽内に加圧手段として手動式ポンプと、分離手段として逆浸透膜分離器と、濃縮水を前記貯留槽に戻す吐出口とを具備する手動式逆浸透膜浄水器の技術が開示されている。

また、特許文献２に、取水した海水をろ過するろ過手段と、前記ろ過手段でろ過した海水を加圧送水する加圧手段と、前記加圧手段で加圧された海水を逆浸透膜法により処理する逆浸透膜処理手段と、を有する海水淡水化装置であって、前記加圧手段として、ポンプ用モータとして磁束ベクトル制御可能なインバーターを使用し回転速度を２０分の１から１．５倍までモータの基本トルクを保持しながら圧力送水が可能な一つのプランジャポンプが用いられる海水淡水化装置が開示されている。

特開平８−２４３３５７号公報特開２００９−２２６４０７号公報

しかし、特許文献１に記載の技術は、原水をフィルター等により濾過させずに逆浸透膜に直接に流入させているので、逆浸透膜が詰まりやすいという問題があった。

また、手動ポンプの加圧手段が、ピストンが往復する往復式の場合には、吸引操作により一旦手動ポンプ内に流入した原水が押し出し操作のときに取水口側に戻るという現象が生じるため、原水を確実に加圧手段から送出させることができないという問題があった。

また、特許文献２に記載の技術は、加圧手段にモータを使用しているため、電源を確保できない場所では使用できないという問題があった。したがって、通常は電源設備があるが災害等で電源設備が破壊され使用不可になったときや、上水道設備がない地域であって電源設備がない地域においては、安全安心な飲料水を必要としているのに浄水装置を作動させることができないという問題があった。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、電源が確保できない地域や事態であっても、手動操作が容易で原水を確実に流動させ、河川等からの原水を安全安心な飲料可能な水にする浄水装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の本発明の浄水装置１は、原水３取水側のホース又は配管の先端に設けられたストレーナ４と、該ストレーナ４の下流側に配設され該ストレーナ４を通過した原水３を加圧する往復式手動ポンプ５と、該往復式手動ポンプ５の上流側直前に配設され該往復式手動ポンプ５側からの逆流を阻止する第一逆止弁１５と、前記往復式手動ポンプ５の下流側直後に配設され該往復式手動ポンプ側からの原水３のみを通過させる第二逆止弁１６と、該第二逆止弁１６の下流側に配設されたセディメントフィルター６と、該セディメントフィルター６の下流側に配設されたプリカーボンフィルター７と、該プリカーボンフィルター７の下流側に配設され透過水１１と濃縮水１２とに分離する逆浸透膜浄水器８と、該逆浸透膜浄水器８の下流側であって逆浸透膜を透過した前記透過水１１をろ過するポストカーボンフィルター９と、該逆浸透膜浄水器８内の上流側から排出される前記濃縮水１２の流量を調整する流量調整弁１７と、前記各機器間において原水３、透過水１１又は濃縮水１２が流動するホース又は配管Ｌ１〜Ｌ７と、を備え、前記ストレーナ４から前記逆浸透膜浄水器８までのホース又は配管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４の内径を前記往復式手動ポンプ５のハンドル１０に加える圧力が３ｋｇ／ｃｍ^２以下になるように設定し、前記セディメントフィルター６として孔径３〜１０μｍのフィルターを具備し、さらに前記セディメントフィルター６の孔径よりも小さい孔径０．５〜２μｍのフィルターを具備する前記プリカーボンフィルター７を配設して前記逆浸透膜透過の前処理としてろ過孔径を２段階で小さくし、前記流量調整弁１７を、前記逆浸透膜から透過水１１が透過可能となるように前記逆浸透膜浄水器８内の上流側の圧力を高めるように調整することを特徴とする。

請求項１に記載の浄水装置１の発明は、電源のない地域での使用が可能となり、あるいは災害等でインフラが破壊されたときにも使用が可能となり、通常時において安全安心な飲料水２０が得られない地域や、上水設備や電源設備が破壊された災害時において、河川などから取水して安全安心な飲料水２０を得ることができるという効果を奏する。

往復式手動ポンプ５のボア径を一定とした場合の一般的に取り付けるホース又は配管の内径の大きさよりもさらに大きい内径を有するホース又は配管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４を取り付けたことにより、往復式手動ポンプ５のハンドル１０を押し下げるのに必要な力を３ｋｇ／ｃｍ^２以下にすることができたので、ハンドル１０操作を軽くでき長時間の使用にも腕が疲れにくいという効果を奏する。

往復式手動ポンプ５の前後の逆流防止の逆止弁１５、１６を設けたので、該往復式手動ポンプ５で吸引した原水３の量をすべて下流側に送出させるという効果を奏する。

逆浸透膜浄水器８の上流側に、セディメントフィルター６として孔径３〜１０μｍのフィルターを具備し、さらに前記セディメントフィルター６の孔径よりも小さい孔径０．５〜２μｍのフィルターを具備する前記プリカーボンフィルター７を配設するという、２段階でフィルターの孔径を小さくしたので、フィルターが目詰まりしにくくなり、かつ原水３中に浮遊する極小の物質を除去することができる。

逆浸透膜浄水器８内の上流側から排出される濃縮水１２の流路に流量調整弁１７を設けたので、前記逆浸透膜浄水器８内の逆浸透膜の上流側の原水３に対する圧力を調整することができ、例えば前記流量調整弁１７を絞れば逆浸透膜浄水器８内の逆浸透膜の上流側の原水３に対する圧力を高くすることができ、前記逆浸透膜に原水３中の水分子を透過させて透過水１１を得ることができる。原水３を逆浸透膜に透過させるには高い圧力が必要になるので、往復式手動ポンプ５の圧力に加えて、流量調整弁１７を絞ることによる圧力増加によって、原水３中の水分子を、前記逆浸透膜浄水器８内の逆浸透膜に透過させ透過水１５を得ることが可能となった。

逆浸透膜浄水器８を備えた場合は、一般的にモータで駆動する加圧ポンプを具備していることから、浄水装置１全体の大きさが大型化するのに対して、加圧ポンプを手動駆動構造としたことにより、浄水装置１全体が小型化され軽量化されたので、大人一人の力で使用したい場所に容易に運ぶことができる。

本発明の浄水装置１の一例を示す概略図である。

本発明に係る浄水装置１は、図１に示すように、原水３取水側のホース又は配管Ｌ１の先端に設けられたストレーナ４と、該ストレーナ４の下流側に配設され該ストレーナ４を通過した原水３を加圧する往復式手動ポンプ５と、該往復式手動ポンプ５の上流側直前に配設され該往復式手動ポンプ５側からの逆流を阻止する第一逆止弁１５と、前記往復式手動ポンプ５の下流側直後に配設され該往復式手動ポンプ５側からの原水３のみを通過させる第二逆止弁１６と、該第二逆止弁１６の下流側に配設されたセディメントフィルター６と、該セディメントフィルター６の下流側に配設されたプリカーボンフィルター７と、該プリカーボンフィルター７の下流側に配設され透過水１１と濃縮水１２とを分離する逆浸透膜浄水器８と、該逆浸透膜浄水器８の下流側であって逆浸透膜を透過した前記透過水１１をろ過するポストカーボンフィルター９と、該逆浸透膜浄水器８内の上流側から排出される前記濃縮水１２の流量を調整する流量調整弁１７と、前記各機器間において原水３、透過水１１又は濃縮水１２が流動するホース又は配管Ｌ１〜Ｌ７と、を備えている。

そして、前記ストレーナ４から逆浸透膜浄水器８までのホース又は配管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４の内径を前記往復式手動ポンプ５のハンドル１０に加える圧力を３ｋｇ／ｃｍ^２以下になるように設定し、かつ、前記セディメントフィルター６として孔径３〜１０μｍのフィルターを具備し、さらに前記セディメントフィルター６の孔径よりも小さい孔径０．５〜２μｍのフィルターを具備する前記プリカーボンフィルター７を配設して前記逆浸透膜の上流側においてろ過孔径を２段階で小さくし、さらに、前記流量調整弁１７を、前記逆浸透膜から透過水１１が透過可能になるように前記逆浸透膜浄水器８内の上流側の圧力を高めるように調整可能としている。

浄水装置１の構成要素について以下に説明する。

まず、河川などから原水３を取水する。取水方法として、河川に取水口を入れ直接に河川から給水してもいいし、河川などから取水し容器２に満たして運んできた原水３であってもよい。用途として、災害等のインフラが破壊された事態における緊急時の使用や、電源などのインフラ整備が未整備の地域における使用を対象にしている。

まず、ストレーナ４である。該ストレーナ４は、浄水装置１の原水３を吸入するホース又は配管Ｌ１の先端にある吸入口に設けられ、該ストレーナ４によって粗ゴミの侵入を排除する。該ストレーナ４の孔径は０．０１〜１ｍｍとし、該ストレーナ４の材質は金属、ステンレス等の非金属、合成樹脂などからなる。

往復式手動ポンプ５の上流側である取水口側には、ストレーナ４の他にはフィルターを設置しない。これはフィルターを設置すると、該往復式手動ポンプ５のハンドル１０を押し下げるに必要な力が増加するので、人が容易にハンドル１０を押し下げることができなくなるからである。

次に、逆止弁１５、１６である。逆止弁１５、１６は往復式手動ポンプ５の上流側及び下流側にそれぞれ配設され、往復式手動ポンプ５の上流側に配設された第一逆止弁１５は吸水した原水３を逆流させないようにし、往復式手動ポンプ５の下流側に配設された第二逆止弁１６は往復式手動ポンプ５から送出した原水３を逆流させないようにする作用を有する。

次に、往復式手動ポンプ５である。一般的には、逆浸透膜が設けられた装置においては、加圧ポンプはモータで駆動させている。これは海水を含めた塩分濃度の高い原水の浸透圧以上の圧力をかける必要があるためである。本願発明の浄水装置１は塩分濃度の薄い河川の水を原水３としている。

そこで、往復式手動ポンプ５は、構成要素として往復作動するピストンや該ピストンを往復動させるハンドル１０等を有し、該往復手動式ポンプ５の大きさは１往復当りの原水３の送出量やピストンのシフト量等から決め、例えば、往復式手動ポンプ５のピストンの１往復による１回当りの水量を６０ｃｃとし、ピストンのボア径を３２ｍｍと設定する。

次に、ホース又は配管Ｌ１〜Ｌ７である。ホース又は配管Ｌ１〜Ｌ４内には原水３が流動し、ホース又は配管Ｌ５及びＬ６には透過水１１が流動し、ホース又は配管Ｌ７には濃縮水１２が流動する。

ホース又は配管Ｌ１〜Ｌ７の内径について説明する。前記ホース又は配管Ｌ１〜Ｌ７内を液体が流動するときには菅抵抗が発生する。該菅抵抗は往復式手動ポンプ５のハンドル１０を押氏下げる力に大きな影響を与え、ホース又は配管の内径が大きくなると管抵抗が低下し前記ハンドル１０を押し下げる力を小さくすることができ、前記ホース又は配管の内径が小さくなると管抵抗が増加し前記ハンドル１０を押し下げる力が大きくなる。

人が操作するのは前記往復式手動ポンプ５のハンドル１０の上下動の操作であり、該ハンドル１０を押し下げるときに力を必要とし、該押す圧力は原水３中の水成分を逆浸透膜浄水器８内の逆浸透膜を透過させる圧力となる。よって、ハンドル１０を操作する力に影響を与えるホース又は配管の範囲はＬ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４であり、人がハンドル１０を押し下げるときに軽く感じる力であって緊急時などで持続的に操作しても疲れにくい力を３ｋｇ／ｃｍ^２以下と設定した。

そして、ハンドル１０を押し下げるに要する力を３ｋｇ／ｃｍ^２以下にするために、例として、前記ピストンの大きさの場合に接続されるホース又は配管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４の大きさは一般的には１／８インチであるが、ホース又は配管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４を３／８インチに大きい内径に変更した。前記一般的に内径が１／８インチである場合にはピストンを押し下げるのに極めて大きな力を必要とし使用が極めて困難であるが、ホース又は配管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４の内径を３／８インチに変えることによって、ホース又は配管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４内の管抵抗を大きく低減させることができ、軽く容易にハンドル１０を押し下げることができる。

このように、往復式手動ポンプ５のハンドル１０操作に要する力を３ｋｇ／ｃｍ^２以下になるようにするには、前記ストレーナ４から前記逆浸透膜浄水器８までのホース又は配管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４の径を、ピストンの大きさや１回当りの送出量をもとにして、一般的な内径の大きさよりも大きくすることが効果的である。また、前記逆浸透膜浄水器８内の逆浸透膜の上流側の圧力増加には、前記往復式手動ポンプ５の他に逆浸透膜浄水器８内の上流側から排出される濃縮水１２の流量を調整する流量調整弁１７を圧力増加に寄与させている。

次に、セディメントフィルター６である。セディメントフィルター６は往復式手動ポンプ５の下流側に配設され、ストレーナ４で粗ゴミを含有させないようにした原水３中に浮遊する物質を濾過する。セディメントフィルター６は孔径が３〜１０μｍのフィルターを使用し、例えば５μｍのものを使用した場合は、原水３中に含まれる５μｍ以上の大きさの不純物である、塵や砂等の不純物を取り除く作用を有する。

次に、プリカーボンフィルター７である。プリカーボンフィルター７はセディメントフィルター６の下流側に配設され、前記セディメントフィルター６で第一段階目の濾過をした原水３を、さらに細かい孔径を有するプリカーボンフィルター７で二段階目の濾過をするという２段階の濾過構造を構成する。２段階の濾過構造とすることによって、孔径の小さいフィルターの目詰まりを抑制できる。

プリカーボンフィルター７の孔径は０．５〜２μｍのフィルターを使用し、例えばプリカーボンフィルター７が孔径１μｍのものを使用した場合は、原水３中に含まれる１μｍ以上の大きさの不純物である、塵や砂等の不純物を取り除く作用を有する。そして、プリカーボンフィルター７は活性炭を使用しており、活性炭の作用を利用して、微細な有機物、無機物、塩素、臭気などを除去する作用を有する。

次に、逆浸透膜浄水器８である。逆浸透膜浄水器８は、プリカーボンフィルター７の下流側に配設され、逆浸透膜浄水器８内の逆浸透膜の上流側に充満している原水３に対して圧力をかけることにより、原水３中の水成分が逆浸透膜を透過して得られる透過水と、原水３中の成分で逆浸透膜を透過できない物質を含有する濃縮水とに分離する。逆浸透膜の孔径は１〜２ナノメートルであり、該孔径よりも小さい大きさを有する水の分子のみを透過させた安全安心な透過水１１と、該孔径よりも大きい大きさを有するために透過できない物質からなる濃縮水１２とに分離する。前記透過水１１を安全安心な飲料水２０にすることができる。

逆浸透膜により透過を阻止された濃縮水１２は、該濃縮水１２が排出される下流側であるホース又は配管Ｌ７に設けられた排水の流量調整弁１７を通過して外部に排出される。ここで、濃縮水１２の排出側の圧力が低いと、逆浸透膜浄水器８内の逆浸透膜の上流側に充満している原水３に加えられている圧力が原水３の浸透圧より低くなって原水３中の水の物質を透過させることができないので、原水３から水の物質を透過させるために、原水３に対して原水３の浸透圧より圧力が高くなるように、前記流量調整弁１７を絞る。したがって、前記流量調整弁１７の調整によって、逆浸透膜浄水器８内の逆浸透膜の上流側に充満している原水３に対する圧力を調整することができる。

次に、ポストカーボンフィルター９である。ポストカーボンフィルター９は、逆浸透膜浄水器８から送出された透過水１１の下流側に配設され、活性炭を主成分としており、該活性炭がガス状の匂いの成分を含んだ透過水１１を美味しい水にする作用を有する。

前記ポストカーボンフィルター９を通過した水を、安全安心な飲料水２０として飲むことができる。

本願発明の浄水装置１は、大きさが縦約３０ｃｍ、横約２０ｃｍ、高さ約３８ｃｍであり、小型であるので、緊急時に容易に運搬が可能であり、電源のない地域においても運搬が容易であるので各避難場所や各家庭で備えやすい。

１浄水装置
２容器
３原水
４ストレーナ
５往復式手動ポンプ
６セディメントフィルター
７プリカーボンフィルター
８逆浸透膜浄水器
９ポストカーボンフィルター
１０ハンドル
１１透過水
１２濃縮水
１５第一逆止弁
１６第二逆止弁
１７流量調整弁
２０飲料水
Ｌ１ホース又は配管
Ｌ２ホース又は配管
Ｌ３ホース又は配管
Ｌ４ホース又は配管
Ｌ５ホース又は配管
Ｌ６ホース又は配管
Ｌ７ホース又は配管

Claims

原水取水側のホース又は配管の先端に設けられたストレーナと、該ストレーナの下流側に配設され該ストレーナを通過した原水を加圧する往復式手動ポンプと、該往復式手動ポンプの上流側直前に配設され該往復式手動ポンプ側からの逆流を阻止する第一逆止弁と、前記往復式手動ポンプの下流側直後に配設され該往復式手動ポンプ側からの原水のみを通過させる第二逆止弁と、該第二逆止弁の下流側に配設されたセディメントフィルターと、該セディメントフィルターの下流側に配設されたプリカーボンフィルターと、該プリカーボンフィルターの下流側に配設され透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜浄水器と、該逆浸透膜浄水器の下流側であって逆浸透膜を透過した前記透過水をろ過するポストカーボンフィルターと、該逆浸透膜浄水器内の上流側から排出される前記濃縮水の流量を調整する流量調整弁と、前記各機器間において原水、透過水又は濃縮水が流動するホース又は配管と、を備え、
前記ストレーナから前記逆浸透膜浄水器までのホース又は配管の内径を前記往復式手動ポンプのハンドルに加える圧力が３ｋｇ／ｃｍ^２以下になるように設定し、
前記セディメントフィルターとして孔径３〜１０μｍのフィルターを具備し、さらに前記セディメントフィルターの孔径よりも小さい孔径０．５〜２μｍのフィルターを具備する前記プリカーボンフィルターを配設して前記逆浸透膜透過の前処理としてろ過孔径を２段階で小さくし、
前記流量調整弁を、前記逆浸透膜から透過水が透過可能となるように前記逆浸透膜浄水器内の上流側の圧力を高めるように調整することを特徴とする浄水装置。