JP2016163876A - 浄水カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】ろ材の収容スペースを広げ、コンパクト、かつろ過能力の高い浄水カートリッジを提供することを目的とする。【解決手段】原水入口と浄水出口とを有した筐体内部に、中空糸膜束と、粉体ろ材と、を有する浄水カートリッジであって、前記粉体ろ材は、内壁、外壁、上壁および下壁で形成される円筒容器の内部空間に収納され、前記円筒容器は、嵌合部Ａを有し、前記中空糸膜束の一端部は、封止剤により封止ケースに固定されており、前記中空糸膜束の前記一端部以外の部分の一部は、前記封止ケースから突出する突出部をなし、前記突出部は前記内壁の内側に収容され、前記封止ケースは、嵌合部Ｂを有し、前記嵌合部Ａと前記嵌合部Ｂとが水密に嵌合しており、前記外壁の前記筐体側の面から前記内壁の前記中空糸膜束側の面まで、浄水カートリッジの径方向に通水可能である浄水カートリッジ。【選択図】図３

Description

本発明は、浄水器に取り付けられる浄水カートリッジに関する。

近年、家庭において水道水を浄化する浄水器が広く利用されている。それらの浄水器においては、水道水を浄化するための各種ろ材が収容された浄水カートリッジが使用されている。ろ材としては、水道水中の遊離残留塩素、カルキ臭、カビ臭、トリハロメタンなどを除去する粉体（粒状や粉状）の活性炭と、水道水中の濁質成分、細菌類などを除去する中空糸膜とが一般的に使用されている。それらろ材は処理できる総ろ過水量が限られているため、使用者は、浄水カートリッジを定期的に交換しながら浄水器を継続使用する。そこで使用者からはできるだけコンパクトで寿命の長い（すなわち、ろ過能力が高く処理できる総ろ過水量の大きい）浄水カートリッジが求められている。

このようなコンパクトで性能の良い浄水カートリッジとして、特許文献１に、円筒ケース（中空糸膜ケース）に中空糸膜が収納された中空糸膜モジュールと、その胴部外周に配置されるイオン交換能を持った吸着剤が担持された円筒状の繊維状活性炭成形体と、を内部に有した浄水カートリッジが開示されている。その浄水カートリッジでは、原水は、円筒状の繊維状活性炭成形体を外側から内側へと径方向に通過した後、軸方向に上昇し、中空糸膜モジュールの円筒ケースの上端に設けられた開口部を通って、中空糸膜へと流れていくことが示されている。

特開２００１−２３２３６１号公報

しかしながら、特許文献１の浄水カートリッジでは、中空糸膜は円筒ケースに収納されており、その円筒ケースのスペースはろ材の収容スペースとしては活用されていないという問題がある。また、原水を、円筒状の繊維状活性炭成形体を通過した後、軸方向上向きに流すために、円筒ケースと繊維状活性炭成形体との間に流路となる間隙を設けており、その間隙のスペースも、ろ材の収容スペースとしては活用されていないという問題がある。

さらに、繊維状活性炭成形体を使用し、原水をその径方向に流すことにより、繊維状活性炭成形体での圧力損失の低減を図り所定のろ過流量を確保している。しかしながら、繊維状活性炭成形体は成形のために、合成樹脂であるバインダーを使用しており、そのため繊維状活性炭成形体の質量の内、バインダーの占める割合が相当程度大きく、十分高いろ過能力を得ることができないという問題がある。

本発明は、上述のような問題点に鑑み、ろ材の収容スペースを広げ、コンパクト、かつろ過能力の高い浄水カートリッジを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の浄水器は下記の構成から成る。すなわち、
（１）原水入口と浄水出口とを有した筐体内部に、中空糸膜束と、粉体ろ材と、を有する浄水カートリッジであって、前記粉体ろ材は、内壁、外壁、上壁および下壁で形成される円筒容器の内部空間に収納され、前記円筒容器は、嵌合部Ａを有し、前記中空糸膜束の一端部は、封止剤により封止ケースに固定されており、前記中空糸膜束の前記一端部以外の部分の一部は、前記封止ケースから突出する突出部をなし、前記封止ケースは、嵌合部Ｂを有し、前記突出部は前記内壁の内側に収容され、前記嵌合部Ａと前記嵌合部Ｂとが水密に嵌合しており、前記外壁の前記筐体側の面から前記内壁の前記中空糸膜束側の面まで、浄水カートリッジの径方向に通水可能である浄水カートリッジである。
（２）前記上壁により前記筐体内周面と前記外壁外周面との間に前記原水入口に通ずる原水流路をなす間隙が形成され、前記上壁により前記原水流路の上端が閉塞された浄水カートリッジであることが好ましい。
（３）前記粉体ろ材と前記上壁との間に弾性部材が配設された浄水カートリッジであることが好ましい。

本発明は、上記の構成により以下の優れた効果を奏することができる。すなわち、
上記（１）の構成により、従来のような円筒状の中空糸膜ケースが存在せず、かつ中空糸膜束収容空間を形成する内壁部分も無駄なく粉体ろ材の収容に活用される。また外壁の筐体側の面から内壁の中空糸膜束側の面まで、浄水カートリッジの径方向に通水可能であるので、粉体ろ材と中空糸膜束との間に軸方向の水の流路は存在せず、その分ろ材収容空間を広げることができる。さらに、粉体ろ材を使用するので高密度充填できる。これらの効果により、コンパクト、かつろ過能力の高い浄水カートリッジを提供することが可能となる。

また、上記（２）の構成により、間隙に流れてきた原水は、粉体ろ材部を通過せずに、ケーシングキャップ下面と上壁上面の間を通り、内筒内に進入することがない。

また、上記（３）の構成により、弾性部材が粉体ろ材と密着することにより、充填した粉体ろ材と上壁の間に空隙ができなくなり、原水をカートリッジに通水した際に、原水が粉体ろ材が存在しない上記の隙間を通過する、いわゆるショートカットを抑制することができる。

従来形態に係る浄水カートリッジの正面概略図である。 本発明の一実施形態に係る浄水カートリッジが流路切換器と接続されて蛇口直結型浄水器として使用される概略外観図である。 本発明の一実施形態に係る浄水カートリッジの概略縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る浄水カートリッジにおける中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。 本発明の他の実施形態例に係る浄水カートリッジの概略縦断面図である。 本発明の他の実施形態例に係る浄水カートリッジの概略縦断面図である。

以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。なお本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、上記本発明の目的を達成できる範囲内で変更してもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る浄水カートリッジが流路切換器と接続されて蛇口直結型浄水器として使用される概略外観図である。

図２に示す蛇口直結型浄水器１は、主に流路切換器２、浄水カートリッジ３で構成される。流路切換器２は取付ナット２１により蛇口に取り付けられ、浄水カートリッジ３を側面に取り付けた状態で使用する。

流路切換器２は、蛇口からの水道水（原水）をそのまま吐出する流路と、浄水カートリッジ３を通過させ浄水として吐出する流路とを切り換える機能を有する。

浄水カートリッジ３について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る浄水カートリッジの概略縦断面図である。

浄水カートリッジ３は、円筒形であり、主に、開口部を有するケーシング３２とケーシング３２の開口部を閉じるケーシングキャップ３３から構成される筐体、その筐体に収納される、粉体ろ材部３４、中空糸膜モジュール３１、ケーシングキャップ３３に被せるカートリッジキャップ３５などから構成される。粉体ろ材部３４は、内壁７１、外壁７２、ろ材キャップ５８（上壁）および下壁７３で形成される円筒容器６０とその内部空間６１に収納される粉体ろ材５９とを有している。中空糸膜モジュール３１は、中空糸膜束５２を有し、その中空糸膜束５２の一端部が封止ケース５１内部に封止剤により封止固定され、中空糸膜束５２の一端部以外の部分の一部は、封止ケース５１から突出する突出部１０３をなし、突出部１０３は内壁７１の内側に収容されている。また、粉体ろ材部３４の円筒容器６０は、嵌合部Ａ７５を有し、中空糸膜モジュール３１の封止ケース５１は、嵌合部Ｂ５４を有し、上記の嵌合部Ａ７５と上記の嵌合部Ｂ５４とが水密に嵌合している。粉体ろ材部３４の円筒容器６０を筐体に取り付ける際に嵌合部Ａ７５が嵌合部Ｂ５４に嵌合され、粉体ろ材部３４と中空糸膜モジュール３１との間が水密にシールされるので、粉体ろ材部３４が有する粉体ろ材５９を介さずに、中空糸膜モジュール３１の封止ケース５１と粉体ろ材部３４との間を通って原水が中空糸膜モジュール３１の中空糸膜束５２に至るリークを抑制することができる。

図３の矢印に示すように、流路切換器２を通り、浄水カートリッジ３に送られた水道水（原水）は、ケーシング３２と、粉体ろ材部３４との間の間隙３８に導かれた後、浄水カートリッジ３内の粉体ろ材部３４を径方向外側から内側へと通過する。その際原水は、粉体ろ材部３４内の粉体ろ材５９を径方向外側から内側へと通過し、中空糸膜モジュール３１の中空糸膜束５２まで至る。つまり、本発明の浄水カートリッジでは、原水は外壁の筐体側の面から内壁の中空糸膜束側の面まで、浄水カートリッジの径方向に通水可能である。そしてその後、水は中空糸膜モジュール３１を通過する。その際水は、中空糸膜モジュール３１内の中空糸膜束５２を通過し、浄水が得られる。

本発明との対比のために、特許文献１とは別の従来技術の形態に係る浄水カートリッジを図１に示す。図１の浄水カートリッジは、円筒ケース１０１に中空糸膜が収納された中空糸膜モジュールと、その胴部外周とケーシング内周面との間の円筒状空間に充填される粒状活性炭とを有したものである。この従来の浄水カートリッジでは、原水は、円筒状の粒状活性炭部分を下から上へと浄水カートリッジの軸方向に通過した後、中空糸膜モジュールの円筒ケース１０１の上端に設けられた開口部を通って、中空糸膜束へと流れていく。

ここで、本発明の浄水カートリッジ３においては、中空糸膜モジュール３１に、従来の特許文献１や図１に示すような中空糸膜束全体を囲う円筒状の中空糸膜ケース（円筒ケース１０１）は存在せず、濁りろ過に寄与する中空糸膜束の大部分は、封止ケース５１から突出して突出部１０３をなしている。これにより、従来の中空糸膜ケースの厚み分は、ろ材（粉体ろ材または中空糸膜束）の収容スペースを広げることができる。

一方、従来の中空糸膜ケースが果たしていた原水側と中空糸膜束収容部分との水密シール機能は、粉体ろ材部３４（の円筒容器６０）の嵌合部Ａ７５と中空糸膜モジュール３１（の封止ケース５１）の嵌合部Ｂ５４との嵌合が担う構成となっている。

また、このように粉体ろ材部３４と中空糸膜モジュール３１とを嵌合で組み立てる構成を取ることは、それら２つのろ材部をそれぞれ独立した構成物にすることができるというメリットも生んでいる。さらに、外壁の筐体側の面から内壁の中空糸膜束側の面まで、浄水カートリッジの径方向に通水可能であるので、粉体ろ材５９と中空糸膜束５２との間に特許文献１の浄水カートリッジが有するような軸方向の水の流路は存在せず、その分ろ材収容空間を広げることができている。

ケーシングキャップ３３は、ケーシング３２の上面開口部を覆うように設けられ、ケーシングキャップ３３のケーシング３２に対する固定には、超音波溶着が用いられる。その固定の方法は、ねじ構造や接着によるものであってもよい。また、ケーシングキャップ３３は透明であると、浄水カートリッジ３内部の状況を確認できるので、好ましい。図３では、ケーシングキャップ３３はケーシング３２に内接して接続されているが、ケーシングキャップ３３がケーシング３２に外接して接続されてもよい。こうすると、ケーシングキャップ３３とケーシング３２とで形成するコーナー部が有効活用できる空間となり、ケーシングキャップ３３をろ材キャップ５８内面直下に配置することが可能となる。すると粉体ろ材収容空間が広がり、より多くの粉体ろ材を収容して粉体ろ材部のろ過能力をより向上させることができる。

ケーシングキャップ３３は、天面と天面の外周部から筒状部が垂下する形状と言えるが、図５の他の実施形態例に示すように、そのケーシングキャップ３３の筒状部の長さが、（ケーシング３２の筒状部の長さが短くて、）ケーシング３２の筒状部の長さより長いという実施形態もあり得る。この場合、後述されるろ材キャップ５８は、図３とは異なり、ろ材キャップ５８の外周面がケーシングキャップ３３の筒状部内周面と嵌着し、間隙３８（原水流路）の上端を閉塞している。

ケーシング３２は、径方向の側部に流路切換器２に水を流通可能かつ着脱可能に接続するための流路切換器接続部５５を、その底面に、粉体ろ材部３４、中空糸膜モジュール３１の順で通過した浄水を吐出する浄水出口３７を有する略有底筒状の成形品である。流路切換器２と流路切換器接続部５５の接続には、バヨネット構造を用いている。下端部の原水入口３６と浄水出口３７とが同じ下端側に位置するので、流路切換器２と接続して浄水器を構成する時、原水と浄水の吐水口を、同じ方向に向けやすくかつ近接してコンパクトに配置することが可能となり、コンパクトかつ使いやすさが求められる蛇口直結型浄水器の浄水カートリッジとして好適な配置構成を有している。

なお、原水入口３６は図３とは異なり、下端面部に、浄水出口３７とは偏心した位置で、下方に開口するように設けられてもよい。こうすると図３の浄水カートリッジ３に存在する、原水入口を通り抜けた直後に原水が通る流路１７の軸方向高さを減少することができ、浄水カートリッジ３をよりコンパクトにすることができる。

粉体ろ材部３４について、図３を用いて説明する。

粉体ろ材部３４は、円筒形であり、主にろ材ケース開口部７４を有するろ材ケース５７と、ろ材ケース開口部７４を閉じるろ材キャップ５８（上壁）から構成される円筒容器６０、そして、その円筒容器６０に収納される粉体ろ材５９から構成される。円筒容器６０は、後述する中空糸膜モジュール３１の封止ケース５１が有する嵌合部Ｂ５４と嵌合する、嵌合部Ａ７５を有する。嵌合部Ａは内壁７１または、下壁７３に設けることができる。

ろ材ケース５７は、外壁７２、内壁７１及び下壁７３で形成されるろ材ケース開口部７４を有する筒状容器であり、一体的に形成されることが好ましいが、外壁７２、内壁７１及び下壁７３のいずれか１つが、別部材であって、最終的に一体となるよう接続されるものあってもでもよい。また、外壁および／または内壁の下部が曲がりをもって延在し、下壁の部分を構成しその役割を果たして、独立した下壁と呼ぶ部分が存在しないような形態も本発明に含まれ得る。

ろ材ケース５７の外壁７２は、両端が開口した略円筒状であり、壁面に格子状の複数の外壁開口部８３を有し、外壁７２の外周面には外壁メッシュ８４が取り付けられている。

ろ材ケース５７の外壁７２は、軸方向に下壁７３から上面方向に抜き勾配を設けることが好ましい。前記ケーシング３２も同様に軸方向にケーシング底面３９から上面方向に抜き勾配が設けられており、ろ材ケース５７の外壁７２とケーシング３２との間に原水が流れる間隙３８をより確保できるため好ましい。抜き勾配は、樹脂の成形精度を考慮すると、１．５°以下、好ましくは１．０°であることが好ましい。

ろ材ケース５７の外周に取り付ける外壁メッシュ８４は、接着剤で貼り付けたり、ろ材ケース５７に熱融着させたり、成形時に一体成形することが好ましい。本発明において、原水はろ材ケース５７の径方向外側から内側に向かって流れるため、ろ材ケース５７の外周に外壁メッシュ８４を取り付けておくと、原水の流れによって剥離する恐れがない。また、後述するように、ろ材ケース５７の内側には粉体ろ材５９を充填するため、ろ材ケース５７の厚み分だけ多くの粉体ろ材を充填できる点からも、好ましい態様である。（図３では描画されていないが、外壁開口部８３にも粉体ろ材５９は充填される。）
外壁メッシュ８４は、通水可能な素材で、粉体ろ材５９が粉体ろ材部から流出しない目開きを有するものが好ましい。樹脂で成形するろ材ケース５７との接着性も考慮して、ポリエチレンテレフタレートや、ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＥ（ポリエチレン）などの合成繊維を用いることが好ましい。

また、外壁メッシュ８４は、対面する粉体ろ材５９は漏らさず、処理されるべき水は通過させるフィルタ機能を有するものであるので、外壁メッシュ８４の目開きは、粉体ろ材５９の粒径よりより小さいものとなっている。また、通水での圧力損失を低減させるため、外壁メッシュ８４の開口率は強度の許す限り大きいものが好ましい。また、同様に格子状の外壁開口部８３の開口率も強度の許す限り大きいものが好ましい。

ろ材ケース５７の下壁７３の外周囲には、ケーシング３２との間に原水が流れる間隙３８を確保するために、間隙形成部材８５が設けられている。間隙形成部材８５としては、ろ材ケース５７の下壁７３と一体成形した周方向に離散する複数の突起や、樹脂などのリング状の外周に複数の突起を設けたものであると、間隙３８を容易に形成することができる。間隙３８は、浄水カートリッジを装着する浄水器の設定流量にもよるが、樹脂の成形精度も考慮すると、０．５ｍｍ以上あることが好ましい。間隙を大きくすると原水は流れやすくなるが、反面、ろ材の収容空間が少なくなるため、３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下とすることが好ましい。
ろ材ケース５７の内壁７１は、両端が開口した略円筒状であり、壁面に格子状の複数の内壁開口部８１を設け、その内周面には内壁メッシュ８２が取り付けられている。また、内壁７１の他端部には拡径した嵌合部Ａ７５が設けられている。

内壁メッシュ８２は、ポリエチレンテレフタレートや、ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＥ（ポリエチレン）などの合成繊維からなるメッシュであり、ほぼ等間隔の目開きを有する。目開きは適宜選択することができるが、後述する粉体ろ材に用いる粒子の粒度より小さな目開きを選択すると、粉体ろ材５９が内壁メッシュ８２を通過することがないので、流出した粉体ろ材が、中空糸膜束５２を傷つけない点で好ましい。

内壁メッシュ８２をろ材ケース５７の内壁７１の内周面に取り付ける方法としては、内壁７１の成形時にメッシュと一体成形する方法が強固に取り付けられる点で好ましい。

また、内壁メッシュ８２は、対面する粉体ろ材５９は漏らさず、処理されるべき水は通過させるフィルタ機能を有するものであるので、内壁メッシュ８２の目開きは、粉体ろ材５９の粒径よりより小さいものとなっている。また、通水での圧力損失を低減させるため、内壁メッシュ８２の開口率は強度の許す限り大きいものが好ましい。また、同様に格子状の内壁開口部８１の開口率も強度の許す限り大きいものが好ましい。

内壁メッシュ８２をろ材ケース５７の内壁７１の内周面に取り付けることで、後述する中空糸膜束５２を挿入する際に、複数の開口部で擦過させることもなく、スムーズに挿入させることができる。さらに、粉体ろ材５９は、ろ材ケース５７の内壁７１、外壁７２および下壁７３に囲まれる内部空間６１に充填されるため、ろ材ケース５７の内壁７１の厚み分だけ充填量を増やすことができる。（図３では描画されていないが、内壁開口部８１にも粉体ろ材５９は充填される。）すなわち、従来のように円筒状の中空糸膜ケースの存在する浄水カートリッジにおいては、中空糸膜ケースの（厚みの）スペースはろ材の収容スペースとしては活用されていなかったが、本発明においては、中空糸膜ケースは存在せず、かつ中空糸膜束収容空間を形成する内壁７１の厚み部分も、ろ材の収容スペースとして有効活用されている。

外壁７２、および内壁７１に取り付けられ、それぞれの格子状の複数の開口部を覆うものは、上述のメッシュ（外壁メッシュ８４および内壁メッシュ８２）ではなくとも、粉体ろ材５９は漏らさず、処理されるべき水は通過させるフィルタ機能を果たすものであれば、同様の材質の不織布であってもよい。

ろ材キャップ５８は、ろ材ケース５７の内壁７１と外壁７２および下壁７３に囲まれる内部空間６１に充填した粉体ろ材５９を外部に漏出させなかったり、ろ材ケース５７の内壁の内側に流入した水と原水とを混合させないために装着するものである。

なお、当然ながら、外壁７２はケーシング３２内にあって、かつ内壁７１の径方向外側に位置するので、ケーシング３２口径＞外壁７２口径＞内壁７１口径の関係がある。

ろ材キャップ５８の形状は、上下両面がほぼ板状の環状部材であって、中央に設けられる開口の内周面は、ろ材ケース５７の内壁７１の上端部外周面に嵌着し、その内壁嵌着部６５は、水および粉体ろ材５９に対して密封状態となっている。また、ろ材キャップ５８の下面の径方向外側部には段差部が形成され、外壁７２の上端部に嵌着し、その外壁嵌着部６６は、水および粉体ろ材５９に対して密封状態となっている。ろ材キャップ５８の外周面の口径は、外壁７２の外周面の口径より大きく、かつケーシング３２内周面に嵌着するように設定してあるので、ろ材キャップ５８は、ケーシング３２内周面と外壁７２外周面との間に、原水入口３６に通ずる原水流路をなす筒状の間隙３８を形成する役割を果たしていると共に、その原水流路の上端を閉塞することになっている。今述べた、ろ材キャップ５８の嵌着するろ材ケース５７の内壁７１の上端部、ろ材ケース５７の外壁７２の上端部、およびケーシング３２の内周面のそれぞれの嵌合部にシール部材としてのＯリングを介在させ、密封を確実にすることも可能であるが、嵌合のみで固定し、密封を実現する方が簡素であり好ましい。

また、製造工程において、中空糸膜モジュール３１内にごみが入ったり、中空糸膜束５２を傷つけたりする可能性を少なくするために、ろ材キャップ５８が内壁７１の上端開口を密閉するものであってもよい。この場合、ろ材キャップ５８は、ケーシング内周面に嵌着しない形態でもよい。

また、図６の他の実施形態例に示すように、外壁７２上端部外周面が径方向外側に張り出し、ケーシング内周面に嵌着し、その嵌着部分は水密状態となっている実施形態も好ましい。この場合、ろ材キャップ５８は、ケーシング内周面に嵌着しない形態でもよい。

次に、粉体ろ材部３４に収納される粉体ろ材５９について説明する。

粉体ろ材５９は、上述のろ材ケース５７およびろ材キャップ５８で形成される略筒状の内部空間６１に充填、収容される。浄水カートリッジの製造工程において、粉体ろ材５９のろ材ケース５７の内部空間６１への充填とろ材キャップ５８の装着とは、ケーシング３２の内部において行われる場合と、ケーシング３２の外部で行われる場合とがあり得る。前者の場合は、粉体ろ材５９の充填、ろ材キャップ５８の装着、ケーシングキャップ３３の装着の作業を連続的に行えるメリットがある。後者は、本発明の構成により初めて可能になる製造工程であって、図１のような従来の浄水カートリッジの製造工程においては実施し得ない特徴的なものである。すなわち、粉体ろ材部３４の円筒容器６０は、嵌合部Ａ７５を有し、中空糸膜モジュール３１の封止ケース５１は、嵌合部Ｂ５４を有し、嵌合部Ａ７５と上記の嵌合部Ｂ５４とが嵌合する構成であり、粉体ろ材部３４と中空糸膜モジュール３１とを嵌合で組み立てることができる構成となっているので、それら２つのろ材部をそれぞれ独立した構成物にすることができる。そのため、浄水カートリッジ組立工程とは別工程として、粉体ろ材部３４を中空糸膜モジュール３１やケーシング３２とは別体の部材として製造することが可能で、円筒容器６０のろ材ケース５７の内部空間６１への粉体ろ材５９の充填に伴う発塵等によるケーシング３２の内部や中空糸膜束５２の汚れのリスクを低減できるという従来にない大きなメリットがある。すなわち、例えば浄水カートリッジの組立工程開始前に、ケーシング３２や中空糸膜束５２から隔離された場所で粉体ろ材部３４を製造し、浄水カートリッジの組立工程において、この粉体ろ材部３４をカートリッジに組み込むことで、粉体ろ材部３４の製造工程で発生する粉体ろ材の粉塵等によりケーシング３２の内部や中空糸膜束５２に上記の粉塵が付着し、これらの部材が汚れることを抑制できるという従来にない大きなメリットがある。

粉体ろ材５９としては、ヤシ殻や木材、石炭などを原料とした粒状または粉状活性炭や、原水中の鉛等の重金属を除去するのに適した粒状または粉状イオン交換体、例えばチタンケイ酸塩やアルミノケイ酸塩などのゼオライトを、適宜組み合わせて充填して使用することができる。

粉体ろ材５９には、その平均粒径がおよそ３０〜９００μｍの範囲のものが使用可能で、
浄水カートリッジの種類、用途、性能に応じて選択して使用される。粒径を小さくすると表面積が増えるため、粉体ろ材の吸着能力やイオン交換能力を高めることができるし、粉体ろ材の充填密度も向上する。そこで、粉体ろ材１０として平均粒径がおよそ３０〜１５０μｍと小さいものを採用することは、粉体ろ材部によるろ過能力を大幅に高め、充填密度もより高めることができる点で、非常に好ましい。粉体ろ材の粒径は、活性炭の場合、ＪＩＳ Ｋ １４７４：２０１４活性炭試験方法 ７．３粒度に定められた方法に従って測定しても良いし、レーザー回折／散乱式法で測定した方法でも良い。いずれについても、重量あるいは体積の粒度分布による積算値が５０％を占める粒径（５０％粒径）を平均粒径とする。

特許文献１に示すような従来の成形体の活性炭などのろ材では、成形のためのバインダーの占める質量割合が３〜２０％程度を占め、その部分はろ過に寄与しないが、粉体ろ材を使用することで、バインダーが占めていた質量を活性炭もしくはイオン交換体で充填することができ、増加したろ材がろ過に寄与するためろ過能力を大幅に向上することができる。特に平均粒径がおよそ３０〜１５０μｍと小さい粉体ろ材の場合は、充填密度を高めることができ、例えば、粒状または粉状活性炭としてヤシ殻活性炭を使用する場合、０．５０〜０．７５ｇ／ｍＬ程度まで高めることができるので、ろ過能力が高くかつコンパクトに浄水カートリッジを構成することが可能となる。

一方、一般に粒径を小さくすると粉体ろ材部の通水での圧力損失が大きくなり、所定のろ過流量を確保できないこともあり得る。しかし本発明では、細長い略筒状のろ材ケース５７の内壁７１形状に対応して、上述の略筒状の収容空間（内部空間６１）およびそこに収容される粉体ろ材５９の全体形状は、軸方向長さが長くなっており、しかもその径方向長さ（厚さ）より長い筒状形状となっている。そして通水は、筒状の粉体ろ材部の外側から内側に向かって径方向に行われるため、通水の流路断面積が、軸方向に通水する場合より、ずっと広くなっているので通水の流速は低減され、粒径の小さい粉体ろ材を高密度充填したとしても、通水での圧力損失を十分低減でき、所定のろ過流量を達成できる。

対照的に、図１に示すような従来の浄水カートリッジでは、通水は、浄水カートリッジの軸方向に長い円筒状の粒状活性炭部分を、浄水カートリッジの軸方向に行われる。よって、従来の浄水カートリッジでは、本発明の浄水カートリッジと比較して、通水の流路断面積が狭く、通水の流速が大きくなるため、通水での圧力損失が大きくなり、高いろ過流量を得ることができない。

筒状の粉体ろ材部の軸方向長さ／径方向長さは、１を超える数値で要求される圧力損失等に応じて定められるが、約３以上が好ましい。また、径方向長さの絶対値は、粉体ろ材とろ材キャップ５８や下壁７３との境界面での通水のショートカットを防ぐこと、および粉体ろ材のろ過原理から最低限必要とされる値などを考慮して定められるが、実設計上は約５ｍｍ以上が通例である。

粉体ろ材５９とろ材キャップ５８との間に弾性部材８６が配設されると好ましい。こうすると、弾性部材８６が粉体ろ材５９とろ材キャップ５８とを押圧し、それらと密着することにより、充填した粉体ろ材５９とろ材キャップ５８の間に空隙ができなくなり、原水を通水した際に粉体ろ材５９をショートカットする恐れがなくなる。弾性部材８６としては、硬度の低いシリコーンゴムなどのゴム、合成樹脂のスポンジ、発泡体、不織布、フェルトなどが使用可能である。

中空糸膜モジュール３１について、図３、図４を用いて説明する。

中空糸膜モジュール３１は、封止ケース５１と中空糸膜束５２を有し、封止ケース５１には中空糸膜束５２の一端部（下端部）が封止剤７０により封止固定されている。封止固定された中空糸膜束と封止剤とで形成される部位が封止部５３である。また、中空糸膜束５２の上記一端部以外の部分の一部は、封止ケース５１から突出する突出部１０３をなしている。突出部１０３は内壁７１の内側に収容される。図３において、突出部１０３は、封止固定される中空糸膜束５２の一端部以外の部分の大部分を占めている。

封止ケース５１は、ろ材ケース５７の内壁７１の内側に流入した水と原水とを混合させない役割も果たす。そのために、封止ケース５１の形状は、ろ材ケース５７の内壁７１の下端部に設けられる嵌合部Ａ７５に嵌入できるような嵌合部Ｂ５４を有するものとなっている。図３においては、封止ケース５１は筒状であり、上端部には段部があり、縮径された嵌合部Ｂ５４が設けられている。嵌合部Ａと嵌合部Ｂのそれぞれの形状は、円筒容器６０と封止ケース５１とを水密に嵌合できるものであれば、図３に示される以外の形状であってもよいが、嵌合後において嵌合部表面が、中空糸膜束５２の突出部１０３が収容される空間に対して凸形状をなすことなく、内壁７１の内周面と面一となることが望ましい。そうすれば、突出部１０３を挿入しやすく、また突出部１０３の中空糸膜束５２が傷つくリスクを低減できる。

嵌合部Ａ７５と嵌合部Ｂ５４との嵌合に、水密固定用のＯリングを介在させ、水密を確実にすることも可能であるが、嵌合のみで固定し、水密を実現する方が簡素であり好ましい。

封止ケース５１の材料としては、封止剤との親和性が良い非晶性樹脂が好ましく、安全性を加味するとＡＢＳ樹脂やポリスチレンが好ましい。

封止ケース５１の中央の開口には、中空糸膜を束ねて逆Ｕ字状に折り曲げた中空糸膜束５２の一端部が挿入され、封止剤７０によって封止固定されている。各中空糸膜間および中空糸膜束５２と封止ケース５１との間に封止剤７０を充填して、それが固化することによって固定される。封止ケース５１とケーシング３２を連結する前に、封止剤７０の下端部を、封止された中空糸膜束の下端部と共に切断除去することにより、中空糸膜束５２は、ケーシング３２に向かって開口している。封止ケース５１の内周面の一部にはシボ加工を施してあり、封止固定された封止剤７０と中空糸膜束５２の一端部（封止部５３）の封止ケース５１からの剥離を防いでいる。通水時には、封止部５３に水圧による荷重が加わるが、シボの凹凸に沿って封止剤７０に凹凸が形成されているので、凹凸同士が引っかかることから、封止部５３が封止ケース５１から剥離・脱落することはない。

封止ケース５１の外周部には、ケーシング３２と水密に固定するためのＯリング１０２が取り付けられている。ケーシング３２の内側に設けられた円筒形リブ５６の内側に、Ｏリング１０２が装着された封止ケース５１を挿入する。封止ケース５１の高さは、中空糸膜束５２のろ過に係わる有効膜面積を多くするためには、低い方が望ましいが、封止ケース５１がぐらつかずに円筒形リブ５６に挿入固定できること、および封止部５３の耐水圧強度を確保することなどを考慮して定められる。５〜３０ｍｍ程度が代表的数値である。

中空糸膜束５２としては、親水化したポリスルホン中空糸膜を用いている。ポリスルホンは生物学的特性、耐熱性、耐薬品性等に優れていて、浄水器用途として好ましい。ポリスルホン以外に、ポリアクリルニトリル、ポリフェニレンスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレンの中空糸膜を用いても差し支えない。材料が異なる複数種類の中空糸膜を組み合わせても良い。疎水性のポリエチレンやポリプロピレンの中空糸膜を入れれば、水に混入した空気を効率良く排出することができる。中空糸膜の孔径は０．１〜０．３μｍであり、水道水中の濁質を捕捉するのに最も適している。中空糸膜の外径はφ３００〜５００μｍ、内径はφ２００〜３４０μｍ、膜厚は５０〜１００μｍが好ましく、十分な強度を有している。製造におけるＵ字状に折り曲げる工程や、封止ケース５１に押し込む工程で切れることはない。

中空糸膜束５２の中空糸膜のみの断面積を、内壁７１の内部の断面積の４５〜５５％とすることが好ましい。こうすると高い濁りろ過能力を有することができ、長期間使用することができる。４５％を下回ると中空糸膜束５２の膜面積が小さくなり、また５５％を上回ると密集した中空糸膜束５２の内部まで濁質が回り切らなくなり、いずれの場合も濁りろ過能力が低下して長期間使用できなくなることが多い。中空糸膜の外径がφ３００〜５００μｍと、強度を有しながらも十分に細いと、小さな封止ケース５１の中に十分に大きな膜面積を確保でき、より高い濁りろ過能力を発揮することができる。

封止剤７０（ポッティング剤）としては、流動性を有する主剤と硬化剤を混合して硬化させる二液混合型で、ポリウレタンやエポキシ樹脂などを適宜用いることができる。それらを遠心法や静置法などによって固化させれば良い。

上述の説明において、略筒状とした部材が全て略円筒状であって、それらが同一中心軸を有して同軸的に配置されることは、浄水カートリッジをコンパクトにするためには、最も効果的、合理的であり、好ましい形態である。

また、上述において、２つの部材を嵌着させその部材間を密封（または密閉）状態にする場合、シール部材を介在させて、密封（または密閉）を確実にすることも可能である。ただし、コンパクトな浄水カートリッジ設計のためには、シール部材を介在させずに密封（または密閉）を実現することが好ましい。

また、ケーシング３２、ケーシングキャップ３３、ろ材ケース５７、ろ材キャップ５８、カートリッジキャップ３５の材質は、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂やＡＳ（アクリロニトリル・スチレン）樹脂、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂など、成形時の寸法精度が高い樹脂で成形されたものが好ましい。

以上のように構成された浄水カートリッジ３の水の流れについて、図３を用いて説明する。

原水入口３６から入った原水は、流路１７で周方向にほぼ均等に分配され、原水流路である筒状の間隙３８に導かれ、外壁７２（と外壁メッシュ８４）、粉体ろ材５９、内壁７１（と内壁メッシュ８２）をその順で径方向に通過して、内壁７１の内部（すなわち中空糸膜束５２の突出部１０３）に至る。つまり、外壁の筐体側の面から内壁の中空糸膜束側の面まで、浄水カートリッジの径方向に通水可能となっている。
そして、原水は、粉体ろ材５９と接触し、それを通過することにより、原水中の遊離残留塩素、カルキ臭、カビ臭、トリハロメタンや、鉛などの重金属イオンなどが除去される。次いで、水は中空糸膜束５２を通過し、濁質成分、細菌類なども除去されて浄水となり、中空糸膜束５２の下端面の開口を経て、浄水出口３７から吐出される。

蛇口直結型浄水器に使用されるコンパクトな浄水カートリッジを実施形態例として説明したが、本発明は、アンダーシンク型浄水器や据置型浄水器などの比較的大型の浄水カートリッジとしても利用可能である。

１ 蛇口直結型浄水器
２ 流路切換器
３ 浄水カートリッジ
１７ 流路
２１ 取付ナット
３１ 中空糸膜モジュール
３２ ケーシング
３３ ケーシングキャップ
３４ 粉体ろ材部
３５ カートリッジキャップ
３６ 原水入口
３７ 浄水出口
３８ 間隙
３９ ケーシング底面
５１ 封止ケース
５２ 中空糸膜束
５３ 封止部
５４ 嵌合部Ｂ
５５ 流路切換器接続部
５６ 円筒型リブ
５７ ろ材ケース
５８ ろ材キャップ
５９ 粉体ろ材
６０ 円筒容器
６１ 内部空間
６５ 内壁嵌着部
６６ 外壁嵌着部
７０ 封止剤
７１ 内壁
７２ 外壁
７３ 下壁
７４ ろ材ケース開口部
７５ 嵌合部Ａ
８１ 内壁開口部
８２ 内壁メッシュ
８３ 外壁開口部
８４ 外壁メッシュ
８５ 間隙形成部
８６ 弾性部材
１０１ 円筒ケース
１０２ Ｏリング
１０３ 突出部

Claims (3)

1. 原水入口と浄水出口とを有した筐体内部に、中空糸膜束と、粉体ろ材と、を有する浄水カートリッジであって、
   前記粉体ろ材は、内壁、外壁、上壁および下壁で形成される円筒容器の内部空間に収納され、
   前記円筒容器は、嵌合部Ａを有し、
   前記中空糸膜束の一端部は、封止剤により封止ケースに固定されており、前記中空糸膜束の前記一端部以外の部分の一部は、前記封止ケースから突出する突出部をなし、
   前記突出部は前記内壁の内側に収容され、
   前記封止ケースは、嵌合部Ｂを有し、
   前記嵌合部Ａと前記嵌合部Ｂとが水密に嵌合しており、前記外壁の前記筐体側の面から前記内壁の前記中空糸膜束側の面まで、浄水カートリッジの径方向に通水可能である浄水カートリッジ。
2. 前記上壁により前記筐体の内周面と前記外壁の外周面との間に前記原水入口に通ずる原水流路をなす間隙が形成され、
   前記上壁により前記原水流路の上端が閉塞された、請求項１の浄水カートリッジ。
3. 前記粉体ろ材と前記上壁との間に弾性部材が配設された、請求項１または２の浄水カートリッジ。

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