JP3136993U - イオン交換樹脂カートリッジおよびこれを装着した浄水器用のプライマリーフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】イオン交換樹脂の再生処理のため取り外して回収でき、しかも取り付け時の流路の遮断性がよいカートリッジ並びに、このカートリッジの着脱作業が容易で、原水の汚れに応じた構成が可能な浄水器用のプライマリーフィルターを提供する。
【解決手段】イオン交換樹脂カートリッジ３０は、貫通孔１４を有し、貫通孔の周囲に漏れ防止溝１３が形成されたゴムキャップ１２と、ゴムキャップが両端に取り付けられる筒状の透明なケース１６と、ケースの上部側面に設けられた内部に通じる複数の通水孔１７と、ケース内に充填される硝酸性窒素または亜硝酸性窒素を吸着するビーズ状のイオン交換樹脂１９と、ケース内の上部と下部に装着され、イオン交換樹脂の流失を防ぐポリスチレン製の多孔質フィルター１８と、が備えられ、回収されて工場で再生処理されることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本考案は、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素を除去できるイオン交換樹脂カートリッジおよびこれを装着した浄水器用のプライマリーフィルターに関する。

自然には、大気中の窒素は土に取り込まれ、生物に移行し、再び大気に戻る窒素循環サイクルがある。そのため、多少の硝酸性窒素や亜硝酸性窒素は河川水や地下水から検出される。しかし、近年、化学肥料などが原因で、地下水に硝酸性窒素や亜硝酸性窒素が規定以上に含まれることが増えている。植物が吸収しきれなかった窒素肥料、例えば硫安などのアンモニア態窒素（ＮＨ_４ ⁻−Ｎ）が土壌に浸透すると、土壌微生物によって亜硝酸態（ＮＯ_２ ⁻−Ｎ）に、さらには硝酸態窒素（ＮＯ_３ ⁻−Ｎ）に変化して地下水に浸み込む。また、植物に吸収された場合でも豊作で肥料として土壌にすき込まれるなら、地下水に影響を与える。水道水の水質基準では、硝酸性窒素や亜硝酸性窒素の合計が１０ｐｐｍ（＝ｍｇ／リットル）以下、亜硝酸性窒素のみでは０．０５ｐｐｍ（＝ｍｇ／リットル）以下などとされている。

硝酸性窒素（ＮＯ_３ ⁻）や亜硝酸性窒素（ＮＯ_２ ⁻）を含む高い地下水や野菜ジュースを飲むと、胃の中で魚介類、肉、大豆などに含まれる蛋白質に含まれるアミン類と反応して、Ｎ−ニトロソアミン等の発がん性のあるニトロソ化合物が生成される場合がある。また、硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を含む水で溶かしたミルクを乳幼児に与えると、体内で亜硝酸が生成され、これが血液中のヘモグロビンと結合してメトヘモグロビンとなり、酸素の運搬能力を奪う場合がある。乳幼児が、硝酸性窒素や亜硝酸性窒素が原因で酸欠状態となり、皮膚が青くなる病気はブルーベービーとして知られる。

浄水場では塩素が投入されるので、水道水では亜硝酸性窒素は酸化されてしまい、硝酸性窒素のみが検出される。また、亜硝酸性窒素は空気に触れると酸化されることもあり、地下水などでも亜硝酸性窒素は、通常、ほとんど検出されない。硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を取り除くには、逆浸透膜を使用する方法、イオン交換樹脂を使用する方法、バイオリアクター（脱窒菌を吸着させた担体を充填した反応槽）を使用する方法などがある。硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を含む井戸水に頼らざるを得ない地域では、市町村が硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を除去できる浄水器の設置を推奨している。なお、家庭用品品質表示法では、浄水器は、残留塩素を除去する機能を有するものとされている。

逆浸透膜を使用した装置は、装置が高価で処理量が少なく、電源を必要とする。イオン交換樹脂を使用した装置は、目的物質を所定量捕捉すれば、捕捉性能が低下するのでイオン交換樹脂の再生処理を行なう必要がある。再生処理を自動化した装置は高価であり、同じく電源を必要とする。再生処理が可能な装置は、家庭の主婦に定期的な再生処理をお願いしてもなかなか実施してもらえないのが実状である。硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を含む井戸水しか入手できない家庭では、飽和食塩水を用いて再生処理した場合、残留した食塩を洗い流し、味覚に感じない程度になるまで流水で洗浄する必要がある。しかし、これでは、井戸水に含まれる硝酸性窒素や亜硝酸性窒素がイオン交換樹脂に吸着され、洗浄が適切に行なわれたことにはならない。

特許文献１には、硬水（カルシウム塩やマグネシウム塩を多く含む水）からイオン交換樹脂を用いて軟水を作る水処理装置が示されている。イオン交換樹脂の再生を行うため、この浄水器には食塩を添加する食塩添加口や、投入された食塩を溶解するための水を貯水する貯水部が備えられる。特許文献２には、陰イオン交換樹脂を使用して硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を除去する改水器が示されている。
特開平１１−２２６５７１号公報 特開平６−８６９７５号公報

本考案の目的は、イオン交換樹脂の再生処理のため取り外して回収でき、しかも取り付け時の流路の遮断性がよいカートリッジ並びに、このカートリッジの着脱作業が容易で、原水の汚れに応じた構成が可能な浄水器用のプライマリーフィルターを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本考案による請求項１記載のイオン交換樹脂カートリッジは、貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲に漏れ防止溝が形成されたゴムキャップと、前記ゴムキャップが両端に取り付けられる筒状の透明なケースと、前記ケースの上部側面に設けられた内部に通じる複数の通水孔と、前記ケース内に充填される硝酸性窒素または亜硝酸性窒素を吸着するビーズ状のイオン交換樹脂と、前記ケース内の上部と下部に装着され、前記イオン交換樹脂の流失を防ぐポリスチレン製の多孔質フィルターと、が備えられ、回収されて工場で再生処理されることを特徴とする。

本考案による請求項２に記載の浄水器用のプライマリーフィルターは、一側の横側面から筒内側面に通じる第一通水口と、筒内の底部中央に設けられ筒内に開口する第一管形突起と、前記第一管形突起から他側の横側面に通じる第２通水口と、前記第一管形突起の周囲に設けられる第一突出リングと、筒上部の内側に設けられたメネジと、を有する上部が開口した有底筒状の台座と、前記台座のメネジに螺合して取り付けられ、外側面に設けられたオネジと、内側の上部中央に設けられる一端が閉じた第二管形突起と、前記第二管形突起の周囲に設けられる第二突出リングと、を有するシリンダーキャップと、で構成されるフィルターハウジングと、前記フィルターハウジングに装着される請求項１に記載のイオン交換樹脂カートリッジと、が備えられ、前記第一管形突起と第二管形突起が両端のゴムキャップの各貫通孔に、前記第一突出リングと第二突出リングが両端のゴムキャップの各漏れ防止溝に、着脱可能に嵌め込まれ、前記シリンダーキャップが前記台座に螺合されることにより、前記イオン交換樹脂カートリッジが固定されることを特徴とする。

請求項３の考案は、請求項２の浄水器用のプライマリーフィルターであって、貫通孔と前記貫通孔の周囲に設けられた漏れ防止溝を有するゴムキャップが両端に取り付けられた不織布フィルターを装着した前記フィルターハウジングがさらに設けられ、前記イオン交換樹脂カートリッジを装着した前記フィルターハウジングの上流に連結されることを特徴とする。

請求項４の考案は、請求項３の浄水器用のプライマリーフィルターであって、前記イオン交換樹脂カートリッジを装着した前記フィルターハウジングがさらに設けられ、前記イオン交換樹脂カートリッジを装着した前記フィルターハウジングの下流に連結されることを特徴とする。

本考案による請求項１のイオン交換樹脂カートリッジによれば、回収されて工場で再生処理されるので、再生処理に必要とされるきれいな水が得られない地域での再生処理問題が解消できる。ゴムキャップの漏れ防止溝は、ケース内とケース外側面の２つの流路の遮断性を向上させ、水漏れがないようにできる。ケースの上部側面の複数の通水孔は、通常使用時、下部のゴムキャップの貫通孔から入った水の吐出口とし、上部のゴムキャップの貫通孔から吐出しない使い方を可能にする。一方、再生処理時、下部のゴムキャップの貫通孔から入った水は、上部の通水孔と上部のゴムキャップの貫通孔の両方から吐出され、洗浄処理水の流れをスムーズにできる。

本考案による請求項２の浄水器用のプライマリーフィルターによれば、イオン交換樹脂カートリッジを台座に嵌め込み、シリンダーキャップが台座に螺合するだけなので、着脱作業が簡単にできる。しかも、台座の第一突出リングが、ゴムキャップの漏れ防止溝に嵌合されるので、フィルターリング前とフィルターリング後の水を完全に分離し、一方から他方に水漏れがないようにできる。シリンダーキャップの一端が閉じた第二管形突起は、上部のゴムキャップの貫通孔を使用しないので、シリンダーキャップの内部構造が簡単で、製造用金型が複雑にならない。

請求項３のプライマリーフィルターによれば、不織布フィルターを装着したフィルターハウジングを、イオン交換樹脂カートリッジを装着したフィルターハウジングの上流に連結したので、初めに水の汚れが除去でき、イオン交換樹脂カートリッジの交換時期が、多孔質フィルターの目詰まり等で早まることを防止できる。

請求項４のプライマリーフィルターによれば、イオン交換樹脂カートリッジを装着したフィルターハウジングを連設したので、硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を多く含む井戸水であっても、所定の濃度まで硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を除去できる。

以下、図面を参照して、本考案によるイオン交換樹脂カートリッジおよびこれを使用した浄水器用のプライマリーフィルターについて説明する。

図１は、本考案による２連構成の浄水器用のプライマリーフィルターの斜視図である。浄水器用のプライマリーフィルター２００は、プライマリーフィルター１０ａとプライマリーフィルター１０ｂからなる。プライマリーフィルター１０ｂが、イオン交換樹脂カートリッジを使用したプライマリーフィルターである。プライマリーフィルター１０ａは、プライマリーフィルター１０ｂに通す水をあらかじめきれにする不織布フィルターを使用したプライマリーフィルターである。フィルターハウジングは台座１とシリンダーキャップ２からなり、台座１にシリンダーキャップ２が螺合されて構成される。プライマリーフィルター１０ａ、１０ｂは、台座１とシリンダーキャップ２が共通である。また、プライマリーフィルター１０ａ、１０ｂ間は、連結具１１ａ、１１ｂで連結される。硝酸性窒素や亜硝酸性窒素は、プライマリーフィルター１０ｂで除去され、これ単独でも浄水器用のプライマリーフィルターとして機能する。

図２は、図１の台座の断面図である。台座１は、上部が開口した有底筒状をしており、左側の横側面から筒内側面に通じる第一通水口４と、筒内側の底部中央に設けられ筒内に開口する第一管形突起６と、第一管形突起６から右側の横側面に通じる第２通水口５と、第一管形突起６の周囲に設けられる第一突出リング７と、筒上部の内側に設けられたメネジ３ａと、を有する。通水は、第一通水口４から第二通水口５に通すように使用しても、第二通水口５から第一通水口４に通すように使用してもよい。

図３は、図１のシリンダーキャップの断面図である。シリンダーキャップ２は、台座１のメネジ３ａに螺合して取り付けられる。下部の外側に設けられたオネジ３ｂと、内側の上部中央に設けられる一端が閉じた第二管形突起８と、第二管形突起８の周囲に設けられる第二突出リング９と、を有する。

図４は、図１のプライマリーフィルター１０ｂのフィルターハウジングに装着されるイオン交換樹脂カートリッジの外観図である。イオン交換樹脂カートリッジ３０は、筒状の透明なケース１６の上下両端にゴムキャップ１２が取り付けられる。ゴムキャップ１２には上下に貫通する貫通孔１４と漏れ防止溝１３が形成される。筒状のケース１６の上部側面、上側のゴムキャップ１２の直下には、内部に通じる複数の通水孔１７を設けた。一例として、ケース１６の外径は約４０ｍｍ、長さは１７３ｍｍである。また、通水孔１７は、横一列に１０個を設け、孔の直径は約３ｍｍとした。

図５は、図４に示すイオン交換樹脂カートリッジ３０のＡ−Ａ断面図である。ケース１６内には、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素を吸着するビーズ状のイオン交換樹脂１９が充填される。イオン交換樹脂１９は直径が約０．２ｍｍのビーズ状の陰イオン交換樹脂を使用している。その容積は、約１５０ミリリットル（ｍｌ）である。ケース１６内の上部と下部には、イオン交換樹脂１９の流失を防ぐポリスチレン製の多孔質フィルター１８が装着される。多孔質フィルター１８は、スチレン製で固くて変形せず円盤状に加工してある。多孔質フィルター１８の孔は、水は通過できるがイオン交換樹脂１９は通過できない大きさである。

図６は、図１のプライマリーフィルター１０ａのフィルターハウジングに装着される不織布フィルターの断面図である。不織布フィルター２０は、筒状のポリプロピレン不織布１５の両端にゴムキャップ１２が取り付けられたものである。不織布としては、ポリプロピレンの他にポリエステルのものを使用してもよい。不織布フィルター２０は使い捨てである。

図７は、図１のプライマリーフィルター１０ｂの一構成例を示す断面図である。イオン交換樹脂カートリッジ３０は、下部のゴムキャップ１２の貫通孔１４と漏れ防止溝１３に、台座１の第一管形突起６と第一突出リング７が嵌め込まれ、上部のゴムキャップ１２の貫通孔１４と漏れ防止溝１３に、シリンダーキャップ２の第二管形突起８と第二突出リング９が螺合により嵌め込まれる。なお、シリンダーキャップ２の内側上部の構造は、ゴムキャップ１２の貫通孔１４から水を吐出側の流路に通過させない、単に支えて押さえる構造なので金型を簡単化できる。なお、台座１の第二通水口５を水の入口側とし、第一通水口４を吐出側とした。水は、イオン交換樹脂カートリッジ３０のケース１６内を下から上に流れ通水孔１７から出て第一通水口４に出る。井戸水を汲み上げるポンプ圧が普通のものであれば、図７の使い方になる。下部のゴムキャップ１２の漏れ防止溝１３と台座１の第一突出リング７の嵌合により、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素が除去される前の水が、吐出側の第一通水口４に漏れ出ることがない。

図８は、図１のプライマリーフィルター１０ｂの他の構成例を示す断面図である。図８は、台座１の第一通水口４を水の入口側とし、第二通水口５を吐出側とした。水は、イオン交換樹脂カートリッジ３０のケース１６内を上から下に流れ第二通水口５に出る。井戸水を汲み上げるポンプ圧が高いなら図８の使い方にできる。

図７、図８に示すように、嵌め込み操作と螺合操作によりイオン交換樹脂カートリッジ３０を容易に着脱できる。各家庭には複数本のイオン交換樹脂カートリッジ３０をあらかじめ配布しておき、所定の期間使用したら新しいものと交換することとする。取り外された使用済のイオン交換樹脂カートリッジ３０は、定期的（６〜１２カ月）に巡回するサービスマンによって回収され、工場で再生処理される。図５に示すイオン交換樹脂カートリッジ３０の構造によれば、再生処理時、イオン交換樹脂カートリッジ３０の下側から入った飽和食塩水は、通水孔１７と、上部のゴムキャップ１２の貫通孔１４の両方から吐出できる。

図９は、本考案による浄水器用のプライマリーフィルターの断面図で、図９（Ａ）は２連構成の浄水器用のプライマリーフィルター２００の断面図で、図９（Ｂ）は３連構成の浄水器用のプライマリーフィルター３００の断面図である。図９において、浄水器用のプライマリーフィルター２００、３００は、一点鎖線は塩素を除去できる浄水器１００と連結されて使用される。浄水器用のプライマリーフィルター３００は、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素が多く含まれる場合に向く。このような構成は、次のような試験結果に基づく。

図１０は試験結果を示す表である。井戸水を使用している家庭に、浄水器１００に浄水器用のプライマリーフィルター２００、３００を接続した図９（Ａ）または（Ｂ）の装置を設置し、流量計を設置し測定したものである。測定点は浄水器１００の吐出口とした。亜硝酸性窒素はいずれも検出されなかったので記入欄は省略している。なお、硝酸性窒素の測定はＨＡＣＨ社製のＤＲ２８００で行なった。図１０（Ａ）は、浄水器用のプライマリーフィルター２００を使用し、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素の濃度は約１０ｐｐｍである。通水量の数値は１日当たりの使用量（リットル／日）で示している。週が経過すると、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素の除去能力が落ちるが、１３週を経過しても２．５ｐｐｍである。イオン交換樹脂カートリッジ３０は、３カ月程度使用できる。

図１０（Ｂ）は、浄水器用のプライマリーフィルター２００を使用し、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素の濃度は約１５ｐｐｍである。週が経過すると、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素の除去能力が落ちるが、１３週目で４．０ｐｐｍである。イオン交換樹脂カートリッジ３０は、３カ月程度使用できる。

図１０（Ｃ）は、浄水器用のプライマリーフィルター２００を使用し、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素の濃度は約２０ｐｐｍである。週が経過すると、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素の除去能力が落ちるが、９週目で４．５ｐｐｍを示したので、イオン交換樹脂カートリッジ３０を交換した。イオン交換樹脂カートリッジ３０は、２カ月程度使用できる。

図１０（Ｄ）は、浄水器用のプライマリーフィルター３００を使用し、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素の濃度は約３０ｐｐｍである。週が経過すると、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素の除去能力が落ちるが、９週目で４．６ｐｐｍを示したので、イオン交換樹脂カートリッジ３０を両方とも交換した。３０ｐｐｍを超える場合はイオン交換カートリッジを２連装とすることで、約２カ月程度は、飲料可能な範囲に収まるよう対処できる。

本考案のイオン交換樹脂カートリッジ及びこれを装着した浄水器用のプライマリーフィルターは、硝酸性窒素または亜硝酸性窒素を除去できる家庭用の浄水器を補う装置として好適である。

本考案による２連構成の浄水器用のプライマリーフィルター２００の斜視図である。 図１の台座の断面図である。 図１のシリンダーキャップの断面図である。 図１のプライマリーフィルター１０ｂに装着されるイオン交換樹脂カートリッジの外観図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 図１のプライマリーフィルター１０ａに装着される不織布フィルターの断面図である。 図１のプライマリーフィルター１０ｂの一構成例を示す断面図である。 図１のプライマリーフィルター１０ｂの他の構成例を示す断面図である。 本考案による浄水器用のプライマリーフィルターの断面図である。（Ａ）は２連の浄水器用のプライマリーフィルター２００の断面図で、（Ｂ）は３連の浄水器用のプライマリーフィルター３００の断面図である。 本考案による浄水器用のプライマリーフィルターの試験結果を示す表である。（Ａ）は水の硝酸性窒素のレベルが約１０ｐｐｍの場合を示す。（Ｂ）は約１５ｐｐｍの場合を示す。（Ｃ）は約２０ｐｐｍの場合を示す。（Ｄ）は約３０ｐｐｍの場合を示す。（Ａ）から（Ｃ）は浄水器用のプライマリーフィルター２００を使用、（Ｄ）は浄水器用のプライマリーフィルター３００を使用した。

符号の説明

１ 台座
２ シリンダーキャップ
３ａ メネジ
３ｂ オネジ
４ 第一通水口
５ 第二通水口
６ 第一管形突起
７ 第一突出リング
８ 第二管形突起
９ 第二突出リング
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ プライマリーフィルター
１１ａ、１１ｂ 連結具
１２ ゴムキャップ
１３ 漏れ防止溝
１４ 貫通孔
１５ ポリプロピレン不織布
１６ ケース
１７ 通水孔
１８ 多孔質フィルター
１９ イオン交換樹脂
２０ 不織布フィルター
３０ イオン交換樹脂カートリッジ
１００ 浄水器
２００ ２連の浄水器用のプライマリーフィルター
３００ ３連の浄水器用のプライマリーフィルター

Claims (4)

1. 貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲に漏れ防止溝が形成されたゴムキャップと、
   前記ゴムキャップが両端に取り付けられる筒状の透明なケースと、
   前記ケースの上部側面に設けられた内部に通じる複数の通水孔と、
   前記ケース内に充填される硝酸性窒素または亜硝酸性窒素を吸着するビーズ状のイオン交換樹脂と、
   前記ケース内の上部と下部に装着され、前記イオン交換樹脂の流失を防ぐポリスチレン製の多孔質フィルターと、が備えられ、
   回収されて工場で再生処理されることを特徴とするイオン交換樹脂カートリッジ。
2. 一側の横側面から筒内側面に通じる第一通水口と、筒内の底部中央に設けられ筒内に開口する第一管形突起と、前記第一管形突起から他側の横側面に通じる第２通水口と、前記第一管形突起の周囲に設けられる第一突出リングと、筒上部の内側に設けられたメネジと、を有する上部が開口した有底筒状の台座と、前記台座のメネジに螺合して取り付けられ、外側面に設けられたオネジと、内側の上部中央に設けられる一端が閉じた第二管形突起と、前記第二管形突起の周囲に設けられる第二突出リングと、を有するシリンダーキャップと、で構成されるフィルターハウジングと、
   前記フィルターハウジングに装着される請求項１に記載のイオン交換樹脂カートリッジと、が備えられ、
   前記第一管形突起と第二管形突起が両端のゴムキャップの各貫通孔に、前記第一突出リングと第二突出リングが両端のゴムキャップの各漏れ防止溝に、着脱可能に嵌め込まれ、前記シリンダーキャップが前記台座に螺合されることにより、前記イオン交換樹脂カートリッジが固定されることを特徴とする浄水器用のプライマリーフィルター。
3. 貫通孔と前記貫通孔の周囲に設けられた漏れ防止溝を有するゴムキャップが両端に取り付けられた不織布フィルターを装着した前記フィルターハウジングがさらに設けられ、前記イオン交換樹脂カートリッジを装着した前記フィルターハウジングの上流に連結されることを特徴とする請求項２に記載の浄水器用のプライマリーフィルター。
4. 前記イオン交換樹脂カートリッジを装着した前記フィルターハウジングがさらに設けられ、前記イオン交換樹脂カートリッジを装着した前記フィルターハウジングの下流に連結されることを特徴とする請求項３に記載の浄水器用のプライマリーフィルター。

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