JP3394493B2 - 再生機能付き浄水装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浄水装置における
再生機能付き浄水装置に関し、さらに詳しくは、家庭、
事務所、食品加工業、及び飲食店などで人体に良好な水
を供給する、活性炭を備えた再生機能を付きの浄水装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダム水源池や湖は次第に富栄養化が進み
時にはアオコが発生している。これら汚染した水を飲み
水とする場合、その中にはいろいろな有機物質を含有し
ており、味が悪く、臭いがあり、有害物質も含まれるこ
とがある。さらに、浄水場で入れた塩素が水道管内で有
機物と反応しトリハロメタンを生成する。浄水器はトリ
ハロメタンなどの有害物質、塩素、臭気物質、あるいは
異味物質等を活性炭によって吸着させることを基本と
し、これに濾過器などを組み合わせている。しかしなが
ら、活性炭は吸着能力に限界がある。特に問題となるト
リハロメタンは吸着力が弱く吸着量も少ないため、短い
期間で活性炭から溶出するようになる。

【０００３】従来、活性炭を組み込んだ家庭用浄水器
は、活性炭を含む浄水部分をカートリッジ方式とするの
が一般的である。この場合、一定期間使用後、活性炭が
有害物質を吸着しなくなった頃にカートリッごと交換す
ることになっている。もし、交換しなければ活性炭の物
質吸着能が飽和し、蛇口から原水成分が流出するように
なる。このようなカートリッジ方式は、交換の頻度を下
げるために浄水の量を少なくするのが一般的であり、家
庭であっては飲み水等利用は限られ、浄水流量も少な
い。そのため野菜や食器などを洗うには難点があり、一
度に多量の水を使う作業には向かない。この問題は、大
きなカートリッジを作るれば解決されるが、場所を取る
のみならず極めて高価になる。

【０００４】カートリッジは通常中空糸濾過器を組み込
んであるが、これらを使用しないで単に活性炭だけを多
量に充填して浄化する方法がある。この方法はカートリ
ッジ方式に比べ安価になるが、活性炭の吸着能力がある
間はそのまま使おうとすると、次第にバクテリアが繁殖
するようになる。そうなると浄水を加熱しないまま飲む
ことは衛生上問題となる。

【０００５】そこで、活性炭の吸着能を再生できる浄水
器も市販されるようになった。この方法は外部から80〜
100℃程度の熱水を流すことで活性炭を再生するもので
あり、外部に給湯器など熱水を供給する装置が必要であ
る。しかしながら、外部から熱水を供給することは、危
険な操作を伴い、火傷などの危険が常につきまとう。さ
らに活性炭部と中空糸濾過器を組合わせることが、濾過
器の耐熱の問題で困難になっている。

【０００６】特開平10-192842号公報には、活性炭層内
部でヒータ加熱し、外部から水をゆっくり流すことによ
り活性炭を再生するものがある。しかし、この発明は活
性炭部が局部加熱される可能性がある。これを避けるた
めに水を早く流せば、ヒータ近傍以外は熱水処理されな
いことになる。さらに最適なヒータ制御の難しさ、再生
効果の低さなど多くの問題点を抱えている。

【０００７】また、特開平7-171056号公報では、沸騰蒸
気を活性炭に流すことで再生を行っている。この浄水器
は浄水時活性炭に水を流し、再生時には水位を下げて沸
騰させるという高度の制御が必要であり、ポンプも沢山
備えるものであるから、コストが高くなる。その上、再
生されるものがガス化する成分に限られる。元々水に溶
けていた成分で活性炭に吸着したもののうち水蒸気と一
緒に放散出来る成分のみが除去されるだけである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のごとく、浄化装
置をより使いよく、経済的で、安全な水を得られるもの
に改良するには何をおいても活性炭を装置内で安全にか
つ安価に再生させる手段が必要になる。また、再生に際
しては、出来るだけ多くの吸着物質を活性炭から溶出さ
せると同時に熱水によって活性炭を殺菌させなければな
らない。このような再生機能を備える浄化装置の開発が
本発明の課題である。これが可能になるならば、トリハ
ロメタンの除去も容易になり、バクテリアの繁殖を防ぐ
ことが出来る。さらに、水流量を制限せずに安心して使
用出来る浄水器を作ることが可能になる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】活性炭を再生するには10
0℃あるいは出来るだけ100℃に近い熱水を活性炭に循環
させる。このような熱水を外部から導き、吸着物質を流
し出すならば活性炭を完全に再生することになるが、現
実の問題としてホースを使ってこのような熱水を入れる
ことは危険である。従って外部から熱水は引き込まず、
主に加熱器（ヒータ）を浄水器内部に、あるいは外部で
あっても一体的に、設置するものとする。加熱器は浄水
装置が家庭用等で小さい場合は電気ヒータを使用し、工
場などで装置が大きい場合はガス加熱を行うこともでき
る。

【００１０】本発明の熱水循環の意味は活性炭の吸着物
質を装置内の熱水に溶出させ、かつその溶出速度を実用
化出来る程度に高くすることである。熱水循環システム
は100℃で沸騰している時に発生する水蒸気の気泡を用
いた気泡ポンプ、または水ポンプを利用する。気泡ポン
プは気泡の浮力を用いて水を循環する方法であり、ポン
プ揚程は低いが、機械部分が無く故障しにくいのが利点
である。従って、浄水器の内部循環の時主に利用するも
のとする。熱水循環用の水ポンプはいろいろなものが市
場に出回っているが、小型で低揚程のものを使う。

【００１１】本発明では、循環させるために活性炭部と
は別の熱水が戻る流路を作る。これは循環を出来るだけ
確実に行わせるためである。鍋で水を沸騰させるときの
ように活性炭部の下部で沸騰させても、熱水の循環は僅
かしか起きない。気泡ポンプの場合は通常加熱器の上部
を気泡ポンプ部とし、活性炭部とは区別する。しかし逆
に活性炭部の下に加熱器を置き、ここから気泡を発生さ
せて活性炭部に気泡を上昇させることもできる。この場
合は活性炭部上部の熱水が加熱器に戻るためのバイパス
流路が必要になる。水ポンプを使用する場合も、同じよ
うに循環させるための流路を作ることとする。

【００１２】このような循環流路は、通常、浄水時には
短絡流を生じることになる。本発明では、活性炭層を２
分し、その中間部分に水の出入り口を設置した。この工
夫によって短絡流を止めることが出来る。

【００１３】循環熱水の温度は100℃か、それに近い高
温が好ましい。温度が高いほど活性炭から溶出する物質
の量と種類が多くなる。しかし、活性炭の完全再生の時
のように800〜900℃にすることは、浄水器の場合合理的
ではない。最も簡単で実用的な温度設定は沸騰させるこ
とである。この温度でトリハロメタンをはじめとする多
くの低分子物質が溶出し、一部は気化する。そのため沸
騰水蒸気が排出する構造にしなければならない。安全装
置としてもガス排気口が必要である。

【００１４】熱水の循環処理時間は３〜60分とする。溶
出実験をベンゼンで行ったところ、溶出量は最初の1分
以内が最も大きいことを確かめた。しかし、その後も徐
々に溶出してきた。また熱水が循環するのに時間が必要
である。そこで少なくとも３分以上循環する必要がある
ことが分かった。30分でもまだいくらか溶出することか
ら60分程度までは実用的に効果があるものと判断した。

【００１５】熱水を循環していると活性炭からの溶出物
濃度が活性炭内の細孔と同じ濃度に近づいてくる。ここ
で熱水を捨て、新しく水を入れて再び熱水を作って循環
させる操作を何回も繰り返すどうかが問題となる。勿論
連続的に水を入れながら熱水としつつ循環処理するとい
う方法もある。しかしながら、本発明は基本的にはこの
ようなくり返し処理はほとんど行わず、行う場合もせい
ぜい１、２回程度相当と少なくする。今までの多くの装
置は、この点で解決方法を見いだせなかったのである。
例えば5〜10回も熱水循環―熱水廃棄処理、あるいはこ
の処理に相当する連続処理を行うと、ヒーターを使った
装置では相当複雑になり、かつ再生が長時間になり、実
用的でなくなる。

【００１６】しかし、活性炭部に充填する活性炭は、実
用上粒状活性炭であるから、その隙間に沢山の熱水が存
在できる。通常この割合は活性炭内部の熱水を含めた全
量の２／３程度になる。したがって理論的には、最初の
循環処理だけで溶出物の２／３を熱排水とともに捨てる
ことが可能である。さらに、活性炭部には熱水だけが存
在する空間部がいくらかは必ず存在し、加熱器部分や循
環回路部分にも熱水が存在する。従ってこれらの部分全
てを考えると活性炭内部の熱水は多くても20％程度であ
り、残りの80％以上は最後には排水されるのである。こ
の理論を用いると、処理は必ずしも完全である必要はな
いから、１回でも十分除去出来ることになる。再処理を
さらに1回行うと95％以上溶出物を除去することも十分
可能である。すなわち、処理はくり返しを多くする必要
はないのである。

【００１７】本発明では容易に活性炭を再生できるた
め、カートリッジに比べ遙かに多量の活性炭を使う装置
を家庭でも利用できることになる。さらに夜間に再生す
るならば日常の台所で必要な全ての水を、この浄水に置
き換えることが出来る。さらに、しばしば再生すること
で加熱消毒するから細菌の繁殖を防ぐことが出来る。

【００１８】再生操作を少なくして、かつ確実にバクテ
リアが浄水に存在しないようにすることを望む場合は、
バクテリアなどを濾過できる中空糸濾過器、繊維材濾過
器、若しくは無機材濾過器を後段に接続する。この場
合、再生時はガス排出孔を開き、浄水時に排出口を閉
じ、原水からの圧力をそのまま後段の濾過器に波及させ
るものとする。中空糸濾過器等を前段に接続してもよ
い。

【００１９】活性炭部は通常活性炭を充填するが、多量
に充填でき、再生も可能であるから吸着力が活性炭より
劣る木炭や竹炭なども使うことが出来る。例えば竹炭を
用いた浄化が健康によいとするならば、活性炭の代わり
にこれを充填することが出来る。これら活性炭、木炭、
竹炭などの形状は粒状とする。粉状を用いると再生時に
循環流量が極端に低下するため、本発明にはこれを使う
ことが出来ない。

【００２０】また木炭などの大きな形状の炭も利用でき
ないことはない。この場合は炭の吸着速度が小さいため
流しながら浄水を得ることは難しい。時間を置いた後、
得られた浄水を抜き出すというような使い方になる。こ
のように本発明は多様な使い方が出来るのである。

【００２１】

【作用】活性炭に熱水を循環させることにより、少量の
熱水を用いて活性炭を再生することが出来るため、消費
エネルギーが少なく、活性炭のくり返し利用で多量の浄
水を作ることが出来る。また、循環流があるため活性炭
からの吸着物質の溶出速度が大幅に大きくなり、効率
的、かつ短時間で活性炭を再生することが出来る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る複数の実施形
態を図面を参照しながら説明する。

【００２３】

【第一実施形態】図１は、本発明の第一実施形態に係る
再生機能付き浄水装置の概略図である。原水流入口１が
ケーシング２の側壁に設けられ、ケーシング２内部に活
性炭部Ｓが設けられている。この活性炭部Ｓは上部活性
炭層３と下部活性炭層４とが上下２段になって構成され
ており、この２つの活性炭層３，４の間に原水流路１ａ
が形成されている。そして、この原水流路１ａに上記原
水流入口１が連通しており、原水は一旦原水流路１ａに
導入され、その後に上部活性炭層３ないし下部活性炭層
４を必ず通過するから浄水時において後述する循環流路
１ｂに直接流れ込むような短絡流は発生しない。

【００２４】ケーシング２と活性炭部Ｓとの間には循環
流路１ｂが形成されるが、この循環流路１ｂに円筒状の
気泡ポンプ部５が設けられている。この気泡ポンプ部５
の下部に電気加熱器６が設けられていることから、電気
加熱器６から発生した気泡がこの筒を上昇するときに熱
水を持ち上げる力が発生し、これによって気泡ポンプと
しての機能が発揮されるようになっている。ケーシング
２の上部にはガス排気孔兼浄水流出口７が設けられてい
るとともに、これに取り出し管７ａが接続されている。
取り出し管７ａにはガス排気と浄水を切り替えるための
切替弁８が設けられ、切替弁８の一方は浄水口９につな
がり、ユーザーはここから浄水を取水する。他方はガス
排気口１０につながっており、電気加熱器６によって発
生した水蒸気と、沸騰することによって溢れる一部の熱
水がここから流出するようになっている。

【００２５】一方、ケーシング２の下部には熱水排出弁
１１が設けられ、活性炭再生後の熱水をタイマー制御部
１２によるタイマー制御によって開閉して排水管１１ａ
を介して排水できるようになっている。

【００２６】図２は、浄水時の水の流れを示す図であ
る。原水流入口１から入った水は原水流路１ａを経由し
て上部活性炭層３と下部活性炭層４に分流して入り、こ
こで不純物を除かれ浄水となる。活性炭層３を出た浄水
は上部のガス排気孔兼浄水流出口７に向かって流れる。
一方、下部活性炭層４を出た浄水は気泡ポンプ部５を経
由してガス排気孔兼浄水流出口７に流れる。これらの浄
水は切替弁８を経て浄水口９から流出する。

【００２７】図２の水の流れは全く逆にすることが出来
る。すなわち出口と入口を反対に接続しても何ら問題は
ない。

【００２８】活性炭部Ｓを１つの層とすることも出来
る。この場合は、図７に示すように、気泡ポンプ部５の
ところに開閉弁Ｖをつける。浄水時には開閉弁Ｖを閉と
し、再生時には開として気泡ポンプ部５への循環流を生
起させる。

【００２９】図３は、再生時の水の流れを示す図であ
る。電気加熱器６によって発生した気泡５ａは気泡ポン
プ部５で熱水を押し上げる。この熱水は上部活性炭層
３、さらに下部活性炭層４を経て再び電気加熱器６に還
流する。このようにして循環流が発生し、活性炭中の吸
着物質が熱水に溶出する。3〜60分熱水による処理を行
った後、熱水排出弁１１が開き熱水を台所の流し等に排
出する。これらの制御は制御部１２に備えられたタイマ
ーやセンサーを使って行う。

【００３０】粒状活性炭が小さく、活性炭層が厚い場合
は循環流量が少なくなって、循環時間が60分でも十分で
ないことも起きる。そのような場合、あるいは循環流を
多く取りたい場合は、図８に示すように、気泡ポンプ部
５をブースト（助勢）すべく水ポンプＰを電気加熱器６
の上流側であって下部活性炭層４の下部に設置する。

【００３１】なお、熱水を捨てるところが、浄水装置よ
り高い場合は熱水排出弁１１に代えて水ポンプを設ける
とよい。

【００３２】

【実施例１】図１の装置で再生処理を行った。電気加熱
器を800Wとして加熱を開始したところ、最初は気泡ポン
プ部の水が加熱されるだけで、循環流は僅かしか認めら
れなかった。その後次第に加熱器から気泡が発生するよ
うになり、水が循環を始めた。最後に熱水の温度が100
℃に近くなると激しく気泡が発生し、循環流が最大とな
った。電気加熱器が気泡ポンプの中段にある場合は、循
環流はゆっくりであった。電気加熱器は出来るだけ気泡
ポンプ部の下部に設定する必要があった。

【００３３】

【実施例２】図４は、図１に示した装置を製作し、再生
時の循環流を調べた結果である。装置の全容積は３リッ
トル、活性炭部は上下２つの活性炭層で構成し、粒状ヤ
シガラ活性炭0.9リットルずつ入れた。２つの活性炭層
の間には電磁流速計を挿入した。さらに、電気加熱器の
代わりにエアストーンを設置して、エアポンプからの空
気を使ってエアストーンで気泡を発生させた。図４の横
軸には空気量とともに蒸気を発生させたとした場合の発
熱器のワットが目盛ってある。発熱量の全てが気泡とな
るわけではないが、およその目安になる。この結果から
気泡ポンプでだけで十分大きな循環流が得られることが
分かる。

【００３４】

【第二実施形態】図５は、本発明の第二実施形態を示す
概略図である。中空糸濾過器１３を前段に、再生機能付
き浄水装置１４を後段として組み合わせた実施形態であ
る。１５は元弁、１６は中空糸フィルターである。この
場合、再生処理を行う時に熱水が中空糸濾過器１３に逆
流するかどうかが最も問題になる。逆流はろ過器を壊す
から避けなければならないが、出来るだけ開閉弁などの
器具は少なくすることも重要である。実際に再生を行っ
てみたところ、通常の配管で両者を接続する限り問題が
無いことが確認できた。

【００３５】すでに述べたように、本発明はくり返し再
生できるため、活性炭層に発生するバクテリアを消毒す
ることが出来る。一方、ろ過器は何らかのプラスチック
材を使用していることが多く、そこから溶出する環境ホ
ルモン等を除去することが好ましいとの考えもある。実
施例３の組み合わせは、後段に再生機能付き浄化装置を
置くことによって、バクテリア対策とろ過器からの溶出
物質の対策を同時に行うことが出来る。

【００３６】

【第三実施形態】図６は、再生機能付き浄水装置１４を
前段に、中空糸濾過器１３を後段に配置した第三実施形
態である。再生時には浄水装置１４と中空糸濾過器１３
を切替弁８によって遮断することになるから、熱水が中
空糸濾過器１３に流れ込み破壊する心配は無い。

【００３７】この活性炭と濾過器という組み合わせは一
般に市販されている家庭用浄水器と同じであり、活性炭
表面にバクテリアが繁殖しても後段の中空糸濾過器で除
去するとの考えによるものである。本発明でも再生頻度
を下げて利用することを考えて後段に濾過器を組み込み
たいという要求に対しても応えることが出来るのであ
る。

【００３８】なお、上記中空糸濾過器の代わりに繊維材
濾過器若しくは無機材濾過器を使用してもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上のごとく本発明は、浄水装置の活性
炭を熱水循環によって再生させるものであり、活性炭が
くり返し利用できることにより浄水コストの大幅な低減
が可能となり、大流量の浄水装置を安価に作りうるとと
もに、竹炭などの吸着能力の低い吸着材を利用可能とし
た。

【００４０】また、本発明装置では再生操作をしばしば
行うことによって、バクテリアの繁殖を抑えるととも
に、トリハロメタン等有害で活性炭吸着能力の低い物質
を除去することが出来る。さらに、夜間の浄水を利用し
ない時間帯に再生が行えること、外部の温水製造装置を
利用しなくても自己再生できることなどの効果を持つも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態に係る再生機能付き浄水
装置の概略図である。

【図２】浄水時の水の流れを示す図である。

【図３】再生時の水の流れを示す図である。

【図４】気泡ポンプのガス流量と循環流量の関係を示し
た図である。

【図５】本発明の第二実施形態に係る中空糸濾過器を前
段に配置した再生機能付き浄水装置である。

【図６】本発明の第三実施形態に係る中空糸濾過器を後
段に配置した再生機能付き浄水装置である。

【図７】第一実施形態の変形例である。

【図８】第一実施形態の別の変形例である。

【符号の説明】

１ 原水流入口 １ｂ 循環流路 ２ ケーシング Ｓ 活性炭部 ３ 上部活性炭層 ４ 下部活性炭層 ５ 気泡ポンプ部 ６ （電気）加熱器 ７ ガス排気口兼浄水流出口 ８ 切替弁 ９ 浄水口 １０ ガス排気口 １１ 熱水排出弁 １２ タイマー制御部 １３ 中空糸濾過器 １４ 再生機能付き浄水装置 １５ 元栓 １６ 中空糸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−51189（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−339677（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−328651（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 1/28

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング内に活性炭部を備え、この活
   性炭部を二層に分け、その２つの層の間に浄水流出口若
   しくは原水流入口を備えると共に、該活性炭部に接続さ
   れた循環流路を形成し、この循環流路につながる熱水排
   出部とガス排気孔とを設け、しかも、この循環流路の中
   に気泡ポンプ機能を発揮させるべき加熱器を設けたこと
   を特徴とする再生機能付き浄水装置。
2. 【請求項２】 ケーシング内に活性炭部を備え、この活
   性炭部を二層に分け、その２つの層の間に浄水流出口若
   しくは原水流入口を備えると共に、該活性炭部に接続さ
   れた循環流路を形成し、この循環流路につながる熱水排
   出部とガス排気孔とを設け、しかも、この循環流路の中
   に気泡ポンプ機能を発揮させるべき加熱器と該気泡ポン
   プ機能を助勢すべき熱水循環ポンプを設けたことを特徴
   とする再生機能付き浄水装置。
3. 【請求項３】 活性炭部に活性炭のほか、木炭、若しく
   は竹炭を充填する請求項１又は２に記載の再生機能付き
   浄水装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の浄水装
   置に、中空糸濾過器、繊維材濾過器、若しくは無機材濾
   過器を組み合わせた複合型の再生機能付き浄水装置。