JP4210001B2 - 濾過フィルタおよび浄水器 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給水された水道水等を浄化する濾過フィルタおよび浄水器に関し、詳しくは、濾過寿命が長く、濾過流量が多い濾過フィルタおよび浄水器に関する。
【0002】
【従来の技術】
水道水に含まれる残留塩素、トリハロメタン、微小物質、雑菌、臭い等を除去することを目的として、浄水器が広く用いられている。このような浄水器としては、例えば、円筒形の容器と、この容器内に収納された中心に中空部を有する円柱ブロック状の濾過フィルタとから構成される浄水器が知られている。
【0003】
前記濾過フィルタは、活性炭の粉体・粒状体をカルボキシメチルセルロース系バインダー、粘土鉱物系(ベントナイト系、カオリン系、アタプルガイド系等)、ポリエチレンなどの結合剤で結合することによって形成された多孔質成形体である。浄水器に供給された原水が濾過フィルタの外周壁側から中空部へと通過する間、原水中の微小物質等は、結合剤で結合された活性炭粒子間に形成された微細孔によって捕捉され、また、原水中の残留塩素等は、活性炭によって吸着され除去される。
【0004】
しかしながら、この濾過フィルタは、外周壁側表面付近の微細孔に捕捉された微小物質等によって、使用開始後すぐに目詰まりを起こして濾過流量が減少し、濾過フィルタの寿命が短くなるという問題があった。
このような微小物質等による目詰まりの問題を解決する濾過フィルタとしては、2層構造の多孔質成形体からなる濾過フィルタが、米国特許4753728号に開示されている。
【0005】
図6は、2層構造の多孔質成形体からなる濾過フィルタを用いた浄水器の一例を示す側断面図であり、図7は、2層構造の多孔質成形体からなる濾過フィルタを示す断面斜視図である。
この浄水器51は、円筒形の容器52と、この容器52内に収納された中心に中空部61を有する円柱ブロック状の濾過フィルタ60と、容器52の上面に着脱可能に設けられた蓋体53と、容器52の外周壁下部に容器52内部と連通させて設けられた原水入水部54と、濾過フィルタ60の中空部61と連通させて蓋体53に設けられた浄水取水部55とから構成される。
【0006】
この濾過フィルタ60は、80〜400ASTMメッシュ(180〜38μm)の活性炭を結合剤で結合してなる内層62と、20〜80ASTMメッシュ(850〜180μm)の活性炭を結合剤で結合してなる外層63とから構成される。また、濾過フィルタ60の外周壁表面は、濾過フィルタ60を保護する不織布65と、これを保持するネット66で覆われており、濾過フィルタ60の中空部61側の内面は、離脱した活性炭の流出を防ぐための多孔性のプラスチック管67で覆われており、濾過フィルタ60上面および底面は、キャップ68,69で保護されている。
【0007】
この濾過フィルタ60は比較的目の細かい微細孔を有する内層62と、比較的目の粗い微細孔を有する外層63とから構成されているので、外層63がプレフィルタとしての役割を果たすことができ、微小物質等による目詰まりを減少させることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このような2層構造の濾過フィルタ60は、単層構造の濾過フィルタに比べ、濾過流量や濾過フィルタの寿命が向上している。しかしながら、比較的小さな微小物質は、外層63において十分に捕捉することができず、内層62での目詰まりの原因となる。そのため、濾過流量や濾過フィルタの寿命の向上効果はいまだ不十分であり、さらに目詰まりの起こりにくい濾過フィルタが望まれていた。
【0009】
よって、本発明の課題は、濾過流量の増加、長寿命化、濾過効率の向上が達成できる濾過フィルタおよびこれを用いた浄水器を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の濾過フィルタは、吸着材と結合剤の混合物を成形してなる多孔質成形体を有する濾過フィルタであって、前記吸着材が、繊維状活性炭を含み、前記多孔質成形体の平均孔径が、被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされていることを特徴とする。
また、前記多孔質成形体は、中空円柱状であることが望ましい。
【0011】
また、前記多孔質成形体に銀が付着及び/又は混合されていると、雑菌等の繁殖を防止することができるので、好ましい。
また、前記結合剤は、超高分子量ポリエチレンであることが望ましい。
そして、本発明の浄水器は、前記濾過フィルタを具備してなることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の濾過フィルタおよび浄水器を説明する。(形態例1)
図1は、本発明の浄水器の一形態例を示す側断面図であり、図2は、この浄水器に用いられている濾過フィルタを示す斜視断面図である。
この浄水器1は、円筒形の容器2と、この容器2内に収納された中心に中空部11を有する円柱ブロック状の濾過フィルタ10と、容器2の上面を封止する蓋体3と、容器2の外周壁下部に容器2内部と連通させて設けられた原水入水部4と、濾過フィルタ10の中空部11と連通させて蓋体3に設けられた浄水取水部5とから構成される。
【0013】
前記濾過フィルタ10は、吸着材の粉体、粒状体等を結合剤で結合することによって形成された多孔質成形体であり、この多孔質成形体は、その孔径が被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくなるようにされている。また、濾過フィルタ10の外周壁表面は、濾過フィルタ10を保護する不織布15と、これを保持するネット16で覆われており、濾過フィルタ10の中空部側の内面は、離脱した吸着材の流出を防ぐための多孔性のプラスチック管17で覆われており、濾過フィルタ10の上面および底面は、キャップ18,19で保護されている。
【0014】
前記濾過フィルタ10を形成する構成する多孔質成形体は、その孔径が被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされている必要がある。逆に、多孔質成形体の孔径が、被濾過液側表面で小さく、濾過液側表面に近づくにしたがって大きくされている場合、被濾過液側表面付近の微細孔で微小物質等が目詰まりを起こしてしまい、本発明の目的を達成することが困難となる。
【0015】
また、多孔質成形体の孔径は、被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされていれば、特に限定はされないが、その平均孔径は、0.05〜50μmの範囲であることが好ましく、より好ましくは0.1〜10μmの範囲である。平均孔径が0.05μm未満では、微小物質等による目詰まりが起こりやすく、濾過流量が極端に減少してしまうおそれがある。一方、平均孔径が50μmを超えると、微小物質等の捕捉が困難となるおそれがある。
【0016】
より具体的には、被濾過液側表面の平均孔径は、0.1〜50μmの範囲であることが好ましく、より好ましくは1〜10μmの範囲である。濾過液側表面の平均孔径は、1μm以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは0.2μm以下の範囲である。
また、多孔質成形体の大きさ(高さ、外径、厚さ等)は、浄水器1の大きさ、設置場所、用途、要求される濾過性能等によって適宜選択されるものであり、特に限定はされない。
【0017】
前記吸着材としては、粉末状吸着剤、この粉末吸着材を造粒した粒状吸着材、繊維状吸着材などが挙げられる。このような吸着材としては、例えば、天然物系吸着剤(天然ゼオライト、銀ゼオライト、酸性白土等)、合成物系吸着剤(合成ゼオライト、抗菌性ゼオライト、細菌吸着ポリマー、リン鉱石、モレキュラーシーブ、シリカゲル、シリカアルミナゲル系吸着剤、多孔質ガラス等)などの無機質吸着剤;粉末状活性炭、繊維状活性炭、ブロック状活性炭、押出成形活性炭、成形活性炭、分子吸着樹脂、合成物系粒状活性炭、合成物系繊維状活性炭、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、キレート樹脂、キレート繊維、高吸水性樹脂、高吸水性繊維、吸油性樹脂、吸油剤などの有機系吸着剤等、公知のものが挙げられる。中でも、原水中の残留塩素やカビ臭、トリハロメタンなどの有機化合物の吸着力に優れた活性炭が好適に用いられる。活性炭の中でも、被濾過液との接触面積が大きく、吸着性、通水性が高いことから、繊維状活性炭が好適に用いられる。
【0018】
活性炭としては、植物質(木材、セルロース、のこくず、木炭、椰子殻炭、素灰等)、石炭質(泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、タール等)、石油質(石油残渣、硫酸スラッジ、オイルカーボン等)、パルプ廃液、合成樹脂などを炭化し、必要に応じてガス賦活(水蒸気、二酸化炭素、空気など)、薬品賦活(塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、リン酸、硫酸、カセイソーダ、KOHなど)したものなどが挙げられる。繊維状活性炭としては、ポリアクリロニトリル(PAN)、セルロース、フェノール、石炭系ピッチを原料にしたプレカーサを炭化し、賦活したものなどが挙げられる。
【0019】
吸着材が粉体または粒体からなる場合、その平均粒径は、多孔質成形体の目的とする(平均)孔径によって適宜選択され、特に限定されないが、150μm以下の範囲であることが好ましい。平均粒径が150μmを超えると、形成される微細孔の平均孔径が大きくなりすぎて、微小物質等の捕捉が困難となるおそれがある。
【0020】
前記多孔質成形体は、吸着材の粉体を結合剤で結合して成形されたものであることが、強度、取扱性等を考慮した場合、好ましい。
前記結合剤としては、前記吸着材を互いに結合し、各吸着材、結合剤間に微細孔を形成できるものであればよく、特に限定はされないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、カルボキシメチルセルロース系、粘土鉱物系(ベントナイト系、カオリン系、アタプルガイド系等)などが挙げられる。中でも、吸着剤表面積最適化、食品衛生性、熱安定性の点で、超高分子量ポリエチレンが好適に用いられる。具体的には、平均分子量3,000,000〜6,000,000g/molの超高分子量ポリエチレンなどが好適である。
【0021】
また、前記吸着材を互いに結合し、各吸着材、結合剤間に微細孔を形成するためには、結合剤の形状は、粉体または粒体であることが好ましい。
結合剤が粉体または粒体からなる場合、その平均粒径は、多孔質成形体の目的とする平均孔径によって適宜選択され、特に限定されないが、5〜2,000μmの範囲であることが好ましく、より好ましくは20〜300μmの範囲である。平均粒径が5μm未満では、形成される微細孔の平均孔径が小さくなりすぎて、微小物質等による目詰まりが起こりやすく、濾過流量が極端に減少してしまうおそれがある。一方、平均粒径が2,000μmを超えると、形成される微細孔の平均孔径が大きくなりすぎて、微小物質等の捕捉が困難となるおそれがある。
【0022】
結合剤の配合量は、特に限定はされないが、吸着材に対して10〜40重量%が適当である。吸着材に対する結合剤の配合量が10重量%未満では、吸着材同士の結合が不十分となるおそれがあり、40重量%を超えると、濾過フィルタ10の濾過性能が低下し、また、濾過フィルタ10の微細孔を閉塞してしまうおそれがある。
【0023】
次に、本形態例における濾過フィルタ10の製造方法について説明する。
まず、中心に中空部11形成用の円筒管が設けられた有底円筒状の金型の中に、吸着材と結合剤の混合物を充填する。
ついで、活性炭と結合剤の混合物を加圧、加熱して、多孔質成形体からなる濾過フィルタ10を得る。このとき、金型の中心の円筒管側を、周壁側よりも高い温度で加熱することによって、多孔質成形体の孔径を被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくすることができる。
【0024】
濾過フィルタ10を製造する際の加熱温度は、使用される結合剤によって適宜選択され、特に限定はされないが、超高分子ポリエチレンを用いた場合、170〜260℃である。また、加熱時間は、超高分子ポリエチレンを用いた場合、約5分〜5時間である。また、多孔質成形体を製造する際の圧力も、特に限定はされないが、通常、20〜150p.s.iであるが、全く圧力を印加せずに行う方法もある。
【0025】
次に、本形態例の浄水器1を使用した浄水の製造方法について説明する。
水道の水栓等から供給された残留塩素を含んだ原水(被濾過液)は、給水管(図示略)を通って原水入水部4から容器2内に導入される。ついで、原水は、濾過フィルタ10の外周壁側から進入して中空部11に吐出される。濾過フィルタ10で原水中の残留塩素やカビ臭などの味・臭い、トリハロメタン・揮発性有機化合物・除草剤・殺虫剤・ダイオキシンなどの有機化学物質、鉛・水銀・ラドンなどの無機化学物質、赤サビ・スケール・沈殿物・アスベストなどの濁質、ジアルジアのシスト・クリプトスポリジウムのオーシスト・バクテリアなどが取り除かれて吐出された浄水(濾過液)は、中空部11を通って浄水取水部5から浄水器1外部に吐出される。
【0026】
このような濾過フィルタ10にあっては、比較的大きな粒子の微小物質は、被濾過液側表面付近の比較的大きな孔径を有する微細孔において捕捉され、また、比較的小さな粒子の微小物質も、濾過液側に進むにしたがって、被濾過液側に近い微細孔において順次捕捉されるので、濾過液側の微細孔における目詰まりを減少させることができる。ここで、被濾過液側の微細孔の孔径は、濾過液側に比べ大きくされているので、被濾過液側で捕捉された微小物質等が被濾過液側の微細孔を完全に閉塞してしまうことはない。また、単層または2層構造の濾過フィルタに比べ、濾過流量が大きくなるので、濾過効率も向上する。
また、濾過フィルタ10の形状を中空円柱形とすることによって、濾過フィルタ10の被濾過液側の表面積が広くなるので、濾過流量を大きくすることができる。
【0027】
なお、本発明の濾過フィルタは、図示例の濾過フィルタ10に限定されるものではなく、例えば、キャップ18の代わりに蓋体3の形状をしたキャップが設けられ、また、キャップ19として、中央に穴が開いていない形状のキャップが設けられ、それぞれが接着にて濾過フィルタに一体化された形態のものでもよい。このようにすることにより、蛇口直結型の小型浄水器にも応用できる。
また、本発明の浄水器は、図示例の浄水器1に限定されるものではなく、例えば、図3に示すように、浄水出水部5を、濾過フィルタ10の中空部に連通させて容器2底部に設けた浄水器20などが挙げられる。
【0028】
(形態例2)
図4は、本発明の浄水器の一形態例を示す側断面図である。
この浄水器30は、円筒形の容器32と、この容器32内に収納された濾過カートリッジ40と、容器32の上面に着脱可能に設けられた蓋体33と、容器32の外周壁下部に容器32内部と連通させて設けられた原水入水部34と、濾過カートリッジ40内部と連通させて蓋体33に設けられた浄水取水部35とから構成される。
【0029】
また、濾過カートリッジ40は、円筒形の容器41と、この容器41内に収納された円柱ブロック状の濾過フィルタ42と、容器41の底面に設けられた多孔質プラスチック板43と、濾過フィルタ42の上面を覆う不織布44と、容器41の上面に設けられ、浄水取水部35に接続する吐水口46が形成されたキャップ45とから構成される。
【0030】
前記濾過フィルタ42は、吸着材の粉体等を結合剤で結合することによって形成された多孔質成形体であり、この多孔質成形体は、その孔径が被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくなるようにされている。
【0031】
前記濾過フィルタ10を形成する構成する多孔質成形体は、形態例1と同様に、その孔径が被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされている必要がある。逆に、多孔質成形体の孔径が、被濾過液側表面で小さく、濾過液側表面に近づくにしたがって大きくされている場合、被濾過液側表面付近の微細孔で微小物質等が目詰まりを起こしてしまい、本発明の目的を達成することが困難となる。
【0032】
また、多孔質成形体の平均孔径は、形態例1と同様に、被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされていれば、特に限定はされないが、0.05〜50μmの範囲であることが好ましく、より好ましくは0.1〜10μmの範囲である。
また、本形態例における濾過フィルタ42に用いられる吸着材、結合材等は、形態例1と同様のものを用いることができる。
【0033】
次に、本形態例における濾過フィルタ40の製造方法について説明する。
まず、有底円筒状の金型の中に吸着材と結合剤の混合物を、吸着材と結合剤の混合比を次第に変化させながら、充填する。
ついで、活性炭と結合剤の混合物を加圧、加熱して、多孔質成形体からなる濾過フィルタ42を得る。
【0034】
このような濾過フィルタ42にあっては、比較的大きな粒子の微小物質は、被濾過液側表面付近の比較的大きな孔径を有する微細孔において捕捉され、また、比較的小さな粒子の微小物質も、濾過液側に進むにしたがって、被濾過液側に近い微細孔において順次捕捉されるので、濾過液側の微細孔における目詰まりを減少させることができる。ここで、被濾過液側の微細孔の孔径は、濾過液側に比べ大きくされているので、被濾過液側で捕捉された微小物質等が被濾過液側の微細孔を完全に閉塞してしまうことはない。また、単層または2層構造の濾過フィルタに比べ、濾過流量が大きくなるので、濾過効率も向上する。
【0035】
なお、本発明の浄水器は、図示例の浄水器30に限定されるものではなく、例えば、図5に示すように、U字状に折り曲げた複数の中空糸膜37をその両端の開口状態を保ったまま固定用樹脂38で固定してなる中空糸膜エレメント36が、濾過フィルタ42よりも下流側に併設された浄水器31を用いてもよい。このような中空糸膜エレメント36を併用することによって、濾過フィルタ42で捕捉しきれなかった雑菌等の微小物質を除去することが可能となる。また、濾過フィルタ42の微細孔の平均孔径を大きくして、濾過流量を増加させることも可能である。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の濾過フィルタは、吸着材を成形してなる多孔質成形体を有する濾過フィルタであって、前記多孔質成形体の孔径が、被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされているので、濾過流量を増加させ、濾過フィルタの寿命を延ばし、濾過効率を向上させることができる。
また、前記多孔質成形体が、中空円柱状であれば、濾過フィルタを透過する濾過流量をさらに増加させることができる。
【0037】
また、前記多孔質成形体が、吸着材の粉体を結合剤で結合することによって形成されていれば、濾過フィルタの強度を高めることができる。
また、前記吸着材として活性炭を用いることによって、濾過フィルタの脱塩素能力を良好にすることができる。
また、前記吸着材として繊維状活性炭を用いることによって、被濾過液との接触面積が大きく、吸着性、通水性が高く、軽量な濾過フィルターを得ることができる。
また、前記多孔質成形体に銀が付着及び/又は混合されていると、雑菌等の繁殖を防止することができる。
また、前記結合剤が、超高分子量ポリエチレンであれば、吸着剤表面積最適化、食品衛生性、熱安定性に優れた濾過フィルターを得ることができる。
そして、本発明の浄水器は、前記濾過フィルタを具備してなるので、濾過流量が大きく、濾過フィルタの寿命が長く、濾過効率に優れた浄水器となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の浄水器の一例を示す側断面図である。
【図2】 本発明の濾過フィルタの一例を示す斜視断面図である。
【図3】 本発明の浄水器の他の例を示す側断面図である。
【図4】 本発明の浄水器の他の例を示す側断面図である。
【図5】 本発明の浄水器の他の例を示す側断面図である。
【図6】 従来の浄水器の一例を示す側断面図である。
【図7】 従来の濾過フィルタの一例を示す斜視断面図である。
【符号の説明】
1 浄水器
10 濾過フィルタ
20 浄水器
30 浄水器
31 浄水器
42 濾過フィルタ

Claims (4)

  1. 吸着材と結合剤の混合物を成形してなる多孔質成形体を有する濾過フィルタであって、
    前記吸着材が、繊維状活性炭を含み、
    前記多孔質成形体の平均孔径が、被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされていることを特徴とする濾過フィルタ。
  2. 前記多孔質成形体が、中空円柱状であることを特徴とする請求項1記載の濾過フィルタ。
  3. 銀が前記多孔質成形体に付着及び/又は混合されてなることを特徴とする請求項1または2に記載の濾過フィルタ。
  4. 請求項1ないしいずれか一項に記載の濾過フィルタを具備してなることを特徴とする浄水器。
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