JP4359781B2 - 浄水器用カートリッジおよび浄水器 - Google Patents

Description

本発明は、浄水器用カートリッジおよび浄水器に関する。

従来から水道水には殺菌用の塩素添加が義務づけられており、これにより水道水が雑菌により汚染される懸念は少ないが、カルキ臭により水の味は損なわれていた。また、この塩素と水道水中に含まれるフミン質などの有機物質とが反応することにより、発ガン性を有するトリハロメタンが水道水中に生成することも確認されている。更に、近年の河川、湖沼の汚染等により、これらを原水とする水道水中には、カビ臭原因物質が微量成分として含まれていることも確認されている。そこで、これらの水の味を損ねる物質や有害物質を除去するために、浄水器が広く使用されている。

このような浄水器としては、例えば、水道水を収容可能な透明材料からなる有底筒状の収容部の内表面に二酸化チタン等からなる光触媒層を全面コーティングし、当該収容部の外部から紫外線を照射することにより、水道水と接触する光触媒層の光酸化作用によって水道水の浄化を行うものが知られている（例えば、特許文献１など参照）。
実開平５−７３９４号公報

しかしながら、上述した浄水器を用いて水道水等の浄化を行う場合、水道水が収容される収容部の外部から照射された紫外線が、光触媒層を透過して水道水と接触する光触媒層の表面部分に到達するまでに、光触媒層の表面部分以外の部分において吸収されてしまい、光触媒層に接触する水道水に対して十分な光酸化作用を発揮することが困難になり、有害物質等の分解を効率よく行うことが難しいという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、水道水等の被処理水の浄化を効率よく行うことができる浄水器用カートリッジおよび、当該浄水器用カートリッジを備えた浄水器を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、紫外線を透過可能な材料により形成され、被処理水を収容可能な有底筒状のカートリッジ本体を備える浄水器用カートリッジであって、前記カートリッジ本体の内表面には、紫外線の照射により被処理水の浄化を行う光触媒層が形成される光触媒層形成領域と、光触媒層が形成されない光触媒層非形成領域とが形成される浄水器用カートリッジにより達成される。

また、この浄水器用カートリッジにおいて、前記光触媒層形成領域は、前記カートリッジ本体の内側に向けて張り出すように構成されていることが好ましい。

また、前記光触媒層非形成領域は、前記カートリッジ本体の内側に向けて張り出すように構成されていることが好ましい。

また、前記カートリッジ本体は、光触媒を担持した粒状濾材が流動可能に充填されることが好ましい。

また、本発明の上記目的は、上記の浄水器用カートリッジを備える浄水器により達成される。

本発明によれば、水道水等の被処理水の浄化を効率よく行うことができる浄水器用カートリッジおよび、当該浄水器用カートリッジを備えた浄水器を提供することができる。

以下、本発明の浄水器について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る浄水器の概略構成断面図である。この浄水器１は、図１に示すように、本体ケース２と、当該本体ケース２に収容される浄水器用カートリッジ３と、水道水等を浄水器用カートリッジ３に供給する給水管４と、浄水器用カートリッジ３に向けて紫外線を照射する紫外線照射ランプ５と、本体ケース２の上部を覆う蓋体６と、浄水器用カートリッジ３により浄化された水道水等を吐出する吐水管７とを備えている。

本体ケース２は、ステンレス鋼やアルミニウム等の金属若しくは合成樹脂等により有底筒状に形成されており、浄水器用カートリッジ３を上部から挿入して収納できるように構成されている。また、本体ケース２の内表面２１は、鏡面とされており、紫外線照射ランプ５から照射された紫外線は、本体ケース２の内部で乱反射し、あらゆる角度で浄水器用カートリッジ３に向けて効率よく照射される。本体ケース２の内表面を鏡面仕上げとするには、例えば、本体ケース２をステンレス鋼やアルミニウム等の金属素材により形成する場合には、当該金属素材を研磨することにより行う。また、合成樹脂により本体ケース２を構成する場合には、当該本体ケース２にアルミニウムやクローム等の金属素材をメッキすることにより行う。

浄水器用カートリッジ３は、その下部から上部に向かって水道水等の被処理水が通過し、浄水器用カートリッジ３の上部に設けられた吐水部３２を介して、水道水等が吐水管７に導かれるように構成されている。また、浄水器用カートリッジ３は、水道水等が通水する給水管４に対して着脱自在に取り付けられている。この浄水器用カートリッジ３は、紫外線を透過しやすい透明な合成樹脂素材（例えば、アクリル樹脂）又は透明ガラス等の材料により形成され、水道水等の被処理水を収容可能な有底筒状のカートリッジ本体３１を備えている。このカートリッジ本体３１は、給水管４が接続される接続部をその底部に備えると共に、浄化された水道水を吐水管７に導く吐水部３２をその上部に備えている。

また、浄水器用カートリッジ３は、カートリッジ本体３１の内部に配設されるプレート状の仕切部材３３により上下に分割される２層構造となるように構成されている。２層構造における下部は、その内部に二酸化チタン（ＴｉＯ_２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の光触媒物質が担持された活性炭からなる粒状濾材（図示せず）が流動可能に収容される流動濾過部３４を構成している。一方、２層構造における上部は、その内部に中空糸膜体が収容される中空糸膜濾過部３５を構成している。流動濾過部３４と中空糸膜濾過部３５とを仕切る仕切部材３３には、流動濾過部３４の内部に収容される粒状濾材の大きさよりも小さい流入孔３３１が複数形成されており、当該流入孔３３１を介して、給水管４及び流動濾過部３４を通過した水道水が中空糸膜濾過部３５に導かれるように構成されている。

流動濾過部３４におけるカートリッジ本体３１の内表面３１１には、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の光触媒物質からなる光触媒層がコーティングされる複数の光触媒層形成領域３６と、当該光触媒層がコーティングされない複数の光触媒層非形成領域３７とが形成されている。光触媒層は、例えば、低温溶射法により形成することができる。低温溶射法とは、ガス燃焼炎を使用し、粉末状の光触媒物質を約２９００°の高温で瞬間的に溶融し、基材上に被膜を大気中でバインダー等の介在なしで直接形成する手法をいう。この方法によれば、熱容量の小さい合成樹脂材料やガラスに対し、光触媒物質を溶射することが可能になる。また、低温溶射法の他に、例えば、光触媒層を形成する方法として一般的なゾルゲル法によって形成することもできる。

各光触媒層形成領域３６における光触媒層は、リング状となるようにカートリッジ本体３１の内表面３１１にコーティングされており、光触媒層形成領域３６および光触媒層非形成領域３７のそれぞれがカートリッジ本体３１の上下方向に沿って交互に形成されている。また、カートリッジ本体３１の側壁部３１ａは、断面視において波型形状となるように形成されており、光触媒層形成領域３６および光触媒層非形成領域３７の双方が、カートリッジ本体３１の内側に向けて張り出すように形成されている。

カートリッジ本体３１の内表面３１１に形成される光触媒層は、紫外線の照射を受けることにより電子を生成し、この電子が、光触媒層の表面に接触する水道水と反応して活性酸素を生成する。この活性酸素は強い酸化力を示し、水中の有機物や雑菌類等を分解して、被処理水を浄化することができる。

中空糸膜濾過部３５を構成する中空糸膜体は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリスルホン等の素材からなる多数の中空糸束をその各端部においてボッティング樹脂により一体的に固定して形成されている。このような中空糸膜体を水道水が通過することにより、水道水中の鉄錆及び雑菌等の細かい汚れが濾過され除去される。

給水管４は、水道水等の被処理水を浄水器用カートリッジ３内部に導く配管であり、本体ケース２の底部に形成された貫通孔２２を介して、浄水器用カートリッジ３の底部に接続している。この給水管４の途中には、後述する蓋体６に設けられる操作部の操作により駆動する電磁弁が配設されている。

紫外線照射ランプ５は、本体ケース２の内表面２１とカートリッジ本体３１の外表面３１２との間に形成される空間部２３の上部に配置されている。この紫外線照射ランプ５は、後述する蓋体６に設けられている充電器等の電源に接続されており、蓋体６に設けられている操作部を操作することにより、紫外線を照射可能に構成されている。紫外線照射ランプ５として、例えば、紫外線照射発光ダイオードや小型紫外線発光管等を使用することができる。また、カートリッジ本体３１の外表面３１２を取り囲むようにして取り付けることができるリング状の紫外線照射ランプ５を採用することが好ましい。

蓋体６は、図１に示すように、本体ケース２の上部を塞ぐ部材であり、ステンレス鋼やアルミニウム等の金属若しくは合成樹脂等により形成されている。この蓋体６には、浄水器用カートリッジ３の吐水部３２が挿入される挿通孔６１が形成されている。また、蓋体６は、浄水器１の作動開始信号や作動停止信号を送信するスイッチ等の操作部、給水管４の途中に接続されている電磁弁の作動を制御する制御装置および当該制御装置や紫外線照射ランプ５などを駆動させるための充電器等の電源を備えている（共に図示せず）。

吐水管７は、浄水器用カートリッジ３の上部に設けられる吐水部３２に接続され、浄水器用カートリッジ３において浄化された浄水を外部に排出する配管である。

次に、このように構成された浄水器１の作動について図１を用いて説明する。まず、蓋体６に設けられている図示しない操作部を操作して、図示しない電磁弁を開くことにより、給水管４を介して浄水器用カートリッジ３に水道水等の被処理水を導くと共に、紫外線照射ランプ５から紫外線を照射する。

給水管４を介して浄水器用カートリッジ３に導かれた水道水は、流動濾過部３４内において、水道水中に含まれる残留塩素をはじめ、最も一般的な悪臭味であるカルキ臭、カビ臭、さらにはトリハロメタンやトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等の有害物資が、粒状濾材に吸着され除去される。

また、紫外線照射ランプ５から照射される紫外線の作用により、光触媒層形成領域３６における光触媒層が、強力な光酸化作用を示し、光触媒層と接触する水中の有機物や雑菌類等を分解する。このとき、紫外線照射ランプ５から照射された紫外線は、光触媒層非形成領域３７を通過して流動濾過部３４内に進入し、水道水等と接触する光触媒層の表面をカートリッジ本体３１の内側から直接的に照射することができる。つまり、光触媒層非形成領域３７を通過して流動濾過部３４内に進入する紫外線が、光触媒層の表面以外の部分に吸収されることなく、水道水と接触する光触媒層の表面に到達するので、光触媒層における光酸化作用が効率的にかつ強力に生じ、水中に含まれるトリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどの有機塩素化合物や雑菌類等を効率よく分解することが可能になる。

特に、本実施形態における浄水器用カートリッジにおいては、カートリッジ本体３１の流動濾過部３４における側壁部３１ａの形状を断面視波型形状となるように構成し、光触媒層形成領域３６および光触媒層非形成領域３７がカートリッジ本体３１の内側に向けて張り出すように構成しているので、光触媒層非形成領域３７を透過する紫外線は、透過直後にその透過位置近傍における光触媒層の表面を照射することになる。これにより、光触媒層形成領域３６における光触媒層は、効率よく光酸化作用を発揮することができ、水道水等の浄化をより一層効率よく行うことが可能になる。

また、流動濾過部３４内に照射された紫外線は、粒状濾材に担持される光触媒にも作用し、粒状濾材が吸着した有機物を分解し、当該粒状濾材を効率よく再生するので、粒状濾材による水道水の浄化能力を高い状態に維持することができる。

また、カートリッジ本体３１の流動濾過部３４における側壁部３１ａの形状を断面視波型形状となるように構成し、光触媒層形成領域３６がカートリッジ本体３１の内側に向けて張り出すように構成しているので、この張り出し部分に流動濾過部３４の内部を流動する水道水が衝突する。この結果、流動濾過部３４において被処理水の複雑な流れを生じさせることができ、粒状濾材と被処理水との接触性をより一層高めることができ、効率的に被処理水中の有機物等を吸着除去することができる。また、流動濾過部３４における水道水の流れに伴って、粒状濾材が張り出し部分に衝突することになるが、粒状濾材が張り出し部分に形成された光触媒層に接触することにより、粒状濾材が吸着した有機物等が分解されることになるので、効率よく粒状濾材の再生を行うこともできる。

次に、流動濾過部３４において浄化された水道水は、流動濾過部３４の上部に設けられる仕切部材３３に形成された流入孔３３１を介して中空糸膜濾過部３５に導かれる。この中空糸膜濾過部３５に導かれた水道水は、水道水中の鉄錆や雑菌等の細かい汚れが濾過され、更に浄化される。

このようにして浄化された水道水は、浄水器用カートリッジ３の上部に設けられた吐水部３２を介して吐水管７に導かれ、吐出される。

以上、本発明に係る浄水器１の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。本実施形態においては、カートリッジ本体３１の流動濾過部３４の側壁部３１ａを断面視波型形状に構成し、光触媒層形成領域３６及び光触媒層非形成領域３７の双方をカートリッジ本体３１の内側に向けて張り出すように構成しているが、このような構成に特に限定されない。例えば、図２に示すように、側壁部３１ａにおける光触媒層形成領域３６が形成されている部分のみをカートリッジ本体３１の内側に向けて張り出すように構成してもよい。このような構成であっても、紫外線照射ランプ５から照射された紫外線が、光触媒層非形成領域３７を通過して、水道水と接触している光触媒層の表面をカートリッジ本体３１の内部から直接的に照射することができるので、光触媒層に接触する有機物等を効率よく分解することができる。

また、図３に示すように、カートリッジ本体３１の流動濾過部３４における側壁部３１ａの形状をカートリッジ本体３１の上下方向に沿って断面視直線状に形成し、光触媒層形成領域３６及び光触媒層非形成領域３７のそれぞれが、カートリッジ本体３１の上下方向に沿って交互に形成されるようにしてもよい。このような構成であっても、光触媒層非形成領域３７を通過した紫外線が、流動濾過部３４の内部に侵入し、水道水と接触する光触媒層の表面を直接的に照射することができるので、効率よく有機物等を分解することが可能である。

また、カートリッジ本体３１の流動濾過部３４に形成される光触媒層形成領域３６及び光触媒層非形成領域３７の形状パターンとして、種々の形状を採用することが可能であり、例えば、図４（ａ）の概略構成断面図およびそのＡ−Ａ断面図（図４（ｂ））に示すように、流動濾過部３４において、カートリッジ本体３１の内表面３１１に複数の正面視円形状の光触媒層形成領域３６を形成すると共に、側壁部３１ａにおける光触媒層形成領域３６が形成されている部分のみをカートリッジ本体３１の内側に向けて張り出すように構成することもできる。なお、図４においては、光触媒層形成領域３６の形状として円形状を採用しているが、円形状の他、矩形状等種々の形状を採用することができる。

また、本実施形態においては、流動濾過部３４と中空糸膜濾過部３５とを仕切る仕切部材３３として、粒状濾材の大きさよりも小さい流入孔３３１が複数形成されたプレート状の部材を採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、不織布により構成したフィルターや、粒状濾材の大きさよりも小さい網目を有するプレート状のメッシュ部材を用いてもよい。

また、本実施形態においては、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の光触媒物質を担持した活性炭を流動濾過部３４に流動可能に充填しているが、活性炭が担持する光触媒物質に銀（Ａｇ）や白金（Ｐｔ）を更に担持させた粒状濾材を流動濾過部３４に充填してもよい。このような粒状濾材を用いた場合、殺菌性や光酸化力が更に向上する。

また、本実施形態においては、カートリッジ本体３１の側壁部３１ａにおいて光触媒層がコーティングされていない部分（光触媒層非形成領域３７）の外表面３１２ａには、プリズムシートや拡散シートなどを貼着することにより屈折層を形成することが好ましい。これにより、光触媒層非形成領域３７を透過する紫外線を屈折させて、紫外線の透過位置近傍における光触媒層の表面に効率よく導くことができるので、光触媒層による光酸化作用がより一層効率よく、強力に発揮されることになる。

また、カートリッジ本体３１の側壁部３１ａにおいて光触媒層がコーティングされている部分（光触媒層形成領域３６）の外表面３１２ｂには、アルミニウムやクローム等の金属材料をメッキすることにより保護層を形成することが好ましい。これにより、紫外線照射ランプ５から照射された紫外線が保護層において反射することになるので、光触媒層形成領域３６を紫外線が透過することを防止することができる。この結果、光触媒層が紫外線により劣化して、カートリッジ本体３１の内表面３１１から剥離することを防止することができる。また、保護層において反射した紫外線は、本体ケース２の内表面２１に形成された鏡面部との反射を繰り返して最終的に光触媒層非形成領域３７を透過し、光触媒層の表面を直接照射することになるので、紫外線の利用効率を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る浄水器の概略構成断面図である。 図１に示す浄水器の変形例を示す概略構成断面図である。 図１に示す浄水器の他の変形例を示す概略構成断面図である。 図１に示す浄水器の他の変形例を示す概略構成断面図である。

符号の説明

１ 浄水器
２ 本体ケース
３ 浄水器用カートリッジ
３１ カートリッジ本体
３１１ カートリッジ本体の内表面
３１２ カートリッジ本体の外表面
３３ 仕切部材
３３１ 流入孔
３４ 流動濾過部
３５ 中空糸膜濾過部
３６ 光触媒層形成領域
３７ 光触媒層非形成領域
４ 給水管
５ 紫外線照射ランプ
６ 蓋体
７ 吐水管

Claims (4)

1. 紫外線を透過可能な材料により形成され、被処理水を収容可能な有底筒状のカートリッジ本体を備える浄水器用カートリッジであって、
   前記カートリッジ本体の内表面には、紫外線の照射により被処理水の浄化を行う光触媒層が形成される光触媒層形成領域と、光触媒層が形成されない光触媒層非形成領域とが形成され、
   前記光触媒層形成領域は、前記カートリッジ本体の内側に向けて張り出すように構成されている浄水器用カートリッジ。
2. 前記光触媒層非形成領域は、前記カートリッジ本体の内側に向けて張り出すように構成されている請求項１に記載の浄水器用カートリッジ。
3. 前記カートリッジ本体は、光触媒を担持した粒状濾材が流動可能に充填される請求項１又は２に記載の浄水器用カートリッジ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の浄水器用カートリッジを備える浄水器。

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