JP5108743B2

JP5108743B2 - 浄水器フィルタカートリッジ

Info

Publication number: JP5108743B2
Application number: JP2008324892A
Authority: JP
Inventors: 和司小谷
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-12-22
Also published as: JP2010142764A

Description

本発明は、主として家庭において使用される浄水器に組み込まれ、セラミックフィルタによって水道水等のろ過を行う浄水器フィルタカートリッジに関するものである。

上記のような浄水器用のセラミックフィルタとしては、図１に示すように円柱状の多孔質セラミック体Ｓの軸線方向に、内周面をろ過面とした多数の上端封止孔を形成し、その下端Ｘ１から水道水Ｌを注入してろ過し、他方の端部Ｘ２から浄化水Ｊとして取り出す構造が一般的であった。なお多孔質セラミック体Ｓからなるフィルタ本体は、その下端部周縁と上端部周縁とをリング状パッキンに保持された状態でフィルタケースの内部にはめ込まれ、浄水器フィルタカートリッジを構成している。

しかし、図１に示す構造では、一定期間の使用に伴い、浄化すべき水道水Ｌの中に泡として存在した気体（空気）や浄水器の内部に存在した気体（空気）が、フィルタ本体を構成する多孔質セラミックスの上端封止孔の内部に集積して集積気体Ａとなり、フィルタの有効ろ過面積が減少することに伴い浄化量が減少するという問題があった。また、水道水の流入を停止した後にもこの集積気体Ａの圧力によって浄水器から少量の浄化水が流出し、水切れが悪化するという問題があった。

そこで本出願人は、多孔質セラミック体に上端封止孔ではなく、貫通孔を形成した図２に示す構造のフィルタ本体を用いたフィルタカートリッジ（特許文献１）を開発した。このフィルタ本体は、浄化すべき水道水Ｌを下端面Ｙ１から供給し、貫通孔の内壁のろ過面を透過させることによって浄化し、フィルタ本体の側面部から浄化水Ｊとして取り出す構造である。なお多孔質セラミック体の上端面の貫通孔以外の部分は目封じされ、浄化すべき水道水Ｌと浄化水Ｊとが混ざり合わないようになっている。

このフィルタカートリッジは、フィルタ本体１をその内部に収納するフィルタケース２を備え、図１と同様に下端部周縁と上端部周縁とをリング状パッキン５に保持された状態でフィルタケースの内部にはめ込まれている。またフィルタ本体１の上端部Ｙ２の上方には、該上端部Ｙ２を覆蓋して水道水Ｌの自由な流出を阻止する蓋部３が配設されている。この構造によって、フィルタ本体１の下端部Ｙ１から供給される水道水Ｌはデッドエンドろ過されることとなり、浄化水Ｊはフィルタ本体１の側面部Ｓ側から取り出される。また蓋部３には、ナノサイズの孔を有する材料からなる気体選択透過膜４が配設され、蓋部３とフィルタ本体１の上端部Ｙ２とによって形成される空間Ｒに集積する気体を、気体選択透過膜４を経由して外部に排出させることが可能となる。

ところが、この構造はフィルタ本体１の側面部Ｓ側から浄化水Ｊを取り出す構造であるため、フィルタ本体１の上端部周縁を保持するリング状パッキン５とフィルタケース２との間隙Ｗが小さいと、側面部Ｓ側から流出した浄化水の水圧が上昇した場合、図３に示すように水流によってリング状パッキン５の端部がめくり上げられ、側面部Ｓ側から流出した浄化水の流路を閉塞してしまうという問題があった。なお、浄水器の浄水量はセラミックフィルタのサイズに比例し、一般家庭普及用の浄水器は、浄水量も確保しつつコンパクトに設置可能な構造を有することが求められる。このため、前記隙間Ｗはできる限り小さく抑えることが必要である。また、すでに家庭に設置されている浄水器サイズに対応可能とするために、フィルタケースのサイズは従来型と同一であることも求められる。したがって、フィルタ本体１の小型化とフィルタケース２の大型化により隙間Ｗを広げて、前記流路閉塞の問題を解消する方法は非実用的であり採用できないという問題があった。
特開２００６−２７２１１２号公報

本発明の目的は前記した従来の問題を解決し、セラミック製のフィルタ本体とフィルタケースとからなる浄水器フィルタカートリッジにおいて、フィルタ本体の上端部周縁を保持するリング状パッキンとフィルタケースとの間隙Ｗを広げるという手段によらずに、浄化水の流路閉塞の問題を解消することができる技術を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明の浄水器フィルタカートリッジは、円柱状の多孔質セラミック体の軸線方向に、内周面をろ過面とした多数の貫通孔を形成し、前記多孔質セラミック体の下端面を原水流入部、上端面を貫通孔以外の部分を目封じした水流出阻止部とし、側面部に浄水排出部を形成したフィルタ本体と、該フィルタ本体を収納するフィルタケースとからなる浄水器フィルタカートリッジであって、該フィルタ本体は、下端部周縁と上端部周縁とをリング状パッキンを介してフィルタケースの内部に押し付けてフィルタケースの内部にはめ込まれ、該リング状パッキンのうち、上端部周縁に配置されたリング状パッキンの外周面には、前記フィルタケースと線接触または点接触するパッキン形状保持部を、周方向に所定ピッチで突設したことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、これらのパッキン形状保持部が、フィルタケースと線接触する円弧状または三角状の水平断面を有することを特徴とするものである。

さらに請求項３記載の発明は、請求項1記載の浄水器フィルタカートリッジにおいて、フィルタ本体の上部には、気体選択透過膜を備えた蓋部材を前記上端部のリング状パッキンを介して密着配置したことを特徴とするものであり、請求項４記載の発明は、蓋部材がドーム型であり、その中央部に気体選択透過膜を設けたことを特徴とするものである。

本発明の浄水器フィルタカートリッジは、上部のリング状パッキンの外周面にパッキン形状保持部を周方向に所定ピッチで突設した構造であるため、フィルタ本体の側面部Ｓ側から流出する浄化水の水圧が上昇した場合でも、水流はパッキン形状保持部の間に形成される流路を流れることができ、水流によってリング状パッキンの端部がめくり上げられ、側面部Ｓ側から流出した浄化水の流路を塞いでしまう問題を、フィルタ本体の上端部周縁を保持するリング状パッキンとフィルタケースとの間隙Ｗの間隔を広げるという手段によらずに解消することができる。

また、リング状パッキンをフィルタとフィルタケースとの隙間にはめ込む作業は人手により行われるが、本発明ではリング状パッキンの外周面にパッキン形状保持部を周方向に所定ピッチで突設した構造とすることにより、リング状パッキンを面接触型とした場合に比べ、嵌め込み作業が容易になり作業効率の向上を図ることができる。

請求項２の発明によれば、嵌め込み時にパッキン形状保持部の先端部が変形し易くなり、フィルタケースへの嵌め込み作業が容易となる。

請求項３記載の発明によれば、フィルタ本体の上部に気体が蓄積されることがなくなり、浄水器から浄化水を取り出す際に浄化水の水切れが悪化したり、フィルタ手段のフィルタ有効面積が減少することに伴い浄化量が減少するという問題を有効に回避することができる。また請求項４の発明によれば、蓋部材をドーム型としてその中央部に気体選択透過膜を設けたことにより、気体を中央部に集めて確実に排除することができる。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図４は、本実施形態における浄水器用セラミックフィルタカートリッジの全体構成図、図５は、本実施形態における浄水器用セラミックフィルタカートリッジの模式的な断面説明図、図６は、図４のＢ−Ｂ方向矢視断面図、図７は本発明に用いられるフィルタ本体１の構造説明図であって、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は側面図である。

図４および図５において、１はフィルタ本体、２はフィルタケース、３は蓋部材、４は気体選択透過膜、５は弾性材料からなるリング状パッキン、５ａはリング状パッキン５の外周部に突設されたパッキン形状保持部を示している。また図４に示される７は外蓋、１０は活性炭充填部である。

本発明の浄水器用セラミックフィルタカートリッジは、フィルタ本体１をフィルタケース２に内部に嵌め込み、フィルタケース２の上部に螺合される外蓋７により固定した構造を有するものである。なお、フィルタケース２は成形性が容易で、かつ、使用後の回収リサイクルが容易な、ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＶＤＦ等の合成樹脂製のフィルタケースとすることが好ましい。

図７に示すように、フィルタ本体１は円柱状の多孔質セラミック体からなり、その軸線方向に内周面をろ過面とした多数の貫通孔９を形成したモノリス構造を有する。多孔質セラミック体は例えばアルミナ質であり、その下端面が原水流入部である。フィルタケース２の下端の原水流入口１１から供給された水道水等の原水は、下部の活性炭充填部１０を通過する際に臭気成分や色度成分を除去されたうえでフィルタ本体１の下面から貫通孔９内に流入し、貫通孔９の内周面でろ過される。なお、フィルタ本体１の上端面のうち、貫通孔９以外の部分は全て目封じされた水流出阻止部となっている。フィルタ本体１の上部は蓋部材３により封鎖されているので、原水は外部に流出することができずにデッドエンドろ過されることとなる。ろ過水である浄化水は多孔質のフィルタ本体１の内部を通過し、側面に形成された浄水排出部Ｓから外周部に排出される。なお、フィルタ本体１の内部を浄化水が流れ易くするために、図７（ａ）に示すようにフィルタ本体１の内部には貫通孔９の形成されていない部分が所定幅で複数形成されている。

図４に示すように、蓋部材３は好ましくは気体が中央部に集まり易いドーム型とし、その中央部に気体選択透過膜４が設けられている。気体選択透過膜４は複数の孔が開いた円板６の裏面に溶着されており、フィルタケース２の上端に螺合される外蓋７の裏面に突設したリブ８によって、蓋部材３の上面に押付けられている。なお蓋部材３はフィルタ本体１の上端面Ｚ２の全体を覆うように配置されている。気体選択透過膜４の種類は、水を通過させずに気体（空気）のみを長期間有効に透過し得るものであれば特に制限はないが、例えば、５〜２０ｎｍの孔径を有する膜から構成されたものを好適例として挙げることができる。このようなナノサイズの孔を有する膜の具体例としては、例えば、（株）ナック製、商品名：モノトランフィルムを挙げることができる。これは、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製で、厚さが２５〜２００μｍのフィルムに、孔径が５〜２０ｎｍの連通孔が形成されたものである。この構成によって気体がフィルタカートリッジの内部に溜まることを防止し、水切れを良くするとともにろ過面積の減少を防止することができる。

上記のようなフィルタ本体１は、下端部周縁と上端部周縁とをリング状パッキンに保持された状態でフィルタケース２の内部にはめ込まれ、外蓋７と蓋部材３によって下方に押し付けられている。下部のリング状パッキンは通常の形状であるが、上部のリング状パッキン５の外周面には前記フィルタケースと線接触または点接触するパッキン形状保持部が周方向に所定ピッチで突設されている。パッキン形状保持部５ａは図６に示すように、フィルタケース２の内周面と線接触または点接触する水平断面形状を有するものであることが好ましい。なお、パッキン形状保持部５ａの垂直断面形状は、図８に示すように、四角形（図８(a)）、三角形（図８(b)）、半円形（図８(c)）等、いずれの形状であってもよい。パッキン形状保持部の形状を、このような水平断面形状とすることにより、水平断面形状を面接触形状（例えば四角形の断面等）とする場合に比べて、パッキン形状保持部５ａの先端部が変形し易くなり、フィルタ本体１とフィルタケース２との隙間への押し込み作業を容易に行うことができる。なお、フィルタ本体の上端部周縁を保持するリング状パッキンとフィルタケースとの間隙Ｗは、家庭用浄水器の場合には０．５〜１．５ｍｍ程度である。

パッキン形状保持部５ａは、リング状パッキン５の外周面に１０〜６０個を均等に配置することが好ましい。１０個未満では相互間の間隔が大きくなって水流によってリング状パッキンの端部がめくり上げられやすくなり、逆に６０個よりも多くなると浄化水の流路断面積が不足して浄化水が流れにくくなるからである。

下記の表１に、内径９４．５ｍｍのフィルタケースに収納されるフィルタの外周に２４ｍｍピッチで１２個のパッキン形状保持部５ａを設けた場合(実施例１)、同フィルタの外周に１２ｍｍピッチで２４個のパッキン形状保持部５ａを設けた場合(実施例２)、同フィルタの外周に８ｍｍピッチで３６個のパッキン形状保持部５ａを設けた場合(実施例３)、及びパッキン形状保持部５ａを設けない場合(比較例１)について、水圧０．５〜５ＭＰａの下で通水試験を行った結果を示した。フィルタ本体１の上端部周縁を保持するリング状パッキン５とフィルタケース２との間隙Ｗは、全て１ｍｍとした。

表１に示すように、線接触を設けない場合（比較例１）には、側面部Ｓ側から流出した浄化水の水圧が３．０ＭＰａ以上に上昇した段階で、リング状パッキンの端部がめくり上げられ、側面部Ｓ側から流出した浄化水の流路を塞いでしまい、通水が行われなくなる現象が生じた。これに対し、本発明により、パッキンリングの外周部を均等１２分割以上とする間隔で線接触を設けた場合（実施例１〜３）には、側面部Ｓ側から流出した浄化水の水圧が３．０ＭＰａ以上に上昇した場合であっても、流路閉塞が防止された。特に、パッキンリングの外周部を均等３６分割する間隔で線接触を設けた場合（実施例３）には、側面部Ｓ側から流出した浄化水の水圧が５．０ＭＰａとした場合でも、リング状パッキンの端部がめくり上げられることがなく、完全にパッキン形状が保持されるため、高い浄水処理能力を安定的に実現することができた。

なお、リング状パッキン５をフィルタ本体１とフィルタケース２との隙間へ嵌め込む作業は人手により行われるが、本発明ではリング状パッキン５の外周にパッキン形状保持部を配置したことにより、面接触の場合に比べて嵌め込み作業が容易になり、作業効率の向上を図ることができる。下記の表２に、パッキン形状保持部５ａの形状を、フィルタケース２と線接触する半円形とした場合と、四角形とした場合とのそれぞれの場合につき、同一作業者による嵌め込み作業時間の比較を行った結果を示している。フィルタ本体１の上端部周縁を保持するリング状パッキン５とフィルタケース２との間隙Ｗは、全て１ｍｍとした。

上記したように、本発明の浄水器フィルタカートリッジによれば、フィルタ本体の上端部周縁を保持するリング状パッキンとフィルタケースとの間隙Ｗを広げるという手段によらずに、流路閉塞の問題を解消することができる。また気体選択透過膜を組み込んだことにより、浄化水の水切れが良くなり、フィルタ有効面積の減少に伴う浄化量の減少も防止することができる。これによってフィルタカートリッジのサイズを変更することなく、浄化水流量を増加させることができる。

従来の浄水器用セラミックフィルタカートリッジの垂直断面説明図である。従来の浄水器用セラミックフィルタカートリッジの垂直断面説明図である。従来の浄水器用セラミックフィルタカートリッジの垂直断面説明図である。本実施形態における浄水器用セラミックフィルタカートリッジの全体構成図である。本発明の浄水器用セラミックフィルタカートリッジの垂直断面説明図である。図４のＢ−Ｂ方向矢視断面図である。フィルタ本体の構造説明図である。パッキン形状保持部の垂直断面形状の説明図である。

符号の説明

１フィルタ本体
２フィルタケース
３蓋部材
４気体選択透過膜
５リング状パッキン
５ａパッキン形状保持部
６円板
７外蓋
８リブ
９貫通孔
１０活性炭充填部
１１原水流入口

Claims

円柱状の多孔質セラミック体の軸線方向に、内周面をろ過面とした多数の貫通孔を形成し、前記多孔質セラミック体の下端面を原水流入部、上端面を貫通孔以外の部分を目封じした水流出阻止部とし、側面部に浄水排出部を形成したフィルタ本体と、該フィルタ本体を収納するフィルタケースとからなる浄水器フィルタカートリッジであって、
該フィルタ本体は、下端部周縁と上端部周縁とをリング状パッキンを介してフィルタケースの内部に押し付けてフィルタケースの内部にはめ込まれ、
該リング状パッキンのうち、上端部周縁に配置されたリング状パッキンの外周面には、前記フィルタケースと線接触または点接触するパッキン形状保持部を、周方向に所定ピッチで突設したことを特徴とする浄水器フィルタカートリッジ。
パッキン形状保持部は、フィルタケースと線接触する円弧状または三角状の水平断面を有することを特徴とする請求項1記載の浄水器フィルタカートリッジ。
フィルタ本体の上部には、気体選択透過膜を備えた蓋部材を前記上端部のリング状パッキンを介して密着配置したことを特徴とする請求項1記載の浄水器フィルタカートリッジ。
蓋部材がドーム型であり、その中央部に気体選択透過膜を設けたことを特徴とする請求項３記載の浄水器フィルタカートリッジ。