JP5479315B2 - 浄水装置および浄水方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には浄水システムおよび方法に関し、更に詳しくは、水を直列または並列方式で各カートリッジに導くための水分配マニホールドと結合した複数のカートリッジを使う、フィルタ組立体および方法に関する。

浄水システムは、科学試験および分析用途を含む、種々の用途に高品質の試薬級の水を供給するために使う。これらの用途の多くは、水の全有機質含有量が１０ｐｐｂ（ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｂｉｌｌｉｏｎ）以下であることを要する。それらは、更に１８２ｋΩ・ｍ以下の抵抗率を要することがある。ＡＳＴＭタイプＩの水は、最高純度で、高性能液体クロマトグラフィー、原子吸収分光測定、組織培養等用に使う。タイプIIの水は、それ程純粋でなく、血液学的、血清学的および微生物学的処理に使うことができる。タイプIIIの水は、尿検査、寄生虫学的および組織学的処理のような、一般的実験室定性分析用に適する。水を浄化するための二つの従来のシステムが、各々本発明の譲受人に譲渡された、米国特許第５，３９７，４６８号および第５，３９９，２６３号に開示してある。これによってこれら特許の各々の開示を参考文献として本明細書に援用する。

典型的浄水器は、複数の浄化カートリッジから成るカートリッジ組立体を含む。各カートリッジは、用途要件に従って水を浄化するために、大量の樹脂ビーズのような、浄化媒体を含む。水が直列方式で各カートリッジを貫流する。水は、カートリッジ組立体の最終カートリッジを浄化された状態で出て、使用者の必要に応じて小出しされる。

過去には、別々の取付け具およびカートリッジ間の流体管路の使用並びに一体のマニホールドの使用を含む、種々のカートリッジ接続方法が使われていた。一体のマニホールドを利用する組立体は、異なるカートリッジ構成および／またはカートリッジ数に適応するために、容易には修正できない。もし、異なるカートリッジ構成またはカートリッジ数を所望または必要ならば、マニホールドおよびカートリッジを含む全組立体を典型的には修正し、製造目的の設備変更を行う。他方、別々の取付け具およびカートリッジ間の流体管路の使用は、交換を困難にする。

従来の浄水システム、特に一体のマニホールドを使うもののもう一つの難点は、流水路をカートリッジ組立体から補助処理装置へ方向転換してこのカートリッジ組立体へ戻すのが容易に出来ないことである。例えば、水中の有機質を減らすために、紫外線（ＵＶ）室を補助処理装置として使うことができる。理想的には、この水を次ぎに最終カートリッジを通して最終磨き、または浄化するために、カートリッジ組立体へ戻す。幾つかのシステムは、水がＵＶ室貫流後、最終カートリッジを通過しないように構成してある。これは、酸化した有機質のような、イオン状不純物を水を小出しする前に何も濾過して取除かないので、システムから小出しする水に抵抗率の問題を生ずることがある。従来のシステムに使うもう一つのオプションは、水をカートリッジ組立体全体に通し、次ぎに水をＵＶ室に通すことである。次ぎに、この浄水システムのカートリッジ組立体の一部でない、別のカートリッジを使って、ユーザが水を小出しする前にそれを磨く。しかし、これは、使用者がこのカートリッジ組立体と別の最終フィルタまたはカートリッジの両方を交換しなければならないので、カートリッジ交換をより困難にする。

当該技術分野で知られる上記の問題、並びにその他の問題および関心事を考慮して、より容易に再構成でき且つ、浄水システムを貫流する水の最終磨きも可能にしながら、ＵＶ室またはその他の装置のような、補助処理装置を流体的に結合可能にするカートリッジ組立体を利用する浄水システムおよび方法を提供することが望ましい。

従って、本発明は、一般的には浄水装置、更に詳しくは、この装置のより容易且つ効率的製造、構成および使用を可能にするための種々の特徴を有するフィルタ組立体を提供する。一つの一般的態様で、フィルタ組立体は、第１端及び第２端を有し、互いに固着された複数のカートリッジを含む。各カートリッジは、更に、第１端及び第２端の間に延在する側壁、および或る内容積を含む。濾材が少なくともこの内容積を貫流する水の濾過を助けるためにこの内容積内に含まれている。複数の端キャップが複数のカートリッジのそれぞれ第１端に結合し、各端キャップは、水入口および水出口を含む。マニホールドがこれらのカートリッジを流体連通するように接続するために複数の端キャップの水入口および水出口に結合し、水が一つのカートリッジの内容積内の濾材を通り、マニホールドを通り、もう一つのカートリッジの内容積内の濾材へ流れるようにする。カートリッジはまた並列方式でも、またはその代りに並列方式で流体的に結合してもよい。マニホールドは、更に、水をこれらのカートリッジの中へ導くための水入口、水をこれらのカートリッジから外に導くための水出口および１対の補助口を含む。これらの補助口は、水をこのカートリッジ組立体から補助処理装置へ導くための補助取出し口および水を補助処理装置から端キャップに関連する水入口の一つへ導くための補助投入口を含む。本発明のこの態様は、これらの補助口を、例えば、水をこのカートリッジ組立体からＵＶ室またはその他の水処理装置へ導き、次ぎに更なる有機質またはその他の汚染物質を除去するための少なくとも最終磨き作業のためにカートリッジ組立体へ戻すために、随意に使えるようにする。もし、与えられた用途でそのような補助処理装置が必要なければ、補助取出し口は、カートリッジ間の流体結合を維持するために補助投入口と流体的に結合してもよい。

本発明のもう一つの態様として、マニホールドを複数の端キャップの水入口および水出口に取外し可能に結合する。マニホールドが取外し可能であるので、同じカートリッジの異なる構成および／または異なる数のカートリッジを、特定の用途の要求に依って、単純に対応する構成のマニホールドを用意することによって、流体連通するように結合することができる。一体のマニホールドを有する過去の浄化システムと違って、本発明では、取外し可能なマニホールドを交換するだけで再構成ができる。これもカートリッジの容易な再構成を可能にする、もう一つの関連する態様として、各端キャップに関連する水入口および水出口が一般的にカートリッジの長手方向軸線に概ね平行に延在する。カートリッジの長手方向軸線に概ね直角または垂直に延在する入口および出口を有し、またはそれぞれカートリッジの反対両端に位置する入口および出口を有する、従来のカートリッジと違って、これは、マニホールドを複数のカートリッジの上端に直接置いて流体的に結合することを可能にする。この態様は、これらのカートリッジの容易な流体接続および再構成を更に容易にする。

本発明のもう一つの態様として、カートリッジは、第１端および第２端並びに或る内容積を有する外側管状部材を含むのが好ましい。第１端キャップが外側管状部材の第１端に固定され、内容積に通ずる水入口および水出口を含む。第２端キャップが外側管状部材の第２端に固定されている。内側管状部材が第１端キャップに摺動方式で結合された第１端および第２端キャップにしっかりと固着された第２端を含む。内側管状部材の第１端は、水出口と流体連通するように結合され、および第２端は、内容積と流体連通するように結合されている。カートリッジをこの様に構成することは、外側管状部材の内容積およびそこに含まれる浄化媒体を通る水の好適流れ並びに内側管状部材を通る外向き流れも容易にしながら、より効率的製造を可能にする。

本発明のこれらおよびその他の目的、利点および特徴は、好適実施例の以下の詳細な説明を図面と共に検討すれば、当業者にはより容易に明白となろう。

好適実施例に従って構成した浄水装置およびフィルタ組立体を示す透視図である。 第１マニホールドを補助処理装置に接続するように構成したフィルタ組立体の平面図である。 図２Ａに類似する平面図であって、補助処理装置を無くし、水をフィルタ組立体内だけで循環するように再構成した第１マニホールドを示す平面図である。 好適実施例に従って構成したフィルタ組立体の分解透視図である。 幾つかのカートリッジを直列方式で流体的に結合するための第２マニホールドを更に具体的に示す、フィルタ組立体の分解、拡大透視図である。 第２マニホールドの下面を示す透視図である。 フィルタ組立体の好適カートリッジの、内部詳細を示すために部分断面で示す、透視図である。 直列に接続したカートリッジを示す、浄水装置の概略図である。 図６Ａに類似する概略図であって、フィルタ組立体への任意のＵＶ室の補助処理装置としての接続を示す概略図である。

図１は、内部１６にアクセスするためのドア１４を備えた、前開口部を有するハウジング１２を含む浄水装置１０を示す。この好適実施例で、装置１０は、上に援用した特許で説明したように、抵抗率１８２ｋΩ・ｍ以下および全有機質含有量１０ｐｐｂ以下の純水を供給する。フィルタ組立体２０が内部１６内に配置してあり、以下に詳細に議論するように、本発明の好適実施例に従って構成してある。制御パネル２２が装置１０の作用を制御するためにハウジング１２に設けてある。装置１０から浄水を小出しするために小出し要素２４が設けてある。フィルタ組立体２０は、それぞれの上側および下側カバー板３０、３２によって一緒に結合した、複数の等しく構成したカートリッジ２８を含む。この好適実施例では、四つのカートリッジ２８が、以下に詳しく議論する第１マニホールド３４および第２マニホールドを介して互いに流体連通するように結合してある。本発明の特徴を四つ未満のカートリッジまたは四つを超えるカートリッジを有するフィルタ組立体、およびこれらの図面に示す一般的に菱形のカートリッジ構成以外の種々の形状に構成した二つのフィルタ組立体にも適用してよいことに注目すべきである。例えば、三つのカートリッジを三角形に結合してもよく、四つのカートリッジを正方形に結合してもよく、五つのカートリッジを五角形に結合してもよい筈である。

図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第１マニホールド３４がカバー板３０の上に配置してあり、水入口３６および水出口３８を含む。入口３６から入った水は、以下に議論するように、マニホールド３４から各カートリッジ２８を直列方式で通って水出口３８から排出される。図２Ａおよび図２Ｂは、入口３６と出口３８の間に、ＵＶ室のような、補助処理装置を任意に結合するための補助口４０、４２の使い方も示す。この場合、カートリッジ２８を通る回路を終える前、およびこの補助処理装置（図２Ａおよび図２Ｂには図示せず）で処理後、水を補助取出し口４０から排出し、再び補助投入口４２からフィルタ組立体２０に入れてカートリッジ２８を通る流体回路を終え、最後に水出口３８から出す。図２Ｂは、ＵＶ室のような、補助処理装置をフィルタ組立体２０に結合しない代替案を示す。この場合、バイパス導管４４が補助取出し口４０に替る第１口４４ａおよび補助投入口４２に替る第２口４４ｂを有する。それで、水が直ちに方向を変えてマニホールド３４へ戻り、フィルタ組立体２０の各カートリッジ２８を直列方式で通る流体回路を終える。

図３は、フィルタ組立体２０の全体構成を分解形で示す。更に詳しくは、各カートリッジ２８が上側キャップ６０および下側キャップ６２を有する管状外側部材５８から成る。それぞれの下側キャップ６２がカバー板３２を受け、締め具６４を使ってカバー板３２を図１に示すように下側キャップ６２上の所定の位置に固定する。各上側キャップ６０は、水入口７０、中央水出口７２、および全体的にそれらの間に位置づけられた内ねじ付きボス７４を含む。第２マニホールド８０を、孔８３から挿入してボス７４にねじ込んだ締め具８２でキャップ６０に固着し、それぞれの水入口および出口７０、７２と流体的に結合してある。以下に詳しく説明するように、第１マニホールド３４が水を第２マニホールド８０に向け、次に第２マニホールド８０は、水を直列にカートリッジ２８を通して分配してからこの水を第１マニホールド３４の出口３８へ向ける（図２Ａおよび図２Ｂ参照）。カバー板３０は、孔３０ａを通して導き且つ第２マニホールド８０のねじ孔８６で受けた締め具８４によって第２マニホールド８０に締結してある。孔９０、９２は、第１マニホールド３４を第２マニホールド８０に締結するためにそれぞれの締め具９４、９６（図２Ａおよび図２Ｂ）を受ける。締め具９４、９６は、四分の一回転締め具であるのが好ましく、ユーザが迅速組立のために手旋削（ｈａｎｄ ｔｕｒｎｉｎｇ）できる締め具を含むのが更に好ましい。

さて、図４および図４Ａを参照すると、マニホールド８０は、それぞれのカートリッジ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄに、孔８３を貫通して設置されたそれぞれのカートリッジ２８ａ−ｄのねじ孔７４の中へ延在する上記の締め具８２を使って、液密に固着してある。Ｏリング１００、１０２をそれぞれ使って各カートリッジ２８ａ−ｄの入口および出口７０、７２とマニホールド８０の下側の対応する口との間を密封し、流体的に結合する。当業者は、封止特性を向上するために追加のＯリングまたはその他の密封部材を使ってもよいことが分るだろう。マニホールド８０は、更に、第１マニホールド３４の入口３６から直接水を受ける水入口１１０を含む。マニホールド８０は、更に、カートリッジ２８ａ−ｄの各々で濾過作業が終ると、フィルタ組立体２０から水を排出する、第１マニホールド３４の出口３８と流体的に結合した水出口１１２を含む。補助取出し口１１４が第１マニホールド３４の補助取出し口４０と流体的に結合してあり、補助投入口１１６が第１マニホールド３４の補助投入口４２（図２Ａ）と流体的に結合してある。

作動に際し、水がマニホールド３４の入口３６から入口１１０へ導かれ、口１１８を介してカートリッジ２８ａの入口７０へ導かれる。カートリッジ２８ａで濾過作業を行ってから、水は、カートリッジ２８ａの出口７２を出てマニホールド８０の口１２０に入り、脚８０ａ内で半マニホールド１３０、１３２の間に形成された流路（図示せず）の中を移動する。この水は、マニホールド脚８０ａの中を矢印１３４の方向に動き、口１３６からカートリッジ２８ｂの入口７０へ出る。カートリッジ２８ｂでの濾過作業の終了後、この水は、出口７２からマニホールド８０の口１３８へ排出され、脚８０ｂの中を矢印１４２の方向にカートリッジ２８ｃの入口７０に通ずる排出口１４４の方へ移動する。カートリッジ２８ｃでの濾過作業の終了後、この水は、カートリッジ２８ｃの出口７２を出てマニホールド８０の口１４６に入り、脚８０ｃの中を矢印１５０の方向に補助取出し口１１４へ移動する。もし、ＵＶ室のような、補助処理装置がフィルタ組立体２０に結合してあれば、この水は、この補助処理装置を通過して補助投入口１１６へ戻る。もし、補助処理装置がフィルタ組立体２０に結合してなければ、補助取出し口１１４を、図２Ｂに示すように、マニホールド３４を介して補助投入口１１６に流体的に結合する。補助投入口１１６から、この水は、マニホールド８０を通り、口１５２を通って最終カートリッジ２８ｄの入口７０の中へ移動する。カートリッジ２８ｄでの濾過作業の終了後、浄水が出口７２に出てマニホールド８０の口１５４および出口１１２に入る。出口１１２は、マニホールド３４の出口３８に流体的に結合してある（図２Ａおよび図２Ｂ）。出口３８は、小出し要素２４に流体的に結合してある（図１）。

図５は、カートリッジ２８の構成を詳細に示す。各カートリッジ２８の全部品は、未使用ポリプロピレンから造るのが好ましい。各カートリッジ２８は、小径の内管状部材１６０を受ける外側管状部材５８を含む。各管状部材５８、１６０は、内容積５８ａ、１６０ａを含み、これらの内容積５８ａ、１６０ａは、互いに分離されていて、入口７０を通る水が、外側管状部材５８の内容積５８ａに含まれ且つ当該技術分野で知られる用途の純度要件に適する、大量の樹脂ビーズ１６２のような、１つ以上の濾過媒体を通過するようになっている。この水は、続いて内側管状部材１６０を通って上向きに移動し、出口７２から出る。カートリッジ２８は、外側管状部材５８のそれぞれの上端１６８および下端１７０とキャップ６０、６２の間に保持された上側および下側フィルタ円板１６４、１６６を含む。円板１６４、１６６は、孔径１２５μｍで３．１８ｍｍ厚のポリプロピレンを含むのが好ましいが、これは、濾過媒体１６２の大きさに依る。円板１６４、１６６は、外側管状部材５８の内容積５８ａ内にこの媒体１６２を含み、この媒体１６２が内側管状部材１６０の内容積１６０ａに入らないことを保証する。

内側管状部材１６０は、その下端１７２で、互いにほぼ９０°離間した複数の支持体１７４にしっかりと固定してある。複数の支持リブ１７６も支持体１７４から放射状に延在する。円周から突き出た棚１７７も組立後、リブ１７６および支持体１７４と共に円板１６６の下面を支持するために設けてある。内側管状部材１６０の下端１７２は、キャップ６２の中央内面１７８から離間した距離において支持され、それで空間１８０が出来て、外側管状部材５８の内容積５８ａを通る水が下側フィルタ円板１６６を通り、次に内側管状部材１６０の内部空間または容積１６０ａを通って上向きに流れる。内側管状部材１６０は、上側フィルタ円板１６８の孔１８３を通過すると、キャップ６０の上側オリフィス１８２内に摺動可能に受けるのが好ましい。管状部材１６０を受けるために、同様な孔１８５が下側円板１６６に設けてある。各孔１８３、１８５は、管状部材１６０を摩擦嵌めで受ける。上側フィルタ・スクリーン円板１６４は、円周から突き出た棚（図示せず）および、内側管状部材１６０を摺動可能に受ける、オリフィス１８２の周りに拡がる追加の支持構造体１８６は勿論、複数のリブによって支持してもよい。図５は、更に、図３に関連して議論した締め具６４の一つを受けるために下側キャップ６２に含まれるボス１９０を示す。

図６Ａは、浄水装置１０の概略図で、一つの好適流体回路２００を示す。水は、回路２００の入口２０２に入り、逆止弁２０４および流量センサ２０６を通り、好ましくは圧力調整器２０８も通る。流量センサ２０６は、装置１０から小出しした水の量を測定するために使用する。これは、これと同日に速達便ＥＬ５０８２４５５１５ＵＳで提出し、参考までに本明細書に完全に援用する、同時係属出願に更に詳しく開示してある。圧力調整器２０８は、流体回路２００内の圧力を０．１ＭＰａに制限するのが好ましい。ポンプ２１０を使って水を流体回路２００におよびそれを通して循環するのが好ましい。その代りに、ポンプ２１０を除去して、回路２００が単純に圧力調整器２０８を通った加圧水を受けてもよい。この水を、図６Ａに概略的に示し、且つ上に詳細に議論したように、フィルタ組立体２０またはカートリッジ２８ａ−ｄを直列方式で通して導く。この浄水は、用途要件の要求通りに殺菌剤を回路２００に定期的に注入するために使える殺菌口２１２を通過する。全有機炭素分析計口２１４が、当該技術分野で一般的に知られているように、水がフィルタ組立体２０を出るとその純度を測定するために、温度および抵抗率セル２１６と共に設けてある。ジャンパ２１８が任意に遠隔小出しガン（図示せず）を結合するために設けてある。するとこの浄水が小出しマニホールド２２０に入る。第１常閉電磁弁２２２が設けてあり、水を最終フィルタ２２４を通し、および小出し要素２４（図１）を通して導くために使用者が選択的に開くことができる。浄水を小出ししないとき、常開電磁弁２２６を設け、この水を再循環方式で逆止弁２２８を通して回路２００の最初へ戻し、ポンプ２１０によって絶えず再循環するようにする。逆止弁２２８は、入口２０２からの逆流を防ぎ、ジャンパ２１８に結合した遠隔ガン（図示せず）に関連する手動弁（図示せず）に必要な背圧も提供する。システム洗浄要素２３０が設けてあり、もう一つの常閉電磁弁２３２によってアクセスし、および第２全有機炭素分析計口２３４を含む。

図６Ｂは、第３および第４カートリッジ２８ｃ、２８ｄの間に作ったＵＶ室２４０の任意接続を備える修正した回路２００’を示すことを除いて、図６Ａと同じである。水は、フィルタ組立体２０を出る前に最終磨きのために、この場所でフィルタ組立体２０からＵＶ室２４０を通して最終フィルタ・カートリッジ２８ｄへ導かれる。

本発明をこれらの好適実施例の説明によって明らかにしたが、およびこれらの実施例を幾らか詳細に説明したが、前記請求項の範囲をそのように詳細に制限または何らかの方法で限定することは、本出願人の意図ではない。付加的利点および修正が当業者には明らかに容易だろう。これは、現在知られている、本発明を実施する好適方法と共に、本発明の説明であった。本発明の種々の態様を単独または異なる組合せで使用してもよい。本発明の範囲それ自体は、前記請求項によってのみ限定すべきである。

１０ 浄水装置、浄水システム
２０ フィルタ組立体
２８ カートリッジ
２８ａ カートリッジ
２８ｄ カートリッジ
３４ 第１マニホールド
３６ マニホールドの水入口
３８ マニホールドの水出口
４０ 補助取出し口
４２ 補助投入口
４４ 導管
５８ 側壁、外側管状部材
５８ａ 内容積
６０ 第１端キャップ
６２ 第２端キャップ
７０ カートリッジの水入口
７２ カートリッジの水出口
８０ 第２マニホールド
１６０ 内側管状部材
１６２ 濾材
１６８ カートリッジ、外側管状部材の第１端
１７０ カートリッジ、外側管状部材の第２端
１７２ 内側管状部材の第２端
２１０ ポンプ
２４０ 補助処理装置

Claims (5)

1. 浄水システムに使うためのカートリッジ（２８）であって：
   第１端および第２端、並びに濾材（１６２）を受け入れるようにされた内容積（５８ａ）を有する外側管状部材（５８）と、
   前記第１端に固定された第１端キャップ（６０）であって、水入口（７０）及び水出口（７２）を有し、該水入口（７０）が前記内容積に通じている第１端キャップ（６０）と、
   前記第２端に固定された第２端キャップ（６２）と、
   前記第１端キャップ（６０）に摺動方式で結合した第１端、および前記第２端キャップ（６２）にしっかりと固着された第２端を有する内側管状部材（１６０）であって、前記第１端が前記水出口（７２）と流体連通するように結合され、また前記第２端が前記内容積（５８ａ）と流体連通するように結合されている内側管状部材（１６０）と
   を有するカートリッジ（２８）。
2. 前記外側管状部材（５８）の前記第１端および前記第１端キャップ（６０）の間に保持された第１フィルタ円板（１６４）と、前記外側管状部材（５８）の前記第２端および前記第２端キャップ（６２）の間に保持された第２フィルタ円板（１６６）とをさらに有する請求項１に記載されたカートリッジ（２８）。
3. 前記第１フィルタ円板（１６４）および前記第２フィルタ円板（１６６）が、前記濾材（１６２）を前記外側管状部材（５８）の前記内容積（５８ａ）内に収容している請求項２に記載されたカートリッジ（２８）。
4. 前記第１端キャップ（６０）および前記第２端キャップ（６２）の少なくとも一方が、前記第１フィルタ円板（１６４）および前記第２フィルタ円板（１６６）の対応する一方を支持するための円周方向の棚（１７７）を有している請求項２または請求項３に記載されたカートリッジ（２８）。
5. 前記内側管状部材（１６０）が前記第１フィルタ円板（１６４）および前記第２フィルタ円板（１６６）のそれぞれを通って延びている請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載されたカートリッジ（２８）。

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