JP5782516B2 - 重力送り式フィルタを有する浄水装置 - Google Patents

Description

本発明は、浄水装置に関し、詳細には電気および加圧水無しで作動する重力送り式浄水装置に関する。本発明はまた、電気および加圧水を用いる装置にも適用可能である。

本明細書にわたって従来技術を説明するいかなるものも、そのような従来技術が、この分野で広く知られているまたは共通の一般知識の一部を形成することを承認するものとして考えられるべきではない。

さまざまなタイプの浄水装置が、特に特許などの文献において説明されてきており、また複数のモデルが市場で入手可能でもある。一部のものは機能するのに電気を必要としており、例として、紫外線（ＵＶ）ベース浄化器を含む。一部の浄化器は機能するのに電気を必要としない。そのような浄化器はまた、重力送り式浄水器として知られている。キャンドルフィルタは、従来の重力送り式浄化器の一例である。現在、キャンドルフィルタは、現在の３段および４段の浄化器によって置き換えられている。１つのそのような浄化器は、国際公開第２００４／０００７３２Ａ１号（Ｕｎｉｌｅｖｅｒ）で説明されている。そのような浄化器では、上部チャンバ内の水柱の高さによって及ぼされた圧力（水頭高さとしても知られている）により、水が下側チャンバ内のさまざまなろ過段を流れ抜ける。

一般的な家庭用重力送り式浄水器は、３つのチャンバ、すなわち上部チャンバ、中間チャンバ、および底部チャンバを有する。上部チャンバは、一般には予備ろ過に使用される。たいてい上部チャンバは、不織媒体物または織物ろ過媒体物などのセディメントフィルタを有し、このフィルタは、粉じんおよび泥の粒子などの肉眼で見える不純物の一部を捕捉する。上部チャンバはまた、たいてい、遊離顆粒の形態または圧縮された炭素ブロックの形態の炭素フィルタも有する。炭素フィルタは、有機不純物、化学物質、および悪臭化合物を捕捉することを助ける。一部の炭素フィルタはまた、原生動物であるシストと呼ばれる微生物をろ過して取り除く。例として、クリプトスポリジウムパルバム
（Ｃｒｙｐｔｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ ｐａｒｖｕｍ）およびランブル鞭毛虫を含む。シストは、細菌およびウイルスより大きいものである。中間チャンバは、一般に水の殺菌に使用される。国際公開第２００４／０００７３２Ａ１号（Ｕｎｉｌｅｖｅｒ）で説明されているものなどの一部の現在のフィルタはまた、バイオサイドとしてよく知られている化学浄化剤も使用する。好適な浄化剤は、一般にはＴＣＣＡ（トリクロロイソシアヌル酸）の錠剤の形態の塩素である。そのような錠剤は、塩素を徐々に水中に放出し、バイオサイドが、細菌およびウイルスのほとんどを殺菌する。バイオサイドは、一般にカートリッジの内側に収容される。カートリッジは、制御された量の塩素（または他のハロゲン）を水中に投与するように精密に設計された塩素（または他のハロゲン）分配機構を使用する。

国際公開第２００４／０００７３２Ａ１号はまた、水が化学浄化剤中を流れ抜けた後、効果的な微生物殺菌を確実にするために所定の時間滞留すべきであることが必須であるとも開示している。この出願はまた、化学浄化剤が水を微生物学的に純粋にするように作用した後、いかなる余分の化学浄化剤またはその副産物も、活性炭素から構成されたスカベンジャフィルタにその水を通すことによって除去されることを開示している。

重力送り式浄水装置の問題の１つは、出力流量が、フィルタに適用される水柱の水頭によって決まることである。流量は、ろ過が進むにつれて投入水の水頭が降下することによって大幅に低減する。低流量に関するこの問題は、フィルタが使用に伴って塞がり始めるときに消費者にとって非常に不都合であり苛立たせる原因になり得る。

国際公開第２００８／０２８７３４Ａ１号（Ｕｎｉｌｅｖｅｒ）は、ろ過材のプリーツ層および非プリーツ層の組み合わせからなるろ過システムを開示している。この出願は、流量が、一定ではない水頭高さの関数であることを説明している。セディメントフィルタ内に送り込まれる水頭は、水頭の上昇および下降に伴って変化する。ろ過に利用可能な表面積もまた、セディメントフィルタを取り囲む水位の上昇および下降に伴って変化する。水位がセディメントフィルタの高さの下方になったとき、セディメントフィルタの表面の一部は、水位の上方に上昇しており、このときこれは、ろ過に寄与しない。

国際公開第９２１６２７２Ａ号（Ｓｃｈｅｕｒｅｒ，Ａｎｎａ）は、さまざまな材料のろ過に適したフィルタを開示しており、液体およびガス状のいずれの媒質にも有用である。フィルタは、少なくとも１つのフィルタカートリッジが中に存在するフィルタケーシングを有する。カートリッジケーシング内では、少なくとも１つの分離壁が、相互に同軸に配置された少なくとも２つのフィルタチャンバを形成し、これらのチャンバ内を取り除かれる媒質が連続的に通り抜ける。この１つのカートリッジケーシングは、ケーシング接続具によって別のカートリッジケーシングに固定されてよい。この発明では、壁は、フィルタチャンバを形成すること、およびフィルタチャンバを、それぞれの媒質の浄化に合わせて異なるろ床で満たすことを可能にすることに関連する。

国際公開第０７０００２３８Ａ号（Ｕｎｉｌｅｖｅｒ）は、殺菌剤を水中に分配するための単回投与分割分配装置であって、単回投与分配開口が設けられた基部と、前記開口の下方に配設された複数のタブであって、単回投与を補助することができるタブと、容器内に配設されたカム作動式単回投与分割分配機構とを有する容器を備える、装置を開示している。これは、一定量の水に対する殺菌剤を単回投与量に分割し、分配することに関する。国際公開第０７０００２３８Ａ号は、化学浄化剤が、出力水が飲料用として微生物学的に安全であるように水を浄化するように作用するのに十分な時間滞留することを確実にしながら、浄化された水を比較的一定の流量で送り出す方法については開示していない。

国際公開第１００３４６８７Ａ号（Ｕｎｉｌｅｖｅｒ）は、バイオサイドユニットと、スカベンジャから壁によって分離され、スカベンジャに隣接して配置されたリザーバであって、スカベンジャが、前記バイオサイドまたはその副産物を水から除去することができる媒体物を備える、リザーバと、流路を画定するように相互接続された分配チャンバとを備え、バイオサイドがリザーバ内でバイオサイドユニットによって水に加えられ、水は壁を越えてスカベンジャ内に流入し、出口を通って分配チャンバに至り、出口は、前記媒体物の少なくとも１０重量パーセントが出口の最も低いレベルの下方にあるように配置され、壁は媒体物の最も高いレベルの上方および出口の最も低いレベルの上方を延びる、重力送り浄水装置を開示している。この構造では、フィルタ媒体物の少なくとも１０％が出口の最も低いレベルの下方にあること、および壁がフィルタ媒体物の最も高いレベルの上方を延びることが必須である。

本発明により、化学浄化剤が、出力水が飲料用として微生物学的に安全であるように水を浄化するように作用するのに十分な時間滞留することを確実にしながら、浄化された水を比較的一定の流量で送り出すことができる重力送り式浄水装置を提供することを可能にしている。

国際公開第２００４／０００７３２号 国際公開第２００８／０２８７３４号 国際公開第９２１６２７２号 国際公開第０７０００２３８号 国際公開第１００３４６８７号

本発明の目的の１つは、浄化された水を比較的一定の流量で送り出すことができる重力送り式浄水装置を提供することである。

本発明の別の目的は、浄化される水に投与された、たとえばハロゲンベースの（強酸化化合物）化学浄化剤が、所定の時間水と接触して保たれ、それによって多くの無機不純物を沈殿させる場合の滞留時間を提供することである。これはまた、効果的で高い微生物学的純度を確実にするのに十分な、水中の病原菌と化学浄化剤間の接触時間も提供する。

本発明者は、重力送り浄水装置内において、セディメントフィルタを有するチャンバがまた、セディメントフィルタを取り囲むコンパートメントを有する場合に問題が解決され得ることを見出した。コンパートメントは、チャンバの底部から上方向に立ち上がり、切欠部を有する周縁と共に開放上部を画定する側壁を有する。コンパートメントは、チャンバの壁から離間して置かれ、コンパートメント周りに空間を画定する。好ましい装置は、驚くべきことに、使用期間にわたり装置からの流量が徐々に減少する問題と、特に水の品質が悪い状態下にある炭素ブロックフィルタを、頻繁に逆洗する必要性とを解決することが見出された。

特に、本発明者は、開放端部に切欠部を有するコンパートメントを提供することにより、駆動水頭の調整を実現し、一定の流量を確実にすることを可能にすることを見出した。そのような構成により、化学浄化剤が作用するのに十分な滞留時間が提供されることを確実にすること、したがって飲料用として生物学的に安全である出力水を得ることもまた可能になる。水は、細菌の６対数除去、ウイルスの４対数除去、およびシストの３対数除去が達成されるように浄化されることが確実にされる。

本発明は、壁によって画定されたチャンバを有する浄水装置にして、チャンバが、
（ｉ）入口と、
（ｉｉ）出口と、
（ｉｉｉ）前記入口および出口と流体連通し、これらの間に位置するセディメントフィルタとを有し、前記セディメントフィルタが、
（ｉｖ）チャンバの底部から上方向に立ち上がり、周縁と共に開放上部を画定する側壁を有するコンパートメントであって、チャンバの壁から離間して置かれて前記コンパートメントの周りに空間を画定する、コンパートメントによって取り囲まれる、浄水装置であって、
コンパートメントの開放上部の周縁が、切欠部を備えることを特徴とする、浄水装置を提供する。

この説明において、言語「コンパートメント」は、セディメントフィルタを取り囲む周囲の筺体を説明するために使用される。コンパートメントを収容する外側容器は、「チャンバ」として説明される。

用語「備える」は、その後に述べられる要素のいかなるものにも限定されず、重要なまたは重要でない機能的重要性を有する不特定の要素を包含することを意味する。換言すれば、挙げられるステップ、要素または選択肢は包括的である必要はない。言語「含む」または「有する」が使用されるときはいかなるときも、これらの用語は、上記で定義された「備える」と等価であることが意味される。

本発明は、壁によって画定されたチャンバを有する浄水装置にして、チャンバが、
（ｉ）入口と、
（ｉｉ）出口と、
（ｉｉｉ）前記入口および出口と流体連通し、これらの間に位置するセディメントフィルタとを有し、前記セディメントフィルタが、
（ｉｖ）チャンバの底部から上方向に立ち上がり、周縁と共に開放上部を画定する側壁を有するコンパートメントであって、チャンバの壁から離間して置かれて前記コンパートメントの周りに空間を画定する、コンパートメントによって取り囲まれる、装置であって、
コンパートメントの開放上部の周縁が、切欠部を備えることを特徴とする、浄水装置を提供する。

このチャンバは、浄水装置のチャンバの１つを形成する。装置は、上部チャンバ、中間チャンバ、および底部チャンバを有することが好ましく、また（セディメントフィルタおよびコンパートメントを有する）チャンバが中間チャンバであることが好ましい。装置はまた、２つだけのチャンバを有してもよく、この場合、そのチャンバは、上部または底部に、好ましくは上部に置かれてよい。装置がこのチャンバだけを有することも可能である。チャンバは、浄水装置を単一の一体的に型成形された装置として形成するなどにより、互いに固定式に接続されてよい。チャンバはまた、互いに脱着可能に接続されてもよい。これにより、すべてのチャンバまたはその中に含まれるフィルタを定期的に洗浄することが可能になる。そのような場合、個々のチャンバは、任意に知られている手段によって、たとえば圧入継手または任意の他の結合継手を用いるなどによって互いに取り付けられてよい。そのような継手はまた、水の漏出も低減し得る。すべてのチャンバは入口および出口を有する。

セディメントフィルタは、懸濁した粒子状材料の除去のための任意の適切な手段になり得る。セディメントフィルタは、織物または不織繊維から作製されてよい。この場合、不織繊維が、織物繊維より好ましい。セディメントフィルタを作製するのに使用される繊維は、天然または合成、好ましくは合成になり得る。繊維は、ポリマー、好ましくは熱可塑性ポリマーから作製されてよい。適切なポリマーは、ポリエステル、ポリプロピレン、およびナイロンを含む。ポリエステルが好適な材料である。セディメントフィルタは、１から１０μｍの粒度を有する懸濁した固体を捕捉することを助ける。

セディメントフィルタは、四角形、矩形、三角形、円形、または六角形断面などの対称断面を画定することが好ましい。円筒形のセディメントフィルタが、他よりも好ましい。そのようなフィルタは円形の断面を画定する。フィルタが円筒形として形作られるとき、円筒の高さは、２ｃｍから５０ｃｍでよく、円筒の直径は１ｃｍから５０ｃｍでよい。これらの寸法は、これを収容するチャンバの寸法によって限定される。セディメントフィルタは、チャンバの底部に取り付けられ、コンパートメントの内側にある。セディメントフィルタは、任意の知られている手段、たとえば貫通圧入継手またはねじ込み継手または捩じりおよび固定継手などによってチャンバの底部に取り付けられてよい。セディメントフィルタは、必要であれば洗浄（再生）され得るように脱着可能に取り付けられることが好ましい。セディメントフィルタは、流水中で洗うことによって容易に再生され得、このため、フィルタの寿命が増大され得る。水の流量は、各々のそのような再生後に増大し得る。

セディメントフィルタは、好ましくはプラスチック製のケージ上に装着され、それにより、フィルタが安定状態を維持し、水柱によって及ぼされた圧力によって崩壊することがないことが好ましい。

セディメントフィルタは、プリーツ状繊維または非プリーツ状繊維の単一または複数の層を有することができる。セディメントフィルタは、複数のプリーツを有することができ、これが好ましい。プリーツは、ろ過に利用可能な領域にさらに関係付けられるその表面積を増大させる。単一のセディメントフィルタが使用されることが好ましいが、チャンバはまた、少なくとも１つのろ過媒体物が複数のプリーツを有する、複数の円筒状のセディメントフィルタを有することもできる。好ましくは、非プリーツ状フィルタの数は１から１０であり、プリーツ状フィルタの数もまた１から１０である。非プリーツ状フィルタの数が１から５であり、プリーツ状フィルタの数が１から５であるとき、最適なパフォーマンスが得られる。好ましくは、プリーツ状セディメントフィルタの厚さは、０．５ｍｍから１５ｍｍ、より好ましくは少なくとも１ｍｍから８ｍｍ、最も好ましくは少なくとも１ｍｍから６ｍｍである。好ましくは、非プリーツ状のセディメントフィルタの厚さは０．５ｍｍから１５ｍｍ、より好ましくは１ｍｍから１０ｍｍ、最も好ましくは１ｍｍから６ｍｍである。セディメントフィルタの層は、同心で配置されることが好ましい。これらはまた、らせん状に巻かれてもよい。

セディメントフィルタは、あらゆる向きで置かれてよいが、チャンバの内側で直立状態で置かれることが好ましい。本発明の好ましい実施形態は、約３００から１０００ｃｍ^２の表面積を有するセディメントフィルタを利用することを可能にするが、３０００ｃｍ^２までの面積を有するフィルタもまた使用されてよい。

コンパートメントおよびセディメントフィルタが同軸であることが好ましいが、必須ではない。コンパートメントは、側壁によって画定される。側壁は、チャンバの底部から上方向に立ち上がり、切欠部を有する周縁と共に開放上部を画定する。このコンパートメントは、上部を開いたままにしてセディメントフィルタを取り囲む。コンパートメントは、対称の断面を画定することができる。あるいは、コンパートメントは、非対称の断面を画定することができる。コンパートメントの高さは、セディメントフィルタが水をろ過する表面を有さなくなるまで目標流量を達成するのに必要な水頭をセディメントフィルタにもたらすことができるようなものである。あるいは、コンパートメントの高さとセディメントフィルタ媒体物の高さの比は、好ましくは１：１から１．５：１である。コンパートメントの高さはまた、好ましくは、セディメントフィルタの高さの＋／−６０％内にあってもよい。コンパートメントのその基部の最も広い部分における幅と、セディメントフィルタのその基部における幅の比は、好ましくは１：０．１から１：０．９である。コンパートメントは、上方向に延びるにつれて、外方向に延びることもできる。この場合、コンパートメントの基部によって占有された領域は、その上部によって画定された領域より小さくなり、壁の総容積が増大し得る。コンパートメントの周縁の幅とセディメントフィルタのその上部の幅との比は、１：０．０５から１：０．９であることが好ましい。

コンパートメントの開放上部の周縁は、切欠部を有し、この切欠部を通して水が流れコンパートメント周りの空間内に集まる。切欠部の機能は、水がセディメントフィルタとコンパートメントの間の空間内に流入することを可能にすることである。切欠部は、チャンバの入口から遠隔の端部に配置されることが好ましい。これは、セディメントフィルタに接触するまでの水の滞留時間を十分長く提供する上で助けとなり得る。ごみ、粉じん、および他の懸濁した不純物がチャンバの底部に沈むことが可能にされ得るため、より長い滞留時間が有益になり得る。これは、セディメントフィルタにかかる粒子負荷を低減すること、したがってセディメントフィルタの寿命を延ばすことを助けることになり、より少ない回数の洗いが必要とされ得る。水は、たとえばチャンバの底部に位置してよく好ましくは管の形態である入口を通ってチャンバに入り、次いで、上方向に上昇する。

コンパートメントは、その高さに沿ってチャンバの壁に取り付けられ、より好ましくは、コンパートメントは、入口に最も近い切欠部の開始点においてコンパートメントの高さに沿ってチャンバの壁に取り付けられることが好ましい。コンパートメントは、その入口までせき板を用いてチャンバの壁に取り付けられることが好ましい。

チャンバの設計および能力は、水の層の混合を引き起こし得る乱流が無いことを可能にし得る。水は、チャンバ内において、底部から上部に上昇し、ほぼ理想的なプラグ流路をたどる。水は、切欠部に到達する前、約１０から５０分の間チャンバ内に留まることができる。これは、チャンバの底部における不純物の堆積のための十分な時間を提供することができ、それによってセディメントフィルタ上、さらにその後のろ過段における粒子負荷も低減することができる。

理論に縛られるつもりはないが、水がコンパートメントの内側に集まり始めるとすぐに、ろ過のプロセスが開始し、セディメントフィルタの下側の径方向部分が、ろ過に利用され始めるようになると考えられる。一定期間たつと、下側部分は、懸濁した粒子物質で塞がれ得る。これが生じるとき、コンパートメントとセディメントフィルタの間の環状空間内の水位が上昇し、セディメントフィルタの部分的閉塞による表面積の損失は、追加の水頭によって補償されて、セディメントフィルタからの水の一定の出力を維持することができる。このプロセスは、チャンバ内およびコンパートメントの内側の水位が同じになるまで継続する。これは、セディメントフィルタにおいてろ過に利用可能な表面積が存在しないときに起こり得る。チャンバは１つまたは複数のフロートを有することが好ましい。この点において、フロートは、チャンバ内への水の供給を遮断するように動作されるようになり得る。

本発明者は、コンパーメントによって取り囲まれたセディメントフィルタが、相対的に高い流量を送り出すことができることを見出した。

セディメントフィルタは、定期的洗浄を必要とし得る。これは、水の流れるストリーム下で行われてよい。水の所与の品質に対するセディメントフィルタの洗浄の頻度は、セディメントフィルタに与えられた表面積によって、およびろ過媒体物が使用されるにつれて漸進的に閉塞され得るろ過材の活性孔隙率によっても決まる。本発明の好ましい装置は、セディメントフィルタに必要とされる表面積が設けられる場合、重力送り式浄水装置内で比較的一定の流量で無期限にろ過を続行する手段を提供することができる。ろ過は、セディメントフィルタ媒体物の表面積の塞がりが元に戻らなくなるまで継続することができる。好ましい実施形態は、約７０〜８０ｍｌ／分の流量を送り出すことができる。理論によって縛られるつもりはないが、濁り水（１００ＮＴＵ）もまた、合理的な一定の流量でろ過され得ると考えられる。セディメントフィルタは、粒子状不純物のほとんどの除去を可能にし、清浄水を一定の流量でろ過のその後の段に供給し、この段は、炭素フィルタ、または流量にいかなる大きな低下も引き起こさずに出力水を最終的に送り出すろ過の任意の他の手段になり得る。

このチャンバの能力は、好ましくは約２．５リットルであるが、これより少なくても多くてもよい。時に、チャンバは、上記で説明されたフロートが何らかの理由で故障し、上部チャンバから中間チャンバへの水の供給を停止しなかった場合、その設計能力を上回る水を収集することがある。これが生じた場合、溢水を誘導するために、チャンバは、切欠部の上方に配置された溢水開口を有することができる。

水浸出性化学浄化剤を有するカートリッジが、チャンバの壁に取り付けられ、カートリッジの出口がチャンバと流体連通していることが好ましい。カートリッジの出口は、任意の知られている手段によってチャンバと連通することができる。この手段が管であることが好ましい。カートリッジは、粉末、顆粒、錠剤、または液体の形態の任意の従来の浄化剤を含むことができる。好ましい化学浄化剤は、五ヨウ化樹脂または任意の他のバイオサイド樹脂、トリクロロイソシアヌル酸（ＴＣＣＡ）、ブロモクロロジメチルヒダントイン（ＢＣＤＭＨ）およびＴＣＣＡおよびＢＣＤＭＨの組み合わせを含む。また、他の従来のハロゲン放出化合物を使用することも可能であり、たとえば、二塩化イソシアヌル酸カリウム、二塩化イソシアヌル酸ナトリウム、塩素化リン酸三ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、次亜塩素酸リチウム、モノクロラミン、ジクロラミン、［（モノトリクロロ）−テトラ（モノカリウムジクロロ
（ｍｏｎｏｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｄｉｃｈｌｏｒｏ）］ペンタイソシアヌレート、１，３ジクロロ−５，５−ジメチルイダノトネ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｉｄａｎｏｔｏｎｅ）、パラトルエンスルホジクロロアミド、トリクロロメラミン、Ｎ−クロラミン、Ｎ−クロロスクシンイミド、Ｎ，Ｎ’−ジクロロアゾジカーボンアミド、Ｎ−クロロアセチル尿素、Ｎ，Ｎ−ジクロロアゾジカーボンアミド、Ｎ−クロロアセチル尿素、Ｎ，Ｎ，ジクロロビウライト（ｄｉｃｈｌｏｒｂｉｕｒｉｔｅ）、および塩素化ジシアンジアミドなどである。ＴＣＣＡ、ＢＣＤＭＨ、ならびにＴＣＣＡおよびＢＣＤＭＨの組み合わせが、最も好ましい水浸出性化学浄化剤であり、ＴＣＣＡ、ＢＣＤＭＨ、ならびにＴＣＣＡおよびＢＣＤＭＨの組み合わせが錠剤の形態であることが特に好ましい。カートリッジは、１つの錠剤または錠剤の積み重ねを含むことができる。好ましくは、カートリッジは、国際公開第２００７／１４４２５６Ａ１号（Ｕｎｉｌｅｖｅｒ）にしたがって作製される。

カートリッジは、チャンバの壁の外部に取り付けられ得る。そのような場合、チャンバは、チャンバの内部およびカートリッジの入口と連通する内部の同軸チューブを備えた外部に配設されたソケットを有し、この場合、カートリッジは、相補的に成形されたプラグを用いてソケットのところでチャンバに取り付けられ、プラグは、ソケットの内部の同軸チューブを受け入れるように成形された同軸の内側オリフィスを有する。カートリッジの出口は、チャンバの入口と流体連通している。本発明の目的での用語「流体」は、水を意味する。水は、化学浄化剤を含むカートリッジを最初に流れ抜けた後、セディメントフィルタを有するチャンバに入ることが極めて好ましいが、必須ではない。このカートリッジが、好ましくは、セディメントフィルタの前（すなわち上流側に）に置かれるのはこの理由のためである。好ましくは、カートリッジを離れた水は、セディメントフィルタおよびコンパートメントを有するチャンバの入口まで、チャンバの底部で開放する管を用いて誘導される。水が、化学浄化剤を含むカートリッジを流れ抜けた後、一部の化学浄化剤は水に浸出する。化学浄化剤は、細菌およびウイルスなどの微生物学的要素上に作用し、これらを阻害する。好ましい装置では、浸出した化学浄化剤を含む水は、セディメントフィルタと接触する前に、十分長い「滞留時間」が与えられる。「滞留時間」は、化学浄化剤の濃度、チャンバの容積および流量に基づいて決定される。一部の化学浄化剤は、相対的に速く作用し得るため、より短い滞留時間を必要とし得る。他のものは、相対的に遅く作用し得るため、比較的長い滞留時間を必要とし得る。化学浄化剤の溶解度、水の温度、浄化された水の目標殺菌などもまた、滞留時間の重要な因子になることができる。

相対的に長い滞留時間が、切欠部を置くことによって達成され、この切欠部は、コンパートメントの開放上部の周縁上に、セディメントフィルタと、側壁によって画定されたコンパートメントとを有するチャンバの入口から離れて位置することが好ましい。このようにして、（浸出した化学浄化剤を含む）水が、セディメントフィルタと接触する前に、相対的に長い時間の間チャンバの内側に存在するようにされる。

チャンバが、水収集トレイを収容する隆起したプラットフォームであって、プラットフォーム内からバイオサイドカートリッジと流体連通するためのオリフィスを収容する、隆起したプラットフォームを有することが好ましく、この場合隆起したプラットフォームは、：
（ｉ）切欠部および溢水開口より高い高さにあり、
（ｉｉ）チャンバの底部と同一平面上にその基部を有し、；
（ｉｉｉ）チャンバの壁に取り付けられ、
（ｉｖ）コンパートメントとの少なくとも１つの接触点を有する。

基部はチャンバの底部と同一平面上でないことも可能である。この場合、隆起したプラットフォームは、チャンバの底部と接触しない。隆起したプラットフォームとコンパートメントの間に少なくとも１つの接触点が存在することが好ましいが、この２つが離間されて置かれてもよい。プラットフォームおよびコンパートメントが接触しているとき、プラットフォームがコンパートメントの高さに沿っていることが好ましい。上部チャンバから流出した水が、最初に、水収集トレイ内の隆起したプラットフォーム上に落下し、次いで、水はカートリッジの内側の化学浄化剤に流入することが好ましい。処理された水はバイオサイドカートリッジから出て、水の収集がチャンバ内で開始される前に、（セディメントフィルタおよびコンパートメントを有する）チャンバの底部において進行するように誘導される。水は、チャンバ内に収集されるとき、底部から上部への上方向の移動をたどる。

好ましくは、チャンバは、その底部の反対側の外側に複数の脚部を有し、脚部は、チャンバの先端部に向かって配置されている。好ましい実施形態では、４つの脚部が存在する。

浄水装置は、好ましくは、セディメントフィルタと流体連通する炭素ブロックフィルタを含み、それにより、水は、セディメントフィルタを流れ抜けた後に炭素ブロックフィルタを流れ抜ける。炭素ブロックフィルタは、セディメントフィルタおよびコンパートメントを有するチャンバの下方のシェル内に収容されることが好ましい。他方では、炭素ブロックは、セディメントフィルタの後に配置されてよく、それにより、セディメントフィルタは、コンパートメントの最も内側部分として配置された炭素ブロックを包むようになる。好ましい特徴として、精密ろ過モジュールが、出口に取り付けられ、炭素ブロックと流体連通する。精密ろ過モジュールをハウジングの内側に配置して精密ろ過カートリッジを形成することが好ましい。

精密ろ過膜は、０．０５から０．５ｍ^２の範囲内の表面積になるように、また０．１〜１ミクロンの範囲の孔サイズを備えて選択される。精密ろ過カートリッジを通り抜ける水の流れは、下向き方向であり、重力の流れに沿っていることが好ましい。

炭素ブロックフィルタは、当技術分野ではよく知られている。重力送り式浄水装置で使用される一般的な炭素ブロックフィルタは、粒子の９５重量％が５０メッシュのふるいを通り抜け、最大でも粒子の１２重量％が２００メッシュのふるいを通り抜けるような粒度を有する粉末活性炭
（ＰＡＣ）を含む。あるいは、粒子の９５重量％が３５メッシュのふるいを通り抜け、最大でも５重量％の粒子が６０メッシュを通り抜けるような粒度を有する中間活性炭素（ＩＡＣ）を含む炭素ブロックが使用されてもよい。炭素ブロックは、好ましくは５単位未満のメルトフローレート（ＭＦＲ）を有するポリマー結合体を用いて結合され得る。炭素ブロックフィルタを通り抜ける水の流れは、下向きまたは径方向または炭素ブロックフィルタの壁およびその底部表面も通り抜ける径方向および上方向を一緒にしたものでよい。好ましくは、水は、シェルと炭素ブロックフィルタの間の環状空間を抜けて、炭素ブロックフィルタを収容する外側シェル内へと下方向に最初に流れるようにされてよく、次いで、水は、径方向に、水と連通する底部表面を通って炭素ブロック内に入り、炭素ブロック内の中空通路を通って（重力に反した、「上向流」とも呼ばれる）上方向の移動によって外に出る。この場合、炭素ブロックの上側端部において、炭素ブロックは、炭素ブロックから水が溢れ出る複数の出口点を有し、炭素ブロックが収容されるチャンバ内で収集を開始することができる。このチャンバは、好ましくは、セディメントフィルタおよびコンパートメントを有するチャンバの下方に置かれる。そのような炭素ブロックフィルタは、国際公開第２００４／０１４８０３Ａ１号（Ｕｎｉｌｅｖｅｒ）に記載されている。炭素ブロックフィルタは、炭素ブロックフィルタが中に収容されるチャンバの内側に装備する手段を有するプラスチックシェルまたはケージ内に配置されてよい。

バイオサイドのカートリッジがセディメントフィルタの後に、すなわちセディメントフィルタの下流側に固定されるとき、装置は好ましくは２つの炭素ブロックを有することができる。これらの場合、第１の炭素ブロックは、セディメントフィルタのすぐ後に置かれる。その後、水は化学浄化剤と接触するようになる。浄化剤は次いで水中に浸出する。この水は次いで、所定期間待機させられ、その後水は第２の炭素フィルタを通り抜けるようにされる。このフィルタはスカベンジャと呼ばれる。このフィルタは、化学浄化剤から生じる化学副産物に対する親和性を有する。バイオサイドカートリッジがセディメントフィルタの前に位置するときでも、セディメントフィルタの後に直列に２つの炭素フィルタが存在することができる。

理論によって縛られるつもりはないが、本発明の好ましい実施形態では、水は最初、無機汚染物質のほとんどを凝集／沈殿させることを助ける塩素分配錠剤などのバイオサイドと接触すると考えられる。相対的に長い堆積時間により、その後のろ過プロセスにかかる粒子負荷が低減される。セディメントフィルタを通るろ過の後、炭素ブロックを通るものになり得る次の段のろ過において流量に大きな降下を引き起こし得る粒子状不純物は、実際にはほとんど存在しない。好ましい実施形態は、炭素ブロックフィルタが非常に頻繁に塞がり、洗浄のために手動による介入を必要とする重力フィルタの問題に対処する。

重力送り式浄水装置の好ましい実施形態は、コンパートメントの内側の水頭高さが、５から５０ｃｍ、好ましくは５から２０ｃｍであるとき、約７０〜８０ｍｌ／分である比較的一定の（水の）流量を与える。重力送り式浄水装置が、水の流量を調節するために流量制御手段またはサイホンを含まないことが好ましいが、そのような手段が使用されてもよい。本発明者は、化学浄化剤の溶解度が、０．１％から１．７５％に維持されるとき、そのような流量制御手段は不必要になり得ることを見出した。従来の重力送り式浄水装置では、投与される化学浄化剤の量を精密に制御するために、水の流量を調節する手段がしばしば必要になる。これは、水頭高さの低減が流量に影響し、水と化学浄化剤の間の接触時間を変化させるためである。このため、水中に投与される化学浄化剤の量のレベルが変動する結果になり得る。

装置およびさまざまな型成形された構成要素は、プラスチック、ガラス、複合材料、または金属などの任意の材料から作製されてよい。装置の総能力は、３リットルから５０リットルでよい。セディメントフィルタおよびコンパートメントを有するチャンバは、任意の適切に寸法設定された上部および底部チャンバに取り付けられて、より小さいまたはより大きいサイズの装置を得ることができる。チャンバは、セディメントフィルタ、コンパートメントおよびバイオサイドカートリッジを有するとき、単一チャンバの浄水器として使用されてよく、消費者はそれ自体の上部および底部チャンバを使用することが求められ得る。これにより、浄化器のコストが低減され、手頃な価格にされ得る。

次に本発明は、非限定的な好ましい実施形態の図を用いて説明される。図の説明において、同じ番号は、同じ特徴を表すために使用されている。

装置の内側に配設された構成要素を透視式に示す浄水装置の実施形態の立体図である。 図１の実施形態の側部からの断面図である。 図２の断面図の一部分の拡大図である。 図１の装置の（セディメントフィルタおよびコンパートメントを有する）チャンバの部分的に切断された立体図である。 図４の立体図の一部分の拡大図である。 図１の実施形態の好ましい特徴を示す断面図である。

図１は、装置の内側に配設された構成要素を透視式に示す浄水装置の実施形態の立体図である。装置１は、３つのチャンバを有し、上部チャンバ２が中間チャンバ３に接続され、中間チャンバ３はさらに底部チャンバ４に接続される。中間チャンバ３は、壁（共通番号３ａによって表される４つすべての壁）によって画定される。中間チャンバは入口５を有し、この入口５は中間チャンバ３の内側にある。セディメントフィルタ６および（同軸の壁によって画定される）コンパートメント７が、中間チャンバ３の内側に見られ得る。

次に図２を参照すれば、図１の実施形態の側部からの断面図が見られ得る。中間チャンバ３の入口５は、管の形態である。セディメントフィルタ６は、（この図では番号によって表されていない）ケージ上に装着される。セディメントフィルタは、入口５および（この図では見られない）出口と流体連通しており、入口５と出口の間に位置している。セディメントフィルタ６はコンパートメント７によって取り囲まれ、このコンパートメント７は、チャンバの底部から上方向に立ち上がり、チャンバの壁から離間して置かれてコンパートメントの周りに空間を画定する。セディメントフィルタ６は円筒状である。コンパートメント７は、円形の断面を画定する。チャンバ３の壁とコンパートメント７の間には環状空間が存在する。この空間は、水が入口５からチャンバ３に入るときに最初に水で満たされる。水浸出性化学浄化剤を有するカートリッジ８が、中間チャンバ３の外部に取り付けられ、カートリッジの出口は、チャンバ３の入口５と流体連通している。炭素ブロックフィルタ９がセディメントフィルタと流体連通しており、捩じりおよび嵌合継手によってセディメントフィルタ６の下方に取り付けられる。炭素ブロックフィルタは、底部チャンバ４内に収容される。炭素ブロックフィルタ９はセディメントフィルタと流体連通しており、それにより、水は、セディメントフィルタ６を流れ抜けた後に炭素ブロックフィルタを流れ抜ける。底部チャンバ４は、給水するタップ１０を有する。

使用時、ユーザが上部チャンバ２を水で満たすと、水は上部チャンバから適切に設計された（この図では見られない）オリフィスを通ってカートリッジ８内に流れる。ここで、水は化学浄化剤と接触する。接触した後、処理された水はカートリッジ８を出て、入口５を通って中間チャンバ３に入る。この水は次いで、チャンバ３の壁とコンパートメント７の間の空いている空間を満たす。水が、コンパートメントの周縁上の切欠部まで上昇したとき（この図では見られない）、水はコンパートメント７およびセディメントフィルタ６の周りの空間に流入し、次いでろ過のプロセスが、セディメントフィルタ６の最も低い端部で始まる。その後、水は、セディメントフィルタ６と流体連通する炭素ブロックフィルタ９に進む。水は次いで、炭素ブロックフィルタから出て、底部チャンバ４内に集まる。タップ１０が、給水するために開かれ得る。

図３は、図２の断面図の一部分の拡大図である。セディメントフィルタは、中間チャンバ３の内側に取り付けられる。空気排出管が数字１１によって示される。セディメントフィルタは、ケージ６ａ上に収容される。

図４は、取り付けられた炭素ブロックフィルタ９を伴った、図１の装置の（セディメントフィルタ６およびコンパートメント７を有する）チャンバの部分的に切断された立体図である。この図は、中間チャンバ３の内側で開口部５から開口する管５ａを示している。コンパートメント７は切欠部７ａを有する。チャンバ３は、隆起したプラットフォーム１２であって、プラットフォームの内部からカートリッジと流体連通するためのオリフィスを有するプラットフォーム１２を有する。隆起したプラットフォーム１２は、切欠部７ａおよび溢水開口１５より高い高さにある。隆起したプラットフォームの基部は、チャンバ３の底部と同一平面上にあり、プラットフォーム１２は、チャンバの壁３ａ（この数字はすべての４つの壁を表している）に取り付けられ、これは、コンパートメント７との１つの接触点になり得る。中間チャンバ３はフロート１３を有する。フロートは、セディメントフィルタが塞がることによって水位が中間チャンバ内で上昇するいかなるときも、上部チャンバオリフィスをシールすることによって中間チャンバ３から水が溢れることを防止する。したがって、上部チャンバが水を中間チャンバ内に送らないときは、セディメントフィルタが洗浄を必要としていることを消費者に指示する働きをする。

そのような状況では、消費者は、セディメントフィルタ６を洗い、これを装置に再挿入することができる。数字１４は、中間チャンバ３に接続されたセディメントフィルタの出口であり、この出口を通って水は（セディメントフィルタ６を通過した後）中間チャンバ３を出て、次いで、炭素ブロックフィルタ９に入る。

図５は、図４の立体図の一部分の拡大図である。

次に、図１の実施形態の好ましい特徴を示す図６を参照すると、チャンバ３内には管の形態の入口５が存在している。セディメントフィルタは、入口５および（この図では見られない）出口と流体連通しており、入口５と出口の間に位置している。セディメントフィルタ６は、チャンバの底部から上方向（１６）に立ち上がる壁を有するコンパートメント７によって取り囲まれ、このコンパートメント７は、チャンバの壁から離間されて置かれてコンパートメント周囲に空間を画定する。炭素ブロック９は、セディメントフィルタ６の内側に配置される。コンパートメント７は円形の断面を画定し、開放上部（１７）の周縁は切欠部７ａを有する。７ｂは、入口５に最も近い切欠部の開始点を表している。コンパートメントとチャンバ（１９）の間の継手は、コンパートメントの全高さに沿っている。チャンバ３の壁とコンパートメント７の間には環状空間が存在する。この空間は、水が入口５からチャンバ３に入るときに最初に水で満たされる。水浸出性化学浄化剤を有するカートリッジ８が、中間チャンバ３の外部に取り付けられ、カートリッジの出口は、チャンバ３の入口５と流体連通している。炭素ブロックフィルタ９はセディメントフィルタと流体連通しており、それにより、水は、セディメントフィルタ６を流れ抜けた後に炭素ブロックフィルタを流れ抜ける。精密ろ過カートリッジ（２０）が炭素ブロックの出口に取り付けられる。そのような構成では、水流は、矢印によって示される通りであり、バイオサイドの付加と、水が切欠部を超えて流れてセディメントフィルタ、その後炭素ブロックを通り抜ける時間との間に最大の時間差を確実にする。精密ろ過カートリッジを設けることは、水の完璧な微生物学的純度を確実にするための追加の対策である。

本発明は次いで、次の非限定的な実施例によって説明される。

実施例１：平均流量
この実験では、水が図１の装置に通された。装置に通された水の総量、サイクル数、（上部チャンバからセディメントフィルタを有する第２のチャンバ内への）水の平均流量が記録された。データが表１に提示される。

表１のデータは、流量が極めて一定であり、さらに、６７サイクル後でも７０〜８０ｍｌ／分の好ましいレベルよりも高かったことも示している。

実施例２：必要とされる介入数の比較評価
この実験の目的は、装置の好ましい実施形態を使用する間、ユーザが何回炭素ブロックフィルタを洗浄する必要があったか（すなわち手動介入数）を決定するためであった。対照および本発明による装置の両方で使用される炭素ブロックは、粒子の９５％が６０から２００メッシュの範囲の粒度を有する活性炭素粒子から作製された。いずれの装置もセディメントフィルタおよび炭素ブロックフィルタを有していたが、対照装置は、本発明による装置内に存在するコンパートメントを有さなかった。方法は以下の通りである。

比較的品質の悪い水をシミュレーションするために、本発明者は合成の「試験水」を調製した。この試験水は、鉄、マグネシウムおよびアルミニウムなどの不純物からなる全溶解性蒸発残留物（ＴＤＳ）１０００ｐｐｍおよびアリゾナ試験粉じんによって構成された総懸濁固体量（ＴＴＳ）１５ｐｐｍを含んでいた。流量を測定するために、この試験水は、各装置の上部チャンバ内に満たされ、ろ過プロセスの各段を通過させ、最終的には底部チャンバ内に収集された。底部チャンバ内の水の収集にかかった時間が、水の所与の体積に対して記録されて流量を算出した。流量が３５から４０ｍｌ／分以下に降下したとき、流量を復活させるために炭素ブロックフィルタが逆洗された。逆洗ごとに１回の介入と考えられた。データが表２に示される。

表２のデータは、（セディメントフィルタを取り囲むコンパートメントを有さない）知られている浄水器は、かなり多くの介入を必要としたが、図１に説明された装置は、１５００リットルの水が通過した後でも全く介入を必要としなかったことを示している。

実施例３：コンパートメントを有する装置と有さない装置との比較評価―水の流量
この実験の目的は、セディメントフィルタを取り囲むコンパートメントの存在が水の流量にどのように影響するかを決定することであった。装置の好ましい実施形態が、同じ寸法および要素を有する別の装置に対して比較された。比較装置は、セディメントフィルタを取り囲むコンパートメントを有さなかった。好ましい実施形態は、中間チャンバ内にセディメントフィルタおよびコンパートメントを有した。２つの実験が実施され、一方は、３００ｃｍ^２の表面積を有するセディメントフィルタを用いて（同じフィルタをいずれの実験にも使用した）、他方は１０００ｃｍ^２の表面積のセディメントフィルタを用いて（同じフィルタをいずれの実験にも使用した）実施された。実施例２で使用された合成の試験水がここでも使用された。データが表３に示される。

この実験では、すべての３つのチャンバ、すなわち上部、中間、底部のスタックが組み立てられた。水が上部チャンバに加えられ、システム全体に通された。底部チャンバ内で収集された水の流量が、（１）上部チャンバが約１１０〜１３０ｍｍ水頭の溢れた水を有したとき、（２）上部チャンバの水が中間の高さ５５〜６５ｍｍ水頭まで降下したとき、および上部チャンバの水頭が２５〜３０ｍｍ水頭まで降下したときに測定された。

表３のデータは、好ましい実施形態が比較的高い流量を与えることを示している。

実施例４：好ましい実施形態を用いることによる水の微生物学的純度
微生物学的に安全な飲料水を提供する上での好ましい装置（図１の装置）の有効性を試験するために、クレブシェラテリゲナ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｔｅｒｒｉｇｅｎａ）（細菌）、ＭＳ２バクテリオファージ（ウイルス）、およびシストを添加した試験水が調製された。塩素ベースの化学浄化剤の錠剤がカートリッジ内で使用された。水中の塩素の濃度は、１．７８ｐｐｍ（１００万分の１）に保たれた。投入水中の微生物の量が、よく知られている分析方法で求められた。同じ方法が使用されてタップから給水された水（出力水）中の微生物の量を求めた。微生物の量間の相違（すなわち対数減少）が装置の有効性を示した。結果が表４に示される。

表４のデータは、好ましい装置が細菌、ウイルス、およびシストの極めて高い対数減少をもたらすことを示している。

図示された実施例は、相対的に高く一定の流量を有し、最少の手動介入しか必要としない浄水装置を提供することが理解されよう。

本発明の好ましい実施形態は、
（ｉ）大量の水をろ過した後でも維持されるろ過の適度に高い流量と、
（ｉｉ）不純物の堆積のための十分な時間を提供し、それによってその後のろ過プロセスにおけるフィルタ上の負荷を低減することを助ける効率的な予備ろ過システムと、
（ｉｉｉ）多くのいかなる手動洗浄も必要としない比較的一定の流量と、
（ｉｖ）コンパートメント内の切欠部によって達成される、病原菌上に作用する化学浄化剤の長い滞留時間とをもたらす。

本明細書で図示され説明された本発明の特有の形態は、特定の変更が、本開示の明確な教示から逸脱することなくここでなされてよいため、代表的に過ぎないことが意図されることを理解されたい。

本発明は、特有の実施形態を参照して説明されてきたが、本発明が多くの他の形態で具現化され得ることが当業者によって理解されるであろう。

Claims (14)

1. 壁（３ａ）によって画定されたチャンバ（３）を備える浄水装置（１）にして、前記チャンバが、
   （ｉ）入口（５）と、
   （ｉｉ）出口（１４）と、
   （ｉｉｉ）前記入口（５）および出口（１４）と流体連通し、その間に位置するセディメントフィルタ（６）とを備え、
   前記セディメントフィルタ（６）が、
   （ｉｖ）チャンバ（３）の底部から上方向に立ち上がり周縁（１８）と共に開放上部（１７）を画定する側壁（１６）を有するコンパートメント（７）であって、チャンバ（３）の壁（３ａ）から離間して置かれて前記コンパートメント（７）の周りに空間を画定する、コンパートメント（７）によって取り囲まれる、浄水装置であって、コンパートメント（７）の開放上部（１７）の周縁（１８）が、切欠部（７ａ）を備えることを特徴とする、浄水装置。
2. コンパートメント（７）が、コンパートメント（７）の高さに沿ってチャンバ（３）の壁（３ａ）に取り付けられる（１９）、請求項１に記載の浄水装置。
3. コンパートメント（７）が、入口（５）に最も近い切欠部（７ｂ）の開始点においてコンパートメント（７）の高さに沿ってチャンバ（３）の壁（３ａ）に取り付けられる、請求項１または請求項２に記載の浄水装置。
4. カートリッジ（８）が、入口および出口を備え、水浸出性化学浄化剤を収容し、チャンバ（３）の壁（３ａ）に取り付けられており、前記カートリッジ（８）の出口が前記チャンバ（３）と流体連通する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の浄水装置。
5. チャンバ（３）の壁（３ａ）が、前記切欠部（７ａ）の上方に配置された溢水開口（１５）を有する、請求項１または４のいずれか一項に記載の浄水装置。
6. 隆起したプラットフォーム（１２）を備え、前記プラットフォームが、水収集トレイと、プラットフォーム内から前記カートリッジと流体連通するためのオリフィスとを有し、前記隆起したプラットフォームが、
   （ｉ）前記切欠部および溢水開口（１５）より高い高さにあり、
   （ｉｉ）チャンバの底部と同一平面上にその基部を有し、
   （ｉｉｉ）チャンバの壁（３ａ）に取り付けられ、
   （ｉｖ）コンパートメント（７）との少なくとも１つの接触点を有する、請求項５に記載の浄水装置。
7. コンパートメントとの接触点が、コンパートメントの高さに沿っている、請求項６に記載の浄水装置。
8. 前記カートリッジ（８）が、前記チャンバ（３）の前記壁（３ａ）の外部に取り付けられる、請求項４に記載の浄水装置。
9. チャンバの前記壁（３ａ）が、前記チャンバ（３）の内部および前記カートリッジの入口と流体連通する内側の同軸チューブを備えた外部に配設されたソケットを有し、前記カートリッジが、相補的に成形されたプラグを用いて前記ソケットに取り付けられ、前記プラグが、前記ソケットの内側の同軸チューブを受け入れるように成形された同軸の内側オリフィスを有する、請求項４に記載の浄水装置。
10. 前記コンパートメント（７）の高さと前記セディメントフィルタ（６）の高さの比が、１：１から１．５：１である、請求項１から９までのいずれか一項に記載の浄水装置。
11. 前記コンパートメント（７）のその基部の最も広い部分における幅と前記セディメントフィルタ（６）のその基部における幅との比が、１：０．１から１：０．９である、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の浄水装置。
12. 前記周縁（１８）の幅と前記セディメントフィルタ（６）のその上部における幅との比が、１：０．０５から１：０．９である、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の浄水装置。
13. 前記セディメントフィルタ（６）と流体連通する炭素ブロックフィルタを備え、それにより水は、前記セディメントフィルタ（６）を流れ抜けた後に前記炭素ブロック（９）フィルタを流れ抜ける、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の浄水装置。
14. 精密ろ過モジュール（２０）が、炭素ブロック（９）と流体連通する、請求項１３に記載の浄水装置。

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