JP6397888B2 - 水ろ過システム、水ろ過デバイスおよび水ろ過方法 - Google Patents

Description

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本出願は、２０１３年３月１５日に出願された米国の仮特許出願番号６１／７９３，５８０の優先権の利益を求める。その全開示は、参照によってここに組込まれる。

この技術は、水ろ過システムおよび水ろ過方法に関する。より詳しくは、この技術は、フィルタ室の水のフローおよび速度をコントロールするシステム、デバイス、および方法に関する。

飲料水源は、もちろん生物学的な不純物で汚染されることがあり、また、化学的あるいは他の自然発生したものではない物で汚染されることがある。

水を飲料用に適合するように、浄水によって汚染水から不適当な化学薬品、生物的汚染物質、浮遊物質およびガスが取り除かれる。浄化には、ろ過、沈殿法及び蒸留等の物理的なプロセス、緩速砂ろ過法（slow sand filter）、又は、生物学的活性炭等の生物学的プロセス、綿状沈殿法（floocculation）及び塩素処理等の化学プロセス、及び、紫外光等の電磁放射の使用を含むことがある。

水ろ過システムは、水を浄化するためにポールスルー（pour-through）・ピッチャー・システム、カウンタートップ・システムおよび濾過カートリッジ・システムを含んでいてもよい。ポールスルー・ピッチャー・システムは、未ろ過水を受け取るための上部貯水槽と、ろ過水を受け取り格納するための下部貯水槽と、頂部の入口と底部の出口とを備えたフィルタカートリッジと、を含んでいてもよく、上部貯水槽からの水のフローは、ろ過され、下部貯水槽へと移る。

カウンタートップ又はスタンド・アロンのシステムは、グラス又は他の容器へろ過水を排水するためのコック（spigot）を備えたより大きなろ過水タンクを含んでいてもよい。ピッチャーシステム及びカウンタートップ・システムは、頂部の貯水槽の未ろ過水を水フィルタカートリッジを通して、使用されるまでろ過水を格納する下部貯水槽へ重力を用いて移動させる。

重力流れシステムの中でしばしば使用される水の濾過カートリッジは、しばしばふるいシステムおよびハウジングを含んでいる。ハウジングは、ろ過媒体で満たされ、また、ふるいシステムは、樽に密閉される。ろ過媒体は、活性炭のように、通常、粒状である。他の成分、イオン交換樹脂、ゼオライト、セラミックス等は、水の濾過能力を増強するために組み合わせることができる。

重力流れカートリッジの中で粒状のろ過媒体を使用することに関連した問題は、ろ過媒体の粒子間、及び、カートリッジ・ハウジングの上部隙間（headspace）中に空気が捕らえられるということである。空気は、フィルタ（ろ過媒体）が使用されていない期間、水のフローの経路の空隙に入ることがある。フィルタが液体をろ過するために再び使用される場合、より重い液体は、フィルタの空隙、特に、ろ過媒体の下側へ接近している箇所により軽い大気を捕らえる。ろ過媒体の満量ライン（fill line）とろ過媒体の下側との間のこの「上部隙間（headspace）」領域によって、背圧及びろ過表面積の損失を生じる。両方の「エアロック」効果は、フィルタを通る液体の流量の減少に寄与する。水がろ過されるか、あるいは水フローが遅くなるか、完全に止まるので、この空気はカートリッジから放出されるか、そうでなければ取り除かれなければならない。

概要
クレームされた発明のデバイスおよび方法によって、エアロックの減少を含むフィルタの性能における改善を提供し、よりよい流動特性、フィルタ要素の分離、全蒸発残留物（全固形分）（total dissolved solid）の除去、味の改善を提供し、また、フィルタがもはや有効でなく交換する必要がある場合を決定する単純で有効な方法を提供する。クレームされた発明に基づくドーム形状の蓋及びドーム形状の中間ディスクによって、ろ過水が排出される際に空気がフィルタに引っ張られる場合にフィルタに生じることがあるエアロックによるフィルタの詰まりを防ぐ。水容器等のコンテナが、例えば、空である場合、また、コンテナ中の水位がもはや全ろ過媒体をカバーしない場合、に、これ（エアロック）が生じる場合がある。また、ギャップがフィルタ要素に形成される場合、エアロックが生じる場合がある。水がフィルタへ注がれる場合、空気がフィルタ要素に捕らえられ、エアロックを生じることがある。クレームされた発明のドーム形状の蓋、ドーム形状の中間ディスク、及び、関連するフィルタデバイスによって、エアバブルの経路をフィルタに向け、その後、フィルタから離れるようにすることで、エアロックおよびフィルタ要素の詰まりを除去する。また、改善されたフィルタ効率は、ろ過媒体のより一定の使用法を提供するように、ろ過層のシフト（shifting）を除去することにより得られる。

クレームされた発明の多くの実施例は、改善されたろ過を提供するために使用することができる。ドーム形状の蓋によってフィルタ中のエアロックを除去し、ドーム形状の中間ディスクによって、フィルタ要素が分離されたままであることを保証する。流量調節出力ポートは、ろ過層中の水の「滞留時間（dwell time）」と同様にろ過水のフロー・レベルおよびフロー速度も調整する。傾斜させたフロー出力部によって、フィルタを通る水フローを加速することにより改善されたフロー特性を提供する。新たな透水性フィルタバッグ素材は、ろ過媒体を収容するために使用される。フィルタの失効にもかかわらず、追加の洗浄プロセスによって、フィルタのより長い長命と改善された味が得られる。フィルタの混合ベッド樹脂中の色変化樹脂は、フィルタが失効することの視覚的な徴候を提供する。色変化樹脂は、ユーザがいつフィルタを交換しなければならないか決めるのを支援する。さらに、改善されたＴＤＳ（全蒸発残留物（全溶解固形物、全固形分：Total Dissolved Solids））の計測器（meter）は、ろ過水のテストで使用される、水ピッチャーおよび他のディスペンサーに組み込まれる。デバイスは、新しいフィルタカートリッジ、及び、既存のフィルタカートリッジのいずれにおいても性能向上を提供するために個々にあるいは組み合わせて使用してもよい。

クレームされた発明の１つの実施例は、水頭層と、ろ過層と、及び、ドーム形状の蓋と、を含む浄水器である。水頭層は、未ろ過水を受け取り、ろ過媒体を通る水のフローを促進する。ろ過層は、未ろ過水がろ過媒体を通るように、未ろ過水をろ過するろ過媒体を収容する。ドーム形状の蓋は、水頭層およびろ過層の上にある。ドーム形状の蓋は、水頭層が未ろ過水パスを受け取るとともに、未ろ過水がろ過層を通過するように、水頭層を移動させるように構成されている。フィルタが水でいっぱいの場合、水頭層は上がっており、水がフィルタを通って流れるとともに、水頭層は下へ移動する。

クレームされた発明の１つの実施例では、ドーム形状の蓋は、水頭層の水位が上昇し、落ちるように、開閉するフロートバルブを含んでいる。また、ドーム形状の蓋は、ドーム形状の蓋が水頭層を上下に移動させるにつれて、フィルタからの空気が逃げるベントを含んでいてもよい。このベントによって、フィルタ中のエアロックを防ぎ、除去する。

ろ過媒体は、炭素層、酸化還元合金層、イオン交換層及び／又はミクロンろ過層を含んでいてもよい。炭素層は、未ろ過水から塩素及び／又は有機的な汚染物質を取り除く。酸化還元合金層は、水中のｐＨを中和し、また、イオン交換層は、水中の無機及び／又は放射性汚染物質を除去する。浄水器は、さらに水から不純物を取り除くため、及び、ろ過媒体を通る水フローを調整するために多孔性セパレータ及び／又はスクリーンを含んでいてもよい。浄水器は、さらに流量調節出力ポートを含んでいてもよい。流量調節出力ポートは、浄水器の水頭層より小さな横断面積であってもよい。さらに、イオン交換層は、陽イオン樹脂・陰イオン樹脂の混合ベッドを含んでいてもよい。イオン交換層は、さらに硬水軟化剤及び／又は色変化樹脂を含んでいてもよい。

いくつかの具体例では、浄水器は、重力送りのフィルタである。いくつかの具体例は、フィルタからのろ過媒体のこぼれ（spillage）を防ぎ、かつろ過層で水フローを提供するように構成される食物安全フォーム（food safe foam）をさらに含んでいる浄水器を含んでいる。

クレームされた発明のいくつかの実施例は、ろ過媒体に剛性と安定を提供する中間ディスクを備えたフィルタを含んでいる。中間ディスクは、ろ過媒体層を分離するために使用することができる。中間ディスクは、中間ディスクの平面部分から伸びる脚を含んでいてもよい。中間ディスクについて垂直方向の安定を提供するために、中間ディスクの脚は、円形の中間ディスクの円周等の中間ディスクの平面部分の最外点から伸びていてもよい。中間ディスクは、さらにフロートバルブを含んでいてもよい。

クレームされた発明によるダブルドーム・フロートバルブの構成を示す図である。 図１Ａのフロートバルブの軸Ａ−Ａに沿った横断面図である。 クレームされた発明によるドーム型の頂部キャップを示す図である。 図２Ａのドーム型の頂部キャップの軸Ａ−Ａに沿った横断面図である。 クレームされた発明によるドーム形状の中間ディスクを示す図である。 クレームされた発明によるドーム形状の中間ディスクを示す図である。 クレームされた発明による中間ディスクのフローティング動作を説明する図である。 クレームされた発明による抗ねじれ中間ディスクを示す図である。 クレームされた発明による円錐形のフィルタカートリッジを示す図である。 クレームされた発明によるフィルタ・シェルとしての水浸透性素材を示す図である。 クレームされた発明によるフィルタ交換インジケータを示す図である。 クレームされた発明による多段のフィルタの例の横断面図を示す図である。 クレームされた発明による多段のフィルタの例の横断面図を示す図である。 クレームされた発明による個人の水ボトルの中で使用されるフィルタカートリッジを示す図である。 クレームされた発明による個人の水ボトルの中で使用されるフィルタ部品の分解組立図である。 クレームされた発明による内蔵のＴＤＳの計測器を組込む水ピッチャーを示す図である。

クレームされた発明の多くの実施例は、改善されたろ過を提供するために使用することができる。ドーム形状の蓋によってフィルタ中のエアロックを除去し、ドーム形状の中間ディスクによって、フィルタ要素が分離されたままであることを保証する。流量調節出力ポートは、ろ過層中の水の「滞留時間（dwell time）」と同様にろ過水のフロー・レベルおよびフロー速度も調整する。傾斜させたフロー出力部によって、フィルタを通る水フローを加速することにより改善されたフロー特性を提供する。新たな透水性フィルタバッグ素材は、ろ過媒体を収容するために使用される。フィルタの失効にもかかわらず、追加の洗浄プロセスによって、フィルタのより長い長命と改善された味が得られる。フィルタの混合ベッド樹脂中の色変化樹脂は、フィルタが失効することの視覚的な徴候を提供する。色変化樹脂は、ユーザがいつフィルタを交換しなければならないか決めるのを支援する。さらに、改善されたＴＤＳ（全蒸発残留物（全固形分））の計測器（メータ：meter）は、ろ過水のテストで使用される、水ピッチャーおよび他のディスペンサーに組み込まれる。デバイスは、新しいフィルタカートリッジ、及び、既存のフィルタカートリッジのいずれにおいても性能向上を提供するために個々にあるいは組み合わせて使用してもよい。

ダブルドーム
クレームされた発明の１つの実施例は、図１Ａ及び図１Ｂに示され、図２Ｂの中で示されるように、ドーム形状の蓋２１０で使用されるバルブ１１０を含んでいる。図３Ａ及び図３Ｂに示されるドーム形状の蓋２１０とドーム形状の中間ディスク３０５とによって、ダブルドーム・フィルタ構造を構成している。ドーム形状の蓋２１０のバルブ１１０とドーム形状の中間ディスク３０５とのコンビネーションによって、フィルタのエアロックを除去するように機能する。ドーム形状の蓋２１０とドーム形状の中間ディスク３０５とによって、フィルタ中のおそらくエアロックの急所に上昇気流を集中させている。フィルタ中の空気がドームの一番上の穴（ベント）を通って漏れることを可能にすることによって、フィルタ中のエアロックが防がれ、未ろ過水は、自由になったろ過層を通り抜けることができる。フィルタ中のエアロックの除去によって、フィルタ内のチャネリングを防ぐと同様により速い水の濾過を提供することができる。水あるいは他の液体がろ過媒体の抵抗の少ない経路を通り抜ける場合に、チャネリングが生じる。すなわち、チャネルは、ろ過媒体の要素との接触時間が減少した特別のエリアを通って繰り返されるフローによってろ過媒体内に形成される。

図２Ａは、さらにドーム形状の蓋２１０及びバルブ１１０平面図を示し、一方、図２Ｂは、図２ＡのＡ−Ａ線に沿ったドーム形状の蓋２１０の断面図を示している。バルブ１１０を備えたドーム形状の蓋２１０は、エアロックを防ぐと共に、フィルタ中で水を維持するのを支援するために、浸透性のシールを提供するフィルタ（別々に示されない）に組み込んでもよい。未ろ過水は、穿孔されたトップ２３５を通って加えられ、フィルタ（別々に示されない）を通って進む。フィルタ又はフィルタカートリッジの水位が上昇し、落ちるとともに、バルブ１１０は、その水位に上昇し、落ちる。すなわち、ドーム形状の蓋２１０のドーム１６６及び１６７は、水位の高さで上下し、ドーム１６６及び１６７の間のフロートバルブ１３０は、ドーム１６６および１６７に対して静止したままである。

当初、ドーム１６６及び１６７は、ドーム形状の蓋２１０の底にあり、バルブ１１０が開放されて、空気が通過できるようになる。未ろ過水がフィルタに加えられるとともに、未ろ過水は、穿孔されたトップ２３５を通って流れて、（第１層である）ろ過媒体に達する。

いったん水が穿孔されたトップ２３５を通過し、ろ過媒体に達すると、未ろ過水は、ろ過媒体の頂部で上部隙間層を形成する。図１Ｂに示されるように、上部隙間層の水は、水シール層１２０でバルブ１１０に（方向Ｆとして示される）押上げ力を及ぼす。水位がベント１５５に達する場合、ドーム１６６及び１６７は押し上げられ、フロートバルブ１３０が閉じられる。水がフィルタを通って前進するとともに、ドーム１６６および１６７は水位で下へ浮かび、空気はベント１５５から放出される。水位が上昇すると、水位がフィルタの一番上にあり、ベント１５５が閉じられるまで、空気は、ベント１５５を介して漏れ続ける。

さらに、大きな気泡が存在する場合、水シール層で押し上げる水圧がより低くなるように、バルブ１１０は、下降する。これによって、フィルタ中の気泡及びフロー圧縮を除去するか、又は、しばしばその結果としてのチャネリングする、フィルタからの空気の自由フロー（別々に示されない）を生じる。フロートバルブ１３０は、フィルタへの空気のフローの経路又はフィルタからの空気のフローの経路を変更する機構を提供する。

バルブ（アセンブリ）１１０およびフロートバルブ１３０を使用して、フィルタへの、およびフィルタからの空気のフローを調整することによって、フィルタ中でエアロックを発展させず、水は予測可能で一貫した割合でフィルタを通って流れる。バルブ１１０は、円筒状フィルタ、円錐形のフィルタなど（例えば図４に示されたように）を含む多くのフィルタと共に使用することができる。ユーザ及び消費者は、劇的なより一貫した流量及びフィルタ中のエアロックの除去から利益を得ることができる。

同様に、図３Ａ−３Ｄに示されるドーム形状の中間ディスク３０５は、フィルタカートリッジ中でろ過媒体（媒体）中の剛性および安定を提供するために使用することができる。さらに、ドーム形状の中間ディスク３０５、異なるろ過媒体層を分離するために使用することができる。例えば、ドーム形状の中間ディスク３０５は、フィルタ３１５中のカーボンとイオン交換樹脂の層を分離するために使用することができる。図３Ａのドーム形状の中間ディスクは、抗ねじれの中間ディスク３０５として機能するが、中間ディスクは、図１のフロートバルブ１３０と似たフロートバルブ３３０と共に、あるいはそのフロートバルブなしで使用することができる。例えば、抗ねじれの中間ディスク１３０５は、図３Ｄに示され、水平のディスク１３０５のために垂直安定性を提供する、同様に伸びる脚１３２５を伴う。

説明の目的のために、以下の記述での参照数字は、フロートバルブ３３０を使用する図３Ａ−３Ｃの具体例を指すが、図３Ｄで描かれたディスクと脚も等しく適用可能である。図３Ｃで概略的に示されるように、中間ディスク３０５の脚３２５は、フィルタ３１５の壁３４５に沿って垂直に伸びる。そのようにする際に、脚３２５によって、フィルタ３１５（カートリッジ）の側壁３４５に垂直な中間ディスク３０５の平面の穿孔された部分３３５を維持し、（カーボン及びイオン交換樹脂を含む−別途示されない）フィルタ要素が湿度で拡張し及び収縮するように、図３Ｃの矢印Ｕ及びＤに沿った上向き及び下向きの移動が可能となる。この中間ディスク３０５の上向き・下向きへの移動によって、フィルタ３１５（カートリッジ）内の開放された「隙間」をコントロールし、分離したろ過媒体要素を維持するのを支援することができる。気泡がフィルタに作成されず、エアロックが形成されない場合に、フィルタの完全さが維持される。水は、フィルタ要素の最大の表面積を利用する効率的なパターン中のフィルタ３１５を通って流れる。さらにフィルタの一番上の水フローさえ提供するのを支援すると共に、フィルタからのカーボンこぼれを回避するために、食物安全フォーム素材を様々なフィルタカートリッジに加えることができる。

流量調節出力ポート
クレームされた発明のデバイスは、さらにろ過水のフローレベルおよびフロー速度を調整するために、円錐形のフィルタ出力と、流量調節出力ポートとを含んでいる。クレームされた発明による円錐形のフィルタカートリッジ４１０は、図４に示されている。フィルタカートリッジ７１０の断面図は、図７Ａ及び図７Ｂに示されている。フィルタカートリッジの補足分解組立図は、図８に示されている。円錐形のフィルタカートリッジ４１０、７１０は、ネジ式頂部４２０を使用した水ピッチャー、水ボトル等の容器（図示せず）に取り付けることができる。円錐形のフィルタカートリッジ４１０、７１０は、ピッチャー、ボトルおよびその他同種の未ろ過水貯水槽へ付けることができる。未ろ過水は、カートリッジ４１０、７１０のトップ４３０、７３０に注がれ、図４で参照矢印Ｇで示される方向、及び、図７Ａで参照矢印Ｆで示される方向にカートリッジ４１０および７１０を下って流れる。円錐形のフィルタカートリッジ４１０、７１０が未ろ過水貯水槽から水を受け取る場合、未ろ過水は、未ろ過水貯水槽からカートリッジ４１０、７１０のトップ４３０、７３０（上部隙間）まで移動し、図７Ａで参照矢印Ｆによって示される方向にカートリッジ４１０、７１０を下って、およびそのカートリッジを通って流れる。フィルタカートリッジの下部部分７６０は、カートリッジ４１０、７１０の傾斜したフロー出力部４４０を含んでおり、傾斜したフロー出力部４４０は、カートリッジ４１０、７１０の上方部分４５０、７５０の断面積Ａ２より小さな断面積Ａ１を有する。そのため、領域Ａ１による水の流量は、領域Ａ２による水の流量より多い。すなわち、水は領域Ａ１によって加速する。領域Ａ１とＡ２とのサイズ関係は、所望の出力流量に依存して変えることができる。それぞれのセクション４４０、４５０（７６０、７５０)を介する流量は、それらのセクションの断面積に反比例するだろう。

さらに、カートリッジ４１０、７１０のうちの出口開口部４６０（傾斜したフロー出力ポート７９０）は、カートリッジ４１０、７１０を出る水、及び、容器又はろ過水貯水槽に集まる水の流速を調整するために使用することができる。例えば、カートリッジ４１０、７１０を介した重力流れで（あるいは、未ろ過水貯水槽から未ろ過水を受け取って）、カートリッジ４１０、７１０の、トップ４３０、７３０（上部隙間）へ未ろ過水を注ぐ場合、０．０６３インチの孔径を備えた出口開口部４６０（傾斜したフロー出力ポート７９０）によって、容器へのろ過水の流量は、およそ１８０−２００ｃｃ／分となる。フロー増強の改善と組み合わせる場合、フィルタ・シェルケース７８８内の出口開口部４６０（傾斜したフロー出力ポート７９０）は、ろ過水の流量の主要な決定要素である。カートリッジ４１０、７１０の円錐形の形状、特にセクション４４０、７６０の円錐形の誇張された角によって、水の流速を加速し、加えられた引き寄せる力なしに気泡が流れを遅くしやすい箇所で、フィルタ・コーン（上部セクション４５０、７５０）のより広いトップを通って水を引き寄せるのを助ける。これによって、フィルタカートリッジ４１０、７１０を通る流量の主要な決定要素としての出口開口部４６０（傾斜したフロー出力ポート７９０）をそのままとして、出口開口部４６０（傾斜したフロー出力ポート７９０）を通るフィルタカートリッジ４１０、７１０のより一貫した出力を導くことができる。

流量をコントロールする障害の排除、及び、出口開口部のサイズおよび数を介する流量の正確なコントロールによって、フィルタカートリッジ内のイオン交換樹脂７５５の混合ベッド内の水の「滞留時間」は、フィルタ内の他の層内の滞留時間に加えて、全体として正確にコントロールすることができる。例えば、カートリッジ４１０、７１０の出口開口部４６０（傾斜したフロー出力ポート７９０）は、カーボンフィルタ層、イオン交換樹脂層およびカートリッジの他のろ過層での水の滞留時間を調整するために使用することができる。カートリッジの任意の部分の位置および箇所での水出力開口部を備えたカートリッジは、同様にフィルタ性能を調整するために開口部のサイズを使用することができる。

この注意深く管理された流量および滞留時間は、イオン交換樹脂の混合ベッドの性能及び効率的な使用を最大限にするために使用される。クレームされた発明のシステムおよび方法によって、電子的ＴＤＳの計測器で測定された場合に全蒸発無機物（all dissolved inorganic solids）を０ｐｐｍのレベルへと除去するために最小３〜４分の滞留時間を維持することができる。この滞留時間でさえ、クレームされた発明のシステムおよび方法によって、受け入れ可能な流量（毎分１００ｃｃの最小量）を提供することができる。（標準のＴＤＳの計測器による）すべての測定可能な溶解固形物（dissolved solids）の除去がシステムの特徴および利益であるとともに、イオン交換樹脂の混合ベッドによって、改善された性能を提供することができる。混合ベッドは、陰イオン樹脂と陽イオン樹脂のおよそ５０／５０混合を含んでおり、それによって全ての正帯電及び負帯電のイオンをろ過水分子から取り除くことができる（測定可能なレベルで０ｐｐｍ）。陰イオン／陽イオンの混合範囲は、樹脂の有効性がつきる前のろ過水の最適効率及び最大量について、４８−５２％である。

出口孔のサイズおよび数は流量の主要な決定要素であるが、この最適の滞留時間及び流量は、正確に管理することができる。フィルタの他の要素によって、最適なろ過性能を提供することができる。

ろ過層
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び８の中で示されるように、フィルタカートリッジ７１０は、ろ過媒体、スクリーン及び／又はセパレータが収容されるポリプロピレン外部ケースとして製造することができる。下記のディスカッションおよび典型的な図は、典型的な具体例のためのろ過媒体を指すが、どんなろ過媒体（水の浄化および処理で知られていた媒体）あるいは当技術の中で既知のろ過媒体の組み合わせも、本発明の中で使用することができる。ろ過媒体は、浄水品質の要求に応じて、収着手段（例えば活性炭、合成ゼオライト、シャンジャイト（schungite）など）、イオン交換手段（例えば、イオン交換樹脂など）、多孔性手段（例えばポリプロピレン、多孔質ガラス・ビードか、フリット（flits）、ろ紙など）、触媒手段（例えば、ＫＤＦなど）、消毒樹脂（例えば、ヨウ素樹脂など）、及び、異なる構成の手段の特性を組み合わせる混合媒体から選ばれる。ろ過媒体は、選択され、バクテリア、重金属、塩素、有機不純物、無機不純物、放射性不純物などの不純物を除去するために使用することができる。ろ過媒体は、当業者に既知の多孔質メンブラン又は他の形態の間に形成されたビード、パウダー、グラニュール、の形状をしていてもよい。そのようなろ過媒体の例は、米国特許８，２５２，１８５、７，４１３，６６３、７，２７６，１６１、７，１５３，４２０、６，７５２，７６８、５，６３５，０６３に述べられており、それはすべて、参照によってここに組込まれる。ろ過媒体は、各層に分離されるか、又は、全体としてあるいは異なる層として含まれているろ過媒体の様々な組み合わせで混合されてもよい。本発明のフィルタは、特別のろ過媒体又はフィルタ媒体混合の１以上の層を含むことができる。

図７Ａ−７Ｂは、多くのろ過層、スクリーン又はメッシュ・セパレータを備えたフィルタカートリッジ７１０の断面図である。例えば、第１スクリーン又はメッシュ７１５は、フィルタカートリッジ７１０の一番上に設けられ、ろ過層の表面にわたって水を分配するように設計され、製造されている。スクリーン／メッシュの１つの例は、ポリプロピレン・スクリーンである。フィルタを通る水の流れでよっても、フィルタ内のチャネリングを防ぐことができる。水又は他の液体がろ過媒体の低抵抗の経路を通り抜ける場合に、チャネリングが生じる。すなわち、ろ過媒体の要素との接触時間が短縮された特別の領域を通って繰り返されるフローによって、チャネルがフィルタ媒体内に形成される。第１スクリーン／メッシュ７１５は、図７Ｃおよび８で分解組立図の中で示されている。第１スクリーン／メッシュ７１５も、ろ過媒体の根本的な層を含み、ろ過媒体の根本的な層がシフトすることを防ぐように設計され、製造されている。

活性炭層は、フィルタカートリッジに組み込まれている。図７Ａ−７Ｂで示されるように、活性炭層７２５は、フィルタカートリッジ７１０中の最初のフィルタステージとして配置することができる。例えば、活性炭層７２５は、フィルタリング・プロセスの一番最初に、あるいはその始めの近くに置くことができる。活性炭層７２５は、未ろ過水から有機要素を取り除くために設計され、製造されている。活性炭層７２５は、粉末又は粒からなるか、あるいは炭素ブロック材料であってもよい。

図７Ａ−７Ｂに示されるように、酸化還元合金層７３５もフィルタカートリッジ７１０に組み込まれている。酸化還元合金層７３５は、炭素層７３５の直下に配置してもよく、あるいは炭素層へそれを混合してもよい。酸化還元合金層７３５は、水中の、フィルタカートリッジ及びフィルタ材料中のカビ（mold）、ウドンコ病（mildew）あるいはバクテリアの成長を防ぐために設計され、製造されている。酸化還元合金層７３５の１つの例は、ＫＤＦ（動的デグラデーション流動媒体）合金、あるいは銅と亜鉛の他の高純度合金を含んでいる。酸化還元合金層の１つの例は、剥がされた微粒子あるいは粒状の微粒子を含んでいる。

図７Ａ−７Ｂの中で示されるように、セパレータ７４５は、酸化還元合金層７３５の下に使用することができる。セパレーター７４５は、それがろ過されるように水を拡散し、ろ過層の表面にわたって水を均等に分配するために設計され、製造されている。フィルタを通る水のフローさえ、フィルタ内のチャネリングを防ぐ。セパレーター７４５は、図７Ｃおよび図８で分解組立図の中で示されている。セパレーターの１つの例は、ポリプロピレン・スクリーンである。セパレーター７４５も、ろ過媒体の根本的な層を含み、ろ過媒体の覆っている層及び根本的な層が相互に混ざり合うことを防ぐために設計されており製造される。

混合ベッド・イオン交換樹脂７５５も、フィルタカートリッジ７１０に含まれている。混合ベッド・イオン交換樹脂７５５は、無機製剤（inorganic elements）をとりわけ除去するために設計され、製造されている。混合ベッド・イオン樹脂の１つの例は、およそ半分の陰イオンと、半分の陽イオンとを含んでいる。混合ベッド・イオン樹脂は、高度に発展した孔構造を含んでいる。孔の表面においては、イオンが容易にトラップされ、リリースされるサイトがある。イオンのトラッピングは、他のイオンのリリースと同時に起こる。それはイオン交換として知られている。陽イオンは、水素イオンと置換することができ、陰イオンは、水酸基と置換することができる。水素イオンと水酸基は、再結合して、水分子を生成できる。さらに、下記に述べられるように、色変化樹脂は、フィルタの失効を示す混合ベッド樹脂に含むことができる。個人の水ボトルを分解せず、そうでなければ分析せずに容易にわかるように、色変化樹脂を混合ベッド樹脂に含むことができ、フィルタ７１０に配置することができる。例えば、色変化樹脂は、フィルタおよび個人の水ボトルに置かれた、１つ以上の透明な「ウィンドウ」を介して見ることができる。この方法によれば、簡易な表示によってフィルタの有効性を決定することができる。

ミクロンろ過層７６５もフィルタカートリッジ７１０に含まれている。図７Ａ、７Ｂおよび８で示される例において、ミクロンろ過層７６５は、例えば、不織布の１ミクロンのクロス等の１ミクロンのフィルタである。ミクロンろ過層７６５は、しばしば濾過プロセスの末端に配置される。しかしながら、ミクロンろ過層７６５も、まさに開始位置等のようにフィルタカートリッジ７１０中の他の位置（ステージ）に置いてもよい。ミクロンろ過層７６５は、二重の目的のために設計され、製造されている。ミクロンろ過層７６５は、出力（ろ過された）水の中のカーボンダストあるいは他のろ過媒体の放電を除去し、さらに、例えば、胞（cyst）、汚染物質および他のエレメント等の１ミクロンより大きなエレメントをろ過する。ミクロンろ過層７６５によって、さらにろ過媒体のさらなる安定とろ過媒体の封じ込めを提供することができる。

さらにろ過媒体の相互混合を除去し、かつフィルタを通る水のフローさえ促進するようにろ過層の間に追加の仕切りを加えてもよい。上述のように、フィルタを通る水のフローさえフィルタ内のチャネリングを防ぐ。

透水性フィルタ・バッグ
クレームされた発明のデバイスは、さらに図５に示されるようなフィルタ・シェル５５５としての透水性の材料を含んでいる。透水性フィルタ・シェル５５５は、カートリッジ５１０中にろ過媒体５０１、５０２、５０３を収容するために使用することができる。例えば、ろ過媒体５０１は、活性炭層を含んでいてもよく、ろ過媒体５０２は、酸化還元合金層を含んでいてもよく、ろ過媒体５０３は、イオン交換樹脂を含んでいてもよい。全フィルタカートリッジを交換するのではなく、クレームされた発明の透水性「バッグ」を、カートリッジ５１０のシェルへ差し込むことができ、カートリッジ５１０から取り除くことができ、フィルタシェル５５５（バッグ）がその耐用年数に達した場合、交換することができる。透水性シェル５５５の使用によって、無駄を減らし、はるかに環境にやさしく、その使い捨ての部品においてプラスチックを用いる場合よりはるかに低い製造コストを提供する。透水性膜（バッグ）５５５は、トップフィル（top fill）と、任意のコンフィギュレーションの出力ポートを備えた重力送りカートリッジと、を含む様々なカートリッジ構成で使用するために製造される。

フィルタ失効インジケータ
色変化樹脂、電子フィルタ交換インジケータおよび内蔵のＴＤＳメータによって、ユーザが濾材が失効したかどうか判断することができる、多くの新しい方法を提供する。

色変化樹脂
クレームされた発明の水の濾過デバイス中のフィルタ中の色変化樹脂の介在物によって、ユーザが濾材が失効し交換される必要があるかどうか判断する、単純で有効な方法を提供する。色変化樹脂は、フィルタの失効を示すために混合ベッド樹脂に加えられる。混合ベッド樹脂が失効するとともに、水のｐＨはより酸性になる。酸塩基指示薬あるいはリトマス・タイプの色変化エレメントは、ｐＨがいつ変わったか示すために樹脂に加えられる。水のｐＨがより酸性（低いｐＨ）になるとともに、追加酸塩基指示薬を備えた樹脂は、水素イオン濃度の変化に応答し、ｐＨの変化を示すために色を変える。色変化フィルタ樹脂によって、樹脂中のｐＨレベルの即時の視覚表示をユーザに供給し、フィルタが失効したかどうかをユーザが速く簡単に判断することを可能にする。フィルタ有効性を評価することは低コスト方法に帰着するので、その決定をなすためには追加のツールあるいはメータは必要ではない。色変化樹脂は、トップフィルと、任意のコンフィギュレーションの出力ポートを備えた重力送りカートリッジと、を含む多くのカートリッジ構成で使用するために製造される。

フィルタ交換インジケータ
同様に、新しいタイプのフィルタ失効インジケータは、ユーザがいつフィルタを交換しなければならないか決めるのを支援する。例えば、図６に示されるフィルタ交換インジケータ６３３は、フィルタカートリッジと濾材の有効性を測定するために使用される。炭とイオン交換樹脂の混合体が失効して、水がより酸性になる場合、導電性が生じるか、そうでなければ導電性が増す。ろ過水の導電性が所定レベル、例えば零点より大きい場合、フィルタはもはや有効に機能しておらず、交換を要求する。フィルタ交換インジケータ６３３は、ろ過水の導電性を測定し、導電性が所定レベルより大きい場合、視覚表示を提供する。例えばフィルタ交換インジケータ６３３のセンサーピン６０１ａ、６０１ｂは、ろ過水のサンプルの中に置かれる。フィルタ交換インジケータ６３３のストッパー６０２によって、水サンプルがフィルタ交換インジケータ６３３に浸透するのを防ぐ。回路ボード６０３は、センサーピン６０１ａ、６０１ｂの間の導電性を測定するコンパレーターおよびＲＣ回路を含めるために構成され、製造されている。センサーピン６０１ａ、６０１ｂが所定レベルより大きな導電性を測定した場合、回路ボード６０３は、表示灯６０６を点灯してフィルタが失効したことを示す。

内蔵ＴＤＳのメータ
同様に、水ピッチャの蓋、ハンドル又はボディの新しいタイプのハウジングによって、ＴＤＳ（全蒸発残留物）のメータを安全に、且つ、保持するために便利な収納機構を提供する。ＴＤＳのメータは、ろ過水の全蒸発残留物、すなわち、ろ過後の水中に残存する溶解固形物の濃縮を示す。塩類及び鉱物等の溶解イオン化固体物は、水の導電性を増加させ、ＴＤＳのメータは、解決の導電性を測定し、導電性測定値からＴＤＳを決定する。

クレームされた発明の１つの例では、改善されたＴＤＳ（全蒸発残留物）のメータは、ろ過水のテストに使用されるためにピッチャーおよび他のディスペンサに内蔵されている。図９に示されるように、ＴＤＳのメータ９８７を受け取り、保持するために、水ピッチャー９７７は、ピッチャーの蓋９６７にハウジング９５７を含む。ＴＤＳのメーター９８７は、フィルタカートリッジと濾材の有効性を測定する。フィルタがその有効な寿命を超えている場合、全蒸発残留物は、ろ過後にろ過水に残ることになる。炭とイオン交換樹脂の混合体が失効するとともに、水はより酸性になる。ろ過水の全蒸発残留物が０を超える場合、フィルタはもはや有効に機能しておらず、置換が必要となる。内蔵のＴＤＳメータ９８７によって、ろ過水の全蒸発残留物を測定し、全蒸発残留物が０を超える場合の視覚表示を提供する。内蔵のＴＤＳメーター９８７を有する水ピッチャー９７７を構成することによって、ユーザは、いつフィルタを交換する必要があるか迅速に正確に決めることができる。

付加的な樹脂洗浄工程
クレームされた発明による付加的な洗浄工程は、フィルタが長時間にわたって使用されるので、ろ過水の改善された風味および匂いを提供するために使用される。例えば、フィルタを組み立てる前にさらに樹脂を洗うことによって、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）レベルを１ｐｐｂ未満（１ＰＰＢ）に減らすことができる。例えば、樹脂は、多くの純水で洗うことができる。その後、樹脂は、ＶＯＣレベルが１ｐｐｂ未満に維持されることを保証するために繰り返しテストされる。クレームされた発明によれば、ＶＯＣレベルを１ｐｐｂ未満に減らすことによって、フィルタの失効又はフィルタの失効近くまでアミン臭の可能性を最小限にすることができる。すべてのＶＯＣと同様に、アミンは室温で高い蒸気圧を持っており、化合物から多くのアミン分子は蒸発するか昇華して、周囲の大気に入る。混合ベッド樹脂の他の多くの組み合わせは、典型的には当初は悪い味を残し、また、多くの混合ベッド樹脂は、飲料水のろ過のために設計されていないので、フィルタの完全消耗又はフィルタの完全消耗の近くである上に、その味はさらに悪いであろう。洗浄および最大ＶＯＣレベルについての大がかりな洗浄及び試験の組み合わせによって、クレームされた発明のフィルタの水出力が清潔な味を持つことを保証する。大がかりな樹脂の洗浄及び試験は、トップフィル、任意の構成の出力ポートを備えた重力送りカートリッジを含む多くのカートリッジ構成のために行なわれる。

クレームされた液体をろ過するシステム、液体をろ過するデバイス、および液体をろ過する方法の具体例は、エアロックによるフィルタの詰まりを防ぎ、フィルタカートリッジに改善された性能を供給し、ろ過水の改善された味を提供し、フィルタシステムの使用をユーザにとってより簡単にする。

Claims (17)

1. 頂部の開口部と、前記頂部の開口部からろ過媒体と接する底部に延在する側壁と、を含み、未ろ過水が通過し、前記ろ過媒体に導びかれる、上部隙間層と、
   前記未ろ過水を前記ろ過媒体に通すことによって、未ろ過水をろ過する前記ろ過媒体を収容するろ過層と、
   前記上部隙間層及び前記ろ過層の頂部の上のドーム形状の蓋であって、前記上部隙間層が未ろ過水を受けると共に、前記未ろ過水を前記ろ過層に通すように、前記上部隙間層と共に移動するように構成されたドーム形状の蓋と、
   を備え、
   前記ドーム形状の蓋は、前記上部隙間層の水位の上昇又は下降に伴って開閉するフロートバルブを含んでいる、浄水器。
2. 前記ドーム形状の蓋は、前記ドーム形状の蓋が前記上部隙間層と共に移動し、前記ろ過層にエアロックを防ぐように、前記ろ過層からの空気が逃げるベントを含んでいる、請求項１に記載の浄水器。
3. 前記ドーム形状の蓋は、前記ろ過層でのエアロックを除去するベントを含んでいる、請求項１に記載の浄水器。
4. 前記ろ過媒体は、
   未ろ過水から塩素又は有機汚染物質の少なくとも１つを除去するための炭素層と、
   水中のｐＨを中和するための酸化還元合金層と、
   水中の無機汚染物質及び放射性汚染物質の少なくとも１つを除去するためのイオン交換層と、
   ミクロンサイズのろ過層と、
   を含む、請求項１に記載の浄水器。
5. 前記浄水器は、水から不純物を取り除き、前記ろ過媒体を通る水のフローを調整するための多孔性セパレータおよびスクリーンの少なくとも１つを含んでいる、請求項４に記載の浄水器。
6. 前記浄水器は、流量調節出力ポートを含むことを特徴とする請求項４に記載の浄水器。
7. 前記流量調節出力ポートは、前記浄水器の前記上部隙間層より小さな横断面積を持つことを特徴とする請求項６に記載の浄水器
8. 前記イオン交換層は、陽イオン樹脂及び陰イオン樹脂の混合ベッドを含むことを特徴とする請求項４に記載の浄水器。
9. 前記イオン交換層は、硬水軟化剤を含むことを特徴とする請求項４に記載の浄水器。
10. 前記イオン交換層は、色変化樹脂を含むことを特徴とする請求項４に記載の浄水器。
11. 前記浄水器は、重力送りのフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の浄水器。
12. 前記浄水器からの前記ろ過媒体のこぼれを防ぎ、かつ、前記ろ過層に水のフローを提供する、発泡体をさらに備える、請求項１に記載の浄水器。
13. 剛性と安定性を提供する前記ろ過媒体中の中間ディスクをさらに備える、請求項１に記載の浄水器。
14. 前記中間ディスクは、少なくとも２つのろ過媒体層を分離することを特徴とする請求項１３に記載の浄水器。
15. 前記中間ディスクは、前記中間ディスクの平面部分から伸びる脚部を含むことを特徴とする請求項１３に記載の浄水器。
16. 前記中間ディスクについて垂直方向の安定性を提供するために、前記中間ディスクの脚は、前記中間ディスクの平面部分の最外点から伸びることを特徴とする請求項１５に記載の浄水器。
17. 前記中間ディスクは、フロートバルブを含むことを特徴とする請求項１３に記載の浄水器。

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