JP7141350B2

JP7141350B2 - 浄水カートリッジ

Info

Publication number: JP7141350B2
Application number: JP2019030969A
Authority: JP
Inventors: はつ美竹田
Original assignee: Mitsubishi Chemical Cleansui Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Cleansui Corp
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: JP2020131152A

Description

本発明は、浄水カートリッジに関する。

給水装置への接続が不要で気軽に使用することができるピッチャー形などの自重濾過用の浄水器が知られている。自重濾過用の浄水器は、自重圧のみで濾過する必要がある。十分な濾過流量を確保するためには、カートリッジ内の空気が濾過を妨げないようにコントロールする必要がある。

例えば、特許文献１には、上端エア抜きシステム部からカートリッジ内の空気を排出する構造を有するカートリッジが記載されている。

特許文献２には、上端解放部からカートリッジ内の空気を排出する構造を有するカーリッジが記載されている。

米国特許第９１３２３６９号明細書米国特許第６２９０８４８号明細書

しかしながら、特許文献１に記載のカートリッジは、上端エア抜きシステム部からろ過材が漏れるリスクがある。

特許文献２に記載のカートリッジは、排出部から濾過材が漏れ易いという問題がある。

本発明の一態様は、浄水濾材が漏れ出さず、かつ、十分な濾過流量を確保することができる自重濾過用の浄水カートリッジを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る自重濾過用の浄水カートリッジは、原水導入口と、浄水導出口と、第１水質改質材を備える第１水質改質部と、前記第１水質改質部を格納し、上記原水導入口から導入された原水を上記第１水質改質部に導入する供給口が設けられた格納部と、上記格納部よりも内側で、使用時において上記供給口より鉛直方向上側に、空気を密封する空気溜まり部と、を備える。

本発明の一態様によれば、浄水濾材が漏れ出さず、かつ、十分な濾過流量を確保することができる。

本発明の一態様に係る浄水カートリッジを備えた浄水器の内部構造を示す模式図である。

〔浄水カートリッジ〕
本発明の一態様に係る浄水カートリッジは自重濾過用であり、原水導入口と、浄水導出口と、第１水質改質材を備える第１水質改質部と、前記第１水質改質部を格納し、上記原水導入口から導入された原水を上記第１水質改質部に導入する供給口が設けられた格納部と、上記格納部よりも内側で、使用時において上記供給口より鉛直方向上側に、空気を密封する空気溜まり部と、を備える。自重濾過用の浄水カートリッジは、濾過の対象である原水がその重みにより浄水カートリッジ内を通過することにより、原水中に含まれる物質の少なくとも一部を除去するものである。当業者であれば空気が抜ける孔がなければ十分な濾過流量を確保することができないと考えるところ、本発明者らは空気溜まり部を設けることにより、十分な濾過流量を確保することができることに想到した。また、本発明者らはこれにより、浄水濾材の漏れを抑制することができることに想到した。なお、本明細書において「使用時」とは、浄水カートリッジによって原水の濾過を行なうように使用する時のことを指す。

本発明の一態様に係る浄水カートリッジについて、図１を参照して以下に説明する。図１は、本発明の一態様に係る浄水カートリッジ２を備えた浄水器１００の内部構造を示す模式図である。具体的には、図１は浄水器１００を長さ方向に平行な面で切断した断面図である。図１に示すように、浄水器１００は、胴部１と、浄水カートリッジ２と、原水タンク３と、上蓋１２と、注ぎ蓋１３と、を備えている。

胴部１は、原水タンク３を保持し、浄水を貯留するための槽である。

原水タンク３は、浄水カートリッジ２を保持し、原水を貯留するための槽である。原水タンク３は、浄水カートリッジ２により浄化する原水を貯留する原水貯留部３ａと、浄水カートリッジ２を保持するカートリッジ保持部３ｂとを備えている。浄水カートリッジ２は、カートリッジ保持部３ｂに着脱自在に備え付けられる。浄水器１００は、原水貯留部３ａに格納された原水が浄水カートリッジ２内を通過して胴部１に流入することで、浄水を貯留するようになっている。

上蓋１２は、原水タンク３の開口部を覆うための蓋である。浄水カートリッジ２を保持した原水タンク３の開口部から原水を供給した後に、原水タンク３の開口部に上蓋１２を嵌め込めばよい。また、上蓋１２は開閉可能な給水部を備えていてもよく、上蓋１２を嵌め込んだ原水タンク３に給水部から原水を供給してもよい。

注ぎ蓋１３は、胴部１の注ぎ口を覆うための蓋である。注ぎ蓋１３は、鉛直方向に静置されている状態では胴部１の注ぎ口を覆い、浄水器１００が鉛直方向から傾けて浄水を注ぎ出すときに注ぎ口が開くように開閉可能であってよい。また、注ぎ蓋１３は取り外し可能であってもよい。この場合、注ぎ蓋１３を注ぎ口から取り外した後に浄水を注ぎ口から注ぎ出せばよい。上蓋１２と注ぎ蓋１３とは、一体形成されていてもよい。

浄水カートリッジ２は、ケース４を備えている。ケース４は、浄水濾材（第１水質改質材８ａ及び第２水質改質材９ａ）を格納するための筐体である。ケース４は、浄水器１００のカートリッジ保持部３ｂに格納可能な形状である。ケース４は、原水導入口５と、浄水導出口６と、第１格納部１４と、第１水質改質部８と、第２格納部１５と、第２水質改質部９と、空気溜まり部１０と、天板１１とを備える。

原水導入口５は、浄水カートリッジ２内に原水を供給するための開口部である。原水導入口５は、使用時において第１水質改質部８よりも鉛直方向上側となる位置に配置される。原水導入口５には原水中の固形物質を低減させるために、メッシュ等のフィルターが取り付けられていてもよい。フィルターの材料としては、例えば、金属材料、樹脂材料等を用いることができる。

浄水導出口６は、浄水カートリッジ２から浄水が導出するための開口部である。

第１格納部（格納部）１４は、第１水質改質材８ａ及び保持材８ｂを格納する第１水質改質部８を格納するための筐体である。第１格納部１４には空気溜まり部１０が設けられている。また、第１格納部１４には、供給口７が設けられている。第２水質改質部９を備えていない場合、供給口７は、第１水質改質部８に原水を導入するための孔である。第２水質改質部９を備えている場合、供給口７は、第１水質改質部８に第２水質改質部９を通過した水を導入するための孔である。

第２格納部１５は、第２水質改質材９ａを格納する第２水質改質部９を格納するための筐体である。

（空気溜まり部）
空気溜まり部１０は浄水濾材に入り込んだ空気が移動した後に留まる空間である。第１格納部１４よりも内側で、空気溜まり部１０は使用時において供給口７より鉛直方向上側に、空気を密封する。つまり、空気溜まり部１０は第１格納部１４よりも内側で、使用時において供給口７より鉛直方向上側となる位置に配置される。ケース４が空気溜まり部１０を備えていることにより、浄水濾材に入り込んだ空気が空気溜まり部１０に抜けることができる。そのため、空気溜まり部１０が天板１１によって覆われていても、十分な濾過流量を確保することができる。空気溜まり部１０は、第１格納部１４よりも内側で、供給口７の開口している部分のうち最も鉛直方向上側の位置より上側に、空気を密封するものであればよい。例えば、本実施形態のように供給口７が複数ある場合は、空気溜まり部１０は、第１格納部１４よりも内側で、使用時に、最も鉛直方向上側の供給口７より鉛直方向上側に空気を密封するものであればよい。なお、空気溜まり部１０は、使用時において鉛直方向上側に空気を密封するものであり、鉛直方向下側、つまり第１水質改質部８のある方向には密封とならず、空気の移動が可能になっている。

空気溜まり部１０は、天板１１及び側壁に囲まれている領域（空間）である。天板１１及び側壁は孔を有していない。そのため、空気は、使用時において第１水質改質部８より鉛直方向上側においては閉じられた空間にある。

天板１１は、使用時において空気溜まり部１０よりさらに鉛直方向上側となる位置に配置され、空気溜まり部１０を囲む一部である。空気溜まり部１０において、空気は閉じ込められている。つまり、天板１１、及び、空気たまり部１０の側壁は空気が漏れる孔を有していない。これにより、浄水濾材が漏れ出すことを抑制できる。天板１１は、ケース４と一体形成されていることが好ましい。

また、原水導入口５から原水を供給するときに、第２水質改質部９と第１水質改質部８との間に溜まっている空気は、空気溜まり部１０に溜まる構造である。

第１水質改質部８と、空気溜まり部１０とは一つの空間内で隣接して配置されていて、間を完全に遮る壁が無い。第１水質改質材８ａの位置を規定するための壁（例えば、仕切り、メッシュ等）はあってもよい。つまり、第１水質改質部８と、空気溜まり部１０との間に空気の通り道があればよい。

空気溜まり部１０の容積は、十分な濾過流量を確保することができるという効果をより高めることができる観点から、第１水質改質部８の容積に対して、５０体積％以上である。ここで、第１水質改質部８の容積とは、第１水質改質材８ａの下端から上端までが存在する空間の容積である。

（第１水質改質部）
第１水質改質部８は、第１水質改質材８ａと保持材８ｂとを格納するための空間である。第１水質改質部８は、第１水質改質材８ａと保持材８ｂとを備える。第１水質改質部８は、使用時において空気溜まり部１０より鉛直方向下側となる位置に配置される。

第１水質改質材８ａは、原水（第２水質改質材９ａを備える場合は、第２水質改質材９ａを通過した水）を改質するためのものである。第１水質改質材８ａは、例えば、水中に混ざっている物質の少なくとも一部を除去する。本実施形態において、第１水質改質材８ａは分離膜である。分離膜は、第２水質改質材９ａを通過した水中に含まれる固形物質を取り除く。分離膜は、固形物質として、例えば、鉛コロイド等の金属コロイド等を取り除くことができる。分離膜としては、例えば、中空糸膜、平膜等が挙げられ、中空糸膜であることが好ましい。分離膜が中空糸膜であることにより、コンパクトで広い膜面積を確保することができる。そのため、目詰まりし難い。そして、十分な濾過流量を確保することができる。また、浄水カートリッジ２の浄水能が劣化して、所定の浄水能を発揮できなくなるまでの期間を長くすることができる。

分離膜としては、種々の多孔質の分離膜が使用でき、例えば、セルロース系、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）系、ポリビニルアルコール系、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリエーテル系、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）系、ポリスルフォン系、ポリアクリロニトリル系、ポリ四弗化エチレン系、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）系、ポリカーボネイト系、ポリエステル系、ポリアミド系、芳香族ポリアミド系、等の各種材料からなるものが使用できる。中でも、分離膜の取扱性や加工特性等を考慮すると、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系の分離膜が好ましい。中空糸膜としては、上述した材料からなる管状の中空糸膜が使用できる。

中空糸膜の膜面積の下限値は、濾過速度の観点から、０．１ｍ^２以上であることが好ましい。また、中空糸膜の膜面積の上限値は、空気溜まり部１０の体積を確保する観点、及び浄水カートリッジ２をコンパクトに設計することができる観点から、０．５ｍ^２未満であることが好ましい。

中空糸膜の孔径の下限値は、濾過速度の観点から、０．０１μｍ以上であることが好ましい。中空糸膜の孔径の上限値は、微粒子を捕捉することができる観点から、０．１μｍ以下であることが好ましい。

中空糸膜の外径は、２０μｍ以上、２０００μｍ以下であることが好ましい。中空糸膜の空孔率は、２０体積％以上、９０体積％以下であることが好ましい。中空糸膜の膜厚は、５μｍ以上、３００μｍ以下であることが好ましい。また、中空糸膜は表面に親水基を有する、いわゆる親水化中空糸膜であることが好ましい。

保持材８ｂは、第１水質改質材８ａである中空糸膜を保持するための部材である。保持材８ｂは、Ｕ字状に曲げられた中空糸膜の両端部を固定している。これにより、中空糸膜が柱状体を構成している。また、中空糸膜の両端部は開口している。第１水質改質部が保持材８ｂを備えていることにより、中空糸膜によって濾過された浄水のみを浄水導出口６に流すことができる。

保持材（ポッティング材）８ｂは、例えば、熱硬化性樹脂の硬化により形成される。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。

（第２水質改質部）
第２水質改質材９ａは、原水を改質するためのものである。第２水質改質材９ａは、例えば、原水に混ざっている物質の少なくとも一部を除去する。第２水質改質部９は、第２水質改質材９ａを格納するための空間である。第２水質改質部９は、第２水質改質材９ａと原水通過部９ｂとを備える。第２水質改質部９は第１格納部１４よりも外周に配置される。第２水質改質材９ａを通過した水が第１水質改質材８ａに供給される構造である。これにより、原水が浄水カートリッジ２の内周から外周に向かって濾過された後に、浄水が外周から内周に向かって浄水導出口６に流れる構造に比べて、浄水が第２水質改質材９ａを通過してから浄水導出口６までの距離を短くすることができる。そのため、原水に含まれている塩素が除去されたことにより、雑菌が繁殖し易い状態の浄水の汚染を防止することができる。一方、特許文献１は構造が複雑で雑菌が繁殖しやすい問題があった。本発明の一態様に係る浄水カートリッジは、この点でも特許文献１より有利である。

なお、第２水質改質部９と第１水質改質部８との位置関係は、原水が第２水質改質部９を先に通過した後に、第２水質改質部９を通過した水が第１水質改質部８を通過する構成であれば特に限定されない。

本実施形態において、第２水質改質材９ａは、吸着材である。吸着材は、バインダにより成型されている成型体であることが好ましい。バインダは、吸着材を所望の形状に維持するための成分である。バインダとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。成型体の形状は、効率的に濾過する観点から、円筒状であることが好ましい。成型体を用いることにより、吸着材を均一に分散することができるため、水の流路を確保し易くなる。そのため、特に粒径が小さい吸着材を使用する場合であっても、圧力損失を小さくすることができる。そして、自重濾過であっても十分な濾過流量を確保することができる。

吸着材は、活性炭及びイオン交換体のうち少なくとも一つであることが好ましく、活性炭及び無機系のイオン交換体であることがより好ましい。

活性炭は、主に炭素から構成される多孔質の物質であり、その微細な穴を通過する原水中の物質を穴内に吸着させることにより、原水中から当該物質を取り除く。吸着材が活性炭を含むことにより、活性炭の穴を通過する原水中の物質を除去することができる。例えば、残留塩素、カルキ臭、カビ臭、及びトリハロメタン等の有機化合物を好適に除去することができる。

活性炭としては、粒状、粉末状、繊維状、ハニカム状、円柱状等、種々の形状の活性炭を使用することができる。使用する活性炭の原材料は特に限定されず、木材、合成樹脂等を炭化したものであってもよい。

イオン交換体は、原水中からイオンを取り除く。吸着材がイオン交換体を含むことにより、原水中からイオン交換体に吸着されるイオンを除去することができる。イオン交換体は、無機系のイオン交換体であることが好ましい。

イオン交換体は、陽イオン交換体（カチオン交換体）及び陰イオン交換体（アニオン交換体）のうち少なくとも一方を含む。イオン交換体が陽イオン交換体を含むことにより、原水中の鉛、銅、三価クロム等の重金属イオン等の陽イオンを好適に除去することができる。無機系のイオン交換体が陰イオン交換体を含むことにより、原水中のヒ素、六価クロム等の陰イオンを好適に除去することができる。

イオン交換体の質量は、浄水性能のバランス（高性能化）の観点から、活性炭の質量に対して、２質量％以上、５０質量％以下であることが好ましく、２０質量％以下であることがさらに好ましい。

第２水質改質材９ａの空間速度の下限値は、十分な濾過流量を確保する観点から、３０ｈｒ^－１以上であることが好ましい。第２水質改質材９ａの空間速度の上限値は、吸着材の性能を有効に発揮することができる観点から、３０ｈｒ^－１以上、６００ｈｒ^－１以下であることが好ましい。なお、空間速度は、単位時間当たりの濾過流量である。

原水通過部９ｂは、原水が第２水質改質材９ａを通過する直前に通過する隙間である。第２水質改質部９が原水通過部９ｂを備えることにより、原水は第２水質改質材９ａの外周から内周に向かって通過した後、第１水質改質部８の外周及び／又は上部から内部に向かって通過する。原水が第２水質改質材９ａに接触する面積が大きいため、濾過速度を向上させることができる。

〔浄水器〕
本発明の一態様に係る浄水器は、上述した本発明の一態様に係る浄水カートリッジを備える。上述したように、浄水器は、原水の自重により濾過する自重濾過型浄水器であり、その胴部内に設けられたホルダーに浄水カートリッジを保持して使用される。浄水器は、浄水カートリッジ内を通過した浄水を胴部に貯留するようになっている。

本発明の一態様に係る浄水器は、本発明の一態様に係る浄水カートリッジを備えるため、浄水濾材が漏れ出さず、かつ、十分な濾過流量を確保することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

〔付記事項〕
以上のように本発明に係る浄水カートリッジの一態様では、第２水質改質材を備える第２水質改質部をさらに備え、上記第２水質改質材を通過した水が上記第１水質改質材に供給される構造であることがより好ましい。

また、本発明に係る浄水カートリッジの一態様では、上記格納部よりも外周に、上記第２水質改質部を備えることがより好ましい。

また、本発明に係る浄水カートリッジの一態様では、上記原水導入口から原水を供給するときに、上記第２水質改質部と上記第１水質改質部との間に溜まっている空気が、上記空気溜まり部に溜まる構造であることがより好ましい。

また、本発明に係る浄水カートリッジの一態様では、原水は、上記第２水質改質部の外周から内周に向かって通過した後、上記第１水質改質部の外周及び／又は上部から内部に向かって通過する構造であることがより好ましい。

また、上記第２水質改質材は、吸着材であることがより好ましい。

また、本発明に係る浄水カートリッジの一態様では、上記吸着材は、バインダにより円筒状に成型されている成型体であることがより好ましい。

また、本発明に係る浄水カートリッジの一態様では、上記吸着材は、活性炭及びイオン交換体のうち少なくとも一つであることがより好ましい。

また、本発明に係る浄水カートリッジの一態様では、上記吸着材は、上記活性炭及び上記イオン交換体であり、上記イオン交換体の質量は、上記活性炭の質量に対して、２質量％以上、２０質量％以下であることがより好ましい。

また、本発明に係る浄水カートリッジの一態様では、上記第２水質改質材の空間速度は、３０ｈｒ^－１以上、６００ｈｒ^－１以下であることがより好ましい。

また、本発明に係る浄水カートリッジの一態様では、上記第１水質改質材は分離膜であることがより好ましい。

また、本発明に係る浄水カートリッジの一態様では、上記分離膜は、０．１ｍ^２以上、０．５ｍ^２未満の中空糸膜であることがより好ましい。

また、本発明に係る浄水カートリッジの一態様では、上記空気溜まり部の容積は、上記第１水質改質部の容積に対して、５０体積％以上であることがより好ましい。

本発明は、浄水カートリッジを備えた浄水ポット、ピッチャー等に利用することができる。

１胴部
２浄水カートリッジ
３原水タンク
４ケース
５原水導入口
６浄水導出口
７供給口
８第１水質改質部
８ａ第１水質改質材
８ｂ保持材
９第２水質改質部
９ａ第２水質改質材
９ｂ原水通過部
１０空気溜まり部
１１天板
１００浄水器

Claims

原水導入口と、浄水導出口と、第１水質改質材を備える第１水質改質部と、前記第１水質改質部を格納し、上記原水導入口から導入された原水を上記第１水質改質部に導入する供給口が設けられた格納部と、上記格納部よりも内側で、使用時において上記供給口より鉛直方向上側に、空気を密封する空気溜まり部と、を備えることを特徴とする自重濾過用の浄水カートリッジ。
第２水質改質材を備える第２水質改質部をさらに備え、上記第２水質改質材を通過した水が上記第１水質改質材に供給される構造であることを特徴とする請求項１に記載の浄水カートリッジ。
上記格納部よりも外周に、上記第２水質改質部を備えることを特徴とする請求項２に記載の浄水カートリッジ。
前記原水導入口から原水を供給するときに、上記第２水質改質部と上記第１水質改質部との間に溜まっている空気が、上記空気溜まり部に溜まる構造であることを特徴とする請求項２又は３に記載の浄水カートリッジ。
原水は、上記第２水質改質部の外周から内周に向かって通過した後、上記第１水質改質部の外周及び／又は上部から内部に向かって通過する構造であることを特徴とする請求項２～４のいずれか１項に記載の浄水カートリッジ。
上記第２水質改質材は、吸着材であることを特徴とする請求項２～５のいずれか１項に記載の浄水カートリッジ。
上記吸着材は、バインダにより円筒状に成型されている成型体であることを特徴とする請求項６に記載の浄水カートリッジ。
上記吸着材は、活性炭及びイオン交換体のうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項６又は７に記載の浄水カートリッジ。
上記吸着材は、上記活性炭及び上記イオン交換体であり、
上記イオン交換体の質量は、上記活性炭の質量に対して、２質量％以上、２０質量％以下であることを特徴とする請求項８に記載の浄水カートリッジ。
上記第２水質改質材の空間速度は、３０ｈｒ^－１以上、６００ｈｒ^－１以下であることを特徴とする請求項２～９のいずれか１項に記載の浄水カートリッジ。
上記第１水質改質材は分離膜であることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の浄水カートリッジ。
上記分離膜は、０．１ｍ^２以上、０．５ｍ^２未満の中空糸膜であることを特徴とする請求項１１に記載の浄水カートリッジ。
上記空気溜まり部の容積は、上記第１水質改質部の容積に対して、５０体積％以上であることを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の浄水カートリッジ。