JP7268185B2 - 鉱化カートリッジ、及び、鉱化カートリッジの操作方法 - Google Patents
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Description
商業的な蛇口直結型の、鉱化させるためのフィルタカートリッジは、本質的に2つの形態を取る。ある設計においては、炭酸カルシウム、または炭酸マグネシウムの、そして時には、酸化マグネシウム及び酸化カルシウムを少ない割合で含んだ顆粒状物質が、鉱化させるために使用される。そのようなフィルタは、例えば、高確率での腐食を伴う、わずかに鉱化された水、特に、逆浸透システムから処理された水の場合に、取り付けられる。それにより、遊離炭酸の結果として、少量の炭酸カルシウムが溶解される。
ここで、本発明が取り組む当該問題は、長い期間にわたっても大量のフローが均質で安定した鉱化度合で鉱化されることで、こうして処理される水が、スポーツ活動中の発汗によって失われるミネラルの好適な代わりとなると同時に、好ましいと感じられる鉱化の度合を提供するよう、水の鉱化のため、特に、飲料水の鉱化のための代替案を提供することである。
従って、本発明は、第1の局面において、水の入口と放水口とを有する圧力容器の形状をとるハウジングを有する、蛇口直結型水フィルタカートリッジを操作する方法に関する。当該方法は、圧力容器の内部において、ミネラルが添加される水の主フローはメインの導管を通って導かれ、また、濃縮塩溶液の投与フローは投与導管を通って導かれ、そして投与導管はメインの導管から分岐し、硫酸塩、塩化物塩、及び/または、炭酸水素塩からなる濃縮塩溶液を収容する一定体積の貯蔵容器に至り、そして貯蔵容器から外れる投与導管の一部は、投与箇所にて、一定の流れ断面を有する投与開口部を介して主フローに開口し、主フローの流れ抵抗は、主フローと投与フローとの間に差圧が発生するよう、主フローにおいて、流れ方向における投与箇所の上流に配置された抵抗部を用いて設定され、この差圧により、主フローへと開口する投与開口部を通じ、実質的に主フローに比例する塩溶液の投与フローの体積流量がもたらされることを特徴とする。
そのような蛇口直結型水フィルタカートリッジは、例えば、圧力容器の形状をとるハウジング、水の入口及び放水口を備え得る。圧力容器の内部には、水フィルタカートリッジの操作中に、伝導性を高めるため、または、水フィルタカートリッジを通って流れる水を鉱化させるための、硫酸塩、塩化物塩、または炭酸水素塩からなる少なくとも1つの濃縮塩溶液(ブライン溶液とも称される)を収容するための、少なくとも1つの貯蔵容器、または、ブライン収容部が備えられ得る。顆粒状物質の層は、さらに、ブライン投与箇所とも称される、水の主フローの流れ方向における塩溶液の投与箇所の上流に配置され、当該層は、カートリッジを通る流れがある時に、それによって差圧が形成されるよう、主フローにおいて抵抗部を形成し、当該差圧により、実質的に主フローに比例するブラインの投与フローがもたらされ、投与フローは、投与フローにおいて抵抗層の形態の離間した抵抗部を有し、その供給部は、上流の層へと突出する。顆粒状物質および抵抗層はそれぞれ、主フローにおける抵抗部、そして投与フローにおける抵抗部を形成する。
使用可能な向きでの水フィルタカートリッジでは、第1実施形態によると、上方を向いた放水口により、入口から流入する主フローは、抵抗部の中を上方から下方へ流れるよう、上方から抵抗部へ導かれ得る。この場合の水の流れは供給部で分割され、圧力原理が投与の推進力として利用される。
供給部で発生する圧力変動は、その後、容器の中を流れる時にやがてブラインになる水のための、十分な寸法を持つ供給部パイプにおいて、動きの原因となる。
この場合、塩溶液は、少なくとも2g/L(例えば、硫酸カルシウム)の溶解性を有するが、一般的には50g/Lより高く、800g/L未満である。塩化カルシウムまたは塩化マグネシウムの好ましい値は、約740g/Lである。塩化カルシウムに関しては、値は無水形態を基に算出される。この濃度範囲において、塩水投与は確実に機能する。
50μS/cm未満の伝導率を有するRO水(逆浸透水)の鉱化については、例えば、ろ過液において2mmolの硬度(約11.2°dH)には、RO水1リットル当たり、硫酸マグネシウムからなる約0.8mlのブライン溶液が必要とされる。重炭酸ナトリウム塩については、原子価により同様に約11.2°dHに相当する4mmolには、約3.5mlが必要とされる。そのため、そのような水の伝導率は、約600μS/cmとなる。
例:1.0L/minの体積流量が、70mmの高さの層、及び、80mmの通過流径に対し、0.15mmの粒子サイズの抵抗層を流れる場合、約100mバールの差圧が抵抗層の高さに渡り形成される(コゼニー・カルマンの式も参照)。しかし、抵抗は粒子の形状、及び、充填度の両方に大きく依存するため、別の顆粒状物質の抵抗の絶対的な大きさは、不正確にしか推測できない。
入口と放水口との間の水の伝導性は、少なくとも100μS/cmから2000μS/cm、好ましくは600μS/cm上昇させることが好ましい。
濃縮塩溶液が投与パイプを流れる場合、投与パイプの抵抗も、水の動粘度に比べた濃縮塩溶液の動粘度に適合させる必要がある。
水の動粘度:
特に好ましくは、使用される仮のブライン収容部は、5cmから30cmの長さ、および、特に、0.5mmから3mmの直径を有するホースであってもよい。
d1(供給)及びd2(排出)を有する円錐状パイプを使用した場合の、円筒の相当直径を求める式:
d1:大径
d2:小径
dR:円筒パイプの相当直径
投与の特にシンプルな管理は、投与フローの抵抗層、及び、ろ過液フローとも称される主フローの抵抗層が、同じ顆粒状物質で構成される場合に、実現され得る。これは、その後、両方の抵抗層が、特定の同じ抵抗を有し、フロー部の抵抗比がフロー部の断面と長さによって設定され得るためである。
添付の図面を参照しつつ、例示的な実施形態について以下詳述する。
これら締結体2.4.1は、例えば、ネック2.4の周りに分散して配置されて示される。これらの締結体を使用して、フィルタカートリッジ1は、前述のコネクタヘッドに挿入された後、補完的な蛇口直結型のコネクタヘッド(図示せず)に締結され、その後操作が開始される。
フィルタカートリッジのハウジングを通る縦軸1.1に沿って、垂直に走る断面線A-Aと、その横方向、ハウジングの上3分の1のあたりに、水平に走る断面線B-Bが示される。これらは続く図面に関連する。
塩とブライン容器9からなる投与室9は、図2に図示される下流、及び、顆粒状物質室8の下方に配置される。これは、外側投与室壁9.1、投与室ベース9.2、内側投与室壁9.3、カバー9.4を備える。
投与パイプ7.2に続き、フィルタカートリッジ1の操作中に、水の流れを、投与部7を介しベースの付近にて投与室9から流出させるため、投与導管9.5は、投与室カバー9.4から投与室ベース9.2への流れ方向7.1を導く。
図2に対比して、この設計では、2つの投与室が存在し、左側のものは9、そして右側のものは9´であり、それぞれが投与パイプ7.2及び7.2´に関連する。各投与室9、9´は、同じ、または、例として示されているように、それぞれ別の投与室9´、9からの別の塩10または10´で満たされ得る。従って、2つの同一の、または、ここで示されるように、2つの異なるブライン11及び11´も形成される。
ここでも、顆粒状物質の層は、それぞれの場合において、顆粒状物質室8内、そして、同じ距離あたりの抵抗値を成立させるべく、同じ顆粒状物質からなることが好ましい投与パイプ7.2、7.2´内に配置される。
同様に、例えば、図6は、ハウジング2を有するフィルタカートリッジ1の縦断部を示す。ここでも、同一のアイテム番号は、他の図面のものと同じ特徴を示す。よって、例えば、6は主フロー経路を、7及び7´は投与フロー経路を、6.1、7.1、7.1´は関連するフローの方向の矢印を示す。アイテム9.7及び9.7´は、混合箇所とも称され得る、ブラインの主フロー経路6への添加のための投与箇所として、2つの投与室9、9´からの2つの出口、10、10´は各塩、11、11´は関連するブラインまたはブラインの上澄みを示す。投与部への入口または供給部は、7.2.1及び7.2.1´で示される。
供給部における圧力変動は、容器を流れるうちにやがてブラインになる水のための、十分な寸法を持つ供給部パイプ9.9内において動きの原因となる。
当該設計は、それぞれ塩10、10´及びブライン11、11´を収容する2つの投与室9、9´を備える。これらのブラインは、2つの投与パイプ7.2、7.2´を通じ、ブライン投与箇所9.8、9.8´それぞれにて被処理水の主フロー6へと添加される。例えば、2つの異なるミネラルを添加できるよう、塩は異なっていることが好ましい。投与比もまた、例えば、添加する特定の塩の所望する量それぞれに応じ、異なってもよい。
Claims (21)
- 圧力容器の形態のハウジング(2)と、水の入口(4)及び放水口(5)とを備える、蛇口直結型水フィルタカートリッジ(1)を操作する方法であって、
前記圧力容器の内部において、ミネラルが添加される水の主フロー(6.1)は、メインの導管(6)を通って導かれ、
濃縮塩溶液の投与フロー(7.1、9.6)は、投与導管(7.2、9.5、9.7)を通って導かれ、
前記投与導管(7.2)は、前記メインの導管(6)から分岐し、
硫酸塩、塩化物塩及び/または炭酸水素塩からなる濃縮塩溶液(11)を収容する一定体積の貯蔵容器(9)に至り、前記貯蔵容器(9)から外れる前記投与導管の一部(9.7)は、投与箇所(9.8)にて、一定の流れ断面を有する投与開口部(9.7;13.2)を介して前記主フロー(6.1)に開口し、
前記主フロー(6.1)の流れ抵抗は、流れ方向における前記投与箇所(9.8)の上流に配置された、前記主フロー(6.1)において抵抗部(6.5)を形成する顆粒状物質(6.3)の層によって設定され、前記投与フロー(7.1、9.6)における流れ抵抗は、前記投与フロー(7.1、9.6)の、抵抗層(7.4)の形態及び/または毛細管の形態の、別の抵抗部(7.5)によって設定され、前記抵抗部(7.5)の供給部は、前記主フロー(6.1)と前記投与フロー(7.1、9.6)との間に差圧が発生するよう、前記顆粒状物質(6.3)の層に突出し、その差圧により、前記主フロー(6.1)へと開口する前記投与開口部(9.7;13.2)を通じ、実質的に前記主フロー(6.1)に比例する塩溶液(11;11´)の前記投与フロー(7.1、9.6)の体積流量がもたらされることを特徴とする、方法。 - 前記貯蔵容器(9)は、硫酸塩、塩化物塩、及び/または、炭酸水素塩で形成された塩の層(10)を含み、濃縮塩溶液(11)の収容容積は、前記流れ方向における前記塩の層(10)の下流に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記投与フロー(7.1、9.6)にて形成される前記抵抗部は、前記顆粒状物質(6.3)の層の形態、及び/または、0.1から0.5mmの間の範囲の内径を有する毛細管の形態、であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の方法。
- 前記放水口(5)が上方に向いた、使用可能な向きでの前記蛇口直結型水フィルタカートリッジ(1)において、前記入口(4)から流入する前記主フロー(6.1)は、前記抵抗部(6.5)の中を上方から下方へ流れるよう、前記上方から前記抵抗部(6.5)へ導かれることを特徴とする、請求項1~3のうちいずれか1項に記載の方法。
- 前記放水口(5)が上方に向いた、使用可能な向きでの前記蛇口直結型水フィルタカートリッジ(1)において、前記入口(4)から流入する前記主フロー(6.1)は、前記抵抗部(6.5)の中を下方から上方へ流れるよう、前記上方から前記抵抗部(6.5)の下側へ導かれることを特徴とする、請求項1~3のうちいずれか1項に記載の方法。
- 硫酸塩、塩化物塩、または、炭酸水素塩からなる少なくとも1つの濃縮塩溶液(11;11´)が使用され、硫酸塩、塩化物塩、または、炭酸水素塩の水に対する溶解性は、20°Cで少なくとも2g/L~740g/Lであることを特徴する、請求項1~5のうちいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの前記塩溶液(11;11´)は、前記主フロー(6.1)に対し、体積にして0.05%から2%の割合で投与されることを特徴とする、請求項1~6のうちいずれか1項に記載の方法。
- 0.1mmから2mmの粒子サイズを有する前記顆粒状物質(6.3;7.3)は、前記流れ方向において、1cmの最小範囲において使用されることを特徴とする、請求項1~7のうちいずれか1項に記載の方法。
- 同じ前記顆粒状物質(6.3;7.3)が、前記投与フロー(7;7´)の前記抵抗部(7.5)、及び、前記主フロー(6.1)の前記抵抗部(6.5)に使用されることを特徴とする、請求項1~8のうちいずれか1項に記載の方法。
- 前記入口(4)と前記放水口(5)の間の水の伝導性は、少なくとも100μS/cmから2000μS/cm上昇させることを特徴とする、請求項1~9のうちいずれか1項に記載の方法。
- 前記蛇口直結型水フィルタカートリッジ(1)は、0.2バールから8.0バールの圧力にて操作されることを特徴とする、請求項1~10のうちいずれか1項に記載の方法。
- 前記塩溶液(11、11´)は、少なくとも1つの前記貯蔵容器(9)からの出口箇所(9.7)と、前記水の前記主フロー(6.1)への前記塩溶液(9.8)の前記投与箇所との間の、前記塩溶液(13;13´)の仮の収容場所に一時的に収容され、前記塩溶液のこの仮の収容場所は、柔軟性のある材料で作製され、前記蛇口直結型水フィルタカートリッジ(1)の操作位置において、実質的に水平に配置されることを特徴とする、請求項1~11のうちいずれか1項に記載の方法。
- 前記塩溶液用に使用される前記仮の収容場所(13,13´)は、0.05mlから0.3mlの充填容量を有するホースであることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 前記塩溶液用に使用される前記仮の収容場所(13,13´)が、5cmから30cmの長さ、0.5mmから3mmの直径を有するホースであることを特徴とする、請求項12または請求項13に記載の方法。
- 圧力容器の形態のハウジング(2)と、水の入口(4)及び放水口(5)とを備える蛇口直結型水フィルタカートリッジ(1)であって、
前記圧力容器の内部に、ミネラルが添加されることになる水の主フロー(6.1)を導くメインの導管(6)、及び、濃縮塩溶液(11)の投与フロー(7.1、9.6)を導く投与導管(7.2、9.5、9.7)が配置され、
前記投与導管(7.2、9.5、9.7)は前記メインの導管(6)から分岐し、
該蛇口直結型水フィルタカートリッジ(1)は硫酸塩、塩化物塩、及び/または、炭酸水素塩からなる塩溶液(11)を収容する一定体積の貯蔵容器(9)を備え、前記貯蔵容器(9)から外れる前記投与導管の一部(9.7)が、一定の流れ断面を有する投与開口部(9.7)を介し、投与箇所にて前記主フロー(6.1)に接続され、
抵抗部(6.5)を形成する顆粒状物質(6.3)の層は、流れ方向における、前記投与箇所(9.8)の上流の前記メインの導管(6)に配置され、抵抗層(7.4)の形態及び/または毛細管の形態である別の抵抗部(7.5)が前記投与フロー(7.1、9.6)において形成され、前記抵抗部(7.5)の供給部は前記顆粒状物質(6.3)の層に突出し、前記顆粒状物質(6.3)の層の流れ抵抗は、前記主フロー(6.1)と前記投与フロー(7.1)との間に差圧が発生するように設定され、その差圧により、前記主フロー(6.1)に開口する前記投与開口部(9.8)を通じ、実質的に前記主フロー(6.1)に比例する、前記塩溶液(11、11´)の前記投与フロー(7.1)の体積流量がもたらされることを特徴とする、蛇口直結型水フィルタカートリッジ。 - 前記貯蔵容器は、硫酸塩、塩化物塩、及び/または、炭酸水素塩からなる塩の層(10)を収容し、濃縮塩溶液(11)は、前記流れ方向における前記塩の層(10)の下流に存在することを特徴とする、請求項15に記載の蛇口直結型水フィルタカートリッジ。
- 前記投与フロー(7.1)を形成する前記抵抗部(7.4)は、前記顆粒状物質(6.3)の層の形態、及び/または、0.1から0.5mmの範囲の内径を有する毛細管の形態であることを特徴とする、請求項15または請求項16に記載の蛇口直結型水フィルタカートリッジ。
- 前記塩溶液(13;13´)の仮の収容場所は、少なくとも1つの前記貯蔵容器(9;9´)からの前記塩溶液(9.7;9.7´)の出口箇所と、前記塩溶液(9.8;9.8´)の前記投与箇所との間に設けられ、この仮の収容場所は、前記蛇口直結型水フィルタカートリッジ(1)の操作位置において、実質的に水平に配置されることを特徴とする、請求項15~17のうちいずれか1項に記載の蛇口直結型水フィルタカートリッジ。
- 前記塩溶液(13;13´)の前記仮の収容場所は、0.05mlから0.3mlの充填容量を有するホースであることを特徴とする、請求項18に記載の蛇口直結型水フィルタカートリッジ。
- 前記ホースは、5cmから30cmの長さであり、0.5から3mmの直径を有することを特徴とする、請求項19に記載の蛇口直結型水フィルタカートリッジ。
- 前記投与フロー(7.1)の前記抵抗部(7.5)、及び、前記主フロー(6.1)の前記抵抗部(6.5)が同じ前記顆粒状物質(6.3、7.3)からなることを特徴とする、請求項15から請求項20のうちいずれか1項に記載の蛇口直結型水フィルタカートリッジ。
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