JPH10174967A

JPH10174967A - 水道水の処理装置及び処理方法

Info

Publication number: JPH10174967A
Application number: JP8339159A
Authority: JP
Inventors: Yuuji Tsukita; 祐二槻田; Hironori Hatono; 広典鳩野; Shuji Nishiyama; 修二西山; Takao Imasaka; 卓男今坂
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】陽イオン交換樹脂による交換効率が高く、交
換樹脂カートリッジの寿命を延長することが可能な水道
水処理装置とその処理方法を提供する。【解決手段】陽イオン交換樹脂１０を内部に充填した
陽イオン交換樹脂カートリッジ２を、その上部中央部が
突出するように湾曲して形成し、さらに、カートリッジ
内部に導水される水道水はカートリッジ２の下部周辺部
から入り、その下部中央部から出る構造とした。これに
より、カートリッジ２内部に充填された陽イオン交換樹
脂１０と水道水が確実に接触してイオン交換が効率良く
行われ、その寿命を実質的に延長する。また、上記の構
造に代えて、螺旋状のガイド部材２２をカートリッジ２
内部に配置し、あるいは、出口を入口の断面積よりも小
さなテーパー状にして出口付近の陽イオン交換樹脂の粒
径を入口付近の粒径よりも大きくすることによっても同
様の効果を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水道水を通水する
ことにより弱酸性の軟水を生成する水道水の処理装置及
び処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、水には酸性水とアルカリ性水
とがあり、またカルシウムやマグネシウムを多く含んだ
硬水とこれらの含有量が少ない軟水とがある。このよう
な水の中でも、特に弱酸性の軟水は、例えば肌や髪に対
して刺激が少なく、美容によく、さらに洗面化粧台や浴
槽設備、便器、システムキッチン等に対して汚れの付着
を低減し、石鹸の泡立ちが良く、制菌作用もあることか
ら、家庭でも簡単かつ安全に利用できることが望まれて
いる。

【０００３】従来、軟水を家庭などで簡単かつ安全に生
成する軟水器としては、例えば特開平６−３９３７４号
公報に開示されるものが知られている。この軟水器で
は、陽イオン交換樹脂を充填した軟水器の上流側に電解
槽を設け、水処理の結果、官能基の末端の水素がカルシ
ウムやマグネシウムと交換されて飽和状態になった陽イ
オン交換樹脂に、前記電解槽の陽極側に生成される酸性
水を供給することにより前記陽イオン交換樹脂の再生を
行うというものである。

【０００４】また、やはり水道水を利用して、毛髪や皮
膚等に対して好ましい弱酸性を示し、かつ、遊離塩素を
含有しない身体用洗浄水を得るため、電解槽で電気分解
して得た弱酸性水をさらに脱塩素装置を通水する水処理
装置が、特開平６−３９３８１号公報に開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の先行技術では、
家庭内でも水道水から簡単に弱酸性の軟水を得るため、
陽イオン交換樹脂を内部に充填したカートリッジに水道
水を通水するものであり、このような装置によれば、水
道水中に含まれるカルシウムやマグネシウムなどの陽イ
オンを陽イオン交換樹脂の官能基末端の陽イオン（例え
ば、水素型の官能基末端を有する陽イオン交換樹脂の場
合には、水素イオン（Ｈ⁺）と交換して弱酸性の軟水を
得るものである。しかしながら、上述した従来技術で
は、カートリッジの内部に充填した陽イオン交換樹脂の
寿命については何らの考慮もなされていない。

【０００６】即ち、上述の先行技術では、カートリッジ
内部に充填した陽イオン交換樹脂による交換効率が低
く、陽イオン交換樹脂カートリッジの寿命も短くなり、
そのためカートリッジの交換をしばしば行わなければな
らないという問題等が指摘される。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解消すべく
本発明に係る水道水の処理装置は、水道水を通水するこ
とで、水道水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオ
ンなどの陽イオンをイオン交換する陽イオン交換樹脂を
充填した陽イオン交換樹脂カートリッジの構造を、底面
に水道水の入口部と出口部が設けられ、また上部内側面
は前記入口部から導入された水道水が低抵抗で流れるよ
うに湾曲形状とした。尚、水道水の入口部は例えば底面
の周辺部に設け、出口部は例えば底面の中央部に設け
る。

【０００８】また、本発明に係る水道水の処理装置は、
前記陽イオン交換樹脂カートリッジ内に通水する水道水
を拡散する手段を設けた。尚、前記拡散手段としては、
例えばカートリッジ内に螺旋状に配置されるガイド部材
が挙げられる。

【０００９】また、本発明に係る水道水の処理装置は、
前記陽イオン交換樹脂カートリッジが水道水の入口部
と、この入口部の側断面積よりも小さな断面積をテーパ
ー状の出口部とを有し、前記出口部付近に配置される陽
イオン交換樹脂の粒径を、前記入口部付近に配置される
陽イオン交換樹脂の粒径よりも大きくなるようにした。

【００１０】また、本発明に係る水道水処理装置は、前
記陽イオン交換樹脂カートリッジ内に水道水を断続的に
通水し、しかも連続的に弱酸性の軟水を得ることができ
る断続通水手段を設けた。尚、前記陽イオン交換樹脂カ
ートリッジを複数並列に設け、これら複数の陽イオン交
換樹脂カートリッジの上流に、前記断続通水手段として
前記陽イオン交換樹脂カートリッジへ選択的に水道水を
通水するバルブを設けてもよい。

【００１１】一方、本発明に係る水道水処理方法は、陽
イオン交換樹脂を充填した陽イオン交換樹脂カートリッ
ジ内に水道水を通水して水道水中のカルシウムイオン、
マグネシウムイオンなどの陽イオンとをイオン交換して
弱酸性の軟水を得る水道水処理方法であって、前記陽イ
オン交換樹脂カートリッジ内に通水する水道水の空間速
度を６４００／ｈ以上に上昇せしめた。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。図１は本発明に係る水道水の処理装
置の全体構成を示す斜視図であり、処理装置は水栓金具
１に取り付けられており、内部に陽イオン交換樹脂を充
填したカートリッジ２と、この陽イオン交換樹脂カート
リッジ２を着脱自在にセットすることができるアダプタ
３と、水栓金具と受け具との間を連結する流入管４と流
出管５を備えている。

【００１３】前記陽イオン交換樹脂カートリッジ２の底
部には水道水の入口部６と出口部７が突出して形成され
ており、この陽イオン交換樹脂カートリッジ２を前記ア
ダプタ３にセットすることにより、その受け部９に形成
された穴（図示されない）に液密に嵌合して前記流入管
４と流出管５に連結される。

【００１４】この水道水処理装置では、前記水栓金具１
からの水道水は前記流入管４及びアダプタ３を介して陽
イオン交換樹脂カートリッジ２へ流入し、その内部で陽
イオン交換樹脂と接触してマグネシウムなどの陽イオン
を水素イオン（Ｈ⁺）と交換して弱酸性の軟水とした
後、前記アダプタ３及び流出管５を介して水栓金具１へ
戻り放出される。

【００１５】次に、図２乃至図４を参照して、本発明に
係る水道水処理装置、特に、その陽イオン交換樹脂カー
トリッジ２の内部構成の詳細を説明する。まず、図２で
は、内部に陽イオン交換樹脂１０を充填した陽イオン交
換樹脂カートリッジ２は、外形が略円筒形でその上部中
央部が突出するように湾曲して形成され、また、カート
リッジ２の下部には、底面から隙間を隔てて、カートリ
ッジ２の内径よりも小さな径の円盤状の仕切板２１が設
けられている。尚、仕切板２１の略中央部には出口部７
が下方に突出して一体に形成されている。

【００１６】このような構成の陽イオン交換樹脂カート
リッジ２によれば、図中に矢印で示すように、入口部６
からカートリッジ２内に流入する水道水はその下部周辺
部から入って陽イオン交換樹脂１０内に接触し、イオン
交換により弱酸性の軟水に変換された後に、仕切板２１
の下方に突出した出口部７から排出される。そして、陽
イオン交換樹脂を内部に充填した前記カートリッジ２
は、その上部中央部の内面が上方に突出するように湾曲
していることから、その内部を流れる水道水の流れ（図
中の矢印を参照）に対してコーナー部を形成することな
く、スムーズに流れイオン交換樹脂による交換容量は減
少されない。

【００１７】これに対し、コーナー部ができると、水道
水がコーナー部のイオン交換樹脂まで廻らず、イオン交
換樹脂による交換容量が実質的に少なくなる。このよう
に、本発明にあっては、水道水はカートリッジ２内で滞
留することなく、内部に充填された陽イオン交換樹脂１
０と確実に接触してイオン交換され、イオン交換が効率
良く行われ、寿命も実質的に延びることとなる。

【００１８】次に、図３に示す陽イオン交換樹脂カート
リッジ２では、その円筒形の内部に、例えば板状の部材
を螺旋状に形成したガイド部材２２を配置している。こ
のガイド部材２２は、一枚の板状部材を螺旋状に形成し
たものに限定されることなく、これを複数に分割してカ
ートリッジ２の円筒形の内壁に取り付けることによって
も可能である。

【００１９】そして、このような構成の陽イオン交換樹
脂カートリッジ２では、図中に矢印で示すように、陽イ
オン交換樹脂カートリッジ２の上方から流入する水道水
はガイド部材２２に沿って螺旋状に流下しながら充填さ
れた陽イオン交換樹脂１０と接触してイオン交換され
る。そして、このようなガイド部材２２を設けることに
より、カートリッジ２内を通水する水道水はカートリッ
ジ２の内部空間内で拡散され、カートリッジ２内に充填
された陽イオン交換樹脂１０の隅々にまで行き渡ること
から、内部に充填された陽イオン交換樹脂１０と確実に
接触してイオン交換が効率良く行われ、陽イオン交換樹
脂の寿命も実質的に延びることとなる。

【００２０】次に、図４に示す陽イオン交換樹脂カート
リッジ２では、前記カートリッジ２の出口部２３をテー
パー状に形成し、この出口部２３の断面積を当該カート
リッジの入口部２４の断面積よりも小さくしたものであ
る。また、当該カートリッジ２内に充填する陽イオン交
換樹脂１０の粒径を、その上部の入口部２４付近では細
かく、中央部ではこれよりも大きく、さらに、テーパー
状出口部２３付近では更に大きくしたものである。

【００２１】このように、陽イオン交換樹脂カートリッ
ジ２のテーパー状出口部２３付近に配する陽イオン交換
樹脂１０の粒径を入口部２４付近に配する陽イオン交換
樹脂１０の粒径よりも大きくなるようにすることによっ
ても、前記と同様に、陽イオン交換樹脂カートリッジ２
に流入する水道水は充填された陽イオン交換樹脂１０の
隅々にまで行き渡り、内部に充填された陽イオン交換樹
脂１０と確実に接触してイオン交換が効率良く行われ、
陽イオン交換樹脂の寿命も実質的に延びることとなる。

【００２２】次に、本発明の他の実施の形態になる水道
水処理装置について、添付の図５及び図６に示す。尚、
図５は、本発明の他の実施の形態になる水道水処理装置
の構成図であり、図６はその原理を示す試験結果を示す
グラフである。図５の構成図において、家庭内の水道設
備からの水道水は切替バルブ３０に接続され、その後、
それぞれの接続管を介して複数（ここでは３本）の並列
に分離されて設けられた陽イオン交換樹脂カートリッジ
２５，２６，２７に導かれる。尚、これらカートリッジ
２５，２６，２７を通過した水道水は、陽イオン交換樹
脂カートリッジ２０の下部に設けられた排出口２８から
弱酸性の軟水として排出される。また、これらカートリ
ッジ２５，２６，２７内に充填する陽イオン交換樹脂と
しては、例えば官能基を水素型にした強酸性型陽イオン
交換樹脂、キレート樹脂或いは弱酸性型陽イオン交換樹
脂が挙げられる。

【００２３】このような構成において、本発明では、前
記複数の陽イオン交換樹脂カートリッジ２５，２６，２
７の上流に設けられた切替バルブ３０を順次切り替える
ことにより、水道水は、順次、例えばカートリッジ２５
→カートリッジ２６→カートリッジ２７の順に選択的に
通水され、これにより各カラムには断続的に通水され
る。このように複数の陽イオン交換樹脂カートリッジ２
５，２６，２７に通水することにより、その内部に充填
された陽イオン交換樹脂の官能基末端のＨ+が水道水の
マグネシウムイオンなどの陽イオンとイオン交換して弱
酸性の軟水を得るが、更に、水道水を陽イオン交換樹脂
に断続的に通水することにより、下記に述べるような効
果を発揮する。

【００２４】図６は、官能基を水素型にした強酸性型陽
イオン交換樹脂の通水試験において、通水倍率が４００
倍となった時点で通水を止め、その後２４時間（ｈ）放
置し、さらにその後に再び通水し（通水倍率が４００
倍）、また、２４時間（ｈ）放置するというサイクルを
繰り返したときに得られた弱酸性軟水のｐＨ挙動をを示
す。この図６のグラフに示した結果から、陽イオン交換
樹脂へ通水して弱酸性の軟水を生成する場合、断続なし
の場合、すなわち連続して陽イオン交換樹脂に通水する
場合よりも、むしろ、断続して通水した場合の方が、通
水寿命（ｐＨ６以下の水が得られる通水量）が延びるこ
とが分かる。

【００２５】そこで、本発明では、この通水試験により
得られた知見、すなわち断続して通水した場合の方が陽
イオン交換樹脂の通水寿命が延びることを利用したもの
であり、前記図５の水道水処理装置では、複数の陽イオ
ン交換樹脂カートリッジ２５，２６，２７の上流に設け
られた切替バルブ３０を切り替えることにより、断続し
て通水を行うものである。また、前記陽イオン交換樹脂
カートリッジ２５，２６，２７を並列に分離し、これら
に順次通水することにより、連続的な弱酸性の軟水の生
成を可能にしている。例えば、先ず、切替バルブ３０に
より水道水をカートリッジ２５に通水し、その後、切替
バルブ３０を１２時間毎に切り替えて、カートリッジ２
６→カートリッジ２７→カートリッジ２５の順に通水す
る。このことにより、陽イオン交換樹脂カートリッジ２
５，２６，２７全体からは弱酸性の軟水を連続して生成
しながら、しかも、各カートリッジの陽イオン交換樹脂
への通水を順次２４時間づつ放置した後に行うことが可
能になる。即ち、これにより、複数のカートリッジ２
５，２６，２７内に充填された陽イオン交換樹脂の寿命
が、しいては陽イオン交換樹脂カートリッジ全体の陽イ
オン交換樹脂の寿命が延びることなる。

【００２６】さらに、本発明では、上記に種々述べた陽
イオン交換樹脂カートリッジの構成に加え、流量が同じ
ならば、カートリッジ内に充填される陽イオン交換樹脂
の細分化によって通水する水の空間速度（ＳＶ）を上昇
させることによっても上記と同様に陽イオン交換樹脂の
寿命を延長することが可能であることを見い出した。

【００２７】図７には、カートリッジ内における異なる
空間速度（ＳＶ＝３６００／ｈ、ＳＶ＝４８００／ｈ、
ＳＶ＝６４００／ｈ、ＳＶ＝７６８０／ｈ、ＳＶ＝９０
００／ｈ）により得られた通水倍率（横軸）に対するｐ
Ｈの関係が示されている。このグラフからも明らかなよ
うに、この空間速度（ＳＶ）が大きい場合には通水初期
のｐＨ値は高くなるが、目的とするｐＨ６以下の水が得
られる通水倍率は大きな値となる。すなわち、通水寿命
（ｐＨ６以下の水が得られる通水倍率）が延びている
（グラフの右側に移行する）ことが分かる。特に、この
空間速度（ＳＶ）が３６００／ｈよりも大きな値では、
通水倍率１０００倍を越えており、実用的に好ましい結
果が得られた。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明した如く本発明に係る水道水
処理装置によれば、陽イオン交換樹脂を内部に充填した
カートリッジの上部中央部が突出するように湾曲して形
成されていることから、内部に充填された陽イオン交換
樹脂と水道水が確実に接触してイオン交換され、イオン
交換が効率良く行われてその寿命も延びる。

【００２９】また、陽イオン交換樹脂カートリッジ内に
水道水を内部空間内に拡散する手段を設けることによっ
ても、陽イオン交換樹脂と水道水とを確実に接触してイ
オン交換を効率良く行わせ、その寿命を延長することが
できる。なお、この拡散手段は、螺旋状に配置されたガ
イド部材により簡単に構成することができる。

【００３０】また、陽イオン交換樹脂カートリッジの出
口部を入口部の断面積よりも小さなテーパー状にし、か
つ出口部付近に配する陽イオン交換樹脂の粒径を入口部
付近に配する陽イオン交換樹脂の粒径よりも大きくなる
ようにすることによっても、上記同様に陽イオン交換樹
脂と水道水とを確実に接触してイオン交換を効率良く行
わせ、その寿命を延長することができる。

【００３１】また、陽イオン交換樹脂カートリッジ内に
水道水を断続的に通水することによっても陽イオン交換
樹脂の寿命を延長することができ、これを、複数の陽イ
オン交換樹脂カートリッジの上流にバルブを設け、この
バルブにより陽イオン交換樹脂カートリッジへ選択的に
水道水を通水することによって、簡単な構成で連続的に
弱酸性の軟水を得ることができる。

【００３２】さらに、本発明に係る水道水処理方法によ
れば、陽イオン交換樹脂カートリッジ内の陽イオン交換
樹脂内を通水する水道水の空間速度を６４００／ｈ以上
に上昇することにより陽イオン交換樹脂の寿命を長期化
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水道水処理装置の外観斜視図

【図２】同装置の陽イオン交換樹脂カートリッジの内部
構造を示す断面図

【図３】同装置の他の陽イオン交換樹脂カートリッジの
内部構造を示す断面斜視図

【図４】同装置の更に他の陽イオン交換樹脂カートリッ
ジの内部構造を示す断面図

【図５】本発明の他の実施の形態である水道水処理装置
の模式的に示す図

【図６】前記図５の水道水処理装置による通水試験の結
果を示すグラフ

【図７】更に空間速度と陽イオン交換樹脂の寿命との関
係を示すグラフ

【符号の説明】

２，２５，２６，２７…陽イオン交換樹脂カートリッ
ジ、３…アダプタ、６…流入管、７…流出管、１０…陽
イオン交換樹脂、２１…仕切板、２２…ガイド部材、２
３…テーパー状出口、２４…入口、２８…排出口、３０
…切替バルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西山修二福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内 (72)発明者今坂卓男福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽イオン交換樹脂を充填した陽イオン交
換樹脂カートリッジ内に水道水を通水して水道水中のカ
ルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの陽イオンを
イオン交換して弱酸性軟水を得る水道水の処理装置であ
って、前記陽イオン交換樹脂カートリッジは、底面に水
道水の入口部と出口部が設けられ、また上部内側面は入
口部から導入された水道水が低抵抗で流れるように湾曲
形状としたことを特徴とする水道水の処理装置。
【請求項２】請求項１に記載の水道水の処理装置にお
いて、前記水道水の入口部は底面の周辺部に設け、前記
水道水の出口部は底面の中央部に設けたことを特徴とす
る水道水の処理装置。
【請求項３】陽イオン交換樹脂を充填した陽イオン交
換樹脂カートリッジ内に水道水を通水して水道水中のカ
ルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの陽イオンを
イオン交換して弱酸性軟水を得る水道水の処理装置であ
って、前記陽イオン交換樹脂カートリッジ内に通水する
水道水をカートリッジの内部空間内に拡散する手段を設
けたことを特徴とする水道水の処理装置。
【請求項４】請求項３に記載した水道水の処理装置に
おいて、前記拡散手段は、前記陽イオン交換樹脂カート
リッジ内に螺旋状に配置されたガイド部材であることを
特徴とする水道水の処理装置。
【請求項５】陽イオン交換樹脂を充填した陽イオン交
換樹脂カートリッジ内に水道水を通水して水道水中のカ
ルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの陽イオンを
イオン交換して弱酸性軟水を得る水道水の処理装置であ
って、前記陽イオン交換樹脂カートリッジは、水道水の
入口部と、この入口部の側断面積よりも小さな断面積の
テーパー状の出口部とを有し、前記出口部付近に配置さ
れる陽イオン交換樹脂の粒径を、前記入口部付近に配置
される陽イオン交換樹脂の粒径よりも大きくなるように
したことを特徴とする水道水の処理装置。
【請求項６】陽イオン交換樹脂を充填した陽イオン交
換樹脂カートリッジ内に水道水を通水して水道水中のカ
ルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの陽イオンを
イオン交換して弱酸性軟水を得る水道水の処理装置であ
って、前記陽イオン交換樹脂カートリッジ内に水道水を
断続的に通水し、しかも連続的に弱酸性の軟水を得るこ
とができる断続通水手段を設けたことを特徴とする水道
水の処理装置。
【請求項７】請求項６に記載の水道水の処理装置であ
って、前記陽イオン交換樹脂カートリッジは複数並列に
設けられ、これら複数の陽イオン交換樹脂カートリッジ
の上流に、前記断続通水手段として前記陽イオン交換樹
脂カートリッジへ選択的に水道水を通水するバルブを設
けたことを特徴とする水道水の処理装置。
【請求項８】陽イオン交換樹脂を充填した陽イオン交
換樹脂カートリッジ内に水道水を通水して水道水中のカ
ルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの陽イオンと
をイオン交換して弱酸性の軟水を得る水道水の処理方法
であって、前記陽イオン交換樹脂カートリッジ内の陽イ
オン交換樹脂内を通水する水道水の空間速度を６４００
／ｈ（時間）以上に上昇させることを特徴とする水道水
の処理方法。