JPWO2020110852A1 - 浄水装置および家庭用浄水器 - Google Patents

Abstract

停電時に電磁弁が作動しなくても浄水が得られる浄水装置を実現すること。浄水装置（１）は、主経路（５０）上に当該主経路（５０）の開閉を行う電磁弁（３１）設け、さらに、当該電磁弁（３１）を迂回するバイパス経路（３２）と、当該バイパス経路（３２）を無電力で開閉する経路切替機構（３３）と、を備えている。

Description

本発明は、浄水装置および家庭用浄水器に関する。

従来の浄水器として、例えば特許文献１に開示された浄水器では、水を濾過するカートリッジに水を供給する給水管を開閉する電磁弁が設けられている。

日本国公開特許公報「特開平６−９１２５７号公報」

しかしながら、従来の浄水器では、停電時に電磁弁が作動しないため、浄水が得られないという問題が生じる。

本発明の一態様は、停電時に電磁弁が作動しなくても浄水が得られる浄水装置を実現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浄水装置は、逆浸透膜を用いて水の浄化を行う浄水装置であって、処理対象となる原水の取り込み口から、上記逆浸透膜の浄化処理によって生じる濃縮水の廃棄口に至る経路上に電力で動作して当該経路を開閉する電力開閉機構を備え、上記電力開閉機構を迂回するバイパス経路と、上記バイパス経路を無電力で開閉する無電力開閉機構と、をさらに備えていることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、停電時に電磁弁が作動しなくても浄水を得ることができる。

本発明の実施形態１に係る浄水装置の概略的な構成を示す模式図である。 本発明の実施形態２に係る浄水装置の概略的な構成を示す模式図である。 変形例１にかかる電磁弁迂回機構の概略的な構成を示す模式図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

（浄水装置の構成）
図１に示すように、浄水装置１は、逆浸透膜（ＲＯ膜）を利用した生活用水の浄化装置であり、一端側の取込口５０ａより原水を取り込み、他端側の取出口５０ｂより浄水を吐出する主経路（経路）５０を備えている。浄水装置１が家庭用浄水器である場合、取込口５０ａは水道（原水）と接続され、取出口５０ｂには蛇口等の取出口開閉機構が接続される。また、後述する排水経路（廃棄経路）５１は、例えばシンク下の排水管に接続される。

主経路５０の最上流側から順に、圧力スイッチ１０、電磁弁迂回機構３０、減圧弁１１、ＰＰ（ポリプロピレン）フィルタ１２、前側ＴＤＳ１３、水温計１４、前側流量計１５、前側ＡＣ（活性炭）フィルタ１６、Ｐｕｍｐ１７、ＲＯ膜（逆浸透膜）１８、後側ＡＣ（活性炭）フィルタ１９、後側流量計２０、および後側ＴＤＳ２１が、配置されている。

圧力スイッチ１０は、一定圧力以上でオンするスイッチであり、主経路５０に原水が供給され、原水の圧（水道圧）が検出できる場合にオンする。減圧弁１１は、主経路５０を流れる水道水の水圧を一定にする。

電磁弁迂回機構３０は、少なくとも浄化運転時に主経路５０を流れる水を流し、浄化運転停止時に主経路５０を流れる水を止める機能を有している。この電磁弁迂回機構３０の詳細については後述する。

ＰＰ（ポリプロピレン）フィルタ１２は、ポリプロピレン（ＰＰ）からなる比較的目の粗い不織布であり、原水に含まれる錆などの比較的大きな不純物を除去する。なお、材質は限定されず、ポリエチレン（ＰＥ）よりなるものであってもよい。比較的大きな不純物を到達前に除去しておくことで、後述する逆浸透膜（以下、ＲＯ膜）の劣化を抑制することができる。

前側ＴＤＳ１３および後側ＴＤＳ２１は、水質を示す指標を測る水質センサであり、水の電気伝導率を測って水の不純物の濃度を検出する。前側ＴＤＳ１３は、取込口５０ａより取り込まれた原水の水質を測定し、後側ＴＤＳ２１は、取出口５０ｂより取り出される浄水の水質を測定する。これらの測定結果は、図示しない制御部に送信され、制御部は、前側ＴＤＳ１３の測定値と後側ＴＤＳ２１の測定値から浄化率を算出する。

水温計１４は、前側ＴＤＳ１３および後側ＴＤＳ２１の較正に用いられる。前側ＴＤＳ１３および後側ＴＤＳ２１が測定する電気伝導率は、温度依存性を有しているためである。検出結果は制御部に出力される。

前側ＡＣフィルタ１６は、原水に含まれる遊離塩素化合物などの遊離物を活性炭にて除去する。なお、ＲＯ膜１８は、原水となる水道水に含まれる遊離塩素化合物（いわゆる塩素）で劣化する。このため、到達前に前側ＡＣフィルタ１６で遊離塩素化合物を除いておくことで、ＲＯ膜の劣化を抑制することができる。なお、後側ＡＣフィルタ１９は、活性炭を用いて浄水の味覚やｐＨを整える為に配置されている。

Ｐｕｍｐ１７は、所定の圧力を掛けながら水を後段のＲＯ膜１８に送るためのものであり、後述するＲＯ膜１８によるクロスフロー方式を実現するために用いられる。

前側流量計１５および後側流量計２０は、主経路５０に流れる水の流量を測るセンサである。測定結果は、制御部に出力され、制御部は、前側流量計１５の測定値である原水の取込量（使用量）と後側流量計２０の測定値である浄水の生成量とから、回収率を算出する。

前側流量計１５の配置位置としては、図１に示すように、前側流量計１５をＰＰフィルタ１２と前側ＡＣフィルタ１６との間とすることが好ましい。これは、ＰＰフィルタ１２の後段（下流側）に配置することで、前側流量計１５への汚れの付着を防止することができるためである。

なお、上述した減圧弁１１、ＰＰフィルタ１２、前側ＴＤＳ１３、水温計１４、前側ＡＣフィルタ１６、後側ＡＣフィルタ１９、後側流量計２０、および後側ＴＤＳ２１は、必要に応じて備えていればよい。

ＲＯ膜１８は、水分子と不純物とを分離する。ここでは、Ｐｕｍｐ１７によって水圧を掛けながらＲＯ膜１８の表面に浄化対象水を流すことによって、当該ＲＯ膜１８を透過した処理水と、透過しなかった排水とに分離する。所謂クロスフロー方式によりＲＯ膜１８が処理水（浄水）と排水（濃縮水）とに分離している。

処理水は、主経路５０を流れてＲＯ膜１８の後段の後側ＡＣフィルタ１９に流され、排水は、排水経路５１の廃棄口５１ａから排出される。廃棄口５１ａは、上述したように、例えばシンク下の排水管に接続される。

排水経路５１にはフラッシュ電磁弁２２が設けられている。フラッシュ電磁弁２２は、排水経路５１に流れる排水の流量を制限する流量制限弁である。例えばフラッシュ電磁弁２２は、閉じた状態（電源オフ状態（非通電時））では流量を制限し、開けた状態（電源オン状態（通電時））では可能な限り流路を解放して水を流すように機能する。

（ＲＯ膜１８による浄化）
ＲＯ膜１８によれば、有害・無害を問わず水に溶解しているほぼ全ての不純物を取り除いて高純度の純水が得られる。ＲＯ膜１８は、架橋による網の目状の高分子膜でできており、この網の目の大きさによって、基本的には水分子のみがこの高分子膜を透過することから、不純物との分離が行われ、先述の浄化性能を得ることができている。ＲＯ膜１８による水と不純物との分離は、クロスフロー方式によって行われる。

クロスフロー方式は、一定の水圧を掛けながらＲＯ膜１８の表面上に浄化対象の水を通液し、この際、水圧によりＲＯ膜１８を透過した水を浄水として取り出し、ＲＯ膜１８を透過せず残った方の水を排水として廃棄する方式である。従って、クロスフロー方式は、常時、ＲＯ膜１８の表面を通液させることで不純物と水分子との分離を行う。排水側の水は、ＲＯ膜１８の表面上を流れていく過程で、水分子のみがＲＯ膜１８を透過して失われてゆく為、ＲＯ膜１８の表面上を通水される前と比較して相対的に不純物が濃縮され、濃度が上がった状態となって廃棄される。このように、ＲＯ膜１８を利用した浄水においては一定量の排水（濃縮水）を伴う。

ここで、水圧を掛けながらＲＯ膜１８表面上を通水する為に、ＲＯ膜１８の前段に配したＰｕｍｐ１７（電動ポンプ）と、ＲＯ膜１８の後段となる排水経路５１上に配した流量制限機構としてのフラッシュ電磁弁２２が用いられる。Ｐｕｍｐ１７が送液する水量に対してＲＯ膜１８の後段で流量を制限することで、Ｐｕｍｐ１７からＲＯ膜１８表面を通じフラッシュ電磁弁２２に至るまでの経路内がＰｕｍｐ１７の力を借りて増圧される。この圧力が高くなる程、ＲＯ膜１８を透過する浄化水の水量も増加することから、実際には、これらのバランスを考慮して、目的の圧力および浄化水が得られるよう、Ｐｕｍｐ１７の送液性能と流量制限量とを定める。

そして、フラッシュ電磁弁２２は、上述したように、閉じた状態では先述のように流量を制限し、開けた状態では可能な限り流路を解放して水を流すといった機能を備えている。これにより、ＲＯ膜１８表面上に圧力を掛けて浄水を生成する機能に加え、必要に応じて大量の通水を行ってＲＯ膜１８の表面上を洗い流すという２つの機能を電気的に切り替える。

また、先述のようにＲＯ膜１８は微細な構造を有する事から、この性能を維持することを目的として、浄化対象の水の前処理を行うことが一般となっている。例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＥ（ポリエチレン）等の繊維を主材料としたフィルタ（セディメントフィルタ等と呼ばれる：ＰＰフィルタ１２）による、堆積物や微粒子、粘着物質等の除去が前記前処理にあたる。また、活性炭を主材料としたフィルタ（前側ＡＣフィルタ１６）による、水道の殺菌処理等で用いられる塩素や有機物質等の吸着除去が前記前処理にあたる。

（電磁弁迂回機構３０）
電磁弁迂回機構３０は、電磁弁（電力開閉機構）３１、電磁弁３１を迂回するバイパス経路３２、経路切替機構（無電力開閉機構）３３を備えている。

電磁弁３１は、主経路５０上に配置され、浄水生成時にオンして当該主経路５０に原水を供給するための弁である。バイパス経路３２は、電磁弁３１を通さずに原水を後段の減圧弁１１に流す経路である。経路切替機構３３は、電磁弁３１を通る第１経路（１）と、電磁弁３１を通さないバイパス経路３２を通る第２経路（２）とを切替える切替機構である。

経路切替機構３３は、例えば手動で経路を切替えるバルブ等で構成され、電力を用いずに切替動作を行うようになっている。このため、停電時等において電磁弁３１が作動しないときに、経路切替機構３３を用いて第１経路（１）から第２経路（２）に切替える。ここで、経路切替機構３３によって第１経路（１）から第２経路（２）に切替えることは、バイパス経路３２を開状態にすることに等しい。また、経路切替機構３３によって第２経路（２）から第１経路（１）に切替えることは、バイパス経路３２を閉状態にすることに等しい。すなわち、経路切替機構３３は、無電力で、第２経路（２）であるバイパス経路３２の開閉を行う無電力開閉機構ともいえる。

以上のことから、本実施形態１にかかる浄水装置１は、ＲＯ膜（逆浸透膜）１８を用いて水の浄化を行う浄水装置である。そして、処理対象となる原水の取込口５０ａから、ＲＯ膜１８の浄化処理によって生じる濃縮水の廃棄口５１ａに至る経路（主経路５０＋排水経路５１）上に電力で動作して当該経路を開閉する電磁弁３１（電力開閉機構）を備えている。さらに、電磁弁３１を迂回するバイパス経路３２と、無電力で動作して当該バイパス経路３２を開閉する経路切替機構３３（無電力開閉機構）と、を備えている。

（効果）
上記主経路５０に設けられた電磁弁３１は、通電時（電源オン時）には当該主経路５０を開いて原水を流し、非通電時（電源オフ時）には当該主経路５０を閉じて原水が流れないようにしている。このため、停電時には、電磁弁３１によって主経路５０が閉じられた状態になるため、浄水を行うことができない。

上記構成浄水装置１では、停電の場合には、経路切替機構３３によって第１経路（１）から第２経路（３）にきり替えること、すなわちバイパス経路３２を開くようにすることで、当該バイパス経路３２に原水を後段のＰＰフィルタ１２等に送ることができる。これにより、停電時であっても水を浄化することができる。なお、ＲＯ膜１８は、先述のようにある程度の水圧を掛けることで水と不純物とを分離するようになっているが、停電時のようにＰｕｍｐ１７が機能しない状態であても、原水の水圧によっても水と不純物とを分離できるようになっている。

また、主経路５０の取出口５０ｂに設けられた蛇口を開ける動作に連動して、浄化運転の開始を行い、蛇口を閉める動作に連動して、浄化運転の停止を行うのが好ましい。この場合、蛇口を開ける動作によって、浄水装置１の電源をオンし、蛇口を閉める動作によって、浄水装置１の電源をオフするようにすればよい。なお、蛇口でなくても、取出口５０ｂの開閉を行う開閉機構であればどのような部材であってもよい。このように、蛇口の開閉動作に連動して浄化運転の開始・停止を行うようにすれば、必要なときだけ浄化運転を実行できるので、蛇口を閉じた状態での無駄な浄化運転を無くすことができる。

また、浄化運転停止時に、経路切替機構３３によって第２経路（２）に切替えられた状態にして当該第２経路（２）の流量を当該経路切替機構３３の開閉量によって適正に保ち、且つ、主経路５０の取出口５０ｂの流量を蛇口の開閉量によって適正に調整する。これにより、常に、原水が主経路５０および排水経路５１を流れるようになるので、主経路５０および排水経路５１の凍結を防止することができる。

なお、電磁弁迂回機構３０は、処理対象となる原水の取込口５０ａから、ＲＯ膜１８の浄化処理によって生じる濃縮水の廃棄口５１ａに至る経路上に配置されていればよい。以下の実施形態２では、電磁弁迂回機構３０を他の経路上に設けた例について説明する。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

（浄水装置の構成）
図２に示すように、本実施形態にかかる浄水装置１Ａは、前記実施形態１の浄水装置１と異なり、電磁弁迂回機構３０が排水経路５１上に設けられたフラッシュ電磁弁２２の下流に配置されている。浄水装置１Ａは、電磁弁迂回機構３０の配置位置以外は、前記実施形態１の浄水装置１と同じ構成である。

浄水装置１Ａでは、フラッシュ電磁弁２２から排水経路５１の廃棄口５１ａに向かって順に、経路切替機構３３、電磁弁３１が配置されると共に、電磁弁３１を迂回するバイパス経路３２が設けられている。

これにより、フラッシュ電磁弁２２から排出される濃縮水を電磁弁３１によって止めたり、流したりすることができる。また、電磁弁３１をオフ状態にした場合であっても、経路切替機構３３を作動させて第１経路（１）から第２経路（２）であるバイパス経路３２に切替えることで、濃縮水を排出することが可能となる。

フラッシュ電磁弁２２は、オン状態で全開状態となり、オフ状態では完全に閉まるのではなく、少し開いた状態となるため、ＲＯ膜１８によって生じた濃縮水が常に流れることになる。しかしながら、経路切替機構３３によって第１経路（１）に切替えられた状態において、電磁弁３１をオフ状態にすれば、フラッシュ電磁弁２２から流れる濃縮水の排出を止めることができる。

（効果）
電磁弁迂回機構３０を、フラッシュ電磁弁２２の下流に設けることにより種々の効果を奏する。

例えば、浄化運転停止時に、経路切替機構３３によって第１経路（１）に切替えられた状態であれば、電磁弁３１によってフラッシュ電磁弁２２から流れる濃縮水の排出を止めることになるので、排水経路５１内の圧力（水圧）を所定の圧力に維持できる。これにより、浄化運転再開時における水圧不足によるタイムラグを殆ど無くして浄水を得ることが可能となる。

また、浄化運転停止時に、経路切替機構３３によって第２経路（２）に切替えられた状態にしておけば、常に、濃縮水が排水経路５１を流れるようになるので、主経路５０および排水経路５１の凍結防止になる。この場合、浄化運転停止時に、経路切替機構３３によって第２経路（２）に切替えられた状態にして当該第２経路（２）の流量を当該経路切替機構３３の開閉量によって適正に保ち、且つ、主経路５０の取出口５０ｂの流量を蛇口の開閉量によって適正に調整する。これにより、常に、濃縮水が主経路５０および排水経路５１を流れるようにする必要がある。

なお、浄水装置１Ａにおいても、前記実施形態１の浄水装置１と同様に、主経路５０の取出口５０ｂに設けられた蛇口を開ける動作に連動して、浄化運転の開始を行い、蛇口の閉める動作に連動して、浄化運転を停止するようにしてもよい。

また、本実施形態にかかる浄水装置１Ａでは、前記実施形態１の浄水装置１の電磁弁迂回機構３０をフラッシュ電磁弁２２の下流に配置するだけでよいので、安価に製造することができる。

なお、電磁弁迂回機構３０をフラッシュ電磁弁２２の下流だけでなく、フラッシュ電磁弁２２とＲＯ膜１８との間に設けてもよい。

〔変形例１〕
図３は、電磁弁迂回機構６０の概略的な構成を示す模式図である。

電磁弁迂回機構６０は、経路切替機構３３の代わりに、経路開閉機構６３を備えている。経路開閉機構６３は、第２経路（２）であるバイパス経路６２上に設けられている。

経路開閉機構６３は、電磁弁６１がオン状態のとき、バイパス経路６２を閉じ、電磁弁６１がオフ状態のとき、バイパス経路６２を開く。従って、経路開閉機構６３の開閉動作は、バイパス経路６２の開閉を行うことになるので、実質的に第１経路（１）と第２経路（２）とを切替えることになる。これにより、前記実施形態１に記載の経路切替機構３３と同様の操作を、より安価な部品で実施することが可能となる。このため、停電時に電磁弁６１が動作せず経路が塞がった状態であっても、経路開閉機構６３を開放することで、バイパス経路６２を通じて水を流すことが可能となる。

また、経路開閉機構６３は、開放度合いを連続して変化させるようなバルブのような機構であってもよい。例えば、バイパス経路６２に設けられた経路開閉機構６３を、開放度合いを連続して変化させるような機構とすれば、当該バイパス経路６２の通水量を連続的に変えることができる。これにより、経路開閉機構６３は、電磁弁６１が停止している場合であって、浄化が不要な場合には、バイパス経路６２内の通水量を少なくし、浄化が必要なときは、バイパス経路６２内の通水量を多くすることができる。このことを利用すれば、電磁弁６１が停止している場合であって、浄化が不要な場合である夜間などにおいてバイパス経路６２に少しでも水を流し続けることにより、当該バイパス経路６２の凍結を防止することができる。また、昼間、停電などによって電磁弁６１が停止している場合であって、浄化が必要な場合には、バイパス経路６２の通水量を多くすることで、浄化に必要な水圧を確保することが可能となる。

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。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１、１Ａ、１Ｂ 浄水装置
１０ 圧力スイッチ
１１ 減圧弁
１２ ＰＰフィルタ
１３ 前側ＴＤＳ
１４ 水温計
１５ 前側流量計
１６ 前側ＡＣフィルタ
１７ Ｐｕｍｐ
１８ ＲＯ膜
１９ 後側ＡＣフィルタ
２０ 後側流量計
２１ 後側ＴＤＳ
２２ フラッシュ電磁弁
３０、６０ 電磁弁迂回機構
３１、６１ 電磁弁（電力開閉機構）
３２、６２ バイパス経路
３３、６３ 経路切替機構（無電力開閉機構）
５０ 主経路
５０ａ 取込口
５０ｂ 取出口
５１ 排水経路
５１ａ 廃棄口

Claims (5)

1. 逆浸透膜を用いて水の浄化を行う浄水装置であって、
   処理対象となる原水の取り込み口から、上記逆浸透膜の浄化処理によって生じる濃縮水の廃棄口に至る経路上に電力で動作して当該経路を開閉する電力開閉機構を備え、
   上記電力開閉機構を迂回するバイパス経路と、
   上記バイパス経路を無電力で開閉する無電力開閉機構と、をさらに備えていることを特徴とする浄水装置。
2. 上記逆浸透膜の浄化処理によって生じる濃縮水の廃棄口に至る廃棄経路上に、電源オン状態よりも電源オフ状態の流量を少なくする流量制限弁を設け、
   上記廃棄経路上に、上記電力開閉機構、上記バイパス経路、および上記無電力開閉機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の浄水装置。
3. 上記逆浸透膜によって浄化された浄水を取り出す取出口を開閉する取出口開閉機構をさらに備え、
   上記取出口開閉機構による取出口の開放動作に連動して、本体装置における浄化運転が開始し、上記取出口開閉機構による取出口の閉塞動作に連動して、上記浄化運転が停止することを特徴とする請求項１または２に記載の浄水装置。
4. 上記無電力開閉機構は、上記バイパス経路の開放度合いを連続して変化させる機構であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の浄水装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の浄水装置を備えることを特徴とする家庭用浄水器。

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