WO2014196567A1 - 浄水器用カートリッジおよび浄水器 - Google Patents

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WO2014196567A1
WO2014196567A1 PCT/JP2014/064846 JP2014064846W WO2014196567A1 WO 2014196567 A1 WO2014196567 A1 WO 2014196567A1 JP 2014064846 W JP2014064846 W JP 2014064846W WO 2014196567 A1 WO2014196567 A1 WO 2014196567A1
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adsorbent
water purifier
cartridge
water
hollow fiber
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PCT/JP2014/064846
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Inventor
横山奈津子
田中康崇
磯部卓
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東レ株式会社
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    • E03C—DOMESTIC PLUMBING INSTALLATIONS FOR FRESH WATER OR WASTE WATER; SINKS
    • E03C2201/00—Details, devices or methods not otherwise provided for
    • E03C2201/40—Arrangement of water treatment devices in domestic plumbing installations

Definitions

  • the present invention relates to a water purifier cartridge for purifying tap water and a water purifier incorporating the water purifier cartridge.
  • water purifiers that purify tap water include faucet direct-coupled water purifiers that are directly connected to the outlets of taps and under-sink types that are installed under sinks.
  • faucet built-in water purifiers in which a water purifier cartridge (hereinafter referred to as a cartridge) is built in a shower head of a tap faucet.
  • the faucet built-in water purifier is advantageous in appearance because it is not necessary to attach a separate body to the outlet of the faucet, and has an advantage that it can be easily replaced because it is not necessary to go under the sink when replacing the cartridge.
  • the shower head which is a discharge port, can switch between purified water and raw water. Moreover, there is a thing which can switch clean water and raw
  • a cartridge of a water purifier with a built-in faucet for example, there is a cartridge using activated carbon formed in a cylindrical shape as in Patent Document 1.
  • An upstream cap that closes the end is fixed to the upstream side of the cylindrical activated carbon, and a downstream cap having a water purification outlet is fixed to the downstream side.
  • a hollow fiber membrane module is disposed on the downstream side of the activated carbon. If a microfiltration membrane having a filtration accuracy of 0.3 ⁇ m or less is used as the hollow fiber membrane, bacteria can be captured. However, since the volume of the activated carbon is reduced by providing the hollow fiber membrane module, there is a problem that the adsorption capacity is lowered and the life as a cartridge is shortened. If the cartridge is made larger, the life can be extended. However, there has been a problem that the faucet containing the cartridge becomes larger, making it difficult to use in the kitchen.
  • Patent Document 3 there is one in which a hollow fiber membrane is provided in a central space of a cylindrical activated carbon as in Patent Document 3, for example.
  • the central space of the cylindrical activated carbon can be used without waste.
  • the filter medium can be further increased. That is, in Patent Document 3, it cannot be said that the solution is sufficiently described or suggested for the problem that more filter media must be packed in the outer dimensions of the cartridge.
  • Patent Document 3 describes that a plurality of ridges for holding the inner peripheral surface of the cylindrical activated carbon are provided on the outer peripheral surface of the cylindrical case. Since pressure is applied from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the cylindrical activated carbon, it is common to provide a reinforcing member that is supported from the inner peripheral surface. However, the activated carbon in the vicinity of the contact portion of the ridge is difficult to flow water, and the adsorption ability cannot be exhibited. When the contact area of the protrusions, which are reinforcing members, to the inner peripheral surface of the cylindrical activated carbon is increased, there is a problem in that the adsorption capacity of the entire activated carbon is reduced and the life of the cartridge is shortened.
  • Patent Document 4 also proposes a hollow activated carbon membrane provided in a central space of a cylindrical activated carbon.
  • the hollow fiber membrane case that also serves as a cylindrical activated carbon holding member is described as having a mesh attached to a plurality of openings. The ability cannot be demonstrated as in Patent Document 3.
  • lattice part is thick, and it cannot be said that the center space of cylindrical activated carbon can be used without waste.
  • Patent Document 2 describes that an acrylic fiber tube is provided as a reinforcing member to solve the problem that the entire activated carbon layer cannot be used efficiently. However, a sufficient thickness is required to maintain the strength of the acrylic fiber tube. There was a problem of reducing the space for packing the filter medium.
  • An object of the present invention is to provide a water purifier cartridge and a water purifier that can pack a filter medium as much as possible, can efficiently use the entire adsorbent, and have a small and long life.
  • the cartridge for water purifier of the present invention that solves the above problems is as follows.
  • a cylindrical adsorbent, an inlet cap for closing one end of the adsorbent, an outlet cap having an opening disposed at the other end of the adsorbent, and a hollow fiber membrane bundle bundled in a U shape Have The hollow fiber membrane bundle is sealed and fixed in the opening of the outlet cap, and a part of the hollow fiber membrane bundle protruding from the outlet cap is disposed in the central space of the adsorbent.
  • a part of the hollow fiber membrane bundle disposed in the central space of the adsorbent is a hollow fiber membrane bundle in a range indicated by L2 in FIG.
  • the entire hollow fiber membrane bundle includes a portion sealed and fixed to the opening of the outlet cap, and is a hollow fiber membrane bundle in a range indicated by L1 in FIG.
  • the total length of the hollow fiber membrane bundle is the length of L1 in FIG.
  • the length of the hollow nest membrane bundle disposed in the center of the adsorbent is the length of L2 in FIG.
  • the cartridge for water purifier of the present invention preferably has a reinforcing member in the vicinity of the inner periphery of the adsorbent, and the reinforcing member is preferably a metal.
  • the reinforcing member is stainless steel.
  • the reinforcing member is preferably a coil spring.
  • the coil spring preferably has a wire diameter of 0.3 mm or more and 1.5 mm or less.
  • the pitch of the coil spring is not more than one quarter of the total length of the adsorbent.
  • the contact length of the coil spring is not more than a quarter of the total length of the adsorbent.
  • the contact length of the coil spring is a length of the coil spring when the coil spring is compressed and adjacent coils are in close contact with each other.
  • the total length of the adsorbent is the length of L3 in FIG.
  • the average distance between the reinforcing member and the adsorbent is preferably 1 mm or less.
  • the water purifier cartridge of the present invention has a plurality of convex portions on the outer periphery of the outlet cap.
  • the water purifier of the present invention is configured such that the cartridge for the water purifier of the present invention is detachable.
  • the water faucet built-in water purifier cartridge of the present invention is a water purifier cartridge of the present invention that is used by being incorporated in a faucet.
  • the faucet built-in water purifier of the present invention is configured so that the faucet built-in water purifier cartridge of the present invention is detachable.
  • the water purifier cartridge of the present invention includes a cylindrical adsorbent, an inlet cap that closes one end of the adsorbent, an outlet cap that has an opening disposed at the other end of the adsorbent, and a hollow bundled in a U-shape.
  • the hollow fiber membrane bundle is sealed and fixed in the opening of the outlet cap, and a part of the hollow fiber membrane bundle protruding from the outlet cap is disposed in the central space of the adsorbent. Therefore, the filter medium can be packed to the maximum without wasting the central space of the cylindrical adsorbent.
  • the space can be used more efficiently.
  • a part of the portion that is not sealed and fixed may be disposed in the central space of the adsorbent. In order to use it without waste, as shown in FIG. 1, it is preferable that the whole part not sealed and fixed is disposed in the central space of the adsorbent.
  • a reinforcing member is provided near the inner periphery of the adsorbent, it can be firmly supported from the inner periphery even when pressure is applied from the outer periphery to the inner periphery of the cylindrical adsorbent. Moreover, since the reinforcing member is metal, the thickness can be reduced while ensuring the strength of the reinforcing member, and the space in the cartridge is not wasted.
  • the reinforcing member is made of stainless steel, it can be prevented from being rusted by being immersed in water, and since it has sufficient strength, it can be firmly held from the inner peripheral side of the cylindrical adsorbent.
  • the reinforcing member is a coil spring
  • the contact area of the cylindrical activated carbon with the inner peripheral surface can be reduced, the adsorption capacity of the entire activated carbon is not reduced, and the life of the cartridge is not shortened, so that the entire adsorbent is more efficient. Can be used.
  • the coil spring has a wire diameter of 0.3 mm or more and 1.5 mm or less, the effect of efficiently using the entire adsorbent by reducing the contact area to the inner peripheral surface of the cylindrical activated carbon, The effect of holding firmly from the inner peripheral side of the adsorbent can be exhibited more.
  • the pitch of the coil springs is less than one quarter of the total length of the adsorbent, the number of turns of the coil spring is sufficient with respect to the total length of the adsorbent, and the coil adsorbent is firmly secured from the inner peripheral side of the cylindrical adsorbent. The effect to hold
  • the coil spring contact length is less than or equal to one-fourth of the total length of the adsorbent, the effect of efficiently using the entire adsorbent can be more exhibited.
  • the average distance between the reinforcing member and the adsorbent is 1 mm or less, even if pressure is applied from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the cylindrical adsorbent and the adsorbent is deformed to the inner peripheral side, the adsorbent The shape of the adsorbent can be maintained by firmly holding from the inner peripheral side.
  • the outlet cap has a plurality of convex portions, the outlet cap is supported and fixed in the step of welding or fitting the connecting member for attaching / detaching the water purifier cartridge to / from the water purifier. be able to.
  • the above cartridge is a faucet built-in water purifier cartridge or a water faucet with built-in faucet that can be attached and detached, the effect of being small and having a long life can be further exhibited.
  • the user can obtain delicious and safe water.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a water purifier cartridge of the present invention.
  • FIG. 2 is a left side view showing an example of the water purifier cartridge of the present invention.
  • FIG. 3 is a partially cutaway cross-sectional view showing a state in which the water purifier cartridge of the present invention is built in a faucet.
  • the water purifier cartridge 1 is connected from the upstream side in the order of an inlet cap 11, a cylindrical adsorbent 2, an outlet cap 12, and a connection cap 13, and the outlet cap 12 has a hollow fiber membrane.
  • a bundle 51 is sealed and fixed by a casting material 53.
  • the adsorbent 2 has a cylindrical shape and is composed of an adsorbent molded body 21 mainly composed of fibrous activated carbon, an inner diameter side nonwoven fabric 22 and an outer diameter side nonwoven fabric 23.
  • the adsorbent molded body 21 is obtained by mixing a plurality of fibrous activated carbons having different specific surface areas and pore diameter distributions at a predetermined ratio, and further adding ion exchange fibers for selectively taking lead ions and heat fusion fibers. is there. These are formed into a sheet and wound up at a constant tension around a shaft on which the inner diameter side nonwoven fabric 22 is wound. When a predetermined outer diameter is reached, heat treatment is performed.
  • the heat-fusible fiber has a core-sheath structure, the core has a high melting point and the sheath has a low melting point, and only the sheath is melted and welded by this heat treatment.
  • the outer diameter side nonwoven fabric 23 is wound around what is maintained in a cylindrical shape, and cut to a predetermined length.
  • a molded body made of fibrous activated carbon, a lead adsorbent, and a heat-sealing fiber may be molded by a wet molding method. Not only fibrous activated carbon but also granular activated carbon and powdered activated carbon may be mixed. Only granular activated carbon or powdered activated carbon can be used. Moreover, you may use the heat-fusion material which is not fibrous.
  • lead ions can be efficiently removed.
  • An adsorbent molded body containing no lead removing material or an adsorbent molded body containing an arsenic removing material or an antibacterial material may be used.
  • the inlet cap 11 has a disk shape, and a cylindrical rib 31 and concentric grooves 32 are formed on the surface connected to the activated carbon.
  • the rib 31 has a thickness of 0.3 to 1.5 mm and a height of 1 to 4 mm, and serves to align the central axis with the cylindrical adsorbent 2.
  • Adhesion between the inlet cap 11 and the adsorbent 2 is a one-pack type silicone rubber bonding method that is cured by reacting with moisture in the air, even in a hot melt bonding method in which a thermoplastic resin heated and melted is applied and then cooled and solidified. But you can.
  • the groove 32 has a width of 1 to 2 mm and a depth of 0.5 to 1 mm, and the adhesive 35 sufficiently penetrates and cures, so that the adhesive 35 and the inlet cap 11 have a high adhesive force.
  • the material of the inlet cap 11 is preferably an amorphous resin having good affinity with the adhesive, and ABS resin and polystyrene are preferable in consideration of safety.
  • the outlet cap 12 has a disk shape having an opening 43 in the center, and cylindrical ribs 41 and ribs 42 are provided upright on the surface connected to the adsorbent 2.
  • the rib 41 has a thickness of 0.3 to 1.5 mm and a height of 1 to 4 mm, and plays a role in aligning the central axis with the cylindrical activated carbon 2.
  • the outer diameter of the rib 42 is slightly smaller than the inner diameter of the coil spring 15 described later, and the end of the coil spring 15 is accommodated between the rib 42 and the adsorbent 2.
  • the rib 42 not only aligns the center axes of the coil spring 15 and the adsorbent 2 described later, but also serves to prevent the adhesive 36 from protruding to the inner diameter side of the activated carbon 2 and solidifying.
  • a groove 44 is formed on the surface of the outlet cap 12 connected to the adsorbent 2, similar to the inlet cap 11.
  • the groove 44 has a width of 1 to 2 mm and a depth of 0.5 to 1 mm, and the adhesive 36 sufficiently penetrates and hardens, so that the adhesive 36 and the outlet cap 12 have a high adhesive force.
  • an amorphous resin having a good affinity with the adhesive is preferable, and ABS resin and polystyrene are preferable in consideration of safety.
  • Eight radial ribs (convex portions) 45 at 90 ° intervals are provided on the outer periphery of the outlet cap 12.
  • the outlet cap 12 can be supported and fixed in the process of welding or fitting the connection cap 13 for attaching / detaching the water purifier cartridge to / from the water purifier to the outlet cap. If the adsorbent 2 adhered to the outlet cap 12 is supported, a large compressive force may be applied to the adsorbent 2 when the connection cap 13 is welded or fitted, but the adsorbent 2 may be damaged, but radial ribs (convex portions). If 45 is supported and fixed, such damage can be reliably prevented.
  • a hollow fiber membrane bundle 51 which is a bundle of hollow fiber membranes and bent into an inverted U shape, is sealed and fixed by a casting material 52.
  • the casting material 52 is filled between the hollow fiber membranes and between the hollow fiber membranes and the outlet cap 12 and solidifies, so that the hollow fiber membranes are sealed with the casting material 52 and sealed.
  • the hollow fiber membrane bundle 51 is fixed to the outlet cap 12 by the casting material 52.
  • the hollow fiber membrane is opened toward the connection cap 13 by partially cutting and removing the casting material. A part of the inner peripheral surface of the outlet cap 12 is subjected to a graining process to prevent the casting material 52 from being peeled off from the outlet cap 12.
  • a hydrophilized polysulfone hollow fiber membrane is used as the hollow fiber membrane bundle 51.
  • Polysulfone is excellent in biological properties, heat resistance, chemical resistance and the like, and is preferable for water purifier applications.
  • a hollow fiber membrane of polyacrylonitrile, polyphenylenesulfone, polyethersulfone, polyethylene, or polypropylene may be used. You may combine multiple types of hollow fiber membranes from which materials differ. If a hollow fiber membrane made of hydrophobic polyethylene or polypropylene is inserted, air mixed in water can be discharged efficiently.
  • the hollow fiber membrane has a pore diameter of 0.1 to 0.3 ⁇ m and is most suitable for capturing turbidity in tap water.
  • the hollow fiber membrane has a sufficient strength with an outer diameter of ⁇ 300 to 500 ⁇ m, an inner diameter of ⁇ 200 to 340 ⁇ m, and a thickness of 50 to 100 ⁇ m. It does not break in the process of bending into a U-shape in manufacturing or the process of pushing into the outlet cap 12.
  • the cross-sectional area of only the hollow fiber membrane of the hollow fiber membrane bundle 51 is 45 to 55% of the cross-sectional area of the opening 43 of the outlet cap 12, it has a high turbidity filtration capability and can be used for a long time. . This is because the membrane area of the hollow fiber membrane is in an appropriate range, and the turbidity goes around to the inside of the hollow fiber membrane bundle. Since the hollow fiber membrane has an outer diameter of ⁇ 300 to 500 ⁇ m and is sufficiently thin while having strength, a sufficiently large membrane area can be secured in a small casing. This is also a factor that exhibits high turbidity filtration ability.
  • the casting material (potting material) 52 is a two-component mixed type in which a fluid main agent and a curing agent are mixed and cured, and polyurethane, epoxy resin, or the like can be used as appropriate. What is necessary is just to solidify them by the centrifugation method or the stationary method.
  • a step for engaging with a connection cap 13 described later is provided on the outer peripheral side of the end portion sealed and fixed by the casting material 52.
  • the connection cap 13 has a large tube 61 and a small tube 62, has a first connection portion 63 with the outlet cap 12 on the inner peripheral side of one end of the large tube 61, and is on the outer peripheral side of one end of the small tube 62. It has the 2nd connection part 64 with a faucet.
  • the step provided on the first connection portion 63 is engaged with the step provided on the outlet cap 12 so that there is no rattling. In the engaged state, the outlet cap 12 and the connection cap 13 are welded by applying vibration energy while applying pressure by applying a horn of an ultrasonic welder from the connection cap 13 side.
  • any method such as a bad joint method, a step joint method, a shear joint method, and a bead joint method may be used, but there is no particular limitation, but a shear joint method that is excellent in water tightness and air tightness is most suitable.
  • the outlet cap 12 and the connection cap 13 may be coupled not by ultrasonic welding but by fitting.
  • two annular enlarged diameter portions 65 and 66 are provided on the outer peripheral side of the end portion of the outlet cap 12 sealed and fixed by the casting material 52, as shown in FIG.
  • the annular diameter-enlarged portion 65 on the side far from the tip meshes with the annular diameter-reduced portion 71 of the connection cap 13 so that the connection is not easily disconnected even when pulled in the axial direction.
  • the tip of the annular enlarged diameter portion 65 is in close contact with the inner peripheral surface of the connection cap 13, thereby preventing water from leaking from the outside.
  • An annular enlarged diameter portion 66 on the side close to the tip is also in close contact with the inner peripheral surface of the connection cap 13 to supplement prevention of water inflow from the outside.
  • An elastic member such as an O-ring may be interposed between the outlet cap 12 and the connection cap 13.
  • An O-ring 74 is attached to the annular groove 67 of the second connection portion 64 of the small tube 62. As shown in FIG. 2, since the connection cap 13 is connected to the inside of the faucet via the O-ring 74, purified water and raw water (unpurified tap water) will not be mixed.
  • 3 to 15 granular antibacterial materials may be loaded. If the antibacterial material is granular with a diameter of 1 to 6 mm, it can be loaded even in a narrow space, but can easily be prevented from flowing out using a nonwoven fabric or mesh cloth. Antibacterial materials are never mixed with purified water.
  • the antibacterial material is porous calcium phosphate or zeolite with silver supported, a small amount of silver ions can be eluted with good sustainability.
  • activated carbon decomposes and removes residual chlorine, bacteria easily propagate in the purified water, and bacteria entering from the purified water discharge port may reach the water purifier cartridge 1, but silver ions can prevent bacterial growth.
  • the nonwoven fabric used preferably has a basis weight of 10 to 300 g / m 2 and a thickness of 0.05 to 5 mm.
  • As the material polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene and the like are inexpensive and preferable.
  • connection cap 13 As the material of the connection cap 13, when the outlet cap 12 is connected by ultrasonic welding, the same material as the outlet cap is used. ABS resin, polyacetal, polycarbonate, polystyrene having high dimensional accuracy in molding can be used.
  • relatively soft polyethylene or polypropylene is used. In the case of polyethylene or polypropylene, it is easy to forcibly remove the mold in the undercut portion, and the mold production cost is low. Since it is relatively soft, it is easy to fit in production, and productivity is improved. If the meshing between the annular enlarged portion 65 and the annular reduced diameter portion 71 is adjusted to 0.1 to 0.5 mm, the outlet cap 12 and the connection cap 13 are not easily detached during use or replacement.
  • connection cap 13 is detachable from the first connection portion 64 of the outlet cap 12, and the user can replace the antibacterial material and the nonwoven fabric with new ones as necessary, and can maintain the effect of preventing bacterial growth.
  • a coil spring (reinforcing member) 15 is disposed in the vicinity of the inner periphery of the cylindrical adsorbent 2. Since the reinforcing member is a coil spring, the contact area of the cylindrical activated carbon with the inner peripheral surface can be reduced, the adsorption capacity of the entire activated carbon is not reduced, and the life of the cartridge is not shortened. Available. As in the case where meshes are attached to a plurality of openings, water does not easily flow to the activated carbon in the vicinity of the lattice portion other than the openings, so that the adsorption ability cannot be exhibited.
  • the wire diameter of the coil spring (reinforcing member) 15 is preferably 0.3 mm or more and 1.5 mm or less.
  • the inner circumference of the adsorbent 2 is applied when pressure is applied from the outer circumference side to the inner circumference side of the cylindrical adsorbent 2. It can support firmly from the side and can prevent that the adsorbent 2 sinks. And since it is a small occupied volume, it hardly interferes with packing of many filter media. If the wire diameter is less than 0.3 mm, the strength may be insufficient, and the adsorbent 2 may not be firmly supported from the inner peripheral side. If the wire diameter exceeds 1.5 mm, the occupied volume becomes large, the space in the cartridge is wasted, and the filter medium cannot be packed to the maximum extent.
  • the pitch of the coil springs (reinforcing members) 15 is preferably equal to or less than a quarter of the entire length of the adsorbent 2. If the pitch of the coil spring (reinforcing member) 15 is less than or equal to one-fourth of the total length of the adsorbent 2, the pitch is sufficiently small and the number of turns is sufficiently large. When pressure is applied from the side to the inner peripheral side, the adsorbent 2 can be firmly supported from the inner peripheral side to prevent the adsorbent 2 from sinking. If the pitch is 1 ⁇ 4 or more of the total length of the adsorbent 2, the number of turns is small, and the adsorbent 2 may not be firmly supported from the inner peripheral side.
  • the contact length of the coil spring (reinforcing member) 15 is preferably not more than a quarter of the entire length of the adsorbent 2. If the contact length of the coil spring (reinforcing member) 15 is less than or equal to one-fourth of the total length of the adsorbent 2, the contact area with the inner peripheral surface of the adsorbent 2 is small. The life of the cartridge is not shortened, and the entire adsorbent can be used efficiently.
  • the average distance between the coil spring (reinforcing member) 15 and the adsorbent 2 is preferably 1 mm or less. If the average distance between the coil spring (reinforcing member) 15 and the adsorbent 2 is 1 mm or less, when pressure is applied from the outer peripheral side of the cylindrical adsorbent 2 to the inner peripheral side, the adsorbent 2 will Even if it deform
  • the material of the coil spring (reinforcing member) 15 stainless steel, piano wire, hard steel wire or the like is used.
  • Stainless steel is most preferable because it can be prevented from being rusted by being immersed in water.
  • it since it has sufficient strength than the resin material, it can be firmly held from the inner peripheral side of the cylindrical adsorbent, and the occupied volume can be reduced, so that many filter media can be packed. Almost no hindrance.
  • the reinforcing member not a coil spring but a mesh sheet wound in a cylindrical shape may be used. If the wire diameter and pitch of the steel wire constituting the mesh sheet are appropriately selected, when pressure is applied from the outer peripheral side of the cylindrical adsorbent 2 to the inner peripheral side, it is firmly secured from the inner peripheral side of the adsorbent 2 At the same time, the area of contact with the inner peripheral surface of the cylindrical activated carbon can be reduced, and it is possible to prevent the adsorption capacity of the entire activated carbon from being lowered and the life of the cartridge from being shortened.
  • the water purifier cartridge 1 having the above configuration is suitably used as a cartridge built in a faucet built-in water purifier as shown in FIG.
  • a flow path switching valve is incorporated in the head 81 of the water purifier with built-in faucet so that it can be switched between a purified water state for purifying tap water and a raw water state for discharging tap water as it is.
  • the water purifier built-in water purifier cartridge has a maximum diameter of 35 mm or less and a total length of 150 mm or less. A large amount of filter medium is packed without wasting space within the determined outer dimensions of the cartridge.
  • tap water flows into the outer peripheral side of the water purifier cartridge 1.
  • the adsorbent 2 is moved to the outer diameter side nonwoven fabric 23, the adsorbent molded body 21, and the inner diameter side nonwoven fabric. Pass in the order of 22.
  • free residual chlorine in tap water is decomposed, and at the same time, volatile organic substances in tap water are adsorbed and removed.
  • water reaches the hollow fiber membrane bundle 51 inside the adsorbent 2. Water flows from the outer diameter side to the inner diameter side of the hollow fiber membrane, and turbidity and bacteria in tap water are captured by the hollow fiber membrane.
  • the purified water that has passed through the hollow fiber membrane passes through the inside of the small cylinder 62 of the connection cap 13, passes through the flow path switching valve of the head 81, and is discharged from the faucet as purified water.
  • the user can obtain delicious and safe purified water.
  • Example 1 As the cylindrical adsorbent, three kinds of fibrous activated carbons having different specific surface areas and pore size distributions were mixed, and further, ion exchange fibers that selectively take in lead ions and heat-sealed fibers were used. These were made into a sheet and wound up at a constant tension around a shaft on which the inner diameter side nonwoven fabric was wound. The inner diameter was 17 mm. Heat treatment was performed after the outer diameter reached 25 mm. The heat-fusible fiber has a core-sheath structure, and only the sheath was melted by heat treatment. The density is 0.28 g / cc. A non-woven fabric on the outer diameter side was wound around what was kept cylindrical by welding and cut to a length of 81 mm.
  • the hollow fiber membrane bundle 434 hydrophilic polysulfone hollow fiber membranes and one hydrophobic polyethylene hollow fiber membrane were used.
  • the outer diameter of the hydrophilized polysulfone hollow fiber membrane was ⁇ 360 ⁇ m, the inner diameter was ⁇ 220 ⁇ m, and the film thickness was 70 ⁇ m.
  • the total length of the hydrophilized polysulfone hollow fiber membrane was 85 mm.
  • the length disposed in the central space of the adsorbent is 76 mm, which corresponds to 89% of the total length.
  • the film area excluding the portion sealed and fixed with the casting material was secured to 0.07 m 2 .
  • coil spring wire diameter 0.5 mm, pitch 5 mm, coil average diameter 16.2 mm, coil outer diameter 16.7 mm, total number of turns 17.5, free length 80.5 mm, adhesion length 8.25 mm, material A SUS304 coil spring was used.
  • the pitch is about 1/16 of the total length of the adsorbent, and the contact length is about 1/10 of the total length of the adsorbent.
  • the average distance between the coil spring and the adsorbent was 0.15 mm.
  • an opening cap having a cross-sectional area of 167 mm 2 was used as the outlet cap.
  • the outlet cap and the connection cap were connected by ultrasonic welding.
  • Example 2 The same cylindrical adsorbent and hollow fiber membrane bundle as in Example 1 were used. No coil spring was placed near the inner periphery of the adsorbent. The outlet cap and the connection cap were connected by ultrasonic welding.
  • ⁇ Comparative Example 1> A product in which a hollow fiber membrane module is arranged on the downstream side of a conventional cylindrical adsorbent, that is, an adsorbent and a hollow fiber membrane arranged in series was manufactured.
  • a conventional cylindrical adsorbent that is, an adsorbent and a hollow fiber membrane arranged in series was manufactured.
  • the cylindrical adsorbent three kinds of fibrous activated carbons having different specific surface areas and pore size distributions were mixed, and further, ion exchange fibers that selectively take in lead ions and heat-sealed fibers were used. These were made into a sheet and wound up at a constant tension around a shaft on which the inner diameter side nonwoven fabric was wound. The inner diameter was 8.3 mm. Heat treatment was performed after the outer diameter reached 25 mm. The heat-fusible fiber has a core-sheath structure, and only the sheath was melted by heat treatment. The outer diameter side non-woven fabric was wound around the cylindrical shape maintained by welding and
  • the hollow fiber membrane bundle 864 polysulfone hollow fiber membranes made hydrophilic and one hydrophobic polyethylene hollow fiber membrane were used.
  • the outer diameter of the hydrophilized polysulfone hollow fiber membrane was ⁇ 360 ⁇ m, the inner diameter was ⁇ 220 ⁇ m, and the film thickness was 70 ⁇ m. Since the adsorbent and the hollow fiber membrane are connected in series, the hollow fiber membrane bundle cannot be made very long. Therefore, the membrane area excluding the portion sealed and fixed with the casting material was only 0.054 m 2 .
  • the outlet cap and the connection cap were connected by ultrasonic welding.
  • the present invention can be applied to water purifiers in general, such as faucet direct-coupled water purifiers, stationary water purifiers, pot-type water purifiers, and under-sink water purifiers, but is not limited thereto.

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Abstract

　本発明の浄水器用カートリッジは、円筒状の吸着材と、吸着材の一端を閉塞する入口キャップと、吸着材の他端に配設した開口部を有する出口キャップと、Ｕ字状に束ねた中空糸膜束とを有し、出口キャップの開口部に中空糸膜束が封止および固定され、出口キャップから突出した中空糸膜束の一部が吸着材の中央の空間に配設されている。　本発明により、何らかの原因で細菌が活性炭に入り込んでも浄水に細菌が混入することが無く、円筒状の吸着材の中央の空間を無駄にすることなく最大限に濾材を詰め込むことができ、吸着材全体を効率的に利用することができ、小型で長寿命な浄水器用カートリッジが提供される。

Description

浄水器用カートリッジおよび浄水器
　本発明は、水道水を浄化する浄水器用カートリッジと、浄水器用カートリッジを内蔵する浄水器に関する。
　従来、水道水を浄化する浄水器としては、水道水栓の吐出口に直結する蛇口直結型浄水器や、シンクの下に設置するアンダーシンク型などがある。近年、水道水栓のシャワーヘッドに浄水器用カートリッジ（以下、カートリッジ）を内蔵する水栓内蔵型浄水器が増加している。水栓内蔵型浄水器は、水栓の吐出口に別体を取り付ける必要が無いので外観上好ましく、カートリッジを交換する際にシンクの下にもぐり込む必要が無いので交換が容易にできる長所がある。吐出口であるシャワーヘッドは浄水と原水の切換ができる。また、浄水と原水を、それぞれ直流水とシャワー水に切換可能なものもある。
　水栓内蔵型浄水器のカートリッジとしては、例えば特許文献１のような円筒状に成形した活性炭を用いているものがある。円筒状の活性炭の上流側には端部を塞ぐ上流側キャップが固定され、下流側には浄水出口を有する下流側キャップが固定されている。
　しかしながら、活性炭だけを用いたカートリッジでは細菌や微粒子を除去できないという問題点があった。
　これに対して、例えば特許文献２のような、活性炭の下流側に中空糸膜モジュールを配設したものがある。中空糸膜として濾過精度が０．３μｍ以下の精密濾過膜を用いれば、細菌を捕捉することができる。しかしながら、中空糸膜モジュールを配設したことにより活性炭の体積が減るので、吸着能力が下がり、カートリッジとしての寿命が短くなってしまうという問題点があった。カートリッジを大きくすれば寿命を延ばすことができるが、カートリッジを内蔵する水栓が大きくなり、キッチンで使いにくくなるという問題点があった。使用者が望むように寿命を延ばすためには、水栓の内部空間に収まる所定の寸法内、すなわち決められたカートリッジの外形寸法内に、より多くの濾材を詰め込まなければならない。しかしながら、特許文献２に提案された構造では、円筒状の活性炭の中央の空間に濾材が詰められてなく、無駄になっている。
　これに対して、例えば特許文献３のような、円筒状の活性炭の中央の空間に中空糸膜を設けたものがある。円筒状の活性炭の中央の空間も無駄無く使えている。しかし、中空糸膜を挿入した円筒ケースが無ければ、さらに濾材を増やすことができる。すなわち、特許文献３は、カートリッジの外形寸法内に、より多くの濾材を詰め込まなければならないという課題に対しては、解決策が十分に記載や示唆がされているとは言えない。
　特許文献３には、円筒ケースの外周表面に、円筒状の活性炭の内周表面を保持する複数の突条が設けられていると記載されている。円筒状の活性炭の外周側から内周側に圧力が加わるため、内周表面から支持する補強部材を設けるのが一般的である。しかしながら、突条の接触部近傍の活性炭には水が流れにくくなり吸着能力が発揮できない。補強部材である突条の、円筒状活性炭の内周面への接触面積が大きくなると、活性炭全体の吸着能力が下がって、カートリッジの寿命が短くなってしまうという問題点があった。
　特許文献４にも、円筒状の活性炭の中央の空間に中空糸膜を設けたものが提案されている。円筒状の活性炭の保持部材を兼ねた中空糸膜ケースは、複数の開口にメッシュが貼り付けられていると記載されているが、開口以外の格子部近傍の活性炭に水が流れにくくなって吸着能力が発揮できないのは、特許文献３と同様である。また、樹脂製の格子部は厚さが大きく、円筒状の活性炭の中央の空間を無駄無く使えているとは言えない。
　特許文献２には、補強部材としてアクリル繊維製の筒を設けることにより、活性炭層全体を効率的に利用できない課題を解決することが記載されている。しかしながら、アクリル繊維製の筒で強度を保つためには十分な厚さが必要になる。濾材を詰めるための空間を減らしてしまうという問題点があった。
特開２００１－３２３５２８号公報 特開２００６－１５１９９号公報 特開平９－１５００４３号公報 特開２００８－１３６９３３号公報
　本発明は、従来の技術における上記の問題点に鑑み、何らかの原因で細菌が活性炭に入り込んでも浄水に細菌が混入することが無く、円筒状の吸着材の中央の空間を無駄にすることなく最大限に濾材を詰め込むことができ、吸着材全体を効率的に利用することができ、小型で長寿命な浄水器用カートリッジと、浄水器を提供することにある。
　上記の課題を解決する本発明の浄水器用カートリッジは、
円筒状の吸着材と、この吸着材の一端を閉塞する入口キャップと、この吸着材の他端に配設された開口部を有する出口キャップと、Ｕ字状に束ねた中空糸膜束とを有し、
前記出口キャップの開口部に前記中空糸膜束が封止および固定され、前記出口キャップから突出した中空糸膜束の一部が吸着材の中央の空間に配設されている。
ここで、吸着材の中央の空間に配設されている中空糸膜束の一部とは、図６のＬ２で示される範囲の中空糸膜束である。これに対し中空糸膜束の全体には、出口キャップの開口部に封止および固定されている部分も含まれ、図６のＬ１で示される範囲の中空糸膜束である。
　本発明の浄水器用カートリッジは、前記中空糸膜束の全長の７０％以上が前記吸着材の中央の空間に配設されていることが好ましい。
ここで、中空糸膜束の全長とは、図６のＬ１の長さのことである。吸着材の中央に配設されている中空巣膜束の長さとは、図６のＬ２の長さのことである。
　本発明の浄水器用カートリッジは、前記吸着材の内周近傍に補強部材を有し、この補強部材が金属であることも好ましい。
　本発明の浄水器用カートリッジは、前記補強部材がステンレスであることも好ましい。　　　
　本発明の浄水器用カートリッジは、前記補強部材がコイルスプリングであることも好ましい。
　本発明の浄水器用カートリッジは、前記コイルスプリングの線径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることも好ましい。
　本発明の浄水器用カートリッジは、前記コイルスプリングのピッチが吸着材の全長の４分の１以下であることも好ましい。
　本発明の浄水器用カートリッジは、前記コイルスプリングの密着長が吸着材の全長の４分の１以下であることも好ましい。
ここで、コイルスプリングの密着長とは、コイルスプリングを圧縮し、互いに隣り合うコイルが密着したときのコイルスプリング長さである。吸着材の全長とは、図６のＬ３の長さのことである。
　本発明の浄水器用カートリッジは、補強部材と吸着材との距離の平均が１ｍｍ以下であることも好ましい。
　本発明の浄水器用カートリッジは、出口キャップの外周に複数の凸部を有することも好ましい。
　また、本発明の浄水器は、本発明の浄水器用カートリッジが着脱可能に構成されている。
　また、本発明の水栓内蔵型浄水器用カートリッジは、水栓に内蔵されて用いられる本発明の浄水器用カートリッジである。
　また、本発明の水栓内蔵型浄水器は、本発明の水栓内蔵型浄水器用カートリッジが着脱可能に構成されている。
　本発明の浄水器用カートリッジは、円筒状の吸着材と、吸着材の一端を閉塞する入口キャップと、吸着材の他端に配設した開口部を有する出口キャップと、Ｕ字状に束ねた中空糸膜束とを有し、出口キャップの開口部に中空糸膜束が封止および固定され、出口キャップから突出した中空糸膜束の一部が吸着材の中央の空間に配設されているので、円筒状の吸着材の中央の空間を無駄にすることなく最大限に濾材を詰め込むことができる。
　中空糸膜束の全長の７０％以上が吸着材の中央の空間に配設されていれば、空間をより無駄なく利用することができる。中空糸膜束は、図６に示すように、封止および固定されていない部分の一部が吸着材の中央の空間に配設されていていればよいが、吸着材の中央の空間をより無駄なく利用するため、図１に示すように、封止および固定されていない部分全体が吸着材の中央の空間に配設されているのが好ましい。
　吸着材の内周近傍に補強部材を有せば、円筒状の吸着材の外周側から内周側に圧力が加わっても内周側からしっかりと支持することができる。しかも補強部材が金属であるので、補強部材の強度を確保しながら厚さを小さくでき、カートリッジ内の空間を無駄にすることがない。
　補強部材がステンレスであれば、水に浸って錆びるのを防止することができ、しかも十分な強度を有するので、円筒状の吸着材の内周側からしっかりと保持することができる。
　また、補強部材がコイルスプリングであれば、円筒状活性炭の内周面への接触面積を小さくでき、活性炭全体の吸着能力が下がってカートリッジの寿命が短くなることがなく、吸着材全体をより効率的に利用できる。
　また、コイルスプリングの線径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であれば、円筒状活性炭の内周面への接触面積を小さくして吸着材全体を効率的に利用する効果と、円筒状の吸着材の内周側からしっかりと保持する効果がより発揮できる。
　また、コイルスプリングのピッチが吸着材の全長の４分の１以下であれば、コイルスプリングの巻き数が吸着材の全長に対して十分であり、円筒状の吸着材の内周側からしっかりと保持する効果をより発揮できる。
　また、コイルスプリングの密着長が、吸着材の全長の４分の１以下であれば、吸着材全体を効率的に利用する効果がより発揮できる。
　また、補強部材と吸着材との距離の平均が１ｍｍ以下であれば、円筒状の吸着材の外周側から内周側に圧力が加わって吸着材が内周側に変形しても、吸着材の内周側からしっかりと保持して吸着材の形状を維持することができる。
　また、出口キャップの外周に複数の凸部を有していれば、浄水器用カートリッジを浄水器に着脱するための接続部材を出口キャップに溶着したり嵌めたりする工程で、出口キャップを支持固定することができる。
　また、上記のカートリッジが水栓内蔵型浄水器用カートリッジや、それが着脱できる水栓内蔵型浄水器であれば、小型で長寿命であるという効果をより発揮できる。
　また、上記の浄水器用カートリッジが着脱できる浄水器であれば、使用者は美味しくて安全な浄水を得ることができる。
本発明の浄水器用カートリッジの一例を示す縦断面図である。 本発明の浄水器用カートリッジの一例を示す左側面図である。 本発明の浄水器用カートリッジを水栓に内蔵した状態を示す一部切り欠き断面図である。 本発明の浄水器用カートリッジの出口キャップ近傍の断面図である。 本発明の浄水器用カートリッジの他の実施形態を示す縦断面図である。 中空糸膜束の全長、吸着材の中央の空間に配置された中空糸膜束の長さ、および吸着材の全長を説明する図である。
　本発明の浄水器用カートリッジの一実施形態を図面に基いて説明する。
　図１は本発明の浄水器用カートリッジの一例を示した縦断面図である。図２は本発明の浄水器用カートリッジの一例を示す左側面図である。図３は本発明の浄水器用カートリッジを水栓に内蔵した状態を示す一部切り欠き断面図である。
　図１に示すように、浄水器用カートリッジ１は、上流側から、入口キャップ１１、円筒形の吸着材２、出口キャップ１２、接続キャップ１３の順に連結されていて、出口キャップ１２には中空糸膜束５１が注型材５３により封止および固定されている。
　吸着材２は円筒形で、繊維状活性炭を主成分とする吸着材成形体２１と、内径側不織布２２と、外径側不織布２３とから成る。吸着材成形体２１は、比表面積や細孔径分布が異なる複数の繊維状活性炭を所定の割合で混合し、さらに鉛イオンを選択的に取り込むイオン交換繊維と、熱融着繊維を添加したものである。これらをシート化して、内径側不織布２２を巻いた軸に一定張力で巻き上げる。所定の外径に達したら加熱処理する。熱融着繊維は芯鞘構造で、芯は融点が高く鞘は融点が低く、この加熱処理によって鞘のみが溶けて溶着する。この溶着によって円筒形が保たれものに外径側不織布２３を巻き、所定の長さに断裁する。
　比表面積や細孔径分布が異なる複数の繊維状活性炭の混合率を変えることで、複数の除去対象物質の濾過能力をバランスさせて、総合的に最も濾過能力が高い吸着材成形体を作り出すことができる。これによって使用者が長期間使用できるカートリッジを提供できる。また、軸に巻き上げるときの張力を制御すれば、吸着材成形体の密度を変えることができる。圧力損失が大き過ぎず、濾過能力が低過ぎない使いやすいカートリッジを提供できる。
　ここで繊維状活性炭と鉛吸着材と熱融着繊維とから成る成形体は湿式成形法で成形してもよい。繊維状活性炭だけでなく粒状活性炭や粉末状活性炭を混合してもよい。粒状活性炭や粉末活性炭だけを使用することもできる。また繊維状ではない熱融着物を使用してもよい。
　鉛除去材として、粒状または粉状のアルミノケイ酸塩、チタンケイ酸塩、酸化チタンを使用すれば、効率良く鉛イオンを除去することができる。
　鉛除去材を含まない吸着材成形体であってもよく、ヒ素除去材や抗菌材を含んだ吸着材成形体であってもよい。
　入口キャップ１１は円盤状であり、活性炭と連結する面には円筒状のリブ３１と、同心円上の溝３２が形成されている。リブ３１は厚さが０．３～１．５ｍｍ、高さが１～４ｍｍであり、円筒形の吸着材２と中心軸を合わせる役目を果たしている。
　入口キャップ１１と吸着材２との接着は、加熱溶融させた熱可塑性樹脂を塗り付けた後に冷却固化させるホットメルト接着式でも、空気中の湿気と反応させて硬化させる一液型シリコーンゴム接着式でもよい。溝３２は幅１～２ｍｍ、深さ０．５～１ｍｍであり、接着剤３５が十分に入り込んで硬化するので、接着剤３５と入口キャップ１１とは高い接着力を有する。入口キャップ１１の材料としては、接着材との親和性がよい非晶性樹脂が好ましく、安全性を加味するとＡＢＳ樹脂やポリスチレンが好ましい。
　出口キャップ１２は中央に開口４３を有する円盤状で、吸着材２と連結する面には円筒状のリブ４１とリブ４２が立設されている。リブ４１はリブ３１と同様、厚さが０．３～１．５ｍｍ、高さが１～４ｍｍであり、円筒形の活性炭２と中心軸を合わせる役目を果たしている。図４に示すように、リブ４２の外径は、後述のコイルスプリング１５の内径より少し小さく、コイルスプリング１５の端部がリブ４２と吸着材２の間に収まるようになっている。リブ４２は、後述のコイルスプリング１５と吸着材２との中心軸を合わせるだけでなく、接着材３６が活性炭２の内径側にはみ出して固まるのを防ぐ役目も果たしている。
　出口キャップ１２の吸着材２と連結する面には、入口キャップ１１と同様、溝４４が形成されている。溝４４は幅１～２ｍｍ、深さ０．５～１ｍｍであり、接着材３６が十分に入り込んで硬化するので、接着材３６と出口キャップ１２とは高い接着力を有する。
　出口キャップ１２の材料としては、入口キャップ１１と同様、接着材との親和性がよい非晶性樹脂が好ましく、安全性を加味するとＡＢＳ樹脂やポリスチレンが好ましい。
　出口キャップ１２の外周には９０°間隔の８本の放射状リブ（凸部）４５が設けられている。浄水器用カートリッジを浄水器に着脱するための接続キャップ１３を出口キャップに溶着したり嵌めたりする工程で、出口キャップ１２を支持固定することができる。出口キャップ１２に接着した吸着材２で支持すると、接続キャップ１３を溶着したり嵌めたりするときに大きな圧縮力が加わって吸着材２が破損してしまう恐れがあるが、放射状リブ（凸部）４５を支持固定すれば、そのような破損を確実に防ぐことができる。
　出口キャップ１２の中央の開口４３には、中空糸膜を束ねて逆Ｕ字状に折り曲げた中空糸膜束５１が注型材５２によって封止および固定されている。各中空糸膜間および中空糸膜と出口キャップ１２との間に注型材５２を充填して、それが固化することによって、各中空糸膜同士が注型材５２によって封止され、その封止された中空糸膜束５１が注型材５２によって出口キャップ１２に固定されるのである。出口キャップ１２と接続キャップ１３を連結する前に、注型材を一部切断除去することにより、中空糸膜は、接続キャップ１３に向かって開口している。出口キャップ１２の内周面の一部にはシボ加工を施してあり、注型材５２の出口キャップ１２からの剥離を防いでいる。通水時には、注型材５２に水圧による荷重が加わるが、シボの凹凸に沿って注型材５２に凹凸が形成されているので、凹凸同士が引っかかることから、注型材５２が出口キャップ１２から剥離・脱落することはない。
　中空糸膜束５１としては、親水化したポリスルホン中空糸膜を用いている。ポリスルホンは生物学的特性、耐熱性、耐薬品性等に優れていて、浄水器用途として好ましい。ポリスルホン以外に、ポリアクリルニトリル、ポリフェニレンスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレンの中空糸膜を用いても差し支えない。材料が異なる複数種類の中空糸膜を組み合わせてもよい。疎水性のポリエチレンやポリプロピレンの中空糸膜を入れれば、水に混入した空気を効率良く排出することができる。中空糸膜の孔径は０．１～０．３μｍであり、水道水中の濁質を捕捉するのに最も適している。中空糸膜の外径はφ３００～５００μｍ、内径はφ２００～３４０μｍ、膜厚は５０～１００μｍであり、十分な強度を有している。製造におけるＵ字状に折り曲げる工程や、出口キャップ１２に押し込む工程で切れることはない。
　中空糸膜束５１の中空糸膜のみの断面積を、出口キャップ１２の開口４３の断面積の４５～５５％としているので、高い濁り濾過能力を有しており、長期間使用することができる。中空糸膜の膜面積が適切な範囲となり、中空糸膜束の内部まで濁質が回り切るためである。中空糸膜の外径がφ３００～５００μｍと、強度を有しながらも十分に細いので、小さなケーシングの中に十分に大きな膜面積を確保できている。これも高い濁り濾過能力を発揮する要因となっている。
　注型材（ポッティング材）５２としては、流動性を有する主剤と硬化剤を混合して硬化させる二液混合型で、ポリウレタンやエポキシ樹脂などを適宜用いることができる。それらを遠心法や静置法などによって固化させればよい。
　注型材５２によって封止および固定された端部の外周側には、後述の接続キャップ１３と係合する段差が設けられている。
　接続キャップ１３は、大筒６１と、小筒６２を有し、大筒６１の一端の内周側には出口キャップ１２との第１接続部６３を有し、小筒６２の一端の外周側には水栓との第２接続部６４を有している。第１接続部６３に設けた段差は、前述の出口キャップ１２に設けた段差とがたつきが無いように係合するようになっている。係合させた状態で、接続キャップ１３側から超音波溶着機のホーンを当てて、加圧しながら振動エネルギーを与えることで、出口キャップ１２と接続キャップ１３を溶着させている。溶着方式としては、バッドジョイント方式、ステップジョイント方式、シェアジョイント方式、ビードジョイント方式などいずれの方式でもよく特に限定されないが、水密性、気密性に優れるシェアジョイント方式が最も適している。
　出口キャップ１２と接続キャップ１３とは、超音波溶着ではなく嵌合により連結させてもよい。その場合、出口キャップ１２の、注型材５２によって封止および固定された端部の外周側には、図５に示すように２つの環状拡径部６５、６６を設ける。先端から遠い側の環状拡径部６５は、接続キャップ１３の環状縮径部７１とかみ合って、軸方向に引っ張られても接続が容易に外れないようになっている。環状拡径部６５の先端が接続キャップ１３の内周面にぴったりと密着することで、外部から水が漏れ入ることを防いでいる。先端に近い側の環状拡径部６６も、接続キャップ１３の内周面に密着して、外部からの水流入防止を補っている。出口キャップ１２と接続キャップ１３との間にＯリングなどの弾性部材を介在させても差し支えない。
　小筒６２の第２接続部６４の環状溝６７にはＯリング７４が装着されている。図２に示すように、接続キャップ１３を、Ｏリング７４を介して水栓内部と接続しているので、浄水と原水（浄化していない水道水）とが混ざることがない。
　出口キャップ１２と接続キャップ１３との間の空間に、粒状の抗菌材を３～１５粒装填してもよい。抗菌材が直径１～６ｍｍの粒状であれば、狭い空間でも装填可能でありながら、不織布やメッシュクロスで容易に流出防止ができる。浄水に抗菌材が混ざることは無い。
　抗菌材に、多孔質のリン酸カルシウムまたはゼオライトに銀を坦持させたものを用いれば、少量の銀イオンを持続力良く溶出させることができる。活性炭で残留塩素を分解除去すると浄水に細菌が繁殖しやすくなり、浄水吐出口から入り込んだ細菌が浄水器用カートリッジ１に到達する可能性があるが、銀イオンによって細菌の増殖を防ぐことができる。使用する不織布は、目付け量１０～３００ｇ／ｍ２、厚さ０．０５～５ｍｍが好ましい。材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが安価で好ましい。
　接続キャップ１３の材料としては、出口キャップ１２と超音波溶着にて連結する場合には、出口キャップと同じ材料を用いる。成形での寸法精度が高いＡＢＳ樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリスチレンが使用できる。出口キャップ１２と嵌合により連結する場合は、比較的柔らかいポリエチレンあるいはポリプロピレンを用いる。ポリエチレンやポリプロピレンであれば、アンダーカット部分の金型の無理抜きが容易であり、金型製作費が安価となる。比較的柔らかいので、製造でのはめ込みが容易であり、生産性が向上する。環状拡径部６５と環状縮径部７１とのかみ合わせを０．１～０．５ｍｍに調整すれば、使用時や交換時に出口キャップ１２と接続キャップ１３とが簡単に外れてしまうことはなく、しかも強く引っ張れば外すことができる。すなわち接続キャップ１３は、出口キャップ１２の第１接続部６４から着脱可能であり、使用者が必要に応じて抗菌材と不織布を新しいものに交換でき、細菌増殖防止効果を維持することができる。
　円筒状の吸着材２の内周近傍にはコイルスプリング（補強部材）１５を配設している。補強部材がコイルスプリングであるので、円筒状活性炭の内周面への接触面積を小さくでき、活性炭全体の吸着能力が下がってカートリッジの寿命が短くなることがなく、吸着材全体をより効率的に利用できる。複数の開口にメッシュが貼り付けられているもののように、開口以外の格子部近傍の活性炭に水が流れにくくなって吸着能力が発揮できなくなることはない。
　コイルスプリング（補強部材）１５の線径は０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましい。コイルスプリング（補強部材）１５の線径を０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすれば、円筒状の吸着材２の外周側から内周側に圧力が加わったときに、吸着材２の内周側からしっかりと支持して、吸着材２が陥没するのを防止することができる。しかもわずかな占有体積であるため、多くの濾材を詰め込むことに対してほとんど妨げにならない。線径が０．３ｍｍ未満であると、強度が不十分となり、吸着材２の内周側からしっかりと支持することができない場合がある。線径が１．５ｍｍを越えると、占有体積が大きくなり、カートリッジ内の空間を無駄にして、最大限に濾材を詰め込めなくなってしまう。
　コイルスプリング（補強部材）１５のピッチは、吸着材２の全長の４分の１以下が好ましい。コイルスプリング（補強部材）１５のピッチが、吸着材２の全長の４分の１以下になっていれば、ピッチが十分に小さく、巻き数が十分に多いので、円筒状の吸着材２の外周側から内周側に圧力が加わったときに、吸着材２の内周側からしっかりと支持して、吸着材２が陥没するのを防止することができる。ピッチが、吸着材２の全長の４分の１以上であると、巻き数が少なく、吸着材２の内周側からしっかりと支持できない場合がある。
　コイルスプリング（補強部材）１５の密着長は、吸着材２の全長の４分の１以下が好ましい。コイルスプリング（補強部材）１５の密着長を、吸着材２の全長の４分の１以下とすれば、吸着材２の内周面への接触面積が小さいので、活性炭全体の吸着能力が下がってカートリッジの寿命が短くなることがなく、吸着材全体を効率的に利用できる。
　コイルスプリング（補強部材）１５と吸着材２との距離の平均は１ｍｍ以下が好ましい。コイルスプリング（補強部材）１５と吸着材２との距離の平均を１ｍｍ以下とすれば、円筒状の吸着材２の外周側から内周側に圧力が加わったときに、吸着材２が内周側に変形しても、吸着材２が陥没する前に内周側からしっかりと保持して、吸着材２の形状を維持することができる。
　コイルスプリング（補強部材）１５の材料としては、ステンレス、ピアノ線、硬鋼線などを用いる。ステンレスであれば、水に浸って錆びるのを防止することができるので最も好ましい。また、樹脂材料よりも十分な強度を有するので、円筒状の吸着材の内周側からしっかりと保持することができ、しかも占有体積を小さくすることができるので、多くの濾材を詰め込むことに対してほとんど妨げにならない。
　補強部材としては、コイルスプリングではなくメッシュシートを円筒状に巻いたものでもよい。メッシュシートを構成する鋼線の線径とピッチを適切に選定すれば、円筒状の吸着材２の外周側から内周側に圧力が加わったときに、吸着材２の内周側からしっかりと支持することができ、同時に円筒状活性炭の内周面への接触面積を小さくできて、活性炭全体の吸着能力が下がってカートリッジの寿命が短くなることを防止することができる。
　上記のような構成を有する浄水器用カートリッジ１は、図３に示すように、水栓内蔵型浄水器に内蔵するカートリッジとして好適に用いられる。水栓内蔵型浄水器の頭部８１には流路切換弁が組み込まれていて、水道水を浄化する浄水状態と、水道水をそのまま吐出する原水状態とに切り換えられるようになっている。
　水栓内蔵型浄水器用カートリッジは、最大径が３５ｍｍ以下、全長が１５０ｍｍ以下と小さいものである。この決められたカートリッジの外形寸法内の空間を無駄にすることなく多くの濾材を詰め込んでいる。
　流路切換弁を浄水状態にして水栓を開くと、水道水は浄水器用カートリッジ１の外周側に流入し、まず吸着材２を、外径側不織布２３、吸着材成形体２１、内径側不織布２２の順に通過する。このとき水道水中の遊離残留塩素が分解され、同時に水道水中の揮発性有機物が吸着除去される。次に水は吸着材２の内部の中空糸膜束５１に到達する。水は中空糸膜の外径側から内径側に流れ、水道水中の濁質や細菌が中空糸膜に捕捉される。中空糸膜を通過した浄水は、接続キャップ１３の小筒６２の内部を通過し、頭部８１の流路切換弁を経て、浄水として水栓から吐出される。使用者は美味しくて安全な浄水を得ることができる。
　＜実施例１＞
　円筒状の吸着材として、比表面積と細孔径分布が異なる３種類の繊維状活性炭を混合し、さらに鉛イオンを選択的に取り込むイオン交換繊維と、熱融着繊維を添加したものを用いた。これらをシート化して、内径側不織布を巻いた軸に一定張力で巻き上げた。内径は１７ｍｍであった。外径が２５ｍｍに達してから加熱処理した。熱融着繊維は芯鞘構造であり、加熱処理によって鞘のみを溶かして溶着した。密度は０．２８ｇ／ｃｃ。溶着によって円筒形が保たれものに外径側不織布を巻き、長さ８１ｍｍに断裁した。
　中空糸膜束としては、親水化したポリスルホン中空糸膜４３４本と、疎水性のポリエチレン中空糸膜１本を用いた。親水化したポリスルホン中空糸膜の外径はφ３６０μｍ、内径はφ２２０μｍ、膜厚は７０μｍであった。親水化したポリスルホン中空糸膜の全長は８５ｍｍであった。吸着材の中央の空間に配設された長さは７６ｍｍであり、全長の８９％に当たる。注型材で封止および固定した部分を除いた膜面積は０．０７ｍ２確保した。
　コイルスプリングとしては、線径０．５ｍｍ、ピッチ５ｍｍ、コイルの平均径１６．２ｍｍ、コイルの外径１６．７ｍｍ、総巻数１７．５巻、自由長８０．５ｍｍ、密着長８．２５ｍｍ、材料ＳＵＳ３０４のコイルスプリングを用いた。ピッチは、吸着材の全長の約１６分の１、密着長は、吸着材の全長の約１０分の１。コイルスプリングと吸着材との距離の平均は０．１５ｍｍであった。
　出口キャップとしては、開口部の断面積が１６７ｍｍ２のものを用いた。出口キャップと接続キャップとは超音波溶着によって連結した。
　この浄水器用カートリッジを水栓内蔵型浄水器に内蔵させ、日本工業規格ＪＩＳ　Ｓ　３２０１「家庭用浄水器試験方法」に基づいて試験を行ったところ、遊離残留塩素濾過能力は８００Ｌ、２－ＭＩＢ（カビ臭）濾過能力は８２０Ｌ、濁り濾過能力は８１０Ｌだった。
　動水圧０．７５ＭＰａで１時間通水する試験を行ったところ、吸着材の外径寸法に変化は無く、通水前後で圧力損失も変化が無かった。吸着材が陥没したり、亀裂が入ったりしている様子も確認できなかった。
　＜実施例２＞
　実施例１と同じ円筒状の吸着材と中空糸膜束を用いた。吸着材の内周近傍にコイルスプリングは入れなかった。出口キャップと接続キャップとは超音波溶着によって連結した。
　この浄水器用カートリッジを水栓内蔵型浄水器に内蔵させ、日本工業規格ＪＩＳ　Ｓ　３２０１「家庭用浄水器試験方法」に基づいて試験を行ったところ、遊離残留塩素濾過能力は８００Ｌ、２－ＭＩＢ（カビ臭）濾過能力は８２０Ｌ、濁り濾過能力は８１０Ｌだった。
　動水圧０．１ＭＰａの通水では問題無かったが、動水圧０．７５ＭＰａで通水する試験を行ったところ、濾過流量が許容される範囲ではあったが、吸着材がやや内側に陥没し、濾過流量がやや低下した。
　＜比較例１＞
　従来の円筒状の吸着材の下流側に中空糸膜モジュールを配設したもの、すなわち吸着材と中空糸膜を直列に配置したものを製作した。円筒状の吸着材として、比表面積と細孔径分布が異なる３種類の繊維状活性炭を混合し、さらに鉛イオンを選択的に取り込むイオン交換繊維と、熱融着繊維を添加したものを用いた。これらをシート化して、内径側不織布を巻いた軸に一定張力で巻き上げた。内径は８．３ｍｍであった。外径が２５ｍｍに達してから加熱処理した。熱融着繊維は芯鞘構造であり、加熱処理によって鞘のみを溶かして溶着した。溶着によって円筒形が保たれものに外径側不織布を巻き、長さ３９．１ｍｍに断裁した。
　中空糸膜束としては、親水化したポリスルホン中空糸膜８６４本と、疎水性のポリエチレン中空糸膜１本を用いた。親水化したポリスルホン中空糸膜の外径はφ３６０μｍ、内径はφ２２０μｍ、膜厚は７０μｍであった。吸着材と中空糸膜を直列に連結するという構造上、中空糸膜束をあまり長くできないため、注型材で封止および固定した部分を除いた膜面積は０．０５４ｍ２にしかならなかった。
　出口キャップと接続キャップとは超音波溶着によって連結した。
　この浄水器用カートリッジを水栓内蔵型浄水器に内蔵させ、日本工業規格ＪＩＳ　Ｓ　３２０１「家庭用浄水器試験方法」に基づいて試験を行ったところ、遊離残留塩素濾過能力は５００Ｌ、２－ＭＩＢ（カビ臭）濾過能力は５１０Ｌとなり、実施例１、２の浄水器用カートリッジの能力の約６割程度となった。また、濁り濾過能力は６６０Ｌとなり、実施例１、２の浄水器用カートリッジの能力の約８割程度となった。比較例１の形態は、小型で長寿命な浄水器用カートリッジには適さないことがわかった。
　動水圧０．７５ＭＰａで１時間通水する試験を行ったところ、吸着材の外径寸法に変化は無かったが、通水前後で圧力損失が若干小さくなった。吸着材の陥没は確認できなかったが、圧力損失の変化からすると損傷している可能性は否定できなかった。
　本発明は、蛇口直結型浄水器、据置型浄水器、ポット型浄水器、アンダーシンク型浄水器など浄水器全般に応用できるが、これらに限定されるものではない。
１　浄水器用カートリッジ
２　活性炭
１１　入口キャップ
１２　出口キャップ
１３　接続キャップ
１５　コイルスプリング
２１　吸着材成形体
２２　内径側不織布
２３　外径側不織布
３１　リブ
３２　溝
３５　接着剤
３６　接着剤
４１　リブ
４２　リブ
４３　開口
４４　溝
４５　放射状リブ（凸部）
５１　中空糸膜束
５２　注型材（ポッティング材）
６１　大筒
６２　小筒
６３　第１接続部
６４　第２接続部
６５　環状拡径部
６６　環状拡径部
６７　環状溝
７１　環状縮径部
７３　浄水出口
７４　Ｏリング
８１　頭部
Ｌ１　中空糸膜束の全長
Ｌ２　吸着材の中央の空間に配設されている中空糸膜束の長さ
Ｌ３　吸着材の全長

Claims (13)

  1. 円筒状の吸着材と、この吸着材の一端を閉塞する入口キャップと、この吸着材の他端に配設した開口部を有する出口キャップと、Ｕ字状に束ねた中空糸膜束とを有し、
    　前記出口キャップの開口部に前記中空糸膜束が封止および固定され、前記出口キャップから突出した前記中空糸膜束の一部が前記吸着材の中央の空間に配設されている、浄水器用カートリッジ。
  2. 前記中空糸膜束の全長の７０％以上が吸着材の中央の空間に配設されている、請求項１の浄水器用カートリッジ
  3. 前記吸着材の内周近傍に補強部材を有し、この補強部材が金属である、請求項１または２の浄水器用カートリッジ。
  4. 前記補強部材がステンレスである、請求項３の浄水器用カートリッジ。
  5. 前記補強部材がコイルスプリングである、請求項３または４の浄水器用カートリッジ。
  6. 前記コイルスプリングの線径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である、請求項５の浄水器用カートリッジ。
  7. 前記コイルスプリングのピッチが前記吸着材の全長の４分の１以下である、請求項５または６の浄水器用カートリッジ。
  8. 前記コイルスプリングの密着長が前記吸着材の全長の４分の１以下である、請求項５から７のいずれかの浄水器用カートリッジ。
  9. 前記補強部材と前記吸着材との距離の平均が１ｍｍ以下である、請求項３から８のいずれかの浄水器用カートリッジ。
  10. 前記出口キャップの外周に複数の凸部を有する、請求項１から９のいずれかの浄水器用カートリッジ。
  11. 請求項１から１０のいずれかの浄水器用カートリッジが水栓に内蔵されて用いられるものである、水栓内蔵型浄水器用カートリッジ。
  12. 請求項１１の水栓内蔵型浄水器用カートリッジが着脱可能に構成されている、水栓内蔵型浄水器。
  13. 請求項１から１０のいずれかの浄水器用カートリッジが着脱可能に構成されている、浄水器。
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