WO2017122746A1 - 浄水カートリッジ - Google Patents

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WO2017122746A1
WO2017122746A1 PCT/JP2017/000882 JP2017000882W WO2017122746A1 WO 2017122746 A1 WO2017122746 A1 WO 2017122746A1 JP 2017000882 W JP2017000882 W JP 2017000882W WO 2017122746 A1 WO2017122746 A1 WO 2017122746A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
filter medium
water purification
purification cartridge
powder filter
inner cylinder
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/000882
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
馬場　玲子
博成 岡崎
久子 小澤
直紀 中島
Original Assignee
東レ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東レ株式会社 filed Critical 東レ株式会社
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Priority to SG11201805949VA priority patent/SG11201805949VA/en
Priority to JP2017503186A priority patent/JP6863272B2/ja
Publication of WO2017122746A1 publication Critical patent/WO2017122746A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/031—Two or more types of hollow fibres within one bundle or within one potting or tube-sheet
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a water purification cartridge attached to a water purifier.
  • the present invention relates to a water purification cartridge for a faucet directly connected water purifier that is directly connected to a water faucet in a general household.
  • water purifiers that purify tap water are widely used at home.
  • water purification cartridges containing various filter media for purifying tap water are used.
  • filter media powder (granular or powdery) activated carbon or ion exchanger that removes free residual chlorine, tapy odor, musty odor, trihalomethane, lead and other heavy metal ions in tap water, and turbid components in tap water
  • hollow fiber membranes that remove bacteria and the like are used. Since the total amount of filtered water that can be processed by these filter media is limited, the water purifier is continuously used while periodically replacing the water purification cartridge.
  • the conventional product in FIG. 6 is a water purification cartridge having a raw water inlet 11 and a water purification outlet 12, and is formed between an inner cylinder 4 in which a hollow fiber membrane is housed and an inner cylinder 4 and an outer cylinder 5.
  • An adsorbent layer is provided in a substantially ring-shaped space. Raw water enters the cartridge from the upper raw water inlet 11, passes through the adsorbent layer laterally from the side, then passes downward through the hollow fiber membrane bundle 9 filled in the hollow fiber membrane case, and flows out from the purified water outlet 12. To do.
  • an upper inner lid 6 is fitted between the inner cylinder 4 and the outer cylinder 5, and an upper portion of the outer wall surface of the inner cylinder 4 and the upper inner lid 6 are fitted (for example, Patent Document 1).
  • a water purifier 7 is a water purifier in which a water purification cartridge is incorporated, and an adsorbent layer is provided in a substantially ring-shaped space formed between the inner cylinder 4 and the outer cylinder 5.
  • the raw water enters the water purifier from the lower raw water inlet 11, passes through the adsorbent layer laterally from the side, passes through the inner cylinder 4 upward, and flows out of the purified water outlet 12.
  • a filter (upper inner lid) is fitted on the upper side of the adsorbent layer, and the upper part of the outer wall surface of the inner cylinder and the filter are fitted. Further, a space formed between the filter and the outer lid is provided with a flow path for allowing the raw water to flow into the adsorbent layer through the filter from above (see, for example, Patent Document 2).
  • the conventional product in FIG. 8 is a water purifier with a built-in water purification cartridge, in which an adsorbent layer is provided in a substantially ring-shaped space formed between the inner cylinder 4 and the outer cylinder 5, and is substantially coaxial.
  • a connection case having an ion removing member and a case in which the hollow fiber membrane bundle 9 is housed are connected.
  • the raw water enters from the lower raw water inlet 11, passes through the adsorbent layer laterally from the side, passes through the connection case, passes upward through the hollow fiber membrane accommodated in the case, and flows out from the purified water outlet 12.
  • This water purification cartridge also has an inner lid, and this inner lid is fitted to the lower part of the inner wall surface of the outer cylinder 5.
  • the full length of an outer cylinder is longer than an inner cylinder, and the adsorbent layer has reached the lower end part of the outer cylinder sealed with the inner cover (for example, refer patent document 3).
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-136933 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-31501 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-194596
  • a filter medium of a substantially ring-shaped molded body or a powdered or granular filter medium (hereinafter referred to as a powder filter medium) accommodated in a substantially ring-shaped storage space can be mentioned.
  • the mass ratio of the binder for molding accounts for about 20 to 30%, and this binder portion does not contribute to filtration.
  • the powder filter medium is accommodated in the substantially annular column-shaped accommodation space employed in the conventional water purification cartridge as shown in FIGS. 6 to 8, no binder is required.
  • the density of the filter medium is increased, and the filtration capacity is excellent.
  • the fitting portion between the inner cylinder and the upper inner lid is on the outer wall surface of the inner cylinder (that is, on the surface in contact with the powder filter medium of the inner cylinder). Therefore, when the upper inner lid is fitted to the inner cylinder in the manufacturing process of the water purification cartridge, there is a possibility that the powder filter medium is sandwiched between the fitting portions. When the powder filter medium is sandwiched between the fitting portions, the water tightness of the fitting portion may be lost.
  • the powder filter medium should not be in contact with the fitting portion.
  • the fitting portion between the outer cylinder and the inner lid is on the inner wall surface of the outer cylinder (that is, on the surface of the outer cylinder on the side in contact with the powder filter medium). Therefore, for the same reason as described above, the powder filter medium must be filled so that the powder filter medium does not come into contact with the fitting portion, and the assembly workability at the time of manufacturing the water purification cartridge is low. There are challenges.
  • an object of the present invention is to provide a water purification cartridge that is excellent in assemblability and has a high filtration capacity.
  • the water purifier of the present invention has the following configuration. That is, it is characterized by the following (1) to (6).
  • a water purification cartridge in which a powder filter medium is accommodated in a casing having a raw water inlet and a purified water outlet, and the casing includes an inner cylinder and an outer cylinder, and the inner cylinder and the outer cylinder An upper inner lid that covers a space between the inner cylinder and the outer cylinder is provided at an end portion on the same side of the cylinder, and the powder filter medium is a ring formed by the inner cylinder, the outer cylinder, and the upper inner lid.
  • At least one of the inner cylinder and the outer cylinder is composed of a cylindrical support frame having a plurality of openings on its wall surface, and a filter material fixed to the support frame and covering the openings. It is preferable that (3) It is preferable that said water purifier is what the hollow fiber membrane bundle was sealed and fixed inside the said inner cylinder.
  • the water purifier includes an elastic member disposed between the powder filter medium and the upper inner lid.
  • the powder filter medium has an average particle diameter of 30 to 150 ⁇ m, and the total mass of the powder filter medium having a particle diameter of 50% or less of the average particle diameter is 10 with respect to the total mass of the powder filter medium. % Or less is preferable.
  • the powder filter medium has an average particle diameter of 30 to 150 ⁇ m, and the total mass of the powder filter medium having a particle diameter of X% or less of the average particle diameter is 10 with respect to the total mass of the powder filter medium. It is preferable that the value of X to be% is in the range of 40-60.
  • the present invention can achieve the following excellent effects by the above configuration. That is, With the configuration of (1) above, since the biting of the powder filter medium at the fitting portion between the inner cylinder and the upper inner lid is greatly suppressed, a water purification cartridge having excellent assemblability and high filtering ability is obtained. Can do. Moreover, the structure of said (2) improves the intensity
  • the water purification cartridge due to insufficient adsorption treatment in the raw water adsorbent layer The reduction in filtration performance can be suppressed.
  • the structure of said (3) can utilize effectively the space in an inner cylinder as a filtration layer, and can make a water purification cartridge more compact.
  • the generation of voids between the filled powder filter medium and the upper inner lid is suppressed, and when the raw water is passed through this water purification cartridge, the raw water does not contain the powder filter medium. Passing through the gap (hereinafter referred to as a shortcut) can be suppressed.
  • the powder filter media particles having a particle size of 50% or less of the average particle size enter between the powder filter media particles having a particle size larger than 50% of the average particle size, As a result, an increase in pressure loss caused by an increase in the density of the powder filter medium can be suppressed.
  • an increase in pressure loss caused by the powder filter medium having a small particle diameter entering between the powder filter medium particles having a large particle diameter increases the density of the powder filter medium as a whole. It is possible to balance the effect of suppressing the effect of suppressing the deterioration of the yield and the cost increase in the production of the powder filter medium by removing the powder filter medium part having a small particle diameter.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a water purification cartridge according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic external view of a faucet directly connected water purifier in which a water purifying cartridge according to an embodiment of the present invention is connected to a flow path switching device.
  • FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of a water purification cartridge according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of a water purification cartridge according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of a water purification cartridge according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view of a water purification cartridge according to an embodiment of the prior art.
  • FIG. 7 is a schematic longitudinal sectional view of a water purification cartridge according to another embodiment of the prior art.
  • FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view of a water purification cartridge according to another embodiment of the prior art.
  • FIGS. 9 (a) to 9 (f) are schematic views showing a fixing method by ultrasonic welding of a filter material to a support frame according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a water purification cartridge according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic external view of a faucet directly connected water purifier in which a water purifying cartridge according to an embodiment of the present invention is connected to a flow path switching device.
  • terms relating to the position and direction such as up and down are the water purification cartridges arranged in the orientation shown in FIG. 1 (that is, the water purification outlet 12 of the water purification cartridge is arranged so as to open downward in the vertical direction).
  • the water purification cartridge of the present invention is not necessarily arranged and used only in the direction shown in FIG.
  • the water purification cartridge 1 has a raw water inlet 11 and a water purification outlet 12 on the lower end side, and is a space formed by a bottomed cylindrical casing 2 having an open upper end and an outer lid 3 that closes the upper end opening of the casing 2.
  • the hollow fiber membrane bundle 9 and the powder filter medium 10 are accommodated inside.
  • the water purification cartridge 1 is directly connected to the faucet and receives raw water supplied from the faucet at the raw water intake port 21, and the flow path is connected to the raw water side (raw water outlet 22) or the purified water side ( It is connected to the flow path switching device 20 that switches to the purified water outlet 12), becomes a part of the faucet directly connected water purifier 19, and can be used to purify the raw water and discharge it as purified water.
  • the hollow fiber membrane bundle 9 constitutes a hollow fiber membrane module 18 together with the inner tube 4 and the sealing portion 13.
  • the hollow fiber membrane bundle 9 is sealed and fixed to the lower end side of the inner cylinder 4 with a potting agent and accommodated in the inner cylinder 4.
  • An outer cylinder 5 is arranged on the substantially concentric outer side of the inner cylinder 4, and the lower ends of the inner cylinder 4 and the outer cylinder 5 are in contact with each other to form a bottom portion, and the upper end side is connected to the inner cylinder 4 by the upper inner lid 6.
  • the space between the outer cylinder 5 and the outer cylinder 5 is covered to define a bottomed circular columnar storage space.
  • the powder filter medium 10 is accommodated in a ring-shaped accommodation space formed by the inner cylinder 4, the outer cylinder 5 and the upper inner lid 6.
  • the raw water that has entered from the raw water inlet 11 is guided to an annular gap 14 formed between the inner wall surface of the casing 2 and the outer peripheral surface of the outer cylinder 5, and then the outer cylinder 5, the powder filter medium 10, and the inner cylinder 4. Are passed in the radial direction in this order to reach the hollow fiber membrane bundle 9 arranged inside the inner cylinder 4.
  • the casing 2 has a bottomed cylindrical shape with an open upper end, and has a raw water inlet 11 on the right side surface on the lower end side and a purified water outlet 12 on the center of the lower end surface portion.
  • the purified water outlet 12 includes a plurality of through holes that penetrate the bottom of the casing 2, and a substantially cylindrical support wall 44 is provided on the inner bottom surface of the casing 2 so as to surround the purified water outlet 12.
  • the support wall 44 fits the opening side end of the hollow fiber membrane bundle 9 of the hollow fiber membrane module 18 so that the hollow fiber membrane module 18 stands in the casing 2.
  • the raw water inlet 11 is provided with a bayonet mechanism (not shown) for connecting to the flow path switching unit 20 around the inlet opening. Since the raw water inlet and the purified water outlet at the lower end are located on the same lower end side, when the water purifier is configured by connecting to the flow channel switch, the raw water outlet and the purified water cartridge provided in the flow channel switch are provided. It is easy to point the water purification outlet in the same direction, and it is possible to arrange them close to each other in a compact manner, and it has a suitable arrangement as a water purification cartridge for a faucet directly connected water purifier that is required to be compact and easy to use. is doing.
  • the raw water inlet may be provided on the lower end surface portion so as to open downward at a position eccentric from the purified water outlet. If it carries out like this, the axial direction height of the flow path 17 along which raw water will pass immediately after passing through the raw water inlet which exists in the water purification cartridge 1 of FIG. 1 can be reduced, and the water purification cartridge 1 can be made more compact.
  • the outer lid 3 is a member that closes the upper end opening of the casing 2 and is fixed to the casing 2 by ultrasonic welding.
  • the fixing method may be a screw structure or adhesion other than ultrasonic welding.
  • the outer cover 3 can confirm the condition inside the water purification cartridge 1 if it is transparent, it is preferable.
  • the outer lid 3 is inscribed and connected to the casing 2, but the outer lid may be circumscribed and connected to the casing. If it carries out like this, the corner part formed with an outer cover and a casing will be a space which can be used effectively, and it will become possible to arrange the upper end of casing 2 directly under the inner surface of an outer cover.
  • the water purification cartridge of the present invention has an outer lid.
  • the water purification cartridge of the present invention is not limited to the above. It can also take the form without a lid.
  • the outer lid 3 can be said to be a shape in which the cylindrical portion hangs down from the ceiling surface (hereinafter referred to as the top surface) of the outer upper end of the water purification cartridge 1 and the outer peripheral portion of the top surface, but in the embodiment of the water purification cartridge of FIG. As shown, there may be an embodiment in which the length of the tubular portion of the outer lid is longer than the length of the tubular portion of the casing 2.
  • the upper inner lid 6 described later is different from FIG. 1 in that the outer peripheral surface of the upper inner lid 6 is fitted to the inner wall surface of the cylindrical portion of the outer lid 3 and closes the upper end of the gap 14.
  • “fitted” means that, in two members, one member of these members is fitted to the other member and further fixed.
  • the hollow fiber membrane module 18 accommodates a hollow fiber membrane bundle 9 in which a predetermined number of hollow fiber membranes are bundled and bent in an inverted U shape in a substantially cylindrical inner cylinder 4, and the inner surface of the lower end side of the inner cylinder 4 is hollow.
  • the lower end side of the yarn membrane bundle 9 and the lower end sides of the hollow fiber membrane are sealed and fixed with a potting agent such as polyurethane or epoxy resin.
  • the sealed part is the sealing part 13.
  • the lower end surface of the hollow fiber membrane bundle 9 is open and faces the purified water outlet 12.
  • hydrophilic polysulfone or the like is preferably used as the material for the hollow fiber membrane. Polysulfone is excellent in biological properties, heat resistance, chemical resistance and the like, and is preferable for water purifier applications.
  • polyacrylnitryl, polyfinylene sulfone, polyether sulfone, polyethylene, polypropylene, etc. may be used in addition to polysulfone.
  • the pore diameter of the hollow fiber membrane is 0.1 to 0.3 ⁇ m, and the pore diameter in the above range is most suitable for capturing turbidity in tap water. 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.
  • An O-ring that seals the space between the inner wall surface of the support wall 44 of the casing 2 and the inner wall 4 is mounted on the outer peripheral surface on the lower end side of the inner cylinder 4.
  • the hollow fiber membrane bundle 9 is bent in an inverted U shape, but it may be a hollow fiber membrane bundle that is linear and whose upper end opening is sealed with an adhesive or heat fusion.
  • the outer diameter of the hollow fiber membrane is preferably 300 to 500 ⁇ m
  • the inner diameter is preferably 200 to 340 ⁇ m
  • the film thickness is preferably 50 to 100 ⁇ m.
  • the inner cylinder 4 includes a support frame 31 and a filter material 33 made of synthetic resin. On the outer side surface on the lower end side of the support frame 31, a fitting portion for fitting with the outer cylinder 5 is formed with a step. A plurality of lattice-shaped openings 32 are provided on the peripheral surface of the support frame 31 above the sealing portion 13 of the inner cylinder 4. Polyethylene terephthalate, polypropylene, or the like is provided so as to cover the openings of the openings 32.
  • a filter material 33 made of synthetic fiber such as polyethylene or nylon is fixed to the peripheral surface of the support frame 31.
  • the opening of the filter material 33 is smaller than the particle size of the powder filter material 10. It has become a thing.
  • the aperture ratio of the filter material 33 is preferably as large as the strength permits.
  • the opening ratio of the opening 32 of the support frame 31 is preferably as large as the strength allows.
  • the inner cylinder 4 includes the cylindrical support frame 31 having a plurality of openings 32 on the wall surface, and the filter material 33 that is fixed to the support frame 31 and covers the openings 32.
  • the strength of the inner cylinder 4 is improved, the inner cylinder 4 is deformed by the water pressure generated in the water purification process, and the layer thickness of the powder filter medium 10 (adsorbent layer) is reduced, so that the adsorbent through which the raw water passes in the water purification process. It is possible to suppress a decrease in the filtration performance of the water purification cartridge due to a decrease in the distance between the layers and an insufficient adsorption treatment in the adsorbent layer of raw water.
  • the region where the opening 32 of the support frame 31 exists substantially coincides with the region where the powder filter medium 10 facing the region exists. Therefore, since the raw water flows almost uniformly throughout the stored powder filter medium, the entire powder filter medium 10 stored in the annular column-shaped storage space provided in the water purification cartridge can be effectively used.
  • the filter material 33 covering the opening of the opening 32 is a thin sheet such as a nonwoven fabric or a woven fabric such as a mesh, and does not leak the powder filter medium 10 and has a filter function of allowing water to be processed to pass therethrough. I just need it.
  • a method of integrally molding with the filter material 33 when the inner cylinder 4 is molded is preferable in that it can be firmly attached.
  • the filter material 33 When the filter material 33 is integrally formed, if the filter material 33 is positioned on the inner wall surface of the support frame 31, the powder filter medium 10 filled and accommodated on the outer side in the radial direction of the inner cylinder 4 is equal to the thickness of the support frame 31. Only the filling amount can be increased. Furthermore, by providing ribs and protrusions inside the support frame 31 and sandwiching the filter material 33, the strength can be improved so that the filter material 33 is not peeled off from the support frame 31 by water pressure. Moreover, if it is a rib, it can contribute to the intensity
  • the filter material 33 can be easily fixed by being positioned on the outer peripheral surface of the support frame 31, and the water pressure can be dispersed and held by both the filter material and the support frame. It is hard to generate and is preferable in terms of strength.
  • thermal fusion or ultrasonic welding is preferable.
  • Ultrasonic welding is preferably used because the amount of energy to be applied can be adjusted according to the material of the selected filter material and fixed to the support frame at a certain strength or higher.
  • a sheet-like polyolefin-based nonwoven fabric as a filter material is wound so as to cover the outer peripheral surface of the (inner cylinder) support frame, and the entire circumference of both ends in the axial direction of the tubular nonwoven fabric (the inner cylinder) (1)
  • a fixed form in which the joint portion in the axial direction of the nonwoven fabric that is ultrasonically welded to the outer peripheral surface of the support frame and further wound in a cylindrical shape is also ultrasonically welded so that the powder filter medium can be sealed.
  • this fixed form is simple in that the ultrasonic welding location is the minimum region, it exhibits a certain effect that the powder filter medium is not leaked.
  • FIGS. 9A to 9F are preferable. That is, as shown in FIG. 9A, a cylindrical jig 39 matching the inner diameter is passed through a cylindrical (inner cylinder) support frame 31, and the support frame 31 is held by the jig 39. . One end of the long sheet-like filter material 33 to which an appropriate tension is applied is arranged at a position on the outer peripheral surface of the support frame 31 to be fixed. As shown in FIG. 9B, the two horns 40 of the ultrasonic welding apparatus are applied to both ends of the filter material 33 in the axial direction (of the cylindrical support frame), and the ultrasonic welding is temporarily performed. To do.
  • the joint portion in the axial direction of the filter material 33 is also ultrasonic welded.
  • the above-described fixing method can be realized with a simple ultrasonic welding apparatus configuration, and exhibits an effect that high productivity can be obtained.
  • the hollow fiber membrane bundle as a filter medium for removing turbid components and bacteria in water has a large membrane area in order to increase the turbidity filtration capability.
  • the sealing portion needs a certain axial height to ensure the strength of sealing and fixing against water pressure, and the hollow fiber membrane bundle in the sealing portion does not contribute to filtration. It is reasonable to increase the length of the hollow fiber membrane bundle in order to increase the ratio of the effective portion contributing to the inner filtration and increase the effective membrane area.
  • the hollow fiber membrane bundle has an elongated shape, and the inner cylinder that accommodates the hollow fiber membrane bundle and protects the hollow fiber membrane bundle is usually an elongated cylindrical shape whose axial length is longer than its aperture. .
  • the shape of the inner cylinder 4 is also an elongated cylinder, and of course, the hollow fiber membrane module 18 is also an elongated substantially cylindrical shape.
  • the effective membrane area of the hollow fiber membrane bundle 9 can be increased by extending the length of the hollow fiber membrane bundle 9 accommodated in the inner cylinder 4 to just below the upper inner lid 6 described later.
  • the turbidity filtration ability of the hollow fiber membrane bundle part (that is, the hollow fiber membrane module 18) can be enhanced.
  • the space in the inner cylinder is effectively utilized as a filtration layer, and the water purification cartridge is made compact while achieving a predetermined filtration capacity. Has contributed.
  • the inner cylinder 4 is formed as an integrated body composed of the support frame 31 and the filter material 33, but of course, the support frame part at the upper part of the inner cylinder and the joint part at the lower part of the inner cylinder are formed separately. Although it is possible to assemble or connect them into the shape of FIG. 1 by fitting, welding, or bonding, it is cheaper and easier to produce if they are formed as a single body.
  • the lower end portion of the outer cylinder 5 is divided into an inner wall portion 45a and an outer wall portion 45b by branching.
  • a protruding portion that protrudes inward of the casing 2 is provided on the lower end side surface of the inner wall portion 45a, and a protruding portion that protrudes outward of the casing 2 is provided on the lower end side surface of the outer wall portion 45b.
  • the outer cylinder 5 is inserted into the casing 2 so as to cover the outer periphery of the inner cylinder 4, and the protruding portion of the inner wall portion 45 a of the outer cylinder 5 is a fitting portion provided at the lower end of the support frame 31 of the inner cylinder 4.
  • the inner cylinder 4 and the outer cylinder 5 form a bottom by fitting and fitting to the step, while the protruding portion of the outer wall portion 45b of the outer cylinder 5 is fitted and fitted to the casing 2 and fixed. Is done.
  • the fitting portion between the inner cylinder 4 and the casing 2 is water and powder.
  • the body filter medium 10 is sealed.
  • an elastic member such as an O-ring may be attached.
  • the fitting part can be designed by any method, but a leaf spring structure as shown in FIG. 1 is preferable.
  • the outer cylinder 5 is composed of a synthetic resin support frame 34 and a filter material 36.
  • a plurality of lattice-shaped openings 35 are provided on the peripheral surface of the support frame 34 of the outer cylinder 5, and polyethylene terephthalate, polypropylene, or the like is provided on the peripheral surface of the support frame so as to cover the openings of the openings 35.
  • a filter material 36 made of synthetic fiber such as polyethylene or nylon is fixed.
  • the filter material 36 has a filter function that allows the water to be treated to pass through without leaking the powder filter material 10 that faces the filter material 36, so the opening of the filter material 36 is smaller than the particle size of the powder filter material 10. It has become a thing.
  • the aperture ratio of the filter material 36 is preferably as large as the strength allows.
  • the opening ratio of the opening 35 of the support frame 34 is preferably as large as the strength allows.
  • the outer cylinder 5 includes the cylindrical support frame 34 having a plurality of openings 35 on the wall surface, and the filter material 36 fixed to the support frame 34 and covering the openings 35.
  • the strength of the outer cylinder 5 is improved, the outer cylinder 5 is deformed by the water pressure generated in the water purification process, and the layer thickness of the powder filter medium 10 (adsorbent layer) is reduced, so that the adsorbent through which raw water passes in the water purification process. It is possible to suppress a decrease in the filtration performance of the water purification cartridge due to a decrease in the distance between the layers and an insufficient adsorption treatment in the adsorbent layer of raw water.
  • the area where the opening 35 is present is the area where the powder filter medium 10 facing is present. It is preferable to substantially match.
  • the filter material 36 that covers the opening of the opening 35 may be a thin sheet such as a nonwoven fabric or a woven fabric such as a mesh, and may have any filter function that allows water to be processed without allowing the powder filter medium 10 to leak. .
  • a method of integrally molding with the filter material 36 at the time of molding the outer cylinder 5 is preferable because it can be firmly attached.
  • the filter material 36 When the filter material 36 is integrally formed, if the filter material 36 is positioned on the outer peripheral surface of the support frame 34, the powder filter medium 10 filled and accommodated inside the outer cylinder 5 in the radial direction is equal to the thickness of the support frame 34. Only the filling amount can be increased. Further, by providing ribs or protrusions on the outside of the support frame 34 and sandwiching the filter material 36, the strength can be improved so that the filter material 36 is not peeled off from the support frame 34 by water pressure. Moreover, if it is a rib, it can contribute to the intensity
  • a fixing method it is possible to attach with an adhesive, heat fusion, ultrasonic welding or pressure bonding. If these methods, according to the particle size of the powder filter medium to be used, it is possible to change the opening and basis weight of the filter material, it is possible to produce a plurality of types of outer cylinders with one type of support frame, Since the mold shape of the support frame becomes simple, the cost of the product can be reduced, which is preferable.
  • the filter material 36 can be easily fixed by being positioned on the outer peripheral surface of the support frame 34, and the water pressure can be dispersed and held by both the filter material and the support frame. It is hard to generate and is preferable in terms of strength.
  • thermal fusion or ultrasonic welding is preferable in order to maintain the fixation strength with the support frame.
  • Ultrasonic welding is preferably used because the amount of energy to be applied can be adjusted according to the material of the selected filter material and fixed to the support frame at a certain strength or higher.
  • Specific preferred modes of the fixing method and fixing method of the filter material to the outer cylinder (support frame) by ultrasonic welding are the same as those for the inner cylinder described above.
  • the outer cylinder is formed as an integral body consisting of a support frame and a filter material, but of course, the upper support frame portion is formed of a plurality of members, and these are fitted, welded, or bonded, although it is possible to assemble or connect to the shape shown in FIG. 1, it is cheaper and easier to produce as a single unit.
  • the upper inner lid 6 includes an annular top surface that covers the annular space defined by the inner cylinder 4 and the outer cylinder 5, a cylindrical portion that protrudes downward from the outer peripheral portion of the top surface, and an inner surface of the top surface. It is comprised by the downward recessed part provided toward the downward direction from the periphery.
  • the lower recess is a member in contact with the inner wall surface of the inner cylinder 4, and is a circular recess in the embodiment of the present invention.
  • an annular step portion 15 is formed on the outer peripheral surface of the lower concave portion, and the step portion 15 is fitted to the upper inner wall surface of the inner cylinder 4 to form a fitting portion. This fitting portion is in a sealed state with respect to water and the powder filter medium 10.
  • the upper inner lid is fitted to the inner wall surface of the upper part of the inner cylinder to form a fitting portion.
  • the water purification cartridge of this invention has such a structure, since the fitting part is formed in the outer side of the annular column-shaped accommodation space in which the powder filter medium is accommodated, the powder filter medium is attached to the fitting part. It is possible to greatly suppress the water tightness of the fitting part due to the biting, and furthermore, when assembling the water purification cartridge, the powder is prevented from biting into the fitting part as in the past. Since it is not necessary to fill the filter medium excessively carefully, it becomes easy to fill the powder filter medium, and the assembly of the water purification cartridge is also excellent.
  • the powder filter medium in the manufacturing process, in order to more closely fill the annular column-shaped storage space with the powder filter medium, the powder filter medium is filled while vibrating the outer cylinder or the like forming the storage space. obtain.
  • the powder filter medium risend by the vibration at the time of filling the powder filter medium adheres to the outer wall surface of the upper part of the inner cylinder, and the upper inner lid is fitted to the inner cylinder in this state, these fittings are performed.
  • the powder filter medium will be bitten into the landing part. Therefore, in the conventional water purification cartridge, it is necessary to remove the powder filter material adhering to the outer wall surface of the inner cylinder before the upper inner lid is fitted.
  • the fitting portion is formed on the inner wall surface of the inner cylinder, it is necessary to remove the powder filter material adhering to the outer wall surface of the inner cylinder before fitting the upper inner lid. Therefore, it is possible to assemble a water purification cartridge that is easily packed closely with a powder filter medium and has excellent filtering ability.
  • the upper inner lid 6 is transparent because the state inside the water purification cartridge 1 can be confirmed, such as whether there is any abnormality during assembly.
  • the fitting method in this fitting portion can be selected according to the cartridge shape, and may be sealed watertight using an elastic member 37 such as an O-ring as shown in FIG.
  • an elastic member 37 such as an O-ring as shown in FIG.
  • a resin member may be used without using an elastic member or the like. In this case, the number of members can be reduced, and the assembly process is improved by reducing the step of fitting the elastic member.
  • the gap between the lower surface of the upper inner lid 6 and the upper ends of the inner cylinder 4 and the outer cylinder 5 is preferably as small as possible. However, considering the manufacturing accuracy of each member, it may be set to about 0.5 to 1 mm.
  • a stepped portion 16 is formed on the outer wall surface of the cylindrical portion provided in the radially outermost portion of the upper inner lid 6 and is fitted to the inner wall surface of the upper end portion of the casing 2, and the fitting portion is watertight. It is in a state. Since the diameter of the step portion 16 of the upper inner lid 6 is set to be larger than the diameter of the outer peripheral surface of the outer cylinder 5, the upper inner lid 6 is located between the inner wall surface of the casing 2 and the outer peripheral surface of the outer cylinder 5. The cylindrical gap 14 forming the raw water flow path leading to the raw water inlet 11 is formed. The fitting portion can be more reliably sealed even if the elastic member 38 such as an O-ring shown in FIG. 1 is used, or the number of members may be reduced by fitting with a resin member. .
  • a plurality of convex portions that are projected radially outward from the outer peripheral surface of the outer cylinder 5 and abut against the inner wall surface of the casing 2 may be provided discretely arranged in the circumferential direction.
  • the gap 14 is preferably 0.5 mm or more although it depends on the set flow rate of the water purification cartridge 1. When the gap 14 is increased, the raw water can easily flow, but on the other hand, the space for storing the powder filter medium is reduced. Therefore, the gap is preferably 3 mm or less, preferably 2 mm or less.
  • an embodiment in which the outer peripheral surface of the upper end portion of the outer cylinder protrudes radially outward and is fitted to the inner wall surface of the casing 2 and the fitting portion is in a watertight state is also preferable.
  • the upper inner lid may not be fitted to the inner wall surface of the casing.
  • the top surface is formed between the space between the inner cylinder 4 and the outer cylinder 5 and the inner It may be configured by a plate-like member that covers the inner space of the cylinder 4, and the cylindrical part may hang down from the center of the top surface.
  • the step portion 15 formed on the outer peripheral surface of the cylindrical portion is fitted on the inner wall surface of the upper portion of the inner cylinder 4 to form a fitting portion. This fitting portion is in a sealed state with respect to water and the powder filter medium 10.
  • the upper inner cover 6 shown in the schematic longitudinal cross-sectional view of the water purification cartridge which concerns on the example of other embodiment of this invention of FIG. 5 other than what is shown in FIG.
  • the upper convex portion 43 can be provided in the lower concave portion. Moreover, it can replace with this upward convex part and a rib etc. can be provided. Since the water pressure is repeatedly applied to the upper inner lid 6 during use of the water purification cartridge, the strength of the upper inner lid 6 with respect to the water pressure can be improved by providing the upper convex portion 43 and the like.
  • the upper inner lid 6 is formed as a single body, but of course, the upper lid portion and the portion to be fitted to the inner wall surface of the inner cylinder are formed as separate bodies, and these are fitted, welded or bonded. It is possible to assemble or connect to the shape of the upper inner lid shown in FIG. 1 or FIG. 3 by means of, etc., but it is cheaper and simpler to form as an integral object.
  • the powder filter medium 10 is accommodated in an annular column-shaped accommodation space formed by the above-described inner cylinder 4, outer cylinder 5, and upper inner lid 6.
  • the powder filter medium 10 is filled from the portion between the upper part of the inner cylinder 4 and the upper part of the outer cylinder 5 before the upper inner lid 6 is fitted to the inner wall surface of the upper part of the inner cylinder 4.
  • the upper inner lid 6 is fitted on the inner wall surface of the upper portion of the inner cylinder 4 so as to seal the powder filter medium 10.
  • powder filter medium 10 granular or powdery activated carbon made of coconut shell, wood, coal, or the like, or a granular or powder ion exchanger suitable for removing heavy metals such as lead in raw water, for example, titanium silicate Zeolite such as salt and aluminosilicate, ion exchange resin, or the like can be used by being appropriately combined.
  • the powder filter medium 10 having an average particle size in the range of about 30 to 900 ⁇ m can be used, and is selected and used according to the type, application, and performance of the water purification cartridge. Since the surface area increases when the particle size is reduced, the adsorption capacity and ion exchange capacity of the powder filter medium can be increased, and the packing density of the powder filter medium is also improved. Therefore, it is very preferable to employ a powder filter medium 10 having an average particle size as small as about 30 to 150 ⁇ m from the viewpoint that the filtration capacity of the powder filter medium part can be greatly increased and the packing density can be further increased. .
  • the particle size of the powder filter medium may be measured in accordance with the method defined in JIS K 1474: 2014 activated carbon test method 7.3 particle size, or may be a method measured by a laser diffraction / scattering method.
  • the average particle size can be a particle size (50% particle size) occupying 50% of an integrated value based on mass or volume particle size distribution.
  • a particle size (50% particle size) that is measured using a laser diffraction / scattering particle size measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrac, model [MT3300]) and whose integrated value by volume particle size distribution accounts for 50%. (Diameter) is defined as an average particle diameter.
  • the volume ratio of the binder for molding occupies about 30 to 20%, and that portion does not contribute to filtration, but the binder is occupied by using powder filter media.
  • the volume that has been filled can be filled with activated carbon or an ion exchanger, and the increased filter medium contributes to filtration, so the filtration capacity can be greatly improved.
  • the packing density can be increased.
  • coconut shell activated carbon is used as the powdered activated carbon, about 0.50 to 0.75 g / mL. Therefore, the water purification cartridge can be configured in a compact and compact manner.
  • the average particle diameter of the powder filter medium is set to a small value of 30 to 150 ⁇ m, and the powder filter medium portion having a particle diameter of 150% or more of the average particle diameter (for example, when the average particle diameter is about 120 ⁇ m, the particle diameter Is removed by an operation such as sieving, and the total mass of the powder media having a particle size of 150% or more of the average particle size is 10% of the total mass of the powder media. % Or less is more preferable. If it carries out like this, the filtration capacity by a powder filter medium part can be raised further, and the effect that a packing density can also be raised can be acquired.
  • the above-described annular column-shaped accommodation space and the powder filter medium 10 accommodated therein are provided in correspondence with the shape of the elongated hollow cylindrical hollow fiber membrane module 18 (and its inner cylinder 4) as described above.
  • the overall shape (the shape of the powder filter medium portion) has a long axial direction and a cylindrical shape longer than the radial length (thickness).
  • the flow passage cross-sectional area is much wider than that in the case of water flow in the axial direction.
  • the flow rate of water flow is reduced, and even if a powder filter medium having a small particle size is packed at a high density, the pressure loss in water flow can be sufficiently reduced and a predetermined filtration flow rate can be achieved.
  • the length in the axial direction / the length in the radial direction of the cylindrical powder filter medium part is determined according to the pressure loss required by a numerical value exceeding 1, but is preferably 3 or more.
  • the absolute value of the length in the radial direction is at least required in order to prevent a shortcut for water passage at the boundary surface between the powder filter medium and the upper end of the storage space and the lower end of the storage space, and the filtration principle of the powder filter medium.
  • the value is determined in consideration of the value and the like, but is practically about 5 mm or more in practice.
  • the pressure loss in water flow can be sufficiently reduced, but in the particle size distribution as follows, It is more preferable for the pressure loss reduction to remove the powder filter medium on the side where the particle size is smaller than a certain value so as to be a certain mass fraction or less. That is, a small powder filter material portion having a particle size of 50% or less of the average particle size (for example, when the average particle size is about 120 ⁇ m, the powder filter material portion having a particle size of about 60 ⁇ m or less) is subjected to an operation such as sieving.
  • the total mass of the powder filter medium having a particle diameter of 50% or less of the average particle diameter is preferably 10% or less with respect to the total mass of the powder filter medium.
  • a pressure loss can be reduced significantly in the powder filter medium part.
  • Powder filter media particles with a small particle size enter between powder filter media particles with a larger particle size, increasing the density of the powder filter media as a whole, clogging the powder filter media, It is estimated that the flow of (raw water) is obstructed and is a major factor in the increase of pressure loss. It is estimated that the effect of reducing the pressure loss was generated by removing the powder filter media particles having a small average particle diameter.
  • the total mass of the powder filter medium having a particle diameter of X% or less of the average particle diameter is 10% with respect to the total mass of the powder filter medium.
  • the value of X is preferably in the range of 40-60. The larger the value of X, the more powder filter media with a small particle diameter can be removed and the pressure loss can be reduced, but the cost of producing the powder filter media will increase. The smaller the value of X, the lower the cost of producing the powder filter medium, but the less effective the pressure loss is reduced. A value of X in the range of 40 to 60 is preferable because the effect of reducing the pressure loss and the cost can be balanced.
  • an elastic member 8 is disposed between the powder filter medium 10 and the upper inner lid 6. In this way, the elastic member 8 presses the powder filter medium 10 and the upper inner lid 6 and comes into close contact therewith, so that no gap is formed between the filled powder filter medium 10 and the upper inner lid 6, and raw water is passed through. There is no risk of short-cutting the powder filter medium 10 when wet.
  • the elastic member rubber such as silicone rubber having low hardness, sponge of synthetic resin, foam, nonwoven fabric, felt or the like can be used.
  • the substantially cylindrical members that is, the inner cylinder and the outer cylinder having the same central axis and being coaxially arranged are most effective for making the water purification cartridge compact.
  • Reasonable and preferred form are most effective for making the water purification cartridge compact.
  • the casing 2, the outer lid 3, the inner cylinder 4, the outer cylinder 5, and the upper inner lid 6 are made of ABS (acrylonitrile / butadiene / styrene) resin, AS (acrylonitrile / styrene) resin, PS (polystyrene) resin. It is preferable to use a resin molded with a resin having high dimensional accuracy during molding, such as PP (polypropylene) resin.
  • the flow of water in the water purification cartridge 1 configured as described above will be described.
  • the raw water that has entered from the raw water inlet 11 is distributed almost evenly in the circumferential direction in the flow path 17 and guided to the annular column-shaped gap that is the raw water flow path, and the outer cylinder 5, the powder filter medium 10, and the inner cylinder 4 are arranged in that order. And pass in the radial direction to the hollow fiber membrane bundle 9.
  • the free residual chlorine, the salty odor, the mold odor, the trihalomethane, the heavy metal ions such as lead, and the like in the raw water are removed.
  • water passes through the hollow fiber membrane, turbid components, bacteria, and the like are removed to become purified water, which is discharged from the purified water outlet 12 through the opening at the lower end surface of the hollow fiber membrane bundle 9.
  • the particle size shown in the examples was measured using a laser diffraction / scattering particle size measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrack, model [MT3300]).
  • a laser diffraction / scattering particle size measuring device manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrack, model [MT3300]
  • the range of 0.023 ⁇ m to 2000 ⁇ m was divided into 132 on a logarithmic scale, and the volume of activated carbon particles having a particle size in each section was measured.
  • the apparent density of the powder filter medium was measured with a density measuring device (AccumPyc II II 1340, manufactured by Micromeritics), and the mass was calculated by multiplying the volume by the apparent density.
  • Example 1 Coconut shell activated carbon is used as the powder filter medium, and the particle diameter is measured by a laser diffraction / scattering method. The average particle diameter occupying 50% by volume particle size distribution is 114 ⁇ m, and the average particle diameter is 50%. The total mass of activated carbon having a particle size of 57 ⁇ m or less was 10% of the total mass of activated carbon.
  • Example 2 Coconut shell activated carbon is used as a powder filter medium, the particle diameter is measured by a laser diffraction / scattering method, the average particle diameter occupying 50% by volume particle size distribution is 119 ⁇ m, and the average particle diameter is 60%.
  • the total mass of the activated carbon having a particle size of 71 ⁇ m or less was 10% of the total mass of the activated carbon.
  • Example 3 Coconut shell activated carbon is used as the powder filter medium, the particle size is measured by a laser diffraction / scattering method, the average particle size occupying 50% by volume particle size distribution is 130 ⁇ m, and 40% of the average particle size. The total mass of the activated carbon having a particle size of 52 ⁇ m or less was 10% of the total mass of the activated carbon.
  • Example 4 Coconut shell activated carbon is used as a powder filter medium, the particle size is measured by a laser diffraction / scattering method, the average particle size occupying 50% by volume particle size distribution is 105 ⁇ m, and the average particle size is 50%.
  • the total mass of activated carbon having a particle size of 53 ⁇ m or less was 20% of the total mass of activated carbon.
  • the compact water purification cartridge used for the faucet direct connection type water purifier has been described as an embodiment, the present invention can also be used as a relatively large water purification cartridge such as an undersink type water purifier or a stationary water purifier. .

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Abstract

本発明は、組立性に優れ、かつ、ろ過能力の高い浄水カートリッジを提供することを目的とする。本発明の浄水カートリッジは、原水入口と浄水出口とを有するケーシングと前記ケーシングの上端を閉塞する外蓋とで形成される空間内部に、粉体ろ材が収納された浄水カートリッジであって、ケーシング内には、内筒と外筒を備え、かつ、前記内筒と前記外筒の同じ側の端部に前記内筒と前記外筒との間を覆う上内蓋を備え、粉体ろ材は、内筒、外筒および上内蓋とで形成された環柱状の収容空間に収容され、上内蓋は内筒の内側壁面と水密に嵌着している。

Description

浄水カートリッジ
　本発明は、浄水器に取り付けられる浄水カートリッジに関する。特に一般家庭の水道蛇口に直接接続される蛇口直結型浄水器用の浄水カートリッジに関する。
　近年、家庭において水道水を浄化する浄水器が広く利用されている。それらの浄水器においては、水道水を浄化するための各種ろ材が収容された浄水カートリッジが使用されている。ろ材としては、水道水中の遊離残留塩素、カルキ臭、カビ臭、トリハロメタン、鉛などの重金属イオンなどを除去する粉体（粒状や粉状）の活性炭やイオン交換体と、水道水中の濁質成分、細菌類などを除去する中空糸膜とが一般的に使用されている。それらろ材は処理できる総ろ過水量が限られているため、浄水カートリッジを定期的に交換しながら浄水器は継続使用されることになる。そこで使用者からはできるだけコンパクトで寿命の長い（すなわち、ろ過能力が高く処理できる総ろ過水量の大きい）浄水カートリッジが求められている。このような性能の良い浄水カートリッジとして、従来製品の一例を図６～８に従って説明する。
　図６の従来製品は、原水入口１１と浄水出口１２を有した浄水カートリッジであって、内部には中空糸膜が収納された内筒４と、この内筒４と外筒５の間に形成される略環柱状の空間内に吸着剤層が設けられている。原水は上側の原水入口１１からカートリッジ内部に入り、吸着剤層を側面から横向きに通過した後、中空糸膜ケースに充填された中空糸膜束９を下向きに通過して、浄水出口１２から流出する。吸着剤層の上側は、内筒４と外筒５との間に上内蓋６が嵌入してあり、内筒４の外側壁面の上部と上内蓋６は嵌着してある（例えば、特許文献１参照）。
　図７の従来製品は、浄水カートリッジが内蔵された浄水器であって、内筒４と外筒５の間に形成される略環柱状の空間内に吸着剤層が設けられている。原水は下側の原水入口１１から浄水器内部に入り、吸着剤層を側面から横向きに通過した後、内筒４内を上向きに通過して、浄水出口１２から流出する。吸着剤層の上側にはフィルター（上内蓋）が嵌入してあり、内筒の外側壁面の上部とフィルターは嵌着してある。また、フィルターと外蓋の間に形成される空間には、このフィルターを上側から通過して吸着剤層に原水を流入させるための流路が設けられている（例えば、特許文献２参照）。
　図８の従来製品は、浄水カートリッジが内蔵された浄水器であって、内筒４と外筒５の間に形成される略環柱状の空間内に吸着剤層が設けられ、略同軸上にイオン除去部材を備えた連結ケースと中空糸膜束９が収納されたケースが接続されている。原水は下側の原水入口１１から入り、吸着剤層を側面から横向きに通過した後、連結ケースを通過し、ケースに収納された中空糸膜を上向きに通過して、浄水出口１２から流出する。この浄水カートリッジも内蓋を有しており、この内蓋は外筒５の内側壁面の下部と嵌着してある。また、この浄水カートリッジでは、内筒よりも外筒の全長が長く、吸着剤層は内蓋で封止された外筒の下端部まで達している（例えば、特許文献３参照）。
日本国特開２００８－１３６９３３号公報 日本国特開２００７－３１３５０１号公報 日本国特開２００８－１９４５９６号公報
　ここで、吸着材層に用いられるろ材の種類としては、略環柱状の成形体のろ材や略環柱状の収容空間に収容される粉末状または粒状のろ材（以下、粉体ろ材という。）が挙げられる。そして、略環柱状の成形体のろ材では、成形のためのバインダーの質量割合が２０～３０％程度を占め、このバインダーの部分はろ過に寄与しない。このことに対し、図６～８に示すような従来製品の浄水カートリッジで採用されている略環柱状の収容空間に粉体ろ材を収容したものでは、バインダーを必要としないため、略環柱状の成形体のろ材に比べ、ろ材の密度が高くなり、そのろ過能力は優れたものとなる。しかし、その一方で、粉体ろ材を用いることで生じる課題も存在する。すなわち、図６や図７に示すような従来の浄水カートリッジでは、内筒と上内蓋との嵌着部が内筒の外側壁面上（すなわち、内筒の粉体ろ材と接する側の面上）に形成されているので、浄水カートリッジの製造工程において上内蓋を内筒に嵌着させる際に、この嵌着部に粉体ろ材が挟まる可能性がある。そして、この嵌着部に粉体ろ材が挟まると、この嵌着部における水密性が失われる可能性があり、浄水カートリッジの製造工程においては、この嵌着部に粉体ろ材が接触しないように粉体ろ材を充填しなければならない。そのため浄水カートリッジの製造時の組立作業性が低いという課題がある。
　また、図８に示すような浄水カートリッジの場合であっても、外筒と内蓋との嵌着部が外筒の内側壁面上（すなわち、外筒の粉体ろ材と接する側の面上）に形成されているので、上記と同様の事情により、この嵌着部に粉体ろ材が接触しないように粉体ろ材を充填しなければならず、浄水カートリッジの製造時の組立作業性が低いという課題がある。
　本発明は、上述のような問題点に鑑み、組立性に優れ、かつ、ろ過能力の高い浄水カートリッジを提供することを目的とする。
　前記課題を解決するため、本発明の浄水器は下記の構成から成る。すなわち、下記（１）～（６）を特徴とする。
（１）原水入口と浄水出口とを有するケーシングの内部に、粉体ろ材が収納された浄水カートリッジであって、ケーシング内には、内筒と外筒を備え、かつ、前記内筒と前記外筒の同じ側の端部に前記内筒と前記外筒との間を覆う上内蓋を備え、前記粉体ろ材は、前記内筒、前記外筒および前記上内蓋とで形成された環柱状の収容空間に収容され、前記上内蓋は前記内筒の内側壁面と水密に嵌着された、浄水カートリッジ。
（２）前記内筒および前記外筒の少なくとも一方は、その壁面に複数の開口部を有する円筒状の支持枠と、その支持枠に固定され、前記の開口部を覆うフィルター材とから構成されたものであることが好ましい。
（３）上記の浄水器は前記内筒の内側に中空糸膜束が封止固定されたものであることが好ましい。
（４）上記の浄水器は前記粉体ろ材と前記上内蓋との間に弾性部材が配設されたものであることが好ましい。
（５）前記粉体ろ材が、平均粒径が３０～１５０μｍであり、平均粒径の５０％以下の粒径である粉体ろ材の合計の質量が、粉体ろ材全体の質量に対して１０％以下であることが好ましい。
（６）前記粉体ろ材が、平均粒径が３０～１５０μｍであり、平均粒径のＸ％以下の粒径である粉体ろ材の合計の質量が、粉体ろ材全体の質量に対して１０％となるＸの値が４０～６０の範囲であることが好ましい。
　本発明は、上記の構成により以下の優れた効果を奏することができる。すなわち、
　上記（１）の構成により、内筒と上内蓋との嵌着部分における粉体ろ材のかみ込みが大幅に抑制されるため、組立性に優れ、かつ、ろ過能力の高い浄水カートリッジを得ることができる。
　また、上記（２）の構成により、内筒や外筒の強度が向上し、浄水工程において発生する水圧により内筒や外筒が変形することを抑制できる。これにより、吸着材層の層厚が低下することを防ぎ、浄水工程において原水が通過する吸着材層の距離が縮小することを防げる、ひいては、原水の吸着材層での吸着処理不足による浄水カートリッジのろ過性能の低下を抑制することができる。
　また、上記（３）の構成により、内筒内の空間をろ過層として有効に活用し、浄水カートリッジをよりコンパクトにすることができる。
　また、上記（４）の構成により、充填した粉体ろ材と上内蓋の間における空隙の発生が抑制され、この浄水カートリッジに原水を通水した際に、原水が粉体ろ材が存在しない上記の隙間を通過すること（以下、ショートカットという。）を抑制することができる。
　また、上記（５）の構成により、平均粒径の５０％以下の粒径である粉体ろ材粒子が、平均粒径の５０％より大きい粒径の粉体ろ材粒子の間に入り込んで、全体として粉体ろ材の密度が高くなることで起こる圧力損失の上昇を抑制することができる。
　また、上記（６）の構成により、粒径の小さな粉体ろ材が粒径の大きな粉体ろ材粒子の間に入り込んで、全体として粉体ろ材の密度が高くなることで起こる圧力損失の上昇を抑制する効果と、粒径の小さな粉体ろ材部分を除去することによる粉体ろ材製造での収率悪化およびコスト上昇を抑制する効果とのバランスをとることができる。
図１は、本発明の一実施形態例に係る浄水カートリッジの概略縦断面図である。 図２は、本発明の一実施形態例に係る浄水カートリッジが流路切換器と接続されてなる蛇口直結型の浄水器の概略外観図である。 図３は、本発明の他の実施形態例に係る浄水カートリッジの概略縦断面図である。 図４は、本発明の他の実施形態例に係る浄水カートリッジの概略縦断面図である。 図５は、本発明の他の実施形態例に係る浄水カートリッジの概略縦断面図である。 図６は、従来技術の一実施形態例に係る浄水カートリッジの概略縦断面図である。 図７は、従来技術の他の実施形態例に係る浄水カートリッジの概略縦断面図である。 図８は、従来技術の他の実施形態例に係る浄水カートリッジの概略縦断面図である。 図９（ａ）～図９（ｆ）は、本発明の他の実施例に係るフィルター材の支持枠への超音波溶着による固定方法を示す概略図である。
　以下、本発明の実施形態例を、図面を参照しながら説明する。
　尚、本明細書において、「質量」は「重量」と同義である。
　図１は、本発明の一実施形態例に係る浄水カートリッジの概略縦断面図である。また、図２は、本発明の一実施形態例に係る浄水カートリッジが流路切換器と接続されてなる蛇口直結型の浄水器の概略外観図である。
　本願において、上下等の位置や方向に関する用語は、図１に示される向きで配置されている浄水カートリッジ（すなわち、浄水カートリッジの浄水出口１２が鉛直方向の下方向に向けて開口されるように配置されている浄水カートリッジ）の上下等の位置や方向を指し示すものとするが、本発明の浄水カートリッジは必ずしも図１の向きのみで配置され、使用されるわけではない。
　浄水カートリッジ１は、原水入口１１と浄水出口１２とを下端側に有し、上端が開口した有底筒状のケーシング２と、ケーシング２の上端開口を閉塞する外蓋３とで形成される空間内部に、中空糸膜束９と粉体ろ材１０とが収納されている。そして、浄水カートリッジ１は、図２に示すように、蛇口に直結されるとともに、原水取水口２１で蛇口から供給される原水を受け入れ、その流路を原水側（原水出口２２）か浄水側（浄水出口１２）かに切り換える流路切換器２０に、接続され、蛇口直結型の浄水器１９の一部となって、原水を浄化し浄水として吐出するために使用することができる。
　中空糸膜束９は、内筒４と封止部１３と共に、中空糸膜モジュール１８を構成する。中空糸膜束９は、内筒４の下端側にポッティング剤で封止固定されて内筒４内に収容されている。
　内筒４の略同心外側には外筒５が配置されており、内筒４と外筒５の下端側は互いに接して底部が形成され、その上端側は上内蓋６によって内筒４と外筒５との間が覆われ、有底環柱状の収納空間を画成している。そして、粉体ろ材１０が、内筒４、外筒５及び上内蓋６で形成される環柱状の収容空間に収容されている。
　原水入口１１から入った原水は、ケーシング２の内側壁面と外筒５の外周面との間に形成された環状の間隙１４に導かれた後、外筒５、粉体ろ材１０、内筒４をこの順で径方向に通過して、内筒４の内側に配されている中空糸膜束９に至る。
　次に、浄水カートリッジ１を構成する各部材について説明する。
　ケーシング２は、上端が開口した有底筒状であり、下端側の右側側面に原水入口１１を、下端面部の中央部に浄水出口１２を有している。浄水出口１２はケーシング２の底部を貫通する複数の貫通孔からなり、この浄水出口１２を囲うように、ケーシング２の内側底面には、略円筒状の支持壁４４が設けられている。該支持壁４４は、中空糸膜モジュール１８の中空糸膜束９の開口部側端部を嵌入させて、中空糸膜モジュール１８をケーシング２内に立設させる。原水入口１１には入口開口周囲に、流路切換器２０と接続するためのバヨネット機構（不図示）が設けられている。下端部の原水入口と浄水出口とが同じ下端側に位置するので、流路切換器と接続して浄水器を構成する時、流路切換器に設けられた原水出口と浄水カートリッジに設けられた浄水出口とを、同じ方向に向けやすく、かつ、それらを近接してコンパクトに配置することが可能となり、コンパクトかつ使いやすさが求められる蛇口直結型浄水器の浄水カートリッジとして好適な配置構成を有している。
　なお、原水入口は図１とは異なり、下端面部に、浄水出口とは偏心した位置で、下方に開口するように設けられてもよい。こうすると図１の浄水カートリッジ１に存在する、原水入口を通り抜けた直後に原水が通る流路１７の軸方向高さを減少することができ、浄水カートリッジ１をよりコンパクトにすることができる。
　外蓋３は、ケーシング２の上端開口を閉塞する部材であり、ケーシング２に超音波溶着により固定されている。その固定の方法は、超音波溶着によるもの以外にも、ねじ構造や接着によるものであってもよい。また外蓋３は透明であると、浄水カートリッジ１内部の状況を確認できるので、好ましい。図１では、外蓋３はケーシング２に内接して接続されているが、外蓋がケーシングに外接して接続されてもよい。こうすると、外蓋とケーシングとで形成するコーナー部が有効活用できる空間となり、ケーシング２の上端を外蓋内面直下に配置することが可能となる。すると粉体のろ材収容空間が広がり、より多くの粉体ろ材を収容して粉体ろ材部のろ過能力をより向上させることができる。なお、図１などに示す本発明の浄水カートリッジの実施形態例においては、浄水カートリッジは外蓋を有するものとなっている。しかし、後述される上内蓋６が浄水カートリッジ外部からの衝撃や通水時における浄水カートリッジ内部からの水圧などに耐え得る強度を有するものである場合には、本発明の浄水カートリッジは上記の外蓋を有しない形態も取り得る。
　外蓋３は、浄水カートリッジ１の外側上端の天井面（以下、天面という。）と天面の外周部から筒状部が垂下する形状と言えるが、図３の浄水カートリッジの実施形態例に示すように、その外蓋の筒状部の長さが、ケーシング２の筒状部の長さより長いという実施形態もありうる。この場合、後述される上内蓋６は、図１とは異なり、上内蓋６の外周面が外蓋３の筒状部内側壁面に嵌着され、間隙１４の上端を閉塞している。
　また、本願で「嵌着された」とは、２つの部材において、これら部材の一方の部材が他方の部材と嵌合し、さらに固定されたことをいう。
　中空糸膜モジュール１８は、所定本数の中空糸膜を束ねて逆Ｕ字状に折り曲げた中空糸膜束９を略筒状の内筒４内に収容し、内筒４の下端側内面と中空糸膜束９の下端側、さらに中空糸膜の下端側同士をポリウレタンやエポキシ樹脂などのポッティング剤で封止固定したものである。封止固定した部分が封止部１３である。中空糸膜束９の下端面は開口し、浄水出口１２に向いている。中空糸膜の材質としては親水化したポリスルホン等が好適に使用される。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。中空糸膜の材質としては、ポリスルホン以外にポリアクリルニトニル、ポリフィニレンスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン等を用いても差し支えない。中空糸膜の孔径は０．１～０．３μｍであり、前記範囲の孔径が水道水中の濁質を捕捉するのに最も適している。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。内筒４の下端側外周面には、上述のケーシング２の支持壁４４の内側壁面との間を水密にシールするＯリングが装着されている。図１では、中空糸膜束９は逆Ｕ字状に折り曲げられているが、直線状で、その上端の開口が接着剤や熱融着で封止されている中空糸膜束であってもよい。中空糸膜の外径は３００～５００μｍ、内径は２００～３４０μｍ、膜厚は５０～１００μｍが好ましく、これら条件を満たすことで上記のような製造工程における折り曲げ工程や後述の内筒に入れたりする工程などで中空糸膜が切れることはない。中空糸膜の外径が３００～５００μｍと、十分な強度を有しながらも十分に細いと、細い内筒の中に十分に大きな膜面積を確保でき、より高い濁りろ過能力を発揮することができる。
　内筒４は、合成樹脂製の支持枠３１とフィルター材３３からなる。支持枠３１の下端側の外側側面には、外筒５と嵌合するための嵌合部が段差付きに形成されている。内筒４の封止部１３より上部の支持枠３１の周面には、格子状の複数の開口部３２が設けられており、この開口部３２の開口を覆うようにポリエチレンテレフタレートや、ポリプロピレンやポリエチレン、ナイロンなどの合成繊維からなるフィルター材３３が支持枠３１の周面に固定されている。フィルター材３３は、対面する粉体ろ材１０は漏らさず、処理されるべき水は通過させるフィルター機能を有するものであるので、このフィルター材３３の目開きは、粉体ろ材１０の粒径より小さいものとなっている。また、通水での圧力損失を低減させるため、フィルター材３３の開口率は強度の許す限り大きいものが好ましい。また、同様に支持枠３１の開口部３２の開口率も強度の許す限り大きいものが好ましい。
　このように、内筒４は、その壁面に複数の開口部３２を有する円筒状の支持枠３１と、その支持枠３１に固定され、開口部３２を覆うフィルター材３３とから構成されるので、内筒４の強度が向上し、浄水工程において発生する水圧により内筒４が変形し、粉体ろ材１０（吸着材層）の層厚が低下することで、浄水工程において原水が通過する吸着材層の距離が縮小し、原水の吸着材層での吸着処理不足で、浄水カートリッジのろ過性能が低下するのを抑制することができる。
　さらに、図８に示すような従来の浄水カートリッジでは、内筒より水流の上流側に配置されている粉体ろ材の多くの部分では少量の原水が通過するにとどまり、その部分の粉体ろ材が十分に有効活用されていないとの課題もある。しかし、この本発明の実施形態に係る浄水カートリッジでは、支持枠３１の開口部３２の存在する領域が対面する粉体ろ材１０が存在する領域と略一致している。よって、収容された粉体ろ材の全体にほぼ均一に原水が流れるため、浄水カートリッジが備える環柱状の収容空間に収容された粉体ろ材１０の全体を有効に活用できる。
　また、開口部３２の開口を覆うフィルター材３３は、不織布や、メッシュなどの織物など、薄いシート状で、粉体ろ材１０は漏らさず、処理されるべき水は通過させるフィルタ機能を有するものであればよい。
　フィルター材３３を内筒４の支持枠３１に固定する方法としては、内筒４の成形時にフィルター材３３と一体成形する方法が強固に取り付けられる点で好ましい。
　フィルター材３３を一体成形する場合、フィルター材３３を支持枠３１の内側壁面に位置させると、内筒４の径方向の外側に充填、収容される粉体ろ材１０は、支持枠３１の厚み分だけ充填量を増やすことができる。さらに、支持枠３１の内側にリブや突起を設け、フィルター材３３を挟み込む構造とすることで、水圧によりフィルター材３３が支持枠３１から剥がれないように強度を向上させることができる。また、リブであれば、支持枠３１の強度向上に寄与することもでき、好ましい。
　また、フィルター材３３の支持枠３１への固定方法として接着剤で貼り付けたり、熱融着、超音波溶着または圧着させることも可能である。これらの方法であれば、使用する粉体ろ材の粒度に合わせて、フィルター材の目開きや目付けを変更でき、１種類の支持枠で複数種類の内筒を作製することが可能になるとともに、支持枠の金型形状も簡単なものになるため、製品のコストを下げることができ好ましい。これらの固定方法の場合、フィルター材３３は支持枠３１の外周面に位置させることで、容易に固定でき、フィルター材および支持枠の両方で水圧を分散して保持できるため、剥がれ等の問題が発生しづらく、強度的にも好ましい。
　これらの固定方法の中でも、支持枠との固定強度を保つために、熱融着あるいは超音波溶着が好ましい。選定したフィルター材の材質に合わせて、付与するエネルギー量を調節し支持枠に一定の強度以上で固定できることから、超音波溶着が好適に用いられる。
　具体的には、フィルター材としてのシート状のポリオレフィン系不織布が（内筒の）支持枠外周面を覆うように巻かれ、筒状形状となった不織布の軸方向両端部全周が（内筒の）支持枠外周面に超音波溶着され、さらに筒状に巻かれた不織布の軸方向の合わせ目部分も超音波溶着され、粉体ろ材を目止めできるようになっている固定形態が好ましい。この固定形態は超音波溶着箇所が最低限の領域であるという簡素なものでありながら、粉体ろ材を漏らすことがないという確かな効果を発揮する。
　また、この固定形態を実現する超音波溶着による固定方法としては、図９の（ａ）～（ｆ）に示すようなものが好ましい。すなわち、図９の（ａ）のように、筒状の（内筒の）支持枠３１の内部にその内径に合った筒状の治具３９を通し、支持枠３１を治具３９で保持する。適度の張力を掛けられたシート状のフィルター材３３の長尺物の一端部を、固定すべき支持枠３１外周面上の位置に配置させる。図９の（ｂ）のように、超音波溶着装置の２つのホーン４０をそのフィルター材３３の一端部の（筒状の支持枠の）軸方向両端部に当て、仮付け的に超音波溶着する。次に、図９の（ｃ）のように、治具３９を中心軸回りに回転させることにより支持枠３１を回転させながら、連続的に２つのホーン４０でフィルター材３３の軸方向両端部を支持枠３１に対し超音波溶着する。図９の（ｄ）のように、回転が一周と、フィルター材３３の軸方向両端部は、支持枠３１外周面全周に亘って超音波溶着されることになる。その後、図９の（ｅ）のように、フィルター材３３の他端部を切断し、さらに２つの内の１つのホーン４０を支持枠３１の軸方向両端部の間を軸方向に移動させながら、超音波溶着する。この軸方向移動超音波溶着により、フィルター材３３の軸方向の合わせ目部分も超音波溶着される。これで図９の（ｆ）のように、超音波溶着による固定方法が完了する。上述の固定方法は、簡便な超音波溶着装置構成で実現でき、高い生産性を得ることができるという効果を発揮する。
　水中の濁質成分、細菌類などを除去するろ材としての中空糸膜束は、濁りろ過能力を高めるため、それの有する膜面積が大きいことが望ましい。しかし、封止部は水圧に対する封止固定の強度確保のため一定の軸方向高さが必要であり、しかも、封止部の中の中空糸膜束はろ過に寄与しないので、中空糸膜束の内ろ過に寄与する有効部分の比率を高め、有効膜面積を増大させるために、中空糸膜束の長さを増大させることが合理的である。その結果、中空糸膜束は細長い形状となり、それに伴い中空糸膜束を収容し、それを保護する内筒も、その口径よりも軸方向長さが長い細長い筒状とするのが通例である。
　従って、内筒４の形状も細長い筒状であり、当然ながら中空糸膜モジュール１８も細長い略筒状形状となっている。ここで、内筒４内に収容される中空糸膜束９の長さを後述する上内蓋６の直下まで延在させることで、中空糸膜束９の有効膜面積を増大することができ、中空糸膜束部（すなわち中空糸膜モジュール１８）の濁りろ過能力を高めることができる。また、内筒４内に中空糸膜束９を封止固定することで、内筒内の空間をろ過層として有効に活用し、所定のろ過能力を達成しつつ浄水カートリッジをコンパクトにすることに寄与している。
　また、図１では、内筒４は支持枠３１とフィルター材３３からなる一体物として形成されているが、もちろん、内筒上部の支持枠部分と内筒下部の接合部などを別体として形成し、それらを嵌着、溶着または接着等により、図１の形状に組立または接続することも可能であるが、一体物として形成する方が安価かつ生産も簡便に行える。
　次に、内筒４と共に、粉体ろ材１０が収容される環柱状の収容空間を形成する外筒５、および上内蓋６について説明する。
　図１に示したように、外筒５の下端部は分岐により内側壁部４５ａと外側壁部４５ｂに分かれている。内側壁部４５ａの下端側面にはケーシング２の内方に向けて突出する突出部が設けられ、外側壁部４５ｂの下端側面にはケーシング２の外方に向けて突出する突出部が設けられている。外筒５は内筒４の外周を覆うようにしてケーシング２内に挿入され、外筒５の内側壁部４５ａの突出部が内筒４の支持枠３１の下端に設けられた嵌合部の段差に嵌め合い嵌着して、内筒４と外筒５とで有底を形成し、一方で、外筒５の外側壁部４５ｂの突出部がケーシング２と嵌め合い嵌着して、固定される。ここで、外筒５の内側壁部４５ａと外側壁部４５ｂとの間には空間があるので、板バネ構造となっており、内筒４とケーシング２との嵌着部分は、水および粉体ろ材１０に対して密封状態となっている。この嵌着部分は、水密にシールするために、Ｏリング等の弾性部材を装着してもよいが、図１に示したように樹脂部材の嵌めあいによる嵌合にすると、部材点数が少なくなり、浄水カートリッジの製造工程における作業工程を削減することができる。この嵌着部分の設計は任意の方法をとることができるが、図１に示したような板バネ構造が好ましい。
　外筒５は、合成樹脂製の支持枠３４とフィルター材３６からなる。外筒５の支持枠３４の周面には、格子状の複数の開口部３５が設けられており、その支持枠の周面には開口部３５の開口を覆うようにポリエチレンテレフタレートや、ポリプロピレンやポリエチレン、ナイロンなどの合成繊維からなるフィルター材３６が固定されている。フィルター材３６は、対面する粉体ろ材１０は漏らさず、処理されるべき水は通過させるフィルター機能を有するものであるので、このフィルター材３６の目開きは、粉体ろ材１０の粒径より小さいものとなっている。また、通水での圧力損失を低減させるため、フィルター材３６の開口率は強度の許す限り大きいものが好ましい。また、同様に支持枠３４の開口部３５の開口率も強度の許す限り大きいものが好ましい。
　このように、外筒５は、その壁面に複数の開口部３５を有する円筒状の支持枠３４と、その支持枠３４に固定され、開口部３５を覆うフィルター材３６とから構成されるので、外筒５の強度が向上し、浄水工程において発生する水圧により外筒５が変形し、粉体ろ材１０（吸着材層）の層厚が低下することで、浄水工程において原水が通過する吸着材層の距離が縮小し、原水の吸着材層での吸着処理不足で、浄水カートリッジのろ過性能が低下するのを抑制することができる。
　さらに、浄水カートリッジの備える環柱状の収容空間に収容された粉体ろ材１０の全体を有効に活用できるようにするため、開口部３５の存在する領域は、対面する粉体ろ材１０の存在する領域と略一致させることが好ましい。開口部３５の開口を覆うフィルター材３６は、不織布や、メッシュなどの織物など、薄いシート状で、粉体ろ材１０は漏らさず処理されるべき水は通過させるフィルター機能を有するものであればよい。
　フィルター材３６を外筒５の支持枠３４に固定する方法としては、外筒５の成形時にフィルター材３６と一体成形する方法が強固に取り付けられる点で好ましい。
　フィルター材３６を一体成形する場合、フィルター材３６を支持枠３４の外周面に位置させると、外筒５の径方向の内側に充填、収容される粉体ろ材１０は、支持枠３４の厚み分だけ充填量を増やすことができる。さらに、支持枠３４の外側にリブや突起を設け、フィルター材３６を挟み込む構造とすることで、水圧によりフィルター材３６が支持枠３４から剥がれないように強度を向上させることができる。また、リブであれば、支持枠３４の強度向上に寄与することもでき、好ましい。
　また、固定方法として接着剤で貼り付けたり、熱融着、超音波溶着または圧着させることも可能である。これらの方法であれば、使用する粉体ろ材の粒度に合わせて、フィルター材の目開きや目付けを変更でき、１種類の支持枠で複数種類の外筒を作製することが可能になるとともに、支持枠の金型形状も簡単なものになるため、製品のコストを下げることができ好ましい。これらの固定方法の場合、フィルター材３６は支持枠３４の外周面に位置させることで、容易に固定でき、フィルター材および支持枠の両方で水圧を分散して保持できるため、剥がれ等の問題が発生しづらく、強度的にも好ましい。
　これらの固定方法の中でも、支持枠との固定強度を保つために、熱融着あるいは超音波溶着が好ましい。選定したフィルター材の材質に合わせて、付与するエネルギー量を調節し支持枠に一定の強度以上で固定できることから、超音波溶着が好適に用いられる。
　超音波溶着によるフィルター材の外筒（の支持枠）への固定形態と固定方法の具体的な好ましい態様は、上述した内筒に対するものと同様である。
　また、図１では、外筒は支持枠とフィルター材からなる一体物として形成されているが、もちろん、上部の支持枠部分を複数部材で形成し、それらを嵌着、溶着または接着等により、図１の形状に組立または接続することも可能であるが、一体物として形成する方が安価かつ生産が簡便に行える。
　なお、当然ながら、外筒５はケーシング２内にあって、かつ内筒４の径方向外側に位置するので、ケーシング２口径＞外筒５口径＞内筒４口径の関係がある。
　上内蓋６は、内筒４と外筒５とで画成された環状空間を覆う環状の天面と、該天面の外周部から下方に突出した筒状部と、該天面の内周部から下方に向かって設けられた下方凹部とで構成されている。下方凹部は内筒４の内側壁面に接する部材であり、本発明の一実施形態例では円状の凹部である。また、この下方凹部の外周面には環状の段差部１５が形成されており、この段差部１５は内筒４の上部の内側壁面に嵌着し嵌着部分を形成している。そして、この嵌着部分は、水および粉体ろ材１０に対して密封状態となっている。このように上内蓋が内筒の上部の内側壁面に嵌着し嵌着部分を形成していることが、本発明の浄水カートリッジの大きな特徴の一つである。そして、本発明の浄水カートリッジが、このような構造を有することで、嵌着部分が粉体ろ材が収容される環柱状の収容空間の外側に形成されるので、嵌着部分に粉体ろ材をかみ込むことによる嵌着部分の水密性の低下を大幅に抑制することができ、さらに、浄水カートリッジの組み立ての際に、従来のように嵌着部分に粉体ろ材をかみ込まないように粉体ろ材の充填を過度に注意深く行う必要もないため、粉体ろ材の充填もしやすくなり、この浄水カートリッジの組立性も優れたものとなる。また、浄水カートリッジでは、その製造工程において、環柱状の収容空間に粉体ろ材をより密に充填するために、この収納空間を形成する外筒等に振動を与えながら粉体ろ材の充填を行い得る。そして、従来の浄水カートリッジでは、粉体ろ材充填時の振動により舞い上がった粉体ろ材が内筒の上部の外側壁面に付着し、その状態で上内蓋を内筒に嵌着させると、これら嵌着部に粉体ろ材がかみ込まれることとなる。よって、従来の浄水カートリッジでは上内蓋を嵌着させる前に、内筒の外側壁面に付着した粉体ろ材を除去する必要があった。しかし、本発明の浄水カートリッジでは、嵌着部が内筒の内側壁面に形成されるため、上内蓋を嵌着させる前に、内筒の外側壁面に付着した粉体ろ材を除去する必要がないので、容易に粉体ろ材が密に充填され、ろ過能力に優れた浄水カートリッジを組み立てることができる。
　また、上内蓋６は透明であると、組立時に異常がないか等、浄水カートリッジ１内部の状況を確認できるので好ましい。
　この嵌着部分における嵌着方法については、カートリッジ形状に応じて選定することができ、図１に示したようにＯリング等の弾性部材３７を用いて水密にシールしてもよい。あるいは、弾性部材等を用いず、樹脂部材による嵌入でもよい。この場合、部材点数を削減できるとともに、弾性部材を嵌める工程を削減して組立性が向上する。
　上内蓋６の下面と内筒４及び外筒５の上端との間隙は、できるだけ小さくすることが好ましいが、各部材の製作精度を考慮して、０．５～１ｍｍ程度に設定するとよい。
　また、上内蓋６の径方向最外側部に設けられた筒状部の外側壁面には段差部１６が形成され、ケーシング２の上端部の内側壁面に嵌着し、その嵌着部分は水密状態となっている。上内蓋６の段差部１６の口径は、外筒５の外周面の口径より大きいように設定してあるので、上内蓋６は、ケーシング２内側壁面と外筒５外周面との間に、原水入口１１に通ずる原水流路をなす筒状の間隙１４を形成する役割を果たしている。この嵌着部分も、図１に示したＯリング等の弾性部材３８を用いてもシール性をより確実にすることが可能であるし、樹脂部材による嵌入にして部材点数を削減してもよい。
　外筒５の外周面から径方向外側に張り出してケーシング２の内側壁面に当接する、周方向において離散的に配置される複数の凸部を設けてもよい。上記間隙１４をより確実に形成、保持することで、原水流路を確保して流路部分の圧力損失を低減し、カートリッジの流量を増大させることができる。
　上記間隙１４は、浄水カートリッジ１の設定流量にもよるが、０．５ｍｍ以上あることが好ましい。間隙１４を大きくすると原水は流れやすくなるが、反面、粉体ろ材の収容空間が少なくなるため、この間隙を３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下とすることが好ましい。
　また、外筒の上端部外周面が径方向外側に張り出し、ケーシング２の内側壁面に嵌着し、その嵌着部分は水密状態となっている実施形態も好ましい。この場合、上内蓋は、ケーシングの内側壁面に嵌着しない形態でもよい。
　また、図１の上内蓋６は下方凹部を有しているが、図４の他の実施形態例に示すように、天面を、内筒４と外筒５との間の空間及び内筒４の内側空間を覆う板状部材で構成し、天面の中央部から筒状部が垂下する形状であってもよい。この場合においては、この筒状部の外周面に形成された段差部１５が内筒４の上部の内側壁面に嵌着し嵌着部分を形成している。そして、この嵌着部分は、水および粉体ろ材１０に対して密封状態となっている。そして、この実施形態例の浄水カートリッジにおいても、嵌着部には粉体ろ材がかみ込みにくく、嵌着部分の密封性と浄水カートリッジの組立性を向上させることができる。この段差部１５にも弾性部材３７としてＯリングを介在させて密封（または密閉）性を確実にすることが可能である。ただし、コンパクトな浄水カートリッジ設計のためには、弾性部材を介在させずに密封（または密閉）を実現することが好ましい。
　また、上内蓋６の下方凹部の形態としては、図１に示すものの他に、図５の本発明の他の実施形態の例に係る浄水カートリッジの概略縦断面図に示される上内蓋６のように、下方凹部に上方凸部４３を設けることもできる。また、この上方凸部に替えてリブ等を設けることもできる。上内蓋６には浄水カートリッジの使用中に繰り返し水圧がかかることから、この上方凸部４３等を設けることで上内蓋６の水圧に対する強度を向上することができる。
　さらに、上内蓋６は一体物として形成されているが、もちろん、上部の蓋部分と内筒の内側壁面と嵌着する部分などとを別体として形成し、それらを嵌着、溶着または接着等により、図１や図３に示す上内蓋の形状に組立または接続することも可能であるが、一体物として形成する方が安価かつ簡便である。
　次に粉体ろ材１０について説明する。粉体ろ材１０は、上述の内筒４、外筒５、上内蓋６で形成される環柱状の収容空間に収容される。製造工程的には、上内蓋６が内筒４の上部の内側壁面に嵌着される前に、内筒４の上部と外筒５の上部との間の部分から粉体ろ材１０は充填され、充填完了後、上内蓋６は粉体ろ材１０を密閉するように内筒４の上部の内側壁面に嵌着される。また、充填の際、粉体ろ材１０に対して振動や吸気、排気を行って、粉体ろ材の充填密度を高めることは、浄水カートリッジのろ過能力を高めるために好ましい方法である。
　粉体ろ材１０としては、椰子殻や木材、石炭などを原料とした粒状または粉状活性炭や、原水中の鉛等の重金属を除去するのに適した粒状または粉状イオン交換体、例えばチタンケイ酸塩やアルミノケイ酸塩などのゼオライト、またはイオン交換樹脂などを、適宜組み合わせて充填して使用することができる。
　粉体ろ材１０には、その平均粒径がおよそ３０～９００μｍの範囲のものが使用可能で、浄水カートリッジの種類、用途、性能に応じて選択して使用される。粒径を小さくすると表面積が増えるため、粉体ろ材の吸着能力やイオン交換能力を高めることができるし、粉体ろ材の充填密度も向上する。そこで、粉体ろ材１０として平均粒径がおよそ３０～１５０μｍと小さいものを採用することは、粉体ろ材部によるろ過能力を大幅に高め、充填密度もより高めることができる点で、非常に好ましい。粉体ろ材の粒径は、活性炭の場合、ＪＩＳ　Ｋ　１４７４：２０１４活性炭試験方法　７．３粒度に定められた方法に従って測定してもよいし、レーザー回折／散乱式法で測定した方法でもよい。いずれについても、質量あるいは体積の粒度分布による積算値が５０％を占める粒径（５０％粒径）を平均粒径とできる。本願においては、レーザー回折／散乱式粒子径測定装置（日機装社製、マイクロトラック、型式［ＭＴ３３００］）を用いて測定し、体積の粒度分布による積算値が５０％を占める粒径（５０％粒径）を平均粒径とする。
　従来の成形体の活性炭などのろ材では、成形のためのバインダーの占める体積割合が３０～２０％程度を占め、その部分はろ過に寄与しないが、粉体ろ材を使用することで、バインダーが占めていた体積を活性炭もしくはイオン交換体で充填することができ、増加したろ材がろ過に寄与するためろ過能力を大幅に向上することができる。特に平均粒径がおよそ３０～１５０μｍと小さい粉体ろ材の場合は、充填密度を高めることができ、例えば、粉末状活性炭としてヤシ殻活性炭を使用する場合、０．５０～０．７５ｇ／ｍＬ程度まで高めることができるので、ろ過能力が高くかつコンパクトに浄水カートリッジを構成することが可能となる。
　また、粉体ろ材の平均粒径を３０～１５０μｍと小さい値とし、さらに、平均粒径の１５０％以上の粒径である粉体ろ材部分（例えば平均粒径が約１２０μｍの場合は、粒径が約１８０μｍ以上の粉体ろ材部分）を、ふるいなどの操作により除去し、平均粒径の１５０％以上の粒径である粉体ろ材の合計の質量が粉体ろ材全体の質量に対して１０％以下となるようすることがより好ましい。こうすると、粉体ろ材部によるろ過能力をさらに高め、充填密度もさらに高めることができるという効果を得ることができる。
　一方、一般に粒径を小さくすると粉体ろ材部の通水での圧力損失が大きくなり、所定のろ過流量を確保できないこともあり得る。しかし本発明では、上述のように細長い略筒状の中空糸膜モジュール１８（およびその内筒４）形状に対応して、上述の環柱状の収容空間およびそこに収容される粉体ろ材１０の全体形状（粉体ろ材部の形状）は、軸方向長さが長くなっており、しかもその径方向長さ（厚さ）より長い筒状形状となっている。そして通水は、環柱状の粉体ろ材部の外側から内側に向かって径方向に行われるため、通水の流路断面積が、軸方向に通水する場合より、ずっと広くなっているので通水の流速は低減され、粒径の小さい粉体ろ材を高密度充填したとしても、通水での圧力損失を十分低減でき、所定のろ過流量を達成できる。
　筒状の粉体ろ材部の軸方向長さ／径方向長さは、１を超える数値で要求される圧力損失等に応じて定められるが、３以上が好ましい。また、径方向長さの絶対値は、粉体ろ材と収容空間上端や収容空間下端との境界面での通水のショートカットを防ぐこと、および粉体ろ材のろ過原理から最低限必要とされる値などを考慮して定められるが、実用上は約５ｍｍ以上が通例である。
　上述したように、本発明では、粉体ろ材部に粒径の小さい粉体ろ材を高密度充填したとしても、通水での圧力損失を十分低減できるが、次のように、粒度分布において、粒径がある一定の値より小さい側の粉体ろ材をある質量分率以下となるよう除去することは圧力損失低減に対してさらに好ましい。すなわち、平均粒径の５０％以下の粒径である小さい粉体ろ材部分（例えば平均粒径が約１２０μｍの場合は、粒径が約６０μｍ以下の粉体ろ材部分）を、ふるいなどの操作により除去し、平均粒径の５０％以下の粒径である粉体ろ材の合計の質量が、粉体ろ材全体の質量に対して１０％以下となるようにすることが好ましい。これにより、粉体ろ材部において大幅に圧力損失を低減させることができる。粒径が小さい粉体ろ材粒子は、それより大きい粒径の粉体ろ材粒子の間に入り込んでしまい、全体として粉体ろ材の密度を高くして粉体ろ材部を目詰まりさせ、被処理流体（原水）の流れを阻害し、圧力損失の上昇の大きな要因となっていると推定される。平均粒径の小さい粉体ろ材粒子を除去することで、圧力損失を低減させる効果が生じたと推定される。
　平均粒径の小さい粉体ろ材を除去すると、圧力損失を低減させることができるが、除去し過ぎると、粉体ろ材製造での収率が悪くなりコストが上がってしまう。そこで、圧力損失低減の効果と、コストとの兼ね合いを考慮すると、平均粒径のＸ％以下の粒径である粉体ろ材の合計の質量が、粉体ろ材全体の質量に対して１０％となるＸの値を４０～６０の範囲とするのが好ましい。Ｘの値を大きくすればするほど、小さい粒径の粉体ろ材を多く除去でき、圧力損失を低減させることができるが、粉体ろ材製造のコストは高くなってしまう。Ｘの値を小さくすればするほど、粉体ろ材製造のコストは低く抑えられるが、圧力損失の低減効果は小さくなる。Ｘの値を４０～６０の範囲とすると、圧力損失低減の効果とコストとのバランスが取れるので好ましい。
　粉体ろ材１０と上内蓋６との間に弾性部材８が配設されると好ましい。こうすると、弾性部材８が粉体ろ材１０と上内蓋６とを押圧し、それらと密着することにより、充填した粉体ろ材１０と上内蓋６の間に空隙ができなくなり、原水を通水した際に粉体ろ材１０をショートカットする恐れがなくなる。弾性部材としては、硬度の低いシリコーンゴムなどのゴム、合成樹脂のスポンジ、発泡体、不織布、フェルトなどが使用可能である。
　上述の説明において、略筒状の部材（すなわち、内筒と外筒）が同一中心軸を有して同軸的に配置されることは、浄水カートリッジをコンパクトにするためには、最も効果的、合理的であり、好ましい形態である。
　また、上述において、２つの部材を嵌着させその部材間を密封（または密閉）状態にする場合、シール部材を介在させて、密封（または密閉）を確実にすることも可能である。ただし、コンパクトな浄水カートリッジ設計のためには、シール部材を介在させずに密封（または密閉）を実現することが好ましい。
　また、ケーシング２、外蓋３、内筒４、外筒５、上内蓋６の材質は、ＡＢＳ（アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂やＡＳ（アクリルニトリル・スチレン）樹脂、ＰＳ（ポリスチレン）樹脂、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂など、成形時の寸法精度が高い樹脂で成形されたものが好ましい。
　以上のように構成された浄水カートリッジ１の水の流れについて説明する。
　原水入口１１から入った原水は、流路１７で周方向にほぼ均等に分配され、原水流路である環柱状の間隙に導かれ、外筒５、粉体ろ材１０、内筒４をその順で径方向に通過して、中空糸膜束９に至る。原水は粉体ろ材１０と接触し、それを通過することにより、原水中の遊離残留塩素、カルキ臭、カビ臭、トリハロメタンや、鉛などの重金属イオンなどが除去される。次いで、水は中空糸膜を通過し、濁質成分、細菌類なども除去されて浄水となり、中空糸膜束９の下端面の開口を経て、浄水出口１２から吐出される。
　実施例で示した粒径は、レーザー回折／散乱式粒子径測定装置（日機装社製、マイクロトラック、型式［ＭＴ３３００］）を用いて測定した。粒度分布は０．０２３μｍ～２０００μｍの範囲を対数スケールで１３２分割して、各区間の粒径を有する活性炭粒子の体積を測定した。粉体ろ材の見掛密度を密度測定装置（マイクロメリティックス社製、ＡｃｃｕＰｙｃ ＩＩ １３４０）で測定し、体積に見掛密度を乗じて質量を算出した。
　（実施例１）
　粉体ろ材としてヤシ殻活性炭を使用し、粒径はレーザー回折／散乱式法で測定し、体積の粒度分布による積算値が５０％を占める平均粒径は１１４μｍ、平均粒径の５０％である５７μｍ以下の粒径である活性炭の合計の質量が、活性炭全体の質量に対して１０％のものを使用した。この活性炭を図１の構造の浄水カートリッジに充填し、ＪＩＳ　Ｓ　３２０１に定められた家庭用浄水器試験方法に準拠して、３Ｌ／分、ＳＶ＝３７５０Ｈｒ－１で通水し、初期流量試験、クロロホルムろ過能力試験を行った。クロロホルムろ過能力試験は除去率８０％を終点とし、除去率が８０％になるまでの総通水量をクロロホルムろ過能力とした。結果を表１に示す。初期流量、クロロホルムろ過能力は、優れた結果を示した。
　（実施例２）
　粉体ろ材としてヤシ殻活性炭を使用し、粒径はレーザー回折／散乱式法で測定し、体積の粒度分布による積算値が５０％を占める平均粒径は１１９μｍ、平均粒径の６０％である７１μｍ以下の粒径である活性炭の合計の質量が、活性炭全体の質量に対して１０％のものを使用した。この活性炭を図１の構造の浄水カートリッジに充填し、ＪＩＳ　Ｓ　３２０１に定められた家庭用浄水器試験方法に準拠して、３Ｌ／分、ＳＶ＝３７５０Ｈｒ－１で通水し、初期流量試験、クロロホルムろ過能力試験を行った結果を表１に示す。初期流量、クロロホルムろ過能力は優れた結果を示した。
　（実施例３）
　粉体ろ材としてヤシ殻活性炭を使用し、粒径はレーザー回折／散乱式法で測定し、体積の粒度分布による積算値が５０％を占める平均粒径は１３０μｍ、平均粒径の４０％である５２μｍ以下の粒径である活性炭の合計の質量が、活性炭全体の質量に対して１０％のものを使用した。この活性炭を図１の構造の浄水カートリッジに充填し、ＪＩＳ　Ｓ　３２０１に定められた家庭用浄水器試験方法に準拠して、３Ｌ／分、ＳＶ＝３７５０Ｈｒ－１で通水し、初期流量試験、クロロホルムろ過能力試験を行った結果を表１に示す。クロロホルムろ過能力は優れた結果を示した。初期流量は実施例１、実施例２よりやや劣る結果となった。
　（実施例４）
　粉体ろ材としてヤシ殻活性炭を使用し、粒径はレーザー回折／散乱式法で測定し、体積の粒度分布による積算値が５０％を占める平均粒径は１０５μｍ、平均粒径の５０％である５３μｍ以下の粒径である活性炭の合計の質量が、活性炭全体の質量に対して２０％のものを使用した。この活性炭を図１の構造の浄水カートリッジに充填し、ＪＩＳ　Ｓ　３２０１に定められた家庭用浄水器試験方法に準拠して、３Ｌ／分、ＳＶ＝３７５０Ｈｒ－１で通水し、初期流量試験、クロロホルムろ過能力試験を行った結果を表１に示す。クロロホルムろ過能力は優れた結果を示した。初期流量は劣る結果となったが、実用上は問題はなかった。
　実施例１～４の結果を表１にまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、２０１６年１月１５日出願の日本特許出願（特願２０１６－００６１２６）及び２０１６年７月１４日出願の日本特許出願（特願２０１６－１３９２２２）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　蛇口直結型浄水器に使用されるコンパクトな浄水カートリッジを実施形態例として説明したが、本発明は、アンダーシンク型浄水器や据置型浄水器などの比較的大型の浄水カートリッジとしても利用可能である。
１　浄水カートリッジ
２　ケーシング
３　外蓋
４　内筒
５　外筒
６　上内蓋
８　弾性部材
９　中空糸膜束
１０　粉体ろ材
１１　原水入口
１２　浄水出口
１３　封止部
１４　間隙
１５　段差部
１６　段差部
１７　流路
１８　中空糸膜モジュール
１９　浄水器
２０　流路切換器
２１　原水取水口
２２　原水出口
３１　支持枠
３２　開口部
３３　フィルター材
３４　支持枠
３５　開口部
３６　フィルター材
３７　弾性部材
３８　弾性部材
３９　治具
４０　超音波溶着装置のホーン
４３　上方凸部
４４　支持壁
４５ａ　内側壁部
４５ｂ　外側壁部

Claims (6)

  1. 　原水入口と浄水出口とを有するケーシングの内部に、粉体ろ材が収納された浄水カートリッジであって、
    　ケーシング内には、内筒と外筒を備え、かつ、前記内筒と前記外筒の同じ側の端部に前記内筒と前記外筒との間を覆う上内蓋を備え、
    　前記粉体ろ材は、前記内筒、前記外筒および前記上内蓋とで形成された環柱状の収容空間に収容され、
    　前記上内蓋は前記内筒の内側壁面と水密に嵌着された、浄水カートリッジ。
  2. 　前記内筒および前記外筒の少なくとも一方は、その壁面に複数の開口部を有する円筒状の支持枠と、その支持枠に固定され、前記開口部を覆うフィルター材とから構成された、請求項１に記載の浄水カートリッジ。
  3. 　前記内筒の内側に中空糸膜束が封止固定された、請求項１または２に記載の浄水カートリッジ。
  4. 　前記粉体ろ材と前記上内蓋との間に弾性部材が配設された、請求項１～３のいずれか１項に記載の浄水カートリッジ。
  5. 　前記粉体ろ材が、平均粒径が３０～１５０μｍであり、平均粒径の５０％以下の粒径である粉体ろ材の合計の質量が、粉体ろ材全体の質量に対して１０％以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の浄水カートリッジ。
  6. 　前記粉体ろ材が、平均粒径が３０～１５０μｍであり、平均粒径のＸ％以下の粒径である粉体ろ材の合計の質量が、粉体ろ材全体の質量に対して１０％となるＸの値が４０～６０の範囲である、請求項１～５のいずれか１項に記載の浄水カートリッジ。
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