WO2019044032A1

WO2019044032A1 - 濾過器

Info

Publication number: WO2019044032A1
Application number: PCT/JP2018/016705
Authority: WO
Inventors: ゆうこ丸尾; 藤田　浩史; 太輔五百崎; 哲章平山; 廣田　達哉; 真二郎野間
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2019-03-07
Also published as: JPWO2019044032A1; CN111032178A

Abstract

濾過器（３０）は、被濾過水を通水させる通水路（３３３）が形成され、複数の連通孔（３３４）を有する筒状の通水部（３３０）と、被濾過水を通過させることで濾過水を生成する濾過部（３２０）と、を備える。また、濾過部（３２０）が収容される容器（３１０）と、濾過部（３２０）に形成される濾過水流出面（３２０ａ）から流出した濾過水を容器（３１０）の外部に流出させる流出路（３４２）と、を備える。さらに、濾過水流出面（３２０ａ）は、通水路（３３３）の通水方向において通水部（３３０）の下流端（３３２）よりも上流側に位置している。そして、通水路（３３３）の通水方向の上流側よりも下流側のほうが、複数の連通孔（３３４）を介して通水路（３３３）から濾過部（３２０）へと流れる被濾過水の通水抵抗が小さくなるようにした。

Description

濾過器

　本発明は、被濾過水を通過させて濾過する濾過器に関する。

　従来より、容器内に配置された濾過部に被濾過水を流入させることで濾過水を生成する濾過器が知られている。

　例えば、特許文献１には、容器の中央に上下方向に延在するように配置される通水管と、容器内に通水管の側壁の周囲を覆うように配置される濾過部と、を備える濾過器が開示されている。

　この特許文献１では、通水管の下端が底壁により塞がれており、通水管の側壁には、通水管の内部と濾過部とを連通させる連通孔が、上下方向に沿って複数形成されている。そして、通水管内に供給された被濾過水は、連通孔を通って濾過部内に流入され、濾過部を通過して濾過された濾過水が容器の下部から外部に流出されるようになっている。

特開平０９－１２２６６１号公報

　しかしながら、上記特許文献１の濾過器は、上方から供給した被濾過水を下方から濾過水として流出させる構成をしているため、小型化を図り難かった。

　また、濾過器の小型化を図るため、上方から通水管内に供給した被濾過水を、濾過部の上方から濾過水として流出させる構成とすることが考えられる。しかしながら、上記特許文献１のように、通水管に形成される通水孔が深さ方向によらず均一になっていると、被濾過水の多くが比較的抵抗の少ない通水管の上部から供給されてしまう。

　このように、従来の技術では、濾過器の小型化を図りつつ濾過部に均一に被濾過水を流入させることができなかった。

　本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、小型化を図りつつ濾過部により均一に被濾過水を流入させることが可能な濾過器を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明の態様にかかる濾過器は、被濾過水を通水させる通水路が形成され、複数の連通孔を有する筒状の通水部を備える。また、濾過器は、前記通水部における前記複数の連通孔が形成されている部位を取り囲むように配置され、前記被濾過水を通過させることで濾過水を生成する濾過部を備える。また、濾過器は、前記濾過部に形成され、前記通水路の通水方向において前記通水部の下流端よりも上流側に位置する濾過水流出面と、前記濾過部が収容される容器と、前記濾過水流出面から流出した前記濾過水を前記容器の外部に流出させる流出路と、を備える。そして、前記複数の連通孔を介して前記通水路から前記濾過部へと流れる前記被濾過水の通水抵抗は、前記通水路の通水方向の上流側よりも下流側のほうが小さい。

　本発明によれば、小型化を図りつつ濾過部により均一に被濾過水を流入させることが可能な濾過器を得ることができる。

水浄化システムの一例を模式的に示す図であって、（ａ）は水浄化装置と貯水タンクを組み合わせた水浄化システムを示す概略図、（ｂ）は水浄化装置の構成を示す概略図である。濾過器としての塩素除去手段の構成を模式的に示す概略図である。濾過器の一例を模式的に示す断面図である。通水管の構成を模式的に示す断面図である。通水管の構成を模式的に示す側面図である。通水管の他の例を模式的に示す斜視図である。比較例にかかる濾過器を模式的に示す断面図である。実施例にかかる濾過器を模式的に示す図であって、（ａ）は濾過器の断面図、（ｂ）は連通孔の位置関係を示す側面図である。

　以下、本実施形態にかかる濾過器について図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、濾過器として、被処理水中の鉄成分の除去を行うことが可能な水浄化システムの塩素除去手段として用いられるものを例示する。また、本明細書において、水浄化システムで水質が改善される、井戸、河川若しくは池等の水源から汲み出した水または雨水を「原水」という。そして、水質が改善されて浄化された原水を「浄水」という。

　本実施形態にかかる水浄化システム１０は、図１（ａ）に示すように、被処理水である原水（井水）を浄化する水浄化装置２０と、水浄化装置２０によって浄化された水を貯留する貯水タンク１１と、を備えている。

　また、水浄化システム１０は、一端（上流端）から流入させた原水を他端（下流端）から流出させる第一配管１２を備えており、この第一配管１２の途中に水浄化装置２０が接続されている。本実施形態では、第一配管１２の一端を原水に浸かった状態とすることで、一端から原水を第一配管１２内に導入されるようにしている。また、第一配管１２の他端を貯水タンク１１の上部に接続することで、水浄化装置２０によって浄化された水を貯水タンク１１内に導出させるようにしている。

　貯水タンク１１は、図１（ａ）に示すように、建物１の屋根２に設置されている。この貯水タンク１１は、水浄化装置２０によって浄化された水を貯留できる構成をしていればよく、その構造や材質は特に限定されるものではない。また、貯水タンク１１の容量も特に限定されるものではなく、例えば、３００Ｌ～２０００Ｌとすることができる。

　また、第一配管１２の途中（水浄化装置２０よりも上流側）には、原水を汲み上げるための汲水ポンプ１３が設置されている。この汲水ポンプ１３は、原水を汲み上げ、水浄化装置２０を通じて貯水タンク１１まで送水することができるものであればよく、種類等も特に限定されるものではない。例えば、圧力スイッチを内蔵した自動ポンプを汲水ポンプ１３として用いることができる。具体的には、汲水ポンプ１３を、後述する開閉弁１２ｃおよび開閉弁２１ｃの少なくとも一方が開いたときに作動するような構成とすることができる。なお、汲水ポンプ１３は、貯水タンク１１の天井面に貯留水の水位を検知するための水位センサを設け、水位センサの出力に応じて作動するような構成とすることも可能である。

　水浄化装置２０は、図１（ｂ）に示すように、第一配管１２の汲水ポンプ１３よりも下流に配置されて、原水を酸化処理する固形薬剤溶解器２１と、固形薬剤溶解器２１によって酸化処理された一次処理水を濾過する濾過手段２２と、を備えている。

　固形薬剤溶解器２１は、固体の塩素系薬剤（図示せず）と、塩素系薬剤を内部に保持する固形薬剤保持具２１ａと、固形薬剤保持具２１ａを第一配管１２に接続するバイパス配管２１ｂと、を備えている。そして、固形薬剤保持具２１ａの上流側におけるバイパス配管２１ｂには、汲水ポンプ１３により汲み上げられた原水の流量を調整する流量調整機構としての開閉弁２１ｃが設けられている。さらに、第一配管１２とバイパス配管２１ｂとの接続部１２ａ，１２ｂの間における第一配管１２にも、原水の流量を調整する開閉弁１２ｃが設けられている。

　固体の塩素系薬剤は、原水中の鉄イオンに対し酸化作用を生じさせるものである。具体的には、塩素系薬剤によって、二価の鉄イオンは三価の鉄イオンに酸化され、さらに不溶性の水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）_３）となる。このような塩素系薬剤は特に限定されず、例えば次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウムおよび塩素化イソシアヌル酸からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。次亜塩素酸カルシウムとしては、さらし粉（有効塩素３０％）および高度さらし粉（有効塩素７０％）の少なくとも一つを用いることができる。塩素化イソシアヌル酸としては、トリクロロイソシアヌル酸ナトリウム、トリクロロイソシアヌル酸カリウム、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム、及びジクロロイソシアヌル酸カリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。なお、固形薬剤溶解器２１において、塩素系薬剤は、徐々に原水に溶解するように錠剤状に固めたもの用いることが好ましい。固形薬剤溶解器２１としては、例えば特表平６－５０１４１８号公報に記載の薬品供給装置を用いることができる。

　なお、固形薬剤溶解器２１に替えて、次亜塩素酸ナトリウム水溶液などの塩素系薬剤を投入する液体薬剤供給器を用いることも可能である。

　また、濾過手段２２は、図１（ｂ）に示すように、第一配管１２の固形薬剤溶解器２１よりも下流に配置されている。この濾過手段２２は、固形薬剤溶解器２１によって原水中の鉄イオンを水酸化鉄として析出させた一次処理水から、水酸化鉄を除去するものである。このような濾過手段２２は、通常、容器内部に水酸化鉄を除去するための濾材を備えている。水酸化鉄を除去するための濾材としては、比較的安価な濾過砂を使用することができる。また、濾過手段２２の濾材として、水和二酸化マンガンをコートしたマンガン砂を用いることもできる。このように、水酸化鉄を除去するための濾材としてマンガン砂を用いるようにすれば、一次処理水中に存在する水酸化鉄だけでなく、マンガンも除去することが可能となる。

　本実施形態では、この濾過手段２２により濾過された二次処理水が貯水タンク１１内に貯留されている。

　さらに、水浄化システム１０は、一端（上流端）が貯水タンク１１の下部に接続され、他端（下流端）が建物１の内部の蛇口などに接続される第二配管１４を備えている。このように、本実施形態にかかる水浄化システム１０では、第二配管１４を介して、貯水タンク１１内に貯水された二次処理水が第二配管１４を介して蛇口などから供給されるようにしている。

　ところで、被処理水中の鉄成分の除去を十分に行うためには、鉄の量に対して塩素系薬剤を過剰に添加する必要がある。そのため、被処理水中の鉄成分を除去する水浄化システム１０においては、貯水タンク１１内に貯留される二次処理水に遊離塩素が含まれてしまう。そして、二次処理水中に含まれる遊離塩素の濃度が高い場合、この二次処理水は飲用には適さない水となる。なお、飲用に適するか否かの判断は、例えば、ＷＨＯの飲料水基準を用いて行うことができる。ＷＨＯの飲料水基準では、水中の塩素濃度は５ｐｐｍ以下と定められており、塩素濃度が５ｐｐｍよりも大きな水は、飲用には適さない水であるといえる。したがって、蛇口などから供給される水は、塩素濃度が５ｐｐｍ以下となるようにするのが好ましい。

　そこで、本実施形態にかかる水浄化システム１０では、図１（ａ）および図２に示すように、貯水タンク１１の下流側に設けられ、被処理水（二次処理水；被濾過水）に含まれる過剰な塩素を除去する塩素除去手段（濾過器）３０をさらに備えるようにしている。具体的には、第二配管１４の途中（貯水タンク１１よりも下流かつ蛇口などよりも上流）に塩素除去手段（濾過器）３０を接続している。この塩素除去手段３０としては、例えば、容器の内部に粒状の活性炭（濾材）３２１を堆積させたものを使用することができる。

　なお、貯水タンク１１は、汲水ポンプ１３、水浄化装置２０（固形薬剤溶解器２１および濾過手段２２）、および塩素除去手段（濾過器）３０よりも高所に設置されていることが好ましい。例えば、貯水タンク１１は建物１の屋根２や屋上に設置されていることが好ましい。一方、汲水ポンプ１３、水浄化装置２０（固形薬剤溶解器２１および濾過手段２２）、および塩素除去手段（濾過器）３０は、地面近傍、建物１の一階またはベランダなど、容易に保守作業を行うことが可能な場所（低所）に設置されていることが好ましい。汲水ポンプ１３、水浄化装置２０（固形薬剤溶解器２１および濾過手段２２）、および塩素除去手段（濾過器）３０をこのような場所に設置すれば、これらの点検や塩素系薬剤等の補充を容易に行うことが可能となる。

　また、鉄が除去された二次処理水が貯留される貯水タンク１１よりも低所に塩素除去手段（濾過器）３０を設置すれば、貯留水を、位置エネルギーによる水圧のみで塩素除去手段（濾過器）３０を通過させて、建物１の蛇口等に到達させることができる。このような水浄化システム１０とすれば、第二配管１４に送水ポンプを設置する必要がなくなり、システムの簡素化を図ることができる。なお、第二配管１４に送水ポンプを設置し、送水ポンプによって貯留水が塩素除去手段（濾過器）３０を通過するようにしてもよい。また、塩素除去手段（濾過器）３０に流入させる貯留水（被濾過水）の流量は、５～５０Ｌ／分程度となるように設定するのが好ましい。

　次に、本実施形態の水浄化システム１０を用いて原水を浄化する方法について説明する。水浄化システム１０では、まずバイパス配管２１ｂに設けられた開閉弁２１ｃを開状態とし、第一配管１２に設けられた開閉弁１２ｃを閉状態とする。そして、汲水ポンプ１３により、原水である井水を汲み上げる。

　汲み上げられた原水は、第一配管１２、接続部１２ａおよびバイパス配管２１ｂを通過して、固形薬剤保持具２１ａの内部に到達し、錠剤状の塩素系薬剤と接触する。それにより塩素系薬剤が原水に溶解し、反応式（１）に示すように、原水中の二価の鉄が不溶性の水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）_３）に酸化される。なお、地下水の場合には、鉄が炭酸水素鉄（Ｆｅ（ＨＣＯ_３）_２）の状態で溶解している場合があるが、反応式（２）に示すように、塩素系薬剤により酸化されて不溶性の水酸化鉄となる。
２Ｆｅ^２＋＋Ｃｌ_２＋６Ｈ_２Ｏ
　　　　　　　　　　　→２Ｆｅ（ＯＨ）_３＋６Ｈ^＋＋２Ｃｌ^－　（１）
２Ｆｅ（ＨＣＯ_３）_２＋Ｃｌ_２＋２Ｈ_２Ｏ
　　　　　　　　　　→２Ｆｅ（ＯＨ）_３＋４ＣＯ_２＋２ＨＣｌ　（２）

　固形薬剤溶解器２１によって酸化処理された一次処理水は、接続部１２ｂおよび第一配管１２を通過して、濾過手段２２に到達する。この際、一次処理水に存在する不溶性の水酸化鉄は、濾材２２ａの間を通過することによって濾過されて除去される。また、濾過手段２２の濾材として、水和二酸化マンガン（ＭｎＯ_２・Ｈ_２Ｏ）をコートしたマンガン砂を用いた場合には、一次処理水に溶存しているマンガンイオン（Ｍｎ^２＋）も除去される。つまり、一次処理水中のマンガンイオンは、反応式（３）に示すように、マンガン砂の表面に担持されている水和二酸化マンガンを触媒として塩素により速やかに酸化されて水和二酸化マンガンとなり、マンガン砂により除去される。
Ｍｎ^２＋＋ＭｎＯ_２・Ｈ_２Ｏ＋Ｃｌ_２＋３Ｈ_２Ｏ
　　　　　　　　　　　→２ＭｎＯ_２・Ｈ_２Ｏ＋４Ｈ^＋＋２Ｃｌ^－　（３）

　濾過手段２２によって濾過処理された二次処理水は、第一配管１２を通じて貯水タンク１１に貯留される。そして、貯留された二次処理水は、第二配管１４を通過して塩素除去手段（濾過器）３０に到達する。塩素除去手段（濾過器）３０では、以下の反応式（４）に示すように、二次処理水に溶存する余剰の塩素を活性炭により除去する。
Ｃｌ_２＋Ｈ_２Ｏ＋Ｃ（活性炭）
　　　　　　　　　　　→２Ｈ^＋＋２Ｃｌ^－＋Ｏ＋Ｃ（活性炭）　（４）

　塩素除去手段（濾過器）３０により脱塩素処理された三次処理水（浄水；濾過水）は第二配管１４を通過して、蛇口等に到達する。このように、固形薬剤溶解器２１および濾過手段２２からなる水浄化装置２０、並びに塩素除去手段（濾過器）３０により浄化された水は、ユーザーによって生活用水として使用される。

　次に、本実施形態の水浄化システム１０で用いられる塩素除去手段（濾過器）３０の具体的な構成について説明する。

　塩素除去手段（濾過器）３０は、図３に示すように、上下方向に延在した状態（上下に細長い状態）で配置される容器３１０を備えている。

　容器３１０は、上下方向に貫通する略円筒状の側壁部３１２と、側壁部３１２の上端に連設される略円板状の天壁３１１と、側壁部３１２の下端に連設される略円板状の底壁３１３と、を備えている。

　また、この容器３１０内には、被濾過水（上記水浄化システム１０では二次処理水）を通過させることで濾過水（上記水浄化システム１０では三次処理水）を生成する濾過部３２０が配置されている。濾過部３２０は、容器３１０の内部空間に粒状の活性炭（濾材）３２１を堆積させることで形成されており、被濾過水を活性炭（濾材）３２１に接触させながら濾過部３２０を通過させることで、被濾過水に溶存する余剰の塩素が除去されるようにしている。

　さらに、容器３１０内の中央には、略円筒状（筒状）の通水管（通水部）３３０が配置されている。具体的には、天壁３１１の中央部に形成された略円形の開口３１１ａに、通水管（通水部）３３０の下端を上から挿入することで、通水管（通水部）３３０を容器３１０内の中央に上下方向に延在するように配置している。このとき、通水管（通水部）３３０の下側が濾過部３２０内に埋め込まれた状態となる。

　なお、通水管（通水部）３３０の容器３１０内への配置と、濾過部３２０の容器３１０内への配置は、いずれを先に行ってもよい。すなわち、容器３１０内に粒状の活性炭（濾材）３２１を堆積させることで濾過部３２０を形成した後に、通水管（通水部）３３０の下端を濾過部３２０内に挿入させることで、通水管（通水部）３３０を容器３１０内に配置させてもよい。また、通水管（通水部）３３０を容器３１０内に配置させた後に、通水管（通水部）３３０と容器３１０との間に形成される空間に粒状の活性炭（濾材）３２１を堆積させることで、濾過部３２０を形成してもよい。

　そして、略円筒状（筒状）の通水管（通水部）３３０の内部空間に被濾過水を通水させている。すなわち、略円筒状（筒状）の通水管（通水部）３３０の内部空間が、被濾過水が流れる通水路３３３となっている。

　この通水管（通水部）３３０の上側（容器３１０の外部に突出した部位）には、第二配管１４の上流側が接続されており、貯水タンク１１内に貯留された二次処理水（被濾過水）が供給されるようになっている。すなわち、本実施形態では、被濾過水が通水路３３３内を上から下に流れるようにしている。したがって、本実施形態では、通水路３３３の上下方向が、被濾過水が主として流れる主通水方向（通水方向）となっており、通水路３３３の上側が上流側、下側が下流側となっている。

　この通水管（通水部）３３０は、略円筒状の側壁３３１と、側壁３３１の下端開口に連設される底壁３３２と、を備えており、この底壁３３２によって通水路３３３の下流側が塞がれている。したがって、本実施形態では、底壁３３２の上面３３２ａが通水路３３３の下流端となっている。なお、底壁３３２を設けず、略円筒状の側壁３３１の下端を容器３１０の底壁３１３に連設させ、底壁３１３の上面が通水路３３３の下流端となるようにしてもよい。

　そして、本実施形態では、通水管（通水部）３３０の側壁３３１に複数の連通孔３３４を形成し、この複数の連通孔３３４を介して通水路３３３内の被濾過水を濾過部３２０内に導入させるようにしている。したがって、複数の連通孔３３４は、側壁３３１の濾過部３２０と接触する領域に形成されることとなる。言い換えると、最上部に位置する連通孔３３４よりも上側まで濾過部３２０が形成されることとなる。

　このように、本実施形態では、濾過部３２０は、通水部３３０における複数の連通孔３３４が形成されている部位を取り囲むように配置されている。そして、通水路３３３内に導入された被濾過水が、複数の連通孔３３４を通って濾過部３２０内に流入して濾過されるようにしている。

　また、本実施形態では、濾過部３２０内に流入した被濾過水を濾材３２１によって濾過し、濾過された濾過水を濾過部３２０の上面３２０ａから流出させるようにしている。

　すなわち、通水路の下端よりも上方に位置する濾過部３２０の上面３２０ａが、濾過部３２０を通って濾過された濾過水を濾過部３２０の外部に流出させる濾過水流出面となっている。このように、本実施形態では、濾過水流出面としての上面３２０ａが、通水路３３３の通水方向（上下方向）において通水部３３０の下流端（下端）よりも上流側（上側）に位置している。

　さらに、容器３１０内における濾過部３２０の上面３２０ａよりも上側には上部空間３１０ａが形成されており、濾過部３２０で生成された濾過水は、濾過部３２０の上面３２０ａからこの上部空間３１０ａ内に流出されるようになっている。

　また、容器３１０の天壁３１１の開口３１１ａとは異なる部位には、開口３１１ｂが形成されており、略円筒状の流出管（流出部）３４０が、下端を上から開口３１１ｂに挿入させた状態で天壁３１１に取り付けられている。このとき、流出管３４０は、下端開口を上部空間３１０ａに臨ませた状態で天壁３１１に取り付けられており、流出管３４０の下端開口から上部空間３１０ａ内に存在する濾過水が流出管３４０内に導入されるようにしている。具体的には、流出管３４０の上側（容器３１０の外部に突出した部位）には、第二配管１４の下流側が接続されており、流出管３４０内に導入された濾過水（三次処理水）が、第二配管１４を通って蛇口等から供給されるようになっている。

　このように、本実施形態では、流出管３４０の下端開口が、濾過水を集水する集水口３４１となっており、流出管３４０の内部空間が、濾過水を容器３１０の外部に流出させる流出路３４２となっている。

　このような構成とした塩素除去手段（濾過器）３０では、水（被濾過水や濾過水）は、通水路３３３内では、主として上方から下方に向けて流れることとなる。また、略水平方向に貫通する複数の連通孔３３４を通過する際には、主として水平方向（略円筒状の側壁３３１の径方向外側）に流れることとなる。また、濾過部３２０内では、全体的に上面３２０ａに向けて流れ、流出路３４２内では、主として下方から上方に向けて流れることとなる。

　すなわち、本実施形態の塩素除去手段（濾過器）３０では、上下方向に延在する通水管３３０内（通水路３３３内）に上方から被濾過水を導入し、通水管３３０内に導入した被濾過水を通水管３３０の側部（側壁３３１）から濾過部３２０に導入させている。そして、本実施形態の塩素除去手段（濾過器）３０は、濾過部３２０を通過させることで生成された濾過水を上方から外部に流出させている。

　このように、本実施形態の塩素除去手段（濾過器）３０では、流入口（通水路３３３の上部）および流出口（流出路３４２の上部）を容器３１０の一方向（本実施形態では上方）に形成している。こうすれば、他方側（本実施形態では下方）に配管を接続させる必要がなくなるため、その分だけ塩素除去手段（濾過器）３０の高さ方向（上下方向）の小型化を図ることができる。

　ところで、塩素除去手段（濾過器）３０を小型化する際には、濾過性能を損なうことなく小型化させるようにするのが好ましい。

　このように、濾過性能の低下を抑制しつつ小型化を図る方法の一つとして、濾過部３２０を流れる被濾過水の滞留時間を長くする方法がある。接触時間が長いほど、濾材３２１による物質吸着の確率や頻度が高くなり、吸着除去が促進されるためである。

　そして、被濾過水の滞留時間を長くするためには、濾材３２１の粒径を小さくすることが考えられる。このように、濾材３２１の粒径を小さくすると、濾材３２１の表面積が大きくなるため、被濾過水と濾材３２１との接触時間を長くすることができる。

　しかしながら、濾材３２１の粒径を小さくすると、濾材３２１の粒子間に形成される空隙が小さくなるため、通水抵抗が大きくなってしまい、被濾過水が通水路３３３から濾過部３２０へと流れる際の圧力損失が大きくなってしまう。

　そのため、小型化を図る際には、圧力損失ができるだけ小さくなるようにするのが好ましい。

　円管内を流体が流れるときの圧力損失は、以下の式（１）で表すことができる。
ΔＰ＝８μＬＵ／Ｒ^２…式（１）

　なお、式（１）中、ΔＰは圧力損失、μは流体の粘度、Ｌは管の長さ、Ｕは流体の速度、Ｒは管の内径を示している。

　この式（１）から分かるように、圧力損失を小さくするためには、流体の速度を遅くすればよい。

　そこで、本実施形態では、通水路３３３から濾過部３２０に流れる被濾過水の流速を遅くできるようにした。

　具体的には、上述したように、上下方向に延在する通水管３３０の側部（側壁３３１）から被濾過水を濾過部３２０に導入させるようにしている。すなわち、容器３１０内（通水路３３３内）を流れる向きと直交（交差）する方向に流すことで、被濾過水を濾過部３２０に導入させるようにしている。こうすれば、単位時間あたりに連通孔３３４を通過する水の速度を遅くすることができ、圧力損失を小さくすることができる。

　しかしながら、本実施形態では、上述したように、さらなる小型化を図るために、被濾過水の容器３１０内への流入方向（上から下）と濾過水の容器３１０外への流出方向（下から上）とを逆方向としている。

　そして、本実施形態のような構成とした場合、複数の連通孔３３４を通水管３３０の側壁３３１に均等に形成すると、通水路３３３の下部（下流側）のほうが上部（上流側）よりも通水抵抗が大きくなってしまう。したがって、通水路３３３を流れる被濾過水は、通水路３３３の上側（上流側）では濾過部３２０に導入されやすく、下側（下流側）では濾過部３２０に導入されにくくなる。したがって、被濾過水の多くが比較的抵抗の少ない通水管の上部に形成された連通孔３３４から供給されてしまうため、濾過部３２０に均一に被濾過水を流入させることができなくなる。

　そこで、本実施形態では、塩素除去手段（濾過器）３０の小型化を図りつつ、被濾過水を、より均一に濾過部３２０に流入させることができるようにした。

　具体的には、通水路３３３の通水方向の上流側よりも下流側のほうが、複数の連通孔３３４を介して通水路３３３から濾過部３２０へと流れる被濾過水の通水抵抗が小さくなるようにした。

　この通水抵抗を小さくするには、被濾過水が通水路３３３から濾過部３２０へと流れる際の圧力損失を小さくすればよい。

　圧力損失を小さくする方法としては、上記式（１）に示すように、流体速度を遅くする方法以外に、管の内径を大きくする（開口面積を大きくする）方法がある。

　そのため、上下方向（通水路３３３を流れる被濾過水の通水方向）のある一定の長さあたりに開口する連通孔３３４の総開口面積を異ならせるようにすることで、上流側と下流側とで通水抵抗を異ならせることが考えられる。すなわち、下流側の通水抵抗を上流側よりも小さくするためには、通水管３３０の下流側で開口する連通孔３３４の総開口面積を上流側で開口する連通孔３３４の総開口面積よりも大きくなるようにすればよい。

　下流側の通水抵抗が上流側よりも小さい通水管３３０は、例えば、以下のようにして得ることができる。まず、通水管３３０の濾過部と接触している領域の高さ（底部３３２の上面３３２ａから濾過部３２０の上面３２０ａまでの高さ）を２等分し、上側を上流側とし、下側を下流側とする。そして、上側（上流側）に形成される連通孔３３４の総開口面積よりも下側（下流側）に形成される連通孔３３４の総開口面積となるように、複数の連通孔３３４を形成する。

　なお、各連通孔３３４は、粒状の活性炭（濾材）３２１の通水路３３３への侵入を抑制しつつ粒状の活性炭（濾材）３２１によって目詰まりしてしまうのを抑制できる大きさとする必要がある。したがって、上下方向の一定の長さあたりの総開口面積は、上記のような連通孔３３４が形成されていることを前提とした上で、異ならせる必要がある。

　また、通水管３３０の濾過部と接触している領域の高さを３つ以上に等分し、下側（下流側）ほど、総開口面積が大きくなるようにしてもよい。

　この総開口面積は、孔径を同一にした状態で、連通孔３３４の数を多くすることで大きくすることができる。また、高さ位置によらず同じ数となるようにした状態で、連通孔３３４の孔径を大きくすることでも、下側（下流側）の総開口面積を大きくすることができる。さらに、連通孔３３４の数および孔径を異ならせることによっても、下側（下流側）の総開口面積を大きくすることができる。

　このように、下流側に形成される連通孔３３４の数や孔径を適宜設定することで、下流側の通水抵抗を上流側よりも小さくすることができる。

　なお、上下方向で隣り合う連通孔３３４の間隔を上側で広く、下側で狭くなるようにしてもよい。

　こうすることでも、通水管３３０の下流側で開口する連通孔３３４の総開口面積を上流側で開口する連通孔３３４の総開口面積よりも大きくすることができる。

　また、通水抵抗を多段階に異ならせる方法としては、例えば、通水路３３３の上側（上流側）から下側（下流側）に向かうにつれて連通孔３３４の数が多くなるようにする方法がある。

　そして、通水路３３３の上側（上流側）から下側（下流側）に向かうにつれて連通孔３３４の孔径が大きくなるようにする方法がある。

　図３～図５には、通水路３３３の上側（上流側）から下側（下流側）に向かうにつれて連通孔３３４の孔径が大きくなるようにしたものを例示している。すなわち、図３～図５に示す通水管３３０には、孔径が、上側（上流側）から順にｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４…ｄｎとなる連通孔３３４が形成されている。そして、各連通孔の孔径は、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３＜ｄ４＜…＜ｄｎとなっている。

　なお、最上部の連通孔３３４から最下部の連通孔３３４まで徐々に大きくさせる必要はない。例えば、高さ位置が異なる２つの連通孔３３４が同径となるようにしてもよい。

　さらに、図３～図５に示す通水管３３０では、高さ位置が異なる場所に形成される連通孔３３４の数も、一部で異ならせている。

　この連通孔３３４の数も、最上部の連通孔３３４から最下部の連通孔３３４まで徐々に数を多くしてもよいし、途中で同数となるところが存在していてもよい。

　また、通水管３３０の側壁３３１をシート状のメッシュ部材３５０で形成し、下流側の通水抵抗が上流側よりも小さくなるようにしてもよい。

　このようなメッシュ部材３５０を用い、下流側の通水抵抗を上流側よりも小さくする方法としては、通水路３３３の下側（下流側）に形成されるメッシュ孔３５１の孔径を、上側（上流側）に形成されるメッシュ孔３５１の孔径よりも大きくする方法がある。

　図６には、メッシュ孔３５１の孔径が大、中、小となる３つのメッシュ部材３５０を用い、下側（下流側）に位置するメッシュ部材３５０ほどメッシュ孔の孔径が大きくなるようにしたものを例示している。

　また、シート状のメッシュ部材３５０を複数枚重ね合わせることで通水部３３３の上側（上流側）を形成し、下側（下流側）を、上側（上流側）よりも少ない枚数のメッシュ部材３５０で形成する方法もある。このとき重ね合わせるメッシュ部材３５０のメッシュ孔３５１の孔径は同径であってもよいし異なっていてもよい。

　なお、メッシュ部材３５０の材質は、特に限定されるものではないが、強度の観点からは金属で形成されているのが好ましい。

　以上説明したように、本実施形態にかかる塩素除去手段（濾過器）３０は、被濾過水を通水させる通水路３３３が形成され、複数の連通孔３３４を有する筒状の通水管（通水部）３３０を備えている。また、通水管（通水部）３３０における複数の連通孔３３４が形成されている部位を取り囲むように配置され、被濾過水を通過させることで濾過水を生成する濾過部３２０を備えている。また、濾過部３２０に形成され、上下方向（通水路３３３の通水方向）において通水管（通水部）３３０の下端（下流端）よりも上側（上流側）に位置する上面（濾過水流出面）３２０ａを備えている。また、濾過部３２０が収容される容器３１０と、上面（濾過水流出面）３２０ａから流出した濾過水を容器３１０の外部に流出させる流出路３４２と、を備えている。

　そして、複数の連通孔３３４を介して通水路３３３から濾過部３２０へと流れる被濾過水の通水抵抗が、通水路３３３の通水方向の上側（上流側）よりも下側（下流側）のほうで小さくなるようにした。

　こうすれば、塩素除去手段（濾過器）３０の小型化を図った場合であっても、被濾過水が通水路３３３から濾過部３２０へと流れる際の圧力損失を小さくすることができる。その結果、濾過部３２０に均一に被濾過水を流入させることができるようになる。

　このように、本実施形態によれば、小型化を図りつつ濾過部３２０により均一に被濾過水を流入させることが可能な塩素除去手段（濾過器）３０を得ることができる。

　また、下側（下流側）の通水抵抗を上側（上流側）の通水抵抗よりも小さくするために、通水路３３３の上流側よりも下流側のほうが連通孔３３４の数が多くなるようにしてもよい。

　こうすれば、下側（下流側）の通水抵抗が上側（上流側）の通水抵抗よりも小さくなる通水管（通水部）３３０をより容易に得ることができる。

　また、通水路３３３の上側（上流側）から下側（下流側）に向かうにつれて連通孔３３４の数が多くなるようにしてもよい。

　こうすれば、通水路３３３の上側（上流側）から下側（下流側）にかけて段階的に通水抵抗を小さくすることができるため、より均一に被濾過水を濾過部３２０に流入させることができるようになる。

　また、通水路３３３の下側（下流側）に形成される連通孔３３４の孔径を、上側（上流側）に形成される連通孔３３４の孔径よりも大きくしてもよい。

　こうすることでも、下側（下流側）の通水抵抗が上側（上流側）の通水抵抗よりも小さくなる通水管（通水部）３３０をより容易に得ることができる。

　また、通水路３３３の上側（上流側）から下側（下流側）に向かうにつれて連通孔３３４の孔径が大きくなるようにしてもよい。

　こうすることでも、通水路３３３の上側（上流側）から下側（下流側）にかけて段階的に通水抵抗を小さくすることができるため、より均一に被濾過水を濾過部３２０に流入させることができるようになる。

　また、通水管（通水部）３３０をメッシュ部材３５０で形成し、通水路３３３の下側（下流側）に形成されるメッシュ孔３５１の孔径を上側（上流側）に形成されるメッシュ孔３５１の孔径よりも大きくなるようにしてもよい。

　このように、通水管（通水部）３３０をメッシュ部材３５０で形成すれば、被濾過水を、通水管（通水部）３３０のほぼ全面から濾過部３２０内に供給することができるため、通水抵抗をより小さくすることができる。また、濾材（粒状の活性炭）３２１が通水路３３３内に流出してしまうのをより確実に抑制することが可能となる。さらに、メッシュ孔３５１の孔径を変えるだけで、下側（下流側）の通水抵抗を上側（上流側）の通水抵抗よりも小さくすることができる。そのため、下側（下流側）の通水抵抗が上側（上流側）の通水抵抗よりも小さくなる通水管（通水部）３３０をより容易に製造することができる。

　また、通水管（通水部）３３０の上側（上流側）をシート状のメッシュ部材３５０を複数枚重ね合わせることで形成し、下側（下流側）を、上側（上流側）よりも少ない枚数のメッシュ部材３５０で形成してもよい。

　こうすることでも、被濾過水を、通水管（通水部）３３０のほぼ全面から濾過部３２０内に供給することができるため、通水抵抗をより小さくすることができる。また、濾材（粒状の活性炭）３２１が通水路３３３内に流出してしまうのをより確実に抑制することが可能となる。さらに、メッシュ部材３５０の枚数を変えるだけで、下側（下流側）の通水抵抗を上側（上流側）の通水抵抗よりも小さくすることができる。そのため、下側（下流側）の通水抵抗が上側（上流側）の通水抵抗よりも小さくなる通水管（通水部）３３０をより容易に製造することができる。

　次に、本発明を適用した実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

　本発明にかかる濾過器の効果を確かめるために、以下の試験を行った。

　まず、比較例にかかる濾過器３０Ａを用意した。

　濾過器３０Ａは、図７に示すように、上下方向に延在した状態（上下に細長い状態）で配置される容器３１０を備えている。この容器３１０には、容器３１０内に被濾過水を供給する円筒状の流入管（通水部）３３０が設けられている。また、容器３１０内には、被濾過水を上から下に通過させることで濾過水を生成する濾過部３２０が配置されている。さらに、容器３１０には、円筒状の集水管（集水管）３４０が、濾過部３２０に埋め込まれるように配置されており、濾過部３２０に臨む集水口３４１から集水管３４０内に濾過水が集水されるようになっている。

　また、本発明を適用した濾過器３０を用意した。

　濾過器３０および濾過器３０Ａでは、内径が８５ｍｍで高さが２４０ｍｍの容器３１０を用いている。また、濾過器３０では内径が２０ｍｍの通水管３３０を用い、濾過器３０Ａでは、内径が２０ｍｍの集水管３４０を用いている。

　また、濾過器３０で用いられる通水管３３０の側部には、図８に示すように、複数の連通孔３３４を形成している。複数の連通孔３３４は全て孔径が４．８ｍｍとなっている。また、最下部に設けられる連通孔３３４以外の連通孔は同じ高さ位置に４つ形成されており、最下部には８つの連通孔３３４が形成されている。また、同一高さにある連通孔３３４は周方向に等間隔に形成されている。そして、上下方向で隣り合う連通孔３３４の間隔は、基本的に上側で広く、下側で狭くなるようにしている。

　こうすることで、通水管３３０の下流側で開口する連通孔３３４の総開口面積を上流側で開口する連通孔３３４の総開口面積よりも大きくなるようにし、下流側の通水抵抗が上流側よりも小さくなるようにしている。

　なお、濾過部３２０は、２０－５０ｍｅｓｈの活性炭を１Ｌ用いて形成した。

　そして、これらの濾過器３０，３０Ａを用いて、遊離塩素の長期除去試験を行った。

　比較例にかかる濾過器３０Ａを用いた場合、初期圧力損失は０．１５ＭＰａであった。そして、処理時間の増加とともに圧力損失は０．１７ＭＰａまで増大した。これに対して、本発明を適用した濾過器３０を用いた場合、初期圧力損失は０．０４ＭＰａであった。また、処理時間が増加しても、圧力損失は０．１５ＭＰａまで増大することはなかった。

　以上より、本発明を適用した濾過器３０のほうが、濾過部３２０により均一に被濾過水を流入できることが確認された。

　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

　例えば、上記実施形態では、被処理水中の鉄成分の除去を行うことが可能な水浄化システムを例示したが、濾過器が用いられる水浄化システムは、これに限られるものではなく、浄化したい原水の水質に応じた水浄化システムで用いられる濾過器とすることができる。

　また、上記実施形態では、濾過器として、塩素除去手段として用いられるものを例示したが、他の用途に用いられる濾過器に本発明を適用することも可能である。例えば、上記実施形態の水浄化システムで例示した、不溶性の水酸化鉄を除去する濾過手段に本発明を適用することも可能である。

　また、上記実施形態では、１種類の濾材で形成された濾過部を例示したが、複数種類の濾材を用いて形成される濾過部とすることも可能である。

　また、濾材の粒径を通水方向で変えることで下流側の通水抵抗を小さくすることも可能である。

　また、上記実施形態では、通水部を流れる被濾過水の通水方向を上下方向とした濾過器を例示したが、通水方向が鉛直方向に対して傾斜している場合であっても本発明を適用することが可能である。

　また、容器や通水部、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。

　本出願は、２０１７年８月２８日に出願された日本国特許出願第２０１７－１６３４２０号に基づく優先権を主張しており、これらの出願の全内容が参照により本願明細書に組み込まれる。

　本発明によれば、小型化を図りつつ濾過部により均一に被濾過水を流入させることが可能な濾過器を提供することができる。

Claims

　被濾過水を通水させる通水路が形成され、複数の連通孔を有する筒状の通水部と、
　前記通水部における前記複数の連通孔が形成されている部位を取り囲むように配置され、前記被濾過水を通過させることで濾過水を生成する濾過部と、
　前記濾過部に形成され、前記通水路の通水方向において前記通水部の下流端よりも上流側に位置する濾過水流出面と、
　前記濾過部が収容される容器と、
　前記濾過水流出面から流出した前記濾過水を前記容器の外部に流出させる流出路と、
　を備え、
　前記複数の連通孔を介して前記通水路から前記濾過部へと流れる前記被濾過水の通水抵抗は、前記通水路の通水方向の上流側よりも下流側のほうが小さいことを特徴とする濾過器。
　前記通水路の上流側よりも下流側のほうが前記連通孔の数が多くなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の濾過器。
　前記通水路の上流側から下流側に向かうにつれて前記連通孔の数が多くなるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の濾過器。
　前記通水路の下流側に形成される連通孔の孔径を、上流側に形成される連通孔の孔径よりも大きくしたことを特徴とする請求項１～３のうちいずれか１項に記載の濾過器。
　前記通水路の上流側から下流側に向かうにつれて前記連通孔の孔径が大きくなるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の濾過器。
　前記通水部がメッシュ部材で形成されており、
　前記通水路の下流側に形成されるメッシュ孔のほうが上流側に形成されるメッシュ孔よりも孔径が大きいことを特徴とする請求項１～５のうちいずれか１項に記載の濾過器。
　前記通水部の上流側がシート状のメッシュ部材を複数枚重ね合わせることで形成されており、前記通水部の下流側が、上流側よりも少ない枚数のメッシュ部材で形成されていることを特徴とする請求項１～６のうちいずれか１項に記載の濾過器。