WO2025187730A1 - 浄水器 - Google Patents

浄水器

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WO2025187730A1
WO2025187730A1 PCT/JP2025/007885 JP2025007885W WO2025187730A1 WO 2025187730 A1 WO2025187730 A1 WO 2025187730A1 JP 2025007885 W JP2025007885 W JP 2025007885W WO 2025187730 A1 WO2025187730 A1 WO 2025187730A1
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WO
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adsorbent
module
hollow fiber
fiber membrane
water
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卓 磯部
彰真 鈴木
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08Hollow fibre membranes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E03WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03CDOMESTIC PLUMBING INSTALLATIONS FOR FRESH WATER OR WASTE WATER; SINKS
    • E03C1/00Domestic plumbing installations for fresh water or waste water; Sinks
    • E03C1/02Plumbing installations for fresh water
    • E03C1/10Devices for preventing contamination of drinking-water pipes, e.g. means for aerating self-closing flushing valves

Definitions

  • the present invention relates to a water purifier that filters tap water in a home kitchen, etc.
  • Water purifiers that purify tap water have become widely used in homes.
  • Water purifiers contain various filter media, such as activated carbon, which removes free residual chlorine, mold odors, and trihalomethanes from tap water, and hollow fiber membranes, which remove turbidity such as iron rust from tap water. Purified water filtered through these filters is safe and delicious, contributing to the health of the user.
  • filter media are filled into the internal space of a removable water purifier cartridge. Because filter media can only process a limited amount of filtered water, it is common to continue using the water purifier by periodically replacing the cartridge.
  • Patent Document 1 proposes a filtration cartridge in which a hollow fiber membrane module is fixed to a container with a raw water inlet and a purified water outlet, and a lid is welded to the opening of the container. This makes it possible to remove turbid substances such as iron rust from tap water, resulting in high-quality purified water.
  • the container is subjected to the pressure of tap water, it must be able to withstand this pressure.
  • Various filter media are filled into a container with sufficient wall thickness, and then a cap with sufficient wall thickness is welded to it using an ultrasonic welding machine.
  • the water purifier cartridges which need to be replaced to continue using the water purifier, have the problem of high costs in terms of parts procurement and production processes.
  • Patent Document 2 proposes a water purifier in which a replaceable filter is installed inside a container that is thick enough to withstand tap water pressure. In other words, there is no need for the replaceable filter to be pressure-resistant, and high costs are not required for parts procurement and production processes.
  • Patent Document 2 had the problem that the bottom end of the filter inserted into the cylindrical support part could become dislodged due to vibrations and impacts during use, preventing tap water from flowing through the filter and preventing filtration.
  • the present invention provides a low-cost, long-life water purifier that can be used until the filter media is due for replacement, does not require high costs for parts procurement and production processes to ensure pressure resistance that can withstand tap water pressure, and does not cause the water purifier cartridge to tilt inside the water purifier container, resulting in premature replacement, or become dislodged inside the water purifier container, preventing filtration.
  • the water purifier that solves the above problems is A raw water inlet, a purified water outlet, a filter medium storage section, and a filter medium storage cover that is detachable from the filter medium storage section; a hollow fiber membrane module in which a plurality of hollow fiber membranes are fixed to one end of a cylindrical case with a potting material; An adsorbent module filled with an adsorbent, a module mounting portion having a cylindrical opening for mounting the hollow fiber membrane module is disposed in the filter medium storage portion; an adsorbent module mounting portion for mounting the adsorbent module is provided on the hollow fiber membrane module; a plurality of centering ribs are disposed on the outer periphery of the adsorbent module; A height alignment rib is disposed at one end of the adsorbent module.
  • the hollow fiber membrane module and adsorbent module when the hollow fiber membrane module and adsorbent module are integrated and attached to the module mounting section of the filter media storage section, multiple center alignment ribs on the outer periphery of the adsorbent module prevent tilting in the filter media storage section. This prevents the filter media from needing to be replaced prematurely, allowing the filter media to be used until its intended replacement date.
  • a height alignment rib is provided at one end of the adsorbent module, preventing the integrated hollow fiber membrane module and adsorbent module from coming off the module mounting section of the filter media storage section, preventing users from drinking tap water that has not been filtered.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a cartridge for a water purifier according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a vertical cross-sectional view of a faucet-mounted water purifier in which a water purifier cartridge according to an embodiment of the present invention is connected to a main body switch.
  • 1 is a cross-sectional perspective view of a cartridge body of a cartridge for a water purifier according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of an adsorbent module of a cartridge for a water purifier according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of an adsorbent module of a cartridge for a water purifier according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of an adsorbent module of a cartridge for a water purifier according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of an adsorbent container of a cartridge for a water purifier according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of a cartridge for a water purifier when backwashing a hollow fiber membrane module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of a cartridge for a water purifier according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a cartridge for a water purifier according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a vertical cross-sectional view of a water purifier cartridge according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a vertical cross-sectional view of a faucet-mounted water purifier in which a water purifier cartridge according to one embodiment of the present invention is connected to a main body switch.
  • the water purifier cartridge 1 comprises a cylindrical cartridge body (filter media storage section) 2 with an open top and a closed bottom, and a lid (filter media storage lid) 3 fixed to the open top of the cartridge body 2.
  • the water purifier cartridge 1 houses a hollow fiber membrane module 20 and an adsorbent module 30 in the internal space formed by the cartridge body 2 and the lid 3.
  • a bayonet mechanism is used to attach the lid 3 to the cartridge body 2, and the lid 3 can be easily fixed by rotating it 63° to align it with the opening of the cartridge body 2.
  • a screw mechanism may also be used instead of the bayonet mechanism.
  • An O-ring 7 is disposed on the cartridge body 2, and is compressed radially by the lid 3, keeping the cartridge body 2 and lid 3 liquid-tight.
  • FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of the cartridge body 2 of the water purifier cartridge 1.
  • the cartridge body 2 has a raw water passage 11 on the side near the bottom end and a purified water outlet 12 in the center of the bottom face.
  • a cylindrical module mounting portion 13 is provided on the inner surface of the lower end of the cartridge body 2, surrounding the purified water outlet 12, into which the end of the hollow fiber membrane module 20 having an opening is fitted.
  • the module mounting portion 13 has a cylindrical opening and is a member for mounting the hollow fiber membrane module 20.
  • a bayonet mechanism is provided around the inlet opening of the raw water passage 11 for connecting to the main body switch 4.
  • the module mounting portion 13 has a first module fitting portion 14 and a second module fitting portion 15 that is smaller in diameter than the first module fitting portion 14 and closer to the purified water outlet.
  • the hollow fiber membrane module 20 comprises a hollow fiber membrane bundle 21, which is a bundle of a predetermined number of hollow fiber membranes bent into an inverted U-shape, housed inside a roughly cylindrical case 22.
  • the inner surface of the lower end of the cylindrical case 22, the lower end of the hollow fiber membrane bundle 21, and the lower ends of the hollow fiber membranes themselves are sealed and fixed with a potting material such as polyurethane or epoxy resin.
  • the lower end of the hollow fiber membrane bundle 21 is open and faces the purified water outlet 12.
  • Hydrophilized polysulfone is preferably used as the material for the hollow fiber membranes.
  • Multiple types of hollow fiber membranes made from different materials may also be combined. Using hydrophobic polyethylene or polypropylene hollow fiber membranes allows for efficient removal of air mixed in the water. While the hollow fiber membrane bundle 21 is bent into an inverted U-shape, it may also be a straight hollow fiber membrane bundle whose upper opening is sealed with an adhesive or heat fusion.
  • the cylindrical case 22 is made of ABS resin, although AS resin, polystyrene, etc. are also suitable.
  • the vicinity of the outlet end 22b of the cylindrical case 22 is fitted liquid-tight with the second module fitting portion 15.
  • the vicinity of the inlet end (adsorbent module mounting portion) 22a can be fitted with the outlet end 31b of the adsorbent container 31 described below, and can also be fitted liquid-tight with the first module fitting portion 14.
  • a flange portion 23 is provided on the outer periphery near the inlet end (adsorbent module mounting portion) 22a.
  • FIGs 4 and 5 are perspective views of the adsorbent module 30 of the water purifier cartridge 1.
  • the adsorbent module 30 is composed of a bottomed, approximately cylindrical adsorbent container 31, a substantially disk-shaped adsorbent container lid 32, and granular or powdered adsorbent 33 (see Figure 1).
  • the adsorbent container 31 is open at the top, and the adsorbent container lid 32 is attached to the top opening of the adsorbent container 31.
  • Polyolefin is preferably used as the material for the adsorbent container 31 and adsorbent container lid 32. Ultrasonic welding of the adsorbent container 31 and adsorbent container lid 32 is easy and reliable, and is an inexpensive material, so manufacturing costs can be kept down. ABS resin or polystyrene can also be used.
  • FIG 6 is a perspective view of the adsorbent container 31 of the water purifier cartridge 1.
  • a plurality of downstream radial ribs 34 are integrally formed on the bottom surface of the adsorbent container 31, and a water-permeable, circular downstream nonwoven fabric (adsorbent holding member) 35 (see Figure 1) is fixed to the downstream radial ribs 34.
  • a plurality of upstream radial ribs 36 are integrally formed on the adsorbent container lid 32.
  • the adsorbent container lid 32 has a plurality of upstream radial ribs 36, and openings are formed between adjacent upstream radial ribs 36, allowing water to flow through these openings into the adsorbent container 31 to which the adsorbent container lid 32 is attached.
  • a water-permeable, circular upstream nonwoven fabric (adsorbent leakage prevention member) 37 is fixed to the upstream radial ribs 36.
  • the downstream nonwoven fabric (adsorbent holding member) 35 and the upstream nonwoven fabric (adsorbent leakage prevention member) 37 function to prevent leakage of the granular adsorbent 33 while allowing the water to be treated to pass through. Their mesh size is smaller than the particle size of the adsorbent 33.
  • the upstream nonwoven fabric (adsorbent leakage prevention member) 37 and the downstream nonwoven fabric (adsorbent holding member) 35 are preferably made of nonwoven fabric containing polyolefin.
  • the upstream nonwoven fabric (adsorbent leakage prevention member) 37 is fixed to the upstream radial ribs 36 by ultrasonic welding, and the downstream nonwoven fabric (adsorbent holding member) 35 is fixed to the downstream radial ribs 34 by ultrasonic welding.
  • Using the same polyolefin material for both fabrics facilitates and ensures ultrasonic welding. This significantly reduces manufacturing costs compared to a configuration in which a frame with radial ribs is injection molded, and the upstream and downstream nonwoven fabrics are ultrasonically welded to the frame before being fixed to the adsorbent container.
  • the bottom of the adsorbent container 31 has a reduced diameter portion, and the diameter near the outlet end 31b of the adsorbent container 31 is smaller than the inlet end 31a of the adsorbent container 31.
  • the space 38 formed by the downstream radial ribs 34 prevents the water flow from becoming uneven. That is, the bottom of the adsorbent container 31 has multiple downstream radial ribs 34, and spaces 38 between adjacent downstream radial ribs 34 connect the inside and outside of the adsorbent container 31, allowing water within the adsorbent container 31 to be discharged to the outside of the adsorbent container 31 through the spaces 38.
  • the outlet end 31b of the adsorbent container 31 is fitted with the inlet end (adsorbent module mounting portion) 22a of the cylindrical case of the hollow fiber membrane module 20. That is, the inlet end (adsorbent module mounting portion) 22a is the portion for mounting the adsorbent module 30.
  • centering ribs 41 are arranged on the outer periphery of the adsorbent container 31 and/or adsorbent container lid 32 of the adsorbent module 30.
  • the clearance between the inner circumferential surface of the lid 3 and the centering rib 41 is adjusted to 0.05 to 0.3 mm, and both the adsorbent container lid 32 and the centering rib 41 are inclined so that the clearance gradually decreases as the lid 3 is tightened. Either one may be inclined.
  • a height alignment rib 42 is provided on the top surface of the adsorbent container lid 32 of the adsorbent module 30.
  • the clearance between the underside of the top surface of the lid body 3 and the height alignment rib 42 is adjusted to 0.2 to 0.5 mm.
  • the height alignment rib may also be provided on the underside of the top surface of the lid body 3.
  • the adsorbent 33 is made of granular activated carbon and granular zeolite, which fill the space between the downstream nonwoven fabric (adsorbent holding member) 35 of the adsorbent container 31 and the upstream nonwoven fabric (adsorbent leakage prevention member) 37 of the adsorbent container lid 32.
  • the activated carbon is made from coconut shells, contains 70% or more particles with particle sizes of 100 to 200 microns, and has an iodine adsorption capacity of 1200 mg/g or more. This allows for a high adsorption capacity for organic matter in tap water while ensuring a sufficient purified water flow rate. Furthermore, reducing the particle size increases the surface area, thereby improving adsorption capacity and ion exchange capacity.
  • the zeolite used is one that selectively adsorbs lead and has a particle size of 100 to 200 microns.
  • titanosilicate which has similar functionality, may also be used.
  • the hollow fiber membrane module 20 and the adsorbent module 30 are assembled in series and erected. During this process, the hollow fiber membrane module 20 or the adsorbent module 30 may become tilted, or the adsorbent module 30 may not be properly fitted into the hollow fiber membrane module 20, resulting in the adsorbent module 30 being too high. Even in such cases, when the water purifier cartridge 1 is fitted and tightened with the lid 3, the center alignment rib 41 and height alignment rib 42 come into contact with the inner surface of the lid 3, correcting the tilted or overly high position and adjusting it to its original position. The same is true when a user who has purchased a water purifier replaces the water purifier cartridge.
  • Raw water (tap water) entering through the raw water inlet 8 of the main body switch 4 flows into the water purifier cartridge 1 through the raw water passage 11, and is guided into the cylindrical gap 5 secured by the center alignment rib 41, where it rises without deviation.
  • the raw water (tap water) is then guided into the disk-shaped gap 6 secured by the height alignment rib 42, where it changes direction without deviation.
  • the raw water passes through the upstream nonwoven fabric (adsorbent leakage prevention member) 37 of the adsorbent container lid 32 and flows into the adsorbent module 30. It flows evenly and comes into contact with the granular activated carbon and granular zeolite packed in a roughly cylindrical shape, removing free residual chlorine, mold odor, trihalomethanes, lead, and other contaminants from the raw water.
  • the water then passes through the downstream nonwoven fabric (adsorbent holding member) 35 of the adsorbent container 31, contracts in the space 38 formed by the multiple downstream radial ribs 34, and exits from the outlet end 31b of the adsorbent container 31.
  • the water then flows into the hollow fiber membrane module 20 through the inlet end (adsorbent module mounting portion) 22a of the cylindrical case.
  • the hollow fiber membrane bundle 21 then removes suspended solids, turning the water into purified water, which is then discharged from the purified water outlet 12.
  • the filter media has a limited capacity to process filtered water
  • users must replace the filter media periodically while continuing to use the water purifier. This section explains how to replace the filter media, the hollow fiber membrane module 20 and adsorbent module 30.
  • the adsorbent module 30 is removed from the hollow fiber membrane module 20, and then the hollow fiber membrane module 20 is removed from the second module fitting portion 15 of the module mounting portion 13 of the cartridge body 2.
  • the outlet end 22b of the new hollow fiber membrane module 20 is fitted into the second module fitting portion 15.
  • the outlet end 31b of the new adsorbent module 30 is fitted into the inlet end (adsorbent module mounting portion) 22a of the hollow fiber membrane module 20. Both modules can be fitted manually, and the dimensions are adjusted to prevent water leakage.
  • the lid 3 is placed on top and tightened onto the cartridge body 2.
  • the hollow fiber membrane module 20 or adsorbent module 30 may become tilted, or the adsorbent module 30 may not be properly fitted into the hollow fiber membrane module 20, causing the adsorbent module 30 to be higher than the specified height.
  • the water purifier cartridge 1 corrects the tilted or excessively high position by having the center alignment rib 41 and height alignment rib 42 come into contact with the inner surface of the lid 3 during the process of placing the lid 3 on top and tightening it onto the cartridge body 2, thereby correcting the tilted or excessively high position and ensuring that it is in the correct position.
  • FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view of a water purifier cartridge when backwashing a hollow fiber membrane module.
  • the hollow fiber membrane bundle 21 removes turbidity from the raw water (tap water), producing purified water that is then discharged from the purified water outlet 12.
  • turbidity gradually accumulates in the hollow fiber membrane bundle 21, increasing pressure loss and reducing the flow rate of the purified water.
  • the accumulated turbidity can be flushed out (backwashed) by flowing tap water from the outlet end 22b of the hollow fiber membrane module 20 to the inlet end (adsorbent module mounting portion) 22a, thereby reducing the pressure loss and restoring the pressure loss.
  • the turbidity accumulated on the outer surface of the hollow fiber membranes does not contaminate the adsorbent activated carbon.
  • the adsorbent module 30 is removed from the hollow fiber membrane module 20, and then the hollow fiber membrane module 20 is removed from the second module fitting portion 15 of the module mounting portion 13 of the cartridge body 2.
  • the removed hollow fiber membrane module 20 is turned upside down, and the inlet end (adsorbent module mounting portion) 22a of the hollow fiber membrane module 20 is attached to the first module fitting portion 14 of the module mounting portion 13. Because the first module fitting portion 14 has a larger diameter than the second module fitting portion 15 and is farther from the purified water outlet 12, the mounting position of the hollow fiber membrane module 20 during backwashing is necessarily higher than its mounting position during use.
  • the flange portion 23 on the outer periphery near the inlet end (adsorbent module mounting portion) 22a abuts against the upper end surface of the module mounting portion 13, accurately determining the mounting position of the hollow fiber membrane module.
  • the lid 3 is fixed to the upper opening of the cartridge body 2, and the water faucet is then opened to allow raw water (tap water) to flow through the raw water passage 11 of the water purifier cartridge 1.
  • the raw water then flows from the outlet end 22b of the hollow fiber membrane module 20 toward the inlet end (adsorbent module mounting portion) 22a, and turbidity accumulated in the hollow fiber membrane module 20 is expelled from the purified water outlet 12.
  • Turning the hollow fiber membrane module 20 upside down in this way makes backwashing easy, eliminating the need to create a flow path for obtaining purified water and a flow path for backwashing, thereby keeping the cost of manufacturing the water purifier low.
  • the mounting position of the hollow fiber membrane module 20 during backwashing is necessarily higher than the mounting position during use. If the adsorbent module 30 is mistakenly attached to the outlet end 22b of the hollow fiber membrane module 20, the mounting position of the adsorbent module 30 will also be higher than during use, making it impossible to tighten the lid 3 to the cartridge body 2. In other words, this prevents a user from accidentally using the device as a water purifier while it is in the backwashing state and drinking turbidity that has accumulated on the outer surface of the hollow fiber membrane.
  • an air vent mechanism 51 is provided on the lid body 3, and by opening the air vent mechanism 51 to vent the air inside the lid body 3 when raw water (tap water) is introduced through the raw water passage 11, the time required to push out the air is eliminated, allowing for efficient backwashing.
  • the adsorbent module is composed of a substantially cylindrical adsorbent container with a bottom, a substantially disk-shaped adsorbent container lid, and granular or powdery adsorbent.
  • centering ribs were provided on the outer periphery of the adsorbent container and adsorbent container lid.
  • the clearance between the inner surface of the lid and the centering ribs was adjusted to 0.05 mm, and the adsorbent container lid was inclined at 1°, and the centering ribs were also inclined at 1° so that the clearance gradually became smaller as the lid was tightened.
  • a height alignment rib was provided on the top surface of the adsorbent container lid of the adsorbent module.
  • the clearance between the underside of the top surface of the lid and the height alignment rib was adjusted to 0.5 mm.
  • the hollow fiber membrane module and adsorbent module were intentionally tilted, and the adsorbent module was intentionally not properly fitted into the hollow fiber membrane module, before the lid was placed on top and tightened onto the cartridge body.
  • the center alignment rib and height alignment rib then came into contact with the inside of the lid, correcting the tilted and overly high position and bringing it into the correct position.
  • the hollow fiber membrane module and adsorbent module were intentionally tilted, and the adsorbent module was intentionally not properly fitted into the hollow fiber membrane module.
  • the lid was then replaced and tightened onto the cartridge body, the tilted and excessively high position remained.
  • Water purifier cartridge 2 Cartridge body (filter material storage section) 3. Lid (filter storage lid) 4 Main body switch 5 Cylindrical gap 6 Disk-shaped gap 7 O-ring 8 Raw water inlet 11 Raw water passage 12 Purified water outlet 13 Module mounting portion 14 First module fitting portion 15 Second module fitting portion 20 Hollow fiber membrane module 21 Hollow fiber membrane bundle 22 Cylindrical case 22a Inlet end (adsorbent module mounting portion) 22b Outlet end 23 Flange portion 30 Adsorbent module 31 Adsorbent container 31a Inlet end 31b Outlet end 32 Adsorbent container lid 33 Adsorbent 34 Downstream radial rib 35 Downstream nonwoven fabric (adsorbent holding member) 36: Upstream radial rib 37: Upstream nonwoven fabric (adsorbent leakage prevention member) 38 Space 41 Center positioning rib 42 Height positioning rib 51 Air vent mechanism

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Abstract

浄水器は、原水入口と、浄水出口と、ろ材収納部と、ろ材収納部に脱着可能なろ材収納蓋と、複数本の中空糸膜をポッティング材で円筒ケースの一端に固定した中空糸膜モジュールと、吸着材を充填した吸着材モジュールとを有し、ろ材収納部には、円筒形開口を有し中空糸膜モジュールを取り付けるためのモジュール取付部が配設され、中空糸膜モジュールには、吸着材モジュールを取り付けるための吸着材モジュール取付部が配設され、吸着材モジュールの外周には複数の中心位置合わせリブが配設され、吸着材モジュールの一端には高さ位置合わせリブが配設されている。

Description

浄水器
 本発明は、家庭のキッチン等において水道水をろ過する浄水器に関する。
 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。浄水器には、水道水中の遊離残留塩素、カビ臭、トリハロメタンを除去する活性炭、水道水中の鉄錆などの濁質を除去する中空糸膜などの各種ろ材が収容されている。ろ材でろ過された浄水は、安全でおいしい水となっており使用者の健康に寄与している。
 各種ろ材が、浄水器に着脱可能な浄水器用カートリッジの内部空間に充填されているものが多数を占める。ろ材は処理できるろ過水量が限られているため、浄水器用カートリッジを定期的に交換しながら、浄水器を継続使用するのが一般的である。
 特許文献1には、原水流入口と浄水の流出口を有する容器に中空糸膜モジュールを固定し、容器の開口に蓋を溶着したろ過カートリッジが提案されている。水道水中の鉄錆などの濁質を除去して良質な浄水を得ることができる。
 しかしながら、容器には水道水圧が負荷するため、水道水圧に耐え得る耐圧性をもたせなければならない。十分な肉厚を有する容器に、各種ろ材を充填した上で、十分な肉厚を有するキャップを超音波溶着機で溶着している。浄水器を継続使用するために交換する浄水器用カートリッジについて、部品調達と生産工程に高いコストが必要であるという問題点があった。
 この問題点に対し、特許文献2には、十分な肉厚を有して水道水圧に耐え得る容器の中に、交換可能なフィルターを装着する浄水器が提案されている。すなわち、交換可能なフィルターに耐圧性をもたせる必要がなく、部品調達と生産工程に高いコストは必要ない。
日本国特開2002-210458号公報 日本国特開2006-26517号公報
 しかしながら、特許文献2の技術では、円筒形の支持部にフィルターの下端部を挿入する際に、容器の中でフィルターが傾いてしまい、フィルター全体に水道水が均一に流れない場合がある。この場合、水道水が多く流れた部分のろ過性能が先に低下し、交換時期が早まってしまうという問題点があった。
 また、特許文献2の技術では、使用状況における振動や衝撃により、円筒形の支持部に挿入したフィルターの下端部が外れてしまい、フィルターに水道水が流れずにろ過できないことがあるという問題点があった。
 本発明は、上記の課題に鑑み、水道水圧に耐え得る耐圧性をもたせるために、部品調達と生産工程に高いコストが必要でなく、浄水器用カートリッジが浄水器の容器の中で傾いて交換時期が早まってしまったり、浄水器用カートリッジが浄水器の容器の中で外れてろ過できなかったりすることが無い、低コストで、ろ材本来の交換時期まで使用することができる、長寿命な浄水器を提供する。
 上記の課題を解決する浄水器は、
 原水入口と、浄水出口と、ろ材収納部と、前記ろ材収納部に脱着可能なろ材収納蓋と、
 複数本の中空糸膜をポッティング材で円筒ケースの一端に固定した中空糸膜モジュールと、
 吸着材を充填した吸着材モジュールと、を有する浄水器であって、
 前記ろ材収納部には、円筒形開口を有し前記中空糸膜モジュールを取り付けるためのモジュール取付部が配設され、
 前記中空糸膜モジュールには、前記吸着材モジュールを取り付けるための吸着材モジュール取付部が配設され、
 前記吸着材モジュールの外周には複数の中心位置合わせリブが配設され、
 前記吸着材モジュールの一端には高さ位置合わせリブが配設されている。
 本発明の浄水器によれば、中空糸膜モジュールと吸着材モジュールが一体化して、ろ材収納部のモジュール取付部に取り付けられた状態で、吸着材モジュールの外周の複数の中心位置合わせリブにより、ろ材収納部での傾きが防止される。よって、ろ材の交換時期が早まることがなく、ろ材本来の交換時期まで使用することができる。また、前記吸着材モジュールの一端には高さ位置合わせリブが配設されているので、中空糸膜モジュールと吸着材モジュールが一体化したものが、ろ材収納部のモジュール取付部から外れることを防ぐことができ、使用者が思いのほかろ過していない水道水を飲用してしまうことが無い。
本発明の一実施形態例に係る浄水器用カートリッジの縦断面図である。 本発明の一実施形態例に係る浄水器用カートリッジが本体切換器と接続されてなる蛇口直結型浄水器の縦断面図である。 本発明の一実施形態例に係る浄水器用カートリッジのカートリッジ本体の断面斜視図である。 本発明の一実施形態例に係る浄水器用カートリッジの吸着材モジュールの斜視図である。 本発明の一実施形態例に係る浄水器用カートリッジの吸着材モジュールの斜視図である。 本発明の一実施形態例に係る浄水器用カートリッジの吸着材容器の斜視図である。 本発明の一実施形態例に係る中空糸膜モジュールを逆洗浄するときの浄水器用カートリッジの縦断面図である。 本発明の他の実施形態例に係る浄水器用カートリッジの斜視図である。 本発明の他の実施形態例に係る浄水器用カートリッジの縦断面図である。
 本発明の実施形態例を図面に基づいて説明する。
 図1は、本発明の一実施形態例に係る浄水器用カートリッジの縦断面図である。図2は、本発明の一実施形態例に係る浄水器用カートリッジが本体切換器と接続されてなる蛇口直結型浄水器の縦断面図である。
 浄水器用カートリッジ1を構成する各部材について説明する。
 浄水器用カートリッジ1は、上端が開口した有底筒状のカートリッジ本体(ろ材収納部)2と、カートリッジ本体2の上端開口に固定される蓋体(ろ材収納蓋)3と、を備える。浄水器用カートリッジ1は、カートリッジ本体2と蓋体3とで形成される内部空間に、中空糸膜モジュール20と吸着材モジュール30が収納されている。
 カートリッジ本体2への蓋体3の取り付けにはバヨネット機構を用いており、蓋体3をカートリッジ本体2の開口に合わせて63°回転させることで容易に固定できる。バヨネット機構ではなくネジ機構を用いても良い。カートリッジ本体2にはOリング7が配設されており、蓋体3によって径方向に潰されることで、カートリッジ本体2と蓋体3を液密に保っている。
 図3は、浄水器用カートリッジ1のカートリッジ本体2の断面斜視図である。カートリッジ本体2は、下端近傍の側面に原水通路11を、下端面の中央部に浄水出口12を有している。カートリッジ本体2の下端部内面には、浄水出口12を囲うように、中空糸膜モジュール20の開口部を有する側の端部を嵌入させるための円筒形のモジュール取付部13が設けられている。すなわち、モジュール取付部13は、円筒形開口を有し中空糸膜モジュール20を取り付けるための部材である。原水通路11には入口開口周囲に、本体切換器4と接続するためのバヨネット機構が設けられている。
 モジュール取付部13は、第1モジュール嵌合部14と、第1モジュール嵌合部14より小径かつ浄水出口に近い第2モジュール嵌合部15を有している。
 中空糸膜モジュール20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21を略筒状の円筒ケース22の内側に収容し、円筒ケース22の下端側内面と中空糸膜束21の下端側、および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材で封止固定したものである。中空糸膜束21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が好適に使用される。材料が異なる複数種類の中空糸膜を組み合わせても良い。疎水性のポリエチレンやポリプロピレンの中空糸膜を入れれば、水に混入した空気を効率良く排出することができる。中空糸膜束21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。
 円筒ケース22はABS樹脂製であるが、AS樹脂、ポリスチレンなども好適に用いられる。円筒ケース22の出口端22bの近傍が、第2モジュール嵌合部15と液密に嵌合している。入口端(吸着材モジュール取付部)22aの近傍は、後述の吸着材容器31の出口端31bと嵌合可能であり、かつ前記第1モジュール嵌合部14と液密に嵌合可能である。入口端(吸着材モジュール取付部)22aの近傍外周には鍔部23が設けられている。
 図4と図5は、浄水器用カートリッジ1の吸着材モジュール30の斜視図である。吸着材モジュール30は、有底かつ略円筒形の吸着材容器31と、略円盤形の吸着材容器蓋32と、粒状または粉状の吸着材33(図1参照)とから構成されている。吸着材容器31は、上端が開口し、吸着材容器蓋32は、吸着材容器31の上端開口に取り付けられる。吸着材容器31と吸着材容器蓋32の材料にはポリオレフィンを用いることが好ましい。吸着材容器31と吸着材容器蓋32の超音波溶着が容易かつ確実であり、材料として安価であるので、製造コストを抑えることができる。ABS樹脂やポリスチレンを用いることもできる。
 図6は、浄水器用カートリッジ1の吸着材容器31の斜視図である。吸着材容器31の底面には、複数の下流側放射状リブ34が一体成形で形成され、複数の下流側放射状リブ34には、通水可能かつ円形の下流側不織布(吸着材保持部材)35(図1参照)が固定されている。図5に示すように、吸着材容器蓋32には、複数の上流側放射状リブ36が一体成形で形成される。すなわち、吸着材容器蓋32は、複数の上流側放射状リブ36を有し、隣り合う上流側放射状リブ36の間において開口することで、この開口を通じて、吸着材容器蓋32が取り付けられた吸着材容器31内に水が流入可能とされる。図1に示すように、複数の上流側放射状リブ36には、通水可能かつ円形の上流側不織布(吸着材漏れ防止部材)37が固定されている。
 下流側不織布(吸着材保持部材)35と上流側不織布(吸着材漏れ防止部材)37は、粒状の吸着材33を漏らさず、処理されるべき水を通過させる機能を有するもので、目開きは、吸着材33の粒径より小さいものとなっている。上流側不織布(吸着材漏れ防止部材)37と下流側不織布(吸着材保持部材)35はポリオレフィンを含む不織布であることが好ましい。上流側不織布(吸着材漏れ防止部材)37は上流側放射状リブ36に超音波溶着により固定されていて、下流側不織布(吸着材保持部材)35は下流側放射状リブ34に超音波溶着により固定されている。いずれも材料が同じポリオレフィンであると、超音波溶着が容易かつ確実である。放射状リブを有する枠材を射出成形して、その枠材に上流側不織布や下流側不織布を超音波溶着した上で吸着材容器に固定する構成に比べて、製造コストを大幅に低減することができる。
 図1に示すように、吸着材容器31の底部には縮径部があり、吸着材容器31の出口端31bの近傍は、吸着材容器31の入口端31aより径が小さくなっているが、下流側放射状リブ34で形成された空間38があることで、水の流れが偏らないようになっている。すなわち、吸着材容器31の底部は、複数の下流側放射状リブ34を有し、隣り合う下流側放射状リブ34の間において吸着材容器31の内外を連通する空間38を有することで、吸着材容器31内の水を、空間38を通じて吸着材容器31外に排出できる。吸着材容器31の出口端31bは、中空糸膜モジュール20の円筒ケースの入口端(吸着材モジュール取付部)22aと嵌合している。すなわち、入口端(吸着材モジュール取付部)22aは、吸着材モジュール30を取り付けるための部位である。
 吸着材モジュール30の吸着材容器31および/または吸着材容器蓋32の外周には複数の中心位置合わせリブ41が配設されている。蓋体3の内周面と、中心位置合わせリブ41のクリアランスは0.05~0.3mmに調整してあり、しかも蓋体3を締め込む過程でクリアランスが徐々に小さくなるように、吸着材容器蓋32と中心位置合わせリブ41の両方に傾斜を設けた。傾斜はいずれか一方でも良い。
 一方で、吸着材モジュール30の吸着材容器蓋32の上面には、高さ位置合わせリブ42が配設されている。蓋体3の上面裏側と、高さ位置合わせリブ42のクリアランスは0.2~0.5mmに調整してある。高さ位置合わせリブを蓋体3の上面裏側に設けても良い。
 吸着材33として、粒状の活性炭と粒状のゼオライトが、吸着材容器31の下流側不織布(吸着材保持部材)35と、吸着材容器蓋32の上流側不織布(吸着材漏れ防止部材)37の間の空間に充填されている。活性炭としては、原料が椰子殻で、粒径が100~200ミクロンのものを70%以上含み、ヨウ素吸着量が1200mg/g以上のものを用いると、水道水中の有機物を吸着する能力が高く保持しつつ、十分な浄水流量を確保することが可能となる。さらに粒径を小さくすると表面積が増え、吸着能力やイオン交換能力を高めることができる。
 ゼオライトとしては、鉛を選択的に吸着するもので、粒径が100~200ミクロンのものを用いている。ゼオライトではなく、同様の機能を有するチタノケイ酸塩を用いても良い。
 製造工程においては、中空糸膜モジュール20と吸着材モジュール30を直列に組み合わせて立設させる。この際、中空糸膜モジュール20や吸着材モジュール30が斜めになったり、中空糸膜モジュール20への吸着材モジュール30の嵌め込みが不十分で、吸着材モジュール30の高さが所定の高さ以上に高過ぎたりすることがある。このような場合であっても、浄水器用カートリッジ1は、蓋体3を被せて締め込む過程で、中心位置合わせリブ41と高さ位置合わせリブ42が蓋体3の内面に当たることにより、斜めの状態や高過ぎる状態を矯正して、本来の位置に合わせることができる。浄水器を購入した使用者が、浄水器用カートリッジ交換するときも同様である。組み立てることに不慣れな使用者が中空糸膜モジュール20と吸着材モジュール30を精度良く組み合わせて立設できなかったとしても、蓋体3を被せて締め込む過程で本来の位置に矯正され、浄水器の性能を引き出すことができる。
 以上のように構成された浄水器用カートリッジ1の使用について説明する。
 本体切換器4の原水入口8から入った原水(水道水)は、原水通路11から浄水器用カートリッジ1の内部に流入し、中心位置合わせリブ41によって確保された筒状の間隙5に導かれて偏ることなく上昇する。続いて原水(水道水)は、高さ位置合わせリブ42によって確保された円盤状の間隙6に導かれて偏ることなく流れの向きを変える。
 原水は、吸着材容器蓋32の上流側不織布(吸着材漏れ防止部材)37を通過して吸着材モジュール30の内部に流入する。略円柱状に充填された粒状の活性炭および粒状のゼオライトに偏ることなく流れて接触し、原水中の遊離残留塩素、カビ臭、トリハロメタンや、鉛などが除去される。次に水は、吸着材容器31の下流側不織布(吸着材保持部材)35を通過して、複数の下流側放射状リブ34で形成された空間38にて縮流し、吸着材容器31の出口端31bから出る。そして水は、円筒ケースの入口端(吸着材モジュール取付部)22aより中空糸膜モジュール20に流入する。続いて中空糸膜束21により濁質が除去されて浄水となり、浄水出口12から吐出される。
 ろ材は処理できるろ過水量が限られているため、使用者は、ろ材を定期的に交換しながら、浄水器を継続使用する。ろ材である中空糸膜モジュール20と吸着材モジュール30の交換について説明する。
 浄水器用カートリッジ1のカートリッジ本体2の上端開口にバヨネット機構で固定されている蓋体3を取り外す。次に吸着材モジュール30を中空糸膜モジュール20から取り外し、続いてカートリッジ本体2のモジュール取付部13の第2モジュール嵌合部15から中空糸膜モジュール20を取り外す。次に新しい中空糸膜モジュール20の出口端22bを、第2モジュール嵌合部15に嵌め込む。次に新しい吸着材モジュール30の出口端31bを、中空糸膜モジュール20の入口端(吸着材モジュール取付部)22aに嵌め込む。いずれのモジュールも手作業で嵌め込むことができ、かつ水が漏れない寸法に調整されている。
 続いて蓋体3を被せてカートリッジ本体2に締め込む。この際、中空糸膜モジュール20や吸着材モジュール30が斜めになったり、中空糸膜モジュール20への吸着材モジュール30の嵌め込みが不十分で、吸着材モジュール30の高さが所定の高さ以上に高過ぎたりすることがある。このような場合であっても、浄水器用カートリッジ1は、蓋体3を被せてカートリッジ本体2に締め込む過程で、中心位置合わせリブ41と高さ位置合わせリブ42が蓋体3の内面に当たることにより、斜めの状態や高過ぎる状態を矯正して、本来の位置に合うようになっている。
 水道蛇口を開いて浄水器用カートリッジ1の原水通路11から原水(水道水)を流入させると、浄水器用カートリッジ1の内部の空気が押し出された後に、浄水出口12から浄水が吐出される。
 次に中空糸膜モジュール20の逆洗浄について説明する。図7は、中空糸膜モジュールを逆洗浄するときの浄水器用カートリッジの縦断面図である。中空糸膜束21により原水(水道水)中の濁質が除去されて浄水となり、浄水出口12から吐出されるが、徐々に濁質が中空糸膜束21に堆積し、圧力損失が大きくなり浄水の流量が低下する。流量低下が顕著になったときに、中空糸膜モジュール20の出口端22bから入口端(吸着材モジュール取付部)22aに水道水を流すことで堆積した濁質を流し出し(逆洗浄)、圧力損失を小さく回復させることができる。中空糸膜の外表面に堆積した濁質が吸着活性炭を汚染することも無い。
 浄水器用カートリッジ1のカートリッジ本体2の上端開口にバヨネット機構で固定されている蓋体3を取り外す。次に吸着材モジュール30を中空糸膜モジュール20から取り外し、続いてカートリッジ本体2のモジュール取付部13の第2モジュール嵌合部15から中空糸膜モジュール20を取り外す。取り外した中空糸膜モジュール20を上下逆にして、中空糸膜モジュール20の入口端(吸着材モジュール取付部)22aを、モジュール取付部13の第1モジュール嵌合部14に取り付ける。第1モジュール嵌合部14は、第2モジュール嵌合部15より大径で浄水出口12から遠いので、逆洗浄時の中空糸膜モジュール20の取付位置は、必然的に使用時の取付位置より高くなる。入口端(吸着材モジュール取付部)22aの近傍外周の鍔部23が、モジュール取付部13の上端面に当たることにより、中空糸膜モジュールの取付位置が正確に決まる。
 吸着材モジュール30を取り付けずに、蓋体3をカートリッジ本体2の上端開口に固定した上で、水道蛇口を開いて浄水器用カートリッジ1の原水通路11から原水(水道水)を流入させる。すると、中空糸膜モジュール20の出口端22bから入口端(吸着材モジュール取付部)22aの方向に原水が流れ、中空糸膜モジュール20に堆積した濁質が浄水出口12から吐出される。このように中空糸膜モジュール20を上下逆にすることで容易に逆洗浄が可能になるので、浄水を得る流路と逆洗浄の流路を形成する必要がなく、浄水器を製造するコストを低く抑えることができる。
 中空糸膜モジュール20の入口端(吸着材モジュール取付部)22aを、モジュール取付部13の第1モジュール嵌合部14に取り付けると、逆洗浄時の中空糸膜モジュール20の取付位置は、必然的に使用時の取付位置より高くなる。中空糸膜モジュール20の出口端22bに誤って吸着材モジュール30を取り付けると、吸着材モジュール30の取付位置も使用時よりも高くなり、蓋体3をカートリッジ本体2の締め付けることができないようになっている。すなわち、使用者が誤って逆洗浄の状態のまま浄水器として使用し、中空糸膜の外表面に堆積した濁質を飲用してしまうことも防ぐことができる。
 図8の斜視図と図9の縦断面図に示すように蓋体3に空気抜き機構51を設け、原水通路11から原水(水道水)を流入させる際に空気抜き機構51を開いて蓋体3の内部の空気を抜けば、空気を押し出す時間が省かれて逆洗浄が効率的に行える。
 <実施例1>
 吸着材モジュールを、有底かつ略円筒形の吸着材容器と、略円盤形の吸着材容器蓋と、粒状または粉状の吸着材とから構成した。
 吸着材容器および吸着材容器蓋の外周に複数の中心位置合わせリブを設けた。蓋体の内周面と、中心位置合わせリブのクリアランスは0.05mmに調整し、しかも蓋体を締め込む過程でクリアランスが徐々に小さくなるように、吸着材容器蓋には1°の傾斜を、中心位置合わせリブにも1°の傾斜を設けた。
 一方で、吸着材モジュールの吸着材容器蓋の上面には、高さ位置合わせリブを設けた。蓋体の上面裏側と、高さ位置合わせリブのクリアランスは0.5mmに調整した。
 中空糸膜モジュールと吸着材モジュールを故意に斜めにして、中空糸膜モジュールへの吸着材モジュールの嵌め込みも故意に不十分として、蓋体を被せてカートリッジ本体に締め込んだ。すると、中心位置合わせリブと高さ位置合わせリブが蓋体の内面に当たることにより、斜めの状態と高過ぎる状態を矯正して本来の位置に合った。
 この状態で原水(水道水)を通水したところ、原水入口から入った原水(水道水)は、中心位置合わせリブによって確保された筒状の間隙に導かれて偏ることなく上昇し、続いて高さ位置合わせリブによって確保された円盤状の間隙に導かれて偏ることなく流れの向きを変えた。これによって、ろ材の交換時期が早まることがなく、ろ材本来の交換時期まで使用することができた。
 <比較例1>
 上記と同じ浄水器用カートリッジを製作した。ただし、吸着材容器の外周には中心位置合わせリブを設けず、吸着材容器蓋の外周にも高さ位置合わせリブも設けなかった。
 中空糸膜モジュールと吸着材モジュールを故意に斜めにして、中空糸膜モジュールへの吸着材モジュールの嵌め込みも故意に不十分として、蓋体を被せてカートリッジ本体に締め込んだところ、斜めの状態と高過ぎる状態はそのままになった。
 この状態で原水(水道水)を通水したところ、原水入口から入った原水(水道水)は、幅が異なる筒状の間隙を偏って上昇し、幅が異なる円盤状の間隙を偏って流れた。これによって、ろ材の交換時期が著しく早まり、ろ材本来の交換時期まで使用することができなかった。
 以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
 なお、本出願は、2024年3月6日出願の日本特許出願(特願2024-033508)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
1  浄水器用カートリッジ
2  カートリッジ本体(ろ材収納部)
3  蓋体(ろ材収納蓋)
4  本体切換器
5  筒状の間隙
6  円盤状の間隙
7  Oリング
8  原水入口
11 原水通路
12 浄水出口
13 モジュール取付部
14 第1モジュール嵌合部
15 第2モジュール嵌合部
20 中空糸膜モジュール
21 中空糸膜束
22 円筒ケース
22a 入口端(吸着材モジュール取付部)
22b 出口端
23 鍔部
30 吸着材モジュール
31 吸着材容器
31a 入口端
31b 出口端
32 吸着材容器蓋
33 吸着材
34 下流側放射状リブ
35 下流側不織布(吸着材保持部材)
36 上流側放射状リブ
37 上流側不織布(吸着材漏れ防止部材)
38 空間
41 中心位置合わせリブ
42 高さ位置合わせリブ
51 空気抜き機構

Claims (2)

  1.  原水入口と、浄水出口と、ろ材収納部と、前記ろ材収納部に脱着可能なろ材収納蓋と、
     複数本の中空糸膜をポッティング材で円筒ケースの一端に固定した中空糸膜モジュールと、
     吸着材を充填した吸着材モジュールと、を有する浄水器であって、
     前記ろ材収納部には、円筒形開口を有し前記中空糸膜モジュールを取り付けるためのモジュール取付部が配設され、
     前記中空糸膜モジュールには、前記吸着材モジュールを取り付けるための吸着材モジュール取付部が配設され、
     前記吸着材モジュールの外周には複数の中心位置合わせリブが配設され、
     前記吸着材モジュールの一端には高さ位置合わせリブが配設されている、浄水器。
  2.  前記複数の中心位置合わせリブ及び前記高さ位置合わせリブは、前記ろ材収納部と前記ろ材収納蓋とで形成される内部空間に前記中空糸膜モジュール及び前記吸着材モジュールを収容する際、前記ろ材収納蓋の内面に当たるように構成された、
     請求項1に記載の浄水器。
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