JP5072193B2 - 自重濾過装置を備えた飲水器 - Google Patents

Description

この発明は、自重濾過装置、自重濾過用フィルタ及びこれらを備えた飲水器に関するものである。

従来から設置型の飲水器が知られており、この飲水器は家庭、オフィス、会議室、休憩所等で使用されている。比較的容量の多い飲料水の入ったタンクあるいはボトルの開口部を下側にして飲水器に設置し、水を供給、使用するものである。通常はタンクやボトル内の飲料水を通水し、加熱・冷却する構造を有するものであるが、中には活性炭などの吸着材、ミネラルを添加する石、鉱物などを備えた濾過用フィルタを内蔵する飲水器も広く知られている。濾過用フィルタは通常、自重により濾過され飲料水を通水するが、中にはポンプなどを用いて自動的または手動で、強制通水するものもある。
また、単に浄化された水を得るものとしては、少量の浄水であれば容易に得ることができる携帯型の小型浄水器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３２０９６７号公報

しかしながら、このような従来の飲水器にあっては、残留塩素を含まない飲用水をボトルやタンクに入れているため長期的には雑菌が発生し易い事、また使用時にボトルやタンクに空気を取り入れる必要がある事から雑菌等が混入しやすい事、など衛生的な問題を有している。さらには、上述したポンプなどを使用する場合には、たとえ小型のものを使用していたとしてもメンテナンス費用が掛かり、また、水を扱う関係でポンプから放出される微粒子や錆、臭いの対策が必要となる等のコストアップに繋がるという問題がある。
これに対して、携帯型の小型の浄水器を用いることも可能であるが、このような浄水器のフィルタを通した清浄な浄水を家庭内で様々なものに用いようとするには、容量的に限界がある。このため、衛生的で、大型、なおかつメンテナンス費用等のコストダウンが可能な飲水器が要望されている。

そこで、この発明は、極めて浄化精度を高めることができる自重濾過用フィルタと、自重により水を浄化することができる自重濾過装置と、これらを備えた飲水器とを提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、上桶部（例えば、実施の形態における上桶部８）と、下桶部（例えば、実施の形態における下桶部９）とを設け、前記上桶部と下桶部との間に仕切り壁（例えば、実施の形態における仕切り壁１０）を設け、この仕切り壁に開口部（例えば、実施の形態における開口部１１）を形成し、この開口部に濾過フィルタ（例えば、実施の形態における浄水カートリッジ１２）を設けたことを特徴とする。そして、その濾過フィルタとしては、筒状のキャップとこれと一体化されたメインケースを備え、メインケースの内部にて、樹脂層で固定された中空糸膜が設けられ、メインケースの下端に濾過水出口が形成され、中空糸膜で濾過された濾過水は、樹脂層の外で捕集され濾過水出口へ流れ込んで流過して下桶部に貯るようにした。
このように構成することで、上桶部に原水を貯めることで、この原水が濾過フィルタによって浄化され、下桶部に貯水されることとなるため、モータやポンプを使用せずに自重で浄化して浄水を得ることができ、さらに、フィルタにより原水を濾過するため、水質や水事情の悪い土地でも使用することができる。
また、例えば、上桶部の原水貯水容量や下桶部の浄水貯水容量を増加させることができる。

請求項２に係る発明は、メインケースの内部にて、樹脂層で固定された親水性中空糸膜と疎水性中空糸膜とが混在している状態で配置したことを特徴とする。
このように構成することで、原水に含まれる気泡が中空糸膜の表面に停滞することで濾過通水を阻害し濾過流量が減少するのを防止することができる。さらに、中空糸膜より上流側が密閉状態であっても疎水性中空糸膜を介して空気を取り入れることができるため、濾過通水が滞ることなく、継続して自重濾過を行うことができる。また、中空糸膜より上流側が密閉状態で無い場合であっても、疎水性中空糸膜を使用しない場合と比較して自重濾過をよりスムーズに行うことができる。
また、中空糸膜よりも上流側を密閉して原水をより衛生的に保ちつつスムーズに浄水を得ることができる。
また、可搬型の浄水器と比較して、例えば、上桶部の原水貯水容量や下桶部の浄水貯水容量を増加させると共に、スムーズに自重濾過を行い下桶部に十分な浄水を確保することができる。

請求項３に係る発明は、前記親水性中空糸膜と前記疎水性中空糸膜とは、前記疎水性中空糸膜の充填比率が前記親水性中空糸膜に対して３〜５０％であることを特徴とする。
このような構成とすることで、効率的な空気取入と、適切な流量を保持した自重濾過とを同時に行うことができる。

請求項１に記載した発明によれば、上桶部に原水を貯めることでモータやポンプを使用せずに自重で浄化して浄水を得ることができるため、メンテナンスが容易になる効果がある。
そして、濾過フィルタにより原水を濾過するため、水質や水事情の悪い土地でも使用することができる効果がある。
また、例えば、上桶部の原水貯水容量や下桶部の浄水貯水容量を増加させることができる。

請求項２に記載した発明によれば、原水に含まれる気泡が中空糸膜の表面に停滞することで濾過通水を阻害し濾過流量が減少するのを防止することができるため、自重濾過をスムーズに行うことができる効果がある。
さらに、中空糸膜より上流側が密閉状態であっても疎水性中空糸膜を介して空気を取り入れることができるため、濾過通水が滞ることなく、継続して自重濾過を行うことができる。
また、中空糸膜より上流側が密閉状態でない場合であっても、疎水性中空糸膜を使用しない場合と比較して自重濾過をよりスムーズに行うことができるため、濾過時間を短縮して商品性を向上することができる効果がある。
また、中空糸膜よりも上流側を密閉して原水をより衛生的に保ちつつスムーズに浄水を得ることができる。
また、上桶部の原水貯水容量や下桶部の浄水貯水容量を増加させることができるため、例えば、店舗やオフィス、会議室、休憩所、家庭等多人数で浄水を利用することができる効果がある。

請求項３に記載した発明によれば、疎水性中空糸膜の充填比率を親水性中空糸膜に対して３〜５０％とすることにより、効率的な空気取入を行うと同時に、適切な流量を保持した自重濾過を行うことができる効果がある。

以下、この発明の実施形態の一例を図１から図５に基づいて説明する。
図１〜図４に示すように、飲水器１は４つのコーナー部分にゴム製のクッション２を備えた角型形状をした設置型のケーシング３を備えている。このケーシング３には内部を上下で区画する中板４が設けられ、この中板４の上部は浄化室５として構成され、中板４の下部は機器収容部６として構成されている。
このケーシング３の上部の浄化室５には上部開口部７を有した上桶部８と、この上桶部８の下側に下桶部９が設けられている。この上桶部８と下桶部９との間は仕切り壁１０で区画され、この仕切り壁１０には開口部１１が設けられている。この開口部１１には後述する交換用の浄水カートリッジ１２が液密に着脱自在に取り付けられている。
尚、前記上部開口部７には蓋１３が取り付けられており、上桶部８への塵や埃、虫等の侵入を防止している。

図５に示すように、前記浄水カートリッジ（浄水フィルタ）１２は上側に原水を取り入れる取り入れ口１４を備えた筒状のキャップ１５と、このキャップ１５に一体で設けられ下端に濾過水出口１６を有したメインケース１７とを備えている。このメインケース１７の内部の一次側には粒状の活性炭１８などの吸着材からなる第一の浄化部が設けられ、二次側にはメインケース１７に樹脂層２０にて液密に固定された中空糸膜１９の第二の浄化部が設けられている。この中空糸膜１９はウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂などのポッティング材による樹脂層２０によって濾過材側と濾過水側とが遮断されている。

ここで、前記中空糸膜は、以下に示すようなものである。
中空糸膜は、微生物及び細菌を含む０．１μｍ以上の粒状体の濾過、除去に好適に使用されるものであり、この中空糸膜には種々の多孔質かつ管状の中空糸膜が使用でき、例えば、セルロース系、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）系、ポリビニルアルコール系、エチレン・ビニルアルコール共重合系、ポリエーテル系、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）系、ポリスルフォン系、ポリアクリロニトリル系、ポリ四弗化エチレン系、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）系、ポリカーボネイト系、ポリエステル系、ポリアミド系、芳香族ポリアミド系、等の各種材料から成るものが使用できる。中でも中空糸膜の取扱性や加工特性等を考慮すると、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系の中空糸膜が好ましい。

また、中空糸膜の外径は、２０〜２０００μｍ、孔径は０．０１〜１μｍ、また０．０１〜０．４μｍがより好ましい。ここで、一般細菌は通過させてもよいが大腸菌を確実に除去したい場合には、０．４μｍ以下にすることが好ましい。
中空糸膜の空孔率は２０〜９０％、中空糸膜の膜厚は５〜３００μｍのものが好ましい。さらに孔径として、ＡＳＴＭ Ｆ３１６−８０やＪＩＳ Ｋ３８３２に準ずるバブルポイント測定方法（中空糸膜測定用に一部変更）により測定した値で、１００ｋＰａ以上であることが最も好ましい。

また、原水を濾過する中空糸膜は表面に親水基を有するもので、いわゆる恒久親水化中空糸膜であることが望ましい。中空糸膜の表面が疎水性であると、供給水の自重水圧では濾過通水が非常に困難となる。
中空糸膜全体の充填密度は、２０〜７０％とすることにより、より好適には４０〜６５％とすることにより、さらに好適には４５〜６０％とすることにより、浄水カートリッジ１２における通水速度を高めることができ、比較的多量の原水を短時間での浄化処理が可能となる。
逆に、空気を取り入れる中空糸膜は、疎水性であることが好ましい。
親水性中空糸膜と疎水性中空糸膜とを合わせた中空糸膜全体の中で、疎水性中空糸膜の充填比率が親水性中空糸膜に対して３〜５０％であることが好ましい。この充填比率が高すぎると通水流量が低下し、低すぎるとボトルの中へ空気を取込みにくくなりため、やはり通水流量が低下する。ボトルや飲水器内の流路形態にもよるが、疎水性中空糸膜の充填比率は親水性中空糸膜に対して、より好ましくは５〜３０％であることが好ましい。

また、吸着材は以下に示すようなものである。
吸着材としては、粉末状吸着材、この粉末吸着材を造粒した粒状吸着材、繊維状吸着材などが挙げられる。このような吸着材としては、例えば、天然物系吸着材（天然ゼオライト、銀ゼオライト、酸性白土等）、合成物系吸着材（合成ゼオライト、細菌吸着ポリマー、ヒドロキシアパタイト、モレキュラーシーブ、シリカゲル、シリカアルミナゲル系吸着材、多孔質ガラス、珪酸チタニウム等）等の無機質吸着材、粉末状活性炭、粒状活性炭、繊維状活性炭、ブロック状活性炭、押出成型活性炭、成型活性炭、分子吸着樹脂、合成物系粒状活性炭、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、キレート樹脂、キレート繊維、高吸収性樹脂、高吸水性繊維、吸油性樹脂、吸油材などの有機系吸着材等、公知のものが挙げられる。

中でも、原水中の残留塩素やカビ臭、トリハロメタンなどの有機化合物の吸着力に優れた活性炭や硬度低下、溶解性金属の吸着に優れたイオン交換樹脂や合成物系吸着材が好適に用いられる。
活性炭の中でも被濾過液との接触面積が大きく、吸着性、通水性が高いことから、粒状活性炭や繊維状活性炭が好適に用いられる。
活性炭としては、植物質（木材、セルロース、のこくず、木炭、椰子殻炭、素灰等）、石炭質（泥炭、亜炭、褐炭炭、瀝青炭、無煙炭、タール等）、石油質（石油残査、硫酸スラッジ、オイルカーボン等）、パルプ廃液、合成樹脂などを炭化し、必要に応じてガス賦活（塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、リン酸、硫酸、カセイソーダ、ＫＯＨ等）したものなどが挙げられる。繊維状活性炭としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、セルロース、フェノール、石炭系ピッチを原料にしたプレカーサを炭化し、賦活したものなどが挙げられる。

活性炭の形態としては、粉末状活性炭、この粉末状活性炭を造粒した粒状活性炭、粒状活性炭、繊維状活性炭、粉末及び／又は粒状活性炭をバインダーにて固めた成型活性炭などが使用できる。中でも、取扱性、コスト面から粒状活性炭が好適に用いられる。活性炭としては、充填密度０．１〜０．７ｇ／ｍｌ、ヨウ素吸着量８００〜４０００ｍｇ／ｇ、粒度０．０７５〜６．３ｍｍの性状を持つものが好ましい。
さらには、吸着材が、抗菌機能を有する吸着材を含むとより衛生的であるため好ましい。抗菌機能を有する吸着材としては、例えば、活性炭に銀を付着及び／又は混合したものが挙げられる。

また、除去対象とする有機物によっては、マイクロポア（細孔孔径２０Ｅ−１０ｍ以下）、トランジショナル（細孔孔径２０Ｅ−１０〜１０００Ｅ−１０ｍ）、マクロポア（細孔孔径１０００Ｅ−１０〜１００００Ｅ−１０ｍ）の各々の活性炭細孔孔径の比率を調整し、それぞれの除去能力を最大限に発揮するポアサイズに調整した活性炭を使用することが好ましい。ポアサイズを調整した活性炭は単独で使用しても、通常の活性炭とブレンドさせて使用してもよい。

例えば、トリハロメタンを除去対象とする場合には、マクロポアの比率が低くマイクロポアの比率が高い活性炭を使用することが好ましい。
活性炭は、単独で用いてもよいし、前述の吸着材と併用することもできる。例えば、鉛等を除去する吸着材として、珪酸チタニウム、ヒドロキシアパタイト、ゼライト、モレキュラーシーブ、キレート樹脂などを別の層として充填するか、あるいは混合して充填したり、バインダーにて活性炭に添着させたりして使用することもできる。
また、高度の高い水を軟水化する場合、陽イオン交換樹脂が好適に用いられる。あるいは、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素等を除去するために、陰イオン交換樹脂を使用することもできる。

したがって、前述したカートリッジのキャップ１５の取り入れ口１４から入った水は、まず、活性炭１８の中を流過し活性炭１８から中空糸膜１９の外側に入り込んで、この中空糸膜表層部で不純物を捕捉濾過した後、濾過水は中空糸膜の内側へ入り込み、中空糸膜１９の内側から前述した樹脂層２０を出た所で捕集され、前記濾過水出口１６へと流れ込む。そして図１に示すように、流過して下桶部９側に貯る。

ここで、前記下桶部９の底部には中板４を貫通する出口ポート２１が取り付けられている。この出口ポート２１には、Ｔ字状の連結管（ティーズ）２２が接続された浄水通路２３（通水管）が設けられている。この前記浄水通路２３は前記連結管２２で分岐され、その一方には第一の通水管２４が接続され、他方には第二の通水管２５が接続されている。
そして、前述した第一の通水管２４は冷却装置２６（冷却用熱交換装置）の熱交換部分を経由して図１に示すように冷水出口用コック２７（冷水出口）に接続されている。前記冷却装置２６は冷凍サイクルの熱交換器によって浄水を冷却するものである。
尚、図１に示すように、ケーシング３の背面には前述した冷却装置２６の冷媒を放熱する放熱器２８が設けられており、この放熱器２８で前記冷媒が空気により冷却されている。

一方、前記第二の通水管２５は、加熱装置２９を介して図２、図４に示す温水（あるいは熱水）出口用コック３０（温水出口）に接続されている。この加熱装置２９は電熱線等により前記浄水を加熱するものである。
ここで、前記加熱装置２９として、前述した冷凍サイクルの放熱器２８から放出される熱を有効利用するペルチェ素子などの装置を取入れて前記浄水を加熱するようにしてもよい。

前記温水出口用コック３０と前記冷水出口用コック２７は、図１、図２に示すように、前記ケーシング３正面に奥側に向かって凹設された凹部３１の底壁に取り付けられている。
前記温水出口用コック３０と冷水出口用コック２７には、これら温水出口用コック３０と冷水出口用コック２７の上部に各々支持された各レバー３２が下方に垂下して設けられている。また、前記温水出口用コック３０と冷水出口用コック２７の下部には出水口３３，３３が下方に臨んで設けられている。この出水口３３，３３に対応したケーシング３の下部には回収容器３４が形成されている。この回収容器３４は前記温水出口用コック３０と前記冷水出口用コック２７からこぼれた前記浄水を回収するものであり、上壁がメッシュ形状に形成されている。

ここで、例えばカップ等の容器（図１中、二点鎖線で示す。）３３ａを前記レバー３２の下部に押し付けると、前記温水出口用コック３０又は前記冷水出口用コック２７が開放され浄化された温水又は冷水が前記出水口３３，３３から流出して容器に注がれ、前記容器をレバー３２の下部に押し付けるのをやめると前記温水出口用コック３０と前記冷水出口用コック２７が閉塞されて前記温水又は冷水の流出が止まるのである。

次に、図１、図３において３５は冷凍サイクル用のコンプレッサを示している。このコンプレッサ３５は前述した冷媒を加圧するものであり、このコンプレッサ３５の正面側にはこれを制御する制御装置３６が設けられている。ここで、冷却装置２６及び加熱装置２９は前述したケーシング３の底板上に図示しないブラケットを用いて固定されている。

したがって、上述した第一の実施の形態によれば、設置型のケーシング３を備え、このケーシング３上部に上桶部８と下桶部９を設けることで、浄水の貯水容量を十分に確保することができるため、店舗やオフィス、会議室、休憩所、家庭等多人数で利用する場所で前記浄水を容易に利用することが可能となる。
また、前記飲水器１のケーシング３内で前記浄水を冷却装置２６や加熱装置２９で必要な温度にして温水出口用コック３０と冷水出口用コック２７に供給することで、前記各出水口３３，３３から浄化された温水や冷水を得ることができるため、浄化した浄水が汚染されることなく温水又は冷水として使用することができる。

尚、第一の実施の形態では冷却装置２６及び加熱装置２９を設けた飲水器１を説明したが、冷却装置２６、加熱装置２９を省略して浄水をそのまま取り出せるようにしてもよい。
また、温度調整用のダイヤル等を設け、前記浄水の温度を任意に設定できるようにしてもよい。

図６に示すのはこの発明の第二の実施の形態であり、この第二の実施の形態は上述した第一の実施の形態の上桶部８の上部に図６に示すような飲水タンクとしての浄水用のボトル３７（例えば、容量２０Ｌ程度）の開口部を下側にして飲水器に設置してセットできるように前記ボトル３７用のベース３８を設けたものである。
図６に示すように、前記ベース３８は飲水器１のケーシング３の上壁の開口部から上桶部８を臨むように形成された円筒部３９と、円筒部３９上周縁から上方に向かって拡径して形成され後述するボトル３７の肩部４３に当接して受容する当接部材４０と、この当接部材４０の上縁から前記ケーシング３の上壁に向かって垂下して形成される円筒状の支持部材４１とを一体に形成したものである。

前記ボトル３７は有底円筒状の胴部４２と、この胴部４２から開口部４４に向けて縮径した肩部４３と、図示しないキャップによって閉栓され開口部４４を備えた口部４５とから形成されている。
ここで、前記ボトル３７の開口部４４を下向きにしてキャップを外し前記口部４５を前記ベース３８の円筒部３９に挿入してセットすることでボトル３７内の原水が前記口部４５から前記上桶部８に注がれることとなる。
通常、飲水器専用のボトルには、口部４５にプラスチック材或いはゴム材による封印がされており、開口部４４の中央部分に突起を差し込む事により封印が破られ、中の水が取り出せるような構造となっている。この封印を破るために、特殊な道具を必要としないように、また消費者に手がかからないように、新たなボトルを設置した時、自動的に封印を破り、水漏れも無いようにベース３８の下端円筒部３９の中央部分に突起が設けられている構造が多く知られている。この構造をそのままケーシング３に取り入れた構造としてもよい。
尚、他の構成については前述の第一の実施の形態と同様であるため、同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

したがって、上述した第二の実施の形態によれば、とりわけ、通常市販されているボトル水を、そのまま使用することができる。また衛生性が指摘されているボトル水を原水として利用した場合でも、浄水カートリッジ１２の中空糸膜１９を透過した濾過水を得ることができるため、信頼性のある濾過水を安心して且つ簡単に浄水を得ることができる。
すなわち、原水をいちいち上桶部８部分に汲み入れたりする必要がなく、ボトル３７自体をセットすることで信頼性の高い飲水器１とすることができる。

尚、この発明は上記実施の形態に限られるものではなく、例えば、前記浄水用のボトル３７を上桶部８の上部にセットしたが、前記ボトル３７自体を上桶部８として利用し前述した上桶部８を省略してもよい。さらに、温水出口用コック３０と冷水出口用コック２７とを一本化して共用出口用コックとし、切換スイッチで温水と冷水を切り換えて浄水を取り出してもよい。

この発明の第一の実施の形態の図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 この発明の第一の実施の形態の正面図である。 この発明の第一の実施の形態の背面の部分断面図である。 この発明の第一の実施の図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 この発明の第一の実施の形態の浄水カートリッジの斜視図である。 この発明の第二の実施の形態の図１に相当する断面図である。

符号の説明

８ 上桶部
９ 下桶部
１０ 仕切り壁
１１ 開口部
１９ 中空糸膜
１２ 浄水カートリッジ（浄化フィルタ）

Claims (3)

1. 上桶部と下桶部とを設け、前記上桶部と下桶部との間に仕切り壁を設け、この仕切り壁に開口部を形成し、この開口部に濾過フィルタを設け、
   該濾過フィルタは、筒状のキャップとこれと一体化されたメインケースを備え、該メインケースの内部にて、樹脂層で固定された中空糸膜が設けられ、前記メインケースの下端に濾過水出口が形成され、
   中空糸膜で濾過された濾過水は、前記樹脂層の外で捕集され前記濾過水出口へ流れ込んで流過して前記下桶部に貯る自重濾過装置を備えることを特徴とする飲水器。
2. 前記樹脂層で固定された中空糸膜は親水性中空糸膜と疎水性中空糸膜とが混在している状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の飲水器。
3. 前記親水性中空糸膜と前記疎水性中空糸膜とは、前記疎水性中空糸膜の充填比率が前記親水性中空糸膜に対して３〜５０％であることを特徴とする請求項２に記載の飲水器。

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