JP4866512B2 - 円柱状濾材を用いた浄水カートリッジ、浄水器および浄水シャワー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水道水、井戸水、その他各種原水の濾過に用いられる中空円柱状濾材及びそれを用いた浄水カートリッジ、浄水器並びに浄水シャワーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、活性炭、多孔質中空糸膜等の濾材は、水道水、井戸水等の濾過に広く用いられている。また、これら濾材を有する浄水器や、亜硫酸カルシウムを有する浄水シャワー等が、近年、注目を浴び、飲料水や風呂用シャワー水の浄化に使用されている。原水中に含まれる残留塩素やその他の臭気成分、有機物等は、活性炭、亜硫酸カルシウム等の濾材により除去される。また、多孔質中空糸膜を有するものでは原水中の鉄錆等も除去される。
【０００３】
従来の浄水器の濾材には、粒状活性炭が広く使用されていたが、最近では成型炭や繊維状活性炭等の成型された濾材も用いられている。また、浄水シャワーにおいても濾材として亜硫酸カルシウムが成型されたものが用いられている。このような成型された濾材を用いると、浄水器、浄水シャワー等への濾材の収納が容易になり、さらに多孔質中空糸膜等と成形された濾材と組み合わせる場合に、構造上の制約が減少する等のメリットを有する。
【０００４】
成型された濾材としては、例えば、特開平５−１０４０７７号公報等に円柱状の濾材が提案されている。図１０は、円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの一例を示す断面図である。この浄水カートリッジ９０は、円筒状のケース９１と、内部に内部流路１５を有する円柱状濾材９２とを具備してなるものであり、円柱状濾材９２の底面がケース９１の底面の内側に当接するように、かつ円柱状濾材９２の外周壁とケース９１の内周壁との間に外側流路１３が形成されるように、円柱状濾材９２がケース９１内に収納されているものである。また、ケース９１は、その上面に排水路９３を介して外側流路１３に連通する浄水排水管９７、および底面に内部流路１５に連通する原水供給管９６がそれぞれ設けられているものである。
【０００５】
しかしながら、このような浄水カートリッジ９０のように、ケース９１の一端部から他端部に向けて通水するようにされたものにあっては、ケース９１の両端面から原水供給管９６および浄水排水管９７がそれぞれ突き出し、また、ケース９１の上部の排水流路９３のための空間を形成する必要があるために、ケース９１の寸法を長くする必要があった。
【０００６】
ケースの寸法が短くされた浄水カートリッジとしては、図１１に示す形態のものが挙げられる。この浄水カートリッジ１００は、円筒状のケース１１と、内部に内部流路１５を有する円柱状濾材９２とを具備してなるものであり、円柱状濾材９２の上面および底面がケース１１の上面および底面の内側に当接するように、かつ円柱状濾材９２の外周壁とケース１１の内周壁との間に外側流路１３が形成されるように、円柱状濾材９２がケース１１内に収納され、ケース１１の底面周縁には、外側流路１３の開口部１４が形成され、ケース１１の底面中央には、円柱状濾材９２の内部流路１５に連通する導通管１６が設けられているものである。
この浄水カートリッジ１００のように、原水の導入面と浄水の排水面とを同一面とすることにより、円柱状濾材９２を収容するケース１１をコンパクトにすることが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような浄水カートリッジ１００にあっては、供給された原水は、原水圧力が高い部分、すなわち円柱状濾材９２の下部を多く通過し、原水圧力が低下するする円柱状濾材９２の上部を少ししか通過しない。そのため、円柱状濾材９２の上部が有効に利用されないという問題があった。これにより、濾材の充填量に相当する濾過性能が効率よく発揮されず、この浄水カートリッジ１００を収納した浄水器や浄水シャワーの性能が早期に低下する場合があった。また、要求性能を達成するために必要量を超える濾材を充填する必要があった。
【０００８】
よって、本発明の目的は、濾材を有効に利用でき、長期間にわたり濾材の濾過性能を維持できる円柱状濾材、およびそれを用いた浄水カートリッジ、浄水器並びに浄水シャワーを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の浄水カートリッジは、内部に内部流路を有し、外部側から内部流路側に向かってまたは内部流路側から外部側に向かって原水が通過する円柱状濾材であり、その外部側と内部流路側との間の初期濾過抵抗が、円柱状濾材の一端部側から他端部側に向かうにしたがって、段階的に小さくされている円柱状濾材をケースに収納してなる浄水カートリッジであって、ケースの原水入口および浄水出口が、円柱状濾材の初期濾過抵抗の高い側に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記円柱状濾材は、粉状または粒状濾材を層状に積層してなり、それぞれの層の粉状または粒状濾材の平均粒子径が異なっていることが好ましい。
また、前記円柱状濾材は、繊維状濾材成形体を層状に積層してなり、それぞれの層の繊維状濾材成形体の充填密度が異なっていることが好ましい。
また、前記円柱状濾材は、外周壁および／または内周壁の少なくとも一部に、被覆材が設けられていてもよい。
【００１１】
また、本発明の浄水カートリッジは、精密濾過膜を有していてもよい。
また、本発明の浄水器は、本発明の浄水カートリッジを具備してなることを特徴とする。
また、本発明の浄水シャワーは、本発明の浄水カートリッジを具備してなることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
（形態例１）
図１は、本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの一例を示す断面図である。
この浄水カートリッジ１０は、円筒状のケース１１と、内部に内部流路１５を有する円柱状濾材１２とを具備してなるものであり、円柱状濾材１２の上面および底面がケース１１の上面および底面の内側に当接するように、かつ円柱状濾材１２の外周壁とケース１１の内周壁との間に外側流路１３が形成されるように、円柱状濾材１２がケース１１内に収納され、ケース１１の底面周縁には、外側流路１３の開口部１４が形成され、ケース１１の底面中央には、円柱状濾材１２の内部流路１５に連通する導通管１６が設けられているものである。
【００１３】
円柱状濾材１２は、粉状または粒状濾材等を結合剤等で結合することによって成型された多孔質成型体であり、この円柱状濾材１２は、その外側流路１３側と内部流路１５側との間の初期濾過抵抗が、円柱状濾材１２の底部側から上部側に向かうにしたがって小さくなるように、すなわち初期濾過抵抗が円柱の長手方向に沿って勾配を持つようにされている。
【００１４】
ここで、初期濾過抵抗とは、原水が円柱状濾材１２の外側流路１３側から内部流路１５側に向かって、または内部流路１５側から外側流路１３側に向かって円柱状濾材１２を通過する際の、通水初期における濾過抵抗である。また、濾過抵抗Ｒ（１／ｍ）は、一定圧力Ｐ（Ｐａ）にて原水を円柱状濾材１２に通水し、その時の濾過流量Ｆ（ｍ3 ／ｓ）を測定して、次式から求めることができる。
Ｒ＝Ｐ／（Ｆ×μ）×Ｓ
ここで、μは水の粘度（Ｐａ・ｓ）であり、Ｓは原水を通水させる円柱状濾材１２の外周面積（ｍ2 ）である。
【００１５】
本発明における初期濾過抵抗は、具体的には、水温２０℃の水を１００ｋＰａの圧力にて１０分間通水したときの濾過流量を測定して求めたものである（水温２０℃の水の粘度は１ｍＰａ・ｓである）。
また、初期濾過抵抗が円柱の長手方向に沿って勾配を持つとは、初期濾過抵抗が円柱状濾材１２の長手方向に沿って徐々に変化することを意味する。
【００１６】
初期濾過抵抗の勾配については、円柱状濾材１２の大きさ（長さ、外径、肉厚等）によって適宜選定することができる。
また、円柱状濾材１２の大きさ（高さ、外径、肉厚等）は、浄水カートリッジ１０の大きさ、用途、要求される濾過性能等によって適宜選択されるものであり、特に限定はされない。
【００１７】
本発明に用いられる濾材としては、原水中に含まれる残留塩素やその他の臭気成分、有機物等を除去できるものであれば特に制限なく使用することができ、例えば活性炭や亜硫酸カルシウム等を例示することができる。
本発明に用いられる活性炭としては、残留塩素を還元する能力、トリハロメタンや農薬等の有機物を吸着する能力を有していれば限定されるものではなく、形態として、例えば、粒状炭、成形炭、繊維状活性炭等を使用することができる。
【００１８】
また、原料も特に限定されるものではなくヤシ殻活性炭、木炭系等の天然物系活性炭、ピッチ系、石油コークス系等の活性炭を使用することができる。賦活方法についても特に限定されず、水蒸気賦活、化学的賦活等の賦活法が用いられる。また、抗菌性を付与するため銀等を添着したものを使用することもできる。
また、亜硫酸カルシウムについても、粉状、粒状体、成型体等、特に制限なく使用することができる。
【００１９】
円柱状濾材１２は、粉状または粒状濾材を結合剤で結合して成型されたものであることが、強度、取り扱い性等を考慮した場合、好ましい。
前記結合剤としては、前記濾材を互いに結合し、各濾材、結合剤間に微細孔を形成できるものであればよく、特に限定はされないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、カルボキシメチルセルロース系、粘土鉱物系（ベントナイト系、カオリン系、アタプルガイド系等）などが挙げられる。
【００２０】
次に、本形態例における円柱状濾材１２の製造方法について説明する。
まず、中心に内部流路１５形成用の円筒管が設けられた有底円筒状の金型の中に、濾材の平均粒子径がしだいに大きくなるように、または濾材の充填密度がしだいに減少するように、粉状または粒状濾材と結合剤の混合物を層状に充填する。
【００２１】
次いで、金型中の濾材と結合剤の混合物を加圧、加熱することによって、濾材が層状に積層されてなり、それぞれの層の粉状または粒状濾材の平均粒子径が異なり、かつ初期濾過抵抗が底部側から上部側に向かうにしたがってしだいに小さくされた円柱状濾材１２を得ることができる。
【００２２】
この浄水カートリッジ１０を使用した原水の浄化は、以下のようにして行われる。
まず、原水が、ケース１１の底面周縁に形成された開口部１４から外側流路１３に導入される。円柱状濾材１２の初期濾過抵抗は浄水カートリッジ１０の底部側が高く、上部側が低くされているため、原水は上部側まで、円柱状濾材１２の長手方向にわたって均一に供給される。
この原水は、外側流路１３側から円柱状濾材１２に進入し、円柱状濾材１２を通過する間に浄化され、浄水となる。この浄水は、円柱状濾材１２から内部流路１５側に吐出され、ケース１１の底面中央に設けられた導通管１６から排水される。
【００２３】
なお、浄水カートリッジ１０への原水の導入および浄水の排水は、この例に限定はされず、例えば、図２に示すように、原水がケース１１の底面中央に設けられた導通管１６から内部流路１５に導入され、円柱状濾材１２の内部流路１５側から外側流路１３に通水され、ケース１１の底面周縁に形成された開口部１４から外側流路１３の浄水が排水されるようにされるようにしても構わない。
【００２４】
このような円柱状濾材１２にあっては、初期濾過抵抗が底部側から上部側に向かうにしたがってしだいに小さくされている、すなわち初期濾過抵抗がその長手方向に沿って勾配を持ち、例えば、原水圧力が高い開口部１４または導通管１６付近では初期濾過抵抗を高く、原水圧力が低下する開口部１４または導通管１６から離れた部分では初期濾過抵抗を低くすることにより、円柱状濾材１２の通水量が底部側から上部側にわたってほぼ均一になり、円柱状濾材１２を有効に利用することができる。
【００２５】
また、このような浄水カートリッジ１０にあっては、円柱状濾材１２をケース１１に収納してなる浄水カートリッジであって、ケース１１の開口部１４および導通管１６が、円柱状濾材１２の初期濾過抵抗の高い側に設けられているので、開口部１４または導通管１６付近では原水圧力は高いが円柱状濾材１２の初期濾過抵抗が高いため濾過が抑制される。そのため、開口部１４または導通管１６から離れた部分においても原水圧力の著しい低下がなく、また濾材の初期濾過抵抗も低いため、円柱状濾材１２の通水量を底部側から上部側にわたってほぼ均一にすることができ、濾材全体を有効に利用することができる。
【００２６】
また、濾材として、繊維状活性炭等の繊維状濾材を用いる場合は、この繊維状濾材をあらかじめシートなどの繊維状濾材成形体とし、各層に充填する繊維状濾材成形体の充填密度を少しずつ変化させながら積層して、円柱状濾材１２を得てもよい。濾材として繊維状濾材を用いることにより、粉状、粒状の濾材に比べ、取り扱い性、加工性がよくなる。また、繊維状活性炭は、非常に優れた吸着性能を有し、濾過性能の大幅な向上が可能となる。
【００２７】
（形態例２）
図３は、本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
この浄水カートリッジ２０は、円筒状のケース１１と、内部に内部流路１５を有する円柱状濾材２２とを具備してなるものである。
【００２８】
円柱状濾材２２は、粉状または粒状濾材等を結合剤等で結合することによって成型された多孔質成型体であり、この円柱状濾材２２は、その肉厚が底部側から上部側に向かうにしたがって徐々に薄くされているものである。これにより、その外側流路１３側と内部流路１５側との間の初期濾過抵抗が、円柱状濾材２２の底部側から上部側に向かうにしたがって小さくなるように、すなわち初期濾過抵抗が円柱の長手方向に沿って勾配を持つようにされている。
なお、本発明においては、円柱状濾材２２のような切頭円錐状の濾材も円柱状濾材含まれるものとする。
【００２９】
次に、本形態例における円柱状濾材２２の製造方法について説明する。
まず、中心に内部流路１５形成用の円筒管が設けられ、かつ外周壁が下方に向かうにしたがって内側に傾斜した有底円筒状の金型の中に、粉状または粒状濾材と結合剤の混合物を充填する。
次いで、金型中の濾材と結合剤の混合物を加圧、加熱することによって、その肉厚が一端部側から他端部側に向かうにしたがってしだいに小さくされた円柱状濾材２２を得ることができる。
【００３０】
このような円柱状濾材２２にあっては、初期濾過抵抗が底部側から上部側に向かうにしたがってしだいに小さくされている、すなわち初期濾過抵抗がその長手方向に沿って勾配を持つことにより、円柱状濾材２２の通水量が底部側から上部側にわたってほぼ均一になり、円柱状濾材２２を有効に利用することができる。
【００３１】
また、このような浄水カートリッジ２０にあっては、開口部１４または導通管１６付近では原水圧力は高いが円柱状濾材２２の初期濾過抵抗が高いため濾過が抑制される。そのため、開口部１４または導通管１６から離れた部分においても原水圧力の著しい低下がなく、また濾材の初期濾過抵抗も低いため、円柱状濾材２２の通水量を底部側から上部側にわたってほぼ均一にすることができ、濾材全体を有効に利用することができる。
【００３２】
（形態例３）
図４は、本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
この浄水カートリッジ３０は、円筒状のケース１１と、内部に内部流路１５を有し、濾材本体３３の外周壁に被覆材３４が設けられた円柱状濾材３２とを具備してなるものである。
【００３３】
濾材本体３３は、粉状または粒状濾材等を結合剤等で結合することによって成型された多孔質成型体であり、その外側流路１３側と内部流路１５側との間の初期濾過抵抗は、全体にわたってほぼ均一とされているものである。
被覆材３４は、濾材本体３３の底部側から上部側に向かうにしたがって、しだいにその目開きが大きくされているものである。
【００３４】
このような被覆材３４を濾材本体３３の外周壁に設けられた円柱状濾材３２は、その初期濾過抵抗が円柱状濾材３２の底部側から上部側に向かうにしたがって小さくなるように、すなわち初期濾過抵抗が円柱の長手方向に沿って勾配を持つようになる。
【００３５】
被覆材３４としては、透水性能を有し、初期濾過抵抗を調節する機能を有するものであれば特に制限なく使用するとができ、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン樹脂等からなる不織布やメッシュ、穴の開いた樹脂製シート等を例示することができる。
【００３６】
次に、本形態例における円柱状濾材３２の製造方法について説明する。
まず、中心に内部流路１５形成用の円筒管が設けられた有底円筒状の金型の中に、粉状または粒状濾材と結合剤の混合物を充填する。
次いで、金型中の濾材と結合剤の混合物を加圧、加熱することによって、濾材本体３３を得る。
この濾材本体３３の外周壁に被覆材３４を巻き付けることにより、円柱状濾材３２を得ることができる。
【００３７】
このような円柱状濾材３２にあっては、初期濾過抵抗が底部側から上部側に向かうにしたがってしだいに小さくされている、すなわち初期濾過抵抗がその長手方向に沿って勾配を持つことにより、円柱状濾材３２の通水量が底部側から上部側にわたってほぼ均一になり、円柱状濾材３２を有効に利用することができる。
【００３８】
また、このような浄水カートリッジ３０にあっては、開口部１４または導通管１６付近では原水圧力は高いが円柱状濾材３２の初期濾過抵抗が高いため濾過が抑制される。そのため、開口部１４または導通管１６から離れた部分においても原水圧力の著しい低下がなく、また濾材の初期濾過抵抗も低いため、円柱状濾材３２の通水量を底部側から上部側にわたってほぼ均一にすることができ、濾材全体を有効に利用することができる。
【００３９】
なお、被覆材として組成の異なる複数の被覆材を使用し、濾材本体３３の長手方向に沿って組成が段階的に変化するように被覆材を設けた場合には、初期濾過抵抗の勾配が円柱状濾材３２の長手方向に沿って段階的に増加または減少する円柱状濾材３２を得ることもできる。
【００４０】
また、被覆材を設ける部位についても特に制限はなく、濾材本体３３の内周壁に設けるようにしてもよい。
また、被覆材が設けられた円柱状濾材の他の例としては、図５に示すように、濾材本体３３の下部のみに目開きの均一な被覆材３５を設け、濾材本体３３の上半分と下半分とで初期濾過抵抗を段階的に変化させられた円柱状濾材３６が挙げられる。このような円柱状濾材３６およびこれが収納された浄水カートリッジ４０においても、円柱状濾材３６の通水量を底部側から上部側にわたってほぼ均一にすることができ、濾材全体を有効に利用することができる。
【００４１】
（形態例４）
図６は、本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
この浄水カートリッジ５０は、円筒状のケース１１と、内部に内部流路１５を有する円柱状濾材５２とを具備してなるものである。
【００４２】
円柱状濾材５２は、粉状または粒状濾材の平均粒子径や充填密度が段階的に減少するように濾材が層状に積層され、かつ各層が仕切部材５３で分割されているものであり、その外側流路１３側と内部流路１５側との間の初期濾過抵抗が、円柱状濾材５２の底部側から上部側に向かうにしたがって段階的に小さくなるように、すなわち初期濾過抵抗が円柱の長手方向に沿って勾配を持つようにされている。
【００４３】
ここで、初期濾過抵抗が段階的に小さくなるようにするとは、円柱状濾材５２が長手方向に複数の層に分割され、分割された各層ごとに初期濾過抵抗が異なることを意味する。例えば、円柱状濾材５２の各層に組成の異なる濾材を設けたり、各層ごとに目開きの異なる被覆材を設ける等により、初期濾過抵抗の勾配が段階的に増加または減少する円柱状濾材を比較的容易に得ることができる。
【００４４】
仕切部材５３は、各層に充填された濾材の混合を防止するためのものである。
仕切部材５３としては、各濾材を仕切る機能を有するものであれば特に制限なく使用することができ、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン樹脂等からなる不織布やメッシュを例示することができる。
【００４５】
次に、本形態例における円柱状濾材５２の製造方法について説明する。
まず、中心に内部流路１５形成用の円筒管が設けられた有底円筒状の金型の中に、濾材の平均粒子径がしだいに大きくなるように、または濾材の充填密度がしだいに減少するように、粉状または粒状濾材と結合剤の混合物を各層の表面に仕切部材５３を敷き詰めながら層状に充填する。
【００４６】
次いで、金型中の濾材と結合剤の混合物を加圧、加熱することによって、濾材が層状に積層されてなり、それぞれの層の粉状または粒状濾材の平均粒子径が異なり、かつ初期濾過抵抗が底部側から上部側に向かうにしたがってしだいに小さくされた円柱状濾材５２を得ることができる。
【００４７】
このような円柱状濾材５２にあっては、初期濾過抵抗が底部側から上部側に向かうにしたがって段階的に小さくされていることにより、円柱状濾材５２の通水量が底部側から上部側にわたってほぼ均一になり、円柱状濾材５２を有効に利用することができる。
また、このような浄水カートリッジ５０にあっては、開口部１４または導通管１６付近では原水圧力は高いが円柱状濾材５２の初期濾過抵抗が高いため濾過が抑制される。そのため、開口部１４または導通管１６から離れた部分においても原水圧力の著しい低下がなく、また濾材の初期濾過抵抗も低いため、円柱状濾材５２の通水量を底部側から上部側にわたってほぼ均一にすることができ、濾材全体を有効に利用することができる。
【００４８】
なお、円柱状濾材５２の分割数は、円柱状濾材５２の大きさ（外径、長さ、肉厚）によって適宜選定することができる。また、円柱状濾材５２には、各濾材の混合を防止するための仕切部材５３が設けられているため、円柱状濾材５２の表面を不織布などで覆う場合には、粉状または粒状濾材を結着剤で結合させる必要は必ずしもない。
また、各層の粉状または粒状濾材を結着剤で結合させる場合には、必ずしも仕切部材を設ける必要はない。
【００４９】
（形態例５）
図７は、本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
この浄水カートリッジ６０は、円筒状のケース１１と、内部に内部流路１５を有する円柱状濾材５２と、内部流路１５内に設けられた中空糸膜エレメント６３とを具備してなるものである。
【００５０】
中空糸膜エレメント６３は、Ｕ字状に折り返された複数の中空糸膜６４（精密濾過膜）と、この中空糸膜６４の両端部を、その開口状態を保った状態で固定するポッティング材６５とから概略構成されるものである。
中空糸膜６４としては、公知の中空糸膜を用いることができる。
ポッティング材６５としては、食品用途に使用でき十分な接着強度を有していれば特に制限無く使用することができ、例えば、ウレタン系、エポキシ系、シリコン系等のポッティング材を適宜使用することができる。
【００５１】
浄水カートリッジ６０に中空糸膜エレメント６３を設けることにより、原水中の鉄錆等も除去することが可能となる。
なお、中空糸膜エレメント等の精密濾過膜を設ける位置としては、円柱状濾材の後段が好ましく、円柱状濾材の中空部に設けた場合には浄水カートリッジのサイズがかわらずより好ましい。
【００５２】
なお、精密濾過膜としては、その形態、構造、材質、寸法等、特に制限無く使用することができ、例えば、中空糸膜以外に、平膜等を必要に応じ適宜使用することができる。
精密濾過膜の材質としては、特に制限はされないが、例えば、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリビニルアルコール、セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等を用いることができる。また、疎水性の中空糸膜を用いる場合には、親水化処理して用いることができる。
【００５３】
また、精密濾過膜としては、例えば、水道水、井戸水等の濾過においては、平均孔径０．０１〜０．３μｍ、空孔率２０〜９５％、膜厚０．０１〜２ｍｍのものを用いることが好ましい。平均孔径が０．０１μｍよりも小さいと濾過流束が不足し、０．３μｍよりも大きいと分離性能が不足する。また、空孔率が２０％よりも小さいと濾過流束が不足し、９５％よりも大きいと強度が不足する。また、精密濾過膜の形態が中空糸膜の場合は、外径０．１〜５ｍｍであることが好ましい。外径が０．１ｍｍよりも小さいと、中空糸膜内部を流れる水の通水抵抗が大きくなり、５ｍｍを超えると耐圧性の低下やコンパクトさを失う。
【００５４】
（形態例６）
図８は、本発明の浄水カートリッジを用いた浄水器の一例を示す断面図である。
この浄水器７０は、円筒状の浄水器ケース７１と、浄水カートリッジ１０と、浄水カートリッジ１０に原水を供給する原水供給管７２と、浄水を吐出する浄水吐出管７３とを具備して概略構成されるものである。浄水器７０において、浄水カートリッジ１０は、浄水カートリッジ１０のケース１１の外周壁と浄水器ケース７１の内周壁との間、およびケース１１の上端の外側面と浄水器ケース７１の上端の内側面との間に浄水流路７４が形成されるように、浄水器ケース７１内に収納されている。
【００５５】
この浄水器７０を使用した原水の浄化は、以下のようにして行われる。
まず、原水供給管７２を通って供給された原水が、浄水カートリッジ１０のケース１１の底面中央に設けられた導通管１６から内部流路１５に導入される。円柱状濾材１２の初期濾過抵抗は浄水カートリッジ１０の底部側が高く、上部側が低くされているため、原水は上部側まで、円柱状濾材１２の長手方向にわたって均一に供給される。
【００５６】
この原水は、内部流路１５側から円柱状濾材１２に進入し、円柱状濾材１２を通過する間に浄化され、浄水となる。この浄水は、円柱状濾材１２から外側流路１３側に吐出され、ケース１１の底面周縁に形成された開口部１４から排水される。
この浄水は、浄水器ケース７１と浄水カートリッジ１０との間の浄水流路７４、浄水吐水管７３を通って、浄水吐水管７３の先端の吐水口から外部に吐出される。
【００５７】
このような浄水器７０にあっては、円柱状濾材１２を有効に利用することができる浄水カートリッジ１０を具備しているので、長期間にわたり濾過性能を維持することができる。
【００５８】
（形態例７）
図９は、本発明の浄水カートリッジを用いた浄水シャワーの一例を示す断面図である。
この浄水シャワー８０は、一端に浄水を吐出する散水板８１が設けられた円筒状のシャワー本体８２と、浄水カートリッジ１０と、シャワー本体８１の他端において浄水カートリッジ１０の導通管１６に接続し、浄水カートリッジ１０に原水を供給するホース８３とを具備して概略構成されるものである。浄水シャワー８０において、浄水カートリッジ１０は、浄水カートリッジ１０のケース１１の外周壁とシャワー本体８２の内周壁との間に浄水流路８４が形成されるように、シャワー本体８２内に収納されている。
【００５９】
この浄水シャワー８０を使用した原水の浄化は、以下のようにして行われる。
まず、ホース８３を通って供給された原水が、浄水カートリッジ１０のケース１１の底面中央に設けられた導通管１６から内部流路１５に導入される。円柱状濾材１２の初期濾過抵抗は浄水カートリッジ１０の底部側が高く、上部側が低くされているため、原水は上部側まで、円柱状濾材１２の長手方向にわたって均一に供給される。
【００６０】
この原水は、内部流路１５側から円柱状濾材１２に進入し、円柱状濾材１２を通過する間に浄化され、浄水となる。この浄水は、円柱状濾材１２から外側流路１３側に吐出され、ケース１１の底面周縁に形成された開口部１４から排水される。
この浄水は、シャワー本体８２と浄水カートリッジ１０との間の浄水流路８４を通って、シャワー本体の先端の散水板８１から外部に吐出される。
【００６１】
このような浄水シャワー８０にあっては、円柱状濾材１２を有効に利用することができる浄水カートリッジ１０を具備しているので、長期間にわたり濾過性能を維持することができる。
【００６２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
「浄水器の作製」
（実施例１）
濾材として、粒子径０．１〜０．３ｍｍ、０．３〜０．６ｍｍおよび０．６〜０．９ｍｍの粒状活性炭を各１０ｃｃ使用し、また、ポリエチレン製メッシュの仕切部材を用いて、長手方向に各濾材が層状に積層され、かつ３つに分割された中空の円柱状濾材を作製した（外径３０ｍｍ、内径１５ｍｍ、長さ５０ｍｍ）。
【００６３】
この円柱状濾材を使用して図６に示すような構造の浄水カートリッジを作製した。なお、各粒状活性炭は、円柱状濾材の底部側から上部側に向かうにしたがって粒状活性炭の平均粒子径が段階的に大きくなるように積層し、濾過抵抗が段階的に減少するようにした。
この浄水カートリッジを、原水供給管および浄水吐水管が接続された浄水器ケースに収納、装着し、浄水器を作製した。
【００６４】
ここで、円柱状濾材における各層の初期濾過抵抗は、以下のようにして測定した。
まず、測定を行う層以外の層の外周壁にビニールテープを巻いて通水できないようにした。
ついで、測定を行う層のみに、水温２０℃の水を１００ｋＰａの圧力にて１０分間通水し、このときの濾過流量を測定した。この濾過流量から、下記式を用いて濾過流量を求めた。
Ｒ＝Ｐ／（Ｆ×μ）×Ｓ
Ｒ：濾過抵抗（１／ｍ）、Ｐ：圧力（Ｐａ）、Ｆ：濾過流量（ｍ3 ／ｓ）、μ：水の粘度（Ｐａ・ｓ）（２０℃の水の粘度は１ｍＰａ・ｓ）、Ｓ：原水を通水させる円柱状濾材１２の外周面積（ｍ2 ）。
【００６５】
（実施例２）
濾材として、充填密度０．１ｇ／ｍ3 、０．２ｇ／ｍ3 および０．３ｇ／ｍ3 のドーナツ型の成型活性炭を各１０ｃｃ使用し、長手方向に各濾材が層状に積層され、かつ３つに分割された中空の円柱状濾材を作製した（外径３０ｍｍ、内径１５ｍｍ、長さ５０ｍｍ）。
【００６６】
この円柱状濾材を使用して図６に示すような構造の浄水カートリッジを作製した。なお、各成型活性炭は、円柱状濾材の底部側から上部側に向かうにしたがって粒状活性炭の平均粒子径が段階的に大きくなるように配設し、濾過抵抗が段階的に減少するようにした。
この浄水カートリッジを、原水供給管および浄水吐水管が接続された浄水器ケースに収納、装着し、浄水器を作製した。
【００６７】
（実施例３）
実施例１と同様にして中空の円柱状濾材を作製した。この円柱状濾材と、精密濾過膜として、三菱レイヨン（株）製ポリエチレン多孔質中空糸膜（外径３８０μｍｍ、内径２７０μｍ、平均孔径０．１μｍ）とを用いて、図６に示すような構造の浄水カートリッジを作製した（膜面積０．１４ｍ2 ）。
この浄水カートリッジを、原水供給管および浄水吐水管が接続された浄水器ケースに収納、装着し、浄水器を作製した。
【００６８】
（比較例１）
実施例１で使用した活性炭を均一に混合して円柱状濾材を作製した以外は、実施例１と同様にして浄水器を作製した。
【００６９】
「浄水器の濾過性能評価」
実施例１〜３および比較例１で作製した浄水器を使用し、ＪＩＳ Ｓ ３２０１の家庭用浄水器試験方法に準拠して１．４Ｌ／分で残留塩素除去能力評価を実施した。その結果を表１に示す。
表１に示した結果より、実施例の浄水器においては、残留塩素除去能力が向上しており、濾材が有効利用されていることが明らかとなった。
【００７０】
【表１】
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の円柱状濾材は、その外部側と内部流路側との間の初期濾過抵抗が、円柱状濾材の一端部側から他端部側に向かうにしたがって小さくされているので、濾材を有効に利用できる。これにより、長期間にわたり濾材の濾過性能を維持できる。
【００７２】
また、円柱状濾材が、粉状または粒状濾材を層状に積層してなり、それぞれの層の粉状または粒状濾材の平均粒子径が異なっているものであれば、円柱状濾材の一端部側から他端部側に向かうにしたがって初期濾過抵抗が小さくされている円柱状濾材を容易に得ることができる。
また、円柱状濾材が、繊維状濾材成形体を層状に積層してなり、それぞれの層の繊維状濾材成形体の充填密度が異なっているものであれば、円柱状濾材の一端部側から他端部側に向かうにしたがって初期濾過抵抗が小さくされている円柱状濾材を容易に得ることができる。
また、円柱状濾材が、外周壁および／または内周壁の少なくとも一部に、被覆材が設けられていているものであれば、円柱状濾材の一端部側から他端部側に向かうにしたがって初期濾過抵抗が小さくされている円柱状濾材を容易に得ることができる。
【００７３】
また、本発明の浄水カートリッジは、本発明の円柱状濾材をケースに収納してなる浄水カートリッジであって、ケースの原水入口および浄水出口が、円柱状濾材の初期濾過抵抗の高い側に設けられているものであるので、濾材を有効に利用でき、長期間にわたり濾材の濾過性能を維持できる。
また、本発明の浄水カートリッジが、精密濾過膜を有していれば、原水中の鉄錆等も除去することが可能となる。
【００７４】
また、本発明の浄水器は、本発明の浄水カートリッジを具備してなるものであるので、濾材の有効利用が図れ、長寿命な浄水器とすることができる。
また、本発明の浄水シャワーは、本発明の浄水カートリッジを具備してなるものであるので、濾材の有効利用が図れ、長寿命な浄水器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの一例を示す断面図である。
【図２】 本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
【図３】 本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
【図４】 本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
【図５】 本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
【図６】 本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
【図７】 本発明の円柱状濾材および中空糸膜エレメントを用いた浄水カートリッジの一例を示す断面図である。
【図８】 本発明の浄水カートリッジを用いた浄水器の一例を示す断面図である。
【図９】 本発明の浄水カートリッジを用いた浄水シャワーの一例を示す断面図である。
【図１０】 従来の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの一例を示す断面図である。
【図１１】 従来の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 浄水カートリッジ
１１ ケース
１２ 円柱状濾材
１４ 開口部（原水入口または浄水出口）
１５ 内部流路
１６ 導通管（原水入口または浄水出口）
２０ 浄水カートリッジ
２２ 円柱状濾材
３０ 浄水カートリッジ
３２ 円柱状濾材
３４ 被覆材
３５ 被覆材
３６ 円柱状濾材
４０ 浄水カートリッジ
５０ 浄水カートリッジ
５２ 円柱状濾材
６０ 浄水カートリッジ
６４ 中空糸膜（精密濾過膜）
７０ 浄水器
８０ 浄水シャワー
【発明の属する技術分野】
本発明は、水道水、井戸水、その他各種原水の濾過に用いられる中空円柱状濾材及びそれを用いた浄水カートリッジ、浄水器並びに浄水シャワーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、活性炭、多孔質中空糸膜等の濾材は、水道水、井戸水等の濾過に広く用いられている。また、これら濾材を有する浄水器や、亜硫酸カルシウムを有する浄水シャワー等が、近年、注目を浴び、飲料水や風呂用シャワー水の浄化に使用されている。原水中に含まれる残留塩素やその他の臭気成分、有機物等は、活性炭、亜硫酸カルシウム等の濾材により除去される。また、多孔質中空糸膜を有するものでは原水中の鉄錆等も除去される。
【０００３】
従来の浄水器の濾材には、粒状活性炭が広く使用されていたが、最近では成型炭や繊維状活性炭等の成型された濾材も用いられている。また、浄水シャワーにおいても濾材として亜硫酸カルシウムが成型されたものが用いられている。このような成型された濾材を用いると、浄水器、浄水シャワー等への濾材の収納が容易になり、さらに多孔質中空糸膜等と成形された濾材と組み合わせる場合に、構造上の制約が減少する等のメリットを有する。
【０００４】
成型された濾材としては、例えば、特開平５−１０４０７７号公報等に円柱状の濾材が提案されている。図１０は、円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの一例を示す断面図である。この浄水カートリッジ９０は、円筒状のケース９１と、内部に内部流路１５を有する円柱状濾材９２とを具備してなるものであり、円柱状濾材９２の底面がケース９１の底面の内側に当接するように、かつ円柱状濾材９２の外周壁とケース９１の内周壁との間に外側流路１３が形成されるように、円柱状濾材９２がケース９１内に収納されているものである。また、ケース９１は、その上面に排水路９３を介して外側流路１３に連通する浄水排水管９７、および底面に内部流路１５に連通する原水供給管９６がそれぞれ設けられているものである。
【０００５】
しかしながら、このような浄水カートリッジ９０のように、ケース９１の一端部から他端部に向けて通水するようにされたものにあっては、ケース９１の両端面から原水供給管９６および浄水排水管９７がそれぞれ突き出し、また、ケース９１の上部の排水流路９３のための空間を形成する必要があるために、ケース９１の寸法を長くする必要があった。
【０００６】
ケースの寸法が短くされた浄水カートリッジとしては、図１１に示す形態のものが挙げられる。この浄水カートリッジ１００は、円筒状のケース１１と、内部に内部流路１５を有する円柱状濾材９２とを具備してなるものであり、円柱状濾材９２の上面および底面がケース１１の上面および底面の内側に当接するように、かつ円柱状濾材９２の外周壁とケース１１の内周壁との間に外側流路１３が形成されるように、円柱状濾材９２がケース１１内に収納され、ケース１１の底面周縁には、外側流路１３の開口部１４が形成され、ケース１１の底面中央には、円柱状濾材９２の内部流路１５に連通する導通管１６が設けられているものである。
この浄水カートリッジ１００のように、原水の導入面と浄水の排水面とを同一面とすることにより、円柱状濾材９２を収容するケース１１をコンパクトにすることが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような浄水カートリッジ１００にあっては、供給された原水は、原水圧力が高い部分、すなわち円柱状濾材９２の下部を多く通過し、原水圧力が低下するする円柱状濾材９２の上部を少ししか通過しない。そのため、円柱状濾材９２の上部が有効に利用されないという問題があった。これにより、濾材の充填量に相当する濾過性能が効率よく発揮されず、この浄水カートリッジ１００を収納した浄水器や浄水シャワーの性能が早期に低下する場合があった。また、要求性能を達成するために必要量を超える濾材を充填する必要があった。
【０００８】
よって、本発明の目的は、濾材を有効に利用でき、長期間にわたり濾材の濾過性能を維持できる円柱状濾材、およびそれを用いた浄水カートリッジ、浄水器並びに浄水シャワーを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の浄水カートリッジは、内部に内部流路を有し、外部側から内部流路側に向かってまたは内部流路側から外部側に向かって原水が通過する円柱状濾材であり、その外部側と内部流路側との間の初期濾過抵抗が、円柱状濾材の一端部側から他端部側に向かうにしたがって、段階的に小さくされている円柱状濾材をケースに収納してなる浄水カートリッジであって、ケースの原水入口および浄水出口が、円柱状濾材の初期濾過抵抗の高い側に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記円柱状濾材は、粉状または粒状濾材を層状に積層してなり、それぞれの層の粉状または粒状濾材の平均粒子径が異なっていることが好ましい。
また、前記円柱状濾材は、繊維状濾材成形体を層状に積層してなり、それぞれの層の繊維状濾材成形体の充填密度が異なっていることが好ましい。
また、前記円柱状濾材は、外周壁および／または内周壁の少なくとも一部に、被覆材が設けられていてもよい。
【００１１】
また、本発明の浄水カートリッジは、精密濾過膜を有していてもよい。
また、本発明の浄水器は、本発明の浄水カートリッジを具備してなることを特徴とする。
また、本発明の浄水シャワーは、本発明の浄水カートリッジを具備してなることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
（形態例１）
図１は、本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの一例を示す断面図である。
この浄水カートリッジ１０は、円筒状のケース１１と、内部に内部流路１５を有する円柱状濾材１２とを具備してなるものであり、円柱状濾材１２の上面および底面がケース１１の上面および底面の内側に当接するように、かつ円柱状濾材１２の外周壁とケース１１の内周壁との間に外側流路１３が形成されるように、円柱状濾材１２がケース１１内に収納され、ケース１１の底面周縁には、外側流路１３の開口部１４が形成され、ケース１１の底面中央には、円柱状濾材１２の内部流路１５に連通する導通管１６が設けられているものである。
【００１３】
円柱状濾材１２は、粉状または粒状濾材等を結合剤等で結合することによって成型された多孔質成型体であり、この円柱状濾材１２は、その外側流路１３側と内部流路１５側との間の初期濾過抵抗が、円柱状濾材１２の底部側から上部側に向かうにしたがって小さくなるように、すなわち初期濾過抵抗が円柱の長手方向に沿って勾配を持つようにされている。
【００１４】
ここで、初期濾過抵抗とは、原水が円柱状濾材１２の外側流路１３側から内部流路１５側に向かって、または内部流路１５側から外側流路１３側に向かって円柱状濾材１２を通過する際の、通水初期における濾過抵抗である。また、濾過抵抗Ｒ（１／ｍ）は、一定圧力Ｐ（Ｐａ）にて原水を円柱状濾材１２に通水し、その時の濾過流量Ｆ（ｍ3 ／ｓ）を測定して、次式から求めることができる。
Ｒ＝Ｐ／（Ｆ×μ）×Ｓ
ここで、μは水の粘度（Ｐａ・ｓ）であり、Ｓは原水を通水させる円柱状濾材１２の外周面積（ｍ2 ）である。
【００１５】
本発明における初期濾過抵抗は、具体的には、水温２０℃の水を１００ｋＰａの圧力にて１０分間通水したときの濾過流量を測定して求めたものである（水温２０℃の水の粘度は１ｍＰａ・ｓである）。
また、初期濾過抵抗が円柱の長手方向に沿って勾配を持つとは、初期濾過抵抗が円柱状濾材１２の長手方向に沿って徐々に変化することを意味する。
【００１６】
初期濾過抵抗の勾配については、円柱状濾材１２の大きさ（長さ、外径、肉厚等）によって適宜選定することができる。
また、円柱状濾材１２の大きさ（高さ、外径、肉厚等）は、浄水カートリッジ１０の大きさ、用途、要求される濾過性能等によって適宜選択されるものであり、特に限定はされない。
【００１７】
本発明に用いられる濾材としては、原水中に含まれる残留塩素やその他の臭気成分、有機物等を除去できるものであれば特に制限なく使用することができ、例えば活性炭や亜硫酸カルシウム等を例示することができる。
本発明に用いられる活性炭としては、残留塩素を還元する能力、トリハロメタンや農薬等の有機物を吸着する能力を有していれば限定されるものではなく、形態として、例えば、粒状炭、成形炭、繊維状活性炭等を使用することができる。
【００１８】
また、原料も特に限定されるものではなくヤシ殻活性炭、木炭系等の天然物系活性炭、ピッチ系、石油コークス系等の活性炭を使用することができる。賦活方法についても特に限定されず、水蒸気賦活、化学的賦活等の賦活法が用いられる。また、抗菌性を付与するため銀等を添着したものを使用することもできる。
また、亜硫酸カルシウムについても、粉状、粒状体、成型体等、特に制限なく使用することができる。
【００１９】
円柱状濾材１２は、粉状または粒状濾材を結合剤で結合して成型されたものであることが、強度、取り扱い性等を考慮した場合、好ましい。
前記結合剤としては、前記濾材を互いに結合し、各濾材、結合剤間に微細孔を形成できるものであればよく、特に限定はされないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、カルボキシメチルセルロース系、粘土鉱物系（ベントナイト系、カオリン系、アタプルガイド系等）などが挙げられる。
【００２０】
次に、本形態例における円柱状濾材１２の製造方法について説明する。
まず、中心に内部流路１５形成用の円筒管が設けられた有底円筒状の金型の中に、濾材の平均粒子径がしだいに大きくなるように、または濾材の充填密度がしだいに減少するように、粉状または粒状濾材と結合剤の混合物を層状に充填する。
【００２１】
次いで、金型中の濾材と結合剤の混合物を加圧、加熱することによって、濾材が層状に積層されてなり、それぞれの層の粉状または粒状濾材の平均粒子径が異なり、かつ初期濾過抵抗が底部側から上部側に向かうにしたがってしだいに小さくされた円柱状濾材１２を得ることができる。
【００２２】
この浄水カートリッジ１０を使用した原水の浄化は、以下のようにして行われる。
まず、原水が、ケース１１の底面周縁に形成された開口部１４から外側流路１３に導入される。円柱状濾材１２の初期濾過抵抗は浄水カートリッジ１０の底部側が高く、上部側が低くされているため、原水は上部側まで、円柱状濾材１２の長手方向にわたって均一に供給される。
この原水は、外側流路１３側から円柱状濾材１２に進入し、円柱状濾材１２を通過する間に浄化され、浄水となる。この浄水は、円柱状濾材１２から内部流路１５側に吐出され、ケース１１の底面中央に設けられた導通管１６から排水される。
【００２３】
なお、浄水カートリッジ１０への原水の導入および浄水の排水は、この例に限定はされず、例えば、図２に示すように、原水がケース１１の底面中央に設けられた導通管１６から内部流路１５に導入され、円柱状濾材１２の内部流路１５側から外側流路１３に通水され、ケース１１の底面周縁に形成された開口部１４から外側流路１３の浄水が排水されるようにされるようにしても構わない。
【００２４】
このような円柱状濾材１２にあっては、初期濾過抵抗が底部側から上部側に向かうにしたがってしだいに小さくされている、すなわち初期濾過抵抗がその長手方向に沿って勾配を持ち、例えば、原水圧力が高い開口部１４または導通管１６付近では初期濾過抵抗を高く、原水圧力が低下する開口部１４または導通管１６から離れた部分では初期濾過抵抗を低くすることにより、円柱状濾材１２の通水量が底部側から上部側にわたってほぼ均一になり、円柱状濾材１２を有効に利用することができる。
【００２５】
また、このような浄水カートリッジ１０にあっては、円柱状濾材１２をケース１１に収納してなる浄水カートリッジであって、ケース１１の開口部１４および導通管１６が、円柱状濾材１２の初期濾過抵抗の高い側に設けられているので、開口部１４または導通管１６付近では原水圧力は高いが円柱状濾材１２の初期濾過抵抗が高いため濾過が抑制される。そのため、開口部１４または導通管１６から離れた部分においても原水圧力の著しい低下がなく、また濾材の初期濾過抵抗も低いため、円柱状濾材１２の通水量を底部側から上部側にわたってほぼ均一にすることができ、濾材全体を有効に利用することができる。
【００２６】
また、濾材として、繊維状活性炭等の繊維状濾材を用いる場合は、この繊維状濾材をあらかじめシートなどの繊維状濾材成形体とし、各層に充填する繊維状濾材成形体の充填密度を少しずつ変化させながら積層して、円柱状濾材１２を得てもよい。濾材として繊維状濾材を用いることにより、粉状、粒状の濾材に比べ、取り扱い性、加工性がよくなる。また、繊維状活性炭は、非常に優れた吸着性能を有し、濾過性能の大幅な向上が可能となる。
【００２７】
（形態例２）
図３は、本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
この浄水カートリッジ２０は、円筒状のケース１１と、内部に内部流路１５を有する円柱状濾材２２とを具備してなるものである。
【００２８】
円柱状濾材２２は、粉状または粒状濾材等を結合剤等で結合することによって成型された多孔質成型体であり、この円柱状濾材２２は、その肉厚が底部側から上部側に向かうにしたがって徐々に薄くされているものである。これにより、その外側流路１３側と内部流路１５側との間の初期濾過抵抗が、円柱状濾材２２の底部側から上部側に向かうにしたがって小さくなるように、すなわち初期濾過抵抗が円柱の長手方向に沿って勾配を持つようにされている。
なお、本発明においては、円柱状濾材２２のような切頭円錐状の濾材も円柱状濾材含まれるものとする。
【００２９】
次に、本形態例における円柱状濾材２２の製造方法について説明する。
まず、中心に内部流路１５形成用の円筒管が設けられ、かつ外周壁が下方に向かうにしたがって内側に傾斜した有底円筒状の金型の中に、粉状または粒状濾材と結合剤の混合物を充填する。
次いで、金型中の濾材と結合剤の混合物を加圧、加熱することによって、その肉厚が一端部側から他端部側に向かうにしたがってしだいに小さくされた円柱状濾材２２を得ることができる。
【００３０】
このような円柱状濾材２２にあっては、初期濾過抵抗が底部側から上部側に向かうにしたがってしだいに小さくされている、すなわち初期濾過抵抗がその長手方向に沿って勾配を持つことにより、円柱状濾材２２の通水量が底部側から上部側にわたってほぼ均一になり、円柱状濾材２２を有効に利用することができる。
【００３１】
また、このような浄水カートリッジ２０にあっては、開口部１４または導通管１６付近では原水圧力は高いが円柱状濾材２２の初期濾過抵抗が高いため濾過が抑制される。そのため、開口部１４または導通管１６から離れた部分においても原水圧力の著しい低下がなく、また濾材の初期濾過抵抗も低いため、円柱状濾材２２の通水量を底部側から上部側にわたってほぼ均一にすることができ、濾材全体を有効に利用することができる。
【００３２】
（形態例３）
図４は、本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
この浄水カートリッジ３０は、円筒状のケース１１と、内部に内部流路１５を有し、濾材本体３３の外周壁に被覆材３４が設けられた円柱状濾材３２とを具備してなるものである。
【００３３】
濾材本体３３は、粉状または粒状濾材等を結合剤等で結合することによって成型された多孔質成型体であり、その外側流路１３側と内部流路１５側との間の初期濾過抵抗は、全体にわたってほぼ均一とされているものである。
被覆材３４は、濾材本体３３の底部側から上部側に向かうにしたがって、しだいにその目開きが大きくされているものである。
【００３４】
このような被覆材３４を濾材本体３３の外周壁に設けられた円柱状濾材３２は、その初期濾過抵抗が円柱状濾材３２の底部側から上部側に向かうにしたがって小さくなるように、すなわち初期濾過抵抗が円柱の長手方向に沿って勾配を持つようになる。
【００３５】
被覆材３４としては、透水性能を有し、初期濾過抵抗を調節する機能を有するものであれば特に制限なく使用するとができ、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン樹脂等からなる不織布やメッシュ、穴の開いた樹脂製シート等を例示することができる。
【００３６】
次に、本形態例における円柱状濾材３２の製造方法について説明する。
まず、中心に内部流路１５形成用の円筒管が設けられた有底円筒状の金型の中に、粉状または粒状濾材と結合剤の混合物を充填する。
次いで、金型中の濾材と結合剤の混合物を加圧、加熱することによって、濾材本体３３を得る。
この濾材本体３３の外周壁に被覆材３４を巻き付けることにより、円柱状濾材３２を得ることができる。
【００３７】
このような円柱状濾材３２にあっては、初期濾過抵抗が底部側から上部側に向かうにしたがってしだいに小さくされている、すなわち初期濾過抵抗がその長手方向に沿って勾配を持つことにより、円柱状濾材３２の通水量が底部側から上部側にわたってほぼ均一になり、円柱状濾材３２を有効に利用することができる。
【００３８】
また、このような浄水カートリッジ３０にあっては、開口部１４または導通管１６付近では原水圧力は高いが円柱状濾材３２の初期濾過抵抗が高いため濾過が抑制される。そのため、開口部１４または導通管１６から離れた部分においても原水圧力の著しい低下がなく、また濾材の初期濾過抵抗も低いため、円柱状濾材３２の通水量を底部側から上部側にわたってほぼ均一にすることができ、濾材全体を有効に利用することができる。
【００３９】
なお、被覆材として組成の異なる複数の被覆材を使用し、濾材本体３３の長手方向に沿って組成が段階的に変化するように被覆材を設けた場合には、初期濾過抵抗の勾配が円柱状濾材３２の長手方向に沿って段階的に増加または減少する円柱状濾材３２を得ることもできる。
【００４０】
また、被覆材を設ける部位についても特に制限はなく、濾材本体３３の内周壁に設けるようにしてもよい。
また、被覆材が設けられた円柱状濾材の他の例としては、図５に示すように、濾材本体３３の下部のみに目開きの均一な被覆材３５を設け、濾材本体３３の上半分と下半分とで初期濾過抵抗を段階的に変化させられた円柱状濾材３６が挙げられる。このような円柱状濾材３６およびこれが収納された浄水カートリッジ４０においても、円柱状濾材３６の通水量を底部側から上部側にわたってほぼ均一にすることができ、濾材全体を有効に利用することができる。
【００４１】
（形態例４）
図６は、本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
この浄水カートリッジ５０は、円筒状のケース１１と、内部に内部流路１５を有する円柱状濾材５２とを具備してなるものである。
【００４２】
円柱状濾材５２は、粉状または粒状濾材の平均粒子径や充填密度が段階的に減少するように濾材が層状に積層され、かつ各層が仕切部材５３で分割されているものであり、その外側流路１３側と内部流路１５側との間の初期濾過抵抗が、円柱状濾材５２の底部側から上部側に向かうにしたがって段階的に小さくなるように、すなわち初期濾過抵抗が円柱の長手方向に沿って勾配を持つようにされている。
【００４３】
ここで、初期濾過抵抗が段階的に小さくなるようにするとは、円柱状濾材５２が長手方向に複数の層に分割され、分割された各層ごとに初期濾過抵抗が異なることを意味する。例えば、円柱状濾材５２の各層に組成の異なる濾材を設けたり、各層ごとに目開きの異なる被覆材を設ける等により、初期濾過抵抗の勾配が段階的に増加または減少する円柱状濾材を比較的容易に得ることができる。
【００４４】
仕切部材５３は、各層に充填された濾材の混合を防止するためのものである。
仕切部材５３としては、各濾材を仕切る機能を有するものであれば特に制限なく使用することができ、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン樹脂等からなる不織布やメッシュを例示することができる。
【００４５】
次に、本形態例における円柱状濾材５２の製造方法について説明する。
まず、中心に内部流路１５形成用の円筒管が設けられた有底円筒状の金型の中に、濾材の平均粒子径がしだいに大きくなるように、または濾材の充填密度がしだいに減少するように、粉状または粒状濾材と結合剤の混合物を各層の表面に仕切部材５３を敷き詰めながら層状に充填する。
【００４６】
次いで、金型中の濾材と結合剤の混合物を加圧、加熱することによって、濾材が層状に積層されてなり、それぞれの層の粉状または粒状濾材の平均粒子径が異なり、かつ初期濾過抵抗が底部側から上部側に向かうにしたがってしだいに小さくされた円柱状濾材５２を得ることができる。
【００４７】
このような円柱状濾材５２にあっては、初期濾過抵抗が底部側から上部側に向かうにしたがって段階的に小さくされていることにより、円柱状濾材５２の通水量が底部側から上部側にわたってほぼ均一になり、円柱状濾材５２を有効に利用することができる。
また、このような浄水カートリッジ５０にあっては、開口部１４または導通管１６付近では原水圧力は高いが円柱状濾材５２の初期濾過抵抗が高いため濾過が抑制される。そのため、開口部１４または導通管１６から離れた部分においても原水圧力の著しい低下がなく、また濾材の初期濾過抵抗も低いため、円柱状濾材５２の通水量を底部側から上部側にわたってほぼ均一にすることができ、濾材全体を有効に利用することができる。
【００４８】
なお、円柱状濾材５２の分割数は、円柱状濾材５２の大きさ（外径、長さ、肉厚）によって適宜選定することができる。また、円柱状濾材５２には、各濾材の混合を防止するための仕切部材５３が設けられているため、円柱状濾材５２の表面を不織布などで覆う場合には、粉状または粒状濾材を結着剤で結合させる必要は必ずしもない。
また、各層の粉状または粒状濾材を結着剤で結合させる場合には、必ずしも仕切部材を設ける必要はない。
【００４９】
（形態例５）
図７は、本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
この浄水カートリッジ６０は、円筒状のケース１１と、内部に内部流路１５を有する円柱状濾材５２と、内部流路１５内に設けられた中空糸膜エレメント６３とを具備してなるものである。
【００５０】
中空糸膜エレメント６３は、Ｕ字状に折り返された複数の中空糸膜６４（精密濾過膜）と、この中空糸膜６４の両端部を、その開口状態を保った状態で固定するポッティング材６５とから概略構成されるものである。
中空糸膜６４としては、公知の中空糸膜を用いることができる。
ポッティング材６５としては、食品用途に使用でき十分な接着強度を有していれば特に制限無く使用することができ、例えば、ウレタン系、エポキシ系、シリコン系等のポッティング材を適宜使用することができる。
【００５１】
浄水カートリッジ６０に中空糸膜エレメント６３を設けることにより、原水中の鉄錆等も除去することが可能となる。
なお、中空糸膜エレメント等の精密濾過膜を設ける位置としては、円柱状濾材の後段が好ましく、円柱状濾材の中空部に設けた場合には浄水カートリッジのサイズがかわらずより好ましい。
【００５２】
なお、精密濾過膜としては、その形態、構造、材質、寸法等、特に制限無く使用することができ、例えば、中空糸膜以外に、平膜等を必要に応じ適宜使用することができる。
精密濾過膜の材質としては、特に制限はされないが、例えば、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリビニルアルコール、セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等を用いることができる。また、疎水性の中空糸膜を用いる場合には、親水化処理して用いることができる。
【００５３】
また、精密濾過膜としては、例えば、水道水、井戸水等の濾過においては、平均孔径０．０１〜０．３μｍ、空孔率２０〜９５％、膜厚０．０１〜２ｍｍのものを用いることが好ましい。平均孔径が０．０１μｍよりも小さいと濾過流束が不足し、０．３μｍよりも大きいと分離性能が不足する。また、空孔率が２０％よりも小さいと濾過流束が不足し、９５％よりも大きいと強度が不足する。また、精密濾過膜の形態が中空糸膜の場合は、外径０．１〜５ｍｍであることが好ましい。外径が０．１ｍｍよりも小さいと、中空糸膜内部を流れる水の通水抵抗が大きくなり、５ｍｍを超えると耐圧性の低下やコンパクトさを失う。
【００５４】
（形態例６）
図８は、本発明の浄水カートリッジを用いた浄水器の一例を示す断面図である。
この浄水器７０は、円筒状の浄水器ケース７１と、浄水カートリッジ１０と、浄水カートリッジ１０に原水を供給する原水供給管７２と、浄水を吐出する浄水吐出管７３とを具備して概略構成されるものである。浄水器７０において、浄水カートリッジ１０は、浄水カートリッジ１０のケース１１の外周壁と浄水器ケース７１の内周壁との間、およびケース１１の上端の外側面と浄水器ケース７１の上端の内側面との間に浄水流路７４が形成されるように、浄水器ケース７１内に収納されている。
【００５５】
この浄水器７０を使用した原水の浄化は、以下のようにして行われる。
まず、原水供給管７２を通って供給された原水が、浄水カートリッジ１０のケース１１の底面中央に設けられた導通管１６から内部流路１５に導入される。円柱状濾材１２の初期濾過抵抗は浄水カートリッジ１０の底部側が高く、上部側が低くされているため、原水は上部側まで、円柱状濾材１２の長手方向にわたって均一に供給される。
【００５６】
この原水は、内部流路１５側から円柱状濾材１２に進入し、円柱状濾材１２を通過する間に浄化され、浄水となる。この浄水は、円柱状濾材１２から外側流路１３側に吐出され、ケース１１の底面周縁に形成された開口部１４から排水される。
この浄水は、浄水器ケース７１と浄水カートリッジ１０との間の浄水流路７４、浄水吐水管７３を通って、浄水吐水管７３の先端の吐水口から外部に吐出される。
【００５７】
このような浄水器７０にあっては、円柱状濾材１２を有効に利用することができる浄水カートリッジ１０を具備しているので、長期間にわたり濾過性能を維持することができる。
【００５８】
（形態例７）
図９は、本発明の浄水カートリッジを用いた浄水シャワーの一例を示す断面図である。
この浄水シャワー８０は、一端に浄水を吐出する散水板８１が設けられた円筒状のシャワー本体８２と、浄水カートリッジ１０と、シャワー本体８１の他端において浄水カートリッジ１０の導通管１６に接続し、浄水カートリッジ１０に原水を供給するホース８３とを具備して概略構成されるものである。浄水シャワー８０において、浄水カートリッジ１０は、浄水カートリッジ１０のケース１１の外周壁とシャワー本体８２の内周壁との間に浄水流路８４が形成されるように、シャワー本体８２内に収納されている。
【００５９】
この浄水シャワー８０を使用した原水の浄化は、以下のようにして行われる。
まず、ホース８３を通って供給された原水が、浄水カートリッジ１０のケース１１の底面中央に設けられた導通管１６から内部流路１５に導入される。円柱状濾材１２の初期濾過抵抗は浄水カートリッジ１０の底部側が高く、上部側が低くされているため、原水は上部側まで、円柱状濾材１２の長手方向にわたって均一に供給される。
【００６０】
この原水は、内部流路１５側から円柱状濾材１２に進入し、円柱状濾材１２を通過する間に浄化され、浄水となる。この浄水は、円柱状濾材１２から外側流路１３側に吐出され、ケース１１の底面周縁に形成された開口部１４から排水される。
この浄水は、シャワー本体８２と浄水カートリッジ１０との間の浄水流路８４を通って、シャワー本体の先端の散水板８１から外部に吐出される。
【００６１】
このような浄水シャワー８０にあっては、円柱状濾材１２を有効に利用することができる浄水カートリッジ１０を具備しているので、長期間にわたり濾過性能を維持することができる。
【００６２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
「浄水器の作製」
（実施例１）
濾材として、粒子径０．１〜０．３ｍｍ、０．３〜０．６ｍｍおよび０．６〜０．９ｍｍの粒状活性炭を各１０ｃｃ使用し、また、ポリエチレン製メッシュの仕切部材を用いて、長手方向に各濾材が層状に積層され、かつ３つに分割された中空の円柱状濾材を作製した（外径３０ｍｍ、内径１５ｍｍ、長さ５０ｍｍ）。
【００６３】
この円柱状濾材を使用して図６に示すような構造の浄水カートリッジを作製した。なお、各粒状活性炭は、円柱状濾材の底部側から上部側に向かうにしたがって粒状活性炭の平均粒子径が段階的に大きくなるように積層し、濾過抵抗が段階的に減少するようにした。
この浄水カートリッジを、原水供給管および浄水吐水管が接続された浄水器ケースに収納、装着し、浄水器を作製した。
【００６４】
ここで、円柱状濾材における各層の初期濾過抵抗は、以下のようにして測定した。
まず、測定を行う層以外の層の外周壁にビニールテープを巻いて通水できないようにした。
ついで、測定を行う層のみに、水温２０℃の水を１００ｋＰａの圧力にて１０分間通水し、このときの濾過流量を測定した。この濾過流量から、下記式を用いて濾過流量を求めた。
Ｒ＝Ｐ／（Ｆ×μ）×Ｓ
Ｒ：濾過抵抗（１／ｍ）、Ｐ：圧力（Ｐａ）、Ｆ：濾過流量（ｍ3 ／ｓ）、μ：水の粘度（Ｐａ・ｓ）（２０℃の水の粘度は１ｍＰａ・ｓ）、Ｓ：原水を通水させる円柱状濾材１２の外周面積（ｍ2 ）。
【００６５】
（実施例２）
濾材として、充填密度０．１ｇ／ｍ3 、０．２ｇ／ｍ3 および０．３ｇ／ｍ3 のドーナツ型の成型活性炭を各１０ｃｃ使用し、長手方向に各濾材が層状に積層され、かつ３つに分割された中空の円柱状濾材を作製した（外径３０ｍｍ、内径１５ｍｍ、長さ５０ｍｍ）。
【００６６】
この円柱状濾材を使用して図６に示すような構造の浄水カートリッジを作製した。なお、各成型活性炭は、円柱状濾材の底部側から上部側に向かうにしたがって粒状活性炭の平均粒子径が段階的に大きくなるように配設し、濾過抵抗が段階的に減少するようにした。
この浄水カートリッジを、原水供給管および浄水吐水管が接続された浄水器ケースに収納、装着し、浄水器を作製した。
【００６７】
（実施例３）
実施例１と同様にして中空の円柱状濾材を作製した。この円柱状濾材と、精密濾過膜として、三菱レイヨン（株）製ポリエチレン多孔質中空糸膜（外径３８０μｍｍ、内径２７０μｍ、平均孔径０．１μｍ）とを用いて、図６に示すような構造の浄水カートリッジを作製した（膜面積０．１４ｍ2 ）。
この浄水カートリッジを、原水供給管および浄水吐水管が接続された浄水器ケースに収納、装着し、浄水器を作製した。
【００６８】
（比較例１）
実施例１で使用した活性炭を均一に混合して円柱状濾材を作製した以外は、実施例１と同様にして浄水器を作製した。
【００６９】
「浄水器の濾過性能評価」
実施例１〜３および比較例１で作製した浄水器を使用し、ＪＩＳ Ｓ ３２０１の家庭用浄水器試験方法に準拠して１．４Ｌ／分で残留塩素除去能力評価を実施した。その結果を表１に示す。
表１に示した結果より、実施例の浄水器においては、残留塩素除去能力が向上しており、濾材が有効利用されていることが明らかとなった。
【００７０】
【表１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の円柱状濾材は、その外部側と内部流路側との間の初期濾過抵抗が、円柱状濾材の一端部側から他端部側に向かうにしたがって小さくされているので、濾材を有効に利用できる。これにより、長期間にわたり濾材の濾過性能を維持できる。
【００７２】
また、円柱状濾材が、粉状または粒状濾材を層状に積層してなり、それぞれの層の粉状または粒状濾材の平均粒子径が異なっているものであれば、円柱状濾材の一端部側から他端部側に向かうにしたがって初期濾過抵抗が小さくされている円柱状濾材を容易に得ることができる。
また、円柱状濾材が、繊維状濾材成形体を層状に積層してなり、それぞれの層の繊維状濾材成形体の充填密度が異なっているものであれば、円柱状濾材の一端部側から他端部側に向かうにしたがって初期濾過抵抗が小さくされている円柱状濾材を容易に得ることができる。
また、円柱状濾材が、外周壁および／または内周壁の少なくとも一部に、被覆材が設けられていているものであれば、円柱状濾材の一端部側から他端部側に向かうにしたがって初期濾過抵抗が小さくされている円柱状濾材を容易に得ることができる。
【００７３】
また、本発明の浄水カートリッジは、本発明の円柱状濾材をケースに収納してなる浄水カートリッジであって、ケースの原水入口および浄水出口が、円柱状濾材の初期濾過抵抗の高い側に設けられているものであるので、濾材を有効に利用でき、長期間にわたり濾材の濾過性能を維持できる。
また、本発明の浄水カートリッジが、精密濾過膜を有していれば、原水中の鉄錆等も除去することが可能となる。
【００７４】
また、本発明の浄水器は、本発明の浄水カートリッジを具備してなるものであるので、濾材の有効利用が図れ、長寿命な浄水器とすることができる。
また、本発明の浄水シャワーは、本発明の浄水カートリッジを具備してなるものであるので、濾材の有効利用が図れ、長寿命な浄水器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの一例を示す断面図である。
【図２】 本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
【図３】 本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
【図４】 本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
【図５】 本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
【図６】 本発明の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
【図７】 本発明の円柱状濾材および中空糸膜エレメントを用いた浄水カートリッジの一例を示す断面図である。
【図８】 本発明の浄水カートリッジを用いた浄水器の一例を示す断面図である。
【図９】 本発明の浄水カートリッジを用いた浄水シャワーの一例を示す断面図である。
【図１０】 従来の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの一例を示す断面図である。
【図１１】 従来の円柱状濾材を用いた浄水カートリッジの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 浄水カートリッジ
１１ ケース
１２ 円柱状濾材
１４ 開口部（原水入口または浄水出口）
１５ 内部流路
１６ 導通管（原水入口または浄水出口）
２０ 浄水カートリッジ
２２ 円柱状濾材
３０ 浄水カートリッジ
３２ 円柱状濾材
３４ 被覆材
３５ 被覆材
３６ 円柱状濾材
４０ 浄水カートリッジ
５０ 浄水カートリッジ
５２ 円柱状濾材
６０ 浄水カートリッジ
６４ 中空糸膜（精密濾過膜）
７０ 浄水器
８０ 浄水シャワー
Claims (7)
- 内部に内部流路を有し、外部側から内部流路側に向かってまたは内部流路側から外部側に向かって原水が通過する円柱状濾材であり、その外部側と内部流路側との間の初期濾過抵抗が、円柱状濾材の一端部側から他端部側に向かうにしたがって、段階的に小さくされている円柱状濾材をケースに収納してなる浄水カートリッジであって、
ケースの原水入口および浄水出口が、円柱状濾材の初期濾過抵抗の高い側に設けられていることを特徴とする浄水カートリッジ。 - 前記円柱状濾材が、粉状または粒状濾材を層状に積層してなり、それぞれの層の粉状または粒状濾材の平均粒子径が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の浄水カートリッジ。
- 前記円柱状濾材が、繊維状濾材成形体を層状に積層してなり、それぞれの層の繊維状濾材成形体の充填密度が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の浄水カートリッジ。
- 前記円柱状濾材の外周壁および／または内周壁の少なくとも一部に、被覆材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項に記載の浄水カートリッジ。
- 精密濾過膜を有することを特徴とする請求項１ないし４いずれか一項に記載の浄水カートリッジ。
- 請求項１ないし５いずれか一項に記載の浄水カートリッジを具備してなることを特徴とする浄水器。
- 請求項１ないし５いずれか一項に記載の浄水カートリッジを具備してなることを特徴とする浄水シャワー。
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