浄水カートリッジ及び浄水器
【課題】本発明は、中空糸膜の目詰まりの発生を抑えることができ、使用による濾過処理性能の低下を抑制可能な浄水カートリッジを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、外表面に１以上の突起部を有する中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束がハウジングの内部に収納されてなる浄水カートリッジである。
【解決手段】本発明は、外表面に１以上の突起部を有する中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束がハウジングの内部に収納されてなる浄水カートリッジである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜束を有する浄水カートリッジ及びこれを備える浄水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜を有する浄水カートリッジを備えた浄水器として、蛇口直結型、据置型、又はアンダーシンク型、いわゆる自重濾過型（例えばポット型）等のものが知られている。浄水カートリッジのハウジング内部には中空糸膜や吸着材が配置されており、これらの濾過材によって原水を濾過し、浄水を得ることができる。
【０００３】
例えば、吸着材と中空糸膜を組合せて、水を濾過して菌や鉄コロイドを除去する浄水器としては、特許文献１に記載されるものが挙げられる。
【０００４】
一方、高濃度の懸濁液中での中空糸膜濾過を継続した場合でも、膜面に不純物が堆積し難く、濾過運転における透水性能の低下が抑制された浸漬濾過用中空糸膜、これを用いた浸漬濾過用中空糸膜モジュールが特許文献２に記載されている。この文献には、中空糸膜の外表面に突起部を設けることによって、中空糸膜を汚濁性の高い液体の浸漬濾過に適用した場合における、中空糸膜外表面の洗浄性が改善されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５６−３９１８４号公報
【特許文献２】国際公開第０８／０６２７８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の中空糸膜を用いる浄水カートリッジについて一般的に言えることであるが、濾過処理にしたがって原水に含まれる不純物が中空糸膜表面に堆積し、中空糸膜の目詰まりが発生する。中空糸膜の目詰まりが起こると、濾過流量が低下し、浄水カートリッジの濾過処理性能が低下する。
【０００７】
また、特許文献２に記載の外表面に１以上の突起部を有する中空糸膜を浸漬濾過に用いることで、エアバブリングなどの物理的な洗浄効果が向上することが記載されている。浸漬濾過用中空糸膜に適度の揺動性を持たせて、優れた膜表面の洗浄効果を得るためには、好ましい浸漬濾過用中空糸膜の充填率と弛緩率も記載されている。
【０００８】
しかし、特許文献２には、中空糸膜を用いる浄水カートリッジ、及びそれを備えた浄水器には、言及されていない。また、中空糸膜を束ねて中空糸膜束とし、浄水カートリッジのハウジングに収納される浄水カートリッジ、及び浄水器に、物理的な洗浄を加えることは出来ない。
【０００９】
そこで、本発明は、中空糸膜の目詰まりの発生を抑えることができ、使用による濾過処理性能の低下を抑制可能な浄水カートリッジを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明は、外表面に１以上の突起部を有する中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束がハウジングの内部に収納されてなる浄水カートリッジである。
【００１１】
また、本発明は上記浄水カートリッジを備える浄水器である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成とすることにより、中空糸膜の目詰まりの発生を抑えることができる。したがって、本発明の構成とすることにより、使用による濾過処理性能の低下を抑制可能な浄水カートリッジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に用いる中空糸膜の構成を説明するための概略図である。
【図２】本実施形態の蛇口直結型浄水器の構成例を説明するための概略図である。
【図３】本実施形態の自重濾過型浄水器に用いる浄水器カートリッジの構成例を説明するための概略断面図である。
【図４】本実施形態の自重濾過型浄水器の構成例を説明するための概略断面図である。
【図５】実施例１及び比較例１の結果を示すグラフである。
【図６】実施例２及び比較例２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、外表面に１以上の突起部を有する中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束がハウジングの内部に収納されてなる浄水カートリッジである。ハウジングの内部に突起部を有する中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束を収納させた構成とすることにより、目詰まりが抑制された浄水カートリッジを得ることができる。浄水器のタイプとしては、例えば、自重濾過型、蛇口直結型、据置型、又はアンダーシンク型等が挙げられる。
【００１５】
中空糸膜は外表面に１以上の突起部を有する。
【００１６】
図１に、中空糸膜１の外表面に突起部２を有する中空糸膜の一例を示す。
【００１７】
突起部２の形状は、中空糸膜１の外表面上に突起部を有する形状であれば特に限定されるものではない。また、大量の中空糸膜１を安定して連続的に製造できることから、図１に示すように、中空糸膜１の外表面に長手方向に連続した形状を持つ突起部２を１以上有する構造が好ましい。
【００１８】
突起部２を有する中空糸膜１の製造は、突起部を持たない円筒形の中空糸膜に対して後から突起部２を重合させて形成しても良いし、中空糸膜１の製造時に突起部２を有する形状に賦形しても良い。また、製造プロセスと製造コストを低減させる観点から、中空糸膜１の製造時に賦形することが好ましい。後から突起部２を重合させる場合には、それぞれが異なる素材であっても良いが、中空糸膜１を突起部２との密着性等を考慮すると、それぞれ同じ素材を用いるのが好ましい。
【００１９】
この長手方向に連続した形状を持つ突起部２の数は、特に限定されるものではないが、複数の中空糸膜１が配置される場合に、中空糸膜１の膜表面における不純物の堆積を抑制する、つまり目詰まり抑制効果の観点から、４以上有することが好ましく、６以上有することがより好ましく、８以上有することがさらに好ましい。
【００２０】
一方、突起部２の数が多すぎると、中空糸膜の有効濾過面積の減少による濾過処理能力の低下を招く恐れがある。そのため、突起部２の数は、突起部２を除外した場合における、中空糸膜１の外表面に対する、突起部２の該外表面への投影面積の割合が１〜２０％の範囲となるように調整するのが好ましい。
【００２１】
また、突起部２は、目詰まり抑制効果の観点から、突起部２の根元部から先端にかけて平行な形状、若しくは根元部から先端に向けて幅が縮減していく形状が好ましい。
【００２２】
突起部２は、中空糸膜同士、或いは中空糸膜とハウジング内壁の接触による膜面積の減少を防ぐことが出来る以外に、中空糸膜の外表面における不純物の堆積を抑制する効果がある。この突起構造が外表面に堆積した不純物層を不連続とすると共に、突起部が水の流れの抵抗を受けて、僅かに中空糸膜を振動させることにより、不純物が堆積することを抑制するためと考えられる。
【００２３】
突起部２の幅は、５〜５０μｍとすることが好ましく、１５〜４０μｍとすることがより好ましい。突起部２の幅を５μｍ以上とすることにより、水流の抵抗を受けて中空糸膜をより振動させ易くすることができる。また、突起部２の幅を５０μｍ以下とすることにより、中空糸膜１の有効濾過面積を維持しながら、優れた目詰まり抑制効果が期待できるためである。
【００２４】
突起部２の間隔は、必要に応じて適宜選択することができるが、中空糸膜の外表面にほぼ等間隔に配置されていることが好ましい。
【００２５】
突起部２の高さは、特に限定されないが、中空糸膜１の外表面に堆積する不純物層の高さよりも高いことが好ましい。不純物層の高さは、被処理水の水質によって異なるが、特に、比較的被処理水中の粒子濃度の高い場合は、突起部２の高さを５μｍ以上とすることが好ましく、１０μｍ以上とすることがより好ましい。また、突起部２の高さは、その根元部分の幅の３倍以下とすることが好ましく、２倍以下とすることがより好ましい。これは、３倍以下とすることによって、水流による突起部の破損が発生し難くなるためである。なお、本明細書における突起部２の高さとは、突起部を除外した場合における中空糸膜の外表面から突起部の先端までの距離をいう。
【００２６】
中空糸膜１は、形状安定性や取り扱い性の点から、その内径が５０〜１０００μｍの範囲にあることが好ましく、突起部２のない部分の膜厚が５〜３００μｍの範囲にあることが好ましい。
【００２７】
中空糸膜の材料としては、特に限定されるものではないが、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体、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（テフロン（登録商標））系、ポリカーボネイト系、ポリエステル系、ポリスルホン系、ポリイミド系、ポリエーテルイミド系、ポリアミド系、芳香族ポリアミド系などの各種材料からなるものが挙げられる。これらの中でも、中空糸膜の取扱い性や加工特性等、更には廃棄時に焼却可能であることなどを考慮すると、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。
【００２８】
また、特に限定されるものではないが、中空糸膜について、外径は２０〜２０００μｍ、孔径は０．０１〜１μｍ、空孔率は２０〜９０％、膜厚は５〜３００μｍのものが好ましい。また、中空糸膜は表面に親水基を有する、いわゆる親水化中空糸膜であることが望ましい。
【００２９】
上記の中空糸膜は束ねられて中空糸膜束とされ、浄水カートリッジのハウジングに収納される。
【００３０】
中空糸膜束の形態としては、特に限定されるものでは無いが、ラッセル編み（編み幅全体に経糸としての中空糸膜を折り返し挿入するラッセル編機を用いたもの）、Ｕ字形編み（中空糸膜束をＵ字形に折り曲げ束ねたもの）、Ｕ字形＋ねじり編み（中空糸膜束をＵ字形にねじりながら折り曲げたもの）等が挙げられる。これらの中空糸膜束の形態は、用いられる中空糸膜に応じて適宜選択することができる。
【００３１】
中空糸膜束を収納するハウジングの材料としては、特に制限されるものではないが、機械的強度および耐久性を考慮して選択することが好ましく、例えばポリカーボネート、ポリスルホン、ポリオレフィン、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）等を用いることができる。使用後に焼却処理が必要な場合には、燃焼により有毒ガスを出さずに、完全燃焼させることのできるポリオレフィン等の炭化水素系の樹脂を用いることが好ましい。
【００３２】
中空糸膜束をハウジング内に固定する方法としては、特に制限されるものではないが、例えばポッティング樹脂を用いて行うことができる。ポッティング樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコン樹脂、各種ホットメルト樹脂等を用いることができ、適宜選定することができる。
【００３３】
中空糸膜束の固定作業時におけるポッティング樹脂の粘度（２０℃）は、特に制限されるものではないが、ポッティング樹脂が中空糸膜間に含浸しやすくなる観点から、５０００ｍＰａ・ｓ以下とすることが好ましく、３０００ｍＰａ・ｓ以下とすることがより好ましい。
【００３４】
浄水カートリッジのハウジングには、中空糸膜の他に吸着材を収納することもできる。吸着材としては、粉末状吸着材若しくは該粉末状吸着材を造粒した粒状吸着材、又は繊維状吸着材等が挙げられる。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）、又は合成物系吸着材（合成ゼオライト、モレキュラーシーブ（順序変更）、細菌吸着ポリマー、ヒドロキシアパタイト、リン鉱石、チタン珪酸塩、シリカゲル、シリカアルミナゲル、多孔質ガラス等）等の無機系吸着材が挙げられる。また、吸着材として、活性炭を用いることが好ましく、活性炭としては、例えば、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、押出成形活性炭、成形活性炭、合成物系粒状活性炭、合成物系繊維状活性炭等が挙げられる。また、吸着材として、無機系吸着材の他にも有機系吸着材を用いることもでき、有機系吸着材としては、例えば、分子吸着樹脂、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、高吸水性樹脂、吸油性樹脂、吸油剤等が挙げられる。これらの中でも、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が好適に用いられる。また、吸着材として、硬度低下、溶解性金属の吸着に優れたイオン交換繊維も好ましく用いることができる。イオン交換繊維としては、スルホン酸基を交換基とする強酸型、カルボン酸基を交換基とする弱酸型、４級アンモニウム基を交換基とする強塩基型、アミン基を交換基とする弱塩基型などが挙げられる。さらに、吸着材として、残留塩素の除去に優れた脱塩素剤も好ましく用いることができる。脱塩素剤としては、塩素除去の効果を長く維持することができる亜硫酸カルシウムが好ましい。なお、吸着材は１種で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３５】
ハウジング内に吸着材を収納する場合、例えば、ハウジング内は吸着材を配置する吸着部と、中空糸膜束を配置する中空糸膜部とからなることができる。吸着部と中空糸膜部とは隔壁等で区分けされ、吸着部で濾過された水が中空糸膜部に流れ込む構成とすることが好ましい。
【００３６】
中空糸膜の充填率は、容積当りの濾過能力を高めるとともに、水流による振動効率を高める観点から、中空糸膜部において２０〜７０％とすることが好ましく、２５〜６０％の範囲とするのがより好ましく、３０〜５５％の範囲とすることがさらに好ましい。なお、中空糸膜の充填率とは、筒状のケースの内径断面積に占める中空糸膜断面積（外径ベース）の合計の割合として算出される。
【００３７】
以下、本発明の浄水カートリッジの実施形態について、図を参照にして詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３８】
（実施形態１）
本実施形態として、蛇口直結型の浄水器に用いる浄水カートリッジについて説明する。
【００３９】
蛇口直結型浄水器は、コンパクトで、蛇口に直接取り付けるため流し台上の占有面積も小さくできるという利点が注目され、浄水器の主流になっている。このような蛇口直結型浄水器は、通常、活性炭や中空糸膜を充填したカートリッジに水道水を供給して浄化した浄水と、水道水とを別々に供給でき、その切り換えは、切り換えレバーを操作することにより使用目的に応じて選択的に行うことができる。
【００４０】
図２に、蛇口直結型の浄水器の構成例を示す。図２は、蛇口直結型浄水器の概略正面図である。
【００４１】
本実施形態の蛇口直結型浄水器は、突起部を有する中空糸膜からなる中空糸膜束を少なくとも内部に収納する浄水カートリッジカートリッジ１００を備える。突起部を有する中空糸膜を用いることにより、中空糸膜同士、或いは中空糸膜とハウジング内壁の接触による膜面積の減少を防ぎ、さらに、不純物が中空糸膜表面に堆積することを防ぐことができるため、使用による濾過処理能力の低下を抑制することができる。
【００４２】
また、浄水カートリッジは、活性炭等の吸着材を内部に有してもよい。また、該浄水器は、浄水出口１０２、蛇口取付部１０３、切換レバー１０４を有する。水道水は、蛇口に取り付けられた蛇口取付部より浄水器内に送水される。切換レバー１０４により水道水を選択した場合には、水道水が切換機構部５からそのまま浄水器の下端面に設けられた原水出口７より吐水される。切換レバー１０４により浄水を選択した場合には、水道水は浄水カートリッジ１０１に通水され、活性炭、中空糸膜により浄化が行われる。浄水カートリッジ１０１を通過した浄水は、浄水器の下端面に設けられた浄水出口１０２へと送水され、浄水出口からシャワー状に浄水器外へと吐水される。浄水カートリッジ１０１については詳細を図示していないが、特に制限されるものではなく、例えば公知の浄水器に使用のものを用いることができる。
【００４３】
（実施形態２）
本実施形態として、自重濾過型の浄水器に用いる浄水器カートリッジについて説明する。自重濾過型の浄水器として、いわゆるポット型のものが知られている。このポット型の浄水器は、上側に位置する原水貯留部と、下側に位置する浄水貯留部との間に浄水カートリッジを介在させる構造になっている。原水貯留部に貯留される原水は自重により浄水カートリッジを通って浄水貯留部に流れ、浄水カートリッジ内にて浄化される。
【００４４】
図３に浄水カートリッジの構成例を示す。浄水カートリッジ１０００は、濾材として吸着材１００１と上述の突起部を有する中空糸膜からなる中空糸膜束１００９とがハウジング内に配置されている。ハウジングは、上方が開口し、濾材を収容する筒状のケース体１００２ｂと、この筒状ケース体１００２ｂの上部開口を塞ぐ円筒状蓋１００２ａと、から主に構成されている。円筒状蓋１００２ａはハウジング内に空気捕集部となる空間１００３を構成し、円筒状蓋１００２ａの上側中央には浄水カートリッジ内に発生する気泡を排出するための空気排出口１００６が設けられている。また、円筒状蓋１００２ａの側面には、原水導入口１００４が設けられている。また、中空糸膜束１００９はポッティング樹脂１０１０によってハウジング内に固定されており、ポッティング樹脂１０１０の下方には、濾材を通過して得られた浄水の浄水排出口１００７が設けられている。
【００４５】
また、図４に、図３に示した浄水カートリッジ１０００を備えるポット型の浄水器２０００の概略図を示す。浄水器２０００は、原水貯留部２００４を構成する内容器２００２と、浄水貯留部２００３を構成する外容器２００１とを有する。内容器２００２はカートリッジ収容部２００２ｂを有し、浄水カートリッジ１０００はこのカートリッジ収容部２００２ｂに配置されている。原水貯留部２００４に溜められている原水は原水導入口から浄水カートリッジ内に流れ込み、自重により濾材が配置されている浄水部を通って浄化される。得られた浄水は、浄水排出口から浄水貯留部２００３に流れる。
【００４６】
本実施形態においても、中空糸膜として上述に記載の突起部を有する中空糸膜を用いることにより、中空糸膜同士、或いは中空糸膜とハウジング内壁の接触による膜面積の減少を防ぎ、さらに、中空糸膜表面への不純物の堆積を抑制することができる。
【００４７】
（実施例１）
以下の方法により突起部を有する中空糸膜を得た。
【００４８】
まず、ポリエチレンを用いて、吐出口径２５ｍｍ、内環スリット幅４．０ｍｍの二重管構造を有し、外周辺部に１２箇所の切り欠けを持つ中空糸賦形用ノズルを用いて、自吸式で空気を導入し、紡糸温度１６５℃、巻き取り速度７０ｍ／ｍｉｎで溶融紡糸を行い、長手方向に連続した１２本の突起部を外表面に有する未延伸中空糸を得た。ポリエチレンとしては、密度０．９６ｇ／ｃｍ3、メルトフローレイト１．０ｇ／１０ｍｉｎの高密度ポリエチレンであるノバテックＨＤ ＨＹ５４０（商品名、日本ポリエチレン社製）を用いた。
【００４９】
次に、この未延伸中空糸に対して８０％の冷延伸を行った。次いで、１１３℃に加熱したスリットヒーター間で総延伸量が６００％になるまで熱延伸を行った。さらに、同じ温度に加熱したスリットヒーターで多孔質化した。
【００５０】
このようにして得られた中空糸膜は、外径５４０μｍ、内径３５４μｍ、突起部のない部分の膜厚１００μｍ、空孔率７２％、突起部の高さ１９μｍ、突起部の幅２０μｍであった。また、突起部を除外した場合における、中空糸膜の外表面に対する、前記突起部の該外表面への投影面積割合は１４％であった。
【００５１】
得られた中空糸膜をラッセル編みして、編み幅３３ｍｍの中空糸膜束を作製した。そして、ラッセル編みシートを渦巻き状に巻いて、片方をウレタン樹脂によりポッティングし、そのポッティング部を、中空糸膜の長手方向に対して垂直に切断することにより、中空糸膜の端面を切り出した。このようにして、膜面積０．０８ｍ2の浄水カートリッジを製作した。
【００５２】
筒状のケース（内径４２ｍｍ）の断面積に占める中空糸膜２８６０本の断面積の合計の割合から、得られた浄水カートリッジの充填率は４７．３％であった。
【００５３】
［濾過処理試験］
得られた浄水カートリッジを、蛇口直結型浄水器ＣＳＰ９（三菱レイヨン・クリンスイ（株））用カートリッジに取り付け、活性炭などの吸着材を用いずに、中空糸膜だけで濾過処理試験を行った。濾過処理試験は、中国杭州市水道水を用い、連続で通水試験を行った。水温２５℃、圧力は０．１３〜０．１４ＭＰａで実施した。
【００５４】
結果を図５に示す。
【００５５】
（実施例２）
中空糸膜のラッセル編みのループ数を調整して充填率が３４．４％となるようにした以外は、実施例１と同様にして浄水カートリッジを作製し、濾過処理試験を行った。結果を図６に示す。
【００５６】
（比較例１）
吐出口径２５ｍｍ、内環スリット幅４．０ｍｍの二重管構造を有する中空糸賦形用ノズルを用い、その他の条件は実施例１と同様にして外径５４０μｍ、内径３５４μｍ、膜厚１００μｍ、および空孔率７２％の突起部の無い中空糸膜を得た。この中空糸膜を用いた以外は実施例１と同様にして浄水カートリッジを製作し、濾過処理試験を行った。図５に結果を示す。
【００５７】
（比較例２）
比較例１で得られた突起部の無い中空糸膜を用いたこと以外は実施例２と同様にして浄水カートリッジを作製し、濾過処理試験を行った。図６に結果を示す。
【００５８】
（結果）
図５及び６より、突起部を有する中空糸膜からなる中空糸膜束を用いた浄水カートリッジでは、突起部を有しない中空糸膜を用いた浄水カートリッジに比べて、濾過流量の低下が抑制されていた。
【符号の説明】
【００５９】
１ 中空糸膜
２ 突起部
１０１ 浄水カートリッジ
１０２ 浄水出口
１０３ 蛇口取付部
１０４ 切換レバー
１０００ 浄水カートリッジ
１００１ 吸着部
１００２ ハウジング（１００２ａと１００２ｂ）
１００２ａ 上部蓋
１００２ｂ ケース体
１００３ 空気捕集部
１００４ 原水導入口
１００６ 空気排出口
１００７ 浄水排出部
１００９ 中空糸膜束
１０１０ ポッティング樹脂
２０００ ポット型浄水器
２００１ 外容器
２００２ 内容器
２００３ 浄水貯留部
２００４ 原水貯留部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜束を有する浄水カートリッジ及びこれを備える浄水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜を有する浄水カートリッジを備えた浄水器として、蛇口直結型、据置型、又はアンダーシンク型、いわゆる自重濾過型（例えばポット型）等のものが知られている。浄水カートリッジのハウジング内部には中空糸膜や吸着材が配置されており、これらの濾過材によって原水を濾過し、浄水を得ることができる。
【０００３】
例えば、吸着材と中空糸膜を組合せて、水を濾過して菌や鉄コロイドを除去する浄水器としては、特許文献１に記載されるものが挙げられる。
【０００４】
一方、高濃度の懸濁液中での中空糸膜濾過を継続した場合でも、膜面に不純物が堆積し難く、濾過運転における透水性能の低下が抑制された浸漬濾過用中空糸膜、これを用いた浸漬濾過用中空糸膜モジュールが特許文献２に記載されている。この文献には、中空糸膜の外表面に突起部を設けることによって、中空糸膜を汚濁性の高い液体の浸漬濾過に適用した場合における、中空糸膜外表面の洗浄性が改善されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５６−３９１８４号公報
【特許文献２】国際公開第０８／０６２７８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の中空糸膜を用いる浄水カートリッジについて一般的に言えることであるが、濾過処理にしたがって原水に含まれる不純物が中空糸膜表面に堆積し、中空糸膜の目詰まりが発生する。中空糸膜の目詰まりが起こると、濾過流量が低下し、浄水カートリッジの濾過処理性能が低下する。
【０００７】
また、特許文献２に記載の外表面に１以上の突起部を有する中空糸膜を浸漬濾過に用いることで、エアバブリングなどの物理的な洗浄効果が向上することが記載されている。浸漬濾過用中空糸膜に適度の揺動性を持たせて、優れた膜表面の洗浄効果を得るためには、好ましい浸漬濾過用中空糸膜の充填率と弛緩率も記載されている。
【０００８】
しかし、特許文献２には、中空糸膜を用いる浄水カートリッジ、及びそれを備えた浄水器には、言及されていない。また、中空糸膜を束ねて中空糸膜束とし、浄水カートリッジのハウジングに収納される浄水カートリッジ、及び浄水器に、物理的な洗浄を加えることは出来ない。
【０００９】
そこで、本発明は、中空糸膜の目詰まりの発生を抑えることができ、使用による濾過処理性能の低下を抑制可能な浄水カートリッジを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明は、外表面に１以上の突起部を有する中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束がハウジングの内部に収納されてなる浄水カートリッジである。
【００１１】
また、本発明は上記浄水カートリッジを備える浄水器である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成とすることにより、中空糸膜の目詰まりの発生を抑えることができる。したがって、本発明の構成とすることにより、使用による濾過処理性能の低下を抑制可能な浄水カートリッジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に用いる中空糸膜の構成を説明するための概略図である。
【図２】本実施形態の蛇口直結型浄水器の構成例を説明するための概略図である。
【図３】本実施形態の自重濾過型浄水器に用いる浄水器カートリッジの構成例を説明するための概略断面図である。
【図４】本実施形態の自重濾過型浄水器の構成例を説明するための概略断面図である。
【図５】実施例１及び比較例１の結果を示すグラフである。
【図６】実施例２及び比較例２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、外表面に１以上の突起部を有する中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束がハウジングの内部に収納されてなる浄水カートリッジである。ハウジングの内部に突起部を有する中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束を収納させた構成とすることにより、目詰まりが抑制された浄水カートリッジを得ることができる。浄水器のタイプとしては、例えば、自重濾過型、蛇口直結型、据置型、又はアンダーシンク型等が挙げられる。
【００１５】
中空糸膜は外表面に１以上の突起部を有する。
【００１６】
図１に、中空糸膜１の外表面に突起部２を有する中空糸膜の一例を示す。
【００１７】
突起部２の形状は、中空糸膜１の外表面上に突起部を有する形状であれば特に限定されるものではない。また、大量の中空糸膜１を安定して連続的に製造できることから、図１に示すように、中空糸膜１の外表面に長手方向に連続した形状を持つ突起部２を１以上有する構造が好ましい。
【００１８】
突起部２を有する中空糸膜１の製造は、突起部を持たない円筒形の中空糸膜に対して後から突起部２を重合させて形成しても良いし、中空糸膜１の製造時に突起部２を有する形状に賦形しても良い。また、製造プロセスと製造コストを低減させる観点から、中空糸膜１の製造時に賦形することが好ましい。後から突起部２を重合させる場合には、それぞれが異なる素材であっても良いが、中空糸膜１を突起部２との密着性等を考慮すると、それぞれ同じ素材を用いるのが好ましい。
【００１９】
この長手方向に連続した形状を持つ突起部２の数は、特に限定されるものではないが、複数の中空糸膜１が配置される場合に、中空糸膜１の膜表面における不純物の堆積を抑制する、つまり目詰まり抑制効果の観点から、４以上有することが好ましく、６以上有することがより好ましく、８以上有することがさらに好ましい。
【００２０】
一方、突起部２の数が多すぎると、中空糸膜の有効濾過面積の減少による濾過処理能力の低下を招く恐れがある。そのため、突起部２の数は、突起部２を除外した場合における、中空糸膜１の外表面に対する、突起部２の該外表面への投影面積の割合が１〜２０％の範囲となるように調整するのが好ましい。
【００２１】
また、突起部２は、目詰まり抑制効果の観点から、突起部２の根元部から先端にかけて平行な形状、若しくは根元部から先端に向けて幅が縮減していく形状が好ましい。
【００２２】
突起部２は、中空糸膜同士、或いは中空糸膜とハウジング内壁の接触による膜面積の減少を防ぐことが出来る以外に、中空糸膜の外表面における不純物の堆積を抑制する効果がある。この突起構造が外表面に堆積した不純物層を不連続とすると共に、突起部が水の流れの抵抗を受けて、僅かに中空糸膜を振動させることにより、不純物が堆積することを抑制するためと考えられる。
【００２３】
突起部２の幅は、５〜５０μｍとすることが好ましく、１５〜４０μｍとすることがより好ましい。突起部２の幅を５μｍ以上とすることにより、水流の抵抗を受けて中空糸膜をより振動させ易くすることができる。また、突起部２の幅を５０μｍ以下とすることにより、中空糸膜１の有効濾過面積を維持しながら、優れた目詰まり抑制効果が期待できるためである。
【００２４】
突起部２の間隔は、必要に応じて適宜選択することができるが、中空糸膜の外表面にほぼ等間隔に配置されていることが好ましい。
【００２５】
突起部２の高さは、特に限定されないが、中空糸膜１の外表面に堆積する不純物層の高さよりも高いことが好ましい。不純物層の高さは、被処理水の水質によって異なるが、特に、比較的被処理水中の粒子濃度の高い場合は、突起部２の高さを５μｍ以上とすることが好ましく、１０μｍ以上とすることがより好ましい。また、突起部２の高さは、その根元部分の幅の３倍以下とすることが好ましく、２倍以下とすることがより好ましい。これは、３倍以下とすることによって、水流による突起部の破損が発生し難くなるためである。なお、本明細書における突起部２の高さとは、突起部を除外した場合における中空糸膜の外表面から突起部の先端までの距離をいう。
【００２６】
中空糸膜１は、形状安定性や取り扱い性の点から、その内径が５０〜１０００μｍの範囲にあることが好ましく、突起部２のない部分の膜厚が５〜３００μｍの範囲にあることが好ましい。
【００２７】
中空糸膜の材料としては、特に限定されるものではないが、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体、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（テフロン（登録商標））系、ポリカーボネイト系、ポリエステル系、ポリスルホン系、ポリイミド系、ポリエーテルイミド系、ポリアミド系、芳香族ポリアミド系などの各種材料からなるものが挙げられる。これらの中でも、中空糸膜の取扱い性や加工特性等、更には廃棄時に焼却可能であることなどを考慮すると、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。
【００２８】
また、特に限定されるものではないが、中空糸膜について、外径は２０〜２０００μｍ、孔径は０．０１〜１μｍ、空孔率は２０〜９０％、膜厚は５〜３００μｍのものが好ましい。また、中空糸膜は表面に親水基を有する、いわゆる親水化中空糸膜であることが望ましい。
【００２９】
上記の中空糸膜は束ねられて中空糸膜束とされ、浄水カートリッジのハウジングに収納される。
【００３０】
中空糸膜束の形態としては、特に限定されるものでは無いが、ラッセル編み（編み幅全体に経糸としての中空糸膜を折り返し挿入するラッセル編機を用いたもの）、Ｕ字形編み（中空糸膜束をＵ字形に折り曲げ束ねたもの）、Ｕ字形＋ねじり編み（中空糸膜束をＵ字形にねじりながら折り曲げたもの）等が挙げられる。これらの中空糸膜束の形態は、用いられる中空糸膜に応じて適宜選択することができる。
【００３１】
中空糸膜束を収納するハウジングの材料としては、特に制限されるものではないが、機械的強度および耐久性を考慮して選択することが好ましく、例えばポリカーボネート、ポリスルホン、ポリオレフィン、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）等を用いることができる。使用後に焼却処理が必要な場合には、燃焼により有毒ガスを出さずに、完全燃焼させることのできるポリオレフィン等の炭化水素系の樹脂を用いることが好ましい。
【００３２】
中空糸膜束をハウジング内に固定する方法としては、特に制限されるものではないが、例えばポッティング樹脂を用いて行うことができる。ポッティング樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコン樹脂、各種ホットメルト樹脂等を用いることができ、適宜選定することができる。
【００３３】
中空糸膜束の固定作業時におけるポッティング樹脂の粘度（２０℃）は、特に制限されるものではないが、ポッティング樹脂が中空糸膜間に含浸しやすくなる観点から、５０００ｍＰａ・ｓ以下とすることが好ましく、３０００ｍＰａ・ｓ以下とすることがより好ましい。
【００３４】
浄水カートリッジのハウジングには、中空糸膜の他に吸着材を収納することもできる。吸着材としては、粉末状吸着材若しくは該粉末状吸着材を造粒した粒状吸着材、又は繊維状吸着材等が挙げられる。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）、又は合成物系吸着材（合成ゼオライト、モレキュラーシーブ（順序変更）、細菌吸着ポリマー、ヒドロキシアパタイト、リン鉱石、チタン珪酸塩、シリカゲル、シリカアルミナゲル、多孔質ガラス等）等の無機系吸着材が挙げられる。また、吸着材として、活性炭を用いることが好ましく、活性炭としては、例えば、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、押出成形活性炭、成形活性炭、合成物系粒状活性炭、合成物系繊維状活性炭等が挙げられる。また、吸着材として、無機系吸着材の他にも有機系吸着材を用いることもでき、有機系吸着材としては、例えば、分子吸着樹脂、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、高吸水性樹脂、吸油性樹脂、吸油剤等が挙げられる。これらの中でも、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が好適に用いられる。また、吸着材として、硬度低下、溶解性金属の吸着に優れたイオン交換繊維も好ましく用いることができる。イオン交換繊維としては、スルホン酸基を交換基とする強酸型、カルボン酸基を交換基とする弱酸型、４級アンモニウム基を交換基とする強塩基型、アミン基を交換基とする弱塩基型などが挙げられる。さらに、吸着材として、残留塩素の除去に優れた脱塩素剤も好ましく用いることができる。脱塩素剤としては、塩素除去の効果を長く維持することができる亜硫酸カルシウムが好ましい。なお、吸着材は１種で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３５】
ハウジング内に吸着材を収納する場合、例えば、ハウジング内は吸着材を配置する吸着部と、中空糸膜束を配置する中空糸膜部とからなることができる。吸着部と中空糸膜部とは隔壁等で区分けされ、吸着部で濾過された水が中空糸膜部に流れ込む構成とすることが好ましい。
【００３６】
中空糸膜の充填率は、容積当りの濾過能力を高めるとともに、水流による振動効率を高める観点から、中空糸膜部において２０〜７０％とすることが好ましく、２５〜６０％の範囲とするのがより好ましく、３０〜５５％の範囲とすることがさらに好ましい。なお、中空糸膜の充填率とは、筒状のケースの内径断面積に占める中空糸膜断面積（外径ベース）の合計の割合として算出される。
【００３７】
以下、本発明の浄水カートリッジの実施形態について、図を参照にして詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３８】
（実施形態１）
本実施形態として、蛇口直結型の浄水器に用いる浄水カートリッジについて説明する。
【００３９】
蛇口直結型浄水器は、コンパクトで、蛇口に直接取り付けるため流し台上の占有面積も小さくできるという利点が注目され、浄水器の主流になっている。このような蛇口直結型浄水器は、通常、活性炭や中空糸膜を充填したカートリッジに水道水を供給して浄化した浄水と、水道水とを別々に供給でき、その切り換えは、切り換えレバーを操作することにより使用目的に応じて選択的に行うことができる。
【００４０】
図２に、蛇口直結型の浄水器の構成例を示す。図２は、蛇口直結型浄水器の概略正面図である。
【００４１】
本実施形態の蛇口直結型浄水器は、突起部を有する中空糸膜からなる中空糸膜束を少なくとも内部に収納する浄水カートリッジカートリッジ１００を備える。突起部を有する中空糸膜を用いることにより、中空糸膜同士、或いは中空糸膜とハウジング内壁の接触による膜面積の減少を防ぎ、さらに、不純物が中空糸膜表面に堆積することを防ぐことができるため、使用による濾過処理能力の低下を抑制することができる。
【００４２】
また、浄水カートリッジは、活性炭等の吸着材を内部に有してもよい。また、該浄水器は、浄水出口１０２、蛇口取付部１０３、切換レバー１０４を有する。水道水は、蛇口に取り付けられた蛇口取付部より浄水器内に送水される。切換レバー１０４により水道水を選択した場合には、水道水が切換機構部５からそのまま浄水器の下端面に設けられた原水出口７より吐水される。切換レバー１０４により浄水を選択した場合には、水道水は浄水カートリッジ１０１に通水され、活性炭、中空糸膜により浄化が行われる。浄水カートリッジ１０１を通過した浄水は、浄水器の下端面に設けられた浄水出口１０２へと送水され、浄水出口からシャワー状に浄水器外へと吐水される。浄水カートリッジ１０１については詳細を図示していないが、特に制限されるものではなく、例えば公知の浄水器に使用のものを用いることができる。
【００４３】
（実施形態２）
本実施形態として、自重濾過型の浄水器に用いる浄水器カートリッジについて説明する。自重濾過型の浄水器として、いわゆるポット型のものが知られている。このポット型の浄水器は、上側に位置する原水貯留部と、下側に位置する浄水貯留部との間に浄水カートリッジを介在させる構造になっている。原水貯留部に貯留される原水は自重により浄水カートリッジを通って浄水貯留部に流れ、浄水カートリッジ内にて浄化される。
【００４４】
図３に浄水カートリッジの構成例を示す。浄水カートリッジ１０００は、濾材として吸着材１００１と上述の突起部を有する中空糸膜からなる中空糸膜束１００９とがハウジング内に配置されている。ハウジングは、上方が開口し、濾材を収容する筒状のケース体１００２ｂと、この筒状ケース体１００２ｂの上部開口を塞ぐ円筒状蓋１００２ａと、から主に構成されている。円筒状蓋１００２ａはハウジング内に空気捕集部となる空間１００３を構成し、円筒状蓋１００２ａの上側中央には浄水カートリッジ内に発生する気泡を排出するための空気排出口１００６が設けられている。また、円筒状蓋１００２ａの側面には、原水導入口１００４が設けられている。また、中空糸膜束１００９はポッティング樹脂１０１０によってハウジング内に固定されており、ポッティング樹脂１０１０の下方には、濾材を通過して得られた浄水の浄水排出口１００７が設けられている。
【００４５】
また、図４に、図３に示した浄水カートリッジ１０００を備えるポット型の浄水器２０００の概略図を示す。浄水器２０００は、原水貯留部２００４を構成する内容器２００２と、浄水貯留部２００３を構成する外容器２００１とを有する。内容器２００２はカートリッジ収容部２００２ｂを有し、浄水カートリッジ１０００はこのカートリッジ収容部２００２ｂに配置されている。原水貯留部２００４に溜められている原水は原水導入口から浄水カートリッジ内に流れ込み、自重により濾材が配置されている浄水部を通って浄化される。得られた浄水は、浄水排出口から浄水貯留部２００３に流れる。
【００４６】
本実施形態においても、中空糸膜として上述に記載の突起部を有する中空糸膜を用いることにより、中空糸膜同士、或いは中空糸膜とハウジング内壁の接触による膜面積の減少を防ぎ、さらに、中空糸膜表面への不純物の堆積を抑制することができる。
【００４７】
（実施例１）
以下の方法により突起部を有する中空糸膜を得た。
【００４８】
まず、ポリエチレンを用いて、吐出口径２５ｍｍ、内環スリット幅４．０ｍｍの二重管構造を有し、外周辺部に１２箇所の切り欠けを持つ中空糸賦形用ノズルを用いて、自吸式で空気を導入し、紡糸温度１６５℃、巻き取り速度７０ｍ／ｍｉｎで溶融紡糸を行い、長手方向に連続した１２本の突起部を外表面に有する未延伸中空糸を得た。ポリエチレンとしては、密度０．９６ｇ／ｃｍ3、メルトフローレイト１．０ｇ／１０ｍｉｎの高密度ポリエチレンであるノバテックＨＤ ＨＹ５４０（商品名、日本ポリエチレン社製）を用いた。
【００４９】
次に、この未延伸中空糸に対して８０％の冷延伸を行った。次いで、１１３℃に加熱したスリットヒーター間で総延伸量が６００％になるまで熱延伸を行った。さらに、同じ温度に加熱したスリットヒーターで多孔質化した。
【００５０】
このようにして得られた中空糸膜は、外径５４０μｍ、内径３５４μｍ、突起部のない部分の膜厚１００μｍ、空孔率７２％、突起部の高さ１９μｍ、突起部の幅２０μｍであった。また、突起部を除外した場合における、中空糸膜の外表面に対する、前記突起部の該外表面への投影面積割合は１４％であった。
【００５１】
得られた中空糸膜をラッセル編みして、編み幅３３ｍｍの中空糸膜束を作製した。そして、ラッセル編みシートを渦巻き状に巻いて、片方をウレタン樹脂によりポッティングし、そのポッティング部を、中空糸膜の長手方向に対して垂直に切断することにより、中空糸膜の端面を切り出した。このようにして、膜面積０．０８ｍ2の浄水カートリッジを製作した。
【００５２】
筒状のケース（内径４２ｍｍ）の断面積に占める中空糸膜２８６０本の断面積の合計の割合から、得られた浄水カートリッジの充填率は４７．３％であった。
【００５３】
［濾過処理試験］
得られた浄水カートリッジを、蛇口直結型浄水器ＣＳＰ９（三菱レイヨン・クリンスイ（株））用カートリッジに取り付け、活性炭などの吸着材を用いずに、中空糸膜だけで濾過処理試験を行った。濾過処理試験は、中国杭州市水道水を用い、連続で通水試験を行った。水温２５℃、圧力は０．１３〜０．１４ＭＰａで実施した。
【００５４】
結果を図５に示す。
【００５５】
（実施例２）
中空糸膜のラッセル編みのループ数を調整して充填率が３４．４％となるようにした以外は、実施例１と同様にして浄水カートリッジを作製し、濾過処理試験を行った。結果を図６に示す。
【００５６】
（比較例１）
吐出口径２５ｍｍ、内環スリット幅４．０ｍｍの二重管構造を有する中空糸賦形用ノズルを用い、その他の条件は実施例１と同様にして外径５４０μｍ、内径３５４μｍ、膜厚１００μｍ、および空孔率７２％の突起部の無い中空糸膜を得た。この中空糸膜を用いた以外は実施例１と同様にして浄水カートリッジを製作し、濾過処理試験を行った。図５に結果を示す。
【００５７】
（比較例２）
比較例１で得られた突起部の無い中空糸膜を用いたこと以外は実施例２と同様にして浄水カートリッジを作製し、濾過処理試験を行った。図６に結果を示す。
【００５８】
（結果）
図５及び６より、突起部を有する中空糸膜からなる中空糸膜束を用いた浄水カートリッジでは、突起部を有しない中空糸膜を用いた浄水カートリッジに比べて、濾過流量の低下が抑制されていた。
【符号の説明】
【００５９】
１ 中空糸膜
２ 突起部
１０１ 浄水カートリッジ
１０２ 浄水出口
１０３ 蛇口取付部
１０４ 切換レバー
１０００ 浄水カートリッジ
１００１ 吸着部
１００２ ハウジング（１００２ａと１００２ｂ）
１００２ａ 上部蓋
１００２ｂ ケース体
１００３ 空気捕集部
１００４ 原水導入口
１００６ 空気排出口
１００７ 浄水排出部
１００９ 中空糸膜束
１０１０ ポッティング樹脂
２０００ ポット型浄水器
２００１ 外容器
２００２ 内容器
２００３ 浄水貯留部
２００４ 原水貯留部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外表面に１以上の突起部を有する中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束がハウジングの内部に収納されてなる浄水カートリッジ。
【請求項２】
前記突起部は、中空糸膜の長手方向に連続した形状を有する請求項１に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項３】
前記突起部の高さが５μｍ以上である請求項１又は２に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項４】
前記突起部の幅が５μｍ以上である請求項１乃至３のいずれかに記載の浄水器カートリッジ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の浄水カートリッジを備える浄水器。
【請求項６】
自重濾過型、蛇口直結型、据置型、又はアンダーシンク型である請求項５に記載の浄水器。
【請求項１】
外表面に１以上の突起部を有する中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束がハウジングの内部に収納されてなる浄水カートリッジ。
【請求項２】
前記突起部は、中空糸膜の長手方向に連続した形状を有する請求項１に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項３】
前記突起部の高さが５μｍ以上である請求項１又は２に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項４】
前記突起部の幅が５μｍ以上である請求項１乃至３のいずれかに記載の浄水器カートリッジ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の浄水カートリッジを備える浄水器。
【請求項６】
自重濾過型、蛇口直結型、据置型、又はアンダーシンク型である請求項５に記載の浄水器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３９５３５（Ｐ２０１３−３９５３５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７８７９７（Ｐ２０１１−１７８７９７）
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５０４３４６２０４）三菱レイヨン・クリンスイ株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５０４３４６２０４）三菱レイヨン・クリンスイ株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]