炭素ブロック水ろ過器
【課題】改良された性能と流量と堅さと製品歩留まりを提供する混合炭素により作られた活性炭素ブロックフィルタを提供する。
【解決手段】活性炭素ブロックフィルタ１０は、固結された混合炭素から成る。混合炭素は、約６０μｍから約８０ミクロンの平均粒子径と、１４０メッシュより大きな粒子及び５００メッシュより小さい粒子がそれぞれ１０％未満の重量比率で存在する粒度分布とを有する。
【解決手段】活性炭素ブロックフィルタ１０は、固結された混合炭素から成る。混合炭素は、約６０μｍから約８０ミクロンの平均粒子径と、１４０メッシュより大きな粒子及び５００メッシュより小さい粒子がそれぞれ１０％未満の重量比率で存在する粒度分布とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィルタ、特に水処理装置用の炭素ブロック水フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水道水を処理する家庭用水処理装置の利用は、アメリカ合衆国と外国において劇的に増大し続けているが、これは一つには、未処理の水道水の飲用に関連した保健問題への社会意識の高まりによるものである。最も費用効果が高い在来の家庭用水処理装置には、水流からの微粒子物質の除去と有機汚染物質の吸収のために炭素ブロックフィルタが一般的には使用されている。在来の炭素ブロックフィルタには高密度に詰められた大量の活性炭粒子があり、そしてこの活性炭粒子は互いに固結されて、未処理の水がろ過されるために通過するブロックを形成する。未処理の水がこの密集した煉瓦状のものを通り抜けるとき、機械的なろ過作用と吸着作用の組み合わせにより、水流に含まれる微粒子物質と有機汚染物質が高い割合で除去される。
【０００３】
炭素ブロックフィルタの製造は複雑な場合があり、また一般的には様々な競合する利益の微妙なバランスが必要とされる。より細かい炭素粒子がろ過作用を改善することが知られている。このことは、より小さくされた粒子は広い表面積を提供し、かつより小さな粒子物質を捕捉できるさらに高密度なブロックを作り出すという事実に大部分起因している。あいにく、より小さくされた粒子のサイズはいくつかの問題を引き起こす。一つには、そのフィルタを通過すると水の流量が大きく影響を受けることである。高密度なブロックは、より小さい粒子物質を捕捉するだけでなく水の流れを大きく制限することがあり、重要なことであるが与えられた時間で処理することができる水の量を減らす。二つめは、小さい炭素粒子の割合を高めると従来の製造技術を使って炭素ブロックを製造することが難しいことがある。特に、粒子の細かさが高いレベルになると、強固な炭素ブロックを作るのに必要な結合剤の性能を損なう。これが、炭素ブロックのクラックや破砕およびその他の欠陥の原因になり、そしてその結果低い製品歩留まりを招く。これらの問題のバランスから、在来の炭素ブロックフィルタ製造業者は、一般的に比較的大きな炭素粒子を彼らの炭素ブロックの製造に使用している。他の方法は、ブロックに含まれる結合剤の割合を増やすことである。これら二つの方法の実行は、通常製品歩留まりを高めるが、一方ろ過効果を低減させる。一般的に、炭素ブロックフィルタは、標準の８０ｘ３２５メッシュの炭素から製造される。しかしながら、標準の８０ｘ３２５メッシュの炭素の正確な粒度分布は、製造業者によって又ロットによって変化し、それは通常＋１４０メッシュの炭素粒子（すなわち、１４０メッシュより大きい粒子）を高い割合で、また−３２５メッシュの炭素粒子（すなわち、３２５メッシュより小さい粒子）を低い割合で含んでいる。典型的な８０ｘ３２５メッシュの炭素は、通例９８ミクロンまたはそれ以上の範囲に平均粒子径をもっている。この結果として、典型的な８０ｘ３２５メッシュの炭素から作られるフィルタは、通常比較的高い製品歩留まりと流量を持つが、非常に優れた濾過性能は持っていない。
【０００４】
フィルタ性能を高めるために製品歩留まりと流量を犠牲にして、他の公知の炭素ブロック製造業者は、ブロックの製造に使われる炭素粒子の平均粒子径を小さくしている。この混合炭素を作るために、典型的な８０ｘ３２５メッシュの形成のために普通に挽かれた炭素は、３２５メッシュよりも小さい炭素粒子のレベルを増加させる特別な粒子製造方法に委ねられる。粒子製造工程は本質的にいくつかのバリエーションに帰着するが、この改変された混合炭素は一般的には、約７５ミクロンの平均粒子径と、１４０メッシュより大きい炭素粒子の割合が約２５％以上で且つ５００メッシュより小さい炭素粒子の割合が２５％以上であるような粒度分布を持っている。この結果生じた炭素ブロックは改良された性能を有するが、細かさの度合いが高い炭素粒子は、少ない流量を持ち、また製造品の不良率が２０〜３０％という結果となる。さらに、細かさの度合いが高い炭素粒子は、比較的軟らかい炭素ブロックを作るので、そのために損傷を受けやすくなる。
【発明の開示】
【０００５】
改良された性能と流量と堅さと製品歩留まりを提供する特有の混合炭素から炭素ブロックフィルタが製造される本発明により、前述の問題は克服される。約６０〜８０μｍの好ましい平均粒子径と、＋１４０メッシュの粒子が約１０％未満で且つ−５００メッシュの粒子も約１０％未満であるような好ましい粒度分布を持っている混合炭素である。その混合炭素は、一体となった炭素ブロックを形作るために在来の結合剤により固結される。その炭素ブロックは、多様な在来技術に従って広い範囲の炭素ブロックフィルタに組み入れられることが可能である。
【０００６】
より望ましい実施形態では、約６５〜７５μｍの平均粒子径と、＋１４０メッシュの粒子が約１０％未満で且つ−５００メッシュの粒子も約１０％未満であるような粒度分布を持っている混合炭素から炭素ブロックフィルタが製造される。
【０００７】
最も望ましい実施形態では、約７０μｍの平均粒子径と、＋１４０メッシュの粒子が約７％未満で且つ−５００メッシュの粒子が約７．５％未満であるような粒度分布を持っている混合炭素から炭素ブロックフィルタが製造される。
【０００８】
本発明は、縮小された平均粒子径を持ち、それゆえに経時的な濾過性能が高められた炭素ブロックフィルタを提供する。その混合炭素は改善された製品歩留まりも提供する。さらに、本発明は損傷を受け難いより堅固な炭素ブロックを提供する。その上さらに、本発明は、同様の平均粒子径をもった従来の炭素ブロックフィルタより著しく改善された流量を持っている。
【０００９】
本発明のこれらと他の目的、利点、特徴は、好ましい実施形態の詳細な記述と図面の参照により、容易に理解され又高く評価されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態に従った炭素ブロックフィルタは、図１に示されまた全体が１０で示される。炭素ブロックフィルタ１０は、炭素スリーブ（または、炭素ブロック）１２と、炭素スリーブ１２に同軸的に配置された不織布プラスチック芯１４と、上蓋１６と底蓋１８を通常持っている。布２２とスクリム２０は、炭素スリーブ１２の周囲に巻きつけられプラスチック網ラップ２４により保持されている。炭素スリーブ１２は、固結された活性炭でできた中空芯の円筒ブロックである。混合活性炭の粒子は、様々な利点を有する炭素ブロックフィルタを得るための特有な平均粒子径と粒度分布を備えている。前記利点は、以下に詳細が記述される。中心が中空の円筒型ブロックに関連して述べられているが、本発明は、他の様々な構造の炭素ブロックフィルタでの使用によく適合する。本書では、“内側の”、“内側へ”、“外側の”、“外側へ”という言葉は、炭素ブロックフィルタの幾何的軸中心に対する方向を示すために使用される。
【００１１】
不織布プラスチック芯１４は、ポリプロピレン製スパンボンド不織布のような通常の不織布プラスチック材質で、それは水がスリーブの芯を通って、特に半径方向において、容易に流れることのできる多孔性の円周状の壁として形成される。プラスチック芯１４は、所望の不織布材料の好ましいロールシートから製造される。稼動時において、不織布材料は、フィルタから分離して出力水に流れ込む可能性のある多量の炭素粒子流れの発生を防ぐが、十分な水量を得るのに必要な程度に多孔性である。プラスチック芯１４の外径は、用途により変化するであろうが、炭素スリーブ１２の内径にぴたりと合うような寸法に選定されることが好ましい。好ましくは、プラスチック芯１４は約２５．４ｍｍ（約１ｉｎ）の外径を持つこととなるであろう。
【００１２】
上蓋１６は、炭素スリーブ１２の上部軸端からの水の流出を防ぐために炭素スリーブ１２の上部軸端上に配される。上蓋１６は、ポリプロピレンのような非多孔性の好ましい高分子材料から製造される。上蓋１６は、プラスチック芯１４と同軸な中央の穴３０と、この穴３０の周囲を取り囲んでいる首状部分３２を有するのが好ましい。首状部分３２は、炭素ブロックフィルタ１０が、ねじを有する適切なフィルタハウジング（図示していない）にねじ込まれ装着できるように、ねじ山が形成されている。穴３０の内径は、芯１４の内径とほぼ一致することが望ましい。
【００１３】
底蓋１８は炭素スリーブ１２の底部軸端から水が流れ出ることを防ぐため、炭素スリーブ１２の底部軸端に配置される。底蓋１８は、完全に閉じられており、首状部分や穴がないことを除けば、本質的には上蓋１６に等しい。
【００１４】
炭素スリーブ１２の内部は、在来の炭素ブロック結合剤により相互に固結された活性炭粒子の連続で切れ目のないブロックである。炭素スリーブ１２は、中央穴２８を形成している円周状の好ましい壁２６を含んでいる。壁２６と中央穴２８との寸法は、用途により変化するであろう。混合炭素の構成は、以下により詳細に記述される。結合剤は、非常に低いメルトインデックス（メルトフロウレート）を持った重合材料であることが望ましく、また超高分子な、高密度ポリエチレンのＨｏｓｔａｌｅｎ（登録商標名）ＧＵＲ−２１２のような材料が望ましい。好ましい結合剤は、ＶａｎｄｅｒＢｉｌｔ等による米国特許第４,７５３,７２８号の炭素ブロックフィルタと関連して記述されまた説明される。なお、前記米国特許第４,７５３,７２８号は、引用することにより記載に代える。
【００１５】
本発明の炭素ブロックフィルタ１０は、在来の製造技術と製造装置を使用して製造される。一般的に、結合剤（粉末である）と炭素は、結合剤が炭素全体に均一に分散されるよう混合される。結合剤は、炭素と結合剤の合算重量に対して、約１７から約２５％が好ましく、約２０％が最も好ましい割合である。炭素と結合剤の混合物は、上方に突き出たダボを中心部に持っている在来の円筒形の型（図示されない）に供給される。型とその内容物はそれから約１７５℃から約２０５℃で加熱される。同時に、炭素と結合剤の混合物は、在来の加圧ピストン（図示されない）を通じて約２０７ｋＰａ（約３０ｐｓｉ）から約８２７ｋＰａ（約１２０ｐｓｉ）の圧力を受ける。そしてこのピストンは、型の中へ押し下げられ、また中央部に前記ダボに対する逃げ穴を持っている。炭素と結合剤の混合物は、それから冷却され、そしてその結果出来たものは型より外されて一体化された炭素スリーブ１２となる。
【００１６】
炭素スリーブ１２は、必要であればそのあとバリ取りされる。布２２とスクリム２０は炭素ブロックに加えられ、主として前置フィルタとして機能する。不織のスクリム２０とある程度厚い不織布２２との層は、切断されてそして炭素ブロックの周囲に巻きつけられる。布２２は、約１０μｍの有効空隙と約３．２ｍｍ（約１／８ｉｎ）の厚さを持つのが好ましい。布２２とスクリム２０は、布２２とスクリム２０の外側を在来の方法で巻きつけているプラスチックネット２４により所定位置に保持されている。
【００１７】
不織プラスチック芯１４は通常、所望の不織素材のシートから切断される。その切断されたシート素材は、チューブ状に丸められ、そして炭素スリーブ１２の中央部に挿入される。芯１４は炭素スリーブ１２の中央部に接着または他の方法で固定することが可能であるが、典型的には、芯１４の巻き戻ろうとする性質と、蓋１６と１８との間の相互作用による摩擦力により所定位置に保持される。
【００１８】
底蓋１８は、在来のアルミニュウム製の型（図示されない）を使用した在来の方法で製造される。一般的に、粉末ポリプロピレンのような粉末プラスチックがアルミニュウム製の型に流れ込みそして液状になるまで加熱される。炭素スリーブ１２はそれからその底部軸端部をプラスチックに接触するように型へ押し入れられ、炭素スリーブ１２は、プラスチックが底蓋１８を形成できるよう冷えて固くなるまで型に残る。上蓋１６は、上蓋用の型（図示されない）が内部にねじ山がある首状部分３２を形成するために形作られていることを除いて、同様の方法で製造される。再び、粉末状のプラスチックが型に供給されそして液状になるまで加熱される。そして炭素スリーブ１２は、その上部軸端をプラスチックに接するように上蓋用型に押し入れられる。炭素ブロックはプラスチックが十分冷却されるまでその場所に残される。炭素スリーブ１２と蓋との組立部はそれから、ネジ部材のためのネジ形成が行われそして型から取り出される。他の方法としては、上と下の蓋は、例えば在来の射出成形によって、個別に製造することも可能で、そして炭素スリーブ１２へ接着剤、粘着剤その他の方法で取り付けることも可能である。もし必要なら、適当なフィルタハウジングに炭素ブロックフィルタ１０を装着するためのねじ部材を備えるために、上蓋の成形過程でねじインサートを使用することも可能である。
【００１９】
本説明においては、炭素の粒子径と粒度は、在来一般の湿式ふるい分け試験により計測されたメッシュサイズという用語で通常記述されることとなる。湿式ふるい分け試験は、混合炭素を粒子径に基づいた範囲または“ビン”（“ｂｉｎｓ”）へ分けることができる在来の方法である。一般的に、混合炭素は、水の力を借りて、５００メッシュのふるいまで次第に小さくなる孔を持つ一連のふるいを順次通過する。規定のふるい目開きより大きな粒子はそのふるいを通過せずに残り、小さな粒子はそのふるいを通過し次のより小さなふるいへ至る。５００メッシュのふるい目開きより小さな粒子は、一般的には“微紛”に属する。微紛のレベルは、混合炭素毎で著しく変化し、そしていくつかの混合炭素では重量比で２０％の量を含むこともある。微紛は、炭素製造者の炭素等級分けにおいては彼ら自身により一般的に無視されている。請求項も含めた本説明において、微紛は粒度分布の目的として考えられるが平均粒子径の目的としては無視される。便宜的手段として、在来のメッシュサイズ表記は、サイズ範囲を表示するものとして使用される。さらに具体的にいうと、メッシュサイズの前に付された表記“＋”は、表記されたサイズのふるいを通過するには大きすぎる粒子に該当する。例えば、＋１４０メッシュは、１４０メッシュサイズのふるいを通過するには大きすぎる粒子に当てはまる。同様に、メッシュサイズの前に付された表記“−”は表記されたサイズのふるいを通過するのに十分な小ささの粒子に該当する。例えば、−５００メッシュは、５００メッシュサイズのふるいを通り抜けるのに十分小さい粒子に当てはまる。この表記法によると、“微紛”という言葉は、−５００メッシュの炭素粒子にあてはまる。粒子分布の表示において、二つのメッシュサイズの間の表記“ｘ”はサイズの範囲を示す。例えば、１４０ｘ２００は、１４０メッシュより小さく２００メッシュより大きい炭素粒子径の範囲または箱であることを表す。
【００２０】
本発明の混合炭素の特有な性質は、図２、図３との関係で記述される。図２は一般的な従来技術の８０ｘ３２５メッシュ炭素の重量による粒度分布を示している。図示された分布は、在来の湿式ふるい分け試験を用いて得られたであろう一般的な８０ｘ３２５メッシュ炭素の代表値であるが、一般的な８０ｘ３２５メッシュ炭素はその粒度分布と平均粒子径が製造業者毎にまた製造ロット毎に変化することが認識されるべきである。通常の８０ｘ３２５メッシュ炭素は、公知の炭素製造業者から既製品として入手され、そして多様な炭素ブロック製造業者によって改変なしに使われる。図２の棒グラフは“箱”もしくは範囲に分けられており、それぞれの箱はその特定サイズの箱に落ちた炭素粒子の重量割合を示している。例えば、１００ｘ１４０の上の棒グラフは、１００メッシュより小さく１４０メッシュより大きい粒子の重量割合を示している。図に示されるように、＋１４０メッシュの粒子の割合は４０％以上である。この代表的な分布では、平均粒子径は約９８μｍである。この炭素から製造される炭素ブロックフィルタは、低い濾過性能を含めた様々な短所を持っている。図３は、在来の湿式ふるい分け試験により計測された従来技術の改良８０ｘ３２５メッシュ炭素の重量による粒度分布を示している。この炭素は、小さくされた平均粒子径を得るように設計された改良粉砕工程により製造されるので、“改良された”ものとして引用される。より具体的には、その改良８０ｘ３２５メッシュ炭素は、微紛のレベルを高めるために粉砕され、そして次にそれは平均粒子径を小さくしてより良い濾過性能を与える。図示されるように、＋１４０メッシュ粒子の割合は２５％以上でまた−５００メッシュ粒子は２０％に近づいている。この改良８０ｘ３２５メッシュ炭素は、通常の８０ｘ３２５メッシュ炭素から製造されたフィルタに比較して改良された濾過性能が得られるが、しかしそれらには他の短所もある。例えば、改良８０ｘ３２５メッシュから製造されたフィルタは、比較的軟らかく、流量が減少し、そして最大２０％の製品不良率を有する。
【００２１】
図３は、本発明の好ましい実施形態に従った混合炭素の、在来の湿式ふるい分け試験によって計測された、重量による粒度分布も示している。図示されるように、＋１４０メッシュ粒子の割合は５％未満で−５００メッシュ粒子は約７．５％である。本発明のユニークな炭素で製造された炭素ブロックフィルタは、改良８０ｘ３２５メッシュ炭素と比較したときに、劇的に改善された製品歩留まり（最大９８％）を有する。従来技術による通常のあるいは改良８０ｘ３２５メッシュ炭素に対する本発明の更なる利点は、以下に記述される。
【００２２】
本発明は、図１に示す通常の８０ｘ３２５メッシュ炭素のような大きな平均粒子径を持った混合炭素から製造された炭素ブロックフィルタよりも、改良された濾過性能を提供する。第一に、小さな平均粒子径を持ったフィルタは、改善された機械的濾過作用を提供する。これは、水が通り抜けねばならない炭素粒子の間の隙間が、平均して小さくなるためである。隙間が小さくなるので、隙間はより小さな粒子を機械的に捕捉し、改良された機械的濾過作用を提供する。第二に、より小さい平均粒子径のフィルタは、長期にわたって改善された濾過作用をも提供する。図４は、低平均粒子径の炭素ブロックフィルタにより与えられた、改善された濾過性能のグラフ図である。図４は、異なる平均粒子径のフィルタによって与えられるクロロホルムの経時的な削減率変化を、ＡＮＳＩ／ＮＳＦ５３−１９９９ａに従った試験により比較したものである。なお、前記ＡＮＳＩ規格のタイトルは、“Ｄｒｉｎｋｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｕｎｉｔｓ−Ｈｅａｌｔｈ Ｅｆｆｅｃｔｓ”で、本明細書では引用することにより記載に代えている。この試験では、与えられたフィルタが規定された基準の濾過性能を得られなくなる前までに処理することができる水量を計測することにより、フィルタの寿命評価を提供することが意図されている。ＡＮＳＩ／ＮＳＦ５３−１９９９ａで規定されているように、フィルタは、クロロホルムの基準で少なくとも９５％の削減をそれ以後与える能力がなくなったとき、規格不満足とされる。線Ａは、平均濃度３４０ｐｐｂのクロロホルムの流れに関して、平均粒子径９２μｍの炭素ブロックフィルタによって与えられるクロロホルム削減率のプロットである。図示のように、約４．５４ｍ3（約１２００ｇａｌ）の水が処理されると、このフィルタの性能は劇的に低下してゆく。実際、フィルタは、約６．２５ｍ3（約１６５０ｇａｌ）が処理されると、ＡＮＳＩ／ＮＳＦ５３−１９９９ａで設定された９５％の削減基準を満足できなくなる。線Ｂは、平均粒子径６５μｍの炭素ブロックフィルタによって与えられるクロロホルム削減率のプロットであるが、同じく、平均濃度３４０ｐｐｂのクロロホルムの流れに関してのものである。図示されるように、このフィルタの性能は、７．５７ｍ3（約２０００ｇａｌ）の水を処理した後でさえ９５％を十分超えて維持されている。このことから、経時的な濾過性能が改善されたことが証明されている。
【００２３】
本発明は、従来技術の改良８０ｘ３２５メッシュ炭素から作られた炭素ブロックフィルタより改善された流量も提供する。図５は、ゲージ圧６８．９ｋＰａ（１０ｐｓｉ）から２０６．８ｋＰａ（３０ｐｓｉ）の圧力範囲のときに試験炭素ブロックフィルタを通った水量を示している。前記圧力範囲は、家庭用に存在しているフィルタブロックの中に存在する圧力の範囲にほぼ等しい。線Ｃは、改良８０ｘ３２５メッシュ炭素から製造されたフィルタの圧力６８．９ｋＰａ（１０ｐｓｉ）から２０６．８ｋＰａ（３０ｐｓｉ）における通過水量を表す。線Ｄは、本発明の好ましい実施形態に一致した混合炭素から製造されたフィルタの圧力６８．９ｋＰａ（１０ｐｓｉ）から２０６．８ｋＰａ（３０ｐｓｉ）における通過水量を表す。図示されるように、好ましい炭素から製造されたフィルタは、はっきりと改善された流量を示し、これは与えられた時間の中でより多くの水を処理する能力があることを意味している。
【００２４】
従来技術の改良８０ｘ３２５メッシュ炭素に対する本発明の他の利点は、より固い（より強い）炭素ブロックフィルタをもたらすことである。図６は、好ましい炭素から作られたフィルタ及び従来技術の改良８０ｘ３２５メッシュ炭素から作られたフィルタで実行された六回の硬さ試験の結果を示す。試験は、ＡＳＴＭ Ｄ２１７−９７、これは引用することにより記載に代えるが、に従って実施された。一般的に、試験は、正しく規定された条件に従った円錐圧子によりフィルタに付けられた貫入くぼみの深さを計測することから成る。試験は、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ製のコーン貫入計を使って実施された。示されるように、好ましい炭素から作られたフィルタは、改良８０ｘ３２５メッシュ炭素から作られたフィルタより十分に固いことを示している。実際、好ましい炭素の六回の試験における貫入くぼみの平均値は、改良８０ｘ３２５メッシュ炭素のものの半分しかなかった。これらの試験は、好ましい炭素で作られた炭素ブロックフィルタが、例えば製造中、輸送中、または設置中において、損傷を受け難くなりうることを実証している。
【００２５】
本発明は、特有の粒度分布及び平均粒子径との関係において記述されるが、記述された実施形態から少し変化した平均粒子径と粒度分布を持つ混合炭素を範囲として含むことを意図している。より具体的にいうと、本発明は、平均粒子径が約６０μｍから８０μｍの範囲で且つ+１４０メッシュ粒子と−５００メッシュ粒子がそれぞれ約１０％未満であるような粒度分布を持った混合炭素を意図している。しかし平均粒子径は、約６５μｍから約７５μｍがより好適であり、約７０μｍのときが最も好適である。＋１４０メッシュ粒子と−５００メッシュ粒子がそれぞれ約８％未満の粒度分布がより好適であり、また＋１４０メッシュ粒子が約７％未満で且つ−５００メッシュ粒子が約７．５％未満の粒度分布が最も好適である。最も好ましい平均粒子径と粒度分布は、濾過性能と流量と製品歩留りと硬さの最適バランスを提供するはずである。図７は、本発明の各種の実施形態に従った各種の混合炭素の粒度分布を示している。図７は、本発明の範囲を限定することを意図していない、それよりむしろ、本発明の目的とする平均粒子径と粒度分布を満足する各種の混合炭素の代表的サンプルを提供することを意図している。
【００２６】
上の記述は、本発明の好ましい実施形態のものである。前述の請求項において定義された発明のより広い態様と精神から逸脱することなしに、種々の修正と変更を行うことが可能であり、またその請求項は均等論を含む特許法の原理に従って解釈される。例えば、冠詞の“ａ”、“ａｎ”、“ｔｈｅ”、または“ｓａｉｄ”が使われた単数形請求要素の引用は、要素を単数形に制限して解釈されるわけではない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本明細書で記述された炭素ブロックフィルタは水濾過装置で使用されるであろう。本炭素ブロックフィルタは、家庭用水処理装置での使用に特によく適合する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態に従って製造された炭素ブロックフィルタの断面斜視図である。
【図２】図２は、従来技術の８０ｘ３２５メッシュ炭素の粒度分布を示す棒グラフである。
【図３】図３は、従来技術の改良８０ｘ３２５メッシュ炭素の粒度分布と、本発明の好ましい実施形態による混合炭素の粒度分布を示す棒グラフである。
【図４】図４は、異なる平均粒子径のフィルタ二種類の経時的な濾過性能を示したグラフである。
【図５】図５は、改良８０ｘ３２５メッシュ炭素から製造されたフィルタと、本発明の好ましい実施形態による混合炭素から製造されたフィルタの、流量を示すグラフである。
【図６】図６は、改良８０ｘ３２５メッシュ炭素から製造されたフィルタと、本発明の好ましい実施形態による混合炭素から製造されたフィルタで実施された硬さ試験の結果を示した表である。
【図７】図７は、本発明の各種実施形態による各種の混合炭素の粒度分布を示す棒グラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１０ 炭素ブロックフィルタ
１２ 炭素スリーブ
１４ 不織プラスチック芯
１６ 上蓋
１８ 底蓋
２０ スクリム
２２ 不織布
２４ プラスチックネット
２８ 中央穴
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィルタ、特に水処理装置用の炭素ブロック水フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水道水を処理する家庭用水処理装置の利用は、アメリカ合衆国と外国において劇的に増大し続けているが、これは一つには、未処理の水道水の飲用に関連した保健問題への社会意識の高まりによるものである。最も費用効果が高い在来の家庭用水処理装置には、水流からの微粒子物質の除去と有機汚染物質の吸収のために炭素ブロックフィルタが一般的には使用されている。在来の炭素ブロックフィルタには高密度に詰められた大量の活性炭粒子があり、そしてこの活性炭粒子は互いに固結されて、未処理の水がろ過されるために通過するブロックを形成する。未処理の水がこの密集した煉瓦状のものを通り抜けるとき、機械的なろ過作用と吸着作用の組み合わせにより、水流に含まれる微粒子物質と有機汚染物質が高い割合で除去される。
【０００３】
炭素ブロックフィルタの製造は複雑な場合があり、また一般的には様々な競合する利益の微妙なバランスが必要とされる。より細かい炭素粒子がろ過作用を改善することが知られている。このことは、より小さくされた粒子は広い表面積を提供し、かつより小さな粒子物質を捕捉できるさらに高密度なブロックを作り出すという事実に大部分起因している。あいにく、より小さくされた粒子のサイズはいくつかの問題を引き起こす。一つには、そのフィルタを通過すると水の流量が大きく影響を受けることである。高密度なブロックは、より小さい粒子物質を捕捉するだけでなく水の流れを大きく制限することがあり、重要なことであるが与えられた時間で処理することができる水の量を減らす。二つめは、小さい炭素粒子の割合を高めると従来の製造技術を使って炭素ブロックを製造することが難しいことがある。特に、粒子の細かさが高いレベルになると、強固な炭素ブロックを作るのに必要な結合剤の性能を損なう。これが、炭素ブロックのクラックや破砕およびその他の欠陥の原因になり、そしてその結果低い製品歩留まりを招く。これらの問題のバランスから、在来の炭素ブロックフィルタ製造業者は、一般的に比較的大きな炭素粒子を彼らの炭素ブロックの製造に使用している。他の方法は、ブロックに含まれる結合剤の割合を増やすことである。これら二つの方法の実行は、通常製品歩留まりを高めるが、一方ろ過効果を低減させる。一般的に、炭素ブロックフィルタは、標準の８０ｘ３２５メッシュの炭素から製造される。しかしながら、標準の８０ｘ３２５メッシュの炭素の正確な粒度分布は、製造業者によって又ロットによって変化し、それは通常＋１４０メッシュの炭素粒子（すなわち、１４０メッシュより大きい粒子）を高い割合で、また−３２５メッシュの炭素粒子（すなわち、３２５メッシュより小さい粒子）を低い割合で含んでいる。典型的な８０ｘ３２５メッシュの炭素は、通例９８ミクロンまたはそれ以上の範囲に平均粒子径をもっている。この結果として、典型的な８０ｘ３２５メッシュの炭素から作られるフィルタは、通常比較的高い製品歩留まりと流量を持つが、非常に優れた濾過性能は持っていない。
【０００４】
フィルタ性能を高めるために製品歩留まりと流量を犠牲にして、他の公知の炭素ブロック製造業者は、ブロックの製造に使われる炭素粒子の平均粒子径を小さくしている。この混合炭素を作るために、典型的な８０ｘ３２５メッシュの形成のために普通に挽かれた炭素は、３２５メッシュよりも小さい炭素粒子のレベルを増加させる特別な粒子製造方法に委ねられる。粒子製造工程は本質的にいくつかのバリエーションに帰着するが、この改変された混合炭素は一般的には、約７５ミクロンの平均粒子径と、１４０メッシュより大きい炭素粒子の割合が約２５％以上で且つ５００メッシュより小さい炭素粒子の割合が２５％以上であるような粒度分布を持っている。この結果生じた炭素ブロックは改良された性能を有するが、細かさの度合いが高い炭素粒子は、少ない流量を持ち、また製造品の不良率が２０〜３０％という結果となる。さらに、細かさの度合いが高い炭素粒子は、比較的軟らかい炭素ブロックを作るので、そのために損傷を受けやすくなる。
【発明の開示】
【０００５】
改良された性能と流量と堅さと製品歩留まりを提供する特有の混合炭素から炭素ブロックフィルタが製造される本発明により、前述の問題は克服される。約６０〜８０μｍの好ましい平均粒子径と、＋１４０メッシュの粒子が約１０％未満で且つ−５００メッシュの粒子も約１０％未満であるような好ましい粒度分布を持っている混合炭素である。その混合炭素は、一体となった炭素ブロックを形作るために在来の結合剤により固結される。その炭素ブロックは、多様な在来技術に従って広い範囲の炭素ブロックフィルタに組み入れられることが可能である。
【０００６】
より望ましい実施形態では、約６５〜７５μｍの平均粒子径と、＋１４０メッシュの粒子が約１０％未満で且つ−５００メッシュの粒子も約１０％未満であるような粒度分布を持っている混合炭素から炭素ブロックフィルタが製造される。
【０００７】
最も望ましい実施形態では、約７０μｍの平均粒子径と、＋１４０メッシュの粒子が約７％未満で且つ−５００メッシュの粒子が約７．５％未満であるような粒度分布を持っている混合炭素から炭素ブロックフィルタが製造される。
【０００８】
本発明は、縮小された平均粒子径を持ち、それゆえに経時的な濾過性能が高められた炭素ブロックフィルタを提供する。その混合炭素は改善された製品歩留まりも提供する。さらに、本発明は損傷を受け難いより堅固な炭素ブロックを提供する。その上さらに、本発明は、同様の平均粒子径をもった従来の炭素ブロックフィルタより著しく改善された流量を持っている。
【０００９】
本発明のこれらと他の目的、利点、特徴は、好ましい実施形態の詳細な記述と図面の参照により、容易に理解され又高く評価されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態に従った炭素ブロックフィルタは、図１に示されまた全体が１０で示される。炭素ブロックフィルタ１０は、炭素スリーブ（または、炭素ブロック）１２と、炭素スリーブ１２に同軸的に配置された不織布プラスチック芯１４と、上蓋１６と底蓋１８を通常持っている。布２２とスクリム２０は、炭素スリーブ１２の周囲に巻きつけられプラスチック網ラップ２４により保持されている。炭素スリーブ１２は、固結された活性炭でできた中空芯の円筒ブロックである。混合活性炭の粒子は、様々な利点を有する炭素ブロックフィルタを得るための特有な平均粒子径と粒度分布を備えている。前記利点は、以下に詳細が記述される。中心が中空の円筒型ブロックに関連して述べられているが、本発明は、他の様々な構造の炭素ブロックフィルタでの使用によく適合する。本書では、“内側の”、“内側へ”、“外側の”、“外側へ”という言葉は、炭素ブロックフィルタの幾何的軸中心に対する方向を示すために使用される。
【００１１】
不織布プラスチック芯１４は、ポリプロピレン製スパンボンド不織布のような通常の不織布プラスチック材質で、それは水がスリーブの芯を通って、特に半径方向において、容易に流れることのできる多孔性の円周状の壁として形成される。プラスチック芯１４は、所望の不織布材料の好ましいロールシートから製造される。稼動時において、不織布材料は、フィルタから分離して出力水に流れ込む可能性のある多量の炭素粒子流れの発生を防ぐが、十分な水量を得るのに必要な程度に多孔性である。プラスチック芯１４の外径は、用途により変化するであろうが、炭素スリーブ１２の内径にぴたりと合うような寸法に選定されることが好ましい。好ましくは、プラスチック芯１４は約２５．４ｍｍ（約１ｉｎ）の外径を持つこととなるであろう。
【００１２】
上蓋１６は、炭素スリーブ１２の上部軸端からの水の流出を防ぐために炭素スリーブ１２の上部軸端上に配される。上蓋１６は、ポリプロピレンのような非多孔性の好ましい高分子材料から製造される。上蓋１６は、プラスチック芯１４と同軸な中央の穴３０と、この穴３０の周囲を取り囲んでいる首状部分３２を有するのが好ましい。首状部分３２は、炭素ブロックフィルタ１０が、ねじを有する適切なフィルタハウジング（図示していない）にねじ込まれ装着できるように、ねじ山が形成されている。穴３０の内径は、芯１４の内径とほぼ一致することが望ましい。
【００１３】
底蓋１８は炭素スリーブ１２の底部軸端から水が流れ出ることを防ぐため、炭素スリーブ１２の底部軸端に配置される。底蓋１８は、完全に閉じられており、首状部分や穴がないことを除けば、本質的には上蓋１６に等しい。
【００１４】
炭素スリーブ１２の内部は、在来の炭素ブロック結合剤により相互に固結された活性炭粒子の連続で切れ目のないブロックである。炭素スリーブ１２は、中央穴２８を形成している円周状の好ましい壁２６を含んでいる。壁２６と中央穴２８との寸法は、用途により変化するであろう。混合炭素の構成は、以下により詳細に記述される。結合剤は、非常に低いメルトインデックス（メルトフロウレート）を持った重合材料であることが望ましく、また超高分子な、高密度ポリエチレンのＨｏｓｔａｌｅｎ（登録商標名）ＧＵＲ−２１２のような材料が望ましい。好ましい結合剤は、ＶａｎｄｅｒＢｉｌｔ等による米国特許第４,７５３,７２８号の炭素ブロックフィルタと関連して記述されまた説明される。なお、前記米国特許第４,７５３,７２８号は、引用することにより記載に代える。
【００１５】
本発明の炭素ブロックフィルタ１０は、在来の製造技術と製造装置を使用して製造される。一般的に、結合剤（粉末である）と炭素は、結合剤が炭素全体に均一に分散されるよう混合される。結合剤は、炭素と結合剤の合算重量に対して、約１７から約２５％が好ましく、約２０％が最も好ましい割合である。炭素と結合剤の混合物は、上方に突き出たダボを中心部に持っている在来の円筒形の型（図示されない）に供給される。型とその内容物はそれから約１７５℃から約２０５℃で加熱される。同時に、炭素と結合剤の混合物は、在来の加圧ピストン（図示されない）を通じて約２０７ｋＰａ（約３０ｐｓｉ）から約８２７ｋＰａ（約１２０ｐｓｉ）の圧力を受ける。そしてこのピストンは、型の中へ押し下げられ、また中央部に前記ダボに対する逃げ穴を持っている。炭素と結合剤の混合物は、それから冷却され、そしてその結果出来たものは型より外されて一体化された炭素スリーブ１２となる。
【００１６】
炭素スリーブ１２は、必要であればそのあとバリ取りされる。布２２とスクリム２０は炭素ブロックに加えられ、主として前置フィルタとして機能する。不織のスクリム２０とある程度厚い不織布２２との層は、切断されてそして炭素ブロックの周囲に巻きつけられる。布２２は、約１０μｍの有効空隙と約３．２ｍｍ（約１／８ｉｎ）の厚さを持つのが好ましい。布２２とスクリム２０は、布２２とスクリム２０の外側を在来の方法で巻きつけているプラスチックネット２４により所定位置に保持されている。
【００１７】
不織プラスチック芯１４は通常、所望の不織素材のシートから切断される。その切断されたシート素材は、チューブ状に丸められ、そして炭素スリーブ１２の中央部に挿入される。芯１４は炭素スリーブ１２の中央部に接着または他の方法で固定することが可能であるが、典型的には、芯１４の巻き戻ろうとする性質と、蓋１６と１８との間の相互作用による摩擦力により所定位置に保持される。
【００１８】
底蓋１８は、在来のアルミニュウム製の型（図示されない）を使用した在来の方法で製造される。一般的に、粉末ポリプロピレンのような粉末プラスチックがアルミニュウム製の型に流れ込みそして液状になるまで加熱される。炭素スリーブ１２はそれからその底部軸端部をプラスチックに接触するように型へ押し入れられ、炭素スリーブ１２は、プラスチックが底蓋１８を形成できるよう冷えて固くなるまで型に残る。上蓋１６は、上蓋用の型（図示されない）が内部にねじ山がある首状部分３２を形成するために形作られていることを除いて、同様の方法で製造される。再び、粉末状のプラスチックが型に供給されそして液状になるまで加熱される。そして炭素スリーブ１２は、その上部軸端をプラスチックに接するように上蓋用型に押し入れられる。炭素ブロックはプラスチックが十分冷却されるまでその場所に残される。炭素スリーブ１２と蓋との組立部はそれから、ネジ部材のためのネジ形成が行われそして型から取り出される。他の方法としては、上と下の蓋は、例えば在来の射出成形によって、個別に製造することも可能で、そして炭素スリーブ１２へ接着剤、粘着剤その他の方法で取り付けることも可能である。もし必要なら、適当なフィルタハウジングに炭素ブロックフィルタ１０を装着するためのねじ部材を備えるために、上蓋の成形過程でねじインサートを使用することも可能である。
【００１９】
本説明においては、炭素の粒子径と粒度は、在来一般の湿式ふるい分け試験により計測されたメッシュサイズという用語で通常記述されることとなる。湿式ふるい分け試験は、混合炭素を粒子径に基づいた範囲または“ビン”（“ｂｉｎｓ”）へ分けることができる在来の方法である。一般的に、混合炭素は、水の力を借りて、５００メッシュのふるいまで次第に小さくなる孔を持つ一連のふるいを順次通過する。規定のふるい目開きより大きな粒子はそのふるいを通過せずに残り、小さな粒子はそのふるいを通過し次のより小さなふるいへ至る。５００メッシュのふるい目開きより小さな粒子は、一般的には“微紛”に属する。微紛のレベルは、混合炭素毎で著しく変化し、そしていくつかの混合炭素では重量比で２０％の量を含むこともある。微紛は、炭素製造者の炭素等級分けにおいては彼ら自身により一般的に無視されている。請求項も含めた本説明において、微紛は粒度分布の目的として考えられるが平均粒子径の目的としては無視される。便宜的手段として、在来のメッシュサイズ表記は、サイズ範囲を表示するものとして使用される。さらに具体的にいうと、メッシュサイズの前に付された表記“＋”は、表記されたサイズのふるいを通過するには大きすぎる粒子に該当する。例えば、＋１４０メッシュは、１４０メッシュサイズのふるいを通過するには大きすぎる粒子に当てはまる。同様に、メッシュサイズの前に付された表記“−”は表記されたサイズのふるいを通過するのに十分な小ささの粒子に該当する。例えば、−５００メッシュは、５００メッシュサイズのふるいを通り抜けるのに十分小さい粒子に当てはまる。この表記法によると、“微紛”という言葉は、−５００メッシュの炭素粒子にあてはまる。粒子分布の表示において、二つのメッシュサイズの間の表記“ｘ”はサイズの範囲を示す。例えば、１４０ｘ２００は、１４０メッシュより小さく２００メッシュより大きい炭素粒子径の範囲または箱であることを表す。
【００２０】
本発明の混合炭素の特有な性質は、図２、図３との関係で記述される。図２は一般的な従来技術の８０ｘ３２５メッシュ炭素の重量による粒度分布を示している。図示された分布は、在来の湿式ふるい分け試験を用いて得られたであろう一般的な８０ｘ３２５メッシュ炭素の代表値であるが、一般的な８０ｘ３２５メッシュ炭素はその粒度分布と平均粒子径が製造業者毎にまた製造ロット毎に変化することが認識されるべきである。通常の８０ｘ３２５メッシュ炭素は、公知の炭素製造業者から既製品として入手され、そして多様な炭素ブロック製造業者によって改変なしに使われる。図２の棒グラフは“箱”もしくは範囲に分けられており、それぞれの箱はその特定サイズの箱に落ちた炭素粒子の重量割合を示している。例えば、１００ｘ１４０の上の棒グラフは、１００メッシュより小さく１４０メッシュより大きい粒子の重量割合を示している。図に示されるように、＋１４０メッシュの粒子の割合は４０％以上である。この代表的な分布では、平均粒子径は約９８μｍである。この炭素から製造される炭素ブロックフィルタは、低い濾過性能を含めた様々な短所を持っている。図３は、在来の湿式ふるい分け試験により計測された従来技術の改良８０ｘ３２５メッシュ炭素の重量による粒度分布を示している。この炭素は、小さくされた平均粒子径を得るように設計された改良粉砕工程により製造されるので、“改良された”ものとして引用される。より具体的には、その改良８０ｘ３２５メッシュ炭素は、微紛のレベルを高めるために粉砕され、そして次にそれは平均粒子径を小さくしてより良い濾過性能を与える。図示されるように、＋１４０メッシュ粒子の割合は２５％以上でまた−５００メッシュ粒子は２０％に近づいている。この改良８０ｘ３２５メッシュ炭素は、通常の８０ｘ３２５メッシュ炭素から製造されたフィルタに比較して改良された濾過性能が得られるが、しかしそれらには他の短所もある。例えば、改良８０ｘ３２５メッシュから製造されたフィルタは、比較的軟らかく、流量が減少し、そして最大２０％の製品不良率を有する。
【００２１】
図３は、本発明の好ましい実施形態に従った混合炭素の、在来の湿式ふるい分け試験によって計測された、重量による粒度分布も示している。図示されるように、＋１４０メッシュ粒子の割合は５％未満で−５００メッシュ粒子は約７．５％である。本発明のユニークな炭素で製造された炭素ブロックフィルタは、改良８０ｘ３２５メッシュ炭素と比較したときに、劇的に改善された製品歩留まり（最大９８％）を有する。従来技術による通常のあるいは改良８０ｘ３２５メッシュ炭素に対する本発明の更なる利点は、以下に記述される。
【００２２】
本発明は、図１に示す通常の８０ｘ３２５メッシュ炭素のような大きな平均粒子径を持った混合炭素から製造された炭素ブロックフィルタよりも、改良された濾過性能を提供する。第一に、小さな平均粒子径を持ったフィルタは、改善された機械的濾過作用を提供する。これは、水が通り抜けねばならない炭素粒子の間の隙間が、平均して小さくなるためである。隙間が小さくなるので、隙間はより小さな粒子を機械的に捕捉し、改良された機械的濾過作用を提供する。第二に、より小さい平均粒子径のフィルタは、長期にわたって改善された濾過作用をも提供する。図４は、低平均粒子径の炭素ブロックフィルタにより与えられた、改善された濾過性能のグラフ図である。図４は、異なる平均粒子径のフィルタによって与えられるクロロホルムの経時的な削減率変化を、ＡＮＳＩ／ＮＳＦ５３−１９９９ａに従った試験により比較したものである。なお、前記ＡＮＳＩ規格のタイトルは、“Ｄｒｉｎｋｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｕｎｉｔｓ−Ｈｅａｌｔｈ Ｅｆｆｅｃｔｓ”で、本明細書では引用することにより記載に代えている。この試験では、与えられたフィルタが規定された基準の濾過性能を得られなくなる前までに処理することができる水量を計測することにより、フィルタの寿命評価を提供することが意図されている。ＡＮＳＩ／ＮＳＦ５３−１９９９ａで規定されているように、フィルタは、クロロホルムの基準で少なくとも９５％の削減をそれ以後与える能力がなくなったとき、規格不満足とされる。線Ａは、平均濃度３４０ｐｐｂのクロロホルムの流れに関して、平均粒子径９２μｍの炭素ブロックフィルタによって与えられるクロロホルム削減率のプロットである。図示のように、約４．５４ｍ3（約１２００ｇａｌ）の水が処理されると、このフィルタの性能は劇的に低下してゆく。実際、フィルタは、約６．２５ｍ3（約１６５０ｇａｌ）が処理されると、ＡＮＳＩ／ＮＳＦ５３−１９９９ａで設定された９５％の削減基準を満足できなくなる。線Ｂは、平均粒子径６５μｍの炭素ブロックフィルタによって与えられるクロロホルム削減率のプロットであるが、同じく、平均濃度３４０ｐｐｂのクロロホルムの流れに関してのものである。図示されるように、このフィルタの性能は、７．５７ｍ3（約２０００ｇａｌ）の水を処理した後でさえ９５％を十分超えて維持されている。このことから、経時的な濾過性能が改善されたことが証明されている。
【００２３】
本発明は、従来技術の改良８０ｘ３２５メッシュ炭素から作られた炭素ブロックフィルタより改善された流量も提供する。図５は、ゲージ圧６８．９ｋＰａ（１０ｐｓｉ）から２０６．８ｋＰａ（３０ｐｓｉ）の圧力範囲のときに試験炭素ブロックフィルタを通った水量を示している。前記圧力範囲は、家庭用に存在しているフィルタブロックの中に存在する圧力の範囲にほぼ等しい。線Ｃは、改良８０ｘ３２５メッシュ炭素から製造されたフィルタの圧力６８．９ｋＰａ（１０ｐｓｉ）から２０６．８ｋＰａ（３０ｐｓｉ）における通過水量を表す。線Ｄは、本発明の好ましい実施形態に一致した混合炭素から製造されたフィルタの圧力６８．９ｋＰａ（１０ｐｓｉ）から２０６．８ｋＰａ（３０ｐｓｉ）における通過水量を表す。図示されるように、好ましい炭素から製造されたフィルタは、はっきりと改善された流量を示し、これは与えられた時間の中でより多くの水を処理する能力があることを意味している。
【００２４】
従来技術の改良８０ｘ３２５メッシュ炭素に対する本発明の他の利点は、より固い（より強い）炭素ブロックフィルタをもたらすことである。図６は、好ましい炭素から作られたフィルタ及び従来技術の改良８０ｘ３２５メッシュ炭素から作られたフィルタで実行された六回の硬さ試験の結果を示す。試験は、ＡＳＴＭ Ｄ２１７−９７、これは引用することにより記載に代えるが、に従って実施された。一般的に、試験は、正しく規定された条件に従った円錐圧子によりフィルタに付けられた貫入くぼみの深さを計測することから成る。試験は、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ製のコーン貫入計を使って実施された。示されるように、好ましい炭素から作られたフィルタは、改良８０ｘ３２５メッシュ炭素から作られたフィルタより十分に固いことを示している。実際、好ましい炭素の六回の試験における貫入くぼみの平均値は、改良８０ｘ３２５メッシュ炭素のものの半分しかなかった。これらの試験は、好ましい炭素で作られた炭素ブロックフィルタが、例えば製造中、輸送中、または設置中において、損傷を受け難くなりうることを実証している。
【００２５】
本発明は、特有の粒度分布及び平均粒子径との関係において記述されるが、記述された実施形態から少し変化した平均粒子径と粒度分布を持つ混合炭素を範囲として含むことを意図している。より具体的にいうと、本発明は、平均粒子径が約６０μｍから８０μｍの範囲で且つ+１４０メッシュ粒子と−５００メッシュ粒子がそれぞれ約１０％未満であるような粒度分布を持った混合炭素を意図している。しかし平均粒子径は、約６５μｍから約７５μｍがより好適であり、約７０μｍのときが最も好適である。＋１４０メッシュ粒子と−５００メッシュ粒子がそれぞれ約８％未満の粒度分布がより好適であり、また＋１４０メッシュ粒子が約７％未満で且つ−５００メッシュ粒子が約７．５％未満の粒度分布が最も好適である。最も好ましい平均粒子径と粒度分布は、濾過性能と流量と製品歩留りと硬さの最適バランスを提供するはずである。図７は、本発明の各種の実施形態に従った各種の混合炭素の粒度分布を示している。図７は、本発明の範囲を限定することを意図していない、それよりむしろ、本発明の目的とする平均粒子径と粒度分布を満足する各種の混合炭素の代表的サンプルを提供することを意図している。
【００２６】
上の記述は、本発明の好ましい実施形態のものである。前述の請求項において定義された発明のより広い態様と精神から逸脱することなしに、種々の修正と変更を行うことが可能であり、またその請求項は均等論を含む特許法の原理に従って解釈される。例えば、冠詞の“ａ”、“ａｎ”、“ｔｈｅ”、または“ｓａｉｄ”が使われた単数形請求要素の引用は、要素を単数形に制限して解釈されるわけではない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本明細書で記述された炭素ブロックフィルタは水濾過装置で使用されるであろう。本炭素ブロックフィルタは、家庭用水処理装置での使用に特によく適合する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態に従って製造された炭素ブロックフィルタの断面斜視図である。
【図２】図２は、従来技術の８０ｘ３２５メッシュ炭素の粒度分布を示す棒グラフである。
【図３】図３は、従来技術の改良８０ｘ３２５メッシュ炭素の粒度分布と、本発明の好ましい実施形態による混合炭素の粒度分布を示す棒グラフである。
【図４】図４は、異なる平均粒子径のフィルタ二種類の経時的な濾過性能を示したグラフである。
【図５】図５は、改良８０ｘ３２５メッシュ炭素から製造されたフィルタと、本発明の好ましい実施形態による混合炭素から製造されたフィルタの、流量を示すグラフである。
【図６】図６は、改良８０ｘ３２５メッシュ炭素から製造されたフィルタと、本発明の好ましい実施形態による混合炭素から製造されたフィルタで実施された硬さ試験の結果を示した表である。
【図７】図７は、本発明の各種実施形態による各種の混合炭素の粒度分布を示す棒グラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１０ 炭素ブロックフィルタ
１２ 炭素スリーブ
１４ 不織プラスチック芯
１６ 上蓋
１８ 底蓋
２０ スクリム
２２ 不織布
２４ プラスチックネット
２８ 中央穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭素粒子と、非常に低いメルトインデックスを有する重合材料からなる結合剤とを具備する炭素ブロックフィルタ用炭素ブロックであって、前記炭素粒子はその平均粒子径の範囲が６０μｍから８０μｍであり、及び前記炭素粒子は、１４０メッシュより大きい粒子が１０％未満の重量比率で存在し且つ５００メッシュより小さい粒子が１０％未満の重量比率で存在する粒度分布をもち、前記結合剤は、前記炭素粒子と該結合剤の合算重量に対して１７％から２５％の重量比率で含まれる、炭素ブロック。
【請求項２】
前記平均粒子径が６５μｍから７５μｍの範囲にある、請求項１に記載の炭素ブロック。
【請求項３】
前記炭素粒子は、１４０メッシュより大きい粒子が８％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１に記載の炭素ブロック。
【請求項４】
前記炭素粒子は、５００メッシュより小さい粒子が８％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１に記載の炭素ブロック。
【請求項５】
前記炭素粒子は、１４０メッシュより大きい粒子が７％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１に記載の炭素ブロック。
【請求項６】
前記炭素粒子は、５００メッシュより小さい粒子が７．５％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１に記載の炭素ブロック。
【請求項７】
前記平均粒子径が７０μｍである、請求項１に記載の炭素ブロック。
【請求項８】
前記炭素粒子は、１４０メッシュより大きい粒子が７％未満の重量比率で存在し且つ５００メッシュより小さい粒子が７．５％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項７に記載の炭素ブロック。
【請求項９】
非常に低いメルトインデックスを有する重合材料からなる結合剤で混合活性炭素を固結することにより形成された炭素ブロックであって、前記混合活性炭素は、６０μｍから８０μｍの範囲の平均粒子径と、１４０メッシュより大きい粒子と５００メッシュより小さい粒子がそれぞれ１０％未満の重量比率で存在する粒度分布とをもち、前記結合剤は、前記混合活性炭素と該結合剤の合算重量に対して１７％から２５％の重量比率で含まれる、炭素ブロックと；
前記炭素ブロックの対向する端部にそれぞれ装着される第一の蓋と第二の蓋と；
前記炭素ブロックの周囲に配置された不織布と；
を具備している炭素ブロックフィルタ。
【請求項１０】
前記平均粒子径が６５μｍから７５μｍの範囲にある、請求項９に記載の炭素ブロックフィルタ。
【請求項１１】
前記混合活性炭素は、１４０メッシュより大きい粒子が８％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項９に記載の炭素ブロックフィルタ。
【請求項１２】
前記混合活性炭素は、５００メッシュより小さい粒子が８％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１１に記載の炭素ブロックフィルタ。
【請求項１３】
前記混合活性炭素は、１４０メッシュより大きい粒子が７％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項９に記載の炭素ブロックフィルタ。
【請求項１４】
前記混合活性炭素は、５００メッシュより小さい粒子が７．５％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１３に記載の炭素ブロックフィルタ。
【請求項１５】
前記平均粒子径が７０μｍである、請求項１４に記載の炭素ブロックフィルタ。
【請求項１６】
非常に低いメルトインデックスを有する重合材料からなる結合剤とこの結合剤により相互に固結された炭素粒子の混合物とから成る炭素ブロックフィルタ用の炭素ブロックであって、前記炭素粒子は、１４０メッシュより大きい粒子が１０％未満の重量比率で存在し且つ５００メッシュより小さい粒子が１０％未満の重量比率で存在する粒度分布を有し、前記結合剤は、前記炭素粒子と該結合剤の合算重量に対して１７％から２５％の重量比率で含まれる、炭素ブロック。
【請求項１７】
前記炭素粒子が６０μｍから８０μｍの範囲の平均粒子径を有する、請求項１６に記載の炭素ブロック。
【請求項１８】
前記炭素粒子は、１４０メッシュより大きい粒子が７％未満の重量比率で存在し且つ５００メッシュより小さい粒子が７．５％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１７に記載の炭素ブロック。
【請求項１９】
前記炭素粒子が７０ミクロンの平均粒子径を有する、請求項１８に記載の炭素ブロック。
【請求項２０】
６０μｍから８０μｍの範囲の平均粒子径と、１４０メッシュより大きい粒子と５００メッシュより小さい粒子がそれぞれ１０％未満の重量比率で存在する粒度分布とをもつ混合炭素を用意する工程と、この混合炭素と非常に低いメルトインデックスを有する重合材料からなる結合剤にして、前記混合炭素と該結合剤の合算重量に対して１７％から２５％の重量比率で含まれる結合剤とを混ぜ合わせる工程と、この結合剤を混合炭素の全体にむらなく分散させる工程と、混合炭素と結合剤との混合体に熱と圧力を加える工程と、混合炭素と結合剤との混合体を硬化させ、そこで一体になった構造が形成される工程とから成る炭素ブロック製造方法。
【請求項２１】
前記混合炭素が６５μｍから７５μｍの範囲の平均粒子径をもつ、請求項２０に記載の炭素ブロック製造方法。
【請求項２２】
前記混合炭素が７０μｍの平均粒子径をもつ、請求項２０に記載の炭素ブロック製造方法。
【請求項１】
活性炭素粒子と、非常に低いメルトインデックスを有する重合材料からなる結合剤とを具備する炭素ブロックフィルタ用炭素ブロックであって、前記炭素粒子はその平均粒子径の範囲が６０μｍから８０μｍであり、及び前記炭素粒子は、１４０メッシュより大きい粒子が１０％未満の重量比率で存在し且つ５００メッシュより小さい粒子が１０％未満の重量比率で存在する粒度分布をもち、前記結合剤は、前記炭素粒子と該結合剤の合算重量に対して１７％から２５％の重量比率で含まれる、炭素ブロック。
【請求項２】
前記平均粒子径が６５μｍから７５μｍの範囲にある、請求項１に記載の炭素ブロック。
【請求項３】
前記炭素粒子は、１４０メッシュより大きい粒子が８％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１に記載の炭素ブロック。
【請求項４】
前記炭素粒子は、５００メッシュより小さい粒子が８％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１に記載の炭素ブロック。
【請求項５】
前記炭素粒子は、１４０メッシュより大きい粒子が７％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１に記載の炭素ブロック。
【請求項６】
前記炭素粒子は、５００メッシュより小さい粒子が７．５％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１に記載の炭素ブロック。
【請求項７】
前記平均粒子径が７０μｍである、請求項１に記載の炭素ブロック。
【請求項８】
前記炭素粒子は、１４０メッシュより大きい粒子が７％未満の重量比率で存在し且つ５００メッシュより小さい粒子が７．５％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項７に記載の炭素ブロック。
【請求項９】
非常に低いメルトインデックスを有する重合材料からなる結合剤で混合活性炭素を固結することにより形成された炭素ブロックであって、前記混合活性炭素は、６０μｍから８０μｍの範囲の平均粒子径と、１４０メッシュより大きい粒子と５００メッシュより小さい粒子がそれぞれ１０％未満の重量比率で存在する粒度分布とをもち、前記結合剤は、前記混合活性炭素と該結合剤の合算重量に対して１７％から２５％の重量比率で含まれる、炭素ブロックと；
前記炭素ブロックの対向する端部にそれぞれ装着される第一の蓋と第二の蓋と；
前記炭素ブロックの周囲に配置された不織布と；
を具備している炭素ブロックフィルタ。
【請求項１０】
前記平均粒子径が６５μｍから７５μｍの範囲にある、請求項９に記載の炭素ブロックフィルタ。
【請求項１１】
前記混合活性炭素は、１４０メッシュより大きい粒子が８％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項９に記載の炭素ブロックフィルタ。
【請求項１２】
前記混合活性炭素は、５００メッシュより小さい粒子が８％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１１に記載の炭素ブロックフィルタ。
【請求項１３】
前記混合活性炭素は、１４０メッシュより大きい粒子が７％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項９に記載の炭素ブロックフィルタ。
【請求項１４】
前記混合活性炭素は、５００メッシュより小さい粒子が７．５％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１３に記載の炭素ブロックフィルタ。
【請求項１５】
前記平均粒子径が７０μｍである、請求項１４に記載の炭素ブロックフィルタ。
【請求項１６】
非常に低いメルトインデックスを有する重合材料からなる結合剤とこの結合剤により相互に固結された炭素粒子の混合物とから成る炭素ブロックフィルタ用の炭素ブロックであって、前記炭素粒子は、１４０メッシュより大きい粒子が１０％未満の重量比率で存在し且つ５００メッシュより小さい粒子が１０％未満の重量比率で存在する粒度分布を有し、前記結合剤は、前記炭素粒子と該結合剤の合算重量に対して１７％から２５％の重量比率で含まれる、炭素ブロック。
【請求項１７】
前記炭素粒子が６０μｍから８０μｍの範囲の平均粒子径を有する、請求項１６に記載の炭素ブロック。
【請求項１８】
前記炭素粒子は、１４０メッシュより大きい粒子が７％未満の重量比率で存在し且つ５００メッシュより小さい粒子が７．５％未満の重量比率で存在する粒度分布をもつ、請求項１７に記載の炭素ブロック。
【請求項１９】
前記炭素粒子が７０ミクロンの平均粒子径を有する、請求項１８に記載の炭素ブロック。
【請求項２０】
６０μｍから８０μｍの範囲の平均粒子径と、１４０メッシュより大きい粒子と５００メッシュより小さい粒子がそれぞれ１０％未満の重量比率で存在する粒度分布とをもつ混合炭素を用意する工程と、この混合炭素と非常に低いメルトインデックスを有する重合材料からなる結合剤にして、前記混合炭素と該結合剤の合算重量に対して１７％から２５％の重量比率で含まれる結合剤とを混ぜ合わせる工程と、この結合剤を混合炭素の全体にむらなく分散させる工程と、混合炭素と結合剤との混合体に熱と圧力を加える工程と、混合炭素と結合剤との混合体を硬化させ、そこで一体になった構造が形成される工程とから成る炭素ブロック製造方法。
【請求項２１】
前記混合炭素が６５μｍから７５μｍの範囲の平均粒子径をもつ、請求項２０に記載の炭素ブロック製造方法。
【請求項２２】
前記混合炭素が７０μｍの平均粒子径をもつ、請求項２０に記載の炭素ブロック製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２３７１７５（Ｐ２００７−２３７１７５Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９４３１４（Ｐ２００７−９４３１４）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【分割の表示】特願２００２−５４４１４３（Ｐ２００２−５４４１４３）の分割
【原出願日】平成１３年１０月２５日（２００１．１０．２５）
【出願人】（３０２０７０８２２）アクセス ビジネス グループ インターナショナル リミテッド ライアビリティ カンパニー (122)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【分割の表示】特願２００２−５４４１４３（Ｐ２００２−５４４１４３）の分割
【原出願日】平成１３年１０月２５日（２００１．１０．２５）
【出願人】（３０２０７０８２２）アクセス ビジネス グループ インターナショナル リミテッド ライアビリティ カンパニー (122)
【Ｆターム（参考）】
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