(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-07-11
(54)【発明の名称】浄水器及びフィルタカートリッジ
(51)【国際特許分類】
B01D 29/50 20060101AFI20230704BHJP
B01D 27/08 20060101ALI20230704BHJP
C02F 1/44 20230101ALI20230704BHJP
C02F 1/28 20230101ALI20230704BHJP
【ＦＩ】
B01D29/26 B
B01D27/08
C02F1/44 A
C02F1/28 D
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022576199
(86)(22)【出願日】2021-05-12
(85)【翻訳文提出日】2022-12-22
(86)【国際出願番号】 US2021032008
(87)【国際公開番号】W WO2021252121
(87)【国際公開日】2021-12-16
(31)【優先権主張番号】63/038,314
(32)【優先日】2020-06-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】591235706
【氏名又は名称】ペプシコ・インク
(74)【代理人】
【識別番号】100106518
【弁理士】
【氏名又は名称】松谷 道子
(74)【代理人】
【識別番号】100131808
【弁理士】
【氏名又は名称】柳橋 泰雄
(72)【発明者】
【氏名】ファンタッピエ，ジャンカルロ
(72)【発明者】
【氏名】ジャージー，スティーブン ティ
【テーマコード（参考）】
4D006
4D116
4D624
【Ｆターム（参考）】
4D006GA03
4D006HA91
4D006KA02
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(57)【要約】
浄水器カートリッジは、沈殿フィルタと、炭素フィルタと、水がコアを通って流れることを可能にする開口部を備えた管状本体を有するコアとを含む。コアは、開いた中央領域を画定し、コアは、沈殿フィルタ及び炭素フィルタを支持する。ナノ濾過ユニットは、コアの開いた中央領域内に配置される。ナノ濾過ユニットは、中央容積を画定する管状フィルタ要素と、中央容積内に配置された複数のフィラメントとを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
浄水器カートリッジであって、沈殿フィルタと、
炭素フィルタと、
水がコアを通って流れることを可能にするように構成された複数の開口部を画定する管状本体を含む前記コアであって、前記コアが開いた中央領域を画定し、前記コアが前記沈殿フィルタ及び前記炭素フィルタを支持するコアと、
前記コアの前記開いた中央領域内に配置されたナノ濾過ユニットであって、
中央容積を画定する管状フィルタ要素と、
前記中央容積内に配置された複数のフィラメントと
を含むナノ濾過ユニットと
を備える、浄水器カートリッジ。
【請求項2】
前記複数のフィラメントがポリエーテルスルホンを備える、請求項１に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項3】
前記沈殿フィルタが不織布沈殿フィルタを備える、請求項１に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項4】
前記沈殿フィルタが活性アルミナ繊維を備える、請求項１に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項5】
前記炭素フィルタが炭素ブロックを備える、請求項１に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項6】
前記炭素ブロックが触媒炭素を備える、請求項５に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項7】
前記炭素ブロックがキネティクデグラデーションフラクション媒体を備える、請求項６に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項8】
ベーマイトフィブリルを含むフィルタ要素を更に備える、請求項１に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項9】
前記炭素フィルタの少なくとも一部の周りに配置されたラッピングを更に備える、請求項１に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項10】
前記コアが間隙によって前記ナノ濾過ユニットから分離されている、請求項１に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項11】
前記沈殿フィルタ及び前記炭素フィルタが入れ子構成で配置される、請求項１に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項12】
浄水器カートリッジであって、活性アルミナ繊維フィルタと、
不織布沈殿フィルタと、
活性炭を含む炭素ブロックと、
前記炭素ブロック、前記不織布沈殿フィルタ、及び前記活性アルミナ繊維フィルタを支持するコアと、
前記コア内に配置されたナノ濾過媒体を含む管状フィルタ要素と、
前記管状フィルタ要素内に配置された複数のフィラメントと
を備える、浄水器カートリッジ。
【請求項13】
前記活性アルミナ繊維フィルタが前記不織布沈殿フィルタを取り囲み、前記不織布沈殿フィルタが、水が前記活性アルミナ繊維フィルタを通って前記不織布沈殿フィルタに流れ、前記水が前記不織布沈殿フィルタを通って前記炭素ブロックに流れるように前記炭素ブロックを取り囲む、請求項１２に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項14】
前記活性アルミナ繊維フィルタ、前記不織布沈殿フィルタ、及び前記炭素ブロックの各々が管状構造を有する、請求項１２に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項15】
前記複数のフィラメントの各々がポリエーテルスルホンを備える、請求項１２に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項16】
前記炭素ブロックが、前記炭素ブロックの少なくとも一部の周りのラッピングを備える、請求項１２に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項17】
前記炭素ブロックが、活性炭、触媒炭素、及びキネティクデグラデーションフラクション媒体を備える、請求項１２に記載の浄水器カートリッジ。
【請求項18】
浄水器であって、開いた第２の端部の反対側に閉じた第１の端部を有する管状ハウジングと、
前記第２の端部を取り囲むように前記管状ハウジングの前記第２の端部に取り外し可能に固定されたヘッドであって、原水入口及び浄水出口を備えるヘッドと、
前記管状ハウジング内に配置されたフィルタカートリッジであって、水が、前記原水入口を通って前記管状ハウジングの内壁に沿って前記管状ハウジングの長手方向に前記管状ハウジング内に流入し、前記フィルタカートリッジの中心に向かって半径方向に前記浄水器カートリッジを通って流れるように構成され、前記水が、前記浄水出口を通って前記管状ハウジングから長手方向に流出する、フィルタカートリッジとを備え、
前記フィルタカートリッジが、
沈殿フィルタと、
炭素フィルタと、
中央容積を画定する管状フィルタ要素及び前記中央容積内に配置された複数のフィラメントを備えるナノ濾過ユニットと
を備える、浄水器。
【請求項19】
前記ヘッドが水の逆流を防止するように構成された逆止弁を備える、請求項１８に記載の浄水器。
【請求項20】
前記フィルタカートリッジが前記管状ハウジング内に取り外し可能に配置される、請求項１８に記載の浄水器。
【請求項21】
スケーリング可能な浄水器カートリッジであって、入れ子構成で配置された複数のフィルタ要素であって、前記浄水器カートリッジに供給される原水から汚染物質を化学的に分離するように構成されたナノ濾過ユニットを含む複数のフィルタ要素を備え、
前記浄水器カートリッジが、前記浄水器カートリッジに供給される前記原水を、３０ｐｓｉ～４０ｐｓｉの水で、かつ０．１ガロン／分～５ガロン／分の水流量で濾過するように構成されている、スケーリング可能な浄水器カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書で説明する実施形態は、概して、浄水器カートリッジに関する。具体的には、本明細書に説明する実施形態は、廃水を生成することなく水から汚染物質を除去するための複数のフィルタ要素を含む浄水器カートリッジに関する。
【背景技術】
【0002】
水は、水の味や純度に悪影響を及ぼし得る多数の汚染物質を含有する可能性がある。浄水器は、汚染物質を低減して、きれいでおいしい飲料水を提供するために使用される場合がある。様々なタイプの浄水器が存在し、各タイプのフィルタは、水から特定のタイプの汚染物質を除去するのに適している可能性がある。更に、フィルタは特定の流量及び寿命を提供することができる。フィルタのタイプを選択することに加えて、各フィルタの性能を最大化するために、フィルタの配置も考慮され得る。適切に配置されていない場合、フィルタは、閉塞又は目詰まりする可能性があり、あるいは汚損又は汚染される可能性がある。これにより、流量が減少する可能性があり、フィルタカートリッジの交換頻繁が高くなる可能性がある。したがって、浄水器の設計には、数ある考慮事項の中でもとりわけ、濾過する原水の品質、低減する汚染物質のタイプ、所望の水の純度、浄水器の寿命、浄水器を通る水の所望の流量、及び浄水器のサイズなど、多くの考慮事項を含み得る。
【発明の概要】
【0003】
本明細書に説明するいくつかの実施形態は、沈殿フィルタと、炭素フィルタと、コアを通って水が流れることを可能にするように構成された複数の開口部を画定する管状本体を備えるコアとを含む浄水器カートリッジであって、コアが開口した中央領域を画定し、コアが沈殿フィルタ及び炭素フィルタを支持する、浄水器カートリッジに関する。浄水器カートリッジは、コアの開口した中央領域内に配置されたナノ濾過ユニットを更に含み、ナノ濾過ユニットは、中央容積を画定する管状フィルタ要素と、中央容積内に配置された複数のフィラメントとを含む。
【0004】
本明細書に説明するいくつかの実施形態は、活性アルミナ繊維フィルタと、不織布沈殿フィルタと、活性炭を含む炭素ブロックとを含む浄水器カートリッジに関する。浄水器カートリッジは、炭素ブロックを支持するコアと、活性アルミナ繊維フィルタと、不織布沈殿フィルタと、管状コア内に配置されたナノ濾過媒体を含む管状フィルタ要素と、管状フィルタ要素内に配置された複数のフィラメントとを更に含んでもよい。
【0005】
本明細書に説明するいくつかの実施形態は、開いた第２の端部の反対側に閉じた第１の端部を有する管状ハウジングと、第２の端部を包囲するように管状ハウジングの第２の端部に取り外し可能に固定されるヘッドとを含み、ヘッドが原水入口と浄水出口とを備える、浄水器に関する。浄水器は、管状ハウジング内に配置されたフィルタカートリッジを更に含み、水は、管状ハウジングの長手方向に管状ハウジングの内壁に沿って原水入口を通って管状ハウジング内に流入し、フィルタカートリッジの中心に向かって半径方向に浄水器カートリッジを通って流れ、管状ハウジングから長手方向に浄水出口を通って流出するように構成される。浄水器のフィルタカートリッジは、沈殿フィルタと、炭素フィルタと、ナノ濾過ユニットとを含み、ナノ濾過ユニットは、中央容積を画定する管状フィルタ要素と、中央容積内に配置された複数のフィラメントとを含む。
【0006】
本明細書に説明する種々の実施形態のいずれかにおいて、複数のフィラメントはポリエーテルスルホンを含んでもよい。
【0007】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、沈殿フィルタは不織布沈殿フィルタを含んでもよい。
【0008】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、沈殿フィルタは活性アルミナ繊維フィルタを含んでもよい。
【0009】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、炭素フィルタは炭素ブロックを含んでもよい。いくつかの実施形態では、炭素ブロックは触媒炭素を含んでもよい。いくつかの実施形態では、炭素ブロックはキネティクデグラデーションフラクション（kinetic degradation fluxion）媒体を含んでもよい。
【0010】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、浄水器カートリッジはベーマイトフィブリルを有するフィルタ要素を含んでもよい。
【0011】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、浄水器カートリッジは炭素フィルタの少なくとも一部の周りに配置されたラッピングを更に含んでもよい。
【0012】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、コアは間隙によってナノ濾過ユニットから分離されてもよい。
【0013】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、沈殿フィルタ及び炭素フィルタは入れ子構成で配置されてもよい。
【0014】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、活性アルミナ繊維フィルタは不織布沈殿フィルタを取り囲み、不織布沈殿フィルタは、水が活性アルミナ繊維フィルタを通って流れて不織布沈殿フィルタに到達し、水が不織布沈殿フィルタを通って流れて炭素ブロックに到達するように、炭素ブロックを取り囲んでもよい。
【0015】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、活性アルミナ繊維フィルタ、不織布沈殿フィルタ、及び炭素ブロックのそれぞれは、管状構造を有する。
【0016】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、複数のフィラメントのそれぞれはポリエーテルスルホンを含んでもよい。
【0017】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、炭素ブロックは炭素ブロックの少なくとも一部の周りのラッピングを含んでもよい。
【0018】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、炭素ブロックは、活性炭、触媒炭素、及びキネティクデグラデーションフラクション媒体を含んでもよい。
【0019】
本明細書に説明する種々の実施形態のいずれかにおいて、ヘッドは水の逆流を防止するように構成される逆止弁を含んでもよい。
【0020】
本明細書に説明する様々な実施形態のいずれかにおいて、フィルタカートリッジは管状ハウジング内に取り外し可能に配置されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0021】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本開示を例解するものであり、説明と合わせて、本開示の原理を更に説明し、当業者が本開示を作製及び使用することを可能にする役割を果たす。
【図1】一実施形態による浄水器カートリッジの斜視図を示す。
【図4】一実施形態による浄水器カートリッジの斜視図を示す。
【図5】一実施形態による浄水器カートリッジのナノ濾過ユニットの斜視図を示す。
【図6】一実施形態による浄水器の斜視図を示す。
【図8】一実施形態による浄水器の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0022】
ここで、添付の図面に例解される代表的な実施形態を詳細に参照する。以下の説明は、複数の実施形態を１つの好ましい実施形態に限定することを意図するものではないことを理解されたい。それに対して、本発明は、特許請求の範囲によって定義される実施形態の趣旨及び範囲の範囲内に含まれ得る代替物、変形物、及び均等物を包含することを意図している。
【0023】
逆浸透（ＲＯ）は、汚染物質を低減することによって水を浄化するために使用され得る。ＲＯは、圧力を利用して水を半透膜に通すことで、水からの汚染物質を低減するが、水分子は膜を通過できても汚染物質は通過できない。一方、ＲＯは、ナノメートルサイズの汚染物質を含めて様々な汚染物質を水から除去することができる。したがって、ＲＯは高純度の水を生成することができる。
【0024】
しかしながら、ＲＯは廃水を生成するという欠点を有する。一定量の浄水を得るためには、より多くの原水をＲＯ浄化器に供給する必要がある。更に、発生する廃水は環境に優しくなく、廃水を低減させるか処理しなければならない。したがって、本技術分野において、ＲＯ法と同様に水を浄化し、汚染物質を低減するが、廃水を発生させない浄水器が必要とされている。
【0025】
更に、大型の商業規模飲料ファウンテン用の浄水器は、より小型の装置での使用には適していない可能性がある。ナノメートルサイズの汚染物質を機械的に分離するためのナノ膜を有する浄水器は、ナノ膜の小さな孔を通して水を押し出すために、例えば、１００ｐｓｉ以上の高圧を必要とする。フィルタを作動させるのに必要な高圧を得るためにブースタポンプが必要になる場合があり、これは面倒で高価なものになる可能性がある。更に、ナノ膜の小さな孔は目詰まりしやすい可能性があり、その結果、原フィルタがナノ膜を通って流れる前に原水を事前濾過して大きな粒子を除去する必要がある。その結果、ファウンテン用飲料ディスペンサなどの商業用途に好適であり得るこのような浄水器は、水筒や水差しを充填するために使用され得る家庭用飲料ディスペンサ内の水を濾過する際に使用するためなど、小さいサイズに容易に縮小することができない可能性がある。ナノ濾過による純度を有しつつナノメートルサイズの粒子を機械的に除去するナノ膜を使用しない水を製造することができれば、異なる用途で使用する浄水器のスケーリングを可能にすることができ、フィルタ設計の利便性及び有用性を増すことができるであろう。したがって、本技術分野では、異なる用途で使用するためにスケーリングすることができるフィルタカートリッジが必要とされている。
【0026】
本明細書に説明するいくつかの実施形態は、水から汚染物質を除去するための複数のフィルタ要素を含むフィルタカートリッジに関する。複数のフィルタ要素を使用することで、汚染物質を低減し、廃水を発生させずに、逆浸透によって達成される水浄化と同様の水浄化を提供することができる。本明細書に説明するいくつかの実施形態は、小型の個人サイズの飲料容器又は大型の商業規模飲料ファウンテンで使用するためにスケーリング可能なフィルタカートリッジに関する。
【0027】
本明細書で使用される場合、「原水」とは、浄水器によって濾過又は浄化される汚染物質を含有する水を指す場合がある。
【0028】
本明細書で使用される場合、「浄水」とは、浄水器によって濾過又は浄化され、少なくともいくつかの汚染物質が低減された水を指す場合がある。
【0029】
本明細書で使用される場合、「汚染物質」とは、特に、鉛及び水銀などの重金属、揮発性有機化合物、塩素、クロラミン、殺虫剤、除草剤、医薬品、微粒子、コロイド、多糖類（ＴＥＰ）、シスト、細菌、レジオネラ、大腸菌、ウイルス、エンドトキシン、及び溶解塩を含むがこれらに限定されない、水中の様々な物質のいずれかを指す場合がある。
【0030】
本明細書に説明するフィルタカートリッジは、約０．１～約５ガロン／分の流量で水を濾過するのに使用できるようにスケーリングされてもよい。その結果、本フィルタカートリッジは、水筒、水差し、冷蔵庫、及び市販飲料ファウンテン内の水を濾過する際に使用するためなど、様々な用途のいずれにも使用することができる。水筒を充填する場合、流量は約０．１～約１ガロン／分であってもよい。市販飲料ファウンテンの場合、流量は約３～約５ガロン／分であってもよい。機械的ナノ濾過膜を使用する場合のように、原水をフィルタカートリッジに流す前に事前濾過する必要はない。更に、原水を、高圧、例えば、１００ｐｓｉ以上の圧力で供給する必要はない。その結果、大量の原水、例えば、最大約５ガロン／分の原水を処理することができ、原水を比較的低圧、例えば、３０ｐｓｉ～４０ｐｓｉで供給してもよい。流量を増やすために浄水器カートリッジをより大きいサイズにスケーリングする場合、浄水器カートリッジ内のフィルタ媒体の量、したがって浄水器カートリッジの寸法が大きくなる可能性があるが、本明細書に説明するフィルタ要素のタイプ及び配列は、同じままであってもよいことに留意されたい。
【0031】
いくつかの実施形態では、フィルタカートリッジ１００は、図１に示すように、複数のフィルタ要素１１０を含んでもよい。フィルタカートリッジ１００は、中央部分１０８を有する管状構造を含んでもよい。いくつかの実施形態では、フィルタカートリッジ１００は、円錐形状を有してもよい。フィルタカートリッジ１００は、下端部１０２と反対側の上端部１０４を含んでもよい。フィルタカートリッジ１００は、フィルタカートリッジ１００又はそのフィルタ要素１１０を定期的に交換できるように、浄水器ハウジング内に取り外し可能に配置されてもよい。
【0032】
フィルタカートリッジ１００は、図２に示すように、複数のフィルタ要素１１０を含んでもよい。各フィルタ要素１１０は、フィルタカートリッジ１００に供給される原水から１つ以上の汚染物質を低減するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、複数のフィルタ要素１１０は、同じタイプの汚染物質を低減するように構成されてもよい。しかしながら、各フィルタ要素１１０は、原水から異なる１つ又は複数の汚染物質を低減するように構成されてもよい。
【0033】
各フィルタ要素１１０は、フィルタカートリッジ１００の中心に配置されたフィルタ要素１８０を除いて、略管状の形状を有してもよい。各フィルタ要素１１０は、環状の断面積（Ａ）を有してもよい（例えば、図２参照）。フィルタ要素１１０は、第１の管状フィルタ要素を第２の管状フィルタ要素で取り囲み、第２の管状フィルタ要素を第３の管状フィルタ要素で取り囲むなど、入れ子構成で配置されてもよい。このようにして、原水は、フィルタ要素１１０が配置された順序で各フィルタ要素１１０を通って流れ得る。例えば、図２において、水は、フィルタ要素１１０を通って、フィルタカートリッジ１００の外部からフィルタカートリッジ１００の中心に向かう方向、フィルタ要素１２２からフィルタ要素１２４への方向、及びフィルタ要素１２４からフィルタ要素１３０への方向などに流れ得る。いくつかの実施形態では、フィルタ要素１１０は、同心円状に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、フィルタ要素１１０は、徐々に小さい汚染物質を低減するように配置されてもよい。
【0034】
いくつかの実施形態では、フィルタカートリッジ１００は、沈殿フィルタ１２０、炭素フィルタ１３０、及びナノ濾過ユニット１７０を含んでもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、フィルタカートリッジ１００はより少ない又は追加のフィルタ要素１１０を含んでもよい。
【0035】
フィルタカートリッジ１００は沈殿フィルタ１２０を含んでもよい。沈殿フィルタ１２０は、１つ以上のフィルタ要素１１０を含んでもよい。いくつかの実施形態では、沈殿フィルタ１２０は、フィルタカートリッジ１００に供給される原水から所定のサイズよりも大きい汚染物質を機械的に濾過し得る。いくつかの実施形態では、沈殿フィルタ１２０は、静電吸着などを介して汚染物質を化学的に低減させ得る。
【0036】
いくつかの実施形態では、沈殿フィルタ１２０は、活性アルミナ繊維フィルタ１２２を含んでもよい。活性アルミナ繊維フィルタ１２２を使用して、シスト、細菌、微量のヒ素、及びフッ化物などの原水中の汚染物質を原水から静電的及び化学的に除去し得る。活性アルミナ繊維フィルタ１２２はまた、サイズに基づいて汚染物質を機械的に除去し得る。いくつかの実施形態では、活性アルミナ繊維フィルタ１２２はプリーツ加工されてもよい。活性アルミナ繊維フィルタ１２２は、フィルタカートリッジ１００の最も外側のフィルタ要素であってもよく、それにより、フィルタカートリッジ１００に供給される原水は、活性アルミナ繊維フィルタ１２２を最初に通過する。いくつかの実施形態では、沈殿フィルタ１２０は、代替的又は追加的に、不織布沈殿フィルタ１２４を含んでもよい。不織布沈殿フィルタ１２４は、水から粒子状物質を機械的に低減するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、不織布沈殿フィルタ１２４は、原水から約１０μｍより大きいサイズを有する汚染物質を低減するように構成されてもよい。したがって、１０μｍより大きい汚染物質は、不織布沈殿フィルタ１２４を通過し得ない。
【0037】
いくつかの実施形態において、フィルタカートリッジ１００の沈殿フィルタ１２０は、図２に示すように、活性アルミナ繊維フィルタ１２２と不織布沈殿フィルタ１２４の両方を含んでもよい。このような実施形態では、不織布沈殿フィルタ１２４は、水が不織布沈殿フィルタ１２４に到達するために活性アルミナ繊維フィルタ１２２を通って流れるように、活性アルミナ繊維フィルタ１２２によって取り囲まれてもよい。活性アルミナ繊維フィルタ１２２と不織布沈殿フィルタ１２４は、同心円状に配置されてもよく、互いに接触してもよい。活性アルミナ繊維フィルタ１２２は、汚染物質を化学的に低減させ得、沈殿フィルタ１２４は、約１０μｍ以上のサイズを有する粒子状物質を機械的に低減させ得る。
【0038】
フィルタカートリッジ１００は、炭素フィルタ１３０を更に含んでもよい。炭素フィルタ１３０は、他の汚染物質の中でも、特に、揮発性有機化合物、塩素、及びクロラミンを低減するように構成されてもよい。炭素フィルタ１３０は、原水中の汚染物質を化学的に低減させ得る。いくつかの実施形態では、炭素フィルタ１３０は、約０．５μｍ以上のサイズを有する汚染物質を低減するように構成されてもよい。
【0039】
炭素フィルタ１３０は、沈殿フィルタ１２０によって取り囲まれてもよい。炭素フィルタ１３０は、沈殿フィルタ１２０と同心円状に配置されてもよく、炭素フィルタ１３０と沈殿フィルタ１２０とは互いに接触してもよい。沈殿フィルタ１２０は、比較的大きな汚染物質が炭素フィルタ１３０に到達するのを防止して、炭素フィルタ１３０が目詰まり又は汚染されたりして炭素フィルタ１３０の寿命や効率の低下を防止するのに役立ち得る。
【0040】
炭素フィルタ１３０は、炭素ブロック１３２を含んでもよい。炭素ブロック１３２は、管状形状を有し、開いた中央容積１３６を画定してもよい。炭素ブロック１３２は、活性炭、触媒炭素、キネティクデグラデーションフラクション（ＫＤＦ）媒体、又はこれらの組合せを含んでもよい。触媒炭素は、水からクロラミン及び硫化水素を減少させるのに役立つ場合がある。ＫＤＦ媒体は、ＫＤＦ－５５などの亜鉛－銅混合物であってもよい。ＫＤＦ媒体は、炭素フィルタ１３０が塩素、並びに鉛及び水銀などの重金属を低減することを可能にし、抗菌効果を有し得る。結果として、ＫＤＦ媒体は、炭素フィルタ１３０の寿命や機能を改善するのに役立つ可能性がある。いくつかの実施形態では、炭素フィルタ１３０は、６０％の活性炭、３０％の触媒炭素、及び１０％のＫＤＦ－５５を含んでもよい。しかしながら、原水中のクロラミンのレベルに応じて成分比率を調整してもよい。強い正電荷は、触媒炭素及びＫＤＦ－５５の添加によって生成され得て、これは、負に帯電した汚染物質の吸着を促進するのに役立ち得る。
【0041】
炭素フィルタ１３０は、その少なくとも一部の周りにラッピング１３８を含んでもよい。ラッピング１３８は、炭素フィルタ１３０の開いた中央容積１３６を画定する炭素フィルタ１３０の内面１３５上に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、ラッピング１３８は、ポリプロピレンを含んでもよい。ラッピング１３８は、炭素フィルタ１３０からの炭素粒子が、以下で更に詳細に説明するが、フィルタカートリッジ１００のナノ濾過ユニット１７０へ移動して、ナノ濾過ユニット１７０の閉塞を引き起こす可能性を防止するのに役立つ場合がある。ラッピング１３８は、炭素フィルタ１３０からの微粒子がナノ濾過ユニット１７０に移動するのを機械的に阻止し得る。
【0042】
フィルタカートリッジ１００は、図４に示すように、フィルタカートリッジ１００のフィルタ要素１１０に構造的支持及び安定性を提供するように構成されたコア１４０を含んでもよい。コア１４０は、炭素フィルタ１３０を支持するために炭素フィルタ１３０と接触してもよい。いくつかの実施形態では、コア１４０は、管状構造を有してもよく、円筒形であってもよい。コア１４０は、第２の端部１４３の反対側に第１の端部１４１を有する本体１４２を含んでもよい。各第１の端部１４１及び各第２の端部１４３は、開いていてもよい。コア１４０の本体１４２は、複数の開口部１４４を画定し得る。開口部１４４は、それを通る水の自由な流れを可能にし、かつ圧力降下が最小となるように、大きくてもよい。いくつかの実施形態では、開口部１４４は、略長方形の形状であってもよい。コア１４０の本体１４２は、少なくとも約８０％開いていてもよく、少なくとも約８５％開いていてもよく、又は少なくとも約９０％開いていてもよい。コア１４０の本体１４２が開いていない場合、本体１４２はフィルタ媒体を塞ぎ、結果として、フィルタ媒体の一部が効率的に使用されず、フィルタカートリッジ１００を通る優先的な流路が形成される可能性がある。開口部１４４の数やサイズが増すと、水はより自由に流れる可能性がある。しかしながら、開口部１４４の数やサイズが増すと、コア１４０の剛性、及びフィルタ要素１１０に構造的支持を提供するコア１４０の能力に悪影響を及ぼす可能性がある。
【0043】
フィルタカートリッジ１００は、ナノ濾過ユニット１７０を更に含んでもよい。ナノ濾過ユニット１７０は、コア１４０内に配置されてもよい（例えば、図２～３参照）。ナノ濾過ユニット１７０は、サブミクロン粒子、有機酸、ウイルス、細菌、シスト、細胞片、及び微量の医薬品、除草剤、殺虫剤を水から低減するように構成されてもよい。ナノ濾過ユニット１７０は、このような汚染物質を化学的に低減させ得る。沈殿フィルタ１２０及び炭素フィルタ１３０により、水がナノ濾過ユニット１７０に到達したとき、水には既に様々な大きな汚染物質が含まれていない可能性がある。ナノ濾過ユニット１７０に到達する前に大きな汚染物質を除去することは、このような大きな汚染物質によるナノ濾過ユニット１７０の閉塞又は汚損を防止するために重要であり、これらは、流量を減少させ、フィルタカートリッジ１００の寿命に悪影響を及ぼす可能性がある。
【0044】
ナノ濾過ユニット１７０は、炭素フィルタ１３０及びコア１４０から間隙１６０だけ間隔を空けてもよい。間隙１６０は、ナノ濾過ユニット１７０がコア１４０の本体１４２、又は他のフィルタ要素１１０によって閉塞されないように、ナノ濾過ユニット１７０の周囲の水の流れを促進し、これにより、水がナノ濾過ユニット１７０の任意の部分を通過することが可能になる。これは、フィルタ媒体の効率的な使用を促進するのに役立ち得る。
【0045】
いくつかの実施形態では、ナノ濾過ユニット１７０は、図５に示すように、管状フィルタ要素１７２及び／又は複数のフィラメント１８２を含んでもよい。管状フィルタ要素１７２は、下端部１７１の反対側の上端部１７３を有してもよい。各端部１７１、１７３は開いていてもよい。水は、管状フィルタ要素１７２の外面１７６を通って管状フィルタ要素１７２の中央容積１７４に流入し得る。管状フィルタ要素１７２は、ナノ濾過フィルタ媒体を含んでもよい。いくつかの実施形態では、管状フィルタ要素１７２は不織布の材料である。いくつかの実施形態では、管状フィルタ要素１７２は、Ａｈｌｓｔｒｏｍから市販されているようなＤｉｓｒｕｐｔｏｒ（登録商標）フィルタ媒体を含んでもよい。いくつかの実施形態では、管状フィルタ要素１７２は、銀を含むＤｉｓｒｕｐｔｏｒ（登録商標）材料を含んでもよい。管状フィルタ要素１７２は、ガラスマイクロファイバに付着したカチオン性ベーマイト（ＡｌＯ（ＯＨ））フィブリルを含んでもよい。この材料の組合せにより、管状フィルタ要素１７２は、その微細繊維構造を用いて粒子を機械的に分離することができ、また、動電学的引力によって汚染物質を分離することができる。銀及び活性炭の添加により、細菌の増殖を抑制する抗菌特性を管状フィルタ要素１７２に付与することができる。したがって、管状フィルタ要素１７２は、サイズによる機械的分離、抗菌作用、吸着、及び動電学的引力によって、汚染物質を低減させ得る。管状フィルタ要素１７２は、負に帯電したサブミクロン汚染物質を引き付ける正電荷を有する場合があるので、化学的な力及び静電気的な力によって汚染物質を低減するように、管状フィルタ要素１７２を構成してもよい。特に、管状フィルタ要素１７２は、水からサブミクロン微粒子、有機酸、ウイルス、細菌、シスト、細胞片、及び医薬品を低減するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、管状フィルタ要素１７２は、比較的薄くてもよく、約１ｍｍの最大厚さを有してもよい。
【0046】
管状フィルタ要素１７２は、フィルタ要素１８０が配置された中央容積１７４を画定してもよい。フィルタ要素１８０は、複数のフィラメント１８２を含んでもよい。フィラメント１８２は、図３に示すように、フィルタカートリッジ１００の長手方向軸Ｚに沿って整列されてもよい。いくつかの実施例では、フィラメント１８２は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）で形成されてもよい。複数のフィラメント１８２は、濾過能力を高めるために大きな表面積を有してもよい。いくつかの実施形態では、表面積は約３５０～５００ｍ２／ｇであってもよい。フィラメント１８２は、負に帯電した汚染物質がフィラメント１８２の表面に吸着するように、正電荷を有し得る。いくつかの実施形態では、繊維は、０．１ミクロン～０．０１ミクロンの平均直径を有してもよい。
【0047】
いくつかの実施形態では、フィルタカートリッジ１００は、図３に最もよく示されるように、管状フィルタ要素１７２の第１の端部１７１に出口フィルタ１９０を更に含んでもよい。出口フィルタ１９０は、約５ミクロン以上など所定のサイズを有する沈殿物を機械的に濾過するように構成されてもよい。したがって、水が長手方向軸Ｚに沿って、かつフィラメント１８２に沿ってフィルタカートリッジ１００の中央領域を流れるとき、水は出口フィルタ１９０を通ってフィルタカートリッジ１００から流出しなければならない。いくつかの実施形態では、出口フィルタ１９０は、ポリプロピレンを含んでもよい。
【0048】
本明細書に説明する一部の実施形態は、例えば、図６及び図７に示すような、浄水器２００に関する。浄水器２００は、本明細書で説明するように、フィルタカートリッジ１００などのフィルタカートリッジを収容するように構成されたフィルタハウジング２１０を含む。フィルタハウジング２１０は、管状形状を有してもよく、円筒形であってもよい。フィルタハウジング２１０は、開いた第２の端部２１４の反対側に、閉じた第１の端部２１２を含んでもよい。ヘッド２２０は、フィルタハウジング２１０の第２の端部２１４に配置されてもよく、フィルタハウジング２１０の開いた第２の端部２１４を包囲している。ヘッド２２０は、水が入口２２２と出口２２４を介してのみ浄水器２００に出入りすることができるように、原水入口２２２と浄水出口２２４を含む。
【0049】
フィルタハウジング２１０は、上述したように、フィルタカートリッジ１００を包囲し得る。図７に示すように、フィルタカートリッジ１００はフィルタハウジング２１０内に配置されてもよい。カートリッジ１００は、カートリッジ１００を交換することができるように、フィルタハウジング２１０内に取り外し可能に固定されてもよい。カートリッジ１００は、カートリッジ１００とフィルタハウジング２１０の内壁２１７との間に流路２１８を画定するように、フィルタハウジング２１０の内壁２１７から間隔を空けて配置されてもよい。したがって、濾過される原水は、原水入口２２２を介してフィルタ２００に入り、ヘッド２２０を通ってフィルタハウジング２１０の第１の端部２１２から第２の端部２１４に向かって流路２１８に流入し得る。次いで、水は、フィルタカートリッジ１００及び浄水器２００の長手方向軸Ｚに垂直な方向に、フィルタカートリッジ１００を通って半径方向内向きに流れ得る。フィルタカートリッジ１００の中央部分１０８において、水は、第２の端部２１４から第１の端部２１２に向かって長手方向に流れることができる。水は、フィルタカートリッジ１００の中央部分１０８からヘッド２２０を通って流れ、浄水出口２２４を介して浄水器２００から流出する。したがって、廃水は発生せず、原水入口２２２を通って流れる全ての水は、浄水出口２２４を介して流出する。
【0050】
いくつかの実施形態では、図７に示すように、浄水器２００は、１つ以上の逆止弁２３２、２３４を含んでもよい。第１の逆止弁２３２は、原水入口２２２と連通して配置されてもよく、第２の逆止弁２３４は、浄水出口２２４と連通して配置されてもよい。逆止弁２３２、２３４は、浄水器２００を通る水の逆流を防止するように構成されてもよい。逆止弁２３２、２３４は、フィルタハウジング２１０が取り外されたときに自動的に閉じるように構成されてもよい。このようにして、逆止弁２３２、２３４は、フィルタハウジング２１０が交換されるときに水漏れを防止するのを助けることができる。
【0051】
本明細書に説明するいくつかの実施形態は、図８、図９に示すような浄水器３００に関する。浄水器３００は、浄水器２００と同様であり、フィルタハウジング３１０及びヘッド３２０を含む。フィルタハウジング３１０は、フィルタカートリッジ１００がフィルタハウジング２１０内に封止されることを除いて、フィルタハウジング２１０に関して上述したものと同様の構造及び特徴を有し得る。ヘッド３２０は、原水入口３２２と浄水出口３２４を含み得る。原水入口３２２と浄水出口３２４はそれぞれ、ヘッド３２０の側方に配置されてもよく、ヘッド３２０の対向する側方に配置されてもよい。したがって、水は、浄水器３００の長手方向軸に垂直な方向にヘッド３２０に流入することができ、同様に、水は、浄水器３００の長手方向軸に垂直な方向にヘッド３２０から流出することができる。
【0052】
浄水器３００は、浄水器２００と同様に作動し得る。濾過される原水は、入口３２２を通ってヘッド３２０に流入し、ハウジング３１０の内壁３１７に沿った流路３１８に沿ってヘッド３２０を通ってハウジング３１０に流入する。水は、フィルタカートリッジ１００を通ってフィルタカートリッジ１００の中央部分１０８まで半径方向に流れる。水は、ハウジング３１０の第１の端部３１２から第２の端部３１４に向かって長手方向に流れる。水は、フィルタカートリッジ１００からヘッド３２０に流入し、浄水出口３２４を介して浄水器３００から流出する。
【0053】
浄水器３００は、同様に、１つ以上の逆止弁３３２を含んでもよい。図９に示すように、浄水器３００は、単一の逆止弁３３２を含む。逆止弁３３２は、浄水器３００を通る水の逆流を防止し得る。逆止弁３３２は、フィルタハウジング３１０が挿入されると自動的に開くことができ、フィルタハウジング３１０が取り外されると自動的に閉じることができる。単一の逆止弁を使用すると、浄水器３００のコストを低減することができ、ツイストロック機構を使用してフィルタカートリッジの交換を可能にすることができ、その結果、特別な工具の使用が必要とされない。
【0054】
「発明の概要」及び「要約書」の項ではなく、「発明を実施するための形態」の項は、特許請求の範囲を解釈するために使用されることが意図されていることを理解されたい。発明の概要及び要約の項は、本発明者らによって想到されるような、本発明の１つ以上であるが全てではない例示的な実施形態を示し得、ひいては、本発明及び添付の特許請求の範囲をいかようにも限定することを意図するものではない。
【0055】
特定の機能の実装形態及びそれらの関係を例解する機能的ビルディングブロックの助けにより、本発明を上で説明してきた。これらの機能的ビルディングブロックの境界は、説明の便宜上、本明細書において任意に定義されている。特定の機能及びこれらの関係が適切に行われる限り、代替の境界を定義することができる。
【0056】
特定実施形態の前述の説明により、本発明の全般的な性質が完全に明らかになり、他者が、当業者の知識を適用することによって、過度の試行錯誤をすることなく、本発明の全般的な概念を逸脱することなく、そのような特定の実施形態を様々な用途に容易に修正及び／又は適合させることができる。したがって、そのような適合及び修正は、本明細書で提示した教示及び指導に基づいて、開示された実施形態の等価物の意味及び範囲内にあることが意図される。本明細書の表現法又は用語法は、説明を目的とするものであって、限定するものではないことを理解されたく、それ故、本明細書の用語法又は表現法は、本明細書の教示及び指導の観点から当業者によって解釈されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】