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技術 浄水器用カートリッジおよび浄水器

出願人 オルガノ株式会社
発明者 横田治雄
出願日 2014年3月28日 (6年8ヶ月経過) 出願番号 2014-068071
公開日 2015年11月2日 (5年1ヶ月経過) 公開番号 2015-188828
状態 特許登録済
技術分野 イオン交換 収着による水処理 イオン交換による水処理
主要キーワード 輸送面 長期保管性 加熱乾燥式水分計 最終差 量倍数 破砕樹脂 初期差圧 未乾燥品
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年11月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

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課題

乾燥状態浄水器内に充填されたとしても吸水時に、破砕による圧力損失の上昇、浄水水質の悪化を引き起こさない弱酸性カチオン交換樹脂を充填した浄水器用カートリッジおよび浄水器を提供すること。

解決手段

H形の弱酸性カチオン交換樹脂およびゲル型構造を有する塩形の弱酸性カチオン交換樹脂のうち少なくとも一方の弱酸性カチオン交換樹脂を、乾燥状態で充填したことを特徴とする浄水器用カートリッジ。

概要

背景

軟水効能として、(a)おコーヒーの味をまろやかにする、(b)調理器具等のスケール発生を防止する、(c)石鹸泡立ちが良くなる、(d)グラス容器へのウォーターマーク発生を抑制する、等がある。このため、従来から、軟化機能を有した浄水器が広く利用されている。

水の軟化方法としては、(1)カチオン交換樹脂を用いる方法、(2)NF(Nanofiltration;ナノろ過)またはRO(ReverseOsmosis;逆浸透)膜を用いる方法、(3)アルカリ剤を添加することにより沈澱したものを除去する方法などがある。しかし、これらの中でも、エネルギー効率や装置の維持管理面から、上記(1)のカチオン交換樹脂を用いる方法が優れている。

カチオン交換樹脂を用いた浄水器は、一般的にカートリッジ内にカチオン交換樹脂を充填した状態で使用される。カートリッジ内に充填されるカチオン交換樹脂の保存形態湿潤状態となっている。この「湿潤状態」とは、カートリッジ製造後、乾燥処理を行うことなく、大気中に一定時間、放置して、または大気中に放置することなく、包装したものである。しかし、輸送面長期保管性を考慮した場合、カートリッジは乾燥状態の方が軽いし、菌の繁殖も抑制できるので望ましい。

特許文献1(特開2010−184240号公報)には、乾燥イオン交換樹脂を充填したカートリッジが開示されている。特許文献1の浄水器では、デッドスペースを解消でき細菌繁殖リスクを低減できるため使用者により安全な飲料水を供給できる、としている(段落[0007]〜[0009])。

また、カチオン交換樹脂には、強酸性カチオン交換樹脂弱酸性カチオン交換樹脂が存在するが、イオン交換容量が大きく長持ちする等の理由から、浄水器用カートリッジには弱酸性カチオン交換樹脂を使用することが要望されていた。

概要

乾燥状態で浄水器内に充填されたとしても吸水時に、破砕による圧力損失の上昇、浄水水質の悪化を引き起こさない弱酸性カチオン交換樹脂を充填した浄水器用カートリッジおよび浄水器を提供すること。H形の弱酸性カチオン交換樹脂およびゲル型構造を有する塩形の弱酸性カチオン交換樹脂のうち少なくとも一方の弱酸性カチオン交換樹脂を、乾燥状態で充填したことを特徴とする浄水器用カートリッジ。なし

目的

本発明は、乾燥状態で浄水器内に充填されたとしても吸水時に、破砕による圧力損失の上昇、浄水水質の悪化を引き起こさない弱酸性カチオン交換樹脂を充填した浄水器用カートリッジおよび浄水器を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

H形の弱酸性カチオン交換樹脂およびゲル型構造を有する塩形の弱酸性カチオン交換樹脂のうち少なくとも一方の弱酸性カチオン交換樹脂を、乾燥状態充填したことを特徴とする浄水器用カートリッジ

請求項2

前記乾燥状態における、H形の弱酸性カチオン交換樹脂および塩形の弱酸性カチオン交換樹脂の水分含有率は10質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載の浄水器用カートリッジ。

請求項3

前記塩形の弱酸性カチオン交換樹脂は、Na形の弱酸性カチオン交換樹脂およびK形の弱酸性カチオン交換樹脂のうち少なくとも一方の弱酸性カチオン交換樹脂であることを特徴とする請求項1または2に記載の浄水器用カートリッジ。

請求項4

前記H形の弱酸性カチオン交換樹脂および前記塩形の弱酸性カチオン交換樹脂を充填し、前記乾燥状態における、H形の弱酸性カチオン交換樹脂および塩形の弱酸性カチオン交換樹脂の体積基準混合割合は、(H形の弱酸性カチオン交換樹脂):(塩形の弱酸性カチオン交換樹脂)=1:9〜9:1であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の浄水器用カートリッジ。

請求項5

請求項1〜4の何れか1項に記載の浄水器用カートリッジを備えたことを特徴とする浄水器

技術分野

0001

本発明は、浄水器用カートリッジおよび浄水器に関する。

背景技術

0002

軟水効能として、(a)おコーヒーの味をまろやかにする、(b)調理器具等のスケール発生を防止する、(c)石鹸泡立ちが良くなる、(d)グラス容器へのウォーターマーク発生を抑制する、等がある。このため、従来から、軟化機能を有した浄水器が広く利用されている。

0003

水の軟化方法としては、(1)カチオン交換樹脂を用いる方法、(2)NF(Nanofiltration;ナノろ過)またはRO(ReverseOsmosis;逆浸透)膜を用いる方法、(3)アルカリ剤を添加することにより沈澱したものを除去する方法などがある。しかし、これらの中でも、エネルギー効率や装置の維持管理面から、上記(1)のカチオン交換樹脂を用いる方法が優れている。

0004

カチオン交換樹脂を用いた浄水器は、一般的にカートリッジ内にカチオン交換樹脂を充填した状態で使用される。カートリッジ内に充填されるカチオン交換樹脂の保存形態湿潤状態となっている。この「湿潤状態」とは、カートリッジ製造後、乾燥処理を行うことなく、大気中に一定時間、放置して、または大気中に放置することなく、包装したものである。しかし、輸送面長期保管性を考慮した場合、カートリッジは乾燥状態の方が軽いし、菌の繁殖も抑制できるので望ましい。

0005

特許文献1(特開2010−184240号公報)には、乾燥イオン交換樹脂を充填したカートリッジが開示されている。特許文献1の浄水器では、デッドスペースを解消でき細菌繁殖リスクを低減できるため使用者により安全な飲料水を供給できる、としている(段落[0007]〜[0009])。

0006

また、カチオン交換樹脂には、強酸性カチオン交換樹脂弱酸性カチオン交換樹脂が存在するが、イオン交換容量が大きく長持ちする等の理由から、浄水器用カートリッジには弱酸性カチオン交換樹脂を使用することが要望されていた。

先行技術

0007

特開2010−184240号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、乾燥状態の弱酸性カチオン交換樹脂を充填したカートリッジを浄水器に取り付けて使用した場合、水に接触して吸水した際にイオン交換樹脂が急激に膨潤し、割れて(破砕して)しまうことがあった。このようにイオン交換樹脂の破砕が起こると、浄水処理時の圧力損失の上昇をもたらすとともに、破砕樹脂浄水側に流出する恐れがあった。

0009

本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明者は、弱酸性カチオン交換樹脂について検討を行った。この結果、乾燥状態から吸水状態へ変化する際、体積膨潤率が小さいものとしてH形の弱酸性カチオン交換樹脂、および、ひずみの少ないものとしてゲル型構造を有する塩形の弱酸性カチオン交換樹脂が有用であることを発見した。

0010

従って、本発明は、乾燥状態で浄水器内に充填されたとしても吸水時に、破砕による圧力損失の上昇、浄水水質の悪化を引き起こさない弱酸性カチオン交換樹脂を充填した浄水器用カートリッジおよび浄水器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

0011

一実施形態は、
H形の弱酸性カチオン交換樹脂およびゲル型構造を有する塩形の弱酸性カチオン交換樹脂のうち少なくとも一方の弱酸性カチオン交換樹脂を、乾燥状態で充填したことを特徴とする浄水器用カートリッジに関する。

発明の効果

0012

乾燥状態で浄水器内に充填されたとしても吸水時に、破砕による圧力損失の上昇、浄水水質の悪化を引き起こさない弱酸性カチオン交換樹脂を充填した浄水器用カートリッジおよび浄水器を提供することができる。

0013

一実施形態の浄水器用カートリッジは、H形の弱酸性カチオン交換樹脂およびゲル型構造を有する塩形の弱酸性カチオン交換樹脂のうち少なくとも一方の弱酸性カチオン交換樹脂を、乾燥状態で充填したものである。H形の弱酸性カチオン交換樹脂は乾燥状態から吸水状態になったとしても、体積膨潤率が低い。また、ゲル型構造を有する塩形の弱酸性カチオン交換樹脂は均一性の高い網目構造を有するため、ひずみが少ないものと考えられる。従って、これらのカチオン交換樹脂は、乾燥状態から吸水状態に変化する時に破砕が起こらず、この破砕による圧力損失の上昇、浄水水質の悪化を防止することができる。

0014

一般的に、カチオン交換樹脂は、ゲル型構造、マクロポーラス型構造、またはポーラス型構造を有する。本実施形態の塩形の弱酸性カチオン交換樹脂は、これらの構造の中でもゲル型構造を有する。また、H形の弱酸性カチオン交換樹脂の構造は特に限定されず、ゲル型構造、マクロポーラス型構造、およびポーラス型構造の何れの構造を有しても良い。なお、ゲル型構造と、マクロポーラス型構造およびポーラス型構造とは、下記の方法によって判別することができる。

0015

H形の弱酸性カチオン交換樹脂の体積膨潤率が小さい理由は、(a)イオン交換基中の水素原子(H+)のイオン半径が小さいこと、(b)他のカチオン交換樹脂と比べてイオン交換基に水和する水分子の数が少ないこと、から体積膨潤の原因となる自由水間隙水)が少なくなるためと考えられる。H形の弱酸性カチオン交換樹脂を用いることにより、吸水時の体積膨潤率を小さくすることができる。

0016

また、ゲル型構造を有する塩形の弱酸性カチオン交換樹脂の体積膨潤率が小さい理由は、均一性の高い網目構造であり、ひずみが少ないためと考えられる。

0017

H形または塩形の弱酸性カチオン交換樹脂は、強酸性カチオン交換樹脂と比べてイオン交換容量が大きいため、使用可能時間が長く、長期間、使用することが可能となる。

0018

なお、従来の浄水器用カートリッジは、製造後すぐに、または製造後、一定時間放置した後、特別な乾燥処理(カートリッジ中のカチオン交換樹脂の水分を除去する処理)を行うことなく包装したものである。カチオン交換樹脂には水分を保有する能力があるため、製造時点では一定量(35〜60質量%程度)の水分を含んでいる。このように所定の水分含有率を有する点で、本実施形態の、低水分含有率のカチオン交換樹脂が充填された浄水器用カートリッジとは異なる。

0019

本実施形態の浄水器用カートリッジは、乾燥状態のH形の弱酸性カチオン交換樹脂を充填したもの、乾燥状態の塩形の弱酸性カチオン交換樹脂を充填したもの、および乾燥状態のH形の弱酸性カチオン交換樹脂と塩形の弱酸性カチオン交換樹脂を充填したもの、の何れであっても良い。なお、カートリッジ内にH形の弱酸性カチオン交換樹脂のみを充填したものの場合、浄水のpHが酸性側に変動する場合がある。また、カートリッジ内に塩形の弱酸性カチオン交換樹脂のみを充填したものの場合、浄水のpHがアルカリ性側に変動する場合がある。従って、浄水のpH変動が問題となる場合は、カートリッジ内にH形および塩形の弱酸性カチオン交換樹脂を充填することが好ましい。この場合、乾燥状態における、H形および塩形の弱酸性カチオン交換樹脂の体積基準混合割合は、(H形の弱酸性カチオン交換樹脂):(塩形の弱酸性カチオン交換樹脂)=1:9〜9:1であることが好ましい。混合割合がこれらの範囲内であることによって、浄水を所望のpHに調整することができる。

0020

また、H形および塩形の弱酸性カチオン交換樹脂の乾燥状態は、製造後のH形および塩形の弱酸性カチオン交換樹脂に対して乾燥処理を行うことにより達成することができる。乾燥処理の方法は特に限定されず、熱乾燥処理、真空乾燥処理等、公知の様々な乾燥処理を行うことができる。熱乾燥処理の条件としては、温度100〜130℃、1〜24時間の条件を挙げることができる。真空乾燥処理の条件としては、圧力20kPa以下、温度60〜80℃、2〜24時間の条件を挙げることができる。

0021

好ましくは、弱酸性カチオン交換樹脂を劣化させないような緩和な乾燥処理を行うのが良い。熱負荷を低減できると共に短時間で乾燥を行えるため、真空乾燥処理がより好ましい。

0022

乾燥状態のH形の弱酸性カチオン交換樹脂、および塩形の弱酸性カチオン交換樹脂の水分含有率は、湿潤状態のものよりも低いものであれば特に限定されないが、好ましくは10質量%以下であるのが良い。

0023

塩形の弱酸性カチオン交換樹脂の種類は特に限定されないが、例えば、Na形の弱酸性カチオン交換樹脂、K形の弱酸性カチオン交換樹脂を挙げることができる。

0024

H形の弱酸性カチオン交換樹脂および塩形の弱酸性カチオン交換樹脂の母体構造は特に限定されないが例えば、メタクリル系の弱酸性カチオン交換樹脂、アクリル系の弱酸性カチオン交換樹脂とすることができる。H形の弱酸性カチオン交換樹脂としては例えば、アンバーライト登録商標、以下、同様) IRC76、ダウエックス(登録商標、以下、同様) MAC−3(ダウケミカル社製)、ピュロライト(登録商標、以下、同様) C115E(ピュロライト社製)、ダイヤイオン(登録商標、以下、同様) WK10、WK11(三菱化学社製)などを挙げることができる。

0025

浄水器用カートリッジ中には更に粒状活性炭を充填することが好ましい。粒状活性炭により、水中のカチオン成分以外の有機物残留塩素等を除去して、水の純度を更に向上させることができる。

0026

他の実施形態の浄水器は、浄水器用カートリッジを備える。浄水器の形態は特に限定されないが例えば、ハウジングと、ハウジングの上部に設けられた原水入口と、ハウジングの下部に設けられた浄水出口とを有し、ハウジング内に弱酸性カチオン交換樹脂が充填されたものを挙げることができる。浄水器の種類としては特に限定されないが、例えば、ポット型、蛇口直結型、据え置き型、またはアンダーシンク型の浄水器を使用することができる。

0027

また、乾燥状態の強酸性カチオン交換樹脂は、乾燥状態から吸水状態に変化する時の体積膨潤率が低いため、強酸性カチオン交換樹脂の破砕による圧力損失の上昇、浄水水質の悪化を防止できる。この強酸性カチオン交換樹脂はゲル型構造、マクロポーラス型構造、ポーラス型構造の何れの構造を有していても良く、また、そのイオン形、母体構造も特に限定されない。例えば、強酸性カチオン交換樹脂のイオン形は、H形、Na形、K形とすることができ、スチレン系の強酸性カチオン交換樹脂とすることができる。これらの強酸性カチオン交換樹脂は乾燥状態でカートリッジ内に充填された場合であっても吸水時の体積膨潤率が低いため、イオン交換樹脂の破砕による圧力損失の上昇、浄水水質の悪化を効果的に防止できる。

0028

以下、実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

0029

[実施例1]
内径8cm、高さ20cmのカートリッジ内に、乾燥状態にあるゲル型構造を有するNa形の弱酸性カチオン交換樹脂(商品名「アンバーライトIRC86」(ダウ・ケミカル社製))を湿潤体換算で800mL相当充填し、そのカートリッジ内に水道水SV100BV/hrで10分間、通水を行った。なお、上記の「BV」とは、弱酸性カチオン交換樹脂の充填湿潤体積に対して通水する水の流量倍数を表す。

0030

乾燥状態の弱酸性カチオン交換樹脂の調製は、真空乾燥機にて80℃、真空度8kPa、乾燥時間24時間にて行った。乾燥後の弱酸性カチオン交換樹脂について水分含有率を測定した。水分含有率の測定には、加熱乾燥式水分計MX−50((株)A&D社製)を用い、約5gの質量の試料量した後、試料皿温度に載せて105℃に加熱した。そして、水分含有率の時間変化が0.005%/min以下となった時点の水分含有率を測定した。その結果、水分含有率は2質量%であった。

0031

[実施例2]
実施例1において、乾燥樹脂の調製を真空乾燥機にて80℃、真空度8kPa、乾燥時間16時間にて行った。その結果、水分含有率は10質量%となった。

0032

[実施例3]
実施例1において、ゲル型構造を有するNa形の弱酸性カチオン交換樹脂(アンバーライトIRC86)を、ゲル型構造を有するH形の弱酸性カチオン交換樹脂(商品名「アンバーライトIRC86」(ダウ・ケミカル社製))に変更した。その結果、乾燥状態の水分含有率は2質量%となった。これ以外は、実施例1と同様にして、通水を行った。

0033

[実施例4]
実施例1において、ゲル型構造を有するNa形の弱酸性カチオン交換樹脂(アンバーライトIRC86)を、マクロポーラス型構造を有するH形の弱酸性カチオン交換樹脂(商品名「アンバーライトIRC76」(ダウ・ケミカル社製))に変更した。その結果、乾燥状態の水分含有率は2質量%となった。これ以外は、実施例1と同様にして、通水を行った。

0034

[比較例1]
実施例1において、使用するNa形の弱酸性カチオン交換樹脂の構造を、マクロポーラス型(商品名「アンバーライトIRC76」(ダウ・ケミカル社製))とした。これ以外は、実施例1と同様にして、通水を行った。水分含有率も同じく2質量%となった。

0035

[比較例2]
比較例1において、乾燥樹脂の調製を真空乾燥機にて80℃、真空度8kPa、乾燥時間16時間にて行った。これ以外は、比較例1と同様にして、通水を行った。その結果、水分含有率は10質量%となった。

0036

[比較例3]
実施例1において、使用するNa形の弱酸性カチオン交換樹脂をポーラス型(商品名「C104」(ピュロライト社製))とした。これ以外は、実施例1と同様にして、通水を行った。水分含有率は2質量%となった。

0037

[参考例1]
実施例1において、ゲル型構造を有するNa形の弱酸性カチオン交換樹脂(アンバーライトIRC86)を、ゲル型構造を有するNa形の強酸性カチオン交換樹脂(商品名「アンバーライトIR120B Na」(ダウ・ケミカル社製))に変更した。その結果、乾燥状態の水分含有率は2質量%となった。これ以外は、実施例1と同様にして、通水を行った。

0038

[参考例2]
実施例1において、ゲル型構造を有するNa形の弱酸性カチオン交換樹脂(アンバーライトIRC86)を、マクロポーラス型構造を有するNa形の強酸性カチオン交換樹脂(商品名「アンバーライト200CT Na」(ダウ・ケミカル社製))に変更した。その結果、乾燥状態の水分含有率は2質量%となった。これ以外は、実施例1と同様にして、通水を行った。

0039

〈結果〉
実施例1〜4、比較例1〜3、および参考例1〜2において、差圧上昇率<(最終差圧−同未乾燥品初期差圧)/同未乾燥品の初期差圧>と、破砕率<(計測個数−破砕個数)/(計測個数)>を算出した。なお、「差圧」は、カチオン交換樹脂を充填した浄水カートリッジの流入部及び流出部をそれぞれ分岐させて、差圧計に接続し、その計測値を読み取った。また、カチオン交換樹脂の破砕個数は、光学顕微鏡倍率50倍)によりカチオン交換樹脂の観察を行い、球形でないものや一部が欠けたものをカウントした。

0040

各例で使用したカチオン交換樹脂の種類、水分含有率、および測定結果を表1に示す。

0041

実施例

0042

実施例1〜4では、差圧上昇樹脂の破砕も発生しなかった。比較例1では、差圧が130%上昇し、樹脂も72%の破砕状態にあった。比較例2では、差圧が110%上昇し、樹脂も63%の破砕状態にあった。比較例3では、差圧が6%上昇し、樹脂は4%の破砕状態にあった。

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