(57)【要約】  活性炭、銅、および結合剤の連続ブロックからなる静菌性水フィルタおよびそれを作製する方法。一つの実施形態により、ブロックは、約４０ｘ１４０のメッシュサイズを有する６０％〜８０重量％間の活性炭からなる。ブロックは、さらに、活性炭、銅粒子、および結合剤の混合重量に対して２％〜１５重量％の銅粒子、および活性炭、銅粒子、および結合剤の混合重量に対して１５％〜２５重量％の活性炭ブロック結合剤からなる。別の実施形態により、活性炭は銀処理活性炭からなる。
2007512956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀処理活性炭および結合剤を含む流体フィルタ。
【請求項２】
銀処理活性炭が銀および活性炭の組合せ重量に対して０．０５％〜０．１５重量％の銀からなる、請求項１に記載の流体フィルタ。
【請求項３】
銀処理活性炭が銀および活性炭の組合せ重量に対して０．７５％〜０．１２５重量％の銀からなる、請求項１に記載の流体フィルタ。
【請求項４】
フィルタが水処理システムにおける使用のために適合される、請求項１に記載の流体フィルタ。
【請求項５】
結合剤が超高分子量を有する低メルトインデックス高分子材料からなる、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項６】
活性炭、銅粒子、および結合剤を含むフィルタ。
【請求項７】
さらに、銅粒子および活性炭の組合せ重量に対して２％〜２０重量％間の銅粒子を含む、請求項６に記載のフィルタ。
【請求項８】
さらに、銅粒子および活性炭の組合せ重量に対して８％〜１２重量％間の銅粒子を含む、請求項６に記載のフィルタ。
【請求項９】
銅粒子が６０〜２００のメッシュサイズを有する顆粒状銅粒子からなる、請求項６に記載のフィルタ。
【請求項１０】
結合剤が超高分子量を有する低メルトインデックス高分子材料からなる、請求項６に記載のフィルタ。
【請求項１１】
活性炭が銀処理活性炭からなる、請求項６に記載のフィルタ。
【請求項１２】
銀処理活性炭が、銀および活性炭の組合せ重量に対して０．０５％〜０．１５重量％の銀からなる、請求項１０に記載のフィルタ。
【請求項１３】
銀および活性炭の組合せ重量に対して０．０５％〜０．１５重量％間の銀により処理された活性炭、銅粒子および銀処理活性炭の組合せ重量に対して、８％〜１２重量％間の銅粒子、および結合剤を含む、水処理システムにおける使用のためのフィルタ。
【請求項１４】
銅粒子が６０〜２００のメッシュサイズを有する顆粒状銅粒子からなる、請求項１３に記載のフィルタ。
【請求項１５】
結合剤が超高分子量を有する低メルトインデックス高分子材料からなる、請求項１３に記載のフィルタ。
【請求項１６】
活性炭、結合剤、および銅粒子を混合し、および上記混合物を金型中に置き、
活性炭、結合剤、および銅粒子の混合物を１７５〜２０５℃間に加熱し、および
活性炭、結合剤、および銅粒子の混合物を約１２０ポンド／平方インチ圧力にさらす、
段階を含む水フィルタを作製するための方法。
【請求項１７】
活性炭が、銀および活性炭の組合せ重量に対して０．０５％〜０．１５重量％間の銀により処理される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
銅粒子が、さらに、銅粒子および銀処理活性炭の組合せ重量に対して８％〜１２重量％間の銅粒子を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
銅粒子が６０〜２００のメッシュサイズを有する顆粒状銅粒子からなる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
結合剤が超高分子量を有する低メルトインデックス高分子材料を含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年１２月４日に出願されたＢａｃｔｅｒｉｏｓｔａｔｉｃ  Ｗａｔｅｒ  Ｆｉｌｔｅｒ（静菌性水フィルタ）題の米国特許仮出願第６０／５２６，７３５号、および２００４年９月２４日に出願されたＢａｃｔｅｒｉｏｓｔａｔｉｃ  Ｗａｔｅｒ  Ｆｉｌｔｅｒ（静菌性水フィルタ）題の米国特許仮出願第６０／６１２，８０４号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づく特典を請求する。
【０００２】
発明の概要
本発明の一つの実施形態は、活性炭粒子、結合剤および銅粒子からなる流体フィルタを提供する。本発明の第２実施形態は、銀処理活性炭ブロック、結合剤、および銅粒子を含む流体フィルタを提供する。フィルタ中の銅の存在、および銅および銀処理活性炭の組合せは、長期にわたり、フィルタ上または内での細菌の増殖を阻害することが可能である。
【０００３】
図で示した実施形態の詳細な説明
図１に関して、静菌性水フィルタ１０は、フィルタブロック１２、上端キャップ１６、下端キャップ１８、任意のプラスチック芯１４、および任意の不織布スクリム２２からなる。フィルタブロック１２は、さらに、中心開口部２８および周辺壁２６からなる。
【０００４】
上端キャップ１６はフィルタブロック１２の上部軸端上に配置される。図で示した実施形態により、上端キャップ１６は、ポリプロピレンなどの非多孔質高分子材料から製造される。上端キャップ１６は、好ましくは、フィルタブロック１２の中心開口部２８と同軸である中心開口部３２を規定する。ネック３１は、上端キャップ１６の中心開口部３２、およびフィルタブロック１２の中心開口部２８と流体連絡するアパーチャ３０を規定する。ネック３１は、水処理システムのデッキ（示されていない）中に圧入するように適合され、さらに、複数の上端部エラストマー系Ｏリング３４Ａ／Ｂからなる。ネック３１は、静菌性水フィルタ１０が水処理システムのデッキ（示されていない）に取り外し可能にはめ込まれることを可能とするようにねじ込まれるか、または別途適合させることが可能である。本発明を組み込むことが可能である一つの水処理システムは、２００１年６月１２日にクール（Ｋｏｏｌ）らに発行された「Ｐｏｉｎｔ−Ｏｆ−Ｕｓｅ  Ｗａｔｅｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ」題の米国特許第６，２４５，２２９号に記載されており、この主題は本明細書において参考のため包含される。
【０００５】
下端キャップ１８は、フィルタブロック１２の下部軸端上に配置される。図で示した実施形態の下端キャップ１８は、完全に密閉され開口部は含まない。図で示した実施形態の下端キャップ１８は、さらに、下端部エラストマー系Ｏリング１９からなる。
【０００６】
任意のプラスチック芯１４は、水が特に軸方向に芯を容易に貫流することを可能とする多孔質周辺壁を規定するスパンボンデッド・ポリプロピレンなどの従来型の不織プラスチック材料である。図で示した実施形態により、プラスチック芯１４は望ましい不織布材料のロールド・シートから製造される。プラスチック芯１４の外径は、各用途によって変わる。図で示した実施形態により、プラスチック芯１４は、設置される場合、フィルタブロック１２の中心開口部２８内にぴったりと適合する。
【０００７】
一つの実施形態により、フィルタブロック１２は、以下に詳細に記載される、結合された活性炭、結合剤、および銅粒子の中空芯円筒型ブロックからなる。中空芯円筒型ブロックに関連して記載されるが、本発明は、顆粒状フィルタまたは濾床などの他の流体フィルタにおける使用にうまく適する。本明細書において用いられる用語「内側」、「内面的」、「外側」、および「外面的」は、フィルタブロック１２の幾何学的軸中心に対する方向を指すように用いられる。この開示の目的のため、活性炭粒径および粒度分布は、一般に、通常従来型の湿篩分析を用いて測定されるメッシュサイズの条件で記載される。湿篩分析は、活性炭混合物が粒径に基づく範囲または「ビン」中に分離される従来型の方法である。一般に、活性炭混合物は、水の支援により、それぞれが５００メッシュスクリーンまで次第に小さくなる開口部を有する一連のスクリーンを順次通り抜ける。特定スクリーンの開口部サイズよりも大きい粒子は、そのスクリーン上に残り、一方でより小さな粒子はスクリーンを通過して次のより小さなスクリーンに向かう。５００メッシュスクリーンの開口部よりも小さい粒子は、一般的に、「微細物」と呼ばれる。微細物のレベルは、各活性炭混合物により有意に変わることができるが、一部の活性炭混合物においては２０重量％ほども含むことが可能である。微細物は、一般的に、彼らの活性炭の格付けにおいて活性炭生産者自身により無視される。便法として、従来型のメッシュサイズの表記は粒径範囲を指すために用いられる。さらに詳細には、メッシュサイズの前の表記「＋」は、表記サイズのスクリーンを通過するには大きすぎる粒子を指す。例えば、＋１４０メッシュは１４０メッシュサイズのスクリーンを通過するには大きすぎる粒子を指す。同様にメッシュサイズの前の表記「−」は、表記サイズのスクリーンを通過するに十分な小さい粒子を指す。粒子分布を指す場合に、二つのメッシュサイズ間の表記「ｘ」はサイズの範囲を指す。例えば、１４０ｘ２００は１４０メッシュよりも小さく２００メッシュよりも大きな活性炭粒径の範囲またはビンを指す。
【０００８】
本発明の一つの実施形態により、フィルタブロック１２は、さらに、活性炭、銅粒子、および結合剤の組合せ重量に対して、１５％〜２５重量％の結合剤からなる。別の実施形態により、図に示した実施形態のフィルタブロック１２は、さらに、活性炭、銅、および結合剤の組合せ重量に対して、１９％〜２１重量％の結合剤からなる。一つの実施形態により、結合剤は極めて低いメルトインデックス（メルトフローレイト）を有する高分子材料であり、ホスタレン（Ｈｏｓｔａｌｅｎ）（登録商標）ＧＵＲ−２１２などの超高分子量、高密度ポリエチレンである。本発明の活性炭フィルタと共に用いることができる代替結合剤は、１９８８年６月２８日にバンダービルト（ＶａｎｄｅｒＢｉｌｔ）らに発行された「Ｗａｔｅｒ  Ｆｉｌｔｅｒ」題の米国特許第４，７５３，７２８号の活性炭ブロックフィルタに関連して開示され、記載されており、この主題は本明細書において参考のため包含される。
【０００９】
一つの実施形態により、フィルタブロック１２は、以下にさらに詳細に記載されるように結合剤により一緒に結合される活性炭および銅粒子の連続ブロックである。第２実施形態により、フィルタブロック１２は、活性炭、銅粒子、および結合剤の組合せ重量に対して、６０％〜８０重量％の活性炭からなる。本発明の別の実施形態により、フィルタブロック１２は、活性炭、銅粒子、および結合剤の組合せ重量に対して、６８％〜７２重量％の活性炭からなる。図に示した実施形態による活性炭は、最大３重量％の＋３０メッシュサイズ、および最大４重量％の−１４０メッシュサイズを伴う、約４０ｘ１４０メッシュサイズを有する活性ココナッツ炭からなる。
【００１０】
本発明の別の実施形態により、フィルタブロック１２は、活性炭、銅粒子、および結合剤の組合せ重量に対して、２％〜１５重量％またはそれ以上の銅粒子からなる。別の実施形態により、フィルタブロック１２は、活性炭、銅粒子、および結合剤の組合せ重量に対して、９％〜１１重量％またはそれ以上の銅粒子からなる。
【００１１】
図に示した実施形態の銅粒子は、銅および合金金属および合金中の不純物の組合せ重量に対して、最低９０重量％の銅からなる。銅粒子は６０〜２００のメッシュサイズを有して顆粒状である。図に示した実施形態において用いられる銅粒子の一つの例には、ミシガン州、スリーリバーズのＫＤＦフルーイド・トリートメント（ＫＤＦ  Ｆｌｕｉｄ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）により製造されるＫＤＦ・ＣＦ１００がある。
【００１２】
本発明の別の実施形態により、活性炭ブロック１２は、結合された銀処理活性炭、結合剤、および銅粒子の中空芯円筒型ブロックからなる。この実施形態により、活性炭ブロック１２は、銀処理活性炭、銅粒子、および結合剤の組合せ重量に対して、６０％〜８０重量％の銀処理活性炭からなる。別の実施形態により、活性炭ブロック１２は、銀処理活性炭、銅粒子、および結合剤の組合せ重量に対して、６８％〜７２重量％の銀処理活性炭からなる。図に示した実施形態の銀処理活性炭は、最大３重量％の＋３０メッシュサイズ、および最大４重量％の−１４０メッシュサイズを伴う、約４０ｘ１４０メッシュサイズを有する活性ココナッツ炭からなる。一つの実施形態により、活性炭は、銀および活性炭の組合せ重量に対して、０．１％〜０．５重量％間の銀により処理される。別の実施形態により、活性炭は、銀および活性炭の組合せ重量に対して、０．２％〜０．３重量％間の銀により処理される。銀処理活性炭は、活性炭製造業者からの利用できる「規格品」であり、修正なしで多様な活性炭ブロック製造業者により用いられる。銀処理活性炭の一つの例には、メリーランド州、ボルチモアのキャメロン・カーボン（Ｃａｍｅｒｏｎ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）から市販されているＳＧ６−ＡＧがある。
【００１３】
活性炭フィルタ中の銅粒子の存在、および銀処理活性炭および銅粒子の組合せは、フィルタ上または内の細菌の増殖を阻害することが可能である。自然発生従属栄養プレートカウント（ＨＰＣ）細菌は、塩素化飲料水中に生じ、活性炭フィルタにコロニーを形成することが知られている。これらの無害細菌は、通常、塩素化飲料水中にあるが、しかし、活性炭が塩素を除去する場合に、細菌は活性炭上にコロニーを定着させ、有意により高い細菌数をもたらすことが可能である。フィルタが細菌によりコロニー化された後、活性炭フィルタが流出水中のＨＰＣ細菌数の２〜５次規模の増加を有することは一般的である。ナショナル・サニタリー・ファウンデーション・インターナショナル（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓａｎｉｔａｒｙ  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）（「ＮＳＦ」）は、ＮＳＦ／ＡＮＳＩ規格４２、規格４２−２００２飲料水処理装置−静菌作用試験用の美的効果（Ａｅｓｔｈｅｔｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｆｏｒ  Ｂａｃｔｅｒｉｏｓｔａｓｉｓ  ｔｅｓｔ）として知られる、ＨＰＣ細菌増殖を抑圧するためのそれらの静菌効果用に飲料水フィルタを試験するための試験方法を確立してきた。図に示した実施形態のフィルタを、ＮＳＦ／ＡＮＳＩ規格４２、規格４２−２００２飲料水処理装置−静菌作用試験用の美的効果の修正版により試験した。この試験の修正版により、水は通常使用をシミュレートする多くのオン／オフサイクルにおけるフィルタを通過すると共に、停滞期間を含む。週に５日、水をポンプで１日当り１６時間にわたり１分オン／５９分オフのサイクルにおいてフィルタに通した。また週毎に４８時間の停滞時間がある。６週間以上および１３週間以下にわたり試験を行う。
【００１４】
流入および流出水中のＨＰＣ細菌数は、試験期間を通して監視される。試験中の水温度を２０℃から４０℃に上げることにより、試験を修正した。水を、脱塩素化された後またタンク中に貯めた。これらの修正は、ＨＰＣ細菌が試験規格で特定されるよりも高い数に水中で増殖することを可能とした。各実施形態の控えのフィルタを１２週間にわたり試験した。
【００１５】
合計６フィルタを、上で検討したプロトコルに従って試験した。試験した二つのフィルタは、活性炭および結合剤からなり、銅および銀処理活性炭を全く含有しなかった。試験した二つのフィルタは、活性炭、結合剤、および活性炭、銅粒子、および結合剤の組合せ重量に対して１０重量％の銅粒子からなった。最終的に、試験した二つのフィルタは、結合剤、銀および活性炭の組合せ重量に対して０．１重量％の銀により処理された活性炭、および銀処理活性炭、銅粒子および結合剤の組合せ重量に対して、１０重量％の銅粒子からなった。これらの試験の結果は平均化され、以下の表に提供される。第１欄は上で検討されたフィルタ中の銀および銅の％を示す。第２欄は、試験持続時間にわたり平均化され、および二つの試験フィルタ間の平均としての、水ミリリットル（「ｍｌ」）当りのフィルタ流入水のＨＰＣ数を提供する。第３欄は、試験持続時間にわたり平均化され、および二つの試験フィルタ間の平均としての、フィルタ流出水に対する水ミリリットル（「ｍｌ」）当りの平均ＨＰＣ数を提供する。表に示されるように、活性炭フィルタ中の銅粒子の包含、および銀処理活性炭および銅粒子の組合せは、銅または銀処理活性炭および銅粒子の組合せを含有しないフィルタと較べる場合に、フィルタ流出水中のＨＰＣ数の減少を提供することが可能である。
【００１６】
ＨＰＣ試験結果
フィルタ              流入水平均          流出水平均
Ag0%、Cu0%          8.22E04/ml          5.02E04/ml
Ag0%、Cu10%         8.22E04/ml          4.97E04/ml
Ag0.1%、Cu10%       8.22E04/ml          4.28E04/ml
【００１７】
図に示した実施形態の静菌性水フィルタ１０は、従来型の製造技術および装置を用いて製造される。一つの実施形態により、結合剤（粉末形態における）、銅粒子、および活性炭または銀処理活性炭は、結合剤および銅粒子が活性炭全体にわたって均一に分散されるように、上述の割合で均一に混合される。混合された活性炭、銅粒子、および結合剤は、上向きの突き出た中心ダウエル（示されていない）を有する従来型の円筒形金型（示されていない）中に供給される。金型およびその内容物は、次に、約１７５〜約２０５℃に加熱される。加熱後、混合された活性炭、銅、および結合剤は、金型中に入れられ、中心ダウエル（示されていない）に対して中心クリアランスを含む従来型の圧力ピストン（示されていない）を介して約３０〜約１２０ポンド／平方インチ圧力にさらされる。混合された活性炭、銅、および結合剤は、次に、冷却することが可能とされ、得られる構造体は、一体化フィルタブロックの形態において金型から除去される。
【００１８】
図に示した実施形態のフィルタブロック１２は、次に、必要ならば削られる。不織布スクリム２２は、フィルタブロックに添加されて主として予備フィルタとして機能する。一般に、スクリム２２はフィルタブロック１２周りに包まれる。スクリム２２は、ミネソタ州、セントポールの３Ｍ（３Ｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により製造されるジェット・メルト（Ｊｅｔ−ｍｅｌｔ）３７８４−ＴＣなどの接着剤により所定の位置に保持することが可能である。
【００１９】
図に示した実施形態の任意の不織プラスチック芯１４は、一般的に、望ましい不織材料のシートから切り取られる。材料の切り取りシートは、チューブ形態に巻かれ、フィルタブロック１２の中心に挿入される。芯１４は、接着的にまたは別途フィルタブロック１２の中心内に固定することができるが、しかし、一般的に、その広げようとする傾向性により、およびその末端キャップ１６および１８との相互作用により引き起こされる摩擦力により所定の位置に保持される。
【００２０】
上端キャップ１６およびネック３１は、ポリプロピレンなどの非透水性材料の射出成形により一体的に形成される。下端キャップ１８も、また、ポリプロピレンなどの非透水性材料の射出成形により形成される。図に示した実施形態の上端キャップ１６および下端キャップ１８は、ホットメルト接着剤を用いてフィルタブロック１２に接着される。他の接着剤が本発明により同等に作動するであろうことは、当業者に明らかであるであろう。
【００２１】
上の説明は、本発明の好ましい実施形態のそれである。種々の変更および変化は、均等論を含む特許法の原則により解釈されるべきである添付クレームにおいて定義される本発明の精神およびより広い態様から逸脱することなくなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の図で示した実施形態により製造される静菌性水フィルタの断面透視図である。
【図１】
2007512956.tif 000003
【国際調査報告】
2007512956.tif 000004