(57)【要約】  本発明は、飲用水をイオン交換材４で処理するカートリッジ１であって、銀がイオン交換材４に添加されており、銀イオンを除去する手段６がカートリッジの排出口に配されている、カートリッジに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飲用水を処理する抗菌カートリッジであって、
イオン交換材及び／又は活性炭と、銀と、を含む少なくとも１つのチャンバと、
飲用水から銀を取り除く手段と、を備え、
前記カートリッジは、前記飲用水が初めに、前記銀と、前記イオン交換材及び／又は活性炭と、を含有するカートリッジ領域を流れ、続いて前記銀を取り除く手段を用いて処理されるように構成されている、カートリッジ。
【請求項２】
前記銀を取り除く手段が、前記飲用水から銀を銀カチオン、中性銀、又は中性イオン対の形態で取り除くものである、請求項１に記載の飲用水を処理する抗菌カートリッジ。
【請求項３】
前記銀を取り除く手段が、硫黄含有官能基、好ましくはアミノ基を有する炭素原子に硫黄が結合した硫黄含有基、より好ましくはチオアミド及び／又はアミノチオールの形態の、銀と錯体を形成する活性基を含む、請求項１又は２に記載の飲用水を処理する抗菌カートリッジ。
【請求項４】
前記銀を取り除く手段が、フリース、好ましくはイオン交換フリースの形態で与えられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の飲用水を処理する抗菌カートリッジ。
【請求項５】
前記フリースの繊維厚が１０ミクロン〜２０ミクロンである、請求項４に記載の飲用水を処理する抗菌カートリッジ。
【請求項６】
前記フリースがポリアクリレート、特にポリアクリロニトリルを含む、請求項４又は５に記載の飲用水を処理する抗菌カートリッジ。
【請求項７】
前記イオン交換材が粒状材の形態で与えられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の飲用水を処理する抗菌カートリッジ。
【請求項８】
前記イオン交換材がフリース形態で与えられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の飲用水を処理する抗菌カートリッジ。
【請求項９】
前記銀を取り除く手段が、濾過した飲用水中の銀濃度が１リットル当たり１００マイクログラム未満、好ましくは１リットル当たり８０マイクログラム未満、より好ましくは１リットル当たり５０マイクログラム未満であるように適合されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の飲用水を処理する抗菌カートリッジ。
【請求項１０】
飲用水を、特に請求項１〜９のいずれか一項に記載の飲用水を処理するカートリッジを用いて処理する方法であって、
前記飲用水が初めに、銀を含み、抗菌効果を有するイオン交換材を通り、続いて銀を取り除く手段を通る、方法。
【請求項１１】
前記イオン交換材の領域において２００ｐｐｂを超える銀を前記飲用水に添加して、銀濃度を、前記銀を取り除く手段を用いて８０ｐｐｂ未満まで低減する、請求項１０に記載の飲用水を処理する方法。
【請求項１２】
重金属を除去する手段、特に飲用水を処理するカートリッジに使用される重金属を除去する手段であって、
繊維状ポリアクリレートを含み、
改質ポリアクリレートが、重金属と錯体を形成する硫黄含有官能基を少なくとも１つ含む、重金属を除去する手段。
【請求項１３】
前記硫黄含有官能基が、アミノ基を有する炭素原子に硫黄が結合した官能基である、請求項１２に記載の重金属を除去する手段。
【請求項１４】
前記硫黄含有官能基がチオアミド又は１−アミノチオールである、請求項１３に記載の重金属を除去する手段。
【請求項１５】
前記ポリアクリレートが改質ポリアクリロニトリルである、請求項１３に記載の重金属を除去する手段。
【請求項１６】
前記重金属が銀、鉛、銅、カドミウム及び／又はスズである、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の重金属を除去する手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は飲用水を処理するカートリッジに関する。このカートリッジは特に、重力式（gravity-operated）家庭用浄水フィルターでの使用に、又は飲料を調製する装置の供給管に差し込むカートリッジとして設計される。本発明は更に、飲用水を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲用水を処理するのに、カートリッジ、特にフィルターカートリッジを使用することが知られている。一方で、これらのフィルターカートリッジは、特に家庭で用いられているような重力式浄水フィルターシステムでの使用に適している。このカートリッジはホッパーに搭載されている。注入口を通してこのホッパーに水を満たし、その水が上部においてカートリッジへと流れ込み、下部排出口を通ってカートリッジから出る。
【０００３】
他の用途、例えば調理機又はホットドリンクを調製する自動販売機では、カートリッジは、装置に差し込むか又は適切な接続部を用いて飲用水管に接続して使用される。
【０００４】
上記の交換式カートリッジは通常、水の硬度、特に飲用水の炭酸硬度を低減するのに使用される。この目的には、このカートリッジにイオン交換材、例えば弱酸性樹脂を満たす。
【０００５】
さらにカートリッジには、飲用水から浮遊粒子又は不純物、例えば重金属を取り除く働きがある。この場合、フィルター材には活性炭及びイオン交換材が含まれる。鉛、銅又はニッケル等の重金属がイオン交換プロセスによって取り除かれる。
【０００６】
カートリッジはかなり長期間に亘って使用されることから、例えば細菌の増殖に起因して汚染が起こる場合がある。細菌は濾過した飲用水へと放出され得る。カートリッジ、またひいては濾過した水の微生物による汚染は、例えばカートリッジに抗菌物質を部分的に充填することにより低減又は更には回避することができる。
【０００７】
特に銀を含む又は銀を染み込ませたカートリッジが知られている。銀は抗菌効果を有し、そのため微生物による汚染を抑えることができる。銀は例えば、銀樹脂、銀塩、銀含有活性炭の形態で、及び／又は微粒子形態でカートリッジの濾床に加えることができる。
【０００８】
飲用水の濾過中、銀含有カートリッジは飲用水へと銀を放出する。銀はゆっくりと水へと放出され、銀濃度は５０ｐｐｂ〜１５０ｐｐｂ（１０億分率（parts per 109））の範囲である。浄水フィルターの下流では、処理された飲用水には、鉛、銅、塩素等の汚染物質が実質的に含まれていないが、浄水フィルターからの銀の放出により銀が含まれている。
【０００９】
特に滞留期間後、例えば水をフィルターに一晩入れたままにすると、２００ｐｐｂを超える濃度が得られる。
【００１０】
しかしながら、銀の飲用水への放出には、生理学及び材料科学の双方を考慮すると不都合な点がある。銀含有飲用水は下流の機器において電気化学的な電解腐食（ガルバニック腐食）を引き起こす場合がある。この場合のプロセスは電池と類似している。黄銅、銅、鉄等のより卑な金属（less noble metal）がアノードとして働き、より貴な銀（more noble silver）がカソードとして働く。このことは銀が析出し、より卑な金属が溶液に溶けることを意味する。このプロセスの間、より卑な金属は溶解する。このようにして、銀により誘導される局部腐食が起こり、これを一般的にピッチング（pitting）と呼ぶ。
【００１１】
上記の機器の寿命に悪影響を及ぼす腐食効果に加えて、パイプの構成材料及び装置構成成分が溶液に溶け、飲用水へと放出される場合がある。これにより、鉛、ニッケル又は銅の飲用水への放出が起こり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記を考慮して、本発明は飲用水処理用の既知のカートリッジを更に改善するという目的に基づくものである。特に本発明は、濾過した飲用水中の銀の濃度を大幅に増大させることなく抗菌効果を示すカートリッジを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、独立請求項のいずれかに記載される、飲用水を処理するカートリッジ、銀を除去する手段、及び飲用水を処理する方法によって既に達成されている。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態及び変更形態は、各従属請求項において明記されている。
【００１５】
本発明は飲用水を調製するカートリッジに関する。
【００１６】
本発明は重力式フィルター及び圧力式フィルター両方における飲用水を処理するフィルター用のカートリッジに関する。
【００１７】
重力式浄水フィルターでは、カートリッジは通常、濾過する水が充填されるホッパーに差し込む。
【００１８】
このようなカートリッジは一般的に、注入口と排出口とを備えるハウジングを含む。フリースは排出口に配置されているのが好ましい。注入口及び排出口は例えば、スロット又は格子型構造体として形成され得る。
【００１９】
本発明は飲料を調製する装置に使用されるカートリッジにも関する。この場合、カートリッジは装置内に、又は装置、例えばコーヒーメーカー（coffee machine）の前に、例えば装置の注入管に若しくは水タンクの排出口に置かれ得る。
【００２０】
さらに本発明は、特に水タンク内に、例えばコーヒーメーカーの水タンクに配置されているフィルターに関する。後者の浄水フィルターの場合、水は水タンクからカートリッジへと吸い込まれる。
【００２１】
カートリッジは、抗菌性の銀含有イオン交換材と、飲用水から銀を取り除く手段とを備え、飲用水が初めに、銀含有イオン交換材を流れ、続いて銀を取り除く手段を用いて処理される。
【００２２】
抗菌機器を含まない湿式カートリッジでは、特にカートリッジの使用期間の増大に伴い、細菌濃度、すなわち細菌増殖の上昇が起こる場合があることが知られている。
【００２３】
銀の濾床への添加は、例えば銀樹脂（例えばＰｕｒｏｌｉｔｅ  Ｃ  １５０  Ａｇ）、銀含有活性炭（例えばＥｕｒｏｃａｒｂ  ＹＡＯ  １５×５０、０．０５Ａｇ）、銀添着イオン交換体を用いて、又は金属銀（例えば銀被覆金属網）を用いて達成することができる。
【００２４】
対照的に、水を処理する本発明のカートリッジは、その銀含量に起因して抗菌効果を有する、すなわちカートリッジ内の細菌増殖が飲用水への銀の放出により阻害される。さらに、カートリッジは銀を取り除く手段を備え、この手段は下記において銀吸着材とも呼ばれ、飲用水から銀を取り除くものである。
【００２５】
カートリッジは、銀含有イオン交換材を予め通って銀が豊富に含まれている飲用水が、カートリッジから流れ出る前に銀吸着材に接触するように構成されている。したがって、本発明による構成に起因して、カートリッジ構成要素の放出による水質への影響がない抗菌（antibacterially equipped）カートリッジを提供することが可能である。さらに、用いられる銀吸着材は、鉛、銅、カドミウム、亜鉛等の他の重金属の濃度を更に積極的に低減して、水質を改善するように適合されているのが好ましい。このため、カートリッジから流れ出る飲用水には銀がほとんど含まれず、それゆえ衛生的に清潔であり、生理学的価値が高まり、下流の機器での銀誘発性の腐食が起こらない。
【００２６】
本発明の浄水フィルターの構成により、飲用水から汚染物質が取り除かれ、銀が浄水フィルター内において飲用水に添加されることで、細菌増殖が阻害される。その一方で、浄水フィルターから送達される飲用水には銀がほとんど含まれない。
【００２７】
銀吸着材はフリース形態、特にイオン交換フリース形態で与えられることが特に示唆されている。この場合、担持材（carrier material）の使用が特に有益であることが分かっている。一実施の形態によると、フリース繊維の平均径は５ミクロン〜３０ミクロン、好ましくは１０ミクロン〜２０ミクロンである。
【００２８】
イオン交換フリース形態での、特に上述の繊維径を有する銀吸着材の提供は、フリースの場合、粒状材よりも比表面積がかなり大きくなり、それにより飲用水からの銀の吸着動態がより良好なものになることから、粒状材に比べると有益である。
【００２９】
フリースは、本発明の一実施の形態により企図されるように多層材として形成されていてもよい。このため、異なるフリース層をフィルターカートリッジの排出口に重ねて（one above the other）挿入することができる。銀イオンを取り除く能力が高いフリース層を銀イオンに関する選択性がより高い更なる層の上に載置することが特に想到される。
【００３０】
その上、大きい細孔容積が高い処理能力を可能にする。これは高い流速が要求されるコーヒーメーカー等のホット飲料調製用の装置での適用に特に有益である。
【００３１】
本発明の一実施の形態では、フリースはポリアクリレート繊維を含む。特に、フリースは改質ポリアクリロニトリルの繊維を含む。これらの繊維は、銀及び他の重金属を吸着することにより、飲用水からそれらを取り除くことが可能である。
【００３２】
一実施の形態によると、改質は銀及び／又は銀イオンと錯体を形成することが可能な官能基を少なくとも１つ導入することにより達成される。
【００３３】
フリース形態の銀吸着材、及び銀含有イオン交換体と本発明によるフリースとの配置により、１リットル当たり１００マイクログラム未満、好ましくは１リットル当たり８０マイクログラム未満、より好ましくは１リットル当たり１０マイクログラムという濾過した飲用水中の最大銀濃度を達成すると同時に、抗菌カートリッジを得ることが可能となる。
【００３４】
対照的に、例えば沈殿反応、電気分解又は特定のイオン交換体を用いた、従来技術で知られる飲用水から銀を取り除く方法では、１リットル当たり約１００マイクログラムまでしか銀濃度を低減させることはできない。
【００３５】
本発明の方法の別の有利点は、そのコンパクトで単純な構成である。銀吸着材をカートリッジに組み込むことができるが、今まで知られる方法では、（例えば電気分解の場合）更なるプロセス工程及び部分的に複雑な装置の両方が必要であった。
【００３６】
本発明の代替的な実施の形態によると、銀を取り除くためにフリースの代わりに、粒状材、例えばイオン交換樹脂（例えばＬｅｗａｔｉｔ（登録商標）  ＭｏｎｏＰｌｕｓ  ＴＰ  ２１４又はＬｅｗａｔｉｔ（登録商標）  ＭｏｎｏＰｌｕｓ  ＴＰ  ２０７）の使用が可能である。これには概して、このような粒状材がより小さい比表面積、ひいてはより低い動態を示すことから、より大きい容積が要求される。
【００３７】
本発明は更に、特に上記のカートリッジを用いて飲用水を処理する方法に関する。
【００３８】
カートリッジでは、飲用水が少なくとも部分的に銀を含むイオン交換材を通り、抗菌活性を有する銀が飲用水へと放出され、それによりカートリッジに存在するイオン交換材又は水が保存される。続いて、水が銀吸着材を流れる。カートリッジから送達される場合、飲用水の最大銀含量が、１リットル当たり３０マイクログラム未満、好ましくは１リットル当たり１０マイクログラム以下となり、一方でイオン交換材領域の銀含量が１リットル当たり２００マイクログラムを超え得るように、銀吸着材によって銀の錯体形成が起こる。
【００３９】
さらに、本発明は銀を取り除く手段に関する。特に、繊維状改質ポリアクリレートがいわゆる銀吸着材として与えられ、これは改質により銀と錯体形成する活性基を含むものである。銀は主に、銀元素の錯体形成によって、及び一部イオン形態で又はイオン対として水から取り除かれる。
【００４０】
飲用水に常に存在する塩素イオンは銀と不溶性コロイドを形成する場合がある。たとえ塩化銀濃度が塩化銀の溶解度積を超えない程度に低く、銀が塩化銀として析出しないような場合でも、塩化銀は中性イオン対［Ａｇ＋Ｃｌ−］として水中に存在する。コロイド銀も中性イオン対も従来のイオン交換体では取り除くことができない。
【００４１】
本発明の有益な変更形態によれば、銀吸着材は改質ポリアクリロニトリルである。
【００４２】
銀吸着材は多官能性であるのが好ましい。多官能性とは、カルボキシル基の他に、銀吸着材が塩化銀の形態で存在する銀と強い錯体を形成する更なる活性基を含むことを意味する。特に更なる活性基は硫黄含有基である。硫黄含有基は銀と特に安定した錯体を形成する。特定の硫黄含有基に応じて、銀との安定した錯体を得ることができ、その錯体形成平衡は錯体側に強く寄っている。このため、遊離銀の最大濃度が極めて低くなる。同じ炭素原子上に硫黄官能基とアミノ官能基とを有する官能基を導入することが特に有益であることがわかっている。この場合、硫黄により引き起こされる錯体形成効果をアミノ基によって更に高めることができる。銀吸着材における活性基はチオアミド基又は１−アミノチオールであるのが好ましい。
【００４３】
このため、銀吸着材は、飲用水から銀をイオン性及び非極性形態、すなわち銀カチオン、中性銀又は中性イオン対の形態で取り除くことが可能である。本発明による銀吸着材を用いることにより、飲用水中の銀を実質的に排除することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【発明を実施するための形態】
【００４５】
これより本発明を図１〜図４の図面を参照してより詳細に説明する。
【００４６】
図１はホッパーに差し込むことができるような重力式家庭用浄水フィルターのカートリッジの断面図である。
【００４７】
この例示的な実施形態では、カートリッジ１は、注入口３と抗菌性の銀含有イオン交換材４で満たされているチャンバ２とを備えるカートリッジである。チャンバ２は互いに隣り合って配置された２つのセグメント２ａ、２ｂに分かれる。
【００４８】
イオン交換材４は粒状形態で与えられている。カートリッジ底部５では、フリース形態の銀吸着材からなるフリース６が配置されている。この例示的な実施形態では、カートリッジはサイフォン形態の排出口７を備える。フリース６がチャンバの２つの部分２ａ、２ｂに挿入されている。
【００４９】
飲用水の処理中、水が注入口３を通ってチャンバ２へと入り、イオン交換材４を通る。ここでは飲用水の処理は、例えば硬水軟化目的でイオン交換プロセスによって達成される。同時に、イオン交換材４が銀を水に放出する。続いて、水がフリース６を通る。銀吸着材との接触により、水に含まれる銀がフリース６に結合する。フリース６を通った後、処理した水はサイフォン形態の排出口７を通ってカートリッジから出る。
【００５０】
図２に、濾過した水の量を関数とする、従来の銀含有フィルターカートリッジ及び本発明によるカートリッジの排出口での銀の濃度を示す。
【００５１】
従来の銀含有カートリッジの排出口での銀濃度は、１リットル当たり約５０マイクログラムの初期値の後、初めの２０リットル以内に１リットル当たり最大１８０マイクログラムまで上昇する。それから次の２０ｌの間に、銀濃度は１リットル当たり約６０マイクログラムにまで低下する。合計４０ｌの後、濃度は１リットル当たり８０マイクログラムまで再び上昇する。総濾過量６０ｌの後の銀濃度は１リットル当たり約２０マイクログラムである。
【００５２】
図２は、従来の銀含有カートリッジを使用する場合、特に初めの４０リットルの水において、銀濃度が常に１リットル当たり５０マイクログラムを超えることをはっきりと示している。１リットル当たり最大１８０マイクログラムというピーク濃度がもたらされる。これらの高濃度は生理学的側面から警戒すべきものである。加えて、このような高銀濃度は金属材料の腐食を促進するとともに、酸化還元プロセスにより引き起こされるピッチングを促進する。
【００５３】
対照的に本発明によるカートリッジを使用する場合、最大銀濃度は１リットル当たり２０マイクログラムである。この最大値には濾過開始時に到達し、数リットル量以内に１リットル当たり５マイクログラム未満まで急落する。この低い銀濃度は、濾過した水の合計量が１２０ｌの後でもそれ以上上昇しない。このため本発明のカートリッジにより、このように処理した水中の銀濃度を一定に低く保ちながら、長い使用期間に亘って抗菌活性が確保される。
【００５４】
図３に、本発明によるカートリッジ１が組み込まれた水タンク８の断面図を示す。本発明のカートリッジ１は水タンク８の底部にある。水が注入口１０を通ってカートリッジ１に入る。矢印は水の流れる方向を示す。注入口１０が水タンク８の底部またはより低い領域から水を吸い上げる。それから、水がイオン交換材４、及びその後カートリッジ１の底部に配置された銀吸着材６を通ることで処理され、続いて排出口１１を通ってカートリッジ１及び水タンク８から出る。
【００５５】
図４に、例えばコーヒーメーカーの供給管に差し込まれる圧力式浄水フィルター１３を示す。水が注入口１７から注入パイプ１６を通って浄水フィルターへと流れる。それから、水はイオン交換体又は活性炭濾床１４を通る。フィルターから送達される前に、水は銀吸着材１５を通る。銀がほとんど含まれない処理した水１８が排出口１９を通って浄水フィルター１３から出る。
【符号の説明】
【００５６】
１  カートリッジ
２  チャンバ
３  注入口
４  イオン交換材
５  カートリッジ底部
６  フリース
７  排出口
８  水タンク
９  水位
１０  注入口
１１  排出口
１３  圧力タンク
１４  イオン交換材／活性炭濾床
１５  銀吸着材
１６  注入パイプ
１７  注入口
１８  処理した水
１９  排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2015525669.tif 000007
2015525669.tif 000008
2015525669.tif 000009
2015525669.tif 000010