(57)【要約】【課題】水道水に溶存するカルキ成分やミネラル成分を除去した軟水が、冷蔵庫の中で生成、保管できる冷蔵庫搭載の浄水システムを提供する。【解決手段】上部が開放された貯水槽と、前記貯水槽の開放部に着脱可能に装着された蓋と、前記貯水槽内に給水された水道水を静水する電気透析槽と、前記貯水槽内の水を循環させる循環経路と、前記循環経路に配置された送液ポンプとからなり、前記貯水槽を前記循環経路内に構成することで、前記電気透析槽に印加する直流電圧を低減でき、省エネでかつ小型・低コストの浄水システムを提供する。【選択図】図１
2005224655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部が開放された貯水槽と、前記貯水槽の開放部に脱着可能に装着された蓋と、前記貯水槽内に給水された水道水を整水する電気透析槽と、前記貯水槽内の水を循環させる循環経路と、前記循環経路に配設された送液ポンプとからなり、前記電気透析槽が、前記循環経路内に構成されていることを特長とする浄水装置。
【請求項２】
前記電気透析槽は、複数の区画に仕切られた貯水槽の第一区画に配置され、前記第一区画以外の区画と前記電気透析槽の排水部が導管により連結されていることを特長とする請求項１に記載の浄水装置。
【請求項３】
前記蓋は、前記貯水槽に装着された状態で、第一区画の上部に注水口と給水口を形成したことを特長とする請求項１または請求項２に記載の浄水装置。
【請求項４】
前記蓋は、前記貯水槽に装着された状態で、第一区画以外の区画上部にそれぞれ排水口を形成したことを特長とする請求項１から請求項３に記載の浄水装置。
【請求項５】
前記貯水槽を複数の区画に仕切る仕切りと、前記蓋により構成される複数の空間が、それぞれ所定の気密性を確保していることを特長とする請求項１から請求項４に記載の浄水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵庫に搭載された浄水システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷蔵庫内には給水装置と共にこの給水装置より供給された水により製氷を行う自動製氷装置が広く普及している。一般に冷蔵庫の自動製氷機には水道水が用いられている。この水道水の原水には、淡水に属する河川水、湖沼水、人工ダムや貯水池などの水を用いている。これらの水道原水は、浄水場で浄水されるもので、次のような処理が行われている。
【０００３】
まず、浄水処理のために取り入れられた原水を沈殿池、濾過池の順で通水することにより懸濁物質、細菌、マンガン、臭いの原因や不快を催す有機成分などを除去して清浄な水にする。次に生化学的には、まだ、活性な状態であるために微生物や細菌類が存在したり、あるいは発生するために浄水工程の最後に消毒処理が行われる。この処理は、主に塩素ガスやさらし粉などを添加して行われる。上述したように浄水場の浄水処理によって、洗浄された原水が水道水となり各家庭や地域に供給される。
【０００４】
前述した如く水道水は、浄水場における浄化処理で飲料水として適する水となっているが、原水中に溶存している物質がすべて除去されているわけではない。洗浄された水道水に溶存している主な成分としては、ミネラル、炭酸、塩素イオン、シリカ、鉄、有機物などがある。
【０００５】
また、ミネラル。鉄及びシリカ等は、山や大地の鉄鉱石等から溶出して原水に溶け込む。これらの成分は浄水場では除去仕切れないので、そのまま水道水中に溶け込んだ状態で家庭等に供給される。炭酸は、地中の炭酸化合物が原水に溶解したり、空気中の二酸化炭素が水に溶け込むことによって、水道水中に溶存する。塩素イオンは、浄水場で行われる消毒処理に用いられる塩素がイオンの状態で存在する。有機成分は水道水の原水である河川や湖、沼などで発生した藻や細菌などから放出される成分や該本体が分解して生じた物質が浄水場で完全に除去しきれずに極微量ではあるが水道水に溶存してしまう。
【０００６】
一般家庭では、この様に多くの成分が溶存する水道水を飲料や料理等に用いている。近年の健康ブームに伴って、水、特に水道水に対する関心が高まっており、水道水に何らかの処理を行い、飲料に不快なカルキ臭の主成分である残留塩素やトリハロメタンなどの揮発性有機成分を除去することができる浄水器や電気分解等により水のｐＨ値を調整できるアルカリイオン水整水器などが市場に多く販売されている。
【０００７】
従来の冷蔵庫に搭載されている浄水機構としては、電気透析槽をもちいたもの（例えば、特許文献１参照）がある。
【０００８】
以下、図面を参照しながら上記従来の冷蔵庫搭載の浄水システムを説明する。
【０００９】
図６は、従来の冷蔵庫搭載の浄水システムのシステム構成図である。図７は浄水システムを構成する電気透析槽の構成図である。図６、図７に示すように、従来の冷蔵庫搭載の浄水システムは、被浄化水である水道水を貯水あるいは流水する貯水槽１と、貯水槽１で生成されたミネラル水を飲料用給水口（ディスペンサー）に配給する配管７と、貯水槽１で生成された無イオン水を製氷器へ配水する配管８と、水道管（図示せず）より貯水槽１に水道水を配水する配管９と、貯水槽１に水道水を供給する給水機構１０と、貯水槽１でつくられる飲料に適さない水を配水する配水用配管１７と、活性炭素や精密濾過フィルター等が装着された脱臭機構１８と、水道水に電解質を添加する電解質添加槽１９とから構成される。
【００１０】
ここで、貯水槽１には電気透析槽２が構成されており、電気透析槽２は、貯水槽１内の両側に１対の電極となる対向配設された陽極３と陰極４と、陽極３と陰極４との間に仕切り板を兼ねて所定間隔おいて配置されたカチオン（陽イオン）交換膜５ａ、５ｂと、アニオン（陰イオン）交換膜６ａ、６ｂとから構成されている。
【００１１】
また、給水機構１０は、制御弁１１〜１５と、連通配管２１とで構成されている。
【００１２】
以上のように構成された冷蔵庫搭載の浄水システムについて、以下その動作を説明する。
【００１３】
まず、電気透析槽２内の両端に配置された陽極３と陰極４に直流電圧を約１００Ｖ与えることで、陽極３は水道水中に溶存するカチオン（陽イオン）を反発し、アニオン（陰イオン）を引きつけるように作用し、陰極４はこれと逆にアニオンを反発し、カチオンを引き付けるように作用する。カチオン交換膜５ａ、５ｂは上記直流電圧の作用で、移動するカチオンだけを選択的に透過し、アニオンの移動は抑留するように作用する。
【００１４】
アニオン交換膜６ａ、６ｂはこれと逆にアニオンだけを透過し、カチオンの移動は抑留するように作用する。このように、カチオン交換膜５ａ、５ｂとアニオン交換膜６ａ，６ｂとは隔壁としての機能も有することから、貯水槽１は、カチオン交換膜５ａと貯水槽左側外壁との間が陰極３が存在する第１槽Ｉ、カチオン交換膜５ａとアニオン交換膜６ａとの間が第２槽ＩＩ、アニオン交換膜６ａとカチオン交換膜５ｂとの間が第３槽ＩＩＩ、カチオン交換膜５ｂとアニオン交換膜６ｂとの間が第４槽ＩＶ、アニオン交換膜６ａと貯水槽右側外壁との間が陰極４が存在する第５槽Ｖの各整水槽に区画されている。
【００１５】
ここで、水道直結配管９に接続された制御弁２０を開き、給水機構１０を経由して電気透析槽２の各整水槽Ｉ〜Ｖに水道水が供給される。同時に陽極３、陰極４に直流電圧１００Ｖをかけると、第１槽Ｉは原水の水道水に比べて溶存するカチオンのみが減少する。
【００１６】
次に、第２槽ＩＩと第４槽ＩＶでは、飲料用としてのミネラル水（アルカリイオン水）が生成され、給水機構１０からの給水による水圧または給水ポンプ等のメカニカルな動作で配管７を流れ、飲料用給水口（ディスペンサー）２２に配水される。無イオン水もこれと同様に配管８を流れ、自動製氷器２３に配水される。また、酸性水などの引用に適さない水は配水部２１で分離され、配水管１７を流れて家庭用排水溝に流す。あるいは冷蔵庫のドレンパンに流し蒸発させる。
【特許文献１】特開平１０−２０６００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記従来の構成は、水がほぼ静止状態の電気透析槽のなかで、イオンの移動が行われるため、電気透析槽としての効率が低く、陽極と陰極間に非常に高い直流電圧を印加する必要があるという欠点があった。
【００１８】
本発明は従来の課題を解決するもので、電気透析槽内部の水を循環させることで、電気透析槽としての効率を向上させて、陽極と陰極間への印加電圧を大幅に低減した冷蔵庫搭載の浄水システムを提供することを目的とする。
【００１９】
また、上記従来の構成は、酸性水など飲料用に適さない水は、冷蔵庫の庫外に排出するか、冷蔵庫のドレンパンに流して蒸発させる必要がり、冷蔵庫の庫外に排出する場合、家庭用排出口の近傍に冷蔵庫を配置しなくてはならず、また、冷蔵庫のドレンパンに流して蒸発させる場合は、酸性水によりドレンパンもしくは周辺部品が腐食してしまうという欠点があった。
【００２０】
本発明の他の目的は、電気透析により生じる酸性水など飲料用に適さない水を、冷蔵庫の庫外や、ドレンパンに放出しない冷蔵庫搭載の浄水システム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】
【００２１】
上記課題を解決するため、本発明の浄水装置は、上部が開放した貯水槽と、前記貯水槽の開放部に脱着可能に装着された蓋と、前記貯水槽内に給水された水道水を整水する電気透析槽と、前記貯水槽内の水を循環させる循環経路と、前記循環経路に配設された送液ポンプで構成したものであり、前記循環経路に前記電気透析槽を構成することで、電流密度を大きくする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の浄水装置によれば、電気透析槽を循環経路内に構成したので、印加電圧を低減でき省エネが実現できる。
【００２３】
さらに、印加電圧を低減できるので、電極間でのガス発生を抑制できる。
さらに、印加電圧を低減できるので、装置の小型・低コスト化ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
請求項１に記載の浄水装置の発明は、上部が開放した貯水槽と、前記貯水槽の開放部に脱着可能に装着された蓋と、前記貯水槽内に給水された水道水を整水する電気透析槽と、前記貯水槽内の水を循環させる循環経路と、前記循環経路に配設された送液ポンプで構成したものであり、前記循環経路に前記電気透析槽を構成することで、電流密度を大きくする。
【００２５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電気透析槽は、複数の区画に仕切られた貯水槽の第一区画に配置され、前記第一区画以外の区画と前記電気透析槽の排水部が導管により連結されるように構成したことで、電気透析により生じる酸性水など飲料用に適さない水を選別して、別の区画に貯水する。
【００２６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記蓋は、前記貯水槽に装着された状態で、第一区画の上部に注水口と給水口を形成したものであり、前記蓋を装着した状態で前記電気透析槽の配置された前記第一区画への水道水の注水と他容器への給水が可能になる。
【００２７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３に記載の発明において、前記蓋は、前記貯水槽に装着された状態で、第一区画以外の上部にそれぞれ排水口を構成したものであり、前記蓋を装着した状態で前記第一区画以外からの排水が可能になる。
【００２８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４に記載の発明において、前記貯水槽を複数の区画に仕切る仕切り板と、前記蓋により構成される複数の空間が、それぞれ所定の気密性を確保するようにしたので、前記第一区画への水道水の注水時に、前記第一区画以外に水道水が入水しない。
【００２９】
また、前記第一区画から他容器への配水時や前記第一区画以外からの排水時には、前記第一区画と前記第一区画以外の内部の水が混ざらない。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明による実施例の形態１の浄水システムの構成図である。図２は、本発明による実施例の形態１の浄水ボックスの側面断面図である。図３は、本発明による実施例の形態１の浄水ボックスの正面断面図である。図４は、本発明による実施例の形態１の浄水ボックスの正面断面図である。図５は、本発明による実施例の形態１のイオン濃度とスケール発生時間の関係を示す特性図である。
【００３２】
図１、図２、図３、図４において、浄水システム１は、上部が開放された貯水槽１０と、貯水タンク１０内部に配置された浄水ボックス２０と、浄水ボックス２０内部に具備された電気透析槽３０と、貯水槽１０の内部の水道水を循環させる循環経路４０と、貯水槽１０の上部に脱着可能に装着された蓋５０により構成されており、冷蔵庫に対して脱着可能になっている。
【００３３】
貯水槽１０は、仕切１１により第一区画１２と第二区画１３に仕切られており、第一区画１２の下部近傍には連結部１２が形成されている。
【００３４】
第一区画１２に配置された浄水ボックス２０は、流出側が開放されており、他方は導管２１により連結部１２と接続され、流れの順に沿ってフィルタ２２、電気透析槽３０が具備されている。
【００３５】
浄水ボックス２０内に具備された第一フィルタ２２は、水道水に含まれる浮遊物を除去するためのものであり、網材をシート状に成形したものを使うことが好ましい。
【００３６】
電気透析槽３０は、電気透析槽３０を覆うカバ−３１と、カバ−３１内面の両端に対をなすように配置された電極３２ａ、３２ｂと、電極３２ａ、３２ｂの内面に所定の間隔をおいて配置されたイオン交換膜３３ａ、３３ｂと、電気透析槽３０の組立用に用いられるスベーサ３４、３５及びボルト３６から構成されており、電気透析槽３０の排水口３７は、排水管２３と連結されさている。
【００３７】
電気透析槽３０を覆うカバ−３１は、流出側が開放された形状であり、電気絶縁性の高い樹脂を使うことが望ましく、本実施例では食品衛生法対応も含めてポリプロピレンを使用した。
【００３８】
電極３２ａは、電気透析時に陰極として使用される電極であり、母材であるステンレスに対して白金メッキをほどこした電極を用いることが望ましく、カバ−３１の内面に密着するように取り付けられており、上部近傍にはカバー３１と一体化されたターミナル３８ａにより−極と接続されている。
【００３９】
電極３２ｂは、電気透析時に陽極として使用される電極であり、母材であるステンレスに対して白金メッキをほどこした電極を用いることが望ましく、電極３２ａの反対面に、カバー３１の内面に密着するように取り付けられており、上部近傍にはカバー３１と一体化されたターミナル３８ｂにより＋極と接続されている。
【００４０】
陽イオン交換膜３３ａは、陽イオンのみを選択的に通過させることのできる膜であり、陰極である電極３２ａ側に所定の距離をおいて配置されている。
【００４１】
陰イオン交換膜３３ｂは、陰イオンのみを選択的に通過させることのできる膜であり、陽極である電極３２ｂ側に所定の距離をおいて配置されている。
【００４２】
図３において、陰極３２ａと陽イオン交換膜３３ａ及び陽極３２ｂと陰イオン交換膜３３ｂの間のスペ−サ３４は、流入側が開放形状であるコの字形状をしており、流出側近傍の切欠きが排水口３７を形成している。
【００４３】
図４において、陽イオン交換膜３３ａと陰イオン交換膜３３ｂの間のスペーサ３５は、流入側及び流出側が開放形状をしている。いずれのスペーサも電気絶縁性の高いニトリルゴムを使用することが好ましい。
【００４４】
スペーサ３７が組み込まれることで、電極３２ａと陽イオン交換膜３６ａの間には空間Ｉが、陽イオン交換膜３３ａと陰イオン膜３３ｂの間には空間ＩＩが、陰イオン膜３６ｂと電極３２ｂの間には空間ＩＩＩが形成される。
【００４５】
組立に用いられるボルト３６は、電気絶縁性の高い樹脂を使うことが望ましく、本実施例では食品衛生法対応も含めてポリプロピレンを使用した。また、ボルト３６の締め付けにより、空間Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ間の水の出入りは防止される。
【００４６】
貯水槽１０の内部の水道水を循環させる循環経路４０は、送液ポンプ４１と、送液ポンプ４１の吸入口に連結された導管４２と、送液ポンプ４１の吐出口と連結された導管４３とで構成される。この時、導管４２の一端は、蓋５０内部に形成された流路５５の一端と連結部５６で接続されている。また、導管４３の一端は、貯水槽１０の下方に位置する連結部１２に接続されている。
【００４７】
貯水槽１０の上方開口部に脱着可能に装着された蓋５０は、第一区画１２の上方に注水口５１と給水口５２が形成されており、第二区画１３の上方には排水口５３が形成されている。さらに、第一区画１２の上方には、流路５５が形成されており、一端は導管４２と、他端は貯水槽１０の底面近傍まで延びた吸入管５４と接続されている。また、貯水槽１０に形成された仕切１１の上方には、下向きに突起５５が形成せれており、蓋５０が装着された状態において、突起５５と仕切り１１が密着する。
【００４８】
排水管２３の一端は、電気透析槽３０の排水口３７と共に浄水ボックス２０と接続されており、他端は突起５５に形成された貫通部５７を介して第二区画１３で下向きに開放されている。
【００４９】
以上のように構成された浄水システムについて、以下その動作を説明する。
【００５０】
まず、冷蔵庫から取り外された浄水システム１は、蓋５０に形成された注水口５１から給水され、第一区画１２に水道水がためられる。この時仕切１１と蓋５０に形成された突起５５により第一区画１２と第二区画１３は仕切られていることから、第二区画１３に水道水が流れ込むことはない。
【００５１】
次に、浄水システム１が冷蔵庫に装着されると、送液ポンプ４１と電気透析槽３０がそれぞれ運転状態となり、第一フィルタ２１で、浮遊物を取り除かれた水道水は、吸入管５４、流路５５、導管４２、送液ポンプ４１、導管４３、導管２１、電気透析槽３０の順に流れて再び第一区画１２に戻される。
【００５２】
この時、電気透析槽３０内部では、主に空間ＩＩを通過する水道水に溶存するカチオンが陽イオン交換膜３３ａを通して陰極である電極３２ａに引き寄せられて、空間Ｉに濃縮する。これに対して、空間ＩＩを通過する水道水に溶存するアニオンは、陰イオン交換膜３３ｂを通じて陽極である３２ｂに引き寄せられて空間ＩＩＩで濃縮する。以上の動作が循環により繰り返されることにより、第一区画１２内部の水道水に溶存するカチオンやアニオンは除々に減少する。
【００５３】
ここで、従来の浄水機構では、貯水槽１に蓄えられ、ほぼ静止状態の水道水に直流電圧を印加していた為に、所定の電流密度を得るために非常な大きな電圧を必要としていたのに対して、本実施例においては、循環経路４０内に電気透析３０を構成することで、電気透析槽３０内に生じる強制対流の効果でイオンの移動が活性化され、電流密度を大きくすることが可能となることから、印加電圧を大幅に低減できる。これにより、電極３２ａ、３２ｂ間で生じる加水分解によるガスの発生も抑制できる。
【００５４】
一方、空間Ｉに濃縮したカチオンや、空間ＩＩＩに濃縮したアニオンは、スペーサ３４に形成された排出口３７を通って排水管２３を介して第二区画１３に排出される。
【００５５】
この時、排水管２３、排出口３７の通過面積を小さくすることで、循環経路４０の損失抵抗に対して、排水系の損失抵抗が大きくなり、第二区画１３への排水は常時微量なものとなる。ここで、一般的に、電気透析によるスケールの発生はカチオンが濃縮する空間Ｉで生じやすく、スケール発生の度合いは、空間Ｉのイオン濃度と、ＰＨと、時間に影響される。
【００５６】
つまり、空間Ｉのイオン濃度上昇を抑制することや、空間Ｉのアルカリ性への傾倒を抑制することが重要であるが、さらに、スケールの発生に対するイオン濃度と時間の関係は図５の特性図で表され、イオン濃度の上昇によりスケール発生までのスケール発生時間は短くなるが、想定するイオン濃度上限におけるスケール発生時間は約２０分程度であり、瞬間的にスケールが発生するわけではないことがわかる。これに対して本実施例では、排水を常時微量排水としたので、空間Ｉに濃縮水が滞留しないことから、スケールの発生を大幅に抑制でき、さらに空間Ｉ内のイオン濃度の上昇も抑制できる。
【００５７】
さらに、従来の従来の浄水機構では、冷蔵庫庫外もしくはドレンパン上に、電気透析により生じる酸性水など飲料用に適さない水を排出していたが、本実施例では、貯水槽１０に形成された第二区画１３にこれを回収して再注水時等に、ユーザの手で排水を行う。
【００５８】
以上のように本実施例の形態の浄水システム１は、上部が開放され貯水槽１０と、貯水槽１０の開放部に脱着可能に装着された蓋５０と、貯水槽１０内に給水された水道水を整水する電気透析槽３０と、貯水槽１０内の水を循環させる循環経路４０と、前記循環経路４０に配設された送液ポンプ４１とから構成され、前記循環経路４０に電気透析槽３０を配置したので、電気透析槽３０内に生じる強制対流の効果でイオンの移動が活性化され、電流密度を大きくすることが可能となることから、印加電圧を大幅に低減できる。
【００５９】
また、印加電圧を大幅に低減できので、電極３２ａ、３２ｂ間で生じる加水分解によるガスの発生も抑制できる。
【００６０】
さらに、電気透析槽３０を貯水槽１０の第一区画１２に設置して、電気透析により生じる排水を排水配管２３により第二区画１３に回収するので、冷蔵庫庫外やドレンパンへの排水が不要となる。
【００６１】
さらに、蓋５０の第一区画１２上方に注水口５１と給水口５２が形成されており、第一区画１２のみに注水することができるとともに、生成された整水を給水口５２から他容器に給水することができる。
【００６２】
さらに、蓋５０の第二区画１３上方に排水口５３が形成されており、第二区画１３に貯められた飲料用に適さない排水を排出することができる。
【００６３】
さらに、貯水槽１０に対して蓋５０が装着された状態において、仕切り１１と蓋５０に形成された突起５５とが密着されているので、第一区画１２と第二区画１３の水が混ざることはない。
【００６４】
なお、本実施の形態において、電極３２ａ及び３２ｂ間に陽イオン交換膜３３ａおよび陰イオン交換膜３３ｂを配設したが、イオン交換膜の代わりに水中溶存イオンの透過性を有する隔壁を複数使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明にかかる浄水装置は、印加電圧を低減して省エネルギー化と装置の小型・低コスト化が図れ、冷蔵庫等の機器や家庭内での浄水設備等にも幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明による浄水システムの実施例１の構成図
【図２】本発明による浄水システムの実施例１の浄水ボックスの側面断面図
【図３】本発明による浄水システムの実施例１の浄水ボックスの正面断面図
【図４】本発明による浄水システムの実施例１の浄水ボックスの正面断面図
【図５】本発明による浄水システムの実施例１のイオン濃度とスケール発生時間の関係を示す特性図
【図６】従来の冷蔵庫搭載の浄水システムのシステム構成図
【図７】浄水システムを構成する電気透析槽の構成図
【符号の説明】
【００６７】
１０    貯水槽
１１    仕切り
１２    第一区画
１３    第一区画以外の区画
３０    電気透析槽
４０    循環経路
４１    送液ポンプ
５０    蓋
５１    注水口
５２    給水口
５３    排水口
５５    突起
【図１】
2005224655.tif 000003
【図２】
2005224655.tif 000004
【図３】
2005224655.tif 000005
【図４】
2005224655.tif 000006
【図５】
2005224655.tif 000007
【図６】
2005224655.tif 000008
【図７】
2005224655.tif 000009