JP3927909B2 - 微生物耐性の水浄化収集システム - Google Patents

Description

本発明は、水のフィルター処理に関する。より詳しくは、本発明は、逆浸透水フィルター処理システムであって、フィルター膜を横切って緩やかに周期的に変化する背圧が、フィルター処理システム内で微生物による生物学的負荷の凝集を回避するため利用されるところの、システムに関する。

微生物による生物学的負荷を制御するための必要性は、様々な流体から粒子及びバクテリアを除去するため、フィルター膜を使用した一点使用のバクテリア殺菌へと導いてきた。しかし、利用されるフィルター膜は、該フィルター膜の上流側で微生物による生物学的汚れの蓄積を防止するため、定期的にメンテナンスを受けるということが重要である。逆浸透性フィルター技術では、そのような定期的なメンテナンスは、一般に、逆浸透性フィルター膜及び／又は逆浸透性フィルターアッセンブリ全体の置換を必然的に伴っている。残念ながら、フィルター実施設備の遠隔距離又はユーザーの習熟レベルに依存して、フィルターアッセンブリは無視されるおそれがあり、ついには失敗又は健康の危険性さえ生じさせる。

微生物による生物学的負荷は、よどんだ水に最もはびこるため、本願出願人は、逆浸透性フィルター膜の生物学的汚れに対して更に警戒することが望ましいということを見出した。このため、本発明は、フィルター膜を横切って水の連続的な流れが形成される逆浸透性フィルターシステムを提供することを目的とする。当該技術分野の一般的な状態とは反対に、これは、フィルター膜を横切ってフィルター処理される水の戻り流れを要求する。ショーエンメーイル（Schoenmeyr）に１９９７年８月１９日に付与された米国特許番号５，６５８，４５７号は、少なくとも粒子除去という目的のためそのような戻り流れを少なくとも考えているが、ショーエンメーイルは、微生物の蓄積に対抗することのできるシステムを可能にすることができていなかった。特に、ショーエンメーイルは、膜を横切る実際の逆流を形成するため必要とされるような、前方への流れ遮断のときの充分な戻り流れ圧力を提供することができていない。その結果、ショーエンメーイルの装置は、生物学的物質の蓄積に影響を受けやすくなる。
米国特許番号５，６５８，４５７号

従って、本発明の優先的な目的は、逆浸透膜を横切る水の連続的な流れを提供し、これにより生物学的な汚れが集積する機会を大幅に減少させる、逆浸透性フィルターシステムを提供することである。

前述の目的に従って、微生物耐性の水浄化収集システムである本発明は、逆浸透性フィルターを備えている。
最終的に、本発明の多数の他の特徴、目的及び利点は、特に、前記した説明、次の説明、一例として詳細に述べられた説明及び添付請求の範囲の観点で、関連する分野の当業者には明らかとなろう。

本発明の範囲は、任意の特定の実施例より遙かに幅広いが、例示された図面を参照して好ましい実施例の詳細な説明が以下になされる。これらの図面では、類似の参照番号は、類似の構成要素に言及している。

当業者は、特に本明細書で提供された開示の観点で、多数の代替実施例を容易に認めることができるが、この詳細な説明は、本発明の好ましい実施例の一例にしか過ぎず、その範囲は、添付された請求の範囲によってのみ制限される。

ここで、図面を参照すると、本発明の水浄化収集システム１０が、概して、フィルター処理された水、或いはそうでなければ清浄水を貯蔵するための貯蔵容器１２と、後述される理由のために貯蔵容器１２の下方の容器サブスペース４１内に配置された逆浸透性（Ｒ／Ｏ）フィルターアッセンブリ１９と、を備えた状態で示されている。本文中で更により良く理解されるように、この流れは、貯蔵容器１２内の水の量に従って制御される。本文中で更により良く理解されるように、前述した構成部品の特定の構成は、Ｒ／Ｏフィルターアッセンブリ１９の膜容器２０内にカプセル状に包まれたＲ／Ｏ膜２１の自動周期的戻り急流洗浄を可能にしている。

図１及び図２に特に示されたように、貯蔵容器１２は、自在に膨張可能で且つ自在に収縮可能な可撓性プラスチックバッグを備えるのが好ましい。Ｒ／Ｏフィルターアッセンブリ１９からのフィルター処理された水は、フィルター処理された水の入口及び清浄水出口１３の結合部を介して貯蔵タンクに入ることができる。同様に、他の装置から戻った清浄水は、清浄水の入口１４を通って貯蔵容器１２に入ることができる。オーバーフロー及び圧力解放出口１５が、貯蔵タンク１２が過度に充填された状態にならないことを確実にするため設けられている。加えて、逆浸透プロセスを介してフィルター処理された水は、一般に、高い濃度のＣＯ₂ガスを有し、炭素酸を形成させるので、オーバーフロー及び圧力解放出口１５は、更に、そのようなガスが、大気圧で、貯蔵水から自在に出ることを可能にするように形成されている。この態様では、貯蔵水は、標準ｐＨレベルに迅速に戻り、その後、非活動的な状態に維持される。しかし、水の完全な状態を保存するため、オーバーフロー及び圧力解放出口１５は、一体の一方向チェックバルブ１６が備え付けられている。

図１乃至図３に示されるように、清浄水入口１４及びオーバーフロー圧力解放出口１５は、貯蔵タンク１２を水浄化収集システム１０のシャシ３６に従属的に取り付けるのに役立っている。そのため、貯蔵容器は、清浄水入口アパーチャ３７とオーバーフロー圧力解放出口１５とを介して、清浄水入口１４及びオーバーフロー圧力解放出口１５の結合部１８と結合するようになった、複数の一体成形バッグ設備品１７が備え付けられている。同様に、バッグ設備品１７は、フィルター処理された水入口及び清浄水出口アパーチャ４０を介して、フィルター処理された水入口及び清浄水出口１３の組み合わせの結合部１８と結合し、これにより、貯蔵容器１２の下側部分をシャシ３６に取り付けられた容器棚３９に固定するように形成されている。

本発明のＲ／Ｏフィルターアッセンブリ１９は、容器２０内に包まれたＲ／Ｏ膜２１と、複数の膜容器取り付けブラケット２２と、を備えている。本発明の重要な態様では、膜容器取り付けブラケット２２は、容器棚３９の下方の容器サブスペース４１において、水平配位で膜容器２０を固定する態様でシャシ３６に取り付けられている。この態様では、本文中で更により良く理解されるであろうように、水浄化収集システム１０へのフィルター未処理の水の流れが自動遮断バルブアッセンブリ２７により遮断される任意時間の間、Ｒ／Ｏ膜２１の戻り急流洗浄を可能にするため貯蔵容器１２内の水の充分なヘッド圧力を達成することができる。当該技術分野の従来のプラクティスに反して、本発明は、そのような周期の間、清浄水がフィルター処理水出口２４を介して膜容器２０に逆流可能にすることを意図しているので、膜容器２０が、この流れに適合するように変更されるべきであることも、本発明にとってきわめて重要である。特に、膜容器内部に通常では設けられているチェックバルブを省略する必要がある。もし該チェックバルブを省略しなければ、フィルター処理された水出口２４を介したＲ／Ｏ膜２１への水の戻り流れを防止するであろう。

本発明を実施するために、本願出願人は、カプセル状に包まれた超微小膜モジュールをＲ／Ｏフィルターアッセンブリ１９において、１日につき０．３８ｍ³（１００ガロン）、利用することができることを見出した。当業者ならば、他の物質均等物を認めるであろうが、本願出願人は、この手段は、回収が約４若しくは５乃至１で維持される限り、８５％乃至９０％の塩化ナトリウムの排除、及び、９５％乃至９８％の二価化合物の排除を達成する膜性能を可能にすると予測する。他のＲ／Ｏ手段においてそうであるように、排除水排水部２６が、膜容器２０からの排除水出口２５と流体連通して設けられる。好ましくは、排除水排水部２６は、テフロン（Ｒ）製の毛細管流れ制限部を備え付けられるのがよい。

特に、図２乃至５に示されるように、本発明の自動遮断バルブアッセンブリ２７は、貯蔵容器１２内部の水レベルに従って、ぺダル２８を介して機械的に作動されるように構成された通常開いたバルブ３２を備えている。図面に示されているように、フィルター未処理の水の通常の流れは、フィルター未処理水の入口１１を通り、介設された配管を介してバルブ３２上の入口４４へと至る。貯蔵容器１２が一杯でも一杯に近くもない限り、水は、バルブ３２を通って自在に流れ、プラスチック製配管を通って出口３４から出て、膜容器２０上のフィルター未処理水入口２３へと至る。次に、清浄水は、Ｒ／Ｏ膜２１と交差し、膜容器２０のフィルター処理された水出口２４から、その目的が後に明らかとなるように、設けられたプラスチック配管及び４方向接合管４５を通って流れ、フィルター水入口及び清浄水出口１３の結合部を通って貯蔵容器１２へと流れる。他のＲ／Ｏ設備でそうであるように、Ｒ／Ｏ膜２１を横切って通過しない排除水は、膜容器２０の排除水出口２５から流れ、流れ制限排除水排水部２６を通って流れる。

貯蔵容器１２が一杯になったとき、シャシ３６内に形成された支柱３１を支点とするレバーとして作用するペダル２８は、バルブ３２を閉じるように機能する。詳細には、可撓性貯蔵容器１２が一杯になったとき、その水平方向の圧力が、ペダル２８の拡張アーム２９に抗して発揮され、その結果、支柱３１に亘るペダル２８の作動アーム３０のてこ作用により、バルブ３２と一体のプランジャー３５を押下させる。プランジャー３５の押下は、バルブ３２を閉じさせてＲ／Ｏ膜容器２０への水の流れを遮断させる。当業者ならば、他の可能な変形例を認めるであろうが、本願出願人は、貯蔵容器１２の充填時にプランジャー３５に抗して約２７５．８ｋＰａ（約４０ｐｓｉ）の圧力が形成されるように自動遮断バルブアッセンブリ２７を構成するのが好ましいことを見出した。この態様では、容易に利用可能な市販されている隔膜バルブを利用して、約４１３．７ｋＰａ（約６０ｐｓｉ）の管路圧力を容易に遮断することができる。

前述されたように、本発明の貯蔵容器１２は、自在に膨張可能で且つ自在に収縮可能である、可撓性プラスチックバッグを備えている。本発明の好ましい実施形態によれば、貯蔵容器１２は、約０．０１９ｍ³（約５ガロン）の水を保持するようにサイズが定められている。加えて、自動遮断バルブ２７は、貯蔵容器が約８０％の容量（約０．０１５ｍ³（約４ガロン））まで充填されたとき、バルブ３２を閉じるように構成されている。この態様では、約３．４５ｋＰａ（約０．５ｐｓｉ）乃至約６．９ｋＰａ（約１ｐｓｉ）のヘッド圧力が、貯蔵容器１２が一杯になる任意時刻で膜容器２０内のＲ／Ｏ膜２１に亘って緩やかに変化する背圧を生成するように形成されている。図面に示されているように膜容器を配位することが本発明にとって重要であるが、容器サブスペース４１では、洗浄のためＲ／Ｏ膜２１に亘って充分な背圧を生成するため、過剰のヘッド圧力を回避しなければならない。そのため、実行する技術者は、Ｒ／Ｏ膜２１の層間剥離を防止するため３４．５ｋＰａ（５ｐｓｉ）以下に背圧を維持するように警告されている。

前述されたように、Ｒ／Ｏフィルターアッセンブリ１９と、貯蔵容器１２とのインターフェースを形成するフィルター処理水入口及び清浄水出口１４の結合体との間を流体接続する、４方向接合管４５が設けられている。この態様では、貯蔵容器１２への単一の開口部が、貯蔵容器１２の充填、並びに、該容器からの清浄水の分配のために利用されてもよい。そのため、４方向接合管４５からの一つの接続部は、輸送ポンプ４８の入口４９と流体連通して配置されている。次に、輸送ポンプ４８からの出口５０は、ポンプ清浄水出口４６に接続されている。本発明の好ましい実施例では、輸送ポンプ４８は、圧力作動式の、間欠デューティサイクルの自給式の正の排水量ポンプを備えている。そのようなポンプは、カリフォルニア州、サンタアンナのシュルフロポンプＭｆｇ社から、モデル番号４０２−１４０−０３３で市販されている。当業者により認められるように、ポンプ式の清浄水出口４６を、清浄水を要求するが内部のポンプ装置を欠いている装置に接続されてもよい。内部ポンプを有する装置に清浄水を提供するため、４方向接合管４５への残りの接続部分は、重力式流れ清浄水出口４７に直接流体接続される。

しかし、本発明の水浄化収集システム１０がソーダ装置（soda machine）等で利用される用途において、要求作動式輸送ポンプ４８に代わり、ガス作動式ポンプが便利に利用されてもよいことを当業者は認めるであろう。そのような用途では、炭酸塩化ガスの一部分が、輸送ポンプを駆動するため、単に逸らされるだけである。同様に、より低いコストのインペラー又はタービン式ポンプを、遠隔アクチュエータスイッチを設けることにより、利用されてもよい。一実施形態では、そのような遠隔スイッチは、ユーザー装置への入口バルブを作動するソレノイドコイルの近傍に配置された磁気リードスイッチを備えてもよい。ソレノイドの作動は、実際にユーザー装置にインターフェース配線を設ける必要がないという事実にも係わらず、リードスイッチの閉鎖及び輸送ポンプの作動を引き起こす。

前述した説明は、本発明の好ましい実施例の一例であるが、当業者ならば、特に、この説明、添付図面及びそれらが参酌される請求の範囲の観点で、多数の変形、代替、変更及び置換等々が容易に可能であることを認めるであろう。例えば、Ｒ／Ｏフィルターアッセンブリ１９の作動のため充分な前方圧力が得られないおそれのある低圧用途で使用するため、フィルター未処理水入口１１と、Ｒ／Ｏフィルターアッセンブリ１９との間に昇圧ポンプ４３が設けられてもよい。この場合には、貯蔵容器１２内の水のレベルに従って昇圧ポンプ４３へのパワーの分配を制御するため、図１、２及び４に示されるように、通常、閉じた小型スイッチ５１も設けられる。特に、貯蔵容器１２が一杯になったとき、ペダル２８は昇圧ポンプスイッチ５１に抗して作動し、スイッチ５１を開放し、これにより、電源４４から昇圧ポンプ４３への電力を遮断するようにする。

同様に、バッテリーパック又は交流電流アダプター等の電源４４が、輸送ポンプ４８及び／又は昇圧ポンプ４３の作動のため設けられてもよい。加えて、シャシ３６は、複数の取り付けスロット４２が備え付けられるのが好ましく、これにより本発明の水浄化収集システム１０を、フレーム、壁、又は関連する装置等々に容易に取り付けることができる。いずれの場合においても、本発明の範囲は、任意の特定の実施例よりも遙かに幅広いので、前述した詳細な説明は、本発明の範囲を制限するものと解釈するべきではなく、本発明の範囲は、添付した請求の範囲によってのみ制限される。

図１は、本発明の水浄化収集システムの好ましい実施例の前部斜視図を示す。 図２は、図１の水浄化収集システムの後部斜視図を示す。 図３は、図１の水浄化収集システムの底部斜視図を示す。 図４は、部分破断頂面図において、図１の水浄化収集システムの自動遮断バルブの詳細な構成を示す。 図５は、図４のライン５−５に沿って取られた部分破断断面図において、水浄化収集システムの自動遮断バルブの詳細な構成を示す。

Claims (17)

1. 微生物耐性の水浄化収集システムであって、
   システム入口と選択的に流体連通するフィルター入口、及び、フィルター出口を有し、該フィルター入口及び該フィルター出口はフィルター膜により分離されている、逆浸透性フィルターアッセンブリと、
   前記フィルター出口と流体連通すると共に濾過水を貯蔵するように構成された水貯蔵容器であって、該水貯蔵容器の少なくとも一部分は、前記フィルター膜を通した濾過水の戻り流れを可能にするため該水貯蔵容器の充填が前記フィルター膜に対して該水貯蔵容器内のヘッド圧力を形成するように前記フィルター膜の上方の高さに配置されている、前記水貯蔵容器と、
   前記システム入口及び前記フィルター入口の間に介在された機械式遮断バルブであって、前記フィルター膜に対して前記水貯蔵容器内の最小ヘッド圧力に達したとき、前記システム入口から前記フィルター入口への流体連通を遮断するように構成されており、前記遮断バルブの作動が前記水貯蔵容器とのその物理的接触により生じ、該最小ヘッド圧力は、最小でも３．４５ｋＰａ（０．５ポンド平方インチ）である、前記遮断バルブと、
   を備える、微生物耐性の水浄化収集システム。
2. 前記水貯蔵容器は、可撓性バッグを備えている、請求項１に記載の水浄化収集システム。
3. 前記可撓性バッグは、実質的に自在に膨張可能であり、且つ、実質的に自在に収縮可能である、請求項２に記載の水浄化収集システム。
4. 前記遮断バルブは、バルブ入口と、バルブ出口と、プランジャーと、を備え、該プランジャーの押下は、前記バルブ入口から前記バルブ出口への流体流れを遮断するように作動させる、請求項２に記載の水浄化収集システム。
5. 前記遮断バルブは、レバーを更に備えており、該レバーは、前記可撓性バッグが実質的に充填されたときに該レバーが前記プランジャーを押下するように、前記可撓性バッグに隣接して配置されている、請求項４に記載の水浄化収集システム。
6. 前記逆浸透性フィルターアッセンブリは、全体的に前記水貯蔵容器の下方の空間に配置されている、請求項５に記載の水浄化収集システム。
7. 前記フィルター出口は、前記水貯蔵容器のベース部分内の容器入口を介して前記水貯蔵容器と連通する、請求項６に記載の水浄化収集システム。
8. 前記システムは、前記システム入口と前記フィルター入口との間に介在された昇圧ポンプを更に備えている、請求項５に記載の水浄化収集システム。
9. 前記システムは、昇圧ポンプ遮断スイッチを更に備えており、該昇圧ポンプ遮断スイッチは、前記水貯蔵容器が実質的に充填されたときに前記昇圧ポンプへの電力を遮断するように構成されている、請求項８に記載の水浄化収集システム。
10. 前記昇圧ポンプ遮断スイッチは、前記レバーにより作動される、請求項９に記載の水浄化収集システム。
11. 前記システムは、前記水貯蔵容器から水を送出するための輸送ポンプを更に備えている、請求項５に記載の水浄化収集システム。
12. 前記輸送ポンプは、要求作動式である、請求項１１に記載の水浄化収集システム。
13. 前記輸送ポンプは、ガスで駆動される、請求項１１に記載の水浄化収集システム。
14. 前記輸送ポンプは、遠隔からスイッチ作動される、請求項１１に記載の水浄化収集システム。
15. 前記水貯蔵容器は、前記フィルターアッセンブリを通過していない水の収集のための清浄水入口を更に備えている、請求項５に記載の水浄化収集システム。
16. 前記水貯蔵容器は、内部に収集された水からガスを解放するための圧力解放手段を更に備えている、請求項１５に記載の水浄化収集システム。
17. 前記圧力解放手段は、チェックバルブを備え、該チェックバルブは、前記貯蔵タンクへの汚染物質の導入を防止するように構成されている、請求項１６に記載の水浄化収集システム。

Images