JP5739450B2 - 高精度計量装置を備えたウォータオンウォータ濾過システム - Google Patents

Description

本開示は、一般に、濾過システム及びそのようなシステムに正確な量の添加物を加えることができる機構に関する。

居住用及び商用利用のために設計された水濾過システムは、ますます一般的となっている。この普及は、入力水から望ましくない物質を除去して、出力水を様々な最終用途で消費するためにより安全にする必要性から生じている。

２つの一般的な水濾過システムには、容器内の空気セルによって作り出される逆圧に逆らって密閉圧力容器内に生成水を放出するシステム（エアオンウォータシステム）、並びに逆圧がない状態で、密閉圧力容器内及び別個の水源により圧縮して容器から生成水を取り出すことができる柔軟な水セル内に生成水を放出するシステム（ウォータオンウォータシステム）がある。

エアオンウォータシステムは、空気セルの逆圧にさらされ、これは、本質的に、システムの濾過部分（例えば、逆浸透膜）にわたる圧力差を低減し、それによって一定時間に作られる濾過生成水の品質及び量を低下させる。生成水の品質は、典型的に、単一の濾過部分及び単一の貯蔵容器を含む家庭用システムにおいて起こるように、生成水が頻繁に取り出され、少量が置換される場合に、特に劣る。更に、貯蔵容器から空気セル推進水が空にされる際、空気セルは、徐々に圧力を失い、生成水の分注流量は減少する。大部分の空気セルシステムは、貯蔵タンクがいっぱいであり、典型的に管路圧力の６０％〜７０％に到達する際、給水流、したがって低速流出廃水の更なる生成を停止する自動遮断弁を含む。この技術は、廃水を減少させる一方、生成水の量及び品質、並びにその分注流量の低下をもたらし得る。

ウォータオンウォータシステムは、エアオンウォータシステムの欠点の多くに対処することができる。ウォータオンウォータシステムは、典型的には、ほぼ同サイズの２つの水充填隔室を収容する圧力容器を含む。区画間の物理的分離は、第１の区画内の水圧が第２の区画内の水圧に影響を与えるように、移動可能であるか、又は可撓性である。それぞれの区画は、１つの区画を、他方が空になる一方で、充填することができるように、異なる流体源によってアクセスされる。したがって、区画にわたって、圧力低下はほとんど又はまったく生じない。生成水が容器から引き出される際、両方の区画は加圧される。次いで、生成水が１つの区画を充填し、他方の区画から排水管に水を追い出す際、両方の区画は減圧される。

飲料水の品質は、水源により異なることがある。例えば、地域によっては、水は、井戸から得られ、多量の塩類を含むことがあり、その幾つかは、水に味又はにおいを与えることがある。他の地域では、水は、小川、河川、湖、更には海水脱塩プラントの場合には海から得られることがある。例えば瓶詰め水のような均一な水製品を生産するためには、典型的には、源水は、濾過されて、塩類、細菌、ウィルス、又は水を不味くする他の成分を含む可能性がある望ましくない要素が除去される。しかしながら、濾過水は、味気ないことにより必ずしも顧客の好みに合うとは限らない。水を濾過し、次に水を美味しくする成分を戻すことが望ましい。また、源水に関係なく均一な水製品を生産できることが望ましい。

ウォータオンウォータ濾過システムは、より一般に利用されているエアオンウォータシステムと比較して多くの利点を有する。ウォータオンウォータ設計の１つの利点は、濾過水の分注時の改善された流量である。場合によっては、ウォータオンウォータシステムは、典型的なエアオンウォータシステムの１．５〜３倍、又はそれを超える流量を生成することができる。また、ウォータオンウォータシステムは、典型的に、平均でウォータオンエアシステムの少なくとも２倍の分注時の改善された送達圧力を提供することもできる。また、改善された送達圧力は、貯蔵容器へ、又は貯蔵容器からの水の流量を増加することができるため、ウォータオンエアシステムと比較して、増加した生成を提供することもできる。広くは、また、ウォータオンウォータシステムは、それらが、生成される濾過水の単位ごとにより少ない廃水（排水する水）を生成するため、改善された効率も有する。ウォータオンウォータシステムは、圧縮空気源を必要とせず、したがって、より小さな寸法及び空間要件を有することができる。ウォータオンウォータシステムのこれら及び他の利点により、ウォータオンウォータシステムは、本明細書に開示される発明の原理の実装に有利な産業上の利用分野となる。例示的なツイン容器ウォータオンウォータ濾過システムは、例えば、米国特許出願第２００９／０２００２３８（Ａｓｔｌｅら）に開示されている。

他の幾つかのタイプの濾過システムは、エアオンウォータシステムと同じ欠点の幾つかを有する。例えば、タンクのない濾過システムは、比較的大量の濾過水を生成する能力を有する、大きな濾過部材を利用する。大きな濾過部材は、高価であり、大きな空間を必要とする可能性がある。また、濾過水の生成を最大化するために、濾過部材にわたる圧力低下は増加されなければならず、結果として、タンクのないウォータオンウォータシステムの送達側に、低出力圧力をもたらす。

高精度計量システムと組み合わせで逆浸透フィルタを有することができるウォータオンウォータ濾過システムを使用して、均一な品質と味を有する濾過飲料水を生成することができる。高精度計量装置を含む提供されたウォータオンウォータ濾過システムは、源水を濾過し、次に極めて微量で存在できる成分を戻して、源水に関係なく均一な生成物を生成することができる。

一態様では、少なくとも１つの水濾過部材と、水濾過部材と流体的に連通し、サービス状態と充填状態とに切り替わるように構成された、第１のウォータオンウォータ容器と、水濾過部材と流体的に連通し、サービス状態と充填状態とに切り替わるように構成された、第２のウォータオンウォータ容器と、を備え、第１のウォータオンウォータ容器、第２のウォータオンウォータ容器、又はこれらの両方が装置を有し、該装置は、一定の容積を有しかつ少なくとも１つの外壁を有する第１のチャンバ、及び一定の容積を有しかつ少なくとも１つの外壁を有する第２のチャンバと、第１のチャンバ内に配置された第１のピストンであって、第１のピストンの縁が、第１のチャンバの外壁と摺動可能に接触して、第１のチャンバを混合部分と駆動部分に分割する封止部を形成する、第１のピストンと、第２のチャンバ内に配置された第２のピストンであって、第２のピストンの縁が、第２のチャンバの外壁と摺動可能に接触して、第２のチャンバ内に濃縮部分を画定する封止部を形成する、第２のピストンと、を有し、第１のピストンが前記第１のチャンバ内で変位されるときは第２のピストンが第２のチャンバ内で変位されるように、第１のピストンと第２のピストンが互いに機械的に連絡しており、充填状態のときに、第２のチャンバの濃縮部分が、第１のチャンバの前記混合部分と流体的に連通する、濾過システムが提供される。

別の態様では、水濾過システムにより濾過水を供給する方法であって、水濾過システムが、少なくとも１つの濾過部材、第１及び第２のウォータオンウォータ貯蔵容器、少なくとも１つの濃縮物供給源、並びに制御システムを有し、第１及び第２の貯蔵容器がそれぞれ、貯蔵容器が濾過水で充填された充填状態と、濾過水が貯蔵容器から放出されたサービス状態とに切り替わるように構成され、該方法が、濾過部材によって濾過水を供給する工程と、投与装置を使用して、少なくとも１つの濃縮物供給源からの濃縮物を、第１の貯蔵容器に加える工程と、高精度計量装置を使用して、少なくとも１つの濃縮物供給源からの濃縮物を、第２の貯蔵容器に加える工程と、を含み、高精度計量装置が、一定容積を有しかつ少なくとも１つの外壁を有する第１のチャンバ、及び一定の容積を有しかつ少なくとも１つの外壁を有する第２のチャンバと、第１のチャンバ内に配置された第１のピストンであって、第１のピストンの縁が、第１のチャンバの外壁と摺動可能に接触して、第１のチャンバを混合部分と駆動部分に分割する封止部を構成する、第１のピストンと、第２のチャンバ内に配置された第２のピストンであって、第２のピストンの縁が、第２のチャンバの外壁と摺動可能に接触して、第２のチャンバ内の濃縮部分を画定する封止部を構成する、第２のピストンと、を有し、第１のピストンが第１のチャンバ内で変位されるときは第２のピストンが第２のチャンバ内で変位されるように、第１のピストンと第２のピストンが互いに機械的に連絡しており、第２のチャンバの濃縮部分が、第１のチャンバの混合部分と流体的に連通している、方法が提供される。

本開示では、
「軸方向に位置合わせされた」は、対称軸又は平行対称軸を共用する２つ又はそれ以上の部分を指す。

「嚢（bladder）」は、変形可能な容器を指す。

「管路」は、流体通路を指す。

「流体」は、液体又は気体を指す。

「流体的に連通」は、２つの装置又は装置の２つの部分が互いの間で流体を直接移送する状況を指す。流体的に連通するシステムには他の流量調整装置が含まれてもよいことを理解されたい。

「連結機構」は、動きを伝えるために使用される要素の系を指し、連結機構は、直接的な機械的な連結機構でもよく、例えば電磁弁に対する電気信号など、機械的な動きに後で変換されるエネルギー伝達媒体を介した間接的な連結機構でもよい。

「機械的な連絡」は、連結機構を有する２つ又はそれ以上の部分を指す。

「比例して」は、所定の一定比率を指すが、予測可能に変化する比率を意味するように解釈されてもよい。

「溶媒」は、純粋な溶媒か溶液かに関係なく濃縮物に加える水を含む任意の溶液を指す。

一定又はほぼ一定の流量の濾過水を提供する能力は、外食産業などの多くの用途に重要である。提供された濾過システムは、濾過部材（例えば、逆浸透フィルタ）から水を交互に取得する２つの容器を含む。２つの容器を使用することにより、提供された濾過システムは、比較的一定の割合で最大能力で動作することができる。したがって、本明細書に開示される実施例のフィルタ部材の寸法及び関連空間要件を、同一の、又は類似する出力能力を有する他の濾過システムと比較して、大幅に小さくすることができる。更に、一方の容器が充填状態にある容器と他方がサービス状態にある容器とに切り替えての使用が、組み合わされたときでも、類似の出力性能を有する濾過システムより小さい空間要件を有する２つのタンクで機能することができる。したがって、本明細書に開示される特徴を実装する際、所与の出力能力の濾過システムの全体寸法及び関連空間要件を、同程度の単一の貯蔵容器濾過システムより小さくすることができる。二重貯蔵容器ウォータオンウォータシステムの使用の更なる効果は、濾過部材にわたる水のほぼ一定の流量、及び濾過部材にわたる比較的高い圧力差による、システム内の総溶解固形分（ＴＤＳ）クリープの減少である。

提供された装置及び方法は、機械的連結機構を使用することにより、少量の濃縮物を正確に計量することができ、また必要とされる溶液の量に関係なく常に正確な量の希釈液を提供することができる。提供された装置及び方法は、例えば、触媒を化学反応物に加え、酸化防止剤、熱光安定剤、色素溶液又は他の液体添加物を製品混合物に加えるのに有用なことがある。更に、提供された装置及び方法は、飲料水に正確な量の添加物を注入するのに役立つことがある。

上記の要約は、本発明の全ての実施の開示された各実施形態を記述することを意図したものではない。図面の簡単な説明及び後に続く発明を実施するための形態は、説明に役立つ実施形態をより詳しく例示する。

提供された高精度計量装置を有する濾過システムの一実施形態の概略図。 提供された高精度計量装置の異なる実施形態を含む濾過システムの実施形態の概略図。 ２つの濃縮物供給源を含む提供された高精度計量装置の更に別の実施形態の概略図。 第１の容器が充填状態で第２の容器がサービス状態にある、提供された濾過システムの一実施形態の概略図。 第１の容器がサービス状態であり第２の容器がサービス状態にあること以外、図４Ａに示されたのと同じ実施形態の概略図。

以下の説明において、本明細書の説明の一部を構成しいくつかの特定の実施形態が例として示される添付の一連の図面を参照する。本発明の範囲又は趣旨を逸脱せずに、その他の実施形態が考えられ、実施され得ることを理解すべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定する意味で理解すべきではない。

他に指示がない限り、本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される特徴サイズ、量、物理特性を表わす数字は全て、どの場合においても用語「約」によって修飾されるものとして理解されるべきである。それ故に、そうでないことが示されない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲で示される数値パラメータは、当業者が本明細書で開示される教示内容を用いて、目標対象とする所望の特性に応じて、変化し得る近似値である。終点による数の範囲の使用は、その範囲内（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）の全ての数及びその範囲内の任意の範囲を含む。

高精度計量装置を含む、濾過水を供給する濾過システム及び方法が提供される。提供された濾過システム及び方法は、この開示の後の方で検討される。有効な高精度計量装置は、後述され、例えば２００９年１２月２９日に出願された本出願人の同時係属出願米国仮出願第６１／２９０，６９９号にも開示されている。提供された装置の一実施形態を図１に示す。装置１００は、第１のチャンバ１１０、第２のチャンバ１２０、第１のピストン１１２、第２のピストン１２２、連結機構１３０及び濃縮物管路１４０を含む。提供された装置では、第１のチャンバは、典型的には、第２のチャンバの一定の容積より大きい一定の容積を有する。第１のチャンバ１１０は、２つの部分、即ち混合部分１１４（第１のピストン１１２より上の容積）と駆動部分１１６（第１のピストン１１２より下の容積）に分割される。混合部分１１４と駆動部分１１６の容積は、第１のチャンバ１１０内の第１のピストン１１２の位置の関数として変化する。例えば、第１のピストン１１２が完全に拡張されたとき（図１に見えるようなその最上位置）、混合部分１１４の容積は最小であり、その結果、駆動部分１１６の容積は最大になる。第２のピストン１２２は、濃縮部分１２６を画定する。

第１のチャンバは、第２のチャンバと軸方向に位置合わせされてもよい。例えば、第１のチャンバは、共通軸によって第２のチャンバと直接位置合わせされてもよい。あるいは、第２のチャンバは、第１の軸と平行な別個の軸上に位置合わせされてもよい。あるいは、第２のチャンバは、第１のチャンバが位置合わせされた軸に対して斜めの軸を有してもよい。例えば、ねじ歯車を使用して、第２のチャンバが第１のチャンバに対して実質的に直角になるようにすることができる。適切な結合によって他の角度に対応することもできる。

第１のチャンバ又は第２のチャンバは、必ずしも回転対称でなくてもよい。例えば、第１のピストンと第２のピストンとの間の連結機構が、一方か他方のピストンの中心からずらされてもよい。

連結機構１３０は、第１のピストン１１２と第２のピストン１２２との間の機械運動の伝達を可能にする任意のシステムでよい。図１では、連結機構は、１３０によって表わされ、一般化された連結機構要素である。連結機構１３０は、例えば、機械的に接続されたか又は幾つかの実施形態では第１のピストン１１２と第２のピストン１２２を各端に有するロッド要素である固体ロッドでよい。したがって、一実施形態では、第１のピストン１１２、連結機構１３０（ロッド要素）、及び第２のピストン１２２は全て１つの部品である。他の実施形態では、連結機構１３０は、例えば、接続ロッド、放射状連結機構、軸方向連結機構、シフト連結機構、クラッチ連結機構、回転連結機構、蠕動連結機構、ばね若しくはばねシステム、歯車若しくは歯車システム、液圧システム、線形若しくは非線形モータを含むシステムのような電気システム、テレスコープ式システム、又は第１のピストン１１２から第２のピストン１２２に機械的運動を比例して伝達することができる他のシステムでよい。

第１のチャンバ１１０と第２のチャンバ１２０は、流体を収容することができる任意の容積要素の形状でよい。例えば、第１のチャンバ１１０、第２のチャンバ１２０、又はこれらの両方は、円筒状でよい。しかしながら、第１のチャンバ１１０と第２のチャンバ１２０の容積要素の他の形状も意図される。例えば、第１のチャンバ１１０、第２のチャンバ１２０、又はこれらの両方は、形状が、三角形から多角形までの任意のタイプの多辺形の断面を有する菱形でもよい。第１のピストン１１２は、第１のピストン１１２の縁が、第１のチャンバ１１０の外壁全体と接触し第１のチャンバ１１０を前述の２つの部分に分割する封止部を構成するように第１のチャンバ１１０内に配置される。同様に、第２のピストン１２２は、第２のピストン１２２の縁が、第２のチャンバ１２０の外壁全体と接触し濃縮部分を画定する封止部を構成するように、第２のチャンバ１２０内に配置される。両方のチャンバ内で、封止部は、流体がチャンバの一方の部分からチャンバの他方の部分に実質的に横切るのを防ぐものである。第１のチャンバは、第１のチャンバに通じることができる複数の開口を有することができ、第２のチャンバは、第２のチャンバに通じることができる複数の開口を有することができる。これらの開口は、典型的には、管路に接続される。

実施された装置では、第２のチャンバ１２０の濃縮部分１２６が、第１のチャンバ１１０の混合部分１１４と流体的に連通している。図１では、流体的な連通は、濃縮物管路１４０を通る。濃縮物管路１４０は、管、パイプ、チャネル、ホース、通路、ダクト、トンネル、トラフ、又は流体が第２のチャンバ１２０の濃縮部分１２６から第１のチャンバ１１０の混合部分１１４に流れ込むことを可能にする部品の任意の組み合わせであってよい。濃縮物管路１４０は、フィルタ、メータ、絞り弁、圧力変換器、一方向逆止弁、又は第２のチャンバ１２０から第１のチャンバ１１０への流体の流れの速度、圧力及び方向を修正することができる他の品目などの他の品目を含んでもよい。任意選択の一方向逆止弁は、図１に単に例示のために示された。一方向逆止弁１４４は、第２のピストン１２２の拡張によって濃縮部分１２０から押されて出された後の濃縮物の逆流を防ぐ。一方向逆止弁１４２は、第１のピストン１１２の拡張中の濃縮物の逆流を防ぐ。第２のチャンバ１２０の濃縮部分１２６は、一方向逆止弁１６４を含む濃縮物供給源管路１６２を介して濃縮物供給源１６０と流体的に連通する。

濾過水や非濾過水などの溶媒に濃縮物を加える方法は、やはり図１を参照することにより最もよく説明することができる。図１は、垂直向きに示されているが、これは、限定されるものではなく、提供された方法を検討するためのみ本明細書で使用される。溶媒管路１５２によって第１のチャンバ１１０の混合部分１１４と流体的に連通する溶媒供給源１５０が提供される。同様に、濃縮物管路１６２によって第２のチャンバ１２０の濃縮部分１２６と流体的に連通する濃縮物供給源１６０が提供される。濃縮物供給源１６０は、濃縮物を有する容器でよい。容器は、例えば、タンク、瓶、箱、又は嚢（bladder）でよい。図１の示された実施形態では、一方向逆止弁１５４が、溶媒の逆流を防ぐために溶媒管路１５２内に提供され、一方向逆止弁１６４が、濃縮物の逆流を防ぐために濃縮物管路１６２内に提供される。

第１のピストン１１２は、第１のチャンバ１１０の混合部分１１４の容積を増大させるように付勢される（図１では下向き）。第１のピストン１１２のこの運動によって、溶媒供給源１５０から管路１５２と一方向逆止弁１５４を介して混合部分１１４に溶媒が送り込まれる。同時に、第２のピストン１２２は、第１のピストン１１２の動きに比例して動き、第２のチャンバ１２０の濃縮部分１２６内の容積を減少させて、濃縮物を、一方向逆止弁１４４を介して濃縮物管路１４０内と、一方向逆止弁１４２を介して第１のチャンバ１１０の混合部分１１４に送り込む。これにより、計量された量の濃縮物と溶媒が、同時に混合部分１１４を満たし、混合部分１１４は、その容積に関係なく同じ濃度の濃縮物と溶媒を含む。混合は、固定状態で行われてもよく、混合部分１１４と共に存在してかつ連通し得る、付加的な混合要素によって行われてもよい。この第１のピストン１１２の付勢中、図１の示された実施形態では、一方向逆止弁１４２、１４４及び１５４が、矢印で示された方向の流れを許容する開位置にあり、一方向逆止弁１５６及び１６４が、矢印で示された方向の流れを妨げる閉位置にある。

混合部分１１４が、その最大容積（第１のピストン１１２の行程の長さによって決定された任意の容積でよい）に達した後で、一方向逆止弁１４２、１４４及び１５４が閉じられ、一方向逆止弁１５６及び１６４が開かれる。一方向逆止弁は、単に流れ方向に応じて状態を受動的に変化させてもよく、外部制御システムによって液圧式又は電子式に操作されてもよい。次に、第１のピストン１１２が、混合部分１１４の容積を減少させるように付勢される（図１では上向き）。この動きによって、溶媒と濃縮物の混合物が、一方向逆止弁１５６を介して、及び溶媒／濃縮物混合物管路１５８を介して、最終用途又は貯蔵容器（図示せず）に送り込まれる。同時に、これと比例して第２のピストン１２２が動かされ、第２のチャンバ１２０の濃縮部分１２６の容積が増大する。この動きにより、濃縮物供給源１６０からの濃縮物が、濃縮物管路１６２と一方向逆止弁１６４を通り、濃縮物が濃縮部分１２６内に補充されることが可能になる。

一方向逆止弁１７６を備えた任意選択の流体入力管路１７２と、一方向逆止弁１７８を備えた流体出力管路１７４は、図１の一部として示される。入力管路１７２は、第１のチャンバ１１０の駆動部分１１６に流体を導入する経路を提供する。有用な流体には、液体又は気体が挙げられる。流体は、第１のピストン１１２の液圧上昇をもたらすことができる。流体は、任意の実質的に非圧縮液体でよく、ポンプによって駆動部分１１６内に送り込まれてもよい。第１のピストン１１２が、反対方向に付勢されたとき、流体は、駆動部分１１６から出力管路１７４を通って出て、例えばリザーバに戻されてもよい。

図２は、提供された濾過システムに役立つ高精度計量装置の一実施形態の説明図である。装置２００は、第１のチャンバ２１０、第２のチャンバ２２０、第１のピストン２１２、第２のピストン２２２、及び濃縮物管路２４０を含む。第１のチャンバ２１０は、２つの部分、即ち混合部分２１４（第１のピストン２１２より上の容積）と駆動部分２１６（第１のピストン２１２より下の容積）に分割される。混合部分２１４と駆動部分２１６の容積は、図１に示された実施形態において前述したのと同じように、第１のチャンバ２１０内の第１のピストン２１２の位置の関数として変化する。図２に示された実施形態では、第１のピストン２１２と第２のピストン２２２は、それらの間の連結機構として固体ロッドを有する。第１のピストン２１２と第２のピストン２２２は、実際には一体である。第１のピストン２１２と第２のピストン２２２は、その結果、第１のピストン２１２が、混合部分２１４の容積を増大させるように付勢されたときは、第２のピストン２２２が、共通軸に沿って同じ距離だけ動き、濃縮部分２２６内の容積を減少させるように軸方向に位置合わせされる。

また、図２は、溶媒管路２５２（一方向逆止弁２５４を含む）を介して第１のチャンバ２１０の混合部分２１４と流体的に連通する溶媒供給源（典型的には水又は濾過水）２５０と、管路２６２（一方向逆止弁２６４を含む）を介して第２のチャンバ２２０の濃縮部分２２６と流体的に連通する濃縮物供給源２６０と、溶媒／濃縮物混合物管路２５８（一方向逆止弁２５６を含む）と、濃縮物管路２４０を通る濃縮物の流量を制御する一方向逆止弁２４２及び２４４と、一方向逆止弁２７６を備えた任意選択の流体入力管路２７２と、一方向逆止弁２７８を備えた流体出力管路２７４と、を示す。

図３は、提供された装置の別の実施形態を示す。図３は、第１のチャンバ３１０、第２のチャンバ３２０Ａ、及び第３のチャンバ３２０Ｂを含む装置３００を示す。溶媒供給源３５０は、溶媒管路３５２と一方向逆止弁３５４介して第１のチャンバ３１０の混合部分３１４と流体的に連通する。第１の濃縮物供給源３６０Ａは、濃縮物管路３６２Ａと一方向逆止弁３６４Ａを介して第２のチャンバ３２０Ａの濃縮部分３１６Ａと流体的に連通し、第２の濃縮物供給源３６０Ｂは、濃縮物管路３６２Ｂと逆止弁３６４Ｂを介して第３のチャンバ３２０Ｂの濃度部分３１６Ｂと流体的に連通する。更に、濃縮部分３１６Ａは、一方向逆止弁３４２Ａ及び３４４Ａを含む流体管路３４０Ａによって第１のチャンバ３１０の混合部分３１４と流体的に連通し、濃縮部分３１６Ｂは、一方向逆止弁３４２Ｂ及び３４４Ｂを含む流体管路３４０Ｂを介して第１のチャンバ３１０の混合部分３１４と流体的に連通する。第１のピストン３１２は、第１のチャンバ３１０を混合部分３１４と駆動部分３１８に分離する。駆動部分３１８は、一方向逆止弁３７６を有する流体入力管路３７２及び一方向逆止弁３７８を有する流体出力管路３７４と流体的に連通する。第１のピストン３１２は、第２のピストン３２２Ａと第３のピストン３２２Ｂ両方と機械的に連絡する。第２のチャンバ３２０Ａは、第３のチャンバ３２０Ｂとサイズ、容積及び形状が異なってもよい。同様に、第２のピストン３２２Ａは、第３のピストン３２２Ｂとサイズと形状が異なってもよい。また、第１のチャンバ３１０の混合部分３１４は、溶媒／混合物管路３５８（一方向逆止弁３５６を含む）と流体的に連通する。図３に示されていないが、第２のピストンと第３のピストンはそれぞれ個別に、第１のピストン３１２と異なるタイプの連結機構を有してもよい。

高精度計量装置をそれぞれ有する二重容器を備えたウォータオンウォータ濾過システムが提供される。提供された濾過システムは、水供給のためにポテンシャルエネルギーをフィード圧の形で利用する。典型的な水濾過システムは、圧縮空気を利用する。提供された濾過システムは、２つの代替容器を含んでもよい。容器の一方は、充填モード（充填状態とも呼ばれる）でもよく、他の容器は、供給モード（サービス状態とも呼ばれる）でもよい。このタイプの代替容器システムは、添加物を作成し濾過水に混合し同時にシステムが製品を小出しする能力を提供することができる。

提供された濾過システムは、少なくとも１つの水濾過部材を含む。提供された濾過システムは、任意の数の様々な濾過部材及び濾過技術を利用することができる。一実施形態では、提供された濾過システムは、直列又は並列に配列され、ウォータオンウォータ容器と流体的に連通して接続された２つ又はそれ以上の濾過部材を含んでもよい。提供されたシステムに役立つ幾つかの例示的な濾過技術には、逆浸透システム、ナノ濾過システム、限外濾過システム、及び水から不純物を除去するのに役立つ他の濾過システムが挙げられる。

高精度計量装置は、各容器の第１のチャンバの混合部分に正確な量の濃縮物を加えるために使用される。濾過システムは、１つ又はそれ以上の濃縮物供給源からの濃縮物を利用することができる。濃縮物供給源は、各容器の第１のチャンバが充填状態のときにその第１のチャンバの混合部分内の水に加えられる種々の添加物の予混合溶液を収容する流体容器である。容器は、例えば、タンク、大樽、容器などの一定の容積の容器でよい。あるいは、容器には、嚢又はバッグが挙げられる。典型的には、濃縮物供給源は、例えば、酸化防止剤、熱光安定剤、化学線吸収材、染料、及び分散質の顔料ペースト、触媒、薬剤、補助剤、塩類、補助溶媒、香料、ビタミン、ミネラル、消毒剤、消臭剤、防汚剤、及び清かん剤を収容することができる。飲用水製品を配合するために純水に加えることができる例示的な鉱物と塩類には、塩化カルシウムなどのカルシウム塩、硫酸マグネシウムなどのマグネシウム塩、重炭酸ナトリウム、塩化ナトリウムが挙げられる。

提供された濾過システムとそのような装置を使用して溶媒に濃縮物を加える方法の一実施形態を図４Ａと図４Ｂに示す。図４Ａと図４Ｂはそれぞれ、２つのウォータオンウォータ容器４００Ａ及び４００Ｂを含む。図４Ａでは、容器４００Ａは、充填状態であり、従容器４００Ｂは、サービス状態である。図４Ｂでは、主容器４００Ａは、サービス状態にあり、従容器４００Ｂは、充填状態である。図４Ａと図４Ｂは両方とも、濾過システムの同じ実施形態を示すが、システムの２つの異なる状態の説明図である。

図４Ａと図４Ｂに示された実施形態では、第１のピストン４１２Ａに磁石４９０が埋め込まれる。２つのリードセンサ４９１及び４９２が、磁石４９０がその近くにあることを検出できるようにチャンバ４１０Ａに組み込まれる（例えば、磁石４９０がセンサ４９１によって検出されたとき、第１のピストン４１２Ａが、図示されたように最上位置にあり、磁石４９０がリードセンサ４９２によって検出されたとき、第１のピストン４１２Ａは、図示されたように最下位置にある）。図４Ａでは、主容器４００Ａがそのサービス状態の終わりに達し、センサ４９１が磁石４９０を検出し、信号を制御システムに送って、電磁弁４８５、４８６、４８７及び４８８の位置を変化させ、主容器４００Ａが充填状態のときに濾過システムを連続出力するための状態にする。図４Ｂに示されたように、主容器４００Ａが充填状態の終わりに達したとき、リードセンサ４９２が、磁石４９０を検出し、制御システムに信号を送って電磁弁４８５，４８６，４８７及び４８８を切り替え、主容器４００Ａがそのサービス状態にあるときに濾過システムを連続出力する状態にする。リードセンサと磁石の他の構成が可能である。例えば、第１のピストン４１２Ａの上面に磁石が埋め込まれてもよく、１つのリードセンサをチャンバの最上部に配置して第１のピストン４１２Ａが第１のチャンバの最上部にあることを示してもよい。また、第２のピストン４２２Ａの最下部に磁石が埋め込まれ、チャンバ４２６Ａの最下部にリードセンサがあってもよい。したがって、磁石とリードのセンサを主容器４００Ａの様々な場所に配置することができる。センサが主容器にしか必要ないので、主容器と従容器を使用することによりシステムに必要な制御機構が単純化される。

図４Ａを見ることによって、濾過システムの動作と濃縮物の添加方法を説明することができる。水源４５０は、水源管路４５１を介して水濾過部材４８０と流体的に連通する。示された実施形態では、４８０は、逆浸透フィルタ部材である。逆浸透濾過及びフィルタシステムは、水濾過の当業者に周知である。濾過部材４８０は、水を逆浸透フィルタ４８３によって濾過水４８２と廃水４８１に分離する。濾過水４８２は、電磁弁４８５内を矢印の方向に流れ、電磁弁４８５は、充填状態にある容器にいつでも濾過水を供給できるように弁位置を調整する制御システム（図示せず）により濾過水を主容器４００Ａ又は従容器４００Ｂに分流する。図４Ａでは、主容器４００Ａが充填状態であり、したがって、濾過水は、濾過水管路４８６Ａを通って主容器４００Ａに分流され、電磁弁４８５は、濾過水管路４８６Ｂによる従容器４００Ｂへの流れを遮断する。制御システムは、電磁弁４８５及び４８６を制御して、第１と第２の容器のうち一方だけがいつでもサービス状態にあるようにする。

電磁弁４８６は、電磁弁４８５と同期して動作して、その結果、電磁弁４８５が、濾過水を主容器４００Ａに分流するときに、電磁弁４８６が、廃水を、廃水管路４７２Ｂと従容器４００Ｂの駆動部分４１６Ｂとに分流する。また、電磁弁４８６は、廃水が廃水管路４７２Ａを通って主容器４００Ａに流れ込むのを防ぐ。廃水が廃水管路４７２Ｂを通って従容器４００Ｂの第１のチャンバ４１０Ｂの駆動部分４１６Ｂに流れ込む力は、示されたような図でピストン４１２Ｂを上向きに付勢する力の一部又は全てでよい。主容器４００Ａが充填状態なので、第１のピストン４１２Ａは、第１のチャンバ４１０Ａの混合部分４１６Ａの容積を増大させるように付勢される。図示されたように、これは、下方向である。第１のピストン４１２Ａが下方に付勢されたとき、第２のピストン４２２Ａが下方に付勢され、第２のチャンバ４２６Ａ内の濃縮物がチャンバから濃縮物管路４４０Ａに押し込まれる。一方向逆止弁４６４Ａは、濃縮物供給源４６０への逆流を遮断し、放出された濃縮物を、管路４４０Ａと一方向逆止弁４４２Ａを介して第１のチャンバ４１０Ａの混合部分４１４Ａに流す。

同時に、第１のピストン４１２Ａが下方に付勢されたとき、濾過水は、濾過水管路４８６Ａを通って第１のチャンバ４１０Ａの混合部分４１４Ａに流れる。第１のピストン４１２Ａが下方に付勢されたとき、水は、やはり一方向逆止弁４７６Ａと、排出管路４７４Ａを介して水をドレイン３７５に導く電磁弁３８８とを介して駆動部分４１６Ａから押し出される。

同時に、濃縮物は、従容器４００Ｂが充填状態にある間に混合チャンバ４１４Ｂ内の水と混合されるか希釈されている。このとき、従容器４００Ｂは、サービス状態に切り替えられる。従容器４００Ｂのサービス状態の間、廃水は、廃水管路４７２Ｂに通され、第１のピストン４１２Ｂを上向き方向（図示されたような）に付勢する。同時に、一方向逆止弁４７６Ｂと電磁弁３８８は、廃水が排出管路４７４Ｂを介してドレイン３７５に流れるのを防ぐ。廃水が第１のチャンバ４１０Ｂの駆動部分４１６Ｂに入る力によって、第１のピストン４１２Ｂが上方に付勢され、濃縮物と水の混合物が、一方向逆止弁４５６Ｂを介して生成物管路４５８に送られる。主容器４００Ａ内への逆流は、一方向逆止弁４５６Ａとソレノイド３８７によって防止される。第１のピストン４１２Ｂが上方に付勢され、生成物が送出されるとき、第２のチャンバ４２６Ｂは、濃縮物供給源４６０からの一方向逆止弁４６４Ｂを介した濃縮物で充填される。あるいは、ピストンを駆動するために外部モータを使用することができる。

図４Ｂは、主容器４００Ａと従容器４００Ｂの充填状態とサービス状態が逆にされた以外は、図４Ａに示されたものと同じ実施形態を示す。図示された２つのタンクシステムを利用することによって、濃縮物と水を正確に混合して、生成物管路４５８を通る生成物の連続的な流れを維持することができる。

望ましい添加物の希釈比と濃度により、混合チャンバ４１４Ａ及び４１４Ｂと流体的に連通する混合要素が有利なことがある。混合要素には、空気攪拌、ピストンの上又は第１のチャンバの上のバッフル、超音波、又は当業者に周知の他の混合要素が挙げられる。

提供された濾過システムは、複数の弁部材を制御するように構成された制御システムを含む。提供され濾過システムには、多数のタイプの弁部材があってもよい。例えば、システムは、図４Ａと図４Ｂに示されたような電磁弁を利用して、この制御弁は、制御システムによって制御され、第１と第２の容器の一方が最小容積（通常は実質的に空）であるときにサービス状態と充填状態を自動的に切り換えるように構成されてもよい。更に、濾過システムは、他の弁を含むことができ、その幾つかは、受動的で制御を必要としない。このタイプの弁の一例は、能動的（制御システムによって制御される）でもよく受動的（一方向の流れだけが可能）でもよい一方向逆止弁である。

更に、３つ以上の容器と２つ以上の水濾過部材を有する濾過システムが、この開示の一部として想起される。濾過システムは、また、水源管路及び成物管路と流体的に連通しかつ水濾過部材及び第１と第２のウォータオンウォータ容器を迂回するように構成されたバイパス管路を含んでもよい。

提供された濾過システムと水に濃縮物を加える方法を使用して、例えば、瓶詰めされ、食料品店又はレストランで分配され、自動販売機で販売され、水濾過／配合装置として家庭又はオフィスに取り付けられることができる均一な水製品を配合することができる。装置のサイズと容器の容積は限定されないが、提供された濾過システム及び方法を小さな特注用途に使用することができる。例えば、容器が、約２００ｍＬ〜１０Ｌの場合、濾過システムは、濾過システムは小さく携帯可能であり得る。

本発明の範囲及び趣旨から逸脱しない本発明の様々な変更や改変は、当業者には明らかとなるであろう。本発明は、本明細書で述べる例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されるものではないこと、また、こうした実施例及び実施形態は、本明細書において以下に記述する「特許請求の範囲」によってのみ限定されると意図する本発明の範囲に関する例示のためにのみ提示されることを理解すべきである。本開示に引用された全ての参照文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (1)

1. 少なくとも１つの水濾過部材と、
   前記水濾過部材と流体的に連通し、サービス状態と充填状態とに切り替わるように構成された、第１のウォータオンウォータ貯蔵容器と、
   前記水濾過部材と流体的に連通し、サービス状態と充填状態とに切り替わるように構成された、第２のウォータオンウォータ貯蔵容器と、を備え、
   前記第１のウォータオンウォータ貯蔵容器及び前記第２のウォータオンウォータ貯蔵容器は、それらの一方が前記サービス状態にあるときは他方が前記充填状態にあるように切り替えられ、
   前記第１のウォータオンウォータ貯蔵容器及び前記第２のウォータオンウォータ貯蔵容器の少なくとも一方が、
   一定の容積を有しかつ少なくとも１つの外壁を有する第１のチャンバと、
   一定の容積を有しかつ少なくとも１つの外壁を有する第２のチャンバと、
   前記第１のチャンバ内に配置された第１のピストンであって、前記第１のピストンの縁が、前記第１のチャンバの外壁と摺動可能に接触して、前記第１のチャンバを混合部分と駆動部分に分割する封止部を形成する、第１のピストンと、
   前記第２のチャンバ内に配置された第２のピストンであって、前記第２のピストンの縁が、前記第２のチャンバの外壁と摺動可能に接触して、前記第２のチャンバ内に濃縮部分を画定する封止部を形成する、第２のピストンと、
   前記濃縮部分に濃縮物を供給する濃縮物供給源と、を有し、
   前記第１のピストンが前記第１のチャンバ内で変位されるときは前記第２のピストンが前記第２のチャンバ内で変位されるように、前記第１のピストンと前記第２のピストンが互いに機械的に関連付けられており、
   前記充填状態のときに、前記第２のチャンバの前記濃縮部分が、前記第１のチャンバの前記混合部分と流体的に連通するとともに、前記第１のチャンバの前記混合部分が前記水濾過過部材と流体的に連通し、
   前記サービス状態のときに、前記第１のチャンバの前記混合部分が生成物管路と流体的に連通する、濾過システム。

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