KR100777516B1 - 조정식 표면 세정 메카니즘을 가진 필터 카트리지 - Google Patents

조정식 표면 세정 메카니즘을 가진 필터 카트리지 Download PDF

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KR100777516B1
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Abstract

물, 특정하게는 빗물을 여과하는 필터 조립체는, 흐름 조절동작, 사이펀 유도동작, 및 표면 세정동작의 특성을 가지어서, 상기 필터 조립체가 설계된 여과비율로 일정기간 동안 작동하는 것이다. 여과 중에, 물은 배수 매니폴드 내로 환형상 필터 매체를 통하여 내부방향으로 흐른다. 배수 매니폴드 안으로의 흐름 비율은 부유밸브 조립체(float valve assembly)에 의해 제어된다. 체크밸브가 공기의 배기를 허용하면서 유입을 허용하지 않음으로, 필터 조립체는 배수 매니폴드로의 유량 증가 시에 사이펀작용을 발생하게 된다. 사이펀작용은 필터 매체의 전체 체적과 전체 여과면을 통한 물의 배수가 이루어지게 한다. 외부 수위가 필터 조립체 엔클로저에 있는 보이드(voids) 수준까지 감소하면, 사이펀이 필터 조립체에 유입하여, 필터 표면을 교반하여(agitating), 미립자 물체를 제거하는 난류 공기 스트림으로 중단 된다.
빗물, 여과, 정화, 표면 세정, 필터 조립체, 사이펀, 체크밸브, 보이드.

Description

조정식 표면 세정 메카니즘을 가진 필터 카트리지{FILTER CARTRIDGE WITH REGULATED SURFACE CLEANING MECHANISM}
도1은 본 발명의 제1실시예의 필터 조립체의 매니폴드의 등각도.
도2는도1의 제1실시예의 부분의 등각 단면도.
도3은 도4의 3-3선을 따라 절취된 도1과 도2의 실시예의 평단면도.
도4는 도3의 4-4선을 따라 절취된 도1 내지 도3의 실시예의 측입면도.
도5는 표면 세정 조정 보이드(surface cleaning regulation voids)를 구비하는 도1 내지 도4의 실시예의 필터 후드(filter hood)의 등각도.
도6a 내지 도6h는 본 발명에 따르는 선택적 표면 세정 조정 보이드 형태를 부분적으로 나타낸 측부 입면도.
도7은 상기 보이드를 갖지 않은 후드와 대비되는 표면 세정 조정 보이드를 갖춘 후드를 구비한 필터 조립체의 상대적 필터 세정 효율을 나타내는 도면.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 필터 조립체 18: 격납구조 19: 배수 매니폴드
20: 후드(hood) 21: 표면 세정(洗淨) 조정 보이드(void)
29: 부싱(bushing) 30: 배수공간 31:필터매체
32: 스크린 33: 부유밸브 조립체 37: 부유 밸브체
본 발명은 찌꺼기, 침전물, 중금속, 오일과 그리스, 유기체 독극물, 및 그와 같은 류의 오염물질의 수준을 저하시키기 위한 물 정화용, 특별하게는 빗물 정화용 장치에 관한 것이다. 특정적으로, 본 발명은 다양한 등급의 빗물 처리를 제공하는데 광범위하게 여과재를 사용할 수 있는 조정식 표면 세정 메카니즘을 합체한 모듈식 필터 조립체를 제공하는 것이다.
빗물은, 순수 빗물에 빗물과 함께 운반되는 미립자 잔해 및 용해물질이 더해진 것이다. 도시에서는, 지붕에 떨어진 빗물이 자동차 도로, 일반 도로 및 인도와 같이 포장된 구역에 모여져서 일반적으로, 하수 시스템과 분리되어있는 배관 시스템을 통하여 그 방향이 전환된다. 하수도와는 다르게, 빗물은 정화처리를 받지 않고, 도로와 배수구로부터 강, 호수, 및 바다로 바로 흘러가게 된다.
따라서, 빗물이 오염물질 확산원을 형성할 수 있다. 찌꺼기, 침전물, 유기성 물질, 중금속, 및 유기성 독극물과 같은 오염물질이 유입되어, 이들이 수용된 수괴(water body)로 왈칵 쏟아질 수 있는 것이다. 결과적으로, 빗물을 수용하는 자연 수괴(natural bodies of water)는 회복할 수 없는 환경파괴를 일으킬 수 있는 오염물질을 수용할 수도 있다.
상기 물 수용체 내로 유입되는 빗물의 오염물질 량은 주변구역에 도시화 정도와 주변 활동상태의 성질에 관련된다. 도시는 도로, 주차장, 및 지붕과 같은 저 투과성 구조를 갖는 지면 외피부로 이루어져 대량의 빗물을 생성하고 오염물질을 축적시키는 결과를 초래한다. 상기 타입의 표면은 떨어지는 빗물의 침투를 허용하지 않기 때문에, 축적 오염물질이 빗물 배출 시스템에서 세척되어진다.
인간의 광범위한 자연경관의 개조 이전에는, 오염 빗물은 주요한 문제가 아니었다. 빗물이 대수층(帶水層), 하천, 호수, 만(bay), 및 다른 자연 수괴에 유입되기 전에, 자연 여과체인 지면토양을 통하여 점진적인 투수(透水)가 이루어지는 다공성 자연면(natural surfaces)에 비가 내려진다. 또한, 과도한 빗물 량으로 인한 침식은 아주 적었으며, 쓰레기, 오일 및 그리스, 중금속 및 유기 화학물과 같은 오염물질도 미미하였다. 그러나, 오늘날의 도시와 산업세계에서, 빗물은 물오염의 주요한 원인이 되어있다.
오염 빗물에 의해 나타나는 환경문제를 제기하려는 노력으로, 빗물용 트랩(traps)과 필터가 개발되어져 있다. 미국특허 제5,322,629호(본원에 참고로 기재)는 수용 수괴에 방출되기에 앞서 오염물질을 제거하는 고-양질 나뭇잎 퇴비재의 베드(bed)를 통한 수직방식 여과로 빗물을 처리하는 방법과 장치를 기술하고 있다.
미국특허 제5,624,576호(본원에 참고로 기재)는 상기 여과 시스템의 전체 성능을 향상시키는 과립상 혼합물(a granular form of compost)을 기재하고 있다. 상기 과립상 혼합물을 함유한 필터의 투과성은 증가하였으며, 시간이 연장된 기간동안 유지될 수 있었다.
미국특허 제5,707,527호(본원에 참고로 기재)에 기술된 바와 같이, 확장된 필터 투과성은 매체 베드(media bed)의 표면을 수평방향으로 보다는 수직방향으로 향하게 하여 달성된 것이다. 수직방향 필터 베드는, 다른 점에서 일반적으로 필터의 외부면의 빠른 메워짐(rapid clogging)인 "막힘(blinding)" 또는 표면 적재로 유도하는 필터의 표면에 정착된 고형물의 수집과 저장을 방해하는 것이다. 또한, 수직방향 여과 표면의 사용은, 매체 표면을 이탈하는 대량의 포획 고형물을 유지시키고 매체의 엔클러저(enclosure)를 보다 용이하게 관리할 수 있는 공학구조체로 밀어넣어서, 시스템의 유지를 수월하게 한 것이다.
미국특허 제6,027,639호(본원에 참고로 기재)에 기술된 개량된 필터장치는 사이펀-유도 메카니즘이 특징인 것이며, 어느정도 "자체-세정동작(self-cleaning)"이 있는 것으로, 매체 베드의 작동수명을 향상시킨 것이다. '639호 특허의 필터장치는 하우징 내부에 공기 배기용 체크밸브를 구비한 밀봉된 상부 하우징을 활용한 것이다. 유도식 사이펀 작용(an induced siphon effect)은, 공기가 사이펀을 중단시키는, 하우징의 하부둘레를 따라 공기 유입구를 통해 흡인될 때까지, 필터를 통해 빗물을 끌어드린다. 이러한 것은 상기 사이펀-제동으로 초래되는 공기 스트림이 난류를 발생하여 필터를 세정하는 것이다. 특정하게는, '639호 특허의 필터장치는 미립자가 매체 베드에 들러붙는 것을 방지하도록 매체 베드의 외측부 둘레에 직물 여과 매체를 활용하며, 그리고 주기적인 난류는 직물 필터가 들러붙은 미립자 없이 유지되게 한다.
불행하게도, '639호 특허의 필터 바스켓(filter basket)이 현존 빗물 필터 시스템을 상당히 개량한 것이기는 하지만, 그러한 개량에도 불구하고 얼마간의 단점이 있는 것이다. 일반적으로, 필터 조립체는 필터 하우징의 하부 둘레를 따라서 있는 원주부 공기 유입구인, 플러시(flush)로 특징되는 것이다. 사이펀-제동으로 초래되는 공기 스트림은 필터의 표면을 따라서 균일하게 배분되어져, 난류를 발생하여 필터를 세정하게 된다. 그런데, 실질적인 실행에서는, 필터 바스켓만이 거의 완전한 수평적 배열로 설치되며, 따라서 사이펀 제동 시에 초래되는 공기 스트림이 일반적으로 필터 하우징의 하부 둘레부의 단일 최고 부분을 따라서 모여져서, 직물 여과 매체의 단일 부분에서 매우 국한적으로 된다. 생성된 국한적인 공기 스트림은 전체 필터 표면보다는 직물필터 매체의 단일 구역 만을 세정하게 된다. 일반적으로, 상술된 필터 조립체의 난류 특성을 가진 빠르고 비제어된 국부 구역은, 더 연장되고 균일하게 배분된 난류 영역보다 덜 효과적으로 필터의 외부 표면을 세정한다.
또한, 직물 필터 매체는 흔히, 빠른 들러붙음 동작으로부터 상해를 받는 것으로 알려져 있다. 피여과 미립자 물체는, 빈약하게 기능을 하는 세정 메카니즘의 작용으로 악화되는 직물 필터에 빠르고 지속적인 표면 적재를 발생한다.
필요로 하는 것은, 빗물 필터 장치가: 1)부가적인 부품 또는 물질의 부착 또는 사용을 요구하지 않고; 2)필터 바스켓 장치에 추가적인 기구적 복잡성을 제공하지 않고; 3)공기 스트림이 필터 매체의 외부면의 대부분을 따라서 휩쓸려져 털어내며, 난류를 확산시키는 과립형의 우수한 배분을 이루는 모양으로 유도 사이펀 작용이 제동되게 하며; 그리고/또는 4)여과 능력이 현저하게 저하되기 전에 대량의 미립자 물체를 보유하면서 높은 표면 투과성을 유지하는 것이다.
본 발명은 수평적-정렬 배치(horizontally-aligned array)로 배열된 복수의 보이드(void)가 합체된 후드와, 배수 매니폴드와, 후드와 배수 매니폴드 사이에 필터 매체와, 필터 매체와 배수 매니폴드 양쪽과 유체소통하는 배수공간과, 공기의 배기를 허용하면서 배수공간 내로의 유입을 허용하지 않는 후드에 체크밸브와, 배수공간이 지정된 깊이까지 유체로 채워질 때까지 배수 매니폴드로 배수공간으로부터의 유체의 제1흐름율을 허용하는 배출밸브 조립체를 포함하며, 배출밸브 조립체는 배수 매니폴드로 증가된 제2흐름율의 유체흐름을 허용하는 것이다. 1방향 체크밸브와 조합하여 작용하는 배수공간으로부터의 이러한 제2흐름율의 유체흐름은 필터 매체를 통하여 배수 매니폴드 밖으로 추가 유체를 흘러보내는 사이펀작용을 생성하는 것이다. 이러한 유도식 사이펀작용은, 공기가 복수의 보이드를 통해 후드 아래로 배기되어, 사이펀을 중단하고 그리고 필터매체를 통하는 유체의 제1흐름율을 회복할 때까지 지속한다.
본 발명의 일면에서, 필터 조립체는 후드의 하부 엣지 근처에 수평방향-정렬 배치된 보이드를 가진 원통형 후드와, 후드 내에 중앙집중적으로 배치된 원통형 배수공간과, 배수공간과 유체소통하는 배수공간과 후드 사이에 환형상 물 여과 매체와, 공기가 필터 조립체에 유입하는 것을 막으면서 후드 내에 빗물의 상승동작에 반응하여 공기가 필터 조립체를 빠져나가게 하는 후드 내에 있는 체크밸브를 포함하는 것이다.
본 발명의 필터 조립체는, 물 특정하게는 빗물이 방출되기 전에 빗물 여과용 과립상 표면 세정 메카니즘을 가진 부유-작동식 사이펀 필터 카트리지를 제공하는 것이다. 본 발명의 조립체의 설계는 각양각색의 다양한 오염물질을 목표로 유연성을 제공하는 다양한 필터 매체의 사용을 편리하게 이룬 것이다. 필터 조립체의 과립상 표면 세정 특징은, 최소 유지되는 일정 기간동안 유용한 서비스를 초래하며 추가적인 직물 여과매체를 필요로 하지 않는, 대부분의 외부 필터 표면의 표면 적재를 효과적으로 방지하는 것이다.
본 발명의 특징 및 잇점은 이하에 첨부도면을 참고로 기술되는 설명으로 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 양호한 실시예의 필터 조립체는 일반적으로 수직방향 여과 면을 가진 제거 가능한 필터 매체 바스켓을 구비한 것이다. 필터 매체 바스켓 자체는 그 하부 둘레 근처에 위치한 주위에 복수의 공기 유입구 또는 보이드(void)를 가진 외부 상부 하우징, 커버, 또는 후드 내부에 함유된다. 상기 후드는, 여과 물질 또는 필터 매체의 베드를 수용하여 그를 통하는 빗물의 수평방향 여과가 수월하게 이루어지도록 설계된다. 매체 바스켓은, 필터 매체를 통해 지나간 후에 여과된 물을 수집하는 삼투성 외부 스크린과 삼투성 내부 배수공간을 갖는다. 필터 매체는 외부 환경과 내부 배수공간과의 사이에 유체소통이 이루어지게 한다. 오수(汚水) 매니폴드 또는 배수 매니폴드는, 필터 조립체 밖으로 처리된 빗물이 흘러나가게 하고 그리고 일반적으로 부유 밸브 조립체의 구성요소로서 역활을 하는 부싱에 의해 배수공간에 연결된다. 이러한 부싱(bushing)은 본 발명의 1개 이상의 필터 조립체를 수용하는 카트리지와 격납구조와의 사이에 접속 지점으로 역활을 한다.
도1은 필터 조립체(10)의 매니폴드를 나타낸 도면이다. 필터 조립체는 일반적으로, 빗물 배관, 주차장, 도로, 또는 그외 다른 표면에서 흘러 나오는 빗물을 받아들이는 격납구조(18)에 수용된다. 일반적으로, 격납구조는 빗물에서 나오는 미립자와 잔해물의 침전을 조성하는 빗물 침전 저수지를 구비한 취수지(forebay)를 포함한다. 정화된 빗물은 본 발명의 필터 조립체가 배치된 빗물 처리구역으로 침전지에서 범람한다.
주어진 격납구조는 1개 필터 조립체만을 함유한 것이지만, 일반적으로 2개 이상의 필터 조립체를 함유한다. 각각의 필터 조립체의 배수공간은, 도1에 도시된 바와 같이, 격납구조에 일반적으로 끼워설치된 배수 매니폴드(19)와 유체소통 한다. 일반적으로, 각각의 필터 조립체의 배수 매니폴드는 공통 배수관으로 유도된다. 격납구조를 나가는 정화 빗물은 수용 수괴로 배출되거나 또는 부가적인 정화를 위해 추가 처리 플랜트쪽으로 방향을 전환하여 나간다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 필터 조립체는 조정 면 세정 메카니즘(regulated surface cleaning mechanism)을 포함한다. 대체로, 필수적이지 않은 것이지만, 필터 조립체를, 조정 메카니즘에 의해 제거되지 않은 여과 매체 내에 포획된 잔해물을 제거하도록 정기적으로 역류방식 청소(backflush)하여, 바스켓의 침투 용량을 회복시킨다. 상기 역류방식 청소작업은 일반적으로, 물이 강제로 예를 들어 필터 매체를 통해 밖으로 나가게 하는 사용을 하면서 정상 유로에 대해 역으로 흐르도록, 바스켓의 배출 밸브가 개방되는 것을 방지하고, 배수공간에 물 호스를 연결하고, 그리고 고 비율로 배수공간으로 물을 흐르게 하여 이루어진다. 이때, 상기 역류 물은 예를 들어 진공 트럭에 의해 수집되어, 제거된다. 필터 매체가 역전될 수 없게 잘 움직이지 않거나 또는, 화학적 또는 생물학적 효능을 상실하게 되었을 때에, 필터 매체 바스켓의 모듈 특성은 필터 매체를 용이하게 제거 및 대체하게 한다.
기본적으로, 양호한 실시예의 필터 조립체는 빗물이 필터 매체를 통해 흐르는 수로로서 역활을 하여 빗물의 여과 효율성을 향상시킨 것이다. 도2 내지 도4에는 본 발명의 필터 조립체를 상세하게 나타내었다. 필터 조립체(15)는, 조정 면 세정 메카니즘을 유용하게 하는 복수의 보이드(21)를 구비한 후드(20)로 한정되어 둘러싸여 있다. 보이드는, 후드를 이루는 재료 내에서 ,양호하게는, 후드(20)의 하부 엣지(22) 근처에서, 수평하게 정렬된 배열로 배치되어 있다.
후드(20)는, 후드(20)의 중심을 통하여 연장 형성된 내부 배수공간 스크린(24)의 상방향 연장 단부와 결합하는 내부 배수공간 캡(23)에 의해 필터 조립체에 부착된다. 후드(20)와 내부 배수공간 캡(23) 사이에 접속부는 네오프랜(neoprene) 고무와 같은 적절한 밀봉재료의 후드 가스켓(25)을 사용하여 밀봉한다. 후드 파스너(26)를 외부 스크린 지지 링(27)에 후드(20)를 부착하는데 사용하여 장치를 구조적으로 보강한다. 상기 후드 파스너는 공기기밀한 밀봉이 이루어지게 후드(20)에 대항하여 놓여진다.
필터 조립체의 구성요소들은 물-불침투성 재료, 양호하게는 플라스틱 재료로 이루어진 베이스(28)(원통형 필터 조립체인 경우에는 원형 베이스)에 의해 받쳐져 있다. 이러한 베이스(28)는 필터 조립체와 배수 매니폴드(19)와의 사이에 연결 지점으로 역활을 하는 부싱(29) 위에 위치하며, 상기 부싱(29)은 내부 배수공간(30)과 유체소통 상태로, 즉 차례로 내부 배수공간(30)을 에워싸는 환형상 공간에 배치된 필터 매체(31)와 유체소통 상태로 있다. 필터 매체는, 베이스(28)에 연결되어 외부 스크린 지지 링(27)에 의해 상부 말단부에서 지지를 받는 외부 스크린(32)과, 내부 배수공간을 형성하는 내부 배수공간 스크린(24)으로 경계진다.
카트리지 격납구조(18)에 합체된 배수 매니폴드(19)는 부싱(29)에 의해 내부 배수공간(30)의 베이스에 수직적으로 연결되고, 상기 부싱(29)은 카트리지 밖으로의 피처리 빗물의 흐름을 허용하면서 부유 밸브 조립체(33)의 구성요소로서 역활을 하는 것이다. 이러한 부싱은 필터 조립체(15)와 격납구조(18)와의 사이에 연결 지점으로서의 역활을 한다. 내부 배수공간 캡(23)은 공기가 후드 밑에서 압출되게 하면서 내부 배수공간 캡(23)에 의해 하우징 안으로 공기가 역류하는 것을 방지하는 사이펀의 발전을 증진하는 메카니즘을 가진 것이다. 이러한 메카니즘은 일반적으로 다양한 1방향 체크밸브 설계의 하나이다. 양호한 실시예에서, 체크밸브(34)는 내부 배수공간 캡(23)의 상부에 설치되고 천공된 체크밸브 캡(35)에 의해 보호를 받는 우산모양 체크밸브이다.
필터 조립체는 일반적으로 수압에 의지하여 필터 매체를 통해 물에 힘을 가하여서, 필터 조립체가 적어도 부분적으로 정상 작동 중에 빗물에 잠기게 한다. 도4에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 빗물은 필터 조립체에 유입되어, 외부 스크린(32)과 필터 매체(31)를 통하여 내부 방사방향으로 스며들어 배수 매니폴드(19)를 경유하는 이동을 하기 위해 내부 배수공간(30) 안으로 침입한다. 여과는 물이 필터 매체를 통과하면서 걸려져 접하게 되어 발생한다.
필터 매체 또는 매질은 물리적 여과에 의해 효율적으로 오염물질을 제거하는 것이 선택된다. 또한, 필터 매체 또는 매질도 화학적 작용 또는 생물학적 작용을 통하여, 또는 상기 작용을 임의적으로 적절히 조합하여 오염물질을 제거하는 것으로 선택할 수도 있다. 본 발명의 일 면에서, 외부 스크린(32)과 같은 스크린이 추가적인 필터 매체가 있지 않은 안전한 물리적 필터이다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 필터 조립체는 대량의 빗물에서 잔해물을 고효율로 빠르게 거를 수 있는 능력이 있는 것이다. 다른 실시예에서, 상기 필터는 정제 여과용, 적절한 화학적 반응용, 또는 적절한 생물학적 활성용으로 선택된 1개 이상 타입의 필터 매체와 외부 스크린(32)을 구비한다. 이종 매체 타입의 혼합물은 선택적으로, 유리한 조합된 여과능력을 제공하는데 사용된다.
본 발명의 일 면에서, 필터 매체는, 빗물이 빗물 배출 시스템에 유입되기 전에 주거지 또는 산업 생산지에서의 포장도로 위를 흐르면서 일반적으로 축적되는 중금속, 오일 및 그리스, 유기체 독극물, 및 다른 오염물질을 제거하는데 사용된다. 본 발명의 다른 면에서는, 필터 매체를 이용하여 빗물에서 전체 또는 용해된 인 또는 질소 함유물을 제거한다. 선택 매체는, 한정적이지 않은 기재로서, 유기 혼합물, 질석(蛭石), 활성탄, 이탄(泥炭), 비석(沸石), 펄라이트, 규조토, 점토광물, 상용 이온교환 수지, 촉매-주입 수지, 규사, 철-주입 매체, 또는 그 혼합물을 포함한다. 본 발명의 일 면에서, 필터 매체는 펠렛형 또는 과립상이다. 대형 과립체는 미세한 잔해물의 축적으로 다르게 제기될 수 있는 베드의 막힘을 최소로 하여 피처리 베드를 통한 높은 흐름율을 유지하는 이점을 제공한다. 다르게, 미세 과립체가 미세한 잔해물의 여과성능을 향상한다. 펠렛 또는 과립체의 크기의 선택은 필요한 물리적 변형과 처리 수준에 따른다.
일반적으로 양호하지 않을 지라도, 선택적으로, 필터 조립체는 주름진 필터를 내재하며, 직물 또는 종이 필터를 구비한다. 필터 매체 바스켓의 외측 또는 내부에 직물 또는 종이 필터를 사용하여 여과 중에 극미세한 미립체를 포획한다.
배수 매니폴드로의 여과된 물의 흐름은, 부력 부유체(36), 부유 밸브체(37), 및 부유 밸브체에 부유체를 연결하는 연결체(38)를 가진 부유 밸브 조립체(33)로 조절된다. 부싱(29)은 오리피스를 함유하며, 부유 밸브체(37)는 상기 오리피스에 대항하여 놓여있다. 부유 밸브 조립체(33)는, 부유 밸브 조립체가 처음 위치 또는 하부 위치에 있으면, 부싱(29)을 경유하는 수로를 차단한다.
부유 밸브체(37)는 일반적으로, 밸브체와 부싱(29) 사이에 밀봉이 불완전하여 부유 밸브 조립체가 누수를 발생하도록 설계된다. 이러한 구조는 부싱과 부유 밸브 조립체 사이에 완전한 밀봉이 가능하지 않도록 부유 밸브체(37) 또는 부싱(29)의 어느 하나를 다양하게 변경하여 달성된다. 일 실시예에서, 제작공정에 따른 부유 밸브체의 불완전성은 본 발명의 목적에 맞추어 배수 매니폴드 내로 충분한 유체가 흐르게 한다. 부유 밸브체가 보다 높은 공차로 제작되는 경우에, 노치 또는 침하부는 수밀착 밀봉을 방지하는 부싱(29)에 형성된다. 보다 양호한 실시예에서, 미세한 릴리프(40)가 부싱(29)에 대한 완전 밀봉이 방지되도록 부유 밸브체(37)에 성형된다. 릴리프(40)는 부유 밸브체에 노치이거나 부유 밸브체의 다른 방향 구형 면에 평 스폿(flat spot)이 될 수 있다. 배수 매니폴드 내로의 충분한 유체 흐름을 제공하는 릴리프 메카니즘은 본 발명의 목적에 적합한 적절한 릴리프 메카니즘이다.
부유 밸브 조립체(33)가 정상(하부) 위치에 있으면, 필터 조립체에 유입되는 빗물은 내부 배수공간(30)과 유체소통하는 체크 밸브(34)를 통하여 후드(20) 밑에 공기를 퇴거시킨다. 부유 밸브체(37)는 배수 매니폴드 안으로 흐르는 유체의 흐름을 차단하지는 않지만, 유체의 제1흐름율로 배수 매니폴드로의 유체의 흐름을 규제한다. 유체의 제1흐름율은 격납구조가 보건 위험을 일으킬 수 있는 괴어있는 물을 축적하지 않게 보장한다. 격납구조체에 있는 소량의 물이더라도 여과되어 배수 매니폴드로 흐르게 된다. 그런데, 예를 들면 급작스런 또는 맹렬한 비가 내림으로 인한 빗물 흐름이 증가하는 중에, 본 발명의 필터 조립체는 부가적인 여과 메카니즘을 활용한다.
유량이 증가하여 흐르는 동안에는, 빗물이 제1여과비율이 수용할 수 있는 것보다 더 빠르게 격납구조에 쌓여져, 격납구조의 빗물 수위가 증가한다. 후드 내의 유체 수위가 여과 중에 미리 정해진 깊이까지 증가하면, 부유체(36)의 부력이 부유 밸브 조립체(33)가 부싱(29)에서 떨어져 밸브체(37)를 상승되게 하여, 증가된 제2유체 흐름비율로 내부 배수공간(30)에서 배수 매니폴드(19)로 유체가 흘러가게 한다. 배수 매니폴드 내로의 유체 흐름이 내부 배수공간 내로의 유체 흐름율 이상으로 증가하여, 필터 조립체 내측에 음의 공기압이 발생되고, 그리고 1방향 체크 밸브(34)가 닫혀진다. 외부 공기가 체크밸브를 통해 필터 조립체의 후드에 유입할 수 없음으로, 물의 스탠딩 칼럼(standing column)이 후드 밑에 확립되며, 배수공간(30)을 경유하여 여과된 물이 나감으로서 전체 필터 매체를 통한 빗물의 배수가 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에서, 필터 조립체는 부유 밸브 조립체를 구비하지 않는다. 발명의 이러한 면에서, 배수 매니폴드로의 유체 흐름율은 배수 매니폴드로의 적절한 크기의 트인구멍을 선택하여 정해진다. 여과는 상술된 바와 같이 발생하고, 그리고 사이펀작용은 내부 배수공간에서 매니폴드로의 유체 흐름율이 격납구조로부터 필터 조립체로의 유체 흐름율보다 더 클 때에 발생되어, 후드 밑에 음 압력을 생성하여 체크밸브를 닫는다.
일단 스탠딩 칼럼이 확립되면, 사이펀작용은, 후드 외부에 수면 높이가 후드(20)의 하부 둘레(22)를 따라서 배치된 표면 세정 조정 보이드(21)의 수준으로 떨어질 때까지 필터 조립체를 통한 빗물의 배수를 지속한다. 이러한 점에서, 후드의 외부와 내부 사이에 압력차는 외부 공기를 후드 밑으로 흡인하여 압력을 동일하게 하여, 상기 사이펀을 중단 또는 "제동"한다.
후드(20)의 하부 둘레(22)를 따라서 있는 수평적-정렬 배치된 보이드(21)는 후드와 필터 매체(31)와의 사이에 공간에서 요동치며 상승하는 공기 스트림의 크기를 조정한다. 특정적으로, 상기 난류 공기 스트림은 외부 스크린(32)과 필터 매체(31)의 표면을 교란하여, 여과 작업을 하는 동안에 표면에 축적되어 있는 미립체를 제거한다. 다음, 이러한 제거된 미립체는 후드 밑에 쏟아 부어져, 적절한 보유간격으로 제거될 때까지 저장되는 격납 구조(18)의 바닥에 침전되게 한다. 필터 매체(31)의 외부면과 외부 스크린(32)의 표면을 세정하여, 난류 공기 스트림은 표면 적재를 막고 필터 매체의 높은 표면 침투성을 유지한다.
사이펀작용의 중단으로, 후드 밑에 수면 높이는 후드(20)의 하부 둘레 근방까지 떨어진다. 이러한 점에서, 부유 밸브체(37)는 부싱(29)에 대하여 재-안착되고, 그리고 전체 필터 조립체는 감소된 제1여과비율로 돌아온다.
본 발명의 필터 조립체가 주위 슬롯(slot), 립(lip), 또는 스커트를 간단하게 이용하는것 이외에 보이드의 전략적 배열을 이용하여, 사이펀 중단으로 초래되는 난류 공기 스트림을 어느 정도 그들의 분배와 힘의 견지에서 조정할 수 있다. 생성 조정된 공기 스트림은 더 길게 지속하여 보다 일관된 에너지를 가지어서, 손상을 줄 수 있는 국부적 공기 스트림 서지(surges)가 피해지고 표면 세정 동작의 분배를 최대로 한다. 이러한 설계에 대한 추가 이점은 보이드 크기, 모양, 및 배분을 선택적으로 조작하여 공기 스트림의 특성을 조절하는 유연성이 있는 것이다.
표면 세정 조정 보이드(21)는 서로 수평적-정렬 관계로 있고, 상기 수평적-정렬은 도5에 도시된 바와 같이 후드(20)의 하부 엣지(22)에 대해 평행하다. 표면 세정 조절 보이드(21)의 수와 이격공간은 사이펀-제동 공기 스트림의 배분과 에너지를 조절하도록 조정될 수 있다.
특정한 형태의 표면 세정 조절 보이드(21)를 선택하여, 요망하는 조합된, 구멍 크기, 공기흐름 개시, 제작 안정성, 및 다른 특성들을 제공한다. 본 발명의 표면 세정 조절 보이드에 유용한 형태로는, 한정적이지 않은 기재로서, 외부 수위가 표면 세정 조절 보이드의 수준에 이를 시에 공기 흡입량을 대체로 조절하는 원형, 삼각형, 장방형, 또는 다른 임의적 형태가 포함된다. 도6a 내지 도6h는 표면 세정 조절 보이드의 예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에서, 표면 세정 조절 보이드(21)는 도6h에 도시된 바와 같은 수직방향 슬롯을 형성하며, 후드(20)의 하부 엣지를 횡단하여 연장되며 포개지는 것이다. 보다 양호하게, 각각의 표면 세정 조절 보이드(21)는 그 엣지를 중첩시키지 않고 후드(22)의 하부 둘레에 매우 근접하게 배치되고, 이러한 배열은 후드(20)의 구조 완전성을 손상하지 않고 구조를 최상의 안정성과 기능성으로 조합시키는 구성이다.(도6a 내지 도6g에 도시된 바와 같음) 각각의 표면 세정 조절 보이드는 선택적으로 수직적-정렬 배열로 양호하게 배치된 복수의 소형 보이드로 형성된다.(도6f와 도6g에 도시된 바와 같음) 양호한 구조에서, 각각의 표면세정 조절 보이드(21)는 도6e에 도시된 바와 같이 둥근 단부를 가진 수직방향 신장부 이다.
도5는 후드의 하부 엣지(22) 근방에 설치된 복수의 표면 세정 조절 보이드(21)를 가진 필터 조립체 후드(20)를 나타낸 도면이다. 상기 보이드는 일반적으로 기계적으로 양호하게 플라스틱으로 이루어진 후드 안으로 천공되어서, 각각의 표면 세정 조절 보이드가 후드 재료를 완전하게 통과하여 연장 형성된 것이다. 다르게는, 각각의 표면 세정 조절 보이드는 후드를 주조 또는 성형하는 중에 형성된다.
본 발명의 필터 조립체는, 필터 조립체 후드에 표면 세정 조절 보이드의 작용으로 인해서, 상술된 종래 필터 조립체보다 더 효율적으로 필터의 표면을 깨끗하게 세정하는 것이다. 표면 세정 조절 보이드의 세정 효율은 격자(grid) 형태로 필터 스크린의 표면을 나타내고(marking), 그리고 반-가용성 패이스트(semi-soluble paste)로 표면을 덮어서(covering) 평가된다. 이때, 차단 스크린은, 표면 세정 조절 보이드가 내재된 후드 또는 종래 필터 조립체 후드를 가진 필터 조립체에 배치된다. 패이스트를 제거하는 사이펀 릴리프 경우와 상관된 난류 성질은, 특정 수의 사이펀 릴리프 사이클 후에 100% 세정되는 필터 스크린 구멍의 퍼센테이지를 계수하여 모니터 된다. 복수 운영을 한 평균 값을 도7에 도시된 바와 같이 개조된 필터후드와 비개조된 필터후드 양쪽용으로 나타내었다. 표면 세정 조절 보이드가 합체된 필터 후드는 보이드가 없는 필터 후드 보다 대체로 더 효율적인 표면 세정 능력을 나타낸다.
본 발명의 필터 조립체는 주로 전체 필터장치를 이루는 모듈식 설계를 고려하여, 유지 안정성, 필요한 공간, 및 서비스 수명의 견지에서 종래의 대중량의, 수평적 베드 유닛을 능가하는 상당한 이점을 제공한다. 현장에서 완전하게 서비스되어야 하는 매체의 단일, 모노리틱 베드 대신에, 필터 조립체와 사용된 필터 매체가 현장밖 서비스를 위해 신속하게 제거되고 바로 대체될 수 있다. 따라서, 제 위치에서 시스템을 서비스하는데 상당한 노동력을 필요로 하는 것보다 양호하게, 필터 바스켓과 매체의 서비스가 현장밖 시설에서 이행되는 것이다. 공간 소비의 견지에서, 즉각적인 필터 조립체의 사용은, 차례로 가능한 표면 적재능력의 증가로 서비스 수명이 증가하는 수평 베드를 사용하여 생산할 수 있는 것보다 주어진 수평구역 내에서 더 큰 필터 표면의 구역이게 한다. 서비스 수명은, 여과작용 매체의 표면이 수직방향으로 향하여서 민감한 필터 표면에 여과된 잔해물이 저장되는 것이 피해지므로 더욱 증가된다. 부가적으로, 사이펀-유도식 표면 세정 메카니즘도 필터매체의 수명을 연장시킨다. 따라서, 즉각 빗물 필터를 유지하기가 보다 용이하고, 더 많은 량의 수평 공간의 유닛 당 필터 표면 구역을 제공하며, 수평적 베드 유닛보다 더 긴 표면 적재를 견딘다.
본 발명이 상술된 작동원리에 기준하고 양호한 실시예를 참고로 기술되었을 지라도, 당분야의 기술인은 본 발명의 정신과 범위로부터 이탈하지 않고 본 발명을 다양하게 변경 및 개조할 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 발명은 방사형 물흐름을 가진 원통형 필터 조립체에 한정되지 않고, 정사각형, 직사각형, 또는 반원형 필터 조립체를 구비하는 필터 구조와 다양한 형태를 가진 필터 조립체를 구비할 수 있는 것이다. 배수공간은 필터 매체 내에 구조된 것에 한정되지 않고, 필터후드에 빗물 유입구로부터 대략 평면인 필터 매체의 대향측에 배치될 수 있는 것이다. 메카니즘의 변화에는 1방향 체크밸브로서의 작용이 있으며, 밸브 메카니즘의 변화는 배수공간으로부터 배수 매니폴드로 흐르는 유량을 계량하기 위해 존재하는 것이다. 본 발명은 첨부 청구범위 내에서 이루어지는 변경, 개조, 및 변화된 모든 것을 포함하는 것이다.

Claims (21)

  1. 수평적-정렬 배열로 배치된 복수의 보이드가 형성된 후드와;
    배수 매니폴드와;
    상기 후드와 상기 배수 매니폴드 사이에 배치된 필터와;
    필터 매체와 배수 매니폴드 사이에 배치되어 양쪽과 유체소통하는 상태로 있는 배수공간 및;
    사이펀이 필터 매체를 통하여 배수 매니폴드로 추가 유체의 배수를 확립하게, 공기가 배수공간에 유입되지 않으면서 배기가 이루어지는 구조로 된 체크밸브를 포함하며;
    상기 사이펀은, 복수의 보이드를 경유하여 후드에 유입되는 공기가 사이펀을 중단할 때까지 지속하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 필터 조립체는 부가로 배수공간 내에 배출밸브 조립체를 포함하며; 상기 배출밸브 조립체는, 배수공간이 특정 깊이까지 유체로 채워질 때까지 배수공간으로부터 배수 매니폴드로의 제1흐름율의 흐름을 허용하는 구조이며, 상기 배출밸브 조립체는 배수 매니폴드에 증가된 제2흐름율의 흐름을 허용하며, 상기 제2흐름율의 유체흐름은 필터를 통하여 배수 매니폴드로 추가 유체를 배수하도록 사이펀과 조합하여 동작하고, 그리고 사이펀의 중단은 제1흐름율의 유체흐름을 회복하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 필터는 물리적 여과에 의한 오염물질을 제거하는데 선택되는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 필터는 필터 스크린인 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  5. 제3항에 있어서, 상기 필터는 화학적 작용, 생물학적 작용, 또는 그 조합 작용에 의한 오염물질을 제거하는데 선택되는 필터 매체를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 필터 매체는 과립형 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 배수공간은 그 형태가 원통형이며, 필터는 환형모양으로 배수공간을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 후드는 하부 수평 엣지를 구비하고, 각각의 보이드는 후드의 하부 엣지 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 각각의 보이드는 수직 신장형이며, 후드의 하부 엣지와 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 각각의 보이드는 그 모양이 원형, 타원형, 삼각형, 또는 장방형인 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 각각의 보이드는 둥근 엣지를 가진 수직 신장형인 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 상기 필터는 직물 필터를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  13. 제1항에 있어서, 복수개의 보이드를 경유하여 후드에 유입되는 공기는 필터의 표면을 세정하는 필터와 후드와의 사이에 영역에서 난류를 발생하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  14. 빗물로부터 오염물질을 제거하는 필터 조립체에 있어서, 상기 필터 조립체는:
    하부 엣지 근처에서 수평적-정렬 배치된 보이드와 함께 하고, 하부 엣지를 가진 원통형 후드와;
    후드 내에 중앙집중식으로 배치된 원통형 배수공간과;
    배수공간과 유체소통하며, 배수공간과 후드와의 사이에 환형 공간에 배치된 필터와;
    후드 내에 빗물의 상승동작에 반응하여 필터 조립체를 공기가 빠져나도록 하면서, 공기가 필터 조립체에 유입되는 것을 막도록 구조된, 후드 내에 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 상기 필터는 빗물을 물리적으로 여과하는 원통형 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  16. 제15항에 있어서, 상기 필터는 물리적 여과에 의한 오염물질을 제거하는데 선택되는 과립상 필터매체를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 필터는 화학적 작용, 생물학적 작용, 또는 그 조합에 의해 빗물로부터의 오염물질을 제거하는데 선택되는 과립상 필터매체를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  18. 제14항에 있어서, 각각의 보이드는 후드의 하부 엣지를 중첩하지 않고 둥근 엣지를 가진 수직적 신장형인 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  19. 제14항에 있어서, 배수공간과 유체소통하는 후드 내에 배치된 배수 매니폴드와;
    배수공간과 배수 매니폴드 사이에 배치되고, 배수공간으로부터 배수 매니폴드 내로 흐르는 유체를 부분적으로 또는 전체적으로 규제하는 구조로 이루어진 배출밸브와;
    배수공간이 정해진 깊이까지 물로 채워지면 부유 조립체가 상승하여 배수공간으로부터 배수 매니폴드로 증가된 물의 흐름을 허용하도록 배출밸브를 완전개방하도록 구조된, 부유체를 배출밸브에 접속하는 연동장치와 배수공간 내에 부양성 부유체를 구비하는 부유 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  20. 제19항에 있어서, 배수공간으로부터 배수 매니폴드로 흐르는 증가된 물의 흐름이 필터를 통해서 배수공간 내로 추가적인 빗물을 배수하는 사이펀작용을 확립하고, 상기 사이펀 작용은 보이드 배열부를 경유하여 후드에 유입되는 공기가 사이펀작용을 분열하여, 부유 조립체를 하강하여, 배수공간으로부터 배수 매니폴드로의 물 흐름을 제한할 때까지 지속하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  21. 제20항에 있어서, 정렬 배치된 보이드를 경유하여 후드에 유입된 공기가 후드와 필터 사이에 영역에서 난류를 발생하며, 필터에 축적되어져 있는 미립자 물체를 제거하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
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