KR101269091B1 - 재구성 가능한 펌프 전원 옵션을 갖는 경량의 모듈형 물 정화 시스템 - Google Patents

재구성 가능한 펌프 전원 옵션을 갖는 경량의 모듈형 물 정화 시스템 Download PDF

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Abstract

모듈형 물 정화 시스템은 표준화된 피팅에 의해 펌프를 수용하고 동력을 공급할 수 있는 선택 가능한 원동기 모듈 내로 장착될 수 있는 펌프 구성 요소를 사용하여 다양한 기능 및 무게에 최적화된다. 펌프는 역삼투 스테이지를 위한, 내연 엔진 모듈 또는 전기 모터 모듈 상에 교체 가능하게 장착되는 무거운 고압 펌프일 수 있다. 펌프는 엔드 플레이트, 연장된 바 핸들, 및 슬라이딩 플랜지와 클램핑 구조에 꼭 들어맞고 그에 의해 고정되는 표준화된 베이스에 의해 둘러싸이고 보호되어, 펌프 상의 회전 피팅과 원동기와 결합된 상보적인 피팅을 결합하도록 펌프를 정확하게 위치시킨다.

Description

재구성 가능한 펌프 전원 옵션을 갖는 경량의 모듈형 물 정화 시스템{LIGHTWEIGHT MODULAR WATER PURIFICATION SYSTEM WITH RECONFIGURABLE PUMP POWER OPTIONS}
본 발명은 현장 배치형 물 정화 시스템에 관한 것으로서, 특히 부적격한 원천으로부터 정화된 식수를 생산하도록 용이하게 수송되고, 셋팅되며, 작동되도록 특정 적용을 위해 크기가 조정된 일련의 요소를 필요로 하는 군사, 재난 구조 및 기타 상황용 현장 배치형 물 정화 시스템에 관한 것이다. 분해 가능하고 재장착이 가능한 물 펌프가 디젤 엔진 또는 전기 모터와 같은 두 개 이상의 선택 가능한 원동기(prime mover) 중 선택된 하나를 이용하여 선택 가능하게 구동되며, 상기 원동기는 각각의 상이한 모듈형 시스템 요소에 구비되는 시스템의 구성이 개시된다. 이러한 구성은, 상기 분해 가능한 펌프가 역삼투 여과 장치(reverse osmosis filtration unit)를 구동하는 중량의 양변위(positive displacement) 고압 펌프인 시스템에 있어서 유리하다.
예를 들어, 본원에 참조로서 포함된 미국 특허 제 5,972,216 호 및 제 5,788,858 호에 개시된 바와 같이, 펌프 요소, 필터 요소, 저장 탱크 등을 갖는 모듈형 물 정화 시스템을 배치하는 것이 알려져 있다. 모듈형 요소들은 트럭이나 트레일러 상에 전부 또는 일부가 장착될 수 있고, 또는 식수 생산을 필요로 하는 장소로 화물로서 수송되는 개별 장치일 수 있다. 식수는 개울이나 강과 같은 자연 수로로부터의 물과 같이, 다양한 수원으로부터의 물을 정화함으로써 얻을 수 있다. 해수는 적절한 여과 기술에 의해 염분이 제거될 수 있는 물의 원천이다. 또한, 허용되는 것으로 간주되지만 오염된 또는 물에 잠긴 도시 상수도 또는 수영장과 같이 오염될 수 있는 원천으로부터의 물이 추출되고 정화될 수 있다. 물은 또한 여과 될 수 있는데, 이는 공격자에 의해 병원균과 같은 이물질의 도입에 노출될 수 있는 원천으로부터 유래하기 때문이다.
이러한 상황에서 물 처리는 복수의 여과 단계를 포함한다. 혼입된 토사와 조류와 같은 고체 물질은 스크린(screening), 침전(settling), 원심 운동(centrifugal motion) 등에 의해 분리된다. 용액 내에 존재하거나 혼입될 수 있는 화학 분획(chemical fractions)이, 예를 들어, 분리되는 침전물을 생성하는 화학 반응에 의해 또는 화학 분획이 고정되는 반응 표면으로의 노출에 의해 흡수된다. 물은 구리, 은 및 기타 살생(biocidal) 물질과 같은 이온 방출 물질을 받을 수 있다. 물은 이온, 미생물 및 입자를 매우 작은 크기로 제거하도록 하는 역삼투 필터 스테이지로 통과될 수 있다. 최종 생성물은 염소로 처리되고(chlorinated), 예를 들어 탱크 또는 팽창식 블래더(inflatable bladder) 내로 투입되거나 저장되어, 이로부터 정화되고 염소로 처리된 물이 제공된다. 유리하게, 이들 상이한 여과 및 처리 단계는 모듈형 펌핑 여과, 처리 및 저장 모듈에서 달성되는 연속적인 처리 단계를 통해 원천으로부터 획득한 물을 펌핑함으로써 달성된다.
모듈들은 자체 포함된(self contained) 물 처리 시스템 내에서의 처리 스테이지들일 수 있으나, 상기 스테이지들이 필요 시 사용되거나 사용되지 않을 수 있고, 서로 다른 목적을 위해 서로 다른 구성 내에 결합될 수 있는, 개별적인 모듈형 부품으로 실질적으로 분리되는 시스템에 의해 더욱 다양하고 용이하게 서비스 가능한 시스템이 제공된다. 예를 들어, 용량 요건을 충족하기 위해, 단일 흐름로(flowpath)로 사용할 수 있는 유량을 증대시키기 위해 평행 흐름로(parallel flowpath)를 형성하는 도관, 펌프 및 여과 매체를 제공할 필요가 있을 수 있다. 서로 다른 구성과 여과 단계는 서로 다른 요구에 적합할 수 있다. 예를 들어, 진흙이 혼합된 담수를 처리하는 것은 기타 다른 단계들보다 미립자의 분리가 더 필요할 수 있다. 맑은 해수를 처리하는 것은 특정한 분리보다 담수화가 더 필요할 수 있다. 서로 다른 배치와 구성을 가능하게 하는 연결 장치를 구비하는 모듈을 제공하는 것이 유용하다.
여과 매체는 처리되는 원수(raw water)의 특성의 함수인 일부 명목상의 유량 용적(flow volume) 에 유용한 필터 카트리지 내에 배치될 수 있으며, 이후 카트리지는 교체될 필요가 있다. 상이한 유동 배열(flow arrangement)을 수용하고, 그리고 각각의 작동 스테이지에서의 요소들이 변환될 수 있고, 선택 가능한 흐름로에 배열될 수 있고 일반적으로 시간의 필요에 따라 구성될 수 있도록 하기 위해, 위에서 인용한 미국 특허 제 5,972,216 호 및 제 5,788,858 호는 펌프, 분리기, 탱크 및 필터들이 선택 가능한 작동 요건에 따라 현장에서 연결되는 모듈형 배열을 제공한다.
예를 들어 담수화를 위한 역삼투 물 정화 요소들을 사용하는 여과 시스템은, 일반적으로 물을 원수 원천으로부터 분리기를 통해 탱크로 단순하게 이동시키는데 필요할 수 있는 것보다 높은 펌핑 압력 요건을 갖는다. 초기의 원수 수집, 고체 스크린 및 물의 여과 매체 통과는 비교적 낮은 수압에서 이루어진다. 물을 역삼투 필터 스테이지를 통해 이송시키는 펌프는, 물이 멤브레인을 통해 매우 큰 이온 밀도를 갖는 측으로 확산되는 경향을 충분히 극복할 수 있는 역삼투막에 대해 압력 차이(pressure differential)를 인가할 필요가 있다. 담수화를 위해, 압력 차이는 순수(pure water)가 저압 측(low pressure side)으로 확산되게 하여, 고염도의 염수가 고압 측(high pressure side)에 남겨지게 하여, 씻겨나가게 한다. 소정의 멤브레인 표면적을 제공함으로써 특정 유량이 달성된다고 가정할 때, 유량은 역삼투 필터 스테이지를 병렬로 추가함으로써 증가될 수 있다.
다양한 선택 가능한 구성들은 신속한 연결 커플링(quick connect coupling)이 유리하도록 한다. 고압 또는 저압에서 각각 작동하는 다수의 펌프 모듈들이 이용될 필요가 있다. 고압 및 저압 도관 및 피팅(fitting)들이 구성될 필요가 있다. 적절한 매니폴드 및 다양한 밸브가 필요에 따라 스위칭 및 흐름로 전환에 유용하다.
현장 배치형 식수 원천이, 물에 대한 필요성이 긴박한 장소에 정화된 물을 수송하는 것보다 더욱 효과적이다. 현장 물 정화 장치는, 일시적인 필요가 발생하고 도시 수원이 이용 가능하지 않는 군대 배치, 재난 구조 및 기타 상황에서 유용하다. 물 처리 시설은 트럭이나 트레일러 상에서 수송될 수 있고 트럭이나 트레일러 상에 수송되는 탱크를 채우기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 시설이 특정 지역에서 필요로 하는 한, 이동성은 요구되지 않는다. 현장 배치는, 현장으로 수송되어 내려질 수 있도록 패키지되는 모듈형 요소를 사용하여 제공될 수 있다. 모듈형 요소는 몇 명의 병사 또는 기타 작업자에 의한 요소의 조작을 가능하게 하는 무게 사양에 맞는 크기를 갖는다. 예를 들어, 물 처리 모듈의 조립 세트가 원수 원천 부근에 내려 놓일 때, 그리고, 하나의 모듈이 대략 200 파운드 (대략 수백 킬로그램) 이하일 때, 두 명의 병사가 함께 같은 날에 물 처리 시설을 구성하여, 일개 중대의 병사에게 제공하기에 충분한 식수를 생산할 수 있다.
비교적 소형 요소들로 분리되는 물 처리 시스템은 각각의 개별 요소가 경량으로 제작될 수 있고 취급이 용이하거나 또는 더욱 무거운 요소에 비해 더 적은 사람을 필요로 한다는 잠재적인 이득을 갖는다. 다양한 방식으로 혼합되고 연결되고 결합될 수 있는 많은 모듈이 있는 경우, 물 처리 시스템은 더욱 다목적일 수 있으나, 모듈형 부품들을 구성하거나 연결하는 것은 복잡하다. 다양한 기능을 극대화하고 개별 모듈의 무게를 최소화하고 그리고 작동 시스템의 구성과 연결을 단순화하는 것이 유리할 수 있다.
본 발명은 물 정화 시스템, 즉, 물 펌프를 작동하는데 사용되는 전력 공급원의 특성 및 구성에 관한 것이다. 흡입 및 압력 라인들은 원수를 끌어오고, 필터 매체에 대해 차압을 설정하고, 그리고 압력 수두(head of pressure)를 제공하고 및/또는 제공될 물의 고도를 상승시킬 필요가 있다. 필요한 펌프는, 바람직하게 조용한 전력 공급원이 있는 경우, 전기 모터에 의해 구동될 수 있다. 펌프는 내연 엔진에 의해 직접 구동될 수 있다. 펌프는 내연 엔진에 의해 구동되는 발전기로부터 동력을 공급받는 전기 모터에 의해 구동될 수 있다. 이들 및 기타 구성들이 가능하다.
군사 분야의 적용을 위해, 독립적으로 작동할 수 있도록 내연 엔진이 바람직하지만, 전력 공급원이 이용 가능한 경우, 전기 모터가 더욱 가볍고, 조용하며 비교적 유지 보수가 필요 없다. 일부 군사용 차량은 차량 발전 장치에 결합된 발전기로부터 공급된 전원을 제공한다. 본 개시의 일 양태는 모듈형 물 정화 시스템 내에 어느 하나 또는 둘 모두의 전기 모터와 내연 엔진을 사용하는 기능을 제공하고, 그리고 특정 물 펌프를 결합하고 분리하는데 요구되는 복잡성을 동시에 줄이면서 모듈형 구성 요소의 무게를 최소화시키는 방식으로 그러한 기능을 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명의 목적은, 하나 이상의 펌프 구성 요소, 특히 역삼투 물 정화 스테이지의 중량의 고압 펌프를, 펌프 도킹 스테이션을 갖는 선택 가능한 원동기 모듈 내에 교체 가능하게 장착되도록 배열함으로써, 경량의 모듈들의 구성 내의 다양성과 기능에 대해 최적화된 배열을 제공하는 것이다. 도킹 구조는 펌프 상에 구비된다. 이용될 수 있는 각각의 원동기 모듈은 펌프의 도킹 구조를 수용하는 상보적인 도킹 구조를 갖는다. 펌프가 도킹될 때, 펌프의 종동축은 도킹 구조에 의해 배열되어, 독립적으로 기계 동력을 제공하는 내연 엔진 모듈, 발전기 또는 전원 공급원(utility mains)으로의 이용 가능한 접속(hookup)과 함께 기계 동력을 제공하는 전기 모터 모듈, 유압 펌프 등과 같은 원동기 모듈의 구동축과 결합한다. 토크의 원천과 펌프의 필요한 기계적 연결은 펌프 하우징을 도킹 스테이션에 삽입하고 펌프 하우징을 도킹된 위치에서 고정함으로써 간단하게 이루어진다.
상기한 배열을 구현하는데 있어서, 표준화된 베이스 패널이 각각의 선택 가능한 원동기 모듈 상에 제공되며, 각각의 경우 원동기 모터/엔진과, 펌프를 원동기와 정확하게 결합되도록 위치시키는 도킹 시스템을 갖는다. 축방향으로 결합 가능한 회전축 커플링이 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 축 커플러(shaft coupler)는 축방향으로 결합되고 분리되며, 결합될 때 서로 간에 회전 가능하게 고정되는 비원형(non-round)의 암수 구조를 포함한다. 일례는 원주 방향으로 이격되고 축방향으로 연장되며 상호 간에 끼워진 핑거(fingers)와 진동 완충 스파이더(vibration cushioning spider)를 갖는 조우 커플러(jaw coupler)이다. 또 다른 예는 다른 축 상의 커플러 내의 상보적인 핑거 소켓과 일치하는 하나의 축 상의 커플러 상의 축방향으로 돌출되고 방사상으로 이격된 핑거이다.
펌프 하우징은 바람직하게 단일 섀시, 특히 상호 간에 그리고 베이스 플레이트에서 펌프 하우징에 부착되며, 원동기와 결합시키기 위한 적당한 자리에서 펌프를 수동으로 배치하고 부착시킬 때 핸들로 사용할 수 있는 연장된 바(elongated bar)를 제공하는 엔드 플레이트 사이에서 펌프 하우징 주위에 부착되는, 케이지(cage)를 형성하는 어셈블리 내에 장착된다. 펌프를 배치하고 부착하는 단계는, 펌프 어셈블리의 슈 부분(shoe part)을 원동기 모듈의 베이스 패널 상의 수납 슬라이드(receiving slide)내로 슬라이딩하는 단계와 수납 슬라이드 상에 볼트를 아래로 체결함으로써 베이스 패널에 슈를 클램핑하는 단계를 포함한다.
더욱 상세하게는, 물 정화 시스템은 수류 도관(water flow conduit)에 의해 연결 가능하고, 하나 이상의 물 여과 요소 및 하나 이상의 물 펌프를 포함하는 다수의 기능성 모듈을 구비한다. 수류 펌프는 구동 장치로부터 분리되고 분해될 수 있으며, 이 구동 장치에 펌프는, 예를 들어, 전기 모터 원동기를 구비한 하나 이상의 구동 장치 및 내연 엔진을 갖는 또 다른 구동 장치를 갖고 선택적으로 결합될 수 있다. 시스템은 펌프가 결합될 수 있는 동일한 또는 다른 종류의 구동 장치의 다른 모듈로 펌프를 편리하게 재장착할 수 있도록 구성된다. 전기 모터와 내연 엔진은 바람직하게는 자체의 모듈을 가지며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 모두는 물 정화 시스템의 주어진 배치 내에서 사용될 수 있고, 각각의 전기 모터 또는 내연 엔진 또는 유압 구동 장치와 같은 기타 원동기가 이에 결합될 수 있다. 펌프는 전력 공급원인 어느 하나의 모듈 원동기에 장착되고 구동된다.
다수의 기능성 요소들은 각각의 모듈이 특정 기능으로 제한되도록 구성될 수 있다. 펌프축에 토크의 형태로 기계 동력을 제공하는 모듈뿐만 아니라, 모듈은 고체 분리 모듈, 분리될 수 있는 형태를 갖거나 갖지 않을 수 있지만 마찬가지로 물을 펌핑하는 하나 이상의 추가 모듈, 원수 또는 처리수 수집용 탱크 또는 블래더, 매체 필터 요소 및 염소 살균기(chlorinator)를 포함할 수 있다. 유리하게, 시스템은 역삼투 필터 스테이지와, 해수의 담수화와 같은 부담이 큰 적용 분야에서 물의 정화를 위해 충분한 압력 수두를 발생시키는 고압 펌프를 포함하는 분해 가능한 펌프를 포함한다. 탱크, 저장용 블래더, 흡입 요소 및 출력 노즐이 포함되며, 바람직하게 전체 시스템은, 식수를 제공하기 위해 현장에 쉽게 투하될 수 있고 제공된 요소를 사용하여 조작될 수 있도록, 상호 간에 적층될 수 있는 일련의 프레임화된 모듈형 요소 및 선택적으로 호스, 도구 및 물품들의 용기로서의 패키지이다.
물 정화 시스템은 바람직하게 적어도 하나의 여과 모듈과 적어도 두 개의 펌프 구동 모듈을 포함한다. 적어도 하나의 펌프 구동 모듈은 펌프 구동 모듈 내에 분리 가능하게 장착되고, 마찬가지로 다른 형태의 펌프 구동 모듈 내에 교체 가능하게 분리되고 교체 가능하게 재설치될 수 있는 펌프를 언제든지 구동하기 위해 사용된다. 공급된 시스템은 또한 하나 이상의 추가의 분해 가능한 펌프를 구비할 수 있으며, 이는 복수의 펌프를 사용해서 두 개의 펌프 구동 모듈 내에 펌프를 장착하고 가동하는 것이 바람직할 때 이를 가능하게 한다. 표준화된 구성에 따른 펌프가, 각각 전기 모터, 내연 엔진, 다른 전력 공급원 또는 작동 장치, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 원동기 모듈에 의해 교체 가능하게 구동될 수 있는 점을 고려하면, 시스템은 독립적으로 구동되거나, 또는 전원 공급원 또는 또 다른 모듈로서의 발전기 또는 군사용 차량 상에 장착된 발전기와 같은 차량 전원 장치로부터의 전력과 같은 전력에 의해 구동될 수 있다. 대안적으로 또는 복수의 이용 가능한 원동기들 중 가장 바람직한 것에 펌프를 전환하는 것에 더해서, 용량을 증가시키기 위해 추가의 펌프가 결합될 수 있고, 펌프 및 원동기의 모든 조합이 사용될 수 있다.
바람직하게, 두 개의 펌프 구동 모듈이 이용 가능하다 (비록 두 개 모두가 주어진 장소에서 항상 배치될 필요는 없지만). 이용 가능한 모듈은 선택 가능한 원동기 모듈, 바람직하게는 전기 모터를 갖는 모듈 및 내연 엔진을 갖는 모듈을 포함한다. 이들 각각의 펌프 구동 모듈은 물 펌프를 수용할 수 있는 분리 가능하고 분해 가능한 고정물(fixture)을 구비한 영구적으로 설치된 원동기(모터 또는 엔진 중 하나)를 포함하여, 펌프가 모터와 엔진 중 어느 하나에 의해 교체되고, 교체 가능하게 구동될 수 있도록 한다 (또는 양자 모두 전기 모터를 갖는 두 개의 모듈 또는 양자 모두 내연 엔진을 갖는 두 개의 모듈 사이에 교체 가능하게 교체되도록). 필요한 모든 것은, 각각의 모터 및 엔진을 갖는 모듈의 상보적인 수납 구조 내에 표준화된 분리형 장착부(detachable mounting)를 배치하고 부착함으로써 이를 이용하여 펌프를 장착하는 것이다.
모듈은 역삼투 필터 멤브레인을 갖는 하나 이상의 필터 요소를 포함하는 모듈형 물 정화 시스템과 관련하여 특히 유용하다. 이 경우, 멤브레인을 통해 유량을 유지하기 위한 작동 압력을 발생시키기 위해 고압 펌프가 필요하다. 적절한 용량의 양변위 고압 펌프는 예를 들어, 160 파운드로 무거울 수 있다. 5 또는 10 마력의 내연 엔진 또는 전기 모터와 같은 원동기 또한 비교적 200 파운드로 무겁다. 펌프와 모터/엔진을 포함하는 펌프 모듈이 영구적으로 통합된 경우, 펌프 모듈은 그것을 이동하고 배치하기 위해 두 사람의 능력을 필요로 할 것이다. 분리 가능하고 재장착이 가능한 고압 펌프를 제공함으로써, 모듈의 무게를 관리 가능한 수준으로 줄일 뿐만 아니라, 시스템의 기능성을 크게 향상시킨다.
펌프는 이를 둘러싸고 보호하는 케이지 또는 섀시와의 어셈블리로서 배열된다. 펌프 어셈블리는 펌프가 원동기 모듈 내부 및 외부로 조작될 수 있도록 하는 단일 구조이다. 일 실시형태에서, 펌프 어셈블리는 펌프 하우징, 펌프 하우징에 볼트 결합되고 펌프 하우징으로부터 연장된 엔드 플레이트, 핸들 역할을 하고 엔드 플레이트 사이로 연장된 바, 및 펌프 하우징에 부착된 슬라이딩 슈(sliding shoe)를 포함한다. 슬라이딩 슈는 펌프 하우징 아래에 배치되고 원동기를 갖는 펌프 구동 모듈의 슬라이드 고정물과 일치하는 측면 플랜지(lateral flange)를 갖는다. 엔드 플레이트 및 섀시는 펌프 하우징을 보호하고, 수동 조작을 제공하고, 장착 구조를 표준화하며, 펌프의 작동에 의해 생성될 수 있는 열을 발산한다. 슬라이딩 슈는 구동 모듈의 슬라이드 고정물 내에 수용되고 슬라이딩 슈의 측면 플랜지에 결합하는 클램프에 의해 적절한 자리에서 부착된다.
펌프 어셈블리 및 펌프 구동 원동기는 장착될 때 펌프 구동 모듈 상의 베이스 패널에 놓인다. 펌프 어셈블리의 슬라이딩 슈는 베이스 패널에 부착된 가이드 리셉터클(guiding receptacle) 내로 펌프의 축선(shaft axis)과 평행한 방향으로 슬라이드된다. 가이드 리셉터클은 슬라이드 슈의 측면 모서리 또는 플랜지와 중첩되도록 형성된 이격된 플랜지를 포함할 수 있다. 클램프 구조는 펌프의 축 커플링 및 엔진 또는 모터가 작동 가능하게 결합되는, 축방향으로 전진된 위치에서 슬라이드 슈를 베이스 패널로 기계적으로 고정한다. 최종 위치는 위치조정 핀(locating pin) 또는 멈춤쇠(detent)를 사용하여, 또는 도면에 도시된 실시형태에서, 엔드 블록(end block)에 의해 조절될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 베이스 플레이트 상의 이격된 플랜지는 슈 상에서 아래로 클램핑될 수 있으나, 반대 성별 관계가 클랭핑되고 클램핑하는 부품에 대해 사용되거나 또는 슈가 베이스 패널에 직접 볼트 결합될 수 있는 것과 같은 기타 특정 구성이 가능한 배열을 제공할 수도 있다.
시스템의 추가의 목적 및 양태는, 설명되고 또는 더욱 명확해질 이유로 인해 유리한 특정의 바람직한 배열의 다음 논의로부터 알 수 있을 것이다.
설명과 도면은 일반적인 양태 및 특정 실시형태의 개시와 관련된 특정 실시예를 설명한다. 주제는 실시예로 사용된 대안 및 실시형태를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 그 대신, 주제의 범위를 평가하기 위해 첨부된 청구 범위에 대해 논의된다. 도면에서,
도 1은 전기 모터 구동 장치와 내연 엔진 구동 장치 중 어느 하나가 펌프를 선택 가능하게 수용할 수 있는, 전기 모터 구동 장치와 내연 엔진 구동 장치를 포함하는, 일 실시형태에 따른 물 처리 시스템의 개략도이다.
도 2는 팔레트화된 화물(palletized load)로서 일반적인 직사각형 형상의 수송 수단(transport)으로 적층되는 크기를 갖는 모듈을 구비한 물 처리 시스템을 도시한 사시도이다.
도 3은 선택된 어느 하나의 구동 장치 내에 펌프를 장착하기 위한 펌프 하우징에 결합되는 장착 및 커플링 고정물을 도시한 분해도이다.
도 4는 선택된 구동 장치 내의 제거 가능한 장착을 위해 구성되는 펌프 어셈블리를 일단으로부터 도시한 사시도이다.
도 5a 내지 도 5d는 펌프 어셈블리를 타단으로부터 도시하고, 펌프 어셈블리가 구동 장치의 베이스 패널 상에 장착된 수납 구조와 상호 작용하는 것을 도시한 개략도를 포함하는 사시도이다.
도 6은 펌프 어셈블리가 적당한 위치 내부 또는 외부로 수동으로 이동되는 조립 단계 동안의 펌프 어셈블리와 구동 장치를 도시한 사시도이다.
도 7은 장착된 위치 근처에 있는 펌프 어셈블리를 구비한 도 6의 사시도이다.
도 8은 펌프 어셈블리의 섀시 부분(펌프 하우징 그 자체는 없음)과 베이스 패널 상의 클램핑 슬라이드 리셉터클(slide receptacle) 사이의 관계를 도시하고, 원동기 모터/엔진이 도시되지 않은 부분 사시도이다.
도 9는 구동 장치 상의 적절한 위치에서 클램핑된 펌프 어셈블리를 도시한 부분 사시도이다.
도 10은 디젤 엔진으로 예를 든, 펌프축과 원동기의 구동축 사이의 바람직한 기계적 축 커플링을 도시한 사시도이다.
도 1은 수류 도관에 의해 연결 가능한 다수의 기능성 모듈을 갖는 바람직한 실시형태에 따른 물 정화 장치를 도시하며, 상기 모듈을 적어도 하나의 물 여과 요소와, 도관에 의해 물 여과 요소에 결합된 적어도 하나의 물 펌프를 포함한다. 본 실시 형태에서, 물 펌프 중 하나, 즉 고압 펌프(30)는, 전기 모터(25)를 구비한 구동 장치(24) 및 내연 엔진(23)을 구비한 하나 이상의 내연 엔진 구동 장치(22)로 도시된 실시예에서 예시한 적어도 두 개의 선택 가능한 구동 장치(22, 24) 중 선택된 하나에 물 펌프(30)의 결합을 허용하도록 구성된다.
구동 장치의 원동기, 즉 전기 모터(25)와 내연 엔진(23)은 각각의 구동 장치를 지지하도록 구성된 프레임 구조 내에 영구적으로 장착된다. 따라서, 예를 들어, 내연 엔진 구동 장치(22)는 디젤 엔진(23)과, 연료 탱크, 배터리, 히터 등과 같이 디젤 엔진에 적용 가능한 편의 시설 또는 필수품들을 가질 수 있다. 마찬가지로, 전기 모터 구동 장치(24)는 전기 모터(25) 외에도, 모터를 전원에 결합하기 위한 필요한 연결 장치를 포함하며, 연결을 용이하게 하기 위해 스위치 및 회로 차단기를 포함할 수 있다. 도시된 실시형태에서, 전원 공급 시스템 또는 발전기(미도시)로 연결하기 위해 사용될 수 있는 표준화된 AC 플러그를 갖는 전기 모터가 바람직한 연결의 설명을 위해 도시되어 있다.
바람직하게 각각의 모듈 프레임은 도 2에 도시된 바와 같은 팔레트화된 패키지 내부로 적층될 수 있는 유닛(11)의 부품들이며, 여기서 각각의 프레임은 편리한 운송, 지게차(fork truck) 또는 다른 적재 장치에 의한 취급, 공중 투하 또는 기타 적절한 처리를 통한 배치를 위한 유닛으로서 끈으로 묶일 수 있는 규칙적인 부피의 부분을 차지한다.
시스템의 일 양태는, 적어도 하나의 사용 가능한 물 펌프(30)가, 펌프를 구동 장치 내에 영구적인 요소로 설치하는 대신에, 교체 가능하게 펌프(30)를 수용하도록 구성된 두 개 이상의 구동 장치(22, 24) 중 선택된 하나와 선택 가능하게 결합된다는 것이다. 이러한 양태를 가능하게 하기 위해, 물 펌프(30)는 수동 취급을 위해, 즉 물 펌프를 하나의 구동 장치로부터 제거하고, 동일하거나 다른 원동기 형태일 수 있는 또 다른 구동 장치 내에 물 펌프를 설치하기 위해 구성되는 어셈블리의 일부이다. 펌프 어셈블리의 부품들은 도 3에 분리해서 도시되어 있고 도 4의 펌프 하우징과 조립된다.
펌프 어셈블리는 펌프 하우징(31)이 볼트 결합되거나 다른 방식으로 부착되는 슈(13)를 갖는다. 슈(13)는 구동 장치 내에 구비된 베이스 패널(17) 상의 슬라이드(15)와 일치하는 측면으로 돌출된 플랜지를 갖는, 펌프 어셈블리의 베이스를 형성한다. 베이스 패널(17) 상의 슬라이드는 단면의 직각을 형성하는 병렬 앵글 바(parallel angle bar)에 의해 형성될 수 있다. 바람직하게 슬라이드(15)는 도시된 바와 같이 연속된 바에 의해 형성되어, 축방향으로 엔드 스탑(19)까지 이어지지만, 일련의 별도의 이격된 고정판(hold-down)을 포함할 수 있다. 도시된 실시형태에서 앵글 바는 서로 평행하게 이격되며, 단단하게 아래로 볼트 결합되지 않을 때, 충분히 슈(13)의 측면 모서리를 수용하고 측면 모서리 상에 지지되도록, 베이스 패널(17)의 표면 상의 이격된 공간에 위치하는 프리 에지(16, free edge)를 제공한다. 앵글 바는 로케이팅 슬라이드(locating slide)를 형성하며 슈(13)의 모서리 위에 가로놓임으로써, 앵글 바가 장착 패널(17)에 대해 단단하게 아래로 볼트 결합될 때, 볼트 결합된 앵글 바에 의해 장착 패널에 대해 베이스 슈를 클램핑함으로써, 펌프 어셈블리가 적절한 위치의 베이스 패널(17) 상에 단단하고 견고하게 부착되게 한다. 스탑(19)은 원동기 구동축과 구동되는 펌프축의 축 커플링이 작동 가능하게 결합된 병렬 바 사이의 장착 패널 상에 구비된 슬라이드로 전진한다.
디젤 내연 엔진, 전기 모터, 유압 모터 등과 같은 원동기는 또한 장착 플레이트(17)에 대해 고정되며, 펌프축 상의 상보적인 커플링을 결합시키도록 위치한 커플링을 구비한 구동축을 갖는다. 따라서 물 펌프는 주어진 상황에 적합하도록 서로 다른 전력 공급 프레임 유닛 상에 설치되고 구동될 수 있다. 사용하지 않는 선택 가능한 원동기 전력 장치는, 현재 설치된 펌프 없이, 영구적으로 장착된 펌프를 구비한 비교 가능한 장치에 비해 무겁지 않다. 하나의 원동기로부터 다른 원동기로 펌프를 교체하고 필요한 물 라인을 연결하는 것은 원동기 프레임 상에 영구적으로 설치된 전체의 새로운 펌프 유닛을 도입하고 필요한 물 라인을 연결하는 것보다 복잡하지 않다.
도 1은 본원에 상세히 설명된 바와 같이 내연 엔진(23)에 의해 구동되는 선택 가능한 전력 공급 프레임 유닛(22)과 전기 모터(25)에 의해 구동되는 전력 공급 프레임 유닛(24)를 구비한 배치형 물 정화 시스템을 개략적으로 도시하고 있다. 관련된 물 펌프(30)가 어느 하나의 사용 가능한 내연 장치(22) 상에 설치된 것으로 도시되었지만, 전기 구동 장치(24) 또는 또 다른 유사한 내연 장치(22) 내에서 선택 가능한 설치를 위한 장치로부터 쉽게 제거될 수 있다.
유리하게, 어느 하나의 전력 장치(22, 24)에 의해 선택 가능하게 구동되는 물 펌프(30)는 역삼투 필터 요소(35)에 결합되는 고압 물 펌프이다. 물 정화 시스템의 각각의 요소들은, 선택적으로 원수 저장 탱크 또는 블래더(48)에 의해, 원수를 고체 분리기(46)로 공급하는 저압 펌프(44)와 결합된 하나 이상의 유입 장치(42)를 포함한다. 제거된 고체는 씻어 낸다. 물은 공지된 방식으로 물이 노출되는 필터 매체를 포함하는 카트리지를 갖는 하나 이상의 여과 장치를 통과한다.
그리고 나서 물은 고압 펌프(30)를 통해 역삼투 필터(35)로 연결된다. 일반적으로 높은 이온 농도, 예를 들어, 고 염도 측으로 물을 분산시키는 삼투압에 대항하기 위해 멤브레인 상에 충분한 압력 수두 또는 차압이 필요하다. 고압 펌프는 삼투압에 대항하도록 충분한 압력을 유지하고, 물이 멤브레인을 통해 저 이온 농도 측으로 분산되도록 작동하여, 이온이 소위 염수 측에 남게 한다. 고압 펌프는 또한 염수 측 물이 배출될 때까지, 예를 들어, 씻어 내거나 또는 원수 원천으로 반송될 때까지, 계속해서 높아지는 염도 또는 기타 이온 농도를 갖고, 염수 측의 계속해서 염수가 농축된(brine-concentrated) 물을 흐름로를 따라 필터 요소로 이송시킬 수 있도록 압력과 유량을 제공한다. 역삼투 필터의 여과된 생성물은 염소화 장치(54)에서 염소로 처리되고 식수 탱크 또는 블래더(56) 내에 저장된다. 선택적인 저압 출력 펌프(58)는 이 물을 배출 밸브(62)를 통해 전달하고, 정화된 물은 관련된 분배 노즐 또는 기타 고정물을 통해 유출된다.
상기한 물 정화 시스템은, 물을 원천으로부터 끌어오고, 물을 필터로 이송하고, 정화된 물을 탱크로 펌핑하기 위해 서로 간에 결합될 필요가 있는 하나 이상의 펌프 및 하나 이상의 필터와 같은 다수의 요소를 갖는다. 상황에 따라, 역삼투 필터가, 예를 들어, 담수화를 위해 유리할 수 있다. 다소간의 유량 용적이 시간 단위당 필요할 수 있다. 필터 설치 요소들이 자체 포함된 장치를 형성하도록 트럭 또는 트레일러 상에 영구적으로 구성되고 장착될 수 있지만, 선택된 구성에서 결합될 수 있는 다수의 기능성 모듈로서 시스템을 배열하는 것이 유리하다. 도시된 실시형태에서, 다수의 삼투막 용기가 부분적으로 둘러싸인 프레임 상의 집합체(array) 내에 장착되고, 병렬 또는 직렬로 장치들 및/또는 여과된 물 또는 염수 흐름로를 연결시키기 위한 단부에서 피팅 또는 매니폴드를 갖는다. 또한 두 개 이상의 이러한 멤브레인 랙(rack)을 때때로 적층하고, 마찬가지로 역삼투막 용기 및/또는 요소의 프레임 또는 랙의 필요한 병렬 또는 직렬 연결을 형성하는 것이 유리하다.
특정 배치에 적합한 기능성 요소들의 조합이 필요한 압력과 유량 조건을 조성하는 압력 및 유량 조건을 달성하기 위해 배치되고 상호 연결될 수 있다. 예를 들어, 추가의 유량이 필요한 경우, 하나 이상의 프레임 또는 랙 상의 역삼투 필터 요소와 같은 요소들이 병렬 흐름 구성으로 배열될 수 있고, 또는 직렬에서 병렬 흐름 구성으로 재배열될 수 있다. 원천과 사용자 사이의 거리 또는 높이에 대한 고려가 있는 경우, 요소들은 해당 거리에 배열될 수 있고 직렬로 배치된 펌프에 의해 연결될 수 있다. 다양한 구성의 변경이 쉽게 이루어진다. 모듈형 배열은 시스템의 다양한 기능을 제공한다.
압력 또는 흡입을 생성하는데 사용되는 물 펌프 모듈 각각은, 예를 들어, 가솔린이나 기타 연료를 연소하는 내연 엔진(23), 해당 전원에 결합된 전기 또는 유압 모터(25)와 같은 원동기에 의해 구동되는 물 펌프를 필요로 한다. 종래에는, 원동기 엔진 또는 모터는 펌프와 동일한 모듈 상에 영구적으로 장착되고 펌프에 기계적으로 결합되어, 구동축을 회전시키기 위해 원동기가 인가하는 동력, 특히 토크가 펌프에 연결되게 하여 물을 이송한다. 종래에는, 기능성 모듈 사이에 결합된 유체 라인들이 다른 방식으로 배열될 수 있었으나, 펌프 모듈은 모터 또는 엔진에 결합된, 영구적으로 통합된 펌프를 갖는다.
도 1에 도시된 실시형태에서, 각각의 모듈은 분리기 모듈(46), 이온 교환, 휘발성 물질의 분리 등을 위한 두 개의 여과 모듈(52), 여러 개의 삼투막 용기를 갖는 역삼투 프레임 랙, 및 물을 이송시키는 다수의 펌프 모듈(42, 22 또는 24 및 58)을 포함한다. 가동되는 각각의 펌프 모듈이 기계 동력의 원동기 동력원과 물에서 압력 및/또는 유동을 유발하도록 동력을 인가하는 펌프를 필요로 하지만, 개시된 실시형태에 따라, 적어도 하나의 펌프 모듈(22 또는 24)은 펌프 모듈의 펌프 어셈블리가 쉽게 제거될 수 있고 그리고 동일한 또는 다른 종류의 원동기를 갖는 선택 가능한 펌프 모듈 상에 쉽게 설치될 수 있도록 구성된다.
일 양태에 따르면, 적어도 두 개의 펌프 모듈이 프레임 상에 구비되고 교체 가능하게 사용될 수 있다. 하나의 모듈(24)은 전기 모터 원동기(25)를 포함한다. 또 다른 모듈(22)은 (이들 두 개가 도시됨) 내연 엔진(23)을 포함한다. 전기 모터를 구비한 모듈(24)과 내연 엔진 모듈(들)(22) 각각은, 아래에서 상세히 설명될, 표준화된 어셈블리 구성의 펌프(30)가 수용될 수 있고 원동기에 작동 가능하게 연결될 수 있는, 도킹 구조를 포함한다.
선택 가능한 원동기(전기 모터 모듈, 내연 엔진 모듈, 및/또는 서로 다른 모듈 형태의 조합과 같은)를 구비한 적어도 두 개의 모듈은 각각 상기 모터 및 엔진 각각에 대해 모듈의 각각의 프레임 상에 고정형 장착부(permanent mounting)를 포함한다. 모터 또는 엔진은 펌프에 대해 분리 가능한 축 커플링을 제공한다. 모듈 구성은 펌프가 교체 가능하게 수용될 수 있는 도킹 배열(docking arrangement)을 포함하며, 펌프 어셈블리를 모듈 상의 작동 위치에 견고히 고정함으로써, 모터 또는 엔진과 펌프 사이의 축 커플링을 연결하도록 꼭 들어맞는다. 펌프는, 상기 각각의 모터 및 엔진을 갖는 모듈의 분리형 장착부 내에 펌프를 설치함으로써 어느 하나의 모터 및 엔진에 의해 선택 가능하게 그리고 교체 가능하게 구동된다.
유리하게, 본 발명은 물이 다른 방향으로 확산되려는 고유의 경향에 반하여 역삼투 필터(35)의 멤브레인을 통해 물을 이송하기 위해 충분한 압력을 생성하는 펌프 모듈에 적용되며, 펌프는 멤브레인을 통한 유동을 유지하기 위한 작동 압력을 상성하는 고압 펌프를 포함한다. 역삼투 필터 스테이지를 사용하여 해수 원천의 염분을 제거하기 위해 특히 1,000 lbs/in2 (PSI)의 고압을 생성하고, 150 내지 200 명 병사의 중대원 각각에 대해 일일 20 갤런(gallon)과 같이, 중간 규모의 인원에 대한 식수를 제공할 충분한 능력을 갖고 작동될 수 있도록 좀 더 크고 무거운 고압 펌프가 필요하다. 일 실시형태에서, 펌프는 대략 1분당 8.0 갤런(8.0 gal/min)을 펌핑하도록 1,750 RPM에서 작동하는, Wanner Engineering Hydra-Cell 양변위 펌프 모델 D/G-10E일 수 있다. 펌프의 무게는 대략 66 파운드이다.
도시된 실시형태에 따른 물 정화 시스템은, 상기한 일개 중대의 병사를 위해 구성된 경우, 5 내지 10 마력(horsepower, HP)의 원동기가 필요할 수 있다. 적절한 전기 모터는 얼마 안 되는 60 Hz 전력으로 1,765 RPM에서 작동하는, 7.5 마력(5.5 KW)의 3상 모터인, Baldor CP 3770T (Siemens ESH6415에 해당함)일 수 있다. 이 모터는 166 파운드의 무게가 명시되어 있다. 엔진은 바람직하게 5 내지 10 마력이다. 7.5 마력의 바람직한 가솔린 엔진은 Briggs & Stratton Vanguard 수평 엔진 모델 138432-0035이다. 바람직한 디젤 엔진은 Yanmar 모델 L70 V 5.8 HP(4.3 KW)이다. 유사한 출력의 다른 모델 및 다른 종류의 원동기가 또한 적용 가능하다.
펌프를 교체 가능하게 수용하는 원동기는, 원동기(모터 또는 엔진)의 구동축을 펌프의 축과 공통축으로 위치시키고, 펌프 어셈블리의 베이스 슈(13)를 베이스 패널 상의 슬라이드 리셉터클 내에 설치하고 바(16)를 아래로 클램핑함으로써(예를 들어, 도 5 참조) 프레임 내에 펌프 어셈블리가 장착될 때 이들 축을 결합시킬 수 있는 이들 각각의 모듈 프레임에 영구적으로 장착된다. 영구적으로 장착되는 원동기의 구동축과 펌프의 축은, 도 10에 도시된 바와 같이, 상보적인 축 커플링을 가지며, 이에 따라 원동기가 펌프축을 회전시키기 위해 기계적으로 결합된다. 바람직하게, 원동기축과 펌프축은, 축방향으로 함께 또는 별도로 이동 가능한 공통 축방향으로 결합 가능한 비원형 구조를 사용하여 직접 결합되고, 공통 축으로 서로 결합할 때 또는 축방향으로 분리될 때 회전 가능하게 연결된다. 또한 원동기축과 펌프의 종동축 사이에 추가적인 커플링 또는 요소를 구비하는 구동렬(drive train)을 통해 축들을 연결할 수 있다. 예를 들어, 기어 감속 장치(gear reduction unit, 도 10에 도시됨)가 구동축과 펌프축 사이의 구동렬 내에 배치될 수 있으며, 이 경우 펌프축은 기어 감속 장치의 출력과 공통 축으로 위치한다.
펌프축과 평행한 라인을 따라 펌프를 이동시킴으로써 쉽게 설치되는 적절한 축 커플링은 조우 타입 커플러(jaw type coupler)이며, 이는 상보적인 커플링 부품 내의 해당 개구부(opening) 내에 끼워지도록 회전축에서 이격되고 회전축과 평행하게 연장되는, 하나의 커플링 부품 상에 핀 또는 조우 부재(jaw member)를 갖는다. 일례는 Lovejoy Inc로부터 입수 가능한 것과 같은 조우 타입 커플러이며 이는 회전축으로부터 이격된 축 핀(axial pins)을 갖고, 하나의 축으로 결합된 수 디스크(male disc)를 포함한다. 핀은 제 1 축과 공통 축으로 배열된, 또 다른 축에 결합된, 마주하는 암 디스크(female disc) 내의 해당 개구부 내에 끼울 수 있다. 적절한 커플러는 Series LJ Lovejoy 토셔널 커플러(torsional coupler) 이다. 어떤 경우든, 축 커플링은 종축(longitudinal axis)을 따라 펌프 어셈블리의 수동 변위(manual displacement)에 의해 결합되고 분리된다.
바람직한 배열에서, 토셔널 커플러는 120도 간격으로 배열되고, 축으로부터 방사상으로 이격되며, 제 2 축에 대한 커플링 디스크 내의 세 개의 해당 홀에 끼워지는 세 개의 핑거를 갖는 하나의 축에 대한 디스크를 갖는다. 제 2 축에 대한 커플링 디스크는 세 개의 홀을 형성하는 단단한 탄성 물질(stiff elastomer)를 포함할 수 있다. 커플링은 외부 물품이 커플링 또는 축과 접촉하는 것을 방지하는 보호 칼라(protective collar) 내에 위치할 수 있다.
개시된 실시형태의 일 양태에 따르면, 모터를 구비한 모듈 또는 엔진을 구비한 모듈에 (또는 대안적으로 유사하게 구비되는 또 다른 원동기 모듈에) 펌프를 제거 가능하게 그리고 교체 가능하게 장착하기 위해 베이스 장착부(base mounting) 구조가 구비된다. 이를 위해, 베이스 장착부는 펌프의 하우징과 원동기 모듈의 프레임 구조에 부착되는 상보적인 구조를 포함한다. 이들 구조는, 펌프축과 모터 또는 엔진 축 상의 축 커플링이 축방향으로 함께 일치하고, 모터 또는 엔진으로부터 펌프로 토크를 전송하기 위해 회전 가능하게 부착되는 위치에서, 펌프 하우징이 프레임 구조 내로 슬라이딩되고 프레임 구조 상에서 도킹되도록 구성된다. 마찬가지로, 도킹 배열은 펌프 및 모터의 축선과 평행한 방향으로 펌프를 인출함으로써 펌프가 꺼내지고 분리되게 한다.
각각의 선택 가능한 원동기 모듈 상에 구비되고, 펌프 하우징이 선택 가능한 원동기 모듈(22, 24)에 의해 구동을 위해 교체 가능하게 장착될 수 있게 하는, 도킹 배열의 양태가 도 3 내지 도 8을 참조로 설명될 수 있다. 원동기 모듈을 각각 바람직하게는 용접된 바, 예를 들어, 앵글(angle iron), 스테인리스 강 및/또는 직사각형의 알루미늄 배관으로 구성된 프레임(72)을 포함한다. 도 3의 우측의 프레임으로부터 분리되어 도시된 장착 패널 또는 베이스 플레이트 패널(17)은 볼트에 의해, 바람직하게는 프레임(72)과 베이스 패널(17) 사이에 배치된 진동 감쇠 탄성 패드(73)로 프레임(72)에 부착된다(도 6 및 도 8 참조). 베이스 패널(17)은, 동일한 베이스 패널(17) 상의 소정 위치에 내연 엔진(23) 또는 기타 원동기와 같은 원동기를 장착하기 위해 장착 홀 또는 유사한 구성을 갖는 3/8인치 두께의 알루미늄 또는 스테인리스 강 플레이트를 포함할 수 있다. 펌프 하우징(31)을 포함하는 어셈블리는 마찬가지로, 펌프 어셈블리용 슬라이딩 리셉터클에 의해 상보적인 위치에서 베이스 패널(17) 상에 장착되어, 원동기와 결합되어 펌프를 작동시킨다.
도 3에서, 펌프와 엔진 또는 모터 이외의 부품들은 분해되어 도시되어 있다. 클램핑 슬라이드(15)를 갖는 베이스 플레이트(17)는, 각각의 단부에 회전 가능한 핸들을 구비한 프레임(72) 내에 장착될 것이다. 펌프 하우징(31)을 포함하여 완전히 조립된 축 커플링을 갖는 단부로부터의 펌프 어셈블리(75)가 도 4에 도시되어 있다. 도 5a는 펌프와의 유체 연결이 이루어진 반대편 단부로부터의 펌프 하우징 어셈블리를 도시하며, 슈 패드(13)의 플랜지가 클램핑 플랜지(16) 아래에 수용되도록 도시된 방향으로 펌프 어셈블리를 이동시킴으로써, 베이스 패널(17) 상에 펌프 하우징 어셈블리(75)를 도킹시키는 것을 예시하고 있다. 슈(13)는 스탑(19) 위로 이동되고, 클램핑 플랜지(16) 상의 볼트들은 적절한 위치에서 체결되어 펌프 어셈블리를 아래로 잠근다.
슈 패드(13)는, 예를 들어, 도 5b에 도시된 슈 패드(13) 내의 볼트 홀을 통해 펌프 하우징(31)의 아랫면에 볼트 결합될 수 있다. 도 5b의 실시형태에서, 클램핑 플랜지(16)는 베이스 패널(17)로부터 이격된 헬리컬 스프링에 의해 편향된다. 클램핑 볼트는 카운트 보어(counterbore) 내에 수용되고, 스프링은 볼트 근처에 위치하고 베이스 플레이트(17)의 상부와 클램핑 플랜지(16) 내의 카운터 보어의 단부 사이에 지지된다. 볼트가 풀리면, 플랜지는 플레이트(17)로부터 상승하여, 슈 패드(13) 상에, 도 5c에 도시된 바와 같이, 적절한 위치 내부 외부로 펌프 어셈블리(75)를 이동시키기 위한 간격을 제공한다. 볼트를 체결함으로써 베이스 플레이트(17)에 대해 슈 패드(13)의 측면으로 돌출된 플랜지를 고정시킨다. 베이스 플레이트(17)는 모듈 프레임(72)의 하부 레일과 가로 부재에 볼트 결합된다(도 6 내지 도 8 참조). 펌프가 작동 위치로 이동될 때 슈 패드(13)의 측면 모서리에 가로 놓인 클램핑 플랜지(16)의 측면 위치를 더욱 고정하기 위해 패널(17)의 아랫면 상의 볼트 머리 옆의 도 5d에 도시된 추가의 위치조정 핀 또는 스텁(stub)이 구비될 수 있다. 슈 패드(13)는 베이스 패널(17) 상의 스탑(19)까지 축방향으로 이동될 수 있다. 선택적으로, 모터 또는 엔진(23)에 대한 펌프 어셈블리(75)의 축방향 설치 위치는, 축 커플링이 바닥을 칠 때까지, 각각의 펌프축 및 모터 또는 엔진 축 상의 축 커플링의 축 결합의 방향으로 펌프 어셈블리(75)를 이동시킴으로써 고정될 수 있다. 펌프 하우징 어셈블리(75)의 슈 패드(13)가 제 자리에 위치한 이후, 슈 패드(13)는 볼트를 사용하여 베이스 플레이트(17)에 대해 아래로 고정되며, 따라서 펌프 하우징(31)을 견고하게 부착하고 베이스 플레이트(17) 상의 작동 조건에서 모터/엔진(23)에 의해 구동되게 한다.
도 3 및 도 4는 펌프 하우징(31)의 축 단부 상에 볼트 결합되는 두 개의 엔드 플레이트(82), 엔드 플레이트 사이에서 연장되고 볼트 결합된 두 개의 종방향 그립 바(longitudinal grip bar, 83), 및 펌프 하우징의 유체 연결 측 상에 노출된 하나의 측면 그립 바(84)를 포함하는 펌프 어셈블리를 도시한다(설명의 목적을 위해 생략된 펌프를 구비한 펌프 어셈블리의 부품을 도시한 도 8을 또한 참조). 측면 그립 바(84)는, 단부 또는 종방향 그립 바에서 스레드 보어(threaded bore) 내부로 스레드된 볼트(미도시)를 수용하는 블라인드 보어(blind bore)를 갖는 엔드 스텁 사이에 용접된 측면 부재를 포함한다. 도 3은 또한 축 커플링(85), 및 장착될 때 바람직하게 커플링(85)이 차지하는 축 영역을 둘러싸도록 배치되는 보호 가드 (87)를 도시하고 있다.
펌프 어셈블리 엔드 플레이트(82)와 그립 바(83, 84)는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 펌프 하우징을 한 명 또는 두 명의 사람이 움켜쥐고 조작할 수 있는 부위를 제공한다. 이는 펌프가 비교적 무겁기 때문에(명목상 66 파운드 또는 대략 30 Kg) 유리하다. 또한, 엔드 플레이트(82)는 펌프 하우징(42)에 대해 볼트 결합되고 열 전도성 접촉을 한다. 엔드 플레이트(82)는, 펌프에 의해 생성된 마찰열이 대류에 의해 대기로 발산될 수 있는 노출된 표면을 제공한다. 보통, 펌프에 의해 생성되는 마찰열에너지는 펌프를 통해 물의 흐름을 따라 전달된다. 그러나, 방열 엔드 플레이트는 펌프의 최대 온도가 열에너지의 발산에 의해 제한된다는 점에서 유리하다. 펌프에 대한 잠재적인 열 손상은, 펌프가 일정 기간 동안 건조한 상태로 가동되어야 하는 경우에서, 이러한 방식으로 제한되거나 지연될 수 있다.
도시된 바와 같이 펌프 어셈블리 상에 구비된 그립 바(83, 84)는 펌프 하우징(31)에 직접 결합되지 않고 엔드 플레이트(83)에 결합된다. 그 결과, 그립 바는 펌프 하우징과 엔드 플레이트에 비해 더욱 차갑게 유지된다. 이러한 배열은 그립에 의해 펌프 어셈블리(75)를 움켜쥐게 하고, 펌프 하우징이 뜨거울 때, 즉 펌프 하우징이 냉각될 때까지 기다릴 필요 없이 펌프 어셈블리를 조작하게 할 수 있다.
도시된 실시형태에서, 슈 부재(13)는, 플랜지 바(16) 사이의 베이스 패널(17) 상의 클램핑 가이드 고정물 내에 수용되는 펌프 하우징 어셈블리(75) 상에 슬라이드 구조를 형성한다. 성별 관계는 반전될 수 있으며, 유사한 도킹 배열이, 펌프 하우징 어셈블리(75) 상의 슬라이드 클램핑 리셉터클 내에 수용되는, 베이스 패널(17) 상부의 이격된 거리에 따라 장착되는 슬라이드를 포함하여 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 실시형태에 따라, 슬라이드 슈(13)는 모듈 프레임(72) 또는 그 위의 베이스 패널(17) 및 펌프의 하우징(31) 중 어느 하나에 대해 부착된다. 상보적인 가이드 리셉터클이 슬라이드를 수용하기 위해 모듈 프레임(72) 및 펌프의 하우징(31) 중 다른 하나에 대해 부착된다. 따라서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 종방향 그립 바(83)를 움켜쥐면서 베이스 플레이트(17) 상의 적절한 위치 내부 또는 외부로 펌프 하우징 어셈블리(75)를 회전시킬 수 있고, 측면 그립 바(84)를 움켜쥠으로써 펌프 회전축과 평행한 방향으로 펌프 하우징 어셈블리(75)를 밀거나 당길 수 있고, 또한 일반적으로 펌프 하우징(31)을 모터/엔진(23)과 결합된 작동상의 단부 위치 내부 또는 외부로 이동시킬 수 있다. 펌프가 단부 위치에 있을 때, 펌프 하우징 어셈블리(75)는 도 9에 도시된 바와 같이 렌치를 사용하여 슬라이드 플랜지(16)와 슬라이드 슈(13) 사이의 부착물에 고정되거나 해제된다.
클램핑 부착물의 양태가 도 8 및 도 9에 더 도시되어 있다. 도 8에서, 펌프 하우징(31)은 도면을 간단하게 하기 위해 도시되지 않았으나, 펌프 하우징 어셈블리의 부품인 슈(13)가, 펌프 어셈블리(75)의 축방향 단부 위치를 고정하는 엔드 스탑(19)까지 리셉터클 플랜지(16) 사이의 공간을 통해 슬라이딩된 것으로 도시되어 있다. 볼트는 슈(13) 위에서 리셉터클 플랜지(16)를 아래로 체결하기 위해 그리고 장착 패널(17)에 대해 슈를 고정하기 위해 구비된다. 펌프 하우징 어셈블리(75)를 설치할 때 슈(13)의 용이한 삽입을 위해, 플랜지 바 내부의 카운터 보어 내에 위치되도록, 그리고 베이스 패널로부터 볼트에 의해 허용된 정도까지 리셉터클 플랜지(16)를 위로 올려서 슈(13)에 대한 공간을 개방하기 위해, 볼트의 축 상에 헬리컬 압축 스프링이 제공될 수 있다. 볼트는 도 9에 도시된 바와 같이 아래로 체결되어, 리셉터클 플랜지(16)가 슈(13) 위에서 아래로 고정됨에 따라 그리고 펌프 하우징 어셈블리(75)를 베이스 패널(17)에 견고하게 고정함에 따라 스프링을 압축시킨다. 이러한 방식으로, 도 10에 도시된 바와 같이 펌프축과 모터/엔진 축 사이의 축 커플링(85)이 체결되는 위치에 펌프가 수용된다. 이러한 과정은 볼트를 해제함으로써 반전되며(그러나 볼트를 완전히 분리하지는 않는다), 이에 의해 압축 스프링이 클램핑 리셉터클 플랜지(16)를 상승시킨다. 그리고 나서 펌프 어셈블리는 펌프 회전축과 평행한 방향으로 인출되고, 따라서 펌프축을 모터/엔진 축과 회전 가능하게 결합하는 피팅을 분리한다.
따라서, 상기한 바와 같이 예시된 배열에서, 물 정화 시스템의 펌프는 회전 가능한 펌프축을 갖는 펌프 하우징을 구비하고, 모터 또는 엔진 또는 기타 원동기를 갖는 원동기 모듈 중 어느 하나에 펌프를 제거 가능하게 그리고 교체 가능하게 장착시키기 위한 적어도 하나의 베이스 장착부를 갖는, 펌프 하우징을 포함하는 펌프 어셈블리를 더 포함한다. 상기한 베이스 장착부는 모듈 및 펌프 어셈블리 중 어느 하나에 부착되는 슬라이드와, 상기 슬라이드를 수용하기 위해, 모듈 및 펌프 어셈블리 중 다른 어느 하나에 부착되는 가이드 리셉터클을 포함할 수 있다. 바람직하게, 슬라이드는 펌프 하우징에 있고, 리셉터클은 원동기 모듈의 프레임에 부착된 베이스 플레이트 상에 있다.
펌프 어셈블리는 펌프의 하우징에 부착된 적어도 하나의 펌프 엔드 플레이트와, 베이스 장착부 맞은편의 펌프의 일면에서 그리고 베이스 플레이트로부터 이격된 위치에서 펌프 엔드 플레이트로부터 연장된 적어도 하나의 연장된 바를 포함하여, 펌프 어셈블리를 조작하기 위한 핸들을 형성한다. 바람직하게, 펌프 하우징의 맞은편 단부에 부착되고 펌프 하우징과 열 전도성 접촉을 하는 두 개의 펌프 엔드 플레이트와, 베이스 장착부 맞은편의 펌프의 일면에서 그리고 모터/엔진 모델 프레임 상의 베이스 장착부 플레이트로부터 이격된 위치에서 펌프 엔드 플레이트들 사이에서 연장된 적어도 하나의 연장된 바에 의해 펌프 어셈블리 섀시가 형성되어, 펌프 어셈블리를 조작하기 위한 핸들을 형성한다. 핸들은 적어도 펌프 엔드 플레이트에 의해 펌프 하우징으로부터 열 전도적으로 이격된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 펌프축은 어느 하나의 엔드 플레이트를 통해 연장되고, 각각의 모터 및 엔진의 구동축과 일치하는 회전 커플링을 포함한다. 모터/엔진은 바람직하게 펌프의 슈를 위한 도킹 슬라이드를 갖는 베이스 플레이트에 영구적으로 장착된다. 대안적으로, 모터/엔진은 또한 동일한 종료 또는 다른 종류의 원동기와 교체될 수 있는 제거 가능한 요소일 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 물 정화 시스템은 기능성 모듈을 형성하는 다수의 직선 프레임을 포함하며, 각각의 프레임은, 바람직하게 신속한 연결 피팅(quick connect fitting)으로 용이하게 부착 가능한 호스 또는 기타 유동 도관을 사용하는 직렬 및 병렬 관계의 커플링을 위한 물 정화 시스템의 요소를 포함한다. 적어도 두 프레임 각각은 서로 다른 종류의 하나 이상의 물 여과 요소를 갖고, 적어도 하나의 프레임은 장착 가능하고 분리 가능한 물 펌프를 구동하기 위한 모터 또는 엔진을 갖는 원동기 모듈이다. 도 2는, 물 정화용으로 작동되는 시스템을 형성하는 일련의 프레임들이 수송과 보관 어느 하나를 위한 직선 공간(rectilinear volume)을 완전히 차지할 수 있도록, 프레임들이 유리하게 서로 간에 상부로 적층되고 인접될 수 있는 크기를 갖는 것을 도시하고 있다.
유리하게, 각각의 프레임은 적어도 하나의 저압 펌프, 고체 분리 요소, 화학 여과 요소, 고압 펌프 원동기, 및 역삼투 여과 요소를 포함하는 물 정화 요소를 포함한다. 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 프레임들의 직선으로 된 스택에 상보적인 팔레트 상에서 수송된다. 물 펌프가 적어도 두 개의 원동기 모듈 중 선택된 어느 하나에 선택적으로 작동 가능하게 장착되고 분리될 수 있도록 구성되는 점을 고려하면, 이들 중 하나에 장착되는 펌프를 선택 가능하게 수용하고 작동시키도록 구성된 두 개의 원동기 모듈을 수송하도록 하는 선택이 제공된다.
본 발명은 비제한적인 실시예로 제공된 특정 실시형태를 참고로 설명되고 개시되었다. 본 발명은 실시예로 개시된 실시형태에 제한되지 않는다. 독점적인 권리가 주장되는 본 발명의 범위를 결정하기 위해, 바람직한 실시형태의 개시보다는 첨부된 청구 범위에 대해 논의되어야 한다.

Claims (20)

  1. 물 정화 시스템에 있어서,
    수류 도관(water flow conduit)에 의해 연결 가능한 다수의 모듈을 포함하며, 상기 모듈은 적어도 하나의 물 여과 요소 및 상기 도관에 의해 상기 물 여과 요소에 연결된 적어도 하나의 물 펌프를 포함하고,
    상기 물 펌프는 전기 모터 또는 내연 엔진 중 어느 하나와 선택적으로 연결되도록 구성되고, 상기 모터 또는 엔진은 상기 물 펌프를 수용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈은 상기 여과 요소를 갖는 여과 모듈과 펌프 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈은 여과 모듈과 적어도 두 개의 펌프 모듈을 포함하며, 상기 적어도 두 개의 펌프 모듈은 전기 모터를 갖는 하나의 모듈과 내연 엔진을 갖는 다른 하나의 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    전기 모터를 갖는 하나의 모듈과 내연 엔진을 갖는 다른 하나의 모듈을 포함하는 상기 적어도 두 개의 펌프 모듈은 각각의 상기 모터 및 엔진용 고정형 장착부(permanent mounting) 및 상기 펌프용 분리형 장착부(detachable mounting)를 포함하여, 각각의 상기 모터 및 엔진을 갖는 모듈의 분리형 장착부에 펌프를 설치함으로써 상기 펌프는 모터 및 엔진 중 어느 하나에 의해 선택 가능하게 그리고 교체 가능하게 구동되는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 여과 요소는 역삼투 필터 멤브레인을 포함하고 상기 펌프는 멤브레인을 통해 유량을 유지하기 위한 작동 압력을 발생시키는 고압 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    고정형 장착부에 의해 고정된 상기 모터 및 엔진 중 어느 하나는 회전 구동축을 포함하고 상기 펌프는 구동렬(drive train)을 따라 상기 구동축에 연결 가능한 회전 구동 펌프축(rotationally driven pump shaft)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 구동축과 펌프축 사이의 구동렬 내에 기어 감속 장치(gear reduction unit)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 구동축과 펌프축 사이의 구동렬을 따라 상기 구동축 및 펌프축 중 어느 하나와의 회전을 위해 부착 가능한 커플링(coupling)을 더 포함하고, 상기 커플링은 종축(longitudinal axis)을 따라 수동 변위(manual displacement)에 의해 결합되고 분리되는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    각각 모터 및 엔진을 갖는 상기 모듈 중 선택된 어느 하나에 제거 가능하고 교체 가능하게 펌프를 장착하기 위한 베이스 장착부(base mounting)를 더 포함하고, 상기 베이스 장착부는 선택된 모듈 및 펌프의 하우징 중 어느 하나에 부착되는 슬라이드(slide) 및 상기 슬라이드를 수용하기 위해 선택된 모듈 및 펌프의 하우징 중 어느 하나에 부착되는 가이드 리셉터클(guiding receptacle)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 커플링이 결합된 위치에서 슬라이드를 베이스 장착부에 고정시키기 위해 기계적으로 작동되는 적어도 하나의 클램프(clamp)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 펌프는 펌프 하우징과 회전 가능한 펌프축을 포함하고, 펌프 하우징을 포함하는 펌프 어셈블리를 더 포함하고, 상기 펌프 어셈블리는 각각 모터 및 엔진을 갖는 상기 모듈 중 어느 하나에 제거 가능하고 교체 가능하게 펌프를 장착하기 위한 베이스 장착부를 포함하고, 상기 베이스 장착부는 모듈 및 펌프 하우징 중 어느 하나에 부착되는 슬라이드 및 상기 슬라이드를 수용하기 위해 모듈 및 펌프 하우징 중 다른 하나에 부착되는 가이드 리셉터클을 포함하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 펌프 어셈블리는 펌프의 하우징에 부착되는 적어도 하나의 펌프 엔드 플레이트(pump end plate) 및 상기 베이스 장착부 맞은편의 펌프의 일면에서 그리고 베이스 플레이트로부터 이격된 위치에서 상기 펌프 엔드 플레이트로부터 연장된 적어도 하나의 연장된 바(elongated bar)를 포함하여, 상기 펌프 어셈블리를 조작하기 위한 핸들을 형성하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 펌프 어셈블리는 펌프의 하우징의 반대편에 부착된 두 개의 펌프 엔드 플레이트, 및 상기 베이스 장착부 맞은편의 펌프의 일면에서 그리고 베이스 플레이트로부터 이격된 위치에서 상기 펌프 엔드 플레이트 사이에서 연장된 적어도 하나의 연장된 바를 포함하여, 상기 펌프 어셈블리를 조작하기 위한 핸들을 형성하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 펌프축은 어느 하나의 엔드 플레이트를 통해 연장되고 각각의 모터 및 엔진의 구동축과 일치하는 회전 커플링을 포함하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    수류 도관과 펌프의 연결을 위해, 회전 커플링 맞은 편의 어느 하나의 엔드 플레이트에 장착되는 적어도 하나의 피팅(fitting)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 펌프 어셈블리의 섀시(chassis)는 각각의 모터 및 엔진의 어느 하나의 모듈로의 부착을 위해 제공되는 베이스 장착부에 의해 펌프의 일면에서 서로 간에 부착되는 이격된 펌프 엔드플레이트를 포함하며, 상기 엔드 플레이트는 상기 모듈에 장착하고 분리하는 동안 펌프를 조작하기 위한 핸들을 형성하는 두 개의 이격된 연장된 바에 의해 베이스 장착부 맞은편의 펌프의 일면에서 서로 간에 부착되는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈은 직선 프레임을 포함하고, 상기 각각의 프레임은 물 정화 요소를 갖고 상기 적어도 두 개의 프레임은 각각 상기 적어도 하나의 물 여과 요소 및 상기 적어도 하나의 물 펌프를 갖고, 물 정화용으로 작동되는 시스템을 형성하는 일련의 프레임들이 수송과 보관 어느 하나를 위한 직선 공간(rectilinear volume)을 완전히 차지할 수 있도록, 상기 프레임들은 서로 간에 상부로 적층되고 인접될 수 있는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 각각의 프레임은 적어도 하나의 저압 펌프, 고체 분리 요소, 화학 여과 요소, 고압 펌프 원동기, 및 역삼투 여과 요소를 포함하는 물 정화 요소를 포함하고, 상기 프레임을 수송하기 위한 직선 공간(rectilinear volume)에 상보적인 팔레트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  19. 물 정화 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 물 여과 요소 및 적어도 하나의 물 펌프를 포함하는 물 정화 요소를 각각 갖는 다수의 모듈을 포함하며, 상기 요소들은 수류 도관에 의해 서로 간에 그리고 정화될 물의 원천에 연결 가능하며;
    상기 모듈은 직선 프레임을 포함하고, 상기 각각의 프레임은 물 정화 요소를 갖고 상기 적어도 두 개의 프레임은 각각 상기 적어도 하나의 물 여과 요소 및 상기 적어도 하나의 물 펌프를 갖고, 물 정화용으로 작동되는 시스템을 형성하는 일련의 프레임들이 수송과 보관 어느 하나를 위한 직선 공간(rectilinear volume)을 완전히 차지할 수 있도록, 상기 프레임들은 서로 간에 상부로 적층되고 인접될 수 있는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 물 펌프는 선택 가능하게 펌프를 수용하고 작동시키도록 구성된 각각의 프레임 내의 적어도 두 개의 원동기 모듈 중 선택된 어느 하나에 선택적으로 작동 가능하게 장착되고 분리될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 물 정화 시스템.
KR1020127024392A 2010-03-04 2011-02-24 재구성 가능한 펌프 전원 옵션을 갖는 경량의 모듈형 물 정화 시스템 KR101269091B1 (ko)

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