KR101608551B1 - 제거가능하고 교체가능한 스핀들을 구비한 모듈식 음용수 여과시스템 - Google Patents

Abstract

역삼투 필터 시스템을 위한 밸브 스핀들은 필터헤드에 수용되어 교체가능한 역삼투 카트리지를 유지하는 장착링에 결합된다. 역삼투 스핀들은 정상적인 동작시에는 상기 헤드에 걸리지만 상기 카트리지를 제거한 후에는 쉽게 제거할 수 있어, 장착 브라켓에서 헤드를 분리하지 않고도 스핀들의 교체 및 보수가 가능하다.

Description

제거가능하고 교체가능한 스핀들을 구비한 모듈식 음용수 여과시스템{MODULAR DRINKING WATER FILTRATION SYSTEM WITH REMOVEABLE AND REPLACEABLE SPINDLE}

본 발명은 음용수 정수 시스템에 관한 것으로, 특히 교체 가능한 카트리지를 이용한 언더카운터형 또는 언더싱크형으로서 역삼투 (RO) 카트리지를 포함하여 카트리지를 네 개까지 이용하는 시스템으로 구성될 수 있는 모듈식 시스템에 관한 것이다.

언더카운터 탑재형 음용수 필터 시스템이 미국특허 제6,436,282호에 개시되어 있다. 상기 시스템은 세 개의 교체 가능한 필터 카트리지를 구비하고, 그 중 하나는 역삼투 필터 카트리지이다. 세 개의 카트리지는 공용헤더에 연결되어 있지만, 이들 세 카트리지의 차이점은 각 필터 카트리지의 헤더에 다른 결합헤드를 사용할 수 있다는 것이다. 또한, 상기 헤더는 세 개의 카트리지용으로 설계되는 반면 특정 적용예에 따라서는 하나에서 네 개의 필터 카트리지를 이용하는 모듈식 시스템을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

하나에서 네 개의 개별 필터 카트리지를 사용할 수 있고, 이 중 하나가 역삼투 카트리지인 모듈식 시스템을 갖는 것이 바람직할 수도 있는데, 이때 상기 시스템은 동일한 필터헤드 및 모듈식으로 연결된 탑재장치를 이용하여 제조자 또는 판매자에 의해 조립될 수 있다. 대부분의 카트리지에는 원하는 구성을 위해 연속적으로 연결된 헤드와 동일한 헤드를 이용한 유동 결합구조 및 탑재 설비가 구비될 수 있다. 비표준 헤드를 이용하는 역삼투 카트리지는 모듈식 조립체에 이용하도록 설계할 수 있다. 필터 카트리지를 헤드에 꼭 맞도록 하는 전용 접합부를 구비한 모듈식 시스템을 구비하는 것도 바람직하다.

상기 모듈식 시스템은 설치가 및 카트리지의 교체가 용이한 언더싱크 또는 언더카운터 시스템에 적합하다.이와 같은 모듈식 설계를 본 발명의 시스템에 적용함으로써 필터 카트리지의 결합 및 제거에 의해 제어되는 동일한 내부 유량 밸브 스핀들을 갖는 공용필터헤드를 이용하는 능력, 상기 스핀들과 상기 헤드 사이를 봉인하는 간단하고 효과적 방법, 판매자를 위한 독점적 특징을 제공하고 적절한 교체 카트리지의 사용을 보장하기 위하여 이용될 수 있는 상기 헤드와 상기 필터 카트리지 사이의 주문맞춤이 가능한 주요 배열, 특수 역삼투 카트리지와 헤드에서 상기 역삼투 조절 밸브를 용이하게 제거하고 교체할 수 있는 능력, 및 카트리지 교체를 용이하게 하기 위한 고마찰 엔드 캡 및 색상으로 구분된 엔드 링, 축 방향으로 정렬된 입구와 출구를 포함하는 필터 카트리지들의 조립을 용이하게 하는 특수 조립 기술이 제공된다

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 역삼투 또는 기타 반영구 막 필터 카트리지를 위한 특정 스핀들의 제거 및 교체를 위한 장치가 제공된다. 역삼투 카트리지에 이용되는 밸브 스프링은 스핀들로 교체할 수 있는 특정 이중 격막 차단 밸브를 수용한다. 본 실시예에서, 상기 스핀들은 상기 필터헤드 외측 하우징에 착탈가능하게 잠긴다. 스핀들 잠금장치는 바람직하게는 이중 기능 씰 상에 상기 스핀들의 외벽의 환형 홈을 포함한다. 상기 외측 스핀들 벽은 상기 스핀들 외측벽과 동축을 갖고 상기 홈에는 축방향으로 연장되는 통로를 형성하는 슬롯이 제공된다. 상기 홈에 상기 필터헤드 외측 하우징의 내측의 러그가 수용되어 상기 유동 및 비유동 상태 사이의 스핀들 이동을 포함하는 스핀들 회전범위 이상으로 상기 필터헤드 하우징으로부터의 축방향 이동에 대해 상기 스핀들을 고정한다. 상기 러그는 상기 필터 카트리지의 연결해제, 상기 식별범위 이상의 상기 스핀들의 수동 회전, 및 상기 외측 하우징으로부터의 상치 스핀들의 축방향 이동에 따라, 상기 환형 홈 내측 및 이에 대해 원주방향으로 이동하도록, 그리고 상기 슬롯을 통해 이에 대해 축방향으로 이동하도록 구성된다.

다양한 측면에 있어서, 본 발명은 일 단부에 축방향으로 연장되어 물의 입구 및 출구를 구비한 넥(neck)이 장착된 필터 몸체를 갖는 교체가능한 물 필터 카트리지, 및 처리된 물의 출구 개구부 및 처리할 물의 입구 개구부를 갖는 원통형 내부벽을 형성하는 외부 하우징을 갖는 필터헤드의 결합체에 적용된다. 밸브 스핀들은 유동 및 비유동 상태 사이의 필터 몸체 축 상에서 왕복식 회전운동하도록 상기 외부 하우징내에 배치되어, 카트리지 입구 및 출구와 외부 하우징의 입구 개구부 및 출구 개구부를 단속한다. 상기 스핀들은 유동 단속을 위해 카트리지 넥을 수용하는 내부 챔버를 구비한다.

본 발명의 하나의 측면에 따르면 개선된 유동 경로 및 밀폐 장치가 제공되어 상기 스핀들이 외부 하우징의 원통형 내부 벽에 대해서 동축 상에 인접 배치되는 원통형 외부 벽부를 갖고; 서로 반대되는 직경을 갖고 동축 상에 정렬되며 유동 상태에서는 상기 외부 하우징의 입구 및 출구와 정렬되고 비유동 상태에서는 이들과 정렬되지 않는 한 쌍의 유동 포트가 스핀들 외부 벽부에 제공되며; 통합된 이중 기능 씰(seal) 각 유동 포트 용으로 제공되며, 각 씰은 스핀들 외부 벽부에 지지되어 있으며, 유동상태에서 유동포트를 둘러싸는 내부 주변 밀봉 리브를 가지며, 유동 상태 및 비유동 상태에서 외부 하우징의 원통형 내부벽과 기밀하게 결합되고, 외부 주변 밀봉 리브는 내부 밀봉 리브 주위를 둘러싸며, 유동 및 비유동 상태에서외부 하우징의 내부 벽과 기밀하게 결합되도록 상태 및 구성되며, 내부 및 외부 리브들은 비유동 상태에서 유동을 방지한다

상기 향상된 유동 통로 및 밀봉 장치는 상기 씰의 내측 및 외측 밀봉 리브가 수용되는 스핀들 외측벽의 면에 장착 오목부를 포함하는 것이 바람직하다. 중가 웨브가 상기 내측 및 외측 밀봉 리브를 연결하고 상기 장착 오목부에 안착된다. 상기 내측 리브는 바람직하게 원형으로 형성되고, 상기 장착 오목부에는 유동 포트를 형성하며 상기 밀봉 내측 리브와 밀봉 및 지지 접촉되도록 반경방향 외측으로 연장되는 일체형 원통형 니플이 구비된다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 필터헤드와 상기 카트리지의 호환성 및 연동 연결을 확보하기 위해 하나의 장치가 제공된다. 상기 장치는 로케이터의 제 1 절반부분을 갖는 제 1 접속링을 포함하고, 상기 제 1 접속링은 원주방향으로 선택된 위치에 위치된 로케이터의 제 1 절반부분을 갖는 내벽과 동축을 갖는 헤드에 장착된다. 제 2 접속링은 상기 로테이터의 제 2 절반부분을 갖고 넥과 동축을 가지며 이를 감싸는 상기 필터 카트리지에 장착된다. 상기 로케이터의 제 2 절반부분은 상기 제 1 절반부분과 맞물려 상기 헤드에 상기 카트리지를 연동되게 연결하기 위해 원주방향으로 선택된 위치에 위치된다.

본 바람직한 실시예에서, 상기 상부 접속링 및 하부 접속링에는 상기 스핀들의 보조 용접 홈 침 상기 카트리지 몸체의 넥에 장착되는 일체형 용접 플랜지가 구비된다. 상기 링은 스핀용접에 의해 고정된다. 상기 상부링의 노출면은 상기 필터 카트리지와 상기 헤드의 호환성을 확보하기 위해 상기 하부 접속링의 직경방향 대향 오목부의 한 쌍과 맞물리는 직경방향으로 대향되어 축방향으로 연장되는 한 쌍의 핑거를 구비한다. 상기 상부 및 하부 접속링은 소정 고객을 위한 전용 용도를 제공하기 위해 원주방향으로 선택적으로 재배치될 수 있다. 또한, 상기 핑거와 보조 오목부의 위치는 전용 용도를 확대하기 위해 링 표면 상에서 반경방향으로 변경할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 로케이터의 제 1 절반부분은 제 1 축방향 연장 인접면을 형성하는 제 1 축방향 비평면을 포함한다. 상기 로케이터의 제 2 절반부분은 상기 제 1 비평면을 보강하고 대향되는 제 2 축방향 연장 인접면을 형성하는 제 2 축방향 비평면을 포함한다. 축 및 상기 필터헤드 내벽에 대한 상기 카트리지의 상대 회전 및 축방향 이동에 의해 상기 인접면들이 맞물린다. 특히, 상기 로케이터의 직경방향으로 대향된 제 1 및 제 2 절반부분으로 구성된 쌍을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 축방향 비평면 중 하나는 상기 인접면을 형성하는 축방향 돌출부를 구비하고, 다른 축방향 비평면은 상기 인접면을 형성하는 축방향 오목부를 구비한다. 바람직하게, 상기 필터헤드는 처리할 물의 입구 개구부 및 처리된 물의 출구 개구부를 구비하는 내측 원통형 벽을 형성하는 외측 하우징을 포함한다. 밸브 스핀들은 카트리지 입구 및 출구와 외부 하우징의 입구 개구부 및 출구 개구부를 단속하는 유동 및 비유동 상태 사이에서 왕복식 회전운동하도록 상기 외부 하우징내에 회전가능하게 배치된다. 상기 밸브 스핀들은 상기 카트리지 넥을 수용하기 위한 원통형 내벽을 형성한다.

상기 제 1 접속링은 상기 밸브 스프링의 원통형 내벽의 제 1 장착면에 결합되고 상기 제 2 접속링은 상기 필터 몸체의 넥의 제 2 장착면에 결합된다. 상기 제 1 및 제 2 장착면은 전체적으로 동일한 직경을 갖는 환형 쇼울더를 포함한다. 상기 접속링은 용접, 바람직하게는 마찰용접, 더 바람직하게는 스핀용접에 의해 각각의 장착면에 결합된다. 상기 접속링은 선택된 필터 카트리지의 제 2 인접면과 상기 스핀들의 제 1 인접면이 맞물리도록 원주방향으로 위치된다.

또 다른 실시예에서, 상기 로케이터의 제 1 절반부분은 상기 제 1 접속링에 형성된 노치를 포함하고 상기 로케이터의 제 2 절반부분은 상기 제 2 접속링 상에 축방향으로 연장된 핑거를 포함하며, 이 때 상기 핑거는 연동 연결을 구현하기 위해 상기 노치와 맞물리도록 그 크기와 위치가 결정된다. 상기 필터 몸체의 넥이 연장되는 원형 개구 단부를 구비한 필터 몸체를 위해 하우징이 제공된다. 환형 엔드 캡은 상기 필터 몸체와 넥을 상호 연결하고 완전히 조립된 상태에서 상기 하우징의 개구 단부에 대한 밀봉 연결을 제공한다. 상기 하우징 개구 단부의 내측면 상의 보조 방향조절 탭에 맞물리도록 상기 엔드 캡에는 방향조절 오목부가 제공된다. 상기 탭은 상기 제 2 접속링의 핑거의 원주방향으로 선택된 위치를 고정하도록, 완전히 조립된 상태에서 싱기 오목부에 수용된다. 상기 접속링은 본 실시예에서 용접, 바람직하게는 초음파 용접에 의해 결합된다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 필터 카트리지를 착탈가능하게 지지하며 상기 필터헤드를 장착하기 위한 장치가 제공되고, 상기 장치는 장착 브라켓 및 일체형 장착링을 포함한다. 상기 향상된 장치는 상기 입구 개구부 및 출구 개구부를 형성하는, 대향되게 연장되는 한 쌍의 동축 슬리브가 구비된 필터헤드 외측 하우징을 포함한다. 상기 필터헤드 외측 하우징 상에 장착 러그 장치가 제공되고, 상기 하우징 및 밸브 스핀들이 연결되어 연동 위치에서 상기 장착링에 걸리도록 상기 장착링에는 연동 슬롯 장치가 제공된다. 상기 외측 하우징은 하부 원통형 가장자리를 구비하고 상기 러그 장치는 상기 가장자리의 하부 가장자리에 일체로 형성된, 직경방향으로 대향하는 한 쌍의 장착 러그를 포함한다. 상기 장착링은 상기 하우징 원형 가장자리를 수용하기 위한 환형 오목부 및 상기 장착 러그를 수용하기 위한 한 쌍의 슬롯을 포함하고, 여기서 상기 장착 러그 중 하나는 상기 동축 입구 및 출구 슬리브의 적절한 유동방향을 확보하기 위해 상기 슬롯 중 하나에만 끼워지도록 구성된다. 상기 외측 하우징의 회전에 따라 상기 장착링을 상기 오목부에 수용하기 위한 크기를 갖는 원형 트랙이 상기 장착링 환형 오목부에 형성되고, 상기 원통형 가장자리의 스톱 멈추개가 역회전을 방지함과 동시에 연동 위치를 설정하기 위해 상기 트랙의 제 1 스톱 상에 위치하여 걸린다. 또한, 상기 원통형 가장자리에 걸림 멈추개가 제공되어 상기 트랙의 제 2 스톱에 맞물리고, 상기 제 2 스톱은 상기 외측 하우징이 상기 연동 위치에서 역회전하는 것을 방지한다.

상기 장치는 또한 상기 필터 카트리지를 장기 장착링 및 상기 필터헤드에 연동 결합하기 위한 장치를 포함한다. 이러한 장치에서, 상기 필터 카트리지의 넥에 한 쌍의 대향 결합 러그가 제공되고, 상기 카트리지 넥이 상기 필터헤드 내부로 수직하게 축방향 상방으로 이동할 때 상기 결합 러그를 수용하기 위해 상기 장착링의 하부 가장자리에 한 쌍의 입구 슬롯이 제공된다. 상기 입구 슬롯은 상기 결합 러그가 상기 쇼울더를 따라 상기 장착링에 대해 회전함에 따라 상기 결합 러그를 지지하며 이에 의해 맞물리는 환형 쇼울더 내부까지 형성된다. 이로써 상기 필터 카트리지가 상기 장착링에 의해 연동 위치에 지지된다. 바람직하게, 회전방향에서, 상기 장착 러그의 선단부에는 테이퍼진 면이 제공되고 상기 입구 슬롯에는 상기 카트리지의 축방향 및 회전운동을 용이하게 하기 위해 상호 경사진 면이 제공된다.

바람직하게, 상기 밸브 스핀들의 하단부에는 한 쌍의 노치가 구비된 하단 가장자리에 스핀들 가장자리가 제공된다. 상기 장착링을 수용하기 위해 상기 외측 하우징 가장자리의 내측 하부 가장자리에 상호협력 반환형(semi-annular) 오목부가 형성된다. 상기 노치는 상기 필터 카트리지의 회전한계 및 그 작동위치를 설정하기 위해 상기 러그의 회전운동에 따라 상기 결합 러그의 선단부에 의해 맞물리는 단부면을 구비한다.

관련 실시예에서, 상기 장착 브라켓은 바람직하게 직사각형 형상을 갖고, 상기 장착 장치는 전체적으로 평평한 베이스 및 평행한 트랙에 의해 형성되는 단부가 개방된 장착 슬롯을 갖는 정면 장착 면을 갖는 모듈식 백플레이트를 포함한다. 상기 장착슬롯은 상기 단부가 개방된 슬롯으로 삽입될 때 상기 장착 브라켓의 가장자리를 수용하도록 구성되고, 상기 브라켓 스톱은 상기 슬롯에 완전히 삽입된 장착 브라켓에 의해 맞물릴 수 있다. 바람직하게, 상기 브라켓 스톱은 해당 트랙의 멈추개에 의해 맞물리는 장착 브라켓의 일 단부에 노치를 포함한다. 상기 백플레이트에는 바람직하게 인접한 백플레이트의 모듈식 맞물림 연결을 위한 보조 맞물림 장치를 구비한 평행한 대향 가장자리가 구비된다.

상기 백플레이트의 면은 상기 장착 슬롯에서 멀어지는 방향으로 연장되고 상기 장착링에 상기 필터 카트리지 몸체를 맞물리게 하여 축방향으로 용이하게 정렬하며 상기 장착 브라켓을 강화하도록 구성되는 강화 안내 장치를 포함한다. 바람직하게, 상기 강화 안내 장치는 상기 장착면에서 수직하게 연장되는 한 쌍의 스페이서 패널 및 상기 장착면에 연결된 한 쌍의 이격 거싯(gusset)을 포함하고, 상기 패널은 상기 필터 카트리지 몸체를 지지하기 위해 상기 패널 사이의 크래들을 지지한다.

상기 장착 장치는 또한 상기 필터헤드에 인접한 하나의 가장자리를 따라 상기 백플레이트에 연결되는 힌지 연결부를 구비하는 커버를 포함한다. 상기 커버의 반대측 가장자리는 상기 백플레이트의 다른 가장자리에 대한 걸림 연결부를 구비한다. 상기 커버는 상기 필터헤드 및 장착링을 감싸고, 걸림 위치에서 상기 장착링과 축방향으로 정렬된 통로를 구비한다. 이러한 장치에 의해, 상기 카트리지의 자유단을 수동으로 맞물리도록 함으로써 상기 커버의 통로를 통해 상기 필터 카트리지를 제거 및 교체할 수 있다. 상기 커버의 측면 가장자리는 바람직하게 인접한 커버의 모듈식 맞물림을 제공하기 위해 보조 연결 장치를 포함한다.

상기 필터 카트리지는 반침투 막 필터를 포함한다. 상기 반침투 막은 초(ultra) 필터 막 또는 역삼투 막을 포함할 수 있다.

상기 필터헤드 및 카트리지를 위한 장착링은 상기 필터헤드 하우징의 결합 및 일 축방향으로의 수용 및 상기 필터 카트리지 넥의 착탈가능 결합 및 반대방향으로의 수용을 위한 환형 오목부를 포함한다. 상기 필터 하우징 및 카트리지 넥은 그들 사이의 연동 위치에 상기 스핀들을 고정한다. 상기 장치에는 바람직하게 밀봉 마찰을 감소시키고 스핀을 제거를 용이하게 하기 위해 상기 스핀들과 맞물리도록 구성된 하나의 축방향 단부 상에 스핀들 결합 러그를 구비하는 수동 제거 도구가 제공된다.

본 발명의 상기 장치에 이용되는 상기 물 필터요소는 교체를 편리하게 함을 물론 모듈식 구조를 수용하기 위해 유사한 크기 및 형상을 갖는 하우징 내에 유지된다. 이러한 교체 가능한 필터 카트리지용 하우징에 물 필터요소를 조립하기 위한 바람직한 방법은 직경이 감소된 환형부분에 의해 형성되는 개방 연동 단부를 구비하는 하우징을 이용한다. 상기 필터요소는 상기 직경이 감소된 부분의 내부와 밀봉되게 맞물리는 축방향 연장 넥을 구비한 단부 마개를 구비하고 상기 직경이 감소된 부분을 축방향으로 연장 통과하는 단부를 포함한다. 상기 필터요소와 상기 하우징의 직경 감소부분의 맞물림에 의해 스톱 상태가 형성된다. 상기 넥은 물의 입구 및 출구를 구비한다. 상기 조립방법은 (1) 상기 하우징의 대향 단부에 상기 필터요소를 수용하기 위한 환형 개구부를 제공하는 단계;(2) 상기 요소가 상기 스톱 위치에 도달할 때까지 상기 환형 개구부를 통해 상기 필터요소를 축방향으로 삽입하는 단계;(3) 상기 요소를 축방향 역이동으로부터 유지하도록 상기 필터요소가 상기 스톱 위치에 있을 때 축방향으로 이동되어 상기 하우징의 직경이 감소된 부분의 단부와 맞물린 상기 필터의 넥에 유지링을 결합하는 단계; 및(4) 상기 개구부를 밀봉하고 상기 스톱 위치에 있는 상기 필터요소를 유지하기 위해 상기 하우징의 환형 개구부에 하우징 엔드 캡을 결합하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 바람직하게 (1) 상기 필터요소의 넥에 환형 홈을 제공하는 단계; 및(2) 상기 환형 홈에 상기 유지링을 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 유지링은 바람직하게 O-링을 포함한다.

상기 방법은 또한 바람직하게 스핀용접에 의해 상기 하우징 엔드 캡을 결합하는 단계를 포함한다. 초음파 용접을 이용할 수도 있다. 또한, 상기 하우징 엔드 캡에 캡 손잡이를 결합하는 것이 바람직하고, 상기 캡 손잡이는 상기 캡 손잡이에 카트리지 식별 인디카를 코딩하는 단계를 포함한다. 상기 인디카는 칼라 코딩을 포함할 수 있다. 상기 결합단계는 끼워맞춤 단계를 포함할 수 있고, 상기 손잡이에는 바람직하게 손으로 잡은 힘을 강화하기 위해 마찰력이 큰 면이 제공된다.

상기 조립방법에 의해 제공되는 부조립체는 직경이 감소된 환형부분에 의해 형성되는 개방 연동 단부를 갖는 개구부 및 상기 개방 연동 단부보다 큰 직경을 갖는 대향 단부의 환형 개구부를 갖는 원통형 하우징을 포함한다. 상기 필터요소는 하우징 내에 위치되어 상기 직경이 감소된 부분의 내부와 밀봉 접촉하는 축방향으로 연장된 넥이 있는 단부 마개를 구비한다. 상기 필터요소는 상기 필터요소가 연동 상태를 형성하도록 축방향 스톱에 대해 상기 하우징에 위치되도록 상기 환형 개구부보다 작고 상기 개구 연동 단부보다 큰 직경을 갖는다. 상기 요소를 이동하지 못하도록 축방향으로 이동하여 상기 하우징의 직경이 감소된 부분의 단부에 맞물린 상기 필터요소 넥에 결합되는 유지링이 제공된다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 역삼투 또는 기타 반영구 막 필터 카트리지를 위한 특정 스핀들의 제거 및 교체를 위한 장치가 제공된다. 역삼투 카트리지에 이용되는 밸브 스프링은 스핀들로 교체할 수 있는 특정 이중 격막 차단 밸브를 수용한다. 본 실시예에서, 상기 스핀들은 상기 필터헤드 외측 하우징에 착탈가능하게 잠긴다. 스핀들 잠금장치는 바람직하게는 이중 기능 씰 상에 상기 스핀들의 외벽의 환형 홈을 포함한다. 상기 외측 스핀들 벽은 상기 스핀들 외측벽과 동축을 갖고 상기 홈에는 축방향으로 연장되는 통로를 형성하는 슬롯이 제공된다. 상기 홈에 상기 필터헤드 외측 하우징의 내측의 러그가 수용되어 상기 유동 및 비유동 상태 사이의 스핀들 이동을 포함하는 스핀들 회전범위 이상으로 상기 필터헤드 하우징으로부터의 축방향 이동에 대해 상기 스핀들을 고정한다. 상기 러그는 상기 필터 카트리지의 연결해제, 상기 식별범위 이상의 상기 스핀들의 수동 회전, 및 상기 외측 하우징으로부터의 상치 스핀들의 축방향 이동에 따라, 상기 환형 홈 내측 및 이에 대해 원주방향으로 이동하도록, 그리고 상기 슬롯을 통해 이에 대해 축방향으로 이동하도록 구성된다.

도 1은 본 발명의 모듈식 구조를 이용한 음용수 필터 시스템의 정면 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 시스템의 측면 입면도.
도 3은 시스템의 특징으로 보이기 위해 개방된 밀봉 하우징을 구비한 필터 시스템의 사시도.
도 4는 장착 바스켓 및 여과 헤드 부조립체의 분해 사시도.
도 5는 필터에 장착 바스켓 결합된 상태의, 도 4에 도시한 부조립체의 사시도.
도 6은 추가적으로 밸브 스핀들을 도시하는, 도 5에 도시한 부조립체의 수직 단면도.
도 7은 도 5의 선 7-7을 따른 수평 단면도.
도 8A는 필터헤드, 장착 브라켓, 및 필터 카트리지 조립체의 분해 입면도.
도 8B는 도 8A의 선 8B-8B를 따른 헤드, 장착 브라켓, 및 필터 카트리지 조립체의 수직 분해 단면도.
도 9는 도 6 및 8에 도시된 밸브 스핀들의 사시도.
도 10은 이중기능 씰을 추가적으로 도시한, 도 9와 유사한 사시도.
도 11 및 12는 도 8의 필터 조립체에 이용되는 보조 접속 링의 사시도.
도 11A 및 12A는 도 8에 도시된 접속 링의 다른 실시예의 사시도.
도 13은 역삼투 필터 카트리지를 이용한 필터 시스템의 실시예의 수직 단면도.
도 14는 도 13을 자세히 도시한 확대 단면도.
도 15A 및 15B와 15C는 도 14와 유사하지만, 시스템 구성의 추가적인 요소를 보이기 위해 다른 회전 수직평면을 취해 상세히 도시한 확대 단면도.
도 16은 도 13에 도시한 시스템용 장착 브라켓 및 장착 링의 평면도.
도 17은 도 14에서 이용되는 역삼투 필터헤드를 자세히 도시한 저부 사시도.
도 18은 도 13의 시스템에 이용되는 역삼투 필터 카트리지의 사시도.
도 19는 장착 링 및 필터헤드에 결합된, 도 18에 도시된 카트리지의 사시도.
도 20은 도 14, 15A, 및 15B에 도시된 밸브 스핀들의 사시도.
도 21은 도 14, 15A, 및 15B에 도시된 스핀들 구동링의 확대 사시도.
도 22는 역삼투 필터요소의 입면도.
도 23은 도 22에 도시된 필터요소용 엔드캡의 사시도.
도 24는 도 22에 도시된 필터요소용 접속 링의 사시도.
도 25는 도 20에 도시된 스핀들용 접속 링의 사시도.
도 26은 도 20에 도시한 스핀틀의 저부 평면도.
도 27은 시핀들 제거 도구의 사시도.
도 28은 도 8에 도시한 카트리지의 필터요소의 사시도.
도 29는 도 28에 도시된 요소용 하우징의 사시도.
도 30은 도 28의 필터요소와 도 29의 하우징의 조립체의 부분 분해도.
도 31은 필터 호환성 및 작동 연동성을 확보하기 위한 또 다른 배치구조를 나타내는 수직 단면도.
도 32는 스핀들을 헤드에서 잠금해제한, 도 31의 일부를 나타내는 확대도.
도 33은 도 31의 배치구조에 이용되는 접속 링의 평면도.
도 34는 완전히 잠금해제된 상태를 도시한, 도 32와 유사한 도면.
도 35는 밸브 스핀들 및 잠금 핀 배치구조의 사시도.
도 36은 도 33에 도시한 접속 링의 저부 사시도.

도 1에 도시한 음용수 필터 시스템 (10)은 입구 (12)를 통해 상기 시스템으로 유입되는 미처리 물 및 처리된 물로서 출구 (13)를 통해 시스템에서 배출되는 일련의 처리과정을 위해 유압식으로 연결된 세 개의 교체가능 필터 카트리지를 포함한다. 각 카트리지 11는 별도의 필터유닛으로서 기능하거나, 도시된 바와 같이, 네 개 이상의 카트리지 모듈을 포함하는 시스템을 형성하기 위해 인접한 모듈 (14)에 연결될 수 있는 개별적인 필터 모듈의 일부를 형성한다. 또한 모듈식 시스템 (10)에서 사용하기 위해 선택된 카트리지 (11)는 매우 다양한 필터 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 도시된 시스템에서, 출구 (12)를 통해 물을 직접 공급받는 제 1 카트리지는 입상 작동 (granular activated) 탄소 필터요소를 포함할 수 있다. 예처리된 물을 제 1 카트리지로부터 공급받는 제 2 카트리지는 역삼투 (Reverse Osmosis) 필터 유닛을 포함할 수 있고 제 3 카트리지 (17)는 여과된 물을 역삼투 필터 (16)로부터 (또는 가압 저장탱크, 미도시) 직접 공급받는 최종 또는 폴리싱 (polishing) 필터를 포함할 수 있고, 이로부터 처리된 물 출구 (13)를 통해 여과된 물이 사용되도록 배출된다.

도 1에 도시한 필터 시스템 (10)에는 축에 수직하게 배치된 필터 카트리지 (11)가 장착되지만, 본 발명의 중요한 특징 중 하나는 상기 카트리지의 어떠한 가상 방향으로도 모듈식으로 구성된 시스템을 결합할 수 있게 하는 것이다. 또한, 보다 자세히 기술하겠지만, 모듈식 필터 시스템 (10)은 일반적인 부품 및 편리한 내부연결을 통해 수요자의 특정 요구를 충족시키기 위해 일반적인 조립체로 적합하다.

각각의 필터 모듈(14)은 메인 지지 구조체를 포함하고 모듈을, 싱크 밑의, 컵 보드의 내측면과 같은, 어떠한 적적할 평면에 탑재하기 위한 수단을 제공하는 백플레이트(18)를 포함한다. 백플레이트(18)는 백플레이트를 지지 표면에 용이하게 결합하기 위한 한 쌍의 이격된 유니버셜 장착 개구부(21)를 포함하는 전첵적으로 평평한 베이스(20)를 구비한다. 백플레이트(18)의 전면은 상 쌍의 평행한 트랙(23)에 의해 형성되는, 단부가 개방된 장착슬롯(22)을 구비한다. 장착 슬롯 트랙(23)은 내측 장착링(25)을 유지시키는 직각 장착 브라켓(24)의 가장자리를 수용할 정도의 크기를 갖는다. 장착링(25)은 카트리지(11)와 필터헤드(26)를 지지하며 이들을 서로 연결시키고, 이러한 상호 연결은 이하에서 자세히 설명한다.

장착링(25)을 유지하는 장착 브라켓(24)은, 장착 브라켓이 완전히 삽입될 때 내부 브라켓 스톱이 맞물릴 때까지 장착 슬롯(22)을 형성하는 트랙(23)으로 슬라이딩한다. 상기 브라켓 스톱은 상기 브라켓이 완전히 삽입될 때 해당 트랙(23) 내의 멈추개(28)에 의해 맞물리는 브라켓의 한 가장자리에 형성된 노치(27)를 포함할 수 있다. 장착슬롯(22)의 양 단부가 개방되어 있기 때문에 장착 브라켓(24)이 하나의 백플레이트(18) 상의 장착슬롯(22)을 직접 통하여, 브라켓 스톱(29)에 의해 제공되는 잠김을 수동적으로 극복하고 장착 브라켓을 선형이동시킴으로써 다음의 인접 백플레이트 상의 장착슬롯으로 슬라이딩될 수 있다.

백플레이트(18)의 슬라이드 엣지(30)에는 모듈식 구조를 제공하기 위해 인접한 백플레이트가 상호 연결되도록하는 보조 훅-앤-슬롯(hook-and-slot) 에지 연결부(31)가 제공된다. 백플레이트 베이스(20)의 일부에는 강화 거싯(gusset)(34)을 포함하고, 그 사이에 지지를 돕는 크래들(35)이 지지되며, 장착링(25)을 통해 삽입되고 필터헤드(26)에 연동하도록 맞물릴 때 카트리지(11)를 안내하는 한 쌍의 스페이서 패널(33)을 포함하는 강화 및 카트리지 안내 배열수단(32)이 제공된다. 강화 거싯(34)의 일부에도 백플레이트(18)의 모듈식 조립체에 강성을 제공하기 위해 훅-앤-슬롯 엣지 연결부(36)가 제공된다.

인접한 필터헤드(26)는 유연성 관형 연결부(39)와 상호 연결된다. 연결부(39)의 일 단부는 필터헤드의 입구 슬리브(48)에 삽입되고 타단부는 인접한 필터헤드의 출구 슬리브(50)에 삽입된다. 입구 및 출구 슬리브(48, 50)를 축방향으로 정렬함으로써 인접한 필터 모듈(14)이 쉽고 신뢰성 있게 연결된다.

필터 시스템(10)의 모듈식 조립체는 필터 카트리지(11)를 그 장착위치에 고정시키고, 카트리지의 제거 및 교체를 용이하게 하며, 상기 시스템의 미적 외관을 제공하는 하우징(37)에 의해 완성된다. 상기 하우징은 백플레이트(18)가 해당 하우징 모듈(38)을 유지하는 한, 역시 모듈식이다. 각각의 하우징 모듈은 백플레이트(18)의 가장자리에 연결되는 힌지 연결부(40)를 구비하고 장착 브라켓(24) 및 필터헤드(26)의 설치를 위해 하우징 모듈(38)이 백플레이트에서 멀어지는 방향으로 회동가능하도록 하며, 이 때 상기 장착 브라켓과 필터헤드는 보통 상호 연결되어 장착 브라켓을 장착슬롯(22)으로 슬라이딩시킴으로써 서로 장착된다. 그러나, 인접한 하우징 모듈(38) 또한 완전히 조립된 필터 시스템(10)에서 모든 하우징 모듈(38)이 도 3에 도시한 개방상태와 도 1에 도시한 폐쇄상태 사이에서 서로 회동하도록 상호 연결된다. 각각의 하우징 모듈(38)은 세 개의 직사각형 카트리지 개구부(42)를 형성하는 불규칙한 웨이브 형상의 전면부(41)를 구비한다. 하우징 모듈(38)이 상기 폐쇄상태로 회동할 때, 힌지 연결부(40)에 대면하는 가장자리는 필터헤드(26)에 접근할 때 필요한, 상기 하우징을 개방하도록 사용자에 의해 수동으로 해제될 수 있는 스프링 잠금 연결부(43)를 구비한 백플레이트 베이스(20)의 가장자리에 걸리게 된다. 하우징(37)의 폐쇄상태에서, 직사각형 카트리지 개구부(42)는 축방향으로 정렬되어 크래들(35) 및 장착링(25)과 축방향으로 연장되며, 따라서 필터 카트리지(11)는 장착링(25)으로 축방향으로 삽입되어 필터헤드(26) 내부로 삽입될 수 있다. 장착상태에서, 도시한 바와 같이, 필터 카트리지(11)의 자유단에 접근할 수 있고 사용자가 카트리지를 회전하여 제거할 수 있도록 용이하게 잡을 수 있으며, 이는 아래에서 상세히 설명한다.

하우징 전면부(41)의 웨이브형 가장자리(44)에는, 인접한 하우징 모듈(38)이 정렬될 때 원형 스페이드 연결부(46)에 연결될 수 있는 연결 개구부(45)가 구비된다. 백플레이트 엣지 연결부(31), 인접한 스페이서 패널(33) 상의 엣지 연결부(36), 하우징 모듈을 위한 힌지 연결부(40), 및 인접한 하우징 모듈(38)을 위한 스페이드 연결부(46)를 이용하여 매우 강한 조립체를 형성할 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 백플레이트 베이스(20)의 장착 개구부(21)는 사용자가 필터 카트리지(11)에 접근할 수 있도록 어떠한 방향으로든 수직하게 시스템을 장착할 수 있도록 한다.

도 4 내지 6을 참고하면, 장착 브라켓(24) 상의 장착링(25)은 필터헤드(26)를 결합하고 필터 카트리지(11)를 탈착가능하게 지지할 수 있도록 한다. 필터헤드(26)는 또한 필터 카트리지와의 유동연결을 가능하게 하고, 그 연동 단부는 필터헤드에 축방향으로 삽입된다. 상기 필터헤드는 필터헤드로의 물 입구 개구부 및 물 출구 개구부를 각각 형성하는 한 쌍의 대향 연장 동축 슬리브(48, 50)를 유지하는 외측 하우징(49)을 형성하는 원통형 상부(47)를 포함한다. 상기 필터헤드 하우징의 내부에는 유동 제어밸브 스핀들이 장착되고 그 기능은 아래에 상세히 설명한다.

필터헤드 외측 하우징(49)은 상부(47)보다 다소 큰 직경을 갖는 원통형의 바닥 가장자리를 갖는다. 원통형 가장자리(51)에는 직경방향으로 대향하는 한 쌍의 장착 러그(52, 53)가 제공된다. 장착링(25)은 필터헤드 외측 하우징(49)의 원통형 가장자리를 수용할 정도의 크기를 갖는 외측벽(54)을 포함하는, 전체적으로 개방된 환형 내부를 갖는다. 장착링 외측벽(54)의 상부 가장자리는 장착 러그(52, 53)를 각각 수용하는 한 쌍의 내측으로 개방된 슬롯(55, 56)을 포함한다. 장착 러그(52)는 입구 슬리브(48) 아래에 위치되어 개방 갭(57)을 구비한다. 장착링 외측벽(54)의 슬롯(55)은 하우징 원통형 가장자리(51)가 장착링(25) 내부로 축방향으로 이동할 때 갭(57)에 축방향으로 이동할 정도의 크기를 갖는 돌출부(58)를 구비한다. 반면, 하우징 장착 러그(53)(장착 러그(52)에 직경방향으로 대향)는 갭을 갖지 않고 슬롯(56)은 돌출부를 구비하지 않는다. 따라서, 필터헤드(26)는 소정 원주방향 위치의 장착링에 삽입만 될 수 있다. 상기 필터헤드의 원통형 가장자리(51)가 슬롯을 통해 떨어지는 경우, 그 하부 가장자리는 상기 장착링 내부의 원형 트랙(60)에 놓이게 된다. 트랙(60)은 장착 러그(52, 53)의 두께보다 약간 큰 높이를 갖는 환형 슬롯(61)의 바닥을 형성하기 때문에, 상기 필터헤드가 원형 트랙(60) 상에서 회전할 때 상기 러그(52, 53)는 상기 필터헤드가 동축 입구 및 출구 슬리브(48, 50)의 축과 연동위치에 놓여 도 5에 도시한 바와 같이 장착 브라켓(24)에 평행하게 될 때까지 원형 슬롯(61) 내부로 통과된다. 이러한 상태에서, 원통형 가장자리(51) 상의 멈춤 멈추개(62)는 역회전을 방지하고 필터헤드와의 연동상태를 형성하도록 원형 트랙(60) 내의 제 1 스톱(63)과 맞물리게 된다. 또한, 원통형 가장자리(51) 상의 잠금 멈추개(64)는 필터헤드가 계속해서 회전하는 것을 방지하고 연동상태에 고정되도록 원통형 트랙 상의 제 2 스톱(65)과 동시에 맞물리게 된다.

도 6을 참조하면, 필터 해드(26)의 상부(47)는 원통형 내측벽(66)을 구비하고, 입구 슬리브(48)로부터 출구 슬리브(50)까지 입구 개구부(67)와 출구 개구부(68)가 직경방향으로 대향되도록 형성된다. 도 8A 및 8B를 참고하면, 필터헤드(26)의 외측 하우징(49)은 밸브 스핀들(70)을 수용하고 그 왕복 회전운동에 의해 필터 카트리지(11)의 내외측으로의 물의 유동이 제어된다. 상기 필터 카트리지는 장착링(25)의 바닥으로 축방향으로 삽입되고, 여기서 수직 축방향 운동과 회전운동의 조합이 동시에 장착링(25) 상으로 카트리지(11)를 고정하고 스핀들(70)을 오프(비유동) 상태에서 온(유동) 상태로 회전시킨다. 밸브 스핀들(70)은 필터헤드(26)의 원통형 내벽(66)에 대해 밀접하게 이격된 동축상태로 위치되는 원통형 몸체(71)를 구비한다. 원통형 스핀들 몸체(71)는 직경방향으로 대향되고 동축상에 정렬된 한 쌍의 유동 포트(73)를 구비하고, 이는 스핀들(70)의 회전과 함께 상기 유동 및 비유동 상태 사이에서 이동하여 필터헤드 내측벽의 입구 및 출구 개구부(67, 68)와 카트리지 입구 및 출구를 단속하며, 이제부터 이를 설명한다.

필터 카트리지(11)는 일 단부에 축방향 연장 넥(75)을 갖는 몸체(74)를 구비한다. 상기 넥은 처리할 물의 입구(76) 및 내부 필터요소(78)를 통해 유동하며 처리된 물의 출구(77)를 형성한다. 넥(75)은 환형의 필터 몸체(74)에 인접한 직경이 큰 쇼울더(80)를 포함하는 단차구조를 구비하지만 직경방향으로 대향된 한 쌍의 연결 러그(81)에 의해 차단된다. 단면도에서, 연결부 러그(81)는 좁은 선단 및 후단 가장자리(82)가 있는 평행사변형 형상을 갖고, 회전 방향에서 캠 표면(83)을 형성한다. 장착링(25)의 원형 트랙(60)은 직경방향으로 대향된 한 쌍의 슬롯(84)을 구비하고, 이들 각각은 필터 카트리지 넥 상의 연결 러그(81)가 관통할 수 있는 개구부를 형성하는 정렬된 접촉면(85)을 갖는다. 필터 카트리지 넥(75)이 장착링(25)과 스핀들(7)에 축방향으로 삽입됨에 따라, 상기 카트리지의 우측으로의 (시계방향) 동시 회전에 의해 연결 러그(81) 상의 선단 캠 표면(83)이 접촉면(85) 상부로 이동하여 장착링(25)에 삽입되어 원형 트랙(60)에 놓이게 된다. 연결 러그(81)가 상기 위치에 도달하게 되면, 그 선단 가장자리는 스핀들(70)의 하부 가장자리의 슬롯(87)의 가장자리(86)와 맞물리게 된다 (도 10 참조). 상기 필터 카트리지의 계속되는 회전에 의해 스핀들이 비유동 상태에서 유동상태로 회전하게 된다. 또한, 필터헤드 원통형 가장자리의 내측에 형성된 얕은 홈(91)의 면과 슬롯 엣지(86) 상의 스톱(88)의 맞물림에 의해 유동상태를 지난 스핀들의 회전이 방지된다. 다시 말해, 필터 카트리지(11)를 제거하기 위해, 사용자가 카트리지의 자유단을 잡고 왼쪽으로 (반시계 방향으로) 회전시키면, 연결 러그(81)의 대향 가장자리(82)가 스핀들(70)의 가장자리의 슬롯(87)의 대향 가장자리(86)와 맞물려 상기 스핀들이 상기 밸브를 폐쇄하도록 동일한 방향으로 회전하게 된다. 연결 러그(81)가 장착링 원형 트랙(60)의 슬롯(84)에 도달하게 되면, 상기 러그는 슬롯을 통해 떨어지고 상기 카트리지는 상기 필터헤드와 장착링으로부터 축방향으로 나오게 된다.

특히 도 6, 9, 및 10을 참고하면, 스핀들(70)은, 상기 스핀들의 원통형 몸체(71)의 외측과 필터헤드(26)의 원통형 내측벽(65) 사이의 수밀(water tight)을 위한 밀봉수단을 구비해야 한다. 메인 밀봉면은 상부 O링 씰92 및 하부 O링 씰(93)에 의해 제공된다. 스핀들(70)은 또한 스핀들 내의 유동 포트들(73), 상기 필터헤드의 원통형 내측벽을 통해 연장되는 입구 및 출구 개구부(67, 68), 및 입구 및 출구 슬리브(48, 50) 사이에 중요한 밀봉면을 제공한다. 이중 기능 씰(94)이 동축 및 직경방향으로 대향된 유동 포트(73)를 위해 제공된다. 씰(94)은 상기 스핀들의 몸체(71) 내의 오목부(95)에 위치된다. 유동 포트(73)는 내부 밀봉 리브가 필터헤드의 내측면의 입구 및 출구 개구부(67,68)와 정렬될 때 상기한 바와 같이 필터헤드와 카트리지 사이에 유동이 일어나도록 씰(94) 상의 내부 밀봉 리브(97)에 의해 감싸지는 슬리브형 니플(96)에 의해 형성된다. 내부 밀봉 리브(97)는 유동상태에서 누출을 막지 위해 헤드의 원통형 내부벽(66)을 지지한다. 내부 밀봉 리브(97)는 오목부(95)에 인접하게 놓여지는 단일 씰을 제공하기 위해 중간 웨브(100)에 의해 외부 밀봉 리브(98)에 의해 감싸져 연결된다. 외부 밀봉 리브의 일부는 도시한 바와 같이 내부 밀봉 리브의 일부를 포함할 수 있다. 스핀들(70)이 비유동 상태로 회전할 때, 중간 웨브(100)를 감싸는 외부 밀봉 리브(98)와 내부 밀봉 리브(97)의 일부는 필터헤드의 원통형 내측벽의 입구 및 출구 개구부(67, 68)를 감싸 덮는다. 임의의 적절한 합성 고무 밀봉 재료를 몰딩하여 이중 기능 씰(94)을 형성하고 이 씰은 오목부(95)에 인접하게 끼워지도록 스핀들 몸체(71)에 맞는 약간의 곡률을 갖는다.

다시 도 8B를 참고하면, 필터 카트리지(11)가 필터헤드(26)에 연동되도록 연결된 상태에서, 스핀들 몸체의 유동 포트(73)를 통한 입구 슬리브(48)로부터의 물의 유동은 카트리지 넥(75)의 완형 통로(101)를 포함하는 카트리지 입구(76)로 향한다. 유입되는 물은 필터요소을 통해 반경방향 내측으로 필터요소(78)의 외측 및 필터 몸체(74) 사이의 공간으로 유입되어 상기 요소의 빈 내부공간(102)으로 유입된다. 필터요소의 내부로부터, 여과된 물은 카트리지 넥(75)으로 상향으로 유동하여 카트리지 출구(77)를 포함하는 축방향 출구 통로(103)에서 배출되고 스핀들(70)로 유입되어, 유동 포트(73)를 나와 출구 슬리브(50)로 유입되며, 이는 모두 도 8에 화살표로 나타내었다. 필터헤드 및 장착링에서 제거한 후 필터 카트리지(11)로부터의 원치 않는 누출을 없애거나 실질적으로 줄이기 위해, 환형 입구 통로(101)에 환형 다공성 디스크(104)가 배치되고 축방향 출구 통로(103)에 원형 다공성 디스크(105)가 배치된다. 상기 디스크는 정상 압력하에서는 시스템을 통한 유동을 가능케 하지만 카트리지를 제거했을 때처럼 압력이 없을 경우에는 유동을 방지할 정도의 다수의 구멍을 갖는 개방 셀 다공성 폴리프로필렌 몸체를 포함하는 것이 바람직하다.

도 11, 12, 11A, 및 12A와 함께 도 6, 8A, 및 8B를 다시 참고하면, 필터 카트리지의 호환성 및 필터헤드에 대한 카트리지의 연결을 확실하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 본 발명의 특징에 따라 필터 시스템의 선택된 분배기 및 설치기를 위한 전용 장치를 제공하는 데 이용할 수도 있다. 일 실시예에서, 스핀들(70)에 상부 접속링(106)이 장착되고 필터 카트리지(11)의 넥에 하부 접속링(107)이 결합된다. 상기 링(106, 107)은 필터 카트리지의 상기 헤드에 대한 호환성을 확보하는 보조 상호 결합장치를 구비한다.

도 11 및 12에 도시한 실시예에서, 상부 접속링(106)은 상부 스핀들 몸체(71)와 직경이 큰 스핀들 가장자리(110) 사이의 경계면에 의해 형성되는 쇼울더(108)에 고정된다. 접속링(106)에는 일체형 용접 플랜지(111)가 구비되고 장착 쇼울더(108)에는 보조 용접 홈(112)이 구비된다. 마찬가지로, 하부 접속링(107)은 연결 러그(81) 위쪽에 있는 카트리지 몸체(74)의 넥 상의 쇼울더(113)에 장착된다. 하부 접속링(107)은 쇼울더(113)의 보조 용접 홈(115)에 안착되는 일체형 용접 플랜지(114)를 구비한다. 상기 링(106, 107)은 모두 스핀 용접, 초음파 용접, 또는 기타 적절한 용접가공에 의해 각각의 쇼울더(108, 113)에 고정된다. 직경방향으로 대향하여 축방향으로 연장되는 한 쌍의 핑거(116)를 제외한 상부 접속링(106)의 노출면은 평면이다. 하부 접속링(107)의 노출된 평면은 직경방향으로 대향하는 한 쌍의 오목부(117)를 갖는다. 상기 상부 및 하부 접속링은 필터 카트리지(11)가 스핀들(70)에 삽입될 때 그 상대 회전 및 축방향 이동에 의해 오목부(117)내에 핑거(116)가 수용되도록 원주방향으로 정확하게 상보적 위치에 위치된다. 물론 상기 링(106, 107)은 스핀들 및 카트리지 상에서 그 위치를 바꿀 수도 있다. 임의의 고객의 전용 용도를 위해 상보적인 상부 및 하부 접속링(106, 107)을 원주방향 임의의 위치로 재배치할 수도 있다. 소정의 위치 및 전용 용도를 구현하기 위해, 스핀 용접 고정용 로케이터(119)를 이용하여 핑거(117)와 오목부(118)의 위치를 원주방향으로 변경할 수 있다. 또한, 상기 핑거와 오목부의 반경방향 위치는 넓은 범위의 전용 용도를 제공하기 위해 예를 들어 상기 링의 중앙 또는 내측 가장자리로 동시에 변경될 수 있다. 몰론 상기 링의 적절한 결합을 통해 카트리지의 필터헤드에 대한 호환성 또한 확보된다.

도 6, 8A, 8B, 11A 및 12A에 도시한 실시예에서, 상기 실시예를 통해 설명한 바와 같이 상부 접속링(106a)은 쇼울더(108)에 고정된다. 마찬가지로, 접속링(106a)은 일체형 용접 플랜지(111a)를 구비하고 장착 쇼울더(108)에는 보조 용접 홈(112)이 구비된다. 이와 유사하게, 하부 접속링(107a)은 연결 러그에 대해 카트리지 몸체의 넥 상의 쇼울더(113)에 장착된다. 하부 접속링(107a)은 쇼울더(113)의 보조 용접 홈(115)에 안착되는 일체형 용접 플랜지(114a)를 구비한다. 상기 링(106a, 107a)은 모두 스핀 용접 (또는 기타 적절한 용접가공)에 의해 상기 쇼울더(108, 113)에 각각 고정될 수 있다. 상부 접속링(106a)의 노출된 하부면은 비평면이고 직경방향으로 대향하고 축방향으로 연장되는 한 쌍의 인접 면(116)을 형성한다. 마찬가지로, 하부 접속링(107a)의 노출된 상부면은 직경방향으로 대향하고 축방향으로 연장되는 한 쌍의 인접 면(117a)을 갖는다. 상기 실시예에서와 마찬가지로, 상기 상부 및 하부 접속링(106a, 107a) 상기 카트리지가 필터헤드 및 장착링에 결합될 때 인접 면(116a, 117a)의 결합을 확보하기 위해 원주방향으로 정확하고 상보적인 위치에 위치된다. 상부 접속링(106a) 상에는 상기 링 몸체 상의 돌출부(118a)에 의해 인접 면(116a)이 형성되고, 하부 접속링(107a) 상에는 링 몸체의 오목부에 의해 인접 면(117a)이 형성된다.

필터헤드에 대한 카트리지의 연동 연결 및 호환성을 확보하기 위한 현재의 바람직한 배치가 도 31~36에 도시되어 있다. 이와 같은 배치는 장착 브라켓(24) 상의 장착링(25)에 결합되어 유지되는 동일한 필터헤드(26) 및 스핀들(70)을 이용한다. 마찬가지로, 상기 필터헤드 및 장착 브라켓은 이미 설명한 바와 같이 표준 필터 카트리지(11)를 수용하도록 설계된다.

도 31을 참고하면, 카트리지 넥(75) 상의 상기 쇼울더 또는 단부면(113)에는 직경방향으로 대향하여 수직하게 연장되는 한 쌍의 해제핀(unlocking pin)(243)이 구비된다. 쇼울더(113)에는 상기 핀의 축소 직경 단부(245)가 압입되도록 원형으로 배열된 구멍(244)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 카트리지 쇼울더가 일정 간격으로 형성된 14개의 구멍(244)을 갖는 경우, 상기 직경방향으로 대향된 핀(243)의 쌍은 원주방향으로 7개의 다른 위치에 위치될 수 있다.

또는, 핀(243)은 도 8A에 도시한 접속링(107a)와 유사한 하부 접속링(미도시)에 일체로 형성되어 유지될 수 있다. 상기 접속링은 상기한 바와 같이 초음파 또는 기타 용접가공에 의해 카트리지 쇼울더(113)에 결합될 수 있다.

도 32를 참고하면, 스핀들(70) 상의 가장 아래쪽의 쇼울더(246)에는, 카트리지를 필터헤드(26)에 결합할 때 카트리지 넥의 핀(243)이 관통할 수 있는 관통 구멍(247)의 패턴이 제공될 수 있다. 상기 관통 구멍(247)의 패턴은 해제핀(243)을 위한 구멍(244)의 패턴과 일치된다.

상부 접속링(248)은 스핀들(70) 상의 쇼울더(246)와 필터헤드 상의 수직으로 인접한 쇼울더(250) 사이에 고정된다. 상부 접속링(248)은 상기 링(248)이 스핀들(70)과 함께 회전하지만 상기 스핀들에 고정 결합되는 방식으로 스핀들 쇼울더(246)의 상부면에 결합되는 하부면(252)를 갖는다. 그러나, 상기 링이 쇼울더(246, 250) 사이에 고정되어 있기 때문에, 상기 접속링의 하부면은 스핀들 쇼울더(246)의 오목부에 수용되는 한 쌍의 직경방향으로 대향된 보스(253)가 구비된 스핀들 쇼울더에 선책적으로 결합될 수 있다. 오목부(254)는 스핀들의 관통 구멍의 원형 패턴에 대응되는 완전한 원주형 패턴에 제공된다.

접속링(248)은 잠금 멈추개(257)가 스프링 편향 핀의 형태로 연장되는 한 쌍의 직경방향으로 대향된 구멍(256)을 구비한다. 상기 잠금핀(258)은 하우징 쇼울더(250)의 하부면(259)의 블라인드 구멍(260)에 장착된다. 블라인드 구멍(260)은 스핀들 쇼울더(246)의 오목부(254) 밍 관통 구멍(247)의 패턴과 수 및 간격이 일치되는 원형 패턴으로 형성된다. 상기 쇼울더의 면(259) 상에서의 상기 스프링 편향 핀(258)의 쌍의 위치는 접속링(248)의 관통 구멍의 위치 및 카트리지 넥(75) 사의 상기 핀(243)의 쌍의 위치에 대응되도록 선택된다. 잠금핀(258)이 도 31에 가장 잘 도시한 바와 같이 상부 접속링의 구멍(256)을 통해 연장되는 경우, 스핀들(70)은 헤드(26) 내에서 축방향으로 회전하지 못한다. 물론 이는 필터 카트리지와 헤드 사이의 부착 및 연동 결합을 방지한다.

도 31, 32, 및 34는 접속링 구멍(256) 및 상기 잠금핀(258) 쌍의 위치에 일치되도록 원주방향을 따라 임의의 방향으로 정렬된 카트리지 해제핀(243)이 구비된 필터 카트리지를 삽입함으로써 잠금핀(258)을 해제하는 과정을 도시하고 있다. 필터 카트리지(11)가 수직으로 장착링(25)을 통해 스핀들(70) 내부로 이동함에 따라, 상기 핀(243)이 수용되어 스핀들의 관통 구멍(247)을 관통하게 된다. 상기한 바와 같이, 스핀들 및 헤드에 대한 필터 카트리지의 연결이 회전 및 축방향 이동 모두에 대한 경로를 따르기 때문에, 관통 구멍(247)의 하부면에는 핀(243)이 구멍(247)을 통해 원활히 이동하도록 하기 위해 램프(ramp)면(261)이 제공된다. 핀(243)의 단부는 접속링의 관통 구멍(256)의 바닥 단부의 해제(relieved) 영역(262)을 관통하여 잠금핀(258)과 맞물리며, 이때 편향 스프링(263)의 편향에 대해 수직상방으로 잠금핀을 이동시킨다. 상기 스핀들 및 접속링을 계속해서 축방향으로 회전시키게 되면 상기 링이 잠금핀(258)의 단부 밑으로 깔리게되고, 이 때 잠금핀이 상기 구멍에서 완전히 빠져나와 상기 접속링의 상부면(255)에 위치될 때까지 상기 핀이 모따기 가장자리(264) 위로 위치하게 된다.

필터헤드에 대한 카트리지의 호환성을 확보하고 및/또는 임의의 고객 또는 사용자를 위한 전용장치를 제공하기 위해, 상기 잠금핀(258)의 쌍이 장착되는 블라인드 구멍(260)의 원주방향 위치가 일치되도록 핀(243) 및 접속링 구멍(256)의 원주방향 위치를 선택한다. 위에 언급한 바와 같이, 상기 패턴의 구멍(247)이 14개의 구멍의 스핀들 쇼울더(246)에 위치된 상태에서, 카트리지 핀 쌍(246)은 전용용도를 위한 다른 위치를 제공하도록 잠금핀 쌍(258)에 일치될 수 있다. 더 많거나 적은 수의 구멍 패턴을 이용할 수도 있고, 또한, 상기 카트리지와 헤드 사이의 일치 결합부의 수를 증가시키기 위해 핀(243)과 수용 구멍(247)의 단면형상을 변화시킬 수 있다.

상기 필터 카트리지(11) 중 하나가 도 1에 도시한 필터 시스템(10)의 제 2 카트리지(16)와 같은 역삼투(RO) 카트리지인 경우, 필터헤드, 스핀들, 장착링, 및 카트리지를 포함하는 모든 기본 요소는 상기한 시스템의 대응요소와는 다른 구조를 갖는다. 역삼투 시스템용 부품들의 크기 및 형상을 다르게 하는 것은 세 개의 분리된 물의 유동을 처리하는 데, 즉, 막분리에 의해 처리할 유입 물, 막을 통과한 후 침투하거나 제품수(product water), 및 비교적 큰 부피의 물에 용해된 입자를 함유하는 염수(brine) 또는 보유액에 관련이 있다.

우선 도 13, 14 및 19를 참고하면, 역삼투 카트리지(121)는 원통형 필터요소(123)를 유지하고 장착링(125) 및 필터헤드(126)에 체결되도록 하는 일 단부 상의 넥(124)을 구비하는 실질적으로 원통형 몸체(122)를 구비한다. 필터헤드(126)는 상기 실시예의 스핀들(70)과 유사한 방식으로 유동 제어기능을 제공하는 밸브 스핀들(127)을 유지한다. 그러나, 역삼투 스핀들(127)은 또한 염수 유동을 위한 유동 통로 및 저장탱크로의 제품수의 유동을 조절하는 제어밸브를 제공한다.

역삼투 유닛은 상기 모듈식 백플레이트(18)에 직접 결합을 가능케 하는 동일한 직사각형 베이스를 갖는 장착 브라켓(128) 상에 지지된다. 장착 브라켓(128)은 또한 필터헤드(126)와 스핀들(127)을 상측으로부터 결합하고 역삼투 카트리지(121)를 상기 실시예에 이용되는 장착장치와 유사한 방식으로 하측으로부터 착탈가능하게 결합하도록 하는 일체형 장착링(125)을 포함한다. 그러나, 상기 필터 장치는 필터 카트리지(121)의 제거 후 스핀들(127)의 개별적인 제거를 가능케 하면, 이는 아래에서 더 자세히 설명한다.

역삼투 카트리지(121)는 공지된 구조를 갖고, 중공 제품수 튜브(132)에 감긴 중간 분리층을 포함하는, 내측에 나선형으로 감긴 반영구막(131)을 포함한다. 상기 제품수는 반경방향 내측으로 유동하여 구멍을 통해 제품수 튜브(132)로 유입되고, 이후 상기 튜브의 내측을 따라 수직하게 상향이동하여 역삼투 필터헤드(126)로 유입된다. 상기 막을 통과하지 않은 상기 염수(물 및 용해된 고형물질의 고체적 막 농축물)는 수직 하향으로 유동하여 바닥 단부에 있는 필터요소(123)를 빠져나가게 된다. 상기 염수의 체적은 미리 여과된 물의 총 유동체적의 80%를 포함하지만, 이 비율은 시스템 작동의 변화에 따라 변경될 수 있다.

역삼투 필터요소(123)의 상단부는 엔드 캡(134)으로 덮여진다. 엔드 캡(134)은 카트리지(121)를 통한 물의 유동제어를 돕는 기능을 하고 또한 적절한 카트리지 용도를 확보하기 위해 위치설정 기능 및 상기한 바와 유사한 방식의 기능을 제공한다.

유입수(incoming water) 입구 슬리브(135)를 통해 필터헤드(126)로 유입된다. 스핀들(127)이 개방 또는 유동 위치로 회전된 상태에서, 유입수는 입구 슬리브(135)로부터 필터헤드(126)의 벽의 입구 개구부(136)를 통과하여 계속해서 스핀들(127)의 입구(137)를 통과한다. 시스템 압력은 이중 격막(diaphragm) 밸브(138)의 하나의 격막에 작용하여 이를 들뜨게 하거나 또한 입구 통로(140)를 통해, 그리고 필터요소(123)의 엔드 캡(134)의 개구부를 통해 수직하향으로 유입수를 이동시킨다. 상기 물은 이후 상기한 바와 같이 역삼투 필터요소(123)를 통과하고, 이때 상기 물은 제조수(침투) 유동과 염수(보유액) 유동으로 나뉘어진다. 이러한 두 개의 유동은 다음과 같은 차후의 처리를 위해 스핀들(127)을 통해 상기 필터헤드로 회수된다.

특히 도 14를 참고하면, 스핀들(127)의 하단부는 하향 연장된 외측 가장자리(141)를 갖고, 이는 카트리지 넥(124)의 외측 및 엔드 캡(134)의 내측에 대해 밀봉되어 있다. 외측 가장자리(141)와 동축을 갖는 중간 가장자리(142)는 입구(137)로부터의 물을 위한 유동통로를 제공한다. 외측 가장자리(141)의 외측의 염소 유동통로(143)(도 15A)는 필터를 빠져나오는 물을 위한 스핀들로의 입구를 제공한다. 중간 가장자리(142)는 제품수 튜브(132)의 외측에 대한 내측에 밀봉된다. 스핀들 내측 가장자리(144)는, 하부 입구단부에서, 상기 실시예에서 설명한 디스크(104, 105)와 동일한 떨어짐 방지(anti-drip) 기능을 제공하는 다공성 폴리프로필렌 디스크(145)를 구비한다. 역삼투 카트리지(121)로 처리된 제품수가 역류하는 것을 방지하는 체크밸브(146)가 상기 다공성 디스크 상부에 위치되고, 이는 아래에서 더 자세히 설명한다. 상기 제품수는 수직 제품수 통로(147) 및 제거가능 덮개 플레이트(153) 내의 교차통로(149)를 통해 유동하여 덮개 플레이트(153)의 챔버(148)로 수직하게 유입되고, 이때 제품수는 이중 격막(138)의 외측 격막(154)의 면에 노출된다. 상기 제품수는 챔버(148)로부터 덮개 플레이트(153) 내의 출구(150) 및 필터헤드의 출구 개구부(151)를 통과하고, 상기 출구 개구부는 출구 슬리브(152)에 직접 개방되어 있다.

카트리지 넥(124)과 스핀들 외측 가장자리(141)의 외측 사이의 역삼투 카트리지(121)로부터 유출되는, 체적이 증가한 염수는 외측 가장자리(141)의 상부의 반경방향 통로(143)를 통해 스핀들 몸체로 유입된다. 반경방향 통로(143)는 스핀들 몸체의 수직 통로(156)를 제 2 반경방향 통로(157)와 합류시키고, 이때 상기 염수는 스핀들 몸체를 빠져 나와 스핀들 몸체와 필터헤드(126)의 내측벽 사이의 큰 개방 영역 챔버(160)로 유입된다. 상기 염수는 계속해서 반경방향 출구 통로(158)로 수직하게 유동하고, 이때 상기 염수는 큰 개방 영역을 빠져 나와 스핀들(127)의 상부에 있는 개방 상부 챔버(161)와 연통되는 출구 통로(158)를 통해 스핀들 몸체로 다시 유입된다. 상부 챔버는 하부의 큰 개방 염수저장 챔버(160)로부터 밀봉되어 필터헤드 상부 캡(162)에 의해 덮여진다. 염수는 필터헤드의 염수 출구 개구부(163) 및 일체형 염수 출구 슬리브(164)를 통해 상부 챔버(161)를 빠져 나온다.

다시 도 13 및 14를 참고하면, 출구 슬리브(152)를 통해 필터헤드(26)를 빠져 나온 제품수의 유동은 공지된 바와 같은 방식으로 압력 저장탱크를 향할 수 있다. 상기 저장탱크는 일반적으로 제품수가 유동하는 일측에 공기 공간이 있는 타측에 내측 유연성 블래더(bladder) 또는 벽을 포함한다. 제품수가 저장탱크를 채우고 상기 유연성 블래더에 의해 압력이 가해짐에 따라, 반대편의 공기가 압축되어 정화 제품수가 가압상태로 저장된다. 상기 저장된 제품수의 기타 가압수단 또한 공지되어 있다. 저장탱크 내의 압력이 소정 값에 도달하며, 저장 배압(back pressure)이 이중 격막 밸브(138)의 외측 격막(154)에 작용하여 대향 내측 격막(139)에 대한 미리 여과된 입구 유동의 상대 압력을 제거하고, 또한 후자로 하여금 그 위치에서 이탈하여 입구 슬리브(135)로부터의 유입수를 차단하도록 한다. 종래에 알려진 바와 같이, 내측 및 외측 격막(139, 154)의 각각의 면적은 소정의 최대 저장 탱크 압력이 일반적인 유입라인 압력, 즉 물의 국지적 공급압력에 일치하도록 선택할 수 있다. 일반적인 국지적 물공급 압력 60psi 및 소정 저장탱크 압력 40psi에서, 저장탱크 압력에 노출된 외측 격막(154)의 면적은 유입라인 압력에 노출된 내측 격막(139)의 면적의 약 2/3이 된다. 저장탱크 압력 약 40psi에서는, 60psi의 입구라인 압력이 극복되어 상기 차단밸브(46)가 폐쇄되게 된다.

스핀들의 외측과 필터헤드(126)의 내측 사이의 큰 개구 챔버(160)로부터 염수를 유출시키는 반경방향 외측 통로(158)에는 유동제한기(flow restrictor)(165)가 제공된다. 제한된 유동은 어떠한 구조로도 가능하고, 이는 소정 체적의 물이 제품수 침투를 발생시키기 위해 역삼투 막을 통과시키기에 충분한 배압을 발생시킨다. 예를 들어, 상기 제한기는 볼 밸브 및 통과한 염수의 제한된 유동을 가능케 하는 슬롯을 갖는 시트(seat)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 염수 대 제품수의 비율은 약 5:1 내지 4:1이 적당하다. 상기 비율은 입구라인 압력에 대한 가압 저장탱크로부터 증가된 침투 배압으로서 최초 동작시부터 조정이 가능하고, 이로써 침투 유동 체적을 다소 줄일 수 있다.

도 16 및 17을 참고하면, 역삼투 카트리지(121) 및 역삼투 필터헤드(126)는 상기 필터 카트리지(11) 및 필터헤드(26)에 이용되는 것과 는 다른 장착 브라켓(128) 및 일체형 장착링(125)이 필요하다. 그러나 이러한 아래에 설명하는 바와 같이 그 크기에서 나타나고, 역삼투 카트리지(121) 및 이와 관련된 필터헤드(126)는 동일한 방식으로 역삼투 장착링(125)에 결합된다. 장착 브라켓(128)은 동일한 백플레이트(18)에 결합되어 상기 장착 브라켓(24)과 마찬가지로 여과시스템의 모듈식 조립체를 제공한다.

역삼투 필터헤드(126)는 외측 하우징(168)의 상부보다 큰 외경을 갖는 원통형 바닥 가장자리(170)를 포함하는 외측 하우징(168)을 구비한다. 원통형 가장자리(170)의 하부 가장자리에는 직경방향으로 대향하는 한 쌍의 장착 러그(171, 172)가 제공된다. 장착링(125)은 필터헤드 하우징의 원통형 가장자리(170)를 수용할 정도의 크기를 갖는 외측벽(173)을 포함하는, 전체적으로 개방된 환형 내부를 갖는다. 장착링 외측벽(173)의 상부 가장자리는 장착 러그(171, 172)를 각각 수용하는 한 쌍의 내측으로 개방된 슬롯(174, 175)을 포함한다. 장착 러그(171)는 입구 슬리브(135) 아래에 위치되어 개방 갭(176)을 구비한다. 장착링 외측벽(173)의 슬롯(174)은 하우징 원통형 가장자리(170)가 장착링(125) 내부로 축방향으로 이동할 때 갭(176)에 축방향으로 이동할 정도의 크기를 갖는 돌출부(177)를 구비한다. 상기 대향 장착 러그(172)는 갭을 갖지 않고 이에 대응되는 슬롯(175)은 돌출부를 구비하지 않는다. 따라서, 필터헤드(126)는 소정 원주방향 위치의 장착링에 삽입만 될 수 있다. 상기 필터헤드의 원통형 바닥 가장자리(170)가 슬롯을 통해 떨어지는 경우, 그 하부 가장자리는 상기 장착링 내부의 원형 트랙(178)에 놓이게 된다. 트랙(178)은 장착 러그(171, 172)의 두께보다 큰 높이를 갖는 환형 슬롯(180)의 바닥을 형성하기 때문에, 상기 필터헤드가 원형 트랙(178) 상에서 회전할 때 상기 러그(171, 172)는 상기 필터헤드가 동축 입구 및 출구 슬리브(135, 152)의 축과 연동위치에 놓여 장착 브라켓(128)에 평행하게 될 때까지 완형 슬롯(180) 내부로 통과된다. 이러한 연동위치에서, 원통형 가장자리(170)의 외측면 상의 직경방향으로 대향된 한 쌍의 스톱 멈추개(181)는 역회전을 방지하고 필터헤드의 연동위치를 설정하기 위해 원형 트랙(178)의 제 1 스톱(182)에 맞물린다. 또한, 장착 러그(171, 172) 바로 위쪽에 있는 원통형 가장자리(170)의 직경방향으로 대향된 한 쌍의 잠금 멈추개(183)는 필터헤드의 계속적인 회전을 방지하고 이를 연동위치에 걸기 위해 원형 트랙 상의 각각의 제 2 스톱(184)과 맞물린다. 바람직하게, 스톱 멈추개(182)는 각각의 스톱(182)에 끼워질 때까지 장착링의 필터헤드의 수동회전 힘이 가해지는 가운데 원형 트랙(178)을 따라 위로 이동하도록 하는 경사면을 갖는다. 이러한 상태에서, 잠금 멈추개(183)는 필터헤드의 잠금 연동위치를 정하는 제 2 스톱(184)에 도달과 동시에 맞물린다.

역삼투 필터헤드(126)는 이중 격막 차단 밸브(138)가 필요한 경우에도 스핀들(127)의 제거가 가능하도록 구성된다. 아래에서는 우선 역삼투 스핀들(127)이 필터헤드(126)에 장착되는 방법 및 역삼투 카트리지(121)가 장착링(125)에 결합되어 필터헤드와 스핀들에 연동적으로 연결되는 방법에 대해 기술한다. 스핀들(127)의 상단부에는, 하부의 큰 개방 영역 챔버(160)로부터 상부 챔버(161)를 밀봉하는 상부 O-링 바로 위쪽에 위치한 환형 잠금 홈(185)(도 13 및 14 참조)이 구비된다. 이와 유사하게, 하부 O-링 씰(187)이 스핀들과 필터헤드(126)의 내부 사이에 밀봉 경계면을 제공하여 스핀들(127)을 감싸는 수직 챔버(160)를 밀봉한다. 상기 챔버는 또한 물 입구(137) 및 축방향으로 정렬된 출구(150)를 포함하고, 이중 후자는 상기한 바와 같이 실질적으로 폐쇄 플레이트(153)로 구현된다. 스핀들(127)의 몸체에는 스핀들 몸체와 필터헤드(126)의 원통형 내벽(188) 사이의 방수 경계면을 형성하는 밀봉장치가 제공된다. 상부 및 하부 O-링 씰(186, 187)은 물론, 상기 밀봉된 경계면은 스핀들의 입구(137) 및 출구(150) 각각에 대한 이중 기능 씰(190) 및 필터헤드(126)의 대응 입구 개구부(136) 및 출구 개구부(151)를 포함한다. 상기 이중 기능 씰(190)은 그 구조 및 기능면에서 상기 실시예에 사용된 씰(94)(도 10 참조)과 유사하다. 따라서, 이중 기능 씰(190)은 상기한 바와 같이 필터헤드와 카트리지 사이의 유동이 가능한 유동상태와 유동이 차단되는 비유동 상태 사이에서 스핀들(127)과 함께 회전한다. 이러한 두 개의 상태에서, 상기 이중 기능 씰은 유입수 및 제품수의 유동에서 필터헤드 및 스핀들을 통한 염수의 유동을 분리시킨다.

스핀들(127)은 격막 차단 밸브(138)를 교체하기 위해 제거가능하도록 설계되기 때문에, 필터헤드 내의 소정 위치에 스핀들을 구비하거나 구비하지 않고, 장착링(125)에 필터헤드(126)를 장착하는 것이 가능하다. 상기한 바와 같이 장착링(125)의 연동위치에 필터헤드(126)가 장착된 상태에서, 스핀들(127)은 장착링(125)을 통해 하측으로부터 필터헤드(126) 내부로 축방향으로 삽입된다. 도 20을 참고하면, 스핀들의 상단부에 있는 환형 잠금 홈(185)에는 염수 출구 개구부(163) 바로 밑의 필터헤드(126)의 내벽 상에 러그(192)를 수용할 정도의 크기를 갖는 개방 노치(191)가 제공된다. 노치(191)에 러그(192)를 수용함으로써 스핀들이 완전히 삽입되고 러그(192)가 환형 잠금 홈(185)에 정렬될 수 있다. 상기 스핀들의 회전에 의해 상기 스핀들이 필터헤드로부터 축방향으로 이동하지 못하도록 상기 잠금 홈이 상기 러그를 감싸게 된다. 상기 스핀들은 상기 러그가 약 120° 회전한 후 잠금 홈(185)의 스톱(193)과 맞물릴 때까지 상기 헤드 및 러그에 대해 회전할 수 있다. 이로써 상기 스핀들이 비유동 상태로 회전하게 되고, 따라서 시스템의 물이 작동이 가능하도록 회수된다.

도 16 내지 18을 참고하면, 역삼투 카트리지(121)의 넥(124)에는 직경방향으로 대향된 한 쌍의 연결 러그(194)가 제공되고, 이는 상기 실시예의 연결 러그(81)(도 8A 참조)와 유사하다. 단면도에서, 연결부 러그(194)는 좁은 선단 및 후단 가장자리(195)에 의해 형성된 평행사변형 형상을 갖고, 회전 방향에서 캠 표면(196)을 형성한다. 장착링(125)의 외벽(173)에 형성된 원형 트랙(178)은 직경방향으로 대향된 한 쌍의 슬롯(197)을 구비하고, 이들 각각은 필터 카트리지 넥 상의 연결 러그(194)가 관통할 수 있는 개구부를 형성하는 정렬된 접촉면(198)을 갖는다. 필터 카트리지 넥이 장착링과 스핀들에 축방향으로 삽입됨에 따라, 상기 카트리지의 우측으로의 (시계방향) 동시 회전에 의해 연결 러그상의 선단 캠 표면(196)이 접촉면(198) 상부로 이동하여 장착링(125)에 삽입되어 원형 트랙(198)에 놓이게 된다. 연결 러그가 상기 위치에 도달하게 되면, 선단 가장자리가 필터헤드 외측 링(168), 장착링(125) 및 스핀들(127) 사이의 경계면에 고정된 회전 스핀들 구동링(201)(도 21)의 수직 구동면(200)과 맞물리게 된다. 특히, 도 14, 15A, 및 15B를 참고하면, 스핀들 구동링(201)은 필터헤드(126)의 원통형 내벽(188) 상의 환형 쇼울더(202) 상에 위치된다. 구동링(201)은 필터헤드의 원통형 내벽(188)을 밀봉하는 O-링 씰(203)을 유지한다. 상기 구동링과 스핀들 사이의 경계면은 하부 O-링(187)에 의해 밀봉된다. 하부 O-링(187)을 유지하는 홈의 하나의 벽을 형성하는 스핀들 상의 하부 플랜지(205)에는 직경방향으로 대향된 한 쌍의 구동탭(204)(도 20 및 26)이 제공된다. 구동링(201)이 쇼울더(202)에 안착된 상태에서, 상기 스핀들을 상기 구동링을 통해 상기 필터헤드로 삽입함으로써 구동탭(204)이 상기 구동링 내부의 얕은 노치(206)로 떨어지게 된다. 필요에 따라서는 노치(206)에 완전히 안착되도록 상기 헤드와 구동탭(204) 내의 스핀들의 적절한 축방향 위치를 결정하기 위해, 스핀들의 상단부에 있는 환형 잠금 홈(185)의 노치(191)가 스핀들 및 구동링의 계속적인 회전에 의해 필터헤드의 내측의 러그(192)와 맞물릴 수 있다. 이러한 상태에서, 상기 스핀들과 구동링의 반시계방향 회전에 의해(시계방향 회전은 노치(191)의 일 측에 있는 잠금 홈(185)의 스톱 벽(199)에 의해 방지됨), 러그(192)가 안착된 환형 잠금 홈(185)이, 상기 러그가 약 120° 회전한 후 홈(185)의 스톱(193)에 도달할 때까지 상기 러그에 대해 이동이 가능해진다. 이러한 상태에서, 상기 스핀들은 비유동 상태가 되어 물의 공급이 시작된다. 필터 카트리지(121)가 테이퍼진 슬롯(197)을 통해 수직으로 장착링(125)에 삽입되어 원형 트랙(178)에 위치되면, 상기 러그의 선단 가장자리는 유동 상태에서 비유동 상태로 스핀들을 회전시키도록 스핀들 구동링의 수직 구동면(200)과 맞물리게 된다. 필터헤드 바닥 가장자리(170)의 바닥 가장자리 안쪽의 오목한 스톱(189)을 구비한 연결 러그(194)의 선단 가장자리의 맞물림에 의해 시계방향으로의 회전이 방지된다. 이러한 상태에서, 스핀들 구동링(201)의 최하측의 가장자리(207)가 환형 트랙(178) 상에 위치되고 오목한 가장자리(209)는 카트리지 연결 러그(194)의 상부면에 위치된다.

도 22 내지 25는 물론 도 13, 15a, 및 15c를 다시 참고하면, 역삼투 필터 카트리지(121)는 카트리지 몸체(122)의 개방 바닥단부를 통해 삽입되어 하부 폐쇄 엔드 캡(207)과 함께 소정 위치에 유지되는 필터요소(123)를 포함한다. 필터요소(123)의 상단부는 염수링(21)의 상단부에 안착되어 O-링 씰(211)에 의해 밀봉되는 외측 플랜지(208)를 구비한 엔드 캡(134)에 의해 폐쇄된다. 엔드 캡(134)의 상단부는 좁은 넥(212)을 구비하고, 그 외측은 상기 카트리지가 상기 장착링을 통해 상기 필터헤드로 삽입될 때 스핀들(127)의 외측 가장자리(141)의 내측과 밀봉접촉하도록 하는 상부 O-링(213)을 안착시킨다. O-링 씰(211, 213)은 염수가 유입수 및 제품수와 혼합되는 것을 방지하고, 상기 염수가 스핀들 외측 가장자리(141)의 염수 유동통로(143)로 유동하도록 한다. 스핀들 내측 가장자리(144)의 내측면과 맞물리는 제품수 튜브(132) 상에 유지되는 이중 O-링 씰(214)에 의해 제품수의 유동으로부터 유입수의 유동이 분리된다.

역삼투 카트리지(121) 및 밸브 스핀들(127)은 필터헤드(126)에 대한 필터 카트리지의 호환성 및 카트리지(121)의 연동 연결을 확보하기 위해 상기 실시예에서 사용한 것과 유사한 로케이터를 포함한다. 이러한 장치는 또한 상기한 바와 같이 소정의 배포자 및 판매자를 위한 전용 필터 조립체를 제공하는 데 이용할 수 있다.

하부 접속링(215)(도 23 및 24)은 엔드 캡(134)의 넥(212)의 내측의 내부 쇼울더(216)에 안착된다. 상기 링(215)은 특히 상기 링의 평면에 수직하게 연장되는 일체형 핑거(217)를 구비한다. 상기 링은 스핀 용접, 초음파 용접, 또는 기타 적절한 체결공정에 의해 내부 쇼울더(216)에 고정될 수 있다. 엔드 캡 외측 플랜지(208)에는 로케이터 노치(218)가 제공된다. 필터요소(123)를 카트리지 몸체(122)에 조립하게 되면, 로케이터 노치(218)는 필터 카트리지 몸체의 넥(124)의 내측의 맞춤 돌출부에 맞물리도록 위치된다. 이로써 핑거(217)가 원주상의 소정위치에 고정된다. 스핀들 외측 가장자리(141)의 내측의 쇼울더에 보조 상부 접속링(220)(도 25 및 26)이 안착된다. 상부 접속링(220)의 내측 가장자리에는 원부방향의 절단부(223)가 제공되고, 이는 이후 하부 접속링(215)으로부터 연장되는 핑거(217)를 수용할 정도의 크기를 갖는 중앙 노치(222)를 갖게 된다. 상부 접속링(220)은 스핀 용접, 또는 상기 카트리지가 잠금해제 위치에 있는 스핀들(127)을 구비한 상기 필터헤드에 결합될 때 핑거(217)가 노치(222)에 맞물리도록 노치(222)를 위치시키는 기타 적절한 소성 용접가공에 의해 쇼울더(221)에 고정된다. 이는 핑거(217)와 노치(222)의 원주방향 위치를 조정함으로써 가능하다. 용접가공을 정밀하게 제어함으로써, 고객에게 전용 제품을 제공할 수 있는 많은 접속링의 위치를 제공할 수 있다.

도 13, 26, 및 27을 참고하면, 예를 들어 격막 밸브(138)를 교체하기 위해 스핀들(127)을 제거하고자 하는 경우, 스핀들과 헤드(126) 사이의 많은 밀봉 경계면에 의해 상기 스핀들을 제거하는 것이 어렵게 되어 있다.. 스핀들을 쉽게 제거하기 위해 도 27에 도시한 바와 같은 특정 스핀들 제거 도구(224)를 이용할 수 있다. 역삼투 카트리지(121)를 제거하고 물 공급원을 차단한 후, 내측 스핀들 가장자리(144)가 도구 몸체(225)의 빈 내부공간에 수용된 스핀들에 제거 도구(224)를 삽입한다. 도구 몸체의 내측 단부 상의 만곡 오프셋(226)의 크기는 접속링(220)의 절단부(223)에 끼워지도록 설정된다. 만곡 오프셋(226)이 절단부에 정렬되면, 오프셋(226) 단부의 결합 러그(227)가 절단부(223)의 노치(222)를 통과하게 된다. 상기 도구를 임의의 방향으로 회전시킴으로써 결합 러그(227)가 노치(222)로부터 분리되어 링(220)의 바닥면에 맞물리게 된다. 이후, 사용자는 필터헤드(126)의 상부의 유지 러그(192)가 잠금 홈(185)의 노치(191)를 통과하도록 우선 “온” 방향으로 도구를 회전시킨 후 도구 핸들(228)을 축방향으로 당길 수 있다.

도 17을 참고하면, 스핀들(127)을 필터헤드(126)에서 더 쉽게 제거하기 위해, 필터헤드의 원통형 내벽(188)의 큰 부분은 이중 기능 씰(190)과 밀봉 접촉을 구현하는 밀봉 면(219)보다 직경이 큰 오목한 원형 면(229)을 갖는다. 상기 스핀들이 제거위치로 회전되면, 이중 기능 씰(190)은 스핀들을 제거하기 위한 힘이 실질적으로 감소되는 오목한 면과 맞물리게 된다.

도 8B 및 도 28 내지 30을 참고하면, 필터요소(78)는 특정 필터요소 위치 및 안정화 방법을 이용하는 카트리지(11)로 조립된다. 입자 작동 탄소 또는 다공성 탄소 블록 필터요소를 포함할 수 있는 필터요소(78)는 축방향으로 바닥 개구부(230)를 통해 카트리지 몸체(74)로 삽입된다. 필터요소(78)는 카트리지 넥(75)의 내측면과 맞물리는 상부 엔드 캡(231)을 구비한다. 특히, 상부 엔드 캡(231)은 상부 축방향으로 스톱을 제공하기 위해 일정간격으로 네 개의 원형 평면과 맞물린다. 필터요소(78)는 바람직한 실시예에서 바닥 개구부(230)에 스핀 용접으로 연결되는 바닥 엔드 캡(233)을 구비한 카트리지 몸체(74) 내에 고정된다. 바닥 엔드 캡(233)은 필터요소(78)의 단부 마개(242)의 중앙 오목부(241)에 맞물리는 중앙 포스트(239)를 구비한다. 스핀용접을 용이하게 하기 위해 수직하게 위치된 필터 카트리지 조립체에 바닥 엔드 캡을 결합하는 것이 바람직하다. 이후, 바닥 엔드 캡(233)이 카트리지 몸체(74)의 개구부(230)에 완전히 스핀용접될 때까지 필터요소(78)의 수직 하향 이동을 방지해야 한다. 상부 엔드 캡(231)은 물 입구(76) 및 출구(77)를 형성하는 상향으로 연장된 필터 넥(234)을 포함하고, 이 중 전자의 상단부에는 스핀들 몸체(71)의 내부와 맞물리는 상부 O-링(235)이 제공된다. 필터 넥(234)의 하부에는 카트리지 몸체 넥(75)의 내부와 밀봉접촉을 제공하는 하부 O-링 씰(236)이 제공된다. 상기 평면(232)에 대해 필터 몸체 내부로 축방향으로 상기 요소를 삽입한 후 스핀용접을 위해 필터요소(78)를 유지하기 위해, 카트리지 몸체 넥(75)의 상단부 바로 위의 넥 부위의 원형 홈(238)에 유지링(237)을 삽입한다. 유지링(237)을 위한 홈(238)은 좁기 때문에 상기 유지링은 넥(75)의 상단부의 내측 가장자리에 반경방향으로 연장된다. 유지링(237)은 상기 카트리지 몸체의 축방향으로의 하향 반대이동에 대한 정방향 스톱을 제공하고, 이로써 상기 카트리지의 바닥을 완전히 고정하도록 감싸기 위한 스핀용접이 가능해진다. 유지링(237)은 밀봉기능을 제공하지 않고 카트리지를 필터헤드(26)에 결합할 때 소정 위치에 위치된다.

카트리지 바닥 엔드 캡(233)은 상기 바닥 엔드 캡의 주변 가장자리로 끼워지는 캡 손잡이 링(240)에 의해 부분적으로 감싸지는 것이 바람직하다. 상기 손잡이 링(240)은 카트리지를 설치 및 제거할 때 사용자가 쉽게 잡을 수 있도록 연성 고무 플라스틱으로 만들어진다. 또한, 손잡이 링(240)에는 사용자가 적절한 필터 카트리지를 선택 및 설치하는 것을 돕도록 코드를 제공하기 위해 색깔을 칠할 수 있다.

Claims (7)

1. 일 단부 상에 축방향으로 연장되며 물 입구 및 출구를 구비한 넥을 갖는 필터 몸체를 구비한 교체가능한 물 필터 카트리지,
   처리할 물 입구 개구부 및 처리된 물 출구 개구부를 갖는 원통형 내벽을 정의하는 외부 하우징을 갖는 필터헤드,
   유동 및 비유동 상태 사이에서 상기 필터 몸체 축에 대한 왕복 회전운동을 위해 상기 외부 하우징 내에 배치된 밸브 스핀들로서, 상기 외부 하우징의 입구 개구부와 출구 개구부를 상기 카트리지의 입구 및 출구와의 연결을 단속하고, 상기 연결의 단속을 위해 상기 카트리지 넥을 수용하기 위한 내부 챔버를 갖는 상기 밸브 스핀들,
   상기 필터헤드를 지지하며 상기 필터 카트리지의 연결을 위한 경계면을 제공하는 환형 장착링, 및
   상기 밸브 스핀들의 제거 및 교체를 위한 향상된 장치를 구비하는 조립체에서 있어서,
   상기 밸브 스핀들의 제거 및 교체를 위한 향상된 장치는,
   스핀들 회전축과 동축을 갖는 상기 밸브 스핀들의 외벽에 형성된 환형 홈을 포함하는 스핀들 잠금 장치(spindle lock)로서,
   축방향 연장 통로를 제공하는 상기 홈 내의 슬롯, 및
   상기 홈에 수용된 상기 필터헤드 외측 하우징의 내부에 배치된 러그로서, 상기 필터헤드 외측 하우징으로부터, 상기 유동 및 비유동 상태 사이의 이동을 포함하는 스핀들 회전운동 범위을 지나 축방향으로 이동하는 것을 방지하며, 상기 필터 카트리지의 연결의 단속, 상기 범위 이상의 상기 밸브 스핀들의 수동회전, 및 상기 외부 하우징 밖으로의 상기 밸브 스핀들의 축방향 이동에 따라 상기 슬롯에 대한 그리고 슬롯을 통한 축방향 및 상기 환형 홈 내에서의 원주방향으로 이동하기에 적합한 러그를 포함하는,
   상기 스핀들 잠금 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 필터 카트리지는 반영구 막 필터를 포함하고 상기 밸브 스핀들은 착탈가능한 압력반응 유동제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 반영구 막은 초필터(ultrafilter) 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 반영구 막은 역삼투 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 장착링은 일 축방향으로부터의 수용 및 상기 필터헤드 하우징의 결합을 위한, 그리고 반대 축방향으로부터의 수용 및 상기 필터 카트리지 넥의 착탈가능한 결합을 위한 환형 오목부를 포함하고,
   상기 필터헤드 하우징 및 카트리지 넥은 그들 사이의 연동 위치에 상기 밸브 스핀들을 고정하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 밸브 스핀들과 맞물리도록 접속된 일 축방향 단부 상에서 스핀들 맞물림 러그를 구비하는 수동 연동 제거 도구를 더 포함하여, 상기 필터 카트리지를 분리한 후, 씰 마찰(seal friction)을 극복하고 스핀들 제거를 가능케 하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 외부 하우징의 원통형 내벽에 대해 동축상으로 인접하게 이격된, 상기 밸브 스핀들 상의 원통형 외벽부;
   상기 밸브 스핀들의 왕복 회전운동에 따라 상기 유동 상태에서는 상기 외부 하우징의 입구 및 출구 개구부에 정렬되고 상기 비유동 상태에서는 상기 입구 및 출구 개구부와 정렬되지 않는 상기 밸브 스핀들 외벽부 내에 형성되어 직경방향으로 대향되는 한 쌍의 유동 포트; 및
   각 유동 포트를 위한 이중 기능 씰을 포함하고,
   상기 씰 각각은 상기 밸브 스핀들 외벽부 상에 지지되고, 상기 유동 상태에서는 상기 유동포트를 감싸고 상기 유동 및 비유동 상태에서는 상기 외부 하우징의 원통형 내벽과 밀봉되어 맞물리는 내부 주변 씰 및 상기 내부 주변 씰을 감싸며 상기 유동 상태 및 비유동 상태에서는 상기 외부 하우징의 내벽에 밀봉되어 맞물리는 외부 주변 씰을 포함하고, 상기 내부 및 외부 씰은 함께 상기 비유동 상태에서 유동을 방지하는 것을 특징으로 하는 장치.

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