KR20010030893A - 물 정화 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

급수 입구, 정화수 출구, 상기 입구와 출구 사이에 위치한, 프리필터 수단(prefilter means)(52)과 미세공 막 필터 수단(microporous membrane filter means)(53)을 구비하는 필터 디바이스, 그리고 물이 일정 유량으로 상기 필터를 통과하게 하는 수단(51)으로 구성된 가정용 식수 정화 장치. 물이 프리필터(prefilter) 수단과 미세공 막 필터(microporous membrane filter) 수단을 구비한 정화 필터 디바이스를 일정 유량으로 통과하도록 함으로 구성된 식수 정화 방법.

Description

물 정화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR THE PURIFICATION OF WATER}

많은 지역에서, 안전하지 않고 신뢰할 수 없는 물의 공급이 이루어진다. 물 공급 시스템이 부족하거나, 또는 그러한 시스템이 있더라도, 종종 특히 미생물에 의해 오염되어 안전하지 않고 마시기에 적당하지 않은 물을 공급한다. 안전하고 마실 수 있는 물을 그러한 지역에서 공급하는 문제는 주목 받아왔고 또한 해당 분야에서 많은 해결책이 제시되어 왔다.

사용될 수 있는 수단 중 하나로 여과가 있다. 많은 경우에, 물 정화 장치에 사용되는 필터는 일정 압력 모드에서 작동한다 즉, 필터가 일정 압력원(source of constant pressure)에 놓여 여과율이 어떤 미리 정한 받아들일 수 없는 수치 아래가 될 때까지 물을 여과한다. 어떤 경우에는, 어느 정도의 유량 조절이 제공된다. 예를 들면, 미국 특허 제5,503,735호는 필터 카트리지 내의 역삼투 필터막을 제공하는 액체 정화 시스템을 보인다. 모든 물이 막을 통과하지는 않고, 막을 통과하지 않는 물은 시스템의 수압과 유량을 변화시키도록 조정될 수 있는 압력 릴리프 밸브를 통과한다. 일정 유량과 가변 압력을 유지하는 장치가, 관개 시스템과 같은 물이 흐르는 시스템에 설치된다. 필터 침투 장치의 통과 속도를 조절하는 공정도 공지되어 있다. 그러한 장치들 중 하나가 미국 특허 제5,238,559호에 기술되어 있다.

일본 특허 05185070호(공개 제5-185070호)에서, 가정용 정수기의 필터 모듈은 통과하는 물이 모듈 내부 흡수재의 허용 흡수 용량을 초과할 때 교체되어야 하고, 필터 모듈 교환 시기를 보이는 수명계(life meter)가 제공된 정수기가 공지되어 있다고 기술되어 있다. 그러나, 공지의 장치들은 물의 유동시간만 측정하는데, 이것은 물 유량의 변동 때문에 신뢰성 있는 표시를 나타내지 않아서, 공지의 장치들은 신뢰성이 떨어진다. 그러므로, 상기 특허는, 일정 유량 밸브, 물 유동의 시작과 정지를 감지하고 이에 대응하는 신호를 발생시키는 센서, 그리고 상기 신호에 근거하여 총 작동 시간을 측정하고 상기 총 작동 시간이 미리 정한 값에 도달하면 신호를 표시하는 수단으로 구성된 가정용 정수기를 제안하고 있다. 상기 특허는 일정 유량 밸브의 다양한 구조를 보이나, 필터 모듈에 있어서는 그 구조를 보이지 않고 선행기술에 나온 다양한 구조를 이용한다고 기술하고 있다.

특히, 단순히 고체 물질만을 제거하기 위한 것이 아니라 미생물도 제거하고 물을 식수로 만들기 위한, 선행 기술의 물 정화 시스템은, 몇몇 관점에서 볼 때 만족스럽지 못하다. 처리량이 보통 적어, 필터는 자주 교환되어야 하고, 넓은 표면적을 가져야 하며, 또한 매우 비싸다.

본 발명의 목적은, 기존 장치의 결함을 갖지 않은, 식수 정화를 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 기존 방법의 결함을 갖지 않은, 물을 정화하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 식수 정화 장치의 작동을 최적화하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명되어질 것이다.

본 발명은 미생물로 오염된 물을 정화하여 마실 수 있도록 하는 장치 및 상기 장치의 작동 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시례에 따른 필터 요소의 단면도.

도 2는 필터 요소의 정면도.

도 3은 본 발명의 하나의 실시례에 따른 필터 디바이스의, 제조 중간 단계에서의, 사시도.

도 4는 본 발명의 하나의 실시례에 따른 필터 디바이스의, 필터 요소의 중앙선을 통과하는 면을 보이는, 단면도.

도 5는 필터 요소에 평행하고 필터 요소의 중앙선을 통과하는 면을 보이는, 도 4의 필터 디바이스의 단면도.

도 6은 본 발명의 다른 실시례에 따른, 도 1과 유사한, 필터 요소의 단면도.

도 7은 2.5 atm의 압력강하가 발생되는, 총 처리량을 천 리터 단위로, ㎝/min 단위의 유속에 대해 플로팅한(plotted) 다이어그램.

도 8은 본 발명의 하나의 실시례에 따른 장치의 개략적인 블록 다이어그램.

본 발명에서는, 급수 입구, 정화수 출구, 상기 입구와 출구 사이에 위치한, 뎁스 필터 층(depth filter layer)과 미세공 필터 막 층(microporous filter membrane layer)을 갖는 필터, 물이 일정 유량으로 필터를 통과하게 하는 수단, 필터 설치 시부터의 시간을 모니터 하는 수단, 물이 필터를 통과한 총시간을 모니터 하는 수단, 상기 시간들 중 어느 것이라도 설정치에 이르면 물이 필터를 통과하지 못하게 하는 수단으로 구성된 물 정화 장치를 제공한다. 물이 일정 유량으로 필터를 통과하게 하는 수단은, 필터에 압력을 가하는 수단과, 공지된 형태의 플로우 리스트릭터(flow restrictor)와 같은, 필터층 전후의 압력강하의 변동에 관계없이 유량을 조절하는 수단으로 구성될 수 있다.

하나의 실시례에서, 뎁스 필터 수단(depth filter means)과 미세공 막 수단(microporous membrane means)은 하기와 같이 형성되고, 조립되어 필터 디바이스(filter device)를 구성하는데, 상기 필터 디바이스는 그 자체로는 본 발명의 요지가 아니기 때문에 여기서는 그 자체로 청구되지는 않을 것이고 그것은 오스모텍사(Osmotek Ltd.)의 이름으로 출원한 출원 제121884호의 발명의 요지이다; 그리고 본 발명의 장치에는, 필터가 물을 연속적으로 통과시켜 정화시키는 뎁스 필터(depth filter)와 미세공 막 필터(microporous membrane filter) 수단으로 구성되는, 다른 여러 형태의 필터가 제공될 수 있다.

실시례에 따른 필터 디바이스는, 다수의 구성 필터 요소로 이루어지는데, 각 필터 요소 자체도 여과작용을 할 수 있다. 그러한 필터 요소는 다음으로 구성된다.

가) 최내측 배수층, 될 수 있으면 실제상 개방의 플라스틱 망;

나) 두 개의 미세공 막(microporous membrane) 층, 바람직하게는, 상기 배수층과의 사이에 끼워지는 지지 섬유 층(support fabric layer)에 의해 지지되고; 더욱 바람직하게는, 95% 이상의 미생물 유지력을 갖고, 상기 두 개의 층이 상기 배수 층의 양측에 대칭적으로 배치됨;

다) 두 개의 뎁스 필터(depth filter) 또는 프리필터(prefilter) 층 (이 두 용어는 본 명세서에서 동일한 것으로 사용됨), 바람직하게는, 상기 미세공 막 층의 양쪽 바깥 측에 대칭적으로 배치되는, 유리섬유 필터;

라) 상기 미세공 막(microporous membrane) 층과 상기 뎁스 필터(depth filter) 층이, 바람직하게는 상기 배수층과 상기 지지 섬유 층(만약 존재한다면) 위쪽의 상부 모서리를 따라 서로 밀봉됨 ;

마) 상기 배수층과 상기 미세공 막 층 및 상기 지지 섬유 층(만약 존재한다면)의 하부가 상기 뎁스 필터 층의 하부 아래로 돌출하고, 상기 미세공 막 층과 상기 뎁스 필터 층의 하부가 밀봉됨;

바) 상기 미세공 막 층과 상기 뎁스 필터 층이, 상기 배수층과 상기 지지 섬유 층(만약 존재한다면)보다 폭이 더 넓고, 측면 모서리를 따라 서로 밀봉됨.

'상부' 와 '하부' 라는 용어는 조립된 필터 디바이스 내의 필터 요소에서의 위치를 지칭한다.

상기 필터 디바이스는, 중앙부에 구멍과 상면을 갖는 베이스 판과, 서로 평행하고 상기 베이스 판에 수직으로 배치되며, 뎁스 필터층의 저면부를 상기 베이스 판의 상면 높이로 하면서 상기 베이스 판의 중앙 구멍을 가로지르는, 복수 개의 전술한 필터요소를 구비하는데, 상기 필터 요소와 상기 베이스 판 중앙 구멍의 내측 모서리와의 사이공간에 접착제를 채움으로써 상기 필터요소가 상기 베이스 판에 끼워진다. 상기 필터는 또한 밀봉된 하우징을 구비하는데, 거기에 필터 요소를 구비한 베이스 판이 견고하게 끼워진다.

상기 필터의 하나의 변형에서는, 상기 필터 요소의 미세공 막 층과 뎁스 필터 또는 프리필터 층이 접착제에 의해 서로 봉합된다.

상기 필터의 또다른 변형에서는, 뎁스 필터층은 얇은 판으로, 각각은 다공의 열가소성 직물 층(layer of porous thermoplastic fabric)을 구비하며, 미세공 막 층(microporous membrane layers) 그리고 지지 층(support layers)은 열가소성이다. 미세공 막 층의 용융 온도가 하나 이상의 다른 열가소성 층들의 용융 온도보다 적어도 50℃ 높으면, 층들은 이후 설명되는 것과 같이 열과 압력을 가함에 의해 서로 밀봉될 수 있다.

본 발명의 전형적인 실시례에서, 장치는 다음으로 구성된다.

프리필터(prefilter);

프리필터에서 분리될 수 있거나, 또는 하나의 구조로 통합될 수 있는 막 필터(membrane filter);

압력 조절기;

유량계;

타이머;

정화수 출구; 및

필요에 따라, 밸브와 압력 게이지.

본 발명은 또한, 물이 일정 유량으로 뎁스 필터 또는 프리필터 그리고 미세공 막 필터 수단을 갖는 정화 필터를 구비한 장치를 통과하게 하고, 필터의 설치시부터의 시간을 모니터하고, 물이 필터를 통과한 총시간을 모니터하고, 상기 시간들 중 어느 하나의 시간이 설정치에 이르면 물이 필터를 통과하지 못하게 하는 것으로 구성된 식수를 정화시키는 방법을 제공한다. 물이 장치를 일정유량으로 통과하게 하는 수단은, 물이 정화되도록 압력을 가해 물을 급수시키는 수단과 공지된 형태의 플로우 리스트릭터(flow restrictor)와 같은, 유량을 조절하는 수단으로 구성될 수 있다. 뎁스 필터 수단과 미세공 막 수단은 전술한 필터 요소에서처럼 형성되고 조립되는 것이 좋고, 그래서 필터가 전체로서는 이전에 설명된 필터 디바이스(filter device)이지만, 본 발명에 따른 방법은, 물이 연속적으로 통과되어 정화되는 뎁스 필터와 미세공 막 필터 수단으로 구성되는 다른 여러 형태의 필터를 구비하는 장치로도 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 식수를 정화하는 것에 대한 것이고, 식수가 아닌 물을 정화하는 것은 여기서는 청구되지 않는다.

본 명세서와 청구범위에 나오는 '식수의 정화' 라는 용어는, 마시기에 적당하지 않은 물을 식수로 만드는 것과 식수이지만 더욱 물의 순도를 증대시키는 것 모두를 포함한다. 바람직하게는, 정화수는 실제적으로 균이 없어야 한다.

도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는, 바람직하게는 공지의 압력 게이지와 압력 레귤레이터를 갖는, 입구(50)를 구비한다. 물이 장치로 통과하도록 하는 압력은, 메인 수관, 급수전과 같은, 급수원 자체에 의해 제공된다. 만일, 압력이 부족한 경우, 적절한 펌프(51)를 사용한다. 52 와 53은 각각 프리필터(prefilter)와 막 필터(membrane filter)를 나타내는데, 도 8의 점선으로 나타낸 것과 같이, 이들은 하나의 필터 디바이스(54)에 통합될 수 있다. 바람직하게는, 필터 다음에 출구 압력 게이지(55)와 정압 레귤레이터(56)가 오는 것이 좋다. 니들 밸브(needle valve)(57)는 상기 레귤레이터 다음에 제공될 수 있다. 이후, 물은, 유닛(58)을 통과하는데, 바람직하게는 이것은 유량계, 타이머, 차단 밸브를 구비하는 통합요소이다. 이후 물은 출구(59)에 도달한다.

도 1 내지 도 5는, 본 발명에 따른 장치의 실시례에서 사용된 필터 디바이스(filter device)를 예시한다. 전술한 바와 같이, 상기 필터 디바이스는, 그 자체로는, 본 발명의 요지가 아니고 다른 출원 발명의 요지이다.

상기 도면에서, 필터 요소(10)는 두 개의 뎁스 필터 또는 프리필터 외층(11)(11')을 구비하는데, 이것은 유리 섬유로 만들어지는 것이 좋다. 상기 층(11)(11')의 안쪽에, 필터요소는 미세공 막 층(12)(12')을 구비하는데, 이것은 바람직하게는 95% 이상의 미생물 유지력을 갖는 것이 좋고, 각각 지지 직물(13)(13') 상에 지지된다. 전술한 모든 층은 실제적으로 개방된 플라스틱 망(14)을 중심으로 대칭적으로 배열되고, 상기 망(14)은 상기 층(11-11')(12-12')(13-13')을 통과한 유체를 배출하는 배수층을 구성한다. 층(11-11')(12-12')은 서로 일치하고 접착제, 특히 고온 용융 접착제 또는 용접에 의해 서로 밀봉된다. 뎁스 필터 층(11-11')과 미세공 막 층(12-12')은 또한 모서리(22)에서 서로 밀봉된다. 비록 용접이 사용된 본 발명의 실시례에서는 층(13)(13')이 모서리 봉합부(edge seal)까지 뻗어 서로 열가소성적으로 밀봉되어 있지만, 배수층(14)과 직물 지지 층(13-13')은 요소의 상부 즉, 봉합부(seal)(15)까지 뻗지 않는다. 도 1과 도 2에서, 양 프리필터층(11)(11')은 요소의 하부까지 뻗어 있지 않지만, 미세공 막 층, 지지 직물 층 그리고 배수층은 하부로 돌출되어 있다. 뎁스 필터층(11-11')은 20-20'에서 미세공 막 층(12-12')과 밀봉된다. 지지층(13-13')과 배수층(14)은 다른 층보다 폭이 좁아 봉합(22)에 간여하지 않는다.

도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 다수의 필터 요소(10)가 연결되어 필터 디바이스를 제공하며, 도 3은 필터 디바이스(filter device)의 중간 제조 단계를 나타낸다. 상기 필터 장치(30)는 외곽이 33으로 표시된 중앙부 구멍(32)을 갖는 베이스 판(31)을 구비한다. 필터 요소(10)는 상기 중앙 구멍(32)을 관통하며 그 모서리(20)가 베이스 판(31)의 상부 모서리와 같은 높이에 있도록 놓여진다. 도 3에서, 중앙 구멍(32)은 필터 요소(10)로 채워지지 않고, 도면에서 보이는 바와 같이, 디바이스 앞에 공간이 남겨져 있다.

도 4 및 도 5에서, 필터가 완전히 조립되어 있고 중앙 구멍(32)은 필터요소(10)로 채워져 있다. 필터 요소와 구멍(32)의 내측 모서리(33)와의 사이공간에 적절한 접착제를 채움으로써, 필터요소가 베이스 판에 끼워져, 요소(10)와 베이스 판(31) 사이에는 유체의 유동 통로가 존재하지 않는다. 베이스 판(31)은 적절한 필터 하우징(35)에 기계적으로 봉입된다. 하우징은 상부(36)가 개방되어, 여과될 물의 입구 역할을 한다. 물이 각 요소(10)의 여러 층을 통과하는데, 외측 뎁스 층(11-11')을 통해 들어와 배수층(14)으로 빠져나가서, 여과수의 출구인 하우징(35)의 구멍(37)에 도달한다.

도 6에 보이는 것은 필터 요소의 변형으로, 프리필터층이, 유리 섬유 박판 필터층(40-40')과 용융온도 T1을 갖는 다공의 합성 직물 층(41-41')으로 대체되었고, 미세공 막 층(42-42')이 용융온도 T2를 갖는 열가소성물질로 마련되었으며, 지지층(43-43')은 용융온도 T3를 갖는 다공의 합성 직물이고 모서리(15)(22)(도2 참조)를 따라 전술한 층과 일치한다. T2가 T1 또는 T3 보다 적어도 50℃ 이상 높다면, 상기 요소의 봉합부(15)(22)는 T1이나 T3 보다 높은 온도의 열간 다이(hot die)로 가압 용접함에 의해 한번의 단계로 생성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 식수가, 하나의 필터 요소나 복수개의 필터요소를 일정 유량으로 통과함에 의해 정화된다. 뎁스 필터와 미세공 막을 구비하는 필터에서, 일정 유량(constant flow rate)으로 필터를 작동시키는 것은 일정 압력(constant pressure)에서의 작동에 비해 매우 유리한 것으로 나타났는데, 일정 유량에서 작동하는 필터 디바이스는 더 적은(심지어 10배 더 적은) 막 표면적(membrane surface area)으로, 일정 압력에서 작동하는 필터 디바이스에서의 처리량과 같은 양을 처리하기 때문이다. 본 발명의 실시례에 따른 장치에 구비된, 0.05㎡의 필터 면적을 갖는 필터 디바이스는, 평균 여과 지수 10으로 수돗물에서 작동될 때, 2 리터/분의 일정유량에서 3000리터의 여과수를 생산할 수 있고, 세 달에 한번 이상, 상기 3000 리터의 여과수를 생산하기 전에, 교환될 필요가 없다.

일정 압력(constant pressure)에서 작동될 때, 프리필터와 미세공 막을 구비하는 필터에 다음의 현상이 발생한다. 작동의 시작 단계에서, 필터의 유체 저항이 최소이고, 유량이 최대이며, 그리고 프리필터의 효율은 최하인데, 이는 입자의 속도가 증가할수록 효율이 감소하기 때문이다. 결과적으로, 입자가 프리필터를 통과하여 미세공 막의 표면에 걸려서, 구멍을 막고, 유량을 감소시킨다. 여과가 계속됨에 따라, 유속은 계속해서 감소하고, 그 결과 프리필터의 여과 효율이 증대되게 된다. 프리필터와 막의 저항은, 총 저항에 의해 필터가 더 이상 유용한 유량을 제공하지 못할 때까지 증가한다. 일정 유량(constant flow rate)에서 작동할 때는, 여과 단계의 처음부터 최대량의 입자가 프리필터에 걸리도록 유속을 선택하는 것이 가능하여, 필터의 총 처리량이 매우 증대된다.

전술한 실시례에 따른, 일반적으로는 뎁스 필터와 미세공 막 필터로 구성된 필터, 특히 전술한 것과 같은 필터를 구비한 장치 작동의 일반적인 최적화 방법은 다음의 단계로 이루어진다.

1. 초기의 편의에 따른 일정 유량(constant flow rate)에서 작동되는 필터 요소가, 미리 정해 놓은 필터 전후의 총 압력강하가 생길 때까지 테스트된다.

2. 결과가 도 7에서와 같이 플로팅 되는데, 총 처리량이 유속(유량을 필터 요소의 표면적으로 나누어 얻음)에 대해 플로팅 된다.

3. 일정 유량(constant flow rate)을 변화시키던지, 아니면 요소의 표면적을 변화시키면서, 테스트를 도 7 전체가 완성될 때까지 계속한다.

4. 원하는 총 처리량이 선택되고, 그리고 나서 일정 유량과 막 요소 표면적의 편리한 조합이 선택된다.

5. 상기 4번에 따라, 필터가 일정 유량 모드(constant flow mode)에서 작동된다.

유리 섬유 뎁스 필터와 공칭 0.2 미크론의 구멍 크기를 갖는 미세공 막을 구비하는 평판 막 필터 요소에 대해, 총 처리량(2.5bar의 압력강하) 데이터가 도 7에 나와 있다. 일정 유량으로 작동될 때, 임계 속도 아래에서, 막 필터의 총 처리량은 수 배 증대될 수 있다는 것을 분명히 알 수 있다.

프리필터 또는 뎁스 필터(12)는 공지된 어떠한 프리필터 물질일 수 있는데, 예로서, 유리섬유, 카본, 셀룰로오스, 폴리올레핀 또는 다른 합성 중합 물질과 같은, 섬유질 또는 미립자의, 무기 또는 유기 물질일 수 있다. 프리필터는 또한 막에 최소 5 X 구멍의 직경 만큼의 구멍을 구비하고, 섬유, 마이크로 섬유, 미립자로 된 압착 다공성 블록의 형태일 수 있고, 또는 직조되거나 직조되지 않은 직물(woven or non-woven fabric) 형태일 수 있는데, 이러한 것들은 모두 당 분야에 공지되어 있다. 대략 450 미크론의 두께를 갖고 1 미크론의 공칭 입자제거 등급을 갖으며, 결합제(binding agent)를 함유하지 않은, 비-직조 유리 섬유 물질은 수돗물의 여과에서 특히 선호된다.

미세공 막 층(14)은 0.05 ~ 0.45 미크론의 구멍을 갖는 미세공 필터인 것이 좋은데, 일반적으로 폴리설폰, 나일론, 불화 폴리비닐리덴과 같은 고온 열가소성 중합체 또는 세라믹 물질, 금속과 같은 무기 물질로 제조되고, 당 분야에 공지된 바와 같이, 0.05 ~ 30 ㏄/sq. ㎝/sec/atm 의 물 침투성을 갖고 있다.('제약 산업에서의 여과'(Theodore H. Melzer, Marcel Dekker Inc. N.Y., Copyright 1987, ISBN 0-8247-7519-8)의 2-4 장)

막 지지 층(16)은 물에서 부풀거나 뒤틀어지지 않는 합성 물질의 직조(woven) 또는 비-직조 직물(non-woven)인 것이 좋다. 폴리올레핀으로 만들어지는 비-직조 직물은 특히 이 목적에 알맞은데, 그 용융 온도 범위가 막 층(14)의 제조에 사용되는 많은 중합체의 용융 온도보다 충분히 낮기 때문이다. 이상적으로, 이 층은 최대 침투성을 가져야 하는데, 지지되는 막 층의 침투성보다 최소한 열 배 이상이어야 한다.

유체 통로를 형성하기 위해 필터 물질 층을 분리시키는 플라스틱 망(18)으로, 압출이나, 연속 플라스틱 필라멘트의 직조와 같은, 다른 공정을 통해 제조된 다수의 열가소성 물질을 사용할 수 있고, 당 분야에 잘 알려져 있다. 그러한 물질의 예로, 낼 플라스틱(Nalle Plastics, Austin, Texas)에서 낼택스(Naltex)라는 상표로 제조되는 폴리프로필렌 망이 있다.

하기의 예는 본 발명의 전술한 실시례에 따른 장치의 작동을 보인다.

대략 24 ㎠ 의 유효 필터 표면적을 갖는 막 필터 요소가, A/E 유리 섬유 프리필터 물질(Gelman Sciences, Ann Arbor, Mi, USA), 슈퍼 200 미세공 막(Gelman Sciences, Ann Arbor, Mi, USA), 막 지지 층으로서의 폴리프로필렌 비-직조 직물 그리고 배수통로를 형성하기 위한 폴리프로필렌 망(Nalle Plastics, Texas, USA)으로 만들어졌다. 에폭시 접착제가 접착 봉합부를 형성하는데 사용되었다. 50~500 ㎠ 의 유효 여과 표면적을 갖는 필터 어셈블리를 형성하기 위해, 다수의 상기 요소가 4㎜ 두께의 플라스틱 베이스 판에 에폭시 접착제를 사용하며 끼워져 필터 어셈블리를 형성하였다. 액상의 음식에 직접적으로 접촉되어도 좋다고 승인된 고온 용융 접착제는 상점에서 입수할 수 있다.(예로서, Bostik, H.B. Fuller ＆ Collano companies 제품)

각 필터 어셈블리는 적절한 하우징에 단단히 담겨지고, 그 결함이 버블 포인트 법(bubble point technique)으로 첫 번째로 시험되었다. 단기간의 물의 흐름 후, 하우징의 입구가 가스 압력원에 연결되고 하우징으로부터 여과수를 빼내는 출구 튜브가 수조에 놓여졌다. 하우징 출구 튜브에서 처음으로 일정한 거품의 흐름이 나오는 것이 보일 때까지 가스의 압력이 천천히 높여졌다. 버블 포인트로 지칭되는 이 압력, 3.2atm이 슈퍼200 막의 제조사가 지정한 압력의 0.1 atm 이내인 것으로 나타나서, 하우징과 필터 어셈블리가 완전히 결합되고 막은 지정된 공칭 구멍 크기를 갖는다는 것이 확인되었다.

본 발명의 실시례에 따른, 상기 필터 어셈블리를 구비하는 물 정화 장치는 2리터/분의 일정 유량에서 테스트되었다. 장치 전후의 압력 게이지가 압력강하를 측정하였고, 압력강하가 2.6 bar를 초과할 때 테스트가 종결되었다. 총 수량계가 누적처리량을 측정하였다. 이러한 어셈블리의 실험 데이터가 도 7에 나와 있다. 수질이 침니 밀도(silt density) 또는 여과 지수 법(filtration index technique)에 의해 주기적으로 모니터 되었는데, 지수가 8 과 15 사이에서 변했고, 평균치는 10~12였다.

도 7을 참조하면, 미리 설정된 여과 처리량과 유량을 달성하는데 최소량의 프리필터와 막 필터를 사용하는 필터가 설계될 수 있다.(예를 들면, 2리터/분의 유량, 2.5atm 의 최대 압력강하에서, 10,000리터의 총 처리량을 제공하도록 요구되는, 여기에 기술된 것과 같은 필터)

도 7에 보이는 바와 같이, 상기 처리량의 최대 유속은 8㎝/min을 초과하지 않아야 한다. 요구된 유량이 2000㏄/min 이므로, 요구되는 필터 표면적(프리필터와 막 필터 모두)은 총 유량을 속도로 나눈 것, 또는 250㎠ 이다. 물론, 필터 성능에 여유를 두고 수질에 있어서 가능한 변동(도 7의 데이터의 경우는 상당히 일정하게 나타났다)을 커버하기 위해, 더 큰 면적을 제공하는 것도 가능하다.

본 발명의 특정 실시례로, 도 8의 개략도를 참조하면, 10atm 까지의 압력에서 분당 10-20리터의 용량을 갖는 표준 원심 펌프가, 급수원(source of tap water)으로부터 지속적으로 충진되는 50리터의 탱크에 부착되었다. 펌프 출구 다음에, 4 atm의 입구 압력으로 맞춰지고, 게이지를 구비한 표준 0-6atm 레귤레이터 (Braukmann GbH, Ger.)가 위치되었다. 이것은 여기에 기술된 것과 같이 제조된 필터 요소를 구비하는 필터 하우징에 부착되었다. 출구의 압력 게이지 다음에, 유효하게 조절할 수 있는 범위 중 가장 낮은 설정치인 0.5 atm으로 맞춰진 두 번째 레귤레이터가 위치되었다. 이 다음은 총 수량계(Arad ltd., Israel)와, 니들 밸브(needle valve)를 일체로 구비한 볼 플로우 미터(ball flow meter)(Fisher Porter, USA)가 위치되었다. 별도의 전자 콘트롤러가 시간에 따른 차단을 위한 표준 솔레노이드 밸브를 제어하였다.

본 발명의 실시례들은 예시의 목적으로 기술되었고, 본 발명의 핵심 또는 청구의 범위 내에서, 본 발명은 당업자에 의해 여러 형태로 수정, 변경, 개조되어 실시될 수 있다.

Claims (10)

1. 급수 입구, 정화수 출구, 상기 입구와 출구 사이에 위치한, 프리필터 수단(prefilter means)과 미세공 막 필터 수단(microporous membrane filter means)을 구비하는 필터 디바이스, 그리고 물이 일정 유량으로 상기 필터 디바이스를 통과하게 하는 수단으로 구성된 가정용 식수 정화 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 필터 디바이스의 설치시부터의 시간을 모니터하는 수단과, 물이 상기 필터 디바이스를 통과한 총시간을 모니터 하는 수단과, 상기 시간들 중 어느 하나라도 설정치에 이르면 물이 필터 디바이스를 통과하지 못하게 하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 물이 일정 유량으로 상기 필터 디바이스를 통과하게 하는 수단은, 필터에 압력을 가하는 수단과 압력의 변화에 관계없이 유량을 조절하는 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 유량을 조절하는 수단이 플로우 리스트릭터(flow restrictor)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 급수 입구, 정화수 출구, 상기 입구와 출구 사이에 위치한, 프리필터 수단(prefilter means)과 미세공 막 필터 수단(microporous membrane filter means)을 구비하는 필터 디바이스, 그리고 물이 일정 유량으로 상기 필터 디바이스를 통과하게 하는 수단으로 구성된 가정용 식수 정화 장치에 있어서,

   상기 필터 디바이스(filter device)는,

   가) 다음으로 구성되는 상기 필터 요소;

   1) 최내측 배수층,

   2) 상기 배수층의 양측에 대칭적으로 배치된 두 개의 미세공 막(microporous membrane) 층,

   3) 상기 미세공 막 층의 양쪽 바깥 측에 대칭적으로 배치된 두 개의 프리필터(prefilter) 층,

   4) 상기 미세공 막 층과 상기 프리필터 층이 상부 모서리를 따라 일체로 밀봉됨,

   5) 상기 배수층 및 상기 미세공 막 층과 상기 프리필터 층의 하부가 밀봉됨,

   6) 상기 미세공 막 층과 상기 뎁스 필터 층이 상기 배수층 보다 폭이 더 넓고, 측면 모서리를 따라 서로 밀봉됨;

   나) 중앙부에 구멍과 상면을 갖는 베이스 판에 수직하며 서로 평행하게 배열되고, 프리필터 층의 저면부를 상기 베이스 판의 상면 높이로 하면서 상기 베이스 판의 중앙 구멍을 가로지르는, 하나 또는 그 이상의 상기 필터 요소;

   다) 상기 필터 요소와 상기 베이스 판 중앙 구멍의 내측 모서리와의 사이공간에 접착제를 채움으로써 상기 필터 요소가 베이스 판에 일체로 부착됨;

   라) 하우징으로 들어오는 여과되지 않은 물이 하우징에서 여과된 상태로 빠져나가게끔 하기 위해 물이 필터 요소를 강제로 통과하도록, 상기 필터 요소와 베이스 판이 유체가 가압될 수 있는 하우징(fluid pressurizable housing)에 일체로 봉입됨;

   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 물이 프리필터(prefilter) 수단과 미세공 막 필터(microporous membrane filter) 수단을 구비하는 정화 필터 디바이스를 일정 유량으로 통과하도록 함으로 구성된 식수 정화 방법.
7. 제6항에 있어서, 필터 디바이스의 설치시부터의 시간을 모니터하고, 물이 필터 디바이스를 통과한 총시간을 모니터하고, 상기 시간들 중 어느 하나라도 설정치에 도달하면 물이 필터 디바이스를 통과하지 못하게 하는 것을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
8. 가) 미리 정해 놓은 필터 전후의 총 압력강하가 발생할 때까지 필터를 초기 일정 유량에서 작동시킴;

   나) 상기 작동 중에, 유속에 대한 총 처리량을 모니터하고 플로팅 함;

   다) 다양한 일정 유량과 다양한 필터 표면적으로 상기 작동을 반복함;

   라) 원하는 처리량을 플로팅한 그래프로부터 선택하고, 플로팅 그래프에서 상기 처리량에 대한 최대 허용 유속을 읽음;

   마) ℓ/min 의 단위로 표시된 원하는 일정 유량을 ㎝/min 의 단위로 표시된 최대유속으로 나눈 것과 같은, 필터 면적을 ㎠ 의 단위로 선택함;

   의 단계로 구성되는, 뎁스 필터와 미세공 막 수단으로 구성된 필터의 작동 방법.
9. 설명되고 예시된 바와 실제적으로 같은, 식수를 정화하는 방법.
10. 설명되고 예시된 바와 실제적으로 같은, 물 정화 장치.