KR20030067680A - 비례 유량 공급기를 구비한 워터 필터 카트리지 - Google Patents
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Abstract
특히, 본 발명은 카트리지를 통하여 흐르는 미처리수의 후류(slipstream)를 고체 화합물로 처리하는, 진보된 수처리 카트리지용 공급기 관을 특징으로 한다. 공급기 관은 제 1 말단 및 제 2 말단을 포함하므로, 물의 후류는 일반적으로 제 2 말단에서 공급기 관으로 흘러들어가서, 제 1 말단에서 공급기 관으로부터 빠져나온다. 하부 플러그 어셈블리는 작동상 제 2 말단과 연관되며, 물의 후류 부분을 여과 및 정제할 수 있는 크기와 구성을 가지는 다공성 플러그를 포함한다.
Description
본 발명에서는 미국 특허 4,857,189 및 RE 34,031에 개시되어 있는 수처리 카트리지를 다루며, 이 둘은 모두 본 명세서에 참조로 병합되어 있다. 이들 카트리지는 처리된 활성탄재로 물을 여과하며, 그렇게 하는 동안, 카트리지 내에 위치하는 자루 모양의 다공성 필터 격막에 부착되는, 프리코트 방식의 여과를 개시하고 있다. 물이 입구를 통해 카트리지로 들어가서 입구 통로를 통해 진행할 때, 여과재와 격막을 차례로 통과하면서 이동한 다음, 출구 스택 및 출구를 통해서 밖으로 나온다.
경수로 인한 스케일링을 감소시키기 위하여, 여과수에 인산염 화합물을 첨가하는 것이 일반적이다. 통상적인 적용에 있어서는, 여과와 동시에, 수처리 카트리지를 통하여 흐르는 소량의 물에 고체 인산염 화합물을 용해시켜서 인산염을 첨가한다. 공급기 관(feeder tube) 내부에 인산염 결정을 놓고, 소량의 여과수를 공급기 관을 통하여 공급하면, 인산염 결정의 일부가 용해된다. 그리고 나서, 인산염을 함유한 물을 블리드 홀(bleed hole)을 통하여 출구 스택으로 배출하여, 나머지 여과수와 합한다.
종래에는, 미리 여과된 물의 일부를 공급기 관에 공급하는 방법으로 인산염을 첨가하였다. "화분 어셈블리(flowerpot assembly)"를 개구가 위로 향하는 필터 카트리지의 상부 근처에 위치시킴으로써, 중력이나 난류로 인해 입구관으로부터 오리피스 내의 여과재가 빠져나가지 않는다. 이러한 화분 어셈블리는 또한 개구 및 체크 밸브 사이에 여과 재료를 수용한다. ABS 배관을 이용하여, 여과된 물의 일부를 화분 어셈블리의 밸브를 통하여 공급기 관으로 흘려보낸다. 배관은 메틸 에틸 케톤(MEK)과 같은 용매를 사용하여 양단을 모두 고정하여, 배관이 화분 어셈블리의 출구 및 공급기 관의 입구에 고정되도록 한다. 배관의 어느 한쪽 끝을 커넥터에서 압입한 다음, 화학 용제로 고정하여 접속을 확실히 한다. 또다른 용매 접합을 필요로 하는, 그리드 스크린 및 압축링을 사용하여, 관의 구부러진 곳에서 인산염 결정이 유로를 막지 않도록 한다.
바람직한 용매는 MEK이다. 이 용매는 물리적 접속뿐아니라, 밀봉 접속도 확실히 한다. 물이 ABS 배관을 통하여 공급기 관으로만 진행하고, 화분 어셈블리로 새지 않도록 해야만 하므로. 밀봉 접속을 하는 것이 중요하다.
그러나, MEL와 같은 용매를 사용하면, 제작 및 수처리 카트리지 사용상, 많은 문제점이 발생한다. 무엇보다도, 용매를 수작업으로 칠하는 것은, 시간이 많이든다. 또한, 제작시, 접착제 건조에 시간이 필요하므로, 진행이 더욱 늦어진다. 마지막으로, MEK-유동성 ABS 버블이 형성되어, 플라스틱관의 유로를 차단할 가능성이 있다. 따라서, 공기를 불어넣어서, 형성되는 버블을 터트리는 부품을 설치한다. 이러한 공정은 시간과 재료가 많이 든다. 그러므로, 제작시에 더 쉽고, 시간을 덜 들이면서 조립할 수 있는, 더 적은 수의 접속부가 요구된다.
화분 어셈블리 및 ABS 배관을 사용하여 공급기 관에 물을 공급하려면 꼭 필요하지는 않은 몇몇 부품의 사용이 요구된다. 이러한 부품에는, 화분 하우징, 배관, 그리드 스크린 및 압축링이 포함되며, 구입하거나, 창고에 보관하거나, 비축하거나, 제작 공정시 입수가능하여야 한다. 이러한 부품을 사용하지 않게 된다면, 필터 카트리지의 가격을 낮추고, 제작이 더욱 용이해질 수 있다.
또한, 일단 카트리지가 사용중인 경우에도, 종래 구조에는 불리한 점이 있다. MEK 용매를 사용하기 때문에, 이 용매가 여과수로 들어갈 수도 있다는 걱정이 있을 수 있다. 이러한 방식의 물 여과는 정수를 목적으로 하기 때문에, 물이 용매로 오염될 수 있다는 가능성은 문제가 된다. 따라서, 용매가 물에 도입되지 않으면서, 물을 공급기 관으로 수송하여야만 한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 미처리수를 끌어와 고체 화합물로 처리하는, 신규하고, 진보된 워터 필터 카트리지용 공급기 관을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 제작시에 조립하기 더 쉽고 시간이 덜 드는 필터 카트리지와 흐름이 연결되는 진보된 공급기 관 구조를 제공하는 데에 있다.
또다른 본 발명의 목적은 화학 용제를 사용할 필요가 없는 진보된 필터 카트리지를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제작시 소요되는 부품이 적고, 비용이 적게 드는 진보된 워터 필터 카트리지를 제공하는 데에 있다.
본 발명은 음용수 처리 시스템용 필터에 관한 것으로, 특히, 용해성 화합물을 여과수로 공급 또는 도입하기 위한 장치를 가지는, 프리코드 방식 여과재 (precoat style filter media)와 함께 사용하기 위한 필터 카트리지에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 사용하기에 적합한 수처리 카트리지의 수직단면도이다.
도 2는 하단 플러그 어셈블리의 분해조립도이다.
도 3은 본 발명의 공급기 관의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 하단 플러그 하우징 및 케이지의 사시도이다.
이러한 또는 다른 목적들은, 원하는 양의 미여과수를 플러그 어셈블리를 통하여 끌어와 고체 화합물로 처리하는 공급기 관을 특징으로 하는, 본 발명에 의해서 충족되거나 또는 초과달성될 수 있다. 플러그 어셈블리는 물이 고체 화합물로 처리되기 전에 물을 여과 및 정제한다.
특히, 본 발명은 카트리지를 통하여 흐르는 미처리수의 후류(slipstream)를 고체 화합물로 처리하는, 진보된 수처리 카트리지용 공급기 관을 특징으로 한다. 공급기 관은 제 1 말단 및 제 2 말단을 포함하므로, 물의 후류는 일반적으로 제 2 말단에서 공급기 관으로 흘러들어가서, 제 1 말단에서 공급기 관으로부터 빠져나온다. 하부 플러그 어셈블리는 작동상 제 2 말단과 연관되며, 물의 후류 부분을 여과 및 정제할 수 있는 크기와 구성을 가지는 다공성 플러그를 포함한다.
작동 시에는, 다공성 플러그에 의해서 미처리수의 후류가 여과 및 정제된다. 그리고 나서, 밸브를 통하여 공급기 관으로 들어가서, 여기서 고체 화합물과 반응하게 된다. 그리고 나서, 여과 및 처리된 물은 블리드 홀을 통하여 공급기 관으로부터 배출된다. 미처리수를 공급기 관으로 직접 끌어오므로, 종래기술에서 필요한 배관, 그리드 스크린, 압축링 및 화분 하우징이 필요하지 않다. 이러한 워터 필터 카트리지의 여과 시스템은 간단하기 때문에, 제작이 신속하며 비용이 더 적게 든다.
또한, 종래기술에서 배관은 용매 접합에 의해서 화분 어셈블리 및 공급기 관에 부착된다. 본 발명은 이러한 방식의 접속이 없기 때문에 더 쉽고 빠르게 제공된다. 용매 접합 접속부가 없으므로, MEK-유동화 ABS 용매 버블이 물의 흐름을 차단할 가능성이 없으며, 물의 흐름이 차단되는 것을 막기 위한 특별한 공정도 필요하지 않다. 이러한 요인들로 인해서 본 발명의 공급기 관의 제조비용이 감소된다.
또한, MEK 용매를 사용하지 않으므로, 더욱 청정한 물을 얻을 수 있다. 필터 카트리지 제조시에 용매를 사용하지 않으므로, MEK가 물로 누출될 가능성이 없다. 물이 필터 카트리지를 빠져 나올 때, 오염이 더 적으므로, 더욱 청정한 물이 제공된다.
본 발명의 가장 바람직한 실시형태
본 발명은 상부 근처에 위치하는 화분 어셈블리, 그리드 스크린 또는 접속링 및 관련 용매 접속부들을 사용할 필요가 없는 수처리 카트리지용 공급기 관을 제공한다. 본 발명에 따른 공급기 관은 다공성 플러그에 트랩핑된 여과재를 통과한 후, 밸브를 통하여 관으로 흐르는 물을 취한다.
일반적으로, 물은 음용수로 만들 목적으로 처치 및 여과한다. 마실 물에 사용하기 위해서는, 구성 부품의 구조에 사용되는 모든 화학제 및 재질들이 적당한 기관, 예를 들어, 식약청의 요구조건에 부합하여야만 하는 것으로 이해된다. 이러한 재료들을 사용하지 않으면, 많은 경우, 공급기 관 또는 필터 카트리지가 본 발명에 따라 만족스럽게 작동하더라도, 제조된 물의 사용이 가용 수질 규정에 의해서제한될 것이다.
도 1에는, 수처리 카트리지(일반적으로 10으로 표시)를 도시하였고, 일반적인 물의 흐름을 표시하였다. 본 카트리지(10)는 본 발명에 참조로 병합된 미국특허 3,746,171의 필터 헤드와 함께 사용하도록 설계된 방식이다. 그러나, 본 발명의 필터 시스템은 어떠한 필터 시스템과도 사용하는 것을 고려할 수 있다.
수처리 카트리지(10)는 입구관(14)에, 카트리지(10)로 미처리수가 흘러들어가는 입구 포트(12)를 가진다. 물은 카트리지(10)을 통하여 일반적으로 화살표(13)로 표시한 방향으로 흐른다. 물이 입구관(14)에서 나오면, 수처리 카트리지(10)내에 수용되는 필터 장치(일반적으로 16로 표시)와 만난다. 이러한 방식의 필터 카트리지에 사용하기 위한 적합한 필터 장치(16)가 당해 기술분야에 많이 공지되어 있다. 바람직한 필터 장치(16)는 과립 활성탄, 파형 필터 격막, 탄소 블록, 탄소 베드 또는 방사류 과립 탄소 베드를 포함한다.
몇몇 예에서, 두가지 이상의 여과법을 조합하여 더욱 효과적인 방식의 필터 장치(16)를 제공할 수 있다. 가장 바람직한 카트리지(10)에서는, 파형 격막(18)에 추가하여, 함께 필터 장치(16)를 형성하는 탄소 혼합물(17)과 같은 여과재를 이용한다. 탄소 혼합물(17)에 의해서 물이 정제된다. 격막(18)은 다공성 여과 재료로 된 주름잡힌 자루이다. 물이 격막(18)을 통과하여 흐를때, 격막은 자루의 바깥쪽에 있는 구멍에 탄소 혼합물을 트랩핑하여 물에서 탄소 혼합물(17)을 분리한다. 이것이 프리코팅이라고 알려져 있는 공정이다.
격막(18)을 탄소 혼합물(17)로 프리코팅하는 것은 바람직한 여과 시스템의필수 구성요소로서, 물이 격막을 통과하기 전에 미립화 탄소에 가까이 접촉할 수 있도록 해준다. 탄소 프리코트는 또한 격막(18)에 접촉하는 탄소 혼합물(17) 조각들 사이의 오염 입자를 트랩핑하므로 추가적인 여과를 제공한다. 그리고 나서, 여과수는 격막(18)으로부터 버튼 포트(21)을 통하여 출구 스택(20)으로 흐르고, 출구 포트(22)로 향한다. 바람직한 실시형태에서, 입구포트(12) 및 출구포트(22)는 서로 동심원 구조로 되어 있으나, 당해 기술분야에 공지된 다른 배치도 고려할 수 있다.
카트리지(10)를 통하여 흐르는 물의 일부를 처리하고자 하는 경우에는, 물의 주류(main stream)는 상기한 바와 같은 경로로 흐르게 하고, 후류(slipstream)는 다른 경로로 흐르게 한다. 격막(18)을 통하여 출구 스택(20) 및 출구 포트(22)로 흐르는 대신에, 후류는 필터 카트리지(10) 내의 압력 차이에 의해서 공급기 관(일반적으로 24로 표시)을 통하여 우회하여 흐른다. 용해성 화합물(26)이 공급기 관(24) 내에 수용되며, 물이 관을 통과하는 동안 후류를 처리한다. 공급기 관(24)을 통하여 흐른 후에, 출구 포트(22)를 통하여 배출되기 전에, 물의 후류 부분 및 주류 부분이 출구 스택(20)에서 합쳐진다.
공급기 관(24)은 물의 후류 부분이 고체 화합물(26)과 반응할 수 있도록 해 준다. 물과 고체 화합물(26)의 반응은 고체 화합물 일부를 물에 용해 또는 침출하는 것과 같은 물리적 반응, 및 물의 pH를 변경하여 산 또는 염기를 중화하는 화학적 반응을 포함한다. 고체 화합물(26)과 접촉하게 되는 후류의 물은 주류와 비교할 때, 그 성질이 변화된다. 많은 고체 화합물(26)이 수처리에 적합하다. 예를들어, 스케일의 형성을 감소시키기 위해서 시트르산 또는 인산염을 용해하는 것, 박테리아 성장을 억제하기 위해서 은을 물에 침출시키는 것, 또는 물의 pH를 변화시키기 위해서 산이나 염기로 처리하는 것이 포함된다. 스케일을 감소시키는 첨가제로서 인산염 화합물이 보통 사용되며, 고체 화합물(26)로서 바람직하다. 가장 바람직한 고체 화합물(26)은 테트라 소디움 피로포스페이트 데카하이드레이트(TSPP H2O)이다. 빨리 용해하며, 포화 용액을 형성하기 쉽기 때문에, 식용 테트라 소디움 피로포스페이트 데카하이드레이트(Mallinckrodt Chemical Co.에서 입수가능, Code No. 7956)를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
도 1 및 3에 나타낸 바와 같이, 공급기 관(24)은 제 1 말단(28) 및 제 2 말단(30) 및 일반적으로 실린더형 벽(32)를 가진다. 제 1 말단(28) 및 제 2 말단(30) 사이에, 바람직하게는 과립 또는 정제 형태인 고체 화합물(26)이 배치된다. 제 1 말단(28)은 카트리지(10)의 상부(33)를 향하고, 일반적으로 버튼 포트(21)에 근접하여 위치한다. 또한, 제 1 말단(28)은 배리어(34) 및 블리드 홀 또는 보어(35)와 작동상 연관된다. 하부 플러그 어셈블리(일반적으로 36으로 표시)는 제 2 말단(30)에 위치한다.
배리어(34)는, 바람직하게 벽(32)과 일체형으로 형성되며, 후류의 물이 공급기 관(24)과 출구 스택(20) 사이를 자유롭게 흐르는 것을 방지하다. 물의 흐름은 바람직하게 공급기 관(24)의 축에 대하여 사각, α에 위치하며, 공급기 관과 출구 스택(20) 사이의 배리어(34)를 통하여 연장되는, 블리드 홀(35)의 지름을 조절하여제어된다. 배리어(34)는 공급기 관(24), 출구 스택(20) 중 어느 하나의 일부일 수 있으며, 이들 사이에 끼워진 독립된 부품일 수도 있다. 출구 스택(20), 공급기 관(24) 및 배리어(34)사이의 접속은 밀봉하여 미여과수가 후류로 들어가는 것을 방지한다. 이와 달리, 출구 스택(20), 배리어(34) 및 공급기 관(24)은 일체형 구조로 제조될 수 있다.
바람직하게, 공급기 관(24)은 또한 고체 화합물(26)과 블리드 홀(35) 사이에 스크린(37)을 가진다. 스크린(37)은 화학적으로 불활성인 재료로 된 그리드 스크린 또는 여과포일 수 있다. 플라스틱 재료가 바람직하며, 폴리프로필렌 모노필라멘트 포가 가장 바람직하다. 스크린(37)의 그리드 크기 또는 기공률은 고체 화합물(26) 입자가 블리드 홀(35)을 막는 것을 방지할 수 있을 정도로 작아야 하며, 공급기 관(24)을 통하는 물의 유량을 감소시키지 않을 정도로 커야 한다. 스크린(37)은 블리드 홀(35)과 고체 화합물(26) 사이의 어디에나 위치할 수 있다. 배리어(34)를 통과하는 블리드 홀(35)의 정확한 위치는 다양하다. 후류에서 물의 흐름이 감소되지 않는 한, 블리드 홀은 배리어(34)의 어디에나 위치할 수 있다. 블리드 홀(35)은 공급기 관(24)을 통과하는 물의 흐름의 일반적인 방향에 적절한 각도로 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 배치는 공간을 덜 차지할 뿐아니라, 스크린(37)이 블리드 홀(35)에 근접하여 위치한다면 과도한 스크린(37) 또는 고체 화합물(26)의 퇴적으로 인해 물의 흐름이 방해되는 경우, 블리드 홀(35)이 차단되는 것을 방지한다. 바람직하게, 블리드 홀(35)의 각도, α는 45˚이상이며, 가장 바람직하게는 50˚≤α≤60˚이다. 그러나, 각도 α는 블리드 홀이 스크린(37) 또는고체 화합물(26)에 의해서 차단되지 않는 한 어떠한 각도도 가능하다.
이제 제2도 및 4도를 보면, 하부 플러그 어셈블리(일반적으로 36으로 표시)는 상단(40) 및 하단(42)이 있는 하우징(38)을 가진다. 하부 플러그 어셈블리(36)는 공급기 관(24)의 제 2 말단(30)과 작동상 연관된다. "작동상 연관된다"라는 용어는 두가지 부품이 서로 직접 접촉된다는 것을 의미한다. 하부 플러그 어셈블리(36)로부터 여과수가 직접 공급기 관(24)로 흘러 들어가는 경우, 연결 장치를 고정하기 위한 용매 접합이 필요하지 않을 수 있다.
상부 및 하부라는 용어는 카트리지(10)의 바람직한 작동방향을 나타내는 것으로, 상부(33)는 수직 방향에서 맨 위쪽을 나타낸다. 하단(42)에는 환형의 두꺼운 림(44), 상단(40)에서 림(44)과 케이지(46)를 연결하는 일반적으로 실린더형인 몸체부(45)가 있다. 몸체(5)는 공급기 관(24)의 제 2 말단(30)에 봉인할 수 있는 정도의 크기와 구성을 가져야 한다. 몸체(45)를 공급기 관(24)에 봉인하는 바람직한 방법은 음파 용접, 스핀 용접, 진동 용접, 열판 용접과 같은 용접이며, 또는 용매를 사용하지 않는 플라스틱 접합을 사용할 수 있다. 몸체부(48)의 위쪽 벽(47)은 케이지(46)의 좌부를 형성하는, 점점가늘어지는 평평한 포트(45)를 포함한다. 그러므로, 몸체부(45)는 케이지(46)와 흐름이 연결된다.
케이지(46)는 체크 밸브(50)를 둘러싸서 보호한다. 모든 형태의 체크 밸브(50)를 사용할 수 있지만, 플랩퍼 밸브나 물의 흐름에 밀려서 열릴 수 있는 슬릿과 같이 간단한 디자인이 바람직하다. 플랩퍼 방식 밸브가 바람직하지만, 밸브(50)는 매우 낮은 크래킹 압력에서 열릴 수 있는, 당해 기술분야에서 공지된어떠한 형태의 것도 고려할 수 있다. 저가이며, 제조가 쉽기 때문에 플랩퍼 밸브가 바람직한 밸브(50)이다. 볼 및 스프링 밸브 또는 가스켓 밀봉 밸브와 같은 다른 밸브가 또한 적합하다. 바람직하게, 체크 밸브(50)는 몸체부(48)의 위쪽 벽(47)에 있는 함입부에 맞도록 브림 50′을 가진다.
케이지(46)는 용해성 화합물(26)의 입자가 체크 밸브(50)에 끼어서 밸브가 제대로 작동하지 못하게 하는 것을 방지하도록 설계된다. 물이 흘러나오고 고체 화합물(26)이 밸브(50)에 들어가는 것을 막아주는 것이라면 케이지(46)에는 어떠한 설계도 가능하다. 예를 들어, 표면의 작고, 좁은 슬릿형 개구(51), 스크린, 또는 금속 또는 플라스틱 등을 포함하는 어떤 적합한 물질로 된 메쉬가 적당하다. 바람직한 화합물(26), 테트라 소디움 피로포스페이트 데카하이드레이트의 결정이 사용된 경우, 약 0.020 인치 너비의 개구(51)를 형성하면 물이 공급기 관(24)으로 흘러 들어가면서도 고체 결정이 흘러나오는 것을 방지하는 것으로 알려져 있다.
물은 압력에 의해서 다공성 플러그(52)를 통하여 하부 플러그 어셈블리(36)로 들어간다. 필터 장치(16)가 물에 미세한 입자의 탄소 혼합물(17)을 포함하는 경우, 플러그(52)는 탄소 혼합물(17)을 트랩핑하면서도, 중력이나 난류에 의해서 이동하지 않을, 커다란 구멍을 가지는 거친 재료로 만들어야 한다. 구멍은 또한 플러그(52)가 탄소 혼합물(17)로 채워져서 물이 통과할 수 없게 되지 않을 정도의 크기여야 한다. 플러그(52)에는 탄소, 세라믹 또는 바람직하게는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 플라스틱 등 모든 다공성 필터 재료를 사용할 수 있으며, 다공성 폴리에티렌이 가장 바람직하다.
바람직한 다공성 플러그(52)에서는 그 구멍에 소량의 탄소 혼합물(17)이 축적되어, 격막(18)에서의 탄소 혼합물(17) 코팅처럼 되므로, 추가적인 물의 여과가 제공된다. 다공성 플러그(52)의 제조를 위한 바람직한 재료로는 탄소 블록, 다공성 세라믹 또는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 다공성 플라스틱이 포함되며, 다공성 폴리에틸렌이 가장 바람직하다. 그러나, 다공성 플러그(52)의 재료 선택은 필터 장치(16) 및 후류의 바람직한 유량에 따라 달라질 것이다. 다공성 플러그(52)는 하부 플러그 어셈블리(36)에 맞는 크기 및 구성으로 한다.
다공성 플러그(52)를 고정하는 데는 어떤 방법도 사용가능하지만, 다공성 플러그를 제자리에 고정하는 구조로 된 오리피스 부싱(60)을 제공하는 것이 바람직하다. 오리피스 부싱(60)은 몸체(45)에 의해서 한정되는 공동의 안쪽에 맞으면서, 공급기 관(24)으로 흘러들어가는 후류 물의 허용가능한 유량을 제공하도록 구성된다. 오리피스 부싱(60)을 사용하면, 전체 하부 플러그 어셈블리(36)를 재설계하지 않고도 다공성 플러그(52)의 크기 및 모양을 바꿀 수 있다. 다공성 플러그(52)가 부싱(60)의 전체 횡단길이보다 더 작은 경우에는, 부싱(60)이 다공성 플러그(52)를 고정하는 챔버(62)를 가진다. 물은 다공성 플러그(52)를 통과하여야만 흐를 수 있으므로, 챔버(62)는 플러그의 양단에서 열려있다.
오리피스 부싱(60) 및 케이지(46) 사이에, 체크 밸브(50)가 위치하여, 다공성 플러그(52)를 통과한 청정한 여과수가 공급기 관(24) 밖의 물로 들어가는 것을 막아주며, 물이 다공성 플러그(52)로부터 출구 스택(20)을 향하여서만 흐를 수 있게 한다. 체크 밸브(50)는 수압에 반응하여 열려서, 물이 공급기 관(24)으로만 흘러 들어갈 수 있게 한다. 물이 천천히 흐르거나 멈추면, 밸브(50)가 닫혀서 공급기 관(24) 밖으로 물이 역류하는 것을 막아준다.
소정의 응용시 다공성 플러그(52)에 의한 여과가 불충분한 경우에는, 다공성 플러그(52)와 밸브(52) 사이에 위치하는 선택적인 여과막(66) 및/또는 여과 디스크(68)를 사용하여 추가로 여과한다. 종이, 플라스틱 등 당해 기술분야에 공지되어 있는 어떠한 종류의 여과 재료도 적합하며, 몸체부(45)의 치수에 의해서만 제한된다. 일반적으로, 여과 디스크(68)는 매우 작으며, 종이 필터, 다공성 패드, 또는 바람직하게는 탄소 블록으로 만들어진다. 그러나, 비용 문제가 없다면, 좀더 복잡한 필터 시스템을 고려할 수 있다.
공급기 관(24)의 중요한 특성은 후류로부터 일정한 질 및 양의 처리수를 운송할 수 있는 것이다. 카트리지(10)는 유량 제어 메카니즘이 없기 때문에, 이러한 목적은 평형 공정을 통하여 달성된다. 유량이 일정하고, 후류가 고체 화합물(26)과 화학적 평형에 도달하는 경우, 처리수의 질 및 양은 일정하다. 미처리수가 제공되는 압력 범위를 넘어도, 유량이 블리드 홀(35)의 크기에 제한되는 경우에는, 유량은 일정하다. 충분한 고체 화합물(26)을 용해시켜 포화용액을 만들거나, 화학반응이 관계하는 경우, 화학반응의 화학적 평형에 도달함으로써 화학적 평형이 달성되는 경우에, 처리의 질은 꾸준하다. 블리드 홀(35)의 지름, 고체 화합물(26), 온도, 압력 및 전체 시스템의 유량을 어떻게 선택하느냐에 따라 후류의 물의 양 및 질에 영향을 미칠 것이다.
카트리지(10)에 의해서 처리되는 물의 처리 레벨 및 질을 제공 조건에 의해서 제어하여, 후류의 물과 고체 화합물(26) 사이의 반응이 완결되거나 화학적 평형에 이를 때까지 진행되도록 한다. 고체 화합물(26)은 공급기 관(24)의 전체를 통과하기 전에, 물을 완전히 처리하도록, 즉, 화학적 평형에 이르도록 사용되어야 한다. 물론, 고체 화합물(26)의 공급 또는 화학 활성이 고갈되면, 공급기 관의 출구에서도 후류가 완전히 처리되지 않는 때가 온다. 카트리지(10)의 처리 레벨이 감소되는 것은, 고체 화합물(26)을 새로 공급하여 교체해야만 하는 것을 나타낸다. 물의 주류와 비교할때 후류의 물의 비율은 최종 생산된 물의 흐름에서 바람직한 처리 레벨에 따라 달라진다. 특정 공급기 에서, 후류의 부피는 최종 생산된 물에서 바람직한 레벨에 대한 후류에서의 처리 레벨의 비로부터 계산된다.
공급기 관(24)을 통해 흐르는 물의 양은 필터 카트리지(10) 내의 유동 흐름의 유체역학 함수이다. 주된 필터 시스템(24)을 통하여 흐르는 물의 압력 강하와 공급기 관을 통하여 흐르는 물의 압력강하를 동일하게 하는 양으로 물이 공급기 관(24)을 통하여 흐를 것이다. 공급기 관(24)을 통과하는 유량은 블리드 홀(35)의 지름, 다공성 플러그(52), 여과막(66) 및 여과 디스크(68)의 크기 및 구성, 또한 공급기 관(24)의 전체에 걸친 압력차에 의해 영향을 받을 것이다. 후류 크기로 부터, 블리드 홀(35)의 최소 단면적을 계산하고, 공급기 관(24) 내부의 온도 및 압력에서 바람직한 유량을 얻는다. 다공성 플러그(52), 다공성 디스크(66) 및 여과막(68)의 치수 및 기공률이 또한 필터 카트리지(10) 내의 소정 온도 및 압력에서의 바람직한 후류 유량에 적합하여야 한다.
실시예 1
인산염 화합물로 물을 처리하는 필터 카트리지(10)을 구성하였다. 카트리지(10)는 일반적으로 도 1에 나타낸 것과 같은 모양과 구성으로 하였다. 인산염을 물에 첨가하는 방법은, 제빙기, 커피머신과 같은 하류 유닛에서 스케일을 감소시키기 위해 사용된다. 물의 주류는 MICROPURE® 활성탄 혼합물(17) (Everpure, Inc.Westmont IL) 및 파형 격막(18)으로 처리하였다. 사용시, 격막을 통과한 물의 흐름으로 인해 격막이 탄소 혼합물(17)로 코팅되어, 여과층이 제공되었다.
물의 일부는 하부 플러그 어셈블리(36)를 통하여 공급기 관(24)으로 흘러들어갔다. 하우징(38)은 ABS 수지로 만들어졌고 , 단면적이 약 0.43in2이었다. 하우징의 측면은 공급기 관(24)의 벽 안에 봉인되는 모양으로 하였다. 하우징(38)의 한쪽 말단에, 0.0020 인치의 슬릿(51) 4개를 가지는 원뿔 모양의 케이지(46)를 구성하여, 물이 어셈블리(36)를 통하여 흐를 수 있도록 하였다.
어셈블리(36) 내에, 밸브(50), 다공성 플러그(52), 여과 디스크(66) 및 여과막(68)을 제자리에 고정하기 위한 오리피스 부싱(60)이 제공되었다. 부싱(60)은 ABS 수지로 만들었다. 부싱(60)의 중심에 근접하여 다공성 플러그(52)를 고정하는 원형 챔버가 있었다. 실린더형 다공성 플러그(52)는 다공성 폴리에틸렌으로 만들었고, 지름이 약 0.31 인치, 길이가 0.388 인치였다. 다공성 플러그(52)는 100 미크론의 구멍들과, 40%의 구멍 부피를 가졌다. 탄소 혼합물로 코팅되었을 때의 격막 여과 재료(18)처럼 작용하도록, 일정량의 탄소 혼합물(17)을 수용할 수 있는 것으로 선택하였다.
오리피스 부싱(60) 및 다공성 플러그(52)에 인접하여 하나의 여과막(66)이 위치하였다. 여과막(66)은 VERSAPOR® 3000(Gelmam Science, Inc. Ann Arbor, MI)로 만들어 졌고, 다공성 디스크(68)와 길이 및 너비가 같았으며, 두께는 0.0075인치이고, 구멍 크기는 3 미크론이었다. 여과 디스크(68)와 체크 밸브(50) 사이에서, 여과 디스크(68)는 VYON® 롤 고분자량 폴리에틸렌 여과 재료로 만들어졌다. 디스크(68)는 길이가 0.846 인치, 너비가 0.314 인치, 높이가 0.125 인치였다. 디스크(68)의 반원형 말단은 반지름이 0.157 인치였다. 여과에 이어서, 물은 플랩퍼 밸브(50) 및 하부 플러그 케이지(46)를 통과하여 공급기 관(24)으로 들어갔다.
공급기 관(24)은 고체 화합물(26)로서 테트라 소디움 피로포스페이트 데카하이드레이트를 함유하였다. 하류 장비에서 스케일을 감소시키기 위해 바람직한 인산염 농도는 최종 생산된 물에서 1-10 ppm이었다. 테트라 소디움 피로포스페이트 데카하이드레이트의 포화 용액은 70,000 ppm의 인산염을 함유하였다. 0.040 인치 블리드 홀(35)을 사용하여 3 ppm의 인산염을 함유하는 최종 생산된 물을 분당 0.5내지 1 갤런의 비율로 제조하였다. 공급기 관(24)을 통과하는 유량은 필터 카트리지(10)를 통과하는 전체 물 흐름의 약 0.005%로 추정되었다.
테트라 소디움 피로포스페이트 데카하이드레이트 결정(26)으로 처리한 후, 물은 지름이 0.040 인치인 블리드 홀을 통하여 공급기 관(24)을 빠져나와 출구 스택(20)으로 향한다. 공급기 관(24)의 제 1 말단(28)은 출구 스택(20)에 진동 용접되어, 이들 사이가 밀봉되었다. 테트라 소디움 피로포스페이트 데카하이드레이트는 90CFM의 기공률을 가지는 폴리프로필렌 모노필라멘트 포로 된 스크린(37)를 사용하여 제자리에 고정하였다. 공급기 관의 길이방향 축으로부터 약 55˚ 비껴있는 블리드 홀(35)을 통하여, 공급기 관(24)으로부터 출구 스택(20)으로 물이 흘러 들어가도록 하였다. 그리드 스크린(37)으로 블리드 홀(35)이 막히는 것을 방지하였다.
상기한 실시예는 본 발명의 설계의 실현가능성을 입증한다. 테스트에서 분당 0.5 내지 1 갤런으로 유량을 다양화하여도 최종 생산된 물에서의 인산염 레벨이 바람직한 범위에서 벗어나지 않았으며, 이는 포화 용액이 제공된다는 것을 나타낸다.
본 발명의 비례 유량 공급기 관의 특정 실시예를 도시 및 설명하였으나, 광범위한 실시형태 및 하기 청구범위에서 설명한 본 발명을 벗어나지 않는 한, 당해 기술분야의 당업자에 의해서 변경 및 수정이 있을 수 있다는 것으로 이해되어야 한다.
Claims (22)
- 물의 후류가 일반적으로 제 2 말단에서 공급기 관으로 흘러 들어가서 제 1 말단에서 공급기 관 밖으로 빠져나오도록 배치된 제 1 말단 및 제 2 말단;상기 제 2 말단과 작동상 연관되며, 물의 후류 부분을 여과 및 정제하도록 구성되는 다공성 플러그를 포함하는 하부 플러그 어셈블리를 포함하여 이루어지는, 카트리지를 통하여 흐르는 미처리 수의 후류(slipstream)를 고체 화합물로 처리하는 진보된 수처리 카트리지용 공급기 관(feeder tube).
- 제 1 항에 있어서, 상기 작동상 연관되는 것이 일종의 직접적인 부착임을 특정으로 하는 공급기 관.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 플러그가 적어도 하나의 탄소 블록, 다공성 세라믹 및 다공성 플라스틱를 포함하는 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 공급기 관.
- 제 3 항에 있어서, 상기 다공성 플라스틱이 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌임을 특징으로 하는 공급기 관.
- 제 1 항에 있어서,상기 하부 플러그 어셈블리가 케이지 및 상기 케이지 내의 밸브를 가지는 하우징을 더욱 포함하며, 상기 케이지는 물이 흐르는 동안 고체 화합물이 상기 밸브의 작동을 방해하는 것을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공급기 관.
- 제 5 항에 있어서, 상기 밸브가 플랩퍼 밸브임을 특징으로 하는 공급기 관.
- 제 5 항에 있어서, 상기 다공성 플러그를 고정하도록 구성된 오리피스 부싱을 더욱 포함하여 구성되며, 상기 오리피스 부싱은 상기 하우징 내에 고정되는 크기 및 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 공급기 관.
- 제 7 항에 있어서, 상기 챔버가 상기 오리피스 부싱보다 단면적이 더 작은 것을 특징으로 하는 공급기 관.
- 제 7 항에 있어서, 상기 하부 플러그 어셈블리가 다공성 여과 디스크를 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공급기 관.
- 제 9 항에 있어서, 상기 다공성 여과 디스크가 하나 이상의 종이, 다공성 플라스틱 및 다공성 세라믹 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 공급기 관.
- 필터 카트리지로 물을 운송하는 입구관;상기 필터 카트리지 내부에 수납된 필터 장치;제 1 말단과 작동상 연관되는 블리드 홀 및 제 2 말단과 작동상 연관되는 하부 플러그 어셈블리를 가지는 제 1 말단 및 제 2 말단을 포함하며, 상기 블리드 홀은 적합한 유량의 후류를 제공하는 크기 및 구성을 가지고, 상기 하부 플러그 어셈블리는 다공성 플러그를 포함하며, 상기 다공성 플러그는 상기 하부 플러그 어셈블리 내에 고정되어 물의 후류 부분을 정제 및 여과하는 크기 및 구성을 가지도록 하여, 상기 다공성 플러그에 의해서 물의 후류 부분이 여과 및 정제되어 공급기 관으로 들어가서 고체 화합물과 반응하고, 상기 블리드 홀을 통하여 공급기 관을 빠져나오도록 하는, 물의 후류 부분을 여과, 정제 및 고체 화합물로 처리하는 공급기 관;물의 주류 부분과 물의 후류 부분을 합하는 출구 스택;물을 수처리 카트리지로부터 밖으로 운송하는 출구 포트를 포함하여 이루어지는,물을 여과하고, 그 물의 일부를 고체 화합물로 처리하기 위한 진보된 워터 필터 카트리지.
- 제 11항에 있어서, 상기 필터 장치가 탄소를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
- 제 12 항에 있어서, 상기 필터 장치가 탄소 혼합물 및 파형 격막을 포함하여구성되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
- 제 11 항에 있어서, 상기 고체 호합물이 인산염 화합물임을 특징으로 하는 필터 카트리지.
- 제 14 항에 있어서, 상기 인산염 화합물이 테트라 소디움 피로포스페이트 데카하이드레이트임을 특징으로 하는 필터 카트리지.
- 제 11 항에 있어서, 상기 다공성 플러그의 단면 및 깊이가 필터 장치처럼 되는 크기인 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
- 제 11 항에 있어서, 상기 하부 플러그 어셈블리가 케이지 및 상기 케이지 내의 밸브를 가지는 하우징을 더욱 포함하여 구성되며, 상기 케이지는 물이 흐르는 동안 상기 고체 화합물이 상기 밸브의 작동을 방해하는 것을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
- 제 17 항에 있어서, 상기 밸브를 플랩퍼 밸브임을 특징으로 하는 필터 카트리지.
- 제 17 항에 있어서, 상기 다공성 플러그를 고정하도록 구성된 챔버를 포함하는 오리피스 부싱을 더욱 포함하여 구성되며, 상기 오리피스 부싱은 상기 하우징 내에 고정되는 크기 및 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
- 제 19 항에 있어서, 상기 하부 플러그 어셈블리가 다공성 여과 디스크를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
- 제 11 항에 있어서, 상기 블리드 홀이 상기 공급기 관의 길이방향 축으로부터 45˚ 이상의 각도로 상기 공급기 관을 빠져나와 있는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
- 필터 카트리지로 물을 운송하는 입구관;물의 주류 부분을 여과 및 정제하는 필터 카트리지 내에 수납된 여과재;제 1 말단에 블리드 홀, 제 2 말단에 다공성 플러그를 포함하는 하부 플러그 어셈블리를 가지는 제 1 말단 및 제 2 말단, 상기 다공성 플러그를 제자리에 고정하는 오리피스 부싱, 다공성 여과 디스크, 플랩퍼 밸브 및 플랩퍼 케이지를 포함하며; 상기 다공성 플러그는 물의 후류 부분으로부터 여과재를 제거하도록 구성되고; 상기 플랩퍼 케이지는 물이 흐르는 동안 상기 용해성 화합물의 입자가 상기 플랩퍼 밸브의 작동을 방해하는 것을 방지하도록 구성되어; 물의 후류가 공급기 관으로 들어가, 상기 다공성 플러그에 의해 여과되고, 상기 다공성 여과 디스크에 의해서 여과되고, 상기 플랩퍼 밸브를 통과하여, 상기 공급기 관으로 들어가서, 고체 화합물로 처리되고, 상기 블리드 홀을 통하여 상기 공급기 관을 빠져나오는, 물의 후류 부분을 여과, 정제 및 고체 화합물로 처리하는 공급기 관;물의 주류 부분과 물의 후류 부분을 합하는 출구 스택;물을 수처리 카트리지로부터 밖으로 운송하는 출구 포트를 포함하여 이루어지는, 물을 여과하고, 그 물의 일부를 고체 화합물로 처리하기 위한 진보된 워터 필터 카트리지.
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