KR20100074139A

KR20100074139A - 자외선 정수 시스템

Info

Publication number: KR20100074139A
Application number: KR20107005947A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 에이. 옌초
Original assignee: 워터 오브 라이프, 엘엘씨
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-07-01
Also published as: AU2008305352A1; CA2697430A1; WO2009042406A3; BRPI0817679A2; US20090084734A1; WO2009042406A2; EP2195276A2; EP2195276A4; MX2010003298A; US7862728B2; TW200920416A; JP2010540227A; CN101939261A; RU2010105556A; ZA201001010B

Abstract

새로운 배플들의 어레이를 사용하는 단(短)파장 자외선(UVC) 기반의 휴대용 정수 처리 시스템은 물의 병원균들의 박멸 시에 UVC 광 조사의 단위 에너지 당 효율을 증가시킨다. 폐쇄 루프 피드백은 고 레벨의 병원균들의 박멸을 보장하도록 UVC 광 파워의 인가를 감시한다. 이 시스템은 물 위에 뜨는 광범위한 박테리아, 바이러스, 원생동물, 기생충, 이스트, 세계의 자연적인 담수원에서 발견되는 곰팡이를 박멸할 수 있다. 프리 또는 포스트 필터를 추가함에 의해, 상기 시스템은 물에서 해로운 유기화합물, 살충제, 무기화합물 및 중금속을 제거할 수 있다. 또한, 상기 시스템은 물 아닌 유체의 병원균들을 박멸하도록 사용될 수 있다. 본 발명의 특징으로서, 값비싼 유선 통신 기반 시설을 설치할 필요없이 저 비용으로 지리학적으로 흩어져 있는 인구들에게 도달할 수 있는 통신 시스템들이 정수 처리 시스템과 결합되어 상기 시스템에 의해 동력을 공급받게 된다. 일 실시예에서, 패킷 라디오 시스템이 제공되어 무선 메시 네트워크를 형성하도록 정수 처리 시스템의 어레이를 이용하여 음성, 데이터, 영상 및 인터넷 통신을 제공하도록 무선 메시 통신 시스템에 노드들을 형성한다.

Description

자외선 정수 시스템{ULTRAVIOLET WATER PURIFICATION SYSTEM}

본 발명은 유체의 정화 및 특히 물의 정수에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 통신 시스템들과 정수 시스템들의 조합에 관한 것이다.

오늘날 세계에서 죽음으로 이끄는 원인은 수계(water borne) 질병이다. 23억이 넘는 인구가 물과 연관된 질병으로 고통받으며, 3억명은 위험한 질병에 걸리고 매년 220만명, 대부분 5세 미만의 어린이들,이 매년 숨지고 있다.(유엔 태스크 포스 물 및 위생 시설 2003). 이들의 대부분은 매일 2달러 미만으로 살고 있고, 물 정수를 위해 그들이 제공할 수 있는 기술들의 범위는 극히 제한적이다.

동시에, 세계의 국가들은 매년 그들의 담수 자원 중 많은 퍼센트들을 이용하고 있으며, 안전한 식수의 입수 가능성이 감소하고 효율적인 정수 시스템의 필요성이 증가하고 있다. 유엔 인구 기금은, 현재의 물 소비율이 유지된다면, 2025년에, 세계의 예상되는 79억 인구 중 50억 인구가 안전한 물이 부족한 지역에서 살게 될 것이라고 예상하고 있다.

식수에 대한 충족되지 않는 많은 요구가 개발도상국에서 발생하고 있다. 개발도상국에서 1인당 평균 물 소비량은 하루에 1인당 2갤런(7.6리터)이다. 개발도상국에서 통상의 1000명의 마을에서, 식수 요구량은 하루에 2000갤런(7600리터)이다. 현존하는 많은 UVC 정수 시스템은 개별 사용자들 또는 소그룹의 사람들을 위해 설계되었고 따라서 상기한 물의 하루의 용량을 공급하기 위해서는 너무 작은 유량을 갖는다. 이러한 소형 시스템들 중 많은 제품들의 갤런 당 가격은 개발도상국에서 실제로 그 제품들을 사용하기에는 너무 비싸다.

다른 정수 시스템은 더 많은 물의 용량을 가진 도시 지역의 고정된 사회 기반 시설로서 사용되도록 의도하고 있으며 종종 시골 지역에 배치하기에는, 특히 개발도상국의 시골 지역에서는 이들 대형 플랜트들을 작동하기 위해 요구되는 안정적인 전력이 부족하기 때문에, 너무 많은 비용이 든다. 본 발명은 대도시 정수 플랜트들이 비용면에서 비효율적인 지역들에 대해 사용되도록 의도하고 있다. 정수 시스템의 일 실시예는 휴대 가능하고 경량이며, 용이하게 원거리 지역으로 이송되거나 또는 재난 구호용으로 사용되거나 또는 비상시에 신속하게 배치되도록 할 수 있다.

현존하는 식수 정수 기술 및 시스템들

많은 자연의 식수원들은 수계 병원균들로 오염되어 있다. 세계의 호수, 강, 및 개울들은 통상 심각한 건강 문제들을 야기할 수 있는 박테리아, 바이러스, 및 원생동물을 포함하고 있다. 세계에서 식수원으로 통상 사용되는, 우물 또는 관우물도 지표수가 수계 병원균들을 도입하여 우물을 오염시킬 때, 세계의 많은 지역들에서 우기 중에 지하수에 의해 오염될 수 있다. 관우물이 불량하게 건설되어 불량하게 유지되면, 오염된 지하수가 더욱 정규적인 베이시스로 우물로 스며들 수 있다.

많은 정수 기술들은 간단하고 저렴한 것으로부터 매우 복잡하고 비싼 것까지 존재하며, 수계 병원균들, 유기 오염물들, 및 무기 오염물들의 처리 시의 효과 레벨들이 넓은 범위에 걸쳐 있게 된다. 하나의 간단하고 통상적인 기술이 물을 끓이는 것이다. 세계의 여러 지역들에서, 보일링은 상당한 량의 에너지가 요구되고 수계 병원균들을 비활성화 또는 살균할 수 없는 너무 짧은 시간 동안 가열되거나 또는 물이 완전한 비등에 이르기까지 가열되지 않을 가능성 때문에 매일 사용하기에는 비실제적이다. 또한, 보일링은 끓이는 과정 중에 물 손실로 인해 물에 이미 존재하는 중금속들의 농도를 증가시킨다.

더욱 최근 개발된 기술은 태양열 물 소독, 또는 SODIS이다. 보일링과 달리, SODIS는 물 소독을 위해 태양 에너지에만 의존한다. SODIS는 태양열 및 햇빛의 조합을 이용하여 병원균들을 비활성화 또는 살균하는 간단한 방법이다. SODIS는, 바람직하게 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 바틀의 햇빛이 안 비치는 뒷면에 검게 칠해진, 1 내지 2리터 플라스틱 바틀과 함께 이용된다. 상기 바틀은 물로 완전히 채워지고 주름진 강재 시트 상에서 양지에 배치된다. SODIS는 병원균들을 제거하도록 물이 최소 4시간 동안 60℃ 내지 80℃의 온도를 얻도록 요구된다. 구름낀 조건에서는, 상기 바틀은 이틀간 연속으로 양지에 배치되어야 한다. SODIS는 실시하기가 매우 저렴하지만, 바이러스 및 원생동물에 대해서는 효과적이지 않다. SODIS 처리된 물은 18개월 미만 유아 또는 만성 위장관 병이 있는 사람들에게는 추천되지 않는다. 정수된 물의 질을 제어하기가 매우 어렵다. 이 기술은 부분 그늘에서도 잘 작동되지 않는다. SODIS는 크립토스포리디엄 오시스트 등의 원생동물을 박멸하지 못한다.

다른 더욱 진전된 정수 시스템은 즉각 이용 가능하지만 마찬가지로 제한들이 있다. 요오드 및 염소는 대부분의 박테리아, 바이러스, 및 원생동물 박멸에 효과적이다. 그러나, 크립토스포리디엄이 중요하게 증가하는 여럿의 염소 내성 병원균들 중 하나이다. 크립토스포리디엄은 유아, 노인 및 면역 반응이 제대로 발휘되지 못하는 사람의 수명을 위협할 수 있는 장기생충이다. 일반적으로, 크립토스포리디엄 징후는, 초기 노출이 발생된 오랜 후, 발현하기까지 약 7일이 소요된다. 종종 이 병은 2주까지 지속된다. 염소 정화에 의해 크립토스포리디엄 오시스트 및 지아르디아 등의 원생동물을 제거하는 것은, 염소 농도가 높은 제품 및 긴 적용 시간을 요구하기 때문에, 어렵게 된다. 식수에 너무 많은 염소를 추가하면 인간의 장기 손상 또는 죽음을 유발하기 때문에, 물을 소독하도록 사용될 수 있는 염소의 농도는 제한된다. 따라서, 크립토스포리디엄의 염소 살균을 위해 요구되는 시간은 종종 엄두도 못 낼 정도로 길다.

염소는, 강, 호수 및 시내 등의 자연 소스들에서 통상 발견되는, 유기 오염물들을 갖는 물에 첨가될 때, 독성 트리할로메탄을 생성하는 것으로 알려져 있다. 또한, 트리할로메탄은 환경 오염 물질이며, 클로로폼 등의 많은 것들은 발암성 물질로 고려된다. 또한, 염소는 물의 pH가 7.5 미만이면 비효과적이다. 염소가 블리치 바틀에서 6개월 이상 오래되면, 그의 효능을 잃는다.

요오드 및 염소는 긴 시간 동안 사용되면 인간에게 부작용을 일으킨다. 요오드 처리된 식수는 임산부 또는 50세 이상 여성 또는 갑상선 문제들을 가진 사람들에게 부적합하다.

많은 현대의 정수 시스템은 염소 대신 클로라민을 사용하며, 처리 시스템들에 복잡함을 증가시키게 된다.

또한, 이산화염소가 대부분의 박테리아, 바이러스 및 원생동물을 살균하는 정화제로서 사용된다. 폭발 위험 때문에, 일반적으로 사용 시점에 제조되며, 정수 시스템의 복잡성 및 비용을 증가시킨다. 이산화염소 정수는 알려지지 않은 독성, 부산물들의 반응을 생성하게 된다.

오존은 식수의 모든 타입들의 병원균들의 가장 효과적인 살균제이다. 이는 물에 최소한의 또는 전혀 잔여물을 남기지 않는다. 그러나, 오존 시스템들은 실행하기에 너무 비싸다.

다른 접근들은 물에서 병원균들을 여과하도록 살균제 대신 진전된 세라믹 또는 멤브레인에 의존하고 있다. 세라믹 필터들은 원생동물 여과에 효과적이지만, 물의 입자들로 인해 쉽게 막힐 수 있다. 통상의 세라믹 필터 엘레멘트는 2 내지 5미크론 사이즈 구멍들을 가진다. 콜레라 및 살모넬라 식중독 등의 박테리아는 0.2 내지 1.0 미크론 사이즈이기 때문에, 박테리아는 이 필터들 중 많은 것들을 통과한다. 간염 A 및 B, 로타바이러스, 및 노왁 바이러스 등의 바이러스들은 일반적으로 사이즈가 0.004미크론 미만이므로, 세라믹 필터 엘레멘트를 쉽게 통과하도록 허용된다. 이들 바이러스들 및 일부 박테리아는 역삼투 정수기들도 통과할 수 있다.

역삼투(RO) 정수기는 박테리아, 소금, 설탕, 단백질, 입자들, 염료들, 중금속, 염소 및 관련 부산물들, 및 150-250달톤 초과의 분자량을 가진 다른 오염물들을 걸러낼 수 있다. 역삼투 시스템들은 많은 개발도상국들에서 가능하지 않은 가압된 물을 필요로 한다. 역삼투 멤브레인들은 역삼투 시스템 전에 유입되는 물이 주의깊게 여과되지 않으면 악취를 발생할 수 있다. RO 시스템은 또한 물이 높은 미네랄 함량(경수)을 갖는 경우에 멤브레인의 부착물을 방지하도록 RO 정수기의 상류에 연수 설비를 필요로 할 수 있다.

2개의 기본적인 RO 멤브레인 타입들 : 박막 컴포지트(TFC) 및 셀룰로오스 트리아세테이트(CTA)가 있다. TFC 멤브레인들은 CTA 멤브레인들보다 더 많은 오염물들을 걸러내지만, 염소에 의해 더 쉽게 손상받을 수 있다. RO 멤브레인들은 염소, 철, 망간, 황화(黃化)수소에 의한 열화 및 박테리얼 어택을 당하게 되므로, 침전 필터 및 입상활성탄(GAC) 프리 필터가 종종 RO 시스템의 앞에서 사용된다. 또한, 벤젠, MTBE, 트리클로로에틸렌, 트리할로메탄 및 라돈 등의 휘발성 유기 화합물에 대해 GAC 등의 추가의 처리도 필요하다.

RO 프로세스는 정말 느리고 정수된 물 1갤런(3.8리터)을 위해 미처리된 물 3내지 10갤런(11.4 내지 38리터)를 필요로 하여 물이 귀한 지역들에서 사용하기에는 문제가 된다. RO 수처리는 바이러스 및 박테리아 등의 생물학적 오염물들을 포함하는 물에 대한 UV 처리 등의 2차적 처리없이 사용하는 것은 추천되지 않는다.

UVC 정수기는, 통상 253.7nm 피크 파장을 방사하는 저압 수은 램프로써, 물의 병원균들을 조사함에 의해 작동한다. 다른 UVC 시스템들은 중간 압력 수은 램프들에 기초하고 있다. 현재 많은 다른 타입들의 UVC 정수 시스템들이 존재하고 있다.

UVC는 약 200nm 내지 280nm의 범위의 파장을 가지며 또한 광범위하게 바이러스, 박테리아, 기생충, 이스트, 및 몰드를 비활성화 또는 박멸함에 있어서의 증명된 효과 때문에 살균 UV라 불린다. UVC 정수 시스템의 장점은 요오드 및 염소 등의 다른 살균 기술들과 다르게, 모든 지역들의 인류들에 대한 식수를 처리할 수 있다는 점이다. UVC 시스템들은 물에 잔여 살균 화합물들을 남기지 않는다.

박멸하기 가장 어려운 병원균들 중 하나가, 살균하도록 대략 200mJ/cm²의 UV-C 조사 밀도를 필요로 하는, 크립토스포리디엄 오시스트이다.

따라서, 교체할 필요가 있는 비싼 화학제품들 또는 필터들을 필요로 하지 않고, 임산부, 유아 및 노인들을 포함하는 모든 사람들이 마실 수 있는 물을 생성할 수 있으며, 물에 존재하는 불순물들의 농도들 및 타입들을 반영하여 정수 과정을 비싸지 않게 조정할 수 있는, 처리되는 물 모두를 정수하는 정수 시스템이 필요하게 된다.

본 발명에 따르면, 자외선-C(UVC)기반의 정수 시스템은 인가된 UVC 광의 유닛 에너지당 물의 병원균들의 박멸 효율을 증가시키도록 새로운 배플 어레이를 사용한다. 본 시스템은 세계의 자연 담수원들에서 발견되는 넓은 범위의 수계 박테리아, 바이러스, 원생동물, 기생충, 이스트, 및 몰드를 처리할 수 있다. 프리-필터 또는 포스트-필터 또는 시스템에 대해 오존 또는 과산화수소를 첨가함에 의해, 중금속, 유기 화합물, 살충제, 및/또는 해로운 유기 화합물들이 제거될 수 있다. 세계의 주변에서 넓은 범위의 수계 병원균들을 처리할 수 있기 때문에, 상기 단일의 정수기 시스템 설계는 전세계 어느 곳의 식수의 수계 병원균들도 효과적으로 처리하도록 사용될 수 있다.

상기 시스템의 일 실시예의 새로운 특징은 방사 레벨을 직접 측정하도록 램프 파워 출력을 감시하기 위해 선택적인 클로스드 루프 피드백 시스템을 사용하는 것이다. 이는 전류 트랜스포머 또는 홀 이펙트 센서로써 UVC 램프 전류 또는 발라스트 전류를 연속으로 측정함에 의해 간접적으로 또는 포토다이오드로써 행해질 수 있다. 상기 피드백 회로는 실제 파워의 측정치를 소정 레벨에 비교하여 시스템이 병원균들을 비활성화 또는 살균하기에 불충분한 파워를 생성하면 물의 유량을 정지 또는 감소시키는 밸브를 제어하도록 상기 비교를 이용한다. 상기 시스템에는 유량 측정 장치 및 디지털 또는 아날로그 제어 시스템이 장비된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 크립토스포리디엄 오시스트를 비활성화하도록 충분한 량의 UVC 파워가 물에 인가된다. 본 발명은 병원균들의 세포의 죽음을 일으키기에 충분한 UVC 에너지를 인가한다.

본 발명에 따르면, 크립토스포리디엄 오시스트를 비활성화하고 병원균들의 세포의 죽음을 일으키도록 물에 충분한 UVC 방사가 인가된다.

종래 기술(특허 제6,403,030호)은 세포를 죽이기에 필요한 높은 파워 레벨들 대신에 실험실 조건하에서 크립토스포리디엄을 비활성화하도록 낮은 UVC 파워 레벨이 사용될 수 있음을 제시하고 있다.

비활성화 과정에서, DNA의 티민 베이스는 UVC 광의 파장을 강하게 흡수하는 아로마틱 링을 포함한다. 충분한 UVC 광이 흡수될 때, 티민 베이스 및 DNA 스트랜드에 걸친 그의 베이스 쌍 사이의 화학 결합이 절단된다. 그 후, 티민 베이스는, 병원균의 복제를 방지하는, 티민 이량체(thymine dimer)를 형성하는, 인접한 베이스에 화학적으로 결합된다. 그러나, 필드 조건들에서 UVC 광을 차단하는 입자들에 종종 원생동물이 부착되며, 따라서 실험실 조건에서 원생동물을 박멸하기 위해 필요한 UVC 에너지량보다 원생동물의 충분한 살균을 보장하기 위해 더 많은 량들의 UVC 에너지가 인가될 필요가 있다.

박테리아, 바이러스, 원생동물 및 기생충을 포함하는 넓은 범위의 병원균들은 UVC 방사에 의해 비활성화 또는 살균된다. 본 발명에 따르면, 이하의 리스트의 병원균들 각각을 살균하도록 충분한 량의 UVC 방사가 생성된다. 이 리스트는 세계 천연 수원에서 통상적으로 발견되는 병원균들의 대표이다. 이는 하나도 빠뜨리는 것 없이 철저한 것은 아니다.

원생동물:

세계 보건 기구(World Health Organization)에 의해 리스트된 더욱 흔한 원생동물:

이질아메바

기아르디아 인테스티나리스(Giardia intestinalis)

크립토스포리디엄

다른 원생동물:

엔타모에빅 이질(Entamoebic Dysentery)

람블 편모충(Giardia lamblia)

배반포(胚盤胞)

분선충(Strongyloides stercoralis)

쉬스토소마 스터코랄리스(Schistosoma stercoralis)

만손주혈흡충

일본주혈흡충

메콩주혈흡충

방광주혈흡충

반크로프트사상충

말레이사상충(Brugia malay)

로아 로아이(Loa Loaeye)

회선 사상충

간흡충

하이아티드 디지즈(Hyatid disease)

크루스파동편모충

요충증

아스카리스자이언트 회충(Ascarisgiant roundworm)

두비니구충

리추리스휩웜(Richuriswhipworms)

트라이파나소마 기생충(Trypanasoma parasite)

메디나충증

박테리아

세계 보건 기구에 의해 리스트된 더욱 흔한 박테리아:

캠피로박터 제주니 또는 시. 콜리(C. coli)

병원성 대장균

살모넬라 티피(Salmonella typhi)

비브리오 콜레라

여시니아 엔테로콜리티카

녹농균

에로모나스 에스피피(Aeromonas spp.)

다른 연관 박테리아:

탄저균

맥주 (양조용) 효모

C- 디프테리아(Corynebacterium diptheriae)

세균성 적리(설사)

대장균(설사)

렙토스피라 캐니콜라 재향 군인병(Leptospiracanicola Legionella pneumophilia)

결핵균 (mycobacterium tuberculosis)

장염

파라티프스

시겔라 디센테리에 의한 이질

시겔라 플렉스너리에 의한 이질

포도상 구균 (Staphylococcus epidermidis)

연쇄 구균 찌꺼기(Streptococcus faecalis)

트라코마

발진티푸스

장구균(Enterococcus faecium)

대장균군

피컬 스트렙토콕사이(Faecal Streptococci)

황색포도상구균

설파이트 리듀싱 애너로우브(Sulphite reducing anaerobes)

녹농균(Pseudomonas aeruginosa)

장염비브리오(Vibrio parahaemolyticus)

수막구균성수막염(Meningococcal meningitis)

바이러스

세계 보건 기구에 의해 리스트된 더욱 흔한 바이러스:

아데노바이러스

장내 바이러스 (수막염)

A형 간염

노워크 바이러스

로터바이러스

노워크 바이러스, 아스트로 및 로터바이러스를 포함하는 소구형 바이러스(small round structured virus)

다름 바이러스들:

박테리오파아지 - E.Coli

B형 간염

E형 간염

노로바이러스

인플루엔자

폴리오 바이러스-급성 회백수염

디프테리아

홍역

광우병

기생충

세계보건기구에 의해 확인된 더욱 흔한 기생충들 중 하나는 수인성 드래컨큘러스이다.

다른 기생충들:

광절열두조충 - 촌충

흡충(吸蟲)

시스토소마 에스피피(Shistosoma spp)(주혈흡충병, 빌하르즈흡충증)

수원(water source)

본 발명의 실시예들에 의한 정수 시스템의 수원은 매우 다양하다. 수원들의 예들은 호수, 강, 시내, 우물, 자분정(自噴井), 및 불량한 수질을 가질 수 있는 가정용 공급 수원들이다.

상기 시스템은, 60psi(410kPa) 가정 용수 연결 등의 고수압에서도 효율적으로 작동할 수 있지만, 고가수조 등의 소스들에서 낮은 수압으로 작동하도록 설계된다. 중력으로의 공급이 바람직하다. 상기 정수기는 입력 물 공급을 위한 저압 헤드 요건으로 인해 유동에 대해 낮은 저항을 가진다. 중력 공급 시스템들에서, 상기 낮은 헤드 요건은 정수기 유닛 위의 물 탱크의 높이를 최소로 할 것이다. 예컨대, 12피트(3.7미터)의 정수기 위의 높이를 갖는 탱크는 정수기 입구에서 5.2psi(36kPa)의 헤드 압력을 제공한다. 수동 또는 모터로 구동되는 펌프, 가정용 가압수, 높이가 있는 자연 소스, 및 유사하거나 또는 동등의 구조 또는 배열 등의, 유닛으로 물을 공급하기 위한 많은 다른 방법들이 가능하다. 이와 다르게, 물은 높은 보유 탱크로 수동으로 올려지게 된다.

유기체가 입자 내에 있거나 또는 입자들 자체가 UV 흡수제들일 때 물 혼탁도가 자외선 살균을 억제함이 연구로 밝혀졌다. 또 다르게는, 혼탁도는 살균에 방해되지 않는다. 상기한 머물던 많은 유기체들이 프리 필터의 사용에 의해 물 공급원에서 배출된다. 프리 필터의 일례는 샌드 프리 필터이다. 상기 시스템의 바람직한 실시예는 5NTU(Nephelometric Turbidity Units) 미만의 유입수 혼탁도로 설계된다. 그 이상의 혼탁도의 물에 대해서는, 입자상 물질을 제거하도록 샌드 프리-필터 또는 규조토 프리-필터 또는 캐트리지 필터 또는 다른 프리-필터가 사용되어야 한다. 이와 다르게, 물이 필터로 유입되기 전에 입자들이 물에서 가라앉도록 침전 탱크가 사용될 수 있다. 2미크론 구멍들을 갖는 프리-필터 스크린 또는 다른 3 미크론 이하의 필터가 시스템이 UV 살균에 의해 충분하게 정화할 수 없는 경우 물에서 크립토스포리디엄 오시스트 및 다른 원생동물을 사전에 필터링하도록 이용될 수 있다.

물의 혼탁도는 UVC 에너지의 병원균 살균반경에 영향을 미친다. 약 5NTU 미만의 혼탁도를 가진 물에서, UVC 흡수 계수는 일반적으로 약 0.01/cm 내지 0.021/cm 사이에서 변화한다. 따라서, 최대 흡수 계수를 이용하는 램프면으로부터 15cm의 반경에서, 85%의 UVC 에너지가 흡수된다. 이 정보는 다음과 같이 조사 서브쳄버를 설계함에 있어서 활용되었다.

본 발명에 따른 유체 유동 서브쳄버를 갖는 시스템의 하나 이상의 실시예들로 포함될 수 있는 특징들 중에는:

1. 정화되는 유체가 통과하는 하나 이상의 UVC 광원들 둘레에 부분적인 서브쳄버들을 형성하도록 서브쳄버의 물 등의 유체의 유동 방향을 따라 일련의 배플들이 배향된다.

2. 상기 특징 1을 갖는 시스템이 병렬 또는 직렬로 다수의 서브쳄버들을 가진다.

3. UVC 광으로의 병원균 노출을 증가시키도록 서브쳄버들에 유체 또는 물의 흐름을 형성하기 위해 배플들이 시스템에서 사용된다.

4. 시스템에서 공기가 배기될 수 있도록 그들의 최상부 또는 그 근방에, 시스템에서 사용되는 배플들이 작은 통로들을 가진다.

5. 석영 튜브에 대해 수직 또는 선택된 각도들로 배치된 배플들을 갖는 서브쳄버의 석영 튜브에 하나 이상의 UVC 램프가 있다.

6. 상기한 특징 1의 시스템이 석영 튜브 상의 외부 재료의 퇴적을 감소시키도록 FEP로 코팅된 석영 튜브에 하나 이상의 UVC 램프를 가진다.

7. 상기한 특징 1의 시스템이 FEP 코팅이 물에 접촉하지만, 램프의 단부들은 잠기지 않는, FEP로 코팅된 하나 이상의 UVC 방사 램프를 가진다.

8. 상기한 특징 1의 시스템이 하나 이상의 UV 펄스 소스를 가진다.

9. 상기한 특징 1의 시스템이 하나 이상의 중간 또는 저압 UVC 램프를 가진다.

10. 상기한 특징 1의 시스템이 마이크로웨이브 UVC 소스를 가진다.

11. 상기한 특징 1의 시스템이 하나 이상의 UVC 발광 LED를 가진다.

12. 상기한 특징 1의 시스템이 LED에서의 신호의 강도 또는 LED에 제공된 전류를 검출하는 전류 트랜스포머 또는 포토다이오드에서의 클로스드 루프 피드백을 갖는 물 등의 유체용 정화기에 하나 이상의 UVC 발광 LED를 가진다.

13. 레이저 스펙트로스코피를 통해 시스템에 존재하는 물의 박테리아의 직접적인 측정에 의해 UVC 정수 시스템이 클로스드 루프 피드백을 사용한다.

14. UVC 발광 램프가 물을 정수하도록 일련의 배플들 및 서브쳄버들에 걸쳐있다.

15. UVC 발광 램프 및/또는 튜브를 세정하도록 초음파 발생기 및 하나 이상의 변환기들을 사용한다.

16. 열 전도성 UV 튜브가 시스템 전자장치들에 의해 발생된 열을 물로 내리도록 한다.

17. 시스템에 사용된 UVC 램프의 단부들을 포일 실린더들이 둘러싼다.

18. UVC 램프를 구동하여 정화되는 유체의 병원균들을 박멸하도록 적절한 전류를 보장하기 위해 발라스트 입력 또는 램프 입력에서 클로스드 루프 피드백이 전류를 감시한다.

19. 정화되는 유체의 병원균들을 박멸하도록 UVC 소스에 적절한 전력을 공급하기 위해 발라스트 입력 또는 램프 입력에서 클로스드 루프 피드백이 전압을 감시한다.

20. 전류 또는 전압 또는 UVC 출력이 소정 문턱치 아래에 있는 경우 자동으로 물 유동을 정지시키도록 피드백 시스템과 밸브가 조합되어 있다.

21. 정수기의 유체의 잔량이 병원균들에 대해 처리될 때까지 출력 밸브 폐쇄를 유지하는 시스템의 시작 또는 재시작에 시간 지연이 있다.

22. 시스템에서 공기를 연속으로 제거하도록 자동 블리드 밸브가 플로팅 볼을 사용한다.

23. 시스템의 정비의 필요성 또는 일부 특정 작용에 대한 필요성을 관찰자들에게 표시하도록 컴퓨터 또는 통신 네트워크에 유체 정화 시스템의 조건 및/또는 작동에 관한 정보, 정비의 필요성, 작동 시간, 유동 등의 시스템에서의 파라미터들을 전송하기 위해 무선 통신 시스템과 UVC 정수 시스템을 조합하여 사용한다.

24. 물 등의 유체를 정화하는 시스템의 효과를 감시할 수 있도록 램프 출력의 피드백을 제공하기 위해 UVC 발광 램프를 둘러싸는 석영 튜브를 통해 전송되는 UVC 광을 검출하는 포토다이오드를 사용한다.

25. UVC 정수 시스템은 배플들에 걸친 압력 차에서 유량을 계산함에 의해 유동을 측정하는 유동 센서를 가진다.

26. 물 또는 유체 정수 시스템의 유체 유동 서브쳄버의 제조 방법은 플라스틱 튜브를 가열하고, 배플들을 삽입하며, 튜브의 내측 벽에 부분적으로 배플들을 매립하도록 튜브를 반경 방향으로 압축하는 단계를 이용한다.

27. 상기 특징 1을 가진 시스템은 DC 인버터를 포함한다.

28. UVC 정수 시스템을 샌드 필터와 조합하여 사용한다.

29. 상기 특징 1을 가진 시스템은 인력에 의한 발전기 또는 태양열 발전 등의 전원을 이용한다.

본 발명은 본 발명에 관련한 이하의 도면들을 상세한 설명과 함께 연계하면 더 완전하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 자외선 정수 시스템은 특허청구의 범위에 포함된 구성에 의한 효과를 가진다.

도1은 본 발명에 따른 하우징을 가진 정수 시스템의 일 실시예의 아이소메트릭 도면,
도2는 TIG 용접된 배플들(21) 및 튜브들(40)의 각 단부 상의 플라스틱 램프 캡(14)을 가진 두 개의 스테인리스 강 정화 튜브들(40) 중 하나의 단면을 나타내고 있는 도1의 정수 시스템 및 하우징의 아이소메트릭 단면도,
도3은 하우징이 없는 정수기의 단면도,
도4는 정수기 튜브 단부의 단면도,
도5는 정수기 튜브 단부 캡을 나타낸 도면,
도6은 램프 캡을 나타낸 도면,
도7은 선택적인 포일 실드들을 갖는 FEP로 완전하게 둘러싸인 램프를 나타낸 도면,
도8은 크로스오버 튜브 및 블리드 밸브의 단면도,
도9는 간단한 배플을 나타낸 도면,
도10은 외주 탭들을 가진 배플을 나타낸 도면,
도11은 외주 탭들 및 원주 구멍들을 가진 배플을 나타낸 도면,
도12는 각 배플 둘레의 외주에서 유체 유동이 발생하는 각 배플의 구멍을 통해 램프를 가진 서브쳄버에 장착된 배플을 나타낸 도면,
도13은 직경이 증가하는 구멍들의 나선형 어레이를 가진 배플을 나타낸 도면,
도14는 나선형 구멍들을 가진 배플들에서의 물 흐름 패턴을 나타낸 도면,
도15는 램프용 배플의 구멍의 원주 상에 립을 가진 배플을 나타낸 도면,
도16은 립을 가진 배플로부터의 물 흐름 패턴을 나타낸 도면,
도17은 포트들을 가진 배플을 나타낸 도면,
도18은 포트들을 가진 배플들로부터 물 흐름 패턴을 나타낸 도면,
도19는 나선형 내측 립을 가진 배플을 나타낸 도면,
도20은 커다란 나선형 내측 립 및 리딩 에지 립을 가진 배플을 나타낸 도면,
도21은 커다란 나선형 내측 립 및 트레일링 에지 립을 가진 배플을 나타낸 도면,
도22는 곡선 블레이드들을 가진 배플을 나타낸 도면,
도23은 곡선 블레이드들을 가진 배플들의 물 흐름 패턴을 나타낸 도면,
도24는 비스듬한 반경방향 블레이드들을 가진 배플을 나타낸 도면,
도25는 배플들의 구멍들을 통해 연장하는 중앙의 투명한 튜브에 배열된 중앙의 UVC 발광 LED 소스들을 나타낸 도면,
도26은 용접 구멍들을 가진 정수 튜브를 나타낸 도면,
도27은 홈이 난 정수 튜브의 단면도,
도28은 정수 튜브 딤플들의 클로스업 단면도,
도29는 성형된 정수 튜브의 단면도,
도30은 두 개의 피스로 성형된 정수 튜브를 나타낸 도면,
도31은 중앙이 싱글 피스로 된, 스리 피스로 성형된 듀얼 정수 튜브를 나타낸 도면,
도32는 논-센싱 회로 블럭 다이어그램을 나타낸 도면,
도33은 인력에 의한 동력 시스템을 나타낸 도면,
도34a 내지 34m은 본 발명의 실시예들과 함께 이용되는 제어 회로 및 제어 시스템의 블럭 다이어그램(도34a) 및 관련 회로를 나타낸 도면,
도34n은 도34b 내지 34m의 관계를 나타낸 도면,
도35는 디지털 제어 시스템의 개략적인 블럭도,
도36은 UVC 램프에 인접한 포토다이오드 UVC 출력 센서(630)를 나타낸 도면,
도37은 램프(20)에서 UVC 광을 센싱하기 위한 포토다이오드를 가진 회로 블럭도,
도38은 유체 유동을 측정하도록 배플들 사이에서 통합된 압력 센서들의 단면도,
도39는 다른 시스템 설계의 확대도,
도40은 배플들 위에 UVC 광(20)을 갖는 장방형 배플 시스템을 나타낸 도면,
도41은 외주에 UVC LED를 가진 시스템의 단면도,
도42는 정화 튜브의 통합된 초음파 세정을 제공하는 시스템의 단면도,
도43은 램프(20)를 둘러싸는 석영 튜브(24)와 본 발명의 정수 시스템의 실시예를 나타낸 도면,
도44는 배플들(21)의 내측 구멍의 직경 및 석영 튜브(24)의 외측면 사이에 환형 공간을 남기도록 석영 튜브(24) 둘레의 배플들(21) 및 UVC 램프(20)를 둘러싸는 석영 튜브(24)를 가진 본 발명의 시스템의 일 부분의 단면도,
도45는 도시된 배플들(21-1) 내지 (21-3) 각각의 대응하는 구멍들(263)을 통해 연장하는 각 램프(20)를 갖는 튜브(40)에 장착된 4개의 석영 튜브들(20-1) 내지 (20-4)을 갖는 본 발명의 구조를 나타낸 도면,
도46은 각 램프(20-1) 내지 (20-4)가 석영 튜브들(24-1) 내지 (24-4)에 장착된 도45의 구조를 나타낸 도면,
도47은 석영 실드들(24)을 가진 석영 튜브들(20)의 수신 및 통과를 허용하도록 배플들(21-1) 내지 (21-3) 각각에 단일의 비원형 구멍을 갖는 도45 및 46의 구조를 나타낸 도면,
도48은 정수 시스템을 포함하는 장소들 사이의 데이터 및 보이스 통신을 허용하도록 정수 시스템과 통합된 무선 네트워크를 가진 본 발명의 실시예를 나타낸 도면, 및
도49는 상기 통신 시스템의 시스템 블럭 다이어그램을 나타낸 도면이다.

본 명세서에서 "발명"이라는 용어가 배경기술, 요약서, 도면들의 설명 및 상세한 설명에서 때때로 사용되지만, 특허청구의 범위에서만 본 발명을 한정하도록 의도하고 있으며 본 명세서의 나머지 부분은 본 발명에 대한 배경기술 및 본 발명에 따른 예시적인 실시예들을 설명하려고 하며 따라서 이들 실시예들의 설명들은 단지 예시적인 것이고 그것으로 제한되지는 않는다.

본 발명의 바람직한 실시예는 프리 또는 포스트 필터가 없이 약 50파운드(23kg)의 건 중량을 가진, 휴대용 유닛을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 시스템은 시간 당 약 50갤런(1900리터) 내지 약 5000갤런(3800리터) 사이를 정화한다. 물론, 본 발명은 비 휴대용 실시예들로도 적용될 수 있다.

시간당 500갤런(1900리터)을 생성하는 시스템에서, 평균 1000명의 마을의 하루 필요량인 전체 2000갤런은 하루 작동중 4시간에 정화될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 후술하는 EPA 가이드 평균 수질에 부합하도록 되는 시간 당 500갤런(1900리터)의 물을 생성하게 된다.

본 발명은 현존하는 UVC 정수 처리 시스템들에 비해 시스템에서 전체 UVC 파워 출력 당 정화된 물 배출량을 증가시키기 위해 배플들의 어레이를 포함하기 때문에 병원균들의 살균 시에 종래 기술에 비해 상당한 에너지를 절약하게 된다.따라서, 상기 배플들은 시스템 효율을 증가시키도록 UVC 광의 병원균들의 살균력을 배가시킨다.

시스템 구성 및 작동

상기 시스템의 바람직한 실시예가 도1에 도시되어 있다. 상기 시스템은 입구(11) 및 출구(12), 손잡이(16) 및 전원 코드(15)를 갖는 보호용 외측 쉘(10)에 내장될 수 있다. 상기 시스템은 UVC 램프들(20)(도2)을 밀봉 및 보호하고 상기 램프로의 전기적 접촉을 허용하도록 각 램프의 양 단부들에 램프 캡들(14)을 가진다. 또한, 상기 시스템은 후술하는 바와 같은 블리드 밸브 드레인 구멍(13)을 가진다.

도2는 배플들(21)(일 실시예에서 튜브들에 TIG 용접되지만 임의의 다른 적절한 방식으로 튜브들에 결합될 수 있음) 및 튜브들(40)의 각 단부 상의 램프 캡(14)(바람직하게는 플라스틱)을 갖는 두 개의 정화 튜브들(40-2,40-1)(바람직하게는 스테인리스 강) 중 하나의 단면을 나타낸 도1의 시스템의 일 실시예의 아이소메트릭 단면도이다. UVC를 방사하는 살균력 있는 램프(20)는 각 튜브(40)의 중앙에 배치되어 각 튜브(40-2,40-1)의 길이로 연장한다. 이와 다르게, 극초단파 UVC 소스가 사용될 수 있다. 일 실시예에서 배플들(21)은 정화 튜브들(40)에 용접될 수 있다. 상기 배플들(21)은 각 튜브(40)에 의해 형성된 쳄버를 서브쳄버들(22-1) 내지 (22-N)로 분할하며 N은 배플들(21)의 수보다 1이 큰 정수이다. 일 실시예에서, 튜브들(40)은 약 48인치(48") 길이이고 37개의 배플들(21)을 이용하여 38개의 서브쳄버들이 형성된다. 쳄버의 길이를 따른 배플들의 공간은 동일하게 되지 않아도 된다.

도3은 스위치(39), (시스템이 유체를 정화하도록 작동된 누적 시간을 유저에게 통보하는) 아워 메타(38), LED 상태 표시기(25) 및 보호 후프들(37)을 가진 방수 전자장치 인클로저(36)를 더욱 완전하게 나타내도록, 외측 하우징 및 충격 보호 폼들이 제거된 시스템의 실시예를 나타낸다. 전자장치들은 방수 피드 스루들을 가진 밀봉된 방수 하우징(36)에 수납된다. 상기 전자장치 인클로저는 정화 튜브들(40)에 용접된 열 전달 스트립들(26)(일반적으로 스테인리스 강이 사용되지만 다른 열 전도 재료들도 사용될 수 있음) 상에 장착될 수 있다. 인클로저 장착부들(26)로의 열 전달율을 증가시키도록 열 전달 화합물 또는 열 전달 테이프가 사용될 수 있다. 상기 시스템의 전자장치들에 의해 발생된 폐열은 냉각을 위해 서브쳄버들을 통과하는 물로 전달될 수 있다. (후술될) 전자장치들은 튜브들(40)의 UVC 램프들(20)에 파워를 공급하며 발라스트 및 인버터를 포함한다. 열은 상기 발라스트 및 인버터에서 열 전도성 전자장치 하우징으로 전달되어, 열 전도성 전자장치 인클로저 장착 판들(26) 및 열 전도성 스테인리스 강 튜브들(40)로 전달되어, 시스템을 통과하는 물로 열을 전할 수 있다. 따라서, 정화되는 물은 시스템을 냉각하도록 사용될 수 있다.

인클로저 장착부들(26)을 전자장치 하우징(36)에 연결하도록 알루미늄 또는 스테인리스 강 볼트들이 사용된다. 이 볼트들은 하우징에서 수냉 히크 싱크로 열을 전달한다. 전자장치 인클로저(36)는 영구적으로 밀봉되거나 또는 서비스 가능성을 위해 개방 가능하도록 될 수 있다. 이와 다르게, 또는 그와 조합하여, 종래의 잘 알려진 설계의 자유 또는 강제 공기 대류식 히크 싱크가 사용될 수 있다.

물은 입구 엘보우(28) 및 필터 스크린(29)을 통해 선택적인 샌드 필터(도시 안됨) 및/또는 다른 프리 필터(도시 안됨)로부터 정수 시스템으로 유입된다. 상기 시스템의 입구는 바람직하게, 우븐(woven) 스테인리스 강 스크린 등의, 하나 이상의 스크린들을 포함하여, 입자상 물질이 시스템으로 유입됨을 방지한다. 이 스크린은 그로부터 상류의 제2의 제거 가능한 스크린과 결합될 수 있다.

도3은 상기 시스템의 전원이 오프되는 경우 폐쇄되는 상시 폐쇄 배출 밸브인 제어 밸브(32)를 나타내고 있다. 전자장치 인클로저(36)의 회로의 시간 지연은 처음에 상기 시스템에 잔류하는 물을 정화하도록 충분한 시간이 경과할 때까지 시스템 개시 중에 밸브(32)를 폐쇄한 채 유지한다. 출구 엘보우(31), 입구 엘보우(28) 및 보호용 입구 스크린(29)이 선택적인 자동 블리드 밸브(42)를 가진 크로스오버 튜브(41)(정화 처리가 계속되는 동안 정화되는 물을 제1 튜브(40-1)에서 물이 통하여 유동하는 제2 튜브(40-2)로 통과시킴)가 도시되어 있다. 스테인리스 강 입구 및 출구 엘보우들 및 크로스오버 튜브가 선호되어 사용된다. 상기 입구, 출구 및 크로스오버 튜브들은 서브쳄버에서의 UV 에너지 반사량을 최소화하도록 라운드되지 않은 밴드들을 가진다. 상기 시스템의 튜브들(40) 모두는 정밀성 및 제조 비용을 절감하도록 레이저 컷된다. 자동화된 블리드 밸브(42)는 상기한 바와 같이 크로스오버 튜브(41) 상에 배치될 수 있다.

도4는 정화 튜브들(40) 중 하나의 단부 근방의 단면의 확대도를 나타내고 있다. 물이 구멍(56)을 통해 시스템으로 유입된 후에, UVC 광원(20)에 노출되는, 제1 서브쳄버(22-1)로 유동한다. 그 후, 물은 시스템의 제1 튜브(40)(도3에 도시된 튜브 40-1)의 단부에 도달할 때까지 제1 배플(21-1) 및 FEP 코팅 UVC 램프(20) 사이의 중앙의 환형 구멍(23-1)을 통해 제2 서브쳄버(22-2), 등등으로 유동한다. 다음, 물은 최대의 UVC 노출을 보장하도록 튜브의 최상부로 유출된다. 도3에 도시된 바와 같이, 물은 튜브(40-1)의 상부에서 크로스오버 튜브(41)를 통해 물이 더 많은 UVC 광에 노출되는 다른 튜브(40-2)로 유동한다. 이와 다르게 크로스오버 튜브(41)가 전자장치 인클로저(36)에서의 열을 제거하도록 사용되는 높은 열 전도성을 가진 열 전달 튜브의 일부를 포함할 수 있다. 물은 출구(33)(도3)를 통해 튜브(40-2) 및 시스템에서 배출된다.

램프 밀봉 및 전기 접속

상기 스테인리스 강 시스템은 도5에 도시된 바와 같이 각각의 서브쳄버에 대해 스테인리스 강 단부 캡들(50)을 가진다. 각 단부 캡(50)은 램프 및 단부 캡에 대해 밀봉하는 오-링을 수용하는 테이퍼된 시트(52)를 가진 중앙 램프 구멍(52)을 가진다. 발라스트로의 램프 와이어링의 통로를 위해 단부 캡에 제2 구멍(23)이 제공될 수 있다. 단부 캡(50)의 외측면은 도4 및 6에 도시된 바와 같이 램프 캡의 외주의 오-링들(44,46)에 대해 밀봉하도록 편평하게 될 수 있다. 상기 단부 캡은 램프 캡을 보유하고 오-링들에 대한 밀봉을 제공하도록 그에 용접된 나사 너트들(51)을 가진다. 이와 다르게, 단부 캡들을 램프 캡들에 부착하기 위한 임의의 다른 적절한 방법들도 사용될 수 있다.

각 단부 캡(50)은 하나의 정화 튜브(40)의 단부에 분리되어 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)된다. 각 단부 캡(50)은 정화 튜브로의 용접을 용이하게 하도록 분리될 수 있다. 정화 튜브로 용접 후에, 각 단부 캡(50)은 인접한 단부 캡(50)에 그들의 직선 에지들(54)을 함께 용접함에 의해 용접 또는 결합될 수 있다. 이와 다르게, 단부 캡(50)으로 슬립되는 튜브들(40)을 둘러싸는 압축 부싱 또는 오-링들 상의 나사조임 또는 접착 등의 다른 접합 기술들이 사용될 수 있다. 이와 다르게, 단부 캡들은 스테인리스 강으로 제조되지 않고, 후술하는 바와 같이 다이캐스트 합금 또는 성형 플라스틱으로 될 수 있다.

도4는 2개의 오-링들(44,46)을 가진 단부 캡(50)에 대한 램프 캡(14) 밀봉을 나타내고 있다. 제1 PTFE 오-링(44)은 램프 캡(14) 상의 내측 홈에 배치된다. 여기에서, 램프 캡(14)은 잘 알려진 설계의 PTFE 오-링(44)을 이용하여 단부 캡(50)에 대해 살균력이 있는 램프(20)를 밀봉한다. 중앙 오-링(44)은 단부 캡(50)에 용접된 램프 캡(14)에 의해 오-링(44) 상에 가해지는 압축력으로 인해 램프(20)의 전기 콘택트들(45) 및 전기 하우징으로부터 유동 서브쳄버(22-1)를 밀봉한다. 상기 압축력은 테이퍼된 오-링 시트(52)로 인해 램프(20) 상의 외측 FEP 코팅(80)(도7에서 후술됨) 상에 가해지는 반경방향 안쪽의 성분을 가진다. 스테인리스 강 단부 캡(50)은 PTFE 오-링(44) 상의 증가된 밀봉력 때문에 선호되어 사용된다.

램프 캡(14)은 조립 중에 램프(20)를 정렬하여 운반 및 작동 중에 램프 캡(14)에서 램프 단부로의 충격을 방지하는 선택적인 중앙의 탄성중합체 범퍼(57)를 가진다. 램프 캡(14)의 외측 부분은 램프 전기 배선 및 와이어링을 위해 분리된 방수 와이어링 격실을 형성하도록 제2의 밀봉 오-링(46)을 가진 그의 스무스한 외측면 상에서 단부 캡(50)에 대해 밀봉할 수 있다. 램프 와이어링은 방수 밀봉 전선관 시스템으로 단부 캡(50)의 구멍(53)을 통해 통과할 수 있다.

램프 캡(14)의 외측 홈(61)이 도6에 더 상세하게 도시된다. 홈(61)에 맞는, 선택적인 외측 오-링(46)은 램프 캡(14) 및 단부 캡(50) 사이의 램프 전기 배선의 밀봉을 행할 수 있다. 외측 오-링(46)(도4)은, 중앙의 테이퍼된 시트(52)에서 램프(20)를 단부 캡(50)에 대해 밀봉하도록 램프 캡(14)이 중앙 오-링(44)에 대해 계속 힘을 가하더라도 상기 외측 오-링(46)을 변형시켜서 밀봉할 수 있도록, 비톤(Viton), 실리콘, 부나-엔(Buna-N), 또는 FEP 등의, 중앙 오-링 보다 더 순응적인 재료로 제조된다.

FEP 램프 코팅

램프는 도7에 도시된 바와 같이 그의 전체 길이에 걸쳐 FEP(플루오로에틸렌 프로필렌)의 원주 층(80)으로 덮혀 있을 수 있다. FEP 코팅은 램프(20) 위로 열 수축될 수 있는 얇은 튜브의 형태로 적용된다. 바람직하게, 원주 상에서의 완전한 방사 또는 강제 대류 열 요소가 램프 위의 제 위치에서 FEP 튜빙(80)을 수축시킬 수 있는 제어된 속도 및 제어된 온도로 램프의 길이를 따라 이동된다.

램프(20)의 단부들 근방의 FEP 코팅(80) 하에 배치된 얇은 포일 실드들(82)은 아크릴 점착 배킹을 가진 알루미늄 포일로 제조된다. 이와 다르게, 상기 실드들은 스테인리스 강 포일, 또는 PVDF, 카본 블랙으로 충전된 PTFE, PEI의 박막들, 또는 다른 얇은 재료로 제조될 수 있다. 상기 포일 실드들(82)은 각 램프(20)에서의 UVC 방사에 의해 가능한 손실로부터 오-링(44) 및 중합의 램프 캡(14)을 보호하도록 각 램프(20)의 단부들 둘레에 감기게 된다.

램프(20)를 둘러싸는 FEP 코팅(80)은 도7에 도시된 바와 같이 램프(20) 및 전기 콘택트들을 완전하게 감싸게 된다. 램프(20) 및 콘택트들(45)이 FEP(80)로 완전하게 둘러싸이면, 와이어들(91)은 그들이 FEP 커버링(80)에서 배출될 때 FEP(80)에 의해 밀봉된다. 오-링(44) 내측(즉, 도7에서 오-링(44)의 좌측으로의) 램프(20)의 길이는, FEP 코팅(80)이 물과 접촉하도록 정화되는 물에 잠기게 되지만, 오-링(44) 너머로 도7의 우측으로 돌출하는 FEP로 커버된 램프(20)의 부분은 잠기지 않게 된다. 이와 다르게, 상기한 바와 같이, 상기 콘택트들(45)이 램프 캡(14) 내측의 FEP(80)에 의해 커버되지 않고 개방될 수 있다. 램프 캡(14)은 UVC 방사에 의한 손상으로부터 보호하도록 UVC 차단 페인트로 코팅되거나 또는 도금되거나 또는 금속화될 수 있다. 이와 다르게, 상기한 바와 같이, 오-링(44) 및 램프 캡(14)의 방사를 방지하도록 금속 코팅(82)이 FEP 코팅(80) 하의 램프(20)의 단부에 인가될 수 있다. 여전히 오-링(44)은 현재의 포일(82)의 박층으로 램프(20)에 대해 밀봉할 수 있다.

단부 캡들(14)은 PVC, ABS, 폴리카보네이트, 또는 다른 재료 등의 열가소성 재료, 또는 열경화성 재료 또는 알루미늄, 아연, 마그네슘, 또는 다른 합금의 금속 다이 캐스트로 성형될 수 있다. 단부 캡들(14)의 내측면은 PVDF 또는 PEEK 또는 PEI 또는 다른 UV-저항성 재료로 제조될 수 있다.

성형된 단부 캡(14) 및 스텐인리스 강 또는 알루미늄 쳄버(40)(또한 튜브(40)라고도 함)로서, (22-1)(도4) 등의 최종 서브쳄버 너머로 연장하는 램프(20)의 부분에서 UVC 방사를 차단함에 의해 단부 캡(14)에 대한 UVC 손상을 감소 또는 방지하도록 각 램프(20)의 단부에 넓은 실드 테이프 층(82)(도7)이 필요해질 수 있다. 또한, 스텐인리스 강 또는 알루미늄 또는 다른 UV 실드(82)가 단부 캡(14)의 단부 내측에 그를 보호하도록 배치될 수 있다. 단부 캡(14)의 내측의 실드는 편평한 형상 또는 서브쳄버 벽의 원주 상의 UVC 방사에 의해 조사될 수 있는 단부 캡 플라스틱을 보호하도록 컵 형상 등의 다른 형상을 가질 수 있다. 램프들(20)의 단부들에서의 포일 실드(82) 또는 코팅은 램프들(20)의 단부들에 배치된 서브쳄버들(22)의 정화 효과를 감소시키는 단점을 가진다.

시스템이 성형된 플라스틱 단부 캡(50)을 이용하면, 단부 캡(50) 상에 장착된 PVC 엘보우들은 UVC에 의한 플라스틱의 직접적인 방사를 실드하도록 장착된 스테인리스 강 또는 알루미늄 실드(도시 안됨)에 의해 UVC 방사로부터 보호될 수 있다.

충격 보호

상기 시스템의 바람직한 실시예는 기복이 심한 필드 조건들을 견디도록 설계된다. 상기 시스템의 바람직한 실시예는 튜브들(40)의 조립체가 폼 또는 다른 충격 흡수 재료 또는 장치들에 의해 하우징(10)에서 분리되거나 또는 그에 달려있게 되는 팽창된 PVC 폼 또는 주름진 플라스틱 또는 다른 재료로 된 보호 하우징(10)(도1)을 가진다.

블리드 밸브

제1 정화 튜브(40-1)에서 제2 정화 튜브(40-2)로 물을 이동시키는 크로스오버 튜브(41)(도3)가 도8에 단면도로 도시된 바와 같이 튜브들(40)로부터 공기가 배출될 수 있게 허용하기 위해 선택적인 블리드 밸브(42)를 가진다. 크로스오버 튜브(41)는 도3에 도시된 바와 같이 정화 튜브(40)보다 높게 배치되어 블리드 공기가 퍼지될 수 있는 시스템의 높은 지점까지 상승되며 튜브들(40-1) 및 (40-2)에서의 물 유동 및 UVC 광의 조합이 물의 병원균들의 파괴를 최적화하도록 된다. 공기 포켓들의 제거는 물 유동을 위해 가능한 각 서브쳄버(22-i)의 체적을 최대화하여, UVC 광에 대한 병원균의 조사 시간을 최대로 한다. 상기 시스템의 각 배플(21-i)(N이 튜브(40)의 서브쳄버들(22)의 수인 경우, i는 1≤i≤(N-1)에 의해 주어지는 정수)은 배플(21)(도9)의 구멍(261) 등의 하나 이상의 작은 구멍들을 가지며 상기 배플을 통해 공기가 시스템에서 배기되도록 통과하게 된다. 공기는 동작 개시 시에 시스템에서 배기되고 작동 중에 주기적으로 배기된다.

선택적인 공기 블리드 밸브(42)(도3)는 도8에 도시된 바와 같이 자동화되어 있다. 이 구성에서, 블리드 밸브(42)는 긴밀한 공차의 구형 폴리프로필렌 볼(208)을 가진다. 볼(208)은 그의 밀도가 공기보다 크기 때문에 공기(심지어 공기 중의 기포들)가 그 아래에 있을 때 가라앉는다. 볼(208)은 보어 및 볼(208) 사이로 공기가 통과할 수 있도록 볼(208)보다 큰 직경의 보어(209)에 배치된다. 공기 없는 물이 볼(208) 아래에 있을 때, 볼(208)은 물과 함께 상승하고 물의 힘이 볼(208)을 테이퍼된 시트(205)에 대해 압축하여 블리드 밸브(42)를 통한 물 손실을 사실상 방지한다. 볼(208)은 균일한 직경으로 되고 시트(205)에 대해 밀봉하도록 스무스한 표면을 가진다. 이와 다르게, 볼(208)은 물보다 비중이 작은 다른 재료로 제조된다. 이와 다르게, 물보다 낮은 밀도를 갖는 중공의 볼(208)이 사용된다. 볼(208)은 밀봉 특성을 개선하도록 탄성중합체 재료로 제조되거나 또는 탄성중합체 재료로 커버될 수 있다. 또한, 시트(205)도 밀봉을 최적화하도록 스무스한 표면을 가진다. 보어(209)도 스무스하지만, 보어의 중앙에서 볼(208)을 크게 변위시키지 않고 볼(208)에 의해 공기가 통과하도록 허용하기 위해 주름질 수 있다. 이와 다르게, 블리드 밸브(42)는 수동으로 될 수 있고, 시스템에 갇힌 공기를 해제시키도록 작동자가 개방한 후에 공기가 시스템으로 진입될 때마다 다시 폐쇄하도록 요구된다. 이와 다르게, 블리드 밸브(42)는 전기 솔레노이드에 의해 작동될 수 있다.

유동 제어 밸브

물이 크로스오버 튜브(41)를 통해 이동한 후에, 계속해서 UVC 노광을 수용하며 일련의 배플들(21-1) 내지 21-(N-1) 및 서브쳄버들(22-N), 여기에서 N은 각 튜브(40)의 서브쳄버들(22)의 수이고 도3의 제2 튜브(40-2)에 21로서 도시됨,을 통해 유동하는 경우 제2 튜브(40-2)(도3)로 유입한다. 서브쳄버들(N)의 수는 원하는 정화를 얻도록 필요로 하는 수로 변경될 수 있다. 물은 정수기 출구(33)로 물을 유동시키는 밸브(32)로 출구를 통해 상방으로 유동함에 의해 제2 튜브(40-2)에서, 포스트 필터로, 배출된다. 밸브(32)의 유동 저항은 중력으로의 공급을 이용하게 되는 등의 저압 공급 시스템을 허용하도록 충분히 낮은 것이 바람직하다.

밸브(32)는 플라스틱 사출 성형으로 제조되어 스테인리스 강 배출 튜브(31) 상에 조여지게 된다. 이와 다르게, 밸브(32)는 더욱 컨포멀한 형상으로 성형되어 최종 서브쳄버(22-N)에서 배출 튜브(31) 상에 직접 장착될 수 있다. 밸브(32)는 통합된 입구 및 출구 포트들(도시 안됨)을 가진 사출 성형 단부 캡으로 통합될 수 있다. 상기 시스템은 더 낮은 유량을 제공하도록 단일의 튜브(40)를 이용하거나 또는 더 높은 유량을 제공하도록 2개 이상의 튜브들(40)을 이용할 수 있다. 상기 시스템은 더 낮은 유량 또는 더 낮은 램프 파워 레벨들을 위해 소직경의 서브쳄버들(22-n)(n은 1≤n≤N에 의해 주어지는 정수)을 이용할 수 있다. 또한, 상기 시스템은 혼탁도가 충분히 낮다면 대직경의 서브쳄버들(22-n)을 이용할 수 있다. 또한, 상기 시스템은 필요하다면 직렬로 2개 이상의 튜브들(40)을 이용할 수 있다. 이와 다르게, 2개 이상의 튜브들(40)의 세트들이 고 체적의 응용들에 대해 유량을 증가시키도록 병렬로 사용될 수 있다.

시스템 재료들

시스템의 튜브들(40)은 304, 304L, 316, 316L 또는 다른 스테인리스 강 또는 양극산화처리된 알루미늄으로 구성된다. 이와 다르게, 정화 튜브들(40)은, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리플루오르화 비닐리덴(PVDF), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 또는 폴리에테르이미드(PEI) 등의 UVC 차단 폴리머의 압출된 내측 라이닝을 갖는 저밀도 폴리에틸렌, PVC, 폴리에틸렌, 또는 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 등의 압출된 폴리머의 푸드 등급의 플라스틱으로 제조될 수 있다. 이와 다르게, 정화 튜브들(40)은 카본 블랙 또는 다른 UV 차단제가 UVC 손상을 방지하도록 폴리머에 첨가된 경우 PVC 또는 폴리카보네이트 또는 아크릴 또는 다른 논-UVC 차단 폴리머 재료로 구성될 수도 있다.

이와 다르게, 튜브(40)는 FEP 또는 PVDF 등의 UV 차단 폴리머의 블로우 성형 내층을 가질 수 있다. 압출된 튜브(40)는 후술하는 바와 같이 튜브(40)를 따라 배플들(21)의 위치들을 나타내고 밀봉하도록 가열 및 압축될 수 있다.

이와 다르게, 중합의 튜브(40)는 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 라이닝을 형성할 수 있다. 이 라이닝들은 제 위치에 배플들(21)을 보유하도록 다공성으로, 슬롯으로, 또는 홈이 파여 형성될 수 있다. 라이너들은 튜브들(40)로 슬라이드될 수 있다. 튜브(40)는 라이너 둘레에서 연화되어 압축되거나, 또는 이와 다르게, PVC 튜브(40)가 알루미늄 또는 스테인리스 강 또는 다른 라이너 위에 성형될 수 있다.

이와 다르게, 스테인리스 강 또는 알루미늄의 배플들(21)을 가진 PVC 튜브(40)가 서브쳄버 벽들로의 UVC 손상을 감소시키도록 구리, 알루미늄 또는 다른 금속들로 도금 또는 금속화될 수 있다.

집중된 UVC의 장기간 노광 중에 한정된 수명을 가진 PVC 등의 재료는 티타늄 디옥사이드 또는 카본 블랙 등의 UV 안정제들로 보호되는 경우 및 적절한 수명을 제공하도록 램프(20)에서 충분한 거리를 유지하기에 충분하게 큰 반경을 갖는 경우의 튜브(40)에 사용하도록 수용 가능하다. 필드 테스트들에서, 5NTU의 혼탁도를 가진 물은 200mm의 거리에 걸쳐 UVC 에너지의 약 1/e을 흡수하였다.

튜브 반경이 PVC 튜브(40)에 도달하는 UVC 광량을 감소시키기 때문에 에너지 손실은 여전히 작지만, PVC 튜브(40)의 내측면에서 UVC의 반사는 입사 에너지의 약 12%이다. PVC는 알루미늄의 UVC 반사율의 약 66% 또는 스테인리스 강의 UVC 반사율의 약 30% 밖에 갖지 않지만, 튜브들(40)에 대해 낮은 반사율의 PVC를 사용하는 것은 PVC의 저비용, 내구성, 및 낮은 중량에 의해 정당화될 수 있다. 높은 반사율의 튜브가 정화되는 물에 가해지는 UVC 에너지 량을 증가시키기 때문에 튜브의 반사율이 중요하다.

물의 경도는 UV 광을 흡수할 수 있는 물의 용해성에 영향을 미친다. 경수는 튜브들(40) 또는 FEP 표면들 상에, 또는 램프들(20)이, 석영들로 둘러싸이는 경우, 석영들의 노출된 표면 상에서, 탄산염들을 촉발시킬 수 있다. 하나 이상의 선택된 서브쳄버들(22-n)의 클린도 및 각 램프(20) 상의 앙금들을 관찰하도록 시스템에 검사 창이 추가될 수 있다. FEP 코팅들의 사용에 의해 이들 앙금들의 형성 및 유기 퇴적물들의 형성을 감소시킬 수 있다.

튜브들(40)은 하나 또는 양 단부 캡들(50) 상에 세정 포트(도시 안됨)를 가질 수 있다. 세정 포트는 각 배플(21)의 중앙 구멍(263)의 내측 원주(265)(도9) 및 각 램프(20)의 외경 사이의 환형 구멍(23)(도4) 및 튜브(40)의 단부의 구멍을 통해 얇은 세정 도구가 삽입되도록 허용한다. 세정 도구는 앙금들 또는 입자들을 제거하도록 램프(20)의 길이를 따라 이동될 수 있다. 이와 다르게, 세정 도구는, 서브쳄버의 단부 상의 방수 시일을 통해 작동되는, 서브쳄버에 영구적으로 남게되는 로드를 이용할 수 있다.

가득 일때 바람직한 시스템에 보유되는 물의 체적은 시스템의 사이즈에 따라 약 0.25갤런 및 10갤런(1리터 내지 38리터) 사이이다. 그러나, 상기 시스템은 임의의 적절한 사이즈로 될 수 있고 이 체적들은 예시적인 것뿐이며 제한을 두는 것은 아니다.

배플 어레이

상기한 바와 같이, 각각의 UVC 조사 튜브(40)는 배플들(21-i), i는 상기한 바와 같이 1≤i≤(N-1), 에 의해 분리된 원통형 서브쳄버들(22-n)의 직렬의 세트로 구성된다. 배플들(21)은 스테이지(staged) 방식으로 물의 병원균의 유동을 제한함에 의해 정수기의 길이를 따라 병원균의 살균율을 증가시킨다. 물과 그의 수계(water borne) 병원균들은 UV계 다른 정수 시스템들에서와 같이 조사 필드의 길이로 유동하도록 자유로운 것이 아니라, 그 대신에 배플들(21-i)(예컨대 도3 및 9) 등의 배플들의 세트에 의해 분리된 일련의 서브쳄버들(22-n)에 제한되도록 구속된다. 이 시스템은 주어진 유량에 대한 UVC 방사에 의해 비활성화된 병원균들의 퍼센테이지를 크게 증가시킨다.

현재 단순한 튜브가 중앙에 배치되어 튜브의 길이를 따라 램프를 통과하는 물의 유동에 조사하는 살균 램프를 포함하는 많은 시스템들이 존재하고 상업적으로 입수 가능하다. 배플들(21) 및 서브쳄버들(22)이 없는 종래의 UVC 시스템에서, 물의 흐름은 물의 일부가 배플들(21)을 사용하는 본 발명에서보다 평균 이상의 빠르기로 출구에 도달하고 평균 미만의 UVC 방사를 야기할 수 있다. 연구실의 실험에서 배플들(21)이 없는 다른 동일의 시스템보다 상당히 더 병원균들을 살균할 수 있는 배플들(21)의 어레이를 사용하는 시스템에서 배플들(21)의 효과를 증명하였다.

미생물학적 시험

상기한 시스템의 시험들은 표 I 및 II에서 이하에 기록된다. 이 시험들은 미생물학적 물 정수기들을 시험하기 위한 미국 환경 보호 에이전시 가이드 스탠다드 및 프로토콜에 따라 애리조나 대학에서 행해졌다. US EPA 가이드 스탠다드 참조. 이 스탠다드는 표준화된 시험 과정 중에 박테리아에 대해 99.9999%(6 로그들), 바이러스에 대해 99.99%(4 로그들), 및 지아르디아 및 크립토스포리디움에 대해 99.9%(3 로그들)로 식수에서의 병원균 제거 레벨들을 설정하고 있다.

38개의 서브쳄버들(22)을 가진 시스템은 16피트(4.88미터)의 물 압력과 동등한-7.0psi(48kPa)의 유입 헤드 압력(필터 입구에서 측정)으로 시간당 1,000갤런(시간 당 3,800 리터)의 정화된 물을 생산한다. 이 시스템은 결합되어 전체 약 50W의 UVC 파워(30%의 UVC 파워 출력)를 생성하는 2개의 75W UVC 램프들(20)을 가진다. 이 시스템은 각각 4.0인치(100mm) 내경 및 2.5인치(64mm)의 축방향 길이를 가진 PVC 서브쳄버들(22-n)로 구성된다. 배플들(21-i)은 직경 1.5인치(38mm)의 중앙 구멍 및 직경 1.0인치(25.4mm)의 FEP 코팅 램프(20)를 가진 24게이지(0.4mm 두께) 스테인리스 강 판으로 구성된다. 각 배플은 배플(21)의 최상부에 0.063인치(1.6mm) 반경의 공기 블리드 구멍(261)을 가진다.

시간 당 500갤런(시간 당 1900리터)의 유량에서 이 시스템에서의 MS-2 박테리오파지 시험에서 리터 당 플라크 형성 유닛들의 99.9997%를 초과하는 감소를 나타내었다. 동일한 시험 유닛은 시간 당 500갤런(시간 당 1900리터)의 유량에서 E 콜리 바이러스 오염을 99.99998%까지 감소시켰다.

표I 및 II에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 배플들(21)을 갖는 물 정수 시스템들은 물에서의 병원균의 제거에 상당한 개선을 제공한다. 표I 및 II의 데이터는 MS-2(병원균을 제거하려는 시스템들의 효과를 결정하도록 사용되는 스탠다드 박테리오파지) 및 E. 콜리(잘 알려진 바이러스)를 이용한 시험들에서 얻어졌다. 표I은, 리모트퓨어 버젼 3.0 및 리모트퓨어 버젼 4.0의, 2개의 시스템들의 시험들의 결과들을 나타내고 있다. 리모트퓨어 버젼 3.0은 시스템의 전체 30개의 서브쳄버들(22)에 대해 튜브(40) 당 15개의 서브쳄버들을 형성하도록 튜브(40) 당 14개의 배플들(21)을 가진 2개의 튜브들(40)을 가진다. 리모트퓨어 버젼 4.0은 시스템의 전체 38개의 서브쳄버들(22)에 대해 튜브(40) 당 19개의 서브쳄버들을 형성하도록 튜브(40) 당 18개의 배플들(21)을 가진 2개의 튜브들(40)을 가진다. 시험된 3개의 유닛들 각각의 체적은 동일하다. 표I이 나타내는 바와 같이, 그리고 다음 파라그래프에서 후술하는 바와 같이, 2개의 시스템들은 비교 가능한 결과들을 제공하였다.

각 시스템을 통해 물의 2개의 유량이 흘렀다. 제1 유량은 시간 당 500갤런(GPH)였고 제2 유량은 시간 당 300갤런이었다. 시스템을 통해 흐르는 물은, 워싱턴, D.C.(1987), 식수 오피스, 농약 프로그램 및 크리터리어 및 스탠다드 디비젼 오피스, 레지스트레이션 디비젼, p.39, 미국 환경 보호 에이전시에서 입수할 수 있는, 미생물학적 물 정수기들을 시험하기 위한 US EPA 가이드 스탠다드 및 프로토콜에 따라 MS-2 및 E. 콜리가 불어 넣어졌다.

표I 및 II에 도시된 결과들은 상기한 가이드 스탠다드에 따라 얻어진 것들과 유사한 유효한 측정치들을 제공하려 의도된 시험들에 기초하고 있지만, 비용 및 시간 상의 이유로, 상기 가이드 스탠다드에 완전하게 일치하지는 않는다. 따라서, 표I 및 II는 상기 가이드 스탠다드에 완전하게 일치하지는 않고 유사한 시험 결과들을 나타낸다. 각 시험에서, 정수된 물의 저장소는 상기 가이드 스탠다드에 따라 첨가되어 혼합된 MS-2 및 E. 콜리 병원균들의 주의깊게 측정된 량을 가진다. 일단 물과 병원균이 혼합되면, 그 혼합물은 적절한 수의 시스템 체적들("유닛 체적"이라 함)이 시스템을 통과할 때까지 각 시스템을 통해 흐른다. 각각의 흐름은 램프 당 약 25W의 UVC 광의 발생이 포함되었다. 시스템에서 배출된 물에 생존한 병원균들의 농도는 시스템에서, 상기 가이드 스탠다드에 기재된 바와 같은 성분을 포함하고 상기 가이드 스탠다드에 따라 결과적인 내용물들을 배양하는 용기로 계량된 배출수를 피펫팅함에 의해 측정되었다. 상기 결과의 병원균 보존을 상기 가이드 스탠다드에 따라 측정하였다. 표I 및 II는 이 결과들을 나타내고 있다.

표I은, 시간 당 300 및 500갤런의 유량에 대해, 병원균의 퍼센트 감소가 파이브 나인스(즉, 30개의 배플 시스템 및 38개의 배플 시스템 모두에서 나인티나인 포인트 나인나인나인 파이브 퍼센트(99.9995%) 초과)를 초과하는 하나의 예외를 나타내고 있다. 상기 하나의 예외는 나인티나인 포인트 식스투 퍼센트(99.62%) 감소만을 나타내고 있다. 이 데이터는 설명되지 않은 이례적인 것으로 믿어진다.

표II는 시스템들의 튜브들과 함께 사용되는 배플들이 없는 점을 제외하면 표I에 나타낸 결과들을 얻도록 사용된 2개의 시스템들과 모든 양태들에서 동일한 시스템에 대한 결과들을 나타내고 있다. 표II는 유량이 증가하면 병원균의 퍼센트 감소가 줄어들게 됨을 나타내고 있다. 병원균의 최고 퍼센트 감소는 300gph의 배플이 없는 시스템에서 나인티나인 포인트 에이티투 퍼센트(99.82%)임을 주지하기 바란다. 배플들이 없는 시스템을 이용하여 얻어지는 결과들에 대해 배플들이 있는 시스템들을 이용하여 얻어지는 결과들에 대한 비교에서 병원균의 전체 퍼센트 감소는 배플들이 없는 시험들에서 사용된 동일한 시스템에 비해 배플들이 있는 시험들에서 사용된 시스템들에 대해 적어도 2의 오더 규모 더 높게 됨을 나타내고 있다. 시스템의 배플들에 의해 야기되는 물의 순도 증가는 시스템에 의해 생성되는 물의 수계 질병들의 전달을 상당하게 방지할 수 있다. 동일 유량 및 동일 UVC 에너지에 대한 물의 순도 증가는, 시스템의 배플들을 이용함에 의해 얻어지는, 종래 기술에 비해 상당한 에너지 절약을 나타내고 있다.

시험된 바와 같이 본 발명의 실시예들은 서브쳄버들이 없는 정수 쳄버를 통한 물의 동일 용적 측정의 유량에 비교한 바로서 서브쳄버들이 있는 정수 쳄버를 통해 유동하는 물의 정수에서 상당한 개선들이 얻어졌다. 뒤에 숨어있는 이유들이 명확하게 이해되지는 않았지만, 서브쳄버들이 튜브를 통해 직접 물이 유동하는 종래 기술의 시스템들에 반대로 물의 각 입자가 대략 동일한 UVC 방사를 수용하는 방식으로 물의 각 입자가 UVC 방사에 노출되도록 하는 것으로 믿어진다. 종래 기술의 시스템들에서, 물의 일부 입자들은 튜브를 따라 신속하게 유동하며 따라서 UVC 노출을 덜 수용하는 한편으로 물의 다른 입자들이 더 많은 UVC 노출을 수용한다. 그러나, 단부에서의 정수는 물의 모든 입자들의 불순물들의 평균을 반영하며 따라서 전체의 정수는 본 발명의 구조로써 얻어지는 것보다 작게 된다. 서브쳄버들은 물의 각 입자가 균일한 UVC 방사를 수용하여 물의 모든 입자들에서 균일한 비율로 불순물들이 파괴됨을 보장하도록 하는 것으로 믿어진다. 표I의 시험 결과들에 의해 도시된 바와 같이, 약 2 내지 3 오더의 규모의 정수의 개선이 종래 기술의 구조들에 비한 본 발명의 구조를 이용하여 얻어지게 된다.

본 발명에 의해 얻어지는 결과들에 대한 근거로서 보는 다른 방식은 튜브(40)의 물의 각 입자에 대한 드웰 타임의 통계적 분포가 작은 스탠다드 편차로써 매우 타이트하게 됨을 배플들(21) 및 서브쳄버들(22)이 보장한다는 것이다. 한편, 종래의 정수 시스템은 물의 입자들이 넓은 범위의 드웰 타임에 걸쳐 시스템을 통해 유동하도록 허용함으로써 일부 입자들이 UVC 방사에 비교적 작게 노출된 상태로 시스템에서 배출되게 허용한다. 따라서, 본 발명에 따른 시스템 및 종래 시스템들을 통하는 물의 동일 유량에 대해, 더욱 타이트하게 제어되는(즉, 더 균일한) 드웰 타임들로 인해 본 발명의 시스템에서 병원균 살균력이 훨씬 더 효과적이다.

일 실시예에서, 배플들(21)(도9)의 중앙 구멍들(263)은 도3 및 4에 도시된 바와 같이 서브쳄버(22-n)에서 서브쳄버(22-(n+1))로 물이 이동할 때 UV 광으로의 물의 노출을 증가시키도록 좁은 채널을 통해 물을 흐르게 하는 램프(20)에 인접한 환형(環形)(23)(도4)을 형성한다. UVC 램프(20)가 튜브 광원이므로, 램프(20)가 서브쳄버(22-n) 또는 원통형 유동 튜브(40)의 중앙 축을 따라 배치된 경우 물이 최대의 방사 노출을 수용하게 된다. UVC 방사 램프(20), 또는 램프(20)를 둘러싸는 석영 또는 FEP 코팅 석영 튜브(24)(예컨대, 도12)가 튜브(40)의 중앙 축을 따라 배치된다. 이와 다르게, 2개 이상의 UVC 방사 램프들(20) 또는 한 세트의 UVC 방사 LED가 각 서브쳄버(22-n)의 중앙을 따라 석영 튜브 내측에 배치되어 본 설계와 같이 서브쳄버들(22)을 한정하도록 배플들(21)을 이용하여 살균 램프가 작용하는 바와 동일한 형태로 각 서브쳄버(22-n)를 조명하도록 각 서브쳄버(22-n)의 중앙을 따라 석영 튜브 내측에 배치된다. 이와 다르게, 마이크로웨이브 UVC 소스가 UVC 방사 LED 대신에 사용될 수 있다. LED를 갖는 서브쳄버(40) 또는 튜브의 형태가 도25에 도시된다. 이와 다르게, 튜브(40)는 타원형 또는 다른 형상으로 될 수 있고 배플들(21)은 원형으로 될 필요가 없다.

튜브(40)의 길이를 따른 각 서브쳄버(22-n)에서, 물은 서브쳄버(22-n)로 유동하여, 일정 시간 동안 잔류한 후, 다음 서브쳄버(22-(n+1))로 유동한다. 각 서브쳄버(22-n)에 수용하는 각 병원균의 UVC 에너지량은 유량, 서브쳄버(22-n)의 체적 및 다음 서브쳄버(22-(n+1))로 유동하도록 물에 대해 가능한 단면적의 함수이다. 주어진 유량(또는 서브쳄버들 사이의 압력차)에 대한, 시험들에서 주어진 전체 램프 길이에 대한 물의 병원균의 최적의 살균율을 위한 유동 단면적 대 서브쳄버 체적의 최적의 비가 증명되었다. 각 서브쳄버(22-n)가 길어지면, 물은 서브쳄버(22-n)에서 더 많은 시간을 소비하고 더 많은 UVC 방사를 수용한다. 그러나, 서브쳄버(22-n)의 물이 다음 서브쳄버(22-(n+1))로 크로스하는 지점까지 일정량의 UVC 에너지를 평균적으로 수용하기 때문에 다음 서브쳄버(22-(n+1))로 통과할 때까지 지금의 물은 일정 레벨의 평균 순도를 가진 물로 된다. 따라서, 서브쳄버들(22-n)의 수가 많을수록, 다음 서브쳄버(22-(n+1))로 방출되기 전에 각 서브쳄버(22-n)에서 충분한 평균 시간을 소비하지 않고 다음 서브쳄버(22-(n+1))로 통해 흐르는 물이 많은 유동 영역에 대해 서브쳄버(22-n)의 체적이 충분히 작은 지점까지, 각 서브쳄버(22-n)가 일정의 최소 순도의 물을 포함할 가능성이 더 커진다. 또한, 일정 시간 동안 각 서브쳄버(22-n)에 물을 포함하도록 작용하는 각 서브쳄버(22-n)에서의 수류(water current)로 인한 효과도 있다.

예컨대, 각 서브쳄버(22-n)의 UV 에너지가 그 서브쳄버에 존재하는 수계 병원균들의 25%를 살균하는 경우, 각 서브쳄버는 다음 서브쳄버(22-(n+1))로 유입하는 살아있는 병원균들의 75%를 통과시키게 된다. 따라서, 40개의 서브쳄버들(22)을 가진 시스템은 전체 유입 병원균의 (0.75)⁴⁰이 시스템에서 배출되는 물에 여전히 살아있게 된다. (0.75)⁴⁰은 대략 0.00001과 동일하므로, 이 예시적인 시스템은, 99.999%의 병원균 제거에 대응하는, 유입 병원균의 0.001% 외에는 모두 제거할 것이다.

도9는 중앙에 구멍(263)을 가진 간단한 배플(21)을 나타내고 있으며 상기 구멍(263)을 통해 연장하는 살균 램프(20) 둘레로 물이 유동하도록 허용된다. 상기 배플(21)의 최상부에는, 각 서브쳄버(22-n)의 유효 체적을 감소시켜서 유닛의 효율에 악영향을 미치게 되는, 서브쳄버들(22)의 물을 공기가 이동시키는 것을 방지하기 위하여 공기를 배출시키도록 허용하는 작은 구멍(261)을 가진다. 각 배플(21)의 공기 블리드 슬롯(261)은 각 서브쳄버(22)의 상부 부분들에서의 공기 포켓들의 형성을 방지하도록 과잉 공기가 스타트 및 작동 중에 시스템에서 배기되도록 허용한다. 배기된 공기는, 그 공기가 제거되는, 튜브(40)의 단부로 각 배플(21) 상의 블리드 슬롯들(261)을 통해 튜브(4)의 길이 방향으로 하방으로 이동한다.

각 배플(21)은 배플의 상부에 공기 블리드 구멍(261)을 유지하도록 제조 중에 배플(21)을 정렬하기 위해 도9에 도시된 바와 같이 구멍(263)을 둘러싸는 그의 내측 원주(265) 상에 슬롯 또는 돌출부(262)(도9) 또는 다른 배치 피쳐(feature)(262)를 가진다. 이 배플(21)은 후술하는 바와 같이 그를 제 위치에 보유하도록 배플(21)의 에지(264) 또는 외측 원주를 끼워 넣어 둘러싸도록 연화된 탄성중합체의 외측 튜브들(40)과 함께 사용될 수 있다.

서브쳄버(22-n)에서 블리드 슬롯(261)을 통해 서브쳄버(22-(n+1))로 물의 약간의 누설이 있으며 이는 시스템의 효율을 감소시킨다. 이와 다르게, 서브쳄버에서 서브쳄버로 약간의 누설을 방지하도록, 공기 블리드 슬롯들(261)이 사용되지 않고 서브쳄버(22-n)에서 공기가 배출될 수 있도록 각 서브쳄버(22-n)의 최상부를 따라 작은 구멍들(도시 안됨)이 배치된다. 상기 작은 구멍들은 공기가 해제되는 메인 유동 서브쳄버들(22-1) 내지 (22-N)에서 분리된 플리넘으로 공기를 배기한다.

배플들(21)은 우수한 UVC 반사성 및 UVC 내구성 때문에 스테인리스 강 또는 양극산화처리된 알루미늄으로 구성된다. 상기 배플들(21)은 부피와 중량을 최소화하도록 얇게 되어야 한다. 이와 다르게, 상기 배플들(21)은 내부식성 또는 도금 강, 또는 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리플루오르화 비닐리덴(PVDF), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 또는 폴리에테르이미드(PEI) 등의 UVC 차단 폴리머들로 제조될 수 있다. 이와 다르게, 상기 배플들(21)은 카본 블랙 또는 다른 UV 차단제가 UVC 손상을 방지하도록 폴리머에 첨가된 경우 PVC 또는 폴리카보네이트 또는 아크릴 또는 다른 논-UVC 차단 폴리머 재료로 구성될 수도 있다.

도10은 외주 둘레에 탭들(281)을 가진 다른 간단한 배플(21)을 나타내고 있다. 탭들(281)은 여러 가지 목적들로 작용한다. 배플(21)이 금속 튜브(40) 내로 삽입될 때, 탭들(281)은 튜브(40)의 내측면에 의해 방향을 바꾸어 제조 과정에서 튜브(40)에서 발생할 수 있는 직경 및 원형에서의 변화들에 대해 보상하도록 변형될 수 있다. 이 변형은 배플(21)의 외측 에지(264)(도9) 둘레에서의 물의 유동을 방지한다. 배플(21)을 튜브(40)에 부착하도록 하나 이상의 탭들(281)이 TIG 또는 레이저 또는 다른 공정들에 의해 튜브 벽에 용접될 수 있다. 각 배플(21)을 제 위치에 용접하도록 튜브(40)의 벽의 여러 개의 구멍들(451)(도26)이 사용될 수 있다.

탭들(281) 사이의 슬롯들(282)을 통해 소량의 물이 배출될 것이다. 이 구멍들은 공기가 입구, 출구, 또는 블리드 밸브(42)(도3)로 배기되는 최종 서브쳄버(22-N)로 트랩된 공기가 배출되도록 허용한다.

각 배플(21)은 그의 강도를 증가시키도록 리지들 또는 패턴들이 스탬프된 형태를 가진다. 이 리지들 또는 패턴들은 병원균 제거의 효과를 증가시키도록 인접한 서브쳄버들(22-n) 및 (22-(n+1)) 내측에 유익한 흐름들을 증가시키는 형상으로 되어 있다.

각 서브쳄버(22-n)의 물의 스월링 또는 회전을 형성함에 의해, 병원균들이 쳄버의 길이에 걸쳐 살아있는 병원균들의 분포를 좁히도록 억제될 수 있다. 물 및 따라서 각 병원균의 각각의 체적 요소는 각 서브쳄버(22-n)에서 더 균일한 시간을 소비하며 따라서 더 많은 병원균들을 살균하도록 서브쳄버(22-n) 당 더 많은 UV 에너지를 흡수하게 된다. 후술하는 바와 같이 스월링 효과를 향상시키도록 각 서브쳄버(22-n)의 내측 벽들 또는 배플들(21)에 핀들이 추가될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 시스템은 우측 핸드 및 좌측 핸드 방향의 배플들을 번갈아 나오게 함으로써 서브쳄버(22-n)에서 서브쳄버(22-(n+1))로 물의 스월링 방향을 교대시킬 수 있다.

튜브(40)의 길이방향 축에 수직한 속도 성분을 갖는 각 서브쳄버(22-n)에 흐름을 형성함에 의해 전적으로 각 서브쳄버(22-n)의 축을 따라 유동하는 설계와 비교할 때 다음 서브쳄버(22-(n+1))로 전진하여 다음 서브쳄버(22-(n+1))에서 살아있는 병원균들 및 다른 물과 혼합되기 전에 평균 병원균 세포가 증가된 UVC 조사량을 수용할 가능성을 높일 수 있다. 이 효과는 램프(20)에서 먼 거리에서 램프(20)로부터의 방사가 덜하게 되는 효과를 상쇄한다.

램프(20) 직경의 공차에 대한 각 서브쳄버(22-n) 안밖으로의 유동 영역의 종속성을 감소시키도록, 각 배플(21)은 램프(20)가 통과하는 구멍(263) 근방의 슬롯들(292) 또는 구멍들(291)이 뚫려있을 수 있다. 도11은 중앙 구멍(263) 둘레의 구멍들(291)을 가진 배플(21)을 나타내고 있다. 구멍들(291)은 램프 직경 또는 램프 코팅 두께의 변화들의 공차에 대해 보상할 수 있다. 중앙 구멍(263)의 직경을 램프(20)의 외경에 더 가깝게 감소시킴에 의해, 램프 및 중앙 구멍 사이의 간격과 함께 구멍들(291)은 배플(21)을 통한 물의 유량을 제어하게 된다. 상기 구멍 직경들은 주의깊게 제조될 수 있기 때문에, 그 직경들은 램프 둘레의 구멍보다 물의 유동을 더 정밀하게 제어할 수 있다. 동일한 목적으로 작용하는 선택적인 슬롯들(292)이 도11에 도시된다.

이와 다르게, 배플들(21)은 도12에 도시된 바와 같이 UVC 소스를 둘러싸는 중앙 석영 튜브(24) 또는 램프(20)와 직접 접촉되게 장착될 수 있다. 이 설계에서, 물은, 배플 외주(264) 및 정수 튜브(40)의 내측 벽 사이의, 배플(21)의 외측 에지(264)(도9) 둘레로 유동한다. 이 실시예는 물이 통과하여 유동할 수 있는 환형 구멍을 남기도록 배플(21)의 외경이 튜브(40)의 내경보다 어느 정도 작게 되도록 요구한다. 일 실시예에서, 배플(21)이 튜브(40)에 부착되도록 허용하기 위해 배플(21)로부터 튜브(40)의 내측 벽으로 탭들이 연장한다. 다른 실시예에서, 배플들(21)은 석영 튜브(24) 상에 장착된다.

다른 배플 설계들

후술하는 여러 가지 배플 형태들은 UVC 방사로부터 병원균의 UVC 에너지 흡수를 증가시키도록 의도된다. 바람직한 실시예에서, 유동은 난류 유동 형태로 발생한다. 시스템의 길이를 따른 일 서브쳄버(22-n)에서 다음 서브쳄버(22-(n+1))로의 약간의 압력 감소는 물을 서브쳄버에서 서브쳄버로 이동시킨다.

각 서브쳄버(22-n)에서 수용하는 병원균 세포 또는 낭종의 평균 에너지 노출을 증가시키기 위해 서브쳄버들(22-n)에서의 유동의 순환을 개선하도록, 구멍들(292-1) 내지 (292-5) 또는 (도시되지 않았지만 구멍들(292-1) 내지 (292-5)과 동일하게 비교 가능한 상대적 사이즈를 갖는) 슬롯들이 도13에 도시된 바와 같이 배플(21)에 배치될 수 있고 상기 구멍들 또는 술롯들은 그들이 램프(20)에 근접할 수록 직경 또는 사이즈가 감소한다. 이 배플 설계는 도14에 화살표(294)로 나타내 바와 같이 서브쳄버들의 압력 변화로 인해 튜브(40)의 각 서브쳄버(22-n)에 나선형 유동 패턴을 형성하도록 한다. 경계층 효과로 인해 작은 구멍들(292-5)에 대해 큰 구멍들(292-1)에 대한 물의 속도의 약간의 증가로 인해, 서브쳄버(22-n)에서 병원균을 평균적으로 더 길게 유지하는 약간의 나선형 흐름이 각 서브쳄버(22-n)에서 발생될 수 있다. 이는 각 램프(20)의 길이를 따라 서브쳄버들(22)의 최적의 수 N을 감소시킬 수 있고 병원균 살균율을 더욱 개선할 수 있다.

도15는 내측 구멍(263)의 원주 상에 내측 원주 립(266)을 가진 다른 배플(21)을 나타내고 있다. 이 립(266)은 도16에서 화살표(267-1) 내지 (267-6)에 의해 도시된 바와 같이 립(266)을 통과하여 유동하는 물에서 도넛형의 에디 커렌트를 형성하도록 사용될 수 있다. 상기 에디 커렌트는 립(266)의 내측 에지에서의 물의 속도가, 서브쳄버에 도넛형의 물의 흐름을 형성하는, 립의 외측의 물의 속도보다 크기 때문에 형성된다. 상기 에디 커렌트의 장점은 병원균들을 더 많은 UVC 에너지에 노출되도록 하여, 물에서의 병원균들의 살균율을 증가시키는 것이다.

도17은 배플(21)의 접선 방향 포트들(312)에서 나타나는 바와 같이 물을 접선 방향으로 배향시킴에 의해 다음의 인접한 서브쳄버(22)에서 물의 원주방향 흐름을 형성하려고 의도하는 배플(21)을 나타내고 있다. 예시적인 나선형 유동 패턴이 도18에서 화살표(268-1) 내지 (268-3)로 나타내진다.

도19, 20 및 21은 배플(21)의 중앙 구멍(263)에 인접한 나선형 면들(352-1,352-2,352-3)을 나타내고 있다. 구멍(263)과 함께 상기 나선형 면들은 또한 다음 서브쳄버(22-n)에서의 원주방향 유동을 형성한다. 도20은, 각각 물이 다음 서브쳄버(22-n)로 이동할 때 전의 배플의 트레일링 에지에서 배출되는 물에 에디 커렌트를 야기할 수 있는, 나선형 면(352-1) 내지 (352-3)의 리딩 에지들 상의 립들(350-1) 내지 (350-3)을 포함함을 나타내고 있다. 도21은 유익한 마찬가지의 흐름 효과를 형성할 수 있는, 나선형 면들(352-1) 내지 (352-3)의 트레일링 에지들 상의 립들(360-1) 내지 (360-3)을 포함함을 나타내고 있다.

도22는 다음 서브쳄버(22)에서 흐름을 형성하도록 설계된 곡선 블레이드들(371-1) 내지 (371-I)을 갖는 배플(21)의 구멍(263) 둘레의 한 세트의 반경방향 슬롯들(370-1) 내지 (370-I)을 나타내고 있다. 도23의 화살표(372)에 의해 도시된 바와 같이 형성된 흐름은 램프(20)에 접하는 평면들에서의 나선형 유동 및 원주방향 성분을 가지도록 하고 있다.

도24는 램프(20)의 중앙으로부터 배플(21)의 평면의 반경방향 라인들에 대해 블레이드들(381-1) 내지 (381-I)이 비스듬히 형성되고 더 타이트한 코너 반경을 갖는 도22에 도시된 배플 구조(21)에 유사한 배플 구조를 나타내고 있다.

상기한 배플들(21)은 튜브(40)에 조합되어 사용되거나 또는 튜브(40)가 시스템의 여러 위치들에서 하나 이상의 배플 타입들의 변화들을 이용할 수 있다.

유동 시험들

주어진 유량에 대한 에너지 입력의 유닛 당 병원균의 살균율에 대한 서브쳄버(22-n) 체적의 효과를 연구하도록 프로토타입 시스템들에서 유동 시험이 행해졌다. 이 시험은 주어진 유량에 대한 병원균의 살균율을 최대화하는 배플 유동 영역에 대한 서브쳄버(22-n) 체적의 최적의 비를 증명하였다. 튜브(40)의 주어진 길이를 따른 배플들(21)의 수가 증가하면, 병원균의 살균율은 배플(21) 면적에 대한 서브쳄버(22-n) 체적의 비가 약 20cm에 도달할 때까지 증가한다. 이 최적치 아래에서, 더 많은 배플들(21)의 추가는 병원균의 살균율을 감소시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, 주어진 서브쳄버(22-n) 직경 및 배플(21) 유동 영역에 대한 UVC 병원균의 살균력을 최대화하는 배플들(21)의 최적의 수가 존재한다. 배플들(21)의 최적의 수는 배플 및 서브쳄버 설계, 유동 영역, 및 유량에 따라 변화하고 실험에 의해 결정할 수 있다.

UVC 램프들

바람직한 실시예는, 253.7nm의 주파수에서 그의 에너지의 95% 넘게 방사하는, 필립스 TUV 75W HO 램프 등의 253.7nm의 저압 수은 램프(20)를 이용한다. 석영은 찬물이 따뜻한 램프와 접촉할 때 등의 갑작스런 온도 변화에 따른 파괴를 최소화하도록 높은 열 충격 저항 및 우수한 UVC 전달 특성을 가진다.

바람직한 실시예에서, 석영 램프(20)는 정수될 물과 직접 접촉하는 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP)로 직접 코팅된다. FEP는 UVC로의 장기간의 노출에 의해 열화되지 않고 UVC 전달 손실이 최소이다. 램프(20)가 작동 중에 파괴되면, FEP 코팅은 부서진 석영 및 램프의 소량의 수은 증기를 포함할 것이고 식수의 오염을 방지하게 된다. 또한, FEP 코팅은 석영 램프(20)로의 열 충격을 감소시킨다. 또한, 상기 코팅은 주위 물에 대한 램프(20)의 열전달 계수를 감소시키도록 작용함으로써, 찬물에서 램프(20)의 효과적인 UVC 출력을 증가시킨다.

FEP 코팅(80)(도7)은 FEP 또는 유사한 재료로 코팅되지 않은 램프들(20)의 석영 튜브들 상에서보다 FEP 상에서 더 느린 속도로 물로부터의 바이오매스가 축적되기 때문에 유익하다. FEP는 석영보다 스무스한 표면을 갖게 되어, 빌드업 감소에 공헌할 수 있게 된다.

바람직한 실시예에서, UVC 램프들(20)은 온도에 따라 석영의 팽창을 허용하고 시스템이 충격받으면 충격을 흡수하거나 또는 오버로드되는 경우 램프(20)를 파괴하지 않고 튜브(40) 구조가 변형하도록 허용하기 위해 탄성중합체의 시일을 이용하여 쳄버 단부 캡(50)(도5)에 직접 밀봉된다. 이 형태가 도3에 도시된다. 램프 시일은 PTFE로 구성된다. 이와 다르게, 시일은 FEP, PVDF, PEI, PEEK 또는 다른 UVC 차단 또는 UVC 안정화 폴리머 또는 다른 재료로 구성된다. 이와 다르게 상기 중합의 시일은 시일의 크랙킹 및 UVC 손상을 방지하도록 2% 이상의 카본 블랙 또는 다른 UV 차단제를 포함한다. 램프들(20)의 파워는 전기장치 인클로저에서 연장하는 도관에 배치될 수 있는 전기 케이블에 의해 공급된다.

이와 다르게, 램프(20)는 물과 접촉하는 분리형 석영 튜브(24)(예컨대, 도12 및 36 참조)에 의해 둘러싸인다. 이와 다르게, 단일의 램프 대신에, 다수의 램프들이 단일 석영 튜브에 사용될 수 있다. 이와 다르게, 저압 수은 램프 대신 고압 수은 램프가 사용될 수 있다. 이와 다르게, 도25에 도시된 바와 같이, 260nm 또는 280nm의 주파수들을 갖는 LED(440-I) 내지 (440-L) 등의, 중앙의 FEP 코팅된 튜브(40)에 UVC 방사 LED가 사용될 수 있다. 이와 다르게, 저압 램프(20) 대신에 펄스 UVC 소스가 사용될 수 있다. 이와 다르게, 마이크로웨이브 UVC 소스가 사용될 수 있다.

중앙의 자외선 램프(20)는 도42, 43 및 44에 도시된 바와 같이 튜브(40) 내측의 석영 튜브(24)에 의해 둘러싸일 수 있다. 상기 시스템은 상기한 배플 형태들을 사용하도록 될 수 있다. 공기 또는 가능하다면 활성 가스가 램프(20) 및 석영 튜브(24)의 내측 사이의 반경방향 공간을 채울 수 있다. 석영 튜브(24)는 바이오필름 및 칼슘 및 마그네슘 퇴적물들의 빌드업을 방지 또는 감소시키도록 FEP 코팅될 수 있다.

이와 다르게, (20-1) 및 (20-4) 등의 다수의 자외선 램프들이 도45에 도시된 바와 같이 단일 튜브(40)에 배치될 수 있다. 개별 램프들(20-1) 및 (20-4)은 도46에 도시된 바와 같이 석영 튜브(24-1) 내지 (24-4) 내측에 배치되거나 또는 다수의 자외선 램프들(20)이 단일 석영 튜브(24)(도시 안됨)에 배치될 수 있다.

도45에 도시된 배플(21-1)의 구멍들(263-1) 내지 (263-4) 등의, 다수의 구멍들을 가진 배플들이, 도45 및 46에 도시된 바와 같이 다수의 자외선 램프들(20)을 수용하도록 사용될 수 있다. 도46은 석영 튜브들(20-1) 내지 (20-4)에 감싸인 램프들(20-1) 내지 (20-4)을 나타내고 있다. 이와 다르게, 도47에 도시된 바와 같이 구멍들(269-1) 내지 (269-3) 등의 단일의 구멍들을 가진 배플들(21)이 2개 이상의 램프들(20)(석영 튜브들(24-1) 내지 (24-4)에 4개의 램프들(20-1) 내지 (20-4)과 같이 도시됨)과 결합되어 사용될 수 있다.

제조 과정

바람직한 시스템은 스테인리스 강 정수기 튜브(40) 및 배플들(21)로 구성된다. 도26에 도시된 바와 같이, 튜브(40)는 그 튜브(40)의 위치로 배플들(21)을 TIG 용접하도록 그의 길이를 따라 레이저 커팅 또는 이와 다른 드릴링 또는 펀칭 구멍들(451)에 의해 다공화되어 있다. 이와 다르게, 튜브는 다공화되지 않고 배플들이 저항 용접 등의 다른 방법을 이용하여 결합될 수 있다. 각 배플(21)은 배플(21)의 외측 원주 둘레에 배치된 탭들로의 3개 이상의 웰드들을 가진다. 배플(21)은 이와 다르게 제 위치에 레이저 용접될 수 있다.

각 배플(21)은 또한 도27 및 28에 도시된 바와 같이 적절한 위치에 배치된 배플(21) 전후의 정수 튜브(40)로 압축 또는 임팩트된 딤플들(452-1) 및 (452-2)에 의해 보유될 수 있다. 바람직하게, 각 배플(21)은 도시된 바와 같이 배플(21)의 외측 원주 둘레의 적어도 3개의 위치들 및 배플의 양측 상의 튜브(40)의 벽에 (452-1) 및 (452-2) 등의 다수의 만입부들에 의해 고정된다. 상기 튜브(40)는 서브쳄버들(22)에 유익한 흐름들을 발생하기 위한 패턴들을 형성하도록 외주 상에서 스탬프 또는 인덴트될 수 있다.

이와 다르게, 튜브들(40)은 홈들을 갖는 튜브 형상으로 편평한 시트 재료로 롤되어 형성되거나 또는 그들의 적절한 위치들에 배플들(21)을 제공하도록 함께 용접될 수 있다.

이와 다르게, 배플들(21) 및 튜브들(40)은 양극산화된 알루미늄으로 구성될 수 있다.

상기한 바와 같이, PVC는 튜브(40)용으로 사용될 수 있다. PVC 튜브를 약 320℉로 가열하면 직경이 팽창하게 되고 순응하게 된다. 표준 PVC 파이프 히터에서 상기 튜브를 회전시킴에 의해 가열될 수 있다. 다음, 2개의 절반의 실린더들이 함께 경첩되어 이루어진 개방 압축 고정물에 배치된다. 그 후, 상기 압축 고정물은 탄성중합체의 튜브(40)로 반경방향 압축력을 인가하여 폐쇄된다. 튜브(40)는 압축 고정물에서 반경방향으로 압축되며, 배플들(21)의 에지들을, 도29에 이소메트릭 단면도로 나타낸 바와 같이, PVC 튜브의 내측 벽으로 매립하고, 그들을 제 위치에 고정시킨다. 도29는 PVC 등의 외부 탄성중합체 층(400b) 내측에 PVDF, PEI, FEP, PTFE 또는 다른 재료(400a) 등의 UVC 차단 폴리머의 내부층을 나타내고 있다.

그 후, 튜브들(40)이 정렬되고, 단부 캡들(50)이 튜브들(40)에 조립 및 밀봉된 후, 램프들(20)이 삽입되어, 전기장치 인클로저(36)가 시스템에 조립된다(도3).

이와 다르게, 금형에 배치된 프리컷 배플들을 이용하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등의 재료들로부터 하우징 및 배플 조립체가 블로우 성형될 수 있다. 이와 다르게, 금형에 배치된 프리컷 배플들을 이용하여 하우징이 회전 성형될 수 있다.

이와 다르게, 도30에 도시된 바와 같이, 각 튜브(40)는 2개 이상의 부분들(21a,21b)로 분할된 배플들(21)을 갖는 2개 이상의 길이방향 부분들(40a,40b)로 사출성형된다. 이와 같이 제조된 상기 부분들(40a,40b)은 그 후 접착 또는 가열 결합 또는 함께 플라스틱 용접될 수 있다.

이와 다르게, 양 튜브들(40-1,40-2)은 3개의 길이방향 부분들(40-1a,40-3,40-2b)로 사출 성형된다. 이 경우, 중앙 부분(40-3)은 절반 튜브(40-2a)를 갖는 단일의 구조를 형성하는 절반의 튜브(40-1b)로 형성된다. 중앙 부분(40-3)은 도31에 도시된 바와 같이 양 측면들 상에 배플들을 가진다. 각 튜브(40)의 측면 부분들(40-1a,40-2b)은 구조를 완성하도록 중앙 부분(40-3)에 접착 또는 가열 결합 또는 플라스틱 용접된다. 이 설계의 배플들은 인서트 성형된 스테인리스 강 또는 양극산화된 알루미늄으로 되거나, 또는 제 위치에 사출 성형될 수 있다.

전원

일 실시예에서, 상기 시스템은 전원 그리드에서 충전되는 하나 이상의 딥 사이클(deep cycle)용 배터리 또는 태양광 발전 전지 또는 다른 태양 전기 발생 기술에 의해 전력을 공급받게 된다. 안정적인 전력을 가진 영역의 교류 전원 그리드에 직접 접속될 수 있다.

이와 다르게, 상기 시스템은 태양광 발전 패널에 의해 직접 전력을 공급받거나 또는 태양광 발전 패널에서 충전된 배터리들에 의해 전력을 공급받게 된다. 광전지 패널로부터 하나 이상의 배터리들을 충전하는 장점은 태양 전지판이 낮은 전력 출력을 가질 수 있고 정수기가 매일 짧은 시간에 걸쳐 유사한 에너지 량을 소비하는 한편 매일 더 많은 시간 동안 사용될 수 있다는 것이다.

그리드 전기가 안정적이지 않거나 또는 연속적이지 않은 영역들에 있어서, 배터리 파워는, 배터리들을 충전하도록 간헐적인 그리드 전기를 이용하여, 시스템을 안정적으로 작동시킬 수 있을 것이다. 저전압 셧오프 특징은 배터리를 보호하여 그의 수명을 보존하도록 그의 용량의 약 70%(약 10.6볼트) 아래로 방전되지 않도록 배터리를 유지하는 인버터로 설계될 수 있다. 램프들을 작동시키기 위한 인버터 및 발라스트는 시스템에 함께 통합될 수 있다.

딥 사이클 배터리는 재충전 전에 사용될 배터리에 저장된 에너지의 약 80%까지를 허용한다. 이와 다르게, 전원은 딥 사이클 납축전지보다 비용이 저렴한 리드 액시드 스타팅 배터리로 될 수 있다. 합리적인 배터리 수명에 있어서, 리드 액시드 스타팅 배터리는 그의 저장된 에너지의 20 내지 30% 만을 방전할 수 있다. 3개의 병렬의 76암페어-아워 트럭 스타팅 배터리들의 30% 방전은, 배터리들이 사용 전에 완전 충전되었다고 가정하면, 사용 가능한 용량 68.4암페어-아워를 나타낸다. 정수기가 12볼트 공칭 배터리 전압에서 165와트를 소비한다면, 13.8암페어의 전류를 끌어낼 것이다. 배터리에서 이용 가능한 68.4암페어-아워는 연속의 13.8암페어에서 대략 5시간의 정수를 제공할 것이다.

이와 다르게, 상기 시스템은 알칼리성, 리튬 이온, 니켈 카드뮴, 니켈 금속화물 전지, 아연 공기 전지, 나트륨 황, 리튬 폴리머 배터리 또는 임의의 배터리 또는 적절한 전압 및 충분한 용량을 가진 배터리들의 조합에 의해 전력을 공급받게 된다.

도32는, 센싱 회로가 없는, 정수기용 배터리 파워 시스템의 회로 블럭도이다. 도32는, 잘 알려진 설계들인, 과전압 보호 회로 브레이커(563a), 과방전으로부터 배터리(561)를 보호하기 위한 저전압 디텍터(559), 및 교류 인버터(565)를 나타내고 있다. 상기 시스템은 입력 단자에 인가되는 높은 교류 전력 및 입력 단자에 인가되는 역 DC 극성에 견디도록 설계된다. 도32의 회로에 도시된 열 퓨즈(563b)는 최소 에너지 손실로 과잉 온도들에 대해 시스템을 보호한다.

이와 다르게, 상기 시스템은 도32에 도시된 바와 같이 교류 인버터(565)를 바이패스하는 교류 전원 코드 앤드 플러그(572)를 제공함에 의해 전기 그리드로부터 직접 전력을 공급받게 된다. 또한, 회로(560)는 액티브 전원(배터리(561) 또는 플러그(572)를 통한 외부 전원)을 센싱하는 통합된 자동 전류 또는 전압 센싱 또는 전원을 선택하기 위한 수동 스위치를 가질 수 있다.

배터리 또는 그리드 파워 대신에, 정수기는 도33에 도시된 바와 같이 통합 유닛을 통해 또는 분리형 페달 전력 발생 시스템을 이용하여 페달 파워 방식으로 전력을 공급받게 된다. 평균적인 건강한 사람은, 165와트 전력 소비로 약 1100갤런(4200리터)을 정수하도록 바람직한 실시예의 시스템에 전력을 공급하기에 충분하게, 2.2 시간 동안 165와트(0.22 마력)를 생성할 수 있다. 페달들은 발전기용의 원하는 회전 속도를 제공하도록 직접 또는 구동 트레인을 통해 교류 또는 직류 발전기를 구동할 수 있다. 직류 발전기가 사용된다면, 상기 시스템에는 교류 인버터에 대한 필요를 없애도록 램프들(20)에 대한 직류 발라스트가 제공될 수 있다.

이와 다르게, 상기 시스템은 전기, 디젤, 가솔린, 프로판, 또는 천연 가스 동력식 발전기 또는 워터 휠 제너레이터 또는 다른 동기 전원 등의 발전기에 의해 동력을 공급받게 된다.

전자 장치

상기 시스템의 전자 장치 및 전기 부품들은 도3에 도시된 바와 같이 방수 또는 수분저항(water resistant) 인클로저(36)에 내장될 수 있다. 방수 하우징은 제어 회로, 일체의 저전압 검출 회로를 가진 교류 인버터, UVC 살균 램프 발라스트(566)(도35), 온/오프 스위치(39)(도3), 아워메터(38) 및 선택적인 밸브 솔레노이드용 24볼트 교류를 생성하기 위한 선택적인 변압기를 포함한다. 시스템의 상태를 나타내도록 LED(25) 및/또는 선택적인 LCD 스크린(도시 안됨)을 가진다. 상기 하우징은 배터리로의 파워 입력 케이블 및 선택적인 교류 파워 케이블은 물론 램프들 및 밸브 솔레노이드로부터의 출력 케이블들을 위한 방수 부품들(602)을 가진다. 상기 온/오프 스위치(39) 및 아워메터(38)는 방수이다. 상기 LED(25) 및 선택적인 LCD 스크린도 마찬가지로 방수이다.

상기 발라스트(566)(도35)는 램프 수명을 최대로 하도록 프로그램된 스타트 또는 프로그램된 신속 스타트 타입이다. 이와 다르게, 종래의 자기 발라스트도 사용된다. 이와 다르게, 교류 파워 발라스트는 교류 인버터에 대한 필요를 없애도록 직류 파워 발라스트로 대체된다.

제어 시스템

정수기 시스템은 아날로그 제어 시스템 또는 통합된 디지털 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러에 의해 제어된다. 디지털 제어 시스템은 후술하는 바와 같이 아날로그 입력들을 샘플링하도록 아날로그 투 디지털(A/D) 컨버터를 사용한다.

도34a는 전류 감시, 스타트-업 지연, 및 후술되는 밸브 제어 기능들을 실행하는 아날로그 제어 회로의 개략도이다.

도34a는 본 발명의 정수 시스템과 함께 사용되는 전기 회로용 블럭도이다. 블럭(301)(도34b에 더 상세하게 도시됨)에서, 스위치는 배터리의 플러스 및 마이너스 입력 단자들을 열적 회로 차단기를 통해 인버터로 접속한다. 알려진 설계로 된, 인버터는 배터리 전압(바람직하게 12 볼트)을 120볼트, 60 사이클 교류 전류 또는 다른 적절한 교류 전류로 변환한다. 상기 회로 차단기는 온도들이 일정 레벨(섭씨 150도 등) 너머로 증가할 때 파워를 차단한다. 또한, 회로 차단기는 배터리 및 회로의 나머지 사이의 접속들도 개방하며, 상기 열적 회로 차단기가 회로의 나머지로의 접속들을 개방하도록 야기하는 큰 전류 때문에 상기 회로의 나머지는 배터리 후방에 설치되어야 한다.

(도34b에 INV_1PLUS, INV_5FRAME, 및 INV_2GND로 나타내진 입력 리드들), 인버터는 도34c의 블럭(302)에 도시된 전류 트랜스포머(T1)를 통해 발라스트로의 (Bal_1_120IN 및 Bal_2_120_IN으로 나타낸) 입력 리드들로 전송되는 교류 출력 신호를 가진다. 발라스트로의 접지 리드는 BAL_GND_FRAME으로 나타내진다. 발라스트는 잘 알려져 있으며, 규격품으로 바로 살 수 있으므로, 발라스트 자체는 도면들에 도시되지 않는다. 잘 알려진 방식으로, 발라스트는 램프들(20)의 가스를 여자하기 위해 튜브들(40)의 램프들(20)에 직접 전송되어 물 또는 다른 액체를 정화하도록 사용된 UVC 방사를 생성하는 플라즈마를 형성하는 고주파수 신호를 생성한다.

블럭(302)(도34a 및 도34c)의 전류 트랜스포머(T1)는 램프들(20)이 정화되는 물 또는 다른 액체를 정화하도록 요구되는 UVC 방사를 생성할 수 없음을 나타내도록 램프들(20) 및 발라스트(303)로의 전류를 감시하기 위한 연속적인 신호를 제공한다. 전류 감시 트랜스포머(302)에서의 이 신호는 블럭(301)을 통해 증폭기(309)로 전송되며 밸브(32)를 오프하여 정화되는 물 또는 다른 유체의 유동을 정지시키도록 후술되는 방식으로 사용된다.

블럭(304)의 트랜스포머(T3)는 밸브(32) 및 (도34d에 더 상세하게 도시된) 밸브 제어부(306)로 신호를 제공한다. 밸브 제어부(306)는 발광 다이오드(D7)를 온시키는 (도34d에 5볼트로 도시된) 신호를 수신하며, 그로부터의 광은 로직 게이트들(307)(도34a 및 34g)에서의 저레벨 신호에 응답하여 포토-센싱 스위치(S3)에 의해 검출된다. 따라서, 스위치(S3)는 밸브 1 및 밸브_ 2(도34d)로서 나타낸 입력 리드들 사이에 전기적 접속을 제공하여 후술되는 방식으로 로직 게이트들(307)(도34a 및 34g)에서의 저레벨 신호에 응답하여 밸브(32)를 온시킨다.

인버터에서의 신호들도 또한 트랜스포머(T3)(도34a 및 34c)로 직접 전송된다. 트랜스포머(304)는 블럭(301)의 인버터에서 120볼트를 받아서 상기 신호를 상기한 바와 같이 밸브(32) 및 밸브 제어부(306)로 전송되는 24볼트 교류 신호로 변환한다. 밸브(32)는 유닛을 통한 물의 유동을 제어한다. 후술하는 바와 같이, 밸브(32)는 유닛을 통한 유체 유동의 개시와 함께 추가의 물이 유닛으로 이동되기 전에 유닛의 물이 정수되도록 허용하기 위해 유닛이 온된 후에 선택된 시간(일 실시예에서 약 40초) 동안 오프되어 있게 된다. 밸브(32)의 구멍은 후술되는 방식으로 발생된 로직 게이트들(307)에서의 신호에 의해 제어된다.

로직 게이트들(307)(도34a 및 34g)의 로직 게이트(U7A)는 타이머(311)(도34a 및 34i)에서의 신호에 응답하여 밸브(32)의 온을 제어한다. 도34i에 도시된 바와 같이, 타이머(311)(아트멜에서 U6046B)는 회로 차단기(도34b)로부터의 출력 리드에서 12볼트 신호를 수신한다. 이 신호는 타이머(311)를 온시킨다. 타이머(311)에 의해 설정된 시간 지연은 커패시터(C8) 및 레지스터(R13)의 RC값들을 설정함에 의해 제어된다. 일 실시예에서, 타이머(311)는 시스템이 온된 후에 약 40초로 U13에서 리드(2) 상에 고레벨 출력 신호를 생성하도록 설정된다. 이 고레벨 신호는 로직 게이트들(307)의 NAND 게이트(U7A)의 입력 리드(2)로 전송된다. NAND 게이트(U7A)로의 입력 리드(1)에는, 시스템이 온될 때 회로 차단기(CB1)(도34b)의 출력 리드에서 12볼트 신호의 수신에 응답하여 5볼트 신호를 생성하는 전압 조정기(310)(도34a 및 34h)에서의 5볼트 신호가 수신된다.

2개의 고레벨 신호들을 수신함에 따라, NAND 게이트(U7A)는 그의 출력 리드 상에 저레벨 신호를 생성한다. NAND 게이트(U7A)에서의 출력 리드가 LED(D7)의 캐소드에 접속되고, 전압 조정기(310)에서의 5볼트 전력 공급은 LED(D7)의 애노드에 접속되기 때문에, LED(D7)는 온되어 스위치(U4)를 작용시킨다. 이로써 밸브(32)가 온된다. 그 결과, 정수될 물이 시스템을 통해 흐르기 시작하고 밸브(32)가 개방되기 전의 시스템의 물은 상기 정수될 물이 유동을 시작하기 전에 정수된다.

누적 타이머(312)(도34l)는 시스템이 작동되는 전체 누계 시간을 기록 및 보관한다. 이 타이머는 일 실시예에서 주행 기록계와 같은 기계적 요소들이 회전하여 전체 작동 시간을 기록하게 하는 기계식으로 되어 있다. 다른 타이머는 원하는 경우 재충전 배터리 및 LCD 디스플레이를 이용할 수 있다. 다른 전자 타이머들도 본 발명과 함께 사용 가능하다. 타입에 관계없이, 타이머에 의해 얻어지는 정보는, 필요한 경우, 본 발명의 정수 시스템과 결합되는 것으로 본 명세서에서 기술된 와이어리스 시스템을 이용하여 중앙 제어 설비로 전송될 수 있다.

(램프들(20)로 공급되는 전류의 량인) 발라스트(303)로의 전류가 선택된 값 아래로 떨어지도록 트랜스포머(302)를 감시하는 전류로부터의 신호에 의해 검출될 때, 트랜스포머(302)에서의 출력 리드 상에 블럭(301)을 통해 증폭기(309)(도34a 및 34e)로 신호가 전송된다. 이로써 블럭(309)의 증폭기들(U18A,U18B)에 의해 저레벨 신호가 발생된다. 이 저레벨 신호는 레지스터(R6)(1K 오옴)(도34e) 및 타이머(311)(도34i)의 레지스터(R14)를 통해 타이머(311)에서 로직 게이트들(307)로의 출력 리드로 전송된다. 이 저레벨 신호는 각각 NAND 게이트(U7A,U7B)의 입력 리드들(2,5)로 전송되어, 상기 NAND 게이트의 출력 리드들에서의 출력 신호들이 하이로 되도록 한다. NAND 게이트(U7A)에서의 고레벨 출력 신호는 다이오드(D7)(도34d) 및 밸브(32)를 차단시킨다. 이는 발라스트(303)로의 낮은 전류는 램프들(20)로 공급되는 전류가 충분하지 않고 따라서 시스템을 통과하는 물이 적절하게 정수되지 않음을 의미하기 때문에, 필요하게 된다.

또한, 블럭(309)의 증폭기들(U18A,U18B)에서 출력 리드 상으로의 로우 신호는 비교기(U10)(블럭308;도34a 및 34f)의 RS 입력 단자로 직접 전송된다. 이는 비교기(U10)에서 출력 리드(OUT1) 상으로의 출력 신호를 저레벨로 구동한다. 블럭(308)의 비교기(U10)에서 출력 리드(OUT1) 상으로의 저레벨 신호가 로직 게이트들(307)의 NAND 게이트들(U7A,U7B,U7C)의 입력 리드들(1,4,10)로 인가된다. 이 저레벨 신호는 로직 게이트들(307)의 NAND 게이트들(U7A,U7B,U7C)의 출력 신호가 하이로 되고 따라서 그린 LED(D3)(도34a)를 차단함을 보장한다. 이는 유저에게 시스템이 더 이상 작동하지 않음을 말하는 것이다.

비교기 블럭(314)(도34a 및 34k)은 신호들이 LED D3(그린), D5(옐로우) 및 D6(레드)로 전송되도록 하는 비교기(U16)를 포함하는 회로를 가진다. 그린 LED D3는 시스템이 작동할 때 온된다. 그러나, 블럭(313)의 발진기(U12)는 NAND 게이트(U7C)에서의 출력 신호가 로우에서 하이로 로우로 등등으로 뒤 및 앞으로 발진하도록 로직 게이트들(307)(도34a 및 34g)의 NAND 게이트(U7C)로 전송된 발진하는 출력 신호를 형성한다. U7C에서의 상기 발진하는 출력 신호는 LED D3가 녹색을 온 및 오프하여 깜박이도록 하며, 유저에게 시스템이 스타트-업 모드이고 세로운 물이 시스템을 통해 유동하기 전에 시스템에 남아있는 물을 정수함을 표시해준다.

비교기(U16)(블럭314,도34k)는 배터리에서 12볼트 아래의 전압으로 전압의 강하를 센싱한다(10.6볼트가 배터리 전압이 강하하도록 허용되는 최소 전압임). 이때, 비교기(U16)는 NAND 게이트(U7D)에서의 출력 신호가 낮아지게 되어 시스템 파워가 낮음을 나타내도록 레드 LED D6가 온 되어진다. 비교기(U16)는 입력 리드들(CIN1,CIN2) 상의 배터리 전압의 강하를 센싱한 후, 출력 리드(COUT2) 상에 하이 출력 신호를 생성함에 의해 이를 행한다. 이 하이 출력 신호는 NAND 게이트(U17A)에서 로우 출력 신호를 구동한다. 이 낮은 출력 신호는 NAND 게이트(U7D)의 입력 리드(12)에 인가된다. 발진 블럭(313)의 발진기(U12)에서의 발진하는 출력 신호는 NAND 게이트(U7D)의 다른 입력 리드(13)에 인가된다. 상기 발진하는 신호는 NAND 게이트(U7D)에서의 출력 신호가 하이 및 로우 사이에서 발진하도록 하여, 유저에게 배터리가 로우임을 경고하도록 레드 다디오드 D6가 오프 및 온으로 발진하도록 한다.

도34m은 LED D3, D5 및 D6으로의 접속을 나타내고 있다. 도34m에 나타낸 바와 같이, LED D3, D5 및 D6의 애노드들에 5볼트가 인가된다.

도34n은 도34b 내지 34m에 도시된 회로 부품들의 상호관계를 나타내는 하나의 개략도이다. 도34b 내지 34n에 도시된 회로 부품들의 값들은 다음과 같다:

CB1 회로 차단기

C1 4.7uF

C2 0.1uF

C3 0.1uF

C4 0.1uF

C5 0.1uF

C6 0.1uF

CI0 0.1uF

C12 0.1uF

C14 0.1uF

C11 47uF

C13 47uF

C15 0.1uF

C16 0.1uF

C17 0.1uF

C18 0.1uF

C7 47uF

C8 0.001uF

C9 0.47uF

D1 Schottky

D2 D1N4148

D3 1N6264/TO

D4 D1N4148

D5 1N6264/TO

D6 1N6264/TO

D7 D1N4148

L5 VALVE

RI0 1K

R11 3K

R12 510

R13 665k

R14 510

R15 330

R16 330K

R17 330

R18 9.1

R19 1K

R2 60.4

R20 1K

R21 330

R22 510

R23 510

R24 510

R25 330k

R26 510

R27 510

R3 1K

R4 3K

R5 1K

R6 1k

R7 330

R8 510

R9 510

T1 CURRENT SENSE_1

T3 120V to 24V

U10 MAX4373TESA+-ND

U18 LM1458M

U12 555C

U13 U6046B

U14 LM340MP_5.0

U16 MAX4373TESA+-ND

U17 SN74F38D

U4 H11F1

U7 SN74F38D

R31 51.1

R29 60

R30 1K

R28 1K

R23 510

R22 510

R26 510

R32 510

R34 510

R35 510

R33 510

R36 510

J1 Header

도37은 본 발명과 함께 사용되는 제어 시스템의 다른 실시예를, 블럭 다이어그램 레벨로 나타내고 있다. 방수 스위치(321)는 배터리(320)(70암페어-아워 트럭 배터리)를 인버터(323)에 연결한다. 레드 LED D6 및 그린 LED D3이 인버터(323)에 연결되며, 그의 작동은 상기한 바와 같다. 아워메터(322)가 입력 리드들(323a,323b) 및 인버터(323)에 연결되어 시스템의 전체 작동 시간의 량을 제공한다. 120볼트 교류가 인버터(323)에서 발라스트(324)로 출력된다. 발라스트(324)는 시스템을 통해 유동하는 유체를 정화하도록 사용되는 UVC 광을 생성하는 램프(20)를 구동한다. 포토다이오드(328)는 UVC 광의 강도를 검출하여 증폭기(329)에 의해 증폭되는 출력 신호를 제공한다. 증폭기(329)에서의 출력 신호는 입력 리드 및 밸브 솔레노이드(327)로 전송되어 포토다이오드(328)가 정화되는 유체를 정화하기 위해 램프(20)로부터 요구되는 UVC 광의 최소 강도 아래로 떨어졌음을 검출했을 때 밸브(32)를 오프한다. 지연 타이머(325)는 새로운 유체가 시스템을 통해 유동하도록 허용되기 전에 시스템이 그 시스템 내의 유체를 정화할 수 있도록 선택된 시간(도37에 30초로 나타냈지만 임의의 다른 적절한 요구 시간으로 설정될 수 있음) 동안 인버터(323)에서 교류 신호를 수신하고 밸브(32)의 온을 지연하도록 출력 리드들(323c,323d)에 연결된다. 지연 타이머(325)는 트랜스포머(326)의 입력 코일을 구동하며, 그의 출력 코일은 밸브 솔레노이드(327)를 구동하여 타이머가 트랜스포머(326)의 입력 코일로 적절한 신호를 전송할 때 밸브(32)를 온시키도록 연결된다.

디지털 제어 시스템에 의해, 후일의 시간에 리콜하도록 시스템 데이터 및 상태를 기록 및 저장할 수 있다. 모든 주요 변수들에 대한 데이터는 자체적으로 계속적으로 재기입하여, 가장 오래된 데이터를 가장 먼저 중복 기재하는 롤링 레코딩으로 샘플링하여 기록한다. 이와 다르게, 상기 데이터를 고정 파일로 저장할 수 있다. 상기 데이터는 하나 이상의 기술들을 이용하여 후에 원격으로 액세스될 수 있다. 바람직하게 상기 시스템은 유동 및 물의 조건의 데이터를 인터넷의 중앙 데이터베이스에 자동으로 전송하게 된다.

또한, 상기 시스템은 적외선 포트, 또는 유니버설 시리얼 버스(USB) 또는 파이어와이어(IEEE 스탠다드 1394) 포트, 또는 많은 가능한 표준화된 인터페이스들 중 하나를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 데이터는 라디오의 빌트를 이용하는 와이어리스 수단을 통해 회수될 수 있다.

마이크로프로세서(577)는 펄스 폭 모듈레이션(PWM) 솔레노이드 드라이버를 통해 밸브(32)를 제어할 수 있다. 도35는 이 회로에 대한 일반적인 개략의 다이어그램을 나타내고 있다.

상기 시스템은 전력 소비를 감소시키도록 순간적인 12 VDC 펄스를 이용하여 온 및 오프되도록 설계된 래칭 솔레노이드 밸브(32)를 이용할 수 있다. 상기 DC 래칭 솔레노이드(580)는 일정한 전원 공급을 필요로 하지 않는다. 대신에, 밸브(32)를 개폐하도록 솔레노이드(580)에 전류 펄스들을 이용한다.

밸브 지연 타이머

출력 밸브(32)(도3, 32 및 35)는 상기 시스템이 오프 및 스타트-업 또는 재시작될 때 폐쇄된다. 상기 밸브(32)는 그 출력 밸브(32)가 자동으로 개방되기 전에 초기 스타트-업 또는 재시작 시에 소정 기간(시스템 설계의 레이트(rate)에서 전류량에 대해 40초) 동안 폐쇄되어 유지된다. 이 시간 지연은 튜브(40)에 보유된 물의전체 체적을 정수하기 위한 충분한 시간 동안 UVC 램프(20)가 서브쳄버들(22-1) 내지(22-N)에 방사하도록 허용함으로써, 상기 시스템이 처음 시작하거나 또는 재시작될 때에도 시스템에서 배출되는 모든 물이 완전하게 정수됨을 보장하게 된다. 스타트-업 지연은 도34a의 회로에 도시된 타이머(311)에 의해 아날로그 제어 시스템에서 실시된다.

상기한 유량 정보로써, 밸브 솔레노이드(569)(도32)는 밸브 유량을 변화시키도록 펄스 폭 변조 제어를 이용하는 디지털 제어 시스템으로 제어될 수 있다.

예컨대, UVC 광 출력이 전류 모니터 또는 포토다이오드에 의해 측정될 때 감소된다면, 상기 밸브(32)는 시스템의 압력 센서들(579)(도35) 등의 유동 센서들에 의해 감시되어 시스템의 유량을 감소시키도록 변조될 수 있다.

상기 시스템 컨트롤러는 전류 트랜스포머(568)(도32) 또는 포토다이오드가 상기 시스템의 병원균 살균력이 감소된다고 알리면 유동을 감시하여 감소시킬 수 있다. 시스템을 통한 유동은 제어 시스템에 의해 밸브 솔레노이드(569)(도32)를 오프하거나 또는 적절한 정수 레벨로 밸브 솔레노이드(569)의 펄스 폭 변조에 의해 시스템을 통한 유량을 감소시킴에 의해 자동으로 정지될 수 있다. 시스템의 압력 센서들이, 입력되는 워터의 과압으로 인해, 효과적인 병원균 제거를 위해 너무 높은 유량임을 검출하면, 제어 시스템은 그 시스템에 매립된 룩업 테이블 또는 소정 알고리즘에 따라 시스템을 통한 물의 유동을 느리게 하기 위해 밸브 솔레노이드(569)의 듀티 사이클을 감소시킬 수 있다.

전류 모니터

상기 시스템의 바람직한 실시예에는 살균 램프들(20)에 의해 방사되는 UVC 파워를 감시하도록 빌트 인의 자동의 연속적인 시스템이 장비된다. 상기 시스템은 생성되는 물이 순수하지 않음을 암시하는 조건들이 트리거되면 정수기에서의 물의 유동을 정지시키도록 설계될 수 있다. 전류 모니터(574)(도35)는 또한 디지털 제어 시스템 및 PWM을 이용하여 물의 유동을 감소시키도록 사용될 수 있다. 물의 병원균을 살균하기에 충분한 소정 레벨 아래로 램프 전류가 감소하면 하나 이상의 램프들에 의한 UVC 방사의 감소, 즉 수용 가능한 레벨들로 수질이 유지되지 않게 될 것이다. UVC 램프들(20)은 최소 문턱치 전압 이상에서 작동될 필요가 있고 고정된 주파수들의 스펙트럼을 생성하기 때문에, 램프들(20)로 흐르는 전류는 램프들(20)에 의해 생성되는 UVC 파워량, 즉 상기 시스템의 병원균 비활성화 율의 기준으로 된다.

두 가지 타입들의 전류 모니터링 시스템들이 상기 시스템과 함께 시험되었다. 제1 및 바람직한 실시예(도35)는 발라스트 입력 상의 교류를 측정하도록 전류 트랜스포머(574)를 이용한다. 이 전류 모니터는 램프들 또는 발라스트가 고장이거나 또는 입력 파워 레벨이 너무 낮을 때 램프들(20)로의 감소된 전류를 보여줄 것이다. 도34a 및 34f의 회로에 적절한 비교기가 도시된다. 이와 다르게, 상기 전류 트랜스포머의 출력은 도35에 도시된 바와 같이 A/D 컨버터(576)를 통해 마이크로프로세서(577)로 입력될 수 있다. 이와 다르게, 상기 전류는, 다수의 전류 트랜스포머들이 요구될 수 있지만, 발라스트(566) 및 램프들(20) 사이에서 측정될 수 있다.

제2 실시예는 발라스트(566)로의 입력에서 램프들(20)로의 전류를 측정하도록 홀 이펙트 센서(도시 안됨)를 이용한다. 전의 실시예에서, 하나 이상의 램프(20)가 적절하게 작동하지 않거나 또는 시스템에 의해 생성된 전류가 감소하거나 또는 발라스트(566)가 적절하게 작동하지 않을 때, 이 전류 모니터는 램프들(20)로의 감소된 전류를 측정하여 그에 응답하여 신호를 생성하고 그 신호가 회로의 비교기로 입력되게 한다. 이와 다르게, 홀 이펙트 센서에서의 출력 신호가 A/D 컨버터를 통해 마이크로프로세서로 입력된다. 이와 다르게, 상기 후자의 접근에서 다수의 전류 센서들이 요구될 수 있지만, 램프(20) 및 발라스트(566) 사이에서 전류가 측정된다.

전류 트랜스포머 또는 홀 이펙트 측정 기술로서, 아날로그 또는 디지털 제어 시스템은 밸브(32)의 솔레노이드를 제어하기 위한 신호를 생성하여 발라스트(566)로의 전류가 문턱치 아래로 떨어질 때 유동을 정지 또는 감소시킨다. LED 표시기는 전류가 여전히 충분하지만 문턱치에 가깝게 될 때 시스템에 예방의 정비를 위한 잠재적 필요로서 작동자에게 경보를 발하여 표시할 수 있다.

포토다이오드 모니터

램프 전류 측정 대신에, 다른 실시예는 도36에 도시된 바와 같이 UVC 램프에 의해 방사되는 실제의 광을 측정하도록 포토다이오드(630)(도36)를 사용한다. 상기 도면에서, 포토다이오드(630)는 석영 슬리브(24)가 없이 램프(20)에서 직접 광을 얻을 수 있지만, 램프(20)를 둘러싸는 석영 튜브(24)에 의해 실행되는 광에 포토다이오드(630)가 노출된다.

포토다이오드 신호는 회로에서 증폭되어 적절한 시스템 작동을 위한 수용 가능한 최소의 UVC 광 출력에 대한 점검을 위해 디지털 제어 시스템의 A/D 컨버터 또는 아날로그 회로의 비교기로 공급된다. 상기한 접근 방법들에서, 아날로그 또는 디지털 제어 시스템은 밸브의 솔레노이드를 제어하여 UVC 광 레벨이 문턱치 아래로 떨어질 때 유동을 정지시키기 위한 신호를 생성한다. 바람직한 실시예에서, LED 표시기는 광 레벨이 충분하지만 문턱치에 가깝게 될 때 시스템에 예방의 정비를 위한 잠재적 필요로서 작동자에게 경보를 발하여 표시할 수 있다.

포토다이오드(630)는 물로부터의 침전물 또는 퇴적물에 의해 부분적으로 차단되어, 타당하지 않을 때 밸브를 폐쇄하거나 또는 유동을 감소시키는 잘못된 네거티브 판독으로 유도할 수 있다. 포토다이오드(630)를 사용하는 시스템은 극심한 작동 조건 및 넓은 범위의 온도들에서 안정적으로 실행할 수 없는 극히 민감한 증폭기에 의존하고 있다. 이러한 이유로, 램프들(20)로부터 피드백을 얻기 위한 기술로서 전류 모니터링이 바람직하다. 유닛의 작동 및 실패한 모드들의 연구는 도35에 나타낸 바와 같이 포토다이오드(630)에 의해 검출 가능한 중요한 실패 모드들이 더 튼튼하고 간단한 전류 모니터(574)에 의해 검출될 수 있음을 보여주고 있다.

혼탁도 모니터

물의 혼탁도는 디지털 제어 시스템으로의 피드백에 의해 시스템을 통한 물의 유동을 정지 또는 감소시키기 위한 기준으로서 사용될 수 있다. 상기 시스템은, 간단한 포토트랜지스터 또는 포토다이오드 및 LED 소스를 이용하여, 물의 혼탁도를 측정하도록 네펠로메트릭(nephelometric) 센서를 포함한다. 물의 혼탁도가 임계치를 초과하면, 밸브(32)(도3,32 및 35)는 유동 센서들에 의해 피드 백될 때 시스템의 유량을 감소시키도록 변조될 수 있다. 전류 모니터 및 탁도 센서에서의 정보는 디지털 제어 시스템이 주어진 유량에 대한 UVC 파워, 탁도, 및 수온의 적절한 조합에 따라 유동을 변조하도록 허용하기 위한 시스템의 성능 엔벨로프를 형성하도록 통합될 수 있다. 성능 맵은 디지털 제어 시스템 내에 공식으로서 표현되거나, 또는 바람직하게, 시스템의 비휘발성 메모리의 값들의 세트로서 룩업 테이블에 보유될 수 있다.

이와 다르게, 탁도 센서는 살균 램프 또는 다른 광원에 의해 방사된 UVC에서 물의 흡수를 측정하는 UVC 포토다이오드이다.

차동 유동 센서

시스템을 통한 유량은 도38에 도시된 바와 같이 하나 이상의 배플들에 걸친 두 개 이상의 솔리드 스테이트 전자 압력 센서들(651,652)을 이용하여 측정될 수 있다. 상기 센서들에서의 출력 신호들은 시스템을 통한 유동 정보를 얻도록 차동 방식으로 사용된다. 상기 배플들은 배플들이 없는 쳄버보다 쳄버의 길이를 따라 더큰 압력 강하를 야기함으로써, 유동 측정 민감도를 개선시킨다. 유량이 증가하면, 주어진 거리에 걸친 압력 강하도 대응하게 증가하여 상기 센서들(651,652) 사이에서 측정된 차동 압력도 증가할 것이다.

유동 정보는 아날로그 비교기 또는 휘스톤 브리지 회로를 이용하여 아날로그 제어 시스템의 경우에 상기 센서들(651,652)에서의 출력 신호를 비교함에 의해 발생된다. 디지털 제어 시스템에 있어서, 멀티플렉스 아날로그 투 디지털 컨버터를 이용하여 통합된 마이크로프로세서를 이용하는 매립된 알고리즘들에 의해 상기 센서들(651,652)에서의 값들을 비교함이 바람직하다. 상기 압력 센서들(651,652)은 마이크로컨트롤러 기반의 디지털 제어 시스템과 함께 사용하기 위해 A/D 컨버터로 멀티플렉스된다.

이와 다르게, 간단한 회전 유동 미터 또는 다른 적절한 유동 미터가 시스템에 조합될 수 있다. 유동 미터는 아날로그 또는 디지털 제어 시스템에 정보를 제공할 수 있다.

온도 센서

유사하게, 수온도 서모커플 또는 서미스터 또는 다른 열 측정 장치에 의해 검출될 수 있다. 온도 정보는 유동을 제어하도록 밸브(32)(도32)를 변조하기 위해 디지털 제어 시스템에 의해 사용될 수 있다. 저온에서, 더 많은 UVC 파워 및 따라서 더 낮은 유동이 병원균 살균을 위해 필요하게 된다.

상기 센서들 중 어느 것도 필요 시에 제어 시스템과 무선으로 소통하도록 되어 있다.

시스템 상태 표시기들

상기 정수 시스템은 도3에 도시된 바와 같이 시스템 상태를 표시하는 표시기 LED(25)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 그린 LED는 시스템으로의 파워가 충분하고 스위치가 온될 때 연속으로 빛을 발한다. 그린 LED는 정상 작동을 나타내도록 계속해서 빛을 발한다. 레드 LED는 배터리가 낮음을 나타내도록 반짝인다. 노랑 LED는 밸브(32)가 개방일 때 연속으로 빛을 발한다. 그린 LED는 시스템에 보유된 물을 정수하도록 밸브(32)가 폐쇄될 때의 스타트-업 지연 기간 중에 깜박인다.

디지털 제어 시스템이 사용될 때, 시스템의 상태를 글자와 숫자로 나타내고 시스템의 세팅들을 변경하도록 메뉴-구동 디스플레이들을 통해 작동자가 시스템과 상호 작용할 수 있도록 하기 위해 LCD 또는 다른 디스플레이가 사용될 수 있다.

시스템으로부터 퇴적물들을 제거하도록 시스템과 조합하여 초음파 트랜스듀서가 사용된다.

본 발명의 다른 양태에서, 램프 및 튜브(40)로부터 퇴적물들을 제거하는 수단으로서의 각각의 자외선 조사 서브쳄버에 초음파 주파수가 인가된다. 자외선 정수 시스템들의 공통적인 문제는 자외선 램프(20)의 표면 또는 램프(20)를 둘러싸는 석영 튜브(24) 및 램프(20)가 배치된 튜브(40) 상의 퇴적물들의 축적이다. 이 퇴적물들은 바이오필름, 칼슘 퇴적물, 및 마그네슘 퇴적물들을 포함한다. 칼슘 및 마그네슘 퇴적물들은 주로 정수 과정에서 경수의 사용에 기인한다. 오늘날, 많은 자외선 정수 유닛들은 램프에서 이들 퇴적물들을 주기적으로 제거하도록 수동 또는 자동 와이퍼들을 사용한다.

상기한 본 발명의 양태에서, 하나 이상의 초음파 트랜스듀서들(두 개의 트랜스듀서들(1011-1,1011-2)이 도42의 실시예에 도시됨)이 자외선 튜브(40)에 부착된다. 각 트랜스듀서는 초음파 발생기에서의 파워를 수용한다. 활성화될 때, 각 초음파 트랜스듀서는 램프(20)를 둘러싸는 석영 실린더(24) 및 튜브(40)의 표면들 상에 캐비테이션을 야기하는 튜브(40) 내의 압력파들을 형성한다. 상기 캐비테이션은 석영(24) 및 튜브(40)의 외측면들에서 바이오필름 퇴적물들 및 칼슘, 마그네슘 및 다른 퇴적물들을 제거한다. 초음파 세정 특징은 전통적인 기계적 와이핑을 증가 또는 대체하려는 것이다. 이는 램프(20)를 세정하기 위한 자동화된 와이퍼 아암 시스템의 필요성을 제거할 수 있다.

각 트랜스듀서(1011)는 스테인리스 강 하우징에 의해 둘러싸인 압전기 재료로 제조된다. 상기 트랜스듀서는 초음파 발생기에 연결된다. 상기 트랜스듀서는 도42에 도시된 바와 같이 용접, 볼트, 납땜, 또는 다른 방법에 의해 튜브(40)의 하우징에 부착될 수 있다. 초음파 발생 시스템들은 잘 알려진 기술이다.

단일의 초음파 또는 음파 주파수가 사용되거나, 또는 다수의 주파수들이 시퀀스 또는 동시에 사용될 수 있다. 약 20kHz 내지 120kHz 범위의 주파수들이 사용될 수 있다. 더 높은 주파수들은 더 작은 캐비테이션 버블들을 발생하며 램프 및 서브쳄버로부터 작은 입자들을 제거한다. 낮은 주파수들은 가장 먼저 큰 입자들을 제거하도록 세정 시퀀스에서 빠르게 발생될 수 있다. 다음, 높은 주파수들이 작은 입자들을 제거하도록 발생될 수 있다. 이와 다르게, 상기 시스템은 다수의 주파수들을 동시에 또는 다른 시퀀스로 사용할 수 있다. 높은 초음파 주파수들이 낮은 주파수들의 정수 배이면, 동일 트랜스듀서를 통해 다수의 주파수들이 전송될 수 있다.

제어 시스템을 이용하여, 상기 시스템은 소정 간격들로 자동의 초음파 세정을 행할 수 있다. 이와 다르게, 초음파 세정은 수동으로 제어될 수 있다. 물론, 정수기의 초음파 세정은 배플들이 없는 시스템들을 포함한 다른 타입들의 정수 시스템들과 함께 사용될 수 있다.

다른 필터들과의 조합

UVC 방사는 수계 병원균들을 살균하지만, 유기 용매들, 중금속 등의 무기 재료들, 및 살충제 등의 물의 다른 불순물들을 처리하기에 자체적으로 충분하지 않을 수 있다. 본 발명은 논-마이크로비얼 오염물들을 제거하도록 프리 또는 포스트 필터들(도면들에 도시 안됨) 또는 오존 인젝션 또는 과산화수소 인젝션을 필요로 할 수 있다.

바람직하게, 수원들은 필요 시에 추가로 프리 또는 포스트 필터들의 추가를 허용하도록 정수 시스템의 사용 전에 해로운 유기 화합물들, 무기 화합물들, 중금속, 및 살충제에 대해 측정된다.

샌드 프리-필터

일 실시예에서, 정수 시스템에는 통상적으로 입수 가능한 실리카 샌드 미디어를 이용하여 크기 20 미크론 미만의 입자들을 제거하도록 샌드 프리-필터가 제공된다. 더 작은 미립자를 제거하도록 샌드 필터에서 샌드 미디어 대신에 제올라이트 미디어가 사용될 수 있다.

이와 다르게, 상기 시스템은 샌드 필터 대신 또는 추가로 규조토(DE) 프리-필터를 이용할 수 있다. DE 프리-필터는 3마이크론 미만의 입자들을 제거할 수 있다. 이와 다르게, 샌드 필터 또는 DE 필터 대신에 또는 그들과 조합하여 침전 탱크가 사용될 수 있다.

UV 유닛으로 통합되었거나 또는 분리된, 샌드 필터는 수동 또는 자동으로 작동될 수 있는 백 플러시 밸브를 가질 수 있다. 자동 밸브는, 시스템을 통해 유동하는 자동으로 측정된 물의 누계, 또는 마이크로컨트롤러로 피드 백된 매립된 센서들에서의 정보를 이용하는, 누계된 물의 유동의 산물 및 탁도에 기초하여 자동으로 짧아지거나 또는 길어지는 일정 간격들로 시스템을 백 플러시한다.

이와 다르게, 매우 미세한 스테인리스 강 스크린(일 실시예에서 60 메시 스테인리스 강 스크린)이 정수기의 입구에서 사용된다. 원뿔형 또는 주름진 형 또는 원통형 스크린이 표면적을 증가시키고 유동 저항을 감소시키며 필터의 막힘을 감소시키도록 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 역삼투 멤브레인 상에서 빌드-업을 방지하도록 역삼투 필터 전에 물 연수제 및 활성화된 목탄 프리-필터 또는 포스트-필터가 연속으로 사용될 수 있다.

선택적으로, 상기 시스템은 폴리프로필렌 스펀본디드의 프리-필터 등의 프리-필터를 사용할 수 있다. 이와 다르게, 작은 입자들을 여과하도록 입구에서 미세한 클로스(cloth) 필터가 사용될 수 있다. 하나 이상의 클로스 층들이 사용될 수 있다. 입자들은 클로스의 섬유들에 의해 트랩된다.

활성탄 프리-필터

본 발명의 다른 실시예는 활성탄 필터의 표면에서 흡수되는 유기 화학물, 살충제, 및 다른 불순물들을 제거하도록 UV 시스템 전후에서 시스템으로 활성탄 블록 필터 또는 입상 활성탄(GAC) 필터를 포함한다.

활성 알루미나 필터

활성 알루미나 필터는 비소, 인, 황, 크롬산염, 불소를 제거하지만, 물에서 질산염은 제거하지 않도록 사용될 수 있다. 이 필터는 프리-필터로서 선호되어 사용된다.

일 실시예에서, 샌드 필터, 활성탄 필터, 및 활성 알루미나 필터가 다른 두 개의 UVC 조사 튜브들에 나란하게 된 제3 튜브에 연속으로 배치된다.

이와 다르게, 두 개의 UV 튜브들 및 샌드 필터 튜브와 나란하게 된 활성탄 필터로서 제4의 평행한 튜브가 사용된다.

연수 장치

상기 시스템에는 정수기로 유입되기 전에 물을 연화하도록 논-파워 타입 또는 파워 살트-충전 타입, 연수 장치가 제공된다. 연수 장치는 램프 또는 FEP 코팅 램프면을 포함하는, 시스템의 내측면에서 발생하는 칼슘 및 마그네슘 화합물들의 침전을 감소 또는 제거할 수 있다.

다른 시스템 설계

다른 시스템 설계는 상기한 바와 같이 물의 UVC 조사를 최대로 하도록 상기 도시된 바와 같은 유사한 배플들을 이용하는 잠기지 않는 램프를 사용한다. 이 설계에서, 도39에 도시된 바와 같이, UVC 투명 윈도우(681)는 배플들(21)의 세트 및 물로부터 램프(20)를 분리한다. 이 시스템은 물의 UVC 조사를 최대로 하도록 반원통형 정수 튜브(40)를 사용한다. 아크형 배플들(21)이 아크형 조사 윈도우(681)에 인접한 유동 환형부를 가진 반원통형 튜브(40)에 배치된다. 서브쳄버의 최상부는 도시된 바와 같이 시스템에서 블리드 공기를 채널링함에 조력하도록 수평으로부터 예각으로 상승되는 최상부(682)에 의해 도시된 바와 같이 각져 있다. 일 실시예에서, 상기 시스템은 가열에 의해 연화되는 압출된 PVC 튜브에 배치되고, 상기 부품들이 삽입되며, 상기 PVC 튜브(40)는 전술한 바와 같이 배플들(21)을 벽으로 고정시키도록 압축된다. 이와 다르게, 스테인리스 강 또는 양극산화된 알루미늄 또는 LDPE 또는 HDPE 또는 폴리프로필렌 하우징이 사용된다. 상기 시스템은 중력으로 공급되지만, 더 큰 압력으로 압축될 수 있다.

상기 윈도우(681)는 도39에 도시된 바와 같이 그의 전 길이에 걸쳐 물에서 램프(20)를 분리하는 UVC 램프(20)에 인접한 FEP 멤브레인 및 스테인리스 강 배플들(21)의 세트로 구성된다. FEP 코팅은 정수 과정 중에 램프(20)로 들러붙는 유기 물질의 경향을 감소시킨다. 이와 다르게, 상기 윈도우는 석영 또는 FEP 코팅된 석영 또는 FEP, PTFE, PVDF, PEI, PEEK 또는 다른 UVC 차단 또는 UVC 안정화 폴리머 또는 다른 재료로 구성될 수 있다.

도40은 배플들(21) 위에 달린 램프(20)를 나타내고 있다. 램프(20)의 길이를 따라 그의 상부에서 리플렉터(426)가 사용된다. 물은 배플들(21)의 세트를 통해 유동하여 램프(20)로부터의 방사를 수용한다. 저압 UVC 램프가 사용된다. 이 변화된 설계는 상기한 바람직한 실시예를 통해 유동하는 찬물로부터 섭씨 40도의 최적 온도 아래로의 냉각을 통해 발생할 수 있는 출력의 열화로부터 저압 UVC 램프들(20)을 보호한다. 이와 다르게, 중간 압력 UVC 램프(20)가 사용될 수 있다. 이와 다르게, 표면 방전 펄스 UV 광원이 사용될 수 있다.

UVC 램프 대신, UVC 발광 LED가 사용될 수 있다. 도25에 도시된 바와 같이, LED들(440-1) 내지 (440-L)은 FEP, PTFE, PEI, PVDF, PEEK 또는 다른 UVC 차단 폴리머로 간단하게 구성되어 배플들에 인접한 열에 배치될 수 있다. 이와 다르게, LED들(440)은 FEP 코팅될 수 있는 슬리브 또는 석영 튜브 내에 둘러싸일 수 있다. 이와 다르게, LED들(441)은 도41에 도시된 바와 같이 튜브(40)의 원주 둘레에 배치될 수 있다. 상기 LED들은 또한 배플들을 가진 곡선 또는 포물선 서브쳄버의 최상부에 배치될 수 있다.

무선 데이터 통신

본 발명의 정수기 시스템은 무선 메시 통신 네트워크의 노드로서 작용하도록 할 수 있는 무선 통신 장비와 결합될 수 있다. 두 개 이상의 노드들의 결합이 무선 메시 네트워크를 형성한다. 메시 네트워크들은 각각의 노드가 다른 것들 대신에 메세지들을 릴레이하여, 유용한 밴드폭 및 범위를 증가시키는 자가 구성 시스템들이다. 메시 네트워크의 노드들은 고정된 범위 내에서만 다른 노드들과 연결하게 된다.

배터리 또는 에너지 저장 시스템은 통신 시스템에 파워를 제공하도록 사용될 수 있다. 상기 배터리는 정수기의 전원에 의해 충전될 수 있고, 그 후에 하루의 정수가 완료된 후에 긴 기간 동안 통신 시스템의 사용에 의해 방전된다.

바람직한 실시예에서, 모든 노드들은 도48에 도시된 바와 같이 다른 인-레인지 노드들과 직접 통신한다. 모든 메시-가능 노드(605)는 네트워크를 더 연장하기 위한 릴레이로서 작용한다. 네트워크의 연장은 더 많은 노드들의 추가로 자동화될 수 있다. 따라서, 더 많은 정수기 유닛들이 지역에 추가될 때, 통신 네트워크는 자동으로 그들과 함께 성장한다. 링크들의 중복은 시스템이 여정의 문제들을 자동으로 검출하여 그들로부터 회복하여, 하나 이상의 노드들이 다운되고 다른 노드들이 그 커버 영역에 중복되는 경우 시스템을 "자가치료(self-healing)"하도록 한다.

도48은 안테나들(611-1) 내지 (611-5)을 갖는 모바일 무선 트랜스미터 및 리시버들(610-1) 내지 (610-5)를 포함하는 노드들(605-1) 내지 (605-5)를 갖는 메시 네트워크의 실시예를 나타내고 있다. 베이스 스테이션(612)은 트랜스미터 및 리시버들(610-1) 내지 (610-5) 중에서 선택된 신호들을 수신한 후, 인터넷(613) 등의, 네트워크에 모바일 트랜스미터 및 리시버들을 연결한다.

도49는 통상의 무선 트랜스미터 및 리시버들을 형성하는 블럭도를 나타낸다. 본 발명의 정수기 시스템에서의 파워 소스(621)는 모바일 무선 트랜스미터 및 리시버를 구성하는 회로의 나머지에 파워를 제공한다. 이러한 모바일 장치는 RAM 메모리, 모바일 장치의 작동을 제어하는 ROM 코드, 및 정보의 수신 및 전달을 제어하는 마이크로프로세서를 포함할 수 있는 디지털 전자장치(622)를 포함할 수 있다. 모바일 장치는 또한 수신 및 전송된 신호들을 증폭하는 증폭기(624) 및 무선 신호들을 전송 및 수신할 수 있는 RF 부분(623)을 포함한다. 안테나(611)는 모바일 장치가 베이스 스테이션(612)(도48)에 신호들을 전송하도록 허용하고 시스템의 다른 모바일 장치로부터 신호들을 전송 및 수신하도록 허용하기 위해 지향성 및 전방향으로 될 수 있다.

네트워크에 더 많은 장치들이 추가될 때, 더 넓은 밴드폭이 사용 가능하며, 평균의 통신 경로의 전송들의 수가 충분히 낮게 제공된다. 노드들 사이의 거리가 너무 크면 노드들 사이에 리피터들이 사용될 수 있다.

패킷들이 재조립되어 사용되는, 적절한 목표에 각 패킷이 도달할 때까지 소량의 데이터에 의한 다른 정보 및 루팅을 가진 헤더를 포함하는 패킷들에서 시스템을 통해 노드로부터 노드로 데이터가 전송된다. 각 장치에 포함된 루팅 능력들이 이를 가능하게 할 수 있다. 이러한 다이나믹 루팅 능력들을 실행하도록, 각각의 장치는 그것이 연결된 모든 장치에 대해 루팅 정보를 통신할 필요가 있다. 그 후, 각 장치는 다음 장치로 수신된 패킷을 통과시키거나 또는 그것을 유지할지를 결정해야 한다.

각 노드는 다음 노드로 빠르게 전송될 필요만이 있다. 노드들은 라디오 범위 너머로 유심히 보도록 근처의 노드들에서의 데이터를 전송하는 리피터로서 작용하며, 러프한 지역에 걸쳐, 큰 거리로 벌어질 수 있는 네트워크에 종결한다. 각 노드가 여러 가지의 다른 노드들에 연결될 수 있을 때, 메시 네트워크들은 또한 극히 안정적이다. 하나의 노드가 하드웨어 고장 또는 다른 이유로 인해 손실될 때 그의 인접부들이 간단하게 다른 루트를 찾게 된다. 가장 가까운 노드에 대해 가장 높은 데이터 비율로 통신하는 이익이 멀티-홉 메시에서 전진하는 패킷의 네거티브 성능 충격보다 중요함을 나타내고 있다.

네트워크의 모든 노드가 필요 시에 모든 다른 부하를 이송해야 하므로, 각 노드는 반드시 시스템 상의 각각의 주파수를 수신하여 전송할 수 있어야 한다. 각 노드는 모든 프로토콜에서 필요하지는 않지만 독특하게 할당된 정상 IP 어드레스를 가져야 한다,

정수기 노드들은 노드들로 그리고 노드들로부터 인터넷 액세스/ 폰 서비스/ 비디오/데이터를 제공하는 무선 메시 네트워크를 형성하도록 정수기의 일부가 아닌 고정 또는 모바일 노드들과 조합되어 사용될 수 있다.

메시 네트워크를 설명하기 위한 유용한 프레임워크는 OSI 7계층 모델이다. 간단화를 위해, 상기 모델은 여기에서 : 물리계층, 전송계층, 및 응용계층의 3개의 계층들로 감소된다.

물리계층

물리계층에서, 상기 시스템은 싱글- 또는 멀티 주파수 권한을 갖는 지리적으로 떨어져 있는 별개의 노드들로 구성된다. 상기 노드들은 선택된 프로토콜에 기초한 네트워크를 통해 시스템이 최선의 경로를 찾아내도록 허용하기 위해 포인트 투 포인트 및 포인트 투 멀티포인트 통신들이 가능하게 된다.

상기 시스템은 적절한 범위를 얻도록 정수기에서 분리된 안테나를 필요로 한다. 예컨대, 상기 안테나는 분리된 타워 상에 배치될 수 있다. 일부 마을들 사이의 먼 거리 및 낮은 전송 파워의 복합 작용으로 인해 높은 게인의 지향성 안테나가 필요해진다. 일부 경우들에, 11Mbps 데이터 전송속도의 파라볼릭 안테나를 이용하여 200km 거리를 커버하는 증폭기들이 없이 802.11b 링크들이 제조되고 있다. 이와 다르게, 5.8GHz 밴드에서 작동하는 OFDM 장비가 장거리 링크들을 위해 사용된다.

싱글 또는 멀티플 캐리어 주파수들이 노드들 사이를 동시에 소통시키도록 사용될 수 있다. 멀티플 주파수들은 데이터 전송속도를 증가시키는 한편, 싱글 주파수는 시스템을 쉽게 시행하도록 한다.

충분한 성능 및 시스템 리소스를 갖는 마이크로프로세서계 시스템은 적절한 주파수 및 프로토콜에서 작동하며 적절한 전송 파워, S/N비 및 안테나를 갖는 한 무선 메시에 노드를 형성하기 위해 적절한 라디오 송/수신기와 인터페이스하도록 프로그램될 수 있다.

이와 다르게, 상기 시스템은 - 로컬 노드들에 대해 하나 및 더 먼 노드들에 대해 하나의 두 개의 다른 주파수들(또는 주파수 세트들)에 걸쳐 작동하는 하이 파워/로 파워 라디오들의 하이브리드를 이용할 수 있다.

통신 장비는 정수기 상에 배치되어 동일 전원으로 전력을 공급받을 수 있다. 필터를 제어하여 무선 노드에 대한 컨트롤러로서 작용하도록 하나의 마이크로컨트롤러를 이용할 수 있다. 상기 시스템은 리눅스 작동 시스템을 사용할 수 있다.

전송계층

전송계층은 자동의 토폴로지 학습 및 동적 경로의 형상을 가질 수 있다. 전송계층의 일부로서, 각 노드에 자동 검색 및 자동 설정(auto configuration)이 제공된다. 동적 경로의 형상은 또한 각 모바일 장치가 상기 장치에서의 정보를 전송하는 다른 경로를 선택할 수 있도록 제공된다. (상기한) 도49는 전송계층을 포함하는 구조의 일 실시예를 나타내고 있다.

프로토콜

하나 이상의 많은 다른 기술들이 패킷들을 포맷하고, 메시 토폴로지를 결정하며, 시스템을 통해 정보를 전송하도록 패킷들을 전송하기 위한 프로토콜로서 사용될 수 있다. 현재, 70개 이상의 프로토콜들이 :

ㆍIEEE 스탠다드 802,11s--메시 20 내지 25 노드들, 저전압

ㆍ로커스트 월드-메시 100노드들

ㆍOSPF

ㆍAODV(Ad-Hoc On DemandDistance Vector)

ㆍDSR(다이나믹 소스 루팅)

ㆍHSLS(Hazy-Sighted Link State)

ㆍOLSR(최적의 링크 상태 루팅 프로토콜)

ㆍPWRP(프레딕티브 무선 루팅 프로토콜)

ㆍTORA(일시적-오더 루팅 알고리즘)

등의(이들로 제한되지 않음) 메시 네트워크들에 걸쳐 패킷들을 전송하기 위해 존재한다.

하나의 옵션은 그의 데스티네이션에 도달하기 위해 패킷에 대한 전송들의 수를 최소로 하는 것이다. 다른 옵션은 에러율을 결정하여 에러를 최소로 하기 위한 최선의 루팅을 결정하도록 통계를 이용하는 것이다. 이 기술은 각 패킷에 대해 최적의 경로를 결정하도록 패킷 에러율 및 네트워크 조건들을 모멘트 바이 모멘트로 비교한다. 일부 프로토콜들은 네트워크 토폴로지 변화들과 같이 시스템에 의해 자동으로 업데이트된 루팅 테이블을 사용한다. 각 패킷은 데스티네이션, 소스, 사이즈, 시퀀스 수, 및 우선권의 완전한 스페시피케이션으로 전송될 수 있다.

802.11s는 무선 노드들이 서로 및 그들의 상대적 위치들(자동 토폴로지 학습)을 찾아내어, 진짜임을 증명하고 연결들을 성립하며, 특정 임무에 대해 가장 효율적인 루트를 알아내도록 허용하는 가외의 기능들을 추가한다.

802.11s 스탠다드는 자동 토폴로지 학습 및 동적 경로 형상을 가능하게 하는 자가 구성 멀티-홉 토폴로지들에 걸쳐 노드들 사이에서 자동 구성 경로들을 이용한다.

응용계층

바람직하게 무선 메시 네트워크 상의 하나 이상의 노드들은 인터넷에 연결된다. 이 인터넷 연결(도48 참조)은 의사소통 노드들 모두에서 모든 클라이언트들 중에 공유될 수 있다.

데이터를 인터넷으로 그리고 인터넷에서 전송하기 위한 위성 업링크 및/또는 다운링크 등의 : 인터넷에 연결하기 위한 여러 가지 방법들이 있다. 이와 다르게, 하나 이상의 노드들이 메시 네트워크에서 인터넷 서버 또는 메일 서버로 데이터를 전송하도록 광섬유 트렁크 또는 케이블 모뎀 또는 DSL 또는 다른 고속링크를 이용하는 고속 인터넷 서비스 제공자로의 하드와이어 접속을 가질 수 있다.

보이스 통신은, SIP 또는 다른 타입의 인터넷 프로토콜 보이스(VoIP)(이미 무선 메시에 걸쳐 전화 교환이 작동하고 있음) 등의, 패킷-베이스 보이스 통신 프로토콜을 이용하는 시스템에서 행해질 수 있다. SIP 루팅을 지원하도록 메시를 업그레이드함에 의해, 임의의 무선 메시 네트워크도 수분 내에 보이스를 인에이블할 수 있다.

바람직하게, 보이스 트래픽은 메시 상에서 최상의 우선권을 얻게 되어, 콜의 품질이 브로드밴드 데이터 유저들로부터의 요구들에 의해 영향받지 않는다. VoIP 메시에서, 고객들은 착신 통화(incoming call)를 수신하고 외부 전화를 할 수 있으며, 공중 전화 네트워크에 도달하여 무료로 다른 인터넷 보이스 유저들에게 연결될 수 있다.

전화기 신호가 패킷 통신 및 VOIP를 통해 전송되는 중에도 전화기는 케이블에 의해 정수기에 부착 또는 연결될 수 있다. 유저 인터페이스는 여전히 전화기와 같이 보일 수 있다.

예컨대, 워터 콜렉션, 시스템 상태, 파워 레벨, 이용 시간, 유량, 빌트-인 수질 점검 및 시스템 기능 상태의 데이터까지도 인터넷을 통해 시스템의 감시를 위한 웹사이트로 자동으로 전송될 수 있다.

데이터는 정수기 시스템으로 전송 및 정수기 시스템에서 수신될 수 있다. 따라서 시스템을 원격으로 분석하여 고장 수리할 수 있고 원격 위치들에서 시스템 상의 세팅들을 변화시킬 수 있다. 정수기 시스템에서의 데이터는 인터넷에 연결된 데이터 베이스에 기록될 수 있다. 이로써 정수기 시스템에 멀리 위치하더라도 정수기 시스템의 성능을 중앙에서 감시할 수 있다.

비디오는 그것을 스트리밍하거나 또는, 바람직하게 압축하여, 데스티네이션 노드로 파일로서 전송함에 의해 메시를 통해 패킷들에 루팅될 수 있다. 비디오 이미지들을 전송하도록 정수기에 카메라가 부착될 수 있다.

옵션 사항으로 빌트 인 또는 부착 가능한 단자 또는 랩탑 컴퓨터 또는 전화가 정수기에 파워를 공급하는 배터리에 의해 파워가 공급될 수 있다.

또한, 각각의 노드가 이론적으로 모든 다른 노드의 트래픽을 이송하므로 보안도 관심사이고, 나쁜 의도를 가진 사람이 하나 이상의 소스들에서 패킷들의 전체 스트림을 볼 수 있고 따라서 통신을 리어셈블 및 독출할 수 있게 된다. 보안에 대한 하나의 접근은 WEP 부호 매김을 이용하는 것이다. 이와 다르게, WPA 부호 매김도 사용된다.

이와 다르게, 802.11i 하에-모든 노드들이 보안을 위해 단일의 로지컬 관리 엔티티에 의해 제어된다. 하나 이상의 802.11 라디오들이 메시의 각 노드 상에서 허용될 수 있다.

포켓용 UV 정수 시스템

본 발명의 다른 실시예는 스퀴즈 핸들 등의 수동 전원으로 구성된 정수 시스템을 포함한다. 이 시스템에서, 유저는 핸들을 반복적으로 눌러서, 전원을 형성하도록 코일 근방에서 핸들의 자석을 이동시킨다. 핸들의 스프링은 핸들을 다음 파워 스트로크에 대한 이전의 위치로 자동으로 복귀시킨다. 이와 다르게, 시스템은 하나는 잡고, 하나는 누르도록, 두 개의 핸들을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 시스템은 동일 원리를 통해 파워를 형성하도록 풋 페달을 반복적으로 누름에 의해 전력을 공급받을 수 있다.

상기 전원은 도25에 도시된 바와 같이 자외선 LED로의 파워를 제공한다. 상기 시스템은 253.7nm의 저압 수은 램프보다 수계 병원균들에 더 효과적으로 되는 것으로 알려진, 280nm 파장을 가진 UVC LED를 사용한다. 도25에 도시된 바와 같이, LED는 UV 에너지 반사를 최대로 하도록 스테인리스 강 또는 양극산화된 알루미늄으로 구성된 서브쳄버(22)의 물에 조사한다. 서브쳄버의 상부도 같은 이유로 스테인리스 강 또는 알루미늄으로 커버된다.

서브쳄버의 하부 팁에 출구 오리피스가 제공된다. 이 오리피스는, 크립토스포리디엄 오시스트를 포함하는, 박테리아, 바이러스, 원생동물 및 기생충 모두를 박멸 또는 비활성화하기에 충분한 UVC 방사를 제공하게 되는, 서브쳄버(22)가 가득일 때의 유량을 제공하는 크기로 되어 있다.

본 발명의 다른 실시예들은 상기한 설명에 비추어 당업자들에게 명백해질 것이다.

20 : 램프
21 : 배플
22 : 서브쳄버
32 : 제어 밸브
36 : 인클로저
40 : 튜브
42 : 블리드 밸브
50 : 단부 캡

Claims

유체가 통하여 유동할 수 있는 쳄버로서, 유체가 통과하여 쳄버로 유입하는 입구 및 유체가 통과하여 쳄버에서 배출되는 출구를 가지는 쳄버,
상기 쳄버 내에 자외선 광을 제공하는 소스; 및
정화될 유체가 상기 입구에서 상기 출구로 통과하여 유동하는 상기 쳄버 내에; 각각 자외선 광을 수광하도록 배치되는, 다수의 서브쳄버들을 형성하기 위해 상기 쳄버 내에 있는 다수의 배플들을 포함하는 유체 정화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 서브쳄버들은 상기 자외선 광원을 따라 배치되는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 자외선 광원의 적어도 일부는 상기 서브쳄버들의 각각 내에 배치되는 시스템.
물이 통과하여 쳄버로 유입하는 입구 및 물이 통과하여 쳄버에서 배출되는 출구를 가지는 쳄버,
상기 쳄버 내에 자외선 광을 생성하는 적어도 하나의 자외선 광원; 및
상기 쳄버 내에, 적어도 하나의 자외선 광원에서의 자외선 광을 수광하도록 배치되는, 다수의 서브쳄버들을 형성하는 다수의 배플들을 포함하는 정수 시스템.
제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자외선 광원은 UV 전달 재료로 코팅되는 시스템.
제5항에 있어서, 상기 전달 재료는 불소 중합체를 포함하는 시스템.
제6항에 있어서, 상기 불소 중합체는 플루오로에틸렌프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, PFA, AF, 및 ETFE로 구성된 그룹에서 선택된 재료를 포함하는 시스템.
제4항에 있어서, 상기 시스템에서 퇴적물들을 제거하도록 배열된 초음파 발생기를 포함하는 시스템.
제8항에 있어서, 상기 초음파 발생기는 상기 시스템의 작동 중에 때때로 온되도록 배열된 시스템.
제9항에 있어서, 상기 초음파 발생기는 상기 시스템의 작동 중에 주기적으로 온되도록 배열된 시스템.
제4항에 있어서, 각 배플은 적어도 하나의 구멍을 가진 디스크를 포함하며, 상기 각 디스크는 상기 적어도 하나의 자외선 광원이 상기 적어도 하나의 구멍을 통해 연장하도록 상기 쳄버에 장착되는 시스템.
제11항에 있어서, 각 배플은 상기 구멍의 원주 둘레에 형성된 다수의 립들을 더 포함하는 시스템.
제12항에 있어서, 상기 립들은 상기 구멍을 통과한 물을 서브쳄버로 향하게 하여 상기 자외선 광원에서의 자외선 광에 노출되도록 상기 서브쳄버에 드웰하도록 하는 시스템.
제4항에 있어서, 물이 시스템을 통해 유동을 개시하기 전의 시스템의 온 전에 시스템이 그 시스템에 있는 어떠한 물도 정수하도록 허용하기 위해 시스템의 온 및 시스템을 통한 물의 유동 개시 사이에 시간 지연을 두는 회로를 더 포함하는 시스템.
제4항에 있어서, 자외선 광을 센싱하여 상기 자외선 광이 선택된 강도 아래로 떨어지면 상기 쳄버를 통한 물의 유동을 정지시키는 적어도 하나의 센서를 더 포함하는 시스템.
제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자외선 광원으로의 전류를 센싱하여 상기 전류가 선택된 강도 아래로 떨어지면 상기 쳄버를 통한 물의 유동을 정지시키는 적어도 하나의 센서를 더 포함하는 시스템.
제16항에 있어서, 상기 쳄버를 통한 물의 유동을 정지시키는 상기 센서로부터의 신호에 응답하여 상기 초음파 발생기를 온시키는 수단을 더 포함하는 시스템.
제4항에 있어서, 각각의 자외선 광원을 둘러싸는 석영 튜브를 더 포함하는 시스템.
UV 광을 정수될 물에 조사하기 위한 적어도 하나의 자외선 광원; 및
상기 자외선 광원을 포함하는 상기 시스템의 세정시에 사용하도록 초음파를 생성하기 위해 배열된 초음파 발생기를 포함하는 정수 시스템.
제19항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자외선 광원을 둘러싸는 석영 튜브를 더 포함하며;
상기 초음파 발생기는 적어도 각 석영 튜브의 세정 시에 사용하기 위한 초음파를 생성하도록 배열된 시스템.
제19항에 있어서, 상기 초음파 발생기는 상기 정수 시스템의 부품들로부터 퇴적물들을 제거하도록 배열된 시스템.
물 정수 시스템; 및
상기 물 정수 시스템과 결합되게 배열된 무선 통신 시스템을 포함하는 구조.
유체가 통과하여 유입되는 입구 및 유체가 통과하여 배출되는 출구를 가진 쳄버를 통해 유체를 유동시키는 단계;
상기 쳄버 내에 자외선 광원을 제공하는 단계; 및
상기 자외선 광원에 대한 상기 쳄버 내의 유체의 유동을 제어하여 드웰 시간을 증가시키며 따라서 상기 자외선 광에 대한 유체의 노출을 증가시키는 단계를 포함하는 유체 정화 방법.
제23항에 있어서, 상기 유체의 유동을 제어하는 단계는 :
정화될 유체가 상기 입구에서 상기 출구로 통과하여 유동하는 상기 쳄버 내에; 자외선 광원을 따라 배치되는, 다수의 서브쳄버들을 형성하기 위해 상기 쳄버 내에 다수의 배플들을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
자외선 광원; 및
불침투성 재료로 형성되어 상기 자외선 광원을 따라 떨어져 있으며 처리된 물에 병원균들의 집중을 감소시키도록 연속으로 작용하는 상기 자외선 광원을 따라 서브쳄버들을 형성하는 배플들의 어레이를 포함하는 구조.
제25항에 있어서, 상기 배플들은 상기 자외선 광원을 따라 선형적으로 떨어져 있는 구조.
제12항에 있어서, 각 배플은 그의 에지 근방에 적어도 하나의 유체 통로를 가지는 시스템.
제12항에 있어서, 각 배플은 배플을 통과하는 유체가 자외선 광원 둘레에서 원주 방향으로 적어도 부분적으로 유동하도록 하나 이상의 피쳐스들을 포함하는 시스템.
제28항에 있어서, 상기 하나 이상의 피쳐스들은 배플에 하나 이상의 구멍들을 포함하는 시스템.
제28항에 있어서, 각 배플은 주로 평면에 형성되며 상기 하나 이상의 피쳐스들은 상기 평면이 아닌 곳에 형성된 배플의 하나 이상의 부분들을 포함하는 시스템.
정수 시스템; 및
데이터 베이스에 하나 이상의 파라미터들을 저장 및/또는 되찾아오도록 상기 시스템과 연관된 수단을 포함하는 구조.
정수 시스템; 및
정보를 전송 및/또는 수신하기 위해 상기 정수 시스템과 연관된 수단을 포함하는 구조.
발라스트를 가진 UVC 램프; 및
램프 전류 또는 발라스트 전류를 감시하기 위한 수단을 포함하는 정수 시스템.
제33항에 있어서, 감시를 위한 상기 수단에서의 신호에 응답하여 정수되는 물이 통과하여 유동하는 밸브를 제어하는 수단을 더 포함하는 시스템.
제34항에 있어서, 상기 제어 수단은 : UVC 출력 에너지가 문턱치 아래로 떨어졌음을 나타내는 상기 감시 수단에서의 신호에 응답하여 물이 상기 시스템을 통해 유동함을 방지하도록 상기 밸브를 폐쇄하는 수단을 더 포함하는 시스템.
유체의 유동 채널을 따라 두 개 이상의 지점들에서 유체의 압력을 측정하는 단계; 및
시스템을 통한 유체 유량을 계산하도록 측정된 압력을 이용하는 단계를 포함하는, 정수 시스템의 유체 유량 센싱 방법.
다수의 전동 정수 시스템들을 제공하는 단계;
상기 시스템과 결합하는 무선 트랜스미터 및 리시버를 배치하는 단계; 및
통신 네트워크의 부분으로서 작용하도록 상기 다수의 시스템들을 연결하는 단계를 포함하는, 통신 네트워크의 일부로서 정수 시스템들을 이용하는 방법.
물이 통과하여 유입되는 입구 및 물이 통과하여 배출되는 출구를 가진 쳄버를 제공하는 단계;
자외선 광을 생성하도록 상기 쳄버 내에 하나 이상의 자외선 광원을 제공하는 단계; 및
상기 쳄버 내에 물이 통과하여 유동하는 다수의 서브쳄버들을 제공하여, 상기 자외선 광원이 각 서브쳄버를 통해 연장하도록 상기 쳄버를 따라 상기 서브쳄버들을 배치하는 단계를 포함하는, 정수 시스템의 제어 방법.
제38항에 있어서, 상기 다수의 서브쳄버들이 상기 쳄버를 통해 자외선 광으로 유동하는 물의 노출을 더욱 균일하게 행하여, 서브쳄버들을 포함하지 않는 시스템들에 의해 처리되는 물의 병원균들의 살균율에 비해 상기 물의 병원균들의 살균율을 증가시키는 방법.
제38항에 있어서, 상기 쳄버에 다수의 서브쳄버들을 제공하는 단계는 :
상기 쳄버 내에 다수의 서브쳄버들을 한정하는 다수의 배플들을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
자외선 광원을 포함하는 상기 시스템의 세정시에 사용하도록 초음파를 발생시키는 단계를 포함하는, UV 광으로 정수될 물에 조사하도록 하나 이상의 자외선 광원을 포함하는 정수 시스템의 세정 방법.
제41항에 있어서, 상기 시스템의 선택된 내부와 접촉하게 될 초음파를 발생할 수 있도록 상기 시스템에 하나 이상의 초음파 발생기들을 배치하는 단계;
상기 시스템의 선택된 내부들 중 하나 이상에서 불순물들의 빌드업을 측정하는 단계; 및
상기 하나 이상의 초음파 발생기들을 제어하기 위한 상기 측정에 기초하여 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
전동 정수 시스템; 및
상기 시스템의 전자장치들을 냉각하도록 정수되는 물을 이용하는 냉각 시스템을 포함하는 구조.
유체가 통과하여 유입하는 입구 및 유체가 통과하여 배출되는 출구를 가진, 유체가 통과하여 유동할 수 있는 쳄버;
상기 쳄버 내의 자외선 광을 생성하기 위한 소스; 및
정화될 유체가 상기 입구에서 상기 출구로 통과하여 유동하는 상기 쳄버 내에; 상기 자외선 광을 수광하도록 배치되는, 다수의 서브쳄버들을 포함하는 유체 정화 시스템.
제44항에 있어서, 상기 서브쳄버들이 서브쳄버들을 포함하지 않는 시스템들에 의해 처리되는 유체의 병원균들의 살균율에 비해 유체의 병원균들의 살균율을 증가시키는 시스템.
제4항에 있어서, 상기 배플들은 서브쳄버들을 포함하지 않는 시스템들에 의해 처리되는 유체의 병원균들의 살균율에 비해 상기 물의 병원균들의 살균율을 증가시키도록 배열된 구조.
유체가 통과하여 유입하는 입구 및 유체가 통과하여 배출되는 출구를 가진, 쳄버를 통해 유체를 유동시키는 단계;
상기 쳄버 내에 자외선 광원을 제공하는 단계; 및
유체의 체적 요소들의 노출의 균일성을 증가시켜서 상기 자외선 광에 대한 유체의 노출을 증가시키도록 상기 자외선 광원에 대한 상기 쳄버 내의 유체의 유동을 제어하는 단계를 포함하는, 유체의 정화 방법.
제47항에 있어서, 상기 쳄버 내의 유체의 유동을 제어하는 단계는 서브쳄버들을 포함하지 않는 시스템들에 의해 처리되는 물의 병원균들의 살균율에 비해 유체의 병원균들의 살균율을 증가시키는 방법.
다수의 전동 정수 시스템; 및
상기 시스템과 결합되는 무선 트랜스미터 및 리시버를 포함하여,
상기 다수의 시스템들이 통신 네트워크의 일부로서 작용하도록 허용하는 구조.
UVC 광원; 및
상기 UVC 광원으로의 전류를 감시하기 위한 수단을 포함하는 정수 시스템.