KR20190129824A - 정수 필터 - Google Patents

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필터 아트 엘티디
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Abstract

본 발명은 액체의 유동을 필터링 하기 위한 필터에 관한 것으로, 상기 필터는 압력 용기 내에 배치된 필터 어셈블리를 포함한다. 필터는 출구에 연결된 중앙 유로를 따라 배열된 일련의 필터 장치를 포함한다. 각각의 필터 장치는 필터링된 유체를 중앙 유로로 향하게 하는 적어도 하나의 필터링 채널 위쪽에 배치되는 필터 스크린을 갖는다. 압력 용기 내에 파티션이 배치됨으로써, 압력 용기를 다수의 필터 어셈블리를 각각 포함하는 제 1 필터 챔버 및 제 2 필터 챔버로 세분한다. 유동 전환기는 중앙 유로 내에 배치됨으로써, 제 1 필터 챔버로부터 중앙 유로를 따라 통과하는 필터링된 액체의 유동을 전환시키며, 이에 의해 액체가 중앙 유로로부터 바깥쪽으로 유동하여 제 2 필터 챔버에서 제 2 필터링을 수행하도록 구성된다. 또한 역류 세정 시스템의 과부하를 피하기 위해 출구 유동 조절 장치가 제공된다.

Description

정수 필터
본 발명은 필터에 관한 것으로, 특히, 단일 압력 용기 내에서 2단계 필터링 및/또는 유동 조절 기능을 제공함으로써 역류 세정 시스템의 과부하를 회피하도록 구성된 필터에 관한 것이다.
압력 용기 내의 중앙 유로를 따라 동축으로 배열된 디스크형 필터들에 의해 필터링을 제공하는 방법이 공지되어 있는데, 여기서는 역류 장치에 의해 필터 디스크의 표면으로부터 축적된 고형물을 세정한다. 이러한 필터의 예는 미국 특허 제 5855799 호 및 PCT 특허 공보 WO2016/030903 호에서 찾을 수 있다.
특정 적용예에서, 액체(일반적으로 물, 해수 또는 산업 공정용 유체)로부터 거친 입자를 먼저 제거하는 공정을 거친 다음, 미세 필터링 공정을 수행하는 2단계 필터링에 의해 필터링 효율이 향상된다. 압력 하에서 작동하는 고유동 시스템에서, 필터링 시스템 비용의 상당 부분은 압력 용기와 더불어 밸브, 역류 방지 밸브, 매니 폴드 브라켓 등과 같은 필터의 주변 기기에 투자되는데, 이 때문에 2단계 필터링 시스템의 부피가 커지고 비용이 증가되는 원인이 된다.
필터 스크린의 하류 측과 역류 드레인 사이에 현저한 압력차를 가질 경우 이에 의해 필터 스크린을 통한 역류를 야기함으로써, 역류 세정 장치의 적절한 작동을 유발할 수 있다. 한편, 부유 고형물이 피크 조건에 달하게 되면, 역류 시스템이 제거할 수 있는 속도보다 빠르게 고형물이 필터 스크린에 축적됨으로써 필터가 막히고 필터 스크린의 하류 측 압력이 거의 드레인 압력으로 감소되는데, 이러한 경우 역류 공정이 실패하게 되며 필터의 작동은 필터의 수리시까지 중단될 수 있다.
본 발명은 상기 언급된 문제점의 해결이 가능한 필터를 제공하는 것으로, 이러한 필터는 단일 압력 용기 내에서 2단계 필터링 및/또는 유동 조절 기능을 제공함으로써 역류 세정 시스템의 과부하를 회피하도록 구성된다.
본 발명의 일실시예의 교시에 따라 액체의 유동을 필터링 하기 위한 필터가 제공되며, 상기 필터는: (a) 입구 및 출구를 구비한 압력 용기; (b) 압력 용기 내에 배치되어 압력 용기를 제 1 필터 챔버 및 제 2 필터 챔버로 세분하는 파티션; (c) 제 1 필터 챔버 내에 배치되고, 제 1 개구 크기를 갖는 필터 스크린을 포함하는 제 1 필터 장치; (d) 제 2 필터 챔버 내에 배치되고, 제 1 개구 크기보다 작은 제 2 개구 크기를 갖는 필터 스크린을 포함하는 제 2 필터 장치, 이때 입구로부터 출구로 유동하는 액체는 제 1 필터 장치 및 제 2 필터 장치를 거쳐 순차적으로 통과함; 및 (e) 필터의 작동 중에 제 1 필터 장치 및 제 2 필터 장치 모두의 필터 스크린으로부터 축적된 고형물을 제거하도록 배치된 자동 세정 장치;를 포함한다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 제 1 및 제 2 필터 장치들 각각은 제 1 및 제 2 외향 필터 스크린 지지 장치를 갖는 스페이서를 포함하는 한편, 필터링된 액체가 중앙 유로의 안쪽으로 유동하기 위한 출구를 갖는 필터 디스크이며, 제 1 및 제 2 필터 스크린을 지지하는 스페이서의 제 1 및 제 2 필터 스크린 지지 장치에 의해 필터 디스크의 대응하는 제 1 및 제 2 표면을 형성한다
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 또한 제 1 필터 장치로부터 중앙 유로를 따라 통과하는 필터링된 액체의 유동을 전환시키기 위해 중앙 유로에 배치된 유동 전환기가 제공되는데, 이에 의해 액체가 중앙 유로로부터 바깥쪽으로 유동하여 제 2 필터 챔버에서 제 2 필터링을 수행하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 압력 용기는 원통형 벽을 가지며, 이때 파티션은 엘라스토머 시일(elastomer seal)로 형성됨으로써 원통형 벽의 내표면을 밀봉하도록 구성된다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 다수의 필터 장치들은 적어도 제 3 필터 장치를 포함하며, 이때 필터 장치들 및 파티션은, 제 3 필터 장치가 파티션의 제 1 측면 상에 배치되어 제 1 필터 챔버 내에 있도록 구성된 제 1 장치; 및 제 3 필터 장치가 파티션의 제 2 측면 상에 배치되어 제 2 필터 챔버 내에 있도록 구성된 제 2 장치; 내에서 교대로 조립됨으로서, 제 1 및 제 2 필터 챔버의 각각에서 필터 장치의 수량을 변화시키도록 구성된다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 자동 세정 장치는 제 1 및 제 2 필터 장치 각각의 필터 스크린을 세정하기 위해 배치된 적어도 하나의 역류 노즐(backwash nozzle)을 포함하는 다수의 역류 노즐로 구성된 역류 어셈블리(backwash assembly)를 포함하며, 이때 다수의 역류 노즐은 역류 어셈블리 액슬(axle)과 함께 이동하도록 장착되고, 역류 어셈블리 액슬은 파티션을 통과함으로써 제 1 및 제 2 필터 챔버 모두 내에서 연장되도록 구성된다.
또한, 본 발명의 일실시예의 교시에 따라, 액체의 유동을 필터링하기 위한 필터가 제공되며, 상기 필터는: (a) 입구 및 출구를 갖는 압력 용기; (b) 상기 압력 용기 내에 배치되는 한편 입구로부터 출구로 통과하는 액체를 필터링하도록 배치된 필터 스크린을 포함하는 필터 어셈블리; (c) 필터의 작동 중에 필터 스크린으로부터 축적된 고형물을 제거하도록 배치된 자동 세정 장치; (d) 출구와 연결되고 출구를 통해 유동하는 액체에 대한 유동 임피던스를 변화시킬 수 있는 조절 밸브; 및 (e) 조절 밸브를 제어하도록 배치된 제어기;를 포함하며, 이때 제어기는 압력 용기에 대한 감지 연결부를 갖는 한편, 입구 및 출구에서의 액체 압력 사이의 압력차에 응답하도록 구성됨으로써, 압력차가 소정의 값을 초과할 경우, 제어기가 조절 밸브를 구동시켜 자동 세정 장치의 작동에 의해 압력차를 안정시킬 때까지 출구를 통한 액체 유동의 속도를 제한하도록 구성된다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 자동 세정 장치는 역류 어셈블리를 포함하며, 역류 어셈블리는: (a) 필터 스크린에 대향 배치된 흡입 노즐에서 종결되고 역류 드레인(backwash drain)과 유체 연통된 역류 도관(backwash conduit); 및 (b) 흡입 노즐과 필터 스크린 중 적어도 하나를 변위시킴으로서 필터 스크린의 영역 전반에 걸쳐 흡입 노즐의 상대적인 스캐닝 동작을 발생시키는 구동기구;를 포함한다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 필터 스크린은 평평하게 구성되며 흡입 노즐은 필터 스크린의 표면에 걸쳐 나선형 경로를 따라 이동한다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 필터 스크린은 원통형이며 흡입 노즐은 필터 스크린의 표면에 걸쳐 나선형 경로를 따라 이동한다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 필터 어셈블리는 출구와 유체 연통하는 중앙 유로를 따라 동축으로 배열된 다수의 필터 디스크를 포함하며, 구동기구는 필터 어셈블리의 축선을 중심으로 필터 어셈블리를 회전 구동시키기 위한 회전 드라이버를 포함한다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 역류 도관은 역류 아암(backwash arm)을 따라 연장되고, 구동기구가 역류 아암을 왕복 아치형 모션으로 구동시킴으로써, 흡입 노즐이 필터 스크린의 표면에 걸쳐 나선형 경로로 이동하도록 구성된다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 제어기는 프로세싱 시스템 및 프로세싱 시스템에 의해 작동되는 액추에이터를 포함함으로써 조절 밸브를 구동하는 전자 제어기이며, 감지 연결부는 입구 내의 압력 및 출구 내의 압력을 감지하기 위해 배치된 압력 센서들에 대한 전기적 연결부로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예의 다른 특징에 따르면, 제어기는 조절 밸브를 구동하도록 배치된 적어도 하나의 유압식 액츄에이터를 포함하는 유압식 제어기이며, 감지 연결부는 입구 및 출구에 대한 유압 연결부로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 상기 언급된 문제점의 해결이 가능한 필터, 즉 단일 압력 용기 내에서 2단계 필터링 및/또는 유동 조절 기능을 제공함으로써 역류 시스템의 과부하를 회피하도록 구성된 필터가 제공된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 단일 압력 용기 내에 2단계 필터링을 제공하도록 구성 및 작동되는 필터의 절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 "I"로 표시된 영역에 대한 확대도이다.
도 3은 도 1의 필터의 또 다른 절개 사시도로서, 여기서는 필터 어셈블리의 중심 축선을 통과하는 평면을 따라 절개되어 있다.
도 4는 도 1의 필터의 파티션 어셈블리에 대한 확대 사시도이다.
도 5는 도 4의 파티션 어셈블리의 파티션에 대한 확대 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 4의 파티션 어셈블리의 유동 전환기를 상이한 방향에서 본 사시도이다.
도 7은 도 1의 필터를 작동시키기 위한 필터 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 8은 도 7의 필터 시스템의 가능한 동작 시퀀스를 도시하는 흐름도이다.
도 9는 도 1의 필터의 출구에 대한 확대 사시도로서, 출구의 유동을 조절하기 위한 유동 조절 장치의 배치를 도시한다.
도 10은 유압식으로 구동되는 대안적인 형태의 유동 조절 장치에 대한 단면도이다.
본 발명은 단일 압력 용기 내에서 2단계 필터링 및/또는 유동 조절 기능을 제공함으로써 역류 세정 시스템의 과부하를 회피하도록 구성된 필터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 필터의 원리 및 동작은 첨부된 도면들 및 후술되는 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1 내지 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따라 구성 및 작동되는, 액체의 유동을 필터링하기 위한 필터(일반적으로 도면 부호로 10으로 표기)의 다양한 특징들을 도시한다. 일반적으로, 필터(10)는 입구(14) 및 출구(16)를 구비한 압력 용기(12)를 포함한다. 압력 용기(12) 내에는 출구(16)와 유체 연통하는 중앙 유로(20)를 따라 동축으로 배열된 다수의 필터 장치(18)를 구비한 필터 어셈블리가 배치된다. 각각의 필터 장치는 중앙 유로(20)와 유체적으로 연결된 하나 이상의 필터링 채널(24)을 덮는 적어도 하나의 필터 스크린(22)을 포함함으로써, 필터 장치(18) 주변의 압력 용기(12) 내의 액체가 필터 스크린(22)을 통과한 후 필터링 채널(24)을 따라 중앙 유로(20)를 거쳐 나가도록 구성된다. 가장 바람직하게는, 필터 장치(18)는 내부의 필터링 채널(24)을 형성하는 스페이서의 각 면에 필터 스크린(22)을 갖는 양면 디스크이다.
본 발명의 제 1 양태의 특별한 특징에서, 필터 어셈블리는 압력 용기(12)를 제 1 필터 챔버(28)와 제 2 필터 챔버(30)로 세분하도록 배치된 파티션(26)을 구비한 파티션 어셈블리를 더 포함하며, 챔버들 각각은 적어도 하나의 필터 어셈블리(18)를 포함한다. 또한, 파티션 어셈블리는 중앙 유로(20) 내에 배치되어 유동을 차단하는 유동 전환기(32)를 포함하며, 이에 의해 제 1 필터 챔버(28)로부터 중앙 유로(20)를 따라 통과하는 필터링된 액체의 유동을 전환하여 외측으로 유동시킴으로써 제 2 필터 챔버(30)에서 제 2 필터링을 수행한다.
파티션 어셈블리의 효과는 압력 용기(12)의 용적을 2단계의 필터 장치로 세분하는 것이다. 입구(14)를 통해 전송된 액체는 먼저 제 1 필터 챔버(28)로 들어가서 제 1 필터 챔버 내의 필터 어셈블리(18)의 필터 스크린을 통과하여 중앙 유로(20)를 따라 제 2 필터 챔버를 향해 유동하기 시작한다. 유동 전환기(32)에 도달하면, 액체는 외측으로 방출되어 제 2 필터 챔버(30)의 주 용적으로 들어가며, 여기서 액체는 나머지 필터 어셈블리(18)의 필터 스크린에서 제 2 단계 필터링을 수행한 다음 내부로 유동하여 중앙 유로(20)의 제 2 영역으로 들어간 후, 출구(16)로 빠져 나간다. 필터는 바람직하게는 제 1 필터 챔버(28)에서 제 1 개구의 크기를 갖는 비교적 거친 특성의 필터 스크린(22); 및 제 2 필터 챔버(30)에서 제 1 개구의 크기보다 작은 제 2 개구 크기를 갖는 보다 미세한 특성의 필터 스크린(22);을 구비함으로써 단일 압력 용기(12)의 전체적인 폼 팩터(form factor) 내에서 2단계 필터링을 구현하도록 구성된다.
구조적으로, 파티션(26)은 일반적으로 압력 용기(12)의 내부 치수 및 형상에 맞도록 형상화된 평평한 플레이트이며, 일반적으로는 원통형 압력 용기 내에 고정 결합되는 라운드형 타입의 플레이트이다. 파티션(26)의 외주 주변의 밀봉은 바람직하게는 원통형 벽의 내표면을 지탱하는 엘라스토머 시일(34)에 의해 제공될 수 있다. 본원에 예시된 특히 바람직한 실시예에서, 강성 플레이트로 구성된 파티션(26)은 압력 용기의 내부 치수에 비해 다소 작은 크기로 형성되며, 엘라스토머 시일(34)은 강성 플레이트로부터 바깥쪽으로 돌출하는 블레이드형 시일(blade-type seal)로서 형성된다. 정상 작동 조건 하에서, 제 1 및 제 2 필터 챔버 사이의 파티션에 걸쳐 최소의 압력차가 있기 때문에, 일반적으로 상술된 종류의 엘라스토머 시일로서 액체 유동이 제 1 단계 필터링을 우회하는 것을 방지하기에 충분하다는 것을 알 수 있다. 또한, 파티션 주위에서 발생하는 임의의 누출은 필터 출력의 오염을 초래하지 않는데, 왜냐하면 액체는 어쨌든 미세한 2단계 필터링 단계를 거치기 때문으로, 따라서 상기 시일을 밀폐까지 할 필요는 없다. 실제로, 압력 해제 기능으로 인해 챔버들 사이의 압력차를 견디는 제한된 능력을 갖는 블레이드형 시일은 유용하게 사용된다. 제 1 단계 필터 어셈블리가 역류 세정 시스템(후술됨) 보다 빠르게 막히는 경우에는, 제 1 필터 챔버에서 임의의 국부화된 축적 압력이 압력 방출 밸브로 작용하는 엘라스토머 시일을 편향시킴으로써 해제되며, 이에 따라 필터의 구성 요소들이 손상될 위험이 없어진다. 필터링 품질은 정상적으로 계속되는 보다 미세한 특성의 제 2 단계 필터링에 의해 유지된다.
파티션(26)은 중심에 가까이 배치된 개구를 가지며, 이에 의해 중앙 유로(20)에 통합된 유동 전환기(32)를 수용할 수 있도록 구성된다. 개구 내에 위치한 칼라(36)는 중앙 유로에 수직 배치된 파티션(26)의 정렬을 유지하는 것을 돕는 역할을 하며, 칼라(36) 내에서 유동 전환기(32)의 회전을 허용하도록 구성된다. 제 2 개구에는 베어링 장치(40)에 장착된 튜브 세그먼트(38)가 제공되며, 이때 베어링 장치는 인접한 튜브 세그먼트와 상호 연결됨으로써 역류 액슬 및 드레인 튜브를 형성하도록 구성된다.
선택적으로, 조립을 용이하게 하기 위해, 파티션(26)의 강성 파트는 두 개 이상의 파트로 형성될 수 있으며, 일반적으로 전술한 개구들을 관통하는 선을 따라 세분화된다. 상기 파트들은 예컨대, 도시된 바와 같이, 파티션의 각 측면 상에 상보적인 플랜지(42)를 함께 볼트 결합시킴으로써 상호 견고하게 결합된다.
유동 전환기(32)는 일반적으로 폐쇄 단부(44) 및 측방향 개구(46)를 갖는 튜브 형태의 구조물이다. 또한, 유동 전환기(32)는 바람직하게는 전체 필터 어셈블리를 통과하여 함께 클램핑되는 조립 볼트를 수용하기 위한 관통 개구(48)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이, 필터 장치(18)는 내부 필터링 채널(24)을 형성하는 스페이서의 각 면에 필터 스크린(22)을 갖는 양면 디스크인 것이 바람직하다. 이러한 필터 디스크의 다양한 구현예에 대한 세부 내용은 전술한 PCT 특허 공보 WO2016/030903에서 발견될 수 있지만, 본 발명은 이러한 특정 구현 내용으로만 제한되지 않는다. 가장 바람직하게는, 필터 장치는 임의의 원하는 수량으로, 전술한 일련의 조립 볼트와 같이 모듈 방식으로 조립되며, 파티션 어셈블리와는 상이한 순서로 배열될 수 있다. 도시된 구성의 장치는 파티션 어셈블리 이전에 제 1 필터 챔버 내에 2개의 필터 장치를 가지며, 이어서 제 2 필터 챔버 내에 8개의 필터 장치가 순차적으로 뒤따른다. 제 1 단계 필터링에 다수의 필터 영역이 필요한 경우, 3개 또는 4개의 필터 장치 다음에 파티션 어셈블리를 배치하는 등(필요한 등급의 스크린용 필터 스크린을 적절하게 대체함) 구성 요소들을 상이한 순서로 조립할 수 있다. 마찬가지로, 제 1 필터 챔버 내의 필터 장치의 수는 감소될 수 있으며, 또는 특정 용도의 요건에 따라, 파티션 어셈블리를 모두 생략하여 대면적의 단일 단계식 필터 장치를 조립하도록 구성할 수도 있다. 이러한 모듈 방식에 의해 각 특정 용도의 요구 사항을 해결할 수 있는 유연성을 제공하며, 사용 가능한 급수 장치의 특성과 필터 출력 요구 조건들에 맞게 필터 솔루션을 조절할 수 있다.
필터(10)는 바람직하게는 자동 세정 장치를 포함함으로써 필터의 작동 중에 제 1 필터 챔버(28) 및 제 2 필터 챔버(30) 모두에서 필터 장치(18)의 필터 스크린(22)으로부터 축적된 고형물을 제거하도록 구성된다. 본 발명의 특히 바람직한 그러나 비제한적인 실시예의 구성에 따르면, 자동 세정 장치는 필터 스크린(22)을 세정하기 위한 역류 어셈블리를 포함한다. 역류 어셈블리는 다수의 역류 노즐(50)을 포함하는 것이 바람직하다. 역류 어셈블리는 필터 스크린(22)의 표면에 대해 역류 노즐(50)의 스캐닝 모션을 제공하는 것이 바람직하다. 이는 당 업계에 공지된 바와 같이 다양하고 상이한 형태의 상대적 모션으로 구현될 수 있다. 본원에 도시된 특히 바람직한 비제한적인 예에서, 역류 노즐(50)은 중공식 역류 액슬(54)에 연결되는 역류 아암(52) 상에 장착된다. 액슬(54)은 부가적으로 역류 어셈블리를 드레인 연결부(56)에 연결하는 도관으로서 기능한다. 구동 연결부(58)는 압력 용기(12)로부터 돌출하고 액슬(54)과 연결됨으로써 액슬로 하여금 왕복 각운동(angular reciprocation)의 구동을 허용하도록 구성된다. 이는 바람직하게는 중앙 유로(20)와 정렬된 구동 연결부(60)를 통해 구동되는 필터 어셈블리의 회전 운동과 결합된다. 구동 연결부(60)를 연속적으로 회전 구동시키는 한편 구동 연결부(58)를 왕복 각운동(angular motion)으로 구동시킴으로써, 역류 노즐(50)은 필터 스크린(22)의 표면에 걸쳐 나선형 스캐닝 경로를 따르도록 구성되며, 이로써 필터 스크린의 전체 활성 표면을 점진적으로 스위핑하도록 구성된다. 가장 바람직하게는, 인접한 필터 디스크 어셈블리 사이의 갭이 2개의 역류 노즐을 수용하는데, 하나는 우측 어셈블리의 좌측 표면을 세정하기 위한 것이고 다른 하나는 좌측 어셈블리의 우측 표면을 세정하기 위한 것이다. 지금까지 기술된 역류 어셈블리는 전술한 PCT 특허 공보 제 WO2016/030903 호의 것과 본질적으로 유사하며, 본원에서는 적어도 하나의 비제한적인 바람직한 실시예의 추가적인 세부 사항이 발견될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 전술한 역류 어셈블리는 바람직하게는 압력 용기를 제 1 및 제 2 필터 챔버로 세분하도록 채택되는 한편, 2개의 필터 챔버에서 역류 장치를 위한 공통의 역류 액슬(54) 및 구동 시스템을 유지하도록 구성된다. 이를 위해, 튜브 세그먼트(38)는 중공 액슬(54)의 잔류 모듈부와 연결됨으로써, 파티션(26)을 통과하는 한편 파티션에 대해 회전 가능한 일체형 샤프트를 제공한다. 마찬가지로, 필터 어셈블리(18)를 통과하는 중앙 유로(20)의 다른 모듈부와 함께 관통 개구(48)를 통과하는 로드를 통해 결합된 유동 전환기(32)에 의해, 파티션(26)을 통과하고 파티션(26)에 대해 회전 가능한 필터 어셈블리의 단일 중앙 칼럼을 형성한다. 따라서, 연속적인 회전으로 구동 연결부(60)를 회전시키는 한편 왕복 각운동으로 구동 연결부(58)를 구동시킴으로써, 역류 노즐의 필요한 나선형 스캐닝 운동이 제 1 필터 챔버(28) 및 제 2 필터 챔버(30) 모두의 필터 스크린(22)에 대해 동시에 달성되도록 구성된다. 파티션(26) 양측의 역류 노즐 어셈블리는 어셈블리의 외측 단부에서 유사하게, 인접 필터 스크린을 향하는 하나의 노즐 아암 및 하나의 노즐을 제공한다.
본 발명의 제 2 양태는 역류 세정 장치와 같은 자동 세정 장치로 필터를 작동시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 여기서는 출구(16)와 관련된 조절 밸브(62)가 출구를 통해 유동하는 액체에 대한 유동 임피던스를 변화 및 조절하도록 구성된다. 제어기(64)는 입구 및 출구에서의 액체 압력 사이의 압력차에 반응하여 조절 밸브(62)를 제어함으로써, 압력차가 소정 값을 초과하는 경우, 제어기가 조절 밸브를 구동하여, 자동 세정 장치의 작동으로 압력차를 안정시킬 때까지 출구를 통한 액체 유동 속도를 제한하도록 구성된다.
필터 시스템은 바람직하게는 통상적인 작동 조건 하에서, 필터 스크린에 걸쳐 작은 압력차가 존재하도록 구현된다. 적용에 따라, 역류 세정 시스템은 타이머 상에 및/또는 필터 스크린 상에 고형물의 축적을 나타내는 약간의 증가된 압력차에 의해 트리거될 때, 연속적으로 또는 간헐적으로 작동할 수 있다. 그러나 다양한 상황에서 공급 유체의 부유 고형물 양에는 큰 변동이 있으며, 이는 그 크기에 따라 달라지는데 특정 시점에는 피크에 도달할 수 있다. 이러한 예로는 때로는 빗물을 포함하는 수원(water source)에서 유입된 상수도를 들 수 있는데, 이러한 빗물은 비정상적인 양의 토양 및 기타 입자를 갑자기 수원에 유입시킬 수 있다. 이와 같은 시점의 피크 부유 고형물에서, 필터 스크린 상에 축적되는 고형물의 속도는, 필터 스크린의 특정 영역에 대한 각각의 역류 노즐의 통과 사이에 걸리는 시간이 필터 스크린이 막히는 데 걸리는 시간을 초과하도록 구성될 수 있다. 이로 인해 필터 스크린에 점차적으로 고형물이 형성되어 필터링 공정이 점차 중단된다. 이러한 축적물이 줄어들지 않으면 필터 스크린의 하류 압력이 급격히 강하하는데, 이는 스크린의 세정을 위해 스크린의 하류 측과 드레인 사이에 상당한 압력차를 요구하는 역류 공정의 효율을 감소시킨다. 이러한 효과는 일반적으로 서로 복합되며, 급속하게 필터를 완전 차단하게 된다. 일단 차단되면 역류는 효력을 잃게 되며, 상당한 유지보수 작업을 거쳐서야만 필터를 작동 상태로 되돌릴 수 있다.
본 발명의 이러한 일양태에서는, 필터를 통한 유동을 조절하도록 필터에 대한 증가된 압력차에 응답함으로써 이러한 문제점을 해결하도록 구성된다. 감소된 유동에 의해 본질적으로, 역류 시스템이 고형물의 축적 속도를 따라 잡고 필터의 적절한 작동을 유지하는 균형에 도달할 때까지 필터 스크린상의 고형물 축적 속도를 감소시킨다.
도 7은 본 발명의 일양태를 구현하기 위한 제 1 시스템을 개략적으로 도시한다. 필터(10)에는 압력 용기에 대한 감지 연결부가 제공됨으로써 입구(14)와 출구(16) 사이의 압력차를 감지할 수 있도록 구성된다. 본원에 도시된 예에서, 이들 감지 연결부는 압력 센서(66 및 68)로서 구현되며, 이들은 입구 및 출구 압력(P1 및 P2)을 나타내는 각각의 신호를 발생시키는 한편, 제어기(64)로 공급된다. 본원에 도시된 예에서, 제어기는 바람직하게는 아날로그 또는 디지털 전자 장치를 사용하는 전자식 제어기로서 구현될 수도 있고, 하나 이상의 범용 마이크로 프로세서에 기초한 전용 장치 또는 적절히 프로그램된 장치일 수도 있다. 제어기(64)는 바람직하게는 구동 연결부(58 및 60)(간략화를 위해 기계적 세부 사항 생략)의 요구되는 운동 및 드레인(56) 상에서 전자 구동식 개폐 밸브(72)를 구동하도록 연결된 모터 구동 시스템(70)을 선택적으로 구동시키기 위한 출력을 포함한다. 이에 의해 제어기(64)로 하여금 역류 세정 사이클의 시작 및 정지를 제어하게 할 수 있으며, 또한 제어기(64)는 조절 밸브(62)의 액추에이터와 관련된 출력을 갖는다.
도 9에 상세히 도시된 일실시예의 조절 밸브(62)는 셔터 부재(78)를 회전시키는 링키지(76)를 변위시키도록 배치된 전자 제어식 액추에이터(74)를 포함하며, 본원에서는 중앙 피벗 디스크로서 구현된다. 유동 방향에 평행한 상태와 기울어진 상태 사이에서 셔터 부재를 피벗시킴으로써, 출구(16)를 통한 유동 임피던스를 조절하는 한편 최종적으로 필터를 통한 유속을 조절하도록 구성된다. 조절 밸브는 필수적으로 유동 조절(유동의 감소) 기능을 수행하며, 반드시 최대 스로틀링 상태에서 유로의 완전한 폐쇄를 구현하도록 디자인되는 것은 아니라는 점에 유의해야 한다.
도 8은 도 7의 시스템의 동작을 위한 비제한적인 예의 유동 프로세스를 도시한다. 구체적으로, 시작 단계(80)에 출발하여, 프로세스는 다음 단계(82)에서 P1과 P2 사이의 압력차(PD)가 제 1 임계값, 예컨대 0.5 bar를 초과하는지 여부를 모니터링한다. 초과하지 않을 경우, 아무런 조치도 취하지 않고 필터의 작동은 제어 시스템의 개입 없이 계속된다. 제 1 임계값을 초과할 경우, 다음 단계(84)에서 역류 시스템이 작동된다. 즉, 모터 구동 시스템(70)을 작동시키고 드레인 밸브(72)를 개방시킴으로써 역류 시스템이 작동된다. 역류 시스템이 작동하는 동안, PD는 다양한 조건에 대해 모니터링된다. PD가 기본값, 일반적으로 제 1 임계값(예컨대, 0.3 bar)보다 다소 낮아질 경우, 역류가 중단되고 필터는 수동 작동으로 회귀한다. PD의 고속 증가가 검출되면(즉, 단계[86]에서 "YES"인 경우), 또는 PD가 보다 높은 제 2 임계값(본원에서는 0.7 bar로 예시됨)를 초과하면(즉, 단계[88]에서 "YES"인 경우), 유동은 제어기(64)가 조절 밸브(62)를 제어하는 단계(90)로 들어가며, PD가 제어될 때까지 필터를 통한 유속을 감소시키고, PD를 소정의 목표 범위 내에 유지시키도록 구성된다. 본원에 예시된 비제한적인 예에서, 유속의 폐쇄 루프 조절이 수행됨으로써 예컨대, 0.5 bar의 목표값 또는 그 부근에서 PD를 안정화시키도록 구성된다. PD가 목표값 이하로, 예컨대 0.4 bar 아래로 강하하도록 고형물의 축적 속도가 충분히 떨어지면, 밸브(62)는 완전히 개방된 상태로 유지되고 제어는 이전 단계(84)로 복귀한다.
지금까지는 입구 및 출구 압력에 대한 감지 연결부가 전기 신호를 발생시키는 압력 센서인 경우에 설명되었지만, 유압식 감지 연결부도 또한 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 제어기의 기능도 조절 밸브(62)와 통합된 유압식 제어기/액츄에이터를 사용하여 수행될 수도 있다. 이러한 대안적인 구현예가 도 10에 개략적으로 도시되어 있다.
구체적으로, 도 10은 중앙 유로(20)로부터 밸브 시트(96)를 거쳐 출구(16)까지의 유로를 형성하고 있는 출구 파이프(94)를 도시한다. 폐쇄 부재(98)는 밸브 시트(96)에 대해 이동 가능하며, 이에 의해 밸브의 유동 임피던스를 조절한다. 폐쇄 부재의 변위는 유압식 액추에이터에 의해 제어되며, 이들은 도시된 바와 같은 피스톤(100)을 구비한 피스톤 기반 액추에이터일 수 있고 또는 다이어프램 기반의 액추에이터일 수도 있다. 액추에이터는 입구 압력 소스과 유체 연결되는 폐쇄 부재(98)를 폐쇄하도록 작용하는, 피스톤의 일 측면상의 제 1 챔버(102) 및 출구 압력 소스와 유체 연결된 폐쇄 부재(98)를 개방하도록 작용하는, 피스톤의 대향 측면상의 제 2 챔버(104)를 구비한다. 스프링(106)은 개방 위치 쪽으로 부가적인 바이어스를 제공한다.
밸브의 정상 작동 조건 하에서, 출구 압력이 입구 압력에 가까울 때, 스프링(106)의 추가 바이어스는 폐쇄 부재(98)가 완전 개방 상태로 유지되도록 보장한다. 고형물의 축적에 의해 필터 스크린이 막히기 시작하면, 챔버(104)의 출구 압력은 챔버(102)의 입구 압력 아래로 떨어지며, 결과적으로 피스톤(100) 상의 순 힘(net force)을 폐쇄 위치 쪽으로 작용시킨다. 이러한 순 힘이 스프링(106)에 의해 제공된 바이어스 힘을 초과하면, 피스톤은 폐쇄 부재(98)를 밸브 시트(96)쪽으로 움직이기 시작함으로써 유동을 조절하도록 구성된다. 유속이 감소함에 따라, 역류 세정 공정이 균형 상태로 되돌아올 때까지 고형물의 축적 속도가 감소한다. 부유 고형물의 양이 줄어들자 마자, 압력차가 다시 감소되며, 폐쇄 부재는 스프링(106)의 바이어스 하에서 완전히 개방된 위치로 다시 이동한다.
본원에서는 필터 디스크의 스택을 갖는 필터 및 나선형 스캐닝 패턴을 갖는 역류 시스템을 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 역류 세정 시스템이 필터 스크린의 표면 위를 통과하는 다른 적용예에서도 동일하게 적용될 수 있음을 인지할 필요가 있다. 다른 적합한 응용예는 필터 스크린이 원통형이고 흡입 노즐이 필터 스크린의 표면에 걸쳐 나선형 경로를 추적하는 경우를 포함한다. 또한, 본 발명은 자동 세정 장치가 필터 스크린으로부터 축적된 고형물을 제거하도록 작동하는 다른 상황의 범주에 적용될 수 있는데, 브러시 또는 필터 스크린으로부터 "케이크(cake)"를 제거하기 위한 브러시 또는 다른 기계 장치를 갖는 장치, 및 역류 액체 압력이 정상적으로 병렬 작동하는 필터 부재의 그룹으로부터 연속적인 필터 부재들에 순차적으로 적용되는 순차적 역류 장치를 포함할 수 있으며, 본 발명은 이들에만 한정되지 않는다.
첨부된 청구항들은 다중 종속 관계 없이 작성되어 있는데, 즉 이들은 이러한 다중 종속 관계를 허용하지 않는 사법 관할 지역의 공식 요구사항들을 수용하도록 구성되었다. 따라서, 청구항들을 다중 종속 관계로 표현함으로써 암시될 수 있는 모든 가능한 조합의 특징들도 본 발명의 일부로 간주되어야 함에 유의할 필요가 있다.
상기 설명은 단지 예로서 제공되는 것으로, 많은 다른 실시예들도 첨부된 청구항들에서 정의된 본 발명의 범주 내에 속한다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (13)

  1. 액체의 유동을 필터링 하기 위한 필터에 있어서, 상기 필터는:
    (a) 입구 및 출구를 구비한 압력 용기;
    (b) 압력 용기 내에 배치되어 압력 용기를 제 1 필터 챔버 및 제 2 필터 챔버로 세분하는 파티션;
    (c) 제 1 필터 챔버 내에 배치되고, 제 1 개구 크기를 갖는 필터 스크린을 포함하는 제 1 필터 장치;
    (d) 제 2 필터 챔버 내에 배치되고, 제 1 개구 크기보다 작은 제 2 개구 크기를 갖는 필터 스크린을 포함하는 제 2 필터 장치, 이때 입구로부터 출구로 유동하는 액체는 제 1 필터 장치 및 제 2 필터 장치를 거쳐 순차적으로 통과함; 및
    (e) 필터의 작동 중에 제 1 필터 장치 및 제 2 필터 장치 모두의 필터 스크린으로부터 축적된 고형물을 제거하도록 배치된 자동 세정 장치;를 포함하는
    액체의 유동을 필터링 하기 위한 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    제 1 및 제 2 필터 장치들 각각은 제 1 및 제 2 외향 필터 스크린 지지 장치를 갖는 스페이서를 포함하는 한편, 필터링된 액체가 중앙 유로의 안쪽으로 유동하기 위한 출구를 갖는 필터 디스크이며, 제 1 및 제 2 필터 스크린을 지지하는 스페이서의 제 1 및 제 2 필터 스크린 지지 장치에 의해 필터 디스크의 대응하는 제 1 및 제 2 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는
    액체의 유동을 필터링 하기 위한 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    제 1 필터 장치로부터 중앙 유로를 따라 통과하는 필터링된 액체의 유동을 전환시키기 위해 중앙 유로에 배치된 유동 전환기를 더 포함하며, 이에 의해 액체가 중앙 유로로부터 바깥쪽으로 유동하여 제 2 필터 챔버에서 제 2 필터링을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    액체의 유동을 필터링 하기 위한 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    압력 용기는 원통형 벽을 가지며, 파티션은 엘라스토머 시일(elastomer seal)로 형성됨으로써 원통형 벽의 내표면을 밀봉하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    액체의 유동을 필터링 하기 위한 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    다수의 필터 장치들은 적어도 하나의 제 3 필터 장치를 포함하며, 이때 필터 장치들 및 파티션은, 제 3 필터 장치가 파티션의 제 1 측면 상에 배치되어 제 1 필터 챔버 내에 있도록 구성된 제 1 장치; 및 제 3 필터 장치가 파티션의 제 2 측면 상에 배치되어 제 2 필터 챔버 내에 있도록 구성된 제 2 장치; 내에서 교대로 조립됨으로서, 제 1 및 제 2 필터 챔버의 각각에서 필터 장치의 수량을 변화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    액체의 유동을 필터링 하기 위한 필터.
  6. 제1항에 있어서,
    자동 세정 장치는 제 1 및 제 2 필터 장치 각각의 필터 스크린을 세정하기 위해 배치된 적어도 하나의 역류 노즐을 포함하는 다수의 역류 노즐로 구성된 역류 어셈블리를 포함하며, 이때 다수의 역류 노즐은 역류 어셈블리 액슬(axle)과 함께 이동하도록 장착되고, 역류 어셈블리 액슬은 파티션을 통과함으로써 제 1 및 제 2 필터 챔버 모두 내에서 연장되도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    액체의 유동을 필터링 하기 위한 필터.
  7. 액체의 유동을 필터링하기 위한 필터에 있어서, 상기 필터는:
    (a) 입구 및 출구를 갖는 압력 용기;
    (b) 압력 용기 내에 배치되는 한편 입구로부터 출구로 통과하는 액체를 필터링하도록 배치된 필터 스크린을 포함하는 필터 어셈블리;
    (c) 필터의 작동 중에 필터 스크린으로부터 축적된 고형물을 제거하도록 배치되는 한편, 역류 어셈블리를 포함하는 자동 세정 장치;
    (d) 출구와 연결되고 출구를 통해 유동하는 액체에 대한 유동 임피던스를 변화시킬 수 있는 조절 밸브; 및
    (e) 조절 밸브를 제어하도록 배치된 제어기;를 포함하며,
    역류 어셈블리는:
    (i) 필터 스크린에 대향 배치된 흡입 노즐에서 종결되는 한편, 역류 드레인과 유체 연통하는 역류 도관(backwash conduit); 및
    (ii) 흡입 노즐 및 필터 스크린 중 적어도 하나를 변위시킴으로써 필터 스크린의 영역에 걸쳐 흡입 노즐의 상대적인 스캐닝 동작을 발생시키는 구동기구;를 포함하고,
    제어기는 압력 용기에 대한 감지 연결부를 갖고, 입구 및 출구에서의 액체 압력 사이의 압력차에 응답하도록 구성됨으로써, 압력차가 소정의 값을 초과할 경우, 제어기가 조절 밸브를 구동시켜 자동 세정 장치의 작동에 의해 압력차를 안정시킬 때까지 출구를 통한 액체 유동의 속도를 제한하도록 구성되는
    액체의 유동을 필터링하기 위한 필터.
  8. 제7항에 있어서,
    필터 스크린은 평평하게 구성되고, 흡입 노즐은 필터 스크린의 표면에 걸쳐 나선형 경로를 따라 이동하는 것을 특징으로 하는
    액체의 유동을 필터링하기 위한 필터.
  9. 제7항에 있어서,
    필터 스크린은 원통형이고, 흡입 노즐은 필터 스크린의 표면에 걸쳐 나선형 경로를 따라 이동하는 것을 특징으로 하는
    액체의 유동을 필터링하기 위한 필터.
  10. 제7항에 있어서,
    필터 어셈블리는 출구와 유체 연통하는 중앙 유로를 따라 동축으로 배열된 다수의 필터 디스크를 포함하며, 구동기구는 필터 어셈블리의 축선을 중심으로 필터 어셈블리를 회전 구동시키기 위한 회전 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체의 유동을 필터링하기 위한 필터.
  11. 제10항에 있어서,
    역류 도관은 역류 아암을 따라 연장되고, 구동기구가 역류 아암을 왕복 아치형 모션으로 구동시킴으로써 흡입 노즐이 필터 스크린의 표면에 걸쳐 나선형 경로로 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    액체의 유동을 필터링하기 위한 필터.
  12. 제7항에 있어서,
    제어기는 프로세싱 시스템 및 프로세싱 시스템에 의해 작동되는 액추에이터를 포함함으로써 조절 밸브를 구동하는 전자 제어기이며, 감지 연결부는 입구 내의 압력 및 출구 내의 압력을 감지하기 위해 배치된 압력 센서들에 대한 전기적 연결부로 구현되는 것을 특징으로 하는
    액체의 유동을 필터링하기 위한 필터.
  13. 제7항에 있어서,
    제어기는 조절 밸브를 조절하도록 배치된 적어도 하나의 유압식 액츄에이터를 포함하는 유압식 제어기이며, 감지 연결부는 입구 및 출구에 대한 유압 연결부로 구현되는 것을 특징으로 하는
    액체의 유동을 필터링하기 위한 필터.
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