모듈형 역삼투 수 처리 시스템{MODULAR REVERSE OSMOSIS WATER TREATMENT SYSTEM}

본 발명은 화학 약품 및 그 외 다른 불순물을 제거하기 위해 물을 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 역삼투 수질 여과 시스템에 관한 것이다.

역삼투(RO) 수 처리 시스템은 부엌의 조리대 또는 싱크대 아래, 혹은 정수된 물이 제공되어야 하는 다른 장소에 인접하여 위치되곤 한다. 통상적인 시스템은 종래의 필터 매체를 사용하는 전위-필터를 포함하여 처리될 물 전체가 상기 매체를 통과하여 흐름에 따라 상대적으로 큰 입자를 제거한다. 물은 전위 필터를 빠져 나가 역삼투 유닛으로 진입한다.

역삼투란 용매(예를 들어, 물)를 통상적인 삼투압보다 큰 압력으로 막을 통해 부유시킴으로써 용액으로부터 용질을 분리하는 방법이다. 삼투 현상은 보다 큰 삼투압의 영역으로부터 보다 낮은 삼투압의 영역으로 반투성 막을 통한 용매의 확산에 의해 나타난다. 용매가 막을 통과하여 확산됨에 따라, 소금, 무기물 및 그 외 다른 오염물과 같은 용해된 물질이 뒤에 남아 보다 낮은 삼투압의 영역이 보다 낮은 농도의 용해된 물질을 갖게 된다. 나머지 용해 물질은 막의 보다 높은 압력측으로부터 상기 유닛 내에서 압력 증가를 발생시키는 제한된 드레인 구멍을 통해 흘러가게 된다. 드레인 구멍으로부터의 유체는 하수 시스템으로 보내지거나, 물 낭비를 줄이도록 펌프에 의해 수 처리 시스템을 통해 재순환될 수 있다.

역삼투 유닛을 빠져나가는 처리된 물은 임의의 후위-필터를 통과하여 흐를 수 있다. 정수된 물을 저장하기 위해, 처리 장치의 출력부에 탱크가 제공될 수도 있다. 필요하다면, 정수된 물은 상기 탱크로부터 인출된다.

특정 설치에 있어서 미처리된 물의 특성에 따라, 몇몇 전위-필터가 사용될 수 있으며, 복수의 역삼투 유닛이 병렬 또는 직렬로 연결되어 물을 처리하여 필요한 유량을 제공할 수 있다. 따라서, 특정 설치를 위해 요구되는 필요한 처리 수준을 제공하기 위해 다양한 결합 및 개수로 연결될 수 있는 역삼투 수 처리 시스템의 구성요소를 설계하는 것이 바람직하다.

수 처리 시스템은 필터 모듈 및 상기 필터 모듈에 고정되는 역삼투 모듈을 포함한다. 필터 모듈은 제 1 필터 카트리지 및 제 2 필터 카트리지를 갖는 제 1 매니폴드를 구비한다. 제 1 매니폴드는 필터 입구 포트 및 필터 출구 포트를 구비한다. 제 1 필터 카트리지는 필터 입구 포트에 연결되는 제 1 입구 및 제 1 출구를 구비한다. 제 2 필터 카트리지는 제 2 입구 및 필터 출구 포트에 연결되는 제 2 출구를 구비한다.

제 1 역삼투 모듈은 필터 모듈에 고정되고, 제 1 RO 입구 포트, 제 1 RO 출구 포트 및 제 1 드레인 포트를 갖는 제 2 매니폴드를 포함하며, 제 1 RO 입구 포트는 제 1 모듈에 연결되고, 그로부터 물을 수용한다.

수 처리 시스템의 모듈성은 필터 모듈의 몇몇 상이한 구성이 제 1 역삼투 모듈에 연결될 수 있도록 한다. 일 측면에서, 필터 모듈은 제 1 역삼투 모듈을 위한 전위 필터로서 작용하는 제 1 필터 카트리지로 구성되며, 제 2 필터 카트리지는 후위-필터로서 연결된다. 다른 측면에서, 두 개의 필터 카트리지가 이중 단계 전위필터로서 기능하도록 직렬로 결합된다. 상기 모듈성은 또한, 다중 역삼투 모듈이 데이지 체인방식으로 연결되어 상기 시스템의 수질 처리 용량을 증가시킬 수 있다.

도 1은 전위-필터 및 후위-필터를 포함하는 필터 모듈을 갖는 역삼투 모듈을 구비한 제 1 수 처리 시스템의 개략적인 블록도,

도 2는 제 1 수 처리 시스템의 등축도,

도 3은 필터 모듈의 상부에 있는 제 1 매니폴드에 대한 단면도,

도 4는 필터 모듈에 대한 수직 단면도,

도 5는 역삼투 모듈의 상부에 있는 제 2 매니폴드에 대한 단면도,

도 6은 이중 단계 전위-필터 모듈 및 2개의 역삼투 모듈을 구비한 제 2 수 처리 시스템의 개략적인 블록도,

도 7은 제 2 수 처리 시스템의 등축도,

도 8은 이중 단계 전위-필터 모듈의 매니폴드에 대한 단면도.

먼저 도 1을 참조하여보면, 제 1 수 처리 시스템(10)은 필터 모듈(12) 및 역 삼투(RO) 모듈(14)을 포함한다. 필터 모듈(12)은 전위-필터 카트리지(pre-filter cartridge; 18)의 제 1 입구(17)에 연결되는 필터 입구 포트(16)에서 공급원으로부터 미처리된 물을 수용한다. 전위-필터 카트리지(18)는 방적 섬유 물질체와 같은 필터 매체를 포함하며, 물이 상기 필터 매체를 통과함으로써 상대적으로 큰 입자가 포착된다. 전위-필터 카트리지(18)부터 배출되는 물은 제 1 출구(19)로부터 필터 모듈(12)의 제 1 중간 포트(20)로 유동한다. 필터 모듈은 물의 맛 및 냄새를 개선하기 위해 활성탄과 같은 필터 매체를 포함하는 후위-필터 카트리지(post-filter cartridge; 24)의 제 2 입구(23)에 연결되는 제 2 중간 포트(22)를 더 구비한다. 후위-필터 카트리지(24)의 출력은 제 2 출구(25)로부터 필터 출구(26)로 이동하며, 제 1 수 처리 시스템(10)의 경우에 필터 출구 포트(26)는 최종 사용자에게 정수된 물을 공급한다.

필터 모듈(12)의 제 1 중간 포트(20)는 튜브(32)에 의해 역삼투 모듈(14)의 제 1 RO 입구 포트(30)에 연결되며, 이에 따라 전위-필터 카트리지(18)로부터 물을 수용한다. 역삼투 모듈(14)은 제 1 RO 입구 포트(30)에 연결되는 입구를 갖는 제 1 및 제 2 역삼투 카트리지(34, 36)를 구비한다. 상기 2개의 역삼투 카트리지 각각은 상기 각각의 카트리지를 통과하여 유동하는 물을 여과하는 종래의 반투성 막을 구비한다. 처리된 물은 제 1 RO 출구 포트(42)에 연결되는 카트리지 출구(38, 40)로 흐른다. 제 1 RO 출구 포트(42)는 튜브(43)에 의해 필터 모듈(12)의 제 2 중간 포트(22)에 결합된다. 따라서, 2개의 역삼투 카트리지(34, 36)에서 처리된 물은 후위-필터 카트리지(24)를 통해 피트백되어 필터 출구(26)에서의 정수된 물을 생산한다. 역삼투 카트리지(34, 36) 각각은 고농도의 용질을 운반하는 미처리된 물의 일부가 카트리지를 빠져나오는 드레인 출구(35)를 더 구비한다. 드레인 출구(35)는 역삼투 모듈(14)의 제 1 및 제 2 드레인 포트(44, 45)에 연결된다.

제 1 수 처리 시스템(10)은 필터 모듈(12) 및 역삼투 모듈(14)이 서로 맞붙어 부착되며 유체적으로 결합되어 있는 도 2에 도시된 모듈형 구성을 구비한다. 필터 모듈(12)의 2개의 원통형 필터 카트리지(18, 24)는 필터 입구 포트(16), 필터 출구 포트(26) 및 제 1 및 제 2 중간 포트(20, 22)가 위치되는 필터 매니폴드(50)에 장착된다. 필터 매니폴드(50)는 전위-필터 카트리지(18) 및 후위-필터 카트리지(24)와 선택된 포트를 상호 연결하는 내부 통로를 구비한다. 도 3을 참조하면, 필터 입구 포트(16)는 매니폴드의 바닥을 관통하는 구멍(54)으로, 그리고 전위-필터 카트리지(18) 내측의 외주로 안내하는 제 1 입구 경로(52)로 개방된다. 필터 매니폴드(50)의 바닥을 관통하는 제 2 구멍(56)이 전위-필터 카트리지(18)의 중심에 위치되며, 제 1 중간 포트(20)로 안내하는 제 1 출구 경로(58) 내에 있게 된다.

도 3 및 도 4를 참조하여 보면, 필터 입구 포트(16)를 거쳐 필터 모듈(12)로 진입하는 유체는 제 1 구멍(54)을 통해 전위-필터 카트리지(18)로 그리고 그 내부 필터 매체(65) 주위로 이동한다. 전위-필터 카트리지(18) 내의 물은 필터 매체(65)를 통과하여 카트리지의 중앙 보어(68)로 흐르며, 그 후 제 2 구멍(56)을 통해 상부로 흐르고 필터 모듈(12)의 대향 측면 상의 제 1 중간 포트(20)를 거쳐 필터 입구 포트(16)로부터 필터 모듈(12)을 빠져나간다.

필터 모듈(12)의 대향 측면 상의 제 2 중간 포트(22)는 후위-필터 카트리 지(24)의 둘레 내부로 개방하는 필터 매니폴드(50)의 바닥 내의 제 3 구멍(62)에 연결되는 제 2 입구 경로(60)와 연통한다. 후위-필터 카트리지(24) 내의 필터 매체(69)를 통과한 후에 물은 필터 매니폴드(50)의 바닥내의 중앙에 위치되는 제 4 구멍(64)을 통해 유동한다. 이러한 제 4 구멍(64)은 매니폴드(50)의 제 2 출구 경로(66)에 의해 필터 출구 포트(26)에 연결된다.

도 5는 역삼투 모듈(14)의 일부인 제 2 매니폴드(72)의 내부 경로를 도시한다. 제 1 RO 입구 포트(30)는 제 2 매니폴드(72)의 바닥을 관통하는 제 1 RO 구멍(82)과 연통하는 내부 RO 입구 경로(80) 및 도 2의 제 1 역삼투 카트리지(34) 내로 개방한다. RO 입구 경로(80)는 또한 제 2 RO 구멍(84)을 통해 제 2 역삼투 카트리지(36)로 개방한다. RO 입구 경로(80)는 제 2 매니폴드(72)의 제 2 RO 입구 포트(31)로 안내한다. 따라서, 제 1 및 제 2 RO 구멍(82, 84)은 양 역삼투 카트리지(34, 36)의 RO 입구를 제공한다. 제 1 및 제 2 RO 입구 포트(30, 31)는 직접 유체 연결되어 있는데, 이는 본원에 사용되는 바와 같이, 이들 포트가 소정의 개재 요소 없이 도관에 의해 서로 연결되는 것을 의미한다. 이들 역삼투 카트리지(34)의 출구(38, 40) 각각은 매니폴드(72)의 바닥에서 제 1 및 제 2 RO 출구 구멍(86, 90)과 연통한다. RO 출구 구멍(86, 90)은 RO 출구 경로(88)에 의해 제 2 매니폴드(72)의 양 측면 상의 제 1 RO 출구 포트(42) 및 제 2 RO 출구 포트(41)에 연결된다. 드레인 경로(92)는 제 2 매니폴드를 통해 꾸불꾸불한 경로로 권취되어 제 1 및 제 2 드레인 포트(44, 45)의 직접적인 유체 연결을 제공한다. 양 역삼투 카트리지(34, 36)의 드레인 출구를 제공하는 한 쌍의 드레인 구멍(94, 96)이 제 2 매니 폴드의 바닥을 통해 드레인 경로(92) 내로 개방된다.

다수의 역삼투 모듈이 나란히 연결될 수 있는 역삼투 모듈(14)의 양측면 상에 입구 포트, 출구 포트 및 드레인 포트가 존재한다는 것을 인지해야 한다. 이러하 데이지 연결 방식(daisy chaining)으로 인해 다수의 역삼투 카트리지가 정수 용량의 증대를 위해 병렬로 연결될 수 있다. 특정 적용 분야에서, 소정의 미사용된 포트가 플러그에 의해 폐쇄된다. 포트 배열체는 또한 모듈형 구조로 필터 모듈(12)을 역삼투 모듈(14)에 용이하게 연결한다.

수 처리 시스템의 개별 모듈은 도 2에 도시된 바와 같이 그들을 단일 구조 조립체로 서로 부착하기 위한 브라킷을 갖는다. 구체적으로, 필터 모듈(12)은 필터 매니폴드(50)의 4측면 주위로 연장하여 상기 4측면 외측으로 돌출하는 제 1 브라킷(70)을 구비한다. 역삼투 모듈(14)의 제 2 매니폴드(72)는 4개의 측면 주위로 연장하여 상기 4측면 외측으로 연장되는 유사한 제 2 브라킷(74)을 포함한다. 도 3 및 도 5를 참조하면, 제 1 및 제 2 브라킷 조립체(70, 74)은 일측면 상에 환형 보스 형태의 키이(71)를 구비하며, 대향 측면은 상기 키이를 수용하도록 크기 설정되는 구멍(73)을 갖는다. 따라서, 조립된 제 1 수 처리 시스템(10)에서, 역삼투 모듈(14)의 브라킷 키이(71)는 필터 모듈(12)의 브라킷 구멍(73)에 정합하여 이들 모듈의 적합한 배향성을 보장한다. 수 세트의 너트 및 볼트(76)가 브라킷 보스 및 구멍을 통과하여 인접한 모듈을 함께 고정한다.

2개의 모듈(12, 14)이 서로 직접 고정되는 경우, 필터 모듈(12)의 제 1 중간 포트(20)는 역삼투 모듈(14)의 제 1 RO 입구 포트(30)와 정렬된다. 본원에 사용된 바와 같이, “직접 고정된”이란 용어는 본 예의 경우에는 2개의 모듈(12, 14)인 2개의 구성요소가, 상기 2개의 구성요소를 연결하는 별도의 하나 이상의 중간 요소에각각 부착되지 않고, 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 접촉하여 부착되는 것을 의미한다. 직접 고정된 결과, 직선 튜브(32)가 이들 포트 각각에 고정되어 상기 2개의 모듈 사이의 도관을 제공한다. 유사하게, 역삼투 모듈(14)의 제 1 RO 출구 포트(42)가 필터 모듈(12)의 제 2 중간 포트(22)와 정렬되어, 다른 하나의 직선 튜브(43)가 이들 포트 사이의 도관을 제공하게 된다. 접하는 브라킷(70, 74)은 2개의 튜브(32, 43)가 적당한 길이로 미리 절단되어 설치자에게 공급될 수 있도록, 정렬된 포트 사이에서 고정된 간격을 제공한다. 2개의 모듈(12, 14)의 포트(16, 20, 22, 26, 30, 42, 44) 각각은 바람직하게는 표준 압축 피팅을 사용한다.

제 2 수 처리 시스템(100)의 다른 모듈형 구조의 예가 도 6 및 도 7에 도시되며, 여기에서는 이중 전위-필터 모듈(102)이, 일렬로 연결되는 2개의 역삼투 모듈(131, 132)과 결합된다. 구체적으로, 이중 전위-필터 모듈(102)은 직렬로 결합된 2개의 필터 카트리지(105, 106)를 구비한다. 통상적으로, 제 1 전위-필터 카트리지(105)는 상대적으로 큰 입자를 제거하는 매체를 구비하는 반면에, 제 2 전위-필터 카트리지(106)의 매체는 보다 작은 입자를 제거한다.

도 8을 참조하여 보면, 이중 전위-필터 모듈(102)의 매니폴드(112)는 처리될 공급원의 물을 수용하는 필터 입구 포트(108)를 구비한다. 입구 경로(114)는 제 1 입구 구멍(116)으로의 필터 입구 포트(108)로부터 제 1 전위-필터 카트리지(105)의 제 1 입구(101)(도 6)로 물을 운반하며, 물 유동은 상기 제 1 전위-필터 카트리지 의 제 1 입구로부터 제 1 출구(103)를 통해 제 1 출구 구멍(118)을 거쳐 매니폴드로 배출된다. 중간 경로(120)는 제 1 출구 구멍(118)을 제 2 전위-필터 카트리지(106)의 제 2 입구(107)와 연통하는 제 2 입구 구멍(122)에 연결한다. 여과된 물은 매니폴드 내의 제 2 출구 구멍(124) 및 제 2 출구(109)를 거쳐 제 2 전위-필터 카트리지(106)를 떠나며, 출구 경로(126)를 통과하여 이동하고, 필터 출구 포트(110)를 거쳐 이중 전위-필터 모듈(102)을 빠져나간다.

도 6 및 도 7을 다시 참조하면, 이중 전위-필터 모듈(102)의 필터 출구 포트(110)는 튜브(138)에 의해 제 1 역삼투 모듈(131)의 제 1 RO 입구 포트(30)에 연결된다. 양 역삼투 모듈(131, 132)은 전술한 제 1 수 처리 시스템(10)의 역삼투 모듈(14)과 동일한 구조를 갖는다. 그러나, 제 2 수 처리 시스템(100)의 모듈형 구조에 있어서, 제 1 역삼투 모듈(131)의 제 1 및 제 2 역삼투 카트리지(134, 135) 및 제 2 역삼투 모듈(132)의 제 3 및 제 4 역삼투 카트리지(136, 137)는 모두 병렬로 연결된다.

병렬 연결에 대해, 제 1 역삼투 모듈(131)의 제 1 RO 입구 포트(30)는 RO 입구 경로(80)에 의해 상기 모듈의 제 2 RO 입구 포트(31)에 결합된다. 상기 제 2 RO 입구 포트(31)는 튜브(140)에 의해 제 2 역삼투 모듈(132)의 제 1 RO 입구 포트(30)에 연결된다. 유사하게, 제 1 역삼투 모듈(131)의 제 2 RO 출구 포트(41)는 제 2 튜브(142)에 의해 제 2 역삼투 모듈(132)의 제 1 RO 출구 포트(42)에 연결되며, 제 1 역삼투 모듈의 제 1 드레인 포트(44)는 제 3 튜브(143)에 의해 제 2 역삼투 모듈 상의 제 2 드레인 포트(45)에 결합된다. 제 2 역삼투 모듈(132)의 제 1 드레인 포트(44)는 제 2 수 처리 시스템(100)용 드레인 라인에 연결되며, 제 2 역삼투 모듈(132)의 제 2 RO 출구 포트(41)는 정수된 물을 위한 출구를 제공한다.

제 1 및 제 2 역삼투 모듈(131, 132)은 또한 다른 구성으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 역삼투 모듈(131)의 제 2 RO 출구 포트(41)가 제 2 역삼투 모듈(132)의 제 1 RO 입구 포트(30)에 연결되어, 2개의 모듈이 직렬을 이룰 수 있다. 이와 달리, 제 1 역삼투 모듈의 제 1 드레인 포트(44)가 제 2 역삼투 모듈(132)의 제 1 RO 입구 포트(30)에 연결될 수 있다. 이와 같이 실행함에 있어서, 제 1 역삼투 모듈(131)의 제 2 RO 출구 포트(41)는 제 2 역삼투 모듈(131)의 제 1 RO 출구 포트(42)에 연결된다. 여기서, 제 2 역삼투 모듈(132)은 보다 적은 양의 물이 드레인 시스템으로 유동하여 물을 절약하도록 제 1 RO 모듈의 드레인 물의 일부를 처리한다.

추가적인 역삼투 모듈이 함께 부착될 수 있다. 본 수질 개선 시스템의 모듈형 구조는 다양한 개수의 전위-필터 카트리지, 후위-필터 카트리지 및 역삼투 카트리지가 함께 연결되어 특정 설치에 있어서의 요구사항을 만족하는 정도의 수질 처리 용량을 제공할 수 있다.

전술된 설명은 주로 본 발명의 바람직한 실시예와 연관된다. 비록, 본 발명의 범위 내의 일부 변형예에 주의했지만, 당업자가 본 발명의 실시예에 대한 개시내용으로부터 명백한 추가 대안예를 실현할 수 있음이 예기된다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의해 결정되어야 하며, 전술한 상세한 설명에 의해 한정되어서는 안 된다.