(57)【要約】  混合物からかなり大きな割合の別の生成物を抽出するように、１つの生成物の再循環および濃縮を利用して、混合物を、複数のより濃縮された生成物に分離する方法；ならびに本発明の方法をシステム（例えば、逆浸透システム）において利用する、非常に高い回収率、効率的な電力利用、および長い構成要素寿命を可能にする装置。逆浸透濾過デバイス（１５）を出る実質的に１００％の濃縮生成物が、この濃縮物の濃度がセンサ（２８）によって決定されるような予め決定されたレベルに達するまで、導管（１８）を通って再循環し、このレベルに達した時点で、この濃縮物は、排液弁（３０）を開くことによってパージされる。これは、回収率を達成し、またこのシステムの自動化された洗浄およびメンテナンスを提供し、従って、構成要素の寿命を最適にする。
2005510338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタシステムにおいて、供給混合物を複数の生成物に分離する方法であって、以下：
該供給混合物を分離デバイスに通して、該供給混合物を第１の生成物および第２の生成物に分離する工程であって、該第１の生成物および第２の生成物は、純粋であり、そしてそれぞれ、該供給混合物より濃縮されている、工程；
該供給混合物が該分離デバイスに入る前に、該第２の生成物を、該供給混合物の流れと混合する工程；
該第２の生成物が予め決定された濃縮レベルに達するまで、該分離工程および混合工程を継続する工程；
該予め決定された濃縮レベルに達した場合に、該濃縮された第２の生成物をパージする工程；ならびに
該分離工程、混合工程、およびパージ工程を繰り返す工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
前記供給混合物と混合する前に、前記第２の生成物を加熱する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の生成物および前記供給混合物の混合物が、前記分離工程の前に加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記システムを洗浄するための洗浄剤を導入する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
供給流体処理装置であって、以下：
接線濾過デバイスであって、該供給流体を受容するための入口を有し、そして該供給流体を、透過流体と濃縮流体とに分離するように構成されており、該透過流体は、夾雑物を実質的に含まず、そして該濃縮流体には、該供給流体から除去された該夾雑物が濃縮されている、接線濾過デバイス；
濃縮流体回路であって、該接線濾過デバイスから出る該濃縮流体を受容して、該濃縮流体を該接線濾過デバイスの該入口に戻して循環させるように、そして該循環する濃縮流体を、該接線濾過デバイスの前に、該供給流体と混合し、該濃縮流体の濃度を効果的に増加させるように構成されている、濃縮流体回路；
モニタリングデバイスであって、該濃縮流体をモニタリングし、そして該濃縮流体の予め決定された濃度が達成された場合に、該装置のパージを開始するように構成されている、モニタリングデバイス；
パージシステムであって、該濃縮流体の該予め決定された濃度が達成された場合に、該装置から該濃縮流体をパージするように構成されている、パージシステム；
入口であって、該循環している濃縮流体に添加されるべき供給流体を、該接線濾過デバイスを透過する透過流体の量と置き換えさせるように、そして該装置から、該濃縮された循環濃縮流体がパージされるにつれて、新鮮な供給流体を該装置に補充させるように構成されている、入口、
を備える、供給流体処理装置。
【請求項６】
前記濃縮流体回路が、濾過デバイスをさらに備え、該濾過デバイスは、該濃縮流体の一部を捕捉し、該濃縮流体の濃度を効果的に低下させるように構成されている、請求項５に記載の流体処理装置。
【請求項７】
前記濾過デバイスが、パージデバイスをさらに備え、該パージデバイスによって、前記濾過デバイスによって捕捉された前記夾雑物の少なくとも一部が該装置からパージされて、該濾過デバイスの寿命を効果的に延長させ、そして該濾過デバイスの性能を維持する、請求項６に記載の流体処理装置。
【請求項８】
プロセスデバイスをさらに備え、該プロセスデバイスは、前記濾過デバイスと協働して、通常は該濾過デバイスを通過する材料を、該濾過デバイスに捕捉させる、請求項６に記載の流体処理装置。
【請求項９】
プロセスデバイスをさらに備え、該プロセスデバイスは、前記接線濾過デバイスが使用された後に、以前の性能を実質的に回復させるように構成されている、請求項５に記載の流体処理装置。
【請求項１０】
プロセスデバイスをさらに備え、該プロセスデバイスは、前記接線濾過デバイスに対して破壊的である供給流体材料を除去するように構成されている、請求項５に記載の流体処理装置。
【請求項１１】
プロセスデバイスをさらに備え、該プロセスデバイスは、前記接線濾過デバイスを透過し、そして前記透過流体に入る、該透過流体に対する夾雑物である夾雑物を除去するように構成されている、請求項５に記載の流体処理装置。
【請求項１２】
プロセスデバイスをさらに備え、該プロセスデバイスは、エネルギーを、好ましくは廃液源から、前記供給流体へと投入して、前記接線濾過デバイスの性能の増加を引き起こすように構成されている、請求項５に記載の流体処理装置。
【請求項１３】
前記透過流体の濃度をモニタリングするように構成されたモニタリングデバイスをさらに備える、請求項５に記載の流体処理装置。
【請求項１４】
前記透過流体を貯蔵するように構成された貯蔵装置をさらに備える、請求項５に記載の流体処理装置。
【請求項１５】
前記貯蔵装置の内容量に基づいてプロセスサイクルを開始および停止させるための、制御装置をさらに備える、請求項１４に記載の流体処理装置。
【請求項１６】
前記透過流体を加圧するための、加圧デバイスをさらに備える、請求項１４に記載の流体処理装置。
【請求項１７】
前記透過流体から微生物夾雑物を除去するように構成された、消毒デバイスをさらに備える、請求項１４に記載の流体処理装置。
【請求項１８】
請求項１４に記載の流体処理装置であって、さらに、以下：
モニタリング手段であって、これによって、前記透過流体の質がモニタリングされる、モニタリング手段；および
制御手段であって、これによって、予め決定された夾雑物レベルを超える透過流体が前記貯蔵手段に入ることを防止される、制御手段、
を備える、流体処理装置。
【請求項２０】
濾過方法であって、以下：
逆浸透フィルタシステムを通して、透過流体および濃縮流体へと、原水を濾過する工程；
該濃縮流体を、該逆浸透フィルタデバイスの前に、該原水に再循環させる工程；ならびに
該濃縮流体が予め決定された濃縮レベルに達した場合、該逆浸透フィルタシステムを透過流体でパージする工程、
を包含する、方法。
【請求項２１】
前記透過流体を加圧タンク中に貯蔵する工程を包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
洗浄溶液を前記原水に導入して、少なくとも前記逆浸透フィルタシステムを洗浄する工程、次いで、少なくとも該逆浸透フィルタシステムから、該洗浄溶液をパージする工程を包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記濃縮流体をさらに濾過するために、抗菌ＵＶ光を使用する工程を包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
濾過デバイスであって、以下：
原水を受容するための、原水入口；
逆浸透濾過システムであって、該原水を、透過流体および濃縮流体に濾過するように構成されている、逆浸透濾過システム；
該逆浸透濾過システムに結合された、再循環システムであって、該濃縮流体を受容し、そして該濃縮流体を、該逆浸透濾過システムの前に、該原水と混合するための、再循環システム；
送達システムであって、該透過流体を受容し、そして最終生成物を生成物出口へと送達するように構成されている、送達システム、
を備える、デバイス。
【請求項２５】
前記逆浸透濾過システムに結合された洗浄回路をさらに備える、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記送達システムと前記逆浸透濾過システムとの間に結合された、パージラインを備える、請求項２４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、一般に、混合物を複数の成分に分離する方法に関し、そしてより具体的には、濃縮物がシステムから周期的にパージされる、実質的に全ての濃縮物が再循環される逆浸透システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連分野の説明）
水の処理のための逆浸透（ＲＯ）の使用は、周知であり、そして多数の教科書に証明されている。標準的なＲＯ（濃縮物（廃棄物）の再循環なしで）は、高品質の水を提供し得るが、通常、その電力の利用、給水、および膜の寿命が不十分である。再循環ＲＯシステムは、給水のその使用において、より効率的であるが、通常、問題がある。さらに取り組まれるものは、再循環型のシステムである。
【０００３】
再循環型のＲＯシステムのうちに、開ループ型の断続流れのもの（図１）；閉ループ型の断続流れのもの（図２）；閉ループ型の半連続流れのもの（図３）；ならびに連続流れ型（図４）；および２ポンプの全濃縮物再循環型のもの（図５）が存在する。
【０００４】
断続流れの開ループ型（図１）の作動は、以下の通りである：
供給タンク４４は、新鮮な原水で充填されることによって、開始する。力供給ポンプ１３は、ＲＯ要素１５のＲＯ入口１４へと、給水をポンピングする。力供給ポンプ１３によってポンピングされた容量の一部（１０〜１５％）が、ＲＯ膜１６を透過し、一方で残りの部分（濃縮物）は、ＲＯ濃縮物出口１７を通って、この要素を出る。制御弁４３は、この膜を横切る圧力を設定して、濃縮水を供給タンク４４に戻し、このタンクで、この濃縮水は、既にこのタンク内にある水と混合される。このサイクルは、供給タンク中の水の夾雑物が、もはやこのシステムが効率的ではない点まで増加するまで継続し、この時点で、このシステムは停止され、供給タンクが廃液され、そして新鮮な原水で再び満たされる。
【０００５】
断続流れの閉ループ型（図２）の作動は、以下の通りである：
供給タンク４４は、新鮮な原水で充填されることによって、開始する。力供給ポンプ１３は、再循環ポンプ２１の入口へと給水をポンピングし、この再循環ポンプは次に、ＲＯ要素１５のＲＯ入口１４へと、この水を送る。再循環ポンプ２１によってポンピングされた容量の一部（１０〜１５％）が、膜１６を透過し、一方で残りの部分（濃縮物）は、ＲＯ濃縮物出口１７を通って、この要素を出る。再循環ポンプ２１は、力供給ポンプ１３によってポンピングされた給水とこの濃縮物とを混合し、この混合水の一部を、膜を横切る圧力を設定する制御弁４３を通して供給タンク４４へと戻し、残りの混合水は、ＲＯ入口１４に流れ込む。このサイクルは、供給タンク中の水の夾雑物が、もはやこのシステムが効率的ではない点まで増加するまで継続し、この時点で、このシステムは停止され、供給タンクが廃液され、そして新鮮な原水で再び満たされる。
【０００６】
半連続流れの閉ループ型（図３）の作動は、以下の通りである：
供給タンク４４は、新鮮な原水で充填されることによって、開始する。力供給ポンプ１３は、再循環ポンプ２１の入口へと給水をポンピングし、この再循環ポンプは次に、ＲＯ要素１５のＲＯ入口１４へと、この水を送る。再循環ポンプ２１によってポンピングされた容量の一部（１０〜１５％）が、膜１６を透過し、一方で残りの部分（濃縮物）は、ＲＯ濃縮物出口１７を通って、この要素を出る。再循環ポンプ２１は、この濃縮物の一部を受容し、そして力供給ポンプ１３によってポンピングされた給水とこの濃縮物とを混合する。濃縮物の残りの部分は、膜を横切る圧力を設定する制御弁４３を通して供給タンク４４へと戻され、この供給タンクは、原水入口１１からある容量の新鮮な水を受容しており、そしてこの容量は、透過物の容量と等しい。このサイクルは、供給タンク中の水の夾雑物が、もはやこのシステムが効率的ではない点まで増加するまで継続し、この時点で、このシステムは停止され、供給タンクが廃液され、そして新鮮な原水で再び満たされる。
【０００７】
連続流れ型（図４）の作動は、以下の通りである：
新鮮な原水が、原水入口１１から力供給ポンプ１３へと供給される。力供給ポンプ１３は、給水を、ＲＯ要素１５のＲＯ入口１４へとこの水を送る再循環ポンプ２１の入口へとポンピングする。再循環ポンプ２１によってポンピングされた容量の一部（１０〜１５％）が、膜１６を透過し、一方で残りの部分（濃縮物）は、ＲＯ濃縮物出口１７を通って、この要素を出る。再循環ポンプ２１は、力供給ポンプ１３によってポンピングされた給水とこの濃縮物とを混合し、連続的に、この混合水の一部を、膜を横切る圧力を設定する制御弁４３を通して排液し、濃縮物の残りの部分は、ＲＯ入口１４へと流れる。このサイクルは、再循環ループにおける夾雑物のレベルが高レベルに達した状態で継続し、従って、制限された量の水が、膜を透過し得る。
【０００８】
２ポンプの全濃縮物再循環型（図５）の作動は、以下の通りである：
新鮮な原水が、原水入口１１から力供給ポンプ１３へと供給される。力供給ポンプ１３は、この再循環ポンプは次に、この給水を、ＲＯ要素１５のＲＯ入口１４へと送る。再循環ポンプ１３および再循環ポンプ２１によってポンピングされた全容量の一部（１０〜１５％）（これは、力供給ポンプ１３によってポンピングされた容量に等しい）が、膜１６を透過し、一方で残りの部分（濃縮物）は、濃縮物出口１７を通って、この要素を出る。この時点での濃縮物は、新鮮な水で作動する通常のＲＯ型のシステムにおいて、約２００ｐｓｉである。次に、濃縮水は、濃縮物導電率レベル検出器２８を通過し、この検出器は、最大の認容可能な濃縮レベルに達するときを検出する。次いで、この濃縮物は、再循環フィルタ２６に流れ込み、ここで、十分な大きさの夾雑物が、再循環ストリームから濾過される。次いで、濃縮物は、再循環ポンプ２１に流れ込み、このポンプは、再循環濃縮物が流れる速度を確立する。ポンプ２１からの濃縮物は、入ってくる原給水と混合し、これは、ポンプ１３によって確立される、膜１６を透過する速度に等しい速度の一定の流れでポンピングされ、そして逆浸透の透過液出口１８を出る。原水逆止め弁２３は、再循環している高圧の濃縮物が、原水入口１１に逆供給することを防止する。濃縮物と原水との混合物がこのシステムを通って流れるにつれて、濃縮物のレベルは、このシステムを通っての各々の移動と共に上昇する。レベル検出器２８によって感知される濃縮物が予め決定されたレベルに達した場合、パージ放出ソレノイド弁３０が開き、そしてこのシステムから濃縮物をパージする。このパージの間、再循環水逆止め弁２４は、原水がフィルタ２６を通って逆流することを防止し、一方で原水が高速でポンプ２１を通って入口１４に流れ込み、そして出口１７から出ることを可能にする。これによって、このシステムから濃縮物が効果的にパージされる。予め決定された条件が満たされた後に、弁３０が閉じ、そしてサイクルが再び開始する。
【０００９】
これらの型のＲＯシステムの効率を改善するために、多くの試みがなされた。これらとしては、以下が挙げられる：
米国特許第３，９５９，１４６号（Ｂｒａｙ）は、実際には再循環型のＲＯシステムではないが、膜を給水でフラッシュすることによって、膜の寿命およびシステム全体の効率を増加させることを試みる。このことにより、効率はいくらか増加するが、フラッシングは、生成水を貯蔵タンクから引き抜くことに直接関連し、そして本発明のシステムの条件または給水の質に関連しない。
【００１０】
米国特許第４，４９８，９８２号（Ｓｋｉｎｎｅｒ）は、図４に示される連続流れ型のシステムであり、通常動作の間、システムを通して濃縮物の一部を再循環させる。しかし、Ｓｋｉｎｎｅｒのシステムは、水が引き抜かれていない場合に、純水がシステムを通って再循環する点で、改変されている。このことは、未精製水およびその夾雑物を膜から離して維持する際に補助するが、過剰の電力要求が、これらの利点を急速に超える。
【００１１】
米国特許第４，６２６，３４６号（Ｈａｌｌ）（これは、図１に示される、開ループ型における断続流れのものである）、ならびに同第５，２８２，９７２号（Ｈａｎｎａら）および同第５，５２０，８１６号（Ｋｕｅｐｐｅｒ）（これらは、図３に示されるような、閉ループ型における半連続流れのものである）は、濃縮物（廃棄物）ストリームを、ＲＯシステムから、制限された容量の給水タンクに戻すか、またはＲＯシステムもしくは非飲用水の適用（例えば、トイレ、食器洗い、シャワー、および入浴）のいずれかに供給するように働く供給ラインに直接戻されるかのいずれかで、再循環させる。これは、一般には、給水を保存する際に補助するが、水が次第に汚染される、非飲用水の適用を提供する。初期には、上記非飲用水の適用は、汚染水の使用からの脅威を提示しないと考えられたが、現在は、多くの有害な影響が、皮膚を通して、および水蒸気の吸入を通しての、夾雑物の吸収から生じ得ることが、周知である。
【００１２】
米国特許第５，５０３，７３５号（Ｖｉｎａｓら）は、図４に示される連続流れ型のものであり、ＲＯシステムを通して、濃縮ストリームの一部を再循環させる。これは、給水の大部分を利用するが、この再循環は、濃縮されたストリーム全体の、一部のみである（残りは、排液に行く）。これは、圧力解放弁を介して制御され、この解放弁は、給水の質に感受性ではない。このシステムは、給水と、再循環される濃縮水との組合せで、膜をフラッシュする手段を有する。このフラッシュは、予め決定された間隔で実施され、そしてシステムの状態に依存しない。これは、早すぎるフラッシングを介しての水の浪費を生じ得るか、または遅れたフラッシングを介しての永久的に損傷されたＲＯ要素を生じ得る。このシステムの好ましい回収率は５０％であり、このことは、給水の半分のみが精製され、一方で他の半分は、排液に送られることを意味する。
【００１３】
米国特許第５，５９７，４８７号（Ｖｏｇｅｌら）は、図４に示されるような連続流れ型のものであり、濃縮ストリームの全てまたは一部のいずれかを、ＲＯシステムを通して再循環させる。濃縮物の全てを、システムを通して再循環させることは、給水の利用の効率を増加させるが、このシステムは、少量の生成、および小さい携帯型の容器（例えば、１ガロンの水差し）内に分配されるために意図される。従って、給水が過剰に汚染されることを防ぐために、このシステムは、各引き抜きの後に、または時間に基づいて、精製水、給水、および濃縮物の混合物でフラッシュされる。いずれにしても、このフラッシングは、ＲＯ要素に送られる水の質に関して最適ないずれの時点でも、実施されない。このことは、早すぎるフラッシングを介して水の浪費を生じ得るか、または過剰に汚染された水がＲＯ要素に供給されることを生じ得る。
【００１４】
米国特許第５，６４７，９７３号（Ｄｅｓａｕｌｎｉｅｒｓ）は、図４に示されるような連続流れ型のものであり、循環される濃縮水の割合を、ＲＯ要素に供給される水の質に基づいて制御することによって、このシステムの給水利用効率を改善させることを試みる。このことは、このシステムが、変動する給水の質に対していくらか調整することを可能にするが、廃液に送られる、濃縮水の一部が常に存在し、最適ではない回収を生じ、従って、給水の浪費を生じる。
【００１５】
米国特許第５，８１７，２３１号（Ｓｏｕｚａ）もまた、事実上、図４に示されるような連続流れ型のものであり、濃縮水の少なくとも一部から全てのいずれかを再循環させるように設計されるが、このシステムからいずれの濃縮された濃縮水をも実際にパージする手段を提供しない。むしろ、再循環の一部のみが制御され、再循環していない部分は、排液に行く。これは再度、最適ではない回収を生じ、従って、給水を浪費する。
【００１６】
上記システムの全てが共通して有するものは、任意の再循環された濃縮水の使用が、望ましい最大の濃度に濃縮された再循環水の部分のみをこのシステムから除く精密な手段が存在しない点で、最適化されていないことである。
【００１７】
同時係属中のＰ．Ｃ．Ｔ．出願（２００２年１月９日に出願された、発明の名称「ＲＥＶＥＲＳＥ  ＯＳＭＯＳＩＳ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ」（Ｇｒａｙ））は、図５に示される型のものであり、以前に言及された発明の欠点の多くを克服することを試みる。しかし、さらなる欠点もまた、固有に導入される。これらの欠点としては、以下が挙げられる：
２つのポンプが必要であることであり、これらのポンプの両方が、逆浸透型のシステムにおいて遭遇する高圧に耐え得なければならない。
【００１８】
再循環フィルタが高圧に耐え得なければならず、そして正しく操作されない場合または損傷された場合に、安全上の問題を構成し得る。
【００１９】
再循環フィルタのパージ弁は、高圧で操作されなければならず、そして低圧では問題を提示しない条件による、かなりの漏出に供される。
【００２０】
導電率レベル検出器は、過剰な漏出なしで、またはワイヤを通って制御箱に浸出せずに、高圧に耐え得なければならない。
【００２１】
原水逆止め弁は、低圧の入口給水と高圧の再循環濃縮物との間の大きな圧力差に対して、適切に機能し得なければならず、これによって、他の建物（ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ）または設備に入る原水を汚染し得る、入口給水システムの交差汚染を防止する。
【００２２】
漏出なしで高圧に耐え得なければならない、多数の取付具、コネクタ、および配管。
【００２３】
プロセス助剤または濾過助剤をシステムに供給するために、システムの高圧に耐え、そしてこの高圧を克服し得なければならない、プロセス助剤または濾過助剤の供給ポンプおよびソレノイド弁、ならびにシステムの残りの部分。
【００２４】
パージサイクルの間、精製水の生成が本質的に停止され、システム能力の全体的な減少を生じる。
【００２５】
さらに、ＲＯ要素は、一般に、膜の片面に夾雑物を濃縮し、一方で精製水をこの膜に透過させることによって、水を精製するように機能するので、濃縮された夾雑物が膜自体の表面でなおより濃縮されることが、不可避である。このことが起こるにつれて、透過（すなわち、流動）の速度が減少し得る。同様に、膜を透過する夾雑物の量が増加し得る。これらの状況のいずれかが起こっても両方が起こっても、システムの性能は低下する。先行技術のシステムにおいて、特定の状況において認容可能であり得る、性能のこの低下を防止するために、何もなされないか、スケール防止剤（ａｎｔｉｓｃａｌａｎｔ）が水に添加されて、膜にスケールが付着することを防止する補助をするか、またはＲＯ要素がシステムから物理的に離され得、そして特殊化された洗浄システムを使用して洗浄され得るか、または最もありそうなことには、要素が取り外されて処分され、新たな要素が設置されるかの、いずれかである。
【００２６】
これらの欠点は、ＲＯシステムの全体の作動、費用、および性能において考慮されるべき、種々の状況を導入する。これらとしては、安全性の懸念、システムの一体性の懸念、遭遇する高圧に耐えるための高費用の物品、ならびに洗浄を必要とする要素の取り外し、移動、洗浄、および交換のために必要とされる、長い中断時間、原給水の質、生成される水の全体の品質、排液に送られる水の量、ならびに生成される水の品質が挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
従って、電力と給水との両方の良能の非常に効率的な利用を維持しながら、そしてＲＯ膜の寿命を延長させながら、給水の品質を変化させるために自己調節し、同時に安全な精製水の一様な使用可能な流れを提供する、手ごろかつ確実なシステムに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
（発明の簡単な要旨）
本発明の開示される実施形態は、一般に、混合物を複数の構成要素（この複数の成分の各々は、元の混合物より実質的に、そして比較的純粋である）に分離する方法ならびに混合流体が実質的に純粋なベース流体（透過液）の流体流れおよび別の流体流れ（濃縮物）（ここで、非ベース流体およびこの流体に含まれる他の物質は、元の混合流体中より濃縮されている）に分離される流体処理デバイスに関する。１つの実施形態において、これらの方法および装置は、接線濾過（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）（例えば、逆浸透（ＲＯ））を利用する水処理システム、ならびにプロセス全体の効果および効率を確実にするために必要とされるプロセスおよびデバイスに関する。別の実施形態において、住宅用の適用のための「家屋全体（Ｗｈｏｌｅ  Ｈｏｕｓｅ）」または「入口地点（Ｐｏｉｎｔ  Ｏｆ  Ｅｎｔｒｙ）」の型のシステムが提供され、ここで、処理された水は、居住域の内部または外側の全ての水の出口に供給される。理想的には、夾雑物は、酸化、化学的付加、またはイオン交換によって何らかの他の形態に変換するよりむしろ、生成水ストリームから物理的に除去される。
【００２９】
本発明の別の局面に従って、実質的に全ての濃縮物の再循環を伴う逆浸透システムが提供され、ここで、この濃縮物は、システムから周期的にパージされ、そしてこのパージは、濃縮物の濃度の電気的または機械的なモニタリングを使用して自動的に制御されることによって開始され、パージサイクルを開始する。
【００３０】
本発明のさらなる実施形態に従って、システムにその時点で供給される原水の品質に依存して、パージサイクル間の周期を自己調節し、従って、このシステムを、設置部位での水の品質に対して特に合わせられることなく、全体的な分配に適切にするシステムが提供される。
【００３１】
本発明のなお別のさらなる局面に従って、産業、商業、軍事、救急および医療での適用、ならびに住宅用および娯楽用の適用に適切な水処理システムが提供される。
【００３２】
上記のことから容易に明らかであるように、本発明の開示される実施形態は、安全な「飲用水品質」の水を家屋全体または他のシステムに供給し得る、平均９８％の夾雑物が物理的に除去された高純度の水の、費用効果的な、資源節約型の、エネルギー効率的な供給源から利益を得ることができる完全に機能するシステムを提供する。これは、改変もヒトの介在もなしで、広範な給水品質にわたって機能する能力；給水の品質に基づいて、給水の最大の利用を維持するように、給水の回収の割合を自己調節する能力；生成水の品質を犠牲にすることなく、高レベルの夾雑物の排除を維持する能力；およびエネルギー利用を最小に維持しながら、高い回収率で、高品質の水を生成する能力を有する。
【００３３】
本発明の実施形態はまた、ＲＯ要素およびそれらの膜の一体性および性能を保存する能力；構成要素の総数および複雑さを最小に維持しながら、そして高度の信頼性を提供しながら、上記のことの全てを実施する能力；ならびにＲＯ要素を適所で洗浄し、そして再循環する濃縮ストリーム中の夾雑物レベルを減少させる能力を提供する。
【００３４】
本発明の装置部分は、システムについての、以下の必要性を満足する：安全な飲用水品質の水を家屋全体または他のシステムに供給し得る、高純度の水の、費用効果的な、資源節約型の、エネルギー効率的な供給源から利益を得ることができる、完全に機能するシステムである；改変もヒトの介在もなしで、広範な給水品質にわたって機能する；給水の品質に基づいて、給水の最大の利用を維持するように、給水の回収の割合を自己調節する能力を有する；生成水の品質を犠牲にすることなく、高レベルの夾雑物の排除を維持する能力を有する；エネルギー利用を最小に維持しながら、高い回収率で、高品質の水を生成する能力を有する；ＲＯ要素およびそれらの膜の一体性および性能を保存する能力を有する；構成要素の総数および複雑さを最小に維持しながら、そして高度の信頼性を提供しながら、上記のことの全てを実施する能力を有する。
【００３５】
本発明の上記および他の特徴および利点は、以下の図面と組み合わせて考慮される場合に、以下の詳細な説明からより良好に理解されるにつれて、より容易に明らかになる。図面において、同じ参照番号は同じ要素を同定する。
【００３６】
（発明の詳細な説明）
図６を参照すると、「家屋全体」または「入口地点」の住居用逆浸透（ＲＯ）水処理システムとして使用するために適切な流体処理装置である、本発明の１実施形態が示される。このシステムは、住居全体（流し、浴槽、洗面所、洗濯機、食器洗い機、製氷機、ならびに他の全ての携帯型および非携帯型の水源）に、飲用水品質の水を供給するために適切であり得る。この実施形態はまた、そのままでかまたは明らかな変化を伴って、産業および商業の適用における使用に適切である。
【００３７】
精製サイクルの間、給水は、都市の水系、井戸、泉、または他の適切な源を水源とし得る。この水は、理想的には、通常のプロセシングの間は、ＲＯ膜を通って透過する速度に等しい流速で、このシステムに送達され、そしてパージの間は、このシステムの最大の流れと等しい流速で、このシステムに送達される。給水は、給水入口１１を通ってこのシステムに入り、そしてこのシステムの予備濾過サブシステム４５に直行する。この特定の実施形態の場合、濾過サブシステム４５は、単に、カーボンブラックフィルタからなるが、粒子フィルタ、顆粒活性炭フィルタ、または市販の濾過デバイスもしくは処理デバイス（源水に通常見出される夾雑物に適切であり、そして鉱物、酸化剤、および逆浸透要素１５に対して有害な他の化学物質からの必要な保護、ならびにＲＯプロセスにわたって満足に除去されないかもしれない化学物質のより低いピーク濃度を提供するもの）の他の組合せからなり得る。
【００３８】
次に、前処理された給水は、原水逆止め弁２３を通り、そして入口ソレノイド弁１２（これは、閉じるとシステムへの給水の流れを止め、そして開くと流れを可能にする）を通って流れる。通常の作動の間、給水は、力供給ポンプ１３によって拾われ、このポンプは、最小として、ＲＯ透過液出口１８において予測される生成水の用量の１〜１０倍から、特定のＲＯ要素によって許容される最大までに等しい容量の給水を、ポンピングする。次いで、給水は、力供給ポンプ１３からＲＯ入口１４に流れ、ここで、ＲＯ要素１５において、給水は、ＲＯ膜１６に曝露される。給水の圧力、温度、ならびに他の物理的特性および化学的特性に依存して、ＲＯ要素１５に流れ込む水の通常は５〜２０％が、膜１６を透過し、そして約９８％の夾雑物が除去された、精製された生成水として、逆浸透透過液出口１８を通って出る。給水の残りの７５％〜９５％は、膜１６を透過した水由来の約９８％の夾雑物と共に、逆浸透濃縮物出口１７から流出し、そしてシステムの再循環部分に入る。濃縮水は、圧力調節弁２０に達するまで流れ続け、この弁は、ポンプ１３によって発生する圧力（これに、膜１６が供される）を確立する。
【００３９】
濃縮物ストリームが弁２０を通過する場合、濃縮物ストリームの圧力は、ポンプ１３によって発生する圧力の約３０％以下に低下する。次いで、この濃縮物は、再循環フィルタ２６に流れ込み、このフィルタは、先行技術のデバイスとは異なり、システムのＲＯ部分の全圧力に耐える必要はない。この流れは、再循環フィルタ要素２９を通り、再循環停止ソレノイド弁２５（これは、サイクルのこの部分の間、開く）を通り、そして水組合せＴ字管４７へと流れ、このＴ字管において、再循環濃縮水は、ＲＯ膜１６を透過する容量と等しい容量の原水と、混合される。
【００４０】
この時点から、混合された原水および再循環された濃縮水は、濃縮物導電率レベル検出器２８を通って流れ、この検出器は、混合された水がポンプ１３に入る前に、この水の導電率（すなわち、全溶解固体（ＴＤＳ））を測定する。ポンプ１３において、水は再度加圧され、再度サイクルを開始する。
【００４１】
１つの選択肢として、熱交換器５７が利用されて、濃縮水の温度を上昇させ得、これは次に、ＲＯ要素１５に入る水の温度を上昇させる。大部分のＲＯ要素は、より暖かい水において、より高いスループットを提供する。従って、熱交換器５７は、ＲＯ要素への供給流体に熱エネルギーを与えることによって、性能の上昇を引き起こす。さらに、熱交換器５７への熱エネルギーの投入は、一次的な源からか、または廃水、空調排気、地面の源、もしくは空気の源からの廃熱からの、いずれかであり得る。
【００４２】
一例として、最初の給水濃度が１，０００ｐｐｍに等しく、そして再循環速度が１分間あたり３７．８５リットル（１０ガロン）であると仮定する。水が初めてＲＯ要素１５を通って流れるにつれて、１分間あたり、この流れの２０％、すなわち７．５７リットル（２ガロン）が、ＲＯ膜１６を強制的に透過し、一方で１分間あたり３０．２８リットル（８ガロン）が、ＲＯ濃縮物出口１７を通って流出する。この水は、ここで、方程式１によって見られ得るように、１２４５ｐｐｍの濃度である：
Ｃｃ  ＝  （Ｆｃ−（Ｆｃ・Ｐｒ・Ｒｐ））／（１−Ｐｒ）    （１）
ここで、Ｆｃ＝新鮮な水供給濃度（ｐｐｍ）
Ｐｒ＝回収画分のパーセント
Ｒｐ＝夾雑物の画分の透過割合
Ｃｃ＝濃縮物濃度（ｐｐｍ）
Ｃｃ＝（１０００−（１０００・０．２・０．０２））／（１−０．２）
Ｃｃ＝（１０００−４）／０．８
Ｃｃ＝９６６／０．８
Ｃｃ＝１２４５ｐｐｍ。
【００４３】
透過水中の夾雑物の濃度は、ＲＯ要素１５に供給される濃縮物の約２％、すなわち、２０ｐｐｍである。濃縮水は、Ｔ字管４７において、１分間あたり７．５７リットル（２ガロン）の速度の新鮮な給水と混合するので、再循環する給水における濃度は、ここで、方程式２によって見られ得るように、１１９６ｐｐｍとなる。
【００４４】
Ｆｒｃ  ＝  （Ｃｃ・（１−Ｐｒ））＋（Ｆｃ・Ｐｒ）    （２）
ここで、Ｆｃ＝新鮮な給水濃度（ｐｐｍ）
Ｆｒｃ＝再循環する給水濃度（ｐｐｍ）
Ｐｒ＝回収画分のパーセント
Ｐｆ＝透過流れ
Ｃｃ＝濃縮物濃度（ｐｐｍ）
Ｆｒｃ＝（１２４５・（１−０．２））＋（１０００・０．２）
Ｆｒｃ＝（１２４５・０．８）＋（２００）
Ｆｒｃ＝（９９６）＋（２００）
Ｆｒｃ＝１１９６ｐｐｍ。
【００４５】
新たに混合された再循環給水がＲＯ要素１５に提示される場合、Ｆｒｃが方程式１のＦｃを置き換えて、方程式３を形成する：
Ｃｃ  ＝  （Ｆｒｃ−（Ｆｒｃ・Ｐｒ・Ｒｐ））／（１−Ｐｒ）    （３）
Ｃｃ＝（１１９６−（１１９６・０．２・０．０２））／（１−０．２）
Ｃｃ＝（１１９６−４．７８４）／０．８
Ｃｃ＝１１９６／０．８
Ｃｃ＝１４８９ｐｐｍ。
【００４６】
この水は、再度、新鮮な給水と混合され、そして再度方程式２（今度は、新たなＣｃを使用する）を適用した後に、再循環する給水における新たな濃度は、１３９１ｐｐｍとなる。このループは、以下に詳細に記載されるように、予め決定された濃度が達成されるまで、継続する。
【００４７】
濃縮水がシステムの再循環部分を通って再循環される間、この水は、再循環フィルタ２６を通過し、続いて再循環フィルタ要素２９を通る。このフィルタは、いくつかの機能を有する。第１は、このフィルタ内に捕捉されるために十分に大きい、細片、スケール、または他の夾雑物の粒子を収集することである。第２は、市販の化学濾過助剤（これは、通常可能であるより小さい粒子を収集する、フィルタの能力を増加させる）が使用される場合、これに対する支持体として働くことである。第３は、スケール形成夾雑物の沈澱を誘導する表面を提供することである。第４は、パージ放出ソレノイド弁３０を通して、捕捉された夾雑物をフラッシュにより洗浄され得る表面を提供することである。図５の先行技術のデバイスのフィルタ２６およびパージ放出ソレノイド弁３０（これらは、システムのＲＯ部分の全圧力に耐え得なければならない）とは異なり、本発明のシステムにおいて、これら２つの構成要素、ならびに他のいくつかの構成要素は、本質的に、原水入口１１における入口給水の圧力にのみ曝される。
【００４８】
通常の再循環モードの間、再循環水ソレノイド弁２５は開いており、パージ放出ソレノイド弁３０は閉じており、そして生成水パージソレノイド弁４１は閉じている。これは、事実上、力供給ポンプ１３が、ＲＯ膜１６を透過する再循環水の部分のみに等しい容量を原水入口１１から引き抜く、半閉ループを作製する。
【００４９】
濃縮物導電率レベル検出器２８は、混合水がポンプ１３に入る際に、この混合水中の夾雑物の濃度を連続的にモニタリングする。夾雑物の濃度が予め決定されたレベル（これは、例の目的で、２，５００ｐｐｍの予め決定されたレベルと仮定する）に達した場合、このシステムは、パージモードに入る。このモードにおいて、再循環弁２５は閉じ、そして同時に、パージ放出ソレノイド弁３０が開く。ポンプ１３によってポンピングされる水の総容量は、ここで、原水入口１１から引き込まれ、そしてＲＯ要素１５にポンピングされる。このシステムは、依然として、通常のシステム圧力で作動しているので、給水容量の５〜２０パーセントが、依然として膜１６を透過し、精製水として、透過液出口１８を通って出る。給水の残りの８０％〜９５％は、濃縮物出口１７を通って出、弁２０を通り、そしてフィルタハウジング２６に入り、次いで、排液のためのパージ放出ソレノイド弁３０を通って出て、捕捉された夾雑物を要素２９から効果的に外し、そしてこれらの夾雑物をこのシステムからパージする。パージモードの間、フィルタ要素２９を通る通常の向きでの流れが存在しないことに注目のこと。
【００５０】
このシステムは、予め決定された長さの時間にわたって、パージモードのままであり、この時間は、通常、このシステムから予め再循環された水の容量（好ましくは、この容量は、最小に維持される）をパージするために必要とされる時間の長さに等しい。パージモードを出る場合に、弁３０は閉じ、そして弁２５は開き、通常の再循環ループを確立する。このシステムは、生成物貯蔵レザバ３３が水を必要とする限り、再循環モードとパージモードとの間で交替し続ける。この水貯蔵システムは、以下に詳細に議論される。
【００５１】
議論のために、原給水中の夾雑物レベルとして１０００ｐｐｍが使用されたが、給水中の夾雑物の実際のレベルは、端から端へと変動し、そしてなお、任意の１つの特定の位置において、かなりの程度まで変動し得る。見かけの夾雑物レベルに対してシステムを予め設定するよりむしろ、そしてこのシステムが最適ではない性能で機能するのではなく、そしてこのシステムが各設置位置に対して手動で微調整されるのではなく、このシステムは、任意の所定の時点および位置で、給水における夾雑物のレベルに適合する、固有の能力を有する。表の基礎として、方程式１、２および３を使用して、図８に示されるようなグラフが構築され得る。このグラフは、ある範囲の給水条件についてパージ間に生成され得る水の容量を示す。
【００５２】
精製水がＲＯ透過液出口１８から流れるにつれて、この精製水は、透過液導電率レベル検出器１９を通過し、この検出器は、精製水がレザバ３３に進む前に、この精製水の導電率を絶えずモニタリングする。精製水が予め決定された導電率を超える場合、警報が鳴るか、またはモデムもしくは他の何らかの電気通信手段を介して中央モニタリングステーションに伝達されるか、またはこのシステムが停止され得るかの、いずれかである。
【００５３】
通常の条件下で、精製水は、透過液逆止め弁３２を通って進み、そしてレザバ３３に入り、ここで、精製水は、生成水圧力ポンプ３７に供給される必要があるまで貯蔵される。生成水圧力ポンプ３７に供給される必要がある場合、この水は、貯蔵レザバ出口ソレノイド弁３６を通ってレザバ３３を出る。水がレザバ３３に貯蔵される間、空中の生物学的夾雑物に供される。微生物夾雑物が繁殖しないことを確実にするために、貯蔵される水は、連続的にか、または断続的にかのいずれかで、抗菌ＵＶ光３４からのＵＶ光を照射され得る。
【００５４】
水がポンプ３７によってレザバ３３から引かれる場合、レザバ３３内の液面が低下する。貯蔵レザバ液面検出器３５は、この液面を感知し、そして予め決定された低い液面で、精製サイクルを開始する。精製サイクルの間、レザバ３３が、検出器３５によって検出されるような低い液面に低下する場合、透過液案内ソレノイド弁３１が開き、出口ソレノイド弁３６が閉じ、逆止め弁３２が閉じ、そして精製水は、レザバ３３を迂回して、ポンプ３７に直接供給される。これは、膜１６の低圧側（すなわち、透過液側）に直接、ポンプ３７によって発生する負圧を付与することによって、生成速度を増加させることにより、このシステムを補助する。従って、膜１６の高圧側（すなわち、給水側）の見掛けの圧力が上昇する。これはまた、ポンプ３７が常に水へのアクセスを有し、そして空気を吸入しないこと（空気の吸入は、レザバ３３が空になるまでポンピングされる場合に起こる）を確実にする。
【００５５】
レザバ３３内の液面が低い液面より上に上昇する際に、透過液案内ソレノイド弁３１は閉じ、出口ソレノイド弁３６は開き、そして逆止め弁３２は開き、流れを通常構成に戻す。
【００５６】
検出器３５によって、レザバ３３内に高い液面が検出される場合、ポンプ１３から電力を除くことによって、精製サイクルを中断する。再循環停止ソレノイド弁２５が閉じると同時に、入口ソレノイド弁１２が閉じる。透過のプロセス、または膜１６の濃縮物側から精製側への夾雑物の通過を実質的に減少させるために、生成水パージソレノイド弁４１およびパージ放出ソレノイド弁３０が、予め決定された長さの時間にわたって開く。この時間の長さは、精製水で全ての夾雑水をパージし、精製水圧力タンク３９からパージソレノイド弁４１を通し、ポンプ１３の入口からＲＯ要素１５の給水側を通し、次いでフィルタ２６のハウジングを通してパージ放出ソレノイド弁３０を通して出すことを可能にするために十分な長さである。
【００５７】
水が使用される場合、この水は、タンク３９（このタンク内に、ポンプ３７が圧力下で精製水をポンピングする）から流出し、生成水炭素フィルタ４６を通り、そして生成水出口４０から出る。生成水圧力検出器３８は、タンク３９内の圧力をモニタリングし、そして低い圧力において、ポンプ３７をオンにし、そして高い圧力において、ポンプ３７をオフにする。代表的な低い圧力は、３０ＰＳＩＧであり、一方で代表的な高い圧力は、４５ＰＳＩＧである。
【００５８】
ポンプ３７が水をレザバ３３から引き抜いて、タンク３９を満たし、そして加圧するにつれて、レザバ３３の液面は低下する。この液面が、検出器３５によって確立される低い液面より下に低下する場合、新たな精製サイクルが開始する。濃縮水がシステムからパージされてさえも、システムの濃縮物側には常にある量の夾雑物が存在するので、１つの選択肢は、このサイクルの開始時に、予め決定された期間にわたって、生成水パージ逆止め弁５４が閉じ得、そして生成水再循環弁５２が開き得ることである。これは、停止時間の間に、任意の夾雑物が透過によって膜を通過して、生成水から効果的に再利用され、そして除去されることを効果的に可能にする。
【００５９】
図７は、いくつかの例外を除いて、図６に示されそして上に記載されるものと正確に同じに機能する、本発明のさらなる実施形態を示す。第１に、ＲＯ要素１５の代わりの洗浄方法を備える。第２に、抗菌ＵＶ光３４が、貯蔵レザバ３３とポンプ３７との間のラインに位置し、そしてポンプ３７がオンである場合にのみ、オンになる。システムの洗浄は、予め決定された時点で最良に実施され、これは、通常のシステムパージと同時であり得るか、または周期的な基礎で（例えば、毎週、毎月、もしくは他の一定期間）オンにされ得るか、またはプロセスされた水の容量に基づき得るか、または種々のセンサおよび制御回路（図示せず）によって決定されるような、システムの実際の性能に基づき得る。ＲＯ要素１５を洗浄するための適切な時点を決定するために、どの方法が使用されるにしても、このシステムは、入口ソレノイド弁１２を閉じ、一方でパージ放出弁３０および生成水パージソレノイド弁４１を開くこと（全て、ポンプ１３の運転中）によって、パージする。パージ期間の終了後、洗浄液ソレノイド弁４９が、予め決定された期間にわたって開き、適切な量の洗浄液を、洗浄溶液レザバ５１から送達する。この洗浄液は、洗浄液供給逆止め弁５０を通して、洗浄液供給ベンチュリ４８によって引き抜かれ、このベンチュリにおいて、この洗浄液は、ポンプ１３に入る水の流れと混合される。あるいは、洗浄液は、別のポンプ（図示せず）によって供給され得る。
【００６０】
一旦、このシステムに洗浄液が与えられると、パージポンプソレノイド弁３０、生成水パージソレノイド弁４１、および洗浄液ソレノイド弁４９が閉じ、そして入口弁１２は閉じたままである。生成水パージ逆止め弁５４は閉じ、そして生成水再循環弁５２は開き、生成水が、生成水逆止め弁５３を通り、生成水組合せＴ字管５５内へと流れることを可能にし、ここで、再循環している生成水は、再循環している濃縮水と混合される。洗浄混合物は、予め決定された期間にわたって循環され、この時点で、生成水パージソレノイド弁４１およびパージ放出ソレノイド弁３０が開き、このシステムから洗浄溶液をパージする。このパージが完了すると、このシステムは停止され、次の精製サイクルを開始する準備ができる。
【００６１】
さらに、図示しないが、洗浄液をシステムに供給するために使用されるものと類似のスキームが、フィルタ２６の前でありかつ圧力調節弁２０の後に配置され得、これによって、濾過助剤またはプロセス助剤が、このシステムおよびフィルタ要素２９に供給されることを可能にする。これは、濃縮夾雑物の一部を、再循環している濃縮ストリームから除去する際に補助し得、事実上、ＲＯ要素１５によって見られる濃縮のレベルを低下させる。
【００６２】
種々の弁の開閉、ＵＶ光の作動、ならびに種々のポンプの始動および停止を制御する、制御回路（図示せず）が提供される。この制御回路は、本発明が属する分野の当業者に公知の構成要素から形成され得、そして本明細書中に詳細には記載されない。この制御回路の操作は、逆浸透の方法およびシステムの種々の実施形態の上述の記載に従う。
【００６３】
本発明の原理が、ここに図示および説明されたが、本発明の実施および他において使用される構造、配置、割合、要素、材料および構成要素において、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、特定の実施形態および操作要件に特に適合される改変がなされ得ることが、理解されるべきである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲によってのみ、限定される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、開ループ型のＲＯシステムにおける、公知の断続流れを示す。
【図２】図２は、閉ループ型のＲＯシステムにおける、公知の断続流れを示す。
【図３】図３は、閉ループ型のＲＯシステムにおける、公知の半連続流れを示す。
【図４】図４は、公知の連続流れ型ＲＯシステムを示す。
【図５】図５は、２ポンプの全濃縮物再循環型のＲＯシステムを示す。
【図６】図６は、本発明の１つの実施形態の図である。
【図７】図７は、ＲＯ要素の適切な作動を確実にするためのさらなるプロセシング、および抗菌ＵＶ光の任意の配置を伴う、本発明の別の実施形態の図である。
【図８】図８は、ある範囲の給水条件についてのパージ間に生成される水の容量を示すグラフである。
【図１】
2005510338.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005510338.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
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2005510338.tif 000013