KR100240857B1 - 무효 체적이 적은 1회용 박막 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 처리 시스템에 사용되는 박막 여과 모듈에 관한 것으로, 모듈과 유체 처리 시스템 사이의 모든 활성 연결부는 모듈의 한 단부 상에만 위치된다. 상기 모듈내의 중앙 유동간은 모든 유동을 하나의 연결부로부터 대향 단부로 보낸다. 이와 같은 방식에 의해 한 단부 상에만 모든 활성 연결부가 구비됨으로써 설비와 교체는 용이하면서도, 유동 패턴이 모듈 내의 모든 체적을 흐르므로 기본적으로 무효 체적은 제거된다

Description

무효 체적이 적은 일회용 박막 모듈
본 발명은 박막 여과에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 초고순도 유체, 보다 구체적으로는 반도체 조립 공정에 사용되는 유체의 여과에 사용되었던 종래의 것에 비해 보다 깨끗하면서 사용하기에 보다 용이한 박막 여과 모듈에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 필터 모듈의 일단부 상에 모든 활성 포트가 구비되어 있으므로 교체하기에 용이하고 편리한 박막 여과 모듈의 디자인에 관한 것이기도 하다. 이하, 필터, 필터 모듈, 모듈이라는 용어는 구분없이 사용하기로 한다.
반도체 조립 공정에서 입자형 오염 물질을 통제하기 위해서는 초미립자들을 제거하는 박막을 가진 초청정 필터(즉, 박막 필터)를 사용할 필요가 있다. 반도체 웨이퍼 상에 증착된 임의의 입자는 그 입자의 크기가 충분히 큰 경우 결함을 발생시킨다는 것은 잘 알려진 사실이다. 통상적으로 반도체 칩의 최소 선 폭(feature size)의 10분의 1만한 크기의 입자에 의해서도 치명적인 결합이 발생할 수 있다. 그러므로 반도체 칩을 제조하는 모든 단계의 공정에서 박막 필터를 사용하여 액체와 기체를 정화시킨다. 이와 같은 엄격한 요건을 충족시키기 위해 박막 필터는 이하에 기술된 바와 같은 다양한 바람직한 특징들을 구비하여야 한다. 입자형 오염물질이 없어야 하고 모듈 내에 내장된 유체의 체적이 정체되거나 "무효(dead)"화 되어서는 안된다. 즉, 모듈 내 체적의 형상은 유체가 모듈을 통하여 유동함에 따라 전체 액체량이 매우 신속하게 대체 또는 일소되도록 되어야 한다. 이는 제조중 불가피하게 필터에 유입될 수 있는 임의의 오염 물질뿐만 아니라 사용 중 발생할 수 있는 오염 물질의 신속하고 확실한 제거를 위해 필요하다. 이와 같은 요건을 충족시키는 박막 필터를 이하 "제로 무효 체적(zero dead volume)"필터라 일컫는다.
또한, 필터 교체 중 화학 물질이 필터로부터 처리 장비 상으로 적하되는 것을 방지 또는 최소화하는 것은 매우 바람직하다. 일반적인 공정에서도 그와 같이 적하되는것은 항상 피하는 것이 바람직하지만, 청정실 또는 위험한 화학품을 다루는 경우에는 이러한 특징이 필수적이다. 이는 모든 활성 연결부(즉, 유체의 여과중 사용되는 연결부들)가 모듈의 상부에 배치된 일회용(자체 내장된)필터 모듈을 사용함으로써 달성될 수 있다. 그러한 형상으로 된 모듈의 또다른 장점은 공정 장비와 용이하게 연결된다는 것으로서, 이는 일단부 상에만 모든 연결부들을 구비함으로써 현저하게 개선된다. 또한, 이와 같은 방식으로 설계된 모듈은 대체로 소형이며, 이는 비용이 많이 드는 환경에서 중요하게 고려된다.
초극순도의 액체 여과에 사용되는 필터의 다양한 디자인이 개발되어 왔으나, 두 가지 디자인이 필터 모듈의 주류를 이룬다. 그 중 하나의 필터 디자인은 무효체적 문제에 역점을 두고 있으며, 여과되어질 액체는 필터 모듈의 일단부로부터 타단부로 유동한다. 이러한 종류의 필터에 있어서, 필터의 양 단부에 공급 연결부와 투과 연결부를 배치시킴으로써 일단부에서 타단부로 액체 유동이 이루어지도록 강제된다. 이와 같은 방식으로 모든 무효 체적이 제거되거나 적어도 최소화될 수 있게 된다. 이와 같은 유동 형태를 "직렬(in line)"식유동 형태라 한다. 현재 사용되고 있는 많은 일회용 모듈은 이와 같은 방식으로 설계되고 있다. 그러나 상기 직렬 형태에 의해 제공되는 제로 무효 체적에도 불구하고, 이들 필터는 두 가지의 단점을 가지는데, 우선 모듈이 두 세트의 연결부 사이에 "협지(sandwiched)되므로 공정 장비와 연결되기가 어렵다는 점과, 적어도 하나의 연결부가 모듈의 저부에 있다는 사실로 인해 모듈 내에 잔류하던 액체가 분리되자마자 급속하게 배출된다는 점이 바로 그것이다.
모듈을 처리 장비에 보다 간단히 설치하고, 필터 교체를 보다 용이하게 하기 위해 모든 연결부를 모듈의 동일 단부 상에 배치시킨 또다른 형태의 필터 모듈 디자인 있다. 이러한 형태의 모듈에 있어서 통상적으로 공급 포트와 투과 포트는 모듈의 상부 또는 "헤드"단부의 양측에 수평으로 배향된다. 이러한 형상으로 인해 이들 모듈은 "T"자 형상을 가진 것으로 일컬어진다. 이러한 T형 모듈은 유체시스템의 잔여 부분과의 연결을 보다 용이하게 하지만, 중요한 단점, 즉 필터 요소의 저부와 모듈 하우징 사이의 영역 내에 무효 공간이 존재하게 된다. 이와 같은 무효 공간이 존재하므로 모듈로부터 유체를 배출하는데 매우 긴 시간이 소요되며, 나아가 시간의 경과에 따라 질이 저하되는 유체의 경우에는 불필요한 오염 물질이 발생할 수 있다. 즉, 이러한 영역은 심각한 무효 체적이므로 깨끗하지 않은 상태가 된다.
톰센(Thomsen)등의 미국 특허 제4,654,142호에는 일회용 정수 카트리지 상에 배치된 연결 공급 포트 및 수집 포트와 밀폐 결합되는 연결 포트를 구비한 재사용 가능한 분리형 헤드 부재를 이용한 수처리용 여과 시스템이 기재되어 있다. 여기서 두개의 연결 포트는 일회용 카트리지의 동일 단부 상에 상호 인접하여 배치된다. 일실시예에 있어서, 흡수성 분리 매체로 사용된 탄소 및 이온 교환 수지 카트리지에는 유체 유동을 하나의 포트로부터 대향 단부로 또는 그 역으로 전환시키는 중심 도관이 개시되어 있다. 비록 톰센 등이 중심 도관을 사용하는 이유에 대해 논의하지는 않았으나, 상기 도관은 흡수성 수지 매체를 통해 물이 유동함에 따라 우회되는 것을 방지하기 위한 것임을 당업계에서 숙련된 자라면 알 수 있다. 톰센 등에 의해 개시된 몇몇 실시예는 흡수성 수지층 카트리지에서의 유동 우회 문제를 다루고 있지만, 이들 디자인은 여전히 공급 포트 및 수집 포트로부터 멀리 떨어진 저유동 영역을 가지게 되는 문제가 있다. 더욱이, 이들 디자인은 수지층 카트리지에서의 유동 우회 문제를 저감시키기에는 효과적이지만, 톰센 등은 제로 무효 체적의 문제와 관련하여 초정화 액체 여과에 사용되는 박막 필터 모듈의 필요성에 대해서는 언급하고 있지 않다.
따라서 필터의 동일 단부 상에 연결부들을 구비하였다는 사실로 인해 보다 깨끗해지고 교체하기도 보다 용이하게 됨으로써 교체 중 모듈 내부에 잔류하던 액체가 쏟아져 배출되는 바람직하지 않은 상황을 방지할 수 있는 박막 필터가 필요하다. 또한, 앞에서 논의된 바와 같은 특징과 함께 제로 뮤효 체적도 반드시 제공한다는 추가 요건도 충족하는 박막 필터가 필요하다.
본 발명은 직렬식 필터와 T형 필터의 장점을 결합시킨 박막 필터 모듈의 제공함으로써 종래 기술의 단점과 한계를 극복한다. 이와 같이 결합된 형상의 장점은 T-직렬 모듈의 "헤드(head)"상의 포트 중 하나로부터 그 대향 단부로 유동이 이루어지도록 하는 중앙 유동간을 사용하여 T형 필터 내의 유동을 내부적으로 전환시킴으로써 얻어진다. 상기 헤드는 모듈의 상부에 배치되는 것이 바람직하지만, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는다면 하부 또는 저부 위치에 배치될 수도 있다는 것을 알아야 한다. 이하, "상부(up)"와 "헤드"라는 용어는 연결 포트를 수용하는 모듈의 단부을 나타내는 데 구별없이 사용하기로 하며, "하부(down)"와 "저부(bottom)"는 대향 단부를 나타내는 데 구별없이 사용하기로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 유입되는 공급 액체는 공급 포트로 유입된 후 상기 공급 포트와 연결되고 상기 공급 포트로부터 모듈의 타단부로 모든 유동이 향하도록 하는 중앙 도관을 통과하여 챔버 내에 수집되고 모듈 내의 분포되며 박막을 통과하는 일세트의 유동 통로를 거친다. 그리고 나서,여과된 액체는 유출 포트에 수집되어 유체 처리 시스템의 다른 부분으로 분포된다. 이와 같은 방식으로 여과되어 질 액체의 전체 체적은 모듈을 거쳐 일소된다.
따라서 본 발명은 교체가 용이하고 교체 중 액체가 거의 쏟아지지 않거나 전혀 쏟아지지 않는 매우 적은 무효 체적을 가진 필터 모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한 본 발명의 다른 목적은 직렬식 필터와 T형 필터의 장점을 결합한 필터모듈을 제공하는 데 있다.
제1a도는 모든 포트를 상단부에 구비하고 액체가 중공 섬유의 외측으로부터 내측으로 투과하는 박막 분리 요소로서 단일 단부의 중공 섬유를 포함하는 본 발명에 따른 단부가 막힌 박막 여과 모듈의 측단면도.
제1b도는 유동 패턴을 도시한 제1a도의 모듈의 측단면도.
제2a도는 모든 포트를 상단부에 구비하고 액체가 중공 섬유의 외측으로부터 내측으로 투과하는 박막 분리 요소로서 단일 단부의 중공 섬유를 포함하는 본 발명에 따른 단부가 막힌 박막 여과 모듈의 측단면도.
제2b도는 유동 패턴을 도시한 제2a도의 모듈의 측단면도.
제3a도는 모든 포트를 상단부에 구비하고 액체가 중공 섬유의 내측으로부터 외측으로 투과하는 양 단부 중공 섬유 요소를 포함하는 본 발명에 따른 접선 유동 박막 필터의 측단면도.
제3b도는 유동 패턴을 도시한 제3a도의 모듈의 측단면도.
제3c도는 공급 포트와 리텐테이트 포트가 뒤바뀐 경우의 유동 패턴을 도시한 제3a도의 모듈의 측단면도.
제4a도는 분리 요소로서 주름진 박막이 사용된 것을 제외하고는 제1a도에 도시된 실시예와 유사한 단부가 막힌 박막 여과 모듈의 측단면도.
제4b도는 유동 패턴을 도시한 제4a도의 모듈의 측단면도.
제5도는 박막의 상류측 및 하류측에서 이격체에 의해 형성된 유동 통로의 존재를 지칭하는 제4a도의 주름진 박막 분리 요소의 확대 단면도.
제6도는 중공 섬유 관강(lumen)에 의해 그리고 중공 섬유들 사이의 공간에 의해 형성된 유동 통로의 존재를 지칭하는 제1a도의 중공 섬유 박막 분리 요소의 확대 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 2, 3, 4 : 필터 모듈 10, 20, 30, 40 : 단부 캡
11, 23, 41 : 환기 포트 12, 21, 42 : 공급 포트
13, 22, 43 : 투과 포트 14, 24, 34, 44 : 박막 요소
15, 25, 35, 45 : 중앙 도관 16, 26, 46 :하우징
17, 37, 47 : 공급 챔버 18, 28, 38, 48 : 챔버
19, 27, 49 :투과 챔버 39 : 리텐테이트 챔버
51 : 공급 통로 52 : 박막
53 : 투과 통로 61 : 투과 통로
62 : 관강 63 : 공급 통로
본 발명은 단부가 막힌(dead-ended)모드와 접선 유동 여과(tangential flow filtration; TFF) 모드에서 유동하는 액체를 여과하는 데 사용되는 박막 모듈에 유용하다. 단부가 막힌 형상의 박막 필터에는 두 개의 유동, 즉 공급 유동과 투과(또는 여과)유동이 있으므로 모듈을 유체 처리 시스템의 잔여 부분에 연결하기 위해서는 최소한 두 개의 포트가 필요하다. 통상적으로 제3포트는 유체가 액체인 경우에 모듈의 공급측에 환기를 제공하는 데 사용되며, 그러한 제3포트를 사용하지 않을 경우 공급 유동 내로 유입된 공기가 박막의 상류측에 갇혀 액체 유동을 방해하게 된다. 공급 포트 내로 유입되는 모든 유동은 투과 포트에서 수집된다. 반면, TFF 필터에는 세 개의 유동, 즉 공급, 투과, 리텐테이션(retentate) 유동이 있으므로 최소한 세 개의 포트가 필요하다. TFF 필터에는 공급 유동의 일부만이 여과되고 나머지는 리텐테이트 포트에서 박막의 상류측 유동 통로들의 대향 단부 상에 수집된다. 어떤 경우에는 추가적인 포트가 구비되어 모듈을 배수시키지만, 그러한 포트는 통상적으로 작동 중에는 사용되지 않는다. 본 발명에서의 활성 포트의 바람직한 배향이 모듈 상부에 있다고 하면, 배수 포트는 종종 다른 포트와 대향하는 저부 단부에 배치된다. 이러한 배수 포트는 통상적으로 모듈이 용이하게 연결되는 것을 방해하지 않는다. 배수 포트를 구비하건 구비하지 않건 이러한 모든 유헝의 필터는 본 발명에서 사용될 수 있다.
박막 필터는 박막의 구멍 크기 분포가 보다 좁고 매우 미세한 구멍을 갖도록제작될 수 있으며, 그 구조가 단일체적인(monolithic), 즉 고체 구조가 영구적으로 접착되어 연속적인 고체상을 형성한다는 점에서 다른 비박막(non-membrane) 필터와 구별된다. 반면, 비막막 필터는 역학적인 얽힘 또는 다른 표면력으로 섬유들을 제위치에 유지시킴으로써 형성된다. 상기 구멍 크기의 범위에 따라 박막은 세가지 범주로 분류되는데, 대략 0.02 내지 10㎛ 범위의 구멍을 가진 미공성(microporous)또는 MF 박막과, 고분자(분자량이 약 1,000 내지 10,000,000 달톤인 것)를 보유하기에 충분한 크기의 구멍을 가진 한외 여과(ultrafiltration) 또는 UF 박막과, 작은 분자와 이온(분자량이 약 10 내지 1,000달톤인 것)을 보유할 수 있는 나노 여과(nanofiltration; NF) 또는 역삼투( RO) 박막의 구멍이 바로 그것이다. 박막은 중합체, 금속, 세라믹, 유리, 탄소를 포함한 다양한 재료로 제조된다. 이러한 모든 유형의 박막이 본 발명에 사용될 수 있다.
박막은 본 명세서에서 참조된 엔(Yen) 등의 미국 특허 출원 제08/467,259호에 개시된 바와 같이 흡수성 수지용 지지 구조로서도 이용되었다. 이러한 유형의 박막은 흡수성 정화 공정에서 활용되거나 조합된 여과기와 정화기로서 사용된다. 또한, 박막은 화학 모이티(moiety)의 부착에 의해 화학적으로 변형된 표면으로 제조되어 흡수성 매채로 작용하기도 한다. 그 일례가 본 명세서에서 참조된 스튜크(Steuck) 등의 미국 특허 제4,618,533호에 개시되어 있다. 이러한 유형의 박막 모두 본 발명에서 이용될 수 있다.
박막 분리 요소는 박막 필터와, 박막의 상류측 및 하류측에 배치된 유동 통로들로 구성된다. 박막 필터는 편평한 시트 또는 섬유의 형태로 될 수 있다. 편평한 시트의 박막으로 제조된 분리 요소는 이격체를 사용해 박막을 지탱하여 박막 쪽으로 유체를 유입하고 박막으로부터 유체를 수집하는 일련의 유동 통로를 형성할 필요가 있다. 제5도는 주름진 형상으로 된 편평 시트 분리 요소의 단면도로서, 박막(52)의 상류측에 배치된 공급 통로(51)와 박막의 하류측에 배치된 투과 통로(53)로 구성된다. 반면, 중공 섬유 박막은 자체적으로 지지되므로 이격체를 필요로 하지 않는다. 제6도는 투과물이 중공 섬유의 관강 상에 수집되도록 배치된 중공섬유 분리 요소의 단면도를 도시하고 있다. 따라서 공급 통로(63)는 중공 섬유 박막(62)의 사이의 공간에 의해 형성되며, 투과 통로(61)는 중공 섬유의 관강에 의해 형성된다. 중공 섬유를 밀폐함으로써 박막의 상류측 체적을 하류측 체적으로부터 분리하기 위해 중공 섬유는 중공 섬유 다발로 처리되어야 하는데, 이는 두가지 방식 중 하나로 수행될 수 있다. 한 가지 방법은 섬유의 양 단부를 처리하여 관강체적이 다발의 양 단부와 연통되게 하는 것인데, 이를 양 단부 중공 섬유 다발이라고 한다. 이와는 달리, 섬유의 제2단부를 밀폐시키고 섬유의 제1단부를 처리함으로써 관강 체적이 섬유 다발의 제1단부에만 연통되게 하는 것으로서, 이를 단일 단부 중공 섬유 다발로 부른다. 어떤 유형의 중공 섬유 분리 요소를 사용할 것인지는 응용 장치의 구체적인 요건에 따라 다르다. 모든 경우에 있어 유동 통로는 유체가 분리 요소 내로 효과적으로 유입되어 박막에 의해 처리된 후 수집되도록 하는 데 그 목적이 있다. 이와 같은 방식으로 유동 통로는 유동의 방해를 최소화하여 대량의 박막 영역이 포함되게 하고, 아울러 박막을 통하여 증가된 유량이 제공 되도록 보조한다. 유동 통로는 수동적, 즉 유체의 성질 또는 성분을 변화시키지 않고 실질적으로 끊임없는 유동을 제공한다. 다양한 박막 형태를 이용하는 모든 유형의 박막 분리 요소도 본 발명에 이용될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다. 제1a도는 광화학물질롸 같은 반도체 조립에 사용되는 액체를 사용 시점에서 여과시키기에 특히 적합한 일실시예의 측단면도를 도시하고 있다. 이 경우 필터는 단부가 막힌 모드로 사용되었으며, 박막의 형태는 중공 섬유로 되어 있다. 필터 모듈(1)은 환기 포트, 공급 포트, 투과 포트(11,12,13)가 각각 구비된 단부 캡(10)과, 초고분자량 폴리에틸렌 중공 섬유의 형태로 된 박막 요소(14), 중앙 도관(15), 하우징(16)을 포함한다. 여과될 액체는 모듈의 저부 단부에서 공급 챔버(17)쪽으로 모든 유동을 향하게 하는 중앙도관(15)과 연결된 공급 도관(12)으로 유입된다. 이 챔버로부터 유체는 모듈의 단면을 거쳐 분포되고 방향을 전환하여 박막 요소(14)의 상부 및 그 둘레 유동한다. 이후, 공급 액체는 박막 요소(14)를 통해 여과되고, 투과 챔버(19) 내에 수집되어 투과 포트(13)를 통해 배출된다. 본 실시예에 있어서, 모듈은 단부 캡(10)과 융해 접착된 일회용 하우징(16)을 포함하고, 박막 요소로는 액체가 중공 섬유 박막의 외측으로부터 내측(또는 관강)으로 유동하는 단일 단부 중공섬유 다발이 사용되었다. 공급 유동 중 유입된 기체의 환기는 우선 챔버(18)내에서 기체 거품을 수집하고 난 후, 포트(11)를 통해 기체를 배기시킨다.
제1b도에 도시된 화살표는 모듈(1)내의 유동 패턴을 도시하며, 중앙 도관(15)과 공급 챔버(17)의 조합 작용에 의해 박막 요소(14)와 하우징(16) 사이에 통상적으로 존재하는 무효 공간이 제거됨을 분명하게 보여주고 있다. 또한, 공급 챔버(17)에 의해 하우징의 단면을 따라 유체가 균일하게 분포된다.
상기 실시예에 있어서, 중앙 도관(15)은 공급 액체의 유동 방향을 전환하여 모듈(1)의 대향 단부로 분포시키는 데 사용된다. 반면, 중앙 도관은 일단부로부터 투과 유동을 수집하여 대향 단부로 보내는 데 사용될 수도 있다. 제2a도는 이와 같은 실시예를 도시하고 있으며, 포트의 기능이 바뀐 것을 제외하고는 제1a도와 제1b도에 도시된 것과 유사하며, 이에 따라 환기 포트는 공급 포트와 유체 연통한다. 모든 포트들은 단부 캡(20)상에 배치된다. 환기 포트(23)에 의해 배기되면서 공급 포트(21)를 통하여 모듈(2)내로 여과될 액채가 유입된다. 중공 섬유 박막 분리 요소(24)의 관강으로 액체가 유입되어 여과된 후 투과 챔버(27)에 수집된다. 여기서 유체는 중앙 도관(25)에 의해 투과 포트(22)로 다시 보내진다. 제2b도 상에 도시된 화살표는 모듈 내의 유동 패턴을 도시하며, 중앙 도관(25)과 투과 챔버(27)의 조합 작용에 의해 박막 요소(24)와 하우징(26) 사이에 통상적으로 존재하는 무효 공간이 제거됨을 명확히 도시하고 있다. 투과 챔버(27)도 하우징의 단면을 따라 유체가 균일하게 수집되도록 한다. 공급 유동 내에 유입된 기체의 환기는 우선 챔버(28)내에서 기체 거품을 수집하고 나서 포트(23)를 통해 기체가 배기됨으로써 달성된다.
제3a도와 제3b도는 TFF 모드에서 사용된 중공 섬유 박막 일회용 모듈의 변형 실시예를 도시하며, 이는 특히 물을 정화시키는 데 적합하다. 본 실시예에 있어서, 분리 요소는 양 단부 다발로 형성된 UF 폴리술폰(polysulfone) 중공 섬유 박막 요소(34)이며, 박막을 통한 액체의 투과가 중공 섬유의 내측으로부터 외측으로 이루어진다. 여과될 액체는 모듈의 저부 단부를 향한 공급 액체의 유동을 공급 챔버(37)쪽으로 보내는 중앙 도관(35)과 연결된 중앙 포트(32)를 통하여 모듈(3)로 유입된다. 여기서 액체의 유동 방향은 상방으로 그리고 중공 섬유의 내측으로 전환되어 액체는 중공 섬유벽을 통하여 부분적으로 여과된다. 투과물은 챔버(38; 중공 섬유 다발의 "외피 측면")내에 수집되고, 포트(31)를 통하여 배출된다. 리텐테이트는 중공 섬유의 관강 내에서 상향 유동하고, 중공 섬유 다발의 상단부에서 리텐테이트 챔버(39)내에 수집되고 난 후, 포트(33)를 통해 배출된다. 본 실시예에 있어서, 모듈은 세 개의 피스, 즉 상단부 캡(30), 저부 단부 캡(36a), 원통형 회피(36b)로 이루어지며, 이들은 모두 융해 접착된다. 제3b도에 도시된 화살표는 모듈내에서의 유동 패턴을 도시하고 있으며, 하나의 단부에만 모든 활성 연결부들을 구비한 TFF 모듈을 통해 챔버(37)가 하우징의 단면을 따라 액체의 균일한 분포를 어떻게 제공하는지를 명확히 보여주고 있다. 본 발명에 의해서만 제공되는 이러한 능력은 TFF 시스템의 디자인을 훨씬 더 간단하게 할 뿐만 아니라, TFF 모듈의 기능을 어떠한 방식으로도 손상시키지 않으면서 TFF 모듈의 설치를 보다 용이하게 한다. 또다른 실시예에 있어서, 제3c도는 공급 포트와 리텐테이트 포트가 뒤바뀐 동일한 실시예를 도시하고 있다.
제4a도와 제4b도는 본 발명의 또다른 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에 따르면 단부가 막힌 모드로 작동되는 일회용 모듈(4)은 단부 캡(40)에 융해 접착된 하우징(46)을 구비하고, 중앙 도관(45)을 두러싸는 주름진 박막 요소(44)를 이용한다. 또한, 상기 모듈은 환기, 공급, 투과 연결부들(41,42,43)을 각각 구비한 단부 캡(40)과, 초고분자량 폴리에틸렌으로 된 편평한 시트 박막이 주름져 있고 중앙도관(45)을 둘러싸고 있는 박막 요소(44)와, 하우징(46)을 구비하고 있다. 여과될 액체는 모듈 저부 단부에서 모든 유동을 공급 챔버(47)쪽으로 향하게 하는 중앙 도관(45)에 연결된 공급 포트(42)로 유입된다. 여기서, 액체는 모듈의 단면을 따라 분포되고, 유동의 방향이 상방으로 그리고 박막 요소(44)의 둘레로 전환된다. 이후, 공급 액체는 박막 요소(44)를 통해 여과되어 투과 챔버(49)내에 수집된 후 투과 포트(43)를 통하여 배출된다. 제4b도에 도시된 화살표는 모듈 내의 유동 패턴을 도시하며, 중앙 도관과 공급 챔버(47)의 조합 작용에 의해 박막 요소와 하우징 사이에 통상적으로 존재하는 무효 공간이 제거되어짐을 분명하게 도시하고 있다. 또한, 공급 챔버(47)에 의해 하우징(46)의 단면을 따라 액체가 균일하게 분포된다. 공급 유동 중 유입된 기체의 환기는 우선 챔버(48)내에서 기체 거품을 수집하고 난 후, 포트(41)를 통하여 기체를 배기함으로써 달성된다.
상기 모든 실시예들은 모든 액체 유동을 모듈의 일단부로부터 대향 단부로 향하게 하는 중앙 도관을 박막 필터 모듈의 일부로서 제공하는 것의 중요성을 나타내고 있다. 이와 같은 방식으로 액체가 모듈의 일단부 상에 유입되어 수집되더라도 마치 액체가 일단부에서 유입된 후 타단부에서 수집된 것과 같이 모듈 내에서 액체가 유동함으로써 무효 공간의 존재를 제거하고 액체의 균일한 분포 또는 수집을 제공하는 매우 바람직한 유통 패턴을 실현시킨다.
상기 실시예들은 본 발명의 본질적인 특징들 뿐만 아니라 본 발명의 다양한 적요 가능성을 보여주고 있으며, 경우에 따라 본 명세서에서 제시된 실시예에 바람직하게 적용될 수 있는 여러 가지 변형예가 있다는 점을 알아야 한다. 본 발명의 범주에 포함되는 변형예로는, UF와 RO 박막과, 나선형으로 권취된 필터 요소 및 디스크 필터 요소와, 폴리 에트라플루오르에텔렌, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에테르술폰, 폴리비닐덴플루오라이드와 같은 수많은 중합체로 만들어진 박막뿐아니라 스테인레스 스틸 박막 및 세라믹 박막과, 활성 흡착제가 박막 구조 내에 포함되거나 박막면에 부착된 박막(예컨대, 이온 교환 수지, 활성 탄소, 특정 용질용 리간드(ligand))과, 밀폐된 에폭시 필터 요소와, 하우징의 몸체에 직각으로 포트를 연결하는 것뿐 아니라 상호 평행하지 않게 포트를 연결하는 것 등이 있다. 끝으로, 비록 앞에서는 반도체 산업에서의 필요성을 들어 설명하였고, 반도체 산업 분야 내의 몇몇 구체적인 응용 장치에 적용되는 것으로 설명되었지만, 안정성과 밀봉 및 필터 교체의 용이성이 매우 중요한 핵산업, 생물학 분야, 생물 공학 분야, 제약산업과 같이 유사한 조건이 요구되는 다른 산업 분야에서도 사용 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면, 교체가 용이하고 교체 중 액체가 거의 쏟아지지 않거나 전혀 쏟아지지 않는 매우 적은 무효 체적을 가진 필터 모듈이 제공되며, 아울러 직렬식 필터와 T형 필터의 장점이 결합된 필터 모듈이 제공된다.

Claims (20)

  1. 제1 및 제2단부를 구비한 유체 분리 모듈에 있어서, 하우징과, 상기 하우징 내에 내장되어 상기 하우징의 내부를 제1용적부와 제2용적부로 분할하고, 미공성 또는 한외 여과 박막과 상기 박막의 상류측 및 하류측에 배치된 일련의 유동 통로를 포함하는 분리 요소와, 상기 하우징에 접착되는 단부 캡과, 상기 제1단부에 배치되어 상기 하우징의 내부로 공급 유체를 유입하고 상기 하우징의 내부로부터 투과물을 제거하기 위한 공급 유체 및 투과물용 제1 및 제2활성 커넥터 수단과, 상기 제1커넥터 수단에 부착되고, 모든 유동이 상기 제1커넥터와 상기 제2단부 사이에서 지향되도록 상기 하우징 내에서 상기 제2단부 쪽으로 종방향으로 연장되는 중앙 도관을 포함하고, 상기 제2단부에는 활성 커넥터 수단이 없고 상기 제1단부에는 활성 리텐테이트 커넥터 수단이 없으며, 상기 제2단부는 상기 제1용적부와 유체 연통하고 상기 제2용적부는 상기 제2커넥터 수단과 유체 연동하며, 상기 커넥터 수단들 중 하나로 유입된 공급 유체는 상기 분리 요소에 의해 처리되어 상기 커넥터 수단들 중 다른 하나에서 수집되는 투과물을 형성하며, 무효 체적이 없는 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1단부에 배치되고 상기 제1용적부 또는 상기 제2용적부와 유체 연통하는 가스 환기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분리모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막은 중공 섬유 박막의 형태로 된 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막은 평평한 시트 박막의 형태로 된 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  5. 제5항에 있어서, 상기 평평한 시트 박막은 상기 중앙 도관을 둘러싸는 주름진 카트리지 필터인 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 일련의 유동 통로는 대체로 차단되지 않는 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2단부에 배치되어 상기 유체를 수집하고 상기 유체를 상기 하우징 내에서 상기 제1단부 쪽으로 분포시키는 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  8. 제3항에 있어서, 상기 박막은 초고분자량의 폴리에틸렌으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  9. 제3항에 있어서, 상기 박막은 폴리에테르술폰 또는 폴리술폰으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  10. 제1항에 있어서, 상기 박막은 상기 유체에 함유된 임의의 성분을 흡수하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 박막은 그 내부에 수지 입자가 내재된 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  12. 제10항에 있어서, 상기 박막은 화학 모이티로 변형된 표면인 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  13. 제10항에 있어서, 상기 박막은 초고분자량의 폴리에틸렌으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  14. 제5항에 있어서, 상기 박막은 초고분자량의 폴리에틸렌으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  15. 제4항에 있어서, 상기 박막은 초고분자량의 폴리에틸렌으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  16. 제4항에 있어서, 상기 박막은 폴리에테르술폰 또는 폴리술폰으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  17. 제1항에 있어서, 상기 박막은 폴리에테르술폰 또는 폴리술폰으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 분리 모듈.
  18. 단부 캡에 융착된 하우징과 상기 하우징 내에 내장된 분리 요소를 포함한 무효 체적이 없는 유체 분리 모듈 내에서 액체를 여과하기 위한 방법에 있어서, 상기 하우징 제1단부에 배치된 제1커넥터 또는 제2커넥터 중 하나에 여과되어질 액체를 유입하여 상기 하우징의 내부로 액체를 유입하고 상기 제1커넥터 또는 상기 제2커넥터 중 다른 하나를 통해 상기 하우지의 내부로부터 액체를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 분리 요소는 상기 하우징의 내부를 제1용적부와 제2용적부로 분할하고, 미공성 또는 한외 여과 막박과 상기 박막의 상류측 하류측에 배치된 일련의 유동 통로를 포함하며, 중앙 도관은 상기 제1커넥터에 부착되고, 모든 액체 유동이 상기 제1커넥터와 상기 제2단부 사이에서 지향되도록 상기 하우징 내에서 상기 제2단부 쪽으로 종방향으로 연장되며, 상기 제2단부는 상기 제1용적부와 유체 연통하고, 상기 제2용적부는 상기 제2커넥터와 유체 연통하고, 상기 커텍터들 중 하나로 유입된 공급 액체는 상기 분리 요소에 의해 처리되어 상기 커넥너들 중 다른 하나에서 수집되는 투과물을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 공급 액체는 상기 제1커네터를 통과하고 상기 투과물은 상기 제2커넥터를 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 공급 액체는 상기 제2커네터를 통과하고 상기 투과물은 상기 제1커넥터를 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
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