KR100908992B1 - 분리 멤브레인 단부 캡 - Google Patents

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KR100908992B1 KR1020047001520A KR20047001520A KR100908992B1 KR 100908992 B1 KR100908992 B1 KR 100908992B1 KR 1020047001520 A KR1020047001520 A KR 1020047001520A KR 20047001520 A KR20047001520 A KR 20047001520A KR 100908992 B1 KR100908992 B1 KR 100908992B1
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Abstract

본 발명은 인접하는 분리 소자(12)들을 연결하기 위한 분리 단부 캡(34)을 제공한다. 상기 단부 캡(34)은 상기 분리 소자(12)의 먼 단부들에 배치될 수 있으며, 상기 분리 소자(12)내에 배치된 침투물 튜브(18)와 연결된다. 일 실시예에서, 상기 단부 캡(34)은 O-링을 수용하는 내측 허브(36)를 구비하는 바, 상기 O-링은 인접하는 분리 소자(12)상의 단부 캡의 내측 허브(36)를 밀봉하기 위한 것이다. 상기 단부 캡의 내측 허브는 상기 침투물 튜브(18)의 외표면에 스핀 용접될 수 있다. 상기 단부 캡의 외측 허브(48)상의 로킹 구조물(52)은 인접하는 분리 소자(12)의 단부 캡(34)상의 로킹 구조물(52)과 공동 작용하여 단부 캡들을 해제가능하게 로크하며 따라서 인접하는 분리 소자들을 해제가능하게 로크한다. 상기 로킹 구조물(52)은 통상적으로 인접하는 분리 소자(12)들의 침투물 튜브(18)들간 연결부를 밀봉하기 위해 상기 O-링(34)에 소정의 축방향 힘을 제공한다. 상기 로킹 구조물은 또한 인접하는 단부 캡들의 로킹이 달성되었다는 청각적 및/또는 시각적 피드백을 제공할 수 있다.
Figure R1020047001520
침투성 분리체, 침투물 튜브, 농축물 채널, 환형 홈, 로킹 구조물, 리브, 분리 소자, 멤브레인

Description

분리 멤브레인 단부 캡{Separation membrane end cap}
본 발명은 다양한 유체 성분들을 분리하는데 유용한 분리 소자들(separation elements)에 관한 것으로, 특히 인접하는 분리 소자들을 밀봉하기 위한 밀봉 구조물에 관한 것이다.
압력 구동식 유체 분리 시스템의 사용은 잘 알려져 있다. 이러한 시스템에서, 유체 혼합물은 선택적 배리어로서 작용하게 되어 있는 멤브레인의 표면을 가로질러 통과되며, 그로 인해 유체 조성물의 일부 성분들이 다른 것들보다 쉽게 통과될 수 있다.
상업적인 유체 분리 공정들에서는 중공 파이버 및 나선형 권취 멤브레인 배치구조가 통상 사용된다. 나선형 권취 멤브레인의 사용은 그것이 보다 작은 전체 격납 용기를 허용하면서 넓은 멤브레인 접촉 영역을 제공한다는 점에서 유리하다. 상업적 이용을 위한 나선형 권취 멤브레인을 공급하는 표준 방법은 그 주위로 멤브레인이 감기는 침투물 튜브 또는 도관의 섹션을 포함하는 멤브레인 소자들 형태이다. 이들 멤브레인 소자들은 이후 단독으로 사용되거나 또는 그 침투물 도관 섹션 들을 연결함으로써 함께 나란히 결합될 수 있다. 나선형 권취 멤브레인 소자들을 사용하는 일반적인 방법은 이들 소자를 단수 또는 복수개 격납 용기내에 격납하여 유체 분리 모듈을 형성하는 것이다. 상기 모듈은 이후 원하는 처리를 제공하도록 단독으로 사용되거나 직렬 및/또는 병렬 배치로 상호연결될 수 있다.
나선형 권취 멤브레인은 통상 중앙 침투물 스트림의 회수용 구멍을 갖는 중앙 도관의 주위에 하나 이상의 멤브레인 재료 시트를 래핑(wrapping)함으로써 형성된다. 공급-농축물 채널들을 유지하기 위해 스페이서나 기타 장치들이 사용될 수 있으며, 공급 혼합물은 상기 채널들을 통과한 후, 멤브레인 표면을 통과하는 농축물 성분이나 침투물 성분들로 분리된다. 나선형 권취 소자들의 예가 미국 특허 제 5,538,642호 및 제 5,681,467호에 개시되어 있다.
단일의 모듈 내에 다수의 멤브레인 소자들이 직렬로 사용될 때는, 공급 유체가 침투물 튜브내로 유동하는 것을 방지하기 위해서, 인접하는 소자들, 특히 대응하는 인접 침투물 튜브들을 서로에 대해 밀봉하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 이는 Schwartz에게 허여된 미국 특허 제 5,851,267호에 개시된 것과 같은 슬라이딩 밀봉 장치의 사용에 의해 달성된다. 그러한 슬라이딩 밀봉 장치에서는, 인접하는 분리 소자들의 인접 침투물 튜브의 단부 내에 상호연결 파이프 또는 튜브가 수용된다. 상기 상호연결 튜브는 그 단부들 상에 한 쌍의 이격된 홈들을 한정하며, 이들 홈 각각은 O-링을 수용 및 유지한다. 상기 O-링들은 상호연결 파이프의 외측 단부들과 각 침투물 튜브의 내표면들 사이에 반경방향 압력을 적용함으로써 침투물과 농축물 유체를 분리하도록 배치된다.
미국 특허 제 5,581,267호는 또한 분리 멤브레인의 각 단부들상에 배치되는 한 쌍의 단부 캡들을 개시하고 있다. 각각의 단부 캡은 분리 소자의 침투물 튜브를 수용하기 위한 내측 개구 및 인접하는 분리 소자들을 함께 고정하기 위한 외측 로킹 링을 한정한다. 단부 캡들의 외측의 반경방향 주위에 밀봉을 제공하기 위해 상기 로킹 링에는 O-링이 유지된다. 상기 밀봉은 인접하는 단부 캡들 사이에 위치되고, 공급 스트림 또는 농축물 스트림이 인접하는 분리 소자들 사이의 압력 용기 벽을 따라서 유동하는 것을 방지하기 위한 밀봉을 제공한다.
다른 단부 캡 구조물이 일본 공개 특허 공보 평11-207156호에 개시되어 있는 바, 여기에서 단부 캡은 인접 침투물 튜브내로 삽입되도록 각 단부에 배치되는 밀봉 구조물을 갖는 일체형 상호연결 튜브를 구비한다. 유사한 구조물이 미국 특허 제 6,224,767호에 개시되어 있다. 일본 공개 특허 공보 평11-267467호 역시 그 어느 한 단부에 밀봉을 갖는 상호연결 튜브를 개시하고 있다.
튜브들을 상호연결하는 다른 방법이 일본 공개 특허 공보 제2000-015064호에 개시되어 있다. 이 조립체에서는, 농축물 튜브에서의 압력 손실을 제어하기 위해, 다양한 내경을 갖는 상호연결 파이프가 사용되고 있다.
이들 방법의 각각은 침투물 튜브보다 비교적 작은 직경을 갖는 일부 종류의 상호연결 파이프를 필요로 한다. 상호연결 파이프들은 인접하는 침투물 튜브의 단부내로 삽입되며, 그 결과 압력 손실이 발생한다. 또한, 상호연결 파이프의 삽입시에 O-링들은 변형되거나 홈으로부터 제거되며 결과적으로 밀봉이 비효율적으로 된다. 이러한 형태의 상호연결 파이프들의 특정한 설치에 있어서는, 설치를 용이 하게 하기 위해 상기 O-링에 대해 윤활제를 추가하는 것으로 알려져 있다. 상기 윤활제는 침투물 스트림에 오염 문제를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 분리 모듈에 배치되도록 인접 분리 소자에 접합되는 분리 소자가 제공된다. 상기 분리 소자는 침투물을 수집하기 위해 그 일 측부와 유체 연통하는 침투물 채널을 한정하는 침투성 분리체를 포함한다. 상기 분리 소자는 상기 침투물 채널과 유체 연통하는 침투물 튜브를 부가로 포함한다. 상기 침투물 튜브는 제 1 및 제 2 단부들 사이에서 연장된다. 분리 소자는 상기 침투성 분리체의 제 2 측부상에서 농축물 채널을 부가로 포함한다. 상기 분리 소자는 상기 튜브와 연결되는 밀봉 표면을 부가로 포함하며, 상기 밀봉 표면은 밀봉 부재와 결합하고 상기 밀봉 부재를 상기 밀봉 표면과 인접하는 분리 소자들의 밀봉 표면 사이에서 축방향으로 압축하게 되어 있다. 이로 인해 유체가 침투물 튜브의 단부에서 농축물 채널로부터 침투물 튜브내로 유동하는 것이 방지된다.
따라서, 본 발명의 목적은 밀봉 표면들의 개수를 감소시켜 침투물 스트림내의 오염 위험을 감소시키는 인접 분리 소자들 사이에 밀봉 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 인접하는 분리 소자들의 침투물 튜브 사이에 유체 밀봉식 연결을 제공하기 위해 축방향으로 압축되는 침투물 튜브에 연결되는 인접 분리 소자들 사이에 밀봉 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 분리 소자들을 분리 모듈내에 설치하는 동안에 밀봉 구조물의 비틀림이나 슬라이딩을 제거하는 밀봉 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 분리 소자들을 분리 모듈내에 설치하는 동안에 밀봉 구조물의 변형 가능성을 감소시키는 밀봉 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 작동중에 분리 모듈이나 밀봉 구조물의 이동으로 인한 밀봉 구조물의 마모를 방지하기 위해 밀봉 구조물의 위치를 고정하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 침투물 튜브내에서의 유체 유동을 제한하지 않는 밀봉 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 분리 소자들의 유효 길이를 축소시키지 않는 밀봉 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 분리 소자들을 고정하고 밀봉 구조물상에 소정의 축방향 압축을 제공하는 인접 분리 소자들 사이에 로킹 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 분리 소자들의 설치를 용이하게 하기 위한 밀봉 구조물에 대한 윤활제의 필요성을 제거하여 침투물 스트림의 오염 가능성을 제거하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 밀봉 구조물의 사용 수명을 증가시키는 밀봉 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예의 다른 목적은 인접하는 소자들 사이에 이들 소자가 함께 완전히 로킹되었음을 청각적으로 또는 촉각적으로 알려주는 로킹 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예의 다른 목적은 분리 소자들을 설치 이전에 취급하는 동안에 밀봉 표면을 보호하기 위해 밀봉 표면을 오목하게 하는 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예의 다른 목적은 밀봉 구조물의 의도하지 않은 손실을 회피하기 위해 밀봉 구조물을 수용 및 유지하기 위한 홈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예의 다른 목적은 인접하는 분리 소자들 사이에서 사용되는 동일 밀봉 구조물을 구비하는 침투물 인터페이스 어댑터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 첨부도면을 참조로 한 하기의 상세한 설명을 참조하면 훨씬 잘 이해될 것임을 쉽게 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 부분적으로 절취한 분리 모듈의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 침투물 튜브를 도시한 하나의 적합한 단부 캡의 전개도.
도 3은 단부 캡의 다른 적합한 실시예의 사시도.
도 4는 다른 적합한 단부 캡 세트를 부분적으로 절취하여 도시한 사시도.
도 5는 밀봉 구조물의 하나의 적합한 구성을 부분적으로 절취하여 도시한 단면도.
도 6은 단부 캡 세트의 적합한 일 실시예의 단면도.
도 7은 하나의 적합한 분리 소자의 부분적으로 전개한 사시도.
분리 모듈은 도 1에서 전체적으로 참조 부호 10으로 도시되어 있다. 모듈(10)은 전체적으로 참조 부호 12로 지시된 복수의 분리 소자들을 포함한다. 분리 소자(12)는 유체 스트림 중의 일 성분에 침투할 수 있고 유체 스트림 중의 다른 성분에 침투할 수 없는 표면을 갖는 공지된 분리 소자를 포함할 수 있다. 적합한 분리 소자들(12)은 어떤 구성에서 효과적인 분리 재료의 형태를 사용할 수 있고, 상기 구성은 분리 재료의 일 측면을 따라 침투성 및 불침투성 성분들을 함유하는 유체의 통로를 위한 적합한 단일 또는 다수의 채널과 분리 재료의 대향 측면으로부터 침투성 성분들의 수집을 위한 단일 또는 다수의 채널을 구비한다. 침투물 및 농축물을 위한 적합한 채널들은 분리 소자안으로 및 분리 소자로부터 축방향으로 침투성 및 불침투성 유체들을 함유하거나 또는 침투성 유체를 수집하여 분리 소자로부터 축방향으로 통과하는 유체를 통과시킬 수 있는 방사형, 나선형 또는 다른 형상을 가질 수 있다. 응용가능한 실시예의 실예는 나선형 권취 및 중공 파이버(fiber) 형상을 포함한다.
분리 소자를 통과하는 유동은 상기 소자의 중심 부분(즉, 도 7에 도시된 축선 A를 따라서)에서 침투성 유동과 동축적으로 흐르도록 적합하게 배열되어 있다. 도 1에서 화살표는 각 유체의 유동 방향을 나타낸다. 그러나, 본 발명은 일방향 또는 양방향 유동이 중심에서 벗어난 입구와 출구 포트들로부터 상기 소자를 통해서 축방향으로 통과하는 분리 소자들과 함께 사용할 수 있다. 여러 가지 형상에 있어서 이러한 형태의 적합한 분리 소자들은 당업자들에게 공지되어 있다.
도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 분리 소자(12)를 위한 가장 적합한 구성 은 복수의 멤브레인 리프(leaf)(14)를 갖는 나선형 권취 소자(12)를 포함한다. 농축물 채널 시트(16)는 각 멤브레인 리프(14)를 분리한다. 농축물 채널 시트(16)는 인접한 리프(14)들 사이를 분리하기 위해 본 기술 분야에 공지된 메시 시트를 포함한다. 농축물 채널 시트(16)는 농축물 채널을 한정한다. 농축물 채널들 각각은 인접한 분리 소자(12)의 농축물 채널과 유체 연통한다.
리프(14)들 각각은 침투물 튜브(18)에 대해 권취된다. 침투물 튜브(18)는 이를 통과하는 복수의 구멍(20)들을 포함한다. 구멍(20)들은 침투물을 수용하고 이 침투물이 침투물 튜브(18)에 진입하게 한다.
리프(14)들에 걸친 분리 소자들의 최외측 방사상 부분은 커버 또는 견부를 포함할 수 있다. 커버는 분리 소자(12)의 외측을 통과하고 분리 소자(12)와 압력 용기(24) 사이를 통과하는 어떤 공급 또는 농축 재료를 차단할 수 있는 불침투성 층을 포함한다. 상기 커버들은 본 기술 분야에 공지되어 있다. 커버는 유리 섬유, 에폭시, 또는 리프(14)들의 외측에 대해 불침투성 재료의 어떤 다른 충분한 층과 같은 적합한 코팅제를 포함할 수 있다. 다른 응용가능한 커버는 미국 특허 제6,066,254호에 개시된 것을 포함한다.
리프(14)들 각각은 리프(14)의 제 1 측면과 유체 연통하는 침투물 채널을 한정한다. 침투물 채널은 리프(14)의 내측에 배치된 침투물 채널 시트(22)에 의해 한정된다. 침투물 채널 시트(22)는 리프(14)의 분리를 제공하기 위해 본 기술 분야에 공지된 메시 시트를 포함한다. 각 리프(14)는 통상적으로 공지된 방식으로 침투물 채널 시트(22)에 관해서 접혀져서, 침투물 튜브(18)에 고정된다. 리프(14) 의 개방 단부는 구멍(20)들에 대해 침투물 튜브(18)에 고정된다. 따라서, 침투물 채널을 한정하는 침투물 채널 시트(22)는 침투성 유체가 침투물 채널과 구멍(20)들을 통해서 침투물 튜브(18)로 유동하여 침투물 채널로 흐르도록 구멍(20)들과 유체 연통한다. 이러한 일반적인 구조를 갖는 분리 소자의 일 예가 필름텍 코포레이션(FilmTec Corporation) "BW30-400"으로 시판되고 있다.
침투물 채널들은 침투물 채널을 통과하는 분리된 침투물을 수집하고, 농축물 채널들은 농축물 채널들과 연통하는 농축물을 분배 또는 수집한다. 침투물 채널은 침투물 튜브(18)로 유동하는 구멍(20)들과 연통한다.
도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 모듈(10)은 압력 용기(24)를 부가로 포함한다. 분리 소자(12)들 각각은 압력 용기(24)내에 포함되어 있다. 특히, 압력 용기(24)는 내부 개구(25)를 한정한다. 분리 소자(12)들은 내부 개구(25)에 배치되어 있다. 압력 용기(24)내에는 하나의 분리 소자(12)만이 있지만, 통상적인 압력 용기(24)내에는 7개 또는 8개까지의 분리 소자(12)가 직렬로 연결될 수 있다. 압력 용기(24)는 단부 또는 베어링 플레이트(26)로 밀폐된다. 압력 용기(24)의 양 단부는 단부 플레이트(26)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 단부 플레이트(26)는 통상적으로 원형이며, 공급 튜브(30)에 접속된 공급 개구(28)를 포함한다. 또한, 단부 플레이트(26)는 침투물 개구 또는 포트(32)를 포함한다. 압력 용기(24)의 다른 단부에 있는 단부 플레이트(26)는 공급 개구(28)와 유사한 농축물 배출 개구(도시 생략)를 포함한다. 농축물 배출 개구는 농축물이 압력 용기(24)를 빠져나가도록 한다. 또한, 양 단부 플레이트(26)는 침투물 출구를 구비하고 있다. 통상적으로, 두 개의 침투물 출구중 제 2 출구는 침투물의 유동이 도 1에 도시된 바와 같이 압력 용기(24)의 일 단부에서만 유동하도록 플러그되어 있다.
상술한 바와 같이, 본원에 기술된 형태의 압력 용기(24)는 공급 입구와 농축물 출구를 갖는 것이 일반적이다. 그러나, 다수의 공급 입구들, 다수의 농축물 출구들 및 다수의 침투물 출구들이 사용될 수 있음을 알 수 있다.
분리 소자(12)들 각각은 각 단부에서 참조 부호 34로 지시된 단부 캡을 포함한다. 각 단부 캡(34)은 참조 부호 36으로 지시된 내측 허브를 포함한다. 내측 허브(36)는 내측 허브 단부 표면(38)을 한정한다. 내측 허브 단부 표면(38)은 편평한 표면이 적합하다. 내측 허브(36)는 또한 이를 통과하는 환형 개구(40)를 갖는다. 환형 개구(40)는 침투물 튜브(18)를 수용한다. 환형 개구(40)는 원통형일 수 있지만, 특정 실시예에서 환형 개구(40)의 내경은 하기에 더 상세히 설명되는 침투물 튜브(18)를 갖는 단부 캡(34)의 접속을 촉진하기 위해 테이퍼져 있다. 더욱이, 환형 개구와 침투물 튜브(18)는 통상적으로 원형 단면을 갖지만, 임의의 적합한 기하학적 형상을 취할 수 있다.
도 2 내지 도 4 및 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 복수의 리브들 또는 스포크들(ribs or spokes)(42)은 내측 허브(36)로부터 방사방향 외향으로 연장한다. 상기 리브(42)들은 비절첩식 구조로서 작용한다. 특히, 리브(42)들은 리프(14)들이 서로에 대해 절첩 또는 이동하는 것을 방지하기 위해 리프(14)들의 단부와 맞물린다. 따라서, 리브(42)들은 그 사이에 리프(14)들을 한정한다. 리브(42)들은 또한 하나의 분리 소자(12)를 빠져나와서 인접한 분리 소자(12)에 진 입하도록 공급 또는 농축물을 위한 충분한 유동 통로를 남긴다.
적합한 일 실시예에서, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 각 리브는 이것상에 플랜지(44)를 포함한다. 돌기(46)는 플랜지(44)로부터 외향으로 연장한다. 돌기(46)는 도 6에 도시한 바와 같이 인접한 단부 캡의 리브(42)에 걸쳐서 통과한다. 특히, 각 리브는 그 외측 엣지면상에 채널 또는 리세스(47)를 한정할 수 있다. 돌기(46)는 리브(42)의 외향 연장면에 걸쳐서 채널(47)로 통과한다. 따라서, 돌기(46)는 채널(47)내에 유지된다. 몇 개의 돌기(46)가 각 채널(47)내로 동시에 통과하면, 각각의 단부 캡들이 하기에 설명되는 바와 같이 제 위치에 로크되었다는 피드백을 제공하도록 청각적 및 물리적 표시가 관측될 수 있다.
단부 캡(34)은 부가로, 참조 부호 48로 지시된 외측 허브를 포함한다. 외측 허브(48)는 이것상에 외측 허브 표면(50)을 한정한다. 전체적으로 참조 부호 52로 지시된 로킹 구조물이 단부 캡(34)상에 부가로 배치되어 있다. 로킹 구조물(52)은 단부 캡(34)을 고정하기 위해 채용되고, 인접하는 분리 소자(12)의 단부 캡(34)이 도 1에 도시되어 있다. 로킹 구조물(52)은 외측 허브 표면(50)상에 적합하게 배치되어 있다. 로킹 구조물(52)은 외측 허브 표면(50)에 관해 배치된 복수의 돌출부 및 수용부를 포함한다. 돌출부와 수용부는 여러가지 형태를 취할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 돌출부는 복수의 스페이드(spade)(54)를 포함한다. 각 스페이드(54)는 비교적 얇은 내측 섹션(56)과 외측 헤드(58)를 갖는다. 상기 헤드(58)는 내측 섹션(56)의 두께보다 더 두꺼운 두께를 갖는다.
수용부는 외측 허브 표면(50)에 개구(60)들을 포함한다. 도시된 바와 같이, 개구(60)들은 중심 영역(62)을 갖는다. 상기 중심 영역(62)은 스페이드(54)의 헤드(58)가 개구(60)로 통과하도록 충분히 크다. 채널은 스페이드(54)의 헤드(58)를 수용하기 위해 외측 허브 표면(50) 아래에 형성되어 있다. 개구(60)는 측부 섹션(64)을 포함한다. 측부 섹션(64)은 중심 영역(62)의 폭보다 작은 폭을 갖는다. 측부 섹션(64)은 스페이드(54)의 내측 섹션(56)의 통과는 허용하지만, 헤드(58)의 통과는 허용하지 않는다.
따라서, 이러한 형태의 단부 캡들을 고정하기 위하여, 인접한 단부 캡들은 스페이드(54)들의 헤드(58)가 인접한 단부 캡(34)의 개구(60)의 중심 영역(62)과 정렬되도록 배열되어 있다. 단부 캡(34)들은 각 외측 허브 표면(50)이 맞물릴때 까지 함께 가압된다. 이후, 단부 캡(34)은 스페이드(54)들의 내측 섹션(56)들이 개구(60)의 측부 섹션(64)들중 어느 하나의 단부에서 바닥에 이를때 까지 시계방향 또는 반시계 방향중 어느 한 방향으로 서로에 대해 회전한다. 이 위치에서, 단부 캡들은 서로에 대해 축방향으로 이동하지 않는다. 단부 캡(34)들의 이러한 접속의 분리는 헤드(58)들이 개구의 중심 영역(62)과 정렬될 때 까지 단부 캡(34)들을 반대되는 방향으로 상대 회전시킴으로써 간단히 달성된다. 이 위치에서 단부 캡들은 하나의 분리 소자(12)를 인접한 분리 소자(12)로부터 분해하기 위해 서로에 대해 축방향으로 이동할 수 있다. 또한 인접한 분리 소자(12)의 도 2의 단부 캡(34)은 동일한 로킹 구조물(52)을 갖는다. 따라서, 동일한 로킹 구조물(52)을 갖는 단부 캡(34)이 분리 소자(12)의 양 단부에 배치된다.
대안적인 로킹 구조물(52)이 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같 이, 돌출부는 복수의 L형 캐치(66)를 포함한다. L형 캐치(66)는 그 뒤에 슬롯(68)을 제공한다. 슬롯(68)들은 L형 캐치(66)의 최외측 레그를 수용하기 위한 수용부를 포함한다. 따라서, L형 캐치(66)의 외측 레그는 슬롯(68) 뒤로 수용되고, 이에 의해 인접한 단부 캡(34)들을 서로에 대해 축방향으로 로크한다.
도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 단부 캡(34)들중 하나는 외측 환형 플랜지(70)를 포함한다. 외측 환형 플랜지(70)는 외측 허브 표면(50)을 지나서 단부 캡으로부터 축방향 외측으로 돌출한다. 플랜지(70)는 분리 소자(12)의 취급 동안 침투물 튜브 시일을 손상으로부터 보호한다. 도 4에 도시된 단부 캡(34)들중 다른 것은 외측 환형 리세스(72)를 포함한다. 외측 환형 리세스(72)는 대향 단부 캡(34)의 외측 환형 플랜지(70)를 수용하기 위한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일 단부 캡(34)상에서 L형 캐치(66)들의 하나 이상의 외측 레그들은 돌기(74)를 포함한다. 유사하게, 인접한 단부 캡(34)상에서 L형 캐치(66)들의 대향하는 외측 레그는 돌기(74)를 수용하기 위한 작은 리세스(76)를 포함할 수 있다. 돌기의 목적은 단부 캡(34)들이 로크될 때 리세스(76)내에 배치되어 단부 캡(34)들이 완전히 로크된 위치에 있다는 청각적 및 물리적 피드백을 제공하는 것이다.
그 위에 외측 환형 플랜지(70)를 갖는 단부 캡(34)들중 (좌측의) 하나의 단부 캡의 외측 허브 표면(50)은 리브(42)들의 최외측 표면의 약간 전방으로 연장한다. 인접한 단부 캡(34)은 최외측 단부 부근의 리브들 각각에서 노치(78)를 포함한다. 노치(78)는 인접한 단부 캡(34)의 외측 허브 표면(50)이 그 내에 배치되도록 한다. 즉, 노치(78)는 인접한 단부 캡(34)의 외측 허브 표면(50)을 위한 간극 을 제공한다.
이러한 형상의 단부 캡(34)들을 조립하기 위하여, 분리 소자(12)들은 일 단부상에 외측 환형 플랜지(70)를 갖는 형태의 단부 캡을 구비하고, 타 단부상에 외측 환형 리세스(72)를 갖는 형태의 단부 캡(34)을 구비하도록 구성되어야 한다. 인접하는 분리 소자(12)들은 L형 캐치(66)의 외측 레그가 슬롯(68)과 맞물리도록 축방향으로 정렬되어 함께 가압된다. 단부 캡들은 L형 캐치(66)가 슬롯(68)내에서 바닥에 도달할 때 까지 서로에 대해(도 4에 도시된 바와 같이 시계방향으로) 회전된다. 일정한 실시예에서, 돌기(74)는 단부 캡들이 서로에 대해 로크되는 청각적 및 물리적 지시를 제공하는 리세스(76)와 맞물린다. 다른 특정 실시예에서, 도 3 및 도 6에 도시한 바와 같이, 리브(42)들의 플랜지(44)상의 돌기(46)(도 3에만 도시)는 단부 캡(34)들이 로크되는 청각적 및 물리적 피드백을 제공하기 위해 도 6에 도시된 바와 같은 인접한 단부 캡의 리브(42)들에 의해 한정된 채널(47)과 맞물린다.
인접하는 단부 캡(34)들 사이의 접속은 도 1에 가장 잘 도시되어 있다. 로크된 위치에서 각 단부 캡(34)에 대해, 환형 플랜지(70)는 환형 리세스(72)를 둘러싼다. 이러한 방식으로, 환형 플랜지(70)는 인접한 단부 캡들 사이의 접속에 부가적인 지지를 제공하고, 두 개의 인접한 분리 소자들이, 특히 압력 용기(23)에 분리 소자들이 설치되는 동안에 휘어지는 것을 방지한다.
두개의 적합한 로킹 구조물(52)이 제공되지만, 각 단부 캡(34)을 로크하기 위해 임의의 적합한 구조물이 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들면, 확대 된 테이퍼형 헤드를 갖는 푸시형 커넥터들이 인접한 단부 캡상의 구멍에 삽입될 수 있다. 대안적으로, 축방향으로 연장하는 핑거들은 인접한 단부 캡의 릿지 또는 돌기에 걸쳐서 방사방향으로 편향되는 단부 캡에 합체될 수 있다. 단부 캡들은 핑거들의 릿지 또는 돌기가 인접한 단부 캡상에서 대응하는 릿지들 뒤에서 포착될 때 함께 로크된다. 다른 대안에 의하면 소자들을 함께 로크하기 위해 단일 또는 다수 세트의 대향하는 나선형 홈 또는 릿지가 사용된다. 로킹 구조물은 하기에 설명되는 바와 같이, 인접하는 침투물 튜브(18)들 사이에서 밀봉 구조물상에 소정의 최소 힘을 제공하는 것이 적합하다. 적합하게는, 로킹 구조물은 또한 모듈(10)을 통과하는 유체의 축방향 유동에 의해 분리 소자(12)들에 가해지는 축방향 힘에 반응하여 밀봉 힘이 증가하도록 한다. 그러한 힘들은 분리 소자의 농축물 채널 시트(16)내에서의 유동에 의해 유도되는 압력 강하로 인해 자연적으로 발생한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 단부 캡들은 O-링(82)을 수용하기 위한 외부 O-링 홈(80)을 포함할 수 있다. 상기 O-링(82)은 상기 단부 캡(34)의 최외측 표면과 상기 압력 용기(24)의 내부 표면 사이에 밀봉부를 제공한다. 밀봉부는 상기 밀봉부의 영역에서 공급 및 농축 유체가 상기 단부 캡을 통과해 유동하는 것을 방지한다. 상기 O-링(82)은 상기 단부 캡(34)의 외부 표면에 도시된다. 그러나, 상기 O-링(82)은 인접하는 단부 캡들의 각각의 외부 허브 표면(50)들 사이에 밀봉부를 제공할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 상기 O-링 밀봉부가 상기 외부 허브 표면에 제공되면, 공급 및 농축 유체는 상기 외부 허브 표면에서 상기 분리 소자(12)의 외측으로부터 상기 단부 캡을 통해 유동하는 것이 방지된다. 이러한 경우에, 상기 단부 캡과 상기 압력 용기 사이에서는 상기 O-링(82)이 사용되거나 또는 사용되지 않을 수 있다. 상기 O-링은 다수의 적절한 밀봉 구조들 중의 하나일 뿐이라는 점이 이해될 것이다. Precision Associates, Inc.제의 Multiseal과 같은 상기 V-컵 및 6-로브형 밀봉부가 대안으로 이용될 수 있다.
본 발명의 중요한 양태는 인접하는 분리 소자(12)들의 침투물 튜브(18)들 사이에 개선된 밀봉을 제공하는 것이다. 연결부에서 공급 또는 농축 유체로부터 임의의 오염물질이 상기 침투물 튜브(18)내로 유동하는 것을 방지하기 위해서는, 인접하는 분리 소자(12)들의 상기 침투물 튜브(18)들 사이에 확실한 밀봉을 제공하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 상기 밀봉 구조는 상기 침투물 튜브(18) 및 밀봉부와 연결되는 밀봉 표면을 포함한다. 상기 밀봉 표면은 제 1 분리 소자(12)의 밀봉 표면과 상기 분리 소자(12)들의 인접부의 밀봉 표면 사이에서 밀봉 부재를 결합하고 상기 밀봉 부재를 축방향으로 압축하도록 되어 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 상기 밀봉 표면은 상기 침투물 튜브에 연결될 수 있으며, 상기 침투물 튜브는 일체형 요소의 튜브 자체일 수 있거나, 또는 상기 침투물 튜브(18)에 바로 인접하여 거기에 연결될 수 있는 상기 단부 캡(34)의 내측 허브와 같은 제 2 부재일 수 있다. 상기 연결부는, 상기 내측 허브가 상기 침투물 튜브에 스핀 또는 솔벤트 용접되는 경우와 같이, 어떤 실시예에서는 고정될 수도 있다. 또한, 상기 연결부는, 상기 내측 허브가 상기 침투물 튜브와 상기 내측 허브 개구 사이의 계면에서 제 2 밀봉 부재(도시되지 않음)를 결합하는 경우와 같이, 고정되지 않을 수도 있다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 밀봉 구조의 바람직한 배치구조에 있어서, 상기 밀봉 표면은 제 1 및 제 2 침투물 튜브 단부 표면(84, 86)을 포함한다. 즉, 상기 침투물 튜브(18)는 그 제 1 단부 표면(84)과 제 2 단부 표면(86) 사이에서 연장된다. 상기 제 1 및 제 2 단부 표면(84, 86)은 환형 단면으로, 바람직하게는 원형 단면으로 이루어진다. 상기 제 1 및 제 2 단부 표면(84, 86) 각각은 일반적으로 편평하게 이루어진다.
상기 제 1 및 제 2 단부 표면(84, 86)중 적어도 하나는 환형 홈(88)을 포함한다. 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 환형 홈은 상기 제 1 단부 표면(84)상에 위치된다. 상기 환형 홈(88)은 내부에 밀봉 부재를 수용하여 유지하기 위한 것이다. 바람직하게는, 도 2의 분해도에 도시된 바와 같이, 상기 밀봉 부재는 O-링(90)을 포함한다. 상기 홈(88)의 폭은 상기 O-링(90)의 단면보다 약간 작다. 이러한 방식으로, 상기 O-링(90)은 상기 홈(88)내로 약간 압축된다. 대안적으로, 상기 O-링의 내경은 상기 홈(88)의 내경보다 약간 작다. 이러한 방식으로, 상기 O-링은 상기 홈에 걸쳐 약간 신장된다. 따라서, 상기 O-링(90)을 상기 홈(88)내에 유지하기 위해서는, 억지 끼워맞춤이 제공된다. 또한, 상기 홈(88)의 깊이는 상기 O-링(90)의 단면보다 약간 작다. 이로 인해, 상기 O-링(90)은 상기 홈(88)으로부터 돌출되어 상기 인접하는 분리 소자(12)의 제 2 단부 표면(86)에 결합하게 된다. 상기 O-링(90)을 적절한 방위로 유지하기 위해서는 홈(88)이 바람직하지만, 본 발명의 범위 내에서, 예를 들어 적절한 접찹제의 사용과 같은 대안적인 방법들을 사용하여 상기 밀봉 부재가 적절한 위치에 유지될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 경우에, 상기 홈(88)은 제거될 수 있으며, 양 단부 표면(84, 86)은 표면 전체에 걸쳐 편평해지게 된다. 그후, 상기 O-링(90)은 상기 단부 표면들(84, 86) 중 하나에 고정될 수 있다. 대안적으로, 유효 홈 폭이 상기 O-링(90)의 단면보다 작은 영역을 생성하기 위해, 상기 홈의 측벽들로부터 돌출하는 소형 리브들이 사용될 수 있다. 또한, O-링(90)이 바람직한 밀봉 부재이지만, 예를 들어 압축 밀봉부 또는 비원형 단면의 밀봉부와 같은 임의의 적절한 밀봉 구조가 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 비원형 단면의 밀봉부는 Parker Hannifin Corporation제의 Par4 seal과 같은 4-로브형 밀봉부, Precision Associates, Inc.제의 Multiseal과 같은 6-로브형 밀봉부, Goshen Rubber Company제의 Tetraseal, Parker Hannifin Corporation제의 Press-In-Place seal, 및 U-컵 및 V-컵과 같은 공지된 다른 밀봉부를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 단부 캡(34)들은 상기 제 1 침투물 튜브(18)의 제 1 단부 표면(84)을 상기 제 2 침투물 튜브의 제 2 단부 표면(86)에 접촉시키기 위해 각각의 침투물 튜브(18)들상에 고정된다. 이러한 배치구조에서는, 상기 내측 허브(36)와 상기 침투물 튜브(18)의 외부 표면 사이의 유체 밀봉식 밀봉부는 중요하지 않다. 따라서, 상기 내측 허브(36)는, 예를 들어 억지 끼워맞춤, 접착제의 사용, 스핀 용접 또는 솔벤트 용접 등의 임의의 방식으로 상기 침투물 튜브의 외부 표면에 고정될 수 있다. 실제로, 상기 내측 허브(36)를 침투물 튜브(18)에 연결하는 방식은 본 발명의 범위 내에 있다. 대안적으로, 이러한 실시예에서, 상기 단부 캡(34)은 리프(14)들의 단부들에 또는 커버에 직접적으로 고정될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 단부 캡(34)들은 후술되는 바와 같이, 상기 침투물 튜브 또는 침투물 계면 튜브에 스핀 용접 또는 솔벤트 용접될 수 있는 재료로 단일체로 형성된다. 상기 재료는 ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌), 또는 예를 들어 폴리설폰 PVC 등의 임의의 다른 열가소재를 포함할 수 있다. 적절한 다른 재료로서는 임의의 열경화성 수지, 또는 우레탄이나 에폭시와 같은 2부분(two part) 반응 성형 화합물을 들 수 있다.
인접하는 분리 소자(12)들의 침투물 튜브(18)들 사이에 상술한 형태의 밀봉부를 제공하기 위해서는, 두 개의 분리 소자(12)가 필요하다. 상기 제 1 분리 소자(12)의 침투물 튜브(18)의 제 1 단부 표면(84)은 일반적으로 상부에 홈(88)을 갖는 편평한 표면을 포함한다. 상기 O-링(90)은 상기 홈(88)에 약간 압축되어 위치된다. 상기 제 1 및 제 2 분리 소자(12)는, 각각의 단부 캡들이 정렬되어 로킹 구조물이 상술된 바와 같이 협동하도록, 서로 인접하여 위치된다.
상기 O-링(90)은 인접하는 침투물 튜브(18)들의 각 제 1 단부 표면(84)과 제 2 단부 표면(86) 사이에서 축방향으로 압축된다. 상기 로킹 구조물(52)은 인접하는 단부 캡(34)들 및 그에 따른 인접하는 분리 소자(12)들을 고정시킨다. 상기 O-링(90)은 인접하는 분리 소자(12)들 사이의 접속부에서 임의의 공급 또는 농축 유체가 상기 침투물 튜브(18)에 유입하는 것을 방지한다. 상기 단부 캡(34)들을 상기 침투물 튜브(18)들에 적절하게 배치함으로써, 소정의 축방향 힘이 상기 O-링(90)상에 가해질 수 있으며, 그에 따라 인접하는 침투물 튜브(18)들 사이에는 적절한 밀봉부가 제공된다.
대안적인 바람직한 실시예에 있어서, 도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 단부 캡(34)들의 내측 허브 단부 표면(38)들은 밀봉 표면을 제공한다. 상술된 바와 같이, 상기 단부 캡(34)들의 내측 허브 단부 표면(38)들은 일반적으로 편평한 표면으로 이루어진다. 상기 단부 캡(34)들의 내측 허브 단부 표면(38)들 중 하나는 바람직하게는 O-링(94)을 수용하기 위한 홈(92)을 포함한다. 이러한 배치구조가 사용되면, 상기 침투물 튜브(18)의 외부 표면과 상기 내측 허브(36) 사이에는 유체 밀봉식 밀봉부가 제공되어야 한다. 특히, 상기 내측 허브(36)의 환형 개구(40)는 상기 침투물 튜브(18)의 외부 표면에 연결되어 밀봉되어야 한다. 이러한 유체 밀봉식 배치 구조는 상기 침투물 튜브(18)의 외부 표면과 상기 내측 허브(36) 사이에서 공급 또는 농축 유체의 유동을 방지하는데 필요하다. 이러한 유체 밀봉식 배치 구조를 제공하는 바람직한 방법은 상기 내측 허브(36)를 상기 침투물 튜브(18)에 스핀 용접하는 것이다. 이러한 연결을 용이하게 하기 위해서는, 상기 내측 허브(36)의 환형 개구(40)는 테이퍼 가공될 수 있다. 상기 내측 허브(36)와 침투물 튜브(18) 사이에 유체 밀봉식 연결부를 제공하는 부가적인 방법들은 본 발명의 범위 내에 있다. 예로서, 상기 내측 허브(36)는 상기 침투물 튜브에 솔벤트 용접될 수 있다. 또한, 유체 불침투물 밀봉부는 상기 내측 허브(36)와 침투물 튜브(18) 사이에 적절한 밀봉 부재를 사용하여 완성될 수 있다. 따라서, 상기 내측 허브(36)와 침투물 튜브(18) 사이에 밀봉부를 제공하기 위해 임의의 적절한 밀봉 방법이 사용될 수 있다.
상술된 바와 같이, O-링(94)을 적절한 방위로 유지하기 위해서는 홈(92)이 바람직하지만, 본 발명의 범위 내에서, 예를 들어 적절한 접착제의 사용과 같은 대안적인 방법들을 사용하여 밀봉 부재를 적절한 위치에 유지시킬 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 경우에, 상기 홈(92)은 제거될 수 있으며, 두개의 인접하는 내측 허브 단부 표면(38)들은 표면 전체에 걸쳐 편평하게 이루어지게 된다. 그후, 상기 O-링(94)은 상기 내측 허브 단부 표면(38)들 중 하나에 고정될 수 있다. 또한, O-링(94)이 바람직한 밀봉 부재이지만, 예를 들어 압축 밀봉부와 같은 임의의 적절한 밀봉 부재가 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
인접하는 분리 소자(12)들의 침투물 튜브(18)들 사이에 상술한 형태의 밀봉부를 제공하기 위해서는, 두개의 분리 소자(12)가 필요하다. 인접하는 분리 소자들의 단부 캡(34)들의 내측 허브 단부 표면(38)들은 일반적으로 편평한 표면을 포함한다. 상기 내측 허브 단부 표면(38)들 중 하나는 상부에 홈(92)을 포함한다. 상기 단부 캡(34)들은 각각의 침투물 튜브(18)에 고정되고, 상기 단부 캡(34)들과 상기 침투물 튜브(18)들 사이에는 유체 밀봉식 연결부가 제공된다. 바람직하게는, 상기 단부 캡(34)들은 각각의 침투물 튜브(18)에 스핀 용접된다. 상기 O-링(94)은 상기 홈(92)에 약간 압축되어 위치된다. 상기 제 1 및 제 2 분리 소자(12)는, 각각의 단부 캡들이 정렬되어 로킹 구조물이 상술된 바와 같이 협동하도록, 서로 인접하여 위치된다. 상기 단부 캡(34)들은 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 단부 캡(34)의 내측 허브 단부 표면(38)이 제 2 단부 캡(34)의 내측 허브 단부 표면(38)에 접촉될 수 있도록, 각각의 침투물 튜브(18)에 고정된다.
상기 O-링(94)은 상기 제 1 단부 캡(34)의 내측 허브 단부 표면(38)과 인접 하는 제 2 단부 캡(34)의 내측 허브 단부 표면(38) 사이에서 축방향으로 압축된다. 상기 로킹 구조물(52)은 인접하는 단부 캡(34)들 및 그에 의한 인접하는 분리 소자(12)들을 고정시킨다. 또한, 상기 단부 캡(34)들을 상기 침투물 튜브(18)들에 적절하게 배치함으로써, 소정의 축방향 힘이 상기 O-링(94)상에 가해질 수 있으며, 그에 따라 인접하는 내측 허브 단부 표면(38)들 사이에는 적절한 밀봉부가 제공된다. 상기 내측 허브(36)들과 침투물 튜브(18)들 사이의 유체 밀봉식 연결부와 함께 인접하는 내측 허브 단부 표면(38)들을 밀봉하는 상기 O-링(94)의 조합에 의해, 인접하는 분리 소자(12)들 사이의 접속부에서 임의의 공급 또는 농축 유체가 상기 침투물 튜브(18)에 유입하는 것이 방지된다.
인접하는 분리 소자(12)들의 단부 캡(34)들의 내측 허브 단부 표면(38)들 사이에 밀봉부를 제공함으로써, 몇가지 장점이 얻어진다. 먼저, 상기 단부 캡(34)들은, 인접하는 침투물 튜브들의 단부 표면(84, 86)들이 서로 접촉하지 않도록 하는 방식으로, 상기 침투물 튜브들에 배치될 수 있다. 다음으로, 상기 내측 허브 단부 표면(38)들은 상부에 밀봉 부재를 배치하도록 넓은 표면을 제공한다. 마지막으로, 상기 로킹 구조물(52)에 대한 상기 튜브 단부 표면(86)의 축방향 정합은 그다지 중요하지 않게 된다.
본원에서 사용된 밀봉 수단은 모듈의 일체성을 더욱 개선하기 위해 서로 조합하여 사용될 수 있음을 알 수 있다.
상기 모듈(10)은 일반적으로, 참조번호 96으로 지시된 소자 계면 어댑터를 포함한다. 상기 계면 어댑터(96)는 도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 압력 용기(24) 내의 최외측 분리 소자(12)의 외측 단부 캡(34)에 연결된다. 상기 계면 어댑터(96)는 압력 용기(24) 내에서 제 1 및 일부 실시예에선 최종 분리 소자(12)의 침투물 튜브(18)와 침투물 계면 튜브(98) 사이에 유체 밀봉식 밀봉부를 제공한다. 이러한 연결부는 침투물의 유출을 허용하고, 일부 실시예에서는 상기 압력 용기(24) 내부의 공급 또는 농축 유체로부터 오염됨이 없이 상기 압력 용기(24)에의 유입을 허용한다.
상기 계면 어댑터(96)는 예를 들어, 도 1 내지 도 4에 도시되고 상술된 바와 같은 임의의 구조를 취하는 단부 캡(34)을 포함한다. 상기 단부 캡(34)은 상술된 바와 같은 로킹 구조물(52)을 포함한다. 상기 단부 캡(34)은 침투물 계면 튜브(98)에 연결된다. 상기 계면 어댑터(96)의 침투물 계면 튜브(98)는 상술된 침투물 튜브(18)들과는 달리 어떠한 관통 구멍도 구비하지 않는다. 또한, 상기 침투물 계면 튜브(98)에는 어떠한 리프(14)들도 연결되지 않는다. 상기 침투물 계면 튜브(98)는, 상술된 바와 같이 상기 침투물 튜브(18)를 상기 내측 허브(36)에 연결시키는 임의의 방식으로, 상기 단부 캡의 내측 허브(36)에 연결된다.
바람직한 일실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 침투물 계면 튜브(98)는 스핀 용접 등에 의해 상기 단부 캡(34)의 내측 허브(36)에 적절한 유체 밀봉식으로 연결된다. 또한, 상술된 바와 같이, 상기 내측 허브(36)는 스핀 용접 공정이 용이하도록 테이퍼 가공될 수 있다. 상기 내측 허브 단부 표면(38)은 바람직하게는 편평하게 이루어진다. 상기 내측 허브 단부 표면(38)은 홈(92)에 포함된 O-링(94)을 인접하는 단부 캡(34)의 내측 허브 단부 표면(38)상에 결합시킨다. 그후, 상기 단부 캡(34)은 상술한 방식으로 로킹된다. 이러한 방식으로, 상기 최종 분리 소자(12)의 단부 캡(34)과 상기 계면 어댑터의 단부 캡(34) 사이의 O-링(94) 은 축방향 압축 상태로 유지된다. 이로 인해, 상기 최종 분리 소자(12)의 침투물 튜브(18)와 상기 침투물 계면 튜브(98) 사이에는 유체 밀봉 관계가 제공된다.
상기 계면 어댑터(96)의 단부 캡(34)의 내측 허브 단부 표면(38)은 표면 전체에 걸쳐 편평한 것으로 도시되어 있지만, 상기 내측 허브 단부 표면은 상부에 O-링을 수용하기 위한 홈을 포함할 수도 있음을 알 수 있다. 그러한 경우에, 상기 분리 소자(12)의 인접하는 단부 캡(34)의 내측 허브 단부 표면(38)은 편평한 것이 바람직하다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 인접하는 단부 캡(34)들의 각각의 내측 허브 단부 표면(38)들 사이에서 상기 밀봉부가 완성되지만, 상기 밀봉부는 상기 침투물 튜브(18)의 단부 표면(84, 86)들 중 하나와 상기 침투물 계면 튜브(98)의 단부 표면(100) 사이에서 완성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이는 상기 침투물 튜브(18)의 단부 표면(84, 86)들 중 하나에 또는 상기 침투물 계면 튜브(98)의 단부 표면(100)에 홈을 제공함으로써 달성된다. 그후, 상기 밀봉부는 인접하는 분리 소자(12)들의 침투물 튜브(18)들의 단부 표면(84, 86)들 사이에 직접적으로 밀봉부를 제공하는 상술한 바와 같은 방식으로 완성된다.
침투물 커넥터는 일반적으로 참조번호 102로 지시된다. 상기 침투물 커넥터(102)는 단부 플레이트(26)에 있는 침투물 개구 또는 포트(32)를 통해 연장된다. 상기 침투물 커넥터(102)는 제 1 튜브 섹션(104)을 포함한다. 상기 제 1 튜브 섹션(104)은 상기 침투물 계면 튜브(98)의 외경에 거의 일치하는 내경을 갖는다. 상기 제 1 튜브 섹션(104)의 내부 표면은 O-링(108)을 수용하기 위한 환형 홈(106)을 포함한다. 상기 O-링(108)은 상기 제 1 튜브 섹션(104)의 내부 표면과 상기 침투물 계면 튜브(98)의 외부 표면 사이에 유체 밀봉식 밀봉부를 제공한다. 이러한 방식으로, 상기 연결부에서는 공급 또는 농축 유체가 상기 침투물 계면 튜브(98)에 유입하는 것이 방지된다.
상기 침투물 커넥터(102)는 또한 제 2 튜브 섹션(110)을 포함한다. 상기 제 2 튜브 섹션(110)은 상기 제 1 튜브 섹션(104)과 일체로 형성되고 상기 제 1 튜브 섹션(104)보다는 상대적으로 작은 직경을 갖는다. 상기 제 1 튜브 섹션(104)과 제 2 튜브 섹션(110)에는 벽(112)이 연결된다. 상기 제 2 튜브 섹션(110)은 상기 단부 플레이트(26)에 있는 침투물 개구(32)를 통해 연장된다. 상기 제 2 튜브 섹션(110)은 나사식 개구(114)를 부가로 포함한다. 상기 나사식 개구(114)는 상기 압력 용기(24)로부터 침투물을 운반하도록 나사식 파이프를 수용하기 위한 개구이다.
상기 침투물 계면 튜브(98)를 갖는 형태의 단부 캡(34)은 바람직하게는 상기 모듈(10)의 양 단부에서 사용된다. 즉, 제 1 소자(12)상의 제 1 단부 캡(34)은 그로부터 연장되는 침투물 계면 튜브(98)를 포함하고, 최종 소자상의 최종 단부 캡(34)은 도 1에 도시된 바와 같이, 그로부터 연장되는 침투물 계면 튜브(98)를 포함한다. 하나의 모듈(10)만이 사용되는 경우에, 도시되지 않은 제 1 단부에서의 침투물 계면 튜브는 개구(114)에서 나사식 플러그 또는 파이프와 결합되는 침투물 커넥터(102) 내로 삽입된다. 제 2 단부는 도 1에 도시된 바와 같다. 이러한 배치구조로 인해, 상기 공급 및 농축물이 상기 리프(14)들을 통해 도 1의 화살표 방향으로 유동하게 된다. 상기 침투물은 침투물 튜브(18)를 통해 도 1의 화살표 방향 으로 유동한다. 상기 공급 및 농축물이 상기 모듈(10)을 통해 통과하게 되면, 상기 흐름에서의 불순물의 농도가 농축된다. 따라서, 상대적으로 농축된 농축물은 공급 개구(28)를 갖는 모듈(10)로부터 그 대향측 단부에서 유출된다.
특정 실시예 또는 공정에서는, 상기 농축물을 추가로 분리시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우에, 상기 모듈(10)로부터 유출하는 농축물은 인접하는 모듈(10)의 공급 튜브(30)로 안내될 수 있다. 상기 경우에, 상기 제 1 및 제 2 모듈의 침투물 튜브들을 연결하는 것이 바람직할 수도 있다. 이것을 달성하기 위해, 상기 제 1 모듈의 단부 플레이트(26)들은 모두 농축물 개구를 포함한다. 최외측 분리 소자(12)의 각각의 단부는 침투물 커넥터(102)에 연결된 침투물 계면 튜브(98)를 포함한다. 상기 제 1 모듈(10)의 침투물 커넥터(102)들 중 하나는 상기 나사식 개구에 연결되는 적절한 파이프에 의해 후속의 인접하는 모듈(10)의 침투물 커넥터에 연결된다. 두개의 모듈(10)이 사용되면, 최종 커넥터(102)는 상술된 바와 같이 막힐 수 있다. 이러한 경우에, 침투물은 상기 연결된 모듈들로부터 일단부에서만 유출될 것이다.
단일의 모듈(10)을 구성하기 위해서는, 압력 용기가 제공된다. 제 1 분리 소자(12)가 얻어진다. 상기 제 1 분리 소자(12)의 하나의 단부 캡(34)은 침투물 계면 튜브(98)를 갖는 다른 단부 캡(34)에 연결된다. 그후, 이러한 조립체는 상기 제 1 분리 소자(12)가 압력 용기(24)내에서 충분하게 지지될 때까지 상기 압력 용기(24)의 개구(25) 내로 슬라이드된다. 그후, 제 2 분리 소자는 상기 제 1 분리 소자(12)에 대한 제 2 분리 소자(12)의 회전에 의해 상기 제 1 분리 소자(12)에 고 정된다. 바람직하게는, 개별적인 단부 캡(34)들이 함께 로킹되는 것을 나타내기 위해 청각적 또는 물리적 피드백이 제공된다. 이러한 로킹은 인접하는 침투물 튜브(18)들 사이에서의 밀봉부를 완성한다. 이러한 공정은 상기 최종 분리 소자가 상기 압력 용기(24)의 개구(25)에 위치될 때까지 반복된다. 그후, 다른 침투물 계면 튜브(98)를 갖는 단부 캡은 상기 최종 분리 소자(12)의 단부 캡(34)에 고정된다. 상기 침투물 커넥터(102)가 침투물 포트(32)에 배치되어 있는 단부 플레이트(26)는 공지된 방식으로 상기 압력 용기(24)에 부착된다. 상기 침투물 커넥터(102)의 제 1 튜브 섹션(104)은 상기 침투물 계면 튜브(98)의 외부 표면 주위에 배치되며, 상기 O-링(108)은 이들 부재 사이에 밀봉부를 제공한다. 상기 용기의 제 1 단부에서, 개구(114)는 나사식 플러그에 결합되며, 농축물 튜브는 농축물 공급 개구(28)에 연결된다. 상기 용기의 제 2 단부에서, 파이프(116)는 상기 개구(114)에 나사결합되며, 공급 튜브(30)는 공급 개구(28)에 연결된다.
이러한 방식으로 이루어진 상기 소자 계면 어댑터(96) 및 인접하는 소자(12)들 사이의 연결부에 의하면, 상기 침투물 튜브 연결부에는 보다 신뢰도 있는 밀봉이 제공될 수 있다. 이러한 연결을 이루는데 필요한 밀봉부의 수는 감소된다. 또한, 상기 로킹 구조물(52)에 의한 상기 밀봉부들의 축방향 압축은 보다 신뢰도 있는 밀봉 배치구조를 제공한다. 마지막으로, 상기 농축물 채널 시트(16)내에서의 유동에 의해 유도된 압력 강하로부터 발생하는 자연 발생력에 의해 상기 밀봉부의 축방향 압축이 강화된다.
상술된 실시예들은 본 발명의 양호한 형태들을 기술한 것이지만, 한정적이기 보다는 예시적인 것으로 해석되어야 한다. 분명한 것은, 상술한 기술 사상을 감안하여 본 발명에 대한 여러가지 변경 및 수정이 가능하다는 것이다. 그러므로, 청구범위의 범위 안에서, 본 발명이 특정하게 기재된 것과 다르게 실시될 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (26)

  1. 멤브레인(membrane)(14)을 구비하는 침투성 분리체로서, 상기 멤브레인은 상기 멤브레인을 통과하는 침투물을 수집하기 위해 상기 침투성 분리체의 제 1 측부상의 침투물 채널(22)과 상기 침투성 분리체의 제 2 측부상의 농축물 채널(16)을 한정하는, 멤브레인(membrane)(14)을 구비하는 침투성 분리체와,
    제 1 및 제 2 단부들 사이에서 축을 따라 연장하고 상기 침투물 채널(22)과 유체 연통하는 침투물 튜브(18)와,
    상기 침투물 튜브(18)의 각 단부들에 배치되고 그들 사이에 상기 침투성 분리체를 갖는 제 1 및 제 2 단부 캡들(34)로서, 각각의 단부 캡(34)은 외측 허브 표면(50)을 한정하는 외측 허브(48)와, 내측 허브 표면(38)을 한정하는 내측 허브(36), 및 상기 내측 허브(36)로부터 외측 허브(48)까지 방사방향 외향으로 연장하는 복수의 리브(42)를 구비하고, 상기 내측 허브(36)는 상기 침투물 튜브(18)에 동심적으로 고정되는, 제 1 및 제 2 단부 캡들(34)과,
    상기 침투물 튜브(18)에 동심적으로 배치된 밀봉 표면(84)으로서, 상기 밀봉 표면(84)과 축방향으로 인접 배치된 분리 소자의 밀봉 표면(86) 사이에서 밀봉 부재(90)를 축방향으로 압축하는, 밀봉 표면(84), 및
    상기 외측 허브 표면(50)에 배치되고 축방향으로 인접 배치된 분리 소자와 분리가능하게 맞물리는 로킹 구조물(52)로서, 축방향으로 인접 배치된 분리 소자에 고정되는 상기 로킹 구조물(52)은 상기 밀봉 표면(84)과 상기 밀봉 부재(90) 상에서 축방향 압축력을 제공하여 상기 농축물 채널(16)과 상기 침투물 채널(22) 사이에서의 유체 유동을 방지하는, 로킹 구조물(52)을 포함하는 분리 소자.
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  6. 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉 표면(84)은 밀봉 부재(90)를 수용하기 위한 환형 홈(88/92)을 포함하는 분리 소자.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 환형 홈(88/92)내에 배치되는 O-링 밀봉부를 구비하는 밀봉 부재(90)를 포함하는 분리 소자.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 내측 허브 표면(38)은 상기 밀봉 표면(84)을 한정하는 환형 홈(92)을 포함하는 분리 소자.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 침투성 튜브(18)의 제 1 단부는 상기 밀봉 표면(84)을 한정하는 환형 홈(88)을 포함하는 분리 소자.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 내측 허브(36)는 상기 침투성 튜브(18)에 스핀 용접되는 분리 소자.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 로킹 구조물(52)은 다수의 돌출부(54) 및 수용부(60)를 포함하는 분리 소자.
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