KR101248124B1 - 여과 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
여과 방법 및 시스템이 개시된다. 적어도 하나의 액체 성분과 적어도 하나의 고체 성분과 기체 흐름을 포함하는 공급 혼합물이 필터 요소로 향해지고, 여과물과 기체는 여과재를 통해 유체 공급측으로부터 여과측으로 통과된다. 기체는 느슨해져 여과재의 상류측 표면 상 및 내부에 축적되는 이물질을 느슨하게 하여 제거한다. 기체와 여과물은 여과재를 통과한 후 서로 분리될 수 있다.
Description
본 발명은 혼합물을 다공성 여과재(filter media)에 통과시킴으로써 액체와 고체의 혼합물을 여과하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특별히, 본 발명은 액체와 고체의 혼합물을 여과하고 여과재의 투과성을 유지하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 예를 들어 본 발명을 구체화한 방법 및 시스템은 혼합물을 여과하는 동안 여과재 상에 또는 여과재 내에 침전된 고체와 같은 이물질을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 여과 방법은 적어도 하나의 유체 성분 및 적어도 하나의 고체 성분을 포함하는 공급 혼합물을 여과재로 향하게 하는 단계와, 여과재의 유체 공급측을 따라 기체의 흐름을 향하게 하는 단계와, 공급 혼합물을 여과하고 여과재로부터 축적된 물질을 제거하기 위해 여과물과 기체의 적어도 일부를 여과재를 통해 유체 공급측으로부터 여과측으로 통과시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 여과 시스템은 액체-고체 공급 혼합물을 도입하기 위한 공급 입구와, 기체를 도입하기 위한 기체 입구와, 공급 입구 및 기체 입구와 연결되는 유체 공급측과 여과측을 갖는 필터 요소를 갖는 필터 조립체를 구비한다. 필터 요소는 유체 공급측으로부터 여과측을 향하며 필터 요소를 통과하는 기체와 여과물을 위한 흐름 통로를 가로질러 배치되는 여과재를 구비한다. 여과물과 기체의 상당 부분은 여과재를 통과한다.
본 발명에 따른 필터 방법과 시스템은 많은 이점을 제공한다. 예를 들어 본 발명의 방법 및 시스템은 여과재 상에 또는 여과재의 내부에 축적되는 침전물(cake)의 형성을 효과적으로 감소시키거나 방지할 수 있다. 고체 성분, 특별히 고농도의 고체 성분을 갖는 혼합물의 여과는, 여과 특성을 변형시키고 여과물이 여과재를 통과하는 것을 어렵게 할 수도 있는 필터 침전물(filter cake)을 여과재 상에 형성시킬 수도 있다. 나아가 본 발명의 방법 및 시스템은 낮은 수준의 에너지를 소모하며 약한 여과재를 손상시키지 아니하고 침전물의 형성을 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따른 여과 방법 및 시스템은 오염되지 아니하며, 연장된 기간의 시간동안 작동될 수 있다. 본 발명을 구체화하는 방법 및 시스템은 기타 유체 재생 방법과 조합하여 효과적으로 이용될 수 있다.
도 1은 여과 시스템의 개략도이다.
도 2는 필터 조립체의 단면도이다.
도 3은 시간에 따른 필터에서의 압력 강하의 도면이다.
많은 다양한 여과 방법 및 시스템이 본 발명을 구체화할 수 있으나, 하나의 예로서 적어도 하나의 액체 성분과 적어도 하나의 고체 성분을 포함하는 공급 혼합물과 기체 흐름이 여과재를 구비하는 필터 요소를 통과하여 흐르도록 유도된다. 공 급 혼합물은 액체-고체 혼합물의 어떤 유형도 포함할 수 있으며, 본 발명은 높은 고체 함유량, 예를 들어, 연마용 슬러리(polishing slurries)나, 고분자 토너 살포제(polymer toner dispersions)나, 금속 분말 살포제(metal powder dispersions)와 같은 슬러리를 갖는 혼합물을 여과시키는 데 특별히 유용하다. 기체 흐름은 공급 혼합물과 친화적인 어떤 기체나 기체들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어 기체는 알곤(argon)이나 질소(nitrogen)와 같은 비활성 기체뿐만 아니라 공기와 산소를 포함하는 기타 기체들을 포함한다.
참고로, 도 1에 도시된 예시적인 여과 시스템(10)을 사용하면, 여과 방법은 공급 혼합물을 공급원(12)으로부터 여과재(18)를 각각 갖는 하나 이상의 필터 요소들(16)을 구비하는 필터 조립체(14)로 향하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 공급 혼합물은 조립체(14)의 공급 입구(20)를 통해 유입될 수 있고, 공급 혼합물은 각각의 필터 요소(16)를 통해 외측에서 내측으로 또는 내측에서 외측으로 흐를 수 있다. 도시된 실시예에서 유체는 필터 요소(16)를 통해 외측에서 내측으로 흐른다. 공급 혼합물은 바람직하게는 외측, 예를 들어 필터 요소(16)의 상류측에 접촉하며, 여과물은 바람직하게는 여과재(18)를 통해 여과물 흐름 통로를 따라 공급측(22)으로부터 여과측(24)으로 흐를 수 있다. 여과물이 여과재(18)를 통과하여 흐를 때, 예를 들어 이물질과 같은 물질이 여과재(18) 상에 또는 내부에 축적될 수 있다.
공급 혼합물이 필터 조립체(14)로 향해지는 동안, 기체가 연속적으로 또는 주기적으로 기체 입구(28)를 통해 기체 공급원(26)으로부터 필터 조립체(14)로 향해질 수 있다. 예를 들어 기체는 여과가 수행되는 실질적인 전체 시간동안 또는 단 속적으로, 예를 들어, 5분, 10분, 15분, 30분 또는 60분마다, 하루에 두 번씩, 또는 매일 필터 조립체(14)로 향해질 수 있다. 기체는 주기적인 방법으로 도입될 수 있는데, 예를 들어 짧은 분출이나, 더 긴 지속 시간동안이나, 연속된 흐름으로 도입될 수 있다.
어떤 실시예들에서, 기체는 공급 기체와 함께, 예를 들어 공급 혼합물과 실질적으로 동일한 속도로 필터 조립체로 도입될 수 있다. 여과 시스템은 공급 혼합물과 함께 기체를 도입하도록 하기 위해 필터 조립체에 연결되는 밸브 장치를 구비할 수 있다. 밸브 장치는 어떤 적절한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어 밸브 장치는 공급 입구 밸브와 기체 입구 밸브를 연결할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 밸브 장치는 또한 도 2에 도시된 예시적인 필터 조립체에서와 같이 제어기(31)를 구비할 수 있다.
기체는 필터 요소(16)의 상류측을 따라 바람직하게 흘러 분포된다. 예를 들어 기체는 필터 요소(16)의 상류측의 약 50% 이상 또는 약 75% 이상 또는 약 90% 이상 또는 약 99% 이상을 따라 흐를 수 있다. 기체의 상당한 양, 예를 들어 약 50%이상 또는 약 70% 이상 또는 약 85 % 이상 또는 약 90% 이상 또는 약 95% 이상 또는 약 99% 이상은 여과재(18)를 통해 필터 요소16)의 상류측으로부터 필터 요소(16)의 여과측으로 흐를 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 기체는 필터 요소(16)의 공급측 상에, 예를 들어 기체-액체 표면 위에 축적될 수 있다. 기체-액체 표면의 위에 또는 아래에 있는 기체는 여과물이 필터 요소를 통과함에 따라 필터 요소를 통과할 수 있다. 기체-액체 표면의 위치 및/또는 축적된 기체의 체적은 예를 들어 기체의 유입 유량을 포함한 다양한 인자들에 의해 영향을 받는다. 필터 요소의 공급 유체측 상의 기체는 예를 들어 환기구를 통해 필터 조립체로부터 제거될 수 있다. 환기구는 기체가 연속적으로 또는 단속적으로 제거될 수 있도록 한다. 어떤 실시예들에서는, 너무 많은 기체가 여과재를 통해 흐르기보다는 환기구로부터 빠져나가는 것을 방지하기 위해 기체를 주기적으로만 배출시키는 것이 바람직하다. 많은 실시예들에 있어서, 기체는 필터 조립체의 유체 공급측으로부터 배출되지 않는다.
기체는 어떤 적절한 방식으로 여과재(18) 내로 흐르도록 향해질 수 있다. 예를 들어, 어떤 실시예들에서 하우징(30)은 필터 요소(16)의 외부 면의 둘레에 억지 끼워 맞춤이 될 수 있는데, 예를 들어 필터 요소(16)의 외부 면과 하우징(30)의 내벽 면의 사이에는 작은 유격만이 존재할 수 있다. 이와 같은 작은 유격은 기체가 기체 흐름 통로를 따라 여과재(18)로 흘러 들어갈 수 있도록 보조할 수 있다. 어떤 실시예들에 있어서, 기체는 기체 분배기에 의해 필터 요소(16) 내로 흐르도록 향해질 수 있다. 기체 분배기는 다양한 종류의 적절한 구성을 가질 수 있다. 기체 분배기는 필터 요소(16)의 하나 이상의 영역으로 기체를 분배하기 위해 필터 조립체(14) 내에 배치될 수 있는 하나 이상의 개구부를 갖는 파이프 또는 튜브를 구비할 수 있다. 기체 분배기는 필터 요소의 바닥 근처에만 기체를 분배할 수 있다. 선택적으로 기체 분배기는 필터 요소(16)의 하측 단부에 가까운 제1 영역과 제1 영역으로부터 상측으로 이격되는 하나 이상의 추가적인 영역과 같은 복수 개의 영역에 기체를 분배할 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 기체 분배기는 필터 조립체 내에 배치되는 복수 개의 필터 요소들에 기체를 분배할 수 있다. 예를 들어, 기체 분배기는 단일 하우징 또는 복수 개의 하우징들에 배치되는 복수 개의 필터 요소들에 기체를 분배할 수 있다. 단일 하우징(30) 내에 분포된 복수 개의 필터 요소들(16a, 16b, 16c)을 구비하는 예시적인 필터 조립체(14)와, 기체 분배기(32)가 도 2에 도시되었다.
기체가 각각의 필터 요소(16)를 따라 여과재(18)를 통과하는 동안, 기체는 느슨해지거나 및/또는 여과재(18) 상에 또는 내부에 축적된 물질들을 느슨하게 하거나 및/또는 빼낼 수 있다. 기체의 흐름은 또한 여과재로 하여금 진동하게 할 수 있고, 나아가 축적된 이물질을 방지하거나 제거할 수 있도록 한다. 여과재를 통과하여 여과측으로 흐른 이후에, 여과물과 기체는 서로 분리될 수 있다. 여과물과 기체는 필터 조립체에서 제거되기 이전에 또는 그 이후에 서로 분리될 수 있다. 예를 들어 필터 조립체는 여과물 출구와, 예를 들어 필터 요소의 여과측에 각각 연결되는 환기구와 같은 분리 기체 출구를 구비하는 여과물 챔버를 구비할 수 있다. 두 개의 출구들은 환기구를 통과하는 기체와 여과물 출구를 통과하는 여과물을 제거할 수 있도록 배치될 수 있다. 예를 들어 환기구는 조립체의 상단에 배치되어 기체가 떠오를 때 기체가 여과물을 관통하여 환기구를 통해 배출되도록 할 수 있다.
선택적으로, 필터 조립체(14)는 기체와 여과물 모두를 위한 단일 배출구(40)를 포함할 수 있고, 기체와 여과물을 필터 조립체를 빠져나온 후에 분리될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 액체-기체 분리기(44)는 배출구(40)의 하류측에 배치될 수 있다. 액체-기체 분리기(44)는 어떤 적절한 방식으로 여과물과 기체를 분리할 수 있다. 예를 들어 액체-기체 분리기는 기체의 부력(buoyancy)에 기초하여 액체로부터 기체를 분리하여, 기체가 액체를 관통하거나, 예를 들어 분리기 입구를 통과하는 유체의 흐름에 의해 발생되는 원심력과 같은 원심력에 의해 떠오르게 할 수 있다. 기술 분야에서 알려진 액체와 기체를 분리시키는 다른 방법은 예를 들어, 유착법(coalescing)을 포함할 수 있다.
본 발명의 방법은 역세척(backwash), 블로백(blowback), 연마(scouring) 장치와 같은 유체 재생 방법을 포함하는 추가적인 세척 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어 역세척 방법은 주기적으로 또는 정기적으로 또는 필터 조립체의 측정된 압력강하에 기초하여 필요한 경우에 수행될 수 있다. 작동되는 중에 여과재를 통과하는 공급 혼합물의 흐름은 정지될 수 있다. 그리고 물, 화학적 세척 약품, 기체나 또는 여과물 등과 같은 세척 유체가 여과측으로부터 공급측을 향해 여과재를 통해 흐르도록 향해질 수 있다. 역류 유체는 여과재 내로부터 및/또는 여과재의 상류 표면으로부터 이물질을 몰아낼 수 있다. 그러면 이물질은 역류 유체에 의해 필터 조립체로부터 예를 들어 배수구나 배출구를 통해 배출될 수 있다. 선택적으로 어떤 실시예에서 흐름은 정지될 수 있고, 조립체로부터 배출된 액체와 기체 흐름은 이물질을 빼내기 위해 여과재를 통해 반대 방향으로 향해질 수 있다. 기술 분야에서 알려져 있는 슬루이싱(sluicing) 장치 또는 긁어내는(scraping) 장치도 사용될 수 있다.
다양한 다른 시스템들도 본 발명을 구현할 수 있으나, 도 1에 도시된 예시적인 여과 시스템(10)은 혼합물 공급원(12)과, 기체 공급원(26)과, 분리기(44)에 연결될 수 있는 필터 조립체(12)를 일반적으로 구비하는 전량 시스템(dead-end system)을 포함할 수 있다. 필터 조립체는 다양하게 구성될 수도 있다. 필터 조립 체(14)는 혼합물 공급원과 기체 공급원과 분리기와 연결될 수 있는 두 개 이상의 통로들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 필터 조립체는 공급 혼합물(20)을 위한 입구 통로와, 기체 혼합물(28)을 위한 입구 통로와, 여과물(40)을 위한 출구 통로를 구비할 수 있다. 필터 조립체는 또한 조립체(14)로부터 축적된 기체를 제거하기 위해 여과재의 공급측과 연결되는 환기구(42)를 구비할 수 있다. 필터 조립체는 도 1에 도시된 것보다 더 적은 통로 또는 더 많은 통로를 포함할 수 있다. 예를 들어 필터 조립체(14)는 하나의 입구 통로와 하나의 출구 통로를 구비할 수 있으며, 공급 입구와 기체 입구는 단일 통로로 구성된다. 선택적으로 필터 조립체(14)는 부가적인 출구 통로들, 환기구들, 역류 통로들 및/또는 배수구와 같은 부가적인 통로들을 구비할 수 있다.
필터 조립체(14)는 하나 이상의 필터 요소들(16)을 구비할 수 있다. 예를 들어 필터 조립체는 하나 이상의 하우징 내에 배치되는 하나 이상의 필터 요소들을 구비할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에 있어서, 필터 조립체(14)는 하우징(30)에 의해 포위되는 단일의 필터 조립체(16)를 구비한다. 다른 실시예에 있어서, 복수 개의 필터 조립체가 단일 하우징 내에 배치되거나, 복수 개의 필터 요소들이 복수 개의 하우징 내에 배치될 수 있다. 단일 하우징 내 또는 단일 필터 조립체 내의 복수 개의 요소들은 서로 동일하거나 다를 수 있으며, 예를 들어 직렬 또는 병렬의 적절한 구성으로 배치될 수 있다. 복수 개의 필터 요소들을 구비하는 예시적인 필터 조립체가 도 2에 도시되었다. 도 2에 도시된 필터 조립체(14)는 병렬로 배치된 세 개의 필터 요소들(16a, 16b, 16c)을 포위하는 하우징(30)을 구비한다. 비록 세 개의 필터 요소들이 도시되었으나, 필터 조립체(14)는 필터 조립체를 몇 개라도 구비할 수 있으며, 예를 들어 2개, 4개, 5개 또는 그 이상의 필터 조립체를 구비할 수 있다.
필터 조립체들은 필터 조립체를 포함하는 다양한 종류의 하우징을 구비할 수 있다. 필터 요소들은 적절한 방식으로 하우징 내에 포함될 수 있으며, 필터 요소들을 하우징 내에 장착하는 방법들은 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 하우징은 필터 요소들을 영구적으로 포함할 수 있거나, 필터 요소들은 하우징(30) 내에 제거 가능하게 장착될 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 필터 요소들은 칸막이(34), 예를 들어 하우징(30)을 공급 영역(36)과 여과 영역(38)으로 분리하는 관판(tube sheet)의 밑에 장착될 수 있다. 선택적으로 필터 요소들은 칸막이 위에 설치될 수 있고, 또는 하우징은 칸막이를 전혀 구비하지 않을 수도 있다. 하우징(30)은 필터 요소들에 부가적인 지지를 제공할 수 있는 지지대와 같은 부가적인 구조를 구비할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 하우징(30)은 필터 요소의 외측 면의 둘레에 억지 끼워 맞춤될 수 있다. 예를 들어 필터 요소(14)의 외측 면과 하우징(18)의 내측 면의 사이에 작은 간격만이 존재할 수 있다. 필터 요소와 하우징의 사이에 작은 유격을 제공하는 것은 필터 요소를 통과하여 흐르는 기체를 제거하는 작용을 유용하게 할 수 있다. 하우징(18)은 어떤 불투과성 소재, 예를 들어 여과되는 유체와 화학적으로 친화적이고, 예를 들어 압력 및/또는 온도 조건과 같은 공정 조건들을 기계적으로 견딜 수 있는 금속 또는 고분자 소재로 형성될 수 있다.
필터 요소(16)는 광범위한 방법으로 구성될 수 있다. 예를 들어 필터 요 소(16)는 여과재(18)를 구비할 수 있으며, 배수층들(drainage layers), 심재(core), 포위재(surround), 하나 이상의 단부 구조물 또는 단부 뚜껑들과 같은 하나 이상의 부가적인 요소들을 선택적으로 구비할 수 있다. 필터 요소(16)는 어떤 바람직한 형상을 가질 수 있다. 어떤 실시예에 있어서, 필터 요소(16)는 중공의, 일반적으로 원통형의 필터 요소를 구비할 수 있다. 예를 들어 필터 요소(16)는 나선형으로 감긴 요소들을 포함하여 중공의 섬유 모듈, 튜브 묶음들, 주름진 필터 요소들, 또는 주름이 없는 필터 요소들로 구성될 수 있다.
여과재(18)는 중공의 섬유, 중공의 튜브, 섬유 덩어리, 주름진 또는 주름이 없는 섬유 소재의 시트 또는 기타 형태의 형상일 수 있고, 유리나 천연 또는 합성 고분자나 여과될 유체와 친화적인 기타 소재를 포함할 수 있다. 여과재(18)는 어떤 적절한 공극 크기를 가질 수 있다. 적절한 공극 크기는 불필요한 물질들을 효과적으로 제거할 수 있고, 여과재(18)를 통해 기체가 통과하도록 할 수 있는 어떤 공극 크기도 포함할 수 있다. 예를 들어 마이크로 범위 또는 그 이하, 예를 들어 약 0.05 마이크론 또는 그 이하의 공칭 공극 크기, 또는 수십 마이크로 범위 이상, 예를 들어 수백 마이크론 범위의 공극 크기, 또는 예를 들어 5 mm 이상의 더 큰 공극 크기는, 어떤 적용 분야에서 기체가 여과재(18)를 통과하도록 하면서도 불필요한 물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 여과재(18)는 바람직하게는 공급측(22), 예를 들어 혼합물(12) 공급원과 기체(26) 공급원과 유체적으로 연결되는 상류측과, 여과측(24), 예를 들어 필터 조립체 배출구(40)와 유체적으로 연결되는 하류측을 갖는다. 도시된 실시예에서, 여과재(18)의 공급측(22)은 필터 요소(16)의 외측 면에 배치되고, 여과재(18)의 여과측(24)은 필터 요소(16)의 내측 면에 배치된다. 즉 유체 흐름은 외측에서 내측을 향한다. 선택적으로 어떤 실시예에서 여과재의 공급측은 필터 요소(16)의 내측 면을 포함하고, 여과재의 여과측은 필터 요소(16)의 외측 면을 포함할 수 있다. 즉 유체의 흐름은 내측으로부터 외측을 향한다.
혼합물 공급원(12)은 어떤 적절한 방식으로 필터 조립체(14)에 연결되는 독립 시스템 또는 하부 시스템이거나, 여과 시스템(10)의 일체화된 부분일 수 있다. 혼합물 공급원(12)은 원격 공정, 시스템 또는 액체-고체 혼합물을 포함하는 탱크로부터 공급 혼합물을 이송하는 파이프를 구비할 수 있다. 바람직하게는 혼합물 공급원(12)은 여과재(18)의 공급측(22)과 유체적으로 연결된다. 혼합물 공급원을 포함하는 탱크는 액체 혼합물로부터 고체가 침전되는 것을 방지하기 위한 교반기를 구비할 수 있다. 공급 혼합물은 적어도 하나의 액체 성분과 적어도 하나의 고체 성분을 포함할 수 있고, 일정 범위의 고체 농축물을 포함할 수 있다. 본 발명의 시스템은 특별히 대략 5 중량% 이하 또는 40 중량% 이상의 고체 함량을 갖는 혼합물에 유용하다.
기체(26)의 공급원은 어떤 적절한 방식으로 필터 조립체(14)에 연결되는 독립 시스템 또는 하부 시스템이거나, 여과 시스템(10)의 일체화된 부분일 수 있다. 기체 공급원(26)은 질소 또는 알곤과 같은 비활성 기체의 공급, 예를 들어 압축 공기와 같은 공기의 공급이나, 여과되는 혼합물과 친화적인 다른 공기의 공급을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 기체는 공급 혼합물 내에 하나 이상의 액체의 기체 형태를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공급 혼합물은 액체 용매를 포함할 수 있고, 기체는 기체 상태의 용매를 포함할 수 있다. 이들 실시예들에 있어서, 기체 흐름 내에 기체 상의 용매가 존재하는 것은 공급 혼합물 내의 용매가 기체 흐름으로 휘발되는 것을 방지할 수 있고, 공급 흐름 내에서의 용매의 손실을 방지한다. 예를 들어 자기 테이프의 제조에 이용되는 공급 혼합물은 메틸에틸케톤(methylethyl keton)과 산화철(iron oxides)의 고분자 화합물을 포함할 수 있다. 기체 흐름은 액체 성분과 평행을 이루는 메틸에틸 케톤 증기 또는 메틸에틸 케톤으로 포화된 질소를 포함할 수 있다. 전자 회로 제조에 이용되는 공급 혼합물은 이소프로필알코올(isopropylalcohol) 내에 금속 분말, 예를 들어 구리, 은 니켈(silver nickel), 알루미늄 및 또는 분말형태의 알루미늄 합금을 포함할 수 있고, 기체 흐름은 액체 성분과 평행을 이루는 이소프로필알코올(isopropylalcohol) 증기를 포함할 수 있다. 세라믹 슬러리 공급 혼합물은 용매로서 톨루엔(toluene) 및/또는 케톤(ketone)을 포함할 수 있고, 톨루엔(toluene)과 케톤(ketone)은 기체 흐름 내에도 존재할 수 있다. 많은 실시예에서, 기체(26) 공급원은 여과재(18)의 공급측(22)과 연결됨으로써 기체는 공급측(22) 상에서 여과재(18)의 표면을 따라 여과재(18)를 관통하여 여과측(24)으로 흐를 수 있다.
어떤 실시예에서, 필터 조립체(14)는 기체 공급원(26)으로부터 필터 조립체(14)로 기체를 분배하기 위한 기체 분배기(32)를 구비할 수 있다. 기체 분배기는 다양한 형태일 수 있다. 기체 분배기는 기체 흐름이 필터 요소들 내로 흘러들어, 바람직하게는 필터 요소를 관통하여 공급측으로부터 여과측으로 흐르도록 기체 흐름을 필터 요소들 내로 유도하기 위해 필터 조립체(14) 내에 배치될 수 있는 하나 이상의 개구부를 갖는 튜브 또는 파이프를 구비할 수 있다. 도 2에 도시된 기체 분배기(32)는 복수 개의 필터 요소들의 하부 영역에만 기체를 분배할 수 있다. 어떤 다른 실시예들에서, 기체 분배기는 단일 필터 요소의 단일 영역 및/또는 하나 이상의 필터 요소들의 복수 개의 영역들에 기체를 분배할 수 있다.
여과 시스템(10)은 또한 기체를 여과물로부터 분리시키기 위한 분리기(44)를 구비할 수 있다. 분리기(44)는 액체로부터 기체를 분리하기에 적합한 어떤 공지의 분리기를 구비할 수 있다. 어떤 실시예들에서 분리기는 필터 조립체의 여과측과 연결되는 환기구 또는 배출구를 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, 분리기(44)는 독립 시스템 또는 필터 조립체(12)의 하류측에 배치되는 하부 시스템을 구비할 수 있다. 예를 들어, 분리기 시스템들은 분리 챔버를 구비할 수 있다. 분리 챔버는 챔버의 상측 가까이 배치된 기체의 배출구와, 챔버의 바닥에 가까운 액체 배출구를 구비한다. 분리기 챔버는 기체와 액체의 혼합물이 챔버 내로 유입되는 것을 허용하도록 구성되며, 기체는 액체를 통과하여 떠올라 기체 배출구를 통해 제거된다. 다른 예시적인 분리기가, 기체 및 액체의 혼합물이 와류를 형성하고 기체가 와류의 중심에서 응축되어 기체 배출구를 통해 배출되게 하는 방식으로 기체 및 액체의 혼합물이 접선 방향으로 도입되도록 할 수 있는 경사진 튜브로 형성될 수 있다. 다른 액체-기체 분리기들은 기술 분야에서 공지되어 있으며, 예를 들어 유착기(coalescer)를 구비할 수 있다.
상술한 요소들에 부가하여 여과 시스템은 부가적인 요소들을 구비할 수 있다. 시스템을 통해 공급 유체, 기체, 여과물을 이동시키기 위해 펌프, 밸브 및 센 서들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유체들은 제어 시스템의 명령에 따라 시스템 내에서 이동될 수 있다. 나아가 여과 방법은 독립적으로 사용되거나, 역세척(backwash), 블로백(blowback), 연마(scouring) 장치 및/또는 슬루이싱(sluicing), 긁어내기(scraping), 또는 기타 방법들과 같은 유체 재생 방법을 포함하는 다른 세척 방법들과 조합하여 사용될 수 있다. 결과적으로 본 발명을 구체화하는 시스템들은 또한 밸브들, 파이프들, 펌프들 및 부가적인 세척 방법들을 달성하기 위한 기타 요소들을 구비할 수 있다.
본 발명은 액체-고체 혼합물 여과 방법 및 시스템에 중요한 장점을 제공한다. 도 3에 도시된 바와 같이 도 1에 도시된 시스템을 통과하는 연마용 슬러리의 여과는 이물질 없이 연장되는 여과 시간을 제공한다. 약 1 마이크론의 공칭 직경을 갖는 10 중량%의 고체를 포함하는 산화 세륨(cerium oxide) 연마용 슬러리는 0MPa 내지 0.1MPa에서 90㎛의 공극률을 갖는 PROFILE Ⅱ Y900 필터(New York East Hills 의 Pall 社로부터 구할 수 있음)의 1인치의 영역을 통해 여과된다. 혼합물 공급원 탱크를 통해 순환하는 액체의 1L/min의 유량이 설정되고, 1.4NL의 공기유량이 한번의 시험(환기구(38)가 폐쇄됨)에서 시스템을 통과하고, 비교 시험에서는 어떤 공기도 사용되지 않는다. 도 3에 도시된 바와 같이 필터는 공기가 여과재를 통과하지 않는 시험에서 단 4분 안에 오염된다(증가된 압력 강하로 도시되었다). 이에 반하여, 본 발명에 따라 여과재를 통해 공기를 통과시키는 시험에서 여과 시스템은 오염되지 않고 900분 이상 작동된다.
본 발명의 다양한 측면이 기술되었으며 도면에 도시되었지만, 본 발명은 이 들 실시예들에 제한되지 않는다. 예를 들어 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이들 실시예들의 하나 이상이 제거될 수 있다. 예를 들어 어떤 실시예에서 여과 시스템은 여과물로부터 기체를 분리시키기 위한 분리기를 구비하지 않을 수 있다. 이들 시스템들에 있어서, 기체와 여과물이 분리되지 않은 채로 시스템으로부터 제거될 수 있다.
나아가 이들 실시예들의 하나 이상의 특징들은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 변형될 수 있다. 예를 들어 시스템이 전량 여과(dead-end filtration), 즉 모든 유체가 여과재를 관통하는 여과에 적합한 것으로 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 발명을 설명하는 문맥 내에서(특별히 이하의 청구항들에서의 문맥 내에서) "하나("a" and "an")" 와 "그"("the") 및 유사한 참조구들은 여기에서 다르게 지시되거나 문맥 내에서 명백히 상반되게 지시된 경우라 아니라면 단수 및 복수 모두를 아우르는 것으로 해석되어야 한다. 여기에서 수치 범위의 언급은 다르게 지시된 경우가 아니라면 범위 내에 존재하는 각각의 독립적인 수치를 개별적으로 언급하는 단순한 방법으로 기능하기 위한 것일 뿐이며, 각각의 독립적인 수치는 수치가 개별적으로 언급된 것처럼 명세서에 병합된다. 여기에 설명된 모든 방법들은 달리 표시되거나 문맥상 명백히 상반되는 경우가 아니라면 어떤 적절한 순서로 수행될 수 있다. 여기에서 제공되는 어떠한 예시들 및 모든 예시들과, 예시적인 어구(예를 들어, "∼와 같은")의 사용은 본 발명은 더욱 잘 설명하기 위해 의도된 것일 뿐이며, 다르게 청구되지 않는 한 본 발명의 범위에 제한을 두지 않는다. 명세서 내의 어떤 말도 본 발명의 실시에 필수적인 어떠한 청구되지 않은 요소를 지시하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
Claims (12)
- 적어도 하나의 액체 성분과 적어도 하나의 고체 성분을 포함하는 공급 혼합물을 여과재로 향하게 하는 단계;기체의 흐름을 여과재의 유체 공급측을 따라 향하게 하는 단계;공급 혼합물을 여과시키고 여과재로부터 축적된 물질을 제거하기 위해, 여과물과, 기체의 적어도 50%를 여과재를 통해 유체 공급측으로부터 여과측으로 통과시키는 단계; 및기체와 여과물을 분리시키는 단계를 포함하는 여과 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,여과물과, 기체의 적어도 50%를 여과재를 통해 유체 공급측으로부터 여과측으로 통과시키는 단계의 이후에,상기 여과재의 유체 공급측으로부터 기체를 배출시키는 단계를 더 포함하는 여과 방법.
- 제1항에 있어서,적어도 하나의 액체 성분은 용매를 포함하고, 기체는 상기 용매를 기체 상태로 포함하는 여과 방법.
- 제1항에 있어서,기체가 공급 혼합물과 함께 여과재로 향해지는 여과 방법.
- 제1항에 있어서,여과물과, 기체의 적어도 50%를 여과재를 통해 유체 공급측으로부터 여과측으로 통과시키는 단계의 이후에,공급 혼합물의 여과를 정지시키는 단계와, 역세척(backwash), 블로백(blowback), 연마(scouring), 슬루이싱(sluicing), 긁어내기(scraping)의 하나 이상을 수행하는 단계와, 공급 혼합물의 여과를 재개하는 단계를 더 포함하는 여과 방법.
- 삭제
- 여과 시스템으로서:상기 여과 시스템은, 액체-고체 공급 혼합물을 도입하기 위한 공급 입구와, 기체를 도입하기 위한 기체 입구와, 공급 입구와 기체 입구와 연결되는 유체 공급측 및 여과측을 갖는 필터 요소를 구비하는 필터 조립체를 구비하고,상기 필터 요소는 기체와 여과물이 상기 필터 요소를 통해 유체 공급측으로부터 여과측으로 흐르는 유체 통로를 가로질러 배치되는 여과재를 구비하며, 여과물과, 기체의 적어도 50%는 여과재를 통과하고,상기 여과 시스템은 기체와 여과물을 분리시키기 위해 필터 요소의 여과측과 연결되는 분리기를 구비하는, 여과 시스템.
- 삭제
- 제8항에 있어서,기체 공급원과 연결되어 필터 요소에 기체를 분배하는 기체 분배기를 더 구비하는 여과 시스템.
- 제8항에 있어서,공급 혼합물과 함께 기체를 도입하기 위해 필터 조립체에 연결되는 밸브 장치를 더 구비하는 여과 시스템.
- 제11항에 있어서,상기 밸브 장치는 공급 입구 밸브와 기체 밸브에 연결되는 제어기를 구비하는 여과 시스템.
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