KR19990035812A - 하이브리드 필터 시스템 및 공정유체의 여과 방법 - Google Patents

하이브리드 필터 시스템 및 공정유체의 여과 방법 Download PDF

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KR19990035812A
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노만 쥐 캐쓰카트
도날드 비 스티븐스
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게르하트 바이히
폴 코포레이션
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Abstract

본 발명은 역세척 수용기(12)를 이용하는 하이브리드 필터 시스템과 공정유체의 여과방법에 관한 것이다. 일회용 또는 역세척용 필터 요소를 지지하도록 설계된 튜브 시트 조립체(14)는 역세척 수용기(12)내의 다른 유형의 필터 요소를 단단하게 고정시키는데 사용된다. 상기 튜브 시트 조립체(14)는 역세척 수용기(12) 내에 제거가능하게 장착되며, 주어진 여과 용도에 따라 용이하게 교환될 수 있다. 상기 하이브리드 필터 시스템(10)은 공정 변수에 따라 일회용 필터 요소 또는 역세척용 필터 요소와 결합되어 있는 역세척 수용기(12)를 이용한다.

Description

하이브리드 필터 시스템 및 공정유체의 여과 방법
수많은 여과 용도에 있어서, 특정 유형의 필터 요소를 선택하는 것은 비교적 간단하다. 예를 들어, 특정 공정유체 내의 고체 농도가 낮다면 일회용 필터 요소를 가진 필터 시스템이 경제적으로 이용될 수 있다. 일회용 필터 요소란 일반적으로 오염되면 제거 및 폐기되는 필터 요소를 의미한다. 일회용 필터 요소는 유체내 고체의 농도가 낮은 경우에는 오염되기 전까지 장기간 사용될 수 있으므로 필터 요소가 오염될 때마다 오염된 필터 요소를 깨끗한 필터 요소로 교체하는 것이 비용면에서 유리하다.
반면, 만일 특정 공정유체내 고체의 농도가 높다면 재생용, 예를 들어 역세척용 또는 역송풍용 필터 요소를 가진 필터 시스템이 보다 경제적일 수 있다. 재생용 필터 요소란 일반적으로 세척액 또는 송풍기체를 정상적인 유동 방향과 반대되는 방향으로 통과시킴으로써 세정한 후 다시 사용할 수 있는 필터 요소를 말한다. 공정유체내 고체의 농도가 높은 경우에는 필터 요소가 빨리 오염될 수 있으므로 오염된 필터 요소를 교체하는 것 보다는 세정하여 재사용하는 것이 보다 경제적일 것이다. 또한, 필터 요소를 교체하는 것은 시스템 정지 시간을 증대시키고, 위험물질을 여과하는 경우 작업자를 불필요한 위험에 노출시킬 수 있다.
재생용 필터 시스템은 일반적으로 일회용 필터 시스템과 다르다. 예를 들면, 일반적으로 역세척용 및 일회용 필터 시스템은 모두 유체 수용기를 포함하지만, 역 세척용 필터 시스템은 역세척 작업을 용이하게 해주는 역세척 유체, 용매 또는 시약 및 가압 기체를 공급하기 위하여 유체 수용기에 연결되는 부가적인 역세척-관련 파이프를 포함한다. 일회용 필터 시스템의 유체 수용기는 일반적으로 일회용 필터 요소가 역세척되지 않기 때문에 이러한 파이프를 갖지 않는다. 또한, 역세척용 필터 시스템은 일반적으로 효과적이고도 능률적인 역세척이 이루어질 수 있도록 필터 요소들 사이에 상당히 큰 공간을 지닌 큰 직경의 유체 수용기를 필요로 한다. 역세척용 필터 시스템에 상응하는 유속을 지닌 일회용 필터 시스템의 유체 수용기는 일반적으로 필터 요소들 사이의 여분 공간이 필요없기 때문에 훨씬 작은 직경을 갖는다. 또한, 역세척용 필터 시스템은 일반적으로 유체 수용기로부터 역세척 유체와 필터 요소 침적물(deposits)을 배출구에서의 상당한 압력강하 없이 신속하게 세척 및 제거할 수 있도록 큰 직경의 배출 파이프를 지닌 유체 수용기를 갖는다. 일회용 필터 시스템의 유체 수용기 배출구는 유체 수용기로부터 다량의 역세척 유체 및 필터 요소 침적물을 정기적으로 제거할 필요가 없기 때문에 훨씬 작을 수 있다. 또한, 역세척용 및 일회용 필터 시스템 모두에 있어서, 유체 수용기는 일반적으로 공정유체 챔버와 여과액 챔버를 포함한다. 공정유체 챔버는 공정유체를 시스템으로 도입하는 챔버이고, 여과액 챔버는 여과액, 즉 여과된 공정유체가 수집되는 챔버이다. 역세척용 필터 시스템에 있어서 여과액 챔버는 일반적으로 역세척 공정에 이용되는 유체를 수용하기 위하여 규모가 크다. 일회용 필터의 여과액 챔버는 역세척을 위하여 여과액을 보유할 필요가 없기 때문에 훨씬 작을 수 있다.
역세척용 필터 시스템에 사용되는 필터 요소는 전형적으로 일회용 필터 요소에 사용되는 필터 요소와 다르다. 예를 들어, 역세척용 필터 요소는 일반적으로 부가적인 성분을 포함하고 있다. 부가적인 성분은 역세척시 유체의 역류로 인해 야기되는 높은 역압력차 때문에 발생하는 큰 힘에 의해 역세척용 필터가 손상되는 것을 방지하는데 이용될 수 있다. 따라서, 상기 부가적인 성분은 케이지, 쉘, 슬리브, 랩과 같은 튼튼한 외측 지지체를 포함할 수 있다. 일회용 필터 시스템은 일반적으로 역세척되지 않으므로 큰 역압력차에 노출되지 않기 때문에 이러한 부가적인 성분을 포함하지 않는다. 또한, 역세척용 필터 시스템은 일반적으로, 필터 매체의 상류 표면 상에 또는 근처에 공정유체내 고체의 침적 및 상기 필터 매체로부터 상기 고체의 제거를 용이하게 하기 위하여, 보다 직경이 작고 조밀한 필터 매체를 포함한다. 역세척용 필터 시스템에 있어서, 역세척 유체의 역류는 필터 요소상의 침적물을 제거하는데 이용된다; 따라서, 침적물이 필터 요소의 상류 표면 상에 또는 근처에 존재한다면 침적물을 보다 용이하게 제거할 수 있다. 일회용 필터 요소의 직경은 일반적으로 크며, 필터 매체는 여과 면적 및/또는 제거효율을 증대시키기 위하여 덜 조밀하다. 일회용 필터 요소는 세척되지 않기 때문에 세척성과 상관없이 가능한한 많은 고체를 제거할 수 있도록 설계되는 것이 일반적이다.
상술한 바와 같이, 필터 시스템의 선택이 간단한 여과 용도도 많이 있지만; 극단적인 두 경우 사이에 속하여 필터 시스템의 유형을 선택하는 문제가 어렵고 비용이 드는 경우도 많이 있다. 현재 사용되는 필터 시스템은 일반적으로 재생용 필터 시스템 또는 일회용 필터 시스템으로 설계되기 때문에 필터 시스템을 특정 용도에 맞추어 제작한다는 점에서 보면 융통성은 없다. 만일 일회용 필터가 경제적일 정도로 고체 농도가 충분히 낮은 경우에도 재생용 필터 시스템을 이용한다면, 보다 고가인 재생용 필터 시스템을 설치하느라 불필요한 경비를 지출하는 것이 된다. 역으로, 만일 재생용 필터 요소가 경제적일 정도로 고체 농도가 충분히 높은 경우에도 일회용 필터 시스템을 사용한다면, 일회용 필터 요소를 교체하느라 또는 역세척용 필터 시스템을 설치하느라 부가적인 경비가 과도하게 지출될 것이다. 또한, 특정 여과 용도가 시간 경과에 따라 변화, 예를 들어 고체 농도에 변화가 있을 수 있는데, 필터 시스템이 변화된 조건에서는 효과적이지 않을 수 있다. 예를 들어, 공정 변수의 변화 또는 공정유체의 변화로 인하여 여과 용도가 변할 수 있는 상황에서는 특정 시스템의 비효율성 때문에 여과 작업 경비가 비싸질 수 있다. 또한, 변화된 조건으로 인한 시스템의 비효율성 때문에 엄청나게 비쌀 수 있는 별도의 필터 시스템을 두 개 이상 필요로 할 수 있다.
본 발명은 하이브리드 필터 시스템 및, 기체 또는 액체 또는 기체와 액체의 혼합물과 같은 공정유체를 여과하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 일회용 필터 요소와 재생용 필터 요소로써 작동가능한 하이브리드 필터 시스템 및 일회용 필터 요소 또는 재생용 필터 요소를 사용하여 공정유체를 여과하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 하이브리드 필터 시스템의 일태양에 대한 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 하이브리드 필터 시스템의 튜브 시트 및 일회용 필터 요소에 대한 상세도이다.
도 3은 본 발명의 하이브리드 필터 시스템의 튜브 시트 및 재생용 필터 요소에 대한 상세도이다.
도 4는 구멍이 밀봉되어 있는 튜브 시트의 상세도이다.
도 5는 하이브리드 시스템 및 재생 조립체의 개략도이다.
본 발명의 일태양에 의하면, 본 발명은 하이브리드 필터 시스템에 관한 것이다. 하이브리드 필터 시스템은 공정유체 챔버 및 여과액 챔버를 가진 재생용 필터 수용기, 튜브 시트 및 복수개의 일회용 필터 요소를 포함한다. 재생용 필터 수용기는 또한 공정유체 챔버와 소통하는 유입구, 공정유체 챔버와 소통하며 공정유체 챔버로 부터 유체와 필터 침적물을 효과적으로 배출할 수 있는 크기로 되어있는 배출구, 여과액 챔버와 소통하는 유출구 및 여과액 챔버와 소통하는 재생-관련 포트를 포함한다. 상기 재생-관련 포트는 덮개가 덮여 있다. 상기 튜브 시트는 재생용 필터 수용기의 공정유체 챔버와 여과액 챔버 사이에 장착되어 있으며, 공정유체 챔버와 여과액 챔버 사이에 차단벽을 제공한다. 튜브 시트는 일회용 필터 요소를 위한 복수개의 오프닝을 포함한다. 복수개의 일회용 필터 요소는 튜브시트에 장착되어 재생용 필터 수용기의 공정유체 챔버내로 뻗어 있다. 각각의 일회용 필터 요소는 필터 매체 및 역세척용 필터 수용기의 여과액 챔버와 소통하는 하나의 개방단부를 포함하며, 각각의 일회용 필터 요소는 1회 이상의 재생 사이클을 견디기에는 불충분한 구조 및/또는 효과적인 재생을 방해하는 구조를 갖고 있다.
본 발명의 다른 태양에 의하면, 본 발명은 고체를 함유한 공정유체를 여과하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 재생용 필터 용기의 유입구를 통해 재생용 필터 용기의 공정유체 챔버내로 공정유체를 통과시키는 단계, 공정유체 챔버내에 장착된 복수개의 일회용 필터 요소 또는 재생용 필터 요소를 통해 공정유체를 통과시키는 단계로서, 동시에 필터 요소의 필터 매체 상에 또는 내에 고체를 침적시키는 단계, 여과액을 필터 요소로 부터 재생용 필터 용기의 여과액 챔버 내로 통과시킨 후 재생용 필터 용기의 유출구를 통해 유출시키는 단계 및, 예정된 고체 침적 조건에 따라, 고체가 침적된 필터 요소를 일회용 필터 요소로 교체하거나 또는 고체가 침적된 필터 요소를 재생용 필터 요소로 교체한 다음 재생 조립체를 재생용 필터 용기에 연결하는 단계를 포함한다.
본 발명의 하이브리드 필터 시스템 및 방법은 단일 시스템내에서 재생용 필터 시스템과 일회용 필터 시스템 양자의 장점을 모두 이용하는 융통성있고 운전 비용이 저렴한 여과 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명의 시스템은 처음에 재생용 필터 시스템이 바람직한지 일회용 필터 시스템이 바람직한지 불분명한 경우의 용도로 특히 유리하다.
예를 들면, 본 발명의 일태양에 따른 하이브리드 시스템은 처음에는 일회용 필터 요소가 장착될 수 있는 역세척 수용기를 포함한다. 고체를 함유한 공정유체가 하이브리드 필터 시스템을 통과함에 따라 고체는 일회용 필터 요소 상에 또는 내에 침적되고 일회용 필터 요소의 전,후로 압력강하는 증가한다. 일회용 필터 요소 전,후의 압력강하가 최대 기대치로 증가하는데 걸리는 시간과 같은 예정된 침적 조건에 따라, 오염된 일회용 필터 요소를 제거하고 깨끗한 일회용 필터 요소 또는 역세척용 필터 요소로 교체한다. 예를 들어, 최초의 일회용 필터 전,후의 압력강하가 최대 기대치로 증가하는데 오랜 시간이 걸린다면, 일회용 필터 요소를 하이브리드 시스템에 계속해서 사용하는 것이 보다 경제적일 수 있다. 오염된 일회용 필터 요소는 역세척 수용기로 부터 간단하게 제거하고 깨끗한 필터 요소를 설치한다. 반면에, 최초의 일회용 필터 요소 전,후의 압력강하가 최대 기대치로 증가하는데 걸리는 시간이 짧다면, 역세척용 필터 요소를 사용하는 것이 보다 경제적일 것이다. 오염된 일회용 필터 요소를 역세척 수용기로부터 제거하고 역세척용 필터 요소를 설치한 다음 역세척 수용기를 역세척 조립체에 연결한다. 그 후 역세척용 필터 요소는 오염될 때 마다 역세척 될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 하이브리드 필터 시스템은, 필터 요소 뿐만 아니라 재생-관련 파이프와 같은 연결 파이프, 계장(instrumentation), 분기관 및 유량 조절 밸브를 포함하는 용기 하드웨어와 재생용 수용기를 포함하여 이루어질 수 있다. 재생용 수용기는 튜브 시트와 같은 칸막이에 의해 상부 및 하부 챔버로 나뉠 수 있다. 상기 튜브 시트는 재생용 수용기 내에 제거가능하게 장착될 수 있으며, 일회용 또는 재생용 필터 요소를 재생용 수용기 내에 단단하게 고정시키는 기능을 한다. 따라서, 고체 침적 조건에 따라, 일회용 또는 재생용 필터 요소는 이들이 부착되어 있는 튜브 시트를 교체함으로써 또는 이들을 지지할 수 있는 튜브 시트 상의 필터 요소를 교환함으로써 용이하면서도 신속하게 교체할 수 있다.
본 발명의 일태양에 따른 하이브리드 필터 시스템은 시스템을 특정 용도에 맞도록 제작할 수 있는 융통성을 제공함으로써 시스템 정지 시간을 줄일 수 있다. 상기 하이브리드 필터 시스템은 또한 유지보수 회수를 최소화함으로써 여과할 유체 또는 그 부산물일 수 있는 위험물질에 시스템 작업자가 노출될 가능성을 감소시킨다.
예시된 본 발명의 하이브리드 시스템은 복식 또는 탠덤(tandem) 배열로 이용될 수 있다. 예를 들면, 2개 이상의 하이브리드 필터 시스템을 밸브 설비로 상호 연결하여 항상 하나의 하이브리드 시스템은 여과작업을 수행하도록 하는 것이다. 이러한 유형의 배열에서는 하나의 하이브리드 필터 시스템에서 필터 요소를 재생 또는 교체하는 동안, 두번째 하이브리드 필터 시스템에서 공정유체의 여과작업이 중단없이 계속해서 이루어질 수 있다. 세번째 하이브리드 필터 시스템을 예비 장치로서 상기 복식 배열에 상호 연결할 수 있다. 예를 들면, 하이브리드 필터 시스템 중 하나를 정지시켜야 하는 경우, 예를 들어 정기적인 유지보수를 하는 경우에 세번째 필터 시스템을 간단하게 라인으로 끌어들여 공정유체를 중단없이 연속적으로 여과할 수 있다.
배경기술에서 상술한 바와 같이, 재생용 필터 요소는 역세척용 및 역송풍용 필터 요소를 포함할 수 있다. 그러나, 간단하면서도 명료한 설명을 위하여, 하이브리드 필터 시스템과 공정유체의 여과 방법에 대한 특성과 장점을 논의함에 있어서, 상기 본 발명의 일태양에 따른 하이브리드 시스템에 관한 상세한 설명은 역세척용 필터 요소와 관련하여 서술하고자 한다.
본 발명의 일태양에 따른 하이브리드 필터 시스템은 역세척용으로 고안된, 즉 역세척하기에 적당한 크기를 가지며, 역세척에 이용되는 다양한 내부 하드웨어와 내부 및 외부 연결부재, 즉 역세척-관련 연결부재를 포함하는 역세척용 수용기를 사용한다. 그러나, 본 발명의 일태양에 의하면 하이브리드 시스템은 역세척용 필터 수용기 내에 일회용 필터 요소 또는 역세척용 필터 요소를 함유할 수 있으므로 각 유형의 필터 요소가 제공하는 장점을 이용할 수 있다. 낮은 고체 농도의 여과 용도로 전형적으로 사용되는 일회용 필터 요소는 일반적으로 개별 단가가 덜 비싸며 유지보수 비용이 보다 적게 든다. 높은 고체 농도의 여과 용도로 전형적으로 사용되는 역세척용 필터 요소는 일반적으로 개별 단가가 더 비싸지만 수회의 여과 및 세척 사이클을 통해 재사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 하이브리드 필터 시스템은 어떠한 성능의 저하도 없이 완전히 효과적인 일회용 필터 시스템으로 또는 완전히 효과적인 역세척용 필터 시스템으로 작용할 수 있는 융통성을 갖고 있다. 결과적으로, 본 발명의 하이브리드 필터 시스템은 초기에 일회용 또는 역세척용 필터 시스템 중 어느 것이 더 바람직한 것인지 분명하지 않은 수많은 여과 용도로 이상적이다. 1회의 여과 사이클을 거친 후 폐기되는 일회용 필터 요소를 이용하는 경우에는 역세척 작업을 수행하는 다양한 용기 하드웨어와 연결부재들을 차단 또는 밀봉한다. 반대로, 1회의 여과 사이클을 거친 후 세척 및 재사용되는 역세척용 필터 요소를 사용하는 경우에는 역세척 작업을 수행할 수 있도록 다양한 용기 하드웨어와 연결부들을 활성화하여 역세척 조립체와 같은 재생 조립체에 연결한다. 본 발명의 하이브리드 필터 시스템은 적합한 시스템 하드웨어와 연결부재들을 간단하게 조절함으로써 그리고, 일회용 필터 요소를 보유하고 있는 튜브 시트를 역세척용 필터 요소를 보유하고 있는 튜브 시트로 교체하거나 또는 그 역으로 교체함으로써 신속하게 양쪽 작업모드 사이에서 전환될 수 있다. 튜브 시트가 양쪽 유형의 필터 요소에 모두 적합한 경우에는 필터 요소만을 교체하는 것이 바람직하다. 이하에서 필터 요소란 용어는 특별한 언급이 없는 한 양쪽 유형의 필터 요소를 총칭하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 하이브리드 필터 시스템(10)은 튜브 시트와 같은 칸막이(14)에 의해 공정유체 챔버(16)와 여과액 챔버(18)로 나누어진 역세척 수용기(12)를 포함한다. 3개만이 도시되어 있지만 1개 이상의 필터 요소(20)가 공정유체 챔버(16)내에 배치되어 튜브 시트(14)에 부착되어 있다. 역세척 수용기(12)는, 필터 요소들(20)의 교체가 쉽게 이루어질 수 있도록 또는 한 유형의 필터 요소를 다른 유형의 필터 요소로 쉽게 교환할 수 있도록 필터 요소(20)에 쉽게 접근할 수 있는 구조로 되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 역세척 수용기(12)는 상호 분리가능하게 연결되어 있는 제1 및 제2 구획을 포함할 수 있다. 대안으로서는, 공정유체 또는 여과액 챔버(16,18)의 내부로 접근할 수 있도록 역세척 수용기(12)내에 1개 이상의 밀봉가능한 억세스 포트(access port)를 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일태양에 따른 하이브리드 필터 시스템(10)은 일회용 또는 역세척용 필터 요소에 의한 유체 여과용으로 또는 역세척에 의한 역세척용 필터 요소의 세척용으로 모두 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일태양에 의하면 역세척 수용기(12)는 역세척 필터 용기로 구성될 수 있다. 일반적으로, 역세척 수용기(12)의 형상은, 역세척 수용기(12)가 여과 및 역세척시 가해지는 압력에 견될 수 있는 충분한 강도와, 역세척용 필터 요소의 효과적이고도 능률적인 여과 및 역세척을 가능하게 하는 충분한 크기를 갖도록 강도 및 역세척 고려사항에 기초하여 선택될 것이다.
튜브 시트(14)는 공정유체에 대하여 불침투성인 것이 바람직하며, 공정유체 챔버(16)와 여과액 챔버(18)사이의 역세척 수용기(12)의 내벽에 제거가능하게 장착된다. 튜브 시트(14)는 역세척 수용기(12)내에서 거의 수평으로 배치되는 것이 바람직하며, 공정유체 챔버(16)는 여과액 챔버(18) 아래에 배치되는 것이 바람직하다. 역세척용 필터 요소가 사용되는 경우, 여과액 챔버(18)는 필터 요소(20)의 역세척에 이용될 여과액과 같은 유체를 수용할 수 있도록 보다 클 수 있다. 후술한 바와 같이 역세척 유체는 외부에서 공급되는 유체이거나 여과액 챔버(18)에 보유된 유체일 수 있다. 만일 상기 시스템이 일회용 필터 요소를 사용한다면 여과액 챔버(18)내에 플러그 또는 기타 수단을 위치시켜 보유 체적을 감소 시킬 수 있다.
역세척-관련 연결부재를 포함하는 복수개의 파이프, 도관 및 기타 연결부재는 역세척 수용기(12)에 연결되어 역세척 수용기(12)내로 유체를 도입하거나 이로 부터 유체를 제거하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 공정유체 공급 파이프(22), 배출 파이프(24), 용매 공급 파이프(26) 및 제1 벤트 파이프(28)는 공정유체 챔버(16)의 내부와 소통하도록 역세척 수용기(12)에 연결된다. 공정유체 공급 파이프(22)는 여과할 공정유체를 공급원(미도시)으로부터 공정유체 챔버(16)내로 도입하는데 사용된다. 배출 파이프(24)는 공정유체 챔버(16)로 부터 불필요한 물질을 제거하고 배출시키는데 사용된다. 배출 파이프(24)는 역세척 유체와 필터 요소 침적물을 배출구에서의 상당한 압력강하 없이 신속하게 필터 요소(20)로부터 세척하여 역세척 용기(12)로부터 제거할 수 있도록 보다 큰 직경을 갖는다. 큰 배출 파이프(24)는 역세척시 배출구가 개방되어 있는 경우 필터 요소를 통과하는 역세척 유체의 초기 서지(surge)를 증대시키기 때문에 역세척의 효과를 증대시키기도 한다. 배출 파이프(24)는 배출액이 다시 시스템을 통과할 수 있도록 공정유체 공급원에 연결되거나 배출액의 폐기를 위한 역세척 저장소에 연결될 수 있다. 용매 공급 파이프(26)는 세제와 같은 침투 물질을 공정유체 챔버(16)내로 운반하는데 이용된다. 상기 침투 물질은 후술한 바와같이 필터 요소(20)의 역세척을 용이하게 한다. 제1 벤트 파이프(28)는 바람직하게는 칸막이(14) 바로 아래에서 공정유체 챔버와 소통할 수 있다. 제1 벤트 파이프(28)는 단순히 공정유체 챔버(16)로부터 기체를 배출시키거나 또는 체이스 기체(chase gas)를 제공함으로써 공정유체 챔버(16)로부터의 배출을 용이하게 하는데 사용될 수 있다. 공정유체 공급 파이프(22), 배출 파이프(24), 용매 공급 파이프(26) 및 벤트 파이프(28)는 이들 파이프(22, 24, 26, 28)를 통과하는 유량을 조절하기 위하여 각각에 상응하는 조절 밸브(30, 32, 34, 36)를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 필터 시스템에 있어서, 여과액 방출 파이프(38), 제2 벤트 파이프(42) 및 가압 기체 공급 파이프(40)와 역세척액 공급 파이프(44)와 같은 역세척-관련 연결부재는 여과액 챔버(18)의 내부와 소통하도록 역세척 수용기(12)에 연결될 수 있다. 여과액 방출 파이프(38)는 여과액, 즉 공정유체 챔버(16)로부터 필터 요소(20)를 통과해 여과액 챔버(18)내로 유입된 유체를 제거하는데 사용된다. 가압기체 공급 파이프(40)는 도 5에 도시된 충전 용기로 부터 가압기체를 여과액 챔버(18)에 공급한다. 제2 벤트 파이프(42)는 단순히 여과액 챔버(18)로 부터 기체를 배출시키거나 체이스 기체를 제공함으로써 여과액 챔버(18)로부터의 배출을 용이하게 하는데 사용된다. 역세척액 공급 파이프(44)는 필터 요소(20)의 역세척을 위하여 외부에서 공급되는 역세척액을 여과액 챔버(18)내로 도입하는데 사용되거나 또는 시스템에 역세척용 필터 요소가 구비되어 있다면 역세척 여과액을 보충하는데 사용될 수 있다. 여과액 방출 파이프(38), 가압 기체 공급 파이프(40), 제2 벤트 파이프(42) 및 역세척액 공급 파이프는 이들 파이프를 통과하는 유량을 조절하기 위하여 상응하는 조절 밸브(46, 48, 50, 52)를 구비할 수 있다.
다양한 파이프의 모든 조절 밸브는 수동 조절되거나 또는 자동 조절, 예를 들어 조절 유닛(미도시)에 의해 정해진 순서에 따라 작동될 수 있다.
상기 본 발명의 일태양에 따른 시스템에 있어서, 각각의 파이프는 한가지 기능을 하지만 하나의 파이프가 복수개의 기능을 하는 것도 가능하다. 또한, 도면들은 단지 개략도에 불과하므로 역세척 수용기(12)상의 연결부재들의 위치는 도면에 도시된 것에 한정되지 않으며 보다 적거나 많은 연결부재가 제공될 수도 있다.
튜브 시트(14)는 상기한 바와 같이 역세척 수용기(12)의 공정유체 챔버(16)와 여과액 챔버(18) 사이에서 유체 불침투성 칸막이로서 작용한다. 튜브 시트(14)는 필터 요소가 장착되는 복수개의 오프닝(54)을 포함한다. 만일 후술한 바와 같은 이유로 오프닝(54) 중 일부만 사용한다면 나머지는 밀봉시킬 수 있다. 오프닝(54)의 크기는 사용되는 특정 필터 요소의 크기에 따라 달라질 수 있다. 상술한 바와 같이, 역세척용 필터 요소의 직경은 전형적으로 일회용 필터 요소의 직경과 다르다; 따라서, 하나의 튜브 시트를 이용하고자 한다면 어댑터를 사용할 수 있다. 튜브 시트(14)는 폴리머 또는 금속성 재료를 포함하여, 필터 요소(20)를 지지할 수 있으며 시스템을 통과하는 공정유체나 기체와 반응하지 않는 적합한 강성 재료로 제조될 수 있다.
상술한 바와 같이 각각의 필터 요소(20)에 대하여, 공정유체 챔버(16)와 여과액 챔버(18) 사이와 소통하는 오프닝이 튜브 시트(14)에 형성된다. 각각의 필터 요소(20)의 한쪽 단부는 튜브 시트(14)에 연결되어 있어서 공정유체 챔버(16)로부터 나온 유체가 먼저 필터 요소(20)를 통과하기만 하면 오프닝(54)으로 들어갈 수 있게 된다. 바람직하게는, 필터 요소를 공정유체 챔버(16)내에 수직으로 매달려 있도록 튜브 시트(14) 상에 분리가능하게 장착한다. 필터 요소(20)를 공정유체 챔버(16)내에서 튜브 시트(14) 아래로 수직으로 매달리게 함으로써 배출 파이프(24)를 통한 필터 요소 침적물의 역세척 및 제거가 매우 강화된다.
일반적으로 필터 요소(20)는 외경이 1인치 내지 2인치 또는 그 이상이 되는 크기를 갖는다; 그러나, 통상적인 크기의 필터 요소 역시 용이하게 사용할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 각각의 필터 요소(20)는 비록 여과액 챔버(18)내로 어느 정도 뻗을 수 있기는 하지만 전적으로 공정유체 챔버(16)내에 배치되어 있다. 또한 각각의 필터 요소(20)의 나머지 단부는 역세척 수용기(20)를 가로질러 튜브 시트(14)에 평행하게 뻗어있는 다공성 지지판(미도시)에 연결될 수 있다. 상기 지지판은 필터 요소(20)를 제 위치에 단단하게 고정하고 이들을 거의 평행하게 유지하는 역할을 한다.
본 발명의 다른 태양에 의하면, 역세척 수용기(12)내의 필터 요소는 일회용 또는 역세척용 필터 요소일 수 있다. 도 2는 튜브 시트(14)에 장착된 일회용 필터 요소(20)의 상세한 도면이다. 일회용 필터 요소(20)의 상부는 튜브 시트(14)의 오프닝내에 배치되는 어댑터(56)를 포함하여 이루어진다. 일회용 필터와 함께 사용되는 어댑터(56)의 직경은 일회용 필터 요소(20)의 직경 보다 작을 수 있다. 튜브시트(14)는 두가지 유형의 필터 요소(20)에 모두 사용될 수 있으며, 일반적으로 두가지 유형의 필터 요소의 직경은 다르기 때문에 특정 필터 요소(20)를 보편적인 크기의 오프닝(54)에 고정시키기 위해 어댑터(56)가 이용된다. 어댑터(56)는 여과액이 일회용 필터 요소의 내부로부터 튜브 시트(14)를 통과하여 여과액 챔버(18)내로 흐를 수 있도록 오프닝을 갖는다. 지지봉(58)은 일회용 필터 요소(20)를 튜브 시트(14)에 고정시키는데 사용될 수 있다. 시일 너트(60)는 지지봉(58)의 하단상에 나사결합될 수 있고, 로킹 커넥터(62)는 지지봉(58)의 상단에 나사결합될 수 있다. 로킹 커넥터(62)는 기본적으로 여과액이 일회용 필터 요소(20)로부터 여과액 챔버(18)내로 흐르도록 하는 오프닝을 제공하기 위하여 스포크를 지닌 바퀴 구조로 되어있다. 로킹 커넥터(62)의 직경은 로킹 커넥터를 조임으로써 필터 요소(20)가 튜브 시트(14)상에 고정될 수 있도록 튜브시트(14)의 오프닝(54)의 직경 보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 튜브 시트(14)상의 클립(64) 역시 로킹 커넥터(62)를 튜브시트(14)에 고정시킬 수 있다. 또한, O-링(66)은 유체 누출방지 밀봉을 제공하도록 튜브시트(14)내 오프닝(54)의 내벽과 어댑터(56)의 외벽 사이의 환형 갭에 사용될 수 있다.
도 3은 튜브 시트(14)에 장착된 역세척용 필터 요소(20)의 상세한 도면이다. 도시된 바와 같이, 역세척용 필터 요소(20)는 튜브 시트(14)의 오프닝(54)내로 간단하게 삽입되는 어댑터(74)를 포함한다. 어댑터(74) 상부 상의 립(76) 또는 플랜지는 튜브 시트(14)의 상부 표면 상에 놓여진다. O-링 시일(78)은 유체 누출방지 밀봉을 제공하기 위하여 립(76)과 튜브 시트(14) 사이에 배치될 수 있다. 튜브 시트 조립체는 튜브 시트(14) 외에도 어댑터(74) 상부에 위치하여 필터 요소(20)를 제 위치에 고정시키는 설치판(90)을 포함할 수 있다. 상기 설치판(90)은 볼트(92) 또는 기타 적합한 고정 수단에 의해 튜브 시트(14)에 장착될 수 있다. 설치판(90)내의 오프닝(94)은 튜브 시트(14) 및 어댑터(74)내의 오프닝과 대응하는 위치에 존재하여 유체의 흐름을 가능하게 한다.
도 4는 튜브 시트(14)의 오프닝(54) 중 하나를 밀봉시키는 블라인드 어댑터(96)를 갖는 튜브 시트(14)를 보여준다. 블라인드 어댑터(96)는 오프닝 보다 적은 수의 필터 요소가 사용될 경우 유용하다. 예를 들어 일회용 필터 요소를 사용하는 경우, 후술된 바와 같은 이유로 인해 역세척용 필터 요소 보다 적은 수의 필터 요소가 일반적으로 사용된다. 따라서, 튜브 시트(14)내 여분의 오프닝은 블라인드 어댑터(96)로 막을 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일회용 필터 요소(20)는 천공된 원통형 코어(68)와 코어(68)상에 장착되는 필터 매체(70)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 코어(68)는, 여과시 공정유체의 힘에 의해 필터 매체(70)가 붕괴되지 않도록 필터 매체(70)를 지지할 수 있는 임의의 적합한 강성의 다공 재료를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 코어(68)는 폴리머 재료 또는 금속성 재료를 포함하여 이루어 질 수 있다.
상기 필터 매체(70)는 다공질 막, 섬유질 시트 또는 매스, 또는 소결 금속 또는 세라믹과 같은 소결 재료의 다공질 시트 또는 매스와 같은 주름있는 또는 주름없는 표면 또는 깊이를 지닌 임의의 다공질 필터 매체로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 필터 매체(70)는 폴리프로필렌, 나일론, 셀룰로오스, Halar, 아라미드, Ryton 또는 유리섬유와 같은 합성 또는 비합성의 미세다공질 재료를 포함하여 이루어질 수 있다. 필터 요소는 또한 여과액 챔버(18)와 소통하는 개방 단부 및, 공정유체 챔버(16)내의 단부 캡 또는 커넥터로 폐쇄된 개방 단부 또는 폐쇄 단부를 포함할 수 있다.
역세척용 필터 요소(20) 역시 천공된 원통형 코어(80)와 코어(80)상에 장착되는 필터 매체(82)를 포함할 수 있다. 코어(80)는, 여과시 공정유체의 힘에 의해 필터 매체(82)가 붕괴되지 않도록 필터 매체(82)를 지지할 수 있는 임의의 적합한 천공된 강성 재료로 이루어질 수 있다. 상기 코어(80)는 폴리머 재료 또는 금속성 재료를 포함하여 이루어 질 수 있다. 상기 필터 매체(82)는 다공질 막, 섬유질 시트 또는 매스, 또는 소결 금속 또는 세라믹과 같은 소결 재료의 다공질 시트 또는 매스와 같은 주름있는 또는 주름없는 표면 또는 깊이를 지닌 임의의 다공질 필터 매체로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 필터 매체(70)는 폴리프로필렌, 나일론, 폴리올레핀, Halar, 아라미드, Ryton, 유리섬유 또는 임의의 적합한 합금과 같은 합성 또는 비합성의 미세다공질 재료를 포함하여 이루어질 수 있다. 역세척용 필터 요소(20)는 또한 역세척시 필터 매체(82)를 보호 및 지지하는 외측 지지 구조물(84)을 포함할 수 있다. 역세척용 필터 요소는 여과액 챔버(18)와 소통하는 개방 단부 및, 공정유체 챔버(16)내의 단부 캡 또는 커넥터로 폐쇄된 개방 단부 또는 폐쇄 단부를 포함할 수 있다. 상술한 유체 수용기는 일반적으로 일회용 필터 요소와 함께 전형적으로 사용되는 유체 수용기와 구별되는 역세척 수용기를 의미하는 것이다. 상술한 바와 같이, 역세척 수용기는 두 개의 챔버에 연결되는 부가적인 파이프 또는 도관을 갖는다. 이 부가적인 파이프들은 역세척 작업을 수행하기 위하여 용매, 역세척 유체 및 가압 기체를 상기 용기에 공급하는데 이용될 수 있다. 역세척 수용기는 일반적으로 보다 큰 직경을 갖는다. 보다 큰 직경의 역세척 수용기는 유체의 역류에 의하거나 또는 가압기체로부터의 압력 펄스에 의하여 제거하고자 하는 필터 요소상의 침적물에 대하여 부가적인 공간을 제공함으로써 역세척 작업을 용이하게 한다. 역세척 수용기는 또한 전형적으로 배출 파이프의 직경이 크다. 큰 직경의 배출 파이프는 역압을 증가시키지 않으면서 역세척 필터 용기로부터 역세척 물질의 제거를 용이하게 한다. 또한, 역세척 필터 용기는 여과액이 역세척을 위해 용기 내에 보유될 수 있도록 또는 역세척액이 역세척을 위해 용기 내에 보유될 수 있도록 보다 큰 하류 챔버를 갖는 것이 일반적이다.
역세척용 필터 요소는 일반적으로 여러가지 면에서 일회용 필터 요소와 다르다. 예를 들면, 역세척용 필터 요소는 구조적인 지지를 위하여 부가적인 요소를 포함할 수 있다. 일반적으로, 역세척용 필터 요소는 케이지, 메쉬, 슬리브, 쉘 및 랩을 포함하는 외측 지지 구조물을 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 외측 지지 구조물은 유체가 큰 압력차를 야기하지 않으면서 용이하게 이들을 통과할 수 있도록 다공질 구조물이다. 외측 지지 구조물은 필터 요소의 상류 영역, 즉 정상적인 여과시 유체의 유동 경로에 대하여 상류에 위치할 수 있다. 외측 지지 구조물은 역세척시 필터 매체를 구조적으로 지지한다. 역세척은 역류 방향으로 큰 압력차를 야기하여 결과적으로 필터 요소에 역류 방향으로 큰 힘을 발생시키기 때문에, 역세척 유동에 의해 필터 매체가 손상되지 않도록 강하고 튼튼한 외측 지지 구조물을 사용한다. 상술한 바와 같은 외측 지지 구조물은 케이지, 메쉬, 슬리브, 쉘 및 랩을 포함할 수 있으며, 폴리머 재료 및 금속성 재료를 포함하는 다양한 재료로 부터 만들어질 수 있다. 반면, 일회용 필터 요소는 일반적으로 필터 요소가 역세척에 의해 야기되는 힘을 받을 일이 없기 때문에 외측 지지 구조물을 포함하지 않는다.
또한, 역세척용 요소는 일반적으로 필터 요소 상에 침적된 고체가 제거되기 쉽도록 설계된다. 따라서, 역세척 유동이 용이하게 침적물을 세척할 수 있도록 상기 고체는 필터 매체의 상류 표면 상에 또는 근처에 침적되도록 하는 것이 바람직하다. 그러므로, 상기 고체가 필터 매체의 상류 표면 상에 또는 근처에 우선적으로 침적되도록 하기 위하여 보다 조밀한 필터 매체를 이용하는 것이 일반적이다. 반면, 일회용 필터 요소는 효과적인 역세척을 방해하는 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 일회용 필터 요소는 필터 매체의 여과 면적을 증대시키기 위하여 덜 조밀한 필터 매체를 사용하는 것이 일반적이다. 요소가 일회용이고 세척할 필요가 없기 때문에 고체는 필터 매체 전체에 걸쳐 분포할 수 있다.
일회용 및 역세척용의 용기 및 필터 요소에 대해 상술한 개별적인 사항외에도, 양 유형의 시스템의 작업뿐만 아니라 역세척 수용기내 필터 요소의 구조도 다르다. 일반적으로, 역세척용 필터 요소의 경우에 각각의 개별 필터 요소에 대한 공정유체 유속은, 역세척용 필터 요소의 필터 매체 내로 고체가 깊이 침투하는 것을 막기 위하여, 일회용 필터 요소의 경우보다 낮게 하는 것이 바람직하다. 보다 낮은 유속은 역세척용 필터 요소의 상류 표면 상 또는 근처에서의 고체의 우선적인 침적을 촉진하는 경향이 있다. 따라서, 예를 들어 유량과 같은 주어진 공정 조건에 대하여 역세척용 필터의 크기뿐만 아니라 개수는 원하는 유속을 얻을 수 있도록 선택되어야 할 것이다. 일반적으로, 한 요소당 유속이 낮기 때문에, 특정 용도에 있어서 공정 변수, 예를 들어 필터 시스템의 유입구로부터 유출구까지의 유량을 유지하기 위해서는 보다 많은 개수의 역세척용 필터 요소가 사용될 수 있다. 일반적으로, 일회용 필터 요소는 직경이 보다 크기 때문에 보다 적은 개수의 요소를 이용한다. 따라서, 만일 한 개의 튜브 시트를 일회용 필터 시스템과 함께 사용하고자 한다면 튜브 시트내의 여분의 오프닝은 상기한 바와 같이 블라인드 어댑터로써 밀봉시킬 수 있다.
본 발명의 하이브리드 필터 시스템은 다양한 방법으로 작동될 수있다. 작동 모드에 영향을 미치는 인자는 원칙적으로 특정 용도에 대한 특정 공정 조건, 예를 들어 공정유체의 특성, 고체의 농도, 원하는 유량 및 압력 강하를 포함한다. 따라서, 하이브리드 필터 시스템의 작동을 보다 명료하게 설명하기 위하여, 여과 작업에 대한 일반적인 서술을 한 후 도 1-5에 도시된 실시예에 대하여 일회용 필터 요소와 역세척용 필터 요소를 이용하는 경우를 비교하여 그 차이점을 서술한다.
설치에 있어서, 하이브리드 필터 시스템은 일회용 필터 요소(20)가 내부에 배치되어 있는 역세척용 수용기(12)를 포함한다. 역세척용 필터 요소를 처음부터 역세척 수용기(12)내에 설치할 수 있다. 그러나, 처음에는 전형적으로 역세척용 필터 요소보다 저렴한 일회용 필터 요소(20)를 설치하는 것이 바람직하다. 모든 역세척-관련 연결부재, 예를 들어 가압 기체 파이프(40) 및 역세척 유체 공급 파이프(44)는 차단시키거나 덮개를 씌워서 어떠한 역세척 조립체도 역세척 수용기(12)에 연결되지 않도록 한다. 여과작업시, 유체 공급 밸브(30)와 여과액 방출 밸브(46)를 제외한 모든 조절 밸브는 차단시킨다. 여과될 공정유체는 공정유체 공급 파이프(22)를 통해 공정유체 챔버(16) 내로 도입된 후 일회용 필터 요소(20)의 필터 매체를 통해 통과한다. 그다음 여과액은 일회용 필터 요소의 비어있는 내부를 따라 통과하고 튜브시트(14)의 오프닝(54)을 통해 여과액 챔버(18)로 들어간다. 그 후 여과액은 여과액 방출 파이프(38)를 통해 여과액 챔버(18)를 떠나, 예를 들어, 저장소(미도시)에 수집될 수 있다. 일반적으로 여과작업시, 공정유체 챔버(16)는 공정유체로 완전히 채워지며, 여과액 챔버(18)는 여과액으로 완전히 채워진다.
일회용 필터 요소(20)가 구비된 역세척 수용기의 경우, 정상적인 여과 작업은 상술한 바와 같이 시작되며, 필터 요소(20)의 오염 발생 시기를 측정하기 위하여 시스템을 모니터한다. 필터 시스템의 입구 및 출구 압력차를 모니터 하는 방법 및/또는 간단하게 소정의 시간 경과후 필터 요소를 점검하는 방법을 포함하여 필터 요소의 오염시기를 측정하는 방법은 여러가지가 있다. 바람직하게는, 압력차를 측정하는 압력센서를 이용한다.
주어진 용도에 있어서 주어진 공정 변수에 대하여, 필터 요소에 대한 고체 침적 조건이 결정될 수 있다. 고체 침적 조건은 다양한 변수에 따라 결정될 수 있지만, 가장 바람직한 변수는 필터 요소 전,후의 압력차와 시간간격이다. 예를 들면, 고체 침적 조건은 주어진 시간 주기에 대한 압력차의 허용가능한 범위에 따라 결정될 수 있다. 즉, 특정 여과용도에 있어서, 주어진 여과시간, 예를 들어 1시간이 경과한 후 일회용 필터 요소 전,후의 압력차를 허용가능한 압력차 범위와 비교할 수 있다. 만일 압력차가 이 범위의 위 쪽에 있거나 이 범위 보다 높다면, 일회용 필터 요소를 계속 사용하는 것은 비용이 너무 많이 들 정도로 유체내 고체의 농도가 높다는 것을 합당하게 추정할 수 있다. 만일 압력차가 상기 범위의 아래쪽에 있거나 상기 범위 보다 낮다면, 일회용 필터 요소를 계속 사용할 수 있을 정도로 유체내 고체의 농도가 낮다는 것을 합당하게 추정할 수 있다. 주어진 여과 시간주기에 대한 허용가능한 압력차 범위를 예정된 고체 침적 조건이라고 볼 수 있다.
대안으로서, 고체 침적 조건은 여과 시간간격의 허용가능한 범위 내에서 최대 기대 압력차에 따라 결정될 수 있다. 즉, 특정 여과 용도에 있어서, 일회용 필터 요소 전,후의 최대 기대 압력차에 도달한 후, 여과 시간간격을 허용가능한 시간간격의 범위와 비교할 수 있다. 만일 상기 시간간격이 이 범위의 위 쪽에 있거나 이 범위 보다 높다면, 유체내 고체의 농도는 일회용 필터 요소(20)를 계속해서 사용할 수 있을 정도로 낮다는 것을 합당하게 추정할 수 있다. 만일 상기 시간간격이 상기 범위의 아래쪽에 있거나 상기 범위 보다 낮다면, 유체내 고체의 농도는 일회용 필터 요소(20)를 계속해서 사용하기에는 비용이 너무 많이 들 정도로 높다는 것을 합당하게 추정할 수 있다. 최대 기대 압력차에 도달하는데 허용되는 여과 시간간격의 범위 역시 예정된 고체 침적 조건으로 볼 수 있다.
고체 침적 조건에 따라, 역세척 수용기(12)에 최초로 설치된 오염된 일회용 필터 요소는 깨끗한 일회용 필터 요소 또는 깨끗한 역세척용 필터 요소로 교체될 수 있다. 물론, 고체 침적 조건이 역세척 수용기(12)내에 역세척용 필터 요소가 설치되어야 함을 나타낸다면, 역세척 수용기(12)의 역세척-관련 연결부재를 개방시키거나 덮개를 열어서 역세척 수용기(12)를 역세척 조립체에 연결하는 것이 바람직하다. 조건들이 변할 수 있기 때문에 시스템의 모니터링이 진행중에 있는지 주목하는 것이 중요하다. 예를 들어, 초기 침적 조건이 일회용 필터 요소를 계속 사용할 수 있음을 나타낸다면, 시간경과에 따라 고체 농도가 변하는 경우를 생각하여 시스템을 계속해서 모니터한다.
효과적이면서도, 하이브리드 필터 시스템에 이용가능한 역세척 조립체 및 역세척 기법은 많이 알려져 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 역세척 기법은 여과액을 역세척 유체로 이용하는 기체 보조(gas assisted) 역세척법일 수 있다. 도 5는 역세척 조립체에 연결된 하이브리드 필터 시스템을 나타낸다. 그러나, 역세척 유체로 다른 유체를 사용할 수 있다. 외부에서 공급되는 역세척 유체는 역세척 공급 파이프에 연결된 역세척 보유 탱크에 저장될 수 있다.
적합한 기체 보조 역세척법의 한 실시예에 의하면, 공정유체 공급 파이프(22)와 여과액 방출 파이프(38)는 밸브(30,46)에 의해 차단되고, 공정유체는 공정유체 챔버(16) 내에서 적당한 수준으로, 즉 필터 요소(20)의 아래까지 배출된다. 그 후 배출 밸브(32)는 차단된다. 조절 밸브(30,34,36,46,50) 역시 차단되어 파이프(22,26,28,38,42)를 차단시킨다. 이렇게 파이프들이 차단되고, 역세척 유체를 보유하는 여과액 챔버(18)가 예를 들어 가압기체 공급 파이프(40)에 의해 가압됨에 따라 역세척용 필터 요소(20)가 역세척될 수 있다. 여과액 챔버(18)는 임의의 적합한 역세척 압력, 예를 들어 약 70 내지 90 psi 까지 가압된다. 여과액 챔버(18)가 가압되고 역세척액이 필터 요소(20)와 여과액 챔버(18)의 내부에 축적되면, 하부 배출 밸브(32)가 개방되어 공정유체 챔버(16)는 배출 파이프(24)를 통해 직접 벤트되고, 여과액 챔버(18)는 역세척용 필터 요소(20)를 경유하여 하부 배출 파이프(24)를 통해 벤트된다. 따라서, 여과액 챔버(18)내의 역세척액과 기체는 역세척용 필터 요소(20)를 통과하도록 힘을 받아 각각의 역세척용 필터 요소(20)로 부터 입자 케이크와 고체를 제거하여 각각의 역세척용 필터 요소(20)로 부터 미립자 물질을 세척하게 된다. 하부 배출 파이프(24)의 직경은 일반적으로 크다. 큰 직경의 배출 파이프는 역세척 필터 용기(12)로 부터 역세척 물질의 제거를 용이하게 한다.
가압 기체는 역세척을 위한 에너지를 제공한다. 하이브리드 필터 시스템, 역세척액 및 공정유체와 화합할 수 있는 임의의 기체를 사용할 수 있다. 압축 공기나 질소가 흔히 사용된다. 특히, 여과액 챔버(18)의 증대된 압력은 배출 밸브(32)가 개방되었을 때 역세척용 필터 요소(20)의 상부와 내부에 축적된 역세척액을 역세척용 필터 요소(20)를 통해 역방향으로 급격하게 유동하게 하는 압력 펄스를 야기한다. 역세척액을 외측으로 유동하게 하는 힘은 역세척용 필터 요소(20)의 외측 표면 상에 또는 근처에 포집된 미립자 물질을 제거하며, 상기 고체 물질은 역세척액과 함께 배출 파이프(24)를 통해 용기 밖으로 방출된다.
역세척은 연속적으로 행할 수 있으며, 여과액 챔버(18)내에 함유된 모든 역세척액은 필터 요소(20)를 통해 하나의 연속 스트림으로 또는 불연속적으로 플러싱된다. 예를 들면, 소정 시간주기가 경과한 후 또는 소정 양의 역세척액이 필터 요소(20)를 통해 플러시된 후, 하부 배출 밸브(32)를 차단시키고 여과액 챔버(18)내의 임의의 역세척액으로 필터 요소의 내부를 채운다. 그다음 여과액 챔버(18)를 재가압하고 또다른 역세척 사이클을 시작할 수 있다. 두번째 챔버 내에 역세척액이 충분히 존재하는한 또는 역세척액이 여과액 챔버(18)로 공급되는한 유사한 역세척 사이클을 계속할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 필터 시스템은 용기내에 배치되는 수준 센서 또는 타이머와 같이, 역세척액이 언제 적합한 수준에 도달하는지를 자동적으로 측정하는 임의의 적합한 메커니즘을 구비할 수 있다. 여과액 챔버내 역세척액의 수준은 역세척용 필터 요소의 크기 및, 역세척용 필터 요소를 통해 플러시되기를 원하는 역세척액의 양을 포함하는 수많은 인자에 의존한다. 일부 실시예에 있어서, 역세척액의 수준은 역세척액의 체적이 모든 필터 요소의 내부체적의 약 1 내지 약 10배가 되도록 선택할 수 있다.
역압력 펄스의 특성, 예를 들어 여과액 챔버(18)와 공정유체 챔버(16)간의 압력차의 크기 및 펄스의 지속시간은 필터 요소가 역압력차에 견디는 능력 및 필터 요소의 세척을 위해 필요한 역류 속도와 같은 인자에 따라 변할 수 있다.
이상에서는 가장 실제적이고 바람직한 실시예에 관하여 도시하고 서술하였다고 믿어지지만, 당업자들은 도시 및 서술된 구체적인 방법과 구조로 부터 새로운 시도를 할 수 있으며, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 이를 실시할 수 있다. 본 발명은 서술 및 도시된 특정 구조에 한정되지 않으며, 첨부된 청구 범위에 속할 수 있는 모든 변형물을 포함하는 것으로 해석되어져야 할 것이다.

Claims (22)

  1. 고체를 함유한 공정유체의 여과방법에 있어서,
    (a) 상기 공정유체를 재생용 필터 용기의 유입구를 통해 재생용 필터 용기의 공정유체 챔버내로 통과시키는 단계;
    (b) 공정유체 챔버내에 장착된 복수개의 일회용 필터 요소를 통해 상기 공정유체를 통과시키는 단계로서, 동시에 일회용 필터 요소의 필터 매체 상에 또는 내에 고체를 침적시키는 단계 ;
    (c) 상기 일회용 필터 요소로부터의 여과액을 재생용 필터 용기의 여과액 챔버 내로 흐르게한 후 재생용 필터 용기의 유출구를 통해 유출시키는 단계; 및
    (d) 예정된 고체 침적 조건에 따라, (ⅰ) 고체가 침적된 일회용 필터 요소를 깨끗한 일회용 필터 요소로 교체하거나 또는 (ⅱ) 고체가 침적된 일회용 필터 요소를 깨끗한 재생용 필터 요소로 교체하고 상기 재생용 필터 용기에 역세척 시스템을 연결하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 일회용 필터 요소의 오염 발생 시기를 측정하기 위하여 상기 침적 조건을 모니터하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 침적 조건이 주어진 시간주기 경과 후 일회용 필터 요소 전,후의 압력차를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  4. 제3항에 있어서, 주어진 시간 경과 후 상기 압력차가 설정치 보다 높다면 상기 일회용 필터 요소를 깨끗한 재생용 필터 요소로 교체한 다음 재생용 시스템을 상기 재생용 필터 용기에 연결하고, 주어진 시간 경과 후 상기 압력차가 설정치 보다 낮다면 상기 일회용 필터 요소를 깨끗한 일회용 필터 요소로 교체하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 일회용 필터 요소가 깨끗한 재생용 필터 요소로 교체되는 경우, 재생용 필터 요소의 오염 발생 시기를 측정하기 위하여 상기 침적 조건을 계속해서 모니터하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  6. 제5항에 있어서, 또 다른 주어진 시간주기 경과 후 상기 압력차가 설정치 보다 높다면 재생용 필터 요소를 재생하고, 주어진 시간주기 경과 후 상기 압력차가 설정치 보다 낮다면 재생용 필터 요소를 깨끗한 일회용 필터 요소로 교체하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 침적 조건이 주어진 상기 일회용 필터 요소 전,후의 압력차에 대한 시간간격을 포함하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  8. 제7항에 있어서, 주어진 압력차에 대한 상기 시간간격이 설정치 보다 낮다면 상기 일회용 필터 요소를 깨끗한 재생용 필터 요소로 교체한 다음 재생용 시스템을 상기 재생용 필터 용기에 연결하고, 주어진 압력차에 대한 상기 시간간격이 설정치와 같거나 보다 높다면 상기 일회용 필터 요소를 깨끗한 일회용 필터 요소로 교체하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 일회용 필터 요소가 깨끗한 재생용 필터 요소로 교체되는 경우, 재생용 필터 요소의 오염 발생 시기를 측정하기 위하여 상기 침적 조건을 계속해서 모니터하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 주어진 압력차에 대한 시간간격이 설정치 보다 낮다면 재생용 필터 요소를 재생하고, 상기 주어진 압력차에 대한 시간간격이 설정치 보다 실질적으로 높다면 재생용 필터 요소를 깨끗한 일회용 필터 요소로 교체하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 고체가 침적된 일회용 필터 요소를 깨끗한 재생용 필터 요소로 교체하는 단계가, 교체할 일회용 필터 요소의 개수 보다 많은 개수의 재생용 필터 요소를 상기 재생용 필터 용기의 공정유체 챔버와 여과액 챔버를 분리하는 튜브시트에 장착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 재생용 필터 용기 및 상기 재생용 필터 요소가 각각 역세척용 필터 용기 및 역세척용 필터 요소를 포함하며, 재생은 역세척을 포함하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 필터 요소의 교체 단계가 상기 공정유체 챔버와 여과액 챔버 사이에 장착된 튜브시트를 교체하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  14. 고체를 함유한 공정유체의 여과방법에 있어서,
    (a) 상기 공정유체를 재생용 필터 용기의 유입구를 통해 재생용 필터 용기의 공정유체 챔버내로 통과시키는 단계;
    (b) 공정유체 챔버내에 장착된 복수개의 재생용 필터 요소를 통해 상기 공정유체를 통과시키는 단계로서, 동시에 상기 재생용 필터 요소의 필터 매체 상에 또는 내에 고체를 침적시키는 단계;
    (c) 상기 재생용 필터 요소로 부터의 여과액을 재생용 필터 용기의 여과액 챔버 내로 흐르게한 후 재생용 필터 용기의 유출구를 통해 유출시키는 단계; 및
    (d) 고체 침적 조건에 따라, 상기 재생용 필터 요소를 깨끗한 일회용 필터 요소로 교체하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 고체를 함유한 공정유체의 여과방법에 있어서,
    (a) 상기 공정유체를 재생용 필터 용기의 유입구를 통해 재생용 필터 용기의 공정유체 챔버내로 통과시키는 단계;
    (b) 공정유체 챔버내에 장착된 복수개의 일회용 필터 요소를 통해 상기 공정유체를 통과시키는 단계로서, 동시에 상기 일회용 필터 요소의 필터 매체 상에 또는 내에 고체를 침적시키는 단계;
    (c) 상기 일회용 필터 요소로 부터의 여과액을 재생용 필터 용기의 여과액 챔버 내로 흐르게한 후 재생용 필터 용기의 유출구를 통해 유출시키는 단계; 및
    (d) 고체가 침적된 일회용 필터 요소를 깨끗한 재생용 필터 요소로 교체한 다음 상기 재생용 필터 용기에 역세척 시스템을 연결하는 단계를 포함하는 방법.
  16. (a) 공정유체 챔버와 여과액 챔버를 가지며, 공정유체 챔버와 소통하는 유입구, 공정유체 챔버와 소통하며 공정유체 챔버로 부터 공정유체, 재생 및 필터 요소 침적물을 배출할 수 있는 크기로 되어 있는 배출구, 여과액 챔버와 소통하는 유출구 및 여과액 챔버와 소통하며 덮개로 덮인 재생-관련 포트를 포함하는 재생용 수용기;
    (b) 상기 재생용 수용기의 공정유체 챔버와 여과액 챔버 사이에 장착되어 있으며, 공정유체 챔버와 여과액 챔버 사이에 차단벽을 제공하고, 복수개의 오프닝을 지닌 튜브 시트; 및
    (c) 상기 튜브 시트에 장착되어 있으며, 상기 수용기의 공정유체 챔버내로 뻗어 있고, 하나의 개방단부와 필터 매체를 각각 포함하며, 상기 개방단부가 상기 재생용 수용기의 여과액 챔버와 소통하도록 상기 튜브 시트의 오프닝과 각각 결합되어 있는 복수개의 일회용 필터 요소를 포함하는 하이브리드 필터 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 공정유체 챔버와 여과액 챔버 중 최소한 하나는 밀봉가능한 억세스 포트를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 필터 조립체.
  18. 제16항에 있어서, 상기 튜브 시트가 상기 재생용 수용기에 제거가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 필터 조립체.
  19. 제16항에 있어서, 상기 복수개의 일회용 필터 요소를 상기 튜브 시트에 고정시키기 위한 설치판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 필터 시스템.
  20. 제16항에 있어서, 상기 튜브 시트내의 복수개의 오프닝이 복수개의 일회용 필터 요소 및 복수개의 재생용 필터 요소와 결합될 수 있는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 필터 조립체.
  21. 제20항에 있어서, 일회용 및 재생용 필터 요소를 상기 튜브 시트에 연결하기 위한 어댑터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 필터 조립체.
  22. 제16항에 있어서, 상기 필터 요소의 개수가 상기 튜브 시트내 오프닝의 개수 보다 적은 경우, 최소한 1개의 튜브 시트내 오프닝을 통해 유체가 통과하는 것을 막기 위한 블라인드 어댑터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 필터 조립체.
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