KR20140038978A - 필터 장치 - Google Patents

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KR20140038978A
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제이슨 데일
오게 비에 안데르센
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모스 하이드로 에이에스
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Abstract

본 발명은 역세척 메커니즘을 각각 포함하는 복수의 세장형 중공 여과 요소를 포함하는 필터 장치에 관한 것이다. 역세척 메커니즘은 중공 여과 요소의 단면에 대응하는 단면을 갖는 적어도 하나의 찌끼 수용 부분을 포함한다.

Description

필터 장치 {FILTER ARRANGEMENT}
본 발명은 필터 장치 및 역세척 메커니즘을 포함하는 필터 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는 효율적이고 미소한 압력 및 공정 유체 손실로 스케일링이 가능한 필터를 제공한다. 필터 장치는 특히 가정용 및 산업용 공정으로부터의 물의 재순환을 포함하는 음용수 생성, 발전소를 위한 냉각수 취입, 오일/가스 개발로부터의 생성수, 평형수(ballast water) 및 양식장 관리를 포함하는 고 용적 용례 또는 물 이외의 유체를 사용하는 다른 용례에 사용하기에 적합하지만, 전적으로 이에 한정되는 것은 아니다.
물의 관리는 광범위한 적용 영역을 나타내며, 세계의 특정 부분에서의 물의 제한된 가용성 및 하나의 영역으로부터 다른 영역으로의 원치않는 유기체의 확산 및 질병의 확산의 근원으로서의 그 잠재성 양자 모두에 기인하여 많은 주목을 받고 있다. 여과 또는 더 구체적으로는 마이크로여과는 원치않는 요소를 포함하는 물과 연계된 위험을 감소시키고 물 품질을 개선시키기 위한 목적의 처리 공정의 준비 단계로 고려될 수 있다. 개선된 여과 기술은 매체와 용례에 무관하게 현용의 처리 방법에 유익하고, 또한, 개선된 공정 및 기술의 개발을 가능하게 할 수 있다.
선박 평형수의 처리 및 여과는 선단 운영자에게 점점 더 중요해지고 있다. 큰 용적의 해수를 전달하는 것은 해양 생물다양성(biodiversity)에 손상을 주는 것으로 알려져 있다. 현대 선박의 규모는 평형수 탱크의 용적이 크고, 결과적으로, 평형 탱크를 채워넣고 비우는 데 소요되는 시간이 선단 운영자에게 상업적으로 중요하다는 것을 의미한다. 추가적으로, 선내 선박 공간은 매우 부족하며, 큰 용적의 물을 여과하고 상당한 양의 물질(유기물 및 무기물)을 제거할 수 있는 효율적 여과 시스템 또는 더욱 구체적으로는, 마이크로여과 시스템은 처리 시스템 점유면적의 감소 및 처리 성능 개선을 가능하게 할 것이다.
본 발명자는 본 명세서에 개시된 발명을 사용하여 큰 용적의 해수 같은 유체를 작은 시간 기간 내에 여과할 수 있는 효율적 여과 또는 마이크로여과 시스템에 대한 필요성이 충족될 수 있다는 것을 입증하였다.
이들 용례에서 해수를 여과하기 위해 소정 범위의 여과 시스템이 가용하다. 이런 시스템은 일반적으로 종래의 필터 요소를 포함하며, 이 필터 요소를 통해 예를 들어 해수가 유동한다.
액체 유동이 필터 요소의 벽을 통과할 때, 필터 크기 제원보다 크기가 큰 임의의 먼지, 입자 또는 유기 물질은 필터 요소를 통과할 수 없으며, 필터 요소의 내부 벽 상에 포획되고, '케이크'라 알려진 여과된 물질의 찌끼(debris)를 형성하기 시작한다. 물질의 케이크가 축적되기 시작하면, 필터 요소에 걸친 압력 손실이 증가하며, 이에 의해, 효율을 유지하고자 한다면 필터 요소의 내부 벽으로부터 케이크를 세정할 필요가 있다.
이 세정 공정은 필터를 박피하거나(stripping down), 역세척 메커니즘을 통해 달성될 수 있으며, 역세척 메커니즘은 연속 세정용으로 구성되거나, 압력 손실이 특정 감시 레벨에 도달할 때에만 기동되거나, 주어진 간격으로 또는 수동으로 기동될 수 있다. 또한, 역세척 메커니즘은 필터 요소 아래에 수집 챔버를 사용할 수 있고, 이 수집 챔버에 필터 요소로부터의 물질의 케이크가 수집되고, 그후 적절한 배출 관에 의해 배출될 수 있다.
필터 벽을 통한 역방향 물 유동을 통해 필터 요소가 세정될 수 있게 하는 다양한 역세척 메커니즘이 사용되고 있다. 필터가 사용중인 동안 역세척이 수행될 수 있으며, 따라서, 필터가 세정되는 동안에 지속적으로 물을 여과할 수 있게 한다.
본원은 미소한 압력 강하 및 공정 액체 유동으로 큰 용적의 여과가 가능한 매우 효율적인 필터를 유리하게 제공하는 종래의 것과는 다른 필터 장치와, 추가적으로, 역세척 메커니즘을 개시한다.
본 발명의 양태에 따라서, 챔버와, 챔버 내부에 수용된 복수의 세장형 중공 여과 요소를 포함하는 필터 장치가 제공되며, 각 요소는 반투과성 여과 벽과, 내부에 위치된 역세척 메커니즘을 포함하고, 각 역세척 메커니즘은 중공 여과 요소의 단면에 대응하는 단면을 갖는 적어도 하나의 찌끼 수용 부분을 포함하고, 찌끼 수용 부분의 외주부는 중공 요소의 여과 벽의 내주부에 바로 인접하게 위치된다.
본 발명에 따른 필터 장치는 복수의 여과 요소 각각의 여과 벽으로부터 효과적이고 효율적으로 찌끼를 제거하는 역세척 메커니즘을 제공한다. 그 전체 주연부 둘레의 각 여과 요소의 내부 벽과의 찌끼 수용 부분의 근접 정렬은 여과 벽의 균일한 역세척 동작을 초래한다. 필터 장치의 정상 동작이 지속될 수 있게 하면서 여과 요소가 신속히 역세척될 수 있으며, 즉, 역세척은 정상 여과 동안 이루어질 수 있다.
본 발명에 따라서, 종래 기술에 비해 필터를 통한 압력 손실이 감소된다. 추가적으로, 필터 세정 방법도 개선된다. 본 발명에 의해 제공되는 이들 개선은 주어진 필터 장치의 유량 또는 용량을 감소시키지 않고 필터 메시 크기의 감소를 가능하게 한다. 따라서, 더 미세한 여과로 인해 현저히 "더 청정한" (고 용량) 처리 공정으로 액체가 전달될 수 있게 함으로써 제공되는 장점은 처리 공정 부담을 감소시켜 규모 축소를 가능하게 한다(예를 들어, "상태조정" 화학제의 농도를 감소시키거나, 대안적 처리 공정의 도입을 가능하게 한다).
따라서, 본 발명은 다수의 필터 요소를 포함하는 고 효율 인-라인 역세척 필터, 낮은 압력 헤드 요건, 미소한 압력 및 공정 액체/유체 손실 및 수동 또는 자동 자체세정 필터 스크린(역세척) 동작을 제공한다.
본 발명에 따른 필터 장치는 필터 요소의 수 및 필터 요소의 직경과 길이를 조절함으로써 100 m3/hr 미만 내지 10,000 m3/hr 초과까지의 매우 높은 용량까지 유리하게 규모 확대될 수 있다. 또한, 장치는 수평 또는 수직 배향으로 또는 그 사이의 임의의 배향으로 설치될 수 있으며, 공정 배관에 대한 미소한 교란을 필요로 한다.
필터 장치가 역세척될 수 있는 속도는 찌끼 출구로 전향되어야만하는 (필터 장치를 통과하는 액체인) 공정 유체/액체의 용적을 감소시킨다. 이는 필터 장치의 전체 성능을 추가로 개선시킨다.
필터 요소가 특정 크기를 초과하는 유기 및 무기 입자 같은 물질의 물리적 분리 및 제거를 제공하는 필터 장치가 제공된다. 필터 요소는 다수의 금속 스크린 층이 지지 구조와 함께 소결되어 그 자중을 지지할 수 있는 강한 필터 요소를 생성하게 되는 금속 직조-와이어 소결 스크린 방법에 의해 구성될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 필터 요소의 각 단부에서, 내부 또는 외부 O-링과 조합된 금속 또는 플라스틱 링이 필터 요소의 단부를 밀봉하는 적절한 방법으로서 기능한다.
대안적으로, 필터의 동작 상태에서 처리 중인 액체 혼합물, 용액 또는 현탁체의 하나 이상의 선택된 성분에 대해 투과성이면서 나머지 성분에 대해서는 불투과성인 다른 유형의 필터 요소 디자인이 채용될 수 있다. 이런 필터 요소는 천연 또는 가공 섬유, 인간이 제조한 유기 또는 합성 재료, 철계 또는 비철계 금속, 유리, 활성화 또는 천연 탄소, 세라믹, 종이 및 플라스틱으로부터 구성될 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 이런 필터 요소 디자인은 시트 또는 직조 재료, 부직포 재료, 주름형 멜트스펀 재료, 무기 결합 다공성 매체, 미네랄 울, 유리 섬유, 탄소 섬유, 직조 와이어 및 스크린, 소결 와이어 메시, 천공판, 웨지 와이어(wedge wire) 및 멤브레인 형의 디자인 또는 그 임의의 조합으로부터 구성될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
필터 크기 제원은 여과 대상 액체 및 입자 특성에 따라 결정된다. 따라서, 필터 크기(즉, 필터를 통한 구멍 또는 유동 경로의 크기)는 원하는 용례에 따라 임의의 적절한 크기일 수 있다. 예로서, 필터 요소의 투과성은 선택된 용례에 따라 1 미크론 미만, 1, 10, 20, 40 또는 50 미크론 또는 그 이상으로 선택될 수 있다.
추가적 이득으로서, 필터 요소는 증가된 내식성 또는 개선된 표면 품질을 제공하도록 적절한 화합물로 유리하게 코팅될 수 있다. 예로서, 예를 들어 TiO2 또는 현장 중합에 의해 합성된 폴리아닐린-나노-TiO 2 입자로부터 준비된 코팅이 가혹한 환경에서 양호한 내식성을 갖는다. 따라서, 개별 필터 요소는 내식성을 개선시키도록 코팅될 수 있다. 또한, 달성된 나노-표면은 개선된 표면 품질을 제공하여 표면을 매우 미끄럽고 물질이 표면에 '점착'하기 어려워지게 함으로써 더 적은 빈도수의 세정을 필요로하게 할 수 있다.
여과 요소는 용례에 따라 임의의 단면 형상 또는 프로파일을 가질 수 있다. 용례는 예로서 장치가 배치되는 공간(봉입공간)을 한정할 수 있다. 찌끼 수용 부분은 필터 요소의 내부 표면과 찌끼 수용 부분의 외부 에지 또는 주연부의 긴밀한 정렬을 가능하게 하도록 선택된 여과 요소의 형상에 긴밀하게 대응하는 단면 형상 또는 프로파일을 갖는 것이 바람직하다. 더 구체적으로, 찌끼 수용 부분과 여과 요소 사이의 정렬은 여과 요소의 내부 표면의 전체 원주에 걸쳐 이루어진다.
찌끼 수용 부분과 여과 벽 사이의 분리 거리는 추가로 후술된 바와 같이 찌끼 수용 부분 내로 찌끼가 견인될 수 있게 하면서 요소의 길이를 따른 찌끼 수용 부분의 이동을 가능하게 하도록 선택된다.
비록, 임의의 적절한 형상이 여과 요소 및 찌끼 수용 부분을 위해 사용될 수 있지만, 여과 요소 및 찌끼 수용 부분은 양자 모두가 원형 단면을 갖는 것이 유리하다. 이런 장치에서, 찌끼 수용 부분은 디스크 형태이고, 여과 요소는 그 내부로 디스크가 배치될 수 있는 중공 실린더 형태일 수 있다.
여과 요소는 입구가 필터 조립체에 대면하는 상태로 개방 단부가 제공되도록 배열되는 것이 유리하다. 따라서, 각 여과 요소는 입구로부터 필터 조립체로 유체를 수용하도록 배열된 제1 개방 단부와 제2 폐쇄 단부를 포함할 수 있으며, 여과 요소에 진입하는 유체는 반투과성 여과 벽을 통해 안내된다. 이러한 장치에 따라서, 각 여과 요소는 필터 조립체에 진입하는 유체의 동일한 부분을 수용하고, 이 유체는 그후 각 요소의 폐쇄된 대향 단부에 의해 여과 벽을 통해 안내된다.
각 요소는 요소의 중공 부분 내에서 내부에 배치된 역세척 메커니즘을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 역세척 메커니즘은 각 여과 요소의 길이의 적어도 일부를 따라 찌끼 수용 부분(들)의 이동을 허용하도록 구성되는 것이 바람직하다.
따라서, 찌끼 수용 부분은 여과 벽의 모든 부분으로부터 찌끼가 수집될 수 있도록 요소의 내부 표면위로 운반될 수 있다. 따라서, 벽의 전체 표면에서 찌끼가 세정될 수 있다. 찌끼 수용 부분은 (중공 요소에 관하여) 전체 360도 회전에 걸쳐 연장하며, 따라서, 찌끼 수용 부분이 필터 요소에 관하여 회전될 필요가 없다는 것을 의미한다. 여과 요소의 전체 내부 표면을 커버하기 위해 요구되는 것은 선형 이동이 전부이다.
찌끼 수용 부분은 임의의 적절한 수단 및 구조를 사용하여 이동 및 지지될 수 있다. 예로서, 찌끼 수용 부분(들)은 여과 요소에 관하여 동축으로 위치되고 그 길이방향 축을 따라 이동할 수 있는 중공 샤프트 또는 튜브 상에 배열될 수 있다.
역세척 메커니즘을 이동시키기 위해, 조립체는 여과 요소의 축을 따라 역세척 메커니즘을 선형적으로 왕복 이동시키도록 배열된 구동 메커니즘을 구비할 수 있다. 이동은 피스톤이나 다른 전자 기계식, 공압식 또는 유압식 장치 같은 선형 작동기에 의해 이루어질 수 있다.
이들 다수의 역세척 메커니즘은 각 필터 요소의 중심선과 정렬되어 장착되고 서로 독립적으로 또는 동시에 또는 하위그룹으로 예로서, 쌍으로 구동될 수 있다. 따라서, 필터 조립체는 장치 내에서의 공정 유체 유동에 미소한 유해 영향을 주는 가장 효율적 방식으로 역세척될 수 있다.
복수의 찌끼 수용 부분이 요소의 길이를 따라 등간격 배치되고 사전결정된 거리만큼 분리될 수 있다. 유리하게는, 여과 요소 벽으로부터의 찌끼의 균일한 수집을 보증하기 위해, 역세척 메커니즘은 인접한 찌끼 수용 부분의 축방향 간격의 절반과 같은 거리 만큼 각각 대향하는 방향으로 여과 요소의 길이를 따라 왕복 이동하도록 배열된다.
요소의 원주 둘레로 찌끼 수용 부분이 360도 범위로 존재하므로 역세척 메커니즘은 인접한 찌끼 수용 부분과의 분리 거리의 절반에 해당하는 양만큼 왕복이동되기만 하면 된다.
찌끼는 찌끼 수용 부분 둘레로 연장하는 개방 채널, 즉, 그 내부로 찌끼가 견인될 수 있는 연속적 개방 '슬롯' 또는 채널 내로 수용될 수 있다. 대안적으로, 복수의 오리피스 또는 구멍이 찌끼 수용 부분의 외부 표면으로부터 찌끼 수용 부분의 내부 채널로의 경로를 제공할 수 있다. 결과적으로, 찌끼 수용 부분의 외주부 자체가 천공될 수 있다.
이런 장치에서, 찌끼 수용 부분이 그 위에서 선형적으로 이동하게 되는 트랙 또는 지지부는 필터 요소 벽의 전체 표면이 세정되는 것을 보증하기 위해 찌끼 수용 부분을 회전시키도록 외향 또는 복귀 행정시에 변경된 경로를 추가로 가질 수 있다. 회전은 찌끼 수용 부분 상의 인접한 구멍 사이의 거리에 걸쳐서만 요구되고 지속적 회전 동작이 필요한 것은 아니라는 것을 인지할 수 있을 것이다.
이는 역세척 메커니즘을 위한 이동 거리를 유리하게 최소화함으로써 필터 요소를 역세척하기 위해 필요한 시간을 감소시키고, 필터 요소를 역세척하기 위해 필요한 공정 액체의 체적을 감소시키며, 결과적으로, 필터 조립체의 처리량을 최대화한다.
찌끼 수용 부분은 필터 벽을 통한 역류의 적용시 여과 요소 벽으로부터 찌끼를 수용하도록 유리하게 구성된다. 결과적으로, 찌끼 수용 부분은 여과 벽을 벗어나는 찌끼를 수집하도록 배열된 찌끼 '포획' 또는 수집 채널로서 작용한다. 따라서, 복수의 찌끼 수용 부분은 여과 벽으로부터 찌끼를 수용하도록 배열된 주연방향으로 연장하는 채널 또는 오목부를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 채널은 각 채널로부터 필터 장치의 찌끼 출구로 찌끼를 소통시키도록 배열된 하나 이상의 도관을 구비하는 것이 유리하다.
따라서, 채널 내에 수용된 찌끼는 필터 장치의 외부로, 그리고, 필터 장치를 벗어나 찌끼 출구 또는 배출 포트로 소통될 수 있다. 각 찌끼 수용 부분의 채널을 연결하는 도관은 역세척 메커니즘의 축을 따라 통과하는 공통 도관에 연결되는 것이 편리할 수 있다. 이는 예로서 찌끼 수용 부분을 지지하는 중공 튜브에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 찌끼는 여과 벽으로부터 벗어나 공통 도관 또는 레일로, 그리고, 찌끼 출구로 소통될 수 있다.
또한, 본 발명은 가스 여과 장치로 확장될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예로서, 본 발명은 가스 스트림으로부터 고체 입자를 여과하기 위해 사용될 수 있다. 이런 장치에서, 예로서, 종이 필터가 사용될 수 있다.
찌끼는 공정 유체의 역방향 유동 또는 역류에 의해 여과 요소 벽으로부터 제거된다. 이는 여과 벽을 가로지른 차압에 의해 달성된다. 정상 동작시, 중공 여과 요소의 내부의 압력은 외측의 압력보다 크고, 그에 의해, 유체의 순방향 유동을 생성한다. 필터 장치의 챔버와 채널 사이의 압력 편차를 반전시킴으로써, 공정 유체의 국지적(격리된) 역방향 유동 또는 역류가 달성되어 찌끼가 여과 벽으로부터 제거될 수 있게 한다.
압력 편차는 임의의 적절한 방식으로 달성될 수 있다. 그러나, 이 편차는 찌끼 수용 채널과 소통하는 도관 내의 압력을 감소시킴으로써 달성되는 것이 유리하다. 이는 결과적으로 찌끼 수용 부분의 채널 내의 압력을 감소시키고, 찌끼가 채널 내로 이동하게 한다.
상압과 필터 장치의 챔버 내의 압력 사이의 편차는 역류를 달성하기에 충분할 수 있고, 이런 장치에서, 제어 밸브가 제공되어 찌끼 출구를 선택적으로 개방 및 폐쇄함으로써 역방향 유동을 생성할 수 있다.
추가적으로, 또는, 대안적으로, 진공 또는 흡입 장치가 제공되어 역류 압력을 증가시킴으로써 역세척 또는 세정 작업을 향상시킬 수 있다. 이런 장치에서, 역세척 메커니즘을 형성하는 찌끼 수용 도관 또는 찌끼 출구에 진공 기기가 결합될 수 있다.
역세척 메커니즘은 상술한 바와 같이 임의의 적절한 구조를 사용하여 복수의 찌끼 수용 부분을 유리하게 지지할 수 있다. 구조는 예로서, 복수의 원주방향 연장 디스크 또는 링에 샤프트를 결합시키는 복수의 반경방향 지지 아암이나 '스포크(spoke)'를 포함하는 중앙에서 연장하는 중공 튜브 또는 샤프트일 수 있다. 디스크 또는 링은 상술한 바와 같이 찌끼 수용 채널을 포함할 수 있다.
채널로부터 찌끼 출구로 찌끼를 소통시키는 도관은 이때 편리하게 지지 아암 또는 스포크와 중공 튜브 내에 형성될 수 있으며, 그에 의해, 통합된 역세척 지지 구조 및 찌끼 제거 도관을 형성한다.
여과 요소를 수납하는 챔버는 조립체가 그 내부에 설치되는 환경이나 용례에 따라 임의의 적절한 형상일 수 있다.
본 발명의 챔버는 단면이 대체로 원통형일 수 있으며, 복수의 중공 여과 요소가 원통형 챔버의 길이방향 축에 평행하게 배열되는 것이 유리하다. 유리하게는, 여과 요소도 원통형일 수 있다.
상술한 필터 장치로의 여과된 공정 유체를 위한 출구 및 공정 유체를 위한 입구는 종래의 배관 구성을 사용하여 챔버에 결합될 수 있다.
그러나, 종래와는 달리, 공정 유체를 위한 입구 및 여과된 유체를 위한 출구는 서로 동축이면서 챔버 및 여과 요소의 축과 평행 평행하도록 배열되는 것이 유리할 수 있다. 이런 배열은 '인-라인(in-line)'식으로, 즉, 공정 배관과 동축으로 필터 장치가 설치될 수 있게 한다. 이는 필터 장치를 위해, 특히, 평형수 필터 장치를 위해 종래에 사용되던 필터 장치에 진입 및 필터장치로부터 벗어나는 공정 유체를 위한 방향의 종래의 90도 각도 변화를 제거한다.
유리하게는, 이런 장치에서, 필터 장치를 벗어나는 공정 유체는 필터 장치에 진입한 공정 유체와 인-라인 상태이다. 유리하게는 공정 유체의 여과를 실행하기 위해 필요한 방향의 변화는 단지 필터 장치 챔버 내에서만 이루어진다. 이런 장치에 따라서, 압력 강하 및 필터를 작동시키기 위한 필요 압력 헤드가 놀랍고 유리하게 감소될 수 있다는 것이 판명되었다.
복수의 여과 요소는 챔버 내에 임의의 적절한 구성으로 배열될 수 있다. 본 발명에 따라서, 복수의 중공 여과 요소는 챔버 내에서 챔버의 주연 둘레로 등거리 이격될 수 있으며, 즉, 필터 장치로의 입구 및 출구의 공통 축에 관하여 반경방향 및 원주방향으로 이격될 수 있다.
따라서, 필터 요소의 링은 종래와는 달리 챔버의 중심의 중앙에 배치된 공간을 벗어나는 챔버의 내부 표면의 주연부 둘레에 제공된다. 유리하게는, 중앙에 배치된 공간은 필터 요소의 외부 표면으로부터 여과된 공정 유체를 수용하도록 작용하며, 또한, 장치의 출구에 유체 연결된다. 이에 의해, 수집 챔버와 장치로의 입구 사이에 필터 장치를 통한 편리한 유동 경로가 생성된다. 필터 장치의 챔버의 직경은 필터 장치 입구의 직경보다 크도록 선택되어 챔버 내에 수용된 필터 요소의 수를 증가시키는 것이 유리할 수 있다. 또한, 조립체는 입구의 직경으로부터 챔버의 직경까지 발산하면서 그 사이에서 유체를 소통시키도록 배열된 발산 부분을 더 포함할 수 있다.
따라서, 인-라인 필터 장치의 상류 단부에서, 입구 배관은 압력 손실을 최소화하고 입구 배관 직경을 감소시키기 위해 유입 액체 유체 유동의 속도를 온건하게 감소시키도록 기능하는 발산 배관 섹션에 의해 원통형 필터 하우징 또는 챔버에 연결될 수 있다.
이 발산 배관 섹션 내에서, 유입 액체 유체 유동을 분할하고, 미소한 압력 손실로 각 여과 요소의 개방 단부를 향해 동일한 양의 유입 액체 유체 유동을 안내하도록 적절한 유체 유동 안내부 또는 배플이 배치될 수 있다. 이 안내부는 특수하게 성형될 수 있거나, 이는 허용될 수 있는 압력 손실 수준에 따라서 반구 형상 또는 원추 형상 같은 간단한 형상일 수 있다.
필터 장치를 통한 유체의 직접 유동을 방지하기 위해, 즉, 필터 요소를 통해 유체 유동을 안내하기 위해서 밀봉 판이 추가로 제공될 수 있다.
필터 장치의 출구는 유사하게 상술한 바와 같이 챔버 내의 중앙에 배치된 공간과 출구 사이에 발산 부분을 포함하도록 유사하게 배열될 수 있다. 따라서, 유체를 온건하게 감속시킴으로써, 출구에서의 압력은 회복될 수 있고, 그에 의해, 시스템에서의 필터 장치의 영향을 최소화할 수 있다.
상술한 바와 같이 챔버 내의 중앙에 배치된 공간을 형성하기 위한 복수의 주연부에 위치된 여과 요소를 관찰할 수 있다. 중앙에 배치된 공간의 반경은 필터 장치의 중심 축으로부터 주연에 위치된 필터 요소 중 하나의 표면까지 반경방향으로 측정된 거리로서 정의될 수 있다. 유리하게는 중앙에 배치된 공간의 반경은 상기 필터 장치의 출구의 반경보다 작도록 선택될 수 있다. 그에 의해, 필터에 걸친 압력 손실이 최소화될 수 있다.
사용시, 유입 유체 유동은 미소한 압력 손실로 각 개별 필터 요소의 내부를 향해 동일한 양으로 유리하게 안내된다. 그후, 공정 유체 유동은 개별 필터 요소 각가그이 내부에 진입하고, 각 개별 필터 요소의 여과 표면을 통과하기 시작한다. 유체 유동이 각 개별 필터 요소의 여과 표면을 통과하고 나면, 이는 상술한 중앙에 배치된 공간 내의 여과된 유체의 본체(main bulk)와 합쳐지고, 인-라인 필터 장치의 하류 단부를 향해 안내된다. 인-라인 필터 장치의 하류 단부에서, 출구 배관은 상술한 바와 같은 제2 발산 배관 섹션에 의해 원통형 필터 하우징에 연결되고, 이 제2 발산 배관 섹션 압력 손실을 최소화하기 위해 유출 유체 유동의 속도를 온건히 감소시키고 공정 라인으로 이어지기 이전에 출구 배관 직경을 증가시키도록 기능한다.
다른 양태로부터 보면, 필터 장치의 역세척 방법이 제공되며, 상기 필터 장치는 챔버와 챔버 내부에 수용된 복수의 세장형 중공 여과 요소를 포함하며, 각 요소는 반투과성 여과 벽과 내부에 배치된 역세척 메커니즘을 포함하고, 각 역세척 메커니즘은 적어도 하나의 찌끼 수용 부분을 포함하고, 찌끼 수용 부분은 찌끼 수용 부분의 외주부가 요소의 여과 벽의 내주부에 바로 인접하게 배치되도록 중공 여과 요소의 단면에 대응하는 단면을 가지며, 상기 방법은 (A) 유체가 여과 벽을 통해 역방향으로 유동하게 되도록 찌끼 수용 부분과 챔버 사이에 압력 편차를 생성하는 단계와, (B) 여과 벽으로부터 찌끼를 제거하도록 여과 벽에 대해 찌끼 수용 부분(들)을 이동시키는 단계를 포함한다.
따라서, 이런 양태에 따라, 필터 장치를 효과적이고 효율적으로 역세척하는 방법이 제공된다.
상술한 바와 같이, 필터 조립체는 또한 공정 배관 내에 미소한 압력 손실을 유발하는 인-라인 필터 장치를 제공한다.
본 발명의 양태는 본 명세서에 설명된 필터 장치를 포함하는 수처리 시스템과, 유사하게, 본 명세서에 설명된 필터 장치를 포함하는 평형수 처리 시스템으로 확장된다.
더 구체적으로, 필터 장치는 유기 및 비유기 물질의 분리를 위해 적용될 수 있으며, 결과적으로, 신선한 물 용례, 생성수 처리 용례, 해수 용례, 폐수 용례 및 육상의 또는 부유 양식 설비(양어장) 같은 부유 유닛 상의 양식장 용례, 오일 및 가스의 생산과 연계된 설비 및 선박 선내(예로서, 평형수 관리와 연계하여)을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 액체에서 이런 효과를 위해 적용될 수 있다.
또한, 필터는 식품 및 음료 처리, 미네랄 및 슬러리 처리, 약제 처리, 화학 처리 및 발전소 냉각수 전처리나 변압기 오일의 처리 같은 발전 용례 같은 산업 영역에 효과적으로 적용될 수 있으며, 물 기반 액체에만 한정되지 않고 산과 알칼리를 처리하기 위해서도 사용될 수 있다.
본 명세서에 설명된 발명(들)의 양태의 특징은 임의의 적절한 조합으로 편리하고 상호교환적으로 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
이제, 첨부 도면을 참조로 단지 예로서 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 두 개의 수평 배관 사이에서의 인-라인 필터 설비를 단면도와 단부도로 각각 예시한다.
도 1c 및 도 1d는 두 개의 수평 배관 사이에서의 대안적 인-라인 필터 설비를 단면도와 단부도로 각각 예시한다.
도 1e는 도 1a 내지 도 1d의 인-라인 필터 설비를 위한 대안적 입구 부분을 예시한다.
도 2는 인-라인 필터 설비 내로의, 그리고, 그를 통한 공정 유체 유동을 예시한다.
도 3은 본 명세서에 설명된 발명에 따른 역세척 메커니즘을 포함하는 인-라인 필터 설비를 예시한다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 실시예의 주 유체 유동 경로의 확대도를 제공한다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 본 발명의 실시예의 대안적 도면들을 제공한다.
도 6a는 중앙 중공 튜브에 대한 연결부, 좁은 360도 원주방향 슬롯 및 밀봉 배열체를 도시하는 디스크형 구성요소의 단면 및 내부 모습을 제공한다.
도 6b는 본 명세서에 설명된 발명에 따른, 밀봉 장치, 공정 유체 유동 및 역세척 메커니즘의 이동을 예시한다.
도 7은 압력 손실을 감소시킴으로써 역세척 메커니즘의 효율을 증가시키기 위해 각 역세척 메커니즘에 배출 배관을 연결하는 대안적 방식을 제공한다.
도 8a 및 도 8b는 본 명세서에 설명된 발명에 따른 인-라인 필터 조립체의 단면도와 다른 단부를 예시한다.
본 발명은 다양한 변형 및 대안적 형태를 가질 수 있지만, 도면에 예로서 특정 실시예가 도시되고 본 명세서에 상세히 설명되어 있다. 그러나, 본 명세서에 첨부된 도면 및 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정 형태로 한정하고자 하는 것은 아니며, 오히려, 본 발명은 청구된 발명의 개념 및 범주 내에 포함되는 모든 변형, 균등물 및 대안을 포괄한다.
도 1a는 동축 수평 배관 사이에서의 인-라인 필터 설비로서 본 발명을 도시한다. 수직 구조 또는 그 사이의 임의의 변형도 가능하다.
본 실시예의 필터 장치는 원통형 필터 하우징의 주연부에 대해 동심인 피치 원 직경 상에 정렬된 다수의 필터 요소(2)를 포함하는 원통형 필터 하우징(1)으로 구성된다. 이 도면은 추가적 고정구(4)를 가지는 좌측 단부의 지지부(3)와, 정확한 위치에 필터 요소를 지지하는 우측 단부의, 추가적 고정구(6)를 가지는 홀더(5)를 도시한다.
수평 입구 배관(7)은 발산 배관 섹션(8)에 의해 원통형 필터 하우징에 연결되고, 발산 배관 섹션은 미소한 압력 손실로 유체 유동을 개별 필터 요소 각각으로 온건히 안내하기 위해 적절한 유동 안내부(9) 및 추가적 배플(10)을 포함한다. 유체가 각 개별 필터 요소의 여과 표면에 의해 여과되고 나면, 이는 유체 유동의 본체와 합쳐지고, 인-라인 필터의 하류 단부를 향해 안내된다.
하류 단부에서, 수평 출구 배관(11)은 제2 발산 배관 섹션(12)과 결합하여, 압력 라인 내로 이어지기 이전에 유출 유체 유동의 속도를 온건히 감소시킨다. 이 도면에서, 명료성을 위해, 역세척 메커니즘이 도시되어 있지 않지만, 역세척 공정 동안 사용되는 수집 챔버(13) 및 배출 배관(14)이 강조되어 있다.
도 1b는 필터 장치의 입구로부터의 단부도를 도시하며, 단지 적절한 안내부(9) 및 배플(10)을 관찰할 수 있다. 도 1a는 도 1b에 도시된 A-A를 통한 단면이다.
도 1c는 도 1a에 예시된 인-라인 필터 설비의 대안적 배열을 도시한다.
대안적 배열에서, 유동 안내부(9A)는 오목한 반구형의 형상이다. 이는 발산 배관 섹션(8)이 매우 짧은 경우 특히 유용하다. 짧은 발산 섹션(8)은 공간이 제한된 경우에 필요할 수 있다. 그러나, 짧은 발산 섹션을 갖는 도 1a에 예시된 원추형 안내부 섹션(9)을 사용하면 유체가 매우 급격하게 선회되어야 하기 때문에 필터 요소에 유체를 안내하는 데 문제를 유발할 수 있다. 오목한 반구형 유동 안내부를 사용하는 것은 유체가 저속화되게 하고, 균등하게 분산되게 하여 균등한 양으로 필터 요소에 진입하게 한다. 유동 안내부(9A)는 유체가 저속화 및 분산되는 한정확히 반구형 형상을 가질 필요는 없다. 예로서, 유동 안내부의 단면은 반원 대신 세그먼트일 수 있거나, 필요한 효과를 생성하는 임의의 다른 형상일 수 있다.
도 1d는 필터 장치의 입구로부터의 단부도를 도시하며, 여기에는 단지 유동 안내부(9A)가 도시되어 있다. 도 1c는 도 1d에 도시된 A-A를 통한 단면이다.
도 1e는 도 1a에 예시된 인-라인 필터 설비의 입구의 제3의 가능한 배열을 예시한다. 이 배열에서, 발산 섹션(8B)은 압력 용기의 형상이다. 이는 공간을 절약하기 위해 짧은 발산 섹션을 제공한다. 일반적으로 알려진 압력 용기 형상을 사용함으로써 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 발산 섹션(8B)이 압력 용기의 형상일 때, 반구형 유동 안내부(9B)는 균등한 양의 유체가 상술한 바와 같이 여과 요소에 진입하는 것을 보증하기 위해 사용된다.
도 2는 본 발명에 따른 인-라인 필터 설비/장치 내로의, 그리고, 그를 통한 공정 유체 유동 경로를 예시한다. 화살표는 유체 유동의 방향을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 유체는 좌측 단부로부터 진입하고, 미소한 압력 손실로, 동일한 양으로 개별 필터 요소 각각의 내부를 향해 안내된다. 그후, 유체 유동은 개별 필터 요소 각각의 내부에 진입하고, 각 개별 필터 요소의 여과 표면을 통과하기 시작한다. 이 지점에서, 유체의 유동은 일반적으로 장치의 입구 및 출구의 축에 수직이다.
유체 유동이 각 개별 필터 요소의 여과 표면을 통과하고 나면, 이는 챔버의 중앙 공간 내의 여과된 유체의 본체와 다시 합쳐지고, 인-라인 필터의 하류 단부를 향해 제2 발산 배관 섹션 내로 안내되고, 그후, 미소한 압력 손실로 출구 배관 내로 안내된다.
도 3은 본 발명에 따른 역세척 메커니즘을 예시한다. 역세척 메커니즘은 단지 선형 작동기에 의해 달성되는 선형 운동을 갖는다.
역세척 메커니즘은 중앙 중공 튜브(25)로부터 구성되고, 이 중앙 중공 튜브는 중앙 중공 튜브로부터 필터 요소 내부 표면으로 외향 연장하는 디스크형 구성요소(26)의 형태의 특수 설계된 찌끼 수용 부분의 세트를 보유한다. 디스크형 구성요소(26)의 외주부는 밀봉 헤드 또는 장치(27), 예를 들어, 스프링 부하식 밀봉 헤드 또는 고무형 밀봉부에서 종결되며, 이 밀봉 헤드 또는 장치는 필터 요소의 불규칙성을 보상하고, 필터링되지 않은 유체의 누설을 최소화하기 위해 디스크형 구성요소와 필터 요소 내부 표면 사이에 효과적 밀봉부를 제공한다.
스프링 부하식 배열에서, 찌끼 수용 부분은 예로서, PTFE 또는 필터 요소의 내부 벽과 접촉을 유지하면서 동시에 필터 요소를 따른 축방향 활주가 가능한 다른 적절한 재료로 형성된 헤드를 구비할 수 있다. 이런 헤드는 예로서, 적절한 스프링, 예를 들어, 코일 스프링을 사용하여 필터 표면에 접하도록 편향될 수 있다. 따라서, 필터 요소 벽과 찌끼 수용 부분 사이에 밀봉이 생성될 수 있고, 불규칙성이 수용될 수 있다. 물론 이런 헤드는 찌끼가 찌끼 수용 부분 내로 통과할 수 있게 하는 슬롯 또는 채널을 포함한다.
디스크형 구성요소(26)는 360도 커버리지를 제공하는 필터 요소 내부 표면의 전체 원주 둘레의 좁은 슬롯 또는 채널을 포함한다. 이는 추가로 후술된다. 중앙 중공 튜브는 역세척 메커니즘에 선형 운동을 제공하는 선형 작동기(28)에 의해 외부적으로 구동된다. 또한, 중앙 중공 튜브는 배출 배관(14)에 연결된 찌끼 수집 챔버(13) 내로의 개구(29)를 갖는다. 따라서, 구성요소(26)의 슬롯 또는 채널 사이에서 필터 장치의 찌끼 출구를 형성하는 배출 배관까지 도관이 제공된다.
도 4는 개별 여과 요소와 연계된 역세척 메커니즘을 통한 유체 유동의 상세도를 제공한다. 개방 단부 화살표는 여과 중인 유체 유동의 방향을 나타낸다.
각 여과 요소는 제1 중공 단부(도 4의 좌측에 도시됨) 및 폐쇄 단부(도 4의 요소의 우측에 도시됨)를 포함한다.
도시된 바와 같이, 유체 유동은 필터 요소(2)에 진입하고, 필터 요소의 반투과성 여과 표면을 통과하기 시작한다. 액체 유동이 필터 요소의 여과 표면을 통과하고 나면, 이는 상술한 바와 같이 유체 유동의 본체와 다시 합쳐진다. 중앙 중공 튜브(25)는 외부 선형 작동기로부터 가장 먼 단부에서 폐쇄되어 있지만(도 4의 좌측), 그 대향 단부(29)에서 개방되어 있다. 따라서, 경로 또는 도관이 제공된다. 중앙 중공 튜브의 대향 단부는 필터 요소 아래의 찌끼 수집 챔버에서 종결되고, 여기서, 중앙 중공 튜브의 일부가 외부 선형 작동기에 연결되고, 중앙 중공 튜브의 일부는 찌끼 수집 챔버에 개방된 상태로 유지된다. 세정이 필요할 때, 밸브는 배출 배관에서 개방될 수 있고, 액체 유체는 외부 필터 요소 표면으로부터 유동하고, 물질의 케이크를 찌끼 수용 부분 또는 디스크(26)의 좁은 원주방향 슬롯 또는 채널(27) 내로, 중앙 중공 튜브(25)를 따라서 찌끼 수집 챔버로의 개구(29)까지 역세척하며, 찌끼 수집 챔버에서 이는 그후 추가로 배출 배관을 통해 외부로 배출될 수 있다. 역세척 유체의 유동은 중실단 화살표로 도시되어 있다. 따라서, 개방 단부 화살표는 공정 유체의 순방향 유동을 나타내고, 중실단 화살표는 역세척 유동의 역방향을 나타낸다. 또한, 이 도면에서, 역세척 메커니즘의 선형 작동을 알 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 단면으로 도시된 필터 요소의 대안적 도면이다. 도 5b는 역세척 메커니즘 지지 구조와, 그 길이를 따라 균등하게 이격된 복수의 찌끼 수용 부분을 예시한다. 도시된 바와 같이, 찌끼 수용 부분은 복수의 스포크 또는 지지 아암에 의해 중공 중앙 샤프트에 결합된 링 또는 디스크로 형성된다. 도 5b에서, 디스크당 4개 스포크가 도시되어 있다. 임의의 적절한 수 또는 형상의 찌끼 수용 부분이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이 부분들은 예로서, 각져있거나 유체 유동을 촉진하도록 프로파일형성될 수 있다.
중앙 중공 튜브로부터 필터 요소 내부 표면까지 반경방향 외향 연장하는 복수의 디스크형 구성요소(26)가 그 위에 설치되는 중앙 중공 튜브(25)가 도시되어 있다. 추가로 후술된 바와 같이 밀봉부(27)가 제공된다.
디스크형 구성요소는 360도 커버리지를 제공하는 필터 요소 내부 표면의 전체 원주 둘레의 좁은 슬롯을 포함한다. 찌끼 수용 부분 및 슬롯의 형상 및 구성은 필터 장치를 형성하는 특정 필터 요소의 형상에 따라 구성된다.
예로서, 원형 단면을 위해, 슬롯의 360도 커버리지는 여과 영역이 360도에 걸쳐 연장하기 때문에 필요하다. 정사각형 필터 요소를 포함하는 장치에서, 찌끼 수용 부분은 또한 단면이 정사각형이며, 이때, 정 사각형의 각 측부 상에 슬롯을 구비할 수 있다. 이런 장치에서, 정사각형의 모서리들은 여과 영역에 대향한 지지 영역으로서 작용하고, 따라서, 이들 영역에 걸쳐 슬롯이 연장할 필요가 없다. 따라서, 슬롯은 주어진 단면에서 필터의 전체 여과 영역에 걸쳐 연장하도록 구성된다. 이는 비여과 영역을 불필요하게 세정할 필요 없이 찌끼 수용 부분의 축방향 이동시 필터 요소의 전체 여과 표면이 세정되는 것을 보증한다.
사실상, 찌끼 수용 부분은 여과 영역과 필터 요소 벽의 단면에 대응하도록 구성된 슬롯(또는 찌끼가 통과할 수 있는 복수의 구멍)을 구비한다.
중앙 중공 튜브(25)는 외부 선형 작동기로부터 가장 먼 단부에서 폐쇄되지만, 그 대향 단부(29)에서는 개방되어 있다. 이는 찌끼 방출 또는 배출 출구를 형성한다.
디스크형 구성요소 사이에서 연장하는 스포크는 역세척 유체가 중앙 중공 튜브에 도달하게하는 경로를 제공하는 방식으로 중공형성된다. 또한, 스포크 배열은 여과되지 않은 유체가 중공 필터 요소의 길이를 따라 진입하여 편리하게 이동할 수 있게 한다.
도면에 과장되어 도시되어 있지만, 디스크 부분은 용례를 위해 필요한 구조적 강도를 유지하면서 가능한 얇도록 선택된다. 따라서, 디스크의 주연부에 의해 커버되는 여과 벽의 영역은 최소화되고, 그에 의해, 여과 영역이 최대화된다.
도 5a는 중공 세장형 필터 요소(2) 내로 삽입된 역세척 메커니즘을 예시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 역세척 메커니즘의 개방 단부(29), 즉, 그를 통해 찌끼가 조립체로부터 제거되는 포트는 필터 요소의 말단 또는 하부 단부로부터 연장하는 것으로 도시되어 있다. 필터 요소의 이 단부는 필터의 폐쇄 단부에 대응한다. 도 5b로부터 볼 수 있는 바와 같이 요소의 상부 단부는 요소의 개방 단부에 대응한다.
도 6a는 도 5b에 도시된 역세척 메커니즘과 필터 장치를 통한 단면을 제공한다. 도 6a에 도시된 메커니즘 및 필터 장치의 부분은 도 5b의 상부 단부에 대응하고, 공정 유체가 그 내부로 소통되는 필터 요소의 개방 단부와 중앙 중공 튜브(25)의 폐쇄 단부를 예시한다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 디스크형 구성요소(26)는 중공의 중앙에 배치된 튜브(25)로부터 여과 요소 벽 내부 표면(32)으로 연장한다. 여과 벽에 바로 인접하도록 좁은 360도 원주방향 슬롯(33)이 제공된다. 필터 요소의 중공 부분 내의 공정 유체가 바로 중공 튜브(25) 내로 통과하는 것을 방지하기 위해 디스크형 구성요소(26)의 각 측부에 밀봉부(27)가 제공된다. 또한, 도 6a는 중공 중앙 튜브(25)를 지지하는 지지 판(34)을 예시한다.
도 6b는 찌끼 수용 부분과 여과 벽의 확대 단면을 도시한다.
도 6b는 찌끼 수용 부분을 형성하는 디스크형 구성요소(26), 여과 벽(2) 및 필터 장치(1)의 외부 하우징을 도시한다. 구성요소(26)는 그 주연부가 여과 벽 내부 표면(32)에 바로 인접하도록 연장하고,여과 요소의 중공 공간과 중앙 채널(35) 또는 부분(26) 사이에 밀봉부를 제공하도록 각 측부 상에 O 링 밀봉부(27)를 구비한다.
중앙 채널(35)은 여과 벽에 인접한 좁은 부분과 중공 튜브(25)와 소통하는 넓은 부분을 포함한다. 이는 도 10a에 예시되어 있다. 또한, 도 6b에는 인접한 부분들(26)의 피치 간격(S1)과 후술된 바와 같은 부분들의 절반 피치 이동(S2)이 도시되어 있다.
사용시, 필터는 다음과 같이 기능한다.
공정 유체는 예로서, 도 6a에 도시된 지지 판(34) 내의 구멍을 통해 중공 세장형 필터 요소의 중앙 부분 내로 유동한다. 다시 도 6b를 참조하면, 정상 동작 모드, 즉, 비 역세척 모드에서, 공정 유체는 개방단 화살표로 도시된 바와 같이 유동한다. 즉, 유체는 필터 벽을 통해 중공 필터 요소의 내부로부터 챔버 하우징(1)과 요소의 외부 사이에 형성된 공동 내로 유동한다.
공정 유체의 유동은 P1과 P2 사이의 압력차에 의해 구동된다. P1은 중공 필터 요소 내부의 압력이고, P2는 중공 필터 요소의 외부의 압력이다. 부분(26)의 채널(35) 내의 압력은 필터 요소의 외부의 압력과 같거나 그 보다 큰 압력으로 유지되며, 즉, 다음과 같다.
P3 => P2
O 링 밀봉부는 채널(35) 내로의 여과되지 않은 유체 유동을 방지하고, 공정 유체는 반투과성 필터 벽을 통해 조립체의 출구까지 안내되고, 불순물은 제거되어 필터 벽에 의해 찌끼 또는 '케이크'의 형태로 유지된다.
역세척 사이클을 실행하기 위해, 채널 내부의 압력은 필터 요소의 외부의 압력보다 작도록 감소되며, 즉, 다음과 같다:
P3 <= P2
압력의 이러한 감소는 예로서 상술된 찌끼 출구 포트(29)에 흡입을 인가하거나 진공을 흡인함으로써 달성될 수 있다.
역세척 유체 유동은 중실단 화살표로 예시되어 있다. 중공 필터 요소의 외부의 여과된 공정 유체는 필터의 내부 표면(32) 상에 배치된 케이크의 찌끼를 채널(35)로 전달하도록 필터 요소 벽을 통해 역방향으로 유동하게 된다. 역시, O 링 밀봉부(27)는 여과되지 않은 공정 액체가 챔버 내로 직접적으로 유입되는 것을 방지한다. 이는 역세척 사이클 동안 필터 장치의 외부로 견인되는 액체의 체적을 최소화한다.
이제, 역세척 메커니즘의 이동을 설명한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 인접한 구성요소(26)는 간격 피치(S1) 만큼 분리되어 있다. S2는 이 피치의 절반을 나타내고, 각 구성요소(26)의 제1 및 제2 선형 방향으로의 이동의 한계를 예시한다.
최초로 역세척 사이클을 실행하기 위해, 중공 튜브(25)를 통해 복수의 채널에 찌끼 출구(29)를 연결하도록 개방되는 제어 밸브에 의해 채널 내에서 압력이 감소된다. 상압과 P2 사이의 차이가 충분히 큰 경우, 추가적 흡입은 불필요하다. 압력 편차가 충분히 크지 않은 경우, 흡입이 적용될 수 있고그래서 P3 <= P2의 상태가 충족된다. 양 상태는 공정 유체의 유동을 반전시킬 수 있으며, 유체가 채널(35) 내로 유동하기 시작함으로써, 필터 벽으로부터 채널 내로, 그리고, 찌끼 출구(29)의 외부로 찌끼를 운반한다.
유사하게, 선형 작동기는 각각의 또는 개별 역세척 메커니즘에 작용되어 역세척 메커니즘(들)의 선형 이동을 유발한다. 복수의 구성요소(26)가 중공 튜브에 일체로 결합되기 때문에, 모든 구성요소는 각각의 필터 요소를 따라 축방향으로 동기식으로 이동한다.
선형 작동기는 S2의 거리 만큼 제1 방향(x+)으로 역세척 메커니즘을 왕복 이동시키고, S2의 거리 만큼 반대 방향(x-)으로 역세척 메커니즘을 왕복 이동시킨다. 이는 도 6b에 예시되어 있으며, 여기서, 구성요소(A)는 x 방향으로 거리 S2 만큼 원점(Ax0)으로부터 이동되고, 그후, 원점(Ax0)으로 복귀된다. 유사하게, 구성요소(A)가 이동하면 구성요소(B)도 마찬가지로 이동하고, A가 x+ 방향으로 이동할 때 구성요소(B)는 동일한 방향으로 거리(S2) 만큼 이동한다.
각 디스크 형상 구성요소는 중공 필터 요소의 전체 내부 원주 둘레로 연장한다. 상술한 바와 같이, 필터 요소의 형상에 따라서, 찌끼 수용 부분 및 찌끼 수용 채널은 이에 따라 구성될 것이다.
따라서, 선형이동과의 조합된 효과는 각 방향으로의 구성요소 피치(S1)의 절반 만큼 역세척 메커니즘을 이동시킴으로써, 중공 요소의 전체 표면은 미소한 시간 및 이에 따른 미소한 공정 유체 사용으로 세정될 수 있다.
도 7은 압력 손실을 감소시킴으로써 역세척 메커니즘의 효율을 증가시키도록 각 역세척 메커니즘에 찌끼 제거 출구 또는 배출 배관을 연결하는 대안적 방식을 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 가요성 배관(30)은 중앙 튜브(29)의 개구로부터 배출 배관(14)으로 직접 연결되고, 그에 의해, 찌끼 수집 챔버에 대한 필요성을 우회 및 제거하고, 압력 손실을 감소시킨다. 물질의 케이크를 역세척하는 유동은 이제 그 경로 내에 더 소수의 규제부가 존재하기 때문에 더욱 효율적 방식으로 필터의 외부로 통과할 수 있다. 또한, 각 역세척 메커니즘을 위한 전용 솔레노이드 밸브(31)가 도시되어 있으며, 그래서, 각 역세척 메커니즘은 독립적으로 작동되며, 서로 어떠한 영향도 갖지 않는다.
도 8a는 입구로부터 필터 장치를 향한 단부도를 도시한다. 입구 축(A1)은 필터 장치의 중앙에 도시되어 있으며, 복수의 반경방향 및 원주방향으로 배치된 필터 요소 각각은 각도 세터(
Figure pct00001
) 및 반경(r)으로 배치되어 있다. 단지 세 개의 요소가 도시되어 있으며, 각각은 축(A2)을 갖는다.
도 8b는 역시 축(A1)을 예시하는 필터 장치를 통한 단면을 도시하며, 도시된 바와 같이, 이 축(A1)은 도 8b의 우측의 출구와 동축이다. 필터 요소 각각은 축(A2)을 가지며, 이는 도시된 바와 같이 축(A1)에 평행하지만, 그로부터 반경방향으로 이격되어 있다.
여과되지 않은 공정 유체는 개방단 화살표로 도시되어 있고, 여과된 공정 유체는 중실단 화살표로 도시되어 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 여과되지 않은 유체는 축(A1)을 따라 필터 장치에 진입하고, 그후, 발산하면서 축(A2)을 따라 중공 필터 요소 각각에 진입한다. 폐쇄된 판(36)은 유체가 필터 장치의 축을 따라 직접적으로 유동하지 못하는 것을 보증한다. 유체는 반경 방향으로 필터 벽을 통과하고, 그후, 방향을 변경하여 축(A1)과 재정렬된다. 그후, 여과된 유체는 도 8b의 우측에 도시된 출구로 소통된다. 도시된 바와 같이, 여과되지 않은 입구 유체 및 여과된 출구 유체는 공통의, 동축적 축을 갖는다. 도 8b에 도시된 중앙 영역(37)은 통상적으로 주어진 챔버 내의 여과 영역을 최대화하도록 추가적 필터 요소로 충전된다. 본 발명자들은 중앙에 배치된 유체 수집 및 정렬 챔버를 위해 이 영역을 희생시킴으로써놀랍게도 필터 장치의 전체 성능에 관하여 상당한 장점이 제공된다는 것을 발견하였다. 동일한 양의 유체가 상술한 바와 같이 쉽고 온건하게 각 필터 요소로 안내될 수 있고, 이는 이에 따라 압력 손실을 유리하게 감소시킨다.
따라서, 본 명세서에 설명된 발명에 따라, 필터 요소의 내부 배열과 입구 및 출구의 동축 특성에 의해 기능을 위해 미소한 압력 헤드를 필요로 하고, 미소한 압력 손실을 갖는 인라인 필터 장치가 제공된다. 추가적으로, 역세척 메커니즘이 제공되며, 이는 종래의 필터 조립체와 격리되어 사용되어서 또는 개시된 인-라인 필터 장치와 상승적으로 사용되어 더욱 개선된 필터 장치를 제공할 수 있다.
본원의 교지를 통해, 본 명세서에 설명된 본 발명의 각 양태의 특징은 임의의 적절한 조합으로 편리하게 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (33)

  1. 필터 장치에 있어서,
    챔버와 챔버 내부에 수용된 복수의 세장형 중공 여과 요소를 포함하고, 각 요소는 반투과성 여과 벽과 내부에 배치된 역세척 메커니즘을 포함하며,
    각 역세척 메커니즘은 적어도 하나의 찌끼 수용 부분을 포함하고, 상기 찌끼 수용 부분은 찌끼 수용 부분의 외주부가 중공 요소의 여과 벽의 내주부에 바로 인접하게 위치되도록 중공 여과 요소의 단면에 대응하는 단면을 갖는 필터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 찌끼 수용 부분의 외주부가 여과 요소의 내부 표면에 바로 인접하게 위치되도록 여과 요소와 찌끼 수용 부분 양자 모두가 원형 단면을 갖는 필터 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 찌끼 수용 부분은 디스크의 형태이고, 여과 요소는 중공 실린더의 형태인 필터 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 여과 요소는 입구로부터 필터 장치로 유체를 수용하기 위해 배열된 제1 개방 단부와, 제2 폐쇄 단부를 가지며, 여과 요소에 진입한 유체는 반투과성 여과 벽을 통해 안내되는 필터 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 역세척 메커니즘은 각각의 여과 요소의 길이의 적어도 일부를 따라 찌끼 수용 부분(들)의 이동을 허용하도록 구성되는 필터 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 찌끼 수용 부분(들)은 여과 요소에 관하여 동축으로 위치된 샤프트 상에 배열되고 샤프트의 길이방향 축을 따라 이동할 수 있는 필터 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 역세척 메커니즘은 인접한 찌끼 수용 부분의 축방향 간격의 절반과 같은 거리 만큼 각각 대향한 방향으로 여과 요소의 길이를 따라 왕복 이동하도록 배열되는 필터 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 역세척 메커니즘은 각각의 여과 부재의 길이를 따라 등거리 이격된 복수의 찌끼 수용 부분을 포함하는 필터 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 역세척 메커니즘은 복수의 찌끼 수용 부분을 포함하고,
    각 찌끼 수용 부분은 여과 벽으로부터 찌끼를 수용하도록 배열된 주연방향으로 연장하는 채널과, 각각의 채널로부터 상기 필터 장치의 찌끼 출구로 찌끼를 소통시키도록 배열된 적어도 하나의 도관을 포함하는 필터 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 적어도 하나의 도관은 찌끼 수용 부분 각각의 주연방향 연장 채널로부터 역세척 메커니즘의 길이를 따라 연장하는 중앙에 배치된 도관으로 연장하는 필터 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 찌끼 출구를 선택적으로 개방 및 폐쇄하ㄷ록 배열된 제어 밸브를 더 포함하는 필터 장치.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 찌끼 출구에 결합된 흡입 기기를 더 포함하는 필터 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 여과 요소의 축을 따라 역세척 메커니즘을 선형적으로 왕복 이동시키도록 배열된 구동 메커니즘을 더 포함하는 필터 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 챔버는 대체로 원통형이고, 복수의 중공 여과 요소는 원통형 챔버의 길이방향 축에 평행하게 배열되는 필터 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 복수의 중공 여과 요소는 챔버 내부에서, 그리고, 챔버의 주연부 둘레에서 등거리 이격 배치되는 필터 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 필터 장치로의 입구와 중공 여과 요소 사이에 배열되고, 사용시, 필터 장치로부터 각 중공 여과 요소의 개방 단부로 유체를 안내하도록 배열되는 유동 안내부를 더 포함하는 필터 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 유동 안내부는 원추 형상인 필터 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 유동 안내부는 입구와 정렬되면서 입구에 대향한 오목한 부분을 포함하는 필터 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 유동 안내부는 오목한 반구형의 형상인 필터 장치.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 안내부는 배플 판을 더 포함하는 필터 장치.
  21. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 챔버의 직경은 필터 장치 입구의 직경보다 크고, 필터 장치는 입구의 직경으로부터 챔버의 직경까지 발산하면서 그 사이에서 유체를 소통시키도록 배열된 발산 부분을 더 포함하는 필터 장치.
  22. 제 14 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 주연방향으로 배치된 여과 요소는 필터 장치의 중심 축으로부터 주연방향으로 배치된 요소 중 하나의 인접한 표면까지 반경방향으로 측정된 반경을 갖는 중앙에 배치된 공간을 형성하고,
    상기 중앙에 배치된 공간의 반경은 상기 장치의 출구의 반경과 같거나 그 보다 작은 필터 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 중앙에 배치된 공간과 상기 출구 사이에 배열되고, 그 사이에서 유체를 소통하도록 배열된 발산 부분을 더 포함하는 필터 장치.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 조립체 입구 및 출구를 포함하고, 이 입구와 출구는 동축인 필터 장치.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 찌끼 수용 부분은 찌끼 수용 부분의 외주부와 필터 요소의 내부 벽 사이의 밀봉을 제공하도록 배열된 밀봉 수단을 구비하는 필터 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 밀봉 수단은 한 쌍의 O-링 밀봉부인 필터 장치.
  27. 제 25 항에 있어서, 밀봉 수단은 필터 부재의 내부 벽에 접하게 편향되도록 배열된 밀봉 부재인 필터 장치.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 찌끼 수용 부분은 제1 방향으로는 단지 선형 이동하도록 배열되고, 제2 복귀 방향으로는 선형 이동하면서 동시에 회전 이동하도록 배열되는 필터 장치.
  29. 필터 장치를 역세척하는 방법에 있어서,
    상기 필터는 챔버와 챔버 내부에 수용된 복수의 세장형 중공 여과 요소를 포함하고, 각 요소는 반투과성 여과 벽과, 내부에 배치된 역세척 메커니즘을 포함하고,
    각 역세척 메커니즘은 적어도 하나의 찌끼 수용 부분을 포함하고, 찌끼 수용 부분은 찌끼 수용 부분의 외주부가 요소의 여과 벽의 내주부에 바로 인접하게 배치되도록 중공 여과 요소의 단면에 대응하는 단면을 가지며,
    상기 방법은
    (A) 유체가 여과 벽을 통해 역방향으로 유동하게 되도록 챔버와 찌끼 수용 부분 사이에 압력 편차를 생성하는 단계와,
    (B) 여과 벽으로부터 찌끼를 제거하도록 여과 벽에 대해 찌끼 수용 부분(들)을 이동시키는 단계를 포함하는 역세척 방법.
  30. 제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 따른 필터 장치를 포함하는 유체 처리 시스템.
  31. 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 필터 장치 또는 방법을 포함하는 평형수 처리 시스템.
  32. 실질적으로 첨부 도면을 참조로 본 명세서에서 설명된 바와 같은 필터 장치.
  33. 실질적으로 첨부 도면을 참조로 본 명세서에서 설명된 바와 같은 방법.
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