KR20140063458A - 필터 요소 - Google Patents

Abstract

합리적인 가격으로 제조될 수 있고 다양한 여과의 적용예에 적합화될 수 있는 교차 유동 여과 및 데드 엔드 여과에 이용되는 필터 요소는, 비여과물 측 및 여과물 측을 가지는 다공성 시트 재료로서, 상기 시트 재료는 길이 방향으로 연장된 복수개의 주름부들로 구성되고, 각각의 주름부는 상기 길이 방향에 직각으로 주름부의 제 1 개방 단부로부터 제 2 폐쇄 단부로 연장된 제 1 벽 부분 및 제 2 벽 부분을 가지고, 제 1 벽 부분 및 제 2 벽 부분은 서로로부터 이격되는, 다공성 시트 재료; 및, 주름부들의 길이 방향을 따라서 연장된 비여과물 유체 공급 구성부로서, 상기 유체 공급 구성부는 실질적으로 주름부의 전체 길이를 따라서 각각의 주름부의 제 1 단부 또는 제 2 단부와 유체 소통되고, 상기 유체 공급 구성부에는 주름부의 길이 방향에 실질적으로 직각인 방향에서 공급 구성부로부터 주름부들 안으로 유체 유동을 제공하도록 설계된 개구들이 제공되는, 비여과물 유체 공급 구성부;를 포함한다.

Description

필터 요소{Filter element}

본 발명은 필터 요소 및, 그러한 필터 요소를 포함하는 필터 시스템에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 소위 데드 엔드(dead end) 여과 단계 또는 교차 유동(cross-flow) 여과 단계에서 유체의 하나 또는 그 이상의 성분들(아래에서 비여과물(non-filtrate)로 호칭됨)을 분리하기 위한 다공성 시트 재료를 포함하는 필터 요소에 관한 것이다.

깊이 필터 재료(depth filter material)의 형태인 주름 다공성 시트 재료(pleated porous sheet material)를 포함하는 필터 요소들은 데드 엔드의 여과 기술에 많이 존재한다. 국제 출원 공개 WO 00/40319 A1 은 데드 엔드의 여과 필터 요소들을 개시하는데, 이것은 소위 나선형 주름 필터 요소(spiral pleated filter elements)에 필적하는 필터 매체의 고밀도를 달성하기 위하여 소위 개량된 W-주름 구성(W-pleated configuration)에 있는 다양한 유형의 주름 필터 시트 매체를 포함한다. 필터 매체는 깊이 필터(depth filter) 유형 또는 멤브레인 유형일 수 있다.

멤브레인 재료로서 복수의 중공형 섬유들을 포함하는 필터 요소들은 교차 유동 여과 기술에 풍부하다.

교차 유동 여과를 위한 다른 종래 기술의 필터 요소들은 시트 형태인 다공성 멤브레인 재료들을 이용한다. 통상적으로, 복수의 멤브레인 시트들이 여과 카세트들에서 평탄한 구성으로 조립된다.

물결형 또는 주름형 다공성 멤브레인 시트 재료들을 포함하는 교차 유동 여과를 위한 필터 요소들은 예를 들어 국제 출원 공개 WO 2005/094963 A1 및 WO 2007/038542 A2 에 공지되어 있다.

멤브레인의 오염은 종래 기술에서 다양한 접근법으로 해결되었던 중요한 국면이다. 비여과물의 유체 유동 경로를 따른 압력 강하 및 멤브레인을 가로지르는 압력 강하와, 멤브레인 전체 영역에 걸친 균일한 여과 상태는 고려되어야 하는 다른 중요한 국면이다.

본 발명의 목적은 교차 유동 여과 또는 데드 엔드의 여과에서 이용되는 필터 요소를 제공하는 것으로서, 이것은 합리적인 비용으로 제조될 수 있고, 과도한 노력 없이도 다양한 여과 적용예의 문제에 적합화될 수 있다는 점에서 종래 기술에 비해 유리한 필터 요소이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 필터 요소들은 음식 및 음료 제조 분야에서 사용되도록 설계된다.

본 발명의 다른 특징들에 따르면, 필터 요소들은 연료 및 화학품의 처리와, 제약 및 생물 공학 적용예에서의 유체 처리 분야에 이용되도록 설계될 수 있다.

본 발명의 목적은 청구항 제 1 항에 따른 필터 요소에 의해 해결된다.

본 발명에 따른 필터 요소는 데드 엔드 여과 또는 교차 유동 여과를 위한 필터 요소로서 설계될 수 있다.

상세한 설명 및 청구 범위에서 이용되는 여과물(filtrate)이라는 용어는, 상세하게 언급되지 않을지라도, 필터 요소가 교차 유동 여과를 위해 설계된 경우에, 여과물/침투물(filtrate/permeate)이 되도록 이해되어야 한다.

통상적으로, 주름부(pleat)들의 길이 방향은 필터 요소의 축방향에 평행하다.

본 발명의 필터 요소의 비여과물 유체 공급 구성은 주름부의 전체 길이를 따라서 각각의 주름부의 제 1 단부 또는 제 2 단부와 유체 소통되고, 주름부들의 길이 방향에 직각인 방향에서 증가된 균일성을 가지고 주름부 안으로 비여과물 유체 유동을 제공한다.

유리하게는, 본 발명의 필터 요소들은 여과 조건들의 인접 제어를 허용하도록 설계될 수 있고 여러 적용예들의 요건들에 용이하게 적합화될 수 있다. 본 발명의 필터 요소들은 비여과물의 균일한 유체 유동을 나타내도록 용이하게 설계될 수 있고 비여과물의 유체 유동 경로들의 길이를 따라서 시트 재료를 가로질러 제어되고, 특히 실질적으로 균일한 압력 강하를 나타내도록 용이하게 설계될 수 있다.

본 발명의 유체 요소들은 단일 통과 교차 유동 여과에 매우 잘 적합화된다. 여러 단계의 단일 통과 여과에서, 필터 요소들은 다음 단계에서 비여과물(non-filtrate)로서의 역할을 하는 이전 단계에서의 잔류물(retentate)의 증가하는 점도(viscosity)에 적합화될 수 있다.

본 발명의 필터 요소들은 중공형 섬유 멤브레인 필터 요소들에 비교하여 체적당 시트 재료의 대략 동일한 표면적을 제공할 수 있다. 그러나, 유리하게도, 본 발명의 필터 요소들은 현저하게 낮은 압력 강하, 보다 균일한 유체 유동, 오염이 감소되는 경향 및 수명의 연장을 나타낸다.

본 발명의 필터 요소가 교차 유동 필터 요소로서 설계되는 다수의 경우에도 불구하고, 본 발명에 따른 필터 요소는 데드 엔드의 필터 장치로서 설계될 수 있다.

복수개의 주름부들을 제공하도록 이용되는 시트 재료는 깊이 필터 재료 또는 멤브레인 유형의 필터 재료로부터 선택될 수 있다. 교차 유동 여과의 경우에, 멤브레인 유형 필터 재료가 바람직스럽다.

다음의 상세한 설명에서, 교차 유동 필터 요소들에 초점이 맞춰질 것이지만, 여기에 제공되는 상세 내용, 장점 및 다른 설명들이 잔류물 유동 경로등의 설계와 같이 교차 유동 장치들의 특정한 특징들에 관련되지 않을 정도로, 상세 내용, 장점 및 다른 설명들은 데드 엔드의 장치들에도 적용될 것이다.

본 발명에 따른 필터 요소들은, 비여과물을 위한 유체 유동 경로들이 통상적인 교차 유동 여과 장치들과 비교하여 상대적으로 짧으므로, 교차 유동 여과에 특히 적절하다.

통상적으로, 주름부들은 길이 방향(또는 필터 요소의 축)에 직각인 방향으로 연장되는데, 이것은 주름들의 일 단부로부터 다른 단부로 약 50 mm 또는 그 이상인, 주름부들 안에 있는 비여과물의 유체 유동 경로의 길이에 대응한다.

이러한 직각 방향에서 유동 경로의 길이에 대한 통상적으로 바람직한 상한은 대략 500 mm 이고, 보다 바람직스럽게는 대략 300 mm 이고, 가장 바람직스럽게는 대략 200 mm 이다.

주름부들은 본 발명의 바람직한 국면에 따라서 시트 재료를 물결형으로 만들어서(corrugating) 제공될 수 있다.

그러나, 주름부들은 시트 재료의 스트립들을 접합시킴으로써 형성될 수도 있어서 스트립들의 평행한 가장자리들을 따라서 주름부들의 벽 부분들의 제 1 및/또는 제 2 단부를 형성한다.

다공성 시트 재료가 유연성 재료들로부터 선택되는 것이 바람직스럽지만, 적어도 아래에 설명될 다수의 실시예들에서 단단한 재료들이 사용될 수도 있다.

주름부들의 길이 방향을 따라서 연장되는 유체 공급 구성은 상대적으로 넓은 단면을 가진 하나 또는 그 이상의 채널들을 가지고 설계될 수 있어서 주름부들 안으로 비여과물 유체 공급의 방해되지 않은 공급을 제공한다.

비여과물 공급 구성부는 중심의 공급 채널을 구비할 수 있어서 비여과물을 개별적인 주름부들 안으로 공급한다. 대안의 실시예들에서, 필터 요소의 비여과물 공급 구성부는 몇개의 공급 채널을 구비하여 비여과물을 개별적인 주름부들 안으로 공급한다.

양쪽 유형의 공급 구성부들은 필터 요소의 공급측으로부터 그것의 반대 단부로 감소되는 단면적을 가지고 설계된 공급 채널(들)을 가질 수 있으며, 상기 반대 단부는 통상적으로 폐쇄될 것이다.

필터 요소는 교차 유동 여과를 위해서 설계될 때 주름부들의 실질적으로 전체 길이를 따라서 연장된 잔류물 수용 구성부를 더 포함할 것이다. 상기 수용 구성부에는 마찬가지로 실질적으로 주름부들의 전체 길이를 따라서 개구들이 제공되어 주름들의 길이 방향에 실질적으로 직각인 방향에서 주름부들로부터 그것의 일 단부에서 잔류물을 수용한다.

잔류물 수용 구성부가 바람직스럽게는 단면적을 가진 하나 또는 몇개의 채널들을 구비하며, 단면적은 폐쇄 단부로부터, 상기 잔류물을 필터 요소로부터 배출하는 단부로 증가한다.

특정의 데드 엔드의 적용예에서, 추가적인 비여과물 구성부가 제공될 수 있는데, 그것의 구조는 잔류물 수용 구성부와 동일하지 않지만 유사할 수 있다. 필터 요소의 주름부들은 그것의 제 1 단부 및 제 2 단부 양쪽에서 비여과물을 수용할 것이다.

통상적으로, 복수개의 주름부들은 필터 요소의 중심 축 둘레에 미리 결정된, 바람직스럽게는 서로에 대하여 규칙적인 거리로써 원주상으로 배치되며, 선택적으로는 주름부들의 개방된 단부들이 주름부들의 폐쇄 단부들보다 중심축에 더 인접하게 위치된다. 개방 단부라는 용어는 주름부의 벽 부분들의 비여과물 표면들이 이격되어 있는 부분을 지칭하는 반면에, 폐쇄 단부에서 벽 부분들의 비여과물 표면들은 접촉 상태에 있다. 다수의 실시예들에서 주름부들의 개방 단부는 필터 요소의 내부에 위치될 것이다.

일부 실시예들에서 주름부의 개방 단부들은 외측 주위에 위치될 수 있고 주름부들의 폐쇄 단부들은 필터 요소의 중심축을 지향한다.

비여과물 유체는 필터 요소의 개방 단부들 및/또는 폐쇄 단부들로 공급될 수 있다.

바람직한 실시예에 따른 필터 요소는 실질적으로 직선 방향에서 반경 방향으로 연장된 주름부들을 포함한다.

다른 바람직한 실시예에 따르면 필터 요소의 주름부들은 반경 방향에 경사지게 연장되고 보다 바람직스럽게는 만곡되거나 또는 원호의 단면 형상을 가지며, 이것은 통상적으로 나선형 주름부로 호칭된다. 만곡된 주름부들에서의 유동 특성은 직선의 구성보다 유리한데, 왜냐하면 주름의 채널들에서의 유체 유동이 시트 재료의 비여과물 표면의 오염에 대항하는 소위 딘 소용돌이(Dean vortices)를 만들기 때문이다. 이것은 멤브레인 유형 시트 재료가 이용될 때 특히 중요하다.

구조 요소들

바람직스럽게는, 본 발명에 따른 필터 요소가 다공성 시트 재료의 비여과물 측에서 주름부 안에 위치된 구조 요소들을 포함한다. 구조 요소들은 주름부들의 제 1 및 제 2 벽 부분들을 따라서 일 단부로부터 다른 단부로 유체 유동을 지향시킨다.

바람직스럽게는, 구조 요소들은 시트 재료의 비여과물 표면 또는 상류측의 실질적인 부분을 차폐하지 않는다. 따라서, 구조 요소들이 바람직스럽게는 구조 요소들 및 시트 재료의 접촉 영역들을 최소로 제한하도록 설계된다.

일반적으로 상기 구조 요소들은 단일의 구조체일 수 있거나, 2 개 또는 그 이상의 분리된 구성 요소들을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 구조 요소들은 주름부의 벽 부분들 사이의 공간을 비여과물 유동 경로 및 역전된 비여과물 유동 경로 또는 잔류물 유동 경로로 분할하도록 이용될 수 있다. 비여과물 유동 경로의 길이는 대략 2 배의 길이에 달하며, 즉, 대략 100 mm 또는 그 이상이다. 그러한 길이의 바람직한 상한은 대략 1000 mm 이고, 보다 바람직스럽게는 대략 600 mm 이고, 가장 바람직스럽게는 대략 400 mm 이다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 따르면, 구조 요소들은 주름들의 길이 방향에 실질적으로 직각인 방향으로 비여과물의 유체 유동을 안내한다.

바람직스럽게는, 구조 요소들이 주름부들의 길이 방향에 직각으로 지향된 주름부 안에 복수개의 평행한 채널들을 구성한다. 이것은 주름부들 안에 비여과물 유체 유동의 매우 우수한 제어를 허용한다.

구조 요소들이 주름부 안에서 실질적으로 그것의 제 1 단부로부터 제 2 단부로 연장되어 비여과물의 유체 유동을 주름부의 일 단부로부터 그것의 다른 단부로 안내하는 것이 바람직스럽다.

예를 들어 벽과 같거나 또는 시트와 같은 연장된 구조체의 구조 요소들은 구조 요소의 제 1 표면을 따르는, 예를 들어, 주름부의 개방 단부로부터 그것의 폐쇄 단부로 이어지는, 비여과물의 유체 유동 경로를 제공하도록 이용될 수 있으며, 폐쇄 단부에서 유체 유동은 편향될 수 있어서 다음에 주름부의 개방 단부로 되돌아가는 방향에서 구조 요소의 역전된 표면 또는 제 2 표면을 따른다.

연장된 구조체의 구조 요소에는 복수개의 평행한 돌출부들이 제공될 수 있어서 주름부들의 길이 방향에 직각으로 연장되는 복수개의 평행한 채널들을 구성한다.

구조 요소들은 본 발명의 다른 특징에 따라서 실질적으로 복수개의 로드들, 예를 들어 스파이크(spike) 또는 리브(rib)들로 이루어질 수 있으며, 이들은 공통의 길이 방향 부재로부터 평행하게 연장되어 주름부들 안에 비여과물 유체 유동을 위한 채널들을 형성하며, 이들은 다공성 시트 재료의 제 1 및 제 2 벽 부분에 의해 2 개의 대향하는 측부들상에 제한된다.

구조 요소들은 단일 구조체일 수 있거나 또는 하나의 주름부 안에 수용된 하나 또는 그 이상의 구성 요소들을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 구조 요소들은 추가적인 시트 재료에 의해 비여과물 채널들로부터 분리된 여과물 또는 침투물 수집 공간을 포함할 수 있다. 일 변형예에 따르면, 여과물/침투물 수집 공간은 주름부들을 형성하는 시트 재료의 2 개의 벽 부분들의 여과물/침투물 측과 직접 유체 소통한다. 대안의 변형예에서, 구조 요소는 분리된 유체 투과 재료의 구성 요소를 포함하여 다공성 시트 재료를 지지하고 여과물/침투물 수집 공간을 제공한다.

여과물/침투물 수집 공간은 구조 요소의 분리된 구성 요소 안에 여과물/침투물 배출 채널을 형성하거나 또는 제공하는데 기여하며, 이것은 실질적으로 주름부의 길이를 따라서 연장된다.

더욱이, 구조 요소는 구조체의 유체 투과 재료로부터 형성될 수 있으며, 이는 시트 재료의 추가적인 양으로 구조 요소를 라이닝할 수 있게 한다.

비여과물을 일 단부로부터 다른 단부로 안내하는 주름부들 안에 제공된 평행한 채널들에는 채널들 안의 점진적으로 감소되는 유체 압력에 대처하기 위하여 유체 유동 경로를 따라서 증가하는 단면적이 형성된다.

본 발명의 통상적인 실시예들에서 구조 요소들은 시트 재료로부터 분리된 부분들이다.

구조 요소들은 지지 동체에 부착될 수 있다. 구조 요소 및 지지 동체는 단일 요소로서 형성될 수 있으며, 예를 들어, 사출 성형에 의해 형성될 수 있다.

대안으로서 지지 동체는 중심 튜브 요소를 포함할 수 있으며, 구조 요소는 분리된 단계에서 중심 튜브 요소에 부착될 수 있다.

다른 대안에 따르면, 구조 요소들은 중간의 지지 구조체 없이 서로 직접적으로 부착될 수 있다.

다른 대안에 따르면, 구조 요소들은 개별적인 부분들로서 형성되고, 필터 요소의 외측 주위에 있는 랩핑 재료(wrapping material) 및/또는 아래에 설명된 배수 요소들과 같은 필터 요소의 다른 구성 요소들과 협동하여 마무리된 필터 요소내의 제 위치에 유지된다.

유체 유동

종래 기술의 원리와는 대조적으로, 본 발명은 개별적인 주름부들 안에 있는 유체 유동을 실질적으로 주름부들의 길이 방향(또는 필터 요소의 축)에 직각인 방향으로 지향시킨다. 주름부들의 전방면 및 단부면은 필터 요소가 필터 시스템에서 사용시에 폐쇄된다. 통상적으로, 필터 요소는 필터 요소의 단부면들을 밀봉시키는 단부 캡들에 의하여 필터 모듈을 형성하도록 보완된다.

바람직스럽게는, 필터 요소가 시트 재료의 비여과물 측에 있는 주름부들 안에 위치된 구조 요소들을 포함하며, 이들이 보다 바람직스럽게는 필터 요소의 길이 방향 및 직각 방향 양쪽에서 주름부들의 벽들과 실질적으로 같이 연장되도록 구성된다.

주름부들 안에 위치된 구조 요소들이 바람직스럽게는 주름부의 일 단부로부터 다른 단부로 연장된 유체 유동 경로들을 형성한다.

위에서 언급된 바와 같이 유체 유동 경로가 바람직스럽게는 주름부의 일 단부로부터 그것의 다른 단부로 대략 500 mm 또는 그 미만의 길이, 보다 바람직스럽게는 대략 300 mm 또는 그 미만의 길이, 특히 대략 200 mm 또는 그 미만의 길이를 가진다. 일부 음식물의 적용예에서 대략 500 mm 또는 그 이상의 경로 길이들이 적용될 수 있다. 주름부내 비여과물 유체 유동이 역전되는 경우에, 상기 언급된 값들의 대략 2 배가 적용된다.

필터 요소들의 일 유형에 따르면 주름부 안의 비여과물의 유체 유동 경로는 주름부들의 개방 단부들로부터 폐쇄 단부들로 연장되어 폐쇄 단부에서 유동의 방향이 주름부들의 개방 단부를 향하는 방향으로 역전되며, 여기에서 선택적으로는 주름부들을 잔류물로서 빠져나간다. 상기 구조 요소들은 벽 또는 시트와 같은 유형이며, 각각의 주름부 안에서 2 개의 대향하는 방향으로 비여과물의 유동을 분리시킨다.

본 발명의 필터 요소들의 다른 유형예 따르면 비여과물은 여과물의 개방 단부들로 공급되고 잔류물은 주름부들의 폐쇄 단부들에서 수집된다.

본 발명의 필터 요소들의 다른 유형에 따르면 비여과물은 주름부들의 폐쇄 단부들에 공급되고, 잔류물은 주름부들의 개방 단부들로부터 수집된다.

위에서 언급된 바와 같이, 잔류물 수용 구성부를 포함하는 교차 유동 여과를 위해 설계된 필터 요소들은 결과적으로 약간의 작은 변형으로써 데드 엔드의 여과 적용예에서 용이하게 이용될 수 있다. 잔류물 수용 구성부의 구성 요소들은 추가적인 비여과물 공급 구성부로서의 역할을 할 수 있다. 비여과물은 주름부들의 양쪽 단부들에서 분리되어 수용되고, (주름부들의 길이 방향에 여전히 직각으로) 대향하는 방향들로 유동하고, 주름부 안에서, 예를 들어 주름부의 절반 길이에서 만난다.

주름부의 기하 형상

주름부들의 벽 부분들은 본 발명의 제 1 특징에 따라서 실질적으로 평행하게 배치된다. 이러한 구성은 시트 재료의 원호형 부분을 필요로 하며 이것은 상대적으로 작은 반경을 가지는 주름부의 폐쇄 단부를 형성한다. 비여과물이 미립자 물질을 포함하는 경우에, 마모 표시 효과가 관찰될 수 있다. 따라서, 통상적으로 주름부들의 폐쇄 단부에서의 시트 재료는 보호되거나 또는 차폐되며, 특히 비여과물의 유체 유동이 주름부의 폐쇄 단부에서 방향이 역전된다면 그렇게 된다.

본 발명의 다른 특징에 따른 필터 요소에서, 주름부들의 벽들은 주름부들의 개방 단부들에서보다 폐쇄 단부들에서 서로로부터 더 큰 거리를 가진다. 따라서 주름부의 폐쇄 단부를 형성하는 시트 재료의 원호형 부분은 상대적으로 큰 반경을 가질 수 있다.

다공성 시트 재료

본 발명에 따른 필터 요소에서 이용되는 다공성 시트 재료는 멤브레인 시트 재료 또는 깊이 필터 시트 재료(depth filter sheet material)로부터 선택될 수 있다.

적절한 깊이 필터 재료는 대략 0.1㎛ 내지 대략 100 ㎛의 범위에 있는 구멍을 가지고, 보다 바람직스럽게는 대략 0.1 내지 대략 10 ㎛ 범위에 있는 구멍을 가진다.

통상적으로, 다공성 멤브레인 시트 재료는 마이크로 여과, 울트라 여과 및 나노 여과에 적절한 멤브레인들로부터 선택될 것이다. 멤브레인들이 바람직스럽게는 폴리머 베이스의 멤브레인들이고, 폴리머가 유리하게는 폴리올레핀, 예를 들어 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리테트라풀루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF), 폴리설폰(PS) 및 폴리에테르설폰(PES)으로부터 선택된다.

다른 바람직한 멤브레인들은 무기 재료, 예를 들어 금속에 기초한 재료들로부터 만들어질 수 있다.

마이크로여과 멤브레인들의 통상적인 예는 대략 0.1㎛ 내지 대략 10 ㎛ 의 범위에 있는 구멍(pore) 크기를 가진다.

울트라여과 멤브레인들이 바람직스럽게는 0.005 ㎛ 내지 대략 0.1 ㎛ 의 범위에 있는 구멍 크기를 가진다. 통상적으로, 울트라여과 멤브레인은 대략 0.5 kDalton 내지 대략 150 kDalton 의 범위에 있는 분자 질량을 가진 분자들의 분리에 이용된다.

나노 여과를 위한 통상적인 멤브레인들은 대략 0.001㎛ 내지 대략 0.01㎛ 의 범위에 있는 구멍 크기를 가진다.

배수 요소

본 발명에 따른 필터 요소가 바람직스럽게는 시트 재료의 여과물 또는 침투물 측상에 배치된 배수 요소들을 포함한다. 배수 요소들은 유체 투과 구조들이고 바람직스럽게는 그것의 여과물/침투물 표면상에 다공성 시트 재료를 지지한다.

유리하게는 배수 요소들이 공급 구성부로부터 비여과물을 수용하는 주름부들의 단부에서 여과물/침투물에 대한 높은 유체 유동 저항을 제공하고, 주름의 유체 유동 경로의 다른 단부에서 여과물/침투물에 대한 낮은 유체 유동 저항을 제공하도록 설계된다.

배수 요소들은 인접한 주름부들 사이에 배치되고, 필터 요소의 전체적인 구성을 안정화시킨다.

필터 시스템

본 발명에 따른 필터 요소들은 개별적으로 또는 그룹을 이루어 필터 시스템의 하우징 안에 수용될 수 있고, 하우징은 비여과물 공급 구성부와 유체 소통되는 비여과물용 유입부, 다공성 멤브레인 시트 재료의 여과물/침투물 측과 유체 소통되는 여과물 또는 침투물 유출부 및, 선택적으로는 잔류물 수용 구성부와 유체 소통되는 잔류물 유출부를 포함한다.

비여과물 유입부는 하우징의 일 단부에 제공되고, 잔류물 유출부는 필터 모듈중 일부에서 하우징의 대향하는 단부에 제공된다.

필터 시스템의 다른 유형에 따라서 비여과물 유입부 및 잔류물 유출부는 하우징의 동일한 단부에 제공된다.

도 1a 는 본 발명에 따른 필터 요소의 제 1 실시예를 가진 필터 모듈을 포함하는 필터 시스템이다.
도 1b 는 도 1a 의 필터 시스템의 필터 모듈이다.
도 2 는 도 1a 의 필터 요소를 사시도로 나타낸다.
도 3 은 도 2 의 필터 요소의 지지 동체를 나타낸다.
도 4a 는 도 2 의 필터 모듈의 필터 요소를 선 IVA-IVA 를 따라서 나타낸 부분적인 단면도이다.
도 4b, 도 4c 및 도 4d 는 도 4a 에 표시된 선 IVB-IVB 및 IVC-IVC 를 따르는 필터 요소 일부 및 그것의 변형에 대한 단면도를 각각 나타낸다.
도 5 는 본 발명에 따른 필터 요소의 제 2 실시예를 단면도로서 상세하게 나타낸다.
도 6 은 다양한 유형의 필터 요소들의 압력 강하 대(對) 교차 유동 속도를 비교하는 그래프이다.
도 7 은 본 발명에 따른 필터 요소의 제 3 실시예를 단면도로 상세하게 나타낸다.
도 8 은 본 발명의 필터 요소의 제 3 실시예의 지지 동체이다.
도 9 는 제 3 실시예에 따른 필터 요소를 가진 모듈을 포함하는 필터 시스템의 부분적인 단면도를 나타낸다.
도 10 은 본 발명의 변형된 제 3 실시예에 따른 필터 요소의 지지 동체의 일부를 나타낸다.
도 11 은 도 10 에 도시된 것과 유사한 지지 동체를 포함하는 본 발명의 변형된 제 3 실시예의 필터 요소의 일부를 사시도로 나타낸다.
도 12 는 도 11 의 필터 요소를 포함하는 필터 시스템이다.
도 13 은 제 1 실시예와 유사한 필터 요소를 포함하는 필터 시스템을 나타낸다.
도 14 는 본 발명에 따른 제 4 실시예의 필터 요소를 가진 필터 시스템의 단면을 부분적으로 나타낸다.
도 15 는 본 발명의 필터 요소의 제 4 실시예의 변형을 포함하는 필터 시스템의 단면을 부분적으로 나타낸다.
도 16 은 제 4 실시예와 유사한 필터 요소를 포함하는 필터 시스템이다.
도 17 은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 필터 요소를 포함하는 필터 시스템의 단면도를 나타낸다.
도 18 은 도 17 의 필터 시스템의 길이 방향에 따른 단면을 부분적으로 나타낸다.
도 19 는 본 발명의 필터 요소의 제 6 실시예를 포함하는 필터 시스템의 단면을 부분적으로 나타낸다.
도 20 은 본 발명의 필터 요소의 제 7 실시예를 포함하는 필터 시스템의 단면을 부분적으로 나타낸다.
도 21a 는 본 발명의 필터 요소의 제 8 실시예를 포함하는 필터 시스템의 단면을 부분적으로 나타낸다.
도 21b 는 도 21a 의 필터 요소에서 사용되는 구조적인 삽입부를 나타낸다.
도 22a 는 본 발명의 필터 요소의 제 9 실시예를 포함하는 필터 시스템의 단면을 부분적으로 나타낸다.
도 22b 는 도 22a 의 필터 요소에서 사용되는 구조적인 삽입부들이다.
도 23 은 다중 단계 단일 통과 여과 시스템이다.

본 발명은 광범위한 필터 요소들로 실시되도록 변형될 수 있다. 교차 유동 여과(cross-flow filtration)을 위해 설계된 일부 통상적인 실시예들이 도면을 참조하여 다음에 설명된다. 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게, 데드 엔드(dead end)의 필터 적용예에서 사용되기 위하여 상기 실시예들이 어떻게 변형될 수 있는지는 명백할 것이다.

아래에 설명된 실시예들이 시트 재료로서 통상적으로 다공성 멤브레인을 포함할지라도, 본 발명의 요지를 이탈하지 않으면서 최소한의 적합화를 통하여 시트 재료가 깊이 필터 시트 재료(depth filter sheet material)의 형태일 수 있다는 점은 용이하게 이해될 것이다.

도 1a 는 실린더 하우징(14)에 있는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 필터 요소(12)를 수용하는 필터 시스템(10)을 나타낸다.

필터 요소(12)는 아래의 도 2 내지 도 4 와 관련하여 보다 상세하게 설명될 것이다.

하우징(14)은 2 개의 단부 부분(16,18) 및 실린더형 벽 부분(20)을 포함한다. 단부 부분(16,18)들은 실린더형 벽 부분(20)에 대하여 그것의 축방향으로 대향하는 단부들에서 유체 밀폐 방식으로 부착된다. 단부 부분(16,18)은 비 여과물 유입부(non-filtrate inlet)(22) 및 잔류물 유출부(retentate outlet, 24)를 하우징(14)의 축방향으로 대향하는 단부들에 각각 제공한다. 단부 부분(16,18)들 각각은 그것의 주위 벽 부분에 여과물/잔류물 유출 개구(26,27)들을 추가적으로 제공한다.

필터 요소(12)에는 통상적으로 그것의 대향하는 단부면들상에 단부 캡(28,29)들이 제공되는 반면에, 필터 요소(12)의 원주 표면은 유체 투과 랩핑 부재(fluid pervious wrapping member, 31)에 의해 덮힌다.

필터 요소들에는 단부 캡들이 제공되고 선택적으로 랩핑 부재가 제공되는데, 이러한 필터 요소는 본 발명의 특정한 실시예들에 대한 다음의 설명에서 필터 모듈(filter module)로도 호칭될 것이다.

필터 요소(12)는 일 단부에서 단부 캡(28)을 통하여 하우징(14)의 비-여과 유입부에 연결되고 축방향으로 대향하는 단부에서 단부 캡(29)을 통하여 잔류물 유출부(24)에 연결된다.

도 1b 는 하우징(14)에 삽입되기 전에 단부 캡(28,29)들 및 랩핑 부재(31)가 제공된 필터 요소(12)를 도시한다. 이후에 설명되는 바와 같이, 유체 투과 랩핑 부재(31) 또는 케이지(cage)는 필터 요소(12)의 개별적인 부분들을 함께 유지하고, 그들을 미리 결정된 형상으로 고정시킨다.

도 2 는 필터 요소(12)의 투시도를 나타낸다. 필터 요소(12)는 중심의 튜브형 요소(32)를 가진 지지 동체(30)을 구비하며, 중심 튜브형 요소로부터 복수개의 구조 요소(34)들이 반경 방향으로 연장되며, 구조 요소(34)들은 서로로부터 동등하게 이격된다. 튜브형 요소(32)의 전방 단부(36)의 중심 부분은 필터 요소(12)로부터 잔류물(retantate)을 배출시키는 역할을 하며 단부 캡(29)을 통하여 하우징(14)의 잔류물 유출부(24)에 연결될 수 있다. 대향하는 단부에서 튜브형 요소(32)는 돔 형상 벽(domed wall, 33)(도 1 참조)에 의해 폐쇄된다. 지지 동체(30)의 다른 상세 사항은 도 3 에 도시되어 있다. 단부 캡(28)은 링 형상 영역을 제외하고 대향하는 측부면을 폐쇄하도록 설계되며, 링 형상 영역에는 채널(39)이 제공되어 비여과물을 필터 요소(12)의 개별적인 주름부(pleat)로 공급하는 역할을 한다.

필터 요소들이 필터 모듈로 완성될 때, 단부 캡(29)은 중심 튜브 요소(32)의 단면 영역을 제외하고 유체 밀폐 방식으로 필터 요소(12)의 전방 단부(36)를 폐쇄시킨다.

필터 요소(12)는 복수개의 주름부(42)들로 형성된 시트 재료(40)를 포함하며, 각각의 주름부(42)는 하나의 벽과 같은 구조 요소(34)를 수용하는데, 구조 요소(34)는 주름부(42)와 함께 연장되는 것으로 설계된다. 각각의 주름부 안의 공간은 2 개의 부분들로 분할되고, 2 개 부분들은 주름부의 폐쇄 단부에서 서로 유체 소통된다. 시트 재료(40)의 주름부(42)들(즉, 그것의 벽 부분들)은 시트 재료의 비여과면을 가진 구조 요소(34)들의 양쪽 표면들과 접촉되어 있다. 아래에서 여과/침투측(filtrate/permeate side) 또는 여과측으로도 호칭되는 시트 재료의 대향하는 측상에서, 시트 재료는 배수 요소(44)들에 의해 지지되며, 배수 요소들은 필터 요소(12)의 외측 주위 표면으로부터 2 개의 인접한 주름부(42)들 사이의 간극으로 연장된다.

주름부(42)의 시트 재료(40)를 그것의 침투측 또는 여과측상에 완전하게 지지하기 위하여, 배수 요소(44)들은 실질적으로 쐐기 형상(wedge-shaped)의 단면을 가진다. 배수 요소(44)들은 격자 구조의 2 개 벽 부분(46,47)들을 가진 중공형 부재들로서 설계되며, 그 사이에 3 각형 단면을 가진 채널(48)이 형성된다. 시트 재료(40)를 가로지르는 압력 강하에 독립적으로 시트 재료(40)를 여과/침투 측상에 지지하는 것을 보장하기 위하여 배수 요소(44)들, 특히 그들의 벽 부분(46,47)들은 단단한 재료로 만들어진다.

채널(48)들은 벽 부분(46,47)들 안의 다수의 개구들을 통하여 시트 재료의 여과/침투 측과 유체 소통된다. 필터 요소(12)의 외측 주위에서, 배수 요소(44)의 2 개의 벽 부분(46,47)들 사이의 간극이 유리하게는 격자와 같은 요소(50)에 의해 유리하게 연결되며, 이것은 채널(48)로부터 필터 요소(12)의 외측 주위로 여과물/침투물의 배출을 허용한다. 격자와 같은 구조 요소(50)는 2 개의 벽 부분(46,47)들과 함께 단일 부재로서 형성될 수 있다.

배수 요소(44)들의 외측 주위 부분, 예를 들어, 격자와 같은 요소(50)들 또는 벽 부분(46,47)들은 도 2 의 본 발명의 필터 요소(12)의 실시예에 대한 경우에서와 같이 설계될 수 있어서, 그들의 길이 방향 측면(52,53)들은 서로 맞닿을 것이다. 이러한 조치는 특히 필터 요소(12)의 모든 요소들을 함께 유지하도록 케이지 부재(31)가 적용될 때, 압력의 변동에 저항성이 있는 구조 요소(34)들의 단단하게 고정된 구성을 필터 요소(12)에 제공한다.

도 3 의 사시도는 단부면(36)을 가진 필터 요소(12)의 지지 동체(30)를 도시하며, 그것의 중앙 부분 둘레에서 복수개의 채널(39)들이 하우징(12)의 비여과물 유입부로부터 단부 캡(28)을 통하여 비 여과물(non-filtrate)을 수용한다. 지지 동체(30)는 사출 성형에 의해 단일 요소로서 얻어질 수 있다. 지지 동체를 제조하기 위한 적절한 재료들은 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF), 폴리설폰(PS), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아미드(PA)와 같은 폴리올레핀, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스터, 그리고 폴리옥시메틸렌(POM)을 포함하지만, 그에 한정되지 않는다. 동일한 유형의 폴리머 재료가 배수 요소(44), 케이지(31) 및 단부 캡(28,29)들을 제조하기에 적절하다.

구조 요소(34)들은 그들의 표면들상에 바람직스럽게는 복수개의 평행한 길이 방향 돌출부(54)들을 가지며, 상기 돌출부들은 지지 동체(30)의 축방향에 직각인 방향으로 구조 요소(34)의 일 단부로부터, 중심의 튜브형 지지 요소(32)에 근접하여, 구조 요소(34)의 외측 주위 단부로 연장된다. 구조 요소(34)들은 주름부들 내부의 공간을 2 개의 절반으로 분할하고, 추가적으로 돌출부(54)들에 의해 분리된 복수개의 평행한 유체 유동 경로들 또는 채널들로 분할한다. 돌출부(54)들은 시트 재료(40)와의 접촉 면적을 최소화시키기 위하여 그것의 자유 단부들에서 만곡됨으로써 차폐 효과(shielding effect)를 최소로 감소시킨다.

2 개의 근접한 길이 방향 돌출부(54)들 사이에, 유동 경로들 또는 채널(60,62)들이 구조 요소(34)의 양쪽 표면들상에 형성되어 반경 방향으로 지향된 유체 유동을 제공하는데, 유체 유동은 주름부(42)를 형성하는 시트 재료(40)의 벽 부분들의 표면들과 구조 요소(34)의 표면들을 따른다. 길이 방향 돌출부(54)들의 적어도 일부는 구조 요소(34)들의 외측 단부를 지나서 연장됨으로써, 필터 요소(12)의 외측 주위에 있는 폐쇄 단부에서, 예를 들어 멤브레인과 같은 시트 재료의 주름부들을 지지하며, 유체 유동이 주름부(42)의 폐쇄 단부 및 구조 요소(34)의 상기 외측 주위 단부에서 각각 편향되는 것을 허용하고, 중심의 튜브형 요소(32)에 인접한 구조 요소(34)의 일 단부 및 주름부(42)의 개방 단부를 향해 다시 지향되는 것을 허용한다.

튜브형 요소(32)는 복수개의 개구(56)들을 포함하며, 상기 개구들은 튜브형 요소(32)의 내부(58)로부터 구조 요소(34)들의 일 측으로 연장되며, 개구들은 채널(62)로부터 지지 동체(30)의 튜브형 지지 요소(32) 안에 형성된 중심 채널(내부(58))로 잔류물(retentate)로서의 비여과 유체에 대한 배출 개구를 제공한다.

따라서, 도 4a 에 상세하게 도시된 바와 같이, 교차 유동 여과를 위한 통상적인 필터 요소에서, 구조 요소(34)들의 일 측에 있는 채널(60)들은 채널(39)로부터 비여과물을 수용하며, 상기 채널(39)들은 튜브형 지지 요소(32)의 외측 주위 표면상에서 필터 요소(12)의 축방향으로 연장되며, 유체는 이후에 필터 요소(12)의 구조 요소(34)들 및 주름부들의 외측 주위(폐쇄) 단부에 대하여 반경 방향 외측으로 그것의 흐름이 지향되고, 그곳에서 유체 유동은 구조 요소(34)들의 채널(62)들로 그리고 중심의 튜브형 지지 요소(32)로 편향되고 다시 지향된다. 비여과물은 중심의 튜브형 지지 요소(32)에 인접한 채널들의 단부에서 개구(56)들을 통해 튜브형 지지 요소(32)의 내부(58) 안으로 잔류물로서 채널(62)들을 빠져나간다.

도 4b 및 도 4c 는 배수 요소(44)의 벽 부분(46,47), 구조 요소(34), 시트 재료(예를 들어, 멤브레인)(40)의 2 개의 단면들을 도시한다. 도 4b 의 단면은 선 IVB-IVB 에서 구조 요소(34)의 외측 주위 단부에서 취해졌지만, 도 4c 의 단면은 구조 요소(34)의 기하 형상을 그것의 내측 단부에서 나타내며, 즉, 선 IVC-IVC 에서 지지 부재(30)의 중앙 튜브 요소(38)에 인접하여 나타낸다.

도 4b 및 도 4c 의 2 개의 단면들의 비교로부터 명백한 바로서, 채널(60,62)들의 단면적은 비여과물의 유체 유동 경로의 길이와 함께 변화된다. 비 여과물이 시트 재료(40)의 주름부로 진입한 순간에, 즉, 분배 채널(39)에 인접한 채널(60)의 내측 단부에서, 동일한 단면적은 가장 작다.

채널(60)을 따라서 그것의 외측 주위 단부로의 방향으로 이동할 때, 유체의 압력은 약간 감소한다. 유체 압력을 실질적으로 일정하게 유지하기 위하여, 채널(60)의 단면이 증가된다. 유체 유동 경로들의 단면적은 필터 요소(12)의 외측 주위에서 중간 크기로 증가되며 그곳에서 유체 유동은 역전되어 채널(62)들을 향한다. 채널(62)들의 단면은 외측 주위 단부로부터 그것의 내측 단부로 증가되는데, 왜냐하면 유체 유동 경로의 이러한 섹션(section)에서는 비여과물의 유체 압력이 다르게 감소될 것이기 때문이다.

채널(60,62)들의 단면적을 조절함으로써, 실질적으로 균일한 압력 조건들이 주름부(42) 안의 전체적인 유체 유동 경로들을 따라서 얻어질 수 있다. 이것은 주름부(42)내에서 비여과물의 유동 경로 전체를 따라서 실질적으로 균일한 여과/침투 작용(filtration/permeation action)을 얻기 위한 기초이다.

주름부(42)내에서 유체 유동 경로를 따라서 여과/침투의 균일성을 더욱 향상시키기 위하여, 배수 요소(44)는 유동 경로를 따라서 여과물/침투물에 대하여 개량된 유동 저항을 나타낸다. 도 4c 는 상대적으로 큰 직경의 배수 요소(44)의 벽(46)에 있는 개구(64)들을 개략적으로 도시하는 반면에, 벽(47)의 개구(66)들은 작은 직경을 가진다. 배수 요소(44)의 벽(46,47)들에 제공된 개구(68,70)들은 대략 같은 직경을 가지며, 왜냐하면 비여과물의 유동 경로를 따른 그들의 위치가 거의 같기 때문이며, 즉, 비여과물의 유체 유동이 역전되는 지점에 근접하기 때문이다 (도 4b).

개구(64,66,68,70)들 뿐만 아니라 채널(60,62)들의 채널 단면의 크기들은 축척대로 되어 있지 않으며, 도 4b 내지 도 4d 에 도시된 것은 오직 개략적인 특성에 관한 것으로 이해되어야 한다.

여과물/침투물에 대한 배수 요소(44)의 유동 저항을 조절함으로써, 시트 재료(40)를 가로지르는 압력 강하는 비여과물의 유체 유동 경로를 따라서 모두 거의 같은 레벨에 유지될 수 있다. 이것은 다시 여과/침투 특성을 향상시킨다.

도 4d 는 대안의 구조 요소(80)를 도시한다. 유체 유동 경로를 따른 도 4d 의 단면의 위치는 도 4b 에 도시된 단면중 하나에 대응한다. 구조 요소(80)의 양측에서, 채널(82,84)들은 길이 방향 돌출부(86)들에 의해 제공된다. 돌출부(86)들의 자유 단부들은 시트 재료 표면의 차폐(shielding)를 최소화시키기 위하여 둥글게 된다. 채널(82,84)들의 단면들의 형태는 사각형 형상 대신에, U 자 형상이 제공된다는 점에서 채널(60,62)들의 단면과 상이하다. 채널(82,84)들의 이러한 변형된 단면 형상은 필터 요소(12)의 여과/침투 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 필터 요소(100)의 부분적인 단면도를 나타낸다. 도 1 내지 도 4 를 참조하여 위에서 설명된 제 1 실시예에 대조적으로, 필터 요소(100)는 구조 요소(104)들을 가지는 지지 동체(102)를 포함한다. 구조 요소(104)들의 단면은 쐐기 형상(wedge shaped)이며 외측 주위 단부(105)로의 방향으로 확장된다. 바람직스럽게는, 구조 요소들의 표면들에는 위에서 설명된 구조 요소(34)들의 돌출부(54)들에 대응하는 평행한 길이 방향 돌출부(미도시)들이 제공될 것이다. 이러한 쐐기 형상 단면은, 유동 방향의 역전 지점에서 예리한 굽힘을 회피시키고 비여과물이 입자화된 물질을 포함할 때 과도한 마모의 힘이 발생되는 것을 회피시키는, 비여과물에 대한 유체 유동 경로를 제공한다. 비여과물은 채널(114)을 통하여 잔류물 수용 구성의 일부를 형성하는 필터 요소의 중심 공간(116)으로 잔류물(retentate)로서 주름부를 빠져나간다.

더욱이, 쐐기 형상 구조 요소(104)들은 2 개의 인접한 주름부들의 시트 재료의 섹션(106,108)들이 작은 각도로 또는 실질적으로 평행하게 배치되도록 설계될 수 있다. 시트 재료의 여과/침투측에 제공된 배수 요소는 유연성 침투 필름(110)으로서 설계될 수 있으며, 유연성 침투 필름은 주름부를 형성하기 이전에 시트 재료상에 제공될 수 있다. 배수 요소(110)는 2 개의 인접한 주름들 사이의 간극을 채운다. 2 개의 인접한 주름부들 사이의 필름의 단일층은 근접한 압력 강하 제어를 하지 않더라도 충분할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 배수 요소(110)에는 크기가 상이한 여과물/투과물을 수용하기 위한 개구들이 제공될 수 있는데, 이는 실질적으로 균일한 비여과물의 유동 경로를 따라서 시트 재료를 가로지르는 압력 편차를 유지하기 위한 것이다.

외측 주위에서, 구조 요소(104)들의 단부 부분(105)들에 근접하여, 추가적인 쐐기 형상 배수 부분(112)들이 시트 재료를 그 영역들에서 지지하기 위하여 삽입될 수 있다. 배수 요소(110)들 및 쐐기 형상 배수 부분(112)들은 도 5 에 도시된 바와 같은 단일 구조로서 설계될 수 있다.

도 6 은 압력 강하[bar] 대(對) 유속(m/s)에 대한 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예들에 따른 필터 요소들 뿐만 아니라, 2 개의 종래 기술 필터 요소들에 대한 비교 데이터를 가진 그래프를 도시한다.

마름모 기호(◇)는 제 1 유형의 1.5 mm 의 내측 직경을 가진 중공형 멤브레인 섬유들의 제 1 요소를 나타낸다. 정사각형 기호(□)는 1.5 mm 의 섬유들의 내측 직경을 가진 제 2 중공형 섬유 멤브레인 필터 요소의 데이터를 나타낸다.

원형 기호(○)는 채널들이 1.5 mm 의 균일한 깊이(a₁)를 가지고 유체 유동의 역전 지점에서 폭(d)이 3 mm 일 때의 도 4a 에 따른 본 발명의 필터 요소의 제 1 실시예의 필터 요소에 대한 데이터를 나타낸다.

플러스 기호(+)는 도 5 의 제 2 실시예에 따른 필터 요소에 대한 데이터를 나타내며, 채널들의 깊이(a₂)는 균일하게 1.5 mm 이다.

도 6 에 도시되고 시험된 본 발명의 필터 요소들은 약 0.45㎛ 의 다공성을 가진 폴리에테르설폰(polyethersulfone) 멤브레인을 포함한다.

본 발명의 필터 요소는 현저하게 낮은 압력 강하를 제공할 뿐만 아니라, 필터 요소들이 더욱 용이하게 적합화될 수 있는데, 예를 들어 필터 요소내 유동 경로를 따른 비여과물 유체의 변화되는 점도에 대한 채널 단면들과 관련하여 용이하게 적합화될 수 있다.

도 7 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 필터 요소(150)의 부분적인 단면을 도시한다. 도 2 내지 도 4 와 관련하여 위에서 설명된 제 1 실시예와 대조적으로, 필터 요소(150)는 필터 요소(150)의 중심 튜브형 지지부(153)로부터 반경 방향으로 실질적으로 직선으로 연장되지 않은 구조 요소(154)들을 가진 지지 동체(152)를 포함하지만, 반경 방향에 경사지게 배치되며, 추가적으로, 만곡된 형상을 가진다. 본 발명의 필터 요소(150)의 제 3 실시예에 따르면, 주어진 직경의 필터 요소 안에 수용될 수 있는, 시트 재료(156)의 표면적은 실질적으로 증가될 수 있다.

주어진 직경의 제 1 실시예의 필터 요소를 위한 시트 재료의 표면적이 100 % 로 설정되면, 제 3 실시예의 표면적은 약 135 % 에 달한다.

만곡된 구조 요소(154)들의 구조는, 제 2 실시예와 유사하게, 배수 요소(158)가 단단할 필요가 없지만, 유연성 필름으로부터 선택될 수 있도록 설계될 수 있다. 다시, 비여과물의 유체 유동 경로를 따른 압력 제어가 덜 중요하다면, 배수 재료의 하나의 층이 충분할 수 있다.

주름부의 단부 부분(160)들에서, 시트 재료(156)는 그것의 비여과물 표면상에서 유체 유동 편향 요소(162)들에 의해 보호된다. 이것은 비여과물의 속도가 특별히 높은 단부 부분들에서 시트 재료의 마모로 쉽게 이어질 수 있는 입자 물질이 비여과물에 포함되어 있을 때 특히 중요하다.

이러한 유형의 편향 요소들은 도 5 의 제 2 실시예에 반하여 도 1 내지 도 4 의 필터 요소에 대하여 권장할만 한데, 왜냐하면 단부 부분들에서의 유체 유동의 실질적으로 큰 반경 때문에, 마모의 위험성이 실질적으로 낮기 때문이다.

도 8 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 필터 요소(150)를 위한 지지 동체(180)의 사시도를 도시한다.

도 1 내지 도 4 를 참조하여 위에서 설명된 제 1 실시예와 대조적으로, 도 8 의 제 3 실시예의 지지 동체(180)는 단일 구조로 제조되지 않지만, 분리된 중심의 튜브형 요소(182) 및 복수개의 분리된 구조 요소(184)들로 이루어진다.

도 7 의 제 2 실시예의 지지 동체는 제 1 실시예와 같이 단일 구조로서 제조될 수 있거나, 또는 아래의 도 10 내지 도 12 와 관련하여 설명되는 제 3 실시예에 따라서 또는 제 2 실시예와 유사하게 복수개의 분리된 구조 요소들 및 중심의 튜브형 요소를 가지고 제조될 수 있다.

지지 동체(180)의 용이한 조립을 가능하게 하기 위하여, 중심의 튜브형 요소(182)는 복수개의 길이 방향 슬롯(186)을 포함하고, 각각의 슬롯은 구조 요소(184)의 최내측 단부 부분(188)을 수용하며, 바람직스럽게는 형상 맞춤(form-fit)으로 수용한다. 길이 방향 슬롯(186)들은 중심의 튜브형 요소(182)의 일 단부(190)에서 개방되고 대향하는 단부(192)에 인접하여 폐쇄된다.

중심의 튜브형 요소(182)는 벽 부분(194)을 포함하는데, 이것은 단부(190)를 폐쇄하고 상기 단부(190)에서 튜브형 요소(182)의 슬롯 구조(slotted structure)를 안정화시킨다. 동시에 벽 부분(194)은 유입되는 비여과물을 화살표로 개략적으로 표시된 바와 같은 2 개의 인접한 구조 요소(184)들 사이 및 튜브형 요소(182)에 인접한 필터 요소의 길이 방향으로 제공된 복수개의 채널(196)들 안으로 분배하는 역할을 한다.

지지 동체(180)는 필터 요소를 완성하기 위하여 도 7 과 관련하여 설명된 바와 같이 시트 재료 및 배수 층들(drainage layers)을 수용할 수 있다.

도 8 의 개념에 따라서 제공된 본 발명의 필터 요소(202)를 포함하는 제 1 모듈(200)은 도 9 에서 부분적인 단면으로 도시되어 있다. 필터 모듈(200)은 필터 요소(202)를 수용하는 하우징(204)을 포함한다.

비여과물은 비여과물 분배 채널(196)들로부터 개별 주름부들의 비여과물 채널(198,199)로 공급된다. 구조 요소(184)들의 외측 주위 단부에서, 비여과물의 유체 유동은 역전되며, 비여과물은 튜브형 요소(182)의 방향에서 뒤로 채널(199) 안에서 유동한다. 그곳에서, 비여과물은 포트(208)들에 연결된 배출 개구(206)들에 의해 수용되는데, 포트(208)들은 잔류물 유출 채널을 형성하는 튜브형 요소(180)의 내부에 있는 공간(210)으로 이어진다.

비여과물 유체 유동이 편향되는 채널(198)들의 최외측 단부에서, 시트 재료가 바람직스럽게는 편향 요소(212)들에 의하여 비여과물과의 직접 접촉으로부터 보호되며, 편향 요소들은 비여과물 안에 포함된 입자 물질에 의한 시트 재료(213)의 마모를 실질적으로 감소시킨다.

하우징(204) 안에서, 필터 요소(202)는 여과물/침투물 유출부(미도시)를 통한 배출을 위하여 개별적인 주름부들 및 배수 층(215)들로부터 여과물/침투물을 수집하는 침투물 또는 여과물 공간(214)에 의해 둘러싸인다.

외측 주위 표면에서 필터 요소(202)는 케이지(cage) 유형의 클램핑 요소(218)를 포함하는데, 클램핑 요소는 시트 재료(213), 배수 층(215) 및 구조 요소(184)를 미리 정해진 방향으로 함께 유지한다.

도 10 은 복수개의 구조 요소(222)들로 만들어진 필터 요소(202)를 위한 대안의 지지 동체(220)의 제 1 변형예의 부분을 도시하며, 복수개의 구조 요소들은 그들의 최내측 단부에서 형태 맞춤 섹션(224)으로써 설계된다. 형태 맞춤 섹션(224)들을 가진 구조 요소(222)들이 완성된 지지 동체(220)을 형성하도록 조립되었을 때, 형태 맞춤 섹션(224)들은 함께 튜브형 중심 구조체를 형성하는데, 이것은 도 8 및 도 9 의 필터 요소(202)의 튜브형 요소(182)와 기능에 있어서 대응된다. 형상 맞춤 섹션(224)들에 인접한 구조 요소(222)들의 벽 부분들 사이에 채널(226)들이 형성되어 비여과물을 주름부들 안으로 분배한다. 이러한 벽 부분들은 추가적으로, 잔류물 수용 구성의 일부로서의 역할을 하는 지지 동체(220)의 중심 구조의 내부 공간(230)에서 배출 개구(232)로 이어지는 작은 도관(228)들을 구비한다. 도 10 에 도시된 제 1 변형예에서, 지지 동체(220)의 축방향을 따른 채널(226)들의 단면적은 일정하게 유지된다. 또한, 지지 동체의 축방향을 따른 내부 공간(230)의 단면적은 일정하게 유지된다. 필터 요소가 도 13 의 경우에서와 같이 동일한 단부에 구성된 비여과물 유입부 및 잔류물 유출부를 가지는 하우징 안에 수용되어야 할 때, 상기 변형예가 바람직스럽다.

도 11 및 도 12 는 필터 요소(240)를 부분적으로 조립/절단된 상태로 도시한다. 지지 동체(220)의 제 2 변형예를 포함하는 필터 요소(240)는 하우징(242) 안에 수용되어 완전한 필터 모듈(244)을 형성한다.

2 개의 인접한 구조 요소(222)들 사이에, 비 여과물 분배 채널(226)이 형상 맞춤 섹션(224)들에 인접하여 형성된다. 비여과물 분배 채널(226)들을 형성하는 벽 부분들은 복수개의 반경 방향으로 연장된 도관(228)들을 포함하는데, 상기 도관들은 중심 구조체의 내부 공간(230)을 배출 개구(232)들과 유체 연결하여, 주름부 안의 유동 경로의 단부로부터 비여과물을 잔류물로서 공간(230)으로 전달하며, 공간은 잔류물 배출 채널을 형성한다.

구조 요소(222)들에는 양쪽 측부들에서 길이 방향 돌출부(234)들이 제공되는데, 이들은 중심 구조의 분배 채널(226)들로부터 주름부(254)들 안으로, 그것의 외측 주위 단부(256)로 그리고 다시 중심 구조로 지향되는 채널(236,238)들을 형성하며, 여기에서 비여과물의 나머지는 배출 개구들에 의해 잔류물로서 수용되고, 잔류물은 도관(228)들을 통해 중심 공간(230)으로 배출된다.

구조 요소(222)들은 단단한 재료로 만들어질 수 있다. 주름부들 안에서 시트 재료(256)를 따라서 유체 유동을 지향시키는 채널(236,238)들에는 도 4b 및 도 4c 와 관련하여 설명된 바와 같이 증가되는 단면적이 형성될 수 있다. 시트 재료(256)의 여과물/침투물 측에는 지지 배수 층(258)이 제공된다.

비여과물 분배 채널(226)들의 단면적은 필터 요소의 지지 동체(220)의 제 2 변형예의 길이를 따라서 감소된다. 중심 잔류물 채널(230)의 단면적은 지지 동체(220)의 제 2 변형예의 축방향을 따라서 증가하는데, 이는 복수개의 배출 도관(228)들로부터 필터 요소의 길이를 따라서 수용된 잔류물의 증가하는 체적을 고려하기 위한 것이다. 그러나, 잔류물(254) 안의 유체 유동 경로들의 길이는 필터 요소의 축방향 길이에 걸쳐 일정하게 유지되며, 예를 들어 약 300 mm 일 수 있다.

도 12 는 부분적인 단면으로 필터 시스템의 일부로서 필터 모듈(244)을 도시한다. 하우징(242)은 그것의 축방향으로 대향하는 단부들에서 비여과물 유입부(248) 및 잔류물 유출부(250)를 각각 포함한다. 필터 모듈(244)은 필터 요소(240)를 포함하고 그것의 양쪽 면들에서 단부 캡(256,258)들을 포함하며, 단부 캡들은 필터 요소(240)를 비여과물 유입부(248) 및 잔류물 유출부(250)에 각각 밀봉되게 연결한다.

잔류물 수용 채널(230)의 증가하는 직경 및 중심 튜브형 구조체 안의 비여과물 분배 채널(226)들의 감소하는 단면적은 도 11 및 도 12 로부터 명백하다. 하우징은 추가적으로 대향하는 단부들에 2 개의 여과물/침투물 유출부(252,253)들을 포함한다.

도 13 은 필터 모듈을 가진 필터 시스템(270)을 도시하는데, 필터 모듈은 하우징(274) 및 제 1 실시예와 유사한 필터 요소(272)를 포함한다.

하우징(274)은 필터 요소(272)의 전체 길이를 따라서 실질적으로 연장된 실린더형 벽(276)으로 이루어진다. 필터 시스템(270)의 일 단부에서, 하우징(274)은 원형 플레이트(278)에 의해 폐쇄되고, 원형 플레이트는 유체 밀폐 방식으로 실린더형 벽(276)의 일 단부에 연결된다.

축방향에서 실린더형 벽(276)의 대향하는 단부에, 하우징(274)은 어댑터 요소(280)에 의해 폐쇄되며, 어댑터 요소는 비여과물 공급 유입 튜브(282) 및 잔류물 수집 및 유출 튜브(284)를 포함한다. 비여과물 유입 튜브(282)는 비여과물을 고리형 공간(286)으로 공급하며, 그곳으로부터 비여과물은 필터 요소(272)의 비여과물 분배 채널(288)들 안으로 진입한다.

잔류물 배출 튜브(284)는 하우징(274)의 중앙 위치에서 끝나고 그곳에서 잔류물 수집 채널(290)에 연결되어 필터 요소(272)의 개별적인 주름부들로부터 잔류물을 수용한다.

필터 요소(272)의 시트 재료에 침투하는 여과물/침투물은 하우징(274)의 실린더형 벽(276)의 내측 표면과 필터 요소(272)의 외측 주위 사이의 고리형 공간(292) 안에 수집된다.

실린더형 벽(276)에는 실린더형 벽(276)의 대향하는 단부들에 인접하게 위치된 2 개의 여과물/침투물 유출 포트(294,295)들이 제공된다.

하우징(274) 안에 필터 요소(272)를 수용하는 것을 용이하게 하기 위하여, 필터 요소(272)에는 2 개의 단부 캡(296,298)들이 제공된다. 단부 캡(296)은 원형 디스크로서, 이것은 필터 요소(272)를 그것의 일 면에서 완전하게 폐쇄한다. 필터 요소(272)의 대향하는 단부 면에서, 단부 캡(298)은 개별 주름부(300)의 링 형상 영역에 있는 필터 요소(272)를 폐쇄시키고 개구(302)들을 제공하여 원형 공간(286)으로부터의 비여과물을 수용한다. 개구(302)들은 비여과물 분배 채널(288)들과 직접적으로 유체 소통된다. 단부 캡(298)의 중심 부분은 잔류물 배출 튜브(284)의 단부 부분을 유체 밀폐되게 수용하고 잔류물 수집 채널(290)들과 직접적인 유체 소통을 제공하는 역할을 한다.

필터 요소(272)의 전체적인 구조는 이전에 언급된 도 1 내지 도 4 와 관련하여 설명된 필터 요소에 대응될 수 있거나, 또는 도 7 내지 도 12 와 관련하여 설명된 상이한 유형일 수 있다.

하우징(274)의 동일한 단부에 있는 비여과물 유입부 및 잔류물 유출부를 가진 도 13 의 필터 시스템(270)은 분배 채널들의 단면적이 감소되고 잔류물 채널 단면이 증가되는 상기 설명된 특징들을 포함하지 않는다. 그러나, 주름부들 안에서 비여과물 유체 유동을 지향시키는 채널들의 단면적은 도 4b 및 도 4c 와 관련하여 설명된 바와 같이 여전히 유리하게도 증가되는 단면적을 가질 수 있다.

도 14 는 본 발명의 필터 요소의 제 4 실시예를 포함하는 필터 시스템의 부분적인 단면도이다.

필터 요소(320)는 중심의 실린더형 지지 요소(324)를 가진 지지 동체(322) 및, 중심의 튜브형 지지 요소(324)로부터 반경 방향으로 연장된 복수개의 구조 요소(326)들을 포함한다.

주름이 있는 시트 재료(330)는 구조 요소(326)들과 접촉하고, 인접한 구조 요소(326)들 사이에서 배수 부재(332)에 의해 제 위치에 유지된다.

구조 요소(326)들이 단면에서 쐐기 형상으로 표시된 구성인데 반해, 배수 요소(332)들은 2 개의 인접한 구조 요소(326)들 사이에서 시트 재료(330)를 지지하는 2 개의 거의 평행한 대향면들을 가진다. 실제로, 시트 재료(330)와 배수 요소(332)들 사이에는 통상적으로 간극이 없다.

상기에 설명된 필터 요소들과 대조적으로, 도 14 의 필터 요소(320)는 구조 요소(326)들을 포함하는데, 이들은 외측 주위 단부(334)에 채널(336)을 구비하고, 채널은 구조 요소(326)들의 전체 길이를 따라서 그리고 주름부의 전체 길이를 따라서 연장된다. 채널(336)은 복수개의 개구(338,339)들을 구비하며, 이들은 구조 요소(326)들 각각의 대향하는 면들상에 제공된 유동 채널(340,342)들로의 유체 소통을 제공한다.

채널(340,342)들은 본 발명의 필터 요소의 이전 실시예와 관련하여 설명되었던 바와 같이 구조 요소(326)들의 표면상에 길이 방향 돌출부들에 의해 제공될 수 있다.

비여과물은 지지 동체(322)의 중심 튜브형 요소(324) 안으로 공급되고 개구(344)들을 통해 중심 튜브형 요소(324)를 빠져나가며, 개구로부터 유체는 시트 재료(330)의 주름들로 진입한다. 위에서 설명된 실시예들과는 대조적으로, 구조 요소(326)의 대향하는 표면들을 따른 비여과물의 유체 유동은 구조 요소(326)들의 양쪽 표면들상에서 중심 튜브형 요소(324)로부터 외측 주위 단부(334)들로 반경 방향 외측으로의 동일 방향으로 유동한다. 구조 요소(326)들의 외측 단부들에서, 비여과물은 채널(340,342)들로부터 개구(338,339)들을 통해 채널(336)들 안으로 잔류물로서 수용되며, 즉, 비여과물 유체 유동은 그 방향으로 역전되지 않는다.

중심의 튜브형 요소(324)로부터 잔류물 수용 채널(336)로의 이동시에, 비여과물 압력은 감소되고, 따라서, 유동 채널(340,342)의 단면적은 반경 방향 최내측 부분으로부터 개구(338,339)들에서 끝나는 채널들의 단부까지 꾸준히 증가하여 낮은 유체 유동 저항을 제공함으로써 적어도 부분적으로 압력 강하에 대처할 수 있다.

다른 한편으로, 배수 요소(332)들은 내부의 튜브형 요소(324)에 인접한 부분에서 여과물/침투물에 높은 유체 유동 저항을 제공하고 그것의 최외측 단부에서 낮은 유체 유동 저항을 제공하는데, 이는 채널(340,342)들에서의 비여과물 유동 경로를 따라서 시트 재료(330)를 가로질러 실질적으로 일정한 압력 편차를 유지하기 위한 것이다.

배수 요소(332)들의 최외측 부분들로부터, 여과물/침투물은 여과물/침투물 수집 채널(346,348)들 안으로 배출되고, 그곳으로부터 하우징(상세하게 도시되지 않음)의 실린더형 벽(352)과 필터 요소(320) 사이에 형성된 고리형 여과물/침투물 수집 공간(350) 안에 수집된다. 실린더형 벽(352)은 여과물/침투물 유출 포트(354)를 포함하고, 상기 포트를 통하여 여과물/침투물은 필터 모듈로부터 회수될 수 있다.

본 발명의 상기 실시예의 장점은, 지지 동체(322)의 중심 튜브형 요소(324)에 인접한 분배 채널들 또는 공급 채널로부터 잔류물 배출 채널(336)로의 비여과물에 대한 유체 유동 경로가 단지 약 절반이 됨으로써, 멤브레인(330)을 가로지르는 압력 강하 및 유체 유동 훨씬 근접하게 제어될 수 있다는 점이다.

더욱이, 위에서 언급된 바와 같이, 바람직스럽게는 주름부들의 외측 단부에서 구조 요소(326)의 최외측 부분(334)에 맞닿는 시트 재료(330)의 마모가 비여과물에 포함된 입자 물질에 의해 발생되지 않도록 비여과물의 유체 유동을 편향시킬 필요가 없으며, 따라서 시트 재료는 비여과물 안에 결국 포함되는 입자 물질의 그 어떤 영향으로부터도 보호된다.

배수 요소(332)들은 필터 요소(320)의 외측 주위에서 서로 맞닿도록 설계될 수 있으며, 여기에서 이들은 스트랩(strap, 356)에 의해 함께 유지된다.

도 15 는 도 14 에 도시된 필터 요소의 실시예의 변형을 포함하는 필터 시스템을 도시한다. 필터 요소(370)는 지지 동체(372)를 포함하고, 지지 동체는 주로 개별적인 쐐기 형상의 구조 요소(374)들만으로 이루어진다. 구조 요소(374)들은 중심의 튜브형 지지 요소에 더 이상 부착되지 않지만, 주름부 안에 수용되어 시트 재료(380)를 지지하는 배수 요소(376)들에 의해 서로로부터 미리 결정된 간격으로 유지되며, 시트 재료는 도 14 와 관련하여 설명되었던 바와 같이 주름부들 안에 동일한 방식으로 배치된다.

시트 재료(380)로 라이닝되고 쐐기 형상의 배수 요소(376)들에 의해 이격된 개별적인 구조 요소(374)들의 구조는 스트랩(strap) 또는 케이지(cage, 382)에 의해 고정되는데, 이것은 시트 재료(380)로 함께 라이닝(lining)된 구조 요소(374)들 및 배수 요소(376)들의 개별적인 부분들을 유지하고 필터 요소(370)의 외측 주위 표면을 따라서 연장된다. 다시, 배수 요소(376)들은 필터 요소(370)의 외측 주위에서 서로 맞닿도록 설계될 수 있다.

비여과물의 유체 유동은 필터 요소(370)의 중심 부분(384)으로부터 구조 요소(374)들의 대향하는 표면상의 채널(386,388)들로 분배되는데, 이들은 통상적으로 지지 요소(374)의 최내측 부분으로부터 외측 주위 단부(390)로 연장된 길이 방향 돌출부들에 의해 형성된다. 도 14 의 실시예의 경우에서와 같이, 비여과물은 채널(386,388)들로 분배되고 오직 하나의 방향으로만 유동하는데, 즉, 필터 요소(370)의 내측 중심 공간(384)으로부터 반경 방향 외측으로 채널(386,388)들을 따라서 구조 요소(374)들의 최외측 부분(390)까지 유동하며, 여기에서 채널(392)이 제공되어 남아 있는 비여과물을 잔류물로서 수집한다. 그러한 범위로, 채널(392)에는 개구(394,395)들이 제공되는데, 개구들은 채널(386,388)들과 잔류물 수용 채널(392)의 유체 소통을 허용한다.

여과물/침투물은 배수 요소(376)들을 통해 수집되고, 여기에서 텐션 스트랩 (tension strap) 또는 케이지 구조(382)에 의해 정의된 필터 요소(370)의 외측 주위와 하우징(상세하게 도시되지 않음)의 벽 부분(402) 사이에 있는 고리형 공간(400)의 형태인 잔류물 수집 공간을 향해 반경 방향 외측으로 이동한다.

벽 부분(402)은 여과물/침투물 유출 포트(404)를 포함하고, 유출 포트를 통하여 여과물/침투물이 필터 모듈로부터 배출될 수 있다.

도 14 및 도 15 의 필터 요소들은, 제 1, 제 2 및 제 3 실시예의 필터 요소들과 비교하여 주름부들의 최내측 단부들에서 감소된 단면적의 구성 요소들을 가진다. 결국, 주름부들의 수는 도 1 내지 도 12 의 임의의 것에 따른 필터 요소에 비교하여 대략 12 % 증가될 수 있다. 제 1 실시예의 제 1 요소에 비교되어 제공되는 표면적은 대략 105 % 에 도달하는데, 왜냐하면 시트 재료(330,380)의 부분이 구조 요소(326,374)의 최외측 부분(334,390)에 의해 덮히고 차폐된다.

도 16 은 하우징(424) 안에 필터 요소(422)를 포함하는 필터 시스템(420)을 도시한다.

하우징(424)은 필터 요소(422)의 전체 길이를 따라서 실질적으로 연장된 실린더형 벽(426)으로 이루어진다. 필터 시스템(420)의 일 단부에서, 하우징(424)은 유체 밀폐 방식으로 실린더형 벽(426)의 일 단부에 연결된 원형 플레이트(428)에 의해 폐쇄된다.

축 방향에서 실린더형 벽(426)의 반대편 단부에서, 하우징(424)은 어댑터 요소(430)에 의해 폐쇄되는데, 이것은 비여과물 공급 유입 튜브(432) 및 잔류물 수집 및 유출 튜브(434)를 포함한다. 비여과물 유입 튜브(432)는 비여과물을 중심의 튜브형 공간(436)으로 배출시키는데, 이것은 필터 요소(422)의 비여과물 분배 채널의 역할을 한다.

잔류물 배출 튜브(432)는 원형의 잔류물 수집 공간(438)에서 끝나며, 이것은 잔류물 수집 채널(440)로 유체 연결되어 필터 요소(422)의 개별 주름부들로부터 잔류물을 수용한다.

필터 요소(422)의 시트 재료에 침투하는 여과물/침투물은 실린더형 벽(426)의 내측 표면과 필터 요소(442)의 외측 주위 사이의 고리형 공간(442) 안에 수집된다.

실린더형 벽(426)에는 실린더형 벽(426)의 대향하는 단부들에 인접하게 위치된 2 개의 여과물/침투물 유출 포트(444,445)들이 제공된다.

표준적인 하우징(424) 안에 필터 요소(422)를 수용하는 것을 용이하게 하도록, 필터 요소(422)에는 그것의 대향하는 단부면들에 2 개의 단부 캡(446,448)들이 제공된다. 단부 캡(446)은 원형의 디스크로서, 이것은 단부면에서 필터 요소(422)를 완전하게 폐쇄시킨다. 필터 요소(422)의 대향하는 단부면에서, 단부 캡(448)은 개별적인 주름부(50)들의 링 형상 영역에서 필터 요소(422)의 면을 폐쇄하며, 개구(452)들을 제공하여 잔류물을 원형 공간(438)으로 배출시킨다. 단부 캡(448)의 중심 부분은 비여과물 공급 튜브(432)의 단부 부분을 유체 밀폐되게 수용하는 역할을 하여 그것을 중심의 튜브형 공간(436)에 연결한다.

필터 요소(422)의 일반적인 구조는 도 15 와 관련하여 설명된 필터 요소에 대응할 수 있다.

도 17 은 제 5 실시예에 따른 본 발명의 필터 요소를 포함하는 부분적인 단면도에 있는 필터 시스템을 도시한다. 필터 요소(500)는 쐐기 형상 단면의 복수개의 구조 요소(502)들을 포함한다.

위에서 설명된 본 발명의 필터 요소의 실시예들과 대조적으로, 필터 요소(500) 안에서, 구조 요소(502)들에 의해 한정된 비여과물 채널들은 필터 요소(500)의 외측 주위로부터 그것의 중심으로 연장되고 다시 외측 주위로 연장된다.

2 개의 인접한 구조 요소(502)들 사이에, 배수 요소(504)들이 위치되어 유체 투과의 공통 중심 튜브형 지지체(506)로부터 반경 방향 외측으로 연장된다. 유체 투과 배수 요소(504)들은 2 개의 인접한 구조 요소(502)들의 표면들에 실질적으로 평행한 위치에 시트 재료(예를 들어, 멤브레인)(501)를 지지한다.

구조 요소(502)들에는 반경 방향으로 연장되는 길이 방향 돌출부들이 제공됨으로써, 채널(512,514)들이 형성된다. 채널(512)들은 비여과물 유체 유동을 필터 요소(500)의 외측 주위로부터 그것의 중심으로 반경 방향으로 지향시키고, 그 곳에서 유체 유동은 채널(514)을 통해 외측 주위로 편향되고 다시 지향된다.

비여과물은, 필터 모듈의 하우징(상세하게 도시되지 않음)의 실린더형 벽(518)에 의해 한정되고 필터 요소(500)의 외측 주위에서 형성된 고리형 공간(516)으로부터 개별적인 주름부 및 채널(512,514)로 공급된다. 필터 요소(500)의 외측 주위로의 방향에서 채널(514)들을 통해 복귀하는 비여과물은 필터 요소의 외측 주위에 근접하게 축방향에 대하여 평행하게 연장되는 잔류물 수용 채널(520) 안에서 수집된다.

구조 요소(502)들에는 그들의 외측 주위 부분에 측부면(524,526)들이 제공되며, 이들 측부면들은 인접한 구조 요소(502)들의 측부면(524,526)들과 협동한다. 더욱이, 외측 주위 표면(528)들에서, 구조 요소들은 반경 방향으로 돌출된 스페이서 요소(530)들을 포함하며, 비여과물 공급 채널로서의 역할을 하는 고리형 공간(516)이 규칙적인 개방 단면을 가지도록 스페이서 요소들은 필터 요소(500)를 하우징(518)에 대하여 거리를 두고 유지한다.

시트 재료(510)를 통해 침투하는 여과물/침투물은 유체 투과 배수 요소(504)들에서 수집되고, 그곳으로부터 필터 요소(500)의 주름진 구조를 빠져나가서 중심 체적(522)으로 들어가는데, 중심 체적은 필터 요소(500)의 모든 개별적인 주름들로부터 여과물/침투물을 수집한다.

외측 주위에서, 텐션 스트랩 또는 케이지(532)가 제공되어 스페이서 요소(530)에 맞닿고 필터 요소(500)의 개별적인 부분들을 함께 단단하게 유지하며, 즉, 구조 요소(502), 중심 지지 구조(506)를 가진 배수 요소(504) 및 시트 재료(510)를 유지한다.

비유과물 유입부는 필터 모듈(500)의 일 단부면에 제공될 수 있는 반면에, 잔류물 채널(520)들은 필터 요소(500)의 다른 면에서 공통의 잔류물 수집 공간에 배출된다. 여과물/침투물은 하우징의 분리된 유출 포트에 의하여 필터 요소의 중심 공간(522)으로부터 수집된다.

이것은 도 18 에 보다 상세하게 도시되어 있으며, 도 18 은 도 17 과 관련하여 설명된 바와 같이 필터 요소(500)를 수용하는 필터 모듈(540)을 도시한다.

필터 모듈(540)은 2 개의 디스크와 같은 폐쇄 요소(544,546)들 뿐만 아니라 실린더형 벽(518)을 가진 하우징(542)을 포함하며, 상기 폐쇄 요소는 실린더형 벽(518)의 축방향 단부 부분들을 덮고 실린더형 벽(518) 안의 공간을 폐쇄시킨다.

폐쇄 요소(544)는 비여과물 유입부로서의 역할을 하는 오프 센터 포트(off-center port, 548)를 포함하며, 그것으로부터 비여과물이 하우징(542)의 내부 고리형 공간(516)으로 공급된다. 도 18 에 도시된 바와 같이, 비여과물 유체 유동은 고리형 공간(516)으로부터 필터 요소(500)의 개별적인 주름부들 안으로 분배되고 그것의 외측 주위로부터 필터 모듈 안으로 분배되며, 외측 외주로 편향되어 외측 외주로 복귀되어 잔류물 수용 채널(520)에 의해 수집된다.

제 2 폐쇄부(546)는 실린더형 벽(518)의 단부면을 덮고 잔류물 채널(520)로부터 잔류물을 수용하는 오프 센터 유출 포트(549)를 포함한다.

도 18 에 도시된 바와 같이, 비여과물을 개별적인 주름부들로 분배하는 고리형 공간(516)은 원추 형상이어서 유입 포트(548)로부터 멀리 있는 공간(516)의 단면적은 가장 작은 반면에, 유입 포트(548)에 근접하면 단면적이 최대화된다.

따라서, 고리형 공간(516)의 단면적은 필터 모듈의 작동중에 수용된 비여과물 유체의 적은 양에 적합화되는데, 이는 필터 요소(500)의 다양한 주름부들 안으로 비여과물이 분배되기 때문이다.

대조적으로, 잔류물 수용 채널(520)들은 필터 모듈(500)의 비여과물 공급 단부로부터 시작되어 그것의 잔류물 배출 단부로 증가되는 단면적을 가진다.

필터 요소의 중심 부분은 개별적인 주름부들로부터, 즉, 인접한 주름부들 사이의 배수 요소들로부터, 여과물/침투물을 수용하기 위한 중심의 튜브형 공간(522)을 형성하고, 폐쇄 요소(544,546)들은 그 양쪽이 또는 그들중 오직 하나만이 여과물/침투물을 배출시키기 위한 유출 포트를 가질 수 있다. 도 18 의 실시예에서, 폐쇄 구조체(544,546)들 양쪽은 튜브형 공간(522) 안에 수집된 여과물/침투물을 위한 유출 포트(552,553)을 가진다.

도 19 는 본 발명의 필터 요소(560)의 제 6 실시예를 포함하는 필터 시스템에 관한 것이다. 필터 요소(560)는 도 15 의 필터 요소(370)에 가깝게 관련된 개별 부분들의 디자인을 가지지만, 유체 유동은 반대 방향이다.

필터 요소(560)는 복수개의 쐐기 형상 구조 요소(562)들을 포함하는데, 이들은 그들의 외측 주위 단부(564)에 비여과물 분배 채널(566)들을 제공한다. 개구(568,569)들은 비여과물이 분배 채널(566)들을 빠져나가서 반경 방향으로 연장된 비여과물 채널(570,572)들 안으로 진입하는 것을 허용하는데, 비여과물 채널은 구조 요소(562)의 외측 주위 단부로부터 구조 요소의 양쪽 표면상에서 비여과물을 잔류물로서 수집하는 필터 요소(560)의 중심 튜브형 공간(574)으로 연장된다.

비여과물 채널(570,572)들은 유체 투과 배수 요소(578)들에 의해 여과물/투과물 표면상에서 지지되는 다공성 시트 재료(567)로 라이닝된다. 시트 재료(576)를 투과하는 유체는 배수 요소(578) 안에서 필터 요소(560)의 외측 주위로 이전되어 여과물/침투물 채널(580)에 수집되며 하우징의 벽(584)과 필터 요소(560)의 외측 주위에 있는 고리형 공간(582)으로 배출된다. 벽(584)은 여과물/침투물 유출부(586)를 포함하고, 그것을 통하여 여과물/침투물은 필터 모듈로부터 배출될 수 있다.

도 20 은 본 발명의 필터 요소(600)의 제 7 실시예를 도시한다. 필터 요소(600)는 도 15 의 필터 요소(370)에 유사한 기본적인 디자인을 가지며 주로 개별적인 쐐기 형상 구조 요소(604)들만으로 이루어진 지지 동체(602)를 포함한다. 구조 요소(604)들은 중심의 튜브형 지지 요소에 부착되지 않지만, 시트 재료(610)의 주름부들 안에 수용되며, 시트 재료(610)를 추가적으로 지지하는 쐐기 형상 배수 요소(606)들에 의해 서로로부터 미리 정해진 거리를 두고 유지된다.

개별적인 구조 요소(604)들은 시트 재료(610)로 라이닝되고 텐션 스트랩 또는 케이지(612)에 의해 고정된 배수 요소(606)들에 의해 이격되는데, 텐션 스트랩 또는 케이지는 필터 요소(600)의 외측 주위 둘레로 연장되고 개별적인 부분들을 함께 유지하며, 즉, 시트 재료(610)로 라이닝된 구조 요소(604)들 및 배수 요소(606)들을 함께 유지한다.

비여과물의 유체 유동은 필터 요소(600)의 중심의 튜브형 부분(614)으로부터 구조 요소(604)들의 대향하는 표면들상의 채널(616,618)들 안으로 분배되는데, 이들은 다시 지지 요소(604)의 최내측 부분으로부터 그들의 외측 주위 단부(620)들로 연장된 길이 방향 돌출부들에 의해 형성된다. 채널(616,618)들 안으로 분배된 비여과물은 일 방향으로만 유동하며, 즉, 필터 요소(600)의 내측 중심 공간(614)으로부터 반경 방향 외측으로 채널(616,618)들을 따라서 구조 요소(614)들의 최외측 부분(620)으로 유동하며, 여기에서 채널(622)이 제공되어 남아 있는 비여과물을 잔류물로서 수집한다. 그러한 범위로, 채널(622)에는 개구(624,625)들이 제공되며, 개구들은 채널(616,618)들과 잔류물 수용 채널(622)의 유체 소통을 허용한다.

여과물/침투물은 유체 투과 배수 요소(606)들을 통하여 수집되고, 여기에서 텐션 스트랩 또는 케이지 구조체(612)에 의해 형성된 필터 요소(600)의 외측 주위와 하우징(상세하게 도시되지 않음)의 벽 부분(632) 사이의 고리형 공간(630)의 형태인 여과물/침투물 수집 공간을 향하여 반경 방향 외측으로 이동한다. 벽 부분(632)은 여과물/침투물 유출 부분(634)을 포함하고, 그것을 통하여 여과물/침투물은 필터 모듈로부터 배출될 수 있다.

도 15로부터 이미 알려진 그러한 구조에 더하여, 도 20 의 필터 요소(600)는 시트 재료(610)와 단일체로 형성될 수 있는 추가적인 시트 재료 표면 영역(636,638)들을 포함한다. 표면 영역(636,638)들은 구조 요소(604)의 외측 주위 단부(620)로부터 채널(616,618)들 사이의 내부 공간을 향하여 반경 방향으로 연장되며 주름부의 시트 재료(610)에 실질적으로 평행하고 그로부터 이격된다. 표면 영역(636,638)들은 예를 들어 반경 방향에서 구조 요소 길이의 대략 절반으로 연장됨으로써 주름부의 시트 재료의 표면 영역을 대략 50 % 증가시킨다.

시트 재료 영역(636,638)들은 채널(616,618)들 안에서 유체 유동과 직접 접촉하고 여과물/침투물이 표면 영역(636,638)들 사이에 있는 채널과 같은 공간(640) 안으로 통과되는 것을 허용한다. 표면 영역(636,638)들 사이의 공간(640)으로부터 여과물/침투물을 수집하기 위하여, 이들은 서로로부터 이격되게 유지되며, 바람직스럽게는 배수 요소들에 의해 유지된다. 그러한 배수 요소들의 일 예는 도 20 의 우측상에 있는 다공성 구조(640a)로서 도시되어 있다. 공간(640)의 외측 주위 단부에서, 간극(642)이 제공되며, 간극을 통하여 여과물/침투물이 빠져나가서 고리형 공간(630) 안으로 진입한다.

도 21a 는 도 15 의 필터 요소의 다른 변형이 이루어진 필터 시스템을 도시한다. 본 발명의 필터 요소의 제 8 실시예로서의 필터 요소는 도 15 의 필터 요소(370)와 유사한 기본 디자인을 가지며, 주로 개별적인 구조 요소(654)들로만 이루어진 지지 동체(652)를 포함한다. 구조 요소(654)들은 중심의 튜브형 지지 요소에 부착되지 않지만, 시트 재료(660)의 주름부들 안에 수용되고 시트 재료(660)를 지지하는 유체 투과성 배수 요소(656)들에 의해 서로로부터 미리 정해진 간격으로 유지된다.

시트 재료(660)로 라이닝되고 배수 요소(656)들에 의해 이격된 개별적인 구조 요소(654)들은 텐션 스트랩 또는 케이지(662)에 의해 고정되는데, 텐션 스트랩 또는 케이지는 필터 요소(650)의 외측 주위 둘레로 연장되고 개별 부분들을 함께 유지하며, 즉, 시트 재료(660)로 라이닝된 구조 요소(654)들 및 배수 요소(656)들을 함께 유지한다.

비여과물의 유체 유동은 필터 요소(650)의 중심 부분(664)으로부터 구조 요소(654)들의 대향하는 표면들상의 채널(666,668)들 안으로 분배되는데, 이들은 지지 요소(654)들의 최내측 부분으로부터 외측 주위 단부(670)들로 연장된다. 채널(666,668)들 안으로 분배된 비여과물은 오직 하나의 방향으로만 유동하며, 즉, 필터 요소(650)의 내측 중심 공간(664)으로부터 반경 방향 외측으로 채널(666,668)들을 따라서 구조 요소(654)들의 최외측 부분(670)까지 유동하며, 여기에서 채널(672)이 제공되어 남아있는 비여과물을 잔류물로서 수집한다. 그러한 영향으로, 채널(672)에는 개구(674,675)들이 제공되며, 개구들은 채널(666,668)들과 잔류물 수용 채널(672)의 유체 소통을 허용한다.

여과물/침투물은 배수 요소(656)들을 통하여 수집되고, 텐션 스트랩 또는 케이지 구조체(662)에 의해 형성되는 필터 요소(650)의 외측 주위와 하우징(상세하게 도시되지 않음)의 벽 부분(682) 사이에 있는 고리형 공간(680)의 형태인 잔류물 수집 공간을 향해 반경 방향 외측으로 이동한다. 벽 부분(682)은 여과물/침투물 유출 포트(684)를 포함하고, 유출 포트를 통하여 여과물/침투물은 필터 모듈로부터 배출될 수 있다.

도 15 로부터 이미 알려진 상기 구조에 더하여, 도 21a 의 필터 요소(650)의 구조 요소(654)는 다른 시트 재료(686)로 라이닝되고 유체 투과 재료로 만들어져서 이들이 배수 요소들로서도 작용할 수 있다. 그들의 동체에서, 다른 여과물/침투물 수집 채널(688)이 형성되어 채널(672)에 평행하게 연장된다. 각각의 주름부 안에 수용된 추가적인 시트 재료(686)는 실질적으로 구조 요소(654)들의 전체 높이에 걸쳐 연장됨으로써, 주름부 당(當) 시트 재료의 표면적을 대략 2 배로 증가시킨다.

채널(666,668)들 안의 유체 유동은 채널의 2 개 측부들상에서 시트 재료(660,638)와 각각 직접 접촉됨으로써, 여과물/침투물이 구조 요소(654)들 안의 채널과 같은 공간(688) 및 배수 요소(656)들 안으로 통과되는 것을 허용한다.

필터 요소(650)에는 구조 요소(654)들의 각 측부상에 하나의 단일 비여과 채널(666,668)이 제공될 수 있어서, 이들은 개별적인 주름부들의 전체 길이를 가로질러 연장된다.

그러나, 보다 바람직스럽게는, 복수개의 비여과물 채널(666,668)들이 구조 요소(654)들의 각 측부상에 제공되어, 상기 설명된 실시예와 관련하여 설명되었던 바와 같이 주름부들의 내측 단부들로부터 외측 단부들로 비여과물 유체 유동을 지향시킨다.

그러나, 구조 요소(654)들의 표면은 제 2 시트 재료(686)로 라이닝됨으로써, 설명된 다른 실시예의 경우에서는 바람직스러운 길이 방향 돌출부들 또는 리브들이 구조 요소(654)들에는 제공될 수 없다.

대신에, 보조 안내 요소 또는 삽입부(690)는 도 21b 에 도시된 바와 같이 이용될 수 있다. 안내 요소(690)는 대략 절반의 실린더형 동체(692)로 이루어지며, 이것은 필터 요소의 축방향으로 주름부의 전체 길이를 따라서 연장된다. 동체(692)의 2 개의 평행한 면(693)들로부터, 복수개의 로드(rod) 또는 스파이크(spike, 694)들은 주름부들 안의 복수개의 평행한 비여과물 채널들을 형성하는 분리 벽으로서 작용한다. 안내 요소(690)는 필터 요소(650)의 주름부 안에 삽입될 수 있고 절반의 실린더 동체(692)는 시트 재료(686)로 라이닝된 구조 요소(654)의 상부 내측 단부(689)상에 놓인다.

대안의 실시예에서, 절반의 실린더형 동체(692)는 구조 요소(654)의 외측 주위 단부(670) 및 그로부터 매달린 스파이크(spike, 694)와 동일할 수 있다.

스파이크(694)들의 자유 단부(696)들은, 일단 필터 요소(650)가 완전히 조립되고 케이지(662)가 제 위치에 있다면 그들의 개별 위치에서 안정화될 것이다.

도 22a 는 본 발명에 따른 필터 요소의 제 9 실시예를 도시한다. 기본 구조는 다시 도 15 에 도시된 실시예에 대응한다.

필터 요소(700)는 개별적인 구조 요소(704)들만으로 주로 이루어진 지지 동체(702)를 포함한다. 구조 요소(704)들은 중심의 튜브형 지지 요소에 부착되지 않지만, 제 1 시트 재료(710)의 주름부들 안에 수용되고, 시트 재료(710)를 지지하는 유체 투과 배수 요소(706)들에 의해 서로로부터 미리 정해진 거리로 유지된다.

시트 재료(710)로 라이닝되고 배수 요소(706)들에 의해 이격되는 개별적인 구조 요소(704)들은 텐션 스트랩 또는 케이지(712)에 의해 고정되며, 텐션 스트랩 또는 케이지는 필터 요소(700)의 외측 주위 둘레에 연장되고 개별의 부분들을 함께 유지시키며, 즉, 시트 재료(710)로 라이닝된 구조 요소(704)들 및 배수 요소(706)들을 함께 유지시킨다.

비여과물은 구조 요소(704)들의 대향하는 표면들상에서 비여과물 채널(716,718)들로 분배되는데, 이것은 구조 요소(704)들의 최내측 부분으로부터 그들의 외측 주위 단부(720)들로 연장된다. 채널(716,718)들 안으로 분배되는 비여과물은 오직 일 방향으로만 유동하며, 즉, 필터 요소(700)의 구조 요소(704)들의 최내측 단부들로부터 반경 방향 외측으로 채널(716,718)들을 따라서 구조 요소(704)들의 최외측 부분(720)으로 유동하며, 여기에서 채널(722)이 제공되어 남아 있는 비여과물을 잔류물로서 수집한다. 그러한 영향으로, 채널(722)에는 개구(724,725)들이 제공되며, 개구들은 채널(716,718)들 및 잔류물 수용 채널(722)의 유체 소통을 허용한다.

여과물/침투물은 배수 요소(706)들을 통해 수집되고, 텐션 스트랩 또는 케이지 구조체(712)에 의해 형성된 필터 요소(700)의 외측 외주와 하우징(상세하게 도시되지 않음)의 벽 부분(732) 사이에 있는 고리형 공간(730)의 형태인 잔류물 수집 공간을 향하여 반경 방향 외측으로 이동한다. 벽 부분(732)은 여과물/침투물 유출 포트(734)를 포함하고, 그것을 통하여 여과물/침투물은 필터 모듈로부터 배출될 수 있다.

도 15 로부터 실질적으로 공지된 상기 구조들에 더하여, 도 22a 의 필터 요소(700)는 추가적이거나 또는 제 2 의 시트 재료(736)를 포함하는데, 이것은 주름 구조의 주름부에서 시트 재료(720)와 대략 함께 연장된다(coextensive).

제 2 시트 재료(736)는 실질적으로 구조 요소(704)의 외측 주위 단부(720)에있는 주름부의 잔류물 채널(722)로부터 내부를 향해 반경 방향으로 연장되고, 주름부의 제 1 시트 재료(710)에서 이격되고 실질적으로 그에 대하여 평행하다. 시트 재료(736)는 그것의 최내측 주름 섹션들을 가지고 채널(714)들을 형성하는데, 이것은 비여과물 분배 채널들로서의 역할을 하고, 비여과물 분배 채널로부터 비여과물이 비여과물 채널(716,718)로 공급된다. 비여과물 채널(714)들을 형성하는 시트 재료의 최내측 주름 섹션들은 중심의 지지 동체(742)에 맞닿는다.

제 1 및 제 2 시트 재료의 표면적은 도 15 의 필터 요소의 표면적의 대략 2 배에 달한다.

제 2 시트 재료(736)는 채널(716,718)들 안의 유체 유동과 직접 접촉하고 여과물/침투물이 채널과 같은 공간(740)으로 통과하는 것을 허용한다. 공간(740)을 통하여 여과물/침투물을 수집하기 위하여, 구조 요소(704)들은 유체 투과되도록 설계되고 배수 요소들로서 작용한다.

도 22a 의 필터 요소(700)에서 도 21a 의 실시예와 관련하여 설명된 바와 같이, 개별적인 주름들 안의 비여과물 채널(716,718)들은 필터 요소(700)의 축방향에서 주름부의 전체 길이를 따라서 연장된 하나의 단일 채널로서 설계될 수 있다.

그러나 바람직스럽게는, 필터 요소(700)가 길이 방향 요소들에 의해 분리된 복수개의 평행한 채널(716,718)들을 구비한다.

구조 요소(704)들은 시트 재료(736)로 라이닝되기 때문에, 그것의 표면들은 상기 길이 방향 요소들을 지지하는데 이용될 수 없다. 대신에, 도 21a 의 필터 요소(650)의 경우에서와 유사하게, 삽입부(750,760)들이 사용될 수 있는데, 이것은 각각 절반의 실린더형 지지 동체(752,762)들을 포함하고, 그로부터 복수개의 로드(rod) 또는 스파이크(spike, 754,764)들이 각각 매달린다.

삽입부(750)의 절반 실린더형 지지 동체(752)는 주름부의 외측 주위 단부 부분(720)에 수용되고, 스파이크(754)는 내측으로 돌출되며, 예를 들어, 비여과물 채널(716,718)들의 반경 방향 길이의 대략 절반으로 돌출된다.

다른 삽입부(760)는 주름부들의 최내측 단부들에 있는 절반의 실린더형 동체(762)가 비여과물 분배 채널(714)들에 있는 시트 재료(736)의 외측 표면과 접촉한 상태로 삽입됨으로써, 시트 재료(736)의 구성을 그러한 영역에서 안정화시킨다.

스파이크(764)들은 동체(762)로부터 2 개의 인접한 주름부들의 채널(716,718)들 안으로 비여과물 유동 경로 길이의 대략 절반으로써 반경 방향 외측으로 연장된다.

스파이크(754,764)들의 길이는 양쪽의 삽입부들이 제 위치에 있고 필터 요소(700)가 완전히 조립되었을 때 내측/외측 자유 단부(754,766)들이 만나도록 선택된다. 이러한 상태에서 스파이크들은 그들의 위치에 고정된다.

도 23 은 미국 특허 US 7,384,549 B2 에 개시된 바와 같은 다중 스테이지의 단일 통과 여과 시스템(800)의 블록 다이아그램이다. 그러한 단일 통과 여과 시스템(800)은 다양한 여과 시스템들의 여러가지들중 하나를 나타내는데, 본 발명의 필터 요소들이 포함될 수 있다.

도 23 의 시스템(800)은 3 개의 여과 스테이지(802,804,806)들을 포함한다. 비여과물 유체는 공급 라인(810)을 통하여 압력 장치 또는 펌프(808)에 의해 제 1 스테이지(802)로 공급된다. 제 1 스테이지(802)는 3 개의 필터 요소(812)들로 이루어질 수 있으며, 이들은 필터 요소(812)들의 비여과물 유입부에 연결된 개별적인 공급 라인(814,815,816)들을 통하여 공급 라인(810)으로부터 비여과물을 평행한 구성으로 수용한다.

필터 요소(812)들은 단일 라인(822)으로 병합되는 개별적인 배출 라인(818,819,820)들로의 잔류물 유출부들과 연결되며, 단일 라인(822)은 제 2 여과 스테이지(804)에 대한 비여과물 공급 라인으로서의 역할을 한다. 제 2 여과 스테이지(804)는 2 개의 여과 요소(824)들을 포함하는데, 이것은 제 1 스테이지의 필터 요소(812)들로부터 수집된 여과물/침투물에 기인하여 이러한 스테이지에서 유체 처리량이 감소되는 것을 반영한다.

제 1 스테이지(802)의 잔류물은 제 2 스테이지에 대한 비여과물로서의 역할을 하며 개별적인 공급 라인(826,827)들을 통해 필터 요소(824)들 안으로 공급된다. 필터 요소(824)들로부터의 잔류물은 필터 요소(834)에 의해 나타나는 마지막 스테이지(806)에 대한 단일의 비여과물 공급 라인(832)으로 병합되는 개별적인 배출 라인(830,831)에 의해 수집된다. 제 2 스테이지(804)의 잔류물은 제 3 스테이지(806)에 대한 비여과물로서의 역할을 한다. 필터 요소(834)로부터 배출된 잔류물은 잔류물 라인(836)에 의해 수집된다.

단순화시키기 위하여, 필터 요소(812,824,834)들의 여과물/침투물 유출부들로부터 여과물을 수용하는 여과물/침투물 라인들은 도 23 에서 생략되어 있다.

본 발명의 필터 요소들은, 시스템의 유동 조건들을 최적화시키기 위하여, 다양한 스테이지(802,804,806)들에 의해 수용된 비여과물의 변화되는 품질, 예를 들어 점도에 용이하게 적합화될 수 있는데, 이는 예를 들어 필터 요소들의 개별적인 주름부들 안의 비여과물 채널들의 단면적을 변화시킴으로써 이루어진다.

도 1 내지 도 22 와 관련된 바람직한 실시예들의 상기 설명에서 필터 요소들 및 필터 시스템들은 특히 교차 유동 여과(cross-flow filtration)에 맞는 것으로서 설명되었지만, 본 발명이 그에 제한되는 것은 아니다. 실시예들중 일부는 일부 작은 변형으로써 데드 엔드 여과(dead-end filtration)에 적합하게 될 수 있다. 도 14, 도 15, 도 19, 도 20, 도 21a 및 도 22a 의 실시예들은 그 어떤 변형들도 없이 데드 엔드 여과에 대하여 이용된다. 실제로 비여과물은 정규적인 비여과물 유체 공급 구성(예를 들어, 도 15 의 중심 부분(384))을 통해 제공될 수 있고, 동시에 잔류물 수용 구성(예를 들어, 도 15 의 채널(392))을 통해 제공될 수 있다.

10. 필터 시스템 12. 필터 요소
14. 실린더형 하우징 16.18. 단부 부분
22. 비여과물 유입부 24. 잔류물 유출부

Claims (18)

1. 비여과물 측 및 여과물 측을 가지는 다공성 시트 재료로서, 상기 시트 재료는 길이 방향으로 연장된 복수개의 주름부들로 구성되고, 각각의 주름부는 상기 길이 방향에 직각으로 주름부의 제 1 개방 단부로부터 제 2 폐쇄 단부로 연장된 제 1 벽 부분 및 제 2 벽 부분을 가지고, 제 1 벽 부분 및 제 2 벽 부분은 서로로부터 이격되는, 다공성 시트 재료;
   주름부들의 길이 방향을 따라서 연장된 비여과물 유체 공급 구성부로서, 상기 유체 공급 구성부는 실질적으로 주름부의 전체 길이를 따라서 각각의 주름부의 제 1 단부 또는 제 2 단부와 유체 소통되고, 상기 유체 공급 구성부에는 주름부의 길이 방향에 실질적으로 직각인 방향으로 공급 구성부로부터 주름부들 안으로 유체 유동을 제공하도록 설계된 개구들이 제공되는, 비여과물 유체 공급 구성부;를 포함하는, 필터 요소.
2. 제 1 항에 있어서,
   시트 재료의 비여과물 측에서 주름부들 안에 위치되고 비여과물을 유체 유동 경로들에서 주름부들의 제 1 벽 부분 및 제 2 벽 부분을 따라서 지향시키는 복수개의 구조 요소들을 더 포함하고, 바람직스럽게는 상기 구조 요소들이 주름부들의 벽 부분들과 실질적으로 함께 연장되도록(co-extensive) 구성되는, 필터 요소.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 구조 요소들은 주름부들의 길이 방향에 실질적으로 직각인 방향으로 비여과물의 유체 유동을 지향시키고, 바람직스럽게는 비여과물에 대한 복수개의 평행한 유동 채널들을 구성함으로써 유체 유동을 지향시키고, 선택적으로는 상기 구조 요소들이 실질적으로 주름의 일 단부로부터 다른 단부로 연장된 비여과물을 위한 유체 유동 경로들을 형성하는, 필터 요소.
4. 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,
   상기 필터 요소는 교차 유동 필터 요소(cross-flow filter element)로서 설계되고 실질적으로 주름들의 전체 길이를 따라서 연장된 잔류물 수용 구성부를 더포함하고,
   상기 잔류물 수용 구성부에는 실질적으로 주름부들의 전체 길이를 따라서 개구들이 제공되어 주름부들의 길이 방향에 실질적으로 직각인 방향으로 주름부들의 일 단부에서 주름부들로부터 잔류물을 수용하는, 필터 요소.
5. 제 2 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,
   유체 유동 경로들은 비여과물 유체 유동의 방향으로 증가하는 단면적을 가지는, 필터 요소.
6. 제 2 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서,
   주름부들 안의 비여과물의 유체 유동 경로들은 주름부들의 개방 단부들로부터 폐쇄 단부들로 연장되고, 폐쇄 단부들에서 비여과물의 유동 방향은 주름부들의 개방 단부로 방향이 역전되고, 선택적으로는 잔류물로서 주름부들을 빠져나가고, 상기 구조 요소들은 비여과물의 유동을 각각의 주름부 안에서 2 개의 대향하는 방향들로 분리하는, 필터 요소.
7. 제 2 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서,
   비여과물은 주름부들의 폐쇄 단부들로 공급되고, 선택적으로는, 잔류물이 주름부들의 개방 단부들로부터 수집되는, 필터 요소.
8. 제 2 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서,
   비여과물이 주름부들의 개방 단부들로 공급되고, 선택적으로는, 잔류물이 주름부들의 폐쇄 단부들에서 수집되는, 필터 요소.
9. 제 1 항 내지 제 8 항의 어느 한 항에 있어서,
   필터 요소는 시트 재료의 여과물 측상에 배치된 배수 요소(drainage element)들을 포함하는, 필터 요소.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 배수 요소들은 비여과물 유체 유동의 방향으로 감소되는 여과물에 대한 유체 유동 저항을 나타내는, 필터 요소.
11. 제 1 항 내지 제 10 항의 어느 한 항에 있어서,
    복수개의 주름부들은 필터 모듈의 중심 축 둘레에 서로에 대하여 미리 결정된 거리로 원주상으로 배치되고, 바람직스럽게는 서로에 대하여 규칙적인 거리로 원주상으로 배치되고, 선택적으로는 주름부들의 개방 단부들이 주름부들의 폐쇄 단부들보다 중심 축에 더 인접하게 위치되는, 필터 요소.
12. 제 11 항에 있어서,
    주름부들은 실질적으로 직선상에서 반경 방향으로 연장되는, 필터 요소.
13. 제 11 항에 있어서,
    주름부들이 반경 방향에 대하여 경사지게 연장되고, 선택적으로는 만곡된 단면 형상 또는 원호형의 단면 형상을 가지는, 필터 요소.
14. 제 1 항 내지 제 12 항의 어느 한 항에 있어서,
    주름부들의 벽 부분들은 주름부들의 개방 단부들에서 보다 폐쇄 단부들에서 서로로부터의 더 큰 간격을 가지는, 필터 요소.
15. 제 1 항 내지 제 12 항의 어느 한 항에 있어서,
    주름부들의 벽 부분들은 주름부들의 폐쇄 단부들에서 보다 개방 단부들에서 서로로부터의 더 큰 간격을 가지는, 필터 요소.
16. 제 1 항 내지 제 15 항의 어느 한 항에 있어서,
    비여과물 공급 구성부가 바람직스럽게는 공급 측으로부터 폐쇄 단부로 감소되는 단면적을 가지는 하나 이상의 공급 채널들을 포함하는, 필터 요소.
17. 제 4 항 내지 제 16 항의 어느 한 항에 있어서,
    잔류물 수용 구성부가, 바람직스럽게는 폐쇄 단부로부터 상기 잔류물을 필터 요소로부터 배출시키는 단부를 향해 증가하는 단면적을 가진, 하나 이상의 채널들을 포함하는, 필터 요소.
18. 제 2 항 내지 제 17 항의 어느 한 항에 있어서,
    구조 요소들은 다공성 시트 재료에 의해 비여과물 유체 유동으로부터 분리된 주름부내의 여과물 수집 공간을 포함하고; 바람직스럽게는 여과물 수집 공간이 복수개의 주름부들의 벽 부분들의 여과물 측과 직접 유체 소통되거나, 또는 구조 요소가 다공성 시트 재료를 지지하는 유체 투과 재료의 분리된 구성 요소를 포함하여 여과물 수집 공간을 제공하고; 선택적으로는 상기 여과물 수집 공간이 실질적으로 주름부들의 길이 방향을 따라서 연장된 여과물 배출 채널을 형성하거나 여과물 배출 채널에 기여하는, 필터 요소.

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