KR20180013665A - 세라믹 시일 가스켓을 사용하는 시스템, 장치 및 여과 방법 - Google Patents

세라믹 시일 가스켓을 사용하는 시스템, 장치 및 여과 방법 Download PDF

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KR20180013665A
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브라이언 이. 버터스
안토니 엘. 파웰
존 디. 피어스
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1934612 온타리오 인코포레이티드
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Abstract

시일 가스켓(130)은 내면(140) 및 외면(150)을 형성하는 시일 가스켓 벽(131)을 포함하고, 상기 가스켓의 내면은 근위 개구(141), 캐비티(142) 및 원위 개구(143)를 형성한다. 상기 외면은 근위 개구를 추가로 한정하는 내면에 대해서 방사상 내향으로 연장되는 립(151)을 추가로 포함하며, 상기 외부 가스켓 표면은 가스켓의 근위 에지 및 원위 에지에 인접한 각각의 테이퍼부의 얇은 영역들을 갖는 반대편에 배치된 제 1 테이퍼부 및 제 2 테이퍼부를 형성한다.

Description

세라믹 시일 가스켓을 사용하는 시스템, 장치 및 여과 방법{FILTRATION METHODS, APPARATUS, AND SYSTEMS USING A CERAMIC SEAL GASKET}
관련 출원들의 교차 참조
본원은 본원에서 전체적으로 참고로 합체된, 2013년 11월 19일자 출원된 미국 출원 번호 제 14/084,493 호에 대한 우선권을 청구한다.
발명의 분야
본원은 일부 실시예에서 시일 가스켓을 갖는 세라믹 멤브레인에 의한 유체(예를 들어, 물) 여과 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
거의 모든 형태의 생명체는 생존을 위하여 물을 필요로 하기 때문에, 오염제거 시스템에서 수질의 개선은 통상적으로 중요 관심의 대상이 되었다. 결과적으로, 오염된 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 처리 시스템 및 기술은 과거로부터 발전되었다. 접근방안은 다양한 유기 미생물, 물에 있는 유기 미생물을 위한 효소 및 영영분을 적용하는 것에 의한 수처리를 포함한다. 다른 접근방안은 공급물의 오염제거를 위한 시도에서 염소와 같은 오염된 유체에 화학물을 배치하는 것을 포함한다. 그러나, 이들 첨가제들은 이들이 해결하는 것보다 더욱 많은 문제들을 발생시킬 수 있다. 일부 접근방안은 여과 방식을 사용하여 첨가된 화학물 또는 유기 미생물의 사용을 회피한다. 이러한 시스템은 실패하였거나 또는 그들의 가능성을 실현하는데 실패하여서, 도전과제가 남아 있다.
따라서, 개선된 유체 정화를 위한 필요성이 제기되고 있다. 예를 들어, 개선된 필터 우회 성능을 나타내는 유체 정화 시스템, 장치 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다.
본원은 일부 실시예들에 따른 시일 가스켓을 구비한 세라믹 멤브레인을 갖는 유체(예를 들어, 물) 여과를 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 시일 가스켓은 중공형 내부 및 외부, 일반적으로 쌍원추형(예를 들어, 배럴) 프로파일을 형성하는 시일 가스켓 벽을 포함한다. 시일 가스켓 벽은 중심 길이방향 축, 내부 원주방향 표면(예를 들어, 중심 길이방향 축을 둘러싸거나 또는 포위하고 주어진 평면에서 중심축 주위에 내부 원주면을 형성하는 내향면), 외부 원주방향 표면(예를 들어, 중심 길이방향 축을 둘러싸거나 또는 포위하고 주어진 평면에서 중심축 주위에 외부 원주면을 형성하는 외향면), 립을 포함하는 제 1 단부, 상기 립에 의해서 형성된 제 1 단부 개구, 제 2 단부, 및/또는 상기 제 2 단부에서 상기 내부 원주방향 표면에 의해서 형성된 제 2 단부 개구를 포함한다. 상기 외부 원주방향 표면은 적어도 하나의 중간 원주방향 채널(예를 들어, 중심축의 길이의 중간부에 또는 인근에 선택적으로 위치하고 일반적으로 중심축과 직각이면서 포위함), 상기 제 1 단부로부터 상기 중간 채널을 향하여 두꺼워지는 제 1 테이퍼부, 및 상기 제 2 단부로부터 상기 중간 채널을 향하여 두꺼워지는 제 2 테이퍼부를 포함한다. 상기 외부 원주방향 표면은 상기 제 1 테이퍼부 및 상기 중간 채널 사이의 제 1 중간 릿지(ridge) 및/또는 상기 제 2 테이퍼부 및 상기 중간 채널 사이의 제 2 중간 릿지를 포함한다. 상기 제 1 중간 릿지, 제 2 중간 릿지 및/또는 상기 중간 채널은 서로 평행하고 상기 중심 길이방향 축과 직각이다. 일부 실시예에 있어서, 내부 원주방향 표면은 일반적인 육각형(예를 들어, 정육각형) 단면, 일반적인 원형(예를 들어, 원형) 단면 또는 일반적인 타원형(예를 들어, 타원형) 단면을 형성한다.
시일 가스켓은 일부 실시예에 따라서, 소수성 재료, 탄력적인 재료, 탄성중합 재료 또는 그 조합들을 포함한다. 예를 들어, 시일 가스켓은 천연 고무, 합성 고무, 네오프렌, 과불화탄성중합체, 에틸렌 아크릴 탄성중합체, 폴리오레핀 탄성중합체, 오레핀 블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체, 열가소성체, 플라스토머, 브롬계 이소부틸렌 파라메틸-스티렌 3량체, 실리콘 또는 그 조합들을 포함한다.
일부 실시예에 있어서, 내부 원주방향 표면 단면을 가로지르는 최장 치수는 상기 립을 제외한 상기 가스켓의 길이를 따라 일정하다. 상기 제 1 및 제 2 테이퍼부의 각도는 중심축과 상기 중심축과의 동일 공간의 단면으로부터의 테이퍼부 표면 사이에서 측정할 때, 각각 독립적으로 약 1° 내지 약 30°이다. 시일 가스켓은 독립적으로 약 1 cm 내지 약 30 cm의 길이를 가지며 그의 외부 반경은 약 1 cm 내지 약 30 cm이다.
여과 시일 가스켓은 일부 실시예에서 일반적인 관형 또는 일반적인 원통형을 구비할 수 있다. 시일 가스켓은 제 1 단부에 있는 제 1 두께부로서, 방사상 내향으로 지향되고 립을 형성하는, 상기 제 1 두께부; 방사상 외향으로 지향되고 상기 제 1 단부로부터 상기 가스켓의 중간부를 향하여 연장되는 제 1 테이퍼부를 형성하는, 제 2 두께부; 방사상 외향으로 지향되고 제 1 원주방향 릿지를 형성하는 제 3 두께부; 방사상 외향으로 지향되고 상기 제 1 원주방향 릿지에 대해 원위에 있는 제 2 원주방향 릿지를 형성하는 제 4 두께부; 및/또는 방사상 외향으로 지향되고 제 2 단부로부터 상기 가스켓의 중간부를 향하여 연장되는 제 2 테이퍼부를 형성하는 제 5 두께부를 포함한다. 상기 제 1 테이퍼부는 상기 제 3 두께부로 연장되고, 상기 제 2 테이퍼부는 상기 제 4 두께부로 연장되거나 또는 상기 제 1 테이부는 상기 제 3 두께부로 연장되고 상기 제 2 테이퍼부는 상기 제 4 두께부로 연장된다. 시일 가스켓은 중심 캐비티를 형성하는 내부 가스켓 표면을 구비할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 중심 캐비티의 단면들(예를 들어, 연속 단면들)은 상기 립에서를 제외하고 상기 가스켓의 길이를 따라서 실질적으로 동일 형상 및 치수들을 가진다. 상기 립에 있는 상기 중심 캐비티의 단면들의 최대 치수는 상기 길이의 잔여부를 따른 상기 중심 캐비티의 단면들의 최대 치수보다 작다. 일부 실시예에 있어서, 시일 가스켓은 (예를 들어, 유체 기일 시일의 형성을 개선하기 위하여) 무이음이다. 시일 가스켓은 예를 들어, 상기 제 3 두께부 및 상기 제 4 두께부 사이의 보강 링 채널을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 제 1 테이퍼부 및 제 2 테이퍼부는 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 테이퍼부의 피치는 상기 제 2 테이퍼부의 피치와 다를 수 있다.
본원은 일부 실시예에서 무이음 벽을 포함하는 세장형 가스켓에 관한 것으로서, 상기 무이음 벽은 외면, 상기 외면에 반대편인 제 2 표면, 립을 포함하는 제 1 에지, 및 상기 제 1 에지에 반대편인 제 2 에지를 구비한다. 세장형 가스켓의 벽은 중심 캐비티 주위로(둘러싸게) 연장되고, 상기 제 1 에지는 상기 캐비티에 대한 제 1 개방부를 형성하고, 상기 제 2 에지는 상기 캐비티에 대한 제 2 개방부를 형성하며, 상기 외면은 상기 제 1 에지 및 상기 제 2 에지에 각각 인접한 각각의 테이퍼부의 얇은 영역들을 갖는 대향하게 배치된 제 1 테이퍼부 및 제 2 테이퍼부를 형성한다. 상기 중심 캐비티는 캐비티 중심 길이방향 축을 포함(형성)한다. 상기 립은 상기 중심 캐비티를 향하여 지향될 수 있다. 상기 외면은 상기 테이퍼부들 사이의 한쌍의 릿지들(예를 들어, 서로 평행하고 그리고/또는 중심축에 직각임)을 형성한다.
본원은 또한 일부 실시예에서 직교류 유체 여과 조립체에 관한 것으로서, 상기 직교류 유체 여과 조립체는 (a) 제 1 필터 단부, 제 2 필터 단부, 적어도 하나의 필터측 및 필터의 길이에 걸쳐 있는 적어도 하나의 내부 채널을 구비하는 세장형 세라믹 멤브레인 필터, (b) 상기 제 1 필터에 고정되고 그 사이에 유체 기밀 시일을 형성하는 제 1 여과 시일 가스켓, 및 (c) 상기 제 2 필터에 고정되고 그 사이에 유체 기밀 시일을 형성하는 제 2 여과 시일 가스켓을 포함한다. 각각의 시일 가스켓은 개시된 시일 가스켓들 중 임의의 것으로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 시일 가스켓은 무이음 벽을 포함하고, 상기 무이음 벽은 외향 가스켓 표면, 상기 외향 가스켓 표면에 반대편인 제 2 가스켓 표면, 립을 포함하는 제 1 가스켓 에지, 상기 제 1 가스켓 에지에 반대편인 제 2 가스켓 에지를 구비하고, 상기 벽은 중심 캐비티 주위로 연장되고, 상기 제 1 가스켓 에지는 상기 캐비티에 대한 제 1 개방부를 형성하고, 상기 제 2 가스켓 에지는 상기 캐비티에 대한 제 2 개방부를 형성하며, 상기 외향 가스켓 표면은 상기 제 1 가스켓 에지 및 상기 제 2 가스켓 에지와 각각 인접한 각각의 테이퍼부의 얇은 영역들을 갖는 대향하게 배치된 제 1 테이퍼부 및 제 2 테이퍼부를 형성한다. 일부 실시예에 있어서, 각각의 립은 각각의 필터 단부의 일부분 위로 돌출할 수 있다. 캐비티들 및 필터 단부들은 그 사이에 유체 기밀 시일들을 형성하도록 서로 크기설정된다.
일부 실시예에 있어서, 본원은 직교류 유체 여과 모듈에 관한 것으로서, 상기 직교류 유체 여과 모듈은 오염 매체 입구 챔버에 의해 형성된 유체 경로, 투과형 챔버에 배치된 유체 여과 조립체 및 농축형 챔버를 포함한다. 예를 들어, 여과 모듈은 (a) 오염 매체를 수용하도록 구성된 오염 매체 입구 챔버, (b) (i) 여과층과 나란한 중심 채널을 포함하는 필터, (ii) 채널의 입구 챔버 단부에 있는 제 1 시일 가스켓 및 (iii) 반대편 단부에 있는 제 2 시일 가스켓으로서, 상기 채널이 상기 입구 챔버와 유체 교통하는, 상기 제 2 시일 가스켓을 포함하는 여과 조립체, (c) 상기 여과 조립체 채널과 유체 교통하는 농축형 챔버 및 (d) 여과 조립체로부터 투과물을 받도록 구성되고 제 1 시일 가스켓에 의해서 입구 챔버로부터 유체 고립되고 제 2 시일 가스켓에 의해서 농축형 챔버로부터 유체 고립되는 투과형 챔버를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 투과형 챔버는 3중 시일에 의해서 입구 챔버에 있는 오염 매체로부터 고립될 수 있다. 예를 들어, 3중 시일은 시일 가스켓의 제 1 단부 및 오염 매체 챔버 사이의 제 1 시일, 시일 가스켓의 제 2 단부 및 투과형 챔버 사이의 제 2 시일 및 시일 가스켓 및 필터 사이의 제 3 시일을 포함한다. 3중 시일은 오염 매체 챔버 및 투과형 챔버 사이의 O-링의 사용을 배제할 수 있다. 3중 시일은 예를 들어, 제 1 시일 및 제 2 시일을 비압력 영역으로 분리시킴으로써 필터 우회의 위험성을 감소시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 오염 매체는 가압될 수 있다. 임의의 유체가 제 1 시일을 통해서 비압력 영역으로 탈출하면, 제 2 시일을 침투할 임의의 동력이 결핍될 것이다.
본원은 일부 실시예에서 3중 시일 여과 모듈을 사용하는 오염 매체 여과 방법 및 3중 시일 여과 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
본원의 일부 실시예들은 부분적으로 본원 및 첨부된 도면을 참조할 때 이해할 수 있다.
도 1a는 본원의 특정 예시적 실시예에 따른 멤브레인 시일 가스켓의 사시도를 도시한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 멤브레인 시일 가스켓의 단면도를 도시한다.
도 2a는 본원의 특정 예시적 실시예에 따른 세라믹 멤브레인의 사시도를 도시한다.
도 2b는 도 2a에 도시된 세라믹 멤브레인의 단면도를 도시한다.
도 3a는 본원의 특정 예시적 실시예에 따른 여과 조립체의 사시도를 도시한다.
도 3b는 도 3a에 도시된 여과 조립체의 단면도를 도시한다.
도 4는 본원의 특정 예시적 실시예에 따른 투과형 챔버의 사시도를 도시한다.
도 5는 본원의 특정 예시적 실시예에 따른 확대된 여과 조립체들을 갖는 투과형 챔버의 사시도를 도시한다.
도 6a는 본원의 특정 예시적 실시예에 따른 여과 모듈의 사시도를 도시한다.
도 6b는 도 6a에 도시된 여과 모듈의 단면도를 도시한다.
도 6c는 도 6a에 도시된 여과 모듈의 사시도를 도시한다.
도 7은 본원의 특정 예시적 실시예에 따른 확대된 여과 시스템의 개략도를 도시한다.
하기 표 1은 본원에 사용된 도면부호를 포함한다. 천자리숫자 및 백자리 숫자들은 품목이 제공되는 도면에 대응하고 십자리 숫자 및 한자리 숫자들은 표시된 특정 품목에 해당한다. 유사 구조들은 십자리 숫자 및 한자리 숫자들과 부합한다.
[표 1]
Figure pct00001

Figure pct00002
본원은 일부 실시예에서 유체 정화(예를 들어, 무화학물 정화)를 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 일부 실시예에 있어서, 본원은 유체(예를 들어, 물) 여과를 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 유체 여과 시스템은 오염 매체 시트림, 여과 모듈, 투과 스트림 및 그 조합물을 포함할 수 있다. 시스템은 선택적으로 농축 스트림, 하나 이상의 펌프, 하나 이상의 밸브, 하나 이상의 압축 가스 소스, 하나 이상의 저장 탱크 및 그 조합물들을 포함할 수 있다. 농축물은 예를 들어 투과물로서 용적 상실로 인하여 대응 오염 매체 공급물보다 더 높은 하나 이상의 오염물의 농도를 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 투과물은 마무리 생성물로서 수집되거나 또는 추가 정화 조치를 받을 수 있다. 농축물은 최종 폐기 생성물로서 농축되거나 또는 추가 정화 조치를 받을 수 있다. 추가 정화 조치들은 예를 들어, 산화, 자회선, 복사선, 광촉매, 여과 및 그 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 농축물은 동일 필터 또는 다른 필터를 사용하여 2번 여과될 수 있다. 동일 필터를 통해서 재순환될 농축물은 순수 오염 매체와 조합되거나 또는 조합되지 않을 수 있다.
여과 모듈
본원은 일부 실시예에서 여과 모듈에 관한 것이다. 예를 들어, 여과 모듈은 오염 매체를 인가하는 입구 및 단부 플레이트를 구비한 오염 매체 챔버로서, 상기 단부 플레이트는 복수의 절두 원추형 개방부들을 포함하는, 상기 오염 매체 챔버; 원통형 몸체 및 각각의 단부에서 단부 플레이트를 구비한 투과형 챔버로서, 각각의 단부 플레이트는 복수의 절두 원추형 개방부들을 포함하고, 그리고/또는 오염 매체 챔버 및 투과형 챔버와 모두 유체 교통하는 여과 조립체를 포함한다. 여과 모듈은 일부 실시예에 따라서, 오염 매체 챔버, 여과 조립체(예를 들어, 멤브레인), 투과형 챔버 및/또는 그 조합들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 오염 매체 챔버는 내부 캐비티, 오앰 매체를 캐비티로 인가하는 입구 및 여과 조립체 계면을 가질 수 있다. 투과형 챔버는 여과 조립체 계면, 내부 투과형 캐비티 및 내부 투과형 캐비티와 유체 교통하는 투과형 출구를 포함할 수 있다.
여과 조립체는 오염 매체 챔버 및/또는 투과형 챔버와 유체 교통할 수 있다. 일부 실시예에 따라서, 오염 매체 챔버(예를 들어, 오염 매체 챔버 캐비티)는 투과형 챔버(예를 들어, 투과형 챔버 캐비티)와 유체 교통할 수 있다. 일부 실시예에 따라서, 여과 조립체는 오염 매체 챔버 계면 및/또는 투과형 챔버 계면과 결합할 수 있다.
오염 매체 챔버
오염 매체 챔버는 일부 실시예에서, 입구를 포함하고 일부 실시예에 따라 여과 조립체 계면을 포함할 수 있다. 오염 매체 챔버는 내부 캐비티를 포함할 수 있다. 내부 캐비티는 임의의 원하는 크기 및/또는 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 캐비티는 둥글거나 및/또는 일반적인 돔형을 가질 수 있다. 오염 매체 챔버는 외부 경계부 및/또는 원주부를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 경계부 및/또는 원주부는 오염 매체 챔버 플랜지로서 구성되거나 및/또는 오염 매체 챔버 플랜지를 형성할 수 있다. 플랜지는 투과형 챔버(예를 들어, 유사하거나 또는 정합형 플랜지를 포함하는 투과형 챔버)와 결합하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 오염 매체 챔버 플랜지는 가스켓, O-링 또는 다른 시일을 위한 채널을 포함할 수 있다. 오염 매체 챔버 채널은 플랜지의 한 면에 배치되고 그리고/또는 일부 실시예에서, 외부 경계부 및/또는 원주부와 실질적으로 팽행하게 배치될 수 있다.
일부 실시예에 따라서, 오염 매체 챔버는 하나 이상의 입구 및/또는 하나 이상의 출구를 가질 수 있다. 예를 들어, 오염 매체 챔버는 하나 이상의 출구를 포함하는 여과 조립체 계면을 가질 수 있다. 각각의 출구는 예를 들어 실질적인 유체 기밀 시일을 갖는 여과 조립체와 결합하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 출구는 원하는 형상(예를 들어, 원통형, 원추형, 절두 원추형)을 가질 수 있다. 모든 오염 매체 챔버 출구들은 계면에 그리고/또는 오염 매체 챔버 채널에 배치될 수 있다.
농축형 챔버는 오염 매체 챔버에 대응하는 구조체를 가지며 각각의 여과 조립체로부터 흐르는 농축물을 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 농축형 챔버는 캐비티, 출구 및/또는 적어도 하나의 개구(예를 들어, 적어도 하나의 절두 원추형 개구)를 포함하는 여과 조립체 계면을 가질 수 있다.
오염 매체 챔버 및/또는 농축형 챔버는 원하는 치수들을 가질 수 있다. 일부 실시예에 따라서, 오염 매체 챔버 및/또는 농축형 챔버는 약 10 cm 내지 약 150 cm, 약 20 cm 내지 약 100 cm, 약 15 cm 내지 75 cm의 길이 및/또는 그 조합 길이들을 가질 수 있다. 챔버의 길이방향 축과 직각인 단면은 직경이 약 2 cm 약 30 cm , 직경이 약 2 cm 내지 20 cm, 직경이 약 5 cm 내지 20 cm, 직경이 약 5 cm 내지 15 cm인 최장 치수(예를 들어, 대각선 또는 직경) 및/또는 그 조합 치수를 가질 수 있다. 필터는 하나 이상의 길이방향 채널을 포함할 수 있다. 오염 매체 챔버 및 농축형 챔버의 형상 및/또는 치수들은 동일하거나 또는 다를 수 있다.
투과형 챔버
본원은 일부 실시예에서, 여과 조립체 계면, 내부 투과형 캐비티 및 내부 투과형 캐비티와 유체 교통하는 투과형 출구를 포함하는 투과형 챔버에 관한 것이다. 투과형 챔버는 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 투과형 챔버는 중심 길이방향 축 및 그 길이에 걸쳐진 캐비티를 형성하는 일반적인 원통형을 가질 수 있다. 예를 들어, 중심 투과형 챔버 축과 직각인 모든 단면은 일반적인 환형을 가질 수 있다. 투과형 챔버는 일부 실시예에 따라서 중공, 일반적인 원통형의 제 1 단부 및 제 2 단부를 가질 수 있다. 각각의 단부는 여과 조립체 계면을 수용하도록 성형되고 및/또는 크기설정된 개구를 형성할 수 있다.
투과형 챔버는 임의의 원하는 치수들을 가질 수 있다. 일부 실시예에 따라서, 투과형 챔버는 약 10 cm 내지 약 5 m의 길이, 약 50 cm 내지 약 5 m의 길이, 약 1 m 내지 약 3 m의 길이 및/또는 그 조합 길이들일 수 있다. 길이방향 축과 직각인 단면은 직경이 약 2 cm 약 30 cm , 직경이 약 2 cm 내지 20 cm, 직경이 약 5 cm 내지 20 cm, 직경이 약 5 cm 내지 15 cm인 최장 치수(예를 들어, 대각선 또는 직경) 및/또는 그 조합 치수를 가질 수 있다. 필터는 하나 이상의 길이방향 채널을 포함할 수 있다.
여과 조립체
오염 매체 챔버 및 투과형 챔버 사이의 유체 교통은 여과 조립체에 의해서 중재될 수 있다. 예를 들어, 적어도 임의의 유체는 입구를 통해서 오염 매체 챔버 캐비티 안으로, 오염 매체 챔버 캐비티를 통해서 여과 조립체 안으로, 여과 조립체를 통해서 투과형 캐비티 안으로 및/또는 투과형 캐비티를 통해서 그리고 출구를 통해서 유동할 수 있다. 여과 모듈은 일부 실시예에 따라서, 필터 및 적어도 하나의 가스켓을 포함할 수 있다. 시일 가스켓은 필터로부터 분리된 투과형 챔버 및 오염 매체 챔버 사이의 유체 이동을 제한하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 여과 조립체는 부분적으로, 실질적으로 완벽하게 유체 우회를 완전히 방지할 수 있다.
여과 조립체는 임의의 원하는 방식으로 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 여과 조립체는 직교류 필터 또는 데드 엔드 필터(dead end filter)로서 작동하도록 구성될 수 있다. 세장형 멤브레인은 일부 실시예에서, 길이방향 축을 갖는 내부 채널을 형성할 수 있다. 직교류 여과 모듈은 그 길이방향 축이 일반적으로 유체 유동 방향과 평행하도록 구성된 세장형 멤브레인을 포함하는 여과 조립체를 포함할 수 있다.
세라믹 멤브레인
여과 조립체는 일부 실시예에 따라서 임의의 원하는 크기, 형상 및 조성의 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 여과 조립체는 일반적인 관형 필터(예를 들어, 세라믹 필터) 및 일 단부에 있는 시일 가스켓 또는 양 단부들에 있는 시일 가스켓을 포함할 수 있다. 여과 조립체는 임의의 원하는 필터 또는 필터 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 여과 조립체는 하나 이상의 유기 중합체 및/또는 하나 이상의 세라믹 재료를 갖는 필터를 포함할 수 있다. 필터들(예를 들어, 세라믹 멤브레인)의 예는 미세여과 필터, 한외 필터(ultrafiltration filter), 항균 필터, 무-유지관리 필터 및 그 조합들을 포함할 수 있다. 필터는 항균용 약품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 세라믹 필터는 은(예를 들어, 함침, 무여과 은)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 세라믹 필터는 내구성이 있다(예를 들어, 유기 중합체 필터보다 더욱 내구성이 있다). 예를 들어, 세라믹 필터는 기계적 손상, 용매, 및/또는 미생물에 저항성이 있다. 성능 및/또는 내구성의 예는 하나 이상의 오염도, 전도성, 사용 수명 및/또는 그 조합에 대해서 제공된 여과 정도일 수 있다. 원하는 성능 및/또는 내구성은 다른 멤브레인에 대해서 또는 임계값 또는 목표값에 대해서 도전적 문제의 유무와 비교되는 분율(예를 들어, 비율)로서 표현될 수 있다.
일부 실시예에서, 필터는 적어도 하나의 내부 채널을 구비한 세장형 튜브를 형성하는 벽을 가질 수 있다. 필터는 일부 실시예에서, 투과형 지향면 및 오염 매체 지향면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 필터는 적어도 하나의 내면(예를 들어, 오염 매체 지향면), 적어도 하나의 내부 채널 및 외면(예를 들어, 투과 챔버 지향면)을 형성할 수 있다. 오염 유체는 일단부에서 적어도 하나의 내부 채널로 진입할 수 있고 필터의 길이를 유동할 수 있다. 오염 유체가 채널을 따라 이동할 때, 임의의 유체는 필터 벽을 가로지르고 투과물을 형성할 수 있다.
세라믹 필터는 일부 실시예에서, 소형 구멍들을 갖는 여과층(예를 들어, 멤브레인) 및 대형 구멍들을 갖는 하부 베이스를 포함할 수 있다. 전형적인 세라믹 필터는 채널 내부에 있는 세라믹 멤브레인 및 단부면을 밀봉하는 에폭시 코팅을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따라서, 여과층은 내면, 단부면 및/또는 외면을 덮을 수 있다. 예를 들어, 여과층은 필터의 오염 매체 지향면을 형성하고, 오염 매체 지향면과 동일 공간이고 그리고/또는 덮을 수 있다. 베이스는 투과물 지향면을 형성하고, 투과물 지향면과 동일 공간이고 그리고/또는 덮을 수 있다. 세라믹 멤브레인(예를 들어, 여과층)은 필터의 면과 (각 단부에 있는) 외부를 모두 감쌀 수 있다.
세장형 세라믹 멤브레인은 임의의 원하는 규칙 또는 불규칙 기하학적 형상을 갖는 단면(예를 들어, 중심 길이방향 축과 직각인 단면)을 가질 수 있다. 예를 들어, 멤브레인 단면은 일반적인 원형, 일반적인 타원형, 일반적인 다각형(예를 들어, 육각형) 및/또는 조합 형상으로부터 선택된 형상을 가질 수 있다. 세장형 멤브레인은 멤브레인의 길이를 따른 그리고 일반적으로 축과 평행한 하나 이상의 채널들을 갖는 중심축을 가질 수 있다.
필터는 임의의 원하는 치수들을 가질 수 있다. 일부 실시예에 따라서, 세장형 필터는 약 10 cm 내지 약 5 m 길이, 약 50 cm 내지 약 5 m 길이, 약 1 m 내지 약 3 m 길이 및/또는 그 조합 길이일 수 있다. 길이방향 축(예를 들어, 직경)과 직각인 단면은 직경이 약 2 cm 약 30 cm , 직경이 약 2 cm 내지 20 cm, 직경이 약 5 cm 내지 20 cm, 직경이 약 5 cm 내지 15 cm인 최장 치수 및/또는 그 조합 치수를 가질 수 있다. 필터는 하나 이상의 길이방향 채널을 포함할 수 있다. 각각의 채널은 독립적으로 임의의 원하는 형상 및/또는 치수를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 채널은 약 1 mm 내지 15 cm, 약 2 mm 내지 약 10 cm, 약 5 mm 내지 약 5 cm, 약 1 cm 내지 약 5 cm, 및/또는 그 조합 치수의 반경을 갖는 일반적인 원형을 가질 수 있다.
필터 채널 및 구멍들은 크기, 기하학적 형태 및/또는 기능에 기초하여 일부 실시예에 따라서 구별될 수 있다. 예를 들어, 구멍들은 하나 이상의 채널보다 작은(예를 들어, 2 내지 10 정도 작은) 크기일 수 있고 불규칙(예를 들어, 회선상) 유동 경로를 형성하고 그리고/또는 임계값 크기 미만의 분자들만 인가할 수 있다. 채널들은 구멍들보다 하나 이상 큰 크기일 수 있고, 규칙적인 유동 경로를 형성할 수 있고 그리고/또는 오염 매체에서 모든 또는 실질적으로 모든 분자들을 인가할 수 있다.
시일 가스켓
본원은 일부 실시예에서, 시일 가스켓을 구비한 세라믹 필터에 의해서 유체(예를 들어, 물)를 여과하기 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 시일 가스켓은 오염 매체 챔버 상의 여과 조립체 계면 및/또는 투과형 챔버 상의 여과 조립체 계면과 결합하도록(예를 들어, 유체 기밀 시일을 형성하도록) 구성될 수 있다. 예를 들어, 시일 가스켓은 결합될 때 3중 시일을 형성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 시일 가스켓은 오염 매체 및 투과물 사이의 배리어(예를 들어, 실질적인 또는 완전한 배리어)를 구성할 수 있다. 시일 가스켓은 일부 실시예에서, 투과물의 질적 제어가 (예를 들어, 연속적 또는 반연속적 작동 시스템에서) 덜 빈번하게 수행되도록 오염 매체 및 투과물 사이의 완전한 배리어로서 작동하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 세라믹 필터의 각각의 단부는 (예를 들어, 시일 가스켓에 의해서) 밀봉될 수 있고, 이는 필터 우회를 위한 잠재 가능성을 제거할 수 있다. 만약, 물 경로의 오염 매체측, 농축측 또는 투과측에서 누설이 발생하면, 이는 일부 실시예에 따른 모듈의 외부에서 발생할 것이다. 예를 들어, 농축물은 투과물 안으로 누설되지 않고 투과물은 농축물 안으로 누설될 수 없다. 마찬가지로, 오염 매체는 투과물 안으로 누설되지 않고 투과물은 오염 매체 안으로 누설되지 않는다.
시일 가스켓은 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 시일 가스켓은 중심 길이방향 축 및 그 길이에 걸친 캐비티를 형성하는 일반적인 원통형 및/또는 일반적인 배럴 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 중심 시일 가스켓 축과 직각인 모든 단면들은 일반적인 환형을 가질 수 있다. 시일 가스켓은 일부 실시예에 따라서 중공, 일반적인 원통형의 제 1 단부 및 제 2 단부를 가질 수 있다. 각각의 단부는 개구를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 시일 가스켓은 내경을 형성하는 내면 및 외경을 형성하는 외면을 가질 수 있다. 캐비티의 단면은 시일 가스켓의 길이를 따른 치수들에서 변화되지 않는다. 예를 들어, 시일 가스켓 캐비티의 반경(예를 들어, 내경)은 시일 가스켓의 길이를 따라 실질적으로 일정할 수 있다. 제 1 단부에서 캐비티의 반경은 캐비티의 길이의 잔여부의 반경보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제 1 단부는 필터의 단부의 적어도 일부 위로 돌출하도록 구성된 립을 형성할 수 있다. 립은 일부 실시예에서, 필터의 단부에 접대하도록 그리고/또는 시일 가스켓이 설치되는 것 그리고/또는 사전설정 위치를 지나서(예를 들어, 필터의 단부에서) 필터의 길이를 따라 이동하는 것을 방지하도록 크기설정 및/또는 비례조정될 수 있다.
일부 실시예에 따라서, 시일 가스켓의 외면의 반경은 원할 때 변화될 수 있다. 예를 들어, 계면과 밀봉가능하게 결합하기 위하여, 외면이 테이퍼지는 것(예를 들어, 외경이 단부를 향하여 작아지고 외경은 중간부를 향하여 커지는 것)이 바람직하다. 일부 실시예에서, 시일 가스켓은 하나의 단부 또는 양 단부들에서 테이퍼부를 가질 수 있다. 시일 가스켓은 밴드 또는 보강 링을 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에 따라서, 밴드는 밴드를 필터에 고정하기 위하여 시일 가스켓에 방사상 압력을 인가할 수 있다. 밴드는 시일 가스켓의 길이의 중간부에 또는 인근에 배치될 수 있다. 시일 가스켓은 (예를 들어, 단부들 사이의 약 중간에 그리고 중심축에 직각에) 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 시일 가스켓은 보강 링 및/또는 밴드를 수용하도록 구성된 원주방향 채널을 (예를 들어, 외면 상에) 가질 수 있다. 원주방향 채널의 하나의 에지 또는 양자 에지들은 릿지를 갖도록 구성될 수 있다. 릿지는 시일 가스켓의 길이를 따라 밴드의 이동을 감소시키거나 또는 방지하도록 비례조정될 수 있다. 릿지는 일부 실시예에 따라서 테이퍼부의 일단부를 형성할 수 있다.
시일 가스켓은 임의의 원하는 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 시일 가스켓은 소수성 재료, 탄력적 재료, 탄성중합 재료 및/또는 그 조합 재료를 포함할 수 있다. 시일 가스켓은 일부 실시예에 따라서 소수성, 탄력적, 탄성중합 및/또는 그 조합 특성이 있는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시일 가스켓은 천연 고무, 합성 고무, 네오프렌, 과불화탄성중합체(예를 들어, Kalrez®, Viton®), 에틸렌 아크릴 탄성중합체, 폴리오레핀 탄성중합체, 오레핀 블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체, 열가소성체, 플라스토머, 브롬계 이소부틸렌 파라메틸-스티렌 3량체, 실리콘 또는 그 조합들을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 테이퍼부를 포함하고 그리고/또는 각 단부에서 절두 원추형을 형성할 수 있다. 각각의 테이퍼부의 피치는 독립적으로 약 1° 내지 약 30°, 약 2° 내지 약 25°, 약 5° 내지 약 20°, 약 10° 내지 약 30°, 및/또는 그 조합에서 선택될 수 있다. 각각의 여과 조립체 계면의 각각의 개구는 테이퍼부를 포함하고 그리고/또는 독립적으로 약 1° 내지 약 30°, 약 2° 내지 약 25°, 약 5° 내지 약 20°, 약 10° 내지 약 30°, 및/또는 그 조합에서 선택될 수 있는 피치를 구비한 절두 원추형을 형성할 수 있다. 테이퍼 각도는 중심 길이방향 축 및 테이퍼부의 표면과 평행한 공동 평면 라인 사이의 각도일 수 있다.
시일 가스켓은 임의의 원하는 치수들을 가질 수 있다. 일부 실시예에 따라서, 시일 가스켓은 약 1 cm 내지 약 10cm 길이, 약 1 cm 내지 약 20 cm 길이, 약 1 cm 내지 약 30 cm 길이, 약 5 cm 내지 약 20 cm 길이, 약 10 cm 내지 약 20 cm 길이 및/또는 그 조합 길이일 수 있다. 시일 가스켓은 일부 실시예에서, 약 1 cm 내지 약 10 cm, 약 1 cm 내지 약 20 cm, 약 1 cm 내지 약 30 cm, 약 5 cm 내지 약 20 cm, 약 10 cm 내지 약 20 cm, 및/또는 그 조합 길이의 내경 및/또는 외경(예를 들어, 평균, 최소, 최대)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 시일 가스켓의 길이는 직경보다 클 수 있다. 시일 가스켓은 약 5 mm 내지 약 5 cm 두께, 약 5 mm 내지 약 10 cm 두께, 약 5 mm 내지 약 20 cm 두께, 약 1 cm 내지 약 10 cm 두께, 약 2 cm 내지 약 15 cm 두께, 및/또는 조합 두께인 벽을 가질 수 있다.
세라믹 필터 시일 가스켓은 일부 실시예에 따라서, 내부 원주면, 외부 원주면, 제 1 단부, 제 1 단부 개구, 제 2 단부 및/또는 제 2 단부 개구를 갖는 중공 실린더를 형성하는 벽을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 단부에 있는 벽은 립을 형성하기 위해 방사상 내향으로 두꺼워질 수 있고, 벽은 제 2 단부를 향하여 반경(예를 들어, 두께)을 증가시킨 상태에서 제 1 단부로부터 연장되는 제 1 길이방향 테이퍼부를 형성하도록 방사상 외향으로 두꺼워질 수 있고, 벽은 제 1 단부를 향하여 반경(예를 들어, 두께)을 증가시킨 상태에서 제 2 단부로부터 연장되는 제 1 길이방향 테이퍼부를 형성하도록 방사상 외향으로 두꺼워질 수 있고, 및/또는 벽은 원주방향 채널이 제 1 릿지 및 제 2 릿지를 분리시키는 상태에서, 제 1 중심 원주방향 릿지 및 제 2 중심 원주방향 릿지를 형성하도록 방사상 외향으로 두꺼워질 수 있다. 시일 가스켓은 주로 (예를 들어, 기재 상에 없고) 멤브레인 상에 있다. 세라믹 필터 시일 가스켓은 일부 실시예에 따라서, 단일, 통합 유닛일 수 있다. 예를 들어, 시일 가스켓은 원주 주위에 이음매가 없고 및/또는 그 길이를 따라서 이음매가 없다.
사용 방법
본원은 일부 실시예에 따라서, 여과 시스템 및/또는 장치를 사용하기 위한 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 정화 및/또는 여과 방법은 오염 유체를 필터(예를 들어, 세라믹 여과 멤브레인)와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따라서, 오염 유체를 필터(예를 들어, 세라믹 여과 멤브레인)와 접촉시키는 단계는 투과물(예를 들어, 필터 구멍을 통과하는 유체) 및 농축물(예를 들어, 필터 구멍을 통과하지 않은 유체)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따라서, 여과 시스템, 장치 및/또는 방법은 일부 실시예에 따라서, 연속적으로, 거의 연속적으로(예를 들어, 연속적으로 그러나 짧은 유지관리 작업을 위해), 반-연속적으로(예를 들어, 하루에 24시간 미만으로), 주기적으로(예를 들어, 규칙적 및/또는 불규칙적 간격들로), 온-디맨드식으로 또는 그 조합들로 작동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 여과 시스템, 장치 및/또는 방법은 대상물의 미세여과, 초미세여과 및/또는 나노여과를 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에 따라서, 여과는 더욱 작은 수 또는 주기적 시험(예를 들어, QA/QC 시험) 없이도 수행(여과 모듈이 작동)될 수 있다. 예를 들어, 기존의 물 여과 시스템은 멤브레인 통합성 및 누설없는 여과를 평가 및/또는 보장하기 위해서 매일 시험될 필요가 있다. 일부 실시예에 따른 여과 조립체의 구성은 단독으로 자주 시험할 필요없이 적어도 동일 수준의 보증을 제공할 수 있다.
방법은 일부 실시예에서 임의의 원하는 산출량(예를 들어, 오염 매체 유입량, 투과물 출력량, 농축물 출력량 및/또는 그 조합)으로 유체 여과 시스템을 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 방법은 멤브레인 요소들의 수를 변화시키고 그리고/또는 사용된 모듈의 수를 변화시킴으로써 원하는 처리 용적을 달성하도록 확장될 수 있다.
제조 방법
일부 실시예에 따라서, 필터 시일 가스켓의 제조 방법은 튜브를 형성하기 위하여 탄성체, 탄성중합 및/또는 탄성 재료를 압출하는 단계를 포함할 수 있다. 필터 시일 가스켓의 제조 방법은 튜브를 형성하기 위하여 탄성체, 탄성중합 및/또는 탄성 재료를 몰드 안으로 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 임의의 원하는 표면 형태는 가스켓이 형성되거나 또는 형성 후에 블랭크로 가공될 때 포함될 수 있다.
본원은 일부 실시예에 따라서, 여과 장치의 제조 방법 및/또는 시스템에 관한 것이다. 예를 들어, 방법은 (예를 들어, 시일 가스켓 립이 필터의 단부와 접촉할 때가지) 시일 가스켓을 세라믹 멤브레인 필터의 하나 또는 양 단부들에 시일 가스켓을 가압하는 단계, 투과형 챔버의 각 단부에서 투과형 챔버의 여과 조립체 계면을 고정하는 단계로서, 각각의 여과 조립체 계면은 원주방향 플랜지(선택적으로 외면 상에 O-링 채널을 구비함) 및 시일 가스켓의 제 2 테이퍼부와 결합하도록 구성된 하나 이상의 테이퍼형 개구들을 포함하는 상기 고정 단계, (예를 들어, 투과형 챔버 플랜지들에 기계가공된 오염 매체 챔버 플랜지에 의해서) 투과형 챔버의 각 단부에 여과 계면을 구비한 오염 매체 챔버를 고정하는 단계, 및/또는 그 조합단계를 포함할 수 있다.
본 방법은 부분적으로 투과형 챔버 플랜지에 의해서 형성되고 부분적으로 오염 매체 챔버 플랜지에 의해서 형성된 O-링 채널 내에 O-링을 설치하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 그러나, O-링은 불필요하고 그리고/또는 요구될 수 있다. 예를 들어, 3중 시일이 없는 시스템은 오염 매체 챔버 및 투과형 챔버 사이의 접촉을 완전하게 하기 위하여 O-링 시일을 요구할 수 있다. 이러한 시스템의 단점은 오염 매체(예를 들어, 투과물보다 높은 압력의 오염 매체)가 멤브레인 필터를 우회하여 투과물 안으로 갈 수 있다는 것이다. 오염 매체 챔버 및 투과형 챔버 사이에 3중 시일을 제공하면, O-링에 대한 필요성을 제거하고 및/또는 멤브레인 우회를 실질적으로 방지할 수 있다. 일부 실시예에 따라서, 3중 시일을 갖는 시스템은 유체가 멤브레인을 우회할 위험성이 없거나 또는 극히 낮다. 예를 들어, 3중 시일 시스템은 임의의 유체가 누설된다면, 시스템으로부터 나와서 갭 안으로 통과하도록 챔버 하우징들 사이의 낮은 압력(예를 들어, 대기압)에서 갭을 포함할 수 있다. 중력의 영향으로 이동할 수 있고 O-링의 부재 시에 플랜지의 하부 부분에서 흐를 수 있다. 3중 시일 시스템은 대기압보다 높은 압력에서 작동할 수 있기 때문에, (예를 들어, 누설을 통해서) 시스템으로부터 갭 안으로 나오는 임의의 유체는 시스템을 거의 재진입할 수 없거나 또는 완전히 재진입할 수 없다.
방법은 (예를 들어, 오염 매체 챔버 계면으로서 및/또는 투과형 챔버 계면이 여과 조립체에 맞추어지게) 멤브레인 가스켓에 대해서 멤브레인 상의 3중 시일을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따라서, 방법은 양 단부들 상에 포지티브 시일을 보장하기 위하여 양자의 테이퍼형 섹션들 상의 영구적 압축력을 형성하도록 여과 조립체를 오염 매체 챔버 계면 및 투과형 챔버 계면과 접촉하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법은 일부 실시예에서 (예를 들어, 2개의 원주방향 릿지들 사이에 밴드 채널에 배치된) 보강 링 또는 밴드에 의해서 세라믹 멤브레인 필터 상에 시일 가스켓을 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 각각의 단부에 여과 조립체 계면을 구비한 투과형 챔버에 적어도 하나의 세장형 필터를 제공하는 단계로서, 각각의 여과 조립체 계면은 적어도 하나의 절두 원추형 개구를 구비하는, 상기 제공 단계, 각각의 시일 가스켓 립이 가압되는 필터의 단부 및 각각의 시일 가스켓 상의 원위 테이퍼부가 절두 원추형 개구와 결합할 때까지 시일 가스켓 립, 근위 테이퍼부 및 원위 테이퍼부를 각각의 필터의 각 단부에 가압하는 단계, 및/또는 (예를 들어, 투과형 챔버 플랜지들에 가공된 오염 매체 챔퍼 플랜지에 의해서) 적어도 절두 원추형 개구를 갖는 여과 계면을 구비한 오염 매체 챔버를 투과형 챔버의 각 단부에 고정하는 단계, 및/또는 그 조합 단계를 포함할 수 있고, 3중 시일이 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법은 오염 매체 챔버를 투과형 챔버에 고정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 투과형 챔버의 각 단부는 투과형 챔버에 고정된 플랜지를 가질 수 있고 오염 매체 챔버는 투과형 챔버에 고정된 플랜지를 가질 수 있고 플랜지들은 서로 고정될 수 있다. 방법은 투과형 챔버의 일 단부에 농축 유체 챔버를 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
특정 예의 실시예들
시일 가스켓의 특정 예의 실시예들은 도 1a 내지 도 1b에 도시된다. 시일 가스켓(130)은 내면(140) 및 외면(150)을 형성하는 시일 가스켓 벽(131)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 내면(140)은 근위 개구(141), 캐비티(142) 및 원위 개구(143)를 포함한다. 캐비티(142)의 직경은 원위 개구(143)와 동일하거나 또는 거의 동일하다. 근위 개구(141)는 원위 개구(143)보다 작다. 근위 개구(141), 캐비티(142) 및 원위 개구(143)는 중심축을 형성한다.
도시된 바와 같이, 외면(150)은 립(151), 테이퍼부(152), 릿지(153), 채널(154), 릿지(155) 및 테이퍼부(156)를 포함한다. 립(151)은 시일 가스켓 벽(131)의 근위 단부에서 두꺼워지는 [내면(140)에 대한] 방사상 내향부를 구성한다. 테이퍼부(152)는 근위 개구(141)로부터 연장되는 시일 가스켓 벽(131)에서 두꺼워지는 [예를 들어, 내면(140)에 대한] 방사상 외향부를 구성한다. 릿지(153)는 테이퍼부(152)의 원위 단부를 형성한다. 릿지(153) 및 릿지(155)는 시일(130)을 둘러싸는 벽(131)에서의 두께부들을 구성한다. 테이퍼부(156)는 원위 개구(143)로부터 연장되는 시일 가스켓 벽(131)에서 두꺼워지는 [예를 들어, 내면(140)에 대한] 방사상 외향부를 구성한다. 릿지(155)는 테이퍼부(156)의 근위 단부를 형성한다.
중심축에 직각으로 취해진 시일 가스켓(130)의 섹션들에서, 내면(140)은 일반적인 육각형을 형성하지만, 일반적인 원형, 일반적인 육각형, 및/또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 중심축에 직각으로 취해진 시일 가스켓(130)의 섹션에서, 외면(150)은 일반적인 원형을 형성하지만, 일반적인 육각형, 및/또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 캐비티(142) 및 원위 개구(143)는 필터(예를 들어, 세라믹 필터)에 맞께 끼워지도록 크기설정될 수 있다.
필터의 특정 예의 실시예들은 도 2a 내지 도 2b에 도시된다. 필터(270)는 채널(271), 여과층(272), 기재(273), 면(274) 및 측부(275)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 필터(270)는 일반적인 원형 채널(271)을 갖는 일반적인 육각형 단면을 가진다. 채널(271)은 필터(270)를 통해서 그 길이를 따라 연장된다. 여과층(272)은 기재(273) 위에 배치되고 외부 여과층(272a), 면 여과층(272b) 및 내부 여과층(272c)을 포함한다. 외부 여과층(272a)은 면(274)으로부터 측부(275)의 일부를 따라 연장된다. 각 채널(271)의 내면은 내부 여과층(272c)에 의해서 완전히 덮혀진다. 면 여과층(272b)은 면(274)을 덮고 외부 여과층(272a) 및 내부 여과층(272c)과 인접하다. 여과층(271)은 양쪽 면들을 감싸고 필터의 각 단부 상의 측부들을 부분적으로 덮는다.
여과 조립체의 특정 예의 실시예들은 도 3a 내지 도 3b에 도시된다. 여과 조립체(320)는 시일 가스켓(330), 밴드(360) 및 필터(370)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 시일 가스켓(330)은 필터(370)의 단부와 결합하고 보강 링(360)에 의해서 적어도 부분적으로 제자리에 고정된다. 시일 가스켓(330)을 제자리에 고정하는 방사상 힘의 일부는 시일 가스켓(330)을 포함하는 재료들의 탄력성에서 나올 수 있다. 내면(340)은 측부(375)와 접촉하고 립(351)은 면(274)과 접촉하여서, 함께 유체 배리어를 형성한다. 개구(341) 및 면(374)은 가능한 몇개의 채널들(372)을 폐색하는 립(351)을 갖는 유체 배리어를 형성하기 위해 기여하도록 크기설정된다.
투과형 챔버의 특정 예의 실시예들은 도 4에 도시된다. 투과형 챔버(410)는 플랜지(411), O-링 채널(412), 개구(413), 개구 벽(414), 투과형 챔버 몸체(615), 투과형 챔버 캐비티(616) 및 출구(617)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 투과형 챔버(410)는 몸체(415)로부터 연장되는 출구(417) 및 각 단부 상의 플랜지들(411)을 갖는 일반적인 원통형이다. 플랜지들(411)은 몸체(415)와 인접하거나 또는 몸체에 고정될 수 있다. 각각의 플랜지(411)는 각각의 플랜지(411)가 몸체(415) 위로 돌출하도록 몸체(415)의 직경보다 큰 직경을 갖는 일반적인 원형 디스크이다. 각각의 플랜지(411)는 오버행에서 원주를 따라 복수의 홀들을 가지며, 상기 홀은 고정자(예를 들어, 볼트)를 수용하도록 크기설정된다. 플랜지(411)는 몸체(415)로부터 멀리 지향된 면 상에서 O-링 채널(412)을 포함한다. 플랜지(411)는 절두 원추형 벽(414)을 각각 구비한 개구들(413)로 천공된다. 플랜지(411) 및 몸체(415)는 함께 투과형 챔버 캐비티를 형성한다.
설치된 필터 조립체들을 갖는 투과형 챔버의 특정 예의 실시예들은 도 5에 도시된다. 도시된 바와 같이, 복수의 여과 조립체(520)는 플랜지(511)의 개구들 내에 삽입된다. 여과 조립체(520)는 각각의 원위 테이퍼부가 대응 개구 벽과 접촉하고 원위 릿지들이 플랜지(511)와 접촉하도록 가압되었다.
여과 모듈의 특정 예의 실시예들은 도 6a 내지 도 6c에 도시된다. 여과 모듈(600)은 오염 매체 챔버(605), 투과형 챔버(610), 여과 조립체(620), 농축형 챔버(680)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 오염 매체 챔버(605) 및 투과형 챔버(610)는 갭(602)에 의해서 분리되고 복수의 볼트 및 너트에 의해서 서로 고정된다. 오염 매체 챔버(605) 및 시일 가스켓(630)의 근위 단부는 함께 유체 기밀 시일을 형성한다. 투과형 챔버(610) 및 시일 가스켓(630)의 원위 단부는 제 2 유체 기밀 시일을 형성한다. 오염 매체 챔버(605)는 투과형 챔버 캐비티(616) 및 캐비티(617) 사이의 필터 우회에 대해서 3중 시일을 형성하기 위해 충분한 힘으로 투과형 챔버(610)에 고정되고, 시일 가스켓(630)으로 구성되는 3중 시일은 개구(609)에서 오염 매체 챔버(605)에 밀착되고, 시일 가스켓(630)은 개구(613)에서 투과형 챔버(610)에 밀착되며 시일 가스켓(630)은 여과층(672)에서 필터(670)에 밀착된다. 농축형 챔버(680)는 투과형 챔버(610)의 원위 단부에 유사하게 고정된다.
작동 시에, 형성된 유체 기밀 시일들은 결과적으로 오염 매체가 입구(606)를 통해서 캐비티(607)로 이동하고 안으로 유동하여 직교류 필터(670)를 통과한다. 만약, 임의의 유체가 개구(609)(예를 들어, 가스켓 노화로서)에 밀착된 시일 가스켓(630)을 우회하면, 플랜지(608) 및 플랜지(611)에 의해서 형성된 공간 안으로 안내된다. 선택적으로, 하나 이상의 습기 센서는 유체(예를 들어, 오염 매체)의 존재를 검출하기 위해 본 공간에 설치될 수 있다. 갭(602)은 대기에 대해서 개방되기 때문에, 어쨋든 탈출 유체는 시일 가스켓(630) 및 개구(613) 사이에 형성된 시일을 침투하기 위한 임의의 동력이 부족하다. 중력의 영향으로, 간단히 배출되거나 또는 아래로 떨어질 것이다. 필터(670)를 침투하지 않고 통과하여 농축물을 형성하는 유체는 필터(670)를 빠져나오고 농축형 챔버(680)로 진입하고, 상기 농축형 챔버로부터 여과 모듈(600)을 빠져나올 수 있다.
여과 시스템의 특정 예의 실시예들은 도 7에 도시된다. 시스템(790)은 오염 매체(791), 공급물(792), 여과 모듈(700), 농축물(794), 밸브(795), 펌프(796), 밸브(797) 및 농축물(798)을 포함한다. 오염 유체(791)(예를 들어, 오염수)는 여과 모듈(700) 내의 직교류 필터를 통해서 펌핑되어서 유체 내의 오염물들을 여과시킨다. 일부 실시예들에서, 직교류 필터는 세라믹 멤브레인과 같은 멤브레인 필터일 수 있다. 세라믹 멤브레인들은 예를 들어, 내구성 및/또는 매우 작은 오염물들을 여과하는 능력을 포함하는 장점들을 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 오염 매체(791)는 공급물(792)을 형성하기 위하여 재순환 농축물(798)과 조합된다. 오염 매체(791) 및 농축물(798)의 비율은 원할 때 조정될 수 있다. 예를 들어, 공급물(792)은 약 0% 내지 약 99% 농축물(798), 약 1% 내지 약 50% 농축물(798), 약 5% 내지 약 25% 농축물(798) 및/또는 그 조합물들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 공급물(792)을 형성하도록 조합된 농축물(798) 및 오염 매체(791)의 비율은 각각에서 오염물들(실제 또는 측정된) 및/또는 고형물의 농축에 따라서 변화될 수 있다. 이러한 규칙은 여과 효율이 조정될 수 있게(예를 들어, 최적화될 수 있게) 하거나 또는 고형물 및/또는 오염물들에 의해서 필터에 무리한 힘이 부가되는 것을 회피할 수 있게 한다.
공급물(792)은 여과 모듈(700)로 진입하고 투과물(793) 또는 농축물(794)로서 나온다. 투과물은 마무리 생성물로서 모아지거나 또는 원할 때 추가 처리될 수 있다. 투과물로서 상실된 용적으로 인하여 오염물로 둘러싸인 잔여 유체는 농축물(794)을 형성한다. 농축물(794)은 밸브(795)에 의해서 펌프(795)로 지향될 수 있다. 농축물(798)은 순수 오염 매체(791)와 조합되도록 밸브(797)를 통해서 펌프(796)로부터 재순환된다. 밸브(795,797)는 차단 밸브로서 작동하거나 또는 (예를 들어, 처분, 수집, 추가 처리 또는 다른 목적을 위해서) 유체를 대안 유동 경로로 재안내하도록 구성될 수 있다. 대안 유동 경로는 유동 경로를 따라서 동일 지점 또는 다른 지점에서 시스템(790)과 재결합하거나 또는 재결합하지 않는다.
직교류 필터로서 여과 모듈(700)의 작동은 공급물(792)의 여과에 실질적으로 멤브레인 부착물을 제공하지 않고 및/또는 시스템(700)으로부터의 불합격물을 제공하지 않는다. 일부 실시예에서, 시스템(700)은 예를 들어 오염물을 파괴하고 및/또는 시스템(예를 들어, 여기서 모든 오염물은 재순환된다)에 있는 오염물 및/또는 고형물의 양의 증가를 회피하기 위하여 추가 정화 모듈을 포함할 수 있다.
당업자가 이해하는 바와 같이, 유체 여과를 위한 본 개시물, 다른 동등물 또는 대안 조성물, 장치, 방법 및 시스템의 장점은 본원에 포함된 설명 내에서 예상할 수 있다. 따라서, 도시되고 기술된 본원을 실행하기 위한 방식은 단지 예시적으로 해석되어야 한다.
당업자는 본원의 범주 내에서 형상, 크기, 숫자, 및/또는 부품 배열을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 입구들, 개구들, 필터들, 가스켓들, 밸브들, 펌프들, 센서들 및/또는 출구들의 위치 및 수는 변화될 수 있다. 일부 실시예에서, 필터들, 시일 가스켓들 및/또는 여과 조립체들은 상호교환가능하다. 상호교환가능성은 (예를 들어, 사용된 필터의 종류 및/또는 구멍 크기를 변화 또는 선택시킴으로써) 오염물들의 크기 및/또는 종류가 맞춤식으로 조정될 수 있게 한다. 또한, 장치 및/또는 시스템의 크기는 실행자의 요구 및/또는 필요에 부합하기 위해서 (큰 산출량의 상업적 또는 도시 유체 여과 적용에서 사용되도록) 확대되거나 또는 (작은 산출량의 가정용 또는 조사 적용에서 사용되도록) 축소될 수 있다. 각각의 개시된 방법 및 방법 단계는 일부 실시예에 따라 임의의 순서대로 그리고 임의의 다른 개시된 방법 또는 방법 단계와 연계하여 실행될 수 있다. 용어 "할 수 있다(may)"가 제공되는 경우에, 선택적 및/또는 허용 조건을 나타내며, 작동성의 임의의 부족을 의도한 것이 아니다. 당업자는 본원의 준비 방법 및 조성, 장치 및/또는 시스템의 사용 방법을 다양하게 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 조성, 장치 및/또는 시스템은 (예를 들어, 위생, 감염, 안전성, 유독성, 생체친화성 및 다른 고려 사항에 대해서) 동물 및/또는 인간에 대해서 적당하게 준비 및 사용될 수 있다. 기술되지 않은 원소, 조성, 장치, 시스템, 방법 및 방법 단계는 원할 때 또는 필요할 때 포함되거나 또는 배제될 수 있다.
또한, 범위가 제공되는 경우에, 개시된 종점은 특정 실시예에 의해서 원할 때 또는 요구될 때 정확한 값 및/또는 근사값으로 처리될 수 있다. 종점이 근사값인 경우에, 범위의 크기 순서에 비례하게 가요성의 정도가 변화될 수 있다. 예를 들어, 한편 약 5 내지 약 50 범위의 배경에서 약 50의 범위 종점은 50.5를 포함하지만, 52.5 또는 55는 포함할 수 없고, 다른 한편으로, 약 0.5 내지 약 50의 범위 배경에서 약 50의 범위 종점은 55를 포함하지만, 60 또는 75는 포함하지 않는다. 또한, 일부 실시예에서 범위 종점들을 혼합하고 정합하는 것이 바람직하다. 또한, 일부 실시예에서, 개시된 각각의 도면(예를 들어, 하나 이상의 예들, 표들 및/또는 도면들에서)은 범위(예를 들어, 제시 값 +/- 10%, 제시 값 +/- 50%, 제시 값 +/- 약 100%) 및/또는 범위 종점의 기초를 형성할 수 있다. 전자에 대해서, 예, 표 및/또는 도면에 제시된 50의 값은 예를 들어, 45 내지 약 55, 약 25 내지 약 100, 및/또는 약 0 내지 약 100의 범위의 기초를 형성할 수 있다. 개시된 비율은 다르게 표시한 경우를 제외하면 중량%이다.
유체 여과를 위한 시스템 및/또는 장치의 전부 또는 일부는 폐기, 서비스, 상호교환 및/또는 교체되도록 구성 및 배열될 수 있다. 명백한 변경 및 수정과 함께 이들 등가물 및 대안예들은 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다. 따라서, 상술한 개시물은 예시적이고, 첨부된 청구범위에 기재된 본원의 범주를 제한하지 않는 것으로 의도된다.
제목, 요약, 배경 및 주요 내용은 법규에 맞게 그리고/또는 독자의 편리를 위해서 제공된다. 이들은 종래 기술의 내용 및 범주에 대한 인가 및 모든 개시된 실시예들에 적용가능한 제한을 포함하지 않는다.

Claims (27)

  1. 유체 여과 시일 가스켓으로서,
    중공형 내부 및 일반적으로 쌍원추형 외부 프로파일을 형성하는 시일 가스켓 벽을 포함하고, 상기 시일 가스켓 벽은
    중심 길이방향 축,
    내부 원주방향 표면,
    외부 원주방향 표면,
    립을 포함하는 제 1 단부,
    상기 립에 의해서 형성된 제 1 단부 개구,
    제 2 단부, 및
    상기 제 2 단부에서 상기 내부 원주방향 표면에 의해서 형성된 제 2 단부 개구를 포함하고,
    상기 외부 원주방향 표면은 적어도 하나의 중간(medial) 원주방향 채널, 상기 제 1 단부로부터 상기 중간 채널을 향하여 두꺼워지는 제 1 테이퍼부, 및 상기 제 2 단부로부터 상기 중간 채널을 향하여 두꺼워지는 제 2 테이퍼부를 포함하는, 유체 여과 시일 가스켓.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 원주방향 표면은 상기 제 1 테이퍼부 및 상기 중간 채널 사이의 제 1 중간 릿지(ridge)를 포함하는, 유체 여과 시일 가스켓.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 원주방향 표면은 상기 제 2 테이퍼부 및 상기 중간 채널 사이의 제 2 중간 릿지를 포함하는, 유체 여과 시일 가스켓.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 중간 릿지, 제 2 중간 릿지 및 상기 중간 채널은 서로 평행하고 상기 중심 길이방향 축과 직각인, 유체 여과 시일 가스켓.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 원주방향 표면은 일반적인 육각형 단면, 일반적인 원형 단면 또는 일반적인 타원형 단면을 형성하는, 유체 여과 시일 가스켓.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스켓은 소수성 재료, 탄력적인 재료, 탄성중합 재료 또는 그 조합들을 포함하는, 유체 여과 시일 가스켓.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스켓은 천연 고무, 합성 고무, 네오프렌, 과불화탄성중합체, 에틸렌 아크릴 탄성중합체, 폴리오레핀 탄성중합체, 오레핀 블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체, 열가소성체, 플라스토머, 브롬계 이소부틸렌 파라메틸-스티렌 3량체, 실리콘 또는 그 조합들을 포함하는, 유체 여과 시일 가스켓.
  8. 제 1 항에 있어서,
    내부 원주방향 표면 단면을 가로지르는 최장 치수는 상기 립을 제외한 상기 가스켓의 길이를 따라 일정한, 유체 여과 시일 가스켓.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반적인 쌍원추형 프로파일은 배럴 프로파일을 추가로 포함하는, 유체 여과 시일 가스켓.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 테이퍼부의 각도는 약 1° 내지 약 30°이고 상기 제 2 테이퍼부의 각도는 독립적으로 약 1° 내지 약 30°인, 유체 여과 시일 가스켓.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스켓의 길이는 약 1 cm 내지 약 30 cm이고 그의 외부 반경은 독립적으로 약 1 cm 내지 약 30 cm인, 유체 여과 시일 가스켓.
  12. 일반적인 관형 또는 일반적인 원통형을 구비하는 여과 시일 가스켓으로서,
    제 1 단부에 있는 제 1 두께부로서, 방사상 내향으로 지향되고 립을 형성하는, 상기 제 1 두께부;
    방사상 외향으로 지향되고 상기 제 1 단부로부터 상기 가스켓의 중간부를 향하여 연장되는 제 1 테이퍼부를 형성하는 제 2 두께부;
    방사상 외향으로 지향되고 제 1 원주방향 릿지를 형성하는 제 3 두께부;
    방사상 외향으로 지향되고 상기 제 1 원주방향 릿지에 대해 원위에 있는 제 2 원주방향 릿지를 형성하는 제 4 두께부; 및
    방사상 외향으로 지향되고 제 2 단부로부터 상기 가스켓의 중간부를 향하여 연장되는 제 2 테이퍼부를 형성하는 제 5 두께부를 포함하는, 여과 시일 가스켓.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 테이퍼부는 상기 제 3 두께부로 연장되고, 상기 제 2 테이퍼부는 상기 제 4 두께부로 연장되거나 또는 상기 제 1 테이부는 상기 제 3 두께부로 연장되고 상기 제 2 테이퍼부는 상기 제 4 두께부로 연장되는, 여과 시일 가스켓.
  14. 제 12 항에 있어서,
    중심 캐비티를 형성하는 내부 가스켓 표면을 추가로 포함하는, 여과 시일 가스켓.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 중심 캐비티의 연속 단면들은 상기 립에서를 제외하고 상기 가스켓의 길이를 따라서 실질적으로 동일 형상 및 치수들을 갖는, 여과 시일 가스켓.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 중심 캐비티의 연속 단면들은 상기 가스켓의 길이를 따라서 실질적으로 동일 형상을 갖는, 여과 시일 가스켓.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 립에 있는 상기 중심 캐비티의 단면들의 최대 치수는 상기 길이의 잔여부를 따른 상기 중심 캐비티의 단면들의 최대 치수보다 작은, 여과 시일 가스켓.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스켓은 무이음인, 여과 시일 가스켓.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 3 두께부 및 상기 제 4 두께부 사이의 보강 링 채널을 추가로 포함하는, 여과 시일 가스켓.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 테이퍼부의 피치는 상기 제 2 테이퍼부의 피치와 동일하지 않은, 여과 시일 가스켓.
  21. 세장형 가스켓으로서,
    무이음 벽을 포함하고, 상기 무이음 벽은
    외면,
    상기 외면에 반대편인 제 2 표면,
    립을 포함하는 제 1 에지, 및
    상기 제 1 에지에 반대편인 제 2 에지를 구비하고,
    상기 벽은 중심 캐비티 주위로 연장되고, 상기 제 1 에지는 상기 캐비티에 대한 제 1 개방부를 형성하고, 상기 제 2 에지는 상기 캐비티에 대한 제 2 개방부를 형성하며, 상기 외면은 상기 제 1 에지 및 상기 제 2 에지에 각각 인접한 각각의 테이퍼부의 얇은 영역들을 갖는 대향하게 배치된 제 1 테이퍼부 및 제 2 테이퍼부를 형성하는, 세장형 가스켓.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 중심 캐비티는 캐비티 중심 길이방향 축을 포함하는, 세장형 가스켓.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 립은 상기 중심 캐비티를 향하여 지향되는, 세장형 가스켓.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 외면은 상기 테이퍼부들 사이의 한쌍의 릿지들을 추가로 형성하는, 세장형 가스켓.
  25. 직교류 유체 여과 조립체로서,
    제 1 필터 단부, 제 2 필터 단부, 적어도 하나의 필터 측부 및 필터의 길이에 걸쳐 있는 적어도 하나의 내부 채널을 구비하는 세장형 세라믹 멤브레인 필터;
    상기 제 1 필터에 고정되고 사이에 유체 기밀 시일을 형성하는 제 1 여과 시일 가스켓; 및
    상기 제 2 필터에 고정되고 사이에 유체 기밀 시일을 형성하는 제 2 여과 시일 가스켓을 포함하고,
    각각의 시일 가스켓은 무이음 벽을 포함하고, 상기 무이음 벽은 외향 가스켓 표면, 상기 외향 가스켓 표면에 반대편인 제 2 가스켓 표면, 립을 포함하는 제 1 가스켓 에지, 상기 제 1 가스켓 에지에 반대편인 제 2 가스켓 에지를 구비하고, 상기 벽은 중심 캐비티 주위로 연장되고, 상기 제 1 가스켓 에지는 상기 캐비티에 대한 제 1 개방부를 형성하고, 상기 제 2 가스켓 에지는 상기 캐비티에 대한 제 2 개방부를 형성하며, 상기 외향 가스켓 표면은 상기 제 1 가스켓 에지 및 상기 제 2 가스켓 에지와 각각 인접한 각각의 테이퍼부의 얇은 영역들을 갖는 대향하게 배치된 제 1 테이퍼부 및 제 2 테이퍼부를 형성하는, 직교류 유체 여과 조립체.
  26. 제 25 항에 있어서,
    각각의 립은 각각의 필터 단부의 일부분 위로 돌출하는, 직교류 유체 여과 조립체.
  27. 제 25 항에 있어서,
    캐비티들 및 필터 단부들은 그 사이에 유체 기밀 시일들을 형성하도록 서로 크기설정되는, 직교류 유체 여과 조립체.
KR1020167015889A 2013-11-19 2014-11-13 세라믹 시일 가스켓을 사용하는 시스템, 장치 및 여과 방법 KR102330548B1 (ko)

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