螺旋錯流過濾器的制造方法
【專利說明】螺旋錯流過濾器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本專利申請根據(jù)專利合作條約條款8要求2013年5月17日提交的美國專利申請?zhí)?3/896370的優(yōu)先權(quán)，其通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及改進(jìn)的螺旋錯流過濾器以及關(guān)于螺旋錯流過濾器的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]錯流過濾是一種膜過濾，其可以在流體承載可插入“死端”過濾器的一定量固體材料時使用。錯流過濾不同于死端過濾。在死端過濾中，進(jìn)給穿過膜或床，將滯留物捕獲在該膜或床上，且通過膜或床釋放濾液。通常在死端過濾中，用于進(jìn)給流體退出過濾器的唯一方法是通過膜。然而，在錯流過濾中，進(jìn)給在一定的壓力、濃度、或進(jìn)給與膜另一側(cè)上的濾液之間的其它差異下穿過過濾膜(切向于過濾膜)。比膜孔徑尺寸更小的材料穿過作為濾液的膜。一些進(jìn)給被捕獲在膜中或其上作為滯留物，而剩下的進(jìn)給流穿過進(jìn)給側(cè)上的過濾器，而沒有穿過膜或被捕獲在膜中或其上。離開過濾器的未過濾的進(jìn)給流與濾液保持分離，并且可以通過過濾器再循環(huán)回來。這種操作模式可用于具有引起“致盲”風(fēng)險(xiǎn)的固體的進(jìn)給。致盲是滯留物在膜上的積累，其阻礙和/或減少過濾器的效率。采用死端過濾，固體材料可以迅速致盲過濾表面，且進(jìn)給流可能不再穿過膜，致使過濾器失效。采用錯流過濾，整個膜上的大部分流體的切向運(yùn)動促使過濾表面上的被捕獲的粒子由切向進(jìn)給流除去。這意味著錯流過濾器可以在相比于死端過濾器的相對較高的固體負(fù)荷下具有減少致盲地連續(xù)操作。
[0005]錯流過濾裝置可以采取許多形狀，包括板、中空纖維、管和螺旋形。螺旋錯流過濾裝置可以包括過濾介質(zhì)，其在“果凍卷”型的設(shè)計(jì)中纏繞著滲透管。當(dāng)觀察“螺旋”過濾器的端部時，過濾器元件的各個葉片的端部邊緣使平面曲線由盤繞中心軸線但距其越來越大距離的點(diǎn)跟蹤。每個“葉片”實(shí)際上是中空的，像由過濾介質(zhì)做出來的“外殼”。在螺旋錯流過濾器中，進(jìn)給流體平行于滲透管流動。進(jìn)給流穿過過濾介質(zhì)進(jìn)入葉片“外殼”之一。過濾后的流體或滲透物穿過介質(zhì)以及葉片“外殼”內(nèi)部的介質(zhì)之間的螺旋并進(jìn)入滲透管。滲透物通過滲透管離開過濾器，并且與單獨(dú)離開過濾器的剩余進(jìn)給流保持分離。
[0006]錯流膜過濾技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)全局。例如，錯流過濾還可以用于微濾、超濾、納濾和反滲透。然而，還需要改進(jìn)的錯流過濾裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本公開中描述的實(shí)施例包括一種螺旋錯流過濾器，包括:外殼體和在所述外殼體內(nèi)同軸對準(zhǔn)并沿徑向從其偏移的滲透圓柱管。所述過濾器還可以包括設(shè)置在外殼體與滲透管之間的環(huán)形內(nèi)的環(huán)形褶狀過濾器元件。過濾器元件可以包括復(fù)合過濾材料，該復(fù)合過濾材料包括:鄰近所述外殼體的膜材料第一層，和鄰近所述滲透管的滲透間隔件材料第二層。所述過濾器元件的褶皺可以限定多個沿周向間隔開的葉片，每個在其近端邊緣至滲透管包括連接件。多個葉片可以在“螺旋”配置中纏繞著所述滲透管。
[0008]應(yīng)當(dāng)理解的是，所公開的發(fā)明并不局限于在該說明內(nèi)容中所述的實(shí)施例。本發(fā)明旨在包括在如由權(quán)利要求書單獨(dú)限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的修改及其他主題。
【附圖說明】
[0009]參照下面的附圖，可以對所公開的非限制性實(shí)施例的各個特性和特征進(jìn)行更好地理解，其中:
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的螺旋錯流過濾器的實(shí)施例的示意性分解透視圖；
[0011]圖2是構(gòu)成如圖1所示的錯流過濾器的復(fù)合過濾器元件的膜和滲透間隔件材料的示意圖；
[0012]圖3是圖2中所示的材料的復(fù)合夾層的示意圖，示出了部分褶狀構(gòu)造。
[0013]圖4是在圖1中所示的錯流過濾器的示意性局部剖視圖，示出了連接到滲透管的過濾器元件的褶狀復(fù)合夾層的邊緣；
[0014]圖5是在圖1中所示的錯流過濾器的示意性局部透視圖，示出了連接到滲透管的過濾器元件的褶狀復(fù)合夾層的邊緣；
[0015]圖6是在圖1中所示的錯流過濾器的示意性局部透視圖，示出了連接到滲透管并且具有進(jìn)給間隔件的過濾器元件的褶狀復(fù)合夾層的邊緣；
[0016]圖7是在圖1中所示的錯流過濾器的端蓋的示意性端視圖；
[0017]圖8是沿著圖7中的線“A-A”截取的示意性剖視圖，示出了連接到螺旋形過濾器的端蓋；
[0018]圖9是滲透管的示意性橫截面?zhèn)纫晥D，包括形成朝向滲透管的入口和出口端設(shè)置的環(huán)形歧管的受阻中間部分和徑向偏移穿孔部分；
[0019]圖10是在圖9中所示的滲透管的示意性局部透視圖；
[0020]圖11A是在圖9中所示的滲透管的入口端的示意性局部橫截面?zhèn)纫晥D；圖11B是在圖9中所示的滲透管的出口端的示意性局部橫截面?zhèn)纫晥D；
[0021]圖12是在圖9中所示的滲透管的示意性局部透視圖，其中褶狀過濾器元件包括連接到鄰近環(huán)形歧管的滲透管外圓柱形表面的多個沿軸向間隔開的葉片；
[0022]圖13A是過濾器入口部分的示意性橫截面端視圖，包括在圖9中所示的與外圓柱形殼體同軸對準(zhǔn)并沿徑向從其偏移的滲透管，并且包括含有多個連接到滲透管外圓柱形表面的沿周向間隔開的葉片的環(huán)形褶狀過濾器元件；圖13B是過濾器出口部分的示意性橫截面端視圖，包括在圖9中所示的與外圓柱形殼體同軸對準(zhǔn)并沿徑向從其偏移的滲透管，并且包括含有多個連接到滲透管外圓柱形表面的沿周向間隔開的葉片的環(huán)形褶狀過濾器元件；
[0023]圖14A是在圖9和13A中所示的滲透管及過濾器元件組件的入口部分的示意性局部橫截面軸向視圖，示出了沿周向間隔開的葉片連接到滲透管；圖14B是在圖9和13B中所示的滲透管及過濾器元件組件的出口部分的示意性局部橫截面軸向視圖，示出了沿周向間隔開的葉片連接到滲透管；
[0024]圖15是在圖9和13A中所示的滲透管及過濾器元件組件的入口部分的示意性局部橫截面?zhèn)纫晥D，示出了通過周向間隔的葉片的切向流；以及
[0025]圖16是在圖9中所示的滲透管及過濾器元件組件的示意性側(cè)視圖，示出了通過周向間隔的葉片的切向流。
【具體實(shí)施方式】
[0026]應(yīng)當(dāng)理解的是，本文公開的實(shí)施例的各種描述已被簡化，以僅示出對清楚理解所公開實(shí)施例相關(guān)的這些元件、特征和方面，同時為了清楚起見消除了其他元件、特征和方面。考慮到所公開實(shí)施例的本描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員要認(rèn)識到的是，其他元件和/或特征也可用于所公開實(shí)施例的特定實(shí)施或應(yīng)用。然而，因?yàn)榭紤]到所公開實(shí)施例的本描述，這樣的其它元件和/或特征可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易地確定和實(shí)施，且因此對所公開實(shí)施例的完整理解沒有必要，所以本文未提供這樣的元件和/或特征的描述。因此，要理解的是，本文所闡述的描述僅是示范和說明所公開的實(shí)施例，并無旨在限制如由權(quán)利要求單獨(dú)限定的本發(fā)明的范圍。
[0027]在本公開中，除非另有說明，表示數(shù)量或特性的所有數(shù)字都應(yīng)該被理解為在所有情況下由術(shù)語“約”開始和修改。因此，除非有相反的指示，在下面描述中闡述的任何數(shù)值參數(shù)可以取決于在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中所尋求獲得的所需性能而有所不同。最起碼，以及并非試圖限制等同于權(quán)利要求范圍的教導(dǎo)的應(yīng)用，在本說明書中描述的每個數(shù)字參數(shù)應(yīng)當(dāng)至少根據(jù)所公布的顯著數(shù)字的數(shù)目并且通過應(yīng)用普通的四舍五入技術(shù)得到解釋。
[0028]此外，本文所列舉的任何數(shù)值范圍旨在包括包含在其中的所有子范圍。例如，范圍“1至10”旨在包括所列舉的最小值1和所列舉的最大值10之間(并且包括它們)的所有子范圍，即具有的最小值等于或大于1和最大值等于或小于10。本文中所列舉的任何最大數(shù)值限度旨在包括包含在其中的所有更低數(shù)值限度，本文中所列舉的任何最小數(shù)值限度旨在包括包含在其中的所有更高數(shù)值限度。因此，申請人保留修改本公開包括權(quán)利要求書的權(quán)利，以明確列出在本文中明確列舉的范圍內(nèi)的任何子范圍。所有這樣的范圍旨在在本文中被固有地公開，使得修改明確列出任何這樣的子范圍將充分符合說明書要求。
[0029]如本文所用，語法冠詞“一”、“一個”以及“特指的那個”意在包括“至少一個”或“一個或多個”，除非另有說明。因此，這些冠詞在本文中用于指一個或一個以上(即至少一個)該冠詞的語法對象。例如，“一個部件”是指一個或多個部件，因此可能的話，一個以上的部件被考慮并且可以用于實(shí)現(xiàn)所描述的實(shí)施例。
[0030]被說成通過引用并入本文的任何專利、出版物或其他公開材料全部地或部分地以其整體并入本文，但程度僅限于并入的材料不與現(xiàn)有的定義、陳述或在本公開中明確規(guī)定的其他公開材料相沖突。因此，在必要的程度上，如本文所述的公開內(nèi)容取代通過引用并入本文的任何沖突材料。被說成通過引用并入本文但與現(xiàn)有的定義、陳述或在本文所闡述的其他公開材料相沖突的任何材料或其部分僅在所并入的材料與現(xiàn)有的公開材料之間沒有沖突的程度上被并入。
[0031]本公開內(nèi)容包括各個實(shí)施例的描述，包括實(shí)施例的各種不同的特點(diǎn)、方面和特征。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所述的所有實(shí)施例是示例性的、說明性的以及非限制性的。因此，本發(fā)明并不受限于各種示例性、說明性以及非限制性實(shí)施例的描述。相反，本發(fā)明僅由權(quán)利要求書限定，其可被修改成列舉明確或固有地描述在本公開中或者由本公開以其他方式明確或固有地支持的任何特點(diǎn)、方面和特征。
[0032]此外，本文中所呈現(xiàn)的附圖代表本公開的非限制性實(shí)施例。這些附圖未按比例繪制，僅被提供用于幫助理解各個實(shí)施例，不應(yīng)被解釋為限制本公開的范圍。
[0033]本文所述的實(shí)施例總體涉及用于從流體諸如液體(例如水)或氣體(例如空氣)中除去污染物的裝置。本文所述的實(shí)施例還可以用于其它流體。例如，待純