过滤元件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于交叉流过滤和死端过滤的过滤元件，该过滤元件可以以合理的成本制造并且能够适应各种过滤应用；该过滤元件包括：具有非滤液侧和滤液侧的多孔片材，所述片材被布置在沿纵向方向延伸的多个褶皱中，每个褶皱具有第一壁部和第二壁部，所述第一壁部和第二壁部在垂直于所述纵向方向的方向上从所述褶皱的开口的第一端延伸到封闭的第二端，所述第一壁部和第二壁部彼此间隔开；以及沿所述褶皱的纵向方向延伸的非滤液流体供给装置，其中所述流体供给装置与每个褶皱的第一端或第二端大致沿所述褶皱的整个长度流体连通，所述流体供给装置设置有开口，所述开口被设计成在大致与所述褶皱的纵向方向垂直的方向上提供从供给装置进入所述褶皱的流体流动。
【专利说明】过滤元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种过滤元件以及包括这种过滤元件的过滤系统。
[0002]具体地，本发明涉及一种包括多孔性片材的过滤元件，该片材是用于在所谓的死端过滤或交叉流过滤步骤中分离出流体(在下文中称为非滤液)的一种或多种组分。
【背景技术】
[0003]包括采用深度型过滤材料形式的褶状多孔片材的过滤元件在死端过滤领域被大量使用。W000 / 40319A1公开了死端过滤过滤元件，该过滤元件包括在所谓改进型W形褶皱构造中的各种类型的褶状过滤器片形介质，从而实现与所谓螺旋型褶状过滤元件相比的高密度过滤介质。过滤介质可以属于深度型过滤器或过滤膜类型。
[0004]包括许多中空纤维作为膜材料的过滤元件，在交叉流过滤领域被大量使用。
[0005]在用于交叉流过滤的其它现有技术过滤元件中，使用采用薄片形态的多孔膜材料。通常，在过滤箱中以平面构型组装有多个膜片。
[0006]用于交叉流过滤的、包括波纹状或褶状多孔膜片材的过滤元件例如公开于W02005 / 094963A1和 W02007 / 038542A2 中。
[0007]膜的污染是一个已由现有技术中的各种方法中得到解决的重要方面。穿过膜和沿非滤液流体流道的压降以及在整个膜上的均匀过滤条件是需考虑的另一重要方面。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供用于交叉流过滤或死端过滤的过滤元件；该过滤元件可以合理的成本制造并且与现有技术相比其优势在于它能够在无需过分努力的情况下适应各种过滤应用的问题。
[0009]根据本发明的一个方面，过滤元件被设计成用于食品和饮料生产领域。
[0010]根据本发明的其它方面，过滤元件可被设计成应用于药学和生物技术应用中的流体处理领域、以及燃料和化学品的处理。
[0011]本发明的目的是通过如权利要求1所述的过滤元件而得以实现。
[0012]根据本发明的过滤元件可被设计成用作死端过滤或交叉流过滤的过滤元件。
[0013]在过滤元件设计成用于交叉流过滤的情况下、甚至当它未被明确指明的情况下，本说明书和权利要求中所使用的术语“滤液”同样地应被理解成滤液/渗透液。
[0014]通常，褶皱的纵向方向平行于过滤元件的轴向方向。
[0015]本发明过滤元件的非滤液流体供给装置沿褶皱的整个长度与各褶皱的第一端或第二端流体连通，并且在垂直于褶皱纵向方向的方向上以增加的均匀性使非滤液流体流入褶皱中。
[0016]有利地，本发明过滤元件可被设计成能够严格控制过滤条件并且能够容易地适应许多应用的要求。本发明过滤元件可容易地被设计以显示非滤液的均匀流体流动，以及特别是沿非滤液流体流道长度的十分均匀的穿过片材的受控制的压降。[0017]本发明过滤元件非常适合于单次通过的交叉流过滤。在多级单次通过的过滤中，过滤元件可以适应于前面级中的增加的滞留液(用作后面级中的非滤液)粘度。
[0018]本发明过滤元件可以提供与中空纤维膜过滤元件大致相同的单位体积片材表面积。然而，有利地，本发明过滤元件显示显著较低的压降、更均匀的流体流动、降低的污染倾向、和更长的使用寿命。
[0019]本发明的详细描述
[0020]在许多情况下，本发明过滤元件将被设计成交叉流过滤元件，然而，根据本发明的过滤元件也可以被设计成死端过滤装置。
[0021]用于提供多个褶皱的片材可以是选自深度型过滤材料或膜型过滤材料。在交叉流过滤的情况下，优选的是膜型过滤材料。
[0022]在下面的更详细说明中，重点将放在交叉流过滤元件上，然而本文所提供的细节、优点和其它说明在这种说明不涉及交叉流装置的具体特征(例如滞留液流道等的设计)的范围内也将适用于死端过滤装置。
[0023]根据本发明的过滤元件特别适用于交叉流过滤，因为与常规交叉流过滤装置相比用于非滤液的流体流道通常相对较短。
[0024]通常，这些褶皱将在垂直于它们的纵向方向(或者过滤元件的轴线)的方向上延伸，对应于大约50mm或以上的褶皱内部从褶皱一端到另一端的非滤液流体流道的长度。
[0025]在此垂直方向上流道长度的典型的优选上限约为500mm、更优选约为300mm、最优选约为200mm。
[0026]可以通过使根据本发明优选方面的片材成波纹状来提供这些褶皱。
[0027]然而，也可以通过沿片材条的平行边缘连接构成褶皱壁部第一端和/或第二端的片材的条而形成褶皱。
[0028]多孔性片材优选地选自柔性材料，但至少对于下述的一些实施例也可以使用刚性材料。
[0029]沿褶皱纵向方向延伸的流体供给装置可被设计成具有一个或多个具有相对较大横截面的通道，这些通道提供进入褶皱的非滤液流体的无阻碍进料。
[0030]非滤液供给装置可包括中央进料通道，该中央进料通道将非滤液供给入单独褶皱中。在替代的实施例中，过滤元件的非滤液供给装置可包括若干进料通道，这些进料通道用于将非滤液提供入单独褶皱中。
[0031]两种类型的供给装置可具有进料通道，该进料通道被设计成具有从过滤元件进料侦_其相对端减小的横截面积，该相对侧通常将被闭合。
[0032]过滤元件当被设计用于交叉流过滤时将进一步包括大致沿褶皱整个长度延伸的滞留液接收装置。所述接收装置同样地大致沿褶皱整个长度设置有开口，这些开口是用于在褶皱一端处在大致垂直于褶皱纵向方向的方向上接收来自褶皱的滞留液。
[0033]滞留液接收装置优选地包括一个或数个通道，这些通道具有从其封闭端到排出来自过滤元件的所述滞留液的端部增大的横截面积。
[0034]在特定的死端过滤应用中可提供额外的非滤液装置；该装置的结构如果不与滞留液接收装置相同则可以与之相似。然后，过滤元件的褶皱将在它们的第一端和第二端处接收非滤液。[0035]通常，将多个褶皱以彼此间为预定的优选规则的距离周向地布置在过滤元件中心轴线的周围，任选地褶皱开口端的位置比褶皱封闭端更接近中心轴线。术语开口端是指这样的部分，在该部分处褶皱壁部的非滤液表面相互间隔开，而壁部的非滤液表面在封闭端处则相互接触。在许多实施例中，褶皱的开口端将位于过滤元件的内部。
[0036]在一些实施例中，褶皱的开口端可位于外周处，并且褶皱的封闭端指向过滤元件的中心轴线。
[0037]可将非滤液流体提供入过滤元件褶皱的开口端和/或封闭端。
[0038]根据优选实施例的过滤元件包括在大致平直方向上径向延伸的褶皱。
[0039]根据另一个优选实施例，过滤元件的褶皱在与径向方向倾斜的方向上延伸，并且更优选地具有弯曲或弧形横截面形状，通常称为螺旋褶皱。弯曲褶皱中的流动特性与平直构造相比的优势在于，褶皱通道中的流体流动引起所谓的Dean漩涡，该漩涡防止对片材非滤液表面的污染。当使用膜型片材时，这是特别重要的。
[0040]结构元件
[0041 ] 优选地，根据本发明的过滤元件包括结构元件，这些结构元件在多孔性片材的非滤液侧处位于褶皱内部。这些结构元件引导流体流沿褶皱的第一和第二壁部从一端流动到
另一端。
[0042]优选地，这些结构元件不遮蔽片材的大部分的上游或者非滤液表面。因此，这些结构元件优选地被设计成将片材与结构元件的接触面积限制到最小。
[0043]通常，所述结构元件可以是整体结构或者包括两个或两个以上的单独部件。
[0044]根据本发明的一个方面，这些结构元件可用于将褶皱的壁部之间的空间划分成非滤液流道、以及反向的非滤液流道或滞留液流道。于是，非滤液流道的长度总计大致是双长度，即大约IOOmm或以上。然后,优选地,这种长度的上限约为1000mm、更优选约为600mm、最优选约为400mm。
[0045]根据本发明的另一优选方面，这些结构元件在大致垂直于褶皱纵向方向的方向上弓I导非滤液的流体流动。
[0046]优选地，这些结构元件在垂直于褶皱纵向方向的方向上在褶皱内形成多条平行通道。由此能够非常好地控制非滤液流体在褶皱内的流动。
[0047]优选的是，结构元件在褶皱内大致地从其第一端延伸到其第二端，由此控制并引导非滤液从褶皱一端向其另一端的流体流动。
[0048]延伸的(例如壁状或片状)结构的结构元件可用于提供跟随结构元件第一表面的非滤液的流体流道，例如从褶皱的开口端到其封闭端，在封闭端可使流体流动发生偏转，然后在返回到其开口端的方向上沿结构元件的相反表面或第二表面流动。
[0049]延伸结构的结构元件可设置有多个平行的突起物，这些突起物构成在垂直于褶皱纵向方向的方向上延伸的多条平行通道。
[0050]根据本发明的另一方面，结构元件可大致由多个杆组成，例如尖状物或肋，这些杆从平行的共同的纵向构件延伸并且在褶皱内形成非滤液流体流动的通道，这些褶皱被多孔片材的第一和第二壁部限制在其两个相对侧上。
[0051]结构元件可以是整体结构，或者包括容纳在一个褶皱内的两个或两个以上的部件。[0052]根据本发明的又一方面，结构元件可包括滤液或渗透液收集空间，其它片材将该空间与非滤液通道分隔开。根据一个变型形式，滤液/渗透液收集空间与形成褶皱的片材的两个壁部的滤液/渗透液侧直接流体连通。在一个替代变型形式中，结构元件包括支撑多孔性片材并且提供滤液/渗透液收集空间的流体透过材料的单独部件。
[0053]滤液/渗透液收集空间可在结构元件的单独部件内形成或者有助于形成大致沿褶皱整个长度延伸的供滤液/渗透液排出通道。
[0054]此外，结构元件可由结构的流体透过材料构成，从而允许结构元件与其它量片材的对准。
[0055]引导非滤液从一端到另一端的、设置在褶皱内的平行通道可形成为沿流体流道横截面增大,从而应对通道内的流体压力稳定降低。
[0056]在本发明的典型实施例中，结构元件是与片材分开的部分。
[0057]结构元件可附接到支撑体。结构元件与支撑体可例如通过注射成型形成为整体元件。
[0058]作为替代形式，支撑体可包括中央管状元件，在单独的步骤中结构元件可附接到该中央管状元件。
[0059]根据另一个替代形式，结构元件可在无中间支撑结构的情况下彼此直接地附接。
[0060]根据另一个替代形式，结构元件形成为单独的部分并且在成品过滤元件中保持就位，与过滤元件的其它部件配合，例如在过滤元件外周处的下述排放元件和/或包裹构件。
[0061]流体流动
[0062]与现有技术的教导相反，本发明引导流体流在大致垂直于褶皱纵向方向(或者过滤元件的轴线)的方向上在单独褶皱内的流动。当过滤系统中使用该过滤元件时，将褶皱的前面和端面闭合。通常，过滤元件通过密封过滤元件端面的端盖互补而形成过滤模块。
[0063]优选地，过滤元件包括在片材的非滤液侧位于褶皱内的结构元件，该结构元件更优选地构造成与在过滤元件的纵向方向和垂直方向上与褶皱的壁大致共延。
[0064]位于褶皱内的结构元件优选地限定了从褶皱一端延伸到其另一端的流体流道。
[0065]如前所述，流体流道优选地具有约为500mm或以下、更优选约为300mm或以下、特别是约为200mm或以下的从褶皱一端到其另一端的长度。在相同的食品应用中，大约500mm或以上的路径长度可能是合适的。在非滤液的情况下，褶皱内的流体流反向而为大约前述值的两倍。
[0066]根据一种类型的过滤元件，褶皱内的非滤液的流体流通从褶皱的开口端延伸到封闭端，在该非彼端处其流动方向反向成到褶皱的开口端的方向，在该开口端处非滤液任选地以滞留液的形式离开褶皱。于是，所述结构元件属于壁或片状类型并且在各褶皱内在两个相反方向上分离非滤液的流动。
[0067]根据另一类型的本发明过滤元件，将非滤液提供给褶皱的开口端，并且在褶皱的封闭端处收集滞留液。
[0068]根据又一类型的本发明过滤元件，将非滤液提供给褶皱的封闭端，并且从褶皱的开口端收集滞留液。
[0069]如前所述，在死端过滤应用中，可容易地使用设计用于交叉流过滤的、包括滞留液接收装置的过滤元件，最终有一些小的修改。滞留液接收装置的部件可用作额外的非滤液供给装置。然后，在褶皱的两端处单独地接收非滤液，该非滤液在相反的方向(仍然垂直于褶皱的纵向方向)上流动且在褶皱内汇合，例如在褶皱的一半长度处。
[0070]褶皱的几何形状
[0071]根据本发明的第一方面，以大致平行的方式布置褶皱的壁部。此构造需要片材的弧形部，该弧形部形成具有相对较小半径的褶皱封闭端。在非滤液包含颗粒物的情况下，可观察到明显的磨损作用。因此，通常在褶皱封闭端的片材受到保护或者遮蔽，特别是在非滤液的流体流动在褶皱的封闭端处在其方向上发生反转的情况下。
[0072]在根据本发明另一方面的过滤元件中，与在褶皱的开口端处相比，在褶皱的封闭端处褶皱的壁彼此之间具有更大的距离。因此，形成褶皱封闭端的片材的弧形部可以具有较大的半径。
[0073]多孔片材
[0074]根据本发明的过滤元件中所使用的多孔性片材可以选自膜片材或者深度型过滤器片材。
[0075]合适的深度型过滤材料具有从大约0.1 μ m至大约100 μ m、更优选大约0.1至大约
10μ m范围内的孔隙率。
[0076]通常，多孔膜片材将选自适用于微滤、超滤和纳米过滤的膜。这些膜优选地是基于聚合物的膜，该聚合物有利地选自聚烯烃，例如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PS)和聚醚砜(PES)。
[0077]其它优选的膜可由基于无机材料的材料(例如金属)制成。
[0078]微滤膜的典型例子具有在大约0.Ιμ--至大约10 μ m范围内的孔径。
[0079]超滤膜优选地具有在0.005 μ m至大约0.1 μ m范围内的孔径。通常，将超滤膜用于分离分子量在大约0.5千道尔顿至大约150千道尔顿范围内的分子。
[0080]典型的用于纳米过滤的膜具有在大约0.001 μ m至大约0.01 μ m范围内的孔径。
[0081]排放元件
[0082]根据本发明的过滤元件优选地包括布置在片材的滤液或渗透液侧的排放元件。该排放元件是流体透过结构并且优选地将多孔性片材支撑在其滤液/渗透液表面上。
[0083]有利地，排放元件被设计成在接收来自供给装置的非滤液的褶皱的端部提供较高的针对滤液/渗透液的流体流动阻力，并且在褶皱的流体流道的另一端提供较低的针对滤液/渗透液的流体流动阻力。
[0084]排放元件放置在相邻的褶皱之间，并且使过滤元件的总体构造稳定化。
[0085]过滤系统
[0086]根据本发明的过滤元件可以单独地或者成组地容纳于过滤系统的壳体中；该壳体包括:与非滤液供给装置流体连通的用于非滤液的进口，与多孔膜片材的滤液/渗透液侧流体连通的滤液或渗透液出口，以及任选的与滞留液接收装置流体连通的滞留液出口。
[0087]在某些过滤模块中，非滤液进口被设置在壳体的一端处，滞留液出口被设置在壳体的相对端处。
[0088]根据另一类型的过滤系统，非滤液进口和滞留液出口被设置在壳体的相同端。
【专利附图】
【附图说明】[0089]图1A是根据本发明的过滤元件的第一实施例的包括过滤模块的过滤系统。
[0090]图1B是图1A的过滤系统的过滤模块。
[0091]图2是图1A的过滤元件的透视图。
[0092]图3是图2的过滤元件的支撑体。
[0093]图4A是沿线IVA-1VA的图2的过滤模块的过滤元件的局部截面图。
[0094]图4B、4C和4D分别是图4A中所示的沿直线IVB-1VB和IVC-1VC的过滤元件的一部分及其修改的横截面。
[0095]图5是根据本发明的过滤元件的第二实施例的详细截面图。
[0096]图6是对各种类型过滤元件的压降与交叉流速进行比较的图。
[0097]图7是根据本发明的过滤元件的第三实施例的详细截面图。
[0098]图8是本发明过滤元件的第三实施例的支撑体。
[0099]图9是根据第三实施例的、包括具有过滤元件的模块过滤器系统的局部截面图。
[0100]图10是本发明的修改的第三实施例的过滤元件的支撑体的一部分。
[0101]图11是本发明的修改的第三实施例的过滤元件的一部分的透视图，该过滤元件包括类似于图10的支撑体。
[0102]图12是包括图11的过滤元件的过滤器系统。
[0103]图13是包括类似于第一实施例的过滤元件的过滤器系统。
[0104]图14是根据本发明第四实施例的、具有过滤元件的过滤器系统的局部截面图。
[0105]图15是包括本发明过滤元件的第四实施例的变型形式的过滤器系统的局部截面图。
[0106]图16是包括类似于第四实施例的过滤元件的过滤系统。
[0107]图17是根据本发明第五实施例的、包括过滤元件的过滤系统的截面图。
[0108]图18是沿图17的过滤系统的纵向方向的局部截面图。
[0109]图19是包括本发明过滤元件的第六实施例的过滤器系统的局部截面图。
[0110]图20是包括本发明过滤元件的第七实施例的过滤系统的局部截面图。
[0111]图21A是包括本发明过滤元件的第八实施例的过滤系统的局部截面图。
[0112]图21B是用于图21A的过滤元件的结构性插入物。
[0113]图22A是包括本发明过滤元件的第九实施例的过滤系统的局部截面图。
[0114]图22B是图22A的过滤元件中所使用的结构性插入物。
[0115]图23是多级单次通过的过滤系统。
【具体实施方式】
[0116]本发明可应用于许多种过滤元件。下面将参照附图来描述设计用于交叉流过滤的一些典型实施例。本领域技术人员可容易地了解如何通过修改这些实施例而应用于死端过滤应用。
[0117]尽管下面所描述的实施例通常将包括作为片材的多孔膜，但可容易地理解的是在不背离本发明精神且最小调整的情况下，片材可采用深层过滤片材的形式。
[0118]图1A示出了在圆柱形壳体14中的根据本发明第一实施例的容纳过滤元件12的过滤系统10的视图。[0119]下面将结合图2至图4更详细地描述过滤元件12。
[0120]壳体14包括两个端部16、18和圆柱形壁部20。端部16、18在其轴向相对端以流体密封方式附接到圆柱形壁部20。在壳体14的轴向相对端，端部16和18分别提供非滤液进口 22和滞留液出口 24。此外，端部16、18中的每个分别在其外周壁部处提供滤液/渗透液出口开口 26和27。
[0121]过滤元件12通常在其相对的端面上设置有端盖28、29，而过滤元件12的周向表面则被流体透过包裹构件31所覆盖。
[0122]在下面对本发明具体实施例的描述中，具有端盖以及任选地具有包裹构件的过滤元件也将称为过滤模块。
[0123]过滤元件12在一端经由端盖28连接到壳体14的非滤液进口并且在轴向相对端经由端盖29连接到滞留液出口 24。
[0124]图1B示出了在插入壳体14之前的过滤元件12，其设置有端盖28、29以及包裹构件31。流体透过包裹构件或笼31使过滤元件12的单独部件保持在一起并且将它们固定在预定的构造中，如将在下面描述的。
[0125]图2示出了过滤元件12的透视图。过滤元件12包括具有中央管状元件32的支撑体30，彼此等距地间隔的多个结构元件34从管状元件32在径向方向上延伸。管状元件32的前端36的中央部的功用是排出来自过滤元件12的滞留液并且可经由端盖29连接到壳体14的滞留液出口 24。在相对端处，管状元件32被穹顶形壁33 (参照图1)闭合。图3中示出了支撑体30的进一步细节。端盖29被设计成除了环形区域以外闭合相对侧面，在该环形区域中设置有用于将非滤液进给到过滤元件12的各个褶皱42中的通道39。
[0126]当把过滤元件组成过滤模块时，除了中央管状元件32的横截面区域以外，端盖29以流体密封方式闭合过滤元件12的此前端36。
[0127]过滤元件12包括形成为多个褶皱42的片材40，每个褶皱42容纳一个壁状的结构元件34，该结构元件34被设计成与褶皱42共延。每个褶皱内的空间被划分成在褶皱的封闭端彼此流体连通的两部分。片材40的褶皱42 (即它们的壁部)以片材的非滤液面与结构元件34的两个表面接触。在片材40的相对侧，在下文中也称为滤液/渗透液或滤液侧，该片材被排放元件44支撑，该排放元件从过滤元件12的外周表面径向地延伸入在两个相邻褶皱42之间的间隙中。
[0128]为了完全地将褶皱42的片材40支撑在其渗透液或滤液侧上，排放元件44具有大致呈楔形的横截面。排放元件44被设计成具有两个网格状结构的壁部46、47的空心构件，在这两个网格状结构之间形成具有三角形横截面的通道48。排放元件44特别是它们的壁部46、47是由刚性材料制成，从而确保独立于穿过片材40的压降而将片材40支撑在其滤液/渗透液侧上。
[0129]通道48经由壁部46、47中的大量开口与片材的滤液/渗透液侧流体连通。在过滤元件12的外周除，有利地利用网格状结构元件50将排放元件44的两个壁部46、47之间的间隙桥接，网格状结构元件50允许滤液/渗透液从通道48排出到过滤元件12的外周。网格状结构元件50可以与两个壁部46、47 —起形成为整体构件。
[0130]如图2中的本发明过滤元件12的实施例的情况，排放元件44的外周部，例如网格状元件50或者壁部46、47，可以被设计成使得它们的纵向侧面52、53彼此邻接。此方式提供过滤元件12，其中其结构元件34的牢固固定布置对抗压力波动，特别是当利用笼构件31将过滤元件12的所有元件保持在一起时。
[0131]图3的透视图示出了具有在中心部周围的端面36的元件12的支撑体30，该中心部的多条通道39经由端盖28接收来自壳体12的非滤液进口的非滤液。可利用注射成型将支撑体30形成为整体元件。用于制造支撑体的合适材料包括但不限于:聚烯烃，例如聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF);聚砜(PS);聚醚砜(PES);聚酰胺(PA);聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET);聚甲醛(POM)。相同类型的聚合物材料适于制造排放元件44、笼31和端盖28、29。
[0132]结构元件34在它们的表面上优选地具有单个平行的纵向突起物54，这些突起物在垂直于支撑体30的轴向方向的方向上从与中央管状支撑元件32相邻的元件34的一端延伸至结构元件34的外周端。结构元件34将褶皱内的空间划分成两个半部，且另外划分成被突起物54分隔开的多条平行流体流道或通道。突起物54在其自由端是圆形的，从而使与片材40的接触面积最小化,因此将屏蔽效应减小到最小。
[0133]在两个相邻的纵向突起物54之间，流道或通道60、62形成于结构元件34的两个表面上，以提供沿构成褶皱42的片材40的壁部和结构元件34的表面的径向引导流体流。纵向突起物54的至少一部分延伸超过结构元件34的外端，由此在过滤元件12的外周在它们的封闭端处支撑片材(例如膜)的褶皱，并且允许流体流分别在结构元件34的所述外周端处和褶皱42的封闭端处发生偏转，并且流动方向被改变到流向与中央管状元件32和褶皱42的开口端相邻的结构元件34的一端。
[0134]管状元件32包括多个开口 56，这些开口从管状元件32的内部58延伸到构元件34的一侧，并且提供从通道62到形成于支撑体30的管状支撑元件32内的中央通道(内部58)的用于作为滞留液的非过滤流体的排出开口。
[0135]因此，如图4A中所示，在典型的用于交叉流过滤的过滤元件中，结构元件34的一侧上的通道60接收来自在管状支撑元件32的外周表面上在过滤元件12的轴向方向上延伸的通道39的非滤液，然后相对于褶皱的外周(闭合)端以及过滤元件12的结构元件34径向地向外引导流体的流动，在该处流体流被偏转并且改变方向而流入结构元件34的通道62并且流到中央管状支撑元件32。非滤液在通道的与中央管状支撑物32相邻的端部处经过开口 56离开通道62，而作为滞留液流簾管状支撑元件32的内部58。
[0136]图4B和图4C示出了排放元件44的结构元件34、片材(例如，膜)40、和壁部46、47的两个横截面。虽然，图4B的横截面是在结构元件34的外周端处在线IVB-1VB处所截取，但图4C的横截面表示在其内端处的结构元件34的几何形状，即在线IVC-1VC处与支撑构件30的中央管状元件38相邻。
[0137]如从图4B和图4C的两个横截面的比较中可见,通道60和62的横截面积随着非滤液流体流道的长度而变化。在非滤液进入片材40的褶皱的情况下，即在与分配通道39相邻的通道60的内端处，通道60和62的横截面积是最小的。
[0138]当沿着通道60在指向其外周端的方向上行进时，流体压力略微下降。为了将流体压力保持在大致恒定，增大通道60的横截面。在过滤元件12的外周(在此使流体流动反向并将其引导入通道62)处，流体流道的横截面积增加到中间尺寸。通道62的横截面从外周端向其内端增大，因为也在此部分的流体流道中非滤液的流体压力将会减小。[0139]通过改变通道60、62的横截面积，可以沿褶皱42内的整个流体流道获得大致均匀的压力条件。这是沿褶皱42内非滤液的整个流道获得大致均匀的过滤/渗透操作的基础。
[0140]为了进一步提高沿褶皱42内的流体流道的过滤/渗透的均匀性，排放元件44提供改进的沿流道的对滤液/渗透液的流动阻力。图4C示意性地示出了排放元件44的壁46中的相对较大直径的开口 64，而壁47的开口 66具有较小直径。设置在排放元件44的壁46,47中的开口 68、70具有大致相同的直径，因为它们的沿非滤液流道的位置大致相同，即靠近使非滤液的流体流动发生反向的点(图4B)。
[0141]通道60、62的通道横截面以及开口 64、66、68和70的尺寸并不标上刻度并且图4B至图4D的图示应被理解成仅仅是示意性的性质。
[0142]通过调整排放元件44对滤液/渗透液的流动阻力，可以沿非滤液的整个流体流道将穿过片材40的压降维持在大致相同水平。这再次改善了过滤/渗透特性。
[0143]图4D示出了替代的结构元件80。图4D的横截面沿流体流道的位置对应于图4B中所示横截面的位置。在结构元件80的两侧上，由纵向突起物86形成通道82、84。突起物86的自由端被倒圆从而使片材表面的遮蔽最小化。通道82、84的横截面的形态与通道60,62的横截面的不同之处在于提供U形形状而不是矩形形状。通道82、84的这种改变的横截面形状可以进一步改善过滤元件12的过滤/渗透性能。
[0144]图5示出了根据本发明第二实施例的过滤元件100的局部截面图。与上述参照图1至图4的第一实施例相比,过滤元件100包括具有结构元件104的支撑体102。结构元件104的横截面为楔形并且在指向它们的外周端部105的方向上延伸。优选地，结构元件的表面将设置有平行的纵向突起物(未图示)，这些突起物对应于上述结构元件34的突起物54。这种楔形横截面提供非滤液的流体流道，在流动方向的反向点处该流体流道避免突然弯曲以及当非滤液包含颗粒物时产生过量的磨损力。非滤液作为滞留液经由通道114离开褶皱而流入形成滞留液接收装置的一部分的过滤元件的中央空间116。
[0145]此外，楔形的结构元件104可被设计成使得两个相邻褶皱的片材的部分106、108以小角度布置或者大致平行地布置。设置在片材的滤液/渗透液侧的排放元件可以被设计成柔性的渗透膜110，可以在形成褶皱之前将该渗透膜110设置在片材上。然后，排放元件110填充两个相邻褶皱之间的间隙。两个相邻褶皱之间单层的膜可以足以严格控制压降。
[0146]然而，排放元件110可设置有尺寸变化的、用于接收滤液/渗透液的开口，从而沿非滤液的流道将穿过片材的压差维持大致均匀。
[0147]在外周处，可以插入与结构元件104的端部105相邻的其它楔形排放部112，从而也将片材支撑在这些区域。排放元件110和楔形的排放部112可被设计成如图5中所示的
整体结构。
[0148]图6示出了两种现有技术过滤元件以及根据本发明第一和第二实施例的过滤元件的压降[bar]相对于流速[m / s]的比较数据的图示。
[0149]菱形符号“?”代表第一类型的内径为1.5mm的空心膜纤维的过滤元件。正方形符号“□”代表具有1.5mm纤维内径的第二空心纤维膜过滤元件的数据。
[0150]圆形符号“〇”代表当通道具有1.5mm的均匀深度并且在流体流的反向点处宽度d为3_时根据图4A的本发明 过滤元件的第一实施例的过滤元件的数据。
[0151]加号“ + ”代表根据图5的第二实施例的过滤元件的数据，通道的深度a2均匀地为1.5mm。
[0152]图6中测试和示出的本发明过滤元件包括孔隙率约为0.45 μ m的聚醚砜膜。
[0153]不仅提供用于显著较低压降的本发明过滤元件，而且例如就通道横截面而言，过滤元件还容易地进一步适应于沿过滤元件内的流道的非滤液流体的粘度变化。
[0154]图7示出了根据本发明第三实施例的过滤元件150的局部截面图。与上述参照图2至图4的第一实施例相比,过滤元件150包括具有结构元件154的支撑体152,结构元件154不在径向方向上从过滤兀件150的中央管153大致平直地延伸,但被相对于径向方向倾斜地布置并且额外具有弯曲构造。根据本发明过滤元件150的第三实施例，可被容纳在给定直径的过滤元件中的片材156的表面积可以显著增加。
[0155]如果将给定直径的第一实施例的过滤元件的片材表面积设定为100%，那么第三实施例的表面积折合为大约135%。
[0156]弯曲结构元件154的结构可被设计成使得类似于第二实施例，排放元件158无需是刚性的，但可以选自柔性膜。此外，如果沿非滤液的流体流道的压力控制较不重要，那么一层排放材料可能是足够的。
[0157]在褶皱的端部160处，在其非滤液表面上片材156被流体流偏转元件162保护。当非滤液包含颗粒物时这是特别重要的，颗粒物可以容易地导致在端部(其中滤液的流速是特别高)对片材的磨损。
[0158]此类型的偏转元件也可适用于图1至图4的过滤元件，而在图5的第二实施例中，由于在端部明显较大的流体流动半径，因而发生磨损的危险显著较低。
[0159]图8示出了根据本发明第三实施例的本发明过滤元件150的支撑体180的透视图。
[0160]与上述参考图1至图4的第一实施例相比，图8的第三实施例的支撑体180不是制造成整体结构，而是由单独的中央管状元件182和多个单独的结构元件184所构成。
[0161]图7的第二实施例的支撑体可以制造成整体结构，如同第一实施例，或者具有中央管状元件和单个单独结构元件，类似于第二实施例，或者根据结合下面的图10至图12所描述的第三实施例。
[0162]为了使支撑体180的细装变得简单，中央管状元件182包括多个纵向槽186，每个槽186优选地以形态配合而容纳结构元件184的最内的端部188。纵向槽186在中央管状元件182的一个端部190处是开放的，并且在与相对端192相邻处闭合。
[0163]中央管状元件182包括壁部194，该壁部194闭合端部190并且在此端部190使管状元件182的带槽结构稳定化。同时，壁部194用来将流入的非滤液分配入设置在过滤元件的纵向方向上与管状元件182相邻并且在两个相邻的结构元件184之间的多个通道196，如箭头示意性地表示。
[0164]支撑体180可容纳片材和排放层，如结合图7所描述，从而形成过滤元件。
[0165]图9中示出了包括根据图8的概念而设置的本发明过滤元件202的过滤模块200的局部横截面。过滤模块200包括容纳过滤元件202的壳体204。
[0166]将来自非滤液分配通道196的非滤液提供入各个褶皱的非滤液通道198、199。在结构元件184的外周端处，非滤液的流体流动发生反向并且非滤液在通道199内在相反方向上流动到管状元件182。在管状元件182处，非滤液被连接到通向空间210的端口 208的排出开口 206所接收，该空间210处于形成滞留液出口通道的管状元件180内部。
[0167]在使非滤液流体流动发生偏转的通道198的最外端处，优选地通过使元件212发生偏转而防止片材与非滤液直接接触，元件212显著地减小包含在非滤液中的颗粒物对片材213的磨损。
[0168]在壳体204内部，过滤元件202被渗透液或滤液空间214包围，空间214收集来自各个褶皱和排放层215的滤液/渗透液，以便经过滤液/渗透液出口(未图示)而排出。
[0169]在其外周表面处，过滤元件202包括笼型夹紧元件218，夹紧元件218在预定的方向上将片材213、排放层215和结构元件184保持在一起。
[0170]图10示出了替代的支撑体220的第一变型形式的一部分，支撑体220用于由多个结构元件222所制成的过滤元件202，结构元件222被设计成在它们的最内端处具有形状配合部224。当已将具有形状配合部224的结构元件222组装而形成完整的支撑体220时，各形状配合部224共同形成管状中央结构，该管状中央结构的功能对应于图8和图9的过滤元件202的管状元件182。在与形状配合部224相邻的结构元件222的壁部之间形成通道226，该通道226用于将非滤液分配入褶皱。此外，这些壁部包括在支撑体220的中央结构的内部空间230处通到排出开口 232的小导管228，用作滞留液接收装置的一部分。在图10中所示的第一变型形式中，通道226的横截面积在沿支撑体220的轴向方向上保持恒定。另外，内部空间230的横截面积在沿支撑体的轴向方向上保持恒定。当把过滤元件容纳在具有构造在其相同端的非滤液进口和滞留液出口的壳体中时(如图13中所示)，这种变型形式是优选的。
[0171]图11和图12示出了过滤元件240的部分组装/截面图。包括支撑体220的第二变型形式的过滤元件240容纳于壳体242中，以形成完整的过滤模块244。
[0172]在两个相邻的结构元件222之间，在与形状配合部224相邻的位置处形成非滤液分配通道226。构成非滤液分配通道226的壁部包括多个径向延伸的导管228，该导管228将中央结构的内部空间230与排出开口 232流体连接，以将来自褶皱内的流道端部的作为滞留液的非滤液传输入形成滞留液排出通道的空间230中。
[0173]在具有纵向突起物234的两侧上设置有结构元件222，纵向突起物234形成通道236、238，通道236、238引导非滤液的流体流从中央结构的分配通道226进入褶皱254，流动到其外周端256并返回至中央结构，在中央结构处剩余的非滤液以滞留液的形式被排出开口接收，该滞留液经过导管228被排入中央空间230中。
[0174]结构元件222可由刚性材料制成。引导流体流在褶皱内沿片材256流动的通道236、238可形成有增加的横截面积，如结合图4B和图4C所描述的。在片材256的滤液/渗透液侧，设置有支撑排放层258。
[0175]非滤液分配通道226的横截面积沿过滤元件的支撑体220的第二变型形式的长度减小。中央滞留液通道230的横截面积沿支撑体220的第二变型形式的轴向方向增加，从而适应沿过滤元件长度从多个排出导管228所接收的滞留液的增加体积。然而，在褶皱254内的流体流道的长度在过滤元件的轴向长度上保持恒定，并且可以是例如大约300mm。
[0176]图12示出了作为过滤系统一部分的过滤模块244的局部截面图。壳体242在其轴向相对端处分别包括非滤液进口 248和滞留液出口 250。过滤模块244包括过滤元件240，并且在其两个端面处包括端盖256、258，这两个端盖分别将过滤元件240密封地连接到非滤液进口 248和滞留液出口 250。
[0177]从图11和图12中可以看到中央管状结构内的滞留液接收通道230的增大的直径、以及非滤液分配通道226的减小的横截面。此外，壳体在相对端处包括两个滤液/渗透液出口 252,2530
[0178]图13示出了具有包括类似于第一实施例的过滤元件272和壳体274的过滤模块的过滤系统270。
[0179]壳体274由大致沿过滤元件272的整个长度延伸的圆柱形壁276构成。在过滤系统270的一端处，壳体274被圆形板278闭合，圆形板278以流体密封方式连接到圆柱形壁276的一端。
[0180]在圆柱形壁276的沿轴向方向的相对端处，壳体274被接头元件280闭合，接头元件280包括非滤液进料进口管282以及滞留液收集和出口管284。非滤液进口管282使非滤液流入环形空间286中，非滤液从该环形空间进入过滤元件2 / 2的非滤液分配通道288。
[0181]滞留液排放管284终止于壳体274的中央位置，并且在这里连接到滞留液收集通道290，该通道290接收来自过滤元件272的各个褶皱的滞留液。
[0182]渗透过滤元件272的片材的滤液/渗透液被收集在过滤元件272的外周和壳体274的圆柱形壁276的内表面之间的环形空间292中。
[0183]圆柱形壁276设置有位于与圆柱形壁276的相对端相邻位置处的两个滤液/渗透液出口 294,2950
[0184]为了便于将过滤元件272容纳在壳体274内，过滤元件272设置有两个端盖296、298。端盖296是圆盘，该圆盘在其一面处完全地闭合过滤元件272。在过滤元件272的相对端面处，端盖298在各个褶皱300的环形区域中闭合过滤元件272并且提供开口 302，该开口 302用于接收来自圆形空间286的非滤液。开口 302与非滤液分配通道288直接流体连通。端盖298的中心部用来以流体密封方式容纳滞留液排放管284的端部并且提供与滞留液收集通道290的直接流体连通。
[0185]过滤元件272的总体结构可对应于结合图1至图4所描述的过滤元件，如前所述，或者可以属于不同类型，如结合图7和图12所描述的。
[0186]图13的在壳体274的相同端部处具有非滤液进口和滞留液出口的过滤系统270不使其自身具有减小的分配通道的横截面积和增加的滞留液通道横截面的前述特征，引导非滤液流体在褶皱内流动的通道的横截面积仍然可以有利地具有增大的横截面积，如结合图4Β和图4C所描述。
[0187]图14示出了包括本发明过滤元件的第四实施例的过滤系统的局部截面图。
[0188]过滤元件320包括支撑体322，该支撑体322具有中央圆柱形支撑元件324以及从中央管状支撑元件324径向延伸的多个结构元件326。
[0189]褶状片材330与结构元件326接触而且进一步通过排出构件332在相邻的结构元件326之间保持就位。
[0190]虽然结构元件326的横截面具有明显的楔形构造，但排出元件332具有两个几乎平行的相反面，这两个相反面将片材330支撑在两个相邻的结构元件326之间。实际上，通常在片材330与排出元件332之间没有间隙。[0191]与上述过滤元件相比，图14的过滤元件320包括结构元件326,该结构元件326在它们的外周端334处包括通道336，该通道336沿结构元件326整个长度延伸因此沿褶皱的整个长度延伸。通道336具有多个开口 338、339，这些开口提供与设置在每个结构元件326的相反面上的流道340、342的流体连通。
[0192]流道340和342可由在结构元件326表面上的纵向突出物形成，如结合前面的本发明过滤元件的前面的实施例所描述的。
[0193]非滤液流入支撑体322的中央管状元件324并且经过开口 344离开中央元件324，流体从开口 344进入片材330的褶皱。与上述实施例相比，非滤液沿结构元件326的相反表面的流体流从中央管状元件324在相同方向上径向地向外流动到在结构元件326的两个表面上的外周端334。在结构元件326的外端处，来自通道340和342的非滤液作为滞留液经由开口 338、339被接收入通道336，即非滤液流体流在其方向上不被反向。
[0194]当从中央管状元件324行进到滞留液接收通道336时，非滤液压力减小，因此流动通道340、342的横截面积可从径向最内部到终止于开口 338、339的通道端部而稳定地增加，从而通过提供较低的流体流动阻力而至少部分地应对压降。
[0195]另一方面，排放元件332在与内管状元件324相邻的部分处提供较高的针对滤液/渗透液的流体流动阻力，并且在其最外端处提供较低的流体流动阻力，从而沿通道340,342中的非滤液的整个流道而维持大致恒定的穿过片材330的压差。
[0196]滤液/渗透液从排放元件332的最外部被排入滤液/渗透液收集通道346、348中，从通道346、348中滤液/渗透液被收集在形成于过滤元件320和壳体的圆柱形壁352之间的环形滤液/渗透液收集空间350中(未详细图示)。圆柱形壁352包括滤液/渗透液出口 354，可经过该出口 354从过滤模块中抽吸出滤液/渗透液。
[0197]本发明该实施例的优点在于:从与支撑体322的中央管状元件324相邻的进料或配通道到滞留液排出通道336的非滤液的流体流道仅为大约一半，以便可以更严格地控制流体流动和穿过膜330的压降。
[0198]此外，如前所述，无需使非滤液的流体流动发生偏转而使得包含在非滤液中的颗粒物将不增加对片材330的磨损，片材330优选地在褶皱的外端处邻接在结构元件326的最外部334，因此防止受到最终包含在非滤液中的颗粒物的任何影响。
[0199]排放元件332可被设计成在过滤元件320的外周处彼此邻接，在该处排放元件332被带356保持在一起。
[0200]图15示出了包括图14中所示过滤元件的实施例的变型形式的过滤系统。过滤元件370包括支撑体372，该支撑体372主要仅由单独的楔形的结构元件374所构成。结构元件374不再附接到中央管状支撑元件，但被容纳在褶皱内并且被排放元件376保持在彼此间预定距离处，排放元件376支撑片材380，片材380以与结合图14中所述相同的方式布置在裙皱中。
[0201]用片材380作为衬里且被楔形排放元件376相互间隔的单独结构元件374的结构是被带或笼382所固定，带或笼382沿过滤元件370的外周表面延伸并且将排放元件376的各个部分与用片材380作为衬里的结构元件374保持在一起。此外，排放元件376可被设计成在过滤元件370的外周处彼此邻接。
[0202]非滤液的流体流动从过滤元件370的中心部384分配入在结构元件374的相反表面上的通道386、388，这些通道再次通常由从支撑元件374的最内部延伸到它们的外周端390的纵向突起物所形成。如图14的实施例中的情况，非滤液被分配入通道386、388并且仅在一个方向上流动，即从过滤元件370的内部中央空间384径向地向外沿通道386和388流到结构元件374的最外部390，在最外部390处设置有用于收集剩余的作为滞留液的非滤液的通道392。在这方面，通道392设置有开口 394、395，开口 394、395允许通道386和388与滞留液接收通道392的流体连通。
[0203]滤液/渗透液经由排放元件376收集并且径向地向外行进到采用环形空间400形式的滞留液收集空间，该环形空间是在壳体的壁部402 (未详细图示)和过滤元件370的外周之间，该外周在这里由箍带或笼形结构382所限定。
[0204]壁部402包括滤液/渗透液出口 404，滤液/渗透液可经过出口 404从过滤模块中被排放出。
[0205]与第一、第二和第三实施例的过滤元件相比，图14和图15的过滤元件在褶皱的最内端处均具有减小的其部件的横截面积。因此，与根据图1至图12中任一图的过滤元件相比褶皱的数量可增加大约12%。所提供的表面积与第一实施例的过滤元件相比折合大约105%，因为片材330、380的一部分被结构元件326、374的最外部334、390覆盖和遮蔽。
[0206]图16示出了过滤系统420，该过滤系统420包括位于壳体424内的过滤元件422。
[0207]壳体424由大致沿过滤元件422的整个长度延伸的圆柱形壁426所构成。在过滤系统420的一端处，壳体424被圆形板428闭合，板428以流体密封方式连接到圆柱形壁426的一端。
[0208]在圆柱形壁426的沿轴向方向的相对端处，壳体424被接头元件430闭合，接头元件430包括非滤液流入进口管432以及滞留液收集和出口管434。非滤液进口管432将非滤液排入中央管状空间436，该空间用作过滤元件422的非滤液分配通道。
[0209]滞留液排放管432终止于圆形滞留液收集空间438，该空间438流体连接到滞留液收集通道440，以接收来自过滤元件422的各个褶皱的滞留液。
[0210]透过过滤元件422的片材的滤液/渗透液被收集在位于过滤元件442的外周和圆柱形壁426的内表面之间的环形空间442中。
[0211]圆柱形壁426设置有与圆柱形壁426的相对端相邻的两个滤液/渗透液出口 444、445。
[0212]为了便于将过滤元件422容纳在标准壳体424内，过滤元件422在其相对端面处具有两个端盖446、448。端盖446是圆盘，该圆盘完全地闭合过滤元件422的一面。在过滤元件422的相对端面处，端盖448在各个褶皱450的环形区闭合过滤元件422的表面，并且提供用于将滞留液排入圆形空间438的开口 452。端盖448的中央部的作用是流体密封地容纳非滤液流入管432的端部，从而将流入管432连接到中央管状空间436。
[0213]过滤元件422的总体结构可对应于结合图15中所描述的过滤元件。
[0214]图17示出了根据第五实施例的包括本发明过滤元件的过滤系统的局部截面图。过滤元件500包括多个具有锲形横截面的结构元件502。
[0215]与上述本发明过滤元件的实施例相比，在过滤元件500中，被结构元件502所限定的非滤液通道从过滤元件500的外周延伸到其中心并且返回到外周。
[0216]排放元件504位于两个相邻的结构元件502之间，排放元件504从流体透过的共同中央管状支架506在径向方向向外延伸。流体透过的排放元件504在大致平行于两个相邻结构元件502的表面的位置中支撑片材(例如，膜)510。
[0217]结构元件502设置有在径向方向上延伸的纵向突出物，由此形成通道512、514。通道512径向地将非滤液流体流动从过滤元件500的外周引导至其中心，在该中心处流体流动发生偏转并且经由通道514将其流体流动方向改变到外周。
[0218]非滤液从环形空间516被提供至各个褶皱和通道512、514，环形空间形成于过滤元件500的外周处并且被过滤模块的壳体(未详细图示)的圆柱形壁518所限制。非滤液从环形空间516被分配入各褶皱的通道512中。经由通道514在流向过滤元件500的外周的方向上返回的非滤液被收集在滞留液接收通道520中，该通道520在过滤元件的外周附近在平行于其轴向方向的方向上延伸。
[0219]结构元件502在其外周部处具有侧面524、526，侧面524、526与相邻结构元件502的侧面524、526配合。此外，在结构元件502的外周表面528处，这些结构元件包括径向突出的间隔元件530，这些间隔元件530将过滤元件500保持与壳体518间隔一定距离，因而用作非滤液供给通道的环形空间516具有规则的开口截面。
[0220]透过片材510的滤液/渗透液被收集在流体透过的排放元件504中，滤液/渗透液从排放元件504离开过滤元件500的褶状结构而进入中央空间522，以收集来自过滤元件500的各个褶皱的滤液/渗透液。
[0221]在外周处，设置有箍带或笼532，该箍带或笼532邻接间隔元件530并且使过滤元件500的各个部件(即结构元件502、排放元件504与其中央支撑结构506和片材510)牢
固地保持在一起。
[0222]可在过滤模块500的一个端面处设置有非滤液进口，而滞留液通道520排出到位于过滤元件500另一面处的共同滞留液收集空间。壳体的单独出口收集来自过滤元件的中央空间522的滤液/渗透液。
[0223]这在图18中由更详细显示，图18示出了容纳过滤元件500的过滤模块540，如结合图17所描述。
[0224]过滤模块540包括壳体542，该壳体542具有圆柱形壁518以及两个圆盘状的密封元件544、546，密封元件544、546覆盖圆柱形壁518的轴向端部并且闭合圆柱形壁518的内部空间。
[0225]密封元件544包括用作非滤液进口的偏心端口 548，非滤液从该进口被提供入壳体542的内部环形空间516中。如图18中所示，非滤液流体流从环形空间516分配入过滤元件500的各个褶皱中，从其外周进入过滤模块，在该过滤模块处非滤液流体发生偏转并且返回至外周，在该外周处非滤液流体被滞留液接收通道520收集。
[0226]第二密封元件546覆盖圆柱形壁518的端面并且包括偏心出口 549，该偏心出口接收来自滞留液通道520的滞留液。
[0227]如图18中所示，将非滤液分配入各个褶皱的环形空间516可具有圆锥形状，使得远离进口 548的空间516的横截面积是最小的,而靠近进口 548的横截面积是最大的。
[0228]因此，由于将非滤液流体分配入过滤元件500的各个褶皱中，因此环形空间516的横截面积适合于在过滤模块运行期间所接收的较低量的非滤液流体。
[0229]相反，滞留液接收通道520从过滤模块500的非滤液流入端到过滤模块500的滞留液排出端具有增大的横截面积。
[0230]过滤元件的中央部限定了中央管状空间522，该空间522用于接收来自各个褶皱(即在相邻褶皱之间的排放元件)的滤液/渗透液，并且密封元件544、546可以同时具有或者其中仅一个具有用于排出滤液/渗透液的出口。在图18的实施例中，闭合结构544、546均具有用于收集在管状空间522中的滤液/渗透液的出口 552、553。
[0231]图19示出了包括本发明过滤元件560的第六实施例的过滤系统。过滤元件560具有与图15的过滤元件370紧密相关但流体流动是在相反方向上的其单独部件的设计。
[0232]过滤元件560包括设置在非滤液分配通道566的外周端564处的多个锲形结构元件562。开口 568、569允许非滤液离开分配通道566并且进入径向延伸的非滤液通道570、572，通道570、572从两者的表面上的结构元件562的外圆周端延伸到收集作为滞留液的非滤液的过滤元件560的中央管状空间574。
[0233]非滤液通道570、572以多孔性片材576作为衬里，流体透过的排放元件578将多孔性片材576支撑在其滤液/渗透液表面上。透过片材576的流体在排放元件578内部移动到过滤元件560的外周，在外周处流体被收集在滤液/渗透液通道580中并且排出到在过滤元件560的外周与壳体的壁584之间的环形空间582中。壁584包括滤液/渗透液出口 586，滤液/渗透液可经过这些出口从过滤模块中排出。
[0234]图20示出了本发明过滤元件600的第七实施例。过滤元件600具有类似于图15的过滤元件370的基本设计并且包括支撑体602，该支撑体602主要地仅由单独的锲形结构元件604构成。结构元件604不附接到中央管状支撑元件，但被容纳于片材610的褶皱内并且锲形排放元件606将结构元件604保持彼此间隔开预定距离，排放元件606还支撑片材 610。
[0235]单独的结构元件604以片材610作为衬里，并且被箍带或笼612所固定的排放元件606使结构元件相互间隔，箍带或笼612在过滤元件600的外周周围延伸并且使单独的部件即排放元件606与以片材610作为衬里的结构元件604保持在一起。
[0236]非滤液的流体流从过滤元件600的中央管状部被分配入在结构元件604的相反表面上的通道616、618，这些通道通常也由从支撑元件604最内部延伸到它们的外周端620的纵向突出物所构成。分配入通道616、618的非滤液仅在一个方向上流动，即从过元件600的内部中央空间614径向地向外沿通道616和618流到结构元件614的最外部620，在最外部620处设置有用于收集剩余的作为滞留液的非滤液的通道622。就此而言，通道622具有开口 624、625，这些开口允许通道616和618与滞留液接收通道622的流体连通。
[0237]滤液/渗透液经由流体透过的排放元件606收集，并且径向地向外行进到采用环形空间630形式的滤液/渗透液收集空间，该空间位于壳体的壁部632 (未详细图示)和过滤元件600的外周之间，这里该外周被箍带或笼形结构612所限定。壁部632包括滤液/渗透液出口 634，滤液/渗透液可经过该出口 634从过滤模块中排出。
[0238]除了图15中所示的这种结构以外，图20的过滤元件600包括可与片材610形成为整体的其它片材表面区域636、638。表面区域636、638从结构元件604的外周端620在径向方向上延伸入通道616、618之间的内部空间且相互间隔开，并且大致平行于褶皱的片材610。表面区域636、638在径向方向上延伸达例如结构元件长度的大约一半，由此将褶皱的片材表面积增大约50%。[0239]片材区域636、638与通道616、618直接接触并且允许滤液/渗透液通过进入在表面区域636、638之间的通道状空间640。为了收集来自在表面积636、638之间的空间640的滤液/渗透液，片材区域636、638优选地利用排放元件彼此间隔开。这种排放元件的例子被显示为在图20的右手侧的多孔结构640a。在空间640的外周端处，设置有间隙642，滤液/渗透液经过该间隙642可离开并且进入环形空间630。
[0240]图21A示出了具有图15的过滤元件的又一种修改的过滤系统。本发明过滤元件的第八实施例的过滤元件650具有类似于图15的过滤元件370的基本设计，并且包括支撑体652，该支撑体主要地仅由单独的结构元件654所构成。结构元件654不附接到中央管状支撑元件，但被容纳在片材660的褶皱内部并且由流体透过的排放元件656彼此之间保持预定距离，排放元件还支撑片材660。
[0241]以片材660作为衬里且被排放元件656相互间隔的单独结构元件654是被箍带或笼662所固定，箍带或笼662在过滤元件650的外周周围延伸并且使单独的部件即排放元件656和以片材660作为衬里的结构元件654保持在一起。
[0242]非滤液的流体流从过滤元件650的中央部664被分配入在结构元件654的相反表面上的通道666、668，通道666、668从支撑元件654的最内部延伸到它们的外周端670。分配入通道666、668的非滤液仅在一个方向上流动，即，从过滤兀件650的内部中央空间664径向地向外沿通道666和668流动到结构元件654的最外部670，在最外部670处设置有用于收集剩余的作为滞留液的非滤液的通道672。就此而言，通道672具有开口 674、675，这些开口允许通道666和668与滞留液接收通道672的流体连通。
[0243]滤液/渗透液被排放元件656收集并且径向地向外行进到在壳体(未详细图示)的壁部682和过滤元件650的外周之间的采用环形空间680形式的滞留液收集空间，该外周由箍带或笼形结构662所限定。壁部682包括滤液/渗透液出口 684，滤液/渗透液可从该出口 684中从过滤模块中排出。
[0244]除了图15中所示的这种结构以外，图21A的过滤元件650的结构元件654还以片材686作为衬里并且由流体透过材料制成，因此过滤元件650也可用作排放元件。在它们的主体中，形成在平行于通道672的方向上延伸的另一条滤液/渗透液收集通道688。容纳在各褶皱内部的其它片材686可大致在结构元件654的整个高度上延伸，由此将每个褶皱的片材表面积增大约一倍。
[0245]在通道的两侧上，通道666、668内部的流体流分别与片材660和638直接接触，从而允许滤液/渗透液通过而进入结构元件654内部的通道状空间688并且流入排放元件656 中。
[0246]过滤元件650可在结构元件654的各侧上具有沿单独褶皱的整个长度延伸一条单个非滤液通道666、668。
[0247]然而，更优选地，在结构元件654的各侧上设置多条非滤液通道666、668，以将来自褶皱的内端的非滤液流体流引导到其外端，正如结合前述实施例所描述的。
[0248]然而，结构元件654的表面是以第二片材686作为衬里，因此结构元件654可不具有纵向突出物或肋，如优选地在其它所描述的实施例中。
[0249]相反，可使用辅助的导向元件或插入物690，如图21B中所示。导向元件690由在过滤元件轴向方向上沿褶皱整个长度延伸的大约半圆柱体692所构成。从主体692的两个平行面693，充当分离壁的多个杆或长齿694限定褶皱内部的多条平行的非滤液通道。导向元件690可插入过滤元件650的褶皱中，半圆柱体692抵靠在以片材686作为衬里的结构元件654的上内端689上。
[0250]在一个替代的实施例中，半圆柱体692可与结构元件654的外周端670和从外周端悬置的长齿694相同。
[0251]一旦过滤元件650已完全组装并将笼662固定就位，则将使长齿694的自由端696稳定在它们各自的位置。
[0252]图22A示出了根据本发明的过滤元件的第九实施例。基本结构再次对应于图15中所示的实施例。
[0253]过滤元件700包括支撑体702，该支撑体702主要地仅由单独的结构元件704构成。结构元件704不附接到中央管状支撑元件，但被容纳在第一片材710的褶皱内并且流体透过的排放元件706将结构元件704彼此保持预定距离，排放元件706还支撑片材710。
[0254]以片材710作为衬里且被排放元件706相互间隔的单独结构元件704被箍带或笼712固定，箍带或笼712在过滤元件700的外周周围延伸并且使单独部件即排放元件706和以片材710为衬里的结构元件704保持在一起。
[0255]非滤液被分配入在结构元件704的相反表面上的从结构元件704的最内部延伸到它们的外周端720的非滤液通道716、718。分配入通道716、718的非滤液仅在一个方向上流动，即，从过滤元件700的结构元件704的最内端径向地向外沿通道716和718流动到结构元件704的最外部720，在该最外部处设置用于收集剩余的作为滞留液的非滤液的通道722。就此而言，通道722具有开口 724、725，这些开口允许通道716和718与滞留液接收通道722的流体连通。
[0256]滤液/渗透液经由排放元件706收集并且径向地向外行进到在壳体壁部732 (未详细图示)和过滤元件700的外周之间的采用环形空间730形式的滞留液收集空间，该外周被箍带或笼形结构712限定。壁部732包括滤液/渗透液出口 734，滤液/渗透液可经过该出口 734从过滤模块排出。
[0257]除了图15中所述的这种结构以外，图22A的过滤元件700包括其它或第二片材736，该片材在褶皱结构的褶皱中与片材710共延。
[0258]第二片材736大致从在结构元件704的外周端720处的褶皱的滞留液通道722在径向方向上延伸入内部，相互间隔开且大致平行于褶皱的第一片材710。片材736限定用作非滤液分配通道的最内褶状部通道714，非滤液从该通道中被提供入非滤液通道716、718。形成非滤液通道714的片材的最内褶状部邻接中央支撑体742。
[0259]第一和第二片材的表面积折合图15的过滤元件的表面积的二倍。
[0260]第二片材736与通道716、718内的流体流直接接触，并且允许滤液/渗透液通过而进入通道样空间740。为了经由空间740收集滤液/渗透液，结构元件704被设计成是流体透过的并且用作排放元件。
[0261]如图21A的实施例的上下文中所述亦如图22A的过滤元件700中所述，各个褶皱内的非滤液通道716、718可被设计成在过滤元件700的轴向方向上沿褶皱整个长度的延伸的单个通道。
[0262]然而，过滤元件700优选地包括被纵向元件分开的多条平行通道716和718。[0263]因为结构元件704是以片材736作为衬里，所以结构元件704的表面不能用于支撑这种纵向元件。相反，类似于图21A的过滤元件650，可使用分别包括半圆柱形支撑体752和762的插入物750、760，分别从支撑体752和762悬置或延伸出多个杆或长齿754和764。
[0264]插入物750的半圆柱形支撑体752被容纳在褶皱的外周端部720处，长齿754向内突出到例如非滤液通道710的径向长度的一半。
[0265]将其它插入物760以其半圆柱体762插入在褶皱的最内端处，褶皱在非滤液分配通道714处与片材736的外表面接触，由此使片材736的构造在这种区域内稳定。
[0266]长齿764从主体762径向地向外延伸入两个相邻褶皱的通道716、718中达非滤液流道的大约一半长度。
[0267]将长齿754和764的长度选择成使得当将这两个插入物固定就位并且完全组装过滤元件700时它们的内/外自由端754、766交汇。另外，在这种状态下，长齿固定就位。
[0268]图23是如美国专利7，384，549B2中所公开的多阶段单通道过滤系统800的方框图。这种单通道过滤系统800代表了可包括本发明过滤元件的大量的反向过滤系统之一。
[0269]图23的系统800包括三个过滤阶段802、804和806。加压装置或泵808将非滤液流体经由流入管线810进给到第一阶段802。第一阶段802可由三个过滤元件812组成，过滤元件812经由连接到过滤元件812的非滤液进口的单独的供给管线814、815、816以平行布置接收来自管线810的非滤液。
[0270]过滤元件812与它们的滞留液出口相连接且连接到单独的排放管线818、819、820，这些管线并入用作第二过滤阶段804的非滤液供给管线的单个管线822。第二过滤阶段804包括两个过滤元件824，由于从第一阶段的过滤元件812收集的滤液/渗透液，因此过滤元件824代表在此阶段减小的流体通量。
[0271]第一阶段802的滞留液是用作第二阶段的非滤液，并且经由单独的供给管线826、827被加入过滤元件824。来自过滤元件824的滞留液被单独的排放管线830、831收集，排放管线830、831并入由过滤元件834所代表的最后阶段806的单个滤液供给管线832。第二阶段804的滞留液是作为第三阶段806的非滤液。从过滤元件834中排出的滞留液被滞留液管线836收集。
[0272]由于简化的原因，在图23的图示中省略了接收来自过滤元件812、824和834的滤液/渗透液出口的滤液/渗透液管线。
[0273]本发明的过滤元件可以容易地适应于变化的数量，例如由各种阶段802、804、806所接收非滤液的粘度，例如通过改变过滤元件的单独褶皱内部的非滤液通道的横截面积，从而优化系统的流动状态。
[0274]虽然在前面对优选实施例的已结合图1至图22描述了尤其适合于交叉流过滤的过滤元件或过滤系统，但本发明并不局限于交叉流过滤。部分的实施例在做一些较小修改的情况下可适用于死端过滤。图14、图15、图19、图20、图21A和图22A的实施例可在不做任何修改的情况下适用于死端过滤。实际上，可以经由规则的非滤液流体供给装置(例如，图15中的中央部384)同时地经由滞留液接收装置(例如，图15中的通道392)而提供非滤液。
【权利要求】
1.一种过滤元件，包括: 具有非滤液侧和滤液侧的多孔片材，所述片材被布置在沿纵向方向延伸的多个褶皱中，每个褶皱具有第一壁部和第二壁部，所述第一壁部和第二壁部在垂直于所述纵向方向的方向上从所述褶皱的开口的第一端延伸到封闭的第二端，所述第一壁部和第二壁部彼此间隔开； 沿所述褶皱的纵向方向延伸的非滤液流体供给装置，其中所述流体供给装置与每个褶皱的第一端或第二端大致沿所述褶皱的整个长度流体连通，所述流体供给装置设置有开口，所述开口被设计成用以在大致与所述褶皱的纵向方向垂直的方向上提供从供给装置进入所述褶皱的流体流动。
2.如权利要求1所述的过滤元件,还包括多个结构元件,所述结构元件位于所述裙皱内且位于所述片材的非滤液侧处，并且在沿所述褶皱的第一壁部和第二壁部的流体流道中引导非滤液，优选地所述结构元件构造成能够与所述褶皱的壁部大致共延。
3.如权利要求2所述的过滤元件，其中优选地通过构成用于非滤液的多条平行流道，任选地所述结构元件限定大致从褶皱的一端延伸到其另一端的用于非滤液的流体流道，所述结构元件在大致与所述褶皱的纵向方向垂直的方向上引导非滤液的流体流动。
4.如权利要求1至3中任一项所述的过滤元件，所述过滤元件被设计成交叉流过滤元件并且还包括大致沿所述褶皱的整个长度延伸的滞留液接收装置，所述滞留液接收装置设置有大致沿所述褶皱的整个长度的开口，以便在大致与所述褶皱的纵向方向垂直的方向上在所述褶皱的一端处从所述褶皱接收滞留液。
5.如权利要求2至4中任一项所述的过滤元件，其中所述流体流道具有在非滤液流体流动的方向上增大的横截面积。
6.如权利要求2至5中·任一项所述的过滤元件，其中所述褶皱内的非滤液的流体流道从所述褶皱的开口端延伸到封闭端，在所述封闭端非滤液的流动方向反转为到所述褶皱的开口端的方向，在所述开口端非滤液任选地作为滞留液离开所述褶皱，所述结构元件在每个褶皱内沿两个相反的方向分离非滤液流动。
7.如权利要求2至5中任一项所述的过滤元件，其中非滤液被提供至所述褶皱的封闭端，并且任选地从所述褶皱的开口端收集滞留液。
8.如权利要求2至5中任一项所述的过滤元件，其中非滤液被提供至所述褶皱的开口端，并且任选地滞留液被收集在所述褶皱的封闭端处。
9.如权利要求1至8中任一项所述的过滤元件，其中所述过滤元件包括布置在所述片材的滤液侧上的排放元件。
10.如权利要求9所述的过滤元件，其中所述排放元件具有在非滤液流体流动的方向上减小的对滤液的流体流动阻力。
11.如权利要求1至10中任一项所述的过滤元件，其中所述多个褶皱被布置在所述过滤模块的中心轴线的周围，彼此沿轴向间隔开预定的优选地规则的距离，任选地所述褶皱的开口端位于比所述褶皱的封闭端更靠近所述中心轴线的位置。
12.如权利要求11所述的过滤元件，其中所述褶皱在大致平直方向上径向地延伸。
13.如权利要求11所述的过滤元件，其中所述褶皱与所述径向方向倾斜地延伸并且任选地具有弯曲或弧形的截面形状。
14.如权利要求1至12中任一项所述的过滤元件，其中所述褶皱的壁部在所述褶皱的封闭端处比在开口端处彼此间具有更大的距离。
15.如权利要求1至12中任一项所述的过滤元件，其中所述褶皱的壁部在所述褶皱的开口端处比在封闭端处彼此间具有更大的距离。
16.如权利要求1至15中任一项所述的过滤元件，其中所述非滤液供给装置包括一个或多个进料通道，所述进料通道优选地具有从进料侧到其封闭端减小的横截面积。
17.如权利要求4至16中任一项所述的过滤元件，其中所述接收装置包括一个或多个通道，所述通道优选地具有从封闭端到用以从所述过滤元件排出所述滞留液的端部增大的横截面积。
18.如权利要求2至17中任一项所示的过滤元件，其中所述结构元件包括通过多孔片材与非滤液流体流动分开的褶皱内的滤液收集空间；优选地所述滤液收集空间与多个褶皱的壁部的滤液侧直接流体连通，或者所述结构元件包括流体透过材料的单独部件，以支撑多孔片材并且提供所述滤液收集空间；任选地所述滤液收集空间形成或促成大致全部沿所述褶皱的纵向 方向延伸的滤液排出通道。
【文档编号】B01D46/52GK103816746SQ201310757296
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2012年11月15日
【发明者】M·泽勒, W·迪默 申请人:帕尔公司