过滤元件以及用于过滤流体的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及过滤元件以及用于过滤流体的方法。实施本发明的过滤元件包含大致圆柱形过滤结构以及在所述过滤结构的相对的端部上的端盖，所述大致圆柱形过滤结构具有围绕中空的内部过滤包安装的中空的外部过滤包。实施本发明的方法包括沿相对的径向方向将未经过滤的流体同时地传递通过外部过滤包和内部过滤包。每个过滤包具有过滤介质，其将各种各样的不想要的物质从流动通过过滤包的未经过滤的流体移除。过滤包因此产生被称为滤液或渗透液的经过过滤的流体，其具有很少的或不具有不想要的一种或多种物质。
【发明内容】
[0002]根据本发明的一个方面，过滤元件包含过滤结构以及附接至所述过滤结构的第一端部和第二端部的第一端盖和第二端盖。所述过滤结构具有包含过滤介质的大致圆柱形内部过滤包、包含过滤介质的大致圆柱形外部过滤包，以及大致圆柱形螺旋形支架。外部过滤包围绕内部过滤包设置，并且螺旋形支架设置于外部和内部过滤包之间。螺旋形支架具有内表面、外表面，以及在所述内表面和外表面上的多个支撑脊和流动通道。这些支撑脊和流动通道沿所述螺旋形支架的内表面和外表面大致螺旋形地延伸，并且每个支撑脊具有大致弓形构造。螺旋形支架的外表面上的弓形支撑脊接触外部过滤包的内周缘，并且螺旋形支架的内表面上的弓形支撑脊接触内部过滤包的外周缘。所述端盖中的至少一个中的第一开口在螺旋形支架的流动通道与过滤元件的外部之间流体地连通。所述端盖中的至少一个中的第二开口在内部过滤包的内部与过滤元件的外部之间流体地连通。
[0003]根据本发明的另一方面，用于过滤流体的方法包括将未经过滤的流体沿纵向轴线引导至圆柱形内部过滤包的中空的内部中并且将所述未经过滤的流体大致径向向外地传递通过所述内部过滤包。将未经过滤的流体传递通过内部过滤包包括将未经过滤的流体传递通过过滤介质，以将一种或多种物质从未经过滤的流体移除并在所述内部过滤包的外周缘处提供滤液。用于过滤流体的方法还包括将未经过滤的流体大致径向向内地传递通过包围所述内部过滤包的外部过滤包。将未经过滤的流体传递通过外部过滤包包括将未经过滤的流体传递通过过滤介质，以将一种或多种物质从未经过滤的流体移除并在所述外部过滤包的内周缘处提供滤液。实施本发明的方法进一步包括沿多个流动通道传递来自所述内部过滤包的外周缘的滤液，所述多个流动通道沿设置于所述内部和外部过滤包之间的螺旋形支架的内表面螺旋形地延伸。沿螺旋形支架的内表面传递滤液包括沿所述流动通道将滤液螺旋形地传递至螺旋形支架的至少一个端部以及将所述滤液从所述流动通道排出。实施本发明的方法另外地包括沿多个流动通道传递来自所述外部过滤包的内周缘的滤液，所述多个流动通道沿螺旋形支架的外表面螺旋形地延伸。沿螺旋形支架的外表面传递滤液包括沿所述流动通道将滤液螺旋形地传递至螺旋形支架的至少一个端部以及将所述滤液从所述流动通道排出。
[0004]实施本发明的过滤元件以及方法提供很多显著的优点。例如，通过提供具有两个更小的过滤包而不是一个较大的过滤包的过滤元件，对通过每个更小的过滤包的流体的阻力为更低的。更小的过滤包因此可具有另外的过滤介质，更有效地利用过滤元件内的空间，同时仍然提供通过清洁的过滤元件的更低的初始压降，高效的过滤，以及随着时间的过去的提高的去污能力和使用寿命。进一步地，弓形支撑脊显著地改进螺旋形支架的结构完整性并且提高它对内部和外部过滤包所提供的支撑。因此，螺旋形支架可由更薄的、更轻的聚合物材料构成并且可消除对用于过滤包的另外的结构支撑的需要，减少过滤元件的重量和环境影响。
【附图说明】
[0005]图1为实施本发明的过滤元件的立体图。
[0006]图2为图1的过滤元件的分解图。
[0007]图3为图1的过滤结构的立体图，其中箭头示出通过所述过滤结构的流动模式的一个示例。
[0008]图4为图3的过滤结构的螺旋形支架的立体图。
【具体实施方式】
[0009]实施本发明的过滤元件可按照各种各样的方式构造。实施本发明的过滤元件10的很多不同的示例中的一个示出于图1-4中。通常，过滤元件10可包括中心纵向轴线A、第一端盖11和第二端盖12、以及在端盖11、12之间延伸的过滤结构13。过滤结构13可具有相对的轴向端部，并且端盖11、12可附接至过滤结构13的端部。进一步地，过滤结构可包含多个同轴地嵌套的过滤包以及设置于相邻的过滤包之间的螺旋形支架。例如，过滤结构13可包括内部过滤包15 (例如，最内层过滤包)、以及相邻的外部过滤包14。螺旋形支架16可设置于外部和内部过滤包14、15之间。
[0010]每个过滤包可按照各种方式构造。例如，外部和内部过滤包14、15两者都可具有大致圆柱形形状，并且圆柱形过滤包14、15可具有很多多边形横截面中的任何一种，包括圆形横截面。每个圆柱形过滤包14、15可进一步包括第一和第二相对的轴向端部、内周缘和外周缘、以及中空的内部，该中空的内部可跨过每个过滤包14、15的轴向长度。内部过滤包15例如可同轴地设置于外部过滤包14内并且可在外周缘处具有外径，所述外径小于外部过滤包14的内周缘处的内径，在它们之间限定一空间，例如，环形空间。
[0011]过滤包中的一个或两个可为有褶的或无褶的。无褶的过滤包可按照各种方式构造，包括，例如，被构造成中空的圆柱形纤维块或者螺纹状地或螺旋形地缠绕以形成中空的圆柱形结构的可渗透的片、膜、或条。有褶的过滤包也可按照各种方式构造。例如，外部和内部过滤包14、15两者都可包含在过滤包14、15的相对的端部之间大致轴向地延伸的多个褶。褶可包含在过滤包14、15的外周缘处的顶部、在过滤包14、15的内周缘处的根部、以及在每个顶部和根部之间延伸的一对褶腿部。有褶的过滤包可按照各种方式起褶。例如，一个或两个过滤包可具有风扇式褶，其中每个褶的高度大致等于顶部和根部之间的径向距离。替代地，如图2和3中所示，一个或两个过滤包14、15可具有叠置式(paid over-type)褶，其中每个褶的高度大于顶部和根部之间的径向距离。美国专利第5，543，047号以及第5，252，207号被通过引用并入本文中，以为叠置式和风扇式褶以及过滤元件的其它方面提供另外的支持。
[0012]无论褶的类型，外部过滤包14和内部过滤包15的褶高度可彼此大约相等或者可彼此不同，如，外部过滤包14的褶的高度可大于或小于内部过滤包15的褶的高度。对于很多实施例，例如，可以根据所过滤的流体的具体特征改变外部和内部过滤包14、15之间的褶高度的比率。例如，可用较短的褶高度过滤粘性流体，其中外部过滤包的褶高度与内部过滤包的褶高度的比率可处于大致1:0.75至大致1:1.25的范围内。然而，对于粘性更小的流体，处于大致1:1至大致2:1的范围内的比率可能为有用的。
[0013]每个过滤包(不论是有褶的还是无褶的)包括过滤介质，其可以将一种或多种物质从流动通过所述过滤介质的流体移除。过滤包可由包括有过滤介质的单一的层形成或者由两个或更多个层(其中至少一个层包括过滤介质)的组合件形成。例如，可将一层过滤介质夹在两个排水层之间。过滤介质可由很多材料中的任何一种按照各种形式构成。例如，过滤介质可呈可渗透的织造的或非织造的纤维片、可渗透的有支撑的或无支撑的膜、或可渗透的纤维块的形式并且可由玻璃纤维或者天然的或合成的聚合物构成，包括聚合物纤维或可渗透的聚合物片。过滤介质可为可渗透的，如，可为多孔的、半渗透的或选择性渗透的，并且可具有恒定的或分级的孔结构。进一步地，过滤介质可具有、或者可被修改成具有无数的过滤特征中的任何一种。例如，过滤介质可具有各种截留分子量或移除等级中的任何一种，如，从超多孔的或纳米多孔的或较细小的至微孔的或更粗大的，以将比如固体、胶体、以及胶体微粒的颗粒或较大的分子从液体移除。替代地或另外地，过滤介质可具有正的或负的电荷或极性；可为疏液的(liquip