专利名称：用作为过滤器、催化器或加热器的模件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用作为过滤器、催化器或加热器的模件，它包括至少一个具有开口孔隙度的层面；也还涉及用于制造一种这类模件的方法及模件的应用。
按照本发明，所谓模件是指一个较大单元中可以互换的，构造相对较复杂的部分，它们形成一种自身封闭的功能单元。这类模件的实例为过滤技术方面众所周知的螺旋模件、管式模件、中空纤维模件或者扁平模件或垫模件。
过滤器、催化器和加热器通常以滤烛、管子、板、纸或类似的形式使用。它们的缺点尤其在于，在规定的体积里具有相对较小的过滤面积。因而尤其是在薄膜技术中研发这种模件，它能够在一个小的空腔里布置一个大的面积。这种模件的典型代表是螺旋模件和管状模件。这些模件由聚合材料或者陶瓷材料(管状模件)制成。但是这类模件有以下缺点它们必须在这些所使用的薄膜里或者上下相互密封或粘结，或者向着外壳方向密封或粘结。因此这类模件往往只具有相对较小的应用范围，这是指可以使用的温度、环境，尤其是指现有的化学和/或腐蚀性物质并涉及到其机械强度，尤其是薄膜传递压力和由于过流造成的压力损失。
本发明的任务是提供不具有上述缺点的模件。
按照本发明该项任务通过一种用作为过滤器、催化器或加热器的模件来解决，该模件包括至少一个具有开口孔隙度的层面，该层面具有一个面向流入该模件的介质的外侧和一个背离该流入介质的内侧，它由一种可烧结的材料制成，这些材料选自一组包括金属、金属氧化物、金属化合物和/或金属合金的材料。
可烧结的材料尤其是粉末或粉末混合物，例如由钢制成，如铬镍钢；青铜；镍基合金如哈斯特合金、因科镍合金；金属氧化物、金属氮化物、金属硅化物等等制成，其中该粉末混合物也可以含有高熔点的成分，例如铂等。所应用的粉末及其微粒大小取决于各自的使用目的。优选的粉末是合金316L，304L，因科合金600、因科合金625、蒙钼和哈斯特合金B、X和C。另外该可烧结的材料可以完全地或者部分地由短纤维或纤维构成，最好使纤维的直径在大约0.1和250μm之间，长度为少数几个μm至毫米大小，一直到50mm，例如金属纤维条。
该层面可以是一种生坯，它通过薄层浇铸、喷射或将可烧结材料的悬浮液浸入一种有机溶剂如二甲基甲醇或乙醇里，必要时使用粘合剂而制成。其它可使用的有机溶剂有甲醇、甲苯、三氯乙烯、二乙醚以及低分子醛和酮，这些溶剂在低于100℃温度时可以挥发。作为粘合剂可以使用石蜡、虫胶漆，但也可用特殊的聚合化合物，其中优选使用聚氧化物或聚乙二醇，尤其是聚乙烯乙二醇。聚氧化物和聚乙二醇优选作为，具有范围在100至500.000g/mol，较好的是1,000至350,000g/mol，更好的是5,000至6,500g/mol的中等分子量的聚合物和/或共聚物的使用，其中粘合剂在用于制成该层面的混合物中的成分达到所用的可烧结材料的约0.5％-15％(体积比)。在生坯成型成一个模件之后它就可以进行烧结，其中粘合剂和溶剂都是在加热过程之前或通过加热过程无残留地去除。但是也可以使用一种由可烧结的材料制成的已经烧结的层面，其中这种层面则可以在向着一个模件或在一个模件里布置之后重新烧结。
按本发明的模件相对于现有技术已知的由聚合材料或陶瓷材料制成的模件具有很大的优点。那么由可烧结的材料制成的按本发明的模件具有高得多的机械强度以及较好的延展性，它可以一直达到非烧结金属的延展性。因而它们也可以使用在更大的温度范围内，同样可用在不同的化学环境和/或腐蚀环境里。若按本发明的模件用作为催化器和/或过滤器，那么它们的反冲洗性能要远胜过通常的由聚合材料或陶瓷材料制成的模件的该性能。由于这种优越的反冲洗性能按本发明的模件的寿命特别长而且工作非常有效。
然而特别是通过按本发明的模件可以避免那些在制造现有技术众所周知的模件时产生的问题。卷绕模件时夹层都用一种隔离物分开，而且只是通过卷绕压力和/或一种防伸缩装置(ATD-Anti-TelescopingDevia)固定住。所产生的问题是这些层面或一个层面部位在制造该模件时都必须相互固定并保持住。按本发明的模件此处则具有以下优点由于该层面由可烧结的材料制成，因而通过烧结就可以实现模件的单个层面或一个层面的上述部位的相互保持和固定。一个模件里的这些单一层面在它们工作时的滑动或错动因此就被避免了，从而按本发明的模件比现有技术众所周知的模件工作更可靠，因而在使用时也能够避免工作中断，从而节省了最终成本。
最后，按本发明的模件也解决了以下问题这些模件通过烧结可以简单而且可靠地保证密封。那么例如在螺旋模件或卷绕模件上所用的层面就能够以袋状在其纵向边上完全密封，因而可以使模件中的那些单个的腔室，例如用于流入的和流出的介质的腔室实现简单和非常有效的功能分离。因此按本发明的模件就不需要再应用附加的密封件，例如密封圈或粘结物，因而其使用寿命和有效性大大提高。此外按本发明的模件甚至连外壳都不需要，或者也不需要用于相互固定这些单个层面的装置，因为这些可以通过层面本身来形成。然而在本发明的另外一种实施形式中，该层面布置在一个模件外壳中。
在本发明的另外一种实施形式中，该模件包括有至少一个布置在一个托架上的层面。该托架可以是多孔的，也可以是打过孔的或是一种织物。在这种情况下，托架具有的孔隙度大于在按本发明的模件中的层面的孔隙度，或者该孔隙度可以等于或小于模件中层面的孔隙度。然而该托架也可以不是多孔的。它优选构成为挠性的，例如一种薄的金属板。由此可能比较有利地实现使一种这样的带有一个覆置在该层面一侧上的托架的层面用作为一个模件的外层面，从而不再需要附加的外壳。然后优选地是该托架与层面通过烧结可牢固连结。这种层面在一个托架上，尤其是在一个多孔的托架上的布置方式的另一个优点在于由此使模件中单个层面的机械强度并因而使模件本身的机械强度都进一步提高，但并不损害模件本身的功能。
优选使模件中的层面为自支承的。自支承按本发明的意义在于该层面不用任何托架就能够使用，而且不会破碎或脆裂。另外优选的是使该层面为一薄膜。它便具有塑料薄膜的那种典型的性能，尤其是可挠曲性，而且如该性能那样根据需要可以变形。
优选使模件中的层面构成为袋状的。这类袋尤其应用在螺旋模件里。袋状的意义就是说该层面例如在中间折弯并上下重迭布置。因此该袋具有三个敞开的边和一个封闭的边。通过层面的这种袋状的折迭就可以以简单的方式实现流入液流和滤液流的分开。
优选成型成袋的层面在内侧处在其纵向边上至少局部地封闭住。这种封闭可以通过加厚来实现，例如通过简单地将层面在其纵向边上在一个大约2mm至50mm范围内翻转，或者通过横向条带的插入，或者用一个板条使边缘部位卷边，或者通过一种在层面制造时在边缘部位已经加厚的轮廓同样地实现。此外一种如层面本身那样以同样方式制成的窄条带可以在边缘部位处铺设在该层面上。由于这种加厚就可以比较有利地使该成型成袋的层面在其纵向边上实现完全的密封。这种密封可能不象一种现有技术中通常的、用粘结或者借助于其它的密封装置而实现的密封那样随时间变化而不再密封住，而如果它是烧结的话，它仍然是制成时那样。由于边缘部位处的加厚在层面烧结时就实现了密封。
在本发明的另外一种设计方案中，使层面围绕一个渗透管卷绕，其中该渗透管是多孔的。该渗透管比较有利地密封连接在一个成型成一个袋的层面处的内边上。这种孔隙度例如可以通过打孔而实现，或者使渗透管本身由一种可烧结材料制作为多孔体。这种渗透管的任务是使由流入介质所获得的，穿过具有开口孔隙度的薄的多孔层面而滤出的渗透物从模件里作为渗透流而导出。
在另外一种形式中，在由层面所形成的袋中布置了一个渗透托架。该渗透托架用于将由流入模件里的，经层面的外侧流动并与之相接触的，例如经过过滤的介质所得到的在袋里的渗透物导向渗透管并在那里输出。该渗透托架例如可以由一种金属丝织物或一种多孔薄板制成，这种金属丝织物或多孔板优选与该由可烧结材料制成的层面在烧结时实现牢固的连结。层面本身也可以在其内侧形成轮廓以代替渗透托架。通过这种轮廓就在由于层面折迭起来而得到的袋中形成一个空腔，通过此空腔使得到的渗透物流向渗透管。渗透托架比布置在模件里的层面窄，就是说通常在大约2mm至50mm的范围内，优选在3mm至15mm范围内。因此就确保了渗透托架在烧结时以及在袋状层面的纵向边密闭时不超出该层面的纵向边，这样就不会产生可能的不密封性了。
优选地使具有大约0.2至2倍的渗透管圆周长的渗透托架围绕着该渗透管卷绕。因此就确保使渗透托架直接与渗透管相接触。渗透托架可以直接铺设在渗透管上或者围绕该渗透管卷绕。因而就比较有利地实现了通过烧结时所产生的收缩使渗透托架压装在渗透管上。渗透托架则可以在其背离渗透管的一边撒上可烧结粉末以用于密封，或者抹上一种由粉末制成的膏和粘合剂。因此就可能使流入的介质与渗透物分开。在另外一种实施形式里渗透托架本身也可以设计成比层面略短或者同样长，其中必须确保对于构成为一个袋的层面来说两个指向袋的敞开侧的面相互如此伸出，从而使背离渗透管的袋边超出了面对渗透管的袋边。然后外袋边和内袋边可以直接与渗透管通过烧结而连结起来，因而就实现了使流入介质与渗透物的分开。
在本发明的另外一种设计方案中在袋之间布置至少一个用于分开这些多孔的层面的间隔垫片。该间隔垫片可由一种金属丝织物制成，它尤其是在与层面烧结时可以实现一种牢固连结。该间隔垫片的任务是在模件的单个层面之间，尤其是在构成袋的层面之间建立一个空腔，通过此空腔可以使流入的介质进入模件中。也可以不必使间隔垫片支承在模件的层面上，而使层面本身的外侧具有一个轮廓，从而因此形成一个足够大的用于流入模件的介质的空腔。
优选烧结层面和/或渗透托架和/或夹层和/或渗透管。因此可以比较有利地达到使模件的单个组成部分相互牢固地固定和连结起来。这就使整个模件的使用寿命最大可能地长，并使密封最佳。附加的密封装置都不需要了。
在本发明的另外一种设计方案中层面作为管构成。由于将多个这类作为管构成的层面布置在一个模件里作为所谓管模件，因而可以简单地得到一个大的过滤面积，其中可以完全不用渗透托架或者夹层3。管元件可以通过挤压、等静压均衡加压或者由板或薄膜制成。若这些管由板/薄膜制成，那么过滤器管的那些在滚压时形成为纵向接缝或者螺旋接缝的接口优选用焊接而相互连结起来，例如此处可以采用所谓钨-惰性气体焊接或者电子射线焊接。因此过滤管变得更牢固了并且允许承受较强的机械负荷。
此外本发明还涉及一种用于制造模件的方法，其中至少有一个层面固定于模件上并接着进行烧结。优选采用一个生坯作为此层面。但模件也可以用烧结的管层面来制造。例如通过金属丝的缠绕或者用金属带可以实现进一步的稳定性。而且模件的烧结过程之后可以重新将这些金属丝或带拆除。但是也可以应用例如金属板以进行固定，这种金属板在与层面烧结时实现牢固连接并因此同时形成了模件外壳。
比较有利地是由层面形成一个袋，该袋围绕渗透管卷绕。此时优选在层面的内侧处在层面的纵向边上至少部分地形成一个封闭，尤其是通过加厚形成。此处可以通过薄膜本身来进行加厚，例如使纵向边的边缘部位处的窄条带折迭起来或者双层布置，或者在层面的纵向边的边缘部位处插入条带，其中该条带可以相当于层面本身。但也可以例如在层面纵向边的边缘部位处插入板条带。此外可以借助于一种金属条带使层面的纵向边卷边。由于这种加厚在烧结时在成型为袋的层面里实现了牢固的连接，因此这种连接密封很出色。
在该构成为袋的层面里优选装入一个渗透托架，而在层面的外侧则优选布置一夹层。优选烧结渗透托架和/或夹层和/或渗透管和/或层面。因此就可以简单地制成一个模件，例如螺旋模件，其中使这些单个的层面，必要情况下和渗透托架和夹层上下迭置，相互固定，然后在唯一的一个烧结过程中相互烧结起来，以使它们彼此形成一个牢固体。
最后，本发明涉及到一种模件作为过滤器和/或催化器和/或加热器的应用。
本发明的这些和其它的优点将按以下附图加以说明。附图所示为
图1是按本发明的一种螺旋模件的立体视图；和图2是按本发明的一种管式模件的立体视图。
图1表示了一个整体用标号1表示的模件，它作为螺旋模件结构。在该模件中有多个通过一个层面轨道的折迭或重迭在横向方向上袋状构成的层面2。在这个由层面2所形成的袋中插入渗透托架8。在由层面2形成的袋的开口侧伸出的渗透托架8围绕渗透管7卷绕。卷绕之后使其加上可烧结的粉末，这种粉末理想的是相当于制成层面2的粉末。在这些单个的成型为一个袋的层面2之间插入间隔垫片9。夹层9和渗透托架8由一种可与层面2烧结的金属丝网制成。层面2在其纵向侧10上在内侧5具有加厚部分(未示出)。该加厚部分通过一个在制造层面2时在其纵向侧10的边缘部位处产生的轮廓而制成。
另外，图1所示的模件1具有一种所谓的防伸缩装置(ATD)14。然而这种装置并不是模件1的必要组成部分。通过这防伸缩装置14的扇形区只让介质3通向模件1。介质3经间隔垫片9流动。在此过滤介质3。介质从层面2的外侧4经该层面的内侧5进入该袋中并经渗透托架8流向渗透管7，然后它从渗透管作为渗透物12从模件1里取出。不可过滤的残留物13则经过间隔垫片9在模件1的相同例如渗透物12那样被取出，然而是作为分离开的介质流。图1所示的过滤螺旋模件1的孔隙度范围大约在0.01μm至50μm之间。
渗透管7在模件1的面对流入介质3的一侧是牢固封闭的，例如应用一种相应的塞堵。直接邻接渗透管7的部位包括有渗透托架8以及成型为袋的层面2的开口侧，这个部位在模件1的流入介质3的一侧一方面通过层面2在纵向边10上的加厚部分径向密封流入介质3，另一方面还可以附加地在单一层面或渗透托架和间隔垫片缠绕之后向一个模件那里涂覆可烧结的粉末。那么由于紧随缠绕之后进行了烧结就实现了完全密封。烧结时所产生的收缩导致了在烧结过程中的一个压力，这种压力将边缘部位和袋用间隔物牢固地压紧在一起，并因而产生了一种密封的和可机械承载的连接。
在模件1的轴向方向上，也就是在渗透管7的长度方向上，渗透托架8或构成袋的层面2一方面通过层面2本身与流入的介质3形成密封，另一方面在这里也可以通过涂覆可烧结的粉末而形成与流入介质3的一种附加的轴向密封。因此就避免了流入介质3污染渗透物12。
由于对模件1的单个组成部分进行烧结而形成这些组成部分相互之间的牢固连接，因此不需要如在现有技术中众所周知的通常使用的由聚合材料制成的模件那样设置防伸缩装置14。因此节省了材料费用。
图2表示了一个整体用标号1表示的模件，它作为管式模件构成。该管状模件由三个过滤管11组成，这些过滤管都由一种层面2制成。这时所形成的横接缝通过例如电子射线焊接相互焊接起来。过滤管11布置在一个外壳6里。该外壳6设有至少一个开孔。此处未示出的介质3可以从里面通过管2或者也可以从外面通过在外壳6的外套里的流动而进入管式模件1的内部，那么其中借助于过滤管11而得到的渗透物则可以通过过滤管11本身由容器6取出。过滤管11在容器6的上边和下边15或16与该容器通过烧结而牢固连接。作为过滤管11也可以是通过压制，尤其是等静压压制，或者通过挤压制成的过滤管。过滤管11插入在外壳6的上边和下边15或16的部位可以在烧结之前加上可烧结的粉末以便改善过滤管11与外壳6的连接。附加的密封装置尤其是在过滤管11插入外壳6的部位处，就不需要了。
但是按本发明的模件也可以作为中空纤维模件或板模件和垫模件。中空纤维尤其可以通过挤压而制成。对于板模件和垫模板来说，与图1所示的螺旋模件不同，只是这些单个层面2并不滚压，而只是上下迭置一起。接着将该层面，必要时与夹层和渗透托架(最好由金属丝织物制成)进行烧结。
权利要求
1.用作为过滤器、催化器或加热器的模件，它包括具有开口孔隙度的层面(2)，该层面具有一个面向流入该模件的介质(3)的外侧(4)和一个背离流入该模件的介质(3)的内侧(5)，它由一种可烧结的材料制成，该材料选自于一组包括金属、金属氧化物、金属化合物和/或金属合金的材料。
2.按权利要求1所述的模件，其特征在于，层面(2)布置在一个模件外壳(6)里。
3.按权利要求1或者2所述的模件，其特征在于，该模件包括有至少一个布置在托架上的层面(2)。
4.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，层面(2)是自支承的。
5.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，层面(2)是一薄膜。
6.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，层面(2)构成袋状的。
7.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，成型为袋的层面(2)在内侧(5)处在其纵向边(10)上至少局部加厚。
8.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，层面(2)围绕一个渗透管(7)卷绕。
9.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，层面(2)在其内侧(5)和/或外侧(6)形成轮廓。
10.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，有一个渗透托架(8)布置在由层面(2)所形成的袋里。
11.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，其圆周大约为渗透管圆周的0.2至2倍的渗透托架(8)围绕该渗透管卷绕。
12.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，渗透托架(8)约比层面(2)窄2mm至50mm。
13.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，在层面(2)的外侧(6)布置至少一个间隔垫片(9)。
14.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，烧结层面(2)和/或渗透托架(8)和/或夹层(9)和/或渗透管(7)。
15.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，层面(2)作为管(11)构成。
16.按上述权利要求之一所述的模件，其特征在于，层面(2)由一个卷绕成一个管的薄膜构成，它在其接缝处焊接或烧结。
17.用于制造按上述权利要求之一的模件的方法，其特征在于，至少有一个层面(2)固定至模件上并接着进行烧结。
18.按权利要求17所述的方法，其特征在于，使用一个生坯作为层面(2)。
19.按权利要求17或18所述的方法，其特征在于，由层面(2)形成一个袋，该袋围绕渗透管(7)卷绕。
20.按权利要求17至19中任意一项所述的方法，其特征在于，在层面(2)的内侧(5)处在其纵向边(10)上至少局部构成一个加厚部分。
21.按权利要求17至20中任意一项所述的方法，其特征在于，有一个渗透托架(8)夹入在作为袋构成的层面(2)里。
22.按权利要求17至21中任意一项所述的方法，其特征在于，在层面(2)的外侧(4)设有一个夹层(9)。
23.按权利要求17至22中任意一项所述的方法，其特征在于，烧结层面(2)和/或渗透托架(8)和/或夹层(9)和/或渗透管(7)。
24.按照上述权利要求之一所述的模件应用作为过滤器和/或催化器和/或加热器。
全文摘要
本发明的目标是提供一种用作为过滤器、催化器或加热器的模件，它具有改进的机械性能以及广泛的应用范围，为此建议使该模件包括有至少一个具有开口孔隙度的层面(2)，该层面具有一个面向流入模件的介质(3)的外侧(4)和一个背离该流入的介质的内侧(5)，该模件由一种可以烧结的材料制成，该材料选自于一组包括金属、金属氧化物、金属化合物和/或金属合金的材料。
文档编号B22F7/00GK1449317SQ01814709
公开日2003年10月15日 申请日期2001年7月18日 优先权日2000年8月26日
发明者T·雷蒂 申请人:Gkn金属烧结有限公司