螺旋缠绕的错流过滤器的制作方法

专利名称：螺旋缠绕的错流过滤器的制作方法
技术领域：
本公开涉及改善的螺旋错流(cross-flow)过滤器以及涉及螺旋错流过滤器的方法。
背景技术：
错流过滤是一种隔膜过滤，其可在流体携带有一定量的可能造成“死端”过滤器栓塞的固体材料时使用。错流过滤不同于死端过滤。在死端过滤中，供给物穿过隔膜或滤床， 滞留物滞留在隔膜或滤床中，并穿过隔膜或滤床释放滤得物。通常，在死端过滤中，供给流体离开过滤器的唯一方法是穿过隔膜。然而，在错流过滤中，供给物在供给物与隔膜另一侧的滤得物之间存在一些压力、浓度或其它差异的状态下穿过过滤器隔膜(沿过滤器隔膜的切线)。小于隔膜小孔尺寸的材料作为滤得物穿过隔膜。一部分供给物作为滞留物滞留在隔膜中或上，而其余供给流在不穿过隔膜或滞留在隔膜中或上的情况下在供给侧通过过滤器。离开过滤器的未得到过滤的供给流保持与滤得物分离，并可穿过过滤器循环回去。该操作模式可用于具有引起“堵塞(blinding)”风险的固体粒子的供给物。堵塞是滞留物在隔膜上的累积损害和/或减小过滤器的有效性。对于死端过滤，固体材料可快速堵塞过滤表面，从而导致供给流不能够再穿过隔膜，致使过滤器失效。对于错流过滤，流体主体在隔膜上的切向运动使过滤表面上的滞留颗粒被切向的供给流去除。这意味着与死端过滤器相比，错流过滤器能够在相对较高的固体粒子载荷下以降低的堵塞率连续操作。错流过滤装置可呈多种形状，包括板、中空纤维、管和螺旋。螺旋错流过滤装置可包括以“果冻卷”型设计缠绕在渗透管上的过滤介质。当从“螺旋”过滤器的端部观察时， 过滤元件的各叶片的端缘形成由绕中心轴回转但与中心轴距离逐渐增大的点描绘出的平面曲线。各“叶片”大致是中空的，如同由过滤介质做成的“封套”。在螺旋错流过滤器中， 供给流体平行于渗透管流动。供给流经过过滤介质进入叶片“封套”中的一个。被过滤的流体或渗透物穿过介质，并在叶片“封套”内在介质之间螺旋运动，并进入渗透管。渗透物穿过渗透管离开过滤器，并与独立离开过滤器的其余供给流保持分离。错流隔膜过滤技术已在全球范围内的工业中得到广泛使用。错流过滤可用于例如微滤、超滤、纳米过滤和逆向渗透。然而，仍然存在对错流过滤装置进行改进的需要。

发明内容
本公开中所描述的实施例包括一种螺旋错流过滤器，该螺旋错流过滤器包括圆筒形外侧壳体和同轴地布置在上述壳体内并沿径向偏离所述壳体的圆筒形渗透管。所述过滤器还可包括设置在外侧壳体与渗透管之间的环带内的环形褶皱过滤元件。所述过滤元件可包括复合过滤材料，所述复合过滤材料包括邻近外侧壳体的第一层的隔膜材料和邻近渗透管的第二层的渗透分隔材料。所述过滤器还可包括第一层的供给分隔物、第二层的隔膜、和第三层的渗透性分隔物。所述过滤元件的褶皱可限定出多个沿周向间隔开的放射状叶片， 各个叶片包括位于邻近渗透管的近端边缘的附接部。所述多个叶片可以“螺旋”构造缠绕在渗透管上。应该理解的是，所公开的发明并不局限于发明内容中所描述的实施例。本发明旨在包含处于仅由权利要求限定出的本发明的范围内的各种变型和其它主题。


通过参考附图能够更好地理解所公开的非限制性实施例的各种特性和特征，附图中图1是根据本公开的螺旋错流过滤器的实施例的示意性分解透视图；图2是构成图1所示错流过滤器的复合过滤元件的隔膜和渗透分隔材料的示意图；图3是图2所示材料的复合层状结构(sandwich)的示意图，以部分褶皱构造示出；图4是图1所示错流过滤器的示意性局部截面图，示出了附接至渗透管的过滤元件的褶皱复合层状结构的边缘；图5是图1所示错流过滤器的示意性局部透视图，示出了附接至渗透管的过滤元件的褶皱复合层状结构的边缘；图6是图1所示错流过滤器的示意性局部透视图，示出了附接至渗透管并具有供给分隔物的过滤元件的褶皱复合层状结构的边缘；图7是图1所示错流过滤器的端盖的示意性端视图；而图8是沿图7中的线“A-A”所取的示意性截面图，示出了附接至螺旋过滤器的端盖。
具体实施例方式应该理解的是，本文所公开的对实施例的各种描述已被简化以只示出与清 楚理解所公开的实施例有关的那些元件、特征和方面，同时为简明起见而省略其它元件、特征和方面。本领域的技术人员在考虑对所公开的实施例的描述后，将会意识到在所公开的实施例的特定实施方式或应用中，其它元件和/或特征可能是希望的。然而，因为这种其它元件和 /或特征在本领域的技术人员考虑了对所公开的实施例的描述后是能够容易地了解和实施的，因此不是充分理解所公开的实施例所必需的，所以本文省略了对这种元件和/或特征的描述。因此，应了解的是本文所给出的描述仅仅是所公开的实施例的示例和说明，并非旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由权利要求限定。在本公开中，除非另有说明，所有表示数量或特性的数字均应理解为在所有情况下均被词“约”修饰过。因此，除非有相反说明，在以下描述中给出的任意数字参数均可根据在根据本公开的实施例中寻求获得的期望性质而变化。至少来说，并且并非试图限制等同原则对权利要求范围的适用，在本说明中描述的每个数字参数均应至少根据报告过的有效数字的数值并通过应用常规舍入技术来解释。此外，本文所列举的任意数值范围均旨在包括包含于其中的所有子范围。例如， “1 10”的范围旨在包括处于所列举的最小值1与所列举的最大值10之间的所有子范围 (包括端值)，即具有等于或大于1的最小值和小于或等于10的最大值。本文所列举的任意最大数值极限旨在包括包含于其中的所有更低数值极限，而本文所列举的任意最小数值极限旨在包括包含于其中的所有更高数值极限。因此，申请人保留修改本公开，包括权利要求，以明确列举包含在本文所明确列举出的范围内的任意子范围的权利。所有这种范围均被意图作为是固有地公开于本文的，以便明确列举任意这种子范围的修改符合美国法典 35 § 112第一段和美国法典35 § 132(a)的要求。本文所使用的冠词“一个”、“一”、“所述”旨在包括“至少一个”或“一个或多个”，除 非另有指明。因此，在本文中使用这些冠词来指代其一个或多个(即至少一个)宾语。例如，“一部件”指一个或多个部件，因此可能在所述实施例的实施方式中考虑且采用或使用多个部件。被叙述为通过引用整体或部分并入本文的任意专利、出版物或其它公开材料，是整体并入本文的，但是只并入达到使并入材料不与本公开中明确给出的现有定义、陈述或其它公开材料相冲突的程度。如此一来，且在必要限度内，本文给出的明确公开将取代通过引用并入本文的任意冲突材料。被叙述为通过引用并入本文但与本文给出的现有定义、陈述或其它公开材料相冲突的任意材料或其一部分，只并入达使并入材料与现有公开材料之间不发生冲突的程度。本公开包括对各种实施例的描述，包括实施例的各种不同特征、方面和特性。应了解的是本文所描述的所有实施例均为示例性的、说明性的、和非限制性的。因此，本发明并不受限于对各种示例性、说明性和非限制性实施例的描述。相反，本发明只由权利要求所限定，权利要求可被修改以列举在本公开中明确或固有地描述的、或以其它方式得到本公开明确或固有地支持的任意特征、方面和特性。另外，本文的附图代表的是本公开的非限制性实施例。附图的绘制并不成比例，只是提供来帮助理解各种实施例，不应该解释为限制本公开的范围。本文所述实施例大体涉及用于从例如液体(例如水)或气体(例如空气)等流体中去除杂质(contaminant)的装置。本文所述实施例也能相关于其它流体得到应用。例如，待净化或以其它方式过滤的流体可以是任意的化学、工业或生物流体。如本文概括地使用的，“杂质”可指流体中的任意不希望出现的物质。例如，“杂质”可包括但不限于任意固体粒子和碎屑；重金属；多环芳香烃；卤化多环芳香烃；矿物质；维生素；包括病毒、真菌 (例如霉菌和酵母)、蛋白质和核酸的微生物或细菌(以及微生物的生殖形式，包括包囊和孢子)；杀虫剂；和其它农用化学品，包括有机化学制品、无机化学制品和溶解盐。如本文概括地使用的，“去除杂质”或“减少杂质”是指解除或去除流体中一种或多种杂质，要么是通过物理或化学方法去除、减少、钝化(inactivate)杂质，要么是以其它方式使所述一种或多种杂质变得无害。另外，本公开进一步设想各种方面，其中具体实施例包括去除一种或多种杂质，但是特别排除一种或多种类型、群组、类别、或特别标识的杂质。例如，在多个方面，“去除杂质”可包括一种或多种特定的杂质，也可只包括一种特定的杂质， 也可特别排除一种或多种杂质。
图1示出了根据本公开各实施例的螺旋错流过滤器1的实施例。这些实施例具有圆筒形外侧壳体3和同轴排列在壳体3内并沿径向偏离壳体3的多孔圆筒形渗透管4。这些实施例还具有设置在外侧壳体3与渗透管4之间的环带6内的环形褶皱过滤元件5。过滤元件5由多个叶片7和多个供给分隔物8形成。为便于图示，图1所示叶片7和供给分隔物8未被完全缠绕和紧紧地填塞成“螺旋”或“果冻卷”构造。错流过滤器1的各种实施例可包括端盖2。 现在参考图2，过滤元件可包括至少具有第一层的隔膜材料9和第二层的渗透分隔材料10的复合层状结构。在如图1所示螺旋过滤器中，第一层的隔膜材料9可邻近外侧壳体3，而第二层的渗透分隔材料10可邻近渗透管4。现在参考图3，复合层状结构过滤元件5可包括上述两层并可被褶皱。被褶皱的过滤元件5可设置成围绕渗透管4。一旦设置成围绕渗透管4后，过滤元件5的褶皱可限定出多个连续的沿周向间隔开的放射状叶片7。 一旦过滤元件5设置成围绕渗透管4后，叶片7可沿一致的方向缠绕在渗透管4上。叶片7 可被例如外侧壳体3和/或端盖2维持在缠绕位置。在多个不同实施例中，过滤元件5可以不附接至渗透管4。在多个不同实施例中，各叶片7可在与渗透管4接近的近端边缘11 处具有附接部12。一旦附接部形成后，多个叶片7可沿统一的方向缠绕在渗透管4上。图 4示出了附接至渗透管4的过滤元件5的部分截面图。图4只示出了渗透管4的一部分、以及多个叶片7中的仅仅两个。过滤元件5包括位于近端边缘11的附接部12。一旦附接至渗透管4后，各叶片7可描述为具有两个层9、10的“中空封套”。图6示出了附接至渗透管4的过滤元件5的两个叶片7。虽然只示出了两个叶片 7，但是多个不同实施例可具有围绕渗透管4的周缘连续附接的更多数量的叶片7。在图6 中，叶片7沿箭头13所示的统一方向部分地缠绕在渗透管4上，但是未完全缠绕成最终的 “螺旋”或“果冻卷”构造。图6所示过滤元件5还包括插入两个叶片7之间的供给分隔物 8。在多个不同实施例中，过滤元件5包括位于多个叶片7的每一个之间的供给分隔物8。 供给分隔物8的目的是在叶片7之间维持间距，以沿过滤元件5的整个长度建立供给流路。 被供给分隔物8促进的交错流有助于防止隔膜9被聚集的滞留物污染或堵塞。图5和6示出了渗透管4和过滤元件5的一端的部分透视图。在图5中，叶片7 还未缠绕在渗透管4上。在图6中，叶片7部分地缠绕在渗透管4上。现在参考图5和6， 在多个不同实施例中，多个叶片7中的每一个在边缘15 (入口边缘和/或出口边缘)处具有粘结部14，粘结部14将隔膜材料9和渗透分隔材料10密封一起。如本文所使用的，术语 “密封”或“被密封”意指形成了大致流体不渗透的密封，但是材料并不一定粘结在一起。如本文所使用的，术语“粘结”或“被粘结”意指所描述的材料以物理方法和/或以化学方法粘结在一起，例如通过粘结剂或一些粘结技术，例如超声波焊接等，以便形成大致流体不渗透的密封。图5和6所示叶片7还包括沿着叶片7的近端边缘11的附接部12。一旦在边缘15粘结并附接至渗透管4，则形成了具有两个层的“中空封套”。边缘粘结部14可在褶皱后且附接至渗透管4前形成，也可在附接至渗透管4后形成。每一叶片7的边缘15粘结在一起，然而近端边缘11轻微分离，在此它们形成相对于渗透管4的附接部12。因此，在多个不同实施例中，在每一叶片7的近端边缘11附近可形成小间隙16。在这样的实施例中， 间隙16可被端盖2的内侧部分20覆盖和密封。在多个不同实施例中，端盖2粘结至各叶片7的一部分，覆盖并密封间隙16。
现在参考图5，因为多个叶片7由至少一个褶皱过滤元件5形成，所以叶片7在除了褶皱过滤元件5的端部17相交处之外的地方是连续的。在图5中，过滤元件5的各个端部17构成叶片7的一半。因此，在多个不同实施例中，至少一个叶片7将在远端边缘19具有粘结部18，以接合褶皱过滤元件5的两个端部17，并形成具有端部17的叶片7。在多个不同实施例中(未示出)，褶皱过滤元件5的各个端部17将是完整叶片7的端部，而不是叶片7的一半。在这样的实施例中，端部17在近端边缘11处形成附接部12。过滤元件5的端部17将最终成为完整叶片7，而没有叶片7会由褶皱过滤元件5的端部17接合而成。 在多个不同实施例中，粘结部14、18和附接部12不包括粘结剂。在多个不同实施例中，粘结部14、18和附接部12是从由超声波粘结部、热粘结部、IR(红外线)粘结部、射频粘结部和微波粘结部组成的组中选出的。在多个不同实施例中，粘结部14、18和附接部12 是超声波粘结部。在多个不同实施例中，附接部12是超声波粘结部，其在近端边缘11处将各叶片7的隔膜9材料和渗透性分隔物10材料粘结至渗透管4。在多个不同实施例中，粘结部14、18是超声波粘结部，其在边缘15和远端边缘19处粘结各叶片7的隔膜9材料和渗透性分隔物10材料。在多个不同实施例中，包括超声波粘结部的过滤部件可由相同的基础聚合物形成，包括本文所列举的任意聚合物中。在多个不同实施例中，上述部件可由为超声波粘结或焊接目的而兼容的基础聚合物形成。这些部件包括隔膜9材料、渗透性分隔物 10材料、渗透管4、端盖2和外侧壳体3。这些部件还可包括供给分隔物8和本文所述的任何其它部件。如图1和6所示，在多个不同实施例中，供给分隔物8由波纹形热塑性片材形成。 供给分隔物8中的波纹建立起与平网或其它材料相比在供给流路中形成较少流动限制的流道。意外地发现的是，波纹形供给分隔物8的使用有助于平衡横穿过滤器1的流，允许过滤器1处理较高的错流速率、较高粘度的流体、和较多量的供给固体粒子，同时有助于避免堵塞。在多个不同实施例中，形成供给分隔物8的波纹形热塑性片材是多孔的。如本文所使用的，“多孔”包括从微观孔到宏观孔的开口范围。在多个不同实施例中，开口可由包括例如挤出成型的热塑性网的开放网格形成。开口可在制作供给分隔物8材料时在原位形成， 或者开口也可在供给分隔物8材料做成后通过机械或化学方法(例如冲孔、镗孔、钻孔、打孔等)生成。在多个不同实施例中，形成供给分隔物8的波纹形热塑性片材是无孔的、并且大致是流体不能渗透的。在多个不同实施例中，供给分隔物8由非粗糙的(non-textured)波纹形热塑性片材形成。如本文所使用的，术语“非粗糙的”包括宏观上大致光滑的表面。在多个不同实施例中，波纹形热塑性片材是粗糙的(textured)。如本文所使用的，术语“粗糙的”包括宏观上具有可见凸起特征的表面。粗糙的片材能够有助于在流体流中生成湍流，这能够有助于如本文所述的螺旋错流过滤器的操作。波纹形供给分隔物的示例可在通过引用并入本文的 Sawada等人的美国专利No. 4，834，881中找到。在多个不同实施例中，波纹形热塑性片材具有0. 02英寸 0. 25英寸的波幅、和 0. 02英寸 0. 25英寸的波长。在其它不同实施例中，波纹形热塑性片材具有0. 05英寸 0. 15英寸的波幅、和0. 05英寸 0. 15英寸的波长。在多个不同实施例中，供给分隔物8由从以下材料组成的组中选出的热塑性塑料制成聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚酯、聚乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、尼龙、乙烯三氟氯乙烯、聚全氟乙丙烯(fluoroethylen印ropylene)、全氟烷氧基共聚物、聚醚醚酮、聚乙烯硫化物、聚碳酸酯、以及它们中的任意种的共聚物和共混物。图7示出了端盖2的端视图。多个不同实施例可包括位于渗透管4的入口端的入口端盖2、和位于渗透管4的出口端的出口端盖2。端盖2具有密封渗透管4的入口端或出口端的内侧部分20。在多个不同实施例中，内侧部分20还密封叶片7的近端边缘11附近的间隙16，并可粘结至叶片7的一部分。端盖2还具有至少一个开口部分21，其朝多个叶片7的入口边缘15引导入口流体流、或从多个叶片7的出口边缘15引导出口流体流。多个不同实施例可包括附接至渗透管4的至少一个出口端的出口端盖2，出口端盖2的结构构造成使从渗透管4流出的渗透流体流与从多个叶片7的出口边缘15流出的出口流体流分罔。现在参考图8，在多个不同实施例中，端盖2粘结至并密封渗透管4的端部。在多个不同实施例中，在入口侧，端盖2的内侧部分20被封闭，使得在入口端没有流体进入渗透管4。在出口侧，端盖2的内侧部分20是开放的， 使得渗透物可离开过滤器1。在多个不同实施例中，渗透管4的入口端和出口端均是开放的，未被端盖2的内侧部分20闭塞。在多个不同实施例中，渗透管4的中间部被闭塞。在这种实施例中，流体流入渗透管4的入口端。被闭塞的中间部迫使流体流出渗透管并进入叶片7。一旦进入叶片后，流体平行于渗透管4流动，并保持在叶片中。在这种实施例中，被过滤的流体可从供给侧流向渗透侧、或从渗透侧流向供给侧。流体在渗透管的被闭塞的中间部的下游重新进入渗透管4。在多个其它不同实施例中，渗透管4的两端均是开放的，并且两端均为出口端。这允许减少流体流动限制，因为横穿隔膜9并进入叶片7然后进入渗透管4的流体可在任一端离开渗透管4。在图8中，过滤元件5表示为阴影区域。多个叶片7沿统一的方向缠绕在渗透管4 上，然而该图中未示出各叶片7。在如图8所示的实施例中，端盖2的肋22未粘结至叶片7 的边缘15。在多个不同实施例中，肋22粘结至过滤元件5的多个叶片7的边缘15。如前所述，端盖2的内侧部分20也可密封或粘结至可包括间隙16的叶片7的一部分。圆筒形外侧壳体3可由刚性的热塑性塑料、玻璃纤维或金属管制成，也可由非刚性材料制成，例如，但不限于，带材。在多个不同实施例中，可在叶片7已缠绕在渗透管4上后形成圆筒形外侧壳体3。在这类实施例中，壳体3可通过围绕过滤元件5缠绕诸如玻璃纤维之类的柔性材料而形成。在任一情况下，端盖2的外侧部分23均与圆筒形外侧壳体3形成密封。在多个不同实施例中，端盖2的外侧部分23还可粘结至壳体3。在多个不同实施例中，入口端盖2和出口端盖2通过从由超声波焊接、热粘结、IR粘结、射频粘结和微波粘结组成的组中选出的方法粘结至至少渗透管4、也可粘结至壳体3。操作中，在过滤元件5的叶片7的入口边缘15处引导供给流。供给流可穿过端盖 2中的开口 21进入螺旋过滤器1。供给流在入口边缘15处被引导进入叶片7之间。可通过供给分隔物8在叶片7之间维持空间。滤得物可沿缠绕在渗透管4上的任意叶片7在任一点处穿过隔膜9并进入叶片7。滤得物可通过压力差、浓度梯度或任何其它方法被迫穿过隔膜9。一旦滤得物穿过了一叶片7的隔膜9，则滤得物就保持在该叶片7内。滤得物在叶片7内的同时被迫流向渗透管4。在叶片7内的同时，滤得物必须最终穿过渗透性分隔物 10，以便能够进入多孔渗透管4。渗透管4在其长度的至少一部分上是多孔的，以与各叶片 7的内部流体连通。一旦进入渗透管4内后，滤得物穿过渗透管4的出口端从过滤器1流出。滤得物保持与未进入叶片7而离开过滤器1的供给流分离。未进入叶片7的供给流经过过滤元件5的叶片7的出口边缘15离开螺旋过滤器1。沿叶片7的切向流动的未被过滤的供给物的持续的流有助于从过滤器表面隔膜9去除或带走滞留物，从而防止隔膜9被堵塞。在多个不同实施例中，其余的供给流穿过出口端盖2中的开口 21离开过滤器1。未过滤的供给流最终可穿过入口端盖2循环回到螺旋过滤器1中。在多个不同实施例中，如本文所述的过滤器可具有大于或等于3米/秒的错流速率(作为流体速度测得的)。在多个不同实施例中，如本文所述的过滤器可具有大于或等于 5米/秒的错流速率。在多个不同实施例中，如本文所述的过滤器可具有小于或等于1米/ 秒的错流速率。在多个不同实施例中，如本文所述的过滤器可具有1米/秒 5米/秒或1 米/秒 3米/秒的错流速率。在多个其它不同实施例中，如本文所述的过滤器可具有20 厘米/秒 100厘米/秒的错流速率。在多个不同实施例中，如本文所述的错流过滤器的叶片高度与螺旋直径的比率可为小于或等于3、在一些实施例中小于或等于2. 5、在另一些实施例中小于或等于2。如本文所使用的，“叶片高度”是指当叶片从渗透管沿径向延伸时，从叶片的近端边缘之间的一点到叶片的远端边缘的距离，例如如图4和5所示。如本文所使用的，“螺旋直径”是指如本文所述的从渗透管的外侧边缘到圆筒形外侧壳体的内侧边缘测得的过滤器的直径长度。

如本文所述的过滤器可用于多种过滤应用。在多个不同实施例中，螺旋错流过滤器的隔膜材料可由从以下材料组成的组中选出的材料制成微滤(microfiltration)材料、超滤(ultrafiltration)材料、纳米过滤(nanofiltration)材料、逆向渗透材料。如本文所使用的，微滤材料定义为通常以大于90%的效率去除小于10微米直到0. 01微米的大部分颗粒的多孔过滤材料。如本文所使用的，超滤材料定义为除具有类似微滤材料的性能夕卜，还通常以大于90%的效率去除约1百万道尔顿(Dalton)直到小于1000道尔顿的大部分分子的多孔过滤材料。如本文所使用的，纳米过滤材料定义为除具有超滤材料的性能外， 通常以大于90%的效率去除大部分多价离子的多孔过滤材料。如本文所使用的，逆向渗透材料定义为除具有纳米过滤材料的性能外，通常以大于90%的效率去除大部分单价离子的多孔过滤材料。如本文所述的过滤器可适用适于本文所列举的过滤类型的任何已知的材料。在多个不同实施例中，隔膜材料可从由微滤材料和超滤材料组成的组中选出。在多个不同实施例中，隔膜材料可由从由以下材料组成的组中选出的材料形成聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚酯、聚乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、尼龙、乙烯三氟氯乙烯、聚全氟乙丙烯、全氟烷氧基共聚物、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚乙烯硫化物、和聚碳酸酯。在多个不同实施例中，隔膜材料可从由聚偏二氟乙烯和聚醚砜组成的组中选出。本公开是参考多个不同示例性、说明性和非限制性实施例写成的。然而，本领域的技术人员将意识到的是在不背离只由权利要求限定出的本发明的范围的情况下，可做出多个不同的代替、变型或任意所公开实施例(或其部分)的组合。因此，可预期和理解的是本公开包含本文未明确给出的附加实施例。可通过例如组合、修改或再组织本文所述实施例所公开的步骤、成分、组成、部件、元件、特征、方面等而获得这类实施例。因此，本公开并不受限于对各种示例性、说明性和非限制性实施例的描述，而是只由权利要求限定。这样，申请人保留权利以在申请期间修改权利要求来增加如本文所多样地描述的特征。
权利要求
1.一种螺旋错流过滤器，包括圆筒形外侧壳体；同轴地布置在所述壳体内并沿径向偏离所述壳体的圆筒形渗透管；和设置在所述外侧壳体与所述渗透管之间的环带内的、环形的被褶皱的过滤元件，所述过滤元件包括复合的过滤材料，所述复合的过滤材料包括邻近所述外侧壳体的第一层的隔膜材料、和邻近所述渗透管的第二层的渗透分隔材料，所述过滤元件的褶皱限定出多个沿周向间隔开的放射状叶片，其中所述多个叶片沿统一的方向缠绕在所述渗透管上。
2.如权利要求1所述的过滤器，还包括插入所述多个叶片的每一个间的供给分隔物；至少附接至所述渗透管的入口端的入口端盖，其包括密封所述渗透管的入口端的封闭部分；和朝所述多个叶片的入口边缘引导入口流体流的开口部分；和至少附接至所述渗透管的出口端的出口端盖，包括分离装置以使从所述渗透管流出的渗透流体流与从所述多个叶片的出口边缘流出的出口流体流分离。
3.如权利要求2所述的过滤器，其中，所述入口端盖粘结至并密封所述渗透管的入口端和所述多个叶片的邻近所述渗透管的入口边缘，而且所述出口端盖粘结至所述渗透管的出口端，并且还粘结至并密封所述多个叶片的邻近所述渗透管的出口边缘。
4.如权利要求3所述的过滤器，其中，所述入口端盖和所述出口端盖通过从由超声波焊接、热粘结、红外线粘结、射频粘结、和微波粘结组成的组中选出的方法被粘结。
5.如权利要求1所述的过滤器，其中，所述多个叶片在入口边缘、出口边缘处包括密封部，所述密封部将隔膜材料和渗透分隔材料密封在一起，此外所述多个叶片在其近端边缘处包括与所述渗透管的附接部。
6.如权利要求5所述的过滤器，其中，所述密封部和所述附接部不包括粘结剂。
7.如权利要求6所述的过滤器，其中，所述密封部和所述附接部从由超声波粘结部、热粘结部、红外线粘结部、射频粘结部和微波粘结部组成的组中选出。
8.如权利要求7所述的过滤器，其中，所述密封部和所述附接部包括超声波粘结部。
9.如权利要求8所述的过滤器，其中，作为所述附接部的超声波粘结部在所述近端边缘处将各叶片的隔膜材料和渗透分隔材料粘结至所述渗透管。
10.如权利要求2所述的过滤器，其中，所述供给分隔物包括波纹形热塑性片材。
11.如权利要求10所述的过滤器，其中，所述波纹形热塑性片材是多孔的。
12.如权利要求10所述的过滤器，其中，所述波纹形热塑性片材是无孔的。
13.如权利要求10所述的过滤器，其中，所述波纹形热塑性片材是非粗糙的。
14.如权利要求10所述的过滤器，其中，所述波纹形热塑性片材是粗糙的。
15.如权利要求10所述的过滤器，其中，所述波纹形热塑性片材具有0.02英寸 0. 25 英寸的波幅、和0. 02英寸 0. 25英寸的波长。
16.如权利要求15所述的过滤器，其中，所述波纹形热塑性片材具有0.05英寸 0.15 英寸的波幅、和0. 05英寸 0. 15英寸的波长。
17.如权利要求1所述的过滤器，其中，所述供给分隔物包括从由以下材料组成的组中选出的热塑性塑料聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚酯、聚乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、尼龙、乙烯三氟氯乙烯、聚全氟乙丙烯、全氟烷氧基共聚物、聚醚醚酮、聚乙烯硫化物、和聚碳酸酯。
18.如权利要求1所述的过滤器，其中，所述过滤器包括大于或等于5米/秒的错流速率。
19.如权利要求1所述的过滤器，其中，所述过滤器包括小于或等于5米/秒的错流速率。
20.如权利要求1所述的过滤器，其中，所述过滤器包括1米/秒 5米/秒的错流速率。
21.如权利要求1所述的过滤器，其中，所述过滤器包括20厘米/秒 100厘米/秒的错流速率。
22.如权利要求1所述的过滤器，其中，所述多个叶片包括小于或等于2.5的叶片高度与螺旋直径的比率。
23.如权利要求1所述的过滤器，其中，所述隔膜材料从由微滤材料、超滤材料、纳米过滤材料和逆向渗透材料组成的组中选出。
24.如权利要求1所述的过滤器，其中，所述隔膜材料从由微滤材料和超滤材料组成的组中选出。
25.如权利要求1所述的过滤器，其中，所述隔膜材料从由以下材料组成的组中选出 聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚酯、聚乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、尼龙、乙烯三氟氯乙烯、聚全氟乙丙烯、全氟烷氧基共聚物、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚乙烯硫化物、和聚碳酸酯。
26.如权利要求23所述的过滤器，其中，所述隔膜材料从由聚偏二氟乙烯和聚醚砜组成的组中选出。
全文摘要
本公开涉及螺旋错流过滤器。所述螺旋错流过滤器包括过滤元件，该过滤元件具有由叠层过滤元件褶皱而成的叶片(7)的连续网。所述过滤元件可包括复合过滤材料，所述复合过滤材料包括邻近外侧壳体的第一层的隔膜材料(9)和邻近渗透管(4)的第二层的渗透分隔材料(10)。多个叶片以统一的“螺旋”构造缠绕在渗透管上，并可被供给分隔物分离。
文档编号B01D65/00GK102223944SQ200980146712
公开日2011年10月19日 申请日期2009年9月28日 优先权日2008年9月29日
发明者斯科特·P·耶格尔 申请人:斯科特·P·耶格尔