螺旋错流过滤器的制造方法
【专利说明】螺旋错流过滤器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请根据专利合作条约条款8要求2013年5月17日提交的美国专利申请号13/896370的优先权，其通过引用并入本文。
技术领域
[0003]本公开涉及改进的螺旋错流过滤器以及关于螺旋错流过滤器的方法。
【背景技术】
[0004]错流过滤是一种膜过滤，其可以在流体承载可插入“死端”过滤器的一定量固体材料时使用。错流过滤不同于死端过滤。在死端过滤中，进给穿过膜或床，将滞留物捕获在该膜或床上，且通过膜或床释放滤液。通常在死端过滤中，用于进给流体退出过滤器的唯一方法是通过膜。然而，在错流过滤中，进给在一定的压力、浓度、或进给与膜另一侧上的滤液之间的其它差异下穿过过滤膜(切向于过滤膜)。比膜孔径尺寸更小的材料穿过作为滤液的膜。一些进给被捕获在膜中或其上作为滞留物，而剩下的进给流穿过进给侧上的过滤器，而没有穿过膜或被捕获在膜中或其上。离开过滤器的未过滤的进给流与滤液保持分离，并且可以通过过滤器再循环回来。这种操作模式可用于具有引起“致盲”风险的固体的进给。致盲是滞留物在膜上的积累，其阻碍和/或减少过滤器的效率。采用死端过滤，固体材料可以迅速致盲过滤表面，且进给流可能不再穿过膜，致使过滤器失效。采用错流过滤，整个膜上的大部分流体的切向运动促使过滤表面上的被捕获的粒子由切向进给流除去。这意味着错流过滤器可以在相比于死端过滤器的相对较高的固体负荷下具有减少致盲地连续操作。
[0005]错流过滤装置可以采取许多形状，包括板、中空纤维、管和螺旋形。螺旋错流过滤装置可以包括过滤介质，其在“果冻卷”型的设计中缠绕着渗透管。当观察“螺旋”过滤器的端部时，过滤器元件的各个叶片的端部边缘使平面曲线由盘绕中心轴线但距其越来越大距离的点跟踪。每个“叶片”实际上是中空的，像由过滤介质做出来的“外壳”。在螺旋错流过滤器中，进给流体平行于渗透管流动。进给流穿过过滤介质进入叶片“外壳”之一。过滤后的流体或渗透物穿过介质以及叶片“外壳”内部的介质之间的螺旋并进入渗透管。渗透物通过渗透管离开过滤器，并且与单独离开过滤器的剩余进给流保持分离。
[0006]错流膜过滤技术已广泛应用于工业全局。例如，错流过滤还可以用于微滤、超滤、纳滤和反渗透。然而，还需要改进的错流过滤装置。
【发明内容】
[0007]本公开中描述的实施例包括一种螺旋错流过滤器，包括:外壳体和在所述外壳体内同轴对准并沿径向从其偏移的渗透圆柱管。所述过滤器还可以包括设置在外壳体与渗透管之间的环形内的环形褶状过滤器元件。过滤器元件可以包括复合过滤材料，该复合过滤材料包括:邻近所述外壳体的膜材料第一层，和邻近所述渗透管的渗透间隔件材料第二层。所述过滤器元件的褶皱可以限定多个沿周向间隔开的叶片，每个在其近端边缘至渗透管包括连接件。多个叶片可以在“螺旋”配置中缠绕着所述渗透管。
[0008]应当理解的是，所公开的发明并不局限于在该说明内容中所述的实施例。本发明旨在包括在如由权利要求书单独限定的本发明范围内的修改及其他主题。
【附图说明】
[0009]参照下面的附图，可以对所公开的非限制性实施例的各个特性和特征进行更好地理解，其中:
[0010]图1是根据本发明的螺旋错流过滤器的实施例的示意性分解透视图；
[0011]图2是构成如图1所示的错流过滤器的复合过滤器元件的膜和渗透间隔件材料的示意图；
[0012]图3是图2中所示的材料的复合夹层的示意图，示出了部分褶状构造。
[0013]图4是在图1中所示的错流过滤器的示意性局部剖视图，示出了连接到渗透管的过滤器元件的褶状复合夹层的边缘；
[0014]图5是在图1中所示的错流过滤器的示意性局部透视图，示出了连接到渗透管的过滤器元件的褶状复合夹层的边缘；
[0015]图6是在图1中所示的错流过滤器的示意性局部透视图，示出了连接到渗透管并且具有进给间隔件的过滤器元件的褶状复合夹层的边缘；
[0016]图7是在图1中所示的错流过滤器的端盖的示意性端视图；
[0017]图8是沿着图7中的线“A-A”截取的示意性剖视图，示出了连接到螺旋形过滤器的端盖；
[0018]图9是渗透管的示意性横截面侧视图，包括形成朝向渗透管的入口和出口端设置的环形歧管的受阻中间部分和径向偏移穿孔部分；
[0019]图10是在图9中所示的渗透管的示意性局部透视图；
[0020]图11A是在图9中所示的渗透管的入口端的示意性局部横截面侧视图；图11B是在图9中所示的渗透管的出口端的示意性局部横截面侧视图；
[0021]图12是在图9中所示的渗透管的示意性局部透视图，其中褶状过滤器元件包括连接到邻近环形歧管的渗透管外圆柱形表面的多个沿轴向间隔开的叶片；
[0022]图13A是过滤器入口部分的示意性横截面端视图，包括在图9中所示的与外圆柱形壳体同轴对准并沿径向从其偏移的渗透管，并且包括含有多个连接到渗透管外圆柱形表面的沿周向间隔开的叶片的环形褶状过滤器元件；图13B是过滤器出口部分的示意性横截面端视图，包括在图9中所示的与外圆柱形壳体同轴对准并沿径向从其偏移的渗透管，并且包括含有多个连接到渗透管外圆柱形表面的沿周向间隔开的叶片的环形褶状过滤器元件；
[0023]图14A是在图9和13A中所示的渗透管及过滤器元件组件的入口部分的示意性局部横截面轴向视图，示出了沿周向间隔开的叶片连接到渗透管；图14B是在图9和13B中所示的渗透管及过滤器元件组件的出口部分的示意性局部横截面轴向视图，示出了沿周向间隔开的叶片连接到渗透管；
[0024]图15是在图9和13A中所示的渗透管及过滤器元件组件的入口部分的示意性局部横截面侧视图，示出了通过周向间隔的叶片的切向流；以及
[0025]图16是在图9中所示的渗透管及过滤器元件组件的示意性侧视图，示出了通过周向间隔的叶片的切向流。
【具体实施方式】
[0026]应当理解的是，本文公开的实施例的各种描述已被简化，以仅示出对清楚理解所公开实施例相关的这些元件、特征和方面，同时为了清楚起见消除了其他元件、特征和方面。考虑到所公开实施例的本描述，本领域普通技术人员要认识到的是，其他元件和/或特征也可用于所公开实施例的特定实施或应用。然而，因为考虑到所公开实施例的本描述，这样的其它元件和/或特征可以由本领域普通技术人员很容易地确定和实施，且因此对所公开实施例的完整理解没有必要，所以本文未提供这样的元件和/或特征的描述。因此，要理解的是，本文所阐述的描述仅是示范和说明所公开的实施例，并无旨在限制如由权利要求单独限定的本发明的范围。
[0027]在本公开中，除非另有说明，表示数量或特性的所有数字都应该被理解为在所有情况下由术语“约”开始和修改。因此，除非有相反的指示，在下面描述中阐述的任何数值参数可以取决于在根据本发明的实施例中所寻求获得的所需性能而有所不同。最起码，以及并非试图限制等同于权利要求范围的教导的应用，在本说明书中描述的每个数字参数应当至少根据所公布的显著数字的数目并且通过应用普通的四舍五入技术得到解释。
[0028]此外，本文所列举的任何数值范围旨在包括包含在其中的所有子范围。例如，范围“1至10”旨在包括所列举的最小值1和所列举的最大值10之间(并且包括它们)的所有子范围，即具有的最小值等于或大于1和最大值等于或小于10。本文中所列举的任何最大数值限度旨在包括包含在其中的所有更低数值限度，本文中所列举的任何最小数值限度旨在包括包含在其中的所有更高数值限度。因此，申请人保留修改本公开包括权利要求书的权利，以明确列出在本文中明确列举的范围内的任何子范围。所有这样的范围旨在在本文中被固有地公开，使得修改明确列出任何这样的子范围将充分符合说明书要求。
[0029]如本文所用，语法冠词“一”、“一个”以及“特指的那个”意在包括“至少一个”或“一个或多个”，除非另有说明。因此，这些冠词在本文中用于指一个或一个以上(即至少一个)该冠词的语法对象。例如，“一个部件”是指一个或多个部件，因此可能的话，一个以上的部件被考虑并且可以用于实现所描述的实施例。
[0030]被说成通过引用并入本文的任何专利、出版物或其他公开材料全部地或部分地以其整体并入本文，但程度仅限于并入的材料不与现有的定义、陈述或在本公开中明确规定的其他公开材料相冲突。因此，在必要的程度上，如本文所述的公开内容取代通过引用并入本文的任何冲突材料。被说成通过引用并入本文但与现有的定义、陈述或在本文所阐述的其他公开材料相冲突的任何材料或其部分仅在所并入的材料与现有的公开材料之间没有冲突的程度上被并入。
[0031]本公开内容包括各个实施例的描述，包括实施例的各种不同的特点、方面和特征。应当理解的是，本文所述的所有实施例是示例性的、说明性的以及非限制性的。因此，本发明并不受限于各种示例性、说明性以及非限制性实施例的描述。相反，本发明仅由权利要求书限定，其可被修改成列举明确或固有地描述在本公开中或者由本公开以其他方式明确或固有地支持的任何特点、方面和特征。
[0032]此外，本文中所呈现的附图代表本公开的非限制性实施例。这些附图未按比例绘制，仅被提供用于帮助理解各个实施例，不应被解释为限制本公开的范围。
[0033]本文所述的实施例总体涉及用于从流体诸如液体(例如水)或气体(例如空气)中除去污染物的装置。本文所述的实施例还可以用于其它流体。例如，待纯