本發(fā)明大體上涉及交叉流流體過濾器裝置。

背景技術(shù)：

在交叉流過濾中，饋送液體的一部分作為“濾過物”通過多孔薄膜或篩，而剩余的殘余混合物作為濃縮保留物或“流出物”流過薄膜。交叉流過濾裝置的實(shí)例在US2011/0220586中描述。此裝置包含環(huán)形交叉流過濾器，其中饋送液體流動(dòng)到圓柱形過濾器的內(nèi)周邊中。濾過物徑向向外通過過濾器，而流出物借助于流出物出口從過濾器軸向通過。所述裝置包含位于過濾器內(nèi)的圓柱形旋轉(zhuǎn)清潔組合件，其進(jìn)一步包含從過濾器的內(nèi)表面移除殘?jiān)那鍧嵅考?。在一個(gè)實(shí)施例中，所述清潔組合件由通過過濾器的饋送液體的流動(dòng)來驅(qū)動(dòng)。還參見WO2004/064978、US1107485和US5466384。雖然部分地有效，但顆粒物質(zhì)仍會(huì)變?yōu)榉e留在過濾器的孔中，具體來說在清潔部件隨時(shí)間而磨損時(shí)積留。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包含一種交叉流過濾器組合件(10)，其包含：

(i)圓柱形過濾器(12)，其包括多孔篩(24)，所述多孔篩界定內(nèi)周邊(14)，所述內(nèi)周邊封圍過濾器區(qū)(26)，所述過濾器區(qū)沿著軸線(X)從相對(duì)的饋送末端(16)和流出物末端(18)延伸；

(ii)鄰近于所述饋送末端(16)而定位的饋送入口(20)，以及鄰近于所述流出物末端(18)而定位的流出物出口(22)，其中所述饋送入口(20)和流出物出口(22)兩者與所述過濾器區(qū)(26)成流體連通；以及

(iii)清潔組合件(32)，其在所述過濾器區(qū)(26)內(nèi)軸向?qū)?zhǔn)且包括抵靠著所述過濾器(12)的所述內(nèi)周邊(14)而偏置的至少一個(gè)徑向延伸的清潔部件(34)，其中所述清潔組合件(32)適于圍繞所述軸線(X)旋轉(zhuǎn)以從所述過濾器(12)的所述內(nèi)周邊(14)移除殘?jiān)?/p>

其中所述過濾器組合件(10)特征在于壓縮部件(40)，所述壓縮部件提供使所述清潔部件(34)抵靠著所述篩(24)的所述內(nèi)周邊(14)而偏置的連續(xù)徑向向外力。

描述了額外實(shí)施例。

附圖說明

圖并未按比例繪制并且包括理想化視圖以便于描述。在可能的情況下，已在整個(gè)圖式和書面描述中使用相同的編號(hào)來指示相同或相似的特征。

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的分解透視圖。

圖2是說明通過圖1的實(shí)施例的流體流的橫截面正視圖。

圖3是清潔組合件(32)的實(shí)施例的透視圖。

圖4是清潔組合件(32)的替代實(shí)施例的正視圖，示出了通過壓縮部件(40)而抵靠著多孔篩(24)的內(nèi)周邊(14)偏置的清潔部件(34)。

圖5A是多孔篩(24)的放大簡化立面圖，示出了隨孔(25)積留的理想化顆粒(42)。

圖5B是圖5A的實(shí)施例的視圖，示出了多孔篩(24)響應(yīng)于抵靠著篩(24)偏置且移動(dòng)越過所述篩的清潔部件(34)而徑向變形且移出顆粒(42)形成孔(25)。

圖6是過濾器組合件(12)的另一實(shí)施例的分解透視圖。

圖7是本發(fā)明的另一實(shí)施例的橫截面正視圖。

具體實(shí)施方式

參考圖1和2，交叉流過濾器組合件的優(yōu)選實(shí)施例一般地示出于10，其包含過濾器(12)，所述過濾器包含多孔篩(24)，所述多孔篩界定沿著軸線(X)延伸的內(nèi)周邊(14)，且封圍相對(duì)的饋送末端(16)與流出物末端(18)之間的軸向?qū)?zhǔn)過濾器區(qū)(26)。雖然示出為圓柱形的，但過濾器(12)及其內(nèi)周邊(14)可獨(dú)立地具有替代的配置，例如截頭圓錐形、橢圓形、多邊形等。然而，在優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)周邊(14)具有橢圓形橫截面，且更優(yōu)選地具有圓形橫截面。過濾器(12)可任選地包含用于支撐相對(duì)較精細(xì)的多孔篩(24)的籠或外殼(13)(參考圖6論述)。在未圖示的替代實(shí)施例中，所述籠(13)和多孔篩(24)可形成單個(gè)一體式組件零件。

多孔篩(24)可以由包含聚合物、玻璃、陶瓷和金屬的廣泛多種材料制造。篩(24)的微孔尺寸(例如，由SEM測(cè)得的1到500微米)、形狀(例如，V形、圓柱形、槽形、網(wǎng)狀等)和均勻性可取決于應(yīng)用而變化。在許多優(yōu)選實(shí)施例中，篩(24)相對(duì)薄，例如從0.1mm到0.4mm，且包括防腐的金屬(例如，電成型鎳篩)，其包含大小從10到100微米的均勻大小的孔(25)。以下各者描述了這些材料的代表性實(shí)例：US6478958、US7632416、US7896169、US8201697、US2005/0252838、US2012/0010063、US2012/0145609、US2013/0126421和WO2012/154448(US13/581578)，其中的每一者的整個(gè)標(biāo)的物以引用的方式并入本文中。盡管多孔篩(24)可以鑄造、模制或以其它方式制造為連續(xù)的圓形組件，但是在優(yōu)選實(shí)施例中，所述篩由彎曲成圓形且在其末端處固定以形成圓形配置的材料帶制造。

組合件(10)進(jìn)一步包含鄰近于饋送末端(16)定位的饋送入口(20)以及鄰近于流出物末端(18)定位的流出物出口(22)，其中饋送入口(20)和流出物出口(22)兩者與過濾器區(qū)(26)流體連通。雖然示出為軸向?qū)?zhǔn)，但饋送入口(20)和流出物出口(22)中的任一者或兩者可替代地分別位于靠近饋送末端(16)和流出物末端(18)定位的徑向位置處。

過濾器(12)可任選地形成伸長(例如，圓柱形)主體(28)的一部分，其包含鄰近于饋送末端(16)定位的饋送區(qū)段(30)，其中過濾器(12)位于饋送區(qū)段(30)與流出物末端(18)之間。在此上下文中，術(shù)語“之間”指代過濾器(12)的相對(duì)位置，且不一定要求過濾器(12)如圖中所示從饋送區(qū)段(30)延伸到流出物末端(18)。饋送區(qū)段(30)和過濾器(12)可為一體單件式單元(例如，注射模制)，或者可制造為例如經(jīng)由匹配螺紋、粘合劑、焊縫、扣件、夾具等而互連的單獨(dú)零件。替代地，饋送區(qū)段(30)和過濾器(12)可聯(lián)合地連接到中間部件(未圖示)。在所說明的實(shí)施例中，饋送入口(20)鄰近于饋送末端(16)而定位，且流出物出口(22)鄰近于在主體(28)的相對(duì)末端處的流出物末端(18)而定位。如圖2的實(shí)施例中所示，饋送區(qū)段(30)優(yōu)選地包含實(shí)心或非滲透性外周邊。在未圖示的替代實(shí)施例中，主體(28)僅包含過濾器(12)，即過濾器(12)從入口連續(xù)地延伸到流出物末端(16，18)。

組合件10優(yōu)選地包含位于過濾器區(qū)(26)內(nèi)的清潔組合件(32)。清潔組合件(32)包含中央軸向軸桿或基座(33)，具有直接沿著基座(33)的軸向長度延伸的至少一個(gè)徑向延伸的清潔部件(34)，例如毛刷、刮片等。在未圖示的替代實(shí)施例中，清潔部件(34)可延伸沿著基座(33)的長度的螺旋路徑。清潔組合件(32)適于圍繞軸線(X)旋轉(zhuǎn)以過濾器(12)的多孔篩(24)的內(nèi)周邊(14)移除殘?jiān)?。在一個(gè)實(shí)施例中，由例如電動(dòng)機(jī)等電力源圍繞中央軸向軸桿(33)驅(qū)動(dòng)清潔組合件(32)。在替代實(shí)施例中，清潔組合件(32)包含葉輪(36)，其沿著主體(28)的至少一部分例如圖1和2中的饋送部分(30)軸向延伸。由于從饋送入口(20)進(jìn)入組合件(10)且流動(dòng)通過內(nèi)周邊(14)的饋送流體，葉輪(36)適于使基座(33)圍繞軸線(X)旋轉(zhuǎn)。

在圖3和4中說明的另一個(gè)實(shí)施例中，清潔部件(34)在徑向方向中可移動(dòng)，且清潔組合件(32)進(jìn)一步包含壓縮部件(40)，所述壓縮部件提供連續(xù)徑向向外的力，所述力使清潔部件(34)抵靠著多孔篩(24)的內(nèi)周邊(14)而偏置。壓縮部件(40)不受特別限制并且包含彈簧加載裝置，包含各種類型的彈簧，例如線圈、懸臂、螺旋管、扭轉(zhuǎn)、氣體(具有壓縮氣體的圓柱體)等等。在優(yōu)選實(shí)施例中，甚至在清潔部件(34)與篩(24)之間的接合部分開始磨損時(shí)，壓縮部件(40)也提供抵靠著清潔部件(34)的連續(xù)(例如，+/-10％)徑向向外力。以此方式，清潔部件(34)維持抵靠著篩(24)的內(nèi)周邊(14)的所需預(yù)定偏置力，且提供較長周期的最佳操作?？梢赃x擇壓縮部件(40)的壓縮力以基于微孔尺寸、殘?jiān)某叽绾托再|(zhì)、過濾器類型以及清潔部件的類型(例如，黃銅纖維、尼龍纖維等)來優(yōu)化性能。優(yōu)選的壓縮力范圍在0.049牛頓至1牛頓之間。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，清潔組合件(32)包含圍繞過濾器(12)的內(nèi)周邊(14)均勻隔開且抵靠著所述內(nèi)周邊以可壓縮方式加載的多個(gè)清潔部件(34)。在再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，清潔部件(34)中的每一者抵靠著過濾器(12)的內(nèi)周邊(14)施加大體上相等的徑向向外力(例如，+/-5％)。此實(shí)施例在擾流流體通過組合件(10)且清潔部件(34)移動(dòng)越過過濾器(12)時(shí)使過濾器組合件(12)穩(wěn)定(例如，減少振動(dòng))。當(dāng)利用具有錐形或非均勻尺寸(如下所述)的清潔組合件(32)時(shí)此穩(wěn)定尤其有益。此穩(wěn)定性會(huì)減少磨損和操作低效并且當(dāng)在高饋送速率下操作時(shí)尤其有益，其中清潔部件(34)超過60RPM、100RPM以及甚至1000RPM圍繞過濾器(12)旋轉(zhuǎn)。

在圖5A和5B中說明的又一實(shí)施例中，響應(yīng)于清潔部件(34)正抵靠著其內(nèi)周邊(14)而偏置，多孔篩(24)可逆地可變形預(yù)定徑向距離(D)。徑向變形距離(D)優(yōu)選地是平均微孔尺寸的0.1倍到10倍(更優(yōu)選地為0.25倍到2倍)。此程度的變形更改孔(25)的形狀和/或大小，以使得夾帶的顆粒(42)可以從孔(25)移出，同時(shí)防止篩(24)的過量的斷裂或開裂。

在圖6中說明的又一實(shí)施例中，籠(13)在操作期間以一般圓柱形配置維持多孔篩(24)，但允許多孔篩(24)響應(yīng)于清潔部件(34)抵靠著過濾器(12)的大約內(nèi)周邊(14)偏置而可逆地變形徑向距離(D)。柔性部件(38)(例如，彈性O(shè)形環(huán)、泡沫、3/32ODViton A中空管等)可位于籠(13)與多孔篩(24)之間。雖然取決于應(yīng)用，但柔性部件(38)優(yōu)選地具有通過ASTM D2240-05(2010)測(cè)得的從20°到100°的肖氏硬度硬度計(jì)A值。

如圖7中說明的實(shí)施例中所示，過濾器區(qū)(26)具有半徑(R)和沿著其軸向長度(L)的軸向中點(diǎn)(MP)。此區(qū)(26)內(nèi)的空間界定與饋送入口(20)和流出物出口(22)兩者成流體連通的自由體積。位于中點(diǎn)(MP)與饋送末端(16)之間的過濾器區(qū)(26)的自由體積(即，位于圖2中所示的過濾器(12)的上部部分中的自由體積)比中點(diǎn)(MP)與流出物末端(18)之間的過濾器區(qū)(26)的自由體積(即，如圖2所示的過濾器(12)的底部的自由體積)優(yōu)選地大至少2.5％，且更優(yōu)選地大至少5％、10％，且在一些實(shí)施例中大至少15％。優(yōu)選地選擇此自由體積的“分?jǐn)?shù)改變”以近似在濾過物沿著過濾器(12)的軸向長度通過多孔篩(24)時(shí)液體體積的損失。以此方式，操作壓力的損失至少部分得到補(bǔ)償，且組合件的總分離效率改進(jìn)。用于減少中點(diǎn)(MP)與流出物末端(18)之間的過濾器區(qū)(26)的自由體積的一種方式涉及利用清潔組合件(32)，其與中點(diǎn)(MP)與饋送末端(16)之間的區(qū)相比占據(jù)中點(diǎn)(MP)與流出物末端(18)之間的更大量的空間(自由體積)。例如，清潔組合件(32)的軸向中心基座(33)可從饋送末端(16)到流出物末端(18)向外成錐形。替代地，清潔部件(34)可具有靠近流出物末端(18)比饋送末端(16)更大的尺寸。在此實(shí)施例中，與中點(diǎn)與饋送末端(18)之間的過濾器區(qū)(26)的自由體積相比，清潔組合件(32)占據(jù)中點(diǎn)(MP)與流出物末端(16)之間的過濾器區(qū)(26)的自由體積多至少2.5％、5％、10％或甚至至少15％。

如圖2中的點(diǎn)線箭頭所說明，在操作期間饋送液體借助于饋送入口(20)進(jìn)入主體(28)的內(nèi)周邊(14)，在所述饋送入口處所述饋送液體通過饋送區(qū)段(30)到過濾器(12)的過濾器區(qū)(26)。濾過物通過過濾器(12)的多孔篩(24)且退出組合件(10)，而殘余流出物借助于流出物出口(22)退出過濾器區(qū)(24)。在通過饋送區(qū)段(30)的過程中，饋送液體驅(qū)動(dòng)清潔組合件(32)的葉輪(36)，所述葉輪又使清潔部件(34)圍繞中心軸線(X)旋轉(zhuǎn)以移除或另外防止多孔篩(24)上的殘?jiān)姆e聚。濾過物或流出物可再循環(huán)且多次通過組合件(10)。在任何單個(gè)遍次期間組合件(10)的回收是所產(chǎn)生濾過物的體積速率與進(jìn)入組合件(10)的總饋送液體的體積速率的比率。在優(yōu)選實(shí)施例中，在單個(gè)遍次期間的回收大于5％且小于50％，更優(yōu)選地其大于10％且小于30％。在操作中，單個(gè)遍次回收與先前界定的自由體積的分?jǐn)?shù)改變的比率在1到3之間。

如圖1和2中所示，組合件(10)可更包含外殼(42)，例如圍繞主體(28)配合的軸向?qū)?zhǔn)圓柱形管或殼體。所述外殼(42)包含允許進(jìn)出主體(28)的流體流動(dòng)的端口。外殼(42)可包含任選的密封件，其限制饋送流使其不會(huì)繞過饋送入口(22)且另外沿著饋送區(qū)段(30)的外側(cè)通過。也可以包含密封件以使得從過濾器區(qū)(26)退出且通過過濾器(12)的濾過物被收集在過濾器(12)的外周邊與外殼的內(nèi)周邊之間的濾過物收集區(qū)中。外殼(42)可另外包含與濾過物收集區(qū)成流體連通以用于從組合件(10)移除濾過物的端口(44)。

組合件(10)可用以過濾廣泛多種液體混合物，包含固體顆粒從液體混合物的分離以及包含不同密度的液體(例如，油和水)的混合物的分離。特定應(yīng)用包含以下處理：造紙廠的紙漿流出物產(chǎn)生，油氣回收所產(chǎn)生的工藝用水，食品處理(橄欖油)，艙底污水以及城市和工業(yè)廢水。

已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例并且在一些情況下已經(jīng)將某些實(shí)施例、選擇、范圍、成分或其它特征表征為“優(yōu)選的”。“優(yōu)選的”特征的此類指代決不應(yīng)解釋為本發(fā)明的必需或重要方面。盡管在垂直定向(即，X軸是垂直的)上示出，但是組合件(10)可采用替代定向，例如，水平定向。盡管示出為單個(gè)操作單元，但是多個(gè)組合件可以通過并聯(lián)和串聯(lián)布置耦合，其中濾過物或流出物用作下游組合件的饋送。