CN100556498C - 过滤流体的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种过滤流体的装置，其中所述的过滤装置包括：纤维壳体(1)，它具有带有至少一个进口的进口端(5)和带有至少一个出口的出口端(3)。该纤维壳体包围在该纤维壳体内在该进口端和出口端之间纵向延伸的多条纤维(2)并且限定用于该多条纤维的一外部边界，从而在纤维之间提供纵向延伸的空隙，所述的空隙限定用于流体的多条流动通道。纤维壳体的至少一部分由包围纤维的柔性薄膜构成，并且提供挤压装置(7a，7b)，它用于在该柔性薄膜的外表面上产生压力，从而在沿着纤维长度的至少一个位置上沿着径向挤压纤维。

Description

过滤流体的装置和方法
发明的背景
本发明涉及过滤流体的装置和方法。尤其是涉及这样过滤流体的装置和方法，其中在过滤所述流体的过程中，多条纤维沿着流体流的方向纵向地延伸。
现有技术
美国专利US4219420公开了一种过滤污染了的流体或者介质的装置。根据该专利的公开内容，将多条纤维束定位在支撑件上，并且在过滤器壳体内沿着该壳体的进口和出口之间的方向延伸。经过进口沿着朝向出口的方向引导被过滤的流体。当其通过多条纤维束时，该污染的颗粒被阻止在纤维之间。为了改善纤维束的“深度效果(deptheffect)”，纤维可以具有不同的长度。这里，被过滤的流体的质量取决于纤维束的密度。然而，为了提高过滤过程的质量，必须增加纤维的密度，而这需要将更多的纤维束插入过滤器壳体内。
在EP0280052中已经提出了美国专利US4219420的过滤器的改进之处。这里的过滤器壳体包括支撑装置，多条纤维束连接到支撑装置上并且在过滤器壳体内沿着进口和出口之间的方向延伸。在过滤器壳体内提供柔韧的防水薄膜，从而构成压力腔。当在过滤期间加压时，该薄膜挤压多条纤维束，以形成锥台状的过滤器腔体，并且当流体通过该锥台状的腔体时被过滤。在此，通过调节在压力腔内的压力从而调节纤维的挤压，可以控制纤维的密度和由此引起的过滤质量。
在WO94/11088中公开了具有沿着流体流的方向纵向延伸的纤维的另一种过滤器，并且在其中，通过挤压纤维可以调节纤维的密度。在此，将纤维布置在由保持件限定的开口内，并且将包括一圆锥形部分的位移件设置在纤维的中央。通过沿着纤维的方向移动该位移件，可以调节纤维抵靠在保持件上的挤压，从而控制纤维的密度和过滤质量。
因此，这样的原理是公知的，即：具有沿着流体流的方向纵向延伸的多条纤维，并且通过调节这样的挤压并且由此调节纤维的密度可以控制过滤的质量。
美国专利US4219420的过滤装置使用压力腔来挤压纤维，然而，WO94/11088的过滤装置具有设置在纤维中央的圆锥形的位移件，以便将纤维压靠在保持件上。这两种过滤装置制造起来相对都比较贵。
然而，今天人们更加关注家庭用水和工业用水的质量，这一部分是由于增加的环境污染，一部分是由于人们关于食品和饮料质量的增加的公共意识。此外，人口的增长导致了人们对简单、廉价和有效的过滤流体例如水的设备的更高要求。
这样，就存在一种对过滤流体的简单、廉价和有效的装置的越来越大的需要。因此，本发明一个目的是提供一种过滤流体的装置，该装置能够有效地过滤流体，制造成本低廉且易于操作。
发明概述
为了提供这样一种改进的过滤装置，本发明在第一方面提供了一种过滤流体的装置，所述的装置包括：纤维壳体，它具有带有至少一个进口的进口端和带有至少一个出口的出口端，所述的纤维壳体包围并且限定在纤维壳体内在该进口端和出口端之间纵向延伸的多条或者一束纤维的外部边界，从而在纤维之间提供纵向延伸的空隙，所述的空隙限定多条流体的流动通道。在此，所述的纤维壳体的至少一部分由包围纤维的柔性薄膜构成，并且提供挤压装置，用于在该柔性薄膜的外表面上产生压力，从而在纤维长度上的至少一个位置沿着径向挤压纤维。其中从纤维壳体的进口端到产生压力的位置的距离至少是纤维壳体的总长的25％，所述的挤压装置适于在该柔性薄膜的所述外表面的至少一个部位或一部分上产生所述的压力，所述的压力部分或部位沿着纤维的纵向的尺寸为在所述纤维壳体内的纤维的总长度的0.5倍以下。最好多条纤维沿着纤维壳体的基本整个长度从进口端延伸到出口端。
该纤维壳体可以具有管状件的形式，但是应理解，该纤维壳体可以具有任一方便的形式。这样，至少纤维壳体的一部分可以具有基本上等于从下面这组中挑选的形状的截面几何形状，这一组包括：圆形、卵形、椭圆形、水滴形和多边形。在此，所述的多边形形状可以从这一组中选择，该组包括：三角形、长方形、五边形、六边形、七边形和八边形。
根据本发明的优选实施例，该挤压装置可适于在该柔性薄膜的一部分外表面上产生压力，这里所述的部分沿着纤维的纵向具有小于所述纤维壳体内的整个纤维长度的尺寸。在此，沿着纤维的纵向所述挤压部分的尺寸最好是在所述纤维壳体内的整个纤维长度的0.8倍以下，例如0.6倍以下，0.5倍以下，0.4倍以下，0.2倍以下，或者0.1倍以下。
在优选实施例中也具有挤压装置，其适于在该柔性薄膜的所述外表面的一部分或一部位上产生压力，这里所述的一部分或一部位至少部分地覆盖所述薄膜的外圆周。在此，该压力部分或部位可以仅仅部分地覆盖所述薄膜的外圆周。因此，该压力部分(pressure part)或部位(portion)可以覆盖所述薄膜的外圆周的90％以下，例如80％以下，70％以下，60％以下，50％以下，40％以下，30％以下，或者20％以下。
可以理解，通过仅仅在该柔性薄膜的外表面的一部分上提供压力，该纤维的未被挤压部分的空隙将大于该纤维的被挤压部分的空隙。在此，滤掉的颗粒将被留在进口端内纤维的未被挤压部分的空隙中，并且通过控制压力施加在其上的柔性薄膜部分的尺寸，可以在很大的程度上控制过滤效率。
最好将挤压纤维的位置设置在预定的位置。这里应注意：从纤维壳体的进口端到所述的挤压位置的距离以及从纤维壳体的出口端到所述的挤压位置的距离也将影响该过滤性能。可以使用不同的挤压位置的布置，但是从纤维壳体的进口端到所述位置的距离可以是该纤维壳体的总长度的至少25％，例如至少33％，至少40％，至少50％，至少55％，至少60％。在优选实施例中，挤压位置的中心设置在距离进口端为该纤维壳体的总长度的大约2/3、距离出口端为该纤维壳体的总长度的大约1/3的地方。
显然，可以使用从纤维壳体的进口端到出口端距离不同的长度。然而，对我们而言，由市场上可以购得的纤维或者纤维束的长度来限定一个长度是最方便的。这样，在至少一个进口和至少一个出口之间的距离可以在10cm到200cm之间，例如在30cm到150cm之间，在40cm到80cm之间。如果使用长度为大约60cm的纤维束，在至少一个进口和至少一个出口之间的优选距离可以是在50cm到70cm之间，或者是大约60cm。
可以相应地选择在至少一个进口和挤压位置之间的距离。因此，在至少一个进口和所述位置之间的距离可以在5cm到100cm之间，例如在10cm到90cm之间，在20cm到80cm之间，在30到50cm之间，在40cm左右。
根据另一实施例，在至少一个进口和至少一个出口之间的距离可以在10cm到60cm之间，例如在20cm到40cm之间，在25cm到35cm之间。在此，可以使用多条具有大约30cm长的纤维束。
在至少一个进口和该挤压位置之间的距离可以再次相应地选择为在5cm到80cm之间，例如在10cm到60cm之间，在15cm到30cm之间，在20cm左右。
该挤压装置可以以不同的方式在柔性薄膜的外表面上产生压力。在本发明的优选实施例中，该挤压装置是压力腔，其中所述压力腔的内壁可以由该纤维壳体的至少一部分柔性薄膜形成。该压力腔可以具有一个或者多个提供增压孔和排放孔的进口/出口。在本发明的另一优选实施例中，通过与所述外表面接触的一个或者多个基本上坚固的挤压件来产生压力。该挤压件可以具有非柔性部分和/或柔性部分，但是优选该挤压件至少部分是柔韧的或者易弯折的。然而应注意，通过使用这种基本上坚固的挤压件，可以得到比利用气体、液体或者流体在薄膜上产生压力时更加简单的结构。最好该挤压装置可适于改变或者控制由此产生的压力，从而改变或控制在所述位置流动通道的总截面面积，从而改变经过该过滤器过滤掉的颗粒的最小尺寸。
该挤压装置可以包括夹具。该挤压装置也可以进一步或者可选择地包括设置在柔性薄膜的相对两侧上的至少两个块状件，以便从两侧挤压该纤维。
最好该挤压装置包括用于产生和/或控制压力的液压装置。较好地，该挤压装置适于沿着径向以1-20巴之间的压力挤压该多条纤维，例如以3-15巴之间的压力，或者以5-10巴之间的压力。
该纤维壳体可以由具有不同柔性的不同材料制造。然而，该纤维壳体在其整个长度上最好由相同的材料制造，因此该纤维壳体在其基本整个长度上由柔性薄膜形成。该纤维壳体可以由任一合适的材料制造，但是最好该材料是水密的，并且最好该材料从下面这一组中选择，即：PE(聚乙烯)，软化的PVC(聚氯乙烯)，尼龙，聚四氟乙烯和橡胶。在这里，该橡胶材料可以是乙丙三元橡胶(EPDM橡胶)。
根据本发明的实施例，将纤维壳体布置在一保持件内。在此，该保持件可以由基本上坚固的材料制造，例如不锈钢。最好该保持件具有一个或者多个开口，以允许该挤压装置在纤维壳体的所述的柔性薄膜的外表面上产生压力。因此，该保持件可以具有两个开口，以允许该挤压装置在所述的柔性薄膜的外表面上产生压力。最好该保持件可以形成为管状件。
该保持件可以形成为具有流体进口和流体出口，将流体进口密封地连接到该纤维壳体的进口端，并且将流体出口密封地连接到该纤维壳体的出口端。
为了维持本发明的装置的理想过滤运转，当将纤维布置在纤维壳体内时，可以将一纵向张力施加到纤维上。这样，该过滤装置可以包括保持纤维内纵向张力的装置。通过将纤维紧固在纤维壳体内并且将该纤维壳体布置在保持件内可以提供这样的装置。
可以选择该纤维壳体的任意合适的内径。然而，最方便的是选择适合从市场上可以购得的纤维束的直径的直径。较好地，该纤维壳体的内径可以是在1cm到20cm之间，例如在2cm到15cm之间，在3cm到10cm之间，在4cm到8cm之间，在5cm左右。
不同种类的纤维可以用于过滤装置，在此可以选择纤维的种类以满足特定过滤过程的需要。这样，该纤维可以是多孔的或者无孔的，该纤维可以是实心的或者空心的，并且该纤维可以包括透明的纤维。在优选实施例中，该纤维包括聚酯纤维或者尼龙纤维。最好该纤维也具有基本上圆形的截面。这里的截面尺寸可以根据从流体中过滤掉的颗粒而改变，但是最好该直径最大为5mm，例如最大为2mm，例如在0.001-1mm的范围内，在0.01-0.5mm的范围内。
当使用空心的纤维时，最好在纤维的末端封闭该纤维。在此，可以将至少一部分纤维末端布置在纤维壳体的同一端，作为纤维壳体的进口。
当将纤维布置在纤维壳体内时，最好在纤维壳体的进口端将这些纤维连接到纤维壳体的端部。在此，在纤维壳体的进口端可以将这些纤维粘结到该端部或者粘结到保持件上，而该保持件设置在该端部。可以通过环氧树脂来粘结纤维。在优选实施例中，在与纤维壳体的进口端相对的端部该纤维具有自由的纤维末端。然而，本发明也包括这样的实施例，其中：在它们各自的末端将这些纤维连接到纤维壳体的端部。还是在此，可以通过环氧树脂将纤维粘结到该端部或者粘结到设置在该端部的保持件上。
根据本发明的实施例，在纤维壳体内的多条纤维可以包括一束纤维，该纤维束被弯折，以致结果得到的弯折的纤维束的长度近似为未弯折纤维长度的1/3到2/3之间，最好为未弯折纤维束长度的一半。在此，可以将弯折的纤维束的弯折端部布置在该纤维壳体的出口端。然而，本发明也包括这样的实施形式，即：将弯折的纤维束的弯折端部布置在纤维壳体的进口端。
当将弯折的纤维束的弯折端部布置在该纤维壳体的出口端时，可以排列纤维并且绕着设置在该纤维壳体的出口端的十字形元件弯折。然而，在优选实施例中，将两个十字形的元件彼此隔开一段距离设置，因此，将大约一半的弯折的纤维布置在距离出口端为第一距离的地方，并且将剩余的纤维布置在距离出口端为第二距离的地方。
尽管可以优选具有唯一的挤压纤维的位置，但是在本发明的范围内，也可以设有这样的挤压装置，其适于沿着该纤维的长度在几个位置上挤压该纤维。因此，沿着纤维壳体的长度可以改变或者控制被过滤的颗粒的积聚能力。
当将其布置在过滤系统中时，本发明第一方面的过滤装置可以用来过滤。因此，根据本发明的第二方面，提供了一种用于过滤流体的系统，所述的系统包括：根据本发明第一方面的任一实施形式的过滤装置，用于使被过滤的流体通过被挤压纤维的流动通道的装置，用于使纤维保持在挤压状态同时使流体通过流动通道的装置。
该系统还可以包括：用于释放在该柔性薄膜的外表面上的压力从而使纤维处在未挤压状态的装置，用于使液体和/或气体沿着从进口朝向出口的方向或者相反的方向通过未挤压纤维从而向前冲洗或者向后冲洗该过滤装置的装置。
在此，通过未挤压纤维从而冲洗该纤维的液体可以是未过滤的液体，但是它也可以是另一种液体，例如自来水。如果用气体来冲洗，那么该气体可以是压缩空气。
在过滤系统的优选实施例中，由计算机控制挤压纤维的装置、释放压力的装置、使流体通过被挤压纤维的装置和使液体或者气体通过未挤压纤维以冲洗该过滤装置的装置。
在本发明的范围内，也提供了一种过滤流体的方法。这样，根据本发明的第三方面，提供了一种通过根据本发明的第一方面和第二方面中任一实施例的装置或系统来过滤流体的方法，所述的方法包括：使流体通过所述的装置；在沿着柔性薄膜的一个位置上沿着径向挤压该纤维，以便减小该纤维的总截面面积并且因此减小该流动通道的截面面积，从而该流动通道的截面积朝向所述的位置逐渐减小；保持在该纤维上的压力，同时使流体通过该流动通道。
上述的方法也可以进一步包括这样的步骤，即：发射紫外光线穿过纤维，以便利用紫外光线杀死在所述被滤掉的颗粒中的细菌和/或病毒。
在本发明的范围内还提供了一种冲洗过滤装置的方法。这样，根据本发明的第四方面，提供了一种冲洗根据本发明的第一方面和第二方面中任一实施例的装置或系统的方法，所述的方法包括步骤：释放在纤维上的压力；使液体或者气体通过未被挤压的纤维。在此，液体或者气体可以沿着从进口朝向出口的方向或者相反的方向通过未被挤压的纤维，以便向前或者向后冲洗该装置。
结合附图，根据下面给出的优选实施例的详细描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加明显。
附图的简要说明
图1是根据本发明的过滤装置的第一实施例的纵向剖面图；
图2是一方框图，画出了使用根据本发明的过滤装置的过滤系统；
图3是根据本发明的过滤装置的第二实施例的纵向剖面图；
图4是一方框图，画出了使用根据本发明的过滤装置的系统的第二实施例。
优选实施例的详细描述
在图1中示出了根据本发明的过滤装置的一个实施例的纵向剖面图。图1的过滤装置包括具有管子形式的纤维壳体1。在此，在壳体的整个长度上，纤维壳体1由柔性的、水密性材料制造，因此该纤维壳体形成为围绕纤维束2的柔性薄膜。纤维束2由在纤维壳体1内纵向延伸的多条纤维构成。
在例示的实施例中，将纤维弯折以得到一弯折或者折叠的纤维束2，它们具有非弯折的纤维的长度的一半的长度。将纤维的弯折末端布置在纤维壳体1的出口端3。这里的纤维可以绕着通过环氧树脂粘结固定到纤维壳体1上的十字形件4弯折。将纤维的自由端布置在纤维壳体1的进口端5。在此，最好使用环氧树脂将纤维粘结到进口端5，从而在进口端5制成水密的端面。当将纤维束2布置在进口端5的环氧树脂中时，纤维束2应该被基本上等距离地隔开，以便获得限定流动通道的许多基本上等尺寸的空隙。在靠近进口端5的纤维壳体1的侧壁内设置若干进口6，从而能够将流体引导进入纤维壳体1。在出口端3纤维壳体1处于打开状态，因此流体能够从纤维壳体1排出去。
在图1所示的实施例中，纤维壳体1由诸如软化的PVC或者柔韧的PVC之类的柔性材料制造，纤维壳体的侧壁具有大约5mm的厚度，并且纤维壳体的内径是大约50mm，给出的外径是大约60mm。十字形件4由不锈钢制造且具有2mm的直径。例如，纤维可以是
Figure C0181595300161
尼龙(从DuPont Company可以购得)制成的空心纤维，其展开长度为600mm且直径为大约0.15mm。然而，也可以使用实心纤维。这样，在纤维束2中纤维的弯折或者折叠长度是大约或者略小于300mm。那么，纤维壳体的长度是大约或者略小于300mm。应注意，纤维壳体1也可以用例如EPDM橡胶的橡胶材料制造。
当纤维处在未挤压条件下时，由在进口端5的纤维排列布置和在出口端3绕着十字形件4的纤维排列布置来确定纤维之间的空隙。由于纤维绕着十字形件4排列布置，所以空隙的尺寸以及由此得到的流动通道可以从进口端5到出口端3略微有些变化。也可以在本发明的实施例中设置两个彼此分开大约20mm距离的十字形件4。
显然，从流体中过滤的颗粒的最小尺寸是纤维的直径和纤维的挤压密度(packing density)或者横截面密度(cross-sectional density)的函数。因此，随着纤维直径的减小，被过滤的颗粒尺寸的减小。尽管具有相对较高的纤维密度较好，但是为了避免堵塞，流动通道在距离挤压纤维的位置一段距离的地方比在所述位置的横截面积更大是重要的。
当使用图1的过滤装置过滤流体时，围绕纤维束2的柔性薄膜可以在沿着壳体1的一位置上在径向方向被挤压。因此，在纤维之间的空隙的总横截面积以及由此引起的流动通道的横截面积在所述的位置减小，流动通道的横截面积朝向该位置逐渐减小。这样，通过改变作用在柔性薄膜上的外部压力，流动通道的横截面积可以改变，从而可以改变过滤效果。
为了挤压纤维束2的纤维，图1的过滤装置包括夹具形式的挤压装置，该夹具具有两个弯折的夹爪7a、7b。夹爪7a、7b由表面涂覆软化的PVC涂层的不锈钢制造，用于接触纤维壳体1的柔性薄膜。当将夹爪7a、7b压在纤维壳体1上时，纤维被挤压并且可以使用该过滤装置来过滤流体。当流体被引导经过纤维壳体时，过滤掉的颗粒将沉淀在纤维壳体1的进口侧，位于进口6和挤压纤维的位置8之间。
为了获得用于沉淀颗粒的足够的空间，并且为了避免该过滤装置较早地堵塞，最好将夹爪7a、7b以及挤压的位置8设置成这样，即：纤维壳体的大约2/3长度位于夹爪7a、7b的进口一侧，纤维壳体的大约1/3长度位于夹爪7a、7b的出口一侧。对于图1的过滤装置，夹爪7a、7b的宽度是大约25mm。夹爪7a、7b的接触表面形成为这样，即：每一个表面覆盖未挤压的纤维壳体1的外径或者圆周的大约1/3。
可以人工控制或者用液压装置控制挤压装置的夹爪7a、7b。当使用液压装置时，可以使用例如计算机来电子地控制挤压装置的压力。对于图1的过滤装置来说，在挤压装置7a、7b上使用大约2吨的压力来实施过滤过程，从而挤压纤维束2。
为了支撑或者支持图1的纤维壳体1，设置保持件9。该保持件具有管子的形状，该管子带有流体进口端和流体出口端以及两个相对布置的开口10a、10b，这两个开口允许挤压装置7a、7b挤压纤维壳体2的柔性薄膜。该保持件或者管子9具有在进口端的第一内环11和在出口端的第二内环12，将第一O型密封圈13环绕在进口端5的纤维壳体1设置并且与第一内环11密封接合，将第二O型密封圈14环绕在出口端3的纤维壳体1设置并且与第二内环12密封接合。在图1的实施例中，在纤维壳体1的进口端5还形成有外环15，因此第一O型密封圈13设置在外环15和第一内环11之间。该保持件或者管子9还包括设置在流体进口端的进口法兰16和所示在流体出口端的出口法兰17。用螺栓18和相应的螺母19将法兰16、17固定到该保持件9上。
将进口法兰16的尺寸形成为能够装配流体进管，出口法兰17的尺寸形成为能够装配流体出管。
对于图1的过滤装置，进管和出管均为3/4英寸管，并且保持件或者管子9由外径为100mm、长度为大约360mm的不锈钢制造。
当使用软化的PVC来制成纤维壳体1时，壳体1的硬度将足够大，足以保证在内环12和O型密封圈14之间的密封接合。通过在纤维壳体1内的流体压力，可以进一步增强这种密封接合。然而，如果使用橡胶薄板来制成纤维壳体1，那么可能必须加强纤维壳体1的出口端3。
显然，根据本发明的过滤装置的一个主要好处在于：当除去作用在纤维上的压力时，能冲洗纤维。该冲洗过程可以是向前冲洗或者向后冲洗过程。在图2中示出了这一过程，图2是方框图，画出了使用根据本发明的过滤装置的过滤系统。该过滤装置可以优选地是图1所示的装置，但是也可以使用根据本发明的任一其他的过滤装置。
图2的系统包括根据本发明的过滤装置41。该过滤装置41具有在保持件43内的纤维壳体42，该保持件43具有用于挤压装置45a、45b的开口44a、44b，挤压装置能够在纤维壳体42的柔性薄膜上产生一压力。该过滤装置42还具有流体进口端46和流体出口端47，用来分别连接流体进管48和流体出管49。
图2的系统还包括用于容纳未过滤的流体50的容器，通过管路51经阀69将该容器连接到用于提供预定流体压力的泵52上。管路53引导流体，经过阀55到达带有压力表54的流体进管48。在阀55之前，经过阀57将管路56连接管路53，管路56的另一端连接到流体出管49。将流体进管48连接管路58，通过阀59将其引导到容器60，容器60用于容纳在冲洗过程中从纤维壳体排出的滤掉的颗粒或者沉积物。进而将流体出管49连接到管路61，经过阀62引到沉积物容器60。流体出管49还带有压力表63，并且在连接管路56和61的连接点之后，将流体出管49连接管路64，连接管路64经过阀65将过滤过的流体引导到用于容纳过滤过的流体70的容器。
在图2中也画出了进口66，进口66经过阀67而连接到管路56。此外，在与流体出管49连接之前，将阀68插入管路56之中。也可以使用进口66来喷射或者引导液体、空气或者气体进入该系统以用于冲洗过程。该液体、空气或者气体应该具有足够高的压力，以便冲洗该系统。
当图2的系统以过滤方式工作时，挤压装置45a、45b在纤维壳体内的纤维上提供预定压力，阀69、55和65打开，阀57、59、62、67和68关闭，泵52提供预定的流体进口压力。例如，该压力可以高达20巴(bar)，高达10巴，或者在5-10巴的范围内。当该过滤过程已经持续一段时间后，可能需要冲洗在纤维壳体42内的纤维。
如果想要使用流体向前冲洗，那么可以关闭泵52，关闭阀69、55和65，同时保持阀57、59、62、67和68处于关闭状态，放松挤压装置45a、45b，然后打开阀62、69和55，重新启动泵52。这将引导未过滤的流体经过纤维壳体42内未挤压的纤维和管路61到达沉积物容器60。
如果想要使用流体向后冲洗，那么可以关闭泵52，关闭阀69、55和65，同时保持阀57、59、62、67和68处于关闭状态，松开挤压装置45a、45b，然后打开阀69、57、68和59，重新启动泵52。这将引导未过滤的流体经过管路56、向后经过纤维壳体42内的未挤压的纤维并且经过管路58到达沉积物容器60。
如果想要使用进口66向前冲洗，那么可以关闭泵52，关闭阀69、55和65，同时保持阀57、59、62、67和68处于关闭状态，松开挤压装置45a、45b，然后打开阀62、67、57和55。这将引导液体、空气或者气体从进口66经过纤维壳体42内未挤压的纤维和管路61到达沉积物容器60。
如果想要使用进口66向后冲洗，那么可以关闭泵52，关闭阀69、55和65，同时保持阀57、59、62、67和68处于关闭状态，松开挤压装置45a、45b，然后打开阀67、68和59。这将引导液体、空气或者气体从进口66经过管路56，向后经过纤维壳体42内的未挤压的纤维并且经过管路58到达沉积物容器60。
通常，为了避免由过滤掉的颗粒对系统的任何进一步的污染，使用向后冲洗方法。
显然，在本发明中也提供了一种过滤系统，其由计算机例如可编程逻辑控制器PLC自动地操作。在此，可以给计算机编程序，以控制利用例如液压装置对挤压装置的加压和压力释放。可以将预定的压力和时间间隔编程序输入计算机，以控制这样的一个过程。可以进一步对计算机编程，以控制流体泵52和阀55、57、59、62、65、67和68，以便按照预定的时间间隔动作和停止动作。
在表1中列出了使用图1的过滤装置进行的过滤过程的结果。要被过滤的流体具有大约2.5-3巴的流体进口压力，并且使用大约2吨的压力环绕着该纤维壳体挤压该挤压装置。该纤维壳体的纤维束由直径为大约0.05mm的空心聚酯纤维构成。
被过滤的流体是被灰烬污染的水，在此，普通的饮用水和由木材燃烧得到的灰烬混合在一起。测定该混合物，其包含水分和95毫克/升(mg/l)的可溶解固体(干物质)。当通过该过滤器时，在过滤过的流体中不再有可测量到的可溶解固体的量。检测可溶解固体的设备的下限为3mg/l，因此，从该结果出发可以推出：大于96％的可溶解固体被从水中滤出。
用这种流体测试该过滤装置的原因在于：这种污染物具有广泛和自然的颗粒尺寸范围。
被过滤的流体具有颗粒尺寸的下列混合：
  颗粒尺寸(单位全为μm)   用％表示的过滤之前干物质或者可溶解固体的量   用％表示的过滤之后干物质或者可溶解固体的量
  0.49-0.91   1.66   0
  0.91-1.95   2.52   0
  1.95-4.19   4.63   0
  4.19-9.00   13.3   0
  9.00-19.31   34.69   0
  19.31-41.43   35.15   0
  41.43-88.91   7.81   0
  88.91-120.76   0.24   0
表1
该分析是由VKI学会进行的，在由Malvern Instruments Ltd(仪器有限公司)提供的Mastersizer(主尺寸计)S长底(long bed)Ver.(版本)2.18仪器上，在DK-by No.DANAK-Reg.(注册)No.26中经过证明。
在图3中示出了根据本发明的过滤装置的第二实施例。图3的装置包括具有管子形状的纤维壳体301。在此，纤维壳体301的外部由水密性材料制造，它在壳体的整个长度上是坚固的并且包围纤维束302。纤维束302由在纤维壳体301内沿着纵向延伸的多条纤维构成。对于本发明的该实施例来讲，纤维壳体301的内部包括具有挤压薄膜、衬垫或者风箱形式的挤压装置303，把它布置在纤维壳体301内的一个位置并且包围纤维302。该挤压装置303由柔性材料制造，并且通过安装密封环304和安装螺栓305密封地连接到壳体301的内壁上。将液压进口/出口306设置在壳体303内，以提供和/或控制液压压力，从而可以将该挤压装置303压抵在纤维束302上。
在所示的实施例中，纤维壳体301具有进口端307和出口端308，并且在出口端308纤维302具有自由纤维端。在进口端307，将纤维固定到纤维头309上，最好使用环氧树脂将纤维302粘结到纤维头309上。当将纤维束302排列在纤维头309的环氧树脂中时，纤维束应该被基本上等间距地隔开，以获得确定流体通道的许多基本上等距离的空隙。在纤维壳体301的进口端307或者在纤维壳体301的进口端307周围，可以设置一个或多个液体或流体进口，从而可以将液体或者流体引导进入纤维壳体301。该纤维壳体301在出口端308具有一个或多个液体或者流体出口，因此能够将液体或者流体从纤维壳体301排出去。将纤维头309紧固到纤维头安装件310上，该安装件被固定到纤维壳体301上，并且液体或者流体可以从进口通过该安装件310，沿着纤维头309，然后沿着纤维束302的外侧进入纤维束302。当将液体引入到纤维束302时，可以将纤维压靠在纤维壳体301或者挤压装置303上，从而在通过流体出口离开纤维壳体301之前，该液体必须通过设置在纤维之间的空隙。
可以借助带有搁靠在平环(flush-ring)313上的平螺母(flush-nut)312的头螺栓(head bolt)311，将纤维头309固定到安装件310上。在安装件310内的头螺栓311四周设有自由间隙，并且在安装件310和纤维头309之间设有平的间隙(flush-space)。最好在壳体301的内壁布置一环形件314，用来提供湍流的液体流，例如在冲洗过程中。
平环313最好具有可变化的厚度或者高度，并且将平螺母312形成所需的尺寸，以适合平环可变化的高度。这样，如果在例如冲洗的过程中转动或者扭转纤维头309，可以沿着背离安装件310的方向来回地移动纤维头309。因为由环形件314可以提供湍流的液体流，所以纤维头309可以被扭转。
对于图3所示的实施例来讲，纤维壳体301和安装件310可以由不锈钢来制造，而挤压装置303可以由诸如软化的PVC或者柔韧的PVC或橡胶之类的柔性材料制造。在优选实施例中，纤维壳体的内径可以是大约100mm，并且纤维头309和纤维束302的直径可以是76mm左右。在一实施例中，该纤维是空心的尼龙纤维，具有大约400mm的长度以及大约6mm的纤维直径。纤维壳体301的总长度可以是500mm。也可以使用实心纤维，在一实施例中使用了具有2.5mm直径的实心纤维。
应理解，根据本发明的过滤装置的主要的好处在于：当放松作用在纤维上的压力时，能冲洗纤维。该冲洗过程可以是向前冲洗或者向后冲洗过程。在图4中示出了一个能够执行向前冲洗过程的系统，它是方框图，画出了使用图3的过滤装置的系统。
在图4的系统中，该过滤装置401具有纤维壳体402，纤维壳体402具有引向在壳体内部的挤压装置的液压进口/出口403，以便挤压在纤维壳体402内的纤维束。可以以一定的压力引导流体或者气体经过该开口403来挤压纤维。该装置401还具有液体或者流体进口端404和液体或者流体出口端405，以便分别连接到液体或者流体进管和出管406和407。
图4的系统还包括用于容纳未过滤的液体或者流体的容器408，通过管路409经液体阀410将其连接到用于提供预定流体或液体压力的泵411的进口侧。此外，将回流阀413连接在泵411的进口侧。当打开液体阀410时，关闭回流阀413且开动泵411，从而在泵411的出口侧提供具有一定压力的液体或者流体。
管路414将液体或者流体从泵411的出口侧引导经过阀415到达流体或者液体进管406。在阀415之前经压缩阀417将管路416连接管路414，阀417的输出连接到开口403。还经过一个外部控制阀419将开口403连接到外部的控制管路418，并且经过减压阀421连接到管路420。将管路420连接到喷射器422。
喷射器422的输出通向容纳在冲洗过程中从纤维壳体402排出的滤掉的颗粒或者沉积物的容器423。经过管路424和向前的冲洗阀425将液体或者流体出管407进一步连接到喷射器422。将该液体或者流体出管407连接管路426，经过阀427将过滤过的液体或者流体引导到用于容纳过滤过的液体或流体的容器428。
通过外部控制管路和阀419来调节液压压力，可以在外部控制纤维的挤压。当在这种方式下工作时，关闭阀417和421。当使挤压装置减压时，通过阀419或者打开减压阀421进行减压。然而，优选关闭阀419，并且经过压缩阀417来控制该挤压压力。在此，关闭阀415、413、419和421，但是打开阀410和417，并且由泵411将未被处理的流体或液体泵送经过管路416、开口403进入挤压装置。当已经得到需要的压力时，关闭阀417，并且该系统可以用于正常的操作。
在正常操作期间，阀413、417、419、421和424关闭，而阀410、415和427打开。泵411提供预定的流体或者液体进口压力。例如，该压力可以高达20巴，高达10巴，或者在5-10巴的范围内，或者在4-6巴的范围内。当该过程已经持续一段时间时，可能需要冲洗在纤维壳体402内的纤维。
如果想要使用流体向前冲洗，那么可以关闭泵411，关闭阀410、415和427，同时保持阀413、417和419关闭，打开减压阀421和向前冲洗阀425，然后打开阀410和415，并且重新开动泵411。这将引导未过滤的流体向前经过纤维，同时通过喷射器422经减压阀421移动挤压流体或者液体，可以使纤维减压。经过喷射器422可以将冲洗和挤压的液体或流体引导到废物或沉积物容器423。
显然，在本发明中也提供了一种根据图4用于过滤液体或者流体的系统，由计算机例如可编程逻辑控制器PLC自动地控制该系统。在此，可以给计算机编程序，以控制泵411和那些阀按照预定的时间间隔动作或停止动作。
尽管已经参考特定的实施例详细地说明和描述了本发明，但是本领域的技术人员应理解，在不脱离本发明的精神和范围内可以进行形式和细节上的各种变化，并且倾向于在下面的权利要求的范围内进行这样的改变。

Claims (64)

1.一种过滤流体的装置，其包括：纤维壳体，它具有带有至少一个进口的进口端和带有至少一个出口的出口端，所述的纤维壳体包围在该纤维壳体内在该进口端和出口端之间纵向延伸的多条纤维并且为该多条纤维限定一外部边界，在纤维之间提供纵向延伸的空隙，所述的空隙限定多条用于流体的流动通道，其中，所述的纤维壳体的至少一部分由包围纤维的柔性薄膜构成，并且提供挤压装置，它用于在该柔性薄膜的外表面上产生压力，从而在沿着纤维长度的至少一个位置上沿着径向挤压纤维，其中从纤维壳体的进口端到产生压力的位置的距离至少是纤维壳体的总长的25％，所述的挤压装置适于在该柔性薄膜的所述外表面的至少一个部位或一部分上产生所述的压力，所述的压力部分或部位沿着纤维的纵向的尺寸为在所述纤维壳体内的纤维的总长度的0.5倍以下。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，纤维在该纤维壳体的进口端被固定连接到该纤维壳体的一端部。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在该纤维壳体的进口端处所述纤维被粘结到该端部或者被粘结到一保持件上，该保持件被设置在该端部处。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该挤压装置适于改变由其产生的压力，从而改变在所述位置的流动通道的总截面，并且因此改变能经过该纤维过滤掉的颗粒的最小尺寸。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，从该纤维壳体的进口端到该纤维的挤压位置的距离为该纤维壳体的总长度的至少33％。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，从该纤维壳体的进口端到该纤维的挤压位置的距离为该纤维壳体的总长度的至少40％。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，从该纤维壳体的进口端到该纤维的挤压位置的距离为该纤维壳体的总长度的至少50％。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，从该纤维壳体的进口端到该纤维的挤压位置的距离为该纤维壳体的总长度的至少55％。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，从该纤维壳体的进口端到该纤维的挤压位置的距离为该纤维壳体的总长度的至少60％。
10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在该至少一个进口和所述纤维的挤压位置之间的距离为5cm到100cm之间。
11.根据的权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在该至少一个进口和所述位置之间的距离为20cm到80cm。
12.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，沿着该纤维的纵向只有一部分纤维壳体由柔性薄膜形成，并且其中该挤压装置适于在该纤维壳体的柔性薄膜部分的基本整个外表面上产生所述的压力。
13.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，沿着纤维的纵向的所述的压力部分或部位的尺寸为在所述纤维壳体内的纤维总长度的0.4倍以下。
14.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，沿着所述纤维的纵向的所述压力部分或部位的尺寸为在所述纤维壳体中的所述纤维的总长度的0.2倍以下。
15.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，沿着所述纤维的纵向的所述压力部分或部位的尺寸为在所述纤维壳体中的所述纤维的总长度的0.1倍以下。
16.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述的纤维壳体具有管状件的形式。
17.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述纤维壳体的至少一部分具有基本上等于从下面这组中挑选的形状的截面几何形状，这一组包括：圆形、卵形、椭圆形、水滴形和多边形。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述的多边形形状从这一组中选择，该组包括：三角形、长方形、五边形、六边形、七边形和八边形。
19.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述的挤压装置适于在该柔性薄膜的所述外表面的一部分或一部位上产生所述的压力，所述的部分或部位至少部分地覆盖所述薄膜的外圆周。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述的压力部分或部位部分地覆盖所述薄膜的外圆周。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述的压力部分覆盖所述薄膜的外圆周的90％以下。
22.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，通过一个或者多个与所述外表面接触的基本上坚固的挤压件在该柔性薄膜的外表面上产生所述的压力。
23.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，纤维被挤压的位置是预定的位置。
24.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该挤压装置包括夹具。
25.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该挤压装置包括设置在该柔性薄膜的相对两侧上的至少两个块状件，以便从两侧挤压该纤维。
26.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该挤压装置包括用于产生压力的液压装置。
27.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该挤压装置适于以5-20巴的压力沿着径向挤压该多条纤维。
28.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该纤维壳体在基本整个长度上由柔性薄膜形成。
29.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该纤维壳体由下面这组中选择的材料制造，即：聚乙烯，软化的聚氯乙烯，尼龙，聚四氟乙烯和乙丙三元橡胶。
30.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该纤维壳体被布置在保持件内。
31.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，该保持件由基本上坚固的材料制造。
32.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，该保持件由不锈钢制造。
33.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，该保持件具有一个或者多个开口，以允许该挤压装置在纤维壳体的所述的柔性薄膜的外表面上产生压力。
34.根据权利要求33所述的装置，其特征在于，该保持件具有两个开口，以允许该挤压装置在所述的柔性薄膜的外表面上产生压力。
35.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，该保持件形成为管状件。
36.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，该保持件具有进口和出口端，进口被密封地连接到该纤维壳体的进口端，并且出口端被密封地连接到该纤维壳体的出口端。
37.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在该至少一个进口和至少一个出口之间的距离为10cm到200cm之间。
38.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在至少一个进口和至少一个出口之间的距离为10cm到60cm之间。
39.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括用于保持纤维内的纵向张力的装置。
40.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该纤维壳体的内径为1cm到20cm之间。
41.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该纤维是无孔的。
42.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该纤维是实心的。
43.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该纤维是空心和/或多孔的。
44.根据权利要求43所述的装置，其特征在于，该空心的纤维在纤维末端是封闭的，该被封闭的纤维末端被布置在与该纤维壳体的进口相同的纤维壳体的一端。
45.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该纤维包括聚酯纤维或者尼龙纤维。
46.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该纤维包括透明的纤维。
47.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，纤维在它们各自的末端将被固定连接到该纤维壳体的端部。
48.根据权利要求47所述的装置，其特征在于，纤维通过环氧树脂被粘结到该端部。
49.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该多条纤维包括被这样弯折的一束纤维，即：结果得到的弯折的纤维束的长度为未弯折纤维长度的1/3到2/3之间。
50.根据权利要求49所述的装置，其特征在于，该弯折的纤维束的长度为未弯折纤维束长度的一半左右。
51.根据权利要求49所述的装置，其特征在于，该弯折的纤维束的弯折端部设置在该纤维壳体的出口端。
52.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该挤压装置适于沿着纤维的长度在几个位置上挤压该纤维。
53.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该挤压装置包括一个或者多个具有非柔性部分和/或柔性部分的挤压件。
54.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该纤维壳体由水密性材料制成。
55.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该纤维具有基本上圆形的截面，其直径最大为5mm。
56.一种用于过滤流体的系统，所述的系统包括：根据前述任一权利要求所述的过滤装置，用于使被过滤的流体通过被挤压纤维的流动通道的装置，用于当使流体通过流动通道时使纤维保持在挤压状态的装置。
57.根据权利要求56所述的系统，所述的系统还包括：用于释放在该柔性薄膜的外表面上的压力从而使纤维处在未挤压状态的装置，用于使液体和/或气体沿着从进口朝向出口的方向或者相反的方向通过未挤压纤维从而向前冲洗或者向后冲洗该过滤装置的装置。
58.根据权利要求57所述的系统，其特征在于，通过未挤压纤维从而冲洗该纤维的液体是未过滤的流体。
59.根据权利要求57所述的系统，其特征在于，由计算机控制挤压纤维的装置、释放压力的装置、使流体通过被挤压纤维的装置和使液体和/或气体通过未挤压的纤维以冲洗该过滤装置的装置。
60.一种通过根据权利要求1-55中任一权利要求所述的装置来过滤流体的方法，该方法包括：使流体通过所述的装置；在沿着该柔性薄膜的一个位置上沿着径向挤压该纤维，以便减小该纤维的总截面面积并且由此减小该流动通道的截面面积，从而该流动通道的截面积朝向所述的位置逐渐减小；使流体通过该流动通道时保持在该纤维上的压力。
61.根据权利要求60所述的方法，所述的方法还包括：发射紫外光线穿过该纤维，以便利用紫外光线杀死在所述被滤掉的颗粒中的细菌和/或病毒。
62.一种冲洗根据权利要求1-55中任一权利要求所述的装置的方法，包括步骤：释放在该纤维上的压力；使液体或者气体通过未被挤压的纤维。
63.根据权利要求62所述的方法，其特征在于，该液体或者气体沿着从进口朝向出口的方向或者相反的方向通过未被挤压的纤维，以便向前或者向后冲洗该装置。
64.根据权利要求63所述的方法，其特征在于，通过未挤压纤维从而冲洗该纤维的液体是未过滤的流体。
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