CN101143302B - 用于过滤设备的歧管转接板 - Google Patents

Abstract

一种用作衬垫的歧管转接板，具有液体路径，所述液体路径允许滤出液、进液和滞留物的通过，其中，滤出液和进液或滞留物的混合被防止，其被提供，并且形成在弹性体层上，刚性中间层和聚合物层。弹性体层用作衬垫，并且通过中间板的液体路径结合到聚合物层。弹性体层可以形成在两层上，并且可选的是，位于中间层和第二弹性体层之间的第二聚合物层也可以使用。

Description

用于过滤设备的歧管转接板

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2007年5月1日提交的美国临时专利申请No.60/927,058的优选权，并且要求2006年7月28日提交的美国临时专利申请No.60/833,891的优选权，所述两个专利在此整体引为参考。

技术领域

本发明涉及一种用作衬垫(gasket)的歧管转接板(adaptorplate)，所述衬垫在切向流动过滤设备中用于将滤出液(filtrate)与进液(feed)和滞留物(retentate)分开。更具体的是，本发明涉及这样一种歧管转接板，其具有整体的结构，所述结构具有包括一个或两个密封层和中间刚性支撑层的多个层。

背景技术

在本发明之前，液体，主要是含水液体，已经通过切向流动模块被过滤，其中，多个过滤器堆叠在两个歧管之间，一个位于叠层的底部，并且一个位于叠层的顶部。过滤模块叠层包括一批一个或多个过滤模块和相关的模块间(intermodule)的衬垫。过滤器通过适合的隔离件(screen)和液体不能透过的层分开，以允许液体流动以及滤出液和滞留物流动到叠层中和从叠层中流出。另外，流动孔被设置穿过叠层内的各层。所述孔利用衬垫材料的单独的片被适合地密封，以防止滤出液与进入的液体进液或滞留物的混合。每一部分中的歧管被设计成使得滤出液从第二歧管被移出。这种歧管装置必须需要到两个歧管的配合件，从而向歧管供应液体和从歧管移出液体，从而向叠层供应液体和从叠层移出液体。这是不适合的，因为当需要更换形成叠层的过滤元件时，需要用于移除和连接所述配合件的另外的操作步骤。

美国专利5,176,828和5,597,447公开了可替换的切向流动模块，其中，在过滤器的每个叠层的一端处使用单个歧管，并且一板被定位在过滤器的每个叠层的相反端处。液体流动路径被提供以确保滤出液不会被滞留物或者进液污染。

在上述切向流动模块中，衬垫材料制成的单独的片被定位在所述一个或两个歧管和过滤器的叠层之间，以确保适合的液体流动。与歧管转接板一起使用的衬垫片包括金属板。弹性体衬垫片，例如硅树脂，可以设置紧靠金属板的每个表面，从而提供适合的密封。金属板和弹性体衬垫片设置有液体流动路径，从而确保液体适合地流动到切向流动模块、适合地在切向流动模块内流动、和适合地从切向流动模块流出。

具有单独的弹性体片层的歧管转接板的使用是不适合的，因为由于它的柔性，它难以将穿过弹性体层的液体流动路径与歧管的液体入口和液体出口适合地对准。在一些情况中，可能在应用过程中以这样一种方式使衬垫片变形，以允许流体的不适合的混合。另外，弹性体层容易粘到歧管，造成起皱(wrinkling)，这会不利地影响与歧管表面的均匀和完整的接触。这种状态会导致外部泄漏以及液体流动路径的不准确的对准，这会造成流动液体的交叉污染。另外，当弹性体衬垫在模块的使用过程中被挤压时，它们容易移动，这会造成液体入口和液体出口的显著扭曲。单独的片通常由具有相对高的可提取物(extractable)的硅树脂形成，所述可提取物会被增添到穿过它的流体。这些可提取物在使用前需要从流体中去除，或者被检测以确保它们没有污染，或者否则造成在最终产品中的不利的反应，特别是当它是药物或者治疗用蛋白质时。最后，相对弱并且无支撑的结构的衬垫片是由相对低硬度的硅树脂或橡胶制成的，在搬运和存储过程中它可能被撕裂，使它不能使用，并且它们可能充分扭曲从而造成外部泄漏。

因此，需要提供一种歧管转接板，其能够提供令人满意的密封，同时没有现有技术的液体流动路径的对准或者处理问题。

发明内容

本发明提供一种歧管转接板，包括：刚性板层，聚合物片层和一个或两个弹性体层。每一层设置有孔，所述孔允许液体进液、滤出液和滞留物穿过其中通过，同时滤出液不会与滞留物或进液混合。当使用一层弹性体层时，它被模制在刚性板层的第一表面上，并且穿过每一层的所有孔，从而它被结合在围绕穿过聚合物片的孔的聚合物片上的区域的一部分上，所述聚合物片与刚性板的相反或者第二表面接触。通过实现将聚合物片结合到弹性体层，弹性体层通过刚性板层设置有刚性支撑件，并且弹性体层不会相对于刚性板层移动。通过为弹性体层提供刚性支撑，它可以适合地并且方便地定位成与歧管接触以实现适合的密封。在本发明的一个可替换实施例中，使用两个弹性体层，一个与刚性板层的第一表面接触，并且第二个与聚合物片接触，所述聚合物片与刚性板的第二相反表面接触。弹性体层通过形成在刚性板层和聚合物片中的孔彼此结合。这个实施例提供了两个密封层，所述两个密封层可用于密封歧管或者过滤模块，以防止滤出液与进液或滞留物的混合。所述板可以用在两个装置之间。

在本发明的另一个可替换实施例中，弹性体层是基于硅树脂的，并且聚合物层可选地被去掉。在这个实施例的一个实例中，当刚性板由优选为不锈钢的钢制成或者由硅树脂粘着到其上的塑料例如聚砜、聚醚砜制成时，刚性板的一侧的至少一部分被硅树脂涂覆，并且硅树脂还穿过形成在刚性板中的孔延伸到相反的面。可替换的是，刚性板(可以是硅树脂粘着到其上的钢或者塑料，以及对于刚性板前面提到的其它材料)的至少一个完整的侧或两侧利用硅树脂涂覆，同时不需要聚合物层，并且硅树脂层通过形成在刚性板层中的孔彼此结合。另外，如果需要，可以使用聚合物片。

在另一个实施例中，板的一个或多个孔可以被弹性体材料填充以用作偏流器。

弹性体片是充分柔性的，从而它们可以实现与弹性体片接触的歧管或者过滤模块的密封，以防止在过滤模块的歧管内流动的滤出液与进液或滞留物的混合。优选的是，它们由具有低水平的可提取物的热塑性弹性体制成。

附图说明

图1是本发明的歧管设备在使用中的等角视图。

图2是本发明的歧管转接板的分解视图。

图3是图2的歧管转接板的一部分的剖视图。

图4是本发明的可替换的歧管转接板的分解视图。

图5是图4的歧管转接板的部分剖视图。

图6是过滤模块歧管和本发明的歧管转接板的分解视图。

图7示出了适用于与本发明一起使用的过滤模块的功能。

图8是本发明的歧管转接板和两个过滤模块的分解视图。

图9是本发明的歧管转接板的可替换实施例的部分剖视图。

图10和图10A是本发明的歧管转接板的可替换实施例的部分剖视图。

具体实施方式

参考图1，本发明的歧管转接板可以结合到其中的歧管设备1包括：连接在一起的第一组歧管部分2和4；连接在一起并且安装在歧管框架12上的进液歧管部分6和第二组歧管部分8和10。第一组歧管部分2和4设置有滤出液出口14和滞留物孔口(vent)16。第二组歧管部分8和10设置有滤出液出口18和滞留物排放口20。滞留物排放口20和滞留物孔口16在过滤过程中被覆盖(capped)。滞留物孔口16允许利用液体填充滞留物流动路径，并且滞留物排放口允许当完成过滤时将设备中的滞留物排出。进液部分6设置有进液入口22和滞留物出口25。进液入口的直径大于歧管部分内的内部进液管道的直径，因为进入的进液被分到第一组歧管部分2、4和第二组歧管部分8、10中。多个过滤模块24通过板26和多个挤压组件28例如螺栓被固定到歧管部分2、4、8和10。可替换的是，可以使用在端部上具有螺母的螺纹杆，而不是螺栓。本发明的歧管转接板11(图6)定位在过滤模块24和歧管部分2、4、8和10之间。

参考图2和图3，本发明的歧管转接板11包括聚合物片(sheet)13、刚性板19和弹性体层17，刚性板19可以由热固性树脂、强化的复合材料例如石墨或碳复合材料或者金属例如不锈钢、Hastolloy金属或铝制成。刚性板19具有两个主要表面，分别为7A和7B。聚合物片设置成与刚性板的一个主要表面接触，在图2和图3的情况中，与第一主要表面7A接触，而弹性体层17设置成与和第一表面相反的另一个主要表面接触，在图2和图3的情况中，是与第二主要表面7B接触。每一层13、17和19设置有孔，以实现穿过板11的适合的液体流动。每一层13、17和19的孔成直线，并且彼此对齐以确保流体路径中的正确流动和密封，并且确保弹性体层适合地结合到聚合物层。每一层13、17和19具有这样一个边缘，该边缘具有用于滤出液的交替的孔50和用于滞留物的孔56。相反的边缘设置有用于进液的孔48，孔48与用于滤出液的孔50交替。如图3所示，图3是装配好的板11穿过一个孔示出的近视图(close up)，在这种情况中，是穿过孔50，弹性体层17延伸穿过每个孔48、50和56以形成突起15，突起15延伸过聚合物片13并且结合到聚合物片13。优选的是，歧管转接板11设置有四个凹部21，所述凹部允许板11被挂在螺栓28上(图1)，然而，这不是必须的，并且可以使用其它装置代替。翼片23也可以设置以有助于将板11装配到螺栓28上并且将板11从螺栓28拆下。

弹性体层17和聚合物片13被匹配，从而当弹性体层17被模制时，所述两个层被彼此结合。可选的是，弹性体层可以结合到它被紧靠施加到其上的刚性板的表面。可选的是，与聚合物片是单独的层相反，聚合物片可以被浇铸或者用其它方式形成在它被紧靠施加到其上的刚性板的表面上。密封件由任何弹性体材料形成。弹性体材料不需要非常弹性，但它应当具有一些能力以在弯曲或者挤压过程中保持与相邻层的密封。优选的是，它具有从大约60到大约100Shore A的硬度。

适合的材料包括但不限于：热塑性材料，例如聚乙烯、聚丙烯、EVA共聚物、α-烯烃、和茂金属共聚物、PFA、MFA、聚碳酸酯、乙烯共聚物例如PVC、聚酰胺例如尼龙、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚砜、聚醚砜(polyethersu lphone)、聚芒砜(polyarylsulphone)、聚苯砜(polyphenylsulphone)、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯(PVDF)、和它们的混合物；热塑性弹性体材料，可以由苯乙烯类嵌段共聚物(styrenic block copolymer)形成，可以由EPDM和聚丙烯等的混合物形成，并且以例如聚合物、

热塑性弹性体材料和

弹性体材料、EPDM橡胶等商品名称销售；热固性材料，例如闭孔发泡氨基甲酸乙酯；和橡胶，天然的或者合成的。

优选的是，所述材料是热塑性材料或者热塑性弹性体从而允许它用在本发明的优选方法中，如注射成型。另外，热塑性材料和热塑性弹性体具有低水平的可提取物，使得被过滤的产品更加清洁。典型的优选材料包括

聚合物，具有大约80的硬度，可以从Akron Ohio的Advanced Elastomer Systems获得，或者是热塑性弹性体弹性体G27052，具有56的Shore A硬度，可以从位于Akron Ohio的Advanced Elastomer Systems获得。优选的热塑性材料包括低密度、线性低密度、中等密度和高密度聚乙烯、聚丙烯和EVA共聚物。

代表性的适合的聚合物片包括聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚砜、聚酰胺、乙缩醛、丙烯酸、聚苯乙烯、PTFE、硅树脂、乙烯树脂等，代表性的适合的刚性层包括：不锈钢，钢，铝，苯酚甲醛，尿素甲醛，碳/环氧复合材料，石墨/环氧复合材料，刚性模制塑料，玻璃或者纤维填充的塑料等。

参考图4和图5，本发明的可替换歧管转接板9包括两个弹性体层17和41、聚合物片13和刚性板19。聚合物片13是可选的，因为弹性体层17和41通过孔48、50和56彼此结合。可选的聚合物片可以设置在刚性板19的两个表面7A和7B上，以及板19的仅一个表面7A上，如图4所示。图4和图5中相同的附图标记代表图2和图3中的相同元件。如图5所示，弹性体层41包覆聚合物片13，并且弹性体层17包覆聚合物片13。另外，弹性体层17和41在孔50内并且在孔48和56内彼此结合。本发明的这个实施例提供两个衬垫密封表面。弹性体表面上的密封表面可以是平坦的(层41，图4)，或者可以包括突起(突起15，图2和图3)。

参考图6，描述与本发明的歧管转接板一起使用的过滤模块。过滤元件70定位在歧管部分51和板55之间。歧管部分51设置有液体入口73、滤出液出口77和79、和滞留物出口81。歧管部分51包括多个进液入口装置33和多个滞留物出口装置26。一组滤出液出口装置28设置在歧管部分51的一端上，而第二组滤出液出口装置28设置在歧管部分51的相反端上。滤出液出口装置28通过滤出液管道路径(凹槽)46和滤出液出口装置29连接到滤出液出口77和79。路径46的尺寸允许滤出液流动穿过其中，同时避免滤出液隔离件(未示出)下垂到路径46中，通常大约0.06到0.12英寸宽。过滤模块70包括孔48和孔50，孔48与进液入口装置33连通，孔50与滤出液出口装置28连通。歧管转接板11(图2)定位成使得弹性体层17与歧管部分51接触，从而实现适合的密封，所述密封防止滤出液与进液或者滞留物的混合。如图7所示，具有与其接触的网格状间隔件(mesh spacer)54的过滤层53的滤出液侧52被露出。过滤部分70同样设置有孔56，孔56与滞留物出口装置26连通。板55用作对于过滤模块70的顶部表面的密封件。

参考图7，过滤模块70包括滤出液间隔件54、过滤层52、滞留物间隔件60和过滤层62，过滤层62具有第二滤出液间隔件54(未示出)，并且可以与路径46接触。由箭头58表示的液体进液穿过层62中的孔48进入间隔件60中。液体的一部分穿过间隔件60，如箭头64所示，并且穿过过滤器52，如箭头66所示。进入的液体的剩余部分向上流动，如箭头68所示，穿过滤出液间隔件54中的孔48，并且进入下一个相邻的过滤模块(未示出)中，其中，它的处理如参考过滤模块70所描述的。滤出液进入孔50中，并且沿着箭头71和72所示的方向朝着滤出液出口装置28(图6)流动。如箭头64和65所示，滞留物穿过孔56经过滞留物间隔件60，并且沿着箭头78所示的方向到达滞留物出口装置26(图6)。滤出液进入孔28、凹槽46、出口装置29(图6)，朝着滤出液出口77和79流动。滞留物穿过孔26并且到达滞留物出口81。

如图8所示，转接板9(图4)定位在两个过滤模块(图6)之间，从而弹性体层41和弹性体层17提供密封功能。

参考图1、图6和图7，使用本发明的歧管转接板11的歧管设备1的使用如下：待过滤的液体进液进入进液入口22(图1)、进入液体入口73(图6)、穿过进液入口装置33、穿过进液入口48、并且穿过过滤模块70，从而将进液分离成滤出液和滞留物。滞留物通过孔56、通过孔26并且通过出口81从过滤模块70去除。滤出液通过孔50、沿着路径46并且通过出口77和79被从过滤模块70移除。

在本发明的另一个可替换实施例中，弹性体层是基于硅树脂的，并且聚合物层被可选地去除。在这个实施例的一个实例中，如图9所示，刚性板100的一侧102的至少一部分利用硅树脂层104涂覆，并且硅树脂层104穿过形成在刚性板100中的孔106延伸到刚性板100的相反面108，从而形成板100两侧上的密封。可替换的是，如果需要的话，可以涂覆一侧、两侧或者整个板100。

因为硅树脂粘着到钢或者一些塑料例如聚砜和聚醚砜，因此聚合物片的使用对于本实施例不是必须的，但如果需要的话可以这样做。另外，因为在那些情况中，硅树脂将粘着到板表面，因此整个表面不需要被完全封装(encapsulate)，仅那些形成密封或者被暴露到工艺流的部分，但如果需要，整个表面可以被封装。

在硅树脂没有自然粘着到板表面的那些情况中，可以简单地将整个板封装在硅树脂中，并且依赖于封装来将硅树脂弹性体层保持到板。可替换的是，可以对板的表面进行表面处理，例如利用等离子体或者氧化，或者粘着剂，以增强硅树脂到板的粘着，或者可以使用上述的聚合物层。

当使用不锈钢时，特别是316L不锈钢或其它不锈钢钢种，或者当使用上述对于流体接触可接受的塑料时，不必涂覆或者封装刚性板的所有表面。因此，仅下面的区域需要利用硅树脂涂覆：形成系统中的密封的区域以及孔和另一侧上的孔周围的区域。

可替换的是，刚性板的两侧可以利用硅树脂涂覆，不需要聚合物层，并且硅树脂层通过形成在刚性板层中的孔彼此结合。这可以与上述的钢(不锈钢或者非不锈钢)、塑料或者复合材料的刚性板一起使用。它可以恰好覆盖所述两个主要表面，或者如果需要，它可以在所有表面上封装刚性板。

虽然聚合物层在这些实施例中不需要，由于硅树脂到刚性板的选择的材料的粘着或者板的封装，因此如果需要的话，或者如果刚性板的材料不是钢或者上述的选择的塑料中的一种，它可以使用。

适合的硅树脂包括但不限于室温下可固化的硅树脂、铂固化的硅树脂、光固化的硅树脂、湿固化的硅树脂、或者热固化的硅树脂。可用在本发明中的适合的硅树脂的一个实例是铂固化的硅树脂，可以从多个供应商获得，例如Dow Corning Corporation(

硅树脂)。

在上述的任一实施例的另外的实施例中，可以利用弹性体材料堵塞或者封闭所述板中的一个和多个孔，以形成偏流器(flowdiverter)。通常，至少一种类型(进液，滞留物或者滤液)的所有孔或者所有孔(进液、滤液和滞留物，如果使用)被堵塞。更优选的是，通过利用足以防止液体流动穿过的一定体积的弹性体或者硅树脂材料填充它们，来堵塞所述孔。

在这种设计的一个实施例中，如图10所示，在刚性板110的第一主要表面111上使用了聚合物片112，并且在另一个主要表面113上使用弹性体材料114，并且延伸穿过孔116以覆盖靠近孔116的片112的一部分118。使用的弹性体材料的量足以填充孔116，并且使它不能让流体从一个主要表面111流动到另一个表面113。

类似的是，可以使用不具有任何聚合物片的硅树脂实施例，并且以类似的方式堵塞所述孔(未示出)。

在图10A中，示出了另一个实施例，其中，板120被简单地设计成偏流器，并且至少在流动将被偏转的那些位置处不具有孔。聚合物片112(如果使用)具有孔124，并且通过使用片122中的孔124中或者周围的弹性体材料126被连接到偏流板120。密封层128形成在板120的相反面上，如上所述。

类似的是，可以使用不具有任何聚合物片的硅树脂实施例，并且如果需要，可以以类似的方式(未示出)恰好覆盖与应当具有孔的区域相对应的板的区域或者整个板。

Claims (22)

1.一种歧管转接板，具有多个穿过其中的液体路径以实现液体进液、滤出液和滞留物的通过，包括弹性体层、中间刚性层和聚合物片，所述弹性体层通过所述液体路径结合到所述聚合物片。

2.如权利要求1所述的歧管转接板，其特征在于，所述弹性体层利用热塑性弹性体形成。

3.如权利要求1所述的歧管转接板，其特征在于，所述聚合物片利用聚丙烯形成。

4.如权利要求1所述的歧管转接板，其特征在于，所述刚性层利用不锈钢形成。

5.如权利要求3所述的歧管转接板，其特征在于，所述刚性层利用不锈钢形成。

6.如权利要求1所述的歧管转接板，其特征在于，所述弹性体层是硅树脂。

7.如权利要求1所述的歧管转接板，其特征在于，所述弹性体层的体积足以封闭一个或多个所述液体路径。

8.一种歧管转接板，具有多个穿过其中的液体路径以实现液体进液、滤出液和滞留物的通过，包括弹性体层、中间刚性层和聚合物片，所述中间刚性层具有形成在刚性层的相反侧上的第一和第二主要表面，所述弹性体层与刚性板的第一主要表面接触，并且聚合物片与刚性板的第二主要表面接触，并且弹性体层通过所述液体通道结合到所述聚合物片。

9.一种歧管转接板，具有多个穿过其中的液体路径以实现液体进液、滤出液和滞留物的通过，包括第一弹性体层、与所述第一弹性体层的至少一部分相接触的中间刚性层、位于所述第一弹性体层和所述刚性层之间的第一聚合物片、通过所述液体路径被结合到所述第一弹性体层的第二弹性体层、和定位在所述第二弹性体层和所述刚性层之间的第二聚合物片。

10.如权利要求9所述的歧管转接板，其特征在于，所述弹性体层由热塑性弹性体形成。

11.如权利要求9所述的歧管转接板，其特征在于，所述聚合物片由聚丙烯形成。

12.如权利要求9所述的歧管转接板，其特征在于，所述刚性层由不锈钢形成。

13.如权利要求9所述的歧管转接板，其特征在于，所述第一和第二弹性体层是硅树脂。

14.如权利要求9所述的歧管转接板，其特征在于，所述第一和第二弹性体层中的至少一个的体积足以封闭一个或多个所述液体路径。

15.一种歧管转接板，具有多个穿过其中的液体路径以实现液体进液、滤出液和滞留物的通过，包括硅树脂层和中间刚性层，其中，硅树脂层形成在中间刚性层的至少一侧上，并且所述硅树脂层结合到所述中间刚性层并且延伸穿过所述液体通道。

16.如权利要求15所述的歧管转接板，其特征在于，还包括形成在中间刚性层的第二侧上的硅树脂层。

17.如权利要求15所述的歧管转接板，其特征在于，还包括形成在中间刚性层的第二侧上的硅树脂层，从而封装所述刚性板。

18.如权利要求15所述的歧管转接板，其特征在于，所述刚性板由从包括钢、聚砜、聚醚砜的组中选择的材料制成。

19.如权利要求15所述的歧管转接板，其特征在于，所述刚性板由不锈钢制成。

20.如权利要求15所述的歧管转接板，其特征在于，所述刚性板由聚砜制成。

21.如权利要求15所述的歧管转接板，其特征在于，所述刚性板由聚醚砜制成。

22.如权利要求15所述的歧管转接板，其特征在于，硅树脂的体积足以封闭一个或多个所述液体路径。

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