CN103596666A - 用于流体过滤系统的过滤元件 - Google Patents

Abstract

一种用于反渗透、纳米过滤、膜和间隔物膜-生物反应器、正向渗透或其他过滤系统的过滤元件，包括具有被缠绕的芯管的渗透载体衬底。所述渗透载体包括一系列被隔开的肋。通过将纱线、绳或树脂材料或聚合材料应用到膜衬底形成所述肋。所述肋界定液体或气体渗透物沿着其通过的通道。在沿着其具有一个或多个长形流动凹部以便于收集渗透物的芯管处接收渗透物。

Description

用于流体过滤系统的过滤元件

发明领域

本发明大体涉及用于过滤流体、气体和其他流体材料的系统和方法，且具体地，本发明涉及具有带有缠绕在其上的渗透载体片材料的交叉流动的芯管（cross-flow core tube）的过滤元件，及形成用在流体过滤系统中的此类材料以便从此类流体过滤系统去除滤过的流体的方法。

发明背景

在流体过滤系统例如纳米过滤、超滤、正向渗透、反渗透过滤系统和其他类似过滤和/或液体或气体转移工艺中，流体材料诸如水或其他液体通常通过过滤元件，在所述过滤元件中液体被清除掉可能包含在其中的微粒和其他污染物材料。例如，在反渗透型过滤系统中，通常将过滤元件容纳在压力容器内，所述压力容器在压力容器的入口侧具有一个或多个流管。所述流管提供用于待清洁以被引入过滤元件的供给水或其他流体材料的入口。所述过滤元件本身通常包括螺旋缠绕的膜过滤元件，所述螺旋缠绕的膜过滤元件通常包括在其膜表面内的两层半透膜材料之间的渗透载体片材料，所述膜表面背对渗透载体片材料，形成“叶片”结构。该叶片结构通常在三个侧面被关闭并且缠绕芯管以形成过滤元件。叶片结构的外部通常处于进入流体的进给压力，而叶片结构的内部处于大气压力。

过滤元件的渗透载体片材料通常界定一系列通道或凹槽，当流体流穿过半透膜时，渗透物（滤过的液体或其他流体材料）将通过该系列通道或凹槽，所述半透膜从渗透物过滤微粒和其他污染物材料。渗透物通常经由渗透载体片材料的通道被排出并被供入居中定位的芯管，过滤元件缠绕在该芯管上。芯管通常包括沿着其长度隔开的一系列孔，用于接收渗透物或已净化的流体，渗透物或已净化的流体进入芯管的孔，并沿着芯管的中心通路被引导并被引出过滤元件，用于收集。

过去，常规的渗透载体片材料通常是由针织品材料制成的，针织品材料包括由环氧树脂或三聚氰胺包覆的聚酯或类似的包覆的纱线材料形成的针织织物材料，通常在专用针织机上形成。编织此类针织品材料的互连线圈的工艺通常也需要使用较细的丹尼尔纱线，这由于针脚形成的几何形状而更多地需要编织更多的纱线，且因此生产这样针织品材料比使用较粗丹尼尔的相同聚合物的织物固有地更加昂贵。这些针织品材料还通常被编织成界定在其间的通道的一系列纵向延伸的肋，并且渗透物沿着所述通道被引导向芯管的孔。然而，大多数常规的过滤系统的芯管通常仅包括有限数量的开口，用于接纳沿着渗透载体片材料通道通过的已净化的水或其他渗透物材料，用于收集。这些孔通常相对于渗透载体片材料的通道的宽度被较宽地隔开，且因此大多数渗透载体片材料需要具有稍微多孔的肋，和/或需要包括横向流动通道，所述横向流动通道根据需要提供穿过肋的交叉流动路径，使得渗透物可以到达芯管的孔。没有这种交叉流动功能的渗透载体片材料通常基本上限制渗透物流到芯并且显著地减小过滤元件内的元件通量。

因此，可以看出，对解决本领域中上述的和其他相关和不相关的问题的用于过滤系统的具有芯管和渗透载体片材料的过滤元件存在需求。

发明概述

简短地描述，本发明通常涉及改进过滤元件及其部件，诸如渗透载体片材料和交叉流动的芯管结构，以供用于流体过滤系统，诸如反渗透、纳米过滤、超滤、正向渗透和促进快速和有效去除已净化的渗透物流的其他类似的过滤和/或液体或气体转移系统。交叉流动的芯管被设计成配合在通常包括一个或多个膜片的类型的螺旋卷绕或缠绕的过滤元件内并向其提供支撑，所述膜片具有渗透载体片材料和布置在其相对侧上的间隔物，且交叉流动的芯管还使得能够使用较宽种类的渗透载体片材料。还可以使用具有根据本发明的原理形成的改进的交叉流动的芯管和渗透载体片材料的其他类型的过滤元件和过滤系统。

交叉流动的芯管通常将包括长形的管状构件，所述长形的管状构件包括具有开放的第一端和第二端的圆柱形、矩形或以其他方式配置的主体。至少一个流动引导凹槽或流动凹部通常会在其第一端和第二端之间沿着管状主体的中间部分形成。典型地，将存在沿着流管的主体形成的两个或更多个凹槽或流动凹部，且凹槽或流动凹部通常在其周围基本等距的位置形成。更进一步地，在一个可选择的实施方案中，减小长度的缩短的凹槽或流动凹部可以沿着和围绕管状主体，根据需要以预设的模式或较随机设计的模式在隔开的位置处形成。交叉流动的管的凹槽或流动凹部通常也将包括沿着其以隔开位置布置的一系列流动开口或端口。这些端口或流动开口可以形成为不同的构型和尺寸，并使流体诸如已净化的水，能够从渗透载体片材料的流动通道的端部被引导入流动管并将其引导离开过滤元件用于收集。另外，流动开口和凹槽可以用在交叉流动的芯管的管状主体的中间部分周围以间隔的或变化的模式形成的一系列长形槽开口来替换。

另外，根据本发明的原理形成的过滤元件还可以包括渗透载体片材料，所述渗透载体片材料在结构和形成方法上不同于常规的针织品材料以产生更经济的渗透载体片材料。此类渗透载体片材料通常将包括界定隔开的流动通道或凹槽的一系列肋或横撑（wale），滤过的渗透物流体流将沿着所述流动通道或凹槽被引导向芯管的流动凹部。在一个实施方案中，此类渗透载体片可通过将一系列纱线、绳、纤维、细丝或其他类型的肋材料应用到衬底或基底而形成。可以以隔开的列成叠加关系将肋材料引导在衬底的表面上，并附接或固定到衬底，且肋材料保持以它们所需的间隔遍及衬底的表面，例如通过将肋材料定位在衬底表面上之前或之后将粘合剂或树脂材料施加到肋、衬底或两者。可选地，肋材料可以由挤压的合成材料或复合材料例如树脂材料形成，可以以离散的隔开的线被应用，形成肋，且隔开的通道被界定在其之间。更进一步，可以使用或不使用粘合剂将肋材料施加到衬底，且然后热定型，以便将肋材料焊接或以其他方式固定到衬底。因此，所得到的渗透载体片材料可以形成，而不需要昂贵的纱线或其他材料及为此的专用设备，而且它们的形成能够对界定在它们之间的肋材料和肋通道的尺寸、构型和间隔提供增强的控制。

在使用中，当流入的液体进入过滤元件时，渗透液体诸如已净化的水，通常将沿着渗透载体片材料的纵向通道被引导，并进入沿着交叉流动的芯管的流动引导凹槽或凹部形成的流动开口。在流管中形成的长形凹槽或开槽的凹部还将使得渗透液体能够从渗透载体片材料的纵向通道被收集并沿着其运动，用于供应至在此类凹槽中形成的流动开口或端口，而不需要渗透载体片材料形成有另外的横向引导的交叉流动通道或多孔的肋以跨越渗透载体片材料的宽度提供流体的横向流动以到达流管的隔开的流动开口中的一个。结果，各种不同构型、类型和构造的渗透载体片材料也可以用于过滤系统。

当结合附图阅读以下详细描述之后，本发明的各个目的、特征和优点对于本领域的技术人员来说将变得明显。

附图简述

图1是根据本发明的原理包括交叉流动的芯管和渗透载体片材料的过滤元件的透视图。

图2是根据本发明的一个示例性实施方案的交叉流动的芯管的侧面正视图，周围的过滤元件以虚线示出。

图3是根据本发明的原理的交叉流动的芯管的可选实施方案的透视图，所述交叉流动的芯管包括沿着其在隔开的位置处的减小长度的流动凹部、槽和/或长形流动开口。

图4是根据本发明的原理的交叉流动的芯管的另一可选实施方案的透视图，所述交叉流动的芯管包括脊或突出部分以将渗透物引向芯管的流动开口。

图5A是示出根据本发明的原理形成的渗透载体片材料一个示例性实施方案的照片。

图5B是根据本发明的原理形成的渗透载体片材料的构型的另一个实施方案的示意性实例。

图6A是根据本发明的原理的用于形成渗透载体片材料的工艺的一个示例性实施方案的示意图。

图6B是示意性地示出了根据本发明的原理的用于形成渗透载体片材料的工艺的另外可选的实施方案的透视图。

图6C是示意性地示出了根据本发明的用于形成渗透载体片材料的工艺的还另一个实施方案的透视图。

本领域技术人员将明白和理解，根据一般惯例，下面讨论的附图的各种特征不一定是按比例绘制，并且附图的各个特征和元件的尺寸可能被放大或缩小以更清楚地示出本文所述的本发明的实施方案。

发明详述

现在参照附图，其中贯穿几个视图相同的数字代表相同的部件，图1-5B大体上示出了根据本发明的原理的交叉流动的芯管10（图2-4）和渗透载体片材料13（图5A-5B）的示例性实施方案，交叉流动的芯管10和渗透载体片材料13用于构建用在流体过滤系统中的改进的过滤元件11（图1）。图6A-6C示出了形成渗透载体片材料的方法，该方法具有增加的效率且无需专门针织机械来形成渗透载体片材料，所述渗透载体片材料适于促进可渗透的半透膜过滤介质和由芯管10界定的过滤系统的出口点之间的液体和气体转移。

本发明的芯管和渗透载体片材料还适用于各种不同类型的液体或气体过滤和/或转移工艺，所述液体或气体过滤和/或转移工艺包括反渗透过滤、纳米过滤、超滤、正向渗透过滤和其他类型的过滤系统，包括高压和低压过滤系统，如本领域的技术人员将会理解的。芯管和渗透载体片材料还可以各种尺寸和/或构型被形成以用于各种过滤应用，所述各种过滤应用包括，例如以小规模使用，个人使用过滤诸如家庭和企业中的水槽下的过滤元件，如用于过滤饮用水，和/或以较大规模使用，过滤各种流体例如诸如其他被污染的流体流的脱盐或净化。

在另外可选的使用中，芯管10、渗透载体片材料13和包括根据本发明的原理形成的此类芯管和渗透载体片材料的过滤元件11，可以用于其他应用中，诸如用于医学领域，包括用于透析治疗，其中滤过的液体是渗透产物而去除的浓缩物是废物；或用于其中滤过的水是废物而从其去除的浓缩物是所需的最终产物，即橙汁、葡萄酒、天然气等等的应用中。本发明的芯管和渗透载体片材料被设计成通过使得能够更有效地将流体流导向通过过滤元件的渗透载体片材料的纵向通道来促进已净化的流体例如滤过的水和其他液体有效流过其中使用了芯管的过滤元件，而无需流体的横向流动用于其收集和去除。

如图1所示，过滤元件11，本文在一个示例性实施方案中示为反渗透型过滤系统，通常包括一个或多个层或片的半透膜材料12、渗透载体片材料13和间隔物14，它们以堆叠的“叶片”结构15布置，缠绕在芯管10上。膜材料12通常将是半渗透的材料，并且可以包括施加到织造或非织造的支架或基底片17的过滤膜表面或元件16，支架或基底片17可以包括由适于过滤所需流体的聚酯、尼龙、聚丙烯或其他半渗透的材料形成的膜材料，且特定的膜片针对其对正过滤的液体，例如血液透析过滤应用中的水或血液的渗透性而被选择，如本领域技术人员将会理解的。类似地，间隔物14可以包括常规的间隔物，本文示出为包括聚合材料格子或片，聚合材料格子或片界定用于支撑和分离膜12和渗透载体片材料13的层的肋或支架。

根据本发明的原理的芯管10（图2）通常被布置为交叉流动的芯管，通常由刚性的、高强度的材料诸如聚丙烯、聚乙烯或其他不会浸出的合成材料形成。芯管通常包括管状主体30，管状主体30根据需要或期望可以是圆柱形、矩形或各种其他构型，具有相对端部31和32。胶收集凹槽33通常形成于芯管主体的每个端部31/32以利于收集施加到过滤元件的端部以确保在渗透载体片材料、膜片间隔物和芯管的边缘之间形成重叠密封的密封材料。此胶收集凹槽33还限制交叉流动的芯管和过滤元件的有效区域，并有助于控制密封材料实体流入过滤元件。根据过滤元件将用于的过滤应用，芯管可以形成为不同的长度和直径或宽度。芯管的直径或宽度界定内部流动通路34（图3）的尺寸，渗透物将流过内部流动通路34以用于从过滤元件排出。芯管10的一端32（图2）还可以包括密封凹槽35，用于接收O型环或相似的密封材料，用于将芯管连接至排出管线或系统，用于从交叉流动的芯管去除和/或收集渗透物。

如图1和图2进一步示出的，芯管10形成有一系列流动开口36，流动开口36沿着芯管的主体30的长度以隔开的位置形成。在典型的反渗透过滤系统中，诸如对于家庭用水过滤系统或“水槽下”过滤系统，通常每约10英寸的膜宽度有约五个流动开口。用于这种反渗透过滤系统中的渗透载体片材料还通常可以具有每英寸载体片宽度约30-34个通道，并且因此通常必须包括横向或交叉流动的通道以允许横向流动，使得沿着渗透载体片材料的多个通道流动的渗透物可以到达常规芯管的流动开口。

如图1和图2所示，本发明的芯管还包括基本上沿着芯管10的主体30的长度延伸的纵向延伸的流动引导凹槽或流动凹部40。可以在芯管的主体中形成一个或多个此类流动凹部40，且另外的流动凹部围绕芯管的周边或长度和宽度以基本上等距的间隔被隔开。芯管的流动开口36通常将沿着流动凹部40的长度在隔开的位置形成或定位，以便保持被施加通过其以用于沿着渗透载体片材料抽出渗透物的压力差。然而，流动凹部还使得渗透物能够沿着渗透载体片材料通道60（图1）的长度纵向地被抽出，而不需要渗透载体片材料通道之间的交叉流动，因为渗透物可以被抽出到纵向延伸的流动凹部，且此后将横向地沿着流动凹部被输送到最近的流动开口。这使得渗透载体片材料能够形成有基本上纵向延伸的流动通道而不需要横向交叉流动通道，使得能够使用不同类型/构型且较便宜的渗透载体片材料。

图3示出了流动凹部40'的可选实施方案，包括使用开槽的凹部41和具有更多紧密布置的流动开口的较短的凹部。在这样的可选实施方案中，且特别是使用开槽的凹部，开槽的凹部通常具有比图2所示的流动凹部40更小的长度，然而，它们通常是在另外的开槽的凹部中，所述另外的开槽的凹部以隔开的位置围绕芯管布置以利于从过滤元件去除渗透物。流动开口36也可以形成为具有比流动凹部更短的长度的开槽的开口并沿着流动凹部被隔开。

图4示出了根据本发明的原理的交叉流动的芯管10的又一可选实施方案。在该实施方案中，示出位于流动开口36的边界或围绕流动开口36的位置的一对脊或突出部分50。尽管示出了多对突出部分，但也可以在每组的流动开口36之间使用单个突出部分或脊。突出部分或脊有助于捕获渗透物流和将渗透物流从渗透载体片材料的流动通道朝流动开口重新引导以用于收集和去除。芯管还可以形成有其他凸起区域或突起部50，或以其它方式可以形成有“不圆的”构型以提供用于捕获渗透物流和将渗透物流重新引导至流动开口的装置。

如附图所示，诸如在图5A-6C，根据本发明形成的渗透载体片材料13通常将包括一系列通道或凹槽60，该通道或凹槽60在各种纱线、绳或树脂的肋材料61之间形成，所述材料61形成界定直立通道壁63的肋或横撑62（图6A-6C），且可以结合到或者以其他方式附接/固定到衬底64。在使用中，形成和/或安装到或结合到渗透载体片材料的衬底的表面66的这些肋62将支撑且分开半透膜12（图1A和图5B）的正面，且膜和渗透载体片材料通常被布置成同心缠绕或螺旋缠绕类型的布置，如图1的过滤元件11所示。肋之间界定的通道通过在膜和通道之间提供没有障碍的路径而提供减阻的路径，用于帮助滤过的水或气体（“渗透物”）从过滤系统离开。结果，这些通道或凹槽将允许正被过滤的渗透液体或气体在过滤膜之间流动，而这些肋向膜提供足够的支撑，使膜能够响应于过滤过程期间所产生的压力而防止塌陷或结构上的压缩。

除了常规的渗透载体材料，例如由针织品织物形成的渗透载体材料，根据本发明的原理形成的过滤元件还可以包括渗透载体片材料，所述渗透载体片材料在结构和形成方法上不同于常规的针织品材料，以便生成一种更经济的渗透载体片材料。在一个示例性实施方案中，如图5A到图6C所示，本发明的渗透载体片材料13可以被形成为复合材料，所述复合材料包括衬底或者基底层64，所述衬底或者基底层64可以由聚合膜材料形成，并且可以将树脂材料或其他相似的肋材料61的一系列隔开的纱线、绳、长丝、带、条、线应用到所述衬底或者基底层64。

可以用于渗透载体片材料的膜基底层或衬底64的合适材料的实例，可以包括织造或非织造的聚合材料，诸如聚酯、聚丙烯或其他膜材料，以及各种类型的环氧树脂或树脂材料。施加到衬底的肋材料61通常可包括热塑性聚合纱线或绳，所述热塑性聚合纱线或绳通常由各种聚合物形成，例如能够被热固或热结合到衬底材料的聚乙烯鞘/聚丙烯芯单丝纱、聚酯/聚丙烯短纤纱、聚酯-乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯或其他类型的单丝、双组分或多组分的纱线。

可选地，测量的行的树脂材料或其他合成材料或聚合材料也可以以不连续的线被挤出和/或沉积在衬底上，在它们之间具有所需的间隔以形成如下所讨论的肋。用于肋材料的纱线、绳、树脂材料线或其他材料还可以在从约.10毫米直到约1毫米的尺寸范围内，但根据将会使用渗透载体片材料的过滤应用，可以根据需要或期望使用更大或更小尺寸的条、线或纱线。

因此，可以控制渗透载体片材料的形成以由不同尺寸的纱线形成不同的渗透载体片材料，和/或不同的材料形成不同的肋/横撑和通道构型和尺寸以界定不同的特性，例如利用渗透载体片材料的过滤元件的不同的所需流动或过滤特性，这取决于将在其中使用另外的元件的过滤系统和/或环境的类型。作为实例而非限制，渗透载体片材料的一个示例性实施方案可以包括肋材料，所述肋材料由施加到织造或非织造的膜衬底的10/1或更高棉含量的聚酯/聚丙烯纺纱形成，例如20-40gsm的纺粘聚丙烯膜。可选地，肋材料可以包括合成的纺纱，例如具有约.2毫米到1毫米的尺寸的聚酯或聚乙烯鞘/聚酯/聚丙烯芯纱，尽管更大或更小的尺寸也可以使用，应用于纺粘聚丙烯或聚酯/尼龙非织造膜。

如图5A-6C所示，在本发明的用于形成渗透载体片材料13的工艺的优选实施方案的各种实例中，纱线70、长丝或绳被示出为用于肋材料。这些纱线70可以由进料辊71（图6A-6B）的纱线经轴71’（图6C）或线轴架供给成沿着衬底的表面66以重叠的关系与衬底或膜材料64接合，衬底或膜材料64同样通常将由进给辊72进给，且两种材料由一个或多个导向辊73带入配准。如本领域的技术人员应理解的，各种其他的肋材料也可以以类似的操作被使用和被施加。

在图6A所示的实施方案中，纱线引导器可以包括具有通过其进给纱线70的一系列导槽76的导向簧片75。可选地，齿梳或其他的类似的纱线引导器可以用于将在其间具有所需/预定间隔的纱线引向与衬底接合。纱线以隔开的列被引导跨过轻触辊式涂布辊77或其他粘合剂涂覆器，所述轻触辊式涂布辊77或其他粘合剂涂覆器可以将熔融的聚合物树脂粘合剂材料施加到纱线以提供纱线与衬底64的粘附。纱线经过轻触辊式涂布辊之后，它们被衬底的表面66接合并被应用到衬底的表面66，衬底的表面66由其供应部供给到导向辊72（其也可以根据需要被加热或冷却）以帮助聚合物涂覆的纱线粘附到衬底。纱线以隔开的行或列施加/粘附到其的衬底然后围绕卷绕辊78被进给，卷绕辊78可以被驱动以当衬底和纱线被带入配准时有助于为衬底和纱线提供张力。这种张力有助于将聚合物涂覆的纱线和衬底推动到一起并促进它们之间的粘附，而不必要求使用压力施加器例如咬送辊来在纱线和衬底之间产生这种粘附。

可选地，如图6B所示，肋材料61，例如纱线/绳或其他肋材料，可以通过纱线引导器81如簧片或类似的引导器由供应部供给，并与膜/衬底66在一对咬送辊或压辊83/84之间的辊隙82处接合。该引导器81可以包括具有通过其界定并如图6B所示以所需的间隔被布置的一系列孔或通路87的长形主体86。在复合载体材料在压辊之间被压缩在一起时，压辊也可被加热，例如到约130°C至250°C或到更高或更低的温度，根据需要来将衬底的聚合纱/绳和/或膜材料软化到足以促进纱线/绳粘附到衬底的程度。此后，当渗透载体片材料的复合纱/绳和膜材料/衬底被进一步移动到下游时，它可以通过冷却区域，冷却区域通常以88示出，并且可以具有冷却风扇或鼓风机89，或在冷却辊周围，所述冷却辊将允许纱线结合到衬底，同时保持它们在衬底上的间隔。

在图6C所述的工艺的又一个实施方案中，肋材料61，例如纱线70，通常将围绕经加热的带槽辊90被进给，经加热的带槽辊90可以具有在其中形成的一系列单个凹槽或通道91，它们中的每个适于将纱线70容纳在其中。凹槽或通道将以所需的距离被隔开，以便在纱线之间形成所需距离的间隔，使得纱线或绳被附着到衬底64之后，它们将被隔开以界定最终渗透载体片材料13的通道60。

另外，纱线通过的带槽辊的凹槽可被按尺寸制定和成形以便形成通道肋62的特定的所需形状，例如如图5B所示的基本上为方形或矩形的构型。渗透载体片材料的衬底通常将围绕平滑的引导辊92（图6C）被进给，引导辊92通常具有经加热的表面93以用于预热衬底的膜材料。肋材料和膜材料被进给为与彼此配准，且然后通过经加热的辊90/92的辊隙95，使得肋材料被引导为与基底材料配准并以基本一致和均匀的方式施加到基底材料，基底材料通常跨越膜的宽度隔开以界定渗透载体片材料的必要通道。

如所述的，图5C所示的纱线辊的凹槽或图5A-5B所示的纱线引导器或簧片，通常将被按尺寸制造和配置成提供肋材料的所需的肋几何结构或间隔。通常，这种间距可以在每英寸约20到80个肋的范围内。然而，应理解，根据使用渗透载体片材料的应用，也可以使用肋材料的其他间隔或布置。另外，可设置各种肋/通道构型。例如，肋材料可以被形成为具有基本上直的、平滑的侧面的基本上平顶的肋，以为附接或施加于其上方的随后的半透膜提供更一致和均匀的支撑，并在肋之间提供基本不受限制的流动通道，如图6B-6C所示。然而，还可以根据应用按需要或期望设置其他的肋构型或布置。

渗透载体片材料的肋的高度、宽度和间隔还可以被调节以满足渗透载体片材料用于其的每个特定的过滤应用的需要的压力和流动要求。更进一步，经加热的辊或粘合剂涂布机/涂敷器的温度还可以是可调节的以便匹配使用中所需的肋和衬底材料的热塑性能，以便有助于将肋材料基本上平滑地转移和最大粘附到衬底，而不需将肋材料过度地软化或熔融和/或粘到辊上。

在另一个可选的实施方案中，可以以熔融的聚合树脂或其他类似的材料的形式施加肋材料，所述熔融的聚合树脂或其他类似的材料可以以预定的间隔和厚度被挤压或以其他方式施加到衬底。在这样的系统中，一个或多个挤压头部将安装在网或衬底之上，用于施加挤压的树脂材料或聚合材料，例如熔融的聚酯、聚丙烯、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯或环氧材料，以上材料在下游通过经加热的带槽辊，所述经加热的带槽辊将形成并可有助于将聚合材料的受挤压的行固化成所需形状、厚度、对齐和间隔的肋。挤压喷嘴也可以以不连续的线施加熔融的肋材料，所述熔融的肋材料将基本上在冷却时形成肋，熔融的肋材料的不连续的线以所需的间隔布置，且施加的熔融材料的量被控制从而形成所需形状、高度和/或宽度的肋。

根据过滤元件11用于的特定过滤应用的需要，还可以给出渗透载体片材料、膜片和间隔物通常所需的重量。例如，渗透载体片材料和膜片可以各自具有每平方码约1-10盎司的重量，尽管还可以根据过滤应用使用更大或更小的织物重量。另外，渗透载体片材料和膜片还可以具有从约5到40密耳，并且优选约10到30密耳的范围内的厚度，尽管其他不同的厚度范围还可以被使用，且根据过滤应用将界定根据需要或期望的尺寸的纵向流动通道。

如图1所示，可以构建过滤元件11，过滤元件11包括膜片12、渗透载体片材料13和间隔物元件14的多叶片结构15，它们通常布置成堆叠或夹层构型，且基本上螺旋地缠绕在本发明的交叉流动的芯管10上，从而形成螺旋缠绕的过滤元件11。如还应理解的，可以将单个膜片、单个渗透载体片和单个间隔物元件片布置成堆叠构型，且之后折叠和/或缠绕在芯管上以形成螺旋缠绕的过滤元件。例如，在水槽下的过滤系统中，约45-48英寸的渗透载体片、约40-45英寸的膜片及进料通道间隔物片可以缠绕在芯管上以形成用于水槽下的过滤型系统的过滤元件。

通常通过将渗透载体片材料放置在两个半透膜片12之间，形成过滤元件11的每个叶片结构15，其中膜片的基底片16与渗透载体片接触，且膜表面从渗透载体片面向外。渗透载体片材料还通常具有延长的长度，以便在流动长度或方向延伸超过膜片。界定每个叶片的膜片和渗透载体片材料的内部对齐的侧边缘20通常在卷绕过程之前或期间被粘合剂或其他密封材料封闭，且每个叶片的其余的开口侧指向交叉流动的芯管10。此后，间隔物元件14可以插入在叶片之间，或邻近叶片，且组件卷绕或缠绕在交叉流动的芯管上。

在本发明的一个示例性实施方案中，如上所讨论在用本发明的交叉流动的芯管形成过滤元件时，渗透载体片材料通常位于两个半透膜之间，且一个或多个间隔物元件被施加到膜以形成螺旋缠绕的过滤元件的“叶片”，其中叶片结构用密封材料在两端且通常是在叶片结构的相对端或尾端处进行封边。过滤元件通常还可以包括缠绕在芯上的一个或多个叶片结构，且进料通道间隔物材料施加在其之间，以便提供交叉流动的路径用于从叶片的外部进给水。渗透载体片材料的暴露端则是最初就缠绕在芯管上，通常缠绕成两个或更多个其卷绕体或缠绕体，且叶片结构被进一步缠绕在芯管上以形成过滤元件。过滤元件通常放置在封闭容器内，且还可以包括放置在其周围的盐水密封（brine seal）以防止流入的流体流绕过过滤元件。

另外，叶片缠绕以形成过滤元件11之后，覆盖片25可以应用在过滤元件之上，覆盖和密封堆叠的螺旋缠绕的膜和渗透载体片元件及间隔物。可选地或另外，如图2所示，过滤元件可容纳于管或其他类似的壳体（在虚线以26所示），且过滤元件从垫片或盐水密封27向外突出，垫片或盐水密封27被放置在过滤元件周围的密封布置中，接合过滤壳体或封闭容器以帮助防止水的流入流通过经过滤穿过过滤元件。在使用中，流入流在进给压力下进入过滤器，且通过膜片的过滤部分，并沿着渗透载体片材料的流动通道通过芯管10，用于收集和去除渗透物。

在使用中，芯管的端部通常将从过滤元件的端部突出，并将被连接到排出管或系统用于去除在芯管的中心流动通路内所收集的渗透物。通常，芯管处于大气压力下，而流入的流体处于进给压力下，所述进给压力促使或引导流入的流体流过过滤元件片或叶片并流到芯管的流动开口。结果，滤过的渗透物通过半透膜并进入和沿着渗透载体片材料的纵向对齐的流动通道被排出。当渗透物到达芯管中形成的流动凹部时，渗透物流入并被收集在交叉流动的管的流动凹部。此后，渗透物将沿着流动凹部的长度横向地被排出，并进入最近的流动开口，并进入流动通路用于去除。

结果，渗透载体片材料不需要具有横向流动通道或不需要以其他方式被配置成使得渗透物流能够横向通过渗透载体片材料。相反，渗透物可沿着纵向流动通道更为有效地被排出，而不是被扩散遍及渗透载体片材料的宽度/广阔度。芯管还可以与包括机织织物或针织织物或针织品材料的常规渗透载体片材料一起使用以提供通过其的增强的或更为有效的流动。因此，本发明提供了用于流体过滤系统的芯管组件，该芯管组件使得能够使用比较便宜的过滤材料，且在从此类过滤元件去除滤过的渗透物材料中提供更高的效率。另外，根据此类方法形成的渗透载体片材料可以以更经济的方式，使用各种较低成本材料如纱线、绳、树脂材料和其他的类似的材料来构造，且肋或横撑及界定在每个肋或横撑之间的通道的形成是可控的，以使得此类肋/横撑和流体流动通道根据需要运动成所需的尺寸、宽度、深度和/或构型以适应沿着其的渗透物流体流的所需流速。

前述描述通常示出和描述了本发明的各种实施方案。然而，本领域的技术人员应该理解，可以对本发明的以上讨论的构造进行各种变化和修改而不脱离如本文所公开的本发明的精神和范围，且预期包含在上述描述或显示在附图中的所有内容应被解释为说明性的且不应以限制意义来理解。此外，本公开内容的范围应当解释为涵盖上述各种修改、组合、增添、替换等等且涵盖上述实施方案，它们应被认为在本发明的范围内。因此，如本文所讨论的本发明的各种特征和特性可以选择性地互换并应用于本发明的其他示出的和未示出的实施方案，且还可以对其进行各种变化、修改和添加而不脱离如所附的权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种用于流体过滤系统的过滤元件，所述过滤元件包括：

至少一个半透膜片，其用于过滤流入所述过滤元件的流体；

至少一个渗透载体片，其沿着所述至少一个膜片的侧表面定位，所述至少一个渗透载体片具有沿着其以隔开的间隔形成的一系列肋，且界定一系列通道，用于将滤过的流体引导离开所述至少一个膜片；及

芯管，所述至少一个膜片和所述至少一个渗透载体片围绕所述芯管缠绕，所述芯管包括：主体，其具有沿着其界定的中心流动通路；至少一个流动凹部，其沿着所述主体的至少一部分延伸；和至少一个流动开口，其在所述主体中，沿着所述至少一个流动凹部定位；

其中沿着所述至少一个渗透载体片的所述通道引导的滤过的流体在沿着所述主体的至少一部分延伸的所述至少一个流动凹部处被收集，且流向和流过所述至少一个流动开口，并流入所述中心流动通路，用于从所述流体过滤系统排出滤过的流体。

2.根据权利要求1所述的过滤元件，且所述过滤元件还包括至少一个间隔物，所述间隔物从所述至少一个渗透载体片沿着所述至少一个膜片的相对侧而定位。

3.根据权利要求1所述的过滤元件，且其中所述芯管包括布置在所述芯管的相对侧上的至少两个流动凹部。

4.根据权利要求1所述的过滤元件，且其中所述流动开口包括沿着所述至少一个流动凹部的长度以隔开的间隔形成的2到6个孔。

5.根据权利要求1所述的过滤元件，且其中所述至少一个流动凹部包括至少部分地沿着所述至少一个流动凹部延伸的槽开口。

6.根据权利要求1所述的过滤元件，且所述过滤元件还包括以堆叠系列布置且围绕所述芯管螺旋地缠绕的多个膜片、多个渗透载体片和一系列间隔物，及施加到所述螺旋地缠绕的膜片、渗透载体片和间隔物的覆盖物。

7.根据权利要求2所述的过滤元件，且所述过滤元件还包括施加到所述螺旋地缠绕的膜片、渗透载体片和间隔物的至少一端的密封材料。

8.根据权利要求7所述的过滤元件，且其中所述芯管还包括收集凹槽，所述收集凹槽在所述芯管的一端附近在向其施加所述密封材料的所述螺旋地缠绕的膜片、渗透载体片和间隔物的所述至少一端处形成。

9.根据权利要求1所述的过滤元件，其中所述渗透载体片包括衬底，且其中所述一系列肋以其隔开的间隔布置的离散的列被施加到所述衬底并结合到所述衬底。

10.根据权利要求9所述的过滤元件，其中所述肋通过粘合剂、树脂或向其施加热而被结合于所述衬底中。

11.根据权利要求9所述的过滤元件，其中所述肋作为合成材料、塑性材料或树脂材料的挤出结构而被施加到所述衬底。

12.根据权利要求1所述的过滤元件，其中所述渗透载体片包括一系列纱线或绳，所述纱线或绳以隔开的列成叠加关系进给到衬底的表面上并固定到所述衬底的表面，所述纱线或绳被选择性地隔开以便形成所述肋并在其间界定所述通道，其中所述通道具有沿着所述渗透载体片延伸的所需构型。

13.一种过滤元件，所述过滤元件包括：

至少一个半透膜片，其用于过滤流入所述过滤元件的流体；

至少一个渗透载体片，其沿着所述至少一个膜片的侧表面定位，所述至少一个渗透载体片具有沿着其以隔开的间隔选择性地施加到衬底的一系列肋材料，且界定一系列流体流动通道，用于将滤过的流体引导离开所述至少一个膜片；及

芯管，所述至少一个膜片和所述至少一个渗透载体片围绕所述芯管缠绕，所述芯管包括：主体，其具有沿着其界定的中心流动通路；一个流动开口，其在所述主体中，以隔开的间隔定位；

其中沿着所述至少一个渗透载体片的所述通道引导的滤过的流体被收集，且流向和流过所述至少一个流动开口，并流入所述中心流动通路，用于从所述流体过滤系统排出滤过的流体。

14.根据权利要求1所述的过滤元件，且所述过滤元件还包括沿着所述主体的至少一部分延伸的至少一个流动引导凹槽，且其中所述流动开口沿着所述流动引导凹槽布置。

15.根据权利要求14所述的过滤元件，且其中所述芯管包括布置在所述芯管的相对侧上的至少两个流动引导凹槽。

16.根据权利要求14所述的过滤元件，且其中所述流动开口包括沿着所述至少一个流动引导凹槽的长度以隔开的间隔形成的2到6个孔。

17.根据权利要求14所述的过滤元件，且其中所述流动开口中的至少一个包括至少部分地沿着所述至少一个流动引导凹槽延伸的槽开口。

18.根据权利要求14所述的过滤元件，且其中所述渗透载体片包括一系列纱线或绳，所述纱线或绳以隔开的列成叠加关系进给到衬底的表面上并固定到所述衬底的表面，所述纱线或绳被选择性地隔开以便形成所述肋并界定沿着所述渗透载体片延伸的具有所需构型的所述通道。

19.根据权利要求14所述的过滤元件，其中所述肋作为合成材料、塑性材料或树脂材料的挤出结构而施加到所述衬底。

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