CN104159442A - 旋转过滤器 - Google Patents

Abstract

对含有微粒的液体散料进行的处理，包括使用：旋转过滤器表面(205)，所述旋转过滤器表面的外周上布置有开口，所述开口允许所述液体散料中所含的提取液体通过所述过滤器表面而同时阻止微粒通过所述过滤器表面，从而使得所述提取液体中的微粒浓度低于所述液体散料中的浓度；提取液体流出端口(240)，所述提取液体流出端口将所述提取液体从所述旋转过滤器表面的内部区域排出；以及电机(220)，所述电机配置为使所述过滤器表面以一速率旋转，所述速率足以在所述开口处产生可阻止所述微粒阻塞所述开口的离心力或者扰动，其中，当所述过滤器表面完全浸没在所述液体散料中时，使所述过滤器表面旋转并且所述提取液体通过所述提取液体流出端口排出。

Description

旋转过滤器

技术领域

本发明大体上涉及浸入式旋转过滤器装置，该浸入式旋转过滤器装置用于从含有微粒的液体散料中提取液体，其中所述装置在进行提取的同时进行自我清洁。

背景技术

凝乳(curd)制作过程是用于以最大产量将奶酪用乳转化为高品质的奶酪凝乳。在使用过程中，奶酪桶中装满了奶酪用乳(可选地预先进行酸化)，并且通过向奶酪用乳中添加酶和酸、单独添加酸、或者合成促凝剂引起奶酪用乳凝结。不同类型的奶酪具有各自的生产流程。一旦奶酪用乳完全凝结并形成凝乳，则必须要需要非常轻柔地处理该凝乳，就像它还是软的一样。一部分乳清被滤除。奶酪块随着乳清的去除而变硬。乳清被去除之后，凝乳以及剩余的乳清随后被转移以用于后续处理(例如，带槽传送装置上进行处理或者进一步从凝乳中滤除乳清)。

分离凝乳和乳清的一个问题在于，小的凝乳微粒常常与滤除的乳清一同离开桶。凝乳的这一流失会显著地减小产量，并且处理技术已经得到了发展以试图从乳清液流中回收凝乳微粒并将这些微粒重新加入到奶酪块中。在滤除乳清的时候不断地搅拌凝乳和乳清能够减少或者避免由这些凝乳微粒造成的产量减少。然而，诸如网状物之类的简单的过滤器很快就会被凝乳微粒阻塞。通过引用并入本申请中的美国专利US 6 050 179公开了一种过滤器圆盘装置以用于当搅拌凝乳和乳清的时候对乳清进行过滤。所公开的过滤器具有一圆形过滤器圆盘，该圆形过滤器圆盘可旋转地布置成平靠奶酪桶。过滤器圆盘的旋转足以防止凝乳微粒的聚集以及与此相关联的过滤器圆盘的阻塞。此外，在搅拌过程中搅拌器的转动通过进行过滤器圆盘的机械刮拭来帮助去除任何试图附着在过滤器圆盘上的凝乳微粒。

然而，发明者已经意识到此过滤器圆盘的大量问题。首先，凝乳在奶酪制作过程的最初阶段是极度脆弱的。转动过滤器圆盘产生的剪切应力损坏凝乳并且产生小的凝乳微粒，这些小的凝乳微粒随乳清一起经由过滤器圆盘漏出，这样就减少了产量。其次，圆盘尺寸的限制也限制了过滤器的容量。第三，在过滤器圆盘的表面上存在不一致的流动特性，这使得很难为一批批或者一个个单元之间的运作确定和保持最佳的设定。

发明内容

以下提要用于帮助对部分创新性特征的理解，这些创新型特征不仅存在于实施例中而且并未被完全列举。通过将全部说明书、权利要求、附图以及摘要作为整体来了解能够获得对于实施例的各个方面的全方位认识。

与上述的过滤器圆盘相比较，本申请中公开的技术方案确保了更加轻柔地处理凝乳，通过减少产生额外的凝乳微粒来增加产量，更大的流量以及更加稳定的流动特性。尤其是，公开的技术方案的实施例展示了按照规定旋转时所表现出的出色的抗阻塞性能。例如，已经注意到，一旦根据公开的技术方案的过滤器的旋转被停止，过滤器流量就下降到旋转过程中观测到的流量的仅仅1％。公开的技术方案对于奶酪生产尤其有用，但是也更加普遍地适用于从含有微粒的液体散料(bulk liquid)中提取液体组分。

在公开的技术方案的一实施例中存在一种用于对含有微粒的液体散料进行处理的装置，所述液体散料所含的微粒处于第一浓度，并且所述装置包括旋转过滤器表面、提取液体流出端口以及电机；所述旋转过滤器表面的外周上具有一个或者更多个开口，所述一个或者更多个开口配置为允许所述液体散料中所含提取的液体通过所述过滤器表面而同时阻止微粒通过所述过滤器表面，以使得所述提取液体中微粒的浓度低于所述第一浓度的10％；所述提取液体流出端口将所述提取液体从所述旋转过滤器表面的内部区域排出；所述电机配置为使所述过滤器表面以一速率旋转，所述速率足以在所述开口处产生可阻止所述微粒阻塞所述开口的离心力或者扰动，其中所述装置配置为：当所述过滤器表面完全浸没在所述液体散料中的时候，使所述过滤器表面旋转并且通过所述提取液体流出端口排出所述提取液体。

在公开的技术方案的另一实施例中存在一种用于对含有微粒的液体散料进行处理的方法，所述液体散料中所含的所述微粒处于第一浓度，并且所述方法包括：提供在外周上具有一个或者更多个开口的过滤器表面，所述一个或者更多个开口配置为允许液体散料中所含的提取液体通过所述过滤器表面而同时阻止微粒通过所述过滤器表面，以使得所述提取液体中微粒的浓度低于所述第一浓度的10％；将所述提取液体从所述旋转过滤器表面的内部区域排出；以及使所述过滤器表面以一速率旋转，所述速率足以在所述开口处产生可阻止所述微粒阻塞所述开口的离心力或者扰动，其中所述旋转和所述排出在所述过滤器表面完全浸没在液体散料中时进行。

附图说明

附图进一步说明了本发明和所公开的主题的上述背景、所公开的主题的主要内容以及所公开的主题的详细说明，以便解释所公开的主题的原理，其中所有单独的视图中的相同附图标记代表相同的元件或功能相似的元件并且并入并形成说明书的一部分。通过作为所公开的主题的非限制性说明的公开内容，所公开的主题的其它特征或优点将变得更为清楚。

图1所示为包括有过滤器200的容器100，过滤器200用于从存储在容器100的液体承载部分中的含有微粒的液体散料中分离出液体。

图2所示为过滤器200的截面图。

图3所示为根据所公开技术方案的实施例观测到的试验结果。

具体实施方式

在这些非限定性的示例中所说明的特定的数值和配置能够变化并且仅用于对实施例进行说明而非对本发明的所公开的范围进行限制。

图1示出了诸如上述的封闭的奶酪桶的容器100，所述容器100包括过滤器200，所述过滤器将在图2中进行更加详细的说明。容器100配置为容纳原材料(液体以及/或者固体)并且贮存含有微粒的液体散料(未示出)，所述液体散料包括液体组分和微粒组分。尽管图1所示为竖直的容器，但是水平的或者其它的容器配置也是适用的。

搅拌器110位于容器100的液体承载部分之内，搅拌器110能够选择性地旋转，从而通过搅拌器110的旋转来搅动含有微粒的液体散料。在一些实施例中，搅拌器110可以按照顺时针或者逆时针的方向来选择性地旋转。在一些实施例中，搅拌器110能够以不同的速度旋转。在公开的主题的一些应用中，含有微粒的液体散料中所包含的这些微粒可以从液体散料中沉淀出来，而且搅拌器110可被启动以确保微粒在液体散料中保持悬浮或者重新悬浮。尽管图1示出了在容器100的液体承载部分的底部的包括有4个叶片的搅拌器110，本领域的技术人员还知道许多其它的搅拌器配置。例如，上述美国专利US 6 050 179公开了一种框架的应用，所述框架用于在沿第一方向旋转时切割奶酪凝乳，并且在沿相反方向旋转时搅动凝乳。在一些实施例中，对含有微粒的液体散料进行抽送可能更加适合于确保微粒在液体散料中保持悬浮，在此情况下，泵(未示出)可以用于替代旋转搅拌器100或者与旋转搅拌器100共同作用。在一些实施例中，容器100中可以存在数个搅拌器。

在一些实施例中，容器100可以配置为容纳多种原材料，这些原材料在容器100中进行混合并且/或者反应。在一示例中，在奶酪制作过程中，奶酪用乳和凝结剂可以被混合以产生凝乳和乳清。在一些实施例中，容器100可以作为保存或者处理容器，该保存或者处理容器容纳来自另一处理单元中的含有微粒的液体散料，并且使用过滤器200将液体组分从该液体散料中提取出来。

如图1所示，过滤器200从容器100的壁上突出到容器100的液体承载部分中。在一些实施例中，容器100的壁可以向外突出以使过滤器200远离搅拌器110。在一些实施例中，容器100可以包括不止一个过滤器200以增加总过滤量，又或者提供具有不同特征的过滤器(例如，具有不同的间隙尺寸)，这些过滤器可以被用于生产周期中的不同时间。过滤器200的位置使其在旋转并进行液体提取的时候被浸没(优选地能够全部浸没)在容器100的液体承载部分内的含微粒液体当中。尽管图1和2所示的过滤器200具有水平的旋转轴线，但是过滤器200可以处于其它方向。

图2所示为过滤器200的更加详尽的截面图。过滤器200被安装在容器100的壁120上。如图2中所示，过滤器200通过壁120中的孔插入，并且过滤器200的基板225使用螺钉或者其它紧固件可移除地附接至壁120上。通过可移除地附接，过滤器200能够被更加轻易地从容器100上去除以进行清洗、检查、维护、修理或者更换。

由电机220驱动的轴215穿过基板225。电机220可以配置为使轴215沿任一方向以及可变的速度进行旋转。在容器100中，轴215支撑圆柱形滤网205并且使其旋转。尽管图2所示为圆柱形滤网，然而也可以使用诸如锥形或者凸圆形状之类的其它配置。滤网205进一步由平行于轴215的支撑杆210进行支撑。

在一些实施例中，滤网205包括楔形金属丝滤网，其中一段或者几段具有楔形截面的金属丝绕着支撑杆210缠绕并且缚在其上。尽管可以使用其它截面形状，然而楔形截面有助于避免滤网205的阻塞。根据过滤器200所要过滤的含微粒液体的性质，可使用不同直径的金属丝并且楔形金属丝的相邻线圈之间的间隙也会变化。举例来说，具有0.01mm的标称间隙尺寸的楔形金属丝滤网能够易于使用，而更小的间隙尺寸则应当根据不同的应用和原材料来使用。对间隙尺寸进行选择以使得离散液体中含有的大多数微粒不会通过所选的间隙尺寸，而从液体散料中提取的液体则可通过该间隙。所提取的液体中存在的微粒的数量受到间隙尺寸的影响。提取的液体中的微粒浓度低于液体散料中的浓度。在一些实施例中，提取的液体中的微粒浓度低于液体散料中的微粒浓度的50％。在一些实施例中，提取的液体中的微粒浓度低于液体散料中的微粒浓度的25％。在一些实施例中，提取的液体中的微粒浓度低于液体散料中的微粒浓度的10％。在一些实施例中，提取的液体中的微粒浓度低于液体散料中的威力浓度的5％。在一些实施例中，提取的液体中的微粒浓度低于液体散料中的威力浓度的1％。此外，滤网205的全长和直径都能够变化。滤网205的长度、直径以及间隙尺寸这三者的中每一者都会对过滤器200的额定流量产生影响，并且每一者都可以变化以针对特定应用来优化流动特性。滤网已经得到了实际全范围(间隙尺寸由0.15mm至0.40mm，长度由20至35cm，直径为20cm并且最大流量为22.5L/h)的实验，所显示的奶酪凝乳微粒的保留比例高于95％(即，提取液体中微粒浓度低于液体散料中微粒浓度的5％)。

图3所示为根据所公开的主题的实施例观测到的实验结果。具体地，公开主题的一实施例的抗阻塞性能的测试在奶酪乳清的基础上完成。该测试证实了所公开技术的抗阻塞性能，当过滤器按照规定进行旋转的时候，过滤器流量稳定在大约39000升/每小时，并且当过滤器停止旋转的时候，过滤器的流量迅速下降到大约200升/每小时，仅仅是过滤器旋转时观测到的正常过滤器流量的0.5％。在下表中对测试结果进行汇总：

本领域的技术人员能够意识到本领域中已知的关于滤网205的其它有效的实施例，包括例如标准金属丝网以及原材料滤板，该标准金属丝网包括相互垂直定向的金属丝行和列，该原材料滤板的孔径配置为允许液体通过。该孔径尺寸可被调节以适应待分离的液体散料中液体和微粒组份的特性。

在容器100中贮存的含微粒液体的分离过程中，滤网205旋转，且在此期间从含微粒液体中获得的液体被过滤入过滤器200的内部。旋转在滤网205的表面上产生足够的扰动和/或离心力，以便于防止所提取的液体所流过的间隙被阻塞。因此，不再需要机械刮拭装置来防止过滤器200被阻塞。在一些实施例中(例如，上述的凝乳和乳清之间的分离)，滤网205以相对较低的速率旋转以使得对凝乳微粒的伤害最小化。在一些情况下，通过增加滤网205的表面积能够减小滤网205上的压力，并且更低的旋转率进而有助于防止滤网205的阻塞。

上部管道230提供两个主要功能。首先，在容器100工作过程中上部管道230充满液体以防止空气进入容器100。其次，上部管道230具有在基板225中相应的孔。在该孔中布置了喷嘴235，喷嘴235用于在容器100中进行的生产的每一批次之间对滤网205的内部进行冲刷和清洗。喷嘴235可以配置为喷射滤网205和轴215的整个内部长度，所以仅需要单个喷嘴235。在使用喷嘴235对滤网205进行冲刷和清洗的过程中，电机220运转以使滤网205旋转，从而保证完全覆盖并且提供离心力来甩出清洗流体。以此方式，过滤器200能够执行就地清洗过程，这更好地保证了容器100中的卫生条件以及批次之间更短的转换时间。

下部管道240的主要功能是提供用于经滤网205过滤的液体的流出端口。在一些实施例中，可存在泵(未示出)，所述泵可用于增加迫使液体通过滤网205的压力。在一些实施例中，对下部管道240可被操作以便于控制滤网205上的压差，从而更加有效地减少滤网205的阻塞、减少对液体散料中微粒的破坏、并且对过滤后的液体通过下部管道240流出的流速进行控制。在公开的过滤器200的一些应用中，过滤的液体可以被当作废弃液体。在另一些应用中，过滤的液体可以被当作有用产品并且对其进行相应地引导以用于进一步的处理。

附图标记245示出了容器100内的过滤器200的旋转部分与基板225之间的密封件。在一些实施例中，并非使用垫圈或者互锁组件来形成紧密的密封，而是具有间隙。在一示例中，此间隙为大约0.8mm。尽管这样的间隙可能会大于含微粒液体中的微粒，然而当滤网205旋转时，离心力的作用使间隙起到了小流量泵的作用，借此使得通过滤网205的流体的一小部分被抽回到容器100的液体承载部分。由于所述间隙中与穿过滤网205分离流动的方向反向的流动，在使用过滤器200对含微粒液体进行分离的过程中只有极少量的微粒穿过所述间隙。在一些实施例中，该间隙被密封以确保来自于含微粒液体的微粒不会进入到过滤器200的内部。

过滤器200能够被设置在分批处理中，其中含有微粒的液体散料经由液体散料流入端口注入到容器中并且大量的液体通过旋转的过滤器200被提取出来进行进一步处理，同时在容器中留下了浓缩的带有微粒的液体散料，该浓缩的液体散料经过液体散料流出端口排出以用于进一步处理。

过滤器200还能够被设置为连续处理的一部分，其中通过注入端口将具有第一微粒浓度的液体散料连续地供给到过滤器200，通过旋转的过滤器200连续地将液体从液体散料中提取出来以进行进一步处理，同时允许通过流出端口以连续流动的方式将具有大于第一浓度的第二微粒浓度的剩余浓缩液体散料从处理中去除以进行进一步处理。

尽管上述各个部分的说明是参照奶酪的生产以及此过程中所生产的凝乳和乳清之间的分离进行的，但是公开的主题并不仅限于此特定应用。例如，公开的主题能够被用于从含有微粒(所述微粒来源于牛奶或者任意其它来源)的散装牛奶或者乳制品中提取牛奶或者任意乳制品，同时将含有微粒的浓缩散装牛奶或者乳制品保留在容器中或者连续的下游流出物中。根据另一示例，公开的主题能够用于从含有微粒(所述微粒来源于水果或者蔬菜或任意其它来源)的汁液当中提取原生水果汁或蔬菜汁或者类似产品，同时将含有微粒的浓缩汁液保留在容器中或者连续的下游流动中。

在另一示例中，公开的主题能够用于从诸如废水或者血液的来源于动物或者其它来源的含微粒液体中提取液体，同时将含有微粒的浓缩液体保留在容器或者连续的下游流出物中。

在另一示例中，公开的主题能够用于从发酵器(fermenter)或者生物反应器容器(bioreactor vessel)中提取液体产物或者副产物，发酵器或者生物反应器容器容纳有由任意化学或者生化活性物质组成的具有微粒的液体产物或者副产物，这些化学或者生化活性物质将被保留在容器或者连续的下游流出物中，所述化学或者生化活性物质例如为微生物、酶或者由载体基质(carrier matrix)固载以获得特定最小尺寸的物质。

在一些实施例中，包括过滤器200的处理装置在被编程的计算机的控制下根据用于计算机的指令集来工作。计算机对处理装置执行的一系列操作进行控制，例如包括，用含有微粒的液体散料填充容器100，滤网205的旋转，提供过滤的液体用于进一步处理，以及提供剩余的浓缩液体散料用于进一步处理。

最初的以及修改后的权利要求，覆盖了本申请所公开的实施例和思想的各种变化、替代、修改、改进、等价以及大致等价，其中包括了当前未预见到或者注意到的方案。

应当注意到，以上公开的不同实施例以及其它的特征和功能，或者其替代选择，都可以按照意愿结合到许多其它不同的系统和应用当中。还应当注意，本领域的技术人员可能进行各种当前未预见到或者意料之外的替代、修改、变化或者改进，而这些同样在本申请的权利要求所保护的范围之内。除非在权利要求中具体说明，否则权利要求中的步骤或者组件不由说明书或者任意其它权利要求所隐含或者意指为任何特定的顺序、编号、位置、尺寸、形状、角度、颜色或者材料。

Claims (16)

1.一种用于对含有微粒的液体散料进行处理的装置，液体散料中所含的微粒处于第一浓度，并且所述装置包括：

旋转过滤器表面，所述旋转过滤器表面的外周上具有一个或者更多个开口，所述一个或者更多个开口配置为允许所述液体散料中所含的提取液体通过所述过滤器表面而同时阻止微粒通过所述过滤器表面，从而使得所述提取液体中的微粒浓度低于所述第一浓度；

提取液体流出端口，所述提取液体流出端口将所述提取液体从所述旋转过滤器表面的内部区域排出；以及

电机，所述电机配置为使所述过滤器表面以一速率旋转，所述速率足以在所述开口处产生可阻止所述微粒阻塞所述开口的离心力或者扰动，其中

所述装置配置为：当所述过滤器表面完全浸没在所述液体散料中时，使所述过滤器表面旋转并且通过所述提取液体流出端口排出所述提取液体。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

容器，所述容器内布置有所述旋转过滤器表面；

液体散料注入端口，所述液体散料通过所述液体散料注入端口被供给到所述容器中，以供在所述容器中贮存及在贮存过程中从所述液体散料中提取提取液；以及

浓缩液体散料流出端口，所述浓缩液体散料流出端口在提取液体被从所述液体散料中提取出之后将液体散料从所述容器中排出以用于进一步处理。

3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

液体散料注入端口，所述液体散料通过所述液体散料注入端口被连续地供给到所述旋转过滤器表面外部的一区域；以及

浓缩液体散料流出端口，具有大于所述第一浓度的第二微粒浓度的液体散料通过所述浓缩液体散料流出端口被连续地从所述旋转过滤器表面外部的所述区域中去除。

4.根据权利要求1所述的过滤器，其中

所述微粒包括奶酪凝乳；并且

所述提取液体包括乳清。

5.根据权利要求1所述的过滤器，其中

所述微粒包括源自牛奶的微粒；并且

所述提取液体包括牛奶或者乳制品。

6.根据权利要求1所述的过滤器，其中

所述微粒包括源自水果或者蔬菜的微粒；并且

所述提取液体包括原生的水果汁或蔬菜汁。

7.根据权利要求1所述的过滤器，其中

所述微粒包括源自一种或者多种动物的微粒；并且

所述提取液体包括水或者血液。

8.根据权利要求1所述的过滤器，其中

所述微粒包括固载在载体基质中的化学或者生化活性物质；并且

所述提取液体包括来自发酵器或者生物反应器容器的液体产物或者副产物。

9.一种用于对含有微粒的液体散料进行处理的方法，液体散料中所含微粒处于第一浓度，并且所述方法包括：

提供在外周上具有一个或者更多个开口的过滤器表面，所述一个或者更多个开口配置为允许液体散料中所含的提取液体通过所述过滤器表面而同时阻止微粒通过所述过滤器表面，从而使得提取液体中的微粒浓度低于所述第一浓度；

将所述提取液体从所述旋转过滤器表面的内部区域排出；以及

使所述过滤器表面以一速率旋转，所述速率足以在所述开口处产生可阻止所述微粒阻塞所述开口的离心力或者扰动，其中，

所述旋转和所述排出在所述过滤器表面完全浸没在液体散料中时进行。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括

将所述液体散料贮存在容器中，所述容器中布置有所述过滤器表面；以及

在从所述液体散料中提取所述提取液体之后，将所述液体散料从所述容器中排出以用于进一步处理。

11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括

将所述液体散料连续地供给到所述过滤器表面外部的一区域；以及

将具有大于所述第一浓度的第二微粒浓度的液体散料连续地从所述旋转过滤器表面外部的所述区域中去除。

12.根据权利要求9所述的方法，其中

所述微粒包括奶酪凝乳；并且

所述提取液体包括乳清。

13.根据权利要求9所述的方法，其中

所述微粒包括源自牛奶的微粒；并且

所述提取液体包括牛奶或者乳制品。

14.根据权利要求9所述的方法，其中

所述微粒包括源自水果或者蔬菜的微粒；并且

所述提取液体包括原生水果汁或蔬菜汁。

15.根据权利要求9所述的方法，其中

所述微粒包括源自一种或者多种动物的微粒；并且

所述提取液体包括水或者血液。

16.根据权利要求9所述的方法，其中

所述微粒包括固载在载体基质中的化学或者生化活性物质；以及

所述提取液体包括来自发酵器或者生物反应器容器的液体产物或者副产物。