CN110248722B - 褶皱、锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件 - Google Patents

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Abstract

描述了褶皱锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件(100)。过滤器元件具有褶状并锥形膜叶(110)。褶状并锥形的膜叶在高渗透通量应用中保持渗余物流体速度。

Description

褶皱、锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件
背景技术
不认为本背景技术部分中描述的信息是现有技术。
过滤器通常以两种模式之一运行：死端或错流。在死端过滤中，待过滤的进料流体在大致垂直于过滤介质(例如，半透膜或颗粒介质床)表面的方向上流动。死端过滤在从进料流体中除去低浓度颗粒或其他材料的应用中或在由过滤介质保留的材料(即渗余物)的填充倾向不会在过滤介质上产生大的压力下降的应用中是有效的。死端过滤的典型工业用途包括市政水处理以及食品和饮料应用，例如啤酒、葡萄酒和其他饮料的过滤。
许多工业工艺流含有高浓度的颗粒、溶质或其他要去除的材料，在许多情况下，这些会迅速淤塞死端过滤介质，从而增加背压并降低过滤速率。因此，在这类应用中，死端过滤技术在工业上是不切实际的。然而，错流过滤技术可用于此类应用中以保持工业上可接受的过滤速率和操作时间。在错流过滤中，待过滤的进料流体在大致平行于半透膜表面的方向上流动----即，与过滤膜相切。当一部分进料流体通过过滤膜并变成渗透物流时，颗粒、溶质或其它物质在过滤膜的进料侧的进料流体中浓缩，这成为渗余物流。
错流过滤根据菲克扩散定律得出的理论原理而运行。进料流在过滤膜的相对侧上的进料/渗余物流和渗透物流之间以压力、浓度或其他物理或化学差异而流过错流过滤器。小于过滤膜孔径的颗粒、溶质或其他材料作为形成渗透物流的进料流体部分中的滤液而通过膜。在进料流的余量流过进料侧的过滤膜的同时，进料流中的一些颗粒、溶质或其他物质作为渗余物被截留在过滤膜中或过滤膜上，不通过膜或被截留在膜中或膜上，形成渗余物流。离开错流过滤器的渗余物流(即，进料物流的未过滤部分)与离开错流过滤器的渗透物流保持分离，并且可以通过过滤器而再次循环，送入到单独的下游过滤器以用于额外的过滤，送入其他单元操作，或收集，如特定应用所适合的。
错流过滤器可用于过滤含有颗粒、溶质或其他材料的进料流，这些会快速“致盲”或以其他方式淤塞死端过滤器。“致盲”是在过滤膜上的渗余物的积聚，其淤塞和/或降低过滤器的有效性。在错流过滤中，大量流体穿过过滤膜的切向运动可以机械地从膜表面移除渗余物料，并且切向进料流可以将脱落的和/或以其他方式浓缩的渗余物料输送出过滤器。因此，在相比于死端过滤器的相对较高的固体负荷下，错流过滤器可以在伴随减少致盲的长时间操作的连续模式下进行操作。
错流过滤膜可以以管状、平板、螺旋缠绕和中空纤维配置生产。此外，错流过滤膜的孔径可从小于10埃(反渗透膜)至大于10微米(常规过滤膜)，并包括纳滤膜(约1-10纳米孔径)、超滤膜(～10-100纳米孔径)和微滤膜(～0.1-10微米孔径)。
发明内容
本说明书特别涉及褶皱、锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件。本说明书也涉及包括褶皱、锥形并螺旋缠绕的过滤器元件的错流过滤器。本说明书也涉及过滤方法，所述方法包括包含褶皱、锥形并螺旋缠绕的过滤器元件的错流过滤器的使用。本说明书也涉及过滤系统，所述系统包括包含褶皱、锥形并螺旋缠绕的过滤器元件的错流过滤器。
在一个实例中，螺旋缠绕的错流过滤器元件包括渗透管和附接到渗透管的褶状过滤膜。褶状过滤膜包括围绕渗透管周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围的多个叶片。多个叶片中的每个叶片包括入口边缘、出口边缘、在入口边缘和出口边缘之间延伸的锥形远侧边缘，以及邻近渗透管而定位，并包括在褶状过滤膜的入口端和褶状过滤膜的出口端之间延伸的两个折叠的近侧边缘的近端。每个叶片的入口边缘的长度大于该叶片的出口边缘的长度。
在另一个实例中，螺旋缠绕的错流过滤器元件包括渗透管和焊接到渗透管的褶状过滤膜。褶状过滤膜包括围绕渗透管周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围的多个叶片。多个叶片中的每个叶片包括焊接的入口边缘、焊接的出口边缘、在焊接的入口边缘和焊接的出口边缘之间延伸的焊接并锥形化的远侧边缘，以及邻近渗透管而定位，并包括在褶状过滤膜的入口端和褶状过滤膜的出口端之间延伸的两个折叠的近侧边缘的近端。每个叶片的焊接的入口边缘的长度大于该叶片的焊接的出口边缘的长度。
在另一个实例中，错流过滤器包括外壳，位于外壳内的渗透管，和附接到渗透管并位于渗透管和外壳之间的褶状过滤膜。褶状过滤膜包括围绕渗透管周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围的多个叶片。多个叶片中的每个叶片包括入口边缘、出口边缘、在入口边缘和出口边缘之间延伸的锥形远侧边缘，以及邻近渗透管而定位，并包括在褶状过滤膜的入口端和褶状过滤膜的出口端之间延伸的两个折叠的近侧边缘的近端。每个叶片的入口边缘的长度大于该叶片的出口边缘的长度。
应理解，本说明书中描述的发明不必限于本发明内容中概述的实例。
附图说明
通过参考附图(不一定按比例)可以更好地理解本说明书中描述的本发明的各种特征和特性，其中：
图1A是单叶螺旋缠绕的错流过滤器元件的局部剖视透视示意图；
图1B是单叶螺旋缠绕的错流过滤器元件的侧视示意图；
图1C是单叶螺旋缠绕的错流过滤器元件的透视示意图，显示了进料、渗余物，并且渗透物流体流过过滤器元件；
图2是一个膜叶的侧视剖面示意图，所述膜叶附接到褶状(多叶)并螺旋缠绕的错流过滤器元件中的渗透管，该图示出了进料流体流速(Qf)和速度(Vf)、渗余液体流速(Qr)和速度(Vr)、以及渗透物流体流速(Qp)和速度(Vp)；
图3是一个锥形膜叶的侧视剖视示意图，所述膜叶附接到褶状(多叶)锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件中的渗透管，该图示出了进料流体流速(Qf)和速度(Vf)、渗余液体流速(Qr)和速度(Vr)、以及渗透物流体流速(Qp)和速度(Vp)；
图4A是膜片的透视示意图，所述膜片在位于每个褶皱内的渗透间隔物处打褶；
图4B是褶状膜片的局部剖视透视示意图，所述膜片附接到渗透管并且具有位于每个褶皱内的渗透间隔物；
图4C是褶状并螺旋缠绕的错流过滤器元件的局部剖视透视示意图，包括图4B中所示的褶状膜和渗透间隔物配置；
图5A是膜片的透视示意图，所述膜片在相邻的渗透间隔物片处打褶；
图5B是褶状膜片的局部剖视透视示意图，所述膜片附接到渗透管并且具有位于每个褶皱内的褶状渗透间隔物；
图5C是褶状并螺旋缠绕的错流过滤器元件的局部剖视透视示意图，包括图5B中所示的褶状膜和褶状渗透间隔物配置；
图6是膜片的透视示意图，所述膜片在位于每个褶皱之间的相邻渗透间隔物片和进料间隔物处打褶；
图7是膜片的透视示意图，所述膜片在相邻的渗透间隔物片和相邻的进料间隔物片处打褶；
图8是褶状膜片的透视示意图，其中每个褶皱的两个入口边缘结合在一起，并且每个褶皱的两个出口边缘(未示出)也结合在一起，从而形成多个膜叶，每个叶片包括一个结合的入口边缘和一个结合的出口边缘(未示出)；
图9A是从入口端观察的褶状(多叶)并螺旋缠绕的错流过滤器元件的一个膜叶的透视示意图，并且示出了沿叶片的入口到出口长度的对角线切割，从而形成锥形并结合的远侧边缘，并且其中叶片还包括一个结合的入口边缘和一个结合的出口边缘(未示出)；
图9B是图9A中所示的一个膜叶的侧视示意图；
图10A是从入口端观察的褶状膜片的透视示意图，其中每个褶皱的两个入口边缘结合在一起，并且每个褶皱的两个出口边缘(未示出)也结合在一起，从而形成多个膜叶，每个叶片包括一个结合的入口边缘和一个结合的出口边缘(未示出)，并且其中叶片的远侧边缘结合并逐渐变细，从而形成多个锥形膜叶；
图10B是从出口端观察的在图9A中示出的褶状膜片的透视示意图，其中每个褶皱的两个入口边缘(未示出)结合在一起，并且每个褶皱的两个出口边缘也结合在一起，从而形成多个膜叶，每个叶片包括一个结合的入口边缘(未示出)和一个结合的出口边缘，并且其中叶片的远侧边缘结合并逐渐变细，从而形成多个锥形膜叶；
图11A是从入口端观察的一个锥形膜叶的透视示意图，所述膜叶附接到褶状(多叶)锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件中的渗透管；
图11B是从出口端观察的一个锥形膜叶的透视示意图，所述膜叶附接到褶状(多叶)锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件中的渗透管；
图12是一个锥形膜叶的侧视剖面示意图，所述膜叶附接到褶状(多叶)锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件中的渗透管，该图示出了由锥角(θ)提供的入口端叶片高(hi)和出口端叶片高(h0)之间的差异；
图13是从入口端观察的一个锥形并螺旋缠绕的膜叶的透视示意图，所述膜叶附接到褶状(多叶)锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件中的渗透管；
图14A是褶状(多叶)锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件的侧视示意图，显示了多个褶状锥形并螺旋缠绕的膜叶；
图14B是从入口端观察的褶状(多叶)锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件的透视示意图，显示了多个褶状锥形并螺旋缠绕的膜叶；
图15A-15D是一个锥形膜叶的侧视剖视示意图，所述膜叶附接到褶状(多叶)锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件中的渗透管，每张图示出了不同的锥形轮廓；
图16是防伸缩装置的透视示意图；
图17A是褶状(多叶)锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件的侧面剖视示意图，所述错流过滤器元件位于两个防伸缩装置之间的圆柱形过滤外壳内；以及
图17B是褶状(多叶)锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件的侧面剖视示意图，所述错流过滤器元件位于两个防伸缩装置之间的锥形过滤外壳内。
在考虑根据本说明书的本发明的以下详细描述后，读者将理解前述特征和特性以及其他特征和特性。
具体实施方式
在本说明书(包括权利要求)中，用于描述各种组件的相对取向、位置或定位的空间术语(例如，顶部、底部、垂直、水平、上面、下面、上方、下方等)除非上下文另有规定，不应理解为限于任何特定的参考框架。在本说明书(包括权利要求)中，术语“近侧”是指所述部件的位于接近螺旋缠绕的错流过滤器元件中渗透管的位置的区域，并且术语“远侧”是指所述部件的位于远离螺旋缠绕的错流过滤器元件中的渗透管的位置的区域。例如，术语“近侧”和“远侧”通常是指相对于具有圆形剖面的渗透管沿径向方向的包括螺旋缠绕的相对端。另外，在本说明书(包括权利要求)中，术语“入口”和“出口”是指相对于通过过滤器元件的整体切向流动的流体，螺旋缠绕的错流过滤器元件或其子部件的大致相对端。
如上所述，错流过滤膜可以设置在螺旋缠绕的过滤器元件中。参见图1A和1B，螺旋缠绕的错流过滤器元件10包括多孔渗透管12和进料通道间隔物材料层18、过滤膜16和渗透物收集材料14，它们附着于渗透管12并螺旋缠绕在其周围。参见图1B和1C，待过滤的流体(进料)通过入口端11流入过滤器元件10，由进料通道间隔物材料18引导，并且相对于过滤膜16相切地流动。渗透管12可以在入口端11上堵塞或以其他方式与进料流隔离。当进料流体流过过滤器元件10时，一部分输送通过过滤膜16，如图1B中的箭头15所示，并成为渗透物流。
在输送通过过滤膜16之后，渗透物流沿着渗透物收集材料14的螺旋路径流向渗透管12，如图1B中的箭头17所示。渗透物流通过其多孔壁流入渗透管12，并最终通过渗透管12的入口端11和/或出口端13(见图1C)离开过滤器元件10，这取决于渗透管12是否具有一个开口端或两个开口端。不通过过滤膜16的进料部分形成渗余物流，其继续相对于过滤膜16相切地流动并由进料通道间隔物材料18从出口端13引导出过滤器元件10(见图1C)。
图1A-1C中所示的螺旋缠绕的错流过滤器元件10包括由两片过滤膜16形成的单个螺旋缠绕的膜叶。这种配置没有有效地利用可用的膜区域进行过滤，因此，在相同的过滤条件下(例如，相同的进料压力、渗余物压力和渗透速度)，通过过滤膜的渗透通量显著低于通过平板配置的等尺寸的过滤膜的渗透通量。本发明人确定，与多孔渗透管上游相邻并紧邻的膜叶的出口区域建立了渗透流动限制，这增加渗透物背压并降低通过整个膜的渗透通量。
为了解决这个问题，本发明人开发了褶状并螺旋缠绕的错流过滤器元件，其包括多个较短的膜叶，这些膜叶可以焊接而不是胶合，从而将可用于渗透通量的膜面积最大化，同时增加每个过滤器元件中的渗透物出口区域(每个叶片一个)的数量，以及因此的总渗透物出口面积。参见美国专利号8,454,829B2和9,452,390B2，它们各自通过引用并入本说明书中。包括多个较短的(例如，叶片高与螺旋直径的比率小于或等于3)和焊接(与胶合相对)叶片的褶状并螺旋缠绕的错流过滤器元件表现出降低的渗透背压和增加的通过过滤膜的渗透通量。此外，包括多个较短叶片的褶状焊接并螺旋缠绕的错流过滤器元件出乎意料地表现出比(包括螺旋缠绕单叶片配置中的等尺寸过滤膜和配置较少相对较大的叶片褶状多叶片的)过滤器元件高得多的渗透通量速率。
然而，褶状、焊接并螺旋缠绕的错流过滤器元件的高渗透通量速率可能产生不同的技术问题。随着通过过滤膜的渗透通量增加，在褶状过滤器元件的叶片之间流动的渗余物流的体积流速减小。在叶片尺寸沿其入口到出口长度恒定的过滤器元件中，进料流和渗余物流的面积沿着过滤器元件的长度也是恒定的，因此，过滤膜的进料和渗余物侧的体积流速的减小导致过滤膜的进料和渗余物侧的流体速度相应降低。这可能是有问题的，因为较慢的流体速度在从过滤膜的渗余物侧机械地移除渗余物料方面不太有效，因此在膜清洁和防止淤塞方面效率较低。
参见图2，褶状并螺旋缠绕的错流过滤器元件20包括附接到渗透管22的膜叶26(为了便于说明，仅示出展开的方向一个膜叶26，但是应理解褶状并螺旋缠绕的错流过滤器元件20可包括围绕渗透管22周向间隔开并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管22周围的多个叶片26，如下面进一步描述的)。进料流体在入口端21处以进料流体流速(Qf)和进料流体速度(Vf)流入过滤器元件20。当进料流体相对于膜叶26相切地流动时，一部分进料流体流过过滤膜并产生渗透通量，并且进料流体的余量继续相对于膜叶26相切地流动并形成渗余物，所述渗余物从出口端23离开过滤器元件20。渗透通量流入渗透管22并建立渗透物流体流速(Qp)和渗透物流体速度(Vp)。渗余物流体在出口端23处以渗余物流体流速(Qr)和渗余物流体速度(Vr)离开过滤器元件20。
进料流的体积流速等于渗余物流和渗透物流的体积流速之和(Qf＝Qr+Qp)。由于通过过滤膜的渗透通量增加而导致的Qp的增加导致Qr降低和Vr降低。如上所述，降低的Vr可能是有问题的，因为它在膜清洁和防止淤塞方面效果较差。例如，假设过滤器元件20以50％的回收率(定义为100*QP/Qf)运行，这可以通过褶状焊接并螺旋缠绕的错流过滤器元件的高渗透通量能力来实现，然后Qr＝1/2*Qf，并且由于每个叶片之间的进料/渗余物流的恒定面积，Vr＝1/2*Vf。换句话说，当进料流体流过过滤器元件20并转变为渗余物流时，流体速度降低50％。如此大的流体速度下降将导致每个叶片26的进料/渗余物侧上的过滤膜的快速淤塞，特别是朝向出口端23。尽管有高渗透通量和回收率，但这种过滤器元件可能不具有工业或商业用途，因为在淤塞之前过滤器元件的使用寿命缩短使得过滤器元件不能工作。
如上所述，当渗透通量通过过滤膜时发生的进料/渗余物流体速度的降低是由进料/渗余物体积流速的相应降低和褶状并螺旋缠绕的错流过滤元件中每个叶片之间的进料/渗余物流的恒定面积引起的。然而，如果褶状并螺旋缠绕的错流过滤器元件中的每个叶片是锥形的，使得每个叶片的入口边缘的长度大于该叶片的出口边缘的长度，那么每个叶片之间用于进料/渗余物流的区域沿着过滤器元件的入口到出口的长度减小，从而提供流量限制，补偿通过过滤膜的渗透通量导致的流体体积损失，从而沿过滤器元件的入口到出口长度保持了进料/渗余物流体速度。保持的流体速度保持了膜清洁和防止淤塞的有效性，同时保持增加的渗透通量能力。
参见图3，褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件30包括附接到渗透管32的锥形膜叶36(为了便于说明，仅示出展开的方向一个锥形膜叶36，但是应理解褶状并螺旋缠绕的错流过滤器元件30可包括围绕渗透管32周向间隔开并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管32周围的多个锥形叶片36，如下面进一步描述的)。锥形膜叶36包括邻近渗透管32而定位的近端37和锥形远侧边缘39。锥形远侧边缘39在膜叶36的入口边缘31和出口边缘33之间延伸。入口边缘31的长度大于出口边缘33的长度。
进料流体在入口端处(对应于膜叶36的入口边缘31的一侧)以进料流体流速(Qf)和进料流体速度(Vf)流入过滤器元件30。当进料流体相对于膜叶36相切地流动时，一部分进料流体流过过滤膜并产生渗透通量，并且进料流体的余量继续相对于膜叶36相切地流动并形成渗余物，所述渗余物从出口端(对应于膜叶36的出口边缘33的一侧)离开过滤器元件30。渗透通量流入渗透管32并建立渗透物流体流速(Qp)和渗透物流体速度(Vp)。渗余物流体在出口端处以渗余物流体流速(Qr)和渗余物流体速度(Vr)离开过滤器元件30。
由于锥形远侧边缘39，每个膜叶36之间用于进料/渗余物流的面积沿过滤器元件30从入口到出口长度减小。可用于进料/渗余物流的减小的面积补偿了渗透通量通过过滤膜的流体体积的损失，并因此保持了沿过滤器元件30从入口到出口长度的进料/渗余物流体速度。保持的流体速度保持了膜清洁和防止淤塞的有效性，同时保持增加的渗透通量能力。
更具体地，进料流的体积流速等于渗余物流和渗透物流的体积流速之和(Qf＝Qr+Qp)。由于通过过滤膜的渗透通量增加而导致的Qp的增加导致Qr降低。然而，由锥形远侧边缘39提供的流量限制保持了沿过滤器元件30从入口到出口长度的进料/渗余物流体速度(Vf＝Vr)。例如，假设过滤器元件30以50％的回收率(定义为100*QP/Qf)运行，这可以通过褶状焊接并螺旋缠绕的错流过滤器元件的高渗透通量能力来实现，然后Qr＝1/2*Qf。然而，由于每个叶片之间沿过滤器元件30从入口到出口长度的用于进料/渗余物流的面积减小，Vr≠l/2*Vf。而是，根据锥形边缘的角度，Vr>1/2*Vf，并且例如，如果入口边缘31的长度是出口边缘33的长度的两倍，那么Vr＝Vf。
褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件30在每个叶片之间提供了用于进料/渗余物流的减小的面积，这保持了流体速度和膜清洁以及防止淤塞有效性，同时保持了增加的渗透通量能力。另外，每个叶片的锥形远侧边缘同时允许保持叶片与叶片的距离，例如，通过根据待过滤流体的固体含量和所需的回收率，具有适当宽度的进料间隔物，这保留了使包含浓缩固体含量的渗余物流体流过过滤器元件而没有闭塞或堵塞的能力。
因此，本发明提供了包括渗透管和附接到渗透管的褶状过滤膜的螺旋缠绕的错流过滤器元件。褶状过滤膜包括围绕渗透管周向间隔开并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围的多个叶片。多个叶片中的每个叶片包括入口边缘和出口边缘，其中入口边缘的长度大于出口边缘的长度。每个叶片还包括在入口边缘和出口边缘之间延伸的锥形远侧边缘，以及邻近渗透管而定位的近端。近端包括两个折叠的近侧边缘，所述近侧边缘在褶状过滤膜的入口端和褶状过滤膜的出口端之间延伸。
图4A-8中示出了包括多个叶片的褶状过滤膜。参考图4A，示出了将过滤膜40打褶(即，折叠)成单独的褶皱42。每个褶皱42包括两片(44a、44b)通过折叠的远侧边缘49连接的过滤膜40。每个褶皱42通过两个折叠的近侧边缘47与紧邻的褶皱42分离并连接。渗透间隔物45位于每个褶皱42内。褶皱42形成褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件中的多个叶片。
参见图4B和4C，褶状并螺旋缠绕的错流过滤器元件50包括渗透管52和附接到渗透管52的褶状过滤膜40。褶状过滤膜40包括围绕渗透管52周向间隔开(参见图4B)，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管52周围(参见图4C)的多个叶片55。每个叶片55包括入口边缘和出口边缘(未示出)。每个叶片55还包括在入口边缘和出口边缘之间延伸的远侧边缘。每个叶片还包括与远侧边缘49相对，并且邻近渗透管52而定位的近端。近端包括两个折叠的近侧边缘，所述近侧边缘在褶状过滤膜40的入口端和出口端之间延伸。褶状过滤膜40在每个叶片55之间的折叠的近侧边缘的入口端和出口端处附接到渗透管52。渗透间隔物45位于每个叶片55内。尽管未在图4B和4C中示出，但应理解的是，进料间隔物可位于每个叶片55之间的叶片间间隔物53中。
参考图5A，示出了将过滤膜60打褶(即，折叠)成单独的褶皱62。每个褶皱62包括两片(64a、64b)通过折叠的远侧边缘69连接的过滤膜60。每个褶皱62通过两个折叠的近侧边缘67与紧邻的褶皱62分离和连接。一片共同延伸的渗透间隔物材料65与过滤膜60打褶，使得两片渗透间隔物材料65位于每个褶皱62内。褶皱62形成褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件中的多个叶片。
参见5B和5C，褶状并螺旋缠绕的错流过滤器元件70包括渗透管72和附接到渗透管72的褶状过滤膜60。褶状过滤膜60包括围绕渗透管72周向间隔开(参见图5B)，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管72周围(参见图5C)的多个叶片75。每个叶片75包括入口边缘和出口边缘(未示出)。每个叶片75还包括在入口边缘和出口边缘之间延伸的远侧边缘。每个叶片还包括与远侧边缘69相对，并且邻近渗透管72而定位的近端。近端包括两个折叠的近侧边缘，所述近侧边缘在褶状过滤膜60的入口端和出口端之间延伸。褶状过滤膜60在每个叶片75的折叠的近侧边缘的入口端和出口端两处附接到透管72。两片渗透间隔物材料65位于每个叶片75内。尽管未在图5B和5C中示出，但应理解的是，进料间隔物可位于每个叶片75之间的叶片间间隔物73中。
参考图6，示出了将过滤膜60和共同延伸的渗透间隔物材料65片打褶(即，折叠)成单独的褶皱62。进料间隔物77位于每个褶皱62之间的空间中。参考图7，示出了将过滤膜60和共同延伸的渗透间隔物材料65片打褶(即，折叠)成单独的褶皱62。将一片共同延伸的进料间隔物材料79与过滤膜60和渗透间隔物材料65打褶，使得两片进料间隔物材料79位于每个褶皱62之间。尽管未示出，但应理解的是，单独的渗透间隔物间隔物(例如，图4A-4C中所示的渗透间隔物45)可以与一片共同延伸的进料间隔物材料(例如，如图7所示的进料间隔物材料79)组合使用。同样，应理解的是，单独的渗透间隔物(例如，图4A-4C中所示的渗透间隔物45)可以与单独的进料间隔物(例如，图6中所示的进料间隔物77)组合使用。
为了便于说明，图4A-7中所示的包括多个叶片的褶状过滤膜未示出具有锥形远侧边缘。然而，应当理解，图4A-7中所示的每个叶片可以通过从入口端到出口端以一定角度对角切割叶片而逐渐变细，并将两片膜材料的两个锥形远侧边缘结合在一起形成叶片的单个锥形远侧边缘。
参见图8，褶状过滤膜80形成褶皱包88，褶皱包88包括多个叶片82和两个半叶片(81a、81b)。每个叶片82包括两片(83a、83b)通过折叠的远侧边缘89连接的褶状过滤膜80。每个叶片82通过两个折叠的近侧边缘87与紧邻的叶片82分离和连接。每个叶片82包括入口边缘84和与入口边缘84相对的出口边缘(未示出)。入口边缘84和出口边缘包括沿着相应边缘的结合，所述结合将形成褶包88中的每个叶片82的两个组成片密封在一起。因此，每个叶片82包括由褶皱过滤膜80的两个组成片、折叠的远侧边缘89、结合的入口边缘84和结合的出口边缘限定的中空的内部空间。如上所述，渗透间隔物可位于每个叶片84的中空的内部空间内。折叠的远侧边缘89在结合的入口边缘84和结合的出口边缘之间延伸。每个叶片82还包括与远侧边缘89相对的近端。每个叶片的近端包括两个折叠的近侧边缘87，所述近侧边缘在褶皱包88的入口端和出口端之间延伸。
参见图9A和9B，图8中所示的褶皱包88的一个叶片82横跨叶片82的入口到出口长度对角切割，从而形成锥形叶片92，所述锥形叶片92包括在结合的入口边缘84和结合的出口边缘86之间延伸的锥形远侧边缘99。由于锥形远侧边缘99，结合的入口边缘84的长度大于结合的出口边缘86的长度。横跨叶片82的入口到出口长度的对角切割产生单独的部分91，该部分91包括折叠的远侧边缘89。
与结合的入口边缘84和结合的出口边缘86类似，锥形远侧边缘99可以结合-即，包括沿着锥形远侧边缘的结合结合，将褶状过滤膜80的两个组成片密封在一起，形成褶皱包中的每个叶片92。因此，叶片92可包括沿着入口边缘84的至少一部分的结合，沿着出口边缘86的至少一部分的结合，以及沿着锥形远侧边缘99的整个长度的结合，其中将褶状过滤膜80的相邻片结合密封在一起形成褶皱包中的每个叶片92。沿着入口边缘84和出口边缘86的结合可以基本上沿着边缘的整个长度延伸，从与锥形远侧边缘99的交叉点到叶片的近端，其中褶状过滤膜80的两个组成片形成在褶皱包中的每个叶片92，也形成与紧邻的叶片共用的两个折叠的近侧边缘87。
结合的入口边缘84、结合的出口边缘86以及锥形并结合的远侧边缘99为叶片92提供围绕叶片92的中空内部空间的流体不可渗透的密封。可以使用粘合剂形成结合的边缘84、86和99，例如，将形成褶皱包88的褶状过滤膜80的每个褶皱的两个组成片胶合在一起。在一些实例中，结合不包含粘合剂。在一些实例中，结合包括焊接，例如超声波焊接、热焊接、红外焊接、射频焊接、微波焊接、激光焊接或热空气焊接。
本说明书中描述的褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件的部件的构成组成材料可包括聚合材料。例如，过滤膜可以由聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯、聚乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯-PET)、聚酰胺(例如，尼龙)、聚(乙烯-氯三氟乙烯)(ECTFE)、氟化聚(乙烯-丙烯)(FEP)、聚(全氟烷氧基烷烃)(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)和聚碳酸酯制成。渗透管、渗透间隔物、进料间隔物、防伸缩装置、外壳和端盖同样可以由这种聚合物材料或其他类型的材料制成，包括例如金属、合金、陶瓷和复合材料(例如，纤维-增强塑料)。
因此，本说明书中描述的褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件和过滤器可以使用粘合剂结合和附接，或，通过将组成材料焊接在一起而产生的无粘合剂结合和附接(例如，通过超声波焊接、热焊接、红外焊接、射频焊接、微波焊接、激光焊接或热风焊接)。例如，在一个实例中，螺旋缠绕的错流过滤器元件包括渗透管和焊接到渗透管的褶状过滤膜。褶状过滤膜包括围绕渗透管周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围的多个叶片。多个叶片中的每个叶片包括焊接的入口边缘和焊接的出口边缘，其中焊接的入口边缘的长度大于焊接的出口边缘的长度。每个叶片还包括在焊接的入口边缘和焊接的出口边缘之间延伸的焊接并锥形远侧边缘。每个叶片还包括近端，所述近端临近渗透管而定位并包括两个折叠的近侧边缘，所述近侧边缘在褶状过滤膜的入口端和褶状过滤膜的出口端之间延伸。焊接的入口边缘、焊接的出口边缘以及每个叶片的焊接并锥形远侧边缘可包括超声波焊接、热焊接、红外焊接、射频焊接、微波焊接、激光焊接或热空气焊接。可以在每个叶片之间的折叠的近侧边缘的入口端和/或出口端处将褶状过滤膜焊接至渗透管，并且焊接可以包括上述那些中的任何一种。
参见图10A和10B，褶状并锥形过滤膜90形成褶皱包98，褶皱包98包括多个叶片92和两个半叶片(81a、81b)。每个叶片92包括褶状过滤膜90的由锥形并结合(例如，胶合、焊接或其他方式密封)的远侧边缘99连接的两个片(95a、95b)。参见图8、9A和9B，可以形成结合并锥形远侧边缘99，例如，通过在叶片82上形成对角焊接，每个叶片包括结合的入口边缘84、结合的出口边缘86、折叠的远端边缘89和与远侧边缘89相对的近端，所述近端包括两个折叠的近侧边缘87。或者，可以例如通过在叶片82上形成对角线切口并沿着切割边缘将两个组成片胶合或其他方式结合在一起而形成结合并锥形远侧边缘99。
再次参见图10A和10B，结合并锥形(例如，焊接并锥形，或锥形并结合)远侧边缘99在结合的入口边缘84和结合的出口边缘86(例如，焊接的入口边缘84和焊接的出口边缘86)之间延伸。因此，每个叶片92包括由褶状过滤膜90的两个组成片、结合并锥形远侧边缘89、结合的入口边缘84和结合的出口边缘限定的中空的内部空间。结合的入口边缘84的长度大于结合的出口边缘86的长度。
如上所述，渗透间隔物可位于每个叶片92的中空的内部空间内。参见图8、9A和9B，在一些实例中，在进行对角焊接或以其他方式对角切割并密封每个叶片的远侧边缘之前，可将渗透间隔物定位在每个叶片84内。在这样的实例中，焊接或其他密封过程可以在两个过滤膜片之间形成结合，并且渗透间隔物材料沿着锥形远侧边缘99夹在两个过滤膜片之间。类似地，焊接或以其他方式密封入口边缘84和出口边缘86可以在两个过滤膜片之间形成结合，并且渗透间隔物材料沿着边缘夹在两个过滤膜片之间。再次参见图10A和10B，每个叶片92通过两个折叠的近侧边缘87与紧邻的叶片92分离并连接。如上所述，进料间隔物可位于叶片间空间93中的每个叶片92之间。
褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件可以通过将褶状并锥形过滤膜(例如褶状并锥形过滤膜90)定位在渗透管周围以使得多个叶片如图4B和5B所示的方式周向间隔围绕渗透管来制造。参见图8-10B，当褶状并锥形过滤膜90围绕渗透管而定位时，两个半叶81a、81b的边缘85a、85b对齐并焊接或以其他方式结合在一起以形成包括结合的入口边缘84、结合的出口边缘86、结合并锥形远侧边缘99、以及与远侧边缘99相对的近端的最终叶片，所述近端包括两个折叠的近侧边缘87。然后将褶状并锥形过滤膜附接到渗透管，例如，通过将褶状并锥形过滤膜在每个叶片之间的折叠的近侧边缘的入口端和出口端处焊接或以其他方式结合到渗透管。然后以图4C和5C所示的方式将多个叶片沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围。
参见图11A-14B，褶状、锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件100包括渗透管102和附接到渗透管102的褶状过滤膜110。褶状过滤膜包括围绕渗透管102周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围的多个叶片120(为方便示出，在图11A-13中仅示出一个叶片120)。每个叶片120包括入口边缘104(焊接或以其他方式结合并密封)；出口边缘106(焊接或以其他方式结合并密封)，其中入口边缘104的长度大于出口边缘106的长度；在入口边缘104和出口边缘106(焊接或以其他方式结合并密封)之间延伸的锥形远侧边缘109，以及邻近渗透管而定位(并包括两个折叠的近侧边缘，未示出)、在褶状过滤膜110的入口端114和褶状过滤膜110的出口端116之间延伸的近端107。
褶状过滤膜110在每个叶片(未示出)之间的折叠的近侧边缘的入口端114和/或出口端116处焊接或以其他方式附接或结合到渗透管102。尽管未示出，但是褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件100可包括位于每个叶片120内的渗透间隔物，或位于每个叶片120之间的进料间隔物，或两者。
参见图12，锥形远侧边缘109相对于过滤器元件100的纵向轴线101形成锥角(θ)，使得入口边缘104的长度(hi)大于出口边缘106的长度(h0)。基于目标进料压力，进料和渗余流体速度以及渗透通量速率(过滤膜的每单位面积的体积流速)，可以针对任何特定实施方式确定锥角(θ)和相应的边长(hi和h0)。给定这些参数，可以计算锥角(θ)和相应的边缘长度(hi和h0)以提供褶状并锥形过滤膜110：当螺旋缠绕时(参见图13)，提供直径从入口端到出口端减小(见图14A)，并且还具有可用于进料/渗余物流的开口区域的错流过滤器元件，所述错流过滤器元件从入口端到出口端减小并控制通过过滤器元件的入口到出口长度的进料和渗余物流体速度。一般而言，较低的渗透通量速率将需要较小的锥角(θ)，而较高的渗透通量速率将需要较大的锥角(θ)，以维持进料和渗余物流体速度。
参考图14A和14B，在一些实例中，褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件100可包括外覆层130。外覆层130可包括聚合物材料片，例如上述聚合物材料(例如，塑料、纤维增强的(例如，玻璃纤维增强的)塑料和粗纱等)。外覆层130可包括锥形片，所述锥形片被焊接、胶合或以其他方式结合或附接到多个锥形叶片120中的一个。然后将该片以均匀的方向缠绕在多个叶片120周围并焊接或以其他方式结合或附接到其自身，从而将褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜110包裹在外覆层130内。在其他实例中，外覆层130可包括预成型(例如，铸造、机械加工或模制)的套筒或锥形圆筒，其由例如聚合物(例如，塑料)、金属、合金、陶瓷或复合材料制成，并定位在褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜110周围。
在上述实例中，褶状过滤膜的多个叶片的锥形远侧边缘(以及因此螺旋缠绕式过滤器元件的入口-出口剖面轮廓)包括在它们的入口边缘和出口边缘之间延伸的连续且线性的锥形轮廓。然而，应该理解，锥形轮廓不限于连续和线性的锥形轮廓。例如，褶状过滤膜的多个叶片的锥形轮廓可以是指数形状(图15A)、对数形状(图15B)，或者包括由样条函数定义的弯曲形状(图15C和15D)。另外，褶状过滤膜的多个叶片的锥形轮廓可以是不连续的，并且包括例如从每个叶片的入口边缘延伸到出口边缘的阶梯形状。
在一些实例中，褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件可包括至少一个防伸缩装置。参见图16，防伸缩装置150包括内环152和外环154，以及在内环152和外环154之间延伸的径向支柱156。螺旋缠绕的错流过滤器元件可包括焊接或以其他方式结合或附接到渗透管的入口端的第一防伸缩装置，以及焊接或以其他方式结合或附接到渗透管的出口端的第二防伸缩装置。在一些实例中，第二防伸缩装置的外环具有比第一防伸缩装置的外环更大的径向尺寸。在一些实例中，第一防伸缩装置具有比第二防伸缩装置更大的直径。
参见图17A，错流过滤器200包括外壳205和褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件210。螺旋缠绕的错流过滤器210包括位于外壳205内的渗透管212，和附接到渗透管212并位于渗透管212和外壳205之间的褶状并锥形过滤膜220。褶状过滤膜212包括围绕渗透管212周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管212周围的多个叶片。多个叶片中的每个叶片包括入口边缘、出口边缘(其中入口边缘的长度大于出口边缘的长度)、在入口边缘和出口边缘之间延伸的锥形远侧边缘，以及邻近渗透管而定位，并包括在褶状并锥形过滤膜220的入口端214和褶状并锥形过滤膜220的出口端216之间延伸的两个折叠的近侧边缘的近端。
仍然参考图17A，螺旋缠绕的错流过滤器元件210还包括焊接或以其他方式结合或附接(例如，胶合，紧固，踩踏，压配合(具有或不具有O形环或其他流体密封装置)等)到渗透管212的入口端的第一防伸缩装置250a，和焊接或以其他方式结合或附接到渗透管212的出口端的第二防伸缩装置250b。第二防伸缩装置250b的外环254b具有比第一防伸缩装置250a的外环254a更大的径向尺寸。第二防伸缩装置250b的内环252b具有与第一防伸缩装置250a的内环252a相同的径向尺寸。包括第一防伸缩装置250a和第二防伸缩装置250b的螺旋缠绕的错流过滤器元件210由外壳205的圆柱形内表面207包围。将第一防伸缩装置250a和第二防伸缩装置250b的外环254a、254b焊接或以其他方式结合、附接和/或密封到外壳205的圆柱形内表面207。例如，可以使用单独的密封环或网状外包装(未示出)将第一防伸缩装置250a和第二防伸缩装置250b的外环254a、254b密封到外壳205。
参见图17B，错流过滤器300包括外壳305和褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件310。螺旋缠绕的错流过滤器元件310包括位于外壳305内的渗透管312，和附接到渗透管312并位于渗透管312和外壳305之间的褶状并锥形过滤膜320。褶状过滤膜312包括围绕渗透管312周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管312周围的多个叶片。多个叶片中的每个叶片包括入口边缘、出口边缘(其中入口边缘的长度大于出口边缘的长度)、在入口边缘和出口边缘之间延伸的锥形远侧边缘、以及邻近渗透管而定位，并包括在褶状并锥形过滤膜320的入口端314和褶状并锥形过滤膜320的出口端316之间延伸的两个折叠的近侧边缘的近端。
仍参见图17B，螺旋缠绕的错流过滤器元件310还包括焊接或以其他方式结合或附接到渗透管312的入口端的第一防伸缩装置350a，以及焊接或以其他方式结合或附接(例如，胶合、紧固、踩踏、压配合(具有或不具有o形环或其他流体密封装置)等)到渗透管312的出口端的第二防伸缩装置250b。第一防伸缩装置350a具有比第二防伸缩装置350b更大的直径。螺旋缠绕的错流过滤器元件310由外壳305的圆柱形内表面307包围。将第一防伸缩装置350a和第二防伸缩装置250b的外环354a、354b焊接或以其他方式结合、附接和/或密封到外壳205。例如，可以使用单独的密封环或网状外包装(未示出)将第一防伸缩装置350a和第二防伸缩装置250b的外环354a、354b密封到外壳305。
如上所述，褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件在每个叶片之间提供了用于进料/渗余物流的减小的面积，这控制了沿过滤器元件的长度的流体速度。沿过滤器元件的长度对流体速度的该控制可用来保持或以其他方式控制膜清洁和淤塞的有效性，同时保持或以其他方式控制渗透通量能力。另外，如上所述，每个叶片的锥形远侧边缘同时允许保持叶片与叶片的距离，例如，根据待过滤流体的固体含量和所需的回收率，借由具有适当宽度的进料间隔物，这保留了使包含浓缩固体含量的渗余物流体流过过滤器元件而没有闭塞或堵塞的能力。
褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件的另一个优点是跨膜压力(TMP)的增加和渗透通量速率的相应增加。在非锥形过滤器元件的运行期间，当进料流体相对于过滤膜切向流动并且一部分穿过过滤膜时，过滤膜的进料/渗余物侧上的流体压力沿其入口到出口长度减小。结果，过滤膜上的压差沿着非锥形过滤器元件的入口到出口长度减小，这降低了TMP(定义为进料/渗余物侧的平均压力减去渗透压)和渗透通量速率。由本说明书中描述的褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件中的每个叶片之间的进料/渗余物流的减小区域提供的流动限制同时保持了从过滤膜的进料端到渗余物端的沿着过滤器元件的长度的流体速度和压力差。结果，与其他等效的非锥形过滤器元件相比，TMP增加，这导致渗透通量增加。
本发明包括上述的褶状锥形并螺旋缠绕的错流过滤器元件和包括该过滤器元件的错流过滤器。本发明也涉及过滤方法，所述方法包括使流体流过包含褶皱锥形并螺旋缠绕的过滤器元件的错流过滤器。本发明也包含过滤系统，所述系统包括至少一个包含褶皱锥形并螺旋缠绕的过滤器元件的错流过滤器。
发明方面
本发明的各方面包括但不限于以下编号的条款。
1.螺旋缠绕的错流过滤器元件，包括：
渗透管；以及
焊接到所述渗透管的褶状过滤膜，所述褶状过滤膜包括围绕渗透管周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围的多个叶片；
其中每个叶片包括：
焊接的入口边缘；
焊接的出口边缘，其中焊接的入口边缘的长度大于焊接的出口边缘的长度；
焊接并锥形远侧边缘，所述焊接并锥形远侧边缘在焊接的入口边缘和焊接的出口边缘之间延伸，以及
近端，所述近端邻近渗透管而定位，并包括在褶状过滤膜的入口端和褶状过滤膜的出口端之间延伸的两个折叠的近侧边缘。
2.根据条款1的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中焊接并锥形远侧边缘包括在焊接的入口边缘和焊接的出口边缘之间延伸的连续的锥形轮廓。
3.根据条款2的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中焊接并锥形远侧边缘包括在焊接的入口边缘和焊接的出口边缘之间延伸的线性的锥形轮廓。
4.根据条款1-3中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中焊接的入口边缘、焊接的出口边缘以及每个叶片的焊接并锥形远侧边缘可包括超声波焊接、热焊接、红外焊接、射频焊接、微波焊接、激光焊接或热空气焊接。
5.根据条款1-4中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中将褶状过滤膜在每个叶片之间的折叠的近侧边缘的入口端和/或出口端处焊接到渗透管。
6.根据条款1-5中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中在褶状过滤膜和渗透管之间的焊接包括超声波焊接、热焊接、红外焊接、射频焊接、微波焊接、激光焊接或热空气焊接。
7.根据条款1-6中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括以下任意一项：
(i)附接到多个锥形叶片中的一个上的锥形塑料片，其中塑料片沿均匀方向缠绕在多个叶片周围并附接或固化到自身，从而包裹褶状锥形并螺旋形缠绕的过滤膜；
(ii)附接到多个锥形叶片之一上的锥形玻璃纤维增强粗纱，其中玻璃纤维增强粗纱沿均匀方向缠绕在多个叶片周围并附接或固定到其自身，从而包裹褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜；或
(iii)围绕褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜而定位的预成形套筒或锥形圆筒。
8.根据条款7的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中锥形塑料片或锥形玻璃纤维增强粗纱焊接到多个锥形叶片中的一个上，沿均匀方向缠绕在多个叶片周围，并焊接或固定到自身。
9.根据条款1-8中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括位于每个叶片内的渗透间隔物。
10.根据条款1-9中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括位于每个叶片之间的进料间隔物。
11.根据条款1-10中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括：
第一防伸缩装置，所述第一防伸缩装置附接到渗透管的入口端；和
第二防伸缩装置，所述第二防伸缩装置附接到渗透管的出口端；
其中，第一防伸缩装置和第二防伸缩装置包括内环、外环和在内环和外环之间延伸的径向支柱。
12.根据条款11的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中第一防伸缩装置焊接到渗透管的入口端，并且其中第二防伸缩装置焊接到渗透管的出口端。
13.根据条款11或12的缠绕的错流过滤器元件，其中第二防伸缩装置的外环具有比第一防伸缩装置的外环更大的径向尺寸。
14.根据条款11或12的缠绕的错流过滤器元件，其中第一防伸缩装置具有比第二防伸缩装置更大的直径。
15.错流过滤器，包括根据条款1-14中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件。
16.过滤方法，包括使流体流过条款15的错流过滤器。
17.过滤系统，包括至少一个的条款15的错流过滤器。
18.螺旋缠绕的错流过滤器元件，包括：
渗透管；以及
附接到渗透管的褶状过滤膜，该褶状过滤膜包括围绕渗透管周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围的多个叶片；
其中每个叶片包括：
入口边缘；
出口边缘，其中入口边缘的长度大于出口边缘的长度；
锥形远侧边缘，所述锥形远侧边缘在入口边缘和出口边缘之间延伸，以及
近端，所述近端邻近渗透管而定位，并包括在褶状过滤膜的入口端和褶状过滤膜的出口端之间延伸的两个折叠的近侧边缘。
19.根据条款18的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中锥形远侧边缘包括在入口边缘和出口边缘之间延伸的线性锥形轮廓。
20.根据条款18或19的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中每个叶片包括：
沿着入口边缘的至少一部分的结合；
沿着出口边缘的至少一部分的结合，以及
沿着锥形远侧边缘的整个长度的结合；
其中该结合将褶状过滤膜的相邻片密封在一起并对每个叶片提供入口边缘、出口边缘以及锥形远侧边缘处的流体不渗透密封。
21.根据条款20的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中该结合不包括粘合剂。
22.根据条款21的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中结合包括超声波焊接、热焊接、红外焊接、射频焊接、微波焊接、激光焊接或热空气焊接。
23.根据条款18-22中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中将褶状过滤膜在每个叶片之间的折叠的近侧边缘的入口端和/或出口端处附接到渗透管。
24.根据条款23的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中附接包括超声波焊接、热焊接、红外焊接、射频焊接、微波焊接、激光焊接或热空气焊接。
25.根据条款18-24中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括以下任意一项：
(i)附接到多个锥形叶片中的一个上的锥形塑料片，其中塑料片沿均匀方向缠绕在多个叶片周围并附接或固定到自身，从而包裹褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜；
(ii)附接到多个锥形叶片之一上的锥形玻璃纤维增强粗纱，其中玻璃纤维增强粗纱沿均匀方向缠绕在多个叶片周围并附接或固定到其自身，从而包裹褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜；或
(iii)围绕褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜而定位的预成形套筒或锥形圆筒。
26.根据条款25的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中锥形塑料片或锥形玻璃纤维增强粗纱焊接到多个锥形叶片中的一个上，沿均匀方向缠绕在多个叶片周围，并焊接或固定到自身。
27.根据条款18-26中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括位于每个叶片内的渗透间隔物。
28.根据条款18-27中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括位于每个叶片之间的进料间隔物。
29.根据条款18-28中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括：
第一防伸缩装置，所述第一防伸缩装置附接到渗透管的入口端；
第二防伸缩装置，所述第二防伸缩装置附接到渗透管的出口端；
其中，第一防伸缩装置和第二防伸缩装置包括内环、外环和在内环和外环之间延伸的径向支柱。
30.根据条款29的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中第二防伸缩装置的外环具有比第一防伸缩装置的外环更大的径向尺寸。
31.根据条款29的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中第一防伸缩装置具有比第二防伸缩装置更大的直径。
32.错流过滤器，包括根据条款18-31中任一项的螺旋缠绕的错流过滤器元件。
33.过滤方法，包括使流体流过条款32的错流过滤器。
34.过滤系统，包括至少一个的条款32的错流过滤器。
35.错流过滤器，包括：
外壳；
位于外壳内的渗透管；以及
附接到渗透管并位于渗透管和外壳之间的褶状过滤膜，该褶状过滤膜包括围绕渗透管周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围的多个叶片；
其中每个叶片包括：
入口边缘；
出口边缘，其中入口边缘的长度大于出口边缘的长度；
锥形远侧边缘，所述锥形远侧边缘在入口边缘和出口边缘之间延伸，以及
近端，所述近端邻近渗透管而定位，并包括在褶状过滤膜的入口端和褶状过滤膜的出口端之间延伸的两个折叠的近侧边缘。
36.根据条款15、32或35的错流过滤器元件，其中外壳包括围绕渗透管和褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜的圆柱形内表面。
37.根据条款15、32或35的错流过滤器元件，其中外壳包括围绕渗透管和褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜的圆锥形内表面。
在本说明书中描述了各种特征和特性，以提供对本发明的结构、功能和操作的理解，其包括所公开的过滤器元件、过滤器、系统和方法。应当理解，本说明书中描述的本发明的各种特征和特性可以以任何合适的方式组合，而不管在本说明书中是否明确地描述了这些特征和特性。发明人和申请人明确地希望这些特征和特性的组合包括在本说明书中描述的本发明的范围内。这样，可以修改权利要求以便以任何组合形式陈述由本说明书中明确地或固有地描述的或以其他方式明确地或固有地支持的任何特征和特性。此外，申请人保留修改权利要求以明确否定现有技术中可能存在的特征和特性的权利，即使这些特征和特性未在本说明书中明确描述。因此，任何此类修改都不会在规范或权利要求中增加新的内容，并且将符合书面描述、描述的充分性和附加的事项要求，包括35 U.S.C§112(a)和第123(2)条EPC的要求。
本说明书中列举的任何数值范围都描述了在所述范围内包含的相同数值精度的所有子范围(即，具有相同数量的指定数字)。例如，所引用的范围“1.0至10.0”描述了所述最小值1.0与所述最大值10.0之间(并且包括)之间的所有子范围，例如，“2.4至7.6”，即使“2.4至7.6”的范围未在说明书的文本中明确记载。因此，申请人保留修改本说明书(包括权利要求)的权利，以明确地叙述包含在本说明书中明确记载的范围内的相同数值精度的任何子范围。所有这些范围在本说明书中固有地描述，使得为明确地叙述任何这样的子范围而做出的修改将符合书面描述、描述的充分性和附加的事项要求，包括35U.S.C.§112(a)和第123(2)条EPC的要求。此外，除非上下文明确指出或以其他方式要求，否则本说明书中描述的所有数值参数(例如表达值、范围、数量、百分比等的那些)可以读作好像以“约”为前缀，即使“约”这个词并没有明确地出现在一个数字之前。另外，本说明书中描述的数值参数应根据报告的有效数字的数量、数值精度和通过应用常用的、舍入技术来解释。还应理解，本说明书中描述的数值参数必然具有用于确定参数数值的基础测量技术的固有可变性特征。
本说明书中描述的发明可以包括，由或基本上由本说明书中描述的各种特征和特性组成。术语“包括”(和任何形式的包括，例如“包括”和“包括”(comprises、comprising))，“具有”(和任何形式的具有，例如“具有”和“具有”(has、having))，“包含”(和任何形式的包括形式例如“包含”和“包含”(includes、including))和“含有”(以及任何形式的含有，例如“含有”和“含有”(contains、containing))是开放式连接动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征和/或特性的过滤器元件具有那些一个或多个特征和/或特性，但不限于仅拥有那些一个或多个特征和/或特性。同样地，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征和/或特性的过滤器元件的部件具有那些一个或多个特征和/或特性，但不限于仅拥有那些一个或多个特征和/或特性，并且可以具有其他的特征和/或特性。
除非另有说明，否则本说明书(包括权利要求)中使用的语法冠词“一”、“一个”和“该”旨在包括“至少一个”或“一个或多个”。因此，在本说明书中使用的冠词是指冠词的语法对象的一个或多于一个(即，“至少一个”)。举例来说，“组分”是指一种或多种组分，因此，可能预期不止一个组分，并且可以用于或用于所述组合物、涂料和方法的实施方式中。然而，应当理解，在某些情况下使用术语“至少一个”或“一个或多个”而不是其他情况，，如果不使用这些术语，将不会导致任何将语法冠词的对象“一”、“一个”和“该”限制到仅仅一个的解释。此外，单数名词的使用包括复数，并且复数名词的使用包括单数，除非使用的上下文另有要求。
除非另有说明，否则本说明书中确定的任何专利、出版物或其他文件均通过引用以其整体并入本说明书中，但仅限于所结合的材料不与现有描述、定义、陈述、说明或在本说明书中明确阐述的其他公开材料冲突的程度。因此，并且在必要的程度上，本说明书中阐述的明确公开内容取代通过引用并入的任何冲突材料。通过引用并入本说明书中但与本文所述的现有定义、陈述或其他公开材料相冲突的任何材料或其部分仅在所合并的材料与现有公开材料之间不存在冲突的情况下合并。申请人保留修改本说明书的权利，以明确地列出通过引用并入的任何客体或其部分。对本说明书进行修改以添加此类合并的客体将符合书面描述、描述的充分性和附加的事项要求，包括35 U.S.C§112(a)和第123(2)条EPC的要求。

Claims (22)

1.螺旋缠绕的错流过滤器元件，包括：
渗透管；以及
焊接到渗透管的褶状过滤膜，所述褶状过滤膜包括围绕渗透管周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围的多个叶片；
其中每个叶片包括：
焊接的入口边缘；
焊接的出口边缘，其中焊接的入口边缘的长度大于焊接的出口边缘的长度；
焊接并锥形远侧边缘，所述焊接并锥形远侧边缘在焊接的入口边缘和焊接的出口边缘之间延伸，以及
近端，所述近端邻近渗透管而定位，并包括在褶状过滤膜的入口端和褶状过滤膜的出口端之间延伸的两个折叠的近侧边缘。
2.根据权利要求1所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中焊接并锥形远侧边缘包括在焊接的入口边缘和焊接的出口边缘之间延伸的连续并线性的锥形轮廓。
3.根据权利要求1所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中每个叶片的焊接的入口边缘、焊接的出口边缘以及焊接并锥形远侧边缘包括超声波焊接、热焊接、红外焊接、射频焊接、微波焊接、激光焊接或热空气焊接。
4.根据权利要求1所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中褶状过滤膜在每个叶片之间的折叠的近侧边缘的入口端和/或出口端处焊接到渗透管。
5.根据权利要求1所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括以下任意一项：
(i)焊接到多个锥形叶片中的一个上的锥形塑料片，其中塑料片沿均匀方向缠绕在多个叶片周围并焊接到自身，从而包裹褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜；
(ii)沿均匀方向缠绕在多个叶片周围并附接或固定到其自身的玻璃纤维增强粗纱，从而包裹褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜；或
(iii)围绕褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜而定位的预成形套筒或锥形圆筒。
6.根据权利要求1所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括位于每个叶片内的渗透间隔物。
7.根据权利要求1所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括位于每个叶片之间的进料间隔物。
8.根据权利要求1所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括：
第一防伸缩装置，所述第一防伸缩装置附接到渗透管的入口端；
第二防伸缩装置，所述第二防伸缩装置附接到渗透管的出口端；
其中，第一防伸缩装置和第二防伸缩装置包括内环、外环和在内环和外环之间延伸的径向支柱。
9.根据权利要求8所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中第一防伸缩装置焊接到渗透管的入口端，并且其中第二防伸缩装置焊接到渗透管的出口端。
10.根据权利要求8所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中第二防伸缩装置的外环具有比第一防伸缩装置的外环更大的径向尺寸。
11.根据权利要求8所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中第一防伸缩装置具有比第二防伸缩装置更大的直径。
12.螺旋缠绕的错流过滤器元件，包括：
渗透管；以及
焊接到渗透管的褶状过滤膜，所述褶状过滤膜包括围绕渗透管周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围的多个叶片；
其中每个叶片包括：
入口边缘；
出口边缘，其中入口边缘的长度大于出口边缘的长度；
锥形远侧边缘，所述锥形远侧边缘在入口边缘和出口边缘之间延伸，以及
近端，所述近端邻近渗透管而定位，并包括在褶状过滤膜的入口端和褶状过滤膜的出口端之间延伸的两个折叠的近侧边缘；
其中褶状过滤膜在每个叶片之间的折叠的近侧边缘的入口端和出口端处附接到渗透管。
13.根据权利要求12所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中每个叶片包括：
沿着入口边缘的至少一部分的结合；
沿着出口边缘的至少一部分的结合，以及
沿着锥形远侧边缘的整个长度的结合；
其中该结合将褶状过滤膜的相邻片密封在一起，并对每个叶片提供入口边缘、出口边缘以及锥形远侧边缘处的流体不渗透密封。
14.根据权利要求12所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括以下任意一项：
(i)附接到多个锥形叶片中的一个上的锥形塑料片，其中塑料片沿均匀方向缠绕在多个叶片周围并附接到自身，从而包裹褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜；
(ii)沿均匀方向缠绕在多个叶片周围并附接或固定到其自身的玻璃纤维增强粗纱，从而包裹褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜；或
(iii)围绕褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜而定位的预成形套筒或锥形圆筒。
15.根据权利要求12所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括位于每个叶片内的渗透间隔物。
16.根据权利要求12所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括位于每个叶片之间的进料间隔物。
17.根据权利要求12所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，还包括：
第一防伸缩装置，所述第一防伸缩装置附接到渗透管的入口端；
第二防伸缩装置，所述第二防伸缩装置附接到渗透管的出口端；
其中，第一防伸缩装置和第二防伸缩装置包括内环、外环和在内环和外环之间延伸的径向支柱。
18.根据权利要求17所述的螺旋缠绕的错流过滤器元件，其中第二防伸缩装置的外环具有比第一防伸缩装置的外环更大的径向尺寸。
19.根据权利要求17所述的缠绕的错流过滤器元件，其中第一防伸缩装置具有比第二防伸缩装置更大的直径。
20.错流过滤器，包括：
外壳；
位于外壳内的渗透管；以及
附接到渗透管并位于渗透管和外壳之间的褶状过滤膜，所述褶状过滤膜包括围绕渗透管周向间隔开，并沿均匀方向螺旋缠绕在渗透管周围的多个叶片；
其中每个叶片包括：
入口边缘；
出口边缘，其中入口边缘的长度大于出口边缘的长度；
锥形远侧边缘，所述锥形远侧边缘在入口边缘和出口边缘之间延伸，以及
近端，所述近端邻近渗透管而定位，并包括在褶状过滤膜的入口端和褶状过滤膜的出口端之间延伸的两个折叠的近侧边缘。
21.根据权利要求20所述的错流过滤器，其中外壳包括围绕渗透管和褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜的圆柱形内表面。
22.根据权利要求20所述的错流过滤器，其中外壳包括围绕渗透管和褶状锥形并螺旋缠绕的过滤膜的圆锥形内表面。
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