CN1907536B - 包括回路与循环泵的过滤装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于切向过滤待处理的流体的装置，所述流体被分成滤出液和保留物，其中在外壳(2)内，该装置包括：一系列互相平行地设置的管状过滤元件(3)；至少一个用于滤出液的出口管件(7)，其与滤出液的收集容器(6)相连通；安装有分离源(15)的第一连通室(11)，其分别与过滤元件(3)的第一系列与第二系列相连通，过滤元件(3)的第一系列与第二系列形成用于待处理的流体的循环回路的前进路径与返回路径，其中所述分离源包括循环泵的涡轮(23)。根据本发明，用于待处理流体的入口管件(E)通入该外壳的第一连通室(11)中，位于该循环泵的涡轮(23)与所述形成循环回路的返回路径的这一系列过滤元件(3)之间。
Description
技术领域
本发明涉及使用通常称作“隔膜”的分离元件的颗粒或分子分离技术领域，其设计用于对待处理的流体介质中所包含的分子或颗粒进行分离。一般来说，本发明在待处理的流体介质的过滤技术领域特别有利，尤其是在毫微过滤、超过滤及微过滤等领域中。
背景技术
根据以往的设计，已熟知用于待处理的流体的过滤设备的多种实施方式变型。例如：过滤设备包括至少一个，通常为两个处于外壳中的过滤装置，其中每个过滤装置均带有一系列管状、互相平行设置的过滤元件，并且在其一端安装于定位板上。每个过滤元件均包括至少一条用于待处理流体的循环通道。所述过滤元件对流体执行切向过滤，以便在所述过滤元件的外周表面上实现排出滤出液，所述滤出液意欲在位于定位板及外壳之间的收集容器中被回收。
所述两个过滤装置串联安装于循环回路内，其中循环泵通过用于待处理流体的供给管与回收流体的返回管而连接于过滤装置上，所述流体已在过滤装置中循环过并被称为保留物。循环泵用于使待处理的流体在高速下在过滤元件中进行循环，趋向产生剪切应力，该剪切应力将沉积于隔膜通道表面上的材料重新散布。应当考虑，这种清除堵塞物原理在一种循环回路中实现，该循环回路包含两个串联安装的过滤装置及待处理流体的供给管与返回管。这种设备在流体处理方面工作情况令人满意。然而，由于形成循环回路需要各种管与联接件，所以这种设备的生产成本较高。此外，该设备的体积也相当大。
为了克服这些不足之处，专利申请号EP0217568提供一种过滤装置其在外壳中带有一系列管状、互相平行设置的过滤元件，所述过滤元件在其末端以密封的方式穿过定位板。各过滤元件均包括至少一个用于待处理流体的循环通道，并对所述流体进行过滤，以便在所述过滤元件的外周表面上实现排出滤出液，所述滤出液将在位于定位板及外壳之间的收集容器中被回收。所述过滤元件的一端通入第二连通室内，该连通室为在两个不同系列的过滤元件中流动的待处理流体提供的前进路径(go circuit)与返回路径(returncircuit)之间的连通。这种内置式循环回路在外部连接于用于待处理流体的循环泵上。因此，这种装置就需要与外部循环泵的联接件，从而增加了其生产成本与尺寸。
专利申请号WO01/96003的目的在于提供一种包括位于循环回路中的循环泵的过滤装置。此类过滤装置包括安装于第一连通室中的分离源，所述过滤元件的端部之一通入该第一连通室中，而所述过滤元件的另一端通入连通室中。循环泵的涡轮被安装于所述分离件内，所述分离件将隔膜分成第一及第二系列，从而形成循环回路的前进路径与返回路径。
第二连通室包括用于待处理流体的输入与输出，所述流体在泵的抽吸作用下经过用于形成前进路径的一系列隔膜。该泵驱动着流体，所述流体通过第一系列隔膜流向用于形成返回路径的这一系列隔膜。
此类装置的缺点在于特定的操作条件。由于流体循环的速度，基于每个前进路径或返回路径中的压差值等于ΔP，所以该循环回路就在进给压力Pa的值上增加两倍压差(前进和返回路径)，以便实现在该循环回路中的流体循环。该前进路径的输出处的压力，也就是指循环泵的抽吸力，等于Pa-ΔP。在循环泵的进给侧，压力等于Pa+ΔP。应当指出，入口处的压力等于Pa-ΔP。此外，根据Pa与ΔP的值，这种入口处的压力可以取负值，这就意味着该过滤元件可以抽入滤出液。这就在所过滤的流体量方面导致的不可避免的功率损耗。
类似地，美国专利号US4702842描述了以一种设有用于待处理的流体的入口管件的过滤设备，该入口管件位于该循环泵的出口与循环回路的前进路径的入口之间。因而，此类设备具有与上述过滤装置相同的缺点。事实上，根据这个原理，入口管件处的流体的压力应当大于循环泵的出口压力，这就限制了此类设备的操作。
发明内容
因此，本发明的目的在于通过提出一种用于切向过滤待处理的流体的装置来弥补前述设计的不足，所述装置设计成制造成本低并且尺寸有限，同时保持良好的滤出液流。
为实现这一目的，本发明涉及一种用于切向过滤待处理的流体的装置，所述流体被分成滤出液和保留物，其中在外壳内，该装置包括：
至少一个用于待处理的流体的入口管件；
至少一个用于去除保留物的出口管件；
一系列管状过滤元件，所述过滤元件互相平行地设置并在其各个端部以密封方式穿过定位板，其中各过滤元件均具有至少一个用于待处理流体的循环通道并且对所述流体进行过滤，从而在所述过滤元件的外周表面处，实现排出滤出液，所述滤出液将在位于定位板及外壳之间的收集容器中被回收；
至少一个用于滤出液的出口管件，其与滤出液的收集容器相连通；
第一连通室，所述过滤元件的端部之一通入该第一连通室中，并且其中以与相邻接的定位板密封接触的方式安装有分离源(separation resource)，以便将所述连通室分成第一容积与第二容积，所述第一、第二容积分别在所述分离源的内部与外部形成并分别与过滤元件的第一系列与第二系列相连通，所述过滤元件的第一系列与第二系列分别形成用于待处理的流体的循环回路的前进路径与返回路径，其中所述分离源具有位于该第二容积与第一容积之间的连通通路，在该连通通路内安装有循环泵的涡轮，该循环泵安装有驱动轴，该驱动轴位于该第一室的外部以便连接至驱动马达；以及
第二连通室，所述过滤元件的另一个端部通入该第二连通室中，该第二连通室在第一系列的过滤元件与第二系列的过滤元件之间为待处理的流体提供连通的装置。
根据本发明，用于待处理的流体的入口管件通入该外壳的第一连通室中，位于该循环泵的涡轮与所述形成循环回路的返回路径的这一系列过滤元件之间。
根据第一实施方式变型，该泵的驱动马达受到控制以使由该第二容积所供给的第二系列的过滤元件形成前进路径，而通入第一容积中的第一系列的过滤元件形成返回路径，并使用于待处理的流体的入口管件通入第一室的位于该第一系列过滤元件的出口管件与安装在所述分离源内的涡轮之间的第一容积中。
根据第二实施方式变型，该泵的驱动马达受到控制以使由该第一容积所供给的第一系列的过滤元件形成前进路径，而通入第二容积中的第二系列的过滤元件形成返回路径，并使用于待处理的流体的入口管件通入第一室的在分离源外部形成的第二容积中，该第二容积位于该第二系列过滤元件的出口管件与安装在所述分离源内的涡轮之间。
有利地，所述分离源安装于泵的壳体内，所述壳体安装于定位板上。
根据一个实施方式变型，所述分离源包括至少一个管状定子，所述泵的涡轮安装于所述管状定子内。
有利地，该管状定子以密封方式安装于相邻接的定位板上。
优选地，该管状定子通过以密封方式固定于相邻接的定位板上的管状体而延伸。
根据另一个实施例，该管状体设有用于安装在壳体内的凸缘，其中该凸缘具有流体的通道。
在优选的实施方式中，用于待处理的流体的入口管件包括穿过壳体和管状定子的管状元件，所述管状元件可从外壳的外部够到并通入分离源中。
例如，用于待处理的流体的入口管件包括管状联接件，其穿过壳体以便可从该外壳的外部够到并通向所述分离源的外部。
根据本发明的另一特征，该第二连通室形成于封闭底部与定位板之间，该定位板不与第一连通室分界，其中该第二室对在前进路径中循环的待处理的流体进行回收并将所述流体进给到返回路径中。
例如，限定第二连通室的封闭底部设有用于去除保留物的出口管件。
根据一个实施例，所述定位板通过界定用于滤出液的收集容器的筒体而连接在一起，其中该筒体设有至少一个用于滤出液的出口管件。
优选地，该外壳包括筒体、泵的壳体以及封闭底部。
根据优选的实施例，所述分离源安装成使第一、第二系列的过滤元件包括大致数量相等的过滤元件。
例如，该驱动轴安装成与该筒体的轴线相一致，从而使该驱动马达由该壳体支撑。
根据另一个实施方式变型，用于去除保留物的出口管件设置成与该第一连通室相连通。
有利地，用于去除保留物的出口管件或者与穿过壳体和分离源的所述室的第一容积相连通，或者与所述室的第二容积相连通。
附图说明
通过阅读参考附图进行的以下描述，将会清楚本发明的各种其它特征，所述附图通过非限制性实例示出了本发明的实施方式。
图1为根据本发明的装置的第一实施例的纵向剖视图。
图2为大致沿着图1线II—II观察的剖视图。
图3为根据本发明的装置第二实施例装置的局部纵向剖视图。
具体实施方式
图1和2示出了对待处理的流体进行切向过滤的装置或组件1，其可以具有任何特性。在外壳2中，装置1包括一系列互相平行排列的管状过滤元件3。每个过滤元件3的外部形状为规则的横截面，例如六角形或圆形。每个过滤元件3包括至少一个平行于所述过滤元件的纵轴线的通道。所述通道的表面覆盖有至少一个分离层(未显示)，所述分离层用来与在通道内流动的待处理的流体介质相接触。所述分离层的特性根据所要达到的分离或过滤能力来选择。
过滤元件3的每一个端部均安装在安装于该外壳2内的定位板4上。根据传统方式，每个定位板4包括允许管状过滤元件的端部通过的孔。每个孔均装配有用于将过滤元件3密封地安装于定位板4上的密封衬垫。在所述过滤元件本身与外壳2之间，定位板4形成用于离开过滤元件3的外周表面的滤出液的收集容器6。该收集容器6通过至少一个，在所示的实例中为两个用于去除滤出液的出口管件7连通。在所示的实例中，每个用于滤出液的出口管件7包括连接于部分构成外壳2的筒体9的管段，而定位板4安装在该外壳的两端。该筒体9与该定位板4一起限定该收集容器6。
该过滤装置1还包括设置于该外壳2中的第一连通室11，该过滤元件3的一端经该定位板4之后通向该第一连通室内，而该过滤元件3的另一端经另一个过滤板4之后通向第二连通室12内。如图1更精确地所示，该第一室11形成于与该筒体9和/或定位板4相连接的封闭壳体13内，而该第二连通室12则形成于相邻接的定位板4与封闭底部14之间，该封闭底部14安装在该筒体9和/或该定位板4上。因此，该外壳2包括筒体9、壳体13和封闭底部14。
该装置1包括分离源15，其安装于该第一连通室11内，以便首先将该第一室划分成与过滤元件3的第一系列s1相连通的第一容积V1，所述过滤元件3的第一系列s1沿由箭头f1所示的第一方向引导待处理的流体；再将该第一室划分成与过滤元件3的第二系列s2相连通的第二容积V2，所述过滤元件3的第二系列s2沿与该第一方向f1相反的第二方向f2引导流体。所述分离源15以密封方式安装于相邻接的定位板4上，从而将该第一室11的容积划分成分别位于所述分离源的内部与外部的第一容积V1和第二容积V2。应当理解，属于第一系列s1的过滤元件3不同于该第二系列s2的过滤元件3。根据优选的实施方式特征，分离源15安装成使该过滤元件3的系列s1、s2具有大致相同数量的过滤元件3。
根据本实例，属于该第一系列s1的过滤元件3位于沿所述分离源15延伸的虚拟壳体内，而属于该第二系列s2的过滤元件3则位于该虚拟壳体的外部。应当理解，第一系列s1的过滤元件3和该第二系列s2的过滤元件3用于在外壳内形成待处理流体的循环回路的前进路径与返回路径。在图1所示的实例中，该第二系列s2的过滤元件形成前进路径，而该第一系列s1的过滤元件则形成返回路径。
所述分离源15形成内部壳体22，其内设有循环泵的涡轮23。所述分离源15(在说明书的余下部分将会详细描述)为管状或筒状并以密封方式安装于相邻接的定位板4上。所述分离源15相对于该封闭壳体13，在内形成该第一容积V1，在外形成该第二容积V2。该封闭壳体13可通过安装源固定在该定位板4上。所述分离源15包括连通通路24作为容积V1、V2之间的待处理流体的通路。该涡轮23包括驱动轴25，该驱动轴25与安装在该封闭壳体13上的旋转驱动马达26相连接。优选地，驱动轴25安装成与该筒体9的轴线相一致，在该筒体中过滤元件3沿着该筒体的轴线规则地分布。当然，该封闭壳体13包括用于驱动轴25的密封通路。
在图1所示的实例中，考虑到该泵驱动器马达26以抽吸模式进行操作。该涡轮首先用来从形成返回路径的第一系列s1的隔膜中抽吸流体，接着驱动经过连通管道24和容积V2的流体，以便供给形成循环回路的前进路径的第二系列s2的隔膜。
根据本发明的另一个特征，该装置2包括用于待处理的流体的入口管件E，该入口管件通入该外壳的第一连通室11内，位于该循环泵的涡轮23与形成循环回路的返回路径的系列的过滤元件3，即图1中所示实例中的第一系列s1的过滤元件之间。
根据另一个有利特征，该第二连通室12设置于该封闭底部14中，在所示的实例中，该第二连通室设有用于去除保留物的出口管件S。该第二连通室12通过相邻接的定位板4形成，并在该第二系列s2的过滤元件3与该第一系列s1的过滤元件3之间提供连通。
图1、图2中所述的装置1的操作直接根据以上描述进行。待处理的流体经过入口管件E进入容积V1，由于涡轮23的操作而被向上抽，继而在首先经过连通通路24进入容积V2之后，进入第二系列s2的过滤元件3。流体经过该第二系列s2的过滤元件3，首先到达出口管件S以便去除保留物，接着利用涡轮的抽吸作用而穿过第一系列s1的过滤元件3，其中所述第二系列s2的过滤元件3形成循环回路的前进路径以便通入待分布的第二连通室12中，所述第一系列s1的过滤元件3形成循环回路的返回路径。通过所述第一系列s1的过滤元件3循环的流体在容积V1中被回收。因此过滤循环根据上述流程而继续进行。
在图1和图2所示的实例中，流体用的入口管件E通入位于分离源内的第一连通室11的容积V1内。根据本实施例，该入口管件E包括穿过该壳体13的管状元件30、连通室11的容积V2及分离源15，以便通入形成于所述分离源15中的容积V1内。根据一个实施例，所述分离源15包括管状定子151，在该管状定子内安装有涡轮23。所述分离源15还包括管状体152，所述管状体152使该定子151延伸并且以密封方式既安装于相邻接的定位板4上又安装于定子151上。优选地，该管状体152与金属镶边一起固定，其中该涡轮停靠于此金属镶边上。因此，该镶边在该定子与该管状体之间提供密封，以及使涡轮旋转。该管状体152具有足够的高度以便允许安装管状元件30，其中该管状元件沿径向安装于管状体152上。该管状元件30因此在该第一系列s1的过滤元件3的出口与安装于分离源15内的涡轮23之间，通向该管状体152内，即通向该第一容积V1内。
因此，可从外壳的外部够到该管状元件30，因而该元件可以连接于连接管道上。应当指出，该管状体152设有与壳体13的内壁接触安装的凸缘上。因而，在管状体152与壳体13之间沿径向延伸的凸缘设有通道以便流体在该容积V2内流动。
在早前的实例中，该泵通过该第一系列s1的过滤元件将流体抽入并通过该第二系列s2的过滤元件将所述流体排出。当然，通过使涡轮的旋转方向倒转，流体可通过该第二系列s2的过滤元件3抽入，之后通过该第一系列s1的过滤元件3而被排出。
根据图3中所示的这种实施方式变型，第一系列s1的过滤元件3通过该第一容积V1进给，从而形成该循环回路的前进路径。当离开所述第一系列s1的过滤元件3时，流体首先被分配到出口管件S以便去除保留物；然后被分配到形成返回路径的第二系列s2的过滤元件3。当离开该第二系列s2的过滤元件3时，流体进入该第二容积V2。
在本实施例中，流体的入口管件E通入第二容积V2中，即通向该涡轮23与形成循环回路返回路径的第二系列s2的过滤元件3之间。这样，来自入口管件E与第二系列s2的过滤元件的出口管件的所述第二容积V2的流体就通过连通管道24而被抽入涡轮23中。
在其他实施例中，待处理流体的入口管件E位于该循环泵的涡轮23的上游。在这些情况下，入口管件E处的压力可以小于该循环泵的输出压力。
在图3所示的实施例中，用于待处理流体的入口管件E包括管状联接件31，所述管状联接件31穿过该壳体13以便可从外壳的外部够到并通向所述分离源15的外部。在所示的实例中，所述分离源包括定子151及管状体152。应当指出，在本实施方式的变型中可以省去管状体152。
在图1所示的实例中，用于去除保留物的出口管件S与该第二连通室12相连通。应当指出，用于去除保留物的出口管件S可设置成与该第一连通室11相连通，而待处理流体的入口管件E也存在于该第一连通室11中。在图1所示的实例中，用来去除保留物的出口管件S可穿过壳体13而通入第二容积V2中或穿过该壳体13与该管状体152而通入该第一容积V1中，与该入口管件E相对或不相对。在图3所示的实例中，用来去除保留物的出口管件S可穿过壳体13而通入第二容积V2中，与该入口管件E相对或不相对。
因为可在不脱离本发明的范围的情况下做出各种改型，所以本发明并不限于所述与所示的实例。
Claims (19)
1.一种用于切向过滤待处理的流体的装置，所述流体意欲被分成滤出液和保留物，其中在外壳(2)内，该装置包括：
至少一个用于待处理的流体的入口管件(E)，
至少一个用于去除保留物的出口管件(S)，
一系列管状过滤元件(3)，所述过滤元件互相平行地设置并在其各个端部以密封方式穿过定位板(4)，各过滤元件(3)均带有至少一个用于待处理流体的循环通道并且对所述流体进行过滤，从而在所述过滤元件的外周表面处，实现排出滤出液，所述滤出液意欲在位于定位板(4)及外壳(2)之间的收集容器(6)中被回收，其中该装置具有；
至少一个用于滤出液的出口管件(7)，其与滤出液的收集容器(6)相连通；
第一连通室(11)，所述过滤元件的端部之一通入该第一连通室中，并且其中以与相邻接的定位板(4)密封接触的方式安装有分离源(15)，以便将所述室分成第一容积(V1)与第二容积(V2)，所述第一、第二容积分别在所述分离源的内部与外部形成并分别与过滤元件(3)的第一系列(s1)与第二系列(s2)相连通，所述过滤元件的第一系列与第二系列分别形成用于待处理的流体的循环回路的前进路径与返回路径，其中所述分离源包括位于该第二容积(V2)与第一容积(V1)之间的连通通路(24)，在该连通通路内安装有循环泵的涡轮(23)，该循环泵安装有驱动轴(25)，该驱动轴(25)位于该第一室(11)的外部以便连接至驱动马达(26)；以及
第二连通室(12)，所述过滤元件的另一个端部通入该第二连通室中，该第二连通室在第一系列(s1)的过滤元件与第二系列(s2)的过滤元件之间为待处理的流体提供连通通路，其特征在于，用于待处理的流体的入口管件(E)通入该外壳的第一连通室(11)中，位于该循环泵的涡轮(23)与所述形成循环回路的返回路径的这一系列过滤元件(3)之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该泵的驱动马达受到控制以使由该第二容积(V2)所供给的第二系列(s2)的过滤元件(3)形成前进路径，而通入第一容积(V1)中的第一系列(s1)的过滤元件(3)形成返回路径，并使用于待处理的流体的入口管件(E)通入第一室(11)的位于该第一系列(s1)的过滤元件的出口管件与安装在所述分离源(15)内的涡轮(23)之间的第一容积(V1)中。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该泵的驱动马达受到控制以使由该第一容积(V1)所供给的第一系列(s1)的过滤元件(3)形成前进路径，而通入第二容积(V2)中的第二系列(s2)的过滤元件(3)形成返回路径，并使用于待处理的流体的入口管件(E)通入第一室的在分离源(15)外部形成的第二容积(V2)中，该第二容积(V2)位于该第二系列(s2)的过滤元件(3)的出口管件与安装于所述分离源内(15)的涡轮(23)之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于所述分离源(15)安装于泵的壳体(13)内，所述壳体安装于定位板(4)上。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于所述分离源(15)包括至少一个管状定子，所述泵的涡轮(23)安装于所述管状定子内。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述分离源(15)包括至少一个管状定子，所述泵的涡轮(23)安装于所述管状定子内。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于该管状定子(151)以密封方式固定于相邻接的定位板(4)上。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于该管状定子(151)通过以密封方式安装于相邻接的定位板(4)上的管状体(152)而延伸。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于该管状体(152)设有用于安装在壳体(13)内的凸缘，其中该凸缘具有流体的通道。
10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于用于待处理的流体的入口管件(E)包括穿过壳体(13)和管状定子(151)的管状元件(30)，所述管状元件(30)可从外壳的外部够到并通入分离源(15)中。
11.根据权利要求3所述的装置，其特征在于用于待处理的流体的入口管件(E)包括管状联接件(31)，所述管状联接件穿过壳体(13)以便可从外壳的外部够到并通向分离源(15)的外部。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该第二连通室(12)形成于封闭底部(14)与定位板之间，该定位板不与第一连通室(11)分界，其中该第二室(12)对在前进路径中循环的待处理的流体进行回收并将所述流体进给到返回路径。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于限定第二连通室(12)的封闭底部(14)设有用于去除保留物的出口管件(S)。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述定位板(4)通过限定滤出液收集容器(6)的筒体(9)而连接在一起，其中该筒体(9)设有至少一个用于滤出液的出口管件(7)。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于该外壳包括筒体(9)、泵的壳体(13)以及封闭底部(14)。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述分离源(15)安装成使过滤元件(3)的第一、第二系列(s1，s2)包括大致数量相等的过滤元件(3)。
17.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该驱动轴(25)安装成与该筒体(9)的轴线相一致，从而使该驱动马达(26)由该壳体(13)支撑。
18.根据权利要求1所述的装置，其特征在于用于去除保留物的出口管件(S)设置成与该第一连通室(11)相连通。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于用于去除保留物的出口管件(S)或者与穿过壳体(13)和分离源(15)的所述第一室(11)的第一容积(V1)相连通，或者与所述第一室的第二容积(V2)相连通。
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