CN1970131B - 可测试完整性的多层过滤装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有两个或多个独立的过滤层的装置，其中所述过滤层可被单独地测试完整性，而这允许通过两个或多个过滤层连续过滤以获得所需要的特性，如滞留。所述过滤装置可被制成包括两个或多个过滤区域，每个区域包含一个过滤层。每个区域具有一个过滤层和结合到过滤体第一端的第一端盖以及结合到过滤体第二端的第二端盖。所述区域围绕彼此同心地设置以致第一区域位于第二区域内，第二区域位于第三区域内，如此类推。每个区域单独形成并且在最后组装前可单独测试完整性。第一区域滑入第二区域中，接着两个端盖也被结合在对应的部位上，或者结合在第三完整端盖上或者由第三端盖包覆模制。

Description

可测试完整性的多层过滤装置
本专利申请要求2005年10月11日提交的美国临时专利申请No.60/725442的优先权。其全部内容整个结合在此引作参考。
技术领域
本发明涉及一种包含适于测试完整性的多个过滤层或膜片的装置。具体地讲，本发明涉及一种包含多个过滤层或膜片的装置，其中每个过滤层或膜片适于单独地测试完整性。
背景技术
一些过滤装置包括夹在一起的两个或多个过滤层或膜片，从而获得诸如滞留(retention)的特定性能特征。重要的是，在整个组装过程及其使用过程中，每个过滤层保持完整性并且没有瑕疵。
通常，通过空气扩散测试的方式对包含多个层的最终产品进行完整性测试。这种测试是利用适当的液体如水、酒精或两者的混合物(取决于过滤层是亲水性还是斥水性、用于测试完整性的流体等)浸湿过滤层。气体(一种或多种)或者液体以设定的压力作用在浸湿的膜片的一侧，然后在另一侧测量其流量。如果在下游流量增加太快或者处于低压，则这就表明在过滤方面或者在装置内其密封的方面存在缺陷。对具有多层膜片的装置使用这种测试的问题是只可测试整体装置，并且这种测试只可表明是否在所有层中存在缺陷。尤其是在最后一层是完整的情况下，在一层中的缺陷并不能提供对于缺陷的结论性表示。
需要一种装置，其允许单独地测试集成的多层装置的每层膜片。本发明允许做到这些。
发明内容
本发明涉及一种装置，其具有两个或多个独立的过滤层，可单独地测试所述过滤层的完整性，而这允许借助于所述两个或多个层实现连续过滤(serial filtration)，以获得诸如滞留的期望的特征。所述装置由每个对应层的子组件制成，并且在形成最终的装置结构之前，测试每层的完整性。
所述装置包括两个或多个过滤区域，其中每个区域包含一个过滤层。每个区域包括一个过滤层，以及结合在过滤层的第一端部上的第一端盖，和结合在过滤层的第二端部上的第二端盖。所述区域彼此以内外相间的方式同心地布置，从而第一区域处于第二区域的内部，而第二区域处于第三区域的内部，如此类推。每个区域单独形成，并且在最终组装之前单独进行完整性测试。第一区域滑动进入第二区域内，并且然后，两个端盖分别被结合在对应的部位上，结合在第三整体端盖上或由第三端盖包覆模制。
还公开了制造该装置的方法。在此，第一过滤片层(pack)是由过滤体形成，其优选被形成褶皱以增加表面积，所述过滤体优选被形成为圆柱形，并且包含两个竖直边缘(接缝部)，它们相互连接在一起，形成液密性结构。过滤体的第一水平端部液密性结合在第一端盖上，而过滤体的第二水平端部液密性结合在第二端盖上。然后，通过以下方式利用诸如空气-水扩散测试的完整性测试而检测所述第一片层，湿润过滤体，在压力作用下将气体施加在过滤体的一侧，并且在过滤体的另一侧测量气体的流量。还可使用其它无损完整性测试。在成功完成完整性测试之后，以与第一片层相同的方式形成第二片层。该片层的内侧尺寸大于第一片层的外侧尺寸，从而这些片层以内外相间的方式形成同心结构。然后，测试第二片层的完整性，并且如果合格，则两个片层最终被组装，从而第一片层位于第二片层内，其中所述第二片层同心地包围第一片层。如果需要的话，可围绕前两个片层以同心的方式形成附加的层。
根据本发明的一个实施例，提供了一种过滤装置，包括：
a.两个或多个同心设置的圆柱形过滤层；其中
b.第一过滤层包含第一竖直边缘和第二竖直边缘，这两个竖直边缘连接在一起，形成液密性结构，所述第一过滤层的第一水平端部液密性结合在第一过滤层的第一端盖上，而所述第一过滤层的第二水平端部液密性结合在第一过滤层的第二端盖上；
c.第二过滤层包含第一竖直边缘和第二竖直边缘，这两个竖直边缘连接在一起，形成液密性结构，所述第二过滤层的第一水平端部液密性结合在第二过滤层的第一端盖上，而所述第二过滤层的第二水平端部液密性结合在第二过滤层的第二端盖上；
c1.一多孔隔层位于所述第一过滤层与第二过滤层之间，液密性结合至所述第二过滤层的第一端盖和第二端盖；
d.所述过滤装置的多孔芯体、顶侧封闭的端盖和具有出口的底侧筒端盖；
e.所述第一过滤层围绕所述过滤装置的芯体以及出口同心地布置，并且所述第一过滤层的内径等于或大于所述芯体的外径；
f.所述第二过滤层的内径等于或大于所述第一过滤层的外径，所述第二过滤层围绕所述第一过滤层同心地布置；
g.所述第一过滤层的端盖以液密性方式结合在所述芯体、所述顶侧封闭的端盖、和所述底侧筒端盖，并且所述第一过滤层的端盖的外边缘结合至所述第二过滤层的端盖的内边缘；
h.多孔筒壳，其围绕所述第二过滤层的外周同心地布置，并被密封结合在所述底侧筒端盖和所述第二过滤层的端盖的外边缘。
根据本发明的另一个实施例，提供了具有两个或更多个过滤层的过滤装置的形成方法，其中每个过滤层适于被单独地检测完整性，所述方法包括以下步骤：
a.形成第一过滤层，其包含第一竖直边缘和第二竖直边缘，这两个竖直边缘连接在一起，形成液密性结构，所述第一过滤层的第一水平端部液密性结合在第一过滤层的第一端盖上，而所述第一过滤层的第二水平端部液密性结合在第一过滤层的第二端盖上；
b.测试在步骤(a)中所形成的第一过滤层的完整性；
c.形成第二过滤层，其包含第一竖直边缘和第二竖直边缘，这两个竖直边缘连接在一起，形成液密性的结构，所述第二过滤层的第一水平端部液密性结合在第二过滤层的第一端盖上，而所述第二过滤层的第二水平端部液密性结合在第二过滤层的第二端盖上，多孔筒壳围绕所述第二过滤层的外周同心地布置，并被密封结合在所述底侧筒端盖和所述第二过滤层的端盖的外边缘；
c1.一多孔隔层位于所述第一过滤层与第二过滤层之间，液密性结合至所述第二过滤层的第一端盖和第二端盖；
d.测试在步骤中所形成的第二过滤层的完整性；
e.围绕多孔芯体同心地布置所述第一过滤层，设置一顶侧封闭的端盖和一底侧筒端盖，所述底侧筒端盖使得所述芯体包含出口；围绕所述第一过滤层同心地布置所述第二过滤层；
f.以液密性方式将所述芯体、所述第一过滤层和所述第二过滤层连接在一起，以使得进入所述第二外侧层的任何液体在到达芯体和出口之前必须流经所述第一过滤层；
g.多孔筒壳，其围绕所述第二过滤层的外周同心地布置，并被密封结合在所述底侧筒端盖和所述第二过滤层的端盖的外边缘。
根据说明书和权利要求书，本领域技术人员将清楚这些及其它实施例。
附图说明
图1示出了本发明的第一实施例。
具体实施方式
本发明涉及一种多层过滤装置，其中每个层以子组件的方式与其它层彼此相互独立地形成，其中每个过滤层包括第一端盖和第二端盖。还采用中央多孔芯体和出口。然后，测试每层的完整性，并且如果它们合格的话，则它们以内外相间的方式同心地组装在一起，并且彼此相互密封以形成液密性装置。优选地，外侧多孔壳体密封在最后一个过滤层的外侧，并且任何进入壳体的流体在从出口流出前必须流经每个过滤层，并且然后流经芯体。
图1示出了本发明具有两个过滤层的第一实施例。本发明也可制造成具有两个以上的过滤层。第一过滤层2沿着其竖直边缘(未示出)优选地通过接缝部(未示出)密封，如本领域中公知的那样。过滤层2的顶侧水平表面4例如通过聚合物粘合、溶剂粘合或粘合剂密封在第一端盖6上。同样，过滤层2的底侧水平表面8例如通过聚合物粘合、溶剂粘合或粘合剂密封在第二端盖10上。在该实施例中，多孔芯体12形成第一过滤层的内侧表面，但是所述芯体可以是单独部件，或者如果期望的话可以是诸如出口端盖(如下所述)的另一部件的一部分。
如图所示，第一过滤层2的形状优选是圆柱形，但可使用其它横截面形状，例如椭圆形、三角形或者多边形。优选地，第一过滤层2被形成褶皱以增加有效表面积。
第二过滤层20围绕第一过滤层2同心地设置在其外侧。第二过滤层20的形状优选为圆柱形，但可使用其它横截面形状，例如椭圆形、三角形或者多边形，并且所述第二过滤层20优选具有与第一过滤层2相同的形状。优选地，第二过滤层20被形成褶皱以增加有效表面积。第二过滤层20沿着其竖直边缘(未示出)优选地通过接缝部(未示出)密封，如本领域中公知的那样。第二过滤层20的顶侧水平表面22例如通过聚合物粘合、溶剂粘合或者粘合剂密封在第一端盖24上。同样，第二过滤层20的底侧水平表面26例如通过聚合物粘合、溶剂粘合或者粘合剂密封在第二端盖28上。优选地，靠近第二过滤层20的内侧表面放置多孔隔层30，并且将其密封在顶侧端盖24和底侧端盖28上。
如图所示，第一过滤层2的第一和第二端盖6、10的内侧边缘液密性密封在芯体12的对应外侧表面上。第二过滤层20的第一和第二端盖24、28的内侧边缘液密性密封在第一过滤层2的第一和第二端盖6、10的对应外侧表面上。围绕第二过滤层20在其外侧同心地设置多孔筒壳(cartridge housing)32，其液密性密封在第二过滤层20的端盖24、28的外侧边缘上。顶侧封闭的筒端盖(cartridge end cap)34密封结合在壳体32、以及第一和第二过滤层2、20的顶侧端盖6、24上。带有出口38的底侧筒端盖36密封结合在壳体32、以及第一和第二过滤层2、20的底侧端盖10、28上，以形成筒体(cartridge)。
这样，进入壳体32的液体在进入芯体12并且通过出口38离开筒体前，必须流经第二过滤层20，并且然后流经第一过滤层2。
如上所述，本发明可具有不止两个过滤层，每个过滤层以内外相间的方式同心地组装和布置。在最外侧的过滤层形成并密封之后，就可应用多孔外侧壳体、顶侧筒端盖和底侧筒端盖。
制造本发明的装置的方法是将第一层形成为子组件，其至少包含过滤材料以及顶侧端盖和底侧端盖。必要时，可包括芯体，其用作为子组件的内壁，或者芯体可以是单独部件或结合为底侧筒端盖的一部分。第二层并且如果必要连同附加层然后同样被形成为过滤器的子组件，并至少包括顶侧端盖和底侧端盖。优选地，每个附加子组件具有多孔隔层或作为其内壁的支承层。
外层的内径与其内层的外径或者芯体的外径(当指的是第一层时)大致相同，但是其也可以略微小一些，这主要取决于所使用的密封方法(下面将讨论)。最理想的情况是，当它们被装配在一起时，在相邻的层之间应该稍微有一些过盈配合。这样，在子组件之间形成紧密配合，从而它们可以以液密性方式被密封在一起。
由于可单独测试每层的完整性，所以可使用任何传统的测试例如空气/水扩散测试，其中膜片被浸湿，并且气体以设定的压力或压力范围作用在膜片的一侧。在膜片的另一侧测量气体的流量，以确定所述过滤层是否是完整的或者是否有诸如针孔或缺损密封的缺陷。
可选地，可以使用更加复杂和敏感的测试，例如二元气体测试(binary gas test)，如在本申请当天John Lewnard提交的美国共同未决专利申请“Methods and Systems for Integrity testing of Porous Materials”中所要求保护的。在这种测试中，所选择的过滤层由适于所使用的二元气体的液体浸湿。例如，取决于所选择的气体，可使用水、酒精、水和酒精的混合物等。选择两种气体，从而其中的一种气体在所选择的液体中具有较高的溶解度，而另一种气体在该液体中具有较低的溶解度。所选择的气体包括但不限于二氧化碳，氟里昂、六氟化硫或者其它全氟气体(perfluoro gas)、惰性气体等。如在其图2A至C中所示，二元混合气以彼此相对的预定量被引入，并且通过诸如气相色谱仪或质谱仪的检测装置在过滤层的下游侧测量所述气体中的一种或两种的量，以确定在所检测气流中每种气体的相对量是否有变化。在气体所测量的量与最初被加入系统中的气体的预定量不同的情况下，检测出缺陷。如果没有发现浓度不同，则该层被确定是完整的。当在此指的是多孔材料时，完整性意味着没有缺陷。例如，预定量可以是所计算得到的以特定的温度和压力扩散穿过完整的、浸湿的多孔材料的气体的量。所述特定的温度和压力可以是进行测试条件下的温度和压力。
测试完整性的另一种方法是使用液-液孔隙测试(porometry test)，如美国专利公开文献No.5282380和No.5457986(DiLeo)中所示，其也可用在本发明中。
用于测试完整性的方法对本发明不是关键的。可使用能提供完整性适当评价并对装置没有破坏性的任何方法。
在所有层被制成并且测试合格之后，就可以组装它们。最容易的方法是将第一层简单地滑入到第二层的空心内，将结合起来的第一和第二层滑入到第三层内，等等。在继续增加如果要使用的任何其它层之前，每对层可彼此相互密封，或者它们全都立刻被密封。公知各种不同的方法可用于将塑料制品彼此密封，包括但不限于粘合剂、溶剂粘合、加热或超声波结合等。
在所有层已经被组装并且彼此相互密封之后，顶侧端盖以及底侧端盖都密封在对应的筒端盖以及外侧壳体上，以完成组装。
可选地，可将各子组件滑动在一起，将外侧壳体滑动附着在最外层上，并且然后将整个组件放置到模具内，并且注射模制或者包覆模制筒端盖，使其覆盖层的端盖以及壳体，以形成液密性结构。
本发明的装置和方法可以与任何尺寸的任何过滤介质一起使用，其适于利用气体或液体检测完整性。例如，它们可以是纺织或者无纺过滤器，或浇铸的多孔膜片。过滤介质可以是微孔、超滤(UF)、纳滤或逆渗透膜片，其由聚合物形成，所述聚合物选自诸如包括超高分子量聚乙烯的聚乙烯的烯烃、聚丙烯、EVA共聚物和α-烯烃、茂金属烯烃聚合物、PFA、MFA、PTFE、聚碳酸酯、诸如PVC的乙烯基共聚物、诸如尼龙的聚酰胺、聚酯、纤维素、乙酸纤维素、再生纤维素、复合纤维素(cellulose composite)、聚砜、聚醚砜、聚芒砜、聚苯砜、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯(PVDF)以及它们的混合物。所选择的膜片主要取决于应用、所需的过滤特征、将被过滤的微粒类型和尺寸、以及所需的流量。
其它过滤部件例如端盖、入口、出口、壳体、芯体、端口、阀等可由各种不同的材料制成，例如金属、陶瓷、玻璃或者塑料。优选地，所述各部件是由塑料制成，更加优选的是由热塑性塑料制成，例如聚烯烃、更具体地讲聚乙烯和聚丙烯、它们的均聚物(homopolymer)或共聚物、乙烯-醋酸乙烯(EVA)共聚物；聚碳酸酯；苯乙烯；PTFE树脂；诸如PFA的热塑性全氟聚合物；尼龙和其它聚酰胺；PET以及上述任何物质的混合物。

Claims (2)

1.一种过滤装置，包括：
a.两个或多个同心设置的圆柱形过滤层；其中
b.第一过滤层包含第一竖直边缘和第二竖直边缘，这两个竖直边缘连接在一起，形成液密性结构，所述第一过滤层的第一水平端部液密性结合在第一过滤层的第一端盖上，而所述第一过滤层的第二水平端部液密性结合在第一过滤层的第二端盖上；
c.第二过滤层包含第一竖直边缘和第二竖直边缘，这两个竖直边缘连接在一起，形成液密性结构，所述第二过滤层的第一水平端部液密性结合在第二过滤层的第一端盖上，而所述第二过滤层的第二水平端部液密性结合在第二过滤层的第二端盖上；
c1.一多孔隔层(30)位于所述第一过滤层与第二过滤层之间，液密性结合至所述第二过滤层的第一端盖和第二端盖；
d.所述过滤装置的多孔芯体、顶侧封闭的端盖(34)和具有出口的底侧筒端盖(36)；
e.所述第一过滤层围绕所述过滤装置的芯体以及出口同心地布置，并且所述第一过滤层的内径等于或大于所述芯体的外径；
f.所述第二过滤层的内径等于或大于所述第一过滤层的外径，所述第二过滤层围绕所述第一过滤层同心地布置；
g.所述第一过滤层的端盖以液密性方式结合在所述芯体、所述顶侧封闭的端盖、和所述底侧筒端盖，并且所述第一过滤层的端盖的外边缘结合至所述第二过滤层的端盖的内边缘；
h.多孔筒壳，其围绕所述第二过滤层的外周同心地布置，并被密封结合在所述底侧筒端盖和所述第二过滤层的端盖的外边缘。
2.具有两个或更多个过滤层的过滤装置的形成方法，其中每个过滤层适于被单独地检测完整性，所述方法包括以下步骤：
a.形成第一过滤层，其包含第一竖直边缘和第二竖直边缘，这两个竖直边缘连接在一起，形成液密性结构，所述第一过滤层的第一水平端部液密性结合在第一过滤层的第一端盖上，而所述第一过滤层的第二水平端部液密性结合在第一过滤层的第二端盖上；
b.测试在步骤(a)中所形成的第一过滤层的完整性；
c.形成第二过滤层，其包含第一竖直边缘和第二竖直边缘，这两个竖直边缘连接在一起，形成液密性的结构，所述第二过滤层的第一水平端部液密性结合在第二过滤层的第一端盖上，而所述第二过滤层的第二水平端部液密性结合在第二过滤层的第二端盖上，多孔筒壳围绕所述第二过滤层的外周同心地布置，并被密封结合在所述底侧筒端盖和所述第二过滤层的端盖的外边缘；
c1.一多孔隔层(30)位于所述第一过滤层与第二过滤层之间，液密性结合至所述第二过滤层的第一端盖和第二端盖；
d.测试在步骤(c)中所形成的第二过滤层的完整性；
e.围绕多孔芯体同心地布置所述第一过滤层，设置一顶侧封闭的端盖(34)和一底侧筒端盖(36)，所述底侧筒端盖使得所述芯体包含出口；围绕所述第一过滤层同心地布置所述第二过滤层；
f.以液密性方式将所述芯体、所述第一过滤层和所述第二过滤层连接在一起，以使得进入所述第二外侧层的任何液体在到达芯体和出口之前必须流经所述第一过滤层；
g.多孔筒壳，其围绕所述第二过滤层的外周同心地布置，并被密封结合在所述底侧筒端盖和所述第二过滤层的端盖的外边缘。
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