CN202173834U - 圆盘形过滤元件和包括该圆盘形过滤元件的过滤组件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于过滤液体(诸如聚合物)的圆盘形过滤元件和包括该圆盘形过滤元件的过滤组件。该过滤元件包括：毂，所述毂限定有贯穿其中的中心开口；上部过滤介质和下部过滤介质，所述上部过滤介质和所述下部过滤介质从所述毂沿径向向外延伸。上部过滤介质和下部过滤介质包括具有第一层和第二层的分层结构。第一层包括非烧结的金属纤维网，第二层包括非烧结的金属粉末颗粒的层。第一层和第二层烧结在一起。本实用新型的一个目的提供实现通过的过滤介质流速一致的圆盘形过滤元件，由于将第一和第二层烧结在一起，可以避免在第一和第二层之间形成优选路径，从而在过滤过程中不形成优选路径，从而不形成死点。

Description

圆盘形过滤元件和包括该圆盘形过滤元件的过滤组件
技术领域
本实用新型涉及一种包括上、下过滤介质的圆盘形过滤元件，所述上、下过滤介质中的每一个包括分层结构。该圆盘形过滤元件适于过滤液体，特别适于过滤粘性液体，诸如聚合物。
本实用新型还涉及包括许多圆盘形过滤元件的过滤组件。
背景技术
圆盘形过滤元件是本领域已知的。圆盘形过滤元件例如被用于过滤聚合物以生产聚合物纤维、聚合物薄膜和聚合物树脂产品。在聚合物过滤中，过滤器一方面需要捕获杂质，另一方面需要剪切聚合物中含有的凝胶。
本领域中已知将数个圆盘形过滤元件同心地叠放在穿孔管上。带有微粒的液体通过从外侧到内侧地穿过圆盘形过滤元件而得到过滤，滤液经由穿孔管排出。
圆盘形过滤元件的实例例如在以下文献中有所描述：
EP1862207和EP284404。
EP1832207描述了具有包含金属纤维的过滤介质的圆盘形过滤元件。
EP284404描述了包含由多孔烧结金属隔膜和多孔烧结金属纤维隔膜构成的过滤介质的圆盘形过滤元件。
与这种圆盘形过滤元件相关的问题是，在过滤过程中会形成优选路径。在经过一段时间的使用之后，剪切效果将结束。优选路径的出现也意味着存在“死点”。死点是液态流体(诸如聚合物熔体)发生淤塞的淤塞区域。
在现有技术的已知过滤元件中，例如，在EP284404公开的过滤元件中，在分开烧结的介质之间存在间隙。
这种间隙例如是由单独介质的不平和/或粗糙引起的。由于要过滤的聚合物将总是努力沿着阻力最小的路径，因此聚合物将在不同层之间的间隙中流过。尽管现有技术的过滤器的间隙很小或者甚至非常小，但是这些小的间隙足以形成优选路径，且因此形成死点。
实用新型内容
本实用新型的目标是提供一种避免现有技术缺陷的圆盘形过滤元件。
本实用新型的另一目标是提供一种具有小的压降的圆盘形过滤元件。
本实用新型的另一目标是提供一种圆盘形过滤元件，其使得过滤介质能够实现通过过滤介质的一致流速。
本实用新型的另一目标是提供一种圆盘形过滤元件，从而在过滤过程中不形成优选路径，且因此不形成死点。
本实用新型的又一目标是提供一种包括许多圆盘形过滤元件的组件。根据本实用新型的第一方面，提供了一种特别适于过滤聚合物的圆盘形过滤元件。该过滤元件包括：
毂，所述毂限定有贯穿其中的中心开口；
上部过滤介质和下部过滤介质，所述上部过滤介质和所述下部过滤介质从所述毂沿径向向外延伸。
由上部过滤介质和下部过滤介质限定的空间限定了过滤元件的内部。优选地，从过滤元件的外侧到过滤元件的内侧地完成过滤，例如聚合物的过滤。
上部和下部过滤介质包括分层结构，其具有第一层和第二层。第一层包括金属纤维网，第二层包括金属粉末颗粒。第一层和第二层烧结在一起。
优选地，第一层包括非烧结的金属纤维网。优选地，第二层包括非烧结的金属粉末颗粒层。
在优选实施例中，第一层包括非烧结的金属纤维网，第二层包括非烧结的金属粉末颗粒的层。
上部和下部过滤介质均包括分层结构，其具有第一层和第二层。第一层包括非烧结的金属纤维网，第二层包括非烧结的金属粉末颗粒。第一和第二层烧结在一起。
根据本实用新型的过滤介质包括至少两个层，第一层(即，包含金属纤维的层)位于过滤元件的流入侧，第二层(即，包含金属粉末颗粒的层)位于过滤元件的流出侧。
第一层的功能是留下杂质，并且允许所过滤的液体良好地分配在介质上。
第二层的功能是剪切聚合物凝胶。
将第一和第二层烧结在一起对于本实用新型而言是必不可少的。
通过将第一和第二层烧结在一起，避免了在第一和第二层之间形成优选路径。
第一层
第一层优选包括非织造的金属纤维网。这些纤维优选具有0.5μm-100μm之间的等效直径。更优选地，等效直径在0.5μm-50μm之间，例如在1μm-25μm之间，诸如为2μm、4μm、8μm或12μm。
这些金属纤维可以通过现有技术中已知的任何技术来获得，它们可以例如通过集束拉伸或者通过箔削刮技术来获得。
该非织造的金属纤维网优选是非烧结的。
可能地，非织造的金属纤维网例如通过冷等静压操作被压紧。
第一层具有孔隙率P1。第一层的孔隙率P1优选高于50％，更优选地，第一层的孔隙率P1高于60％，例如70％或80％。
第一层具有厚度t1。第一层的厚度t1优选在0.15-0.4mm之间，更优选地在0.2-0.25mm之间。
第一层可以由一个金属纤维网构成，或者可以包括一垛不同的金属纤维网，其中每个绒头织物包括具有特定等效直径、纤维密度和层重的纤维。层重用g/m2来表示，并且在下文中将被称作“层重比”。
优选地，第一层中的各金属纤维网不是单独烧结的，并且这垛金属纤维网是非烧结的。
第二层
第二层包括金属粉末颗粒。任何已知的金属粉末颗粒(诸如经研磨的粉末颗粒或者经粉碎的粉末颗粒)均可被用作金属粉末颗粒。具有矩形、球形形状的金属粉末颗粒或者具有不规则形状的金属粉末颗粒均适用。
短金属纤维的不规则形状和/或尖锐边缘在剪切聚合物凝胶以及从聚合物熔体中去除杂质方面特别有效。
这些颗粒的颗粒大小优选在20-500μm之间，例如在20-300μm之间，在20-100μm之间或者在30-50μm之间。
第二层具有孔隙率P2。第二层的孔隙率P2低于第一层的孔隙率P1。第二层的孔隙率P2优选在5-40％之间，更优选地在5-20％之间，例如在10-20％之间。
第二层具有厚度t2。第二层的厚度t2优选在0.5-2mm之间，更优选地在0.8-1.2mm之间。
优选地，第二层的厚度t2大于第一层的厚度t1。此外，第一层的孔隙率P1优选大于第二层的孔隙率P2。第一层(即，包含金属纤维的层)充当分配层，并且在过滤过程中不会发生堵塞。因此，第一层优选是薄的且多孔的，即，第一层优选比第二层薄，第一层的孔隙率优选大于第二层的孔隙率。
任何类型的金属或金属合金均可以被用于提供第一层的纤维或者第二层的金属粉末颗粒。金属纤维和/或颗粒例如由钢(诸如不锈钢)制成。优选的不锈钢合金为AISI300或AISI400系列合金(诸如AISI316L或AISI347)，或者使用包含Fe、Al和Cr的合金，包含铬、铝和/或镍以及0.05-0.3％重量的钇、铈、镧、铪或钛的不锈钢(称作
Figure BDA0000074445850000041
)。金属纤维或金属粉末颗粒也可以由镍或镍合金制成。第一层的金属纤维和第二层的金属粉末颗粒可以由相同的金属或金属合金制成，或者可以由不同的金属或金属合金制成。
第一层和第二层可以由不同材料制成。然而，优选第一层和第二层由相同材料制成。
上部过滤介质和下部过滤介质优选是相同的。
毂优选由金属制成，诸如不锈钢金属。在优选实施例中，毂包括管状金属部件，其上设有许多从管状部件的外壁延伸至管状部件的内部空间的通道。
圆盘形过滤元件可以包括一个或多个支撑构件。这些支撑构件优选支撑过滤介质。支撑构件优选为液体可渗透的，即，液体可以从一个表面流到另一个表面，反之亦然。
支撑构件可以例如是带有穿孔的或扩展的板，诸如扩展的或带有穿孔的金属板。或者，支撑构件可以是网，诸如由金属丝纺织、编织、打结、针织或焊接而成的丝网。
根据本实用新型的第二方面，提供了一种过滤组件，其包括至少一个如上所述的圆盘形过滤元件。
过滤组件包括通过其将过滤液体送走的中心管。
圆盘形过滤元件被装配在所述中心管上。
根据本实用新型的第三方面，提供了圆盘形过滤元件在聚合物过滤方面的使用。根据本实用新型的圆盘形过滤元件将不具有由这些优选路径带来的问题。
附图说明
现在将参考附图对本实用新型进行更为详细地描述，其中：
图1是根据本实用新型的圆盘形过滤元件的第一实施例的示意图；
图2是根据本实用新型的圆盘形过滤元件的替换实施例的示意图；
图3是根据本实用新型的过滤介质的示意图。
具体实施方式
下列术语只是用于帮助理解本实用新型。这些定义不应当被解释成具有比本领域普通技术人员所能理解的范围小的范围。
纤维的术语“等效直径”应被理解成其表面与纤维径向横截面的平均表面相同的假想圆的直径。
术语“孔隙率”P应被理解成P＝100＊(1-d)，其中d＝(1m3的烧结金属纤维介质的重量)/(SF)，其中SF＝每立方米的用于提供烧结金属纤维介质的金属纤维的合金的比重。
术语“类似环状”应被理解成具有这样的形状，其具有近似圆形的外边缘，并且内边缘包围外边缘的中心且通常与外边缘同心，虽然内边缘不是必须为圆形。然而优选圆形内边缘。
本实用新型将关于具体实施例并且参照特定附图来描述，但是本实用新型并不受其限制，而只由权利要求限定。所描述的附图只是示意性的，而非限制性的。在附图中，出于说明性目的，一些元件的尺寸可能被放大，并且不成比例。尺寸和相对尺寸不与实施本实用新型的真实缩小相对应。
在图1中示意性地给出了根据本实用新型的圆盘形过滤元件100的第一实施例。圆盘形过滤元件100包括毂10。毂10具有外壁14、空的内部空间13以及从空的内部空间13延伸至外壁14的至少一个通道12。
如图1所示，毂10为具有中心轴线15的管状金属部件。该管状金属部件的外壁14具有两个轮缘16和17，它们为毂的连接装置。许多通道12贯穿管状部件的壁设置，从外壁14延伸至空的内部空间13。
该圆盘形过滤元件包括上部过滤介质50和下部过滤介质40。上部过滤介质50和下部过滤介质40均包括第一层和第二层。第一层包括非烧结的金属纤维网，其由直径在例如4-40μm之间的金属纤维构成。第二层包括非烧结的金属粉末颗粒，其颗粒大小在例如20-500μm之间。第一层例如具有0.25mm的厚度t1，第二层具有例如1.2mm的厚度t2。在替换实施例中，第二层具有0.6mm的厚度t2。第一层和第二层烧结在一起。
上部过滤介质50和下部过滤介质40都为近似环形且近似平坦的过滤介质，它们的直径近似相等。
上部过滤介质50和下部过滤介质40的内边缘41或51优选近似为圆形，并且优选与毂的壁14的直径一致。
优选地，上部过滤介质和下部过滤介质由支撑构件20和30支撑。支撑构件20和30例如为第一和第二近似具有相同环形形状且近似平坦的液体可渗透的支撑构件。支撑构件为液体可渗透的支撑构件，即，液体可以从支撑构件的一个表面流到支撑构件的另一侧。
可选地，支撑构件可以为带有穿孔的或扩展的板，诸如扩展的或带有穿孔的金属板，或者可以是网，诸如由金属丝纺织、编织、打结、针织或焊接而成的丝网。在图1中使用的支撑构件为液体可渗透的板，优选为不锈钢板，并且优选厚度在0.5mm-1mm之间。
这些板中的每一个上设有开口，诸如近似矩形的狭槽，它们的长边近似沿圆盘的径向方向。
支撑构件20和30的内边缘21和31优选近似为圆形，并且与沿着轮缘的毂10的壁14的直径一致。
上部过滤介质50与第一支撑构件30的表面发生接触。下部过滤介质40与支撑构件20的表面发生接触。然后通过使上部过滤介质50的内边缘41和第一支撑构件30的内边缘21接触轮缘16将上部过滤介质50和第一支撑构件30的组合装配到毂上。
然后通过使第二过滤隔膜50的内边缘51和第二支撑构件30的内边缘31接触轮缘17将下部过滤介质40和第二支撑构件20的组合装配到毂10上。
现在，第一过滤隔膜10的内边缘41和第一支撑构件的内边缘21在轮缘16处以液体密封的方式与毂10相连。
通过类似的方式，第二过滤隔膜50的内边缘51和第一支撑构件的内边缘31在连接装置处以液体密封的方式与毂10相连。
这种连接可以通过任何合适的连接技术(例如，通过胶粘或焊接)来完成。在本实例中，这种连接通过TIG焊接来实现。设有焊接连接部61或62。作为替换，也可以使用其它焊接方法，诸如对接熔焊、电容放电焊接、电阻焊接、超声波焊接、微等离子体焊接或激光焊接。作为另一种替换方式，可以使用软焊(诸如高温软焊)或烧结、或者铜焊、或者聚合物材料的挤出、流体密封折叠或胶粘来连接毂、过滤隔膜和支撑构件。
在后续步骤中，上部过滤介质50、下部过滤介质40、第一支撑构件30和第二支撑构件20的外边缘22、32、42和52朝向彼此弯曲，并且以流体密封的方式相互固定。这种流体密封固定可以通过任何合适的连接技术来实现，例如优选通过焊接(优选TIG焊接)的方式实现。设有焊接连接部63。作为替换，也可以使用其它焊接方法，诸如对接焊接、电容放电焊接、电阻焊接、超声波焊接、微等离子体焊接或激光焊接。作为另一种替换方式，可以使用软焊(诸如高温软焊)或烧结、或者铜焊、或者聚合物材料的挤出、流体密封折叠或胶粘来连接第一过滤隔膜40和第二过滤隔膜50。
在图2中示意性示出了圆盘形过滤元件200的替换实施例。相同的附图标号指示图1中的相同特征。在两个支撑构件20和30之间在空的空间70中设有另外的间隔装置80。该间隔装置可以是一个或者可选地多个丝网。该间隔装置优选由金属制成。间隔装置的实例包括不锈钢丝构成的丝网。
参见图3，根据本实用新型的过滤介质30包括具有第一层32和第二层34的分层结构。
第一层包括非烧结且非织造的金属纤维网。第一层的金属纤维具有例如12μm的等效直径。第一层的孔径大小为40μm。第一层具有例如0.25mm的厚度。
第一层的制造方法具体如下：
通过集束拉伸形成钢纤维。然后借助例如在GB 1 190 844中公开的随机进料设备生产非织造的金属纤维网。
第二层包括非烧结的金属粉末颗粒层。金属粉末颗粒的颗粒大小例如在20-500μm之间，例如在20-40μm之间。第二层的孔径大小例如为20μm。第二层的厚度例如为1.2mm。所使用的金属粉末颗粒例如是经研磨的粉末颗粒。
在聚合物过滤过程中，第一层保留杂质，并且允许所过滤的液体良好地分配在过滤的介质上，而第二层允许剪切聚合物凝胶。
根据本实用新型的过滤介质的重要优点是，在过滤过程中不形成优选路径。由于无优选路径形成，因此在过滤介质中不形成死点。
应当理解，尽管在本文中已经针对根据本实用新型的装置讨论了优选的实施例、具体构造和配置、以及材料，然而可以在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下在形式和细节方面进行各种改变和修改。

Claims (9)

1.一种圆盘形过滤元件，用于从所述过滤元件的外侧到内侧地过滤液体，其特征在于，所述过滤元件包括：
毂，所述毂限定有贯穿所述毂的中心开口；
上部过滤介质和下部过滤介质，所述上部过滤介质和所述下部过滤介质从所述毂沿径向向外延伸，所述上部过滤介质和所述下部过滤介质包括具有第一层和第二层的分层结构，所述第一层包括非烧结的金属纤维网，所述第二层包括非烧结的金属粉末颗粒层，所述第一层和所述第二层烧结在一起。
2.如权利要求1所述的圆盘形过滤元件，其特征在于，所述第一层包含等效直径在0.5μm-100μm之间的金属纤维。
3.如权利要求1或2所述的圆盘形过滤元件，其特征在于，所述第二层包含颗粒尺寸在20-500μm之间的金属粉末颗粒。
4.如权利要求1或2所述的圆盘形过滤元件，其特征在于，所述第一层具有厚度t1，所述第二层具有厚度t2，所述第二层的所述厚度t2大于所述第一层的所述厚度t1。
5.如权利要求1或2所述的圆盘形过滤元件，其特征在于，所述第一层具有孔隙率P1，所述第二层具有孔隙率P2，所述第一层的所述孔隙率P1大于所述第二层的所述孔隙率P2。
6.如权利要求1或2所述的圆盘形过滤元件，其特征在于，所述第一层的厚度在0.15-0.4mm之间，所述第二层的厚度在0.5-2mm之间。
7.如权利要求1或2所述的圆盘形过滤元件，其特征在于，所述过滤介质由至少一个液体可渗透的支撑构件支撑。
8.如权利要求7所述的圆盘形过滤元件，其特征在于，所述支撑构件包括带有穿孔的板或网。
9.一种过滤组件，其包括中心管和多个如权利要求1-8中任一项所述的圆盘形过滤元件，所述圆盘形过滤元件被装配在所述中心管上，被过滤的液体通过所述中心管被带走。
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