RU2038138C1

RU2038138C1 - Polymeric filter for microfiltration

Info

Publication number: RU2038138C1
Authority: RU
Inventors: М.Я. Алферов; И.Б. Барсуков; Л.Б. Куликов; Е.И. Хромушина; В.И. Рачков
Original assignee: Приборный завод "Тензор"
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: liquids filtration. SUBSTANCE: polymeric filter for microfiltration has membrane, located between two draining bases inside chamber, formed by upper and lower lids with couplings. Lids are made with matching each other grooves and bulges along perimeter and stream distributing members in the form of radial ribs with increasing toward center height. Ribs are in symmetry located on inner surfaces of lids. Lids are linked to each other with the help of bayonet bolt, made in the form of ring-type clamp with hooks, that are making lock with located on upper lid bulges with screw-type surface. EFFECT: polymeric filter for microfiltration is used for liquids filtration. 3 dwg

Description

Изобретение относится к фильтрованию, в частности к полимерным фильтрам для микрофильтрации через пористые мембраны, и может быть использовано при тонкой очистки жидкостей в различных отраслях промышленности, а также при проведении аналитических работ в медицинской, микробиологической, электронной и других отраслях промышленности. The invention relates to filtering, in particular to polymer filters for microfiltration through porous membranes, and can be used for fine purification of liquids in various industries, as well as during analytical work in the medical, microbiological, electronic and other industries.

Известен одноразовый фильтр, содержащий верхнюю и нижнюю крышки, которые при складывании образуют камеру, в которой расположена пористая мембрана, подводящие и отводящие штуцеры, жестко соединенные с соответствующими складываемыми верхней и нижней крышками, герметизированными по периметру по плоскости контакта полимерным пояском. Known disposable filter containing the upper and lower covers, which when folded form a chamber in which a porous membrane is located, inlet and outlet fittings, rigidly connected to the corresponding folding top and bottom covers, sealed around the perimeter along the contact plane with a polymer band.

Недостатком известной конструкции является низкая надежность, обусловленная тем, что под действием гидродинамического напора пористая мембрана прогибается и находится в напряженном состоянии, что снижает надежность. A disadvantage of the known design is the low reliability due to the fact that under the influence of hydrodynamic pressure the porous membrane bends and is in a stressed state, which reduces reliability.

Известен также полимерный фильтр, сформированный из составных симметричных частей фильтродержателя, опорных составляющих частей дренажной решетки, между которыми размещена пористая мембрана, причем решетка содержит опоры, выполненные в виде радиально сходящихся балок, жестко соединенных с концентрично расположенными кольцевыми выступами, а совмещенные части фильтродержателя по периметрии обжаты герметизирующим пояском в виде кольцевого швеллера. Also known is a polymer filter formed from symmetrical constituent parts of the filter holder, supporting constituent parts of the drainage grate, between which a porous membrane is placed, the grate containing supports made in the form of radially converging beams, rigidly connected with concentrically arranged annular protrusions, and combined parts of the filter holder along the perimeter compressed by a sealing girdle in the form of an annular channel.

Недостатком известной конструкции является его неразборность, и вследствие этого небольшой срок эксплуатации, а также недостаточная надежность герметизации при фильтровании пульсирующего потока жидкости обусловленная тем, что герметизирующий поясок имеет фиксированные размеры прижатия, и под действием пульсирующего потока жидкости или градиента температуры образуются зазоры, которые не ликвидируются известной конструкцией запора. Таким образом, предложенный в этой конструкции запор не обеспечивает надежную герметизацию и эффективную изоляцию подводящей и отводящей камер-фильтра. A disadvantage of the known design is its inseparability, and as a result, its short life and insufficient sealing reliability when filtering a pulsating fluid flow due to the fact that the sealing girdle has fixed pressing sizes, and under the action of a pulsating fluid flow or temperature gradient, gaps are formed that cannot be eliminated known constipation design. Thus, the constipation proposed in this design does not provide reliable sealing and efficient isolation of the inlet and outlet filter chambers.

Известен фильтр-насадка, включающий пористую мембрану, размещенную между уплотнительным элементом и дренажной подложкой. При этом с целью повышения качества и надежности фильтрации, фильтр-насадка выполнен в виде корпуса из двух разъемных частей, которые соединены между собой байонетным затвором, один элемент которого размещен на внутренней поверхности первой разъемной части корпуса, а второй на наружной поверхности вкладываемой части разъемного корпуса, а в качестве пористой мембраны используют ядерную мембрану из полиэтилентерефталата с диаметрами пор 0,2-2 мкм при пористости 10-15% дренажная подложка выполнена из поликарбоната в виде диска, с одной стороны которого параллельно расположены прорези, а с другой стороны просечки в виде квадратов или их частей у кромки диска. Этот фильтр является наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения. Known filter nozzle comprising a porous membrane placed between the sealing element and the drainage substrate. Moreover, in order to improve the quality and reliability of filtration, the filter nozzle is made in the form of a housing of two detachable parts that are interconnected by a bayonet lock, one element of which is placed on the inner surface of the first detachable part of the housing, and the second on the outer surface of the insertion part of the detachable housing and as a porous membrane use a polyethylene terephthalate nuclear membrane with pore diameters of 0.2-2 μm with a porosity of 10-15%, the drainage substrate is made of polycarbonate in the form of a disk, on one side whose slots are located in parallel, and on the other side of the notch in the form of squares or their parts at the edge of the disk. This filter is the closest analogue of the proposed technical solution.

Недостатками известной конструкции фильтра, взятого за прототип, является, во-первых, повышение концентрационной поляризованности мембраны в ее центре, обусловленное отсутствием потокораспределительного элемента, обеспечивающего равномерное распределение потока загрязненной жидкости по площади мембраны и выравнивание скоростей потока в любой точке мембраны. Это обстоятельство приводит к снижению ресурса работы и надежности при фильтровании за счет неравномерности осаждения частиц по площади поверхности мембраны. Во-вторых, расположение байонетного запора внутри корпуса фильтра уменьшает эффективную поверхность мембраны, что приводит к уменьшению площади фильтрования, вследствие чего снижается производительность фильтра и его ресурс работы, кроме того, внутреннее расположение байонетного запора приводит к задирам мембраны и уплотняющих прокладок при сборке фильтра, что снижает его надежность. The disadvantages of the known filter design, taken as a prototype, is, firstly, the increase in the concentration polarization of the membrane in its center, due to the absence of a flux-distributing element that provides uniform distribution of the contaminated liquid flow over the membrane area and equalization of flow rates at any point in the membrane. This circumstance leads to a decrease in the service life and reliability during filtering due to the uneven deposition of particles over the membrane surface area. Secondly, the arrangement of the bayonet closure inside the filter housing reduces the effective surface of the membrane, which leads to a decrease in the filtering area, which reduces the filter performance and its service life, in addition, the internal arrangement of the bayonet closure leads to seizure of the membrane and gaskets during filter assembly, which reduces its reliability.

Цель изобретения повышение ресурса работы и надежности фильтра. The purpose of the invention to increase the service life and reliability of the filter.

Поставленная цель достигается тем, что в полимерном фильтре для микрофильтрации верхняя и нижняя крышки выполнены с пазами и выступами по периметру, входящими друг в друга, потокораспределительными элементами, симметрично размещенными на внутренних поверхностях обеих крышек и выполненными в виде радиальных ребер с увеличивающейся к центру высотой, при этом крышки соединены между собой при помощи байонетного затвора, образованного кольцевым прижимным устройством с зацепами, входящими в зацепление с расположенными на верхней крышке выступами, имеющими винтовую поверхность. This goal is achieved by the fact that in the polymer filter for microfiltration the upper and lower covers are made with grooves and protrusions around the perimeter, which are included in each other, flow distribution elements symmetrically placed on the inner surfaces of both covers and made in the form of radial ribs with increasing height to the center, the covers are interconnected by means of a bayonet lock formed by an annular clamping device with hooks engaged with those located on the top cover stupas having a helical surface.

Введение новых существенных признаков касающихся наличия на крышках выступов и пазов, входящих друг к друга, обеспечивает в предложенной конструкции предотвращение и исключение задиров и слипания мембраны и уплотнительных прокладок при попарном складывании полимерных крышек и при воздействии байонетного зажима, что, в отличие от прототипа, повышает надежность фильтра при его сборке и последующей эксплуатации. В предложенном техническом решении крышки под воздействием байонетного затвора перемещаются только в одном направлении, т.е. навстречу друг другу с уменьшением зазора и без тангенциального воздействия на полупроницаемую мембрану, чем и обуславливается повышение надежности предложенного фильтра. The introduction of new significant features regarding the presence of protrusions and grooves on the covers that come together, provides the prevention and exclusion of scuffing and sticking of the membrane and sealing gaskets during pairwise folding of polymer covers and when exposed to a bayonet clip, which, in contrast to the prototype, increases reliability of the filter during its assembly and subsequent operation. In the proposed technical solution, the covers move only in one direction under the influence of the bayonet lock, i.e. towards each other with a decrease in the gap and without tangential impact on the semi-permeable membrane, which determines the reliability of the proposed filter.

Введение другого существенного отличительного признака, касающегося наличия на верхней и нижней крышках потокораспределительных элементов, симметрично размещенных на внутренних поверхностях обеих крышек и выполненных в виде радиальных ребер с увеличивающейся к центру высотой, позволяет создать систему потокораспределяющих в радиальном направлении каналов с постоянной площадью поперечного сечения по ходу потока фильтруемой жидкости, что обеспечивает в устройстве равномерные распределение потока по поверхности мембраны, предотвращение образования местных участков и зон повышения концентрационной поляризованности, чем обуславливается повышение производительности и ресурса работы полупроницаемой мембраны, а также надежности устройства при фильтровании. Сходящиеся к центру ребра равномерно распределяют поток жидкости над мембраной, что увеличивает ресурс ее работы и надежность фильтрования. Кроме того, при складывании крышек, ребра с обеих сторон контактируют с поверхностью дренажных подложек, которые, в свою очередь, воздействуют на мембрану равномерно с обеих сторон, что предотвращает нахождение ее в напряженном состоянии и исключение такого явления как "парусение" мембраны под воздействием гидродинамического потока, что повышает надежность фильтрования. The introduction of another significant distinguishing feature regarding the presence on the upper and lower covers of flow-distributing elements symmetrically placed on the inner surfaces of both covers and made in the form of radial ribs with increasing height to the center, allows you to create a system of flux-distributing channels in the radial direction with a constant cross-sectional area along the way the flow of the filtered fluid, which ensures uniform distribution of the flow over the membrane surface in the device, preventing schenie formation of local regions and zones enhance the polarization of concentration than is caused by an increase of productivity and the service life of a semipermeable membrane, as well as device reliability by filtration. The ribs converging to the center evenly distribute the fluid flow over the membrane, which increases its service life and filtering reliability. In addition, when folding the covers, the ribs on both sides come in contact with the surface of the drainage substrates, which, in turn, act on the membrane evenly on both sides, which prevents it from being stressed and eliminating the phenomenon of “sailing” of the membrane under the influence of hydrodynamic flow, which increases the reliability of the filter.

Введение отличительного признака, касающегося устройства байонетного затвора, позволяет разместить запорное устройство на наружной поверхности корпуса, в частности на наружной поверхности крышек, что обуславливает увеличение эффективной площади полупроницаемой мембраны, и существенное повышение производительности фильтра. Кроме того, расположение элементов запорного устройства по периферии дискообразной верхней крышки и байонетного затвора, позволяет увеличить длину хода байонетного соединения и одновременно уменьшить прикладываемое и необходимое для полной герметизации усилие, что повышает надежность герметизации сопрягаемых деталей, а также уменьшает высоту крышек фильтра, образующих его корпус. The introduction of a distinctive feature regarding the bayonet lock device allows you to place the locking device on the outer surface of the housing, in particular on the outer surface of the covers, which leads to an increase in the effective area of the semi-permeable membrane, and a significant increase in the filter performance. In addition, the location of the elements of the locking device on the periphery of the disk-shaped top cover and bayonet lock allows you to increase the stroke length of the bayonet connection and at the same time reduce the force applied and necessary for complete sealing, which increases the reliability of sealing of mating parts, and also reduces the height of the filter covers forming its housing .

Таким образом, предлагаемый полимерный фильтр характеризуется новой совокупностью признаков, позволяющей получить положительный эффект без ухудшения других технико-экономических показателей, что свидетельствует о наличии в предлагаемом техническом решении существенных отличий, которым не обладает прототип. Thus, the proposed polymer filter is characterized by a new set of features that allows you to get a positive effect without compromising other technical and economic indicators, which indicates the presence in the proposed technical solution of significant differences that the prototype does not have.

На фиг. 1 представлен фильтр в сборе; на фиг. 2 крышка с размещенными упорами и ребрами; на фиг. 3 фильтр с деталями запорного устройства. In FIG. 1 shows a filter assembly; in FIG. 2 cover with placed stops and ribs; in FIG. 3 filter with parts of the locking device.

Полимерный фильтр для микрофильтрации содержит полупроницаемую мембрану 1, выполненную из тонкой полимерной пленки, например полиэтилентерефталатной. Мембрана 1 размещена между двумя дренажными подложками 2, размещенными в камере, образованной верхней крышкой 3 и нижней крышкой 4. При этом крышка 3 имеет штуцер 5 для подвода фильтруемой жидкости, а крышка 4 штуцер 6 для отвода фильтрата. Верхняя крышка 3 соединена с нижней крышкой 4 при помощи байонетного затвора 7, а мембрана между дренажными подложками по периметру герметизирована резиновым уплотнением 8. Верхняя и нижние крышки содержат выступы 9, симметрично расположенные по окружности и впадины равные по длине выступам. На внутренней поверхности обеих крышек симметрично расположены потокораспределительные элементы 10, выполненные в виде ребер с увеличивающейся к центру высотой. Байонетный затвор 7 содержит симметрично расположенные зацепы 11 и выступы 12, а верхняя крышка 3 содержит зацепы 13 и выступы 14 с винтовой поверхностью. Зацепы 13 верхней крышки 3 входят в зацепление с выступами 12 байонетного затвора 7, а зацепы 11 байонетного затвора 7 входят в зацепление с выступами 14 верхней крышки 3. The microfiltration polymer filter comprises a semipermeable membrane 1 made of a thin polymer film, for example polyethylene terephthalate. The membrane 1 is placed between two drainage substrates 2 located in the chamber formed by the upper cover 3 and the lower cover 4. In this case, the cover 3 has a nozzle 5 for supplying a filtered fluid, and a cover 4 a nozzle 6 for draining the filtrate. The upper cover 3 is connected to the lower cover 4 by means of a bayonet lock 7, and the membrane between the drainage substrates is sealed around the perimeter by a rubber seal 8. The upper and lower covers contain protrusions 9 symmetrically spaced around the circumference and valleys equal in length to the protrusions. On the inner surface of both covers symmetrically located flow distribution elements 10, made in the form of ribs with increasing height to the center. Bayonet shutter 7 contains symmetrically located hooks 11 and protrusions 12, and the top cover 3 contains hooks 13 and protrusions 14 with a helical surface. The hooks 13 of the top cover 3 engage with the protrusions 12 of the bayonet closure 7, and the hooks 11 of the bayonet closure 7 engage with the protrusions 14 of the top cover 3.

При сборке фильтра мембрану 2 накладывают на нижнюю крышку 4, в которую предварительно укладывают дренажную подложку 2 и уплотнительное кольцо 8. Затем устанавливают верхнюю крышку 3 с уложенными в нее дренажной подложкой 2 и уплотнительным кольцом 8, совмещая при этом выступы 9 верхней крышки 3 с ответными впадинами в нижней крышке 4. Далее на нижнюю крышку 4 помещают байонетный затвор 7 так, чтобы его зацепы 11 вошли в зацепление с выступами 14 верхней крышки 3. Поворачивая с небольшим усилием (от руки) байонетный затвор 7 относительно верхней крышки 3 осуществляют прижим крышек и герметизацию фильтра. При этом выступы 9 верхней и нижней крышек препятствуют их провороту относительно друг друга и смятию мембраны, что повышает надежность герметизации. When assembling the filter, the membrane 2 is applied to the lower cover 4, into which the drainage substrate 2 and the sealing ring 8 are pre-laid. Then, the upper cover 3 is installed with the drainage substrate 2 and the sealing ring 8 laid in it, while combining the protrusions 9 of the upper cover 3 with the return by depressions in the lower cover 4. Next, a bayonet shutter 7 is placed on the lower cover 4 so that its hooks 11 engage with the protrusions 14 of the upper cover 3. Turning the bayonet shutter 7 relative to the upper roofs with little effort (by hand) Ki 3 carry out the clamping of the covers and sealing the filter. In this case, the protrusions 9 of the upper and lower covers prevent their rotation relative to each other and the collapse of the membrane, which increases the reliability of the seal.

Полимерный фильтр для микрофильтрации работает следующим образом. A polymer filter for microfiltration works as follows.

Поток фильтруемой жидкости подается через штуцер 5 верхней крышки 3 и распределяется через каналы, образованные радиальными ребрами 10 по поверхности мембраны 1. Отфильтровываясь через мембрану 1, жидкость через каналы, образованные радиальными ребрами 10 нижней крышки 4, отводится через штуцер 6 в емкость для сбора фильтрата. The flow of filtered fluid is fed through the nozzle 5 of the upper cover 3 and is distributed through the channels formed by the radial ribs 10 on the surface of the membrane 1. Filtering through the membrane 1, the liquid through the channels formed by the radial ribs 10 of the lower cover 4 is discharged through the nozzle 6 into the container for collecting the filtrate .

При этом дренажные подложки 2 препятствуют прогибу мембраны 1 под воздействием давления фильтруемой жидкости. When this drainage substrate 2 prevent the deflection of the membrane 1 under the influence of the pressure of the filtered fluid.

Таким образом, в предлагаемой конструкции фильтра повышается эффективная площадь фильтрации мембраны, увеличивается надежность ее крепления и герметизации. Thus, in the proposed filter design, the effective membrane filtration area is increased, the reliability of its fastening and sealing is increased.

Claims

A POLYMERIC FILTER FOR MICROFILTRATION, comprising a membrane placed between two drainage substrates inside the chamber, formed by an upper and lower cover with fittings, and a bayonet lock, characterized in that the upper and lower covers are made with grooves and protrusions along the perimeter that enter into each other, and flow-distributing elements in the form of radial ribs with a height increasing to the center, symmetrically placed on the inner surfaces of both covers, while the covers are interconnected using a bayonet the shutter, made in the form of an annular clamp with hooks that engage with protrusions located on the top cover having a helical surface.