CN1224449C - 薄膜过滤管*** - Google Patents

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Abstract

薄膜过滤管(1)用于连接具有一个或多个细长半透性聚合纤维束的过滤子模块(2)。管(1)包括一个外壳(3)和与外壳(3)相连的连接轴环(4)。轴环(4)适于接纳和定位子模块(2)，其中子模块设有一个具有锁定结构(6)的连接套管(5)。该子模块(2)能在一端被夹持装置(7)固定在轴环(4)上，夹持装置(7)适于使轴环和锁定结构接合以便防止子模块沿轴向从轴环中脱出。本发明也公开了薄膜过滤装置(25)，该装置包括一具有一个或多个细长半透性聚合纤维束的过滤子模块(2)。该装置还包括一个可拆卸地连接在过滤子模块(2)一端的薄膜过滤管和一个可拆卸地连接在上述过滤子模块另一端的基部元件(27)。

Description

薄膜过滤管***
发明领域
本发明涉及一种薄膜过滤管***。更确切地，本发明涉及一种用于中空纤维薄膜过滤器的薄膜过滤管***，该***包括细长的中空纤维薄膜束，其中需要过滤的物料是通过运送到纤维束外部而进行过滤的，而滤出液是从纤维内腔的一端或若干端进行排出的。上述***同样最好包括用于对纤维供料表面进行定期性清洗的清洗装置。
本发明一直主要应用在对大气压力开放的薄膜过滤***中，以下将对此进行描述。然而，应当理解到本发明并不限于上述特定的使用领域。
现有技术的描述
现有技术中通常的过滤管是应用在上述过滤***中。这些过滤***通常包括细长管状滤芯，其包围着一束中空纤维薄膜。管或集管的布置用于连接上述芯，通常在一端或两端进行连接，这些管用来使污染的物料、滤出液以及清洗液的各个流动通过该***发生分离和转向。在此，横流***通常具有两个物料管(进口和再循环出口)以及一个或两个过滤管。在现有技术的横流过滤***中，需要被过滤的物料流与薄膜表面相切或穿过薄膜表面而流动。这就对薄膜表面产生了一个清扫作用，使其更清洁。相反，设置为闭端操作的***在过滤模式中仅能利用一个物料入口管和一个过滤出口管。另外，这些现有技术中管或集管的布置常常设置成为方便构造成模块化的两维或三维芯阵列。
更典型地，现有技术中的过滤***如上所述，相对大气是密闭的。在该***中，需要过滤的流体(以下称之为物料)是在正压力下被输送到过滤器的。为了使这种类型的***有效操作，上述细长的管状过滤筒被装入气密外壳中。这种外壳随后再与既分离物料和滤出液又支承该气密外壳的过滤管管***相连。这种过滤管***也可以用于将清洗液引入过滤***。
现有技术中的过滤***，如上所述，也可以对大气环境开放。在该***中很典型的是，物料是在负压力下穿过薄膜进行提取的。这是通过在薄膜的滤出液侧施加一个负压力或吸力而实现的。这种***相比与大气相密闭的***而言易于应用更少的基础设施和基本工作，这是因为它们不再需要要求具有相对较高压力的元件。例如，在对大气开放的***中，无需将过滤筒装入单个气密外壳中。在这些***中很典型的是，过滤筒仅仅是基本浸入一个装有物料的开口箱中。在这个***中，希望设置一个合适的管，用来支承过滤筒并使滤出液在分离出物料和滤出液的同时从过滤器中抽取出。相似地，与密闭***一样，这种过滤管也可以用于支承一个清洗液***的目的。
现有技术的过滤***及其相关的上述过滤筒通常具有复杂的管道和部件布置，组装起来很困难并且费时。另外，现有技术的过滤***中实际的过滤管***元件自身也常常是一个复杂的部件组合。
上述现有技术的过滤***也需要常规检测来评定***的完整性。不完整可能是由于单个过滤薄膜中空纤维、O型圈或其它***元件的故障。完整性检测通常需要拆卸任一单个***元件或者过滤筒。在现有技术的传统过滤管中通常很难进行上述的拆卸操作。另外，如上所述，现有技术的过滤管可能包括许多复杂的部件。它随之要进行的对这些部件的完整性检测同样很费时。
本发明的目的是提供一种在此所述的过滤管***，该***至少能克服或改善现有技术中存在的一些缺陷，或者至少能提供一种有用的替代物。
发明概述
根据本发明的一个方面，提供了一个薄膜过滤管，用于连接一种具有一个或多个细长半透性聚合纤维束的过滤子模块，上述管包括：
一个外壳，和
至少一个与上述外壳相连的子模块连接轴环，该轴环适于接纳和定位上述子模块，上述子模块设有一个具有锁定结构的连接套管，由此该子模块能在一端被一个夹持装置固定在轴环上，上述夹持装置适于使上述轴环和上述锁定结构接合以便防止子模块沿轴向从轴环中脱出。
上述锁定结构最好包括一个形成在上述套管上的圆周凸缘。
同样，在一个最佳结构中，上述管的外壳和轴环在其之间还包括用于流体流通的通道。另外，上述外壳最好包括一个可拆卸的罩帽，用于与上述外壳形成气密性的密封接合。
根据本发明的第二方面，提供了一个薄膜过滤装置，包括：
一种具有一个或多个细长半透性聚合纤维束的过滤子模块；
一个可拆卸地连接在上述过滤子模块一端的顶部元件；和
一个可拆卸地连接在上述过滤子模块另一端的基部元件；
上述顶部元件是根据本发明第一方面的薄膜过滤管。
根据本发明的第三方面，提供了一个薄膜过滤装置排，包括：
若干根据本发明第二方面的薄膜过滤装置；
一个连接在至少一个薄膜过滤装置上的滤出液管道；和
一个连接在至少一个薄膜过滤装置上的清洗液管道。
上述模块组最好布置在一个垂直位置上，上述滤出液管道基本在上述顶部元件上方，上述清洗液管道基本在上述基部元件的上方。
根据本发明的第四方面，提供了一个薄膜过滤装置阵列，包括若干通过一系列滤出液管道相连的根据本发明第三方面的薄膜过滤装置排。
根据本发明的另一方面，提供了一个薄膜过滤装置阵列队，包括：
一管道阵列队；和
若干通过上述管道阵列队相连的根据本发明第四方面的薄膜过滤装置阵列。
附图的简要说明
以下将仅以实例并结合附图描述本发明的最佳实施例：
图1为本发明薄膜过滤管的透视图；
图2为图1中薄膜过滤管的另一透视图；
图3为通过锁定夹持装置而与管轴环相连接的子模块的截面图；
图4a为夹持装置的最佳实施例的等角图；
图4b为图4a中最佳实施例夹持装置的等角图；
图4c为夹持装置的替代实施例的等角图；
图5为图4a中锁定夹持装置的横截面侧视图；
图6a示出上述轴环的一个细节；
图6b示出上述轴环的另一个细节；
图7a为过滤子模块中连接套管的一个实施例的俯视图；
图7b为沿图7a中A-A线所截取的图8a中连接套管的一个截面图；
图7c为图7a中连接套管的一个侧剖视图；
图8a为过滤子模块中连接套管的替代实施例的俯视图；
图8b为沿图8a中B-B线所截取的图8a中连接套管的一个截面图；
图8c为图8a中连接套管的一个侧视图；
图9a为罩帽的一个透视图；
图9b为图9a中罩帽的另一个透视图；
图10为图1中薄膜过滤管的一个透视图，其中示出图9中正在使用着的罩帽；
图11为薄膜过滤装置排的一个侧视图；
图12a为薄膜过滤管在基部构造的一个侧面横截面图，其中示出清洗液从清洗液管道流经基部；
图12b为薄膜过滤管在基部构造的一个正面横截面图，其中示出清洗液从清洗液管道流经基部；
图13为薄膜过滤装置阵列的一个俯视图；
图14为在薄膜过滤装置阵列中的一个薄膜过滤装置排的透视图；
图15为薄膜过滤装置阵列队的一个等角图。
最佳实施例的描述
现在描述视图，薄膜过滤管***包括一个薄膜过滤管1，用于连接一种包括细长中空纤维薄膜束的过滤子模块2。图1和图2很好地示出，管的最佳实施例包括一个与四个子模块连接轴环4相连的外壳3。
如图3所示，该轴环4适于接纳和定位上述子模块2，上述子模块2设有一个具有锁定凸缘6的连接套管5。在该实施例中，子模块2能在一端被一个夹持装置7固定在相应的轴环4上，上述夹持装置7同时使上述子模块2和锁定凸缘6接合在一起，以便防止子模块2沿轴向从轴环4中脱出。锁定凸缘6进一步与轴环4的唇部8形成支承接合。接合和释放夹持装置7基本上能使子模块2与管1容易地进行相应的组合和拆卸。管1另外还包括一个位于上述外壳3和轴环4之间的用于流体流通的滤出液通道9和一个用于与清洗液管道11实现清洗液流通的清洗液通道10。
图4a、4b和5示出夹持装置7的最佳实施例。该夹持装置7具有一个基本为圆柱形的侧壁12，该侧壁12具有顶部凸缘13和底部凸缘14，每个凸缘都从侧壁12沿径向向内突出。该夹持装置7沿着一条平行与子模块2的直线被分割，以便允许夹持装置在沿轴向滑进或滑出与轴环4的锁定接合时能径向扩展。径向扩展是通过手动分开一对分别设在夹持装置凸缘13上并在裂口两侧上的突出物40而实现的。另外，夹持装置7弹性偏置以便能使夹持装置在其以弹簧锁的方式与子模块2和轴环4以弹簧锁方式接合时进行径向收缩。当使用夹持装置以便使子模块和锁定凸缘接合时，底部凸缘14锁定在子模块凸缘6上方，顶部凸缘13以支承方式与唇部8接合。另外，轴环4具有一个用于与顶部凸缘13进行锁定接合的梯状支座15。
图4c示出夹持装置7的一个替代实施例。该实施例具有附加的突出物41，有助于以手动方式将夹持装置7从子模块2和轴环4上拆下。附加的突出物41沿径向从夹持装置7的侧壁12并在侧壁12裂口的两侧上延伸。
图7a-c以及图8a-c示出子模块连接套管5的实施例。这些视图示出凸缘6的细节和连接套管5的O形圈支座通道17的特征。凸缘6的一侧18用于与轴环4支承接合，第二侧19用于与夹持装置7锁定接合。另外，图7a-c所示的子模块连接套管5的实施例具有一个用作O形圈支座的管道17，同时图8a-c所示的子模块连接套管5的实施例具有两个用作O形圈支座的管道17。
管1还可包括一个可拆卸的罩帽，用于与外壳进行气密性的密封接合。图9a和9b示出该罩帽的最佳实施例，其中该罩帽包括一个圆盘21，该圆盘上沿轴向延伸的螺纹轴22沿中心安装在一侧。该圆盘21同样在另一侧具有突出物23，以方便手动旋转罩帽20。该罩帽将在以下进行详细描述。
一个径向间隔的凸缘24在罩帽与上述轴22相同的一侧上从罩帽20沿轴向向外延伸。该凸缘允许罩帽20与外壳1形成气密性的密封接合。图10示出罩帽20在使用时的最佳实施例。
在如图11所示本发明的另一实施例中，一个薄膜过滤装置25包括一个顶部元件26和一个基部元件27，其中每个过滤装置都是上述薄膜过滤管的一个实施例并且与四个薄膜过滤子模块2相连。每个顶部元件26与滤出液管道28相连，以便在每个顶部元件26和滤出液管道28之间实现流体连通。在薄膜过滤管1用作顶部元件26时不再需要罩帽20。不需要罩帽20能允许在管1和滤出液管道28之间实现流体连通。
另外，特别在图12a和12b中示出，每个基部元件27与一个清洗液管道11相连，以便在每个基部元件27和清洗液管道11之间实现流体连通。在薄膜过滤管1用作基部元件27时，罩帽20的螺纹轴22以螺纹方式与清洗液管道11上的一个相应孔相接合。同样，在最佳实施例中，也不再需要夹持装置7来将子模块2锁定在基部元件上。这是因为子模块2将或者通过重力或者利用固定在其顶部元件26内合适位置的子模块顶部和夹持装置7，而固定在基部元件27的相应轴环4内。
在本发明的一个替代实施例中，上述轴22是中空的并具有一个内部螺纹部分。在该实施例中，轴22不是以螺纹方式与清洗液管道上的孔接合，而是以内部螺纹方式与一个从清洗液管道11垂直突出的配合轴相接合。
在本发明的另一实施例中，一个薄膜过滤装置排29包括若干上述薄膜过滤装置25，其中每个顶部元件与滤出液管道28相连，每个基部元件27与清洗液管道11相连。如图11所示，也可在其之间设置加强元件30，这样可有助于过滤***的物理稳定性。典型地，在每个装置排29中有八个布置在一个垂直位置上的薄膜过滤装置25。当应用在一个过滤***中时，装置排29基本浸入物料中，在此物料包含在一个具有开口顶部的箱31中。
最好，空气用作流经清洗液管道11的过滤子模块清洗液，。图11、12a和12b很好地示出，清洗液管道11基本在基部元件27的上方，并布置在一条位于轴环4之间并沿装置排29长度的直线上。这就允许清洗液管道11通过若干位于其下侧的通道10为基部元件27供应空气。通过清洗液管道11下侧为基部元件27供应空气使得可控制地释放清洗空气，保证了沿装置排29的整个长度均匀地进行分配。
在本发明的另一实施例中，过滤***包括一个薄膜过滤装置阵列，如图11和13所示包括若干薄膜过滤装置排29，其中每个滤出液管道28连接在一系列滤出液管道32上。
过滤装置排29另外还适于相对容易地从薄膜过滤装置阵列上拆下。当拆卸时，过滤装置排可以通过垂直地从该阵列上提升该装置排而从阵列上卸下。相似地，装置排也可以通过垂直地将装置排放进预定位置上而逐个地放置进阵列中。这样就使阵列的装卸变得更容易并且能更方便地接触到放置在阵列中心或靠近中心的子模块。
根据本发明的另一方面，提供了一个薄膜过滤装置阵列队，如图15所示包括若干图14所示的薄膜过滤装置阵列，其中滤出液管道阵列32通过管道阵列队33而连接，这样滤出液管道阵列32与管道阵列队33实现流体连接。
在过滤过程中，箱体31基本上连续地被填满物料，该物料依次将过滤子模块2的阵列浸没住。泵34通过从过滤子模块2抽取物料而生成滤出液。泵34所抽取出的负压下的滤出液，穿过管1，通过滤出液管道28、滤出液管道阵列32以及滤出液管道阵列队33并到达泵。滤出液随后离开泵，同时也通过一滤出液出口管道35而离开过滤***。
尽管已经通过特定实例以及使用在对大气开放的过滤***中的过滤管对本发明进行了描述，但是本领域技术人员能理解到本发明可以实现，以许多其它形式，包括使用在与大气相密闭的过滤***中的过滤管。

Claims (30)

1.一种薄膜过滤管，用于连接一种具有一个或多个细长半透性聚合纤维束的过滤子模块，上述管包括：
一个外壳，和
至少一个与上述外壳相连的子模块连接轴环，该轴环适于接纳和定位上述子模块，上述子模块设有一个具有锁定结构的连接套管，由此该子模块能在一端被一个夹持装置固定在轴环上，上述夹持装置适于使上述轴环和上述锁定结构接合并且至少部分地包围住上述轴环和上述锁定结构，以便防止子模块沿轴向从轴环中脱出。
2.如权利要求1所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述外壳与上述轴环流体连通。
3.如权利要求1或2所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述轴环具有一个内部梯状支座，用于与上述子模块的固定端形成支承接合。
4.如权利要求1或2所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述锁定结构包括一个形成在上述套管上的沿径向向外指向的圆周凸缘。
5.如权利要求1或2所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述夹持装置为圆柱形并具有一个侧壁，该侧壁被分割以便限定出对立的壁边缘。
6.如权利要求5所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述夹持装置包括一个邻近上述侧壁底部并沿径向向内指向的底部圆周凸缘，用于与上述形成在上述套管上并沿径向向外指向的圆周凸缘形成支承接合。
7.如权利要求5所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述侧壁包括一个位于或邻近上述侧壁顶部并沿径向向内指向的顶部圆周凸缘，用于与上述轴环上的一个配合台阶形成支承接合。
8.如权利要求5所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述夹持装置包括若干位于上述侧壁上邻近上述对立壁边缘的突出物。
9.如权利要求8所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述突出物基本上从上述顶部凸缘沿纵向延伸。
10.如权利要求6所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述顶部凸缘部分为圆周形。
11.如权利要求1或2所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述夹持装置可枢轴转动地连接在上述轴环上。
12.如权利要求1或2所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述夹持装置与上述轴环可相互接合。
13.如权利要求1或2所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述夹持装置适于与上述轴环形成偏心的圆周锁定接合。
14.如权利要求1或2所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述夹持装置是自动的。
15.如权利要求1或2所述的薄膜过滤管，其特征在于，该管还包括四个子模块连接轴环。
16.如权利要求15所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述轴环布置在一个共同的平面内并具有平行轴。
17.如权利要求15所述的薄膜过滤管，其特征在于，上述外壳的一端与每个轴环邻近，上述外壳的轴与上述轴环的轴平行。
18.一种薄膜过滤装置，包括：
一种具有一个或多个细长半透性聚合纤维束的过滤子模块；
一个可拆卸地连接在上述过滤子模块一端的顶部元件；和
一个可拆卸地连接在上述过滤子模块另一端的基部元件；
上述顶部元件是根据权利要求1-17任一项所述的薄膜过滤管。
19.如权利要求18所述的薄膜过滤装置，其特征在于，上述基部元件是如上述权利要求1到17中任何一个所述的薄膜过滤管。
20.如权利要求18或19所述的薄膜过滤装置，其特征在于，上述顶部元件适于与一个滤出液管道相连，以便在上述顶部元件和滤出液管道之间实现流体连通；上述基部元件适于与一个清洗液管道相连，以便在上述基部元件和清洗液管道之间实现流体连通。
21.如权利要求20所述的薄膜过滤装置，其特征在于，上述轴环设置成使上述清洗液管道至少部分地布置在两对上述轴环之间。
22.如权利要求18或19所述的薄膜过滤装置，其特征在于，上述基部元件包括一个可拆卸的罩帽，用于与上述外壳的另一端形成气密性的密封接合。
23.一种薄膜过滤装置排，包括：
若干根据权利要求18到22中任何一个所述的薄膜过滤装置；
一个连接在至少一个薄膜过滤装置上的滤出液管道；和
一个连接在至少一个薄膜过滤装置上的清洗液管道。
24.如权利要求23所述的薄膜过滤装置排，其特征在于，上述薄膜过滤装置布置在一个垂直位置上，上述滤出液管道基本在上述顶部元件上方，上述清洗液管道基本在上述基部元件的上方。
25.如权利要求24所述的薄膜过滤装置排，其特征在于，上述清洗液管道至少部分地布置在两对子模块轴环之间并且与上述外壳实现流体连通。
26.如权利要求23到25中任何一个所述的薄膜过滤装置排，其特征在于，上述清洗液管道通过该清洗液管道上的一个孔而与上述基部元件流体连通，以便允许清洗液从上述清洗液管道通过上述基部元件流到子模块。
27.如权利要求23到25中任何一个所述的薄膜过滤装置排，其特征在于，上述顶部元件的外壳与上述滤出液管道流体连通。
28.一种薄膜过滤装置阵列，包括若干通过一滤出液管道阵列相连并且相互平行的如权利要求23到27中任何一个所述的薄膜过滤装置排。
29.如权利要求28所述的薄膜过滤装置阵列，其特征在于，上述阵列适于***一个开口的物料箱中。
30.一种薄膜过滤装置阵列队，包括：
一管道阵列队；和
若干通过上述管道实现流体相连的如权利要求28或29所述的薄膜过滤装置阵列。
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