專利名稱：從液體中去除固體的過濾器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種從液體中去除固體的過濾器。這種過濾器特別旨在，但是不僅限于，為純化飲用及鍋爐等各方面用水從水中去除固體的用途。
水的供應極為緊缺，而且不經處理就不能用于飲用、農業或者工業。海洋構成最豐富的水源，但是含有大量的不溶解固體(百萬分之30000到40000。取決于具體的地理位置海水中還有大量懸浮的泥和/或沙。因此不管在哪方面使用都必須先過濾和淡化才行。
河流、湖泊和地下水源常沾染不可溶固體和懸浮或者彌散在水中的固態物質。此外還可能有要由微濾或者超濾去除的生物物質。
本發明的目的是提供一種對公知的過濾器進行了改進的過濾器。
根據本發明的一個方面，提供有一種過濾器，含有一個有待過濾水進水口的機殼、一個在所述機殼中的從進入機殼中的水內去除固體的第一級過濾裝置，和一個在機殼中并且流入來自第一級過濾裝置的水的第二級過濾裝置，并且第二級過濾裝置包括用于進行超濾或者微濾和/或去除溶解在水中的固體的反滲透膜。
在優選的形式中，所述的機殼是細長形的，所述的第一和第二級過濾裝置在所述機殼的縱向上相互鄰接。
根據本發明的另一個方面，提供一種過濾器，含有界定一個細長空間的細長機殼，一個通至所說空間的待純化水的入水口，一個滲透水離開所述空間的出水口，和一個海水流出所述空間的出水口，在所述空間中用于去除經所述入水口進入所述空間的水中的固體的第一級過濾裝置，一個形成所述空間部分的腔室，和一個第二級過濾裝置，所述第二級過濾裝置包括用于進行超濾或者微濾和/或去除溶解在水中的固體的反滲透膜，所述第一級過濾裝置、所述腔室和濾膜放置得使水沿機殼的縱向流過所述第一級過濾裝置到所述腔室，然后經所述第二級過濾裝置到所述腔室的出水口。
現在以舉例的方式參照附圖進行說明，以更好理解本發明并且表示本發明是如何起作用的。
圖1是根據本發明的過濾器的示意截面，圖1還表示連接過濾器的管路；圖2是圖1過濾器的圓盤的前視圖，圖2的比例尺大于圖1的比例尺；圖3是經圖2的Ⅲ-Ⅲ線上的圓盤的截面；圖4是圓盤的后視圖；圖5是螺旋水流引導件的視圖，比例尺大于圖2到圖4的比例尺；圖6是表示一部分過濾器的工作方式的截面，比例尺大得多；圖7是反滲濾芯的圖解；圖8是經另一形式的過濾器的截面圖；圖9是圖8的過濾器的端視圖；圖10是圖8和9的過濾器的“分解”示意圖；圖11是圖8至圖10的過濾器一部分的圖解，比例尺較大；圖12是經另一形式過濾器的截面；圖13是圖12的過濾器的端視圖；圖14是是圖12和13的過濾器的“分解”示意圖。
圖1所示的過濾器標以10，含有多個標以12的微孔的管路。每個管路12中有一個回彎14，各管路的末端連接一個裝配在圓柱形機殼18中的圓盤16。在機殼18和圓盤16之間設有密封墊(未示)，所述密封墊裝配在形成于圓盤16的外周邊中的槽20(具體見圖2)。
機殼的相對的末端由端蓋22和24關閉，端蓋22和24由兩部件的鎖定環結構26固定就位。每個鎖定環結構26的外環28在用玻璃纖維強化和樹脂制造機殼時嵌埋在機殼18的壁中。內環30是可以取下的裂環的形式，在插入環28之前把內環30的直徑縮小。可以通過縮小直徑的方式取走內環30而后把內環滑出機殼18，從而釋放端蓋。
端蓋22、24與機殼18之間由O形密封圈(未示出)密封，O形密封圈在端蓋22、24的槽32和34中。
端蓋22和圓盤16界定一個包含管路12的空腔36。管子38穿過端蓋22、跨越腔室36，并且在末端與圓盤16的中心孔40連通。孔42通過端蓋22并且與腔室36連通。泵44由管路44與孔42連接并且把待過濾的水從水源48饋送到腔室36。泵44還連接到清潔的、過濾后的水的蓄水池50。閥52、54選擇性地讓泵44抽吸過濾后的水或者原料水。
圓盤16有孔56穿過，各個管路12的末端與相應的孔56連通，而這些管路在腔室36內并在圓盤16之下呈U字形下垂。孔56不是軸向安排的而是有一個角度(見圖2-4)，從而進入標號為58的形成于圓盤16的上面中的圓錐形渦流室中的水在渦流腔58中旋流。由圖2和4可見所述孔56安排成螺旋陣列。
一個螺旋式的水流引導件60與圓盤16形成整體，或者固定于其上，并且位于渦流室58中。所述水流引導件在從圓盤16的主體突出的法蘭緣62上。
渦流室58構成由圓盤16和端蓋24界定的標號為64的空間的一個端部。
在空間64中有一個中空的機殼66，包含兩片水可以經之滲透的膜材料。此兩片膜材料沿其周邊焊接或者以其它的方式固定在一起。什么類型的膜材料都可以使用。例如，超濾膜，微濾膜或者反滲膜都可以使用。在膜片焊接在一起時，焊接進兩個管子68和70。管子68從機殼66伸出，經過機殼18的壁伸到一個截流閥72。截流閥72連接到一個壓力氣源或者水源。
管子70通過端蓋24的中心孔76從機殼18中露出，然后與閥78連接。可以設多個并排的機殼66形成一個組合單元。在機殼66之內的墊片80和機殼66之間的其它墊片(未示出)可防止各機殼在正常工作時塌陷，也防止機殼66在受到內壓時過度膨脹。
殘留有任何固體的水的出水孔82穿過端蓋24。管路84從孔82通向三通管86。與三通管連接的其它管路標號是88和90。管路88通向閥門92，而管路90通向閥門94。
在閥門94和泵44之間有一個三通管96。閥門98連接在管路46和三通管96之間。一個支管100從管路46通向閥門102。管子38由管路104連接到閥門106上。
使用中，含有待過濾的固體的水由泵44從水源48抽出，并且在壓力下經三通管96、閥門98和管路46饋送到腔室36。管路12濾掉水中的大塊固體，如后文所述。
經管壁的微孔滲透管路12的管壁的水流入其內部，沿管路12的微孔流動，進入孔56然后流進渦流室58。
孔56進入渦流室58的角度，以及螺旋引導件60的設置形式，促使水能夠在渦流室58和空間64緊靠渦流室上方的部分中形成渦流。
開始時，閥門106完全打開，空間64中的壓力產生一個很強的初始水流，這個水流流過中心孔40、管子38、和管路104。這將在渦流室58的中心導致渦流的產生。
未被管路12過濾掉的大塊固體進入孔40。應當理解，進入孔40的所有的水流入廢水中。從開始工作起調節流經閥門106的水流速，一直到保持連續渦流存在所需要的最小的水流出量。通過調節此流速，可以得到一種抑制通常與主渦流同軸存在的所謂過流渦流的流型。實驗工作表明，主渦流伸過圓盤16上方一定的距離，強度一直下降，最后不可測出。在主渦流的上方有一個向上方向的水流，但是很少有或者根本沒有能帶著固體顆粒向上流動的過流渦流。
水經過構成機殼66的膜材料滲透時發生過濾過程的最后階段。固體顆粒留在機殼66的外面，而實質上去掉了固體顆粒的水經管子70流到閥門78，然后到蓄水池、供水管，或者用水點。
監測過濾器10的出水孔76處的壓力，并且當檢出壓力量不足時，啟動自動清洗程序。
清洗程序的主要部分包括短時間關閉閥門52、98、92和106和短時間打開閥門54、94和102。這導致從蓄水池50吸入清潔水和由泵44經閥門94向空間64抽出清潔水。空間64中的壓力上升使管路12中壓力同數量的上升。經管路12的微孔返流的水流清潔管路，將在后文加以說明。這里清潔管路12是通過暫時地把其內壓提高到外壓之上實現的。
從管路12外側沉積的物質經孔42、管路100和閥門102從腔室36排出。
水的返流使得室58中的渦流消失，當重新開啟閥門53、98、92和106并且重新關閉閥門54、94和102時，必須充分開啟閥門106，然后調節之以重新建立渦流。
因為把清潔的水饋送到空間64中，清潔管路12的過程中不會打斷流經機殼66的水流。
為清潔機殼66，短時間打開閥門72，典型地為一秒鐘或者一秒鐘以下，從而使壓力下的氣體或者水充脹機殼66。同時短時間地關閉閥門78。機殼66之間的外部墊片防止它們過度膨脹和爆裂。機殼的突然膨脹把附著在其外壁上的固體物質排出，而從空間64流到孔82的正常水流把排出的固體物質帶走經閥門92排出。
應當理解各個機殼66都有管子68和管子70。管子68和管子70通向一個公共的岐管。
管子12是具有固體物質不會很強地附著在上面的表面的橡膠、橡膠合成物或者合成塑料的。需要的這類表面可以與機動車輛的輪胎相比擬。盡管泥土可以粘在輪胎上，但是連接得不緊密，如果泥土干燥了，易于踢掉，如果是濕的則易于沖洗。
各個管路12在其中有多個從管的外表面通向管的內表面的微孔。在圖6中示這樣的一個微孔，標以108。在管的外表面上的微孔108大于在管的內表面上的微孔。優選地，微孔外端的直徑在5微米的范圍內，而微孔內端的直徑在一或兩個微米的數量級。管壁的厚度約為15毫米。
在圖3中標號是110的固體顆粒沉積在微孔108中，在開機后的一個短時間內(從幾秒到幾分鐘)，各個孔108之中有一定量的顆粒，這些顆粒起過濾器的作用，使水能夠進入管路12的空的內部，卻阻止其它的固體物質通過。應當理解，水經過由各個微孔108中的顆粒構成的過濾器時，水中夾帶的固體物質沉積在管路12的外表面上。這樣聚集的固體物質在圖6中標號是112。當如前文所述水反方向經微孔108流動時，沖洗走積累的固體物質。
我們還發現，各個微孔108兩端的壓降不應當過高。如果壓降過高，微孔108中的顆粒110和聚集的固體112被這種力吸入微孔108中，而使之難于清除集聚的固體物質112。從而阻塞微孔108，并且，經過管路12中的微孔18從管路46流到管的空的內部然后流到渦流室58的水流會顯著下降。
機殼66可以用螺旋地卷繞的膜代替，例如圖7所示的濾芯114形式的反滲膜代替。將參照圖13和14詳細說明這樣的過濾器。
濾芯114含有一個中心管116，各含有兩個復合聚合物片120和122及一個中間墊片124的反滲單元118卷繞在中心管116上。管116上有孔126，此孔沿所述管排成行。在標號128的滲透通道中的水經這些孔進入管116。鹽滯留通道標號為130。
兩個片120和122沿其三個邊緣焊接在一起以形成每個反滲單元118。第四個邊不焊接在一起，而是用膠在管116中排孔126的對側粘接固定在管116上。從而各排孔126與各個反滲單元的滲透通道128連通。
圖7中，只是為了說明的目的，頂部反滲單元118的膜片120和122分開表示，從而可以看見墊片124。另一個反滲單元118示為具有焊接在一起的膜片120和122的邊緣，因此看不見墊片124。
反滲單元118的數量取決于孔126的排數，因為每一個反滲單元都應當放置得使其滲透通道128與相應的孔排連通。
卷繞在管116上以后，各個反滲單元118的膜片120和122就與相鄰的反滲單元118的膜片118的膜片120和122面對面地接觸。
所有的反滲單元118都令其膜片120和122的內邊緣粘接在管116上以后，反滲單元就緊緊地卷繞在管116上然后用帶子包好以防止松開。然后設一個外套(未示出)以防止在向濾芯114中饋水后，向膜片120和122施加壓力時反滲單元118爆裂。外套筒裝配進機殼18中。
應當理解，通道130在卷繞的濾芯18的兩個軸向末端都是開放的。
濾芯與標號132和134的兩個端蓋結合使用。端蓋132含有一個圓盤136和一個繞圓盤136的周邊展開的法蘭緣138。端蓋132在鹽水流出現的濾芯末端。圓盤136上有一個與管116對齊的中心孔140，還有多個鹽水流經的孔142。在濾芯的末端和圓盤136之間有，例如兩到四厘米的間隙。端蓋132的作用是在直接靠近鹽水通道的出水口端產生一個回壓。孔140、142的軸與管116的軸線平行。
端蓋134在濾芯134的入水口端。它含有一個圓盤144，所述圓盤有一個與管116對齊的中心孔146和多個位于孔146和繞圓盤144的周邊展開的周圍法蘭150之間的孔148。圓盤144可以對著濾芯的末端從濾芯向上四個厘米。
孔148的軸不與管116的軸線平行而是與之有一個角度。這造成經過孔148的不連續的水流，并且以一個傾斜的并且不沿平行于管116的路徑沖擊濾芯的末端。孔的取向使得水流以與反滲單元卷繞相同的方向產生渦旋。
應當理解，濾芯114放置得以端蓋134鄰近圓盤16、而端蓋132在機殼18的另一端鄰接端蓋24。
現在參照圖8至11，這些圖表示一個過濾器152，過濾器152包含一個機殼154，其中有參照圖7說明的那種類型的膜式濾芯114和標號156的預過濾器。預過濾器56有三個包括網篩材料壁的圓筒158。圓筒158在腔室160中。腔室160的入水口標號為162。水流經網筒158的壁進入筒的內部，然后從此圓筒158的內部經孔166流到另一個腔室164。腔室164在一側連接到圓盤168上，圓筒158安裝在圓盤168上，并且在其中形成孔166，腔室164在另一側連接濾芯114的端蓋134。
鹽水離開濾芯114的出水口標號是170，而滲透過的水的出水口的標號是172，這些口在端蓋174上。
濾芯114和圓盤168由標號為176、178和180的墊片保持就位。入水口162在端蓋182中，此處有把端蓋182和端蓋174保持就位的環狀結構184和186。
一般地標以188的管路把圓筒158的內部連接到端蓋182中的出水口190。廢水管192從腔室164經端蓋182通到廢水池。
在正常工作時，其中包含有固體的水經入水口162進入過濾器，流經網狀圓筒158，經過孔166，跨過膜164，然后由此進入濾芯114的鹽滯留通道。滲透水經出水口172流出而鹽水經出水口170流出。
為了清洗過濾器，向出水口172供壓力水，此水從滲透水通道經過膜流到鹽滯留通道。從鹽滯留通道流入腔室164后，一些水可以經管192流到廢水池。
其余的水經孔166流到圓筒158內。進入圓筒158的水的一部分流過網以清潔圓筒的外表面。其余的水經管188流到出水口199，其中攜帶以前穿過圓筒158的網的固體物質。
把圖1所示的管路加以修改，以使濾芯可以通過去掉管子68并且把閥門72和水源74直接連接到孔76上加以清潔。在清潔膜的時候關閉閥門78。
最后參照圖12、13和14，這些圖表示類似于圖1所示的過濾器，但是此過濾器有一個濾芯114代替機殼66。而且，它在結構上與圖8到11的過濾器相似，但是以參照圖1加以描述的管路12代替網筒158。圖14的端蓋134表示為具有與圖10所示不同的孔的圖案。另外，只要在可行處，以圖12、13和14為一方面，以圖8至圖11為另一方面，采用類似的標號。
圖12至14的過濾器的以與上文對圖8至11說明的相同的方式進行清潔。
如圖1和12所示，包括渦流室58的過濾器以垂直位置工作。因此圖12至14的過濾器必須以垂直位置工作。圖8至11的過濾器可以水平地工作。
管路12可以去除尺寸在12微米以上的所有固體。取決于所用的網，過濾圓筒158去除所有約20微米以上的固體。預過濾器的選擇取決于饋送的水中的固體含量和所要求的最終的水的質量。
可以使用盤形過濾器(優選地為自動清潔的盤形過濾器)代替軟管12和圓筒158，或者用在水流到用于超濾或者微濾或除去可溶固體的濾芯114或者機殼66之前能去掉所要求的尺寸以上的固體的任何其它類型的過濾器代替軟管12和圓筒158。
如果在腔室160中放置橡膠狀材料的小球，它們會被流動的水推移并在所述腔室內到處“回彈”，保持固體處在懸浮狀態，從而有助于防止阻塞過濾器。
還可以通過突然關閉滲透水管路中的閥門來清潔膜。反方向的震動波搖動鹽滯留通道中的松散的固體。通過向滲透水管路中饋送壓力氣體也可以得到類似的效果。
還可以如PCT申請PCT/GB98/0054(WO98/30501)所述，圍繞濾芯114設置電螺線管，用于改善濾芯的性能。圖8和12中螺線管的標號是194、196和198。在制造機殼時把它們嵌埋在機殼的壁中。
權利要求
1．一種過濾器，含有一個有待過濾水的進水口的機殼、一個在所述機殼中的從進入機殼中的水內去除固體的第一級過濾裝置，和一個在機殼中并且流入來自第一級過濾裝置的水的第二級過濾裝置，并且第二級過濾裝置包括用于進行超濾或者微濾和/或去除溶解在水中的固體的反滲透膜。
2．根據權利要求1的過濾器，其特征在于，所述的機殼是細長形的，所述的第一和第二級過濾裝置在所述機殼的縱向上相互鄰接。
3．根據權利要求1的過濾器，其特征在于，機殼是豎直的，并且在所述機殼的下端有一個入水口，用于把待純化的水饋送進一個與所述機殼做在一起的入水腔室中；一個形成所述第一級過濾裝置的一部分且構成所述腔室的上端的圓盤，在所述圓盤中有多個孔；一個在所述圓盤上表面的渦流室，此渦流室是倒圓錐形的，多個穿過所述圓盤后進入所述渦流室的孔，這些孔的取向使得從孔中流入所述渦流室的水在所述渦流室內形成渦流，一個離開所述的渦流室向下經所述盤從所述渦流室的頂點出來的出水口，以及多個在所述室中的帶有微孔壁的管路，所述管路的內部與所述孔連通。
4．根據權利要求3的過濾器，其特征在于，所述孔按螺旋陣列通入所述渦流室中。
5．根據權利要求3或4的過濾器，其特征在于，還包括在所述渦流室中的一個螺旋引導件，用于促進所述渦流室中的螺旋水流。
6．根據權利要求3或4的過濾器，其特征在于，各個管路的每一端都與一個相應的所述孔連通，各管路在所述入水腔室中掛成U字形。
7．根據權利要求1、2、3或4的過濾器，其特征在于，所述第一級過濾裝置由一個含有多個壓在一起并且在其間具有過濾器通道的過濾器元件的過濾器構成。
8．根據權利要求1、2、3或4的過濾器，其特征在于，所述的第一級過濾裝置含有多個水經其流動的篩，這些篩把固體物質滯留住。
9．根據權利要求1的過濾器，其特征在于，所述的第二級過濾裝置含有多個在第二級腔室中的反滲膜的機殼，水從第一級過濾裝置流到第二級腔室；一個從每個機殼的內部出來的滲透水出水口；一個用于在壓力下把液體饋送到所述機殼從而暫時充脹機殼的裝置；和一個從所述第二級腔室出來的、用于帶有從滲透水分離出來的固體的水的出水口。
10．根據權利要求1的過濾器，其特征在于，所述的第二級過濾裝置含有卷繞在一個滲透水管上的反滲膜，后者位于水從第一級過濾裝置流入的第二級腔室中，還有向所述滲透水管中壓送清潔水，以反沖所述反滲膜的裝置。
11．根據權利要求1的過濾器，其特征在于，所述第一級過濾裝置包含多個有篩材料壁的隔間，所述隔間在過濾器的入水腔室中；一個從各個隔間通到所述第二級過濾裝置的第一出水口；一個從各個隔間中引出的第二出水口，在所述第二出水口中有一個常閉的閥門；和通過所述的篩材料從隔間的內側向所述入水腔室饋送水從而清潔所述篩材料、并且在所述的常閉閥門開啟時通過所述隔間向所述第二出水口饋送水的裝置。
12．一種過濾器，含有一個界定一細長空間的細長機殼，一個待純化的水進入所說空間的入水口，一個離開所述空間的滲透水出水口，和一個鹽水流出所述空間的出水口，一個在所述空間中用于從經所述入水口進入所述空間的水中去除固體的第一級過濾裝置，一個形成所述空間的一部分的腔室，和一個第二級過濾裝置，所述第二級過濾裝置包括用于進行超濾或者微濾和/或去除溶解在水中的固體的反滲透膜，所述第一級過濾裝置、所述腔室和反滲透膜放置得使水沿機殼的縱向流過所述第一級過濾裝置到所述腔室，然后從所述腔室經所述第二級過濾裝置流到出水口。
全文摘要
一種過濾器(10),具有一個殼體(8),后者具有一個需純化的水的進水口(42)。有一個從所述水中去除固體的第一級過濾裝置(12,16,58)。水從第一級過濾裝置流到一個第二級過濾裝置(66),后者對水進行超濾或微濾和/或經反滲透過濾。
文檔編號B01D29/62GK1296425SQ9980496
公開日2001年5月23日 申請日期1999年4月15日 優先權日1998年4月15日
發明者威廉·格雷厄姆 申請人:加菲爾德國際投資公司