專利名稱：盒式過濾裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于實現(xiàn)液體成分過濾的一次性膜過濾裝置，其中， 供應液體被引入到裝置中，并且過濾物流以及可選地滯留物流從裝置 被去除。更具體地講，本發(fā)明涉及一次性切向流膜過濾裝置或者垂直 流(dead-ended flow)膜過濾裝置，其通過以下方式被形成并可選地 被密封，利用一體成型至過濾板的墊圈，所述墊圈選擇性密封過濾膜。
背景技術：
在本發(fā)明之前，液體已經(jīng)在多個過濾模塊中被過濾，其中所述過 濾模塊在集管之間被堆疊，并單獨密封至集管板。每個模塊包括一個 或多個過濾層，所述過濾層通過具有一體的墊圈的熱塑板被隔離，以 允許并將液體供應流分配到裝置中，并且從裝置分配過濾物流。模塊 中的過濾可以被實施為切向流過濾(TFF)過程，其中輸入供應液體沿 切向流經(jīng)膜表面，以形成滯留物和過濾物?？蛇x地，過濾可以被實施 為垂直方式，或者被稱為垂直流過濾(NFF)，其中所有輸入供應流通 經(jīng)過膜過濾器，而固體和其它碎屑滯留在膜過濾器上。在后一種方式 中，僅僅過濾物被回收。
目前，新的膜制品由于現(xiàn)有裝置的結構而被限制。為了獲得用于 實現(xiàn)加工級的垂直流過濾足夠大的膜面積，膜被折疊并組裝在盒中。 這將新膜的成分限制于那些柔軟且薄的材料，并且限制了具有已經(jīng)知 改進過濾性能的對稱孔隙結構的膜。包括膜盒以及堆疊的盤的可選的 過濾結構取決于膜的灌封或熱學結合以形成密封，另外將膜成分限制 于適于熱學結合或灌封的材料，例如環(huán)氧樹脂、聚氨酯或硅酮。在切 向流過濾裝置的情況中，過濾物流從供應流和滯留物流被密封。粘合劑是不期望的，因為它們具有限制的化學兼容性，是顯著可萃取物的 源，對處理控制引入難度，造成結合強度限制，造成使用溫度限制， 并且增加處理循環(huán)時間。溶劑結合是不期望，這是因為溶劑造成環(huán)境 問題，并且造成制造工藝變化，同時潛在有用的聚合物通過它們的溶 解特征被限制。另外，已經(jīng)提出來，通過以下方式修改膜層的邊緣， 將聚合熱塑密封成分添加至膜層表面。然后，聚合熱塑密封成分被用 于將膜密封至附近的隔離層。因為聚合熱塑密封成分侵入膜層中是被 膜的小孔限制，所以密封成分與膜之間的密封強度相對較低。此外， 諸如所列舉的那些處理需要很大的發(fā)展并且對于膜中的每個對應成 分、孔尺寸以及所使用的熱塑性塑料而言是特別的。附加地，期望的 是用熱塑性塑料或熱固材料形成殼體，其不可能熱學結合，或者環(huán)氧 樹脂或硅酮并不粘合。膜與熱塑性板的熱學結合在本技術領域中也是 已知的，然而，要求膜可與熱塑性過濾板兼容。目前，膜材料是由以
下不同的材料制成，例如聚四氟乙烯(PTFE);聚偏氟乙烯(PVDF);
聚醚砜(PES);纖維素和聚酰胺(尼龍)，這要求大量的過濾制造工藝， 并且不利于使用新的、新穎的膜材料。
在工業(yè)中已經(jīng)知道利用諸如硅酮和熱塑性彈性體的墊片進行密 封。然而，其通常應用于容納在單對塑料或不銹鋼板內(nèi)的單個過濾層。 如果需要更大的過濾面積以實現(xiàn)特定的分離，則各個殼體將以平行的 方式在外側垂直安置，由于額外的確認以及清潔，這將是令人討厭的、 不期望的過程。
美國專利公開文獻No. 5429742公開了一種過濾盒，包括多個過 濾膜成型在其中的熱塑性框架。熱塑性框架被成型成，提供流體通道， 確保待過濾的輸入流體將通過膜，這是在將過濾的流體從過濾盒去除 之前進行的?？蚣芎竦阶阋允沟每梢孕纬上鄬τ谀砘氐牧黧w通道。 所述的過濾盒需要膜被插入成型，這將構成殼體的材料限制于那些可 適于包覆成型的以及那些將于過濾層形成密封的材料。
美國專利申請公開文獻No. 2004/0226875A1公開了一種過濾模 塊，其中供應物、過濾物以及可選滯留物的期望的流體通道的密封通 過以下方式實現(xiàn)，以加熱密封期望的結構的隔離層的周邊。這種設計限制于僅僅以這種方式可以工作的幾種材料。
因此，期望的是，提供一種多層過濾裝置，所述過濾裝置利用多 個過濾元件，各層合適地被密封而不使用粘合劑或溶劑結合。另外， 期望的是提供這樣一種過濾裝置，其并不限于膜的成分或過濾板。而 且，期望的是提供切向流或垂直過濾裝置，該過濾裝置每單元容積包 含大量過濾層，它們可以形成為堆疊體，并且可以被合適地密封以在 堆疊體內(nèi)限定流體流道。另外，期望的是提供一種切向流或垂直過濾 裝置，該過濾裝置每容積包含大量過濾層，它們可以形成為堆疊體， 并且可以被合適地密封以在堆疊體內(nèi)限定流體流道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有墊圈的盒式過濾裝置，其包括過濾膜。所 述膜通過以下方式在模塊中被固定就位，將墊圈以除了粘合至供應板 或過濾板以外的方式進行匹配。過濾裝置是由過濾模塊的堆疊體形成。 過濾模塊是由供應板、過濾板以及定位在所述各板之間的過濾膜形成。 供應板和過濾板設有墊圈，所述墊圈限定供應物、過濾物以及可選的
滯留物的期望的流體通道。墊圈可以定位成限定垂直流過濾(NFF) 或切向流過濾(TFF)。過濾模塊是通過以下方式被形成的，將供應板 和過濾板與它們之間定位的膜鎖配在一起。多個過濾模塊然后也經(jīng)由 鎖配的方式被堆疊，并且固定在兩個集管之間，所述集管在過濾裝置 中提供了期望的流體流。集管定位并夾持在所述各板之間，將墊圈固 定就位，抵抗著流體流的壓力保持密封。


圖la是本發(fā)明的TFF供應板的第一表面的透視圖lb是包含膜的、圖1的TFF供應板的第二表面的透視圖2a是相對于圖la的第一表面180°定位的、本發(fā)明的TFF供應
板的第一表面的透視圖2b是包含膜的、圖2a的TFF過濾板的底側表面的透視圖； 圖3是分別包含供應板和過濾板的、本發(fā)明的兩個TFF過濾模塊
的分解視圖；圖4是本發(fā)明的TFF過濾裝置的透視圖5是用在本發(fā)明中的鎖配結構的側視圖6是用在本發(fā)明中的可選的鎖配結構的側視圖7是本發(fā)明的TFF裝置的透視圖8是本發(fā)明的NFF過濾模塊的分解視圖9a是本發(fā)明的NFF供應板的第一表面的透視圖9b是圖9a的NFF供應板的第二表面的透視圖10a是本發(fā)明的NFF過濾板的第一表面的透視圖10b是圖10a的NFF過濾板的第二表面的透視圖11是本發(fā)明的NFF裝置的透視圖。
具體實施例方式
如圖la、 lb、 2a和2b所示的供應板和過濾板具有相同的襯墊結 構以及無襯墊孔結構。通過以下方式獲得通過相鄰的供應板和過濾板 的期望的流體流，以這樣的方式定位具有無襯墊孔的表面，從而防止 過濾物與供應物或滯留物之一混合。
參看圖la和lb，示出了供應板1的兩個表面la和lb。如圖la 所示，表面la包括外周墊圈2。每個孔3和4由墊圈包圍。如圖lb 所示，表面lb包含外周墊圈11以及內(nèi)周墊圈2b (如虛線所示)。每個 孔5和6是未襯墊的并且是打開的。供應物通過孔5進入表面la。每 個孔7和8是襯墊的。穿孔6a設置成允許流體供應物通過板1并通過 過濾膜9。盡管穿孔6a布置成E的結構，但是應該理解的是，它們可 以是任一的結構，從而供應物流經(jīng)板1。供應物進入頂側表面la，通 過穿孔6a并通過過濾膜9，以作為過濾物排出。未過濾的供應物作為 滯留物通過孔6從表面la離開。
參看圖2a和2b，示出了過濾板10的兩個表面10a和10b。表面 10a包括外周墊圈22以及內(nèi)周墊圈22a。每個孔15和16由墊圈包圍。 表面10b包括外周墊圈13。每個孔17和18通向流體流，并且由抬高 的穿孔區(qū)段包圍，以在16和15周圍提供支承墊圈。這防止了在操作 壓力之下密封破壞。相似抬高的、穿孔區(qū)段設置在表面10b上，以提 供對于墊圈22a的支承。每個孔19和20由墊圈包圍。穿孔17a設置成穿過板10，以允許過濾的流體供應物從表面10b通至表面10a。圖 !b的墊圈2b以及圖2b的墊片22a用于在兩個表面lb和la彼此匹配 時密封過濾膜9的周邊。包圍孔8和15的墊圈彼此相互接觸以形成密 封。包圍孔7a和16的墊圈彼此接觸以形成密封。
如圖3所示，供應板1和過濾板IO連接在一起，以在它們之間包 圍和密封過濾膜9，并且密封供應板1的周邊以及過濾板10的周邊。 彼此相互匹配的兩個板10的表面具有同一結構，該結構如圖所示是在 具有穿孔17a的板10的表面上?？?周圍的墊圈密封與孔16周圍的 墊圈密封匹配。孔4周圍的墊圈密封與孔15周圍的墊圈密封匹配。如 圖3所示，輸入流體供應物7通過孔5，橫貫表面la，通過穿孔6a， 通過膜過濾器9 (圖lb)(成為過濾物8a)。通過將供應物7a通過多孔 表面33形成第二過濾物8b。在成型板1時可形成多孔表面33。過濾 物8a與通過穿孔17a的過濾物8b混合以形成過濾物流8c。滯留物12a 通過孔6和15。
參看圖4， TFF過濾裝置35包括集管36和37、過濾模塊38的堆 疊體、供應物入口 40、過濾物出口 42以及滯留物出口 44。過濾模塊 38和集管36和37通過螺栓45保持在板41與43之間。
參看圖5，示出了鎖配連接器。包括兩個柔性叉48的陽連接元件 46連接至過濾板10。叉48裝配在供應板1內(nèi)的陰連接器49a中。
參看圖6，示出了可選的鎖配連接器。陽連接元件51連接至過濾 板10。連接元件51裝配到供應板1中的陰連接器53中。
參看圖7，示出了TFF過濾模塊。由供應板25和過濾板27形成 的過濾元件28定位在集管(manifold) 32與集管34之間。集管32設 有供應物入口 12和過濾物出口 36。集管34設有過濾物出口 38以及 供應物入口40。 一組過濾物出口裝置42設置在集管34上，而第二組 過濾物出口裝置44設置在集管32上。過濾物出口裝置42和44通過 過濾導管通道46連接至過濾物出口 36和38。孔48在所示的供應板 25的表面上不由墊片密封?？?8在未示出的供應板25的表面上由墊 圈密封?？?9在示出的和未示出的過濾板27的表面上由墊圈密封。 板25的孔50在示出的板25的表面上并不由墊圈密封，并且在未示出的板25的表面上被密封。板27上的孔47在示出的板25的表面上由 墊圈密封，并且在未示出的板27的表面上不由墊圈密封。板25和27 上的墊圈的結構確保流體流按照由箭頭51、 53、 55、 57、 59、 61、 65、 36和38依次所示出現(xiàn)，從而所有液體供應物通過過濾膜63。輸入供 應物由箭頭12和40表示。
參照圖8，過濾元件28包括供應板25、過濾膜54、過濾板27以 及第二過濾板58。供應板25和過濾板27分別設有開孔76和卯以及 墊圈孔78和79，這些確保了流體流按照由箭頭51a、 53a、 55a、 57a、 59a、 6U、 63a、 65a和67a依次所示出現(xiàn)。
參看圖9a和9b，示出了供應板25的兩個表面25a和25b。表面 25a包括外周墊圈66以及內(nèi)周墊圈68。每個孔70和72由墊圈包圍。 表面25b包括外周墊圈74。每個孔76通至流體流。每個孔7S由墊圈 包圍。膜54定位在表面25a上，并且由墊圈66和68包圍。
參看圖10a和圖10b,示出了過濾板27的兩個表面27a和27b。 表面27a包括外周墊圈80和內(nèi)周墊圈82。每個孔84和86由墊圈包圍。 表面27b包括外周墊圈88。每個孔卯通至流體流。膜54由墊圈80 和82包圍。每個孔92由墊圈包圍。
圖9a、 9b、 10a和10b的供應板25和過濾板27連接在一起，以 在它們之間包圍并密封過濾膜54。密封實現(xiàn)成，外周墊圈66和80匹 配以形成密封。周邊墊圈68和82也與它們之間的過濾膜54匹配?？?70周圍的墊圈與孔84周圍的墊圈匹配。孔72周圍的墊圈與孔86周 圍的墊圈密封匹配。參看圖ll， NFF過濾模塊98包括集管32和34、 過濾模塊100的堆疊體、供應物入口 102以及過濾物出口 104。過濾 模塊100和集管32和34通過螺栓110在板106與108之間被保持。
圖4和11的過濾裝置在使用的過程中從集管夾緊至集管，以將壓 力施加至如上所述的墊圈。在完成過濾之后，夾緊被釋放，并且過濾 模塊的堆疊體被廢棄。
過濾膜是由包括復合膜的單層或多層形成。
本發(fā)明可以用于超濾(UF)、微米過濾(MF)式過濾器、納米過 濾式過濾器、以及粗糙或宏觀過濾器等。超濾式(UF)過濾器，可用在本發(fā)明中，可由以下組分形成，包 括但不限于聚醚砜，包含聚砜、聚醚砜、聚苯砜以及聚芳砜；聚偏氟 乙烯；纖維素和其衍生物，例如硝化纖維素和再生纖維素。這些過濾 器大體上包括大體由高度多孔結構形成的支承層。用于這些支承層的 大多數(shù)材料包括各種不同的無紡材料，例如紡粘的(spun bounded)聚 乙烯或聚丙烯；紙或玻璃或由與過濾器本身相同或不同聚合物形成的 微孔材料?？蛇x地，支承物可以是可形成有或未形成有大孔隙的超濾 過濾器的開放多孔的、非對稱整體部分。這種過濾器在本技術領域中 是已知的，并且可以從諸如BiUerica， MA的Millipore公司的各種不 同的源購得。
合適的UF過濾器包括再生纖維素或聚砜過濾器，例如可從 Billerica， MA的Millipore公司購得的Y1VFM或Biomax⑧過濾器。
權利要求
1.一種過濾裝置，包括至少一個過濾模塊，所述過濾模塊包含供應板、過濾板以及通過所述供應板和所述過濾板上的墊圈在所述供應板與所述過濾板之間定位的過濾膜。
2. 根據(jù)權利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，所述過濾裝置 包括多個所述過濾模塊。
3. 根據(jù)權利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，所述過濾裝置 包括一個或多個流體通道，所述流體通道在所述過濾裝置內(nèi)實現(xiàn)切向 流過濾。
4. 根據(jù)權利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，所述過濾裝置 包括一個或多個流體通道，所述流體通道在所述過濾裝置內(nèi)實現(xiàn)垂直 流過濾。
5. 根據(jù)權利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，所述供應板和 所述過濾板與它們之間的所述膜鎖配在一起。
6. 根據(jù)權利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，所述過濾裝置 包括多個所述過濾模塊，并且所述供應板和所述過濾板與它們之間的 所述膜鎖配在一起。
7. 根據(jù)權利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，所述過濾裝置 包括多個所述過濾模塊，流體的流動過濾方式選自垂直流過濾與切向 流過濾，并且所述供應板和所述過濾板與它們之間的所述膜鎖配在一 起。
8. 根據(jù)權利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，所述墊圈在所 述板上被成型就位。
全文摘要
提供了一種過濾裝置，其中，過濾膜通過墊圈被定位在供應板和過濾板上，而不是粘結至它們。
文檔編號B01D63/08GK101298005SQ20081008631
公開日2008年11月5日 申請日期2008年3月25日 優(yōu)先權日2007年3月26日
發(fā)明者D·德科斯特, J·W·馬爾登, S·P·普羅克斯 申請人:米利波爾公司