过滤板组件的制作方法

本发明涉及一种过滤板组件，包括被配置用于错流过滤的至少一个过滤板，所述过滤板包括围筑至少两个内部渗出液通道的第一刚性平面正方形或长方形表面和第二刚性平面正方形或长方形表面，所述第一表面和第二表面包括与所述内部渗出液通道流体连接的贯穿孔。

本发明涉及精滤或微滤、超滤和分子纳滤或分子反渗透(RO)过滤。

术语“精滤”适用于通过过滤板中的50-500微米狭缝或孔的过滤，而“微滤”通常适用于在百分之几微米和到几十微米之间的介质悬浮物颗粒尺寸，且在仅为零巴(bar)以上到几巴的低压差下进行。微滤例如用于牛奶的无菌过滤。超滤例如用于将大的有机分子与矿物分子或小的有机分子分离，且需要更高的压差，例如在1-15bar之间，而对于纳滤和反渗透，需要甚至更高的压差，因此过滤装置必须经充分设计以承受高压差。

术语“渗出液”用于指代已通过过滤器的介质，且术语“渗余液”是指待滤除的介质。

背景技术：

板式过滤模块作为浸没组件、板框装置或内通道变型体使用。

浸没组件通常用于膜生物反应器且可利用多个现有设计，通常是很少侧重于清洁能力的大的平板构件(TW200920471,US2013043189)，因为它们反正也是处理废水，或作为用于非常干净的水的保护过滤器。

板框装置通常用于制药或生物制药工艺工业应用，且这些装置通常具有自由流动过滤能力。由于板在框中被压在一起，所以所述装置具有许多长的连接处，易于泄露。现有技术的变型是在GB1381681中所述的流体分离装置，其中膜被粘接到板框挤压型装置的槽纹板组件中。这些板框过滤单元还具有非常高的平方米价格，这是因为它们是非常复杂的高科技装置。

内通道板装置，例如在US4816150、JP20088183561或US 5626752中描述的平面过滤构件，指出平面膜垫到目前为止被形成为以各种方式将单独部件-膜垫或平板膜片压在一起的复合组件，因此渗出液出口与待过滤的介质利用某种类型的垫圈或密封效果而分开，所述垫圈或密封效果由挤压式或夹紧式垫圈或作为垫圈的膜形成。

组合型板式过滤装置例如JPS59062323基于圆形、碟形板，由具有一个渗出液中心出口的两个半板组合而成。

包括上述那些的所有已知的膜过滤构件类型，都具有不定向控制的渗出液流，因此渗出侧不能通过清洁介质冲洗而得以清洁，而是它们在清洁介质通过膜侧进入时通过对渗出侧的浸泡而得以清洁，然后当使用高温清洁介质时被以有机地和细菌性地清洁(例子有如在KR20110008224中所示的复合膜，在W02011019278中的板框模块或EP0129663中的过滤垫)。但是同样非经控制的和不可冲洗的渗出侧限制了其中浓缩边界层位于渗出侧的应用(通常为气体应用)的效率。

此外，过滤板装置通常被配置为实现低的压力损失并相对于过滤板的尺寸对过滤能力进行优化。

技术实现要素：

本发明的目的是提供解决上述问题中的一个或多个的过滤板组件。

这通过过滤板组件实现，其中所述过滤板组件包括至少第一渗出液出口和第二渗出液出口，且其中每个内部渗出液通道从所述第一渗出液出口延伸到所述第二渗出液出口，所述贯穿孔包括狭缝或孔，所述狭缝或孔以锥形形成，其朝向过滤板的外侧具有较小开口且朝向内部渗出液通道变宽。

在此，通过清洁介质从第一渗出液出口到第二渗出液出口的冲洗实现了能够清洁过滤板的渗出侧，且渗出侧会避免堵塞流动，且锥形形式支撑渗余液和渗出液之间的压力梯度，同时允许在渗出液通道中实现冲洗流动。

同时，所述渗出液通道和连接的出口允许不受阻碍地排出渗出液，从而提高了过滤区域的流量。

在实施方式中，所述至少两个渗出液出口相对于所述过滤板的所述平面表面横向延伸。垂直的出口允许针对渗出液通道具有大的进出面积，因此允许在清洁操作期间在两个出口之间具有高的流速，且同时大通道降低了渗出液出口的反向压力。

在实施方式中，所述过滤板包括突起，所述突起构成所述渗出液出口。当过滤板堆叠在一起时，突起形成渗出液出口，使部件的数量保持最小。

在实施方式中，所述过滤板包括紧邻所述过滤板的所述第一带孔外表面和第二带孔外表面处定位的至少一个滤片。在此，过滤板组件可以包括两层具有不同性质的过滤器，且取决于被选择作为附加穿孔过滤器的膜实现非常精细的微滤或超滤。

在实施方式中，所述过滤板包括两个半板，所述两个半板在两个半板的周边处接合到一起且所述两个半板形状相同，使得部件的数量保持最小。接合区将过滤板内侧的渗出液与过滤板外侧的渗余液隔绝。

在另一实施方式中，所述过滤板组件包括多个过滤板，所述过滤板平行并列放置使得带孔表面面向相邻过滤板的带孔表面，所述多个过滤板形成用于待过滤介质的正方形或长方形入口，使得所述介质能够在过滤板之间通过，允许在小的占地上形成大的膜面积。

在实施方式中，所述过滤板组件包括至少两个渗出液出口，每个过滤板的所述至少两个渗出液出口组合形成相对于所述过滤板的平面表面横向延伸的两个组合的渗出液出口。所述组合的渗出液出口能够密封以在板组件的一侧关闭，从而减少了连接数量，且仍能允许通过本发明的功能进行冲洗。

在实施方式中，所述过滤板包括一个或多个用于将两个相邻过滤板接合的接合点，所述接合点与所述突出的渗出液出口一起限定了两个过滤板之间的距离。

在实施方式中，所述过滤板组件由多个形状相同的过滤板组成，且其中渗出液出口通过所述半过滤板的结合部分形成。

在实施方式中，所述至少两个渗出液出口远离彼此布置，使得所述第一渗出液出口位于待过滤介质的入口处，且使得所述第二渗出液出口位于渗余液出口处。因此，可以通过冲洗而有效地清洁过滤板组件。

具有可清洁的渗出侧的过滤装置的实施方式具有内部通道型的、通常为矩形刚性平板过滤板的方式，所述板通过将两个平的半过滤板接合形成，通过半板表面中的贯穿狭缝或孔形成过滤效果，所述贯穿孔连接至所述板中的通道，从而所接合的板在两侧的都具有过滤区域，在所述半板会合处具有多个渗出液流通道。所述两个半板可完全相同或具有不同设计，然而却具有相似的穿孔，因此具有相同的过滤功能。

于是，用于渗出液的内部有意成形的通道通向垂直于所述板的成对出口，所述板出口形成出口通道，用于来自过滤装置的渗出液。这些出口则能够用于清洁渗出侧，在清洁期间，清洁介质通过一个出口进入且从另一个出口出来，用清洁介质的冲洗流来清洁渗出液通道。如果方便，一侧的出口能够被密封以限制连接的数量，同时仍通过连接出口的通道保持清洁能力。

在板的过滤区域中穿孔的数量被最大化，然而受连接至成对出口的用于渗出液的连接通道的可能密度的限制，这是因为所述板必须是足够刚性以耐受操作，且必须被设计成耐受介质流和渗出液流之间的压差。

在一个接合的过滤装置中，过滤板能够从几个板到几十个板堆叠在一起。过滤板则以针对待过滤介质的间隔进行堆叠，以向外部提供间隙供待过滤介质进入或流动。

过滤表面能用精细过滤表面覆盖，确保了细滤器(通常为有机平板膜)的密封接合，因此能够实现非常精细的微滤或超滤甚或分子过滤。

连接成对出口的、过滤板中的多个通道形成为使得渗出液能够从板的入口到板出口以可以忽略的压力损失离开该板，且使得在CIP(原位清洁)期间能够通过从一个出口到另一个出口的清洁介质流来清洁通道。因此，渗出液排出并非是随机的流设置，而是受控制的通道型流，其能够从一端到另一端通过成对出口进行冲洗且因此得到清洁。该冲洗能力也能够在其中需要对渗出侧进行清扫的一些应用中使用。

本发明于是提供了一种过滤装置，其与已知的过滤和膜过滤装置相比，具有如下优点：同时具有可清洁的渗出侧，待过滤液体流的自由流动，若堆叠则由过滤板之间的距离(1-6mm)限定，过滤板具有有限厚度但刚性使得可实现紧凑装置(厚度为3-6mm，由两个接合的半板构成)，该过滤装置具有有限长度(10-100cm)的待过滤液体的路径和无阻碍的短的(5-50cm)但较大的直径(约为过滤板厚度的一半)的多个排出导引通道(用于通向成对的、更大的垂直出口通道的渗出液排出)，和总体结构，其具有足够的机械强度以保持不变的几何形状，从而在压力、介质和温度限制及令人满意的建造成本的情况下确保流体动力学条件的稳定性。

过滤狭缝或孔以锥形形成，其朝向外侧具有较小开口且朝向通道变宽，因此确保了在渗出液出口路径中具有最小化堵塞。狭缝或孔的尺寸根据所需的过滤程度设定，通常为50-500微米。

优选的穿孔过滤狭缝为100-150微米宽、5mm长，彼此隔开5mm，确保充足面积用于渗出液出口，而同时支持了板的压差并维持了刚性板功能。当用膜布覆盖时，这些过滤狭缝确保充足面积用于渗出液出口并针对跨膜压力对膜进行支撑。

过滤板的尺寸根据过滤区域的需要设定并通常为从10cm×10cm的过滤区域到50cm×100cm的过滤区域，用于工业应用的通常尺寸为20cm×20cm到20cm×100cm。

平面过滤板通常厚度为4-6mm，在过滤区域下方渗出液通道在直径上通常为板厚度一半左右，过滤区域由从通道通向板表面的狭缝或孔形成。通道通向板出口，所述板出口的尺寸设定为使得以可以忽略的压力损失将所有渗出液从过滤装置导引至出口，通常板出口的直径为10-50mm。

所接合的板各自形成(带孔的)压力容器使得当从出口施加回流和压力时，能够进行对贯穿孔的反冲洗，从而清洁有效过滤区域——狭缝或孔或附加的膜或细滤器。

在经测定和证明的本发明的实施中，过滤板组件由硬质塑料模制板以33块过滤板堆叠构成，每个过滤板宽度为200mm且厚度为4mm，板间间隔为2mm，因此堆叠件具有200mm×200mm的长方形渗余液错流“入口形式”。每个过滤板设计为在每侧具有大约为200mm×200mm的过滤区域。每个过滤板由2块厚度为2mm的相同半板构成，其模制形成有16个等距分开的、半径为2mm的内部渗出液通道，其任一端连接至Φ16mm的垂直突出渗出液入口孔/出口孔。半通道设计有多个具有0.1mm×5mm孔眼的锥形狭缝。当所述半板被接合时，形成Φ2mm的内部渗出液通道，且当这些过滤板然后堆叠时，通过突出的出口在堆叠中形成Φ16mm的岐管通道，2个通道于是向渗出侧提供4个出口/入口点。通过接合的渗出液通道和固定至所述堆叠的侧面的附加接合构件，以所选择的2mm的板间隔在几个点处刚性地连接过滤板，将所述堆叠形成为刚性的。

所述的实施因此支持对渗出侧的冲洗清洁流，在所述渗出侧能够实现对所有内部通道的湍流冲洗。通过向成对的渗出液通道提供约7m3/h的清洁流，能够以0.1bar的小压差确保在较大的渗出液出口中以及在较小的渗出液通道中的湍流冲洗清洁流。为了避免在渗出液冲洗期间的反向压力，渗余液压力应保持略高。

刚性接合结构允许过滤装置在操作期间暴露于平行于过滤板的机械运动(假设与过滤装置柔性连接)。过滤表面相对于待过滤介质的这种运动能够用很少的能量，保持过滤表面清洁且确保邻近过滤表面处更低的介质浓度梯度，从而增加了每平方米过滤区域的渗出液的流量且保持过滤器运行更长时间。

用于过滤装置的材料通常为聚合或共聚热塑性材料，但可以为金属源或任何其它合适材料，所述材料能够耐受待过滤介质、所需的温度跨度(通常为5-75摄氏度)以及用于清洁过滤装置的介质。而且，材料的选择必须预见所述过滤装置的热膨胀和刚性。优选的实施是模制塑料(例如聚丙烯)的过滤板，且用高分子膜作为细滤器使用，这两种材料是市场上易得的食品级版。其它实施可以为各种材料的烧结件或3D打印版。

将过滤装置部件接合成一体，包括半板与半板的接合、细滤器与过滤板的接合和过滤板与堆叠的接合，可以为激光焊接、直接或间接热焊接、超声焊接、使用胶或溶剂、或采用设计成零件的机械构件或连接的机械接合。在优选的实施中，通过对设计部件的非常特定的区域的热焊接将塑料部件焊接在一起，所述过滤板部件通过聚合物热塑性材料的注塑成型模制而成。

附图说明

在下面的描述中参考附图公开了本发明的其它特征和优点，其中：

图1是过滤板的透视图；

图2是过滤板的分解透视图；

图3是与过滤板的纵向延伸垂直的横截面视图，示出两个渗出液通道；

图4是过滤板组件的透视图。

具体实施方式

图1示出过滤装置的一个实施方式，其具有通过将两个半过滤板(2，3)接合形成的一个过滤板(1)的形式。在所示出的实施方式中，在过滤区域(6)的任一侧具有过滤装置的渗出液出口(4，5)，且未示出过滤区域，其中精细过滤构件覆盖多个狭缝状贯穿孔(10)。如图所示，多个通道(9)连接每个过滤板上的所述两个渗出液出口，且所述贯穿孔通向所述通道。根据对出口区域的需要，能够在所述装置的一侧将渗出液出口封上。

图2以分解视图示出两个半过滤板(2，3)，示出了过滤板的内部渗出液通道(9)连接过滤板出口(4，5)，且还示出内部通道布局的变型。在连接至较大的出口孔(4，5)之前，通道(9)可以以歧管状通道的形式连接。考虑到针对渗出液的短而有效的排放通道(9)，为了方便，所述出口孔能够例如设置于相对的拐角处或并排设置。在较大的板中，可能需要更多成对的出口以确保排放以及对渗出侧的清洁。

过滤板(1)包括接合点(8)，所述结合点连同突出的渗出液出口还作为间隔点，使得待过滤的介质能够在两个相邻过滤板(1)之间通过过滤板组件(20)。在图2中示出4个结合点(8)，且它们位于过滤板周边处以避免阻碍介质通过过滤板组件(20)。

接合点(8)被示为相对于过滤板(1)的表面横向延伸的实心圆柱形突起。可替选地，板间距离能够通过位于过滤板组件边缘处的机械构件来支撑。

图3示出过滤板的细节，该过滤板具有通向过滤板中的渗出液通道(9)的过滤板锥形贯穿孔(10)的示例，且(E)示出了半过滤板(2，3)的接合区域，且(F)示出了细滤布(7)在过滤板两侧的接合区域。在图中，所述两个半板(2，3)在周边(E)处接合。还示出过滤板由两个不同的半过滤板构成的例子，其中通道主要在一个半板中形成。所述两个半板的接合(E)必须确保所接合的过滤板的内部沿所有边缘完全密封，使得滤液只进入指定过滤区域处的渗出侧。为了确保刚性的过滤板，当两个半过滤板(2，3)接合成一个过滤板(1)时，过滤板可以在板区域内的各个点处接合。

过滤器(7)被接合(F)至半板的表面。在过滤板的两侧接合(F)细滤器(当这与过滤装置的应用相关时)必须同样确保所接合的过滤板的内部沿所有边缘完全密封，使得滤液只进入指定过滤区域处的渗出侧。为了确保细滤器刚性固定至过滤板，细滤器可以在边缘内的各个点处被接合，因为这将允许对细滤器进行无故障反洗或反冲洗。

实验已经表明，通过塑料注塑成型制得的具有2mm板厚度且具有2mm渗出液通道的2个半板形成的过滤板对于宽度为20cm、长度为90cm的过滤板具有良好的刚性结构，且侧向间隔5mm且纵向沿着渗出液通道的狭缝(0.1mm×5mm)具有到开口的微滤有机膜的良好排放能力并提供良好支持以耐受高于10bar(当需要时)的高反膜压力。

图4示出形成为多板过滤装置(20)的堆叠的过滤板，以及滤液流/渗余液流(A，B)和渗出液流(C，D)。“渗余液”是用于待滤除的介质的术语，当过滤装置在错流模式下使用时，待过滤的介质可以是以连续流动的流形式进入(A)和离开(B)过滤装置中的过滤区域的液体流的形式。在图中，示出两个渗出液出口，且在CIP清洁(即，原位清洁)期间，清洁介质能够进入一个渗出液出口且从另一个渗出液出口离开，从而清洁所述过滤装置的渗出侧。

过滤板组件(20，1)(也称作“过滤装置”)包括过滤板(1)。过滤板组件包括多个过滤板(1)，所述过滤板平行并列设置使得带孔表面面向相邻过滤板(1)的带孔表面，两个相邻过滤板具有1-6mm的距离使得所述介质(A)能够在过滤板(1)之间通过过滤板组件(20)。所述多个过滤板(1)形成用于待过滤介质(A)的正方形或长方形入口。

过滤板组件(20，1)包括两个渗出液出口。每个过滤板的圆柱形突起(4，5)(如图1和图2中所示)组合形成所述两个组合的渗出液出口(4，5)，其相对于所述过滤板(1)的平面表面的延伸而横向延伸。

不言而喻，在不背离本发明的范围和精神的情况下可以对所述示例进行不同的变型。

下文公开另外的实施方式。

渗出侧可清洁的清洁型过滤装置由平的长条形刚性过滤板(1)形成，所述过滤板(1)由以确保密封(E)的方式至少围绕边缘进行接合的两个半板(2，3)组成；所述半板在外侧具有基本相同的带孔表面，且具有厚度使得给出用于内部通道(9)的空间，所述通道平行于平整表面，用于通过多个贯穿孔(10)进入的渗出介质的畅通的通道型排放；所述通道通向与过滤板表面垂直的成对出口(4，5)，使得这些形成出口通道，用于从堆叠的过滤装置渗出的介质。渗出液通道(9)、进而过滤板中的过滤区域的渗出侧或背侧能够在清洁期间通过使清洁介质进入成对出口中的一个(例如(4))并通过成对出口中的另一个(例如(5))离开该过滤装置而得到冲洗。

所接合的过滤板的结构应当形成过滤装置的足够刚性的结构，以在机械应力、热应力和化学应力下提供良好的尺寸稳定性。

过滤装置用于通过覆盖过滤区域(6)的附加细滤器(7)提供比通过过滤板中的贯穿孔提供的过滤更精细的过滤，且其中贯穿孔(10)和过滤板(1)提供用于细滤器的排放，因此过滤装置作为细滤器的收集器和支承体；所述细滤器例如为适于微滤、超滤、纳滤或反渗透过滤的细筛孔板或膜；与过滤板结合的细滤器以使得在边缘处确保密封的方式完全覆盖带孔的过滤区域(6)。细滤器(7)以多个点或线接合至过滤板(1)，因此已过滤的渗出液的回流能够冲洗有效过滤区域而不会损坏细滤器，并且因此在需要清洁前能够实现更长的过滤时间。细滤器(7)结合在过滤板上，作为由球或纤维或织造材料形成的膜或者被模制为有机膜或这些的组合，因此构成微滤、超滤、纳滤或反渗透过滤，且其中过滤板(1)作为细滤器(7)的收集器和支承体。

刚性结构允许过滤装置暴露于平行于过滤板并因此平行于过滤表面的机械运动和待过滤的介质，保持过滤表面清洁且确保邻近过滤表面处较低的介质浓度梯度，从而增加了每平方米过滤区域的渗出液的流量且保持过滤器可工作更长时间。

厚度在2mm和6mm之间的过滤板(1)包括两个半板(3，4)，所述半板通常以塑料或其它耐受介质且刚性的材料模制而成，且具有提供空间用于几十平方厘米到几十平方分米的过滤区域的尺寸，并且具有用于已过滤介质的、约为过滤板厚度的一半的内部通道，且具有连接过滤板表面和内部通道的多个锥形过滤贯穿口例如狭缝或孔，在表面处有0.05-0.5mm的贯穿开口；通向过滤板出口(4，5)的所述内部通道通常直径为10-50mm。

过滤板(1)被堆叠且接合成一体，其中所堆叠的过滤板的数量通常适于形成方形尺寸的过滤装置(从流方向的进口和出口侧看)，在相对设置的过滤板之间，用于待过滤介质的开口和自由通道在1mm和6mm之间。应当注意，总体设计因此给出了在一个紧凑的过滤装置中具有很多平方米的过滤区域的可行性。

将半板(2，3)接合成边缘处密封的过滤板，以及将边缘处密封的细滤器(7)结合至过滤板(1)，以及过滤板出口与过滤板出口(4，5)的密封接合或接合点(8)的接合，所述接合能够通过直接或间接或激光或超声或其它方式应用的热用于再熔化所述部件的材料、或用于熔化所添加的材料、或用于介质以溶解材料、或添加胶、或添加机械固定件或上述的组合以将组件或子组件结实地接合在一起，形成过滤装置。

所有部件可以为具有可追踪来源的食品级或药品级材料，使得过滤装置适于人类食品类消费品等。所使用的材料优选为能够通过再熔化得以再利用或作为清洁的化石类燃料燃烧的塑性材料。

所述装置的部件通过3D打印或其它方式的烧结而制成。