专利名称：从液体中去除固体的过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从液体中去除固体的过滤器。这种过滤器特别旨在，但是不仅限于，为纯化饮用及锅炉等各方面用水从水中去除固体的用途。
水的供应极为紧缺，而且不经处理就不能用于饮用、农业或者工业。海洋构成最丰富的水源，但是含有大量的不溶解固体(百万分之30000到40000。取决于具体的地理位置海水中还有大量悬浮的泥和/或沙。因此不管在哪方面使用都必须先过滤和淡化才行。
河流、湖泊和地下水源常沾染不可溶固体和悬浮或者弥散在水中的固态物质。此外还可能有要由微滤或者超滤去除的生物物质。
本发明的目的是提供一种对公知的过滤器进行了改进的过滤器。
根据本发明的一个方面，提供有一种过滤器，含有一个有待过滤水进水口的机壳、一个在所述机壳中的从进入机壳中的水内去除固体的第一级过滤装置，和一个在机壳中并且流入来自第一级过滤装置的水的第二级过滤装置，并且第二级过滤装置包括用于进行超滤或者微滤和/或去除溶解在水中的固体的反渗透膜。
在优选的形式中，所述的机壳是细长形的，所述的第一和第二级过滤装置在所述机壳的纵向上相互邻接。
根据本发明的另一个方面，提供一种过滤器，含有界定一个细长空间的细长机壳，一个通至所说空间的待纯化水的入水口，一个渗透水离开所述空间的出水口，和一个海水流出所述空间的出水口，在所述空间中用于去除经所述入水口进入所述空间的水中的固体的第一级过滤装置，一个形成所述空间部分的腔室，和一个第二级过滤装置，所述第二级过滤装置包括用于进行超滤或者微滤和/或去除溶解在水中的固体的反渗透膜，所述第一级过滤装置、所述腔室和滤膜放置得使水沿机壳的纵向流过所述第一级过滤装置到所述腔室，然后经所述第二级过滤装置到所述腔室的出水口。
现在以举例的方式参照附图进行说明，以更好理解本发明并且表示本发明是如何起作用的。
图1是根据本发明的过滤器的示意截面，图1还表示连接过滤器的管路；图2是图1过滤器的圆盘的前视图，图2的比例尺大于图1的比例尺；图3是经图2的Ⅲ-Ⅲ线上的圆盘的截面；图4是圆盘的后视图；图5是螺旋水流引导件的视图，比例尺大于图2到图4的比例尺；图6是表示一部分过滤器的工作方式的截面，比例尺大得多；图7是反渗滤芯的图解；图8是经另一形式的过滤器的截面图；图9是图8的过滤器的端视图；图10是图8和9的过滤器的“分解”示意图；图11是图8至图10的过滤器一部分的图解，比例尺较大；图12是经另一形式过滤器的截面；图13是图12的过滤器的端视图；图14是是图12和13的过滤器的“分解”示意图。
图1所示的过滤器标以10，含有多个标以12的微孔的管路。每个管路12中有一个回弯14，各管路的末端连接一个装配在圆柱形机壳18中的圆盘16。在机壳18和圆盘16之间设有密封垫(未示)，所述密封垫装配在形成于圆盘16的外周边中的槽20(具体见图2)。
机壳的相对的末端由端盖22和24关闭，端盖22和24由两部件的锁定环结构26固定就位。每个锁定环结构26的外环28在用玻璃纤维强化和树脂制造机壳时嵌埋在机壳18的壁中。内环30是可以取下的裂环的形式，在插入环28之前把内环30的直径缩小。可以通过缩小直径的方式取走内环30而后把内环滑出机壳18，从而释放端盖。
端盖22、24与机壳18之间由O形密封圈(未示出)密封，O形密封圈在端盖22、24的槽32和34中。
端盖22和圆盘16界定一个包含管路12的空腔36。管子38穿过端盖22、跨越腔室36，并且在末端与圆盘16的中心孔40连通。孔42通过端盖22并且与腔室36连通。泵44由管路44与孔42连接并且把待过滤的水从水源48馈送到腔室36。泵44还连接到清洁的、过滤后的水的蓄水池50。阀52、54选择性地让泵44抽吸过滤后的水或者原料水。
圆盘16有孔56穿过，各个管路12的末端与相应的孔56连通，而这些管路在腔室36内并在圆盘16之下呈U字形下垂。孔56不是轴向安排的而是有一个角度(见图2-4)，从而进入标号为58的形成于圆盘16的上面中的圆锥形涡流室中的水在涡流腔58中旋流。由图2和4可见所述孔56安排成螺旋阵列。
一个螺旋式的水流引导件60与圆盘16形成整体，或者固定于其上，并且位于涡流室58中。所述水流引导件在从圆盘16的主体突出的法兰缘62上。
涡流室58构成由圆盘16和端盖24界定的标号为64的空间的一个端部。
在空间64中有一个中空的机壳66，包含两片水可以经之渗透的膜材料。此两片膜材料沿其周边焊接或者以其它的方式固定在一起。什么类型的膜材料都可以使用。例如，超滤膜，微滤膜或者反渗膜都可以使用。在膜片焊接在一起时，焊接进两个管子68和70。管子68从机壳66伸出，经过机壳18的壁伸到一个截流阀72。截流阀72连接到一个压力气源或者水源。
管子70通过端盖24的中心孔76从机壳18中露出，然后与阀78连接。可以设多个并排的机壳66形成一个组合单元。在机壳66之内的垫片80和机壳66之间的其它垫片(未示出)可防止各机壳在正常工作时塌陷，也防止机壳66在受到内压时过度膨胀。
残留有任何固体的水的出水孔82穿过端盖24。管路84从孔82通向三通管86。与三通管连接的其它管路标号是88和90。管路88通向阀门92，而管路90通向阀门94。
在阀门94和泵44之间有一个三通管96。阀门98连接在管路46和三通管96之间。一个支管100从管路46通向阀门102。管子38由管路104连接到阀门106上。
使用中，含有待过滤的固体的水由泵44从水源48抽出，并且在压力下经三通管96、阀门98和管路46馈送到腔室36。管路12滤掉水中的大块固体，如后文所述。
经管壁的微孔渗透管路12的管壁的水流入其内部，沿管路12的微孔流动，进入孔56然后流进涡流室58。
孔56进入涡流室58的角度，以及螺旋引导件60的设置形式，促使水能够在涡流室58和空间64紧靠涡流室上方的部分中形成涡流。
开始时，阀门106完全打开，空间64中的压力产生一个很强的初始水流，这个水流流过中心孔40、管子38、和管路104。这将在涡流室58的中心导致涡流的产生。
未被管路12过滤掉的大块固体进入孔40。应当理解，进入孔40的所有的水流入废水中。从开始工作起调节流经阀门106的水流速，一直到保持连续涡流存在所需要的最小的水流出量。通过调节此流速，可以得到一种抑制通常与主涡流同轴存在的所谓过流涡流的流型。实验工作表明，主涡流伸过圆盘16上方一定的距离，强度一直下降，最后不可测出。在主涡流的上方有一个向上方向的水流，但是很少有或者根本没有能带着固体颗粒向上流动的过流涡流。
水经过构成机壳66的膜材料渗透时发生过滤过程的最后阶段。固体颗粒留在机壳66的外面，而实质上去掉了固体颗粒的水经管子70流到阀门78，然后到蓄水池、供水管，或者用水点。
监测过滤器10的出水孔76处的压力，并且当检出压力量不足时，启动自动清洗程序。
清洗程序的主要部分包括短时间关闭阀门52、98、92和106和短时间打开阀门54、94和102。这导致从蓄水池50吸入清洁水和由泵44经阀门94向空间64抽出清洁水。空间64中的压力上升使管路12中压力同数量的上升。经管路12的微孔返流的水流清洁管路，将在后文加以说明。这里清洁管路12是通过暂时地把其内压提高到外压之上实现的。
从管路12外侧沉积的物质经孔42、管路100和阀门102从腔室36排出。
水的返流使得室58中的涡流消失，当重新开启阀门53、98、92和106并且重新关闭阀门54、94和102时，必须充分开启阀门106，然后调节之以重新建立涡流。
因为把清洁的水馈送到空间64中，清洁管路12的过程中不会打断流经机壳66的水流。
为清洁机壳66，短时间打开阀门72，典型地为一秒钟或者一秒钟以下，从而使压力下的气体或者水充胀机壳66。同时短时间地关闭阀门78。机壳66之间的外部垫片防止它们过度膨胀和爆裂。机壳的突然膨胀把附着在其外壁上的固体物质排出，而从空间64流到孔82的正常水流把排出的固体物质带走经阀门92排出。
应当理解各个机壳66都有管子68和管子70。管子68和管子70通向一个公共的岐管。
管子12是具有固体物质不会很强地附着在上面的表面的橡胶、橡胶合成物或者合成塑料的。需要的这类表面可以与机动车辆的轮胎相比拟。尽管泥土可以粘在轮胎上，但是连接得不紧密，如果泥土干燥了，易于踢掉，如果是湿的则易于冲洗。
各个管路12在其中有多个从管的外表面通向管的内表面的微孔。在图6中示这样的一个微孔，标以108。在管的外表面上的微孔108大于在管的内表面上的微孔。优选地，微孔外端的直径在5微米的范围内，而微孔内端的直径在一或两个微米的数量级。管壁的厚度约为15毫米。
在图3中标号是110的固体颗粒沉积在微孔108中，在开机后的一个短时间内(从几秒到几分钟)，各个孔108之中有一定量的颗粒，这些颗粒起过滤器的作用，使水能够进入管路12的空的内部，却阻止其它的固体物质通过。应当理解，水经过由各个微孔108中的颗粒构成的过滤器时，水中夹带的固体物质沉积在管路12的外表面上。这样聚集的固体物质在图6中标号是112。当如前文所述水反方向经微孔108流动时，冲洗走积累的固体物质。
我们还发现，各个微孔108两端的压降不应当过高。如果压降过高，微孔108中的颗粒110和聚集的固体112被这种力吸入微孔108中，而使之难于清除集聚的固体物质112。从而阻塞微孔108，并且，经过管路12中的微孔18从管路46流到管的空的内部然后流到涡流室58的水流会显著下降。
机壳66可以用螺旋地卷绕的膜代替，例如图7所示的滤芯114形式的反渗膜代替。将参照图13和14详细说明这样的过滤器。
滤芯114含有一个中心管116，各含有两个复合聚合物片120和122及一个中间垫片124的反渗单元118卷绕在中心管116上。管116上有孔126，此孔沿所述管排成行。在标号128的渗透通道中的水经这些孔进入管116。盐滞留通道标号为130。
两个片120和122沿其三个边缘焊接在一起以形成每个反渗单元118。第四个边不焊接在一起，而是用胶在管116中排孔126的对侧粘接固定在管116上。从而各排孔126与各个反渗单元的渗透通道128连通。
图7中，只是为了说明的目的，顶部反渗单元118的膜片120和122分开表示，从而可以看见垫片124。另一个反渗单元118示为具有焊接在一起的膜片120和122的边缘，因此看不见垫片124。
反渗单元118的数量取决于孔126的排数，因为每一个反渗单元都应当放置得使其渗透通道128与相应的孔排连通。
卷绕在管116上以后，各个反渗单元118的膜片120和122就与相邻的反渗单元118的膜片118的膜片120和122面对面地接触。
所有的反渗单元118都令其膜片120和122的内边缘粘接在管116上以后，反渗单元就紧紧地卷绕在管116上然后用带子包好以防止松开。然后设一个外套(未示出)以防止在向滤芯114中馈水后，向膜片120和122施加压力时反渗单元118爆裂。外套筒装配进机壳18中。
应当理解，通道130在卷绕的滤芯18的两个轴向末端都是开放的。
滤芯与标号132和134的两个端盖结合使用。端盖132含有一个圆盘136和一个绕圆盘136的周边展开的法兰缘138。端盖132在盐水流出现的滤芯末端。圆盘136上有一个与管116对齐的中心孔140，还有多个盐水流经的孔142。在滤芯的末端和圆盘136之间有，例如两到四厘米的间隙。端盖132的作用是在直接靠近盐水通道的出水口端产生一个回压。孔140、142的轴与管116的轴线平行。
端盖134在滤芯134的入水口端。它含有一个圆盘144，所述圆盘有一个与管116对齐的中心孔146和多个位于孔146和绕圆盘144的周边展开的周围法兰150之间的孔148。圆盘144可以对着滤芯的末端从滤芯向上四个厘米。
孔148的轴不与管116的轴线平行而是与之有一个角度。这造成经过孔148的不连续的水流，并且以一个倾斜的并且不沿平行于管116的路径冲击滤芯的末端。孔的取向使得水流以与反渗单元卷绕相同的方向产生涡旋。
应当理解，滤芯114放置得以端盖134邻近圆盘16、而端盖132在机壳18的另一端邻接端盖24。
现在参照图8至11，这些图表示一个过滤器152，过滤器152包含一个机壳154，其中有参照图7说明的那种类型的膜式滤芯114和标号156的预过滤器。预过滤器56有三个包括网筛材料壁的圆筒158。圆筒158在腔室160中。腔室160的入水口标号为162。水流经网筒158的壁进入筒的内部，然后从此圆筒158的内部经孔166流到另一个腔室164。腔室164在一侧连接到圆盘168上，圆筒158安装在圆盘168上，并且在其中形成孔166，腔室164在另一侧连接滤芯114的端盖134。
盐水离开滤芯114的出水口标号是170，而渗透过的水的出水口的标号是172，这些口在端盖174上。
滤芯114和圆盘168由标号为176、178和180的垫片保持就位。入水口162在端盖182中，此处有把端盖182和端盖174保持就位的环状结构184和186。
一般地标以188的管路把圆筒158的内部连接到端盖182中的出水口190。废水管192从腔室164经端盖182通到废水池。
在正常工作时，其中包含有固体的水经入水口162进入过滤器，流经网状圆筒158，经过孔166，跨过膜164，然后由此进入滤芯114的盐滞留通道。渗透水经出水口172流出而盐水经出水口170流出。
为了清洗过滤器，向出水口172供压力水，此水从渗透水通道经过膜流到盐滞留通道。从盐滞留通道流入腔室164后，一些水可以经管192流到废水池。
其余的水经孔166流到圆筒158内。进入圆筒158的水的一部分流过网以清洁圆筒的外表面。其余的水经管188流到出水口199，其中携带以前穿过圆筒158的网的固体物质。
把图1所示的管路加以修改，以使滤芯可以通过去掉管子68并且把阀门72和水源74直接连接到孔76上加以清洁。在清洁膜的时候关闭阀门78。
最后参照图12、13和14，这些图表示类似于图1所示的过滤器，但是此过滤器有一个滤芯114代替机壳66。而且，它在结构上与图8到11的过滤器相似，但是以参照图1加以描述的管路12代替网筒158。图14的端盖134表示为具有与图10所示不同的孔的图案。另外，只要在可行处，以图12、13和14为一方面，以图8至图11为另一方面，采用类似的标号。
图12至14的过滤器的以与上文对图8至11说明的相同的方式进行清洁。
如图1和12所示，包括涡流室58的过滤器以垂直位置工作。因此图12至14的过滤器必须以垂直位置工作。图8至11的过滤器可以水平地工作。
管路12可以去除尺寸在12微米以上的所有固体。取决于所用的网，过滤圆筒158去除所有约20微米以上的固体。预过滤器的选择取决于馈送的水中的固体含量和所要求的最终的水的质量。
可以使用盘形过滤器(优选地为自动清洁的盘形过滤器)代替软管12和圆筒158，或者用在水流到用于超滤或者微滤或除去可溶固体的滤芯114或者机壳66之前能去掉所要求的尺寸以上的固体的任何其它类型的过滤器代替软管12和圆筒158。
如果在腔室160中放置橡胶状材料的小球，它们会被流动的水推移并在所述腔室内到处“回弹”，保持固体处在悬浮状态，从而有助于防止阻塞过滤器。
还可以通过突然关闭渗透水管路中的阀门来清洁膜。反方向的震动波摇动盐滞留通道中的松散的固体。通过向渗透水管路中馈送压力气体也可以得到类似的效果。
还可以如PCT申请PCT/GB98/0054(WO98/30501)所述，围绕滤芯114设置电螺线管，用于改善滤芯的性能。图8和12中螺线管的标号是194、196和198。在制造机壳时把它们嵌埋在机壳的壁中。
权利要求
1．一种过滤器，含有一个有待过滤水的进水口的机壳、一个在所述机壳中的从进入机壳中的水内去除固体的第一级过滤装置，和一个在机壳中并且流入来自第一级过滤装置的水的第二级过滤装置，并且第二级过滤装置包括用于进行超滤或者微滤和/或去除溶解在水中的固体的反渗透膜。
2．根据权利要求1的过滤器，其特征在于，所述的机壳是细长形的，所述的第一和第二级过滤装置在所述机壳的纵向上相互邻接。
3．根据权利要求1的过滤器，其特征在于，机壳是竖直的，并且在所述机壳的下端有一个入水口，用于把待纯化的水馈送进一个与所述机壳做在一起的入水腔室中；一个形成所述第一级过滤装置的一部分且构成所述腔室的上端的圆盘，在所述圆盘中有多个孔；一个在所述圆盘上表面的涡流室，此涡流室是倒圆锥形的，多个穿过所述圆盘后进入所述涡流室的孔，这些孔的取向使得从孔中流入所述涡流室的水在所述涡流室内形成涡流，一个离开所述的涡流室向下经所述盘从所述涡流室的顶点出来的出水口，以及多个在所述室中的带有微孔壁的管路，所述管路的内部与所述孔连通。
4．根据权利要求3的过滤器，其特征在于，所述孔按螺旋阵列通入所述涡流室中。
5．根据权利要求3或4的过滤器，其特征在于，还包括在所述涡流室中的一个螺旋引导件，用于促进所述涡流室中的螺旋水流。
6．根据权利要求3或4的过滤器，其特征在于，各个管路的每一端都与一个相应的所述孔连通，各管路在所述入水腔室中挂成U字形。
7．根据权利要求1、2、3或4的过滤器，其特征在于，所述第一级过滤装置由一个含有多个压在一起并且在其间具有过滤器通道的过滤器元件的过滤器构成。
8．根据权利要求1、2、3或4的过滤器，其特征在于，所述的第一级过滤装置含有多个水经其流动的筛，这些筛把固体物质滞留住。
9．根据权利要求1的过滤器，其特征在于，所述的第二级过滤装置含有多个在第二级腔室中的反渗膜的机壳，水从第一级过滤装置流到第二级腔室；一个从每个机壳的内部出来的渗透水出水口；一个用于在压力下把液体馈送到所述机壳从而暂时充胀机壳的装置；和一个从所述第二级腔室出来的、用于带有从渗透水分离出来的固体的水的出水口。
10．根据权利要求1的过滤器，其特征在于，所述的第二级过滤装置含有卷绕在一个渗透水管上的反渗膜，后者位于水从第一级过滤装置流入的第二级腔室中，还有向所述渗透水管中压送清洁水，以反冲所述反渗膜的装置。
11．根据权利要求1的过滤器，其特征在于，所述第一级过滤装置包含多个有筛材料壁的隔间，所述隔间在过滤器的入水腔室中；一个从各个隔间通到所述第二级过滤装置的第一出水口；一个从各个隔间中引出的第二出水口，在所述第二出水口中有一个常闭的阀门；和通过所述的筛材料从隔间的内侧向所述入水腔室馈送水从而清洁所述筛材料、并且在所述的常闭阀门开启时通过所述隔间向所述第二出水口馈送水的装置。
12．一种过滤器，含有一个界定一细长空间的细长机壳，一个待纯化的水进入所说空间的入水口，一个离开所述空间的渗透水出水口，和一个盐水流出所述空间的出水口，一个在所述空间中用于从经所述入水口进入所述空间的水中去除固体的第一级过滤装置，一个形成所述空间的一部分的腔室，和一个第二级过滤装置，所述第二级过滤装置包括用于进行超滤或者微滤和/或去除溶解在水中的固体的反渗透膜，所述第一级过滤装置、所述腔室和反渗透膜放置得使水沿机壳的纵向流过所述第一级过滤装置到所述腔室，然后从所述腔室经所述第二级过滤装置流到出水口。
全文摘要
一种过滤器(10),具有一个壳体(8),后者具有一个需纯化的水的进水口(42)。有一个从所述水中去除固体的第一级过滤装置(12,16,58)。水从第一级过滤装置流到一个第二级过滤装置(66),后者对水进行超滤或微滤和/或经反渗透过滤。
文档编号B01D29/62GK1296425SQ9980496
公开日2001年5月23日 申请日期1999年4月15日 优先权日1998年4月15日
发明者威廉·格雷厄姆 申请人:加菲尔德国际投资公司