专利名称：具有可替换过滤器的过滤元件和过滤装置的制作方法
相关申请本申请要求2001年10月1日申请的、发明名称为“具有可替换过滤器的过滤元件和过滤装置”的美国专利申请US 09/968,225的优先权。本申请涉及2001年7月17日申请的、申请人的参考号为200100287(之前为MYKP-615)的日本专利申请2001-216452。
背景技术：
本发明涉及适于过滤液体和气体的滤筒。更具体地说，本发明涉及一种滤筒，该滤筒用于过滤包含大量各种杂质的液体试剂或液体介质，例如用于电子部件的基底(如用于液晶装置的半导体晶片和玻璃衬底)上的胺型有机隔离剂；用于液晶装置的玻璃衬底的色素分散光致抗蚀剂(photoresist)；用于化学和机械磨损设备(abrasion device)的乳浊液；以及用于一般工业的其他液体。
通常，用于过滤气体和液体的两种不同且特定的基本滤筒是深滤器(以辊式过滤器为代表)和膜滤器(一般为折叠式过滤器)。现在，可一前一后地使用装入独立外壳内的深滤器和膜滤器，以达到理想的净化水平。在公开号为7-213814的日本专利申请中，滤筒被建议具有一过滤器本体，该本体包括包含非纺织纤维物质的呈辊型或无缝纤维圆筒形的深滤器；可以与该深滤器装入同一外壳内的折叠网式过滤器或表面过滤器。然而，仍然有过滤器组合的需要，该组合过滤器可以获得特定的性能，如提高物料通过量和去除金属离子。通过分别提供过滤器，该每个过滤器作为可以相互组合的单元，也能够降低生产成本。
图1和图2示出了在公开号为7-213814的日本专利申请中披露的常规滤筒。滤筒10具有辊型或无缝纤维型滤筒形式的深滤器16，该深滤器16具有一外露的外表面12；居中布置在深滤器内的折叠表面过滤器或网式过滤器18；既支撑表面过滤器18的内表面、又具有大量作为流道的孔23的滤芯20；以及用于排出从滤芯20中流出的滤出流体(液体或气体)的流体出口14。深滤器16的顶端和表面过滤器18的顶端被密封。用帽盖19完全密封滤筒10的顶端。根据其用途，滤筒10被插入过滤装置的外壳21内，且利用提供于流体出口14周围的螺纹装置和/或O形环被液密地固定到外壳的壁上。
将被净化的流体(液体或气体)引入至外壳21和滤筒10之间，且该流体通过外表面12流向深滤器16内部，然后流过表面过滤器18。净化后的流体通过滤芯20的孔23流出到中心通道，且作为滤液从流体出口14被排出。
在上面提及的使用两种不同过滤器的情况下，置于上游的过滤器具有相对较大的孔径，而置于下游的过滤器具有相对较小的孔径，以便提高净化水平和延长过滤器的寿命。
然而，上面提及的两种过滤器被整体地形成为一个单一过滤元件，且具有需要准备各种可能的过滤器组合以满足不同目的的缺点。另外，与下游过滤器相比，上游过滤器被较快地污染，且因此甚至当下游过滤器还没有被污染时，由于上游过滤器较短的使用寿命，过滤元件已不能再使用。
因此，本发明的目的是提供一种滤筒，该滤筒包括有上游过滤器单元和下游过滤器单元，其中上述两单元可以相互组合，从而上游过滤器位于下游过滤器和外壳之间，以形成一滤筒，且可以根据不同目的(如去除金属离子)而适当地选择该组合，并能够延长过滤器的使用寿命。
本发明提供一过滤元件，其包括上游过滤器和下游过滤器的组合件，其中上游过滤器是可替换的。结果是，在达到所要求的净化水平的同时，下游过滤器的使用寿命可被延长，此外，为了获得与在使用常规过滤器情况下相同数量的滤液，需要较少数量的过滤器。
本发明还提供一过滤元件，其包括上游过滤器和下游过滤器，其中，上游过滤器和下游过滤器中的每一个可根据特定的目的从期望用于不同应用中的各种过滤器中适当地加以选择。如必要的话，上游过滤器应当是可替换的，尽管其可以作为一次性过滤装置的一部分被一体地形成。
特别地，本发明提供一过滤元件，其包括上游过滤器和下游过滤器，其中所述下游过滤器具有用于固定到一外壳上的装置，所述上游过滤器可固定到所述下游过滤器上，所述下游过滤器固定到所述外壳上；以及提供一包含所述固定到外壳上的过滤元件的过滤装置。
在一实施例中，该下游过滤器具有第一螺纹部分，该外壳具有可与该第一螺纹部分啮合的第二螺纹部分。
在另一实施例中，下游过滤器与外壳一体地形成。
在另一实施例中，通过配合安装将上游过滤器固定到下游过滤器上。
优选地，上游过滤器和下游过滤器呈圆筒形式，并因此相互嵌套地布置。
上游过滤器和下游过滤器可以具有相同或不同的过滤膜，并选自由含有非纺织纤维物质的折叠型、辊型或无缝纤维圆筒型深滤器所组成的组；以及多孔泡沫、中空纤维或折叠式膜滤器。辊型过滤器可以包括卷绕在一起的各种类型的过滤器本体，且辊型过滤器也可以具有一密度梯度。
上游过滤器可以是选自一组过滤器的元件，该组过滤器与用于选择作为下游过滤器的元件的一组过滤器不同。本发明还提供一包含上面提及的过滤元件的过滤装置。
按从内向外的顺序，上游过滤器包括由树脂制成的多孔内部支撑圆筒(滤芯)和以片材形式卷绕在滤芯周围的过滤器本体。如必要的话，上游过滤器还包括由树脂制成的外部支撑圆筒(套筒)或作为替换的树脂网，该圆筒或树脂网环绕在过滤器本体的周围。用树脂帽盖密封上游过滤器的顶边缘和底边缘。
另一方面，按从内向外顺序，下游过滤器包括多孔内部支撑圆筒(滤芯)、环绕在滤芯周围的过滤器本体、以及多孔外部支撑圆筒(套筒)或作为替换的网，该圆筒或网支撑着过滤器本体的外表面。利用树脂帽盖密封该下游过滤器的顶边缘和底边缘。
可以根据不同目的适当地选择包括有过滤器本体的过滤器的组合。上游过滤器具有一过滤器本体，该本体包括含有非纺织纤维物质的折叠型、辊型或无缝纤维圆筒型深滤器；以及多孔泡沫、中空纤维或折叠式膜滤器。在外壳中，上游过滤器位于下游过滤器的上游，且其可以不与下游过滤器机械地组合在一起，尽管优选用帽盖密封上游过滤器的两端，该帽盖具有可机械且液密地与下游滤筒组合在一起的结构。
下游过滤器是具有过滤器本体的滤筒，该本体包括含有非纺织纤维物质的折叠型、辊型或无缝纤维圆筒型深滤器；以及多孔泡沫、中空纤维或折叠式膜滤器。下游过滤器的一端用一帽盖密封，另一端则用具有流体入口或流体出口的一帽盖密封。可以用扭转锁、O形环和/或螺纹将各帽盖与下游过滤器组合在一起。然而，也可以不必组合。
用于上游和下游过滤器的过滤器本体的材料可以选自现有技术中所熟知的那些材料。示例的材料包括PP(聚丙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、UHMWPE(超高分子量聚乙烯)、PE(聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、PES(聚醚砜)、尼龙、聚酯、PVDF(聚偏二氟乙烯)、纤维素和SUS(不锈钢)。用硬树脂制造上游和下游过滤器的内部和外部支撑圆筒。当用网取代支撑圆筒时，可以用相同的材料制造该网。根据其使用位置，该顶部和底部帽盖可以呈环或圆盘的形式。它们与由内部和外部圆筒(网部)以及过滤器本体的组成的层压结构的顶边缘和底边缘通过加热熔合在一起。用于帽盖的材料也选自现有技术中所熟知的那些材料。
例子下面将详细描述本发明。术语“过滤元件”意指上游过滤器和下游过滤器的组合；术语“过滤装置”意指一种装置，其中过滤元件安装在一外壳内，以形成一可用装置，术语“上游”意指相对于将被净化的气体或液体流(供给流)的相对位置。如下面所述，根据所需的净化度，供给流的一部分可以直接引入下游过滤器。
例1图3-6示出了根据本发明的例1的过滤元件和过滤装置。在对附图的说明中，为方便起见，采用术语“顶部”和“底部”，且轴线可以被设定为任意方向，如水平方向。
图3示出了本发明的过滤装置32，在其中安装了本发明的过滤元件30(参见图6)。图4示出了上游过滤器34的透视图，图5示出了下游过滤器36的透视图，图6示出了过滤元件，其中上游过滤器34被部分插入下游过滤器36中。
参考图3和4，上游过滤器34具有一过滤器本体38，该本体38包括含有非纺织纤维物质的折叠型、辊型或无缝纤维圆筒型深滤器；以及多孔泡沫、中空纤维或折叠式膜滤器。所有这些类型的过滤器本体在现有技术中是熟知的，且可以在如上面提及的参考文献中找到有关叙述。在外壳中，上游过滤器34被置于下游过滤器的上游，且其可以不与下游过滤器液密地组合在一起(即容许存在小流量的旁路或分流)，或者如果需要高的净化水平，其可以与下游过滤器液密地组合在一起(即，不存在通向下游过滤器的旁路)。附图中示出了前一种情况，且利用树脂制造的环形帽盖44密封过滤器本体38的顶端以及利用树脂制造的环形帽盖42密封其底端。帽盖42的内表面在其径向相对的位置上具有用于将上游过滤器34固定到下游过滤器36上的两个突起46。如果需要阻塞通向下游过滤器36的供给旁路，则用O形环密封帽盖42和44的顶端和底端。
由硬树脂制造的一个或多个多孔支撑圆筒可以沿着圆筒形式的过滤器本体38的内侧和/或外侧放置，且其顶端和底端可以分别与帽盖42和44一体地组合在一起。图中包含一位于上游过滤器内侧的薄的支撑圆筒43。
参考图3和5，下游过滤器36为具有过滤器本体48的滤筒，该本体48包括含有非纺织纤维物质的折叠型、辊型或无缝纤维圆筒型深滤器；以及多孔泡沫、中空纤维或折叠式膜滤器。其顶端被环形帽盖52密封，底端用帽盖50密封。可以用扭转锁、O形环和/或螺纹将各帽盖与上游过滤器组合在一起。然而，根据所要求的净化程度的不同，过滤器可以不被机械地组合在一起，且上游过滤器34可以仅仅覆盖下游过滤器36。沿着过滤器本体48的内侧和外侧中的至少内侧提供具有若干流通孔56的一个或多个刚性支撑圆筒。在该实施例中，沿着过滤器本体48的两个表面提供有刚性外部支撑圆筒54和刚性内部支撑圆筒62，且圆筒的顶端和底端分别与帽盖52和50组合在一起。在帽盖52上，形成有具有O形环的滤液出口60，该O形环用于气密或液密地将下游过滤器固定到外壳70上(图3)。出口与内部支撑圆筒62的内侧相连。
帽盖50的圆周上具有两个扭转锁槽58，各扭转锁槽用于容纳上游过滤器34的突起46。各扭转锁槽的引入部分具有用于在轴线方向上接收突起46的宽开口，且形成与开口相连的锁定槽64，该锁定槽用于在上游过滤器旋转时锁定突起46。在图6中，内部下游过滤器36被插入到外部上游过滤器34的中部。这两个过滤器构成一过滤元件30。它们被安装入预定位置，且上游过滤器34的突起46被插入下游过滤器36的扭转锁槽58内，上游过滤器34被旋转，由此使突起46与锁定槽64啮合。图3示出了两个过滤器在预定位置组合在一起的情况。除了内部安装外，上游过滤器34和下游过滤器36可以在过滤工作场所被一个新的过滤器替换，且与下游过滤器36相比，上游过滤器34可能被更频繁地替换。
图7和8示出了上游过滤器34和下游过滤器36的一个实施例。在该实施例中，按从内向外顺序，上游过滤器34包括具有孔45的内部支撑圆筒43和具有细孔的辊式过滤器本体38，该辊式过滤器本体38被卷绕在内部支撑圆筒43上。按从内向外顺序，下游过滤器36包括具有孔56的内部支撑圆筒62、环绕在内部支撑圆筒62周围的折叠式过滤器本体48以及具有孔55的外部支撑圆筒54，该支撑圆筒用于支撑折叠式过滤器本体48的外表面。可以根据不同目的适当地选择过滤器本体的各种结构。
如图3所示，外壳70具有一壳罩71，其顶端是敞开的，且除了排水出口80之外，其底端是封闭的。外壳的顶端可以经由O形环被气密或液密地与壳顶74的圆形壁啮合。壳顶74的圆形壁的外表面具有外螺纹，紧固环72的内螺纹可与该外螺纹啮合。当紧固环被松开且壳罩71被移除时，上游过滤器34和下游过滤器36将变得易于用新的过滤器替换。
参考图3，供给流从壳顶74的入口76流到上游过滤器34和壳罩71之间的间隙中，然后流经滤器壳罩38。供给流的未过滤部分流向壳罩71的底部，且从排水出口80中作为排出流排出。在这种情况下，供给流的一部分可以被分流，且直接绕下游过滤器34流动，但是根据目的的不同，这是容许的。如果需要，如上所述，为了防止旁路的形成，可以将O形环置于环形帽盖44和52之间以及环形帽盖42和50之间。已经经过滤器本体38的半滤液然后流过下游过滤器36的过滤器本体48，并进行进一步净化。滤液流入内部多孔支撑圆筒62，且从壳顶74的滤液出口中流出。下游过滤器34的阻塞不大可能发生，而上游过滤器36的阻塞很容易发生。因此，在监视上游过滤器34的阻塞的同时，滤液的流动速率被测量，且当上游过滤器34被认为是已经被阻塞时流动暂停，本体71被移除，以用新的过滤器替换上游过滤器。为了便于过滤器的替换，外壳70和壳顶74通过O形环啮合在一起，紧固环72的内螺纹被拧入壳顶74的外螺纹，借此容许紧固环的相对端来推动迫使抵靠在壳顶74的边缘上。
采用本实施例的过滤元件和过滤装置进行实验。采用通过卷起由PP(聚丙烯)制成的非纺织片材获得的五层辊式过滤器作为上游过滤器的过滤器本体，其过滤膜的厚度为380微米，重量为110克/平方米、空气渗透率为0.36秒，采用Microgard Plus(10英寸，滤芯直径为0.05微米，由Mykrolis Corporation制造)作为下游过滤器的过滤器本体，其中，采用由0.05微米的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制成的薄膜。作为实验流体，采用含有500ppm的AC精细实验粉尘的水。过滤作用在55KPa的压差下进行。归因于阻塞的上游过滤器的过滤性能的下降被测量，且在开始阻塞之前立即暂停操作。用新的过滤器替换上游过滤器，操作继续进行。图9中示出了其结果。过滤过程进行3次替换和8分钟操作，且整个过滤量为仅仅使用一个过滤器时过滤量的3.5倍。当使用常规的一次过滤元件且进行4次过滤时，需要4个过滤元件，即，将进行的过滤量为仅仅使用一个过滤器时的过滤量的4倍。因此，当进行四次过滤时，本发明的过滤元件可以达到使用常规过滤元件的过滤量的大约87％(3.5倍或4倍)，尽管对于下游过滤器来说，仅仅需要常规过滤器的25％(1个下游过滤器/4个过滤元件)。特别是在下游过滤器采用昂贵的精细薄膜作为过滤器本体的情况下，本发明效果显著。
另外，本发明的优点在于，通过准备各种类型的上游过滤器34和下游过滤器36且将其组合，可以根据不同目的获得各种过滤元件。
在本发明的范围内可以进行各种变化。在本发明的实施例中，上游过滤器34被置于下游过滤器36的外侧。然而，可以通过适当地改变流动路径进行变化，且下游过滤器可以置于上游过滤器的外侧。
在本发明的实施例中，一O形环提供在下游过滤器36的出口处，以用于将下游过滤器固定到外壳上。然而，可以仅仅使用该O形环连接下游过滤器。在这种情况下，其形成简单的紧配合。根据不同情况，下游过滤器可以与本体成一体地形成。在这种情况下，下游过滤器是一次性的。
此外，在上述实施例中，上游过滤器与下游过滤器松散地连接，且可能发生流向下游过滤器的分流，尽管其流量很小。为了阻塞旁路，可以用一圆盘形帽盖代替环形帽盖42，以密封上游过滤器34的底端，或者O形环可以被置于如上提及的帽盖42和44的周围，所以帽盖42和50之间的间隙以及帽盖42和52之间的间隙被密封地闭合。在另一个优化实施例中，准备一由多个上游过滤器组成的组和一由多个下游过滤器组成的组，且可以基于不同目的适当地选择上游过滤器和下游过滤器的组合。两个过滤器可以被固定到同一密封帽盖上。在这种情况下，上游过滤器不能被替换，因此其是一次性的过滤器。然而，可以基于不同目的适当地选择组成本发明的过滤元件的上游过滤器和下游过滤器的组合，其具有可以有效地获得具有特定目的的各种类型的过滤装置的优点。
通过使用具有上述特征的过滤元件和过滤装置，下游过滤器的长期使用将成为可能，其已不可能具有一个常规外壳。另外，准备一组上游过滤器和一组下游过滤器，可以组合使用各自选自不同组的两个过滤器。结果是，过滤器的用户或安装人员可以适当地选择过滤器组合，且可以在任何时间更换该过滤器。
也可提供给上游过滤器附加的性能，如离子去除能力。
图1示出了具有常规过滤元件的过滤装置的局部横截面视图。
图2示出了表示具有常规过滤元件的常规过滤装置的特定相图。
图3示出了过滤装置的纵截面视图，其中本发明的过滤元件安装在该过滤装置内。
图4示出了上游过滤器的透视图，其是本发明的过滤元件的一个组成元件。
图5示出了下游过滤器的透视图，其是本发明的过滤元件的一个组成元件。
图6示出了本发明的一个实施例的透视图，其中过滤元件被组合。
图7示出了沿着图3中的线IV-IV剖开的平断图。
图8示出了沿着图3中的线VIII-VIII剖开的过滤元件的横截面透视图。
图9示出了在使用本发明的过滤装置的情况下，供给流的流动时间与滤液的总流量之间关系的图表。
附图标记说明30过滤元件32过滤装置34上游过滤器36下游过滤器38过滤器本体40外壳
42、44帽盖46突起48过滤器本体50、52帽盖54、62支撑圆筒56循环孔60出口58扭转锁槽64锁定槽
权利要求
1.一种过滤元件，其包括上游过滤器和下游过滤器，其中，所述下游过滤器具有用于固定到一外壳上的装置，所述上游过滤器被可拆卸地固定到所述下游过滤器上，该下游过滤器被固定到所述外壳上。
2.如权利要求1所述的过滤元件，其特征在于，所述用于将下游过滤器固定到所述外壳上的装置具有螺纹和/或O形环。
3.如权利要求1或2所述的过滤元件，其特征在于，所述下游过滤器被成一体地固定到所述外壳上。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的过滤元件，其特征在于，所述上游过滤器与所述下游过滤器松散地装配在一起。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的过滤元件，其特征在于，所述上游过滤器被液密地固定到所述下游过滤器上。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的过滤元件，其特征在于，所述上游过滤器的顶部帽盖和所述下游过滤器的顶部帽盖具有用于相互连接的装置。
7.如权利要求6所述的过滤元件，其特征在于，所述用于连接的装置为一扭转锁装置。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的过滤元件，其特征在于，所述上游过滤器和所述下游过滤器呈圆筒形式，且以彼此嵌套的方式布置。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的过滤元件，其特征在于，所述上游过滤器和下游过滤器具有相同或不同的过滤膜，该过滤膜选自由包含非纺织纤维物质的折叠型、辊型或无缝纤维圆筒型深滤器组成的组；以及多孔泡沫、中空纤维或折叠式膜滤器。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的过滤元件，其特征在于，所述上游过滤器和下游过滤器中的每一个分别选自不同的过滤器组。
11.一种包含如权利要求1至10中任意一项所述的过滤元件的过滤装置，其中，所述下游过滤器可固定到所述外壳上；所述上游过滤器可固定到所述下游过滤器上，所述下游过滤器被固定到所述外壳上。
12.一种一次性过滤器，其具有整体地固定在一外壳内的上游过滤器和下游过滤器，其中，上游过滤器和下游过滤器中的每一个分别选自不同的过滤器组。
全文摘要
这里披露了一过滤装置(32)。该过滤装置(32)包括用相同或者不同材料制成的上游过滤器(34)和下游过滤器(36)。所述过滤器(34、36)同轴排列，且被安装在一外壳(70)中。该下游过滤器(36)被可释放地安装到外壳(70)和上游过滤器(34)上，以使得当下游过滤器(36)没有被污染时，可以仅仅用新的过滤器替换上游过滤器(34)。
文档编号B01D29/11GK1561253SQ02819402
公开日2005年1月5日 申请日期2002年9月26日 优先权日2001年10月1日
发明者须藤和德, 野村芳城 申请人:迈克里斯公司