專利名稱：過濾流體的裝置和方法
發明的背景本發明涉及過濾流體的裝置和方法。尤其是涉及這樣過濾流體的裝置和方法，其中在過濾所述流體的過程中，多條纖維沿著流體流的方向縱向地延伸。
現有技術美國專利US4219420公開了一種過濾污染了的流體或者介質的裝置。根據該專利的公開內容，將多條纖維束定位在支撐件上，并且在過濾器殼體內沿著該殼體的進口和出口之間的方向延伸。經過進口沿著朝向出口的方向引導被過濾的流體。當其通過多條纖維束時，該污染的顆粒被阻止在纖維之間。為了改善纖維束的“深度效果(deptheffect)”，纖維可以具有不同的長度。這里，被過濾的流體的質量取決于纖維束的密度。然而，為了提高過濾過程的質量，必須增加纖維的密度，而這需要將更多的纖維束插入過濾器殼體內。
在EP0280052中已經提出了美國專利US4219420的過濾器的改進之處。這里的過濾器殼體包括支撐裝置，多條纖維束連接到支撐裝置上并且在過濾器殼體內沿著進口和出口之間的方向延伸。在過濾器殼體內提供柔韌的防水薄膜，從而構成壓力腔。當在過濾期間加壓時，該薄膜擠壓多條纖維束，以形成錐臺狀的過濾器腔體，并且當流體通過該錐臺狀的腔體時被過濾。在此，通過調節在壓力腔內的壓力從而調節纖維的擠壓，可以控制纖維的密度和由此引起的過濾質量。
在WO94/11088中公開了具有沿著流體流的方向縱向延伸的纖維的另一種過濾器，并且在其中，通過擠壓纖維可以調節纖維的密度。在此，將纖維布置在由保持件限定的開口內，并且將包括一圓錐形部分的位移件設置在纖維的中央。通過沿著纖維的方向移動該位移件，可以調節纖維抵靠在保持件上的擠壓，從而控制纖維的密度和過濾質量。
因此，這樣的原理是公知的，即具有沿著流體流的方向縱向延伸的多條纖維，并且通過調節這樣的擠壓并且由此調節纖維的密度可以控制過濾的質量。
美國專利US4219420的過濾裝置使用壓力腔來擠壓纖維，然而，WO94/11088的過濾裝置具有設置在纖維中央的圓錐形的位移件，以便將纖維壓靠在保持件上。這兩種過濾裝置制造起來相對都比較貴。
然而，今天人們更加關注家庭用水和工業用水的質量，這一部分是由于增加的環境污染，一部分是由于人們關于食品和飲料質量的增加的公共意識。此外，人口的增長導致了人們對簡單、廉價和有效的過濾流體例如水的設備的更高要求。
這樣，就存在一種對過濾流體的簡單、廉價和有效的裝置的越來越大的需要。因此，本發明一個目的是提供一種過濾流體的裝置，該裝置能夠有效地過濾流體，制造成本低廉且易于操作。
發明概述為了提供這樣一種改進的過濾裝置，本發明在第一方面提供了一種過濾流體的裝置，所述的裝置包括纖維殼體，它具有帶有至少一個進口的進口端和帶有至少一個出口的出口端，所述的纖維殼體包圍并且限定在纖維殼體內在該進口端和出口端之間縱向延伸的多條或者一束纖維的外部邊界，從而在纖維之間提供縱向延伸的空隙，所述的空隙限定多條流體的流動通道。在此，所述的纖維殼體的至少一部分由包圍纖維的柔性薄膜構成，并且提供擠壓裝置，用于在該柔性薄膜的外表面上產生壓力，從而在纖維長度上的至少一個位置沿著徑向擠壓纖維。最好多條纖維沿著纖維殼體的基本整個長度從進口端延伸到出口端。
該纖維殼體可以具有管狀件的形式，但是應理解，該纖維殼體可以具有任一方便的形式。這樣，至少纖維殼體的一部分可以具有基本上等于從下面這組中挑選的形狀的截面幾何形狀，這一組包括圓形、卵形、橢圓形、水滴形和多邊形。在此，所述的多邊形形狀可以從這一組中選擇，該組包括三角形、長方形、五邊形、六邊形、七邊形和八邊形。
根據本發明的優選實施例，該擠壓裝置可適于在該柔性薄膜的一部分外表面上產生壓力，這里所述的部分沿著纖維的縱向具有小于所述纖維殼體內的整個纖維長度的尺寸。在此，沿著纖維的縱向所述擠壓部分的尺寸最好是在所述纖維殼體內的整個纖維長度的0.8倍以下，例如0.6倍以下，0.5倍以下，0.4倍以下，0.2倍以下，或者0.1倍以下。
在優選實施例中也具有擠壓裝置，其適于在該柔性薄膜的所述外表面的一部分或一部位上產生壓力，這里所述的一部分或一部位至少部分地覆蓋所述薄膜的外圓周。在此，該壓力部分或部位可以僅僅部分地覆蓋所述薄膜的外圓周。因此，該壓力部分(pressure part)或部位(portion)可以覆蓋所述薄膜的外圓周的90％以下，例如80％以下，70％以下，60％以下，50％以下，40％以下，30％以下，或者20％以下。
顯然，通過僅僅在該柔性薄膜的外表面的一部分上提供壓力，該纖維的未被擠壓部分的空隙將大于該纖維的被擠壓部分的空隙。在此，濾掉的顆粒將被留在進口端內纖維的未被擠壓部分的空隙中，并且通過控制壓力施加在其上的柔性薄膜部分的尺寸，可以將過濾效率控制到較大的程度。
最好將擠壓纖維的位置設置在預定的位置。這里應注意從纖維殼體的進口端到所述的擠壓位置的距離以及從纖維殼體的出口端到所述的擠壓位置的距離也將影響該過濾性能。可以使用不同的擠壓位置的布置，但是從纖維殼體的進口端到所述位置的距離可以是該纖維殼體的總長度的至少25％，例如至少33％，至少40％，至少50％，至少55％，至少60％。在優選實施例中，擠壓位置的中心設置在距離進口端為該纖維殼體的總長度的大約2/3、距離出口端為該纖維殼體的總長度的大約1/3的地方。
顯然，可以使用從纖維殼體的進口端到出口端距離不同的長度。然而，對我們而言，由市場上可以購得的纖維或者纖維束的長度來限定一個長度是最方便的。這樣，在至少一個進口和至少一個出口之間的距離可以在10cm到200cm之間，例如在30cm到150cm之間，在40cm到80cm之間。如果使用長度為大約60cm的纖維束，在至少一個進口和至少一個出口之間的優選距離可以是在50cm到70cm之間，或者是大約60cm。
可以相應地選擇在至少一個進口和擠壓位置之間的距離。因此，在至少一個進口和所述位置之間的距離可以在5cm到100cm之間，例如在10cm到90cm之間，在20cm到80cm之間，在30到50cm之間，在40cm左右。
根據另一實施例，在至少一個進口和至少一個出口之間的距離可以在10cm到60cm之間，例如在20cm到40cm之間，在25cm到35cm之間。在此，可以使用多條具有大約30cm長的纖維束。
在至少一個進口和該擠壓位置之間的距離可以再次相應地選擇為在5cm到80cm之間，例如在10cm到60cm之間，在15cm到30cm之間，在20cm左右。
該擠壓裝置可以以不同的方式在柔性薄膜的外表面上產生壓力。在本發明的優選實施例中，該擠壓裝置是壓力腔，其中所述壓力腔的內壁可以由該纖維殼體的至少一部分柔性薄膜形成。該壓力腔可以具有一個或者多個提供增壓孔和排放孔的進口/出口。在本發明的另一優選實施例中，通過與所述外表面接觸的一個或者多個基本上堅固的擠壓件來產生壓力。該擠壓件可以具有非柔性部分和/或柔性部分，但是優選該擠壓件至少部分是柔韌的或者易彎折的。然而應注意，通過使用這種基本上堅固的擠壓件，可以得到比利用氣體、液體或者流體在薄膜上產生壓力時更加簡單的結構。最好該擠壓裝置可適于改變或者控制由此產生的壓力，從而改變或控制在所述位置流動通道的總截面面積，從而改變經過該過濾器過濾掉的顆粒的最小尺寸。
該擠壓裝置可以包括夾具。該擠壓裝置也可以進一步或者可選擇地包括設置在柔性薄膜的相對兩側上的至少兩個塊狀件，以便從兩側擠壓該纖維。
最好該擠壓裝置包括用于產生和/或控制壓力的液壓裝置。較好地，該擠壓裝置適于沿著徑向以1-20巴之間的壓力擠壓該多條纖維，例如以3-15巴之間的壓力，或者以5-10巴之間的壓力。
該纖維殼體可以由具有不同柔性的不同材料制造。然而，該纖維殼體在其整個長度上最好由相同的材料制造，因此該纖維殼體在其基本整個長度上由柔性薄膜形成。該纖維殼體可以由任一合適的材料制造，但是最好該材料是水密的，并且最好該材料從下面這一組中選擇，即PE(聚乙烯)，軟化的PVC(聚氯乙烯)，尼龍，聚四氟乙烯和橡膠。在這里，該橡膠材料可以是乙丙三元橡膠(EPDM橡膠)。
根據本發明的實施例，將纖維殼體布置在一保持件內。在此，該保持件可以由基本上堅固的材料制造，例如不銹鋼。最好該保持件具有一個或者多個開口，以允許該擠壓裝置在纖維殼體的所述的柔性薄膜的外表面上產生壓力。因此，該保持件可以具有兩個開口，以允許該擠壓裝置在所述的柔性薄膜的外表面上產生壓力。最好該保持件可以形成為管狀件。
該保持件可以形成為具有流體進口和流體出口，將流體進口密封地連接到該纖維殼體的進口端，并且將流體出口密封地連接到該纖維殼體的出口端。
為了維持本發明的裝置的理想過濾運轉，當將纖維布置在纖維殼體內時，可以將一縱向張力施加到纖維上。這樣，該過濾裝置可以包括保持纖維內縱向張力的裝置。通過將纖維緊固在纖維殼體內并且將該纖維殼體布置在保持件內可以提供這樣的裝置。
可以選擇該纖維殼體的任意合適的內徑。然而，最方便的是選擇適合從市場上可以購得的纖維束的直徑的直徑。較好地，該纖維殼體的內徑可以是在1cm到20cm之間，例如在2cm到15cm之間，在3cm到10cm之間，在4cm到8cm之間，在5cm左右。
不同種類的纖維可以用于過濾裝置，在此可以選擇纖維的種類以滿足特定過濾過程的需要。這樣，該纖維可以是多孔的或者無孔的，該纖維可以是實心的或者空心的，并且該纖維可以包括透明的纖維。在優選實施例中，該纖維包括聚酯纖維或者尼龍纖維。最好該纖維也具有基本上圓形的截面。這里的截面尺寸可以根據從流體中過濾掉的顆粒而改變，但是最好該直徑最大為5mm，例如最大為2mm，例如在0.001-1mm的范圍內，在0.01-0.5mm的范圍內。
當使用空心的纖維時，最好在纖維的末端封閉該纖維。在此，可以將至少一部分纖維末端布置在纖維殼體的同一端，作為纖維殼體的進口。
當將纖維布置在纖維殼體內時，最好在纖維殼體的進口端將這些纖維連接到纖維殼體的端部。在此，在纖維殼體的進口端可以將這些纖維粘結到該端部或者粘結到保持件上，而該保持件設置在該端部。可以通過環氧樹脂來粘結纖維。在優選實施例中，在與纖維殼體的進口端相對的端部該纖維具有自由的纖維末端。然而，本發明也包括這樣的實施例，其中在它們各自的末端將這些纖維連接到纖維殼體的端部。還是在此，可以通過環氧樹脂將纖維粘結到該端部或者粘結到設置在該端部的保持件上。
根據本發明的實施例，在纖維殼體內的多條纖維可以包括一束纖維，該纖維束被彎折，以致結果得到的彎折的纖維束的長度近似為未彎折纖維長度的1/3到2/3之間，最好為未彎折纖維束長度的一半。在此，可以將彎折的纖維束的彎折端部布置在該纖維殼體的出口端。然而，本發明也包括這樣的實施形式，即將彎折的纖維束的彎折端部布置在纖維殼體的進口端。
當將彎折的纖維束的彎折端部布置在該纖維殼體的出口端時，可以排列纖維并且繞著設置在該纖維殼體的出口端的十字形元件彎折。然而，在優選實施例中，將兩個十字形的元件彼此隔開一段距離設置，因此，將大約一半的彎折的纖維布置在距離出口端為第一距離的地方，并且將剩余的纖維布置在距離出口端為第二距離的地方。
盡管可以優選具有唯一的擠壓纖維的位置，但是在本發明的范圍內，也可以設有這樣的擠壓裝置，其適于沿著該纖維的長度在幾個位置上擠壓該纖維。因此，沿著纖維殼體的長度可以改變或者控制被過濾的顆粒的積聚能力。
當將其布置在過濾系統中時，本發明第一方面的過濾裝置可以用來過濾。因此，根據本發明的第二方面，提供了一種用于過濾流體的系統，所述的系統包括根據本發明第一方面的任一實施形式的過濾裝置，用于使被過濾的流體通過被擠壓纖維的流動通道的裝置，用于使纖維保持在擠壓狀態同時使流體通過流動通道的裝置。
該系統還可以包括用于釋放在該柔性薄膜的外表面上的壓力從而使纖維處在未擠壓狀態的裝置，用于使液體和/或氣體沿著從進口朝向出口的方向或者相反的方向通過未擠壓纖維從而向前沖洗或者向后沖洗該過濾裝置的裝置。
在此，通過未擠壓纖維從而沖洗該纖維的液體可以是未過濾的液體，但是它也可以是另一種液體，例如自來水。如果用氣體來沖洗，那么該氣體可以是壓縮空氣。
在過濾系統的優選實施例中，由計算機控制擠壓纖維的裝置、釋放壓力的裝置、使流體通過被擠壓纖維的裝置和使液體或者氣體通過未擠壓纖維以沖洗該過濾裝置的裝置。
在本發明的范圍內，也提供了一種過濾流體的方法。這樣，根據本發明的第三方面，提供了一種通過根據本發明的第一方面和第二方面中任一實施例的裝置或系統來過濾流體的方法，所述的方法包括使流體通過所述的裝置；在沿著柔性薄膜的一個位置上沿著徑向擠壓該纖維，以便減小該纖維的總截面面積并且因此減小該流動通道的截面面積，從而該流動通道的截面積朝向所述的位置逐漸減小；保持在該纖維上的壓力，同時使流體通過該流動通道。
上述的方法也可以進一步包括這樣的步驟，即發射紫外光線穿過纖維，以便利用紫外光線殺死在所述被濾掉的顆粒中的細菌和/或病毒。
在本發明的范圍內還提供了一種沖洗過濾裝置的方法。這樣，根據本發明的第四方面，提供了一種沖洗根據本發明的第一方面和第二方面中任一實施例的裝置或系統的方法，所述的方法包括步驟釋放在纖維上的壓力；使液體或者氣體通過未被擠壓的纖維。在此，液體或者氣體可以沿著從進口朝向出口的方向或者相反的方向通過未被擠壓的纖維，以便向前或者向后沖洗該裝置。
結合附圖，根據下面給出的優選實施例的詳細描述，本發明的其他目的、特征和優點將變得更加明顯。
附圖的簡要說明
圖1是根據本發明的過濾裝置的第一實施例的縱向剖面圖；圖2是一方框圖，畫出了使用根據本發明的過濾裝置的過濾系統；圖3是根據本發明的過濾裝置的第二實施例的縱向剖面圖；圖4是一方框圖，畫出了使用根據本發明的過濾裝置的系統的第二優選實施例的詳細描述在圖1中示出了根據本發明的過濾裝置的一個實施例的縱向剖面圖。圖1的過濾裝置包括具有管子形式的纖維殼體1。在此，在殼體的整個長度上，纖維殼體1由柔性的、水密性材料制造，因此該纖維殼體形成為圍繞纖維束2的柔性薄膜。纖維束2由在纖維殼體1內縱向延伸的多條纖維構成。
在例示的實施例中，將纖維彎折以得到一彎折或者折疊的纖維束2，它們具有非彎折的纖維的長度的一半的長度。將纖維的彎折末端布置在纖維殼體1的出口端3。這里的纖維可以繞著通過環氧樹脂粘結固定到纖維殼體1上的十字形件4彎折。將纖維的自由端布置在纖維殼體1的進口端5。在此，最好使用環氧樹脂將纖維粘結到進口端5，從而在進口端5制成水密的端面。當將纖維束2布置在進口端5的環氧樹脂中時，纖維束2應該被基本上等距離地隔開，以便獲得限定流動通道的許多基本上等尺寸的空隙。在靠近進口端5的纖維殼體1的側壁內設置若干進口6，從而能夠將流體引導進入纖維殼體1。在出口端3纖維殼體1處于打開狀態，因此流體能夠從纖維殼體1排出去。
在圖1所示的實施例中，纖維殼體1由諸如軟化的PVC或者柔韌的PVC之類的柔性材料制造，纖維殼體的側壁具有大約5mm的厚度，并且纖維殼體的內徑是大約50mm，給出的外徑是大約60mm。十字形件4由不銹鋼制造且具有2mm的直徑。例如，纖維可以是Tynex尼龍(從DuPont Company可以購得)制成的空心纖維，其展開長度為600mm且直徑為大約0.15mm。然而，也可以使用實心纖維。這樣，在纖維束2中纖維的彎折或者折疊長度是大約或者略小于300mm。那么，纖維殼體的長度是大約或者略小于300mm。應注意，纖維殼體1也可以用例如EPDM橡膠的橡膠材料制造。
當纖維處在未擠壓條件下時，由在進口端5的纖維排列布置和在出口端3繞著十字形件4的纖維排列布置來確定纖維之間的空隙。由于纖維繞著十字形件4排列布置，所以空隙的尺寸以及由此得到的流動通道可以從進口端5到出口端3略微有些變化。也可以在本發明的實施例中設置兩個彼此分開大約20mm距離的十字形件4。
顯然，從流體中過濾的顆粒的最小尺寸是纖維的直徑和纖維的擠壓密度(packing density)或者橫截面密度(cross-sectional density)的函數。因此，隨著纖維直徑的減小，被過濾的顆粒尺寸的減小。盡管具有相對較高的纖維密度較好，但是為了避免堵塞，流動通道在距離擠壓纖維的位置一段距離的地方比在所述位置的橫截面積更大是重要的。
當使用圖1的過濾裝置過濾流體時，圍繞纖維束2的柔性薄膜可以在沿著殼體1的一位置上在徑向方向被擠壓。因此，在纖維之間的空隙的總橫截面積以及由此引起的流動通道的橫截面積在所述的位置減小，流動通道的橫截面積朝向該位置逐漸減小。這樣，通過改變作用在柔性薄膜上的外部壓力，流動通道的橫截面積可以改變，從而可以改變過濾效果。
為了擠壓纖維束2的纖維，圖1的過濾裝置包括夾具形式的擠壓裝置，該夾具具有兩個彎折的夾爪7a、7b。夾爪7a、7b由表面涂覆軟化的PVC涂層的不銹鋼制造，用于接觸纖維殼體1的柔性薄膜。當將夾爪7a、7b壓在纖維殼體1上時，纖維被擠壓并且可以使用該過濾裝置來過濾流體。當流體被引導經過纖維殼體時，過濾掉的顆粒將沉淀在纖維殼體1的進口側，位于進口6和擠壓纖維的位置8之間。
為了獲得用于沉淀顆粒的足夠的空間，并且為了避免該過濾裝置較早地堵塞，最好將夾爪7a、7b以及擠壓的位置8設置成這樣，即纖維殼體的大約2/3長度位于夾爪7a、7b的進口一側，纖維殼體的大約1/3長度位于夾爪7a、7b的出口一側。對于圖1的過濾裝置，夾爪7a、7b的寬度是大約25mm。夾爪7a、7b的接觸表面形成為這樣，即每一個表面覆蓋未擠壓的纖維殼體1的外徑或者圓周的大約1/3。
可以人工控制或者用液壓裝置控制擠壓裝置的夾爪7a、7b。當使用液壓裝置時，可以使用例如計算機來電子地控制擠壓裝置的壓力。對于圖1的過濾裝置來說，在擠壓裝置7a、7b上使用大約2噸的壓力來實施過濾過程，從而擠壓纖維束2。
為了支撐或者支持圖1的纖維殼體1，設置保持件9。該保持件具有管子的形狀，該管子帶有流體進口端和流體出口端以及兩個相對布置的開口10a、10b，這兩個開口允許擠壓裝置7a、7b擠壓纖維殼體2的柔性薄膜。該保持件或者管子9具有在進口端的第一內環11和在出口端的第二內環12，將第一O型密封圈13環繞在進口端5的纖維殼體1設置并且與第一內環11密封接合，將第二O型密封圈14環繞在出口端3的纖維殼體1設置并且與第二內環12密封接合。在圖1的實施例中，在纖維殼體1的進口端5還形成有外環15，因此第一O型密封圈13設置在外環15和第一內環11之間。該保持件或者管子9還包括設置在流體進口端的進口法蘭16和所示在流體出口端的出口法蘭17。用螺栓18和相應的螺母19將法蘭16、17固定到該保持件9上。
將進口法蘭16的尺寸形成為能夠裝配流體進管，出口法蘭17的尺寸形成為能夠裝配流體出管。
對于圖1的過濾裝置，進管和出管均為3/4英寸管，并且保持件或者管子9由外徑為100mm、長度為大約360mm的不銹鋼制造。
當使用軟化的PVC來制成纖維殼體1時，殼體1的硬度將足夠大，足以保證在內環12和O型密封圈14之間的密封接合。通過在纖維殼體1內的流體壓力，可以進一步增強這種密封接合。然而，如果使用橡膠薄板來制成纖維殼體1，那么可能必須加強纖維殼體1的出口端3。
顯然，根據本發明的過濾裝置的一個主要好處在于當除去作用在纖維上的壓力時，能沖洗纖維。該沖洗過程可以是向前沖洗或者向后沖洗過程。在圖2中示出了這一過程，圖2是方框圖，畫出了使用根據本發明的過濾裝置的過濾系統。該過濾裝置可以優選地是圖1所示的裝置，但是也可以使用根據本發明的任一其他的過濾裝置。
圖2的系統包括根據本發明的過濾裝置41。該過濾裝置41具有在保持件43內的纖維殼體42，該保持件43具有用于擠壓裝置45a、45b的開口44a、44b，擠壓裝置能夠在纖維殼體42的柔性薄膜上產生一壓力。該過濾裝置42還具有流體進口端46和流體出口端47，用來分別連接流體進管48和流體出管49。
圖2的系統還包括用于容納未過濾的流體50的容器，通過管路51經閥69將該容器連接到用于提供預定流體壓力的泵52上。管路53引導流體，經過閥55到達帶有壓力表54的流體進管48。在閥55之前，經過閥57將管路56連接管路53，管路56的另一端連接到流體出管49。將流體進管48連接管路58，通過閥59將其引導到容器60，容器60用于容納在沖洗過程中從纖維殼體排出的濾掉的顆粒或者沉積物。進而將流體出管49連接到管路61，經過閥62引到沉積物容器60。流體出管49還帶有壓力表63，并且在連接管路56和61的連接點之后，將流體出管49連接管路64，連接管路64經過閥65將過濾過的流體引導到用于容納過濾過的流體70的容器。
在圖2中也畫出了進口66，進口66經過閥67而連接到管路56。此外，在與流體出管49連接之前，將閥68插入管路56之中。也可以使用進口66來噴射或者引導液體、空氣或者氣體進入該系統以用于沖洗過程。該液體、空氣或者氣體應該具有足夠高的壓力，以便沖洗該系統。
當圖2的系統以過濾方式工作時，擠壓裝置45a、45b在纖維殼體內的纖維上提供預定壓力，閥69、55和65打開，閥57、59、62、67和68關閉，泵52提供預定的流體進口壓力。例如，該壓力可以高達20巴(bar)，高達10巴，或者在5-10巴的范圍內。當該過濾過程已經持續一段時間后，可能需要沖洗在纖維殼體42內的纖維。
如果想要使用流體向前沖洗，那么可以關閉泵52，關閉閥69、55和65，同時保持閥57、59、62、67和68處于關閉狀態，放松擠壓裝置45a、45b，然后打開閥62、69和55，重新啟動泵52。這將引導未過濾的流體經過纖維殼體42內未擠壓的纖維和管路61到達沉積物容器60。
如果想要使用流體向后沖洗，那么可以關閉泵52，關閉閥69、55和65，同時保持閥57、59、62、67和68處于關閉狀態，松開擠壓裝置45a、45b，然后打開閥69、57、68和59，重新啟動泵52。這將引導未過濾的流體經過管路56、向后經過纖維殼體42內的未擠壓的纖維并且經過管路58到達沉積物容器60。
如果想要使用進口66向前沖洗，那么可以關閉泵52，關閉閥69、55和65，同時保持閥57、59、62、67和68處于關閉狀態，松開擠壓裝置45a、45b，然后打開閥62、67、57和55。這將引導液體、空氣或者氣體從進口66經過纖維殼體42內未擠壓的纖維和管路61到達沉積物容器60。
如果想要使用進口66向后沖洗，那么可以關閉泵52，關閉閥69、55和65，同時保持閥57、59、62、67和68處于關閉狀態，松開擠壓裝置45a、45b，然后打開閥67、68和59。這將引導液體、空氣或者氣體從進口66經過管路56，向后經過纖維殼體42內的未擠壓的纖維并且經過管路58到達沉積物容器60。
通常，為了避免由過濾掉的顆粒對系統的任何進一步的污染，使用向后沖洗方法。
顯然，在本發明中也提供了一種過濾系統，其由計算機例如可編程邏輯控制器PLC自動地操作。在此，可以給計算機編程序，以控制利用例如液壓裝置對擠壓裝置的加壓和壓力釋放。可以將預定的壓力和時間間隔編程序輸入計算機，以控制這樣的一個過程。可以進一步對計算機編程，以控制流體泵52和閥55、57、59、62、65、67和68，以便按照預定的時間間隔動作和停止動作。
在表1中列出了使用圖1的過濾裝置進行的過濾過程的結果。要被過濾的流體具有大約2.5-3巴的流體進口壓力，并且使用大約2噸的壓力環繞著該纖維殼體擠壓該擠壓裝置。該纖維殼體的纖維束由直徑為大約0.05mm的空心聚酯纖維構成。
被過濾的流體是被灰燼污染的水，在此，普通的飲用水和由木材燃燒得到的灰燼混合在一起。測定該混合物，其包含水分和95毫克/升(mg/l)的可溶解固體(干物質)。當通過該過濾器時，在過濾過的流體中不再有可測量到的可溶解固體的量。檢測可溶解固體的設備的下限為3mg/l，因此，從該結果出發可以推出大于96％的可溶解固體被從水中濾出。
用這種流體測試該過濾裝置的原因在于這種污染物具有廣泛和自然的顆粒尺寸范圍。
被過濾的流體具有顆粒尺寸的下列混合
表1該分析是由VKI學會進行的，在由Malvern Instruments Ltd(儀器有限公司)提供的Mastersizer(主尺寸計)S長底(long bed)Ver.(版本)2.18儀器上，在DK-by No.DANAK-Reg.(注冊)No.26中經過證明。
在圖3中示出了根據本發明的過濾裝置的第二實施例。圖3的裝置包括具有管子形狀的纖維殼體301。在此，纖維殼體301的外部由水密性材料制造，它在殼體的整個長度上是堅固的并且包圍纖維束302。纖維束302由在纖維殼體301內沿著縱向延伸的多條纖維構成。對于本發明的該實施例來講，纖維殼體301的內部包括具有擠壓薄膜、襯墊或者風箱形式的擠壓裝置303，把它布置在纖維殼體301內的一個位置并且包圍纖維302。該擠壓裝置303由柔性材料制造，并且通過安裝密封環304和安裝螺栓305密封地連接到殼體301的內壁上。將液壓進口/出口306設置在殼體303內，以提供和/或控制液壓壓力，從而可以將該擠壓裝置303壓抵在纖維束302上。
在所示的實施例中，纖維殼體301具有進口端307和出口端308，并且在出口端308纖維302具有自由纖維端。在進口端307，將纖維固定到纖維頭309上，最好使用環氧樹脂將纖維302粘結到纖維頭309上。當將纖維束302排列在纖維頭309的環氧樹脂中時，纖維束應該被基本上等間距地隔開，以獲得確定流體通道的許多基本上等距離的空隙。在纖維殼體301的進口端307或者在纖維殼體301的進口端307周圍，可以設置一個或多個液體或流體進口，從而可以將液體或者流體引導進入纖維殼體301。該纖維殼體301在出口端308具有一個或多個液體或者流體出口，因此能夠將液體或者流體從纖維殼體301排出去。將纖維頭309緊固到纖維頭安裝件310上，該安裝件被固定到纖維殼體301上，并且液體或者流體可以從進口通過該安裝件310，沿著纖維頭309，然后沿著纖維束302的外側進入纖維束302。當將液體引入到纖維束302時，可以將纖維壓靠在纖維殼體301或者擠壓裝置303上，從而在通過流體出口離開纖維殼體301之前，該液體必須通過設置在纖維之間的空隙。
可以借助帶有擱靠在平環(flush-ring)313上的平螺母(flush-nut)312的頭螺栓(head bolt)311，將纖維頭309固定到安裝件310上。在安裝件310內的頭螺栓311四周設有自由間隙，并且在安裝件310和纖維頭309之間設有平的間隙(flush-space)。最好在殼體301的內壁布置一環形件314，用來提供湍流的液體流，例如在沖洗過程中。
平環313最好具有可變化的厚度或者高度，并且將平螺母312形成所需的尺寸，以適合平環可變化的高度。這樣，如果在例如沖洗的過程中轉動或者扭轉纖維頭309，可以沿著背離安裝件310的方向來回地移動纖維頭309。因為由環形件314可以提供湍流的液體流，所以纖維頭309可以被扭轉。
對于圖3所示的實施例來講，纖維殼體301和安裝件310可以由不銹鋼來制造，而擠壓裝置303可以由諸如軟化的PVC或者柔韌的PVC或橡膠之類的柔性材料制造。在優選實施例中，纖維殼體的內徑可以是大約100mm，并且纖維頭309和纖維束302的直徑可以是76mm左右。在一實施例中，該纖維是空心的尼龍纖維，具有大約400mm的長度以及大約6mm的纖維直徑。纖維殼體301的總長度可以是500mm。也可以使用實心纖維，在一實施例中使用了具有2.5mm直徑的實心纖維。
應理解，根據本發明的過濾裝置的主要的好處在于當放松作用在纖維上的壓力時，能沖洗纖維。該沖洗過程可以是向前沖洗或者向后沖洗過程。在圖4中示出了一個能夠執行向前沖洗過程的系統，它是方框圖，畫出了使用圖3的過濾裝置的系統。
在圖4的系統中，該過濾裝置401具有纖維殼體402，纖維殼體402具有引向在殼體內部的擠壓裝置的液壓進口/出口403，以便擠壓在纖維殼體402內的纖維束。可以以一定的壓力引導流體或者氣體經過該開口403來擠壓纖維。該裝置401還具有液體或者流體進口端404和液體或者流體出口端405，以便分別連接到液體或者流體進管和出管406和407。
圖4的系統還包括用于容納未過濾的液體或者流體的容器408，通過管路409經液體閥410將其連接到用于提供預定流體或液體壓力的泵411的進口側。此外，將回流閥413連接在泵411的進口側。當打開液體閥410時，關閉回流閥413且開動泵411，從而在泵411的出口側提供具有一定壓力的液體或者流體。
管路414將液體或者流體從泵411的出口側引導經過閥415到達流體或者液體進管406。在閥415之前經壓縮閥417將管路416連接管路414，閥417的輸出連接到開口403。還經過一個外部控制閥419將開口403連接到外部的控制管路418，并且經過減壓閥421連接到管路420。將管路420連接到噴射器422。
噴射器422的輸出通向容納在沖洗過程中從纖維殼體402排出的濾掉的顆粒或者沉積物的容器423。經過管路424和向前的沖洗閥425將液體或者流體出管407進一步連接到噴射器422。將該液體或者流體出管407連接管路426，經過閥427將過濾過的液體或者流體引導到用于容納過濾過的液體或流體的容器428。
通過外部控制管路和閥419來調節液壓壓力，可以在外部控制纖維的擠壓。當在這種方式下工作時，關閉閥417和421。當使擠壓裝置減壓時，通過閥419或者打開減壓閥421進行減壓。然而，優選關閉閥419，并且經過壓縮閥417來控制該擠壓壓力。在此，關閉閥415、413、419和421，但是打開閥410和417，并且由泵411將未被處理的流體或液體泵送經過管路416、開口403進入擠壓裝置。當已經得到需要的壓力時，關閉閥417，并且該系統可以用于正常的操作。
在正常操作期間，閥413、417、419、421和424關閉，而閥410、415和427打開。泵411提供預定的流體或者液體進口壓力。例如，該壓力可以高達20巴，高達10巴，或者在5-10巴的范圍內，或者在4-6巴的范圍內。當該過程已經持續一段時間時，可能需要沖洗在纖維殼體402內的纖維。
如果想要使用流體向前沖洗，那么可以關閉泵411，關閉閥410、415和427，同時保持閥413、417和419關閉，打開減壓閥421和向前沖洗閥425，然后打開閥410和415，并且重新開動泵411。這將引導未過濾的流體向前經過纖維，同時通過噴射器422經減壓閥421移動擠壓流體或者液體，可以使纖維減壓。經過噴射器422可以將沖洗和擠壓的液體或流體引導到廢物或沉積物容器423。
顯然，在本發明中也提供了一種根據圖4用于過濾液體或者流體的系統，由計算機例如可編程邏輯控制器PLC自動地控制該系統。在此，可以給計算機編程序，以控制泵411和那些閥按照預定的時間間隔動作或停止動作。
盡管已經參考特定的實施例詳細地說明和描述了本發明，但是本領域的技術人員應理解，在不脫離本發明的精神和范圍內可以進行形式和細節上的各種變化，并且傾向于在下面的權利要求的范圍內進行這樣的改變。
權利要求
1.一種過濾流體的裝置，其包括纖維殼體，它具有帶有至少一個進口的進口端和帶有至少一個出口的出口端，所述的纖維殼體包圍在該纖維殼體內在該進口端和出口端之間縱向延伸的多條纖維并且為該多條纖維限定一外部邊界，在纖維之間提供縱向延伸的空隙，所述的空隙限定多條用于流體的流動通道，其中，所述的纖維殼體的至少一部分由包圍纖維的柔性薄膜構成，并且提供擠壓裝置，它用于在該柔性薄膜的外表面上產生壓力，從而在沿著纖維長度的至少一個位置上沿著徑向擠壓纖維。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的纖維殼體具有管狀件的形式。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述纖維殼體的至少一部分具有基本上等于從下面這組中挑選的形狀的截面幾何形狀，這一組包括圓形、卵形、橢圓形、水滴形和多邊形。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的多邊形形狀可以從這一組中選擇，該組包括三角形、長方形、五邊形、六邊形、七邊形和八邊形。
5.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，所述的擠壓裝置適于在該柔性薄膜的所述外表面的一個部位或一部分上產生所述的壓力，所述的部分或部位沿著纖維的縱向的尺寸小于所述纖維殼體內的纖維總長度。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，沿著纖維的縱向所述的壓力部分或部位的尺寸為在所述纖維殼體內的纖維總長度的0.5倍以下，例如0.4倍以下，0.2倍以下，或者0.1倍以下。
7.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，所述的擠壓裝置適于在該柔性薄膜的所述外表面的一部分或一部位上產生所述的壓力，所述的部分或部位至少部分地覆蓋所述薄膜的外圓周。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述的壓力部分或部位部分地覆蓋所述薄膜的外圓周。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述的壓力部分覆蓋所述薄膜的外圓周的90％以下，例如80％以下，70％以下，60％以下，50％以下，40％以下，30％以下，或者20％以下。
10.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，通過一個或者多個與所述外表面接觸的基本上堅固的擠壓件在該柔性薄膜的外表面上產生所述的壓力。
11.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，纖維被擠壓的位置是預定的位置。
12.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該擠壓裝置適于改變由其產生的壓力，從而改變在所述位置的流動通道的總截面，并且因此改變經過該纖維過濾掉的顆粒的最小尺寸。
13.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該擠壓裝置包括夾具。
14.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該擠壓裝置包括設置在該柔性薄膜的相對兩側上的至少兩個塊狀件，以便從兩側擠壓該纖維。
15.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該擠壓裝置包括用于產生壓力的液壓裝置。
16.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該擠壓裝置適于以5-20巴的壓力沿著徑向擠壓該多條纖維。
17.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該纖維殼體在基本整個長度上由柔性薄膜形成。
18.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該纖維殼體由下面這組中選擇的材料制造，即聚乙烯，軟化的聚氯乙烯，尼龍，聚四氟乙烯和乙丙三元橡膠。
19.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該纖維殼體被布置在保持件內。
20.根據權利要求19所述的裝置，其特征在于，該保持件由基本上堅固的材料制造。
21.根據權利要求20所述的裝置，其特征在于，該保持件由不銹鋼制造。
22.根據權利要求19-21中任一所述的裝置，其特征在于，該保持件具有一個或者多個開口，以允許該擠壓裝置在纖維殼體的所述的柔性薄膜的外表面上產生壓力。
23.根據權利要求22所述的裝置，其特征在于，該保持件具有兩個開口，以允許該擠壓裝置在所述的柔性薄膜的外表面上產生壓力。
24.根據權利要求19-23中任一所述的裝置，其特征在于，該保持件形成為管狀件。
25.根據權利要求19-24中任一所述的裝置，其特征在于，該保持件具有進口和出口端，進口被密封地連接到該纖維殼體的進口端，并且出口端被密封地連接到該纖維殼體的出口端。
26.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，在該至少一個進口和至少一個出口之間的距離為10cm到200cm之間，例如在30cm到150cm之間，在40cm到80cm之間。
27.根據權利要求1-25中任一所述的裝置，其特征在于，在至少一個進口和至少一個出口之間的距離為10cm到60cm之間，例如在20cm到40cm之間，如在30cm左右。
28.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，還包括用于保持纖維內的縱向張力的裝置。
29.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該纖維殼體的內徑為1cm到20cm之間，例如在2cm到15cm之間，在3cm到10cm之間，在4cm到8cm之間，在5cm左右。
30.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該纖維是無孔的。
31.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該纖維是實心的。
32.根據權利要求1-30中任一所述的裝置，其特征在于，該纖維是空心和/或多孔的。
33.根據權利要求32所述的裝置，其特征在于，該空心的纖維在纖維末端是封閉的，該被封閉的纖維末端被布置在與該纖維殼體的進口相同的纖維殼體的一端。
34.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該纖維包括聚酯纖維或者尼龍纖維。
35.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該纖維包括透明的纖維。
36.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，在該至少一個進口和所述位置之間的距離為5cm到100cm之間，例如在10cm到90cm之間，在20cm到80cm之間，在30cm到50cm之間，在40cm左右。
37.根據前述權利要求1-35中任一所述的裝置，其特征在于，在該至少一個進口和所述位置之間的距離為5cm到80cm，例如在10cm到60cm之間，在15cm到30cm之間，在20cm左右。
38.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，在該纖維殼體的進口端的纖維被固定連接到纖維殼體的端部。
39.根據權利要求38所述的裝置，其特征在于，在該纖維殼體的進口端的纖維通過環氧樹脂而粘結到該端部。
40.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，纖維在它們各自的末端將被固定連接到該纖維殼體的端部。
41.根據權利要求40所述的裝置，其特征在于，纖維通過環氧樹脂被粘結到該端部。
42.根據權利要求1-39中任一所述的裝置，其特征在于，該多條纖維包括被這樣彎折的一束纖維，即結果得到的彎折的纖維束的長度近似為未彎折纖維長度的1/3到2/3之間。
43.根據權利要求42所述的裝置，其特征在于，該彎折的纖維束的長度為未彎折纖維束長度的一半左右。
44.根據權利要求42或43所述的裝置，其特征在于，該彎折的纖維束的彎折端部設置在該纖維殼體的出口端。
45.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該擠壓裝置適于沿著纖維的長度在幾個位置上擠壓該纖維。
46.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該擠壓裝置包括一個或者多個具有非柔性部分和/或柔性部分的擠壓件。
47.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該纖維殼體由水密性材料制成。
48.根據前述權利要求中任一所述的裝置，其特征在于，該纖維具有基本上圓形的截面，其直徑最大為5mm，例如最大為2mm，例如在0.001-1mm的范圍內，在0.01-0.5mm的范圍內。
49.一種用于過濾流體的系統，所述的系統包括根據權利要求1-48中任一所述的過濾裝置，用于使被過濾的流體通過被擠壓纖維的流動通道的裝置，用于當使流體通過流動通道時使纖維保持在擠壓狀態的裝置。
50.根據權利要求49所述的系統，所述的系統還包括用于釋放在該柔性薄膜的外表面上的壓力從而使纖維處在未擠壓狀態的裝置，用于使液體和/或氣體沿著從進口朝向出口的方向或者相反的方向通過未擠壓纖維從而向前沖洗或者向后沖洗該過濾裝置的裝置。
51.根據權利要求50所述的系統，其特征在于，通過未擠壓纖維從而沖洗該纖維的液體是未過濾的流體。
52.根據權利要求50或51所述的系統，其特征在于，由計算機控制擠壓纖維的裝置、釋放壓力的裝置、使流體通過被擠壓纖維的裝置和使液體和/或氣體通過未擠壓的纖維以沖洗該過濾裝置的裝置。
53.一種通過根據權利要求1-52中任一所述的裝置或系統來過濾流體的方法，該方法包括使流體通過所述的裝置；在沿著該柔性薄膜的一個位置上沿著徑向擠壓該纖維，以便減小該纖維的總截面面積并且由此減小該流動通道的截面面積，從而該流動通道的截面積朝向所述的位置逐漸減小；使流體通過該流動通道時保持在該纖維上的壓力。
54.根據權利要求53所述的方法，所述的方法還包括發射紫外光線穿過該纖維，以便利用紫外光線殺死在所述被濾掉的顆粒中的細菌和/或病毒。
55.一種沖洗根據權利要求1-52中任一所述的裝置或系統的方法，包括步驟釋放在該纖維上的壓力；使液體或者氣體通過未被擠壓的纖維。
56.根據權利要求55所述的方法，其特征在于，該液體或者氣體沿著從進口朝向出口的方向或者相反的方向通過未被擠壓的纖維，以便向前或者向后沖洗該裝置。
57.根據權利要求56所述的方法，其特征在于，通過未擠壓纖維從而沖洗該纖維的液體是未過濾的流體。
全文摘要
本發明提供了一種過濾流體的裝置，其中所述的過濾裝置包括纖維殼體(1)，它具有帶有至少一個進口的進口端(5)和帶有至少一個出口的出口端(3)。該纖維殼體包圍在該纖維殼體內在該進口端和出口端之間縱向延伸的多條纖維(2)并且限定用于該多條纖維的一外部邊界，從而在纖維之間提供縱向延伸的空隙，所述的空隙限定用于流體的多條流動通道。纖維殼體的至少一部分由包圍纖維的柔性薄膜構成，并且提供擠壓裝置(7a，7b)，它用于在該柔性薄膜的外表面上產生壓力，從而在沿著纖維長度的至少一個位置上沿著徑向擠壓纖維。
文檔編號B01D39/04GK1461232SQ01815953
公開日2003年12月10日 申請日期2001年9月17日 優先權日2000年9月19日
發明者伯·博耶 申請人:菲伯拉有限公司