[发明专利]具有弹性线支承结构的平行管形部件

说明书

本发明涉及一种过滤器模块，该过滤器模块包括多个管形薄膜，这些管形薄膜基本相互平行地延伸，且管形薄膜包括用作过滤器的多孔壁。

这种过滤器模块为已知。它们在基于薄膜过滤的过滤装置和系统中广泛使用。在这样的单元中，薄膜由多孔管形薄膜来形成，这些多孔管形薄膜通常具有基本柱形的外部形状，并确定了柱形空腔。薄膜的壁形成在柱形空腔和薄膜外部之间的过滤薄膜。过滤设备使用大量这样的薄膜，因此产生较大的总薄膜区域，流体能够在该总薄膜区域中通过使得薄膜的内部空腔与它的外部分离而进行过滤。因此能够将要过滤的流体供给薄膜的外部，且薄膜的过滤作用将在内部空腔中产生滤液。然后，滤液从管形薄膜的空腔中收集，并从过滤装置排出。这称为从外部向内过滤。也可以通过将要过滤的流体供给管形薄膜的空腔和在外部收集滤液而交换要过滤的流体的位置。这称为从内部向外过滤。

这种过滤装置的有效实施包括过滤器单元，该过滤器单元包括大量薄膜，通常为等长度，其中，这些薄膜在相对较短距离处相互连接在一起，端部通过使得它们封装在树脂块中而保持在一起。因此，薄膜转变成薄膜块，最后，在管形薄膜的内部空腔和薄膜的外部之间保持清楚分离。这样，在从外部向内过滤和从内部向外过滤的情况下，要过滤的流体保持与滤液分离。通常，过滤器装置包括大量这样的封装管形薄膜模块。

从外部向内过滤有优于从内部向外过滤的某些优点。它向要过滤的流体提供了每个模块更大薄膜面积的优点。不过，从外部向内过滤也有一些缺点。要过滤的流体的污垢积累在较差确定的几何结构中。在薄膜相互靠近的位置处，污垢层能够粘附在两个薄膜之间。为了进行补救，通常使用空气清洁，这导致在薄膜上的机械应力，因为空气清洁依靠使得薄膜振动来除去在它们之间的污垢。空气清洁还需要消耗能量，通常还需要消耗一些化学药剂。

当考虑从外部向内过滤时，有两种可能方式来将要过滤的流体供给薄膜的外部，即所谓的平行流动和所谓的垂直流动(也称为横向或真正交叉流动)。在平行流动中，流体沿与薄膜的中心轴线平行的方向沿薄膜流动，在垂直流动中，要过滤的流体垂直于薄膜的中心轴线流动。在平行流动中，要过滤的流体必须通过模块的封装部分而进入过滤模块。这里，薄膜刚性地保持在一起，因此很难获得要过滤的流体的良好分布。在空气清洁的情况下，对于空气也有这样的问题。不过，已经表明在从外部向内过滤中，垂直流动结构与平行流动结构相比有优点，例如见The Transverse Flow Membrane Module：Construction，Performance and Applications，Futselaar,H.1993.ISBN，9090061932以及Microfiltration：Membrane development and module design，Roesink H.D.W，1989，ISBN 909002843-9。与平行流动相比垂直于薄膜的流动能够更好地除去污垢。通过垂直于薄膜地供给，能够获得更好的供给流体分布，并获得优化的质量或热量传递。不过，垂直流动也有一些缺点。通常，薄膜水平布置。由于膨胀(湿润、温度)，薄膜可以膨胀和“悬垂”。这可能使得薄膜相互接触，从而增加污垢的可能性和降低质量传递。另一不希望的效果是由于在出口点的较高力而增加了薄膜破裂的可能性，薄膜在该出口点处离开树脂包封。还有，在薄膜竖直布置的情况下，它们可能相互接触，具有类似的负面效果。而且，这可能在薄膜和包封之间的交接面上引起机械应力。因此，薄膜的长度有限。这样，由于包封而损失相对较大面积，且模块使得制造复杂，因为有相对大量的包封。

具有水平布置的大量管形薄膜的过滤器单元实例由US5232593和US4959152已知。US5232593介绍了一种模块，其中，一堆有框架的管形薄膜布置成相互在顶上，以便形成横向模块。US4959152介绍了一种分离模块，该分离模块由相互堆垛在顶上的管形薄膜板或垫来构成。该板或垫由管形薄膜形成，该管形薄膜在它们的端部处保持在框架中。由于上述问题，在US5232593和US4959152中介绍的薄膜的有用长度限制为最大40-50cm。

EP0345983介绍了一种空心纤维类型的流体处理装置，例如用于血液透析器、人工肺、血浆分离器等。空心纤维垫通过绳索织物类型的经纱将纤维保持在一起和相互平行而形成。在该申请中介绍的纤维的长度为10cm，因此大约比过滤器单元中所希望的数量级小得多。经纱并不向纤维提供附加的支承(除了将它们保持在一起)，且不适合用于如过滤器单元中所需的更长纤维。