用于过滤模块的模块化歧管的制作方法

1.本发明总体上涉及用于过滤模块的模块化歧管，其能够对过滤模块内的过滤膜进行气体冲刷。


背景技术：

2.过滤模块通常用于过滤或以其他方式处理各种类型的液体，例如从液体中分离杂质。随着时间的推移，杂质将积聚在过滤膜的表面上，从而导致过滤膜的结垢。因此，在从液体中过滤杂质一段时间之后，通常会对过滤膜进行物理清洁，例如通过反洗(即，以与过滤路径相反的方向泵送液体通过过滤膜)或气体冲刷(即，沿过滤膜鼓泡空气以振动膜并使杂质松动)。
3.由于气体冲刷是一种重要的清洁机制，因此希望提供一种能够实现优化、快速和简单的气体冲刷的配置。本发明提供了一种模块化集管设计，其包括流体分离和不同的气体和液体通道，用于优化液体分布和有效的气体冲刷。


技术实现要素：

4.本发明的一个实施例涉及一种用于过滤模块组件的模块化集管。所述模块化集管包括主体、延伸穿过所述主体的第一液体通道和第二液体通道以及延伸穿过所述主体的气体通道。所述气体通道具有形成在所述主体的第一侧表面处的第一开口端和形成在所述主体的第二侧表面处的相对的第二开口端。辅助适配器在气体通道的第一和第二开口端中的至少一个处固定到主体。
5.本发明的另一实施例涉及一种用于过滤模块组件的模块化集管，其包括主体，所述主体具有在第一平面中延伸的第一基部表面、在平行于第一平面的第二平面中延伸的相对的第二基部表面。以及从所述第一基部表面朝向所述第二基部表面延伸的纵向轴线；在第三平面中延伸的第一侧表面和在第四平面中延伸的相对的第二侧表面，所述第三平面和所述第四平面垂直于所述第一平面和所述第二平面；第一液体通道和第二液体通道在平行于第一平面和第二平面的方向上延伸穿过主体，第一液体通道的内径大于第二液体通道的内径；气体通道在平行于第一和第二平面的方向上延伸穿过主体，第一和第二液体通道的内径大于气体通道的内径，所述气体通道具有形成在所述第一侧表面处的第一开口端和形成在所述第二侧表面处的相对的第二开口端；以及辅助适配器，其固定到所述气体通道的所述第一开口端和所述第二开口端中的至少一个。
6.本发明的另一实施例涉及一种过滤模块组件，其包括多个过滤模块，每个过滤模块包括具有第一端和相对的第二端的圆柱形壳体以及容纳在圆柱形壳体内的多个过滤膜；连接到所述多个过滤模块的第一端的第一歧管组件和连接到所述多个过滤模块的第二端的第二歧管组件，所述第一歧管组件和所述第二歧管组件中的每一个包括多个互连的模块化集管，其使得第一歧管组件的每个模块化集管连接到相应的过滤模块的第一端，并且第二歧管组件的每个模块化集管连接到相应的过滤模块的第二端；以及固定到第一歧管组件
的框架。每个模块化集管都包括主体，所述主体具有在第一平面中延伸的第一基部表面、在平行于所述第一平面的第二平面中延伸的相对的第二基部表面、以及从所述第一基部表面朝向所述第二基部表面延伸的纵向轴线；在第三平面中延伸的第一侧表面和在第四平面中延伸的相对的第二侧表面，第三平面和第四平面垂直于第一平面和第二平面；第一液体通道和第二液体通道在平行于第一平面和第二平面的方向上延伸穿过主体，所述第一液体通道的内径大于所述第二液体通道的内径；气体通道，所述气体通道在平行于所述第一平面和所述第二平面的方向上延伸穿过所述主体，第一和第二液体通道的内径大于气体通道的内径，气体通道具有形成在第一侧表面处的第一开口端和形成在第二侧表面处的相对的第二开口端；辅助适配器，其固定到气体通道的第一和第二开口端中的至少一个。
附图说明
7.结合附图阅读时，可以更好地理解上述概述以及本发明的以下详细描述。为了说明本发明的目的，在附图中示出了目前优选的实施例。然而，应当理解，本发明不限于所示的准确的布置和手段。其中：
8.图1是根据本发明的一个实施例的2x20液体处理系统的侧视图；
9.图2是根据本发明的一个实施例的液体处理系统的侧视局部视图，其中某些部件以分解图示出；
10.图3是根据本发明的一个实施例的2x2液体处理系统的侧视图；
11.图4是根据本发明的一个实施例的液体处理系统的歧管组件的集管的侧面透视图；
12.图5是图4所示的集管的后视图；
13.图6是图4所示的集管的右视图；
14.图7是图4所示的集管的主视图；
15.图8是图4所示的集管的辅助适配器的正视图；
16.图9是图8所示的辅助适配器的侧视图；
17.图10是图4所示的集管的俯视图；
18.图11提供了关于图1中的液体处理系统的不同视图，其示出了液体和气体通过系统的流动；
19.图11a提供了关于图1中的液体处理系统的不同视图，示出了气体通过系统的排出；
20.图12提供了关于图1中的液体处理系统的上歧管组件的剖视图，示出了液体通过系统的流动；
21.图13是根据本发明的一个实施例的下歧管组件与液体处理系统的框架的连接处的放大后的顶部透视图；和
22.图14是根据本发明的实施例的容纳在液体处理系统中的每个过滤模块的外壳内的多个过滤膜的放大图。
具体实施方式
23.在以下描述中使用某些术语仅是为了方便，而不是限制。词语“右”、“左”、“下”和“上”表示参考附图中的方向。词语“向内”或“远侧”和“向外”或“近侧”分别指朝向和远离装置和器械及其相关部件的几何中心或取向的方向。术语包括上面列出的单词，其派生词和类似含义的单词。
24.具体实施方式详细参考附图，其中相同的数字在几个视图中表示相同的元件。图1-3示出了液体处理系统，其通常用10表示。液体处理系统10包括一个或多个过滤模块12，并且更优选地包括多个过滤模块12的阵列，所述过滤模块12以任何期望的配置布置并且支撑在框架60上。优选地，过滤模块12形成用于液体(例如水)的过滤设备或其它处理设备。管道、泵、容器、阀和/或其他部件(未示出)优选地围绕过滤模块12构建和/或可操作地连接到过滤模块12以形成完整的液体处理系统。
25.本领域技术人员应当理解，过滤模块12是任何已知形式的过滤模块。在优选实施例中，每个过滤模块12都具有第一端或下端18和相对的第二端或上端20的外壳16。外壳16的纵向轴线a从第一端18延伸到第二端20。外壳16具有大致圆柱形的外周侧壁14。外壳16由例如聚合物材料、金属(例如，不锈钢)、纤维增强塑料等形成。然而，每个过滤模块12都不限于这种形状和/或材料，因为过滤模块12以任何形状或由具有本文所述功能性的任何材料形成。每个过滤模块12优选地具有沿纵向轴线a测量的几英尺的高度，但模块12可以有任何理想的高度，并允许本文所述的功能。每个过滤模块12都可以是纳滤、微滤或超滤模块，以便过滤相对较小的颗粒物，例如胶体物质。
26.参考图1-3和14所示，每个过滤模块12的外壳16至少部分地围绕其中的多个过滤膜13。在一个实施例中，每个过滤膜13都通常是管状的，并且优选地由聚合物材料形成。在一个实施例中，每个过滤膜13都由纤维材料形成，使得每个过滤膜13是中空纤维。优选地，每个过滤膜13大致平行于纵向轴线a延伸。每个过滤膜13的相对的端部优选地固定在相应的过滤模块12内的适当位置，例如通过靠近过滤模块12的端部18、20中的至少一个，更优选两个处的灌封部分或粘合剂(未示出)来固定。优选的，每个过滤膜13是至少部分中空的，使得至少一些液体可以在每个过滤膜13内流动，或者基本平行于或垂直于纵向轴线a。本领域技术人员将理解的是，过滤膜13的结构和配置不限于中空纤维膜13，而是过滤膜13具有任何已知的结构和配置，只要它们适合于过滤流过过滤模块12的液体即可。
27.多个过滤模块12连接到共同的第一或上歧管组件22以及共同的第二或下歧管组件24。更具体地，每个过滤模块12的下端18与下歧管组件24流体连通，并且每个过滤模块12的上端20与上歧管组件22流体连通。上歧管组件22包括多个互连的集管26，并且下歧管组件24包括多个互连的集管26。上歧管组件22和下歧管组件24的集管26彼此相同。
28.如图2和图4所示，每个集管26包括主体28和至少三个通道30、32、34，所述通道在大致垂直于纵向轴线a的方向上延伸穿过主体28。更具体地，第一、第二和第三通道30、32、34呈管状导管的形式，所述管状导管在大致垂直于纵向轴线a的方向上延伸穿过主体28。每个集管26的主体28优选地由一种或多种刚性聚合物材料形成，例如聚氯乙烯(pvc)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)共聚物、聚丙烯(pp)和聚碳酸酯(pc)。最优选地，主体28由pp或pvc形成。主体28的聚合物材料还包括填充材料，并且更优选地包括无机填充材料，例如二氧化硅、石墨和玻璃纤维。
29.主体28具有在彼此平行的平面中延伸的相对的第一和第二基部表面36、38；在彼此平行且垂直于第一和第二基部表面36、38的平面中延伸的相对的第一和第二侧表面40、
42；并且在彼此平行且垂直于第一和第二基部表面36、38的平面中延伸的相对的第三和第四侧表面70、72。主体28的纵向轴线平行于模块12的纵向轴线a并从第一基部表面36朝向第二基部表面38延伸。三个通道30、32、34中的每一个都具有在主体28的第一侧表面40处的第一开口端30a、32a、34a，以及形成在主体28的第二侧表面42处的相对的第二开口端30b、32b、34b。相邻的集管26在第一、第二和第三通道30、32、34中的每一个处彼此连接，以便通过上歧管组件22和下歧管组件24中的每一个的整体形成连续的第一、第二和第三通道30、32、34。
30.在一个实施例中，第一通道30的第一开口端30a优选地被配置为母端口，而第二开口端30b优选地被配置为公端口，但是应当理解，相反的配置可以在替代方案中实施。公端口30b优选地包括突出的环形唇缘或边缘39，并且母端口30b优选地包括环形凹槽或凹部41，其尺寸和形状与环形唇缘39相对应。这样，当连接两个或更多个集管26时，第一集管26的环形唇缘39被容纳在相邻的第二集管26的相应的环形凹部41内，第二集管26的环形唇缘39被容纳在相邻的第三集管26的相应的环形凹部41内，等等，使得集流管26彼此很好地对齐，并且穿过整个上歧管组件22和下歧管组件24形成连续的第一通道30。夹具、垫圈、o形环等可以设置在集管26的每个连接的母端口和公端口30a、30b的接口处，以确保在接口处的流体密封。更具体地，在每个连接的环形唇缘39和环形凹部41的界面处形成有周边凹槽，并且垫圈和夹具63被容纳在该凹槽内。
31.在一个实施例中，第二通道32的第一开口端32a优选地也被配置为母端口，并且第二开口端32b优选地也被配置为公端口，可以理解的是，相反的配置也可以在替代方案中实施。公端口32b优选地包括突出的环形唇缘或边缘43，并且母端口32a优选地包括环形凹槽或凹部45，其尺寸和形状与环形唇缘43相对应。这样，当连接两个或更多个集管26时，第一集管26的环形唇缘43被接纳在相邻的第二集管26的相应的环形凹部45内，第二集管26的环形唇缘43被接纳在相邻的第三集管26的相应的环形凹部45内，等等，使得集流管26彼此很好地对齐，并且通过整个上歧管组件22和下歧管组件24形成连续的第二通道32。夹具、垫圈、o形环等可以设置在集管26的每个连接的母端口32a和公端口32b的接口处，以确保在接口处的流体密封。更具体地，在每个连接的环形唇缘43和环形凹槽45的界面处形成有周边凹槽，并且垫圈和夹具65被容纳在该凹槽内。
32.在一个实施例中，第三通道34的第一端34a和第三通道34的第二端34b各自包括附接到其上的辅助适配器52。所述适配器52具有:主体53，其外接大致为圆柱形的开口55；以及外螺纹导管61，其从主体53的第一表面延伸并且被构造成容纳在第三通道34的第一开口端34a和第二开口端34b内。主体53优选地为六边形，但是应当理解，主体可以具有任何已知的形状，例如圆形、正方形、矩形等。每个适配器52的主体53优选地由一种或多种刚性聚合物材料形成，例如pvc、abs共聚物、pp和pc。最优选地，适配器52的主体53由pp或pvc形成。适配器52的主体53的聚合物材料还可以包括填充材料，并且更优选地包括无机填充材料，例如二氧化硅、石墨和玻璃纤维。
33.本实施例还提供多个销钉57，所述销钉57从主体53的第一表面延伸并且被构造成容纳在形成于每个集管26的主体28中的开口59内。一个或多个螺钉54可用于将适配器52固定到每个集管26的主体28上。大致为管状的连接器部分56从适配器52的主体53的第二表面延伸。第一集管26的适配器52的连接器部分56被配置为固定到相邻的第二集管26的适配器
52的连接器部分56，诸如此类，使得连续的第三通道34通过整个上歧管组件22和下歧管组件24形成。夹具、垫圈、o形环等可设置在集管26的每个连接的适配器52的接口处，以确保在接口处的流体密封。更具体地，在连接的适配器52的接口处，提供垫圈和夹具67以确保紧密密封，其中接口被设计成将密封部件(例如，垫圈或夹具)保持在适当位置以确保正确的功能性。
34.通过在通常具有最小直径的气体通道34的开口端34a、34b处提供辅助适配器52，集管26在不需要任何计算机数控(cnc)加工的情况下被制造(例如，注塑成型)。也就是说，虽然可能已经需要cnc加工来在小直径气体通道34的开口端34a、34b处实现所需的几何形状，但是不需要这样的加工，因为提供所需几何形状的适配器52被单独地制造并固定到集管26(例如，通过螺纹啮合和螺钉)。辅助适配器52还使每个集管26能够真正的模块化。
35.优选地，所述第一通道30、所述第二通道32和所述第三通道34彼此流体分离。换句话说，所述第一通道30、所述第二通道32和所述第三通道34是分开的并且彼此互不相同。在一个实施例中，第一通道30是进料或滞留物流流过的流体通道，第二通道32是过滤或处理过的液体(例如滤液或渗透物)流过的流体通道，第三通道34是气体流过的流体通道。因此，在下文中，第一通道30有时被称为进料通道、滞留通道或进料/滞留通道；第二通道32有时被称为滤液通道、渗透物通道或滤液/渗透物通道；第三通道34有时被称为气体通道。
36.第一通道30的内径优选地大于第二通道32的内径，并且第二通道32的内径优选地大于第三通道34的内径。在一优选实施例中，进料/滞留通道30的内径为6英寸，滤液/渗透物通道32的内径为4英寸，气体通道34的内径为3英寸。然而，本领域技术人员应理解的是，进料/滞留通道30、滤液/渗透物通道32和气体通道34的直径可以根据需要或期望进行调整和选择，以适应最终应用。
37.参照图5，在一个实施例中，每个集管26的主体28的至少一部分27配备有透明材料，以能够观察通过集管26的流体的流动。更具体地，集管26的主体28的对应于第一通道30(即，进料/滞留通道30)的部分27设置有透明材料，例如透明树脂(例如，pc)或玻璃材料，以下称为观察镜，用于气泡观察，因为气泡是在膜由于暴露于机械和/或化学应力而失效的情况下形成的典型迹象。在一个实施例中，观察镜27为梯形形状。然而，应当理解，观察镜27可以具有任何形状、尺寸等。垫圈(未示出)可以设置在观察镜27的周边，以确保与集管26的主体28紧密且牢固地接合。
38.如图4和图10所示，每个集管26的主体28的第一基部表面36优选地包括被构造成将集管26联接到相应的过滤模块12的连接构件或插口31。优选地，所述连接构件31具有由外围边缘35包围的大致凹入的主体33。连接构件31与主体28一体地形成，或者可以可拆卸地附接至主体28。下歧管组件24的每个集管26的连接构件31连接到相应的过滤模块12的下端18(例如，在外围边缘35处)，使得下歧管组件24和过滤模块12彼此流体连通，并且，上歧管组件22的每个集管26的连接构件31连接到相应的过滤模块12的上端20(例如，在外围边缘35处)，使得上歧管组件22和过滤模块12彼此流体连通。夹具69、垫圈、o形环等可设置在每个连接构件31和过滤模块12的接口处，以确保流体密封。
39.优选地，连接构件31包括液体出口44，例如形成在凹形本体33中，更具体地，形成在凹形本体33的底部偏离凹形本体33的几何中心的位置处。液体出口44与滤液/渗透物通道32流体连通(见图10)。过滤或以其他方式处理的液体(以下称为滤液/渗透物)在液体已
经通过或以其他方式在模块12内循环之后通过下端18和/或上端20离开每个过滤模块12。然后通过相应的液体出口44进入上歧管组件22和下歧管组件24的相应的集管26的滤液/渗透物通道32。液体出口44的尺寸、形状和/或构造不受任何特定方式的限制。
40.参照图4，适配器66优选地插入并穿过每个集管26的连接构件31的中心开口31a。适配器66优选地由一种或多种刚性聚合物材料形成，例如pvc、abs共聚物、pp和pc。最优选地，适配器66由pp、pvc或abs共聚物形成。适配器66的聚合物材料还可以包括填充材料，并且更优选地包括无机填充材料，例如二氧化硅、石墨和玻璃纤维。
41.适配器66具有大致圆柱形的主体，其一端附接至连接构件31和/或与连接构件31连通，而相对端附接至相应的过滤模块12和/或与相应的过滤模块12连通。适配器66优选地包括两个流体通道46、48，所述两个流体通道彼此流体分离。在一个实施例中，第一通道46由第一管状导管47界定，第二通道48由环绕第一管状导管47的第二管状导管49界定。第一通道46优选地是与每个过滤模块12的过滤膜13和每个集管26的气体通道34连通的气体通道。第二通道48优选地是与每个过滤模块12的过滤膜13和每个集管26的进料/滞留物通道30连通的液体通道。
42.上歧管组件22和下歧管组件24中的每一个的第一通道30优选地与进料液体容器或源(未示出)和/或滞留物储存容器(未示出)连通。例如，在一个实施例中，下歧管组件24的第一通道30的第一或上游集管26的暴露端口30a或30b优选地与进料液体容器或源连通。下部歧管组件24的第一通道30的最后或下游集管26的暴露端口30a或30b通过塞子封闭。上歧管组件22的第一通道30的第一集管26的暴露端口30a或30b与滞留物储存容器连通，并且，上歧管组件22的第一通道30的最后集管26的暴露端口30a或30b被塞子封闭。可以理解的是，根据期望的过滤配置，可以实现反向配置。
43.每个上歧管组件22和下歧管组件24的第二通道32优选地与滤液/渗透物储存容器(未示出)连通。更具体地，上歧管组件22或下歧管组件24的第一和/或最后集管26的暴露端口32a或32b中的至少一个连接到滤液/渗透物存储容器，而其他暴露端口32a、32b通过塞子封闭。下歧管组件24的第三通道34优选地与气体(例如，空气)源连通。更具体地，下歧管组件24的第一和/或最后的集管26的暴露端口34a或34b中的至少一个连接到气体源，而其他暴露端口34a、34b通过塞子封闭。
44.液体处理系统10优选具有和/或可在用于处理进料液体的第一配置和用于清洁过滤模块10的过滤膜13的第二配置中操作。在第一和第二配置中，液体和气体优选地被注入到上部和/或下部歧管组件22、24中，并且通过操作一个或多个阀而被允许离开上部和/或下部歧管组件22、24。
45.在第一配置(即，处理配置)的操作中，待处理的进料液体被引入到上歧管组件22和/或下歧管组件24的进料通道30中，优选地，通过打开与上歧管组件22和/或下歧管组件24中的每一个的进料通道30连接或关联的进料阀(未示出)。在上歧管组件22或下歧管组件24的每个集管26中，进料液体通过集管26的进料通道30朝向适配器66流动到每个适配器66的第二通道48，然后流经每个适配器66的第二通道48进入相应的过滤模块12中，以被相应的过滤膜13过滤。在处理构造中，气阀(未示出)、排放阀(未示出)和排气阀(未示出)都优选为至少在初始是关闭的。然而，优选的，滤液/渗透物阀(未示出)至少最初是打开的并可操作地连接到上歧管组件22和/或下歧管组件24的滤液/渗透物通道32。待过滤的进料液体穿
过多个过滤模块12的过滤膜13，并且滤液/渗透物在其中向上和/或向下流动。因为提供了两个液体出口44(即，在上歧管组件22的集管26处以及在下歧管组件24的集管26处)，所以滤液或渗透物可以在其上端20和下端18处离开过滤模块12，流入上歧管组件22和/或下歧管组件24的滤液/渗透物通道32中，并最终流出系统10，如图11所示，用于收集。进料液体的引入和滤液/渗透物的去除可以串联或并联进行。
46.在处理配置中的操作期间，颗粒物质倾向于积聚在过滤膜13和过滤模块12的内部上和/或内部。为了继续有效地过滤液体，应当从过滤膜13和过滤模块12的内部去除颗粒物质。为此，优选地至少暂时停止将液体引入到上部和/或下部歧管组件22、24的进料通道30中，例如通过关闭进料阀。此外，滤液/渗透物还优选地至少暂时停止离开上部和/或下部歧管组件22、24，这可以通过简单地允许所有滤液/渗透物通过液体出口44和滤液/渗透物通道32从过滤模块10排出，或者通过关闭滤液/渗透物阀来实现。
47.接下来，在第二配置(即，清洁配置)中操作系统10。在清洁配置中，优选地将气体(例如空气)注入到下歧管组件24的集管26的气体通道34中。这可以通过打开气阀来实现，使得气体优选地通过下歧管组件24的集管26的气体通道34进入每个适配器40的第一通道46中。然后进入每个过滤模块12以接触模块12内的过滤膜13以冲刷过滤膜13。如图11a所示，通过打开排气阀，并且优选地至少暂时允许气体经由进料/滞留通道30离开过滤模块12。所述气体基本上有助于清洁过滤膜13和过滤模块12的内部，通过从它们的表面松开颗粒物质。
48.然后优选地至少暂时阻止气体离开过滤模块12，这可以通过例如关闭排气阀来实现。接着，优选地，至少暂时允许例如通过打开排放阀将气体注入到模块12中从而将从过滤膜13中冲刷的一些颗粒物质从模块12中排出或以其他方式排出。优选地，冲刷和排水步骤并行进行。同时，优选地，如上所述，气体被连续地注入到过滤模块12中，这促进了颗粒物质的排放。然后优选地至少暂时停止所述颗粒物质的排放。这可以通过简单地允许所有颗粒物质从过滤模块12排出或通过关闭排放阀来实现。优选地，允许过滤模块12中的气体离开模块12，这可以通过例如打开排气阀来实现。
49.在优选实施例中，下歧管组件24固定到框架60，该框架为整个处理系统10提供稳定性。更具体地，每个集管26可拆卸地或永久地固定到框架60。框架60由金属材料制成，优选地为不锈钢。在一个实施例中，见参考图13，每个集管26的主体28的第二基部表面38包括至少一个凹口、狭槽或凹部58，并且优选地包括多个凹口、狭槽或凹部58。更具体地，凹口形成在第二基部表面38和第四侧表面72之间。直立壁74从第二基部表面38向上延伸，以形成不同的凹部58。框架60包括多个舌片或梁76，并且更具体地，悬臂式舌片或梁76在对应于每个集管26的凹部58的位置中。为了将下歧管组件24与框架60组装，框架60的悬臂舌片76以牢固配合的方式定位或插入在每个集管26的相应的凹部58内。在一个实施例中，舌片76可以用螺栓连接、钉连接、焊接、粘附、卡扣配合等固定在每个集管26的相应的凹口58上。
50.由于所有液体和气体通道都形成在每个模块化集管中，因此提供了一种模块化歧管组件。例如，在一个集管和/或过滤模块12发生故障的情况下，发生故障的集管和/或过滤模块12可以容易地与歧管组件断开和分离，同时保持在适当位置的模块化集管继续根据需要起作用和操作。
51.本领域技术人员应当理解，可以在不脱离其广泛的发明构思的情况下对上述实施
例进行改变。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施例，而是旨在覆盖在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的修改。