過(guò)濾元件及其制造和使用方法
【專利說(shuō)明】過(guò)濾元件及其制造和使用方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2007年11月29日、申請(qǐng)?zhí)枮?00780044436.9、發(fā)明名稱為“過(guò)濾元件及其制造和使用方法”(PCT/US2007/024603，進(jìn)入國(guó)家階段日期2009年6月I日)之申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及過(guò)濾元件及其制造中所用的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]已有用來(lái)以連續(xù)工藝制造管狀過(guò)濾元件的機(jī)器。美國(guó)專利4，101，423公開了一種在單級(jí)多卷繞機(jī)器(multiple winding machine)上由螺旋狀卷繞并重疊的多層制造的管狀過(guò)濾元件，所述層例如高濕強(qiáng)度、高度多孔紙的內(nèi)層、無(wú)菌級(jí)薄微孔過(guò)濾材料的第二層、發(fā)泡聚乙烯多孔片材的外層和支承所述過(guò)濾材料的多孔外層。這些層包繞在固定芯軸上而以單層重疊的方式自重疊并在卷繞時(shí)一致地沿所述芯軸推進(jìn)以便該層合體的相鄰層間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。阻止被過(guò)濾的顆粒物質(zhì)和細(xì)菌通過(guò)的粘合劑材料將第二過(guò)濾層密封在重疊區(qū)域內(nèi)。該管狀層合結(jié)構(gòu)的端部靠近所述結(jié)構(gòu)各邊緣處預(yù)定的長(zhǎng)度用適宜的密封粘合劑材料如聚氨酯封裝化合物浸漬。當(dāng)粘合劑材料固化時(shí)，所述端部為管提供機(jī)械支承，同時(shí)阻止流體或顆粒和細(xì)菌污染物通過(guò)(參見(jiàn)第5欄，第4-26行)。
[0004]美國(guó)專利4，986，909中示出了一種環(huán)狀卷繞的螺旋形色譜柱。此處，片材式可溶脹纖維基體與隔離裝置層的交替層的夾層結(jié)構(gòu)或?qū)雍象w與所述夾層結(jié)構(gòu)的周緣被壓縮成流體不透的構(gòu)造。通常，可膨脹纖維基體與隔離裝置的交替盤的周緣結(jié)合。優(yōu)選所述纖維基體含有或其中粘結(jié)有熱塑性聚合物材料，隔離裝置也如此。邊緣可通過(guò)適宜的加熱如聲波焊接結(jié)合(參見(jiàn)第10欄，第40-61行)。
[0005]美國(guó)專利5，114，582中公開了另一種螺旋狀環(huán)形卷繞的過(guò)濾元件，其包括一個(gè)或多個(gè)螺旋狀卷繞于圓筒形滲透物輸運(yùn)管上的過(guò)濾元件。各過(guò)濾元件包括熱封膜元件和進(jìn)料隔離體(參見(jiàn)摘要)。
[0006]美國(guó)專利5，264，162中公開了一種制造由碳-碳復(fù)合材料以墊條形式螺旋狀卷繞于芯軸上制成的高滲透多孔管的方法。多孔管由所述材料通過(guò)在芯軸上卷繞由碳纖維前體制成的非織造片材，然后對(duì)組件進(jìn)行壓縮和熱穩(wěn)定化而制成。用樹脂浸漬所述片材，然后對(duì)樹脂進(jìn)行熱碳化處理。獲得的管滲透性高、孔徑小且內(nèi)表面粗糙度低(參見(jiàn)摘要)。還公開了使用連續(xù)墊層可以在最終管中獲得孔徑在待過(guò)濾流體的方向上一般從管內(nèi)側(cè)向管外側(cè)增大。有利的是這些孔徑在一層和下一層之間的比率基本為10，這可通過(guò)調(diào)節(jié)墊的密度和/或纖維的直徑獲得(參見(jiàn)第4欄，第10-20行)。
[0007]美國(guó)專利5，409, 515中公開了一種螺旋狀卷繞的單繞過(guò)濾元件，其包括聚四氟乙烯的多孔膜和一個(gè)或多個(gè)由熱熔合成樹脂制成的纖維構(gòu)成的片體(參見(jiàn)摘要)。所述片體在選定的長(zhǎng)度上熱熔合(參見(jiàn)Col.第40-46行)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一般目的是提供用改進(jìn)的方法制得的改進(jìn)的過(guò)濾元件及用于其制造的機(jī)器。
[0009]該目的通過(guò)由被壓縮形成具有選定孔隙率的墊或片材的基體材料和粘結(jié)材料的均勻混合物的至少一種非織造織物制成的過(guò)濾元件達(dá)到。所述粘結(jié)纖維有至少一個(gè)熔融溫度低于所述基體纖維的表面。所述片材形成為選定的幾何形狀并被加熱至熱熔以結(jié)合基體纖維成為多孔過(guò)濾元件。優(yōu)選的形狀為多個(gè)片材的螺旋卷繞管，各片材自重疊并被壓縮以與另一片材重疊。各片材優(yōu)選單獨(dú)加熱和壓縮且片材可選擇為具有不同的孔隙率和密度。粘結(jié)材料選自熱塑性材料和樹脂，基體材料選自熱塑性材料和天然材料。
[0010]優(yōu)選用來(lái)生產(chǎn)所述過(guò)濾元件的機(jī)器采用的制造方法包括形成如上所述被壓縮形成具有選定孔隙率的片材的基體纖維和粘結(jié)纖維的均勻網(wǎng)的非織造織物的步驟。多個(gè)非織造織物片材螺旋形地卷繞于帶有單獨(dú)的皮帶的多站卷繞機(jī)上，各皮帶由絞盤供以動(dòng)力，從而形成各個(gè)層，這些層重疊而形成層合體。各皮帶的張力選擇為壓縮各層至選定的程度。加熱各層以實(shí)現(xiàn)熱熔合步驟。冷卻流體通過(guò)空心芯軸泵送以防止芯軸中的過(guò)度熱積聚。機(jī)器由計(jì)算機(jī)控制，計(jì)算機(jī)接收調(diào)節(jié)機(jī)器功能的輸入信號(hào)如絞盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度、片材卷繞皮帶的張力、用來(lái)實(shí)現(xiàn)各層的熱熔合的加熱器陣列的溫度和流經(jīng)空心芯軸的冷卻流體的流量。
[0011]通過(guò)下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述以及另外的目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的部分截面的透視圖，示出了在四站卷繞機(jī)中用四卷選定的非織造織物制得的多重疊無(wú)芯過(guò)濾元件。
[0013]圖2為橫截面視圖，示出了在空心芯軸上形成的圖1的多重疊無(wú)芯過(guò)濾元件。
[0014]圖3為用來(lái)制造圖1的過(guò)濾元件的機(jī)器的三個(gè)站的示意性頂視圖。
[0015]圖4為透視圖，示出了用來(lái)生產(chǎn)圖1的過(guò)濾元件的多級(jí)卷繞機(jī)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。
[0016]圖5為用來(lái)生產(chǎn)圖1的過(guò)濾元件的優(yōu)選非織造織物制造工藝的框圖。
[0017]圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案的具有夾層帶(interlaying band)的多重疊無(wú)芯過(guò)濾元件的橫截面視圖。
[0018]圖6B示出了用來(lái)形成夾層帶的條，所述條位置抵靠著用來(lái)形成過(guò)濾元件的帶的條的表面以同時(shí)卷繞而提供圖6A中所示的構(gòu)造。
[0019]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的具有插入帶(interleaf ing band)的另一多重疊無(wú)芯過(guò)濾元件的橫截面視圖。
[0020]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案的具有另一插入帶的多重疊無(wú)芯過(guò)濾元件的橫截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]看附圖的圖1，數(shù)字11代表根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的多重疊無(wú)芯過(guò)濾元件。其包括第一多重疊非織造織物條13、第二多重疊非織造織物條15、第三多重疊非織造織物條17和第四多重疊非織造織物條19。各織物條13、15、17、19以重疊的層螺旋形地卷繞而分別形成重疊的帶14、16、18、20。帶14的徑向內(nèi)表面21形成從過(guò)濾元件的一端25向過(guò)濾元件11的相對(duì)端27延伸的軸向延伸環(huán)形空間(即通路)的周緣。圖中放大了織物的厚度。
[0022]在附圖的圖2中，數(shù)字47代表具有環(huán)形外表面49和環(huán)形內(nèi)表面51的空心圓筒形芯軸，所述環(huán)形內(nèi)表面51形成圓筒形通道53的周緣，液體或氣體換熱介質(zhì)(未示出)通過(guò)圓筒形通道53流動(dòng)。多重疊非織造織物條13的帶14示意為被多重疊非織造織物條15的帶16重疊，帶16又被多重疊非織造織物條17的帶18重疊，帶18又被多重疊非織造織物條19的帶20重疊。
[0023]如附圖的圖3中所示，僅示出了圖4中更詳細(xì)地示出的多級(jí)卷繞機(jī)的三個(gè)級(jí)。在圖3中，第一壓縮皮帶55示意為以多重疊方式繞空心芯軸47卷繞非織造織物條13。第二壓縮皮帶57示意為以多重疊方式繞多重疊非織造織物條13卷繞非織造織物條15。第三壓縮皮帶59示意為以多重疊方式繞多重疊非織造織物條15卷繞非織造織物條17。優(yōu)選紅外加熱器的第一加熱器陣列63示意為處在與壓縮皮帶55壓縮的同時(shí)向多重疊非織造織物條13施加熱的位置。紅外加熱器的第二加熱器陣列65示意為處在與壓縮皮帶57壓縮的同時(shí)向多重疊非織造織物條15施加熱的位置。紅外加熱器的第三加熱器陣列67示意為處在與壓縮皮帶59壓縮的同時(shí)向多重疊非織造織物條17施加熱的位置。
[0024]現(xiàn)在看附圖的圖4，數(shù)字71代表用來(lái)制造多重疊無(wú)芯過(guò)濾元件11的多級(jí)卷繞機(jī)。非織造織物條13的卷示意為安裝在卷支承體75上，卷支承體75由豎立構(gòu)件77構(gòu)成，豎立構(gòu)件77上安裝了一個(gè)或多個(gè)圓筒形卷支承軸79，圓筒形卷支承軸79從豎立構(gòu)件77垂直地向外延伸以接收非織造織物條13的卷的管狀芯(未示出)。各卷支承軸79在沿豎立構(gòu)件77的長(zhǎng)度的某個(gè)點(diǎn)處連接到豎立構(gòu)件77上。豎立構(gòu)件77的底部與多個(gè)水平腿(未示出)連接，這些水平腿垂直向外延伸至為豎立構(gòu)件77、各卷支承軸79和各卷支承軸79上裝載的各卷非織造織物條13提供支承的長(zhǎng)度。
[0025]進(jìn)料盤81由矩形板構(gòu)成，矩形板的兩個(gè)最長(zhǎng)的相對(duì)邊緣83和85各以直角卷起以形成起支承和引導(dǎo)作用并可調(diào)節(jié)為非織造織物條13的寬度的通道。卷繞機(jī)71的各個(gè)級(jí)具有進(jìn)料盤81和與氣缸(未示出)連接的張緊器輥147。
[0026]加熱器陣列支承體87 (即第一加熱器陣列63的安裝板)垂直地位于與卷繞機(jī)71的軸89相垂直的平面中。加熱器陣列支承體87沿其底部邊緣與機(jī)器支承結(jié)構(gòu)91連接，機(jī)器支承結(jié)構(gòu)91平行于卷繞機(jī)71的軸89延伸并支承其各個(gè)級(jí)。加熱器陣列支承體87具有輸入表面(未示出)和輸出表面93。空心芯軸47連接到輸出表面93并沿軸89延伸通過(guò)卷繞機(jī)71的各個(gè)級(jí)。加熱器陣列支承體87的輸入表面上接有導(dǎo)管(未示出)，用于從泵送設(shè)備(在圖7中以數(shù)字324示意性地代表)通過(guò)加熱器陣列支承體87中的孔(未示出)向加熱器陣列支承體87輸送換熱介質(zhì)并使其進(jìn)入空心芯軸47的圓筒形通道53 (參見(jiàn)圖2)中。加熱器陣列支承體87的輸出表面93連接有多個(gè)加熱器執(zhí)行機(jī)構(gòu)97，所述多個(gè)加熱器執(zhí)行機(jī)構(gòu)97各包括通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)(未示出)與加熱器執(zhí)行機(jī)構(gòu)板101連接的刻度盤調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)99。
[0027]各加熱器執(zhí)行機(jī)構(gòu)板101上接有紅外加熱器63，所述紅外加熱器63從加熱器陣列支承體87的輸出表面93向外延伸并與卷繞機(jī)71的軸89平行。各紅外加熱器63以垂直于空心芯軸47及沿空心芯軸47的方向引導(dǎo)熱的方式接在對(duì)應(yīng)的加熱器執(zhí)行機(jī)構(gòu)板101上。各紅外加熱器63從加熱器陣列支承體87的輸出表面93向外延伸選定的距離。
[0028]由驅(qū)動(dòng)絞盤105和從動(dòng)絞盤106構(gòu)成的一對(duì)絞盤垂直豎立，其軸(未示出)與卷繞機(jī)71的軸89垂直并位于卷繞機(jī)71的軸89的任一側(cè)上。驅(qū)動(dòng)絞盤105安裝在驅(qū)動(dòng)絞盤齒輪箱107上，從動(dòng)絞盤106安裝在從動(dòng)絞盤齒輪箱109上。驅(qū)動(dòng)絞盤齒輪箱107的底部與齒輪箱平臺(tái)113連接。齒輪箱平臺(tái)113為矩形板，該矩形板水平地位于機(jī)器支承結(jié)構(gòu)91上面。絞盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)(未示出)安裝在齒輪箱平臺(tái)113下面并具有軸(未示出)，該軸延伸通過(guò)齒輪箱平臺(tái)113中的孔(未示出)并與驅(qū)動(dòng)絞盤齒輪箱107的齒輪連接。驅(qū)動(dòng)絞盤齒輪箱107通過(guò)花鍵軸(在第一級(jí)中未示出，但與第四級(jí)的花鍵軸111相同)與從動(dòng)絞盤齒輪箱109連接，從而提供以相同的角速度但相反的方向驅(qū)動(dòng)絞盤105和106的裝置。
[0029]從動(dòng)絞盤齒輪箱109的底部與齒輪箱滑板115連接。齒輪箱滑板115的下側(cè)有多個(gè)沿其長(zhǎng)度延伸并與齒輪箱平臺(tái)113的長(zhǎng)度平行的凹槽。齒輪箱滑板115的凹槽容納數(shù)字線性編碼器117的導(dǎo)軌，從而使數(shù)字線性編碼器117可以增量的方式測(cè)定從動(dòng)絞盤109沿?cái)?shù)字線性編碼器117的導(dǎo)軌相對(duì)于數(shù)字線性編碼器117上的基準(zhǔn)點(diǎn)的位置。數(shù)字線性編碼器117可為美國(guó)專利4，586，760中所公開的類型或本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何其他增量線性測(cè)量設(shè)備。齒輪箱平臺(tái)113的中心附近有弧形狹縫(在第一級(jí)中未示出，但與第四級(jí)的弧形狹縫119相同)，該弧形狹縫切穿過(guò)平臺(tái)的厚度，其弦與齒輪箱113的長(zhǎng)度平行。齒輪箱平臺(tái)調(diào)節(jié)固定螺釘(在第一級(jí)中未示出，但與第四級(jí)的齒輪箱平臺(tái)調(diào)節(jié)固定螺釘121相同)穿過(guò)與狹縫119相同的弧形狹縫并被接納進(jìn)機(jī)器支承結(jié)構(gòu)91中的螺紋孔(未示出