[发明专利]用于过滤薄膜的衬底几何结构

说明书

技术领域

本发明涉及利用过滤元件进行切向分离的技术领域，所述过滤元件适用于确保待处理的流体介质中所包含的分子或颗粒物的分离。本发明的主题尤其涉及新式的过滤元件，其包括刚性多孔的支架，在支架中设置有用于待过滤流体的循环的通道，所述支架具有原始的几何结构。

本发明的主题特别有益地应用于纳米过滤、超过滤、微细过滤、过滤或者反向渗透的领域。

背景技术

在本领域中，由管状或平面状的支架制备的多种过滤元件是已知的。尤其是，已经提出多种管式的过滤元件，其包括以无机材料例如陶瓷制成的多孔支架，在该多孔支架中设有一系列通道。这种支架可设有一个或多个例如以无机材料形成的分离层，这些无机材料沉积在每个循环通道的表面上，所述循环通道连接到一起并且通过烧结而连接到支架上。所述（分离）层允许调整过滤元件的过滤性能。

在管状过滤元件的领域中，刚性多孔支架具有细长的形状并具有直边形截面（最通常是多边形截面）或者圆形截面。已经提出了、特别是由本申请人提出了许多种支架，其包括多个通道，这些通道彼此平行并且平行于多孔支架的纵向轴线。例如，在由CERASIV申请的公开号为WO9307959的专利申请中、由CORNING申请的公开号为EP0780148的专利申请中、由ORELIS申请的公开号为WO00/29098的专利申请中以及本申请人的公开号为EP0778073和EP0778074的专利中，描述了多种包括一系列非圆形通道的过滤元件。例如，在公开号为WO9307959的专利申请中，图3是一种支架的剖视图，其中，多个通道被设置为平行于支架的中心轴线。这些通道限定三个过滤区，这三个过滤区同心地分布并且彼此由图1中以附图标记“Z'₁”和“Z'₂”表示的连续的多孔区分隔开。当运行时，这些通道的一侧与用于待处理的流体介质的入口室连通，并且这些通道的另一侧与出口室连通。通道的表面最常见地沿从通道的一个所谓入口端到另一个所谓出口端的给定方向，覆盖有至少一个分离层，该分离层确保在通道内部循环的流体介质中所包含的分子或颗粒物的分离。所述过滤元件借助筛效应，来实现待处理的产品中的分子或微粒类物质的分离，所有的颗粒物或分子只要直径大于其所接触的过滤元件的区域中的孔，就会被保留下来。在分离期间，流体的移动通过支架以及可选地通过一个或多个分离层（如果存在的话）来进行，而且该流体散布到支架的多孔结构内并被引向多孔支架的外表面。待处理的流体中，穿过分离层和多孔支架的那部分被称为“渗透液”或“滤液”，并且在围绕过滤元件的收集室中被回收。

本申请人已经发现所述支架受到强应力（这被认为是由在过滤操作期间所施加的压力而导致的），并且支架的结构中的一些点会成为薄弱点。特别地，申请人已经估算了前述类型的支架内存在的应力场，并且已经证明最大应力沿着从支架的中心朝向外侧离开的方向增加。

发明内容

因此，出于对提高过滤元件的性能水平的渴望，本发明的申请人提出一种新颖的支架几何结构，以优化现有技术提出的过滤元件的机械性能。

在本说明书的语境中，本发明涉及一种用于流体介质的过滤的过滤元件，其包括圆筒状的刚性多孔支架；该支架具有纵向的中心轴线，并且包括用于待过滤的流体介质的循环的多个通道以在支架的外围收集滤液；所述通道在支架中被设置成平行于支架的中心轴线并且限定至少三个过滤区，这些过滤区同心地分布并且由连续的多孔区彼此分隔开，其特征在于，最靠近中心轴线的多孔区的平均厚度小于最靠近支架的外围的多孔区的平均厚度，并且沿着从支架的中心轴线朝向支架的外围离开的方向，一个多孔区的平均厚度等于或小于下一个多孔区的平均厚度。

每个多孔区处于两个过滤区之间，每个过滤区包括一个或多个通道。尤其是可将每个连续的多孔区定义为，沿着从支架的中心朝向外围离开的方向，被包含在一个过滤区的外包络线与邻近的过滤区的内包络线之间的区域。为了定义内包络线，一个过滤区的通道的最低点（也称为内点或向心点）被视为是该通道的最靠近多孔支架的中心的那个点。因此，内包络线被认为是将同一个过滤区中的每个通道的最低点连接到一起的曲线，该曲线在每个通道的最低点与该通道的壁相切。根据一个实施例，对于多个过滤区中的每个过滤区而言，同一个过滤区中的每个通道的最低点位于一个圆上，该圆的中心是支架的中心，并且该圆对应于内包络线。