[发明专利]用于减少过滤器单元中膜表面上的浓度极化和膜污染的装置和方法

权利要求书

1.一种装置(104)，其连接过滤器单元(102)，用于在膜分离过程和/或过滤器清洁过程中，使用非侵入性和非破坏性振动能源，减少过滤器单元(102)中膜表面上的浓度极化和/或膜污染，其中该装置(104)包括：

信号发生器(106)，其在所述过滤器单元(102)中存在流体流动时产生电信号，其中所述信号发生器(106)包括：

转换器(204)，其适于从电源(206)接收功率并以(i)频率、(ii)强度或(iii)脉冲特性中的至少一种产生电信号；

从信号发生器(106)接收电信号的超声波换能器组件(108)，其中超声波换能器组件(108)包括：

换能器阵列(302)，其包括一个或多个超声波换能器(604)，在超声波换能器组件(108)从信号发生器(106)接收电信号时产生超声波；

壳体(602)，其中嵌入所述一个或多个超声波换能器(604)以在(i)垂直于所述过滤器单元(102)的方向或(ii)与所述过滤器单元(102)成一定角度的至少一个方向上产生超声波，以确保超声波最大程度地暴露于所述过滤器单元(102)中的膜表面；

耦合介质层(304)，其位于换能器阵列(302)和过滤器单元(102)之间，以使超声波能够传输到过滤器单元(102)中，

其中，在膜分离过程和/或过滤器清洗过程中，当换能器阵列(302)产生的超声波通过过滤器单元(102)时，超声波产生(i)流体流动中的湍流或(ii)在膜表面上的振动中的至少一种，以去除堵塞膜表面的颗粒，从而减少过滤器单元(102)膜表面上的浓度极化和/或膜污染，这提高了膜分离过程和/或过滤器清洗过程的膜渗透性和效率。

2.如权利要求1所述的装置(104)，其中信号发生器(106)包括控制器(202)，该控制器提供关于转换器(204)生成的电信号类型的信息，其中控制器(202)从(i)信号发生器(106)中的用户输入，(ii)来自存储在控制器(202)中的程序的输入，或(iii)来自外部设备的输入中的至少一个获取信息，其中外部设备向信号发生器(106)发送信号以产生超声波。

3.如权利要求1所述的装置(104)，其中电信号包括(i)50千赫兹(kHz)至3兆赫(MHz)范围内的一个或多个频率，(ii)5瓦(W)至1千瓦(kW)范围内的一个或多个功率输出，或(iii)恒定信号或者频率，功率输出或脉冲特性随时间变化的信号中的至少一个，其中超声波换能器组件(108)使用电缆从信号发生器(106)接收电信号，其中产生的信号增加了流体流动中的湍流，而不损坏过滤器单元(102)的膜表面。

4.如权利要求1所述的装置(104)，其中一个或多个超声波换能器(604)的表面轮廓与过滤器单元(102)的表面轮廓相匹配，从而通过填充耦合介质层(304)减小一个或多个超声波换能器(604)和过滤器单元(102)之间的间隙。

5.如权利要求1所述的装置(104)，其中一个或多个超声波换能器(604)包括(i)类似压电晶体或(ii)不类似压电晶体中的至少一个，其中当换能器阵列(302)在电信号的不同工作条件下同时产生超声波时，超声波在流体流动中产生增强的湍流，在更大程度上减少浓度极化和/或膜污染。

6.如权利要求1所述的装置(104)，其中壳体(602)是柔性的，用于包裹过滤器单元(102)，其中壳体(602)包括适合不同尺寸和形状的过滤器单元(102)的长度和尺寸。

7.如权利要求1所述的装置(104)，其中耦合介质层(304)是一种柔性材料，由液体、半固体或柔性固体材料中的至少一种组成，该材料流动或改变其形状以替换气隙，并占据一个或多个超声波换能器(604)和过滤器单元(102)之间的空间，其中，耦合介质层(304)与壳体(602)和/或一个或多个超声波换能器(604)粘结或未粘结。

8.如权利要求1所述的装置(104)，其中装置(104)包括(i)配置信号发生器(106)的操作模式的控制单元和(ii)显示信号发生器(106)的操作模式的显示单元。