Полимерный фильтр для микрофильтрации

 

Сущность изобретения: полимерный фильтр для микрофильтрации содержит мембрану, размещенную между двумя дренажными подложками внутри камеры, образованной верхней и нижней крышками со штуцерами. Крышки выполнены с пазами и выступами по периметру, входящими друг в друга и потокораспределительными элементами в виде радиальных ребер с увеличивающейся к центру высотой, симметрично расположенными на внутренних поверхностях крышек. Крышки соединены между собой с помощью байонетного затвора выполненного в виде кольцевого прижима с зацепами, входящими в зацепление с расположенными на верхней крышке выступами, имеющими винтовую поверхность. 3 ил.

Изобретение относится к фильтрованию, в частности к полимерным фильтрам для микрофильтрации через пористые мембраны, и может быть использовано при тонкой очистки жидкостей в различных отраслях промышленности, а также при проведении аналитических работ в медицинской, микробиологической, электронной и других отраслях промышленности.

Известен одноразовый фильтр, содержащий верхнюю и нижнюю крышки, которые при складывании образуют камеру, в которой расположена пористая мембрана, подводящие и отводящие штуцеры, жестко соединенные с соответствующими складываемыми верхней и нижней крышками, герметизированными по периметру по плоскости контакта полимерным пояском.

Недостатком известной конструкции является низкая надежность, обусловленная тем, что под действием гидродинамического напора пористая мембрана прогибается и находится в напряженном состоянии, что снижает надежность.

Известен также полимерный фильтр, сформированный из составных симметричных частей фильтродержателя, опорных составляющих частей дренажной решетки, между которыми размещена пористая мембрана, причем решетка содержит опоры, выполненные в виде радиально сходящихся балок, жестко соединенных с концентрично расположенными кольцевыми выступами, а совмещенные части фильтродержателя по периметрии обжаты герметизирующим пояском в виде кольцевого швеллера.

Недостатком известной конструкции является его неразборность, и вследствие этого небольшой срок эксплуатации, а также недостаточная надежность герметизации при фильтровании пульсирующего потока жидкости обусловленная тем, что герметизирующий поясок имеет фиксированные размеры прижатия, и под действием пульсирующего потока жидкости или градиента температуры образуются зазоры, которые не ликвидируются известной конструкцией запора. Таким образом, предложенный в этой конструкции запор не обеспечивает надежную герметизацию и эффективную изоляцию подводящей и отводящей камер-фильтра.

Известен фильтр-насадка, включающий пористую мембрану, размещенную между уплотнительным элементом и дренажной подложкой. При этом с целью повышения качества и надежности фильтрации, фильтр-насадка выполнен в виде корпуса из двух разъемных частей, которые соединены между собой байонетным затвором, один элемент которого размещен на внутренней поверхности первой разъемной части корпуса, а второй на наружной поверхности вкладываемой части разъемного корпуса, а в качестве пористой мембраны используют ядерную мембрану из полиэтилентерефталата с диаметрами пор 0,2-2 мкм при пористости 10-15% дренажная подложка выполнена из поликарбоната в виде диска, с одной стороны которого параллельно расположены прорези, а с другой стороны просечки в виде квадратов или их частей у кромки диска. Этот фильтр является наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения.

Недостатками известной конструкции фильтра, взятого за прототип, является, во-первых, повышение концентрационной поляризованности мембраны в ее центре, обусловленное отсутствием потокораспределительного элемента, обеспечивающего равномерное распределение потока загрязненной жидкости по площади мембраны и выравнивание скоростей потока в любой точке мембраны. Это обстоятельство приводит к снижению ресурса работы и надежности при фильтровании за счет неравномерности осаждения частиц по площади поверхности мембраны. Во-вторых, расположение байонетного запора внутри корпуса фильтра уменьшает эффективную поверхность мембраны, что приводит к уменьшению площади фильтрования, вследствие чего снижается производительность фильтра и его ресурс работы, кроме того, внутреннее расположение байонетного запора приводит к задирам мембраны и уплотняющих прокладок при сборке фильтра, что снижает его надежность.

Цель изобретения повышение ресурса работы и надежности фильтра.

Поставленная цель достигается тем, что в полимерном фильтре для микрофильтрации верхняя и нижняя крышки выполнены с пазами и выступами по периметру, входящими друг в друга, потокораспределительными элементами, симметрично размещенными на внутренних поверхностях обеих крышек и выполненными в виде радиальных ребер с увеличивающейся к центру высотой, при этом крышки соединены между собой при помощи байонетного затвора, образованного кольцевым прижимным устройством с зацепами, входящими в зацепление с расположенными на верхней крышке выступами, имеющими винтовую поверхность.

Введение новых существенных признаков касающихся наличия на крышках выступов и пазов, входящих друг к друга, обеспечивает в предложенной конструкции предотвращение и исключение задиров и слипания мембраны и уплотнительных прокладок при попарном складывании полимерных крышек и при воздействии байонетного зажима, что, в отличие от прототипа, повышает надежность фильтра при его сборке и последующей эксплуатации. В предложенном техническом решении крышки под воздействием байонетного затвора перемещаются только в одном направлении, т.е. навстречу друг другу с уменьшением зазора и без тангенциального воздействия на полупроницаемую мембрану, чем и обуславливается повышение надежности предложенного фильтра.

Введение другого существенного отличительного признака, касающегося наличия на верхней и нижней крышках потокораспределительных элементов, симметрично размещенных на внутренних поверхностях обеих крышек и выполненных в виде радиальных ребер с увеличивающейся к центру высотой, позволяет создать систему потокораспределяющих в радиальном направлении каналов с постоянной площадью поперечного сечения по ходу потока фильтруемой жидкости, что обеспечивает в устройстве равномерные распределение потока по поверхности мембраны, предотвращение образования местных участков и зон повышения концентрационной поляризованности, чем обуславливается повышение производительности и ресурса работы полупроницаемой мембраны, а также надежности устройства при фильтровании. Сходящиеся к центру ребра равномерно распределяют поток жидкости над мембраной, что увеличивает ресурс ее работы и надежность фильтрования. Кроме того, при складывании крышек, ребра с обеих сторон контактируют с поверхностью дренажных подложек, которые, в свою очередь, воздействуют на мембрану равномерно с обеих сторон, что предотвращает нахождение ее в напряженном состоянии и исключение такого явления как "парусение" мембраны под воздействием гидродинамического потока, что повышает надежность фильтрования.

Введение отличительного признака, касающегося устройства байонетного затвора, позволяет разместить запорное устройство на наружной поверхности корпуса, в частности на наружной поверхности крышек, что обуславливает увеличение эффективной площади полупроницаемой мембраны, и существенное повышение производительности фильтра. Кроме того, расположение элементов запорного устройства по периферии дискообразной верхней крышки и байонетного затвора, позволяет увеличить длину хода байонетного соединения и одновременно уменьшить прикладываемое и необходимое для полной герметизации усилие, что повышает надежность герметизации сопрягаемых деталей, а также уменьшает высоту крышек фильтра, образующих его корпус.

Таким образом, предлагаемый полимерный фильтр характеризуется новой совокупностью признаков, позволяющей получить положительный эффект без ухудшения других технико-экономических показателей, что свидетельствует о наличии в предлагаемом техническом решении существенных отличий, которым не обладает прототип.

На фиг. 1 представлен фильтр в сборе; на фиг. 2 крышка с размещенными упорами и ребрами; на фиг. 3 фильтр с деталями запорного устройства.

Полимерный фильтр для микрофильтрации содержит полупроницаемую мембрану 1, выполненную из тонкой полимерной пленки, например полиэтилентерефталатной. Мембрана 1 размещена между двумя дренажными подложками 2, размещенными в камере, образованной верхней крышкой 3 и нижней крышкой 4. При этом крышка 3 имеет штуцер 5 для подвода фильтруемой жидкости, а крышка 4 штуцер 6 для отвода фильтрата. Верхняя крышка 3 соединена с нижней крышкой 4 при помощи байонетного затвора 7, а мембрана между дренажными подложками по периметру герметизирована резиновым уплотнением 8. Верхняя и нижние крышки содержат выступы 9, симметрично расположенные по окружности и впадины равные по длине выступам. На внутренней поверхности обеих крышек симметрично расположены потокораспределительные элементы 10, выполненные в виде ребер с увеличивающейся к центру высотой. Байонетный затвор 7 содержит симметрично расположенные зацепы 11 и выступы 12, а верхняя крышка 3 содержит зацепы 13 и выступы 14 с винтовой поверхностью. Зацепы 13 верхней крышки 3 входят в зацепление с выступами 12 байонетного затвора 7, а зацепы 11 байонетного затвора 7 входят в зацепление с выступами 14 верхней крышки 3.

При сборке фильтра мембрану 2 накладывают на нижнюю крышку 4, в которую предварительно укладывают дренажную подложку 2 и уплотнительное кольцо 8. Затем устанавливают верхнюю крышку 3 с уложенными в нее дренажной подложкой 2 и уплотнительным кольцом 8, совмещая при этом выступы 9 верхней крышки 3 с ответными впадинами в нижней крышке 4. Далее на нижнюю крышку 4 помещают байонетный затвор 7 так, чтобы его зацепы 11 вошли в зацепление с выступами 14 верхней крышки 3. Поворачивая с небольшим усилием (от руки) байонетный затвор 7 относительно верхней крышки 3 осуществляют прижим крышек и герметизацию фильтра. При этом выступы 9 верхней и нижней крышек препятствуют их провороту относительно друг друга и смятию мембраны, что повышает надежность герметизации.

Полимерный фильтр для микрофильтрации работает следующим образом.

Поток фильтруемой жидкости подается через штуцер 5 верхней крышки 3 и распределяется через каналы, образованные радиальными ребрами 10 по поверхности мембраны 1. Отфильтровываясь через мембрану 1, жидкость через каналы, образованные радиальными ребрами 10 нижней крышки 4, отводится через штуцер 6 в емкость для сбора фильтрата.

При этом дренажные подложки 2 препятствуют прогибу мембраны 1 под воздействием давления фильтруемой жидкости.

Таким образом, в предлагаемой конструкции фильтра повышается эффективная площадь фильтрации мембраны, увеличивается надежность ее крепления и герметизации.

Формула изобретения

ПОЛИМЕРНЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ МИКРОФИЛЬТРАЦИИ, содержащий мембрану, размещенную между двумя дренажными подложками внутри камеры, образованной верхней и нижней крышками со штуцерами, а также байонетный затвор, отличающийся тем, что верхняя и нижняя крышки выполнены с пазами и выступами по периметру, входящими друг в друга, и потокораспределительными элементами в виде радиальных ребер с увеличивающейся к центру высотой, симметрично размещенными на внутренних поверхностях обеих крышек, при этом крышки соединены между собой с помощью байонетного затвора, выполненного в виде кольцевого прижима с зацепами, входящими в зацепление с расположенными на верхней крышке выступами, имеющими винтовую поверхность.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3