逆渗透过滤盒的丝线绕制壳体 本发明涉及逆渗透过滤盒的壳体。该壳体在其两端使用一独特组件进行密封并供流体连通。
逆渗透是一种把溶剂从溶剂 溶质溶液中分离出来的公知方法。该方法使用一半渗透膜和高压有选择地使溶剂分子渗过该膜而从溶剂-溶质溶液中分离出纯溶剂。
逆渗透装置一般使用一圆筒形过滤器，其壁用半渗透薄膜材料制成。有待从中除去纯溶剂的溶剂-溶质溶液与该过滤器外圆周薄膜壁接触。把足够的压力、即一般至少为约100psi、常为约500-1500psi的压力施加到溶液和过滤器外部，从而把溶液压向过滤器内部。然后一般在过滤器的两端收集纯溶剂。
过滤器壳体用来把逆渗透过滤器套在其中。由于进行分离时壳体中的压力较高，因此该壳体通常用钢制成。可以看出，钢制壳体成本高，从而在某种程度上限制了逆渗透装置的应用。
现已引入的塑料过滤器壳体虽然在许多方面令人满意，但仍存在若干重大缺点。逆渗透过滤器的现有塑料过滤器壳体使用粘接或固定到过滤器壳体上的端帽。这种装配方法使人无法触及到壳体内部。即使为了更换过滤盒成功地取下端帽而没有损坏端帽或壳体，但然后还得重新连接端帽。在过滤器壳体加压时常常无法成功地重新连接端帽。因此，需要对端帽作出改进，从而容易卸下端帽并在重新装配时不破坏壳体的整体性的条件下重新把它牢固连接到塑料壳体上。
现有钢制或塑料过滤器壳体的另一个缺点是连接适应性有限。即，除非是通常较贵的专门设计的壳体和逆渗透过滤装置，市场上可买到的壳体仅有有限的一些连接构型。因此需要提供连接构型多的过滤器壳体。
本发明可实现所有上述目的而提供一种过滤器和壳体组件，它包括其一端或两端有一套筒的一丝线绕制地空心壳体、一逆渗透过滤器以及可密封地套在套筒件中而密封地套住该过滤器的端部件。在另一个方面，本发明提供一种过滤器壳体组件，它包括一管形内衬套、一与内衬套对齐地放置在内衬套一端旁的空心圆柱形端帽、一套在内衬套和端帽的外圆周面上并伸出在端帽之外而形成一套筒的外衬套以及一可套在该套筒中而与端帽密封接合的头件。在又一个方面，本发明提供一种夹持一过滤件的组件，它包括一管形内衬套、位于内衬套两端的第一和第二空心圆柱形端帽、一套在内衬套和两端帽上的外衬套以及分别密封地设在对应端帽中的第一和第二头件。
图1为本发明优选实施例壳体的各部件的分解图；
图2为该优选实施例壳体除去外衬套的一端的分解图，详示出该组件的主要部件；
图3示出图2各部件装配后的优选实施例壳体的一端；
图4示出局部装配好的优选实施例壳体的一端在外衬套制成前抵靠绕制心轴；
图5示出外衬套涂覆后的图4组件；
图6为用在优选实施例壳体中的一端帽的剖视立体图；
图7为用在优选实施例壳体中的一头件的剖视立体图；
图8示出液体进出装配好的优选实施例壳体的一般流向；以及
图9为优选实施例壳体的一端的局部剖视的立体图，示出侧面管和端面管的一种可能构型。
图1示出本发明优选实施例丝线绕制壳体组件1的主要部件。壳体1一般包括其外圆周面上套有一外衬套102的一空心内衬套10。外衬套102最好用下文所述工艺在内衬套10的外表面上覆盖涂有树脂的丝线而成。外衬套102在内衬套10上制成为形成从该圆柱形组件两端同轴伸出的两端部区或套筒，每一套筒供一端帽30、一头件60和一扣环90插入。丝线绕制壳体1夹持一插入在壳体1中的过滤盒2而连通过滤盒2的一个或多个侧面进出管110和/或一个或多个端面进出管114。市场上的过滤盒配件即过滤盒2一般都装有同轴伸展的端面管，例如端面管114。
从未示出外衬套102的图2中可见，壳体1的每一端的优选结构如下。端帽30把内衬套10的一端与头件60相连接。端帽30的环形后缘32套在内衬套10一端的外圆周面上。可用一个或多个密封环20在这些部件之间进行密封而防止泄漏。同样，端帽30的环形前缘34套在头件60的后端面62上并最好在靠近后端面62处套在头件60该端的圆周面上。头件60插入在端帽30中的距离选择成套在头件60靠近头件60的前端面64处的圆周面上的另一密封环50抵靠下文详述的一形成在端帽30的内圆周面上的唇或凸缘40。这种布置形成过滤器壳体的一种新颖而独特的端部结构。
图3详示出图2所示优选实施例壳体的装配好的端部。从图中可见，头件60完全插入在端帽30中，从而头件60的前端面64与端帽30的前缘34对齐。图3还示出端帽30的后缘32套在内衬套10的外圆周面上。
优选实施例壳体1包括一用作刚性硬外壳的外衬套102。外衬套102最好用丝线绕制技术在内衬套10和端帽30的外圆周面上覆盖许多涂有树脂或浸渍有树脂的丝线而成。从图1可见，本发明的一个重要特征是外衬套102伸出内衬套10和端帽30两端很大一段而在壳体1的两端各形成一套筒。
从图4可见，最好用一绕制心轴120抵靠局部装配好的内衬套10和端帽30的端部而制成外衬套102。确切说，绕制心轴120的端部抵靠端帽30的前缘34。因此，在制造外衬套102即在用丝线绕制技术覆盖浸渍有树脂的丝线时，外衬套102覆盖或制成在心轴120的一部分上。绕制心轴120最好为其外径与它所抵靠的端帽30的外径大致相同的一圆柱形件。绕制心轴120的外表面可经处理或涂覆以便于外衬套102的材料覆盖其上。外衬套102形成后，在绕制组件中抽去绕制心轴120而生成同轴显著伸出在壳体一端的套筒。此外，绕制心轴120的外表面可经处理或涂覆以便于从所生成的外衬套102的套筒中抽出绕制心轴120。丝线绕制技术的详情可见美国专利3,610,420、3,804,259、3,879,243和4,351,092，这些专利通过引用而结合在本申请中。关于所用纤维和树脂、制造工艺以及有关事项的信息可见材料和工艺工程促进会1991年1月S.T.Peters、W.D.Humphrey和R.F.Forol的文章“丝线绕制复合结构的制造方法”，该文也通过引用而结合在本申请中。
最好用一套在绕制心轴120的外表面上并朝向或靠近绕制心轴120的抵靠端帽30的前缘34的端部的一槽道成形件130在套筒的内圆周面上生成一凹槽。在覆盖外衬套102的材料前把一槽道成形件130套在心轴120的外表面上即可在套筒的内圆周面上生成一形状与该槽道成形件130对应的凹槽。所生成的凹槽用于接纳下文详述的一扣环90。该槽道成形件130可为一常见的O形环。
图5示出外衬套102生成后内衬套10和端帽30抵靠绕制心轴120的一端的组件。从图5可看出，外衬套102有很大一段伸出在内衬套10、端帽30和槽道成形件130的该端之外。按照本发明优选实施例，外衬套102的壁厚在壳体1的两端处最好增大。在套筒顶端处的这一壁厚一般为约1/4-3/4英寸。需要时该壁厚可增减。外衬套102绕制或覆盖完后，从该组件中抽出绕制心轴120。可把外衬套102的端部切割或机加工成所需的套筒端部形状。
图6为端帽30的优选实施例的剖视图。端帽30包括一套住装配好的壳体1中的内衬套10的环形后缘32、一从壳体1中的内衬套10的该端部向外并接纳头件60的环形前缘34和均伸展在前缘34和后缘32之间的外圆周面42和内圆周面44。内圆周面44上在靠近后缘32处有一供密封环20插入的槽道36。内圆周面44上最好在邻接或靠近槽道36处还有一在把端帽30滑套到内衬套10的一端之上时用作止档而使后缘32套住衬套10的后凸缘38。即，在装配好的壳体1中，内衬套10的一端或一边抵靠或接触该后凸缘38。至于端帽30的前部，内圆周面44上最好在靠近前缘34处有一前凸缘40。前凸缘40在头件60插入端帽30中时用作头件60的止档。
图7为示出头件60的优选结构的详细剖视图。头件60包括一套在装配好的壳体1中的端帽30中的支撑环66、一位于装配好的壳体1中的端帽30的前缘34处的密封板61和一伸展在密封板61与支撑环66之间的一般为圆柱形的空心连接件76。密封板61有一从装配好的壳体1中的端帽30面向外的前端面64和一朝向相反的后端面72。支撑环66有一插入在端帽30中的后端面62。支撑环66最好包括若干从居中的连接件76一端或支撑环66内部径向伸展到环66的外圆周的辐条68。空心连接件76形成一从头件60的后端面62伸展到前端面64的流动管道70。如下文详述，流动管道70使支撑环66与密封板61流体连通。流动管道70还使密封板61的前端面64上的一区域与从后端面62插入该管道70中的过滤器2的一端面管114流体连通(见图1)。管道70中比方说沿着管道70的内表面最好靠近后端面62处有一密封件78。该密封件78可以是常见的O形环。密封件78在把端面管114插入管道70中时围绕过滤器的端面管114而进行密封。头件60朝向或沿着头件60的前端面64还有一套在密封板61圆周上的密封件74，在头件60插入端帽30中时便于与端帽密封。
壳体1最好由两个子组件装配而成。第一子组件包括(i)内衬套10；(ii)一位于第一子组件一端的端帽30(第一子组件的另一端封闭)或位于第一子组件两端的两端帽30；以及(iii)套在内衬套10和端帽30外圆周面上的外衬套102，从而在其一端或两端提供一个套筒；第一子组件与一个或两个第二子组件配合或啮合，每一个第二子组件包括一个或多个头件60和相应的扣环90。所使用的第二子组件的数量与第一子组件中所使用的端帽30的数量对应，即为一个或两个。
一过滤盒2放置在第一子组件中，确切说，放置在内衬套10中。若第一子组件包括两个端帽30，则第一子组件与第二子组件如下进行连接，在内装过滤盒2的第一子组件的两端各插入一头件60，首先插入头件60的支撑环66，而使密封板61插入在第一子组件的套筒中。每一头件60进一步插入相应端帽30中而使密封板61的前端面64与端帽30的前缘34对齐。若过滤盒2有一在中心线上同轴伸展的过滤盒端面管114，则该端面管114插入在流动管道70中。然后把扣环90插入套筒内圆周面上的凹槽中而使两头件60牢牢定位在第一子组件的两端。如前所述，该凹槽最好用结合图4和5所述的槽道成形件130形成。从图1可见，扣环90最好为其两端92互相分开并有一外周边缘94的一弧形弹性可变形件。用力压拢两端92把扣环90放入该凹槽中，然后放开扣环90，从而弹性使得扣环90的边缘94抵靠套筒、确切说是凹槽的内圆周面，这样就把扣环90插入在该凹槽中。扣环90的尺寸做成：一旦放置在该凹槽中，扣环的至少一部分向着壳体的圆柱轴线或纵向轴线伸出套筒的内圆周面，使得头件60位于扣环90的一边而被牢牢夹持在壳体中而无法向着壳体端部滑过扣环90。
图8示出装配好的优选实施例丝线绕制壳体1。壳体1一般在该组件的两端都有一过滤盒侧面管110和一过滤盒端面管114。尽管如前所述，过滤盒2一般从其两端同轴伸出两端面管114，但本发明壳体1可另有图9所示端面管114a。即，除了从过滤盒2的两端同轴伸出的端面管114外，壳体1还包括从壳体的一端或两端、比方说从头件60的前端面64沿一与壳体1的纵向轴线平行但不同轴的轴线伸出的副端面管114a。此外，壳体1在某些情况下可不用侧面管110，而是用穿过壳体侧壁的一个或多个孔与安装地点的导管或管道连接。若壳体1包括一个或多个侧面管110或壳体侧壁上的孔，侧面管110或孔最好在壳体1的侧壁上位于头件60的密封板61与支撑环66之间。形成在支撑环66上各辐条68之间的开口使得过滤盒2的一端与侧面管110流体连通。可以看出，密封板61防止流体从过滤盒2的一端流过壳体1的一端或套筒部。
如图9所示，使用其壁上有进出管口的端帽30即可在壳体1的侧壁上提供相应数量的侧面管110或孔。图9中用由圆周侧壁33界定的管口31示出一典型的端帽进出管口。管口31与端帽30的圆柱轴线垂直地穿过端帽30的侧壁。外衬套102套在侧壁33上。在用丝线绕制技术制作外衬套102时，可用一插头或其他部件插入在管口31中。最好使用一圆锥形插头插入管口31中而使该插头的圆锥部伸出在外衬套102的外表面上方而引导孔或进出管口31周围的丝线。完成丝线的绕制后，拔出插头而露出进出管口31而供侧面管件110插入。
在本发明的实施例中，有在壳体1的一端只使用一个过滤器侧面管110或过滤器端面管114的，也有在壳体1的一端组合使用多个侧面管110和一个端面管114的。此外，壳体1的一端也可有多个端面管114和/或114a以及/或者多个侧面管110。在本发明的另一些实施例中，壳体1只在一端上有一个或多个侧面管110和/或端面管114和/或114a。此外，本发明的过滤器壳体还可另外有供冲洗液或溶剂冲洗过滤器的管口。
这些管口的特别优选的构型如下：(i)壳体1的两端各有一侧面管110和端面管114；(ii)每一端只有两个端面管114和114a而无侧面管110；(iii)一端上有一个侧面管110和一个端面管114，另一端上有两个端面管114和114a；(iv)一端上有一个侧面管110而无端面管，另一端有一个侧面管110和一个端面管114；(v)一端上有两个端面管114和114a，另一端上有一个端面管114；(vi)一端上有两个端面管114和114a，另一端有一个侧面管110。当在一端上使用多个端面管114和114a时，第一端面管114可位于组件1的纵向或圆柱轴线上，而其他的一个或多个端面管114a可位于头件60的前端面64上，其方向最好与第一端面管114平行。可以看出，侧面管和端面管的数量还可增加，不使用时可堵住或塞住。
必须注意，从头件60的前端面64伸出、与同轴伸展的端面管114平行的副端面管114a一般不象同轴伸展的端面管114那样与过滤器2的内部连通。副端面管114a的作用与侧面管110相同，其作用区与侧面管110一样在过滤器端部近旁。当使用副端面管114a时，可以看出，端面管114a的作用是把液体引入壳体1中和/或从壳体1的内部引出沉渣、颗粒物质和/或废液。
端面管114和114a和侧面管110的大小做成在壳体内的过滤器2中形成合适的流率。此外，这些管的大小做成便于与常规的管道和构件连接。这些管的直径一般为约1/2-3/4英寸，其上可有螺纹。
过滤器壳体的大小可任意，也可有上述优选的圆筒或管形以外的形状。最优选的是该壳体为圆筒形，其直径足够在其中装一4英寸直径的逆渗透过滤件。
本发明壳体1的各个部件可使用各种材料。内衬套10可使用几乎所有的惰性塑料，例如但不限于聚乙烯或聚偏氟乙烯。内衬套10视其最终使用要求也可使用其他材料。比方说，若壳体1中的过滤器用来处理人用液体，内衬套10应符合FDA的要求。端帽30和头件60的材料应与内衬套10的材料相同、相似或至少相配。端帽30和头件60的其他材料包括比方说聚氯乙烯或各种尼龙合金。端帽30和头件60最好用注入成形而成。如前所述，所有密封环，即密封环20、50、74可以是常见的O形环。因此，它们可以用EPDM之类的公知的合适高弹体制成。扣环90最好用有一定刚性，但有柔性的材料制成，例如玻璃纤维、强力热塑材料或金属或它们的合金。
由于优选实施例组件1使用与过滤液体接触的独立内衬套10，因此外衬套102不与液体接触。因此在比方说过滤人用液体时，外衬套102不必用与内衬套10同样的须符合FDA要求和卫生要求的材料制成。这一特征特别重要，因为提高了壳体中便宜材料的比例。
尽管本发明优选实施例包括一丝线绕制外衬套，但应看到，本发明包括不用丝线绕制技术制作的壳体。因此，本发明包括用比方说钢或铝之类的一种或多种金属或合金制成的、使用上述端部组件的过滤器壳体。
此外，尽管上面详述了本发明优选实施例，但不应看成对本发明的范围有所限制。此外，对本领域普通技术人员来说显然可见的特征和其他设计应看成包括在本申请中。本发明的范围提出并特别描述在后附权利要求中。