动态涡旋过滤组件及方法 【发明背景】
1.发明领域
本发明涉及过滤组件及方法，更具体地讲，涉及通过转动处理流体在滤器表面形成流体剪切边界层的动态涡旋过滤组件，以及加强过滤作用的方法。
2.现有技术说明
过滤装置被用于将一种流体中的一种或多种成分与其它成分分离。在本文中，“流体”一词包括液体和液体与固体或液体与气体的所有具有液体特性的混合物。在这种装置中进行的一般处理包括经典过滤法、微量过滤法、超滤法、反渗透、渗析、电渗析、全蒸发、水裂解、筛分、亲合分离、亲合纯化、亲合吸附、层析、凝胶过滤、和细菌过滤。在本文中，“过滤”一词包括上述所有分离方法及任何其它使用滤器的方法，该滤器能将一种流体中的一种或多种成分与该流体中的其它成分分离。
几乎一切过滤系统的共同问题是滤器，如渗透膜的填塞或堵塞。从邻近滤器的输入侧或上游部分的流体层流经该滤器的渗透液流下一层接近或位于滤器的输入侧上的材料，这层材料的组成不同于总处理流体的组成。这层材料会因为其组成而妨碍试图经过滤器到达滤器的渗透液侧的成分的转运，或者可以包括能结合滤器并堵塞其通孔，因此堵塞滤器的物质。因此，单位时间通过滤器的物质传递，即流量会被降低，而且滤器地成分分离能力可能受到不利影响。
众所周知，与滤器表面接近并且处于平行于滤器表面的快速剪切流的一层流体通过产生作用于处理流体中所含杂质上的外力而使滤器的堵塞减至最低限度。基本上，所产生的作用于杂质上的升力倾向于通过保持通过滤器的通道畅通无阻而减轻堵塞。换言之，如果在滤器表面上或接近该表面处少有或没有杂质，处理流体就直接流入滤器，由此除去不希望的成分。尽管不希望的成分最终会堵塞滤器，但处理流体中倾向于更快地堵塞滤器的较大的组分保持悬浮于滞留物中。因此，滤器使用寿命延长，而且渗透液流速得以提高。
目前，基本上有两类技术用于在滤器表面形成剪切层，它们是交叉流过滤系统和动态过滤系统。在交叉流过滤系统中，迫使大量流体流经由滤器表面所限定的通道，以及可能由过滤罩内表面所形成的通道，由此产生必要的剪切力。简言之，泵送处理流体通过滤器的上游表面，其流速高到足以破坏和回混边界层。
交叉流过滤系统普遍存在的固有缺陷是，在该过滤系统的入口和出口之间存在明显的压降，而且剪切速率的任何提高都会造成该压降的加大。具体地讲，进入该过滤系统的处理流体要承受很大压力，以产生高速度；不过，一旦处理流体通过构成该过滤系统的过滤元件分散，其压力会急剧降低。这种通过过滤元件的压力降低会导致跨膜压力，即过滤元件上游一侧与下游一侧之间的压差的不均匀性。跨膜压力的不均匀性会导致以不均匀的方式堵塞过滤元件。不均匀堵塞的出现是由于有更多的杂质可能会沉积在承受较高处理流体压力的特定部位。滤器的寿命和效率会因为过滤元件的某些部位比其它部位更快被堵塞而降低，由此导致跨膜压力的更大的不均匀性，并由此加快优选堵塞。因此，用于改善滤器性能的机制，即高剪切速率，会产生一种副作用，即高压降，高压降会降低滤器性能。另外，在交叉流过滤系统中，过滤速率高的进给速率需多次通过该系统的循环，这在很多方法中是不希望的。
动态过滤系统通过提供用于产生通过一个运动表面的剪切流而不是压差的动力而克服了与交叉流过滤系统相关的过高压差问题。可将动态过滤系统做成各种形状。两种被普遍使用的形状为筒状装置和盘形装置。上述两种形状的每一种在设计上均存在多种变形。在筒形装置中，一个筒形过滤元件被安装在同心壳体或过滤罩中。通过绕一个公共轴转动过滤元件或壳体而在该过滤元件与壳体间的间隙中形成剪切层。剪切速率随角速率和过滤元件半径增加而增加相反，剪切速率随着过滤元件与壳体之间的间隙的加大而降低。因此，因为高剪切速率而高效率的筒形过滤系统必须具有难于制造的小的间隙，或会限制可装入过滤容器内的过滤表面积的大的半径。
在盘形装置中，将一组平行的过滤片与一组不可渗透的片沿一条公共轴线交替排列，并安装在过滤罩内。在这种装置中，剪切力是通过转动过滤片或转动不可渗透的片而产生的。盘形装置克服了交叉流筒形装置的某些缺陷，但存在着设计复杂的问题。主要的设计难点在于为过滤片提供足够的机械支承而又不会妨碍其流体流通途径或加大相邻过滤片之间的距离。过滤片之间大的间距或间隙是不希望的，因为它会增加该装置的总体尺寸，它还会增加流体在过滤表面的输入侧或上游侧的保留量，即增加了滞留体积。
发明概述
体现本发明的动态过滤组件和方法克服了现有技术中的许多局限。
按照本发明的一个方面，一种动态涡旋过滤组件包括一个壳体，一个处理流体入口，一个渗透液出口，安装在壳体里的至少一个静止过滤元件，以及一个安装在静止过滤元件周围的旋转壁，由它形成一个旋转轴线。由处理流体入口将处理流体导入所述壳体，并由渗透液出口将渗透液引出该壳体。所述静止过滤元件包括一个滤器，它有一个与处理流体入口相通的第一表面，和一个与渗透液出口相通的第二表面。过滤元件的第一表面大体上垂直于转动轴线，而旋转壁被设计成用于转动通过滤器第一表面的处理流体，从而在滤器的第一表面上形成剪切边界层。
按照本发明的另一方面，一种动态涡旋过滤组件包括一个具有形成转动轴线的旋转侧壁的壳体，一个处理流体入口，一个渗透液出口，和在壳体内同轴安装的一叠静止过滤元件组件。由处理流体入口将处理流体导入壳体，而由渗透液出口将渗透液引出该壳体。该静止滤器堆叠组件包括一个滤器堆叠柱和至少一个安装在该滤器堆叠柱上的大体上垂直于所述旋转侧壁的转动轴线的过滤元件。该过滤元件具有至少一个滤器，该滤器的一侧与处理流体入口相通，而其另一侧与渗透液出口相通。由旋转侧壁赋予处理流体一个角动量，在滤器表面形成一个剪切边界层。
按照本发明的又一方面，一种用于增强过滤作用的方法包括以下步骤：将一种处理流体导入装有过滤元件的外壳内，并以预定的角速度转动垂直于过滤元件表面安装的侧壁。转动侧壁包括赋予处理流体一个角动量，由它在过滤元件表面产生一个剪切速率。该方法还包括从过滤元件中排出渗透液的步骤。
按照本发明的再一个方面，一种动态涡旋过滤组件包括一个壳体，一个处理流体入口，一个渗透液出口，至少一个静止过滤元件，和一个安装在壳体中的旋转轴。处理流体入口被设计用于将处理流体导入所述壳体中，而处理流体出口被设计用于将渗透液引出所述壳体。所述静止过滤元件被安装在壳体里，并包括一个滤器，该滤器具有一个与处理流体入口相通的第一表面和一个与渗透液出口相通的第二表面。所述旋转轴与静止过滤元件配合安装，以转动通过滤器的第一表面的处理流体，该旋转轴无任何通过过滤元件的结构。
本发明的一种代表性动态涡旋过滤组件优选包括一组静止安装成大体上平行取向的叠层状的盘形过滤元件，通过转动壳体或转动中央轴使处理流体旋转通过静止的过滤元件。因此，使颗粒状和/或胶体状物质。即处理流体中所含杂质升离过滤元件表面所需的剪切力是由旋围的壳体或旋轴的中央轴提供的，而不是通过转动过滤元件或转动交叉位于过滤元件之间的不可渗透的片提供的。理想的是，所述旋转壳体包括一个光滑的内表面，以便没有处理流体被滞留或停滞在壳体内表面上的任何突出结构之间。另外，如下文将要说明的，所述壳体的内表面可以包括有利于动量传递的突出结构。通过粘滞摩擦使过滤元件表面产生剪切力，这种粘性摩擦会消耗进入任一对相邻的过滤元件之间部分的流体的角动量。与所述壳体的情形一样，旋转中央轴包括一个与处理流体接触的光滑表面或突出结构。
本发明的代表性动态涡旋过滤组件和方法通过提高渗透液流速加强过滤作用。加强的过滤作用是通过阻止处理流体中所含预定大小的固体颗粒状和/或胶体状物质沉积在过滤元件的过滤介质上而实现的。因此，大大减轻了过滤介质的堵塞和/或填塞，从而可以提高渗透液流速。另外，还可因此而延长过滤元件的使用寿命，并延长清洗和更换过滤元件的时间间隔。
某些代表性动态过滤组件采用这样一种设计：其中，过滤元件保持静止，而滤器壳体转动，以形成产生剪切力所需的流体转动。另外，可以用一个旋转的中央轴产生所需的流体转动。在保持过滤元件静止的前提下，可以大大降低动态涡旋过滤组件在设计上的复杂性，并因此提高其可靠性。具体地讲，在将过滤元件安装在静止的支持体上的前体下，可以提高整个动态涡旋过滤组件的结构完整性。另外，仅需要一个旋转密封件来保持动态涡旋过滤组件的流体密封完整性，从而减轻对动态涡旋过滤组件的磨损和破坏。由于减轻了对该动态涡旋过滤组件的磨损和破坏，减少了必要的保养时间，而且仅需更换较少的部件。
附图的简单说明
图1是采用本发明动态涡旋过滤组件的过滤系统的框图。
图2a和2b是本发明动态涡旋过滤组件的剖视图。
图3是所述动态涡旋过滤组件的滤器罩壳的另一种实施方案的示意图。
图4a和4c是本发明滤器堆叠组件的剖视图，而图4b和4d分别是图4a和4c所示剖面的分解视图。
图5a是所述动态涡旋过滤组件的垫片的上视平面图。
图5b是沿图5a所示垫片的剖线1-1的剖视图。
图6a是所述动态涡旋过滤组件的垫片盖的上视平面图。
图6b是沿图6a所示垫片盖的剖线1-1的剖视图。
图7a是所述动态涡旋过滤组件的垫片底座的上视平面图。
图7b是图7a所示垫片底座的沿剖线1-1的剖视图。
图8是所述动态涡旋过滤组件的过滤元件的示意图。
图9是本发明动态涡旋过滤组件另一种实施方案的示意图。
图10是所述动态涡旋过滤组件的部分过滤元件的示意图。
图11是所述动态涡旋过滤组件的过滤元件的盘形支承件的示意图。
对优选实施方案的说明
体现本发明的一种代表性动态涡旋过滤组件可以包括一组大体上平行取向的、固定安装成一叠的盘形过滤元件。每个过滤元件的至少一面包括一种过滤介质。在所述代表性动态涡旋过滤组件中，处理流体旋转通过静止的过滤元件，由此产生一个剪切边界层，即在每个过滤元件表面形成剪切力。通常，在这种类型的假定运动中，粘性液体的总体运动将以大致为刚性体的形式转动。在一种实施方案中，过滤组件壳体被转动，它使得处理流体旋转通过过滤元件。另外，可将静止的过滤元件安装在静止壳体上，并转动一个中央轴，这样也可导致处理流体旋转通过过滤元件。通过粘滞摩擦在每个过滤元件的过滤表面产生剪切力，它会消耗进入任一对相邻的过滤元件之间部分的旋转处理流体的角动量。转动处理流体的角动量是通过旋转的壳体上的类似边界层或剪切力产生的。
通过过滤元件的过滤介质的剪切速率或流体变形速率会产生作用于颗粒状和/或胶体状物质，即过滤介质附近的杂质上的升力，从而保持处理流体中所含杂质与过滤介质分离。因此，减轻了过滤介质的堵塞和填塞。保持颗粒状和/或胶体状物质与过滤介质分离所需的剪切速率是通过实验确定的，它取决于多种因素，包括流体粘性、流体密度、及颗粒状和/或胶体状物质的大小。因此，一旦确定了需要的剪切速率，就可计算出产生这种预定剪切速率所需的转速。这可以通过多种方式实现，包括平衡作用在流体上的力的近似方法。在下面对确定所需转速的这种简单的近似方法做了扼要说明。对该方法的说明也可用于阐述通过转动壳体产生剪切力的含义。
存在用于在各种流体流动状态下确定流体剪切速率、剪切应力和转矩的已知公式。这种公式可在各种流体动力学教材或手册中查到，如Schlichting’s Boundary Layer Theory(The Edition1979.McGraw-Hill Book Compony)。确定能产生特定升力的壳体转速或旋转速度的过程，通常是用这些公式进行迭代的过程。该过程的第一步可能是选择壳体角速度的初始值。然后将该初始值代入计算滤器壳体边界的剪切应力的公式中，并代入用于计算过滤元件边界的剪切应力的公式中。这两个公式还涉及其它变量，包括特定流体状态的雷诺数、过滤元件和滤器壳体的半径、以及流体粘度和密度。流体转速平均值是待按如下方法确定的未知量。
如上所述，粘性流体通常以大体为刚性体的形式转动，因此，在进行上述计算时可假设处理流体是作为一个整体转动，或其平均运动类似一个刚性体。通过滤器壳体上的一个剪切流动边界层将一个转矩赋予所述流体。可以假设该剪切流动边界层近似一个平板剪切流。通过过滤元件上的剪切流动边界层由静止过滤元件产生一个与上述转矩相反的转矩，即由静止过滤元件产生的对旋转流体的阻力。可以假设该剪切流动边界层近似一种紊流(Ven Karman)剪切流。假设处于稳定状态，即流体流速不随时间而变化，则所产生的净转矩为0。因此，为了取得流体的角速度值，考虑到过滤元件数和过滤元件的间距，可将过滤元件所产生的转矩调至与滤器壳体上所产生的转矩相等并相反。将上述角速度的计算值代入计算过滤元件的剪切速率的公式中。如果上述角速度的计算值不能产生需要的剪切速率，用一个新的壳体角速度值重复上述过程。
上述确定剪切速率和剪切应力的方法特别涉及本发明的旋转壳体实施方案；不过，其一般方法同样适用于中央旋转轴实施方案。转速和转矩的各种值可以不同，但主要操作是类似的，即该转矩在两个边界处是相等的。
如图1所示，可以采用本发明的动态涡旋过滤组件的代表性过滤系统可以包括一个动态涡旋过滤组件100，一个处理流体进给装置300，一个滞留物回收装置400，和一个渗透液回收装置500。动态涡旋过滤组件100一般包括一个旋转滤器壳体102，一个具有若干过滤元件126的滤器堆叠组件104，一个或多个处理流体入口106，一个渗透液出口108和一个滞留物出口110。
处理流体进给装置300与动态涡旋过滤组件100的一个或多个处理流体入口106连接，并可以包括一个处理流体槽、桶或其它容器302，该容器通过进给管304与一个或多个处理流体入口106连接。处理流体进给装置300还可以包括一个泵组件306，该组件可以包括一个位于进给管304中的离心泵或正排量泵，用于将处理流体从容器302送至动态涡旋过滤组件100。处理流体进给装置300还可以包括与进给管304连接的一个压力传感器308和一个温度传感器310。另外，可以由任何合适的加压源供给处理流体，而处理流体进给装置300除了泵组件306之外，还可以包括一个或多个控制阀和/或流量计，用于控制经进给管304流向动态涡旋过滤组件100的一个或多个处理流体入口106的处理流体流量，或者由所述控制阀和/或流量计取代泵组件306。
滞留物回收装置400与动态涡旋过滤组件100的滞留物出口连接。当动态涡旋过滤系统是一个循环系统并被设计成让处理流体反复通过动态涡旋过滤组件100时，滞留物回收装置400可以包括一个泄留物回行管402，该管由滞留物出口110延伸至处理流体容器302。当动态涡旋过滤系统被设计成仅让处理流体通过动态涡旋过滤组件100一次时，可将阀404与滞留物回行管402连接，以便将滞留物引导至一个独立的滞留物容器(未示出)中，或引出该动态涡旋过滤系统。滞留物回收装置400还可以包括一个泵组件406，该泵组件可以包括一个用于将滞留物从动态涡旋过滤组件100送至处理流体容器的离心泵或正排量泵。另外，滞留物回收装置400除了泵组件406之外，还可以包括一个或多个与滞留物回行管402连接的控制阀和流量计，用于将滞留物流体从动态涡旋过滤组件100送至处理流体容器302，或者由所述控制阀或流量计取代泵组件406。滞留物回收装置400还可以包括与滞留物回行管402连接的一个压力传感器408和一个温度传感器410。
渗透液回收装置500与动态涡旋过滤组件100的渗透液出口108连接，它还可以包括一个从渗透液出口108延伸到渗透液容器504的渗透液回收管502。可将一个或多个阀506与渗透液回收管502连接，以便将渗透液引出该动态涡旋过滤组件。另外，渗透液回收装置500还可以包括与渗透液回收管502连接的压力传感器508、510和温度传感器512。此外，渗透液回收装置500可以包括一个与渗透液回收管502连接的泵组件，用于从动态涡旋过滤组件100中回收渗透液。
该动态过滤系统可以包括各种其它子系统，如一个消毒和/或净化装置600，一个换热装置700，和一个输送装置。消毒和/或净化装置600可以包括一个蒸气管602，它通过阀606与动态涡旋过滤组件100的蒸气入口604连接。可通过蒸气管602将蒸气引入动态涡旋过滤组件100，并径一个或多个处理流体入口106、滞留物出口110、和渗透液出口108引出，以净化动态涡旋过滤组件100并对其消毒、蒸气管602还可通入一个或多个处理流体入口106、滞留物出口110和/或渗透液出口108中。另外，或除此之外，可通过一个或多个处理流体入口106将一种独立的清洗液，如苛性溶液导入动态涡旋过滤组件100中，并经滞留物出口110和渗透液出口108排出。
可将换热装置700与处理流体进给管304、滞留物回行管402和渗透液回收管502中的任一个或每一个连接，以便把处理流体、滞留物或渗透液的温度保持在预定范围内。例如，换热装置700可以包括一个安装在滞留物回收管402上的换热器702，它由一个致冷剂管供给致冷剂，以便把滞留物温度保持在预定范围内。
所述输送装置(未示出)可以包括一个滑架或拖车，该动态过滤系统的某些或所有元件安装在其中，以利于输送该系统。
图2a和2b是说明本发明动态涡旋过滤组件100的代表性实施方案的剖视图。所述代表性动态涡旋过滤组件100包括旋转滤器壳体102和静止滤器堆叠组件104，该组件包括若干安装在一个滤器堆叠座124上的过滤元件126。可将静止的滤器堆叠组件104安装在旋转滤器壳体102里，使旋转滤器壳体102赋予处理流体一个预定的角动量，从而在所述若干过滤元件126表面形成一个剪切层边界。可通过一个或多个与滤器堆叠组件104连接的处理流体入口106将处理流体引入动态涡旋过滤组件100。动态涡旋过滤组件100可以是一个闭端过滤系统，其中，仅有渗透液被排出；或是一个开放的过滤系统，其中，渗透液和滞留物均被排出。可分别通过渗透液出口108和滞留物出口110将渗透液和/或滞留物排出动态涡旋过滤组件100。渗透液出口108和滞留物出口110还能与滤器堆叠组件104连接。
旋转滤器壳体102总体上包括一个壳体盖112和一个壳体座114。可将壳体盖112做成多种形状，例如，壳体盖112可以有大致为筒形的形状，其形状与滤器堆叠组件104一致，以便降低流体滞留量，或者与滤器堆叠组件104的形状不一致，以利于各种密封装置的应用。在该代表性实施方案中，壳体盖112包括一个大致为筒形的壁148、一个拱形上部150、和一个环状凸缘152。大致为筒形的壁148置于与若干过滤元件126的边缘相对处。环形凸缘152包括若干通孔154，螺栓156或其它固定装置通过这些孔安装，以便把壳体盖112安装在壳体座114上。另外，还可将环形凸缘152用于动态均衡动态涡旋过滤组件100的旋转组件。动态平衡一般是通过改变旋转体在垂直于转动轴的两个平面上的质量分配而实现的。本发明旋转组件的动态平衡可以通过向凸缘152加配重或取出材料而实现。理想的是，可以通过向凸缘1 52和第二凸缘112a加配重或取出材料而实现动态平衡，假设为此目的是在接近壳体盖112顶部处进行。可以用任何现有技术，如焊接给凸缘152、112a加配重。可以用任何合适方法从凸缘152、112a上去掉重物，例如，通过去掉部分凸缘152、112a。
在该代表性实施方案中，大致为筒形的壁148具有大致光滑的内表面，即没有突出部分，所以没有处理流体会截留或滞留在其内表面上的任何突出结构之间。滞留的处理流体会滋生细菌，或妨碍有效清洗该过滤系统。另外，如上文所述，动态涡旋过滤组件100可以包括一个蒸气孔604。可将蒸气孔604安装在壳体盖112的拱形上部150，以便清洗动态涡旋过滤组件100。蒸气孔604可通过导管602与消毒和/或净化装置6000(图1所示)连接。可将蒸气孔604用作主净化孔或用作备用净化孔。如上文针对图1所做的说明，还可将消毒和/或净化装置600与所述一个或多个处理流体入口106、渗透液出口108和/或滞留物出口110连接。
壳体盖112的尺寸使得滤器堆叠组件104能被放置在该壳体盖112里，使滤器堆叠组件104的中央轴线与壳体盖112的中央轴线重合。理想的是，在过滤元件126的外缘与壳体盖112的壁148之间有小的间隙。如果过滤元件126边缘与壳体盖112之间的间隙太大，会产生过多的紊流流体流，从而降低滤器性能。该间隙的宽度范围可以从大约为过滤元件126半径的1/4至小到制造方法可以达到的程度。理想的是，该间隙宽度应小于或等于过滤元件126半径的1/10。
壳体盖112可由任何合适材料制成，其刚性及强度足于承受由转动所产生的力。另外，该材料最好不能渗透流体流，而且不会与特定的处理流体发生。因此，壳体盖112可以由金属材料或聚合材料制成，优选由不锈钢制成。此外，如旋转设备的通用做法一致，可以在动态涡旋过滤组件100周围设置防护壳或罩(未示出)，以避免在发生由操作不当或其它事故引起的机械故障时造成伤害。
图3表示部分壳体盖112的另一种实施方案。在该方案中，大致为筒形的壁148包括由筒形壁148向内延伸的叶片158。例如，在所示实施方案中，叶片158是直的，而且垂直于壁148内表面延伸。另外，所述叶片可以在轴向或径向方向上是弯曲的，并与壁148成锐角地延伸。突出的叶片158通过携带大量处理流体以壳体盖112的角速度转动而有助于赋予处理流体一定的角动量。所产生的角动量可以通过处理流体的径向向内运动而传向过滤元件126，这种径向运动是所有非零渗透液和/或滞留物流动所必须的。角动量的传递反过来又会提高整个涡旋流体流的平均角速度，并由此提高过滤元件126表面的剪切速率。上述附加角动量的效果在很大程度上取决于动态涡旋组件100的任何具体过滤应用所需的径向向内的流量。
突出的叶片158可以分布于壳体盖112的壁148的整个轴向长度上，或将其制成各种形状，以改变进入特定的相邻过滤元件126对之间的处理流体量。不过，壳体102的旋转筒形壁148无论有叶片还是光滑的，均优选无任何结构，使径向的内延伸的环形板或径向突出部分延伸通过任意两个相邻过滤元件的滤器表面。在图2a和2b所示的一种最佳实施方案中，大致为筒形的壁148包括大致光滑的内表面。如上文所述，处理流体与壳体盖112的壁148之间的粘滞摩擦足于赋予处理流体一定转矩。优选光滑表面，因为在光滑的表面上基本上无流体滞留部位，从而降低了清洗难度。
回过来再次参见图2a和2b，壳体盖112与壳体座114连接，并由该座支承。代表性壳体座114优选包括一个旋转密封件116，一个轴承组件118，一个传动带轮120，和一个或多个处理流体出口112。此外，壳体座114优选包括一个基板160。基板160可大致为具有一个中央孔的环形结构，通过该孔对滤器堆叠座124进行定位。基板160包括若干通孔162，定位螺栓156或其它固定装置通过这些孔。壳体盖112可由螺栓15b或任何其它合适的固定装置固定在基板160上。在基板160的上表面还包括一个环形槽164。可将一个密封件166，如一个0型环置于环形槽164内，以便在壳体盖112被固定到基板160上时保证壳体盖112与壳体座114之间的液体密封性。壳体座114可以用与壳体盖112相同的材料制成。或者，将旋转滤器壳体102制成单一的整个装置。
旋转密封件116可以是一个单面或双面密封件，它被放置在基板160的中央孔中。由面密封件116形成一个孔，其直径略大于滤器堆叠座的直径，通过该孔对滤器堆叠座124进行定位。由面密封件116在旋转滤器壳体102与静止滤器堆叠组件104之间形成动态密封。因此，滤器壳体可以绕静止的滤器堆叠组件104自由转动。在允许有少量处理流体泄漏的工艺中，可以使用一个旋转密封件116。从而密封件116与滤器堆叠座124间的间隙渗出的少量处理流体可以通过壳体座114上的一系列孔。由密封件中渗出的处理流体可以由未示出的装置收集，以便再利用，或根据与特定处理流体相关的适用原则进行处理。与流体处理业的正常做法一致，如果处理的是不允许有任何泄漏的处理流体，如有毒材料，可以使用双面密封件。旋转密封件116可以由不能透过流体，但可平滑转动的任何材料制成，如碳化硅或石墨。理想的是，旋转密封件116可以由碳化硅或四氮化三硅制成。
另外，如果将本发明的动态涡旋过滤组件用于低速转动的低压场合，或用于允许有明显流体泄漏的场合，可以用一种简单的密封件取代面密封件116。例如，在这种特定场合使用一个唇形密封件就足够了。
可以用任何合适装置，如螺栓170或拉杆将壳体座114安装在下部组件支承结构168上。可将轴承组件118安装在壳体座114上，使其位于下部组件支承结构168与壳体座114之间。由轴承组件118提供旋转滤器壳体102绕滤器堆叠组件104的平稳转动。可以用一个未示出的传动马达转动旋转滤器壳体102。可以用一个传动带或链连接传动马达与壳体座114。可以用传动带轮120将传动带或链固定在壳体座114上。如果使用传动链，则用链轮取代传动带轮120。另外，滤器壳体102可由马达直接传动，例如，可以用传动轴及相关的齿轮连接马达与滤器壳体102。不过，直接传动系统一般比皮带或链传动复杂。因此，在优选实施方案中使用皮带传动。
在另一种实施方案中，可将滤器壳体102安装在一个上部组件支承结构(未示出)与下部组件支承结构168之间。因此，滤器壳体可以包括一个安装在上部组件支承结构的第二轴承组件上。在任一种实施方案中，仅优选一个旋转密封件116。
图4a和4c是滤器堆叠组件104的详细剖视图，而图4b和4d分别是图4a和4c剖面的分解视图。滤器堆叠组件104包括一个下部和一个上部。其下部包括滤器堆叠座124、处理流体管134、渗透液管136的一部分和滞留物管138的一部分。其上部包括若干过滤元件126、若干垫片128、一个垫片盖130、一个垫片座132，和渗透液管136和滞留物管各自的剩余部分。滤器堆叠组件104被安装在壳体102里，以使其整个上部和下部的一部分处在由壳体盖112和壳体座114形成的空间里，而下部的其余部分处在由壳体座114所形成的空间里，如图2a和2b所示。
滤器堆叠座124的形状大致为筒形，其直径略小于图2a和2b所示旋转密封件116的直径。典型的滤器堆叠座124可以由任何合适的刚性、非渗透性材料制成，该材料可以在旋转的流体中支承过滤元件126，而且不会与处理流体反应。例如，滤器堆叠座124可以由诸如尼龙或聚砜的聚合材料或诸如不锈钢的金属材料制成。理想的是，出于耐用性和可清洁性考虑，滤器堆叠座124由不锈钢制成。代表性滤器堆叠座124还包括径向延伸的螺纹孔(未示出)。可以用螺栓144和146、拉杆或其它合适的固定装置将过滤元件126、垫片128、垫片盖130和垫片132固定在滤器堆叠座124上。将螺栓144和146拧入这螺纹孔中。
滤器堆叠组件104的上部包括若干位于多个过滤元件126之间的垫片128。可将垫片座132直接安装在滤器堆叠座124的上表面的顶部。然后，将最下面的一个过滤元件126b安装在垫片座132顶部。然后，依次将垫片128和过滤元件126交替安装上去。可将垫片盖130安装到过滤元件126a的最上部，以结束滤器堆叠组件104的上部。
在该代表性实施方案中，由滤器堆叠座124、若干垫片128、垫片座132和垫片盖130构成一个滤器堆叠柱，若干过滤元件126安装在该堆叠柱上。如上所述，用螺栓144和146将上述各个部分固定在一起。
另外，滤器堆叠柱可以构成一个单一的替体装置。另外，可将滤器堆叠组件104设计成一种廉价的一次性装置，在用过之后即可将其丢弃。
处理流体管134可以从滤器堆叠座124的下部延伸到接近滤器堆叠座124上部的位置。处理流体管134可以偏心安装，滤器堆叠座124上的轴向孔的第一端与一个或多个处理流体入口106连接并相通，其第二端与处理流体通道135连接并相通，如图2b和4b所示。另外，处理流体管134可以包括位于滤器堆叠座124上的孔中的管。处理流体通道135可以包括从滤器堆叠座124的外表面延伸到处理流体管134的径向孔。如图2b所示，滤器堆叠组件104可被置于旋转滤器壳体102中，以使处理流体出口通道135与壳体盖112的内部空间相通，以便输送处理流体。
渗透液和滞留物管136和138几乎可以延伸通过整个滤器堆叠组件104。渗透液管136和滞留物管138的下部可以偏心安装，滤器堆叠座124和其上部的轴向孔可以由垫片128和垫片座132(如图5a、5b、6a、6b、7a和7b所示)上偏心设置的通孔172和174构成，如在下文将要详细说明的。另外，渗透液管136的滞留物管138可以包括安装在滤器堆叠座124的孔中和垫片128和垫片座132上的通孔172和174中的管。可将静态密封件176安装在滤器堆叠座124与垫片座132之间、垫片座132与最下面的过滤元件126之间、相邻的垫片128之间、垫片128与过滤元件126之间、最上面的过滤元件126a与垫片盖130之间、以及最上面的垫片128垫片盖130之间。静态密封件176可避免处理流体、滞留物和渗透液之间的交叉污染。静态密封件176可以是安装在环形槽178中的O形环，环形槽178环绕垫片128和垫片座132上的通孔172和174，以及安装在环绕滤器堆叠座124上表面的渗透液管136和滞留物管138的槽180里的O形环，安装在垫片128、垫片盖130和垫片座132上的环形槽182中的O形环。在图5a、5b、6a、6b、7a和7b中更便于观察这些环。另外，所述密封件可以是与滤器堆叠组件100永久性连接的熔接件。
渗透液管136的第一端与渗透液出口108连接并相通，其第二端与垫片128和垫片座132中的渗透液通道140连接并相通。渗透液最好是从过滤元件126流入渗透液通道140和渗透液导管136中。滞留物导管138的第一端与滞留物出口连接并相通，其第二端与垫片128和垫片座132中的滞留物通道142连接并相通。
安装并固定在两个相邻的过滤元件126之间的垫片128主要起着两种作用。首先，由垫片128在相邻的过滤元件126之间形成一个间隙，使处理流体能从该间隙中流过。其次，由垫片128为过滤元件126提供机械支承，过滤元件126要承受由紊流流体导致的负荷。可将垫片128制成各种形状。图5a和5b表示一个垫片128的一种代表性实施方案。图5a是垫片128的上平面视图，而图5b是垫片128沿剖线5B-5B的剖视图。所有垫片128在设计上均相同。垫片盖130和垫片座132在结构上相似，并将分别结合图6a和6b以及图7a和7b加以详细说明。
垫片128可由任何合适的刚性非渗透性材料制成，它有足够的结构完整性来支承过滤元件126，而且不会与处理流体反应。理想的是，垫片128可由金属或聚合材料制成。当垫片包括金属或聚合材料时，过滤元件126可以包括一个聚合物支承结构，从而减轻动态涡旋过滤组件的重量。
如图5a和5b所示，每个垫片128可以是一个具有上、下平行的主表面的圆形片。一个大致为筒形的突出部184可由其上表面伸出，而在其下表面可以设置一个中央凹槽186。中央凹槽186的直径可以大致等于筒形突出部184的直径。因此，可通过将一个垫片128的筒形突出部184安装在相邻垫片128的中央凹槽186中而将相邻的垫片128固定在一起，提高滤器堆叠组件104的稳定性。可将过滤元件126安装在筒形突出部184上方，并置于设在筒形突出部184和垫片128上表面之间部分的肩188上。所示出的垫片128还包括两个偏心安装的通孔172和174，它们分别构成渗透液管136和滞留物管138的一部分；渗透液通道140优选为分布于筒形突出部184的外表面与通孔172之间的径向孔；而通过通孔190安装螺栓或系杆144和146。每个垫片还包括设在筒形突出部184上的环形槽。环形槽178可以是绕通孔172和174设置的大致为U形的槽，用于接纳O环密封件。另外，两对环形槽182分别环绕肩188和垫片128下主表面的外围周向设置。可将两对环形槽182用于安装诸如O形环的密封装置176。由密封装置176在垫片128和过滤元件126之间形成液体密封，使滞留物不会污染渗透液和/或渗透液不会污染滞留物。图中所示的槽只是用于说明目的的，并非要表明其相对深度。在该优选实施方案中，所述槽的设计是按照O形环制造指南进行的。另外，所述垫片的所有密封表面可以是平的，并用垫圈来确保其液体密封性。另外，可以用固定焊接的密封件来形成液体密封。
垫片128上还可以包括其它通孔，例如，用于安装未示出的冷却或加热管的通孔。在某些场合，例如，环境条件或流体性质的条件下，可能需要加热或冷却管来控制动涡旋过滤组件100里所装流体的温度。
图6a和6b表示垫片盖130的一种代表性实施方案。图6a是垫片盖130上平面视图，而图6b是沿剖面线6B-6B的垫片盖130的剖视图。垫片盖130可以是具有中央凹部196和两个通孔190的大致扁平的圆片，通过孔190安装螺栓或系杆144和146。中央凹部196的直径大致与垫片128的突出部184的直径相同，以使垫片盖130被紧紧固定在最上面的垫片128上。垫片盖130优选不包括构成渗透液管136和滞留物管138部分的通孔。垫片盖130优选包括一对用于安装密封装置176，如O形环的环形槽182，以便在其自身与最上面的过滤元件126之间形成液体密封。如上所述，槽182也是示意性的。另外，与垫片126一样，垫片盖130的密封表面可以是平的，并采用一个垫圈或永久焊接的密封件。
图7a和7b表示垫片座132的一种代表性实施方案。图7a是垫片座132的上平面视图，图7b是沿剖线7B-7B的垫片座132的剖视图。垫片座132可以是具有上、下主平行表面的大致为圆形的片。突出部204的直径可以与垫片128上的突出部184的直径相同，并将其插入最下面的垫片128b的中央凹部186中。最下面的过滤元件126b被安装在同轴的突出部204上方，并位于设置在突出部204与垫片座132上表面之间部分的肩206上。垫片座132还包括两个偏心设置的通孔172和174，它们分别构成渗透液管136和滞留物管138的一部分，渗透液通道140是分布在同轴突出部204的外表面与通孔172之间的径向孔，而通孔190是用于安装螺栓或系杆144和146的。垫片座152包括一对用于安装密封装置176的环形槽178。环形槽178可以是环绕通孔172和174设置、用于安装O形环密封件176的U形槽。另外，垫片座132包括两对用于安装密封装置176如O形环的环形槽182，以便在其自身与最下面的过滤元件126b之间形成液体密封。与垫片盖130和垫片126一样，可以采用各种密封装置。
垫片盖130和垫片座132可以由与垫片128相同的材料制成。垫片128、垫片盖130和垫片座132可以具有任何适当尺寸，而且各自的尺寸可以相同或不同。结构128、130和132各自的直径取决于多种因素，其中包括过滤元件126的尺寸。因此，垫片128、垫片盖130和垫片座132的尺寸使其能在动态过滤期间为过滤元件126提供足够的结构支承。如下文将要详细说明的，垫片128的厚度可以随过滤元件126的尺寸变化而改变。
如图2a和2b所示，所有过滤元件126在设计上可以相同，而且，可以多种方式制造过滤元件126。例如，过滤元件126可以是平的，或大致为锥形形状。另外，过滤元件126可以为任意尺寸，例如，直径为6英寸，12英寸、或16-18英寸，这取决于具体应用场合。过滤元件126的尺寸会影响到构成动态涡旋过滤组件100的各种其它部件的设计和尺寸。例如，相邻过滤元件126之间的间隙，即间距，取决于各种因素，包括过滤元件126的大小。如果上述间隙太小，间隙中的流体基本上不能以足够大的速度涡旋，以产生足以悬浮流体中的颗粒和/或胶体物质的剪切速率。随着该间隙的增大，流体速度、剪切速率和升力也大到足以超过该间隙的较大径向外部，以延缓或防止过滤元件在所述间隙的外部被堵塞。例如，优选的间隙宽度随过滤元件126的尺寸变化。对于直径6英寸的过滤元件来说，相邻过滤元件之间的间隙大约为1/4英寸；对直径为12英寸的过滤元件来说，相邻过滤元件之间的间距大约为1/2英寸；而对于直径为16-18英寸的过滤元件来说，相邻过滤元件之间的间距大约为3/4英寸。
垫片128决定间隙宽度；因此，垫片128的厚度也可以随过滤元件126的大小而变化。当然，可以采用大于优选间隙宽度的间隙。不过，如果使用较大的间隙，则不能或几乎不能实现提高剪切速率渗透方面的优点，而较少的过滤元件126安装在旋转滤器壳体102中会导致可用过滤表面的减少。
垫片128的直径也可以随过滤元件126的尺寸而变化。例如，随着过滤元件126直径的增加，可以采用较大直径的垫片128，以便为过滤元件126提供足够大的机械支承。相应确定了垫片座132和垫片盖130的尺寸。
过滤元件126的尺寸也可以影响旋转滤器壳体102的转速。如上文所述，一旦确定了希望的剪切速率，便可计算出产生这种剪切速率所需的壳体102的转速。产生特定剪切速率的壳体102的转速随各种因素而变化，包括过滤元件126的尺寸。例如，对于直径为6英寸的过滤元件来说，旋转滤器壳体102的转速优选为大约2,000-6,000rpm；对于直径为12英寸的过滤元件来说，该转速优选为大约1,000-5,000rpm；对于直径为16-18英寸的过滤元件来说，该转速优选为大约1,000-3,000rpm。
在图8中示出了一个过滤元件126的代表性实施方案。每个过滤元件可以包括一个或多个扇形部分，如两个贴紧和/或交错的D形部分，各自包括一个扇形支承件和一个安装在该扇形支承件的一面或两面的滤器。在该优选实施方案中，过滤元件126包括一个平的圆环形支承件212和至少一个，优选两个安装在平的圆环形支承件212相反的主平行表面上的滤器214。所述平的圆环形支承件212可以由任何适当的刚性材料制成，它能提供足够的结构完整性，并与处理流体相容。例如，该平的圆环形支承体212优选由诸如尼龙或聚砜的结构聚合材料制成。此外，该平的圆环形支承件212可以包括诸如分散在聚合材料中的定向玻璃纤维的加固件或整体金属支承件。该加固件可产生额外的结构完整性。它还能通过克服平的圆环形支承件212因温度和/或吸水造成的膨胀而提供尺寸稳定性。所述平的圆环形支承件212还可以包括位于其表面和边缘上的平面，以便安装滤器214。为了将尽可能多的剪切力传递给过滤元件126，作用于滤器214表面上，而不是作用于支承板212的表面上，所述平的圆环形支承件212的边缘可以为弧形或锥形形状。通过制造工艺使滤器214的外径尽可能地延伸至接近支承板212的外径。图10示出了具有突出的锥形边缘的平的圆环形支承件212及覆盖其整个表面的滤器214的一部分。所述锥形部分实际上是进行具有最高剪切速率的过滤的最有效的部位。如果采用传统的方形边缘，上述高剪切力将作用在支承板212的圆形外表面上，而不是作用在滤器214上。
通道216，如设置在环形支承件212的两个主平行表面中的一个或两个上的V形径向槽或周向槽和/或延伸到环形板212中的通孔，有利于渗透液流向平的圆环形支承件212上的中央孔218中。中央孔218的直径不大于筒形突出部184的直径，以使过滤元件126可靠地安装在垫片128的突出部184周围，使过滤元件126上的通道216与垫片128上的渗透液通道140相通。平的圆环形支承件212上的通道216可以是异形的，以降低作用于滤器214上的反压并平衡跨膜压力。另外，所述平的圆环形支承件212的两个主平行表面可以是多孔的，而该平的圆环形支承件212的内部可以是中空的，因此，渗透液可经所述孔流入其中空的内部，然后再流入垫片128上的渗透液通道中。
过滤元件126的两个滤器214各自包括一个与处理流体相通的上游侧和一个与渗透液相通的下游侧。滤器214被安装在平的圆环形支承件212的至少一个表面上，优选安装在其两个主表面上。
每个滤器214可以包括任何合适的过滤介质，如多孔性或半渗透性聚合薄膜，或聚合或非聚合纤维或长丝的纺成或无纺片材。另外，每个滤器214可以包括一种多孔金属介质，如由Pall公司以PMM和PMF为商标出售的玻璃纤维介质或多孔陶瓷介质。可以对所述孔的尺寸和分布以及过滤介质的更换频率加以选择，以满足任何特定用途的要求。对于该代表性实施方案来说，所述渗透性多孔膜可以包括微孔膜(例如，具有孔的尺寸接近0.05-10μm的孔的膜)和超滤膜(例如，其孔的尺寸接近0.005-1μ的膜)。过滤介质可以由任何合适材料制成，通常由聚合材料制成，如聚酰胺、聚二硫乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚醚砜、聚乙烯、聚丙烯和尼龙。优选的过滤介质取决于处理流体和待实施的过滤方法。另外，每个滤器214可以包括一层或多层。例如，每个滤器214可以包括一个微孔膜和一个多孔层。多孔层可以接近微孔膜设置，起着支承和/或排水作用。排水层，如纤维材料，可以安装在所述平的圆环形板212的两个主平行表面上，介于板212和微孔膜之间。因此，可将过滤介质安装在排水层上。
可用任何适当方法将滤器214连接在平板212上，例如，连接方法取决于平板212和滤器214的组成。可用各种方法将滤器214焊接在平板212上，或用粘合剂或溶剂将其粘接在平板212上。另外，可以通过位于滤器214和平板212之间的纺成聚合材料将滤器214热密封在平板212上，该纺成聚合材料熔解温度优选低于滤器或平板212的熔解温度。例如，上述方法披露于转让给本发明同一受让人的美国专利申请流水号08/388,310中。
如上文所述，相邻过滤元件间的内部径向部分的剪切速率可能未高到足于产生足够的升力，以保持颗粒状和/或胶体状物质悬浮在所述内径向部分的流体中。因此，渗透距离，例如，由过滤元件外径处径向向内延伸的距离(通过该距离保持足够的剪切速率)可以接近过滤元件128半径的1/2。例如，对于半径为6英寸的过滤元件来说，该渗透距离可以大约为1.5英寸；对于直径为12英寸的过滤元件来说，该渗透距离可以大约为3英寸；对于直径为16-18英寸的过滤元件来说，渗透距离大约为4-4.5英寸。
由于并非每个过滤元件128的所有表面均可有效用于过滤，因此，无须将滤器214安装在几乎所有的平板212上。例如，由于渗透距离可能接近过滤元件128半径的1/2，滤器214可能包括圆环形过滤介质，其外径小于或大致等于平板212的外径，其内径等于或大于过滤元件128半径的1/2。
在另一种实施方案中，过滤元件126可以包括一个平的圆环形支承件212，在其中央部分具有径向辐条。例如，如图11所示，辐条220可以由中央孔218延伸到一个内壁，其径向距离相当于接近过滤元件126半径的1/2。因此，可将滤器214安装在平的圆环形支承件212的无辐条部位，从而在流体渗透部位产生过滤作用。辐条220可以是气动力学设计的，以使涡旋流体流可以顺利通过辐条220周围，从而基本上抑制紊流流体流动，这种紊流会干扰过滤元件126外1/2处的动态过滤。通过采用辐条220，而不是实心板，可以因为材料的节省而降低造价。另外，可以减轻每个过滤元件126的重量，从而降低整个组件100的重量。
可以用任何适当方法将辐条220连接在垫片上，例如，机械连接、焊接或粘接。至少有一个辐条220是中空的，从而形成用于将渗透液从过滤元件126输入垫片或垫片座中的渗透液通道140的渗透液通道。可将密封装置设置在至少一个渗透液通道140或中空辐条220周围，以确保二者之间的液体密封性。其余辐条可以是空心或实心的。
如上文所述，所述平的圆环形支承件212可具有弯曲的锥形形状，以降低摩擦损失的影响。因此，如果滤器214被安装在板状支承件212边缘的话，该边缘可能不是过滤的有效部位。因此，滤器214可以位于所述边缘的后部，例如，如图10所示般地位于锥形部分的起始处。
可以任何合适方式组装滤器堆叠组件104。例如，可将垫片座132置于滤器堆叠座上面，而将过滤元件126b置于突出部204上面的垫片座132的上表面上。然后，可以将一个垫片128放置在垫片座132上面，使垫片座132的突出部204贴紧并落入垫片128的凹部186。然后交替叠放过滤元件126和垫片128，使一个垫片128的突出部184贴紧并落入一个相邻的垫片128的凹部186。随后将垫片盖130放置在最上面的过滤元件126a和垫片128的顶部，使最上面的垫片128的突出部184贴紧并落入垫片盖130的凹部196。最后将螺栓144、146插入垫片元件130、128、132的通孔190中，并以特定压力拧入滤器堆叠座124中。将每个过滤元件126夹在垫片元件130、128、132上、下表面之间。不过，作用在过滤元件128上的夹紧力最好由紧贴的垫片元件130、128、132限定为某一值，它可以可靠地固定住过滤元件128，但降低了过滤元件128从其内部跨掉的危险性。
再次参见图2a和2b，处理流体以预定压力经处理流体入口106进入动态涡旋滤器组件100。处理流体可以由图1所示的处理流体进给装置300或任何其它来源提供。处理流体优选进入动态涡旋滤器组件100的最下面的过滤元件126b和壳体座114之间的空间。通过壳体座114的转动将一定的角动量赋予位于该部位的处理流体，从而在最下面的过滤元件126b的下表面形成一个剪切层。在加压条件下导入动态涡旋过滤组件100中的处理流体在最下面的过滤元件126b和壳体座114之间大致径向向外地涡旋，在壳体盖112与过滤元件126的周向边缘之间大致轴向向上涡旋，而在过滤元件126之间和最上面的过滤元件126a上方的空间里大致径向向内涡旋。处理流体大体上均匀地流过过滤元件126与壳体盖112之间的间隙，如箭头222所示。在该部位，由壳体盖112通过粘滞摩擦的方式使处理流体以大致为壳体盖112角速度1/2的速率转动。旋转流体，包括过滤元件126之间的流体通过过滤元件126的滤器214的表面径向向内运动。由旋转壳体102所赋予处理流体的角动量保证其绕该动态涡旋组件的中央轴线转动，由此保持希望的穿过过滤元件126表面的剪切层边界。相邻过滤元件126之间的间隙可以无任何会阻止处理流体流动的结构；因此，在旋转的处理流体与静止的过滤元件126之间有最大的相对运动，导致在滤器表面214上有最大的剪切力。处理流体的转速向着动态涡旋过滤组件100的中央逐渐下降。
所产生的通过滤器214的剪切力，可产生作用于处理流体中所含颗粒状和/或胶体状物质、即杂质上的升力，从而可以防止堵塞和/或填塞滤器214。一部分处理流体，即渗透液从滤器214的上游部分流至其下游部分。然后，渗透液沿过滤元件126的平的圆环形支承212上的通道216流向过滤元件126的中央孔218。随后渗透液流入垫片元件128、132的渗透液通道140中，如图中箭头224所示。渗透液从渗透液通道140流入渗透液管136，并最终流入渗透液回收装置500。
所述处理流体的其余部分，即滞留物受输入的处理流体的压力驱动，进入垫片128的滞留物通道142中。滞留物径滞留物通道142流入滞留物管138，并最终流入滞留物回收装置400。可能悬浮在滤器214表面上面的颗粒状和/或胶体状物质可随滞留物一起除去。因此，在正常过滤中，可轻易除去大部分会堵塞滤器214的颗粒状和/或胶体状物质。如果动态涡旋过滤组件100是在无滞留物流出的条件下工作，过滤元件最终会被堵塞，但回收到的渗透液是会明显多于表面积相同的非旋转过滤组件所回收的渗透液量。
在所示实施方案中，所有过滤元件126都包括两个滤器214，即每侧一个。不过，由于最上面的过滤元件126a的上表面和最下面的过滤元件126b的下表面会遇到与其它滤器表面不同的流体流动条件，通过使这两个表面不可渗透并不将其用于过滤，可以改进渗透液调节的均匀性。
传统动态过滤系统包括过滤元件或连接于旋转轴上的不可渗透性板。过滤元件或不可渗透性板的转速由旋转轴及所连接的元件的谐振频率限定。因此，所产生的剪切速率是由谐振频率限定的。另外，传统动态过滤系统的过滤元件数是有限的。额外的过滤元件需要较长的旋转轴，它对于特定剪切速率来说，可减弱谐振频率。因此，过滤元件的数量是由谐振频率限定的。相反，在体现本发明的动态过滤组件中，其壳体是转动的，由于可以达到高转速，所以可采用更大的滤器堆叠。该壳体包括一个直径和刚性比其所含任一个轴的都大的筒形结构；因此，旋转壳体的谐振频率更高一些。实际上，对于本发明的实际方案来说，滤器堆叠尺寸仅受实际生产制约因素的限制。
在另一种实施方案中，流体可以由一个中央旋转轴转动，由该轴代替旋转壳体或作为旋转壳体的补充。例如，可将静止的过滤元件连接在同样是静止的壳体上。图9表示一种实施方案，其中，静止的过滤元件202直接连接在静止的滤器壳体204上。在该实施方案中可以用或不用垫片。可以用诸如托架的安装装置将过滤元件202连接于静止的滤器壳体204上。在所示出的实施方案中，可以用独立的安装托架206来支承过滤元件212。可将旋转中央轴208轴向安装在壳体204的中央部分。旋转中央轴208可以包括一个平滑的外表面或包括突出部分，以利于赋予流体角动量。不过，与上述采用旋转壳体的情况一样，该旋转中央轴优选包括一个光滑的外表面，以避免出现停滞的流体部位。另外，旋转轴208基本上无任何结构，有如一个径向延伸的板，它穿过过滤元件202。因此，每一对过滤元件126之间的间隙也是基本上无任何结构的。
其工作原理类似于前面的实施方案。可将一个或多个处理流体入口安装在中央旋转轴上，并可将渗透液出口和滞留物出口连接在静止的壳体上。另外，可将所述一个或多个处理流体入口连接在静止壳体上。在所示实施方案中，可通过一个与静止的滤器壳体204的下端连接的处理流体入口210引入处理流体，并通过均与壳体204的下端连接的滞留物出口212和渗透液出口排出滞留物和渗透液。滞留物出口212与通入独立托架206中的滞留物导管216相通，而渗透液出口214与同样通入独立托架206中的渗透液导管相通。可以上述实施方案中驱动滤器壳体相同的方法驱动旋转轴208。不过，为了在滤器表面上达到相同的剪切速率，旋转中央208设计的转速和能耗会明显大于旋转壳体设计的。
尽管已对被认为是最可行的而且是最佳的实施方案做了图示和说明，但对于本领域技术人员来说，显而易见的是，在不脱离本发明的精神及范围的前提下，可以采用所述和所示具体方法和设计的变形。本发明并不局限于所述和所示的具体结构，而应当认为一切改进均落在所附权利要求范围内。