專利名稱：濾筒組件及過濾液體的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及濾筒組件及過濾液體的方法。
背景技術：
濾筒可以用于很多用途，比如可以用于醫(yī)療設備中。在醫(yī)療領域中，人們會使用到裝有某些粉狀過濾介質的濾筒。這種濾筒的一個應用是在透析系統中。
用于需要血液透析或腹膜透析的病人的系統，可以抽吸(pumping)大量透析液并使其通過一個透析設備。在這些設備中，所使用的透析液通常在用過一次之后就被拋棄。
近來的更多的透析設備例子為可以抽吸定量透析液并使其通過一個透析設備，在這些透析設備中，用過的透析液流過一個濾筒，然后返回到一個透析液池，以進行重復利用。然而，通過濾筒的液流沒有使通過各種粒狀過濾介質的透析液的過濾達到最佳效果。
液體以不同的速度和壓力流經不同微粒大小和顆粒直徑的過濾介質。液體以較高速度和較低壓力流經直徑較大的顆粒。相反，液體以較低速度和較高壓力流經直徑較小的顆粒。液體在通過一個包含不同顆粒直徑的過濾介質段的濾筒時，會取不同方向的流道通過各段。結果，液體流經置于濾筒中的含有大直徑顆粒的粉狀介質時為層流。液體流經置于濾筒中的含有小直徑顆粒的粉狀介質時不是層流，并導致了一種稱為芯吸(wicking)的現象。當液體大體上沿著最小壓力區(qū)的方向流動時，芯吸現象產生，該區(qū)域往往是位于管形外殼的內壁與粉狀過濾介質之間的區(qū)域。芯吸現象使得液體繞過粒狀過濾介質的大部分表面區(qū)域。結果，過濾不充分。
因此，需要一種能優(yōu)化液體過濾效率的濾筒組件。

發(fā)明內容
按照本發(fā)明的一種實施例，本發(fā)明提供了一種濾筒組件，它包括一個管形外殼，該外殼具有一個內壁、一個外壁、一個第一端、一個第二端、以及位于外殼各段之間的多個臺肩。這些臺肩匯聚通過置于筒內的過濾介質的液流。一個第一連接件適用于密封第一端，只有入口處沒有密封，液體能從該入口處流入濾筒。一個第二連接件適用于密封第二端，只有出口處沒有密封，液體能從該出口處流到濾筒外。該管形外殼最好包括至少三段，其中，各段在從管形外殼的第一端到第二端的方向上具有逐漸減小的平均內徑，并且過濾介質段跨過位于管形外殼各段相交處的兩個或更多個臺肩。
按照本發(fā)明的另一實施例，本發(fā)明提供了一種大體上為圓錐形的濾筒組件，它包括一個管形外殼，該外殼具有一個內壁、一個第一端、一個第二端以及多個環(huán)形導流板，這些導流板從管形外殼的內壁徑向朝內延伸，以匯聚通過筒內過濾介質中心的液流。該管形外殼的內壁沿著從管形外殼第一端到管形外殼第二端的方向連續(xù)變細。一個第一連接件適用于密封第一端，只有入口處沒有密封，液體能從該入口處流入濾筒。一個第二連接件適用于密封第二端，只有出口處沒有密封，液體能從該出口處流到濾筒外。
按照本發(fā)明的另一實施例，本發(fā)明提供了一種大體上為圓筒形的濾筒組件，它包括一個管形外殼，該外殼具有一個內壁、一個第一端、一個第二端以及多個環(huán)形導流板，這些導流板從管形外殼的內壁徑向朝內延伸，以匯聚通過筒內過濾介質中心的液流。該管形外殼的內壁直徑相同。一個第一連接件適用于密封第一端，只有入口處沒有密封，液體能從該入口處流入濾筒。一個第二連接件適用于密封第二端，只有出口處沒有密封，液體能從該出口處流到濾筒外。
本發(fā)明可以使用粉狀過濾介質，這些粉狀過慮介質可以實現多種不同過濾功能。不同的介質能引起不同的反應，包括酶分解、陽離子交換、陰離子交換或化學吸附。不同的過濾介質可能由不同大小及形狀的粒狀或粉狀不溶性化學物質構成，這些化學物質具有不同的物理和化學特性。
按照本發(fā)明的方法，本發(fā)明按照這里所列的任一實施例提供了一種濾筒組件，并且通過一種液體循環(huán)設備、泵、重力或重力柱(gravity column)，使液體流過或循環(huán)流過該濾筒。


圖1是按照本發(fā)明一個實施例的半個濾筒的剖視圖，其中，管形外殼包括五段，每一后續(xù)段比前面段具有更小的平均內徑，且該管形外殼的內壁在外殼各段之間的相交處有階梯部分或臺肩；圖2是按照本發(fā)明一個實施例的半個濾筒的剖視圖，其中，管形外殼的內壁直徑沿著從該外殼第一端到第二端的方向連續(xù)變細；圖3是按照本發(fā)明另一個實施例的半個濾筒的剖視圖，其中，環(huán)形導流板被設置在一個圓筒管形外殼的內壁；圖4是用于本發(fā)明的濾筒的一個端蓋或連接件的一個截面?zhèn)纫晥D；圖5是用于本發(fā)明的濾筒的一個端蓋或連接件的一個截面?zhèn)纫晥D；圖6是圖5所示連接件內表面的一個端視圖。
圖7是在一個傳統濾筒設備中對定量液體進行跟隨(following)過濾的過濾介質的一個截面圖；圖8是在本發(fā)明的一種濾筒組件中對定量液體進行跟隨過濾的磷酸鋯過濾介質的一個截面圖；圖9是在依據本發(fā)明另一種實施例的濾筒組件中對定量液體進行跟隨過濾的磷酸鋯過濾介質的一個截面圖；圖10是在依據本發(fā)明另一種實施例的濾筒組件中對定量液體進行跟隨過濾的磷酸鋯過濾介質的一個截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明通過提供一種結構簡單且有效過濾液體的濾筒組件克服了現有技術的問題。有利的是，本發(fā)明的濾筒組件能夠比傳統濾筒花費更少的成本來制造，并且能用在循環(huán)系統中。本發(fā)明的濾筒組件也比傳統濾筒花費更少的成本來使用，因為每單位體積的過濾介質在過濾液體時更有效。
本發(fā)明也涉及其內部包含各種粉狀過濾介質的濾筒組件。這些各不相同的粉狀過濾介質可以包括那些在授予Wong的美國專利申請No.09/996,505中所述的介質，該專利申請是在2001年11月28日提出的，發(fā)明名稱為“有益于清潔透析溶液的濾筒(Cartridges Useful in CleaningDialysis Solutions)”。前面提到的專利申請以及這里提到的所有其它專利和出版物的全部內容在此被引作參考。
按照本發(fā)明的一種實施例，本發(fā)明提供了一種濾筒組件，它包括一個管形外殼，該外殼具有一個內壁、一個第一端、一個第二端以及至少三段，這些段在從第一端到第二端的方向上具有逐漸減小的平均內徑。一個第一連接件適用于密封第一端，只有入口處沒有密封，液體能從該入口處流入濾筒。一個第二連接件適用于密封第二端，只有出口處沒有密封，液體能從入口處流到濾筒外。該管形外殼的內壁設置有位于各段相交處的臺肩。這些臺肩將液流從過濾介質的外表面偏轉到通過濾介質中心的路線上。
按照本發(fā)明的另一種實施例，本發(fā)明提供了一種圓錐形的濾筒組件，該濾筒組件包括一個管形外殼，該外殼具有一個內壁、一個第一端、一個第二端以及多個環(huán)形導流板，這些導流板從該管形外殼的內壁徑向朝內延伸。圓錐形意味著大體上呈圓錐形，最好是完全的圓錐形，并且更加優(yōu)選的是，由內壁確定的內徑連續(xù)減小，而不管濾筒的外部形狀。這些環(huán)形導流板可以隨該管形外殼的內壁一體成型或模制，或通過壓緊配合、螺紋接合、通過扣入槽中、或通過其它方式，而緊貼、鑲嵌、固定、或安放于該管形外殼的內壁。例如，本領域普通技術人員公知的膠粘劑能用于將該環(huán)形導流板粘到內壁上。再舉一個例子，該環(huán)形導流板能被過濾介質以一種塞緊、擠壓或沉積(settled)的形式保持在適當位置上。一個第一連接件適用于密封第一端，只有入口處沒有密封，液體能從該入口處流入濾筒。一個第二連接件適用于密封第二端，只有出口處沒有密封，液體能從該出口處流到濾筒外。該管形外殼的內壁沿著從第一端到第二端的方向連續(xù)變細。
按照本發(fā)明的另一實施例，本發(fā)明提供了一種圓筒形的濾筒組件，該組件包括一個管形外殼，該外殼具有一個內壁、一個第一端、一個第二端以及多個環(huán)形導流板，這些導流板從管形外殼的內壁徑向朝內延伸。圓筒形意味著大體上呈圓筒形，最好是完全的圓筒形，并且優(yōu)選的是，由內壁確定的內徑相同，而不管濾筒的外部形狀。這些環(huán)形導流板可以隨該管形外殼的內壁一體成型或模制，或通過壓緊配合、螺紋接合、通過扣入槽中、或通過其它方式，而緊貼、鑲嵌、固定、或安放于該管形外殼的內壁。例如，本領域普通技術人員公知的膠粘劑能用于將該環(huán)形導流板粘到內壁上。再舉一個例子，該環(huán)形導流板能被過濾介質以一種塞緊、擠壓或沉積的形式保持在適當的位置上。一個第一連接件適用于密封第一端，只有入口處沒有密封，液體能從該入口處流入濾筒。一個第二連接件適用于密封第二端，只有出口處沒有密封，液體能從該出口處流到濾筒外。
按照本發(fā)明的方法，本發(fā)明的任何一種濾筒組件都可以用在循環(huán)系統中以過濾循環(huán)液體。
該管形外殼的內壁直徑可以被調整，以調節(jié)壓力和流速。在小于或等于(例如)大約25磅/平方英寸的壓力下，內壁的直徑(例如)為大約4到大約7英寸可以導致(例如)大約150毫升/分鐘到大約500毫升/分鐘的流速。
一些過濾介質，如活性炭，具有相對較大的顆粒(粗介質)，例如，其直徑大約為425毫米到大約1700毫米。一些過濾介質，如磷酸鋯或氧化鋁，具有相對較小的顆粒(細介質)，例如，其直徑大約為20毫米到大約100毫米，舉例來說，大約從45毫米到大約100毫米。
本發(fā)明的一個特征是，流經該濾筒組件管形外殼的層流得以保持。環(huán)形導流板能用于保證流經細過濾介質的液體的層流。例如，通過將該組件豎立，抽吸液體以克服重力，可以進一步保持流經該管形外殼的層流。
實驗顯示，如果液體流經包含細介質的傳統濾筒時，可能導致芯吸現象和非層流。當液流大體上被引向內壁，并朝向位于內壁和過濾介質之間的一個最小阻尼和壓力區(qū)時，就會產生芯吸現象。因此，液體沒有接觸全部過濾介質的大部分表面區(qū)域，從而導致了過濾介質的低使用率。在本發(fā)明的濾筒內，環(huán)形導流板使得流經過濾介質，尤其是細介質的液體偏轉。液體基本上接觸這些細過濾介質的所有表面，從而導致了過濾介質的高利用率。
本發(fā)明的一個特征是，僅僅很少一部分液體繞過了過濾介質段，例如，少于20％的液體繞過了各段過濾介質，甚至更加優(yōu)選的是，少于10％，甚至更加優(yōu)選的是，少于3％的液體繞過了各段過濾介質。優(yōu)選的是，在每一過濾介質段內，都有環(huán)形導流板被緊貼到該管形外殼的內壁上。
這些環(huán)形導流板從內壁伸入該管形外殼的長度最好是導流板處內壁直徑的大約1.0％到5.0％。如果這些環(huán)形導流板的同心表面寬度過大，環(huán)形導流板后面的過濾介質的利用率就要低于過濾介質的平均利用率。如果這些環(huán)形導流板的同心表面寬度過小，液體的偏轉可能不會導致層流，而會產生芯吸現象。
本發(fā)明的一種實施例包括一個第一連接件和一個第二連接件，它們分別被用于密封第一端和第二端。通過使用例如各種傳統的密封技術，如位于俄亥俄州哥倫布的阿什蘭公司的一個分部—阿什蘭特種化學公司的EMABOND(不限于該例)，或其它密封成分或方法如超聲波、熱、化學結合、振動、物理鎖扣或墊圈，第一連接件和第二連接件能用來密封第一端和第二端。該密封方法最好能夠承受大于40磅/平方英寸的中等壓力。
本發(fā)明的另一種實施例中，該濾筒組件的入口和出口被連接到一個液體循環(huán)或抽吸系統。該液體循環(huán)系統可以是，例如，一臺透析器，包括便攜式透析器。該液體循環(huán)系統可以包括，例如，一個液體泵、一臺透析設備以及一個液體池。
按照本發(fā)明的一種實施例，本發(fā)明提供了一種制備本發(fā)明組件的方法，其中，一個過濾介質密封件被插入該管形外殼的第一端或第二端。該過濾介質密封件或其部分可以是一張濾紙、一個濾墊、一個第一連接件和一個第二連接件。很多密封件都能被使用。每一個過濾介質密封件最好是盤形的，并且最好具有能在管體內密封件處與該管形外殼內表面相配合的外表面。在該密封件被插入后，過濾介質被引入管形外殼，形成一部分或全部過濾介質段，隨后，通過振動、塞緊、搖動、顛簸、壓緊或其它增加過濾介質段密度的方法，使該過濾介質沉積下來。使過濾介質在管體內沉積，并且選擇性地額外放置至少一個密封件之后，可以用另一個過濾介質密封件來密封該管形外殼的其它第一端或第二端，從而使這些密封件可以包含該過濾介質段，并保持該過濾介質段的密度。
現在參考附圖，圖1是本發(fā)明一個實施例的半個濾筒組件100的剖視圖，其中，端部連接件已被去掉。該濾筒截面的另一半(圖中未示出)是所示濾筒的一半截面沿圖1中心線102的鏡像視圖。該濾筒100包括一個管形外殼104，該外殼有一個內壁106和一個外壁108。作為例子，該管形外殼104有五段110、112、114、116及118。沿著從管形外殼104的第一端115到第二端125的方向，這些段具有逐漸變小的平均內徑。在該管形外殼各相鄰段之間的相交處，管形外殼104的內壁106設置有臺肩120、122、124和126。每個臺肩作為一個環(huán)形導流板，從內壁106沿徑向朝內延伸。一個第一端蓋或連接件(圖中未示出)被用于密封濾筒100的第一端115，只有入口處沒有密封，液體能從該入口處流入濾筒。一個第二端蓋或連接件(圖中未示出)被用于密封第二端125，只有出口處沒有密封，液體能從該出口處流到濾筒外。第一連接件和第二連接件的細節(jié)示于圖4至圖6中。
各種過濾介質段被包含在管形外殼104內。最好至少有一個過濾介質段跨過內壁段110、112、114、116及118中的至少兩段，以便于使該過濾介質段橫跨一個臺肩120、122、124或126。厚的多孔濾墊130、132和134能被用于容納管形外殼104內的過濾介質，或者能被用于分隔兩個相鄰過濾介質段，例如，分隔平均顆粒直徑不同且差異很大的粒狀過濾介質段。薄的多孔濾紙136、138和140能被用于，例如，分隔平均顆粒直徑相似的兩相鄰粒狀過濾介質段。濾墊130、132和134以及濾紙136、138和140都最好是盤形，并且最好在管形外殼104內各濾墊或濾紙的位置都具有與管形外殼104的內表面相配合的外表面。
僅僅用于舉例，如圖所示，位于管形外殼104內的各過濾介質段可以包括一個活性炭粒段142、一個固化酶段144、一個氧化鋁(Al2O3)粉段146、一個磷酸鋯段148、以及一個包含醋酸鹽形態(tài)的水合氧化鋯與碳酸鋯鈉的混合物的介質段150。
圖2是本發(fā)明另一個實施例的半個濾筒200的剖視圖，其中，端部連接件已被去掉。該濾筒截面的另一半(圖中未示出)是所示濾筒的一半截面沿圖2中心線202的鏡像視圖。該濾筒200包括一個管形外殼204，該外殼有一個內壁206和一個外壁208。作為例子，該管形外殼204有五段210、212、214、216及218。沿著從管形外殼204的第一端215到第二端225的方向，這些段210、212、214、216及218具有由內壁206確定的、逐漸變小的平均內徑。
環(huán)形導流板220、222、224和226從內壁206沿徑向朝內延伸。通過壓緊粉狀過濾介質段，環(huán)形導流板220、222、224和226被定位在管形外殼204內，并且保持在接近內壁206的地方。在過濾介質被引進并塞入管形外殼204之后，通過壓緊周圍的過濾介質，環(huán)形導流板220、222、224和226被保持在固定位置。環(huán)形導流板220、222、224和226同心表面的寬度大約等于管形外殼204的內壁206直徑的1.0％到5.0％。第一端蓋或連接件(圖中未示出)被用于密封濾筒200的第一端215，只有入口處沒有密封，液體能從該入口處流入濾筒。第二端蓋或連接件(圖中未示出)被用于密封第二端225，只有出口處沒有密封，液體能從該出口處流到濾筒外。第一連接件和第二連接件的細節(jié)示于圖4至圖6中。
各種過濾介質段被包含在管形外殼204內。最好至少有一個過濾介質段跨過內壁段210、212、214、216及218中的至少兩段，以便于該過濾介質段橫跨一個環(huán)形導流板220、222、224或226。厚的多孔濾墊230、232和234能被用于容納管形外殼204內的過濾介質，或者能被用于分隔兩個相鄰過濾介質段，例如，分隔平均顆粒直徑不同并且差異很大的粒狀過濾介質段。一個厚濾墊能用在每兩個相鄰過濾介質段各自的相交處。除了厚濾墊，還可以使用較薄的多孔濾紙236、238和240，這些較薄的多孔濾紙能被用于，例如，分隔平均顆粒直徑相似的兩個相鄰粒狀過濾介質段；或者可以使用這些較薄的多孔濾紙來替代厚濾墊。濾墊230、232和234以及濾紙236、238和240都最好是盤形，并且最好在管形外殼204內各濾墊或濾紙的位置都具有與管形外殼204的內表面相配合的外表面。
如圖所示，位于管形外殼204內的各過濾介質段可以包括一個活性炭粒段242、一個固化酶段244、一個氧化鋁(Al2O3)粉段246、一個磷酸鋯段248、以及一個包含醋酸鹽形態(tài)的水合氧化鋯與碳酸鋯鈉的混合物的介質段250。
圖3是本發(fā)明另一個實施例的半個濾筒300的剖視圖，其中，端部連接件已被去掉。該濾筒截面的另一半(圖中未示出)是所示濾筒的一半截面沿圖3中心線302的鏡像視圖。該濾筒300包括一個管形外殼304，該外殼有一個內壁306和一個外壁308。作為例子，該管形外殼304有五段310、312、314、316及318。沿著從管形外殼304的第一端315到第二端325的方向，這些段310、312、314、316及318具有由內壁306確定的、相同的平均內徑。
環(huán)形導流板320、322、324和326從內壁306沿徑向朝內延伸。環(huán)形導流板320、322、324和326與管形外殼304的內壁306模壓為一體。環(huán)形導流板320、322、324和326的同心表面的寬度大約等于管形外殼304的內壁306直徑的1.0％到5.0％。一個第一端蓋或連接件(圖中未示出)被用于密封濾筒300的第一端315，只有入口處沒有密封，液體能從該入口處流入濾筒。第二端蓋或連接件(圖中未示出)被用于密封第二端325，只有出口處沒有密封，液體能從該出口處流到濾筒外。第一和第二連接件的細節(jié)示于圖4至圖6中。
各種過濾介質段被包含在濾筒304內。最好至少有一個過濾介質段跨過內壁段310、312、314、316及318中的至少兩段，例如，該過濾介質段橫跨一個環(huán)形導流板320、322、324或326。厚的多孔濾墊330、332和334能被用于容納管形外殼304內的過濾介質，或者能被用于分隔兩個相鄰過濾介質段，例如，分隔平均顆粒直徑不同并且差異很大的粒狀過濾介質段。較薄的多孔濾紙336、338和340能被用于，例如，分隔平均顆粒直徑相似的兩個相鄰粒狀過濾介質段。濾墊330、332和334以及濾紙336、338和340都最好是盤形，并且最好在管形外殼304內各濾墊或濾紙的位置都具有與管形外殼304的內表面相配合的外表面。
位于管形外殼內的各過濾介質段可以包括任何一種過濾介質材料及其組合。作為示例，如圖所示，附圖所示的過濾介質段可以包括一個活性炭粒段342、一個固化酶段344、一個氧化鋁(Al2O3)粉段346、一個磷酸鋯段348、以及一個包含醋酸鹽形態(tài)的水合氧化鋯與碳酸鋯鈉的混合物的介質段350。
圖1至圖3中顯示的各種過濾介質僅僅是作為示例，它不限制所使用的過濾介質以及過濾介質相應于液體流動方向放置的順序。
活性炭能用做結合重金屬、氧化劑以及氯胺的過濾介質。固化酶，如脲酶能用在過濾介質中，以通過酶轉化作用將尿素轉變?yōu)樘妓徜@。脲酶能通過吸附、共價結合、分子間作用力、交聯聚合物內截留(entrapment)、微膠囊封裝(microencapsulation)以及保留于半透膜設備中的方式被固化。氧化鋁(Al2O3)、活性炭、陰離子交換樹脂以及硅藻土能用作吸附劑。脲酶能用于與不溶于水的聚合物進行共價結合，從而通過活化過程形成酶-聚合物共軛或活性聚合物。多功能試劑，例如戊二醛和己二胺能被用于影響脲酶的分子間作用力。脲酶可以被截留在交聯聚合物內，例如，象聚丙烯酰胺凝膠。脲酶可以使用例如尼龍、硝酸纖維素、乙基纖維素或聚酰胺等材料進行微膠囊封裝。脲酶能被包含在一些滲透膜設備中，例如，象來自賓夕法尼亞州匹茲堡的Fisher Scientific的AMICOM超濾單元(ultra-filtrationcell)，或來自密歇根州米德蘭的DOW化學公司的DOW中空纖維beaker設備。如果使用活性炭除氯，那么活性炭的使用應該領先于固化的介質酶，因為氯可能使酶無效。
陽離子交換劑能被用于結合自來水中的銨、鈣、鎂、鉀以及其它陽離子，和有毒痕量金屬。這些過濾介質的另一個功能可以是將碳酸鹽從尿素水解轉變?yōu)樘妓釟潲}。這種陽離子交換劑可以包括磷酸鋯、磷酸鈦或沸石。
陰離子交換過濾介質可以與磷酸鹽、氟化物以及其它重金屬結合。陰離子交換過濾介質的副產物(bi-product)可以包括醋酸鹽和碳酸氫鹽，它也可以校正病人血液中的代謝性酸中毒現象。這樣的過濾介質可以包括醋酸鹽形態(tài)的水合氧化鋯、含水氧化硅、氧化錫、氧化鈦、銻酸、水合氧化鎢或碳酸鋯鈉。
對于血液透析來講，如果不將高純水用作透析液的基礎，那么就最好使用一種適合從自來水中去除氯的過濾介質。這種過濾介質可以是活性炭。
如圖1至圖3所示，陽離子交換過濾介質，例如磷酸鋯，包括這樣一段，即其中導流板122、124和126(圖1)，222、224和226(圖2)，以及322、324和326(圖3)被設置在陽離子交換過濾介質段的第一端與該段的第二端之間。最好至少一個環(huán)形導流板被設置在陽離子交換過濾介質段的中間附近。
圖4是適合用于密封管形外殼(圖中未示出)第二端的第二連接件400的剖視圖。該連接件400有一個內側402、一個外側403、一個出口404和徑向延伸的肋或導向葉片406和408，因此，當該連接件被密封在外殼上時，內側402與管形外殼(圖中未示出)的內壁相交。這些徑向延伸的肋406從內側402的外表面朝內、向出口404延伸并接近，但是不接觸到出口404。這些徑向延伸的肋408從內側402的外表面朝內、向出口404延伸，在接近出口404時突然終止。當液流從該管形外殼第一端的方向(圖中未示出)到達管形外殼(圖中未示出)第二端時，液體被徑向延伸的肋406和408徑向朝內引向出口404。
圖5是圖6所示第一連接件450沿線I-I剖開的剖視圖，它被用于密封該管形外殼(圖中未示出)的第一端。該連接件450有一個內側452、一個外側453、一個入口454和徑向延伸的肋或導向葉片456和458，因此，當該連接件被密封在外殼上時，內側452與管形外殼(圖中未示出)的內壁相交。這些徑向延伸的肋456從內側452的外表面朝內、向入口454延伸并接近，但是不接觸到入口454。這些徑向延伸的肋458從內側452的外表面朝內、向入口454延伸，在接近入口454時突然終止。當液流通過入口454進入該管形外殼(圖中未示出)的第一端時，液體被徑向延伸的肋456和458從入口454徑向朝外引出。
圖6是第一連接件450的頂視圖，它說明了徑向延伸肋456和458、入口454和內側452的一個典型實施例。
圖7是在一個傳統濾筒組件中對定量液體進行跟隨過濾的過濾介質500的一個截面圖。該截面表示從一個管形外殼中取出的過濾介質，在該外殼內其內壁的直徑沿著從該管形外殼第一端(底端)到該管形外殼第二端(頂端)的方向保持相同。該截面也表示了從一段管形外殼中取出的過濾介質，在該外殼內該介質段具有連續(xù)的平均內徑。
圖7中所示灰色區(qū)域502說明經過磷酸鋯過濾介質的液流。白色區(qū)域504說明液體沒有流經的磷酸鋯過濾介質區(qū)域。在與該管形外殼內壁相鄰的白色與灰色區(qū)域相交處芯吸現象很明顯。實驗結果顯示，在這樣一種設計中大約50％的過濾介質可能沒有得以利用。
圖8是通過本發(fā)明的一種濾筒組件對定量液體進行跟隨過濾的磷酸鋯過濾介質510的一個截面圖。該截面表示一個具有四段的管形外殼。各段的平均內徑沿著從該管形外殼第一端(底端)到第二端(頂端)的方向逐漸減小。介質被從該管形外殼中去除，該管形外殼的內壁設置有臺肩，這些臺肩可以確定各段之間的相交處。這些臺肩可以用作導流板。
圖8中所示灰色區(qū)域512說明經過磷酸鋯過濾介質的液流。白色區(qū)域514說明沒有被用于過濾液體的磷酸鋯過濾介質區(qū)域。實驗結果顯示，該過濾介質具有比圖7所示濾筒中的過濾介質高得多的利用率，分別為98％和50％。該實驗結果表明，液體在經過該過濾介質時層流基本上得到了保持，而且沒有芯吸現象出現。
圖9是通過本發(fā)明的一種濾筒組件對定量液體進行跟隨過濾的磷酸鋯過濾介質520的一個截面圖。該截面表示從一個管形外殼中取出的過濾介質，該管形外殼的內徑沿著從該管形外殼第一端(底端)到管形外殼第二端(頂端)的方向連續(xù)減小。大致垂直于該管形外殼內壁的鋸齒526是通過對該管形外殼內壁上環(huán)形導流板周圍的過濾介質進行模壓而形成的。
圖9中所示灰色區(qū)域522說明經過磷酸鋯過濾介質的液流。白色區(qū)域524說明沒有被用于過濾液體的磷酸鋯過濾介質區(qū)域。實驗結果顯示，該過濾介質具有比圖7所示濾筒中所用的過濾介質高得多的利用率，分別為95％和50％。該實驗結果表明，液體在經過該過濾介質時層流基本上得到了保持，而且沒有出現芯吸現象。
圖10是從本發(fā)明的一種濾筒組件中取出的磷酸鋯過濾介質530的一個截面圖，該濾筒組件對定量液體進行跟隨過濾。該截面表示一個管形外殼，該管形外殼的內徑沿著從該管形外殼第一端(底端)到管形外殼第二端(頂端)的方向相同。垂直于該管形外殼內壁的鋸齒536是通過對該管形外殼內壁上環(huán)形導流板周圍的過濾介質進行模壓而形成的。
圖10中所示灰色區(qū)域532說明經過磷酸鋯過濾介質的液流。白色區(qū)域534說明沒有被用于過濾液體的磷酸鋯過濾介質區(qū)域。實驗結果顯示，該過濾介質具有比圖7所示濾筒中的過濾介質高得多的利用率，分別為99.5％和50％。該實驗結果表明，液體在經過該過濾介質時層流基本上得到了保持，并且沒有出現芯吸現象。
按照本發(fā)明的方法，使用本發(fā)明的一個組件對液體進行過濾。在這樣的方法中，液體通過一個端部連接件的入口進入該濾筒組件，并且馬上被位于該連接件內表面上的多個徑向延伸肋沿徑向、朝外引導。然后，液體開始流經位于該組件的管形外殼內的過濾介質。液體在使用中使過濾介質進行水合作用。一些過濾介質可能膨脹到其干態(tài)體積(dry volume)的105％。當這種情況發(fā)生時，該管形外殼最好伸曲以適應過濾介質增加的體積。過濾介質各段的壓裝需要均勻、緊湊、平整，以保證該管形外殼內的液體層流。
該管形外殼的內壁可以包括半剛性的薄壁的材料，例如聚丙烯或其它具有相似物理特性的塑料。該管形外殼的壁厚最好足以保證制造、運輸、安裝及使用中的結構剛度和保護，又最好足夠薄到具有柔軟性，以便于適應該管形外殼內過濾介質的膨脹。
當液體流經該組件并接近該管形外殼的第二端時，液體被位于第二連接件內表面的徑向延伸肋沿徑向、朝內引向該端部連接件的出口。
很顯然，對于本領域技術人員來說，可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的條件下，對其進行各種修改和變化。因此，本發(fā)明也包括落在所附權利要求書及其等效物范圍內的本發(fā)明的其它修改和變化。
權利要求
1.一種濾筒組件，包括一管形外殼，該管形外殼具有一個內壁、一個外壁、一個第一端和一個第二端，所述內壁至少包括一個第一段、一個第二段和一個第三段；所述第一段具有從所述第一端到所述第二端方向的第一長度，并且具有第一平均內徑；所述第二段具有從所述第一端到所述第二端方向的第二長度，并且具有比所述第一平均內徑小的第二平均內徑；所述第三段具有從所述第一端到所述第二端方向的第三長度，并且具有比所述第二平均內徑小的第三平均內徑；其中，所述管形外殼的內壁包括位于所述第一段和所述第二段的相交處的第一臺肩和位于所述第二段和所述第三段的相交處的第二臺肩；以及多個過濾介質段，包括位于該管形外殼內并且被所述內壁徑向包含的第一過濾介質段，所述多個過濾介質段各自具有不同的過濾介質成分，其中所述第一過濾介質段具有從所述第一端到所述第二端方向的長度，該長度包括內壁段的至少兩個所述長度中的至少一部分，使得所述第一介質段橫跨所述臺肩中的至少一個。
2.如權利要求1中的組件，其中，所述組件還包括第一連接件，該第一連接件密封所述管形外殼的第一端，只有位于所述連接件中心位置的入口沒有密封，液體能夠從該入口處進入該組件；和第二連接件，該第二連接件密封所述管形外殼的第二端，只有位于所述連接件中心位置的出口沒有密封，液體能夠從該出口處流出該濾筒。
3.如權利要求2中的組件，其中，所述組件還包括一種透析液。
4.如權利要求2中的組件，其中，所述管形外殼由塑料材料構成。
5.如權利要求4中的組件，其中，所述塑料材料包括聚丙烯材料。
6.如權利要求1中的組件，其中，所述內壁的厚度小于或等于約0.125英寸。
7.如權利要求1中的組件，其中，所述第一過濾介質段橫跨所述第一臺肩，所述多個過濾介質段包括一個第二過濾介質段，所述第二過濾介質段具有不同于所述第一過濾介質段的過濾介質成分，所述第二過濾介質段具有從所述第一端到所述第二端方向的長度，該長度包括所述內壁段的所述第二長度和所述第三長度中的至少一部分，并且所述第二介質段橫跨所述第二臺肩。
8.一種包括如權利要求2中的組件的系統，該系統結合了一臺液體循環(huán)設備，其中，所述液體循環(huán)設備具有一個排放口和一個進入口，所述入口與所述排放口流體連通，而所述出口與所述進入口流體連通。
9.一種過濾液體的方法，包括通過如權利要求8中的系統使所述液體循環(huán)的過程。
10.一種制備如權利要求2中的組件的方法，包括提供所述管形外殼；將所述第一和第二端部連接件中的一個密封到所述管形外殼；將所述過濾介質段的第一段引入所述管形外殼；使所述第一介質段沉積在所述管形外殼中；并且將所述第一和第二連接件中的另一個密封到所述管形體。
11.一種濾筒外殼，包括一管形外殼，其具有圓錐形狀，并包括一個直的內壁、一個外壁、一個第一端和一個第二端，所述內壁至少包括一個第一段、一個第二段和一個第三段；所述第一段具有從所述第一端到所述第二端方向的第一長度，并且具有第一平均內徑；所述第二段具有從所述第一端到所述第二端方向的第二長度，并且具有比所述第一平均內徑小的第二平均內徑；所述第三段具有從所述第一端到所述第二端方向的第三長度，并且具有比所述第二平均內徑小的第三平均內徑；和第一環(huán)形導流板，位于所述第一段和所述第二段的相交處，該第一環(huán)形導流板從所述管形外殼的內壁沿徑向朝內延伸；和第二環(huán)形導流板，位于所述第二段和所述第三段的相交處，該第一環(huán)形導流板從所述管形外殼的內壁沿徑向朝內延伸。
12.一種組件，包括如權利要求10中的濾筒外殼；和多個過濾介質段，包括位于該管形外殼內并且被所述內壁徑向包含的第一過濾介質段，所述多個過濾介質段各自都具有不同的過濾介質成分，其中，所述第一過濾介質段具有從所述第一端到所述第二端方向的長度，該長度包括內壁段的至少兩個所述長度中的至少一部分，使得所述第一過濾介質段至少橫跨所述第一和第二環(huán)形導流板中的一個。
13.如權利要求12中的組件，其中，所述組件還包括第一連接件，該第一連接件密封所述管形外殼的第一端，只有位于所述連接件中心位置的入口沒有密封，液體能夠從該入口處進入該組件；和第二連接件，該第二連接件密封所述管形筒體的第二端，只有位于所述連接件中心位置的出口沒有密封，液體能夠從該出口處流出該濾筒。
14.如權利要求13中的組件，其中，所述組件還包括一種透析液。
15.如權利要求11中的濾筒外殼，其中，所述管形外殼由塑料材料構成。
16.如權利要求15中的組件，其中，所述塑料材料包括聚丙烯材料。
17.如權利要求11中的濾筒外殼，其中，所述內壁的厚度小于或等于約0.125英寸。
18.如權利要求12中的濾筒外殼，其中，所述第一過濾介質段橫跨所述第一環(huán)形導流板，所述多個過濾介質段包括一個第二過濾介質段，所述第二過濾介質段具有不同于所述第一過濾介質段的過濾介質成分，所述第二過濾介質段具有從所述第一端到所述第二端方向的長度，該長度包括所述內壁段的所述第二長度和所述第三長度中的至少一部分，并且所述第二介質段橫跨所述第二環(huán)形導流板。
19.一種包括如權利要求13中的組件的系統，該系統結合了一臺液體循環(huán)設備，其中，所述液體循環(huán)設備具有一個排放口和一個進入口，所述入口與所述排放口流體連通，所述出口與所述進入口流體連通。
20.一種過濾液體的方法，包括通過如權利要求19中的系統使所述液體循環(huán)的過程。
21.一種制備如權利要求13中的組件的方法，包括提供所述管形外殼；將所述第一和第二端部連接件中的一個密封到所述管形外殼；將所述過濾介質段的第一段引入所述管形外殼；使所述第一介質段沉積在所述管形外殼中；并且將所述第一和第二連接件中的另一個密封到所述管形體。
22.一種濾筒組件，包括濾筒外殼，其包括一個管形外殼，該管形外殼為恒內徑的圓筒形狀，并且包括一個直的內壁、一個外壁、一個第一端和一個第二端，所述內壁至少包括一個第一段、一個第二段和一個第三段；所述第一段具有從所述第一端到所述第二端方向的第一長度；所述第二段具有從所述第一端到所述第二端方向的第二長度；所述第三段具有從所述第一端到所述第二端方向的第三長度；第一環(huán)形導流板，在所述第一段和所述第二段的相交處，該第一環(huán)形導流板從所述管形外殼的內壁沿徑向朝內延伸；和第二環(huán)形導流板，在所述第二段和所述第三段的相交處，該第二環(huán)形導流板從所述管形外殼的內壁沿徑向朝內延伸；以及多個過濾介質段，包括位于該管形外殼內并且被所述內壁徑向包含的第一過濾介質段，所述多個過濾介質段各自具有不同的過濾介質成分，其中，所述第一過濾介質段具有從所述第一端到所述第二端方向的長度，該長度包括內壁段的至少兩個所述長度中的至少一部分，使得所述第一介質段橫跨所述第一和第二環(huán)形導流板中的至少一個。
23.如權利要求22中的濾筒組件，其中，所述組件還包括第一連接件，該第一連接件密封所述管形外殼的第一端，只有位于所述連接件中心位置的入口沒有密封，液體能夠從該入口處進入該組件；和第二連接件，該第二連接件密封所述管形體的第二端，只有位于所述連接件中心位置的出口沒有密封，液體能夠從該出口處流出該濾筒。
24.如權利要求23中的濾筒組件，其中，所述組件還包括一種透析液。
25.如權利要求22中的濾筒外殼，其中，所述管形外殼由塑料材料構成。
26.如權利要求25中的組件，其中，所述塑料材料包括聚丙烯材料。
27.如權利要求22中的濾筒組件，其中，所述內壁的厚度小于或等于約0.125英寸。
28.如權利要求22中的濾筒組件，其中，所述第一過濾介質段橫跨所述第一環(huán)形導流板，所述多個過濾介質段包括一個第二過濾介質段，所述第二過濾介質段具有不同于所述第一過濾介質段的過濾介質成分，所述第二過濾介質段具有從所述第一端到所述第二端方向的長度，該長度包括所述內壁段的所述第二長度和所述第三長度中的至少一部分，并且所述第二介質段橫跨所述第二環(huán)形導流板。
29.一種包括如權利要求23中的濾筒組件的系統，該系統結合了一臺液體循環(huán)設備，其中，所述液體循環(huán)設備具有一個排放口和一個進入口，所述入口與所述排放口流體連通，所述出口與所述進入口流體連通。
30.一種制備如權利要求23中組件的方法，包括提供所述管形外殼；將所述第一和第二端部連接件中的一個密封到所述管形外殼；將所述過濾介質段的第一段引入所述管形外殼；使所述第一介質段沉積在所述管形外殼中；并且將所述第一和第二連接件中的另一個密封到所述管形體。
全文摘要
本發(fā)明提供了濾筒組件和外殼，該組件和外殼包括一個管形外殼，該管形外殼有一個內壁、一個外壁、一個第一端和一個第二端。該外殼包括內壁，該內壁在該管形體相鄰各段的相交處帶有臺肩或其它徑向朝內延伸的導流板。該組件包括多個位于該外殼內的過濾介質段，并且多個過濾介質段的每一個最好都具有不同的過濾介質成分。一個或多個過濾介質段橫跨一個或多個臺肩或其它徑向朝內延伸的導流板，以便于這些導流板均勻地引導液流經過該組件。該組件特別適用于透析系統。
文檔編號B01D35/02GK1596136SQ02823554
公開日2005年3月16日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權日2001年11月28日
發(fā)明者拉爾夫·P·湯普森 申請人:雷納爾溶液公司