在至少一个方面，本发明涉及用于反渗透、纳米过滤、超滤或微滤系统的过滤器元件；并且尤其涉及包括渗透载体的过滤器元件。
背景
美国专利第4802982号、第7862718号和第9636637号和美国专利公布第20130098829号、第20130337708号和第20120328844号提供了用于反渗透、纳米过滤、超滤或微滤系统的膜过滤元件。尽管这些过滤元件工作得相当好，但是需要对这些过滤元件进行改进。
概述
在至少一个实施方案中，本发明通过为过滤系统提供渗透载体来解决现有技术的一个或更多个问题。渗透载体包括经编针织织物片，该经编针织织物片包括针织成由1-0，0-1垫纱图样(lappingpattern)或0-1，1-0垫纱图样形成的柱状物和由2-3，1-0垫纱图样或1-0，2-3垫纱图样形成的横肋的合成纱线。渗透载体被配置成放置在过滤系统中并且特别是水过滤系统中的相邻过滤器膜(例如水过滤器膜、空气过滤器膜等)之间。有利地，渗透载体可用于反渗透、空气过滤、纳米过滤、超滤或微滤系统。此外，渗透载体可以通过具有更好材料利用率(例如，比现有技术具有更厚的渗透载体和更少的材料)的工艺形成。
在另一个实施方案中，提供了一种包括过滤元件的用于反渗透、纳米过滤、超滤或微滤系统的膜结构。膜结构包括供给水载体、水过滤器膜和插在两个水过滤器膜之间的渗透载体。特征在于，渗透载体包括经编针织织物片，该经编针织织物片包括针织成由1-0，0-1垫纱图样或0-1，1-0垫纱图样形成的柱状物和由2-3，1-0垫纱图样或1-0，2-3垫纱图样形成的横肋的合成纱线。
附图说明
图1是包括水过滤元件的实施方案的水净化系统的示意性图示。
图2a是撕裂露出过滤元件的膜结构的透视图。
图2b是示出了多个过滤元件的侧视图。
图3是经编织物片的技术正面(technicalface)的俯视图。
图4a提供了用于渗透载体的实施方案的单独的垫纱图样的图示。
图4b提供了图4a的垫纱图样的重叠的图示。
图5提供了涂覆有环氧树脂的纱线纤维的横截面。
图6提供了针对本发明的实施方案的渗透载体和两个现有技术渗透载体的流速对压力性能。
详细描述
现在将详细地涉及本发明的目前优选的组成、实施方案和方法，该组分、实施方案和方法构成发明人目前已知的实践本发明的最佳方式。附图不一定是按比例的。然而，应理解，所公开的实施方案仅是本发明的示例，本发明可以以各种替代性形式实施。因此，本文所公开的具体细节不应被理解为限制性的，而是仅作为用于本发明的任何方面的代表性基础，和/或作为用于教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。
还应理解，本发明不限于以下所描述的具体实施方案和方法，因为具体的组分和/或条件当然可以变化。另外，本文所使用的术语仅为了描述本发明的特定实施方案的目的而使用并且不意图以任何方式限制。
还必须注意的是，如在说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”包括复数指示物。例如，以单数形式提及的组分意图包括多个组分。
术语“包括(comprising)”是“包括(including)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、或“特征在于(characterizedby)”的同义词。这些术语是包括性的和开放性的，并且不排除另外的、未被提及的要素或方法步骤。
短语“由...组成(consistingof)”排除权利要求中未指定的任何要素、步骤或成分。当该短语出现在权利要求的主体部分的一个子句中而不是紧接在前序部分之后时，它仅限制该子句中陈述的要素；其他要素并不从作为整体的该权利要求被排除。
短语“基本上由...组成(consistingessentiallyof)”将权利要求的范围限于所指定的材料或步骤，加上不实质影响所要求保护的主题的基本的和新颖的特性的那些材料或步骤。
关于术语“包括(comprising)”、“由...组成(consistingof)”和“基本上由...组成(consistingessentiallyof)”，在该三个术语中的一个在本文中被使用的情况下，当前公开的和所要求保护的主题可以包括使用其他两个术语中的任一个。
参考图1，提供了水净化系统的示意性图示。水净化系统10包括一个或更多个膜结构12。有利地，水净化系统(和膜结构)可用于反渗透、纳米过滤、超滤或微滤系统。水净化系统10包括供给水源14和控制阀16，控制阀16调节或控制(例如开/关)供给水的流动。典型地，供给水在通过膜结构12之前通过一个或更多个过滤器20、22，每个膜结构被封装在壳体24中。在水通过膜结构12后，水可以通过附加的过滤器26、28。净化的水可以存储在水箱30中。此外，来自膜结构12的水可以通过一个或更多个过滤器32并且然后使用阀34被使用。
参考图2a、图2b和图3，提供了一种用于反渗透、纳米过滤、超滤或微滤系统的膜结构，该膜结构具有优异的流动性质。图2a是撕裂以露出过滤元件的膜结构的透视图。图2b是示出了多个过滤元件的侧视图。图3是从技术正面(即纵行-侧(wale-side))观察的经编织物片的俯视图。膜结构12包括过滤元件40，该过滤元件40具有供给水载体42、渗透载体44和水过滤器膜46。特征在于，渗透载体44包括经编针织织物片47，编针织织物片47包括针织成由1-0，0-1垫纱图样或0-1，1-0垫纱图样形成的柱状物50和由2-3，1-0垫纱图样或1-0，2-3垫纱图样形成的横肋52的合成纱线。典型地，经编针织的织物片47是在2-梳栉织机(2-barknittingmachine)上制成的。渗透载体44插在供给水载体42和水过滤器膜46之间。此外，渗透载体44也插在两个供给水载体42和水过滤器膜46之间。此外，渗透载体44被配置成支撑相邻的水过滤器膜46。有利地，柱状物50界定了沿着经编针织织物的技术正面和技术背面(technicalback)(在较小程度上)的流动通道，以供由相邻的过滤器膜过滤的流体进行流动。
在大多数应用中，膜结构12包括堆叠在过滤元件40上的附加过滤元件40’。这些附加过滤元件彼此重叠并且与过滤元件40重叠。包括过滤元件40的整个过滤元件叠积物卷绕在穿孔管58周围，如由端视图v1和截面图v2所示出的。附接到穿孔管62的过滤元件60的卷绕堆叠64定位在壳体24中，并由端盖66和68保持就位。
仍然参考图2a，膜结构12还包括附接到渗透载体44的穿孔管58。穿孔管58接收已经通过水过滤器膜46的净化水。箭头72指示供给水向卷绕叠积物64中的引入。如由箭头74所指示的，水流过供给水载体42。一部分水流动通过水过滤器膜46，并由渗透载体44输送到穿孔管58，如由箭头76所指示的。如由箭头78所指示的，净化水离开穿孔管58。具有杂质的浓缩水以由箭头80所指示的分离的浓缩流的形式离开卷绕叠积物。在这方面，净化水是具有比供给水更少杂质的水。
图4a和图4b提供了用以形成渗透载体44的垫纱图样的图示。在图4a中，分别图示了用于柱状物和肋(例如，横向构件)的垫纱图样。在图4b中，图示了形成经编针织织物片的复合垫纱图样。如以上所阐述的，渗透载体44包括经编针织织物片，该经编针织织物片包括针织成由1-0，0-1垫纱图样或0-1，1-0垫纱图样形成的柱状物和由2-3，1-0垫纱图样或1-0，2-3垫纱图样形成的横肋的合成纱线。在一种改进中，渗透载体44包括经编针织织物片，该经编针织织物片包括针织成由1-0，0-1垫纱图样形成的柱状物或由2-3，1-0垫纱图样形成的横肋或由0-1，1-0垫纱图样形成的柱状物和由1-0，2-3垫纱图样形成的横肋的合成纱线。应当理解，在整个结构中，垫纱图样以满穿(fullthreading)或交替穿(alternatingthreading)的形式重复。特征在于，渗透载体被配置成用于放置在水过滤系统中的相邻过滤器膜之间。渗透载体44的特征还在于经编织物片的纵行数和横列数。在一种改进中，经编织物片的纵行数为每英寸20至70个，并且经编织物片的横列数在每英寸20至70个横列之间。
还应该理解，本发明不受用于经编针织织物片的纱线的类型的限制。合成纱线可以是单丝纱线或包括多根丝的纱线。在一种改进中，合成纱线包括选自由聚酯纱线、聚丙烯纱线、尼龙(即脂肪族或半芳香族聚酰胺)纱线及它们的组合组成的组的组分。复丝纱线(multifilamentyarns)的尺寸通常为从10旦尼尔(denier)至100旦尼尔，而单丝纱线的尺寸通常为从20旦尼尔至70旦尼尔。在其他改进中，复丝纱线的尺寸通常为从40旦尼尔至70旦尼尔，而单丝纱线的尺寸通常为从20旦尼尔至50旦尼尔。在一种变型中，经编针织织物片的表面上可以涂覆有环氧树脂层。特别地，如图5中所描绘的，纱线纤维90上涂覆有环氧树脂层92或至少部分地涂覆有环氧树脂层92。
在一个特别有用的变型中，合成纱线包括多根双组分丝，其中每根双组分丝包括外鞘区和内芯区。特征在于，外鞘区具有比内芯区更低的熔点。当使用双组分纱线时，经编织物片通常被加热，使得相邻的丝熔合在一起。这些双组分纱线的尺寸通常在10旦尼尔和100旦尼尔之间。在一种改进中，这些双组分纱线的尺寸通常在40旦尼尔和70旦尼尔之间。
图6提供了针对本发明的实施方案的渗透载体和两个现有技术渗透载体的流速对压力性能。在60psi至500psi的压力范围内，用于本发明的示例显示出比所测试的现有技术样品增加了约百分之25至百分之34的流动。具有一次迭代(withoneiteration)的这种设计的成品渗透载体织物的3英寸乘3英寸的部分的流动性质相对于两个类似的现有技术织物被测试。与用于织物的支撑结构一起，织物被放置在加压室内部，该支撑结构由胶带层和样品过滤器膜组成以模拟具有真实过滤条件的部分中的行为。水以固定的压力被引入到系统中，并被传送(funneled)通过被测试的织物的通道。较高的流量意味着成品过滤单元的织物性能更好。将压力施加到该织物样品的顶部，这模拟了加压水过滤系统。如图5的x轴所示，该压力增加到500psi并测量对于多个压力的输出流量。对于该实施方案，流量一致地高于具有相似纵行、横列、厚度和纱线组分的现有技术。
虽然以上描述了示例性实施方案，但是不意图这些实施方案描述本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性的词语而非限制性的词语，并且应理解，可做出各种变化而不偏离本发明的精神和范围。此外，各种实施的实施方案的特征可被组合以形成本发明的另外的实施方案。
1.一种用于过滤系统的渗透载体，所述渗透载体包括：
经编针织织物片，所述经编针织织物片包括针织成由1-0，0-1垫纱图样或0-1，1-0垫纱图样形成的柱状物和由2-3，1-0垫纱图样或1-0，2-3垫纱图样形成的横肋的合成纱线，所述渗透载体被配置成用于放置在过滤系统中的两个过滤器膜之间。
2.如权利要求1所述的渗透载体，其中所述经编针织织物片的纵行数为每英寸从20和70个。
3.如权利要求2所述的渗透载体，其中所述经编针织织物片的横列数为每英寸20和70个横列之间。
4.如权利要求1所述的渗透载体，其中所述合成纱线包括多根丝。
5.如权利要求1所述的渗透载体，其中所述合成纱线是单丝纱线。
6.如权利要求1所述的渗透载体，其中所述合成纱线包括选自由聚酯纱线、聚丙烯纱线、尼龙纱线及它们的组合组成的组的组分。
7.如权利要求1所述的渗透载体，其中所述合成纱线包括聚酯纱线。
8.如权利要求1所述的渗透载体，其中所述合成纱线包括多根双组分丝，每根双组分丝包括外鞘区和内芯区，所述外鞘区具有比所述内芯区更低的熔点。
9.如权利要求8所述的渗透载体，其中相邻的丝熔合在一起。
10.如权利要求1所述的渗透载体，还包括涂覆在所述经编针织织物片的表面上的环氧树脂层。
11.如权利要求1所述的渗透载体，其中所述柱状物界定了沿着所述经编针织织物的技术正面和技术背面的流动通道，以供被相邻的过滤器膜过滤的流体进行流动。
12.如权利要求1所述的渗透载体，其中所述渗透载体被配置成支撑相邻的水过滤器膜。
13.一种用于过滤系统的膜结构，包括过滤元件，所述过滤元件包括：
供给水载体；
水过滤器膜；以及
渗透载体，其包括经编针织织物片，所述经编针织织物片包括针织成由1-0，0-1垫纱图样或0-1，1-0垫纱图样形成的柱状物和由2-3，1-0垫纱图样或1-0，2-3垫纱图样形成的横肋的合成纱线，所述渗透载体插在两个水过滤器膜之间。
14.如权利要求13所述的膜结构，还包括附接到所述渗透载体的穿孔管，所述穿孔管接收已经通过所述水过滤器膜的净化水，所述净化水具有比供给水更少的杂质。
15.如权利要求14所述的膜结构，其中所述过滤元件卷绕在所述穿孔管周围。
16.如权利要求14所述的膜结构，还包括卷绕在所述穿孔管周围的附加过滤元件。
17.如权利要求13所述的膜结构，其中纵行数为每英寸从20和70个，并且所述横列数在每英寸20和70个横列之间。
18.如权利要求13所述的膜结构，其中所述合成纱线包括选自由聚酯纱线、尼龙纱线、聚丙烯纱线及它们的组合组成的组的组分。
19.如权利要求13所述的膜结构，其中所述合成纱线包括多根双组分丝，每根双组分丝包括外鞘区和内芯区，所述外鞘区具有比所述内芯区低的熔点。
20.如权利要求13所述的膜结构，其中所述柱状物界定了沿着所述经编针织物的技术正面和技术背面的流动通道，以供被相邻的过滤器膜过滤的流体进行流动。
技术总结