CN100467074C - 滤筒组件及过滤液体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了滤筒组件和外壳，该组件和外壳包括一个管形外壳，该管形外壳有一个内壁、一个外壁、一个第一端和一个第二端。该外壳包括内壁，该内壁在该管形体相邻各段的相交处带有台肩或其它径向朝内延伸的导流板。该组件包括多个位于该外壳内的过滤介质段，并且多个过滤介质段的每一个最好都具有不同的过滤介质成分。一个或多个过滤介质段横跨一个或多个台肩或其它径向朝内延伸的导流板，以便于这些导流板均匀地引导液流经过该组件。该组件特别适用于透析系统。

Description

滤筒组件及过滤液体的方法
技术领域
本发明涉及滤筒组件及过滤液体的方法。
背景技术
滤筒可以用于很多用途，比如可以用于医疗设备中。在医疗领域中，人们会使用到装有某些粉状过滤介质的滤筒。这种滤筒的一个应用是在透析系统中。
用于需要血液透析或腹膜透析的病人的系统，可以抽吸(pumping)大量透析液并使其通过一个透析设备。在这些设备中，所使用的透析液通常在用过一次之后就被抛弃。
近来的更多的透析设备例子为可以抽吸定量透析液并使其通过一个透析设备，在这些透析设备中，用过的透析液流过一个滤筒，然后返回到一个透析液池，以进行重复利用。然而，通过滤筒的液流没有使通过各种粒状过滤介质的透析液的过滤达到最佳效果。
液体以不同的速度和压力流经不同微粒大小和颗粒直径的过滤介质。液体以较高速度和较低压力流经直径较大的颗粒。相反，液体以较低速度和较高压力流经直径较小的颗粒。液体在通过一个包含不同颗粒直径的过滤介质段的滤筒时，会取不同方向的流道通过各段。结果，液体流经置于滤筒中的含有大直径颗粒的粉状介质时为层流。液体流经置于滤筒中的含有小直径颗粒的粉状介质时不是层流，并导致了一种称为芯吸(wicking)的现象。当液体大体上沿着最小压力区的方向流动时，芯吸现象产生，该区域往往是位于管形外壳的内壁与粉状过滤介质之间的区域。芯吸现象使得液体绕过粒状过滤介质的大部分表面区域。结果，过滤不充分。
因此，需要一种能优化液体过滤效率的滤筒组件。
发明内容
按照本发明的一种实施例，本发明提供了一种滤筒组件，它包括一个管形外壳，该外壳具有一个内壁、一个外壁、一个第一端、一个第二端、以及位于外壳各段之间的多个台肩。这些台肩汇聚通过置于筒内的过滤介质的液流。一个第一连接件适用于密封第一端，只有入口处没有密封，液体能从该入口处流入滤筒。一个第二连接件适用于密封第二端，只有出口处没有密封，液体能从该出口处流到滤筒外。该管形外壳最好包括至少三段，其中，各段在从管形外壳的第一端到第二端的方向上具有逐渐减小的平均内径，并且过滤介质段跨过位于管形外壳各段相交处的两个或更多个台肩。
按照本发明的另一实施例，本发明提供了一种大体上为圆锥形的滤筒组件，它包括一个管形外壳，该外壳具有一个内壁、一个第一端、一个第二端以及多个环形导流板，这些导流板从管形外壳的内壁径向朝内延伸，以汇聚通过筒内过滤介质中心的液流。该管形外壳的内壁沿着从管形外壳第一端到管形外壳第二端的方向连续变细。一个第一连接件适用于密封第一端，只有入口处没有密封，液体能从该入口处流入滤筒。一个第二连接件适用于密封第二端，只有出口处没有密封，液体能从该出口处流到滤筒外。
按照本发明的另一实施例，本发明提供了一种大体上为圆筒形的滤筒组件，它包括一个管形外壳，该外壳具有一个内壁、一个第一端、一个第二端以及多个环形导流板，这些导流板从管形外壳的内壁径向朝内延伸，以汇聚通过筒内过滤介质中心的液流。该管形外壳的内壁直径相同。一个第一连接件适用于密封第一端，只有入口处没有密封，液体能从该入口处流入滤筒。一个第二连接件适用于密封第二端，只有出口处没有密封，液体能从该出口处流到滤筒外。
本发明可以使用粉状过滤介质，这些粉状过虑介质可以实现多种不同过滤功能。不同的介质能引起不同的反应，包括酶分解、阳离子交换、阴离子交换或化学吸附。不同的过滤介质可能由不同大小及形状的粒状或粉状不溶性化学物质构成，这些化学物质具有不同的物理和化学特性。
按照本发明的方法，本发明按照这里所列的任一实施例提供了一种滤筒组件，并且通过一种液体循环设备、泵、重力或重力柱(gravity column)，使液体流过或循环流过该滤筒。
附图说明
图1是按照本发明一个实施例的半个滤筒的剖视图，其中，管形外壳包括五段，每一后续段比前面段具有更小的平均内径，且该管形外壳的内壁在外壳各段之间的相交处有阶梯部分或台肩；
图2是按照本发明一个实施例的半个滤筒的剖视图，其中，管形外壳的内壁直径沿着从该外壳第一端到第二端的方向连续变细；
图3是按照本发明另一个实施例的半个滤筒的剖视图，其中，环形导流板被设置在一个圆筒管形外壳的内壁；
图4是用于本发明的滤筒的一个端盖或连接件的一个截面侧视图；
图5是用于本发明的滤筒的一个端盖或连接件的一个截面侧视图；
图6是图5所示连接件内表面的一个端视图。
图7是在一个传统滤筒设备中对定量液体进行跟随(following)过滤的过滤介质的一个截面图；
图8是在本发明的一种滤筒组件中对定量液体进行跟随过滤的磷酸锆过滤介质的一个截面图；
图9是在依据本发明另一种实施例的滤筒组件中对定量液体进行跟随过滤的磷酸锆过滤介质的一个截面图；
图10是在依据本发明另一种实施例的滤筒组件中对定量液体进行跟随过滤的磷酸锆过滤介质的一个截面图。
具体实施方式
本发明通过提供一种结构简单且有效过滤液体的滤筒组件克服了现有技术的问题。有利的是，本发明的滤筒组件能够比传统滤筒花费更少的成本来制造，并且能用在循环系统中。本发明的滤筒组件也比传统滤筒花费更少的成本来使用，因为每单位体积的过滤介质在过滤液体时更有效。
本发明也涉及其内部包含各种粉状过滤介质的滤筒组件。这些各不相同的粉状过滤介质可以包括那些在授予Wong的美国专利申请No.09/996,505中所述的介质，该专利申请是在2001年11月28日提出的，发明名称为“有益于清洁透析溶液的滤筒(Cartridges Useful in CleaningDialysis Solutions)”。前面提到的专利申请以及这里提到的所有其它专利和出版物的全部内容在此被引作参考。
按照本发明的一种实施例，本发明提供了一种滤筒组件，它包括一个管形外壳，该外壳具有一个内壁、一个第一端、一个第二端以及至少三段，这些段在从第一端到第二端的方向上具有逐渐减小的平均内径。一个第一连接件适用于密封第一端，只有入口处没有密封，液体能从该入口处流入滤筒。一个第二连接件适用于密封第二端，只有出口处没有密封，液体能从入口处流到滤筒外。该管形外壳的内壁设置有位于各段相交处的台肩。这些台肩将液流从过滤介质的外表面偏转到通过滤介质中心的路线上。
按照本发明的另一种实施例，本发明提供了一种圆锥形的滤筒组件，该滤筒组件包括一个管形外壳，该外壳具有一个内壁、一个第一端、一个第二端以及多个环形导流板，这些导流板从该管形外壳的内壁径向朝内延伸。圆锥形意味着大体上呈圆锥形，最好是完全的圆锥形，并且更加优选的是，由内壁确定的内径连续减小，而不管滤筒的外部形状。这些环形导流板可以随该管形外壳的内壁一体成型或模制，或通过压紧配合、螺纹接合、通过扣入槽中、或通过其它方式，而紧贴、镶嵌、固定、或安放于该管形外壳的内壁。例如，本领域普通技术人员公知的胶粘剂能用于将该环形导流板粘到内壁上。再举一个例子，该环形导流板能被过滤介质以一种塞紧、挤压或沉积(settled)的形式保持在适当位置上。一个第一连接件适用于密封第一端，只有入口处没有密封，液体能从该入口处流入滤筒。一个第二连接件适用于密封第二端，只有出口处没有密封，液体能从该出口处流到滤筒外。该管形外壳的内壁沿着从第一端到第二端的方向连续变细。
按照本发明的另一实施例，本发明提供了一种圆筒形的滤筒组件，该组件包括一个管形外壳，该外壳具有一个内壁、一个第一端、一个第二端以及多个环形导流板，这些导流板从管形外壳的内壁径向朝内延伸。圆筒形意味着大体上呈圆筒形，最好是完全的圆筒形，并且优选的是，由内壁确定的内径相同，而不管滤筒的外部形状。这些环形导流板可以随该管形外壳的内壁一体成型或模制，或通过压紧配合、螺纹接合、通过扣入槽中、或通过其它方式，而紧贴、镶嵌、固定、或安放于该管形外壳的内壁。例如，本领域普通技术人员公知的胶粘剂能用于将该环形导流板粘到内壁上。再举一个例子，该环形导流板能被过滤介质以一种塞紧、挤压或沉积的形式保持在适当的位置上。一个第一连接件适用于密封第一端，只有入口处没有密封，液体能从该入口处流入滤筒。一个第二连接件适用于密封第二端，只有出口处没有密封，液体能从该出口处流到滤筒外。
按照本发明的方法，本发明的任何一种滤筒组件都可以用在循环系统中以过滤循环液体。
该管形外壳的内壁直径可以被调整，以调节压力和流速。在小于或等于(例如)大约25磅/平方英寸的压力下，内壁的直径(例如)为大约4到大约7英寸可以导致(例如)大约150毫升/分钟到大约500毫升/分钟的流速。
一些过滤介质，如活性炭，具有相对较大的颗粒(粗介质)，例如，其直径大约为425毫米到大约1700毫米。一些过滤介质，如磷酸锆或氧化铝，具有相对较小的颗粒(细介质)，例如，其直径大约为20毫米到大约100毫米，举例来说，大约从45毫米到大约100毫米。
本发明的一个特征是，流经该滤筒组件管形外壳的层流得以保持。环形导流板能用于保证流经细过滤介质的液体的层流。例如，通过将该组件竖立，抽吸液体以克服重力，可以进一步保持流经该管形外壳的层流。
实验显示，如果液体流经包含细介质的传统滤筒时，可能导致芯吸现象和非层流。当液流大体上被引向内壁，并朝向位于内壁和过滤介质之间的一个最小阻尼和压力区时，就会产生芯吸现象。因此，液体没有接触全部过滤介质的大部分表面区域，从而导致了过滤介质的低使用率。在本发明的滤筒内，环形导流板使得流经过滤介质，尤其是细介质的液体偏转。液体基本上接触这些细过滤介质的所有表面，从而导致了过滤介质的高利用率。
本发明的一个特征是，仅仅很少一部分液体绕过了过滤介质段，例如，少于20％的液体绕过了各段过滤介质，甚至更加优选的是，少于10％，甚至更加优选的是，少于3％的液体绕过了各段过滤介质。优选的是，在每一过滤介质段内，都有环形导流板被紧贴到该管形外壳的内壁上。
这些环形导流板从内壁伸入该管形外壳的长度最好是导流板处内壁直径的大约1.0％到5.0％。如果这些环形导流板的同心表面宽度过大，环形导流板后面的过滤介质的利用率就要低于过滤介质的平均利用率。如果这些环形导流板的同心表面宽度过小，液体的偏转可能不会导致层流，而会产生芯吸现象。
本发明的一种实施例包括一个第一连接件和一个第二连接件，它们分别被用于密封第一端和第二端。通过使用例如各种传统的密封技术，如位于俄亥俄州哥伦布的阿什兰公司的一个分部—阿什兰特种化学公司的EMABOND(不限于该例)，或其它密封成分或方法如超声波、热、化学结合、振动、物理锁扣或垫圈，第一连接件和第二连接件能用来密封第一端和第二端。该密封方法最好能够承受大于40磅/平方英寸的中等压力。
本发明的另一种实施例中，该滤筒组件的入口和出口被连接到一个液体循环或抽吸系统。该液体循环系统可以是，例如，一台透析器，包括便携式透析器。该液体循环系统可以包括，例如，一个液体泵、一台透析设备以及一个液体池。
按照本发明的一种实施例，本发明提供了一种制备本发明组件的方法，其中，一个过滤介质密封件被插入该管形外壳的第一端或第二端。该过滤介质密封件或其部分可以是一张滤纸、一个滤垫、一个第一连接件和一个第二连接件。很多密封件都能被使用。每一个过滤介质密封件最好是盘形的，并且最好具有能在管体内密封件处与该管形外壳内表面相配合的外表面。在该密封件被插入后，过滤介质被引入管形外壳，形成一部分或全部过滤介质段，随后，通过振动、塞紧、摇动、颠簸、压紧或其它增加过滤介质段密度的方法，使该过滤介质沉积下来。使过滤介质在管体内沉积，并且选择性地额外放置至少一个密封件之后，可以用另一个过滤介质密封件来密封该管形外壳的其它第一端或第二端，从而使这些密封件可以包含该过滤介质段，并保持该过滤介质段的密度。
现在参考附图，图1是本发明一个实施例的半个滤筒组件100的剖视图，其中，端部连接件已被去掉。该滤筒截面的另一半(图中未示出)是所示滤筒的一半截面沿图1中心线102的镜像视图。该滤筒100包括一个管形外壳104，该外壳有一个内壁106和一个外壁108。作为例子，该管形外壳104有五段110、112、114、116及118。沿着从管形外壳104的第一端115到第二端125的方向，这些段具有逐渐变小的平均内径。在该管形外壳各相邻段之间的相交处，管形外壳104的内壁106设置有台肩120、122、124和126。每个台肩作为一个环形导流板，从内壁106沿径向朝内延伸。一个第一端盖或连接件(图中未示出)被用于密封滤筒100的第一端115，只有入口处没有密封，液体能从该入口处流入滤筒。一个第二端盖或连接件(图中未示出)被用于密封第二端125，只有出口处没有密封，液体能从该出口处流到滤筒外。第一连接件和第二连接件的细节示于图4至图6中。
各种过滤介质段被包含在管形外壳104内。最好至少有一个过滤介质段跨过内壁段110、112、114、116及118中的至少两段，以便于使该过滤介质段横跨一个台肩120、122、124或126。厚的多孔滤垫130、132和134能被用于容纳管形外壳104内的过滤介质，或者能被用于分隔两个相邻过滤介质段，例如，分隔平均颗粒直径不同且差异很大的粒状过滤介质段。薄的多孔滤纸136、138和140能被用于，例如，分隔平均颗粒直径相似的两相邻粒状过滤介质段。滤垫130、132和134以及滤纸136、138和140都最好是盘形，并且最好在管形外壳104内各滤垫或滤纸的位置都具有与管形外壳104的内表面相配合的外表面。
仅仅用于举例，如图所示，位于管形外壳104内的各过滤介质段可以包括一个活性炭粒段142、一个固化酶段144、一个氧化铝(Al2O3)粉段146、一个磷酸锆段148、以及一个包含醋酸盐形态的水合氧化锆与碳酸锆钠的混合物的介质段150。
图2是本发明另一个实施例的半个滤筒200的剖视图，其中，端部连接件已被去掉。该滤筒截面的另一半(图中未示出)是所示滤筒的一半截面沿图2中心线202的镜像视图。该滤筒200包括一个管形外壳204，该外壳有一个内壁206和一个外壁208。作为例子，该管形外壳204有五段210、212、214、216及218。沿着从管形外壳204的第一端215到第二端225的方向，这些段210、212、214、216及218具有由内壁206确定的、逐渐变小的平均内径。
环形导流板220、222、224和226从内壁206沿径向朝内延伸。通过压紧粉状过滤介质段，环形导流板220、222、224和226被定位在管形外壳204内，并且保持在接近内壁206的地方。在过滤介质被引进并塞入管形外壳204之后，通过压紧周围的过滤介质，环形导流板220、222、224和226被保持在固定位置。环形导流板220、222、224和226同心表面的宽度大约等于管形外壳204的内壁206直径的1.0％到5.0％。第一端盖或连接件(图中未示出)被用于密封滤筒200的第一端215，只有入口处没有密封，液体能从该入口处流入滤筒。第二端盖或连接件(图中未示出)被用于密封第二端225，只有出口处没有密封，液体能从该出口处流到滤筒外。第一连接件和第二连接件的细节示于图4至图6中。
各种过滤介质段被包含在管形外壳204内。最好至少有一个过滤介质段跨过内壁段210、212、214、216及218中的至少两段，以便于该过滤介质段横跨一个环形导流板220、222、224或226。厚的多孔滤垫230、232和234能被用于容纳管形外壳204内的过滤介质，或者能被用于分隔两个相邻过滤介质段，例如，分隔平均颗粒直径不同并且差异很大的粒状过滤介质段。一个厚滤垫能用在每两个相邻过滤介质段各自的相交处。除了厚滤垫，还可以使用较薄的多孔滤纸236、238和240，这些较薄的多孔滤纸能被用于，例如，分隔平均颗粒直径相似的两个相邻粒状过滤介质段；或者可以使用这些较薄的多孔滤纸来替代厚滤垫。滤垫230、232和234以及滤纸236、238和240都最好是盘形，并且最好在管形外壳204内各滤垫或滤纸的位置都具有与管形外壳204的内表面相配合的外表面。
如图所示，位于管形外壳204内的各过滤介质段可以包括一个活性炭粒段242、一个固化酶段244、一个氧化铝(Al2O3)粉段246、一个磷酸锆段248、以及一个包含醋酸盐形态的水合氧化锆与碳酸锆钠的混合物的介质段250。
图3是本发明另一个实施例的半个滤筒300的剖视图，其中，端部连接件已被去掉。该滤筒截面的另一半(图中未示出)是所示滤筒的一半截面沿图3中心线302的镜像视图。该滤筒300包括一个管形外壳304，该外壳有一个内壁306和一个外壁308。作为例子，该管形外壳304有五段310、312、314、316及318。沿着从管形外壳304的第一端315到第二端325的方向，这些段310、312、314、316及318具有由内壁306确定的、相同的平均内径。
环形导流板320、322、324和326从内壁306沿径向朝内延伸。环形导流板320、322、324和326与管形外壳304的内壁306模压为一体。环形导流板320、322、324和326的同心表面的宽度大约等于管形外壳304的内壁306直径的1.0％到5.0％。一个第一端盖或连接件(图中未示出)被用于密封滤筒300的第一端315，只有入口处没有密封，液体能从该入口处流入滤筒。第二端盖或连接件(图中未示出)被用于密封第二端325，只有出口处没有密封，液体能从该出口处流到滤筒外。第一和第二连接件的细节示于图4至图6中。
各种过滤介质段被包含在滤筒304内。最好至少有一个过滤介质段跨过内壁段310、312、314、316及318中的至少两段，例如，该过滤介质段横跨一个环形导流板320、322、324或326。厚的多孔滤垫330、332和334能被用于容纳管形外壳304内的过滤介质，或者能被用于分隔两个相邻过滤介质段，例如，分隔平均颗粒直径不同并且差异很大的粒状过滤介质段。较薄的多孔滤纸336、338和340能被用于，例如，分隔平均颗粒直径相似的两个相邻粒状过滤介质段。滤垫330、332和334以及滤纸336、338和340都最好是盘形，并且最好在管形外壳304内各滤垫或滤纸的位置都具有与管形外壳304的内表面相配合的外表面。
位于管形外壳内的各过滤介质段可以包括任何一种过滤介质材料及其组合。作为示例，如图所示，附图所示的过滤介质段可以包括一个活性炭粒段342、一个固化酶段344、一个氧化铝(Al2O3)粉段346、一个磷酸锆段348、以及一个包含醋酸盐形态的水合氧化锆与碳酸锆钠的混合物的介质段350。
图1至图3中显示的各种过滤介质仅仅是作为示例，它不限制所使用的过滤介质以及过滤介质相应于液体流动方向放置的顺序。
活性炭能用做结合重金属、氧化剂以及氯胺的过滤介质。固化酶，如脲酶能用在过滤介质中，以通过酶转化作用将尿素转变为碳酸铵。脲酶能通过吸附、共价结合、分子间作用力、交联聚合物内截留(entrapment)、微胶囊封装(microencapsulation)以及保留于半透膜设备中的方式被固化。氧化铝(Al2O3)、活性炭、阴离子交换树脂以及硅藻土能用作吸附剂。脲酶能用于与不溶于水的聚合物进行共价结合，从而通过活化过程形成酶-聚合物共轭或活性聚合物。多功能试剂，例如戊二醛和己二胺能被用于影响脲酶的分子间作用力。脲酶可以被截留在交联聚合物内，例如，象聚丙烯酰胺凝胶。脲酶可以使用例如尼龙、硝酸纤维素、乙基纤维素或聚酰胺等材料进行微胶囊封装。脲酶能被包含在一些渗透膜设备中，例如，象来自宾夕法尼亚州匹兹堡的Fisher Scientific的AMICOM超滤单元(ultra-filtrationcell)，或来自密歇根州米德兰的DOW化学公司的DOW中空纤维beaker设备。如果使用活性炭除氯，那么活性炭的使用应该领先于固化的介质酶，因为氯可能使酶无效。
阳离子交换剂能被用于结合自来水中的铵、钙、镁、钾以及其它阳离子，和有毒痕量金属。这些过滤介质的另一个功能可以是将碳酸盐从尿素水解转变为碳酸氢盐。这种阳离子交换剂可以包括磷酸锆、磷酸钛或沸石。
阴离子交换过滤介质可以与磷酸盐、氟化物以及其它重金属结合。阴离子交换过滤介质的副产物(bi-product)可以包括醋酸盐和碳酸氢盐，它也可以校正病人血液中的代谢性酸中毒现象。这样的过滤介质可以包括醋酸盐形态的水合氧化锆、含水氧化硅、氧化锡、氧化钛、锑酸、水合氧化钨或碳酸锆钠。
对于血液透析来讲，如果不将高纯水用作透析液的基础，那么就最好使用一种适合从自来水中去除氯的过滤介质。这种过滤介质可以是活性炭。
如图1至图3所示，阳离子交换过滤介质，例如磷酸锆，包括这样一段，即其中导流板122、124和126(图1)，222、224和226(图2)，以及322、324和326(图3)被设置在阳离子交换过滤介质段的第一端与该段的第二端之间。最好至少一个环形导流板被设置在阳离子交换过滤介质段的中间附近。
图4是适合用于密封管形外壳(图中未示出)第二端的第二连接件400的剖视图。该连接件400有一个内侧402、一个外侧403、一个出口404和径向延伸的肋或导向叶片406和408，因此，当该连接件被密封在外壳上时，内侧402与管形外壳(图中未示出)的内壁相交。这些径向延伸的肋406从内侧402的外表面朝内、向出口404延伸并接近，但是不接触到出口404。这些径向延伸的肋408从内侧402的外表面朝内、向出口404延伸，在接近出口404时突然终止。当液流从该管形外壳第一端的方向(图中未示出)到达管形外壳(图中未示出)第二端时，液体被径向延伸的肋406和408径向朝内引向出口404。
图5是图6所示第一连接件450沿线I-I剖开的剖视图，它被用于密封该管形外壳(图中未示出)的第一端。该连接件450有一个内侧452、一个外侧453、一个入口454和径向延伸的肋或导向叶片456和458，因此，当该连接件被密封在外壳上时，内侧452与管形外壳(图中未示出)的内壁相交。这些径向延伸的肋456从内侧452的外表面朝内、向入口454延伸并接近，但是不接触到入口454。这些径向延伸的肋458从内侧452的外表面朝内、向入口454延伸，在接近入口454时突然终止。当液流通过入口454进入该管形外壳(图中未示出)的第一端时，液体被径向延伸的肋456和458从入口454径向朝外引出。
图6是第一连接件450的顶视图，它说明了径向延伸肋456和458、入口454和内侧452的一个典型实施例。
图7是在一个传统滤筒组件中对定量液体进行跟随过滤的过滤介质500的一个截面图。该截面表示从一个管形外壳中取出的过滤介质，在该外壳内其内壁的直径沿着从该管形外壳第一端(底端)到该管形外壳第二端(顶端)的方向保持相同。该截面也表示了从一段管形外壳中取出的过滤介质，在该外壳内该介质段具有连续的平均内径。
图7中所示灰色区域502说明经过磷酸锆过滤介质的液流。白色区域504说明液体没有流经的磷酸锆过滤介质区域。在与该管形外壳内壁相邻的白色与灰色区域相交处芯吸现象很明显。实验结果显示，在这样一种设计中大约50％的过滤介质可能没有得以利用。
图8是通过本发明的一种滤筒组件对定量液体进行跟随过滤的磷酸锆过滤介质510的一个截面图。该截面表示一个具有四段的管形外壳。各段的平均内径沿着从该管形外壳第一端(底端)到第二端(顶端)的方向逐渐减小。介质被从该管形外壳中去除，该管形外壳的内壁设置有台肩，这些台肩可以确定各段之间的相交处。这些台肩可以用作导流板。
图8中所示灰色区域512说明经过磷酸锆过滤介质的液流。白色区域514说明没有被用于过滤液体的磷酸锆过滤介质区域。实验结果显示，该过滤介质具有比图7所示滤筒中的过滤介质高得多的利用率，分别为98％和50％。该实验结果表明，液体在经过该过滤介质时层流基本上得到了保持，而且没有芯吸现象出现。
图9是通过本发明的一种滤筒组件对定量液体进行跟随过滤的磷酸锆过滤介质520的一个截面图。该截面表示从一个管形外壳中取出的过滤介质，该管形外壳的内径沿着从该管形外壳第一端(底端)到管形外壳第二端(顶端)的方向连续减小。大致垂直于该管形外壳内壁的锯齿526是通过对该管形外壳内壁上环形导流板周围的过滤介质进行模压而形成的。
图9中所示灰色区域522说明经过磷酸锆过滤介质的液流。白色区域524说明没有被用于过滤液体的磷酸锆过滤介质区域。实验结果显示，该过滤介质具有比图7所示滤筒中所用的过滤介质高得多的利用率，分别为95％和50％。该实验结果表明，液体在经过该过滤介质时层流基本上得到了保持，而且没有出现芯吸现象。
图10是从本发明的一种滤筒组件中取出的磷酸锆过滤介质530的一个截面图，该滤筒组件对定量液体进行跟随过滤。该截面表示一个管形外壳，该管形外壳的内径沿着从该管形外壳第一端(底端)到管形外壳第二端(顶端)的方向相同。垂直于该管形外壳内壁的锯齿536是通过对该管形外壳内壁上环形导流板周围的过滤介质进行模压而形成的。
图10中所示灰色区域532说明经过磷酸锆过滤介质的液流。白色区域534说明没有被用于过滤液体的磷酸锆过滤介质区域。实验结果显示，该过滤介质具有比图7所示滤筒中的过滤介质高得多的利用率，分别为99.5％和50％。该实验结果表明，液体在经过该过滤介质时层流基本上得到了保持，并且没有出现芯吸现象。
按照本发明的方法，使用本发明的一个组件对液体进行过滤。在这样的方法中，液体通过一个端部连接件的入口进入该滤筒组件，并且马上被位于该连接件内表面上的多个径向延伸肋沿径向、朝外引导。然后，液体开始流经位于该组件的管形外壳内的过滤介质。液体在使用中使过滤介质进行水合作用。一些过滤介质可能膨胀到其干态体积(dry volume)的105％。当这种情况发生时，该管形外壳最好伸曲以适应过滤介质增加的体积。过滤介质各段的压装需要均匀、紧凑、平整，以保证该管形外壳内的液体层流。
该管形外壳的内壁可以包括半刚性的薄壁的材料，例如聚丙烯或其它具有相似物理特性的塑料。该管形外壳的壁厚最好足以保证制造、运输、安装及使用中的结构刚度和保护，又最好足够薄到具有柔软性，以便于适应该管形外壳内过滤介质的膨胀。
当液体流经该组件并接近该管形外壳的第二端时，液体被位于第二连接件内表面的径向延伸肋沿径向、朝内引向该端部连接件的出口。
很显然，对于本领域技术人员来说，可以在不脱离本发明的精神或范围的条件下，对其进行各种修改和变化。因此，本发明也包括落在所附权利要求书及其等效物范围内的本发明的其它修改和变化。

Claims (30)

1.一种滤筒组件，包括:
一管形外壳，该管形外壳具有一个内壁、一个外壁、一个第一端和一个第二端，所述内壁至少包括一个第一段、一个第二段和一个第三段；所述第一段具有从所述第一端到所述第二端方向的第一长度，并且具有第一平均内径；所述第二段具有从所述第一端到所述第二端方向的第二长度，并且具有比所述第一平均内径小的第二平均内径；所述第三段具有从所述第一端到所述第二端方向的第三长度，并且具有比所述第二平均内径小的第三平均内径；其中，所述管形外壳的内壁包括位于所述第一段和所述第二段的相交处的第一台肩和位于所述第二段和所述第三段的相交处的第二台肩；以及
多个过滤介质段，包括位于该管形外壳内并且被所述内壁径向包含的第一过滤介质段，所述多个过滤介质段各自具有不同的过滤介质成分，其中所述第一过滤介质段具有从所述第一端到所述第二端方向的长度，该长度包括内壁段的至少两个所述长度中的至少一部分，使得所述第一介质段横跨所述台肩中的至少一个。
2.如权利要求1中的组件，其中，所述组件还包括:
第一连接件，该第一连接件密封所述管形外壳的第一端，只有位于所述连接件中心位置的入口没有密封，液体能够从该入口处进入该组件；和
第二连接件，该第二连接件密封所述管形外壳的第二端，只有位于所述连接件中心位置的出口没有密封，液体能够从该出口处流出该滤筒。
3.如权利要求2中的组件，其中，所述组件还包括一种透析液。
4.如权利要求2中的组件，其中，所述管形外壳由塑料材料构成。
5.如权利要求4中的组件，其中，所述塑料材料包括聚丙烯材料。
6.如权利要求1中的组件，其中，所述内壁的厚度小于或等于0.125英寸。
7.如权利要求1中的组件，其中，所述第一过滤介质段横跨所述第一台肩，所述多个过滤介质段包括一个第二过滤介质段，所述第二过滤介质段具有不同于所述第一过滤介质段的过滤介质成分，所述第二过滤介质段具有从所述第一端到所述第二端方向的长度，该长度包括所述内壁段的所述第二长度和所述第三长度中的至少一部分，并且所述第二介质段横跨所述第二台肩。
8.一种包括如权利要求2中的组件的系统，该系统结合了一台液体循环设备，其中，所述液体循环设备具有一个排放口和一个进入口，所述入口与所述排放口流体连通，而所述出口与所述进入口流体连通。
9.一种过滤液体的方法，包括通过如权利要求8中的系统使所述液体循环的过程。
10.一种制备如权利要求2中的组件的方法，包括:
提供所述管形外壳；
将所述第一和第二端部连接件中的一个密封到所述管形外壳；
将所述过滤介质段的第一段引入所述管形外壳；
使所述第一介质段沉积在所述管形外壳中；并且
将所述第一和第二连接件中的另一个密封到所述管形外壳。
11.一种滤筒外壳，包括:
一管形外壳，其具有圆锥形状，并包括一个直的内壁、一个外壁、一个第一端和一个第二端，所述内壁至少包括一个第一段、一个第二段和一个第三段；所述第一段具有从所述第一端到所述第二端方向的第一长度，并且具有第一平均内径；所述第二段具有从所述第一端到所述第二端方向的第二长度，并且具有比所述第一平均内径小的第二平均内径；所述第三段具有从所述第一端到所述第二端方向的第三长度，并且具有比所述第二平均内径小的第三平均内径；和
第一环形导流板，位于所述第一段和所述第二段的相交处，该第一环形导流板从所述管形外壳的内壁沿径向朝内延伸；和第二环形导流板，位于所述第二段和所述第三段的相交处，该第一环形导流板从所述管形外壳的内壁沿径向朝内延伸。
12.如权利要求11中的滤筒外壳，其中，所述管形外壳由塑料材料构成。
13.如权利要求12中的滤筒外壳，其中，所述塑料材料包括聚丙烯材料。
14.如权利要求11中的滤筒外壳，其中，所述内壁的厚度小于或等于0.125英寸。
15.一种组件，包括:
如权利要求11中的滤筒外壳；和
多个过滤介质段，包括位于该管形外壳内并且被所述内壁径向包含的第一过滤介质段，所述多个过滤介质段各自都具有不同的过滤介质成分，其中，所述第一过滤介质段具有从所述第一端到所述第二端方向的长度，该长度包括内壁段的至少两个所述长度中的至少一部分，使得所述第一过滤介质段至少横跨所述第一和第二环形导流板中的一个。
16.如权利要求15中的组件，其中，所述组件还包括:
第一连接件，该第一连接件密封所述管形外壳的第一端，只有位于所述连接件中心位置的入口没有密封，液体能够从该入口处进入该组件；和
第二连接件，该第二连接件密封所述管形筒体的第二端，只有位于所述连接件中心位置的出口没有密封，液体能够从该出口处流出该滤筒。
17.如权利要求16中的组件，其中，所述组件还包括一种透析液。
18.如权利要求15中的组件，其中，所述第一过滤介质段横跨所述第一环形导流板，所述多个过滤介质段包括一个第二过滤介质段，所述第二过滤介质段具有不同于所述第一过滤介质段的过滤介质成分，所述第二过滤介质段具有从所述第一端到所述第二端方向的长度，该长度包括所述内壁段的所述第二长度和所述第三长度中的至少一部分，并且所述第二介质段横跨所述第二环形导流板。
19.一种包括如权利要求16中的组件的系统，该系统结合了一台液体循环设备，其中，所述液体循环设备具有一个排放口和一个进入口，所述入口与所述排放口流体连通，所述出口与所述进入口流体连通。
20.一种过滤液体的方法，包括通过如权利要求19中的系统使所述液体循环的过程。
21.一种制备如权利要求16中的组件的方法，包括:
提供所述管形外壳；
将所述第一和第二端部连接件中的一个密封到所述管形外壳；
将所述过滤介质段的第一段引入所述管形外壳；
使所述第一介质段沉积在所述管形外壳中；并且
将所述第一和第二连接件中的另一个密封到所述管形外壳。
22.一种滤筒组件，包括:
滤筒外壳，其包括一个管形外壳，该管形外壳为恒内径的圆筒形状，并且包括一个直的内壁、一个外壁、一个第一端和一个第二端，所述内壁至少包括一个第一段、一个第二段和一个第三段；所述第一段具有从所述第一端到所述第二端方向的第一长度；所述第二段具有从所述第一端到所述第二端方向的第二长度；所述第三段具有从所述第一端到所述第二端方向的第三长度；
第一环形导流板，在所述第一段和所述第二段的相交处，该第一环形导流板从所述管形外壳的内壁沿径向朝内延伸；和第二环形导流板，在所述第二段和所述第三段的相交处，该第二环形导流板从所述管形外壳的内壁沿径向朝内延伸；以及
多个过滤介质段，包括位于该管形外壳内并且被所述内壁径向包含的第一过滤介质段，所述多个过滤介质段各自具有不同的过滤介质成分，其中，所述第一过滤介质段具有从所述第一端到所述第二端方向的长度，该长度包括内壁段的至少两个所述长度中的至少一部分，使得所述第一介质段横跨所述第一和第二环形导流板中的至少一个。
23.如权利要求22中的滤筒组件，其中，所述组件还包括:
第一连接件，该第一连接件密封所述管形外壳的第一端，只有位于所述连接件中心位置的入口没有密封，液体能够从该入口处进入该组件；和
第二连接件，该第二连接件密封所述管形外壳的第二端，只有位于所述连接件中心位置的出口没有密封，液体能够从该出口处流出该滤筒。
24.如权利要求23中的滤筒组件，其中，所述组件还包括一种透析液。
25.如权利要求22中的滤筒组件，其中，所述管形外壳由塑料材料构成。
26.如权利要求25中的滤筒组件，其中，所述塑料材料包括聚丙烯材料。
27.如权利要求22中的滤筒组件，其中，所述内壁的厚度小于或等于0.125英寸。
28.如权利要求22中的滤筒组件，其中，所述第一过滤介质段横跨所述第一环形导流板，所述多个过滤介质段包括一个第二过滤介质段，所述第二过滤介质段具有不同于所述第一过滤介质段的过滤介质成分，所述第二过滤介质段具有从所述第一端到所述第二端方向的长度，该长度包括所述内壁段的所述第二长度和所述第三长度中的至少一部分，并且所述第二介质段横跨所述第二环形导流板。
29.一种包括如权利要求23中的滤筒组件的系统，该系统结合了一台液体循环设备，其中，所述液体循环设备具有一个排放口和一个进入口，所述入口与所述排放口流体连通，所述出口与所述进入口流体连通。
30.一种制备如权利要求23中组件的方法，包括:
提供所述管形外壳；
将所述第一和第二端部连接件中的一个密封到所述管形外壳；
将所述过滤介质段的第一段引入所述管形外壳；
使所述第一介质段沉积在所述管形外壳中；并且
将所述第一和第二连接件中的另一个密封到所述管形外壳。
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