流體過濾器和使用方法
【專利摘要】在本文中提供了多級式過濾器。過濾器可以包括多個面板，每個均包括過濾前表面和平坦背表面，過濾前表面具有彼此分離開以形成豎向通道的第一行豎向延伸的突起部、彼此分離開以形成豎向通道的第二行豎向延伸的突起部，以及一個或多個行的過濾突起部，其中一個或多個行的豎向地彼此分離開、并且在第一行豎向延伸的突起部和第二行豎向延伸的突起部之間延伸。另外，每一行的過濾突起部可以包括彼此分離開以形成過濾通道的過濾突起部，過濾通道的尺寸被構(gòu)造成接收并且保持規(guī)定尺寸的物體。
【專利說明】流體過濾器和使用方法
[0001]相關(guān)申請交叉引用
[0002]這一非臨時美國專利申請要求2013年I月9日提交的、標題為“FILTERWITHMULTIPLE STAGES TRANSVERSELY ORIENTED” 的美國臨時申請61/848671 的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該美國臨時申請的整體(包括其引述的所有附圖標記)通過引用合并入本文。本申請還涉及2013年I 月 17 日提交的、標題為 “FILTER WITH MULTIPLE STAGES TRANSVERSELY ORIENTEDIMPROVED”的美國臨時申請61/849，098和2013年3月14日提交的、標題為“FILTER WITHLAYERED CONSTRUCT I ON”的美國臨時申請61 /851，987，這些申請的整體(包括其引述的全部附圖標記)通過引用合并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本技術(shù)涉及一種過濾器，并且更具體地但不受限地涉及包括交替地且橫向地彼此定向的多級層。這些過濾器有利地被構(gòu)造成過濾攜帶有微粒的流體，以除去各種大小的微粒。
【背景技術(shù)】
[0004]流體過濾器用以分離分散在流體中的微粒物質(zhì)。例如，流體過濾器用以淡化水、提純機械裝置中的潤滑流體，以及從空氣或者其它氣態(tài)流體中除去具體的物質(zhì)。過濾器的示例包括US 6,524,488，其記載了一種由至少一個結(jié)構(gòu)化聚合物層形成的過濾介質(zhì)，其中在層內(nèi)限定結(jié)構(gòu)化表面。這些層可以構(gòu)造為具有結(jié)構(gòu)化表的堆疊，限定有通過堆疊面的多個有序進口以及相應的有序流體通路，從而形成有序多孔體積。有序流體通路可通過在結(jié)構(gòu)化層的結(jié)構(gòu)化表面中形成的多個流動通道限定，或者可以通過以有序圖案在結(jié)構(gòu)化層的結(jié)構(gòu)化表面中形成的多個隆起形成。另外，US 7，282，148記載了不對稱濾膜以及制造該不對稱濾膜的過程。膜結(jié)構(gòu)在實物上是堅固的，并且適用于多種應用。支承膜可由諸如多孔硅或者氧化硅的材料組成，并且分離膜可由諸如聚合物、沸石膜或者氧化硅的材料組成。所述過程依賴于采納自微電子行業(yè)的步驟。
[0005]另外，US2012/0267249記載一種過濾器，其包括在其中形成有多個納米通道的膜片。第一表面起電材料沉積在納米通道的端部上。第一表面起電材料包括表面電荷，以通過靜電方式影響電解質(zhì)溶液中的離子，使得納米通道將離子反射回到電解質(zhì)溶液，使離子穿過電解質(zhì)溶液的流體。另外提供了制造和使用過濾器的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一些實施例，本技術(shù)可以涉及過濾裝置，包括多個面板，多個面板中的每個面板均包括過濾前表面和平坦背表面，過濾前表面包括:第一行豎向延伸的突起部，這些突起部彼此分離開以形成豎向通道，所述第一行鄰近過濾裝置的進口；第二行豎向延伸的突起部，這些突起部彼此分離開以形成豎向通道，所述第二行鄰近過濾裝置的出口； 一個或多個行的過濾突起部，所述一個或多個行豎向彼此分離開、并且在第一行豎向延伸的突起部和第二行豎向延伸的突起部之間延伸，每一行的過濾突起部包括彼此分離開以形成過濾通道的過濾突起部，這些過濾通道的尺寸被構(gòu)造成接收并且保持規(guī)定尺寸的物體;并且其中多個面板以配合構(gòu)造堆疊，使得一個面板的過濾前表面與相鄰的面板的平坦背表面配合接觸。
[0007]根據(jù)一些實施例，本技術(shù)可以涉及用于過濾流體的基底面板，所述基底面板包括過濾前表面和平坦背表面，所述過濾前表面包括:第一行豎向延伸的突起部，這些突起部彼此分離開以形成豎向通道，所述第一行鄰近過濾裝置的進口；第二行豎向延伸的突起部，這些突起部彼此分離開以形成豎向通道，所述第二行鄰近所述過濾裝置的出口；和一個或多個行的過濾突起部，所述一個或多個行豎向彼此分離開、并且在第一行豎向延伸的突起部和第二行豎向延伸的突起部之間延伸，每一行的過濾突起部包括彼此分離開以形成過濾通道的過濾突起部，這些過濾通道的尺寸被構(gòu)造成接收并且保持規(guī)定尺寸的物體。
【附圖說明】
[0008]本技術(shù)的一些實施例借助附圖來說明。將理解，這些附圖并非必然是按比例的，并且對于本技術(shù)的理解不必要的細節(jié)或者使得其它細節(jié)難以理解的細節(jié)可以被省略。將理解，本技術(shù)并非必然局限于在本文中例示的具體實施例。
[0009]圖1是過濾器的區(qū)段的軸測圖。
[0010]圖2是過濾器的一個面板的軸測圖。
[0011]圖3是圖2所示的過濾器的一個面板的前視圖。
[0012]圖4是替代過濾器面板的軸測圖。
[0013]圖5是另一替代過濾器面板的軸測圖。
[0014]圖6是圖5的特寫圖。
[0015]圖7是另一替代過濾器面板的特寫圖。
[0016]圖8是過濾器的螺旋構(gòu)造的軸測圖。
[0017]圖9是過濾器的圓形構(gòu)造的軸測圖。
[0018]圖10是過濾器的圓錐形構(gòu)造的軸測圖。
[0019]圖11是替代的支路過濾器面板的前視圖。
[0020]圖12是替代過濾器面板的軸測圖。
[0021 ]圖13是替代過濾器面板的軸測圖。
[0022]圖14是替代過濾器面板的軸測圖。
[0023]圖15是替代過濾器面板的前視圖。
[0024]圖16是替代過濾器面板的前視圖。
[0025]圖17是替代過濾器面板的前視圖。
[0026]圖18是替代過濾器面板的等軸測后視圖。
[0027]圖19是替代過濾器面板的軸測圖。
[0028]圖20是替代過濾器面板的軸測圖。
[0029]圖21是替代過濾器面板的軸測圖。
[0030]圖22是圖21的特寫圖。
[0031]圖23是圖22的特寫圖。
[0032]圖24是替代過濾器的后側(cè)剖視圖。
[0033]圖25是過濾器的區(qū)段的軸測圖。
[0034]圖26是過濾器的一個面板的前視圖。
[0035]圖27是圖26所示的過濾器的一個面板的后視圖。
[0036]圖28是過濾器的頂截面圖。
[0037]圖29是過濾器的軸測圖。
【具體實施方式】
[0038]在下文描述中，為了說明，闡述許多細節(jié)以提供對本公開的透徹理解。但對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯見的是，本公開的實踐可不具有這些具體細節(jié)。在其它示例中，結(jié)構(gòu)和裝置以塊圖形式示出，僅為避免模糊本公開。
[0039]在本說明書中對于“一個實施例”或者“實施例”的引述是指結(jié)合該實施例描述的特定特征部、結(jié)構(gòu)或者特性包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。由此，在整個本說明書中的不同位置出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”或者“在實施例中”或者“根據(jù)一個實施例”(或者其它具有類似含義的短語)并非必然是全部引述同一實施例。此外，這些特定的特征、結(jié)構(gòu)或者特性可以以任何合適方式在一個或多個實施例中組合。此外，取決于本文論述的上下文，單數(shù)術(shù)語可以包括它的復數(shù)形式，復數(shù)術(shù)語可以包括它的單數(shù)形式。類似地，用連字號連接的術(shù)語(例如，“根據(jù)需求(on-demand)”)有時可以與其非用連字號連接的版本(例如，“ondemand”)可互換地使用，用大寫字母開頭的事項(例如，“Software”)可以與其非用大寫字母開頭的版本(例如，“software”)可互換地使用，復數(shù)術(shù)語可用或者不用撇號(例如，PE’s或者PEs)標示，并且用斜體字排字的術(shù)語(例如，“N+1”)可以與其非用斜體字排字的版本(例如，“N+1”)可互換地使用。這種偶爾可互換使用將不會被認是彼此不一致。
[0040]本文使用的專業(yè)詞匯僅用于描述具體實施例的目的，并非旨在限制本發(fā)明。如本文使用的，單數(shù)形式“一”和“該”旨在也包含復數(shù)形式，除非上下文另外清楚指示。另外將理解，術(shù)語“包括”和/或其變形形式當用在本說明書中時，列舉所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或者添加。
[0041 ]在開頭應指出，術(shù)語“聯(lián)接”、“被連接”、“連接到”、“電連接”等等在本文中可互換地使用，用以泛指電氣/電子連接的狀態(tài)。類似地，當?shù)谝粚嶓w以電氣方式發(fā)送(不管是否通過有線或者無線手段)信息信號(不管是否包含數(shù)據(jù)信息或者非數(shù)據(jù)/控制信息)至第二實體和/或從第二實體接收這些信息信號，則認為第一實體與第二實體(或者多個實體)“通信”，而與那些信號的類型(模擬或數(shù)字)無關(guān)。另外指出，在本文中示出和討論的各種附圖(包含部件示意圖)僅用于說明性目的，不是按比例描繪。
[0042]本發(fā)明涉及用于過濾或者分離不同尺寸的微粒的過濾器。過濾器的常見用途是在機動車和載重汽車中。過濾器用以從內(nèi)燃機使用的空氣中除去固體微粒。過濾器另外用以從發(fā)動機和變速器中使用的油中除去微粒。
[0043]典型地，這些應用中使用的過濾器使用具有孔徑的膜片來從空氣或者油中除去微粒。通常將材料多次折疊以在小的總面積上形成盡可能大的過濾材料表面積。
[0044]膜片中的小尺寸孔徑捕獲小尺寸的微粒這些小的孔徑另外產(chǎn)生對于從中穿過過濾的流體或者氣體的流動的更多限制。在用于內(nèi)燃機的空氣過濾器的情況下，小的孔徑可以導致降低的性能和降低的燃料經(jīng)濟性。如果孔徑較大，則性能提高，但發(fā)動機壽命降低。
[0045]過濾器型結(jié)構(gòu)也可用以將不同大小的微粒從流體分離。微粒的分離可用于從流體分離生物材料或者不同大小的分子。
[0046]水的淡化(desa I i na t i on)是其中將過濾材料用以分離不同大小分子的一個領(lǐng)域。這一任務要求從小的水分子中移去氯化鈉分子。關(guān)于海水的淡化，氯化鈉對水分子的相對量是較高的。由于這一高比率，在處理適中量的水時，較高量的氯化鈉被收集在過濾器中。
[0047]根據(jù)一些實施例，本技術(shù)涉及一種過濾器，該過濾器帶有與結(jié)構(gòu)化元件結(jié)合的多層面板或者薄膜，這些部件層壓在一起以形成系列通道，用以過濾或者捕集規(guī)定大小的微?；蛘叻肿印＿@些面板具有由較寬通道形成的進口區(qū)，在此處僅約束大微粒。這些進口區(qū)也促進在制造期間的面板開縫。在進口區(qū)后是一系列漸窄的通道，用以限制微粒的通過。過濾通道之間的橫向通道允許來自不同寬度的相鄰通道的交叉矩陣流。
[0048]在【背景技術(shù)】中，典型地，一整行結(jié)構(gòu)將包括僅一個寬度的通道。對于典型地用在油過濾中的分路型過濾器，一行可具有不同寬度的通道。例如，在要過濾的一種規(guī)定大小的微粒或者分子占有顯著百分比的情形中，將存在一系列支路行來收集較大量的規(guī)定大小的微粒或者分子。
[0049]另外，矩形橫截面的過濾通道允許對于大體圓形微粒或者分子的更有效收集。為減小流動限制，可對通道的前緣和后緣添加倒圓。
[0050]首先參考圖1，圖1例示了根據(jù)本技術(shù)構(gòu)造的過濾器I的示例。流體或者氣體從過濾器I的頂表面2或者“進口”流入到過濾器I中。過濾器面板3層疊在一起，其中過濾器面板3的頂部邊緣4形成過濾器I的頂表面2。層疊在一起的過濾器面板3的數(shù)目將根據(jù)設計要求改變，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將清楚的。在一些實施方式中，過濾器面板3的數(shù)目可以是數(shù)百或數(shù)千個。過濾器面板3的寬度也可以根據(jù)設計要求或者規(guī)范變化，包括但不局限于過濾器的應用(例如，淡化對(versus)車輛座艙的空氣過濾)。
[0051]每個面板3包括過濾前表面IA和平坦背表面1B(參見圖18)。面板3另外包括沿著面板3的外側(cè)邊緣布置的一對凸緣IC和1D。這些凸緣用來對面板3提供結(jié)構(gòu)支撐。另外，當堆疊面板時，這些面板將至少在它們的凸緣處配合在一起。
[0052]示例性過濾器(基底)面板3包括接近面板3的頂表面2布置的第一行豎向延伸的突起部4A，以及接近面板3的底表面布置的第二行豎向延伸的突起部4B。第一行豎向延伸的突起部優(yōu)選地彼此分離開，以形成豎向通道5A。同樣，第二行豎向延伸的突起部優(yōu)選地彼此分離開，以形成豎向通道5B。
[0053]將理解，豎向延伸的突起部可以包括例如相對于面板3的表面正交延伸的矩形齒狀物或者塊狀物體。這些突起部可具有相對于彼此一致的形狀和尺寸，或者可以在形狀(例如，正方形、三角形、矩形)和大小(例如，高度、寬度、長度)兩方面均不規(guī)則。
[0054]過濾器面板3中的豎向通道5A和5B豎向地沿著過濾器面板3的頂部邊緣4的水平長度布置。豎向通道5A和5B的數(shù)目可以根據(jù)設計規(guī)范變化。在一些實施方式中，面板3可以包括數(shù)百或數(shù)千的豎向通道5A和5B。在一些實施方式中，過濾器I的全部通道將布置在一起或者被構(gòu)造成形成一致樣式，從而形成具有一致橫截面區(qū)域的過濾器I。即使如此，對于過濾器的不同應用，不同樣式的過濾器面板可以按變化的或者不規(guī)則的樣式層疊在一起。
[0055]在一些實施方式中，過濾器面板3包括一個或多個行的過濾突起部5C。例如，圖1的面板包括六行過濾突起部。關(guān)于豎向延伸的突起部和各行過濾突起部的額外細節(jié)相對于圖2更詳細地說明。
[0056]參考圖2，示出了僅一個過濾器面板3ο豎向通道5A和5B相對彼此是大體等距的，并且大小大體相同。每一上部豎向通道5A的寬度理想地大于分散在流體中的大多數(shù)微粒。例如，豎向通道5A可以是200微米寬和200微米深。過濾器面板3中的豎向通道5A的水平間隔可以是300微米，而過濾器面板3的整個厚度可以是300微米。
[0057]將理解，厚度越接近通道的深度，則過濾器I的整體密度越大。例如，豎向通道5A的高度可以是500微米。這一較大的尺寸允許過濾器面板3的制造過程中的變化。為更大的易制造性，豎向通道5可以比500微米高。在其它實施例中，如果期望更緊湊的過濾器，則豎向通道5的高度可以短于500微米。
[0058]豎向通道5A在第一交叉通道6中終止。在一個實施例中，第一交叉通道6從豎向通道5A的左側(cè)延伸到豎向通道5A的遠右側(cè)。第一交叉通道6的高度可以是200微米，并且將優(yōu)選地與豎向通道5A的深度相同。
[0059]參考圖3，其中示出了過濾器面板3的前視圖，以箭頭描繪了流體流。所述流離開豎向通道5A，流入第一交叉通道6。
[0060]流體然后遇到多行過濾突起部中的第一行。例如，第一行過濾突起部7A可以包括彼此分離開以形成過濾通道7B的過濾突起部。每一過濾通道定尺寸為接收并且保持規(guī)定尺寸的物體，諸如分散在流過面板3的流體中的微粒。
[0061]面板3包括六行的過濾突起部，這些過濾突起部形成過濾通道。給定行的過濾通道具有大致相同的尺寸。另外，過濾通道的尺寸相對于所述行的位置減小。例如，最接近豎向通道5A的所述行的過濾通道的寬度大于最接近緊鄰過濾器面板3的出口的豎向通道5B的所述行的過濾通道的寬度。在兩者之間的行的過濾通道的寬度連續(xù)地變小。
[0062]由此，面板3是“多級式”的，因為它包括多于一行的過濾突起部，這些過濾突起部布置以如下方式捕獲分散在流體中的微粒，即使得大微粒被捕獲在上部行的過濾突起部中，而逐漸變小的微粒被捕獲在形成過濾通道的其它下部行的過濾突起部中。
[0063]應注意到，對于被捕獲在本文所述的過濾器中的微粒大小的限制因素可以是過濾通道的寬度或者深度。在一些示例中，由于沉積非常薄材料層的能力，經(jīng)由深度來控制捕集的微粒大小會是優(yōu)選的。例如，因光刻技術(shù)對突起部的實際尺寸限制是近似14納米。沉積允許用戶將通道深度控制為約略原子的大小，或者近似I納米。
[0064I流體或者氣體能夠流入在豎向通道5A正下方的過濾通道7C，或者它能夠流到鄰近的過濾通道7D。實際上，流體可以向左方或者右方流向任何行的第一過濾通道。在一些實施例中，每一行的第一過濾通道的寬度均比豎向通道5A的寬度窄。
[0065]在一個實施例中，第一行的過濾通道可以是130微米寬，比豎向通道5A窄70微米。水平間隔也可以從豎向通道5的300微米變窄成200微米。如果流體或者氣體中的微粒大于該130微米的寬度，則第一行的過濾通道不會允許這些微粒通過。
[0066]應注意到，第一行的過濾通道的深度具有類似于其它通道的寬度，例如200微米。因此，具有小于130微米的較小寬度的不對稱微粒能夠穿過第一行的過濾通道，即使微粒的一些部分比130微米寬。
[0067]在一些實施例中，第一行的過濾通道7B比豎向通道5A短的多。第一行的過濾通道7B終止在第二交叉通道9中。第二交叉通道9類似于第一交叉通道6，差異在于它的高度更短，例如是180微米。第二交叉通道9最小從左側(cè)豎向通道5A延伸到極右側(cè)的豎向通道5A。
[0068]流體或者氣體能夠從第二交叉通道9流到在第一行的過濾通道7B正下方的第二行過濾通道10。同樣，第二行過濾通道10由彼此分離開的第二行過濾突起部1A形成。如上所述，第二行過濾通道10的寬度可以小于第一行的過濾通道7B的寬度。
[0069]微粒11顯示為容納在第二行的過濾通道中，位于第二行中的兩個相鄰過濾突起部之間。微粒11的深度影響到是否完全或部分地封阻相鄰過濾通道。但在本示例中，微粒11至少部分地封阻相鄰的過濾通道。第二交叉通道9允許被封阻的流朝向第二行中的其它過濾通道流動。
[0070]同樣，額外行的過濾突起部和過濾通道以更小和小的特征尺寸重復，以形成對微粒收集和固位精確控制的多級式過濾器。在有些情況下，相鄰行的過濾突起部可以彼此偏移。例如，第一行的過濾突起部7A可以偏移第二行的過濾突起部1。
[0071]過濾器面板3將典型地通過將特征部模制到塑料膜中制成。用以模制通道的工具相對于過濾器面板3的特征部將是負向的。工具中的特征部可通過精密機加工處理、蝕刻被機加工在工具中，或者這些特征部能夠用半導體制造型過程來制成。制造具有微米或者納米尺寸的特征部的工具的領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠設想制備用于具體過濾器設計的工具的最佳方法。應注意到，半導體型制造過程的精度能夠極其高。這導致過濾器I的面板3中的流體通道的極其精確的寬度，從而允許準確且精確地過濾微粒。當過濾器用以分離不同尺寸的微粒時，這是尤其重要的。
[0072]如上所述，在最終行的過濾突起部之后，設有出口豎向通道5B，這些出口豎向通道5B被構(gòu)造成將過濾后的流體從過濾器I引導出。
[0073]參考圖4，示出了單級過濾器的過濾器面板43。單級過濾器將用以分離大于一個尺寸的具體微粒。過濾器面板43包括進口 43、豎向延伸的突起部45和形成過濾通道的一行過濾突起部46。圖5示出了分路型濾清器形式的示例性過濾器面板53。面板53包括豎向延伸的突起部55、交叉通道56和形成過濾通道的多行過濾突起部57。圖6是圖5中的支路區(qū)域的特定圖。該類型的過濾器將結(jié)合通過過濾器多次循環(huán)的流體使用，這樣的過濾器諸如是用于內(nèi)燃機的濾油器。
[0074]沿著一行布置有兩種不同寬度的過濾通道。一些流體流過窄的通道20，窄的通道20也稱為“過濾凹槽”。窄的通道濾出細粒，另外對于所述流具有限制性。大多數(shù)流體流過不太限制性的寬通道21(例如，過濾通道)。當極小微粒在首次通過過濾器面板3時即被濾出并不重要時，并且如果對于過濾的限制受到關(guān)注，可利用這一類型的過濾器。在流體每次通過過濾器面板3時，越來越多數(shù)目的微粒被從流體移去。
[0075]參考圖7，示出了另一替代的支路型過濾器設計。兩行過濾通道具有窄的20和寬的寬度21過濾通道兩者。這一類型的過濾器可用以除去大量規(guī)定大小的分子，諸如氯化鈉分子。對于海水淡化，鹽分子的濃度較高。由此，通過整合多行的支路過濾通道，在流體通道被完全封阻之前，能夠由過濾器除去更大量的氯化鈉分子。對于咸水淡化，期望實際上從水中除去全部鹽。最終行的過濾通道將都比氯化鈉分子窄。應注意到，支路行的數(shù)量和過濾通道的寬度、深度和長度將根據(jù)設計要求和應用規(guī)范而變化。
[0076]參考圖8，公開了過濾器面板3中的各層的替代構(gòu)造。通過使一個過濾器面板83以螺旋方式卷起，能夠形成圓形的過濾器83。過濾器83可以以棍到棍(rol 1-to-rol I)制造過程來制成。
[0077]參考圖9，示出了如圖8所示的圍起螺旋過濾器91。過濾器I裝入在正方形框架51中，螺旋過濾器50的中心孔用中心插塞52填充。這一類型的過濾器組件可用于過濾內(nèi)燃機使用的空氣。
[0078]參考圖10，示出了以圓筒方式構(gòu)造的過濾器91的替代布置。這一類型的布置適用于內(nèi)燃機油過濾器。
[0079]參考圖11，示出了另一布置的過濾器面板1100。分隔壁60允許通道流入多行的同樣尺寸的(或不同尺寸的)過濾通道。該類型的布置對于大濃度的一種微粒尺寸的分離也將是有用的，諸如咸水淡化。同樣，海水是具有高濃度的一種尺寸微粒的流體的示例。
[0080]參考圖12，過濾器面板1200顯示為過濾通道的深度等于過濾通道的寬度，從而形成正方形的過濾通道70。這一幾何結(jié)構(gòu)將過濾其中微粒的至少兩個正交尺寸大于過濾通道的寬度和深度的情形下的微粒。
[0081]參考圖13，過濾器面板3的特征部顯示為具有斜度或者錐度。棱面1300包括豎向延伸的突起部1305、進口 1310和第一交叉通道1315，以及成行的過濾突起部。斜度或者脫模角是設置在模型中以利于移去模制件或鑄件的錐度大小。斜度通常用在模制工序中。斜度所形成的錐度減小了將過濾層從模制工具分離所需的力。通道上的斜度不影響過濾功能。因此，將最可能利用大斜度，而不是小斜度。過濾通道壁的斜度不影響過濾。特別地，它將允許略寬范圍內(nèi)的微粒通過過濾通道。
[0082]參考圖14，在面板1400的豎向延伸的突起部和過濾突起部上示出有倒圓81和圓角80。這些倒圓或者圓角可被整合以增強過濾層或者制造過濾層的工具的可制造性。
[0083]參考圖15，過濾突起部90A顯示為具有角狀漸縮壁，使得隨著流體流過面板1500的過濾通道，過濾通道90B加寬。這一錐度的添加允許捕獲不太可能被捕集在通道中的微粒。這些微粒將僅在過濾通道的進口90處被捕集，而不是在寬出口部分91中捕集。該類型的通道可在流體過濾后需要回收過濾的微粒時張開。這在分離規(guī)定大小的細胞或者微粒以稍后用在另一過程中時將是有用的。
[0084]參考圖16，過濾器面板1600顯示為具有緊接于彼此的兩個分隔壁60。過濾器1600另外包括在圖1的面板中構(gòu)建的特征部，諸如進口 4、豎向突起部5A等等。圖16另外示出了布置在成行的過濾突起部60A和60B之間的分隔壁60。在豎向方向上的分隔壁(諸如分隔壁60C)的數(shù)目也可以是多個。具有較大數(shù)目的豎向堆疊分隔壁60將允許過濾器收集大量的規(guī)定大小的微粒。應注意到，對于小微粒，分隔壁60的中心-中心間隔可為僅一微米至100微米。在10微米的間隔的情況下，100個分隔壁60能夠配合在一個毫米高區(qū)域中。
[0085]參考圖17，過濾器面板1700示出為具有涂有不同于基底材料的薄層材料的區(qū)段1705。這一薄層可以是有吸收能力的，以引起樣品成分的分離。這些彼此作用本質(zhì)上物理性質(zhì)的，諸如是疏水性(分散的)、偶極-偶極和離子，并且大多數(shù)情況下是它們的組合。應注意至IJ，多于一種不同類型材料可沿著過濾路徑涂布。不同區(qū)域可具有不同尺寸的過濾通道。
[0086]參考圖18，過濾器1800示出為具有帶電的表面。例如，每個面板的背表面IB可以帶電。另外，每個面板的電荷是交替的，使得帶正電荷的面板與帶負電荷的面板交替。這些電荷可用以將微粒吸引到過濾通道的壁上。如果材料是聚合物，則電荷可被埋置在過濾材料中。導電材料層可添加到過濾器面板的表面，其中外加電壓源對導電材料充電。
[0087]參考圖19，一些過濾通道顯示為比其它通道淺，而在圖20中，過濾器顯示為在過濾器上具有與流動形成的平面正交地指向的光源2010。同樣，過濾器1900和200也均可以包括在圖1的面板中構(gòu)建的特征部，諸如進口 4、豎向突起部5A等等。光探測器2005布置在過濾器的相反側(cè)上。光源和光電探測器可具有一個特定光譜，可以是電磁波譜中的UV、可見光、IR波長或其它波長。這一源/檢測器對可用以檢測材料的存在，并且更重要地，可用以檢測過濾器的具體部位處的材料類型。
[0088]參考圖21并參考圖22、23中的特寫圖，示出了空氣過濾器的優(yōu)選構(gòu)造。參考圖23，豎向通道5 (由分離開的豎向延伸的突起部形成)對傾斜通道110供給。在一些實施例中，傾斜通道110從豎向通道5以相對于豎向的近似30°向下延伸。傾斜通道110對微米級過濾通道111供給。數(shù)百微米級過濾通道111沿著每一傾斜通道110布置。流體從豎向通道5流到傾斜通道110，并由微米級過濾通道111過濾。流體退出微米級過濾通道111至傾斜的排出通道112。傾斜的排出通道112布置為大體平行于傾斜的過濾通道110。然后，流體從傾斜的排出過濾通道112流到出口豎向通道13。
[0089]參考圖24，能夠看到過濾器2400的背側(cè)，其中剖切開了一些層。過濾器面板之間的這些層用粘合劑涂布，以確保過濾器面板之間無間隙。這一粘合劑可用在過濾器或者過濾器面板的任何構(gòu)造中。溶劑或者熱和壓力也可用以確保過濾器面板之間無間隙。
[0090]首先參考圖25，示出了過濾器2500。流體或者氣體從過濾器2500的頂表面2流入過濾器I。過濾器面板3層疊在一起，其中過濾器面板3的頂部邊緣4形成過濾器2500的頂表面
2。層疊在一起的過濾器面板3的數(shù)目將遠大于所示的數(shù)目。過濾器面板3的數(shù)目可以是數(shù)百或者數(shù)千。過濾器面板3的寬度也將典型地遠大于圖中所示的寬度。
[0091]過濾器面板3中的豎向通道5豎向地沿著過濾器面板3的頂部邊緣4的水平長度布置。豎向通道5的數(shù)目將通常遠大于圖25中所示的數(shù)目。在一些實施例中，將存在數(shù)百或數(shù)千的豎向通道5。典型地，全部的過濾器2500將具有相同的樣式。但是，對于不同樣式的過濾器2500，具有不同樣式的成行過濾突起部的過濾器面板3可以層疊在一起。例如，圖2、6、7和11-17中的面板可按照不同組合使用。但圖集中例示的任何面板構(gòu)造和組合也可根據(jù)本技術(shù)使用。
[0092]參考圖26，示出了僅一個過濾器面板3。豎向通道5是大體等距的，并且具有相同尺寸。豎向通道5的寬度將大于要過濾的大多數(shù)微粒。豎向通道5可以是一微米寬和0.6微米深。過濾器面板3中的豎向通道5的水平間隔可以是十微米。過濾器面板3的整個厚度可以是一微米。將理解，厚度越接近通道的深度，則過濾器的整體密度越大。
[0093]豎向通道5的高度可以是三微米。這一較大尺寸允許過濾器面板3的制造過程的變化。為更大的易制造性，它們可以更高。如果期望更緊湊的過濾器，則它們也可以更短。
[0094]豎向通道5延伸到過濾器面板3的底部附近。豎向通道5連接到進口交叉通道6。進口交叉通道6從豎向通道5的左側(cè)延伸到極右側(cè)的豎向通道5。進口交叉通道6的高度可以是0.3微米，并且將優(yōu)選地與豎向通道5的深度相同。設有可按照一微米分隔開的大量進口交叉通道6。
[0095]全部的進口交叉通道6可以連接到豎向通道5。進口交叉通道6將全部具有相似長度。在進口交叉通道6上方，是出口交叉通道8ο交叉通道的隔離壁9將進口交叉通道6與出口交叉通道8分離開。全部的出口交叉通道8連接到出口豎向通道1。
[0096]參考圖27，其中示出了過濾器面板3的背側(cè)。在過濾器面板的背側(cè)15上設有淺通道
16。淺通道16示出為從過濾器面板3的邊緣4的頂部以大約兩微米開始，但淺通道16也能夠在頂部邊緣處開始，或者在過濾器面板3的遠下游開始。
[0097]在一些實施例中，淺通道16的尺寸可以極其淺，例如僅是0.001微米深。同樣，通道的深度將確定過濾的微粒的尺寸。淺通道16的寬度可以是0.08微米。將理解，這一尺寸不控制過濾的微粒的大小。為過濾極其小的微米，極其淺的通道是有利的。將理解，關(guān)于制造小的特征部，與形成極其窄的通道相反，形成淺通道是優(yōu)選的，但在有些情況下在，可能需要極其窄的通道，因此過濾器可制造有這樣的通道。
[0098]淺通道16向下延伸至過濾器面板的底部邊緣附近，并且也可延伸到面板的底部邊緣。在本實施例中，以豎向定向示出了淺通道16，但這一定向并不是必要的。如果例如以相對于法線(例如，平行于過濾器的中心線)的30°定向淺通道16，則豎向通道5和出口豎向通道10可以以相同的角度定向。換句話說，淺通道16可以平行于豎向通道。
[0099]參考圖28，能夠在頂截面圖中看到過濾器2800的各種通道的關(guān)系。在過濾器面板3的背側(cè)15上的淺通道16連接到位于過濾器面板3后面的第二過濾器面板17的交叉通道隔離壁9。這一關(guān)系允許流體從進口交叉通道6流到出口交叉通道8 ο進口交叉通道6設置為低于交叉通道隔離壁9，并且出口交叉通道8在交叉通道隔離壁9之上。
[0100]參考圖29，示出了虛線輪廓18，用以例示淺通道16在其接觸過濾器面板3時相對于鄰接面板的位置。
[0101]應注意到，塑料或者聚合物材料是用于過濾層的優(yōu)選材料，但也可以使用其它材料，諸如復合材料、金屬、玻璃和陶瓷(僅舉幾個例子)。這兩類材料均不像塑料材料那些易于成型，但它們典型地更耐用，并且能夠在高溫下工作。陶瓷和玻璃典型地不會卷起成為緊密螺旋，除非面板的厚度遠小于彎曲半徑。公開的薄膜尺寸將允許玻璃或者陶瓷薄膜彎曲成為螺旋。
[0102]雖然以上已經(jīng)描述了各種實施例，但應理解，它們僅以例示方式給出，而非限制性的。這些描述并非旨在將本技術(shù)的范圍限制于本文提出的特定形式。因此，優(yōu)選實施例的外延和范圍不應受限于任何上述示例性實施例。應理解，以上描述是例示性的，而不是限制性的。相反，本描述旨在涵蓋如可以包含在如由隨附權(quán)利要求書限定的或者另外地本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的本技術(shù)的精神和范圍內(nèi)的這些替代、修改和等同物。本技術(shù)的范圍因此不應參考上述描述確定，相反地應參考隨附權(quán)利要求書以及它們的等同物的完整范圍來確定。
【主權(quán)項】
1.一種過濾裝置，包括: 帶有過濾表面的多個面板，過濾前表面包括: 第一行豎向延伸的突起部，這些突起部彼此分離開以形成通道，所述第一行鄰近所述過濾裝置的進口； 第二行豎向延伸的突起部，這些突起部彼此分離開以形成通道，所述第二行鄰近所述過濾裝置的出口；和 一個或多個額外行的過濾突起部，所述一個或多個額外行豎向彼此分離開、并且在第一行豎向延伸的突起部和第二行豎向延伸的突起部之間延伸，每一行的過濾突起部包括彼此分離開以形成過濾通道的過濾突起部;和 其中，多個面板以配合構(gòu)造堆疊，使得一個面板的過濾前表面與相鄰的面板的平坦背表面配合接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其中每一行過濾突起部的寬度和深度限定過濾通道。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其中額外一個或多個行的過濾突起部豎向地布置在所述第一行豎向延伸的突起部和所述第二行豎向延伸的突起部之間，以使所述一個或多個行的過濾突起部的過濾通道朝向過濾器的出口逐漸變小。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其中相鄰行的過濾突起部彼此偏移。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，其中一行過濾突起部中的一個或多個過濾突起部包括過濾凹槽，所述過濾凹槽被構(gòu)造成過濾尺寸比由所述行的過濾通道捕獲的物體小的物體。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述多個面板每個均包括布置在面板的外緣上的一對凸緣。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，進一步包括布置在第一行過濾突起部和第二行過濾突起部之間的分隔壁，其中所述分隔壁圍繞所述第二行過濾突起部引導流體。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述過濾突起部的形狀是正方形。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述一個或多個行的過濾突起部中的至少一個包括具有給定半徑的圓化邊緣的或者具有圓角的過濾突起部。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述第一行豎向延伸的突起部具有給定半徑的圓化邊緣或者具有圓角，并且所述第二行豎向延伸的突起部具有給定半徑的圓化邊緣或者具有圓角。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，其中成行的過濾突起部中的至少一個包括漸縮的過濾突起部，用以形成均在進口端處較窄而在出口端處較大的過濾通道，從而確保物體被捕獲在較窄的進口端中。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，進一步包括布置在鄰近行的過濾突起部之間的一個或多個涂層。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的過濾器，其中所述一個或多個涂層是疏水性的、偶極-偶極、離子的或者它們的組合。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，進一步包括施加到所述一個或多個行的過濾突起部中的至少一個上的涂層，其中所述涂層是疏水性的、偶極-偶極、離子的或者它們的組合。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述第一豎向延伸的突起部或所述第二行豎向延伸的突起部中的任意一個以比所述一個或多個行的過濾突起部從所述平坦背表面延伸的高度更高的高度正交于所述平坦背表面延伸。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述過濾前表面的至少一部分是帶電的。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述一個或多個額外行的過濾突起部相對于所述第一行豎向延伸的突起部和所述第二行豎向延伸的突起部中的任一者或兩者成角度布置。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述面板中的至少一個面板卷起到自身上以形成分層的螺旋，使得所述過濾前表面的至少一部分配合所述平坦背表面。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述面板中的至少一個卷起成為圓筒形構(gòu)造。20.—種用于過濾流體的基底面板，所述基底面板包括: 過濾前表面和平坦背表面，所述過濾前表面包括: 第一行豎向延伸的突起部，這些突起部彼此分離開以形成豎向通道，所述第一行鄰近所述基底面板的進口； 第二行豎向延伸的突起部，這些突起部彼此分離開以形成豎向通道，所述第二行鄰近所述基底面板的出口；和 一個或多個額外行的過濾突起部，所述一個或多個行豎向地彼此分離開、并且在所述第一行豎向延伸的突起部和所述第二行豎向延伸的突起部之間延伸。21.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中所述基底面板卷起到自身上以形成分層的螺旋，使得所述過濾前表面的至少一部分配合所述平坦背表面。22.根據(jù)權(quán)利要求22所述的基底面板，其中所述基底面板卷起成為圓筒形構(gòu)造。23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中每一行過濾突起部的寬度和深度限定過濾通道。24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中額外一個或多個行的過濾突起部豎向地布置在所述第一行豎向延伸的突起部和所述第二行豎向延伸的突起部之間，使得所述額外一個或多個行的過濾突起部的過濾通道朝向過濾器的出口逐漸變小。25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中相鄰行的過濾突起部彼此偏移。26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中一行過濾突起部中的一個或多個過濾突起部包括過濾凹槽，所述過濾凹槽被構(gòu)造成過濾尺寸比由所述行的過濾通道捕獲的物體小的物體。27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中每個面板均包括布置在面板的外緣上的一對凸緣。28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，進一步包括布置在第一行過濾突起部和第二行過濾突起部之間的分隔壁，其中所述分隔壁圍繞所述第二行過濾突起部引導流體。29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中所述過濾突起部的形狀是正方形。30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中所述一個或多個行的過濾突起部中的至少一個包括具有給定半徑的圓化邊緣的或者具有圓角的過濾突起部。31.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中所述第一行豎向延伸的突起部具有給定半徑的圓化邊緣或者具有圓角，并且所述第二行豎向延伸的突起部具有給定半徑的圓化邊緣或者具有圓角。32.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中成行的過濾突起部中的至少一個包括漸縮的過濾突起部，用以形成均在進口端處較窄而在出口端處較大的過濾通道，從而確保物體被捕獲在較窄的進口端中。33.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，進一步包括布置在鄰近行的過濾突起部之間的一個或多個涂層。34.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中所述一個或多個涂層是疏水性的、偶極-偶極、離子的或者它們的組合。35.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，進一步包括施加到所述一個或多個行的過濾突起部中的至少一個上的涂層，其中所述涂層是疏水性的、偶極-偶極、離子的或者它們的組入口 ο36.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中所述第一豎向延伸的突起部或所述第二行豎向延伸的突起部中的任意一個以比所述一個或多個行的過濾突起部從所述平坦背表面延伸的高度更高的高度正交于所述平坦背表面延伸。37.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中所述過濾前表面的至少一部分是帶電的。38.根據(jù)權(quán)利要求21所述的基底面板，其中所述一個或多個額外行的過濾突起部相對于所述第一行豎向延伸的突起部和所述第二行豎向延伸的突起部中的任一者或兩者成角度布置。
【文檔編號】B81B1/00GK106029202SQ201480076095
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年5月1日
【發(fā)明人】B.E.理查森
【申請人】想象Tf有限責任公司