引言

板框壓濾機是一種具有較長歷史但仍沿用不衰的間歇式壓濾機，其廣泛應用于環保、化工、煤炭、石油、食品、制藥等行業，在現有的懸浮液混合物分離設備中，按其運作方便、成本造價、脫液效果等綜合經濟價值因素，板框壓濾機是最佳的分離設備之一，其屬于間歇式加壓過濾機，優點是結構緊湊，過濾面積大，主要用于過濾含固量多的懸浮液，由于它可承受較高的壓差，其操作壓強一般為0.3-1.0MPa，因此可以過濾細小的顆粒或液體粘度較高的物料，是目前加壓過濾機中結構最簡單、應用最廣泛的機型之一[1]。隨著國家對各行各業的環境保護和資源利用要求越來越高，節能、減排、清潔生產、綠色制造的需要也越來越急迫。板框壓濾機作為環保應用領域的主要使用設備，在環保要求越來越高的前提下，市場需求預計將會有較大幅度增長。

1.板框壓濾機專利概況本文以板框壓濾機相關專利數據為基礎，檢索涵蓋了CNABS、DWPI、CNTXT、WOTXT、EPTXT、USTXT數據庫中2020年5月之前的全球發明專利申請，由于專利申請可能需要18個月之后公布，因此2018年11月以后的數據僅供參考。通過對國外板框壓濾機專利申請進行梳理，其歷年申請量變化和主要申請人。從國外按年代分布的專利申請量可以看出，國外對板框壓濾機的研究較早，18世紀末就開始對該領域進行研究，20世紀60年代之前專利的申請量較少，但在60年代后申請量增長勢頭明顯，在20世紀80年代對該裝置的申請量達到了一個高峰，之后又緩慢下降，在21世紀初達到第二個小高峰，接著在2012年呈現井噴態勢，近幾年的申請量有所下降。從申請量排名看，奧圖泰克和JVK過濾系統公司占據了前兩位，且申請量是第三位的奧托昆普公司兩倍之多。如圖3所示，通過梳理全球專利申請來源發現，該技術領域中的專利申請主要集中在中國，占了全球申請量的38%，其次是德國、英國、法國等歐洲國家，美國的專利申請比例也較大，歐洲是板框式壓濾機使用最早的地方，在德國、法國、英國廣泛地使用在煤炭工業、化學工業、醫療等過濾行業，經過一百年多年的發展，新一代的板框壓濾機相繼出現，技術水平不斷提高。

國內板式壓濾機起步較晚，從1986年至2006年的20年中申請量總體水平低，從2007年開始進入快速增長期，2018年全年申請量達140件以上，受專利公布周期影響，2019年的數據有所下降。由此可見，我國申請人一直持續關注板框壓濾機的技術研發。國內專利申請量排名前十的主要申請人。由此可見，我國申請人主體以公司為主，科研院所及高校關注較少。

2.板框壓濾機技術發展路線板框壓濾機最早出現于歐洲，在德國、法國、英國的各個行業，板框壓濾機被廣泛使用，包括煤炭、化工、醫療、紡織等領域。多年來，板框壓濾機一直在不斷發展完善，其結構經歷了多代的變化，技術應用水平也得到了很大的提高。板框壓濾機的發展可以分為四個階段：

(1)第一代板框壓濾機1910年英國發明了板框式壓濾機，其在板框中設置過濾材料，通過擠壓濾板對漿料進行過濾，但濾餅里仍然留有很多水分，約為20%-22%。同年，GB191026231A中進一步提出對壓濾板進行改進，使金屬板具有通過木條固定在兩側的一對金屬絲網，這些木條成有鋸齒形接頭，在底桿的排水槽中設置錐形塞，通過用螺釘或螺栓固定托盤上的木頭、金屬紐扣或墊圈條來加強托盤。1912年在GB191223867A中提出將格柵構造成具有形成與通道的圓周或側面基本平行的通道，這些通道被隔斷以提供垂直通道，用于進氣或排氣。這一代的壓濾機具有局部加壓功能，所以在處理細顆粒度、高粘度的懸浮液脫水時表現出明顯的優勢。但有仍然存在壓濾時間長，處理能力小操作成本高、濾布耗量高、濾板壽命短、間歇生產、維修量大等問題。

(2)第二代板框壓濾機針對第一代板框壓濾機的缺點在結構上進行了改進，在GB2282722A提出對濾板框架進行改良，將紙或很薄的過濾介質條帶的邊緣支撐在框架的兩側，濾液流過形成在框架的底部框條中的通道，或者通過條帶的開槽而流走；1930年，GB346191A提出將空心加熱元件懸掛在框架中進一步干燥濾餅，之后又在加熱濾餅方面提出了一系列專利申請；1953年，GB718801A提出在濾板中空的部分至少在其邊緣上設置具有包括間隔表面的夾持裝置，其能夠彈開并接合在孔的邊緣的相對兩側上，端口被安裝在孔的邊緣中，以將所述部分保持在板的平面上，允許容易地將其移除；1960年，GB905098A提出一種借助助濾劑進行過濾的外殼結構類型的濾板；在此期間的改進包括濾板結構（DE881639C、DE940527C、US2594518A）、濾板材質（GB909045A）、多路進料、濾板支撐（GB797880A、 GB820668A）、液壓缸、拉開裝置及自動化，而且增加了二次壓榨，即在開板卸料前增加一次過程時間比較短的機械壓榨過程，進一步降低了濾餅中的水分。

(3)第三代板框壓濾機1969年德國在DE1960821B中提出了隔膜式濾板，即每塊板的一側具有濾膜，濾膜帶有開槽的背面，在板和膜之間形成濾液通道，另一側是污泥室或隔壁的壁。將膜向下滾動以適合板邊緣，并將其鎖定在相鄰過濾器組之間的分隔平面中。在此種濾板模式下，當漿液充滿濾室后，往濾膜和濾板的夾層內壓入高壓空氣，利用濾膜的彈性可以對濾餅進行擠壓脫水，同時采用“吹氣”程序，用空氣來置換濾餅空隙中的濾液，再次降低濾餅中的水分。1980年，日本栗田機械制作所在JPS5794312A中為了提高濾餅的脫水率，通過在壓濾膜片的凹部與垂直孔的開口部之間設置間隙以確保濾液通過。19世紀70年代到90年代有關隔膜式壓濾機的專利申請非常活躍，主要分布在德國、日本、英國和美國。濾板兩側覆有濾布的塑料隔膜濾板，當充入高壓氣進行壓榨時，隔膜能對濾餅進行充分壓榨，死角少，壓榨效果好。

(4)第四代板框壓濾機薩拉公司設計的VP型壓濾機使用了另一種形式的“吹氣過程”，經過“擠壓過程”的濾餅，顆粒之間的空隙還有一定的水分，可以假設在顆粒之間的空隙為長短或直徑不同的毛細管，這些毛細管中的濾液是很難通過“擠壓過程”來排出的。于是采用了“吹氣”的程序，用壓力空氣來置換空隙中的濾液，當壓力空氣進入濾餅的毛細管中后，其中的液體逐漸被空氣所取代，濾餅的水分就會降低。在此過程中，中國申請人在已有壓濾機基礎上也提出了一系列改進，例如針對隔膜壓濾機中隔膜使用久了會破裂，整個作業過程較長，排泥時需要一塊板、一塊板依次移動等缺陷，2010年CN102068840A中提出兩個過濾板之間設有彈性壓榨框，彈性壓榨框與過濾板之間形成密封；華南理工大學在CN108465278A中提出一種濾板可伸縮的高壓板框壓濾機。針對濾餅含水率高的問題，提出一系列關于帶反吹風干的板框壓濾機，在每個壓濾板都設有軟質材質的導氣管，進氣孔通過導氣管與設于壓濾機上方的高壓空氣管連通，降低物料含水率至18%-22%。

3.展望板框式壓濾機屬于固液分離設備的重要組成部分，其在歐洲的發展過程已經經歷了一個多世紀。雖然我們專利制度起步較晚，因此關于板框壓濾機的專利申請也相對較晚，但國內研究者很好總結了已有技術，針對現有技術的不足提出了一系列改進，專利申請量不斷增長，推動著我國壓濾機技術快速發展，其專利保護網也將愈發完善。

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