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过滤装置

阅读：232发布：2021-07-27

专利汇可以提供过滤装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种包括多个细长的中空过滤元件的过滤装置，每个过滤元件包含反冲洗机构。反冲洗机构包括至少一个碎屑接纳部分，该至少一个碎屑接纳部分的横截面对应于中空过滤元件的横截面。，下面是过滤装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种过滤装置，所述过滤装置包括腔室和包含在所述腔室中的多个细长的中空过滤元件，每个元件包括可半渗透的过滤壁和位于内部的反冲洗机构；
其中，每个反冲洗机构包括至少一个碎屑接纳部分，所述至少一个碎屑接纳部分的横截面对应于所述中空过滤元件的横截面，使得所述碎屑接纳部分的外周紧邻所述中空元件的所述过滤壁的内周定位。
2.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤元件和碎屑接纳部分均具有圆形横截面，使得所述碎屑接纳部分的所述外周紧邻所述过滤元件的内表面定位。
3.根据权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，所述碎屑接纳部分呈圆盘的形式并且所述过滤元件呈中空圆柱体的形式。
4.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，每个过滤元件包括布置成从进入所述过滤装置的入口接收流体的第一开口端和第二封闭端，使得进入所述过滤元件的流体被引导通过所述可半渗透的过滤壁。
5.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述反冲洗机构适于允许所述碎屑接纳部分沿所述相应的过滤元件的长度的至少一部分运动。
6.根据权利要求5所述的过滤装置，其特征在于，所述碎屑接纳部分被布置在相对于所述过滤元件同轴地定位且能够沿所述过滤元件的细长轴线运动的轴上。
7.根据权利要求5或6所述的过滤装置，其特征在于，所述反冲洗机构被布置成在每个相对的方向上沿着所述过滤元件的长度往复地运动一段距离，所述距离等于相邻的碎屑接纳部分的轴向间距的一半。
8.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，每个反冲洗机构包括沿所述相应的过滤构件的长度等间距地隔开的多个碎屑接纳部分。
9.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述反冲洗机构包括多个碎屑接纳部分，并且
其中每个碎屑接纳部分包括布置成从所述过滤壁接纳碎屑的周向延伸通道和布置成将碎屑从所述相应的通道传送到所述过滤装置的碎屑出口的至少一个导管。
10.根据权利要求9所述的过滤装置，其特征在于，所述至少一个导管从所述碎屑接纳部分中每一个的所述周向延伸通道延伸至沿所述反冲洗机构的长度延伸的居中定位导管。
11.根据权利要求9或10所述的过滤装置，其特征在于，还包括布置成选择性地打开和关闭所述碎屑出口的控制阀。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的过滤装置，其特征在于，还包括联接到所述碎屑出口的抽吸设备。
13.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，还包括驱动机构，所述驱动机构被布置成沿所述过滤元件的所述轴线线性地且往复地运动所述反冲洗机构。
14.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述腔室为大体圆柱形的，并且所述多个中空过滤元件被布置成平行于所述圆柱形腔室的所述细长轴线。
15.根据权利要求14所述的过滤装置，其特征在于，所述多个中空过滤元件在所述腔室中且围绕所述腔室的所述周边等间距地间隔开。
16.根据权利要求14或15所述的过滤装置，其特征在于，还包括导流器，所述导流器布置在进入所述过滤装置的入口和所述中空过滤元件之间，并且在使用中布置成将流体从所述过滤装置入口导向至每个中空过滤元件的开口端。
17.根据权利要求16所述的过滤装置，其特征在于，所述导流器为锥形的。
18.根据权利要求16所述的过滤装置，其特征在于，所述导流器包括与所述入口相对且对齐的凹陷部分。
19.根据权利要求18所述的过滤装置，其特征在于，所述导流器的形状为凹形半球体。
20.根据权利要求16至19中的任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述导流器还包括挡板。
21.根据权利要求16至20中的任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述腔室的直径大于所述过滤装置入口的直径，并且其中所述过滤装置还包括发散部分，所述发散部分从所述入口的直径发散至所述腔室的直径，且布置成在所述入口和所述室之间连通。
22.根据权利要求14至21中的任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述多个周向定位的过滤元件限定居中定位的空间，所述居中定位的空间的半径是从所述过滤装置的中心轴线到所述周向定位的过滤元件中的一个的近侧表面而沿径向测量得到的；并且其中所述居中定位的空间的半径等于或小于所述装置的出口的半径。
23.根据权利要求22所述的过滤装置，其特征在于，还包括发散部分，所述发散部分被布置在所述居中定位的空间和所述出口之间，并且被布置成在所述居中定位的空间和所述出口之间连通。
24.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，包括组件入口和出口，其中所述入口和出口为同轴的。
25.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述碎屑接纳部分设有密封装置，所述密封装置被布置成在所述部分的所述外周和所述过滤元件的所述内壁之间提供密封。
26.根据权利要求25所述的过滤装置，其特征在于，所述密封装置为一对O形环密封件。
27.根据权利要求25所述的过滤装置，其特征在于，所述密封装置为布置成靠着所述过滤构件的所述内壁而偏置的密封构件。
28.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置，其特征在于，所述多个碎屑接纳部分被布置成在第一方向上仅线性地运动，而在第二返回方向上线性地且同时旋转地运动。
29.一种对过滤装置进行反冲洗的方法，所述过滤器包括：
腔室和包含在所述腔室中的多个细长的中空过滤元件，每个元件包括可半渗透的过滤壁和位于内部的反冲洗机构；
其中每个反冲洗机构包括至少一个碎屑接纳部分，所述至少一个碎屑接纳部分的横截面对应于所述中空过滤元件的横截面，使得所述碎屑接纳部分的外周紧邻所述元件的所述过滤壁的内周定位。
所述方法包括以下步骤：
(A)在所述腔室和碎屑接纳部分之间形成压力差，使得流体在相反方向上流过所述过滤壁；以及
(B)使所述碎屑接纳部分相对于所述过滤壁运动，以便从所述过滤壁移除碎屑。
30.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置的流体处理系统。
31.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置或方法的压载水处理系统。
32.一种基本上如在此参照附图所述的过滤装置。
33.一种基本上如在此参照附图所述的方法。

说明书全文

过滤装置

技术领域

[0001] 本发明涉及过滤装置和包括反冲洗机构的过滤装置。根据本发明的装置提供了具有最小的压力和工艺流体损失的有效且可扩展的过滤器。该过滤装置特别地但非排他地适用于高容量应用场合，例如饮用水生产，包括来自生活和工业过程的水、发电厂的冷却进水、来自石油/天然气开采的采出水在压载水和水产养殖管理或涉及除水之外的流体的其它应用中的再循环。

背景技术

[0002] 对水的管理代表着广泛的应用领域，并且由于其在世界的某些区域的有限可得性以及其作为从一区域向另一区域的疾病传播和有害生物体传播的来源的潜在可能而正受到大量的关注。过滤或更具体的来说是微过滤可被视为旨在改善水质和减小与包含有害元素的水相关联的风险的处理过程中的准备步骤。改进的过滤技术可以有益于目前应用的处理方法，而不论介质和应用场合如何，并且进一步有助于对改进的过程和技术的发展。

[0003] 船舶压载水的处理和过滤对于船队运营者来说日益重要。已经知道大量海水的转移对海洋生物多样性有害。现代化船舶的规模意味着压载水舱的容积巨大，并且因此装载和卸载压载舱所花费的时间对于船队运营者来说具有商业重要性。另外，舰载空间惊人地稀缺，并且能够过滤大量水和除去大量物质(有机和无机)的高效的过滤系统、或更具体地来说微过滤系统将有助于改善的处理性能和处理系统占地面积的减小。

[0004] 本发明人证实，对能够在短时间内过滤大量诸如海水的流体的高效过滤或微过滤系统的需求可以使用本文所公开的发明来实现。

[0005] 一系列过滤系统可用于在这些应用场合中过滤海水。此类系统通常包括常规过滤元件，海水会例如流过该常规过滤元件。

[0006] 当液体流过过滤元件的壁时，粒度大于过滤器尺寸规格的任何污垢、颗粒或有机物不能穿过过滤元件且被截留在过滤元件的内壁上，并且开始形成被称为“滤饼”的过滤物质的碎屑。随着物质的滤饼开始堆积，在过滤元件上的压力损失增加，因此为了保持效率，需要将滤饼从过滤元件的内壁清理掉。

[0007] 这种清洁过程可通过拆开过滤器或通过反冲洗机构来实现，该机构可被构造用于连续清洁或者仅当压力损失达到某个监测水平时触发，或按规定间隔或手动地触发。反冲洗机构还可以利用在过滤元件下方的收集室，来自过滤元件的物质的滤饼可被收集在该收集室中，然后通过合适的排放管排出。

[0008] 已经采用各种反冲洗机构，其允许通过穿过过滤器壁的逆向水流来清洁过滤元件。反冲洗可以在过滤器的使用过程中进行，从而允许过滤器在被清洁的同时连续地过滤水。

[0009] 本申请描述了一种非常规的过滤装置并附加地描述了一种反冲洗机构，该反冲洗机构有利地提供了能够以最小的压降和工艺液体流进行大容量过滤的高效过滤器。

发明内容

[0010] 根据本发明的一个方面，提供了包括腔室和包含在所述腔室中的多个细长的中空过滤元件的过滤装置，每个元件包括可半渗透的过滤壁和位于内部的反冲洗机构；其中，每个反冲洗机构包括至少一个碎屑接纳部分，碎屑接纳部分的横截面对应于中空过滤元件的横截面，使得碎屑接纳部分的外周紧邻中空元件的过滤壁的内周定位。

[0011] 根据本发明的过滤装置提供了从多个过滤元件中每一个的过滤壁高效地且有效地去除碎屑的反冲洗机构。碎屑接纳部分与每个过滤元件的内壁围绕其整个周边的紧密对齐导致对过滤壁的均匀反冲洗操作。过滤元件可以被迅速地反冲洗，同时允许过滤装置的正常操作继续进行，即，反冲洗可以在正常过滤期间发生。

[0012] 根据本发明，通过过滤器的压力损失相比现有技术有所减小。另外，清洁过滤器的方法也得到改进。由本发明提供的这些改进允许减小过滤器网目尺寸，而不减小给定过滤装置的流量或容量。因此，通过使液体能够被输送到由于更精细的过滤而显著地“更清洁”的(高容量)处理过程而体现出的优点将减轻处理过程的负担，有助于其尺寸缩小(例如，减小“调整”化学物质的浓度)或有助于引入替换的处理过程。

[0013] 因此，本发明提供了包括有多个过滤元件的高效内嵌式反冲洗过滤器、低压头要求、压力和工艺液体/流体损失最小以及手动的或自动的自清洁过滤网(反冲洗)操作。

[0014] 根据本发明的过滤装置通过调整过滤元件的数目以及过滤元件的直径和长度有3 3
利地可从小于100m/hr到大于10,000m/hr而扩展至非常高的容量。而且，该装置可以安装成水平或竖直取向，或在两者间的任何取向，并且对工艺管道系统的破坏最小。

[0015] 过滤装置可以被反冲洗的速度减小了必须转向至碎屑出口的工艺流体/液体(即穿过过滤装置的液体)的体积。这进一步提高了过滤装置的整体性能。

[0016] 提供了一种过滤装置，其中过滤元件提供了在某个尺寸以上的诸如有机和无机颗粒的物质的物理分离和移除。过滤元件可以通过但不限于金属编织丝烧结筛网方法来构造，其中多个金属筛网层与支撑结构烧结在一起，以形成能够支撑其自重的结实的过滤元件。在过滤元件的每一端处，与内部或外部O形环结合的金属或塑料环用作密封过滤元件的端部的合适方法。

[0017] 或者，可以并入其它类型的过滤元件设计，该设计在过滤器的操作条件下对于所处理的液体混合物、溶液或悬浮液中的一种或多种所选的组分是可渗透的，而对于其余组分是不可渗透。这样的过滤元件可由但不限于天然或经加工过的纤维、人造有机或合成材料、黑色和有色金属、玻璃、活性炭或天然炭、陶瓷、纸张和塑料构成。这样的过滤元件设计可由但不限于片材或织造材料、无纺材料、打褶的熔纺材料、无机粘合多孔介质、矿物棉、玻璃纤维、碳纤维、织造丝线和筛网、烧结丝网、穿孔板、楔形丝和膜式设计或它们的任何组合构成。

[0018] 过滤器尺寸规格根据待过滤的液体和颗粒性质确定。因此，根据所需应用，过滤器尺寸(即，穿过过滤器的孔或流动通道的尺寸)可以是任何合适的尺寸。例如，根据所选应用场合，过滤元件的渗透率可以选择为<1、1、10、20、40或50微米或以上。

[0019] 作为附加的有益效果，过滤元件可以有利地涂有合适的化合物，以提供增加的耐腐蚀性或改善的表面质量。例如，由例如TiO2或通过现场聚合而合成的聚苯胺-ΤiO2纳米颗粒制备的涂层在腐蚀性环境中具有优异的耐腐蚀性。各个过滤元件可因此被涂布以提高耐腐蚀性。此外，所实现的纳米表面可提供改善的表面质量，使得表面非常滑且使物质难以“粘附”到该表面，从而所需要的清洁较不频繁。

[0020] 根据应用场合，过滤元件可具有任何的横截面形状或轮廓。该应用场合可以例如限定其中可以定位有该过滤装置的空间(封套)。碎屑接纳部分有利地具有接近地对应于所选过滤元件的形状的横截面形状或轮廓，从而允许碎屑接纳部分的外边缘或外周与过滤元件的内表面紧密对齐。更具体而言，在碎屑接纳部分和过滤元件之间的对齐是围绕过滤元件的内表面的整个周边的。

[0021] 碎屑接纳部分和过滤壁之间的间隔距离被选择成允许碎屑接纳部分沿元件的长度运动，同时允许碎屑被吸入碎屑接纳部分中，如下文进一步所述。

[0022] 虽然任何合适的形状可用于过滤元件和碎屑接纳部分，但过滤元件和碎屑接纳部分均可以有利地具有圆形横截面。在这样的布置中，碎屑接纳部分可以呈圆盘的形式，并且过滤元件呈中空圆柱体的形式，圆盘可位于该圆柱体内。

[0023] 过滤元件有利地布置成使得提供了面向着过滤组件的入口的开口端。因此，每个过滤元件可包括布置成从过滤组件的入口接收流体的第一开口端和第二封闭端，使得进入过滤元件的流体被引导通过可半渗透的过滤壁。根据该布置，每个过滤元件接收进入过滤组件的流体的相等部分，这部分流体随后借助于每个元件的封闭的相对端而被引导通过过滤壁。

[0024] 有利地，每个元件可以附加地设有在元件的中空部分内的位于内部的反冲洗机构。反冲洗机构有利地适于允许(多个)碎屑接纳部分沿相应的过滤元件的长度的至少一部分运动。

[0025] 因此，碎屑接纳部分能够在元件的内表面上被输送，使得可以从过滤壁的所有部分收集碎屑。因此，壁的整个表面的碎屑可以被清除。碎屑接纳部分围绕整个360度旋转延伸(相对于中空元件)，因此意味着不需要碎屑接纳部分相对于过滤元件旋转。只需要线性运动来覆盖过滤元件的整个内表面。

[0026] 可以使用任何合适的装置和结构来运动和支撑碎屑接纳部分。例如，(多个)碎屑接纳部分可以被布置在相对于过滤元件同轴地定位且可沿其细长轴线运动的中空的轴或管上。

[0027] 为了运动反冲洗机构，所述组件可设有驱动机构，该驱动机构被布置成沿过滤元件的轴线线性地且往复地运动反冲洗机构。该运动可以借助于线性致动器来进行，例如通过活塞或其它机电、气动或液压装置。

[0028] 这些多个反冲洗机构安装成与每个过滤元件的中心线对齐，并且可以彼此独立地或同时地或作为子组(例如成对地)被驱动。因此，可以通过最有效的方式对过滤组件进行反冲洗，且对过滤装置内的工艺流体流的有害影响最小。

[0029] 多个碎屑接纳部分可以沿元件的长度等间距地隔开并被分开预定距离。有利地，为了确保从过滤元件壁均匀地收集碎屑，反冲洗机构被布置成在每个相对的方向上沿着过滤元件的长度往复地运动一段距离，该距离等于相邻的碎屑接纳部分的轴向间距的一半。

[0030] 由于碎屑接纳部分围绕元件的周边延伸有360度的范围，反冲洗机构仅需要往复运动等于相邻的碎屑接纳部分之间的间距的一半的量。

[0031] 碎屑可以被接收到绕碎屑接纳部分延伸的开放通道中，即，可以将碎屑吸入其中的连续的开放“狭槽”或通道。或者，多个孔口或孔可以提供从碎屑接纳部分的外表面到碎屑接纳部分的内部通道的路径。实际上，碎屑接纳部分的外周可以本身是多孔的。

[0032] 在这样的布置中，碎屑接纳部分在上面线性地运动的轨道或支撑件可以附加地设有在向外或返回行程上的修改路径，以使碎屑接纳部分旋转，从而确保过滤元件壁的整个表面被清洁。应当认识到，旋转只需要考虑碎屑接纳部分上的相邻孔之间的距离而不是连续的旋转操作。

[0033] 这有利地使反冲洗机构的行进距离最小，从而减少反冲洗过滤元件所需的时间，减小反冲洗过滤元件所需的工艺液体的体积，并且因此使过滤组件的通过量最大。

[0034] 碎屑接纳部分被有利地调整，以便在施加通过过滤壁的逆流时接收来自过滤元件壁的碎屑。实际上，碎屑接纳部分充当被布置成收集离开过滤壁的碎屑的碎屑“捕集器”或收集通道。因此，多个碎屑接纳部分可以有利地包括布置成从过滤壁接收碎屑的周向地延伸的通道或凹部。通道可以有利地设有一个或多个导管，其被布置成将碎屑从相应的通道传送到过滤装置的碎屑出口。

[0035] 因此，被接收到通道中的碎屑可以被传送远离并被送出过滤装置，送到碎屑出口或排放口。连接每个碎屑接纳部分的通道的导管可以便利地连接到沿反冲洗机构的轴线行进的公共导管。这可以例如由支撑碎屑接纳部分的中空管限定。因此，碎屑可以被传送而远离过滤壁，并送到公共导管或导轨并且送到碎屑出口。

[0036] 应当认识到，本发明还扩展至气体过滤装置。例如，本发明可用来过滤来自气体流的固体颗粒。在这样的布置中，可以使用例如纸过滤器。

[0037] 碎屑借助于工艺流体的回流或逆流而从过滤元件壁被移除。这通过在过滤壁上的差压实现。在正常操作中，在中空过滤元件内部的压力大于外部的压力，从而形成流体的向前流动。通过反转过滤装置的通道和室之间的压差，可以实现工艺流体的局部(孤立)的逆流或回流，从而将碎屑从过滤壁移除。

[0038] 压差可以任何合适的方式实现。然而，有利地，压差可通过减小与碎屑接纳通道连通的导管中的压力来实现。这因此减小了碎屑接纳部分的通道中的压力，并使碎屑运动进入通道中。

[0039] 在大气压和过滤装置的腔室内的压力之间的差值可以足够实现回流，并且在这样的布置中可以设置控制阀，以选择性地打开和关闭碎屑出口，从而形成逆流。

[0040] 附加地或替代地，可以提供真空或抽吸设备以增加回流压力，从而加强反冲洗或清洁操作。在这样的布置中，真空设备可以联接到碎屑出口或联接到形成反冲洗机构的碎屑接纳导管。

[0041] 反冲洗机构可以有利地使用如上文所讨论的任何合适结构来支撑多个碎屑接纳部分。该结构可以是例如居中地延伸的中空管或轴，其包括多个径向延伸的支撑臂或“轮辐”，该支撑臂或“轮辐”将轴联接到多个周向延伸的圆盘或环。圆盘或环又可包括如上所述的碎屑接纳通道。

[0042] 用于将碎屑从通道传送到碎屑出口的导管可接着便利地形成在支撑臂或轮辐和中空管内，从而限定一体化的反冲洗支撑结构和碎屑移除导管。

[0043] 根据应用场合和其中将安装有该组件的封套，容纳过滤元件的腔室可以是任何合适的形状。

[0044] 有利地，本发明的腔室的横截面可以是大体圆柱形的，并且多个中空过滤元件被布置成平行于圆柱形室的细长轴线。有利地，过滤元件也可以是圆柱形的。

[0045] 工艺流体的入口和供被过滤了的工艺流体进入上述过滤装置的出口可以使用常规管道构型而联接到腔室。

[0046] 然而，非常规地，工艺流体的入口和用于被过滤了的流体的出口可以有利地被布置成彼此同轴并且平行于腔室和过滤元件的轴线。这样的布置允许过滤装置内嵌地(即，与工艺管道系统共轴地)安装在工艺管道系统中。这消除了对于进入和离开过滤装置的工艺流体在方向上的常规的90度角变化，而这变化常规地用于过滤装置和具体而言用于压载水过滤装置。

[0047] 有利地，在这样的布置中，离开过滤装置的工艺流体与已进入过滤装置的工艺流体共线。有利地，实现对工艺流体的过滤所需的方向上的变化仅在过滤装置室内发生。已经证实，根据这样的布置，压降和操作过滤器所需的压头可以惊人地且有利地减小。

[0048] 多个过滤元件可以在腔室内布置成任何合适的构型。根据本发明，多个中空过滤元件可以在室的周边内和周围等间距地间隔开，即相对于过滤装置的入口和出口的共同轴线径向地且周向地间隔开。

[0049] 因此，过滤元件的环设置成围绕室的内表面的周边，非常规地在腔室的中心留出居中定位的空间。有利地，居中定位的空间用来接收来自过滤元件的外表面的经过滤的工艺流体并且还流体连接到过滤装置的出口。由此，形成在到过滤装置和收集室的入口之间通过过滤装置的便利的流动通道。

[0050] 过滤装置的腔室的直径可以有利地选择成大于过滤装置入口的直径，从而增加包含在腔室内的过滤元件的数量。组件还可包括从入口的直径发散到腔室的直径且布置成在入口和室之间传送流体的发散部分。

[0051] 因此，在内嵌式过滤装置的上游端处，入口管可以由发散的管段连接到圆柱形过滤器外壳或室，该管段用来缓慢地减小所进入的液态流体流的速度，以使压力损失最小并减小入口管直径。

[0052] 在该发散的管段内，可以定位合适的流体导流器或挡板，以便将所进入的液态流体流分开并且将相等量的所进入的液态流体流以最小的压力损失朝每个过滤元件的开口端导向。该导流器可以特别地成形或者它可以是简单的形状，例如半球形或锥形，具体取决于可以容忍的压力损失的水平。也可以提供附加的挡板以调整和弄直进入的液态流体流。

[0053] 可以附加地提供密封板，以防止流体直接流过过滤装置，即，将流体流导向通过过滤元件。

[0054] 过滤装置的出口可以类似地布置成包括在出口和如上所述腔室内的居中定位的空间之间的发散部分。因此，通过缓慢地减慢流体，在出口处的压力可以恢复，从而使过滤装置在系统内的影响最小。

[0055] 多个周向地定位的过滤元件可被看成限定如上所述腔室内居中定位的空间。居中定位的空间的半径可以被限定为从过滤装置的中心轴线到周向地定位的过滤元件中的一个的表面而径向测量的距离。有利地，居中定位的空间的半径可以选择成小于所述过滤装置的出口的半径。因此，可以使过滤器上的压力损失最小。

[0056] 在使用中，所进入的流体流有利地以相等的量且以最小的压力损失被导向每个单独的过滤元件的内部。工艺流体流接着进入各个过滤元件中每一个的内部，并且开始穿过每个单独的过滤元件的过滤表面。一旦流体流已穿过每个单独的过滤元件的过滤表面，其就与在上述居中定位的空间中的已过滤的流体的重要部分再次汇合，并且被导向内嵌式过滤装置的下游端。在内嵌式过滤装置的下游端处，出口管由与上所述相同的第二发散管段连接到圆柱形过滤器外壳，该管段用来缓慢地减小流出的流体流的速度，以便在继续进入工艺管线之前使压力损失最小并增加出口管直径。

[0057] 从另一个方面来看，提供了一种对过滤装置进行反冲洗的方法，所述过滤装置包括腔室和包含在腔室中的多个细长的中空过滤元件，每个元件包括可半渗透的过滤壁和位于内部的反冲洗机构；其中每个反冲洗机构包括至少一个碎屑接纳部分，该碎屑接纳部分的横截面对应于中空过滤元件的横截面，使得碎屑接纳部分的外周紧邻元件的过滤壁的内周定位，所述方法包括以下步骤：(A)在腔室和碎屑接纳部分之间形成压差，造成流体沿相反的方向流过过滤壁；以及(B)使(多个)碎屑接纳部分相对于过滤壁运动，以从过滤壁去除碎屑。

[0058] 因此，根据这样的方面，提供了一种高效地且有效地反冲洗过滤装置的方法。

[0059] 如上所述，过滤组件附加地提供了在工艺管道系统中引起最小压力损失的内嵌式过滤装置。

[0060] 本发明的方面扩展至包括本文所述过滤装置的水处理系统且类似地扩展至包括本文所述过滤装置的压载水处理系统。

[0061] 更具体而言，过滤装置可以被应用于分离有机和无机物质并且因此将这种效果应用于任何液体，包括但不限于在陆地上或在漂浮单元(例如，漂浮的水产养殖设施(养鱼场)、与石油和天然气开采相关联的设施)上以及在船舶上(例如，与压载水管理结合)的淡水应用、采出水处理应用、海水应用、废水应用和水产养殖应用。

[0062] 过滤器也可以有效地应用于工业领域，例如食品和饮料生产、矿物和浆液生产、医药生产、化学生产和发电应用(例如，发电厂冷却水预处理或电力变压器机油的处理)，并且不仅限于水基液体，而且也可用于处理酸和碱。

[0063] 应当认识到，本文所述本发明的方面的特征可以以任何合适的组合便利地且可互换地使用。附图说明

[0064] 现在将仅以举例方式结合附图描述本发明的实施例，在附图中：

[0065] 图1A和图1B分别示出在两个水平管之间的内嵌式过滤设施的剖视图和端视图；

[0066] 图1C和图1D分别示出在两个水平管之间的替代性的内嵌式过滤设施的剖视图和端视图；

[0067] 图1E示出图1A至图1D中的内嵌式过滤设施的替代性入口部分；

[0068] 图2示出进入和通过内嵌式过滤设施的工艺流体流动通道；

[0069] 图3示出根据本文所述的发明的包括反冲洗机构的内嵌式过滤设施；

[0070] 图4提供了图3所示本发明的实施例中的主要流体流动通道的近距离视图；

[0071] 图5A和图5B提供了图4所示本发明的实施例的替代性视图；

[0072] 图6A提供了圆盘形部件的截面内部视图，示出了到中心中空管的连接件、狭窄的360度周向狭槽和密封装置；

[0073] 图6B示出根据本文所述本发明的密封装置、工艺流体流和反冲洗机构的运动；

[0074] 图7提供了将排放管连接到每个反冲洗机构以便通过减小压力损失来增加反冲洗机构的效率的替代方式；以及

[0075] 图8A和图8B示出根据本文所述本发明的内嵌式过滤组件的另一个端视图和剖视图。

[0076] 虽然以举例方式在附图中示出并在本文中详细描述了具体实施例，但本发明容易出现各种修改和替代形式。然而，应当理解，附图及其所附的详细描述并非意图将本发明限制到所公开的特定形式，相反，本发明将涵盖落入所主张的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代形式。

具体实施方式

[0077] 图1A示出作为在同轴的水平管之间的内嵌式过滤设施的本发明。竖直构型或在两者间的任何变型也是可能的。

[0078] 在该实施例中，过滤装置由包含多个过滤元件(2)的圆柱形过滤器外壳(1)构成，过滤元件(2)在与圆柱形过滤器外壳的周边同心的节圆直径上对齐。该图示出在左手端(3)处具有附加固定件(4)的支撑件和具有在右手处的附加固定件(6)的夹持器(5)，固定件(6)将过滤元件支撑在正确位置。

[0079] 水平入口管(7)通过发散管段(8)连接到圆柱形过滤器外壳，发散管段(8)包含合适的导流器(9)和附加的挡板(10)，以便将流体流以最小的压力损失缓慢地导向至各个过滤元件中的每一个。在该示例中，导流器为锥形的。一旦流体被每个单独的过滤元件的过滤表面过滤，其就与流体流的主要部分汇合并且被导向内嵌式过滤器的下游端。

[0080] 在下游端处，水平的出口管(11)接合第二发散管段(12)，以使所流出的流体流的速度在继续进入工艺管线之前缓慢地减小。在该图中，为清楚起见未示出反冲洗机构，但是在反冲洗过程期间使用的收集室(13)和排放管(14)被突出显示。

[0081] 图1B示出从过滤装置的入口看的端视图，其中只可以看到合适的导流器(9)和挡板(10)。图1A是通过图1B所示A-A的剖视图。

[0082] 图1C示出图1A所示内嵌式过滤设施的替代性布置。

[0083] 在该替代性布置中，导流器(9A)具有凹形半球体的形状。当发散管段(8)非常短时，这尤其有用。

[0084] 如果空间有限，可能需要短的发散段(8)。然而，使用图1A所示具有短的发散段的锥形导流段(9)会在将流体引导至过滤元件时引发问题，因为流体必须非常急剧地转弯。使用凹形半球形导流器使流体被减速并且均匀地扩散，从而导致相同的量进入过滤元件中。导流器(9A)不必具有严格的半球形形状，只要流体能被减速并扩散即可。例如，导流器的横截面可以为弓形而不是半圆形，或是产生所需效果的任何其它形状。

[0085] 图1D示出从过滤装置的入口看的端视图，其中只能看到导流器(9A)。图1C是通过图1D所示A-A的剖视图。

[0086] 图1E示出图1A所示内嵌式过滤设施的入口的第三种可能的布置。在该布置中，发散段(8B)具有压力容器的形状。这提供了短的发散段以节省空间。使用通常已知的压力容器形状可以降低制造成本。当发散段(8B)具有压力容器的形状时，使用半球状导流器(9B)来确保相等量的流体进入过滤元件，如上文所讨论的。

[0087] 图2示出进入和通过根据本发明的内嵌式过滤设施/装置的工艺流体流动通道。箭头指示了流体流的方向。

[0088] 如图所示，流体流从左手端进入，以相等的量和最小的压力损失被导向各个过滤元件中每一个的内部。流体流接着进入各个过滤元件中每一个的内部并且开始穿过每个单独的过滤元件的过滤表面。此时，流体的流动大体上垂直于到过滤装置的入口和出口的轴线。

[0089] 一旦流体流穿过每个单独的过滤元件的过滤表面，其与在腔室的中央空间中经过滤的流体的主要部分再次汇合，并且以最小的压力损失被导向内嵌式过滤器的下游端，并被引导至第二发散管段中，且随后进入出口管。

[0090] 图3示出根据本发明的反冲洗机构。反冲洗机构仅具有由线性致动器实现的线性运动。

[0091] 反冲洗机构由中心中空管(25)构成，该中心中空管承载一组特殊设计的呈圆盘形部件(26)形式的碎屑接纳部分，圆盘形部件(26)从中心中空管向外延伸至过滤元件内表面。圆盘形部件(26)的外周与密封头部或装置(27)端接，例如弹簧加载的密封头部或橡胶型密封件，其补偿过滤元件中的不规则部分并且在圆盘形部件和过滤元件内表面之间提供有效密封，以使未过滤流体的泄漏最小。

[0092] 在弹簧加载装置中，碎屑接纳部分可设有由例如PTFE或其它合适材料形成的头部，其能够保持与过滤元件内壁的接触，而同时又能够沿过滤元件轴向滑动。这样的头部可以例如使用合适的弹簧、例如卷簧来靠着过滤器表面而偏置。因此，在碎屑接纳部分和过滤元件壁之间可以形成密封件，并且可以补偿不规则部分。这样的头部当然包括狭槽或通道，以允许碎屑穿过碎屑接纳部分。

[0093] 圆盘形部件(26)包括围绕过滤元件内表面的整个周边的狭窄的狭槽或通道，以提供360度覆盖。这在下文中进一步描述。中心中空管由线性致动器(28)从外部驱动，该致动器为反冲洗机构提供线性运动。中心中空管还具有进入碎屑收集室(13)的开口(29)，碎屑收集室(13)连接到排放管(14)。因此，在部件(26)的狭槽或通道到排放管之间提供了导管，排放管形成过滤装置的碎屑出口。

[0094] 图4提供了通过单独的过滤元件和相关联的反冲洗机构的流体流的详细视图。开口端箭头指示出被过滤的流体流的方向。

[0095] 每个过滤元件包括第一中空端(在图4的左手侧示出)和封闭端(在图4中的元件的右手侧示出)。

[0096] 如图所示，流体流进入过滤元件(2)并开始穿过过滤元件的可半渗透的过滤表面。一旦液体流已穿过过滤元件的过滤表面，其就与流体流的主要部分再次汇合，如上所述。中心中空管(25)在离外部线性致动器最远的端部处封闭(在图4的左手侧)，但在相对端(29)开放。因此，提供了路径或导管。中心中空管的相对端终止于过滤元件下方的碎屑收集室中，中心中空管的一部分在该处连接到外部线性致动器，并且中心中空管的一部分保持对碎屑收集室开放。当需要清洁时，阀门可以在排放管上打开，并且液态流体从外部过滤元件表面流出，沿着到开口(29)的中心中空管(25)将物质的滤饼反冲到碎屑接纳部分或圆盘(26)的狭窄周边狭槽或通道(27)中，到达碎屑收集室，在这里，滤饼可以接着经排放管被进一步排出。反冲洗流体的流动用实心箭头示出。因此，端部开口的箭头指示出工艺流体的向前流动，而实心箭头指示反冲洗流的逆流。在图中还指出了反冲洗机构的线性致动。

[0097] 图5A和图5B是图4的剖视图中所示的过滤元件的替代性视图。图5B示出反冲洗机构支撑结构和沿其长度等间距隔开的多个碎屑接纳部分。如图所示，碎屑接纳部分由通过多个轮辐或支撑臂联接到中空中心轴的环或圆盘形成。在图5B中，示出了每个圆盘有4个轮辐。应当认识到，可以使用任何合适数量或形状的碎屑接纳部分。该部分可以例如成角度或成一定轮廓以方便流体流动。

[0098] 中心中空管(25)示出为上面安装有多个圆盘形部件(26)，圆盘形部件(26)从中心中空管径向向外延伸到过滤元件内表面。提供了如下文进一步所述的密封件(27)。

[0099] 圆盘形部件包括围绕过滤元件内表面的整个周边的狭窄的狭槽，以提供360度覆盖。碎屑接纳部分和狭槽的形状和构型根据形成过滤装置的特定过滤元件的形状而调整。

[0100] 例如，对于圆形横截面，需要360度的狭槽的覆盖区域，因为过滤区域围绕360度延伸。在包括正方形过滤元件的布置中，碎屑接纳部分的横截面也是正方形的，并且可以由此在正方形的每个边上设有狭槽。在这样的布置中，正方形的拐角可用作支撑区域而不是过滤区域，并且因此不需要狭槽在这些区域上延伸。因此，狭槽适于在给定横截面的过滤器的整个过滤区域上延伸。这确保过滤元件的整个过滤表面通过碎屑接纳部分的轴向运动而被清洁，而不会不必要地清洁非过滤区域。

[0101] 实际上，碎屑接纳部分设有狭槽(或多个孔，碎屑可以通过这些孔)，其被调整以使得它对应于过滤区域和过滤元件壁的横截面。

[0102] 中心中空管(25)在离外部线性致动器最远的端部处被封闭，但在相对端(29)处开放。这限定了碎屑排放或排泄出口。

[0103] 在圆盘形部件之间延伸的轮辐以这样的方式被掏空，以便为反冲洗流体提供到达中心中空管的路径。

[0104] 轮辐布置还允许未过滤的工艺流体进入并且便利地沿中空过滤元件的长度行进。

[0105] 虽然在附图中夸大地示出，但圆盘部分被选择成尽可能薄的，同时保持应用场合中所需的结构强度。因此，由圆盘的周边覆盖的过滤壁的区域在任何时候都最小，从而使过滤区域最大。

[0106] 图5A示出插入中空的细长过滤元件(2)中的反冲洗机构。如图5A所示，可以看到，反冲洗机构的开口端(29)、即碎屑所通过而从组件被移除的端口从过滤元件的远端或下端延伸。过滤元件的该端对应于过滤器的封闭端。如从图5B可见，元件的上端对应于元件的开口端。

[0107] 图6A提供了通过过滤装置和图5B所示反冲洗机构的剖视图。图6A所示过滤装置和机构的部分对应于图5B的上端并且示出过滤元件的开口端和中心中空管(25)的封闭端，工艺流体被传送到开口端中。

[0108] 如图6A和图6B所示，圆盘形部件(26)从中空的居中定位的管(25)延伸至过滤元件壁内表面(32)。狭窄的360度周向狭槽(33)设置成紧邻过滤壁。密封件(27)设置在圆盘形部件(26)的任一侧上，以防止过滤元件的中空部分内的工艺流体直接行进到中空管(25)中。图6A还示出支撑中空中心管(25)的支撑板(34)。

[0109] 图6B示出碎屑接纳部分和过滤壁的近距离剖视图。

[0110] 图6B示出限定碎屑接纳部分的圆盘形部件(26)、过滤壁(2)和过滤装置(1)的外壳。部件(26)延伸，使得其周边紧邻过滤壁内表面(32)并且在任一侧上设有O形环密封件(27)，以在过滤元件的中空空间和中心通道(35)或部分(26)之间提供密封。

[0111] 中心通道(35)包括靠近过滤壁的较窄部分和与中空管(25)连通的较宽部分。这在图10A中示出。图6B中还示出相邻部分(26)的节距S1和下文描述为S2的各部分的半节距运动。

[0112] 在使用中，过滤器以如下方式起作用。

[0113] 工艺流体通过例如在图6A中示出的支撑板(34)中的孔流入中空的细长过滤元件的中心部分中。再次参看图6B，在正常操作模式(即，非反冲洗模式)下，工艺流体如由空心箭头所示地流动。即，流体从中空过滤元件的内部流过过滤器壁并且进入限定在元件的外部和腔室外壳(1)之间的腔体中。

[0114] 工艺流体的流动由P1和P2之间的压差驱动。P1是在中空过滤元件内的压力，P2是在中空过滤元件外部的压力。部分(26)的通道(35)内的压力保持在大于或等于过滤元件的外部压力的压力下，即：

[0115] P3=>P2

[0116] O形环密封件(27)防止未过滤的流体流入通道(35)，并且工艺流体被引导通过可半渗透的过滤器壁且到达组件的出口，该组件已将杂质移除并由过滤器壁以碎屑或“滤饼”的形式保持住。

[0117] 为了进行反冲洗循环，通道内的压力被减小至小于过滤元件的外部上的压力，即：

[0118] P3<=P2

[0119] 这种压力的减小可以例如通过抽真空或对如上所述的碎屑出口(29)施加吸力而实现。

[0120] 反冲洗流体流由实心箭头示出。如图所示，使在中空的过滤元件的外部上经过滤的工艺流体在反方向上流过过滤元件壁，以将位于过滤器的内表面(32)上的滤饼的碎屑输送到通道(35)。同样，O形环密封件(27)防止未过滤的工艺液体直接进入腔室中。这使在反冲洗循环期间被抽出过滤装置的液体的体积最小。

[0121] 现在将描述反冲洗机构的运动。如图6B所示，相邻部件(26)相隔节距S1。S2表示该节距的一半并且示出每个部件(26)在第一和第二线性方向上的运动极限。

[0122] 为了进行反冲洗循环，首先，通过将控制阀打开以将碎屑出口(29)经由中空管(25)连接到多个通道而减小通道中的压力。如果大气压和P2之间的差值足够大，则不需要额外的抽吸。如果压差不够大，则可以施加额外的抽吸，使得条件P3<=P2被满足。两个条件可以反转工艺流体的流动，并且流体开始流入通道(35)中，从而将碎屑从过滤器壁输送进入通道并离开碎屑出口(29)。

[0123] 同时，线性致动器对每个或单独的反冲洗机构进行致动，以造成(多个)反冲洗机构的线性运动。由于多个部件(26)一体地联接到中空管，所有部件沿着相应的过滤元件同步地轴向运动。

[0124] 线性致动器被布置成使反冲洗机构往复地运动，即，在第一方向x+上运动距离S2- -并在相反的方向x 上运动距离S2。这在图6B中示出，其中部件A在x 方向上从原点Ax0运动距离S2，然后返回原点Ax0。类似地，当部件A这样运动时，部件B也如此运动，并且当部+
件A在方向x 上运动时，部件B在相同方向上运动距离S2。

[0125] 每个圆盘形部件围绕中空过滤元件的整个内周延伸。如上所述，根据过滤元件的形状，碎屑接纳部分和碎屑接纳通道将相应地调整。

[0126] 因此，与线性运动的组合效应是，通过使反冲洗机构在每个方向上运动部件节距S1的一半，可以以最短的时间和因此最少的工艺流体来清洁中空元件的整个表面。

[0127] 图7示出将碎屑移除出口或排放管连接到每个反冲洗机构以便通过减小压力损失而增加反冲洗机构的效率的替代方式。

[0128] 如图7所示，柔性管(30)直接从中心管(29)中的开口连接到排放管(14)，从而使碎屑收集室旁通，并消除对碎屑收集室的需求，并且减小压力损失。反冲洗物质滤饼的流动现在可以以更高效的方式行进离开过滤器，因为在其路径中存在更少限制。此外，用于每个反冲洗机构的专用电磁阀(31)示出为使得每个反冲洗机构可以被独立地启动并且不影响另一个机构。

[0129] 图8A示出从进入过滤装置的入口观察的端视图。入口轴线A1示出在过滤装置的中央，其具有多个径向且周向定位的中空过滤元件，每个过滤元件位于半径r处且成角度塞塔(θ)。仅仅示出三个元件，每个都具有轴线A2。

[0130] 图8B示出通过过滤装置的剖视图，其再次示出轴线A1，如图所示，该轴线与在图8B的右手侧上的出口同轴。过滤元件中的每一个具有轴线A2，如图所示，该轴线平行于轴线A1但与轴线A1径向间隔开。

[0131] 未过滤的工艺流体由空心箭头示出，经过滤的流体由实心箭头示出。如图8B所示，未过滤的流体沿轴线A1进入过滤装置，然后沿轴线A2发散进入每一个中空过滤元件。封闭板(36)确保流体不直接沿过滤装置的轴线流动。流体在径向上流过过滤器壁，然后改变方向，以与轴线A1重新对齐。经过滤的流体然后被传送到在图8B的右手侧上示出的出口。如图所示，未过滤的入口流体和经过滤的出口流体具有公共且同轴的轴线。图8B所示中心区域(37)通常填充有附加的过滤元件，以使给定腔室内的过滤区域最大。发明人已有利地发现，为了居中定位的流体收集和对齐室而牺牲该区域在过滤装置的总体性能方面提供了惊人且显著的优点。如上所述，相等量的流体可以容易地且缓慢地被导向至每个过滤元件，这又有利地减小了压力损失。

[0132] 因此，根据本文所述本发明，提供了一种内嵌式过滤装置，其借助于入口和出口的同轴性质和过滤元件的内部布置而具有最小的压力损失且需要最小的压头来工作。另外，可以提供反冲洗机构，其可以独立于常规过滤组件地使用或与所封闭的内嵌式过滤装置协同地使用以提供进一步增强的过滤装置。

[0133] 应当认识到，利用本申请的教导的有益效果，本文所述本发明的任一方面的特征可以以任何合适的组合便利地使用。

[0134] 项目：

[0135] 1.一种包括同轴的入口和出口以及多个中空过滤元件的过滤装置，其中所述中空过滤元件中的每一个相对于所述入口和出口的轴线径向地且周向地间隔开，并且被布置成平行于所述轴线延伸，并且其中所述中空过滤元件中的每一个被布置成通过半渗透的过滤壁将流体从所述中空过滤元件的内部传送到外部。

[0136] 2.根据项目1所述的过滤装置，其特征在于，穿过所述装置的流体的流动通道使得偏离由所述入口和出口限定的所述轴线的流体方向上的变化被布置成在所述装置的外壳内发生。

[0137] 3.一种包括根据任何前述项目所述的过滤组件的流体处理系统。

[0138] 4.一种包括根据任何前述项目所述的过滤装置或方法的压载水处理系统。

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