專利名稱：具有逆流清洗功能的過濾器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種過濾器的改進形式，尤其涉及一種過濾器，帶有從過濾器的進液側或過濾側清除雜質(zhì)而提高過濾效率的新型裝置。
本發(fā)明會有很多不同的、各式各樣的應用場合。本發(fā)明的范圍包括從液體中過濾固體，從空氣中過濾所攜帶的固體，從生產(chǎn)液體中過濾非混溶液體。
從流體中過濾雜質(zhì)存在于很多應用場合，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、制藥、食品、紡織、污水處理、副產(chǎn)品的回收以及液體的循環(huán)利用。例如在沖洗或清潔過程中，固體存在于用過的液體中，如果這些固體可以被清除，液體可以在此過程中重復使用，直至需要最終排放為止。
有很多眾所周知的傳統(tǒng)過濾技術，其中很多被稱為“終結”過濾。在這些傳統(tǒng)的“終結”過濾(dead-end filtration)中，隨著流體流經(jīng)過濾媒體，比過濾媒體的孔隙或孔徑尺寸大的懸浮雜質(zhì)隨著生產(chǎn)流體流經(jīng)過濾媒體，被收集在過濾媒體的進液側。隨著過濾媒體進液側雜質(zhì)量的積累，過濾器的流通阻力增大，流經(jīng)過濾媒體的流體流量減少，并且過濾媒體兩側的壓差增大。這一過程持續(xù)發(fā)生，直至達到過濾媒體進液側積累的雜質(zhì)必須被清除才能使過濾過程繼續(xù)進行的狀態(tài)。傳統(tǒng)過濾系統(tǒng)中的“終結”點正是需要某種清洗結構的原因所在。典型的清洗過程包括逆流回洗，此時流體流經(jīng)過濾媒體的方向是反向的；以及機械刮除，此處用刮板在過濾媒體表面來回移動除去雜質(zhì)，由此使過濾媒體遭到破壞。這些清潔過程中斷了過濾過程，因此造成更一進步的效率低下。此外，在某些應用場合中，利用上述的清洗過程，難以做到經(jīng)常性地清洗過濾媒體而使之足以避免在過濾媒體表面積聚雜質(zhì)，并且由此導致過濾效率低。
同時也存在多種自清洗型過濾器，它們的局限包括要過濾的流體類型，它們的使用年限，可達到的流速，以及到必需的停機維修時過濾過程的運行時間。
本發(fā)明的目的是克服上述的問題，并且制造一種過濾系統(tǒng)，其可以在過濾過程中更穩(wěn)定、更持久地從過濾媒體上清除積聚的雜質(zhì)。
取其最廣泛的形式，本發(fā)明做為一種過濾系統(tǒng)，包括一個過濾媒體，用以從生產(chǎn)流體中過濾雜質(zhì)，帶有一個收集所述雜質(zhì)的過濾側和一個濾液流出的濾液側；一個逆流發(fā)生器，位于所述的濾液側，使集中逆流流束從所述過濾媒體的所述濾液側指向流到所述過濾側，由此從所述過濾媒體的所述過濾側清除雜質(zhì)，其中所述的集中流束在所述過濾媒體的相當大部分上來回移動。
清除聚集在過濾側的雜質(zhì)有很多優(yōu)點?？梢源蛩槿魏伟l(fā)生在過濾側的結塊，并且雜質(zhì)散開到生產(chǎn)流體中，由此當流體再次流過濾媒體時，可以大大地降低在過濾媒體附近的雜質(zhì)集中程度。這可以起到保持過濾媒體兩側的壓差最小的作用。過濾媒體的不間斷維護的構造帶的優(yōu)點包括消除對過濾媒體的機械損傷、降低對過濾面積的要求、限制通過過濾媒體的積累壓力、以及，很重要地，降低過濾媒體自身的阻力。降低過濾媒體上的阻力使得在過濾媒體的選擇上有更多的靈活性，并且減少了對過濾媒體的結構支承的需要。一整塊過濾媒體可能僅需支承其邊緣，其中過濾器是一整塊的，在某種意義上是指它的孔隙度是一致的并且是均勻的。
可以使用合適的過濾媒體。過濾媒體可以是堅硬的或是柔軟的，并且可以由一些紡織或非紡織的多孔材料制成，例如纖維織物或纖維板，鋼制或聚合的疏松網(wǎng)式材料。也可以使用孔徑相對較大的過濾媒體，例如濾網(wǎng)或格篩。
最好，除集中逆流流束的通過區(qū)域之外，整個過濾媒體可用來過濾雜質(zhì)。這帶來了較高的效率以及更緊湊的過濾系統(tǒng)。
優(yōu)選過濾系統(tǒng)還包括一個位于過濾側的清洗流發(fā)生器，它以一速度分量為集中清洗流束變向，使其方向掃過過濾媒體的區(qū)域與集中逆流流束流經(jīng)過濾媒體的區(qū)域相鄰。其中，優(yōu)選集中清洗流束與集中逆流流束保持同步。
逆流發(fā)生器(帶或不帶清洗流發(fā)生器)的運行可以是間歇性的，也可以是持續(xù)性的。
在第一優(yōu)選方案中，過濾系統(tǒng)有一過濾媒體，大致為平板狀并且相對于水平面是傾斜的。在這一方案中，生產(chǎn)流體流到傾斜的過濾媒體上表面頂端，并且逆流發(fā)生器包括至少一個流體出口，其位向設置成使逆流流體橫貫過濾媒體的寬度流向過濾媒體，并且可在與過濾媒體的濾液側基本平行的方向上移動，從而持續(xù)地掃過過濾媒體相當大的區(qū)域。在過濾媒體的下面可以裝一個濾液收集盤。優(yōu)選配備上面已描述過的清洗流發(fā)生器。
第一優(yōu)選方案尤其適用于有很高雜量含量的生產(chǎn)液體的初級持續(xù)過濾。
在第二優(yōu)選方案中，過濾媒體在形狀上大致為圓筒形，并且逆流發(fā)生器還包括一個帶有多個流體出口的歧管，該歧管繞一個在大致為圓筒形的過濾媒體內(nèi)的軸旋轉(zhuǎn)，由此來提供一種橫向掃過過濾媒體的裝置。優(yōu)選配備上面已描述過的清洗流發(fā)生器。
在本發(fā)明可應用于第二優(yōu)選方案的另一方面，過濾媒體被分為單元網(wǎng)格，當過濾媒體兩側具有足夠的壓差時，其中心彎向濾液的流動方向，當遇到集中逆流流束時，轉(zhuǎn)換為逆流流體的方向，由此促使了雜質(zhì)從過濾媒體上的清除。
上面描述的第二優(yōu)選方案，當過濾系統(tǒng)被置于用于二次過濾的沉淀罐中時，工作的尤其出色。
在第三優(yōu)選方案中，根據(jù)第二優(yōu)選方案的過濾系統(tǒng)被封裝在一個大致為圓筒形的容器內(nèi)，其帶有的一個流體入口的方位設置成使生產(chǎn)流體的速度具有一個與大致圓筒形容器相切的分量。
優(yōu)選生產(chǎn)流體入口布置在密封圓筒形容器的上端，并且優(yōu)選在密封圓筒形容器的下端帶有雜質(zhì)排放口。在這一方案中，雜質(zhì)受到離心力作用，促進了雜質(zhì)平穩(wěn)地從過濾媒體上移開。
如前面所描述的三個優(yōu)選方案中的任一個，逆流發(fā)生器優(yōu)選包括一個或一系列使高速逆流流束指向過濾媒體的集束噴口。
根據(jù)本發(fā)明的過濾系統(tǒng)，無論其是否帶有過程控制系統(tǒng)，都可以運行。
術語雜質(zhì)的使用貫穿于本說明書和權利要求書來表示需要從生產(chǎn)流體中過濾出來的生產(chǎn)流體的組分。在一些應用中，雜質(zhì)可能是在過濾后可使用的有價值副產(chǎn)品。
為了全面地理解本發(fā)明，下面將描述其優(yōu)選實施例，但是應該認識到本發(fā)明并不局限于這些實施例的確切特征。
在附圖中，實施例將利用圖表進行說明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的過濾系統(tǒng)的第一實施例的透視圖，其中過濾媒體為平板狀；圖2是圖1中過濾系統(tǒng)的剖面圖；圖3a是圖1中過濾系統(tǒng)的第一部分的放大剖面圖；圖3b是圖1中過濾系統(tǒng)的第二部分的放大剖面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的過濾系統(tǒng)的透視圖，其中過濾媒體為圓柱狀；圖5是圖4中過濾系統(tǒng)的剖面圖；圖6a，b和c示出本發(fā)明第二實施例的變形，其中過濾媒體分為單元網(wǎng)格，其中心彎向濾液流動的方向；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的過濾系統(tǒng)的透視圖。
在圖1、2、3a和3b中所示的本發(fā)明的第一實施例中，過濾系統(tǒng)10包括平板狀過濾媒體11，布置在溢流堰13的下面，生產(chǎn)流體從生產(chǎn)流體儲罐12中漫過溢流堰13流；濾液收集盤14；逆流發(fā)生器20；以及雜質(zhì)收集盤15。生產(chǎn)流體通過生產(chǎn)流體入口16流入生產(chǎn)流體儲罐12。
逆流發(fā)生器20包括呈管狀的導管22，它有許多流體出口21，使逆流流體的持續(xù)流束沿過濾媒體寬度定向指向流質(zhì)11的濾液側。濾液通過濾液流體出口17流出過濾系統(tǒng)。
盡管可使用各種各樣的流體出口21，包括不同設計形式的噴嘴，可以發(fā)現(xiàn)聚束噴射尤其有效。圖1、2、3a及3b示出，呈聚束噴射狀的流體出口21并排布置成，使得合成逆流流束23重疊成線性延伸而橫跨過濾媒體11的寬度的逆流流束。
逆流發(fā)生器20根據(jù)生產(chǎn)流體的流量和需要過濾的流體雜質(zhì)含量以一定的線速度在過濾媒體11的長度方向掃過。在這種情況下，選取從過濾媒體上清除雜質(zhì)的最佳狀態(tài)來確保固體不會在過濾媒體11上形成聚集。優(yōu)選逆流發(fā)生器20向上的線速度不同于其向下的線速度，并且向下的線速度設定為使固體能最大限度地翻過濾媒體11而流入雜質(zhì)收集盤15。
導管22與泵相連(未示出)，泵為逆流流體出口21提供足夠的壓力和流體流量，以產(chǎn)生充足的逆流流束，以便能夠從過濾媒體11上有效地清除雜質(zhì)。逆流流體出口21位置和方向布置為提供持續(xù)的局部流體流束，使流束沿過濾媒體11的寬度，并沿通過過濾媒體的濾液流動相反的方向(逆流)垂直于過濾媒體11的表面穿透過濾媒體11。集中逆流流束23從過濾媒體11的過濾側持續(xù)清除雜質(zhì)。逆流流體可以形成液體或濾液，但是在任一種情況下，優(yōu)選與總的濾液流速相比具有較低的流量。被逆流流束23清除出來的雜質(zhì)通過重力和流體流動的綜合作用從過濾媒體11上清除掉。
如圖2和3所示可以配備噴射擋板24(為了清晰，圖1忽略未畫)，逆流流束23和被折射回過濾媒體11的流束共同參加雜質(zhì)18的清洗。
優(yōu)選的清洗流發(fā)生器20位于過濾媒體11的過濾側，并且使持續(xù)的集中清洗流流束33在過濾媒體11表面的一定區(qū)域內(nèi)橫跨濾媒體11的寬度，該區(qū)域與逆流流束23穿透的區(qū)域相鄰(如圖3所示的區(qū)域34)。這個操作協(xié)助從過濾媒體11的表面清洗雜質(zhì)18。清洗流發(fā)生器30包括多個安裝在清洗流導管32上的清洗流流體出口31。清洗流發(fā)生器30優(yōu)選布置為，至少在逆流流束的往復運動中的一部分內(nèi)與逆流發(fā)生器同步移動。
在運行中，逆流發(fā)生器優(yōu)選其穿越過濾媒體的上下沖程都持續(xù)運行，而清洗流發(fā)生器30優(yōu)選為僅在向下的沖程中運行，以協(xié)助從過濾媒體11的表面清洗雜質(zhì)使之流入雜質(zhì)收集盤15內(nèi)。在工業(yè)如食品加工業(yè)中，雜質(zhì)可以由收集盤15或產(chǎn)生附加價值的裝置來回收。
圖3a示出圖1中過濾系統(tǒng)的第一部分，其中逆流流束進入到生產(chǎn)流體流動中。圖3b是進一步沿過濾媒體11向下斜移后的相似視圖，其中逆流流束在生產(chǎn)干流之外。
過濾媒體11的傾斜角度為優(yōu)化運行是可以變化的。通常小斜坡被認為適用于微小的雜質(zhì)，而較陡的斜坡被認為更適用于大雜質(zhì)。最佳的傾斜角度依據(jù)于生產(chǎn)流體的流量和流體參數(shù)；以及雜質(zhì)的尺寸和密度。由于可以達到雜質(zhì)的迅速分離，本發(fā)明的第一實施例被認為尤其適用于含有大量雜質(zhì)濃度的生產(chǎn)流體的初級過濾，這是因為可立即分離雜質(zhì)，在某些應用場合可以避免使用沉淀槽。
圖1、2或3所示的過濾媒體11是不銹鋼編絲網(wǎng)；然而也可以使用任何其他適用的過濾媒體，包括紡織或無紡的多孔型材料，例如纖維織物或纖維板，也可使用聚合材料。
柔軟的過濾媒體與高速逆流流束23相結合的應用，被認為是提供了一個良好的雜質(zhì)清洗作用，這是由于過濾媒體的局部區(qū)域被集中逆流束23向外頂起。
圖4和5示出本發(fā)明的第二實施例，其中過濾媒體11為圓筒形。在這一實施例中，為了簡化說明如圖4所示，逆流流體出口21安裝在逆流導管22上，并且繞一個軸布置成可旋轉(zhuǎn)，該軸與過濾媒體11的軸大致同軸。電機25使逆流導管22在所述的過濾媒體11內(nèi)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生逆流束23持續(xù)地掃過過濾媒體11，由此從過濾媒體11的過濾側連續(xù)不斷地清除雜質(zhì)。濾液通過濾液流體出口17從圓筒形過濾媒體11內(nèi)排走。導管22與泵(未畫出)相連，由泵向流體出口21提供足夠的壓力來形成逆流束，使之足以有效地從過濾媒體11上清除雜質(zhì)。在此狀況下，雜質(zhì)無法顯著地積聚在過濾媒體11上。第二實施例的過濾系統(tǒng)優(yōu)選安裝在盛有生產(chǎn)流體的罐12中。清洗流發(fā)生器也可以使用。
圖6a，b&c示出本發(fā)明的第二實施例的變形，其中過濾媒體被分為單元網(wǎng)格，由壓條26固定。各個過濾媒體單元的中心隨著雜質(zhì)的積聚會彎向濾液的流動方向。當聚集的雜質(zhì)在過濾媒體兩側形成足夠的壓差時，逆流發(fā)生器的流體出口21轉(zhuǎn)回并掃過過濾媒體的過濾側，集中逆流流束導致過濾媒體的曲線(或彎曲)方向逆向，由此協(xié)助了從過濾媒體11上清除雜質(zhì)。
本發(fā)明的第二實施例最好用于在沉淀罐中進行二次過濾，其雜質(zhì)的濃度相對低。
圖7示出本發(fā)明的第三實施例，其中圖4或5的過濾系統(tǒng)置于圓筒形容器40內(nèi)，該容器帶有生產(chǎn)流體入口13，濾液出口17和定期排出雜質(zhì)的雜質(zhì)出口41。過濾媒體11和圓筒形容器40的縱軸基本上是直立的，以便在重力的作用下最大限度的沉淀雜質(zhì)。生產(chǎn)流體入口13的方位取向為，使生產(chǎn)流體以切線方向流入圓柱體40并且環(huán)繞過濾媒體11呈環(huán)形流動。由于旋轉(zhuǎn)流體產(chǎn)生的離心作用，可以分離出進入系統(tǒng)的比懸浮生產(chǎn)流體密度大的顆?；蛞旱?。以此形式，較重的液滴或顆粒將被徑向地向外排出。這起到減輕雜質(zhì)附著到過濾媒體11上的作用，并且由此可以排除對獨立的清洗流發(fā)生器的需要求。在應用獨立的清洗液發(fā)生器(圖7中未示出)的場合中，即使生產(chǎn)流體有相當高的雜質(zhì)負荷，在切向進液引起的前面提到的繞過濾媒體11的環(huán)流和清洗流發(fā)生器的共同作用下，形成一高效裝置來避免雜質(zhì)大量的積聚。
如上所述，本發(fā)明的多個過濾系統(tǒng)可以串聯(lián)使用，以便從生產(chǎn)流體中有選擇地分離不同的雜質(zhì)。
在某些應用場合中，采用多個逆流發(fā)生器是最適宜的。同樣，在某些應用場合中，采用多個清洗流發(fā)生器是最適宜的。
為了促進更好地理解本發(fā)明，已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，可以認識到在不脫離本發(fā)明原理的情況下可以做不同的變形。因此，本發(fā)明可以被理解為包括所有的其范圍之內(nèi)的變形。
權利要求
1.一種過濾系統(tǒng)，包括一個用來從生產(chǎn)流體中過濾雜質(zhì)的過濾媒體，具有一個收集雜質(zhì)的過濾側和一個濾液流出的濾液側；一個位于該濾液側的逆流發(fā)生器，它使一個集中逆流流束從濾液側指向過濾側，從而從過濾媒體的過濾側松開雜質(zhì)，其中，集中流束往復掃過過濾媒體的相當大的一部分。
2.根據(jù)權利要求1的過濾系統(tǒng)，其中，除所述集中逆流流束穿過的區(qū)域之外，整個過濾媒體連續(xù)用于過濾雜質(zhì)。
3.根據(jù)權利要求1或2的過濾系統(tǒng)，其中，所述逆流流體是所述濾液的一部分。
4.根據(jù)前述任一權利要求的過濾系統(tǒng)，還包括一個位于所述過濾側的清洗流發(fā)生器，它把一個集中清洗流束導引成具有一個平行于所述過濾媒體的速度分量，并使其指向所述逆流流束穿過所述過濾媒體的區(qū)域附近，所述集中清洗流束與所述集中逆流流束同步移動。
5.根據(jù)權利要求4的過濾系統(tǒng)，其中，所述清洗流是生產(chǎn)流體的一部分。
6.根據(jù)權利要求1、2或3的過濾系統(tǒng)，其中所述過濾媒體基本上是平的，并與水平面傾斜；所述生產(chǎn)流體從所述過濾媒體的頂側上端流向其下端；所述逆流發(fā)生器包括至少一個流體出口，其位向設置成使逆流流體指向所述過濾媒體，且基本上平行于所述過濾媒體的所述濾液側移動，從而連續(xù)掃過所述過濾媒體的相當大的一部分，及在所述過濾媒體下面設有一個濾液收集盤。
7.根據(jù)權利要求6的過濾系統(tǒng)，其中，所述逆流發(fā)生器產(chǎn)生一個橫跨所述傾斜過濾媒體并上下掃過該傾斜過濾媒體的長條狀逆流流束。
8.根據(jù)權利要求6或7的過濾示流，其中，包括一個位于所述過濾側的清洗流發(fā)生器，它把一個集中清洗流束導引成具有一個平行于所述過濾媒體的速度分量，并使其指向所述逆流流束穿過所述過濾媒體的區(qū)域附近。
9.根據(jù)權利要求8的過濾系統(tǒng)，其中，在向下橫向掃過所述傾斜過濾媒體的過程中，所述集中清洗流流束與所述集中逆流流束同步移動。
10.根據(jù)權利要求6、7、8或9的過濾系統(tǒng)，其中，所述生產(chǎn)流體流過一個設置在所述傾斜過濾媒體頂側上端的溢流堰，從而使生產(chǎn)流體均勻流到所述過濾媒體上。
11.根據(jù)權利要求1、2或3的過濾系統(tǒng)，其中，所述過濾媒體基本上呈圓筒狀，并且所述逆流發(fā)生器包括至少一個掃過所述過濾媒體表面的流體出口。
12.根據(jù)權利要求11的過濾系統(tǒng)，其中，所述逆流發(fā)生器還包括一個具有多個流體出口的歧管，所述歧管可繞一個位于所述大致筒狀過濾媒體中的軸旋轉(zhuǎn)而掃過所述的過濾媒體。
13.根據(jù)權利要求11或12的過濾系統(tǒng)，其中所述過濾媒體被分成單元網(wǎng)格，當所述過濾媒體兩側有足夠的壓差時，其中心彎向所述濾液的流動方向，當遇到所述集中逆流時，轉(zhuǎn)換為彎向所述逆流流體的方向，由此促使從所述過濾媒體上清除所述雜質(zhì)。
14.根據(jù)權利要求11、12或13的過濾系統(tǒng)，還包括一個位于所述過濾側的清洗流發(fā)生器，它把一個集中清洗流束導引成具有一個平行于所述過濾媒體的速度分量，并使其指向所述逆流流束穿過所述過濾媒體的區(qū)域附近，所述集中清洗流束與所述集中逆流流束同步移動。
15.根據(jù)權利要求14的過濾系統(tǒng)，其中，所述清洗流沿切向指向所述過濾媒體。
16.根據(jù)權利要求11、12、13、14或15的過濾系統(tǒng)，其中，所述大致筒狀過濾媒體位于一個沉淀罐內(nèi)，且其縱軸基本上是直立的。
17.根據(jù)權利要求11、12或13的過濾系統(tǒng)，進一步包括一個封閉著所述過濾媒體并與其同軸的筒狀容器，所述容器具有一個生產(chǎn)流體入口，后者的位向設置成使流入生產(chǎn)流體的速度具有一個與所述過濾媒體相切的分量。
18.根據(jù)權利要求16的過濾系統(tǒng)，還包括一個位于所述過濾側的清洗流發(fā)生器，它把一個集中清洗流束導引成具有一個平行于所述過濾媒體的速度分量，并使其指向所述逆流流束穿過所述過濾媒體的區(qū)域附近，所述集中清洗流束與所述集中逆流流束同步移動。
19.根據(jù)權利要求17或18的過濾系統(tǒng)，其中所述過濾媒體的縱軸大致是直立的，并且所述入口位于所述封閉圓筒形容器的上端，且還包括一個位于所述封閉的圓筒形容器下端的雜質(zhì)排放口。
20.根據(jù)權利要求19的過濾系統(tǒng)，其中所述封閉圓筒形容器的所述下端是一個錐臺部分，適于積聚所述過濾媒體并且由此排放出去。
21.一種根據(jù)附圖1-3所示及所述的過濾系統(tǒng)。
22.一種根據(jù)附圖4-5所示及所述的過濾系統(tǒng)。
23.一種根據(jù)附圖4-6所示及所述的過濾系統(tǒng)。
24.一種根據(jù)附圖7所示及所述的過濾系統(tǒng)。
全文摘要
一種過濾系統(tǒng)(10)，包括一個用來從生產(chǎn)流體中過濾雜質(zhì)的過濾媒體(11)，具有一個收集雜質(zhì)的過濾側和一個濾液流出的濾液側；一個位于該濾液側的逆流發(fā)生器(20)，它使一個集中逆流流束(23)從濾液側指向過濾側，從而從過濾媒體(11)的過濾側松開雜質(zhì)，其中，集中流束(23)往復掃過過濾媒體(11)的相當大的一部分。該過濾系統(tǒng)(10)還可包括一個位于過濾媒體(11)的過濾側的、從過濾媒體(11)上清除雜質(zhì)的清洗流發(fā)生器(30)或類似裝置。
文檔編號B01D29/62GK1239442SQ97180223
公開日1999年12月22日 申請日期1997年12月1日 優(yōu)先權日1996年11月29日
發(fā)明者尤里·奧布斯特 申請人:南澳大學