端蓋過濾模塊、過濾模塊及過濾系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】端蓋過濾模塊、過濾模塊及過濾系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及一種用于過濾模塊的端蓋、一種設(shè)置有這種端蓋的過濾模塊、以及一種由所述具有端蓋的過濾模塊組成的過濾系統(tǒng)。
[0002]過濾模塊可用于流體過濾，且已知具有各種變體。過濾模塊通常在外殼中設(shè)置有一或多個濾芯，例如在專利US5，494，577中所示的位于外殼中的管狀膜，該管狀膜將外殼內(nèi)的空間分成給料側(cè)和滲透側(cè)。
[0003]—種類型的過濾模塊是基于所謂的死端過濾，其中待過濾的流體被輸送到給料偵U，由此被輸送通過一或多個濾芯，其中固體被捕獲在過濾器中，而滲透物(過濾了的流體)被排放在滲透側(cè)。
[0004]由于濾芯隨著時間的推移而被沾污，每過一段時間需采取至少一次去污措施。常見的去污措施是定期提供流經(jīng)過濾模塊的反沖洗流，以便從過濾器中除去固體，且從過濾模塊/過濾系統(tǒng)中帶走固體。反沖洗通常是通過使進(jìn)料和滲透流的流動方向反轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)的。
[0005]在典型的大批量工業(yè)應(yīng)用中，通常將多個過濾模塊布置成陣列，且以模塊化的方式將其連接，以提供所需的過濾能力。為了連接過濾模塊，使用了所謂的頂蓋和/或端蓋。頂蓋和端蓋用于提供通向每個過濾模塊的給料側(cè)的流路，且提供來自每個過濾模塊的滲透側(cè)的流路。這種在其中使用了頂蓋/端蓋的模塊化裝置的例子可參見專利US5，405，528。
[0006]當(dāng)設(shè)計(jì)具有多個過濾模塊的過濾系統(tǒng)時，優(yōu)選滿足兩個主要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。第一準(zhǔn)則是使過濾系統(tǒng)的封裝尺寸最小，第二準(zhǔn)則是使多個過濾模塊的標(biāo)準(zhǔn)偏差或性能變異最小。第一和第二準(zhǔn)則會相互干擾，所以需尋求折衷。
[0007]第一準(zhǔn)則試圖使單位面積的過濾模塊數(shù)量最大化，從而可在占用最小空間的情況下獲得最高的能力。
[0008]第二準(zhǔn)則涉及過濾系統(tǒng)的全局設(shè)置。為了防止過濾模塊被過度沾污，全局設(shè)置必須基于運(yùn)行狀況最惡劣的模塊的沾污速率。運(yùn)行狀況最惡劣的模塊是指那些具有最高過濾通量和/或最低反沖洗通量的模塊。
[0009]因此，理想的情況是每個模塊都盡可能在接近平均的狀況下運(yùn)行，這意味著過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)旨在使模塊之間的壓力差最小。
[0010]傳統(tǒng)設(shè)計(jì)包括具有許多側(cè)分支的頂蓋，其中過濾模塊經(jīng)由一端蓋與一側(cè)分支連接。在這種設(shè)計(jì)中，僅由頂蓋來確定兩個過濾模塊之間的壓力差。可根據(jù)過濾模塊的數(shù)量和預(yù)期流速來選擇頂蓋的尺寸，以獲得可接受的壓力梯度。雖然端蓋會導(dǎo)致液壓損失，但由于通過每個過濾模塊的流路包括相同數(shù)量的端蓋，所以這些端蓋并未導(dǎo)致過濾模塊之間的壓力差。因此，這種設(shè)計(jì)很好地滿足了第二準(zhǔn)則。不過，就第一準(zhǔn)則而言，該設(shè)計(jì)仍有改進(jìn)的空間。
[0011]在一可選的設(shè)計(jì)中，由于其目標(biāo)旨在減小過濾系統(tǒng)的封裝尺寸，因而將頂蓋和端蓋集成在一起，例如如專利US5，405，528所示。這種設(shè)計(jì)可具有一些優(yōu)點(diǎn)，例如具有更小的封裝和使用更少的部件/材料。然而，在這樣設(shè)計(jì)中，尺寸無法適應(yīng)過濾模塊的數(shù)量或預(yù)期流速，尤其當(dāng)端蓋的尺寸已被標(biāo)準(zhǔn)化時。該可選設(shè)計(jì)的一缺點(diǎn)是，由于流經(jīng)每個過濾模塊的流路包括不同數(shù)量的端蓋，因而在端蓋中的摩擦確實(shí)造成在過濾模塊之間的壓力差。
[0012]因此，本發(fā)明的目的是提供一種端蓋，該端蓋允許更小的封裝，且使過濾模塊之間的壓力差最小。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的是通過提供如權(quán)利要求1所述的用于過濾模塊的端蓋而實(shí)現(xiàn)的。
[0014]端蓋被構(gòu)造成將主液流從入口輸送到第一出口，其中一部分主液流經(jīng)由第二出口流向過濾模塊的入口。通過在腔室的第二出口側(cè)在腔室內(nèi)的入口與第一出口之間設(shè)置一導(dǎo)流元件，以將一部分入口壁延伸到第一出口壁的對應(yīng)部分，從而有可能將主液流從入口順暢地引導(dǎo)到第一出口。由于導(dǎo)流元件還限定了一或多個開口，使得一部分主液流可流向第二出口。
[0015]在未設(shè)置導(dǎo)流元件的情況下，從入口到第一出口的主液流將會由于在第二出口位置處的腔室尺寸的增大和隨后的減小而變得失真，由此增加了摩擦，并導(dǎo)致更高的壓力損失。通過在腔室的第二出口側(cè)在腔室內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流元件，可降低腔室尺寸的增大和減小程度，同時仍允許一部分主液流經(jīng)由一或多個開口流向第二出口。因此，通過使用導(dǎo)流元件，可減少主液流的失真量，從而降低過濾模塊之間的壓力差。
[0016]在一實(shí)施方式中，入口開口和第一出口開口具有相似的形狀和/或尺寸。這樣，入口的橫截面與第一出口的橫截面相似，由此使失真最小，從而使入口與第一出口之間的壓力差最小。在入口的橫截面與第一出口的橫截面大致相等的情況下，導(dǎo)流元件優(yōu)選具有與入口和第一出口的一部分橫截面相對應(yīng)的恒定橫截面，以使主液流不受或最小程度上受導(dǎo)流元件的干擾。在入口的橫截面與第一出口的橫截面不等的情況下，優(yōu)選使導(dǎo)流元件的橫截面從對應(yīng)于在導(dǎo)流元件入口側(cè)的入口的一部分橫截面逐漸變化到對應(yīng)于在導(dǎo)流元件第一出口側(cè)的第一出口的一部分橫截面，從而使主液流的失真最小。
[0017]在一實(shí)施方式中，入口開口和/或第一出口開口呈圓形。
[0018]在一實(shí)施方式中，入口開口與第一出口開口相互對準(zhǔn)。這不僅使由端蓋導(dǎo)致的壓力差最小，而且相比于入口開口未與第一出口開口對準(zhǔn)的端蓋而言，還可使封裝更小。
[0019]使入口開口與第一出口開口對準(zhǔn)是指，穿過入口開口和第一出口開口的區(qū)域中心且平行于分別由入口壁和第一出口壁限定的局部流動方向的各線是重疊的。
[0020]在一實(shí)施方式中，入口壁和/或第一出口壁是具有恒定橫截面的一管狀元件的一部分。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明的目的是通過提供如權(quán)利要求7所述的用于過濾模塊的端蓋而實(shí)現(xiàn)的。
[0022]從腔室中延伸通過的出口通道形成對端蓋之間的壓力差具有負(fù)面影響的流動阻力。當(dāng)出口通道是一空氣動力學(xué)形元件的一部分或形成一空氣動力學(xué)形元件時，從入口到第一出口的液流順暢地流過出口通道的周圍，由此減小了摩擦，并進(jìn)而降低了端蓋之間的壓力差。
[0023]所述空氣動力學(xué)形元件沿垂直于出口通道縱軸的一平面具有一橫截面，該橫截面具有主要從入口指向第一出口的細(xì)長形狀。該細(xì)長形狀部在其兩端的寬度小于其開始部分的寬度。
[0024]這里應(yīng)明確指出的是，使用“空氣動力學(xué)形元件”這一術(shù)語并未使本發(fā)明僅限用于氣體。本發(fā)明也適用于流體，因而空氣動力學(xué)形元件也可以可選地被稱為流體動力學(xué)形元件。為方便起見，在本說明書的其余部分中將只使用“空氣動力學(xué)形元件”這一術(shù)語，不過該術(shù)語有可能在可適用時被流體動力學(xué)形元件取代。
[0025]在一實(shí)施方式中，所述細(xì)長形狀部呈下列形狀之一:橢圓形、卵形、水滴形和翼形。
[0026]在一實(shí)施方式中，所述細(xì)長形狀部呈橢圓形，且該橢圓的長軸長度與該橢圓的短軸長度之間的比例為3:1。在一實(shí)施方式中，橢圓的長軸長度與短軸長度之比在2-4至I的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在2.5-3.5至I的范圍內(nèi)。
[0027]在一