CN102470293B - 适于相互连接过滤元件的端盖组件 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种端盖组件，其适于以端对端的关系相互连接过滤元件，并且包括用于选择性地防止接合的相邻端盖之间的相对旋转的装置。
Description
交叉引用说明
该申请要求2009年8月21日提交的美国申请No.12/545,098的权益，通过参考引用将其整体地纳入。
技术领域
本发明主要涉及过滤，特别地涉及适于相互连接过滤器组件中的单独的过滤元件的端盖组件。
背景技术
端盖或联接器通常用来以端对端的关系将压力容器内的单独的过滤元件相互连接。在典型布置中，端盖固定到过滤元件的两端，并且适于与相邻定位的过滤元件的端盖接合。相邻过滤元件的端盖之间的接合的具体性质可以根据元件和过滤器组件的具体类型变化；然而，在许多应用中，所述接合涉及完善相邻元件之间的流体密封和/或机械连接。端盖通常是具有环形表面的圆形，该环形表面通常与过滤元件的壳体共同延伸。端盖还包括外表面，该外表面适于紧靠相邻定位的过滤元件的端盖的外表面。该环形表面往往配有弹性O形圈、雪佛龙型(Chevron-type)密封件或类似装置，用于在端盖和压力容器的内表面之间形成流体密封。
Hallan等的US 6,632,356描述这样一种端盖和过滤器组件。每个端盖包括由多个辐条连接的内毂和外毂，以及设置在外毂内侧上的锁定结构。锁定结构具体地包括从一个端盖的外毂的内侧径向地向内地延伸的多个钩子或L形突起，和相邻端盖的外毂的多个相应插孔。通过使相邻过滤元件的各个端盖的环形表面抵接使得一个端盖的突起进入另一个端盖的插孔，并且相对于一个过滤元件轴向地旋转另一个过滤元件，直到一个端盖的突起“捕获”并且被拉到另一个端盖的相应插孔内，相邻过滤元件的端盖被拉在一起并接合。一旦接合，过滤元件之间的相对轴向运动被防止，直到过滤元件通过反旋转而分离。这种相互锁定的端盖的示例在商业上可以在由陶氏化学公司出售的选定的螺旋缠绕元件(即包括ILECTM互锁端盖的元件)上获得。在US 5,851,356；US 6,224,767；7,063,789和7,198,719中提供了端盖的其它示例。
发明内容
本发明涉及端盖组件和包括这种端盖组件的过滤器组件。所考虑的端盖组件包括第一端盖和第二端盖，每个端盖具有环形表面。第一端盖包括位于环表面上的可压下键，该可压下键能够在径向上在第一位置和第二位置之间移动。第二端盖包括位于环形表面上的插槽，该插槽适于在第一端盖和第二端盖接合时接收第一端盖的可压下键，从而在可压下键处于插槽内的第一位置时防止第一端盖和第二端盖之间的相对旋转运动，但是在可压下键处于第二位置时允许这种相对旋转运动。
附图说明
所包含的附图说明所考虑的端盖组件、过滤器组件和所选部件的几个实施例。这些附图不按比例，并且包括理想化视图以便于描述。在可能的情况下，相同数字在整个附图和书面说明中被使用以指示相同或相似部件。
图1是包括两个相互连接的过滤元件的四个共同延伸布置的过滤元件的部分切除的透视图。
图2是包括以端对端关系在压力容器内相互连接的第一过滤元件和第二过滤元件的过滤器组件的部分切除的剖视图。
图3A是包括第一端盖和第二端盖的端盖组件的透视图。
图3B是图3A的处于接合第一端盖和第二端盖的部分切除的透视图。
图3C是图3B的放大视图。
图4A是图3B的包括接合的第一端盖和第二端盖的端盖组件的顶视图。
图4B是沿着图4A的线4B获得的部分切除的侧视图。
图4C是图4B的放大视图。
图5A是包括第一端盖和第二端盖的另一端盖组件的透视图。
图5B是图5A的处于接合的第一端盖和第二端盖的部分切除的透视图。
图5C是沿着图5B的线5C获得的部分切除的侧视图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的各种实施例。参考图1，过滤组件10大致被显示为包括沿着共同轴线X共同延伸地布置的多个过滤元件12，14，16和18。过滤元件包括封闭流体过滤介质(未显示)的圆筒形壳体20。第一端盖和第二端盖22，22’固定到每个过滤元件的每一端。每个端盖22，22’具有圆形形状，包括通过多个辐条28连接到外毂26的内毂24。每个端盖22，22’还包括环形表面30和外表面32，环形表面30与过滤元件的壳体20共同延伸，外表面32位于垂直于共同轴线X的平面中。端盖的外表面32适于接合相邻定位元件的端盖的邻接外表面。如随后将会更详细地描述的那样，第一端盖22包括位于环形表面30上的可压下键34，可压下键34能够在径向上在第一位置(如伸出)和第二(如压下)位置之间移动。第二端盖22包括位于其环形表面30上的插槽36，优选地包括多个插槽，插槽适用于在第一端盖和第二端盖22，22’接合时接收第一端盖22的键34，以便在键34处于插槽36内的伸出位置时，防止第一端盖和第二端盖(22，22)之间的相对旋转运动，而在键34处于压下位置时，允许这种相对旋转运动。例如，第一过滤元件和第二过滤元件12，14被显示为以端对端关系相互连接，它们各自的端盖22，22’的邻接外表面(未显示)接合，第一过滤元件12的第一端盖22的键34被设置或“锁定”在第二过滤元件14的第二端盖22’的插槽36内。键34在相邻元件12，14的端盖22，22’已经接合之后保持可接近。例如，键34可被手动径向地向内压下，从而键34不再与插槽36结合，从而相互连接的过滤元件12，14可以相对彼此自由地旋转。如将更详细地描述的那样，键34优选地具有矩形形状，并且插槽36具有对应于键34的形状和尺寸的边界，从而键34以紧公差安装在插槽36内，以防止相互连接的过滤元件之间更大程度的旋转。
端盖22，22’任选地包括用于防止接合的第一过滤元件和第二过滤元件之间的相对轴向运动的锁定结构。如在图3中更好地显示，锁定结构包括多个突起38(如，L形锁键、铲形物等)和多个相应的插孔38’，所述多个突起38从一个端盖22的外毂26的内侧径向地向内地延伸，在另一个端盖上的多个相应的插孔38’适于接收突起，其中通过使第一过滤元件和第二过滤元件的端盖邻接并相对于一个过滤元件旋转另一个过滤元件而可逆地接合锁定结构。通过使相邻过滤元件的端盖22，22’的环形表面抵接，使得一个端盖的突起进入另一个端盖的插孔，并且相对于一个过滤元件轴向地旋转另一个过滤元件，直到一个端盖的突起“捕获”并且被拉到另一个端盖的相应插孔内，相邻过滤元件的端盖被拉在一起并接合。一旦结合，过滤元件之间的相对轴向运动被防止，直到过滤元件通过反旋转而分离。在US 6,632,356中描述这种锁定结构，通过引用将其全部内容纳入在此。
虽然在图1中没有显示，一个或两个端盖22，22任选地可以包括位于环形表面30上的密封件，密封件用于与压力容器形成流体密封。任选地，端盖也可以包括位于内毂24和/或外毂26的环形表面30上的密封件。US6,632,356提供了这种密封件的进一步说明。
图2说明过滤器组件的另一个实施例，该过滤器组件包括第一过滤元件和第二过滤元件12，14，过滤元件和第二过滤元件以端对端的关系相互连接在压力容器40中，并且抵靠着端板42。第一过滤元件和第二过滤元件12，14的端盖22，22’以第一端盖22的键(未显示)位于第二端盖22’的插槽(未显示)内的锁定位置的状态接合。过滤元件12，14中的至少一个包括端盖22，端盖22任选地包括圆周地围绕其环形表面30定位的密封部件44(即“盐水密封”)。密封部件44与压力容器40的内表面46流体紧密接触。压力容器的设计和结构没有特别地限制，但优选地包括至少一个流体入口48和出口50。为了本发明的目的，过滤元件的数量和顺序是没有特别的限制。过滤元件被描绘为螺旋缠绕元件，包括围绕渗透收集管54缠绕的至少一个膜封套52，流体由箭头表示流过过滤器组件。虽然显示为螺旋缠绕类型元件，但也可使用其他类型过滤元件，包括但不限于中空纤维元件、管状元件以及板框式元件。同样地，流体流和压力容器配置不受特别地限制，并且可以如本领域已知的那样被修改。
图3A图示端盖组件的优选实施例，包括如先前关于图1说明的第一端盖和第二端盖22，22’。端盖优选地是圆形的，并且包括由多个辐条28连接的内、外毂24，26。端盖的外表面一般地显示为32。第一端盖22包括位于环形表面30上的键34。键34优选地具有矩形形状，具有锥形侧面56。如在图4A-C中较好地显示，键34的锥形侧面56适于在第一和第二端盖22，22’接合时便于从伸出位置偏转到压下位置，例如，通过使相邻的外表面32邻近并相对于一个端盖旋转另一个端盖。
图3B和3C说明图3A的处于接合位置的端盖22，22’，键34位于插槽36内的伸出位置。图3B的箭头表示第一和第二端盖22，22’的相对旋转运动，该相对旋转运动使键34在插槽36的边界58，60内对齐。
图4A是图3B的端盖组件的顶视图，包括接合的第一和第二端盖22，22’，第一端盖22的键34处于第二端盖22’的插槽36内的径向伸出位置。第二端盖22显示为具有围绕其环形表面定位的多个插槽36。
图4B和4C是图4A的部分切除侧视图。当键34位于插槽内的伸出位置时(如实线所示)，端盖22，22’被接合并且端盖22，22’之间的相对旋转运动通过键34接触插槽36的边界58，60而被阻止。当键34被径向地向内压下时(如虚线所示)，键34不再接触插槽36的边界58，60，并且端盖22，22相对于彼此自由旋转。箭头意图指示第一端盖22相对第一端盖22’的旋转，例如，被用来使端盖接合的旋转。如图所示，键34优选地包括锥形侧面56，该锥形侧面56用于在第一和第二端盖22，22’通过相对旋转接合时便于在伸出位置到压下位置之间的偏转。以示例的方式，锥形侧面56在其与插槽36的边界60接触时径向向内偏转到压下位置。插槽36的边界60可以包括锥形边缘62，在两个结构在端盖22，22’的相对旋转运动期间彼此接触时，锥形边缘62接触键34的锥形侧面56。在所显示的实施例中，键34在端盖紧靠并且相对彼此旋转时被压下-无需手动致动或压下键34。然而，一旦键34的引导边缘64接触插槽36的边缘58，进一步的旋转被阻止。一旦键34返回到伸出位置，键34的两个边缘64，66与插槽36的边界58，60接触(或紧公差配合)，并且端盖22，22’在任一方向上的相对旋转被阻止直到键34被径向地向内压下。如图所示，键34优选地具有矩形形状，并且插槽36具有对应键34的形状和尺寸的边界58，60，从而键34以紧公差装配在插槽36内，以防止相互连接的过滤元件之间的更大程度的旋转。一旦端盖被接合，键34保持可接近。因此，可以通过手动径向向内按下键34并且相对于一端盖旋转另一端盖而使所述端盖(以及相应的过滤元件)分离。
图5A-C说明所考虑的端盖组件的另一个实施例，包括与先前关于图3和4描述不同的键34和插槽36结构。更具体地，键34显示为沿切线基线68连接到端盖22的环形表面30。如图5C最佳所示，键34能够沿其切线基线68在伸出位置(实线显示)和压下位置(虚线显示)之间弯曲。在插槽36内的伸出位置，键34的边缘64，66与插槽36的边界58，60接触或(紧公差配合)。通过径向地向内(如虚线显示)压下键34以使键的边缘6466不再接触插槽36的边界58，60，并且通过随后相对一个端盖旋转另一个端盖，端盖22，22’脱开接合或分离。如图所示，键和插槽的边缘66和边界60优选地具有匹配的倾斜表面，以防止意外的分离。所述表面的角度优选地是在与分离端盖所需要的旋转方向相反的方向上。键34可以还包括斜边70以便于第一和第二端盖22，22’的接合。更具体地，在图5A和5B的实施例中，在端盖的外表面紧靠时，第二端盖22’的环形表面30部分地覆盖第一端盖22的环形表面30。在键34在接合期间未与插槽36对齐的情况下，斜边70便于键34从伸出位置运动到压下位置。在一个端盖相对于另一个端盖旋转并且键34变得与插槽36对齐时，键径向向上地弯曲进入插槽36，并且防止端盖之间的进一步旋转，直到随后所述键被压下。
虽然不是本发明的所需方面，本发明的优选实施例包括端盖，端盖包括用于防止接合的端盖之间的相对轴向运动的上述锁定结构。如前所述，端盖之间的这种锁定结构通过对齐相邻端盖而接合，以使从一个端盖的外毂的内侧径向地向内地延伸的一个或多个突起或锁键(catches)进入围绕面对端盖的外毂布置的相应的插孔。然后通过相对一个端盖旋转另一个端盖直到突起或者“锁键”接触或“钩住”插孔的相应结构而使端盖接合。这种类型的锁定结构描述在Hallan等人的US 6,632,356中。在与这种锁定结构结合使用时，所考虑的键/插槽特征可以选择性地防止端盖(和相应的过滤元件)之间的相对轴向和旋转运动。也就是说，一旦接合，“键/插槽”特征选择性地防止端盖之间的相对旋转运动，其反过来保持锁定结构充分接合，从而端盖之间的相对轴向运动也被阻止。因此，通过压下位于端盖的环形表面上的键和相对于一个端盖旋转另一个端盖，端盖(和相应的过滤元件)可以选择性地脱开接合和断开连接。特征的这种组合也是有益的，因为其提供端盖被充分地接合和相互连接的时间的更清晰的指示。此外，本发明的键/插槽特征防止过滤元件之间的意外旋转，否则这种意外旋转在安装过程中可能发生在压力容器内或在操作过程中发生。
为了本发明的目的，过滤元件内的流体过滤介质类型不特别地限制。过滤介质的选择通常取决于具体应用、供应源、溶质和污染物。有代表性的示例包括膜基介质，诸如复合平板、中空纤维和管状膜，其可以在多种应用中使用，包括：反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)。其他介质的示例包括颗粒状、粉状或颗粒状吸附剂、离子交换和螯合树脂。螺旋缠绕元件是过滤元件的一个优选类型。通常通过围绕渗透收集管缠绕一个或多个膜封套和可选的供应通道间隔板(“供应间隔件”)形成这种螺旋缠绕元件。每个膜封套优选地包括围绕渗透通道间隔板(“渗透间隔件”)的两个大致矩形膜板。这种三明治式结构例如由密封胶沿着三个边缘固定在一起，同时第四边缘紧靠渗透收集管，以使渗透间隔件与穿过渗透收集管的开口流体接触。壳体可以由各种材料构造，包括不锈钢、胶带、PVC材料；然而最常见模块壳体材料由纤维增强塑料制造，诸如涂覆热塑性或热固性树脂的长玻璃纤维。在模块制造过程中，长玻璃纤维围绕部分构造的模块缠绕，并且树脂(如液体环氧树脂)被涂敷和硬化。元件的两端安装有端盖，端盖可以选择地作为反伸缩装置，其被设计为防止膜封套在模块的入口和出口端之间的压力差的影响下移动。
应理解，各种描述的部件的形状、数量和配置不特别地受限，并且在本发明的范围内可以使用其他形状、配置和数量。例如，过滤元件可以包括壳体，具有非圆筒形的其他配置；例如，壳体的横截面可以是椭圆形或多角形。同样地，端盖可以具有椭圆形或多边形形状。虽然端盖将最常用地具有稍大于过滤元件的壳体的圆周或外部尺寸，但一旦安装在过滤元件的端部上，端盖通常与壳体共同延伸。在这种情况下，术语“共同延伸”的目的意味着，两个结构具有沿着共同轴线的相似的平直边界。
同样地，沿着端盖的环形表面设置的键和插槽的形状可以是非矩形的形状。虽然图示的端盖只包含一个键，但每个端盖可以包括多个键和插槽、只一个键或插槽，或不同的组合，只要至少一个端盖包括一个键和另一个端盖包括相应的插槽。此外，图示的实施例描述能够在第一位置和第二位置之间移动的键，其中第一位置对应于径向伸出位置(即“锁定”在另一个端盖的插槽内)；第二位置对应于径向压下位置(即“解锁”并且脱开与插槽的接合)。将被理解，键和插槽的方向可以翻转，以使键在处于被径向地压下的“第一”位置(而不是伸处位置)时锁定在插槽内，并且通过移动(即拉、撬等)键到径向伸出的“第二”位置而从插槽分离。
如图所示，键和插槽优选地是端盖的一体特征，并且不构成单独部件，即，键和插槽优选地不可从它们对应的端盖上分离或拆卸。键优选地一体地成型为端盖的一部分，并且优选地是不可压缩的。在优选的实施例中，键包括不可压缩的硬质塑料材料。如在一些实施例中所示，键沿着其基线或与端盖的环形表面的结合点优选地是柔性的。
虽然过滤元件已被描述为在两端处具有端盖，但过滤元件可以仅包括位于该元件的一端处的一个端盖。虽然端盖已经被描述具有同心毂和辐条设计，但可以使用其他配置，诸如包括用于提供诸如在US 7,198,719中描述的流体流动的多个孔的固体外表面。
已经在将一个端盖的键移动脱开与另一个端盖的插槽接合的方面描述端盖的脱开接合或分离。虽然这种脱开结合可以通过手动致动(如压下或拉动)键来完成，应理解，键/插槽边缘可以被设置以便于通过预先确定的旋转作用力在先前描述的第一和第二位置之间移动。例如，接合端盖所需要的旋转作用力(例如用插槽将键定位在锁定位置)可以仅仅是分离端盖所需要的旋转作用力的分数(如二分之一)。另外，键和插槽边缘可以被设计以防止通过单纯旋转脱开接合，因此需要手动致动键。这样的实施例显示在图5C中(见边缘60，66)。
本发明的许多实施例已经被描述，并且某些实施例、选择、范围、成分或其他特征，在某些情况下，已作为“优选”的特点。这些标识“优选”的特点绝不应被解释为发明的必要或关键方面。
Claims (10)
1.一种过滤器组件，包括适于以端对端关系相互连接的第一过滤元件和第二过滤元件，其中每个过滤元件包括：流体过滤介质、壳体和端盖，端盖包括环形表面和外表面，所述环形表面与壳体共同延伸，所述外表面适于接合相邻定位的过滤元件的端盖的邻接外表面，其中该过滤器组件的特征在于：
第一过滤元件包括位于端盖的环形表面上的可压下键，可压下键能够在径向方向上在第一位置和第二位置之间移动；并且
第二过滤元件包括位于环形表面上的插槽，其中插槽适于在第一过滤元件和第二过滤元件接合时接收可压下键，从而在可压下键处于插槽内的第一位置时防止第一过滤元件和第二过滤元件之间的相对旋转运动，但是在可压下键处于第二位置时允许这种相对旋转运动。
2.根据权利要求1所述的过滤器组件，其中可压下键具有矩形形状，插槽具有对应可压下键的形状的边界。
3.根据上述任一项权利要求所述的过滤器组件，其中可压下键具有锥形侧面，该锥形侧面适于在第一过滤元件和第二过滤元件接合时便于第一位置到第二位置之间的偏移。
4.根据权利要求1所述的过滤器组件，其中第一过滤元件和第二过滤元件包括螺旋缠绕元件，其中每个螺旋缠绕元件包括围绕渗透收集管缠绕的至少一个膜封套。
5.根据权利要求1所述的过滤器组件，其中每个端盖包括由多个辐条连接的内毂和外毂。
6.根据权利要求1所述的过滤器组件，其中端盖包括用于防止接合的第一过滤元件和第二过滤元件之间的相对轴向运动的锁定结构，其中锁定结构包括从一个端盖的外毂的内侧径向地向内地延伸的多个突起以及另一个端盖上的适用于接受所述突起的多个相应插孔，其中通过使第一过滤元件和第二过滤元件的端盖邻接并相对一个过滤元件旋转另一个过滤元件而可逆地接合锁定结构。
7.根据权利要求1所述的过滤器组件，其中该过滤器组件还包括压力容器，该压力容器包括至少一个流体入口和出口，并且其中第一过滤元件和第二过滤元件以端对端关系相互连接，并且位于压力容器内。
8.一种端盖组件，包括第一端盖和第二端盖，第一端盖和第二端盖具有圆形形状的并且适于以端对端关系相互连接过滤元件，其中每个端盖包括环形表面和外表面，所述外表面适于接合另一个端盖的邻接外表面，其中所述端盖的特征在于：
第一端盖包括位于环形表面上的可压下键，可压下键能够在径向方向上在第一位置和第二位置之间移动；并且
第二端盖包括位于环形表面上的插槽，其中插槽适于在第一端盖和第二端盖接合时接收第一端盖的可压下键，从而在可压下键处于插槽内的第一位置时防止第一端盖和第二端盖之间的相对旋转运动，但是在可压下键处于第二位置时允许这种相对旋转运动。
9.根据权利要求8所述的端盖组件，其中每个端盖包括由多个辐条连接的内毂和外毂以及用于防止接合的第一过滤元件和第二过滤元件之间的相对轴向运动的锁定结构，其中锁定结构包括从一个端盖的外毂的内侧径向地向内地延伸的多个突起以及另一个端盖上的适用于接受所述突起的多个相应插孔，其中通过使第一过滤元件和第二过滤元件的端盖邻接并相对一个过滤元件旋转另一个过滤元件而可逆地接合锁定结构。
10.根据权利要求8所述的端盖组件，其中可压下键具有锥形侧面，该锥形侧面适于在第一过滤元件和第二过滤元件接合时便于第一位置到第二位置之间的偏移。
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