CN103561843A - 扩展面积过滤器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种扩展面积过滤器。扩展面积过滤器具有构造用于增大过滤介质表面积的过滤介质片材。多个过滤介质管定位为绕过滤器的纵向轴线的同心布置，限定环状入口容积和环状出口容积，环状入口容积接收未过滤流体，并且出口容积接收穿过过滤介质管的滤液。还提供了用于过滤受污染流体并采用本发明扩展面积过滤器的过滤器装置。

Description

扩展面积过滤器
技术领域
本发明总体上涉及过滤器。更具体地，本发明涉及过滤篮。
背景技术
过滤篮在壳体中用于很多场合以及大量行业。过滤篮能以数种配置应用，包括无反洗、反洗以及预涂覆树脂布置。
具有过滤篮的壳体很久以来就已用于工业市场中。使用这些类型过滤器的场合已经发展为包括其中标准一次性非编织聚合过滤包是不可接受的或节省成本的环境。出于各种原因，比如温度、所过滤流体的特性、经济、以及通过反洗原位清洁过滤篮的能力，可再用金属过滤篮被使用来代替一次性过滤篮。
标准金属过滤篮与非编织篮具有类似尺寸。由于金属过滤介质通常不会保持与非编织聚合过滤包一样多的杂质，已经有尝试要通过增大给定过滤篮包层中的金属介质的面积来补偿非编织深度介质与表面过滤金属介质之间灰尘保持能力的差异。用于增大金属介质过滤篮表面积的典型方法是使用管束。尽管在与标准单管金属过滤篮设计相比较时，利用管束能增大介质表面积，但仍然存在着金属过滤篮需要改进以减少压降、降低过滤介质两侧流速和/或通过增大过滤篮更换或反洗之间的时间间隔来减少系统停机时间和减少反洗废物的场合。
另外，需要减少当必须有较大和/或多个过滤器壳体来满足最小过滤面积需求时过滤系统所占用的足迹或体积，还需要能比当前可用过滤篮保持更多杂质的过滤篮。
本发明通过在与当前现有产品相同的过滤元件包络中提供更多过滤介质面积来提供这样的过滤器和方法。本发明的这些和其他优点，以及另外的创新性特点，将从这里提供的对本发明的描述中变得明显。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种过滤器，其具有包围纵向轴线的金属过滤介质片材。过滤器在其相反的轴向端部处具有入口面和出口面，并且每个过滤介质片材在过滤器入口面和出口面之间延伸。入口通道形成于金属过滤介质片材之间，其中每个入口通道对于入口面开口并且对于出口面闭合，并且具有大致在纵向轴线的方向上延伸的长度。出口通道也形成于金属过滤介质片材之间，其中每个出口通道对于出口面开口并且对于入口面闭合，并且具有大致在纵向轴线的方向上延伸的长度。从入口面至出口面的流路穿过至少其中一个过滤介质片材。
在另一个方面，本发明提供了一种扩展面积过滤器。扩展面积过滤器包括在过滤器相反的第一和第二端面之间包围纵向延伸轴线的第一金属过滤介质管状片材，其中第一和第二端面在过滤器的相反轴向端部处并且一个是入口面且另一个是出口面。第二金属过滤介质管状片材伸缩地内部装配于第一过滤介质管状片材内，第三金属过滤介质管状片材伸缩地内部装配于第二过滤介质管状片材内，并且第四金属过滤介质管状片材伸缩地内部装配于第三过滤介质管状片材内。第一环状闭合件设置于第一和第二管状片材最接近第一端面的端部之间；第二环状闭合件设置于第二和第三管状片材最接近第二端面的端部之间；并且第三环状闭合件设置于第三和第四管状片材最接近第一端面的端部之间。第一环状流动通道大致在纵向轴线方向上延伸，并且形成于第一和第二管状片材之间以及第三和第四管状片材之间，以使得第一环状流动通道对于第二流动面开口并且对于第一流动面闭合。第二环状流动通道大致在纵向轴线方向上延伸，并且形成于第二和第三管状片材之间，以使得第二环状流动通道对于第一流动面开口并且对于第二流动面闭合。从入口面至出口面的流路穿过至少其中一个金属过滤介质管状片材。
在又一个方面，本发明提供了一种过滤器装置，其包括壳体，壳体具有分为入口高压间和出口高压间的内部容积。壳体还包括过滤器保持器，其隔开入口高压间和出口高压间。过滤器安装于过滤器保持器中。过滤器包括纵向轴线、在过滤器的相反轴向端部处的入口和出口面。过滤器入口面与入口高压间流体相通，并且过滤器出口面与出口高压间流体相通。过滤器还包括绕着纵向轴线同心地布置的多个过滤介质管，以使得每个过滤介质管在过滤器的入口面与出口面之间延伸。过滤管构造为在所述多个过滤管之间形成多个入口通道，以使得每个入口通道在入口面处对于流体流开口并且在出口面对于流体流闭合，并且具有大致在纵向轴线的方向上延伸的长度。从壳体入口高压间至壳体出口高压间的流体流路穿过至少其中一个过滤介质片材。
本发明的其他方面、目标和优点将从以下结合附图的详细描述变得更加明显。
附图说明
结合入说明书并且形成其一部分的附图示出了本发明的几个方面并且连同描述一起，用来解释本发明的原理。在图中：
图1是扩展面积过滤器的第一示例性实施例的透视图；
图2是图1的过滤器的另一个透视图；
图3是图1的过滤器的透视横截图；
图4是扩展面积过滤器的第二示例性实施例的透视图；
图5是图3的过滤器的另一个透视图；
图6是图3的过滤器的透视横截图；
图6A是图3的过滤器的细节横截图；
图6B是图3的过滤器的细节横截图；
图6C是图3的过滤器的过滤介质的示例性实施例的细节横截图；
图6D是图3的过滤器的过滤管的端部构造的细节横截图；
图6E是图3的过滤器的过滤管的端部的替代构造的细节横截图；
图6F是图3的过滤器的过滤管的端部的替代构造的细节横截图；
图6G是图3的过滤器的过滤管的端部的替代构造的细节横截图；
图7是构造用来与本发明的扩展面积过滤器一起使用的过滤介质管状片材的透视图；
图8是适合于用来与本发明的扩展面积过滤器一起使用的过滤装置的局部切除视图；
图9是适合用来与本发明的扩展面积过滤器一起使用的直线过滤装置的横截图；并且
图10是适合用来与本发明的扩展面积过滤器一起使用的错流过滤装置的横截图。
虽然本发明将结合某些优选实施例进行描述，但是不是要将其限制于这些实施例。相反，意图是要涵盖包括在本发明如所附权利要求所限定的精神和范围内的所有替代、变型和等同。
具体实施方式
参照图1-2，示出的扩展面积过滤器的第一示例性实施例构造为扩展面积过滤篮100，其具有端环102、入口面124、出口面126、以及多个金属过滤介质片材116，片材116可构造为过滤管116或以其它方式缠绕为在入口面124与出口面126之间延伸。过滤器100的入口面124和过滤器100的出口面126是大致平状的并且与过滤器100的纵向轴线118垂直，并且布置于过滤器100的相反轴向端部处。在其他实施例中，过滤管116的轴向长度可以是不同的，以使得入口面124和/或出口面是非平状的（大致圆锥形、抛物线形等）。
如能在图中看到的，多个过滤管116布置为在紧凑体积区域内提供大量金属过滤介质。在示出的实施例中，过滤管116是大致筒形的（包括圆柱体形或渐细形/圆锥体形），并且绕着过滤器100的纵向轴线118同心地布置。在其他实施例中，过滤管116可以是其他形状，例如椭圆形或具有直边的多边形（这里使用的“环形”和“管状”意思是上位概念以包括大致筒形以及其他形状可能性）。在优选实施例中，过滤介质片材116具有用于流体过滤的优先流动方向，并且过滤介质片材定向为使得过滤流体从过滤器100的流入表面120流动至过滤器100的流出表面122。同心的过滤介质片材116与提供用于环状闭合件的入口隔圈142和出口隔圈144相结合来限定提供入口和出口的交替环状筒形容积，示出为未过滤流体接收容积130或入口流动容积130，以及滤液接收容积132或出口流动容积132。入口流动容积130在入口流动面124处开口并且在出口面126处密封地闭合，并且与过滤管116的流入表面120流体相通。出口流动容积132在出口流动面126处开口并且在入口面124处密封地闭合，并且与过滤管116的流出表面122流体相通。理解到，入口和出口流动容积是可逆的并且取决于过滤器如何在应用中使用（例如，如果流动反向，入口流动容积变成出口流动容积并且反之亦然）。
为了提供过滤器的安装和/或密封，可提供采用焊接兼容金属端环102形式的安装环。过滤器100的端环102包括圆周凸缘104、凸缘104的密封表面106、环状壁108、网筛安装表面112、以及过滤介质附接凸缘114。过滤介质附接凸缘114限定用于接收过滤器100的出口面126的端环环面115。倒角110可设置于端环102的圆柱形壁108与端环102的网筛安装表面112之间。替代地，端环102的倒角110可以是圆化外角部或尖锐角部。在其他实施例中，环状壁108可以是渐细的或截头圆锥形的壁，壁可介于端环102的凸缘104与端环102的网筛安装表面112之间。在另外其他实施例中，过滤介质片材可在没有单独的过滤介质附接凸缘114之下直接结合至端环102的环状壁108。端环102可任选地设置有一个或多个支撑结构（棒、扁平杆、穿孔板等），构造为在过滤器100的出口面126或过滤器100的入口面124处支撑多个过滤介质管，从而抑制过滤器100的过滤管116在径向和轴向上的移动。
在典型实施例中，金属过滤介质管116可包括纵向接缝128。在优选实施例中，纵向接缝128是给过滤介质管116提供额外结构支撑的焊接接缝。在示出的实施例中，过滤管116在没有使用结合于纵向接缝128和纵向焊缝129中的安全边缘材料之下形成并且焊接。然而，纵向接缝128和纵向焊缝129可任选地包括一个或一对安全边缘140（在下面参照图6A-6C更详细地讨论）。而且，在一些实施例中纵向接缝可通过将相反纵向端部压接在一起来形成。
参照图3，所示的是示出扩展面积过滤器的内部结构的横截图。过滤介质管116以圆柱形构造定位在过滤器100的外周边上作为第一过滤介质管156，并且与过滤器100的纵向轴线118大致平行。第一过滤介质管156通过环状焊接接缝113结合至端环102的过滤介质附接凸缘114。在优选实施例中，第一过滤介质管156在入口面124和/或出口面126处设置有安全边缘140以便于将过滤管156焊接至过滤器100的其他元件上。安全边缘140可以是金属材料条带。
在图1-3所示的示例性实施例中，入口隔圈142和出口隔圈144具有基本上类似的径向厚度，从而以彼此间恒定的径向距离支撑相邻的过滤介质管116（例如，过滤管156、158）。然而，在一些实施例中，出口隔圈144可具有与入口隔圈142相比更大的径向厚度或更小的径向厚度。
第二过滤介质管116作为第二过滤器介质管158定位在第一过滤介质管156内伸缩并且与纵向轴线118大致平行。示出为第一入口隔圈160的适合尺寸的入口面隔圈142介于第一过滤介质管156与第二过滤介质管158之间，与过滤器100的入口面124相邻。第一过滤介质管156和第二过滤介质管158的端部在管156、158的与入口面124相邻的端部处密封接合至第一入口隔圈160。
第一和第二过滤管156、158以及第一入口隔圈160从而限定第一流出容积162，第一流出容积162是在与入口面124相邻的端部处对流体流闭合并且在与出口面126相邻的端部处对流体流开口的环状圆筒。第一入口隔圈160从而阻挡被过滤的流体流从入口面124和入口容积130直接地穿过至出口面126和出口容积132而不穿过过滤介质。
第三过滤介质管116作为第三过滤介质管168定位在第二过滤介质管158内伸缩并且与纵向轴线118大致平行。示出为第一出口隔圈164的适合尺寸的出口面隔圈144介于第二过滤介质管158与第三过滤介质管168之间，与过滤器100的出口面126相邻。第二和第三过滤介质管158、168的与出口面126相邻的端部密封地接合至第一出口隔圈164。
第二和第三过滤管158、168以及第一出口隔圈164从而限定第一流入容积166，第一流入容积166是在与入口面124相邻的端部处对流体流开口并且在与出口面126相邻的端部处对流体流闭合的环状圆筒。第一出口隔圈164从而阻挡被过滤的流体流从入口面124和入口容积130直接穿过至出口面126和出口容积132而不穿过过滤介质。
第四过滤介质管116作为第四过滤介质管170定位在第三过滤介质管168内伸缩并且与纵向轴线118大致平行。示出为第二入口隔圈172的适合尺寸的入口面隔圈142介于第三过滤介质管168与第四过滤介质管170之间，与过滤器100的入口面124相邻。第三过滤介质管168和第四过滤介质管170的端部在过滤管168、170的与入口面124相邻的端部处密封地接合至第二入口隔圈124。
第三和第四过滤管168、170以及第二入口隔圈172从而限定第二流出容积174，第二滤液容积174是在与入口面124相邻的端部处对流体流闭合并且在与出口面126相邻的端部处对流体流开口的环状圆筒。第二入口隔圈172从而阻止被过滤的流体流从入口面124和入口容积130直接穿过至出口面126和出口容积132而不穿过过滤介质。应当注意到，第一、第二、第三和第四仅用于区别目的，而不是具体位置或布置。
仍然参照图3，另外的过滤管116可同心地定位于过滤管156、158、168和170内并且以如上所述相同的方式与交替的入口面隔圈142和出口面隔圈144接合，从而限定交替的入口流动容积130和出口流动容积132。示出为中心管136的最内同心过滤管116（即，具有最小直径的管）在与出口面126相邻的端部处由端帽146密封，从而允许流体暴露至中心管136的流入表面120同时阻止流体流从入口面124和入口容积130直接穿过至出口面126和出口容积132而不穿过过滤介质。
在扩展面积过滤器的优选实施例中，入口隔圈142和出口隔圈144由不锈钢材料形成并且对于流体流是不可渗透的。在其他实施例中，隔圈142、144能由可渗透材料形成，从而将额外的过滤能力添加至扩展面积过滤器。这种闭合件从而能是可渗透的或提供密封端部。在示出的实施例中，过滤介质管116通过焊接例如气体钨极电弧焊密封地接合至隔圈142、144。在其他实施例中，隔圈142、144可以是另一种材料，比如塑料、环氧树脂或弹性体，并且可通过热焊接、粘合化合物（环氧树脂、水泥、自凝固剂等）或机械紧固（滚压接缝、紧固件等）接合至过滤管116。在另外的其他实施例中，过滤介质管116可相对于距纵向轴线118的径向距离是渐细的或截头圆锥形的，以使得过滤管的交替端部可在没有中间隔圈142、144之下直接接合（焊接、粘附、封装、机械紧固等）。全部前述内容能在片材的边缘之间有效地提供闭合。
如图3中所示，待过滤的流体在入口流方向150上流入入口流动容积130并且在第一过滤管156的外径周围，并且从而进入与过滤介质片材116的流入表面120相接触。流体流过过滤介质片材116，如由流路154所示，并且通过流出表面122流出，从而穿过进入出口流动容积132并且在出口流152的方向上流出过滤器100。如本领域技术人员容易理解的，这里公开的扩展面积过滤器也可以用于反洗（即，从轴向流动面126流动至轴向流动面124）周期性地用来从过滤介质中移除颗粒物质的过滤应用中。为了促进该应用，能使用表面荷载介质（与深度荷载介质相反）比如具有良好限定孔隙尺寸的丝网。纤维状金属介质可用于某些实施例中，但是捕获颗粒并且不容易释放的那些将不能用于反洗应用。
在其他应用中，与所述流动方向相反的主要方向（即，从轴向流动面126至轴向流动面124的流动方向，以及在与流动方向150、152相反的方向上）的构造可以是期望的。在采用分层过滤介质的过滤器中，可以有利地定向过滤介质片材116以使得各层定向为当流体在主要流动方向上过滤时提供最佳过滤。
参照图4-6，扩展面积过滤器的第二实施例示出为过滤篮200，其中相同的数字指相同的元件。过滤器200构造用于预涂覆树脂过滤器应用，其中包含预涂覆树脂的流体穿过包括过滤篮200的过滤器壳体。为了适应预涂覆树脂过滤器应用，过滤器200在过滤管116的流入表面120之间（即，过滤管158和168之间，以及过滤管170和180之间）通常设置有至少大约0.75英寸的径向距离。在这些应用中，入口隔圈142的径向厚度可小于出口隔圈144的径向厚度。在过滤篮涂覆树脂后，受污染的流体穿过包含树脂涂覆过滤篮的过滤器壳体。通常，预涂覆树脂是催化剂或过滤增强介质比如硅藻土，其在受污染流体的过滤之前聚积于过滤器200的流入表面120上。受污染流体从而通过树脂覆层和过滤介质片材116过滤，增强由扩展面积过滤篮200提供的颗粒过滤。在其他应用中，过滤器200的流入表面可隔开小于0.5英寸、大约0.5英寸、大约1英寸、或大于1英寸。
参照图6A、6B和6C，示出过滤介质的细节图。在过滤介质116片材是金属网筛或另一金属过滤介质的实施例中，过滤介质片材116的边缘可设置有安全边缘140，如美国专利No.6,514,408中公开的，该专利的全部内容通过参考结合于此。安全边缘140是金属条或金属带，其焊接或以其它方式连接（例如，烧结、滚压接缝、粘合等）至金属过滤介质116片材的边缘。焊接材料139连接安全边缘140和过滤介质116，从而密封最接近安全边缘140的孔隙并且在焊接过程产生任何过滤介质116变形时防止泄漏。优选地，安全边缘140是可与在焊接接头中使用的焊接金属相兼容的金属，以使得安全边缘140的金属条变得与安全边缘140的材料与过滤介质片材116之间的焊接接头139成为整体。
在优选实施例中，安全边缘140对接焊接至过滤介质116的层121和123，以使得安全边缘140在纵向上从过滤管116的过滤介质片材延伸，并且使得焊接接头139将安全边缘140接合并且密封至较精细丝网层121和较粗糙丝网层123。在使用金属滤网过滤介质的示出实施例中，安全边缘140用于管的端部处以便于将过滤介质片材116接合至入口隔圈142、出口隔圈144、端帽146，以及端环102的过滤介质附接凸缘114。
参照图6A，示出过滤器200的出口面126和端环102的细节图。每个过滤管116通过焊缝139接合至从过滤管116纵向地延伸的安全边缘140。第一过滤管156的安全边缘140通过绕着端环102的介质附接凸缘114圆周地延伸的焊接接缝113接合至端环102的介质附接凸缘114。如所示，第一过滤管156的安全边缘140接合于介质附接凸缘114的外径处。在其他实施例中，第一过滤管156的安全边缘140可接合于介质附接凸缘114的内径处，或可纵向地接合至端环102的介质附接凸缘114的轴向面117。
第二和第三过滤管158、168的安全边缘140通过焊接接缝143接合至出口隔圈144，示出为隔圈164。如图6D-6G中所示，用于入口和出口隔圈142、144的各种附接构造均在本发明的范围内。另外的出口隔圈144，包括出口隔圈176，类似地通过焊接或另一种方法接合至同心地定位于过滤管156、158和168内侧的另外过滤管116。
参照图6B，示出过滤器200的入口面124的细节。每个过滤管116通过焊缝139接合至从过滤管116纵向地延伸的安全边缘140。第一和第二过滤管156、158的安全边缘140通过焊接接缝143接合至入口隔圈142，示出为入口隔圈160。如图6D-6G中所示，用于入口和出口隔圈142、144的各种附接构造均在本发明的范围内。另外的出口隔圈144，包括出口隔圈176，类似地通过焊接或另一种方法接合至同心地定位于过滤管156、158和168内侧的另外过滤管116。
参照图6C，示出具有两层过滤介质的过滤介质片材116的优选实施例的细节图。在所示的实施例中，优选的过滤介质116是扩散结合的烧结层压过滤介质，通常包括不锈钢材料或另一种非铁材料。过滤介质片材116可由多层金属滤网构成，其每个自身是表面荷载的（并且因此能用于反洗应用）。如所示，层包括较精细滤网121和较粗糙滤网123。在优选实施例中，较精细滤网121可具有范围从1微米至大约200微米的网目尺寸。在其他实施例中，较精细滤网121的网目尺寸可小于1微米或大于200微米。较粗糙滤网123的网目尺寸优选地大于较精细滤网121的网目尺寸。较精细滤网121通常烧结至较粗糙滤网123，较粗糙滤网123从而为较精细滤网121提供结构支撑来抵抗在径向和/或轴向上施加于过滤管116上的力。
在优选实施例中，过滤介质是五层过滤介质，包括流入表面120处的保护网、精细滤网121、以及流出表面122处的粗糙支撑网123。示例性的五层过滤介质可从美国北卡罗来纳州Greensboro市Triad Drive8439号的Purolator Facet公司买到，并且以商标
Figure BDA0000397931740000101
出售。在这种多层的实施例中，过滤介质116的精细层121定位为与过滤器100的流入表面120流体相通，并且过滤介质116的粗糙层123定位为与过滤器100的流出表面流体相通。在采用两层或更多层过滤介质的其他实施例中，粗糙层122可定位为与过滤器100的流入表面120流体相通，并且精细层121可定位为与过滤器100的流出表面122流体相通。
其他示例性过滤材料以商标
Figure BDA0000397931740000102
和
Figure BDA0000397931740000103
出售，它们都可从Purolator Facet公司买到。是没有被扩散结合的与
Figure BDA0000397931740000105
介质相类似的编织丝网。
Figure BDA0000397931740000106
介质是通常具有从大约3微米至大约80微米范围的孔隙尺寸的纤维金属毛毡介质。然而，纤维金属毛毡介质可具有小于3微米或大于80微米的孔隙尺寸。
替代地，过滤介质片材116可具有单层，或可包括三层或更多层。扩展面积过滤器的其他实施例可有利地使用任何其他多孔介质，包括但不限于金属丝网（编织、焊接或其它方式）、纤维金属毛毡（与金属丝网一起使用或不与其一起使用）、烧结粉末、绕线、穿孔片材、楔线、烧结线深度介质（如在美国专利No.7,497,257中所公开的，该专利的全部内容通过参考结合于此）、以及聚合体（编织和非编织）过滤介质。
金属丝网筛或编织金属丝网提供表面过滤，即，网筛或丝网防止期望尺寸和更大的颗粒穿过网筛并且全部过滤颗粒捕获于网筛的顶面上或附近。与扩展面积过滤器一起使用的金属丝网筛包括范围从标准网目尺寸500（25.0微米）至标准网目尺寸4（5,156微米）的网筛。具有小于25微米或大于5,156微米的网目尺寸的金属丝网筛也可与扩展面积过滤篮一起使用。
绕线也是常见类型的表面过滤。绕线是缠绕在支撑结构周围的通常三角形的线，在线之间具有给定间隙以实现颗粒过滤尺寸。表面过滤的一个难点在于较大颗粒捕获于过滤层上，开放空间变得越来越小，因而捕获越来越小的颗粒。最终捕获颗粒如此精细以致于过滤器变得堵塞，严重地减少或停止滤液流过网筛。因此，扩展面积过滤器可构造为用于反洗以在需要时从过滤器片材116清除聚集的颗粒物质。
扩展面积过滤器的其他实施例可采用具有大约250微米和1000微米之间的优选孔隙尺寸的穿孔片材介质。然而，穿孔片材介质可具有小于250微米或大于1000微米的孔隙尺寸。
仍然参照图6C，过滤介质片材116可设置有重叠过滤管116的流入表面120的密封条141。密封条141覆盖网筛121中的最接近其所焊接至的另一个金属结构（比如安全边缘140）的孔隙134。在焊接之前，如果期望，密封条141可绕网筛弯曲，或可沿着网筛的顶面或底面平放。在另一个实施例中，密封条141可定位为覆盖过滤介质片材116的流出表面122的孔隙134。将密封条141添加至过滤介质片材116从而可减少比过滤介质的孔隙尺寸更大的间隙的形成，和/或给过滤介质片材116提供另外的结构刚性。在另一个实施例中，密封条141的非重叠部分145可直接焊接或以其他方式接合至隔圈142、144和/或端帽146，从而允许隔圈抵靠密封条141的非重叠部分145和接合至密封条141的焊缝139就座。
参照图6D-6G，用于过滤管116的端部构造的替代环状闭合件的细节图相对于过滤篮例如过滤篮200的入口面124示出。入口面124和流入面120接收渗透流体流，用流动方向150大致示出。如本领域技术人员将容易明白的，用于过滤管116的类似端部构造（包括与其附接的隔圈144和端帽146）能以任何组合用于本发明的过滤器的出口面126处。
图6D示出呈入口隔圈142形式的环状闭合件，作为具有内部径向面220和外部径向面222的环状环218。在优选实施例中，用作隔圈142（并且类似地用作出口隔圈144和端帽146，未示出）的环状环从平状钢板切割，例如使用喷水切割机。过滤介质管116示出为第一和第二过滤介质管214、216，它们分别具有第一安全边缘224和第二安全边缘226。第一安全边缘224具有外部径向壁228，并且第二安全边缘226具有内部径向壁230。入口隔圈142定位于第一过滤管214的第一安全边缘224的外部径向壁228与第二过滤管216的第二安全边缘226的内部径向壁230之间，以使得隔圈142的内部径向面220接触第一过滤管214的第一安全边缘224的外部径向壁228，并且隔圈142的外部径向面222接触第二过滤管216的第二安全边缘226的内部径向壁230。第一安全边缘224和第二安全边缘226均在焊接接头143处焊接或以其他方式接合至入口隔圈142，从而将入口流动容积130与出口流动容积132密封开。
图6E示出呈入口隔圈142形式的环状闭合件，作为具有内部径向表面220、外部径向表面222、内部轴向座圈234以及外部轴向座圈236的环状环232。内部轴向座圈234构造为就坐在第一过滤管214的第一安全边缘224的纵向面238上，并且外部轴向座圈236构造为就坐在第二过滤管216的第二安全边缘226的纵向面240上。第一安全边缘224和第二安全边缘226都在焊接点143处焊接或以其它方式接合至入口隔圈142，从而将入口流动容积130与出口流动容积132密封开。
图6F示出用于过滤管116的替代环状闭合件端部构造，其中不需要提供闭合件的隔圈142，而是替代地使用其他形式的闭合件。环状闭合件可以是延伸的安全边缘140，示出为第一延伸安全边缘242和第二延伸安全边缘244，它们分别接合至过滤管214、216。第一和第二延伸安全边缘242、244锻有或以其它方式设置有径向凸肩246，将延伸安全边缘242的端部248、250带入相邻关系。延伸安全边缘242、244的端部248、250然后滚压以形成滚压接缝252。可选地，延伸安全边缘242、244的端部248、250可通过现有技术已知的任何其他手段接合，比如焊接、粘合剂、环氧树脂封装、压接、机械紧固件等，从而将入口流动容积130与出口流动容积132密封开。
图6G示出用于过滤管116的另一个替代环状闭合件端部构造，其中不需要隔圈142。第一和第二过滤管214、216的端部254、256分别锻有或以其它方式设置有径向凸肩246，将端部254、256带入相邻关系。过滤管214、216的端部254、256然后滚压以形成滚压接缝258。替代地，过滤管214、216的端部254、256可通过现有技术已知的任何其他手段结合，比如焊接、粘合剂、环氧树脂封装、压接、机械紧固件等，从而将入口流动容积130与出口流动容积132密封开。任选地，过滤管214、216的最接近径向凸肩246、端部254、256和滚压接缝258的开口孔隙134可被涂覆或密封以减少或消除出口流动容积132与入口流动容积130之间的流体相通，这两个容积可能会分别在过滤管214、216的端部254、256的锻造、滚压或其他操作期间已经变形或扩宽。
如图1-3中所示，扩展面积过滤器100包括12个同心过滤管116。在图4-6所示的实施例中，扩展面积过滤器200包括6个同心过滤管116。如可容易明白的，扩展面积过滤器的其他实施例可包括任何数目的过滤管116，只要适合于过滤器的尺寸、过滤管之间的间隔以及待过滤流体的特性。具体地，具体化所公开发明的扩展面积过滤器可包括2个过滤管、4个管、8个管、10个管、14-20个管或更多。在其中端帽146定位于出口面126处的实施例中，如图3和6中所示，过滤管的数目将通常是偶数。在端帽替代地定位于入口面124处的实施例中，与其中端帽146定位于出口面126处的实施例相比，过滤管的数目可增加或减少一个。
虽然本发明能应用至任何过滤篮尺寸并且不限于任何工业标准过滤篮构造，示例图示出了本发明对于尺寸#2过滤篮的典型优点以及面积改进。在尺寸#2过滤器的标准构造中，即具有绕着纵向轴线布置的过滤介质的单个圆筒并且具有大约6.56英寸直径和大约29.5英寸长度的过滤篮，常规的过滤篮提供大约4.23平方英尺的过滤介质表面面积。在图1-3所示的示例性实施例中，扩展面积过滤篮100以与标准尺寸#2过滤器相同的尺寸包络构造，其中过滤管116沿着过滤器100的纵向轴线118的介质长度是大约29.5英寸，过滤管100的第一过滤管156具有大约6.56英寸的外径，并且隔圈142、144在相邻过滤管116之间提供大约0.188英寸的间隔，从而给过滤器100提供大约28.5平方英尺的总过滤介质面积。在图4-6所示的示例性实施例中，具有相同的外部尺寸，过滤篮200提供大约15.1平方英尺的总过滤介质表面积。在其他构造中，构造为尺寸#2过滤器的扩展面积过滤器可提供大于5平方英尺、10-20平方英尺、20-25平方英尺、25-30平方英尺或大于30平方英尺的总过滤介质面积。
参照图7，单个过滤介质片材116示出为过滤管184，其具有纵向轴线118、第一端186、第二端188以及接缝边缘197、198。第一端186限定开口190，并且第二端188限定第二开口192。过滤管184设置有安全边缘140，在过滤管184的第一端186处示出为第一安全边缘194。过滤管184还设置有安全边缘140，在过滤管184的第二端188处示出为第二安全边缘196。
在优选实施例中，过滤管184由平状过滤介质片材116形成，比如烧结层压过滤介质片材。安全边缘材料条140添加至过滤介质片材的第一和第二端以在组装期间辅助将过滤管184焊接至例如隔圈142、144和/或介质附接凸缘114。平状条（在图6C中最好地示出为条141）还可在片材116是平状片材时添加至安全边缘140和过滤介质片材。在添加安全边缘之后，如果需要，将过滤介质片材剪切至相应于所形成过滤管184的展开轴向长度和径向圆周的最终形成尺寸。平状片材然后根据设计准则形成为管状，在内径或外径上具有介质“流入”表面120。过滤管184然后以缝焊129完成，或其他接合方法完成，沿着纵向接缝128形成，从而接合已形成过滤介质片材的边缘197、198。
适合直径的另外过滤管彼此内部套叠，适合尺寸的隔圈插入过滤管116之间。管的端部然后焊接或以其他方式接合至隔圈，在过滤管的“流入”侧与过滤管的“流出”侧之间形成密封。焊接、或其他接合方法，在所有管端部和隔圈上进行，将过滤管组件的“流入”侧与“流出”侧密封开。端环102焊接或以其他方式接合至过滤管组件，完成过滤篮（例如过滤篮100）的组装。根据过滤篮壳体的尺寸、构造和形状，可使用不同样式的端环102。对于具体壳体，每个端环102构造为与过滤篮的流入表面120和流出表面122相匹配并且在两个表面之间形成密封。
参照图8，一个或多个过滤器100可安装于过滤装置300中，示出为示例性的过滤容器302。所示的过滤容器302具有可移除顶部303、外壁304，外壁304限定内部容积306。过滤容器302还包括篮保持器308，其布置于过滤容器302内并且将过滤容器302的内部容积306分为过滤容器302的入口高压间310和过滤容器302的出口高压间312。过滤容器302还包括至少一个与过滤容器302的入口高压间310流体相通的流体入口314，以及至少一个与过滤容器302的出口高压间312流体相通的流体出口316。可移除顶部303可以是给出口高压间312提供通路的任何结构或可选择性地闭合的开口（有凸缘的盖板、盖子、舱门等），从而在需要时允许过滤器100的移除、清洁和/或更换以用于过滤装置300的有效操作。另外，过滤容器302的外壁304可任选地设置有与入口高压间310流体相通的出口或排出阀，允许从过滤容器302的入口高压间310移除聚集的颗粒物质，而无需拆卸过滤容器302以便清洁。
一个或多个环状开口318设置于篮保持器308中，用于接收过滤篮，示出为扩展面积过滤篮100。环状开口318构造为接收过滤器100的端环102的环状壁以使得过滤器100的入口面124与入口高压间310流体相通，并且过滤器100的出口面126与过滤容器302的出口高压间312流体相通。在过滤器100安装于篮保持器308的环状开口318中时，过滤器100的凸缘104在过滤器100的端环102与篮保持器308之间形成流体不可渗透的密封，从而防止过滤容器302的入口高压间310与过滤容器302的出口高压间312之间的流体相通。端环102的密封表面106可任选地设置有环状闭合材料（例如，O环、纤维垫圈、垫片等），在过滤容器302的篮保持器308与过滤器100的端环102的密封表面106之间提供表面密封。替代地，环状闭合材料可设置于篮保持器308上圆周地包围环状开口318。
图8中还示出适合用于本发明的过滤容器的示例性示意反洗系统。流体入口管320提供为与入口高压间310、渗透阀342以及管326和反洗放泄阀330流体相通。滤液流出口322设置为与出口高压间312、管328和反洗流体供应阀332以及滤液出口阀344流体相通。反洗放泄阀330与管334和反洗废料容器338流体相通，并且反洗流体供应阀332与管336和反洗流体容器340流体相通。在其他实施例中，过滤篮的反洗可通过逆向流动流体来实现，例如通过将出口高压间312加压至高于入口高压间310的压力，从而迫使先前被过滤的流体在从出口流动面至入口流动面并且与流动方向150相反的方向上穿过过滤器100。
在过滤装置300的过滤操作期间，阀342、344打开并且反洗阀330、332闭合。受污染的流体从入口阀342穿过流体入口管320和流体入口314流动至入口高压间310，并且通过穿过过滤器100至出口高压间312而过滤。清洁的滤液然后通过流体出口316和滤液流出口322流出出口高压间312至滤液出口阀344。为了反洗过滤篮100，流体入口和流出阀342、344闭合并且阀330、332打开。反洗清洁流体然后从反洗流体容器340流动至出口高压间312，穿过过滤器100（在与正常流动相反的方向上）至入口高压间310，从而从过滤器100的流入表面120移除捕获的颗粒物质。所得到的污染反洗流体然后从入口高压间310穿过至反洗废料容器338以便适当处理。一旦反洗完成，阀330、332闭合并且阀342、344打开，允许通过过滤器100从入口高压间310至出口高压间312的过滤重新开始。
图9示出构造用于直线过滤的过滤装置300的第二示例性实施例，其中相同的数字指相同的元件。过滤装置300示出为具有过滤容器302，其构造为容纳单个过滤篮，比如过滤篮200。在直线过滤容器的一些实施例中，扩展面积过滤器可用于井下过滤，即，在井或钻孔中。外壁304设置有过滤器保持器308，其定尺寸为密封地接收过滤篮200的端环102。受污染流体150的流接收于入口高压间310中并且通过过滤篮200过滤。滤液在出口高压间312中从过滤篮200接收，并且通过流出口322和过滤出口阀344离开过滤容器。可移除顶部303可以是给出口高压间312提供选择性通路的任何结构或可选择性闭合的开口（有凸缘的盖板、盖子、舱门等），从而在需要时允许过滤篮（例如，过滤器100或200）的移除、清洁和/或更换以便于过滤装置300的有效操作。
构造用于直线过滤的过滤装置300还可设置有用于清洁安装于其中的扩展面积过滤器的回流系统，示出为流体入口管320，其设置为与入口高压间310、渗透供应阀342以及管326和反洗放泄阀330流体相通，并且另外地还有设置为与出口高压间312、管328和反洗流体供应阀338以及滤液出口阀344流体相通的滤液流出口322。反洗放泄阀330与接收反洗废料的管334流体相通，并且反洗流体供应阀332与提供反洗流体供应的管336流体相通。
图10示出构造用于错流过滤的过滤装置300的第三示例性实施例，示出为错流装置305，其中相同的参考数字指相同的元件。在错流过滤中（还已知为切向流过滤），受污染流体的供应流150切向地穿过过滤器（示出为扩展面积过滤篮200）的同心过滤介质管116，同时滤液通过过滤篮过滤。错流过滤装置305的入口高压间310放置为与受污染流体入口314和滞留物出口324流体相通。错流过滤装置305的出口高压间312放置为与滤液出口316流体相通。在具有初始污染负荷的受污染流体流入入口高压间时，一部分流体流过过滤器200至出口高压间312并且流动至错流过滤装置305的滤液出口316。一部分受污染流体通过滞留物出口324从入口高压间310流出，携带与最初污染负荷相比更高的污染负荷。越过过滤器200的流入表面120的受污染流体流持续地从流入表面120清除颗粒物质，从而延长过滤器清洁、更换和/或反洗之间的间隔。错流过滤装置305可任选地是提供反洗过滤篮200能力的反洗系统。
这里引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，通过参考结合于此，如同每个参考文献单独且具体地说明为通过参考结合于此并且在这里全部阐述一样。
在描述本发明的内容中（尤其是在以下权利要求的内容中）词语“一”、“该”和类似对象的使用解释为覆盖单数和复数，除非文中另有说明或与内容明显抵触。词语“包括”、“具有”和“包含”解释为开放式词语（即，意味着“包括但不限于”），除非另有说明。这里数值范围的列举仅是意在用作单独指出落入该范围的每个分离数值的简写方法，除非文中另有说明，并且每个分离的数值如同在本文中单独记载一样结合入本说明书。本文描述的所有方法能以任何适合顺序执行，除非文中另有说明或与内容明显抵触。这里提供的任何和所有示例或示例性语言（例如，“比如”）的使用仅意在更好地示出本发明并且不是要对本发明的范围进行限制，除非另有声明。说明书中的任何语言都不应当解释为指示任何未声明的要素为实践本发明所必要的。
本发明的优选实施例在本文中描述，包括发明人已知的实施本发明的最佳模式。这些优选实施例的变化对于阅读前述描述的本领域技术人员而言变得明显。发明人预期熟练技术人员适当地采用这些变化，并且发明人意在本发明能以文中所具体描述之外的方式实践。因此，本发明包括所附权利要求所描述主题在适用法律许可下的所有改变和等同。而且，上述要素在其所有可能变化中的任何组合都被本发明所涵盖，除非文中另有说明或内容明显抵触。

Claims (28)

1.一种过滤器，其包括：
多个以围绕纵向轴线的关系布置的金属过滤介质片材，每个过滤介质片材在过滤器的入口面与出口面之间延伸，入口面和出口面在过滤器的相反轴向端部处；
多个形成于所述多个金属过滤介质片材之间的入口通道，每个入口通道对入口面开口并且对出口面闭合并且具有大致在纵向轴线的方向上延伸的长度；以及
多个形成于所述多个金属过滤介质片材之间的出口通道，出口通道对出口面开口并且对入口面闭合并且具有大致在纵向轴线的方向上延伸的长度；
其中从入口面至出口面的流路穿过过滤介质片材中的至少一个。
2.根据权利要求1的过滤器，其中金属过滤介质片材包括金属丝网，其包括1微米和200微米之间的孔隙尺寸。
3.根据权利要求2的过滤器，其中金属过滤介质片材是自支撑的，在相反端部之间的中间区域中，每个片材与另一个相邻的金属过滤介质片材隔开并且不与之接触，相邻金属过滤介质片材之间的支撑仅在最接近过滤器的入口面和出口面的相反端部处提供。
4.根据权利要求1的过滤器，其中金属过滤介质片材包括多层金属过滤材料，其中从入口面至出口面的流路穿过至少两层金属过滤材料，金属过滤材料层包括对于上游层和下游层的梯度孔隙度，下游层具有比上游层小的孔隙尺寸。
5.根据权利要求2的过滤器，其中金属过滤器介质片材具有从金属丝网纵向地延伸的呈环状金属条形式的安全边缘，金属丝网焊接至环状金属条，每个片材缠绕为具有纵向接缝的管状形式，纵向接缝具有由纵向焊缝接合的相对边缘。
6.根据权利要求1的过滤器，其中过滤介质片材包括选自于由编织丝网、焊接丝网、纤维金属毛毡、烧结粉末、绕线、楔线、烧结线深度介质、非编织聚合体以及编织聚合体构成的组中的过滤介质。
7.根据权利要求1的过滤器，还包括成围绕所述多个过滤介质片材的关系的安装环，安装环提供用于密封壳体的密封，安装环焊接至最外面的丝过滤介质片材。
8.根据权利要求1的过滤器，其中过滤介质片材以环状管形式布置，相邻的环状管伸缩地接收在彼此中，并且过滤器还包括多个环状闭合件，环状闭合件在相邻的环状管之间密封从而提供用于入口和出口流动通道。
9.根据权利要求8的过滤器，其中环状管具有圆形横截面。
10.根据权利要求1的过滤器，过滤器还包括多个环状隔圈，至少一个隔圈在每个相邻片材之间形成环状闭合件以形成出口和入口通道中的至少一个，环状隔圈在内周边和外周边处焊接至相邻的金属过滤介质片材。
11.根据权利要求1的过滤器，其中第一过滤介质片材接合至第二过滤介质片材，在第一过滤介质片材与第二过滤介质片材之间形成环状闭合件以形成出口和入口通道中的至少一个。
12.一种扩展面积过滤器，过滤器包括：
在过滤器相反的第一和第二端面之间围绕纵向延伸轴线的第一金属过滤介质管状片材，第一和第二端面在过滤器的相反轴向端部处并且其中一个端面是入口面而另一个是出口面；
第二金属过滤介质管状片材，其伸缩地内部装配于第一过滤介质管状片材内；
第三金属过滤介质管状片材，其伸缩地内部装配于第二过滤介质管状片材内；
第四金属过滤介质管状片材，其伸缩地内部装配于第三过滤介质管状片材内；
第一环状闭合件，其位于第一和第二管状片材最接近第一端面的端部之间；
第二环状闭合件，其位于第二和第三管状片材最接近第二端面的端部之间；以及
第三环状闭合件，其位于第三和第四管状片材最接近第一端面的端部之间；
其中大致在纵向轴线方向上延伸的第一环状流动通道形成于第一和第二管状片材之间以及第三和第四管状片材之间，以使得第一环状流动通道对第二流动面开口而对第一流动面闭合；并且
其中大致在纵向轴线方向上延伸的第二环状流动通道形成于第二和第三管状片材之间，以使得第二环状流动通道对第一流动面开口而对第二流动面闭合，并且其中从入口面至出口面的流路穿过金属过滤介质管状片材中的至少一个。
13.根据权利要求12的过滤器，其中金属过滤介质片材具有流入侧和流出侧，并且相邻的金属过滤介质片材的流入侧隔开至少0.5英寸，并且其中金属过滤介质片材具有1微米和200微米之间的孔隙尺寸。
14.根据权利要求12的过滤器，其中金属过滤介质是表面过滤金属介质。
15.根据权利要求13的过滤器，其中金属过滤介质是扩散结合的烧结层压过滤介质。
16.根据权利要求12的过滤器，其中金属过滤介质片材具有从金属丝网纵向延伸的呈环状金属条形式的安全边缘，金属丝网焊接至环状金属条。
17.根据权利要求12的过滤器，还包括成围绕所述多个过滤介质管状片材关系的安装环，安装环提供用于密封壳体的密封。
18.根据权利要求12的过滤器，其中环状闭合件包括内部装配于相邻过滤介质管状片材之间的至少一个隔圈，每个隔圈在内周边和外周边处焊接至相邻的金属过滤介质片材。
19.一种过滤器装置，其包括：
壳体，壳体包括分为入口高压间和出口高压间的内部容积，以及过滤器保持器，过滤器保持器隔开入口高压间和出口高压间；
过滤器，过滤器安装于过滤器保持器中，过滤器包括纵向轴线以及在过滤器的相反轴向端部处的入口面和出口面，过滤器入口面与入口高压间流体相通并且过滤器出口面与出口高压间流体相通；
过滤器还包括绕着纵向轴线同心地布置的多个过滤介质管，每个过滤介质管在过滤器的入口面与出口面之间延伸，其中过滤管构造为在所述多个过滤管之间形成多个入口通道，每个入口通道在入口面处对流体流开口而在出口面处对流体流闭合，并且具有大致在纵向轴线的方向上延伸的长度；并且
其中从壳体入口高压间至壳体出口高压间的流体流路穿过过滤介质片材中的至少一个。
20.根据权利要求19的过滤器装置，其中过滤管还构造为在所述多个过滤管之间形成多个出口通道，每个出口通道在出口面处对流体流开口而在入口面处对流体流闭合，并且具有大致在纵向轴线的方向上延伸的长度。
21.根据权利要求19的过滤器装置，其中过滤器还包括成围绕所述多个过滤介质管关系的安装环，安装环提供用于密封过滤器保持器的密封。
22.根据权利要求19的过滤器装置，其中过滤介质包括金属过滤介质中的至少一种。
23.根据权利要求19的过滤器装置，其中过滤器装置包括多个过滤器，每个过滤器具有与入口高压间流体相通的入口面以及与出口高压间流体相通的出口面。
24.根据权利要求19的过滤器装置，其中过滤器装置被构造用于井下过滤。
25.根据权利要求19的过滤器装置，其中过滤器装置还包括与入口高压间流体相通的入口管、与出口高压间流体相通的出口管、以及与入口高压间流体相通的排出阀。
26.根据权利要求19的过滤器装置，其中过滤器装置还包括与出口高压间流体相通的第二流体入口以及与入口高压间流体相通的第二流体出口，并且其中第二流体入口和第二流体出口被构造为限定从第二流体入口至第二流体出口的清洁流体流路，清洁流体流路穿过过滤介质片材中的至少一个。
27.根据权利要求19的过滤器装置，其中过滤器装置还包括与入口高压间流体相通的入口管以及与出口高压间流体相通的滤液出口管，并且其中过滤器装置被构造用于直线过滤。
28.根据权利要求19的过滤器装置，其中过滤器装置还包括与入口高压间流体相通的入口管和与入口高压间流体相通的滞留物出口管，以及与出口高压间流体相通的滤液出口管，并且其中过滤器装置被构造为用于错流过滤。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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