CN108686441A - 过滤器、过滤器装置和使用方法 - Google Patents

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Abstract

公开了过滤器、过滤器装置和使用方法。过滤器包括：多孔过滤元件，其包括具有中空内部、第一端部和第二端部的圆筒形多孔金属介质，多孔金属介质具有限定多孔金属介质的中空内部的内表面；形成于多孔金属介质的第一端部处的第一多孔金属端部盖，其具有面向多孔金属介质的第一端部的内表面；形成于多孔金属介质的第二端部处的第二多孔金属端部盖，其具有面向多孔金属介质的第二端部的内表面；其中，第一多孔金属端部盖的内表面和/或第二多孔金属端部盖的内表面包括从内表面朝向中空内部延伸的多个多孔肋；和/或多孔金属介质的内表面包括从内表面朝向中空内部延伸的至少一个多孔肋。过滤器装置包括过滤器，使用方法包括使用过滤器和过滤器装置。

Description

过滤器、过滤器装置和使用方法
技术领域
本发明涉及用于过滤流体的过滤器、过滤器装置和使用方法。
背景技术
已有多种过滤器可用于过滤流体。然而，一些过滤器的制造为低效率的和/或为劳动密集的/时间密集的。
发明内容
本发明为现有技术的至少一些缺点提供改进。本发明的这些优点和其他优点将从下文陈述的描述而变得显而易见。
本发明的实施例提供一种过滤器，其包括：(a)包括具有中空内部、第一端部和第二端部的圆筒形多孔金属介质的多孔过滤元件，所述多孔金属介质具有内表面，该内表面限定多孔金属介质的中空内部；(b)在多孔金属介质的第一端部处的第一多孔金属端部盖，所述第一多孔金属端部盖具有内表面，该内表面面向多孔金属介质的第一端部；(c)在多孔金属介质的第二端部处的第二多孔金属端部盖，所述第二多孔金属端部盖具有内表面，该内表面面向多孔金属介质的第二端部；其中第一多孔金属端部盖的内表面和/或第二多孔金属端部盖的内表面包括从内表面朝向中空内部延伸的多个多孔肋；和/或多孔金属介质的内表面包括从内表面朝向中空内部延伸的至少一个多孔肋。
在过滤器的一个实施例中，位于第一多孔金属端部盖的内表面上的和/或位于第二多孔金属端部盖的内表面上的多孔肋径向地布置。
在过滤器的另一个实施例中，位于多孔金属介质的内表面上的所述至少一个多孔肋沿着多孔金属介质的内表面周向地或螺旋地布置。
在过滤器的一些实施例中，多孔金属介质的内表面包括从内表面朝向中空内部延伸的多个多孔肋，且位于多孔金属介质的内表面上的多孔肋沿着多孔金属介质的内表面轴向地、同轴地、周向地、螺旋地和/或纵向地布置。
在过滤器的一些实施例中，多孔肋从第一多孔金属端部盖的内表面的一部分和/或从第二多孔金属端部盖的内表面的一部分延伸至多孔金属介质的内表面的一部分。
在过滤器的一些实施例中，第一多孔金属端部盖和/或第二多孔金属端部盖具有中心开口，所述中心开口从多孔金属端部盖的外表面穿过多孔金属端部盖的内表面并且与多孔金属介质的中空内部连通。
过滤器的实施例在整个多孔金属介质和第一多孔金属端部盖以及第二多孔金属端部盖中具有大体上均匀的空隙体积。
在其他实施例中，提供了包括置于壳体中的过滤器实施例的过滤器装置和使用过滤器和过滤器装置来过滤流体的方法。
根据本发明的实施例，过滤器装置包括壳体，该壳体包括入口和出口且限定在入口和出口之间的流体流动通路，其中过滤器横穿流体流动通路。
根据本发明的方法的实施例包括过滤流体，该方法包括使流体穿过过滤器或过滤器装置的实施例。在该方法的一个实施例中，该方法包括使包括蒸汽和/或冷凝物的流体穿过过滤器或过滤器装置。
根据本发明的过滤器和过滤器装置有利地提供高过滤效率和低流动阻力的组合，并且在大范围的液体和气体(包括空气)的过滤应用(包括用于除菌过滤的预过滤)中有用。根据本发明实施例的过滤器和过滤器装置可以用于多种应用并且可以用于过滤多种流体，包括例如：过滤用于制药工业的流体；过滤用于医疗应用的流体(包括用于家庭和/或用于患者使用，例如，应用于静脉应用)；过滤用于电子工业的流体(例如，过滤微电子工业中的光致抗蚀剂流体)；过滤工业气体(例如，低温和高温)蒸汽、溶液、传热流体；以及过滤用于食品和饮料工业的流体。在一个优选的实施例中，过滤器和过滤装置过滤蒸汽和/或冷凝物，例如，将以下任一者或多者在过滤期间从流体移除：碎片、颗粒和水垢。过滤器和过滤装置具有高的化学稳定性并且不赋予流出物味道、气味或可提取物。
过滤器和过滤装置提供高的通过量和均匀的流速。过滤器和过滤装置具有大体上均匀的空隙体积而不具有密度增加的区域。过滤器和过滤装置可以被经济地生产。
附图说明
图1为根据本发明实施例的过滤器的俯视透视图，其中还示出了端部盖。
图2A为示出于图1中的过滤器的横截面视图。
图2B为示出于图1中的端部盖的内表面的俯视图。
图3为示出于图1中的过滤器的横截面视图的俯视透视图。
图4至图7示出了根据本发明的过滤器的其他实施例的纵向横截面视图，其中多孔介质的内表面包括多孔肋。图4示出了纵向地布置的多孔肋；图5示出了周向地且同轴地布置的多孔肋，图6示出了螺旋地布置的多孔肋，且图7示出了周向地布置的多孔肋和纵向地布置的多孔肋。
图8为根据本发明实施例的过滤器装置的分解视图，该过滤器装置包括过滤器壳体和示出于图1中的过滤器的实施例。
具体实施方式
将在下文中更详细地描述本发明的每个部件，在下文中同样的部件具有同样的附图标记。
在图1至图7中示出的实施例中，过滤器500包括多孔过滤元件100，所述多孔过滤元件包括具有中空内部55、第一端部51和第二端部52的圆筒形多孔金属介质50，其中第一多孔金属端部盖101形成于金属介质的第一端部处，且第二多孔金属端部盖102形成于金属介质的第二端部处。在特别地示出于图2和图3中的实施例中，多孔金属介质具有外部表面50a和内部表面50b，所述内部表面限定介质的中空内部。端部盖具有外表面151a、152a和内表面151b、152b，其中相应的内表面面向金属介质的相应端部。在该示出的实施例中，第一多孔金属端部盖101和第二多孔金属端部盖102中的每个均具有中心开口151c、152c，所述中心开口151c、152c从端部盖的外表面151a、152a穿过端部盖的内表面151b、152b并且与金属介质的中空圆柱形内部连通。在另一个实施例(未示出)中，多孔金属端部盖中的一个是闭合的(无开口)。
多孔金属介质50和多孔金属端部盖101、102中的每个均允许流体通过并且在过滤中起作用。
在示出的实施例中，并且如在图2A、图2B和图3中特别地示出的那样(为了便于参考，图2B中的附图标记将指的是第二多孔金属端部盖102中的部件，但描述可等同地适用于第一多孔金属端部盖101)，端部盖101、102的内表面151b、152b包括多个多孔肋111、112，所述多个多孔肋从内表面向上延伸并且面向多孔介质的中空内部。例如，肋可沿着内表面轴向地、同轴地、径向地和/或同心地布置。在示出的实施例中，肋111、112示出为从内表面向上延伸的并且径向地布置的多孔肋，其中优选地，肋以相等的距离彼此间隔开。端部盖可以包括任何数量的肋(典型地为至少3个肋)。在示出的实施例中，端部盖具有12个肋。肋可以为任何合适的高度(从端部盖的内表面向上地延伸)、长度和宽度。在该示出的实施例中，位于端部盖的内表面的呈平面或一定程度上呈平面的部分161a、162a上的肋遵循一定倾斜度，以抵达多孔介质的内表面的至少一部分50c，例如，肋弯曲以连续地遵循端部盖的内表面至多孔介质的内表面的所述部分，例如，使得肋还纵向地布置在多孔介质的内表面上。尽管肋被示出为大体上彼此相同，也可以使用不同肋的组合，例如，较长的肋可以与较短的肋交替和/或较宽的肋可以与较窄的肋交替。
可替换地，或附加地，在一些实施例中，多孔介质的内表面包括从内表面向内地朝向中空内部延伸的一个或多个多孔肋。例如，肋或多个肋可以沿着内表面轴向地、同轴地、周向地、螺旋地和/或纵向地布置，并且在那些包括多个肋的实施例中，优选地其中轴向地、同轴地、周向地、螺旋地和/或纵向地布置的肋以相同距离彼此间隔开。
说明性地，图4示出了多孔介质的内表面，所述多孔介质的内表面具有从多孔介质的一个端部至另一个端部纵向地布置的多个多孔肋57。在该示出的实施例中，多孔介质多孔肋57与端部盖多孔肋111、112连续，但是多孔介质多孔肋可以存在于没有端部盖多孔肋的过滤器中，多孔介质多孔肋可以不连接至端部盖多孔肋，或者过滤器可以具有布置的组合，例如，过滤器中存在连接至端部盖多孔肋的一些多孔介质多孔肋，并且一些多孔介质多孔肋不连接至端部盖多孔肋。
在又一个说明性实施例中，如图5中所示，多孔介质的内表面具有多个多孔肋58，每个多孔肋周向地布置在内表面上，其中多个多孔肋示出为从多孔介质的一个端部至另一个端部同轴地(沿着从开口151c至开口152c的轴线)布置。
在又一个说明性实施例中，如图6中所示，多孔介质的内表面具有螺旋形地布置的多孔肋59。
在又一个说明性实施例中，如图7中所示，多孔介质的内表面具有周向地(并且轴向地沿着轴线从开口151c至开口152c)布置的多孔肋58’和从多孔介质的一个端部至另一个端部纵向地布置的多个多孔肋57’，其中多孔肋58’和57’彼此接触。
在示出于图5和图7中的实施例的一种变化形式中，多孔介质的内表面可以具有周向地(并且轴向地沿着轴线从开口151c至开口152c)布置的单个多孔肋。
在那些包括多个肋(典型地，至少3个肋)的实施例中，多孔介质可以包括任何数量的多孔肋。肋可以为任何合适的高度(从多孔介质的内表面向内延伸)、长度和宽度。尽管肋可以大体上彼此相同，但是也可以使用不同肋的组合，例如，较长的肋可以与较短的肋交替和/或较宽的肋可以与较窄的肋交替。
在一些实施例中，肋包括加强肋。有利地，在端部盖的内表面上使用加强肋可以抵抗在垫片压缩和过滤期间由于压缩而产生的弯曲力。可替换地，或附加地，在多孔介质的内表面上使用加强肋可以在过滤期间提供增加的塌陷等级(增加的环向强度)和/或提供增加的抗弯强度。有利地，加强肋的使用允许生产具有这样的抵抗力和/或强度的过滤器和过滤器装置而不增加过滤元件和/或端部盖的厚度。
典型地，当将过滤器密封在壳体中时，垫片被放置在端部盖的外表面上，且垫片被压缩以将过滤器密封至壳体中。因此，在特别地示出于图2A和图3中的实施例中，外表面151a、152a的每个均包括肩部171a和181a、唇缘172b和182b以及沟槽191a和192a，其中垫片被放置在沟槽中且所述垫片填充或大体上填充所述沟槽。
根据本发明的实施例的过滤器和过滤元件为整体式的，优选地通过以下方式形成：重复地沉积通过可活性化(activatable)的粘合剂粘合在一起的金属粉末(例如，喷胶粘粉成形(binder jetting)，有时候称为“液滴粉末(drop on powder)”)，并典型地随后使粉末结块(例如通过烧结使粉末结块)。
根据本发明的实施例的过滤器为一体的(整体的)。因此，例如，在包括具有端部盖的过滤元件的实施例中，元件和端部盖不是分离地形成且随后被结合的，例如，它们既不是通过螺纹连接到一起也不是被焊接到一起，相反，过滤元件和端部盖是一起形成的。根据本发明的实施例的过滤元件和过滤器也是无缝的。无缝过滤元件和过滤器不需要焊接。
多孔过滤元件、多孔端部盖和多孔肋可以具有任何合适的孔隙结构，例如，孔隙尺寸(例如，由在例如美国专利4,340,479中描述的泡点(bubble point)或KL证实的，或由毛细管冷凝流动气孔计证实的)、平均流量孔隙(mean flow pore:MFP)尺寸(例如，当特征为使用气孔计时，例如使用Porvair Porometer(Porvair plc,诺福克,英国)或以商标POROLUX(Porometer.com；比利时)可获得的气孔计)、孔隙等级、孔隙直径(例如，当特征为使用例如美国专利4,925,572中描述的经修改的OSU F2测试时)或去除等级介质(removalrating media)。使用的孔隙结构取决于待处理的流体的组成和经处理流体的所期望的流出物等级。
典型地，根据本发明的一些实施例，多孔元件、端部盖和肋中的每个均具有在从约2微米(μm)至约200微米范围内(优选地在从约10微米至约50微米的范围内)的孔隙尺寸。
典型地，根据本发明的一些实施例，多孔元件、端部盖和肋中的每个均具有至少约30％(例如，在约40％至约70％的范围内，优选地，在从约45％至约55％的范围内)的空隙体积。优选地，空隙体积大体上是均匀的，在整个过滤元件和端部盖和肋中变化不超过±5％。
用于生产过滤器和过滤元件的颗粒可以包括多种金属粉末，且过滤器和过滤元件可以例如由不锈钢粉末(诸如316低碳不锈钢)通过包括烧结的工艺而形成。其他合适的金属粉末包括例如合金、镍、铬、钨、铜、青铜、铝、铂、铁、镁、钴或以上物质的组合(包括金属和金属合金的组合)。
颗粒可以为任何合适的尺寸，且过滤器和过滤元件可以包括颗粒尺寸分布。用于特定应用的颗粒尺寸(多种尺寸)与在完成的过滤器和过滤元件中所期望的孔隙尺寸相关。
中空过滤元件可以具有任何合适的内径和外径以及长度。
优选地，过滤器是可以消毒的，说明性地，即能够通过例如蒸汽消毒或化学消毒进行原地清洗(CIP)。
根据本发明的实施例，过滤器装置包括壳体，所述壳体包括入口和出口并且在入口和出口之间限定流体流动通路，其中过滤器横穿流体流动通路。
在示出于图8中的实施例中，过滤器装置1000包括壳体700，所述壳体包括入口701和出口702并且在入口和出口之间限定流体流动通路720，其中过滤器500横穿流体流动通路。在该示出的实施例中，壳体700包括头部705和碗状部706，所述头部包括所述入口和所述出口。典型地，当将过滤器安装在壳体中时，垫片710a、710b被放置在端部盖的外表面上，且螺纹密封螺母711被紧固在螺纹拉杆712上以将过滤器密封在壳体中。
在优选的实施例中，过滤器和过滤元件经由增材制造(有时称为“增层制造”或“3D打印”)而制造。端部盖和过滤元件可以经由连续操作的增材制造大体上同时地被一起制造。
可以使用任何合适的增材制造设备，例如，用于与金属粉末一起使用的喷胶粘粉成形系统，以及合适的并且可商购的多种3D打印机产品。
以下示例进一步说明了本发明，但当然不应被理解为以任何方式限制本发明的范围。
示例
本示例展示了根据本发明的实施例的过滤器有效地过滤液体。
在图1中大体上示出的过滤器经由以下方式生产：使用直径为30μm的316低碳不锈钢金属粉末的喷胶粘粉成形增材制造，随后通过固态扩散的烧结。端部盖和过滤元件一起被制造，从而使得端部盖与过滤元件一起形成，且端部盖形成于过滤元件的相应端部处。过滤器为整体式的。过滤元件的长度为约10英寸，内径为约23/8英寸，且元件、端部盖和肋的每个均具有约20μm的孔隙直径。
不锈钢粉末的密度为8gm/cc，且基于对过滤器的重量和体积的测量，计算出的密度为4.4gm/cc，因此每个过滤器均具有约((8.0-4.4)/8.0))＝45％的空隙体积。
过滤器放置在布置成如图8中所示的壳体中。水利用外-内流动通过过滤器。水通过多孔金属介质以及多孔金属端部盖和多孔肋。
结果为：
异丙醇(IPA)开放式泡点(open bubble point)测试(1500cc/0.05ft2)中，数值在19至23内变动。
空气压力下降(psi/acfm/ft2)的数值在0.012至0.014内变动。
Beta1000(99.9％效率)的经修改的OSU-F2测试数值在9.5毫米至10.5毫米内变动。
本文引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利以与如同每个参考文献被单独地且特定地指示为被援引加入且在本文中被全文陈述的那样相同的程度被援引加入。
术语“一”、“一个”、“该”、“至少一个”和类似指示语在描述本发明的语境中(尤其是在以下权利要求书的语境中)的使用应被理解为包括单数形式和复数形式两者，除非在本文中另外指示或与语境明显矛盾。在术语“至少一个”之后跟随有一列一个或多个物品的使用(例如，“A和B中的至少一个”)应被理解为意指从所列物品(A或B)中或从所列物品(A和B)中的两个或多个的任意组合中选择的一个物品，除非在本文中另外指示或与语境明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应被理解为开放式术语(即，意为“包括，但不限制于”)，除非另外指出。本文中对数值范围的声明仅仅意在于用作为速记方法，以单独地指示落在范围内的每个独立的数值，除非在本文中另外指示，且每个独立的数值如同在本文中单独声明的那样被并入说明书中。本文中描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非在本文中另外指示或以其他方式与语境明显矛盾。本文中提供的任意的和所有的示例或示例性语言(例如，“诸如”)仅仅意在于更好地阐明本发明并且不对本发明的范围造成限制，除非另外声明。说明书中的任何语言都不应被理解为指示对于本发明的实行为必需的任何非权利要求的元素。
本文中描述了本发明的优选实施例，包括发明者所知的用于实施本发明的最佳模式。那些优选实施例的变化形式可以对本领域中的那些一般技术人员在阅读前文描述之后而变得显而易见。发明者期望技术人员适当地运用这样的变化形式，且发明者希望本发明以与本文中所特别描述的不一样的方式来实行。因此，本发明包括所附权利要求书中所陈述主体的所有修改形式和等同形式，如适用法所允许的那样。此外，上文描述的元件的所有可能变化形式的组合被涵盖于本发明中，除非在本文中另外指示，或以其他形式与语境明显地矛盾。

Claims (10)

1.一种过滤器，包括：
(a)多孔过滤元件，所述多孔过滤元件包括具有中空内部、第一端部和第二端部的圆筒形多孔金属介质，所述多孔金属介质具有限定所述多孔金属介质的所述中空内部的内表面；
(b)形成于所述多孔金属介质的所述第一端部处的第一多孔金属端部盖，所述第一多孔金属端部盖具有面向所述多孔金属介质的所述第一端部的内表面；
(c)形成于所述多孔金属介质的所述第二端部处的第二多孔金属端部盖，所述第二多孔金属端部盖具有面向所述多孔金属介质的所述第二端部的内表面；
其中，所述第一多孔金属端部盖的所述内表面和/或所述第二多孔金属端部盖的所述内表面包括从所述内表面朝向所述中空内部延伸的多个多孔肋；
和/或
所述多孔金属介质的所述内表面包括从所述内表面朝向所述中空内部延伸的至少一个多孔肋。
2.根据权利要求1所述的过滤器，其中，位于所述第一多孔金属端部盖的所述内表面上的和/或位于所述第二多孔金属端部盖的所述内表面上的所述多孔肋径向地布置。
3.根据权利要求1或2所述的过滤器，其中，位于所述多孔金属介质的所述内表面上的所述至少一个多孔肋沿着所述多孔金属介质的所述内表面周向地或螺旋地布置。
4.根据权利要求1或2所述的过滤器，其中，所述多孔金属介质的所述内表面包括从所述内表面朝向所述中空内部延伸的多个多孔肋，且位于所述多孔金属介质的所述内表面上的所述多孔肋沿着所述多孔金属介质的所述内表面轴向地、同轴地、周向地、螺旋地和/或纵向地布置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤器，其中，位于所述第一多孔金属端部盖的和/或所述第二多孔金属端部盖的所述内表面上的所述多孔肋从所述第一多孔金属端部盖的所述内表面的一部分和/或从所述第二多孔金属端部盖的所述内表面的一部分延伸至所述多孔金属介质的所述内表面的一部分。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的过滤器，其中，所述第一多孔金属端部盖和/或所述第二多孔金属端部盖具有中心开口，所述中心开口从所述多孔金属端部盖的外表面穿过所述多孔金属端部盖的所述内表面并且与所述多孔金属介质的所述中空内部连通。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的过滤器，所述过滤器在整个所述多孔金属介质以及所述第一多孔金属端部盖和第二多孔金属端部盖中具有大体上均匀的空隙体积。
8.一种过滤器装置，包括：
(a)壳体，所述壳体包括入口和出口并且限定在所述入口和所述出口之间的流体流动通路，其中，过滤器横穿所述流体流动通路；和
(b)根据权利要求1至7中任一项所述的过滤器，所述过滤器置于所述壳体中且横穿所述流体流动通路。
9.一种过滤流体的方法，所述方法包括使流体穿过根据权利要求1至7中任一项所述的过滤器或根据权利要求8所述的过滤器装置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述流体包括蒸汽。
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