CN109475792A - 过滤装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于机械过滤液体(W)的过滤装置(1)。过滤装置(1)包括用于容纳多个过滤器元件(7)的过滤室(5)，该多个过滤器元件(7)形成过滤包(29)，用于过滤液体。过滤室(5)具有液体入口(12)和液体出口(14)。过滤装置(1)包括用于通过一个或多个空气入口(25)将空气引入过滤室(5)以搅动过滤元件(7)的装置。过滤室(5)基本上是密封的，空气引入装置(22)可以配置为当液体从所述过滤室(5)排出时，将空气吸入过滤室(5)中。在某些实施例中，过滤室(5)可以具有沿其纵向轴线(X‑X)的基本恒定的轮廓或基本上连续锥形的轮廓。本公开还涉及过滤液体(W)的方法。

Description

过滤装置和方法
技术领域
本公开涉及过滤装置和方法。更具体地，但非排他地，本公开涉及用于进行液体的机械过滤的过滤装置，以及相关方法。过滤装置和方法可适用于过滤水族箱中的水。可替代地或附加地，过滤装置可适用于过滤池塘、水产养殖、游泳池、游泳池、室内游泳池、休闲池、热水浴池、温泉和休闲公园中的水。
背景技术
浮动介质沙漏生物过滤器从US 5,232,586中已知。生物过滤器包括具有沙漏轮廓的罐，以形成过滤室和膨胀室。在罐中形成清洗喉部以限定沙漏轮廓。在罐中提供固体粒料形式的浮动过滤介质，以在过滤室中形成介质组。空气入口管线连接到罐，用于将空气吸入膨胀室，并在生物过滤器的反洗过程中扰动过滤室内的浮动介质组。打开污泥阀，以允许水从罐中排出。由此在罐中建立负压，并且将空气从大气吸入膨胀室。罐中的水位下降，浮动介质从过滤室进入膨胀室。清洗喉部促进湍流以使介质组流化。浮动介质向下膨胀到膨胀室中，剪切生物絮凝物和从固体粒料中捕获的悬浮固体。
清洗喉部在过滤室中形成限制，当罐中的水位降低时，该限制阻止过滤介质的移动。当水位下降到清洗喉部以下时，过滤介质释放到膨胀室中。反洗依赖于在过渡期间增加的激发，以剪切来自过滤介质外部的生物絮凝物。已经为适于进行生物过滤的粒料开发出这种反洗策略。然而，该方法可能不适用于其他类型的过滤元件，例如配置为进行机械过滤的过滤元件。
正是在这种背景下构思了本发明。至少在某些实施例中，本发明试图克服或改善与现有技术过滤器相关的至少一些问题或限制。
发明内容
本发明的各方面涉及如所附权利要求中要求保护的过滤装置。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于机械过滤液体的过滤装置，该过滤装置包括：
过滤室，用于容纳多个过滤元件，过滤元件形成用于机械过滤液体的过滤包，过滤室具有纵向轴线并且包括液体入口和液体出口；以及
用于通过一个或多个空气入口将空气引入过滤室以搅动过滤元件的装置，过滤室基本上是密封的，并且空气引入装置配置为当液体从所述过滤室排出时将空气吸入过滤室；
其中，过滤室沿所述纵向轴线具有基本恒定的轮廓或基本上连续锥形的轮廓。过滤装置可操作以进行过滤和反洗。过滤室形成为没有收缩或喉部部分，当过滤室中的液位改变时，例如当液体从过滤室排出以进行反洗时，该收缩或喉部部分可能阻碍或限制过滤元件的运动。可以清洗过滤元件的有效时间段可以有效地延长。至少在某些实施例中，当液体从过滤室排出时，可以基本上连续地搅动过滤元件。在整个反洗过程中过滤元件的搅动程度比包含喉部的现有技术系统更加一致，该喉部限制过滤元件的运动，然后在过滤介质通过喉部后促进湍流。至少在某些实施例中，在整个反洗过程中连续搅动过滤元件在从过滤元件上移除机械过滤的材料方面更有效。如果过滤元件具有开口单元结构，例如包括一个或多个过滤单元，在过滤期间碎屑聚集在其中，这是特别有效的。
过滤室具有侧壁。纵向轴线可包括中心纵向轴线。在过滤室具有基本恒定轮廓的布置中，侧壁可以基本上平行于所述纵向轴线延伸。在过滤室具有基本连续锥形的轮廓的布置中，侧壁可以朝向所述纵向轴线向内逐渐呈锥形，或者可以远离所述纵向轴线向外逐渐呈锥形。
过滤装置可包括用于将过滤元件保持在所述过滤室中同时允许液体流入和/或流出过滤室的装置。保持装置可以例如包括网、格栅或其他保持构件。保持装置可以例如包括入口网和出口网。
过滤室基本上是密封的，并且在过滤期间，过滤室中的操作压力可以大于大气压力。在可替代实施例中，在过滤期间，过滤室中的操作压力可小于大气压力。在反洗期间，过滤室中的操作压力可小于大气压力。过滤室内的压力降低到低于大气压力会导致空气被吸入过滤室。
过滤室轮廓相对于所述纵向轴线限定。过滤室沿所述纵向轴线具有基本恒定的轮廓或基本连续的锥形轮廓。至少在某些实施例中，过滤室的纵向轴线基本上竖直地布置。
过滤室可以是直圆柱体。
液体入口和液体出口通常在竖直方向上彼此偏置。液体入口可以设置在液体出口上方；或者液体出口可以设置在液体入口上方。所述液体入口和所述液体出口中的较高者可以设置在过滤室的上部；所述液体入口和所述液体出口的较低者可以设置在过滤室的下部。
过滤室可以沿所述纵向轴线至少在所述一个或多个空气入口与所述液体入口和所述液体出口的较高者之间由基本恒定的轮廓或基本上连续锥形的轮廓构成。过滤室可以由具有侧壁的过滤器容器限定。过滤器容器的侧壁可配置为限定过滤室的恒定轮廓或基本上连续锥形的轮廓。
液体出口可布置在液体入口上方。基本上连续锥形的轮廓可以沿所述纵向轴线以向上方向向内逐渐呈锥形。因此，过滤室的上部可以具有比过滤室的下部更小的横截面。该配置可以与在待过滤液体中具有基本上中性浮力或正浮力的过滤元件结合使用。
可替代地，液体出口可布置在液体入口下方。基本上连续锥形的轮廓可以沿所述纵向轴线以向上方向向外逐渐呈锥形。因此，过滤室的上部可以具有比过滤室的下部更大的横截面。该配置可以与在待过滤的液体中具有基本上中性浮力或负浮力的过滤元件结合使用。
在一个变型中，基本上连续锥形的轮廓可以沿所述纵向轴线朝向液体出口向外逐渐呈锥形。在过滤期间，过滤室的横截面积可以在经过过滤包的液体的流动方向上增加。过滤室的横截面积的增加可以降低液体流经过滤包时的流速。当其在过滤期间通过过滤包时，降低的流速可促进液体中悬浮的碎屑和颗粒的沉降。
过滤室可沿所述纵向轴线在所述一个或多个空气入口和液体出口之间包括基本上连续锥形的轮廓。过滤室可包括截头圆锥。截头圆锥可以在远离其基部的方向上向内逐渐呈锥形。截头圆锥可以在所述一个或多个空气入口和液体出口之间延伸。截头圆锥可以具有垂直于所述纵向轴线的基本上圆形的横截面。过滤室的横截面可以是椭圆形或多边形。
过滤室可沿所述纵向轴线在所述一个或多个空气入口和液体入口之间包括基本上连续锥形的轮廓。过滤室可包括倒置的截头圆锥。倒置的截头圆锥可以沿朝向其基部的方向向内逐渐呈锥形。倒置的截头圆锥可以在所述一个或多个空气入口和液体出口之间延伸。倒置的截头圆锥可以具有垂直于所述纵向轴线的基本上圆形的横截面。过滤室的横截面可以是椭圆形或多边形。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于机械过滤液体的过滤装置，该过滤装置包括：
过滤室，用于容纳多个过滤元件，过滤元件形成用于机械过滤液体的过滤包，过滤室具有纵向轴线并且包括液体入口和液体出口；
用于通过一个或多个空气入口将空气引入过滤室以搅动过滤元件的装置，过滤室基本上是密封的，并且空气引入装置配置为当液体从所述过滤室排出时将空气吸入过滤室；
其中过滤室包括沿所述纵向轴线的凸形轮廓。因此，过滤室可沿所述纵向轴线的至少一部分弯曲或向外延伸。这些布置增加了过滤室的横截面(在垂直于纵向轴线的平面中)，通常在过滤室的中央或中间部分，使得在使用中，可用于过滤元件在液体中移动的空间增加。至少在某些实施例中，这可以增加过滤元件的搅动。
过滤装置可包括用于将过滤元件保持在所述过滤室中的装置。保持装置可以保持过滤元件，同时允许液体流入和/或流出过滤室。保持装置可以例如包括网、格栅或其他保持构件。保持装置可以例如包括入口网和出口网。
所述过滤室的凸形轮廓可以由具有球形或部分球形轮廓的侧壁限定。
所述过滤室的凸形轮廓可以由具有椭球形或部分椭球形轮廓的侧壁限定。因此，侧壁可以由椭圆体或其一部分的旋转限定。侧壁可包括扁椭球体或长椭球体。
所述过滤室的凸形轮廓可以由具有双锥形轮廓的侧壁限定。
一个或多个空气入口可布置在过滤室的底部处或其附近。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于机械过滤液体的过滤装置，该过滤装置包括：
过滤室，用于容纳多个过滤元件，过滤元件形成用于过滤液体的过滤包，过滤室包括液体入口和液体出口；以及
用于通过一个或多个空气入口将空气引入过滤室以搅动过滤元件的装置，过滤室基本上是密封的，并且空气引入装置配置为在液体从所述过滤室排出时将空气吸入过滤室。
用于将空气引入过滤室的装置可包括空气供应导管，该空气供应导管具有至少一个空气入口，用于将空气引入过滤室。
空气供应导管可以与液体出口流体连通。在反洗期间，空气供应导管可以配置为通过连接到液体出口的液体返回导管吸入空气。
可以提供液体返回阀，用于控制过滤的液体从过滤室返回。空气供应导管可以连接在液体返回阀的下游(即，在液体返回阀的返回侧)。空气供应导管可以连接到液体返回导管，该液体返回导管连接到过滤室。可选地，在空气供应导管中设置空气供应阀或节流器，以控制在过滤期间通过空气供应导管的液体流动。
空气供应导管可以布置在所述过滤室内。例如，空气供应导管可以从所述液体出口向下延伸。空气供应导管可以在过滤室内基本上竖直地延伸。
过滤装置可包括排液出口，用于从过滤室排出液体；和排液阀，用于选择性地打开和关闭排液出口。排液阀可选地包括用于致动排液阀的排液阀致动器。排液阀致动器可包括机电致动器，例如螺线管。其他类型的致动阀可用于排液阀。例如，排液阀可以是伺服控制阀。
过滤装置可以包括入口阀，用于控制进入过滤室的液体流动。入口阀可选地包括入口阀致动器。入口阀致动器可包括机电致动器，例如螺线管。其他类型的致动阀可用于入口阀。例如，入口阀可以是伺服控制阀。在某些实施例中，入口阀可以包括单向阀、止逆阀或止回阀。入口阀可以是液体供应阀的形式。
过滤装置可包括出口阀，用于控制来自过滤室的液体流动。出口阀可选地包括出口阀致动器。出口阀致动器可包括机电致动器，例如螺线管。其他类型的致动阀可用于出口阀。例如，出口阀可以是伺服控制阀。在某些实施例中，出口阀可包括单向阀、止逆阀或止回阀。出口阀可以是液体回流阀的形式。
入口阀和出口阀可以是单独的阀。或者，入口阀和出口阀可以组合在一起，例如在多通阀中。
空气引入装置可以包括空气供应导管。空气供应导管可以具有止回(单向)阀。止回阀可选地包括用于致动止回阀的止回阀致动器。止回阀致动器可以包括机电致动器，例如螺线管。
过滤装置可以包括用于控制以下中的一个或多个的电子控制单元(ECU)：排液阀致动器、入口阀致动器、出口阀致动器和止回阀致动器。ECU可以配置为控制过滤装置以进行过滤和反洗。
为了进行过滤，ECU可以配置为控制排液阀致动器以关闭排液阀；和/或入口阀致动器以打开入口阀；和/或出口阀致动器以打开出口阀。
为了进行反洗，ECU可以配置为控制排液阀致动器以打开排液阀；和/或入口阀致动器关闭液体入口；和/或出口阀致动器以关闭液体出口。
在过滤期间，ECU可以配置为控制止回阀致动器以关闭止回阀。在反洗期间，ECU可以配置为控制止回阀致动器以打开止回阀。
ECU可以配置为进行重复的反洗操作。ECU可以至少部分地重复配置为填充过滤室并排空过滤器以进行反洗。
过滤装置可以包括泵。泵可以是定速泵或变速泵。ECU可以配置为输出泵控制信号以控制泵的操作。泵控制信号可以在反洗期间停用泵。
过滤装置可以包括在所述过滤室中的多个过滤元件。过滤元件可以各自具有开口单元结构。每个过滤元件可以包括一个或多个开口单元。过滤元件可以具有基本上中性的浮力、负浮力或正浮力。过滤元件可以在过滤室中形成静态过滤包以机械过滤液体。
静态过滤包的每单位横截面积的流速以m3/m2/h为单位表示(即过滤器的给定横截面积(m2)每小时(h)的液体体积(m3))。静态过滤包的每单位横截面积的流速对应于通过静态过滤包的体积流速。过滤装置可以配置为使得在过滤期间静态过滤包的每单位横截面积的流速大于60m3/m2/h、65m3/m2/h、70m3/m2/h、80m3/m2/h、90m3/m2/h或100m3/m2/h。过滤装置可以配置成使得在过滤期间静态过滤包的每单位横截面积的流速在60m3/m2/h至550m3/m2/h的范围内。过滤装置可以配置成使得在过滤期间静态过滤包的每单位横截面积的流速在60m3/m2/h至150m3/m2/h的范围内。至少在某些实施例中，过滤装置可以在过滤期间配置为提供静态过滤包的每单位横截面积的流速，其范围为150m3/m2/h至550m3/m2/h；或200m3/m2/h至500m3/m2/h；或250mm3/m2/h至450m3/m2/h；或300m3/m2/h至400m3/m2/h；或325m3/m2/h至375m3/m2/h。过滤装置可以在过滤期间配置为提供静态过滤包的每单位横截面积的流速为约350m3/m2/h。
通过增加静态过滤包的每单位横截面积的流速，可以减小过滤装置的横截面积，同时保持通过过滤装置的流速(升/小时)。因此，与使用沙子进行过滤的已知过滤装置相比，可以减小过滤装置的整体尺寸。据信过滤装置在较高流速下的操作，例如大于60m3/m2/h、65m3/m2/h、70m3/m2/h、80m3/m2/h、90m3/m2/h或100m3/m2/h，可独立获得专利。
在较高的流速下，过滤元件可以移位以形成静态过滤包，而与流动方向和/或过滤元件的浮力无关。例如，即使过滤元件具有正浮力，向下流动的液体也可以形成静态过滤包。相反，即使过滤元件具有负浮力，向上流动的液体也可以形成静态过滤包。如果停止通过过滤室的流动以进行反洗，则在这些情况下可以加速静态过滤包的分散。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于机械过滤液体的过滤装置，该过滤装置包括：
用于容纳多个过滤元件的过滤室，过滤元件形成用于机械过滤液体的过滤包，过滤室基本上是密封的并且包括布置在不同高度的液体入口和液体出口；
用于通过一个或多个空气入口将空气引入过滤室以搅动过滤元件的装置，空气引入装置配置为当液体从所述过滤室排出时将空气吸入过滤室；
其中所述过滤室包括基本恒定的轮廓。过滤室可以包括直圆柱体。
根据本发明的又一方面，提供了一种在过滤装置中机械过滤液体的方法，该过滤装置包括用于容纳多个过滤元件以形成过滤包的过滤室，以及用于通过一个或多个空气入口将空气引入过滤室以搅动过滤元件的装置，
该方法包括通过从过滤室排出液体来周期性地反洗过滤装置，使得空气通过所述空气引入装置吸入过滤室；
其中该方法包括当液体从过滤室排出时，基本上连续地并以基本均匀的速率搅动所述过滤元件。
根据本发明的另一方面，提供了一种过滤装置，包括：
过滤室，包括多个机械过滤元件，用于形成静态过滤包以进行液体的机械过滤；
过滤装置配置为在过滤期间产生通过机械过滤元件的液体流。
过滤装置可包括用于通过一个或多个空气入口将空气引入过滤室以搅动过滤元件的装置。过滤室可以是基本上密封的，并且空气引入装置可以配置为在液体从所述过滤室排出时将空气吸入过滤室。
过滤元件可以各自具有开口单元结构。每个过滤元件可以包括一个或多个开口单元。过滤元件可以在过滤室中形成静态过滤包以机械过滤液体。已经认识到，过滤元件的开口单元结构能够在比已知过滤器(例如砂床过滤器)更高的流速(即每单位横截面积的流速)下进行有效过滤。通过增加静态过滤包的每单位横截面积的流速，可以减小过滤装置的横截面积，同时保持通过过滤包的流速。因此，至少在某些实施例中，与现有技术系统相比，可以减小过滤装置的尺寸。
静态过滤包的每单位横截面积的流速以m3/m2/h为单位表示(即过滤器的给定横截面积(m2)每小时(h)的液体体积(m3))。静态过滤包的每单位横截面积的流速对应于通过静态过滤包的体积流速。过滤装置可以配置成使得在过滤期间静态过滤包的每单位横截面积的流速大于60m3/m2/h、65m3/m2/h、70m3/m2/h或100m3/m2/h。过滤装置可以配置成使得在过滤期间静态过滤包的每单位横截面积的流速在60m3/m2/h至550m3/m2/h(不包括端值)的范围内。过滤装置可以配置成使得在过滤期间静态过滤包的每单位横截面积的流速在60m3/m2/h至150m3/m2/h(不包括端值)的范围内。至少在某些实施例中，过滤装置可以在过滤期间配置为提供静态过滤包的每单位横截面积的流速，其范围为150m3/m2/h至550m3/m2/h；或200m3/m2/h至500m3/m2/h；或250m3/m2/h至450m3/m2/h；或300m3/m2/h至400m3/m2/h；或325m3/m2/h至375m3/m2/h。过滤装置可以在过滤期间配置为提供静态过滤包的每单位横截面积的流速为约350m3/m2/h。
过滤装置可用于过滤水生系统中的液体，该水生系统包括一个或多个容纳液体的容器。一个或多个容器可以例如包括一个或多个水族箱。过滤装置配置为过滤所述一个或多个容器中的液体。例如，所述一个或多个容器中的液体可以循环通过所述过滤装置。水生系统可以是封闭系统，并且至少在正常操作期间，包含在所述一个或多个容器中的液体体积可以保持基本恒定(经受相对小的波动，例如当过滤装置反洗时)。一个或多个容器可以适于容纳预定体积的液体。预定体积的液体可以例如近似等于所述一个或多个容器的内部体积。过滤室的尺寸可以与所述一个或多个容器中的预定体积的液体成比例。可以通过将预定体积的液体除以预定数值n来确定过滤室的体积。预定数值n可以在包含范围30至70；或40至60；或45至55内。在某些实施例中，预定数值n可以是50。数值n是比例因子，其可以定义过滤室的体积与待过滤的预定体积液体之间的关系。
过滤装置可操作以进行过滤和反洗。反洗可以包括通过废水出口排出过滤室中的水。过滤装置可包括用于通过一个或多个空气入口将空气引入过滤室的装置，以在反洗过程中搅动过滤元件。在某些实施例中，过滤室可以是基本上密封的，并且空气引入装置可以配置为在液体从所述过滤室排出时将空气吸入过滤室。本文所述的过滤装置的过滤室的相对较小的体积是有利的，因为在反洗循环期间送到废水的水的体积相对较小。因此，与现有技术的过滤器相比，可以增加进行反洗的频率。如果过滤装置用于过滤来自一个或多个水族箱的水，则这是特别有利的，因为已经确定进行更频繁的反洗可以有助于减少过滤室中生物碎屑的积聚。通过更频繁地进行反洗，可以减少水中病原体和/或藻类和/或磷酸盐和/或硝酸盐的积累。本文描述的过滤装置可以配置为每周反洗一次以上。例如，可以实施反洗时刻表，其包括每周两次(2)、三次(3)、四次(4)或多次反洗操作。在某些应用中，本文所述的过滤装置可以配置为每天反洗一次或多次。例如，过滤装置可以配置为每天反洗两(2)、三(3)、四(4)或多次。进行反洗的频率可以固定，以保持硝酸盐(或实际上其它污染物)的浓度低于预定水平，例如将硝酸盐保持在低于百万分(ppm)之40。这在水生应用中是有利的，例如以维持鱼和其他水生动物的健康和康乐。
反洗时刻表可以由配置为控制过滤装置的电子控制单元(ECU)自动实施。ECU可以例如控制以下中的一个或多个：排液阀致动器、入口阀致动器、出口阀致动器和止回阀致动器。ECU可以配置为控制过滤装置以进行过滤和反洗。为了进行过滤，ECU可以配置为控制排液阀致动器以关闭排液阀；和/或入口阀致动器打开入口阀；和/或出口阀致动器以打开出口阀。为了进行反洗，ECU可以配置为控制排液阀致动器以打开排液阀；和/或入口阀致动器关闭液体入口；和/或出口阀致动器以关闭液体出口。
过滤元件可以具有基本上中性的浮力、负浮力或正浮力。
根据本发明的另一方面，提供了一种过滤液体的方法，该方法包括：
建立通过由多个过滤元件形成的静态过滤包的液体流，每个过滤元件具有开口单元结构；
其中静态过滤包的每单位横截面积的流速大于60m3/m2/h。根据本发明该方面的方法保持静态过滤包的每单位横截面积的流速大于60m3/m2/h，不含端点。
静态过滤包的每单位横截面积的流速可以大于65m3/m2/h、70m3/m2/h、80m3/m2/h、90m3/m2/h或100m3/m2/h。静态过滤包的每单位横截面积的流速可以在60m3/m2/h至550m3/m2/h的范围内，不含端点。静态过滤包的每单位横截面积的流速可以在60m3/m2/h至150m3/m2/h的范围内，不含端点。静态过滤包的每单位横截面积的流速可以在150m3/m2/h至550m3/m2/h；或200m3/m2/h至500m3/m2/h；或250m3/m2/h至450m3/m2/h；或300m3/m2/h至400m3/m2/h；或325m3/m2/h至375m3/m2/h的范围内。静态过滤包的每单位横截面积的流速可为约350m3/m2/h。
该方法可以包括通过一个或多个空气入口将空气引入过滤室以搅动过滤元件。静态过滤包可以形成在过滤室中。该方法可以包括当液体从过滤室排出时允许空气吸入过滤室。
根据本发明的另一方面，提供了一种水生系统，包括：
一种过滤装置，包括用于容纳多个机械过滤元件的过滤室，用于形成静态过滤包，以对所述一个或多个容器中的液体进行机械过滤；以及
一个或多个适于容纳预定体积液体的容器；
其中，过滤室的体积对应于所述预定的液体体积除以预定的数值n，该预定的数值n在30至70的范围内，包括端值；或40至60，包括端值；或45至55，包括端值。
例如，一个或多个容器可以各自包括水族箱。预定体积的液体可以例如近似等于所述一个或多个容器的内部体积。过滤室的尺寸与所述一个或多个容器中的预定体积的液体成比例。过滤室的体积对应于预定体积的液体除以预定的数值n。
过滤装置的反洗通常包括排出过滤室中的水。然后可以从合适的水源(例如管线供应)或从被过滤的水体中重新填充过滤室。因此，应当理解，每次反洗都会导致水生系统中一部分水被更换。定义为按体积更换水生系统中的水的百分之十至二十(10％至20％)(包括端值)的每周目标已确定为适合于保持水质。可以控制进行反洗的频率以实现该每周目标。用于每周反洗过滤装置的较低目标频率可以计算为一个或多个容器中预定体积的液体的十分之一除以过滤室的体积。每周反洗过滤装置的较高目标频率可以计算为一个或多个容器中预定体积的液体的五分之一除以过滤室的体积。在修改的安排中，每周目标可以定义为百分之五至十五(5％至15％)；或百分之十五至二十五(15％至25％)。
举例来说，水生系统可以包括一个或多个水族箱。一个或多个水族箱可以适于容纳总体积约400升的水。预定数值n为五十(50)对应于具有大约八(8)升体积的过滤室。该过滤室可以例如包括体积为两(2)升的机械过滤元件。在使用中，过滤室可包括六(6)升水。过滤室可以例如具有100mm的直径和大约1100mm的竖直高度。在使用中，机械过滤元件可以形成静态过滤包，如本文所述。水生系统可以配置为提供静态过滤包的每单位横截面积的流速在300m3/m2/h至400m3/m2/h的范围内。更具体地，水生系统可以配置为提供静态过滤包的每单位横截面积的流速为约350m3/m2/h。为了保持水质，每周应更换约40至80升水。这相当于每周七次反洗的较低目标频率；以及每周十一次反洗的较高目标频率。
机械过滤元件可包括具有一个或多个过滤单元的机械过滤元件。一个或多个过滤单元可以具有至少第一单元开口。机械过滤元件可以是本文所述的类型。
根据本发明的另一方面，提供了一种机械过滤装置，包括：
过滤室，包括多个机械过滤元件，用于形成静态过滤包以进行液体的机械过滤；
机械过滤装置配置为在过滤期间产生通过机械过滤元件的液体流以形成静态过滤包。机械过滤元件可以是本文所述的类型。
过滤室可以至少基本上密封。过滤室可以在压力容器中形成。机械过滤装置可以配置为在高于大气压的压力下进行过滤。
机械过滤装置可以包括用于将空气引入过滤室以在反洗期间分散或破坏静态过滤包的装置。空气引入装置可以包括空气供应导管，用于将空气供应到过滤室中的一个或多个出口。一个或多个出口可以布置在过滤室的基部处或其附近。过滤室可以至少基本上是密封的，并且空气引入装置可以配置为在水从过滤室排出时将空气吸入空气供应导管。机械过滤装置可以包括用于控制通过空气供应导管的流体流的阀门。
本文所述的任何控制单元或控制器可以适当地包括具有一个或多个电子处理器的计算设备。该系统可以包括单个控制单元或电子控制器，或者可选地，控制器的不同功能可以体现在或托管在不同的控制单元或控制器中。本文所用的术语“控制器”或“控制单元”应理解为包括单个控制单元或控制器以及共同操作以提供任何所述控制功能的多个控制单元或控制器。为了配置控制器或控制单元，可以提供一组合适的指令，当执行这些指令时，使得所述控制单元或计算设备实现本文指定的控制技术。该组指令可以适当地嵌入在所述一个或多个电子处理器中。或者，该组指令可以作为保存在与所述控制器相关联的一个或多个存储器上，以在所述计算设备上执行的软件提供。控制单元或控制器可以在一个或多个处理器上运行的软件中实现。一个或多个其他控制单元或控制器可以在一个或多个处理器(可选地，与第一控制器相同的一个或多个处理器)上运行的软件中实现。也可以使用其他合适的布置。
除非有相反的指示，否则本文提到的过滤室的横截面是指垂直于过滤室的纵向轴线延伸的横向截面。至少在某些实施例中，过滤室可以具有绕所述纵向轴线的圆柱对称。纵向轴线通常基本上竖直地布置，但是其他布置也可以是有用的。
在本申请的范围内，明确地意图在前面的段落中、权利要求书中和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和替代方案，特别是其各个特征，可以是独立的或以任何组合方式。也就是说，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这些特征是不兼容的。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或相应地提交任何新的权利要求的权利，包括修改任何原始提交的权利要求以引用和/或包含任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管最初并未以该方式提出。
附图说明
现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的一个或多个实施例，其中：
图1示出了包含根据本发明实施例的机械过滤装置1的过滤系统的示意图；
图2是图1所示的机械过滤装置1的照片；
图3A-D是图1所示的机械过滤装置进行过滤和反洗的示意图；
图4是在根据本发明的机械过滤装置中使用的过滤元件的立体图；
图5是图4中所示的过滤元件的端视图；
图6A和6B是端视图和侧视图，其示出了图4和5中所示的过滤元件的示例性尺寸；
图7示出了包含根据本发明另一实施例的机械过滤装置1的过滤系统的示意图；
图8是结合到图7所示的过滤系统中的机械过滤装置的示意图；
图9是根据本发明另一方面的机械过滤装置的示意图；
图10是根据本发明另一实施例的机械过滤装置在过滤模式下操作的示意图；
图11是图10所示的机械过滤装置在反洗模式下操作的示意图；
图12是根据本发明另一实施例的机械过滤装置的示意图；
图13是根据本发明另一实施例的机械过滤装置的示意图；
图14是根据本发明另一实施例的机械过滤装置的示意图；
图15A和15B是根据本发明另一实施例的机械过滤装置的示意图；
图16示出了根据本发明另一实施例的游泳池过滤装置的示意图；以及
图17示出了图16所示的游泳池过滤器在反洗操作期间的示意图。
具体实施方式
现在将参照图1至图6描述结合根据本发明实施例的机械过滤装置1的过滤系统S。机械过滤装置1可操作以对液体(通常为水W)进行机械过滤。水W在附图中通过阴影示出。
在图1中示意性示出的过滤系统S中，机械过滤装置1配置为对一对水族箱2中的水W进行机械过滤。所示布置中的水族箱2与机械过滤装置1并联连接。水族箱2可以安装在商业店铺中，例如宠物商店。应当理解，机械过滤装置1可以用于过滤两个或多个水族箱2中的水。水族箱2例如可以布置在机架中并且布置成一列或多列和/或行。应当理解，机械过滤装置1可用于过滤单个水族箱2中的水。机械过滤装置1可用于在其他应用中进行过滤，例如过滤游泳池中的水。
提供泵3用于将未过滤的水W从水族箱2泵送到机械过滤装置1。泵3可操作以将未过滤的水W从水族箱2泵送到机械过滤装置1。水W被机械过滤，并且过滤的水W返回到水族箱2。在本实施例中，泵3是变速泵，但是替代实施例可以使用定速泵。泵3可以结合到机械过滤装置1中。
如图2和图3A-D所示，机械过滤装置1包括过滤器壳体4，过滤器壳体4限定了具有侧壁6的过滤室5。过滤室5是能够支持大于大气压力的操作压力的密封室。多个过滤元件7布置在过滤室5中并共同形成机械过滤。如本文所述，机械过滤装置1可操作以过滤水W；以及反洗过滤元件7以去除过滤的材料。过滤器壳体4包括管状构件8，管状构件8具有基本上竖直布置的中心纵向轴线X-X。管状构件8限定过滤室5的侧壁6。管状构件8的上端和下端分别由上封闭构件9和下封闭构件10密封，以封闭过滤室5。管状构件8沿中心纵向轴线X-X具有基本不变的横截面。因此，本实施例中的过滤室5沿中心纵向轴线X-X具有基本恒定的轮廓。在该实施例中，管状构件8呈具有圆形横截面的圆柱形(即，直圆柱体)的形式。过滤室5可以具有不同的横截面，例如椭圆形、矩形或正方形。
机械过滤装置1包括液体供应导管11，用于将未过滤的水从水族箱2供应到形成在过滤室5中的液体入口12。机械过滤装置1还包括液体返回导管13，用于从在过滤室5中形成的液体出口14将过滤的水返回到水族箱2。在本实施例中，液体返回导管13的出口位于每个水族箱2中的水W的水位上方。应当理解，液体返回导管13的出口可以位于每个水族箱2中的水W的水位下方。液体入口12形成在下封闭构件10中，液体出口14形成在上封闭构件9中。如图3A所示，在过滤期间，存在通过过滤室5的水W的向上流动。未过滤的水W通过位于过滤室5底部的液体入口12引入；过滤的水W通过位于过滤室5顶部的液体出口14排出。当泵3将未过滤的水W供应到过滤室5时，过滤室5被密封并且操作压力大于大气压力。
机械过滤装置1还包括排液导管16，用于从过滤室5排出水。排水导管16可以例如连接到废水或用于收集废水的集水槽。在本实施例中，排液导管16连接到液体供应导管11，使得过滤室5通过液体入口12排出。在可替代实施例中，可以提供单独的排液出口(未示出)，例如在过滤室5的底部。提供有排液阀18，用于选择性地打开和关闭排液导管16。排液阀18可以手动操作，例如通过操作控制杆。在本实施例中，排液阀18由排液阀致动器19致动，例如第一机电致动器，例如螺线管。提供入口网20和出口网21以将过滤元件7保持在过滤室5中。
机械过滤装置1包括用于将空气引入过滤室5的装置。空气引入装置(总体用附图标记22表示)包括空气供应导管23和止回阀24。空气供应导管23连接到一个或多个空气入口25，以将空气引入过滤室5中。如本文所述，空气供应导管23配置为使得空气能够通过空气入口25由过滤室5中降低的压力而被吸入过滤室5中，过滤室5中降低的压力由从过滤室5排出的水W引起。空气供应导管23竖直延伸并具有布置在过滤器壳体4顶部，过滤室5上方的进气口27。在本实施例中，止回阀24布置在进气口27中或其附近。空气入口25可以形成在布置在过滤室5基部的(例如从中心歧管径向向外延伸的)一个或多个分配导管(未示出)中。止回阀24使得通过空气供应导管23的单向流动。特别地，止回阀24配置为允许空气进入空气供应导管23并防止水通过空气供应导管23流出。止回阀24可以例如包括弹簧偏压的封闭构件或封闭翼片(未示出)，该封闭翼片配置为打开以允许空气吸入空气供应导管23，以及关闭以防止水W通过空气供应导管23流出。止回阀24可以例如包括用于定位在阀座中以密封空气供应导管23的球。在可替代实施例中，止回阀24可以用可以选择性地打开和关闭的阀构件代替。在可替代实施例中，止回阀24可包括机电致动器，例如螺线管，用于打开和关闭空气供应导管23。
如上所述，多个过滤元件7布置在过滤室5中。当水W引入过滤室5时，过滤元件7形成过滤包29。在本实施例中，过滤元件7具有基本上中性的浮力，并且由于水W通过过滤室5的向上流动，过滤包29形成在过滤室5的顶部，如图2和3A所示。布置在过滤室5中的过滤元件7在水中可以具有中性浮力或正浮力。通过过滤室5的水流W在过滤室5的顶部将过滤元件7压紧在一起并形成过滤包29；过滤包29内的过滤元件7的运动受到限制。得到的过滤包29基本上是静态的，适合于对水W进行机械过滤。
参考图4、5、6A和6B，过滤元件7具有开口单元结构。特别地，过滤元件7各自包括一个或多个过滤单元30。过滤元件7包括在每端开口的圆柱形壁31。圆柱形壁30具有中心纵向轴线X-X和基本上圆形的轮廓。过滤元件7各自包括多个过滤单元30。过滤单元30是开口单元，用于捕获悬浮在未过滤的水W中的颗粒和其他碎屑，以进行机械过滤。过滤单元30是细长的，并且在本实施例中形成沿过滤元件7的长度延伸的导管。如图4所示，过滤单元30各自具有第一端32和第二端33。第一单元开口34形成在所述第一端32处，第二单元开口35形成在所述第二端33处。因此，每个过滤单元30的第一和第二端都是开口的。在一个变型中，过滤单元30可以在第一端32处开口，并在第二端33处封闭。在另一变型中，导管的第一和第二端32、33都可以是开口的，但是中间封闭壁可以布置在第一和第二端32、33之间，以形成由中间封闭壁彼此分开的单独的过滤单元30。本文使用术语“开口单元过滤元件”来定义过滤元件7。合适的过滤元件7的进一步细节在于2016年5月16日提交的申请人的国际专利申请号PCT/GB2016/000101中公开，其全部内容通过引用而并入本文。应当理解，其他类型的过滤元件7可以用于本文描述的过滤装置1中。
如图4和5所示，根据本实施例的过滤元件7各自包括内过滤单元30IN和外过滤单元30OUT；外过滤单元30OUT设置在内过滤单元30IN的径向外侧。过滤元件7包括从圆柱形壁31径向向外延伸的多个外部肋36。外部肋36布置成形成一系列过滤通道37，这些过滤通道37沿其长度开口，并且当过滤元件7形成过滤包29时也可以进行机械过滤。如图6A和6B所示，本实施例中的过滤元件具有大约10mm的外部宽度和大约7mm的长度。圆柱形壁31的直径约为8.5mm。内过滤单元30IN具有1.7mm×1.7mm的方形轮廓量度；外过滤单元30OUT的主宽度为2.28mm，次宽度为1.59mm。本实施例中的内和外过滤单元30IN、30OUT各自具有小于3mm2的横截面积。
机械过滤装置1包括流控制装置，用于控制来自水族箱2的未过滤的水W到过滤室5的供应；以及过滤的水W从过滤室5返回到水族箱2。在本实施例中，流控制装置包括液体供应阀38和液体返回阀39。液体供应阀38可操作以打开和关闭液体供应导管11，以控制未过滤的水W到过滤室5的供应。液体返回阀39可操作以打开和关闭液体返回导管13，以控制过滤的水W返回到水族箱2中。液体供应阀38和液体返回阀39都可以至少基本上关闭以密封过滤室5。提供液体供应阀致动器40，例如第二机电致动器，用于致动液体供应阀38。提供液体返回阀致动器41，例如第三机电致动器，用于致动液体返回阀39。在可替代实施例中，液体供应阀38和/或液体返回阀39可以手动操作。在可替代实施例中，流控制装置可以包括控制阀，用于控制通过液体供应导管11和液体返回导管13的液体流动。控制阀可以是多通阀，例如四通阀。控制阀还可以配置为控制排液阀18的操作。
如图3A中示意性所示，机械过滤装置1包括电子控制单元(ECU)42，用于控制泵3、排液阀18、液体供应阀38和液体返回阀39的操作。ECU 42包括处理器43和存储器44。处理器43配置为控制排液阀致动器19、液体供应阀致动器40和液体返回阀致动器41的操作。由此ECU 42可以将机械过滤装置1配置为进行过滤或反洗。在本实施例中，ECU 42实现计时器以控制过滤和反洗之间的切换。例如，反洗循环之间的时间可以是用户可配置的。其他控制策略可以用于启动反洗，例如取决于检测到的泵3上的负载的变化。ECU 42可选地还可以控制止回阀24的操作以打开和关闭空气供应导管23。ECU 42可以可选地配置为实施故障保护控制策略，从而当排液阀18打开时禁止泵3的操作。故障保护控制策略可以通过在排液阀18打开时继续操作泵3来避免意外地排出水族箱2中的水。
可替代地或附加地，可以提供水位传感器以向ECU 42输出水位信号以指示过滤室5中的水位。水位信号可以提供过滤室5中的水处于或低于预定水平的指示，例如以指示反洗完成。ECU 42可以配置为当水位信号指示水位处于或低于预定水平时关闭排液阀18。ECU42可以根据从水位传感器接收的水位信号控制反洗和过滤之间的切换。
现在将参考图3A-D描述机械过滤装置1的操作。机械过滤装置1在图3A中示出了过滤来自水族箱2的水W。为了进行过滤，ECU 42控制液体供应阀致动器40以打开液体供应阀38；以及液体返回阀致动器41以打开液体返回阀39。ECU 42启动泵3以将未过滤的水W从水族箱2供应到过滤室5。ECU 42还控制排液阀致动器19以关闭排液阀18。泵3将未过滤的水W供应到过滤室5中并建立通过过滤包29的水W的向上流动。未过滤的水W在穿过过滤包29时被机械过滤，过滤的水W通过液体出口14流出过滤室5。过滤元件7通过捕获悬浮在水W中的颗粒和其他材料进行机械过滤。过滤的水W通过液体返回导管13返回到水族箱2中。从水W过滤出的水可以保持在形成过滤包29的过滤元件7之间，在每个过滤元件7的开口过滤单元30内和过滤通道37内。出口网21防止过滤元件7进入液体返回导管13。
如图3B-D所示，机械过滤装置1周期性地反洗以移除过滤出的材料并清洁过滤元件7。为了进行反洗，ECU 42停用泵3；控制液体供应阀致动器40关闭液体供应阀38；控制液体返回阀致动器41以关闭液体返回阀39。由此密封过滤室5并抑制水W的供应。然后ECU 42控制排液阀致动器19以打开排液阀18，以允许过滤室5中的水W通过排液导管16流出，并从机械过滤装置1冲洗过滤出的颗粒。如图3B所示，从密封的过滤室5流出的水W导致过滤室5内的操作压力下降到小于大气压力。过滤室5中的降低的压力使得止回阀24打开，并经由空气供应导管23通过空气入口25将空气吸入过滤室5。进入过滤室5的空气形成多个气泡B，其上升到过滤室5中的水W的顶部。气泡B上升通过水W并搅动过滤元件7，有助于分散过滤包29。如图3C中示意性所示，当水W流过排液导管16时，继续吸入空气到过滤室5。过滤元件7在反洗期间的连续搅动有助于移除过滤出的材料，例如移动过滤单元30和过滤通道37中捕集的颗粒。应当理解，过滤室5中的水W继续通过排液导管16排出，使得水W的水位继续下降，从而通过空气供应导管23吸入更多的空气，并引起在过滤室5内过滤元件7的进一步搅动。通过搅动过滤元件7，由过滤元件7过滤出的材料和碎屑被移出并返回到过滤室5内的水W。由于过滤室5具有基本上连续的剖面，过滤元件7的搅动在整个反洗过程中比在过滤室的侧壁中包含收缩部分的现有技术系统更均匀。在某些实施例中，泵3可以在反洗期间继续向过滤室5供水。
将空气引入过滤室5同时继续从过滤室5排出水W。通过穿过排液导管16将水W排出，材料和碎屑从过滤室5移除。由此可以清洁过滤元件7以准备进行过滤。继续搅动过滤元件7，直到过滤室5中的水位下降到低于空气入口25的高度或者过滤室5是空的。水W的水位下降到低于空气入口25的高度，空气被自由地吸入过滤室5。过滤室5中的压力恢复到大气压力，止回阀24关闭。如图3D中示意性所示，当过滤室5完全排空时，过滤元件7沉降在过滤室5的底部。入口网20防止过滤元件7进入排液导管16。
一旦水W排出到废水并且过滤室5为空，则ECU 42控制液体供应阀38以打开液体供应导管11；以及液体返回阀39以打开液体返回导管13。操作排液阀18以关闭排液导管16并重新启动泵3。泵3供应未过滤的水W，使得过滤室5部分或完全地用未过滤的水W重新填充。在打开液体供应阀38之后，排液阀18可以保持打开，使得可以进行过滤元件7的额外清洗，水通过排液导管16直接冲洗到废水。在可替代的布置中，排液阀18可以在液体返回导管13打开之前或同时关闭。反洗可以可选地进行多于一次。例如，可以部分或完全重新填充过滤室5，关闭液体返回导管13并重新打开排液阀18。过滤元件7的反洗与上述相同，因为空气被吸入过滤室5中以形成气泡B，气泡B搅动过滤元件7。
当反洗完成时，操作液体供应阀38以打开液体供应导管11；操作液体返回阀39以打开液体返回导管13。重新启动泵3以将水从水族箱2泵送到过滤室5中。操作排液阀18以关闭排液导管16，用未过滤的水W重新填充过滤室5。过滤元件7重新形成过滤包29，并且可操作以对水W进行机械过滤，因为它向上流过过滤室5。过滤的水W通过液体返回导管13返回到水族箱2中。在一个修改的实施例中，在反洗之后，ECU 42可以配置为控制泵3以逐渐增加供应到过滤室5的水W的速度。水W的速度可以逐步增加或作为连续曲线(例如对数曲线)增加。通过逐渐增加水W的速度，可以更加改善由过滤元件7形成的过滤包的均匀性。
ECU 42允许过滤元件7的过滤和反洗部分或完全自动化。例如，ECU 42可以实现用于控制过滤和反洗的计时器电路。定时器电路可以是用户可配置的，例如以使用户能够指定反洗频率。至少在某些实施例中，空气引入装置22提供用于搅动过滤元件7的有效机构。空气引入装置22和开口单元过滤元件7的组合认为是特别有利的，因为一些气泡B可以移除过滤单元30中捕获的材料。此外，至少在某些实施例中，开口单元结构可以减小过滤元件7的质量并允许它们更容易被气泡搅动。这是特别有利的，因为过滤室5可以形成有基本上不变的横截面。在本实施例中，过滤器壳体4包括呈直圆柱体形式的管状构件8以形成过滤室5。因此，过滤器壳体4形成为没有收缩或变窄部分，旨在促进过滤元件7在反洗期间的搅动。
举例来说，根据本发明的机械过滤装置1可以包括管状构件8，管状构件8的直径约为100mm，竖直高度约为1100mm。形成在所述管状构件8中的过滤室5可具有大约八(8)升的体积。在使用中，过滤室可以包含大约六(6)升的水W和大约两(2)升的所述过滤元件7(按体积)。过滤室5的体积与可以由机械过滤装置1过滤的液体的体积成比例。已经确定，过滤室5的体积可以对应于待过滤的液体的总体积除以预定数值n。预定数值n通常在四十五(45)到五十五(55)的范围内，包括端值，并且在本实施例中是五十(50)。因此，根据本示例性实施例的机械过滤装置1可用于过滤约400升(n×过滤室体积)的水。本实施例中的水族箱2中的水的组合体积应为约400升。在使用中，过滤室5中的静态过滤包的每单位横截面积的流速应在300m3/m2/h至400m3/m2/h的范围内。在本实施例中，通过机械过滤装置1的流速约为3000升/小时(3m3/h)。因此，静态过滤包的每单位横截面积的流速约为350m3/m2/h。应当理解，在可替代实施例中可以修改机械过滤装置1的尺寸和/或每单位横截面积的流速。
在使用中，机械过滤装置1周期性地反洗。在反洗期间，过滤室5中的水W通过排液阀18排出。在本示例性实施例中，每次反洗操作导致大约6升的水W被排出。随后将新鲜水引入过滤系统S以重新填充过滤室5，从而保持水族箱2中的水位。应当理解，每次反洗操作和相关的过滤室5的重新填充导致水族箱2中的一定比例的水W被更换。已经确定更换水族箱2中水W的10-20体积％的每周目标，因为适于保持鱼类和其他水生动物的水质。在本实施例中，这对应于每周更换40至80升水。由于在每次反洗操作期间从过滤室5排出约6升，这相当于每周七(7)次和十一(11)次反洗操作。例如，过滤系统S可以配置为每周反洗机械过滤装置1十(10)次。ECU 42可以配置为实现使用该技术确定的反洗时刻表。可以实施其他反洗时刻表。
在本发明的可替代实施例中，管状构件8可朝向其基部向外逐渐呈锥形，例如以形成截头圆锥或棱锥。当水W通过排液导管16排出时，这种布置将为过滤元件7在过滤室5内移动提供额外的空间。据信这可以增加过滤元件7的移动并促进在反洗期间中的清洁。至少在某些实施例中，管状构件8可包括沿所述纵向轴线X1-X1的基本上连续的锥形(即，在其横截面中没有阶梯变化)。
机械过滤装置1的上述实施例配置为在过滤期间建立水通过过滤室5的向上流动。应当理解，机械过滤装置1可以配置为在过滤期间产生水通过过滤室5的向下流动。特别地，液体入口12和液体出口14的相对定位将被反转，使得液体入口12布置在过滤室5的上部，液体出口14布置在过滤室5的下部。过滤元件7可以在水W中具有中性浮力或负浮力。在过滤期间，过滤包29将形成在过滤室5的底部。在反洗期间，空气引入装置22将空气引入到过滤室5的底部中，以搅动过滤元件7并分散过滤包29。过滤器壳体4可以包括管状构件8以形成过滤室5。管状构件8可以沿其纵向轴线X-X具有基本上一致的横截面轮廓。管状构件8可以例如具有圆形横截面轮廓(即，直圆柱体)。同样，过滤器壳体4可以形成为没有收缩或变窄部分，旨在促进过滤元件7在反洗期间的搅动。在一个变型中，过滤元件7可以具有正浮力，并且由于水W的增加的流速，静态过滤包仍然可以在过滤室5中形成。
现在将参照图7和8描述包含根据本发明另一实施例的机械过滤装置1的过滤系统S。过滤系统S是参考图1至6描述的实施例的修改版本。相同的附图标记用于相同的部件。
如图7中示意性地示出，根据本实施例的过滤系统S配置为过滤游泳池2中的水W。提供泵3，用于将未过滤的水W从游泳池2泵送到机械过滤装置1。水W被机械过滤并且过滤的水W返回到游泳池2。过滤的水W通过液体返回导管13返回到游泳池2，液体返回导管13具有布置在游泳池2中的水位之上的出口。泵3可以结合到机械过滤装置1中。
如图8所示，机械过滤装置1包括过滤器壳体4，过滤器壳体4限定了具有侧壁6的过滤室5。过滤室5是能够支持大于大气压力的操作压力的密封室。多个过滤元件7布置在过滤室5中并共同形成机械过滤。过滤元件7具有开口单元结构。举例来说，机械过滤装置1可包括本文中参考图4、5、6A和6B所述类型的过滤元件7。如本文所述，机械过滤装置1可操作以过滤水W；以及反洗过滤元件7以去除过滤的材料。过滤器壳体4包括管状构件8，管状构件8具有基本上竖直布置的中心纵向轴线X-X。管状构件8限定过滤室5的侧壁6。管状构件8的上端和下端分别由上封闭构件9和下封闭构件10密封，以封闭过滤室5。管状构件8具有沿中心纵向轴线X-X的基本一致的横截面。因此，本实施例中的过滤室5具有沿中心纵向轴线X-X的基本上恒定的轮廓。在本实施例中，管状构件8呈具有圆形横截面的圆柱体的形式(即，直圆柱体)。过滤室5可以具有不同的横截面，例如椭圆形、矩形或正方形。
机械过滤装置1包括液体供应导管11，用于将未过滤的水从游泳池2供应到形成在过滤室5中的液体入口12。机械过滤装置1还包括液体返回导管13，用于将过滤的水从形成在过滤室5中的液体出口14返回到游泳池2。在本实施例中，液体返回导管13的出口位于游泳池2中的水W的水位上方。液体入口12形成在下封闭构件10中，液体出口14形成在上封闭构件9中。在本实施例中，如图8所示，在过滤期间存在水W通过过滤室5的向上流动。未过滤的水W通过位于过滤室5底部的液体入口12引入；过滤的水W通过位于过滤室5顶部的液体出口14排出。当泵3将未过滤的水W供应到过滤室5时，过滤室5被密封并且操作压力大于大气压力。
机械过滤装置1还包括排液导管16，用于从过滤室5排出水。排水导管16可以例如连接到废水或用于收集废水的集水槽。在本实施例中，排液导管16连接到液体供应导管11，使得过滤室5通过液体入口12排出。在可替代实施例中，可以提供单独的排液出口，例如在过滤室5的底部。提供有排液阀18，用于选择性地打开和关闭排液导管16。排液阀18可以手动操作，例如通过操作控制杆。在本实施例中，排液阀18由排液阀致动器19致动，例如第一机电致动器，例如螺线管。提供下网20和上网21以将过滤元件7保持在过滤室5中。
机械过滤装置1包括用于将空气引入过滤室5以进行反洗的装置。空气引入装置(总体用附图标记22表示)包括空气供应导管23。本实施例中的空气引入装置22的配置与前一实施例的配置不同。特别地，空气供应导管23流体连接到液体返回导管13。如本文所述，空气供应导管23配置为使得空气能够通过空气入口25由过滤室5中降低的压力而被吸入过滤室5中，过滤室5中降低的压力由从过滤室5排出的水W引起。空气供应导管23具有进气口27，该进气口27与液体返回导管13流体连通。在机械过滤装置1的反洗期间，空气供应导管23将空气通过通向大气的液体返回导管13吸入。这种布置的优点是减少了通过空气供应导管23发生泄漏的可能性，因为通过空气供应导管23泵送的任何液体将通过液体返回导管13返回到游泳池2中。空气入口25形成在过滤室5的侧壁中。在空气入口25和排液导管16之间的竖直偏移建立了压差，该压差使得在反洗期间空气能够被吸入过滤室5中。因此，空气入口25布置在侧壁上高于排液导管16底部高度的高度。通过建立压差，当排液阀18打开以进行反洗时，空气引入过滤室5中。可以调节空气入口25的高度以改变该压差，从而控制在反洗期间空气引入过滤室5的速率。在一个变型中，空气入口25可包括可调节高度的出口喷嘴。出口喷嘴可包括伸缩导管；或者可以围绕水平轴旋转以调节空气入口25的高度。通过调节出口喷嘴的高度，可以改变压差以可控制地调节空气吸入过滤室的速率。
在本实施例中，可以省略用于空气供应导管23的控制阀。而是，空气供应导管23可以直接连接到液体返回导管13。虽然一部分水W可以穿过空气供应导管23，但这对过滤几乎没有或没有影响，因为水W循环通过过滤室5多次(进行多次通过过滤)。控制阀(未示出)或限流器可以可选地布置在空气供应导管23中。控制阀可以配置为允许空气在反洗期间穿过空气供应导管23；并且在过滤期间防止水通过空气供应导管23流出过滤室5。控制阀可以是单向(止回)阀的形式。控制阀可以例如包括弹簧偏压的封闭构件或封闭翼片(未示出)，该封闭构件或封闭翼片配置为打开以允许将空气吸入到空气供应导管23中，以及关闭以防止水W通过空气供应导管23流出。可替代地，控制阀可以包括用于控制进气口的针形阀。控制阀可以例如包括用于定位在阀座中以密封空气供应导管23的球。在可替代实施例中，控制阀可以用可以选择性地打开和关闭的阀构件代替。在可替代实施例中，控制阀可以包括机电致动器，例如螺线管，用于打开和关闭空气供应导管23。在修改的布置中，可以选择性地提供三通阀(未示出)以将过滤室5或空气供应导管23中的任一个连接到液体返回导管13。三通阀的这种实施方式可用于本文所述的一个或多个实施例中。
如上所述，多个过滤元件7布置在过滤室5中。当水W被引入过滤室5时，过滤元件7形成过滤包29。在本实施例中，过滤元件7具有基本上中性的浮力，并且由于水W穿过过滤室5的向上流动，过滤包29形成在过滤室5的顶部，如图8所示。布置在过滤室5中的过滤元件7在水中可以具有中性浮力或正浮力。通过过滤室5的水流W在过滤室5的顶部将过滤元件7压紧在一起并形成过滤包29；过滤包29内的过滤元件7的运动受到限制。得到的过滤包29基本上是静态的，适合于对水W进行机械过滤。
机械过滤装置1包括流控制装置，用于控制从游泳池2到过滤室5的未过滤的水W的供应；以及过滤的水W从过滤室5返回到游泳池2。流控制装置包括液体供应阀38和液体返回阀39。液体供应阀38可操作以打开和关闭液体供应导管11，以控制未过滤的水W到过滤室5的供应。液体供应阀38是单向(止回)阀，其适于允许液体被引入过滤室5中。液体返回阀39是单向(止回)阀，其适于允许液体被引入过滤室5中。液体供应阀38和液体返回阀39都可以至少基本上关闭以密封过滤室5。在修改的布置中，液体供应阀38和/或液体返回阀39包括机电致动器。
如图8中示意性所示，机械过滤装置1包括用于控制泵3和排液阀18的操作的电子控制单元(ECU)42。ECU 42包括处理器43和存储器44。ECU 42的操作与前一实施例基本上不变。当水W从过滤室5排出时，液体返回导管13中的水首先通过空气供应导管23吸入到过滤室5中，然后通过排液导管16排出。一旦水已经从液体返回导管13排出，空气通过液体返回导管13吸入，并通过空气供应导管23引入到过滤室5中。将空气引入过滤室5中搅动过滤元件7并进行清洁。过滤元件7的反洗与前一实施例基本上相同。
空气供应导管23在图8中示出为在过滤室5的外部。在修改的布置中，空气供应导管23可以在过滤室5内竖直延伸。空气供应导管23可以例如安装在上封闭构件9上。空气供应导管23的内部定位可以应用于本文所述的其他实施例。空气供应导管23可以形成所述一个或多个空气入口25，例如在其开口端。空气供应导管23可以可移动地安装，使得一个或多个空气入口25的竖直位置可以在过滤室5内调节。通过改变一个或多个空气入口25的竖直高度，可以调节排液出口和空气入口25之间的压差，从而改变空气在反洗期间被引入过滤室5中的速率。可调节的固定装置可以设置在上封闭构件9上，用于可调节地固定空气供应导管23的竖直位置。
图9中示出了根据本发明的一方面的机械过滤装置1的另一实施例。机械过滤装置1是参考图7和8在本文描述的实施例的修改版本。相同的附图标记用于相同的部件。例如，根据本实施例的机械过滤装置1可以结合到图7所示的过滤系统S中。
如本文所述，如图9所示，在过滤期间存在水W通过过滤室5的向下流动。未过滤的水W通过过滤室5顶部的液体入口12引入；过滤的水W通过过滤室5底部的液体出口14排出。多个过滤元件7布置在过滤室5中并共同形成机械过滤。过滤元件7具有开口单元结构。举例来说，机械过滤装置1可包括本文中参考图4、5、6A和6B所述类型的过滤元件7。
机械过滤装置1包括液体供应导管11，用于将未过滤的水从游泳池2供应到形成在过滤室5中的液体入口12。机械过滤装置1还包括液体返回导管13，用于将过滤的水从形成在过滤室5中的液体出口14返回到游泳池2。液体入口12形成在上封闭构件9中，液体出口14形成在下封闭构件10中。如图9所示，在过滤期间存在水W通过过滤室5的向下流动。未过滤的水W通过过滤室5顶部的液体入口12引入；过滤的水W通过过滤室5底部的液体出口14流出。当泵3将未过滤的水W供应到过滤室5时，过滤室5被密封并且操作压力大于大气压力。
机械过滤装置1包括用于将空气引入过滤室5以进行反洗的装置。空气引入装置(总体用附图标记22表示)包括空气供应导管23。空气引入装置22的配置与前一实施例相同。空气供应导管23具有进气口27，其与液体返回导管13流体连通。在机械过滤装置1的反洗期间，空气供应导管23通过液体返回导管13吸入空气，液体返回导管13具有布置在游泳池2的水面上方的出口，并因此通向大气。空气入口25形成在过滤室5的侧壁中。空气入口25布置在侧壁上高于排液导管16的高度的高度处，以建立压差。通过建立压差，当排液阀18打开以进行反洗时，空气被引入过滤室5中。
图10和11示出了根据本发明的一个方面的机械过滤装置1的另一实施例。机械过滤装置1是参考图7和8在本文描述的实施例的修改版本。相同的附图标记用于相同的部件。例如，根据本实施例的机械过滤装置1可以结合到图7所示的过滤系统S中。
机械过滤装置1包括液体供应导管11，用于将未过滤的水从游泳池2供应到液体入口12。提供流控制装置，用于控制液体向过滤室5的供应。在本实施例中，流控制装置包括液体供应阀38。可以提供机电致动器，用于控制液体供应阀38的操作。提供液体返回导管13，用于将过滤的水从液体出口14返回到游泳池2。过滤的水W通过液体返回导管13返回到游泳池2，液体返回导管13具有布置在游泳池2中的水位之上的出口。提供排液阀18，用于控制过滤室5通过排液导管16的排出。可以提供机电致动器以可控制地打开和关闭排液阀18。如图10所示，液体入口12布置在过滤室5的顶部，用于从游泳池2引入水。在所示的布置中，液体入口12设置过滤室5的侧壁中，但也可以设置在上封闭构件9中。液体供应阀38和/或排液阀18可以由ECU(未示出)控制以提供机械过滤装置1的自动操作。可替代地，液体供应阀38和/或排液阀18可以手动操作。
在本实施例中，水W的流动在过滤期间沿蛇形路径通过过滤室5。未过滤的水W通过液体入口12进入过滤室5并向下行进通过过滤室5。过滤室5中的水W的流动方向在过滤室5的底部或其附近反转，然后，水W经过布置在过滤室5中的内部管道45向上流动。内部管道45进行在反洗期间作为空气入口管道操作的双重功能(对应于本文所述的其他实施例的空气供应导管23)；以及在过滤期间作为液体出口导管(对应于液体返回导管13的一部分)。本实施例中的内部导管45从布置在过滤室5顶部的液体出口14基本竖直地向下延伸。内部导管45布置在过滤室5的中心，与过滤室5的纵向轴线X-X重合。多个过滤元件7布置在过滤室5中，并且共同在过滤室5的环形区域中围绕内部管道45形成机械过滤。过滤元件7具有开口单元结构。举例来说，机械过滤装置1可包括本文中参考图4、5、6A和6B所述类型的过滤元件7。当泵3将未过滤的水W供应到过滤室5时，过滤室5被密封并且操作压力大于大气压力。可以调节进气口25的竖直位置以改变排液出口和进气口之间的压差。例如，内部导管45的竖直位置可以是可调节的。
在本实施例中，用于将空气引入过滤室5中的装置(总体用附图标记22表示)包括内部管道45。如图11所示，内部管道45具有进气口27，其连接到位于过滤室5顶部的液体返回导管13；以及布置在过滤室5底部的空气入口25。在空气入口25上设置防护装置或网，以防止过滤元件7通过内部导管45逸出。在本实施例中，内部导管45通过下网20向下延伸。在机械过滤装置1的反洗过程中，内部导管45通过液体返回导管13吸入空气，液体返回导管13具有在游泳池2中的水位之上的出口，并因此向大气开放。在这种布置中，设置在液体返回导管13中的液体返回阀是可选的。在修改的布置中，可以在液体返回导管13中提供单独的空气入口。可以提供例如包括单向(止回)阀的空气供应阀(未示出)，用于在反洗期间控制空气的供应。如果来自液体返回导管13的出口布置在游泳池2中的水面下方，则应当理解应该提供单独的空气入口，例如在内部导管45的顶部或在液体返回管道13中。
在本发明的可替代实施例中，管状构件8可朝向其基部向内逐渐呈锥形，例如以形成倒置的截头圆锥或棱锥。当空气最初被引入过滤室5中以分散过滤包29时，这种布置将为过滤元件7提供在过滤室5内移动的额外空间，据信这可以增加反洗期间过滤元件7的运动，并促进清洁。至少在某些实施例中，管状构件8可以包括沿着所述纵向轴线X-X的基本上连续的锥形(即，在其横截面中没有阶梯变化)。
现在将参照图16和17描述机械过滤装置1的另一实施例。在该布置的描述中，相同的附图标记用于相同的部件。
如图16所示，机械过滤装置1包括过滤器壳体6、第一导管46、第二导管47和控制阀48。过滤器壳体6限定了包含多个所述机械过滤元件7的过滤室5，其中多个所述机械过滤元件7形成静态过滤包29。在本实施例中，过滤室5至少基本上是密封的。机械过滤装置1配置成使得来自游泳池2的未过滤的水通过第二导管47泵送到过滤室5中并通过第一导管46流出。水通过过滤室5的总体向上流动在图16中以一系列箭头示出。本实施例中的机械过滤元件7在水中具有基本上中性的浮力或正浮力。
如本文所述，机械过滤装置1可包括用于搅动机械过滤元件7的搅动装置。根据本实施例的机械过滤装置1包括用于将空气引入过滤室5中以分散或破坏形成静态过滤包29的机械过滤元件7的装置。空气引入装置(总体用附图标记22表示)包括空气供应导管23、供应歧管49和单向阀24。空气供应导管23具有进口，通过该进口空气可以被吸入过滤室5中。单向阀40布置在靠近入口的空气供应导管23中。供应歧管49包括中央室50和多个分配导管51。中央室50经由第二导管47与空气供应导管23流体连通。分配导管51从中央室50径向向外延伸并布置在过滤室5的基部或其附近。分配导管51各自具有多个空气入口孔25，用于将空气引入过滤室5中。本实施例中的空气供应导管23经由控制阀48连接到第二导管47。单向阀40配置为允许空气进入空气供应导管23并防止水通过空气供应导管23排出。单向阀24可以例如包括弹簧偏压的封闭构件。在可替代实施例中，单向阀24可以用双向阀代替，该双向阀可以选择性地打开和关闭。
控制阀48配置成使得在过滤期间，第一导管46连接到返回导管13；第二导管47连接到供应导管11。第二导管47可操作以供应来自游泳池2的未过滤的水；第一导管46将过滤的水返回到游泳池2。此外，控制阀48配置成使得在反洗期间，第一导管46关闭；第二导管47连接到空气供应导管23。壳体6包括布置在过滤室5基部的排液口53。在本实施例中，排液口53连接到废水排放导管16并在反洗期间打开。控制阀48可以配置为控制排液口53的打开和关闭。然而，在本实施例中，设置单独的排液阀18以打开和关闭排液口53。在本实施例中，排液阀4手动操作。在可替代实施例中，排液阀18可包括致动器，例如螺线管，以提供自动或部分自动的反洗。在排液口53上提供网55，以防止机械过滤元件7在排液阀18打开时进入废水排放导管16。网55可以配置为在反洗期间控制来自过滤室5的水流，例如基于网55中的孔的尺寸和/或数量。
如图16所示，当机械过滤装置1进行过滤时，通过泵5将水从游泳池2泵送到过滤器壳体6中。泵送的水通过第二导管47引入过滤室5中。未过滤的水通过供应歧管49的分配导管51进入过滤器壳体6。水向上流动通过过滤室5并通过第一导管46排出。应当理解，过滤期间水的向上流动通过过滤室5建立。水的向上移动使机械过滤元件7向上移位，使得静态过滤包29形成在过滤室5的顶部。
如图17所示，当机械过滤装置1进行反洗时，泵5停止以抑制水从游泳池2供应到过滤器壳体6。操作控制阀48以关闭第一导管46，并将第二导管47连接到空气供应导管23。然后打开排液阀18以使过滤器壳体6中的水流过排液口53进入废水排放导管16。由于过滤器壳体6是密封的，水流出过滤室5减小了过滤器壳体6内的压力，使单向阀24打开，以允许空气吸入空气供应导管23中。通过从密封的过滤室5中排出水，操作压力下降到低于大气压力，从而通过空气供应导管23将空气吸入过滤室5中。空气进入中央室50并被吸入分配导管51中。然后将空气通过形成在分配导管51中的空气入口孔25引入过滤室5中。所产生的气泡向上行进通过过滤室5中的水并破坏悬浮的机械过滤元件7。机械过滤元件7被气泡搅动，静态过滤包29被分散。应当理解，过滤室5中的水继续通过排液口53排出，使得水位继续下降，引起过滤室5内的机械过滤元件7的进一步搅动。应当理解，通过搅动机械过滤元件7，由机械过滤元件7过滤的材料和碎屑被移出并返回到过滤室5内的水中。机械过滤元件7的搅动持续到过滤室5中的水位下降到低于形成在分配导管51中的空气入口孔25的位置为止。将空气引入过滤室5同时继续从过滤室5排出水。通过经过排液导管16排出水，材料和碎屑从过滤室5中移除。由此可以清洁机械过滤元件7，以便进行额外的过滤。过滤室5中的压力恢复到大气压力，单向阀24关闭。
当过滤室5为空时，操作控制阀48以打开第二导管47，重新启动泵35。可以操作控制阀48以打开第一导管46。操作排液阀18以部分地或完全地关闭排液口53，以用来自游泳池2的水重新填充过滤室5。排液阀18可以在打开第二导管47之后关闭以进行机械过滤元件7的额外清洗，并可选地冲洗第二导管47。在可替代布置中，排液阀18可以在第二导管47打开之前或同时关闭。反洗可以可选地进行多于一次。例如，可以部分地或完全地重新填充过滤室5，关闭第二导管47并重新打开排液阀18。应当理解，排液阀18可以结合到控制阀48中。
当反洗完成时，操作控制阀48以打开第一和第二导管46、47。重新启动泵3以将水从游泳池2泵送到过滤器壳体6。操作排液阀18以关闭排液口53，并用来自游泳池2的水重新填充过滤室5。机械过滤元件7重新形成静态过滤包29并可操作以进行水的机械过滤。
参照本实施例描述的空气引入装置22是被动系统，只要它依赖于从过滤室5排出的水以通过空气供应导管23吸入空气。可替代地或附加地，可以主动提供空气泵以通过空气供应导管23泵送空气。
图16中所示的机械过滤装置1可以通过修改传统的游泳池过滤装置，例如沙床过滤器来实现。根据本发明的另一方面，提供了一种用于转换现有游泳池过滤装置的转换套件；以及转换现有游泳池过滤装置的方法。
应当理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对本文描述的实施例进行各种修改。已经参考在一个或多个水族箱或游泳池2中机械过滤水W描述了本发明。
至少一些空气入口25的尺寸可以设定成形成空气泡，空气泡可以进入形成在过滤元件7内的过滤单元30以移除捕获的材料。一些空气入口25可以更大以促进过滤元件7的搅动，例如分散过滤包29。在某些实施例中，空气入口25可以具有不同的尺寸以促进形成具有不同尺寸的气泡。
应当理解，除了机械过滤之外，还可以进行其他类型的过滤，例如生物过滤。设想任何这样的生物过滤将作为单独的过滤阶段进行，例如在单独的生物过滤室中进行。然而，在适当的条件下，可以允许生物膜在过滤元件7上形成。在这些情况下，过滤元件7还可以在机械过滤的同时对水进行生物过滤。机械过滤装置1可以与紫外(UV)过滤器组合使用以净化水W。
可以在空气供应导管23中设置节流阀或限制以控制空气引入过滤室5，例如延长排空过滤室5所花费的时间并延长反洗。控制阀可以设置在空气供应导管23中，用于选择性地控制空气引入过滤室5中。控制阀可以是可调节的，以控制在反洗期间空气的引入。控制阀可以手动操作。可替代地，控制阀可包括机电致动器，例如螺线管或伺服机构。在某些实施例中，控制阀可以由ECU 42控制。
在本文所述实施例的变型中，空气供应导管23可以布置成使得进气口27布置在过滤室5中的水W的水面上方的位置。进气口27的高度可以可选地也可以根据由泵3在过滤室5中产生的最大工作压力来定位。在这些布置中，止回阀24可以从机械过滤装置1中省略。
已经参考过滤来自几个水族箱2的水来描述机械过滤装置1。应当理解，机械过滤装置1可以配置为过滤来自单个水族箱的水。此外，本发明的至少某些实施例可以具有其他应用，例如过滤游泳池中的水。可替代地或附加地，过滤装置可适用于过滤池塘、水产养殖、游泳池、游泳池、室内游泳池、休闲池、热水浴池、温泉和休闲公园中的水。
在本文描述的实施例中，液体供应导管11或液体返回导管13通向过滤室5的下部。可以修改机械过滤装置1以利用液体供应导管11或返回导管12的轮廓作为空气引入装置22的一部分，以将空气供应到过滤室5中。液体供应阀38可以例如配置为将液体供应导管11连接到空气供应导管23，空气可以通过空气供应导管23吸入过滤室5中。
过滤室5在本文中已经描述为具有沿纵向轴线X-X的一致的圆形横截面的圆柱体的形式。在可替代实施例中，过滤室5可沿所述纵向轴线X-X具有基本上连续锥形的轮廓。侧壁6可以在向上的方向上向内逐渐呈锥形，例如以形成截头圆锥或截头棱锥。可替代地，侧壁6可沿向下方向向内逐渐呈锥形，例如以形成倒置的截头圆锥或倒置的截头棱锥。
机械过滤装置1的另一实施例在图12中示意性地示出。相同的附图标记用于相同的部件。在此布置中，过滤室5由基本上连续锥形的轮廓组成。该轮廓沿过滤室5的纵向轴线X-X逐渐呈锥形。在本实施例中，侧壁6在向上的方向上向内逐渐呈锥形。因此，过滤室5具有沿纵向轴线X-X从基部到顶部向内连续逐渐呈锥形的轮廓。过滤室5具有基本上圆形的横截面并形成截头圆锥。多个过滤元件7布置在过滤室5中，以对水W进行机械过滤。过滤元件7形成用于进行机械过滤的过滤包29。
机械过滤装置1包括液体供应导管11，用于将未过滤的水供应到形成在过滤室5中的液体入口12。机械过滤装置1还包括液体返回导管13，用于从形成在过滤室5中的液体出口14返回过滤的水W。液体入口12布置在过滤室5的底部，液体出口14布置在过滤室5的顶部。水W从液体入口12向上流过过滤室5到液体出口14。设置液体供应阀38以打开和关闭液体供应导管11；设置液体返回阀39用于打开和关闭液体返回导管13。机械过滤装置1包括排液导管16和排液阀18。在本实施例中，排液导管16连接到液体供应导管11。
在本实施例中，过滤元件7具有基本上中性的浮力或正浮力。水W的向上流动使过滤元件7在过滤室5的顶部形成过滤包29。设置空气引入装置22用于在反洗期间将空气引入过滤室5。空气引入装置22包括空气供应导管23，并配置为当水W从过滤室5排出时允许空气通过多个空气入口25吸入过滤室5中。
机械过滤装置1进行过滤和反洗的操作与上述实施例相同。机械过滤装置1在图12中示出为进行过滤。在过滤期间，当过滤元件7通过水W穿过过滤室5的向上流动而向上移位时，过滤室5的锥形配置有助于将过滤元件7压缩在一起。在反洗期间，水W从过滤室5中排出，并且当水W的水位下降时，可用于过滤元件7的移动的体积增加。空气引入装置22允许空气通过由从过滤室5排出的水W引起的过滤室5中的减压而吸入过滤室5中。空气通过空气入口25进入过滤室5，并形成向上穿过水W的气泡，从而促进过滤元件7的搅动。至少在某些实施例中，过滤室5的锥形轮廓可以有助于过滤和反洗。
机械过滤装置1的另一实施例在图13中示意性地示出。相同的附图标记用于相同的部件。在此布置中，过滤室5由基本上连续锥形的轮廓组成。该轮廓沿过滤室5的纵向轴线X-X逐渐呈锥形。在本实施例中，侧壁6沿向上的方向向外逐渐呈锥形。因此，过滤室5具有沿纵向轴线X-X从基部到顶部向外连续呈锥形的轮廓。过滤室5具有基本上圆形的横截面并形成倒置的截头圆锥。多个过滤元件7布置在过滤室5中，以对水W进行机械过滤。过滤元件7形成用于进行机械过滤的过滤包29。
机械过滤装置1包括液体供应导管11，用于将未过滤的水供应到形成在过滤室5中的液体入口12。机械过滤装置1还包括液体返回导管13，用于从形成在过滤室5中的液体出口14返回过滤的水W。液体入口12布置在过滤室5的顶部，液体出口14布置在过滤室5的底部。水W从液体入口12向下流过过滤室5到液体出口14。设置液体供应阀38以打开和关闭液体供应导管11；设置液体返回阀39用于打开和关闭液体返回导管13。机械过滤装置1包括排液导管16和排液阀18。在本实施例中，排液导管16连接到液体返回导管13。
在本实施例中，过滤元件7具有基本上中性的浮力或负浮力。水W的向下流动使过滤元件7在过滤室5的底部形成过滤包29。设置空气引入装置22用于在过滤期间将空气引入过滤室5中。空气引入装置22包括空气供应导管23，并配置为当水W从过滤室5排出时允许空气通过多个空气入口25吸入过滤室5中。
机械过滤装置1进行过滤和反洗的操作与上述实施例相同。机械过滤装置1在图13中示出为进行过滤。在过滤期间，当过滤元件7通过水W穿过过滤室5的向下流动而向下移位时，过滤室5的锥形配置有助于将过滤元件7压缩在一起。在反洗期间，水W从过滤室5中排出，并且当水W的水位下降时，可用于过滤元件7的移动的体积增加。空气引入装置22允许空气通过由从过滤室5排出的水W引起的过滤室5中的减压而吸入过滤室5中。空气通过空气入口25进入过滤室5，并形成穿过水W的气泡，从而促进过滤元件7的搅动。至少在某些实施例中，过滤室5的锥形轮廓可以有助于过滤和反洗。
机械过滤装置1的另一实施例在图13中示意性地示出。相同的附图标记用于相同的部件。在这种布置中，过滤室5包括沿所述纵向轴线的凸形轮廓。本实施例中的侧壁6包括椭球体或由椭球体构成。椭球体可以是顶部和/或底部截头的，以形成部分椭球体。过滤室5在垂直于所述纵向轴线的平面中具有基本上圆形的横截面。布置在过滤室5中的多个过滤元件7对水W进行机械过滤。过滤元件7形成用于进行机械过滤的过滤包29。
机械过滤装置1包括液体供应导管11，用于将未过滤的水供应到形成在过滤室5中的液体入口12。机械过滤装置1还包括液体返回导管13，用于从形成在过滤室5中的液体出口14返回过滤的水W。液体入口12布置在过滤室5的底部，液体出口14布置在过滤室5的顶部。水W从液体入口12向上流过过滤室5到液体出口14。在本实施例中，过滤元件7具有基本上中性的浮力或正浮力。水W的向上流动使过滤元件7在过滤室5的顶部形成过滤包(未示出)。设置空气引入装置22用于在过滤期间将空气引入过滤室5中。空气引入装置22包括空气供应导管23，并配置为当水W从过滤室5排出时允许空气通过多个空气入口25吸入过滤室5中。
机械过滤装置1进行过滤和反洗的操作与上述实施例相同。在过滤期间，当过滤元件7通过水W的向上流动而朝向过滤室5顶部向上移位时，过滤室5的锥形配置有助于将过滤元件7压缩在一起。在反洗期间，水W从过滤室5中排出，当水W的水位下降到过滤室5的竖直中点时，可用于过滤元件7的移动的体积增加(由于过滤室的横截面增加)。此后，当水W的水位下降到过滤室5的竖直中点以下时，过滤元件7的可移动体积减小(由于过滤室的横截面减小)。空气引入装置22允许空气通过由从过滤室5排出的水W引起的过滤室5中的减压而吸入过滤室5中。空气通过空气入口25进入过滤室5，并形成向上穿过水W的气泡，从而促进过滤元件7的搅动。至少在某些实施例中，过滤室5的锥形轮廓可以有助于过滤和反洗。
应当理解，图13中所示的过滤装置1的布置可以反转，使得过滤元件7在过滤期间在过滤室5的底部形成过滤包。如本文所述，这种布置可以通过反转液体入口12和液体出口14的布置来实现，使得通过过滤室5建立水W的向下流动。
过滤室5的配置可以进一步修改自本文已经描述的布置。例如，如图15A所示，过滤室5可以具有沿由包括双锥体或由双锥体构成的侧壁6限定的所述纵向轴线的凸形轮廓。此外，如图15B所示，为了形成沿所述纵向轴线的所述凸形轮廓，过滤室5可以由包括部分椭球体或由部分椭球体构成的侧壁6限定。过滤室5的横截面可以是圆形、多边形或椭圆形(即垂直于纵向轴线X-X)。
应当理解，在不脱离本申请的范围的情况下，可以对本文所述的机械过滤装置1的实施例进行各种改变和修改。
本文已经参考其中排液导管16与过滤室5公共连接的布置描述了机械过滤装置1。特别地，排液导管16连接到液体供应管道11或液体返回导管13，取决于液体入口12和液体出口14中的哪一个布置在过滤室5的底部。在可替代实施例中，排液导管16可以与液体入口12和液体出口14分开。例如，单独的排液导管16可以连接到形成在过滤室5底部处或其附近的排液出口(未示出)。在这种布置中，液体供应阀38可以在反洗期间可选地保持打开。当排液阀18打开时，过滤室5中的压力下降足以将空气吸入过滤室5中以搅动过滤元件7。实际上，在某些实施例中，泵3可以在反洗期间继续操作，使得继续向过滤室5供应未过滤的水W。可以修改本文描述的控制策略，使得液体供应阀38保持打开并且泵3在反洗期间继续操作以将未过滤的水W供应到过滤室5。应当理解，在某些变型中可以省略液体供应阀38。
本文已经将过滤室5描述为沿所述纵向轴线具有基本恒定的轮廓。可以根据本发明的修改的布置来修改过滤室的配置。举例来说，可以在过滤室中提供一个或多个挡板或限制。可以设想，一个或多个环形构件可以布置在形成过滤室5的管状构件8内。一个或多个环形构件可以各自包括第一和第二锥形表面，第一和第二锥形表面布置成在过滤室的侧壁中形成凹形限制。
排液阀18、液体供应阀38和液体返回阀39在本文中描述为由ECU 42控制。可以提供机电致动器，用于致动排液阀18、液体供应阀38和液体返回阀39。机电致动器可包括螺线管或伺服致动器。也可以考虑其他类型的致动阀。在一个修改的实施例中，液体供应阀38和/或液体返回阀39可包括单向(止回)阀。
机械过滤装置1本文已经描述为结合能够支持大于大气压力的操作压力的密封过滤室5。应当理解，可以修改机械过滤装置1，使得过滤室5中的操作压力小于大气压力。特别地，可以重新配置机械过滤装置1，使得过滤室5位于泵3的吸入侧。例如，泵3可以布置在液体返回导管13中。与过滤室5的其他连接，包括空气引入装置22，可以在该布置中保持不变。
应当理解，本文所述的一个以上的过滤装置1可以串联或并联布置以进行过滤。可以根据待过滤的液体的体积组装包括多个过滤装置1的阵列。在某些实施例中，过滤装置1可以具有模块化配置以便于组装阵列。

Claims (50)

1.一种用于机械过滤液体(W)的过滤装置(1)，所述过滤装置(1)包括：
过滤室(5)，用于容纳多个过滤元件(7)，多个过滤元件(7)形成用于过滤液体的过滤包(29)，过滤室(5)包括液体入口(12)和液体出口(14)；以及
用于通过一个或多个空气入口(25)将空气引入过滤室(5)以搅动过滤元件(7)的装置，过滤室(5)基本上是密封的，并且空气引入装置(22)配置为当液体从所述过滤室(5)排出时，将空气吸入过滤室(5)中。
2.根据权利要求1所述的过滤装置(1)，其中用于将空气引入过滤室(5)的装置包括空气供应导管(23)，空气供应导管(23)具有至少一个空气入口，用于将空气引入过滤室(5)中。
3.根据权利要求2所述的过滤装置(1)，其中空气供应导管(23)与液体出口(14)流体连通。
4.根据权利要求3所述的过滤装置(1)，包括液体返回阀(39)，用于控制过滤的液体从过滤室(5)的返回，其中空气供应导管(23)连接在液体返回阀(39)的下游。
5.根据权利要求3所述的过滤装置(1)，其中空气供应导管(23)布置在所述过滤室(5)内并从所述液体出口(14)向下延伸。
6.一种用于机械过滤液体(W)的过滤装置(1)，所述过滤装置(1)包括：
过滤室(5)，用于容纳多个过滤元件(7)，多个过滤元件(7)形成用于机械过滤液体的过滤包(29)，过滤室(5)具有纵向轴线(X-X)并包括液体入口(12)和液体出口(14)；以及
用于通过一个或多个空气入口(25)将空气引入过滤室(5)以搅动过滤元件(7)的装置，过滤室(5)基本上是密封的，并且空气引入装置(22)配置为当液体从所述过滤室(5)排出时，将空气吸入过滤室(5)中；
其中，过滤室(5)具有沿所述纵向轴线(X-X)的基本恒定的轮廓或基本上连续锥形的轮廓。
7.根据权利要求6所述的过滤装置(1)，其中液体出口(14)布置在液体入口(12)上方；或者液体入口(12)布置在液体出口(14)上方。
8.根据权利要求6或7所述的过滤装置(1)，其中过滤室(5)是直圆柱体。
9.根据权利要求6所述的过滤装置(1)，其中液体出口(14)布置在液体入口(12)上方，基本上连续锥形的轮廓在向上方向上向内呈锥形。
10.根据权利要求6所述的过滤装置(1)，其中液体出口(14)布置在液体入口(12)下方，基本上连续锥形的轮廓在向上方向上向外呈锥形。
11.一种用于机械过滤液体(W)的过滤装置(1)，所述过滤装置(1)包括：
过滤室(5)，用于容纳多个过滤元件(7)，多个过滤元件(7)形成用于机械过滤液体的过滤包(29)，过滤室(5)具有纵向轴线(X-X)并包括液体入口(12)和液体出口(14)；以及
用于通过一个或多个空气入口(25)将空气引入过滤室(5)以搅动过滤元件(7)的装置，过滤室(5)基本上是密封的，并且空气引入装置(22)配置为当液体从所述过滤室(5)排出时，将空气吸入过滤室(5)中；
其中过滤室(5)包括沿所述纵向轴线的凸形轮廓。
12.根据权利要求11所述的过滤装置(1)，其中所述过滤室(5)的凸形轮廓由具有球形或部分球形的轮廓的侧壁(6)限定。
13.根据权利要求11所述的过滤装置(1)，其中所述过滤室(5)的凸形轮廓由具有椭球形或部分椭球形的轮廓的侧壁(6)限定。
14.根据权利要求11所述的过滤装置(1)，其中所述过滤室(5)的凸形轮廓由具有双锥形轮廓的侧壁(6)限定。
15.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，包括用于从过滤室(5)排出液体的排液出口；以及用于选择性地打开和关闭排液出口的排液阀(18)，排液阀(18)可选地包括用于致动排液阀(18)的排液阀(18)致动器。
16.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，包括用于将过滤元件(7)保持在所述过滤室(5)中的装置。
17.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，包括用于控制液体向过滤室(5)的供应的入口阀，入口阀可选地包括入口阀致动器。
18.根据权利要求17所述的过滤装置(1)，其中入口阀和出口阀组合在多通阀中。
19.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，包括用于控制液体从过滤室(5)的流动的出口阀，出口阀可选地包括出口阀致动器。
20.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，其中空气引入装置(22)包括具有止回阀的空气供应导管(23)，止回阀可选地包括用于致动止回阀的止回阀致动器。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的过滤装置(1)，包括电子控制单元(ECU(42))，用于控制排液阀(18)致动器和/或入口阀致动器和/或出口阀致动器和/或止回阀致动器以进行过滤或反洗。
22.根据权利要求21所述的过滤装置(1)，其中，为进行反洗，ECU(42)配置为控制：
排液阀(18)致动器以关闭排液阀(18)；和/或
入口阀致动器以打开入口阀；和/或
出口阀致动器以打开出口阀。
23.根据权利要求21或22所述的过滤装置(1)，其中，为进行反洗，ECU(42)配置为控制：
排液阀(18)致动器以打开排液阀(18)；和/或
入口阀致动器以关闭液体入口(12)；和/或
出口阀致动器以关闭液体出口(14)。
24.根据权利要求21、22或23中任一项所述的过滤装置(1)，其中，在过滤期间，ECU(42)配置为控制止回阀致动器以关闭止回阀；以及，在反洗期间，ECU(42)配置为控制止回阀致动器以打开止回阀。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的过滤装置(1)，其中ECU(42)配置为进行重复的反洗操作。
26.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，包括在所述过滤室(5)中的多个过滤元件(7)。
27.根据权利要求26所述的过滤装置(1)，其中过滤元件(7)各自具有开口单元结构。
28.根据权利要求26或27所述的过滤装置(1)，其中所述过滤元件(7)各自具有正浮力、负浮力或基本上中性的浮力。
29.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，其中在过滤期间过滤装置(1)配置为建立静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速大于60m3/m2/h。
30.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，其中在过滤期间过滤装置(1)配置为建立静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速在60m3/m2/h至150m3/m2/h的范围内，不含端值。
31.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，其中在过滤期间过滤装置(1)配置为建立静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速在150m3/m2/h至550m3/m2/h；或200m3/m2/h至500m3/m2/h；或250m3/m2/h至450m3/m2/h；或300m3/m2/h至400m3/m2/h；或325m3/m2/h至375m3/m2/h的范围内。
32.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，其中过滤装置(1)配置为建立静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速约为350m3/m2/h。
33.一种过滤装置(1)，包括：
过滤室(5)，包括多个机械过滤元件(7)用于形成静态过滤包(29)以对液体进行机械过滤；
过滤装置(1)配置为在过滤期间产生通过机械过滤元件(7)的液体流动。
34.根据权利要求33所述的过滤装置(1)，其中在过滤期间过滤装置(1)配置为建立静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速为大于60m3/m2/h、65m3/m2/h、70m3/m2/h、80m3/m2/h、90m3/m2/h或100m3/m2/h。
35.根据权利要求33所述的过滤装置(1)，其中在过滤期间过滤装置(1)配置为建立静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速在60m3/m2/h至150m3/m2/h的范围内，不含端值。
36.根据权利要求33所述的过滤装置(1)，其中在过滤期间过滤装置(1)配置为建立静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速在150m3/m2/h至550m3/m2/h；或200m3/m2/h至500m3/m2/h；或250m3/m2/h至450m3/m2/h；或300m3/m2/h至400m3/m2/h；或325m3/m2/h至375m3/m2/h的范围内。
37.根据权利要求33所述的过滤装置(1)，其中过滤装置(1)配置为建立静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速约为350m3/m2/h。
38.根据权利要求33至37中任一项所述的过滤装置(1)，其中过滤装置(1)配置为过滤用于容纳预定体积的液体的一个或多个容器(4)中的液体。
39.根据权利要求38所述的过滤装置(1)，其中过滤室(5)适于使得过滤室(5)具有基本上等于所述一个或多个容器中预定体积的液体除以预定的数值n，数值n在30至70的范围内，包括端值；或40至60的范围内，包括端值；或45至55的范围内，包括端值。
40.一种水生系统，包括：
过滤装置(1)，其包括用于容纳多个机械过滤元件(7)的过滤室(5)，多个机械过滤元件(7)用于形成静态过滤包(29)以对所述一个或多个容器中的液体进行过滤；以及
适于容纳预定体积的液体(W)的一个或多个容器(4)；
其中过滤室(5)的体积对应于所述预定体积的液体除以预定的数值n，数值n在30至70的范围内，包括端值；或40至60的范围内，包括端值；或45至55的范围内，包括端值。
41.根据权利要求33至40中任一项所述的过滤装置(1)，包括电子控制单元(ECU(42))，用于控制排液阀(18)致动器和/或入口阀致动器和/或出口阀致动器和/或止回阀致动器以进行过滤或反洗。
42.根据权利要求41所述的过滤装置(1)，当直接或间接地从属于权利要求29或权利要求31时，其中ECU(42)配置为控制执行反洗的频率，使得每周更换10％和20％之间的被过滤的液体。
43.一种过滤液体(W)的方法，所述方法包括：
建立穿过由多个过滤元件(7)形成的静态过滤包(29)的液体流动，过滤元件(7)各自具有开口单元结构；
其中静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速大于60m3/m2/h。
44.根据权利要求43所述的方法，其中静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速为大于65m3/m2/h、70m3/m2/h、80m3/m2/h、90m3/m2/h或100m3/m2/h。
45.根据权利要求43所述的方法，其中静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速可以在60m3/m2/h至550m3/m2/h的范围内，不含端值。
46.根据权利要求43所述的方法，其中静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速在60m3/m2/h至150m3/m2/h的范围内，不含端值。
47.根据权利要求43所述的方法，其中静态过滤包(29)的每单位横截面积的流速在150m3/m2/h至550m3/m2/h；或200m3/m2/h至500m3/m2/h；或250m3/m2/h至450m3/m2/h；或300m3/m2/h至400m3/m2/h；或325m3/m2/h至375m3/m2/h的范围内。
48.根据权利要求43至47中任一项所述的方法，包括通过一个或多个空气入口(25)将空气引入过滤室(5)中，以搅动过滤元件(7)。
49.根据权利要求48所述的方法，其中静态过滤包(29)形成在过滤室(5)中，所述方法包括当液体从过滤室(5)排出时，允许将空气吸入过滤室(5)中。
50.一种在过滤装置(1)中机械过滤液体(W)的方法，过滤装置(1)包括用于容纳多个过滤元件(7)以形成过滤包(29)的过滤室(5)，以及用于通过一个或多个空气入口(25)将空气引入过滤室(5)以搅动过滤元件(7)的装置，
所述方法包括通过从过滤室(5)排出液体来周期性地反洗过滤装置(1)，使得通过所述空气引入装置将空气吸入过滤室(5)中；
其中所述方法包括当液体从过滤室(5)中排出时，基本上连续地并以基本一致的速率搅动所述过滤元件(7)。
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