CN109789346A - 矩形过滤器、组件及其过滤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矩形过滤器和聚结器元件，以及容纳多个这种矩形元件的容器。由于容器中矩形过滤器元件增加的数量和队列，提供了更大的过滤或分离效率。矩形过滤器元件也很容易替换。

Description

矩形过滤器、组件及其过滤方法

相关申请

本申请要求于2017年2月22日提交的，62/462,327号美国临时申请的优先权，出于所有目的，其全部内容通过引用并入此文。

联邦政府发出的检索报告

不适用。

技术领域

本公开大体上涉及矩形过滤器、过滤器壳体中的矩形过滤器的组件以及过滤方法。矩形过滤器也可以是梯形的。矩形过滤介质可以是其中的褶皱介质，其能够高效过滤并且易于更换。矩形过滤器可用于过滤很多类型的流体及流体混合物。

背景技术

工业过滤系统大体上包括位于相应过滤器壳体内的筒式过滤器，并且待过滤的流体(流入物)被引入过滤器壳体和过滤器元件中，用于去除碎屑、污染物和颗粒。这些筒式过滤器大体上具有带中空芯的圆柱形。要么流入物被供应至中空芯并穿过筒式过滤器的介质(由内至外)向外流动，要么流入物从过滤器的外部流到芯中(由外至内)，将碎屑、污染物和颗粒留在介质的表面。褶皱介质的圆柱形筒式过滤器虽然易于制造和使用，但不能有效地利用过滤器壳体内的空间。

因此，需要一种新的过滤器元件和相应的过滤器配置来增加可在相同尺寸的过滤器壳体中过滤的流体体积，或者提供一种过滤系统，其能够在更小的壳体中过滤相同体积或甚至更多的流体。虽然新组件可以安装在常用的圆柱形过滤器壳体中，但是可以与不同形状的过滤器壳体(例如方形或矩形过滤器壳体)一起使用，该不同形状的过滤器壳体将容纳矩形过滤器。新组件和方法可以用于凝聚过程中的液体/气体分离和液体/液体分离。

发明内容

本发明用于大体上矩形的过滤器或聚结器元件、具有多个矩形过滤器的组件及使用多个矩形过滤器的过滤方法。在一个实施例中，矩形过滤器大体上包括矩形顶盖、矩形底盖和在顶盖与底盖之间延伸的过滤介质。过滤介质可以是褶皱或非褶皱深度介质。褶皱过滤介质可以是折叠成褶皱的单片过滤器，在褶皱内部设有中心空隙。根据所需的过滤器，褶皱介质可以具有多层相同或不同的材料。沿着矩形的长边形成两排褶皱。在矩形的短边，可以有一层非褶皱介质或小褶皱。矩形设置的褶皱介质形成中心空隙。底盖具有中心出口，该中心出口与褶皱介质形成的中心空隙连通。还可以在中心空隙内设置过滤器支撑件，以保持过滤器元件的纵向完整性。优选地，支撑件由刚性材料制成。过滤器支撑件可以是穿孔的，以允许流体流入褶皱介质所形成的空隙内。顶盖还具有手柄，用于更简单的插入/移除单个过滤器元件，并且手柄可以向下折叠在顶盖上。

矩形过滤器元件具有大体上矩形的形状，并且更优选地过滤器元件是梯形的，梯形的顶部和底部短边彼此平行并且其他长边向外张开，使得一个盖比另一个更长以容纳展开部(flare)。在本说明书中，虽然过滤器元件将被称为矩形，但是该术语包括梯形。

本发明还包括过滤器组件，其利用在通常是圆柱形的过滤器壳体(也称为容器)中使用的多个矩形过滤器元件，但是所述过滤器元件与不同形状的、容纳矩形过滤器的过滤器壳体(例如方形或矩形过滤器壳体)一起使用。该描述将涉及典型的圆柱形壳体，但是也可以使用如本领域技术人员已知的其他形状。多个矩形过滤器元件紧凑地设置在过滤器壳体内，其具有流体在过滤器元件周围和之间流动的空间。

过滤器元件被设置以最大化过滤器壳体内的过滤面积，这也可以增加过滤能力，即，过滤器能够在给定时间过滤的流体量。过滤器壳体具有流体入口，用于使流体进入壳体中，其中壳体包含多个矩形过滤器元件。在过滤器壳体内设有分隔板，其被可密封地固定到过滤器壳体的内圆周。过滤接收器安装在分隔板上，并且矩形过滤器元件插入或相反地固定在过滤接收器中，过滤接收器还具有与底盖中的开口连通的开口。分隔板具有多个开口，这些开口与过滤接收器中的开口连通。支撑件安装在过滤接收器上并且延伸入每个矩形过滤器的中心空隙中，而不会妨碍流体从矩形过滤器的中心空隙中流动并穿过分隔板中的开口。

矩形过滤器可包括包围过滤介质的网丝。脏的流体通过流体入口被引入过滤器壳体中。然后，流体穿过过滤介质进入矩形过滤器的中心空隙中，随后过滤的流体穿过底盖中的开口和分隔板中相应的开口。在分隔板下方的过滤器壳体中设有腔室，用于收集过滤后的干净流体。过滤器壳体中的干净流体出口位于该腔室中，以允许收集过滤后的流体并从过滤器壳体中移除干净流体。该实施例用于由外至内流动。

本发明的另一个实施例是矩形过滤器用于由内至外的流动。过滤器壳体具有用于脏的流体的过滤器入口。矩形过滤器安装在分隔板下方。在该实施例中，矩形过滤器具有带开口的矩形的顶盖、矩形实心底盖、从顶盖下方延伸到底盖的过滤介质，其中，底盖具有与顶盖中的开口连通的中心空隙。分隔板与过滤器壳体的底部分隔开来以容纳矩形过滤器的长度段。分隔板可密封地固定至过滤器组件中过滤器壳体的内圆周上，并且设置有开口以容纳并固定矩形过滤器在适当位置，其中顶盖在分隔板上方延伸。所述顶盖中的开口接收待过滤的流体，使得流体流入矩形过滤器的中心空隙中、穿过介质并进入分隔板下方的过滤器壳体中。干净流体收集在过滤器壳体中分隔板下方、矩形过滤器元件外部的过滤器壳体中。在分隔板下方的过滤器壳体上设置有出口，以移除干净流体。过滤器由篮子(basket)包围以在使用期间保持过滤器的完整性，其中篮子从分隔板的底部延伸并且尺寸设计为容纳矩形过滤器。

本发明的额外的实施例是矩形元件通过凝聚过程从液体中分离气体的用途。壳体在靠近底部处具有入口，用于使气体和液体的混合物进入。壳体具有分隔板，分隔板可密封地安装至壳体的内壁。在分隔板中具有与多个中空立管连通的开口，优选地，这些中空立管是矩形的并且安装在分隔板的顶部上。多个矩形的聚结器元件安装在中空立管的顶部上，并且在底盖中具有中心空隙开口以及实心顶盖。气体/液体混合物进入壳体，穿过分隔板中的开口，穿过中空立管并通过空隙进入凝结介质。然后，气体上升到壳体的顶部并通过出口被收集。液体保留在分隔板上方的壳体中并可根据需要排出或收集。本发明还包括本文所述的气体/液体分离方法。

本发明的另一实施例是过滤器组件，该过滤器组件与水平放置的过滤器壳体的长轴一起操作，以在重力作用下分离重质和轻质流体的混合物。位于过滤器壳体上的流体入口带有分隔板，其中分隔板可密封地固定至壳体的内圆周。多个矩形凝结器安装在分隔板上并且封闭在壳体中。每个矩形凝结器具有带开口的盖，该开口与由介质包围的中心空隙连通。该盖安装在分隔板上，分隔板具有多个开口，这些开口与盖开口连通并且进一步与介质中的空隙连通。实心盖位于与安装在分隔板中的端部相对的矩形过滤器端部上。待分离的流体穿过分隔板中的开口和安装在其上的聚结器元件的盖，进入矩形过滤器的中心空隙中。然后，流体混合物穿过介质。流体混合物被收集在过滤器壳体中与入口相对侧的过滤板上。较轻的流体漂浮在过滤器壳体的顶部，且较重的流体沉降到过滤器壳体的底部。过滤器壳体在顶部上设有收集较轻的流体的出口，并且在底部上设有收集较重的流体的出口。另一个相关的实施例利用具有与上述气体/液体分离设计相似的立管的垂直壳体。较轻的液体被收集在壳体的顶部处，同时较重的液体沉降在分隔板上方的立管周围并被收集。本发明还包括本文所述的液体/液体分离方法。

本发明还包括用于过滤流体的方法，该方法通过将待过滤的流体引入具有多个矩形过滤器的过滤器壳体中。然后，流体穿过矩形过滤器的过滤介质进入其中设置的中心空隙中。进一步，从在过滤器壳体的单独腔室中的每个矩形过滤器的中心空隙收集过滤的流体，并从过滤器壳体中移除过滤后的流体。可替代地，被引入过滤器壳体中的流体被引入位于每个矩形过滤器的中心空隙中，并且进一步穿过围绕空隙的介质层。将流体收集在过滤器壳体的单独腔室中并移除。

如本文所用，“流入物”或“脏的流体”是指要被过滤器引入并过滤的流体。

如本文所用的“从内到外流动”指的是流体从过滤器的内部流到过滤器的外部并且可以与“由内到外”或者“从里面到外面”互换使用。

如本文所用的“从外到内流动”指的是流体从过滤器的外部流到过滤器的内部并且可以与“从外面到里面”互换使用。

如本文所用的，“流出物”或“干净流体”指的是已经通过过滤介质的清洁的过滤流体。

当在权利要求或说明书中与术语“包括”结合使用时，使用词语“一”或“一个”意味着一个或多于一个，除非上下文另有规定。

术语“约”表示所述值加上或减去测量误差范围或者如果没有指示测量方法则加上或减去10％。

权利要求中术语“或”的使用用于表示“和/或”，除非明确指出仅指替代方案或如果替代方案是相互排斥的。

术语“包括”、“具有”、“含有”和“包含”(及其变型)是开放式连接动词，并且当在权利要求中使用时允许添加其他元素。

短语“由......组成”是封闭的，不包括所有其他元素。

短语“基本上由……组成”不包括额外的材料元素，但允许非材料元素的包含物，该包含物基本上不改变本发明的性质。

附图说明

图1A是本发明的矩形过滤器元件的示意性透视图；

图1B是切掉的横截面，其中切出褶皱过滤介质以露出穿孔支撑件；

图1C是优选的实施例的侧视图，示出了梯形过滤器元件，其中过滤器元件的宽度朝向底部逐渐增加；

图2A是本公开的矩形过滤器元件的底部剖视图，该矩形过滤器元件具有所述的褶皱过滤器和底盖；

图2B是矩形过滤器元件的底盖的底视图；

图2C是矩形过滤器和底盖的下端的局部垂直剖视图；

图3A是过滤器系统的透视图，该过滤器系统具有设置在过滤器壳体中的多个矩形过滤器；

图3B是俯视过滤器壳体的过滤器组件的俯视图；

图3C是示出了出口的分隔板俯视图；

图3D是常规的过滤器组件的分隔板的俯视图，其中示出了比本发明更少的出口；

图4A是局部剖视图，示出了过滤时外部的过滤流；

图4B是以梯形过滤器元件为示例的流体流动的剖视图；

图4C是穿孔支撑件的视图；

图5A是过滤器壳体内梯形过滤器元件的示意图，其中流动方向从外到内；

图5B是图5A中过滤器的过滤器壳体中的纵向剖视图，其中图5A示出了过滤器；

图6A是过滤器组件的示意图，示出了从内到外的流动方向；

图6B是图6A所示的过滤器壳体内-外过滤器的纵向剖视图；

图6C是矩形过滤器的视图，用于从内到外的流动方向；

图7A是气体-液体分离组件的示意图，其中一个聚结器的一部分被移除以示出支撑件结构；

图7B是穿过图7A所示的分离器的壳体的纵向剖视图；

图8是用于凝结液体混合物的液体分离组件的剖视图；

图9A和9B是比较在18英寸直径容器中使用圆柱形过滤器和矩形过滤器的视图；

图10A和10B是比较在30英寸直径容器中使用圆柱形过滤器和矩形过滤器的视图。

具体实施方式

本公开是用于新型的矩形过滤器元件和多个矩形过滤器在圆柱形过滤器壳体中的使用，从而实现更高效的过滤。如本文进一步描述的，矩形过滤器元件可以用于外部流动、由内向外流动、分离液体和气体以及液体的混合物。虽然矩形过滤器可用于标准尺寸的圆柱形过滤器壳体，但是也可以制造成任何需要的尺寸。本文所示的过滤器的尺寸是出于示例性目的。制造成容纳圆柱形过滤器的过滤器壳体可以被改造成容纳多个矩形过滤器元件。本发明中所示的额外的分隔板可以被改造成容纳矩形过滤器并且安装在用于圆柱形过滤器的分隔板的上方，用于从外到内流动和从内到外流动。对于从内到外流动，矩形过滤器安装在下文所示的分隔板的下方。

可以参考附图详细说明本发明的组件和方法。附图仅仅是说明性的而不一定按比例绘制。根据需要可以将本发明使用的矩形过滤器的尺寸制作成需要的尺寸。如下示例仅仅是说明性的，而不是不恰当地限制所附权利要求的范围。

图1A是本公开的矩形过滤器元件100的示意性透视图。矩形过滤器元件100大体上包括顶盖111、底盖121以及从顶盖111延伸到底盖121的介质101。顶盖111设有手柄126，其中手柄126可以折叠在盖的顶部上并为安装的矩形过滤器提供更紧凑的轮廓。优选地，过滤介质101是起褶的以增加过滤面积和过滤能力。在介质内的中心空隙(图1A中未示出)被介质所围绕。矩形过滤器安装在分隔板205上的矩形过滤接收器208中(如图3A所示)，其中矩形过滤接收器具有从分隔板向上延伸的唇缘，以接收底盖上的出口连接器125。

过滤或凝结介质材料不受限制并且可以根据过滤或凝结的类型进行定制。介质可以是纤维素的褶皱介质和其他天然介质或合成介质，包括但不限于聚丙烯、聚酯、尼龙、PTFE、PPS、ECTFE和PVDF。根据过滤或分离的需要，褶皱介质可以是一层材料或多层不同的材料。可以使用其他类型的介质，包括非褶皱深度介质聚丙烯、聚酯、尼龙、PTFE、PPS、PVDF、ECTFE、纤维素纤维、玻璃纤维以及编织金属丝网和陶瓷介质。过滤介质可以是单次使用然后丢弃的，或在清洁之后可重复使用的。本发明并不限于矩形过滤器或凝结器中使用的任何类型的介质。

现在参考图1B，图1B是矩形过滤器的横截面的剖视图。顶盖和底盖牢固地附接至介质。顶盖上的唇缘112包围介质的外顶边缘，内唇缘113包围并固定介质的内顶边缘。底盖上的唇缘122包围介质的外底边缘，底盖上的内唇缘124包围并固定介质的内底边缘。此外，将介质牢固地以灌封、热粘合、胶合或其他方式牢固地附接至唇缘之间的顶盖和底盖。图1B还示出了底盖出口连接器125的横截面，其插入过滤接收器208，继而安装在分隔板上(图1B未示出)。O形环130可以设置在过滤接收器208的底部上，以提供与分隔板的可靠密封，也可以使用其他安全附件。

该介质具有中心空隙105，其在剖视图中示出，在空隙105的每一侧上示出了过滤介质101的多层结构。在优选的实施例中，支撑件103优选地是穿孔的，并插入介质101的中心空隙105中，用于保持过滤器元件的物理完整性，并为空隙内的过滤的流体提供流动路径。优选地，如下所述，穿孔支撑件103安装在过滤器壳体的内部。穿孔支撑件103由任意刚性且轻质的材料制成，以支撑褶皱的过滤介质内的整体重量和压力。非限制性示例包括塑料、金属和陶瓷。

穿孔支撑件103的形状也可以是锥形的，即，尺寸向底部逐渐增加。该锥形支撑件的优势在于更容易移除过滤器元件，因为当用户使用设置在顶盖上的手柄向上拉动过滤器元件以从过滤器壳体中移除时，过滤器元件的内部将不太可能干扰支撑件103。

参考图1C，其示出了本公开的矩形过滤器元件100的优选的实施例。如图1C所示，矩形过滤器元件100具有梯形侧面轮廓，即，横断面积从上到下增加。出口连接器125示出为从底盖121延伸。此外，O形环425设置在出口连接器125的外圆周上，其中出口连接器125用于将矩形过滤器固定在过滤接收器208的适当位置处。

矩形过滤器元件有效地减少圆形过滤器元件产生的无效区(dead space)。此外，梯形的形状允许更简单地插入/移除过滤器元件。如果需要特定方向以使过滤器元件正常工作，则矩形形状也可以容易地成行排列。

图2A是矩形过滤器元件底部附近的水平剖视图，示出了褶皱介质和底盖。在优选的实施例中，过滤介质101围绕中心空隙105起褶，以允许过滤的流体流过褶皱介质并从位于底盖121的开口123中排出到空隙。在该横断面中，可以看见，褶皱过滤介质101可以是围绕中心连续折叠的单片过滤介质，形成过滤流体流过的内空隙105，并且流体在穿过底盖上的开口123离开过滤器元件之前，将流体收集到空隙105内。在122处示出了底盖的外唇缘，并且示出了内唇缘124包围介质101的端部。褶皱介质从矩形顶盖延伸至矩形底盖，其中在矩形长边上具有两排褶皱101a和101b并且短边上的一层介质101c和101d连接101a和101b，从而在褶皱内部形成大体上中心空隙105。在该视图中示出了内唇缘124。顶盖111和底盖121保持过滤器元件的矩形形状。此外，网丝(未示出)可以包围过滤介质以保持大体上矩形形状。网丝由聚合物或其他材料制成，当与待过滤的流体接触时，网丝将保持其完整性。

在底盖121中设有开口123。开口123与中心空隙105连通。底盖中的开口由从底盖延伸的出口连接器125限定。穿孔支撑件的轮廓小于出口连接器125上的开口和开口123从而使得方便安装。

现在参考图2B，其示出了没有介质的底盖121和开口123内部的透视图。示出了内唇缘124限定开口123。

参考图2C，示出了本公开的矩形过滤器元件的底面部分的局部横截面图。该图示出了褶皱过滤介质101如何与底盖121接合。在底盖上设置唇缘122以包围介质的外底边缘。在底盖上设置唇缘124以包围介质的内底边缘。出口连接器125示出为从底盖延伸。O形环425设置在出口连接器125的外圆周上，其中出口连接器125用于将矩形过滤器固定在过滤接收器208上的适当位置处。

图3A示出了圆柱形过滤器壳体201(用虚线表示)内多个矩形过滤器100的组件的透视图。请注意，过滤器壳体通常还包括顶部(未示出)和分隔板205。(在下面的图3C-D中进一步讨论)。如图3A所示，过滤器元件100成列设置，这根据壳体和单个过滤器元件的尺寸优选地最大化了过滤器壳体内部的过滤面积。每个过滤器元件100具有顶盖111，在每个过滤器元件的顶部上，手柄126可以向下折叠并且用于更简单地插入/移除，尤其是当过滤器已经被使用很长一段时间并且碎屑积聚在过滤器中增加过滤器元件的重量的时候。手柄126有助于移除单个矩形过滤器100。底盖121示出为插在过滤接收器208上。

如图3A所示，每个过滤器元件的轮廓设计为采用多个矩形过滤器，使得过滤器壳体内的无效区保持到最小。虽然未被过滤器元件占据的空间允许脏的流体流到壳体内部，但是不会产生不期望的湍流。这种配置还通过褶皱过滤介质的新型配置，最大化由每个矩形过滤器元件提供的过滤面积。

在两个邻近的过滤器元件100之间存在空间，以允许未过滤的流体流过过滤介质101。顶盖111和底盖121不阻止流体流过过滤介质101的纵轴。锥形或梯形形状有助于为所有介质提供流动路径而不会产生湍流。

图3B是俯视图，示出了设置在壳体内部的一组矩形过滤器元件。这种紧凑和紧密的配合可以实现最大的过滤能力并将无效区保持到最小。

图3C和D示出了本公开的分隔板和用于常规圆形过滤器元件的板之间的比较。图3C示出了分隔板上的矩形开口，而图3D示出了使用圆形过滤器元件的典型的分隔板。对于矩形过滤器，流体流动的孔口面积增加超过50％-75％，这转化为较低的总压差。与图3C和D中所示的矩形元件的圆柱形相比，分隔板中的较大横截面开口面积导致分隔板上的压降较低，并且如果需要则导致用于额外流动的开口面积更大。较低的起始压差允许在更换过滤器元件之间的较长操作循环。例如，假设是使用圆形过滤器元件的常规过滤器容器，其中起始压差为5PSID且最大压力为35PSID，这意味着存在30PSID窗口以使杂质积聚在过滤介质上。然而，如果通过梯形过滤器元件使起始压差减少到2PSID，那么窗口扩大3PSID，这意味着在需要更换过滤器元件之前，使用期限更长。

压差是流体流到过滤器壳体内部的主要驱动力。流体沿着最小阻力的路径流动，当过滤容器充满流体时，其大体上从过滤器元件的底部开始。该流体继续流动，但是当过滤介质朝向过滤器元件的底部积聚杂质时，该位置处的压差也增加。一旦差压高于过滤器元件的其他部分，即使差值仅为0.01PSI，流体流动也会改变方向至最低阻力。这种动态的流体流动以及过滤器壳体内部更紧凑的内部允许更少的湍流，同时更均匀地流过整个过滤器元件和表面区域。由这种新颖形状提供的额外表面积减小了流体通过过滤介质的面速度。这种较低的面速度导致介质上的阻力或压降较小，从而允许较低的压降和增加的过滤器元件中的污垢和颗粒负载能力。额外的污垢和颗粒保持能力的益处是由于本领域技术人员所理解的较低的面速度所致。

现在参考图4A，其是使用矩形过滤器元件从外到内过滤流动的视图。脏的流体通过容器壁中过滤容器201的流体入口130引入。随后，脏的流体流过其中一个矩形过滤器的一层过滤介质101，然后干净流体流过过滤介质内部的中心空隙105(由图中的流动箭头表示)，该空隙105具有插入其中的穿孔支撑件103。然后流体流过底盖121中的开口123，开口123与安装在分隔板205上的过滤接收器208连通。该视图也示出了安装在过滤接收器208的底面上的可选的加强件104，以为穿孔支撑件103提供额外的稳定性。每个矩形过滤器的底盖的出口盖125插入过滤接收器208上向上突出的唇缘，其中过滤接收器208安装在分隔板的顶部上。O形环425用于提供底盖和矩形过滤器之间的密封，从而通过紧密连接将过滤器固定在适当位置。底盖中的开口与分隔板205中相应的出口207连通，从而提供从中心空隙105与过滤后的流体通过分隔板到过滤器壳体中下方的腔室的流体连通。

图4B示出了矩形过滤器的垂直截面，强调了具有梯形结构的矩形过滤器(使用与图1A、B、C相对应的标记)。过滤器元件100内部的中心空隙105的间隔朝向下部逐渐增加，这为流体流动提供了增加的面积。这提供了流体体积的增加，因为梯形过滤器元件和介质变宽并且中心空隙105随着流体朝向出口207流动而相应地变宽。这种结构在流体流动时提供较少的压降。在该视图中未示出穿孔支撑件。

图4B示出了具有梯形轮廓的矩形过滤器元件的过滤流动。这是从外部到内部的流动方向，其中用于过滤的流体的过滤器开口123位于过滤器元件100的底盖121处。流体从过滤介质101的外部流动到中心空隙105，并最终通过底盖中的过滤器开口123排出矩形过滤器100。底盖出口连接器125通过O形环425固定在分隔板上的过滤接收器208中。

可选地，垫片密封或正O形环425可以设置在底盖上，以在底盖和过滤接收器208之间实现更好的密封，从而避免流体旁通。此外，O形环或垫片密封可以为用户提供阻力信号，一旦克服阻力，过滤器元件就安装就位。

可以用本发明的新的分隔板对常规的壳体进行改装，以在用于圆柱形过滤器的分隔板上方容纳矩形过滤器。新的分隔板必须具有正确的外径，以可密封地配合在过滤器壳体的内圆周中，并且容纳可以装配到壳体中的过滤器元件的长度段。

图4C是穿孔支撑件103的横截面，示出了优选的实施例，其由安装在过滤接收器208中的开口207的任一侧上的两个穿孔矩形刚性板制成，以便不妨碍过滤流。穿孔板的顶部相接。窄侧板106位于穿孔板之间，其中窄侧板从过滤接收器208的顶部延伸到穿孔板的顶部(参见图5A)。

在优选的实施例中，如图4A所示的额外的加强件104设置在穿孔板之间并且安装在穿孔支撑件103内部、过滤接收器208的顶部上。在该视图中示出了过滤接收器的底部上的O形环130。

参考图5A，其为过滤器组件的示意图，该过滤器组件具有安装在过滤器壳体201中的矩形过滤器元件100。为便于参考，示意图中仅显示了七(7)个矩形过滤器。在该附图中过滤器元件100的数量仅仅是出于示例性目的，并且过滤器元件100的实际数量将取决于很多因素，例如过滤器壳体的尺寸、流体流速、待滤除的颗粒以及流体的性质。已移除一个过滤器元件以示出具有穿孔支撑件103的过滤器组件的构造。分隔板205具有多个过滤接收器208，用以接收底盖，矩形过滤器具有与每个过滤器元件100的底盖121中的过滤器开口匹配的开口(未示出)。此外，穿孔支撑件103被安装至过滤接收器208并从其延伸，并且该配置还有助于各个过滤器元件100的安装和移除，因为穿孔支撑件103还用作与每个过滤器元件100的中心空隙(这里未示出)匹配的“导向轨”。穿孔支撑件103安装在过滤接收器208上而不会妨碍流体流过出口207。

图5B中也示出了用于从外部到内部的流体流动的这种配置。该视图示出了过滤容器的盖135，盖135在过滤过程中被固定。可以移除盖子以借助于使用手柄放置和移除过滤器，来替换和/或清洁矩形过滤器。此外，过滤器的梯形形状有助于移除，因为过滤器的较宽基部不受矩形支撑件的阻碍。在过滤开始时，待过滤的流体通过脏流体入口130引入空的过滤容器中，然后从分隔板205向上填充过滤容器。当液面到达过滤介质101时，流体流过过滤介质101并进入过滤器元件100的中心空隙105。然后，已经通过过滤介质的过滤流体流过过滤器元件的底盖中的出口开口，通过过滤接收器208和分隔板205中的相应开口，并最终通过过滤容器底部处的干净流体出口209排出过滤器壳体。

此外，分隔板中过滤的流体开口数量的增加有效地降低了过滤器上的压降，因此也提高了过滤效率。如本领域所熟知的，过度的压降会对过滤器的性能产生不利影响。因此，通过增加分隔板上的流通空间，可以实现最佳的压降水平，从而获得更好的过滤性能。

现在参考图6A、6B和6C，与先前附图中所示的从外到内的流动形成对比，这些视图示出了矩形过滤器从内到外流动模式中的使用。对于从内到外的配置，过滤器元件600显示为安装在分隔板605中并在下方延伸。每个顶盖610具有开口607，开口607与过滤介质601中的中心空隙620(图6C中所示)连通。在该实施例中，虽然分隔板605可密封地连接至容器的内圆周，但是矩形过滤器在分隔板605的下方向下延伸。分隔板605可以接收由唇缘617保持在适当位置的篮子615，以将过滤器元件固定在分隔板605的下方，并且其尺寸适于容纳矩形过滤器。移除一个过滤器元件以示出篮子结构615a。当流体被过滤时，篮子615防止过滤介质向外膨胀并随着压差增加而保持过滤器形状的完整性。每个过滤器元件的顶盖610用O形环或垫片密封紧密地配合到分隔板和篮子中，以便将脏的流体与过滤后的干净流体分离。出口609位于过滤容器的底部，以从过滤容器移除过滤的流体。

图6B是过滤容器的侧视图的横截面，示出了流体入口611。该视图示出了过滤容器的盖625，盖在过滤过程中被固定。可以移除盖以替换和/或清洁矩形过滤器。流体流过顶盖610的开口607(如图6A所示)进入保持在分隔板605下方的篮子615中的矩形过滤器。

图6C是矩形过滤器的横截面，用于在篮子中从内到外流动。顶盖610示出为具有手柄612并且具有内唇缘613和外唇缘614，其中内唇缘613和外唇缘614以与先前针对其他实施例所述类似的方式固定介质601。实心底盖608具有内唇缘622和外唇缘621，以包围介质的底部边缘。

如图6A、6B和6C所示，流体从脏流体入口611引入，然后通过顶盖610中的开口607进入过滤器元件600。顶盖中的开口607与过滤介质601中的中心空隙620连通。流体从过滤器元件600的内部穿过过滤介质601流到矩形过滤器的外部，以完成过滤过程。干净流体通过分隔板605下方的过滤器壳体中的干净流体出口609离开过滤器壳体。

图7A-B示出了使用矩形元件的另一种组件和方法，其优选地用于通过聚结来分离由液体和气体组成的流体混合物。混合物通常是气溶胶。优选地，脏液体/气体入口711位于壳体702的侧边上，液体出口710位于分隔板705的上方并且干净气体出口709位于聚结液体出口710上方的壳体的顶部附近。该配置允许液体/气体混合物通过重力自然地分离。脏液体/气体入口711上方的是分隔板705，其可密封地安装在容器702的圆周内。每个矩形聚结器安装在矩形中空立管704上并且立管都可密封地固定至分隔板705。分隔板705具有相应的开口(未示出)，该开口与每个立管704的中空内腔连通。矩形聚结器元件700可密封地安装在每个立管704的顶部上。矩形聚结器元件构造为(类似于图1和2)其中介质701中的中心空隙与底盖715中的开口和实心顶盖716连通。矩形聚结器元件700设置有穿孔引导件725。矩形聚结器元件放置在容器中，使得底盖中的开口被放置成使支撑件725插入中心空隙中。支撑件725用作放置聚结器介质元件的引导件。优选地，矩形聚结器元件在形状上也可以是梯形的。气体和液体混合物的流动是从内到外。该实施例中的立管在容器的下部提供了用于液体积聚区的区域。气体将通过矩形聚结器元件700并上升到壳体的顶部。液体将通过聚结器元件并将由于重力而积聚在容器的底部。

气体/液体混合物的流体流动通过入口711，通过中空立管704进入矩形过滤器的底盖715中的开口中。然后，流体进入矩形聚结器元件700的中心空隙。然后，流体以由内到外的方式移动穿过介质701，完成分离过程。然后，干净气体移动到容器的顶部并由气体出口709收集。图7B示出了该实施例的横截面，其中容器的盖720可被移除以服务于如前所述的矩形聚结器元件。

在分离过程中液体将积聚在液体积集区，其中聚结器元件700通过立管从分隔板705升高。然后，干净气体通过干净气体出口709离开壳体702，而液体通过液体出口或排出口710排出。液体/气体分离在例如天然气生产中特别重要。更具体地，壳体内聚结器元件的布置在使用褶皱介质时不仅仅增加了整个介质区域。这导致介质上的液体负载更高，并且具有更大表面积的矩形聚结器具有更多的纤维来拦截和排出液滴。随着气体通过介质表面积的增加，压降减少，因此流动阻力减小。当在优选实施例中使用梯形聚结器元件时，随着气体向上移动到聚结器元件之间的额外的自由空间，气体的速度降低。结果是通过降低每个聚结器元件之间的环隙流速来更有效地去除液体。

当液体-气体混合物穿过聚结介质时，借助于聚结过程通过重力进行分离。没有聚结介质，液体气溶胶不会自然分离。聚结介质的大表面积通过降低气体穿过介质的面速度来增强分离过程，使得液体气溶胶液滴可被介质纤维捕获或截留。一旦它们被捕获，液滴就能够通过介质聚结和变化。然后，由于气流的液压阻力，液滴被推动通过介质。一旦它们通过介质，则液滴现在足够大以便通过重力将它们与气流分离。基本上，之所以重力现在高于气体的液压阻力，是因为液滴已经聚结成具有更大质量的更大尺寸。放置矩形聚结器使得它们之间允许适当的间隔，因此液滴将通过重力下落而不是被气体向上运送。

现在参考图8，其示出了设计为用于分离轻的和重的液体混合物的组件。请注意，壳体803示出为水平地放置以利用重力分离具有不同比重的液体。这种分离两个液相的过程也是一种聚结过程。聚结器元件有助于通过促进重和轻的液滴形成来加速通过介质分离较重和较轻的液体的分离过程。这加速了通过简单重力分离的分离过程。矩形聚结器元件800用于组件中，以便以与使用本发明的先前实施例中的元件类似的方式促进聚结。聚结器元件800牢固地安装在分隔板805上。液体混合物通过入口811被引入。然后，液体穿过分隔板805上的入口开口(未示出)并穿过矩形聚结器元件的盖802中的开口到达元件内部的中心空隙。液体流动是从内到外的。然后，液体混合物以由内向外的方式从中心空隙移动穿过介质801以完成分离过程。聚结的流体通常通过它们的密度分开，较重的流体将下沉到壳体的底部然后通过重的液体出口809离开，而较轻的液体将漂浮到顶部然后通过轻的液体出口810离开。优选地，矩形聚结器元件的形状是梯形的并且如本文所述制造。支撑件815可以安装在分隔板805上，其功能与前述相同，并用作插入聚结器元件的引导件。

使用矩形聚结器元件的优势在于堆叠布置，其允许这些元件成行布置(如图3A所示)。如在水平聚结器中所使用的，每个矩形聚结器元件可以在每个聚结的较窄侧上具有无孔侧板820。并且如图8所示，成排的聚结器堆叠在聚结器壳体中，窄侧面向容器的顶部和底部。当较重的流体沉降到壳体的底部时，它不接触其下方的聚结器的介质，因为矩形聚结器成排设置并且具有侧板，该侧板在较重的过滤流体将落下位置阻挡了其接近介质。这比使用圆柱形聚结器组件更有利，因为一些较重的流体会落在位于下方的圆柱形聚结器的外部并影响聚结过程的效率。圆柱形元件不能有效地成排排列，以便元件之间具有自由空间，以消除干扰，因而较重的流体落到容器的底部。

可替代地，在图7A和7B所示的实施例中可以使用聚结器来分离液体/液体。较轻的流体将漂浮到顶部并使用出口709将其移除，而较重的流体通过出口710被移除。

参考图9A、9B、10A和10B，其示出了本发明的过滤器如何有效地利用过滤器壳体内的空间而设置在组件中，其中过滤器壳体在通常用于工业应用的18英寸和30英寸的容器中。与使用单独的圆柱形过滤器元件的过滤器壳体内的传统配置相比，矩形过滤器配置允许更大的过滤介质表面积，同时保持壳体内的均匀流体流动。这些图示出了V形挡板，其经常用于在商业用途的容器进入点处分配流体流动。

已经使用矩形过滤器组件测试了本发明的效率，该过滤器组件用于从液体中过滤固体。图9A和9B是在18英寸直径容器中放置圆柱形和矩形过滤器的比较。图10A和10B是在30英寸直径容器中放置圆柱形和矩形过滤器的比较。这些附图说明了在两个常规尺寸的容器中的过滤器的放置，并且相同类型的布置可以用于任何尺寸的容器，其中矩形过滤器元件的尺寸适于容器。根据该设计，可以在过滤器壳体内设置不同数量的矩形过滤器元件从而增加整个过滤表面积。间隔可以是紧密的，在元件之间有足够的流动以使流体循环。与使用圆柱形滤芯的传统过滤器相比，通过更大的过滤表面积越大提高整体过滤效率，对于直径大于18英寸的容器，将改善至少58-175％，这取决于矩形过滤器元件的尺寸和/或待过滤流体。数据是基于褶皱介质的使用。由于使用新型组件可以使过滤的流体量增加，过滤器的寿命更长，并且可以达到7.5更长的过滤器寿命。此外，由于增加的过滤效率，可以使用带有矩形过滤器的较小的容器来过滤与带有圆柱形过滤器的较大的容器相同的容量。增加的过滤器寿命及可能使用较小的容器对于本发明的所有实施例都是有益的。

表1比较了具有典型直径的过滤容器中的圆柱形过滤器与纤维素褶皱介质矩形过滤器的各种参数。图9A和B与10A和B分别示出了18英寸和30英寸容器。虽然该数据用于纤维素褶皱介质，但是预期天然介质结果是等同的并且具有与纤维素相同或相似的益处。矩形过滤器在各方面都更好，包括容器中包含的过滤器的数量、总过滤介质表面。介质表面的增加与过滤器效率的增加成比例。

表1

用于褶皱聚丙烯介质的表2中示出了相同的数据。对于其他合成介质，可以预期相同或类似的结果。

表2

本发明的另一实施例是一种过滤流体的方法。将待过滤的流体引入具有多个矩形过滤器的过滤器壳体中，所述多个矩形过滤器具有顶盖和底部，其中介质从矩形顶盖延伸至矩形底盖以在介质内提供大体上矩形的中心空隙。流体穿过一层介质并进入矩形过滤器中心的空隙。颗粒留在过滤器的外部。在流体通过过滤介质后，从中心空隙收集过滤的流体。这是从外到内流动的方法。

可替代地，该方法适于从内到外流动。流体被引入到过滤器壳体中并进入位于每个矩形过滤器中的中心空隙。流体穿过围绕空隙的一层介质到达过滤器外部，并且颗粒留在空隙中。将流体收集在过滤器壳体的单独腔室中并移除。

另一个实施例是一种用于从气流中移除液体的方法。气体和液体的混合物被引入容器中。气体和液体混合物从过滤介质的内部到外部穿过多个矩形聚结器。允许气体上升到容器的顶部。允许液体沉降到容器的底部。从容器顶部除去气体，同时从容器底部除去液体。类似的方法可以使用多个矩形聚结器用于外部到内部流动。

本发明的另一实施例是分离具有不同比重的液体的方法。在优选的实施例中，第一步是将液体混合物引入到在水平轴上的容器中。液体混合物从过滤介质的内部到外部穿过多个矩形聚结器中的一个。较轻的过滤流体漂浮到容器的顶部，较重的过滤流体在过滤后沉到容器的顶部。较轻的流体从容器的顶部收集，较重的流体从容器的底部收集。类似的方法可以使用多个矩形聚结器用于外部到内部流动。

另一种方法是利用与上述气液分离相同的方法进行液体/液体分离，其中容器是直立的而不是水平的。

Claims (22)

1.一种过滤器元件，包括：

a)梯形形状的褶皱过滤介质，其中梯形的顶部和底部彼此平行，顶部和底部之间较长的边向外张开使得底部比顶部宽；

b)褶皱介质产生的中心空隙，所述中心空隙在梯形内部从顶部延伸到底部；

c)实心大体上矩形的顶盖，所述顶盖固定至褶皱介质的顶部上，其中所述顶盖保持过滤器元件顶部的矩形轮廓；

d)大体上矩形的底盖，所述底盖固定至褶皱介质的底部，所述底盖具有与褶皱介质中的中心空隙连通的中心开口；以及

e)所述底盖是较长的矩形以容纳梯形介质的展开部。

2.根据权利要求1所述的过滤器元件，其中所述介质选自如下组：天然介质、合成介质、陶瓷介质、玻璃介质和金属介质。

3.根据权利要求1所述的过滤器元件，其中通向中心空隙的开口位于顶盖上，底盖是实心的并且所述介质选自褶皱介质或非褶皱介质。

4.一种过滤器组件，包括：

a)过滤器壳体；

b)通向所述过滤器壳体的流体入口；

c)分隔板，所述分隔板可密封地固定至所述过滤器壳体的内圆周；

d)包围在所述过滤器壳体中的多个矩形过滤器，其中所述矩形过滤器中的每一个具有由过滤介质围绕的中心空隙、实心顶盖、底盖，其中位于所述底盖中的开口与过滤介质中的中心空隙连通，并且所述过滤介质从顶盖延伸到底盖；

e)每个矩形过滤器的底盖安装在分隔板上，所述分隔板设置有开口，所述开口对应于底盖中的开口，使得待过滤的流体穿过一层过滤介质进入矩形过滤器的中心空隙，并且过滤的流体穿过分隔板中的开口；

f)腔室设置在分隔板下方的过滤器壳体中，用以收集过滤的干净流体；以及

g)在分隔板下方的过滤器壳体的干净流体出口。

5.根据权利要求4所述的过滤器组件，其中所述矩形过滤器的横截面积朝向过滤器的底部增加，大体上呈梯形。

6.根据权利要求4所述的过滤器组件，进一步包括在每个所述矩形过滤器的顶盖上的手柄。

7.根据权利要求4所述的过滤器组件，进一步包括每个过滤器元件的每个中心空隙内的穿孔支撑件，并且所述穿孔支撑件安装在圆形分隔板上。

8.根据权利要求4所述的过滤器组件，其中所述过滤介质选自褶皱介质或非褶皱介质。

9.根据权利要求4所述的过滤器组件，其中所述过滤器壳体是大体上圆柱形的并且分隔板大体上是圆形的，安装在壳体内。

10.一种过滤器组件，包括：

a)过滤器壳体；

b)通向过滤器壳体的流体入口：

c)包围在所述过滤器壳体中的多个矩形过滤器，其中所述矩形过滤器中的每一个具有带开口的矩形顶盖、矩形实心底盖、过滤介质，其中过滤介质从顶盖下方延伸到底盖，并且具有与顶盖中的开口连通的中心空隙；

d)分隔板，所述分隔板与过滤器壳体的底部隔开以适配矩形过滤器的长度，在过滤器组件中可密封地固定到过滤器壳体的内圆周，并且设置有矩形开口以接收矩形过滤器并将其固定在适当位置，其中矩形过滤器的顶盖在分隔板上方伸出；

e)所述顶盖中的开口接收待过滤的流体，使得流体通过矩形过滤器中的中心空隙并穿过所述介质然后进入分隔板下方的过滤器壳体中；

f)在过滤器壳体内的分隔板下方，干净流体被收集在矩形过滤器元件外部的过滤器壳体中；以及

g)在分隔板下方的过滤器壳体的干净流体出口。

11.根据权利要求10所述的过滤器组件，其中所述矩形过滤器的横截面积朝向过滤器的底部减少，大体上呈梯形。

12.根据权利要求10所述的过滤器组件，其中所述过滤器壳体是大体上圆柱形的并且分隔板大体上是圆形的，安装在壳体内。

13.根据权利要求10所述的过滤器组件，进一步包括在每个所述矩形过滤器的顶盖上的手柄。

14.根据权利要求10所述的过滤器组件，其中所述过滤器由篮子围绕，所述篮子从分隔板的底部延伸并且尺寸设置为接收矩形过滤器。

15.根据权利要求10所述的过滤器组件，其中所述过滤介质选自褶皱介质或非褶皱介质。

16.一种能够与圆柱形过滤器壳体的长轴一起操作的组件，所述圆柱形过滤器壳体水平放置以在重力作用下分离重的流体和轻的流体的混合物，所述组件包括：

a)壳体；

b)位于所述过滤器壳体上的流体入口；

c)分隔板，所述分隔板可密封地固定至所述壳体的内圆周；

d)包围在所述壳体中的多个矩形聚结器元件，其中所述矩形聚结器元件中的每一个具有：带开口的盖，所述开口与中心空隙连通并且所述盖安装在分隔板上，其中所述分隔板具有与盖开口连通的开口，；以及在矩形聚结元件安装在分隔板内的端部相对侧上的实心盖；

e)待分离的流体混合物通过分隔板中的开口和安装在其上的盖中的开口进入所述壳体，进入矩形聚结器元件的中心空隙，然后穿过所述介质；

f)分离的流体被收集在分隔板相对侧上的壳体中；

g)较轻的流体漂浮在壳体的顶部并且较重的流体沉降到壳体的底部；以及

h)所述壳体在顶部上设置有收集较轻的流体的出口，并且在底部上设置有收集较重的流体的出口。

17.一种用于分离气体和液体混合物的组件，包括：

a)壳体；

b)位于壳体的底部附近的入口，用于引入气体和液体混合物；

c)分隔板，所述分隔板可密封地固定至壳体的内圆周；

d)多个矩形聚结器元件，所述矩形聚结器元件具有在其中的中心空隙，所述矩形聚结器安装在分隔板上方；

e)多个中空立管，所述中空立管安装在分隔板上方并且位于矩形聚结器元件的下方，所述矩形聚结器元件的空隙与立管中的中空空隙连通；

f)位于分隔板中的开口，以与中空立管连通；

g)位于分隔板上方的壳体中的液体出口；以及

h)朝向所述壳体的顶部的气体出口。

18.一种过滤流体的方法，包括：

a)将待过滤的流体引入具有多个矩形过滤器的过滤器壳体中；

b)通过使流体流过过滤介质进入每个矩形过滤器内部的中心空隙，从而使流体经过多个矩形过滤器而过滤；

c)在过滤器壳体的单独腔室中从每个矩形过滤器的中心空隙收集过滤的流体；以及

d)从过滤器壳体移除过滤的流体。

19.一种过滤流体的方法，包括：

a)将待过滤的流体引入具有多个矩形过滤器的过滤器壳体中；

b)使流体穿过位于每个矩形过滤器中的中心空隙并进一步使流体穿过围绕所述空隙的一层介质；

c)在过滤器壳体的单独腔室中收集过滤的流体；以及

d)从过滤器壳体移除过滤的流体。

20.一种用于从液体中移除气体的方法，包括：

a)将气体和液体的混合物引入容器中；

b)使气体和液体的混合物穿过多个矩形过滤器中的一个，从过滤器内的空隙到过滤介质的外部；

c)允许过滤的气体上升到所述容器的顶部；

d)允许液体积聚在所述容器的底部；

e)从所述容器的顶部移除过滤气体；以及

f)从所述容器的底部移除液体。

21.一种用于分离具有不同比重的液体的方法，包括：

a)将液体混合物引入位于水平轴上的容器中；

b)使液体混合物穿过多个矩形聚结器元件中的一个，从过滤器内的空隙到介质的外部；

c)允许较轻的过滤的流体漂浮到所述容器的顶部；

d)允许较重的过滤的流体沉降到所述容器的顶部；

e)从所述容器的顶部收集较轻的流体；以及

f)从所述容器的底部收集较重的流体。

22.根据权利要求19所述的用于分离具有不同比重的液体的方法，其中所述液体混合物被引入垂直容器中。