CN111867703B - 用于过滤装置的孔限定入口板 - Google Patents

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Abstract

一种用于与过滤流体流动系统一起使用的过滤单元被配置成接收包含颗粒物质的流体流。过滤单元包括由过滤材料形成的过滤结构，该过滤材料被配置成至少部分地从流体流过滤颗粒物质。过滤单元还包括靠近过滤结构入口定位的入口板。过滤结构和入口板在过滤单元内共同限定流体腔，入口板在其中限定至少一个孔，流体流可通过该孔进入到流体腔中。孔被配置成形成扼流部，从而产生文丘里效应，用于暂时增大通过入口板在流体腔内流到过滤材料上的流体流的速度。

Description

用于过滤装置的孔限定入口板
相关申请
本申请根据美国法典第35条第119(e)款的规定，要求于2018年3月7日提交的名称为“用于过滤装置的孔限定入口板(ORIFICE-DEFINING ENTRY PLATE FOR FILTRATIONDEV1CE)”的美国临时申请No.62/639,729的权益，该美国临时申请的全部内容被通过引用结合到本文中。
背景技术
过滤系统被用在工业、商业和住宅设施中，用于从流体流中物理分离流体流的组分。流体流可以包括气态或液态载体流，在该载体流中输送待过滤的组分。过滤系统可采用过滤单元以经由冲击、拦截、扩散、滤除等物理地移除待过滤的组分(例如，涂料液滴、灰尘颗粒等)。
附图说明
参考以下附图描述本公开的非限制性和非穷尽性实施例，其中，除非另有说明，否则贯穿各幅视图，相同的附图标记指代相同的部件。
图1是根据本公开的示例性实施例的具有类似于工业喷涂室(booth)的过滤系统的流体流动系统的等距局部剖视图。
图2A和图2B分别是根据本公开的示例性实施例的圆形孔限定入口板和结合有该孔限定入口板的过滤单元的等距视图。
图3A和图3B分别是根据本公开的示例性实施例的方形孔限定入口板和结合有该孔限定入口板的过滤单元的等距视图。
图4A至图4D是示出了根据本公开的示例性实施例的结合有突片-槽口连接机构的过滤单元的组件的多种状态的一系列等距视图。
图5A和图5B分别是根据本公开的示例性实施例的过滤单元的流体流中的横截面视图和(沿图5A中的5B-5B截取的)横截面视图，该过滤单元结合有突片-槽口连接机构并被示出为在流体流的作用下使用。
图6A和图6B分别是根据本公开的示例性实施例的结合有具有倾斜面的入口板和呈袋状的过滤结构的过滤单元的分解等距视图和组装等距视图。
图7A和图7B分别是在图6A和图6B中所示的斜面入口板的仰视图和(沿图7A中的7B-7B截取的)截面图。
图8A和图8B分别是根据本公开的示例性实施例的过滤单元的流体流中的横截面视图和(沿图8A中的8B-8B截取的)横截面视图，该过滤单元结合有具有斜面入口板并被示出为在流体流的作用下使用。
图9是根据图6A-8B中所示的实施例的结合有具有斜面入口板的过滤单元原型的照片。
图10是用于一系列不同的过滤单元(传统版本及当前版本)的压降对涂料过度喷涂颗粒捕获(相对于供给到工业喷枪的涂料的重量)的一系列曲线图。
图11A至图11C是根据本公开的示例性实施例的具有平坦入口板的立方体形的袋式过滤器的一系列视图(分解等距视图；组装等距视图；流体流中的截面图)。
图12A至图12D是根据本公开的示例性实施例的具有平坦入口板的“V”形2袋式过滤单元的一系列视图(分解等距视图；组装等距视图；流体流中的截面图；沿着图12C中的12D-12D的截面图)。
图13A至图13D是根据本公开的示例性实施例的具有平坦入口板的“V”形2袋式过滤器的一系列视图(分解等距视图；组装等距视图；流体流中的截面图；沿图13C中的13D-13D的截面图)，其中，该平坦入口板在每个袋处具有两个孔。
图14A至图14D是根据本公开的示例性实施例的具有钟形入口板的过滤单元的一系列视图(分解等距视图；组装等距视图；面视图；和沿着图14C中的14D-14D的处于流体流中的截面图)。
图15A至图15C是根据本公开的示例性实施例的两级过滤系统的一系列视图(分解等距视图；组装等距视图；流体流中的截面图)，其中，该两级过滤系统结合有斜面入口板。
图16是根据本公开的示例性实施例的具有类似于工业喷涂室的过滤系统的流体流动系统的等距局部剖视图，其中，单个入口板具有多个孔。
图17A和图17B是根据本公开的示例性实施例的具有盒型入口板和平坦过滤结构的过滤单元的一系列视图(分解等距视图；组装等距视图)。
图18A至图18C是根据本公开的示例性实施例的两级过滤系统的一系列视图(分解等距视图；组装等距视图；流体流中的截面图)，其中，该两级过滤系统结合有一个斜面入口板和第二盒型入口板。
图19A至图19D是使用限定单个喷嘴板和盒出口的盒的过滤系统的一系列视图(盒顶部打开的等距视图；盒顶部被闭合住的等距视图；前/入口视图；沿着图19C的19D-19D的横截面视图)。
图20A至图20F是使用限定双喷嘴板(即，每个过滤区段一个)和盒出口的盒的双过滤系统的一系列视图(盒顶部打开的等距视图；盒顶部被闭合住的前部等距视图；前/入口视图；后/出口视图；沿着图20C的20E-20E的横截面视图；沿图20C的20F-20F的横截面视图)。
具体实施方式
综述
用在具有过滤系统的流体流动系统(即，过滤流体流动系统)中的过滤单元在历史上遭受到诸如表面负载、压降高、使用寿命短和/或相应支撑框架的附接复杂之类的问题。通过给定的流体处理(即流动)系统的用以克服通过过滤单元的压降的设计能力来确定过滤单元的使用寿命。由于流体流中的被捕获在过滤单元中的组分(例如，颗粒)，导致该压降是不断增大的。因此，当越过该过滤单元的压降已经增大到流体处理系统的设计能力时，将需要清洁或更换过滤单元。
例如，一个现有的过滤单元由平坦的大致平面状的过滤介质(即过滤垫)组成，该过滤介质被定位在流体处理系统的流体流中，使得包含颗粒的流体必须穿过该过滤垫。这种过滤垫由于其导致较高压降和较低负载能力的最小介质量而具有较短的使用寿命。通常被称为袋或立方体过滤单元的另一现有过滤单元包括完全打开的三维过滤介质结构(即，过滤结构)和通常由金属制成的结构框架构件，该结构框架构件被靠近过滤结构的开口缝合或以其它方式永久地附接至该过滤结构，其中，结构框架构件被用于保持打开的过滤装置。
在不存在结构框架构件的情况下，打开的过滤装置可以闭合或塌缩，并且过滤单元可因此不能适当地或按照预期地操作。与由相同介质构成的过滤垫相比，这种三维过滤单元具有更多的相同介质并因此具有更低的压降和更高的负载能力并且因此具有更长的使用寿命。然而，该装置中结合有结构框架是特别生产密集的并且因此是制造昂贵的。此外，通过永久地附接的结构框架保持处于打开状态中的这种过滤单元是更大的且是体积更大的，并且因此仓库存储和从制造位置运输到消费者位置是昂贵的。此外，结合金属框架的过滤单元不能容易地使用焚烧作为处理方法。
本公开涉及一种过滤单元，其在多种实施例中是制造廉价的，这是因为结构框架并未被永久地附接到过滤结构，由于过滤结构在处于闭合或塌缩构型中时是体积不大的，因此过滤单元是仓库存储和运输廉价的，由于可将诸如纸板和塑料而非金属之类的材料用于提供所需的结构强度，因此过滤单元可利用焚烧作为处理方法，并且由于由孔产生的导致流体速度增大的文丘里效应而使得过滤单元具有较长的使用寿命，这改进了颗粒过滤的冲击机构。在从流体流中过滤颗粒时所涉及的许多机构中，冲击与流体流的速度最为直接地相关，其中，速度的变化直接改变颗粒的动量。
动量是颗粒沿直线行进的趋势，即使承载颗粒的流体改变方向也是如此。在过滤单元中，流体流动方向发生变化，这是因为流体通常被设计成围绕流体可渗透的过滤介质的结构材料(例如，构成纤维过滤材料的各个纤维)流动。颗粒的动量增加了颗粒能够冲击(即，撞击)过滤介质结构材料并被捕获住(即，过滤)的可能性。然而，所捕获的颗粒可以对通过过滤介质的流体流增加限制，从而导致越过过滤单元的压降的不合乎要求的增加。那些相同的所捕获的颗粒成为过滤介质结构的一部分。过滤介质结构材料内的占据体积的量的增加提高了过滤单元可捕获住额外颗粒的可能性。
在一些实施例中，本公开的过滤单元包括过滤结构(例如，其由流体可渗透的过滤材料形成的，该流体可渗透的过滤材料例如为棉絮、泡沫、纤维结构或其组合等)和靠近过滤结构的流体流动入口或开口定位的孔限定板构件(例如，入口板或过滤器承载盒的壁)，其中，板构件和过滤结构在其间共同限定三维流体腔。入口板可例如由大致无孔的材料制成，该材料例如为纸板、塑料、金属板或其它结构的大致不渗透的材料。在一些实施例中，入口板由廉价的大致无孔的材料(例如，纸板、塑料、可回收使用的结构材料等)制成，以便于根据需要对其进行更换。入口板在其中限定至少一个孔(例如，正方形的、矩形的、多边形的、圆形的、椭圆形的不规则的、其组合等)。在多个实施例中，孔可被居中定位(例如，纬度地、纵向地或两者)。在多个实施例中，孔可以是偏心的。
入口板中的孔的存在起到扼流部的作用，从而产生文丘里效应，其暂时加速(即，增加)通过孔流到流体腔中并随后流到过滤结构的流体流(的速度)。在多个实施例中，孔可被配置成促进在远离孔的多个位置处在流体腔内形成涡流。以此方式，孔的存在于流体腔内产生低压的流体再循环区，其中，待从流体中移除的颗粒的一部分可沉淀到入口板的下游表面上，从而延长了过滤单元的使用寿命。
在多个实施例中，速度增大的流体流可特别地涉及在整个过滤结构的仅一部分上的冲击。以此方式，由增加的流体速度(例如，颗粒动量增加)导致的增强的冲击过滤机构将较大部分的颗粒沉积在较小部分的过滤结构上。因此，存在待由过滤结构的较大部分过滤的剩余的较少颗粒，从而导致整个过滤单元的使用寿命更长。就是说，流体流的无颗粒部分可通过过滤结构的未被颗粒堵塞住的剩余部分逸出。在多个实施例中，过滤结构的由流体流(例如，流体的流)冲击的一部分可与对应的孔大致成一条直线。
入口板可以是平坦的大致平面状的构件或者可包括一个或多个斜面。在包括一个或多个斜面的实施例中，入口板可被配置成使得一旦在过滤结构的开口处插入，一个或多个斜面朝向该孔向内倾斜到过滤腔的内部中。由于孔的存在固有地增大了越过过滤单元的初始压降(例如，对于流体流的阻力)，一个或多个斜面的存在产生了到该孔(特别是相对于平坦入口板)的平滑方法，并且减小了所获得的初始压降的增大。在一个实施例中，一个或多个斜面的存在可进一步引导流体流通过入口板的孔流到过滤结构的小于全部过滤结构的整体的一部分上。例如，斜面可以呈(例如，与圆形孔结合使用的)开口的截头锥、(例如，与方形或矩形孔结合使用的)开口的截头棱锥或平滑的接近钟形的形式，这导致初始压降的增加量的减小。
在多个实施例中，入口板(例如，孔板)可被保持在过滤结构内。在一个实施例中，入口板可被通过压配合保持住(例如，过滤结构的材料被通过入口板在一定程度上移位，从而环绕入口板的一个或多个边缘)或以其它方式互锁配合在过滤结构内。在一些实施例中，可以通过向入口板提供成形的边缘(例如，入口板的周边周围的圆齿形或锯齿形的边缘)来增强该压配合，以促进入口板与过滤结构的接合。在一些实施例中，过滤结构可包括从主过滤结构延伸的一个或多个突片，并且入口板可限定相应的过滤结构突片可被插入穿过的一个或多个对应的槽口，从而有助于相对于过滤结构保持入口板。
在多个实施例中，过滤结构突片可由过滤材料形成，该过滤材料在形成过滤结构时可已经另外被认为是废料或者另外被从主过滤结构上修剪掉(即，突片/槽口系统允许更好地利用材料)。在一些实施例中，可使用一个或多个附加机械紧固件(例如，一个或多个夹子、一个或多个夹具、一个或多个螺纹紧固件、钩环紧固系统、缝合、钉固、带、粘合剂等或其组合)和/或粘合剂，或者是单独使用或者是与其它提及的机械保持机构组合使用。在一些实施例中，入口板可包括用于结合用于非自支撑过滤结构的可选择的Z维度支撑件的机构，并且在一些实施例中，非自支撑过滤装置可以呈被配置成是能够拉拽的材料(例如，织物)的形式。
在多个实施例中，入口板(例如，孔板)可以是过滤单元的永久部分。在一个实施例中，入口板可具有多个孔。在具有一个或多个孔的实施例中，一个或多个过滤结构可对应于一个或多个孔。在一个实施例中，永久入口板可设置槽口以与用于将过滤结构保持到入口板的过滤结构突片相对应。在一些实施例中，可以使用一个或多个永久附加机械紧固件(例如，一个或多个夹子、一个或多个夹具、一个或多个螺纹紧固件、钩环紧固系统等或其组合)和/或粘合剂，或者是单独使用或者是与其它提及的保持机构组合使用。在一些实施例中，永久入口板可包括用于结合用于非自支撑过滤结构的可选择的Z维度支撑件的机构，并且在一些实施例中，非自支撑过滤装置可以呈被配置成是可拉拽的材料(例如，织物)的形式。
示例性实施方式
图1示出了根据本公开的过滤流体流动系统(例如，具有过滤系统的排气、通风或其它流体流动系统)100的示例性实施例。过滤流体流动系统100例如可以是与工业喷涂操作结合使用的排气室。过滤流体流动系统100可包括排放罩102、排放(例如，通风或流体流)口104和多个过滤单元106。排放罩102可承载(即，支撑)和/或包括排放口104和过滤单元106，其中，排放口104被配置成被连接到真空流(“F”)(例如，排放或通风流)。真空流F可促进流体(例如，流体流、气流、气液混合物等)移动到过滤单元106中，该流体包括由此承载的任何液态或固态颗粒，其中，过滤单元106被配置成当流体(例如，空气等)被朝向排放口104抽吸通过过滤单元106时，从流体流中捕获和截留液态和/或固态颗粒(例如，涂料、灰尘等)。真空流F可例如由排风扇、鼓风机、泵等(未示出)生成。
如所示，每个过滤单元106在被保持打开时均可在其中限定袋(例如，开放空间)。过滤单元106可用作流体流过滤装置并且通常可包括过滤结构108(例如，由诸如泡沫或纤维棉絮之类的流体可渗透的过滤材料制成)和入口板110(例如，由诸如纸板或塑料之类的通常不可渗透的材料制成)，其中，入口板110限定贯穿其中的至少一个入口孔112。入口孔112限定了穿过入口板110的扼流部并且可以帮助在过滤结构108中促成文丘里效应。入口孔112也可以被认为是贯穿入口板110的喷嘴开口。在多个实施例中，过滤结构108可以是开口袋式过滤器。此外，在一些实施例中，过滤结构108可采用与入口板110的突片-槽口连接，如稍后所讨论的那样。给定的过滤结构108可以在其第一端处限定过滤器入口(例如，喉部或过滤器开口)114，从而导致过滤结构108的内部流体腔“C”(例如，袋容积)。在所示实施例中，过滤结构108被示出为呈开口三棱柱的形式。该形状是有益的，因为它是非常容易构建的。然而，根据实施方案，可以为过滤结构108选择其它形状。
入口板110(例如，孔板)可以由不可渗透的结构材料构成。如所示，入口板110可被互锁或以其它方式保持在靠近其过滤器入口114的相应过滤结构108内或抵靠在该过滤结构108上或与该过滤结构108处于一般关系。入口板110可以例如通过可释放模制、速释粘合剂、压(例如，干涉)配合或机械连接器(例如，一个或多个夹子、一个或多个夹具、一个或多个螺纹紧固件、带、可释放粘合剂、钩环紧固系统等或其组合)被可释放地保持在适当位置中，或者例如通过永久模制、永久粘合剂或通常永久的机械连接(例如，缝合或订固)被永久地保持在适当位置中。
入口板110可以相应地用于将过滤器入口114保持打开并且(例如，通过将袋结构保持打开)保持住相应的过滤结构108的整个工作形状，该过滤结构108可在暴露于真空流F时倾向于皱缩和/或将颗粒收集在过滤结构108内。因此，入口板110可以帮助向其它基本上非自支撑的过滤结构108提供形状和/或结构。根据图1中所示的实施例，入口板110的形状可以是平面状的。然而，如将在下文中所述和所示，入口板110可包括一个或多个斜面或可限定附加结构(例如，从主平面部分延伸的侧部；盒构型的一部分)。入口板110可还包括增强特征(例如，肋；嵌置元件)以促进其刚度。在图1中所示的实施例中，每个过滤结构108具有相应的入口或孔板110。然而，如本文将进一步描述的那样，设想到单个入口板110可设置有多个孔(例如，对于多个过滤结构；对于通向给定过滤结构的多个气流通道)。
过滤结构108和入口板110在过滤单元106内共同限定流体腔C(例如，开口袋)。在一些实施例中，流体腔C和入口孔112被配置成使得通过入口孔112进入流体腔C的流体流可被收缩并加速成速度增大的流体流。也就是说，入口孔112可用作贯穿入口板(例如，孔板)110的扼流部，从而在流体腔C中及流到过滤结构108中的导致较高速度的流体流。在多个实施例中，过滤结构108可在流体流穿过入口孔112时，例如通过相对于其深度在截面中变窄(例如，参见图5A、图11A)而保持流体流的收缩。在一些实施例中，过滤结构108可形成开口的三棱柱形状(例如，图5A、图5B)、开口的梯形棱柱(例如，截棱锥)形状(例如，图11A、图11B)或一些其它变窄的棱柱形状(例如，图14A)。
在一些实施例中，加速度可以使得流体流的速度从刚好位于过滤单元106的上游的位置到过滤单元106内部的位置的增加可以是200％或更大并且可以处于600％到800％的范围内，在过滤单元106内部的该位置处，该流体流被收缩到其最小尺寸(由于穿过扼流部(例如，收缩点))。在一些实施例中，流体腔C可以是足够大的以允许收缩流开始在流体腔C内重新扩张。在一些实施例中，流体腔C对于低压涡流E(如图5A和图5B中所示)可以是足够大的，以在收缩流Av(例如，根据图5A和图5B，由文丘里效应产生的收缩流体流Av)外侧扩张。在一些实施例中，流体腔C可以是足够小的(例如，从孔112到过滤结构108上的冲击点的距离(即，流体腔C的深度)和/或流体腔C内的可用横截面)和/或可以相对于其深度在横截面方面变窄(例如，参见图5A)，使得收缩流动流不能在流体腔C内显著地扩展其速度分布，从而迫使高速流体流(例如，收缩流体流Av)的一部分直接冲击在形成过滤结构108的材料上。在多个实施例中，过滤结构108上的冲击速度大于穿过入口孔112的流体流之前的流体流动速度。在一些实施例中，流体流(例如，收缩流体流Av)可仅冲击在全部可用的过滤结构108的一部分(例如，大致与一个或多个入口孔112成一直线的一部分)上。在一些实施例中，过滤结构108的横截面的变窄可被用于帮助引导流体流冲击全部可用的过滤结构108的预期部分。
入口板110可例如由纸板、塑料、木材、金属板或下列任一其它材料制成，该任一其它材料是足够不渗透的和/或无孔的以阻止流体流过入口板材料本身；和/或是结构刚性的，以根据需要向过滤结构108提供支撑。入口板110可基本上将流入到过滤结构108中的流体流限制到由入口板110的至少一个入口孔112提供的路径。在一些实施例中，入口板110可由可回收的和/或可生物降解的材料制成。在使用时，入口板110可以是一次性的/可更换的物品。在一些实施例中，入口板110可由能够通过在当前可用的固态废物焚烧设施处(例如，在540-l200℃范围内的温度下)焚烧来予以处理的材料制成。在一些实施例中，入口或孔板110可以是过滤单元106的永久的和/或可重复使用的(例如，可清洁的)部件。在一些实施例中，入口板110可被固定到过滤流体流动系统100中或者可以是排放罩102的永久部分。在一些实施例中，过滤结构108可以是可重复使用的和/或可清洁的，假定由此过滤的颗粒可被从其中被适当地清洁/移除，以促进过滤结构108的再利用。在一些实施例中，过滤结构108在其使用时可以是一次性的/可更换的物品。
本公开设想到了用于过滤单元、过滤结构和相关入口板的多种实施例。这些实施例被认为是可与例如用于在过滤流体流动系统100中的过滤单元106和/或其各个部件互换的。因此，过滤单元及其相关部件在全文中被以类似的方式使用第一数字的变化(例如，206、306、406)来编号，以表示主要实施例。除非参照给定实施例明确阐述，否则类似编号的部件可被预期在结合过滤单元106阐述的构型和材料方面是类似的。
图2A至图3B示出过滤单元206的示例。图2B和图3B可各自采用过滤结构208和相应的入口板210。在一个变型中，如图2A和图2B中所示，入口板210A可具有贯穿其中限定的圆形入口孔212A。在另一变型中，如图3A和图3B中所示，入口板210B可具有贯穿其中限定的方形入口孔212B。然而，所预期到的是，如本文所述的具有其它形状的入口孔212。
利用该示例性过滤单元206，入口板210A、210B可被例如通过干涉(例如，压)配合、粘合剂、带或一个或多个机械紧固件(例如，一个或多个夹子、一个或多个夹具、一个或多个螺纹紧固件、钩环紧固系统、缝合、钉固、带、粘合剂等或其组合)保持在过滤结构208的过滤器入口(例如，过滤器喉部)214内。入口板210A、210B可以具有大致匹配过滤器喉部214的外部形状以促进其间的紧密配合的外部形状(例如，最小化在入口板210A、210B和过滤器喉部214的外部的接合处进入过滤单元206的气流(通常也称为“旁通”)；以及促进它们之间的干涉(例如，压)配合)。入口板210A、210B例如可以具有平坦/直的外边缘(例如，为了设计和制造的简单性；匹配过滤器喉部214的形状)。
图4A至图4D示出了示例性过滤单元306的组装的各个阶段。过滤单元306可包括过滤结构308和入口板310。在所示实施例中，过滤结构308包括相对的一对突片延伸部330，而入口板310(例如，孔板)限定板孔312和一对槽口332，板孔312的相反侧上各有一个槽口。如从图4C和图4D可见，突片延伸部330可被折叠和/或弯曲，使得其一部分能够被可释放地保持在入口板310内的相应板槽332内，从而有助于将入口板310保持在过滤结构308内的位置中。突片-槽口连接333以及入口板310的外边界与过滤结构308的过滤器喉部314之间的压配合可足以将入口板310保持在适当位置，从而潜在地避免在其间需要任何附加的附接机构并且允许用户根据需要容易地从入口板310扳出过滤结构308。
如图4A中所示，在一些实施例中，入口板310可还包括圆齿形或锯齿形的外边缘334。可根据需要采用圆齿形或锯齿形的外边缘334，以改善与对应的过滤器喉部314的接合。尽管以圆齿形、锯齿形或波浪形的外边缘334示出，但是将会明白的是，可使用平坦的边缘或其它相似的边缘，其处于本系统的范围内。同样，将会明白的是，在过滤单元的其它实施例中可以将圆齿形、锯齿形、波浪形等的图案用于外边缘334。
图5A和图5B示出了当采用过滤单元306时可以提供的示例性流体流(例如，在通过由板孔312提供的流动扼流点进入时被收缩)以及与过滤单元306相关联的预期附接(例如，突片和槽口；外边缘)布置结构。图5A是相对于过滤单元306的实施例的大致三角形(例如，相对于过滤器开口的“V”形横截面)轮廓。同时，图5B是正交于用于图5A的视图(沿图5A中的5B-5B)截取的横截面视图。
在一个实施例中，在过滤单元306的下游(例如，通过未示出的风扇、鼓风机、泵等)产生真空(例如较低压力)，从而致使流体沿大体由箭头“F”指示的方向(即，流动方向)流过过滤单元306。过滤单元306的过滤结构308和入口板310的构型通常可产生至少四个不同的流体流动区段(如图5A和图5B中所示)：具有速度VE和压力PE的外部流体流AE；具有速度Vv和压力Pv的文丘里效应收缩的流体流Av；具有压力PEC的涡流区段E；以及具有速度VF和压力PF的下游真空流区段F(例如，限定整个过滤单元306流体流动区的四个区段)。为简单起见且出于该实施例的目的，流体流的横截面积与流体流AE和F是相同的。因此，应用于流体力学状态的质量守恒定律表明外部流体速度VE通常等于真空流体速度VF，并且收缩流的速度VC高于VE或VF。
本质上，在板孔312处产生的扼流能够引起流体流和该流体流内承载的颗粒的速度的增大。该增大的速度意味着流体流的动量更大。动量描述了质量(例如，流体/颗粒)以给定速度沿直线继续移动的趋势。由于动量，导致离开孔的流体流不能瞬时地改变速度和方向，并且因此倾向于在一定距离上继续作为具有压力Pv的收缩流体流Av。(应当注意的是，尽管不是瞬时的并且如图5A和图5B中的流线所示，一旦收缩流体流Av离开板孔312的物理边界，则流体流Av将开始扩张和减速，并且在给定足够距离的情况下，完全转变成具有流体速度VF(其小于收缩速度Vv)的真空流F。
流体流Av的收缩在涡流区段E中进一步导致低压(PEC)空隙。低于Pv的PEC引起承载颗粒的收缩流体的一部分从收缩的流体流动区中抽离，并且作为涡流E在过滤结构308内循环(即打旋)。打旋的涡流E可经由冲击和/或沉淀将一部分承载的颗粒沉积到入口板310的下游侧(即，内部或流体腔侧)上，而并不增大越过过滤单元306的压降，从而延长过滤单元306的使用寿命。流体流Av的收缩同样将流体内的颗粒固结到较小的流动区中。此外，动量增大可改善颗粒过滤的冲击机构，其中，颗粒冲击并由流体可渗透过滤介质的材料(例如，构成纤维状过滤材料的各个纤维)捕获住。结果是流体流中的更为集中的颗粒流在具有改进的冲击过滤机构的流体过滤系统中起作用。
在如图5A和图5B中所示的实施例中，过滤结构308能够在冲击区336处拦截收缩流Av。通过收缩流体流产生的较高浓度的颗粒捕获部与由收缩区中的增加的速度/动量导致的改进的冲击机构协作在冲击区336中沉积显著量的颗粒。沉积的颗粒可导致(冲击区336内的)流体可渗透过滤介质的孔隙最终闭合(即，堵塞住)。当这些孔隙闭合时，收缩流体流倾向于更为突然地扩张，并且冲击区可同样扩大。正是流体腔C的设计存在为冲击区336提供了扩张的空间。如先前所讨论的那样，收缩流体流具有更高的速度，并且其承载的颗粒具有更大的动量。较大的动量增加了颗粒沿直线继续行进的趋势，由此这些继续行进的颗粒的一部分可冲击在原始冲击区中的介质的已闭合的部分，而非遵循流体的更为突然的方向变化。因此，颗粒的附加部分通过冲击在该闭合区上而被捕获住，从而留下较少的颗粒以影响其余开放孔隙的闭合。(即，流体流的非颗粒部分(例如，空气)可以通过过滤结构308内的仍然开放的孔隙逸出。)结果，进一步延长了过滤单元306的使用寿命。将会明白的是，这种流体动力学通常可预期存在于过滤单元的其它当前实施例中，而非仅存在于过滤单元306中。
图6A至图7B共同示出了另一示例性过滤单元406。该过滤单元406采用过滤结构408和入口板410。入口板410可包括终止于入口板410的板孔412处并且向内倾斜到过滤结构408的内部中(即，流体腔中)的一个或多个斜面440(例如，成锐角地倾斜)。一个或多个斜面440可有助于减小越过入口板410的压降(由于流体流穿过并进入到孔412中的更为平滑且更少湍流的过渡)，该压降在没有斜面440的情况下可能出现。此外，一个或多个斜面440可在板孔412的上游提供空隙，流体(即，空气)可以进入到该板孔412中，从而即使过滤单元406靠近乃至紧邻待过滤的流体流的源位置，也允许在板孔412处产生文丘里效应。另外，斜面440的使用有效地缩短了板孔412与过滤结构408的背部(例如，顶点)之间的距离(即，板孔412处于过滤结构408的内部中，而非处于过滤器喉部或开口414处)。因此，即使采用更大和/或更深的过滤结构408，添加斜面440以缩短孔412和冲击区之间的距离也提高了高速流体流Av能够在收缩流Av转变成低速真空流F之前很好地冲击在过滤结构408上的可能性。在所示实施例中，采用了四个斜面440并由此限定了四面截棱锥，从而导致了方形或矩形的板孔412。然而，将会明白的是，可以采用其它数量的斜面440，从而导致相关成形的孔。例如，呈截头锥的形式的一个斜面440可被用于限定圆形孔(未示出)。作为选择，仅作为示例，但未示出的是，可使用五个斜面440产生截头的五棱锥并限定五边形孔。
如前所述，一个或多个斜面440可以(相对于延伸穿过入口板410并与板孔412相对的开口平面444)以锐角442倾斜，如图7B中所示。锐角442可大于0度且小于90度，且在一些实施例中，锐角442可处于十五度到六十五度(15°-65°)的范围内。在一些实施例中，可以选择锐角442以促进与具有一个或多个斜面440相关联的上述益处中的一个或多个。
图8A和图8B以类似于图5A和图5B的方式示出了使用中的示例性过滤单元506。过滤单元506在结构上类似于过滤单元406，不同之处在于它采用突片530和槽口532连接系统，如在图4A至图4D中首先示出为突片330和槽口332。因此，过滤结构508和入口板510分别类似于过滤结构408和入口板410，除了上述突片和槽口连接系统之外。类似于图5A和图5B，在真空(例如，排气)的作用下处于使用中的过滤单元506通常产生至少四个不同的流体流区段：外部流体流AE、收缩流体流Av(例如，显示出文丘里效应的流体流(例如，气流))、涡流区段E和下游真空流区段F。如通过将图8A和图8B与图5A和图5B相比较可见，过滤板510的斜面将板孔512更深地移动到流体腔C中且因此更为靠近过滤结构508的冲击区536的一位置。
收缩流体流Av在箭头F的方向上是基本上线性的(由于其动量)，随着它离开板孔512但是能够开始逐渐扩张和减速，并且在给定足够距离的情况下，可以完全转变成真空流F。如早先注意到的那样，以较高的速度实现了对于过滤的冲击机构的改进，从而表明板孔512的非常接近冲击区536的位置通常是符合要求的。然而，同样如先前所讨论的那样，对于冲击机构的这些相同的改进可以促进从流体流捕获更多颗粒并将它们保持住，从而致使过滤介质孔闭合度增大并导致了冲击区536的后续扩大程度。从板孔512到冲击区536的更大距离提供了冲击区536的附加扩大。实施方式的选择(无论是提出的还是预期的)都可以取决于与不同的实施方案相关联的变量。在讨论流体流的多种实施例中的所有实施例中，将会明白的是，可同样适用任何流体流(例如，空气、涂料或其它液体、液体-固体混合物、气体-液体混合物、气体-固体混合物等)并且其处于本系统的范围内。
图9是过滤单元506的原型版本的侧视等距照片。
图10示出了反映越过过滤单元的压降对由该过滤单元捕获到的涂料过度喷涂颗粒的(相对于进给到工业喷枪的涂料的重量)的量的一系列曲线图，这些曲线图针对经测试的一系列不同的过滤单元(其为多个传统的过滤单元和本公开的过滤单元中的若干个)。本公开的所有过滤单元结合有平坦的入口板布置结构(例如，每个过滤单元106、206、306)并且被描述为每个所包括的图例具有“喷嘴板”。对具有两种不同的过滤介质或材料的过滤单元(每个过滤单元一种过滤介质)进行测试。过滤介质A是商品级高蓬松度的非织造聚酯，其具有二维(即，通常为平面的)入口表面和出口表面且厚度为1”，并且过滤介质B是具有三维入口表面和二维出口表面的申请人的过滤介质。此外，对本公开的具有不同形状和不同尺寸的孔的单独的过滤单元进行测试。重要的是注意，根据所采用的测试方法，当越过过滤单元的压降达到0.5英寸水柱时，过滤单元被视为已经达到其可用极限(即使用寿命)，并因此需要进行更换，从而推断出对于给定过滤单元的检测。选择该极限来反映典型的工业涂料室型流体处理系统的设计能力。因此，在达到该极限之前可以喷涂的涂料(例如，最终捕获的过度喷涂的量)越多，就认为给定过滤单元越有效。如从图10可见，所测试的本公开的每个过滤单元优于同样测试的所有传统版本。
预期到许多其它过滤单元布置结构，例如图11A到图11C；图12A到图12D；及图13A到图13D中所示的过滤单元布置结构。图11A至图11C的示例性实施例的过滤单元606具有平坦入口板610(例如，孔板)，但具有大致立方体形的袋状过滤结构608。图12A至图12D的示例性实施例的过滤单元706具有双“V”形双袋式过滤结构708和相应的双孔入口板710(例如，每个矩形孔对应于相应的袋)。图13A至图13D的示例性实施例的过滤单元806具有双“V”形双袋式过滤结构808和相应的四孔入口板810(例如，每个袋具有对应于其的两个板孔)。即使当每个流体腔可用两个孔时，根据所示示例，期望每个孔产生承载颗粒的唯一的收缩流体流，该收缩流体流在收缩流动流可扩张到原尺寸之前，在相应的唯一冲击区处冲击在过滤结构壁上。
图14A至图14D的示例性实施例的过滤单元906可包括过滤结构908和钟形入口板9107。如从图14D最佳所见，钟形入口板910可包括凹曲的引导部分911A和孔延伸部分911B，其中，延伸部分911B向远侧限定板孔912(例如，在与凹曲的引导部分911A相对的位置处)。凹曲(即，向内弯曲)的引导部分911A可促进朝向延伸部分911B的平滑的流体流。孔延伸部分911B又可在流体通过板孔912进入之前促进层流流体流，并且可以帮助朝向过滤结构908的期望冲击区引导该流体流。平滑接近的钟形可以提供越过入口板的较低压降。另外，板孔912可通过孔延伸部分911B更远地定位到流体腔C的内部中(例如，对于更大和/或更深的过滤结构908)。将会明白的是，在钟形入口板910的一些实施例中，可以不包括孔延伸部分911B，其中，板孔912改为由凹曲的引导部分911A(未示出)限定。同样，将会明白的是，在过滤单元的其它实施例中可以采用孔延伸部分911B。
图15A至图15C共同示出了过滤单元1006(当在传统意义上应用时通常称为两级过滤单元)的示例性实施例，该过滤单元1006与过滤单元406类似，不同之处在于，除了次级或后过滤结构1008(例如，第二级)和倾斜入口板1010之外，过滤单元1006还可包括前或初级(例如，第一级)过滤结构1050，其中，倾斜入口板1010位于两个过滤结构之间。初级过滤结构1050可被安装在入口或孔板1010上，使得任何流体流(空气或其它)可到达并因此在前进到过滤单元1006的其余部分(例如，孔板1010和过滤结构1008)之前通过初级过滤器1050。所明白的是，在多个实施例中，初级过滤结构1050可有利地与入口板1010的斜面实施例结合使用，这是由于在其间存在流体(即，空气)可进入其中的空隙(即，间隙/间隔)，从而允许在流体已经穿过整个初级过滤结构1050之后出现文丘里效应。在可能并不是有利的替代实施例(未示出)中，初级过滤结构1050和入口板1010的潜在平坦的实施例的紧密接近布置结构可能并不在其间产生足够的空隙。并不足够的空隙可在初级过滤结构1050处、中乃至之前产生收缩流Av。入口板1010的基本不可渗透的(例如，基本上无孔的)材料可将流体流仅限制到初级过滤结构1050的与入口板1010的孔直接对准的那些部分，从而阻止基本上完全使用初级过滤器1050的过滤潜能。
图16示出了排放或过滤流体流动系统1100，其可包括排放室/罩1102、排放或通风口1104、多个过滤单元1106和排放室入口门1190。过滤流体流动系统1100的结构和操作类似于过滤流体流动系统100的结构和操作，不同之处在，存在与多个过滤结构1108一起使用的单个入口板1110。入口板1110具有多个板孔1112，至少一个板孔1112(例如，喷嘴孔)对应于给定过滤结构1108。在一个实施例中，在其安装(例如，被选择为是更为严格的且对于容易释放而言并非必需的粘合和/或机械紧固)和/或其预期耐用性方面，入口板1110可被认为是过滤流体流动系统1100的永久部分。在一个实施例中，入口板1110可形成过滤流体流动系统1100的结构壁。在一个实施例中，过滤流体流动系统100和1100可被设计为例如高架系统或步入式系统(例如，具有入口门(例如1190)以根据需要进入该过滤结构)并且处于本公开的范围内。
图17A和图17B示出了根据示例性实施例的过滤单元1206，该过滤单元1206包括平面状的(例如，平坦的)过滤结构1208和盒式入口板1210。代替具有袋且限定其自身的流体腔的过滤结构1208，该实施例的过滤结构1208是大致平面状的过滤结构(例如，具有或不具有内置的附加三维特征的任何多种垫片/面板)。为了提供根据本公开的用于促进文丘里效应的孔布置结构和相关流体腔，该实施例的孔板1210可以呈开口盒(例如，其包括四个侧板及主孔板)的形式。入口板1210(与其其它变型一样)可具有贯穿其限定的入口孔1212，以促进到过滤结构1208的加速(例如，速度增加的)流体流。在另一实施例(未示出)中，平面状的过滤结构1208可通过在下游且远离单个入口板1110设置用于平面状的过滤结构1208的安装装置而被安装在与过滤流体流动系统1100类似的过滤流体流动系统中，使得在单个入口板与过滤结构1208之间产生足够的流体腔以促进根据本公开的文丘里效应。
图18A至图18C共同示出了过滤单元1306(在传统意义上应用时也通常称为两级过滤单元)的示例性实施例，该过滤单元1306类似于过滤单元1006，不同之处在于，过滤单元1306可还包括定位在初级(例如，第一级)过滤结构1350的上游的附加入口板1310B、次级过滤结构1308(例如，第二级)和设置在初级过滤结构1350与次级过滤结构1308之间的斜面入口板1310A。在一个实施例中，其中，初级过滤结构1350是大致平面状的过滤结构，附加入口板1310B可以是类似于先前在图17A和图17B中所示的入口板1210的盒式入口板。在一个实施例中，入口板1310B可以具有不止一个板孔并且可以例如具有如图18A中所描绘的四个板孔1312B。图18C是描绘了将外部流体流AE划分成四个收缩流体流中的两个Av1和Av2(Av3和Av4在该视图中是不可见的)的四个板孔1312B中的两个的横截面视图。当板孔1312B具有相同的形状和尺寸时，所设想到的是，收缩流体流Av1、Av2、Av3和Av4将在四个所获得的收缩流中的每一个中具有相同的速度Vv1和总质量的25％。当与可选择的单个板孔1312B(未示出)相比时，这些收缩流体流Av1、Av2、Av3和Av4中的所获得的动量可建议从入口板1310B到初级过滤结构1350的不同距离，这可能导致单个收缩流体流Av1。不同的实施方案可以确定哪些选择方案以及哪些实施例可能是优选的。
图19A至图19D是采用盒结构1407的过滤单元1406的一系列视图，该盒结构1407限定了单个倾斜面的喷嘴入口板1410和相对的盒出口1411，并且被配置成用于在其中接收过滤结构1408(例如，V形过滤器袋)。盒出口1411可限定大致开放的(例如，75％-90％可用空间被开放以用于贯穿其中的气流)出口壁，从而留下足够的出口边界1413以保持过滤单元1406。盒结构1407(例如，具有六个标称侧面)可还包括盒顶部1415，该盒顶部1415可限定一系列可折叠翼片1417。可折叠翼片1417可便于将过滤结构1408插入到盒结构1407中，同时一旦将过滤结构1408插入到其中，就允许(例如，通过以胶带封闭或以其它方式保持闭合)封闭住盒结构1407。盒结构1407可为过滤结构1408提供附加支撑(例如，帮助保持其与斜面喷嘴入口板1410和相对的盒出口1411对准，甚至是在添加的被过滤的材料的重量—即，不易于下垂—的作用下也是如此)并且可便于储存和/或运输过滤单元1406储存和/或运输。虽然被示出为具有斜面喷嘴，但将会明白的是，在一些实施例中，喷嘴板1410可结合简单的开口(例如，平坦/二维喷嘴或扼流部，如在其它实施例中所示)。
图20A至图20F是使用盒结构1507的过滤单元1506的一系列视图，该盒结构1507限定双倾斜面喷嘴入口板1510和相对的盒出口1511，并且被配置成用于在其中接收双“V”双袋式过滤结构1508，或者作为选择，一对单袋式过滤结构(未示出)。盒出口1511可限定大致开放的(例如，75％-90％的可用空间被开放以用于贯穿其中的气流)出口壁，从而留下足够的出口边界1513以保持过滤单元1506。盒结构1507可还包括盒顶部1515，该盒顶部1515可限定一系列可折叠翼片1517。可折叠翼片1517便于将过滤结构1508插入到盒结构1507中，同时一旦将过滤结构1508插入其中，就允许封闭住盒结构1507。盒结构1507可为过滤结构1508提供附加支撑(例如，帮助保持其与双倾斜面的喷嘴入口板1510和相对的盒出口1511对准，甚至是在添加的被过滤的材料的重量—即，不易于下垂—的作用下也是如此)并且可便于储存和/或运输过滤单元1506。虽然被示出为在入口板1510内具有一对斜面喷嘴，但将会明白的是，在一些实施例中，喷嘴板1510可结合有一组简单开口(例如，平坦/二维喷嘴)和/或可包括不止两个喷嘴开口，如由其它实施例所建议的那样。
将会明白的是，本申请由所附权利要求限定。尽管本文已经示出和描述了本申请的实施例，但是显而易见的是，在不背离本公开的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以进行多种修改。

Claims (17)

1.一种用于与过滤流体流动系统一起使用的过滤单元，所述过滤单元被配置成接收包含颗粒物质的流体流，所述过滤单元限定流体流动区，所述过滤单元在所述流体流动区的第一端处包括用于流体的流体入口，所述过滤单元包括：
过滤结构，所述过滤结构包括流体可渗透过滤材料，所述流体可渗透过滤材料被配置为至少部分地从所述流体流过滤所述颗粒物质；以及
入口板，所述入口板包括大致无孔的材料，所述入口板靠近所述过滤单元的入口定位并且相对于所述流体流安装于所述过滤结构的上游，所述入口板和所述过滤结构在所述过滤单元内共同限定流体腔，所述入口板具有限定在其中的至少一个板孔，所述流体流能够通过所述至少一个板孔进入到所述流体腔中，所述入口板包括终止于所述至少一个板孔处的一个或多个锐角斜面，所述锐角斜面沿所述流体流的流动方向朝向流体截面中心向内倾斜到所述过滤单元的所述流体腔中，以缩小过流截面。
2.如权利要求1所述的过滤单元，其中，所述至少一个板孔被配置为扼流部，以产生文丘里效应，用于暂时增大穿过所述入口板在所述流体腔内流到所述过滤材料上的所述流体流的速度，所述流体流的与所述过滤材料撞击时的速度比所述流体流的在穿过所述至少一个板孔进入之前的速度大。
3.如权利要求2所述的过滤单元，其中，所述过滤材料的小于整个的所述过滤材料的一部分被定位成拦截速度增大的所述流体流。
4.如权利要求1所述的过滤单元，其中，所述过滤结构包括至少一个突片，所述入口板在其中限定至少一个槽口，各个突片被保持在对应的槽口内以相对于所述过滤结构至少部分地保持住所述入口板。
5.如权利要求1所述的过滤单元，其中，所述过滤结构限定袋，所述袋在被保持打开时在其第一端处包括喉部，所述入口板被靠近所述袋的所述喉部安装。
6.一种用于与流体流动系统一起使用的过滤系统，所述过滤系统被配置成
接收包含颗粒物质的流体流，所述过滤系统限定流体流动区，所述过滤系统在其第一端处具有入口，所述过滤系统包括：
能够操作性地移除的过滤结构，所述过滤结构包括流体可渗透过滤材料，所述流体可渗透过滤材料被配置成至少部分地从所述流体流中过滤所述颗粒物质；以及
入口板，所述入口板包括大致无孔的材料，所述大致无孔的材料被靠近所述过滤结构的入口定位并被相对于所述过滤结构安装在上游，所述入口板和所述过滤结构在所述过滤系统内共同限定流体腔，所述入口板具有限定在其中的至少一个板孔，所述流体流能够通过所述至少一个板孔进入所述流体腔中，所述入口板包括终止于所述至少一个板孔处的一个或多个锐角斜面，所述锐角斜面沿所述流体流的流动方向朝向流体截面中心向内倾斜到所述过滤结构的所述流体腔中，以缩小过流截面。
7.如权利要求6所述的过滤系统，其中，所述入口板与所述过滤结构协作以保持打开所述流体腔的入口。
8.如权利要求6所述的过滤系统，其中，所述过滤结构包括至少一个突片，所述入口板在其中限定至少一个槽口，各个突片被保持在对应的槽口内以相对于所述过滤结构至少部分地保持住所述入口板。
9.如权利要求6所述的过滤系统，其中，所述至少一个板孔被配置为扼流部，以产生文丘里效应，用于暂时增大穿过所述入口板在所述流体腔内流到所述过滤材料上的流体流的速度，所述流体流的在与所述过滤材料撞击时的速度比所述流体流的在通过所述至少一个板孔进入之前的速度大。
10.如权利要求8所述的过滤系统，其中，所述过滤材料的小于整个的所述过滤材料的一部分被定位成拦截速度增大的所述流体流。
11.如权利要求6所述的过滤系统，其中，所述入口板能够操作性地从所述过滤系统移除。
12.一种用于过滤单元的入口板，所述过滤单元至少部分地包括流体可渗透过滤材料，所述入口板包括：
由大致无孔的材料构成的板部分，所述入口板被配置成靠近所述过滤单元的流体入口定位，所述入口板和所述过滤材料共同被配置成在所述过滤单元内限定流体腔，所述入口板具有限定在其中的至少一个板孔，流体流能够通过所述至少一个板孔进入到所述流体腔中，所述入口板包括终止于所述至少一个板孔处的一个或多个锐角斜面，所述锐角斜面沿所述流体流的流动方向朝向流体截面中心向内倾斜到所述过滤单元的所述流体腔中，以缩小过流截面。
13.如权利要求12所述的用于过滤单元的入口板，其中，所述至少一个板孔被配置为扼流部，以产生文丘里效应，用于暂时增大穿过所述入口板流入所述流体腔中并流到所述过滤材料上的所述流体流的速度，所述流体流的在与所述过滤材料撞击时的速度比所述流体流的在通过所述至少一个板孔进入之前的速度大。
14.如权利要求12所述的用于过滤单元的入口板，其中，所述至少一个板孔被配置成将所述流体流引导到所述过滤材料的小于整个的所述过滤材料的一部分上。
15.如权利要求12所述的用于过滤单元的入口板，其中，所述入口板是大致呈钟形的。
16.如权利要求12所述的用于过滤单元的入口板，其中，所述入口板是盒结构的一部分，所述盒结构被配置成用于在其中接收所述过滤材料。
17.如权利要求16所述的用于过滤单元的入口板，其中，所述盒结构限定盒出口，所述盒出口被配置成在允许气流穿过所述盒出口的同时保持住所述过滤单元。
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