CN1131577A - 过滤系统和装置 - Google Patents

Abstract

一过滤器、和过滤器与阀组件，主要用于流体分析器系统，用于流体粒子过滤或凝聚过滤，包括一过滤器组件，有一基座元件，有在基座内的所有开口，其布置使该组件能安装在各种选择的位置内。也公开了一整体装阀的过滤器组件，该组件设有一旋转阀可以控制过滤室间的流动，并有多个供料和/或排泄口。

Description

过滤系统和装置

本发明涉及流体过滤器技术，更具体地，涉及特别适用于与流体分析器一起使用的装置和系统。

一般，试样流体在用联用分析器分析前要求粒子过滤或小液滴凝聚。这样做的理由在于如果试样流体中没有充分地过滤掉粒子，可导致损坏分析器和/或有关的系统元件。同样地，小液滴悬浮在气体或第二种不溶混的液体中就会影响分析的准确性，并在某些情况下造成敏感的分析器的破坏。

在用于联用工艺分析器和环境分析器的试样调节系统中，已发现满足上述要求的粒子和凝聚过滤器。由于增加了关于控制和登记保护环境释放及暴露于工艺流体的雇员的政府条例(EPA和OSHA)，对这种过滤器的需求迅速增加。由于用联用分析代替定时采集试样分析的趋势增加，又加速了这种需求。这是由于劳动力价格增加和现代工艺控制对策要求更快速分析的需要所致。

现代多种过滤器适用于试样流体的粒子和凝聚过滤。然而，它们当中有许多，由于一种或多种原因，还不能达到令人满意的程度。例如，几乎所有工业上适用的装置都要求大批辅助管路和阀门，以提供对选择性使用，旁路和过滤器转换进行必要地控制，这种辅助结构趋于占用控制板等的大量空间。而许多现有技术装置在过滤器的型式或样式方面稍有改变就会使整个外壳发生变化。另外，许多装置要改变过滤器必须拆开辅助管路。

本发明提供的过滤器设计克服了现有的过滤器装置所遇到的上述和其它的问题。

按照本发明的一个方面，提供一过滤器组件，该组件特别适用于流体分析系统用于流体颗粒或凝聚过滤。过滤器组件一般包括一有由外侧壁连接的间隔的上表面和下表面的刚性器体。一圆形过滤器接受腔从上表面延伸入器体内，终止于下壁，下壁带有一从下壁向内延伸的缩小直径的锪孔。位于过滤器接受腔内的是有一环绕锪孔放置在下壁上的下端的管状过滤器元件。过滤器元体从过滤器接受腔向外延伸并终止于上端。一有一下端的外壳围绕过滤接受腔连接到器体上，有一从该外壳的下端延伸的开孔，并形成过滤器接受腔的延伸部分，限定一环绕过滤器元件的封闭过滤器室。在外壳的下端上环绕从外壳下端延伸的开口形成一沟槽。该沟槽有一径向向外的壁和一位于沟槽内的密封环将外壳的下端和器体间密封。一第一对径向间隔的流体通道从外侧壁延伸通过器体，开口到达过滤器径向向外位置处的过滤器接受腔。另外，有至少一个与第一对流体通道间隔的另外的流体通道从外侧壁延伸通过器体，开口到锪孔。

在一优选的结构中，过滤组件有一阴螺母元件连接外壳到器体上。阴螺母将过滤器紧固到器体上，使外壳相对于器体或过滤器不能旋转。这就实现了在外壳和器体间较好的密封并可改进要被使用的密封材料。此外，优选不可旋转地紧固过滤元件，因其减小了可能对过滤元件本身的损坏。

优选，可包括一第二个另外的流体通道从外侧壁延伸，开口到锪孔。正如后面将解释的，多于一个通向过滤器二侧的通路结构可以不同构形安装在过滤器的左边或右边，并有一自动排出口。这样在控制板等方面简化了过滤器的使用。

按照本发明的另一个方面，提供一过滤器，该过滤器，有一带过滤器的过滤器室，该过滤器将过滤器室分成第一和第二区域，其中器体，包括一直接在过滤室下面位置处形成的阀室，至少有5个流体流通路从器体外部连接到阀室内。在阀室内配置的是可在第一和第二区域选择性移动的阀机构。阀机构在第一位置操作，使第一和第二流体流通路与过滤器室的第一区域相连，同时也使第三流体流通路与阀室的第二区域相连，并防止流体流通过第四和第五流体流通路。阀机构在第二位置中操作，防止流体流通过第一，第二和第三流动流通路，同时使第四流体流通路与过滤器室的第一区域相连，并使第五流体流通道与过滤器室的第二区域相连。

在它的优选结构中，阀机构包括一个安装在阀室内的用于旋转的园柱形阀元件。安装阀元件用于通过至少五个流动通道移动。在本发明的结构中，整个阀机构很容易阻断工艺流体，用惰性流体冲洗阀室。这在一定程度降低了人们与工艺流体接触的危险。而且，将阀整体安装在过滤器器体元件内，减少了初始安装费用，所要求的控制盘空间降至最小，并消除了阀操作顺序错误的可能。另外，这种特殊的布置使实现自动动作以及为自动和/或遥控操作的进一步提高成为可能。

通过使二个阀机构整体化，可提供在二个单独的过滤器间快速的手动或自动换向。一个过滤器＂在线上＂时，而另一个在清洗。二个阀的操作可以结合，或也可单独操作。如果作为整体阀组件单独操作，则也可能使二个过滤器同时处于相同状态以提供灵活性，这种要求的一个实例就是当装置处于＂不正常状态＂或在＂启动＂操作时。可要求二个过滤器并联以提供所要求的试样流体流。

过滤器的第一种型式不包括整体阀，所有和流体通路相连的口都可位于基座或器体元件上。因此，不必为维护过滤元件自身而拆开工艺管路。从而使得维护元件所要求的时间减少，工艺人员同工艺流体接触的危险也会降低。此外，流体口连接泄漏的可能性基本上很少。特殊的基座流体口连接，没有任何流体口要求在外壳内连接，使得整个装置可装配水平延伸的过滤元件，进一步减少了控制盘所需要的空间。

从前述中可以看到，本发明的主要目的在于提供的过滤器组件特别适用于在从流体管路中直接提取样品经联用分析器分析前流体管路的粒子过滤或凝聚过滤。

本发明的另一目的在于所提供的通用型过滤器系统，简化了安装，具有明显的操作优点。

本发明的又一个目的在于所提供的所述类型的过滤器设备为人工操作增加了安全性，使用简单，减少了产生控制操作错误次序的可能。

本发明的其它目的在于所提供的过滤器设备，安装简单，安装者可选择多种方案以简化整个安装并缩小了所要求的空间。

通过如下描述并结合附图将更清楚本发明的上述和其它的目的和优点，其中

图1是按照本发明第一方面构成的过滤器组件的剖面图。

图2是图1所示的过滤器设备底部平面图(按图2-2方向视图)。

图3是图1，3-3剖面线的剖面图。

图4A-4F是可装配和使用图1-3的实施例的不同方式图示。

图5是过滤器组件的基座或器体部分的分解图示和示例，其中所包括的阀能实现过滤器组件的各种操作的迅速转换。

图8A-8F所示表示工艺系统中可使用图5实施例的各种方式，以获得提供给联用分析器装置的样品。

参照附图，该图示仅用于说明本发明目的优选实施例，并不限制本发明，图1-3示出本发明的第一种优选的实施例。在本说明书和权利要求中，术语＂上部＂和＂下部＂和有关方位的其它术语都用于描述图中所示装置的特征。本领域普通技术人员应理解所示装置通常可有其它方位和注释术语在其中不应认为用于限制装置的方位或权利要求的范围。如图1-3所示，过滤组件10一般包括主基座或器体元件11，11和外壳或球形部分12有关联，通过螺母组件14将12连接到基座11上。该基座或器体11优选用适宜的材料如不锈钢构成，作为一个零体设计的所示的基座或器体11有一下表面16和上表面18和环绕的侧壁20。在本实施例中，壁16和18是平行的。

从上表面18向内轴向延伸的是园柱形腔22，它终止在环形底壁24。腔22的中心轴线26垂直于下表面16。从腔22下壁24向内延伸的是一较小直径的锪孔区域28。

参照附图3，要说明的是器体11有相对的平面30和32，其用作搬手平面以用来提供在过滤器转换和安装操作期间夹持器体的简易工具。其作用在其后将更加清楚。

在室或腔22周围径向间隔位置处延伸进器体内的是四个流体通路34，35，36，和37。各种通路34到37的详细和进一步说明将在后面描述。现在注意到通路34和37开口到腔22内，而通路35和36开口进入锪孔28。

如上所述，外壳或球形元件12连接到器体11的上表面18上。要特别说明的是，外壳12包括一般的圆柱形器体，由任意适宜的金属或者如果需要可用玻璃、塑料或其它非金属构成的圆柱形器体，有一轴向延伸的中心腔40，优选腔40同腔22具有相同的直径，并形成由腔22限定的过滤接受室的继续部分。

围绕外壳12下端，有一径向延伸的法兰42，其上带有一向内延伸的矩形断面的密封受槽44。槽44包括径向内壁和外壁，以限制适合用于在外壳12和器体11间密封的0环密封件46。限制密封环的槽如槽44的应用允许使用各种不同的密封，包括有流动特性的密封例如聚四氟乙烯(Teflon)等。

如前所述，外壳12通过阴螺母元件14很容易地连接到器体11上，阴螺母14有内螺纹48和在器体11的上部园柱形部分11A上形成的外螺纹旋合。螺母元件14优选是滚花的以便用手拧紧，并带有适宜的板手平面或工具啮合平面52，以便于从器体上松脱，而从器体11上脱开外壳12，而提供进入过滤器接受室的入口。

在由成一直线的腔22和40限定的过滤器接受室内配置的是管状园柱形过滤元件54，它通过在底壁24和用代号56标注的腔40的内上端之间的夹持连接被夹持定位。优选，衬套58形的圆筒形支撑元件被安装在过滤器室中，它的下端在锪孔28内，它的上端与端壁稍有间隔。衬套58的作用是作为校直装置，优选用适宜的网状物或优选的材料构成刚性衬套，以便流体容易通过。另一方面，在某些情况下，过滤器元件54可是自支持性的，可以是适用于预定目的各种公知类型的过滤器材料，选择材料取决于所遇到的特定类型的流体，装置是否打算用于凝聚过滤还是粒子过滤。例如，如需要过滤器54甚至是烧结金属过滤器。可用的其它适宜的过滤器是多孔塑料的膜过滤器，纤维过滤器或许多任意的传统型式。

如图所示，过滤器54直径比腔22，40的直径小一点。因此，它将过滤器接收室分成外环开口区域60和内中心区62。如前说明，器体11内的通路34和37同腔22的外区相连通，从而直接与过滤器室区域60相连。另一方面，通道35和36同锪孔28相连通，从而，直接与腔22和60的过滤器室内区域62相连通。

虽然，各种连接或装配可用于本实施例中的通路34-37中，但是，它们配有适合的螺口，与相关的管道直接螺纹连接。

虽然，容易理解，该过滤器组件的主要功能，即粒子过滤或凝聚过滤，可以仅用通道35或36中的一个完成，但优选采用如图3所示的安装四个流体口设计，因为这大大提高了装配装置中的选择性。另外，所有开口均在器体11内，没有开口或通路要求通过外壳或球形部分12的壁。装置和水平延伸的球形部份12直接装配到控制板上是可能的。由于这个原因，如图2所示，适宜的装配方法如开孔66设在底面16中。

图4A到4F是以图1中代号4为横切面的剖面图，这些图示出可用于凝聚型或过滤型的图1-3的4个流体口方案的各种布置，以实现许多不同的进口、出口和旁路布置，以便于安装和较易适应过滤器组件用于各种类型的控制板安装和管路布置。图4A示出用于粒子过滤型的装配的装置，其主供料进口在左侧，在右侧的出口到分析器。注明所用的进料口是开口34，其开口到达过滤器区域60，在图4A中，通过装置的主旁路是开口37，使流过整个装置的主要部分流体仅通过进口34，室区域60，到开口37，绕过过滤器54而从装置排出。开口36用作已过滤物料的排出口到分析器装置。开口35在该布置中可被堵塞住或可作为下流的冲洗口。

图4C也示出粒子过滤型的装置运行，但其装置相对于图4A所示的装置旋转了90°。这使装置的旁路出口在底部或在下部位置，而进口和到分析器的出口同在图4A中布置的方位一样。

图4E和4F也示出粒子过滤型的装置运行。在这二个布置中，也从图4A和图4C的位置旋转了，可安装相同的装置，使主进口在右侧，到分析器的出口在左侧。然而，图4E的主旁路是在附图下侧，而图4F的主要旁路是在附图上部或顶侧。

图4B和4D示出本发明的凝聚型的过滤组件。在凝聚型中，将装置的主进口接到过滤室区域62，使用凝聚过滤器，以使流体中的液滴被凝聚，而引到一下部排泄口或旁路出口。图4B所示的布置，进口在装置的右侧，出口在装置的左侧，假定装置以优选的水平位置安装。图4D所示，从图4B仅旋转了90°，左边进口，右边出口。

从图4A到4F的上述讨论中可知，本发明的四口结构提供了多种安装布置，使得安装和操作大大简化了管路输送和通常地控制板的整个布置。

图5到8示出本发明的改进型，其中组件的基座或器体部分设计带有一整体阀组件，可实现过滤和冲洗操作间的快速转换，并大大方便包括安装和维修的操作。在图5到图8的方案中用图1到4的描述中所用的相同代号表示一样的或相接近类似的元件，而与其不同的是加上带撇号＂′＂的后缀。使用这一带撇号＂′＂的代号是为表示如前述的一样的功能和操作，除非有其它方面说明。图5是断面部分分解图示，如其中所示，器体11′示出，而相关的外壳，过滤元件和内螺母元件没有示出，而这些元件如或优选如图1到图3所示的实施例中所说明的。特别重要的是图5示出器体11′的布置，其中有一水平延伸的圆柱形阀室70，一般垂直于腔22′的轴线26′并延伸穿过器体11′的中心放置。如图示，圆柱形阀室70的中心轴线72最好与腔22′的轴线26′相交。从外侧壁20′形成向内延伸与阀室70相交的是至少5个用71到75表示的流体流通路。在这个实施例中，布置通道71-75使其如图示与中心轴线72成水平交叉进入阀室70。要说明的是，通道71和74设置在阀室70相对侧，相互间对中成-直线，同样，通道72和75也是完全相反的设置在阀室相对二侧上成一直线。

从阀室70到过滤器室区域60′的连接(围绕过滤器的环形区域)是一对通道76和77。可以看到，通道76的布置使进入阀室70的位置是在与通道71和74相同的平面内与轴线72垂直对中。而通道77，它是位于通道73的相同平面内与轴线72垂直对中。一单独的通道78的定位是使其进入锪孔28以与过滤器室区域62′相连接。该通道78是在通道72和75的同一平面内，并与轴线72垂直对中。

在各种通道71至78间的流体流由阀件80控制，阀件80包括一装配的园柱形阀元件82以用于在阀室70内旋转。阀元件82的直径仅略小于阀室70的直径，邻近相对两端处装配有适用的0环84。适宜的卡环(没有示出)放置在槽88中，并紧贴在器体11′的相关的壁上，卡环在阀室70内的固定位置卡住阀，同时允许自由转动。在元件82上的一适宜的伸长端部90提供一手动的操作手柄，用于在阀70内选择性的旋转阀元件。

阀元件82带有表面凹槽92到95。加工的这些凹槽深入元件82的表面，如图所示分别由0环92a，93a、94a、和95a环绕看他们的周边。图6示出的凹槽与阀元件82的外表面的相对关系。用适宜的插入件97(见图7)提供的内部不动的壁将0环放入它们的固定位置，插入件97被放入加工的凹槽的中心部位并用任意合适的方式在其中固定。

凹槽92位于阀元件80的轴向位置处与通道71，74和76的轴向位置相对应的。凹槽92的环向长度足以当阀元件处于图示旋转的第一位置时，通道92能提供在通道71和76之间流体流连接。然而，当阀元件顺时针(在图5中从右看)旋转90°，通道71与通道76断开，通道76和通道74之间新的连接形成。通常，由凹槽93和95提供了一相类似的布置。凹槽93的尺寸是这样的，当阀元件处于图5所示的第一位置时，在通道72和通道78之间的连接形成。然而通道75与阀室70是通过与凹槽95有关的0环密封，因为0环环绕到通道75上。而当阀元件82按顺时针方向旋转90°时，凹槽93移动并连接通道75和通道78。凹槽95移动并封闭整个通道72。用凹槽94实现一类似的布置，当凹槽94处于所示的位置时，一在进口或通道73和通道77之间提供密封连接。但在按顺时针旋转90°的第二位置时，通道77被封住，通道73和通道77之间断开。

这种相对简单的阀门的布置为过滤器组件提供了显著的操作优点，而不管是粒子过滤型操作还是凝聚过滤型的。这些优点和操作方法参照附图8A-8F就更清楚了。

参见图8A，图5装置与多种用一般安装的工艺管路相联接，图8A用于正常的凝聚过滤操作。在这个操作类型中，冲洗流体例如氮气与开口71相连接。主要过滤供料连接到开口72和73上，它们将作为连接通过过滤器的小部分供给流体的出口到有关的分析器。开口74将接到排出口或排除废物口上，开口75连接供给主要部份已过滤的流体旁路环绕过滤器到达工艺管线。要说明的是，在图8A中，阀元件82是在图5中所示的实线位置，这时，连接开口72和78，使主供料进入过滤室区域62′，通过过滤器进入室区域60′。这时，开口或通路76和77分别同通路75和73连接。

当要求停止图8A的操作并清扫过滤器时，阀82按图5所示的顺时针方向旋转90°。之后如图8B所示，封闭通路72和通路78之间的连接，同时，打开通路71，使其与通路78相连，从而容许氮气流入过滤器室区域62′，同时，关闭通路75和76间的连接，打开通路74和76间的通道，使吹扫气体连接到排出口或废物输出管线。也要说明的是，这时，关闭通路73和77之间的连接，使没有清扫流体通过分析器。

图8C说明当用于粒子过滤时，该图实施例的装置是如何联接到系统上的。各种通路用相同的代号，如图所示连接到系统上，图8C采用如图5位置的阀元件82。按图5所示顺时针方向旋转90°，完成图8D的吹扫操作。同时要注意当如前述讨论的那样参照图8B，打开吹扫流体时，切断工艺流体对过滤器的供料。

图8E和8F说明用于粒子过滤的系统，但采用反向清洗操作。要说明的是，在该实施例中的开口或通道71与一反向清洗流体供料连接。该工艺流体的主供料从辅助系统连接到通路73上。其它连接与参照图8C所示和描述的相同。

如图8E所示，正常操作采取，将工艺流体通过过滤器室区域60′到达区域62′，工艺流体的主要部份旁路环绕过滤器到旁路出口通道75。少量的己过滤的流体通过通路78到通路72，这时，通路72处于打开位置。而按照前述按顺时针方向旋转阀元件90°，发生如图8F所示的反向清洗操作。关闭通过通道73给装置的供料，同时，打开通过通路71和78供给反向清洗流体。关闭通路72和78之间的其它通道的连接如主旁路通道75。当然，反向清洗流体通过通道76和74从过滤器室区域60′排出到排放口或废物排出口。

从前述可以看到，这种整体阀布置大大简化了安装和阀组件的装配，而不管用于凝聚过滤型还是粒子过滤型。由于所有次序都用一单个阀的移动自动进行，所以装置可消除因次序错误所产生的系统的诸多问题。

由图5实施例和阀元件的整体性所产生另一优点是大大减少了清洗操作时必须清洗的总体积。因此，这样就减少了用于清洗所要求的时间，以及降低了任意区域或容积被清扫流体遗漏的可能性。

该优选实施例的阀设计还有提供双截断和双排放口的优点。特别要说明，仅仅不希望在开口71，72，73和75间不希望的流体流动仅会在二个密封失效时发生。另外，在这些开口之间的腔总是开至排放口74。

参照优选的实施例已描述了本发明。显然在阅读并了解了该说明后将可以进行其它的改进和变动。但包括所有的这样的改进和变动都将包括在所附的权利要求的范围之内或与其等效。

Claims (14)

1.一种过滤器组件，特别适用于流体分析器系统，用于流体粒子过滤或凝聚过滤，包括：

一刚性器体，有由外侧壁连接的间隔的上表面和下表面；

一圆形的过滤器接受腔从上表面延伸入器体，终止于一下壁，该下壁带有一从下壁向内延伸的缩小直径的锪孔；

一管状过滤元件有一环绕锪孔放置在下壁上的下端，该过滤元件从过滤接受腔向外延伸并终止在上端内；

一壳体有一在过滤接受腔周围与上述器体连接的下端，有一从壳体下端延伸的开孔，形成过滤器接受腔的继续部分，以限定环绕过滤元件的封闭的过滤器室；

壳体下端的槽环绕从壳体下端延伸的开孔，所述槽有一径向外壁；

在槽内的一密封环在壳体下端和器体间密封；

一第一对径向间隔的流体通道从器体的外侧壁延伸通过器体，并在过滤器径向向外位置处开口进入过滤接受腔；和

至少一个与所述第一对流体通道间隔的另外的流体通道，从外侧壁延伸通过器体，开口到锪孔。

2.按权利要求1的过滤器组件，包括从外侧壁延伸的一第二个另外流体通道，开口到锪孔。

3.按权利要求1的过滤器组件，其特征在于另外的流体通道是在对应于包括第一对通道之一的径向平面的径向平面内。

4.按权利要求1的过滤器组件，其特征在于通过螺纹联接方式将壳体与器体可释放地相连。

5.按权利要求4的过滤器组件，其特征在于螺纹联接方式包括带内螺纹的阴螺母和带外螺纹器体的连接。

6.按权利要求5的过滤器组件，其特征在于阴螺母包括一放在壳体上的径向法兰上的径向法兰。

7.按权利要求2的过滤器组件，其特征在于每一个第一和第二另外的流体通道位于分开的径向平面内，该径向平面分别与第一对流体通道之一的分开的径向平面共面。

8.按照权利要求1的过滤器组件，其特征在于，器体包括在下壁上的安装构件。

9.按权利要求1的过滤器组件，其特征在于第一对流体通道径向分开约90°。

10.按权利要求2的过滤器组体，其特征在于另外的流体通道相互分开，并与最近的第二对通路分开。

11.一过滤器组件，特别适用于流体分析系统，用于流体粒子或凝聚过滤，包括：

一限定过滤器室的器体，带有一位于过滤器室内的过滤元件，将过滤室分成第一和第二区域；

一在器体内的阀室；

至少5个流体流动通路从器体外部连接到阀室内；和

一在阀室内可在第一和第二位置间移动的阀装置，所述的阀装置在第一位置操作，使第一和第二流体流动通路与过滤器室的第一区域相连，同时，使第三流动通路与过滤器室的第二区域相连，并防止流体流过第四和第五流体流通路。上述阀装置在第二位置操作，防止流体流过第一，第二和第三流体流动通道并使第四流体流动通道与过滤器室的第一区域相连，而使第五流体流动通道和过滤器室的第二区域相连。

12.按权利要求11的过滤器组件，其特征在于阀装置包括安装的单个阀元件以在阀室内旋转。

13.按权利要求12的过滤器组件，其特征在于该阀元件是圆柱形构件，有在其外表面装配的密封，以通过至少五个流体流通道运动。

14.按权利要求12的过滤器组件，其特征在于装配的阀元件，沿垂直于至少五个流体流通道的轴旋转。

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