CN117919812A - 具有外部套管的高压过滤设备及相关方法 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了高压过滤设备，所述高压过滤设备包含沿着主体的周界具有焊缝的第一和第二部件及放置在所述焊缝周围且环绕所述焊缝的套管。
Description
技术领域
本说明书涉及适用于容纳高压流体流的外壳和设备。
背景技术
在非常广泛的工业和应用中，各种类型的流体容器和流体处理器皿被设计成容纳高压液态或气态流体。示例包含等规按压装置(例如见美国专利申请2007/0218160)、加压流量控制结构(例如见美国专利申请2013/0240062)和高压过滤设备(例如见美国专利申请2018/0193785)。
流体容器或器皿必须能够在高压下持续容纳处于静态条件或流动条件的流体一段时间。容器或器皿必须不受流体的压力和温度条件的影响，并且必须在化学上稳定，不会被所含流体降解。容器或器皿由装配在一起并形成流体密封的组件构成，所述流体密封防止流体从容器或器皿内部泄漏。
对处理高压流体流的需求遍及许多行业，包含作为更具体示例的化学处理行业、汽车和航空航天行业及半导体制造行业。根据这些应用，使用流体的过程通常会要求流体明显不含杂质。因此，许多使用高压流体的系统包含过滤设备，此过滤设备在流体处于加压条件时从流体中去除杂质。
半导体制造操作的各个处理步骤都需要高纯度流体。作为示例，液态锡是一种熔融金属，用于产生用于光刻工艺的极紫外线(EUV)辐射。用于光刻工艺时，液态锡应不含可能破坏工艺的杂质、污染物和颗粒。过滤熔融金属以去除杂质需要熔融金属在高压和高温下通过过滤器。
过滤器和液态金属流必须包含在过滤设备中，此过滤设备在温度可能超过200摄氏度、压力可能超过5,000磅/平方英寸(表压)(psig)或压力超过8,000psig或更高的条件下具有防漏性。目前可用的某些过滤设备设计在接近或满足这些范围的温度和压力下可用于在一压力下过滤流体。但是，与许多商业努力一样，对改进性能的需求是持续的。高压过滤设备的当前或先前设计必须不断改进，以满足更高的性能要求。
持续需要可用于在高温和高压下处理流体的过滤设备，例如用于过滤各种流体，如熔融金属和其它类型的液体和气体。
发明内容
描述了能够承受极高压力而不会泄漏也不会以其它方式发生故障的高压过滤设备。过滤设备可包含入口端处的流体入口、出口端处的流体出口、流体入口和流体出口之间的金属侧壁、由金属侧壁限定的过滤室及位于过滤室中的过滤器。
更具体示例可包含多个(至少两个)外壳部件，它们通过焊缝接合在一起。这些示例组合件可包含具有焊缝的外壳主体及外部套管，所述外部套管放置在外壳主体上，任选地，但不是必须放置在焊缝上，用于加强主体并使得外壳主体与不具有焊缝的主体相比，在操作期间能够承受更高的内部压力。
存在用于在高压和高温下过滤流体的各种已知过滤系统。其中一些涉及由利用焊接(包含铜焊)形成的金属制成的过滤器外壳结构。焊接结构是有用的，可以适应高的内部压力，但压力器皿中的焊缝可能会形成一个强度降低的位置。例如，焊接耐火金属或合金会由于再结晶而导致材料强度降低多达50％。
如本文所描述，在将外表面制成平滑面层之后，通过将套管在外壳主体的外表面上滑动，将单独的套管部件施加到外壳主体的外表面。可以加热外部套管，使得套管膨胀以装配在过滤器外壳上。当套管冷却时，可具有小于外壳主体外径的内径的套管可以在环境温度下在外壳主体上产生预应变。在使用期间，在外壳主体内有压力的情况下，外部套管可以减少焊缝在载荷作用下的变形，从而提高其极限强度。
因为套管加强了经焊接外壳主体，所以可以选择用于形成经焊接外壳主体的材料以与在使用期间接触外壳主体的流体相容。套管可以由与外壳主体不同的材料制成。为套管选择的材料可以由刚度和强度驱动，而为外壳主体选择的材料可以由其它特性驱动，例如可焊性或材料相容性。外壳主体可以由与使用期间通过主体的流体相容的材料制造。套管可以由与经润湿外壳主体的材料相比具有所要机械特性的材料制造，例如高拉伸强度、弹性模数和延展性。
根据一个方面，本说明书涉及一种高压过滤设备。所述设备包含：经焊接外壳主体，其包含流体入口、流体出口及在流体入口和流体出口之间具有焊缝的多部件焊接式外壳主体；过滤室；以及过滤室中所含的过滤器。所述设备进一步包含套管，其环绕外壳主体并向其施加压力。
根据另一方面，本说明书涉及一种形成高压过滤器产品的方法。所述方法包含：提供过滤器及两个或更多个外壳部件，所述外壳部件包含过滤室、入口端和出口端；将过滤器固定在过滤室内一位置处；焊接所述两个或更多个外壳部件以形成包含一或多个焊缝的外壳主体；以及将一或多个套管放置在外壳主体周围以环绕外壳主体。
根据另一方面，本说明书涉及一种高压过滤设备，其包含：入口端处的流体入口、出口端处的流体出口、流体入口和流体出口之间的金属侧壁、由金属侧壁限定的过滤室及位于过滤室中的过滤器。所述设备能够在20摄氏度及至少40,000psig的流体压力下在过滤室中容纳流体而不会泄漏。
附图说明
图1A、1B和1C示出所述示例过滤设备的组装视图。
图2A示出所述示例过滤设备的组装视图。
图2B示出所述组装步骤的示例。
各图意图作为非限制性示例，是示意性的，且不一定按比例绘制。
具体实施方式
描述了能够承受极高压力而不会泄漏也不会以其它方式发生故障的高压过滤设备。示例设备包含多部件焊接式外壳(也称为“经焊接外壳主体”)，其包含两个或更多个外壳部件，其中两个外壳部件之间形成至少一个焊缝。焊接是经焊接外壳主体中已知的薄弱点。为了增强经焊接外壳主体，所述设备包含外部套管，所述外部套管放在主体周围，任选地放在焊缝处以覆盖焊缝并在焊缝处向外壳主体外部施加压力。与不具有套管的经焊接外壳主体相比，通过套管加强的经焊接外壳主体能够承受更高的内部压力。
通过将多个单独的、结构上独立的部件(“外壳部件”)在部件端部焊接在一起，在部件端部形成焊缝，将多个独立的部件组装成组装好的经焊接外壳主体，从而制成所述示例外壳主体。所述两个或更多个外壳部件在部件周边周围的邻近端部处焊接在一起，使得经焊接部件形成连续的耐高压外壳主体，其内部具有过滤室、连接到过滤室的入口和连接到过滤室的出口。具有一或多个焊缝的经焊接外壳主体可以承受显著较高的内部压力而不会泄漏也不会以其它方式发生故障。另外，对于某些类型的高压过滤应用，外壳主体内的更高水平的内部压力可能是有用的或有利的，包含由于焊缝处强度降低而对于安全使用来说过高的压力水平。
如“焊缝”中的术语“焊接”是指通过以下方式在结构上将两个邻接外壳主体部件的两个相对端部连接的任何方式：将金属加热到高于熔点，并允许金属冷却并在接缝位置形成聚结金属结构，从而在结构上将两个对接端部相互连接。焊接过程包含任何形式的焊接，包含铜焊、摩擦焊、钎焊等。
根据本说明书，将加强套管放置在经焊接外壳主体的外部上以环绕并加强主体，任选地环绕焊缝，并允许外壳主体安全地维持内部压力，此内部压力大于在不存在加强套管的情况下仅由经焊接外壳主体安全维持的内部压力。套管可以放置在焊缝正上方。替代地，套管可以放置在主体表面上不包含接缝的位置处，同时不覆盖接缝，并且仍将提供所需的加强效果以增强外壳主体并增加主体能够承受的内部压力水平，而不会在焊缝处引起泄漏或其它故障。
高压过滤设备的外壳可以由一系列金属材料设计和构造，选择特定外壳主体的材料以满足组合目标，所述组合目标可包含材料的强度以及材料与高压过滤过程中使用的流体的相容性，特别是在使用过程中将流过并接触外壳主体内部的流体。
对于设计用于在高压和高温下处理液态金属的过滤设备，有用的或优选的外壳及其组成部件可以由耐火金属制成。耐火金属具有热稳定性和耐化学性。例如，钼能够承受高温(例如，高于锡的冰点)，而不会显著膨胀或软化。
然而，当使用钼和其它耐火金属时，一个挑战是耐火金属的强度在焊接时会显著降低，例如，经焊接钼的强度可能低于非焊接钼的50％。
为了补偿焊缝强度的降低，所述示例过滤设备在主体外部使用加强套管。因为套管的存在是为了增加外壳主体的强度，所以在选择用于形成外壳主体的材料时，外壳主体的强度不再被强调为一个因素。外壳主体的材料可以有利地基于其与在操作期间将由装置容纳的流体的相容性来选择，并且不需要主要为了提供特定水平的机械强度而选择。高压过滤设备的外壳主体包含所述套管，所述外壳主体可以由诸如钼的耐火金属制造，并且可包含焊缝，但不受焊缝强度降低的限制。
外部套管可以由非焊接材料制成，当外壳主体在使用过程中由于外壳内部的高流体压力而变形时，所述非焊接材料向所述主体施加压力。外部套管起到减少或防止主体变形的作用，例如在焊缝处、在负载下、在使用过程中，从而增加外壳主体的整体强度，并允许外壳安全地容纳与没有套管时的安全内部压力相比增加的内部压力。
非焊接套管的材料可以基于机械特性而选择，例如高拉伸强度、弹性模数和延展性，并且材料不需要与流过外壳内部的流体相容。
所述多部件过滤设备的外壳部件可以由大范围的金属材料制造，包含耐火金属(包含合金)、合金如不锈钢、其它金属如镍和镍合金、铝和铝合金、钴和钴合金等。耐火金属包含铌、钼、钽、钨、铼及包含这些中的一或多个的合金，例如：含有钼和铼的合金(MoRe)、含有钨和铼的合金(WRe)、含有钼和铪和碳的合金(MoHfC，或“MHC”)，或含有钛和锆和钼的合金(TiZrMo)。
任何不同部件的特定材料都可以根据以下因素进行选择，包含：对某些机械特性(如强度和延展性)的需求；处理简易性，包含使用所述材料形成焊接点的能力；以及在操作期间与将由过滤设备容纳的流体的化学相容性。
有利地，通过使用所述套管来加强外壳主体，可以削弱由高强度材料形成外壳主体的需要。可以选择用于外壳主体的材料以强调材料与在使用期间将流过并接触外壳主体的流体的相容性，而不是强调材料的强度。对于设计用于在高压和高温下处理液态金属的过滤设备，有用的或优选的外壳主体及其组成部件可以由耐火金属制成，包含其合金。
加强套管可以是任何结构和材料，其可以被结合到所述高压过滤设备中，被放置在外壳主体周围以加强外壳主体，任选地放置在焊缝的位置处。
有用或优选的套管的示例可以是固体管状结构的形式，所述固体管状结构是刚性的管状(例如，圆柱形)形式，因为套管与经焊接外壳分离。套管的尺寸和结构可以允许套管通过沿着经焊接外壳主体的长度滑动或“按压”套管而安装在经焊接外壳主体的外表面，任选地滑动或“按压”套管到焊缝的位置，使得套管的内表面任选地在焊缝处接触经焊接外壳主体的外表面。
示例套管可以是管状的，并且具有管状壁的长度、内径和外径以及厚度的尺寸。管状壁结构的示例可包含整体式金属结构，其在套管的整个周界上并沿着套管的整个长度延伸。“整体式”结构是指管状套管壁包含至少一个围绕套管的整个周界延伸的连续的、不间断的固体金属路径，以及至少一个沿着管状套管的长度延伸的连续的、不间断的固体金属路径。具体地说，这些示例套管由沿长度和周界连续的单个金属块形成，而不是由缠绕在外壳主体外部的一或多段金属的多个离散且分段的绕组形成，这些绕组呈股(线或带)的形式。
与此一致，如果需要，套管可包含任选的沿着长度和宽度并穿过管状整体式金属的壁形成的开口或孔，带孔的固体金属套管仍然被认为是“整体式”，并包含围绕套管周界且沿着套管长度的连续金属路径。替代地，设备可包含多个(两个或更多个)单独的套管，所述套管沿着主体的长度位于外壳主体的外表面处的间隔开的位置处，例如外壳主体可包含两个焊缝，其中两个单独套管中的每一个都定位成环绕所述两个焊缝中的一个。根据这些或其它示例，设备可包含呈重叠布置的多个套管，其中两个套管(一个套管与另一套管重叠)沿着主体外部表面的长度位于同一位置处。
所述过滤设备的套管可以由大范围的金属材料制造，包含耐火金属(包含合金)、合金如不锈钢、其它金属如镍和镍合金、铝和铝合金、钴和钴合金等。示例套管可以由耐火金属制成，所述耐火金属与由耐火金属制成的外壳主体相同或不同，例如为以下中的任一个：铌、钼、钽、钨、铼及包含这些中的一或多个的合金，例如：含有钼和铼的合金(MoRe)、含有钨和铼的合金(WRe)、含有钼和铪和碳的合金(MoHfC，或“MHC”)，或含有钛和锆和钼的合金(TiZrMo)。
特定过滤设备的套管可以由这些示例材料中的任一个制造，在一些示例中，设备可以被选择为具有比设备的外壳主体更高的弹性模数和更高的拉伸强度，其中钨、钼及其合金是用于套管的有用材料的示例。
套管的尺寸和形状可以允许套管通过以下方式安装在经焊接外壳主体的外表面处：沿着经焊接外壳主体的长度滑动或“按压”套管(任选地，在加热套管的同时)到焊缝的位置。
在一些示例设备中，套管的尺寸可以设定为具有稍微小于经焊接外壳主体的表面的外径的内径。与经焊接外壳主体外径相比，套管内径稍小，那么安装后的套管将在安装时产生外壳主体的“预应变”状态。外壳外表面和套管内表面之间的过盈量可以很小，例如在千分之一或千分之几英寸的范围内，并且可以基于以下选择所述两个表面之间的期望或有用的过盈量：套管和主体的尺寸、套管和主体的材料及套管和主体的特性，如套管和主体中的每一个的热膨胀系数。
为了产生较小的套管内径和相对较大的外壳主体外表面外径，套管的内径可以是弯曲的或沿着长度呈现轻微的“凸起”，例如朝向外壳主体向内弯曲，以在长度的中间部分呈现最小内径。替代地，外壳主体的外表面可以沿着长度弯曲或呈现“凸起”，例如朝向套管向外弯曲，以在长度的中间位置具有最大直径。通过任一布置，外壳主体的外表面的直径略大于套管的内表面的直径。外壳主体的外表面与套管的内表面过盈，并且当套管安装在外壳主体的外表面时，套管的较小直径使得套管在环境条件下(例如，室温22摄氏度)在外壳主体内部在使用期间被加压之前对外壳主体施加压力。在对外壳主体的内部加压时，外壳主体将稍微变形和膨胀，以抵消外壳主体的预应变条件的状态，并且外壳主体的预应变条件将传递到套管，套管在使用期间膨胀到应变条件。
根据本说明书构造和组装的过滤设备的示例可以在非常高的压力和非常高的温度下运行，同时套管加强外壳主体并防止外壳主体发生故障，例如在焊缝处。示例高压过滤设备可以在达到或超过5,000磅每英寸(表压)(psig)或达到或超过10,000、20,000psig、30,000psig、或甚至35,000、40,000、45,000、50,000、55,000或60,000psig或更高的压力下，以及在不同温度条件下，任选地在环境温度(20摄氏度)下或在可能达到或超过230摄氏度(例如，250或300摄氏度)的温度下，用于过滤过程，例如用于过滤例如熔融金属的流体。
可以测量过滤设备在高压和环境温度(室温)下或在高压和工作温度下的性能，以评估所述设备能够承受而不会发生故障的最大内部压力；故障是指从外壳开始的任何数量的泄漏，例如在焊缝处。这些测试有时被称为“破坏测试”，并且可以使用水作为测试流体进行。
根据某些所述有用或优选的过滤设备，在20摄氏度下测试，设备可能能够容纳至少40,000psig、或至少45,000psig、至少50,000psig、至少55,000psig或至少60,000psig的内部压力。同样根据某些所述有用或优选的过滤设备，在高温(工作温度下)测试，例如200摄氏度或更高、或230摄氏度或更高、或300摄氏度或更高的温度，设备可能能够容纳至少40,000psig、或至少45,000psig、至少50,000psig、至少55,000psig、或至少60,000psig的内部压力。
有用或优选的套管的示例可以是固体管状结构的形式，所述固体管状结构是刚性的管状形式，因为套管与经焊接外壳分离。作为有用方法的示例，通过沿着经焊接外壳主体的长度滑动或“按压”套管例如到焊缝的位置，可以将管状套管安装在经焊接外壳主体的外表面处。
根据所述制造设备的步骤，焊接外壳主体由外壳部件通过在两个外壳部件之间形成焊接点而制成。在含有两个部件的外壳主体(见图1A、1B和1C)中，外壳主体由焊接在一起以形成单个焊缝的两个部件制成。每一部件包含：端部，其包含流开口；及第二端，其接合并焊接到另一部件，即“焊接端”。为了形成外壳主体，第一部件的一端焊接到第二部件的一端以形成主体，所述主体具有位于一端处的第一流体开口(例如，入口)、位于第二端处的第二流体开口(例如，出口)，及由含有焊缝的经焊接部件形成的主体部分，所述主体部分含有过滤室和过滤室中所含的过滤器。
在形成经焊接外壳主体之后，外表面被制造为允许套管安装在外壳主体的外表面处，其中套管的内表面和经焊接外壳主体的外表面之间具有基本均匀的接触。通常，通过机械加工、碾磨、研磨、车削、抛光等对焊缝进行处理，以去除焊接材料，从而形成焊缝的光滑外表面。经焊接外壳主体的外表面，包含焊缝的位置，可以制成平滑的管状(例如，圆柱形)形状。
在将经焊接外壳主体的外表面处理成适当平滑之后，包含在任何焊缝处，可以将套管安装在外表面上。通过一个方法，可以使套管相对于外壳主体膨胀，以便于通过在外壳主体外表面上滑动套管而将套管放置在外壳主体上。为了使套管相对于外壳主体膨胀，可以加热套管，可以冷却外壳主体，或者进行这两者。将加热后的套管放置(例如，“按压”)在经焊接外壳主体上后，外壳主体的温度和套管的温度可以达到平衡。
经焊接外壳(或“经焊接外壳主体”)含有位于一端处的流体入口、位于第二端处的流体出口，并且由多个(至少两个)外壳部件制成，这些外壳部件的邻近端(被称为“焊接端”)焊接在一起以沿着外壳主体的长度形成一或多个焊缝。
在某些示例经焊接外壳主体中，外壳主体由两个外壳部件制成。每个外壳部件包含：用于形成主体的管状(例如，圆柱形)部分、位于一端处的流体开口(入口或出口)及被称为“焊接端”的第二端。外壳主体的制造可以通过以下来进行：组装和焊接所述两个外壳部件，以将第一外壳部件的焊接端附接到第二外壳部件的焊接端，从而在外壳主体的周界处形成沿着外壳主体的长度定位的焊缝。所述两个外壳部件的流体入口和流体出口变成位于外壳主体的相对端处。
在经焊接外壳主体的替代示例中，外壳主体由三个外壳部件制成。第一外壳部件可以称为“端部外壳部件”，是管状部件，包含位于一端处的流体开口(入口或出口)和被称为焊接端的第二端。第二外壳部件也可称为“端部外壳部件”，是管状部件，包含位于一端处的第二流体开口(入口或出口)和被称为焊接端的第二端。第三外壳部件是管状部件，可以称为“中间部件”，包含第一焊接端和第二焊接端。外壳主体包含第一端部外壳部件在沿着外壳主体的长度定位的焊缝处焊接到第三部件(中间部件)的焊接端，且第二端部外壳部件焊接到第三部件(中间部件)的第二焊接端以形成沿着外壳主体的长度定位的第二焊缝。第一端部部件的流体开口位于经焊接外壳主体的一端处，且第二端部部件的流体开口位于经焊接外壳主体的第二端处。
参考图1A，示出了所述示例高压过滤设备100的剖视图。设备100包含外壳112，其包含第一外壳部件102、第二外壳部件104、过滤器106、焊缝108和套管110。套管110覆盖外壳部件102的外表面的一部分和端部部件104，包含焊缝108，并抵靠焊缝、外壳部件102的外表面的一部分和端部部件104的外表面的一部分施加压力。焊缝108在部件102的一端(“焊接端”)和部件104的邻近端(“焊接端”)之间形成，并且可以是焊接点，其包含铜焊或通过加热金属并允许金属作为焊缝聚结而形成的另一结构附接件，所述焊缝将部件102的一端固定到部件104的一端并在这两个部件的端部之间的交接部处形成液密密封。焊缝可以是通过任何焊接技术形成的接缝，包含摩擦焊以及铜焊、钎焊等。
如所示，设备100可以称为具有沿着朝向部件104的方向的“前”端和沿着朝向部件102的方向的“后”端。术语“前”和“后”是为了在提及设备100的特征时方便起见，而不是指设备100的任何结构要求或使用方式，例如流体通过设备100的流动方向，其可以在设备100的前后之间的任一方向上。
外壳部件102包含在外壳部件102的内部内沿纵向方向延伸的过滤室120，所述内部由外壳部件102的圆柱形侧壁的内表面限定。外壳部件102的一端(“后”端)是第一流体流开口130，其通向过滤室120。在外壳部件102的相对端(“前”端)处，外壳部件102在焊接点108处连接到外壳部件102的一端(“后”端)，所述焊接点在外壳部件102和104的周界周围延伸以形成圆形焊缝。外壳部件102的前端是流体流开口140，也通向过滤室120。
过滤器106适于装配在过滤室120内，使得在流体流开口130和流体流开口140之间沿任一方向流动的流体必须通过过滤器106。
套管110是整体形式的实心金属片，这意味着套管由单个、一体式的、连接的金属块制成，并且不是由缠绕以形成圆柱体的多股金属线或金属材料形成的。
参考图1B，示出了所述的另一示例高压过滤设备100的剖视图。设备100包含外壳112，所述外壳包含第一外壳部件102、第二外壳部件104、过滤器106、焊缝108和套管110。焊缝108在部件102的一端(“焊接端”)和部件104的邻近端(“焊接端”)之间形成。套管110覆盖外壳部件102的外表面的一部分，不包含焊缝108，并且抵靠外壳部件102的外表面的一部分施加压力。尽管套管110不覆盖焊缝108，但是套管仍然能够加强和增强设备100的外壳112，使得外壳112能够承受大于在不存在套管110的情况下将承受的内部压力的内部压力。
参考图1C，示出了所述的另一替代性示例高压过滤设备100的剖视图。设备100包含外壳112，其包含第一外壳部件102、第二外壳部件104、过滤器106、焊缝108和套管110。如图1C所示，由两个外壳部件的焊接端形成的焊接点108可以沿着外壳长度位于任何所需位置，包含位于外壳中心位置处，如所示。根据整体设计和材料，图1C所示的外壳主体长度中心位置的焊缝可能不如图1A所示的靠近主体一端的焊缝牢固。位于中心位置焊缝处或附近的套管，如图1C所示，可为外壳主体提供相对较大的强度增加。
参考图2A，示出了所述的替代性示例高压过滤设备200的剖视图。设备200包含外壳212，其包含第一外壳部件202(“端部部件”)、第二外壳部件204(第二“端部部件”)、第三外壳部件(“中间”部件)214、过滤器206、焊缝208a和208b及套管210。如所示，套管210覆盖焊缝208a和208b、端部部件202的一部分和端部部件204的一部分，并抵靠端部部件202、端部部件204、中间部件214的外表面及焊缝208a和208b施加压力。在替代性设备中，套管110不需要覆盖焊缝208a和208b两者，可以仅覆盖中间部件214的一部分或中间部件214的一部分及焊缝208a和208b中的仅一个并向其施加压力。
在已组装形式中，中间部件214在第一端部部件202和第二端部部件204之间限定过滤室220。端部部件202的前端焊接到中间部件214的后端以形成焊缝208b。端部部件204的后端焊接到中间部件214的前端以形成焊缝208a。
中间部件214包含在纵向方向上延伸的过滤室220。设备200的一端(“后”端)是第一流体流开口230，其通向过滤室220。设备200的相对端(“前”端)是流体流开口240，同样通向过滤室220。过滤器206适于装配在过滤室220内，使得在流体流开口230和流体流开口240之间流动的流体在任一方向上都必须通过过滤器206。
套管210是整体形式的实心金属片，这意味着套管由单个、一体式的、连接的金属块制成，并且不是由缠绕以形成圆柱体的多股金属线或金属材料形成的。
图2B示出组装高压过滤设备的步骤的示例。如图所示，过滤设备外壳212由第一外壳部件202(“端部部件”)、第二外壳部件204(第二“端部部件”)、第三外壳部件(“中间”部件)214和过滤器206通过在端部部件204和中间部件的邻近端处形成第一焊缝208a并通过在端部部件202和中间部件214的邻近端处形成第二焊缝208b而组装。在形成外壳212之后，通过沿着外部表面的长度在外部表面上滑动(例如，按压)套管110到所需位置来将套管210放置在外壳212的外部表面上。
如前所述，可固定在过滤设备内部以从通过过滤膜的流体流中去除污染物的“过滤膜”(也称为“过滤器元件”)可以是任何有用的过滤膜，包含已知用于在高温、高压或这两者下处理流体的过滤膜类型。
例如，过滤膜可以是烧结多孔过滤元件，其已知可用于在高压或高温下过滤液态金属和气体。
根据ASTM E128通过泡点测量，有用的过滤膜可以具有在约0.1至约5微米范围内的孔径，例如约0.5至约1.5微米。示例过滤膜可以由包含钛、钨、钽、钼、铌、氧化铝、氧化钛、氮化钛和碳化硅的材料制成。
本公开的过滤器元件可用于过滤各种液态金属和气体。例如，本公开的过滤器元件可用于过滤在诸如氩气的惰性气体到诸如氢溴酸的腐蚀性气体范围内的气体。可以进行过滤的气体包含例如氩气、氮气、二氧化碳、氢溴酸和氯化氢及氢化物。本公开的过滤器元件还可用于过滤超临界流体，例如处于超临界状态的二氧化碳。
所述的过滤设备可用于过滤气体和液体，包含熔融金属(“液态金属”)。可以进行过滤的金属包含锡、铅、钠、镉、硒、汞以及一般的熔点低于约400摄氏度的材料。作为非限制性示例，可以在高温和高压下处理的气体包含氩气、氮气(N2)、氢溴酸(HBr)、氯化氢(HCl)和二氧化碳(CO2)。
下面是本说明书的设备和方法方面。
方面1.一种高压过滤设备，其包括：
经焊接外壳主体，包括：
流体入口、流体出口和多部件焊接式外壳主体，所述外壳主体在所述流体入口和所述流体出口之间包括焊缝，
过滤室和所述过滤室中所含的过滤器，以及
套管，其环绕所述外壳主体并向其施加压力。
方面2.根据方面1所述的过滤设备，其中所述套管环绕所述焊缝。
方面3.根据方面1或2所述的过滤设备，其包括：
第一外壳部件，其包括所述流体入口和所述焊缝处的焊接端，
第二外壳部件，其包括所述流体出口和所述焊缝处的焊接端。
方面4.根据方面1或2所述的过滤设备，其包括：
第一外壳部件，其包括所述流体入口和第一焊缝处的焊接端，
第二外壳部件，其包括所述流体出口和第二焊缝处的焊接端，以及
第三外壳部件，其包括所述第一焊缝处的第一焊接端和所述第二焊缝处的第二焊接端。
方面5.根据方面1至4中任一方面所述的过滤设备，其中所述经焊接外壳主体包括耐火金属。
方面6.根据方面1至5中任一方面所述的过滤设备，其中所述经焊接外壳主体包括：铌、钼、钽、钨、铼或其合金。
方面7.根据方面1至6中任一方面所述的过滤设备，其中所述套管包括金属带。
方面8.根据方面7所述的过滤设备，其中所述套管包括耐火金属、钨、钼、不锈钢、镍、钴或其合金。
方面9.根据方面7或8所述的过滤设备，其中所述金属带具有比所述经焊接外壳主体高的弹性模数、比所述经焊接外壳主体高的拉伸强度或这两者。
方面10.根据方面1至9中任一方面所述的过滤设备，其中所述过滤器包括：钛、碳化硅、钨、钽、钼、铌、氧化铝、氧化钛或氮化钛。
方面11.根据方面1至10中任一方面所述的过滤设备，其中所述套管具有小于所述外壳主体的外径的内径。
方面12.根据方面11所述的过滤设备，其中所述套管具有沿着所述套管的长度变化的内径，包含在所述套管的端部之间一位置处的最小直径。
方面13.根据方面11或12所述的过滤设备，其中所述外壳主体具有沿着所述套管的长度变化的外径，包含在所述套管的端部之间一位置处的最大直径。
方面14.根据方面1至13中任一方面所述的过滤设备，其中所述过滤器具有在0.1到5微米的范围内的平均孔径。
方面15.根据方面1至14中任一方面所述的过滤设备，其中所述设备能够在至少40,000psig的流体压力下在所述过滤室中容纳流体而不泄漏。
方面16.根据方面1至15中任一方面所述的过滤设备，其中所述设备能够在至少45,000psig的流体压力下在所述过滤室中容纳流体而不泄漏。
方面17.根据方面15或16所述的过滤设备，其中所述设备能够在至少230摄氏度的流体温度下在所述过滤室中容纳流体而不泄漏。
方面18.根据方面15或16所述的过滤设备，其中所述设备能够在至少230摄氏度的流体温度下在所述过滤室中容纳流体而不泄漏。
方面19.一种过滤流体的方法，所述方法包括：
提供根据方面1至18中任一方面所述的高压过滤产品，以及
使含有杂质的流体通过所述过滤器以从所述流体中去除所述杂质。
方面20.根据方面19所述的方法，其包括在至少40,000psig的流体压力下使所述流体通过所述过滤室。
方面21.根据方面19或20所述的方法，其包括在至少230摄氏度的流体温度下使所述流体通过所述过滤室。
方面22.一种形成高压过滤产品的方法，所述方法包括：
提供：
过滤器，
两个或更多个外壳部件，其包括过滤室、入口端和出口端，
将所述过滤器固定在所述过滤室内一位置处，
焊接所述两个或更多个外壳部件以形成包含一或多个焊缝的外壳主体，以及
将一或多个套管放置在所述外壳主体周围以环绕所述外壳主体。
方面23.根据方面22所述的方法，其包括将一或多个套管放置在一或多个焊缝上以环绕所述一或多个焊缝。
方面24.根据方面22或23所述的方法，其包括处理所述一或多个焊缝以形成平滑焊缝表面。
方面25.根据方面22至24中任一方面所述的方法，其包括在所述外壳主体上滑动所述一或多个套管。
方面26.根据方面22至25中任一方面所述的方法，其中将所述套管放置在所述外壳主体上包括：
加热所述套管以使所述套管膨胀，
在所述外壳主体上滑动所述经膨胀套管，以及
使得所述经膨胀套管在所述外壳主体上冷却并收缩。
方面27.一种高压过滤设备，其包括：
入口端处的流体入口，
出口端处的流体出口，
所述流体入口和所述流体出口之间的金属侧壁，
由所述金属侧壁限定的过滤室，以及
位于所述过滤室中的过滤器，
其中所述设备能够在至少40,000psig的流体压力下在所述过滤室中容纳流体而不泄漏。
方面28.根据方面25所述的过滤设备，其中所述设备能够在至少45,000psig的流体压力下在所述过滤室中容纳流体而不泄漏。
方面29.根据方面27或28所述的过滤设备，其中所述设备能够在至少230摄氏度的流体温度下在所述过滤室中容纳流体而不泄漏。
方面30.根据方面27至29中任一方面所述的过滤设备，其中所述金属侧壁包括耐火金属。
方面31.根据方面27至30中任一方面所述的过滤设备，其中所述金属侧壁不包含焊缝。
方面32.根据方面27至31中任一方面所述的过滤设备，其中所述过滤器包括：钛、碳化硅、钨、钽、钼、铌、氧化铝、氧化钛或氮化钛。
方面33.根据方面27至32中任一方面所述的过滤设备，其中所述过滤器具有在0.1到5微米的范围内的平均孔径。
Claims (32)
1.一种高压过滤设备，其包括：
经焊接外壳主体，包括：
流体入口、流体出口和多部件焊接式外壳主体，所述外壳主体在所述流体入口和所述流体出口之间包括焊缝，
过滤室和所述过滤室中所含的过滤器，以及
套管，其环绕所述外壳主体并向其施加压力。
2.根据权利要求1所述的过滤设备，其中所述套管环绕所述焊缝。
3.根据权利要求1或2所述的过滤设备，其包括：
第一外壳部件，其包括所述流体入口和所述焊缝处的焊接端，
第二外壳部件，其包括所述流体出口和所述焊缝处的焊接端。
4.根据权利要求1或2所述的过滤设备，其包括：
第一外壳部件，其包括所述流体入口和第一焊缝处的焊接端，
第二外壳部件，其包括所述流体出口和第二焊缝处的焊接端，以及
第三外壳部件，其包括所述第一焊缝处的第一焊接端和所述第二焊缝处的第二焊接端。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的过滤设备，其中所述经焊接外壳主体包括耐火金属。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的过滤设备，其中所述经焊接外壳主体包括：铌、钼、钽、钨、铼或其合金。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的过滤设备，其中所述套管包括金属带。
8.根据权利要求7所述的过滤设备，其中所述套管包括耐火金属、钨、钼、不锈钢、镍、钴或其合金。
9.根据权利要求7或8所述的过滤设备，其中所述金属带具有比所述经焊接外壳主体高的弹性模数、比所述经焊接外壳主体高的拉伸强度或这两者。
10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的过滤设备，其中所述过滤器包括：钛、碳化硅、钨、钽、钼、铌、氧化铝、氧化钛或氮化钛。
11.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的过滤设备，其中所述套管具有小于所述外壳主体的外径的内径。
12.根据权利要求11所述的过滤设备，其中所述套管具有沿着所述套管的长度变化的内径，包含在所述套管的端部之间一位置处的最小内径。
13.根据权利要求11或12所述的过滤设备，其中所述外壳主体具有沿着所述套管的长度变化的外径，包含在所述套管的端部之间一位置处的最大内径。
14.根据权利要求1至13中任一权利要求所述的过滤设备，其中所述过滤器具有在0.1到5微米的范围内的平均孔径。
15.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的过滤设备，其中所述设备能够在20摄氏度及至少40,000psig的流体压力下在所述过滤室中容纳流体而不泄漏。
16.根据权利要求1至15中任一权利要求所述的过滤设备，其中所述设备能够在20摄氏度及至少45,000psig的流体压力下在所述过滤室中容纳流体而不泄漏。
17.根据权利要求15或16所述的过滤设备，其中所述设备能够在至少230摄氏度的流体温度下在所述过滤室中容纳流体而不泄漏。
18.一种过滤流体的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求1至18中任一权利要求所述的高压过滤产品，以及
使含有杂质的流体通过所述过滤器以从所述流体中去除所述杂质。
19.根据权利要求18所述的方法，其包括在20摄氏度及至少40,000psig的流体压力下使所述流体通过所述过滤室。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其包括在至少230摄氏度的流体温度下使所述流体通过所述过滤室。
21.一种形成高压过滤产品的方法，所述方法包括：
提供：
过滤器，
两个或更多个外壳部件，其包括过滤室、入口端和出口端，
将所述过滤器固定在所述过滤室内一位置处，
焊接所述两个或更多个外壳部件以形成包含一或多个焊缝的外壳主体，以及将一或多个套管放置在所述外壳主体周围以环绕所述外壳主体。
22.根据权利要求21所述的方法，其包括将一或多个套管放置在一或多个焊缝上以环绕所述一或多个焊缝。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其包括处理所述一或多个焊缝以形成平滑焊缝表面。
24.根据权利要求21至23中任一权利要求所述的方法，其包括在所述外壳主体上滑动所述一或多个套管。
25.根据权利要求21至24中任一权利要求所述的方法，其中将所述套管放置在所述外壳主体上包括：
加热所述套管以使所述套管膨胀，
在所述外壳主体上滑动所述经膨胀套管，以及
使得所述经膨胀套管在所述外壳主体上冷却并收缩。
26.一种高压过滤设备，其包括：
入口端处的流体入口，
出口端处的流体出口，
所述流体入口和所述流体出口之间的金属侧壁，
由所述金属侧壁限定的过滤室，以及
位于所述过滤室中的过滤器，
其中所述设备能够在20摄氏度及至少40,000psig的流体压力下在所述过滤室中容纳流体而不泄漏。
27.根据权利要求26所述的过滤设备，其中所述设备能够在20摄氏度及至少45,000psig的流体压力下在所述过滤室中容纳所述流体而不泄漏。
28.根据权利要求26或27所述的过滤设备，其中所述设备能够在至少230摄氏度的流体温度下在所述过滤室中容纳流体而不泄漏。
29.根据权利要求26至28中任一权利要求所述的过滤设备，其中所述金属侧壁包括耐火金属。
30.根据权利要求26至29中任一权利要求所述的过滤设备，其中所述金属侧壁不包含焊缝。
31.根据权利要求26至30中任一权利要求所述的过滤设备，其中所述过滤器包括：钛、碳化硅、钨、钽、钼、铌、氧化铝、氧化钛或氮化钛。
32.根据权利要求26至31中任一权利要求所述的过滤设备，其中所述过滤器具有在0.1到5微米的范围内的平均孔径。
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