PT2170522E - Filtro de sedimentos de múltiplos ciclones - Google Patents

Description

ΕΡ 2 170 522/ΡΤ DESCRIÇÃO "Filtro de sedimentos de múltiplos ciclones"

ANTECEDENTES DO INVENTO

Campo técnico O presente invento refere-se em geral a separadores ciclónicos, mais particularmente a um separador de múltiplos ciclones e filtro de sedimentos para fluidos, que utiliza uma pluralidade de aparelhos de ciclone dispostos num padrão radial para remover resíduos em partículas a partir do fluido.

Arte anterior

Os separadores ciclónicos são utilizados para separar resíduos indesejados dos fluidos ao utilizar a força centrífuga. 0 fluido é tipicamente injectado obliquamente para dentro dos elementos separadores ciclónicos, de tal modo que é estabelecido um escoamento circular. As forças centrífugas actuam sobre os resíduos, os quais são mais densos do que o fluido no qual estão suspensos, forçando o material mais denso para fora e para o perímetro da câmara de separação. A forma cónica dos elementos separadores não permite que o material mais denso saia no topo do cone invertido. Em vez disso, o fluido substancialmente livre de resíduos que envolve o centro do vórtice é extraído e recirculado, enquanto os resíduos são recolhidos e descarregados.

Alguns filtros ciclónicos são utilizados num sistema de componentes em combinação com um alojamento de filtro separado e um alojamento receptor de lamas separado. Estes sistemas de componentes requerem uma limpeza e mudança regulares dos vários alojamentos e sacos de filtro. Isto aumenta o período de não funcionamento do aparelho e a quantidade de existências necessárias para manter o sistema a funcionar bem. 2 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ A separação ciclónica é normalmente utilizada em aspiradores para remover resíduos finos e grandes a partir de uma corrente de ar criada pelo vácuo. É injectado ar tangencialmente dentro da câmara ciclónica e o vórtice resultante roda e força os resíduos para as paredes da câmara ciclónica, enquanto o ar limpo sai pelo topo do vórtice. A tecnologia ciclónica também é utilizada no tratamento de água na produção de petróleo. O equipamento de fábrica para água produzida em campos de petróleo inclui, como exemplo, tanques de remoção de espuma, vasos interceptores com placas onduladas, unidades Wemco, centrífugas e hidrociclones. Reconheceu-se que todos estes elementos estão todos susceptíveis a mudanças nos parâmetros operacionais. As unidades estão concebidas para um certo caudal, pressão de operação, carregamento de sólidos e carregamento de petróleo. Perante os parâmetros pré-definidos é possível tratar com eficácia águas produzidas. Tipicamente, contudo, os parâmetros não permanecem constantes. A CETCO Offshore concebeu a unidade CRUDESEP® para a remoção de petróleo, gás e sólidos, por exemplo, quer a montante quer a jusante de um separador de três andares. O princípio do CRUDESEP® é um vaso vertical que opera praticamente à pressão atmosférica. [CRUDESEP é uma marca registada da AMCOL International Corporation de Arlington Heights, Illinois]. A separação do petróleo por gravidade é melhorada pela flotação induzida por gás e escoamento turbulento, onde as bolhas de gás são injectadas a meio caminho do vaso utilizando edutores. A água produzida é retirada do sistema na metade inferior da unidade e utilizada para conduzir os edutores, sendo o gás tirado do topo do vaso. Pretende-se que isto elimine partes móveis inconvenientes com o escoamento turbulento conseguido por uma série de bicos de alimentação tangencial na parede.

Outros sistemas anteriores de interesse estão documentados em várias patentes, incluindo a Pat. U.S. No. 4,726,902 de Hubbard, que descreve um desarenador de ciclone que recebe entrada de escoamento de água e dirige a água através das unidades de ciclone com um sub-escoamento dirigido a um pote de areia e um sobre-escoamento de água substancialmente purificada. 3 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ A Pat. U.S. Νο. 7,306, 730 de Tashiro et al descreve um separador tipo ciclone para separar partículas sólidas do líquido. O aparelho compreende um corpo cilíndrico oco com orifícios de entrada e descarga. 0 corpo principal faz com que o líquido entre em turbilhão ou "eddy" no corpo principal e a matéria estranha contida no líquido é separada por força centrífuga à medida que o líquido entra em turbilhão. A matéria estranha cai ao longo de uma superfície interna do corpo principal e é descarregada através do orifício de descarga. É descarregado líquido limpo a partir do orifício de descarga. Tashiro et al mostram a introdução de fluido no lado de um único ciclone. A Pat. U.S. No. 4,793,925 de Duval et al mostra um único separador de elementos que inclui um corpo com uma entrada e uma saída que induz um vórtice no fluido ao conduzir o mesmo para dentro de uma câmara cónica invertida. Os materiais em partículas sólidas caem para fora de um orifício no fundo do cone. Em muitos aspectos, isto é difícil de distinguir em relação a Tashiro et al. O Pedido de patente U.S. Ser. No. 2004/0149667 de Meyer mostra uma outra versão de um tipo de aparelho descrito por Tashiro et al e Duval et al. O Pedido de patente U.S. Ser. No. 2006/0283788 de Schreppel, Jr., descreve um separador de três andares no qual câmaras de turbulência e arejamento produzem formação de bolhas e colapso que cria pressão elevada localizada. Num primeiro andar o líquido passa através de uma câmara de turbulência e o escoamento rotativo é dispersado para o oxidar e mistura-lo. A câmara de turbulência inclui uma passagem em espiral para o escoamento centrífugo do material influente a ser disperso para fora a partir da câmara. A câmara de turbulência inclui tipicamente uma cobertura de topo e uma cobertura de fundo que fecham substancialmente o cilindro excepto para uma abertura central na cobertura de topo para libertação de materiais mais leves e uma abertura central na cobertura de fundo para os contaminantes pesados.

Outras patentes de interesse incluem a Pat. U.S. No. 4,823,731 de Howeth, que descreve um sistema de pulverização 4 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ de revestimento de pó seco electrostático que tem um sistema de recuperação de revestimento de pó de múltiplas cores, que compreende uma pluralidade de tambores de filtragem ciclónicos que se prolongam verticalmente, espaçados lateralmente em torno de um eixo vertical central e que têm extremidades superiores verticalmente alinhadas. Um aparelho de limpeza de único filtro, incluindo um sistema de contra-lavagem de filtro, está adaptado para assentar sobre e operativamente engatar em qualquer uma das seleccionadas de tais extremidades de tambor superiores, e funciona para contra-lavar o filtro dentro do tambor no qual assenta. 0 pó sobre-pulverizado a partir do sistema de pulverização é reclamado ao arrastar o mesmo através do tambor de filtragem "activo" ao qual o aparelho de limpeza de filtro está ligado. A Patente dos Estados Unidos Número 5,879,545, de Antoun, descreve um conjunto de filtro ciclónico compacto utilizado para separar resíduos indesejados a partir de um fluido. O conjunto de filtro ciclónico utiliza as forças centrífugas para separar pedaços de resíduos grandes a partir do fluido e um filtro para separar os restantes resíduos indesejados a partir do fluido. O invento pode ser contido num alojamento único compacto, o qual pode ser desmontado para fácil limpeza e substituição das peças. O conjunto de filtro ciclónico tem um tubo cilíndrico orientado de modo vertical que recebe uma injecção tangencial do fluido carregado de resíduos. A injecção tangencial faz com que o fluido circule em torno de um meio de procura de vórtice cilíndrico que está dentro do tubo e coaxial com o mesmo. As forças centrífugas que actuam sobre os resíduos fazem com que os resíduos se movam para fora a partir do centro do vórtice. 0 meio de procura de vórtice tem uma abertura que puxa para dentro o fluido relativamente limpo perto do centro do vórtice enquanto o fluido carregado de resíduos assenta numa câmara de recolha por baixo do tubo cilíndrico. 0 invento tem uma câmara de filtragem que aloja um elemento de filtragem que é utilizado para extrair os resíduos indesejados restantes a partir do fluido antes de o mesmo sair do conjunto de filtro ciclónico. A Pat. U.S. No. 6,485,536 de Masters descreve um separador de partículas que separa partículas arrastadas a 5 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ partir de um fluido. 0 separador de partículas utiliza um sem-fim envolvido dentro de um cilindro para formar uma câmara ciclónica, através da qual o ar é propulsionado. O movimento centrífugo das partículas dentro do ar faz com que as partículas saiam da câmara ciclónica através das condutas, e as partículas são separadas em câmaras de recolha. A Pat. U.S. No. 2,671,560 refere-se a hidrociclones tais como os que são utilizados para tratar sólidos em suspensão líquida com a finalidade de espessar ou de classificar os sólidos suspensos em fracções predeterminadas. É descrito um bloco de corpo cilíndrico ou múltiplos hidrociclones que compreende um buraco de entrada de alimentação cilíndrico central que se prolonga a partir de uma extremidade para a outra extremidade do bloco, de maneira que o bloco tem uma forma anular. Três buracos radiais ou condutas ligam o buraco central à periferia do bloco. O bloco está provido de um número de furos ou hidrociclones cujos eixos estão dispostos em dois cilindros coaxiais com o bloco cilíndrico. Os furos têm um diâmetro decrescente e prolongam-se a partir de uma extremidade para a outra extremidade do bloco, apontando as extremidades estreitas dos furos na mesma direcção. A Pat. U.S. No. 2,734,630 refere-se a hidrociclones. Mais particularmente, refere-se a uma unidade estrutural que compreende uma pluralidade de hidrociclones, unidade essa que é normalmente designada por um meio de múltiplos hidrociclones. É descrito um bloco cilíndrico construído a partir de um material de borracha resiliente que contém três ou mais filas concêntricas de espaços de vórtice, os eixos longitudinais dos quais se encontram em alinhamento paralelo uns com os outros e com o eixo cilíndrico do bloco. Cada um dos espaços de vórtice compreende uma secção cilíndrica subtendida por uma secção cónica. A secção cilíndrica abre directamente para uma extremidade de entrada de alimentação, enquanto que no vértice da secção cónica existe uma passagem alinhada axialmente referida como sendo a saída de descarga de vértice ou saída de descarga de sub-escoamento que abre para uma extremidade de sub-escoamento. Na extremidade de entrada de alimentação do bloco cada espaço de vórtice é tapado por um componente de cobertura construído de modo semelhante a partir de um material de borracha resiliente e especialmente adaptado para proporcionar, quando está em 6 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ posição, uma conduta de alimentação de lama que se prolonga a partir do lado do componente de cobertura tangencialmente ao espaço de vórtice. A Pat. GB No. 1,090,978 refere-se a hidrociclones aos quais por exemplo uma mistura de sólidos em suspensão é fornecida sob-pressão para efectuar a sua separação em fracções, nomeadamente um sobre-escoamento e um sub-escoamento, ou, como outro exemplo, aos quais um liquido que contém sólidos indesejados em suspensão é fornecido sob pressão para purificar o liquido. É descrita uma unidade de múltiplos hidrociclones que compreende um bloco de ciclone formado com uma câmara central de recepção de alimentação que tem uma extremidade aberta numa face de extremidade do bloco e que tem uma extremidade fechada espaçada a partir da outra extremidade do bloco, e estando ainda o bloco provido de uma pluralidade de furos ciclónicos espaçados em torno da referida câmara de recepção central e prolongando-se a partir da referida face de extremidade para pelo menos de modo adjacente à outra extremidade do bloco, tendo os furos porções de extremidade de entrada de alimentação relativamente grandes localizadas adjacentes à extremidade aberta da câmara de recepção com canais que proporcionam comunicação de alimentação entre as porções de extremidade grandes e a câmara de recepção, tendo também os furos porções de extremidade de descarga de sub-escoamento relativamente constringidas que proporcionam aberturas de descarga de sub-escoamento localizadas adjacentes à extremidade fechada da câmara de recepção.

Correntemente, existe uma necessidade de uma montagem de separação ciclónica compacta para o tratamento de água de piscinas, água residual e petróleo. O sistema desejado deve empregar força centrífuga para separar os resíduos a partir de um fluido carregado de resíduos. Essencialmente, o conjunto de filtro deve ser capaz de desmontar-se facilmente para limpeza e substituição de peças, tornando o conjunto de separação pouco dispendioso de manter. Também deverá ser capaz de lidar com caudais de elevado fluido e processamento rápido de fluido e deve proporcionar uma pré-filtragem significante antes do escoamento através dos elementos de filtragem de areia, eliminando desse modo a necessidade de uma contra-lavagem frequente dos filtros de areia e poupar milhares de galões de água. 7 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ

Os documentos antecedentes da arte anterior reflectem o estado corrente da arte da qual o presente invento está "a par". A referência e a discussão destas patentes é pretendida para ajudar a evidenciar o dever de sinceridade acusado pelo requerente no revelar da informação que pode ser relevante para o exame das reivindicações do presente invento. Contudo, está respeitosamente sujeito a que nenhuma das patentes indicadas acima descreva, ensine, sugira, mostre ou torne de outro modo obvio, quer simplesmente ou quando consideradas em combinação, o invento aqui descrito e reivindicado.

Descrição do invento O presente invento é um filtro de sedimentos de múltiplos ciclones que inclui uma cuba de sedimentos com um fundo hemisférico e um cárter no mesmo para recolher sedimentos, um alojamento de ciclone cilíndrico disposto por cima e ligado de modo vedado à cuba de sedimentos, um cartucho de ciclone removível e substituível inserido dentro do alojamento de ciclone, uma placa difusora ligada de modo vedado ao cartucho de ciclone e alojamento de ciclone, uma entrada de fluido para introduzir fluido dentro do alojamento de ciclone, e uma saída de fluido para descarregar fluido a partir do alojamento de ciclone. O cartucho de ciclone inserido no alojamento de ciclone inclui uma pluralidade de ciclones de fluido conformados em cone invertido, tendo cada um deles uma abertura pequena numa extremidade inferior e uma abertura maior numa extremidade superior. O cartucho tem uma pluralidade de percursos de escoamento de fluido que dirigem fluido para os ciclones onde um vórtice é induzido no fluido que se move. À medida que o sedimento é removido a partir do fluido em cada ciclone, é separado para fora e distribuído em baixo dentro do cárter da cuba de sedimentos, enquanto o fluido é dirigido para cima e para fora para a saída de fluido. É um objecto do presente invento proporcionar um filtro de sedimentos de múltiplos ciclones novo e aperfeiçoado que proporciona uma filtragem eficaz para aplicações pequenas ou grandes para filtrar água de piscinas, água residual e petróleo. 8 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ É um outro objecto do presente invento proporcionar um filtro de sedimentos novo e aperfeiçoado que seja facilmente reparado, mantido, limpo e assistido.

Um outro objecto ou caracteristica do presente invento é um aparelho de filtragem novo e aperfeiçoado bem adaptado para pré-filtragem para filtros de areia no lugar.

Um outro objecto adicional do presente invento consiste em proporcionar um filtro de sedimentos de múltiplos ciclones novo que inclua uma pluralidade de cones ciclónicos dispostos de modo radial que permite elevados escoamentos de fluido e processamento rápido de fluido.

Ainda um outro objecto do presente invento consiste em proporcionar um separador de múltiplos ciclones que elimine a necessidade de uma contra-lavagem frequente de filtros de areia de piscinas, poupando assim milhares de galões de água.

Outras caracteristicas novas que são as caracteristicas do invento, quanto à organização e entendimento a partir da descrição que se segue considerada em ligação com o desenho anexo, no qual são ilustradas concretizações preferidas do invento por meio de exemplo. Pretende-se que seja expressamente entendido, contudo, que o desenho é apenas para ilustração e descrição e não se pretende que seja como uma definição dos limites do invento. As várias caracteristicas de novidade que caracterizam o invento são indicadas com particularidade nas reivindicações anexas desta descrição e formando parte da mesma. O invento reside não em qualquer uma destas caracteristicas consideradas sozinhas, mas em vez disso na combinação particular de todas as suas estruturas para as funções especificadas.

Breve descrição dos desenhos O invento irá entender-se melhor e os outros objectos para além dos objectos especificados acima tornar-se-ão aparentes quando se considera a sua descrição detalhada que se segue. Tal descrição faz referência aos desenhos anexos em que: 9 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ a FIG. 1 é uma vista em perspectiva do separador montado de múltiplos ciclones; a FIG. 2A é uma vista em perspectiva explodida da porção superior do separador de múltiplos ciclones; a FIG. 2A é uma vista em perspectiva explodida que mostra a porção inferior do aparelho; e a FIG. 3 é uma vista em perspectiva em secção transversal do separador de múltiplos ciclones inventivo que mostra os percursos de escoamento de fluido. Números de referência dos desenhos 100 filtro de sedimentos de múltiplos ciclones inventivo (em geral) 110 cuba de sedimentos 120 porção de fundo da cuba de sedimentos 130 entrada de fluido A eixo central 140 extremidade macho roscada do tubo de entrada de fluido 150 tubo de fonte de fluido 160 gola de bloqueio 170 tubo de drenagem de cuba de sedimentos 180 extremidade macho roscada do tubo de drenagem de cuba de sedimentos 190 tubo de saida de drenagem 200 gola de bloqueio 10 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ 210 válvula de purga 220 leito de partículas 230 buracos no leito de partículas 240 espaçadores 250 flange 260 alojamento de ciclone 270 roscas macho 280 plataforma 290 buracos de sedimentos 300 conduta de fluido 310 lado de baixo da plataforma 320 lado de topo da plataforma 330 anel de vedação 340 flange 350 ranhura anular

360 anel de vedação em O 365 gola de bloqueio 370 cartucho de ciclone 380 ciclones de fluido 390 tubo de entrada de cartucho de ciclone 400 extremidade superior afunilada do tubo de entrada de cartucho de ciclone 11 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ 410 aberturas de vórtice 420 canais de vórtice 430 orifícios de vórtice

440 anel de vedação em O 450 ranhura anular 460 flange

470 anel em O 480 ranhura anular 490 ranhura anular

500 anel de vedação em O 510 placa difusora (colector) 520 tubos de vórtice (difusor) 530 buracos de passagem 540 espaço por cima da placa difusora 550 buraco central 560 cone de desvio 570 porção exterior (flange) 580 ranhura anular

590 anel de vedação em O 600 tampa 610 pescoço de tampa 12 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ 620 extremidade macho roscada do pescoço 630 tubo de salda de fluido 640 anel de bloqueio 650 flange 660 parafusos

Melhor forma de realizar o invento

Fazendo referência às FIGS. 1 até 3, em que números de referência iguais se referem a componentes semelhantes nas várias vistas, é ali ilustrado um filtro de sedimentos ou separador de múltiplos ciclones novo e aperfeiçoado, denominado aqui em geral por 100. Colectivamente, estas vistas mostram que o aparelho inventivo compreende uma cuba de sedimentos inferior 110 que tem uma porção de fundo hemisférica, ou cárter, 120, com uma entrada de fluido 130, de preferência um tubo disposto axialmente no eixo central A através do fundo. A entrada de fluido inclui uma extremidade macho roscada 140 que está ligada a uma fonte de fluido pressurizada através de um tubo de fonte de fluido 150 via uma gola de bloqueio 160 que tem roscas fêmea complementares à extremidade macho do tubo de entrada de fluido.

Um tubo de drenagem de cuba de sedimentos 170 prolonga-se radialmente a partir da porção de fundo da cuba de sedimentos, tendo uma extremidade macho roscada 180 para ligação a um tubo de salda de drenagem 190 via uma gola de bloqueio 200. O tubo de saída de drenagem inclui de preferência uma válvula de purga 210 para drenagem selectiva da cuba de sedimentos.

Um leito de partículas geralmente plano e anular 220 encontra-se colocado no fundo da cuba de sedimentos e inclui uma pluralidade de buracos 230 que permitem que os sedimentos mais finos assentem no fundo da cuba de sedimentos enquanto se restringe a passagem de material em partículas maiores. O 13 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ leito de partículas é estabilizado por um ou mais espaçadores 240 dispostos no lado de baixo do leito de partículas. 0 bordo superior da cuba de sedimentos inclui uma flange ou rebordo que se prolonga para fora 250. O segundo elemento maior no aparelho inventivo é um alojamento de ciclone cilíndrico 260 que tem roscas macho 270 na sua extremidade inferior exterior 270, piso ou plataforma 280 que tem uma pluralidade de buracos de sedimentos 290, uma conduta de fluido formada de modo integral 300 que se prolonga para baixo a partir do lado de baixo 310 da plataforma e para cima a partir do lado de topo 320 da plataforma, um anel de vedação 330 integral com o lado de baixo da plataforma e dimensionado com um diâmetro circunferencial exterior para encaixar de modo apertado contra o lado interior da porção superior da cuba de sedimentos, e uma flange 340 que se prolonga para fora a partir do seu bordo superior. O anel de vedação inclui uma ranhura anular exterior 350 na qual um anel de vedação em O 360 está disposto. A cuba de sedimentos e o alojamento de ciclone são ligados ao inserir o anel de vedação 330 dentro da porção superior da cuba de sedimentos, de modo que a porção mais exterior do lado de baixo da plataforma 310 é assente sobre a flange ou rebordo 250 da cuba de sedimentos. Uma gola de bloqueio roscada 365 é então enroscada nas roscas macho expostas do alojamento de ciclone. Quando isto é feito, a conduta de fluido 300 é levada para comunicação de fluidos com a entrada de fluido 130 e para um engate vedado justo com a mesma. O separador de múltiplos ciclones inclui a seguir um cartucho ou carregador de ciclone 370, compreendendo um elemento complexo uma pluralidade de ciclones de fluido cónicos invertidos dispostos verticalmente 380 que têm extremidades abertas superior e inferior, tendo as últimas as aberturas mais pequenas. A porção central do cartucho de ciclone inclui um tubo de entrada de cartucho de ciclone 390 levado para um alinhamento axial com a conduta de fluido 300 no aparelho montado. O tubo de entrada de cartucho de ciclone 14 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ 390 inclui uma extremidade superior afunilada 400 que encoraja a água sob pressão e alta velocidade a mover-se para uma pluralidade de aberturas de vórtice 410 e através de canais de vórtice 420 que se prolongam para orifícios de vórtice circulares 430 em comunicação de fluidos com as extremidade superiores abertas dos ciclones de fluido cónicos invertidos 380. Um anel de vedação 440 em O está disposto numa ranhura anular 450 na extremidade superior da conduta de fluido para completar a vedação com o tubo de entrada de cartucho de ciclone. O bordo superior do cartucho de ciclone inclui uma flange que se prolonga para fora 460 que é assente sobre a flange 340 do alojamento de ciclone 260, e um vedante é formado por um anel 470 em O disposto numa ranhura anular 480 na superfície superior da flange 340. A flange 460 do cartucho de ciclone também inclui uma ranhura anular 490 na qual é colocado um anel de vedação 500 em O. 0 filtro de sedimentos e o separador de múltiplos ciclones do presente invento incluem a seguir uma placa difusora geralmente plana, ou placa de colector, 510, que tem uma pluralidade de tubos de difusão (tubos de vórtice) 520 que se prolongam para baixo a partir do seu lado de baixo, cada tubo inserido dentro da porção superior dos ciclones cónicos, tendo os tubos difusores um diâmetro exterior inferior ao diâmetro do diâmetro superior da extremidade superior aberta dos ciclones. Os buracos de passagem 530 que penetram na placa difusora trazem os tubos difusores e os ciclones para uma comunicação de fluidos com o espaço 540 por cima da placa difusora. Um buraco central 550 na placa difusora acomoda um cone de desvio 560 que dirige o fluido que se escoa sobre o mesmo para cima e para fora da placa difusora. Quando a placa difusora está colocada sobre o cartucho de ciclone, cria um tecto sobre o cartucho de ciclone e restringe os percursos de escoamento de fluido através do cartucho de ciclone, cooperando com a estrutura de cartucho de ciclone para criar um colector. A estrutura resultante limita o percurso de escoamento disponível a partir da entrada de fluido de cartucho através do cartucho de ciclone para o das muitas aberturas de vórtice 410, canais de vórtice 420 e os orifícios de vórtice 430 para os ciclones 15

ΕΡ 2 170 522/PT de fluido 380, onde tem lugar a separação de sedimentos durante a operação do sistema. A porção exterior (flange) 570 da placa difusora tem uma circunferência que é substancialmente a mesma que a da flange de alojamento de ciclone 340 e a flange de cartucho de ciclone 4 60, de tal modo que na sua montagem é assente no topo de uma flange de cartucho de ciclone. A mesma também inclui uma ranhura anular 580 para um anel de vedação 590 em 0. A seguir, encontra-se disposto no topo da placa difusora uma tampa em forma de cúpula 600 que tem um pescoço disposto axialmente 610 que se prolonga para uma extremidade macho roscada 620 adaptada para fixação a um tubo de saída de fluido 630 através de um anel de bloqueio 640. Tal como com os elementos dispostos por baixo da tampa, a tampa inclui uma porção de flange ou anel circunferencial 650 que é dimensionalmente e substancialmente idêntico às porções de flange inferiores. Por conseguinte, e tal como será apreciado imediatamente por referência aos desenhos, o alojamento de múltiplos ciclones, o cartucho de ciclone, a placa difusora 510 e a tampa 600 são seguros entre si por parafusos 660 que passam através de aberturas alinhadas em cada uma das porções de flange dos elementos, de uma maneira bem conhecida na arte. Adicionalmente, é a tampa em forma de cúpula 600 que cria o espaço aberto 540 através do qual o fluido se escoa depois de deixar os ciclones de fluido no cartucho de ciclone e antes de sair do filtro através da saída de filtro 630.

Fazendo agora referência à FIG. 3, as setas mostram o percurso de escoamento do fluido para dentro, através e para fora do separador de múltiplos ciclones do presente invento. O fluido é introduzido através do tubo de entrada de fluido 130 a partir de uma fonte pressurizada tal como uma bomba. A água continua para cima na conduta de fluido 300 e depois para dentro e através do tubo de entrada de cartucho de ciclone 400. Assim que atinge a porção superior afunilada do tubo de entrada de cartucho de ciclone, o fluido escoa-se para fora, onde é ainda desviado por engate com os elementos estruturais do cartucho de ciclone 370, que cria percursos de escoamento restritos, enviando o fluido através das entradas 16 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ de vórtice 410, canais de vórtice 420 e orifícios de vórtice 430, onde o fluido é então dirigido para os lados das extremidades superiores abertas dos ciclones 380 e em torno dos tubos de vórtice 520 que se prolongam parcialmente para dentro dos ciclones. Com este percurso de fluido, o fluido sob pressão constante e escoamento contínuo induz um vórtice de fluido nos ciclones. O vórtice roda partículas de sedimentos pesadas para fora através da força centrífuga, as quais depois caem para baixo sob a influência da gravidade para o fundo do ciclone e através das aberturas de fundo nos ciclones. A diferença em tamanho entre as saídas disponíveis nos ciclones cria um diferencial de pressão do topo para o fundo e, em contraste com as partículas pesadas, o fluido prossegue para cima através dos buracos de placa difusora 530 e finalmente para fora da saída de fluido 630. Os sedimentos continuam a cair e eventualmente recolhem-se no cárter na porção de fundo da cuba de sedimentos. O presente invento reduz a contra-lavagem, prolonga a vida dos cartuchos de filtragem, obvia a necessidade de limpar ou substituir o meio de filtragem e é extremamente simples de limpar. O presente invento requer pouca ou nenhuma manutenção, dado que não existem partes móveis a caírem ou desgastarem-se ou meios de filtragem para limpar ou substituir. A acumulação de sedimentos pode ser monitorizada visualmente através de um cárter de sedimentos transparente. Os sedimentos são simplesmente descarregados ao abrir a válvula de purga. Apenas uma pequena quantidade de água é descarregada para purgar o filtro de sedimentos. Assim, o meio de múltiplos ciclones é perfeitamente adequado para pré-filtragem para prolongar o ciclo de filtragem de um filtro existente. Foi mostrado em ensaios que o meio de múltiplos ciclones irá filtrar aproximadamente 75% dos sedimentos que entram a partir de uma piscina de natação residencial típica. O mais importante é que o aparelho inventivo proporciona uma forma para substituição e manutenção rápida de peças, em particular no que diz respeito ao cartucho ou carregador de ciclone 370, o elemento de sinal no sistema. Isto é realizado ao desligar a saída de fluido e depois removendo os parafusos 650 que seguram os elementos de filtro numa configuração empilhada de sanduíche. O cartucho de ciclone pode ser 17 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ simplesmente levantado para fora do alojamento de ciclone 260 e substituído por um novo carregador de ciclone enquanto o cartucho removido pode ser limpo, recondicionado ou simplesmente descartado.

Contudo, no seu aspecto mais essencial, o filtro de sedimentos de múltiplos ciclones inventivo compreende uma cuba de sedimentos para recolher sedimentos; um alojamento de ciclone disposto por cima e ligado de modo vedado à cuba de sedimentos; um cartucho de ciclone removível disposto no alojamento de ciclone, que inclui uma pluralidade de ciclones de fluido conformados de modo cónico, tendo cada um deles uma pequena abertura numa extremidade inferior e uma abertura maior numa extremidade superior, e incluindo ainda uma pluralidade de percursos de escoamento de fluido através do cartucho de ciclone para os ciclones. A entrada de fluido em comunicação de fluidos com o alojamento de ciclone introduz fluido sob pressão dentro do alojamento de ciclone para passagem através dos percursos de escoamento no cartucho de ciclone e para os ciclones de fluido. Finalmente, uma saída de fluido em comunicação de fluidos com o alojamento de ciclone permite que os fluidos filtrados sejam descarregados a partir do cartucho de ciclone enquanto os sedimentos removidos caem em baixo dentro da cuba de sedimentos. A descrição anterior é suficiente para permitir que aqueles que são especialistas na arte relevante ponham em prática o invento sem experiência indevida. A descrição proporciona ainda a melhor forma para pôr em prática o invento agora contemplado pelo inventor.

Embora o aparelho de filtragem de fluido particular mostrado e descrito em detalhe seja totalmente capaz de alcançar os objectivos e proporcionar as vantagens aqui enunciadas, deverá entender-se que é meramente ilustrativo da concretização presentemente preferida do invento e que não se pretendem limitações relativamente ao detalhe de construção ou concepção aqui mostrado para além do definido nas reivindicações anexas. Será tomado em consideração, por exemplo, que o percurso de entrada de fluido não precisa vir directamente por baixo da cuba de sedimentos. De facto, pode ser empregue qualquer número de percursos de entrada de 18 ΕΡ 2 170 522/ΡΤ fluido, desde que o fluido seja distribuído dentro do alojamento de ciclone e cartucho de ciclone de uma tal maneira a assegurar a distribuição através do cartucho para dentro dos múltiplos ciclones. Assim, o tubo de entrada de fluido pode ser disposto através do lado da cuba de sedimentos, ou mesmo através do lado do alojamento de ciclone, se bem que este último percurso venha a compreender ligeiramente a simetria do cartucho de ciclone.

Além do mais, será apreciado que podem ser empregues meios de fixação alternativos para segurar os elementos estruturais na configuração empilhada descrita e ilustrada. Por exemplo, em vez de utilizar uma pluralidade de parafusos que passem através de flanges dimensionadas de modo similar, podem ser empregues golas de bloqueio roscadas adicionais. Embora isto não seja a disposição mais elegante de estruturas num pequeno filtro adaptado para utilizar em filtragem de piscinas, os filtros maiores podem empregar tais meios de modo vantajoso.

Em conformidade, o âmbito próprio do presente invento deve ser determinado apenas pela interpretação mais ampla das reivindicações anexas de modo a envolver todas essas modificações assim como todas as relações equivalentes às ilustradas nos desenhos e descritas na especificação.

Lisboa, 2011-12-14

Claims (11)

1. ΕΡ 2 170 522/ΡΤ 1/3 REIVINDICAÇÕES 1 - Aparelho de filtragem de sedimentos de múltiplos ciclones (100) para filtrar água e petróleo, que compreende: uma cuba de sedimentos (110) para recolher sedimentos; um alojamento de ciclone (260) disposto por cima e ligado de modo a vedar à referida cuba de sedimentos (110); um cartucho de ciclone (370) disposto no referido alojamento de ciclone (260), incluindo o referido cartucho de ciclone (370) uma pluralidade de ciclones de fluido (380) conformados de modo cónico, tendo cada um deles uma pequena abertura numa extremidade inferior e uma abertura maior numa extremidade superior, e incluindo ainda uma pluralidade de percursos de escoamento de fluido através do referido cartucho de ciclone (370) para a referida pluralidade de ciclones de fluido (380); uma entrada de fluido (130) em comunicação de fluidos com o referido alojamento de ciclone (260) para introduzir água ou petróleo dentro do referido alojamento de ciclone (260) e para passagem através do referido cartucho de ciclone (370); e uma saida de fluido (630) em comunicação de fluidos com o referido alojamento de ciclone (260) para descarregar água ou petróleo a partir do referido cartucho de ciclone (370), caracterizado por o referido filtro de sedimentos de múltiplos ciclones (100) incluir ainda uma placa difusora (510) ligada de modo vedado ao referido cartucho de ciclone (370) e referido alojamento de ciclone (260), tendo a referida placa difusora: uma pluralidade de tubos difusores (520), cada um dos quais se prolonga para baixo para uma porção aberta superior de um dos referidos ciclones de fluido (380) na referida pluralidade de ciclones de fluido (380); e um buraco central (550) que acomoda um cone de desvio (560) para dirigir água ou petróleo que se escoa sobre o referido cone de desvio (560) para cima e para fora da referida placa difusora.
2. 2 - Aparelho (100) da reivindicação 1, em que a referida cuba de sedimentos (110) inclui um cárter (120) para a ΕΡ 2 170 522/ΡΤ 2/3 recolha de sedimentos separados da água ou petróleo que passa através do referido aparelho (100) .
3. 3 - Aparelho (100) da reivindicação 1, em que a referida cuba de sedimentos (110) inclui uma porção de fundo (120) e a referida entrada de fluido (130) é um tubo disposto através do fundo da referida cuba de sedimentos (110) e está ligado a uma fonte de água ou petróleo sob pressão.
4. 4 - Aparelho (100) da reivindicação 1, que inclui ainda um dreno de cuba de sedimentos (170, 190) que tem uma válvula (210) para drenagem selectiva da referida cuba de sedimentos (110) .
5. 5 - Aparelho (100) da reivindicação 1, que inclui ainda uma conduta de fluido (300) em comunicação de fluidos com a referida entrada de fluido (130), e em que o referido cartucho de ciclone (370) compreende uma pluralidade de ciclones de fluido cónicos invertidos dispostos verticalmente (380), uma porção central que tem um tubo de entrada de cartucho de ciclone (390) em alinhamento axial com a referida conduta de fluido (300), e em que cada um dos referidos percursos de escoamento de fluido na referida pluralidade de percursos de escoamento de fluido no referido cartucho de ciclone (370) inclui uma abertura de vórtice (410), um canal de vórtice (420) e um orifício de vórtice (430), cada um deles em comunicação de fluidos com as extremidades superiores abertas de um dos referidos ciclones de fluido (380) na referida pluralidade de ciclones de fluido (380).
6. 6 - Aparelho (100) da reivindicação 1, em que os referidos tubos difusores (520) têm um diâmetro exterior menor do que o do diâmetro superior dos referidos ciclones de fluido (380).
7. 7 - Aparelho (100) da reivindicação 6, em que cada um dos referidos tubos difusores (520) inclui um orifício de passagem (530) que penetra na referida placa difusora e que trás os referidos ciclones de fluido (380) para uma comunicação de fluidos com um espaço (540) por cima da referida placa difusora. ΕΡ 2 170 522/ΡΤ 3/3
8. 8 - Aparelho (100) da reivindicação 7, em que a referida placa difusora é substancialmente circular e plana, e em que o referido cone de desvio (560) está disposto no centro da referida placa difusora.
9. 9 - Aparelho (100) da reivindicação 1, que inclui ainda uma tampa (600) ligada de modo selado à referida placa difusora e criando um espaço entre a referida tampa e a referida placa difusora.
10. 10 - Aparelho (100) da reivindicação 9, em que a referida saída de fluido (630) está em comunicação de fluidos com o espaço entre a referida tampa (600) e a referida placa difusora.
11. 11 - Método de filtragem de água ou petróleo que utiliza o aparelho de filtragem de sedimentos de múltiplos ciclones (100) de qualquer das reivindicações 5 - 10, em que, em operação, é introduzida água ou petróleo através do referido tubo de entrada de fluido (390) a partir de uma fonte pressurizada, continua para dentro do referido cartucho de ciclone (370), através das referidas aberturas de vórtice (410), canais de vórtice (420) e orifícios de vórtice (430), e à volta dos referidos tubos difusores (520) para os lados das referidas extremidades superiores abertas dos referidos ciclones de fluido (380) , pelo que a água ou petróleo sob pressão constante e escoamento contínuo induz um vórtice de fluido nos referidos ciclones de fluido (380), roda partículas de sedimentos pesados para fora através da força centrífuga, que depois caem para baixo e para fora a partir dos referidos fundos abertos dos referidos ciclones de fluido (380) e para dentro da referida cuba de sedimentos (110), e pelo que a água ou petróleo filtrado, respectivamente, passa então para cima através dos referidos tubos difusores (520) e referida placa difusora para e através da referida saída de fluido ( 630) . Lisboa, 2011-12-14