TW202202220A - 具備流量擴散器之可再生介質過濾器 - Google Patents

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麗香 梁
約書亞 格里菲斯
蘇塔哈爾 曼哈蘭
艾倫 查爾斯 沃默
班傑明 賽特菲爾德
約瑟夫 克魯納萊
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Abstract

本發明揭示水過濾系統。該等水過濾系統包括：包含一外殼、一入口及一出口之一可再生介質過濾器器皿、流體連接至該入口並安置於該可再生介質過濾器器皿內之一擴散器，及經組態以導引水通過該水過濾系統之至少一個泵。該可再生介質過濾器器皿之該外殼包含以該器皿之一垂直軸線為中心的一凹形下部部分。該擴散器沿著該可再生介質過濾器器皿之一高度的位置係至少由該可再生介質過濾器器皿之該高度對一內徑之一比率及該凹形下部部分之一曲率半徑判定。本發明亦揭示一種包括具有不對稱間隔孔隙之一擴散器的可再生介質過濾器。

Description

具備流量擴散器之可再生介質過濾器
本文中所揭示之態樣及具體實例大體上係關於水處理系統，且更具體言之係關於用於水生或娛樂設施中之水處理系統。
無。
根據一個態樣，提供一種水過濾系統。該水過濾系統可包含：一可再生介質過濾器器皿，其包含一外殼、一入口、一出口及安置於該器皿內之顆粒介質，該外殼包含以器皿之垂直軸線為中心的凹形下部部分；一擴散器，其流體連接至該入口並安置於該可再生介質過濾器器皿內；及至少一個泵，其經組態以導引水通過該水過濾系統。該擴散器可包含一導管及複數個孔隙，該複數個孔隙經界定在導管壁之至少一下部側中並經設定大小以允許顆粒介質通過。擴散器沿著可再生介質過濾器器皿之高度的位置可至少由該可再生介質過濾器器皿之該高度對一內徑之一比率及該凹形下部部分之一曲率半徑判定，使得在操作中自擴散器導引出並導引至可再生介質過濾器器皿中之水流具有超過可再生介質過濾器器皿中顆粒介質之沈降速度的最小流速。
根據另一態樣，提供一種水過濾系統。該水過濾系統可包含：一可再生介質過濾器器皿，其包含一外殼、一入口、一出口及安置於該器皿內之顆粒介質，該外殼包含一凹形下部部分；一擴散器，其流體連接至該入口並安置於該可再生介質過濾器器皿內；及至少一個泵，其經組態以導引水通過該水過濾系統。該擴散器可包含一導管及複數個孔隙，該複數個孔隙經界定在導管壁之至少一下部側中並經設定大小以允許顆粒介質通過。該擴散器在可再生介質過濾器器皿中之位置可至少由該凹形下部部分之一曲率半徑及可再生介質過濾器器皿之高度對內徑之比率判定。擴散器之長度、擴散器之位置及可再生介質過濾器器皿之內徑可經選擇使得在操作中，擴散器提供經導引至可再生介質過濾器器皿中的水流之均勻流體流量分佈。
根據另一態樣，提供一種水過濾系統。該水過濾系統可包含：一可再生介質過濾器器皿，其包含一外殼、一入口及一出口，該外殼包含以器皿之垂直軸線為中心的凹形下部部分；一擴散器，其流體連接至該入口並安置於該可再生介質過濾器器皿內；及至少一個泵，其經組態以導引水通過該水過濾系統。擴散器可包含導管及複數個孔隙，該複數個孔隙經界定在導管壁之至少一下部側中。擴散器沿著可再生介質過濾器器皿之高度的位置係至少由該可再生介質過濾器器皿之該高度對一內徑之一比率及該凹形下部部分之一曲率半徑判定，使得在操作中自擴散器導引出並導引至可再生介質過濾器器皿中之水流具有在下部部分處具有最高流速並當水接近可再生介質過濾器器皿之頂部時速度降低的流速分佈。
在一些具體實例中，高度對內徑之比率為至少0.25:1。在特定具體實例中，高度對內徑之比率不大於0.55:1。
在一些具體實例中，擴散器沿著可再生介質過濾器器皿之高度的位置係進一步由凹形下部部分之曲率半徑對內徑之比率判定。凹形下部部分之曲率半徑對內徑之比率可為至少0.5:1且可不大於2:1。
在一些具體實例中，複數個孔隙之開口面積的總和為擴散器之入口面積的至少1.5倍。在一些具體實例中，複數個孔隙之開口面積的總和不大於擴散器之入口面積的5倍。在特定具體實例中，複數個孔隙之開口面積的總和可為擴散器之入口面積的2至3.5倍。
在一些具體實例中，複數個孔隙橫跨擴散器之周邊之一部分。
在某些具體實例中，擴散器經組態以得到進入可再生介質過濾器器皿之流速相對於自至少一個泵提供至擴散器之水之流速的至少50%之減小。
在特定具體實例中，當水接近可再生介質過濾器器皿之頂部時流速趨向於零。
在特定具體實例中，經導引至可再生介質過濾器器皿中的水流靠近可再生介質過濾器器皿之底部具有超過顆粒介質在可再生介質過濾器器皿中之整個水中之沈降速度的最小流速。
在一些具體實例中，可再生介質過濾器器皿進一步包含管板，管板包含複數個管元件。擴散器可位於複數個管元件之最低範圍與凹形下部部分之間。
在一些具體實例中，複數個孔隙之圖案沿著擴散器之長度係不對稱的。舉例而言，複數個孔隙之不對稱圖案可包含在複數個孔隙中之每一者之間的可變間隔。在一些具體實例中，複數個孔隙之不對稱圖案可包含複數個孔隙中之每一者的可變寬度。
在一些具體實例中，複數個孔隙包含縱向延伸孔隙。在一些具體實例中，複數個孔隙包含橫向孔隙。在某些具體實例中，複數個孔隙中之每一者之間的間隔係對稱的。在一些具體實例中，複數個孔隙中之每一者之間的間隔係不對稱的。在複數個孔隙的具體實例中之任一者中，複數個孔隙可包含圓形孔隙。
在其他具體實例中，擴散器的複數個孔隙中之至少一者的長度與複數個孔隙中之至少一個其他者的長度相同。舉例而言，擴散器的複數個孔隙中之每一者的長度可係相同的。在其他具體實例中，擴散器的複數個孔隙中之至少一者的長度不同於複數個孔隙中之至少一個其他者的長度。在一些情況下，擴散器的複數個孔隙中之每一者的長度可係不同的。
在其他具體實例中，擴散器的複數個孔隙中之至少一者的寬度不同於複數個孔隙中之至少一個其他者的寬度。舉例而言，擴散器的複數個孔隙中之每一者的寬度可係不同的。在其他具體實例中，擴散器的複數個孔隙中之至少一者的寬度與複數個孔隙中之至少一個其他者的寬度相同。舉例而言，擴散器的複數個孔隙中之每一者的寬度可係相同的。
在其他具體實例中，擴散器包括位於複數個孔隙上方之一個或多個內部結構。
根據另一態樣，提供可再生介質過濾器。可再生介質過濾器可包含具有凹形下部部分之外殼及鄰近凹形下部部分安置於外殼內的擴散器。擴散器可包含具有複數個孔隙之導管，該複數個孔隙經界定在導管壁之至少一下部側中。複數個孔隙可經設定大小以允許顆粒介質通過且可沿著導管之長度不對稱地間隔。
在一些具體實例中，複數個孔隙中之每一者在大小及形狀方面係相同的。
本文揭示用於處理水生及娛樂設施中之水的系統。本文中所描述的系統可藉由用介質過濾器進行處理來過濾水生及/或娛樂用水。藉由使用結構，例如上面可塗佈有介質之多孔結構，介質過濾器典型地充當顆粒去除過濾器。舉例而言，可再生介質過濾器可包含含有複數個多孔管元件之管板及珍珠岩或矽藻土（diatomaceous earth；DE）介質。
介質過濾器大體上使用特級顆粒介質來處理水。特級介質可含於器皿或其他容器中。介質過濾器可為壓饋（pressure-fed）或高速率介質過濾器。在過濾期間，待處理之水可例如由一個或多個泵饋送至介質過濾器器皿。在介質過濾器器皿內部，水在與器皿中之特級介質接觸之前可由水分佈頭分佈。大體而言，特級介質充當基質且捕獲含於水中之固體污染物。經過濾水自器皿去除且可返回至來源以供在水生或娛樂設施中進一步使用。
根據某些具體實例，介質過濾器可為再生介質過濾器、活性碳過濾器或胡桃殼過濾器。介質過濾器可包含適用於過濾水生及/或娛樂用水之任何顆粒介質。介質過濾器可包含珍珠岩或DE介質。在一些具體實例中，介質過濾器可為例如DEFENDER® 介質過濾器（由賓夕法尼亞州匹茲堡之懿華水處理技術有限責任公司（Evoqua Water Technologies LLC, Pittsburgh, PA）發佈）。
可再生介質過濾器器皿可包含用介質塗佈的結構。舉例而言，可再生介質過濾器器皿可包含塑膠管元件，任擇地多孔塑膠管。複數個管元件可藉由使一末端以可釋放方式連接至支撐結構（諸如聚合物板或其他類似支撐基板）而懸置於可再生介質過濾器器皿內部。在此具體實例中，多孔管可用於防止介質傳遞至可再生介質過濾器器皿之過濾物中。在塗佈後，待處理之水可通過塗層且接著通過複數個管元件。塗層可包括極精細過濾介質，使得可再生介質過濾器器皿可過濾小粒徑之液體。在一些具體實例中，可再生介質過濾器器皿可經組態以過濾液體以去除大小小於10 μm之顆粒。如本文中關於顆粒大小所使用的術語大小指代粒子之最大尺寸。可再生介質過濾器器皿可經組態以過濾液體以去除大小小於約10 μm、小於約5 μm、小於約3 μm或小於約1 μm之顆粒。
可再生介質過濾器器皿可大體上可連接及在使用中流體地連接至水生及/或娛樂用水之來源。根據一態樣，提供一種用於處理水的系統。水可經指定用於水生或娛樂設施。系統可包含可連接至水源之可再生介質過濾器器皿。系統可包含一個或多個管、閥或泵，其經定位以分配系統內之水並在處理之後將經處理水任擇地返回至目的地。
在一些具體實例中，待處理之水生及/或娛樂用水可包括供人或獸醫應用的水。舉例而言，水生或娛樂用水可用於游泳。水生及/或娛樂用水可與池、溫泉、熱水盆、水上樂園、噴泉、水族箱、動物園、動物保護區及其類似者相關聯。典型地，可再生介質過濾器器皿可在水生及/或娛樂用水之來源附近定位。在一些具體實例中，可再生介質過濾器器皿可遠離水生及/或娛樂用水之來源。
雖然本文所描述之具體實例大體上係指水生及娛樂設施用水，但此應用為例示性的。應理解，所揭示之系統可用於過濾待用顆粒介質過濾器過濾之任何流體。舉例而言，本文中所揭示之系統可用於過濾飲用水、水生、灌溉、雨水管理、用於油及氣體處理之水，及其他應用。
可再生介質過濾器器皿可具有適用於處理在25加侖每分鐘（gallons per minute；GPM）與3000 GPM之間的水之大小。舉例而言，可再生介質過濾器器皿可經設定大小以在約25 GPM與約100 GPM之間、在約50 GPM與約250 GPM之間、在約150 GPM與約300 GPM之間、在約200 GPM與約400 GPM之間、在約300 GPM與約450 GPM之間、在約400 GPM與約500 GPM之間、在約450 GPM與約800 GPM之間、在約600 GPM與約1000 GPM之間、在約800 GPM與約1500 GPM之間、在約1000 GPM與約2000 GPM之間、在約1500 GPM與約2500 GPM之間或在約2000 GPM與約3000 GPM之間處理。可再生介質過濾器器皿可包含串聯或並聯配置的多於一個器皿。大體而言，可再生介質過濾器器皿之大小及配置可隨待過濾的水生或娛樂結構之大小變化。
根據一個或多個具體實例，水過濾系統可包括可再生介質過濾器器皿。可再生介質過濾器器皿之實例揭示於全部讓渡給賓夕法尼亞州匹茲堡之懿華水處理技術有限責任公司的2019年11月20日申請之標題為「REGENERATIVE MEDIA FILTER AIR SCOURING APPARATUS AND METHOD」的PCT/US2019/062373、2019年10月18日申請之標題為「REGENERATIVE MEDIA FILTER AND RELATED METHODS」的PCT/US2019/056850及2018年9月17日申請之標題為「SAND FILTER LED STATUS LIGHT」的WO 2019/055903中，其揭示內容出於所有目的以全文引用之方式併入本文中。
可再生介質過濾器器皿之實例以分解圖形式在圖1中說明。可再生介質過濾器器皿100包括器皿外殼102、器皿頂部104及器皿基座106。器皿頂部104包括頂蓋108及器皿出口114。容納於器皿外殼102內的係包括複數個管元件122之管板組裝件116。管板組裝件116係使用管板墊圈116a而密封至器皿頂部104。頂蓋108係使用頂蓋墊圈108a密封至管板組裝件116。頂蓋108及管板組裝件116係使用頂蓋緊固件108b連接至器皿頂部104。器皿基座106包括包含使用入口墊圈112a及入口緊固件112b密封至器皿基座106的擴散器124之器皿入口112。器皿基座106亦包括器皿排放口120，其中頂蓋108及器皿基座106兩者分別包括真空埠118a、118b。
可再生介質過濾器器皿可由與水生環境相容且可將內部壓力維持與自泵及其他裝備施加的壓力一致的任何合適之材料製成。舉例而言，可再生介質過濾器器皿可由聚合材料製成，諸如聚氯乙烯（PVC）、玻璃纖維增強聚合物（FRP）、聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）。其他合適之材料為此項技術中已知。例示性材料為PVC且其提供優於其他材料的多個優點。PVC為可容易獲得的相對便宜之材料，其可耐受超出本文中所描述之系統之壓力的所施加壓力。PVC具有與在水生環境中找到的化學物質（例如鹽、次氯酸根離子及臭氧）的極佳化學相容性且因此具有在需要替換之前的特別長工作生命週期。PVC （諸如Schedule 40）之某些厚度已獲得法規認可供用於住宅及商業水生環境，例如將設計壓力等級設定為最大操作壓力之4x的NSF-50。另外，PVC為高度可加工材料，容易採取溶劑焊接以形成連續結構及表面處理以改良抗UV性及耐候性。
可再生介質過濾器器皿可具有為至少0.25:1的高度對內徑之比率。如本文所使用，「高度」指代擴散器之中心線與可再生介質過濾器器皿之凹形下部部分的最大曲率半徑之間所量測的距離。高度對內徑比率可至少部分用以判定流動擴散器在可再生介質過濾器器皿內之位置。在一些具體實例中，可再生介質過濾器器皿可具有不大於0.55:1的高度對內徑之比率。舉例而言，可再生介質過濾器器皿之高度對內徑之比率可為0.25:1至0.30:1、0.275:1至0.35:1、0.30:1至0.375:1、0.35:1至0.40:1、0.375:1至0.425:1、0.40:1至0.475:1、0.425:1至0.50:1或0.45:1至0.55:1。例示性可再生介質過濾器器皿具有0.46的高度對內徑之比率。
在一些具體實例中，可再生介質過濾器器皿可具有至少0.5:1的凹形下部部分之曲率半徑對內徑之比率。0.5:1之比率描述完美半球。隨著比率增大，凹形下部部分之凹度減小。若此比率太大，則凹形下部部分實際上可為平面部分，其可能不允許水流在可再生介質過濾器器皿內具有均勻流量分佈。凹形下部部分之曲率半徑對內徑之比率可至少部分用以判定可再生介質過濾器器皿內的擴散器之位置。在一些具體實例中，可再生介質過濾器器皿可具有不大於2:1的凹形下部部分之曲率半徑對內徑之比率。舉例而言，可再生介質過濾器器皿可具有0.5:1至1:1、0.75:1至1.25:1、1:1至1.5:1、1.25:1至1.75:1或1.5:1至2:1的凹形下部部分之曲率半徑對內徑之比率。
在一些具體實例中，可再生介質過濾器器皿之入口包括流體連接至入口並安置於可再生介質過濾器器皿內之擴散器。擴散器經設計及建構以提供可再生介質過濾器器皿內的均勻流體流量分佈。「均勻流體流量分佈」意謂進入可再生介質過濾器器皿之流動相較於進入擴散器之水的流速具有減小之流速，實質上係層流，且在可再生介質過濾器器皿之大部分高度上關於該器皿之中心垂直軸線對稱。
進入器皿之水的均勻流體流量分佈為過濾效率及用顆粒介質塗佈複數個管元件的考量。不均勻分佈的流體流量可例如減小複數個管元件中之一些或所有上的有效介質塗層厚度。管元件之未塗佈表面或具有小於最小介質塗層厚度之表面可促成過濾突發性及過濾物品質的下降。另外，進入可再生介質過濾器器皿之擾流可無意中將顆粒介質沈積至其並不預期的表面上，從而增加顆粒介質使用及成本。進入器皿之水的均勻流體流量分佈可輔助均勻地塗佈複數個管元件且因此減少可再生介質過濾器器皿之循環時間。
在一些具體實例中，擴散器鄰近凹形下部部分定位於可再生介質過濾器內。擴散器大體上包括具有複數個孔隙之導管，該複數個孔隙經界定在導管壁之至少一下部側中。複數個孔隙可經組態（亦即，經設定大小及經塑形）以允許可再生介質過濾器器皿內之顆粒介質通過。擴散器大體上經組態以接納任何速度或流動特性下的水流並輸出具有減小之速度及更均勻流量分佈的較平滑流動。舉例而言，擴散器可經組態以接納水之擾流（諸如來自高速度下之泵的水）並得到進入可再生介質過濾器器皿的水之流速的降低。在一些具體實例中，擴散器可經組態以得到進入可再生介質過濾器器皿之流速相對於自至少一個泵提供至擴散器之水的至少50%之降低。舉例而言，擴散器可經組態以將具有12英尺每秒（fps）之速度的300 GPM流量向下減少至3至4 fps之間。在圖2A及圖2B中說明通過擴散器泵浦並進入器皿的水之速度下降之實例。
在圖3A至圖3G及圖4A至圖4J中說明擴散器之實例具體實例。在所說明實例中，擴散器包括導管及定位於導管之至少一下壁中的複數個孔隙。複數個孔隙可橫切（亦即，正交）於穿過擴散器的流動之軸線，如圖3A至圖3G、圖4E、圖4I及圖4J中所展示。替代地，複數個孔隙可為縱向延伸孔隙，亦即，平行於穿過擴散器的流動之軸線。在圖4A、圖4B、圖4F及圖4G中說明具有縱向延伸孔隙之擴散器之實例具體實例。在一些具體實例中，複數個孔隙可為圓形孔隙，諸如圖4C、圖4D及圖4H中所說明之具體實例。在包括圓形孔隙之具體實例中，圓形孔隙可橫切於穿過擴散器的流動之軸線或縱向地隨該軸線而配置。或者或另外，圓形孔隙可獨立於穿過擴散器的流動之軸線以任何圖案定位。在一些具體實例中，複數個孔隙橫跨擴散器之周邊之一部分。舉例而言，複數個孔隙可僅僅定位於擴散器之下部部分或下部區（諸如圖3A至圖3G及圖4A至圖4J中所說明之大體圓柱形擴散器的下部部分）之周邊上。替代地，複數個孔隙可橫跨擴散器之周邊之任何部分以提供流速之所需要降低。孔隙之數目可為任何合適之數目，亦即，孔隙之數目可為1至100（包括端點）。在圖3A至圖3G及圖4A至圖4J中展示的大體圓柱形之擴散器組態中，引入至擴散器中的水可向下並遠離擴散器流動。
擴散器之整個長度（亦即，與可再生介質過濾器器皿一起安置的擴散器之部分）係足夠的，使得自擴散器導引出並導引至可再生介質過濾器器皿中之水可均勻地接觸複數個管元件中之每一者。太短的擴散器長度可不能夠包括足夠數目個孔隙以達成流速的所需要降低及/或可不能夠導引水至複數個管元件中之每一者。
複數個孔隙可經設定大小（亦即，在長度及寬度方面）並經塑形以得到通過擴散器之水之流速的降低。舉例而言，圖5及圖6說明進入裝備有圖3A至圖3G中所說明的擴散器的可再生介質過濾器器皿的流動之流速及壓力等值線，展示進入器皿的流速之降低。太大的孔隙可不具有足夠水壓以導引經引入器皿中之水以接觸複數個管元件，且太小的孔隙可在水在器皿內流動時傾向於被顆粒介質阻塞。孔隙可具有至少0.5吋之最小尺寸（亦即，長度或寬度）以避免被顆粒介質阻塞。
在一些具體實例中，複數個孔隙之開口面積的總和可為擴散器之入口面積的至少1.5倍。如本文所使用，擴散器之「入口面積」係指水經導引至其中的擴散器之連接凸緣中的開口之面積。對於如本文所揭示之大體圓柱形擴散器，擴散器的開口面積為擴散器之垂直橫截面的面積，πr2 。其他擴散器形狀在本發明之範疇內。在一些具體實例中，複數個孔隙之開口面積的總和可不大於擴散器之入口面積的5倍。舉例而言，可再生介質過濾器器皿可具有一擴散器，該擴散器具有為擴散器之入口面積1.5至2.5倍、為擴散器之入口面積2至3倍、為擴散器之入口面積2.5至3.5倍、為擴散器之入口面積3至4倍、為擴散器之入口面積3.5至4.5倍、為擴散器之入口面積4至5倍的複數個孔隙之開口面積的總和。例示性擴散器可具有在擴散器之入口面積2與3.5倍之間的複數個孔隙之開口面積的總和。擴散器之複數個孔隙的增大之開口面積可足以得到進入可再生介質過濾器器皿之流速的降低同時為了所要層級之過濾器皿效能而維持進入可再生介質過濾器器皿之足夠水壓及/或具有顆粒介質之複數個管元件的塗層。
在一些具體實例中，複數個孔隙之圖案沿著擴散器之長度可係不對稱的。不對稱性可在擴散器之任何態樣中，諸如複數個孔隙中之每一者的可變長度及/或寬度及/或複數個孔隙中之每一者之間的可變間隔。舉例而言，擴散器之複數個孔隙中之每一者可具有可變寬度。在圖4H、圖4I及圖4J中說明具有具有可變寬度及/或直徑之孔隙的擴散器之具體實例，其中孔隙之寬度及/或直徑沿著擴散器之長度自入口至封蓋末端減小。或者或另外，擴散器的複數個孔隙中之每一者可具有在孔隙之間的可變間隔。在圖4E中說明具有具有變化間隔之孔隙的擴散器之具體實例，其中孔隙經描繪為均勻大小之矩形橫向孔隙，其沿著擴散器之長度具有自入口至封蓋末端的增大之間隔。在此組態中，存在位於擴散器入口處的增加數目個孔隙且當流動沿著擴散器之長度行進並進入可再生介質過濾器器皿中時至擴散器中之流體流量可更有效地擴散。在一些具體實例中，擴散器可含有孔隙形狀、尺寸及/或間隔之任何組合，且本發明不限於形狀、尺寸及/或擴散器中孔隙之間的間隔。
在一些具體實例中，複數個孔隙中之每一者可具有均一或相同尺寸。舉例而言，圖3A至圖3G及圖4E說明具有展示為矩形開口之孔隙的擴散器之具體實例，其中每一孔隙之寬度係均一的（亦即，大小及形狀相同），且更接近於擴散器之封蓋末端而定位。作為另一實例，圖4B、圖4F及圖4G說明具有展示為經均勻塑形之縱向延伸長橢圓形孔隙的孔隙的擴散器之具體實例，其中每一孔隙在大小及形狀方面係相同的。替代地，複數個孔隙中之每一者可具有非均一之尺寸，亦即，孔隙可漸縮。在圖4A中說明具有漸縮縱向延伸孔隙的擴散器之具體實例。在具有圓形孔隙之具體實例中，圓形孔隙中之每一者可具有實質上相同之直徑，諸如圖4C至圖4D中所說明之具體實例。替代地，圓形孔隙中之每一者可具有不同直徑，諸如圖4H中所說明的具體實例。在一些具體實例中，擴散器之複數個孔隙中之至少一者的長度可與複數個孔隙中之至少一個其他者的長度相同。或者或另外，擴散器之複數個孔隙中之至少一者的長度可不同於複數個孔隙中之至少一個其他者的長度。替代地，擴散器的複數個孔隙中之每一者的長度可係不同的。
在一些具體實例中，擴散器的複數個孔隙中之至少一者的寬度可與複數個孔隙中之至少一個其他者的寬度相同。或者或另外，擴散器的複數個孔隙中之至少一者的寬度可不同於複數個孔隙中之至少一個其他者的寬度。舉例而言，複數個孔隙中之每一者的長度及擴散器之複數個孔隙中之每一者的寬度可係相同的，諸如圖3A至圖3G中所說明之孔隙。在圖3A至圖3G中，孔隙經組態為長度及寬度相同的正交於穿過擴散器之流動軸線定位的矩形槽。
在一些具體實例中，擴散器可包括經組態以在通過複數個孔隙之前降低流體之流速的一個或多個內部結構。舉例而言，擴散器可包括定位於複數個孔隙上方以朝向複數個孔隙導引流體的一個或多個內部結構，諸如檔板。在圖4G中說明包括內部突出部之擴散器的實例。熟習此項技術者可瞭解總數、實體尺寸、複數個孔隙中之每一者沿著擴散器的位置以及擴散器之任何其他內部結構特徵可經選擇用於所要層級之效能，例如流速降低、管元件塗佈效率，或總體過濾效能。
在一些具體實例中，可再生介質過濾器器皿之外殼可包括以器皿之垂直軸線為中心的凹形下部部分。凹形下部部分可經組態以促進水流及水之任何組件（諸如顆粒介質）向上及通過器皿。凹形下部部分至少部分防止顆粒介質在其通過擴散器之孔隙時堵塞。凹形下部部分進一步防止顆粒介質堆積於可再生介質過濾器器皿之某些區域中。凹形下部部分亦可促進液體排放並在替換顆粒介質之前消耗可再生介質過濾器器皿中之顆粒介質。在圖1、圖7A及圖7B中說明具有凹形下部部分130之可再生介質過濾器器皿的實例。參看圖7A及圖7B，插入至112中的擴散器124可定位於排放口120上方之凹形下部部分130（器皿基座106之部分）的最高曲率之近似點上方。在此組態中，通過擴散器124泵浦的水能夠遵循凹形下部部分130之曲率並以受控及均勻方式在可再生介質過濾器器皿之高度上方流動以確保水及在一些情況下如本文中所描述之新的顆粒介質可接觸可再生介質過濾器器皿內之複數個管元件。如圖7A及圖7B中所展示，凹形下部部分輪廓可為圓形，亦即具有圓弧。在其他具體實例中，凹形下部部分輪廓亦可為橢圓形。在具有凹形下部部分的可再生介質過濾器器皿之任何具體實例中，倒圓角可被添加至凹形下部部分與器皿之垂直壁之間的接面以提供兩個區段之間的平滑過渡。
在可再生介質過濾器器皿中，顆粒介質可在過濾效能已腐蝕（指示介質顆粒之間的填隙空間被污染物阻塞）後自複數個管中去除。水經典型地導引通過複數個管元件或複數個管元件經機械地攪動以促進介質去除。新的介質在預過濾程序中經典型地添加回至複數個管元件上，其中新的顆粒介質被添加至器皿且水被引入至可再生介質過濾器器皿之入口中並通過擴散器以使顆粒介質懸浮並允許其積聚在複數個管元件之表面上。在一些具體實例中，在複數個管元件上之顆粒介質的塗層可為至多約5 mm厚，例如2至5 mm厚。在一些具體實例中，預過濾程序之效率及時間標度可由擴散器沿著可再生介質過濾器器皿之高度的位置判定。
可再生介質過濾器器皿內擴散器之位置（亦即，擴散器定位所在的高度及其進入可再生介質過濾器器皿之整個長度）可由給水流提供所要層級之效能的數個因素判定。大體而言，對於本文中所描述的包括複數個管元件之可再生介質過濾器器皿，擴散器應位於複數個管元件之最低範圍與凹形下部部分之間。複數個管元件之最低範圍與凹形下部部分之間的空間之尺寸可取決於管元件之長度，其在一些具體實例中長度可為1呎至6呎。舉例而言，擴散器沿著可再生介質過濾器器皿之高度的位置可至少由可再生介質過濾器器皿之高度對內徑之比率及凹形下部部分之曲率半徑判定，使得在操作中自擴散器導引出並導引至可再生介質過濾器器皿中之水流靠近可再生介質過濾器器皿之底部具有超過顆粒介質在可再生介質過濾器器皿中之整個水中之沈降速度的最小流速。可用於判定可再生介質過濾器器皿內擴散器之位置的其他因素包括但不限於擴散器之長度、擴散器之直徑、內徑對凹形下部部分之曲率半徑之比率，及複數個孔隙中之每一者的長度、數目及大小以及在其間的相對間隔。
在一些具體實例中，可存在擴散器之中心線與可再生介質過濾器器皿之凹形下部部分之間的最小距離。此最小距離可經設定以至少部分減少擴散器之孔隙被顆粒介質的堵塞。舉例而言，若擴散器定位太接近於凹形下部部分，則擴散器可變得被顆粒介質阻塞及/或凹形下部部分可變得被顆粒介質填充且不允許其通過進入可再生介質過濾器器皿。另一方面，若擴散器定位離凹形下部部分太遠，則顆粒介質可不能夠塗佈複數個管元件中之每一者的全長及/或塗佈程序可不發生在對於最終使用者或操作者切實可行的時間標度上。另外，定位離凹形下部部分太遠的擴散器可不允許流體流動達至可再生介質過濾器器皿之底部。此可導致停滯區域之形成，顆粒介質可在管元件塗佈程序或過濾操作期間沈降並累積於停滯區域中。因此，擴散器之位置可藉由量測運用顆粒介質恰當地塗佈複數個管元件所必需的時間量來判定。
為了顆粒介質在管元件上積聚足夠塗層，顆粒介質應處於懸浮中，使得其可接觸管元件並允許額外介質與介質接觸。在此等實施中，為了顆粒介質保持懸浮，可再生介質過濾器器皿中之水自凹形下部部分至複數個管元件中的流動應具有超過在重力作用下水中顆粒介質之沈降速度的朝上速度分量。若此條件不滿足，則顆粒介質將沈降至可再生介質過濾器器皿之底部而不塗佈複數個管元件。顆粒介質之沈降速度隨介質之密度而變，對於用於可再生介質過濾器器皿的典型介質（諸如珍珠岩），密度為約1.1 g/cm3 。在本發明之上下文中，為了顆粒介質保持懸浮於可再生介質過濾器器皿中使得其可有效塗佈複數個管元件，水流應足以在顆粒介質移動通過水時克服作用於顆粒介質的重力，此在本發明的上下文中可視為顆粒介質之稀釋懸浮液。此關係可由用於層流之史托克斯方程式說明，該方程式描述粒子速度、重力加速度及顆粒行進於其中的介質之黏度之間的關係。顆粒通過水的沈降速度可由以下方程式描述：
Figure 02_image001
其中：v = 顆粒之沈降速度（m/s）；ρ s = 顆粒之密度（kg/m3 ）；ρ s = 水之密度（kg/m3 ）；g = 重力加速度（m/s2 ）；r = 顆粒半徑（μm）；且μ = 水之黏度（kg/(s• m)） 作為非限制性實例，具有比重為2.3及顆粒半徑為160 μm（其為典型量測珍珠岩粒徑分佈中之百分之90）的珍珠岩顆粒介質將具有在水中之約0.02 m/s的沈降速度。因此，本發明之可再生介質過濾器器皿內的具有在向上方向上之大於0.02 m/s之速度分量的水流將使此等顆粒在可再生介質過濾器器皿內保持處於懸浮中。
在一些具體實例中，擴散器在可再生介質過濾器器皿中之位置可至少由凹形下部部分之一曲率半徑及可再生介質過濾器器皿之高度對內徑之比率判定。除了凹形下部部分之曲率半徑及可再生介質過濾器器皿之高度對內徑之比率之外，擴散器之長度、擴散器之位置及可再生介質過濾器器皿之內徑可經選擇使得在操作中擴散器提供經導引至可再生介質過濾器器皿的水流之均勻流體流量分佈。如本文提及，內徑對曲率半徑之比率可另外至少部分用以判定可再生介質過濾器器皿內擴散器的位置。
在一些具體實例中，擴散器沿著可再生介質過濾器器皿之高度的位置可至少由可再生介質過濾器器皿之高度對內徑之該比率及凹形下部部分之曲率半徑判定，使得在操作中，自擴散器導引出並導引至可再生介質過濾器器皿中之水流具有在下部部分處具有最高流速並當水接近可再生介質過濾器器皿之頂部時速度降低的流速分佈。可再生介質過濾器器皿內的水之流速在整個器皿中可不相同。實際上，流速可為連續區，在最接近入口之點處具有最大量值並沿著可再生介質過濾器器皿之高度漸減，使得量值在定位管板的可再生介質過濾器器皿之頂部處基本上為零。此在圖2A及圖2B中說明，其中進入擴散器之水在可再生介質過濾器器皿之入口處具有高速度並在整個可再生介質過濾器器皿中擴散。亦存在在緊靠出口之區域中的高速度之區域，如圖2A及圖2B中所說明，其藉由管板與可再生介質過濾器器皿之主內部內的水速之連續區分開。
衛生部門典型地調節游泳池中之水過濾之周轉率。舉例而言，衛生部門可指示最大周轉率。所揭示系統可經操作以具有至多4小時、5個小時、6小時、7小時或8小時的水生或娛樂性水周轉率。
通過介質過濾器過濾之水的流動速率可對周轉率具有影響。根據某些具體實例，系統可在至少一臨限流動速率之流動速率下操作以提供所需要周轉率。在此等具體實例中，本文所揭示之系統可使流動速率被監控或被控制。本文所揭示之系統可回應於流動速率小於臨限流動速率而在清潔或排放模式中操作。
臨限流動速率可由以下方程式計算：
Figure 02_image003
其中：F =臨限流動速率（GPM）；V = 游泳池中之水量（g）；且t = 最大周轉時間（分鐘）。
包含具有多孔介質（諸如DEFENDER®過濾器）之複數個管元件的可再生介質過濾器器皿可藉由自器皿內的複數個管元件排出介質及污染物及進入懸浮液中而清潔。清潔程序大體上允許管元件在介質顆粒重新附著至管元件後接納多孔介質之新的塗層。在清潔之後，可使用塗佈或預過濾程序用介質重塗管元件。經重塗介質過濾器可重新投入使用。
本文中所揭示之系統可使用液壓清潔程序。液壓清潔程序大體上使用再循環泵及一個或多個閥以在功能上達成水通過複數個管元件之反向再循環。一個或多個閥可由使用者或服務提供商手動致動以按預定序列打開或關閉以執行液壓清潔程序。來自致動序列的液壓效果可自複數個管元件去除介質並將其發送至懸浮液中，而不在複數個管元件上產生顯著機械應力。特定言之，液壓程序可自複數個管元件有效去除介質及污染物而不實體地升高及降低複數個管元件。
本文中所描述的系統可在清潔模式中操作。清潔模式可包括在與過濾模式之方向相對的方向上導引水通過介質過濾器。在第二方向上之水流可使顆粒介質懸浮於經過濾水中。清潔模式可大體上包含手動關閉進料閥以阻擋水進入可再生介質過濾器器皿之通路及關閉最終使用閥以阻擋經過濾水自再生介質過濾器器皿中通過。可打開一個或多個再循環閥以允許經過濾水通過可再生介質過濾器器皿之再循環管線。
如本文所描述之系統可在清潔模式中操作達一時間段，該時間段足以將可再生介質過濾器器皿之內部壓力降低至與可再生介質過濾器之恢復操作相關聯的操作壓力範圍內。當如本文所描述的系統之內部壓力已恢復至正常操作層級時，系統可返回至過濾模式。
本文中所描述的系統可在預過濾模式中操作。預過濾模式可包含在第一方向上導引水通過可再生介質過濾器器皿。預過濾模式可經組態以用顆粒介質塗佈複數個管元件以為過濾模式作準備。預過濾模式可大體上包含以與清潔模式相同的閥組態操作系統，但使水通過再循環管線之方向性反向。因此，在預過濾模式期間，可關閉進料閥以阻擋水通過系統，且可關閉最終使用閥以阻擋經過濾水自系統中通過。可打開一個或多個再循環閥以允許經過濾水通過系統之再循環管線。一個或多個閥可由使用者或服務提供商手動致動以按預定序列打開或關閉以執行預過濾模式。
本文所揭示之系統可在預過濾模式中操作達一時間段，該時間段足以用顆粒介質塗佈複數個管元件。該時間段可在約8至15分鐘之間。該時間段可在約8至10分鐘、10至12分鐘或12至15分鐘之間。在預過濾模式中塗佈管元件之後，本文所揭示之系統可返回至過濾模式中操作。
在某些具體實例中，本文中所描述的系統可在啟動後在預過濾模式中操作。在此類具體實例中，系統可在預過濾模式中操作之前用水裝載或給水。在足以塗佈複數個管元件的一時間段之後，本文中所描述的系統可在過濾模式中操作，如先前所描述。
可再生介質過濾器器皿可週期性地排放。在循環使用期間，如先前所描述，污染物可在吸附至複數個管元件上的介質內積聚。可藉由在清潔模式中操作而自多孔介質去除污染物。然而，污染物大體上在清潔模式期間及之後保留在可再生介質過濾器器皿內，直至將對介質過濾器器皿進行排放。因此，本文中所描述的系統可在排放模式中操作。排放模式可包括打開可再生介質過濾器器皿上之排放閥及使可再生介質過濾器器皿排放水、顆粒介質及污染物。排放模式可另外包含打開進料閥以清洗可再生介質過濾器器皿。在圖1、圖7A及圖7B中說明具有排放口120之可再生介質過濾器器皿。在排放之後，可替換系統之顆粒介質。在一些具體實例中，本文中所描述的系統可回應於在過濾模式中操作的一時間段小於約4小時、小於約3小時、小於約2小時、小於約1小時或小於約0.5小時而根據預定臨限值在排放模式中操作。本文中所描述的系統可回應於在過濾模式中操作的一時間段小於約10分鐘、小於約5分鐘、小於約2分鐘、小於約1分鐘、小於約30秒、小於約10秒或小於約1秒而根據預定臨限值在排放模式中操作。預定臨限值可為觸發排放模式中之操作的臨限值。 實例
此等及其他具體實例之功能及優點可自以下實例得到更佳理解。此等實例意欲實際上為說明性且不被認為以任何方式限制本發明之範疇。 實例1A-器皿製造
如本文中所描述的本發明之說明性實例，可再生介質過濾器器皿經設計並自FRP建構。在圖1及圖8中說明包括包括複數個管元件之管板的可再生介質過濾器器皿及連接至入口之擴散器的具體實例，其中圖1中說明經建構可再生介質過濾器器皿的大體構造。參看圖1，所說明可再生介質過濾器器皿包括在所有連接器上之標準配件，例如用於用於顆粒介質加載之排放口120及真空連接件118a、118b的母NPT 1.5-吋連接件。
如圖1及圖8中所說明，經設計及建構的可再生介質過濾器器皿之整個尺寸經選擇使得單元將能夠通過標準出入口（例如約80"高乘33"寬）在安裝位置中裝配。參看圖8，可再生介質過濾器器皿800包括器皿本體102、器皿頂部104及具有凹形下部部分130之器皿基座106。器皿頂部104包括緊固至器皿本體102之頂蓋108。容納於器皿本體102內的係具有複數個管元件122之管板組裝件116。複數個管元件122中之每一者為36"長。頂蓋108密封至管板組裝件116。器皿基座106包括包括擴散器124之器皿入口112，其中擴散器124之連接凸緣密封至器皿基座106之入口112。器皿基座106亦包括器皿排放口120，其中頂蓋108及器皿基座106兩者分別包括真空埠118a（圖中未示的基座上之真空埠）。
管板組裝件包括經組態以固持固定在位置中的複數個管元件之上部管板及下部管板兩者，其中組裝件含有367個管元件。下部管板由用於製造可再生介質過濾器器皿的相同材料之¾"厚部分製成且經設計以分開可再生介質過濾器器皿之下部部分中的未經過濾水以免進入可再生介質過濾器器皿之上部部分。複數個管元件中之每一者的上部末端（其包括金屬唇緣）係使用氈墊圈緊固至下部管板。上部管板係由與下部管板相同之材料的½"厚部分製成且經組態以將水自複數個管元件導引至出口。管板組裝件（亦即，上部及下部管板以及安裝至下部板中的複數個管元件）係使用旋擰至經壓入至下部管板中之螺旋插入件中的複數個3/8"316SS抗腐蝕螺栓緊固在一起。在操作中，未經過濾的水經強迫通過顆粒介質塗佈之管元件，該等管元件中之每一者提供約0.6平方呎的過濾面積，總共220.2平方呎。 實例1B-器皿流動模型化
如本發明中描述之本發明的一另外說明性預示性實例，在實例1A中建構的可再生介質過濾器器皿以計算方式呈現並使用CFD模型化通過其的水流。可再生介質過濾器器皿之尺寸、擴散器之孔隙的位置、尺寸及數目經選擇以得到進入可再生介質過濾器器皿之水的流速的降低。詳言之，在此實例中模型化之擴散器沿著擴散器之長度具有均勻寬度及間隔的孔隙。進入擴散器之流動係使用CFD來模型化用於如本文所描述含有複數個管元件的可再生介質過濾器器皿。進入可再生介質過濾器器皿的經模型化流動經設定為約3 m/s的進口流速。
圖9A說明CFD計算域（由環繞複數個管元件之黑色邊界框界定），其中自入口通過擴散器進入器皿並通過在可再生介質過濾器器皿之頂部處的出口流出的流動經模型化。圖9B說明用於繪製速度等值線及向量以觀測不同擴散器設計對於可再生介質過濾器器皿之各個位置內的流動之效應的例示性水平及垂直截面流體流動平面。參看圖9B，通過可再生介質過濾器器皿之流動係在垂直平面V1及V2（特定言之在擴散器正下方）中檢驗。持續參看圖9B，通過可再生介質過濾器器皿之流動係在擴散器之複數個孔隙正下方的平面H2、在擴散器之上壁正上方的平面H4、在可再生介質過濾器器皿之中段的平面H5及在管板下方之平面H6處的水平面中檢驗。
如本文提及，圖5說明經由裝備有圖3A至圖3G中所說明之擴散器及安裝了複數個管元件的可再生介質過濾器器皿之下部部分的水平橫截面取得的速度等值線圖。如所見，具有橫切或正交於流動軸線之均勻形狀及間隔孔隙的擴散器在孔隙正前方之位置處將導引至其中之水的速度自約3 m/s的值降低至約1 m/s的速度。正交孔隙之尖銳拐角及窄寬度直接在孔隙處產生高速度之小區域，但此速度在水進入器皿後降低。擴散器允許速度隨位置遠離擴散器而持續降低。
圖6說明經由裝備有圖3A至圖3G中所說明之擴散器及安裝了複數個管元件的可再生介質過濾器器皿之中心平面的水平橫截面取得的速度等值線圖。在此平面處的水之流速自約3 m/s之入口速度降低至少50%，其中在此平面中之大部分水具有小於0.5 m/s的流速。等值線圖指示此設計之擴散器能夠降低進入可再生介質過濾器器皿之水的流速並產生允許在整個器皿中具有平穩流動的水之均一分佈的流速連續區。 實例2-不同擴散器設計
此預示性實例說明定向、大小、圖案及在擴散器之複數個孔隙之間的間隔變化的擴散器設計之流動特性。每一擴散器設計之流動特性係使用CFD使用在實例1A及1B中描述之器皿及在相同模擬條件（亦即，在相同溫度及流動特性下的水）下來模型化。在圖10A至圖10D中說明用於模型化每一擴散器設計之流動特性的各種可再生介質過濾器器皿組件之實例幾何結構。
在圖4A至圖4J中說明經模型化擴散器設計具體實例。圖4A說明具有漸縮縱向延伸孔隙的擴散器。在圖4A之擴散器中，孔隙經設計為跨越擴散器之長度的長單一開口。孔隙之寬度在連接凸緣處最大且沿著擴散器之長度減小。圖4B說明具有短長橢圓形縱向延伸孔隙的擴散器。圖4B之孔隙比圖4A中所說明的孔隙短且沿著擴散器之長度遠離彼此均勻間隔。圖4C及圖4D說明具有圓形孔隙之擴散器具體實例，其中圖4C說明具有不對稱間隔圓形孔隙之擴散器且圖4D說明具有對稱間隔圓形孔隙之擴散器。在圖4C及圖4D中之每一者中，複數個圓形孔隙具有沿著擴散器之長度的恆定直徑。圖4E說明具有不對稱間隔橫向孔隙之擴散器。圖4E中所說明的孔隙為矩形形狀且具有均勻寬度，其中每一孔隙之間的間隔沿著擴散器之長度自連接凸緣增大。圖4F及圖4G說明具有在形狀上類似於4B之具體實例中所說明之縱向延伸孔隙的短長橢圓形縱向延伸孔隙的擴散器。圖4F中所說明的具體實例具有與圖4B中所說明之擴散器相同的孔隙但具有較短總長度。圖4G中所說明的具體實例進一步包括在經組態以在流體退出擴散器之前降低其流速的在孔隙之每一群組上方的一系列內部三角形形狀突出部。內部突出部中之每一者的表面長度自連接凸緣增大至擴散器之末端。圖4H說明具有變化直徑之對稱間隔圓形孔隙的擴散器。圓形孔隙之直徑沿著擴散器之長度自連接凸緣減小。圖4I及圖4J說明具有非均一寬度的對稱間隔橫向孔隙之擴散器。孔隙之寬度沿著擴散器之長度自連接減小。圖4I及圖4J中所說明之擴散器在其直徑方面不同。如同圖4A至圖4H中所說明之擴散器，圖4I之擴散器經設計成具有3.5吋內徑。圖4J中所說明的擴散器具有3.0吋內徑。
通過圖4A至圖4J中所說明之擴散器設計中之每一者的流體流量係使用在25℃（77℉）之水溫下以303加侖每分鐘進入入口的穩定且不可壓縮水流來模型化。多孔介質經模型化以表示由叢集產生的管元件對於流動的流體阻抗。針對多孔介質計算黏性阻抗及慣性阻抗兩者，作為損耗係數。在圖11至圖30中說明針對每一擴散器設計模型化的結果。在圖11至圖30中，展示在圖10B中標註之六個流體平面中之每一者的速度等值線。針對圖4A至圖4J中所說明之每一擴散器在以圖12開始的偶數編號圖（亦即，圖12、圖14、圖16等）中展示在平面V1及V2處量測的流體壓力下降。
如圖11至圖30中所見，每一擴散器設計將可再生介質過濾器器皿之入口處的水速自約4 m/s降低至在管元件與可再生介質過濾器器皿之出口之間量測的約0.3 m/s及在多孔介質內部觀測之約0.0013 m/s之最小流速。每一擴散器設計進一步產生自可再生介質過濾器器皿之入口至可再生介質過濾器器皿之出口的約3 psi壓降。區分擴散器設計的係在複數個孔隙正下方之平面H2中所量測的流動擴散之效率。圖11中針對圖4A中所說明的具有具有最大總長度之漸縮縱向延伸孔隙的擴散器展示的H2速度等值線指示流體速度在靠近在擴散器末端的可再生介質過濾器器皿之內壁之位置處接近於入口速度（亦即，4 m/s）。圖13中針對圖4B中所說明的具有經並聯配置的較短縱向延伸孔隙的擴散器展示的H2速度等值線指示流體速度在靠近可再生介質過濾器器皿之內壁之位置處接近於入口速度。圖15中針對圖4C中所說明的具有均勻直徑之不對稱間隔圓形孔隙的擴散器展示的H2速度等值線指示流體速度在恰好超出孔隙之間具有高速度之小區域的孔隙的點處有效擴散。圖17中針對圖4D中所說明的具有均勻直徑之對稱間隔圓形孔隙的擴散器展示的H2速度等值線指示流體速度除在擴散器末端之外在恰好超出孔隙的點處有效擴散。在擴散器末端，存在朝向可再生介質過濾器器皿之內壁穿透出的兩個高速度流體流動流。圖19中針對圖4E中所說明的具有均勻寬度之矩形不對稱間隔橫向孔隙的擴散器展示的H2速度等值線指示流體速度在恰好超出孔隙之間具有高速度之最小區域的孔隙的點處有效擴散。圖4E之擴散器圖案提供沿著可再生介質過濾器器皿之凹形下部部分之曲率的均勻水掃流並具有經模型化設計之最大總體效能。圖21中針對圖4F中所說明的具有經並聯配置的較短長橢圓形縱向延伸孔隙及較短總長度的擴散器展示的H2速度等值線指示流體速度在擴散器之任一側接近於可再生介質過濾器器皿之入口速度約一半。圖23中針對圖4G中所說明的具有與位於孔隙上方之內部結構並聯配置的較短長橢圓形縱向延伸孔隙的擴散器展示的H2速度等值線指示流體速度在擴散器之最接近可再生介質過濾器器皿之內壁的末端處有效擴散而最接近連接凸緣並不有效。圖25中針對圖4H中所說明的具有漸減直徑之對稱地間隔圓形孔隙（亦即，圓形孔隙之直徑沿著擴散器之長度減小）的擴散器展示的H2速度等值線指示流體速度在孔隙處不直接顯著減小且隨流體進入器皿而減小。圖27及圖29中針對圖4I及圖4J中所說明的擴散器展示的H2速度等值線分別具有沿著擴散器長度自連接凸緣降低的非均一寬度之矩形對稱間隔橫向孔隙。如本文提及，圖4I中所說明之擴散器具有比圖4J中所說明之擴散器更大的內徑。對於兩個擴散器，指示流體速度之速度等值線在恰好超出孔隙之間具有高速度之最小區域的孔隙之點處有效擴散。展現圖4J之擴散器的較窄直徑的此等擴散器之間的直徑差有助於圖27及圖29中分別對於給定流動速率所說明之擴散器內部（亦即，平面V1）的較大計算流速。
本文中所使用之措詞及術語係出於描述之目的且不應被視為限制性的。如本文中所使用，術語「複數個」指兩個或兩個以上項目或組件。術語「包含」、「包括」、「攜載」、「具有」、「含有」及「涉及」無論是在書面描述中還是在請求項及其類似者中皆為開放術語，亦即意謂「包括（但不限於）」。因此，此類術語之使用意圖涵蓋此其後所列舉之項目及其等效物以及額外項目。僅有關於申請專利範圍之「由…組成」及「基本上由…組成」之過渡性用語分別為封閉式及半封閉式之過渡性用語。在申請專利範圍中使用諸如「第一」、「第二」、「第三」及其類似者之序數術語修飾請求項要素本身不意味著一個請求項要素相對於另一要素的任何優先權、優先性或次序或執行方法動作之時間次序，而是僅用作標籤以區分具有某一名稱之一個請求項要素與具有相同名稱（但使用序數術語）之另一要素以區分該等請求項要素。
在已因此描述至少一個具體實例之若干態樣的情況下後，應瞭解，熟習此項技術者將易於想到各種改變、修改及改良。任何具體實例中所描述之任何特徵可包括於任何其他具體實例之任何特徵中或經其取代。此等更改、修改及改良意欲為本發明之部分，且意欲在本發明之範疇內。因此，前文描述及圖式僅藉助於實例。
於所屬技術領域中具有知識者應瞭解，本文中所描述之參數及組態為例示性的，且實際參數及/或組態將取決於使用所揭示之方法及材料的特定應用。於所屬技術領域中具有知識者亦應認識到或最多使用常規實驗便能夠確定所揭示之特定具體實例之等效物。
100:可再生介質過濾器器皿 102:器皿外殼/器皿本體 104:器皿頂部 106:器皿基座 108:頂蓋 108a:頂蓋墊圈 108b:頂蓋緊固件 112:器皿入口 112a:入口墊圈 112b:入口緊固件 114:器皿出口 116:管板組裝件 116a:管板墊圈 118a:真空埠/真空連接件 118b:真空埠/真空連接件 120:器皿排放口 122:管元件 124:擴散器 130:凹形下部部分 800:可再生介質過濾器器皿 H2:平面 H4:平面 H5:平面 H6:平面 V1:平面 V2:平面
隨附圖式並不意欲按比例繪製。在圖式中，各種圖中說明的各相同或幾乎相同之組件由類似數字表示。為清楚起見，並非每個組件可標記在每個圖中。在圖式中： [圖1]說明根據一個或多個具體實例的可再生介質過濾器器皿之分解圖； [圖2A至圖2B]說明在安裝有擴散器之可再生介質過濾器器皿外殼內的各個點處之水的速度之等值線圖。圖2A說明具有平坦下部部分之器皿。圖2B說明具有凹形下部部分之器皿； [圖3A至圖3G]說明根據不同具體實例之擴散器的視圖。圖3A說明沿著其長度之一部分具有孔隙的擴散器之具體實例。圖3B說明圖3A之擴散器的連接凸緣。圖3C說明圖3A之擴散器的自上而下視圖。圖3D說明圖3A之擴散器的下側視圖。圖3E說明圖3A之擴散器的上下顛倒視圖。圖3F說明圖3A之擴散器之透視圖。圖3G說明沿著流動軸線檢視的圖3A之擴散器； [圖4A至圖4J]說明不同擴散器設計。圖4A說明具有漸縮縱向延伸孔隙的擴散器。圖4B說明具有短長橢圓形縱向延伸孔隙的擴散器。圖4C說明具有不對稱間隔圓形孔隙之擴散器。圖4D說明具有對稱間隔圓形孔隙之擴散器。圖4E說明具有不對稱間隔橫向孔隙之擴散器。圖4F說明具有短長橢圓形縱向延伸孔隙的擴散器。圖4G說明具有短長橢圓形縱向延伸孔隙及內部結構的擴散器。圖4H說明具有變化直徑之對稱間隔圓形孔隙的擴散器。圖4I及圖4J說明具有對稱間隔橫向孔隙之擴散器； [圖5]說明在包括圖3A至圖3G中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速等值線； [圖6]說明在包括圖3A至圖3G中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速及流體壓力等值線； [圖7A至圖7B]說明根據一個具體實例之安裝有擴散器的可再生介質過濾器器皿外殼的下部部分之剖視圖。圖7A說明穿過擴散器之流動軸線垂直切割的垂直橫截面且圖7B說明穿過擴散器之流動軸線平行切割的垂直橫截面； [圖8]說明根據一個具體實例的安裝有管板及複數個管元件的可再生介質過濾器器皿外殼之垂直剖視橫截面； [圖9A及圖9B]說明經選擇用於圖1、圖7A、圖7B及圖8中所說明之可再生介質過濾器器皿的計算流體動力學（CFD）模型的參數之態樣。圖9A說明計算域。圖9B說明不同截面流體流動平面； [圖10A至圖10D]說明用於模型化擴散器設計之各種可再生介質過濾器器皿組件之實例幾何結構。圖10A說明可再生介質過濾器器皿之透視圖，其中箭頭指示流體流動之方向。圖10B說明圖10A中所說明的可再生介質過濾器器皿之垂直剖視橫截面。圖10C說明圖10A中所說明的可再生介質過濾器器皿之器皿基座之透視圖。圖10D說明圖10B中所說明的管元件； [圖11]說明在包括圖4A中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速等值線； [圖12]說明在包括圖4A中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速及流體壓力等值線； [圖13]說明在包括圖4B中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速等值線； [圖14]說明在包括圖4B中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速及流體壓力等值線； [圖15]說明在包括圖4C中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速等值線； [圖16]說明在包括圖4C中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速及流體壓力等值線； [圖17]說明在包括圖4D中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速等值線； [圖18]說明在包括圖4D中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速及流體壓力等值線； [圖19]說明在包括圖4E中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速等值線； [圖20]說明在包括圖4E中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速及流體壓力等值線； [圖21]說明在包括圖4F中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速等值線； [圖22]說明在包括圖4F中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速及流體壓力等值線； [圖23]說明在包括圖4G中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速等值線； [圖24]說明在包括圖4G中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速及流體壓力等值線； [圖25]說明在包括圖4H中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速等值線； [圖26]說明在包括圖4H中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速及流體壓力等值線； [圖27]說明在包括圖4I中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速等值線； [圖28]說明在包括圖4I中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速及流體壓力等值線； [圖29]說明在包括圖4J中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速等值線；且 [圖30]說明在包括圖4J中所說明之擴散器的可再生介質過濾器器皿之各個平面處的流速及流體壓力等值線。
100:可再生介質過濾器器皿
102:器皿外殼/器皿本體
104:器皿頂部
106:器皿基座
108:頂蓋
108a:頂蓋墊圈
108b:頂蓋緊固件
112:器皿入口
112a:入口墊圈
112b:入口緊固件
114:器皿出口
116:管板組裝件
116a:管板墊圈
118a:真空埠/真空連接件
118b:真空埠/真空連接件
120:器皿排放口
122:管元件
124:擴散器

Claims (34)

  1. 一種水過濾系統，其包含： 一可再生介質過濾器器皿，其包含一外殼、一入口、一出口及安置於該可再生介質過濾器器皿內之顆粒介質，該外殼包含以該可再生介質過濾器器皿之一垂直軸線為中心的一凹形下部部分； 一擴散器，其流體連接至該入口並安置於該可再生介質過濾器器皿內，該擴散器包含一導管及經界定於該導管之一壁之至少一下部側中並經設定大小以允許該等顆粒介質通過的複數個孔隙；及 至少一個泵，其經組態以導引水通過該水過濾系統， 該擴散器沿著該可再生介質過濾器器皿之一高度的一位置係至少由該可再生介質過濾器器皿之該高度對一內徑之一比率及該凹形下部部分之一曲率半徑判定，使得在操作中，自該擴散器導引出並導引至該可再生介質過濾器器皿中之一水流具有超過該可再生介質過濾器器皿中該等顆粒介質之一沈降速度的一最小流速。
  2. 一種水過濾系統，其包含： 一可再生介質過濾器器皿，其包含一外殼、一入口、一出口及安置於該可再生介質過濾器器皿內之顆粒介質，該外殼包含一凹形下部部分； 一擴散器，其流體連接至該入口並安置於該可再生介質過濾器器皿內，該擴散器包含一導管及經界定於該導管之一壁之至少一下部側中並經設定大小以允許該等顆粒介質通過的複數個孔隙，該擴散器在該可再生介質過濾器器皿中之一位置係至少由該凹形下部部分之一曲率半徑及該可再生介質過濾器器皿之一高度對一內徑之一比率判定；及 至少一個泵，其經組態以導引水通過該水過濾系統， 該擴散器之一長度、該擴散器之該位置及該可再生介質過濾器器皿之該內徑經選擇使得在操作中，該擴散器提供經導引至該可再生介質過濾器器皿中之一水流之一均勻流體流量分佈。
  3. 一種水過濾系統，其包含： 一可再生介質過濾器器皿，其包含一外殼、一入口及一出口，該外殼包含以該可再生介質過濾器器皿之一垂直軸線為中心的一凹形下部部分； 一擴散器，其流體連接至該入口並安置於該可再生介質過濾器器皿內，該擴散器包含一導管及經界定於該導管之一壁之至少一下部側中的複數個孔隙；及 至少一個泵，其經組態以導引水通過該水過濾系統， 該擴散器沿著該可再生介質過濾器器皿之一高度的一位置係至少由該可再生介質過濾器器皿之該高度對一內徑之一比率及該凹形下部部分之一曲率半徑判定，使得在操作中，自該擴散器導引出並導引至該可再生介質過濾器器皿中之一水流具有在該凹形下部部分處具有一最高流速並當水接近該可再生介質過濾器器皿之一頂部時速度降低的一流速分佈。
  4. 如請求項1至3中任一項之水過濾系統，其中該複數個孔隙橫跨該擴散器之一周邊之一部分。
  5. 如請求項1至3中任一項之水過濾系統，其中高度對內徑之該比率為至少0.25:1。
  6. 如請求項1至3中任一項之水過濾系統，其中高度對內徑之該比率不大於0.55:1。
  7. 如請求項1至3中任一項之水過濾系統，其中該擴散器沿著該可再生介質過濾器器皿之高度的該位置係進一步由該凹形下部部分之該曲率半徑對該內徑之一比率判定。
  8. 如請求項7之水過濾系統，其中該凹形下部部分之該曲率半徑對該內徑之該比率為至少0.5:1。
  9. 如請求項8之水過濾系統，其中該凹形下部部分之該曲率半徑對該內徑之該比率不大於2:1。
  10. 如請求項1至3中任一項之水過濾系統，其中該複數個孔隙之一開口面積的一總和為該擴散器之一入口面積的至少1.5倍。
  11. 如請求項10之水過濾系統，其中該複數個孔隙之該開口面積的該總和不大於該擴散器之該入口面積的5倍。
  12. 如請求項10之水過濾系統，其中該複數個孔隙之該開口面積的該總和係在該擴散器之該入口面積的2至3.5倍之間。
  13. 如請求項1或3之水過濾系統，其中該擴散器經組態以提供進入該可再生介質過濾器器皿之該流速相對於自該至少一個泵提供至該擴散器之水之一流速的至少50%之一減小。
  14. 如請求項3之水過濾系統，其中當水接近該可再生介質過濾器器皿之該頂部時該流速趨向於零。
  15. 如請求項2或3之水過濾系統，其中經導引至該可再生介質過濾器器皿中之該水流靠近該可再生介質過濾器器皿之一底部具有超過該等顆粒介質在該可再生介質過濾器器皿中之整個水中之一沈降速度的一最小流速。
  16. 如請求項1至3中任一項之水過濾系統，其中該可再生介質過濾器器皿進一步包含一管板，該管板包含複數個管元件。
  17. 如請求項16之水過濾系統，其中該擴散器位於該複數個管元件之一最低範圍與該凹形下部部分之間。
  18. 如請求項15之水過濾系統，其中該複數個孔隙之一圖案沿著該擴散器之該長度不對稱。
  19. 如請求項18之水過濾系統，其中該複數個孔隙之不對稱的該圖案包含在該複數個孔隙中之每一者之間的可變間隔。
  20. 如請求項18之水過濾系統，其中該複數個孔隙之不對稱的該圖案包含該複數個孔隙中之每一者的可變寬度。
  21. 如請求項18之水過濾系統，其中該複數個孔隙包含縱向延伸孔隙。
  22. 如請求項18之水過濾系統，其中該複數個孔隙包含橫向孔隙。
  23. 如請求項17之水過濾系統，其中該複數個孔隙包含圓形孔隙。
  24. 如請求項21之水過濾系統，其中該擴散器之該複數個孔隙中之至少一者的一長度與該複數個孔隙中之至少一其他者的該長度相同。
  25. 如請求項24之水過濾系統，其中該擴散器之該複數個孔隙中之每一者的該長度係相同的。
  26. 如請求項21之水過濾系統，其中該擴散器之該複數個孔隙中之至少一者的該長度不同於該複數個孔隙中之至少一其他者的該長度。
  27. 如請求項26之水過濾系統，其中該擴散器之該複數個孔隙中之每一者的該長度係不同的。
  28. 如請求項20之水過濾系統，其中該擴散器之該複數個孔隙中之至少一者的該寬度不同於該複數個孔隙中之至少一其他者的該寬度。
  29. 如請求項20之水過濾系統，其中該擴散器之該複數個孔隙中之每一者的該寬度係不同的。
  30. 如請求項20之水過濾系統，其中該擴散器之該複數個孔隙中之至少一者的該寬度與該複數個孔隙中之至少一其他者的一寬度相同。
  31. 如請求項20之水過濾系統，其中該擴散器之該複數個孔隙中之每一者的該寬度係相同的。
  32. 如請求項1至3中任一項之水過濾系統，其中該擴散器進一步包含位於該複數個孔隙上方之一個或多個內部結構。
  33. 一種可再生介質過濾器，其包含： 一外殼，其具有一凹形下部部分；及 一擴散器，其鄰近該凹形下部部分安置於該外殼內，該擴散器包含一導管，其具有經界定於該導管之一壁之至少一下部側中之複數個孔隙，該複數個孔隙經設定大小以允許一顆粒介質通過並沿著該導管之一長度不對稱地間隔。
  34. 如請求項33之可再生介質過濾器，其中該複數個孔隙中之每一者在大小及形狀方面係相同的。
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