流體過濾系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及流體過濾系統(tǒng)。在一種實施方式中，流體處理系統(tǒng)具有利用紫外燈的輻照室，在入口處具有旋流葉片組，以在進入該室的流體中產(chǎn)生順時針和逆時針方向的渦旋。其他實施方式使用中央過濾介質(zhì)元件，利用紫外燈的輻照室環(huán)狀設(shè)置于其周圍。在其他實施方式中，提供機械刮盤來刮除過濾介質(zhì)和燈管上的污垢。在其他實施方式中，紫外燈位于中央輻照室中，多個過濾介質(zhì)管環(huán)狀排列于其周圍。在其他實施方式中，為紫外燈管提供機械式刮擦器，設(shè)置轉(zhuǎn)動式排放臂來反沖洗每個單獨的過濾管。在其他實施方式中，中央過濾器和環(huán)狀排列的紫外燈管安裝在壓力容器的蓋元件中。
【專利說明】流體過濾系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本申請要求美國臨時申請N0.61/654，440的優(yōu)先權(quán)，該臨時申請是由DavidΚ.Yee等人于2012年6月1日提交的，其標題為“Unified Filtration System”,并且全部都結(jié)合在本申請中作為參考。
[0002]本發(fā)明涉及一種流體處理系統(tǒng)，特別是用于處理水的系統(tǒng)，更特別地是用于處理遠洋船舶中的壓載用海水。這種系統(tǒng)用來凈化進入壓載箱中的海水，以防止箱體污染。
【背景技術(shù)】
[0003]迄今為止，這種壓載水處理系統(tǒng)采用過濾介質(zhì)元件和例如通過紫外燈進行的輻照。這種系統(tǒng)的例子在美國專利N0.7，838，845,5, 843，309和6，447，720及美國專利公開N0.2010/0282661A1和2011/0100885A1中均有描述。這些設(shè)備的缺點在于通過紫外燈進行的輻照是不足的，原因在于局部流速梯度、在可接受的凈化水平下的低流速、其尺寸和安裝費用。一般來說，用于處理水的紫外線輻照的量取決于輻照路徑的長度、紫外燈管的輸出功率和流過燈的液流速率。
[0004]因此，希望提供一種通過減小速度梯度和通過在流體流過紫外線部分或紫外線室的長度時使流體更加均勻地暴露于紫外線輻照而改善流過紫外線輻照部分的流體的均勻性的方式或方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請描述了用于處理水、特別是用作壓艙物的海水的流體過濾系統(tǒng)，其具有多種實施方式。在一種實施方式中，該組件利用位于過濾元件內(nèi)部的紫外燈管，而在其他實施方式中，紫外燈管在外部圍繞過濾元件布置，從而使流體系統(tǒng)的裝配比使用單獨的過濾紫外單元的情況下更加緊湊。
[0006]在該系統(tǒng)的某種實施方式中，通過使用作為葉片組堆疊在一起的旋流葉片單元來使從過濾元件進入紫外線部分的水具有渦旋，流過紫外燈管部分的流體的速度分布提供了改善的紫外線用量。特別地，旋流葉片組件可以布置在紫外燈管的底部，以提供流經(jīng)紫外線部分的上升流和流經(jīng)每個燈管的更均勻的流速，并改善在各種操作條件下的紫外線用量水平。
[0007]在本發(fā)明的過濾系統(tǒng)的其他實施方式中，流體路徑被優(yōu)化以使流速最大化，這通過如下方式實現(xiàn):在過濾元件底部引入流體，使該流體隨后豎直向上通過過濾器并從過濾管的頂部流出，然后向下流動通過圍繞紫外線輻照部分的環(huán)形室，并在其底部或下端進入紫外線輻照部分以豎直向上流動通過該紫外線輻照部分，并通過該系統(tǒng)上端的端口排出。
[0008]在本發(fā)明的過濾系統(tǒng)的其他實施方式中，設(shè)有機械清潔機構(gòu)以用來擦拭過濾介質(zhì)的入口側(cè)。通過可由伺服馬達操作的起重螺桿(jack screw)使刮盤運動，以從過濾介質(zhì)的入口側(cè)刮掉污垢。在另一種實施方式中，對于每個裹置在紫外燈上的石英管提供刮盤，以清除聚集在外部管上的污垢。這些污垢可隨后使用“反沖洗”方式被去除，其中，通過打開單獨的泄流口而使流體流反向，以便能夠與流體進入或出口連接裝置無關(guān)地去除污垢。在其他實施方式中，通過可由伺服馬達操作的轉(zhuǎn)動式的控制管(brain tube)完成反沖洗，該控制管逐步地定位在每個過濾管上，以便能夠反沖洗各個單獨的管而不影響通過其余管的液流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是使用紫外燈輻照流經(jīng)其中的流體的過濾系統(tǒng)的俯視圖；
[0010]圖2是沿圖1所示的剖面線2-2的剖視圖；
[0011]圖3是圖2所示的紫外線過濾系統(tǒng)的下端的放大透視圖，其中示出了在入口處使用的旋流葉片組；
[0012]圖4是圖3中的旋流葉片組的分解圖；
[0013]圖5是本發(fā)明的過濾系統(tǒng)的另一種實施方式的橫截面，其中使用了被多個紫外燈包圍的中央過濾介質(zhì)元件，并在過濾介質(zhì)元件上使用了可軸向運動的刮盤，其中該刮盤可由伺服驅(qū)動的軸向螺桿驅(qū)動，并且該實施方式還使用穿過紫外燈部分的豎直向上流動，其中具有單獨的泄流口以實現(xiàn)反沖洗；
[0014]圖6是圖5所示實施方式的紫外燈部分的替換布置的剖視圖；
[0015]圖7是圖5所示系統(tǒng)的另一種實施方式，其中使用了設(shè)置在中央的過濾介質(zhì)元件周圍的雙排紫外燈；
[0016]圖8是本發(fā)明的過濾系統(tǒng)的另一種實施方式的透視圖，其中對于中央的過濾介質(zhì)元件和對于在過濾介質(zhì)元件周圍沿周向設(shè)置的紫外燈管使用了可軸向運動的刮盤；
[0017]圖9是圖8所示系統(tǒng)的剖視圖；
[0018]圖10是圖9的下部的放大圖；
[0019]圖11是圖8所示系統(tǒng)的另一實施方式的透視圖；
[0020]圖12是圖11所示系統(tǒng)的剖視圖；
[0021]圖13是圖12的下部的放大圖；
[0022]圖14是圖8所示系統(tǒng)的替換裝置的透視圖；
[0023]圖15是圖14所示系統(tǒng)的剖視圖；
[0024]圖16是示出了本發(fā)明的過濾系統(tǒng)的另一種實施方式的四分之一剖視透視圖，其中采用了伺服驅(qū)動的轉(zhuǎn)動臂以逐步進行對于各個單獨的過濾介質(zhì)元件的反沖洗，而其余元件繼續(xù)過濾流經(jīng)其中的流體；
[0025]圖17是另一剖視圖，示出了流經(jīng)圖16所示實施方式的流體的運行；
[0026]圖18是圖16所示系統(tǒng)中的過濾管筒的放大細節(jié)圖；
[0027]圖19是示出了圖18所示筒內(nèi)的流動的放大圖；
[0028]圖20是圖16下部的放大圖，示出了轉(zhuǎn)動式的泄流管的操作；
[0029]圖21是本發(fā)明的過濾系統(tǒng)的另一種實施方式的剖視圖，其中使用了壓力容器，該壓力容器具有設(shè)置在蓋元件中的紫外燈管部分，以獲得從過濾元件穿過紫外線部分的連續(xù)軸向流；
[0030]圖22是圖21所示實施方式的紫外線部分的詳細視圖；
[0031]圖23是圖21所示系統(tǒng)的替換裝置的剖視圖，其中使用了水平取向的紫外燈；[0032]圖24是本發(fā)明的過濾系統(tǒng)的另一種實施方式的部分剖視透視圖，其中在壓力容器的蓋元件中使用了過濾介質(zhì)和紫外燈管；
[0033]圖25是沿圖24的入口和出口的剖視圖；和
[0034]圖26是CFD分析的柱狀圖，其比較了對紫外線部分不使用旋流葉片組的流動與使用旋流葉片組的流動。
【具體實施方式】
[0035]參照圖1-4，本發(fā)明的流體處理系統(tǒng)的一種實施方式一般以10表示，并且使用了具有大體中空的圓筒結(jié)構(gòu)的壓力容器12，該壓力容器具有布置在容器12下端的入口 14和位于容器上端的出口 16。容器12在其下端具有增大直徑部分18，入口 14形成在該增大直徑部分上；并且部分18中具有一般以20表示的旋流葉片組，該旋流葉片組具有只與入口14連通的外周邊或入口側(cè)、以及只與壓力容器12的內(nèi)部室22連通的內(nèi)周邊或排出側(cè)。
[0036]壓力容器12的上端被蓋板24封閉，該蓋板24連接到多個間隔開排列的紫外燈管26的上端，這些紫外燈管的上端延伸穿過設(shè)置在板24中的孔以在那里進行電連接。參照圖3，紫外燈管26的下端接納到設(shè)置在壓力容器的下端板28中的孔內(nèi)，這些孔在圖3中用附圖標記30表示。
[0037]應(yīng)能理解，每個紫外燈26布置在石英管內(nèi)以獲得保護；但是為了清楚表示起見，在圖1-4中僅針對每個管位置示出了一條輪廓線。
[0038]參照圖4，用分解圖示出了旋流葉片組20，其具有下方的環(huán)形圈30，該環(huán)形圈具有設(shè)置在其上表面上的多個沿 周向間隔開的葉片32，這些葉片相對于環(huán)的切線形成角度或傾斜，以使從外周邊進入的流體流在沿著逆時針方向流向內(nèi)部時產(chǎn)生渦旋。第二環(huán)形構(gòu)件或環(huán)34設(shè)置在葉片32頂部上，以在構(gòu)件30和34之間形成環(huán)形通道，液流在該環(huán)形通道中逆時針渦旋。環(huán)形構(gòu)件34的上表面上設(shè)置有多個直立葉片36，這些葉片相對于構(gòu)件34的切線形成角度，以使從外周邊流入的流體向內(nèi)部沿順時針方向渦旋。第三環(huán)形構(gòu)件或環(huán)38具有接觸葉片36的底面，以在環(huán)38、34之間形成一通道，以用于在其之間的流動中產(chǎn)生順時針渦旋。第三環(huán)38在其上表面上設(shè)置有多個周向間隔開布置的葉片40，這些葉片相對于其切線傾斜或形成角度，以在外周邊向內(nèi)周邊產(chǎn)生逆時針流動。第四或蓋環(huán)42設(shè)置在葉片40頂部上，以在構(gòu)件42和38之間形成通道，以在其之間產(chǎn)生逆時針渦旋。
[0039]因此，圖1-4中所示的流體處理系統(tǒng)使得，進入其下端入口 14的流體在進入紫外線室32中時被沿著順時針和逆時針方向的渦旋導向，從而通過減小設(shè)置在該室內(nèi)的各個紫外燈管之間的速度梯度而改善了均勻性，進而更有效地輻照和凈化了流向出口 16的流體。
[0040]參照圖26，針對圖1-4所示實施方式，在存在和不存在旋流葉片組20的情況下對流經(jīng)其中的流體進行計算流體力學(CFD)分析，其中假設(shè)使用表面光照強度為lOOkW/cm2的中壓紫外燈管。CFD分析結(jié)果被繪制成圖26中所示的柱狀圖，其中，對于各種水平的(紫外線)用量(dosage)，用W-Sec/M2表示的計算紫外線用量的增量為500?？v軸表示所用顆粒(particles dosed)的百分數(shù)；該圖表明，在使用旋流葉片組的情況下，對于明顯更大的用量范圍部分具有明顯更大的用量。對于所進行的CFD分析，圖26的數(shù)據(jù)表明，當不存在流動葉片組的情況下，中值用量為2130W-Sec/M2，而當存在旋流葉片組的情況下，中值用量為 3392W-Sec/M2。
[0041]參照圖5，本發(fā)明的流體處理系統(tǒng)的另一種實施方式一般用50表示，并且包括具有圓筒形壁52的壓力容器，該壓力容器具有設(shè)置在其靠近上端的一側(cè)的入口 54。容器壁52具有上端板58和下端板60，并且設(shè)有內(nèi)部管狀元件56和形成于管狀元件56和壓力容器壁52之間的環(huán)形室62。入口 54只與管狀元件56的內(nèi)部連通。環(huán)形凸緣64形成管狀過濾介質(zhì)元件66的上端；凸緣64的外周邊靠著管狀元件56的內(nèi)周邊進行密封，從而使得來自入口 54的所有流體都進入管狀過濾介質(zhì)元件66內(nèi)部。如圖5中箭頭所示的穿過過濾介質(zhì)元件66的向外流動流入到環(huán)形空間68內(nèi)，該環(huán)形空間形成在管狀元件56內(nèi)部與過濾介質(zhì)元件66的外周邊或排出側(cè)之間。管狀元件56具有形成在其下端中的出口 70，從而使得所有流經(jīng)過濾元件66的流體都進入室68中并穿過出口 70流向包括輻照室62在內(nèi)的環(huán)形區(qū)域。輻照室62中設(shè)置有多個沿周向間隔開排列的紫外燈，每一個紫外燈都封裝在石英管72中，從而使得沿周向間隔開排列的管72的陣列形成在管狀元件56周圍。每個管72中的紫外燈都具有穿過下端板60延伸的接頭74，這些接頭適配成用于其電連接，以向石英管72內(nèi)的紫外燈供電。輻照室62僅與出口 76連通，該出口設(shè)置成靠近容器壁52的上端并且與入口 54沿周向間隔開。因此，進入過濾介質(zhì)元件66中的流動沿徑向向外地流經(jīng)出口 70、向上通過輻照室62并通過出口 76排出。
[0042]管狀過濾介質(zhì)元件66具有設(shè)置在中央的貫穿其上端和下端的軸78，軸78的下端固定在封閉元件或穹頂結(jié)構(gòu)(dome)80中的支承件82內(nèi)以允許轉(zhuǎn)動。封閉元件80形成一泄流室84，該泄流室僅與過濾介質(zhì)元件66的內(nèi)部在其下端相連通；室84具有泄流口 85，該泄流口可通過合適的泄流閥(未示出)選擇性地開啟和關(guān)閉。軸78包括軸向引導螺桿，其上設(shè)置有軸向間隔開的多個刮盤86、88、90、92，每個刮盤的外周邊設(shè)置成以小間距地靠近過濾介質(zhì)元件66的內(nèi)表面，從而當引導螺桿78轉(zhuǎn)動時，這些刮擦元件沿過濾介質(zhì)元件66的內(nèi)表面軸向移動，以刮除聚集在其上的污垢。在泄流口 85開啟后，這些污垢可隨后通過“反沖洗”被除去，從而這些污垢能穿過附圖標記94表示的刮盤上的孔下落到過濾器下端并進入室84中。軸向引導螺桿78的上端延伸到管狀元件56上端的馬達驅(qū)動器96，以在選擇性啟動后用于實現(xiàn)引導螺桿78的轉(zhuǎn)動。圖5的實施方式因此提供了對于管狀過濾介質(zhì)元件的入口壓力側(cè)的機械刮擦，以去除沉積在其上的污垢并允許通過泄流管將去除的污垢反沖洗出去。圖5的實施方式因此通過在過濾介質(zhì)元件周圍同心設(shè)置紫外燈而實現(xiàn)了緊湊性，從而減小了容納過濾和輻照部分或輻照室所需的壓力容器的尺寸。
[0043]參照圖6，以橫截面示出了圖5所示實施方式的替換裝置，其一般用100表示，并且為了表達清楚起見去除了軸向引導螺桿和刮盤。裝置100具有壓力容器壁102，形成有靠近管狀壁102的上端布置的出口 104。裝置100具有中央管狀過濾介質(zhì)元件106，其徑向向外地向壓力容器102內(nèi)部排出(流體)。在裝置100中，紫外燈管108沿周向間隔開設(shè)置于兩個弧形石英套管110、112之間，這些石英套管110、112同心徑向間隔開設(shè)置，并且弧形端部被封閉，從而完全包圍紫外燈管108。流出過濾介質(zhì)元件106的流體在管狀過濾介質(zhì)元件116與內(nèi)側(cè)石英套管112之間的環(huán)形空間114周圍流動，并向外穿過石英套管的弧形端部之間的空間而進入形成在外側(cè)石英套管110與壓力容器壁102之間的環(huán)形空間116，該環(huán)形空間116借助于形成在外側(cè)弧形套管110—端處的隔板118而只與出口 104連通。因此，在裝置100中，流出室114的流動被迫逆時針在環(huán)形室116內(nèi)流動，然后通過出口 104。[0044]參照圖7，以橫截面示出了圖1-4所示實施方式的另一種裝置，一般用120表示。為了表達簡單起見，圖7中省略了過濾元件132中的軸向引導螺桿和刮擦元件以清晰表示。裝置120具有管狀壓力容器壁122，靠近容器壁的上端布置有出口 124。具有壁126的管狀內(nèi)部元件在中央位置上設(shè)置于壁122內(nèi)，其中形成有縱向軸向槽口 128，壁126的一個弧形端部形成與隔板130連接的槽，從而使流出槽128的流體在流出出口 124之前在管狀元件126周圍逆時針方向流動。裝置120具有設(shè)置在其中央的管狀過濾介質(zhì)元件132，其與管狀元件126的內(nèi)周邊徑向向內(nèi)間隔開設(shè)置，從而在其周圍形成環(huán)形空間134，該環(huán)形空間通過槽128開放。
[0045]圖7的裝置126具有兩個周向設(shè)置的紫外燈管陣列，其包括在管狀元件126周圍沿周向間隔開設(shè)置的內(nèi)側(cè)陣列134和外側(cè)陣列136。在本實施例中，每個紫外燈都封裝在單獨的石英管中。在圖7的裝置120中，流進流體過濾元件132內(nèi)部的流體徑向向外地穿過其中流入到環(huán)形空間134中，并徑向向外地流過槽128且逆時針地在紫外燈管周圍流動，直到到達隔板130，然后該流體通過出口 124流出。圖7的裝置因此趨于減小或最小化紫外燈管周圍的流體的速度梯度以改善輻照和凈化。
[0046]參照圖8-10,本發(fā)明的流體處理系統(tǒng)的另一種實施方式一般用140表不,其使用管狀壓力容器壁142，具有在其中央設(shè)置的內(nèi)部管狀元件144，該內(nèi)部管狀元件局部地自所述容器壁向上延伸，管狀元件144具有入口 146。出口 148形成于壓力容器壁142上，靠近其上端。內(nèi)部管狀元件144具有設(shè)置在其中的管狀過濾介質(zhì)元件150,該管狀過濾介質(zhì)元件具有在其上端的環(huán)形凸緣152，其外周邊靠著內(nèi)側(cè)的管狀元件150的內(nèi)周邊進行密封。同樣地，管狀過濾元件150的下端具有環(huán)形凸緣154，其附接到該過濾元件上并且圍繞其內(nèi)周邊密封在該過濾元件上，該環(huán)形凸緣的外周邊靠著管狀元件144的內(nèi)周邊進行密封。壓力容器壁142具有上部環(huán)形端板156，其密封在壓力容器壁142與管狀元件150之間形成的環(huán)形空間158的上端，環(huán)形空間158包括一輻照室。下部環(huán)形端板160在容器壁142的下端處、在壓力容器壁142與壓力容 器壁144的內(nèi)周邊之間密封室158的下端。
[0047]上下刮盤(upper and lower wiper disc) 162設(shè)置在過濾介質(zhì)管150內(nèi)，并具有附接到其上的驅(qū)動器桿164，該驅(qū)動器桿向上延伸通過設(shè)置在內(nèi)部管150上方的上端板166。刮盤162配置成與過濾介質(zhì)管150的內(nèi)周邊緊密配合，從而在桿164運動時，其中的運動將實現(xiàn)從過濾管內(nèi)側(cè)或入口側(cè)刮除污垢。桿的端部延伸通過上端板166并連接到位于其中央?yún)^(qū)域的一對軛桿168、170,這些軛桿橫向延伸超過管144和外壁142的直徑。軛桿168、170相對于彼此偏斜。軛桿170在其端部連接到一對活塞桿172、174，這些活塞桿分別從相對設(shè)置的流體壓力缸176、178延伸。這些缸被支承或安裝在安裝桿179上，該安裝桿通過外部結(jié)構(gòu)(未示出)進行支承。中央驅(qū)動桿164自由地穿過設(shè)置在支承桿178中的間隙孔180。同樣地，活塞桿172、174分別穿過支承桿178中的間隙孔182、184。
[0048]上軛桿168在其相對端分別連接有驅(qū)動桿186、188，這些驅(qū)動桿向下延伸穿過間隙孔(其中一個間隙孔在圖8中示出并用附圖標記190表示)進入紫外線輻照室158，并連接到設(shè)置在室158內(nèi)的間隔開的環(huán)形刮盤192、194，以擦拭石英紫外燈管196的外表面，所述外表面環(huán)繞多個沿周向間隔開布置的用附圖標記196表示的紫外燈管。
[0049]外側(cè)容器壁142的端板156、160通過設(shè)置在其周圍的多個沿周向間隔開的凸緣螺栓198保持就位。[0050]在操作中，在流體壓力缸176、178中選擇性地流體增壓——高于大氣壓或低于大氣壓或者兩者的組合一之后，使軛桿168、170操作成用于移動過濾介質(zhì)管中的中央刮盤162和紫外線室中的環(huán)形刮盤192、194，以清除沉積在其各自表面上的污垢。應(yīng)當理解，流體壓力缸176、178分別連接到選擇性地被驅(qū)動的壓力源(未示出)。
[0051]在圖8-10所示的實施方式中，進入入口 146的流體向外流過管狀過濾介質(zhì)150的壁進入過濾介質(zhì)150與管壁144之間的環(huán)形空間中，并穿過設(shè)置在管144下端的出口 200流出而進入輻照室158中，并在其中向上流出排放出口 148。圖8-10所示實施方式的裝置因此導致通過輻照室的上行流動。
[0052]參照圖8和9，泄流封閉元件或穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)置在內(nèi)部管144下端周圍，其壁用附圖標記202表示，并形成穿過壁202連接到泄流出口 206的泄流室204。泄流口 206可通過合適的遠程操作閥(未示出)被選擇性地打開和關(guān)閉。在打開泄流口 206時，管狀過濾介質(zhì)元件150和內(nèi)部管壁144之間的環(huán)形空間在出口壓力P。下操作，泄流室204(的壓力)減小，從而引發(fā)通過泄流室204和泄流出口 206對污垢的洗滌或沖洗。
[0053]參照圖11-13,本發(fā)明的流體過濾系統(tǒng)的另一種實施方式一般用220表不,其和圖8-10中的實施方式一樣，除了過濾介質(zhì)元件周圍的內(nèi)部管中的開口被在圖12和13中由附圖標記222表示的多個開口替換。
[0054]參照圖14和15,本發(fā)明的流體過濾系統(tǒng)的另一種實施方式一般用240表不,其和圖11-13中的實施方式220 —樣，除了管狀過濾介質(zhì)周圍的環(huán)形室的出口孔沿過濾介質(zhì)元件周圍的內(nèi)部管的整個長度分布，如附圖標記242所示。
[0055]參照圖16-20,本發(fā)明的流體過濾系統(tǒng)的另一種實施方式一般用250表不,其使用包含多個紫外燈的中央輻照室，這些紫外燈被環(huán)形室圍繞，該環(huán)形室具有布置在其中的多個沿周向間隔開設(shè)置的過濾介質(zhì)元件管。實施方式250使用反沖洗裝置，其在選擇性地啟動時能夠逐步反沖洗各個獨立的過濾管，同時保持其余管的正常的過濾流。
[0056]參照圖16和17，具有外壁254的管狀壓力容器的底端由可與之一體形成的封閉元件或穹頂結(jié)構(gòu)256封閉，該穹頂結(jié)構(gòu)256具有設(shè)在其中的流體壓力入口 258以用于提供待過濾和凈化的流體流(例如海水)，并且可與容器壁254 —體地形成。壓力容器254的上端是開放的，其上設(shè)置有環(huán)形的向外延伸的凸緣260，該凸緣上方設(shè)置有對應(yīng)凸緣262，該對應(yīng)凸緣設(shè)置在蓋元件或封閉穹頂結(jié)構(gòu)264上。凸緣262通過沿周向間隔開的多個螺栓266固定在壓力容器凸緣260上。蓋元件或封閉穹頂結(jié)構(gòu)264通過位于其中的中央開口接納并連接一內(nèi)部管狀壁元件268，該內(nèi)部管狀壁元件在壓力容器254內(nèi)向下延伸至有間隔地靠近下側(cè)密封盤的位置上，這在下文中更詳細地描述。管狀元件268的上端在蓋元件264外部向上延伸并由蓋板272封閉，該蓋板可通過合適的緊固件固定以便于移除。
[0057]管狀元件268的內(nèi)部形成輻照室274，該輻照室具有多個紫外燈，這些紫外燈通常位于向下延伸到室274中的石英管278內(nèi)。管278的上端連接到蓋板272，并穿過其中設(shè)置的合適的壓力式接頭276向外延伸以對其外接電源。在圖17中用附圖標記278表示的紫外燈間隔開排列設(shè)置，其上方以緊密適配接合的方式接納一刮盤。刮盤280具有連接在其上的中央驅(qū)動桿290，該驅(qū)動桿穿過上部板272中的設(shè)有滑動密封件的孔向外延伸，并適于連接到外部驅(qū)動器(未示出)，以實現(xiàn)刮盤280的軸向運動，以擦拭管278外表面上的污垢。[0058]用附圖標記282表示的、位于內(nèi)部管狀元件268和外側(cè)容器壁254之間的環(huán)形空間具有設(shè)置于其中的一般用284表示的過濾組件或濾筒，以用于在流體(例如海水)進入輻照室274之前過濾流體。
[0059]參照圖18和19，濾筒被更詳細地示出，其具有環(huán)形的上部密封盤286和下部密封盤288，這些密封盤與多個沿周向間隔開的管狀元件292間隔開設(shè)置，其端部密封在設(shè)于盤286下表面中的環(huán)形肩部294中；用密封環(huán)(如O型環(huán))296在其中密封每個管292。每個管292的下端可在盤288中以類似的方式密封。這些密封盤通過在該密封盤周圍沿周向設(shè)置的合適的拉力螺栓298固定在管292的相對端上。
[0060]參照圖16和20，下端板270具有形成在其中的沿周向間隔開排列的多個孔302，這些孔與每個管292下端的位置相對應(yīng)，從而使得入口室304中的流體穿過孔302進入到每個管292和室300內(nèi)部。
[0061]參照圖19，用于每個管292的肩部294與上部盤286的開口的內(nèi)周邊連通；安裝盤或安裝板308接納在開口 306上，并通過合適的密封環(huán)310密封在其上方，安裝板308通過保持凸片312緊靠著那里固定，該保持凸片通過合適的緊固件(如帽螺栓)314緊固到上部盤286上。每個安裝板308具有至少一個(在圖示實施方式中為多個)過濾介質(zhì)管316，其一端穿過安裝板308中形成的孔連接成使得過濾介質(zhì)管316的外部在板308上以及類似地在其下端的未示出的板上密封。每個過濾介質(zhì)管316的內(nèi)部通向盤286上表面以上的區(qū)域。在該裝置中，在室304中流動的流體向上通過孔302和下端板270流入室300中，并穿過過濾介質(zhì)管316從其外部向其內(nèi)部流動，并且向上流入盤286以上的區(qū)域中。
[0062]參見圖17，流出管316上端的流體流過盤286頂部上方，并向下穿過位于管292和內(nèi)部管狀元件268之間的環(huán)形空間282，并徑向向內(nèi)穿過管狀元件268底部和底板270之間的空間進入輻照室274。該流體然后在室274中向上流向設(shè)置在內(nèi)部管狀元件268上端中的出口 318?？蛇x地，如果需要，旋流葉片組(例如圖1和2的實施例中使用的組20)可被用于輻照室274的入口處。
[0063]流體過濾系統(tǒng)的實施方式250使用轉(zhuǎn)動式的管狀排放臂320，其可以通過軸322在室304中選擇性地轉(zhuǎn)動，該軸322向上延伸通過轉(zhuǎn)動式的聯(lián)接件324并伸入設(shè)置在下端板270上的保持支承組件326中。軸322連接到空心的排放臂320，并在馬達伺服單元328啟動時操作成用于實現(xiàn)排放臂320逐步地從一個過濾管292向下一個相鄰管的轉(zhuǎn)動。在通過啟動一般用330表示的遠程控制泄流閥而打開泄流管時，該泄流管與大氣壓力連通，從而降低了所選管292內(nèi)部的壓力，使其低于出口壓力，從而引發(fā)對過濾管316的反沖洗和清除管316外側(cè)上沉積的污垢，這些污垢然后通過泄流管320和泄流管線332被排出。因此，當在其中一個管292中反沖洗一組過濾介質(zhì)管316時，在其余管292中的剩余的過濾介質(zhì)管316可以繼續(xù)正常過濾流體。
[0064]參照圖21,本發(fā)明的流體過濾系統(tǒng)的另一種實施方式一般用340表不,其具有管狀壓力容器壁342，在其下端具有周圍密封的端板344，上端板346與其相連。上端封閉元件或端蓋穹頂結(jié)構(gòu)348具有設(shè)置在其周圍的環(huán)形凸緣352，該環(huán)形凸緣通過之間的墊圈或密封圈350進行密封，并通過任何合適的手段——例如穿過凸緣或凸片352、354接納的緊固件(未示出)——固定在端板346上。端蓋穹頂結(jié)構(gòu)348具有出口 356，經(jīng)過濾和凈化的流體(如海水)通過該出口從組件340排出。上端板346具有連接在其上端的多個管358，每個管358通向穹頂結(jié)構(gòu)348的內(nèi)部。每個管358的下端穿過端板344通向入口室360內(nèi)部，該入口室形成在下端穹頂結(jié)構(gòu)362中，具有設(shè)置在其上的流體入口 364。
[0065]每個管358中設(shè)置有多個過濾介質(zhì)管366，從而使得在其下端通過入口室360進入管358內(nèi)部的流體由于穿過過濾管366外部流向其內(nèi)部、以及向外通過其上端進入包括輻照室368的蓋元件348的內(nèi)部而被過濾。室368中具有豎直向下延伸的多個間隔開的紫外燈，每個紫外燈可封裝于石英管370中，并穿過穹頂結(jié)構(gòu)348向上延伸通過密封接頭，以實現(xiàn)其電連接。刮盤374被設(shè)置成用于緊密地適配于每個石英管370的外部。該刮盤連接到軸環(huán)372，該軸環(huán)螺紋嚙合于可通過適當?shù)臋C構(gòu)(未示出)選擇性地轉(zhuǎn)動的引導螺桿376，以引發(fā)刮盤374沿引導螺桿的運動，以刮除管370上的污垢。
[0066]應(yīng)當理解，管358和過濾介質(zhì)管366可安裝在與圖16_20所示實施方式中的濾筒286相似的濾筒組件中。
[0067]入口室360具有設(shè)置在其中的轉(zhuǎn)動式的排放臂378，其具有轉(zhuǎn)動式的聯(lián)接件380 ；臂378通過轉(zhuǎn)動式的聯(lián)接件通向與入口室360隔離開的外部的泄流口 390。軸392延伸穿過轉(zhuǎn)動式的聯(lián)接件380，其上端錨固在支承件394中，軸392的下端錨固在支承件396中，該支承件的下端位于出口 390中。該軸延伸通過支承件396并在操作方面連接成當馬達伺服機構(gòu)398啟動時可選擇性地轉(zhuǎn)動。因此，在伺服機構(gòu)398工作時，排放臂378持續(xù)轉(zhuǎn)動以用于定位在各單獨的選定管358下方，以便在泄流口 390打開時選擇性地反沖洗選定管358中的過濾管366。在正常的過濾操作中，要被過濾凈化的流體(如海水)進入入口 360、向上流過管358并流進管366內(nèi)部和向外流出其上端進入室368中，以便在穿過出口 356流出之前進行紫外線輻照和凈化。
[0068]參照圖23，以橫斷面示出了圖22的實施方式的替換裝置，一般用400表示，其具有壓力容器402，該壓力容器 可與圖22所示實施例中的壓力容器裝置相同。但是，相對于壓力容器402中豎直設(shè)置的過濾管408而言,實施方式400的蓋元件或穹頂結(jié)構(gòu)404具有位于水平取向的石英管406中的各個單獨的紫外燈。圖23所示實施方式400的操作在其他方面與圖21所示實施方式340的操作相同。
[0069]參照圖24和25,不出了本發(fā)明的流體過濾系統(tǒng)的另一種實施方式,一般用420表示，其具有流體壓力容器壁422，限定了與流體入口 426連通的入口室424以用于連接到待進行過濾和凈化的流體源(如海水)。壓力容器壁422具有傾斜的內(nèi)部環(huán)或開口的大塊元件(bulk head) 428，從而將入口室424與外側(cè)的環(huán)形的出口室430隔開，該出口室是通過連接到環(huán)428的上表面上并向上延伸到壓力容器開口端的內(nèi)部管狀元件432形成的。環(huán)形室430與流體出口 434連通；環(huán)形室430通過管狀元件432與入口室424隔開。
[0070]壓力容器的上端是開口的并在其上設(shè)置有環(huán)形凸緣或環(huán)436，與該環(huán)形凸緣或環(huán)對準地貼靠設(shè)置有相應(yīng)的圓環(huán)或凸緣438，該圓環(huán)或凸緣438連接到大體上為倒置杯狀的蓋元件440，以用于例如通過轉(zhuǎn)動/操縱沿其周邊間隔開設(shè)置的螺栓442和接合合適的裝配凸片(例如凸片444、446)而可拆卸地連接到其上。
[0071]蓋元件440中設(shè)置有環(huán)形過濾介質(zhì)元件448，其中央?yún)^(qū)域與入口室424連通，以用于在其中接納向上流過壓力容器的開口端并流入蓋元件440內(nèi)部的被過濾的流體。外周邊的環(huán)形過濾介質(zhì)元件448在其外部限定了環(huán)形室450的一部分內(nèi)壁，該環(huán)形室450介于過濾介質(zhì)元件448的外表面和蓋元件440的內(nèi)壁之間。在壓力容器中，環(huán)形室450通過支承板449中的孔453與環(huán)形室430連通，該支承板449可移除地連接到支承環(huán)451，該支承環(huán)例如通過螺栓443連接到蓋元件440上，從而使得穿過環(huán)形過濾介質(zhì)元件448的外表面流出的流體向下流經(jīng)室450進入環(huán)形室430并通過出口 434向外流動。
[0072]封裝在石英管452中的多個紫外燈在室450中設(shè)置在過濾介質(zhì)元件448周圍，這些紫外燈豎直取向并且可通過所設(shè)置的合適的連接裝置(未示出)進行電連接，所述連接裝置可設(shè)置在穹頂結(jié)構(gòu)440中。因此，向外穿過過濾介質(zhì)元件448流出的所有流體都進入室450中，并在向下流進室430之前通過紫外燈進行輻照。
[0073]在圖24和25所示實施方式的替換裝置中，在板449上在兩個443之間可設(shè)置附加的孔，紫外燈管向下延伸到室430中并終止在環(huán)428附近。
[0074]在過濾介質(zhì)元件448內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動式的反沖洗臂454 ;該反沖洗臂附裝到向上延伸穿過蓋元件440的上表面的管軸456，并連接到馬達伺服機構(gòu)458以進行轉(zhuǎn)動。在設(shè)置于蓋元件的開口下端處的過濾器支承板449內(nèi)，軸456的下端被裝配軸頸以進行轉(zhuǎn)動。在板449中設(shè)置轉(zhuǎn)動式的聯(lián)接件457，該聯(lián)接件附裝到泄流管460，該泄流管在內(nèi)部管狀元件432的中央?yún)^(qū)域中延伸到入口室中，并向外穿過元件432的壁和壓力容器壁。泄流管460連接到遠程操作的泄流閥462。在打開該泄流閥與大氣壓力連通時，室450中的出口壓力引起回流，該回流穿過過濾介質(zhì)448的位于反沖洗臂454的開口端附近的區(qū)域，從而通過泄流管460發(fā)生局部反沖洗。在選擇性地啟動伺服機構(gòu)458時，反沖洗臂454逐步轉(zhuǎn)動到過濾介質(zhì)元件448附近的區(qū)域，從而允許逐步反沖洗過濾介質(zhì)元件448的增加的部分，在該反沖洗過程期間，在過濾介質(zhì)元件448的剩余部分中維持正常的過濾流。
[0075]圖24和圖25所示的實施方式420因此將反沖洗臂機構(gòu)、過濾介質(zhì)元件和紫外燈結(jié)合成全部集成在可移除的蓋元件中，并且因此簡化了過濾介質(zhì)元件和紫外燈的維護和更換。
[0076]顯然，通過閱讀和理解前面的詳細描述，人們將會想到某些修改和變型方案。應(yīng)該理解，所描述的示例性實施方式應(yīng)被認為包含所有這些修改和變型方案，只要它們落入隨附權(quán)利要求或其等同方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.流體過濾系統(tǒng)，包括:(a)具有入口和出口的殼體；(b)設(shè)置在殼體內(nèi)的過濾介質(zhì)元件,該過濾介質(zhì)元件具有流體入口側(cè)和流體出口側(cè)、并且操作成對所有進入流進行過濾，其中，該流體入口側(cè)與殼體入口流體連通；(c)具有入口和出口的輻照室，該入口與過濾介質(zhì)元件的流體出口側(cè)相連通，該出口與殼體出口流體連通；(d)設(shè)置于輻照室中的至少一個紫外(UV)燈，其中，該至少一個紫外燈上裹置有石英套管；(e)其中，來自過濾介質(zhì)元件的出口側(cè)的流體依次向下流入輻照室的入口、然后向上穿過輻照室流向殼體出口，其中，所有流向殼體出口的流體都經(jīng)過輻照。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括位于輻照室中的多個紫外燈和多個過濾介質(zhì)元件，每個紫外燈都具有裹置在該紫外燈上的石英套管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述過濾介質(zhì)元件設(shè)置于輻照室的至少一部分周圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述過濾介質(zhì)元件環(huán)狀地設(shè)置于輻照室周圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括布置成用于產(chǎn)生流入輻照室的入口的渦旋的旋流葉片組，該旋流葉片組具有產(chǎn)生順時針方向的渦旋的第一環(huán)形葉片陣列和產(chǎn)生逆時針方向的渦旋的第二環(huán)形葉片陣列。`
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述過濾介質(zhì)元件具有管狀結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，還包括緊鄰過濾介質(zhì)元件的入口側(cè)設(shè)置的清潔盤；和驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)在選擇性地啟動后可操作成沿著過濾介質(zhì)元件的入口側(cè)移動清潔盤，以用于從管狀過濾介質(zhì)元件的入口側(cè)表面上除去聚集的污垢。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，殼體入口在豎直方向上布置在出口下方，輻照室包括豎直取向的管狀元件，其中，入口位于其下端，出口位于其上端；和過濾介質(zhì)元件包括設(shè)置在管狀輻照室元件周圍的多個豎直取向的管狀元件，其中，介質(zhì)元件的管狀元件的下端僅與殼體入口連通，介質(zhì)元件的管狀元件的上端僅與管狀輻照室的下部入口端連通；和管狀輻照室的上部出口端僅與殼體出口連通，其中，流經(jīng)輻照室的流體豎直向上流動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，輻照室入口包括多個葉片，這些葉片可操作成用于在來自輻照室入口的流體中產(chǎn)生順時針和逆時針方向的渦旋。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾系統(tǒng)，其中，過濾介質(zhì)元件包括多個豎直設(shè)置的管狀過濾元件，每個管狀過濾元件的下端的外部被隔離成僅與殼體入口連通，而其內(nèi)部在上端被隔離成僅與輻照室的入口連通；和還包括反沖洗管，以用于選擇性地依次與每個過濾介質(zhì)管的外部連通，以便從中向泄流口排放反沖洗流體，同時保持通過剩余管的正常流動。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾系統(tǒng)，還包括旋流葉片組，該旋流葉片組具有多個包含相對置地導向的旋流葉片的堆疊體，并且操作成用于降低輻照室內(nèi)的流速梯度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)可操作成用于實現(xiàn)反沖洗管相對于過濾介質(zhì)管的轉(zhuǎn)動。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在輻照室中的清潔盤，該清潔盤在輻照室中運動時可操作成用于清除沿石英套管上的污垢；和驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置在選擇性啟動時可操作成用于實現(xiàn)清潔盤沿石英套筒的運動。
14.一種處理流體的方法，包括:(a)提供具有入口和出口的壓力容器，其中該出口設(shè)置在該入口上方； (b)在壓力容器內(nèi)形成輻照室，該輻照室具有與容器出口連通的流體出口和布置在流體出口下方的流體入口；(c)在壓力容器中圍繞輻照室設(shè)置過濾介質(zhì)，并使過濾介質(zhì)的流體入口側(cè)僅與壓力容器入口連通和使過濾介質(zhì)的流體出口側(cè)僅與輻照室的流體入口連通；和(d)在輻照室中設(shè)置紫外(UV)燈并輻照流過其中的流體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，形成輻照室包括在容器中在豎直取向上設(shè)置管，使得來自過濾介質(zhì)的流體在該管的下端進入該管中并在其上端流出。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括在輻照室的流體入口中設(shè)置旋流葉片組并在順時針和逆時針方向上產(chǎn)生渦旋。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括在入口處設(shè)置多個葉片并在流體中產(chǎn)生順時針和逆時針方向的渦旋。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，形成輻照室包括在容器中在水平取向上設(shè)置管。
19.一種流體處理系統(tǒng)，包括:(a)限定有輻照室的容器，該輻照室具有流體入口和位于該入口上方位置上的流體出Π ；(b)設(shè)置在所述室內(nèi)的紫外燈，該紫外燈在選擇性啟動時操作成用于輻照在該室中從入口流向出口的流體；(c)設(shè)置在入口處的葉片組，所述葉片組包括第一環(huán)形葉片陣列和第二環(huán)形葉片陣列，第一環(huán)形葉片陣列可操作成用于產(chǎn)生順時針方向的渦旋，第二環(huán)形葉片陣列可操作成用于使從入口進入所述室中的流體產(chǎn)生逆時針方向的渦旋。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述葉片組包括第一和第二環(huán)形葉片陣列，這些葉片陣列可操作成用于在順時針和逆時針其中一個方向上產(chǎn)生渦旋，所述葉片組還包括布置在第一和第二陣列之間的第三環(huán)形陣列，該第三陣列可操作成用于在與所述一個方向相反的方向上產(chǎn)生渦旋。
21.—種流體處理系統(tǒng)，包括:(a)具有過濾室的流體壓力容器，該過濾室具有開口端和流體入口；(b)設(shè)置在其中的多個管狀過濾介質(zhì)元件，每個管狀介質(zhì)元件的一個流體側(cè)僅與入口連通，而每個介質(zhì)元件的與所述一個流體側(cè)相對的流體側(cè)僅與開口端連通；(c)設(shè)置在開口端上方的蓋元件，該蓋元件限定了具有流體出口的輻照室；和(d)位于輻照室中的至少一個紫外(UV)燈，該紫外燈在選擇性啟動時可操作成用于輻照從管狀過濾介質(zhì)流向出口的流體。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，還包括布置成環(huán)形陣列的多個紫外燈。
23.—種水處理系統(tǒng)，包括:(a)具有壓力室的流體壓力容器，該壓力室具有入口和設(shè)置在該入口上方位置上的出Π ；(b)設(shè)置在壓力室中的管狀過濾介質(zhì)元件，該管狀過濾介質(zhì)元件的一個流體側(cè)僅與所述室的入口連通，而與這一側(cè)相對的流體側(cè)僅與所述室連通；和(c)在管狀介質(zhì)元件周圍布置成陣列的多個紫外(UV)燈，其中，從入口穿過管狀介質(zhì)元件流動的流體在流過出口之前在所述室內(nèi)被輻照。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，還包括:(a)設(shè)置在管狀介質(zhì)元件中的清潔盤，該清潔盤相對于一個流體側(cè)以微小間隔布置，其中，該盤在相對于介質(zhì)元件運動時可操作成用于去除積聚在其上的固體物質(zhì)；和(b)驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)在選擇性啟動時可操作成用于實現(xiàn)所述盤的運動。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動機構(gòu)包括馬達和軸向引導螺桿。
26.—種水處理系統(tǒng)，包括:(a)流體壓力容器，該流體壓力容器具有與入口連通的第一室、與出口連通的單獨分開的第二室、和與所述第一和第二室連通的開口端；(b)可移除地接納在開口端上的封閉結(jié)構(gòu)，該封閉結(jié)構(gòu)包括過濾介質(zhì)元件，該過濾介質(zhì)元件具有通過開口端僅與所述第一室連通的流體入口側(cè)和通過開口端僅與所述第二室連通的流體排出側(cè)；和，(c)至少一個紫外(UV)燈，該紫外燈設(shè)置成在選擇性啟動時用于在其中輻照從過濾介質(zhì)元件排出的過濾后的流體。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個紫外燈設(shè)置在過濾介質(zhì)元件周圍。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個紫外燈設(shè)置在第二室中。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個紫外燈包括布置成環(huán)形陣列的多個紫外燈。
【文檔編號】C02F9/08GK103626343SQ201310313392
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】D·K·伊, C·S·勞, C·L·伊曼斯, M·E·艾舍爾, M·J·小納多, M·A·昆特爾 申請人:伊頓公司