防止層狀凈化床裝置中微粒與粉塵游移的設(shè)備的制造方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]本申請(qǐng)案主張2012年9月10日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第61/698，845號(hào)及2013年2月8日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第61/762，313號(hào)的利益。以上申請(qǐng)案的全部教示內(nèi)容以引用方式納入本文。
[0002]1979年I月23日頒與Parish等人的US 4，135，896揭露一種樣本凈化器罐或圍阻機(jī)構(gòu)，其包括一溝流機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與該圍阻機(jī)構(gòu)大體成一彎曲、直角布置。該圍阻機(jī)構(gòu)包括垂直定向的樣本吸附劑，其大體上沿該溝流機(jī)構(gòu)直立向上或直立向下。此豎直方位欲經(jīng)由吸附劑來(lái)消除不良的溝流效應(yīng)，該效應(yīng)可在未垂直布置該圍阻機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)生。若樣本罐的圍阻機(jī)構(gòu)部分中的吸附劑沈降至一側(cè)，則可在該罐中發(fā)生不良的溝流效應(yīng)，因而可形成空隙，其為氣體可在大體上不接觸吸附劑的情況下流過(guò)的通道。若圍阻機(jī)構(gòu)始終垂直定向，則不可能發(fā)生不良的溝流且通過(guò)圍阻機(jī)構(gòu)的所有氣體將通過(guò)圍阻機(jī)構(gòu)中的吸附劑。盡管該罐包括網(wǎng)格機(jī)構(gòu)及介于罐中吸附劑部分之間的保持環(huán)，但該吸附劑并不受該網(wǎng)格或環(huán)限制。并未揭露各自移除特定污染物的凈化介質(zhì)的多個(gè)獨(dú)立層。在接納環(huán)的外殼壁中制造凹槽使得成本較高且增加了制造步驟。
[0003]2011年4月5日頒與Applegarth等人的US 7，918，923揭露利用碳基材料的氣體凈化。第一、第二以及第三不同的碳基介質(zhì)分別位于第一、第二以及第三區(qū)帶內(nèi)，該等區(qū)帶通過(guò)隔板實(shí)體地分開(kāi)，該等隔板包括一粒子過(guò)濾器、一金屬網(wǎng)格或在不阻塞氣體通過(guò)該等區(qū)帶的情況下使第一、第二以及第三介質(zhì)有效保持于其各別區(qū)帶內(nèi)的一些其他的實(shí)體結(jié)構(gòu)。并不存在關(guān)于如何將該粒子過(guò)濾器或金屬網(wǎng)格固持于外殼內(nèi)的適當(dāng)位置中來(lái)防止介質(zhì)細(xì)粒及粒子自一區(qū)帶游移至另一區(qū)帶的揭露內(nèi)容，亦無(wú)法了解甚至少量的介質(zhì)自一區(qū)帶游移至另一區(qū)帶可如何影響凈化器穩(wěn)定性及移除效能。
[0004]1998年6月23日頒與Leavitt等人的美國(guó)專利5，769，928揭露一種PSA氣體凈化器及凈化方法。該揭露內(nèi)容包括一 PSA預(yù)凈化器吸附劑床，其中下集管是由惰性陶瓷球填充，該等惰性陶瓷球起流動(dòng)分布及床層支撐的作用。一不銹鋼篩支撐該吸附劑床。該床層本身由兩層組成。較大下層為活化的氧化鋁；較小上層為NaY。上床層表面通過(guò)第二不銹鋼篩限制，該第二不銹鋼篩通過(guò)填充上集管的陶瓷球的額外層來(lái)固持于適當(dāng)位置中?？蓪⒓芸臻g中的陶瓷球分級(jí)以提供改良的分布。使用陶瓷球來(lái)固持不銹鋼篩支撐體增加了成本且增大預(yù)凈化器的大小；該篩在預(yù)凈化器的入口及出口處的位置將不防止上層的粒子或細(xì)粒游移至下層中。
[0005]仍需要開(kāi)發(fā)一種凈化器，該凈化器包含多個(gè)獨(dú)立凈化介質(zhì)床，各床層適用于移除一組不同的污染物，該凈化器亦包含用于防止一種類型的凈化介質(zhì)的粒子游移至另一類型的凈化介質(zhì)床中的機(jī)構(gòu)。凈化介質(zhì)的此種游移造成凈化器效能的效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一型式為一種氣體凈化器，其在一外殼中包含至少一上游凈化介質(zhì)及一下游凈化介質(zhì)，該外殼具有一流體連接的流體入口及一流體出口，該上游凈化介質(zhì)及下游凈化介質(zhì)能夠自一氣流移除不同雜質(zhì)或大量雜質(zhì)。該上游凈化介質(zhì)及下游凈化介質(zhì)通過(guò)一可透氣膜來(lái)分開(kāi)，該可透氣膜與該下游介質(zhì)層呈一密切且保持接觸的關(guān)系。該可透氣膜為一多孔介質(zhì)保持膜，其通過(guò)一可擴(kuò)展環(huán)將其邊緣緊固于該外殼內(nèi)，該可擴(kuò)展環(huán)包含一內(nèi)圓周及外圓周，且其進(jìn)一步包含一鎖定機(jī)構(gòu)，其用于通過(guò)徑向力使該環(huán)擴(kuò)展且保持于一過(guò)濾裝置的該外殼中。該可透氣膜與該下游介質(zhì)的接觸使該下游介質(zhì)固持于外殼中的適當(dāng)位置中，且該接觸允許在任何方位上使用該凈化器而在使用該凈化器期間于下游介質(zhì)中不發(fā)生溝流。該經(jīng)緊固的可透氣膜防止該外殼中該可透氣膜的邊緣周圍的氣流，且引導(dǎo)氣流及氣流中的任何上游介質(zhì)粒子或微粒流過(guò)該可透氣膜，使上游介質(zhì)粒子及上游介質(zhì)微粒保持于該可透氣膜中。在本發(fā)明的各型式中，該可透氣膜具有一孔徑，該孔徑防止凈化介質(zhì)的粒子通過(guò)該可透氣膜。
[0007]在本發(fā)明的各型式中，該多孔膜具有一表面，該表面與該下游凈化介質(zhì)完全接觸，且該多孔膜是固定于該凈化器外殼中以使得該多孔膜與該下游介質(zhì)的接觸使該介質(zhì)牢固地固持于該外殼中的適當(dāng)位置中。其中該多孔膜以邊緣進(jìn)行固定且在該外殼中與該下游介質(zhì)牢固接觸的此特征允許在任何方位上使用該凈化器而在使用該凈化器期間不發(fā)生穿過(guò)該下游介質(zhì)的溝流。此凈化器結(jié)構(gòu)亦提供改良的氣體凈化器雜質(zhì)移除能力及改良的氣體純度濃度穩(wěn)定性，如與在介質(zhì)層之間具有并未以其邊緣進(jìn)行固定的一多孔膜的凈化器相比較。
[0008]本文所描述的該等氣體凈化器裝置適用于自流體有效移除多種雜質(zhì)，且擁有優(yōu)于已知凈化裝置的有助于其改良效能的新穎特征。該等裝置包含通過(guò)一可透氣膜來(lái)分開(kāi)的多個(gè)凈化介質(zhì)床，該可透氣膜將凈化介質(zhì)的該等粒子保持于其各別床層中。該等凈化介質(zhì)床在組成上相同，或者在組成上不同。該等凈化介質(zhì)床各自獨(dú)立地包含:于高表面積支撐介質(zhì)上的一金屬觸媒、干燥劑材料、分子篩、沸石、于支撐介質(zhì)上的一有機(jī)金屬試劑、吸氣劑材料或碳基介質(zhì)。在本發(fā)明的一些型式中，將凈化介質(zhì)的該等粒子保持于其各別床層中的該可透氣膜為金屬的、半金屬的、碳基的、陶瓷的、聚合物的或熱傳導(dǎo)的，且在本發(fā)明的一些型式中，該可透氣膜呈以下形式:一毛氈、一金屬絲網(wǎng)、燒結(jié)粒子、電吹纖維、編織膜或非編織膜。本文所描述的發(fā)明提供的是:該介質(zhì)保持膜的孔徑為約0.05微米至約1.0微米。
[0009]該膜與一保持環(huán)耦接，該保持環(huán)將該膜牢固地緊固于該裝置的外殼中，從而保持該膜與該下游凈化介質(zhì)密切接觸且保持接觸。該膜與該保持環(huán)的耦接迫使流入該凈化器中的任何氣體穿過(guò)該薄膜，且進(jìn)一步允許在任何方位上使用該裝置。重要地，該保持環(huán)通過(guò)徑向力來(lái)緊固于該外殼中，從而避免在外殼的內(nèi)壁中加工凹槽的需要。此特征將允許在現(xiàn)有的氣體凈化器裝置中使用保持環(huán)及膜。
[0010]本發(fā)明亦提供一種可擴(kuò)展介質(zhì)保持環(huán)，其包含一可擴(kuò)展環(huán)及一介質(zhì)保持多孔膜。該可擴(kuò)展環(huán)包含一內(nèi)圓周及外圓周，且進(jìn)一步包含一鎖定機(jī)構(gòu)，該鎖定機(jī)構(gòu)允許在插入一過(guò)濾裝置的該外殼中時(shí)通過(guò)徑向力使該可擴(kuò)展環(huán)擴(kuò)展且得以保持。該環(huán)通過(guò)徑向力來(lái)保持的特征的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于:不需要額外的工具或加工來(lái)沿該外殼的內(nèi)壁產(chǎn)生一凹槽。該可擴(kuò)展介質(zhì)保持環(huán)的介質(zhì)保持多孔膜包含具有一孔徑的可透氣材料以防止介質(zhì)的粒子通過(guò)。在該可擴(kuò)展介質(zhì)保持環(huán)的一些型式中，該介質(zhì)保持多孔膜是附著至該可擴(kuò)展環(huán)。在本發(fā)明的一些型式中，該可擴(kuò)展環(huán)包含金屬(例如，不銹鋼)、塑料或金屬合金，且具有約0.06吋至約0.12吋的厚度。在本發(fā)明的某些型式中，該可擴(kuò)展環(huán)的鎖定機(jī)構(gòu)為一彈簧鎖定機(jī)構(gòu)。本發(fā)明描述的是:該可透氣材料為金屬的、半金屬的、碳基的、陶瓷的、聚合物的或熱傳導(dǎo)的，且其以下形式:一毛氈、一金屬絲網(wǎng)、燒結(jié)微粒、電吹纖維、編織膜或非編織膜。本文所描述的發(fā)明提供的是:該介質(zhì)保持膜的孔徑為約0.05微米至約1.0微米。
[0011]雖然已展示體現(xiàn)本發(fā)明的觀點(diǎn)的若干示范性物品、組成、設(shè)備以及方法，但是當(dāng)然將了解本發(fā)明并不受限于此等型式。熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)者可尤其根據(jù)前述教示來(lái)進(jìn)行修改。例如，一個(gè)型式的構(gòu)件及特征可由另一型式的對(duì)應(yīng)構(gòu)件及特征替代。此外，本發(fā)明可包括此等型式的任何組合或子組合中的各種觀點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]前述內(nèi)容將