用于过滤原料液体流中的微粒的介质床过滤器和其使用方法
【专利说明】用于过滤原料液体流中的微粒的介质床过滤器和其使用方 法 相关引用f献
[0001] 本申请要求优先权为美国临时专利申请61/672, 098,其申请日为2012年7月16 曰。 【背景技术】 (a) 技术领域
[0002] -般本申请所公开的主题涉及过滤装置以及使用的方法。更具体地，本主题涉及 介质床过滤器，用于从原料液体流中过滤微粒。 (b) 相关现有技术
[0003] 介质床过滤器的工作方式是：增加固体颗粒在过滤介质床的表面和内部被捕获的 机会。随着流体均匀地分布在过滤器的顶部，它轻轻地流经多孔砂（即过滤介质），流经一 条曲折的路线，颗粒接近和接触所述介质床。它们可以通过几种机制之一被捕获，例如，直 接碰撞，范德华力或伦敦吸引力，表面电荷吸引，扩散，和类似作用。
[0004] 此外，固体颗粒也可以由于表面电荷斥力不利于被捕获，当过滤介质的表面电荷 是与固体颗粒相同的符号（即正或负）。此外，也能够释放已被捕获的固体颗粒，尽管它们 可能在介质床内更大的深度被再捕获。
[0005] 过滤介质床可以过滤向上流动的流体或向下流动的液体，而后者是更常用的方 式。对于向下流动过滤介质床，流体可以在压力或仅通过重力流动。压力介质床过滤器倾 向于在工业应用中使用。重力驱动的过滤器用于水的净化尤其是在大型应用，如饮用水。
[0006] 总体而言，有几种类型的过滤介质床，如，但不限于，重力介质床过滤器，压力介质 床过滤器，上流介质床过滤器，慢介质床过滤器，多介质床过滤器和其他类似设备。
[0007] 所有这些设备和方法在世界各地的水行业广泛使用。
[0008] 例如，冷却塔的水连续的吸引并吸收大部分灰尘和空气尘埃。在循环冷却水的循 环中的大多数悬浮固体的大小约为0-5微米，这主要是因为化学分散介质被设计来限制循 环污垢，防止在热交换表面上凝聚（也就是说，分散用的化学试剂将灰尘和矿物质保持在 悬浮液中）。灰尘对热交换表面和冷却塔中的填充效率有负面影响。传统的过滤器，滤网 和分离器，在形成低流量区，堵塞过滤器、喷嘴，和热交换器生物结垢之前将不会显著除去 这些非常细的污染物。通常，这种类型的大多数介质床过滤器是不能够显著处理尺寸小于 5微米的悬浮固体的。因此，有必要提供一种介质床过滤器，旨在提供一种改进的用于过滤 下降到〇. 5微米的微粒。例如，具有3层，包括石榴石的，一个传统的多层介质床过滤器，只 能够过滤下降到10或20微米的颗粒。
[0009] 例如并且参照现有技术图1A，1B，1C，ID和1E，显示了传统的砂过滤器。这些传统 的砂过滤器具有多个缺点。其中之一是，进入水箱的原料液体流会引起过滤床一个斜面。在 现有技术的设置中，允许原料液体流只在介质床上的一个地方挖入。因此，根据传统的介质 床过滤器，仅一部分介质床被用作过滤表面。另一个缺点是传统的砂过滤器不能在更大的 流速下使用。当使用传统的砂过滤器，水需要以基本上小的速度进入水箱，并且不可以具有 许多流量的变化。另外，由传统的介质床的过滤器提出的这样的配置可能会导致颗粒形成 介质床的顶部的滤饼层，且还可能阻止介质床过滤。因此，这样的介质床过滤器需要定期维 护，以用于减少在介质床形成的滤饼层。例如，图1，原料液体流进入水箱的层流（即没有或 具有减少湍流的区域）。
[0010] 许多过滤器是在许多应用中已知的，如，但不限于，冷却和热水循环，冷凝水回收， 冷却塔组件，铁的去除，离子交换树脂的预过滤，膜预过滤，饮用水和饮料过滤，过程的漂洗 水，工艺水的注入，水的再利用，焊工水回路等。
[0011] 此外，传统的过滤器将需要混凝剂或聚合物，以提高其对更小的颗粒的效率。现有 涡旋过滤器具有差的反洗效率，导致更高的水耗，浪费水和大的能源成本的缺点。
[0012] 传统的涡旋过滤器不具备良好的反冲洗效率，并提示短路，即使清洁时也提示。事 实上，位于与水箱的一个顶点显著距离的单个喷射器产生的细砂表面（图1B)(即，也称为 微砂或超细砂）的一个显著扰动，介质床一侧比其相对侧显著的更深，产生过滤介质的一 个显著倾斜面，约30至40°。这个倾斜面对在流体的表面上和在介质床的深度上的液压分 配，产生的扰动。这种现象使得已知涡旋过滤器不能有效地使用过滤表面积。这对于较大 的表面，如30英寸直径和更大的过滤器，更加严重。作为用于反洗过程中，典型的单个喷射 器，位于从该水箱的一个顶点的显著距离上，不能去除被捕获的粒子（或微粒），这种设计 不能提供一个附加的反洗过程。但应该指出的是，如图IB所示的设置将不会导致一个良好 的液压流量。介质床，更具体地说，所述过滤介质由于从离水箱的顶点一显著距离进入水箱 的水流，而被显著变形。
[0013] 此外，开放式水箱介质床的过滤器包括原料液体流入口，其被构造以便轻轻引领 水流到过滤介质上方，以使粒子流轻轻流入过滤介质内，并且过滤介质表面不运动，也不被 干扰。
[0014] 因此，有需要改进的介质床的过滤器，用于从原料液体流过滤和反洗微粒以及其 使用方法。
【发明内容】
[0015] 根据一个实施方案，提供了一种介质床过滤器，用于从原料液体流中过滤微粒，介 质床过滤器包括：一个水箱，其具有：一个顶部；一个底部，其限定一个底表面，用于容纳一 个介质床，该介质床具有一支撑介质，以被布置在底表面上，和用于覆盖支撑介质的过滤介 质，该水箱的顶部是位于上述介质床的过滤介质的上方；与流体连通的原料液体入口设置 有一个喷嘴结构，位于所述水箱的顶部，用于在水箱中提供一个原料液体流，其为多个射 流，其在一个方向的速度基本上等于或大于所述过滤介质的分离速度。
[0016] 根据另一个实施方案，喷嘴结构包括多个喷嘴，所述多个喷嘴中的每一个用于在 水箱中提供原料液体流，以形成多个射流中的相应的一个射流，其具有一个朝向所述过滤 介质的速度。
[0017] 根据进一步的实施方案，所述多个喷嘴被定向为相反的方向。
[0018] 根据又一个实施方案，水箱的顶部限定一个顶表面，其中所述喷嘴结构被定向，用 于提供所述多个喷嘴朝向水箱的顶表面，从而在水箱中提供一个原料液体流，其平行速度 基本上等于或大于所述过滤介质的分离速度。
[0019] 根据另一实施方案，该喷嘴结构是如下的一个：位于水箱的顶部、原料液体入口的 上方和位于水箱的顶部、原料液体入口的下方。
[0020] 根据进一步的实施方案，喷嘴结构被定向为提供所述多个射流，垂直朝向介质床 的过滤介质。
[0021] 根据另一个实施方案，介质床过滤器还包括位于所述水箱的顶部、在喷嘴结构和 过滤介质之间的挡板。
[0022] 根据另一个实施方案，所述挡板基本上位于过滤介质的上方，从而在水箱中提供 了原料液体流，其具有一个平行的速度基本上等于或大于所述过滤介质的分离速度。
[0023] 根据进一步的实施方案，原料液体入口包括多个原料液体入口，多个原料液体入 口中的每一个与相应的喷嘴结构流体连通。
[0024] 根据又一个实施方案，喷嘴结构是如下的一个：朝向上方，用于提供多个射流以向 上的方向进入水箱；和朝向下方，用于提供多个射流以向下的方向进入水箱。
[0025] 根据另一实施方案，该喷嘴结构的取向为提供所述多个射流水平地朝向介质床的 过滤介质，喷嘴结构位于所述水箱的顶部、与过滤介质大致相同的水平面。
[0026] 根据进一步的实施方案，所述多个喷嘴中的每一个限定一个形状，该形状包括以 下的至少一个：肘部状，直线状，曲线状，正多边形状，一个分段的形状，不规则多边形状，圆 形形状，角形状和它们的任意组合。
[0027] 根据又一实施方案，如权利要求1的介质床过滤器，还包括在水箱的顶部中的挡 板，用于接收所述多个射流，从而在水箱中提供了原料液体流，其具有一个平行的速度基本 上等于或大于所述过滤介质的分离速度。
[0028] 根据另一个实施方案，所述挡板包括多个挡板，所述多个挡板中的每一个基本上 位于所述过滤介质的上方，与侧边的所述多个挡板中的另一个平行且间隔开。
[0029] 根据进一步的实施方案，所述多个挡板包括可移动的挡板。
[0030] 根据另一实施方案，提供了一种用于在承载过滤介质的水箱中从原料液体流过滤 微粒的方法，其中水箱具有顶部，该方法包括以下步骤：接收含有微粒的所述原料液体流； 以及在所述水箱的顶部提供所述原料液体流，其为多个射流，其在一个方向的速度基本上 等于或大于所述过滤介质的分离速度。
[0031] 根据进一步的实施方案，在所述水箱的顶部提供的、形成多个射流的所述原料液 体流包括在相反的方向上形成所述多个射流，用于在水箱中提供一个原料液体流，其在一 个平行的速度基本上等于或大于所述过滤介质的分离速度。
[0032] 根据又一个实施方案，在所述水箱的顶部提供的、形成多个射流的所述原料液体 流包括形成朝向水箱的顶部表面的所述多个射流，用于在水箱中提供一个原料液体流，其 在一个平行的速度基本上等于或大于所