分离单元及其操作方法

专利名称：分离单元及其操作方法
背景技术：
带有接头的流体分离单元可能安装在小的空间内，使其更换过滤器单元非常困难。例如在有限的空间内安装和拆卸期间转动接头是困难的。甚至快速接头也是笨重和不便在典型的工业过滤应用中的空间内使用。传统的接头需要具有足够空间以便操作者的手操纵接头。另外，通常需要过量的管件使得接头或快速接头拆卸。同样需要附加的管件使得该过滤器组件从其安装位置拆卸到有足够空间便于拆卸接头/快速接头的位置。然而，不希望四处移动管件，这是由于管件容易损坏，并且粘附在管件壁内表面上的污染物将进入流体中。由于笨重的接头，传统可拆卸过滤器更换很费时。同样，过滤器经常在上方和/或下方需要多余的空间以便允许拆卸的垂直移动，并且空间是少有的。
与传统可拆卸流体分离装置相关的另一问题是更换期间的泄漏。由于使用在特殊工艺中的化学品是危险的，从环境的观点和操作者的安全考虑都不希望有任何泄漏。类似的，与该装置相关的管件可在更换期间泄漏或滴漏，同样可能造成危险情况。
因此本发明的目的在于提供一种可安装在有限的空间内并便于连接和拆卸的可拆卸的流体分离组件。
本发明的另一目的在于提供一种包括采用一个方便动作安装并不需要每个接头单独连接的接头的可拆卸的流体分离组件。
本发明的再一目的在于提供一种包括在更换期间防止泄漏的无滴漏连接的分离组件。
本发明的又一目的在于提供一种在更换期间尽量减小或消除滞留空气的分离组件。
本发明的又再一目的在于提供一种防止该组件不正确安装的定向连接的分离组件。

发明内容
本发明克服了现有技术的问题，并提供一种用于容纳来自一不动流体源的分离单元，从所述流体分离一种或多种组分，并引到剩余流体到一不动的流体容器中，所述分离装置具有一第一端部和一与所述第一端部间隔的第二端部；位于所述第一端部并构造成密封地与所述流体源接合的入口；和位于所述第二端部并构造成密封地与所述流体容器接合的出口；其中所述分离装置可从所述流体源和所述流体容器插入和拆卸，并且所述可插入步骤包括将所述入口和所述流体源或所述出口和所述流体容器中的第一个插入，并通过所述分离单元的单个枢转运动直接密封接合所述入口和所述流体源或所述出口和所述流体容器中的剩余一个。


图1是按照本发明第一实施例的分离单元的截面图；图2是用于按照本发明一实施例的分离单元的阀的截面图；图2a是图1阀的一部分的截面图；图3是图2阀的一部分的截面图；图4是用于按照本发明另一实施例的分离单元中阀的截面图；图4a是图4阀的一部分的截面图；图4b是图4阀的另一实施例的截面图；图5是按照本发明另一实施例的分离单元的截面图；图5a是图5阀的上接头的截面图；图5b是图5阀的下接头的截面图；图6是按照本发明又一实施例的分离单元的截面图；图7是按照本发明再一实施例的分离单元的截面图；图7a是图7分离单元的前视图；图8是按照本发明另一实施例的分离单元的截面侧视图，表示出安装在该歧管中；图8a是图8的分离单元的截面侧视图，表示出在安装位置；图8b是图8的分离单元的截面顶视图，表示出在安装位置；图8c、8d和8e是按照本发明的接头的另一实施例的截面图；图8f是现有技术接头的截面图；图9是按照本发明一实施例的分离系统的示意图；图10是安装在本发明另一实施例中的分离单元的截面侧视图；图10a是图10的分离单元的侧视图，表示出在安装位置；图10b和10c是图10的锁紧机构的放大图；图10d是安装在本发明另一实施例中的分离单元的截面视图；
图10e是图10d的单元的侧视图，表示出在安装位置；图11是安装在本发明又一实施例中的分离单元的截面侧视图；图11a是图11的分离单元的载面侧视图，表示出在安装位置；图12是在本发明另一实施例中的安装后的分离单元的截面视图；以及图13是在本发明又一实施例的截面侧视图；具体实施方式
图9表示出采用本发明的典型的流体分离系统的示意图。本领域技术人员将明白本发明的分离系统包括过滤器、净化器、集中器和接触器(例如脱气器和臭氧发生器)。为了说明起见，尽管不局限与此，该分离系统将简化为过滤器。所示的过滤器12具有入口端90和出口端100(这些端可颠倒)，每个分别连接到上和下歧管16，14。氮气/清洁干燥空气管线用于清洁过滤器12。去离子水(DI)管线用于冲洗过滤器12。适合的最好是气动阀V1-V6如图所示适当定位。为了更换过滤器，关闭入口管线上的手动切断阀150，过滤器12采用氮气或清洁干燥空气清洁。过滤器12接着用DI水冲洗，再用氮气或清洁干燥空气清洁，并从该歧管拆卸下过滤器12并更换。在新的过滤器安装之后，为了启动，采用DI水冲洗，清洁并打开手动切断阀150。过滤器12充满所选择的流体并准备使用。本领域技术人员将明白上述过程只是说明性的；可采用本发明的过滤器组件进行其他启动和更换过程。
现在转向图1，示出歧管10包括一个或多个分离单元，在该实施例所示为过滤器单元12(示出两个)。每个过滤器单元12适于连接到上歧管14和下歧管16上。本领域技术人员将明白尽管示出了歧管，可使用其他的用于将每个过滤器单元连接到该系统上并提供进和出该过滤器单元的流体连通的装置。然而，出于方便起见，下面的描述将参考歧管。最好是该歧管是独立的，从而使得每个过滤器单元12分别更换。该歧管中的一个或多个可包括用于检测该过程情况的压力传感器(未示出)或其他传感器。过滤器单元12可包括一个或多个导向块以便有助于在一模块中安装该单元。
过滤器单元12可完全拆卸，或可包括一具有可拆卸内筒的再使用壳体。在图1所示的实施例中，每个过滤器单元12的第一(上)端具有凸形接头或连接器20，其最好是中心定位(相对于所述过滤器12的壳体)并最好是圆柱形，以便连接到上歧管14。类似地，每个过滤器单元12的与该第一端相间隔并最好与之相对的第二(下)端具有接头或连接器21，其同样最好是中心定位，以便连接到下歧管16上的接收器22上。歧管14，16至少之一可在图1表示为左手歧管14的第一脱开位置和在图1表示为右手歧管14的第二接合位置之间移动。在该第一脱开位置，歧管14上的接收器19与过滤器12的连接器20脱开。歧管14的第一脱开位置在该模块中足够高(即足够与下歧管16相间隔)使得过滤器12可抬起离开(垂直朝向上歧管14的方向)下歧管16并拆卸。在第二接合位置，连接器20由接收器19容纳，并在该模块中接合过滤器单元12就位。尽管上歧管14和下歧管16都可移动，在此实施例中最好是一个移动，另一个不动。
在图1所示的优选实施例中，每个上歧管14含有一阀25，该阀通过过滤器单元12与该歧管14的接合致动，更准确地说，通过连接器20与歧管14的接合致动。当过滤器单元12连接到歧管14上时，阀25通过与连接器20中的致动构件7接触强行打开，使得过滤器单元12和歧管14之间流体连通。在所示的实施例中，阀25的打开是通过连接器20中的致动构件7和阀杆30之间的接触来实现的，该阀杆在垂直方向压靠该阀(如图1所示)，使得该阀离开阀座使并使流体通过。当过滤器单元12从歧管14中拆卸时，阀簧13偏置阀25返回其座置、闭合的位置，从而防止从歧管14中泄漏。
同样在图1所示的优选实施例中，每个过滤器单元12包括一由过滤器单元12与歧管16接合来致动的阀26。当过滤器单元12连接到歧管16上时，阀26通过致动构件29的接触打开，使得歧管16和过滤器单元12之间流体连通。当过滤器单元12从歧管16上拆卸时，阀簧11偏置阀26到其座置、闭合的位置，从而防止过滤器单元12中的泄漏。
图2更详细地表示出这样适合的阀26。下歧管16包括一提供到过(或来自)滤器单元12的流体连通的流体通道23。歧管16具有最好是圆柱形伸出部22，该伸出部容纳其内直径大于伸出部22的外直径的过滤器单元12的相应的容纳端21。伸出部22(和/或容纳端21)具有用于与过滤器单元12产生例如O形圈28的密封配合的装置。不动的阀致动器29定位在歧管16中，使得过滤器单元12连接到歧管16造成T形(截面)阀26的阀杆30与致动器29接触，从而在如图2箭头所示的垂直方向压靠该阀，使得流体围绕阀26流动并进入过滤器单元12。一弹簧或类似物(未示出)最好座置在阀26的上表面44上，该弹簧向其闭合位置偏置阀26，在该位置上其座靠该壳体或过滤器12的底部32。在底部打开中，可以依靠重力，然而最好使用其他装置帮助其闭合。当过滤器单元与歧管16脱开时，阀26如图3所示在32处压靠过滤器单元12的壳体密封，从而防止流体在歧管16和过滤器单元12之间流动，并防止泄漏出过滤器单元12。本领域技术人员将明白歧管16和过滤器移动12之间的连接的构形不是至关重要的；例如，该接头可颠倒，该歧管内部地插入过滤器单元12上的伸出部中。类似地，由于过滤器单元12在入口和出口处连接到歧管上，该入口可具有与该出口不同的连接。
图2a表示出位于过滤器单元12的容纳端21内的阀26设计的更加详细的细节，该过滤器12由歧管16内的相应的凹口49容纳。所示的弹簧11将阀26向其密封位置偏置压靠在容纳端21的肩部48上。O形圈28在歧管16的凹口49内密封端部21。致动器29定位成与该阀杆接合，如图2实施例所示，以便在箭头的方向上移动该阀，并使其从肩部48离开阀座，使得流体围绕该阀流动。
图4表示该过滤器单元的第二实施例以便产生无滴漏、快速拆卸的过滤器组件。此实施例的阀是球阀，其中具有一比流体密度大的密度的球形构件34容纳在形成在过滤器单元12内的空腔35内。该空腔部分由至少两个间隔的相对的臂46，47限定，该臂如图所示在其自由端集合，使得其自由端之间的间距小于球形构件34的直径，因此包含球形构件34并防止球形构件34从空腔35中脱出。最好是，具有两对间隔的相对的臂。更确切地说，每个臂的自由端最好在面对的端部46a，47a终止，使得相对臂上的端部之间的距离小于球形构件34的直径，因此提供一挡块并限制球形构件34在空腔35内的垂直移动。流体通道36设置在球形构件34之下，为歧管16的流体通路22提供流体连通。当流体从歧管16流动进入通道36时，在球形构件34上施加压力，造成球形构件34在空腔35内以箭头37的方向移动并到达图4虚线所示并在图4a更详细所示的打开位置。由于空腔35的几何形状，以及该球形构件位于打开、虚线位置，允许流体围绕球形构件34流动并进入过滤器单元12(图4a)。然而，当来自歧管16的流体停止流动时，球形构件34返回该闭合位置，中断通道36和空腔35之间的流体连通，并防止流体进入流体通道36和泄漏出过滤器单元12。过滤器单元12现在可从歧管中拆卸而不泄漏。本领域技术人员将明白尽管球形构件34是优选的，可以采用其他适合的形状，只要该构件在其闭合位置密封并可通过由来自该歧管的流体施加的压力移动到其打开位置即可。最好由易处理材料制成的过滤器单元12由适合装置密封在歧管16上。图4表示出一形成在过滤器单元12内的凹口或插口60，该凹口成形容纳歧管16的凸形端62。端部62内的环状O形圈28确保密封。图4b表示一可选择实施例，其中凸形端连接器63位于过滤器单元12上，并由歧管16内的插口64容纳。所示的环状O形圈28在此实施例中放置在连接器63内。本领域技术人员将明白在任何实施例中可使用多个O形圈，或使用其他密封装置取代O形圈或与之一起使用。
由于过滤器12的适当定向至关重要，图5表示一防止过滤器12不正确安装的过滤器12和歧管的实施例。因此，上歧管114具有一带有流体通道223的凸形延伸部110。凸形延伸部110由过滤器单元12的出口内的相应凹口235密封地容纳。下歧管16具有与上歧管114不同的构形。例如，图5a表示下歧管116具有密封地容纳过滤器单元12的出口的相应凸形延伸部230的凹口225。由于过滤器单元12的入口和出口的构形是不同的，过滤器单元12可只有一种方式安装在歧管114，116内。同样所示的是过滤器单元12上间隔的腿部205，该腿部使得过滤器单元12独自直立。最好是腿部205在凸形延伸部230之下延伸，使得当过滤器12直立在基板201上时，入口接头凸形延伸部230不暴露于(并受污染)该基板。在该入口和出口使用适合的阀件(未示出)以便控制流体流动，例如图2和2a所示。
图6表示该歧管/过滤器组件的一实施例，其中在其间制有多个连接。上歧管114的凸形延伸部110，110a和110b由过滤器单元12内相应的凹口235，235a和235b密封地容纳。表示出过滤器单元12和下歧管116之间的单一连接，因此再次确保过滤器单元12的定向。尽管表示了三个上连接和一个下连接，本领域技术人员将明白在任一端可使用或多或少的连接，只要提供适当定向即可。另外，上和下歧管之一或两者可制成垂直移动，有助于过滤器单元12的安装和拆卸。在每个连接上使用适合的阀件以便控制流体流动。
图7和7a表示本发明的另一实施例。过滤器单元12到上和下歧管114，116的连通和连接制成弯头连接器250，250’。每个弯头安装在各自歧管内的相应形状的插口251，251’中。如图所示一对准肋255可设置在过滤器单元12上，其滑入形成在上歧管114内的相应形状的对准槽256中。对于下歧管116也可使用一类似的肋/槽布置。这确保当过滤器单元12滑动地由该歧管容纳时该过滤器单元适当的对准。当过滤器12拆卸时可采用例如微动开关的指示装置关闭系统(并停止流体流动)。使用时采用锁紧机构(未示出)或其他锁定装置将过滤器单元12锁定到该歧管上，防止过早的脱开。
图8、8a和8b表示出与图7类似的实施例，除了上连接器或接头250成形为弯头之外；下连接器或接头250”是球设计，根据应用最好由例如聚丙烯的刚性聚烯烃或不锈钢或其他金属制成。将过滤器单元12安装到该系统中，如图8所示下接头251”首先插入下歧管116中。这通过如图所示相对于该歧管倾斜过滤器单元12来实现。一旦球接头251”插入下歧管116内的相应凹口251，接着上弯头接头250如图8a所示插入上歧管114内的插口252中。弯头接头250可在例如300处切槽以便于进入插口251。可使用一个或多个导向件260适当对准和定向过滤器单元12。球设计250”和相应的插口251的构形使得球250”在插口251中转动，因此当过滤器单元12从图8的倾斜位置移动到图8a的接合位置时提供一些“游隙”。这有助于过滤器单元12在一角度上的安装和拆卸，而不需要移动整个歧管114或116。插口251的深度最好足够以便允许轴线(向下)方向的移动使得该上接头与上歧管114适当对准。另外，由于过滤器装置12在压力下具有在轴线方向(即流动方向)上移动的趋势，插口251的深度可适合这种移动。然而不考虑球250”在插口251中的特定位置，环状O形圈28产生适合的密封。球250”的直径和插口251的深度确定过滤器单元12为了安装和拆卸相对于流体流动的轴线倾斜的程度。最好是，过滤器单元12可至少离开垂直方向倾斜大约20°。
更确切地说，参考图10，对于具有长度(如图10所示接头紧靠)在4～8英寸范围内的过滤器单元，用于安装和拆卸所需的与不动歧管的倾斜角度范围是从大约8°到大约15°或更大的角度θ。对于具有长度在8～18英寸范围内的过滤器单元，倾斜角度是从大约5°到大约13°或更大。对于具有长度在18～40英寸范围内的过滤器单元，倾斜角度是从大约2°到大约5°或更大的角度。
图8c、8d和8e表示出接头251的可选择构形。不同实施例中的重要因素在于该接头的直径从该接头接合并密封压靠插口252的壁的最大直径减少到过滤器壳体12。同样最好是该接头连接到壳体12上，该壳体带有一颈部255，该颈部具有小于接头251的最大直径的直径，使得该单元便于相对于流体流动的轴线倾斜并便于插入插口252(或从中拆卸)。这些参数提供所需的离隙以使该单元在插口252内枢转，这样它可连接到不动的歧管上或与之脱开。在图8c中，接头251a包括一从过滤器单元12延伸的细长颈部255，其终止在具有一围绕其最大直径部分的O形圈以便密封在插口252中的半球部分。直径小于接头251a的颈部255允许所示的枢转运动。插口252的进入边可倒角(未示出)以便有助于接头251进入其中。图8d表示使用多边形的接头251的另一实施例。再次，接头251b的最大直径处是该接头接合并密封压靠插口252的壁处。图8e是另一实施例，其中接头251c具有大致矩形形状。倒角的边253可有助于接头251c进入插口252。图8f表示一现有技术构形，其中该接头长度上的直径没有减少。其结果是，壳体12不能倾斜足够的角度以便安装到不动的歧管内。
图10、10a、10d和10e表示本发明的另一实施例，其中上接头使用简单平的表面密封并安装在上歧管214内的相应的槽内。上接头350是T形截面，中央通道351使得该过滤器和歧管214之间流体连通。放置在连接器350上表面的凹槽内的O形圈28可在歧管槽360内密封。作为选择，O形圈28可位于槽360本身的凹槽内。在图10和10a的实施例中，下连接器是类似图8所示的转体，然而球450表示成下歧管216的一部分。球450容纳在过滤器组件12的凹口451内，该凹口其尺寸适当构成能够如图10所示倾斜并将T形接头350插入上歧管214的槽360中。如图所示环状O形圈28围绕球450密封。该球包括一组装时延伸到歧管216以便为该歧管和过滤器12之间提供流体连通的通道465。在图10d和10e的实施例中，如图8所示球450放置在组件12上，并容纳在下歧管216内的凹口中。凹口451其尺寸适当构成容纳球450，并且上和下歧管(最好是不动的)之间的间距构成能够如图10d所示倾斜并且上T形接头350插入上歧管214的槽360内。球450在凹口内由例如O形圈28密封。锁销375可使用在上(或下)歧管214上以便将该装置固定就位。例如，参考图10b和10c，弹簧376偏置压靠图10c的未安装位置中的锁销375，并将接头350偏置压靠图10b的安装位置中的锁销375上。锁销375的自由端可如图所示倒角，以便帮助T形接头350进入槽360。通过使用转动接头，上和下歧管两者可不动。图10表示过滤器12在其倾斜(相对于歧管214)位置，图10a表示过滤器12在其歧管214内的接合位置。
图11和11a表示一类似图10和10a的带有不动的下歧管216的下接头。然而，在此实施例中，上接头连接到一可移动的歧管部分。特别是，上歧管314包括一不动的部分314a和可移动部分314b。不动部分314a包括一其中具有流体通道的凸形延伸部320。可移动部分314b包括一容纳凸形延伸部320的凹口330和一容纳过滤器组件12的上连接器350’的槽460。上连接器350’包括一当移动部分314b位于其图11a所示的歧管接合位置时容纳凸形延伸部320的凹口380。一围绕延伸部320的环状O形圈密封在凹口380内。由于在此实施例中上歧管具有一可移动部分，将转动接头用作下接头不是至关重要；可采用例如图1实施例描述的其他适合的接头，使得该过滤器组件连接而没有图11所示的倾斜操作。
图12表示另一实施例，其中顶部和底部上的接头类似于图10所示的T形设计。过滤器12同时垂直滑入两个歧管，并最好是上和下歧管之一或两者在轴线方向可移动以便适应不同过滤器的过滤器长度的不同，并使得过滤器连接和接合。
图13的实施例表示一具有凸形延伸部419并限定一通道421的不动的上歧管。延伸部419由过滤器12的延伸部416内的相应形状的凹口480容纳。当延伸部419在该凹口中接合时，环状O形圈28在凹口480内产生一密封。过滤器12的相反端包括一密封在下歧管416的凹口481内的延伸部440。当延伸部440在该凹口中接合时环状O形圈28密封在凹口481内。
权利要求
1.一种用于容纳来自一不动流体源的分离单元，从所述流体分离一种或多种组分，并引到剩余流体到一不动的流体容器中，所述分离装置具有一第一端部和一与所述第一端部间隔的第二端部；位于所述第一端部并构造成密封地与所述流体源接合的入口；和位于所述第二端部并构造成密封地与所述流体容器接合的出口；其中所述分离装置可从所述流体源和所述流体容器插入和拆卸，并且所述可插入步骤包括将所述入口和所述流体源或所述出口和所述流体容器中的第一个插入，并通过所述分离单元的单个枢转运动直接密封接合所述入口和所述流体源或所述出口和所述流体容器中的剩余一个。
2.如权利要求1所述的分离单元，其特征在于，所述分离装置插入与所述流体源流体连通，它具有相对于垂直方向的角度θ的定向，并且其中所述流体源和所述流体容器间隔一预定距离，所述预定距离足够使得通过将所述分离装置相对于所述角度θ倾斜来将所述分离装置插入所述流体源和流体容器。
3.如权利要求2所述的分离单元，其特征在于，θ是0°。
4.如权利要求2所述的分离单元，其特征在于，在将所述出口密封地接合所述流体容器之前将所述入口密封地与所述流体源接合。
5.一种将一分离单元与一不动流体源和一不动流体容器密封接合使得所述分离单元定位以便操作的方法，所述分离单元具有一构造成与所述流体源密封接合的入口和一构造成与所述流体容器密封接合的出口，所述方法包括将所述分离单元相对于所述操作位置倾斜；将所述入口与所述流体源接合或将所述出口与所述流体容器接合，并接着通过所述分离单元的单个枢转运动直接密封接合所述入口和所述流体源或所述出口和所述流体容器的所述另一个，而不运动所述流体源或所述流体容器。
全文摘要
一种用于容纳来自一不动流体源的分离单元，从所述流体分离一种或多种组分，并引到剩余流体到一不动的流体容器中，所述分离装置具有一第一端部和一与所述第一端部间隔的第二端部；位于所述第一端部并构造成密封地与所述流体源接合的入口；和位于所述第二端部并构造成密封地与所述流体容器接合的出口；其中所述分离装置可从所述流体源和所述流体容器插入和拆卸，并且所述可插入步骤包括将所述入口和所述流体源或所述出口和所述流体容器中的第一个插入，并通过所述分离单元的单个枢转运动直接密封接合所述入口和所述流体源或所述出口和所述流体容器中的剩余一个。
文档编号B01D29/60GK1781575SQ20051011802
公开日2006年6月7日 申请日期2001年2月28日 优先权日2000年3月1日
发明者R·斯坦科维斯基, J·K·尼尔梅耶, W·瓦克斯 申请人:迈克罗里斯公司