专利名称：具有流动控制特征的过滤器的制作方法
技术领域：
本文所公开的主题涉及流体过滤器。更具体而言，所公开的主题涉及用于各种工业和商业应用的过滤器。
背景技术：
过滤器用于诸如进入和排出过滤之类的多种设备和应用。例如，袋滤室可包括多个滤袋来过滤与工业系统或设备相关联的颗粒。具体而言，袋滤室可配备有足够数目和大小的滤袋以从工业过程过滤颗粒，例如在水泥厂中。排放标准正变得日益严格，从而需要更为有效的过滤系统。在操作期间的一定时间，可搅动滤袋以除去颗粒累积物(buildup)。令人遗憾的是，搅动滤袋可导致不期望的排放物(例如，汞)的峰值(spike)。然而，在没有周期性搅动的情况下，由于颗粒累积物显著阻挡穿过滤袋的流动并增大压力损失，故颗粒累积物增大了系统压降。
发明内容
在范围上与初始要求得到专利保护的本发明等同的一些实施例在下文中进行了概述。这些实施例并非意图限制要求得到专利保护的本发明的范围，而是这些实施例仅意图提供对本发明可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含可与下文阐述的实施例相似或不同的多种形式。在第一实施例中，一种系统包括具有壁和位于壁上的表面的过滤器。三维表面形态(morphology)沿表面设置，且构造成用以减小跨越过滤器的压降。在第二实施例中，一种系统包括具有壁和位于壁上的表面的过滤器。具有非均匀图案的三维表面形态沿表面设置。非均匀图案在沿过滤器的方向上逐渐地变化。在第三实施例中，一种方法包括通过沿过滤器的表面设置的三维表面形态来减小穿过过滤器的压降。该方法还包括通过三维表面形态来加强保持沿过滤器表面的颗粒累积物。
当参照附图来阅读如下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更容易理解，所有附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中图I为连接到商业/工业系统上的袋滤室的实施例的截面侧视图；图2为构造成用以将空气脉冲送入滤袋中的吹管的实施例的局部侧视图；图3为在图I和图2中的弧形线3-3内截取的局部表面视图，绘出了以均匀图案沿滤袋外表面布置的三维表面形态的实施例；图4为在图I和图2的弧形线3-3内截取的局部表面视图，绘出了以结点和链路图案沿滤袋外表面布置的三维表面形态的实施例；图5为在图I和图2中的弧形线3-3内截取的局部表面视图，绘出了以可变密度图案沿滤袋外表面布置的三维表面形态的实施例；图6为在图I和图2中的弧形线3-3内截取的局部表面视图，绘出了以可变大小图案沿滤袋外表面布置的三维表面形态的实施例；图7、图8和图9为滤袋壁的局部截面侧视图，示出了具有不同三维表面形态实施例的基础层和覆盖层；图10为在滤袋表面上具有三维表面形态的滤袋实施例的截面侧视图，示出了在脉冲射流清洁之前颗粒累积物的聚集；图11为在滤袋表面上具有三维表面形态的滤袋实施例的截面侧视图，示出了导致颗粒累积物的部分移除和部分保持的脉冲射流清洁；图12为一滤袋实施例的截面侧视图，该滤袋的三维表面形态具有自滤袋表面的凸起；图13为一滤袋实施例的截面侧视图，该滤袋的三维表面形态具有沿滤袋表面的凸起和凹部；图14为在图10和图13的弧形线14-14内截取的局部截面侧视图，绘出了具有三维表面形态的滤袋表面，该三维表面形态具有凸起和凹部而导致颗粒累积物的更为多孔的聚集；图15为具有三维表面形态的过滤器实施例的壁的局部截面侧视图，示出了颗粒累积物、壁中的纤维和三维表面形态之间的尺寸关系；图16为在图15的弧形线16-16内截取的过滤器的局部截面侧视图，进一步示出了过滤器表面中的纤维与设置在过滤器表面上的三维表面形态之间的尺寸关系；图17为压降对时间的曲线图，示出了具有三维表面形态的过滤器与没有三维表面形态的过滤器之间的差异；图18为构造成具有三维表面形态的手风琴状滤袋的实施例的截面侧视图；以及图19为构造成具有三维表面形态的有肋条的滤袋的实施例的截面顶视图。零件清单10袋滤室12 滤袋14三维表面形态15 壁16外表面18内表面2O 内部22空气入口区段24空气清洁区段26空气出口区段27商业或工业系统28脏气体入口29 排气30 挡板
31 尘埃32 挡板33 颗粒34 挡板36 挡板38 贮斗40 滤袋42 滤袋44 滤袋46 滤袋48 管板50 笼盖52 笼盖54 笼盖56 笼盖58 笼59脉冲射流清洁系统60 吹管62压缩空气集管64清洁空气出口66容许脏空气68清洁空气70 开口72 开口74 开口76 开口90空气脉冲110均匀图案112表面特征130链路图案132表面结点134 链路150可变密度图案152表面特征154竖直方向156水平方向158上方低密度区160下方高密度区162上方竖直间距
164下方竖直间距
166上方水平间距
168下方水平间距
170表面特征均匀长度
172表面特征宽度
180可变大小图案
182表面特征
184上方低密度区
186下方高密度区
188长度
190宽度
200基础层
202覆盖层
204分立凸起
206分立凸起
208凸出结点
210基础链路
220颗粒累积物
222凸起
240第一部分
242第二部分
260非均匀图案
162凸起
264纵向
266纵轴线
268 开口
270底部
272高度
274宽度
276间距
280图案
282凸起
284凹部
286纵向
288纵轴线
290闻度
292宽度
294高度
296宽度
298 开口300 底部302竖直间距304保持的颗粒累积物306非均匀几何形状307 侧向308改善气流310质量平均直径312 壁314平均直径315 纤维316 纤维317平均直径318具有三维表面形态(图线)的过滤器319没有三维表面形态(图线)的过滤器320非线性壁322向外成角部分323向内成角部分324成角部分326 凸起340 壁342 肋条344 凸起
具体实施例方式下文将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供对这些实施例的简要描述，在说明书中可不描述实际实现方式的所有特征。应当认识到，在任何这些实际实现方式的开发中，如任何工程或设计项目中一样，必须作出许多特定实现方式的决定以实现开发者的特定目标，如遵循关于系统和有关商业的约束，这可能从一个实施方式到另一实施方式而有所变化。此外，应当认识到，这些开发工作可能很复杂和耗时，但对于受益于本公开内容的普通技术人员来说，仍为设计、制作和生产的常规事项。在介绍本发明各种实施例的元件时，用词"一"、"一个"、"该"和"所述"意在表示存在一个或多个所述元件。用语"包括"、"包含"和"具有"旨在为包括性的， 且意为可存在除所列元件外的附加元件。所公开的实施例针对一种过滤器(例如，滤袋)，其包括位于过滤器表面(例如， 外表面或内表面)上的三维表面形态。尽管以下论述主要以滤袋为背景描述了三维表面形态，但三维表面形态可用于任何类型或构造的过滤器上。使用三维表面形态的过滤器(例如，滤袋)可存在于多种行业中，包括食品、药品、化学制品、涂料、水泥、塑料、矾土、燃烧、 发电，以及钢铁。需要过滤器的任何应用(例如，煤燃烧、公共设施或熔炉)可利用根据本发明的方面的三维表面形态过滤器。通常，过滤器上的颗粒累积物导致压降，这在过滤器操作期间会逐渐地增大。在由于过滤器(例如，滤袋)表面上的颗粒累积物而达到清洁时间间隔或压降设定点时，清洁系统可用于清除过滤器上的颗粒累积物。令人遗憾的是，过滤器清洁可导致来自系统的不期望的排放物(例如，汞)峰值。例如，活性碳吸附剂可喷射到过滤器上游的流动中以吸着(例如，吸附和/或吸收)汞蒸气或其它排放物，使得过滤器能够随着活性碳由过滤器捕集时而收集汞。令人遗憾的是，过滤器自身在捕集活性碳时由于其小的颗粒大小而可能不是特别有效，反之颗粒累积物可能在捕集活性碳吸附剂时更为有效。结果，过滤器的各次清洁均可导致汞的部分释放，从而导致汞排放物峰值。在所公开的实施例中，三维表面形态可构造成用以将至少一定的颗粒累积物保持在过滤器上以实现有效地捕集某些排放物(例如，吸着在活性碳吸附剂上的汞)，同时还降低由颗粒累积物造成的压降以降低过滤器清洁频率。如下文详细描述的那样，根据本发明一个方面的三维表面形态可允许过滤介质内或过滤器(例如，滤袋)表面上的颗粒累积物的更为多孔的聚集，从而减小由逐渐增加的颗粒累积物所造成的压降。压降的减小可具有降低所需清洁频率的益处，因为尽管颗粒累积物的量较大但过滤器也能够有效地过滤颗粒。另外，三维表面形态构造成用以在过滤器清洁之前和之后保持一部分颗粒，从而改善对细微颗粒物质(例如，吸着汞蒸气的活性碳吸附剂)的过滤。例如，一定量的颗粒累积物可有助于改善从气流过滤其它颗粒和/或蒸气，同时过多的颗粒累积物可逐渐地降低滤袋的流动和劣化性能。因此，三维表面形态可具有与颗粒大小、颗粒的期望保持、颗粒累积物的期望多孔性以及其它因素特别相关的图案、 间距和几何形状。由于这些设计特征，故三维表面形态由于颗粒更为多孔的累积物而实现更大的流量，同时保持一部分颗粒累积物以改善过滤。因此，三维表面形态可通过降低清洁过滤器的频率，且还通过将一部分过滤的颗粒保持在过滤器表面上以减少不期望的排放物 (例如，汞)。图I为袋滤室10的实施例的截面视图，袋滤室10收纳具有三维表面形态14的多个滤袋12。在所示的实施例中，三维表面形态14设置在滤袋12的壁15上，例如，外表面 16上。壁15可为织物制成的织物层，如由天然纤维或合成纤维制成的织造织物或缩绒织物。示例性纤维包括天然纤维纤维素、聚烯烃、天然纤维蛋白质、聚酯，或氟碳。作为备选， 壁15可为聚四氟乙烯(ePTFE)微多孔膜片。然而，滤袋12的实施例可包括位于壁15的外表面16和/或内表面18上的三维表面形态14。如下文详细描述那样，三维表面形态14可包括均匀或非均匀图案的凹部和/或凸起。例如，三维表面形态14可包括沿外表面16和 /或内表面18分布的相等或不同大小(例如，长度、宽度和高度)的凹部和/或凸起。通过进一步举例，三维表面形态14可包括沿外表面16和/或内表面18分布的相等或变化密度的凹部和/或凸起(例如，按照面积的数目)。三维表面形态14构造成用以增大沿滤袋 12(例如，外表面16)的颗粒累积物的多孔性，从而显著增大穿过颗粒累积物的流量以降低滤袋清洁的频率和减少不期望的排放物(例如，汞)。许多过滤器清洁系统可用于清洁过滤器，包括摇动器、反向气体以及仓室脉冲机构。本实施例使用脉冲射流清洁系统，但并非意图排除使用其它清洁机构。在本实施例中， 袋滤室10可包括三个区段空气入口区段22、空气清洁区段24以及空气出口区段26。空气入口区段22包括脏气体入口 28 ;挡板30，32，34和36 ;以及贮斗38。空气清洁区段24包括滤袋12 (例如，滤袋40，42，44和46);上支承件或管板48 ;笼盖50，52，54和56 ;以及位于滤袋40，42，44和46内的笼58。空气出口区段26包括具有联接到压缩空气集管62上的吹管60的脉冲射流清洁系统59，使得脉冲射流可用于搅动和清洁各滤袋40，42，44和46。 空气出口区段26还包括清洁空气出口 64。袋滤室10容许脏空气66 (例如，携带颗粒物质、蒸气或其它污染物的空气流或其它气流)经由脏气体入口 28进入空气入口区段22中。例如，商业或工业系统27可将排气 29、尘埃31和/或颗粒33作为脏空气66输出至袋滤室10的脏气体入口 28。在穿过脏气体入口 28之后，脏空气66接触挡板30，32，34和36。挡板30，32，34和36沿朝向清洁空气出口 64的方向引导脏空气66。当脏空气66沿清洁空气出口 64的方向移动时，脏空气66 接触滤袋12 (例如，织物滤袋40，42，44和46)。滤袋40，42，44和46容许空气从外表面16 穿过壁15至内表面18，且然后沿滤袋40，42，44和46的内部20朝向管板48。然而，滤袋 40，42，44和46将颗粒保持在过滤介质内和/或阻挡颗粒沿外表面16进入，其中，外表面16 包括三维表面形态14。因此，当脏空气66穿过滤袋40，42，44和46时，被阻挡的颗粒物质累积在滤袋40，42，44和46的外表面16上和/或落入贮斗38中以便从滤袋10除去。滤袋40，42，44和46内的清洁空气68然后继续穿过滤袋40，42，44和46，直到达到出口区段 26，在其中，清洁空气68能够经由清洁空气出口 64离开。滤袋40，42，44和46中的各个均利用沿管板48的座架而附接到空气清洁区段24 上。例如，座架可包括配合在管板48的孔口内的带环(band)。尽管在本实施例中管板48 包括四个孔口，每个滤袋40，42，44和46均采用一个，但应当理解的是，管板48可包括更多孔口(例如，10至100个孔口)或任何数目的滤袋。滤袋40，42，44和46在脏空气66的作用力下保持其形状，因为笼58置位在滤袋40，42，44和46中。笼58可由诸如钢或其它金属、塑料或复合材料的材料制成，其能够在袋滤室10的空气压力下抵抗变形。笼58在来自脏空气66的压力下保持滤袋40，42，44和46的形状，从而容许滤袋40，42，44和46加强空气过滤。笼58附接到笼盖50，52，54和56上。笼盖50，52，54和56在操作期间稳定滤袋且便于将笼58插入滤袋和从滤袋除去，从而便于滤袋更换过程。在袋滤室10的操作期间，滤袋40，42，44和46的外表面16逐渐变为由过滤颗粒所覆盖，从而增大了跨越滤袋40，42，44和46的压降。三维表面形态14可通过提供对外表面16的更为多孔的覆盖而有助于延迟压降的这种增大。具体而言，三维表面形态14使得更多空气流能够穿过外表面16上的颗粒累积物，从而容许在达到跨越滤袋40，42，44和46 的压降的上设定点或阈值之前有更大量的颗粒累积物。在达到阈值时，清洁系统(例如，脉冲射流清洁系统59)可用于从滤袋40，42，44和46的外表面16除去颗粒累积物。在所示的实施例中，脉冲射流清洁系统59周期性地将空气(或其它气体)脉冲射流输出到滤袋40， 42，44和46中，以便将颗粒累积物撞离滤袋40，42，44和46而进入贮斗38中。如上文所述，脉冲射流清洁系统59包括联接到压缩空气集管62上的吹管60，其中，压缩空气集管62 提供压缩空气脉冲到吹管60中。吹管60然后引导脉冲压缩空气穿过开口 70，72，74和76 而作为脉冲压缩空气射流进入滤袋40，42，44和46中。脉冲射流充分地搅动滤袋40，42， 44和46以将颗粒累积物撞离外表面16而进入贮斗38中，从而减小颗粒累积物的厚度和/ 或密度。当从外表面16除去颗粒时，清洁滤袋40，42，44和46可产生某些排放物(例如， 汞)的短暂峰值。滤袋40，42，44和46的外表面16上的三维表面形态14通过将一些颗粒累积物保持在滤袋40，42，44和46的外表面16上可有助于解决这个问题。保持的颗粒累积物可在清洁过程期间显著减小某些排放物(例如，汞)的峰值，同时还用于改善在袋滤室 10操作期间的过滤。图2为将空气脉冲送入滤袋40的吹管60的实施例的局部侧视图。如上文所述， 空气出口区段26包括将压缩空气吹入滤袋40，42，44和46中的吹管60。来自于压缩空气集管62的脉冲空气穿过吹管60，且以空气脉冲90的形式经由吹管孔口 70离开。这些空气脉冲90进入滤袋40中且导致其充分地摇动、振动和搅动以撞击颗粒从滤袋40的外表面16 释放。三维表面形态14通过导致较不均匀且更为多孔的颗粒累积物形成在滤袋40的表面 16上可有助于降低脉冲射流清洁的频率。此外，在脉冲射流清洁时，三维表面形态14通过保持一部分多孔累积物接触三维表面形态14可有助于减少系统的瞬时排放。图3为在图I和图2的弧形线3-3内截取的局部表面视图，绘出了以均匀图案110 沿滤袋40的外表面16布置的三维表面形态14的实施例。在所示的实施例中，均匀图案 110包括以均匀密度(例如，按照面积的数目和/或覆盖度)沿滤袋40的外表面16分布的多个表面特征112。此外,多个表面特征112具有均匀几何形状，例如，大小和形状。例如， 各表面特征112均具有相对于外表面16的均匀长度、宽度和高度。在某些实施例中，表面特征112的长度、宽度和/或高度可为大约50微米至2毫米。例如，表面特征112的长度、 宽度和/或高度可小于大约50微米、100微米、150微米或200微米。所示的表面特征112 为大致圆形的特征，其可为沿外表面16的凹部和/或凸起。然而，表面特征112的某些实施例可包括其它几何形状，例如正方形、矩形、三角形、椭圆形、五边形、六边形、人字形、半圆形、弧形，或其它形状的几何形状。此外，所示的表面特征112大致彼此分离而作为沿外表面16的分立点。在其它实施例中，表面特征112可相互连接。图4为在图I和图2的弧形线3-3内截取的局部表面视图，绘出了以结点和链路图案130沿滤袋40的外表面16布置的三维表面形态14的实施例。三维表面形态14产生较不均匀的外表面16，其容许颗粒累积物以较不均匀且更为多孔的方式形成。在所示的实施例中，结点和链路图案130包括沿滤袋40的外表面16的多个表面结点132和多个链路 134。链路134为在结点132之间延伸的伸长表面特征，使得结点132由链路134联接在一起。所示的结点和链路图案130具有多个结点132和多个链路134的均匀密度(例如，按照面积的数目和/或覆盖度)和均匀几何形状(例如，大小、形状和定向)。例如，各结点 132均具有相对于外表面16的均匀长度、宽度和高度，且各链路134均具有相对于外表面 16的均匀长度、宽度和高度。然而，结点和链路图案130的某些实施例可具有结点132和链路134的非均匀密度和/或非均匀几何形状。所示的结点132为大致圆形的特征，其可为沿外表面16的凹部和/或凸起。所示的链路134为大致伸长的矩形特征，其可为沿外表面16 的凹部和/或凸起。然而，结点132和链路134的某些实施例可包括其它几何形状，例如正方形、矩形、三角形、椭圆形、五边形、六边形、人字形、半圆形、弧形或其它形状的几何形状。图5为在图I和图2的弧形线3-3内截取的局部表面视图，绘出了以可变密度图案150沿滤袋40的外表面16布置的三维表面形态14的实施例。在所示的实施例中，可变密度图案150包括以可变或非均匀密度(例如，按照面积的数目和/或覆盖度)沿滤袋40 的外表面16分布的多个表面特征152。例如，表面特征152之间的间距可沿竖直方向154 和/或水平方向156而有所变化。在竖直方向154上，所示的表面特征152具有减小的竖直间距和减小的水平间距，从而逐渐导致从上方低密度区158至下方高密度区160增大的密度。例如，竖直间距从上方低密度区158中的上方竖直间距162逐渐地减小至下方高密度区160中的下方竖直间距164。通过进一步举例，水平间距从上方低密度区158中的上方水平间距166逐渐地减小至下方高密度区160中的下方水平间距168。因此，三维表面形态14的可变密度图案150朝滤袋40的底部提供较大的密度而朝滤袋40的顶部提供较小的密度。如下文进一步详细描述那样，该可变密度图案168可适应于在滤袋40的各种区处的预计颗粒累积物，例如，在滤袋40的底部处累积物较多而在顶部处累积物较少。如图5中进一步示出那样，表面特征152具有均匀几何形状，例如，大小和形状。例如，各表面特征152均具有相对于外表面16的均匀长度170、宽度172和高度。所示的表面特征152为大致圆形的特征，其可为沿外表面16的凹部和/或凸起。然而，表面特征152 的某些实施例可包括其它几何形状，例如正方形、矩形、三角形、椭圆形、五边形、六边形、人字形、半圆形、弧形或其它形状的几何形状。此外，表面特征152的某些实施例可具有非均匀的几何形状。图6为在图I和图2的弧形线3-3内截取的局部表面视图，绘出了以可变大小图案180沿滤袋40的外表面16布置的三维表面形态14的实施例。在所示的实施例中，可变大小图案180包括以均匀数目密度(例如，按照面积的数目)和非均匀覆盖度密度(例如， 按照面积的覆盖度)沿滤袋40的外表面16分布的多个表面特征182。例如，表面特征182 的几何形状可沿竖直方向154和/或水平方向156而变化。在竖直方向154上，所示表面特征182具有增大的大小，从而逐渐地导致覆盖度密度从上方低密度区184增大至下方高密度区186。例如，表面特征182的大小(例如，长度188和宽度190)从上方低密度区184 增大至下方高密度区186。通过进一步举例，表面特征182的大小(例如，长度188、宽度 190和/或高度)可从上方低密度区184增大或减小至下方高密度区186。因此，三维表面形态14的可变大小图案180对滤袋40的底部提供较大的覆盖度密度而对滤袋40的顶部提供较小的密度。如下文进一步详细描述那样，该可变大小图案180可适应于穿过滤袋40 各区的预计流速，例如，穿过滤袋40底部的流量较大而穿过顶部的流量较小。如图6中进一步示出那样，表面特征182具有均匀形状。例如，所示表面特征182 为大致圆形特征，其可为沿外表面16的凹部和/或凸起。然而，表面特征182的某些实施例可包括其它几何形状，例如正方形、矩形、三角形、椭圆形、五边形、六边形、人字形、半圆形、 弧形或其它形状的几何形状。此外，表面特征182的某些实施例可具有非均匀形状。图7、图8和图9为沿图3中的线7_7截取的滤袋40壁15的局部截面侧视图，示出了具有不同三维表面形态14实施例的第一层或基础层200和第二层或覆盖层202。第一层200和第二层202可彼此相同或不同。例如，第一层200和第二层202可由相同或不同的材料制成。通过进一步举例，第一层200和第二层202可具有不同的多孔性、化学阻力、 耐磨性、抗水性，或它们的任何组合。在所示的实施例中，第一层200可为由织物制成的织物层，例如由天然纤维或合成纤维制成的织造织物或缩绒织物。示例性纤维包括天然纤维纤维素、聚烯烃、天然纤维蛋白质、聚酯或氟碳。此外，第一层200可为聚四氟乙烯(ePTFE) 微多孔膜片。第二层202可由与第一层200相同或不同的织物制成，或第二层202可由塑料、金属、陶瓷或其它天然材料或合成材料制成。例如，第一层200和第二层202两者都可由网孔织物制成。通过进一步举例，第二层202可由聚合材料制成，例如丙烯酸、聚酰胺、聚丁烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯，或聚氨酯。此外，第二层202可由诸如沸石或碳的催化材料或吸收性材料制成，以便获得挥发性污染物的附加捕集效果。具有三维表面形态14的第二层202可使用多种技术施加到第一层200上，例如印刷、层压、滚压、利用有图案的掩模涂覆或喷涂，或它们的任何组合。例如，第二层202可为网孔层、织造层或有图案的层，其利用适合的粘合剂、热(例如，导致部分熔化或固化)或它们的任何组合而层压到第一层200上。通过进一步举例，第一层200和第二层202可为一件式壁15的不同部分，且第二层202 (或部分)可利用直接进入第一层200 (或部分)中的三维表面形态14而形成图案。例如，具有穿孔和/或凸起的滚筒可抵靠壁15受压和滚动以产生三维表面形态14。如图7、图8和图9中所示，三维表面形态14可具有多种构造。例如，图7示出了具有限定三维表面形态14的分立凸起204的第二层202的实施例。如图所示，分立凸起204 彼此断开，使得壁15的外表面16在分立凸起204之间露出。所示的凸起204具有带均匀尺寸和间距的半圆形或圆顶形几何形状。然而，在其它实施例中，分立凸起204沿壁15可具有不同形状、非均匀尺寸，和/或非均匀间距。图8示出了具有矩形形状的分立凸起206 的第二层202的实施例。这些分立凸起206也彼此断开，且可沿壁15具有均匀或非均匀尺寸和/或间距。图9示出了具有凸出结点208和基础链路210的第二层202的实施例。类似于图7，凸出结点208具有带均匀尺寸和间距的半圆形或圆顶形几何形状。然而，凸出结点208通过可为分立链路的基础链路210或第二层202的公共基础层而相互连接。尽管图 7至图9示出了层200和202的三个实施例，但任何适合构造的层都可用于提供位于滤袋 40上的三维表面形态14。图10为由脉冲射流清洁系统59清洁之前的滤袋40实施例的截面侧视图，其中， 滤袋40具有带颗粒累积物220的三维表面形态14。在所示的实施例中，三维表面形态14 包括沿滤袋40的外表面16分布的多个凸起222。所示的凸起222可以均匀或非均匀图案布置，且凸起222可具有多种几何形状(例如，形状和大小)。不论具体的图案或几何形状怎样，凸起222都构造成用以限定三维表面形态14，使得颗粒累积物220保持相对多孔且较少阻挡气流。换言之，凸起222构造成用以提高多孔性且因此在构成颗粒累积物220时降低跨越颗粒累积物220的压降，从而通过脉冲射流清洁系统59而实现在相继清洁操作之间有较长的间隔。凸起222还可加强沿滤袋40对颗粒累积物220的保持，从而减小与将颗粒累积物220从滤袋40分离相关联的排放物(例如，汞)峰值的可能性。图11为一滤袋40实施例的截面侧视图，该滤袋40具有在通过脉冲射流清洁系统 59的清洁期间释放颗粒累积物220的第一部分240和保持颗粒累积物220的第二部分242 的三维表面形态14。如上文所述，脉冲射流清洁系统59包括联接到吹管60上的压缩空气集管62，该吹管60将压缩空气脉冲射流喷射到滤袋40，42，44和46中。例如，压缩空气的脉冲射流90经由开口 70离开吹管60且进入滤袋40的内部20。脉冲射流90摇动、振动和 /或大致搅动滤袋40，从而导致颗粒累积物220的第一部分240的分离。然而，三维表面形态14 (例如，凸起222)将颗粒累积物220的第二部分242保持在滤袋40的外表面16上。 通过三维表面形态14对颗粒累积物220的这种部分保持减少了与颗粒累积物220的分离相关联的不期望的排放物(例如，汞)。因此，不同于分离所有的颗粒累积物220，三维表面形态14仅容许第一部分240从外表面16分离，同时保持第二部分242。保持的第二部分242还通过滤袋40改善过滤。例如，保持的第二部分242自身可捕集颗粒以及气流中其它不期望的污染物。另外，三维表面形态14还减小了跨越颗粒累积物的压降，从而容许在达到需要相继清洁操作的阈值水平之前保持第二部分242和随后更大量的颗粒累积物。图12为滤袋40实施例的截面侧视图，示出了具有沿滤袋40的壁15 (例如，外表面16)设置的凸起262的非均匀图案260的三维表面形态14。如图所示，非均匀图案260 在纵向264上沿滤袋40的纵轴线266而变化。例如，所示的凸起262在纵向264上从开口 268朝滤袋40的底部270在几何形状和间距上变化。如图所示，所示的凸起262在纵向264 上增大高度272、长度和/或宽度274 (例如，直径)。结果，开口 268附近的凸起262比底部270附近的凸起262相对较小。所示的凸起262还在纵向264上减小间距276。结果，开口 268附近的凸起262比底部270附近的凸起262相对于彼此以较大的距离间隔开。在某些实施例中，凸起262可从开口 268至底部270连续变化，而其它实施例可提供从开口 268 到底部270的几何形状和间距上的不连续的变化步幅(st印)或组合。尽管图12示出了在整个外表面16上分布的凸起262，但其它实施例可在较少量的外表面16上分布凸起262， 例如，大约10%至100%，25%至75%，或40%至60%。图13为滤袋40实施例的截面侧视图，示出了具有沿滤袋40的壁15 (例如，外表面 16)设置的凸起282和凹部284的图案280的三维表面形态14。如图所示，图案280在纵向286上沿滤袋40的纵轴线288在凸起282与凹部284之间交替。例如，所示的图案280 在纵向286上在单个凸起282与单个凹部284之间交替。在其它实施例中，图案280可在两个或多个凸起282与两个或多个凹部284之间交替。然而，凸起282和凹部284的任何适合图案280都可限定三维表面形态14。在所示的实施例中，图案280可在几何形状和/ 或间距上为均匀或非均匀的。例如，凸起282的几何形状(例如，高度290、长度和/或宽度 292)和/或凹部284的几何形状(例如，高度294、长度和/或宽度296)可在纵向286上从滤袋40的开口 298至底部300增大或减小。通过进一步举例，间距(例如，水平间距和 /或竖直间距302)可在纵向286上从滤袋40的开口 298至底部300增大或减小。图14为在图10和图13中的弧形线14-14内截取的局部截面侧视图，绘出了具有三维表面形态14的滤袋40的壁15 (例如，外表面16)，该三维表面形态14具有带保持的颗粒累积物304的凸起282和凹部284的图案280。如上文所述，三维表面几何形态14可构造成用以增大滤袋40的外表面16上的颗粒累积物304的多孔性。当颗粒接触外表面16 时，颗粒累积物304以至少部分地由三维表面形态14所限定的非均匀几何形状306 (例如， 三维几何形状)形成，从而产生更为多孔和非线性的颗粒累积物304。例如，颗粒累积物304 沿凸起282和凹部284可变地沉积，从而产生颗粒累积物304的可变高度和厚度。在一些实施例中，凸起282和凹部284构造成用以实现在侧向307上的气体流动(例如，空气流动) 和颗粒沉积，因此进一步改变颗粒累积物304的多孔性。多孔性、高度和厚度的这种变化显著改善了穿过颗粒累积物304的气体流动308。例如，较大的气流308可出现在凸起282和凹部284附近，如图14中的箭头308所示。颗粒累积物304增大的多孔性和三维性质减小了跨越颗粒累积物304的压降，这继而又容许在过滤器清洁操作可用来除去累积物304之前有较大量的累积物304。此外，三维表面形态14可构造成用以加强颗粒累积物304在滤袋40的外表面16上的保持，从而实现颗粒累积物304改善对气流308的过滤。图15为构造成具有三维表面形态如三维表面特征112的过滤器壁的局部截面视图，示出了颗粒累积物、壁中的纤维和三维表面形态之间的尺寸关系。三维表面形态14的三维表面特征112的高度290和间距(例如，水平间距和/或竖直间距302)可构造成用以控制多孔性和颗粒累积物在滤袋40表面上的保持。例如，在一些实施例中，高度290可为用以增大滤袋40表面上的颗粒累积物304的多孔性的至少最小高度。此外，高度290可增大到超过最小高度以加强颗粒累积物304在滤袋40表面上的保持。例如，表面特征高度290 可增大以在清洁操作(例如，脉冲射流清洁)之后将颗粒累积物304保持在大约O毫米至 20毫米、O毫米至15毫米、或5毫米至10毫米的厚度范围内。此外，在一些实施例中，三维表面形态14可基于待过滤的颗粒特性来改变。在一些实施例中，三维表面形态14的表面特征112可具有最小间距(例如，水平间距和/或竖直间距302)和大于待过滤的多个颗粒的质量平均直径的最小高度290。三维表面特征112 可具有处在颗粒累积物304质量平均直径310大小的大致I至200倍、I至100倍、5至50 倍或10至25倍范围内的间距302。在某些实施例中，间距302可为颗粒累积物304质量平均直径310大小的大约2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍、15倍或20倍大。例如，在煤灰过滤中，典型煤灰颗粒质量平均直径可为十微米，且因此滤袋40可构造成在表面特征112之间具有大约O. 5毫米至5毫米或I毫米至2毫米的间距302。表面特征 112的高度290还可基于颗粒累积物304的质量平均直径310来构造。表面特征112可具有大于质量平均直径310的最小高度290和高达质量平均直径310的大约500倍的最大高度290。在某些实施例中，高度290范围可处在质量平均直径310的大约I. 5至150倍、5 至100倍或10至50倍之间。此外，表面特征112的特性可基于具有三维表面形态14的壁312的纤维特性而改变。例如，多个表面特征112可具有分别大于构成壁312的纤维315的平均直径314的最小间距(例如，水平间距和/或竖直间距302)、最小高度290以及最小宽度292。在一些实施例中，表面特征112的高度290、宽度292和间距(例如，水平间距和/或竖直间距302) 可处在壁312的纤维315的平均直径314的大约2至1000倍、2至500倍、2至100倍或2 至50倍之间的范围。例如，表面特征112的高度290、宽度292和间距(例如，水平间距和/ 或竖直间距302)可为壁312的纤维315的平均直径314的大约2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、 7倍、8倍、9倍、10倍、15倍、20倍或25倍大。图16为在图15的弧形线16-16内截取的局部截面视图，还不出了壁纤维315与具有纤维316的三维表面形态14之间的尺寸关系。如图所示，三维表面形态纤维316可具有大于壁纤维315平均直径314的平均直径317。三维表面形态纤维316的平均直径317 可处在壁纤维315的平均直径314大小的大约2至100倍、20至80倍或30至50倍之间的范围。例如，平均直径317可至少为平均直径314的I. 5倍、2倍、2. 5倍、3倍、4倍、5倍、6 倍、7倍、8倍、9倍、10倍、15倍或20倍大。此外，三维表面形态纤维315与壁纤维316之间的间距可不同，从而在壁312与三维表面形态14之间产生变化的多孔性。例如，在图16 中，三维表面形态14的多孔性可大于壁312的多孔性，因为壁纤维315具有较小的平均直径314且比三维表面形态纤维316间隔得更紧。图17为压降对时间的曲线图，示出了具有三维表面形态(图线318)的过滤器与没有三维表面形态(图线319)的过滤器之间的差异。如图所示，图线318代表在三维表面形态不存在于过滤器上时压降随时间的推移而升高。相比之下，图线319代表三维表面形态存在于过滤器上时压降随时间的推移为稳定的(或极小地改变)。因此，当颗粒累积在过滤器上时，三维表面形态的所公开实施例减小了压降随时间的推移而增加的趋势。另外，三维表面形态提高了多孔性且改善了穿过过滤器和任何颗粒的流动，使得过滤器性能保持较长的持续时间。继而，随时间推移而减小的压降能够实现较低频率的过滤器清洁，从而减少了某些排放物的不期望的峰值，例如汞排放物(例如，吸着在活性碳吸附剂中的汞)。图18为具有三维表面形态14的手风琴状滤袋40的实施例的截面侧视图。在所示的实施例中，手风琴形滤袋40具有由相继交替的向外成角部分322和向内成角部分323的 Z字形图案限定的非线性壁320。然而，壁320的Z字形图案相比于沿成角部分322和324 延伸的三维表面形态14而言规模(scale)相对较大。如上文所述，三维表面形态14可包括均匀或非均匀的凹部和/或凸起326图案。然而，三维表面形态14限定为沿滤袋40的外表面16的几何形状，而非壁320自身的几何形状。三维表面形态14的大小和形状可在不同实施方式之间有所变化。例如，凸起326和/或凹部在长度、宽度和/或高度上可小于大约50微米、100微米、150微米或200微米。三维表面形态14可沿整个外表面16或手风琴形滤袋40的外表面16的一部分施加。图19为具有三维表面形态14的有肋条的滤袋40的实施例的截面顶视图。在所示的实施例中，有肋条的滤袋40具有壁340，该壁340具有从壁340的外表面16向外凸出的多个肋条342。然而，壁340的肋条342相比于沿壁340和肋条342延伸的三维表面形态 14而言规模相对较大。如上文所述，三维表面形态14可包括均匀或非均匀的凹部和/或凸起344图案。然而，三维表面形态14限定为沿滤袋40的外表面16的几何形状，而非壁320 自身的几何形状。三维表面形态14的尺寸和形状可在不同实施方式之间有所变化。例如， 凸起344和/或凹部在长度、宽度和/或高度上可小于大约50微米、100微米、150微米或 200微米。三维表面形态14可沿整个外表面16或有肋条的滤袋40的外表面16的一部分施加。在附加实施例中，滤袋40可包括具有多个褶皱的褶皱滤袋。三维表面形态14可沿褶皱滤袋40的多个褶皱施加。本发明的技术效果包括具有能够以更为多孔的方式聚集颗粒的三维表面形态的滤袋。更为多孔的颗粒累积物导致压降降低，且在压降达到需要清洁操作的阈值水平之前有效地延长持续时间。因此，清洁操作可能不会频繁地出现，且因此减少了与清洁操作相关联的不期望的排放物(例如，汞)峰值的总数目。此外，三维表面形态可在清洁操作之后保持一部分颗粒累积物，使得保持的部分在清洁操作之后改善过滤。本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员构想出的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种系统(10),包括过滤器(12)，其包括壁(15)、位于所述壁上的表面(16)，以及沿所述表面(16)设置的三维表面形态(14)，其中，所述三维表面形态(14)构造成用以降低跨越所述过滤器(12)的压降。
2.根据权利要求I所述的系统(10)，其特征在于，所述三维表面形态(14)构造成用以提高在所述表面(16)上的颗粒累积物的多孔性。
3.根据权利要求I所述的系统(10)，其特征在于，所述三维表面形态(14)构造成用以加强将颗粒累积物(304)保持在所述表面上。
4.根据权利要求I所述的系统(10)，其特征在于，所述三维表面形态(14)包括具有一定高度(290)以控制颗粒累积物(304)在所述表面(16)上的多孔性和保持的多个表面特征(112)，所述高度(290)至少为用以提高所述多孔性的最小高度，以及所述高度大于所述最小高度以加强所述保持(304)。
5.根据权利要求I所述的系统(10)，其特征在于，所述三维表面形态(14)包括沿所述表面(16)分布的多个凸起(282)、多个凹部(284)，或它们的组合。
6.根据权利要求I所述的系统(10)，其特征在于，所述过滤器(12)构造成用以过滤具有一定质量平均直径(310)的多个颗粒，以及所述三维表面形态(14)包括具有大于所述质量平均直径(310)的最小间距(302)和最小高度(290)的多个表面特征(112)。
7.根据权利要求I所述的系统(10)，其特征在于，所述壁(312)包括具有第一平均直径(314)的多个第一纤维(315)，所述三维表面形态(14)包括具有大于所述第一平均直径 (314)的最小间距(302)、最小高度(290)和最小宽度(292)的多个表面特征(112)。
8.根据权利要求I所述的系统(10)，其特征在于，所述壁(312)包括具有第一平均直径(314)的多个第一纤维(312)，所述三维表面形态(14)包括具有第二平均直径(317)的多个第二纤维(316)，以及所述第二平均直径(317)大于所述第一平均直径(314)。
9.根据权利要求I所述的系统(10)，其特征在于，所述过滤器(12)包括第一层(200) 和第二层(202)，所述第一层(200)包括所述表面(16)，所述第二层(202)包括所述三维表面形态(14)，所述第一层(200)由第一材料制成，所述第二层(202)由第二材料制成，以及所述第一材料和所述第二材料彼此不同。
10.根据权利要求I所述的系统(10)，其特征在于，所述过滤器(12)包括第一层(200) 和第二层(202)，所述第一层(200)包括所述表面(16)，所述第二层(202)包括所述三维表面形态(14)，所述第一层(200)具有第一多孔性，所述第二层(202)具有第二多孔性，以及所述第一多孔性和所述第二多孔性彼此不同。
11.根据权利要求I所述的系统(10)，其特征在于，所述三维表面形态(14)包括非均匀图案(260)。
12.根据权利要求11所述的系统(10)，其特征在于，所述非均匀图案(260)的几何形状(290，292)或集中度在沿所述过滤器(12)的方向上逐渐地变化。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一层(200)包括ePTFE微多孔膜片，或所述第二层(202)包括催化材料或吸附性材料，或它们的组合。
14.一种方法,包括通过沿过滤器(12)的表面(16)设置的三维表面形态(14)而减小穿过所述过滤器(12)的压降；以及通过所述三维表面形态(14)而加强沿所述过滤器(12)的表面(16)对颗粒累积物 (304)的保持。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，减小压降包括能使横向流动(308)进入所述三维表面形态(14)的多个表面特征(282，284)中，以及所述多个表面特征(282，284) 具有用以提高所述颗粒累积物(304)的多孔性的最小高度(290)。
全文摘要
本发明涉及具有流动控制特征的过滤器。具体而言，一种系统(10)包括具有外表面(16)的过滤器(12)，其中，外表面(16)包含三维表面形态(14)。
文档编号B01D46/46GK102580423SQ20121002274
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者P·M·马利, R·W·泰勒, V·班萨尔 申请人:通用电气公司