CN113750689A - 滤烛 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滤烛，其用于气态流体，包括：一个或多个过滤元件，其为中空圆柱体的形状，由多孔材料制成，其中多个过滤元件具有大致相同的内直径和外直径并且彼此同轴地直列布置；支撑元件，其包括设置在所述一个或多个过滤元件内的金属管，其中所述金属管的外直径小于过滤元件的内直径，并且其中所述金属管具有壁，所述壁具有多个穿孔；以及至少两个环形密封盘，其外直径等于或大于过滤元件的外直径，并且其内直径小于过滤元件的内直径，其中第一末端密封盘和第二末端密封盘设置在单个过滤元件或直列设置的多个过滤元件的相对轴向端面处，并且其中可选地进一步的内部密封盘设置在多个过滤元件的两个相邻过滤元件之间。

Description

滤烛

技术领域

本发明涉及用于气态流体的滤烛，特别是用于热气过滤的滤烛。这种滤烛的典型应用是通过去除颗粒净化工业烟道气体或废气。

背景技术

根据现有技术用于热气应用的滤烛通常基于为具有一个封闭端部的中空圆柱体形状的多孔过滤元件。待净化的气态流体通常沿大致径向方向从外部穿过过滤元件的壁，并通过一个轴向开口离开过滤元件。多个这样的滤烛可以彼此平行布置以形成过滤组件。

这种类型的滤烛也可以用作反吹过滤器，其中通过沿着与正常过滤过程相反的方向流动的高压气流来清洁过滤元件。

上述滤烛通常由陶瓷材料制成，是刚性的和自支撑的。然而，一个主要的缺点是它们的机械强度有限，特别是它们有限的拉伸和弯曲强度。因此，如果滤烛受到机械应力，则存在发生故障的风险，例如当滤烛之间发生灰尘桥接时可能就是这种情况。

发明内容

本发明的一个目的是提供具有改进机械强度的滤烛。

该问题通过根据权利要求1所述的滤烛来解决。

在本发明的滤烛中，支撑元件设置在一个或多个圆柱形过滤元件内。该支撑元件包括金属管，该金属管自身具有比过滤元件的多孔材料高得多的拉伸和弯曲强度。气态流体在穿过过滤元件后，通过多个穿孔进入金属管，并通过管的一个端部处的开口离开滤烛。

为了提供通过一个或多个过滤元件的整个内表面区域的不受阻碍的流动，在所述内表面和金属管的外表面之间存在环形间隙。如果沿径向方向在过滤元件上施加力，则过滤元件将移动和/或弯曲，直到它抵靠到金属管上。通过这种方式，金属管支撑并稳定过滤元件，并提高了滤烛整体的机械强度，特别是其弯曲强度。

根据本发明，利用过滤元件的多孔材料的相对高的压缩强度，一个或多个过滤元件被压缩在第一和第二末端密封盘之间。然而，过滤元件的压缩使得允许过滤元件和相邻的末端密封盘之间的径向运动，直到过滤元件与金属管接触，如上所述。在此运动过程中，过滤元件的轴向端面必须被密封盘紧密覆盖。

根据本发明的第一优选实施例，滤烛仅包括一个过滤元件。在这种情况下，在该过滤元件的两个轴向端面上仅设置有两个密封盘。过滤元件优选地具有约0.5m至约3.0m、更优选地约1.0m至约2.5m的轴向长度。

根据本发明的第二优选实施例，滤烛包括多个直列布置的过滤元件。在这种情况下，除了两个末端密封盘之外，在相邻的过滤元件之间还设置有另外的内部密封盘。滤烛的这种分段提供了抵抗机械应力，特别是抵抗施加到滤烛上的径向力的进一步的柔性和弹性。

第二实施例的多个过滤元件的总轴向长度可以在与第一实施例的单个过滤元件的长度相同的优选范围内。然而，对于较大的长度，例如从大约1.5m到大约5.0m，分段是特别优选的。在第二实施例中，滤烛优选包括二至八个过滤元件，更优选三至五个过滤元件。过滤元件可以具有相同或不同的长度。

所述一个或多个过滤元件的外直径优选地为约30mm至约150mm，更优选地为约60mm至约70mm，并且内直径为约15mm至约120mm，更优选地为约40mm至约50mm。中空圆柱体的壁厚通常在约7.5mm至约20mm的范围内。

过滤元件和金属管之间的径向距离优选为约1mm至约5mm，更优选为约3mm至约4mm。环形密封盘的外直径等于或大于过滤元件的外直径，密封盘的内直径小于过滤元件的内直径，以便即使过滤元件抵靠在金属管上，也可以使过滤元件的轴向端面与密封盘完全接触。

在本发明中，优选的是，每个密封盘包括：环形金属盘，优选为钢盘；以及设置在金属盘的与过滤元件接触的一侧或两侧上的垫圈；即，末端密封盘在一侧上设置有垫圈，内部密封盘在两侧上设置有垫圈。以此方式，提供了过滤元件和密封盘之间的大致气密密封，同时允许过滤元件相对于密封盘的径向运动。

优选地，用于本发明的滤烛的密封盘的垫圈包括石墨、金属纤维、金属网、聚合材料或它们的组合。这些和其它合适的垫圈材料在现有技术中是已知的。特定垫圈材料的选择也将取决于本发明的滤烛的预期用途和相应的操作条件。例如，大多数聚合物垫圈材料在其操作温度方面受到限制。

用于密封盘的垫圈的厚度优选为约1mm至约5mm，优选为约1.5mm至约3mm。

一个或多个密封盘可以包括弹性补偿元件。特别地，如果末端密封盘之一包括弹性补偿元件，则是优选的。在具有多于一个过滤元件的本发明的实施例中，还优选的是，内部密封盘包括弹性补偿元件。由此，能够实现两个相邻过滤元件相对于彼此的轴向弯曲。除了环形金属盘之外或代替环形金属盘的是，内部密封盘可以包括这样的补偿元件。

本发明的滤烛的一个或多个过滤元件通常由陶瓷材料制成，优选由包括烧结碳化硅的材料制成。这些具有高孔隙率的陶瓷材料在现有技术中是已知的。此外，过滤元件可包括一种或多种催化材料，特别是用于去除氮氧化物的催化材料。

用作本发明的滤烛的支撑元件的金属管优选为钢管，更优选具有约2mm至约10mm，特别是约3mm至约6mm的壁厚。然而，在某些情况下，使用其它金属或合金也可能是优选的，例如，在要过滤的气态流体需要支撑元件具有更高的耐腐蚀性或耐化学性的情况下。这相应地适用于密封盘的环形金属盘。

通常，金属管的轴向长度大于过滤元件的总轴向长度，其中金属管的中间部段在过滤元件内延伸，金属管的两个端部部段延伸到过滤元件的外部。在这种情况下，金属管壁上的穿孔均匀地分布在中间部段上，其中两个端部部段的壁没有穿孔。

穿孔的数量和尺寸优选地选择成使得穿孔的总面积足够大以促进气态流体径向流入金属管，但足够小以保持金属管的足够机械稳定性。关于后面的要求，还必须考虑金属管的壁厚。

根据本发明的优选实施例，金属管的第一端部部段延伸到过滤元件的外部并穿过第一末端密封盘，其中第一末端密封盘优选地通过焊接或螺纹连接固定到所述第一端部部段。进一步优选的是，第一端部部段包括用于气态流体的轴向排放开口。

在上述实施例中，金属管的第二端部部段也可以延伸到过滤元件的外部并穿过第二末端密封盘，其中第二末端密封盘可相对于金属管轴向移动。进一步优选的是，第二端部部段在其轴向端部处是封闭的，从而允许气态流体仅通过第一端部部段排出。

通过提供固定到金属管的第一末端密封盘和可相对金属管移动的第二末端密封盘，金属管和过滤元件的多孔材料的热延展差异被考虑在内。

优选地，所述一个或多个过滤元件通过弹簧元件施加到第二末端密封盘上的轴向力而被压缩在第一末端密封盘和第二末端密封盘之间，该弹簧元件优选为高温弹簧，抵靠第二末端密封盘和固定到金属管的第二端部部分的法兰元件。

由于金属管优选地在第二端部部段处是封闭的，如上所述，并且气态流体仅通过第一端部部段排出，因此可以优选地提供弹簧盖以包围包括弹簧元件的第二端部部段，从而保护弹簧元件免于来自外部的灰尘等。弹簧盖优选地抵靠第二末端密封盘。

本发明的多个滤烛可以优选地彼此平行布置以形成过滤组件，特别是用于热气过滤。

本发明还涉及本发明的滤烛或包括多个本发明的滤烛的过滤组件用于热气过滤、特别是用于净化工业烟道气或废气的用途。

附图说明

以下描述的示例性实施例用于参考附图说明本发明的进一步细节，其中

图1示出了本发明的滤烛的第一示例性实施例的纵向截面图；和

图2示出了本发明的滤烛的第二示例性实施例的纵向截面图。

具体实施方式

在图1中，以纵向截面图示出了本发明的滤烛10的第一示例性实施例。滤烛10的图示是示意性的并且不一定按比例绘制。

在该第一实施例中，滤烛10包括呈中空圆柱体形状的一个过滤元件12。例如，过滤元件12可以具有1.5m的长度、60mm的外直径和40mm的内直径。过滤元件12由多孔材料制成，通常由多孔陶瓷材料制成。例如，烧结碳化硅材料的多孔过滤元件，也称为滤烛，由申请人以商标“Dia-Schumalith”出售。

在过滤元件12的内部，沿旋转轴线14与过滤元件同轴延伸地设置有作为支撑元件的金属管16(通常为钢管)。该金属管16包括在过滤元件12内延伸的中间部段18，以及在过滤元件12外延伸的第一和第二端部部段20和22。金属管16的壁24具有均匀分布在金属管16的中间部段18上的多个穿孔26，而第一和第二端部部段20和22中的壁24没有穿孔。

金属管16可具有例如约34mm的外直径，其壁24具有4mm的厚度。在任何情况下，金属管16的外直径都小于过滤元件12的内直径，使得在过滤元件12和金属管16之间形成环形间隙28。该间隙28可以具有例如大约3mm的宽度。

在滤烛10的典型应用中，例如在用于热气过滤的应用中，待过滤的气态流体从外部沿大致径向方向穿过过滤元件12进入环形间隙28，并通过穿孔26插入金属管16。气态流体然后通过在第一端部部段20处的轴向排放开口30离开金属管16，而第二端部部段22在其轴向端部32处是封闭的。

滤烛10还包括两个环形密封盘，即第一末端密封盘34和第二末端密封盘36。第一末端密封盘34围绕金属管16的第一端部部段20并通过焊接固定到第一端部部段，如附图标记37所示，从而在第一端部部段20处提供环形间隙28的气密闭合.相反，围绕金属管16的第二端部部段22的第二末端密封环36可相对于金属管16轴向移动，以允许金属管16和过滤元件12的不同热延伸。

过滤元件12在第一和第二末端密封环34和36之间被压缩，其中压缩力由弹簧元件38施加，该弹簧元件优选为高温弹簧。该弹簧元件38围绕金属管16的第二端部部段22并抵靠第二末端密封盘36和法兰元件40，该法兰元件例如通过螺母42固定到第二端部部段22。

包括弹簧元件38的金属管16的第二端部段22被弹簧盖44覆盖，该弹簧盖抵靠第二末端密封盘36。弹簧盖44保护弹簧元件38免受来自外部的灰尘等的影响，并且它还抑制可能穿过金属管16和第二末端密封盘36之间的小环形间隙的气态流体。

末端密封盘34和36中的每一个都包括金属盘46(通常是钢盘)和垫圈48。该垫圈与过滤元件12的相应轴向端面直接接触，以提供气密密封，但同时允许过滤元件12的径向运动。第一末端密封盘34可以另外包括弹性补偿元件。

由于作用在过滤元件12上的外力，使得过滤元件12将沿垫圈径向移动，直到过滤元件与金属管16接触。此时，金属管16支撑并稳定过滤元件12，理想地防止过滤元件12进一步弯曲和断裂。金属管16因此用作增加滤烛10的整体拉伸和弯曲强度的支撑元件。

为了在每个位置都在过滤元件12的端面处提供气密密封，环形密封盘34和36的外直径大于或等于过滤元件12的外直径，并且密封盘34和36的内直径小于过滤元件12的内直径。具体地，密封盘34和36的外直径和内直径之间的差应当至少是过滤元件12和金属管16之间的径向距离的两倍。

在图2中，以纵向截面图示出了本发明的滤烛50的第二示例性实施例。除了以下描述的不同点之外，第二实施例的滤烛50对应于第一实施例的滤烛10。第一和第二实施例中相同或对应的元件具有相同的附图标记。

第二实施例的滤烛50包括多个较短的多孔材料过滤元件52，而不是单个过滤元件。在该示例中，示出了四个过滤元件52，但是更少或更多数量的过滤元件也是可能的。各个过滤元件52成形为具有相同内直径和外直径的中空圆柱体，沿滤烛50的旋转轴线14同轴地直列布置。

各个过滤元件52的长度可以相同也可以不同，其总长度可以与第一实施例的单个过滤元件的长度相同(例如1.5m)。然而，使用多个过滤元件52对于较大的总长度，例如高达6m的总长度而言，也是特别有利的。

在每两个相邻的过滤元件52之间，设置有内部环形密封盘54。过滤元件52与内部密封盘45一起被压缩在第一和第二末端密封盘36和38之间，如在第一实施例的滤烛10中一样。

分段成多个过滤元件52提供了滤烛50的进一步的柔性和弹性，以抵抗机械应力，特别是抵抗施加在滤烛50上的径向力。为此，内部密封盘54通常包括弹性补偿元件56，该弹性补偿元件允许两个相邻过滤元件52相对于彼此轴向弯曲。弹性补偿元件56在两侧设置有垫圈58。

弯曲强度的测量

根据第一示例性实施例的本发明的滤烛的弯曲强度在4点弯曲试验中确定。被测试的滤烛的过滤元件是基于烧结碳化硅的陶瓷材料的中空圆柱体(Dia-Schumalith)，其长度为1.5m，外直径为60mm，内直径为40mm。

在4点弯曲试验中，本发明的滤烛的过滤元件在约4,800N的力下破裂。

在常规上用作过滤烛的对应的过滤元件单独地、在没有支撑金属管的情况下，通常在2,500至3,500N范围内的弯曲力下破裂。

因此，与对应的常规滤烛相比，本发明的滤烛的弯曲强度增加了约60％。

Claims (16)

1.一种滤烛(10；50)，其用于气态流体，特别是用于热气过滤，所述滤烛包括：

-一个或多个过滤元件(12；52)，其为中空圆柱体的形状，由多孔材料制成，其中多个过滤元件(12；52)具有大致相同的内直径和外直径并且彼此同轴地直列布置；

-支撑元件(16)，其包括设置在所述一个或多个过滤元件(12；52)内的金属管，其中所述金属管(16)的外直径小于过滤元件(12；52)的内直径，并且其中所述金属管(16)具有壁(24)，所述壁具有多个穿孔(26)；以及

-至少两个环形密封盘(34、36；54)，其外直径等于或大于过滤元件(12；52)的外直径，并且其内直径小于过滤元件(12；52)的内直径，其中第一末端密封盘和第二末端密封盘(34、36)设置在单个过滤元件(12)或直列设置的多个过滤元件(52)的相对轴向端面处，并且其中可选地进一步的内部密封盘(54)设置在多个过滤元件(52)的两个相邻过滤元件(52)之间，

其中所述一个或多个过滤元件(12；52)和可选的内部密封盘(54)被压缩在第一末端密封盘和第二末端密封盘(34、36)之间。

2.根据权利要求1所述的滤烛(10)，其中所述滤烛(10)仅包括一个过滤元件(12)，该过滤元件的轴向长度优选地为约0.5m至约3.0m，更优选地为约1.0m至约2.5m。

3.根据权利要求1所述的滤烛(50)，其中所述滤烛(50)包括多个直列设置的过滤元件(52)，这些过滤元件的总轴向长度优选地为约0.5m至约6.0m，优选地为约1.5m至约5.0m。

4.根据权利要求3所述的滤烛(50)，其中所述滤烛(50)包括二至八个过滤元件(52)，优选三至五个过滤元件(52)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的滤烛(10；50)，其中所述一个或多个过滤元件(12；52)的外直径为约30mm至约150mm，优选地为约60mm至约70mm，并且内直径为约15mm至约120mm，优选地为约40mm至约50mm。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的滤烛(10；50)，其中过滤元件(12；52)与金属管之间的径向距离为约1mm至约5mm，优选地为约3mm至约4mm。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的滤烛(10；50)，其中每个密封盘(34、36；54)包括环形金属盘(46)和垫圈(48)，该环形金属盘优选为钢盘，垫圈设置在金属盘(46)的与过滤元件(12；52)接触的一侧或两侧上，以便在过滤元件(12；52)和密封盘(34、36；54)之间提供大致气密密封，并且允许过滤元件(12；52)相对于密封盘(34、36；54)的径向运动。

8.根据权利要求7所述的滤烛(10；50)，其中所述垫圈(48)包括石墨、金属纤维、金属网、聚合材料或它们的组合。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的滤烛(10；50)，其中所述密封盘(34、36；54)中的一个或多个密封盘，特别是末端密封盘(34、36)之一和/或内部密封盘(54)，包括弹性补偿元件(56)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的滤烛(10；50)，其中所述一个或多个过滤元件(12；52)由陶瓷材料制成，优选地由包括烧结碳化硅的材料制成。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的滤烛(10；50)，其中金属管(16)是钢管，其壁厚优选地为约2mm至约10mm，尤其为约3mm至约6mm。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的滤烛(10；50)，其中金属管(16)的轴向长度大于过滤元件(12；52)的总轴向长度，并且其中穿孔(26)均匀地分布在金属管(16)的在过滤元件(12；52)内延伸的中间部段(18)上。

13.根据权利要求12所述的滤烛(10；50)，其中金属管(16)的第一端部部段(20)延伸到过滤元件(12；52)的外部并穿过第一末端密封盘(34)，该第一端部部段优选地包括用于气态流体的轴向排放开口(30)，并且其中第一末端密封盘(34)优选地通过焊接或螺纹连接固定到所述第一端部部段(20)。

14.根据权利要求13所述的滤烛(10；50)，其中金属管(16)的第二端部部段(22)延伸到过滤元件(12；52)的外部并穿过第二末端密封盘(36)，该第二端部部段优选地在其轴向端部(32)处是封闭的，并且其中第二末端密封盘(36)能够相对于金属管(16)沿轴向移动。

15.根据权利要求14所述的滤烛(10；50)，其中所述一个或多个过滤元件(12；52)通过弹簧元件(38)施加到第二末端密封盘(36)上的轴向力而被压缩在第一末端密封盘和第二末端密封盘(34、36)之间，该弹簧元件优选为高温弹簧，抵靠第二末端密封盘(22)和固定到金属管的第二端部部分(22)的法兰元件(40)。

16.根据权利要求15所述的滤烛(10；50)，其中所述一个或多个过滤元件(12；52)的压缩使得允许过滤元件(12；52)和相邻的密封盘(34、36；54)之间的径向运动，直到过滤元件(12；52)与金属管(16)接触。

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