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"Filtre".
La présente invention est relative à des filtres et, plus particulièrement, à un filtre destiné, nlever des éléments de contamination solides à partir d'un fluide utilise par des organes en aval.
Il existe une nécessité constante pour l'amédoratior
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des filtres destinés à l'enlèvement de particules solides à partir de milieux liquides ou gazeux. Plus récemment, cette nécessité est devenue aiguë à propos de la séparation de particules d'une dimension inférieure à cent microns à partir de fluides hydrauliques, de combustibles et d'autres fluides utilisés dans des missiles et des avions.
Jusqu'à présent, des filtres à treillis métallique et frittés ont été utilisés habituellement pour la sépa- ration de particules inférieurs à cent microns. Toutefois, ces types offrent le désavantage propre d'avoir des vies en service très courtes au niveau d'efficacité indiqué par leurs estimations absolues et nominales.
Par exemple, les
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processus de fabric'1:.ion titili.6s impliquent par nature un niveau élevé de contamination do l'élément de filtre résultant du processus de frittage ou de tissage ; lesfiltres ont une très mauvaise résistance aux contraintes de vibration; les filtres sont par nature pen capables de résister à des différences de pression élevées;
les filtres
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ont, une gamme de fond.iolll1ement E'"(l t ç'mp6rllt ltl'e non satisfai- sante et, les éléments de filtre ne peuvent pas être nettoyés après usage et par conséquent ils ne sont réutilisables. dés / Les! avantages qui précèdent etd'autres des filtres disponibles précédemment sont éliminés suivant la présente invention,
Plus précisément, l'un des buts importants de l'invention est d'offrir un élément de filtre d'une struc- ture unitaire ou en une pièce intégrale qui peut être fa- briqué. et mis en utilisation dans un état parfaitement propre sans qu'il y subsiste aucun élément contaminant provena.nt de la fabrication.
Il on résulte que quand des élément.s de filtre de ce type sont placés en service,
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ils ne libèrent pas des parties d'eux-même en aval dans le courant de sortie, même lorsqu'ils sont soumis à des vibra- tions sonores extrêmes, à des chocs ou à des diferences de pression excessives.
Un autre but de l'invention est d'offrir un filtre utilisant, une ou plusieurs piles de tels éléments de filtre unitaire qui sont mis en charge sous compression afin de constituer une colonne rigide qui résistera à des différences de pression extrêmement élevées. En outre, l'agencement en pile des éléments de filtre offre un type marginal de filtra- tion en combinaison avec un type de filtration en profondeur, ce dernier type de filtration servant à retenir les éléments contaminants allongés, tandis que le type marginal ou super- ficiel de filtration capture les particules sphériques ou analogues.
Encore un autre but de l'invention est d'offrir un filtre qui peut être vendu dans un état absolument propre et qui peut être renetboyé dans des conditions de service en chantier après avoir été mis en service. A ce sujet, le filtre suivant la présente invention possède une cartouche amovible et un agencement. d'empilage d'éléments de filtre permettant la détente de la force de compression exercée sur les éle- ments, de telle sorte que chaque élément individuel peut être aisément nettoyé alors que la pile se prouve dans son état détendu.
En outre, des éléments de filtre individuels de la pile, .-.'ils se révèlent défectueux sous un essai à bulles, peuvent être enlevés et remplacés, tandis qu'a- vec des filtres frittés ou en treillis métallique, les défauts découverts après l'essai à bulles, sont brasés ou soudés, en ajoutant ainsi de la matière qui peut être
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perdue dans le courant de sortie.
D'autres détails et particularités de l'invention res- sortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans ' lesquels:
La figure 1 est une vue en perspective d'un assemblage de filtre suivant l'invention, l'assemblage éatnt vu en coupe longitudinale suivant'un plan diamétral, afin de révé- ler des détails de la construction interne.
La figure 2 est une vue en perspective de la cartouche de filtre utilisée dans l'assemblage de la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe transversale de l'assem- blage de filtre, suivant la ligne 3-3 de la figure 1.
La figure 4 est une vue en plan partiels de la zone 4 à la figure 3, à plus grande échelle, illustrant des détails de. la configuration d'un côté d'un élément de filtre.
La figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 4, à encore plus grande échelle.
La figure 6 est une vue en plan d'une variante de con- figuration d'un élément de filtre destiné à ètre utilisé dans l'assemblage de la figure 1.
La figure 7 est une vue en coupe axiale d'une varian- te de réalisation d'un assemblage de filtre.
La figure 8 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 8-8 de la figure 7.
La figure' Sa est une vue en plan partieled'une surfa- ce de l'un des éléments de filtre de l'assemblage de la fi- gure 7.
La figure 9 est une vue en coupe longitudinale d'un assemblage de filtre du type radiateur suivant l'invention.
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La figure 10 est une vue en coupe suivant la ligne 10-10 de la figure 9.
La figure 11 est une vue en plan partielede la zone 11 de la figure 10, à plus grande échelle, illustrant la configuration d'un côté d'un élément de filtre.
La figure 12 est une vue en coupe axiale d'une varian- te de réalisation d'un assemblage de filtre incliné.
La figure 13 est une vue en coupe tranversale suivant la ligne 13-13 de la figure 12, illustrant un agencement d'entrée double pour le courant d'arrivée.
La figure 14 est une vue en coupe suivant la ligne 14-14 de la figure 12.
La figure 15 est une vue en plan partielle de la zone 15 de la figure 14, à plus grande échelle.
La figure 16 est une vue en coupe suivant la ligne 16-16 de la figure 14.
La figure 17 est une vue en coupe transversale d'une cartouche de filtre contenant une autre configuration d'élé- ment de filtre.
La figure 18 est une vue en plan partielle d'une zone in- terne d'une* mince feuille de métal portant un dessin de réser- ve, afin d'illustrer une étape du processus de fabrication d'un élément de filtre.
La figure 19 est une vue du dessin de réserve sur 1!au- tre face du morceau de feuille métallique illustré à la figure 18.
La figure 20 est une vue en coupe suivant la ligne 20-20 de la figure 18, indiquant schématiquement une autre étape du processus de gravure des éléments de filtre.
La figure 21 est une vue en plan partiel d'une autre
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forme de réalisation d'un élément de filtre suivant l'inven- tion,
La figure 22 est une vue en plan partiellegrande échel- le de l'élément de filtre de la figure 21.
La figure 23 est une vue en plan partielle d'encore un autre élément. de filtre suivant l'invention.
La figure 1 représente un assemblage de Filtre du type en T 20, dans lequel est. montée une cartouche de filtre 21, telle. qu'illustrée à la figure 2. Cet assemblage com- prend un carter généralement cylindrique 22 qui peut être réalisé en une pièce avec une paroi d'extrémité supérieure 23 fermant L'extrémité supérieure du carter.
Le carter dé- finie une chambre généralement cylindrique 24 possédant un cordon lisse 25 à son extrémité inférieure prévu. pour recevoir à coulissement une cage cylindrique 26 de la cartouche 21, L'extrémité supérieure ou couvercle de la chambre 24 possède une goupille de repérage 27 faisant saillie vers le bas et prévu'.' pour se loger dans un alésage de repérage borgne 28
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pra:1 <j1>é dn.5 la face supérieure H 'une aile en une pièce de l' ':xt!'émJ '- supérieure de la cage 26. La far.t,outhe 21 est ainsi maintenue en association angulaire prédéterminée dans le carter 22.
A son extrémité inférieure, la chambre
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2d e-.', filetée i'1téri.urementJ comme indiqué en 301 afin de recevoir par vissage un disque de verionillage 31 l'aide duquel la cartouche de filtre est maintenue sûrement contre le sommet du carter 22.En dessous du pas de vis interne 30, la chambre 24 présente un contre-alésage lisse 32 afin de . recevoir à coulissement une partie de boisage cylindrique
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d'un capurhoa '33 qui ferme 1'cxt.rémité intérieuxc: du (;é)r't,.er.
Ce capuchon peut ètre maintenu en place par plusieurs boulons
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34 ou d'autres 1.,.. '.0:: rin Fi..' ' ^ni¯aç afin d'obturer l'extrémité inférieure du carter 22. L'extrémité interreure de la chambre est biseautée, comme indiqué en 35 afin de rece- voir un anneau to ofdal 36 qui est monté autour du bossage du capuchon 33.
La cartouche de filtre 21 définit un tore avec le car- ter 22, auquel le Lliiide à filtrer est amené par l'intermédiai- re d'une lumière d'admission 37 et d'un passage intermédiaire 38. La cartouche 21 contient une pile, agencée coaxialement, de disques de filtre de forme annulaire 40, définissant un noyau creux pour la cartouche de filtre. Ainsi, le fluide circule radialement vers l'intérieur à partir du tore, entre les disques 40, pour traverser ensuite le noyau creux de la cartouche et s'échapper à partir d'une lumière de sortie 41 du carter. Pour assurer qu'aucune quantité de fluide ne, contourne la cartouche de filtre 21, une gorge cicculaire 42 est pratiquée dans l'aile d'extrémité supérieure 29 de la cage de filtre 26 afin de maintenir un anneau toroidal 43.
Chacun des éléments de filtre est fait d'une ma- tière imperméable, de préférence une feuille métallique qui a été gravée, découpée, laminée, estampée ou façonnée d'une autre façon. Pour des applications délicates, où. l'on désire par exemple établir un filtre ayant une estimation absolue de 25 microns, les éléments de filtre comprennent de préfé- rence une tôle d'acier inoxydable qui est complètement fa- çonnée par gravure.
Plus précisément, l'on admettra que le filtre 20 a une estimation absolue de 25 microns. Chacun des disques de filtre identiques 40 est alors fait d'une feuille d'acier
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inoxydable, pdr gravure de la feuille à la configuration annu- laire illustrée de façon à laisser sur une surface du disque un ensemble ou dessin de saillies 40a en une pièce avec une partie de base imperméable 40b.
La feulle d'acier inoxy- dable à partir de laquelle les disques 40 sont gravés à une épaisseur primitive de 0,002 pouce et elle est partiellement gravée sur une face jusqu'à une profondeur de 0,001 pouce, de telle sorte que les saillies 40a s'étendent sur 0,001 pouce au-dessus de la section de base 40b, Les disques 40 peuvent être gravés avec des bords périphériques internes et externes ininterrompus, si on le désire, mais dans le présent cas, afin d'accroître la superficie de filtration marginale, les disques ont été gravés de façon à laisser un bord extérieur crénclé 40c et ils peuvent également avoir un bord intérieur Crénelé 40d. Une autre configuration marginale interne et externe pour une autre forme de disque 40' est illustrée à la figure 6,
avec des bords internes et externes en dents de scie 40d' et 40c, respectivement, gravés dans le disque.
Comme représenté à la figure 5, les disques 40 sont empilés l'un au-dessus de l'autre avec les saillies 40a d'un disque en contact avec la surface non gravée lisse d'un autre disque 40, de telle sorte qu'il existe un inter- valle à la fois sur les bords internes et externes d'une paire de disques adjacents de 0,001 pouce.
Par conséquent, lorsqu'une pile des disques 40 est maintenue sous compres- sion et coaxialement, comme dans la cartouche 21, une filtra- tion marginale survient sur le bord externe des disques 40, de telle sorte que les particules dépassant 25 microns en diamètre sont empêchées de circuler radialement vers l'inté- rieur à travers la pile, Vers l'intérieur de la surface
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externe de la pile, un type de filtration en profondeur se rencontre à cause de la présence des saillies 40a qui cap- tureront des particules allongées ayant un diamètre de 25 microns ou moins qui sont parvenus à pénétrer vers l'inté- rieur à partir de la surface extérieure de la pile.
De telles particules allongées, comme par exemple des déchets de co- ton, ne seront pas capables de suivre le parcours sinueux entre les saillies étroitement espacées 40a et, par con- séquent, elles seront retenues.
Comme représenté à la figure 4, les saillies 40a sont en forme de Y et elles sont étroitement espacées en- tre elles. Plus précisément, dans chaque saillie 40a, les bras du Y s'ouvrent radialement vers l'extérieur du disque, avec la queue du Y disposée pratiquement sui- vant une direction radiale par rapport au disque. Une ca- vité de stagnation 46 est ainsi définie par la paire de bras de chaque saillie en forme de Y 40a, qui capturera une partie importante de toutes les particules spériques et fibreuses inférieures à 25 microns qui écliappent à l'action de filtration marginale de la pile de disques.
11 convient aussi de remarquer qu'un intervalle entre les parties de queue d'une paire de saillies adjacentes en forme de Y 40a est interrompu par une cavité de stagnation 46 d'une autre saillie 40a située derrière la paire adjacente de Par exemple, à la figure 4, une paire adjacente de saillies x et y ont un intervalle entre leurs parties de queue interrompu par la cavité de stagnation d'une au- tre saillie. Avec cet agencement, non seulement l'on définit un parcours très sinueux pour la retenue des particules
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allongées., mais le jeu entre les saillies 40a peut être main- tenu à une très faible valeur afin d'arrêter le passage desparticules, inférieur es à 25 microns, qui peuvent ne pas être retenus dans les cavités de stagnation 46.
Les disques 40 ont un diamètre extérieur leur per- met tant. d'être reçu à coulissement dans la cage 26 et un diamètre intérieur correspondant au diamètre de l'ouverture du courant de sortie à travers l'aile 20 dans l'extrémité supérieure de la cage:. Lorsque la cartouche 21 est assemblée, tous les disques 40 sont orientés de la façon illustrée à la figure 5, c'est-à-dire avec les saillies 40a de chaque disque rencontrant la face inférieure ou la surface non gra- vée du disque 40, immédiatement au-dessus ou adjacent. Pour un filtre de 25 microns, 400 des disques 40 sont, utilisés pour' chaque pouce de filtre, mesuré axialement par rapport à la pile de disques de filtre.
Le nombre requis de disques est placé dans la cage 26 de façon à s'appuyer à ure extré- mité de la pile, sur l'aile 29 de l'extrémité supérieure de la cage. A des intervalles d'environ un pouce, des ron-
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,iEßy4 ri;id:
65 ,sont placées dans la pil>. de disques afin de cf.'mribucr à maintenir le disques <:t>ntre une rotât, ion lorsqu'un couple de torsion est. appliqué à une extrémité de la pile afin de 1comprimer en une colonne rigide et, également, pour empcher les disques de basculer horb des plan;, perpendiculaires à l'axe de la pile, ce qui pourrait avoir lieu à cause d'une accumulation des
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t01é!''::l!Jces dr:; disques ou d'une dccwuuJatioI1 de diyciu Ib- gèrement recourbée.
L'extrémité inférieure du bottier ou carter
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2 ont ! a:atid.. afin de recevoir un écrou 49 destiné à sec-
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rer la pile de disques 40 contre l'aile 29. Les disques 40, avant le serrage, ne doivent pas être parfaitement plats et la pile contenue de façon lâche de disques et de rondelles aura un jeu afin d'occuper une longueur totale supérieure à la longueur finie. Après le serrage de l'écrou 49, tout le jeu entre les disques sera repris et il y aura approxi- mativement 500 disques par pouce et la totalité de la pile offre les caractéristiques d'une colonne structurale char- gée relativement incompressible.
A ce sujet, l'espacement étroit des saillies 40a est important, ainsi que le dessin de répartition des saillies, afin d'assurer une large pro- portion des saillies ne pénétrera pas dans la surface d'un autre disque ou ne provoquera pas sa courbure. L'on doit qui ' veiller à assurer/une majorité des saillies d'un disque soit,en contact d'appui avec des zones d'un disque adjacent qui sont également les bases des saillies du disque ad- jacent pour définir des zones en forme de colonne à tra- ders les saillies superposées ou des zones superposées de saillies.
Après avoir serré l'écrou 49, un contre-écrou 50 est vissé dans l'extrémité inférieure taraudée ou jupe du bottier 26. La cartouche 21 est alors prête à être placée dans le carter 22 afin d'être maintenueen place par l'écrou
31 qui s'applique contre l'extrémité inférieure de la cage ou du bottier 26.
Comme représenté à la figure 2, la paroi de la cage 26 est découpée entre la jupe d'extrémité inférieure
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" 04 l 'ed,I\,it>i: inr6I ied, 0;:;; et l'extrémité supérieure, en lais- sant quatre barres 51,52,53 et 54 s'étendant longitudinalement et entre lequelles les bords extérieurs 40c des disques 40
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sont exposés, en tant que zone de filtration marginale de la cartouche de filtre. L'ouverture entre les barres 51 et 52 une plus faible longueur que les autres ouvertures, afin d'offrir un déflecteur 55. A cause de la goupille de repéra- ge 27, la cartouche 21 est placée dans la carter 22 en association angulaire prédéterminée, de telle sorte que le déflecteur 55 est situé à l'opposé du passage 38 à partir de l'admission 37 du carter 22.
Ainsi, lorsque le fluide à filtrer pénètre dans le carter 22 et quitte le passage 38, les particules dans celui-ci ne viennent pas frapper les bords des disques 40 derrière le déflecteur 55. Par conséquent, l'usure des bords extérieurs de ce groupe de disques 40 est évitéeet la matière en particules dans le fluide est dispersée uniformément à travers le tore défini autour de la cartouche de filtre.
Pour équilibrer la pression du fluide exercée sur les écrous de retenue, un système de lumières de dé- tente de pression est prévu dans les écrous 49,50 et 31.
L'écrou 49 possède plusieurs lumières 60 s'étendant depuis la surface supérieure sur le bord extérieur de l'écrou vers le bas et radialement vers l'intérieur de façon à déboucher à la surface inférieure de l'écrou. La surface supérieure de l'écrou 50 est façonnéeavec une cavité cylindrique peu profonde 61 et les trous de clé 62 de l'écrou 50 s'étendent à travers ce dernier, de telle sorte que du fluide atteignant la cavité 61 à partir des lumières 60 peut traverser l'écrou 50. De même, l'écrou 31 possède des trous de clé 63 s'éten- dant de part et part afin de laisser passer le fluide vers l'espace compris entre l'écrou 31 et le capuchon lourd 32 pour le carter 22. De cette façon, les pressionstendent à
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s'égaliser sur l'écrou 31, l'écrou 50 et l'écrou 49.
A la figure 7, l'invention est incorporée dans un assemblage de filtre en ligne 70. Dans cet assemblage, un carter tubulaire 71 est réalisé avec une cloison inter- ne en une pièce 72. Sur le côté en aval de la cloison, un évidement annulaire 73 est formé afin de recevoir un anneau 74 qui constitue une extrémité d'une cage devant contenir une pile de disques de filtre 75. L'autre extré- mité de cette cage comprend un anneau ou une bague 76 dis- poséedans un plan diamétral par rapport à l'axe de la pile de disques de filtre 75 et interconnectéeavec ltanneau 74 par plusieurs nervures 77.
Les disques 75 peuvent également être faits d'une très mince feuille métallique qui est d'abord façon- née à l'aide d'une matrice jusqu'à une configuration coni- que et ensuite gravée pour laisser la configuration plane semblable à un anneau telle qu'illustrée, avec des bords interne et externe' 75a et 75b, respectivement. Ensuite, une face du disque est gravée jusqu'à la profondeur désirée, en laissant des saillies circulaires 75c en une pièce avec une partie de base non perforée 75d. Par exemple, si on désire avoir un filtre avec une clasification absolue de 25 microns, les disques de filtre sont faits d'une feuille de 0,002 pouce et une face est gravée de façon à laisser les saillies 75c s'étendant sur 0,001 pouce au-dessus de la section de base 75d.
Aux figures 7,8 et 8a, l'on se rendra évidemment compte que l'épaisseur des disques de filtre et la superficie et la hauteur apparentes des saillies 75c ainsi que l'espacement entre ces dernières ont été fortement exagérés pour la clarté de l'illustration
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tout comme c'est le cas pour les autres éléments de filtre illustres aux dessins.
Les disques de filtre 75 sont agencés en une pile tel qu'illustré à la figure 7, de telle sorte que la sur- face gravée d'un disque rencontre la surface non gravée d'un disque adjacent. La pile de disques de filtre 75 est ensuite comprimée pour arriver à l'effet de colonne struc- turale désiré et pour attéindre l'intervalle désiré de 0,001 pouce entre les bords extérieurs pour la filtration marginale .
Le côté en aval de la cloison 72 est réalisé avec un appendice tronconiqué 80 destiné à recevoir la face concave du disque 75 à l'extrémité de la pile de disque. La cage pour les disques de filtre 75 est tout d'abord introduite avec l'anneau 74 en place sur l'épau- lement 73.
Ensuite la pile lâche de disques 75 est in- troduite à travers 3.'ouverture dans l'anneau ou la bague 76 'La pile est ainsi maintenue en alignement coaxial par la raie, L'extrémité en aval du carter 71 est tarau- den comme indiqué en 81, afin de recevoir par vissage un raccord d'extrémité aval 82, formé avec une genge periphérique 83 pour le logement d'un anneau torofdal 84 destiné à ét.ablir un joint pour le fluide entre le raccord et le carter, Le raccord d'extrémité 82, à son extrémité interne, possède une face d'extrémité plane 85 destinée à venir rencontrer la bague 76 de la cage de retenue de disques.
Dans l'extrémité plane 84, le raccord 82 est façonné avec un siège tronconique 86 deitiné à recevoir la face convexe du disque 75 à cette exrémité de la pile de disques de filtre. Le serrage du
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raccord d'extrémité 82 provoque une compression de la pile de disques de filtre 75 contre le siège de disque formé. sur l'appendice de la cloison 72. A ce sujet, 3/évidement annulaire 73 laisse un jeu permettant une compression to- tale ou complète de la pile de disques de filtre. Le raccord d'extrémité 83 est lui-même fileté extérieurement afin de recevoir un contre-écrou ou écrou de blocage 87 qui peut être amené contre l'extrémité correspondante du carter 71 afin de maintenir le raccord d'extrémité 82 en position de serrage.
Le raccord d'extrémité 82 possède une lumière de sortie 88, s'étendant axialement et communiquant avec un adaptateur de lumière de .sortie 89 qui est reçu par vis- sage dans le raccord d'extrémité. Un anneau torotdal 90 est maintenu entre l'adaptateur 89 et l'alésage taraudé du raccord d'extrémité 82, afin d'établir un joint pour le fluide.
La cloison 72 est façonnée avec plusieurs passages espacés 91 de façon à recevoir le fluide entrant à partir d'un raccord d'extrémité d'entrée 92 vissé dans l'extrémité d'entrée du carter 71, comme indiqué en 93. Le raccord @ d'extrémité d'entrée 92, à son extrémité interne, est fa- çonné avec une gorge périphérique 94 destinée à abriter un anneau toroldal 95 afin de réaliser un joint pour le fluide entre le carter et le raccord d'extrémité d'entrée.
Ce dernier possède également une admission 96 s'étendant axialement, qui est taraudée de façon à recevoir un adapta- teur de lumière d'entrée 97. Un anneau toroïdal 98 est maintenu sous la tête de l'adaptateur 97 afin d'établir un joint pour le fluide entre l'adaptateur et le raccord 92.
Lors du fonctionnement de l'assemblage de filtre
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70, le courant entrant pénètre dans le raccord 92 et est distribué par les lumières 91 de la cloison 72 dans l'es- pace annulaire défini entre la pile d'éléments de filtre
75 et la paroi du carter 71. Une filiation marginale de la matière en particules survient sur les bords extérieurs des disques de filtre 75, l'espacement marginal déterminant la capacité absolue de l'assemblage de filtre 70. Le fluide circule alors vers l'intérieur jusqu'au noyau creux de la pile de disques de filtre suivant les parcours tronconiques déterminés par la configuration des disques de filtre 75 et une i'iltration en profondeur survient, de telle sorte plus /que les particules allongées de/petit diamètre cpe l'inter- valle marginal sont retenues par les saillies 75c.
Le cou- rant de sortie filtré est alors envoyé vers l'extérieur à partir du noyau creux de la pile de disques de filtre
75 par l'intermédiaire de l'alésage 88 dans le raccord de sortie 82. Ainsi, l'action de filtrage de l'assemblage de filtre 70 est très analogue à celle de l'assemblage de filtre 20. Toutefois, une chute de pression inférieure se- ra rencontrée avec l'assemblage de filtre 70, à cause de la configuration tronconique des disques de filtre et de la configuration correspondante des passages, qui donne une composante axiale à l'écoulement du fluide à travers le filtre.
A la figure 9, l'invention est incorporée dans un assemblage de filtre du type radiateur 110..Le.carter de- filtre possède un corps 111 dont l'extrémité inférieure .
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f2,!,t obturé'': par un joint..112 .mal.1!t-t>!).1,.I. en, place..en dessous d'un capuchon inférieur 113 qui est maintenu par plusieurs boulons appropriés ou autres éléments de fixation 114.
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L'extrémité supérieure du corps 111 est obturée sur son bord par un autre joint 112, en dessous d'une plaque de couver- ture amovible 115 qui est également maintenue par plusieurs boulons 114. Une lumière d'admission 116 est prévue dans une paroi d'extrémité du corps 111 et dans la paroi d'extrémité opposée se trouve une lumière de sortie 117.
L'assemblage de filtre 110 possède une pile d'élé- ments de filtre identiques 120. Comme représenté à la figure 10, chacun de ces éléments est une bande de forme rectangu- laire allongée, de préférence en acier inoxydable, qui a été gravée à la forme rectangulaire illustrée et également gravée de façon à produire des boutons de compression espacés marginaux à l'avant et à l'arrière 120d et des saillies en for- me de Y 120a illustrées à une échelle exagérée à la figure 11.
Comme dans le cas des éléments de filtre 40 de l'assemblage de filtre 20 de la figure 1, pour une capacité de 25 microns, chacun des éléments de filtre 120 a une épaisseur totale de 0,002 pouce, ce qui constutue le total d'une épaisseur.de sec- tion de base 120b de 0,001 pouce et d'une hauteur des saillies de 120a, au-dessus de la section de base, également/0,001 pouce.
L'intervalle entre les bords avant 120c d'une paire adjacente d'éléments de filtre 120 est ainsi 0,001 pouce dans les espaces compris entre les boutons 120d, de telle sorte que toutes les particules d'une dimension supérieure à 25 microns sont exclues du banc de radiateur des éléments de filtre.
Les saillies en forme de Y 120a sont agencées avec le même type de dessin que celui utilisé pour les disques de filtre 40 de la figure 3, de telle sorte qu'une cavité de stagnation 121 de chaque ligne arrière de saillies se trouve derrière l'intervalle en- tre les boutons marginaux avant 120d ou entre une paire adja-
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cente de saillies immédiatement en avant de la cavité de sta- gnation. De même, l'espacement entre les saillies adjacentes
120a est de préférence maintenu à 0,001 pouce, c'est-à-dire l'espace compris entre les branches opposées d'une paire adjacente de Y. Les branches et la queue de chaque Y peuvent de avoir une largeur de l'ordre/0,003 pouce et chaque Y peut avoir une longueur totale de 0,030 pouce et une largeur tota- le ,020 pouce.
Comme représenté à la figure 10, le banc d'éléments de filtre 120 est maintenu en place dans le corps 111 par une paire de fentes 123 s'étendant verticalement, qui sont prati- quées dans les parois latérales opposées du corps. Si on le désire, un joint d'étanchéité ou analogue peut être utilisé dans chaque rainure ou fente 123 afin d'empêcher que du flui- de non filtré ne contourne les extrémités du banc d'éléments de filtre 120. Toutefois, de tels moyens de joint peuvent être éliminés si les éléments de filtre 120 ont la longueur voulue pour assurer, un emboitage à force dans les fentes 123 ou qu'ils sont plus longs que l'intervalle entre les fonds des fentes
123 d'une distance de 0,001 pouce.
Une barre de serrage 124 est posée sur le sommet du banc d'éléments de filtre 120 et elle a également la longueur voulue pour que ses extrémités soient reçues dans les fentes 123. Les extrémités opposées de la barre 124 peuvent être munies de moyens d'étachéité au fluide où elles peuvent également avoir un ajustage très étroit dans les fentes, avec une tolérance de jeu qui n'est pas supérieureau total à la capacité nominale du filtre.
Lorsque la plaque de couverture 115 est fixée sur la barre de serrage 124, celle-ci comprime totalement le banc d'éléments de filtre 120, en éliminant tout jeu,
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de telle sorte que l'on obtienne une colonne verticale mas- sive avec approximativement 500. des éléments de filtre 120 sur chaque pouce de hauteur du banc de radiateur. Pour maintenir le banc d'éléments de filtre 120 à l'encontre de la différence de pression de travail du filtre, une paire de colonnes de support 125 rencontre le côté en aval du banc d'éléments de filtre. Comme représenté à la figure
10, ces colonnes 125 s'étendait verticalement ont de préfé- rence des surfaces d'appui planes venant en contact avec la face arrière du banc d'éléments de filtre.
En se référant à la figure 9, l'on peut se rendre compte que chaque colon- ne, à son extrémité inférieure, possède une goupille réalisée en une pièce 126, qui est logée dans une douille complémen- taire formée dans la surface supérieure de la plaque inférieu- re 113. A son extrémité supérieure, chaque colonne 125 possè- de une aile cylindrique 127 réalisée en une pièce et qui peut être reçue dans une poche complémentaire 128 formée dans la face inférieure de la couverture supérieure 115. Un ressort
129 est logé dans l'aile cylindrique 127 et la poche 128 afin de rappeler chaque colonne 125 vers le bas en appuyant fermement la goupille 126, à l'extrémité inférieure, dans sa douille.
Cet agencement permet un jeu à un épaulement 130 défini entre le collier 127 et l'extrémité supérieure de la colonne 125, afin d'assurer que la hauteur des colonnes,125 n'empêchera pas un serrage complet du couvercle 115 sur la barre 124, afin de comprimer totalement la pile et, également, afin d'assurer que le joint 112 à l'extrémité supérieure du corps il soit fermement serré en place.
A la figure 12, l'invention est incorporée dans une autre configuration d'assemblage de filtre en ligne 130.
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Un carter cylindrique 131 possède à une extrémité un dôme de forme tronconique 132 qui se transforma en une lumière d'admission 133. Ce dôme est taraudé intérieurement afin de recevoir un tuyau d'admission 134 coaxialement par rap- port au carter. L'autre extrémité du carter 131 est façonnée avec une aile extérieure 135 s'étendant périphériquement, sur laquelle est placée une plaque de base 136 d'une car- touche de filtre amovible. Un anneau toroidal convenable
137 est monté entre l'aile 135 et la plaque de base 136.
Cette dernière, à son tour, supporte une aile de montage
138 d'un organe de capuchon 139 qui possède une lumière de sortie taraudée 140 destinéeà recevoir un tuyau de sortie
141. Un anneau toroldal 142 est monté entre les faces se rencontrant de l'aile de montage 138 et de la plaque de base 136 afin d'établir un joint étanche au fluide entre ces pièces. L'aile 135, la plaque de base 136 et l'aile de montage 138 sont façonnées avec des alésages pouvant être alignés afin de recevoir des fixations à boulon convenables 143 pour maintenir, ces pièces ensemble.
La cartouche de filtre est portée sur la plaque de base 136 et peut être retirée conjointement avec la pla- que de base après avoir retiré les boulons 143 et l'organe de couverture 139 du carter 131. La cartouche comprend plusieurs disques de filtre identiques 145, plusieurs tirants
146 s'étendant longitudinalement et ancrés à ,une extrémité dans la plaque de base 136 et engagés par vissage à l'autre .
extrémité dans une plaque de pression 147. Dans la cartou- che de filtre sont également incorporées une plaque 148, maintenue par le tirant 146, et une vis de pression 149, s'engageant avec la plaque 147 et agissant de façon à serrer @
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les disques de filtre 145 entre la plaque 148 et la plaque de base 136.
Plus précisément, les disques de filtre 145, pour un filtre de 25 microns, sont faits d'une feuille d'acier inoxydable de 0,002 pouce qui est gravée avec la configuration de la vue en plan illustrée à la figure 14. Chaque disque est de forme généralement circulaire et présente une ouvertu- re centrale 145a ainsi qu'un bord extérieur en dent de scie 145b. Ce bord extérieur n'est pas continu mais, en des posi- tions espacées de 90 , il est façonné avec des enco ches semi- circulaires 145c, prévues pour recevoir les tirants 146. Les disques de filtre 145 sont ainsi répérés avec une orientation angulaire désirée, l'un par rapport à l'autre et par rapport à la plaque de base 136.
Chacun des disques de filtre 145 est façonné avec quatre rainures ou ouvertures 145d en forme d'arc et espacées circulairement, et la plaque de base 136 est façonnée avec des ouvertures 150 ayant la même configiration et le même espacement.
Après avoir gravé les disques de filtre 145 à la configuration plane décrite, il sont gravés pour produire la configuration de surface illustrée schématiquement à la figure 14. Ainsi, une surface de chaque disque est gravée jusqu'à une profondeur de 0,001 pouce pour laisser le des- sin illustré de saillies en forme de Y ayant une altitude de 0,001 pouce au-dessus d'une section de base 145f d'une épaisseur de 0,001 pouce et en laissant égalemept quatre boutons ou reliefs allongés ou zones de reliefs 145g s'é- tendant radialement à partir du trou central 145a. En d'autres motâ, les zones de relief 145g et les saillies
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145e en forme de Y ne sont pas gravées, alors que' le reste de la surface du disque est gravé jusqu'à une profondeur de 0,001 pouce.
Les saillies en forme de Y sont agencées en concordance avec le schéma décrit précédemment.
Dans l'assemblage de filtre 130, le courant entrant pénètre dans la lumière d'admission 133 et dans la pile d'éléments de filtre 145 à la foin à partir de l'espace annulaire entre la pile d'éléments de filtre et la paroi du carter 131 et à partir du noyau creux défini par les bords internes 145a de la pile de disques de filtre, Comme représenté à la figure 13, la plaque 148 présente plusieurs passages 152 s'étendant radialement,'dont les ex- trémités internes sont en communication avec un orifice 153 disposé axialement et qui a le même diamètre que celui des ouvertures de filtre 145a, tout en communiquant avec le noyau crux défini par les trous 145a.
Par conséquent, le courant entrant passe radialement vers l'intérieur à partir du bord extérieur de la pile de disques de filtre 145 et également radialement vers l'extérieur à partir du noyau creux de la pile. Le courant de sortie filtré, cbst- à-dire le fluide dans les passages en arc 145d est alors prélevé axialement à partir de la pile de filtre par l'intermédiaire des passages 150 de la plaque de base, de la lumière de sortie 140 et du tuyau 141.
En se référant à la figure 14, l'on remarquera que dans chacun des quadrants ou zones distinctes des disques de filtre 145, les saillies en forme de Y 145e, situées radialement vers l'extérieur par rapport aux ouvertures en arc 145d, sont agencées de façon à disposer leurs cavités de stagnation 155 dirigées vers l'extérieur. Dans chaque quadrant
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des disques de filtre 145, les saillies en Y 145e qui se situent radialement vers l'intérieur' par rapport aux ouvertures en arc 145d sont orientés avec leu-s cavités de stagnation dirigées radialement vers l'extérieur. En ce qui concerne l'échelle des dessins, l'on se rendra à nouveau compte que la dimension relative des saillies est largement exagérée pour la clarté de l'illustration.
Comme dans les assemblages de filtre décrits pré- cédemment, dans l'assemblage de filtre 130 également les disques de filtre 145 sont empilés avec la face gravée d'un disque venant rencontrer la face non gravée lisse d'un disque adjacent. Ces disques en conformité sont assemblés avec chaque disque repéré par les tirants 146, de telle sorte que les boutons 145g, les saillies 145e et les ouvertures 145d soient supperposés en conformité. Les ouvertures 145d vien- nent en alignement avec les ouvertures 150 dans la plaque de base 136, tandis que le noyau creux défini par les trous 145a vient en alignement avec la lumière 153 de la plaque 148.
Comme représenté.à la figure 13, les tirants 146 s'étendent à travers des ouvertures convenablement situées dans la plaque 148, ces ouvertures possédant un ajustage glissant sur les tirants. La plaque 147 est également façon- née avec des ouvertures destinées à recevoir à coulissement les tirants 146 et elle est maintenue en place sur ces derniers par des écrou à capuchon 157 engageant par vissage les extrémités des tirants. La vis de serrage 149 est engagée par vissage dans un alésage taraudé au centre de. la plaque de serrage 147 et l'extrémité interne de la vis s'appuye contre le centre de la plaque 148 afin de supprimer tout jeu
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et de comprimer complètement la pile de disques de filtre entre la plaque 148 et la plaque de base 136.
A nouveau, pour en supposant une classification de 25 microns/le filtre, lorsque la pile de disques de filtre 145 est totalement comprimée, il y a pratiquement 500 de ces disques par pouce de longueur axiale de la pile. A ce sujet, il est important de remarquer que, comme illustré à la figure 16, les boutons 145g et les saillies 145e sont exactement superposés, de telle sorte que quand la pile est totalement serrée, elle possède des caractéristiques de rigidité et de colonne structurale semblable à celleSd'un tube à paroi épaisse.
La figure 17 illustre une autre forme de réalisa- tion de l'invention qui est conçue de façon à empêcher la mise en place d'un disque de filtre quelconque dans une cartouche en position inverse, c'est-à-dire avec les saillies du disque de filtre venant rencontrer les saillies ou le côté gravé d'un autre disque de filtre. Dans le présent cas, l'on a prévu une cartouche ou cage de filtre 161 de con- figuration totale généralement analogue à celle de la cage
26 illustrée à la figure 2 et qui possède une paire espacée de barres s'étendant longitudinalement 162 et 163, entre les barres extrémités opposées de la cage, Bien que les/162 et 163 soient relativement fortement espacées, une autre paire de barres à relativement petite superficie en section transversale 164 et 165 sont assez étroitement espacées pour définir entre elles une voie de clavette 166.
Cette voie de clavette reçoit une zone de relief de compression 167 qui fait saillie radialement vers l'extérieur à partir d'un disque de filtre
168 et le disque possède plusieurs saillies en une pièce 169
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sur une surface, dans la zone comprise entre le bord extérieur 168a et le bord intérieur 168b du disque semblable à un anneau.
L'on remarquera que le bord extérieur 168a du disque de filtre est façonné avec une encoche pratiquement semi-cir- culaire 168c qui est situéegnéralement à l'opposé du relief de compression 167; niais décalée par rapport à un diamètre qui rencontrerait ce relief ou cette patte de compression.
Une tige de repérage 170 est montée dans la cage de filtre 161 dans une position correspondant à l'intervalle entre les barres 162 et 163 afin de venir en alignement avec l'encoche de repérage 168 de l'élément de filtre. Si le disque de filtre est inversé, il ne peut pas être accepté par la cartouche; parce que l'encoche de repérage 168cne viendrait pas s'aligner avec la tige de repérage 170, même si la patte de compression 167 était située dans la voie de clavette 166. Ainsi, il n'y a aucune possibilité qu'un disque de filtre 168 isolé quelconque puisse être introduit dans la cartoucHe en position inversée et l'intervalle marginal désiré entre les disques sera toujours maintenu, étant donné qu'il n'y pas de possibilité que les sail- lies 169 d'un disque viennent se placer sur des saillies 169 .d'un disque adjacent.
Comme on l'a déjà indiqué, il est hautement préfé- rable que les éléments de filtre soient obtenus en gravant l'élement de filtre à partir d'une mince feuille de métal, de fa- ço à laisser un agent de filtre absolument propre, dont aucune . partie ne peut être entratnée pour se perdre en aval dans le courant de sortie du.filtre. Ce processus peut.être effectué ,. comme indiqué aux figures 18,19 et 20 qui.illustre, à titre d'exemple, des étapes de la formation du disque de filtre 168 représenté à la figure 17.
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La figure 18 représente une zone de coin d'une mince feuille de métal 175 qui peut être considérée comme ayant une épaisseur primitive de 0,002 pouce. Pour la facilité , la face de la feuille de métal 175 illustréeà la figure 18 sera dénommée le côté supérieur, correspondant àce qui peut être dénommé le côté supérieur du disque de filtre 168 illustré à la figure 17. Le côté opposé de la feuille de métal 175 est illustré à la figure 19.
Aux figures 18 et 19, les zones ombrées représentent une matière de réserve de gravure con- venable qui peut être appliquée par un processus de sérigra- phie ou photographique afin d'isoler ou de protéger les zones de la feuille qui doivent rester non gravées.Ainsi, à la figure 17, les saillies en relief circulaires 169 et la zone de la patte ou du relief de compression 167 sont les seules zones non gravées de la face supérieure du disque de filtre 163.
L'on a utilisé les mêmes références à la figure 18 pour représenter des zones correspondantes de la feuille 175 qui sont couvertes par la matière de réserve, de façon à ne pas être éliminées de la surface supérieure de la feuille par l'agent d'attaque. D'une façon analogue, à la figure 18, les références 168a et 168b indiquent les bords des zones masquées de la feuille 175 qui correspondent aux bords externe et interne 168a et 168b du disque de filtre 168 illustré à la figure 17.
Sur le côté inférieur ou opposé de la feuille 175, tel que représenté à la figure 19, la totalité de la surface de la feuille est masquée par la réserve, à l'exception du bord externe 168a, y compris l'encoche de repérage 168c et la patte de compression 167, ainsi que le bord interne to- talement circulaire 168b.
L'en remarquera que les lignes de délimitation
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des divers éléments de filtre marqués sur la surface supérieu- re à la figure 18 sont en association symétrique avec les lignes délimitant les éléments de filtre marqués sur la surface inférieure à la figure 19 et les dessins sur les faces oppo- sées de la feuille sont évidemment exactement superposés. Par conséquent, lorsque la feuille 175 revêtue de réserve est plongée dans un agent d'attaque, les zones exposées de la feuil- le sont attaquées par cet agent simultanément sur les deux faces de la feuille.
Ceci est indiqué schématiquement à la figure 20, ou l'on observera que du métal a été enlevé entre les saillies masquées 169, autour du bord externe 168a et autour du bord interne 168b, les zones gravées étant attaquées simultanément à partir des faces opposées de la feuille. Il doit être enten- du que dans l'illustration de la figure 20, l'agent d'attaque n'a pas encore totalement pénétré, mais dans l'exemple illustré d'une feuille d'une épaisseur de 0,002 pouce, l'agent a une force suffisante pour pénétrer jusqu'à une profondeur de 0,001 pouce, de telle sorte que chacun des éléments de filtre 168 sera complètement séparé de la feuille 175 le long des bords 168a et 168b et une surface seulement de chaque élément de filtre aura du métal enlevé entre les saillies 169a sur cette face de la feuille uniquement.
Dans le cas où l'on désire des éléments de filtre avec la configuration de l'élément 75 de la figure 8, une feuille de métal semblable à la feuille 175 des figures 18 à 20 peut d'abord être emboutie jusqu'à une forme tronconique par des matrices de façonnage et la réserve est ensuite appliquée de façon à graver les éléments de filtre avec leurs saillies à partir de la feuille préfaçonnée.
D'une autre façon, des éléments de filtre plats peuvent être obtenus à partir d'une mince feuille de métal en perçant d'abord les
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flans avec une configuration plane désirée à partir de la feuille au moyen de matrices de perçage et ensuite en appliquant une réserve aux flans d'éléments de filtre pour réaliser l'en- lèvement du métal à partir d'une surface afin de laisser la configuration et la réparti.tion désirées des saillies. Toute- fois, une gravure pour découper le flan de disque de filtre est ou le disque complètement façonné à partir, de la feuille hau- tement préférable, étant donné qu'elle n'implique pas la possi- bilité de la production de déchets et copeaux ainsi que de morceaux de métal, comme il pourrait en résulter du perçage de la feuille avec des' matrices de perçage.
Les figures 21 à 23 illustrent des éléments de fil- tre possédant des dessins de gravure de forme spéciale destinés à amener le fluide traversant un filtre à être soumis à un tourbillon, ce qui provoque 1'entraînement et la retenue de particules dans des crevasses.En se référant aux figures 21 et,-22, un mince anneau métallique 181 est gravé de façon à of frir des canaux incurvés 182 à travers lesquels le fluide cir- cule vers l'intérieur de l'anneau, pomme représenté au mieux à la figure 22, le ca- nal gravé 182 dans l'agencement illustré possède une paroi incurvée ininterrompue 183 et une paroi incurvée 184 avec une' partie'repliée 185 s'étendant dans le' canal et Vers'le bord ' ' extérieur de l'anneau,
Avec une pile d'éléments de filtre d'une telle cons- truction,
le fluide chassé à travers les canaux est soumis à un tourbillonnement ou à une force centrifuge qui t end à amener les particules dans les crevasses formées entre les parois 184 et les' prolongements 185.
La figure 23 illustre l'anneau 186 avec un dessin
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de gravure qui remplit le même but que pour l'élément des figures 21 et 22. Les canaux 187 à la figure 23 sont façonnés de telle sorte qu'une paroi 183 de ceux-ci est dotée de plusieurs parties rentrantes espacées 189.
Il convier de remarquer aux figures 21 à 23 que la gravure amène les fonds et lesparois des canaux à être rugeux . Par conséquent, les surfaces de fond et de paroi elles-mêmes servent à retenir les particules, qui passeraient à travers si les surfaces étaient lisses, Le degré de rugo- sité peut être commandé à volonté et il peut être tel que les surfaces soient relativement irrégulières pour favoriser la retenue des particules à séparer par filtration du fluide.
D'après la description qui précède, il sera évident que les moyens de filtre suivant l'invention peuvent être incor- porés dans une large variété de configurations. En outre, étant donné que le moyen de filtre est de construction intégrale ou unitaire, il n'y a pas de possibilité de migration de ce moyen, c'est-à-dire l'enlèvement et le déplacement de parties de l'agent de filtre qui peuvent être entrainées dans le courant de sortie. En outre, étant donné qu'aucune matière étrangère n'est introduite lors de la fabrication dans l'élément de fil- tre, comme c'est le cas avec des moyens de filtre frittés, en treillis ou en forme de tamis, il n'y a pas de possibilité qu'une telle matière étrangère soit libérée dans le courant de sortie par suite de vibrations ou de phénomènes analogues.
Suivant la présente invention, une cartouche de fil- tre peut être soumise à un essai par bulles préalablement à l'installai.,ion de l'assemblage de filtre. Si une zone de surfa- ce défectueuse quelconque devait alors être découverte, la pile d'éléments de filtre peut être relâchée et les disques ,
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ou épaisseur de filtre défectueus4ndividuel les peuvent être re- tiréeset remplacées par d'autres disques de filtre et la car- touche peut alors être réassemblée. Ce processus élimine un complètement la nécessité d' renforcement quelconque, comme il est commun avec les types de filtre à tamis ou fritté,
avec lesquels un brasage destiné à la fermeture de vides inacceptables a pour résultat l'addition de matière étran- gère qui peut être perdue dans le courant de sortie et qui réduit également la superficie de filtration.
Le filtre suivant la présente invention peut être net- toyé plus efficacement par des vibrations sonores ou méca- niques, étant donné que ces vibrations n'ont pas pour résul- tat l'enlèvement et le déplacement d'une partie quelconque des moyens de filtre. En outre, étant donné qu'une cartouche de filtre peut être retirée à partir de l'assemblage de filtre après une période d'utilisation et desserrée afin de réaliser est un espacement entre les éléments de filtre, il/à présent pos- sibl.e de nettoyer l'espace de filtration en profondeur du filtre aussi bien que la zone de filtration marginale.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
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"Filtered".
The present invention relates to filters and, more particularly, to a filter intended to remove solid contamination elements from a fluid used by downstream organs.
There is a constant need for improvement
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filters intended for the removal of solid particles from liquid or gaseous media. More recently, this need has become acute in connection with the separation of particles smaller than one hundred microns from hydraulic fluids, fuels and other fluids used in missiles and aircraft.
Heretofore, wire mesh and sintered filters have been commonly used for the separation of particles smaller than one hundred microns. However, these types have the inherent disadvantage of having very short service lives at the efficiency level indicated by their absolute and nominal ratings.
For example,
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The manufacturing processes inherently involve a high level of contamination of the filter element resulting from the sintering or weaving process; the filters have very poor resistance to vibration stresses; filters are by nature pen capable of withstanding high pressure differences;
filters
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have, a range of background.iolll1ement E '"(lt ç'mp6rllt ltl'e not satisfactory and, the filter elements cannot be cleaned after use and therefore they are not reusable. above and other filters available previously are eliminated according to the present invention,
More precisely, one of the important objects of the invention is to provide a filter element of a unitary structure or in an integral part which can be manufactured. and put into use in a perfectly clean condition without there remaining any contaminating element coming from the manufacture.
As a result, when filter elements of this type are placed in service,
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they do not release parts of themselves downstream into the output stream, even when subjected to extreme sonic vibrations, shocks or excessive pressure differences.
Another object of the invention is to provide a filter using one or more stacks of such unitary filter elements which are loaded under compression to form a rigid column which will withstand extremely high pressure differences. In addition, the stacked arrangement of the filter elements provides a marginal type of filtration in combination with a depth filtration type, the latter type of filtration serving to trap elongated contaminants, while the marginal or super type. - Filtration software captures spherical particles or the like.
Yet another object of the invention is to provide a filter which can be sold in absolutely clean condition and which can be re-slurried under field service conditions after being put into service. In this regard, the filter according to the present invention has a removable cartridge and an arrangement. Stack of filter elements allowing the compressive force exerted on the elements to be relieved, so that each individual element can be easily cleaned while the stack is in its relaxed state.
In addition, individual filter elements of the stack, which are found to be defective under a bubble test, can be removed and replaced, while with sintered or wire mesh filters, defects discovered afterwards. bubble test, are brazed or welded, thereby adding material which can be
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lost in the output current.
Other details and features of the invention will emerge from the description below, given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a perspective view of a filter assembly according to the invention, the assembly seen in longitudinal section on a diametral plane, in order to reveal details of the internal construction.
Figure 2 is a perspective view of the filter cartridge used in the assembly of Figure 1.
Figure 3 is a cross-sectional view of the filter assembly, taken on line 3-3 of Figure 1.
Figure 4 is a partial plan view of area 4 in Figure 3, on a larger scale, illustrating details of. configuring one side of a filter element.
Figure 5 is a sectional view taken along line 5-5 of Figure 4, on an even larger scale.
Figure 6 is a plan view of an alternate configuration of a filter element for use in the assembly of Figure 1.
Figure 7 is an axial sectional view of an alternative embodiment of a filter assembly.
Figure 8 is a cross-sectional view taken along line 8-8 of Figure 7.
Figure 'Sa is a partial plan view of one surface of one of the filter elements of the assembly of Figure 7.
Figure 9 is a longitudinal sectional view of a radiator type filter assembly according to the invention.
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Figure 10 is a sectional view taken along line 10-10 of Figure 9.
Figure 11 is a partial plan view of area 11 of Figure 10, on a larger scale, illustrating the configuration of one side of a filter element.
FIG. 12 is an axial sectional view of an alternative embodiment of an inclined filter assembly.
Figure 13 is a cross-sectional view taken on line 13-13 of Figure 12, illustrating a dual input arrangement for the incoming current.
Figure 14 is a sectional view taken along line 14-14 of Figure 12.
Figure 15 is a partial plan view of area 15 of Figure 14, on a larger scale.
Figure 16 is a sectional view taken along line 16-16 of Figure 14.
Figure 17 is a cross-sectional view of a filter cartridge containing another configuration of filter element.
Figure 18 is a partial plan view of an internal area of a thin sheet of metal bearing a reserve design, to illustrate a step in the process of manufacturing a filter element.
Figure 19 is a view of the resist drawing on the other side of the piece of metal foil shown in Figure 18.
Fig. 20 is a sectional view taken along line 20-20 of Fig. 18, schematically indicating another step in the process of etching the filter elements.
Figure 21 is a partial plan view of another
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embodiment of a filter element according to the invention,
Figure 22 is a partial, enlarged plan view of the filter element of Figure 21.
Figure 23 is a partial plan view of yet another element. filter according to the invention.
Figure 1 shows a T-type Filter assembly 20, in which is. mounted a filter cartridge 21, such. as illustrated in Figure 2. This assembly comprises a generally cylindrical housing 22 which may be made in one piece with an upper end wall 23 closing off the upper end of the housing.
The housing defines a generally cylindrical chamber 24 having a smooth bead 25 at its intended lower end. to slidably receive a cylindrical cage 26 of the cartridge 21, the upper end or cover of the chamber 24 has a locating pin 27 projecting downwardly and provided. ' to fit in a blind locating bore 28
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pra: 1 <j1> é dn.5 the upper face H 'a wing in one piece of the: xt!' emJ '- upper of the cage 26. The far.t, outhe 21 is thus maintained in angular association predetermined in the housing 22.
At its lower end, the chamber
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2d e-. ', Threaded i'1teri.urementJ as indicated at 301 in order to receive by screwing a verionillage disc 31 with the aid of which the filter cartridge is held securely against the top of the housing 22. Below the screw thread internal 30, the chamber 24 has a smooth counter-bore 32 in order to. to slide a part of cylindrical timbering
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of a capurhoa '33 which closes the interior extremityc: du (; é) r't, .er.
This cap can be held in place by several bolts
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34 or other 1., .. '.0 :: rin Fi ..' '^ nīaç in order to close the lower end of the housing 22. The interlocking end of the chamber is bevelled, as shown in 35 in order to receive a to ofdal ring 36 which is mounted around the boss of the cap 33.
The filter cartridge 21 defines a torus with the housing 22, to which the fluid to be filtered is fed through an inlet port 37 and an intermediate passage 38. The cartridge 21 contains a battery. , arranged coaxially, of annular shaped filter discs 40, defining a hollow core for the filter cartridge. Thus, the fluid circulates radially inwards from the torus, between the discs 40, to then pass through the hollow core of the cartridge and escape from an outlet port 41 of the housing. To ensure that no amount of fluid bypasses the filter cartridge 21, a twist groove 42 is made in the upper end wing 29 of the filter cage 26 to hold a toroidal ring 43.
Each of the filter elements is made of an impervious material, preferably a metal foil which has been etched, cut, laminated, stamped or otherwise shaped. For delicate applications where. For example, it is desired to establish a filter having an absolute rating of 25 microns, the filter elements preferably comprise a sheet of stainless steel which is completely formed by etching.
More specifically, it will be assumed that the filter 20 has an absolute rating of 25 microns. Each of the identical filter discs 40 is then made of a steel sheet
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stainless steel, by etching the sheet in the illustrated annular configuration so as to leave on one surface of the disc a set or pattern of protrusions 40a in one piece with an impermeable base portion 40b.
The stainless steel sheet from which the discs 40 are etched has a pitch thickness of 0.002 inch and is partially etched on one side to a depth of 0.001 inch so that the protrusions 40a s' extend 0.001 inch above the base section 40b, The discs 40 can be etched with unbroken inner and outer peripheral edges, if desired, but in this case, in order to increase the marginal filtration area, the discs have been engraved so as to leave a 40c serrated outer edge and they may also have a 40d crenellated inner edge. Another inner and outer marginal configuration for another form of disc 40 'is shown in Figure 6,
with internal and external sawtooth edges 40d 'and 40c, respectively, etched into the disc.
As shown in Figure 5, the discs 40 are stacked one on top of the other with the protrusions 40a of one disc in contact with the smooth unetched surface of another disc 40, so that there is a gap on both the inner and outer edges of a pair of adjacent 0.001 inch discs.
Therefore, when a stack of disks 40 is kept under compression and coaxially, as in cartridge 21, marginal filtration occurs at the outer edge of disks 40, such that particles exceeding 25 microns in diameter. are prevented from circulating radially inward through the pile, Inwardly of the surface
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of the cell, a type of depth filtration is encountered due to the presence of the protrusions 40a which will capture elongated particles having a diameter of 25 microns or less which have managed to penetrate inwards from the cell. the outer surface of the battery.
Such elongated particles, such as, for example, cotton waste, will not be able to follow the meandering path between the closely spaced projections 40a and, therefore, will be retained.
As shown in Figure 4, the protrusions 40a are Y-shaped and are closely spaced therebetween. More precisely, in each projection 40a, the arms of the Y open radially outwardly of the disc, with the tail of the Y disposed substantially in a radial direction with respect to the disc. A stagnation cavity 46 is thus defined by the pair of arms of each Y-shaped protrusion 40a, which will capture a substantial portion of all spherical and fibrous particles smaller than 25 microns which burst at the marginal filtering action of the disk stack.
It should also be noted that a gap between the tail portions of a pair of adjacent Y-shaped protrusions 40a is interrupted by a stagnation cavity 46 of another protrusion 40a located behind the adjacent pair of. Figure 4, an adjacent pair of x and y protrusions have a gap between their tail portions interrupted by the stagnation cavity of another protrusion. With this arrangement, not only is a very sinuous path defined for the retention of particles
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elongated, but the clearance between the projections 40a can be kept very low in order to stop the passage of particles, less than 25 microns, which may not be retained in the stagnation cavities 46.
The discs 40 have an external diameter that allows them. to be slidably received in the cage 26 and an internal diameter corresponding to the diameter of the opening of the output stream through the wing 20 in the upper end of the cage. When the cartridge 21 is assembled, all of the discs 40 are oriented as shown in Figure 5, i.e. with the protrusions 40a of each disc meeting the underside or un-etched surface of the disc 40. , immediately above or adjacent. For a 25 micron filter, 400 of the discs 40 are, used for each inch of filter, measured axially of the stack of filter discs.
The required number of discs are placed in the cage 26 so as to rest at the end of the stack, on the wing 29 of the upper end of the cage. At intervals of about an inch, purrs
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, iEßy4 ri; id:
65, are placed in the pil>. of discs in order to see'mribucr to maintain the discs <: t> between a rotation, ion when a torque is. applied to one end of the stack in order to compress into a rigid column and also to prevent the disks from tilting horb planes ;, perpendicular to the axis of the stack, which could occur due to a build-up of
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t01é! '' :: l! Jces dr :; discs or a dccwuuJatioI1 of slightly curved diyciu.
The lower end of the casing or casing
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2 have! a: atid .. in order to receive a nut 49 intended for sec-
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rer the stack of discs 40 against the wing 29. The discs 40, before tightening, must not be perfectly flat and the loosely contained stack of discs and washers will have play to occupy a total length greater than the finished length. After tightening nut 49 all clearance between the discs will be taken up and there will be approximately 500 discs per inch and the entire stack has the characteristics of a relatively incompressible loaded structural column.
In this connection, the narrow spacing of the protrusions 40a is important, as well as the distribution pattern of the protrusions, in order to ensure a large proportion of the protrusions will not penetrate the surface of another disc or cause its. curvature. Care must be taken to ensure that a majority of the protrusions of a disc are in bearing contact with areas of an adjacent disc which are also the bases of the protrusions of the adjacent disc to define areas in columnar form through superimposed protrusions or superimposed areas of protrusions.
After tightening the nut 49, a lock nut 50 is screwed into the threaded lower end or skirt of the casing 26. The cartridge 21 is then ready to be placed in the housing 22 in order to be held in place by the nut.
31 which is applied against the lower end of the cage or the casing 26.
As shown in Figure 2, the wall of the cage 26 is cut between the lower end skirt
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"04 l 'ed, I \, it> i: inr6I ied, 0;: ;; and the upper end, leaving four bars 51,52,53 and 54 extending longitudinally and between which the outer edges 40c of disks 40
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are exposed, as the marginal filtration zone of the filter cartridge. The opening between the bars 51 and 52 has a shorter length than the other openings, in order to provide a deflector 55. Because of the locating pin 27, the cartridge 21 is placed in the housing 22 in a predetermined angular association. , so that the deflector 55 is located opposite the passage 38 from the inlet 37 of the housing 22.
Thus, when the fluid to be filtered enters the casing 22 and leaves the passage 38, the particles in the latter do not strike the edges of the discs 40 behind the deflector 55. Consequently, the wear of the outer edges of this group of disc 40 is avoided and particulate matter in the fluid is dispersed uniformly through the torus defined around the filter cartridge.
To balance the pressure of the fluid exerted on the retaining nuts, a system of pressure relief ports is provided in the nuts 49, 50 and 31.
Nut 49 has a plurality of lumens 60 extending from the upper surface on the outer edge of the nut downward and radially inward so as to open out at the lower surface of the nut. The top surface of the nut 50 is formed with a shallow cylindrical cavity 61, and the key holes 62 of the nut 50 extend through the latter, so that fluid reaches the cavity 61 from the lumens 60. can pass through the nut 50. Similarly, the nut 31 has key holes 63 extending from side to side in order to allow the fluid to pass towards the space between the nut 31 and the heavy cap 32. for crankcase 22. In this way the pressures increase
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equalize on nut 31, nut 50 and nut 49.
In Figure 7 the invention is incorporated in an in-line filter assembly 70. In this assembly, a tubular housing 71 is made with a one-piece internal bulkhead 72. On the downstream side of the bulkhead, a annular recess 73 is formed to receive a ring 74 which constitutes one end of a cage to contain a stack of filter discs 75. The other end of this cage comprises a ring or a ring 76 arranged in a plane. diametrical with respect to the axis of the stack of filter discs 75 and interconnected with the ring 74 by several ribs 77.
The discs 75 can also be made of a very thin metal foil which is first die-shaped to a conical configuration and then etched to leave the flat ring-like configuration. as shown, with inner and outer edges' 75a and 75b, respectively. Next, one side of the disc is etched to the desired depth, leaving circular protrusions 75c in one piece with an unperforated base portion 75d. For example, if it is desired to have a filter with an absolute rating of 25 microns, the filter discs are made of 0.002 inch foil and one side is etched so as to leave the protrusions 75c extending 0.001 inch beyond. above base section 75d.
In Figures 7,8 and 8a, it will of course be appreciated that the thickness of the filter discs and the apparent area and height of the protrusions 75c and the spacing between them have been greatly exaggerated for the sake of clarity. 'drawing
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as is the case with the other filter elements illustrated in the drawings.
The filter discs 75 are arranged in a stack as shown in Figure 7, such that the etched surface of one disc meets the unetched surface of an adjacent disc. The stack of filter discs 75 is then compressed to achieve the desired structural column effect and to achieve the desired 0.001 inch gap between the outer edges for marginal filtration.
The downstream side of the partition 72 is formed with a truncated appendage 80 intended to receive the concave face of the disc 75 at the end of the disc stack. The cage for the filter discs 75 is first inserted with the ring 74 in place on the shoulder 73.
Then the loose stack of discs 75 is introduced through the opening in the ring or ring 76 'The stack is thus kept in coaxial alignment by the furrow. The downstream end of the housing 71 is threaded. as indicated at 81, in order to receive by screwing a downstream end fitting 82, formed with a peripheral genge 83 for housing a torofdal ring 84 intended to establish a seal for the fluid between the fitting and the casing, The end connector 82, at its internal end, has a planar end face 85 intended to meet the ring 76 of the disk retaining cage.
In the planar end 84, the connector 82 is formed with a frustoconical seat 86 intended to receive the convex face of the disc 75 at this end of the stack of filter discs. The tightening of the
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end fitting 82 causes the stack of filter discs 75 to compress against the formed disc seat. on the appendage of the partition 72. In this connection, 3 / annular recess 73 leaves a play allowing a total or complete compression of the stack of filter discs. The end fitting 83 is itself externally threaded in order to receive a locknut or locking nut 87 which can be brought against the corresponding end of the housing 71 in order to hold the end fitting 82 in the tightening position.
End fitting 82 has an axially extending outlet lumen 88 communicating with an outlet lumen adapter 89 which is threaded into the end fitting. A torotal ring 90 is held between adapter 89 and the threaded bore of end fitting 82 to provide a seal for the fluid.
The bulkhead 72 is formed with a plurality of spaced passages 91 so as to receive incoming fluid from an inlet end fitting 92 threaded into the inlet end of the housing 71, as shown at 93. The fitting @ inlet end 92, at its inner end, is shaped with a peripheral groove 94 intended to house a toroldal ring 95 in order to provide a seal for the fluid between the housing and the inlet end fitting.
The latter also has an axially extending inlet 96 which is threaded to receive an inlet lumen adapter 97. A toroidal ring 98 is held under the head of the adapter 97 to provide a seal. for fluid between adapter and fitting 92.
When operating the filter assembly
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70, the incoming current enters the fitting 92 and is distributed through the openings 91 of the partition 72 in the annular space defined between the stack of filter elements.
75 and the housing wall 71. Marginal filiation of particulate matter occurs at the outer edges of filter discs 75, with the marginal spacing determining the absolute capacity of the filter assembly 70. Fluid then flows to the inside to the hollow core of the filter disc stack following the frustoconical paths determined by the configuration of the filter discs 75 and deep filtration occurs, so that more / than the elongated particles of / small diameter cpe l The marginal gap are retained by the projections 75c.
The filtered output current is then sent out from the hollow core of the filter disc stack.
75 through the bore 88 in the outlet fitting 82. Thus, the filtering action of the filter assembly 70 is very similar to that of the filter assembly 20. However, a pressure drop lower will be encountered with filter assembly 70, because of the frustoconical configuration of the filter discs and the corresponding configuration of the passages, which gives an axial component to the flow of fluid through the filter.
In FIG. 9, the invention is incorporated in a filter assembly of the radiator type 110. The filter housing has a body 111 whose lower end.
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f2,!, t closed '': by a seal..112 .mal.1! t-t>!). 1, .I. in, place .. below a bottom cap 113 which is held by several suitable bolts or other fasteners 114.
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The upper end of the body 111 is closed on its edge by another gasket 112, below a removable cover plate 115 which is also held by several bolts 114. An intake port 116 is provided in a wall. end of the body 111 and in the opposite end wall is an outlet port 117.
The filter assembly 110 has a stack of identical filter elements 120. As shown in Figure 10, each of these elements is an elongated rectangular strip, preferably of stainless steel, which has been etched. rectangular in shape illustrated and also engraved to produce marginal spaced front and rear compression buttons 120d and Y-shaped protrusions 120a shown at an exaggerated scale in Figure 11.
As in the case of the filter elements 40 of the filter assembly 20 of Figure 1, at a capacity of 25 microns, each of the filter elements 120 has a total thickness of 0.002 inches, which constitutes the total of one. 0.001 inch base section thickness 120b and protrusion height 120a, above base section also 0.001 inch.
The gap between the leading edges 120c of an adjacent pair of filter elements 120 is thus 0.001 inch in the spaces between the knobs 120d, so that all particles larger than 25 microns are excluded from the gap. radiator bank filter elements.
The Y-shaped protrusions 120a are arranged with the same type of design as that used for the filter discs 40 of Fig. 3, so that a stagnation cavity 121 of each rear row of protrusions is behind the protrusion. interval between the marginal buttons before 120d or between a pair adja-
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cent of protrusions immediately in front of the stagnation cavity. Similarly, the spacing between adjacent protrusions
120a is preferably kept 0.001 inch, that is, the space between opposing legs of an adjacent pair of Y. The legs and tail of each Y may be of the order of width. 0.003 inch and each Y may have a total length of 0.030 inch and a total width of 020 inch.
As shown in Figure 10, the bank of filter elements 120 is held in place in the body 111 by a pair of vertically extending slots 123 which are provided in the opposing side walls of the body. If desired, a gasket or the like can be used in each groove or slot 123 to prevent unfiltered fluid from bypassing the ends of the filter element bank 120. However, such means can be eliminated if the filter elements 120 are of the required length to ensure a press fit in the slots 123 or if they are longer than the gap between the bottoms of the slots
123 from a distance of 0.001 inch.
A clamp bar 124 is placed on the top of the filter element bank 120 and it is also of the desired length so that its ends are received in the slots 123. The opposite ends of the bar 124 can be provided with means of. fluid tightness where they can also have a very tight fit in the slots, with a clearance tolerance not greater than the total capacity of the filter.
When the cover plate 115 is attached to the clamp bar 124, the latter fully compresses the bank of filter elements 120, eliminating any play,
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so that a massive vertical column is obtained with approximately 500 filter elements 120 on each inch of the height of the radiator bank. To hold the filter element bank 120 against the working pressure difference of the filter, a pair of support columns 125 meet the downstream side of the filter element bank. As shown in figure
10, these vertically extending columns 125 preferably have flat bearing surfaces contacting the rear face of the bank of filter elements.
Referring to Figure 9, it can be seen that each column, at its lower end, has a pin made in one piece 126, which is housed in a complementary bush formed in the upper surface of the column. the lower plate 113. At its upper end, each column 125 has a cylindrical wing 127 made in one piece and which can be received in a complementary pocket 128 formed in the lower face of the upper cover 115. A spring
129 is housed in the cylindrical wing 127 and the pocket 128 in order to bring each column 125 down by firmly pressing the pin 126, at the lower end, into its socket.
This arrangement allows play at a shoulder 130 defined between the collar 127 and the upper end of the column 125, in order to ensure that the height of the columns, 125 will not prevent complete tightening of the cover 115 on the bar 124, in order to fully compress the stack and also to ensure that the gasket 112 at the upper end of the body is firmly clamped in place.
In Figure 12, the invention is embodied in another configuration of in-line filter assembly 130.
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A cylindrical housing 131 has at one end a frustoconical shaped dome 132 which turns into an intake port 133. This dome is internally tapped to receive an intake pipe 134 coaxially with the crankcase. The other end of housing 131 is formed with a peripherally extending outer wing 135, on which is placed a base plate 136 of a removable filter cartridge. A suitable toroidal ring
137 is mounted between wing 135 and base plate 136.
The latter, in turn, supports a mounting wing
138 of a cap member 139 which has a threaded outlet lumen 140 for receiving an outlet pipe
141. A toroldal ring 142 is mounted between the meeting faces of the mounting wing 138 and the base plate 136 to provide a fluid tight seal between these parts. Wing 135, base plate 136, and mounting wing 138 are formed with alignable bores to receive suitable bolt fasteners 143 to hold these parts together.
The filter cartridge is carried on the base plate 136 and can be removed together with the base plate after removing the bolts 143 and the cover member 139 from the housing 131. The cartridge includes several identical filter discs 145 , several tie rods
146 extending longitudinally and anchored at one end in base plate 136 and threadably engaged at the other.
end in a pressure plate 147. In the filter cartridge are also incorporated a plate 148, held by the tie rod 146, and a pressure screw 149, engaging with the plate 147 and acting to tighten @
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the filter discs 145 between the plate 148 and the base plate 136.
Specifically, the filter discs 145, for a 25 micron filter, are made of 0.002 inch stainless steel sheet which is etched with the configuration of the plan view shown in Figure 14. Each disc is generally circular and has a central opening 145a as well as a sawtooth outer edge 145b. This outer edge is not continuous but, at positions 90 apart, it is formed with semi-circular notches 145c, intended to receive the tie rods 146. The filter discs 145 are thus marked with an angular orientation. desired, relative to each other and relative to base plate 136.
Each of the filter discs 145 is formed with four circularly spaced, arcuate shaped grooves or openings 145d, and the base plate 136 is formed with openings 150 having the same configuration and spacing.
After etching the filter discs 145 to the planar configuration described, they are etched to produce the surface configuration shown schematically in Figure 14. Thus, one surface of each disc is etched to a depth of 0.001 inch to leave the surface. illustrated design of Y-shaped protrusions having an elevation of 0.001 inch above a base section 145f of a thickness of 0.001 inch and also leaving four buttons or elongated reliefs or areas of relief 145g being - Tending radially from the central hole 145a. In other words, the areas of relief 145g and the projections
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145th Y-shaped are not etched, while the rest of the disc surface is etched to a depth of 0.001 inch.
The Y-shaped projections are arranged in accordance with the scheme described above.
In filter assembly 130, incoming current enters intake lumen 133 and stack of hay filter elements 145 from the annulus between the stack of filter elements and the wall. of the housing 131 and from the hollow core defined by the inner edges 145a of the stack of filter discs. As shown in Fig. 13, the plate 148 has several radially extending passages 152, the inner ends of which are in communication with an axially disposed port 153 which has the same diameter as that of the filter openings 145a, while communicating with the crux core defined by the holes 145a.
Therefore, the incoming current flows radially inward from the outer edge of the stack of filter discs 145 and also radially outward from the hollow core of the stack. The filtered output stream, i.e. the fluid in the arc passages 145d is then drawn axially from the filter stack through the base plate passages 150, the outlet lumen 140 and of pipe 141.
Referring to Figure 14, it will be appreciated that in each of the quadrants or distinct areas of the filter discs 145, the Y-shaped protrusions 145e, located radially outward from the arc openings 145d, are arranged so as to have their stagnation cavities 155 directed outwards. In each quadrant
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Of the filter discs 145, the Y-protrusions 145e which lie radially inward of the arched openings 145d are oriented with their stagnation cavities directed radially outward. With respect to the scale of the drawings, it will again be appreciated that the relative size of the protrusions is greatly exaggerated for clarity of illustration.
As in the filter assemblies described above, in filter assembly 130 also the filter discs 145 are stacked with the etched side of one disc meeting the smooth unetched side of an adjacent disc. These discs in conformity are assembled with each disc marked by the tie rods 146, so that the buttons 145g, the projections 145e and the openings 145d are stacked in conformity. The openings 145d come into alignment with the openings 150 in the base plate 136, while the hollow core defined by the holes 145a comes into alignment with the lumen 153 of the plate 148.
As shown in Figure 13, the tie rods 146 extend through apertures suitably located in the plate 148, these openings having a sliding fit on the tie rods. Plate 147 is also shaped with openings for slidably receiving tie rods 146 and is held in place thereon by cap nuts 157 which threadly engage the ends of the tie rods. Set screw 149 is threaded into a threaded bore in the center of. the clamping plate 147 and the inner end of the screw rests against the center of the plate 148 to remove any play
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and fully compressing the stack of filter discs between plate 148 and base plate 136.
Again, for assuming a 25 micron / filter rating, when the stack of filter discs 145 is fully compressed, there are nearly 500 such discs per inch of axial length of the stack. In this regard, it is important to note that, as shown in figure 16, the knobs 145g and the protrusions 145e are exactly superimposed, so that when the stack is fully clamped it has characteristics of rigidity and structural column. similar to that of a thick-walled tube.
Figure 17 illustrates another embodiment of the invention which is designed to prevent any filter disc from being placed in a cartridge in the reverse position, i.e. with the projections of the filter disc coming into contact with the projections or the etched side of another filter disc. In this case, there is provided a filter cartridge or cage 161 of total configuration generally similar to that of the cage.
26 shown in Figure 2 and which has a spaced pair of longitudinally extending bars 162 and 163, between the opposite end bars of the cage. Although / 162 and 163 are relatively widely spaced, another pair of bars have relatively small cross-sectional area 164 and 165 are closely spaced enough to define a keyway 166 between them.
This keyway receives a compression relief region 167 which protrudes radially outward from a filter disc
168 and the disc has several protrusions in one piece 169
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on one surface, in the area between the outer edge 168a and the inner edge 168b of the ring-like disc.
Note that the outer edge 168a of the filter disc is shaped with a substantially semi-circular notch 168c which is located generally opposite the compression relief 167; but offset with respect to a diameter which would meet this relief or this compression tab.
A locating rod 170 is mounted in the filter cage 161 at a position corresponding to the gap between the bars 162 and 163 to come into alignment with the locating notch 168 of the filter element. If the filter disc is reversed, it cannot be accepted by the cartridge; because the locating notch 168c would not line up with the locating rod 170, even if the compression tab 167 were located in the keyway 166. Thus, there is no possibility that a any isolated filter 168 can be inserted into the cartridge in the inverted position and the desired marginal gap between the discs will always be maintained, since there is no possibility that the protrusions 169 of a disc will come into place. on projections 169. of an adjacent disc.
As already indicated, it is highly preferred that the filter elements be obtained by etching the filter element from a thin sheet of metal, so as to leave an absolutely clean filter medium. , of which none. part cannot be input to get lost downstream in the filter output current. This process can be carried out,. as shown in Figures 18, 19 and 20 which illustrates, by way of example, steps in forming the filter disc 168 shown in Figure 17.
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Figure 18 shows a corner area of a thin sheet of metal 175 which can be considered to have a pitch thickness of 0.002 inches. For convenience, the face of the metal sheet 175 shown in Figure 18 will be referred to as the top side, corresponding to what may be referred to as the top side of the filter disc 168 shown in Figure 17. The opposite side of the metal sheet 175 is shown in figure 19.
In Figures 18 and 19, the shaded areas represent a suitable etching resist material which can be applied by a screen printing or photographic process in order to isolate or protect those areas of the sheet which are to remain unetched. Thus, in Figure 17, the circular raised projections 169 and the area of the tab or of the compression relief 167 are the only unetched areas of the upper face of the filter disc 163.
The same references have been used in Fig. 18 to show corresponding areas of the sheet 175 which are covered by the resist material, so as not to be removed from the top surface of the sheet by the sealing agent. attack. Similarly, in Figure 18, the references 168a and 168b indicate the edges of the masked areas of the sheet 175 which correspond to the outer and inner edges 168a and 168b of the filter disc 168 shown in Figure 17.
On the underside or opposite side of sheet 175, as shown in Figure 19, the entire surface of the sheet is obscured by the resist, except the outer edge 168a, including the registration notch 168c and the compression tab 167, as well as the fully circular inner edge 168b.
You will notice that the delimitation lines
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of the various filter elements marked on the top surface in Figure 18 are in symmetrical association with the lines delimiting the filter elements marked on the bottom surface in Figure 19 and the designs on the opposite sides of the sheet are obviously exactly superimposed. Therefore, when the resist coated sheet 175 is dipped in an etchant, the exposed areas of the sheet are attacked by this agent simultaneously on both sides of the sheet.
This is shown schematically in Figure 20, where it will be seen that metal has been removed between the masked protrusions 169, around the outer edge 168a and around the inner edge 168b, the etched areas being etched simultaneously from the opposing faces of leaf. It should be understood that in the illustration of Figure 20 the etchant has not yet fully penetrated, but in the illustrated example of a 0.002 inch thick sheet the etchant agent has sufficient force to penetrate to a depth of 0.001 inch, such that each of the filter elements 168 will be completely separated from the sheet 175 along the edges 168a and 168b and only one area of each filter element will have metal removed between the projections 169a on this side of the sheet only.
In the event that filter elements with the configuration of element 75 of Figure 8 are desired, a sheet of metal similar to sheet 175 of Figures 18-20 can first be stamped to a shape. frustoconical by forming dies and the resist is then applied so as to etch the filter elements with their protrusions from the preformed sheet.
Alternatively, flat filter elements can be obtained from a thin sheet of metal by first drilling the
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blanks with a desired planar configuration from the sheet by means of piercing dies and then applying a resist to the filter element blanks to effect removal of metal from a surface to leave the configuration and the desired distribution of the projections. However, an engraving for cutting the filter disc blank is or the disc completely shaped from the sheet, highly preferable, since it does not involve the possibility of the production of waste and. chips as well as pieces of metal, as could result from drilling the sheet with drilling dies.
Figures 21 to 23 illustrate filter elements having specially shaped etch patterns for causing fluid passing through a filter to be vortexed, causing particles to be entrained and retained in crevices. Referring to Figures 21 and, -22, a thin metal ring 181 is etched so as to provide curved channels 182 through which the fluid circulates inwardly of the ring, best shown in figure. Figure 22, the etched channel 182 in the illustrated arrangement has an uninterrupted curved wall 183 and a curved wall 184 with a folded 'portion 185 extending into the channel and towards the outer edge of the channel. ring,
With a stack of filter elements of such a construction,
the fluid expelled through the channels is subjected to a swirl or centrifugal force which tends to bring the particles into the crevices formed between the walls 184 and the extensions 185.
Figure 23 illustrates the ring 186 with a drawing
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engraving which serves the same purpose as for the element of Figures 21 and 22. The channels 187 in Figure 23 are shaped such that a wall 183 thereof is provided with several spaced re-entrant portions 189.
It should be noted in Figures 21 to 23 that the engraving causes the bottoms and walls of the canals to be rough. Therefore, the bottom and wall surfaces themselves serve to retain particles, which would pass through if the surfaces were smooth. The degree of roughness can be controlled at will and it can be such that the surfaces are relatively irregular to promote retention of the particles to be separated by filtration from the fluid.
From the foregoing description, it will be evident that the filter means according to the invention can be incorporated in a wide variety of configurations. Further, since the filter means is of integral or unitary construction, there is no possibility of migration of this means, i.e. the removal and displacement of parts of the agent. filter which can be drawn into the output current. Further, since no foreign matter is introduced during manufacture into the filter element, as is the case with sintered, mesh or sieve-shaped filter means, it is not necessary to There is no possibility that such foreign matter will be released into the output stream as a result of vibrations or the like.
In accordance with the present invention, a filter cartridge may be subjected to a bubble test prior to the installation of the filter assembly. If any defective surface area should then be discovered, the stack of filter elements can be released and the discs,
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or individual defective filter thickness can be removed and replaced with other filter discs and the cartridge can then be reassembled. This process completely eliminates the need for any reinforcement, as is common with sieve or sintered filter types,
whereby brazing to close unacceptable voids results in the addition of foreign material which may be lost in the output stream and which also reduces the filtration area.
The filter according to the present invention can be cleaned more effectively by sound or mechanical vibrations, since these vibrations do not result in the removal and displacement of any part of the filter means. . Further, since a filter cartridge can be removed from the filter assembly after a period of use and loosened in order to provide a gap between the filter elements, it is now possible. e cleaning the depth filtration space of the filter as well as the marginal filtration area.
It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made thereto without departing from the scope of the present patent.