CN101155623B - 过滤元件的结构，过滤方法和构造方法 - Google Patents

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Abstract

一种过滤元件(10)，包括第一外部管状结构(12)的过滤介质，形成第一开口的过滤器内部；第二内部管状结构(18)的过滤介质，形成第二开口的过滤器内部；第二结构的过滤介质位于第一开口的过滤器内部中，并且与第一结构的过滤介质径向间隔；和，第二开口的过滤器内部，形成未过滤流体通道(24)。塑料内衬(16)在第一开口的过滤器内部中，以支撑第一结构的过滤介质。塑料外衬(18)在第一开口的过滤器内部中，以支撑第二结构的过滤介质。已过滤流体通道(20)形成在内衬和外衬之间。支架结构(36)在第一和第二管状结构之间。所述支架结构可以包括弹簧，多个角撑板，或固体隔板。

Description

过滤元件的结构,过滤方法和构造方法
本申请是以美国公司Donaldson Company，Inc.，和英国公民PhilipEdward Johnson，以及美国公民David Meline Webb，Paul Stewart Booth，和David E.Carlson的名义于2006年3月30日提交的PCT国际专利申请，并要求申请日为2005年4月5日的美国临时专利申请第60/668,894的优先权。申请第60/668,894的完整公开内容在此被结合入本文。
技术领域
本申请涉及过滤器。具体地讲，本申请描述了过滤器，可用于在多路应用中过滤流体，以实现流体的清洁同时保持高流速。
背景技术
标准的过滤器只有单个介质包，只在一个方向过滤。这些类型的结构要求介质包在高压降条件下受支撑抵制坍塌。在这些类型的应用中，如果不降低流速或增加压降，效率就不能提高。效率上的提高还会导致容污量的下降。在许多应用中，介质在钢罐中，它污染钢成废钢，并导致消费者得到的废金属小于高价值。
因此希望改进。
发明内容
本发明提供了一种过滤元件，该过滤元件包括第一、外部管状结构的过滤介质，形成第一开口的过滤器内部；第二内管结构的过滤介质，形成第二开口的过滤器内部；所述第二结构的过滤介质位于第一开口的过滤器内部中，并且与第一结构的过滤介质径向间隔；所述第二开口的过滤器内部形成未过滤的流体通道。塑料内部衬垫在第一开口的过滤器内部之中，以支撑第一结构的过滤介质。塑料外部衬垫在第一开口的过滤器内部中，以支撑第二结构的过滤介质。已过滤流体通道形成在内部衬垫和外部衬垫之间。支架结构位于第一结构的过滤介质和第二结构的过滤介质之间。
本发明提供了一种过滤方法，包括引导未过滤的流体通过第一管状结构的介质并进入已过滤的流体空间；引导未过滤的流体通过第二管状结构的介质并进入已过滤的流体空间，所述第二管状结构的介质由第一管状结构的介质环绕，并与第一管状结构的介质径向间隔；和，用位于第一管状结构的介质和第二管状结构的介质之间的非金属支架结构支撑第一管状结构的介质和第二管状结构的介质。
本发明提供了一种构造过滤元件的方法。该方法包括选择第一过滤介质，并将第一过滤介质形成为具有非金属内衬的管状结构；选择第二过滤介质，并将第二过滤介质形成为具有非金属外衬的管状结构；可操作地在第一管状结构中定向第二管状结构，并且使第一过滤介质与第二过滤介质径向间隔；和，在第一管状结构和第二管状结构之间提供非金属支架结构。
附图说明
图1是根据本发明原理构造的过滤元件的截面视图；
图2是过滤器组件的透视图，包括外壳，具有可操作地安装在其内的图1所示过滤元件；
图3是可用于图1和2的过滤元件的外部衬垫的局部透视图；
图4是图3所示外部衬垫的端视图；
图5是图2所示过滤器组件的透视截面图，所述截面沿图2中的线5-5截取；
图6是根据本发明原理构造的过滤元件的第二实施例的截面视图；
图7是图6所示过滤元件的透视图；
图8是图7所示过滤元件的示意性透视图，具有一部分被切除以示出内部部件；和
图9是可用于图6-8所示过滤元件的部件的透视图。
具体实施方式
参见图1，总体以附图标记10示出了多元件过滤元件的一个实施例。过滤元件可用于多路系统中，使用两个不同的过滤介质来过滤来自共同槽的流体。在这些类型的系统中，随着时间流逝，过滤元件10的总体过滤效率会接近较高效率过滤介质的过滤效率。因此，即使小的旁流流体通过较高效率的介质，会有益于整体系统性能。此外，从共同源流入流体的不同效率和压降的两种介质会相对于通过各自的单独流动进行自我平衡。此外，两种过滤介质，具有内部和外部支撑以及其间的共同流动通道，可以用作彼此的结构性支撑。
在图1中，过滤元件10包括第一外部管状结构的过滤介质12。示出了第一外部管状结构的过滤介质12是圆柱形的，但可以是其它形状，包括圆锥形。第一结构的过滤介质形成第一开口的过滤器内部14。填塞第一开口的过滤器内部14的是内衬16，它用作向第一结构的过滤介质12提供支撑。内衬16是多孔或穿孔的，以允许流体流动通过第一介质结构12，并然后通过内衬16到开口的过滤器内部14。
在优选的结构中，内衬16是非金属的。在许多优选的结构中，内衬16会由塑料制成。过滤元件10的构造，如下所述，导致内衬16的材料与传统的金属衬垫作比较，相对较薄，轻质，和便宜。在优选的结构中，内衬具有的厚度不大于0.1英寸。在一种结构中，内衬16的厚度会在约0.090-0.099英寸。
第一外部结构的过滤介质12可以是多种不同类型的介质。例如，介质12可以是褶皱介质，非褶皱介质，合成的，纸等。当然，所用的介质12类型将取决于应用。
在所示的实施例中，过滤元件10还包括第二内部管状结构的过滤介质18。示出了管状结构的介质18是圆柱形，但可以是其它形状，包括圆锥形。在所示的实施例中，第二结构的过滤介质18位于第一开口的过滤器内部14中。优选地，第二结构的过滤介质18与第一结构的过滤介质12径向间隔，以在外部介质14和内部介质18之间形成流体通道20。介质18可以是多种类型的过滤介质，包括褶皱的，非褶皱的，合成的，纸，等等。
第二内部管状结构的过滤介质18形成第二开口的过滤器内部22。第二开口的过滤器内部22在其中形成流体通道24。在优选的实施例中，流体通道24是未过滤流体通道26。
支撑第二结构过滤介质18的是外衬28。外衬28是多孔或穿孔的，以允许流体流动通过其间。优选地，外衬28是非金属的。优选地，外衬28由塑料构成，具有的厚度不大于0.1英寸。在一种优选的结构中，外衬28具有的厚度在0.090-0.099英寸之间。
外部过滤介质14和内部过滤介质18之间的流体通道20也位于内衬16和外衬28之间。优选地，流体通道20是已过滤流体通道30。就是说，在操作中，优选地要过滤的流体流过第一过滤介质12的上游侧32，通过介质12，并通过内衬16到达已过滤流体通道30，同时未过滤的流体流入未过滤的流体通道26，通过内部过滤介质18的上游侧34，通过介质18，通过外衬28，并进入已过滤流体通道30。已过滤流体通道30中的流体然后离开过滤元件10，以在系统中使用。
为了平衡过滤元件10，提供了支架结构36。在所示的实施例中，支架结构位于第一管状结构的过滤介质12和第二管状结构的过滤介质18之间。在图1所示的特定实施例中，支架结构36在内衬16和外衬28之间并抵靠内衬16和外衬28。在本实施例中，支架结构36是内衬16和外衬28之间不可压缩的固体隔板38，以确保穿过外部介质12和内部介质18的压力是平衡的。在该实施例中，支架结构36由非金属材料构成，例如塑料。因为支架结构36的存在，与现有技术要求金属或非常厚的非金属衬垫以承受压力差的核心结构比较，内衬16和外衬28可由相对薄、轻质的塑料材料制成。
现参见图3和4，示出了支架结构36的一个实施例，包括至少一个肋，在内衬16和外衬28之间径向延伸并抵靠内衬16和外衬28。在所示的具体实施例中，支架结构36包括多个肋40，在内衬16和外衬28之间延伸并抵靠这两者。在所示的实施例中，外衬28具有肋40，沿外衬28的长度纵向延伸，以径向从外衬28突出，并抵靠内衬16。在所示的示例性实施例中，至少有3个肋40，例如4-10个肋40。每个肋40径向突出至少0.2英寸，通常0.25-1.25英寸，例如约0.3-0.5英寸。
可以使用支架结构36的其它实施例。支架结构36可以是，例如弹簧。该实施例在下文结合附图6-9加以描述。肋40可以具有许多不同的截面，包括方形，矩形，多边形，椭圆形，不规则形状等等。
再次参见图1，在所示的结构中，过滤元件10还包括第一开口的端盖50。端盖50形成开口或孔52。在通常的操作中，孔52会用作出口孔54。
在所示的实施例中，过滤元件10还包括第二端盖56，形成开口或孔58。在通常的操作中，孔58会是入口孔60。
在所示的结构中，第一结构的过滤介质12在第一端盖50和第二端盖56之间延伸。介质12可以通过多种不同的技术，包括例如，封装或模制，固定到端盖50和端盖56。
在所示的实施例中，第二结构的过滤介质18固定到第二端盖56。这样，在所示的实施例中，第二端盖56同时固定第一介质结构和第二介质结构18。第二过滤介质18可以通过多种不同的技术，例如封装或模制，固定到第二端盖56。
仍然参见图1，在所示的过滤元件10的实施例中，具有第三端盖62。示出第三端盖62是封闭的端盖，表示其间不形成流动孔。所示的实施例示出第二结构的介质18在第二端盖56和第三端盖62之间延伸并固定至第二端盖和第三端盖。同样，第二过滤介质18可以通过各种技术，包括例如，封装或模制，固定到第三端盖62。
在所示的实施例中，第三端盖62与第一端盖50轴向间隔。该轴向间隔有助于形成从已过滤流体通道30到出口孔54的流动路径。出口孔54与流体流动通道30相连通，以允许已过滤的流体从已过滤流体通道30通过出口孔54排出过滤元件10。入口孔60与未过滤流体通道26相连通。
在操作中，要过滤的流体流过外部介质12或内部介质18。当流过外部介质12时，流体以标准、顺流方向流动，从介质12的外侧流向开口的过滤器内部14，如箭头74所示。流体通过介质12过滤，并到达已过滤流体通道30。当未过滤的流体流过内部过滤介质18时，如箭头76所示，它流过入口孔60，进入未过滤流体通道26，通过过滤介质18的内部区域，并然后汇合其它已过滤流体通道30中的已过滤流体。内部过滤介质18作为逆流元件，使流体从开口的过滤器内部22流动，通过介质18，并到第二过滤介质18的外侧。当过滤器工作时，支架结构36有助于支持或支撑内衬16抵靠外衬28，并防止外部过滤介质12和内部过滤介质18毁坏。已过滤的流体，如箭头78所示，然后通过出口孔54排出过滤元件10。
现参见图2和5，在64处示出过滤器组件。过滤器组件64包括过滤元件10，可操作地定向在外壳68的内部66。在优选的装置中，过滤元件10可从外壳68内取出和更换。过滤器组件64可操作地固定在过滤器头70上。过滤器头70包括入口通道80，以允许未过滤的流体从中流过并到过滤元件10。过滤器头70还包括出口通道82，它允许已过滤的流体从已过滤流体通道30流出。在所示的装置中，在过滤器头70上的凸部(spud)86和元件10的第一开口端盖50之间形成密封84。在一些装置中，过滤器组件64可螺纹连接到头部70。
优选地，过滤元件10完全由环保材料构成。例如，过滤元件10由至少98％的非金属材料，优选至少99％，并更优选100％的非金属材料构成。当由至少98％的非金属材料构成时，过滤元件10易于焚化。
根据本发明原理构造的过滤元件可以在大范围的整体流速下工作，同时允许不同的过滤介质相对彼此自我平衡它们的流速。此外，由于外部介质12和内部介质18的独立构造，可以简单方便地形成许多不同的过滤介质组合。
构造过滤元件的方法可根据本发明的原理加以实施。例如，首先，选择第一过滤介质，并形成第一管状结构的介质12。第一管状结构的过滤介质12具有内衬16，优选为非金属内衬16。接着，选择第二过滤介质，并形成具有外衬28，优选为非金属外衬28的第二管状结构18。接着，第二管状结构18可操作地定向在第一管状结构12中。第一结构的过滤介质12相对第二结构的介质18安置，以便它们彼此径向间隔，以在其间形成流体通道20。接着，支架结构36设置在内衬16和外衬28之间并抵靠这两者。优选地，支架结构36是非金属的。
构造过滤元件的方法还包括将第一管状结构的介质12固定在第一开口端盖50和第二开口端盖56之间。所述方法优选包括将第二过滤介质结构18固定到第二开口端盖56，并且将过滤介质18的相对端固定到第三端盖62。
现将注意力转向图6的实施例。图6示出了过滤元件110的截面示图，它在很多方面与前述图1中的过滤元件类似。对于相同的部件，图6的过滤元件110将采用与图1类似的附图标记，只是在附图标记前加上100，以表示第二实施例。图1的部件的描述适用图6的描述，并在此被结合作为参考。一般，图6的过滤元件110包括第一外部管状结构的过滤介质112；第一开口的内部114；内衬116；第二内部管状结构的过滤介质118；流体通道120；第二开口的过滤器内部122；流体通道124；未过滤流体通道126；外衬128；已过滤流体通道130；上游侧132；上游侧134；支架结构136；第一开口端盖150；孔或开口152；出口孔154；形成开口或孔158的第二端盖156；入口孔160；和第三端盖162。尽管没有在单独的附图中示出，过滤元件110可操作地设置在外壳内，例如图2所示的外壳68，以形成过滤器组件64。
在图6的实施例中，支架结构136被具体化为弹簧180。图9示出了可用于所述装置的弹簧180的一个实施例。在图9中，示出弹簧180为螺旋弹簧182。优选地，螺旋弹簧182包括非金属材料，例如塑料。图9所示的实施例示出了3圈螺旋，但可以采用更多或更少圈，取决于过滤元件110的尺寸。
图6还示出了支架结构136’。支架结构136’可以在使用支架结构136(在图6中具体化为弹簧180)之外外加使用，或者它可以单独并独自使用(就是说，不使用支架结构136)。在图6所示的实施例中，支架结构136’包括多个角撑板(gusset)184。在所示的实施例中，角撑板184用作结构支架，在第一开口端盖150和第三开口端盖162之间延伸。
在图6的实施例中，卷曲支撑，或弹簧180，将第一管状结构的过滤介质112和第二管状结构的过滤介质118分离。随着流动和压力或污物加载增加，作用力将介质结构112，118和它们相应的支撑管128，116朝向彼此推动。所述力使卷曲支撑或弹簧180在其外表面上受压缩。所述力以箭头F1和F2示出。卷曲支撑180在多种情况下帮助承受非常高水平的所述力。
支架结构136’有助于承受相对的力F3(作用在第一开口端盖150上)和F4(作用在第三端盖162上)。具体地讲，在第一开口端盖150的外部上的力将端盖150向内并朝向介质112压缩。在第三端盖162的内部上的力F4将端盖162向外并远离第二过滤介质118推动。通过用角撑板184将端盖150连接到端盖162，力F3和F4彼此抵消并提供稳定的设计。该稳定性有助于防止如果第三端盖162被迫离开第二介质结构118并进入干净流动流178时可能产生的严重的故障。
图7是图6所示过滤元件110的透视图。在图7中，可以看到某些其他有用的特征。具体地讲，可以看到挠性耳部或突出部190从第一开口端盖150的最外周伸出。突出部190可用于将元件110与外壳的内壁间隔，如专利公开号WO 2004/033067中所示。专利公开WO 2004/033067的全部内容在此被结合作为参考。
图8示出了过滤元件110的另一个透视图，部分被切除以进一步阐明特征。在图8中，可以看到角撑板184从第三端盖162凸出。还可看到弹簧180。还可以看到第二内部过滤介质结构118的外衬128。
图6所示实施例的过滤和构造方法与前文结合图1的描述类似，并且在此被结合作为参考。
上述描述代表示例。根据本发明原理可以构造许多实施例。

Claims (11)

1.一种过滤元件，包括：
(a)第一外部管状结构的过滤介质；所述第一外部管状结构的过滤介质形成第一开口的过滤器内部；
(b)第二内部管状结构的过滤介质；所述第二内部管状结构的过滤介质形成第二开口的过滤器内部；
(i)所述第二结构的过滤介质位于第一开口的过滤器内部中；
(ii)所述第二结构的过滤介质与第一结构的过滤介质径向间隔；
(iii)所述第二开口的过滤器内部形成未过滤流体通道；
(c)在第一开口的过滤器内部中的塑料内衬，支撑第一结构的过滤介质；
(d)在第一开口的过滤器内部中的塑料外衬，支撑第二结构的过滤介质；
(i)已过滤流体通道形成在内衬和外衬之间；
(e)支架结构，位于第一结构的过滤介质和第二结构的过滤介质之间；
(f)第一开口的端盖；
(g)第二开口的端盖；
(i)所述第一结构的过滤介质在第一端盖和第二端盖之间延伸；
(h)第三端盖；所述第三端盖是闭合的；
(i)所述第二结构的过滤介质在第二端盖和第三端盖之间延伸；
(ii)所述第三端盖与第一端盖轴向间隔；和
(iii)所述支架结构包括多个角撑板，所述多个角撑板在第一端盖的开口和闭合的第三端盖之间径向延伸。
2.根据权利要求1所述的过滤元件，其中：
(a)所述第二开口端盖形成入口孔，与未过滤流体通道相通。
3.根据权利要求2所述的过滤元件，其中：
(a)所述第一开口端盖形成出口孔，与已过滤流体通道相通。
4.根据权利要求1所述的过滤元件，其中：
(a)所述过滤元件包括至少98％的非金属材料。
5.根据权利要求1所述的过滤元件，其中：
(a)所述外衬具有的厚度不大于0.1英寸；和
(b)所述内衬具有的厚度不大于0.1英寸。
6.一种过滤器组件，包括根据权利要求1-5中任一权利要求所述的过滤元件，所述过滤器组件包括：
(a)外壳，形成内部；
(i)所述过滤元件可操作地定位在外壳内部。
7.根据权利要求6所述的过滤器组件，其中：
(a)所述过滤元件在外壳中可取出和更换。
8.一种过滤方法，包括使用根据权利要求1-5中任一权利要求所述的过滤元件，和：
(a)引导未过滤的流体通过第一管状结构的介质并进入已过滤的流体空间；
(b)引导未过滤的流体通过第二管状结构的介质并进入已过滤的流体空间；和
(c)用第一管状结构的介质和第二管状结构的介质之间的非金属支架结构支撑第一管状结构的介质和第二管状结构的介质。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：
(a)所述引导未过滤的流体通过第二管状结构的介质并进入已过滤的流体空间的步骤包括，引导未过滤的流体通过第二端盖中的孔，进入未过滤流体通道，通过第二管状结构的介质，并进入已过滤的流体空间。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
(a)引导来自已过滤流体空间的流体通过第一端盖中的孔。
11.一种构造过滤元件的方法，所述方法包括：
(a)选择第一过滤介质，并使第一过滤介质形成具有非金属内衬的第一管状结构；
(b)选择第二过滤介质，并使第二过滤介质形成具有非金属外衬的第二管状结构；
(c)可操作地在第一管状结构中定向第二管状结构，并且将第一过滤介质与第二过滤介质径向间隔，包括：
(i)在第一开口端盖和第二开口端盖之间固定第一管状结构；
(ii)将第一管状结构和第二管状结构固定至第二端盖；
(iii)将第二管状结构固定至第三闭合的端盖，所述第三端盖与第一端盖轴向间隔；和
(d)径向在第一管状结构的第一开口端盖的开口和第二管状结构的闭合的第三端盖之间提供非金属支架结构。
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