CN104043295A - 具有密封件的过滤器滤芯及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气过滤器滤芯，所述空气过滤器滤芯具有过滤介质和垫圈结构，所述垫圈结构具有抵靠下游流面的周向垫圈件和靠近第一侧板的至少一部分延伸部分的侧向垫圈件。所述侧向垫圈件没有部分抵靠空气过滤器滤芯的第二、第三和第四侧板。所述空气过滤器滤芯可用于集尘器中，所述集尘器具有管板和从管板伸出的框架结构。所述周向垫圈件密封抵靠框架结构，而所述侧向垫圈件密封抵靠管板。

Description

具有密封件的过滤器滤芯及方法

本申请是申请日为2010年10月6日的PCT国际专利申请，指定除美国外的所有国家的申请人为美国公司唐纳森公司，而仅指定美国时的申请人为美国公民ThomasD.Raether，并要求了申请日为2009年10月14日的美国临时专利申请61/251,493、申请日为2010年5月14日的美国临时专利申请61/334,665和申请日为2010年7月1日的美国临时专利申请61/360,659的优先权。上述每篇专利申请的公开内容均在此以全文形式被结合入本文作为引用。

技术领域

本发明涉及用于净化空气的过滤器，例如用于集尘器和其它设备。具体地说，本发明涉及具有环绕(wrap-around)密封的z-过滤器和使用所述z-过滤器的集尘器及方法。

背景技术

集尘器用于从空气流中净化颗粒物质。集尘器的一个实施例包括袋式过滤器。袋式过滤器包括外壳、脏空气入口、洁净空气出口、和具有多个孔的管板。管板将外壳分成脏空气侧和洁净空气侧并且容纳过滤袋。过滤袋由过滤介质制成，以便当脏空气从脏空气侧流向洁净空气侧时，空气必须流过过滤袋，并且过滤袋的过滤介质阻止颗粒物质到达洁净空气侧。

集尘器的另一已知实施例包括使用具有圆柱形或椭圆形式的褶状介质的过滤器滤芯。所述过滤器滤芯由管板支撑，并且空气必须流过过滤器滤芯的褶状介质从脏空气侧流向洁净空气侧。希望对集尘器进行改进。

发明内容

在一个方面，提供了一种空气过滤器滤芯，所述空气过滤器滤芯包括介质包，所述介质包具有上游和下游相对的流面，第一和第二相对的侧面在所述上游和下游相对的流面之间延伸。第一侧板抵靠所述介质包的第一侧(面)。垫圈结构具有周向垫圈件，所述周向垫圈件抵靠所述下游流面并且围绕所述下游流面的周边。所述垫圈结构还包括侧向垫圈件，所述侧向垫圈件与所述周向垫圈件成一体，并且靠近所述第一侧板的至少一部分延伸部分。

在另一方面，一种过滤空气的方法包括将脏空气引入外壳的未过滤空气室，所述外壳具有管板和框架结构。随后，存在引导脏空气通过第一空气过滤器滤芯的介质包的上游侧以便从脏空气除去杂质并且使得过滤后的空气位于已过滤空气室中的步骤。所述介质包具有上游和下游相对的流面。随后，存在通过垫圈结构阻止脏空气绕过第一空气过滤器滤芯的步骤，所述垫圈结构包括抵靠下游流面并围绕下游流面的周边的周向垫圈件，所述周向垫圈件被压抵框架结构。与所述周向垫圈件成一体并且靠近第一侧板的至少一部分延伸部分的侧向垫圈件被压抵管板密封表面。

在另一方面，用于过滤器滤芯的垫圈包括具有自由端和相对的第一端的第一垫圈部分；具有自由端和相对的第二端的第二垫圈部分；所述第二垫圈部分相对于所述第一垫圈部分成20°-70°的角度；第一垫圈部分与第二垫圈部分的长度的比率在1-2.5之间；和，连接第一垫圈部分的第一端和第二垫圈部分的第二端的中间垫圈部分。第一垫圈部分、第二垫圈部分和中间垫圈部分一起形成开口的过滤器滤芯容纳腔，所述过滤器滤芯容纳腔被构造和设置成容纳过滤器滤芯。

应当指出，并非本文所述所有这些特定的特征需要被结合入结构中，以便所述结构具有本发明的某些选定的优点。

附图说明

图1是由槽纹片材固定至表面片材构成的z-过滤介质的单面条的局部示意性透视图；

图2是由槽纹介质固定至表面介质构成的单面片材的放大示意性局部图；

图3是各种选定的槽纹形状的示意图；

图3A是单面介质包的另一槽纹介质结构的示意性局部截面图；

图3B是另一可替换的槽纹定义的示意性局部截面图；

图3C是用于介质包的另一槽纹定义的示意性局部截面图；

图4是根据本发明用于介质包的制作单面介质的工艺的示意图；

图5是针刺槽纹的一个示例的示意性截面图；

图6是由单面介质材料的卷绕片材构成的卷绕介质结构的示意性透视图；

图7是层叠介质结构的示意性透视图；

图8是根据本发明原理构造的利用具有单面过滤介质条的层叠的介质包的空气过滤器滤芯的第一实施例的透视图；

图9是图8中的空气过滤器滤芯的分解透视图；

图10是图8中的空气过滤器滤芯的俯视图；

图11是图8中的空气过滤器滤芯的截面视图，所述截面沿着图10的线11-11剖开；

图12A是图11中的截面的一部分的放大图；

图12B是用于图8-11的过滤器滤芯的垫圈的轮廓的放大图；

图12C是图12B的垫圈的透视图；

图13是根据本发明原理构造的具有由单面过滤介质材料条的层叠构成的介质包的空气过滤器滤芯的另一实施例的透视图；

图14是图12中的空气过滤器滤芯的一部分的截面的放大图；

图15是根据本发明原理构造的利用图8-14所示类型的空气过滤器滤芯的集尘器的一个实施例的正视图；

图16是图15中的集尘器的截面视图，所述截面沿着图15的线16-16剖开。

具体实施方式

I.Z-过滤介质结构，概述

槽纹过滤介质可用于以多种方式提供流体过滤器结构。一种公知的方式被称为z-过滤器结构。本文所用的术语“z-过滤器结构”是指一种过滤器结构，其中各个波纹状的、折叠的或以其它方式形成的过滤槽纹用于形成成组的纵向过滤槽纹以便流体流过所述介质；流体沿着槽纹的长度(方向)在介质的相对的入口和出口流端(或流面)之间流动。

一种类型的z-过滤介质利用两种特定的介质部件结合在一起，以形成介质结构。所述两种部件是：(1)槽纹(通常波纹状)介质片材，和(2)表面介质片材。表面介质片材通常是非波纹状的，不过它可以是波纹状的，例如垂直于槽纹方向，如申请日为2004年2月11日的美国临时申请60/543,804中所述，该申请在此被结合入本文作为引用。

槽纹(通常波纹状)介质片材和表面介质片材一起用于形成具有平行的入口和出口槽纹的介质；即槽纹片材的相对侧可用作入口和出口流区域。在一些情况，槽纹片材和非槽纹片材被固定在一起，并随后卷绕以形成z-过滤介质结构。所述结构披露于例如美国专利US6,235,195和6,179,890，所述两篇文献的每一篇在此被结合入本文作为引用。在某些其它结构中，槽纹介质固定至扁平(平面)介质的某些非卷绕部分彼此层叠，以形成过滤器结构。这种情况的一个示例在本文的图7中示出。

通常，槽纹片材/表面片材组合围绕其自身卷绕以形成卷绕的介质包是通过使表面片材向外进行的。用于卷绕的一些技术披露于申请日为2003年5月2日的美国临时专利申请60/467,521，和申请日为2004年3月17日的PCT申请US04/07927，该申请于2004年9月30日公开为WO2004/082795。结果，所得到的卷绕结构一般具有一部分表面片材作为介质包的外表面。在一些情况，可以围绕介质包设置保护性覆盖层。

当在本文中使用术语“波纹(状)”时，是指介质中的结构，表示使介质穿过两个波纹辊之间，即进入两个辊之间的辊隙或辊缝所得到的槽纹结构，其中每个辊具有适于在所得到的介质中形成波纹效果的表面特征。术语“波纹”不是指通过不涉及使介质穿入波纹辊之间的辊缝的技术所形成的槽纹。不过，术语“波纹”旨在适用于即使在波纹成形后，例如通过折叠技术，介质被进一步改动或变形的情况。波纹介质是槽纹介质的一种特定形式。槽纹介质是各槽纹(例如通过波纹成形或折叠成形而形成)延伸通过其间的介质。

可维修的过滤元件或利用z-过滤介质的过滤器滤芯结构有时被称为“直通流动结构”或其变形。一般，在本文中表示可维修的过滤元件一般具有入口流端(或面)和相对的出口流端(或面)，其中流体沿大体相同的直通方向流入和流出过滤器滤芯。(对于本定义，术语“直通流动结构”忽略通过表面介质的最外层卷流出介质包的任何空气流。)本文中的术语“可维修的”是指含有介质的过滤器滤芯被定期地被从相应的空气滤清器中取出和更换。

直通流动结构(特别对于卷绕介质包)例如与可维修的过滤器滤芯(如被结合入本文作为引用的美国专利No.6,039,778中所示类型的圆柱形褶状过滤器滤芯)不同，其中在该美国专利中流体在穿过可维修的滤芯时一般转向。也就是说，在6,039,778的过滤器中，流体通过圆柱形侧面进入圆柱形过滤器滤芯，并随后转向以便通过端面流出(在顺流系统中)。

本文中使用的术语“z-过滤介质结构”及其变形，没有更多说明，是指下述中的任一种或全部：波纹状或其它形式的槽纹介质固定至(表面)介质的网，具有适当的密封以阻止空气流在没有通过过滤介质进行过滤的情形下从一个流面流向另一流面；和/或，所述介质被卷绕或以其它形式被构造或形成为三维网络的槽纹；和/或，包括所述介质的过滤器结构。在许多结构中，z-过滤介质结构被设置成用于形成入口和出口槽纹的网络，入口槽纹在与入口面相邻的区域处开口而在与出口面相邻的区域处闭合；并且，出口槽纹在邻近入口面处闭合而在邻近出口面处开口。不过，可替换的z-过滤介质结构是可能的，参见例如公开日为2006年5月4日的US2006/0091084A1；也包括在相对的流面之间延伸的槽纹，具有密封结构以阻止未经过滤的空气流过介质包。

在本文的图1中，示出了可用于z-过滤介质的介质1的示例。介质1由槽纹(波纹状)片材3和表面片材4形成。这里，由槽纹片材固定至表面片材构成的介质条有时被称为单面条，或相似的术语。一般，图1的波纹片材3的类型一般在本文被表征为具有规则的、弯曲波型的槽纹或波纹7。在本文中术语“波型”是指交替的波谷7b和波峰7a的槽纹或波纹型式。在本文中术语“规则的”是指波谷和波峰对(7b，7a)以大体相同的重复波纹(或槽纹)形状和大小交替。(另外，通常在规则的结构中，每个波谷7b基本上是每个波峰7a的倒置。)术语“规则的”因此表示，波纹(或槽纹)型式包括波谷和波峰，其中每一对(包括相邻的波谷和波峰)重复，而沿槽纹长度的至少70％在波纹的尺寸和形状上没有明显改变。本文中的术语“基本上(明显)”是指由用于形成波纹或槽纹片材的工艺或形式的变化所导致的改变，而不是由于介质片材3是柔性的这一事实所引起的微小变化。关于重复型式的表征，并不是指在任何给定的过滤器结构中，必然存在相等数量的波峰和波谷。介质1可以止于例如一对波峰和波谷之间，或部分沿着一对波峰和波谷。(例如，在图1中，局部所示的介质1具有8个完整的波峰7a和7个完整的波谷7b。)另外，相对的槽纹端(波谷和波峰的端部)可能彼此不同。所述端部的变化在这些定义中被忽略，除非特别指出。也就是说，槽纹端部的变化旨在被上述定义所涵盖。

在表征波纹的“弯曲”波型的上下文中，术语“弯曲”是指一种波纹型式，它不是介质的折叠或折纹形状的结果，而是每个波峰的顶点7a和每个波谷的底部7b沿半径曲率(曲线)形成。不过替换例是可行的，所述z-过滤介质的通常半径会是至少0.25mm，并且通常不大于3mm。

对于波纹片材3，图1所示具体的规则的弯曲波型的另一特征是，在每个波谷和每个相邻波峰之间的大致中点30处，沿着槽纹7的长度的大部分，设置有过渡区域，在该过渡区域曲率(弯曲部分)倒置。例如，观察图1中的背面或表面3a，波谷7b是凹入区域，而波峰7a是凸出区域。当然，当朝向正面或表面3b观察时，表面3a的波谷7b形成波峰；而表面3a的波峰7a形成波谷。(在一些情况，区域30可以是直段，而不是点，在段30的端部弯曲部分(曲率)倒置。)

图1所示具体规则的弯曲波型的波纹片材3的一个特征是，各波纹大体是直的。术语“直的”在本文中表示，通过边缘8和9之间长度的至少70％(通常至少80％)，波峰7a和波谷7b在截面上没有明显变化。术语“直的”结合图1所示的波纹型式，部分使该型式区别于锥形槽纹的波纹介质，所述锥形槽纹的波纹介质披露于WO97/40918的图1和公开日为2003年6月12日的PCT公开号WO03/47722。例如，WO97/40918的图1中的锥形槽纹是弯曲的波型，但不是“规则”的型式，或直槽纹型式，如本文所用的术语。

参见当前图1并如上所述，介质1具有第一和第二相对的边缘8和9。当介质1被卷绕并形成为介质包时，一般边缘9会形成介质包的入口端，而边缘8形成出口端，尽管相反的定向是可行的。在所示的示例中，邻近边缘8设置有密封剂，在本示例中为密封边10的形式，将波纹状(槽纹)片材3和表面片材4密封在一起。密封边10有时会被称作“单面”密封边，因为它是形成单面或介质条1的波纹片材3和表面片材4之间的密封边。密封边10在邻近边缘8处密封闭合各槽纹11，以阻止空气从其通过。

在所示的示例中，邻近边缘9设置有密封剂，在本示例中为密封边14的形式。密封边14一般在邻近边缘9处闭合槽纹15，以阻止未经过滤的流体穿过其中。密封边14通常在介质1绕自身卷绕时应用，其中波纹片材3定向向内。因此，密封边14会在表面片材4的背面17和波纹片材3的一面18之间形成密封。密封边14有时会被称为“卷绕密封边”，因为它通常在条1被卷绕成卷绕介质包时应用。如果介质1被切成条状并且层叠而非卷绕，密封边14被称为“层叠密封边”。

参见图1，一旦介质1被结合入介质包，例如通过卷绕或层叠，它可以按如下方式工作。首先，沿箭头12方向的空气会进入邻近端部9的开口槽纹11。由于在端部8处被密封边10闭合，空气会由箭头13所示穿过介质。空气随后穿过邻近介质包的端部8处的槽纹15的开口端15a流出介质包。当然，上述作业也可以在空气流沿相反方向的情况进行。

一般而言，z-过滤介质由槽纹过滤介质固定至表面过滤介质构成，并且被设置成在第一和第二相对的流面之间延伸的槽纹的介质包。在介质包内设置有密封剂结构，以确保在第一上游边缘处进入槽纹的空气在没有通过介质进行过滤的情况下不能从下游边缘处流出介质包。

对于本文图1所示的具体结构，平行的波纹7a、7b大体完全直的从边缘8到边缘9穿过介质。直槽纹或波纹可以在选定的位置尤其在端部被变形或折叠。在上述“规则的”、“弯曲的”和“波型”的定义中，一般忽略用于闭合的槽纹端部处的改动。

不使用直的、规则的弯曲波型波纹(槽纹)形状的Z-过滤器结构是已知的。例如，在Yamada等人的U.S.5,562,825中示出了利用有些半圆(截面)的入口槽纹邻近窄V-形(带有弯曲侧)的出口槽纹的波纹型式(参见专利文献5,562,825的图1和3)。在Matsumoto等人的U.S.5,049,326中，示出了由具有半管的一片材连接至具有半管的另一片材而形成的圆形(截面)或管状槽纹，其中在所得到的平行直槽纹之间具有平区域，参见Matsumoto’326的图2。在Ishii等人的U.S.4,925,561(图1)中，示出了折叠成具有矩形截面的槽纹，其中槽纹沿其长度成锥形。在WO97/40918(图1)中，示出了具有弯曲波型(来自相邻的弯曲凸出和凹入的波谷)但沿其长度成锥形(并因此不是直的)的槽纹或平行波纹。另外，在WO97/40918中，示出了具有弯曲波型，但具有不同大小的波峰和波谷的槽纹。

一般，过滤介质是相对柔性的材料，通常是(纤维素纤维、合成纤维或两者的)无纺纤维材料，通常其中包括树脂，有时用添加(其它)材料进行处理。因此，它可以被成形或设置成不同的波纹型式，而没有不可接受的介质损坏。另外，它可易于卷绕或以其它方式设置以供使用，同样没有不可接受的介质损坏。当然，它必须具备一种性质，使得它在使用中会保持所要求的波纹结构。在波纹成形工艺中，对介质进行非弹性变形。这能阻止介质回(恢复)到其原来的形状。不过，一旦张力释放，槽纹或波纹会趋于反弹(回弹)，只恢复已发生的拉伸和弯曲的一部分。表面片材有时被粘接至槽纹片材，以抑制波纹片材中的这种反弹。波纹片材3、表面片材4或两者的介质可被设置成在其一面或两面上具有细纤维材料，例如根据U.S.6,673,136，该文献在此被结合入本文作为引用。

与z-过滤器结构相关的一个问题涉及各槽纹端部的闭合。通常设置密封剂或粘合剂以实现闭合。从上文所述显而易见，在通常的z-过滤介质中，尤其是采用直槽纹而非锥形槽纹的z-过滤介质中，在上游端和下游端都需要大的密封剂表面面积(和体积)。在这些位置的高质量密封对于所获得介质结构的正确工作是至关重要的。高密封剂体积和面积产生与之相关的问题。

仍参见图1，在附图标记20处示出粘接边设置在波纹片材3和表面片材4之间，将两者固定在一起。粘接边可以例如是非连续线的粘合剂。粘接边还可以是点，其中介质片材被焊接在一起。

从上文所述显而易见，波纹片材3通常不连续固定至表面片材(沿着两者连接处的波谷或波峰)。因此，空气可以在相邻的入口槽纹之间和可替换的在相邻的出口槽纹之间流动，而不通过介质。不过，进入入口槽纹的空气在不通过至少一介质片材进行过滤的情况下不能从出口槽纹流出。

现在参见图2，其中示出了采用槽纹(在本示例中是规则的弯曲波型的波纹)片材43和非波纹的平的表面片材44的z-过滤介质结构40。点50和51之间的距离D1限定了在给定波纹槽纹53下面的区域52中的平面介质44的延伸部分。在相同距离D1上的波纹状槽纹53的弓形介质的长度D2当然大于D1，这是由于波纹状槽纹53的形状。对于用于槽纹过滤器应用的通常规则形状的介质，介质53在点50和51之间的线性长度D2一般会是D1的至少1.2倍。通常，D2在D1的1.2-2.0倍的范围内，包括端值。空气过滤器的一种尤其常用的结构具有的设置为D2为约1.25-1.35倍的D1。例如，所述介质已被商用于DonaldsonPowercore^TMZ-过滤器结构中。这里，比率D2/D1有时被表征为槽纹/平面比或波纹状介质的介质拉伸性。

在波纹纸板行业中，已定义了各种标准的槽纹。例如，标准E槽纹、标准X槽纹、标准B槽纹、标准C槽纹和标准A槽纹。所附图3结合下文的表A提供了这些槽纹的定义。

Donaldson Company,Inc.(DCI)，本发明的受让人，已经在各种Z-过滤器结构中使用了标准A和标准B槽纹的变形。这些槽纹也在表A和图3中进行了定义。

表A

应当指出，可以使用例如申请日为2008年6月26日的USSN12/215,718和申请日为2008年2月4日的12/012,785中所表征的可替换槽纹定义，空气滤清器特征如下文所表征。

在图3A-3C中，示出了过滤介质的示例性部分的截面图，其中槽纹片材具有沿槽纹长度的至少一部分延伸的一个或多个非峰脊。图3A示出了槽纹片材具有一个非峰脊81设置在相邻的峰82,83之间，而图3B和3C示出了槽纹片材具有两个非峰脊84、85设置在相邻的峰86、87之间。非峰脊81、84、85可以沿着任意量的槽纹长度包括例如槽纹长度的20％至槽纹长度的100％的量延伸。此外，槽纹片材可被设置成在所有相邻的峰82、83、86、87之间没有非峰脊81、84、85，并且可被设置成在相邻峰82、83、86、87之间具有不同数量的非峰脊81、84、85(例如，在任何结构中交替的零、一个、或两个非峰脊。)非峰脊81、84、85的存在可帮助在给定的空间中提供更多可用于过滤的介质，并且可帮助减小槽纹片材上的应力(压力)，从而允许峰处更小的半径并因此减小介质掩蔽。所述介质可用于本发明的结构中。

II.利用槽纹介质制造卷绕的介质结构，概述

在图4中，示出了用于制成对应于图1所示条1的介质条(单面)的制造工艺的一个示例。一般，将表面片材64和具有槽纹68的槽纹(波纹)片材66结合在一起以形成介质网69，在其间70处设置有粘合剂密封边。粘合剂密封边70会形成图1所示的单面密封边14。术语“单面密封边”表示设置在单面的层之间(即槽纹片材和表面片材之间)的密封剂密封边。

在工位71处进行可选的针刺工艺，以形成位于网中间的中心针刺部分72。z-过滤介质或Z-介质条74可以在75处沿密封边70切割或切开以形成z-过滤介质74的两个部分76、77，所述两个部分各自具有一边缘，其中密封剂条(单面密封边)在波纹和表面片材之间延伸。当然，如果采用可选的针刺工艺，具有密封剂条(单面密封边)的边缘还会具有一组槽纹在该位置处被针刺。条或部分76、77随后可被切割成单面条以供层叠，如下文结合图7所述。进行图4所表征工艺的技术披露于公开日为2004年1月22日的PCTWO04/007054。

仍参见图4，在使z–过滤介质74通过针刺工位71并最终在75处被切开之前，介质74必须成形。在图4所示的示意图中，这通过使介质92的片材穿过一对波纹辊94、95来实现。在图4所示的示意图中，介质92的片材从卷96展开，绕张力辊98卷绕，并然后通过波纹辊94、95之间的辊隙或辊缝102。波纹辊94、95具有齿104，所述齿104在平面片材92通过辊隙102之后会形成大体希望形状的波纹。在通过辊隙102后，片材92穿过机器方向变成波纹状并且在66处被标记为波纹片材。波纹片材66随后被固定至表面片材64。

仍参见图4，所述工艺还示出了表面片材64被送到针刺工艺工位71。表面片材64被示出为保存在卷106上，并随后被引导至波纹片材66以形成Z-介质74。波纹片材66和表面片材64通常会通过粘合剂或通过其它方式(例如通过超声波焊接)固定在一起。

参见图4，示出了粘合剂线70用于将波纹片材66和表面片材64固定在一起，作为密封剂密封边。可替换的，用于形成表面密封边的密封剂密封边可以如标记70a所示应用。如果在70a处应用密封剂，可能需要在波纹辊95中并且可能在两个波纹辊94,95中留有间隙，以容纳密封边70a。当然，如果需要，可以改动图4的设备以便提供粘接密封边20。

波纹介质所具有的波纹类型可以选择，并且通过波纹辊94、95的波纹或波纹齿规定。一种可用的波纹型式是直槽纹的规则弯曲波型波纹，如上文所定义。所用的一种通常的规则弯曲波型是这样的，即波纹型式中如上文所定义的距离D2是上文所定义的距离D1的至少1.2倍。在示例应用中，通常D2＝1.25-1.35xD1；尽管其它替换例是可能的。在某些情况，所述技术可适用于弯曲波型，所述波型不是“规则的”，包括例如不采用直槽纹的波型。此外，由所示弯曲波型的变形是可能的。如上所述，图4所示的工艺可用于形成中心针刺部分72。图5以截面图示出了针刺和切开后的槽纹68中的一个。

可以看到折叠结构118形成具有四个折纹121a、121b、121c、121d的针刺槽纹120。折叠结构118包括平的第一层或部分122，所述部分122固定至表面片材64。示出第二层或部分124压抵第一层或部分122。第二层或部分124优选通过折叠第一层或部分122的相对外端126、127而形成。

仍参见图5，两个折叠或折纹121a、121b一般在本文中会被称为“上部、向内的”折叠或折纹。术语“上部”在本文中表示当沿图5的方向观察折叠120时，折纹位于整个折叠120的上部。术语“向内的”是指每个折纹121a、121b的折叠线或折纹线彼此相向。

在图5中，折纹121c、121d一般在本文被称作“下部、向外的”折纹。术语“下部”在本文中是指沿图5的方向观察时，折纹121c、121d不像折纹121a、121b那样位于上部。术语“向外的”表示折纹121c、121d的折叠线彼此相背。

本文中所用的术语“上部”和“下部”具体是指从图5的方向观察时的折叠120。就是说，它们并不表示折叠120在实际产品使用时所取向的方向。

根据上述表征并参见图5，可以看到在本发明中根据图5的规则的折叠结构118包括至少两个“上部、向内的折纹”。所述向内的折纹是独特的，并且有助于提供一个整体结构，其中折叠不会对相邻槽纹造成明显侵蚀。还可以看到第三层或部分128压抵第二层或部分124。第三层或部分128通过折叠第三层128的相对内端130、131而形成。

观察折叠结构118的另一种方式是结合波纹片材66的交替波峰和波谷的几何结构。第一层或部分122由倒置的波峰形成。第二层或部分124对应双峰(在倒置波峰后)，所述双峰相向折叠并且在优选结构中折叠抵靠倒置的波峰。

通过优选方式结合图5所述的用于提供可选针刺的技术披露于PCTWO04/007054。用于卷绕介质、应用卷绕密封边的技术披露于申请日为2004年3月17日的PCT申请US04/07927。

针刺闭合槽纹端的可替换方法是可能的。所述方法可涉及例如不居中于每个槽纹进行针刺并在不同槽纹上辊压或折叠。一般，针刺涉及折叠或以其它方式操纵邻近槽纹端的介质，以实现受压的、闭合的状态。本文所述的技术非常适用于由卷绕单个片材的步骤而形成的介质包，所述单个片材包括波纹片材/表面片材组合，即“单面”条。

卷绕介质包结构可具有各种外周周边定义。在本文中术语“外周、周边定义”及其变形是指当观察介质包的入口端或出口端时所限定的外部周边形状。通常的形状是圆形，如披露于PCTWO04/007054和PCT申请US04/07927。其它可用的形状是长圆形，长圆形的一些示例是椭圆形。一般，椭圆形具有由一对相对的侧边连接的相对的弯曲端。在一些椭圆形中，相对的侧边也是弯曲的。在其它的椭圆形中，有时被称为跑道形，相对的侧边一般是直的。跑道形披露于例如PCTWO04/007054和PCT申请US04/07927。描述外周或周边形状的另一种方法是通过定义在垂直于所述卷的卷绕通道的方向上取通过介质包的截面所得到的周边。

介质包的相对流端或流面可具有各种不同的定义。在许多结构中，所述端(部)一般是平的并且互相垂直。在其它结构中，端面包括锥(楔)形的、卷绕的阶梯部分，可被定义成从介质包的侧壁的轴向端向外轴向突出或从介质包的侧壁的一端轴向向内突出。

槽纹密封(例如单面密封边、卷绕密封边或层叠密封边)可由各种材料形成。在不同的参考和本文引用的文献中，披露了热熔或聚氨酯密封可以用于不同的应用。

图6中的附图标记130总体表示卷绕介质包130。卷绕介质包130包括单个条130a的单面材料围绕中心卷绕，所述单面材料由槽纹片材固定至表面片材构成，所述中心可包括芯，或者如图所示可以没有芯。通常，卷绕时使表面片材定向向外。如前文所述，一般会采用单面密封边和卷绕密封边，以便在介质内提供槽纹密封。所示的具体卷绕介质包130包括椭圆形介质包131。不过，应当指出本文所述的原理可以从具有圆形构造的介质包开始使用。

在图7中，示意性地示出了由z-过滤介质条形成层叠的z-过滤介质包的步骤，每个介质条由槽纹片材固定至表面片材构成。参见图7，示出了单面条200被添加至与条200相似的条202的层叠201。条200可由图4中的条76、77的任一个切成。在图7的205处示出了层叠密封边206应用在对应于条200、202的每一层之间，位于与单面密封边或密封相对的一边缘。(还可以通过将每一层添加至层叠的底部而非顶部来进行层叠。)

参见图7，每个条200、202具有前和后边缘207、208以及相对的侧边缘209a、209b。构成每个条200、202的波纹片材/表面片材组合的入口和出口槽纹一般在前和后边缘207,208之间延伸，并且平行于侧边缘209a、209b。

仍参见图7，在形成的介质包201中，210、211处表示相对的流面。在过滤过程中，选择流面210、211中的哪一个作为入口流面和哪一个作为出口流面是可以选择的。在一些情况，层叠密封边206被设置在靠近上游或入口面211；在另一些情况设置是相反的。流面210,211在相对的侧面220,221之间延伸。

图7中所示形成的层叠介质包201在本文中有时被称为“块状”层叠介质包。本文中的术语“块状”表示该结构形成为矩形块状，其中所有面相对于所有相邻的壁面成90o。其它的结构设置是可行的，如下文结合某些其它附图所讨论。例如，在一些示例中，层叠可以形成为使每个条200与相邻条从对齐的位置稍微偏移，以形成平行四边形或倾斜的块状形状，其中入口面和出口面彼此平行，但不垂直于上和下(底)表面。在一些示例，介质包会被称为在任何截面具有平行四边形，表示任意两个相对的侧面大体彼此平行延伸。对应于图7的块状层叠结构披露于在先申请U.S.5,820,646。应当指出，USSN10/731,504中所示的层叠结构是倾斜的层叠结构。

具有上游和下游流面的各种过滤介质被构思并可用于不同的实施例中。在这些过滤介质中包括褶状介质的形式，其中槽纹具有限定的峰以减少掩蔽，例如披露于专利公开号US2010/0078379，该专利文献在此被结合入本文作为引用。

III.示例空气过滤器滤芯和集尘器

A.示例空气过滤器滤芯，图8-14

在图8中总体以320示出了空气过滤器滤芯的一个实施例。空气过滤器滤芯320包括介质包322。介质包322可包括很多不同类型的过滤介质，包括例如褶状的过滤介质，具有限定的峰的褶状以减小掩蔽，或Z-介质。在所示的示例中，介质包322是具有上游流面324(图11)和相对的下游流面326的z-介质。在所示的实施例中，上游流面324和下游流面326大体是扁平的、平面的，并且彼此平行。

介质包322包括在上游和下游流面324、326之间延伸的第一和第二相对侧面328、329(图11)。介质包322还包括在上游和下游流面324、326之间延伸的第三和第四相对的侧面330、331(图9)。如图8-10的实施例可见并如上所述，在本实施例中，上游流面324和下游流面326是平行的。在本实施例中，介质包322的每一条334相对于水平面自上游流面324向下游流面326成一角度，所述角度是20-80度，例如30-60度，并且更具体的为40-50度。

仍参见图8-11，所示的空气过滤器滤芯320包括抵靠介质包322的第一侧面328的第一侧板336。第一侧板336通常是刚性材料以帮助保护介质包322。它可以是硬质塑料或者它可以是金属。第一侧板336被示出为从上游流面324延伸至下游流面326。第一侧板336可通过不同的方式抵靠介质包322。例如，第一侧板336可以是直接模制到介质包322上的模制件；或者它可以是通过粘合剂或胶水固定的预制件。可使用其它连接方法。

在本实施例中，空气过滤器滤芯320还包括抵靠介质包322的第二侧面329的第二侧板337。在本实施例中，还有抵靠介质包322的第三侧面330的第三侧板338和抵靠介质包322的第四侧面331的第四侧板339。第二侧板337、第三侧板338和第四侧板339各自帮助保护介质包322。它们可以是由刚性材料制成的预制件并且可包括随后通过粘合剂或胶水固定的硬质塑料或金属；可替换的，它们可以是直接模制到介质包322的模制件。在所示的实施例中，第二侧板337、第三侧板338和第四侧板339的每一个从上游流面324延伸至下游流面326。

根据本发明的原理，空气过滤器滤芯320还包括垫圈结构340。垫圈结构340在安装空气过滤器滤芯320的任何系统中与适当的密封表面形成密封，使得待过滤的空气不能绕过介质包322。

在本实施例中，垫圈结构340包括周向垫圈件341和侧(向)垫圈件342。周向垫圈件341抵靠下游流面326并且围绕下游流面326的边缘或周边。在所示的实施例中，周向垫圈件341形成矩形窗口343，窗口中的开口暴露下游流面326。

在本实施例中，侧向垫圈件342靠近第一侧板336的至少一部分延伸部分。术语“部分延伸部分”表示侧向垫圈件342仅覆盖第一侧板336的一部分。术语“靠近(邻近)”表示至少当滤芯320可操作地安装以便用于集尘器时邻近第一侧板336的部分延伸部分。在所示的实施例中，侧向垫圈件342延伸的距离不大于第一侧板336的总长的40％。在所示的具体实施例中，侧向垫圈件342抵靠第一侧板336。示出了延伸的距离为第一侧板336的总长的至少5％并且通常10-30％。

在本实施例中，介质包22包括单面过滤介质材料条34的层叠，其中每个条34包括槽纹介质片材3(图1)固定至表面介质片材4(图1)并且定向成使每个槽纹片材的槽纹7(图1)沿着上游和下游流面24、26之间的一方向延伸。

在所示的实施例中，侧向垫圈件342与周向垫圈件341成一体。术语“成一体(integral)”表示侧向垫圈件342和周向垫圈件341彼此相邻、两者间没有间隙、并且可包括连接或装配在一起的两个单独件；它也可以表示侧向垫圈件和周向垫圈件被模制成一个单个的单一件。这可在图12A中看到，使周向垫圈件341卷绕以形成侧向垫圈件342，在交接处344连接在一起。

在优选的实施例中，侧向垫圈件342没有部分靠近或抵靠第二侧板337、第三侧板338和第四侧板339(即，第二侧板337、第三侧板338和第四侧板339是“无垫圈”的)。也就是说，在优选实施例中，侧向垫圈件342仅靠近第一侧板336。

当侧向垫圈件342抵靠第一侧板336时，它所成的角度与侧板336相对于下游流面326所成的角度相同。在本实施例中，所述角度通常是20-80度，例如30-60度，并且更具体的为45-50度。

垫圈结构340可由用于垫圈的通常材料构成，例如聚氨酯泡沫、氨基甲酸乙酯、橡胶、硅酮和任何其它通常的垫圈材料。

可通过不同的技术将垫圈结构340固定至滤芯320的其余部分，所述技术包括例如粘合剂或通过将垫圈结构340直接模制到滤芯320的其余部分上。

现在参见图12B和12C，示出了一个可用的侧向垫圈件342的放大图。在所示的实施例中，侧向垫圈件342包括第一垫圈部分301。第一垫圈部分301具有自由端302和相对的第一端303。所示的垫圈342还包括第二垫圈部分304，所述第二垫圈部分304具有自由端305和相对的第二端306。应当指出，第二端306是第二垫圈部分304的一部分，在此处直部分停止而弯曲部分开始。这可在图12C中看到。

在所示的示例实施例中，第一垫圈部分301和第二垫圈部分304都是直的。第二垫圈部分304相对于第一垫圈部分301成一角度，所述角度在20-70度之间。

中间垫圈部分344连接第一垫圈部分301的第一端303和第二垫圈部分304的第二端306。如在图12B中可见，第一垫圈部分301、第二垫圈部分304和中间垫圈部分344一起形成开口的过滤器滤芯容纳腔307，所述过滤器滤芯容纳腔307被构造和设置成容纳过滤器滤芯320的剩余部分。

第一垫圈部分301和第二垫圈部分304的大小适合在可操作地安装时形成适当的密封。在示例实施例中，第一垫圈部分301与第二垫圈部分304的长度之比在1-2.5之间。在这里，长度是在每个部分各自的自由端302、305和相对端303、306之间进行测量的。在一个示例实施例中，第一垫圈部分301与第二垫圈部分304的长度之比在1.6-2.0之间。

优选的，第一垫圈部分301和第二垫圈部分304各自具有0.35-0.40英寸之间的厚度。当然，可能有变化。在一个实施例中，垫圈342由在25％的压力下具有3-5psi的阻力的可压缩材料制成。一种可用的材料是EDPM海绵。可用的其它材料包括聚氨酯、泡沫聚氨酯、橡胶、和硅酮，这里仅提出几个示例。很多材料是可用的。

在使用中，垫圈342通过侧向垫圈件342和管板360之间的压力形成密封(图16)。具体地说，在优选实施例中，在第一垫圈部分301的外表面308和第一垫圈部分301的第一端303的外表面309之间形成密封。应当指出，在所示的实施例中，表面309和308大体正交或彼此垂直。

在一个示例实施例中，过滤器滤芯320包括至少一个手柄345，以允许操作和操纵滤芯320。在所示的实施例中，至少一个手柄345被固定、连接、或结合至第二侧板337、第三侧板338和第四侧板339中的一个。尽管不同的实施例是可行的，所示的本实施例包括固定至第四侧板339的一个手柄345和固定至第三侧板338的第二手柄345(图10)。示出了手柄345居中于板338、339上。手柄345具有抓握环347，所述抓握环347可从抵靠板338、339的位置移至离开板338、339的一位置，以便可由普通成人大小的手的4个手指抓握它们。

现在参见图13和14，附图标记320’示出了空气过滤器滤芯的另一实施例。空气过滤器滤芯320’与空气过滤器滤芯320具有相同的特征，除了侧向垫圈件342’的结构不同外。在本实施例中，空气过滤器滤芯320’包括垫圈安装面346(图14)，所述垫圈安装面从空气过滤器滤芯320’的一剩余部分伸出并且与空气过滤器滤芯320’的一剩余部分间隔。垫圈安装面346相对于包含周向垫圈件341’的平面成一角度。垫圈安装面346支撑侧向垫圈件342’。

通常，垫圈安装面346相对于下游流面326’所成的角度为45度到-180度。很多可用的实施例包括垫圈安装面346相对于下游流面326’所成的角度为30度到-150度。如在图14中可见，侧向垫圈件342’与第一侧板336’间隔。

B.示例集尘器，图15和16

图15和16示出了采用上文所表征类型的过滤器滤芯的集尘器350的示例实施例。集尘器350用于过滤空气。例如，集尘器350可用于净化空气中的灰尘和其它类型的颗粒。一般，集尘器350包括外壳352。外壳352可由金属板(片材)或其它类型的刚性材料制成。外壳352形成具有内部空间354的围成空间353。

外壳352具有未过滤或脏空气入口356和已过滤或洁净空气出口358。一般，未过滤空气通过脏空气入口356进入集尘器350。位于集尘器350内的空气过滤器滤芯320从空气中除去灰尘和其它颗粒，并且随后洁净的、已过滤的空气通过洁净空气出口358从集尘器350排出。

集尘器350还包括管板360。管板360充当将外壳352的内部空间354分成未过滤空气室362和已过滤空气室364的壁。管板360具有穿过所述管板的多个洞或孔366。孔366允许已过滤的空气从空气过滤器滤芯320的下游流面326流过管板360，进入已过滤空气室364，并且随后通过洁净空气出口358流出。

管板360形成密封表面368。密封表面368位于未过滤室362的管板360的一侧上。在所示的实施例中，密封表面368靠近孔366。密封表面368形成管板360和空气过滤器滤芯320之间并且抵靠管板360和空气过滤器滤芯320的密封370(图16)。具体地说，密封370形成在管板360的密封表面368和空气过滤器滤芯320的侧向垫圈件342之间并且抵靠管板360的密封表面368和空气过滤器滤芯320的侧向垫圈件342。

外壳352还包括框架结构372。框架结构372从管板360伸出。框架结构372帮助将空气过滤器滤芯320固定和支撑在集尘器352中。框架结构372包括与空气过滤器滤芯320的垫圈结构340形成密封的表面。具体地说，密封382(图16)形成在框架结构372和空气过滤器滤芯320的周向垫圈件341之间并且抵靠框架结构372和空气过滤器滤芯320的周向垫圈件341。

在本实施例中，框架结构372还包括与管板360间隔的杆388。杆388具有密封表面，所述密封表面与空气过滤器滤芯320的垫圈结构340的周向垫圈件341形成密封391(图16)。

一般，杆388平行于管板360延伸。空气过滤器滤芯320可操作地安装在杆388和管板360之间，通过使用托架374辅助将过滤器滤芯320支撑就位。

在所示的实施例中，以过滤器对392的形式将空气过滤器滤芯320安装在集尘器350中。每个过滤元件对392包括第一和第二空气过滤器滤芯320，所述第一和第二空气过滤器滤芯320水平彼此相邻地定位在外壳352中并且在从杆388向管板360延伸时一般沿一向外的方向成角度延伸。在图16中可见，杆388位于过滤器对392中的每个空气过滤器滤芯320之间。还可从图16中看到，随着从杆388到管板360的距离增大，两个空气过滤器滤芯320的各自下游侧326之间的空气间隙或空间406增大。这形成了V-过滤器结构类型。

集尘器350还包括逆向脉冲清洁结构396。逆向脉冲清洁结构396被构造和设置成从已过滤空气室364发射空气脉冲，通过每个空气过滤器滤芯320的下游流面326。通过从洁净空气侧用脉冲输送空气通过下游流面326，将阻塞过滤器滤芯320的上游流面324的灰尘和其它碎屑从空气过滤器滤芯320驱开和敲松。从那里，灰尘和碎屑通过重力作用落入位于滤芯320的结构下方的集尘漏斗398。逆向脉冲清洁结构396优选包括用于管板360中每个孔366的至少一个喷嘴400。喷嘴400与歧管402气流相通，所述歧管402连接至压缩空气源。逆向脉冲清洁结构396定期通过歧管402向喷嘴400发送脉冲空气。空气脉冲离开每个喷嘴402并且流过孔366。从那里，空气逆向流过空气流过空气过滤器滤芯320的法向。

在所示的优选实施例中，每个孔366包括文氏管404以帮助引导来自喷嘴400的空气脉冲通过孔366，并且进入每个过滤元件对392中相对的过滤器滤芯320的下游流面326之间的空间406(图16)。文氏管404环绕每个相应的孔366并且帮助确保空气脉冲被均匀地引导入空间406。

集尘器350还包括导向坡408。导向坡408从管板360伸出并且靠近管板密封表面368。所述坡408被构造和设置成使每个空气过滤器滤芯320定向成密封接合抵靠管板密封表面368。如图15中可见，坡408从管板360沿着相对于管板360大体非共平面和非正交的方向成一角度。在实践中，当每个过滤器滤芯320被安装在集尘器外壳352内，空气过滤器滤芯320最接近于管板360的端部接合坡408。坡408帮助滑动和引导空气过滤器滤芯320就位，使侧向垫圈件342接合并紧靠管板360的密封表面368。在所示的实施例中，有一对导向坡408，一个导向坡408用于过滤器对392中的每一侧。也就是说，在管板360的侧面上有一个导向坡408，其中孔366位于所述坡408之间。

集尘器350还包括夹具结构410。夹具结构410用于可操作地固定过滤元件对392以便与管板360和框架结构372密封接合。

应当理解每个空气过滤器滤芯320是如何可操作地匹配在外壳352内的。空气过滤器滤芯320的端部会接合导向坡408，这有助于导向和引导滤芯320密封接合抵靠管板360。侧向垫圈件342会接合抵靠管板360的密封表面368。同时，周向垫圈件341会接合抵靠框架结构372的密封表面和杆388的密封表面。夹具结构410会被定向在过滤元件对392的端部上并且被接合，将过滤元件对392推抵管板360。这有助于形成密封370、382和391。

在使用中，脏空气被引导通过脏空气入口356进入外壳352的未过滤空气室362。脏空气随后被引导通过第一空气过滤器滤芯320的介质包322的上游流面324。在本实施例中，脏空气会被引导通过每个过滤元件对392的上游流面324。通过周向垫圈件341和侧向垫圈件342阻止脏空气绕过空气过滤器滤芯320，所述周向垫圈件和侧向垫圈件与外壳352形成密封382、370。在使用过程中，通过逆向脉冲清洁结构396的脉冲输送定期对空气过滤器滤芯320进行灰尘和碎屑的反向冲洗。这会发射空气射流通过下游流面326并通过上游流面324。这会有助于从介质包322敲落积聚的灰尘和碎屑。这些灰尘和碎屑通过重力作用落入漏斗398。

在使用一段时间后，空气过滤器滤芯需要更换。从外壳352取下每个过滤元件对392的每个空气过滤器滤芯320。旧的过滤器滤芯320被回收、焚毁、或以其它方式丢弃。然后提供并安装新的过滤器滤芯320。

上文提供了本发明的原理的示例。利用这些原理可实现很多实施例。应当指出，并非本文所述的所有特定特征都需要被结合入结构中，以便所述结构具有本发明的某些选定的优点。

Claims (14)

1.一种用于过滤器滤芯的垫圈；所述垫圈包括：

单一整体模制件，所述模制件包括：

(a)第一垫圈部分，所述第一垫圈部分具有自由端和相对的第一端；

(b)第二垫圈部分，所述第二垫圈部分具有自由端和相对的第二端；

(i)所述第二垫圈部分相对于所述第一垫圈部分所成的角度为20°-70°；

(ii)所述第一垫圈部分与所述第二垫圈部分的长度之比在1-2.5之间；和

(c)中间垫圈部分，所述中间垫圈部分连接所述第一垫圈部分的第一端和所述第二垫圈部分的第二端；

(i)所述第一垫圈部分、第二垫圈部分和中间垫圈部分一起形成开口的过滤器滤芯容纳腔，所述过滤器滤芯容纳腔被构造和设置成容纳过滤器滤芯。

2.根据权利要求1所述的垫圈，其中所述第一垫圈部分和所述第二垫圈部分各自具有的厚度为0.35-0.40英寸。

3.根据权利要求1所述的垫圈，其中所述第一垫圈部分与所述第二垫圈部分的长度之比是1.6-2.0。

4.根据权利要求1所述的垫圈，其中所述垫圈由在25％压力下具有3-5psi的阻力的可压缩材料制成。

5.根据权利要求1所述的垫圈，其中所述垫圈包括EDPM海绵材料。

6.根据权利要求1所述的垫圈，其中所述第一垫圈部分和所述第二垫圈部分均是直的。

7.根据权利要求1所述的垫圈，其中所述垫圈包括聚氨酯泡沫材料。

8.一种用于过滤器滤芯的垫圈；所述垫圈包括：

(a)周向垫圈件；

(b)单独的侧向垫圈件，所述侧向垫圈件与所述周向垫圈件相邻，两者之间没有间隙；

(i)所述侧向垫圈件和周向垫圈件被连接或装配在一起；

(ii)所述侧向垫圈件相对于所述周向垫圈件所成的角度为20-70°；

(iii)所述周向垫圈件与所述侧向垫圈件的长度之比在1-2.5之间；和

(iv)所述周向垫圈件和所述侧向垫圈件一起形成开口的过滤器滤芯容纳腔，所述过滤器滤芯容纳腔被构造和设置成容纳过滤器滤芯。

9.根据权利要求8所述的垫圈，其中所述周向垫圈件和所述侧向垫圈件各自具有的厚度为0.35-0.40英寸。

10.根据权利要求8所述的垫圈，其中所述周向垫圈件与所述侧向垫圈件的长度之比是1.6-2.0。

11.根据权利要求8所述的垫圈，其中所述垫圈由在25％压力下具有3-5psi的阻力的可压缩材料制成。

12.根据权利要求8所述的垫圈，其中所述垫圈包括EDPM海绵材料。

13.根据权利要求8所述的垫圈，其中所述周向垫圈件和所述侧向垫圈件均是直的。

14.根据权利要求8所述的垫圈，其中所述垫圈包括聚氨酯泡沫材料。