CN104168977A - 用于湿度控制通常用于控制集液罐的湿度的过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种过滤器，包括外壳和外壳内的至少第一和第二吸附材料。第二吸附材料具有与第一吸附材料不同的特性并与第一吸附材料按顺序排列。当组装时，迷宫式结构被设置在外壳中的第一端口和第一吸附材料之间，以便气体通过经由迷宫式结构在第一端口和第一吸附材料之间行进。还披露了一种用于液罐液上空间的湿度控制的过滤系统和方法，使用包括第一和第二吸附剂以及扩散通道或迷宫式结构的过滤器。

Description

用于湿度控制通常用于控制集液罐的湿度的过滤器

本申请是作为PCT国际专利申请于2013年3月5日提交的，并且要求申请日为2012年3月6日的美国临时申请SerialNo.US61/607,234的优先权，该申请的主题内容在此以其全文形式被援引加入本文。

技术领域

本发明涉及通气装置(本文被称作“通气过滤器”)，用于控制需要在环境与用于湿敏应用的流体容器(例如流体罐、液压液罐、液体燃料箱或电子设备容器)内部的液上空间之间进行交换的空气的湿度。具体地说，本发明涉及通气过滤器，所述通气过滤器具有一种或多种吸附剂以改进吸附性能和/或包括扩散通道以便减慢或消除不流动状态期间吸附剂的饱和。

背景技术

通气过滤器使得进入油、液压流体和燃料的储存罐的气体在储存罐的流体水平变化时能够进入和离开。希望从被吸入储存罐的空气中除去湿气，使得油或液压流体免于受潮。在气体从储存罐离开的过程中，希望过滤空气与污染物分离，使得环绕储存罐的周围空气不受污染。

现有系统利用具有单一吸附床的通气过滤器，其在暴露于潮湿环境时即使没有流动也会快速被水饱和。希望改进。

发明内容

在一个方面，披露了一种通气过滤器，包括外壳和外壳内的至少第一和第二吸附材料。在本发明中，使用了术语“通气过滤器”和“过滤器”。在一些应用中，通气过滤器或过滤器被设置成除了除去湿气外还除去固体颗粒。在其它应用中，通气过滤器或过滤器没有被设置成除去固体颗粒。第二吸附材料在至少一个方面不同于第一吸附材料并且通常与第一吸附材料按顺序排列。迷宫式结构位于外壳中并且被设置在外壳的第一端口与第一吸附材料之间，使得气体通过经由迷宫式结构在第一端口和第一吸附材料之间行进。

在另一方面，披露了一种用于液罐液上空间的湿度控制的过滤系统。所述系统包括流体罐，所述流体罐被设置成在其中容纳液体例如油或液压流体；和液上空间，位于液体和罐壁之间。如上文所表征的过滤器与罐的液上空间流体相通。当流体罐中的液体下降时，空气被吸入通气过滤器通过迷宫式结构、第一吸附材料、第二吸附材料，并随后离开通气过滤器进入流体罐的液上空间。当罐中的液体上升时，空气被迫从液上空间进入过滤器，依次通过第二吸附材料、第一吸附材料、迷宫式结构、并随后离开过滤器到大气。

在另一方面，披露了一种用于控制罐液上空间例如液罐液上空间的湿度的方法。所述方法包括提供流体罐，所述流体罐内具有液体和在液体与罐壁之间的液上空间，并且提供过滤器，所述过滤器与罐的液上空间流体相通。当流体罐中的液体下降时，具有以下步骤：将气体从大气吸入过滤器并使气体通过迷宫式结构，随后连续通过一个或多个吸附材料，并随后离开通气过滤器并进入流体罐的液上空间。当罐中的液体上升时，具有以下步骤：引导气体离开液上空间并进入通气过滤器，(沿相反方向)连续通过一个或多个吸附材料，随后通过迷宫式结构，并随后离开通气过滤器进入大气。

本文所披露的一个实施例包括用于流体容器的过滤器。所述过滤器包括具有第一端口和第二端口的外壳；外壳内的至少第一吸附材料；和，外壳内的至少第二吸附材料，所述第二吸附材料与第一吸附材料层状按顺序排列。第二吸附材料通常具有不同于第一吸附材料的特性。第一吸附材料和第二吸附材料被设置在外壳内，使得气体通过经由第一吸附材料和第二吸附材料的每一个在第一端口和第二端口之间行进。

上述第二吸附材料特性通常是粒径、吸附容量/吸附能力、和/或比表面积的至少一个。

在上述实施例的一个示例中，第一吸附材料在较高的相对湿度比第二吸附材料吸附更大量的湿气。

在上述实施例的另一示例中，第二吸附材料改变颜色来响应预定水平的吸附。

在上述实施例的另一示例中，第一吸附材料包括活性碳层或其混合物。第二吸附材料包括硅胶层或其混合物包括硫酸钙和沸石。

在优选的实施例中，迷宫式结构充当吸附材料和通气过滤器周围的环境之间的缓冲器。换句话说，一般说来通气过滤器内部的吸附剂不直接暴露于环境。而是，行进至吸附剂的空气行进通过迷宫(式结构)，并且自吸附剂行进的空气行进通过迷宫(式结构)。因此，当自吸附剂行进的空气停止流动时，吸附剂保持与相对静态的空气空间接触，所述空气通常较通气过滤器周围的一般环境中的空气含更少的湿气。通过使吸附剂与相对干燥的空间保持接触，吸附剂上的总体湿气负荷降低，而吸附剂的寿命得以增加。

在现有的通气过滤器中，如果通气过滤器和罐位于潮湿的环境中，通气过滤器仍可被暴露于来自大气的湿气，即使过滤器不通气。只通过扩散，吸附剂可被暴露于潮湿的外部空气情况。在所述情况，吸附材料可快速地达到其吸附容量，即使抽吸罐中流体的设备没有使用。

为了解决这个问题，已经认识到通过使通气过滤器在大气和吸附材料之间包括扩散通道，在不流动状态期间被抽吸的任何湿空气需要在到达吸附材料前首先行进通过扩散通道。扩散通道引入迷宫或曲折的路径，用于限制和驱散以阻止湿气和其它污染物进入吸附材料。这优选在不需要对储存罐不合理地施加压力并且不将其放置在基本真空下来实现。

此外，通过采用多个专门的吸附剂(具有不同吸附能力的吸附剂)与迷宫组合或通过其自身，延长通气过滤器的寿命和扩展其性能是可能的。例如，通过设置吸附剂彼此连续(最外层吸附剂具有第一吸附能力，而次最外层吸附剂具有第二吸附能力，以此类推)，提供协同效应是可能的。通常，最外层吸附材料被选定在高湿度下具最优性能，而次最外层吸附剂被选定在相对较低湿度下具最优性能。因此，吸附剂一起工作以逐步干燥进入通气口的空气。

应当指出，并非本文所述的所有具体特征需要被结合入结构，以使所述结构具有本发明的一些选定的优点。

附图说明

图1是按照本发明原理构造的安装在流体罐上的通气过滤器的示意性剖视图，并且示出了在罐中流体水平下降时的空气流；

图2是图1所示通气过滤器和罐的示意性剖视图，示出了当罐中的流体水平上升时的空气流。

图3是图1和2所示通气过滤器的外壳的端盖的俯视透视图；

图4是图3的端盖的仰视透视图；

图5是图4的端盖的俯视图；

图6是图3-5的端盖的剖视图，沿着图5的线6-6剖开；

图7是图3-5的端盖的端视图；

图8是图1和2的通气过滤器的外壳的底部端盖的透视图；

图9是图8的端盖的另一透视图；

图10是图9的端盖的俯视图；

图11是图8-10的端盖的剖视图，沿着图10的线11-11剖开；

图12是图1和2的通气过滤器的外壳的端盖的替换实施例的俯视透视图；

图13是图1和2的通气过滤器的外壳的端盖的替换实施例的俯视透视图；

图14是图1和2的通气过滤器的外壳的端盖的替换实施例的俯视透视图；

图15是根据本发明原理构造的示例过滤器滤芯的示意性侧视图；

图16是示意性剖视图，示出了图15的过滤器滤芯的一部分和图1的通气过滤器的第一端盖；

图17是示意性剖视图，示出了图16的端盖和过滤器滤芯彼此可操作地接合和连接；

图18是图16的端盖的内表面的端视图；

图19是图15的过滤器滤芯的端视图；和

图20是类似于图16的视图的剖视图，但示出了端盖和过滤器滤芯部分的替换实施例。

具体实施方式

操作概述，图1和2

结合图1和2来描述一个示例过滤器的操作的概述。在图1和2中，附图标记20示出了根据本发明原理构造的过滤器的一个示例实施例。过滤器20(在此处示出为通气过滤器20)通常可移去地连接至湿敏容器22例如流体罐22，容纳储存的液体或流体24。流体24可以是液体例如液压流体、油、燃料等等，其旨在被保护以免暴露于湿气。通气过滤器20和罐22一起形成过滤系统26，用于流体24和罐22的壁30之间液上空间28的湿度控制。

罐22一般用作流体24例如液压流体或油的存储罐，与通过流体端口32的方式连接至罐22的液压设备(未示出)一起使用。当液压设备作业时，罐22中的流体水平随着流体24通过端口32进入和离开罐22而上升和下降。流体24和壁30之间所包含的液上空间28随流体24的水平波动在体积/空间上发生变化。

在作业中，当流体水平从水平A落到水平B(如图1所示)时，液上空间28扩大，吸入气体例如周围空气(从大气通过端口48、通过通气过滤器20并随后进入罐22)。通气过滤器20从进入的空气中除去湿气和颗粒。

在图2中，当流体水平从水平B上升到水平A时(如图2所示)，液上空间28收缩。该收缩迫使气体或空气排出罐22并通过通气过滤器20，并通过端口48最终离开进入大气。在一些情况，排出的气体可包括由流体24形成的雾状物，从而使得一部分的流体24逃逸出罐22。在一些实施例中，通气过滤器20可从排出的气体中除去液雾，并且在优选的结构中，流体从通气过滤器20排回入罐22。

当系统26处于静止状态并且液压设备没有工作导致罐22中流体24的水平变化时，如果大气具有比罐的液上空间28中的压力更大的压力，例如在大气的高湿度状态，周围空气仍可能被吸入通气过滤器20，即使液压设备没有工作。扩散可能也是个问题。经由扩散吸入或进入的空气通常首先行进通过通气过滤器20中的扩散通道34。该扩散通道会有助于阻止潮湿的周围空气到达通气过滤器20内的吸附材料，从而延长通气过滤器20的寿命。

通气过滤器的示例实施例，图1-14

首先参见图1和2，通气过滤器20包括外壳40。外壳40包括形成内部空间44的外环绕壁42。内部空间44用于在其内容纳至少一个并优选的多个吸附材料46。所述吸附材料包括例如活性碳或沸石。这些材料可被设置成以任何顺序按顺序排列(in series)。不过，在至少一个实施例中，选定的顺序是设置使在相对较高湿度具有较高吸附能力的材料比在相对较低湿度具有更大吸附能力的另一材料更靠近第一端口。

外壳40包括第一端口48，所述第一端口48被构造和设置成与大气50相通。第一端口48可以是允许气流或空气流在大气50和外壳40的内部空间44之间相通的任何结构。(如本文所用，术语“空气流”和“空气”旨在涵盖“气流”和“气体”，并且这些术语在全文可以互换使用并旨在表示相同的事物)。在图3和7所示的实施例中，第一端口48包括至少一个(并且如图所示三个)穿过外壳40的壁42的孔52。

外壳40还包括第二端口54。第二端口54被构造和设置成与罐22相通。具体来讲，第二端口54与罐22的液上空间28的空气流流体相通。在所示的实施例中，第一端口48和第二端口54位于外壳40的相对端。在其它结构中，端口相对于彼此在外壳中的位置可以不同。第一端口48和第二端口54的每一个允许流体流入外壳40以及流出外壳40，这取决于通气过滤器20进行通气的方向；也就是说，通气过滤器20是允许气体相对于罐22进入还是排出。

尽管用于通气过滤器20的外壳40的各种构造是可能的，但是在本具体实施例中，外壳包括第一端盖56。第一端盖56可移去地连接至外壳主体58。外壳主体58由外壁42限定。第一端盖56包括外环绕壁60和端壁62。沿着壁60的内表面64的是螺纹66，用于沿着外壳主体58的外壁42与合适的螺纹部分68可拆卸的连接。尽管第一端盖56和外壳主体58之间的连接示出为螺纹连接，但是可以使用其它方式来连接这两个部件，例如通过紧固件、夹具、干涉配合/过盈配合、粘合或者支架。此外，除使第一端盖56上具有内螺纹和外壳主体58上具有外螺纹外，还可以倒过来。

在本实施例中，第一端盖56限定第一端口48。

在示出的实施例中，位于第一端盖56和外壳主体58之间的是密封件70。密封件70用于在第一端盖56和外壳主体58之间形成密封，使得进入或离开外壳40的内部空间44的任何空气或流体必须通过第一端盖56的第一端口48。在所示的实施例中，密封件70是O形环72。

如上文所述，通气过滤器20包括扩散通道34。在本实施例中，扩散通道34包括外壳40中的迷宫式结构74并且与第一端口48空气流相通。术语“迷宫式结构”表示外壳40中的结构形成非直线的(整体来看)和迷宫状的刻意曲折的空气流路径。在优选的结构中，迷宫式结构包括在相对较小空间中的长路径长度。迷宫式结构74可以是在第一端口48和迷宫孔76之间的蜿蜒的空气流路径，所述迷宫孔76提供迷宫式结构74和外壳40的内部空间44之间的相通。在图1和2所示的实施例中，在第一端盖56和由外壳主体58的外壁42形成的上部开口79之间并抵靠第一端盖56和该上部开口79有板78。板78限定迷宫孔76，并且在本实施例中，迷宫孔76是居中于板78内的单个圆形孔。在其它结构中，迷宫孔76可以是位于不同位置并具有不同几何形状的多个孔。所述不同几何形状的一些形状包括矩形、菱形、或方形、扇形、三角形、有规则或无规则的多边形以及三维图形。

在图1所示的实施例中，板78位于外壳40上，而大部分的迷宫式结构74位于第一端盖56上(其中板78形成迷宫式结构74的一个壁)。不过，在一些实施例中，整个迷宫式结构74完全位于第一端盖56内。在一些实施例中，整个迷宫式结构74位于外壳40内。在其它结构中，大部分的迷宫式结构74位于外壳40上，而第一端盖56为迷宫式结构74提供闭合的壁。在所述结构中，与图1所述的结构相比，第一端盖56和外壳40对于迷宫式结构74的作用是相反的。

迷宫式结构74可具有不同的几何形状结构。现在参见图4-6，迷宫式结构74包括迷宫壁80，所述迷宫壁80是第一端盖56的一部分并形成路径，优选为第一端口48和端部位置84(与迷宫孔76(图1和2)空气流相通)之间的曲折的路径82。在示出的实施例中，端部位置84居中于第一端盖56内，但应当理解，端部位置84可以在其它位置或多个位置。在图4和5示出的具体实施例中，迷宫壁80形成第一端口48和端部位置84之间的螺旋状通道86。在第一端口48和端部位置84之间行进的空气会被迫使行进在迷宫壁80之间的空气流路径82内并通过螺旋状通道86。与没有迷宫式结构74的系统相比，该迷宫式结构74形成更长的流程，从而减慢空气流中的湿气到达过滤器20的内部空间44中的吸附材料46的速度。在静态条件下，当罐22中的流体没有被设备使用但存在湿度条件导致空气流被吸入通气过滤器20时，迷宫式结构74会减慢湿气到达吸附材料46的速度，并且迷宫式结构74会在湿空气试图到达吸附材料46时阻拦湿空气的扩散。相对于没有迷宫式结构的过滤器，这通常会增大/延长吸附材料46的使用寿命。

在优选的结构中，迷宫式结构74会具有：

L/D比为至少50，其中L为螺旋状通道86的长度；

D为对等通道直径并通过取(4/π×A)的平方根计算；和

A＝通道宽度×通道高度。

现已发现，L/D比优选不大于380，并且优选地L/D比应当在约150，假设最大流量为100lpm(3.5cfm)和最大压力降为0.5psid。在所述范围内的L/D比会使得吸附材料46的寿命大大提高，而不需在液上空间和大气之间过度增加对空气流的限制。

图12-14示出了包括迷宫式结构74的不同实施例的第一端盖56’的实施例。在图12中，迷宫式结构74’包括若干平行的通道，通过弯曲的端部连接在一起，呈之字形结构200。之字形结构200还可包括一个或多个相对于其它部分成角度的部分，例如图13(一个四分位(结构)202是成角度的，在本例中正交于)端盖56的其余部分。在图14中，迷宫式结构74”包括四个四分位(结构)205、206、207、208，每一个相对于下一个相邻的四分位(结构)成角度。在图12中，第一端口48’位于端盖56’的相对侧，而在图13中，只有一个位置有第一端口48’。在图14中，有四个第一端口48’沿着第一端盖56的外周边，均匀间隔，约每隔90度，每一个与四分位(结构)205-208中的一个相通。在图12-14的每一个中，迷宫式结构74’,74”与端部位置84’相通，所述端部位置84’与迷宫孔76空气流相通。

现在参见图8-11，在本实施例中，外壳40还包括第二端盖90。第二端盖90通常可移去地连接至外壳主体58并位于与第一端盖56所连接的端部相对的外壳主体58的一端。第二端盖90通过沿着环绕壁96的内表面94的螺纹92可拆卸地连接至外壳主体58。第二端盖90在本实施例中限定第二端口54。在一些实施例中，不使用第二端盖90，外壳40直接连接至罐22。

在优选的结构中，第二端盖90被构造和设置成帮助引导液体流入罐22。在图11所示的实施例中，通过使斜壁100定向在环绕壁96和环绕并限定第二端口54的颈部102之间形成漏斗形表面98。

可选地，由图9和10可见，第二端盖90包括多个肋104，从漏斗形表面98突出或伸出。肋104在第二端口54和环绕壁96之间径向延伸。肋104有助于在两者间形成通道以便引导聚结的液体进入罐22。当然，不同的实施例是可行的。

由图1和2可见，在第二端盖90和外壳主体58之间有密封件106。当第二端盖90通过螺纹连接至外壳主体58时，密封件106在第二端盖90的内表面94和外壳主体58的外壁42之间形成密封108。在所示的实施例中，密封件106是O形环110。可采用其它结构和密封件。

再次参见图1和2，通气过滤器20包括多个吸附材料46，包括外壳40内的至少第一吸附材料120和至少第二吸附材料122。第二吸附材料122与第一吸附材料120是“不同”的并且邻近第一吸附材料120层叠。术语“不同”表示，吸附材料具有不同的比表面积、化学配方/公式、尺寸、密度、填充性能(packability)(颗粒匹配一起的程度有多好)、和/或吸附湿气的能力。因此，在一些实施例中，第一吸附材料的化学成分不同于第二吸附材料。在其它实施例中，第一吸附材料的颗粒的平均比表面积不同于第二吸附材料的颗粒的平均比表面积。第一吸附材料120和第二吸附材料122往往被设置在外壳40内，以便流体或空气通过经由第一吸附材料120和第二吸附材料122的每一个在第一端口18和第二端口54之间行进。此外，在优选的结构中，第一吸附材料120相对于迷宫式结构74被设置成使得流体或空气在没有通过迷宫式结构74的情况下不能在第一端口48和第一吸附材料120之间行进。

在图1和2所示的结构中，第一吸附材料120位于迷宫式结构74和第二吸附材料122之间。如图所示，在示出的具体实施例中，第二吸附材料122位于第一吸附材料120和第二端口54之间。

在优选的结构中，位置更接近于第一端口48的吸附材料较其它吸附材料在高相对湿度具有更高的吸附容量(吸附能力)。在本结构中，第一吸附材料120比第二吸附材料122具有更高的吸附容量(吸附能力)。在本类型的结构中，第一吸附材料120在较高水平的湿度下比第二吸附材料122具有“更好的性能(表现)”，而第二吸附材料122在较低湿度下表现更好。“更好的性能(表现)”表示，第一材料120在较高的相对湿度下会比第二材料122吸附更大量的湿气；和，第二材料122在较低的相对湿度下会比第一材料120吸附更大量的湿气。第一吸附材料120的吸附容量(吸附能力)较第二吸附材料122适合更高的相对湿度。换句话说，第一吸附材料120和第二吸附材料具有不同的“吸湿等温线”。在本文中，“吸湿等温线”是指在不同的水蒸气浓度(相对湿度百分比)下的吸附剂(活性碳、沸石等)的水蒸气容量。测量在一个温度(等温)下进行并且绘制为容量(重量百分比)对水蒸气浓度(相对湿度百分比“rh”)的图表。

尽管在所示的实施例中有两层不同的吸附材料120，122，但应当理解，在采用扩散通道34的实施例中可使用单独层或单个层；可替换地，可采用多于两层的其它吸附材料或相同材料但设置成在其间层叠有不同的材料。在不采用扩散通道34的实施例中，使用至少两层或更多不同层的吸附材料120、122。当采用至少两层的吸附材料120、122时，在层之间具有协同作用。例如，第一层120适于在较高的相对湿度下会比第二层122吸附更大量的湿气；和，第二层122适于在较低的相对湿度下会比第一层120吸附更大量的湿气。相应的，例如，包括本文所述第一和第二层120,122的2英寸深度(的材料)会比单独有2英寸深度的第一层120或第二层122之一除去更多的湿气。

在一个实施例中，第一吸附材料120包括活性碳或其混合物。第二吸附材料122可包括硅胶材料并且是改变颜色来响应预定水平的吸附的材料。当第二吸附材料122改变颜色时，可向使用者提供视觉指示，表示通气过滤器20需要被维护或更换。在本示例中，外壳40可以是部分或全部透明的。例如，外壳40可包括透明PVC或聚碳酸酯。

在一个示例实施例中，第二吸附材料122包括硅胶或其混合物。除了硅胶或与硅胶混合外，还可包括硫酸钙和/或沸石。

在所示的实施例中，通气过滤器20包括至多第一吸附材料120和第二吸附材料122。在一个示例中，第一吸附材料122基本上由活性碳组成或者基本上由活性碳层和变色剂组成。在一个示例中，第二吸附材料122基本上由硅胶组成或者基本上由硅胶和变色剂组成。变色剂的一个示例包括用于DELTA ADSORBENTS的DelSORB的氯化钴。

回到图1和2，应当理解，板78中的迷宫孔76与第一吸附材料120流体相通。

不同的实施例是可能的。在图1和2所示的具体实施例中，第一吸附材料120和第二吸附材料122由多孔的稀松织物124也可以是多孔的板或者通过层叠有一个或多个稀松织物的多孔的板分隔开。稀松织物124通常隔开吸附剂的层，而板对稀松织物124提供结构支撑。稀松织物124或板可具有O形环密封件126,128，以帮助将稀松织物124或板密封和固定就位在外壳40内。

在本具体结构中，在第二吸附材料122和第二端口54之间的是膨胀泡沫130。泡沫130有助于阻止吸附材料120,122在外壳40内移动，并且其还有助于将吸附材料46容纳在外壳40内。在第二吸附材料122和泡沫130之间的是板或稀松织物132，在本实施例中示出为通过第一和第二O形环134,136沿着板或稀松织物132的顶部或底部固定就位。稀松织物132还可用作过滤器。

在图1中，可以看到槽138,139沿着外壳40的内表面43。这些槽138,139允许在替换位置(其它位置)容纳O形环和板或稀松织物，以允许对于使用多少第一吸附材料120和第二吸附材料122以及使用什么比例的第一吸附材料120和第二吸附材料122具有灵活性。

在图1中，应当指出，第一吸附材料120、第二吸附材料122和泡沫130均是示意性地示出，仅示出了一部分。应当理解，这些材料会占据外壳40的内部空间44内所表示的空间的整个空间。也就是说，在图1的实施例中，第一吸附材料120占据板78和稀松织物或板124之间的整个空间。第二吸附材料122占据稀松织物或板124与板或稀松织物132之间的整个空间。在优选的结构中，空气或流体通常在不通过第一吸附材料120和第二吸附材料122的情况下在第一端口48和第二端口54之间不具有路径。在优选的结构中，空气或流体通常通过经由第一吸附材料120和第二吸附材料122在第一端口48和第二端口54之间流动。

在一些优选的系统中，对于进入和离开，由流过迷宫式结构74造成的压力差的上限(上界)不大于0.5psid。优选地，在理想的情况，通气过滤器20会在低于0.5psi(等同于约13.8英寸的水)工作，并且更优选地，小于7英寸的水的压力差。在一个实施例中，螺旋状通道86的路径的通道宽度为8mm，深度为5mm，长度为约128cm。在这种类型的几何形状中，压力差在0.5lpm为0.164英寸的水。在一个示例中，假设最大流量为100lpm(3.5cfm)并且最大压力差为0.5psid，则为50的最小L/D比包括在160小时相对湿度(RH)上升至最终的50％。约150的L/D比在500小时相对湿度(RH)上升至最终的50％。为380的最大L/D比的压力差在其极限，并且在大于1000小时相对湿度(RH)升至最终的50％。

换句话说，对于本申请的通常环境，外部大气50比通气过滤器20的内部44中的受保护壳罩具有更高的相对湿度。随着时间的推移，来自外部大气50的湿气扩散入过滤器20的内部空间44，而过滤器20内的湿度增加直到内部空间44和外部大气50之间的相对湿度相等。通道86越长和越窄(导致更高的L/D比率)，这个均衡所需的时间越长，这延长了过滤器20的寿命。大的L/D比率的不利之处是当空气被迫使通过通道时的高压力降。在许多情况，希望较低的压力降，因此在许多应用中，可行的解决方案是通过大的L/D比使吸附剂46具有延长的寿命同时在需要流动时通过小的L/D而不引起太大的压力降来平衡希望的质量。如上文所总结，优选的解决方案包括使L/D比为至少50，不大于380，并优选地在约150。

示例方法

上述的构造或其变体可用在用于控制液罐液上空间的湿度的方法中。例如，罐22或容器的液上空间28可使其湿度受通气过滤器20控制。所述方法包括提供其中具有液体24例如液压流体或油的流体罐22，和流体22与罐22的壁30之间的液上空间28。通气过滤器20与罐22的液上空间28流体相通。所述方法包括当罐22中的液体24下降时，抽吸空气进入通气过滤器20并通过迷宫式结构74，然后通过第一吸附材料120，随后通过第二吸附材料122，并然后离开通气过滤器20并进入罐22的液上空间28。迷宫式结构74有助于在湿气到达第一吸附材料120之前聚结大气50中的任何湿气。迷宫式结构74形成长的扩散路径长度，用作对在静止状态下到达第一吸附材料120的任何湿气的屏障。确实到达第一吸附材料120和第二吸附材料122的空气通过吸附材料120,122来吸附任何其它的湿气。

所述方法还包括当罐22中的液体24上升时，引导液体从液上空间28进入通气过滤器20。在液上空间28中的液体24可以是空气、气体或雾气。从液上空间28，空气、气体或雾气被引导通过第二吸附材料122，然后通过第一吸附材料120，然后通过迷宫式结构74，并然后离开通气过滤器20到大气50。在一些结构中，流体在被引导通过第二吸附材料122之前可被引导通过泡沫130，这有助于将任何的油雾聚结成(液)滴，所述液滴随后通过第二端口54排出通气过滤器20。

将空气抽吸入通气过滤器20的步骤包括抽吸空气通过迷宫式结构74，所述迷宫式结构74包括通气过滤器20的外壳40的第一端盖56中的壁，在示例实施例中，迷宫式结构74的壁80形成螺旋状通道86。

在一个示例实施例中，监控第二吸附材料122的颜色，并且当颜色变化时，维修/维护通气过滤器20。通气过滤器20可通过将通气过滤器从罐22取下并用新的通气过滤器进行更换来维修/维护。在一些实施例中，通气过滤器120通过将通气过滤器从罐取下并随后将端盖56,90从外壳主体58分离并更换内部吸附材料46和泡沫130来进行维修/维护。第一吸附材料120和第二吸附材料122可用新的吸附材料来更换，或者通过抽吸和除去湿气来恢复。

在使用的一个方法中，如果罐22中的流体24没有被设备使用，由于潮湿的状态仍可能会从大气50抽吸空气进入通气过滤器20。在这个方法中，空气通过第一端口48并随后沿着由迷宫壁80形成的路径82被抽吸。与在第一端口48和第一吸附材料120之间没有迷宫式结构74的通气过滤器相比，该路径82会减慢湿气到达第一吸附材料120的速度。

实验

测试分两个阶段进行。初始的工作在VTI水蒸气吸附分析仪(‘VTI’)上进行，后面的工作在定制的突破性测试台上进行。

分析&讨论

等温线

WV-B1500(MeadWestVaco的活性碳)具有最高的容量/能力，吸附/吸收其在水中自身重量的几乎130％，其中一半的容量存在于高于70％。不过，所述材料在湿度级的下端几乎不表现(不起作用)。

硅胶在低和中等的湿度范围提供合理的表现，但在高端缺少能力。所测试的硅胶能最大到达35wt％的吸收/提取。还应当指出，硅胶在35％rh的值达到其最大容量的一半。

沸石4A在5％rh达到一半容量。在这样低的湿度水平达到一半容量意味着它在大于20％rh的湿度水平只提供最小的容量增加。

简要总结：

替换实施例，图15-20

在图15中，过滤器滤芯220以剖视图示意性示出。过滤器滤芯220可用于过滤器组件，例如由通气过滤器20所示的组件。

过滤器滤芯20在通气过滤器组件20中是可取出和可更换的。例如，滤芯220可安装在第一端盖56和第二端盖90之间。

滤芯220包括滤芯壳222和顶盖224。在一个示例实施例中，壳222和盖224由相同的构造模制，并且是单一件的模制材料。在其它的实施例中，壳222和盖224是不同部件的材料并被固定在一起。

壳222限定滤芯内部226。滤芯内部226包括至少第一吸附材料120和至少第二吸附剂122。第二吸附剂122与第一吸附剂120连续层叠/层状按顺序排列。第二吸附剂122的特性不同于第一吸附剂120，如同前文结合先前的实施例所讨论。

顶盖24包括气体开口228。气体开口228由边界230限定。在图15示出的实施例中，气体开口228居中于顶盖224。在其它的实施例中，气体开口228可以在与顶盖224的中心不同的位置。边界230可以是可穿透(渗透)的边界230。

第一吸附材料120和第二吸附材料122被设置在滤芯内部226中，以便气体通过经由气体开口228并随后通过第一吸附材料120和第二吸附材料122的每一个而行进通过滤芯220。

在图15示出的示例实施例中，滤芯220还可包括泡沫层130，如结合前文实施例所述。

仍参见图15，在所示的实施例中，可穿透膜232被示出覆盖气体开口228。该膜232在滤芯220没有安装在过滤器组件上使用时容纳滤芯内部226的内容物。例如，膜232会阻止第一吸附材料120通过气体开口228漏出。

膜232是可穿透的，因为当安装在过滤器组件中使用时，使用者可以容易地移去膜232以暴露气体开口228。另外，膜232的该移去可通过与第一端盖234(图16)的接合进行，这将在下文进一步讨论。

现在参见图19，在沿垂直于设置第一和第二吸附材料120,122方向的方向观察的剖视图中，沿着顶盖224的气体开口边界230是多个交替的凹入部236和部分238。可采用各种形状。在所示的实施例中，交替的部分238是弓形部分240。凹入部236示出为大体三角形242。

如同前文的实施例，第二吸附材料122的特性不同于第一吸附材料120。该特性可包括粒径、吸附剂容量/能力、和/或比表面积的至少一个。此外，如同前文的实施例，第一吸附材料120在较高的相对湿度比第二吸附材料122吸附更大量的湿气。

如同前文的实施例，第二吸附材料122可变化颜色来响应预定水平的吸附。使壳222由透明材料制成以便可视觉检测到颜色变化可能是有帮助的。

现在参见图16-18，示出了第一端盖234。第一端盖234类似于如前所述的第一端盖56，对于第一端盖56的描述被援引加入此处。端盖56和端盖234的一个不同点在于对于端盖234没有螺纹连接。而是，端盖234可移去地连接至过滤器滤芯220。有很多种方式可以可移去地将过滤器滤芯220连接至端盖234。在所示的示例中，在端盖234的孔边界260与滤芯220的气体开口228之间有卡扣配合连接246(图17)。

在图16所示的示例中，第一端盖234包括限定第一端口252的外壁250。第一端盖234还包括端壁254。

如同之前的实施例，第一端盖234在本实施例中包括迷宫式结构74。迷宫式结构74位于外壁250内并且通过端壁254在一侧闭合。如同之前的实施例，迷宫式结构74是形成非直线的和迷宫状空气流路径的结构。迷宫式结构74包括迷宫壁80，其在端口252和孔258之间形成曲折的路径82。

孔258具有由迷宫壁262限定的(孔)边界260。孔边界260的高度大于迷宫式结构74的高度。

在所示的示例实施例中，孔边界260包括多个间隔的突出部分264。在突出部分264之间间隔的是部分266，并且在所示的示例中，部分266是弓形的。

由迷宫式结构74形成的曲折的路径82形成在迷宫壁262之间流动的气体流通道268。回顾图16可以看见，通道268是如何由第一端盖234的闭合的顶端壁254闭合的，同时通道268具有与闭合的顶端254相对的开口侧263。通道268的开口侧263在端盖234可操作地连接至滤芯220时会被闭合。

第一端盖234包括底端270，所述底端270是开口的并且与由迷宫式结构74形成的通道268相通。开口的底端270可容纳滤芯在其内。

如同之前的实施例，迷宫壁262可以是在端口252和孔258之间的螺旋状通道86的形状。螺旋状通道86的长度和对等的通道直径之间的某些优选的关系可如前文所表征，其中L/D比率为至少50，A等于通道宽度乘以通道高度，对等的通道直径D等于(4/π×A)的平方根。在一些实施例中，L/D比率不大于380。在一些实施例中，L/D比率为约150。

图16示出了被可释放地连接在一起之前的第一端盖234和过滤器滤芯220。图17示出了连接在一起的第一端盖234和过滤器滤芯220。在图17中可以看到，包括突出部分264的孔边界260是如何卡扣在滤芯220的顶盖224的气体开口228内以形成卡扣连接246。

在所示的示例中，突出部分264被容纳在气体开口228的凹入部236内，而弓形部分266邻近气体开口228的弓形部分240。

突出部分264可包括可偏转唇部272，所述可偏转唇部272偏转并卡扣接合滤芯220的气体开口边界230。该卡扣接合会可释放地连接第一端盖234至滤芯220。

在第一端盖234被连接至滤芯220后，顶盖224的外表面225闭合迷宫(式结构)74的开口侧263。通过这种方式，进入端口252的空气流过通道268，所述通道268在上端通过端壁254闭合，并在开口侧263通过顶盖224的外表面225闭合。

图17示出了一个示例空气流路径。可以看到，气体沿箭头274进入端口252。气体随后通过在通道268内流动并流过曲折的路径82流过迷宫式结构74。气体然后通过孔258从迷宫式结构74的通道268出现。然后，气体流过孔258并通过气体开口228(其可释放地连接至第一端盖234)进入滤芯220。从那里，气体流过第一吸附剂120和第二吸附剂122。

图20示出了滤芯(在220’示出)和第一端盖(在234’示出)的可替换的实施例。在该实施例中，过滤器滤芯220’包括连接至顶盖224’的迷宫式结构74。例如，迷宫式结构74可与顶盖224’模制为同一部件。可替换地，迷宫式结构74可机械固定至滤芯220’的顶盖224。除了迷宫式结构74的位置外，滤芯220’与图15的滤芯220是相同的。

第一端盖234’与第一端盖234相同，除了在第一端盖234’中没有迷宫式结构74外。

在使用时，第一端盖234’安装在滤芯220’上。在滤芯220’的气体开口228的边界230与第一端盖234’的孔边界260之间存在接合。当第一端盖234可操作地安装在滤芯220’上时，端壁254的内壁表面278闭合迷宫(式结构)74的顶部开口通道268。这就导致了气体流流过端口252(沿箭头274)，并随后流过由迷宫(式结构)74形成的曲折的路径82，所述迷宫(式结构)74在顶部由端壁254的内壁表面278闭合并在底部由顶盖224’闭合。气体在孔258离开迷宫(式结构)74，并随后通过气体开口228流入滤芯220，并随后通过第一和第二吸附材料120,122。

上文表示原理和示例。许多结构是可行的。

Claims (35)

1.一种用于湿敏容器的过滤器；所述过滤器包括：

(a)外壳组件，所述外壳组件具有第一端口和第二端口；

(b)外壳组件内的至少第一吸附材料；

(c)至少第二吸附材料，所述至少第二吸附材料在外壳组件内并与第一吸附材料层状按顺序排列；第二吸附材料的特性不同于第一吸附材料；

(i)第一吸附材料和第二吸附材料被设置在外壳组件内，以便气体通过经由第一吸附材料和第二吸附材料的每一个在第一端口和第二端口之间行进；和

(d)迷宫式结构，所述迷宫式结构与第一端口流体相通并位于第一端口和第一吸附材料之间；所述迷宫式结构被定位成使得气体通过流过迷宫式结构在第一端口和第一吸附材料之间行进。

2.根据权利要求1所述的过滤器，其中：

(a)第一吸附材料位于迷宫式结构和第二吸附材料之间；

(b)第二吸附材料位于第一吸附材料和第二端口之间；和

(c)第一吸附材料在第一相对湿度比第二吸附材料在第一相对湿度吸附更大量的湿气。

3.根据权利要求2所述的过滤器，其中：

(a)第二吸附材料在第二相对湿度比第一吸附材料在第二相对湿度吸附更大量的湿气。

4.根据权利要求3所述的过滤器，其中：

(a)第二吸附材料改变颜色来响应预定水平的吸附。

5.根据权利要求3所述的过滤器，其中：

(a)第一吸附材料包括活性碳层或其混合物；和

(b)第二吸附材料包括硅胶层或其混合物包括硫酸钙和沸石。

6.根据权利要求3所述的过滤器，其中：

(a)第二吸附材料特性包括粒径、吸附剂容量、和/或比表面积的至少一个。

7.根据权利要求3所述的过滤器，其中：

(a)第一吸附材料基本上由活性碳层组成或基本上由活性碳层和变色剂组成；和

(b)第二吸附材料基本上由硅胶层组成或者基本上由活性碳层和变色剂组成。

8.根据权利要求1所述的过滤器，其中：

(a)外壳组件包括第一端盖，所述第一端盖具有：

(i)第一端口；

(ii)迷宫式结构；和

(iii)在迷宫式结构和第一吸附材料之间流体相通的孔。

9.根据权利要求1所述的过滤器，其中：

(a)迷宫式结构包括第一端盖中的壁，所述壁在第一端口到孔之间形成曲折的路径；和

(b)第一端盖中的壁在第一端口和孔之间形成螺旋状通道。

10.根据权利要求1所述的过滤器，其中：

(a)迷宫式结构在第一端口和孔之间形成通道；和

(b)L/D比为至少50，其中L是通道的长度，D是对等的通道直径，其中：

A＝通道宽度x通道高度；和

D＝(4/πXA)的平方根。

11.根据权利要求10所述的过滤器，其中：

(a)L/D比不大于380。

12.根据权利要求11所述的过滤器，其中：

(a)L/D比为约150。

13.一种用于流体罐液上空间的湿度控制的过滤系统，包括：

(a)流体罐，所述流体罐被设置成在其中容纳液体和液体与罐的表面之间的液上空间；和

(b)过滤器，所述过滤器与罐的液上空间流体相通；所述过滤器包括

(i)外壳组件，所述外壳组件具有与大气相通的第一端口；和与流体罐的液上空间相通的第二端口；

(ii)在外壳组件内的至少第一吸附材料；

(iii)至少第二吸附材料，所述至少第二吸附材料在外壳组件内并与第一吸附材料层状按顺序排列；第二吸附材料的特性不同于第一吸附材料；

(A)第一吸附材料和第二吸附材料被设置在外壳组件内，以便气体通过经由第一吸附材料和第二吸附材料的每一个在第一端口和第二端口之间行进；和

(iv)迷宫式结构，所述迷宫式结构与第一端口流体相通并位于第一端口和

第一吸附材料之间；所述迷宫式结构被定位成使得气体通过经由迷宫式结构在

第一端口和第一吸附材料之间行进；

其中，当流体罐中的液体下降时，气体被吸入通过第一端口、迷宫式结构、第一吸附材料、第二吸附材料，并随后通过第二端口流入流体罐的液上空间；和，当罐中的液体上升时，空气被迫离开液上空间，通过第二端口、第二吸附材料、第一吸附材料、迷宫式结构，并随后通过第一端口排向大气。

14.根据权利要求13所述的过滤系统，其中：

(a)外壳组件包括第一端盖；所述第一端盖具有：

(i)第一端口；

(ii)迷宫式结构；和

(iii)在迷宫式结构和第一吸附材料之间流体相通的孔。

15.根据权利要求14所述的过滤系统，其中：

(a)迷宫式结构包括第一端盖中的壁，所述壁在第一端口到孔之间形成曲折的路径；和

(b)第一端盖中的壁在第一端口和孔之间形成螺旋状通道。

16.根据权利要求13所述的过滤系统，其中：

(a)第一吸附材料位于迷宫式结构和第二吸附材料之间；

(b)第二吸附材料位于第一吸附材料和第二端口之间；

(c)第一吸附材料在较高相对湿度比第二吸附材料吸附更大量的湿气；

(d)第一吸附材料包括活性碳层或其混合物；和

(e)第二吸附材料包括硅胶层或其混合物包括硫酸钙和沸石。

17.根据权利要求13所述的过滤系统，其中：

(a)第二吸附材料特性包括粒径、吸附剂容量、和/或比表面积的至少一个。

18.一种用于控制流体罐液上空间的湿度的方法，所述方法包括：

(a)提供流体罐，所述流体罐中具有液体和液体与罐的壁之间的液上空间，并提供与罐的液上空间流体相通的过滤器；

(b)当流体罐中的液体下降时，将气体从大气抽吸入过滤器，并且气体通过迷宫式结构，然后通过第一吸附材料，然后通过第二吸附材料，并随后从过滤器进入流体罐的液上空间；和

(c)当罐中的液体上升时，引导气体从液上空间进入过滤器，通过第二吸附材料，随后通过第一吸附材料，随后通过迷宫式结构，并随后离开过滤器到大气。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：

(a)将气体抽吸入过滤器的步骤包括抽吸空气通过迷宫式结构，所述迷宫式结构包括过滤器的外壳的端盖中的壁，所述壁形成螺旋状通道。

20.根据权利要求18所述的方法，其中：

(a)提供过滤器的步骤包括提供过滤器，所述过滤器具有：

(i)外壳组件，所述外壳组件具有与大气相通的第一端口；

(ii)与流体罐相通的第二端口；

(iii)在外壳组件内的第一吸附材料；

(iv)第二吸附材料，所述第二吸附材料在外壳组件内并与第一吸附材料层状按顺序排列；第二吸附材料的特性不同于第一吸附材料；第一吸附材料和第二吸附材料被设置在外壳内，以便气体通过经由第一吸附材料和第二吸附材料的每一个在第一端口和第二端口之间行进；和

(v)外壳中的迷宫式结构，所述迷宫式结构与第一端口空气流相通并位于第一端口和第一吸附材料之间。

21.一种用于过滤器组件的过滤器滤芯；所述过滤器滤芯包括：

(a)滤芯壳，所述滤芯壳包括环绕壁和顶盖；所述壳限定滤芯内部；

(i)顶盖具有通过可穿透的边界覆盖的气体开口；

(b)至少第一吸附材料，所述至少第一吸附材料在滤芯内部；

(c)至少第二吸附材料，所述至少第二吸附材料在滤芯内部并与第一吸附材料层状按顺序排列；第二吸附材料的特性不同于第一吸附材料；和

(i)第一吸附材料和第二吸附材料被设置在外壳内部中，以便气体通过经由第一吸附材料和第二吸附材料的每一个行进通过滤芯。

22.根据权利要求21所述的过滤器滤芯，其中可穿透的边界包括覆盖气体开口的可穿透的膜。

23.根据权利要求21和22中任一权利要求所述的过滤器滤芯，其中：

(a)在沿着垂直于设置第一和第二吸附材料方向的方向观察的剖面中，顶盖包括沿着气体开口边界的多个交替的凹入部和部分。

24.根据权利要求23所述的过滤器滤芯，其中：

(a)交替的部分被设置成与可偏转的端部件匹配。

25.根据权利要求23-24中任一权利要求所述的过滤器滤芯，其中：

(a)第二吸附材料特性包括粒径、吸附剂容量、和/或比表面积的至少一个。

26.根据权利要求21-24中任一权利要求所述的过滤器滤芯，其中：

(a)第一吸附材料在较高相对湿度比第二吸附材料吸附更大量的湿气。

27.根据权利要求21-24中任一权利要求所述的过滤器滤芯，其中：

(a)第二吸附材料改变颜色来响应预定水平的吸附。

28.根据权利要求21-27中任一权利要求所述的过滤器滤芯，还包括：

(a)固定至顶盖的迷宫式结构；所述迷宫式结构形成与气体开口相通并止于气体开口的通道。

29.根据权利要求28所述的过滤器滤芯，其中：

(a)迷宫式结构包括形成止于气体开口的螺旋状通道的壁。

30.一种用于过滤器组件的端盖；所述端盖包括：

(a)外壁，所述外壁限定第一端口；

(b)外壁内的迷宫式结构；所述迷宫式结构形成第一端口和孔之间的通道；

(i)孔具有由迷宫壁限定的边界；孔边界的高度大于迷宫式结构的高度；孔边界包括多个间隔的突出部分；

(c)闭合的顶端；和

(d)开口的底端，与由迷宫式结构形成的通道相通。

31.根据权利要求30所述的端盖，其中：

(a)迷宫式结构包括端盖中的壁，在第一端口到孔之间形成曲折的路径；和

(b)端盖中的壁在第一端口和孔之间形成螺旋状通道。

32.根据权利要求30和31中任一权利要求所述的端盖，其中：

(a)L/D比为至少50，其中L是通道的长度，而D是对等的通道直径，其中：

A＝通道宽度x通道高度；和

D＝(4/πxA)的平方根。

33.根据权利要求32所述的端盖，其中：

(a)L/D比不大于380。

34.根据权利要求32所述的端盖，其中：

(a)L/D比为约150。

35.一种组装包括权利要求21所述的过滤器滤芯的过滤器的方法，所述方法包括：

(a)提供权利要求21所述的过滤器滤芯；

(b)提供根据权利要求30所述的端盖；

(c)通过将端盖的孔边界卡扣入与气体开口边界接合可操作地将端盖连接至过滤器滤芯。