CN107617248A - 带有调制波纹的波纹状过滤介质 - Google Patents

带有调制波纹的波纹状过滤介质 Download PDF

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Abstract

一种过滤介质，其中，较大波纹被印在或印花在预先成型有标准波纹的介质上。这种结构极大地增加了褶皱的梁强度，从而在加工成褶式介质期间，允许通道保持开启，以及防止褶皱在收集在当前的褶皱设备上期间变形。此外，一旦介质被打褶，与标准波纹组合的较大波纹或压花创建出较大的通道，用于流体从褶尖端流动到褶皱的底部。

Description

带有调制波纹的波纹状过滤介质
本申请是申请日为2014年3月3日、申请号为2014800117070、发明名称为“带有调制波纹的波纹状过滤介质”的发明申请的分案申请。
相关申请交叉引用
本申请要求2013年3月8日提交的美国临时专利申请第61/775,067号的优先权，该申请整体内容出于所有目的地通过引用方式纳入本文。
技术领域
本发明主要涉及过滤领域，更具体地涉及波纹状过滤介质，其中波纹被改良以提高褶皱率和过滤性能。
背景技术
在褶皱式空气过滤器中，由于不当的褶皱形状，在高粉尘应用中容尘量可能降低高达40％以上。曲线或弯曲的褶皱可能阻止空气从褶皱底部流出。这在褶皱超过2英寸深时尤其成问题。
如图1所示，形成有波纹4的过滤介质2是已知的。波纹4有助于增加介质2的刚性。波纹4通常频率较大而振幅较小，且在打褶过程中往往不足以保持褶皱硬度。这可能会导致由过滤介质2形成的最终褶皱折叠式过滤器弯折或弯曲。
在某些情况下，过滤介质制造商通过增加基本波纹的振幅和减少波纹的频率(例如，减少至每英寸约4个波纹)来解决上述问题。然而，因为需要精确控制的纸条件(即如果由过滤器制造商在内部完成)和/或需要加装介质制造设备(即由造纸厂来加工)，增加波纹的振幅和减少波纹的可能是昂贵的。此外，这样得到的介质是很难处理的，而且在分切、打褶和其它制造作业期间，每次介质纸经过辊子，大波纹将减少。在其他情况下，过滤器介质制造商通过用大力压平坦介质来压平平面介质，从而解决上述问题。然而，这需要褶皱和纸条件的精确控制，以避免撕破纸介质。
发明内容
描述了一种过滤介质和形成该过滤介质的方法，其提高过滤介质的褶皱率和过滤性能。过滤介质例如可以用来通过改善的容尘量来过滤空气。然而，过滤介质和用于生产该过滤介质的方法可以用来过滤其它类型的流体，包括燃料、油或液压流体。
在一个实施例中，较大波纹被印在或印花在预先成型有标准波纹的介质上。这种结构极大地增加了褶皱的梁强度，从而在加工到褶式介质期间允许通道保持开启，以及防止褶皱在被收集在当前的褶皱设备上期间变形。此外，一旦介质被打褶，与标准波纹组合的较大波纹或压花创建出较大的通道，用于流体从褶尖端流动到褶皱的底部。
较大波纹叠加在具有标准波纹的介质上，较大波纹具有较小频率(即波峰或波谷之间的距离更大)和较大振幅(比标准-较小波纹)。较大波纹平行于较小波纹延伸。较大波纹能够形成在已加工过波纹的介质中而不撕裂介质。
另一实施例涉及一种过滤介质。所述过滤介质包括多个第一波纹，该多个第一波纹在第一方向延伸并具有第一振幅和第一频率。所述过滤介质还包括多个第二波纹，该多个第二波纹在第一方向延伸并具有第二振幅和第二频率，第二振幅比第一振幅大，以及第二频率比第一频率小。在一些布置中，所述多个第二波纹散布于所述第一波纹之间。在另一些布置中，所述多个第二波纹从所述过滤介质向上和向下延伸。在又一些布置中，所述第一振幅和所述第一频率是恒定的。在又一些布置中，所述第二振幅和所述第二频率是恒定的。在又一布置中，所述第一频率为约6.3个波纹/英寸。在又另一布置中，所述第二频率为约1.33个波纹/英寸。
另一实施例涉及一种过滤器。该过滤器包括波纹状过滤介质。该波纹状过滤介质包括多个第一波纹，该多个第一波纹在第一方向延伸并具有第一振幅和第一频率。所述波纹状过滤介质还包括多个第二波纹，该多个第二波纹在第一方向延伸并具有第二振幅和第二频率，第二振幅比第一振幅大，以及第二频率比第一频率小。在一些布置中，所述多个第二波纹散布于所述第一波纹之间。在另一些布置中，所述多个第二波纹从所述过滤介质向上和向下延伸。在又一些布置中，所述第一振幅和所述第一频率是恒定的。在又一些布置中，所述第二振幅和所述第二频率是恒定的。在又一布置中，所述第一频率为约6.3个波纹/英寸。在又另一布置中，所述第二频率为约1.33个波纹/英寸。
另一实施例涉及一种加工过滤介质的方法。所述方法包括将具有第一波纹的波纹介质穿过压花机构，从而在所述波纹介质上创建出第二波纹，所述第一波纹具有第一振幅和第一频率，所述第二波纹具有第二振幅和第二频率，所述第二振幅大于所述第一振幅，所述第二频率小于所述第一频率。在一些布置中，所述方法还包括在将所述波纹介质通过压花机构后，再将所述波纹介质引导穿过拉辊机构。在另一些配置中，所述拉辊机构配置成不会压平所述波纹介质上的所述第二波纹。在另一布置中，所述方法还包括将所述波纹介质通过收集部分。在另一些布置中，所述压花机构包括一对打褶棍子，该对打褶棍子相互间隔一距离，该距离约等于两倍所述第一振幅。还在另一些布置中，所述方法还包括利用侧刻划棒对所述波纹状过滤介质进行刻划，所述侧刻划棒沿两个相对打褶棍子的纵向长度延伸。
结合附图和从下面的详细描述，这些和其它特征以及其组织和操作方式将变得更明显。
附图简要说明
图1示出已知的波纹状过滤介质的一部分。
图2A是波纹状过滤介质的端视图，如本文所描述的，其在小波纹中有大波纹。
图2B是图2A的特写图。
图3示出可以用来加工波纹介质的打褶棍子。
图4是曲线图，其示出小波纹和大波纹的组合引起的强度的提高。
图5示出由图2A的过滤介质形成的褶皱式过滤器的一个示例。
图6示出由图2A的过滤介质形成的褶皱式过滤器的另一个示例。
图7是利用图2A的过滤介质的圆筒过滤元件的一个示例。
图8是利用图2A的过滤介质的矩形过滤元件的一个示例。
具体实施方式
首先参照图2A-2B，波纹状过滤介质10(包含本文所描述的概念)被示出。过滤介质10例如可以用来过滤空气或过滤其它类型的流体，包括燃料、油或液压流体。介质10例如可以由标准的纤维素材料形成，并可以被叫做纸介质。纤维素材料可包括聚酯(例如，纤维素可包括大约5％的聚酯)，在后续的加工过程中，其减少过滤介质10的压裂和撕裂。在一些布置中，过滤介质10是包括纤维素基层和第二纳米介质层的多层过滤介质，纤维素基层可以通过上述聚酯来加强。纳米介质例如可以包括尼龙6纳米纤维。尼龙6纳米纤维可具有约150纳米的直径。过滤介质10可以具有约70磅/3000平方英尺的基重。然而，本文所述的概念可以应用于由其它材料形成的过滤介质。
介质10包括小波纹12，小波纹12与图1中的波纹4类似。小波纹具有频率F1和振幅A1。介质10还包括叠加在较小波纹12上的较大波纹14，较大的波纹14具有频率F2和振幅A2。频率F2比频率F1小(即波峰和波谷之间的间距较大)，以及振幅A2比振幅A1大。
小波纹12在从页面由内向外的方向上(即垂直于频率维度和振幅维度，且平行于介质在加工设备上流动方向的方向)相互平行延伸。同样，较大的波纹14在从页面由内向外的方向上(即垂直于频率维度和振幅维度，且平行于介质流动方向的方向)相互平行延伸，以及平行于较小的波纹12延伸。
本文所用的术语“较大”和“大”在指振幅时，指的是波纹14的振幅比波纹12的振幅大，因此，也可以指波纹12的振幅比波纹14的振幅小。本文所用的术语“较小”和“小”在指频率时，指的是波纹14的频率比波纹12的频率小，因此，也可以指波纹12的频率比波纹14的频率大。
在图示实施例中，波纹12和波纹14的频率及振幅在介质10内是不变的。然而，波纹12以及较大的波纹14的频率和振幅不是必须是恒定的，只要波纹14的频率或多个频率比波纹12的频率或多个频率小，以及只要波纹14的振幅或多个振幅比波纹12的振幅或多个振幅大，就可以实现本文所述的介质的优点和益处。
在图2A和2B中，波纹14位于介质10的两侧。换句话说，观察图2A和2B时，一些波纹14向上延伸，而另一些波纹14向下延伸。向上延伸的波纹14可以称为正波纹，而向下延伸的波纹14可以称为负波纹。在一些布置中，正波纹和负波纹具有不同的振幅。
在一些非限制性实施例中，波纹频率F1约6.3/英寸(即波峰之间的距离约0.158英寸)，以及较大波纹14的频率F2约1.33/英寸(即波峰之间的距离约0.75英寸)。此外，也可以使用其它的频率。
较小波纹12和较大波纹14的组合提升了介质的强度，这在图4中被证明。图4示出图1所示的标准波纹介质(“波纹”)(该介质仅仅压花有较大波纹14(“压花”))，以及具有标准波纹和较大波纹的组合的介质10(“波纹+压花”)的力与变形。
现在参照图3描述波纹介质的加工。在图3中，具有较小波纹12的介质以箭头指示的介质进给方向穿过打褶机构24。打褶机构24通过一个压花机构在波纹介质上产生较大波纹14，并在形成褶皱前对介质进行刻划。
穿过打褶机构24后，介质被引导穿过拉辊机构(其功能有些类似于传统拉辊机构)，以及最终到达收集部分(accumulator section)，收集部分将该褶式介质收集在一起。拉辊机构和收集部分的结构和操作在本领域是已知的。然而，拉辊机构应设计成使得拉辊机构仅以非常窄的宽度带接触介质，从而不会将具有较大波纹的介质拉平回到原始波纹状态。
打褶机构24包括上辊子30和下辊子32。上辊子30和下辊子32相互间隔一定距离，从而在这之间形成一个辊隙，波纹介质通过该辊隙传递。在一个实施例中，滚子30、32之间的间隔比介质的较小波纹的振幅的两倍稍大(即，比由较小波纹限定的介质的最大厚度稍大)。该间隔防止辊子30、32压扁已存在的较小波纹。
每个辊子30、32包括纵向刻划棒34，纵向刻划棒34沿辊子的纵向长度延伸，并且可以围绕每一个辊子30、32的周向均匀分布，其中棒34之间的空间决定了所得的介质的褶皱长度。刻划棒34从棍子的表面突出一足够的距离，从而在介质上产生刻划，介质在刻划处折叠从而形成褶皱。对本领域的普通技术人员来说，刻划棒的构造和功能是已知的。
每个辊子30、32还包括多个交替的凸台36和通道38。凸台36和通道38在棍子30、32上在刻划棒34之间周向延伸，并且在棍子30、32的整个纵向长度上延伸。凸台36从棍子的表面突出一足够距离，从而在介质上创建出较大的波纹14。凸台36和通道38被布置成使得辊子30上的凸台36与辊子32上的通道38对齐，同时辊子32上的凸台36与辊子30上的通道38对齐。
当波纹介质在辊子30、32之间传递时，凸台36创建出位于介质上的较小波纹12之间的较大波纹14。不要求较大波纹14形成为直接覆盖在较小波纹12上(即较大波纹14的波峰不需要匹配较小波纹的波峰)。这消除了当进给入打褶机构24时，精确对齐波纹介质的必要。
当较大波纹14在打褶机构24中被添加到波纹介质后，该介质被引导穿过一个拉辊部分来创建褶皱折叠，然后该褶式介质在收集部分聚集。由较小波纹和较大波纹的组合所提供的增加的强度得到一褶皱形状，该褶皱形状通过消除褶皱中经常会发生的弯曲或弯折而更优地用于褶式介质。
在一个可选的布置中，打褶机构包括压花辊子，该压花棍子独立于两个相对的刻划棍子(即辊子30、32)。在这样的布置中，在介质穿过打褶机构的方向上，压花辊子位于刻划辊子的上游。压花辊子在介质中创建越过压花辊子的通道。
所得的褶式介质可用于创建任意数目的过滤器。图5示出由褶式介质10形成的平面或面板过滤器50。图6示出由褶式介质10形成的圆筒过滤器60。利用该褶式介质还可以构造其它形状的过滤器。在图5和6中，波纹以箭头指示的方向在褶皱尖端和褶皱谷之间延伸。
参照图7，根据一个示例实施例的圆筒过滤元件700被示出。圆筒过滤元件700包括形成为圆筒形状的褶式介质702。褶式介质702可以是上述介质10。褶式介质702由第一端盖704和第二端盖706支撑。第一端盖704包括开口708，开口708用来接收待过滤流体。第二端盖706基本被密封。
参照图8，根据一个示例实施例的过滤元件800被示出。过滤元件800包括褶式介质802。褶式介质802可以是上述褶式介质10。褶式介质802由第一框架构件804和第二框架构件806支撑。待过滤流体沿路径F流过第一框架构件804并流出过滤介质802。
所描述的实施例(多个)可以以其它形式实施而不脱离其新颖特性或精神。在本申请中公开的各实施例在所有方面应考虑为是说明性的而不是限制性的。本发明的范围由所附的权利要求而不是由前文的描述来指出，以及在权利要求的等效的含义和范围内的各种修改都旨在被包含在其范围内。
本文所使用的如术语“大约”，“约”，“基本上”以及类似术语旨在具有与本公开的主题内容所属领域内的本领域普通技术人员通常的用法一致和可接受的宽泛的含义。本领域的技术人员在阅读了本公开之后应理解，这些术语旨在允许对所描述和所要求保护的某些特征进行描述，而不是将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围内。因此，这些术语应该被解释为指示性的，所描述和要求保护的主体内容的非实质性或无关紧要的修改或变化被认为落入本发明的如所附权利要求所述的范围。
应当指出的是，本文用来描述各种实施例的术语“示例性”旨在表示该实施例是可能的示例、代表和/或可能的实施例的说明(以及这些术语并不意在暗示该实施例是特别的或最好的)。
本文所用的术语“联接”，“连接”等意在表示两个构件相互直接或间接接合。这种接合可以是静止的(例如永久的)或可移动的(例如可移动的或可释放的)。这种接合可以由两个构件或两个构件和任意附加的中间构件相互整体形成单个整体来实现，或由两个构件或两个构件和任意附加的中间构件与这两个构件或这两个构件和任意附加的中间构件相互连接来实现。
本文引用的元件的位置(例如，“顶部”，“底部”，“上”，“下”等)仅仅用于描述附图中各元件的方向。应当指出的是，各种元件的方向可以根据其它示例性实施例而不同，并且这种变化被考虑为由本公开所涵盖。
需要特别注意的是，各种示例性实施例的结构和布置仅仅是说明性的。尽管只有几个实施例在本公开被详细描述，本领域的技术人员在阅读了本公开的内容之后将容易理解，不脱离本文描述的主题的新颖性教导和优点的许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等的变化)。例如，示出为整体形成的各元件可以由多个部件或元件构成，各元件的位置可以被相反或以其他方式改变，以及性质、离散元件的数目或位置可以改变或变化。任何加工步骤或方法步骤的顺序或序列可以根据各优选实施例来改变或重新排序。各示例性实施例的设计、操作条件和布置也可以在不脱离本发明的主旨范围内做出其他各种替换、修改、变化和省略。

Claims (26)

1.一种过滤介质，其特征在于，包括：
第一端盖，和
被所述第一端盖所支撑的褶式介质，所述褶式介质包括：
多个第一波纹，所述多个第一波纹在第一方向延伸并具有第一振幅和第一频率，其中，所述第一频率是所述褶式介质中是恒定的；
多个第二波纹，所述多个第二波纹在所述第一方向延伸并具有第二振幅和第二频率，所述第二振幅比所述第一振幅大，以及所述第二频率比所述第一频率小，所述第二波纹被叠加在所述第一波纹上。
2.如权利要求1所述的过滤介质，其特征在于，所述褶式介质为圆柱体形状。
3.如权利要求1所述的过滤介质，其特征在于，所述第一端盖包括接收待过滤流体的开口。
4.如权利要求1所述的过滤介质，其特征在于，进一步包括第二端盖，所述褶式介质被第二端盖所支撑。
5.如权利要求4所述的过滤介质，其特征在于，所述第二端盖基本上是被密封的。
6.如权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述多个第二波纹散布在所述第一波纹之间。
7.如权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述多个第二波纹从所述褶式介质向上和向下延伸。
8.如权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第一振幅是恒定的。
9.如权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第二振幅是恒定的。
10.如权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第一频率是恒定的。
11.如权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第二频率是恒定的。
12.如权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第一振幅，所述第二振幅，所述第一频率，和所述第二频率是恒定的。
13.如权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第一频率为约6.3个波纹/英寸。
14.如权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第二频率为约1.33个波纹/英寸。
15.一种过滤介质，其特征在于，包括：
第一框架构件，和
被所述第一框架构件所支撑的褶式介质，所述褶式介质包括：
波纹状过滤介质，该波纹状过滤介质包括：
多个第一波纹，所述多个第一波纹在第一方向延伸并具有第一振幅和第一频率，其中，所述第一频率是所述褶式介质中是恒定的；
多个第二波纹，所述多个第二波纹在所述第一方向延伸并具有第二振幅和第二频率，所述第二振幅比所述第一振幅大，以及所述第二频率比所述第一频率小，所述第二波纹被叠加在所述第一波纹上。
16.如权利要求15所述的过滤介质，其特征在于，待过滤流体沿通过所述第一框架构件的路径流动并流出所述褶式介质。
17.如权利要求15所述的过滤介质，其特征在于，进一步包括第二框架结构，所述褶式介质被所述第二框架结构所支撑。
18.如权利要求15至17中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述多个第二波纹散布在所述第一波纹之间。
19.如权利要求15至17中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述多个第二波纹从所述褶式介质向上和向下延伸。
20.如权利要求15至17中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第一振幅是恒定的。
21.如权利要求15至17中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第二振幅是恒定的。
22.如权利要求15至17中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第一频率是恒定的。
23.如权利要求15至17中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第二频率是恒定的。
24.如权利要求15至17中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第一振幅，所述第二振幅，所述第一频率，和所述第二频率是恒定的。
25.如权利要求15至17中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第一频率为约6.3个波纹/英寸。
26.如权利要求15至17中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述第二频率为约1.33个波纹/英寸。
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