CN108601996B

CN108601996B - 具有变化通道和深波纹的折叠的过滤介质包

Info

Publication number: CN108601996B
Application number: CN201780011062.4A
Authority: CN
Inventors: S·W·施瓦兹
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2037-02-14
Also published as: DE112017000276T5; CN112780458A; US11040302B2; US20190009204A1; WO2017146935A1; US20210291103A1; CN108601996A; CN112780458B

Abstract

描述了在深波纹状的过滤介质上采用锯齿形折叠式样的过滤介质包。将过滤介质刻痕、折叠并固定就位以形成过滤介质包。可采用自支撑结构(例如，通过用于保护相邻折叠的粘合剂固定住)保护过滤介质包。过滤介质包包括独特的特征，以优化过滤性能，例如最大化的入口面流量区域和出口面流量区域。在一些布置中，通过具有不同横截面形状和/或尺寸的上游通道和下游通道，过滤包表现出改进的流量特性和容尘量。上游通道和下游通道可包括，例如圆形、菱形、或鱼鳞形开口。

Description

具有变化通道和深波纹的折叠的过滤介质包

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年2月24日申请的，专利号为62/299,722、题为“具有变化通道和深波纹的折叠的过滤介质包(FOLDED FILTER MEDIA PACK WITH VARYING CHANNELS ANDDEEP CORRUGATIONS)”的美国临时专利申请的优先权益，其内容出于各种目的全文引用作为参考。

技术领域

本发明涉及与过滤系统使用的过滤介质。

背景技术

内燃机通常燃烧燃料(例如，汽油、柴油、天然气等)和空气的混合物。在进入发动机前，进气空气通常通过过滤元件以在输送到发动机前从进气空气移除污染物(例如，颗粒、灰尘、水等)。过滤元件需要周期性替换，因为过滤元件的过滤介质从通过过滤介质的进气空气中捕获和移除颗粒。过滤介质通常是波纹状的过滤介质(通常又称为褶皱过滤介质)，其布置在板状、块状、圆柱等中。

然而波纹状的过滤介质具有某种限制。例如，当褶皱深度大于50-70mm时，波纹状的过滤介质开始失效。随着褶皱深度增加，褶皱密度必须减少以弥补通道流量损失。然而，波纹深度通常受限并且不能增加以支持较低的褶皱密度。此外，波纹状的过滤介质可通过遮蔽有用的介质区域而失去潜在的有用过滤区域。例如，典型的波纹状介质可具有圆形波纹，这遮盖了大部分介质并且提供最小的结构防止塌陷。此外，可采用热熔间隔和介质压花，这导致有用的介质被遮盖了。此外，当过滤介质的表面区域上形成尘饼时，波纹状的介质易于坍塌。

发明内容

一实施例涉及一种制作过滤介质包的方法。方法包括刻痕和折叠过滤介质片材以在过滤介质片材上形成多个波纹。方法还包括沿着所述过滤介质片材的第一弯曲轴线刻痕每个波纹，并沿着所述过滤介质片材的第二弯曲轴线刻痕每个波纹。方法包括沿第一方向在第一弯曲轴线折叠所述过滤介质片材以形成位于多个波纹的两个相邻波纹之间的多个上游开口。上游开口位于所述过滤介质包的第一面上。方法还包括沿与第一方向相反的第二方向在第二弯曲轴线折叠所述过滤介质片材以形成位于多个波纹的两个相邻波纹之间的多个下游开口。下游开口位于过滤介质包的第二面，第二面与第一面相反。

另一个实施例涉及过滤介质包。过滤介质包包括沿直线流动方向刻痕和折叠以形成多个流动通道的过滤介质。多个流动通道的每一个在多个弯曲轴线具有多个刻痕。过滤介质在多个弯曲轴线的每一个处交替折叠以形成具有多个上游开口和多个下游开口的过滤介质包使得过滤介质不延伸。

从以下结合附图的详细描述中，这些和其他特征以及其操作的组织和方式将变得显而易见，其中，相同的元件在下面描述的几个附图中具有相同的标号。

附图说明

图1示出了根据一示例实施例的部分成型的过滤介质包的透视图。

图2示出了图1的部分成型的过滤介质包的另一透视图。

图3示出了根据一示例实施例的过滤介质包的入口面的侧视图。

图4示出了图3的过滤介质包的出口面的侧视图。

图5示出了根据一示例实施例的过滤介质包打开式样的图。

图6示出了根据一示例实施例的制造过滤介质包方法的流程图。

具体实施方式

通常参照附图，描述了在深波纹状的过滤介质上采用锯齿形折叠式样的过滤介质包。将过滤介质刻痕、折叠并固定就位以形成过滤介质包。可采用自支撑结构(例如，通过用于保护相邻折叠的粘合剂固定住)固定过滤介质包。过滤介质包包括独特的特征，以优化过滤性能，例如最大化的入口面流量区域和出口面流量区域。在一些布置中，通过具有不同横截面形状和/或尺寸的上游通道和下游通道，过滤介质包表现出改进的流量特性和容尘量。上游通道和下游通道可包括，例如圆形、菱形、或鱼鳞形开口。

参考图1，示出部分成型的过滤介质包100的透视图。图2示出了部分成型的过滤介质包100的另一透视图。如图1和2所示，过滤介质包100由过滤介质102的平板形成，其沿直线流动方向(即，待过滤流体将流入过滤介质包100的方向)刻痕和折叠以形成三角流动通道104(由图1中突出的折叠线所示)。过滤介质102可包括，例如基于纤维素的过滤介质、玻璃过滤介质、纤维过滤介质、纳米纤维过滤介质等。在每个三角流动通道104的弯曲轴线108处制成多个刻痕106，多个刻痕106形成菱形。多个刻痕106沿着每个三角流动通道104延伸。基于过滤介质102在流动方向的宽度选择弯曲轴线108，使得基于弯曲轴线108选择的最终折叠过滤介质包的高度202。由于过滤介质102沿着弯曲轴线108折叠，形成菱形106的刻痕被压下，因而允许过滤介质102折叠108度而不被拉伸，从而减少过滤介质102在过滤介质包100成型过程中撕裂的机会。

当过滤介质102被折叠180度时，通过两个相对的三角形通道104形成多个基本菱形的通道。在折叠过程中，每个基本菱形通道的顶部对齐。在一些布置中，沿着菱形通道的相邻顶部设置固定粘合剂(tacking adhesive)(例如，热熔粘合剂)以帮助保持介质包的形状并提供过滤介质包300的总体刚性，以便在组装或维护时处理。没有固定粘合剂的情况，在使用期间波纹可能坍塌使得通道套在一起，这大幅减少了性能(例如，过滤效率)。固定粘合剂的使用也为过滤介质包300提供了足够的刚性，使得可不需要支撑框。通过将固定粘合剂仅沿着菱形通道的相邻顶部放置，由于固定粘合剂遮盖掉一部分过滤介质102，使得过滤区域的损失最小化。

在一些布置中，形成菱形通道的菱形形状106的侧面轻微向内拱起(例如，朝菱形形状106的中心)从而导致三角通道104的开口对进入和离开过滤介质包100的流体最大化。没有菱形106的向内拱起侧的情况下，在过滤介质包100内表面或外表面上的通道开口区域与阻挡区域基本相同(考虑过滤器介质102厚度之后)，这导致通道进入区域小于总过滤面区域的50％。然而，通过刻痕线轻微地朝菱形形状106的中心拱起时，过滤介质包100产生超过总入口面区域或出口面区域50％的流动进入区域。

在一些布置中，过滤介质102交替折叠多次以形成具有许多对称通道层的分层过滤介质区(例如，与图3和4示出的过滤介质区300相关的类似方式)。如下文描述，通过改变产生菱形形状106的刻痕的形状和尺寸，过滤介质包的特性也可变化，这种布置参考图3和4见下文所述。

参考图3，示出了根据一示例实施例的过滤介质包300的入口面侧视图。参考图4，示出了过滤介质包300的出口面侧视图。过滤介质包300类似于过滤介质包100，并且以上文参照图1和2描述的相似方式通过波纹状过滤介质302的多个交替弯曲部形成。过滤介质包300和过滤介质包100之间的主要区别在于在弯曲轴线处的刻痕线的分布。具体地，过滤介质包300采用两组不同的刻痕线，其导致过滤介质包300具有对称的流动通道(例如，流动通道具有不同的横截面形状和/或尺寸)。

过滤介质包300上游面(即，内表面；如图3所示)开口304基本是椭圆形。上游面开口304由刻痕线306限定，刻痕线306形成具有向内拱起侧面的菱形形状(例如，与上述过滤介质包100相似的方式)。过滤介质包300下游面(即，外表面；如图4所示)开口308基本是菱形(例如，与限定上游面开口304的刻痕线形状匹配)。下游面开口308由刻痕线310限定，刻痕线310形成基本为椭圆形形状(例如，与上游面开口304的形状匹配)。因此，刻痕线310向外拱起。如图3和4所示，上游面开口304比下游面开口308大。因此，上游面开口304和下游面开口308具有不同的横截面形状和/或尺寸。

在一些布置中，沿着限定外表面开口308的相邻顶部设置固定粘合剂(例如，热熔粘合剂)以帮助保持过滤介质包300的形状并提供过滤介质包300的总体刚性，以便在组装或维护时处理。没有固定粘合剂的情况，在使用期间波纹可能坍塌使得通道套在一起，这大幅减少了性能(例如，过滤效率)。固定粘合剂的使用也为过滤介质包300提供了足够的刚性，使得可不需要支撑框。固定粘合剂不用于固定限定入口面开口304的相邻顶部，因为相邻顶部是间隔开的。

过滤介质包300的不同尺寸和/或横截面形状开口导致上游面开口304大于下游面开口308。因此，过滤介质包300的开口将进入过滤介质包300的流体的开口区域最大化。较大的上游面开口304在过滤介质包300内产生比下游容积更大的上游容积。更大的上游容积提供比过滤介质包100(或其他具有相同的上游容积和下游容积的过滤介质包)更大的容尘量。在一些布置中，刻痕线306充分向内拱起使得上游面开口304是圆形的。在这种布置中，可产生上游容积与下游容积比为0.785:0.215。在其他布置中，刻痕线306向内拱起以产生上游容积和下游容积比为0.6:0.4。在进一步的布置中，刻痕线306向内拱起以产生上游容积和下游容积比约为0.75:0.25。

参考图5，示出过滤介质包开口式样500的图。式样500类似于“鱼鳞”开口式样，其中每个开口502(即，上游开口或下游开口)由一组拱起的刻痕线504限定。如图5的放大部分所示，式样500基于重复菱形506(例如，与过滤介质包100菱形式样相似)。式样500通过向内拱起两个刻痕508和510并向外拱起两个刻痕512和514形成。在一些布置中，每个刻痕508、510、512和514拱起半径相同。鱼鳞式样500有助于减少形成过滤介质包的过滤介质的连续折叠之间的对准灵敏度，因为由开口502形成的通道嵌套在一起。与过滤介质包100和过滤介质包300相似，可沿着限定开口502的通道的相邻顶部设置固定粘合剂(例如，热熔粘合剂)以帮助保持过滤介质包的形状并提供过滤介质包的总体刚性，以便在组装或维护时处理。

参考图6，根据示例实施例示出制造过滤介质包(例如，过滤介质包100、过滤介质包300等)的方法600的流程图。方法600起始于刻痕和折叠过滤介质片材(例如，过滤介质片材102)以形成多个波纹。沿直线流动方向(即，待过滤流体将流过波纹的方向)刻痕和折叠过滤介质片材。在604，每个波纹沿弯曲轴线刻痕。以上述图1至5中任何方式刻痕波纹。每个弯曲轴线对应过滤介质片材的折叠，其依次对应过滤介质包的一层。因此，在606，确定过滤介质包是否有附加折叠。如果有附加折叠，则方法600返回至604。如果不需要附加折叠，则方法600继续至608，其中过滤介质片材沿弯曲轴线交替折叠。在608中，在602中形成的波纹形成具有交替开端面和关端面的流动通道。因此，608的折叠产生位于两个相邻波纹之间的上游开口，和位于两个相邻波纹之间的下游开口。上游开口和下游开口位于过滤介质包的相反面。上游开口和下游开口的尺寸、形状和布局可以上文图1至图5相关讨论的任何方式。任选地，在610，波纹的相邻顶部之间附加固定粘合剂。固定粘合剂沿着限定上游开口和下游开口的相邻顶部设置以帮助保持过滤介质包的形状并提供过滤介质包的总体刚性，以便在组装或维护时处理。

应该注意的是，本文使用术语“示例”来描述各种实施例旨在表示这样的实施例是可能的实施例、表示和/或可能实施例的说明(并且这样的术语不旨在暗示这样的实施例必然是不一般的或最优的例子)。

本位参考的元件的位置(例如，“顶”、“底”、“上”、“下”等)仅仅用于描述附图中各种元件的方向。应该注意的是，根据其他示例性实施例，各种元件的取向可以不同，并且这样的变化旨在由本公开所涵盖。

如本文所使用的，术语“基本上”和类似的术语旨在具有广泛的含义，与本公开的主题所属领域的普通技术人员的普通和公认的用法相一致。阅读本公开的本领域技术人员应该理解，这些术语旨在允许描述和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应该被解释为表明对所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为是在所附权利要求书所述的本发明的范围内。当与数值相关使用时，术语“约”是指相关数值的正负百分之五。

需要特别注意的是，各种示例实施例的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了一些实施例，但阅读本公开内容的本领域技术人员将容易地认识到实质上不脱离本文所述主题的新颖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、形状和比例的变化、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等)。例如，示出为整体形成的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且离散元件或位置的性质或数量可以改变或变化。任何过程或方法步骤的次序或顺序可根据替代实施例而改变或重新排序。另外，如本领域普通技术人员将理解的，来自特定实施例的特征可以与来自其他实施例的特征组合。各种示例实施例的设计、操作条件和布置也可以在不脱离本发明的范围的情况下进行其他替换、修改、变化和省略。

Claims

1.一种制造过滤介质包的方法，其特征在于，所述的方法包括：

刻痕和折叠过滤介质片材以在过滤介质片材上形成多个波纹；

沿着所述过滤介质片材的第一弯曲轴线刻痕多个波纹的每一个；

沿着所述过滤介质片材的第二弯曲轴线刻痕多个波纹的每一个；

将所述过滤介质片材在所述第一弯曲轴线处沿第一方向折叠以形成位于多个波纹的两个相邻波纹之间的多个上游开口，所述上游开口位于所述过滤介质包的第一面；并且将所述过滤介质片材在所述第二弯曲轴线处沿与所述第一方向相反的第二方向折叠以形成位于多个波纹的两个相邻波纹之间的多个下游开口，所述下游开口位于所述过滤介质包的第二面，所述第二面与所述第一面相反。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的过滤介质片材在所述过滤介质片材折叠期间不被伸长。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述过滤介质片材沿所述第一弯曲轴线和所述第二弯曲轴线折叠后，将固定粘合剂施加在波纹相邻顶部之间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的上游开口和所述的下游开口为菱形形状。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的上游开口和所述的下游开口为鱼鳞形状。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的上游开口比所述的下游开口更大。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的上游开口基本为椭圆形，其中所述的下游开口基本为菱形形状。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的上游开口基本为椭圆形。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的下游开口基本为菱形形状。

10.一种过滤介质包，其特征在于，包括：

过滤介质，所述过滤介质沿线形流动方向刻痕和折叠以形成多个流动通道，多个流动通道的每一个在多个弯曲轴线处具有多个刻痕，所述的过滤介质在多个弯曲轴线的每一个交替折叠以形成具有多个上游开口和多个下游开口的过滤介质包使得所述过滤介质不伸长。

11.根据权利要求10所述的过滤介质包，其特征在于，还包括位于多个流动通道相邻顶部之间的固定材料，所述固定材料将所述过滤介质包保持为所需形状。

12.根据权利要求10所述的过滤介质包，其特征在于，所述多个流动通道横截面是三角形使得当过滤介质在多个弯曲轴线处交替折叠时，形成多个菱形形状的流动通道。

13.根据权利要求10所述的过滤介质包，其特征在于，所述过滤介质包具有超过总入口面面积50％的流动进入面积。

14.根据权利要求10所述的过滤介质包，其特征在于，所述多个上游开口具有与多个下游开口不同的横截面形状。

15.根据权利要求14所述的过滤介质包，其特征在于，所述的多个上游开口基本为椭圆形。

16.根据权利要求15所述的过滤介质包，其特征在于，所述的多个下游开口基本为菱形形状。

17.根据权利要求14所述的过滤介质包，其特征在于，所述多个上游开口比所述的多个下游开口更大。

18.根据权利要求10所述的过滤介质包，其特征在于，所述多个上游开口和所述多个下游开口为菱形形状。

19.根据权利要求10所述的过滤介质包，其特征在于，所述多个上游开口和所述多个下游开口为鱼鳞形状。

20.根据权利要求10所述的过滤介质包，其特征在于，所述多个上游开口基本为椭圆形，其中所述多个下游开口基本为菱形形状。