CN112691476B - 空气过滤器和使用方法 - Google Patents

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Abstract

公开了空气过滤器、包含所述空气过滤器的用于在直升机中使用的空气过滤器装置和使用方法。所述空气过滤器包含(a)第一多孔介质，所述第一多孔介质包含具有第一表面和第二表面的疏水的多孔纤维介质，和在第一介质中具有直径在约2mm‑约35mm范围内的多个孔，所述孔穿过第一和第二表面；和(b)多个第二多孔介质，每个第二多孔介质包含具有第一表面和第二表面的亲水的多孔纤维介质，其中将多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的第一或第二表面，所述第二多孔介质覆盖第一多孔介质的孔。

Description

空气过滤器和使用方法
发明背景
空气过滤器用于保护直升机发动机免受不期望的材料例如泥土、灰尘、盐、砂和动力减退(brownout)(例如会妨碍飞行员视线的当在多尘环境中降落时转子冲刷扫起的砂和/或灰尘颗粒)的不利影响。
然而，需要用于直升机的改进空气过滤器。
本发明的这个和其它优点将从下面列出的描述显而易见。
发明简要概述
本发明的一个实施方案提供空气过滤器，其包含(a)第一多孔介质，所述第一多孔介质包含具有第一表面和第二表面的疏水的多孔纤维介质，和在第一介质中具有在约2mm-约35mm范围内的直径的多个孔，所述孔穿过第一和第二表面；和(b)多个第二多孔介质，每个第二多孔介质包含具有第一表面和第二表面的亲水的多孔纤维介质，其中将多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的第一或第二表面，所述第二多孔介质覆盖第一多孔介质的所述孔。
在另一个实施方案中，过滤进入直升机发动机的空气的方法包括使空气穿过空气过滤器，所述空气过滤器包含(a)第一多孔介质，所述第一多孔介质包含具有第一表面和第二表面的疏水的多孔纤维介质，和在第一介质中具有在约2mm-约35mm范围内的直径的多个孔，所述孔穿过第一和第二表面；和(b)多个第二多孔介质，每个第二多孔介质包含具有第一表面和第二表面的亲水的多孔纤维介质，其中将多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的第一或第二表面，所述第二多孔介质覆盖第一多孔介质的所述孔。
在又一个实施方案中，制造空气过滤器的方法包括在包含疏水的多孔纤维介质的第一多孔介质中设有孔，和将多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的表面，每个第二多孔介质包含亲水的多孔纤维介质，其中第二多孔介质覆盖第一多孔介质的所述孔。
本发明的实施方案还包括空气过滤器装置，其包括在壳体中布置的空气过滤器的实施方案。
附图中几个视图的简要描述
图1是根据本发明实施方案的空气过滤器的示意横截面图，其中水通过亲水介质排出而疏水介质基本上保持干燥并允许空气流过。
图2A、2B、2C和2D是根据本发明实施方案的褶皱空气过滤器的单个过滤器褶皱的截面图，其中图2A显示焊接至疏水介质的亲水介质，图2B显示图2A中显示的过滤器褶皱，其中水通过亲水介质排出而疏水介质允许空气流过，图2C显示与疏水介质粘合性结合的亲水介质，和图2D显示图2C中显示的过滤器褶皱，其中水通过亲水介质排出而疏水介质允许空气流过。在图2A-2D中，亲水介质位于过滤器褶皱的底部附近，在图2A中亲水介质位于疏水介质的一侧(例如上游侧)上，并且在图2C中，亲水介质位于疏水介质的另一侧(例如下游侧)上。
图3A和3B是显示来自使用亲水的过滤器、疏水的过滤器和根据本发明实施方案的过滤器的淋雨测试的对照结果的图。图3A显示来自静态淋雨测试的结果，和图3B显示来自动态淋雨测试的结果。
图4显示未折叠的褶皱过滤器，其显示具有孔的疏水介质和覆盖一些所述孔的亲水介质。
图5A显示褶皱过滤器的表面，其中亲水介质位于疏水介质的褶皱的底部附近，图5B显示褶皱过滤器的上游表面和下游表面，其中亲水介质布置在疏水介质的下游表面上，并还显示在壳体中布置的褶皱过滤器从而提供过滤器装置。
图6A-6F显示在壳体中布置过滤器包的实施方案从而提供过滤器装置。图6A显示等距顶视图，图6B显示前视图，图6C显示左(顶)视图，图6D显示右(底)视图，图6E显示沿着图6C的A-A的部分截面图，和图6F显示沿着图6E中显示实施方案的B-B的截面图。
图7显示根据本发明实施方案的过滤器装置示例性安装在直升机中的等距图。
发明详细描述
按照本发明的实施方案，提供空气过滤器，其包含(a)第一多孔介质，所述第一多孔介质包含具有第一表面和第二表面的疏水的多孔纤维介质，和在第一介质中具有直径在约2mm-约35mm范围内的多个孔，所述孔穿过第一和第二表面；和(b)多个第二多孔介质，每个第二多孔介质包含具有第一表面和第二表面的亲水的多孔纤维介质，其中将多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的第一或第二表面，所述第二多孔介质覆盖第一多孔介质的孔。
在另一个实施方案中，空气过滤器包含(a)第一多孔介质，所述第一多孔介质包含具有第一表面和第二表面的疏水的多孔纤维介质，和从第一介质切出的多个孔，所述孔穿过第一和第二表面；和(b)多个第二多孔介质，每个第二多孔介质包含具有第一表面和第二表面的亲水的多孔纤维介质，其中将多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的第一或第二表面，所述第二多孔介质覆盖第一多孔介质的孔。在优选实施方案中，孔直径在约2mm-约25mm范围内。
在空气过滤器的一些实施方案中，在第一介质中以预定图案布置多个孔。
本发明的实施方案还包括空气过滤器装置和使用空气过滤器和空气过滤器装置过滤空气的方法。
空气过滤器装置的实施方案包含空气过滤器，其包含a)第一多孔介质，所述第一多孔介质包含具有第一表面和第二表面的疏水的多孔纤维介质，和在第一介质中具有在约2mm-约35mm范围内的直径的多个孔，所述孔穿过第一和第二表面；和(b)多个第二多孔介质，每个第二多孔介质包含具有第一表面和第二表面的亲水的多孔纤维介质，其中将多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的第一或第二表面，所述第二多孔介质覆盖第一多孔介质的孔；和壳体，其中空气过滤器被布置在壳体中。
在空气过滤器装置的优选实施方案中，第一多孔介质是褶皱的。在一些实施方案中，空气过滤器(其可为褶皱的)布置在上支撑框架和下支撑框架之间，其中上支撑框架和下支撑框架被安装到壳体。
在一个实施方案中，过滤进入直升机发动机的空气的方法包括使空气穿过空气过滤器，所述空气过滤器包含(a)第一多孔介质，所述第一多孔介质包含具有第一表面和第二表面的疏水的多孔纤维介质，和在第一介质中具有在约2mm-约35mm范围内的直径的多个孔，所述孔穿过第一和第二表面；和(b)多个第二多孔介质，每个第二多孔介质包含具有第一表面和第二表面的亲水的多孔纤维介质，其中将多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的第一或第二表面，所述第二多孔介质覆盖第一多孔介质的孔。
在方法的优选实施方案中，空气包括水，并且第一多孔介质继续允许空气穿过而第二多孔介质与水接触。
在方法的一些实施方案中，空气包括颗粒状物质，并且空气过滤器减少颗粒状物质从中通过。
在又一个实施方案中，制造空气过滤器的方法包括在包含疏水的多孔纤维介质的第一多孔介质中提供孔，和将多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的表面，每个第二多孔介质包含亲水的多孔纤维介质，其中第二多孔介质覆盖第一多孔介质的孔。
优选地，方法包括在介质中设置孔之前使第一多孔介质褶皱。
在一个实施方案中，第一多孔介质具有疏水的表面处理。在其中处理第一多孔介质从而提供疏水性的那些实施方案中，该处理优选在介质中提供孔之前。
有利地，提供了在水(例如，突然量的雨水、雪(特别是湿雪)和/或冰)的存在下具有减小的过滤器压力损失的有效过滤。当水平安装过滤器或部分过滤器时这是特别有利的。
以下现在将更详细地描述本发明的各个部件，其中相同的部件具有相同的附图标记。
图1显示根据本发明实施方案的空气过滤器100的示意横截面图，其中水通过多个第二多孔介质2(亲水介质)排出而第一多孔介质1(疏水介质)基本上保持干燥并允许空气流过。在该示意图中，亲水介质每个具有第一表面2A和第二表面2B，并覆盖具有第一表面1A和第二表面1B的疏水介质中的孔10。亲水介质可如本领域已知例如通过焊接和/或粘合剂固定至疏水介质，并且亲水介质可固定至疏水介质的任一表面。
例如，在图2A-2D中显示的空气过滤器100的实施方案中，其中空气过滤器是褶皱过滤器1000并显示褶皱10，图2A和2B显示布置(例如通过焊接固定)在疏水介质的第二表面(例如下游表面)上的亲水介质，和图2C和2D显示布置(例如通过粘合性结合而固定)在疏水介质的第一表面(例如上游表面)上的亲水介质。
空气过滤器可具有任何合适的孔结构，例如孔尺寸(例如如通过泡点或通过如在例如美国专利4,340,479中所述的KL证明，或通过毛细管冷凝流动孔隙测量法证明)、孔等级、孔直径(例如当使用如在例如美国专利4,925,572中所述的修改的OSU F2测试表征时)或减少或允许当流体穿过该元件时一种或多种感兴趣的材料从中穿过的去除等级。使用的孔结构取决于待处理流体的组成和经处理流体的期望流出水平。
通常，空气过滤器的孔结构去除不期望的材料例如颗粒状物质，例如以下任何一种或多种：尘土、灰尘、盐和/或砂。
按照本发明的实施方案，第一和第二多孔介质具有在约30μm-约40μm范围内的平均孔尺寸。通常，空气过滤器中的两种介质具有相同的平均孔尺寸。
可在疏水介质中以任何期望的图案布置孔。通常，在其中空气过滤器的最终构造是褶皱过滤器1000的那些实施方案中，如在例如图2A、2C、5A、5B和6E中所示的，相比于距离褶皱的峰12，孔位置更靠近褶皱10的底部11；例如在没有在褶皱的折叠部分中/上的情况下靠近褶皱的底部(参见图4)。
孔可具有任何合适的孔洞直径。通常，孔具有在第一(疏水的)介质中在约2mm至约35mm范围内，优选在约4mm-约25mm范围内的孔洞直径。优选地，在给定的第一介质中的孔的孔洞直径是基本上均匀的。
可改变孔之间的距离。通常，孔以约40mm-约175mm范围内，优选约50mm-约150mm范围内的距离，例如沿着褶皱的长度、平行于褶皱的底部，彼此间隔开。
在过滤器中的孔的总孔洞直径可为第一介质的总表面积的任何期望的百分比。例如，孔具有在约0.1％至约15％的第一介质的总表面积，通常约0.1％至约10％的第一介质的总表面积范围内的总孔直径面积。
多孔介质可具有任何期望的水突破压力，这是液体水通过多孔介质并从表面出现时的压力。可如本领域已知的那样测定水突破压力。
通常，第一多孔介质(疏水的纤维多孔介质)具有约15mbar(6”wg)或更大，优选约20mbar(约8”wg)或更大的水突破压力。
通常，第二多孔介质(亲水的纤维多孔介质)具有约3mbar(约1.2”wg)或更小的水突破压力，在一些实施方案中约0mbar(约0”wg)的水突破压力。
可通过湿或干氧化、通过在表面上涂覆或沉积聚合物、或通过接枝反应将过滤器的表面特性改性(例如来影响水突破压力，来包括表面电荷例如正或负电荷，和/或来改变表面的极性、疏水性或亲水性)。
过滤器和过滤器装置可包括额外的元件、层、或部件，其可具有不同的结构和/或功能，例如以下任何一种或多种的至少一种：预过滤、支撑、排水、间隔和缓冲。说明性地，过滤器和过滤器装置还可包括至少一个额外的元件例如网和/或筛网。在图5A和5B中显示的实施方案中，过滤器还包含支撑梳1050，其辅助维持褶皱之间的间隔。在图6A-6D中显示的实施方案中，过滤器装置还包含上和下支撑框架2050A,2050B。
各种聚合物适合用于生产根据本发明实施方案的纤维多孔介质。合适的聚合物包括例如聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚偏二卤乙烯(包括聚偏二氟乙烯(PVDF))、聚烯烃例如聚丙烯和聚甲基戊烯和纤维素聚合物(例如纤维素例如砜聚合物)。
第一多孔纤维介质可最初为疏水的，或经处理来提供疏水性或提高的疏水性，如本领域已知的。
按照本发明的实施方案，空气过滤器可具有各种构造，包括平面的和褶皱的。
可使用本领域已知的技术生产过滤器。例如，各种打褶技术是本领域已知的。可通过例如超声切割、激光处理、水喷射等产生孔。可通过例如热焊接或超声焊接将第二多孔介质安装到第一多孔介质。
通常，空气过滤器的实施方案布置在壳体中从而提供过滤器装置。取决于例如直升机的设计，各种壳体构造和壳体材料是合适的。例如，壳体可为金属。
图5B和6A-6F显示说明性过滤器装置2000，在图6A-6D中，过滤器装置还包括上和下支撑框架2050A,2050B和安装支架2075。
过滤器装置可视情况布置在直升机中或直升机上，取决于直升机的设计。图7说明了一个位置，但是本发明的实施方案不限于此。
以下实施例进一步说明本发明，但当然不应解释为以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
该实施例展示在静态淋雨测试中、根据本发明实施方案的空气过滤器与使用完全亲水的过滤器和完全疏水的过滤器相比的有效性。
静态淋雨测试模拟如下条件：其中当最初没有空气流通过过滤器时，过滤器暴露于水，然后在一段时间之后，空气流开始通过过滤器，即表示“将过滤器暴露在雨中，然后启动发动机”。
根据本发明实施方案的空气过滤器中的第一和第二多孔纤维介质每个是具有约35μm的平均孔尺寸和约65μm的最大孔尺寸的聚酯非织造纤维介质。第一多孔介质具有疏水表面处理从而提供约30mbar(约12”wg)的水突破压力，第二多孔介质具有约0mbar(约0”wg)的水突破压力。
第一多孔纤维介质是褶皱的，部分未折叠，放置在砧上方，冲孔，并使用超声变幅杆将第二多孔介质结合在第一多孔介质的冲出孔上方。
完全疏水的多孔介质是具有35μm的平均孔尺寸、大约65μm的最大孔尺寸和约30mbar(12”wg)的水突破压力的聚酯非织造纤维介质。完全疏水的多孔介质是褶皱的。
完全亲水的多孔介质是具有35μm的平均孔尺寸、大约65μm的最大孔尺寸和约0mbar(0”wg)的水突破压力的聚酯非织造纤维介质。完全亲水的多孔介质是褶皱的。
如图3A中显示，按照本发明实施方案的空气过滤器的峰差压力为约10mbar，相比之下，疏水介质为约41mbar，亲水介质为约67mbar。
根据本发明实施方案的空气过滤器的水释放，在峰差压力点处为约4英寸/小时，相比之下，疏水介质为约150英寸/小时，亲水介质为约8英寸/小时。
实施例2
该实施例展示在动态淋雨测试中、根据本发明实施方案的空气过滤器与使用完全亲水的过滤器和完全疏水的过滤器相比的有效性。
动态淋雨测试模拟如下条件：其中空气流已经通过干燥的过滤器，然后过滤器暴露于水，即表示“在干燥条件下运行发动机，然后开始淋雨”。
使用的介质与实施例1中相同。
如图3B中显示，按照本发明实施方案的空气过滤器的峰差压力为约8mbar，相比之下，疏水介质为约34mbar，亲水介质为约16mbar。
本文引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，通过引用并入本文，其程度如同每篇参考文献单独且明确地表示通过引用并入并全部在本文列出。
除非本文另外表明或与上下文明显矛盾，在描述本发明的上下文中(尤其是在以下权利要求书的上下文中)使用的术语“一”和“一个”和“该”和“至少一个”和类似的指示物应解释为覆盖单数和复数。除非本文另外表明或与上下文明显矛盾，使用术语“至少一个”之后是一个或多个项目的列项(例如，“至少一个的A和B”)应解释为意指选自所列项目的一个项目(A或B)或所列项目中的两个或更多个的任何组合(A和B)。除非另有说明，术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应解释为开放式术语(即，意味着“包括但不限于”)。除非本文另外表明，本文中数值范围的叙述仅意在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的速记方法，并且每个单独值并入说明书，如同其单独记载在本文中。除非本文另外表明或与上下文明显矛盾，可以任何合适的顺序进行本文所述的所有方法。除非另外要求保护，使用本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“例如”)仅意在更好地说明本发明，而不是对本发明的范围施加限制。说明书中的语言不应解释为表示任何未要求保护的要素对于本发明的实践是必需的。
本文描述了本发明的优选实施方案，包括发明人已知的实施本发明的最佳模式。在阅读前述描述之后，那些优选实施方案的变体对于本领域的普通技术人员可变得显而易见。发明人期望技术人员适当地采用这样的变体，并且发明人意图本发明以不同于本文具体描述的方式实施。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求书中记载的主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另外表明或与上下文明显矛盾，本发明包括以上所述要素在其所有可能变体中的任何组合。

Claims (16)

1.空气过滤器，包含
(a)第一多孔介质，所述第一多孔介质包含具有第一表面和第二表面的疏水的多孔纤维介质，和在第一介质中具有在2mm-35mm范围内的直径的多个孔，所述孔穿过第一和第二表面；和
(b)多个第二多孔介质，每个第二多孔介质包含具有第一表面和第二表面的亲水的多孔纤维介质，其中将该多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的第一或第二表面，所述第二多孔介质覆盖第一多孔介质的所述孔。
2.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中在第一介质中以预定图案布置多个孔。
3.根据权利要求1或2所述的空气过滤器，其具有总表面积，其中所述孔具有在0.1％至15％的总表面积范围内的总孔洞直径面积。
4.根据权利要求1或2所述的空气过滤器，包含具有多个褶皱的褶皱过滤器，每个褶皱具有底部和峰，其中第一介质是褶皱的。
5.根据权利要求4所述的空气过滤器，其中相距于褶皱的峰将孔布置为更靠近褶皱的底部。
6.根据权利要求1或2所述的空气过滤器，其中所述孔以40mm-175mm范围内的距离间隔开。
7.根据权利要求1或2所述的空气过滤器，其中疏水的多孔纤维介质和/或亲水的多孔纤维介质包含聚酯。
8.根据权利要求1或2所述的空气过滤器，其中第二多孔介质固定在第一多孔介质的第一表面上。
9.根据权利要求1或2所述的空气过滤器，其中第二多孔介质固定在第一多孔介质的第二表面上。
10.空气过滤器装置，包含：
空气过滤器，所述空气过滤器包含：
(a)第一多孔介质，所述第一多孔介质包含具有第一表面和第二表面的疏水的多孔纤维介质，和在第一介质中具有在2mm-35mm范围内的直径的多个孔，所述孔穿过第一和第二表面；和
(b)多个第二多孔介质，每个第二多孔介质包含具有第一表面和第二表面的亲水的多孔纤维介质，其中将该多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的第一或第二表面，所述第二多孔介质覆盖第一多孔介质的所述孔；和
壳体，其中所述空气过滤器被布置在壳体中。
11.根据权利要求10所述的空气过滤器装置，其中第一多孔介质是褶皱的。
12.根据权利要求10或11所述的空气过滤器装置，其中空气过滤器布置在上支撑框架和下支撑框架之间，其中所述上支撑框架和所述下支撑框架安装到壳体。
13.过滤进入直升机发动机的空气的方法，该方法包括使空气通过空气过滤器，所述空气过滤器包含
(a)第一多孔介质，所述第一多孔介质包含具有第一表面和第二表面的疏水的多孔纤维介质，和在第一介质中具有在2mm-35mm范围内的直径的多个孔，所述孔穿过第一和第二表面；和
(b)多个第二多孔介质，每个第二多孔介质包含具有第一表面和第二表面的亲水的多孔纤维介质，其中将该多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的第一或第二表面，所述第二多孔介质覆盖第一多孔介质的所述孔。
14.根据权利要求13所述的方法，其中空气包括水，并且第一多孔介质继续允许空气通过而第二多孔介质与水接触。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中空气包括颗粒状物质，并且空气过滤器减小颗粒状物质从中通过。
16.制备空气过滤器的方法，该方法包括：
(a)在第一多孔介质中设有多个孔，所述第一多孔介质包含具有第一表面和第二表面的疏水的多孔纤维介质，和在第一介质中具有在2mm-35mm范围内的直径的多个孔，所述孔穿过第一和第二表面；和
(b)安装多个第二多孔介质，每个第二多孔介质包含具有第一表面和第二表面的亲水的多孔纤维介质，其中将该多个第二多孔介质安装到第一多孔介质的第一或第二表面，并且其中第二多孔介质覆盖第一多孔介质的所述孔。
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