CN114025859B - 排气流体过滤器组件中的膨胀膜组件和过滤器头 - Google Patents

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Abstract

一种过滤器组件包括壳体、用于过滤流体并可定位在壳体内的过滤器元件、以及膨胀膜组件。膨胀膜组件将壳体和过滤器元件流体地分离并且可定位在壳体和过滤器元件之间。膜组件沿着壳体的内表面、顶表面和外表面延伸。

Description

排气流体过滤器组件中的膨胀膜组件和过滤器头
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年7月1日提交的美国临时专利申请No.62/869,232的优先权和权益，其内容通过引用整体合并于此。
技术领域
本申请总体上涉及一种用于与排气流体过滤器组件一起使用的膨胀膜组件。
背景技术
液态柴油机排气流体(DEF)用于在后处理系统中使用以促进一氧化二氮(N2O)转化为氮气和水。然而，当暴露于大约-11℃或更低的温度时，DEF固有地体积膨胀大约8％。因此，与DEF一起使用的过滤器组件必须通过设计来解决这种膨胀。
为了解决DEF的膨胀，常规过滤器组件110可以具有定位在过滤器元件120和壳体130之间的膜170和聚氨酯泡沫112，如图1所示。膜170通过在其与壳体130和过滤器头150的接口处形成密封而用作DEF和泡沫112之间的分离层。当DEF(在大约-11℃或更低的温度下)膨胀时，膜170还有助于压缩该泡沫112。
过滤器组件110还包括通气孔131，当泡沫112由于DEF在约-11℃或更低的温度下膨胀而被压缩时，该通气孔允许来自泡沫112的空气被排出壳体130(和整个过滤器组件110)。通气孔131由此防止在过滤器组件110内部积累背压。
发明内容
各种实施方式提供了一种过滤器组件，该过滤器组件包括壳体、用于过滤流体并可定位在壳体内的过滤器元件、以及膨胀膜组件。膨胀膜组件将壳体和过滤器元件流体地分离并且可定位在壳体和过滤器元件之间。膜组件沿着壳体的内表面、顶表面和外表面延伸。
各种其它实施方式提供了一种组装过滤器组件的方法，该方法包括：将膨胀膜组件至少部分地定位在壳体中，使得膜组件沿着壳体的壳体内表面、壳体顶表面和壳体外表面延伸；以及将用于过滤流体的过滤器元件至少部分地定位在膜组件内并且至少部分地定位在壳体内，使得膜组件将壳体和过滤器元件流体地分离并且定位在壳体和过滤器元件之间。
当结合附图时，这些和其它特征(包括但不限于保持特征和/或观察特征)连同其操作的组织和方式将从以下详细描述变得显而易见，其中贯穿以下描述的若干附图，相同的元件具有相同的标号。
附图说明
图1是常规过滤器组件的横截面图。
图2是根据一个实施方式的过滤器组件的横截面图。
图3A是根据另一实施方式的过滤器组件的横截面图。
图3B是图3A的过滤器组件的一部分的放大图。
图3C是图3A的过滤器组件的一部分的放大图。
图4是图3A的过滤器组件的壳体的立体图。
图5A是图3A的过滤器组件的膜组件的一部分的立体图。
图5B是图5A的膜组件的一部分的放大图。
图6A是图3A的过滤器组件的膜组件的立体图。
图6B是图3A的过滤器组件的膜组件的立体图。
图7A是图3A的过滤器组件的膜组件的环的立体图。
图7B是图3A的过滤器组件的膜组件的环的横截面图。
图8A是根据另一实施方式的膜组件的立体图。
图8B是图8A的膜组件的立体图。
图8C是图8A的膜组件的横截面图。
图8D是图8A的膜组件的一部分的横截面图。
图8E是图8A的膜组件的立体图。
图8F是图8A的膜组件的一部分的放大图。
图9A是用于根据一个实施方式的过滤器组件的实验模拟的设置。
图9B是图9A的设置的实验结果的图表。
图9C是图9A的设置的实验结果的曲线图，示出了体积膨胀百分比作为压力的函数。
图10A是在2巴压力之后有限元分析下的过滤器组件的横截面图。
图10B是在5巴压力之后有限元分析下的过滤器组件的横截面图。
具体实施方式
总体上参考附图，本文公开的各种实施方式涉及用于过滤器组件的集成的膨胀膜组件，该膨胀膜组件一起形成至少一个密封。特别地，该膜组件通过为在低温(例如，在大约-11℃和以下)下DEF的膨胀体积在过滤器组件内提供额外的体积而有助于抵消柴油机排气流体(DEF)的膨胀。该膜组件还保护过滤器组件内的各种结构部件免受由于DEF体积膨胀而产生的载荷。
如本文进一步描述的，膜组件与过滤器组件的过滤器头和壳体都形成密封，这防止任何DEF泄漏到过滤器组件的外部环境(或泄漏到过滤器头和壳体之间的螺纹接口)。此外，膜组件可锁定到壳体上。过滤器组件形成多个密封区域，以便即使在高压下也防止任何泄漏。
过滤器组件
如图2所示，过滤器组件10包括过滤器筒12和过滤器头50。过滤器筒12包括过滤器元件20、壳体30和膜组件70。过滤器组件10的各种元件通过多个密封接口或区域(例如，第一、第二、第三、第四和第五密封接口或区域91、92、93、94、95，如图3A所示和本文进一步描述的)一起形成密封。液态DEF用于促进一氧化二氮(N2O)向氮气和水的转化。如本文进一步描述的，过滤器组件10被构造成适应DEF在低温(例如，在约-11℃或更低的温度下)下的体积膨胀。
如本文进一步描述的，膜组件70沿着壳体30的壳体内表面34、壳体顶表面32和壳体外表面36延伸，以便即使在DEF膨胀时在压力下也完全且牢固地与壳体30形成至少一个密封。过滤器头50包括内延伸部52和外延伸部62(如本文进一步描述的)，所述内延伸部和外延伸部与膜组件70进一步形成至少一个密封，并在膜组件70和壳体30之间形成牢固的密封。
过滤器元件
过滤器元件20被构造成过滤流体，并且至少部分地(并且可选地完全地)定位和容纳在壳体30和膜组件70内(特别地在膜组件70的膜主体72内)，该膜组件至少部分地定位在壳体30内。因此，过滤器元件20的轴向长度的至少一部分由膜组件70的膜主体72的膜侧壁72a径向地包围。过滤器元件20的底部由膜主体72的膜底壁72b包围。如图3A所示，过滤器元件20包括过滤器介质22(用于过滤流体)、顶部端板24和底部端板28。过滤器介质22可限定能够接收过滤器组件10的另一部分(例如中心管29)的内部区域。
顶部端板24和底部端板28沿过滤器介质22的相对端定位。底部端板28完全定位在膜组件70的膜主体72内。顶部端板24可完全或部分地定位在由膜组件70的膜主体72限定的内部区域内。顶部端板24限定允许所过滤的流体流出(或允许未过滤的流体流入，取决于期望的构造)过滤器元件20的内部区域的中心孔，并被构造成接收延伸到过滤器介质22的内部区域中的中心管29。底部端板28可完全封闭以便防止流体流过底部端板28(流入或流出过滤器元件20的内部区域)。
如图3A所示，顶部端板24包括基部23和内延伸部25。基部23沿过滤器介质22的顶端径向地延伸。内延伸部25沿基部23的内径定位，并从基部23在远离过滤器介质22的方向上轴向地延伸。因此，内延伸部25在过滤器介质22上方竖直地延伸并延伸到过滤器头50的出口51的一部分中。内延伸部25沿顶部端板24的中心孔延伸，并进一步限定该中心孔。因此，流体可以流过内延伸部25(例如，从过滤器介质22内流入出口51中)。内延伸部25包括凹槽(沿着内延伸部25的外表面)和定位在凹槽内的密封构件26(例如，O形环)，该密封构件围绕顶部端板24的内延伸部25的外周边延伸。密封构件26被构造成围绕顶部端板24的内延伸部25的整个圆周与过滤器头50的一部分(例如过滤器头50的出口51的壁)形成流体密封，从而在过滤器元件20的顶部端板24的内延伸部25的外表面与过滤器头50的一部分之间形成密封区域(本文中称为“第五密封区域95”)。第五密封区域95防止流体在过滤器元件20的清洁或过滤侧与过滤器元件20的肮脏或未过滤侧之间流动。
过滤器壳体
如图3A所示，过滤器外壳或壳体30由轴向延伸的周向壳体侧壁33和径向延伸的壳体底壁或基部35限定，所述周向壳体侧壁33和壳体底壁或基部35被构造成容纳或包含膜组件70和过滤器元件20的至少一部分。基部35在膜组件70下方在径向方向上延伸。壳体30的壳体侧壁33从基部35的顶表面轴向地延伸，并围绕基部35的整个圆周延伸(周向地和轴向地包围膜主体72)。壳体侧壁33被构造成附接到过滤器头50。壳体侧壁33和基部35被构造为单个的连续件。因此，壳体30包括不能在不被破坏的情况下分离的单个整体部件。
壳体30的壳体侧壁33包括壳体内表面34(该壳体内表面径向向内地直接面向膜主体72的外表面76)、壳体外表面36(该壳体外表面径向地面向外并且与壳体内表面34相对)和壳体顶表面32(该壳体顶表面在壳体内表面34和壳体外表面36之间径向地延伸并且将壳体内表面34和壳体外表面36连接)。壳体顶表面32是壳体30的轴向顶端。壳体外表面36包括螺纹38，该螺纹被构造成螺纹地附接到过滤器头50的外延伸部62的内表面64上的螺纹68，如图3A所示。
壳体外表面36包括凹槽和定位在凹槽内的密封构件39(例如，O形环)，该密封构件围绕壳体30的外周边延伸。密封构件39被构造成围绕壳体30的整个外圆周和过滤器头50的整个内圆周与过滤器头50的外延伸部62的内表面64(如本文进一步描述的)形成流体密封，从而在壳体30的壳体外表面36与过滤器头50的外延伸部62的内表面64之间形成另一密封区域(本文中称为“第四密封区域94”)。第四密封区域94防止碎屑积聚在壳体外表面36上的螺纹38与过滤器头50的外延伸部62的内表面64上的螺纹68之间的螺纹接口上或进入该螺纹接口。
如图3A所示，壳体30包括通气孔31(该通气孔定位在由壳体30的基部35限定的孔中并且延伸穿过该孔)，以便在DEF体积膨胀时允许空气从壳体30内逸出和排出，这在壳体30的内部区域43内提供了更多的空间(如本文进一步描述的)以供膜组件70移动和膨胀到该空间内，从而防止在过滤器组件10内形成背压。然而，根据其它实施方式，壳体30可以不包括任何通气孔(并且因此基部35可以不限定用于通气孔31的孔)，当DEF膨胀时，膜组件70和壳体30的内部区域43内的空气简单地被压缩，以便降低成本和复杂性。
过滤器头
如图3A所示，壳体30被构造成与过滤器头50螺纹地附接。过滤器头50包括入口和出口51，以便允许流体(特别是DEF)通过入口进入过滤器组件10(到过滤器元件20的肮脏的、未过滤侧)，流入并流过过滤器元件20，并通过出口51从过滤器组件10(从过滤器元件20的清洁的、过滤侧)流出。根据所需的构造，入口和出口51可以切换(因此使流体流过过滤器组件10的方向反向)。过滤器头50可以可选地包括或附接到泵壳体。
过滤器头50包括轴向地定位在过滤器筒12的至少一部分上方(特别地在壳体30和膜组件70上方)的基部55。为了牢固地附接到壳体30并且与膜组件70形成至少一个密封，过滤器头50包括在朝向壳体30的基部35和膜主体72的基部的方向上并且在基本上相同的方向上从过滤器头50的基部55轴向向下地延伸的内延伸部52和外延伸部62(即，内延伸部52和外延伸部62在轴向方向上基本上平行并且沿着壳体30的壳体侧壁33的相对侧的一部分朝向壳体30的基部35延伸)。内延伸部52和外延伸部62围绕过滤器头50的整个周边径向地延伸，并且沿着过滤器筒12(特别是壳体30和膜组件70)的轴向长度的至少一部分延伸。内延伸部52从外延伸部62径向向内地定位。
定位和设置内延伸部52以便与膜主体72形成密封，并且还进一步形成和加强膜主体72和壳体30之间的密封。内延伸部52包括彼此相对的内表面54(该内表面径向向内地面向过滤器元件20)和外表面56(当被组装好时，该外表面径向向外地直接面向膜主体72的内表面74)。当被组装好时，过滤器头50的内延伸部52径向地定位在膜组件70的膜主体72的内表面74和过滤器元件20的外表面的至少一部分(例如，过滤器介质22的至少一部分和顶部端板24)之间，并且沿着膜组件70的膜主体72的内表面74和过滤器元件20的外表面的至少一部分轴向地延伸。内延伸部52沿着膜组件70的整个内圆周并且围绕过滤器元件20的整个外圆周延伸。如本文进一步描述的，过滤器头50的内延伸部52围绕内延伸部52的整个外圆周和膜主体72的整个内圆周与膜主体72的内表面74形成流体(内部)密封，从而在内延伸部52的外表面56与膜主体72的内表面74之间形成密封区域(本文中称为“第二密封区域92”)。
外延伸部62包括彼此相对的内表面64(该内表面径向向内面向壳体30和膜组件70)和外表面66(该外表面径向地面向外)。外延伸部62的内表面64包括螺纹68，该螺纹被构造成螺纹地附接到壳体外表面36上的螺纹38，如图3A所示。当被组装好时，过滤器头50的外延伸部62从壳体外表面36的至少一部分和膜组件70的唇部82的整个外表面86径向向外地定位，围绕壳体外表面36的至少一部分和膜组件70的唇部82的整个外表面86的整个外圆周延伸，并且沿壳体外表面36的至少一部分和膜组件70的唇部82的整个外表面86轴向地延伸(如本文进一步描述的)。此外，当被组装好时，外延伸部62的外表面66形成过滤器组件10的最外表面之一。
过滤器头50还包括在内延伸部52和外延伸部62之间径向地延伸的槽表面58。内延伸部52的外表面56、外延伸部62的内表面54和槽表面58一起限定了定位在内延伸部52和外延伸部62之间并将它们径向地间隔开的径向间隙或槽59。槽表面58是槽59的最内表面(沿槽59的轴向长度)。槽59完全围绕并沿着内延伸部52的整个外表面56并且完全沿着外延伸部62的整个内表面54延伸。
当过滤器组件10被组装好时，槽59被构造成接收壳体30的壳体侧壁33的至少上部分和膜组件70的至少上部分(特别是膜主体72的上部分和膜组件70的整个唇部82)。如本文进一步描述的，槽表面58围绕膜组件70的整个顶部圆周和槽表面58的整个圆周与膜组件70的顶表面77形成流体(顶部)密封，从而在膜组件的顶表面77与槽表面58之间形成密封区域(本文中称为“第三密封区域93”)。
膜组件
为了解决DEF在冻结温度下的体积膨胀，膜组件70被构造成膨胀以便允许膜组件70内的DEF有更多空间进行膨胀(在低温下)，这防止对过滤器组件10内的其它结构部件造成损坏。然而，膜组件70被构造成仅在冻结时或在特定冻结温度(例如，在大约-11℃或更低的温度)下膨胀，而在温度不冻结时的正常使用期间不膨胀。例如，当在较暖温度下使用期间简单地对过滤器组件10内的流体加压时，膜组件70不膨胀。如图3A至图3C所示，膜组件70(连同过滤器组件10的其余部分)具有特定的构造，以便确保过滤器组件10的各个部件一起形成完全且牢固的密封，即使DEF膨胀并且膜组件70由此膨胀也是如此。膜组件70可与过滤器组件10内的某些部件例如过滤器元件20集成。
如图3A所示，膜组件70将壳体30和过滤器元件20流体地分离并可定位在壳体30和过滤器元件20之间。过滤器元件20至少部分地定位在由膜组件70限定的内部区域内(如本文进一步描述的)，并可与膜主体72的内表面74径向地(和可选地轴向地)间隔开，以便允许流体在过滤器元件20和膜主体72之间流动(沿过滤器元件20的轴向长度)以便过滤。为了与过滤器组件10的其余部分形成完全的密封，膜组件70沿壳体30的壳体内表面34和壳体外表面36中的每一者的至少一部分轴向地延伸，并沿壳体顶表面32的至少一部分径向地延伸。膜组件70分别沿壳体内表面34、壳体顶表面32和壳体外表面36的整个内部圆周、顶部圆周和外部圆周延伸。如本文进一步描述的，膜组件70围绕膜组件70和壳体30的整个圆周与至少壳体内表面34和壳体顶表面32形成流体(底部和外部)密封，从而在膜组件70与壳体30的壳体内表面34和/或壳体顶表面32之间形成密封区域(本文中称为“第一密封区域91”)。
在膜组件70的膜主体72的外表面76的一部分与壳体内表面34的一部分之间限定间隙或内部区域43。该内部区域43由膜主体72的外表面76、壳体内表面34和第一密封区域91(在该第一密封区域处膜组件70和壳体30一起形成密封)界定。内部区域43填充有空气(而不是泡沫)，该空气进行压缩(和/或通过通气孔31排出)，以便在膜组件70的内部区域内的DEF膨胀时为膜组件70向外膨胀提供附加的空间。因此，当膜组件70膨胀时，膜组件70朝内部区域43延伸并减小内部区域43的体积。
膜组件70包括膜主体72和唇部82。如本文进一步描述的，膜主体72和唇部82可以是单独的部件，所述膜主体72和唇部82是整体地附接的部件或整体地形成的整体部件。如图3A所示，膜主体72包括轴向延伸的周向膜侧壁72a和径向延伸的膜基部或底壁72b。膜侧壁72a从膜底壁72b的顶表面轴向地延伸，并且围绕膜底壁72b的整个圆周延伸。膜侧壁72a和膜底壁72b被构造为单个的连续件。因此，膜主体72包括不能在不被破坏的情况下分离的单个整体部件。
为了防止流体流过膜主体72，膜主体72的膜侧壁72a和膜底壁72b不限定任何通孔或孔，从而将膜主体72的内部区域和外部区域流体地分离。膜底壁72b沿着膜侧壁72a的底部部分定位并且完全流体地封闭该底部部分。膜侧壁72a的顶部部分限定了膜组件70的开口，该开口被构造成接收过滤器元件20。
膜主体72的膜侧壁72a完全径向地包围过滤器元件20的轴向长度的至少一部分。特别地，膜主体72的膜侧壁72a沿着过滤器元件20的侧壁的轴向长度的至少一部分或整个轴向长度(即，沿着过滤器介质22和可选地沿着顶部端板24的至少一部分)轴向地延伸。膜主体72的膜底壁72b沿过滤器元件20的底部的一侧(即，底部端板28)轴向地延伸并完全包围该一侧。膜主体72的轴向长度的至少一部分(或整个轴向长度)被壳体30的壳体侧壁33径向地包围。膜主体72的膜底壁72b沿着壳体30的基部35延伸并在一侧被壳体30的基部35轴向地包围。因此，膜主体72可定位(径向和轴向地)在壳体内表面34和过滤器元件20之间。
如图3A所示，膜主体72包括彼此相对的内表面74(该内表面径向向内面向过滤器元件20和过滤器头50的内延伸部52的外表面56)和外表面76(当被组装好时，该外表面径向向外地直接面向壳体内表面34)。膜组件70的膜主体72的内表面74(特别是膜侧壁72a和膜底壁72b一起)形成并限定膜组件70的用于接收过滤器元件20的内部区域。特别地，膜组件70的内部区域由膜主体72的膜侧壁72a和膜底壁72b包围和限定。过滤器元件20至少部分地定位在膜组件70的内部区域内。
如图3C所示，膜主体72还包括从膜侧壁72a的外表面76的顶部部分基本上水平地(即，径向向外地)延伸的延伸部78(并且该延伸部大致垂直于膜主体72的膜侧壁72a的外表面76和唇部82的内表面84)。延伸部78的尺寸和位置被设计成当被组装好时在壳体顶表面32上沿着该壳体顶表面径向地延伸，并且直接抵接该壳体顶表面，从而轴向地包围壳体顶表面32。因此，延伸部78轴向地定位在壳体顶表面32和过滤器头50的槽表面58之间。延伸部78将唇部82与膜主体72的外表面76径向地间隔开，以便提供用于接收壳体30的顶部部分(包括壳体顶表面32)的区域。延伸部78包括彼此相对的顶表面77(该顶表面轴向地面向上，远离过滤器壳体30)和底表面79(当被组装好时，该底表面轴向向下地直接面向壳体顶表面32)。顶表面77沿着延伸部78和膜主体72的膜侧壁72a的顶部延伸。延伸部78围绕膜主体72的膜侧壁72a的整个圆周延伸。
唇部82从膜主体72的延伸部78朝向膜底壁72b竖直地(即，轴向地)向下延伸(即，在与膜主体72的膜侧壁72a相同的方向上(相对于延伸部78)并且基本上平行于膜主体72的膜侧壁72a)以将膜组件70固定到壳体外表面36。唇部82与膜主体72的膜侧壁72a和延伸部78径向地间隔开并且相对于膜主体72的膜侧壁72a和延伸部78径向向外地定位。唇部82围绕膜主体72的整个圆周延伸。
当与壳体30组装在一起时，唇部82径向地包围壳体30的壳体侧壁33的顶部部分。唇部82沿着壳体外表面36的至少一部分轴向地延伸(而膜主体72的膜侧壁72a沿着壳体内表面34轴向地延伸，并且膜主体72的延伸部78沿着壳体顶表面32径向地延伸)，并且防止膜组件70由于DEF膨胀力而被轴向向下地拉动(进一步向内拉到壳体30中)。唇部82包括彼此相对的内表面84(该内表面径向向内地面向壳体外表面36和膜侧壁72a)和外表面86(当组装好时，该外表面径向向外地直接面向过滤器头50的外延伸部62的内表面64)。
根据各种实施方式(如图5A、图6A、图8A和图8E所示)，膜组件70(特别是膜主体72)可以包括沿着膜主体72的外表面76的多个肋71，以便提供结构支撑，特别是在抽吸应用中。肋71沿膜主体72的膜侧壁72a的整个轴向高度轴向地延伸，并沿膜主体72的膜底壁72b的底表面径向地延伸，特别地沿膜主体72的外表面76延伸。肋71围绕膜侧壁72a的圆周彼此间隔开。
密封区域
由于过滤器组件10的各种元件(特别是膜组件70和过滤器头50)的构造和定位，过滤器组件10包括并形成多个密封区域(包括第四密封区域94和第五密封区域95，如本文进一步描述的)。例如，膜组件70在第一密封区域91处与壳体30形成密封。特别地，如图3A至图3C所示，膜主体72的膜侧壁72a的外表面76在第一密封区域91处与壳体30形成密封(包括外部密封和底部密封)。第一密封区域91可以沿着膜主体72的不同区域(即，沿着膜侧壁72a的外表面76和/或延伸部78的底表面79)和壳体30的不同区域(即，沿着壳体侧壁33的壳体内表面34和/或壳体顶表面32)延伸。例如，膜主体72的膜侧壁72a的外表面76可以与壳体内表面34的顶部部分形成(外部)密封，并且膜主体72的延伸部78的底表面79与壳体顶表面32形成(底部)密封，所述密封两者都提供部分第一密封区域91。第一密封区域91沿着膜主体72的膜侧壁72a的外表面76的顶部部分和膜主体72的延伸部78的底表面79在膜主体72的膜侧壁72a的外表面76的顶部部分和膜主体72的延伸部78的底表面79之间(并且因此也沿着壳体内表面34的壳体侧壁33的顶部部分与壳体顶表面32在壳体内表面34的壳体侧壁33的顶部部分与壳体顶表面32之间)连续地且不间断地延伸。
膜组件70在第二密封区域92处与过滤器头50的内延伸部52形成密封。特别地，如图3A至图3C所示，膜组件70的膜主体72的膜侧壁72a的内表面74与过滤器头50的内延伸部52的外表面56形成(内部)密封。第二密封区域92的至少一部分通过膜主体72与第一密封区域91的一部分(特别是第一密封区域91的沿着膜主体72的膜侧壁72a的外表面76和壳体内表面34的部分)直接相对。因此，(第二密封区域92的)内部密封和(第一密封区域91的)外部密封通过膜主体72的膜侧壁72a直接彼此相对。过滤器头50的内延伸部52挤压抵靠膜主体72的内表面74(这将膜主体72的外表面76和壳体30挤压得更近)，从而在过滤器头50、膜组件70和壳体30之间形成密封(并改善第一密封区域91和第二密封区域92两者)。第一密封区域91和第二密封区域92的至少一部分一起形成主密封区域，该主密封区域即使在DEF在低温条件下膨胀时也防止DEF泄漏。
膜组件70在第三密封区域93处与过滤器头50的槽表面58形成密封。特别地，膜主体72的顶表面77与过滤器头50的槽表面58形成(顶部)密封(直接在过滤器头50的内延伸部52和外延伸部62之间径向地延伸)。第三密封区域93的至少一部分通过膜主体72的延伸部78与第一密封区域91的一部分(特别是第一密封区域91的沿着延伸部78的底表面79和壳体顶表面32的部分)直接相对。因此，(第三密封区域93的)形成的顶部密封和(第一密封区域91的)形成的底部密封通过延伸部78彼此直接相对。当过滤器头50被螺纹连接到壳体30上时，槽表面58轴向向下地挤压抵靠膜主体72的延伸部78的顶表面77(这将膜主体72的延伸部78和壳体顶表面32挤压得更近)，从而进一步在过滤器头50、膜组件70和壳体30之间形成密封(并改善第一密封区域91和第三密封区域93两者)。第一密封区域91和第三密封区域93的至少一部分一起形成除了主密封区域之外的也防止DEF泄漏的次密封区域。
壳体凹口和膜组件突起
如图4至图5B所示，膜主体72的延伸部78和壳体顶表面32中的至少一者包括至少一个突起81，膜主体72的延伸部78和壳体顶表面32中的另一者限定与至少一个突起81互补的至少一个凹口41。例如，壳体顶表面32限定至少一个凹槽或凹口41(优选地，限定沿其圆周的多个凹口41)，并且膜组件70的延伸部78的底表面79包括至少一个突起81(优选地，包括沿其圆周的多个突起81)。凹口41和突起81彼此互补(在尺寸、位置、数量和形状方面)，使得当膜组件70至少部分地定位在壳体30内时，突起81牢固地装配到并位于凹口41内，从而将壳体30和膜组件70锁定(特别地可旋转地锁定)在一起。例如，凹口41和突起81互锁在一起，以在被组装好之后防止壳体30和膜组件70相对于彼此旋转。
壳体30的凹口41沿壳体顶表面32定位，并轴向竖直向下地朝向壳体30的基部35延伸。膜组件70的突起81沿膜主体72的膜侧壁72a的外表面76定位，并且也轴向竖直向下地延伸，以便在组装后与凹口41互锁。如图5B所示，突起81可以沿着膜主体72的延伸部78的底表面79定位并从膜主体72的延伸部78的底表面79轴向向下地延伸(在膜主体72的外表面76和唇部82的内表面84之间(图5A至图5B中未示出))。
膜主体和唇部
根据图3A至图3C和图6A至图7B所示的一个实施方式，膜组件70被构造为集成在一起的两个单独的部件(形成膜主体72和唇部82)。一旦膜主体72和唇部82形成在一起，它们就形成了单个整体部件，该单个整体部件在不被破坏的情况下不能被分离。因此，膜主体72和唇部82可以可选地为两种不同的材料。例如，膜主体72可以是柔性橡胶，并且唇部82可以是刚性塑料或金属。
唇部82可包括环88，该环的一部分包覆模制到膜主体72中。如图3C所示(参见图7B)，环88包括水平的径向延伸部分(该径向延伸部分包覆模制到膜主体72的延伸部78中)和竖直的轴向延伸部分(该轴向延伸部分沿着壳体外表面36从膜主体72延伸出)。如图7A至图7B所示，环88可包括多个通孔或孔89，该多个通孔或孔完全延伸穿过环88的径向延伸部分，并且围绕环88的圆周彼此规则地定位和间隔开。孔89允许膜主体72的一部分包覆模制到环88中并穿过环，以用于环88与膜主体72之间的牢固附接(如图3C所示)。
如图8A至图8E所示，膜组件70(包括膜主体72和唇部82两者)可被构造为单个部件。因此，膜组件70包括(并且最初被构造为)单个整体部件，该单个整体部件在不被破坏的情况下不能被分离。例如，膜组件70可被构造为单个塑料模制部件。因此，膜主体72和唇部82可以是彼此相同的材料并且同时被模制在一起。如图8E至图8F所示，膜组件70可仍包括从延伸部78的底表面79向下(在膜主体72的外表面76与唇部82的内表面84之间)延伸的至少一个突起81。
除非另外指出，本文所公开的各种实施方式可具有本文所公开的其它实施方式的任何特征、构造和部件。
计算和实验结果
为了计算过滤器组件10内的压力，使用理想气体方程(PV＝nRT)，其中P是压力，V是体积，n是气体的摩尔数(在这种情况下为1摩尔)，R是理想气体常数，T是温度。在初始条件下，该方程被建模为P1V1＝ρ1RT1(当T1为-10℃即该T1等于263.15K，并且P1为大气压，即该P1为1巴时，可以这样)。当DEF被冻结时，该方程被建模为P2V2＝ρ2RT2(当T2为-25℃即该T2等于248.15K时可以这样)。将两个方程组合得到以下方程：P2/P1＝(V1/V2)*(T2/T1)。
假定DEF的体积为100毫升(mL)，V1(空气的体积)为DEF的体积的40％(即40mL)，T1为295.15K，且T2为233.25K，则当DEF被冻结时，由于DEF的膨胀所导致的8％的压缩，空气的体积减少到32mL(即V2)。在这种情况下，P2等于(40/32)*(248.15/263.15)，也就是1.2巴。
模拟和测试了由于压力增加(由低温引起)而导致的膜组件70的变形，特别是体积膨胀的百分比。在图9A中示出了一设置，结果在图9B至图9C中示出。在该测试中，温度大约为-40℃，假定在DEF膨胀期间将产生最大压力。由于膜组件70具有肋71，因此针对两个不同截面(即，穿过肋71和不具有肋71)对膜组件70的变形形状执行2D轴对称分析，且随后基于两个截面的角度(即，宽度)针对两个截面计算膜组件70的膨胀体积。由于膜组件70的对称性，在沿过滤器组件10的高度(即，过滤器组件10的“切割”面)具有对称边界条件下，考虑过滤器组件10的四分之一截面(如图9A所示)。在模拟中，过滤器头50竖直向下移位而压缩膜组件70，且压力(在向外的方向上)被施加在膜组件70的内表面上(特别地沿着膜主体72的内表面74)。
如图9B至图9C中的结果所示，通过膨胀，膜组件70可以适应DEF在低温下的膨胀。例如，在非常低的压力(即，0.5巴)下，膜组件70可以变形超过10％，以为膨胀的DEF提供更大的体积。
图10A至图10B示出了膜组件70在变形期间的有限元分析(FEA)。特别地，图10A示出了2巴压力后膜组件70的定向变形，图10B示出了5巴压力后膜组件70的定向变形。
如本文所用，术语“大约”和类似术语旨在具有与本公开的主题所属领域的普通技术人员的共同和公认用法相一致的宽泛含义。如本文所用，术语“大约”是指所引用的测量、位置或尺寸的±5％。本领域技术人员在阅读本公开内容后应当理解，这些术语旨在允许描述所述和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制在所提供的精确数值范围内。因此，这些术语应当被解释为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或不重要的修改或改变被认为在如所附权利要求中所记载的本发明的范围内。
如本文所用，术语“联接”、“连接”、“附接”等是指两个构件直接彼此接合。这种接合可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。
本文对元件位置的引用(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)仅用于描述附图中各种元件的定向。应当注意，各种元件的定向可以根据其他示例性实施方式而不同，并且这样的变化旨在被本公开所涵盖。
重要的是注意到，各种示例性实施方式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几个实施方式，但是阅读本公开的本领域技术人员将容易理解，在本质上不脱离本文所述主题的新颖教导和优点的情况下，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、定向等的变化)。例如，元件的位置可以颠倒或以其它方式变化，并且离散元件的性质或数量或位置可以改变或变化。任何过程或方法步骤的顺序或次序可根据替代实施方式而变化或重新排序。在不脱离本发明的范围的情况下，也可以在各种示例性实施方式的设计、操作条件和布置方面做出其它替代、修改、改变和省略。

Claims (18)

1.一种过滤器组件，所述过滤器组件包括：
壳体；
过滤器元件，所述过滤器元件用于过滤流体并且能够定位在所述壳体内；以及
膨胀膜组件，所述膨胀膜组件将所述壳体和所述过滤器元件流体地分离并且能够定位在所述壳体和所述过滤器元件之间，所述膨胀膜组件沿着所述壳体的壳体内表面、壳体顶表面和壳体外表面延伸，所述膜组件能向外膨胀，
当所述膜组件膨胀时，所述膜组件朝所述壳体的壳体内部区域延伸，所述壳体内部区域限定在所述膜组件的一部分与所述壳体内表面的一部分之间，
其中，所述膨胀膜组件包括膜主体和唇部，所述膜主体能够定位在所述壳体内表面和所述过滤器元件之间，并且所述唇部沿着所述壳体外表面延伸。
2.根据权利要求1所述的过滤器组件，其中，所述膨胀膜组件与所述壳体内表面和所述壳体顶表面形成密封。
3.根据权利要求1所述的过滤器组件，其中，所述膜主体包括膜侧壁和膜底壁，所述膜侧壁和所述膜底壁一起限定所述膜主体的用于接收所述过滤器元件的内部区域，所述膜主体包括从所述膜侧壁的顶部部分径向向外延伸的延伸部。
4.根据权利要求3所述的过滤器组件，其中，所述膜主体的所述延伸部沿着所述壳体顶表面延伸并且直接抵接所述壳体顶表面。
5.根据权利要求3所述的过滤器组件，其中，所述膜主体的所述延伸部和所述壳体顶表面中的一者包括至少一个突起，并且所述膜主体的所述延伸部和所述壳体顶表面中的另一者限定与所述至少一个突起互补的至少一个凹口，
其中，所述至少一个突起装配在所述至少一个凹口内，使得所述膜组件和所述壳体抗旋转地锁定在一起。
6.根据权利要求3所述的过滤器组件，其中，所述唇部相对于所述膜侧壁径向向外定位，并且从所述延伸部朝向所述膜底壁轴向向下延伸。
7.根据权利要求1所述的过滤器组件，其中，所述过滤器组件还包括过滤器头，所述过滤器头与所述膜主体的内表面形成内部密封，并且所述过滤器头沿着所述膜主体的所述内表面延伸并且沿着所述壳体外表面延伸。
8.根据权利要求7所述的过滤器组件，其中，所述过滤器头沿着所述膜组件的所述唇部的外表面延伸。
9.根据权利要求7所述的过滤器组件，其中，所述过滤器头包括与所述膜主体的所述内表面形成所述内部密封的内延伸部和沿着所述壳体外表面延伸的外延伸部，
其中，所述过滤器头的所述内延伸部和所述外延伸部限定槽，其中，所述膜组件的至少一部分和所述壳体的至少一部分定位在所述槽内。
10.根据权利要求9所述的过滤器组件，其中，所述膜主体包括轴向地定位在所述壳体顶表面与所述过滤器头的槽表面之间的延伸部，所述槽表面径向地定位在所述过滤器头的所述内延伸部与所述外延伸部之间。
11.根据权利要求10所述的过滤器组件，其中，所述膜主体的所述延伸部包括彼此相对的顶表面和底表面，
其中，所述膜主体的所述延伸部的所述顶表面与所述过滤器头的所述槽表面形成顶部密封，并且所述膜主体的所述延伸部的所述底表面与所述壳体顶表面形成底部密封，使得所述顶部密封和所述底部密封通过所述膜主体的所述延伸部彼此直接相对。
12.根据权利要求9所述的过滤器组件，其中，所述膜主体的外表面与所述壳体内表面形成外部密封，其中，所述内部密封和所述外部密封通过所述膜主体彼此直接相对。
13.根据权利要求1所述的过滤器组件，其中，所述膜主体包括膜侧壁、膜底壁和沿着所述膜主体的外表面的多个肋，所述多个肋沿着所述膜侧壁轴向地延伸并且沿着所述膜底壁径向地延伸。
14.一种组装过滤器组件的方法，所述方法包括：
将膨胀膜组件至少部分地定位在壳体中，使得所述膨胀膜组件沿着所述壳体的壳体内表面、壳体顶表面和壳体外表面延伸，所述膜组件能向外膨胀，
当所述膜组件膨胀时，所述膜组件朝所述壳体的壳体内部区域延伸，所述壳体内部区域限定在所述膜组件的一部分与所述壳体内表面的一部分之间；以及
将用于过滤流体的过滤器元件至少部分地定位在所述膜组件内并且至少部分地定位在所述壳体内，使得所述膜组件将所述壳体和所述过滤器元件流体地分离并且定位在所述壳体和所述过滤器元件之间，
其中，将所述膜组件至少部分地定位在所述壳体内导致所述膜组件的唇部沿着所述壳体外表面延伸，并且
其中，通过将所述过滤器元件至少部分地定位在所述膜组件内并且至少部分地定位在所述壳体内，将所述膜组件的膜主体定位在所述壳体内表面和所述过滤器元件之间。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述膜组件至少部分地定位在所述壳体内导致在所述膜组件与所述壳体内表面和所述壳体顶表面中的至少一者之间分别形成外部密封或底部密封中的至少一者。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述膜组件至少部分地定位在所述壳体内导致在所述膜主体的延伸部的底表面和所述壳体顶表面之间形成底部密封。
17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括将所述壳体附接到过滤器头，使得所述过滤器头沿着所述壳体外表面并且沿着所述膜主体的内表面延伸，从而导致在所述过滤器头和所述膜主体的所述内表面之间形成内部密封。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，将所述壳体附接到所述过滤器头导致在所述膜主体的所述延伸部的顶表面与所述过滤器头的槽表面之间形成顶部密封，使得所述顶部密封和所述底部密封通过所述延伸部彼此相对。
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