CN116528961A - 具有改进的灰尘负载的过滤器元件 - Google Patents

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Abstract

本文披露的实施例涉及具有过滤介质的褶皱式过滤器元件，该过滤介质具有下游过滤材料层和上游纤维层。间隔结构在上游纤维层与下游过滤材料层之间限定了空隙空间。

Description

具有改进的灰尘负载的过滤器元件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年9月28日提交的美国临时申请号63/084,516的利益，该美国临时申请的披露内容通过援引以其整体并入本文。
技术领域
本文所披露的技术总体上涉及过滤器元件。更具体地，本文所披露的技术涉及具有改进的灰尘负载的过滤器元件。
背景技术
过滤器元件的寿命至少部分地受到在过滤器元件内的过滤介质收集灰尘和其他颗粒的限制。随着上游面上和过滤介质内部的颗粒的体积和质量积累，过滤介质对于接收流体流的阻力变得越来越大。如果流速恒定，则通过过滤介质的气流阻力由过滤介质上游侧与下游侧之间的压差测量值来反映，或者如果压差恒定，则由气流流速的降低来反映。增加的压差测量值表明对流体流的阻力增加，而相对高的压差测量值表明过滤介质的使用寿命结束。
发明内容
本文所披露的技术涉及一种展现改进的灰尘负载的过滤器元件。改进的灰尘负载可以延长过滤器元件的使用寿命。
一些实施例涉及一种具有过滤介质的过滤器元件，该过滤介质处于打褶构型并具有第一组褶皱和第二组褶皱。第一组褶皱形成上游面。第二组褶皱形成下游面。过滤介质具有周界区域。过滤介质具有下游过滤材料层和上游纤维层。下游过滤材料层处于波纹状构型并限定峰和谷。上游纤维层延伸跨过下游过滤材料层的峰。在下游过滤材料层与上游纤维层之间限定了空隙空间。上游纤维层具有小于10％的密实度。框架部件固定到过滤介质的周界区域。
在一些这样的实施例中，上游纤维层中的多根纤维是卷曲的。附加地或替代地，上游纤维层具有至少10微米的平均纤维直径。附加地或替代地，下游过滤材料层具有20％至40％的捕获效率。附加地或替代地，下游过滤材料层包括纤维素纤维。附加地或替代地，纤维素纤维包括湿法成网的纤维素纤维。附加地或替代地，下游过滤材料层包括合成纤维。附加地或替代地，上游纤维层包括聚合物纤维。附加地或替代地，下游过滤材料层包括平均纤维直径为4至30微米的纤维。附加地或替代地，上游纤维层不是自支撑的。附加地或替代地，上游纤维层是最上游层，并且上游纤维层与下游过滤材料层直接接触。
附加地或替代地，下游过滤材料层具有至少10％的捕获效率。附加地或替代地，下游过滤材料层具有小于2.0mm的平均波纹深度。附加地或替代地，下游过滤材料层限定了具有大于0.23mm的平均波纹深度的波纹。附加地或替代地，上游纤维层是无波纹的。附加地或替代地，下游过滤材料层是自支撑的。附加地或替代地，在下游过滤介质层与上游纤维层之间限定了平均空隙距离。附加地或替代地，褶的褶密度为每英寸1个褶至每英寸14个褶。附加地或替代地，每个褶存在至少5个波纹峰。附加地或替代地，每个褶存在15至200个波纹峰。附加地或替代地，褶垂直于波纹峰。
本文披露的技术的一些实施例涉及一种构造过滤介质的方法。在过滤材料层上创建间隔结构。跨过滤材料的间隔结构沉积纤维层以形成过滤介质。在下游过滤材料层与纤维层之间限定了空隙空间。将过滤介质打褶以限定第一组褶皱和第二组褶皱，其中第一组褶皱形成上游面并且第二组褶皱形成下游面。过滤介质的周界区域固定到框架部件。
在一些这样的实施例中，过滤材料具有至少10％的捕获效率。附加地或替代地，纤维层中的多根纤维是卷曲的。附加地或替代地，纤维层具有至少10微米的平均纤维直径。附加地或替代地，过滤材料层具有20％至40％的捕获效率。附加地或替代地，过滤材料层包括湿法成网的纤维素纤维。附加地或替代地，过滤材料层包括合成纤维。附加地或替代地，纤维层不是自支撑的。附加地或替代地，过滤材料层包括平均纤维直径为4至30微米的纤维。附加地或替代地，形成间隔结构包括在过滤材料中形成波纹。附加地或替代地，过滤材料层被波纹化为具有大于0.23mm的平均波纹深度。
附加地或替代地，过滤材料层被波纹化为具有小于1.0mm的平均波纹深度。附加地或替代地，形成间隔结构包括在过滤材料的上游表面上沉积间隔结构。附加地或替代地，褶的褶密度为每英寸1个褶至每英寸14个褶。附加地或替代地，每个褶存在至少三个波纹峰。附加地或替代地，每个褶存在5至20个波纹峰。附加地或替代地，褶垂直于波纹峰。
本文披露的一些其他实施例涉及一种具有过滤介质的过滤器元件，该过滤介质处于打褶构型并具有第一组褶皱和第二组褶皱。第一组褶皱形成上游面。第二组褶皱形成下游面。过滤介质具有下游过滤材料层和上游纤维层。下游过滤材料层具有至少10％的捕获效率。上游纤维层具有小于10％的密实度。间隔结构在上游纤维层与下游过滤材料层之间限定大于0.11mm的平均空隙距离。框架部件固定到过滤介质的周界区域。
在一些这样的实施例中，下游过滤材料层具有在垂直于过滤介质的长度和宽度的方向上突出的间隔结构。附加地或替代地，纤维层具有至少10微米的平均纤维直径。附加地或替代地，间隔结构具有由下游过滤材料层限定的波纹。附加地或替代地，间隔结构是由下游过滤材料层限定的凸起。附加地或替代地，间隔结构是设置在上游纤维层与下游过滤材料层之间的沉积物。附加地或替代地，上游纤维层不是自支撑的。附加地或替代地，上游纤维层是无波纹的。
附加地或替代地，下游过滤材料层是无波纹的。附加地或替代地，上游纤维层与下游过滤材料层之间的平均空隙距离小于1.0mm。附加地或替代地，褶的褶密度为每英寸1个褶至每英寸14个褶。附加地或替代地，每个褶存在至少三个波纹峰。附加地或替代地，每个褶存在5至200个波纹峰。附加地或替代地，褶垂直于波纹峰。
应当理解，过滤介质或其部件的下游和上游特征(例如层、表面、侧面等)被布置成使得在使用中，这些特征分别布置在被过滤介质过滤的流体的流动方向的上游和下游。
可以根据ASTM标准F1215-89用0.78微米单分散聚苯乙烯乳胶球形颗粒以20英尺/分钟(6.1米/分钟)的速率对于无打褶平坦片材(无打褶平坦片材可以是波纹状的或无波纹的)确定捕获效率。
如本文所用，“密实度”是在某个厚度下在特定压力下测量的在层的总体积中由固体材料(而不是气体和空间)构成的百分比。
“ISO精细测试灰尘(ISO Fine Test Dust)”是指具有标准ISO 12103-1(2016)规定的粒度分布的灰尘。
如本文所用的短语“间隔结构”是在下游过滤材料层与上游纤维层之间限定空隙或空白空间区域的结构，其中空隙空间或空白空间是限定气体和空间的体积，而不是固体结构，比如过滤介质层、纤维层或另一种材料或结构。间隔结构可以由下游过滤材料层的构型限定，或者可以是设置在下游过滤材料层与上游纤维层之间的单独部件/材料。
附图说明
图1描绘了与本文披露的技术相符的示例性过滤介质。
图2描绘了与本文披露的技术相符的另一示例性过滤介质。
图3是示出根据过滤介质示例的压差与所收集灰尘之间的关系的图表。
图4是示出根据其他过滤介质示例的压差与所收集灰尘之间的关系的图表。
图5是示出根据其他过滤介质示例的压差与所收集灰尘之间的关系的图表。
图6是示出根据其他过滤介质示例的压差与所收集灰尘之间的关系的图表。
图7是示出对于各种过滤介质示例而言层之间的平均空隙距离与容尘量改进之间的关系的图表。
图8是与本文披露的技术相符的另一示例性过滤介质。
图9是与本文披露的技术相符的又一示例性过滤介质。
图10是与本文披露的技术相符的示例性流程图。
图11是示出根据各种过滤材料层的波纹深度的压差与所收集灰尘之间的关系的图表。
图12是示出根据各种过滤介质的压差与所收集灰尘之间的关系的图表。
图13描绘了示例性过滤介质结构。
图14描绘了具有本文描述的过滤介质的示例性过滤器元件。
图15描绘了穿过与图14相符的第一示例性过滤器元件的第一平面的截面。
图16描绘了穿过与图14和图15相符的第一示例性过滤器元件的第二平面的截面。
图17描绘了穿过与图14相符的第二示例性过滤器元件的第一平面的截面。
应注意，附图主要是为了清楚起见而呈现的，并且因此不是按比例绘制。此外，各种结构/部件，包括但不限于紧固件等，可以图解地示出或从一些或所有视图中移除以更好地展示所描绘的实施例的多个方面，或者，包括这样的结构/部件对于理解本文描述的各种示例性实施例不是必要的。然而，在特定图中没有展示/描述此类结构/部件将不被解释为以任何方式限制各种实施例的范围。
考虑到结合附图对各种实施例的以下详细描述，可以更完整地理解和了解本技术。
具体实施方式
本文披露的技术涉及一种过滤介质，其展示出过滤介质的上游面上的改进的灰尘负载。改进的灰尘负载可以延长过滤介质的使用寿命。与本文披露的技术相符的过滤介质通常是流体过滤器。在各种实施方式中，过滤介质特别针对用于气态流体(比如空气)的颗粒过滤器。
图1描绘了与本文披露的技术相符的示例性过滤介质100。过滤介质100具有下游过滤材料层110和上游纤维层120。下游过滤材料层110呈波纹状或凹槽构型，其中本文中使用的术语“波纹状”将涵盖凹槽构型。上游纤维层120通常是无波纹的(无凹槽)。示例性过滤介质100和对应的部件可以具有与本文描述的其他示例相同的部件、参数和特性，除非明显矛盾。
下游过滤材料层110可以是多种类型的过滤材料和多种过滤材料类型的组合。在一些实施例中，下游过滤材料层110包含纤维素纤维。在一些实施例中，下游过滤材料层110包含合成纤维。在一些实施例中，下游过滤材料层110包含聚合物纤维。在多个不同实施例中，下游过滤材料层110可以结合有多层过滤材料。在多个不同实施例中，下游过滤材料层110是自支撑的，这意味着，在进行打褶时，下游过滤材料层110表现出刚度，允许其在重力和/或过滤操作期间承受的力的作用下保持打褶构型。在一些实施例中，由下游过滤材料层110限定的波纹增加过滤材料110的刚度而成为自支撑的。在示例中，过滤材料110的刚度可以使用Gurley刚度来量化，在一些情况下可以为至少2000mg。然而，在其他一些情况下，Gurley刚度可以低于2000mg。可以使用符合行业标准TAPPI#T543 OM-16(2016)和ASTMD6125-97(2007)的Gurley刚度测试仪来计算Gurley刚度。
并入下游过滤材料层110中的纤维的尺寸可以取决于纤维类型。通常，并入下游过滤材料层110中的纤维将具有一定范围的纤维直径。并入下游过滤材料层110中的纤维可以具有在约4-30微米的范围内的平均纤维直径。平均纤维直径是使用位于科罗拉多州戈尔登的ResAlta Research Technologies公司的Scandium M软件确定。通过扫描电子显微镜(SEM)观察过滤介质的一部分，这样用户可以识别30根样本纤维、以及代表性直径，并在软件中注明。该软件测量每根纤维的截面，并计算所有所选纤维的平均值、最小值、最大值和标准偏差。在一些实施例中，下游过滤材料层的纤维具有至少20微米的平均纤维直径。例如，并入下游过滤材料层110中的纤维可以具有4-20微米、10-15微米、15-20微米、20-25微米或10-30微米的平均纤维直径。
下游过滤材料层110具有至少10％的捕获效率，其中捕获效率是根据ASTM标准F1215-89用0.78微米单分散聚苯乙烯乳胶球形颗粒以20英尺/分钟(6.1米/分钟)的速率对于无打褶平坦片材(无打褶平坦片材可以是波纹状的或无波纹的)确定的。在一些实施例中，下游过滤材料层110具有至少20％的捕获效率。在一些实施例中，下游过滤材料层110具有至少90％的捕获效率。在一些实施例中，下游过滤材料层110具有10％至80％之间、20％至40％之间、60％至99％之间或30％至70％之间的捕获效率。
在一个示例中，下游过滤材料层110具有按重量计约80％的纤维素纤维。在一些示例中，下游过滤材料层110具有按重量计约20％的粘结剂。作为示例，粘结剂可以是乳胶或丙烯酸类化合物。下游过滤材料层110的基重是可变的，但在一个示例中基重为96g/m2。
下游过滤材料层110的波纹116限定了多个峰112和谷114，它们在过滤介质100的长度L上交替。“峰”和“谷”在本文中用于描述向相反两个方向突出的波纹。虽然本文描述的波纹一般是正弦曲线状，但波纹可以具有其他形状。在一些实施例中，波纹可以在凹槽或波纹的曲率中包含不连续性，比如沿着波纹的长度延伸的一条或多条折叠线。此外，虽然峰和谷通常相等且相反，但在一些实施例中，峰可以具有与谷不同的尺寸。
下游过滤材料层110的波纹可以具有大于0.23mm的平均波纹深度。下游过滤材料层110的波纹通常具有小于4.0mm的平均波纹深度。在多个不同实施例中，过滤材料110具有小于2.0mm的平均波纹深度。下游过滤材料层110的波纹可以具有小于1.5mm的平均波纹深度。在一些实施例中，下游过滤材料层110的波纹具有在0.23mm至0.65mm之间的平均波纹深度。波纹深度D定义为过滤材料110的峰112与相邻谷114之间的z方向距离，其中z方向垂直于过滤材料110的长度L和宽度W。平均波纹深度是一个样本的、跨过滤材料110测量的波纹深度平均值，该样本的样本尺寸可以为过滤材料110的总波纹深度的至少5％、10％、15％或20％。
上游纤维层120通常在下游过滤材料层110的峰112上延伸。在多个不同实施例中，上游纤维层120不粘附到下游过滤材料层110，并且保持与其不联接。可替代地，在一些实施例中，上游纤维层120可以用粘合剂联接到峰112，并且在其他实施例中，形成上游纤维层120内的至少一部分纤维的材料自粘附到形成峰112的下游过滤材料层110。例如，当未固化的(或湿的)纤维沉积在下游过滤材料层110上并使其固化(或干燥)时，上游纤维层120可以自粘附。在一些实施例中，上游纤维层120是松散纤维，这意味着上游纤维层120中的纤维彼此基本上未结合。在一些这样的实施例中，上游纤维层120中的纤维彼此完全未结合。在一些实施例中，上游纤维层120可以是稀松布材料。例如，稀松布材料可以是织造、非织造或针织的纤维。在一些实施例中，例如，上游纤维层120可以具有一个或多个层，将第一纤维层与稀松布材料组合。
上游纤维层120通常延伸跨过下游过滤材料层110的大部分。在一些实施例中，上游纤维层120延伸跨过整个下游过滤材料层110。虽然下游过滤材料层110是波纹状的，但是上游纤维层120是无波纹的并且大致是平面的。然而，上游纤维层120不是完全平面的，因为上游纤维层120的位于下游过滤材料层110的相邻峰112之间的部分可能响应于重力而下垂。此外，上游纤维层120中的一些纤维可以从由过滤介质100的长度L方向和宽度W方向限定的平面向外延伸并且延伸超过由上游纤维层120限定的总体平面。一般而言，上游纤维层120基本上不存在于下游过滤材料层110的谷114中。
由下游过滤材料层110限定的波纹116是一种间隔结构，其在下游过滤材料层110与上游纤维层120之间限定了空隙空间。特别地，波纹116限定了该间隔结构。上游纤维层120延伸跨过由间隔结构限定的峰，这些峰是波纹116的峰112。在多个不同实施例中，层之间的这种空隙空间可以根据在下游过滤材料层110与上游纤维层120之间限定的平均空隙距离D平均来表征。在当前描绘的示例中，在宽度方向W上在下游过滤材料层110与上游纤维层120之间限定的空隙距离通常是恒定的。这样，可以通过沿长度L确定下游过滤材料层110与上游纤维层120之间的截面面积A(在长度L和Z方向上延伸的平面中)、然后将截面面积A除以过滤介质100的长度L来计算平均空隙距离D平均。
在一些实施例中，下游过滤材料层110与上游纤维层120之间的平均空隙距离D平均大于0.11mm。下游过滤材料层110与上游纤维层120之间的平均空隙距离D平均通常小于2.0mm。在多个不同实施例中，下游过滤材料层110与上游纤维层120之间的平均空隙距离D平均可以小于1.0mm。下游过滤材料层110与上游纤维层120之间的平均空隙距离D平均可以小于0.7mm。
为了本披露的目的，下游过滤材料层110与上游纤维层120之间的总截面积和平均空隙距离D平均是理论计算，该理论计算假设：上游纤维层120中的纤维朝向下游过滤材料层110的谷114不延伸经过峰112(进入层110、120之间的空隙空间)。换言之，计算中假设了上游纤维层120的下游侧是完美的平面。
通常，上游纤维层120的密实度小于下游过滤材料层110的密实度。如本文所用，“密实度”是在某个厚度下在特定压力下测量的在层的总体积中由固体材料(而不是气体和空间)构成的百分比。密实度由以下公式计算：
其中，用材料(比如过滤材料层110或纤维层120)的密度除以形成材料的构成组分的密度(比如纤维层120中的纤维的密度)。材料的密度可以通过以下公式计算：
其中厚度是材料(比如纤维层120)的厚度。为了本披露的目的，材料的厚度是用直径为1.129英寸(1平方英寸)的空载卡尺(特别是由位于马萨诸塞州弗雷明汉的B.C.AmesIncorporated制造的Ames厚度测试仪)确定，该卡尺对材料施加0.07psi。因此，如本文所披露的材料的密实度应理解为基于对材料施加0.07psi以获得厚度测量值来计算。
上游纤维层120通常具有小于10％的密实度。在一些实施例中，上游纤维层120具有小于8％的密实度。在一些实施例中，上游纤维层120具有2％至9％的密实度。
上游纤维层120的基重通常小于下游过滤材料层110的基重。上游纤维层120可以具有1至45g/m2或15至40g/m2的基重。在一些实施例中，上游纤维层的基重为约21g/m2或30g/m2。在一些实施例中，上游纤维层120的基重可以具有2-10g/m2的基重范围。
在多个不同实施例中，上游纤维层120包含平均纤维直径大于10微米的纤维。在多个不同实施例中，上游纤维层120包含平均纤维直径为至少15微米的纤维。在一些实施例中，上游纤维层120包含平均纤维直径为至少20微米且标准偏差为2的纤维。上游纤维层120包含平均纤维直径小于1.0mm的纤维。上游纤维层120通常包含平均纤维直径小于0.5mm的纤维。上游纤维层120可以包含平均纤维直径小于0.1mm的纤维。在一些实施例中，上游纤维层120可以包含比下游过滤材料层110中包含的纤维更粗的纤维。
上游纤维层120可以包含各种类型的纤维和纤维组合。上游纤维层120中的纤维可以是基本连续的(比如熔喷或纺粘纤维)、不连续的或是它们的组合。在一些实施例中，上游纤维层120是聚合物纤维。在一些实施例中，上游纤维层120中的多根纤维是卷曲的，比如示例卷曲部122。纤维中的卷曲部122是纤维曲率的不连续性，类似于折叠或褶皱。这种卷曲纤维可以增加上游纤维层120的蓬松度，这可以通过例如增加上游纤维层120的厚度或通过在上游纤维层120的相同厚度下降低基重来降低相对密实度。
在多个不同实施例中，上游纤维层120不是自支撑的，这意味着上游纤维层120不表现出刚度并且不能打褶而在重力作用下保持打褶构型。上游纤维层120可以直接接触下游过滤材料层110。上游纤维层120可以直接联接到下游过滤材料层110，意味着在上游纤维层120与下游过滤材料层110之间没有中间材料，除了粘合剂(在使用粘合剂的情况下)之外。
虽然本申请的过滤介质100可以包括各种其他构成层，但在一些实施例中，上游纤维层120是过滤介质中的最上游层。因此，上游纤维层120被定位成最大限度地暴露给进入过滤介质100的灰尘。
如上所述，在一些实施例中，上游纤维层可以具有多个层，比如设置在稀松布材料上的第一纤维层，如图2中所描绘的。类似于上面参考图1描述的实施例，当前描述的过滤介质200具有下游过滤材料层210和上游纤维层220。下游过滤材料层210呈波纹状构型并且沿其长度限定多个交替的峰212和谷214。上游纤维层220在下游过滤材料层210的峰212上延伸。上游纤维层220通常是无波纹的并且可以被认为是大致平坦的。示例性过滤介质200和对应的部件可以具有与本文描述的其他示例相同的部件、参数和特性，除非明显矛盾。
与参照图1描述的实施例不同，在当前示例中，上游纤维层220具有第一纤维层222和支撑层224。支撑层224设置在下游过滤材料层210与第一纤维层222之间。支撑层224与由下游过滤材料层210的波纹限定的峰212接触。支撑层224可以用粘合剂或通过替代方法联接到峰212，并且在一些实施例中，支撑层224和下游过滤材料层210不联接。在一些示例中，支撑层224通常是自支撑的，这意味着支撑层224具有刚度，支撑层224可以依靠刚度被打褶，而在其他实施例中，支撑层224不是自支撑的。支撑层224可以是多种材料和材料组合，并且在一些实施例中，支撑层224是网，比如丝或聚合物网。通常，当过滤0.78微米的颗粒时，支撑层224本身不表现出过滤效率或压降。
图3描绘了使用ISO精细试验灰尘测量三个不同示例性过滤介质得到的所收集灰尘和压差的测试结果。第一比较示例310、第二比较示例320和第三比较示例330均引入了无波纹的下游过滤材料层，其具有邻接相对下游的纤维素介质片材的相对上游的稀松布层。每个无波纹下游过滤材料层具有相同的组成和过滤性能。
第一比较示例310仅为下游过滤材料层。第二比较示例320和第三比较示例330均引入了与下游过滤材料层邻接的上游纤维层。每个上游纤维层包含聚乙烯-聚丙烯(PE/PP)双组分纤维，这些纤维被湿法成网到稀松布层的上游表面。第二比较示例320中使用的第一上游纤维层具有12％的密实度、21.5g/m2的基重和30.45微米的平均纤维直径。第三比较示例330中的第二上游纤维层具有3％的密实度、21.5g/m2的基重和27微米的平均纤维直径。为了测试每个比较示例，通过测试装备将稀松布(对于第二和第三比较示例具有上游纤维层)和纤维素介质片材的周边夹在一起。比较示例310、320、330各被测试两次。
图3的图表表明，在负载了超过约50g/m2的灰尘之后，第三比较示例330跨过滤介质具有比第一比较示例310和第二比较示例320更低的压差。数据表明，存在密实度为12％的上游纤维层对过滤介质的寿命没有明显影响，但存在密实度为3％的上游纤维层对过滤介质的寿命有明显影响。在与本技术相符的多个不同实施例中，上游纤维层具有小于10％的密实度。
图4描绘了使用ISO精细试验灰尘测量三个不同示例性过滤介质得到的所收集灰尘和压差的进一步测试结果。第四比较示例410、第五比较示例420和第六比较示例430均使用上文参考图3讨论的无波纹下游过滤材料层(其具有邻接相对下游的纤维素介质片材的相对上游的稀松布层)。第四比较示例410仅为下游过滤材料层，其中稀松布层和纤维素介质围绕它们的周边夹在一起以进行测试。第五比较示例420和第六比较示例均引入了湿法成网到稀松布层上的上游纤维层。第五比较示例420的第三上游纤维层是聚对苯二甲酸乙二醇酯(co-PET)双组分纤维，其基重为21.5g/m2，密实度为6％，并且纤维的平均纤维直径为15微米。第六比较示例430的第四上游纤维层是PE/PP双组分纤维，其基重为21.5g/m2、密实度为3％，并且纤维的平均纤维直径为30微米。测试装备将具有上游纤维层的稀松布围绕它们相应的周边夹在纤维素介质片材上以进行测试。
图4的图表表明，在负载了至少高于约50g/m2的灰尘之后，第六比较示例430具有比第四比较示例410和第五比较示例420更低的压差。数据表明，存在平均纤维直径为15微米的上游纤维层似乎没有有利地影响过滤介质的寿命，但平均纤维直径为30微米的上游纤维层似乎确实有利地影响了过滤介质的寿命。在一些实施例中，上游纤维层具有大于15微米的平均纤维直径。在与本技术相符的多个不同实施例中，上游纤维层具有至少20微米的平均纤维直径，标准偏差为2。
如上所述，在与图4相关的测试中使用ISO精细试验灰尘，其中灰尘颗粒具有特定的尺寸范围和分布。在一些其他实施方式中，其中待过滤的颗粒具有与ISO精细试验灰尘不同的尺寸范围和/或尺寸分布，与缺少上游纤维层的介质相比，上游纤维层中纤维的不同平均纤维直径可以证明过滤介质寿命有所改善。在一些这样的实施方式中，上游纤维层可以具有10微米、12微米、14微米或15微米的平均纤维直径。在一些这样的实施方式中，上游纤维层可以具有至少10微米、12微米、14微米或15微米的平均纤维直径。
图5描绘了使用ISO精细试验灰尘测量四种不同示例性过滤介质得到的所收集灰尘和压差的进一步测试结果。每个比较示例都引入了下游过滤材料层，为纤维素介质片材。每个纤维素介质片材具有按重量计约80％的纤维素纤维和20％的粘结剂，平均纤维直径为15.8微米。
第七比较示例510和第八比较示例520均具有基重为约96.1g/m2且捕获效率为25％的无波纹纤维素介质片材。第七比较示例510仅为纤维素介质片材。第八比较示例520引入了上游纤维层，该纤维层是由聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚丙烯(PET/PP)双组分纤维构成的稀松布层，具有30g/m2的基重、7％的密实度并包含平均纤维直径为38微米的纤维。
第九比较示例530和第十比较示例540中的纤维素介质片材各自具有114.5g/m2的基重和33％的捕获效率。第九比较示例530和第十比较示例540的纤维素介质片材各自是波纹状的，限定0.58mm的平均波纹深度。第九比较示例530仅为具有波纹状构型的纤维素介质片材。第十比较示例540另外具有邻接波纹状过滤材料的上游侧的上游纤维层。第十比较示例540的上游纤维层与第八比较示例520的上游纤维层相同。因此，第十比较示例540中的纤维层具有30g/m2的基重、7％的密实度并且包含平均纤维直径为38微米的纤维。
为了测试，将每个示例的过滤介质围绕它们相应的周边夹住。在示例中引入了上游纤维层的情况下，将上游纤维层和纤维素介质片材围绕它们的周边夹在一起以进行测试，使得上游纤维层邻接波纹纤维素介质片材的上游侧。
图5似乎证明了(第十比较示例540的)波纹状下游介质层与无波纹上游纤维层的组合在负载了至少高于约100g/m2的灰尘后具有较低的压差，这有利地影响过滤介质的寿命。
图6描绘了再次测量六种不同示例性过滤介质得到的所收集灰尘和压差的测试结果。每个示例性过滤介质具有下游过滤材料层，该过滤材料层是与上文讨论的第七和第八比较示例相符的纤维素介质片材。第十一比较示例610仅为无波纹纤维素介质片材。第十二比较示例620是邻接上游纤维层的无波纹纤维素介质片材。第十三比较示例630、第十四比较示例640、第十五比较示例650和第十六比较示例660均是具有邻接的上游纤维层的下游波纹状纤维素介质片材。图6中每个相关比较示例中的上游纤维层与上文讨论的第十比较示例540中的纤维层相同。
第十三、第十四、第十五和第十六比较示例具有带有不同平均波纹深度的波纹。第十三比较示例630限定的波纹具有0.23mm的平均波纹深度。第十四比较示例640限定的波纹具有0.39mm的平均波纹深度。第十五比较示例650限定的波纹具有0.52mm的平均波纹深度。第十六比较示例660限定的波纹具有0.65mm的平均波纹深度。
数据反映，与仅存在无波纹过滤材料层(第十一比较示例610)相比，将上游纤维层引入无波纹下游过滤材料层(第十二比较示例620)使得过滤器寿命的明显增加。此外，在结合有无波纹上游纤维层的过滤介质结构中，随着灰尘负载在每个过滤介质上，与具有上游纤维层和没有波纹的下游过滤材料的过滤介质结构(第十二比较示例620)相比，(第十三比较示例630的)具有0.23mm的最大波纹深度的下游过滤材料在压差方面似乎非常相似(或非常轻微地降低)。
至少在150g/m2的最小灰尘负载下(在第十六比较示例的情况下)、但在一些示例中在50g/m2或100g/m2的最小灰尘负载下，引入了波纹状下游过滤材料层的每个比较示例(第13至第16比较示例)比具有无波纹下游层的比较示例(第十二比较示例620)具有更低的压降。
图6中反映的结果令人惊讶。在约70g/m2的灰尘负载下，第六比较示例660的压降似乎超过其余比较示例的压降。随着灰尘负载在每个过滤介质上，(第十三比较示例630的)具有0.23mm的最大波纹深度的介质表现非常类似于具有没有波纹的下游过滤材料的过滤介质结构的无波纹介质(第十二比较示例620)。
进行测试来确定图6中反映的压降改进是否是下游过滤材料层的平均波纹深度的函数。图11反映了与图6的第十一比较示例610相关的数据，与两个具有不同平均波纹深度的的仅有的波纹状纤维素介质片材(每个都没有上游纤维层)相比，该比较示例仅为无波纹纤维素介质片材(没有上游纤维层)。第一纤维素介质710具有0.65mm的平均波纹深度，而第二纤维素介质720具有0.23mm的平均波纹深度。令人惊讶的是，图11似乎表明，在没有上游纤维层的情况下，随着灰尘负载到介质上，仅有的纤维素介质的平均波纹深度似乎没有减小介质的压差。事实上，随着灰尘负载到介质上，与第十一比较示例610的无波纹纤维素介质相比，第一纤维素介质710和第二纤维素介质720的波纹似乎具有略微增加的压差。
另一方面，图7反映了根据上游纤维层与下游过滤材料层之间的平均空隙距离，第十二比较示例620、第十三比较示例630、第十四比较示例640、第十五比较示例650和第十六比较示例660(上文参考图6讨论的)容尘量的改进。容尘量是在9.6英寸H2O(2388Pa)压降、10.5英尺/分钟(5.33厘米/秒)流速下用ISO精细试验灰尘确定的。容尘量的改进值是基于第十二比较示例620的容尘量的百分比，由于下游过滤材料层是无波纹的，因此该比较示例在上游纤维层和下游过滤材料层之间的平均空隙距离为零。第十三比较示例630、第十四比较示例640、第十五比较示例650和第十六比较示例660均具有如上文在图1中计算D平均的讨论中所描述的来计算得到的在上游纤维层与下游过滤材料层之间的平均空隙距离。
图7的图表反映，在上述测试参数下，当平均空隙距离大于0.11mm时，容尘量随着上游纤维层与下游过滤材料层之间的平均空隙距离的增加几乎呈线性地改进。当上游纤维层和/或下游过滤材料层具有交替构型(比如由交替类型的纤维和纤维组合构成)时，最小平均空隙距离可以不同于0.11mm。“最小平均空隙距离”被定义为层之间的这样的平均空隙距离：大于该平均空隙距离时，与层之间约为零的平均空隙距离相比，介质的容尘量表现出改进。
图8描绘了与本文披露的技术相符的另一个示例性过滤介质800。类似于图1和图2中描绘的示例性实施例，过滤介质800具有邻接上游纤维层820的下游过滤材料层810。上游纤维层820可以具有类似于以上参考图2描述的支撑层。上游纤维层820可以与下游过滤材料层810上的间隔结构830直接接触。示例性过滤介质800和对应的部件可以具有与本文描述的其他示例相同的部件、参数和特性，除非明显矛盾。
虽然下游过滤材料层810是无波纹的，但当前描绘的示例性过滤介质800展示了用于在z方向上在上游纤维层820与下游过滤材料层810之间实现特定平均空隙距离D平均的另一种结构，比如平均空隙距离D平均大于0.11mm且小于2.0mm、1.0mm或0.7mm。特别地，下游过滤材料层810上的间隔结构830在z方向上朝向上游纤维层820突出并限定峰。上游纤维层820延伸跨过由间隔结构830限定的峰。在当前示例中，间隔结构830是一系列间隔开的细长肋，它们沿着过滤介质800的宽度W延伸并且以特定增量跨越过滤介质800的长度L间隔开。
间隔结构830可以由下游过滤材料层810本身限定。例如，间隔结构830可以通过对下游过滤材料层810成形、比如通过压花而形成。在一些其他实施例中，间隔结构830可以是在将上游纤维层820沉积在下游过滤材料层810的上游侧812上之前被沉积在下游过滤材料层810的上游侧812上或上游纤维层820的下游表面822上的单独部件。作为示例，间隔结构830可以是热熔聚合物、环氧树脂或以未固化状态沉积然后允许固化的粘合剂。作为另一个示例，间隔结构可以是联接到上游纤维层820和下游过滤材料层810中的一者或两者的预成型结构部件。
因为过滤介质800的层之间的间距沿宽度W方向是大致均匀的，所以上游纤维层820与下游过滤材料层810之间的平均空隙距离D平均将约等于长度L方向上的平均空隙距离D平均。长度L方向上的平均空隙距离D平均可以例如通过计算层间的空隙的总截面面积A(在长度L方向和z方向上延伸的平面内)并将截面面积A除以长度L来计算，类似于上文参考图1的下游过滤材料层所讨论的。平均空隙距离D平均通常将小于层之间的最大空隙距离D最大，其中层之间的最大空隙距离D最大可以基于间隔结构830的峰832与下游过滤材料层810的上游侧812之间的z方向空隙距离来计算。
最大空隙距离D最大可以计算为与平均波纹深度相似的平均值，如上文参考图1所讨论的。在间隔结构830与下游过滤材料层810与上游纤维层820接触的位置处，层810、820之间的空隙距离为零，因为在间隔结构830处层810、820之间没有空隙。在一些实施例中，平均最大空隙距离D最大小于4.0mm。在一些实施例中，平均最大空隙距离D最大小于2.0mm。在一些实施例中，平均最大空隙距离D最大小于1.5mm。
图9描绘了与本文披露的技术相符的另一示例性过滤介质900。此示例性过滤介质900与上文参考图8描述的示例性过滤介质大体相符并且可以具有与本文描述的其他示例相同的部件、参数和特性，除非明显矛盾。过滤介质900具有与上游纤维层920上的间隔结构930邻接的下游过滤材料层910。上游纤维层920可以具有或不具有支撑层。
虽然下游过滤材料层910是无波纹的，但当前描绘的示例性过滤介质900展示了用于在上游纤维层920与下游过滤材料层910之间实现特定平均空隙距离D平均的另一种结构，比如平均空隙距离D平均大于0.11mm且小于2.0mm、1.0mm或0.7mm。特别地，下游过滤材料层910上的间隔结构930在z方向上朝向上游纤维层920突出。在当前示例中，间隔结构930具有一系列离散的凸起，这些凸起跨越过滤介质900的宽度W和长度L间隔开。上游纤维层920延伸跨过由间隔结构930限定的峰。类似于图8的示例，间隔结构930可以由下游过滤材料层910本身限定，或者间隔结构930可以是沉积在下游过滤材料层910的上游侧912上或上游纤维层920的下游表面922上的单独部件，如上所述。
因为过滤介质900的层之间的间距沿宽度W或长度L方向不均匀，平均空隙距离D平均是基于两个方向上的测量值计算的。具体地，可以通过计算上游纤维层920与下游过滤材料层910之间的总体积V并将总体积V除以样本的面积(即长度L乘以宽度W)来计算平均空隙距离D平均。平均空隙距离D平均通常将小于层之间的最大空隙距离D最大，其中层之间的最大空隙距离D最大可以基于间隔结构的峰932与下游过滤材料层910的上游侧912之间的z方向空隙距离来计算。最大空隙距离D最大可以以与上文参考图1所讨论的平均波纹深度相似的方式计算为跨越过滤介质900的多个样本位置处的平均值。在一些实施例中，平均最大空隙距离D最大小于4.0mm。在一些实施例中，平均最大空隙距离D最大小于2.0mm。在一些实施例中，平均最大空隙距离D最大小于1.5mm。
图12反映了将第十五比较示例650与第十七比较示例670的压差进行比较的测试结果，其中第十五比较示例650具有下游纤维素介质片材，该下游纤维素介质片材被波纹化至0.52mm的平均深度并邻接基本上平面的上游纤维层，该上游纤维层是由PET/PP双组分纤维构成的稀松布层，其基重为30g/m2，密实度为7％，并且包含平均纤维直径为38微米的纤维。第十七比较示例670使用与第十五比较示例相同的波纹状下游纤维素介质片材和相同的上游纤维层，不同之处是上游纤维层被波纹化至同样具有0.52mm的平均波纹深度。上游纤维层位于下游纤维素介质层上，使得由纤维素介质限定的波纹的峰邻接由上游纤维层限定的波纹的谷，类似于图13中描绘的结构。为了测试，将波纹状上游纤维层围绕它们相应的周边夹到下游纤维素介质片材上。这种构型增加了上游纤维层与下游过滤材料层之间的平均空隙距离。
测试第十七比较示例670并与和第十五比较示例650相关联的两组数据进行比较。图12表明，随着灰尘负载在每个介质上时，两种介质上的压差没有明显差异。特别地，似乎没有与使上游纤维层波纹化相关的优点。
图14描绘了具有本文描述的过滤介质82的示例性过滤器元件80。在该示例中，过滤器元件80是板式过滤器元件。过滤器元件80通常由处于打褶构型的过滤介质82构成，这意味着过滤介质82具有在第一组褶皱81与第二组褶皱(目前不可见)之间延伸的多个褶83。第一组褶皱81在过滤器元件80的上游侧86形成上游面，第二组褶皱在过滤器元件80的下游侧88形成下游面(在当前图中不可见)。过滤介质82位于过滤器元件80的上游侧86与下游侧88之间。
过滤器元件80具有固定到过滤介质82的周界区域87的框架部件84。框架部件84围绕过滤介质82延伸。在各种实施例中，过滤介质82的周界区域87用环氧树脂或其他粘合剂材料固定到框架部件84。在实施例中，为了构造过滤器元件80，框架部件84被包覆模制到过滤介质82的周界区域87。在一些这样的实施例中，模具围绕过滤介质82的周界区域87定位以容纳周界区域87。模具通常可以排除相对于周界区域87在中心的过滤介质区域。框架部件84可以由被注入模具中以包围周界区域87、然后被允许固化以将周界区域固定到框架部件84的材料形成。在这样的实施例中，一旦框架部件84已经固化而具有足够的结构稳定性，模具就可以从过滤介质82分离。
过滤器元件80中的褶83的数量可以用线性褶密度来描述。在板式过滤器元件80中，线性褶密度是过滤器元件80中的褶83的总数除以延伸跨过褶皱81的过滤介质82的长度l。以这种方式，线性褶密度描述了填充在过滤器元件80中的褶的密度。线性褶密度可以用每英寸的褶数(PPI)来描述。在各种实施例中，本文描述的过滤器元件具有大于1PPI的线性褶密度。在各种实施例中，本文描述的过滤器元件具有大于4PPI的线性褶密度。过滤器元件可以具有大于8PPI的线性褶密度。在一些实施例中，本文描述的过滤器元件具有小于16PPI的线性褶密度。在一些实施例中，本文描述的过滤器元件具有10PPI至14PPI的线性褶密度。
图14的过滤器元件80可以与本文披露的任何过滤介质构型相符。例如，图15描绘了与图14相符的第一示例性过滤器元件的穿过切割平面x-x的第一截面，图16描绘了第一示例性过滤器元件的穿过切割平面y-y的第二截面。过滤器元件80a由过滤介质82a和框架部件84a构成。过滤介质82a具有周界区域87a。框架部件84a固定到过滤介质82a的周界区域87a，如上所述。
过滤介质82a处于打褶构型。过滤介质82a具有在第一组褶皱81a与第二组褶皱85a之间延伸的多个褶83a。第一组褶皱81a在过滤器元件80a的上游侧86a形成上游面89a，第二组褶皱85a在过滤器元件80的下游侧88a形成下游面90a。过滤介质82a位于过滤器元件80a的上游侧86a与下游侧88a之间。
在当前示例中，过滤介质82a与上文参考图1和图2描述的过滤介质相符。存在下游过滤材料层20a和上游纤维层10a，它们各自与本文别处的讨论相符。间隔结构22a限定在下游过滤材料层20a与上游纤维层10a之间。间隔结构22a在上游纤维层10a与下游过滤材料层20a之间限定了平均空隙距离。平均空隙距离可以与上文描述的那些相符。
在当前示例中，间隔结构22a由下游过滤材料层20a限定的波纹(在图16中可见)形成。特别地，多个峰24a和谷26a从第一褶皱81a跨过每个褶83a延伸到第二褶皱85a。多个峰24a和谷26a从过滤介质20a的第一侧边缘92a到过滤介质20a的相反侧边缘94a交替出现。过滤介质82a的第一侧边缘92a和相反侧边缘94a是过滤介质20a的垂直于褶皱81a、85a的长形边缘。上游纤维层10a延伸跨过下游过滤材料层20a的峰24a，如上文已经详细讨论的。上游纤维层10a在第一组褶皱81a与第二组褶皱85a之间的区域中基本上是平面的。在当前示例中，波纹峰24a和谷26a垂直于第一组褶皱81a和第二组褶皱85a。在一些替代性实施例中，波纹峰24a和谷26a平行于褶皱81a、85a。在一些另外的实施例中，波纹峰24a和谷26a在垂直于与平行于第一组褶皱81a和第二组褶皱85a之间。
应注意，为了本披露的目的，过滤器元件80a中的过滤介质82a的平均空隙距离是过滤介质82a的无打褶平坦片材的平均空隙距离。在各种实施例中，与褶83a的位于褶皱81a、85a之间的中心区域相比，上游纤维层10a与下游过滤材料层20a之间的空隙距离可围绕褶皱81a、85a偏离。例如，打褶操作可以在褶皱81a、85a处压缩间隔结构22a，使得空隙距离与褶83a的位于褶皱81a、85a之间的中心区域相比相对较小。
在各种实施例中，过滤器元件80a具有每个褶83a至少5个波纹峰24a。在一些实施例中，过滤器元件80a具有每个褶83a至少15个波纹峰24a，或每个褶83a至少30个波纹峰24a。过滤器元件80a可以具有每个褶83a少于600个波纹峰24a、每个褶83a少于300个波纹峰24a或每个褶83a少于100个波纹峰24a。过滤器元件80a的每个褶的波纹峰是跨过褶宽度的波纹峰的数量，其中对于过滤器元件80a中的每个褶83a，褶的宽度被限定在第一侧边缘94a与第二侧边缘94b之间。在各种实施例中，每个褶83a存在15至200个波纹峰24a。
每个褶83a的波纹峰24a的数量通常取决于过滤器元件中褶的宽度和跨过过滤介质的波纹密度。在各种实施例中，过滤介质具有每英寸2-10个波纹。在一些实施例中，过滤介质具有每英寸4-6个波纹。在一些实施例中，过滤介质具有每英寸约5个波纹。
图14的过滤器元件的过滤介质可以与本文别处讨论的其他类型的过滤介质相符。图17描绘了图14的示例性过滤器元件80b的第二示例性截面，其中过滤介质82b可以与例如上文参考例如图8和图9讨论的过滤介质相符。过滤器元件80b由过滤介质82b和框架部件84b构成。过滤介质82b具有周界区域87b。如上所述，框架部件84b固定到过滤介质82b的周界区域87b。
过滤介质82b处于打褶构型。过滤介质82b具有在第一组褶皱81b与第二组褶皱85b之间延伸的多个褶83b。第一组褶皱81b在过滤器元件80b的上游侧86b形成上游面89b，第二组褶皱85b在过滤器元件80b的下游侧88b形成下游面90b。过滤介质82b位于过滤器元件80b的上游侧86b与下游侧88b之间。
在当前示例中，过滤介质82b与上文参考图8和图9描述的过滤介质相符。过滤介质82b具有下游过滤材料层20b和上游纤维层10b，它们各自与本文别处的讨论相符。间隔结构22b限定在下游过滤材料层20b与上游纤维层10b之间。间隔结构22b在上游纤维层10b与下游过滤材料层20b之间限定了平均空隙距离，如已在本文别处详细讨论的。上游纤维层10b在第一组褶皱81b与第二组褶皱85b之间的区域中基本上是平面的。
在当前示例中，间隔结构22b可以与长形肋(比如上文参考图8所讨论的那些)或凸起(比如上面参考图9描述的那些)相符。上游纤维层10a延伸跨过间隔结构22b的峰24a。
现在将讨论与构造过滤器元件相关联的方法。图10描绘了构造与本文披露的技术的实施例相符的过滤器元件1000的方法。一般性地获得1010过滤材料，创建1020间隔结构，在过滤材料上沉积1030纤维层以形成过滤介质，将过滤介质打褶1040，并且将介质固定到框架部件1050。
过滤材料可以与本文所述的过滤材料相符。通常，过滤材料具有至少10％的捕获效率，并且在一些实施例中，过滤材料具有20％至40％的捕获效率。在一些实施例中，过滤材料通常结合有纤维并且可以具有4至30微米的平均纤维直径。过滤材料可以包含纤维素纤维、合成纤维等。在一些实施例中，过滤材料由湿铺纤维(比如纤维素纤维)构成，其中由纤维形成的浆料被干燥以创建过滤材料。
间隔结构通常相对于过滤材料创建1020，并且间隔结构可以通过多种方法创建1020。例如，过滤材料可以是波纹状的。在这样的示例中，使一定长度的过滤材料穿过波纹化装备，该装备在过滤材料的长度上创建交替的峰和谷(比如图1和图2所描绘的)。波纹可以由本文件通篇讨论的波纹组成。在另一个示例中，通过在过滤材料的上游表面上沉积热熔聚合物来创建1020间隔结构。在又一示例中，通过将预成型结构联接到过滤材料上来创建1020间隔结构。
将纤维层沉积1030在间隔结构上以形成过滤介质。特别地，将纤维层沉积1030在过滤材料的上游侧，更特别地，跨越过滤材料上的间隔结构沉积。在过滤材料为波纹状的实施例中，纤维层被沉积1030为延伸跨过过滤材料的波纹的峰。通过预成型该纤维层、然后将预成型的纤维层跨间隔结构放置，纤维层可以沉积1030在间隔结构上。例如，纤维层可以通过湿法成网工艺形成，并且湿法成网的纤维层可以跨间隔结构沉积1030。在一些替代实施例中，如上所述，间隔结构可以沉积在上游纤维层的下游表面上。在这样的实施例中，可以将具有间隔结构的上游纤维层联接到下游过滤材料层。
在一些实施例中，使用共挤出工艺来构造纤维以创建多种构型，比如具有鞘/芯结构或并列结构的双组分纤维。在这样的实施例中，纤维可以被切割成短纤维并且湿法成网到支撑层上以形成纤维层。
替代地，将纤维沉积1030在间隔结构上的动作可以形成纤维层。在一些实施例中，通过将纤维静电纺丝到间隔结构上来沉积1030纤维层。在一些实施例中，通过将聚合物纤维熔喷到间隔结构上来沉积1030纤维层。在一些实施例中，通过使用纺粘技术将聚合物纤维沉积到间隔结构上来沉积1030纤维层。在多个不同实施例中，纤维层自粘附到过滤材料的间隔结构。纤维层被沉积1030为限定大致平面的构型，但是如上所述不一定是完全平面的。
在多个不同实施例中，纤维层直接沉积1030到过滤材料的间隔结构上。在一些其他实施例中，纤维层沉积1030在支撑层上并且支撑层联接到过滤材料的间隔结构(以实现与图2中描绘的构型类似的构型)。在一些实施例中，支撑层不联接到过滤材料的间隔结构并且定位成邻接过滤材料的间隔结构。支撑层可以类似于以上参考图2描述的支撑层。
如上所述，纤维层中的纤维具有的平均纤维直径为至少10微米并且在上文更详细描述的范围内。在一些实施例中，纤维层中的多根纤维是卷曲的。此外，如上所述，在一些实施例中，纤维层不是自支撑的。
然后将过滤介质打褶1040。为了将过滤介质打褶1040，将过滤介质折叠以限定第一组褶皱和第二组褶皱。在各种实施例中，通过使用打褶机(比如刀片式打褶机)来将过滤介质打褶，但是也可以使用其他装备。
将过滤介质固定1050到框架部件以形成过滤器元件。如上文在图14的讨论中所讨论的，框架部件可以是单独的部件，被粘合材料固定1050到过滤介质。在一些实施例中，通过将框架部件包覆模制到过滤介质，来将框架部件固定1050到过滤介质。还可以使用其他方法。
示例性实施例
实施例1.一种过滤器元件，包括：
过滤介质，所述过滤介质处于打褶构型并具有形成上游面的第一组褶皱和形成下游面的第二组褶皱，所述过滤介质具有周界区域，所述过滤介质包括：
a.下游过滤材料层，所述下游过滤材料层处于波纹状构型并限定峰和谷；以及
b.上游纤维层，所述上游纤维层延伸跨过所述下游过滤材料层的峰，其中，在所述下游过滤材料层与所述上游纤维层之间限定了空隙空间，并且所述上游纤维层具有小于10％的密实度；以及
框架部件，所述框架部件固定到所述过滤介质的周界区域。
实施例2.如实施例1和3-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层具有至少10％的捕获效率。
实施例3.如实施例1-2和4-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层具有小于2.0mm的平均波纹深度。
实施例4.如实施例1-3和5-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层具有至少10微米的平均纤维直径。
实施例5.如实施例1-4和6-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层中的多根纤维是卷曲的。
实施例6.如实施例1-5和7-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层具有20％至40％的捕获效率。
实施例7.如实施例1-6和8-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层包括纤维素纤维。
实施例8.如实施例1-7和9-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述纤维素纤维包括湿法成网的纤维素纤维。
实施例9.如实施例1-8和10-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层包括合成纤维。
实施例10.如实施例1-9和11-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层包括聚合物纤维。
实施例11.如实施例1-10和12-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层包括平均纤维直径为4至30微米的纤维。
实施例12.如实施例1-11和13-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层不是自支撑的。
实施例13.如实施例1-12和14-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层是最上游层并且所述上游纤维层与所述下游过滤材料层直接接触。
实施例14.如实施例1-13和15-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层限定了平均波纹深度大于0.23mm的波纹。
实施例15.如实施例1-14和16-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层是无波纹的。
实施例16.如实施例1-15和17-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层是自支撑的。
实施例17.如实施例1-16和18-21中任一项所述的过滤器元件，其中，在所述下游过滤介质层与所述上游纤维层之间限定了平均空隙距离。
实施例18.如实施例1-17和19-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述褶的褶密度为每英寸1个褶至每英寸14个褶。
实施例19.如实施例1-18和20-21中任一项所述的过滤器元件，其中，每个褶存在至少5个波纹峰。
实施例20.如实施例1-19和21中任一项所述的过滤器元件，其中，每个褶存在15至200个波纹峰。
实施例21.如实施例1-20中任一项所述的过滤器元件，其中，所述褶垂直于所述波纹峰。
实施例22.一种构造过滤器元件的方法，所述方法包括：
在过滤材料层上创建间隔结构；
跨所述过滤材料的间隔结构沉积纤维层以形成过滤介质，其中，在所述下游过滤材料层与所述纤维层之间限定了空隙空间；
将所述过滤介质打褶以限定第一组褶皱和第二组褶皱，其中，所述第一组褶皱形成上游面并且所述第二组褶皱形成下游面；以及
将所述过滤介质的周界区域固定到框架部件。
实施例23.如实施例22和24-38中任一项所述的方法，其中，所述纤维层中的多根纤维是卷曲的。
实施例24.如实施例22-23和25-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层具有至少10％的捕获效率。
实施例25.如实施例22-24和26-38中任一项所述的方法，其中，所述纤维层具有至少10微米的平均纤维直径。
实施例26.如实施例22-25和27-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层具有20％至40％的捕获效率。
实施例27.如实施例22-26和28-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层包括湿法成网的纤维素纤维。
实施例28.如实施例22-27和29-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层包括合成纤维。
实施例29.如实施例22-28和30-38中任一项所述的方法，其中，所述纤维层不是自支撑的。
实施例30.如实施例22-29和31-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层包括平均纤维直径为4至30微米的纤维。
实施例31.如实施例22-30和32-38中任一项所述的方法，其中，形成所述间隔结构包括在所述过滤材料层中形成波纹。
实施例32.如实施例22-31和33-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层被波纹化为具有大于0.23mm的平均波纹深度。
实施例33.如实施例22-32和34-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层被波纹化为具有大于1.0mm的平均波纹深度。
实施例34.如实施例22-33和35-38中任一项所述的方法，其中，形成所述间隔结构包括在所述过滤材料层的上游表面上沉积间隔结构。
实施例35.如实施例22-34和36-38中任一项所述的方法，其中，所述褶的褶密度为每英寸1个褶至每英寸14个褶。
实施例36.如实施例22-35和37-38中任一项所述的方法，其中，每个褶存在至少三个波纹峰。
实施例37.如实施例22-36和38中任一项所述的方法，其中，每个褶存在5至20个波纹峰。
实施例38.如实施例22-37中任一项所述的过滤器元件，其中，所述褶垂直于所述波纹峰。
实施例39.一种过滤器元件，包括：
过滤介质，所述过滤介质处于打褶构型并具有形成上游面的第一组褶皱和形成下游面的第二组褶皱，所述过滤介质具有周界区域，所述过滤介质包括：
a.下游过滤材料层，其中，所述下游过滤材料层具有至少10％的捕获效率；以及
b.上游纤维层，其中，所述上游纤维层具有小于10％的密实度；以及
c.间隔结构，所述间隔结构在所述上游纤维层与所述下游过滤材料层之间限定大于0.11mm的平均空隙距离；以及
框架部件，所述框架部件固定到所述过滤介质的周界区域。
实施例40.如实施例39和41-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层具有至少10微米的平均纤维直径。
实施例41.如实施例39-40和42-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层具有在垂直于所述过滤介质的长度和宽度的方向上突出的间隔结构。
实施例42.如实施例39-41和43-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述间隔结构是由所述下游过滤材料层限定的波纹。
实施例43.如实施例39-42和44-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述间隔结构是由所述下游过滤材料层限定的压花。
实施例44.如实施例39-43和45-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述间隔结构是设置在所述上游纤维层与所述下游过滤材料层之间的沉积物。
实施例45.如实施例39-44和46-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层不是自支撑的。
实施例46.如实施例39-45和47-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层是无波纹的。
实施例47.如实施例39-46和48-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层是无波纹的。
实施例48.如实施例39-47和49-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层是自支撑的。
实施例49.如实施例39-48和50-53中任一项所述的过滤介质，其中，所述上游纤维层与所述下游过滤材料层之间的平均空隙距离小于1.0mm。
实施例50.如实施例39-49和51-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述褶的褶密度为每英寸1个褶至每英寸14个褶。
实施例51.如实施例39-50和52-53中任一项所述的过滤器元件，其中，每个褶存在至少三个波纹峰。
实施例52.如实施例39-51和53中任一项所述的过滤器元件，其中，每个褶存在5至20个波纹峰。
实施例53.如实施例39-52中任一项所述的过滤器元件，其中，所述褶垂直于所述波纹峰。
还应注意，如在本说明书和所附权利要求书中所使用，短语“被配置成”描述了被构造或配置成用于执行特定任务或采用特定配置的系统、装置或其他结构。词语“被配置成”可以与比如“被布置成”、“被构造成”、“被制造成”等类似词语互换地使用。
本说明书中所有的出版物和专利申请都指示了本技术所属领域的普通技术人员的水平。所有出版物和专利申请都通过援引并入本文，援引的程度就如同专门和单独地通过援引来指示每个单独出版物或专利申请一样。
本申请旨在涵盖对本发明主题的改动或变化。应当理解，以上说明旨在是说明性的，并且不是限制性的。

Claims (53)

1.一种过滤器元件，包括：
过滤介质，所述过滤介质处于打褶构型并具有形成上游面的第一组褶皱和形成下游面的第二组褶皱，所述过滤介质具有周界区域，所述过滤介质包括：
下游过滤材料层，所述下游过滤材料层处于波纹状构型并限定峰和谷；以及
上游纤维层，所述上游纤维层延伸跨过所述下游过滤材料层的峰，其中，在所述下游过滤材料层与所述上游纤维层之间限定了空隙空间，并且所述上游纤维层具有小于10％的密实度；以及
框架部件，所述框架部件固定到所述过滤介质的周界区域。
2.如权利要求1和3-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层具有至少10％的捕获效率。
3.如权利要求1-2和4-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层具有小于2.0mm的平均波纹深度。
4.如权利要求1-3和5-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层具有至少10微米的平均纤维直径。
5.如权利要求1-4和6-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层中的多根纤维是卷曲的。
6.如权利要求1-5和7-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层具有20％至40％的捕获效率。
7.如权利要求1-6和8-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层包括纤维素纤维。
8.如权利要求1-7和9-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述纤维素纤维包括湿法成网的纤维素纤维。
9.如权利要求1-8和10-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层包括合成纤维。
10.如权利要求1-9和11-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层包括聚合物纤维。
11.如权利要求1-10和12-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层包括平均纤维直径为4至30微米的纤维。
12.如权利要求1-11和13-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层不是自支撑的。
13.如权利要求1-12和14-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层是最上游层并且所述上游纤维层与所述下游过滤材料层直接接触。
14.如权利要求1-13和15-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层限定了平均波纹深度大于0.23mm的波纹。
15.如权利要求1-14和16-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层是无波纹的。
16.如权利要求1-15和17-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层是自支撑的。
17.如权利要求1-16和18-21中任一项所述的过滤器元件，其中，在所述下游过滤介质层与所述上游纤维层之间限定了平均空隙距离。
18.如权利要求1-17和19-21中任一项所述的过滤器元件，其中，所述褶的褶密度为每英寸1个褶至每英寸14个褶。
19.如权利要求1-18和20-21中任一项所述的过滤器元件，其中，每个褶存在至少5个波纹峰。
20.如权利要求1-19和21中任一项所述的过滤器元件，其中，每个褶存在15至200个波纹峰。
21.如权利要求1-20中任一项所述的过滤器元件，其中，所述褶垂直于所述波纹峰。
22.一种构造过滤器元件的方法，所述方法包括：
在过滤材料层上创建间隔结构；
跨所述过滤材料的间隔结构沉积纤维层以形成过滤介质，其中，在所述下游过滤材料层与所述纤维层之间限定了空隙空间；
将所述过滤介质打褶以限定第一组褶皱和第二组褶皱，其中，所述第一组褶皱形成上游面并且所述第二组褶皱形成下游面；以及
将所述过滤介质的周界区域固定到框架部件。
23.如权利要求22和24-38中任一项所述的方法，其中，所述纤维层中的多根纤维是卷曲的。
24.如权利要求22-23和25-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层具有至少10％的捕获效率。
25.如权利要求22-24和26-38中任一项所述的方法，其中，所述纤维层具有至少10微米的平均纤维直径。
26.如权利要求22-25和27-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层具有20％至40％的捕获效率。
27.如权利要求22-26和28-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层包括湿法成网的纤维素纤维。
28.如权利要求22-27和29-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层包括合成纤维。
29.如权利要求22-28和30-38中任一项所述的方法，其中，所述纤维层不是自支撑的。
30.如权利要求22-29和31-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层包括平均纤维直径为4至30微米的纤维。
31.如权利要求22-30和32-38中任一项所述的方法，其中，形成所述间隔结构包括在所述过滤材料层中形成波纹。
32.如权利要求22-31和33-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层被波纹化为具有大于0.23mm的平均波纹深度。
33.如权利要求22-32和34-38中任一项所述的方法，其中，所述过滤材料层被波纹化为具有大于1.0mm的平均波纹深度。
34.如权利要求22-33和35-38中任一项所述的方法，其中，形成所述间隔结构包括在所述过滤材料层的上游表面上沉积间隔结构。
35.如权利要求22-34和36-38中任一项所述的方法，其中，所述褶的褶密度为每英寸1个褶至每英寸14个褶。
36.如权利要求22-35和37-38中任一项所述的方法，其中，每个褶存在至少三个波纹峰。
37.如权利要求22-36和38中任一项所述的方法，其中，每个褶存在5至20个波纹峰。
38.如权利要求22-37中任一项所述的过滤器元件，其中，所述褶垂直于所述波纹峰。
39.一种过滤器元件，包括：
过滤介质，所述过滤介质处于打褶构型并具有形成上游面的第一组褶皱和形成下游面的第二组褶皱，所述过滤介质具有周界区域，所述过滤介质包括：
下游过滤材料层，其中，所述下游过滤材料层具有至少10％的捕获效率；以及
上游纤维层，其中，所述上游纤维层具有小于10％的密实度；以及
间隔结构，所述间隔结构在所述上游纤维层与所述下游过滤材料层之间限定大于0.11mm的平均空隙距离；以及
框架部件，所述框架部件固定到所述过滤介质的周界区域。
40.如权利要求39和41-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层具有至少10微米的平均纤维直径。
41.如权利要求39-40和42-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层具有在垂直于所述过滤介质的长度和宽度的方向上突出的间隔结构。
42.如权利要求39-41和43-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述间隔结构是由所述下游过滤材料层限定的波纹。
43.如权利要求39-42和44-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述间隔结构是由所述下游过滤材料层限定的压花。
44.如权利要求39-43和45-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述间隔结构是设置在所述上游纤维层与所述下游过滤材料层之间的沉积物。
45.如权利要求39-44和46-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层不是自支撑的。
46.如权利要求39-45和47-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述上游纤维层是无波纹的。
47.如权利要求39-46和48-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层是无波纹的。
48.如权利要求39-47和49-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述下游过滤材料层是自支撑的。
49.如权利要求39-48和50-53中任一项所述的过滤介质，其中，所述上游纤维层与所述下游过滤材料层之间的平均空隙距离小于1.0mm。
50.如权利要求39-49和51-53中任一项所述的过滤器元件，其中，所述褶的褶密度为每英寸1个褶至每英寸14个褶。
51.如权利要求39-50和52-53中任一项所述的过滤器元件，其中，每个褶存在至少三个波纹峰。
52.如权利要求39-51和53中任一项所述的过滤器元件，其中，每个褶存在5至20个波纹峰。
53.如权利要求39-52中任一项所述的过滤器元件，其中，所述褶垂直于所述波纹峰。
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