CN116600874A - 拱形空气过滤器 - Google Patents

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Abstract

过滤系统包括空气净化器外壳和过滤器元件。空气净化器外壳包括基部和可移除的盖。基部或盖中的至少一个限定空腔和延伸到空腔中的突起。过滤器元件设置在空腔内。过滤器元件包括多个介质块，每个介质块包括褶皱式过滤介质。多个介质块被布置成内半径近似相等的拱形形状。多个介质块沿着相对的边缘彼此联接，该相对的边缘沿着褶皱式过滤介质的褶皱方向延伸。介质块一起限定沿着突起延伸的至少一个空隙。突起占据了空隙的一部分。

Description

拱形空气过滤器
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2020年11月24日提交的第63/117,743号美国临时专利申请的权益和优先权，该美国临时专利申请的全部公开内容据此通过引用并入本文。
技术领域
本申请总体上涉及用于内燃发动机系统的空气过滤系统。
背景
内燃发动机系统从燃料和空气的混合物中生成动力。进入发动机系统的空气可能被污垢、灰尘和其他研磨性颗粒物质污染，如果不去除，则这些污垢、灰尘和其他研磨性颗粒物质可能会损坏发动机系统的多个部件。为了去除颗粒污染物，进入发动机的空气通常穿过过滤器组件，该过滤器组件可以包括颗粒过滤器。
概述
本公开的一个实施例涉及一种过滤系统。该过滤系统包括空气净化器外壳和过滤器元件。空气净化器外壳包括基部和可移除的盖。基部或盖中的至少一个限定空腔和延伸到空腔中的突起。过滤器元件设置在空腔内。过滤器元件包括多个(plurality of，多于一个)介质块，每个介质块包括褶皱式过滤介质(pleated filter media)。多个介质块被布置成内半径近似相等的拱形形状。多个介质块沿着相对的边缘彼此联接，该相对的边缘沿着过滤介质的褶皱方向延伸。介质块一起限定沿着突起延伸的至少一个空隙。突起占据了空隙的一部分。
本公开的另一个实施例涉及一种过滤器元件。该过滤器元件包括多个介质块、第一端盖和第二端盖。多个介质块各自包括褶皱式过滤介质。多个介质块被布置成内半径近似相等的拱形形状。多个介质块沿着相对的边缘彼此联接以在相邻介质块之间形成间隙。第一端盖联接到多个介质块中的每个介质块的第一端，并且第二端盖联接到多个介质块中的每个介质块的第二端。
本公开的又一实施例涉及一种过滤器元件。该过滤器元件包括介质包(mediapack)和第一端盖。第一端盖联接到介质包的第一端。第一端盖包括开口和包围开口的密封构件。密封构件包括限定第一组拱形部(arch)的第一组表面和限定第二组拱形部的第二组表面，第二组拱形部具有比第一组拱形部小的半径。
附图简述
结合附图根据下面的描述和所附权利要求，本公开的前述和其他特征将变得更加充分明显。理解这些附图仅描绘了根据本公开的若干实施方式，并且因此，不被认为是对本公开的范围的限制，将通过使用附图以附加的具体性和细节来描述本公开。
图1是第一示例性空气过滤系统的前透视图；
图2是用于图1的空气过滤系统的过滤器元件的前透视图；
图3是用于图2的过滤器元件的介质块的透视图；
图4是图2的过滤器元件的前视图；
图5是图2的过滤器元件的后透视图；
图6是图1的空气过滤系统的前横截面视图；
图7是用于空气过滤系统的第二示例性过滤器元件的前视图；
图8是用于过滤器元件的第二示例性介质块的透视图；
图9是用于过滤器元件的第三示例性介质块的透视图；
图10是第二示例性空气过滤系统的侧透视图；
图11是图10的空气过滤系统的前横截面视图；
图12是图10的空气过滤系统的侧横截面视图；
图13是图10的空气过滤系统的分解视图；
图14是用于图10的空气过滤系统的过滤器元件的前透视图；
图15是另一示例性过滤器元件的前横截面视图；
图16是第三示例性空气过滤系统的侧透视图；
图17是图16的空气过滤系统的前横截面视图；
图18是图16的空气过滤系统的侧横截面视图；
图19是图16的空气过滤系统的分解视图；以及
图20是用于图16的空气过滤系统的过滤器元件的前透视图。
应当认识到，一些或所有附图是用于说明目的的示意性表示。提供附图的目的是说明一个或更多个实施方式，其中明确理解这些附图将不用于限制权利要求的范围或含义。
详细描述
本文描述的实施例总体上涉及空气过滤系统。上面介绍的和下面更详细讨论的各种概念可以以多种方式中的任何一种方式来实施，因为所描述的概念不限于任何特定的实施的方式。提供具体实施方式和应用的示例主要是为了说明的目的。
I.综述
内燃发动机系统需要干净的新鲜空气源来驱动发动机。未过滤的空气可能包括污垢和其他固体污染物，这些污染物可能损坏气缸壁、活塞和其他发动机部件。为了保护发动机，内燃发动机系统包括空气过滤系统，该空气过滤系统在空气通到发动机之前过滤空气以去除任何固体物质。过滤系统可以包括空气净化器外壳和过滤器元件(例如滤筒(cartridge)等)。在操作中，过滤系统引导空气通过过滤器元件，该过滤器元件包括从入口空气捕获任何固体颗粒的过滤介质。除其他因素外，过滤系统的性能取决于过滤器元件的结构和用于构造过滤器元件的材料(例如，用于生产用于过滤器元件的过滤介质的材料；过滤介质包的规格，例如过滤介质包的流动面积，过滤介质包的褶皱深度；以及其他因素)。
空气过滤系统通常被修改以配合在内燃发动机附近的有限空间包络(envelope)内。空气过滤系统可能在其他各种其他发动机部件已经定位在可用空间内之后选择，留下不均匀横截面的区域，而这些区域难以与现有的现成空气净化器外壳设计相适应。留下的区域通常具有长方形的横截面，该长方形的横截面具有长侧和短侧。因此，许多传统的空气净化器外壳设计——其通常是圆形的(round)(例如圆的(circular))——未充分利用可用空间。
作为传统的圆形和/或方形空气过滤系统设计的替代方案，可以使用椭圆形或跑道形构造，该构造包括椭圆形或跑道形的褶皱式过滤介质块。由于介质块的较大纵横比，椭圆形或跑道形设计可以利用更大比例的可用空间；然而，在这种设计中介质块的几何形状限制了空气过滤系统的性能。特别地，椭圆形或跑道形介质块的每一端处的曲率变化可能导致沿着介质块的周界的不均匀褶皱间距。在介质块的长侧上，过滤器元件的内部部分和外部部分上的褶皱间隙几乎相同。然而，在介质块的较短的弯曲侧上，内部褶皱间距相对于外部褶皱间距大大减小(由于内侧和外侧处的弧长不同)。褶皱间距的这种变化导致椭圆形或跑道形介质块的不同区域的不一致的灰尘装载。
传统的圆形和/或方形空气过滤系统设计的又一种替代方案是使用不包括褶皱式介质块的过滤器元件构造。例如，空气过滤系统可以包括由具有上游通道和下游通道的波纹介质的堆叠片材制成的直列式(inline)流动过滤器元件。这种类型的过滤器元件可以被调节以配合在可用的包装空间内，但是通常比传统的褶皱式介质设计更昂贵，这是由于(1)在生产期间需要附加的粘合剂材料量，以及(2)与材料的分层和粘合剂材料应用相关联的较慢的制造时间。波纹介质块构造的另一个限制是流动必须沿单一方向穿过介质块(例如，从前面到相对的背面)，这可能使得在空气净化器外壳中安装或移除过滤器元件变得困难。
除了上述问题之外，许多现有的空气过滤系统中的过滤器元件设计可以用非正品过滤器元件替换；例如，以便降低维护成本。然而，这些非正品过滤器元件的过滤性能可能比原装的设备制造商(OEM)过滤器元件低得多。随着时间的推移，使用非正品过滤器元件操作可能导致损坏发动机的气缸壁、活塞和/或其他部件，从而导致发动机性能的降低。
本文的实施方式涉及空气过滤系统，该空气过滤系统包括独特的褶皱式过滤器元件几何形状，该几何形状可以在不牺牲过滤性能的情况下适应不规则形状的包装空间。过滤器元件包括褶皱式过滤介质块，其中褶皱沿轴向方向朝向过滤系统的出口延伸。具体地，过滤器元件包括两个拱形的褶皱式介质块，该两个拱形的褶皱式介质块相交以形成透镜形的内部空间。褶皱式介质块在任一端处联接以形成两个大间隙。所得的过滤器元件在除两个褶皱间隙之外的所有褶皱间隙中具有均匀的褶皱间距。除其它益处外，在过滤器元件的外侧(例如脏侧)和内侧(例如干净侧)之间保持一致的褶皱间距确保了沿着介质块的周界更均匀地装载污垢和更大的有效(例如可用)介质区域。因此，该过滤器元件与尺寸相当的椭圆形过滤器元件相比需要更少的介质。
在一个实施例中，空气净化器外壳被设计成匹配由褶皱式介质块形成的形状，以便在外壳和介质之间提供近似均匀的间距，这可以有利地限制不匹配的、非正品过滤器元件的使用。
II.示例性空气过滤系统
图1是第一示例性过滤系统100的透视图。过滤系统100是用于过滤进入内燃发动机的空气的空气过滤系统(例如，空气净化器等)，以防止灰尘颗粒、虫子、碳烟、污垢和其他污染物进入内燃发动机。过滤系统100包括空气净化器外壳(示出为外壳200)和过滤器元件300，该过滤器元件300可移除地联接到外壳200，使得过滤器元件300可以从外壳200移除。外壳200被构造成引导空气流动穿过过滤器元件300并且便于过滤器元件300的维护。外壳200包括基部202和可移除地(例如，可拆卸地等)联接到基部202的盖204。盖204提供进入过滤器元件300的途径，并且便于在维护事件期间从基部202移除过滤器元件300。
如图1所示，基部202包括沿着轴向方向延伸以形成空腔207的外壁206。空腔207被设定尺寸成在其中接纳过滤器元件300的至少一部分(例如，过滤器元件300的第一端、过滤器元件300的出口端等)。基部还包括流动端口，该流动端口包括入口端口208和出口端口210。入口端口208被构造成接收新鲜空气并将空气引导朝向过滤器元件300。入口端口208是远离基部202的中心轴线203径向延伸的流动导管。出口端口210被构造成引导干净的过滤后的空气远离过滤器元件300并且朝向内燃发动机。出口端口210是远离基部202的闭合端轴向延伸的流动导管。在其他实施例中，入口端口208和出口端口210沿着基部202的位置可以是不同的。例如，在一个实施例中，入口端口208可以设置在盖204上。
盖204在空腔207的与出口端口210相对的开放端处接合基部202。盖204可以使用夹子、螺栓、螺钉或另一个合适的紧固件联接到基部202。与基部202类似，盖204包括限定内部空腔的外壁，该内部空腔被设定尺寸成在其中接纳过滤器元件300的一部分(例如，过滤器元件300的第二端等)。盖204和基部202一起封闭过滤器元件300。
图2示出了用于图1的过滤系统100的第一示例性过滤器元件300的透视图。过滤器元件300是用于过滤系统100的空气过滤器元件，该空气过滤器元件从进入的空气中分离污垢和其他污染物。过滤器元件300被设定尺寸和形状成接纳在外壳200内(参见图1)(例如，在由盖204和基部202限定的封闭体积内)，并且可移除地联接到外壳200。如图2所示，过滤器元件300是可更换的过滤器滤筒，当过滤器元件300装载灰尘和其他污染物时，可定期更换该滤筒。过滤器元件300包括介质包311、设置在介质包311的第一端306处的第一端盖304、以及设置在介质包311的与第一端306相对的第二端310处的第二端盖308、以及在第一端盖304和第二端盖308之间延伸的支撑构件318。
图2的过滤器元件300包括由多个过滤介质块(示出为介质块312)形成的介质包311。介质块312中的每一个包括褶皱式过滤介质(示出为过滤介质314)，该过滤介质通过以交替的方式(例如，以手风琴式布置)来回折叠过滤介质314而被打褶。褶皱在过滤介质314中形成基本上“V”形的凹槽，并增加介质的总表面积，而不改变过滤介质上游的流动面积。过滤介质314的布置(例如，褶皱的数量、褶皱深度等)改变过滤介质块的颗粒去除效率。过滤介质314被构造成从流经过滤介质314的流体中过滤颗粒物质和/或其他污染物，以便产生过滤后的流体(例如，干净的流体、空气等)。过滤介质314可以包括基于纸的过滤介质、基于纤维的过滤介质、基于泡沫的过滤介质等。过滤器元件300可以布置为具有外部脏侧和内部干净侧的由外向内流动的过滤器元件(outside-in flow filter element)。在可替代的布置中，过滤器元件300是具有内部脏侧和外部干净侧的由内向外流动的过滤器元件(inside-out flow filter element)。待过滤的流体从过滤器元件300的脏侧通过，到达过滤器元件300的干净侧。在图2的实施例中，过滤器元件300是径向流动过滤器元件，其中流动沿基本上径向方向穿过介质包311(相对于过滤器元件300的中心轴线316)。在另一个实施例中，介质包311可以布置成使得流动沿至少部分轴向方向(例如，平行于过滤器元件300的中心轴线316的纵向方向)通过。
如本文所用，术语“介质包”指的是过滤器元件300的整个过滤介质结构。术语“介质块”指的是一起形成介质包的过滤介质的单独的褶皱式段。在一个实施例中，每个介质块具有横跨介质块的近似均匀的褶皱间距(例如，相邻褶皱之间的均匀间隙尺寸/宽度)，而褶皱间距没有任何突然变化。每个介质块可以由介质的单独面板(例如，区部等)形成。在另一个实施例中，多个介质块可以通过以下步骤由介质的单个连续面板(例如，片材、幅材(web)等)形成：在沿着介质的中间位置处(例如，在褶皱之间，在相邻介质块相接的拐角部(corner)中)将介质面板折叠回自身上(例如，使得沿着介质面板的单个位置中的褶皱之间的间距大于沿着介质面板的其他位置处的褶皱间距)。除了其他益处外，由单个连续介质面板形成多个介质块还减少制造时间和复杂性，并确保相邻介质块之间更可靠的密封。
图3示出了与过滤器元件300隔离的过滤介质包(例如，介质包311)。用于介质包311的褶皱沿褶皱方向(例如，轴向方向)、基本上平行于过滤器元件300的中心轴线316(例如，在第一端盖304和第二端盖308之间)延伸。介质包311包括多个介质块312，这些介质块312在相对边缘处、沿着连接线320(其沿着介质包311轴向地延伸)、沿着每个介质块312的褶皱方向(例如，基本上平行于褶皱方向、基本上平行于相邻褶皱之间的折叠线等)彼此联接。这种布置防止了褶皱的变形和/或塌陷，这种变形和/或塌陷可能由于在垂直于褶皱之间的折叠线的方向上的弯曲而发生。如图3所示，连接线320可以与折叠的褶皱尖端(foldedpleat tip)322(例如，褶皱之间的折叠部(fold))重合。每个相邻介质块312之间的连接部(connection)形成间隙324(例如，褶皱间隙、间距、分离距离等)，该间隙324大于横跨多个介质块312中的每一个介质块的平均褶皱间距(例如，大于每个介质块312内相邻褶皱尖端之间的平均距离的褶皱间距)。在图3的实施例中，每个间隙324形成基本上“V”形的空隙，该空隙平行于介质包311的中心轴线316延伸。在介质块312之间的间隙324处的褶皱分离角度将根据介质包311中的介质块312的数量和每个介质块312的曲率半径而变化。如上所述，图3中所示的介质包311的构造可以通过以下步骤由单个褶皱式介质面板形成：在相邻褶皱之间的折叠部处将介质面板折叠回自身上；以及将介质面板的外边缘(例如，自由边缘)结合(seam)在一起。在这样的实施方式中，介质包311沿着一端是连续的，使得介质在一端处不包括任何断裂或分离。除了其他益处外，这种构造还降低制造复杂性，并确保沿着相邻介质块312之间的相交部(intersection)的更牢固的密封。在另一个实施例中，介质包311可以由两个单独的介质面板形成，这两个单独的介质面板在每个介质面板的相对边缘处结合在一起。
如图3所示，介质块312的每个侧和/或面是弯曲的(例如，形状上是非平面的)。特别地，介质块312拱起(arch)成凸形形状，该凸形形状远离介质包311的中心轴线(例如，基本上平行于褶皱方向、基本上平行于相邻褶皱之间的折叠线等延伸的轴线)径向弯曲。有利地，图3中的介质块312的凸形形状和/或布置提高了在由外向内流动布置中的径向装载下的强度。介质块312的凸形形状和/或布置还在介质包311的上游侧(例如，脏侧)上提供具有更大直径的更大的褶皱包表面，其中褶皱具有更大的褶皱间距，褶皱之间具有更大的体积以容纳更多的灰尘和颗粒物质。
在图3的实施例中，这些介质块312被布置成内半径和外半径近似相等的拱形形状。换句话说，这些介质块312中的每一个的曲率近似相同。然而，在其他实施例中，至少一个介质块312的曲率可以不同于其他介质块。在图3的实施例中，每个介质块312围绕基本上平行于褶皱方向(例如，基本上平行于相邻褶皱之间的折叠线)延伸的轴线卷绕。第一端盖304和第二端盖308基本上是刚性的，使得可以保持每个介质块312的形状。不同形状的非平面介质块(例如，褶皱块等)的各种示例在2018年4月9日提交的PCT申请第PCT/US2018/026671号中提供，该PCT申请据此通过引用以其整体并入本文。
在图3的实施例中，介质包311由两个相同的介质块形成，这两个相同的介质块示出为具有相同褶皱深度326和褶皱间距(例如，褶皱的数量)的介质块312。换句话说，介质包311横跨穿过介质块312之间的基准面(例如，穿过每个介质块312的相对边缘上的连接线320)并且沿着介质包311的中心轴线316是对称的。除了其他益处外，这种布置还确保上介质块312和下介质块312之间均匀的褶皱间距和介质面积。此外，介质块312彼此不相切，并且具有大的内半径和外半径，以减少介质包311的干净侧和脏侧之间的褶皱间距的变化，这促进了横跨每个褶皱的深度的流动均匀性。
在图3的实施例中，介质包311包括两个介质块312，这两个介质块312沿着相对的边缘彼此联接以形成具有近似透镜形(例如，透镜形)横截面的封闭体积327。特别地，介质块312相交以形成两端尖的椭圆形横截面(vesica piscis-shaped cross-section)，使得由下介质块限定的第一圆328的中心位于由上介质块限定的第二圆330的周界上。
图4示出了过滤器元件300的闭合端332的透视图。第二端盖308在闭合端332处联接到介质包311，并覆盖封闭体积327(参见图3)以防止流动从其通过。第二端盖308的形状(例如，由第二端盖308的外周界限定的形状)与介质包311的轴向端的轮廓相匹配。第二端盖308可以轴向延伸到介质包311中，并且可以在闭合端332处覆盖介质包311的干净侧和脏侧的一部分。第二端盖308可以由氨基甲酸乙酯材料(urethane material)(例如，可固化氨基甲酸乙酯)或另一合适的塑料形成。
图5示出了过滤器元件300的与闭合端332相对的开放端334的透视图。第一端盖304在介质包311的开放端334处联接到介质包311。第一端盖304被构造成与外壳200的基部202密封接合(也参见图1)，以防止过滤器元件300的干净侧和脏侧之间的流动旁通(flowbypass)，并将干净的过滤后的空气从过滤器元件300引导到外壳200中的出口端口210。与第二端盖308类似，第一端盖304的形状(例如，由第一端盖304的外周界限定的形状)与介质包311的轴向端(和第二端盖308)的轮廓相匹配。第一端盖304可以延伸到介质包311的轴向端中，并且可以在开放端334处覆盖介质包311的干净侧和脏侧的一部分。第一端盖304可以由氨基甲酸乙酯材料(例如，可固化氨基甲酸乙酯)或另一合适的塑料形成。介质包311、第一端盖304和第二端盖308一起限定空隙335(例如，通道等)，该空隙335(例如，通道等)沿着过滤器元件300的整个轴向长度在过滤器元件300的相对端之间轴向延伸。在图5的实施例中，过滤器元件300包括在过滤器元件300的相对侧处的两个空隙335。
如图5所示，第一端盖304包括基部333和密封构件336，该密封构件336限定用于过滤器元件300的密封表面338。密封构件336被构造成与外壳200密封接合(参见图1)。密封构件336远离基部333和介质包311(也参见图2)轴向延伸，并且包括在相对侧处的切口340，切口340与介质包311中的相邻介质块312之间的褶皱间隙324(例如，空隙335)对准(例如，轴向对准)。如图5所示，密封构件336限定透镜形的开口337，该开口337基本上与封闭体积327的横截面形状相匹配，从而减小横跨开放端334的压降。密封表面338限定了在两个介质块312之间的基准面上镜像的两个拱形部342(例如，第一组拱形部)。因此，拱形部342具有近似相等的半径。在一个实施例中，如图5所示，拱形部342的半径大于介质包311的内半径，使得拱形部342设置在介质包311的内周界和外周界之间的中间径向位置处。除了其他益处外，这种布置还提供容纳空气净化器外壳的轴向凸缘或空气净化器外壳的另一密封构件的空间，而基本上不限制从过滤器元件300的干净侧通过开放端334的流动。在两个相邻介质块312之间的相交部附近(例如，在相邻介质块312之间形成的拐角部处)连接这两个拱形部342的是具有比拱形部342小的半径的两个密封表面344(例如，第二组拱形部)。在一个实施例中，拱形部342的半径346与密封表面344的半径347的比率在5和100之间的范围内。半径比率的变化可以用于防止在过滤系统中使用不适当或不兼容的过滤器元件。
如图2和图5所示，过滤器元件300还包括与介质包311的内周界接合的支撑构件318。支撑构件318被构造成在压缩装载(例如，由于横跨介质包311的气压差)下提高过滤器元件300的强度。在图2的实施例中，支撑构件318是中心管保持架元件(centertube cageelement)321，该中心管保持架元件包括多个轴向延伸的条带和周向支撑环。条带和/或支撑环与介质包311的内周界接合，以限制介质包311的径向变形。在各种示例性实施例中，支撑构件318的结构可以不同。
图6示出了过滤系统100的前横截面视图。基部202包括从过滤器元件300和/或空腔207的中心轴线316向外弯曲的外壁206。基部202还包括径向延伸到空腔207中的突起212。在一个实施例中，突起212由基部202的外壁206中的凹部形成。在另一个实施例中，突起212由沿着外壁206的内表面轴向延伸的插入件(insert)形成。如图6所示，突起212占据相邻介质块312之间的空隙335的至少一部分，并且突起212的轮廓与空隙335的该至少一部分的形状相匹配。在图6的实施例中，基部202包括在外壳200的相对侧上的两个突起212，以在每个空隙335(例如，每个介质块312的侧)处支撑过滤器元件300。盖204(参见图1)还包括在外壳的任一侧上的突起，该突起与基部202中的突起212相对应。因此，外壳200的外壁被设定轮廓成基本上与过滤器元件300的轮廓相匹配。该外壳的几何形状导致过滤器元件300的外边缘和外壳200的内表面214之间的近似均匀的间距，这为过滤器元件300提供了结构支撑，并防止使用非正品过滤器元件滤筒(非正品过滤器元件滤筒将会与突起212干涉)。在一个实施例中，过滤器元件300与外壳200的内表面214之间的距离216小于介质包311的褶皱深度的一半。除了其他益处外，这种布置还确保过滤器元件300和外壳200之间的气流的足够的间隙，而基本上不限制外壳200对介质包311提供的结构支撑。
如图6所示，外壳200的入口端口208邻近过滤器元件300中的空隙335中的一个设置(例如，沿着外壁206中的凹部中的一个凹部)，并从基部202的外壁206径向向外延伸。因此，进入外壳200的新鲜空气通过入口端口208朝向过滤器元件300中的空隙335被引导并沿周向方向通过过滤器元件300与外壳200的内表面214之间的间隙。
参考图1-图6描述的过滤系统100的设计不应被认为是限制性的。应当理解，在不脱离本文公开的发明概念的情况下，各种替代方案和组合是可能的。例如，图7示出了第二示例性过滤器元件400的透视图，该第二示例性过滤器元件400被构造成减小横跨过滤系统的压降。过滤器元件400具有与参考图1-图6描述的过滤器元件300类似的构造，但是还包括导流器(flow deflector)448，以引导进入的空气远离空隙435。如图7所示，导流器448设置在由过滤器元件400限定的空隙435中的一个内、在过滤器元件400的相邻介质块412之间。在安装期间，过滤器元件400布置在空气净化器外壳内，使得导流器448邻近入口端口并紧邻入口端口下游。除其他益处外，导流器448还使过滤器元件400与外壳空腔的内表面之间的拱形间隙与该入口端口之间的过渡平滑。在图7的实施例中，导流器448是具有长方形横截面的中空管。在另一个实施例中，导流器448是基本上覆盖过滤器元件400中的空隙435的“V”形或“U”形延伸部。在又一实施例中，导流器448是覆盖由空隙435形成的“V”形通道的平板(flat plat)。在一些实施例中，导流器448仅沿着空隙435的与入口端口轴向对准的一部分延伸。导流器448可以粘合到过滤器元件(例如，介质包411)，固定在端盖之间，或者以其他方式联接到过滤器元件400。
在各种示例性实施例中，过滤器元件中使用的介质包的设计也可以不同。例如，用于形成介质包的介质块的数量可以大于图3中所示的介质块的数量。例如，图8示出了由三个介质块512形成的第二示例性介质包511的透视图。这些介质块312被布置成内半径和外半径近似相等的拱形形状。介质块512中的一个(例如，第三介质块)的尺寸(例如，沿着周向方向的宽度等)不同于(例如，小于)其他两个介质块512的尺寸。在其他实施例中，所有三个介质块512的尺寸可以是不同的。在另外的其它实施例中，所有三个介质块512的尺寸可以是相同的。介质块512沿着连接线520在相对的边缘处彼此联接，该连接线520(在围绕介质包511的周界的三个不同位置中)沿着介质包511轴向延伸。每个相邻介质块512之间的连接部形成间隙524(例如，褶皱间隙)，该间隙524(例如，褶皱间隙)大于横跨三个介质块312中的每一个的平均褶皱间距。与参考图3描述的介质包311一样，图8的介质包511可以通过以下步骤由单个褶皱式介质面板形成：在相邻褶皱之间的折叠部处将介质面板折叠回自身上；以及将介质面板的自由边缘结合在一起。在另一个实施例中，介质包511可以由两个或更多个单独的介质面板形成，该两个或更多个单独的介质面板在每个介质面板的相对端处结合在一起。除其它益处外，附加的介质块512还可以用于改变过滤器元件的高度以配合在不同的包装空间内，而不改变每个介质块512的内半径或外半径。
图9是第三示例性介质包611的透视图。介质包611被构造成在轴向方向上引导流动通过介质包611。介质包611在介质包611的相对轴向端处具有不均匀的外半径。特别地，介质包611的每个介质块612从介质包611的第一轴向端652处的第一外半径650过渡到介质包611的第二轴向端656处的大于第一外半径650的第二外半径654。每个介质块612的内半径在介质包611的相对轴向端处近似相等。在图9的实施例中，每个介质块612具有近似恒定的褶皱深度，使得在介质包611的第一轴向端652(具有比第二轴向端656小的外半径)处的有效流动面积(例如，内部面积)小于在介质包611的第二轴向端656处的有效流动面积。第二轴向端656处减小的横截面积使第二轴向端656更适合于外壳的入口侧(例如，介质包611的第二轴向端656比第一轴向端652更具限制性，这促进了朝向第二轴向端656的流动分布)。第二轴向端656也比第一轴向端652更紧凑，使得第二轴向端656非常适合于轴向端入口外壳配置，其中入口端口从外壳的轴向端沿轴向方向引导到外壳中。
参考图10-图13，示出了另一个示例性过滤系统700，该过滤系统700被配置成用于具有内部脏侧和外部干净侧的由内向外流动布置中。过滤系统700包括外壳702，外壳702具有基部704和可拆卸地联接到基部704的轴向端的盖706。如图10所示，盖706包括居中设置在盖706上并限定用于过滤系统700的入口708的流动连接部。基部704还包括设置在外壳702的与盖706相对的轴向端处并限定用于外壳702的出口710的流动连接部。如图11所示，过滤器元件712包括由多个介质块716形成的介质包714。每个介质块716拱起成凹形形状，其中介质块716朝向介质包714的中心轴线径向向内弯曲。有利的是，图11中的介质块716的凹形形状和/或布置提高了在由内向外流动布置中的径向装载下的强度，并且还在介质包的上游侧(例如，脏侧)上提供了具有更大直径的更大的褶皱包表面，其中褶皱具有更大的褶皱间距，褶皱之间具有更大的体积，以容纳更多的灰尘和颗粒物质。
如图11所示，过滤器元件712设置在外壳702内，并且与基部704的侧壁径向隔开，以便为空气离开介质包714提供流动空间。在至少一个实施例中，如图12-图14所示，过滤器元件712包括端盖718，该端盖718联接到介质包714的轴向端并径向延伸超过介质包714的外周界。如图12所示，端盖718的外周界720包括唇缘721(例如，凸缘等)，该唇缘721(例如，凸缘等)远离外周界720轴向延伸并与沿着基部704的开放端限定的通道722接合。唇缘721与介质块716径向隔开。端盖718(例如，唇缘721)被“夹在”在基部704和盖706之间或以其他方式设置在基部704和盖706之间，盖706将过滤器元件712支撑在外壳702内并将过滤器元件712置于外壳702内的中心。端盖718在唇缘721处与基部704和盖706两者密封接合，以防止在过滤器元件712的干净侧和脏侧之间的旁通。在其它实施例中，外壳702可以包括支撑元件、凸缘和/或突起，其接合过滤器元件712(例如，端盖)以将过滤器元件712支撑在外壳702内的适当位置。如图13和图14所示，端盖718限定用于过滤器元件712的开口724，该开口724径向偏离介质包714的内周界，并且具有与介质包714的内周界基本上相同的形状(例如，星形线形状、具有四个尖点的内摆线、具有朝向介质包714的中心轴线径向向内弯曲的侧/边缘的菱形形状等)。在一些实施例中，端盖718限定用于端盖718的密封构件，该密封构件718具有朝向介质包714的中心轴线径向向内定向的密封表面。
在图11的实施例中，介质包714包括长度相等、内半径和外半径近似相等的四个介质块716。然而，在其他实施例中，介质块的尺寸、形状和/或布置可以是不同的。例如，图15示出了具有四个介质块的介质包814的横截面视图，其中第一对介质块816比第二对介质块817具有更大的宽度。有益的是，这种布置可以用于容纳长方形包装体积。
参考图16-图19，示出了过滤系统900的另一个示例性实施例。过滤系统900类似于参考图10-图13描述的过滤系统700，但是包括三个介质块916而不是四个介质块。再次，每个介质块拱起成凹形形状，其中介质块916朝向介质包914的中心轴线径向向内弯曲。如图20所示，过滤器元件912包括端盖918，端盖918限定用于过滤器元件912的开口924，开口924径向偏离介质包914的内周界，并且具有与介质包914的内周界基本上相同的形状(例如，其中侧/边缘朝向介质包914的中心轴线径向向内弯曲的三角形形状)。在一个实施例中，介质包914由单个连续的介质片材(例如，单个介质面板)形成。在其他实施例中，每个介质块由单独的介质面板形成，并且介质块在拐角区域中连接以形成介质包。
III.示例性实施例的构造
虽然本说明书包含许多特定的实施细节，但这些细节不应被解释为对可能要求保护的内容的范围的限制，而应被解释为特定于特定实施方式的特征的描述。本说明书中在单独实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地或以任何合适的子组合实施。此外，尽管特征可以被描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初是这样要求保护的，但是在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或更多个特征可以从组合中切除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
如本文所使用的，术语“近似”、“基本上”和类似的术语旨在具有与本公开的主题所涉及的本领域普通技术人员的共同和接受的用法相一致的广泛含义。查阅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所描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，这些术语应被解释为指示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在如在所附权利要求中所述的本发明的范围内。
如本文所使用的术语“联接”、“附接”等意指两个部件直接或间接地彼此连接。这种连接可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这种连接可以通过以下方式来实现：两个部件或两个部件和任何附加的中间部件彼此一体地形成为单个一体式主体(unitary body)、两个部件或两个部件和任何附加的中间部件彼此附接。
术语“或”是在其包含意义上(而不是在其排他性意义上)使用的，使得当例如用于连接元素的列表时，术语“或”意指列表中的一个、一些或所有元素。除非另有明确说明，否则，诸如短语“X、Y和Z中的至少一个”的连词语言与上下文一起理解为通常用于传达项目、术语等可能是X、Y、Z、X和Y、X和Z、Y和Z、或X、Y和Z(即X、Y和Z的任何组合)。因此，除非另有指示，否则这样的连词语言通常不意图暗示某些实施例要求X中的至少一个、Y中的至少一个和Z中的至少一个各自存在。
重要的是要注意，在各种示例性实施方式中示出的系统的构造和布置在性质上仅仅是说明性的，而不是限制性的。期望保护在所描述的实施方式的精神和/或范围内进行的所有改变和修改。应当理解，一些特征可能不是必要的，并且缺少各种特征的实施方式可以被考虑为在本申请的范围内，该范围由随附的权利要求限定。除非特别相反地声明，否则当使用语言“部分”时，项目可以包括部分和/或整个项目。

Claims (24)

1.一种过滤系统，包括：
空气净化器外壳，其具有基部和能够移除的盖，所述基部或所述盖中的至少一个限定空腔和延伸到所述空腔中的突起；以及
过滤器元件，其设置在所述空腔内，所述过滤器元件包括多个介质块，所述多个介质块各自包括褶皱式过滤介质，所述多个介质块布置成内半径近似相等的拱形形状，所述多个介质块沿着相对的边缘彼此联接，所述相对的边缘沿着所述褶皱式过滤介质的褶皱方向延伸，所述介质块一起限定沿着所述突起延伸的空隙，所述突起占据所述空隙的一部分。
2.根据权利要求1所述的过滤系统，其中，所述多个介质块中的每一个是弯曲的。
3.根据权利要求1所述的过滤系统，其中，所述基部或所述盖中的至少一个包括弯曲的外壁，并且其中，所述突起是所述弯曲的外壁中的凹部。
4.根据权利要求1所述的过滤系统，其中，所述基部或所述盖中的至少一个包括远离所述空气净化器外壳径向延伸的流动端口，所述流动端口布置成将空气引导朝向介质块之间的所述空隙。
5.根据权利要求4所述的过滤系统，其中，所述过滤器元件还包括导流器，所述导流器至少部分地设置在多个介质块之间的所述空隙内并邻近所述流动端口。
6.根据权利要求1所述的过滤系统，其中，所述突起被设定轮廓成与所述空隙的轮廓相匹配，并且其中，所述空气净化器外壳的内表面与所述过滤器元件之间的在所述突起处的距离小于所述多个介质块的褶皱深度的一半。
7.根据权利要求1所述的过滤系统，其中，所述多个介质块由褶皱式介质的单个连续片材形成。
8.根据权利要求1所述的过滤系统，其中，所述多个介质块包括至少三个介质块，并且其中，所述多个介质块中的至少一个介质块的尺寸不同于所述多个介质块中的另一个介质块。
9.根据权利要求1所述的过滤系统，其中，所述多个介质块中的至少一个介质块在所述至少一个介质块的第一轴向端处具有第一外半径，并且在所述至少一个介质块的第二轴向端处具有大于所述第一外半径的第二外半径。
10.一种过滤器元件，包括：
多个介质块，所述多个介质块各自包括褶皱式过滤介质，所述多个介质块布置成内半径近似相等的拱形形状，所述多个介质块沿着相对的边缘彼此联接，所述相对的边缘沿着所述褶皱式过滤介质的褶皱方向延伸，所述多个介质块一起限定相邻介质块之间的空隙；
第一端盖，所述第一端盖联接到所述多个介质块中的每一个介质块的第一端；以及
第二端盖，所述第二端盖联接到所述多个介质块中的每一个介质块的第二端。
11.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中，所述多个介质块中的每一个介质块是弯曲的。
12.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中，所述多个介质块一起形成具有近似透镜形横截面的封闭体积。
13.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中，所述多个介质块一起形成具有近似两端尖的椭圆形横截面的封闭体积。
14.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中，所述多个介质块一起形成介质包，所述介质包横跨沿着所述介质包的中心轴线延伸的基准面对称。
15.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中，所述多个介质块一起形成介质包，并且其中，所述第一端盖或所述第二端盖中的至少一个的形状与所述介质包的轴向端的轮廓相匹配。
16.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中，所述空隙是沿着所述过滤器元件的整个轴向长度延伸的通道。
17.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中，所述第一端盖包括开口和包围所述开口的密封构件，所述密封构件包括限定第一组拱形部的第一组表面以及限定第二组拱形部的第二组表面，所述第二组拱形部具有比所述第一组拱形部小的半径。
18.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中，所述第一组拱形部的半径与所述第二组拱形部的半径的比率在5和100之间的范围内。
19.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中，所述介质块各自拱起成凸形形状，所述凸形形状远离所述过滤器元件的中心轴线径向弯曲。
20.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中，所述介质块各自被拱起成凹形形状，所述凹形形状朝向所述过滤器元件的中心轴线径向向内弯曲。
21.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中，所述第一端盖包括沿着所述端盖的外周界设置的唇缘，所述唇缘与所述多个介质块径向隔开，并且远离所述端盖的所述外周界轴向延伸。
22.一种过滤器元件，包括：
介质包；以及
第一端盖，所述第一端盖联接到所述介质包的第一端，所述第一端盖包括开口和包围所述开口的密封构件，所述密封构件包括限定第一组拱形部的第一组表面以及限定第二组拱形部的第二组表面，所述第二组拱形部具有比所述第一组拱形部小的半径。
23.根据权利要求22所述的过滤器元件，其中，所述第一端盖还包括联接到多个介质块中的每一个介质块的基部，所述密封构件远离所述基部轴向延伸，所述密封构件限定透镜形开口。
24.根据权利要求22所述的过滤器元件，其中，所述第一组拱形部的第一半径与所述第二组拱形部的第二半径的比率在5和100之间的范围内。
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