CN1387457A - 过滤元件、空气清洁器以及方法 - Google Patents

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Abstract

一种过滤装置包括一过滤元件、一与过滤元件固定的框架结构以及一与过滤元件固定的操作构件。在较佳实施例中,操作构件与框架结构固定。较佳地,过滤元件包括一中间内芯构件,其中凹槽过滤介质卷绕在中间内芯构件上。较佳地,中间内芯构件包括多个皱折,其中这些皱折至少能同一些凹槽配合。较佳地,操作构件与中间内芯构件形成为一体,并且还包括用于与过滤元件上的一框架结构连接的一紧固件。用于清洁空气以及维护一空气清洁器的方法较佳地包括此处所述的结构。

Description

过滤元件、空气清洁器以及方法
技术领域
本发明揭示了用于过滤流体的过滤结构，过滤流体可以为气体或液体。具体地说，本发明揭示一种具有一中心件的过滤元件，用于维护空气清洁器的方法以及用于构成具有中心件的过滤元件的方法。
发明背景
直通流动过滤元件已被用在净化从中通过的流体的系统中。直通流动的过滤元件通常具有一入口面以及一相对的出口面。以这种方式，流体沿一特定的方向在入口面流入过滤元件，而当它离开出口面时的流动方向保持在同一个方向。一般而言，直通流动过滤元件可被安装在某些型号的管道或外壳内。当使用一段时间以后，过滤元件需要维护，或是清洁，或是完全更换。如果维护过滤元件困难或不方便，使用者可能会推迟正常的维护，这将引起使用过滤元件的系统的损坏。
因此，人们希望对直通流动过滤元件作出改进。
发明内容
本发明揭示了一种过滤装置，该过滤装置包括一过滤元件、一与过滤元件固定的框架结构以及一与过滤元件固定的操作构件。在较佳装置中，过滤元件包括多个凹槽，其中各个凹槽具有与过滤元件的第一端相邻的第一端部，以及与过滤元件的第二端相邻的第二端部。选定的一些凹槽在第一端部敞开并在第二端部闭合；以及选定的一些凹槽在第一端部闭合并在的第二端部敞开。
在较佳装置中，操作构件与框架结构固定。
在特定的较佳实施例中，过滤元件包括一中间内芯构件，其中多个凹槽围绕中间内芯构件卷绕。较佳地，操作构件可与中间内芯构件固定。在较佳实施例中，中间内芯构件包括多个皱折，其中，这些皱折至少可与一些凹槽配合。
本发明还描述了用于过滤元件的中间板。较佳的中间板包括一延伸件和一皱状区域，该延伸件具有第一和第二相对端，而皱状区域位于第一和第二端之间的延伸件上。皱状区域被构造并设置成可与过滤元件的凹槽介质紧密配合。
较佳地，中间板包括一形成第一端的操作构件以及一形成第二端的紧固件。紧固件较佳地被构造并设置成可与过滤元件的框架结构相连。
本发明还描述了一种空气清洁器，该空气清洁器包括一外壳以及定位在外壳内的可移除的过滤元件。外壳包括一本体构件以及一罩盖。罩盖包括一个朝本体构件的内部延伸的突部。过滤元件最好包括一个至少局部延伸到过滤元件内的中间板。较佳地，中间板包括一从过滤元件的流动面轴向延伸出的第一部分。在较佳实施例中，当过滤元件可操作地安装在内部中，并且罩盖可操作地在本体构件的打开端部上定向时，罩盖的突部可与中间板的第一部分配合。
本发明还描述了一种用于维护空气清洁器的方法。该方法包括提供一安装于外壳内的过滤元件。过滤元件包括与之固定的框架结构。该方法包括这样一个步骤：抓握与框架结构固定的操作构件，并且拉动操作构件而将过滤元件移出外壳。较佳的方法将采用具有本文中这些特征的过滤结构。
另外，还描述了用于构造空气过滤元件的方法，在较佳的方法中，有这样一个步骤：设置具有第一和第二相对端部的中间板以及至少部分位于第一和第二端部之间的皱状区域。凹槽过滤介质的选定的若干凹槽与皱状区域对齐。而后，将凹槽过滤介质卷绕在中间板上。
附图的简要说明
图1为具有一发动机的系统的一实施例的示意图，该发动机具有根据此处揭示的原理构成的进气系统以及一空气清洁器。
图2为根据本发明的原理构成的一空气清洁器的剖视图，该空气清洁器包括一空气清洁器外壳以及一可操作安装在其中的过滤元件。
图3为图2中所示出的空气清洁器的分解侧视图。
图4为一部分过滤介质的实施例的立体示图，该过滤介质可用于图2和图3所示出的过滤元件中。
图5为图2和图3所示出的空气过滤元件的实施例的立体图。
图6为从相对一端示出了图5中的过滤元件的一实施例的立体图。
图7为图5和图6中所示出的过滤元件的一实施例的分解侧视图。
图8为图2、3和5-7中所示出的过滤元件中使用的中间板的一实施例的俯视图。
图9为沿图8中的线9-9截取的、图8的中间板的放大截面图。
详细描述
A. 图1，使用的系统
本文中所揭示的空气清洁器的装置和构造可用于各种系统。图1示出一种特定的系统，该系统以标号20表示。在图1中示意性地示出了设备22，该设备22例如可为一机动车，它具有一发动机24，该发动机24带有某一规定的额定气流的要求，例如约为500-700CFM。设备22可以包括公共汽车、公路卡车、越野车、拖拉机、或者例如汽艇之类的海上应用。发动机24通过使用空气、燃料混合物向设备22提供能量。
在图1中，所示气流通过一空气引入系统26被抽入发动机24中。空气引入系统26包括一空气清洁器28，而空气以箭头30被抽入空气清洁器28中。
示出的主过滤元件32位于发动机24的上游，用于从空气中除去微粒和污染物。主过滤元件32的下游可以为一可选择的安全元件34。安全元件34也位于发动机24的上游，用于去除那些不能被主元件32去除的微粒和污染物。
空气在空气清洁器28中得到清洁，而后空气沿箭头36向下游流入引入系统26中。空气从那里流入发动机24中，从而为设备22提供能量。可以使用一任选的增压涡轮以提高能量。
B. 空气清洁器的概述
图2中的剖视图示出了用于系统20中的一空气清洁器28的实例，该空气清洁器以标号50表示。一般而言，空气清洁器50在其内部54保持有一可移除且可更换的过滤元件52。清洁器52包括一入口56和一出口58。需被清洁的空气通过入口56引入空气清洁器50内，并通过过滤元件52，而后通过出口58排出。该空气通常将会被引入空气引入系统中，例如发动机的引入口28。过滤元件52可操作地安装在外壳51中，它可以从通过其中的空气流或其它气流中去除大部分的微粒物质。
仍参照图2，过滤元件52被构造成允许直通流动。术语“直通流动”指流体直接流过过滤元件52，在入口面60进入并在相对设置的出口面62处离开，其中进入入口面60的流体流动方向与离开出口面62的流体流动方向相同。例如，过滤元件52具有一第一端64和一相对的第二端66。在图2所示的装置中，第一端64与上游端入口面60相应，而第二端66与下游端出口面62相应。其它的配置可以包括第一端64与出口面相应，而第二端66与入口面相应。直通流动允许气流流入第一端64并且离开第二端66，这样进入第一端部的气流方向与离开第二端66的气流方向相同。直通流动模式可减少气流中紊流的量。
仍参照图2，与过滤元件52固定的还有一操作构件70，用于帮助对空气清洁器50进行维护。具体地说，操作构件70有助于方便地移出过滤元件52，从而对空气清洁器50进行维护。以下将对操作构件70进行更详细的描述。图2还示出了与过滤元件52固定的一框架结构72。如以下将要详细描述的，在较佳实施例中，该框架结构72可支承一密封构件74，从而在过滤元件52和外壳51之间产生一密封件，较佳地为一径向密封件76。在较佳实施例中，该框架结构72还可与操作构件70配合。这将在下文中进行论述。
C. 外壳
请参见图2和图3。外壳51最好包括两件，一本体构件80以及一可移除的罩盖82。本体构件80形成有打开的内部54(图2)和一打开的端部84。打开的端部84用于接收过滤元件52。罩盖82可选择为可从本体构件80的打开端部84上移开，以提供通向内部54的通路。例如，在维护空气清洁器50的过程中，罩盖82可以移开，从而为过滤元件52提供了通道。
罩盖82包括若干固定件，用于将罩盖82和本体构件80固定，例如螺栓86(图3)。
一般而言，空气清洁器50包括一支柱构件87，该支柱构件将有助于过滤元件52在本体构件80中保持适当的方向。如果使用者最初未能正确地将过滤元件52安装在本体构件80中，支柱构件87还可以用作与使用者沟通的一指示件。术语“正确地安装”指过滤元件52位于内部54中并且在其中定向，并且径向密封件76位于适当的位置中。
支柱构件87可以设想出各种实施例，在所示出的特定的实施例中，当罩盖82可操作地在本体构件80的打开端部84上定向时，支柱构件87包括一沿朝内部54的方向从罩盖82延伸出的突部88。在运作过程中，突部88有助于将过滤元件52保持在本体构件80内的适当位置中。在操作过程中，振动或其它因素可能使过滤元件52在外壳51中松开。该突部88将有助于保持过滤元件52正确地定位和安装。
在图3示出的实施例中，突部88包括一细长延伸件90，该延伸件与罩盖82一体形成且从其上延伸出。具体地说，该延伸件90位于罩盖82的大致中间部92(图2)。该延伸件最好相对于罩盖82的内表面94成约80-100°，较佳地约为90°。延伸件90包括一基本平坦的元件配合端部96。这样，该延伸件90由一悬臂梁97构成，其在罩盖82处有一固定的端部，而在元件配合端部96处有一自由端部。较佳地，延伸件90具有的宽度98(图2)比形成在操作构件70中的一空间100(图2)小。
再次参照图2，本体构件80在其内部54中具有一第一环形区域102和一第二环形区域104。第二环形区域104相对第一环形区域102较小或减小。这样，在两区域的过渡区域中产生一肩部106。另外还有一个终止第二环形区域104的端壁108。第二环形区域104与端壁108一起形成了一基座110，该基座用于容纳带有密封构件74的框架结构72。当密封构件74抵靠着第二环形区域104压缩而形成抵靠第二环形区域104的径向密封件76时，过滤元件52可适当地在外壳51内定向。端壁108有助于过滤元件52定向，且可防止它被向下游推动而通过第二环形区域104。
需理解的是，径向密封件76有助于防止不希望的气流围绕过滤元件52流动，并且可避免过滤元件52的过滤影响。也就是说，径向密封件76有助于推动气流进入入口56，以通过过滤元件52移动，从而使气流到达出口58。
本体构件80还包括一斜壁部分112，该斜壁部分从端壁108向出口58延伸。斜壁部分112有助于从出口面62通过出口58引导经过滤及净化的气体。
D. 过滤元件
以下，将详细描述过滤元件52。请参见图4。图4为示出了可用在这里的过滤结构中的特定较佳介质的工作原理的立体图。在图4中，一凹槽结构以标号122表示。较佳地，凹槽结构122包括：一层具有多个凹槽124的皱状层123以及一面板132。图4实施例在132A处(在皱状层123的顶上示出)以及在132B处(在皱状层123的下方示出)示出了面板的两截面。具体地说，较佳的凹槽结构122将包括一与底面板132B固定的皱状层123。当使用这种卷绕状的凹槽结构122时，这种凹槽结构122通常会卷绕在其本身之上，这样底面板132B将覆盖皱状层123的顶部。覆盖皱状层123的顶部的面板以132A表示。需理解的是，面板132A和132B为同样的板132。
当使用这种类型的凹槽结构122时，凹槽腔最好形成相互交替的顶部126和凹部128。凹部128和顶部126将凹槽划分成上排和下排。在图4示出的特定结构中，上排凹槽形成了下游端闭合的凹槽腔136，而上游端闭合的凹槽腔134形成了下排凹槽。凹槽腔134由第一端部珠状物138闭合，该珠状物填充了凹槽板130和第二面板132B之间的凹槽的上游端的一部分。类似地，第二端部珠状物140闭合了相互交替的凹槽136的下游端。在某些系统中，第一端部珠状物138和第二端部珠状物140沿凹槽结构122的部分是笔直的，而从不相对于笔直路径偏斜。
当使用以凹槽结构122的形式构成的介质时，在使用过程中，未过滤的流体，例如空气，可以如阴影箭头144所示进入凹槽腔136。凹槽腔136的上游端146是敞开的。由于凹槽腔136的下游端148是由第二端部珠状物140闭合的，所以未过滤的流体不能通过凹槽腔136的下游端148。因此，流体被推动而继续行进通过凹槽板130或面板132。当未过滤的流体通过凹槽板130或面板132时，流体可被净化或过滤。净化的流体以未加阴影的箭头150表示。而后，流体通过凹槽腔134，这些凹槽腔134的上游端151是闭合的，从而流体通过敞开的下游端流出凹槽结构122。以所示出的结构，未过滤的流体可以流过凹槽板130、上面板132A或下面板132B，并进入凹槽腔134中。
如图5所示，凹槽结构122通常被盘绕成卷绕状或螺旋状。有多种方法可用来盘绕或卷绕凹槽结构122。在过滤元件52的构成中，凹槽结构122通常以围绕操作构件70被卷成成螺旋或盘旋的形状。这将在下文中作进一步描述。再次参照图5，可以注意到过滤元件52的截面形状不是圆形的。当然截面形状也可以为圆形，对于安装在其中的过滤元件的容积的几何形状，有时构成非圆形的截面形状比较方便。这种截面形状使得相对较多的介质可以比较经济地占据较小的体积。在某些较佳实施例中，过滤元件52的截面结构可为非圆形(ob-round)。在图5示出的较佳实施例中，过滤元件52形成了一个跑道形的截面。术语“跑道形”指过滤元件152形成有一弯曲的(在某些实施例中是半圆形的)端部160和一相对的弯曲的(在某些实施例中是半圆形的)端部162。弯曲的端部160和162通过一对笔直部分164和166相连。
当过滤元件52采用卷绕结构时，系统设计者想要确保过滤元件52的外周边闭合或锁定在位，以防止凹槽介质结构122展开。有各种方法可以达到该目的。在一些应用中，外周边168以一周边层170包裹。周边层170可以为一非渗透性材料，例如在一侧上带有粘合剂的塑料。在一些实施例中，周边层170可以为一坚韧耐用的材料，例如粗纸板(chip board)或聚酯薄膜。但在其它的一些实施例中，周边层170也可为渗透性的介质。
再次参照图2，示出的过滤元件52安装在外壳51中。在图示的装置中，空气通过入口56流入外壳51内，通过过滤元件52，并且在出口58处流出外壳51。密封构件74需要确保空气流过过滤元件52，而不会绕开过滤元件52。
E. 框架结构和密封系统
框架结构72设有一支承结构或支座，密封构件74可以抵靠着它被压缩，而与外壳51的本体构件80形成径向密封件76。
请参见图5-7。框架结构72包括一框架180。框架180可以具有各种形状。在图5-7示出的特定实施例中，框架180的形状通常为非圆形或跑道形。该框架180的方便之处在于，它被设置并构造成可与过滤元件52的出口面62相连。
所示出的较佳的框架180包括一带子、边缘件或依靠凸缘182，它的尺寸通常被设计成可配合并容纳过滤元件52的第二端66。依靠凸缘182最好围绕出口面62径向延伸，这样依靠凸182可在过滤元件52上向内延伸一段距离。在较佳的配置中，框架180可在凸缘182和凸缘182沿周边层170延伸的内侧区域之间与过滤元件52固定。
框架180还包括一个从凸缘182延伸出的环状密封支承件184(图2)。在密封支承件184和凸缘182之间，框架180包括一台阶186。该台阶186在凸缘182较大的尺寸和密封支承件184的减小的尺寸之间提供了一个过渡区域。
当根据此处所揭示的原理构造密封支承件184时，密封支承件184可为密封构件74提供一刚性的支承表面。该密封构件74最好被构造并设置成能充分地在框架180的密封支承件184和本体构件80的第二环形区域104之间挤压或压缩。当径向密封件76在支承表面184和第二环形区域104之间压缩时，径向密封件76可形成在过滤元件52和外壳51的本体构件80之间。
有各种方法可用来使密封构件74和密封支承件184相固定。一种特别方便且较佳的方法是通过模制使密封构件74配合、覆盖或叠盖密封支承件184的内部188和外部190，以及端部尖端192。图2示出了一种实例。密封构件74通过缠绕内部188、端部尖端192和外部190而完全覆盖密封支承件184。
密封支承件184用作支承结构，径向密封件72可以在密封支承件184和可压缩的密封构件74之间并抵靠着密封支承件184形成。可压缩的密封构件74的压缩最好能在插入压力不超过80lbs的情况下足以形成径向密封件76，通常压力不超过50lbs，例如约为20-30lbs，且该密封构件74应足够轻，从而允许用手来方便容易地取出。较佳地，密封构件74的压缩量至少为15％，最好不超过40％，而通常在20％到33％之间。术语“压缩量”指密封构件74的最外部分径向朝着密封支承件184的物理位移与静止的、未受到干扰的以及未被安装在外壳51内或受到其它力的作用的该密封构件74的最外部分的百分比。
请参见图7。较佳地，为了达到所需的密封效果，密封构件74具有一种最外部尺寸从第一端194到第二端196递减的阶梯状的截面结构。较佳地，密封构件可由一种聚氨酯泡沫材料构成，该密封构件可具有多个(最好至少为三个)逐渐加大的台阶，这些台阶被构造成与第二环形区域104(图2)对接，并提供可密闭流体的密封。参见图7，密封构件74形成有三个台阶197、198和199，这些台阶在第二端196和和第一端194之间尺寸增大。台阶197处的最小尺寸允许密封构件能方便地插入本体构件80中。而台阶199处的最大尺寸确保了一种紧密的径向密封件76。
一般而言，为了正确地实现径向密封结构，当过滤元件52被安装到外壳51中时(图2)，可压缩的密封构件74需被压缩。在许多较佳结构中，密封构件74被压缩为其厚度的约15％到40％之间(常常约为20-33％)，从而提供了牢靠的密封，这也可以用80lbs.或更少的力对元件52进行手工安装而实现，该力较佳地为50lbs.或更少，而一般约为20-30lbs.。
请参见图6，较佳的框架180包括一支承系统205。在所示出的过滤元件52的使用过程中，围绕框架180的外周边施加向内的力。靠着弯曲端206、208施加的向内的力可以使笔直部分210、212形成弓形或弯曲。支承系统205被设为框架180的一部分，以防止笔直部分210、212形成弓形。另外，支承系统205还设置用于与操作构件70配合并连接。
此处还可设想其他各种结构，在图6所示的特定的实施例中，支承系统205包括多个横拉条214，以提供结构刚性并且对笔直部分210、212进行支承。如图6中可以看到的，横拉条214在相对的笔直部分210、212之间形成一构架系统216。构架系统216包括多个刚性构件或撑杆218，这些撑杆最好与框架180的剩余部分模制成单一件。
还是参见图6，支承系统205为与操作构件70连接而提供一配合表面或构件。这将在下文中作进一步的描述。
F. 操作构件
接着，将详细描述操作构件70。较佳地，操作构件70与过滤元件52固定，并且被构造并设置成可配合人手施加的抓握力。特别在维护或取出的过程中，这允许方便地对过滤元件52进行操纵和处理。
在较佳系统中，操作构件70与元件52固定，这样施加在操作构件70上的拉力可转化为过滤元件52的拉力。在最佳系统中，操作构件70将与中心内芯构件230(图2)相固定，这样凹槽结构122的一些部分无需具有堵塞物或其它的连接件以配合操作构件70。
操作构件70最好与内芯构件230一体形成。此外，在图2所示的较佳实施例中，操作构件70与内芯构件230模制成一单一件。模制的单一件允许方便地生产和装配。
在较佳实施例中，操作构件70包括一用在过滤元件52中的一中间板232(图8)。请参见图8。其中以俯视图示出了一较佳的中间板232。示出的中间板232包括一延伸件234，该延伸件具有一第一端236和一相对的第二端238。在示出的较佳实施例中，操作构件70形成第一端236，一紧固件240形成第二端238。如上简要论述的，紧固件240被构造并设置成与框架180相连。
通过紧固件240与框架180的配合与固定，通过抓握操作构件70，过滤元件52可以从外壳51中移除，并且无需使形成元件52的过滤介质的螺旋形凹槽结构122“伸缩”。换而言之，通过将操作构件70与框架180固定，具体地说是与支承系统205固定，当在操作构件70上施加拉力时，可以防止元件52以伸缩的方式拉出。也就是说，由于紧固件240和支承系统205之间的配合，入口面60和出口面62中的每一个保持一相对平坦的平面。在构架系统226中的紧固件240和撑杆218之间的配合将有助于贯穿过滤元件52的整个截面分配施加在操作构件70上拉力。元件52的第一端64上的拉力被转化成元件52的相对第二端66上的拉力，并且轴向地穿过元件52的第二端66的截面。
仍参照图8，中间板232最好包括第一和第二侧边缘242、244，这两个侧边缘在第一和第二端236、238之间延伸。
此处可设想出各种可能的紧固件240的实施例，在图8所示的特定实施例中，紧固件240包括一钩状结构250。该钩状结构250用于抓住支承系统205的横拉条214部分。在图8示出的实施例中，钩状结构包括一第一钩子252和一第二钩子254，第一钩子252从延伸件234悬出并且沿着第一侧边缘242，而第二钩子254从延伸件234悬出并且沿着第一侧边缘244。
第一钩子包括一形成一基座的凹进区域256和一有角的肩部258。一表面260从肩部258起成一定角度，从而到达一端点262。一边缘264较佳地从端点262开始向内延伸，从而形成一切口266。在示出的实施例中，切口266为U形。切口266允许第一钩子252沿朝着第二侧边缘244的方向偏斜。成一定角度的表面260紧靠着拉条214并可沿其滑动，从而允许第一第一钩子252偏斜，直到横拉条214配合凹进区域256中。
需理解的是，切口266允许的偏斜使中间板232和框架180之间可方便快速地配合与连接。具体地说，第一钩子252在朝着第二侧边缘244的方向偏斜，这可使一个拉条214座落于凹进区域256中，并且被带角的肩部258留住。较佳地，偏斜至少为1mm，不超过约20mm，通常约为1.5-5mm。
第二钩子254可类似于第一钩子252进行构造。这样第二钩子254具有一个作为基座来保持横拉条的凹进区域276。第二钩子254包括一带角的肩部278、一成一定角度的表面280、一端点282、一边缘284以及一U形切口286
图7示出了在紧固件240卡入或钩到框架180的支承系统205的适当位置中之前的元件52。过滤元件52向下进入框架180中，而第一和第二钩子252、254向内或相互相向偏斜，直到钩子252、254的凹进区域256咔地一声卡到或配合到横拉条214中。
再次参照图8，接着将更详细地描述操作构件70。操作构件70最好包括至少一个突部290，该突部290从过滤元件52(图2)的第一端64轴向延伸。请参见图2。如图2所示，第一突部290被定向成离第一侧边缘242比离第二侧边缘254更近。在示出的特定较佳实施例中，第一突部与第一侧边缘242齐平。第一突部290最好具有一个通过其延伸的孔292，以容纳人手的某些部分，例如几个手指。
另外，较佳地有一第二突部294从过滤元件52的第一端64轴向延伸。第二突部294较佳地与突部290隔开距离100(图2)，以容纳外壳51的罩盖82的延伸件90。突部294最好包括一个通过其延伸的孔296，以容纳人手的某些部分，例如几个手指。可以看到，第二突部294离第二侧边缘244比它离第一侧边缘242更近。在示出的特定较佳实施例中，第二突部294与第二侧边缘244齐平。
中间板232形成一凹进部分298(图8)，该凹进部分298在第一突部290和第二突部294之间延伸。第二突部294最好位于第一突部290和第二侧边缘244之间，类似地，第一突部290最好位于第二突部294和第一侧边缘234之间。较佳实施例包括一在第一突部290和第二突部294之间延伸的凹进部分298。
较佳地，凹进部分298具有一刚性的、笔直的边缘300，该边缘300在第一和第二突部290、294之间延伸并将两者连接在一起。边缘300被用来配合并容纳罩盖82(图2)的突部88。在正常使用中，突部88和边缘300之间是存在配合的。如果存在配合，它可指示使用者元件52未能正确地安装到外壳51内。延伸件90和边缘300之间的配合可防止罩盖82与本体构件80固定。在使用过程中，如果元件52在本体构件80内振动，则可能存在某些配合。在那些情况中，延伸件90将有助于将元件52保持在正确安装的位置中(且径向密封件76保持在适当位置)。延伸件90可以在由凹进部分298形成的空间100内适当地定向。
再次参照图8，在装配过程中，较佳地有一系统305可帮助将凹槽板130保持在正确位置中，以防止其向外滑动和弯曲。在示出的实施例中，该系统305与中间板232形成为一体。具体地说，中间板232包括一皱状区域310，该区域位于第一和第二端236、238之间的延伸件234之上。在过滤元件构造和装配过程中，该皱状区域310较佳地被构造并设置成与凹槽板130的凹槽124相配合。当最初组装过滤元件52时，凹槽板130围绕中间板232而盘绕。在某些应用中，凹槽板130可具有一内在的记忆性，并且它固有地想要沿离开中间板232的方向向外弯曲。当这种情况发生时，就很难形成一种固定的紧密的密封。为了矫正这种情况，由于凹槽板130与中间板232配合比与平面配合更好，所以皱状区域310位于中间板232中。
接着，参照图9，皱状区域310最好包括多个皱折312。具体地说，多个皱折包括与多个凹部324相互交替的多个顶部322。在图8示出的实施例中，皱折312在第一边缘242和第二边缘244之间连续延伸。在较佳实施例中，至少有五个顶部322和五个凹部324，且不超过约100个顶部322以及不超过约100个凹部324，而最好约为10-50顶部322以及约10-50凹部324。在卷绕过程中，皱折312还有助于防止凹槽板130相对于中间板232滑动。换而言之，皱状区域310提供了一支承面，以帮助在卷绕和生产过程中相对于中间板232保持和固定凹槽板130。
需指出的是，在图8的实施例中，皱状区域310仅部分地沿延伸件234的长度延伸。较佳地，区域或皱折310的长度至少从边缘300向下延伸1英寸。在其它一些实施例中，皱状区域310可以在边缘300和第二端238处的相对边缘314之间的整个长度延伸。由于将凹槽板130和中间板232固定的粘合剂仅沿中间板232的部分距离延伸，所以皱折310的某些最小长度是可取的。但是，由于皱折314为围绕中间板232卷绕凹槽板130提供了支承表面，所以皱折310也可以在边缘300和边缘314之间的整个长度延伸。
在过滤元件52的构造过程中，中间板232可以置于一心轴上，并且保持在切口316处。粘合剂沿皱状区域310设置，而凹槽板130置于粘合剂外。凹槽124可与中间板232的单个皱折213配合。而后，中间板232围绕中间轴线转动，而凹槽结构122便可围绕中间板232形成。
单个皱折312可以为各种不同尺寸。较佳的皱折312的尺寸可与凹槽板130中的单个凹槽相配合。一种尺寸包括：顶部到顶部的宽度326约为5-7mm，例如约为6.5mm；凹部到顶部的高度328约为1-4mm，例如约为2.5mm；各个顶部的半径约为0.5-2mm，例如约为1mm；各个凹部324的半径约为1-3mm，例如约为1.3mm；顶部到顶部的深度330约为6-10mm，例如约为7.9mm；以及凹部到凹部的宽度332约为5-8mm，例如约为6mm。
另一种尺寸为：顶部到顶部的宽度326约为6-10mm，例如约为8.4mm；凹部到顶部的高度328约为2-6mm，例如约为4.3mm；凹部到凹部的宽度332约为6-10mm，例如约为8.4mm。
另一种尺寸为：顶部到顶部的宽度326至少为5mm，但不超过9mm，例如约为7.6mm；凹部到顶部的高度328至少为2mm，但不超过5mm，例如约为3.3mm；顶部到顶部的深度330至少为1mm，但不超过6mm，例如约为3.3mm；以及凹部到凹部的宽度332至少为4mm，但不超过10mm，例如约为7.6mm。
再次参照图8，较佳中间板232包括多个孔或洞320。这些孔320有助于形成质量较轻的中间板232。孔320可为任何形式。
G. 运行、维护和装配的方法
在运行中，需被净化的空气，例如被引入设备22中的气流，最初将被吸入空气清洁器50中以及通过入口56引导。而后空气流过过滤元件52的入口面60。空气将进入上游端64敞开的凹槽腔136中。空气将被推动而流过凹槽板130或面板132，这样使微粒从中被去除。而后，净化的空气将在出口面62处离开。也就是说，净化的空气将通过第二端66敞开的凹槽134离开。接着，净化空气将流过出口58，并且被引向下游组件，例如发动机24。位于过滤元件52和外壳80之间的径向密封件76可防止未净化的空气从过滤元件52旁绕过。
在空气清洁器50运行一段特定的时期之后，空气清洁器50将需要维护。过滤元件52会被堵塞而需要更换。具体地说，当限制达到25英寸水时，过滤元件52应当被移除并更换。为了维护空气清洁器50，罩盖52从本体构件80上移开。这将通过移除螺栓86并将罩盖从本体构件80上移开而露出开口84而实现。这样便提供了通向本体构件80内部的通路。当罩盖82从本体构件80上移开时，延伸件90的元件配合端96从操作构件70的凹进部分298的空间100中移除。
接着，使用者抓住过滤元件52。这最好通过抓握操作构件70而完成。在较佳实施例中，这可以通过将至少一个手指插入孔292中，而另一只手的另一个手指位于孔296中而完成。而后，使用者对操作构件70施加拉力。力将被转化为延伸件234上的拉力，并且最终转化到框架结构72上。也就是说，拉力将通过紧固件240转移到支承系统205上。拉力将沿轴向使过滤元件52活动，这样密封构件74从第二环形区域104向第一环形区域102移动。这将断开径向密封件76。
而后，过滤元件52将通过开口84移到空气清洁器之外。旧的过滤元件52可以被处理掉。这可以通过将包括中间板232在内的整体过滤元件52烧掉而实现。或者，凹槽介质结构122可以与中间板232分开，这样中间板232可以被重新使用。又或者，当凹槽结构122从中间板232上移除之后，两者均可以在独立的回收过程中加以处理。
接着，提供第二个新的过滤元件52。这个新的过滤元件52可以通过本体80的开口84插入。使用者可以通过抓握操作构件70的突部290、294而对过滤元件52进行操纵。将过滤元件52插入外壳51中，直至形成径向密封件76。在示出的实施例中，这可以通过将过滤元件52推入本体构件80内，直到密封构件74的端部196抵靠或配合第二环形区域104的端壁108。
接着，罩盖82将在开口端84上定向。当这步完成之后，延伸件90将向下进入内部54中。如果过滤元件52未能正确地位于环形区域104的基座中，延伸件90将与操作构件70的边缘300配合，并阻止罩盖82正确地位于本体构件80上。如果过滤元件52正确地位于环形区域104的基座内(且径向密封件76位于正确的位置中)，这样罩盖82将被允许正确地配合到本体构件80上。延伸件90将保持在空间100中。接着，通过紧固螺栓86将罩盖82与本体构件80固定。这样，空气清洁器50就可以再次进行工作了。
为了构成此处所描述的较佳的过滤元件52，首先要设置中间板232。该中间板232可以使用普通技术制成，例如注塑。
接着，将粘合剂涂到皱状区域310中。在图8示出的较佳实施例中，粘合剂仅涂在皱状区域310的一部分处。具体地说，仅沿完全在边缘242和边缘244之间的皱状区域310的上部约三分之一施有粘合剂。其中术语“上部”指离操作构件70比离紧固件240更近的部分。在其它一些实施例中，粘合剂可以沿皱状区域310的整个长度，或少于上部三分之一，例如上部的10-25％。需指出的是，粘合剂可涂于中间板232的皱状区域310的顶侧和底侧上。
接着，将凹槽板130覆盖到中间板232上。凹槽板130的单个凹槽与皱状区域310的单个皱折配合。粘合剂将凹槽板130与延伸件234连接起来。凹槽板130完全围绕中间板232包缠。换而言之，凹槽板130的第一层将完全限制中间板232的顶侧和底侧。皱状区域310将有助于凹槽板130紧密地抵靠着中间板232。皱状区域310还将提供支承表面，以帮助卷绕凹槽结构122。
较佳地，通过机器的心轴在槽口316保持中间板232。机器心轴将围绕它的中心纵轴线转动中间板232，以围绕中间板232卷绕凹槽板130和面板132。
当凹槽结构122被卷绕到中间板232之上后，中间板与框架结构72固定。在此处所述的较佳实施例中，紧固件240与支承系统205的横拉条214相连或固定。这通过降低带有固定在其上的介质结构122的中间板232到框架180中而实现。带有一定角度的表面260、280可以用凸轮带动或推动抵靠着横拉条214。切口266、286将允许钩子252、254向内、相互相向地偏移。这样，带有角的肩部258、248将卡扣在横拉条214上。这将使横拉条214保持在凹进部分256、276中。具体地说，在中间板232与框架180连接之前，可以沿凸缘182的内表面涂覆粘合剂，以使外层170同框架180的凸缘182固定。这样，过滤元件52就可以被安装在空气清洁器的壳体51中。
H. 实例的材料和尺寸
下列部分包括的是特定实施例可使用的材料和尺寸。当然，还可以采用各种其它的材料和尺寸。
较佳地，外壳51由塑料构成，例如玻璃填充的尼龙。延伸件90的长度至少约为50mm，但不超过约500mm。延伸件的宽度98至少约为5mm，但不超过约50mm，通常约为10-40mm。作为距离100的百分比，延伸件90的宽度98至少约为10％，但不超过95％，通常约为距离100的25-75％。
过滤元件52在其入口面60和出口面62之间延伸的整体长度至少约为100mm，但不超过约500mm，而通常约为200-300mm。过滤元件52的主要尺寸宽度至少约100mm，但不超过约400mm，而通常约为200-300mm。它的最小尺寸宽度至少约为25mm，但不超过约250mm，而通常约为50-150mm。
过滤元件52可以由纤维素构成。可供使用的纤维素介质的一种实例为：基本重量约为44-55lbs./3000ft2(84.7g/m2)，例如可为48-54lbs./3000ft2；厚度约为0.005-0.015in，例如约为0.010in.(0.25mm)；弗雷泽渗透性(frazierpermeability)约为20-25ft/min，例如约为22ft/min(6.7m/min)；小孔尺寸约为55-65微米，例如约为62微米；湿抗拉强度至少约为7lbs/in，例如为8.5lbs.in(3.9kg/in)；机器湿的爆裂强度约为15-25psi，例如约为23psi(159kPa)。纤维素介质可以用细纤维处理，例如纤维的尺寸(直径)为5微米或更小，在某些情况下，甚至可以达到亚微米。可以采用各种方法来将细纤维用于介质。已有一些方法被揭示出来，例如在美国专利5,423,892，第32段，第48-60行所提出的。更具体地说，在美国专利Nos.3,878,014、3,676,242，3,841,953以及3,849,241中描述了这些方法，这些内容援引在此以作参考。另外一种是商业秘密的方法，该方法包括将一种细的聚合纤维网设置在普通介质上，这可以根据Donaldson公司的商业秘密用其指定产品ULTRA-WEB进行。关于过滤元件的结构，对以下各项并无特定要求：细纤维如何来制作；以及用什么特定的方法来应用细纤维。应使用足够的细纤维直到所产生的介质结构能得到下列特性：使用SAE微尘根据SAE J726C进行测试，平均的初始效率为99.5％，单次测试不低于90％；以及根据SAE J726C，平均的总有效率为99.98％。
中间板232的总长度至少约100mm，但不超过约800mm，而通常约为200-500mm。它的侧边缘242和侧边缘244之间的总宽度至少约为50mm，但不超过500mm，而通常允为100-200m。各个突部290、294在第一端64上延伸的距离至少约为20mm，但不超过约为200mm，而通常约为40-100mm。突部290、294的内边缘之间的距离100至少约为25mm，但不超过约300mm，而通常约为50-150mm。各个孔292的最外部尺寸(较佳地为直径)至少约为10mm，但不超过150mm，而通常约为20-70mm。
皱状区域310的长度最好至少约为20mm，但不超过约200mm，而通常约为50-100mm。单个皱折312的数量最好至少为5个，但不超过100个，而通常约为10-30个。
钩子252、254上的各个成一定角度的表面260、280相对于中间板232的中间纵向轴线延伸所成的角度至少约为30°，但不超过约60°，而通常约为40-50°。各个凹进部分256、276的宽度至少约为4mm，但不超过约25mm，而通常约为5-15mm。各个切口266、286从底边缘314延伸出至少约10mm，但不超过约80mm，而通常约为20-50mm。
中间板232的总厚度至少约为1mm，但不超过约20mm，而通常约为2-10mm。中间板232的总重量至少约为2oz.，但不超过约10oz.，而通常约为4-6oz.。孔320的数量至少为1个，但不超过100个，而通常约为25-35个。较佳地，中间板232由塑料构成，例如玻璃填充尼龙，较佳地为13％玻璃填充尼龙。
较佳地，框架180可由塑料构成，例如33％玻璃填充尼龙。密封构件74可以由模制密度约为11-22lbs/ft3的发泡聚氨酯构成。美国专利No.5,669,949中描述了一种可使用的发泡聚氨酯，该专利援引在此以作参考。
上述说明、实例及数据为本发明的制造和使用提供了完整的描述。但本发明还可以作出许多实施例。

Claims (30)

1.一种过滤装置，该装置包括：
(a)一过滤元件，该元件具有相对的第一和第二端；所述过滤元件包括多个凹槽；
(i)各个所述凹槽具有一个与所述过滤元件第一端部相邻的第一端部，以及一个与所述过滤元件第二端部相邻的第二端部；
(A)选定的一些所述凹槽在所述第一端部敞开并在所述第二端部闭合；以及选定的一些所述凹槽在所述第一端部闭合并在所述的第二端部敞开；
(b)一操作构件，该操作构件与所述第一端相邻地同所述过滤元件固定；以及
(c)一框架结构，该框架结构与所述第二端相邻地同所述过滤元件固定。
2.如权利要求1所述的过滤装置，其特征在于：
(a)所述操作构件与所述框架结构固定。
3.如权利要求2所述的过滤装置，其特征在于：
(a)所述框架结构包括多个支承拉条，这些支承拉条至少局部地在所述过滤元件的所述第一和第二端的一个上延伸；以及
(b)所述操作构件包括一对与所述支承拉条配合的钩子。
4.如权利要求2和3中的任何一项所述的过滤装置，其特征在于：
(a)所述框架结构包括一延伸件，该延伸件从所述第一和第二端中的一个轴向突出；
(i)所述框架结构的所述延伸件支承一密封构件。
5.如权利要求4所述的过滤元件，其特征在于：
(a)所述延伸件包括一内部、一外部以及一端部尖端；
(b)所述密封构件由模制密度为11-22lbs/ft3的聚氨酯构成；
(i)所述密封构件覆盖所述延伸件的所述外部、所述内部和所述端部尖端的至少一部分。
6.如权利要求4和5中的一项所述的过滤装置，其特征在于：
(a)所述密封构件形成为若干台阶的截面结构。
7.如权利要求2-6中任何一项所述的过滤装置，其特征在于：
(a)所述过滤元件还包括一中间内芯构件；所述多个凹槽围绕所述中间内芯构件卷绕。
8.如权利要求7所述的过滤装置，其特征在于：
(a)所述操作构件与所述中间内芯构件固定。
9.如权利要求8所述的过滤装置，其特征在于：
(a)所述操作构件和所述中间内芯构件为一单一模制的结构。
10.如权利要求7-9中的任何一项所述的过滤装置，其特征在于：
(a)所述中间内芯构件包括多个皱折，所述皱折可与所述凹槽中的至少一些配合。
11.如权利要求7-10中的任何一项所述的过滤装置，其特征在于：
(a)所述操作构件包括至少一单孔，该孔由所述中间内芯构件形成。
12.如权利要求11所述的过滤装置，其特征在于：
(a)所述中间内芯构件包括第一和第二相对端；
(i)所述操作构件为所述中间内芯构件的所述第一端的一部分，并且从所述过滤元件的所述第一端突出；以及
(ii)钩状结构为所述中间内芯构件的所述第二端的一部分；
(A)所述钩状结构与所述框架结构配合。
13.如权利要求1所述的过滤元件，其特征在于，该装置还包括：
(a)一板，该板至少局部地延伸入所述过滤装置中；所述板包括：
(i)第一和第二相对端；
(ii)第一和第二相对侧边缘，这两侧边缘在所述板的第一和第二相对端之间延伸；
(iii)一第一突部，该突部从所述过滤元件的所述第一端轴向延伸；
(A)所述第一突部定向成离所述第一侧边缘比离所述第二侧边缘近；以及
(iv)一凹进部分，该凹进部分与所述第一突部相邻。
14.如权利要求13所述的过滤装置，其特征在于：
(a)所述板还包括一第二突部，该第二突部从所述过滤元件的所述第一端轴向延伸；
(i)所述第二突部位于所述第一突部和所述第二侧边缘之间；以及
(ii)所述凹进部分在所述第一突部和所述第二突部之间延伸。
15.如权利要求14所述的过滤装置，其特征在于：
(a)所述凹进部分包括一沿所述板第一端的所述板的笔直部分；
(b)所述第一突部直接与所述第一侧边缘相邻；以及
(c)所述第二突部直接与所述第二侧边缘相邻。
16.在过滤元件中使用的一种中间板，该中间板包括：
(a)一延伸件，该延伸件具有第一和第二相对端；以及
(b)一皱状区域，该区域位于所述第一和第二端之间的所述延伸件上；
(i)所述皱状区域包括与多个凹部相交替的多个顶部。
17.如权利要求16所述的中间板，其特征在于：
(a)各个顶部与相邻顶部隔开的距离至少为5mm；而各个凹部与相邻凹部隔开的距离至少为5mm；以及
(b)所述皱状区域包括至少5个顶部和至少5个凹部。
18.如权利要求16和17的任何一顶所述的中间板，其特征在于，该中间板还包括：
(a)一操作构件，该操作构件形成了所述第一端；以及
(b)一紧固件，该紧固件形成了所述第二端；
(i)所述紧固件被构造并设置成与过滤元件的框架结构相连。
19.如权利要求18所述的中间板，其特征在于：
(a)所述操作构件包括至少一个通过所述延伸件的单个孔；以及
(b)所述紧固件包括一钩状结构。
20.如权利要求19所述的中间板，其特征在于：
(a)所述延伸件包括：一第一侧边缘，该侧边缘在所述第一和第二端之间延伸；以及一相对的第二侧边缘，该侧边缘在所述第一和第二端之间延伸；以及
(b)所述钩状结构包括：
(i)一第一钩子，该钩子从所述延伸件悬出；所述第一钩子沿着所述第一侧边缘；
(ii)一第二钩子，该钩子从所述延伸件悬出；所述第二钩子沿着所述第二侧边缘。
21.如权利要求20所述的中间板，其特征在于：
(a)所述延伸件形成有一个与所述第一钩子相邻的第一切口；所述第一钩子被构造并设置成至少偏移1mm；以及
(b)所述延伸件形成有一个与所述第二钩子相邻的第二切口；所述第二钩子被构造并设置成至少偏移1mm。
22.一种空气清洁器，该清洁器包括：
(a)一外壳，该外壳具有一本体构件和一罩盖，所述本体构件形成有一内部和一开口端；
(i)所述罩盖有选择地从本体构件的开口端移动，以提供通向所述内部的通路；
(b)一过滤元件，该过滤元件可去除地定位在所述内部中，所述过滤元件具有第一和第二相对的流动面；
(c)一中间板，该中间板至少局部地延伸入所述过滤元件中；所述中间板包括从所述第一流动面轴向延伸的一第一部分；所述中间板包括与所述第一部分相邻的一凹进部分；以及
(d)一支柱构件，当所述过滤元件可操作地安装在所述内部中并且当所述罩盖可操作地在本体构件的开口端上定向时，该构件被定向在所述凹进部分中。
23.如权利要求22所述的空气清洁器，其特征在于：
(a)所述支柱构件包括从所述罩盖延伸出的一突部；
(b)所述第一部分包括一第一操作构件，该操作构件从所述第一流动面轴向延伸出；
(c)所述中间板还包括一第二操作构件，该操作构件从所述第一流动面轴向延伸出；
(i)所述凹进部分在所述第一和第二操作构件之间延伸。
24.如权利要求22和23中任何一项所述的空气清洁器，其特征在于，该空气清洁器还包括：
(a)一密封构件，该密封构件被构造并设置形成抵靠并介于所述外壳和所述框架结构之间一径向密封件。
25.如权利要求22-24中的任何一项所述的空气清洁器，其特征在于：
(a)所述过滤元件包括凹槽过滤介质；以及
(b)所述中间板包括一皱状区域；
(i)所述皱状区域可与所述凹槽过滤介质的部分配合。
26.一种用于维护空气清洁器的方法，该方法包括：
(a)将一过滤元件安装在一外壳内，其中过滤元件包括相对的上游端和下游端；过滤元件具有多个凹槽，各个凹槽具有一个与过滤元件上游端相邻的第一端部，以及一个与过滤元件下游端相邻的第二端部；选择的一些凹槽在第一端部处敞开并在第二端部处闭合，而选定的另一些凹槽在第二端部处敞开并在第一端部处闭合；过滤元件还包括一与之固定的框架结构；
(b)抓握住从上游和下游端之一突出的一操作构件；该操作构件与框架结构固定；以及
(c)拉动操作构件，以将过滤元件从外壳中移开。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于：
(a)在拉动操作构件以将过滤元件从外壳中移开的所述步骤之后，提供一第二过滤元件；该第二过滤元件具有从中延伸出的一轴向突部以及与轴向突部相邻的一凹进部分；
(b)将第二过滤元件在外壳内定向；以及
(c)将一支柱构件在凹进部分内定向。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于：
(a)外壳包括一本体构件和一罩盖；以及
(b)使支柱构件定向的所述步骤包括将罩盖放置到本体构件上，支柱包括一个从罩盖延伸出的突部。
29.一种用于构造一空气过滤元件的方法，该方法包括：
(a)提供一中间板；该中间板具有第一和第二相对端；以及一皱状区域至少局部地位于第一和第二端之间；以及
(b)将选定的凹槽过滤介质的凹槽与皱状区域对齐；以及
(c)将凹槽过滤介质卷绕在中间板上。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于：
(a)在对齐步骤之前，将粘合剂涂到皱状区域上；
(b)在所述卷绕步骤之后，将中间板与框架结构固定；以及
(c)其中所述固定步骤包括将中间板上的钩子与框架结构上的横拉条配合。
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