CN1529627A - 具有中心件的过滤器元件和方法 - Google Patents

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Abstract

使用在一过滤器元件(10)中的一中心件结构(20)，包括具有带相对的第一和第二端的一壁的一管件。第一端适合与例如和一过滤器元件一起使用的一框架(28)的结构相啮合。第二端可与例如一把手(22)的外部结构相啮合。较佳地，通过围绕中心件结构卷绕一介质结构(14)构成一过滤器元件(10)。介质结构(14)包括围绕中心件结构卷绕成一成卷结构(24)的、固定于一平片材的一有波纹的片材。成卷结构(24)具有许多入口波纹槽和许多出口波纹槽。用于使用和装配过滤器元件的方法较佳地使用了本文所述的中心件结构。

Description

具有中心件的过滤器元件和方法
本申请是于2002年5月30日以Donaldson股份有限公司，即一美国国家公司的名义提出、指定除美国之外的所有国家的一PCT国际专利申请。
技术领域
本揭示内容叙述用于过滤例如气体或液体的流体的过滤器结构。尤其，这揭示内容叙述具有一中心件的一过滤器元件和使用和装配具有一中心件的一过滤器元件的方法。
发明背景
在用于净化流过其的流体的系统中已使用直流式过滤器元件(straight throughflow filter element)。该直流式过滤器元件通常具有一入口面和相对设置的出口面。以这方式，一旦以一方向在入口面流入过滤器元件的流体在流出出口面时将具有相同的流动方向。通常，直流式过滤器元件被安装在某种形式的一管道或壳体内。在使用一时期后，过滤器元件将要求维护、清洁或完全调换过滤器元件。如果维护过滤器元件困难或不方便，使用者可能推迟适当的维护，这能够造成正在进行过滤的系统的损坏。
因此希望改进直流式过滤器元件。
发明概要
一种用在一过滤器元件中的中心件结构包括具有带相对的第一和第二端的一壁的管形件。第一端适合于与例如与一过滤器元件一起使用的一框架的结构啮合。第二端也可与例如一手柄的外部结构啮合。较佳地，通过围绕中心件结构卷绕一介质结构构成一过滤器元件。介质结构包括围绕核心结构卷绕呈一成卷结构(coiledconstruction)的固定于一平片材的一有波纹的片材。成卷结构具有诸入口波纹槽(inlet flute)和诸出口波纹槽(outlet flute)。
用于使用和装配过滤器元件的方法较佳地使用了本文所述的中心件结构。
附图简述
图1是按照本发明的原理构造的一过滤器元件的一实施例的示意分解立体图；
图2是图1所示的过滤器元件的示意剖视图，但在图2中组装了过滤器元件；该剖面是沿着图1的线″2-2″截取的；
图3是使用在图1和2的过滤器元件中的一组件的示意分解剖视图；
图4是示出在图3所示的组件的一框架和一中心件之间的连接的放大的、折断的示意剖视图；
图5是示出在图3示出的一组件的一圆形把手和一中心件之间的连接的放大的、折断的示意剖视图；
图6是在其中使用的一密封件的放大的、折断的示意剖视图；以及
图7是可操作地安装在一空气净化器壳体中的图2的过滤器元件的示意剖视图。
详细说明
图1示出了可用于净化流体，例如气体，尤其是空气的一过滤器元件10。该过滤器元件10被构造成允许直流式。根据术语“直流式”，它意味着流体直接流过过滤器元件10，在入口面流入和在相对的出口面12沿相同的方向流出而不转弯。过滤器元件10包括被构造成过滤来自在入口面11进入的气体的微粒，从而在出口面12流出的气流至少部分地被净化(即没有微粒)。如在图中能够看到的那样，过滤器元件10包括有助于在过滤器元件10与其中安装过滤器元件10的一壳体或管道之间阻止泄漏的一密封件16。过滤器元件10还包括一可选用的手柄22(图1中可看到的)附连于一中心件结构20(图2和3)。
图1示意地示出了入口面11，它仅示出了过滤器元件14的一局部视图。实际的入口面11使它的整个入口面11(除了以下所述的一中心件部分之外)装有过滤器介质14。在1997年11月6日公布的美国专利6,190,443和国际申请公开WO97/40918中详细叙述了可用于这结构的过滤器元件14。这些申请的揭示内容已被结合在这里供参考。通常，过滤器元件14是具有固定于一平片材18的一有波纹片材17的一成卷结构24。有波纹片材17通常是一有波纹层和用一粘结剂固定于平片材18，这有助形成适当密封。利用在过滤器介质14中的波纹可以是许多种波纹。在其中例如可以包括：产生直波纹槽(straight flute)的波纹(corrugation)，其中波纹槽相互平行；直波纹槽，具有压扁的端部或压紧的端部；以及，锥形波纹槽(taperedflute)，其中交替的波纹槽从一宽侧至一窄侧逐渐收缩和旁边靠近的波纹槽从一窄侧至一宽侧逐渐扩大。有波纹的片材17和平片材18固定在一起，并围绕中心件结构20的一部分卷绕或成卷，如图2能看到的那样，并用一粘结剂，该粘结剂用来防止在介质14与中心件结构20之间的空气泄漏。当使用这类有波纹的结构时，诸波纹槽腔(flute chamber)形成交替的峰和槽。槽和峰将波纹槽分成一第一排和一第二排。然后用一滴密封剂封闭诸波纹腔，该滴密封剂填塞在有波纹片材与平片材之间的波纹槽的上游端。在相对端，另一端滴封闭交替的波纹槽的下游端。这造成具有介质的过滤器介质14包括许多波纹槽腔，每个波纹槽腔具有靠近过滤器元件入口面11的一第一端和靠近过滤器元件出口面12的一第二端。被选择的诸波纹槽腔在第一端是畅开的和在第二端是封闭的(“入口波纹槽”)，同时被选择的诸波纹槽腔在第一端是封闭的和在第二端是畅开的(“出口波纹槽”)。
当使用以这方式构造的过滤器介质14时，在使用期间未过滤的流体，例如空气通过畅开的上游端19在入口面11进入波纹槽腔。不允许未过滤的流体通过它们进入的波纹槽腔的下游端，这是因为那些特定的波纹槽腔被一密封剂滴封闭。从而，迫使流体通过有波纹的片材17或平片材18前进。当未过滤的流体通过有波纹的片材17或平片材18时，流体被清洁或过滤。然后，流体通过它们的上游端被封闭和它们的下游端是畅开的诸波纹槽腔。
在过滤器介质14中所使用的波纹槽可以是许多类型的结构。其中可以，例如包括：直波纹槽，其中波纹槽相互平行；具有压扁端的直流纹槽；以及，锥形波纹槽，其中交替的波纹槽从一宽侧至一窄侧逐渐收缩，同时旁边相邻的波纹槽从一窄侧至一宽侧逐渐放大。
现在参阅图2，可以看到过滤器介质14是如何围绕中心件结构20的一部分21卷绕或成卷。图2在剖视图中还示出了密封件16。密封件16是用于与其中安装过滤器元件10的壳体23(图7)产生一密封。这一密封将阻止在过滤器元件10与壳体之间的流体泄漏，以确保未过滤的流体必须通过过滤器介质14，用于净化。密封件16能够包括各种类型的密封结构，例如轴向密封、径向密封或它们的组合。在图2所示的具体结构中，密封件16是被构造成与壳体23产生一径向密封件27(图7)的一径向密封件26。在这具体实施例中，由一框架结构28支承径向密封件26。该框架结构28包括从出口面12突出或沿轴向延伸的一延伸部分30。框架结构28还包括一侧缘或环32，该环用来将过滤器元件14固定于框架结构的其余部分。
在美国专利6,190,432中详细叙述了径向密封件26和将它用于对一壳体密封的方式，该专利内容已被结合在这里供参考。在图6中放大示出了这较佳的特定的径向密封件26。所示的较佳密封件26具有从一末端40和朝过滤器元件10的其余部分的方向增加外径的一有台阶的剖面结构和形成多个逐渐加大的台阶，在这例子中，有三个台阶37、38、39。最小台阶37便于过滤器元件10易于插入壳体10。最大的台阶39保证形成一紧密的径向密封。在较佳的情况中，径向密封件26由具有不大于25磅/立方英尺、通常约11-22磅/立方英尺的“作为模制的”密度(″as-molded″density)的一聚氨酯炮沫材料制成。这材料使密封件26是柔软的和可压缩的，从而密封件26能够被压缩在延伸部分30与它安装在其中的壳体23的一密封表面29之间。在较佳的使用中，密封件26的厚度被压缩约15％和40％之间。
较佳地，将由框架结构28支承径向密封件26，以帮助密封件26相对壳体23的密封表面29适当定位。框架结构28较佳地包括帮助支承密封件26的一构架系统(truss system)42(图1)。通常，该构架系统42包括被设置和构造成多个支柱或支承部分44，它们的设置和结构提供了结构支承并承受了由密封件26对着延伸部分30的压缩所施加的力。诸支柱和支承部分44可以被设置成许多结构。在图1所示的具体结构中，构架系统42包括多个在出口面12上对称布置的辐条46，这些辐条从中心在中心件结构20上的一轮毂47延伸和终止于延伸部分30和环32。构架系统42还包括在诸辐条46之间延伸的和连接各辐条的诸弧形部分48。
如上所述，过滤器元件10包括中心件结构(center piece construction)20。该中心件结构20提供了一安装结构，它用于保持和具有在其上安装的过滤器介质14。较佳地，中心件结构20还提供被构造和设置成连接于或被固定于一流体清洁系统中的其它部分的结构。例如，中心件结构20可以被构造成允许来自过滤器壳体的框架被固定于其上。它还提供的结构可以允许来自过滤器元件10、壳体23或过滤系统的其它部分的结构支撑件。或者，中心件结构20可以仅仅起到保持过滤器介质14和不用任何其它连接的作用。在中心件结构20不用连接的情况下，在一端或两端中心件结构20可以在一端或两端被一适当的塞子所阻塞。
在所示的具体实施例中，中心件结构20被构造和设置成可释放地、可选择地被固定或附连于框架结构28。在这具体实施例中，还将中心件结构20示为被固定于可选用的手柄22。
图3在示意的剖视图中示出了中心件结构20。在这具体实施例中，中心件结构20包括对于过滤器元件10的一中心孔51。孔51体现为管子52，带有插入圆筒体54的一壁58的一空心圆筒体54。该圆筒体54包括相对的第一和第二端56、57。第一端56被构造成用于可选择地附连于框架结构28，通常位于出口面12处。第二端57被构造成用于可任选地附连于手柄22，以及通常位于入口面11处。壁58所示为在圆筒体54的中央附近处，用于封闭内部59。壁58对在这段圆筒体提供结构支承。
如上所述，在所示的结构中，圆筒形54的第一端56被构造和设置成连接于框架结构28。现在参照图4，可以看到第一端56包括一钩子结构65。尤其是，钩子结构65包括至少一凸缘，例如在其自由端具有钩子66、67的一对可偏转的凸缘62、63，钩子66、67啮合于框架结构的中心轮毂47。尤其是，圆筒体54具有一对允许凸缘62、63相互朝对方(沿径向向内)偏转的被割出的延伸部分69、70。通常，由轮毂47对着钩子66、67所施加的凸轮作用力产生该偏转。当结构28和圆筒体54相互朝对方沿轴向移动和凸缘62、63向内偏转时，最终轮毂47将到达钩子66、67上的凹入部分72、73。当这发生时，凸缘62、63将朝向无应力位置的方向反向偏转，并因为轮毂47将被保持在钩子66、67之下，所以圆筒体54将固定于框架结构28。从圆筒体壁75沿径向延伸的和靠近凸缘62、63的一肋74防止框架28沿着圆筒体75向第二端57沿轴向滑动。应该理解的是：钩子结构65可以在框架28上并啮合于圆筒体54。
现在参阅图5，示出了可操作地固定于手柄22的第二端57。在这具体实施例中，手柄22为一把手或圆形把手76的形式。圆形把手76被设置成当它被安装在过滤器元件10上时，它包括一握持结构78。在一形式中，该握持结构78离开入口面有一足够远的距离，以允许一使用者的手或诸手指的一部分处于握持结构78与入口面11之间。在一例子中，握持结构78离开入口面(inlet face)11至少0.5英寸。所示的具体的圆形把手76包括靠近握持结构78的一轴80。所示出的握持结构78具有截头半圆体形。轴80被构造和设置成允许与圆筒体54方便地啮合。尤其是，轴80包括具有钩子85、86的一对可偏转的凸缘82、83。靠近各凸缘82、83的是割出的诸延伸部分(未示出)，诸延伸部分允许凸缘82、83沿径向向内和相互朝对方偏转。
在第二端57处，较佳的圆筒体54形成至少一个、和较佳地一对孔或空穴90、91。空穴90、91接纳偏转的凸缘82、83和啮合于钩子85、86，以提供在圆形把手76与圆筒体54之间的一掀扣配合啮合(snap-fit engagement)。同样，应该理解的是：能够颠倒这些部分，即，第二端57能够有倒钩或偏转的凸缘和手柄22上的啮合孔。
再次注意图3，注意所示的圆筒体54，相对于第一端56的割出的延伸部分69、70空穴90、91沿径向偏离90°。空穴90、91通常与凸缘62、63一致。以这方式如此布置是为了模制技术。
通常，为了装配过滤器元件10，将过滤器介质14围绕中心件51成卷或卷绕。在过滤器介质14围绕中心件51处于适当位置后，将保持径向密封件26的框架结构28安装到过滤件介质14上。这通过在偏转凸缘62、63与轮毂47之间的掀扣啮合进行。还例如用粘结剂将环32固定于成卷结构24的外环形表面79。通过在凸缘82、83与空穴90、91之间的啮合将圆形把手76扣入中心件51的第二端。当然，应该认识到的是：在将框架28固定于成卷结构54之前可以将圆形把手76固定于成卷结构54。
图7示出了一空气净化器100。该空气净化器包括带有操作地安装在其中的过滤器元件的壳体23。在图7所示的具体的空气净化器中，壳体23包括一本体件102和一可拆卸的罩盖104。通过锁闩106罩盖104可选择地从本体件102拆去。本体件23形成一入口孔108和一出口孔110。图7示出过滤器元件10可操作地安装在壳体23的内部112中。利用“可操作地安装”，意味着：过滤器元件10用所形成的密封27在壳体23内就位，从而能够进行正常的过滤工作。正常的过滤工作包括流体通过入口孔108、通过入口面11、通过过滤器元件14、流出出口面12和流出出口孔110。由于存在密封27，不允许流体相对过滤器介质14旁路流过。
为了对空气净化器100维护，通过释放锁闩106将罩盖104从本体件102拆下。然后握持圆形把手76，通过推动过滤器元件10离开密封表面29而释放密封27。从本体件102拉动过滤器元件10和离开内部112。然后丢弃过滤器元件10和用一新的过滤器元件10替换。插入新的过滤器元件10、通过本体件102中的一开口和对着密封表面29推动，直至径向密封件26与壳体23形成径向密封27。然后将罩盖104放在过滤器元件10的被暴露端上。然后通过固定锁闩106将罩盖104固定于本体件102。

Claims (17)

1.一种过滤器元件包括：
(a)一中心件结构包括具有一带相对第一和第二端的一壁的管件；
(i)所述中心件结构第一端包括一钩结构；
(A)所述钩结构包括至少一第一钩；
(ii)所述中心件结构第二端在所述壁中形成至少一空穴；以及
(b)一介质结构包括围绕所述中心件结构呈一成卷结构的、固定于一平片材的一有波纹片材；成卷结构具有许多波纹槽、一第一端和一相对的第二端；
(i)所述许多波纹槽包括许多入口波纹槽和许多出口波纹槽；
(A)所述入口波纹槽在靠近所述第一端的部分是畅开的和在靠近所述第二端的部分是封闭的；以及，所述出口波纹槽在靠近所述第一端的部分是封闭的和在靠近所述第二端的部分是畅开的。
2.按照权利要求1的过滤器元件，其特征在于：
(a)所述钩形结构包括第一和第二凸缘；第一和第二被割出的延伸部分；以及一突起的肋；
(i)所述第一第二被割出的延伸部分靠近所述第一和第二凸缘，以允许所述第一和第二凸缘沿径向相互朝对方偏转；
(ii)各所述第一和第二凸缘包括在其一自由端的一钩子；
(iii)所述突出的肋从所述壁沿径向延伸；所述肋被定位在所述第一和第二凸缘和所述壁的所述第二端之间；以及
(b)所述中心件结构第二端在所述壁中形成一对空穴；
(i)所述成对空穴与所述第一第二凸缘对齐。
3.按照权利要求2的过滤器元件，其特征在于，还包括：
(a)一框架具有一中心轮毂；所述框架固定于所述成卷结构；
(i)所述中心件结构固定于所述框架；以及
(ii)在所述第一和第二可偏转的凸缘上的所述钩啮合于所述中心轮毂。
4.按照权利要求4的过滤器元件，其特征在于：
(a)一密封件定位在所述成卷结构的所述第二端附近和被所述框架支承。
5.按照权利要求4的过滤器元件，其特征在于：
(a)所述框架具有一侧缘和一轴向延伸部分；
(i)所述侧缘确定框架的周围范围和将框架固定于所述成卷结构；
(ii)所述轴向延伸部分具有一环形部分；
(A)所述轴向延伸部分的所述环形部分支承所述密封件。
6.按照权利要求2-5的任一项的过滤器元件，其特征在于，还包括：
(a)固定于所述成卷结构的一圆形把手用于操纵过滤器元件。
7.按照权利要求6的过滤器元件，其特征在于：
(a)所述圆形把手具有一握持部分和一轴；
(i)所述轴包括一对可偏转的延伸部分，各延伸部分有一倒钩；
(ii)通过各倒钩和在所述壁中的所述成对的空穴之间的啮合，所述圆形把手揿扣配合于所述中心件结构的所述第二端。
8.按照权利要求1-7的任一项的过滤器元件，其特征在于：
(a)所述中心件结构管包括一圆筒体。
9.一种包括按照权利要求1-8的任一项的过滤器元件的空气净化器，所述空气净化器包括：
(a)一壳体形成一内部；以及
(b)所述过滤器元件可操作地和可拆卸地安装在过滤器内部中。
10.一种维护按照权利要求9的空气净化器的方法，该方法包括：
(a)打开壳体；以及
(b)握挂固定于过滤器元件的一把手，从壳体拆下过滤器元件。
11.一种装配一过滤器元件的方法，该方法包括：
(a)提供具有一第一和一相对的第一端的一过滤器中心件；
(b)提供具有固定于一平片材的一有波纹的片材的一介质结构；
(c)围绕过滤器中心件卷绕介质结构成为一成卷结构；成卷结构具有许多波纹槽、一第一端、一相对的第二端和一外环形表面；
(i)许多波纹槽包括许多入口波纹槽和出口波纹槽；
(A)入口波纹槽在靠近于第一端的部分是畅开的和在靠近于第二端的部分是封闭的；以及，出口波纹槽在靠近于第一端的部分是封闭的，在靠近第二端的部分是畅开的；以及
(d)固定至少下列之一：
(i)通过将过滤器中心件的第一端掀扣固定于一框架而将成卷的结构固定于一框架；以及
(ii)通过将一把手掀扣固定于过滤器中心件的第二端而将一把手固定于成卷结构。
12.按照权利要求11的方法，其特征在于：
(a)所述固定步骤通过将过滤器中心件的第一端掀扣固定于一框架而将成卷结构固定于一框架；以及，通过将一把手揿扣固定于过滤器中心件的第二端而将一把手固定于成卷结构。
13.按照权利要求12的方法，其特征在于：
(a)在所述固定成卷结构步骤之前完成所述固定一把手的步骤。
14.按照权利要求12或13的方法，其特征在于，还包括：
(a)将一密封件固定于成卷结构。
15.按照权利要求14的方法，其特征在于：
(a)所述将一密封件固定于成卷结构的步骤包括所述将成卷结构固定于支承密封件的一框架的步骤。
16.按照权利要求15的方法，其特征在于：
(a)所述将成卷结构固定于一框架的步骤包括使一对有钩的凸缘与框架的一中心轮毂啮合。
17.按照权利要求12-16的任一项的方法，其特征在于：
(a)所述将一把手固定于成卷结构的步骤包括将具有一对延伸的倒钩掀扣固定进入在过滤件中心件的第二端中的一对空穴内。
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