DE20023678U1

DE20023678U1 - Filteranordnung

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Publication number: DE20023678U1
Application number: DE20023678U
Authority: DE
Original assignee: Donaldson Co Inc
Current assignee: Donaldson Co Inc
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2010-11-10

Abstract

Filteranordnung, umfassend:
(a) ein erstes Filterelement mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden; eine axiale Länge zwischen den ersten und zweiten Enden; und mehrere Rillen, die eine Rillenkonstruktion bilden;
(i) wobei jede der Rillen einen ersten Endabschnitt anschließend an das erste Ende des ersten Filterelementes und einen zweiten Endabschnitt anschließend an das zweite Ende des ersten Filterelementes hat;
(A) wobei ausgewählte Rillen an dem ersten Endabschnitt offen und an dem zweiten Endabschnitt geschlossen sind; und ausgewählte Rillen an dem ersten Endabschnitt geschlossen und an dem zweiten Endabschnitt offen sind;
(ii) die Rillenkonstruktion einen mittigen Kern besitzt;
(iii) das erste Filterelement einen nicht-runden Querschnitt mit gegenüberliegenden, durch Abschnitte verbundenen gerundeten Enden besitzt;
(b) ein das erste Filterelement umgebendes Hülsenelement;
(i) wobei das Hülsenelement einen Querschnitt besitzt, der mit dem Querschnitt des ersten Filterelementes zusammenpasst;
(ii) das Hülsenelement eine Wand mit einer Läge besitzt, die...

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung beschreibt Filterkonstruktionen zum Filtern von Fluiden, wie Gas oder Flüssigkeit. Insbesondere beschreibt diese Offenbarung ein Filterelement, ein Vorfilter und ein Gehäuse, die insbesondere für Gasturbinensysteme vorteilhaft sind.
Hintergrund
Gasturbinensysteme sind zum Erzeugen von Elektrizität anwendbar. Diese Arten von Systemen sind insbesondere dadurch vorteilhaft, dass sie schnell gebaut werden können; sie sind auch wünschenswert, weil sie weniger schädliche Emissionen als Turbinensysteme auf Kohlen- oder Ölbasis erzeugen. Gasturbinen nutzen Luft für Verbrennungszwecke. Aufgrund der sich bewegenden Präzisionsteile bei diesen Systemtypen muss die Verbrennungsluft sauber sein. Um saubere Luft für die Verbrennung zu gewährleisten, werden Luftfilter verwendet, um die in das Gasturbinensystem angesaugte Luft zu reinigen. In bekannten Systemen wird eine Reihe von Flächenfiltern zum Reinigen der Ansaugluft verwendet. Da die Systeme technisch ausgereifter wurden, wurde sauberere Luft erforderlich. Dieses bewirkte einen Anstieg der Kosten.
Verbesserungen beim Reinigen der in Gasturbinensystemen angesaugten Luft sind wünschenswert.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einem Aspekt beschreibt die Offenbarung eine Filteranordnung. Allgemein umfasst die Filteranordnung ein erstes Filterelement, das gegenüberliegende erste und zweite Enden besitzt; eine axiale Länge zwischen den ersten und beiden Enden; und mehrere Rillen. Jede der Rillen hat einen ersten Endabschnitt anschließend an das erste Ende des ersten Filterelementes und einen zweiten Endabschnitt anschließend an das zweite Ende des ersten Filterelementes. Ausgewählte Rillen sind an dem ersten Endabschnitt offen und am zweiten Endabschnitt geschlossen; und ausgewählte Rillen sind am ersten Endabschnitt geschlossen und am zweiten Endabschnitt offen. Ein Hülsenelement ist am ersten Filterelement befestigt und umgibt dieses. Das Hülsenelement ist in Bezug auf das erste Filterelement so ausgerichtet, dass es sich über mindestens 30 Prozent der axialen Länge des ersten Filterelementes erstreckt. Ein Dichtungselementdruckflansch umgibt das Hülsenelement mindestens teilweise.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Filtrationssystem beschrieben, das einen Rohrboden, der mindestens eine einzige Durchgangsbohrung besitzt; ein in der Bohrung herausnehmbar und austauschbar befestigtes Hülsenelement; einen Flansch, der das Hülsenelement mindestens teilweise umgibt; ein zwischen und an den Flansch und den Rohrboden gepresstes Dichtungselement; und ein in dem Hülsenelement befestigtes erstes Filterelement umfasst. Das erste Filterelement ist vorzugsweise ein gerade durchströmtes System, das ein Rillenmedium umfasst.
Es wird auch ein Vorfilterelement beschrieben. Vorzugsweise ist das Vorfilterelement herausnehmbar stromaufwärts von einem Primärfilterelement in einem Hülsenelement befestigt.
Es werden Systeme zum Anwenden bevorzugter Filteranordnungen beschrieben. Besonders geeignete Systeme umfassen Gasturbinensysteme.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Luftansaugsystems für ein Gasturbinensystem, das gemäß den hierin offenbarten Prinzipien aufgebaute Luftfilteranordnungen besitzt.
2 ist eine schematische Vorderansicht einer Ausführungsform einer Luftfilteranordnung, die in einem Rohrboden eingebaut ist, wobei das Primärfilterelement sichtbar ist.
3 ist eine schematische Rückansicht der in 2 dargestellten Luftfilteranordnung, wobei das Vorfilterelement sichtbar ist.
4 ist eine schematische Seitenansicht der Luftfilteranordnung der 2 und 3, im Rohrboden eingebaut.
5 ist eine schematische, fragmentarische vergrößerte Schnittansicht der Filteranordnung der 2 – 4 entlang der Linie 5 – 5 der 3.
6 ist eine schematische, vergrößerte Draufsicht einer Ausführungsform einer zum Halten der Luftfilteranordnung der 2 – 4 im Rohrboden verwendeten Lasche.
7 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Luftfilteranordnung der 2 – 4, und aus dem Rohrboden ausgebaut, ist das Primärfilterelement sichtbar.
8 ist eine schematische Vorderansicht der Luftfilteranordnung der 7, wobei das Primärfilterelement sichtbar ist.
9 ist eine Draufsicht der Filteranordnung der 7 und 8.
10 ist eine schematische auseinander gezogene vergrößerte perspektivische Ansicht einer Klammer und einer Hülse zum Halten der in der Filteranordnung der 2 – 4 und 7 – 9 verwendeten Filterelemente.
11 ist eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform eines in den Filteranordnungen der 2 – 4 und 7 – 9 verwendeten Vorfilters.
12 ist eine schematische Seitenansicht des Vorfilters der 11.
13 ist eine schematische Unteransicht des Vorfilters der 11 und 12.
14 ist eine schematische Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines in den Filteranordnungen der 2 – 4 und 7 – 9 verwendeten Vorfilters während des Einbaus.
15 ist eine schematische Draufsicht eines anderen Einbauschrittes des Vorfilters der 14.
16 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Teiles des in dem in den 2, 7 und 8 dargestellten Primärfilterelement anwendbaren Filtermediums.
Ausführliche Beschreibung
A. 1, verwendetes System
Die hierin offenbarten Luftreinigeranordnungen und – konstruktionen sind in einer Vielzahl von Systemen anwendbar. 1 zeigt bei 20 schematisch ein spezielles System, in diesem Fall ein Gasturbinensystem.
In 1 ist mit den Pfeilen 23 ein in ein Luftansaugsystem 22 angesaugter Luftstrom gezeigt. Das Luftansaugsystem 22 umfasst mehrere Filteranordnungen 24, die grundsätzlich in einem Rohrboden 36 gehalten werden. In bevorzugten Systemen wird der Rohrboden 36 so konstruiert sein, dass er die Filteranordnungen 24 in einem Winkel in Bezug auf eine Vertikalachse hält. Bevorzugte Winkel liegen zwischen 5–25°, zum Beispiel ungefähr 7°. Dadurch kann Flüssigkeit aus den Filteranordnungen 24 ablaufen, wenn das System 20 nicht arbeitet.
Die Luft wird in den Luftfilteranordnungen 24 gereinigt und strömt dann an den Pfeilen 26 stromabwärts in einen Gasturbinengenerator 28, wo sie zum Erzeugen von Energie verwendet wird.
B. Überblick über die Luftfilteranordnung
Ein Beispiel einer in dem System 20 anwendbaren Luftfilteranordnung 24 ist in den 2 – 4 gezeigt. Im Allgemeinen umfasst die Luftfilteranordnung 24 ein erstes oder Primärfilterelement 30 und ein zweites Filterelement 32, das als ein Vorfilter fungiert. Mit dem Begriff „Vorfilter" ist ein Abscheider gemeint, der stromaufwärts vom Haupt- oder Primärfilterelement 30 angeordnet ist, der wirksam ist, um große Partikel aus dem Gasstrom zu entfernen. Das Primärfilterelement 30 ist in 2 sichtbar, während das Vorfilter 32 in 3 sichtbar ist. Das Primärfilterelement 30 und das Vorfilterelement 32 sind vorzugsweise innerhalb eines Hülsenelementes 34 befestigt, das in einer Öffnung 38 im Rohrboden 36 lösbar befestigbar ist. Im Allgemeinen wird der Luftstrom durch das Luftansaugsystem 22 angesaugt und strömt zuerst durch das Vorfilterelement 32 und dann durch das Primärfilterelement 30. Nach dem Austreten aus dem Primärfilterelement 30 wird die Luft in den Generator 28 geleitet.
C. Das Primärfilterelement
Bezugnehmend auf die 2, 5 und 7 ist das Primärfilterelement 30 so aufgebaut, dass es eine gerade Durchströmung erlaubt. Mit dem Begriff „gerade Durchströmung" ist gemeint, dass das Fluid direkt durch das Filterelement 30 strömt, wobei es an einer Einlassfläche 40 eintritt und an einer gegenüberliegend angeordneten Auslassfläche 42 austritt, wobei die Richtung des an der Einlassfläche 40 eintretenden Fluidstromes gleich der Richtung des an der Auslassfläche 42 austretenden Fluidstromes ist. In 2 sollte verständlich sein, dass die Auslassfläche 42 schematisch gezeigt ist. Das heißt, nur ein Teil der Fläche 42 ist mit Rillen gezeigt. Es sollte verständlich sein, dass in typischen Systemen die gesamte Fläche 42 gerillt ist.
Das Filterelement 30 hat ein erstes Ende 44 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 46. In der in 2 dargestellten Anordnung entspricht das erste Ende 44 einer Einlassfläche 40 am stromaufwärts liegenden Ende, während das zweite Ende 46 einer Auslassfläche 42 am stromabwärts liegenden Ende entspricht. Die gerade Durchströmung erlaubt das Einströmen des Gasstromes in das erste Ende 44 und Austreten am zweiten Ende 46, so dass die Richtung des Luftstromes in das erste Ende 44 gleich der Richtung des Luftstromes ist, der am zweiten Ende 46 austritt. Gerade Durchströmungsmuster können den Turbulenzanteil im Gasstrom reduzieren.
Die Aufmerksamkeit wird auf 16 gerichtet. 16 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die die Prinzipien der Arbeitsweise bestimmter, bevorzugter, in dem Primärfilterelement 30 anwendbarer Medien zeigt. In 16 ist ein Filtermedium in Form einer gewellten Konstruktion generell mit 50 bezeichnet. Vorzugsweise umfasst die gewellte Konstruktion 50: eine Schicht 52 aus Wellungen, die ein Vielzahl von Rillen 54 besitzt, und eine Decklage 56. Die Ausführungsform der 16 zeigt zwei Abschnitte der Decklage bei 56A (dargestellt auf der Oberseite der gewellten Schicht 52) und bei 56B (dargestellt unterhalb der gewellten Schicht 52). Typischerweise umfasst die bevorzugte gewellte Konstruktion 50 die an der unteren Decklage 56B befestige gewellte Schicht 52. Bei Anwendung dieser gewellten Konstruktion 50 in einer gerollten Gestaltung wird sie typischerweise um sich selbst herum gewickelt, so dass die untere Decklage 56B die Oberseite der gewellten Schicht 52 abdecken wird. Die Decklage 56, die die Oberseite der gewellten Schicht 52 abdeckt, ist mit 56A bezeichnet. Es sollte verständlich sein, dass die Decklage 56A und 56B die selbe Lage 56 sind.
Bei Anwendung dieser Art der gewellten Konstruktion 50 bilden die Wellenkammern 58 vorzugsweise sich abwechselnde Wellenberge 60 und Wellentäler 62. Die Wellentäler 62 und Wellenberge 60 teilen die Wellen in zwei Reihen, von denen eine benachbart (in 16 oberhalb oder an der Oberseite) zur anderen Reihe angeordnet ist. In der speziellen, in 16 gezeigten Konfiguration bilden die oberen Wellen Wellenkammern 64, die am stromabwärts liegenden Ende geschlossen sind, während die Wellenkammern 66, deren stromaufwärts liegenden Enden geschlossen sind, die untere Reihe der Wellen bilden. Die Wellenkammern 66 sind durch eine erste Endwulst 68 verschlossen, die einen Teil des stromaufwärts liegenden Endes der Welle zwischen der gewellten Lage 52 und der zweiten Decklage 56B füllt. Gleichermaßen schließt eine zweite Endwulst 70 das stromabwärts liegende Ende von abwechselnden Wellen 64.
Bei Anwendung von in Form einer gewellten Konstruktion 50 konstruierten Medien tritt während der Anwendung ungefiltertes Fluid, wie zum Beispiel Luft, in die Wellenkammern 64 ein, wie es durch die schattierten Pfeile 72 gezeigt ist. Bei den Wellenkammern 64 sind die stromaufwärts liegenden Enden 74 offen. Der ungefilterte Fluidstrom kann die stromabwärts liegenden Enden 76 der Wellenkammern 64 nicht passieren, weil deren stromabwärts liegende Enden 76 durch die zweite Endwulst 70 verschlossen sind. Deshalb wird das Fluid gezwungen, durch die gewellte Lage 52 oder die Decklage 56 weiter zu strömen. Wenn das ungefilterte Fluid durch die gewellte Lage 52 oder Decklage 56 strömt, wird das Fluid gereinigt oder gefiltert. Das gereinigte Fluid wird durch den nicht schattierten Pfeil 78 angegeben. Das Fluid passiert dann die Wellenkammern 66, deren stromaufwärts liegende Enden 80 geschlossen sind, um durch die offenen stromabwärts liegenden Enden aus der gewellten Konstruktion 50 herauszuströmen. Mit der gezeigten Konfiguration kann das ungefilterte Fluid durch die gewellte Lage 52, die obere Decklage 56A oder die untere Decklage 56B und in eine Wellenkammer 66 strömen.
Die gewellte Konstruktion 50 wird typischerweise in eine gerollte oder aufgewickelte Form gewickelt, wie es in 7 gezeigt ist. Das Wickeln oder Rollen der gewellten Konstruktion 50 kann auf verschiedene Weise erfolgen. Die gewellte Konstruktion 50 kann um einen mittigen Kern gewickelt werden; alternativ kann die gewellte Konstruktion 50 kernlos sein. Nochmals Bezugnehmend auf die 2, 7 und 8 ist zu beachten, dass die Querschnittsform des Filterelementes 30 grundsätzlich rund ist. Der Querschnitt könnte in anderen Ausführungsformen auch nicht-rund sein, wie zum Beispiel oval oder „rennbahnförmig". Mit „oval" oder „rennbahnförmig" ist gemeint, dass ein Filterelement ein gerundetes (in einigen Ausführungsformen halbkreisförmiges) Ende und ein gegenüberliegendes gerundetes (in einigen Ausführungsformen halbkreisförmiges) Ende definieren würde. Die gerundeten Enden würden durch ein Paar gerader Abschnitte verbunden sein.
Das Medium 50 kann ein synthetisches Polyesthermedium sein, ein aus Zellulose hergestelltes Medium oder Mischungen aus diesen Materialarten. Ein Beispiel eines geeigneten Zellulosemediums ist: eine Masse pro Flächeneinheit von ungefähr 45 – 55 lbs./3000 ft² (84,7 g/m²), zum Beispiel 48 – 54 lbs./3000 ft²; eine Dicke von ungefähr 0,005 – 0,015 in. (ungefähr 0,13 – 0,38 mm), zum Beispiel ungefähr 0,010 in. (0,25 mm); Frazier-Durchlässigkeit von ungefähr 20 – 25 ft/min (ungefähr 6,1 – 7,6 m/min), zum Beispiel ungefähr 22 ft/min (6,7 m/min); Porengröße von ungefähr 55 – 65 μm, zum Beispiel ungefähr 62 μm; Nass-Zugfestigkeit von mindestens ungefähr 7 lbs/in (9,18 kg/in) (mindestens ungefähr 1,25 kg/cm), zum Beispiel ungefähr 8,5 lbs./in (3,9 kg/in (1,52 kg/cm)); Berstfestigkeit nass aus der Maschine von ungefähr 15 – 25 psi (ungefähr 103 – 172 kPa), zum Beispiel ungefähr 23 psi (159 kPa). Das Zellulosemedium kann mit einer feinen Faser behandelt sein, zum Beispiel mit Fasern, die eine Größe (Durchmesser) von 5 μm oder weniger, und in einigen Fällen im Submikrometerbereich haben. Zum Auftrag der feinen Faser auf das Medium kann eine Vielzahl von Verfahren verwendet werden, wenn es erwünscht ist, eine feine Faser zu verwenden. Einige solcher Lösungen sind zum Beispiel im US-Patent 5,423,892, Spalte 32 in den Zeilen 48 – 60 eingehend dargelegt. Insbesondere sind solche Verfahren in den US-Patenten Nr. 3,878,014, 3,676,242; 3,841,953; und 3,849,241 beschrieben, die durch Bezugnahme hierin eingeschlossen sind. Eine Alternative ist eine unter Betriebsgeheimnis fallende Lösung, die ein über konventionellem Medium angeordnetes feines Polymerfasergewebe umfasst, das als Betriebsgeheimnis durch die Donaldson Company unter der Bezeichnung ULTRA-WEB^® in der Praxis umgesetzt wird. Wenn die Anwendung von feinem Fasermaterial gewünscht wird, gibt es in Bezug auf die Filterelementkonfigurationen keine besondere Bevorzugung, wie die feinen Fasern hergestellt werden; und welches besondere Verfahren verwendet wird, um die feinen Fasern aufzutragen. Typischerweise würde ausreichend feines Fasermaterial aufgetragen, bis die sich ergebende Filtermediumkonstruktion die folgenden Eigenschaften haben würde: Anfangswirkungsgrad von durchschnittlich 99,5 %, ohne individuellen Test unter 90 %, getest gemäß SAE J726C unter Anwendung von SAE-Feinstaub; und ein Gesamtwirkungsgrad von durchschnittlich 99,98 % gemäß SAE J726 C.
Beispiele anwendbarer Filterkonstruktionen sind in dem US-Patent Nr. 5,820,646 beschrieben, das durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
D. Das Vorfilterelement
Die Aufmerksamkeit wird nun auf die 3 und 11 – 13 gerichtet. Das Vorfilterelement 32 ist dargestellt. Vorzugsweise ist das Vorfilterelement 32 eine Faltenkonstruktion 90, die mehrere einzelne Falten 92 umfasst. Die Falten 92 sind in einer Zickzack-Form angeordnet. Wie in den 3, 11 und 13 zu sehen ist, haben bevorzugte Vorfilterelemente 32 einen grundsätzlich runden Querschnitt.
Das Vorfilterelement 32 ist so konfiguriert, dass es einen geraden Durchfluss erlaubt. Mit anderen Worten, die Luft strömt direkt durch das Vorfilterelement 32, wobei sie an einer Einlassfläche 94 eintritt und an einer gegenüberliegend angeordneten Auslassfläche 96 austritt und die Richtung des an der Einlassfläche 94 eintretenden Fluidstromes gleich der Richtung des an der Auslassfläche 96 austretenden Fluidstromes ist.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen gibt es mindestens 15 Falten 92, nicht mehr als 80 Falten 92, und typischerweise 30 – 50 Falten 92. Die Faltenkonstruktion 90 ist aus einem Medium 98 gemacht, das in Form von um einen zentralen Kern 100 zentrierten Falten 92 gefaltet ist. Anwendbare Mediumarten 98 umfassen Glasfaser oder alternativ ein im Luftstrom aufgebrachtes Medium. Spezifische Eigenschaften eines anwendbaren Mediums 98 umfassen: ein trocken aufgebrachtes Filtermedium, dass aus zufallsorientierten Polyesterfasern hergestellt ist, so dass sie ein Gewebe bilden, dass ein Gewicht von 2,7 – 3,3 oz./yd³ (92 – 112 g/m³); eine freie Dicke (d. h.
Dicke bei 0,002 psi (13,8 Pa)) von 0,25 – 0,40 in. (6,4 – 10,2 mm); und eine Durchlässigkeit von mindestens 400 ft./min (122 m/min) besitzt.
Bevorzugte Vorfilterelemente 32 umfassen einen Filterträger oder eine Filterauskleidung 102, zumindest auf der stromabwärts liegenden Seite 96. Der Filterträger oder die Filterauskleidung 102 können aus einem ausgedehnten Sieb aufgebaut sein, das aus Kunststoff oder Metall hergestellt ist. Es sollte beachtet werden, dass das Futterrohr 102 in 11 schematisch dargestellt ist. 11 zeigt das Futterrohr 102 nur über einem bestimmten Abschnitt der Auslassfläche 96. Dieses soll darstellen, dass das Futterrohr 102 die gesamte Auslassfläche 96 bedeckt. In bestimmten alternativen Ausführungsformen kann die Einlassfläche 94 ebenfalls einen Filterträger oder eine Filterauskleidung besitzen.
Immer noch unter Bezugnahme auf 11 gibt es in dem dargestellten Vorfilterelement 32 einen Kleber 104, der verwendet wird, um das Vorfilterelement 32 in der Form einer runden Faltenkonstruktion 90 zu halten. Insbesondere kann das Dichtungsmittel 104 eine Raupe 106 aus Heißschmelze sein, die nach der Formgebung in eine runde Form auf die Faltenkonstruktion 90 aufgetragen wird. Die Raupe 106 verfestigt sich und hilft, die Faltenkonstruktion 90 in ihrer runden Form zu halten.
Im Allgemeinen kann das Vorfilterelement 32 herausnehmbar und austauschbar in dem Hülsenelement 34 eingebaut sein. Das Hülsenelement 34 wird nachfolgend ausführlicher beschrieben. In bestimmten Systemen wird das Vorfilterelement 32 durch Quetschen oder Zusammendrücken der Endspitzen 108 des Mediums 98 gegen die Innenseitenwand des Hülsenelementes 34 in dem Hülsenelement 34 gehalten. Mit anderen Worten, das Primärfilterelement 32 ist vorzugsweise so aufgebaut, dass es im freien Zustand ein anfängliches äußerstes Ausmaß (in diesem Fall Durchmesser) besitzt, das größer ist als der Innendurchmesser des Hülsenelementes 34. Beim Anordnen innerhalb des Hülsenelementes 34 werden die Endspitzen 108 des Mediums 98 zwischen der Innenseitenwand des Hülsenelementes 34 und dem Ende der Auskleidung 102 gequetscht, zusammengedrückt, gebogen oder gepresst.
Eine alternative Ausführungsform eines Vorfilterelementes ist in den 14 und 15 allgemein mit 120 dargestellt. Das Vorfilterelement 120 ist gleich dem Vorfilterelement 32 derart, dass es eine Faltenkonstruktion 122 aus einzelnen Falten 124 umfasst. Das Vorfilterelement 120 ist anders als das Vorfilterelement 32 zusammengebaut. In dieser Ausführungsform wird das Vorfilterelement 120 durch Falten einer Lage aus Filtermedium 126 in eine Reihe von Falten 124 aufgebaut. Dieses bildet eine grundsätzlich rechteckige Lage 128 aus Faltenmedium. Die Lage 128 wird in eine Polyurethan enthaltende Form eingesetzt. Das Polyurethan wird gehärtet, so dass sich ein festes rechteckiges Ende 130 aus zusammendrückbarem Polyurethan bildet. Diese Platte 132 kann dann in das Vorfilterelement 120 eingebaut werden.
Die Aufmerksamkeit wird auf 15 gerichtet. 15 zeigt die Schritte des Einbaus der Platte 132 in das Vorfilterelement 120. Das Ende 130 wird zusammengedrückt, um einen Kern 134 zu bilden. Die Endfalten 136, 138 werden dann in die Richtung der Pfeile 140, 142 zueinander bewegt. Auf diese Weise wird die Faltenplatte 132 aufgefächert, um das runde Vorfilterelement 120 zu bilden. Die Endfalten 136 und 138 werden dann durch einen Clip miteinander verbunden.
Das Vorfilterelement 120 ist dadurch vorteilhaft, dass das Vorfilterelement 120 in der Form der Platte 132 gelagert und zum Endnutzer versandt werden kann. Unmittelbar vor dem Einbau kann die Platte 132 aufgefächert werden, um das sich ergebende runde Vorfilterelement 120 zu bilden.
E. Das Hülsenelement und das Verriegelungssystem
Bevorzugte, gemäß den hierin enthaltenen Prinzipien aufgebaute Filteranordnungen 24 haben ein Hülsenelement 34, das am Primärfilterelement 30 befestigt ist und dieses umgibt.
Grundsätzlich fungiert das Hülsenelement 34 zum Festhalten des Primärelementes 30 im Luftansaugsystem 22. Bevorzugte Hülsenelemente 34 halten außerdem das Vorfilterelement 32 stromaufwärts vom Primärelement 30 fest.
Die Aufmerksamkeit wird auf die 7 – 9 gerichtet. Ein bevorzugtes Hülsenelement 34 ist dargestellt, das das Primärelement 30 hält. Wie in den 7 und 8 zusehen ist, hat das Hülsenelement 34 vorzugsweise einen Querschnitt, der mit dem Querschnitt des Primärfilterelementes zusammenpasst. In diesem Fall hat das Primärfilterelement 30 einen grundsätzlich runden Querschnitt; deshalb hat das bevorzugte Hülsenelement 34 einen grundsätzlich runden Querschnitt. Es sollte verständlich sein, dass das Primärelement 30 in anderen Ausführungsformen einen Querschnitt mit anderer Form haben kann. In solchen Fällen hätte das Hülsenelement 34 einen Querschnitt, der mit dem Querschnitt des Filterelementes 30 übereinstimmt.
Wie in 5 zu sehen ist, umfasst das Hülsenelement 34 eine Umgebungswand 150, die in einer Form gerundet ist, die zu einem umgebenden Ring 152 führt. Die Wand 150 hat eine Länge, die sich grundsätzlich vom Ende 153 (das in diesem Fall gleich ist mit dem zweiten Ende 46 oder der Auslassfläche 42 des Primärelementes 30) zu einem gegenüberliegenden Ende 154 erstreckt. Das Hülsenelement 34 ist vorzugsweise in Bezug auf das Primärfilterelement 30 so ausgerichtet, dass es sich mindestens über 30 % der axialen Länge des Primärfilterelementes 30 erstreckt. In vielen typischen Anordnungen erstreckt sich das Hülsenelement 34 mehr als 50 % über die axiale Länge des Primärfilterelementes 30. Tatsächlich erstreckt sich das Hülsenelement 34 in den am meisten bevorzugten Anordnungen über mindestens die gesamte Länge (dass heißt 100 %) der axialen Länge des Primärfilterelementes 30. In vielen typischen Anwendungen hat das Hülsenelement 34 einen Radius von mindestens 10 inches (25,4 cm), typischerweise 15 – 30 inches (38,1 – 76,2 cm), und in einigen Fällen nicht mehr als 50 inches (127 cm).
Das Hülsenelement 34 ist vorzugsweise mit einem Dichtungssystem aufgebaut und angeordnet, um das Befestigen des Primärfilterelementes 30 am Rohrboden 36 zu erlauben, ohne zuzulassen, dass unbeabsichtigt Luftmengen am Primärelement 30 vorbeiströmen. In der in den 3, 5 und 7 – 9 dargestellten Anordnung umfasst das Hülsenelement 34 einen Dichtungselementdruckflansch 160. Der Flansch 160 umgibt die Wand 150 des Hülsenelementes 34 mindestens teilweise, und in den am meisten bevorzugten Ausführungsformen vollständig. Tatsächlich ist der Flansch 160 in den meisten bevorzugten Ausführungsformen mit der Wand 150 als ein einziges Strangpressteil 151 stranggepresst und dann in eine Form gebogen, die mit der Querschnittsform des Primärelementes 30 zusammenpasst. Der Dichtungselementdruckflansch 160 ist als ein hinterer Anschlag zum Halten eines Dichtungselementes 162 wirksam, um eine Dichtung 164 zwischen und am Flansch 160 und Rohrboden 36 zu erzeugen. Vorzugsweise erstreckt sich der Flansch 160 radial von der Wand 150 des Hülsenelementes 34 und umgibt das Dichtungselement 34 vollständig. Der Flansch 160 erstreckt sich radial von der Wand 150 in ausreichendem Abstand, um das Dichtungselement 162 zu halten. Im allgemeinen wird dieser Abstand mindestens 0,1 inches (2,54 mm) betragen, typischerweise 0,25 -2 inches (6,35 – 50,8 mm), und kann sich in einigen Ausführungsformen nicht mehr als über 10 inches (25,4 cm) erstrecken.
Wie oben erwähnt wurde, werden der Flansch 160 und die restlichen Teile des Hülsenelementes 34 vorzugsweise als ein einziges Materialstück stranggepresst. In vielen Anwendungen ist es vorteilhaft, das Hülsenelement 34 und den Flansch 160 aus Kunststoff strangzupressen, wie zum Beispiel einem hochschlagfesten Polystyren. Nach dem Strangpressen wird die Wand 150 mit dem verlängerten Flansch 160 in die gewünschte Länge geschnitten. Die Wand 150 mit verlängertem Flansch 160 wird in eine gerundete Form gebogen, um das Primärfilterelement 30 zu halten. Das Biegen kann durch einen Kaltwalzprozess ausgeführt werden. Die Enden 166, 168 des Strangpressteiles 151 sind in dieser Stufe nicht miteinander verbunden.
Die Aufmerksamkeit wird auf 10 gerichtet. 10 zeigt die Wand 150 mit aneinanderstoßenden Enden 166, 168. Bevor die Enden 166, 168 des Strangpressteiles 151 zusammen geschoben werden, wird das Primärfilterelement 30 im Hülsenelement 34 eingebaut. In einigen Anwendungen wird Kleber auf die Außenwand des Primärelementes 30 aufgetragen; alternativ wird Kleber an der Innenfläche der Wand 150 entlang aufgetragen; alternativ wird Kleber sowohl auf die Außenfläche des Primärelementes 30 als auch auf die Innenfläche der Wand 150 aufgetragen. Das Primärelement 30 wird dann in der durch das Hülsenelement 34 ausgebildeten Öffnung 170 angeordnet. Eine Spannmaschine drückt dann das Ende 166 und das Ende 168 in aneinanderfügenden Eingriff, um eine Verbindung 174 zu bilden. Ein Steckteil oder eine Halteklammer 172 wird dann über der Verbindung 174 angeordnet, um das Hülsenelement 34 in seiner Endform zu befestigen (in dem gezeigten Beispiel in den Figuren eine grundsätzlich runde Form). Vorzugsweise wird die Halteklammer 172 in dauerhafter Art und Weise am Hülsenelement 34 befestigt. Zum Beispiel kann die Halteklammer 172 durch Ultraschallschweißen an der Wand 150 befestigt werden.
Beachte, dass die Klammer 172 so gestaltet ist, dass sie die Verbindung 174 zwischen dem Ende 153 und dem Ende 154 vollständig überdeckt. Dass heißt, die Klammer 172 hat ein Ende 176, das grundsätzlich bündig oder gleich mit dem Ende 153 ist. Die Klammer hat ein Ende 178, das grundsätzlich bündig oder gleich mit dem Ende 154 ist. Die Klammer 172 hat außerdem zwischen den Enden 176, 178 ein vorspringendes Teil 180, das den Flansch 160 überdeckt und mit diesem ineinander greift. Bevorzugte Formen des vorspringenden Teiles 180 sind etwa so, dass sie eine innere Tasche 182 in der Negativform des Flansches 160 definieren. In der in 10 dargestellten Ausführungsform ist das vorspringende Teil 180 U-förmig.
Die Aufmerksamkeit wird auf 5 gerichtet. Es ist zu sehen, dass der Flansch 160 erste und zweite gegenüberliegende axiale Seiten 190, 192 umfasst. Eine der axialen Seiten, in diesem Fall Seite 190, hält das Dichtungselement 162. Das Dichtungselement 162 umfasst grundsätzlich eine runde Dichtungsmanschette 194. Die Dichtungsmanschette 194 ist vorzugsweise durch Kleber zwischen der Dichtungsmanschette 194 und der Seite 190 des Flansche 160 am Flansch 160 befestigt. Die Dichtungsmanschette 194 ist so am Flansch 160 angeordnet, dass die Dichtungsmanschette 194 die Wand 150 und das Primärelement 30 vollständig umgibt.
Die dargestellte Anordnung umfasst außerdem ein System zum Arretieren des Hülsenelementes 34 am Rohrboden 36. In der in den 3, 5 und 6 dargestellten Ausführungsform umfasst das Verriegelungssystem mehrere Sperrklinken oder Klemmen 200. Es sollten genug Sperrklinken oder Klemmen 200 vorhanden sein, um eine gute, undurchlässige Dichtung 164 zwischen dem Flansch 160 und dem Rohrboden 36 zu bilden, wenn das Hülsenelement 34 funktionell im Rohrboden 36 eingebaut ist. In der in 3 gezeigten Ausführungsform gibt es 4 Klemmen 200. Jede der Klemmen 200 ist am Umfang des Flansches 160 entlang radial gleichmäßig beabstandet. In bestimmten anderen Ausführungsformen können weniger als 4 Klemmen 200 vorhanden sein.
Die Aufmerksamkeit wird auf die 5 und 6 gerichtet. In 5 ist die Klemme 200 im Querschnitt gezeigt. Jede der Klemmen 200 umfasst einen Hebel 202, eine Nase 204 und eine Platte 206. Die Platte 206 umfasst Öffnungen 208, 210 zum Aufnehmen eines Befestigungsmittels, wie zum Beispiel einer Schraube 212, zum Befestigen der Klemme 200 am Rohrboden 36.
Die Nase 204 ist wirksam, um Druck auf den Flansch 160 auszuüben und das Dichtungselement 162 an den Rohrboden 36 zu drücken. Der Hebel 202 ist wirksam, um die Nase 204 wahlweise zum Rohrboden 36 und von diesem weg zu bewegen. Zum Beispiel kann beim Installieren der Filteranordnung 34 im Rohrboden 36 eine Person mit dem Daumen oder der Hand den Hebel 202 niederdrücken, um die Nase 204 in eine Richtung weg vom Rohrboden 36 zu bewegen. Dadurch kann der Systeminstallateur die Filteranordnung 24 so handhaben, dass der Flansch 160 zwischen der Nase 204 und dem Rohrboden 36 angeordnet werden kann. In anderen Ausführungsformen können die Klemmen 200 manuell festgezogen werden, zum Beispiel durch Anwendung von Flügelschrauben.
F. Betrieb
In Betrieb wird die Filteranlage 24 wie folgt verwendet. Im System 20 zu filternde Luft wird an den Pfeilen 23 in das Ansaugsystem 22 geführt. Die Luft strömt zuerst durch das Vorfilterelement 32. Die Luft tritt an der Einlassfläche 94 ein, passiert das Medium 126 und tritt durch die Auslassfläche 96 aus. Das Vorfilterelement 32 entfernt größere Partikel und Abriebteilchen aus der Ansaugluft. Als nächstes tritt die Luft in das Primärfilterelement 30 ein. Die Luft tritt an der Einlassfläche 40 ein, passiert die Wellenkonstruktion 50 und tritt an der Auslassfläche 42 aus. Von dort wird die Luft in den Generator 28 gesaugt.
Während der typischen Arbeitsweise gibt es einen Gesamtdruckabfall über die Filteranordnung 24 von ungefähr 0,6 – 1,6 inches Wassersäule (ungefähr 15,2 – 40,6 mm Wassersäule). Dieses umfasst sowohl das Primärfilterelement 30 als auch das Vorfilterelement 32. Typischerweise beträgt der Druckabfall über das Vorfilter 32 allein ungefähr 0,2 – 0,6 inches Wassersäule (ungefähr 5,1 – 15,2 mm Wassersäule), während der Druckabfall über das Primärelement alleine ungefähr 0,4 – 1 inch Wassersäule (ungefähr 10,16 – 25,4 mm Wassersäule) sein wird.
Nach einer Betriebsdauer sollte die Filteranordnung 24 gewartet werden. Es kann sein, dass das Vorfilterelement 32, 120 mehr Wartung erfordert (d. h. Ausbau und Ersatz) als das Primärelement 30. Um das Vorfilterelement 32, 120 zu warten, wird das Vorfilterelement 32, 120 an seinen Falten 92, 124 gegriffen und aus dem Hülsenelement 34 herausgenommen. Dieses kann durch Ziehen des Vorfilterelementes 32, 120 aus dem Reibschlusseingriff mit der Innenfläche der Wand 150 erfolgen. Das alte Vorfilterelement 32, 120 kann dann entsorgt werden. Ein zweites neues Vorfilterelement 32, 120 wird zur Verfügung gestellt. Das Vorfilterelement 120 kann die Form einer Platte 132 haben; alternativ kann das Vorfilterelement 32 die Form des vorgefertigten runden Vorfilters 32 haben. Die Platte 132 wird so gehandhabt, dass die einzelnen Falten 124 aufgefächert werden und die Endfalte 136 wird mit der Endfalte 138 verbunden. Typischerweise wird die Endfalte 136 dann an der Endfalte 138 festgeklemmt oder mit dieser verbunden, um das runde Vorfilterelement 120 zu bilden. Das neue Vorfilterelement 32, 120 wird dann in dem Hülsenelement 34 angeordnet. Dieses kann durch radiales Zusammendrücken der Endspitzen 108 des Faltenmediums an die Innenfläche der Wand 150 ausgeführt werden. Dieser Reibungseingriff hilft, das Vorfilterelement 32, 120 festzuhalten. Es sollte beachtet werden, dass der Druck des Systems 20 auch hilft, das Vorfilterelement 32, 120 in dem Hülsenelement 34 festzuhalten.
Von Zeit zu Zeit wird auch das Primärelement 30 gewartet werden müssen. Typischerweise wird dieses nach einem Druckabfall von ungefähr 3 – 4 inches Wassersäule (ungefähr 76,2 – 101,6 mm Wassersäule) sein. Um das Primärelement 30 zu warten, wird das Hülsenelement 34 aus dem Rohrboden 36 entfernt. Dieses wird durch Abtrennen der Dichtung 164 zwischen dem Flansch 160 und dem Rohrboden 36 ausgeführt. Um die Dichtung 164 abzutrennen, kann es notwendig sein, jede der Klemmen 200 an ihren Hebeln 202 niederzudrücken, so dass die Nase 204 vom Rohrboden 36 weg bewegt wird. Das Hülsenelement 34 wird dann an der durch den Rohrboden 36 definierten Öffnung 38 entlang axial aus dem Rohrboden 36 geschoben.
Das Primärelement 30 kann dann zusammen mit dem Hülsenelement 34 entsorgt werden. Vorzugsweise sind das Primärelement 30 und das Hülsenelement 34 vollständig aus nichtmetallischen Materialien gebaut, so dass sie einfach als Müll verbrannt werden können. Vorzugsweise sind das Primärelement 30 und das Hülsenelement 34 zu mindestens 95 %, noch typischer zu mindestens 99 % nichtmetallisch. Alternativ kann das Primärelement 30 aus dem Hülsenelement 34 herausgenommen und das Hülsenelement 34 kann wiederverwendet werden.
Als zweites wird dann ein neues Hülsenelement 34 mit einem neuen Primärelement 30 zur Verfügung gestellt. Das Hülsenelement 34, das das Primärfilterelement 30 hält, wird innerhalb der Öffnung 38 des Rohrbodens 36 axial angeordnet. Jede der Klemmen 200 wird durch Niederdrücken des Hebels 200 betätigt, um das Anordnen des Flansches 160 zwischen der Nase 104 und der Wand des Rohrbodens 36 zu erlauben. Dieses platziert das Dichtungselement 162 zwischen und am Flansch 160 und Rohrboden 36, um eine Dichtung 164 zu bilden. Ein Vorfilterelement 32, 120 kann dann in dem Hülsenelement 34 eingebaut werden.
Die obige Beschreibung, Beispiele und Angaben stellen eine vollständige Beschreibung der Herstellung und Anwendung der Erfindung zur Verfügung. Es können viele Ausführungsformen der Erfindung gemacht werden.

Claims

Filteranordnung, umfassend: (a) ein erstes Filterelement mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden; eine axiale Länge zwischen den ersten und zweiten Enden; und mehrere Rillen, die eine Rillenkonstruktion bilden; (i) wobei jede der Rillen einen ersten Endabschnitt anschließend an das erste Ende des ersten Filterelementes und einen zweiten Endabschnitt anschließend an das zweite Ende des ersten Filterelementes hat; (A) wobei ausgewählte Rillen an dem ersten Endabschnitt offen und an dem zweiten Endabschnitt geschlossen sind; und ausgewählte Rillen an dem ersten Endabschnitt geschlossen und an dem zweiten Endabschnitt offen sind; (ii) die Rillenkonstruktion einen mittigen Kern besitzt; (iii) das erste Filterelement einen nicht-runden Querschnitt mit gegenüberliegenden, durch Abschnitte verbundenen gerundeten Enden besitzt; (b) ein das erste Filterelement umgebendes Hülsenelement; (i) wobei das Hülsenelement einen Querschnitt besitzt, der mit dem Querschnitt des ersten Filterelementes zusammenpasst; (ii) das Hülsenelement eine Wand mit einer Läge besitzt, die sich über mehr als 50 % einer axialen Länge des ersten Filterelementes erstreckt; (c) einen Dichtungselementdruckflansch, der sich von dem Hülsenelement radial erstreckt und das Hülsenelement vollständig umgibt; (i) wobei der Dichtungselementdruckflansch erste und zweite gegenüberliegende axiale Flächen umfasst; (ii) der Dichtungselementdruckflansch sich von der Wand des Hülsenelementes radial über einen Abstand von mindestens 2,5 mm (0,1 inch) erstreckt; und (d) ein Dichtungselement an der ersten axialen Fläche des Dichtungselementdruckflansches angeordnet ist, um eine Dichtung zwischen und an dem Dichtungselementdruckflansch und einem Filtersystem zu bilden, wenn es in dem Filtersystem eingebaut ist; (i) wobei der Dichtungselementdruckflansch als ein hinterer Anschlag zum Halten des Dichtungselementes wirksam ist.
Filteranordnung gemäß Anspruch 1, außerdem umfassend: (a) ein zweites Filterelement anschließend an das erste Filterelement; wobei das zweite Filterelement Faltenmedium umfasst.
Filteranordnung gemäß Anspruch 2, bei der: (a) das zweite Filterelement von dem Hülsenelement umgeben wird.
Filteranordnung gemäß Anspruch 1, bei der: (a) das Hülsenelement eine Umgebungswand umfasst, die sich über mindestens 100 % der axialen Länge des ersten Filterelementes erstreckt.
Filteranordnung gemäß Anspruch 1, bei der: (a) der Dichtungselementdruckflansch sich radial von der Wand des Hülsenelementes über einen Abstand von 6,4 – 50,8 mm (0,25 – 2 inches) erstreckt.
Filteranordnung gemäß Anspruch 1, bei der: (a) das Dichtungselement ein Dichtungsmanschettenelement umfasst.
Filteranordnung gemäß Anspruch 1, bei der: (a) der Dichtungselementdruckflansch und das Hülsenelement ein einziges stranggepresstes Teil sind.
Filteranordnung gemäß Anspruch 1, bei der: (a) das Dichtungselement an dem Dichtungselementdruckflansch befestigt ist.
Filteranordnung gemäß Anspruch 8, außerdem umfassend: (a) einen Kleber zwischen dem Dichtungselement und dem Dichtungselementdruckflansch.
Filteranordnung gemäß Anspruch 1, bei der: (a) das erste Filterelement einen rennbahnförmigen Querschnitt besitzt.