JP2009513877A - エアゾールセパレータ、部品および方法 - Google Patents

エアゾールセパレータ、部品および方法 Download PDF

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Abstract

クランク室換気に使用するのための構成物が記載され図示されている。好ましい効率的な操作のために媒体梱包体の軸方向の排液口構成物を含む点検可能なクランク室換気用フィルタカートリッジを含んでいる。ハウジングと点検可能なカートリッジを含むクランク室換気用フィルタ構成物が示される。また、組立方法、操作方法、および使用方法もまた記載されている。

Description

本開示は、ガス流れ(例えば、クランク室ガス)からエアゾールとして飛沫同伴される疎水性流体(オイルなど)を分離するためのシステムと方法に関する。また、ガス流れから炭素材料などの他の微細な汚染物質をろ過する好ましい構成物が提供される。また、分離を行う方法もまた提供される。
本出願は、米国以外の全ての指定国に対する出願人である米国内の会社Donaldson Company,Inc.の名において、ならびに米国のみの指定に対する出願人であるすべて米国市民であるウェイド・スティーブン・モセットとロバート・ローレンス・ダールストロームの名において、2006年10月27日にPCT国際特許出願として出願され、2005年10月28日に出願された米国仮特許出願第60/731,287号の優先権を主張する。
関連出願の相互参照
本出願は、2005年10月28日に出願された米国仮特許出願第60/731,287号の開示を編集したものと追加したものとを含んでいる。米国仮特許出願第60/731,287号の完全な開示は、それを引用することによりその内容を本明細書中に合体する。また、米国仮特許出願第60/731,287号の優先権の権利部分の主張は、適切な範囲までなされる。
背景技術
ディーゼルエンジンのクランク室からの吹き抜けガス(blow-by)などのガス流れは、かなりの量の混入した油をその中にエアゾールとして運んでいる。エアゾール中の油滴の大部分は、一般に0.1〜5.0μmの大きさである。
さらに、そのようなガス流れは、かなりの量の炭素汚染物質などの微細な汚染物質もまた運んでいる。一般に、そのような汚染物質は、約0.5〜3.0μmの平均粒子サイズを有する。これらの系において、そのような汚染物質の量を低減することは好ましい。
上記種類の関心に対してさまざまな努力が払われている。実施例は、米国特許第5,853,439号、同第6,171,355号、同第6,355,076号、同第6,5401,801号、同第6,758,873号、同第6,143,049号、同第6,290,739号、同第6,530,969号、同第6,852,148号、米国特許公開第2005/0193694号に記載され、それぞれは、本明細書に引用により合体される。改良が望まれている要素は、一般に、以下に関することである。(a)大きさ/効率への関心:すなわち、大きなセパレータシステムを用いずに同時に良い分離効率に対する要求。(b)費用/効率への関心:すなわち、かなり高価なシステムを必要としないで良いまたは高い効率に対する要求。(c)多目的性(versatility):すなわち、さまざまな応用と用途のためにかなりの再構築なしで適合させることができるシステムを開発すること。(d)点検可能性(serviceability):すなわち、長期使用の後で、容易に点検できるシステムを開発すること。
米国特許第5,853,439号公報 米国特許第6,171,355号公報 米国特許第6,355,076号公報 米国特許第6,5401,801号公報 米国特許第6,758,873号公報 米国特許第6,143,049号公報 米国特許第6,290,739号公報 米国特許第6,530,969号公報 米国特許第6,852,148号公報 米国特許出願公開第2005/0193694号公報
発明の概要
本開示は、特にクランク室の換気(CCV)で使用するための技術開発に関する。本開示によると、クランク室の吹き抜けガスをろ過するために好ましい使用のためのフィルタアセンブリ、構成物または構造物が提供される。構造物は特に、合体媒体から液体排液を提供するために特に開発されたものである。
用語「フィルタアセンブリ(filter assembly)」、「フィルタ構成物(filter arrangement)」、「フィルタ構造物(filter constrution)」、およびその変形は、本明細書に使用されるように、フィルタアセンブリ中で使用するためのフィルタカートリッジ、フィルタカートリッジとともに使用するための総合的なフィルタアセンブリの両方を示す。独立にまたはフィルタアセンブリ中で使用されるフィルタカートリッジの間の区別は、他の詳細または説明が提供されない場合、用語「アセンブリ」、「構造物」または「構成物」のいずれかでなされることを意味しない。
本明細書では、多くの特定の特徴と配置が説明され示される。説明された原理の何らかの利益を得るために、構成物が記載された特徴の全てを含む必要はない。
I.通常の応用−エンジン・クランク室・ブリーザフィルタ
過給ディーゼルエンジンは、しばしば「吹抜け(blow-by)」ガス、すなわち、内燃室からピストンを通り過ぎる空気−燃料混合物のガス漏れの流れを発生する。そのような「吹抜け」ガスは、一般にガス相、たとえば、(a)主に0.1〜5.0μm(主に、数で)の液滴を含む疎水性流体(例えば、燃料のエアゾールを含む油)と、(b)通常、大多数が約0.1〜10μmの大きさのカーボン粒子を含む燃焼からの炭素汚染物質とを輸送する空気または燃焼オフガスを含む。そのような「吹抜け」ガスは、一般にエンジンブロックから吹抜け排気口を通って外に出る。
本明細書において、用語「疎水性」流体が、ガス流れ中に混入した液体エーロゾルに関して使用されるとき、非水系流体、特に油を意味する。一般にそのような物質は、水に混和しないものである。本明細書において、キャリヤー流体に関連して使用される用語「ガス」またはその変形物は、空気、燃焼オフガス、およびエアゾールに対する他のキャリヤーガスを指す。
ガスは他のかなりの量の成分を運び得る。そのような成分は、例えば、銅、鉛、シリコン、アルミニウム、鉄、クロム、ナトリウム、モリブデン、スズ、および他の重金属を含み得る。
そのようなシステムで作動するエンジンは、トラック、農業機械、ボート、バスおよび一般に、ディーゼルエンジンを含む他のシステムのようなものであり、上記説明したようなかなりの汚染されたガス流れを持ち得る。例えば、2〜50ft3/分(cfm)、通常は5〜10cfmのオーダーの流速と体積はかなり一般的である。
本発明に基づくクランク室換気用フィルタ構成物が利用される典型的なシステムは以下の通りである。空気は、燃焼エアフィルタを通ってエンジンに取り入れられる。燃焼エアフィルタまたはクリーナは、燃焼プロセスのために取り入れられる空気を浄化する。ターボはエンジンに濾過された空気を向ける。空気は、エンジン中で圧縮され、燃料とともに燃焼が起こる。エンジンは、燃焼プロセスの間に吹き抜けガスを発する。クランク室換気用フィルタ構成物は、ガス流れ中でエンジンと連絡して吹き抜けガスを浄化する。システムが閉じられるかどうかに依存するが、フィルタ構成物からの空気は、排気されるかまたはエンジンに戻される。
この開示に基づいて、吹き抜けガスの、すなわち、ガスの流れからの疎水性液相を分離するためのクランク室換気用フィルタ構成物(場合によっては、コアレッサ/セパレータ構成物と呼ばれる)が提供される。そのようなクランク室換気(CCV)フィルタ構成物あるいはアセンブリの実施例が、図1〜3の符号1で示される。図1の平面図を参照すると、濾過されるクランク室ガス(通常は吹き抜けガス)は入口2を通ってフィルタ構成物1に入る。フィルタ構成物1で、ろ過および分離工程が起こる。濾過されたガスは、出口3を通ってフィルタ構成物1を出る。
図2では、フィルタ構成物1が断面図で示される。クランク室吹き抜けガス流れは、図1の入口2を通ってフィルタ構成物1に入り、ハウジング内部領域5の中に入る。そこから、調整弁構成物6で制御されるガスは内部入口7に入る。内部入口7から、ガスは点検可能なフィルタカートリッジ8に入る。フィルタカートリッジ8に対する用語「点検可能」は、定期的にカートリッジ8をフィルタ構成物1から取り外して取り替えることができることを意味する。
示された実施例の構成物において、ガスは点検可能なカートリッジ8中に配置されたオプションの第1段階コアレッサ9を通り抜ける。オプションの第1段階コアレッサ9を通過した後に、ガスは第1方向に延びている媒体15(媒体の第1方向の延長部)によって囲まれかつ画定された内部領域12に入る。ガスは、媒体15を通って環状のハウジング領域18内に入り、次に、エアフィルタ構成物1から出口3を通って外に通り抜ける。
さらに、図示された実施例に対する図2と図3を参照すると、バネ6bによって制御されたダイアフラム6aを含む調整弁アセンブリ6が示されるが、代替手段が可能である。
さらに、図2,3のカートリッジ8を参照すると、媒体15の延長部分は開口内部12を取り囲んで開口内部12を画定し、流れを濾過する間、ガスは、内部12から媒体15を通って媒体15の延長部分を取り囲む環状領域18まで通過する。このタイプの流れは、ある場合には、「内から外へ(in-to-out)の濾過流れ」あるいはその変形として本明細書で呼ばれる。上で説明された一般的な方法で作動する構成物は知られており、引用により本明細書中に合体される米国特許第6,852,148号に記載されている。
典型的なフィルタ構成物1は、アセンブリ1内に望ましくない圧力上昇あるいはパルスを収容するために、いくつかの例においてバイパス弁構成物(図示せず)を含んでいることに着目される。
フィルタ構成物1の作動の間、液体は、カートリッジ8内の媒体によって、示された実施例に対して、フィルタ9内の媒体19と第1媒体延長部を通過する内から外への流れの通過とによって合体されて分離される。この液体は、重力によって、アセンブリ1から下部排液部20まで外に向かって排液し得る。所望であれば、排液部20の適切な操作を確実にするために弁構成物21を提供し得る。
示された実施例について図3を参照すると、フィルタ構成物1は、分離可能なカバー26と基部27を含むハウジング25を含んでいる。カバー26と基部27は、掛け金構成物28によって一緒に固定される。点検カートリッジ8へのアクセスは、掛け金構成物28が外され、基部27とカバー26とを切り離すことによって得られる。これは、カートリッジ8の取り外しによって、新装着あるいは交換のためのフィルタアセンブリ1の定期的な整備点検を可能にする。通常の点検操作は、例えば、定められた点検間隔でのカートリッジ8の交換を含む。
更に図3を参照すると、カートリッジ8は、ハウジング25内のハウジングシールによってシールされ、出口3に向かう通路中でのカートリッジ8内の媒体を通過してから第2入口7へのガス流れを禁止する。カートリッジ8とハウジング25の特定の特徴に依存するさまざまなハウジングシール構成物が可能である。実施例は、以下で説明される。
カートリッジ8は、対向する媒体端部15aと15bを有する第1方向に延びている媒体15を含む。示された実施例では、第1方向に延びている媒体15(媒体の第1延長部)は、説明された内部表面15iと外部表面15oとを有し、開いている内部12を取り囲んで、開いている内部12を画定する。
示された実施例に対して、カートリッジ8は、第1端部キャップ30を含んでいる。第1端部キャップ30は、媒体端部15aに配置され、示された実施例では、カートリッジ8が普通の使用のために配置されるとき、媒体15の上側端部である。端部キャップ30は開口端部であり、カートリッジ内部12とガス流れで連絡している開口33を画定して開口33を取り囲むことを意味している。
図示された特定のカートリッジ8は、また、使用中に、第1方向に延びている媒体15の端部15bに配置される下側端部キャップである第2端部キャップ31を含んでいる。図示された端部キャップ31は、以下に定義され説明される媒体と重なる軸方向の排液口構成物の特徴を含んでいる。
上記説明したように、端部キャップ30は、領域5中の空気が媒体15を迂回(バイパス)して出口3に達しないように、ハウジング部品に対してカートリッジ8をシールるためのハウジングシールを含んでいる。さまざまなハウジングシール構成物を使用することができる。図示された特定のハウジングシール構成物34は、半径方向のシール構成物であり、開口33を画定して取り囲み、ハウジング入口フランジ40の外側表面をシールする大きさに合わせて作られ構成されている。このタイプの半径方向シール構成物は、本明細書中に引用して合体される米国特許第6,852,148号に記載されたように、クランク室換気用フィルタに対して知られている。
代替手段において、軸方向シール構成物を使用することができる。軸方向シールは、通常は、開口33から離れて配置され、開口33を取り囲むガスケットを含むであろう。このシール領域あるいはガスケットは、使用中に、シールを形成するために、ハウジング部品を押しつけるために、媒体15から軸方向に外向きに延びている。
本明細書において、用語「軸方向(axial)」は、図4のフィルタカートリッジ中心軸35に対応する一般的な方向を示すのに通常は使用され、「半径方向(radial)」という用語は、一般に、軸35に垂直方向の延長部分の方向を示すのに使用される。
ここで、図4を注目すると、図4にカートリッジ8が側面図で示されている。第1方向に延びている媒体15、頂部端部キャップ30、底部端部キャップ31が見えている。
図5を参照すると、カートリッジ8の上面からの斜視図が示され、端部キャップ30が見えている。開口33を画定する半径方向シール34aの形態でシール領域34が見えている。使用中にシール領域34は、ハウジングシールを提供するために、使用中(図2と3)に、流れ管40の上(すなわち、周辺)を押すと圧縮する。
図の参照において、用語「頂部(上部top)」という用語が、他の関連する部分に対するその使用中の通常の向きに対して説明された特徴の部分を示すために使用されることに着目される。「底部(下部bottom)」という用語は、反対の意味で使用される。
本明細書の上記には、媒体と重なる軸方向の排液口構成物を含む構成物1が記載されている。用語「媒体と重なる軸方向の排液口構成物(a media overlap axial drain arrangement)」は、媒体15と重なり、少なくともいくらかの排液が媒体15から媒体底部端部15bを通って直接外に出ることを可能にする構成物を呼ぶことを意味する。すなわち、媒体と重なる軸方向の排液口構成物は、排液するために図8の媒体側部表面15i、15oから液体の全てが流れることを必要としない、第1方向に延びている媒体15(媒体の第1延長部)のための軸方向の排液口構成物である。媒体と重なる軸方向の排液口構成物の実施例の構造は、端部キャップ31中に含まれている(もちろん、いくらかの液体は、通常の応用において、媒体表面15oから排液し得る)。
図6では、カートリッジ8は図5の図に対して逆さの状態で示されている。ここで、第2あるいは底部端部キャップ31が見えている。
図7では、カートリッジ8の頂部からの平面図が示されている。図7では、端部キャップ30が見えている。
図8では、カートリッジ8の断面図が示されている。第1方向に延びている媒体15(媒体の第1延長部)は、中央領域12を取り囲んでおり、端部15aが端部キャップ30中に埋め込まれている状態で対向する端部15aと15bを有するのが見える。
すなわち、媒体15中に集められた液体の少なくとも一部は、媒体15内で合体し、次に、媒体端部15bの開口端部領域50を通って軸方向の外に向かって排液し得る。
示された実施例において、端部15bは、端部キャップ31中に部分的に埋め込まれている。これは図6を参照することにより理解されるだろう。図6を参照すると、媒体端部15bは、端部キャップ31内に埋め込まれていない少なくとも選択された部分50が示されている。示された実施例に対して、媒体端部15bの他の部分は、端部キャップ31の離れて配置された領域または部分51によって軸方向に覆われ(示された実施例では、その中に埋め込まれて)ている。
図6を参照すると、これは、媒体15から開口領域50を通って直接、軸方向の外方向に液体を排液することを可能する。用語「直接」によって、記載された軸方向の排液流れが媒体側面の1つ、すなわち、側面15i、15oのうちの1つを通って外方向に排出される液体の部分を必要としない排液を意味する。以下に、この利点について議論する。
再び図8を参照すると、端部キャップ31は、閉じている中央領域32を含むことが着目される。中央領域32は、端部15bで、媒体の開いている内部12を横切って半径方向に延び、第1方向に延びている媒体15(媒体の第1延長部)中に少なくとも部分的な通路を持たずに内部12から端部キャップ31を通る流れの通路に隣接している内部12を端部15bで閉じている。
示された実施例の端部キャップ31は、図8の媒体内部表面15iから媒体の外側表面15oまで延びている部分51、すなわち、媒体周辺の外側の位置を備えている。部分51は、軸方向外側の突起物53を含んでおり、突起物53は、使用の間、図2と3で示されているように、ハウジング25内にカートリッジ8を適切に配置するのを助けるクッションとして作動する。
図10には、端部キャップ31の底面からの斜視図が見えており、そこには、中央部の閉じた領域32と、図5、6、および8の第1方向に延びている媒体15の底部15bの部分と係合し重なり合うための間隔を開けて配置された領域51とが見える。端部キャップ31は、複数の領域51の間に、間隔をおいて配置された底部の排液口領域60を画定し、その領域は、作動中に、媒体15から図6の領域50を通って軸方向下向きに直接に少なくともいくらか排液することを可能にするために、図8の媒体15の底部端部15bの一部と重なり合っている。
図11には、端部キャップ31の底面図が示されている。図12と13において、定義されたような選択された断面図が示される。
ここで、図2と3を再度参照する。一般的な操作において、カートリッジ8は、クランク室換気(CCV)フィルタとして、フィルタ構成物1内に配置されている。作動中、クランク室からのガスは、カートリッジ内部12を通過し、次に、媒体梱包体15を通過する。媒体梱包体15中では、いくつかの操作が起こる。操作の1つは、微粒子の濾過である。別の操作は、ガス中に飛沫同伴された液体を合体させることである。少なくとも合体する液体の一部は、図6の領域50を通って媒体15から軸方向に直接排液することができる。この文脈で用語「軸方向」は、カートリッジ8の一般的な中心軸35の方向に沿っている排液方向を特徴付けることを意味する。排液が軸方向であると言う場合、排液方向はカートリッジ8の中心軸35に正確に平行であることを意味しないで、むしろ排液が直接、端部15bから出ることを意味する。また、作動中に、いくらかの追加の軸方向でない排液が外部表面15oで複数の突起物53の間で排液部20に対して下向きに出ることが着目される。後者は、端部15bからの「直接の軸方向」の排液流れではないが、本明細書に記載された原理の多くの実施例の応用において見いだされる。
使用中に、端部キャップが下向きに向けられた状態で、すなわち、図2,3で示されるように向けられた端部キャップの状態で、液頭(平衡水準)は、端部キャップ31の上方で第1方向に延びている媒体1515中に現れる。少なくとも液体の一部は、高効率運転のために、例えば、端部キャップ31によって画定された図10の排液開口を通る媒体と重なる軸方向の排液口構成物により媒体の端部15bから軸方向下向きに直接排液し得る。そして、液体は排液部20まで流れ得る。
利点は、この媒体と重なる軸方向の排液口構成物から得られる。特に、液体は、媒体と重なる軸方向の排液口構成物がある場合、低い液頭で媒体15から排液し始めることができる。これは、使用中に、端部15a、15bの間の媒体15の与えられた長さがより効率的にかつそこを横切る望ましくない圧力差の少ない蓄積をもって使用することができることを意味する。また、比較的高い液体排液率は、飛沫同伴された材料の媒体15を取り除くのを助ける。
次に、カートリッジ8の作動は、領域12に達するガス中の飛沫同伴された液体のために適した合体媒体である媒体15を利用することによって容易になされる。このために利用可能な合体媒体の実施例は、本明細書のIV章で以下に記載される。第1方向に延びている媒体15(媒体の第1延長部)に対して使用される媒体は、通常は、外側表面15oと内側表面15iの間の体積を満たす(空気孔を除く)繊維状媒体であり得る。本明細書に示される実施例において、媒体15は、一般に筒状の外側表面15oと一般に筒状の内側表面15iとを有する筒状媒体領域を画定するが、代替の構成物は可能である。そのような媒体の定義を実現する実施例は、インナーライナの周囲に媒体ラップを巻き付けることである。代替手段において、個々の別々のラップは、互いに重なるように作られて配置され得る。
一般的な用語において、媒体15は、端部15bで端部領域Xを画定するように記載され得る。媒体15が筒状の場合、端部領域Xは、一般に、外側の周囲Yでの円と内側の周囲Zでの円によって画定されたリングに対応する領域Xを有する。もちろん、領域Xは、外側周囲Yによって画定された円の面積−内側周囲Zによって画定された円の面積である。
通常、媒体15の端部50bに隣接して、カートリッジ端部キャップ31は、底部15bによって画定される表面積Xの少なくとも20%、通常は表面積Xの少なくとも30%、しばしば表面積Xの少なくとも40%の重なりに対応する開口60を含んでいる。示された実施例に対して、底部端部によって画定された領域Xの約50%は、媒体15から軸方向の排液を向ける開口であるが、代替手段は可能である。この文脈において、軸方向の排液を表す用語「向ける(direct)」は、第1方向に延びている媒体15(媒体の第1延長部)から第1出口内側表面15iまたは第1出口外側表面15oでない底部端部15bに沿って排液することを意味する。
一般に、排液口の可能な最大量は、総合的なカートリッジ構造物へ好ましくない損失を与えずに無傷で使用可能である。その結果、通常のシステムでは、底部端部15bによって画定される面積の80%未満は、通常の構成物において、直接排液するために開いているあるいは露出し得る。しかしながら、カートリッジに対する構造的な必要性が満たされると、媒体底部の100%を排液のために開くことができる。
通常は、端部キャップ30と31は、適所に一体成形されたキャップである。通常は、ポリウレタンなどの材料、例えば、ポリウレタン発泡体を使用することができる。実施例のポリウレタン発泡体は本明細書のII章で以下に記載される。
図2と3を参照すると、ハウジング底部27は、ハウジング底部81から上方に突出して取り囲込むカートリッジ8から間隔をあけて配置されている複数の内部の円形シールド80を含んでいる。一般に、シールド80は、カートリッジ8を中心に配置するのに役に立つ。また、シールド80は、領域81中の液体流れが、領域82、すなわち、環状領域18中に入ることを阻止するのを助ける。通常は、シールド80は、約30mm〜60mmの長さでカートリッジ8の外側に沿って軸方向の長さに延びているが、代替手段は可能である。いくつかのアセンブリ1は遮蔽なしで構成することができる。
更に図2と3を参照すると、上記説明されたように、図示された特定のカートリッジ8は、オプションの第1段階コアレッサ(合体器)9を含んでいる。カートリッジ8は、ガスが端部キャップ30を通って領域12中に入ると、ガスが第1段階コアレッサ9を通り抜けるように構成されている。第1段階コアレッサ9は、本明細書に引用によりその内容を合体する米国特許第6,852,148号における類似のコアレッサに対して記載されているような一般的なものである。更に、第1段階コアレッサ9はオプションであり、部分的に使用すると、エンジンシステム内のアセンブリ1に利用可能な体積を与えるとともに、液体の完全な分離における所望の効率レベルを与える。
オプションの第1段階コアレッサ9内の媒体19によって合体された液体の少なくとも一部は、端部キャップ31まで下方に排液され、次に、媒体15から領域60を通って端部キャップ31に排液される。所望であれば、領域32は、媒体15への液流量を容易にするために、中心部を高くして構成された(図示せず)図2,3の上部表面32aを供給することができる。
ここで、図14に着目すると、第1方向に延びている媒体15がオプションの第1段階コアレッサ9を取り囲む媒体を含む媒体梱包体90が示されている。図15において、媒体梱包体90は断面で示されている。カートリッジ8を作る通常のプロセスで、媒体梱包体90は組み立てられ、次に、端部キャップ30、31が適所に一体成形される。
図15を参照すると、第1方向に延びている媒体15(媒体の第1延長部)は、内部ライナー100を取り囲みながら配置される。内部ライナーは、通常は多孔性領域101を有する。オプションの第1段階コアレッサ9は媒体梱包体90内に、使用中に媒体端部15aを画定する端部に隣接して配置される。第1段階コアレッサ9は、その中に配置された媒体19を有するフレーム構造110を含む。フレーム構造110は、上側グリッド111と下側グリッド112を含む。
図16において、コアレッサフィルタ9を含む部分アセンブリ115が見られる。
図17では、コアレッサフィルタ9が分解組立図で示される。コアレッサ9は、下側グリッド112と側壁121を有する基部120を含んでいる。媒体19は、基部120内に配置され、側壁121とグリッド113によって取りて囲まれている。次に、グリッド112は、部分アセンブリ9を形成するために側壁121によって囲まれて適所に留めることができる。図16に、130でグリッド112と側壁121との間のしめしろまたはスナップフィット接続が示されている。図16と17で示された実施例に対し、媒体19は、2つのパッド19a、19bが提供されるが代替手段は可能である。
媒体梱包体90を組み立てるために、部分アセンブリ115がライナー100内に配置される。図18を参照すると、ライナー100は130で内側ビーズあるいは棚とともに提供される。部分アセンブリ9は、ライナー100の領域131内に、端部キャップ30が適所に一体成形されたとき、ビーズあるいは棚130上に配置に配置された側壁121とともに適所に固定されるように配置され得る。
前に説明された構造物の原理は、構成物のさまざまな大きさと形状に適用することができる。実施例が以下に示されている。本開示の原理の応用を理解するために以下の寸法の実施例を提供する。
図4を参照すると、AA=129.4mm,AB=3mm,AC=203.6mm,AD=191mm,AE=9.6mm,AF=129.4mmである。
図8を参照すると、BA=129.4mm,BB=3.0mm,BC=191mm,BD=203.6mm,BE=9.6mm,BF=129.4mmである。
図9を参照すると、CA=18.68mm,CB=7.58mm,CC=2.5mm,CD=2.5mmである。
図11を参照すると、DA=124.5mm,DB=62.3mm,DC=30°,DD=22°,DE=45°,DF=2.3mm半径,DG=4.5mm半径である。
図12を参照すると、EA=129.4mm,EB=124.4mm,EC=62.2mm,ED=2.5mm,EE=7.4mm,EF=10.4mm,EG=3.0mm,EH=1.5mm半径,EI=1.5mm半径,EJ=60°,EK=1.5mm半径,EL=46.7mm,EN=93.4mm,EO=106.2mm,EP=127.8mmである。
図13を参照すると、FA=9.6mmである。
図15を参照すると、GA=185mmである。
図16を参照すると、HA=67mm,HB=39.2mmである。
図18を参照すると、IA=37.9mm,IB=185mm,IC=1.96mm深さビーズ,ID=67.8である。
これらの図から実施例の構成物が理解されるであろう。もちろん、本開示に基づく原理を含む構成物において、代替の寸法と形状を利用することができる。この寸法は、約110〜300リットル/分のバイパス流れに対するアセンブリ中で、前のスタイルのカートリッジを取り替えるための大きさと形状にされた本図面に基づくフィルタカートリッジのために開発されたものである。そのような流れは、通常は、クラス7あるいは8のトラックで見いだされるような8〜12リットルのエンジンである。
II.端部キャップ材料
前に説明したように、ある場合には、端部キャップ30、31は、適所に成形された端部キャップである。そのような場合に、端部キャップはさまざまな材料を使用することができ、実施例はウレタンである。典型的な構成物では、ポリウレタン発泡体は、半径方向シール34を画定し、連結部あるいは隆起部(バンプ)53のために便利な比較的柔らかい構成物を提供するのに使用し得る。
好ましくは、選ばれた調合物は、28ポンド/ft3(立方フィート)(約450kg/m3(立方メートル)以下の成形密度、より好ましくは、22ポンド/ft3(355kg/m3)以下の成形密度、通常は18ポンド/ft3(290kg/m3)以下の成形密度、普通は、12〜17ポンド/ft3(192〜275kg/m3)の範囲内の成形密度を有する端部キャップ(ポリウレタンから成形された部品)を提供するようになものである。材料が適切な成形と上昇のために制御することができるように調合されるなら低密度のものを使用することができる。
本明細書の用語「成形密度(as molded density)」は、単位体積当たりの重さの通常の定義について言及することを意味する。成形された発泡体の試料の体積を決定するのに水置換試験あるいは類似試験を利用することができる。体積試験を適用する場合、多孔性材料の細孔中への水吸収を行い、細孔を表す空気を置換することは必要でない。したがって、試料体積を決定するために使用される水体積置換試験は、材料の細孔内の空気を置換するために長時間待つ必要のない即座の置換である。その代わりに、試料の外側周囲によって表される体積だけが成形密度の計算として使用される必要がある。
一般に、圧縮負荷たわみは、堅さ(fiemness)、すなわち、耐圧縮性を示す物理的特性である。一般に、圧縮負荷たわみは、与えられたの試料の厚さの25%を歪ませるのに必要な圧力の量で測定される。圧縮負荷たわみ試験は、本明細書に引用により合体されるASTM(米国材料試験協会)3574試験に基づいて行うことができる。一般に、圧縮負荷たわみは、老化した試料に対して評価され得る。通常の技術では、72時間75°Fで完全に硬化(cure)された試料または5時間190°Fで強制的に硬化された試料の圧縮負荷たわみを測定する。
好ましい材料は、成形された場合に、7日間、158°Fで熱老化後に測定された試料のASTM3574試験での圧縮負荷たわみは、平均で14psiまたはそれ未満、通常は、6〜14psiの範囲内、しばしば、7〜10psiの範囲内を示すであろう。
圧縮永久ひずみは、圧縮力が取り除かれた場合に、(定義された条件下で定義されたタイプの圧縮を受けた)材料の試料が、その前の厚さあるいは高さまで戻る程度の評価である。また、ウレタン材料の圧縮永久ひずみを評価するための条件はASTM3574試験で提供される。
通常の好ましい材料は、その高さの50%まで圧縮され、その圧縮で180°Fの温度で22時間維持された試料を測定した場合、硬化に対して、約18%以下の永久圧縮ひずみ、通常は約8〜13%の永久圧縮ひずみを有する材料を提供するような材料である。
一般に、圧縮負荷たわみと圧縮永久ひずみ特性は、端部キャップを形成するのに使用されるのと同じ樹脂から調製された試料プラグ、または、端部キャップから切りとられた試料で測定される。通常は、工業的処理方法は、成形された端部キャップから切られた部分の直接試験よりはむしろ、樹脂材料からむしろ作られた測定用試料プラグを常時作る工程を含むであろう。
上記提供されるような成形密度と圧縮永久ひずみと圧縮負荷たわみの定義範囲内の物理的性質を有する材料を提供するために使用可能なウレタン樹脂系は、48192、ミシガン州ワイアンドットのBASF社などの供給者を含むさまざまなポリウレタン樹脂調合業者から容易に得ることができる。
1つの実施例の使用可能な材料は、14〜22ポンド/ft3(224〜353kg/m3)の成形密度を有する最終生産物に処理される以下のポリウレタンを含んでいる。このポリウレタンは、48192、ミシガン州ワイアンドットのBASF社によって譲受人であるドナルドソンに排他的に販売されている、I36070R樹脂とI3050Uイソシアナトから作られた材料を含む。
この材料は、100部のI36070R樹脂に対して45.5部のI3050Uイソシアナト(重量で)の混合物比で通常は混合される。樹脂の比重は、1.04(8.7ポンド/ガロン)であり、イソシアネートに対して、それは1.20(10ポンド/ガロン)である。材料は通常は高い動的せん断ミキサーによって混合される。成分温度は、70〜95°Fである。成形温度は、115〜135°Fである。
樹脂材料I36070Rの記載は、以下通りである。
(a)平均分子量
1)基材のポリエーテル・ポリオール=500〜15,000
2)ジオール類=0〜10,000
3)トリオール=500〜15,000
(b)平均の機能性
1)トータルシステム=1.5〜3.2
(c)ヒドロキシ(水酸基)数
1)トータルシステム=100〜300
(d)触媒
1)アミン=エアープロヅクツ0.1〜3.0PPH
(e)界面活性剤
1)トータルシステム=0.1〜2.0PPH
(f)水
1)トータルシステム=0.2〜0.5%
(g)顔料/染料
1)トータルシステム=1〜5%カーボンブラック
(h)膨張剤
1)水
I3050Uイソシアナトの記載は以下の通りである。
(a)NCO含有量22.4〜23.4wt%
(b)粘性、25℃で600〜800cps
(c)密度=1.21g/cm3、25℃で
(d)初期の沸点190℃、5mmHg
(e)蒸気圧=0.0002Hg、25℃で
(f)外観は無色の液体
(g)引火点(デンスキ−マーティンズクローズドカップ)200℃
III.他の材料、使用の実施例
オプションの第1段階コアレッサ媒体9用の材料は、通常は、ポリエステル深さ媒体などのような繊維状媒体である。
カートリッジ8用のプリフォーム構造部品はプラスチックあるいは金属部品を含み得る。通常はプラスチックコンポーネントが好まれる。インナーライナに対して、拡張金網が一般的である。第1段階コアレッサフィルタ9の非媒体および非ライナーコンポーネントに対して、カーボンが充填されたナイロンなどのプラスチックが使用される。
ハウジングに関して、ハウジング部は、通常は、例えば、ガラスが充填されたナイロンなどの成形プラスチックである。調整弁構成物は、従来の材料から曲がりやすいダイアフラムとコイル状金属スプリング構成物を利用して形成することができる。
IV.代替のフィルタカートリッジ構成物、図19〜26
本明細書に記載された一般的な技術がさまざまな形態で実施できることは、既に示されている。いくつかの追加の実施例は、図19〜26の構成物に示される。
第1の代替の実施例が図19〜22に示される。図19はカートリッジの底面からの斜視図である。図20は、カートリッジの断面図である。図21底面の平面図である。図22では、カートリッジを含むアセンブリが示される。
図19を参照すると、クランク室用換気用カートリッジ200が示される。カートリッジ200は、使用中に、図22のクランク室換気用フィルタアセンブリ内に設置されるように構成される。カートリッジ200は、媒体梱包体201と第1および第2の対向する端部キャップ202と203を含む。通常の使用で、端部キャップ202は上側端部キャップであり、端部キャップ203は下側端部キャップである。
更に、図19を参照すると、カートリッジ200は、濾過の間、「内から外への(in-to-out)」流れに対して構成されている。すなわち、媒体梱包体201は、クランク室換気ガスが入るように向けられる図20の開いている中央内部225を取り囲んでいる。このガスは、使用時の濾過の間、媒体梱包体201を外方向に通り媒体を取り囲む領域まで通過する。
底部端部キャップ203は、図20の内部領域225の底部端部を閉じている中央領域204を含んでいる。また、底部端部キャップ203は、媒体梱包体201と軸方向に重なる外側リム部205を含んでいる。外側リム部205は、図19の媒体と重なる軸方向の排液口構成物210を含んでいる。図示された媒体と重なる軸方向の排液口構成物210は、2つの窓あるいは排液口タイプ、即ち、外側リム排液口セグメント211と開口212とを有する。一般に、外側リム部211は、底部端部キャップ203中に間隔をあけて配置された排液口窓214を有し、排液口窓214は、軸方向に、媒体梱包体201の外側の下側端部201xと重なり、外側の下側端部201xから半径方向の内側に選択された距離延びている。代替手段が可能であるが、外側端部201xから内側に重なる媒体梱包体の距離は、通常は、媒体梱包体の半径方向の厚の少なくとも4%、普通は少なくとも7%であり、通常はこの厚さの25%以下であり、普通は20%以下である。
重なりの実寸法、すなわち、外側端部201xから半径方向内側の延長部分は、構成物によって異なる。しかしながら、代替手段は可能であるが、各排液口窓211に対するこの寸法は、少なくとも4mm、通常は、4mm〜20mmである。図21に寸法ZEで示された各窓211の周囲の幅は、通常は、少なくとも15mmでかつ45mm以下であり、例えば、20〜40mmであるが、代替手段は可能である。排液口窓211の数は、少なくとも1つ、しばしば少なくとも2つ、普通は2〜8であるが、代替手段は可能である。
また、開口212は、媒体梱包体201との重なり部に配置される。しかしながら、各開口212は、媒体外側端部201xから間隔を空けて配置されており、通常は底部端部キャップ203の材料によって囲まれている。開口212は、種々の形状を持ち得るが、円形形状が示されている。開口212の通常の寸法は、それぞれが底部端部キャップ203の周囲によって画定された領域の少なくとも0.04%、通常は少なくとも0.05%の開いた領域を有する。通常は、各開口212は、底部端部キャップ203の周囲領域の0.04〜1%を有するが、代替手段は可能である。開口212の数は変えられ、例えば、実施例では、3つの開口212が示されている。通常は、開口212の数は、2〜8である。
媒体梱包体の底部201bの総重なり領域の用語において、重なりは、軸方向の排液口構成物210によって提供され、通常はこの領域の少なくとも0.5%でかつ15%以下であるが、代替手段は可能である。
示された実施例に対して、各開口212は、(丸ならば)少なくとも1mmの直径で、通常は約8mmの直径以下であり、例えば、3〜6mmの直径である。各開口の断面積は、通常は、少なくとも3mm2、通常は少なくとも5mm2、しばしば5mm2〜70mm2の範囲の面積である。
各開口212は、通常は、媒体梱包体201の内側端部と外側端部(201i,201x)のそれぞれから、媒体梱包体201を横切って少なくとも10%の距離に配置されている。
図19を参照すると、底部端部キャップ203は、使用の間、ハウジング内で確実な位置決めを容易にするために、下向きに突き出ている突起物あるいはバンパー220を含んでいる。
図20において、カートリッジ200は、断面図で示される。排液を可能にするために、媒体梱包体201の底部端部201bとの軸方向の重なり部に窓211を見ることができる。排水口開口212は媒体梱包体201の底部端部201bの中心部と重なっているのが示される。
図20では、媒体梱包体201が中央開口内部225を囲んでいるのが見える。
頂部端部キャップ202は、空気の入口流れが濾過されるように、その中に中央開口226を含んでいるように示されている。また、頂部端部キャップ202は、取り付けの間にハウジングシールのためにシール領域230を含んで示されている。図示された特定のシール領域230は外側の半径方向シールとして構成されている。すなわち、頂部端部キャップ202とハウジング構成物の間のシールは、使用中に、一般に、環状のハウジングシール表面に対して領域230の圧縮によってなされる。代替のシールタイプと位置を使用することができる。
図20に示される特定カートリッジ200は、本明細書の図8のフィルタ9に類似の第1段階フィルタを含んでいない。しかしながら、そのような構成物は、図20の原理と共に利用することができる。
媒体201に利用することができる材料は、本明細書に更なる実施例で記載された類似のものであり得る。頂部端部キャップ202、203で利用することができる材料は、所望であれば、以前に説明されたポリウレタン材料を含む。
媒体梱包体201は、望まれる場合には、支持体に対して内側および/または外側ライナーを含む。図20にそれぞれインナーライナ235とアウターライナー236として示されている。インナーライナ235とアウターライナー236は、それぞれ、例えば、拡張金属ライナー、多孔質金属ライナー、またはプラスチック製(多孔性)ライナーを含む。
図20において、実施例の寸法は以下の通りである。ZA=140.8mm,ZB=47.4mm,ZC=192.7,ZD=202.9mmである。
底部平面図の図21において、実施例の寸法は、以下の通り示される。ZE=30mm,ZF=120°,ZG=114.4mm直径,ZH=4mm直径,ZI=89.6mm直,ZJ=132.8mm直径である。図19〜21のカートリッジに対して、他の寸法は目盛りから決定することができる。
次に、一般に、図19と20を参照すると、カートリッジ200は、対向する流れ表面、第1外側出口流れ面201yと第2内側入口流れ表面201zとを持つ媒体梱包体201を含んでいるということができる。フィルタリングの間、一般に、ガス流れは、入口流れ表面201zから出口流れ表面201yまで流れる。また、媒体201は、媒体梱包体201で液体のための排液口端部として作用する、使用時に下方向または下向きに向けられた端部201bを含んでいる。排液口端部201bは、流れ表面201y、201zの間に延びている。軸方向の重なり排液口構成物210は、端部キャップ203で端部201bと一般に、重なっている。
図22では、点検可能な(すなわち取り外し可能で取替え可能)部分としてその中にカートリッジ200を含むクランク室換気用フィルタアセンブリ250の断面図が示される。図22を参照すると、集められた液体のための底部排液口261と上部アクセスカバーアセンブリ262とを有するハウジング260が示される。ガス流れ入口アセンブリ263は、カートリッジ内部225にクランク室換気ガスを向けるためにアクセスカバー構成物262を提供する。ハウジング260は、空気流れ出口266を有する基部265を含んでいる。濾過されたガスは、内から外への流れで媒体梱包体201を通ってろ過して通過した後で、出口266を通ってハウジング260を出ることができる。
更に、図22を参照すると、示されたカバーアセンブリ262は、ラッチ(掛け金)267で適所にラッチされて示されている。カバーアセンブリ262は、流れを制御するためにそこに調整弁構成物270を含み得る。
次に、作動中に、アセンブリ250は、クランク室換気ガスのろ過を提供する。フィルタガスは、出口266を通ってアセンブリ263から出る。ガスからの合体した液体は、図19〜21に関連して特徴付けられた軸方向の重なり排液口構成物210を通って下向きにかつハウジング260から底部排液口261を介して外に排液される。
図22において、実施例の寸法は、以下の通り提供される。ZK=148mm,ZL=110mm,ZM=134.3mm,ZL=138.4mmである。他の寸法は目盛りから決定することができる。
第2の代替実施例が、図23〜26に示される。図23を参照すると、カートリッジ300は、媒体梱包体301、第1頂部端部キャップ302、および第2底部端部キャップ303を含む。カートリッジ300は、以下で議論するように、濾過する間に外から中への流れのために構成されている。
底部端部キャップ303は、(図24の中央開口領域320を閉じる)閉じた中央領域304と、その中に開口306の形態で、排液の媒体と重なる軸方向の構成物305を含んでいる。また、端部キャップ303は、ハウジングシールとしてその上に配置されたO−リング308を有する外側リム307を含んでいる。さらに、下向きに向けられたベーン(羽根)311は、領域305との重なり部に配置される。ベーン311は開口306の間に置かれる。
ここで、図24を参照すると、媒体梱包体301は、中央開口領域320とインナーライナ321とを取り囲んでいる。中央開口領域320は、中央領域304によって下方端部320xで閉じている。端部キャップ302は、端部部分330と外側ハウジングシール部材331とを含む。示された実施例に対する端部部分330は、インナーライナ321と一体化されている。更に、図22を参照すると、図示された実施例に対して、端部キャップ303は、中央ライナー320と一体化されている。
通常は、端部部品330と端部キャップ303とインナーライナ321は、例えばプラスチックで一体成形された部品332を含む。部品332は、端部部品330と端部キャップ303を含み、ライナー321は、媒体梱包体301が配置された部品またはスプール332として本明細書に時々呼ばれる。
シール部材331は、端部部品330に固定される。ハウジングシール部材331は、適所に接着されるかまたは適所に成形される。シール部材331は、使用の間に、選択されたハウジング部品の間に係合のために構成された軸方向のピンチシールである。
更に図24を参照すると、上側端部キャップ302は、内部領域320から濾過された後にクランク室換気ガスの空気流れのために配置された中央開口335を含み、カートリッジ300は、ろ過の間「外から中へ(out-to-in)」のために構成されている。
次に、使用中に、ろ過の間、ガスは外側端部から、媒体梱包体301を通るように向けられ、いったん濾過されると、複数の開口とインナーライナ321を通って流路によって中央領域320に入る。濾過されたガスは、次に、開口335を通って脱出し、アセンブリによって望まれた方向に向けられる。媒体梱包体中では、合体した液体は、図23の開口306を含む軸方向の重なり排液口構成物を通って軸方向の下向きに排液される。
シールリング308は、カートリッジ300を受け入れるために適切な寸法に調整され構成されたハウジングとのシール係合部に備え得る。
一般に、媒体梱包体301は、他の応用のために本明細書に記載されたもののと類似の材料を含む。部品340に対して選択されたプラスチックは、使用の応用のために、一般に、構造的にしっかりし耐薬品性の適切なものとしてあるであろう。応用のために使用可能な実施例は、ナイロン、例えば、ガラス繊維強化ナイロン66である。シール部材331は、含められた特殊な応用のために選択されたさまざまな材料を含むことができる。通常のシール材料331は、使用目的に対して十分に弾力のある材料を含む。
シール部材331は、さまざまなタイプのシールのために構成することができる。シール部材331は、ハウジングに挿入されると、外側的に向けられたシールを形成するためにはっきりと構成することができる。また、シール部材331は、設置されると、ハウジング部材の間の軸方向のピンチシールとしてはさまれるようにはっきりと構成することができる。
開口306の数は、通常は、少なくとも2つでありかつ10個以下である。各開口は、通常は、内部領域301iから媒体の厚さの少なくとも10%、および外部端部301oから媒体の厚さの少なくとも10%に配置されるだろう。通常は、各開口306は、内側端部301iと外側端部301oのそれぞれから媒体梱包体301の厚さの少なくとも20%間隔をあけて配置された媒体梱包体の領域と軸方向の重なり部分に配置されている。
開口306の形状は、選択事項であり、円形の開口が便利である。
図24において、実施例の寸法は、以下のように提供される。ZO=160.2mm,ZP=136mm,ZQ=118mm,ZR=154.9mm,ZS=156.4mm,ZT=15mm,ZU=2mm,ZV=120mm,ZW=127mm,ZX=132mm,ZZ=7mmである。
次に、中央領域304は、端部キャップ303の底部の上方に約15mm(通常は少なくとも10mm)上げられており、中央が高い部分を有するドーム形状であることが着目される。これは、内部320中の液体が媒体301中に戻ってかつ開口306によって画定される軸方向の重なり排液口構成物を通って下向に排出されることを助ける。
カートリッジ300の底部平面図である図25において、実施例の寸法は以下の通り示される。ZZA=60°,ZZB=120°,ZZC=3mm,ZZD=80mm,ZZE=4.6mm直径,ZZF=15mmである。
端部キャップ303の底面図である図25を参照すると、開口306に加えて、軸方向の重なり排液口構成物は、図24の内側端部301oに沿って媒体梱包体と軸方向の重なり中で、端部キャップ303の内部領域に沿って窓340を含む。窓340は、更に、使用中に、媒体梱包体301中に集められた液体の排液口を提供する。
窓340は、媒体梱包体301の内部端部に隣接して配置されたことを除いて、窓211に対して前に一般的に特徴付けられたものである。通常は、媒体梱包体301の厚さとの重なりの量は、少なくとも4%、通常は少なくとも7%、普通は25%以下であり通常は20%以下である。
図9に一致する通常の実施例では、通常は、(開口306と窓340とを含む)軸方向の排液口構成物の重なりの総面積は、少なくとも0.5%、通常は、15%以上であるが、代替手段は可能である。
次に、一般的な言い方では、図23と24を参照すると、カートリッジ300は、第1の外側入口流れ表面301yと第2の内側出口流れ表面301zとを有する媒体梱包体301を含む。ろ過動作の間、ガスは入口流れ表面301yから出口流れ表面301zまで流れる。媒体梱包体301は、また、表面301yと表面301zの間で延びている下側排液口エッジまたは端部301bを含む。使用の間、媒体梱包体301中で合体する液体は、端部301bを通って下向きにかつ外向きに排液することができる。軸方向の重なり排液口構成物は、端部キャップ303の部分として、開いていて端部301bと重なっている。
図26と関連して以下で説明されるように、この構成物はカートリッジ中で使用すように配置されているので、カートリッジ300は、その上に2つのハウジングシール構成物とピンチシール331と外側に向けられたOリングまたは半径方向シール308とを対向する端部キャップ302、303上にそれぞれ含む。
図26では、クランク室換気用フィルタアセンブリ359の断面図は、取り外し可能で取替え可能な(すなわち、点検可能な)コンポーネントとしてハウジング360内にカートリッジ300を含んでいる。ハウジング360は、基部361とカバーアセンブリ362を含んでいる。ガス流れ入口は、基部361中に365で示される。カートリッジ300は、ろ過の間、外から内への流れのために構成されている。ガスはフィルタアセンブリ360内を入口365を通って環状内部を通過する。次に、ガスは、媒体梱包体301を通って内部326を通過する。次に、ガスは、カバーアセンブリ362を通過し、ハウジング360から出口373を通って出ることができる。
示されるカートリッジ300は、下部ケーシングシール部材308ハウジングシール部材331によってカバーアセンブリ362と基部361の間でハウジング基部361にシールされている。
アセンブリ359の下部中に、排液口380が提供されている。
次に、使用中に、クランク室からの外から内への流れへの形態のガスが媒体梱包体301を通過するとき、集まる液体は、開口306と窓340によって表された軸方向の重なり排液口構成物を通って下向きに通過することができる。次に、濾過されたガスは、開口335を通ってカバーアセンブリ362を通過し、ハウジング360から出口373を通って外側に通過することができる。
図26において実施例の寸法は以下の通りである。ZZG=165.6mm,ZZH=20.8mm,ZZI=30mm,ZZJ=66.7mm,ZZK=245.8mm,ZZL=50.5mm,ZZM=72.5mm,ZZN=201.4mm,ZZO=235.9mm,ZZO’=12.7mm,ZZP=134.4mmである。他の寸法は図面中の目盛りから得ることができる。
媒体15、201、301の延長部分のため使用可能な媒体調合物と形成
議論されたように、さまざまな媒体タイプが媒体15の延長部分に対して使用することができる。通常は、媒体15の延長部分は、連続した繊維状で形成された基体を含む。代替手段は可能であるが、典型的な形状は筒状である。
実施例の媒体は、2005年2月22日に出願された米国特許仮出願第60/656,806号に記載され、その内容は本明細書中に引用により合体される。別の実施例の媒体は、2005年9月9日に公開されたPCT国際特許公開公報WO05/083,240号に記載されその内容は本明細書中に引用により合体されるている。第3の実施例の媒体は、2005年2月4日に出願された米国仮特許出願第60/650,051号に記載され、その内容は本明細書中に引用により合体される。以下の記載は、2005年2月4日に出願された米国仮特許出願第60/650,051号からの実施例の媒体である。
2005年2月4日に出願された米国仮特許出願第60/650,051号の媒体は、湿式法プロセスを用いてシート形態で作製された湿式法で作製した媒体であり、次に、フィルタカートリッジ上/中に配置される。通常、湿式法で作製した媒体シート(wet laid media sheet)は、例えば、点検可能なカートリッジ中の延長部15の管状形態中の複数の層中で、通常、積層した、被覆した、または巻きつけた媒体として少なくとも使用される。
示されたように、複数のラッピングまたは巻き付けにより得られる複数の層を使用することができる。第1タイプの湿式法で作製した媒体(wet laid media)の1つまたはそれ以上の層を適用し、次に、異なる第2タイプの媒体(通常は湿式法で作製した媒体)の1つまたはそれ以上の層を適用することによって、勾配を媒体ステージ中に提供することができる。通常、勾配が提供されるとき、勾配は効率が異なるために選択された2つまたはそれ以上の媒体タイプの使用を含んでいる。この点について以下でさらに議論する。
本明細書では、媒体ステージを形成するのに使用される媒体シートの定義と総合的な媒体ステージ自体の定義とを区別することが重要である。本明細書では、用語「湿式法で作製したシート(wet laid sheet)」、「媒体シート」またはそれの異形は、フィルタ中の総媒体延長部15の総合的な定義とは違って、フィルタ中で媒体延長部15を形成するために使用されるシート材料について言及するときに使用される。これは以下の記載から明らかであろう。
本明細書の主に関心のあるタイプの媒体延長部分15は、少なくとも合体/排液のために使用されるが、媒体延長部分は通常は粒子除去機能も有するので、合体/排液と所望の固体粒子除去効率の両方を与える総合的な媒体ステージの一部を含むことができる。
上記で記載された実施例の配置構成において、オープションの第1ステージコアレッサ9と媒体延長部15は、図示された構成物中で記載されている。本明細書の記載に基づく湿式法で作製した媒体は、どちらのステージ中でも利用することができる。しかしながら、通常の記載された媒体は、延長部15、即ち、示された構成物において、管状媒体ステージ15を形成する媒体で利用され得る。
代替手段は可能であるが、合体/排液のためにCCV(クランク室換気)フィルタ中の媒体延長物15を形成するために使用された実施例の媒体組成物は、通常は、以下の通りである。
1.媒体組成物は、計算された細孔径(X−Y方向)が少なくとも10μm、通常は少なくとも12μmをもつ形態で提供される。細孔径は、通常は60μm未満、例えば、12〜50μmであり、通常は15〜45μmである。
2.媒体組成物は、DOP%効率(0.3μm粒子に対して10.5fpmで)が3〜18%の範囲内、通常は5〜15%をもつように調整されている。
3.媒体組成物は、本明細書で提供される一般的な記載に基づく2成分繊維材料を、シート中のろ過材料の総重量の少なくとも30重量%、通常は少なくとも40重量%、しばしば少なくとも45重量%、通常は45〜70重量%の範囲内で含んでいる。
4.媒体組成物は、少なくとも1μm、例えば、1〜20μmの範囲内の平均最大断面寸法(平均直径は丸い)をもつ2次繊維材料を、シート中の繊維材料の総重量の30〜70重量%(通常は30〜55重量%)を含んでいる。ある場合には、平均最大断面寸法は8〜15μmである。平均長さは、通常1〜20mm、しばしば、1〜10mmとして定められる。2次繊維材料は繊維の混合物であり得る。代替物は可能であるが、通常はポリエステルおよび/またはガラス繊維を使用する。
5.通常および好ましくは、繊維シート(および結果として得られる媒体延長部)は2成分繊維中に含まれるバインダー材料以外の追加のバインダーを全く含んでいない。追加の樹脂またはバインダーが存在する場合は、好ましくは、総繊維重量の約7%、より好ましくは総繊維重量の3%未満である。
6.通常および好ましくは、媒体は、少なくとも20ポンド/3,000平方フィート(9kg/278.7m2)、通常は120ポンド/3,000平方フィート(54.5kg/278.7m2)の坪量まで作られる。普通は、40〜100ポンド/3,000平方フィート(18kg〜45.4kg/278.7m2)の範囲内で選択される。
7.通常および好ましくは、媒体は、フレージャー透過性(フィート/分)が40〜500フィート/分(12〜153m/分)、通常は100フィート/分(30m/分)である。坪量は、約40ポンド/3,000平方フィートから100ポンド/3,000平方フィート(18〜45.4kg/278.7m2)のオーダーであり、通常の透過率は約200〜400フィート/分(60〜120m/分)であり得る。
8.0.125psi(8.6ミリバール)のクランク室換気フィルタ中の上記記載された媒体ステージを後で形成するために使用される媒体シートの厚さは、通常は少なくとも0.01インチ(0.25mm)、しばしば約0.018インチ〜0.06インチ(0.45〜1.53mm)、通常は0.018〜0.03インチ(0.45〜0.76mm)のオーダである。
2成分繊維と他の繊維との混合物を含む、本明細書で提供された一般的な定義に一致する媒体は、図を参照して上記に一般的に記載したクランク室の換気フィルタ中の媒体ステージとして使用することができる。通常および好ましくは、媒体は管状ステージを形成するために利用することができる。この様に使用するとき、代替物は可能であるが、媒体はフィルタ構造の芯の周りに通常は複数の層で、例えば、しばしば少なくとも20層で、通常は20〜70層で巻きつけられる。巻き付けの合計深さは、所望の総合効率に依存するが、通常は約0.25〜2インチ(6〜51mm)であり、普通は0.5〜1.5インチ(12.7〜38.1mm)である。総合効率は、層数と各層の効率に基づいて計算できる。例えば、12%の効率を有する湿式法で作製した媒体の2層を含む媒体ステージに対して0.3μmDOP微粒子の10.5フィート/分(3.2m/分)の効率は、22.6%、すなわち、12%+0.12×88である。
このような方法で測定された少なくとも85%、通常は90%以上の総合効率を持つ媒体ステージを提供するために、最終媒体ステージにおいて、十分な複数の媒体シートが使用される。いくつかの例では、95%以上の総合効率を持つことが好ましい。文脈において、用語「最終媒体ステージ(final media stage)」は湿式法で作製した媒体シートを巻き付けまたはコイル状に巻き付けることによって得られるステージを指す。
A 好ましい計算された細孔径
媒体延長部分部は、以下の2つの重要な機能を実行する。
1.媒体は、ろ過されるクランク室換気ガス中に含まれる油粒子のいくらかの合体と排出とを提供する。
2.ガス流れ中の他の微粒子の選択されたろ過を提供する。
一般に、細孔径が小さすぎる場合には、
a.(媒体から)媒体を通過して下方に重力によって合体した油微粒子の排液は難しいあるいは遅いので、ガス流れ中への油の再混入が増加する。
b.媒体を通過するクランク室のガス流れに対して受け入れられないレベルの規制が提供される。
一般に、細孔径が大きすぎる場合には、
a.油の微粒子は集まって合体しない。
b.媒体パックの許容可能な総合レベルの効率を達成するために、たくさんの数の層、従って媒体の厚さが必要である。
クランク室の換気フィルタに対して12〜50μmの範囲内の計算された細孔径が一般的に使用可能であることを見出した。通常の細孔径は15〜45μmの範囲内である。図面で特徴付けられた設計のための混入した液体を含むガス流れを第1に受け入れる媒体の一部分であって、少なくとも0.25インチ(6.4mm)の深さを通過する管状の媒体構造物の内部表面に隣接する部分は、少なくとも20μmの平均細孔径を有する。これは、この領域において、合体/排出の第1の多くの部分が起こるからである。合体排出がほとんど起こらない外側の層では、固体粒子をより効率的にろ過するために小さい細孔径がいくつかの例で好ましいかもしれない。
用語「X−Y細孔径」およびその変形が本明細書で使用される場合、ろ過媒体中の繊維間の理論的な距離について言及することを意味する。X−Yは、媒体の厚さであるZ方向に対する表面方向を示す。計算では、媒体中のすべての繊維が媒体の表面に等間隔で平行に配列されかつ繊維の長さ方向に垂直の断面で見たときに正方形として配列されていると仮定する。X−Y細孔径は正方形の対向角上の繊維表面間の距離である。媒体は様々な直径の繊維で構成されるならば、繊維のd2平均は直径として使用される。d2平均は正方形の直径の平均の平方根である。
問題の媒体ステージがクランク室の換気フィルタで7インチ(178mm)未満の総垂直高さを有する場合、好ましい範囲の高い端部で計算された細孔径、通常は30〜50μmを持つことが有効であること、および、フィルターカートリッジが大きな端部の高さで通常7〜12インチ(178〜305mm)の場合、小さい端部での細孔径約15〜30μmがときどき有用であること、が見出された。この理由は、高いろ過ステージは、合体の間に高い液頭を与えるからであり、高い液頭は、排出の間に、合体した液体が小さな細孔を通って重力で下流に流れるように強制することができる。もちろん、より小さいポアはより高い効率とより少ない層とを可能にする。
もちろん、同じ媒体ステージがさまざまなフィルタ・サイズでの使用のために構成されている通常の作動において、初期の分離で合体/排出のために使用される湿式法で作製した媒体の少なくとも一部に対して、通常は約30〜50μmの平均細孔径が有用であろう。
B ソリディティ
ソリディティは、繊維によって占有された媒体の容積分率である。ソリディティは媒体の単位質量あたりの体積によって分割された単位質量あたりの繊維体積の割合である。
本明細書に基づく媒体ステージ、特に、図を参照して上記記載されたような構成物における管状媒体ステージ、で使用するのに好ましい通常の湿式法で作製する材料は、0.125psi(8.6ミリバール)で、10%未満、通常は8%未満、例えば6〜7%のソリディティ(%表示)を有する。
C 厚さ
本明細書基づいて媒体パックを作るために利用される媒体の厚さは、1平方インチの丸い押さえを備えたエームズ#3W(BCA メルローズ マサツセッツ州)などのダイヤル・コンパレータを使用することで通常測定される。合計2オンス(56.7g)の重量が押さえを通って印加される。
本明細書に基づいて媒体構成物を形成するために巻き付けるまたは積層するために使用可能な通常の湿式法で作製した媒体シートは、0.125psi(8.6ミリバール)で少なくとも0.01インチ(0.25mm)、再度の0.125psi(8.6ミリバール)で約0.06インチ(1.53mm)までの厚さを持つ。通常、厚さは同様の条件で0.018〜0.03インチ(0.44〜0.76mm)である。
圧縮性は、ダイヤル・コンパレータを使用して得られる2つの厚さの測定値の比較であり、圧縮性は2オンス(56.7g)から9オンス(255.2g)までの全重量(0.125psi〜0.563psiまたは8.6ミリバール〜38.8ミリバール)における相対的な厚さの損失である。本明細書に基づいて巻き付けで使用可能な通常の湿式法で作製した媒体(約40ポンド/3,000平方フィート(18kg/278.7m2)は、20%未満、通常は12〜16%の圧縮性(0.125psiから0.563psiまでの、または8.6ミリバールから38.8ミリバールまでの%変化)を示す。
D 10.5フィート/分で0.3μm粒子に対する好ましいDOP効率
述べられた好ましい効率は、クランク室の換気フィルタを形成するために使用される湿式法で作製した媒体の層またはシートに対して好ましい。この要件は、多くの湿式法で作製した媒体の層が、通常少なくとも85%、またはしばしば90%以上、ある場合には95%以上の媒体ステージに対して総合的に好ましい効率を発生するために通常要求されることを示している。
かなり低い効率を特定の層に提供する理由は、その効率が合体、排出、および総合的な機能を容易にするからである。
一般に、DOP効率は、0.3μmのDOP粒子(ジオクチルフタレート)が10fpmで媒体にチャレンジするときの分別効率である。この特性を評価するために、TSIモデル3160ベンチ(TSIインコーポレイテッド、セントポール、ミネソタ州)を使用することができる。媒体にチャレンジする前に、DOPの分散されたモデル粒子は、大きさで分けられて中性にされる。
E 湿式法で作製した媒体の物理的性質
通常の湿式法で製造したエアーフィルタ媒体は、バインダーを追加して利用することにより強度を達成する。しかしながら、このことは効率と透過性を含み、ソリディティを増加させる。したがって上記示したように、本明細書の好ましい定義に基づいて湿式法で作製した媒体シートと媒体ステージは、通常はバインダーを全く含んでいないか、またはバインダーを含む場合は全繊維重量の7%未満、通常は全繊維重量の3%未満のレベルで含む。
4つの強度特性、すなわち剛性(stiffness)、引張(tensile)、折りたたみ後の圧縮および引張りに対する耐性(resistance to compression and tensile)は、一般に媒体の格付を定める。一般に、2成分繊維を利用して高分子結合剤を使用しないと、特定のあるいは類似の圧縮耐性と、良好な引張耐性と、折りたたみ後の良好な引張耐性と低い剛性に導く。折りたたみ後の引張強度は、多くのクランク室の換気フィルタ中で使用されるタイプのフィルターカートリッジの媒体の取り扱いおよび調整のために重要である。
縦方向(machine direction)の引張は、縦方向(MD)で評価される媒体の薄い細長い片の破壊強さである。言及した事項はTappi494に記載されている。折りたたみ後の縦方向の引張は、縦方向に対して試料を180度で折りたたみ後に行う。引張は以下のようにテスト条件の関数である:試料幅1インチ(25.4mm)、試料長さ4インチギャップ(101.6mm)、折り目:1インチ(25.4mm)幅の試料を0.125インチ(3.2mm)直径のロッドの上で180度折りたたみ、ロッドを取り除いて、5分間、試料上に10ポンド(4.54kg)の重みを加える。引張を引張速度2インチ/分(50.8mm/分)で評価する。
F.媒体組成物
1 2成分繊維の構成成分
上記説明したように、媒体の繊維組成物は30〜70重量%の2成分繊維材料を含むことが好ましい。媒体中で2成分繊維を使用する主要な利点は、比較的低いソリディティを維持しながら繊維サイズを有効に利用するためである。これは、2成分繊維が存在するために、クランク室の換気フィルタ中に設置するために十分に高い強度媒体を実現しながら達成される。
2成分繊維は、一般に、繊維として一緒に形成された2つの高分子成分を含んでいる。2成分繊維のための高分子の様々な組み合わせは有用であるが、第1高分子成分が第2高分子成分の溶融温度より低温度、通常205℃以下で溶けることが重要である。さらに、2成分繊維は、湿式法で作製する媒体を形成する際に、完全に混合し他の繊維とともに均等に分散する。2成分繊維の第1高分子成分の溶融は、2成分繊維がべとつく骨格構造を形成するのを可能にするために必要であり、この骨格構造は、冷却時に、他の2成分繊維と同様に、他の繊維の多くを捕らえて結合する。
代替物は可能であるが、通常、2成分繊維は、低融点の高分子を含むさやと、高い融点を形成するコアとを有するさや・コア形態で形成される。
さや・コア構造では、低融点(例えば、約80〜205℃)の熱可塑性プラスチックは、通常、高融点材料(例えば、120〜260℃)の繊維の周囲に押し出される。使用中に、2成分繊維は、約5〜50μm、しばしば10〜20μmの平均最大断面寸法(丸い場合は平均繊維径)と、通常、繊維形態で、一般に、少なくとも1mmで30mmを超えない、普通は20mmを超えない、通常は1〜10mmの平均長さを有する。この文脈での「最大」によって、繊維の最も厚い断面積寸法を言及することが意味される。
そのような繊維は、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン)、ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタレート、PCT)、ナイロン6、ナイロン6、6、ナイロン6、12などを含むナイロンを含むさまざまな熱可塑性プラスチック材料から作ることができる。適切な融点を持つ熱可塑性プラスチックは2成分繊維の低融点成分中で使用することができ、高融点高分子は2成分繊維の高融点「コア」部分で使用することができる。そのような繊維の断面構造は、「並列(side-by-side)」または「さや・コア」構造または同じ熱接着機能を提供する他の構造であり得る。また、先端が低融点高分子をもつ浅裂の繊維を使用することができる。2成分繊維の価値は、比較的低分子量の樹脂がシート、媒体、またはフィルタを形成する条件で溶融し、シート、媒体、またはフィルタを作成する材料中に存在する他の繊維と2成分繊維を結合して機械的に安定なシート、媒体、またはフィルタにするように作用することができるという点である。
通常、二成分(コア/殻またはさやと並列)繊維の高分子は、例えば、ポリオレフィン系/ポリエステル(さや/コア)2成分繊維などのように、異なる熱可塑性プラスチック材料で作られ、ここで、ポリオレフィン、例えば、ポリエチレンさやは、コア、例えば、ポリエステルより低温度で溶融する。通常の熱可塑性ポリマーは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、およびそれらの共重合体などのポリオレフィン;ポリテトラフルオロエチレン;例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル−酢酸ビニル、ポリビニルブチラールなどのポリエステル;例えば、ポリアクリレート、ポリメチルメタアクリレート、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル樹脂;ポリアミド、すなわち、ナイロン;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、セルロース樹脂、すなわち、硝酸セルロース、酢酸セルロース、アセテート・ブチレート・セルロース、エチルセルロースなど、上記材料のいずれかの共重合体、例えば、エチレン・酢酸ビニール共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、スチレン・ブタジエン・ブロック共重合体、クラトン(Kraton)ゴムなどを含む。本発明で特に好ましいものは、デュポンから利用可能な27IPとして知られている2成分繊維である。他の繊維はFIT201、クラレN720、ニチメン4080、および同様の材料を含んでいる。これらのすべては、第1溶融の完成時にさやの高分子を架橋する特性を示す。このことは、応用の温度が通常さやの融解温度より高いような液体への応用に対して重要である。さやが完全に結晶しない場合、さやの高分子は、応用中に再溶融し下流の設備と部品を被覆するまたは損傷を与える。
CCV媒体中での使用のために湿式法で媒体シートを形成するために使用可能な2成分繊維の例は、約6mmの長さに通常切られたデュポンのポリエステル2成分27IPである。
2 2次繊維材料
2成分繊維はクランク室の換気フィルタ媒体のためのマトリクスを提供する。追加の繊維または2次繊維は、十分にマトリクスを充填し合体するための所望の特性と効率とを提供する。
2次繊維は、高分子繊維、ガラス繊維、金属繊維、セラミック繊維またはこれらのいずれかの混合物であり得る。通常は、ガラス繊維、高分子繊維または混合物が使用されている。
本発明のフィルタ媒体で使用可能なガラス繊維は、記号A、C、D、E、Zero Boron E、ECR、AR、R、S、S−2、Nなどよって知られるガラスタイプと、一般に補強繊維を作るために使用される引き抜きプロセスまたは断熱繊維を作るために使用される紡績プロセスによって繊維にされるガラスとを含んでいる。
本発明の不織媒体は親水性、疎水性、親油性、疎油性繊維の両方から作られた2次繊維を含むことができる。これらの繊維は、ガラス繊維と2成分繊維とが協力して機械的に安定であり、強くて、透過性のフィルタ材料を形成し、このフィルタ材料は使用の間、液体材料の通過時の機械的応力に耐えることができるし微粒子の充填を維持することができる。2次繊維は、通常、平均最大断面寸法(丸いならば直径)約0.1μm以上、通常1μm以上、しばしば8〜15μmの範囲を有する単一成分繊維であり、天然に発生する綿、リネン、羊毛、様々なセルロース性および蛋白質性天然繊維、レーヨン、アクリル、アラミド、ナイロン、ポリオレフィン、ポリエステル繊維を含む合成繊維を含むさまざまな材料から作ることができる。2次繊維の1つのタイプは、他の成分と協同して材料を結合してシートにするバインダー繊維である。2次繊維の別のタイプは、他の成分と協同して材料の乾燥および湿潤条件下での引張強度と破壊強度を増加する構造的な繊維である。さらに、バインダー繊維は、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコールのような高分子から作られた繊維を含むことができる。また、2次繊維は、炭素/黒鉛繊維、金属繊維、セラミック繊維およびそれの組み合わせなどの無機繊維を含むことができる。
2次熱可塑性繊維は、これらに限定されないが、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエーテルエステル共繊維、ポリエチレン・テレフタレート繊維、ポリブチレン・テレフタレート繊維、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)繊維、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)繊維、液晶ポリマー(LCP)繊維、およびそれらの混合物を含む。ポリアミド繊維は、これらに限定されないが、ナイロン6、66、11、12、612、およびセルロース繊維を含み、高温「ナイロン」(ナイロン46など)は、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール繊維(88%加水分解、95%加水分解、98%加水分解、および99.5%加水分解高分子などの様々な加水分解のポリビニルアルコールを含む)、綿、粘性の高いレーヨン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性プラスチック、ポリ酢酸ビニル、ポリ乳酸、および、他の普通の繊維の種類を含む。
繊維の混合物は、ある所望の効率と他のパラメータを得るために使用することができる。
本発明のシート媒体は、製紙プロセスを使用して通常作られている。そのような湿式法で作製するプロセス(wet laid process)は特に有用であり、多くの繊維成分が水性の分散処理のために設計されている。しかしながら、本発明の媒体は乾式法で作製するプロセス(air laid process)のために適合させられた同様の成分を使用する乾式法で作製するプロセスによって作ることができる。湿式法で作製したシートにおいて使用される機械は、手漉き湿式装置(hand laid sheet equipment)、長網抄紙機械、筒状抄紙機械、傾斜製紙機械、製紙機械と他の機械の組み合わせを含み、こららの装置は適切に混合した紙を作り、仕上げ成分の1層または複数の層を形成し、流体の水性成分を除去して湿式のシートを形成することができる。これらの材料を含む繊維スラリーは、通常、比較的均一な繊維スラリーを形成するために混合される。そして、繊維スラリーは湿式法の製紙プロセスにかけられる。スラリーから湿式法で作製したシートが形成されると、湿式法で作製したシートは次に、乾燥され、硬化され、または別の方法で処理されて、乾燥した透過性の実際のシート、媒体、またはフィルタに形成される。工業的規模のプロセスに対して、本発明の2成分マットは、通常、市販で利用可能な長網製紙機械、ワイヤ・シリンダ、スチーブン・フォーマ,ロート・フォーマ、インヴァー・フォーマ、ヴェンチ・フォーマおよび傾斜型デルタ・フォーマ機械などの製紙型の機械を使用して処理される。好ましくは、傾斜型デルタ・フォーマ機械(inclined Delta Former machine)が使用される。本発明の二成分マットは、例えば、パルプとガラス繊維スラリーを形成し、混合タンク中でスラリーを結合することによって調製される。プロセスで使用される水量は使用される設備のサイズによって異なり得る。完成紙料は慣用のヘッドボックスに通過させて完成紙料を脱水し、移動ワイヤスクリーン上に堆積して吸引または真空によって脱水して不織の2成分織物を形成する。
2成分繊維中のバインダーは、加熱ステップでマットを通過させることによって活性化される。必要であれば、得られる材料は、次に、大きいロール中に集められる。
3 繊維の表面処理
繊維の表面特性の変更して接触角を増加すると、フィルタ媒体およびそれにより形成されるフィルタ部品の排出能力(圧力低下と量的な効率に対して)を高めることができる。繊維の表面を変更する方法は、フッ素化学物質またはシリコーン含有材料などの表面処理剤を通常、媒体の最大5重量%まで適用することである。
表面処理剤繊維は、繊維の製造の間に、媒体の製造の間に、または媒体の後処理の製造後に、または媒体パックの準備後に適用することができる。接触角を増加させるフッ素化学物質またはシリコーン含有材料などの多数の処理材料を使用することができる。実施例は、#8195などのデュポン・ゾニール(DuPontZonyl 商標登録)フッ素化学物質である。
以下の部分において、材料の実施例が使用される。
4 実施例の材料
(a)実施例A
実施例Aは例えばクランク室の換気フィルタ中の媒体相として使用可能なシート材料であり、その中で媒体相は良い合体/排出の両方を提供するために必要とされ、また、媒体相は総合的なろ過の使用可能な効率を提供するために層中で使用することができる。材料は、例えば、4インチ〜12インチ(100〜300.5mm)の高さを有する管状媒体構造物として使用する場合に、良好にかつ効率的に排液する。媒体を複数回巻き付けてそのような媒体パックを作る。
媒体の実施例Aは、以下のような繊維混合物から作られた湿式法で作製したシートを含む。すなわち繊維混合物は、6mm長さに切断されたデュポンのポリエステルの2成分繊維271Pを50重量%と、6mm長さに切断されたデュポンのポリエステル205WSDを40重量%と、6mm長さに切断されたオーエンス・コーニングDS−9501−1IWのアドバンテックス・ガラス繊維を10重量%とからなる。
デュポン27IP2成分繊維は約13μmの平均繊維径をもつ。デュポン・ポリエステル205WSD繊維は、約12.4μmの平均繊維径をもつ。オーエンス・コーニングDS−9501−1IWは、約11μmの平均繊維径をもつ。
実施例Aの材料は、約40.4ポンド/3000平方フィートの坪量で作られた。材料は0.125psiで0.027インチの厚さと0.563psiで0.023インチの厚さをもつ。したがって、0.125psiから0.563psiへの全パーセント変化(圧縮性)はわずか14%であった。1.5psiで材料の厚さは0.021インチであった。
0.125psiにおける材料のソリディティは6.7%であった。透過性(フレージャー法)は392フィート/分であった。
縦方向(MD)折り目の引張は2.6ポンド/インチ幅であった。計算されたX−Y方向の細孔径は、43μmであった。10.5フィート/(分・0.43μm粒子)あたりのDOP効率は6%であった。
(b)実施例B
実施例Bは、6mm長さに切断されたデュポンのポリエステル2成分27IPの50重量%と、ロウシェ(Lausch)のB50Rマイクロファイバガラスの50重量%とを含む繊維混合物で作られた。このマイクロファイバガラスは約3〜6mmのオーダーの長さをもつ。また、デュポンのポリエステル2成分271Pは、13μmの平均直径をもつ。LauschのB50Rは、1.6μmの平均直径と2.6μmのd2平均をもつ。
試料は38.3ポンド/3,000平方フィートの坪量で作られた。媒体の厚さは0.125psiで0.020インチであり、0.563psiで0.017インチであった。したがって、0.125psiから0.563psiまでに変化するパーセントは15%、すなわち、15%圧縮性であった。1.5psiでは、試料は0.016インチの厚みを有する。
0.125psiで測定された材料のソリディティは6.9%であった。材料の透過性は約204フィート/分であった。縦方向の折り目の引張は、3.9ポンド/インチ幅で測定された。
計算された細孔径のX−Y方向は18μmであった。0.3μm粒子に対する10.5フィート/分のDOP効率は12%であった。
例示のB材料は、ろ過を素早く仕上げるために1層または複数の層として使用されるとき有効であるだろう。例示のB材料は高い効率のために、媒体中で高能率を生成するために単独または複数の層で使用され得る。
しかしながら、この材料は、比較的小さな細孔径のためにコアレッサ/排液材料としてはボーダーラインの材料であるだろう。
例示のB材料は、次に、より大きい細孔径を有する媒体を上流に含んでいる媒体パックの下流部分を形成するために使用されて合体/排出のためのステージを形成することができる。
管状の構造物において、例えば、管の外側を形成するために使用される実施例B材料とともに実施例A材料を管の内部を形成するために使用すると、クランク室の換気フィルタ中で2つは一緒に所望の排液特性とろ過の総合効率のろ過媒体ステージを含む。
示されたように、記載された状況に対して好ましい特性のためにて選択されたさまざまな材料は、媒体および媒体梱包体15、201、301のために使用することができる。使用可能な材料は、その内容を引用して本明細書に合体する2005年2月4日に出願された米国特許仮出願第60/650,051号と、その内容を引用して本明細書に合体する2006年1月31日にPCT/US2006/004639号として国際出願され、2006年8月10日に公開された国際特許出願第WO2006/084282号に記載されている。
また更なる実施例は、それぞれの内容は引用して本明細書に合体される2005年11月4日に出願された米国特許仮出願第11/267,958号および2006年5月1日に出願された米国特許仮出願第11/381,010号に記載されている。
G.好ましい媒体を使用するクランク室の換気フィルタ構造物
部分VIと部分VIのA〜Fで上記特徴付けられてた好ましい湿式法で作製した媒体は、クランク室の換気フィルタ構成物でさまざまな方法で利用されることができる。図示された構成物において、媒体は、例えば、管状ステージで使用することができる。所望であれば、そのような媒体は、また、オープションの第1ステージで使用することができる。
通常、管状ステージは、上記の記載に対応して湿式法で作製した媒体をコイル状に20〜70回巻き付けて作られる。もちろん、代替物は可能である。
ある場合には、良い排液特性のために、管状の媒体ステージが本明細書で特徴付けられたタイプの媒体を含むとき、本明細書でオープションとして特徴付けられた第1ステージを使用しないことは可能である。この理由は、そのような媒体が初期の効率と有効な合体と排液とを提供して微粒子フィルタ・ステージの一部としておよび合体/排液ステージとしての両方で使用可能であるからである。
その結果、本明細書で特徴づけられた媒体は、クランク室の換気フィルタのためのさまざまな代替の構成を提供することができる。実施例は、クランク室換気ガスを通過する流れに対して媒体を管状形態で配置した例である。他の例では、媒体は、パネル構成物または他の構成物で構成することができる。
より一般的な用語において、私たちの混入された液体微粒子の合体/排出と微粒子のろ過の両方を成し遂げるろ過システムは、急速に集められた液体を排出するように設計すべきである。さもないと、フィルタ媒体の機能の寿命は非経済的に短くなる。媒体は、液体が媒体から急速に排液されるように配置する。いくつかの主要な性能の特性は、初期と均衡時の部分効率、圧力低下、および排出能力である。媒体のいくつかの主要な物理的性質は、厚さ、ソリディティおよび強度である。
一般に、合体/排出のための媒体は、排液するフィルタ能力を高めるように配列する。管状の構造物に対して、これは、管が垂直に延びている中心軸を持つ媒体位置である。この向きにおいて、特定の媒体組成物は平衡の荷重の高さを示すが、それは、X−Y細孔径、繊維配向、および接触角として測定される繊維表面と液体の相互作用の関数である。媒体中における液体の捕集は、媒体からの液体の排出速度とバランスされるポイントの高さまで上昇する。もちろん排出する液体でふさがれている媒体部分はろ過に利用することができない。したがって、媒体のその部分は、圧力低下が増加して、フィルタを横切る効率は減少する。その結果、液相によってふさがれた、多孔性が残っているエレメントの部分を制御するのは有利である。排出速度を増加させることが有利であることは、代替法として述べられる。
排出速度に影響する媒体の因子は、X−Y細孔径、繊維配向および繊維表面で排出される液体の相互作用である。所望の液流量を達成するためにこれらを減少させることは、部分的に問題である。X−Y細孔径が増加すると、上で説明したように、排出を容易にする。しかしながら、これはろ過のための繊維数を低減し、その結果フィルタの総合効率を低下させる。目標効率を達成するために、所望のX−Y細孔径を有する複数の層の材料を使用することによって、比較的厚い媒体パック構造を作ることができる。また、繊維は好ましくは、媒体の垂直方向に配向するであろうが、このア流れチは、一般に、困難さが最大になる。通常、媒体が管状形態で提供される場合には、湿式法の製造プロセスから管の表面を定めるX−Y平面に配向され、Z方向が厚さとなるであろう。
繊維の表面で排出される液体の相互作用は上記のように議論された。これを高めるために、繊維表面に提供される処理を使用することができる。上で議論した処理は、フッ素化学物質またはシリコーン含有処理剤である。良い排出のために構成されている媒体で得られるであろうよりも高い効率を所望する場合、媒体の上流の端部で多くの効率的な媒体ステージが通常同じ媒体パックの一部として提供することができる。これは、その中でほとんどの合体/排出が起こる媒体パックの初期ステージとして実施例のA材料を提供する例および後者の実施例のB材料が高効率の仕上げを提供する例で上記で議論した。
H 一般的な観察
一般用用語において、本開示に基づいて、使用可能なクランク室換気用フィルタカートリッジと技術が提供される。一般に、媒体の延長部分は、使用中に、媒体端部で軸方向下向きに直接の排液口を可能になる形態で提供される。通常は、媒体は、媒体から液体の軸方向直接の排液口が可能になる形態でカートリッジ内に固定される。これは、媒体への液体の蓄積を比較的少なくして排液を可能する。
この原理は、広くさまざまなフィルタカートリッジの寸法と形状に適用することができる。一般に、この技術は、作動中に、媒体から直接軸方向に排液が可能となる、低い排液口端部を媒体梱包体に提供する工程を含む。
本明細書に示され記載された実施例において、この技術は、米国特許6,852,148号で図示され記載された一般的なスタイルのフィルタカートリッジで図示され実施されている。もちろん、この技術は、代替構成物のすべてのカートリッジで適用することができる。
示された実施例では、媒体開口内部を取り囲こみ、媒体の第1端部と媒体の第2端部を有する第1方向に延びている媒体を含むクランク室換気用フィルタカートリッジが提供される。第1端部キャップは、媒体の第1端部に配置される。第1端部キャップは、媒体開口内部と連絡している流れの開口を画定する。ハウジングシール構成物はカートリッジ上に提供され、使用中にハウジング構造部材にカートリッジをシールする。媒体は、第1方向に延びている媒体の第2端部に配置された媒体と重なる軸方向の排液口構成物を有する。媒体と重なる軸方向の排液口構成物は、媒体の第2端部から媒体の軸方向に集められた液体の直接排液を可能にする。これは、通常の作動の間、より早く排液が始まるのを可能する。
示されたいくつかの実施例では、ハウジングシール構成物は、第1端部キャップの一体成形された部分であり、ハウジングシール構成物は、流れ開口を取り囲んで画定する、半径方向に向けられたシールである。また、ハウジングシール構成物が軸方向シールである代替のアプローチも記載されている。
示された実施例において、媒体と重なる軸方向の排液口構成物は、媒体の第2端部に配置され、媒体開口内部を横切って延びている中央の閉じた部分を有する第2端部キャップを含んでいる。この方法において、第2端部キャップは、媒体の第2端部で媒体開口内部を閉じている。
通常の第2端部キャップは、媒体の第2端部と直接軸方向の重なる部分に間隔をあけて配置されている複数の排液口領域を画定する。この文脈における「直接軸方向の重なり(direct axial overlap)」によって、いくらかの外向きの排液が、媒体の第2端部から媒体の外側表面から外側に必要な通路が無くても軸方向に流れることを意味する。
示された1つの実施例では、第2端部キャップは、第2端部の中央の閉じた部分から媒体の第2端部を横切って媒体外方向の周囲の外側の位置まで延びている間隔をあけて配置された複数の延長部分を含む。通常は、この形態において、第2端部キャップは間隔をあけて配置された少なくとも2つ、通常は3〜6個の延長部分を含むが、代替手段は可能である。示された実施例は、第2の端部は、間隔をあけて配置された4つの延長部分を含む第2端部キャップである。
記載された実施例では、間隔をあけて配置されている複数の延長部分は、それぞれ、軸方向外側に向けられた突起構成物を含んでいる。
ある実施例の構成物では、第1端部キャップと第2端部キャップは両方とも適所に成形されたものである。通常、このような場合、それぞれはポリウレタン発泡体で成形されている(この代替物もまた記載されている)。
本明細書に記載されたように、フィルタカートリッジは、第1延長部によって囲まれて配置され、媒体開口内部を横切って半径方向に延びているオプションとして、第1段階コアレッサフィルタを提供する。次に、第1段階コアレッサフィルタは、第1端部キャップを通ってフィルタ媒体開口内部への流れが第1段階コアレッサを通過するように配置される。
示された実施例では、第1段階コアレッサフィルタは、上流グリッドと下流グリッドの間に配置された繊維状媒体の領域を含む。
説明された実施例では、第1方向に延びている媒体(媒体の第1延長部分)は、外部表面と内部表面とを有する筒状の媒体延長部分を画定する。第1方向に延びている媒体は、内側の支持体周辺に巻きつけた繊維状の媒体ラップを含んでいる。選択された特性と成分とを有する使用可能な媒体は、本明細書に記載されている。
また、本開示によると、内部を画定し、ガス流れの入口構成物、ガス流れの出口構成物、および排液出口構成物を含むハウジングを含むクランク室換気用フィルタアセンブリが記載されている。例えば、本明細書の記載に基づく点検可能なクランク室換気用フィルタカートリッジは、作動の間に通常のガス流れは、前記第1方向に延びている媒体を通り、前記第1方向に延びている媒体で合体した液体の少なくとも一部が前記第1方向に延びている媒体から前記第1方向に延びている媒体の端部の前記軸方向の排液口構成物を通って排液出口構成物まで軸方向に排液され、前記第1方向に延びている媒体からのガス流れが外に向かう前記ガス流れ出口構成物に向けられるようにハウジング内部に配置される。ハウジングと点検可能なフィルタカートリッジのためのさまざまな実施例の特徴が記載されている。
本開示の原理に基づいて組み立てられたクランク室換気用フィルタアセンブリの平面図である。 図1に示されるフィルタアセンブリの線2−2に沿って得られる断面図である。 図1と図2に示されるフィルタアセンブリの図1の線3−3に沿って得られる断面図である。 図1〜図3のフィルタアセンブリで使用可能な点検可能なフィルタカートリッジの拡大側面図である。 図4のフィルタカートリッジの上部からの斜視図である。 図4と図5に基づくフィルタカートリッジの底部からの斜視図である。 図4〜図6に基づくフィルタカートリッジの平面図である。 図7の線8−8に沿って得られるフィルタカートリッジの断面図である。 図8の一部の部分拡大断面図である。 図4〜図9のフィルタカートリッジで使用可能な底部端部キャップの底部からの斜視図である。 図10で示された端部キャップの底面図である。 図11に示される端部キャップの図11の線12−12に沿って切り取られた断面図であり、図12は使用の場合に下に向けられた底部表面を持って向けられた図である。 図11の線13−13に沿って切り取られた断面図であり、図13の端部キャップは使用のために標準として下に向けられた底部表面を持っている図である。 図4〜7のフィルタカートリッジで使用可能な媒体梱包体の斜視図である。 図14で示された媒体梱包体の断面図であり、図15は図14の線15−15に沿って切り取られた図である。 図15の媒体梱包体で使用可能なフィルタ部品の拡大断面図である。 図16のフィルタ部品の分解斜視図である。 図14の媒体梱包体のインナーライナ部品の側面図である。 本開示に基づく特徴を組み込んでいる代替のフィルタカートリッジの概要を示す底面からの斜視図である。 図19で示されたフィルタカートリッジの概略断面図である。 図19と20で示されたカートリッジの概略底面図である。 図19〜21に基づくフィルタアセンブリを取り外し可能に配置したフィルタカートリッジの概略断面図である。 本開示に基づく特徴を組み込んだ第2の代替フィルタカートリッジの概要を示す底面からの斜視図である。 図23で示されたフィルタカートリッジの概略断面図である。 図23、24で示されたフィルタカートリッジの概略を示す底面図である。 図23〜25に基づくフィルタカートリッジを取り外し可能に配置したフィルタアセンブリの概略的な図である。

Claims (24)

  1. クランク室換気用フィルタカートリッジであって、
    (a)第1方向に延びている媒体と、
    (b)ハウジングシール構成物と、
    (c)前記第1方向に延びている媒体の端部で媒体と重なる軸方向の排液口構成物と、
    を有することを特徴とするクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  2. (a)前記第1方向に延びている媒体は、媒体開口内部を取り囲み、媒体の第1端部と媒体の第2端部とを有し、
    (b)前記媒体と重なる軸方向の排液口構成物は、前記第1方向に延びている媒体の前記媒体の第2端部にあることを特徴とする請求項1に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  3. (a)前記媒体の第1端部で第1端部キャップを介して前記媒体開口内部と連結する流れ開口を画定する前記第1端部キャップを含むことを特徴とする請求項2に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  4. (a)前記ハウジングシール構成物は、前記第1端部キャップと一体成形された部分を含むことを特徴とする請求項3に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  5. (a)前記ハウジングシール構成物は、半径方向に向けられたシールを含むことを特徴とする請求項3または請求項4に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  6. (a)前記ハウジングシール構成物は、前記第1端部キャップ上に配置された軸方向ピンチシールフランジを含むことを特徴とする請求項3または請求項4に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  7. (a)前記媒体と重なる軸方向の排液口構成物は、前記媒体の第2端部に配置され、前記媒体開口内部を横切って延びている中央の閉じた部分を有する第2端部キャップを含むことを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  8. (a)前記第2端部キャップは、前記媒体の第2端部と直接軸方向の重なる部分に間隔をあけて配置されている複数の排液口領域を画定することを特徴とする請求項7に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  9. (a)前記第2端部キャップは、ハウジングシール部材を含むことを特徴とする請求項8に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  10. (a)前記間隔をあけて配置されている複数の排液口領域が、前記第2端部キャップの材料で囲まれた間隔をあけて配置されている複数の開口を含むことを特徴とする請求項8に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  11. (a)前記間隔をあけて配置されている複数の排液口領域が、前記第1方向に延びている媒体の外側端部および内側端部のうちの少なくとも1つと重なる部分で間隔をあけて配置されている複数の窓を含んでいることを特徴とする請求項8または請求項10に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  12. (a)前記間隔をあけて配置されている複数の排液口領域が、前記第2端部キャップの中央の閉じた部分から前記媒体の第2端部を横切って媒体の外側周辺の外側の位置まで延びている複数の延長部を含んでいることを特徴とする請求項11に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  13. (a)前記第2端部キャップは、間隔をあけて配置されている少なくとも3つの窓を含むことを特徴とする請求項11に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  14. (a)間隔をあけて配置されている前記複数の延長部のそれぞれは、軸方向の外側に向けられた突起構成物を含むことを特徴とする請求項12に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  15. (a)前記第1端部キャップは、適所に成形された端部キャップであり、
    (b)前記第2端部キャップは、適所に成形された端部キャップであることを特徴とする請求項7に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  16. (a)前記第1端部キャップと前記第2端部キャップは、それぞれポリウレタン発泡体であることを特徴とする請求項15に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  17. (a)前記第1方向に延びている媒体に囲まれて配置され、かつ前記媒体開口内部を横切って半径方向に延びている第1段階コアレッサフィルタを含むことを特徴とする請求項3に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  18. (a)前記第1段階コアレッサフィルタは、上流グリッドと下流グリッドの間に配置された繊維状の媒体領域を含み、
    (b)前記第1段階コアレッサフィルタは、前記第1端部キャップの流れ開口を通って前記媒体開口内部へ入る流れが、媒体開口内部を取り囲む前記第1方向に延びている媒体に入る前に、前記第1段階コアレッサフィルタを通過するように配置されていることを特徴とする請求項17に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  19. (a)前記第1方向に延びている媒体は、内側に向けられたビーズを有するインナーライナの周囲に配置されており、
    (b)前記第1段階コアレッサフィルタは、前記ビーズ上に配置された外側の側壁を含むことを特徴とする請求項18に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  20. (a)前記第1方向に延びている媒体は、外側表面と内側表面とを有する筒状の媒体延長部分を画定することを特徴とする請求項1乃至請求項19のいずれか1項に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  21. (a)前記第1方向に延びている媒体は、内側の媒体支持体の周囲に巻きつけた繊維状の媒体ラップを含むことを特徴とする請求項1乃至請求項20のいずれか1項に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  22. (a)前記第1方向に延びている媒体は、媒体ステージを含み、
    前記媒体ステージは、
    (i)少なくとも10μmの平均最大繊維断面寸法と、1〜20mmの平均長さとを有し、前記媒体ステージ中の前記繊維材料の総重量に対して少なくとも30重量%の2成分繊維材料と、
    (ii)少なくとも1μmの平均最大繊維断面寸法と、1〜20mmの平均長さとを有し、前記媒体ステージ中の前記繊維材料の総重量に対して少なくとも30重量%の二次繊維材料と、を有し
    (iii)前記第1方向に延びている媒体中の前記媒体ステージは、
    (A)X−Y方向に12〜50μmの計算された細孔径と、
    (B)バインダー樹脂が存在する場合に、前記繊維材料の総重量の7%以下の添加されたバインダー樹脂含有量と、含むことを特徴とする請求項1乃至請求項21のうちのいずれか1項に記載のクランク室換気用フィルタカートリッジ。
  23. クランク室換気用フィルタアセンブリであって、
    (a)内部を画定し、ガス流れ入口構成物とガス流れ出口構成物と排液出口構成物とを含むハウジングと、
    (b)前記ハウジング内部に配置された請求項1乃至22のうちの少なくとも1つに基づく点検可能なクランク室換気用フィルタカートリッジであって、作動の間に通常のガス流れは、前記第1方向に延びている媒体を通り、前記第1方向に延びている媒体で合体した液体の少なくとも一部が前記第1方向に延びている媒体から前記第1方向に延びている媒体の端部の前記軸方向の排液口構成物を通って排液出口構成物まで軸方向に排液され、前記第1方向に延びている媒体からのガス流れが外に向かう前記ガス流れ出口構成物に向けられる、前記フィルタカートリッジと、
    を有することを特徴とするクランク室換気用フィルタアセンブリ。
  24. クランク室換気ガスを濾過する方法であって、
    (a)前記クランク室換気ガスを第1方向に延びている媒体を通過してクランク室換気フィルタカートリッジの中に通す工程と、
    (b)前記第1方向に延びている媒体中に集められた液体の少なくとも一部を、前記媒体の内部から前記媒体の底部を通過して直接下方向に排液させる工程と、
    を有することを特徴とする方法。
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