JP2010115651A - フィルタ構成、密封システム、および方法 - Google Patents

フィルタ構成、密封システム、および方法 Download PDF

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Abstract

【課題】エンジン、タービン、炉、または他の上流におけるガスの流れから粒子物質を除去するフィルタ構成を提供する。
【解決手段】フィルタ・パックは、フィルタ構造１００と、ダクトまたはハウジングの内部にフィルタ構造を密封するための密封システム６０とを含む。フィルタ構造は第１および第２の対向する流れ面を有し、直線的な流れのために構成されている。密封システムはフレーム構造と圧縮性シール部材を含む。圧縮性シール部材はフレーム構造の一部分の周りに成形されている。圧縮性シール部材は、フィルタ・パックがハウジング内に挿入されるとフレーム構造とハウジングの表面都の間でこれらに対して放射シールを形成するために、十分に圧縮可能である。
【選択図】図１

Description

本発明の開示は、エンジン用のフィルタ構造および濾過とフィルタ調製との方法に関するものである。特に、この開示は密封システムを有するフィルタ装置を説明する。
ガス流はその中に粒子物質を保持していることが多い。多くの場合、粒子物質の一部分またはすべてをガス流から除去することが望ましい。例えば、自動車用または発電設備用のエンジンへの空気取入れの流れ、ガス・タービンへ送られるガスに流れ、および様々な燃焼炉への空気の流れは、その中に粒子物質を含むことが多い。粒子物質は、これが関連するさまざまな機構の内部作動部に到達すると、これに対して実質的な損害を与える可能性がある。したがって、このようなシステムのためには、関連するエンジン、タービン、炉、または他の機器の上流におけるガスの流れから粒子物質を除去することが好ましい。さまざまな空気フィルタ構造またはガス・フィルタ装置が粒子を除去するために開発されている。しかしながら一般に改良の探求が続けられている。
この開示はエンジンの空気流システムを説明する。空気流システムは、媒体パックおよび密封システムを含むフィルタ・エレメント構造を具備する。好ましい構成では、密封システムはフレーム配置とシール部材を持つことになり、フレーム配置は、媒体パックの流れ面の１つから軸方向に延びる延長部を含む。特に好ましい配置では、シール部材はフレーム配置の延長部で支持される。
フィルタ・エレメント構造は本明細書に説明されている。好ましいフィルタ・エレメント構造は上述のような特徴を有することになる。
システムの濾過方法、濾過システムの使用方法、およびフィルタ装置の組立方法は本明細書に説明されている。好ましい方法は、上記の特徴を有するようなフィルタ・エレメントと構造を使用することになる。
本開示の一定の原理によるフィルタ・パックのある実施形態の概略斜視図である。 図１の装置で使用できる濾過材の一部分の概略斜視図である。 図１の装置で使用できるフィルタ・パックを製造する１つの段取りを示す概略斜視図である。 図１に示すフィルタ・パックの密封システムの一実施形態を示す概略平面図である。 使用のためにエア・クリーナの中に密封された状態を示す、図１の装置の概略部分断面図である。 図４に示す密封システムのフレームの、図４の線６−６に沿って取った概略断面図である。 本開示の原理による図４に示す密封システムの圧縮可能シール部材の一実施形態を示す拡大部分概略断面図である。 本開示の原理によるフィルタ・パックを使用することができる、エア・クリーナの一実施形態の概略斜視図である。 図８に示すエア・クリーナの中に取り付けられた図１のフィルタ・パックを示す、同エア・クリーナの概略断面図である。 本開示の一定の原理によるフィルタ・パックの第１代替実施形態の概略斜視図である。 図１０のフィルタ・パックの過材部分を示す概略斜視図である。 図１０に示すフィルタ・パックの密封システム用フレーム部分の一実施形態を示す概略斜視図である。 図１０に示すフィルタ・パックで使用できる密封システムの一実施形態の、図１０の線１３−１３に沿って取った概略断面図である。 本開示の原理によるエア・クリーナの一代替実施形態の概略図１０に示すフィルタ・パックで使用できる密封システムの一実施形態の概略側面図である。 図１４に示すエア・クリーナの中に取り付けられた図１０のフィルタ・パックを示す、同エア・クリーナの線１５−１５に沿って取った概略断面図である。 本開示によるエア・クリーナが使用されるシステムの一実施形態の概略図である。 図１に示すフィルタ・パックの一代替実施形態の端面図である。 図１に示すフィルタ・パックの別の代替実施形態の端面図である。
Ａ．図１〜７
図１に注目する。図１は、フィルタ・パック５０の第１実施形態の斜視図である。図示された好ましいフィルタ・パック５０は、濾過材５５と密封システム６０とを含む。好ましい構造では、濾過材５５は、濾過材５５を通過する空気などの流体から粒子を除去するために設計されているが、密封システム６０は、図８、９に示すようにハウジングまたはダクトの側壁に対してフィルタ・パック５０を密封するために設計されている。「密封」という用語によって、密封システム６０は正規の状態の下では、意図されないレベルの流体がフィルタ・パック５０とハウジングまたはダクトの側壁との間の領域を通過しないようにすること、すなわち、密封システム６０は流体の流れがフィルタ・パック５０の濾過材５５を通過しないようにすることを意味する。
ある好ましい実施形態では、濾過材５５は直線的な流れのために構成されることになる。「直線的な流れ」という用語によって、濾過材５５は、（図示された実施形態では入口端に相当する）第１流れ面１０５および（図示された実施形態では出口端に相当する）反対側の第２流れ面１１０を有し、流体の流れは第１流れ面１０５を通って一方向１１４に入り第２流れ面１１０から同じ方向１１６に出るという構造１００に形成されていることを意味する。インライン流ハウジングと共に使用するときは、一般に流体は一方向にハウジングの入口を通って入り、同じ方向に第１流れ面１０５を通ってフィルタ構造１００に入り、第２流れ面１１０から同じ方向にフィルタ構造１００を出て、やはり同じ方向にハウジング出口を通ってハウジングから出る。
第１流れ面１０５は入口端に対応するとして上に述べ、第２流れ面１１０は出口端に対応するとして上に述べたが、入口端と出口端とを逆にすることができる。すなわち、図１に示す第１流れ面１０５は出口端に対応し、図１に示す第２流れ面１１０は入口端に対応する。
図１では、第１流れ面１０５と第２流れ面１１０は平面かつ平行に図示されている。他の実施形態では、第１流れ面１０５と第２流れ面１１０は、例えば円錐台形などの非平面にすることができる。さらに、第１流れ面１０５と第２流れ面１１０を互いに平行にする必要はない。
一般にフィルタ構造１００は巻き構造になる。すなわち構造１００は一般的に中心の周りに完全にまたは繰返し巻かれた濾過材の層を含む。一般的に巻き構造はコイルになり、この構造では濾過材の層が中心の周りに一連の巻回数だけ巻きつけられる。巻コイル構造が使用される装置では、フィルタ構造１００は濾過材、一般的に透過性の段付き濾過材のロールとなる。
図２に注目する。図２は、本明細書に記載のフィルタ構造において使用できるある好ましい濾過材の動作の原理を実証する概略斜視図である。図２では、流路構成を全体的に１２２で示す。流路構成１２２は、複数の流路１２４と１つの面シート１３２を有する波形のシート１２３を含むことが好ましい。図２の実施形態は、面シート１３２の２枚の部分を１３２Ａ（波形のシート１２３の上に図示されている）と１３２Ｂ（波形のシート１２３の下に図示されている）に示す。一般的に、本明細書に記載の装置において使用される好ましい媒体構造１２５は、下面シート１３２Ｂに確保された波形のシート１２３を含む。この媒体構造１２５を巻回状態で使用するときは、これは一般的に、下面シート１３２Ｂが波形層１２３の上を覆うように、それ自体の周りに巻きつけられる。波形層の上を覆う面シート１３２を１３２Ａとして図示する。面シート１３２Ａ、１３２Ｂは同じシート１３２であることを理解すべきである。
この形式の媒体構造１２５を使用するときは、流路室１２４は交代する頂部１２６と谷部１２８を構成することが好ましい。頂部１２６と谷部１２８は流路を上行と下行とに分ける。図２に示す特定の構成では、上段と下段が下流端で閉じた流路室１３６を形成するが、上流端で閉じた流路室１３４は段の下行を形成する。流路室１３４は第１端ビード（玉状液体、bead）１３８によって閉じられ、第１端ビードは、流路シート１３０と第２対向シート１３２Ｂとの間における上流端の一部分を充填している。同様に、第２端ビード１４０は交代する流路１３６の下流端を閉じている。好ましいシステムには、第１端ビード１３８と第２端ビード１４０の両方が媒体構成１２５のすべての部分に沿って直線であり、決して直線経路から逸れないものもある。また好ましいシステムには、第１端ビード１３８は直線で、媒体構成１２５の端部の１つにおいて、またはその近くの位置から決して逸れず、また第２端ビード１４０も直線で、媒体構成１２５の端部の１つにおいて、またはその近くの位置から決して逸れないものもある。流路１２４と端ビード１３８、１４０は、フィルタ構造１００の中に形成されてハウジングなしで構造的に自立することができる媒体構成１２５を提供する。
媒体構成１２５の形で組み立てられた濾過材を使用すると、使用中に、空気などの濾過されない流体は陰付き矢印１４４に示すように流路室１３６に入る。流路室１３６の上流端１４６は開いている。濾過されない流体の流れは、流路室１３６の下流端１４８が第２端ビード１４０によって閉じられているので、流路室１３６の下流端１４８を通過することはできない。したがって、流体は段付きシート１３０または面シート１３２を通るように強制される。濾過されない流体は段付きシート１３０または面シート１３２を通過するので、流体は清浄化または濾過される。清浄化された流体は陰のない矢印１５０で示されている。それから流体は（閉じた上流端１５１を有する）流路室１３４を通過して、開いた下流端１５２（図１）を通って流れ、流路構成１２２から出る。図示された構成によって、濾過されない流体は段付きシート１３０、上部対向シート１３２Ａ、または下部対向シート１３２Ｂを通過して流れ、流路室１３４に入ることができる。
一般的に、媒体構成１２５は準備後に濾過材のロール構造１００を形成するように巻かれることになる。この形式の濾過材を使用のために選択すると、準備された媒体構成１２５は、（図２に示すように、ただし上面シート１３２Ａのない）底面シート１３２Ｂに端ビード１３８によって固定された波形のシート１２３を含む。これらの形式の装置では、媒体構成１２５は一端に先縁を、反対端に後縁を含み、上部側縁と底部側縁が先縁と後縁の間に延びている。用語「先縁」によって、これはロール構造の中心または心部またはこの近くにあるように最初に巻かれる縁部であることを意味する。「後縁」は、巻き工程またはコイル状にする工程が完了した時にロール構造の外側にある縁部となる。
先縁と後縁は、この形式の媒体構成１２５では、シートをコイル状に巻く前に、波形シート１２３と底面シート１３２Ｂとの間で密封されなければならない。多くの方法が可能であるが、ある方法では先縁におけるシールは次のように形成される。すなわち（ａ）波形シート１２３と底面シート１３２Ｂとを、頂部１２６の最高点（または頂点）で頂部１２６を形成する流路１２４に沿って、頂部側縁から底部側縁へ（または底部側縁から頂部側縁へ）延びる線または経路に沿って切るかまたは薄片化させ、（ｂ）底面シート１３２Ｂと波形シート１２３との間にカット線またはカット経路に沿ってシール材を取り付ける。後縁におけるシールは先縁においてシールを形成する工程と同様に形成することができる。これらのシールを形成するために多くの異なる形式のシール材を使用することができるが、１つの便利な材料として、呼称ＨＬ０８４２で識別されるミネソタ州のセント・ポールにあるＨ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ社から入手可能な非発泡シール材がある。
媒体構成１２５を使用するときは、構造１２５を巻いて図１のフィルタ構造１００などの濾過材ロール構造にすることがシステムの設計者によって望まれる。濾過材をコイル状にするか巻くためには、さまざまな方法を使用することができる。図３に注目する。図３に示す特定の実施形態では、媒体構成１２５は中心マンドレル１５４またはその他のエレメントの周りに巻かれて、巻き付け用の取付け材を提供する。中央マンドレル１５４は除去することも、または円筒状フィルタ構造１００（図１）の中心における心として作用するためにはめ込んだままにすることもできる。長円形、楕円形、矩形、またはレーストラック状の輪郭を有する濾過材など、他の濾過材形状を作るために非円形の中心巻き部材を利用することもできる。
媒体構成１２５を、マンドレルまたは中心コアなしで巻くこともできる。コアなしのロール構造を形成するための１つの方法は次の通りである。すなわち（ａ）先縁から離間した波形シート１２３の最初のいくつかの波形を含む谷部１２８を、頂部側縁から底部側縁へ（または底部側縁から頂部側縁へ）刻み目を付けて、構造１２５の巻きを助け、例えば先縁から最初の波形が谷部１２８に沿って切った刻み目線を有し、（ｂ）シール材のビード１４０を、端ビード１３８を有する側縁から対向する側縁に沿って波形シート１２３の頂部に沿って貼り付け、（ｃ）最初に先縁をそれ自体の上に巻き付けてから、共に締め付けてシール材ビード１４０で密封し、（ｄ）底面シート１３２Ｂが固定されている残りの波形シート１２３を、締め付けた先縁の周りコイル状にするかまたは巻く。
他の方法では、参照によって本明細書に組み込まれている米国特許第５５４３００７号および同第５４３５８７０号に記載されているように、コアのない構造を自動化された工程によって媒体構成１２５から作ることができる。さらに別の方法では、濾過材構造は手で巻くことも可能である。
フィルタ構造１００などのロール構造を使用するときは、システム設計者は、構造１００の外周部が解けないように適所で閉じるかロックする。これを完成するためにはさまざまな方法がある。ある適用例では、外周部を周囲層で包む。周囲層は、片側に接着剤を有するプラスチックなどの非多孔質の接着材料にすることができる。この形式の層を利用するときは、周囲層はフィルタ構造１００が解けないようにし、流体がフィルタ構造１００の外周部を通過しないようにして、フィルタ構造１００を通る直線流を維持する。
ある適用例では、媒体構成１２５の後縁を先１６０（図１）に沿って接着剤またはシール材によって密封することによって、フィルタ構造１００をそのロール構造に固定し、フィルタ構造１００の外側表面に後縁を固定する。例えば、ホットメルトのビードを先１６０に沿って貼り付けることもできる。
再び図１に注目する。図１では、第２流れ面１１０が概略的に示されている。１１２で示す部分には開端部１５２と閉端部１４８とを含む段が図示されている。この部分１１２は流れ面全体１１０を表すものと理解すべきである。解り易く簡単にするために、流れ面１１０以外の部分には段を図示していない。本明細書に記載のシステムおよび装置で使用可能なフィルタ・パック５０の上面図、底面図、および側面図は、同時係属中で同一譲受人に譲渡された「ＦｉｌｔｅｒＥｌｅｍｅｎｔ Ｈａｖｉｎｇ ＳｅａｌｉｎｇＳｙｓｔｅｍ」（密封システムを有するフィルタ・エレメント）と題する１９９９年２月２６日に提出された米国特許出願第２９／１０１１９３号に図示され、この出願は参照によって本明細書に組み込まれている。
ここで図９に目を転ずると、（エンジンまたはターボへの空気取入ダクトの一部分にすることができる）ハウジング３０５の中に設置されたフィルタ構造１００が示されている。図示された装置では、空気はフィルタ構造１００を通過して３０６においてハウジング３０５の中に入り、３０７においてハウジング３０５から出る。
図示された形式のフィルタ構造１００などの濾過材構造をダクトまたはハウジング３０５の中で使用するときは、空気が濾過材構造１００を迂回するのではなく確実に濾過材構造を通過するように、密封システム６０が必要となる。
ここで図５を見ると、ハウジング３０５に中に設置されたフィルタ構造１００の拡大部分図が示されており、図示された特定の密封システム６０はフレーム構造１７０とシール部材２５０とを含む。この形式の密封システム６０を使用すると、フレーム構造１７０は支持構造または基材を提供し、この支持構造に対してシール部材２５０を圧縮してダクトまたはハウジング３０５と共に放射シール１７２を形成することができる。
なおも図５を見ると、示されたこの特定の実施形態では、フレーム構造１７０は、フィルタ構造１００の第１および第２流れ面１０５、１１０の１つの少なくとも一部分から突き出るまたは延びる剛性の突出部１７４を含む。図５に示す特定の装置における剛性突出部１７４は、フィルタ構造１００の第２流れ面１１０から軸方向に延びている。特定の図５の実施形態は、第２流れ面１１０が平面形状であるために第２流れ面全体１１０の上に軸方向に突出する突出部１７４を示す。流れ面が円錐台形状などの平面でない装置では、突出部１７４は流れ面の一部分のみの上に突出するように設計できる。例えば、円錐台形状フィルタ構造では、中心部分または心の近くが突出部１７４の上に延びることになる。
図６は、図５に示す特定のフレーム構造１７０の断面図を示す。図６では、図示された突出部１７４は先端１８０によって接合された１対の対向側部１７６、１７８を有する。好ましい装置では、第１側部１７６および第２側部１７８の１つが、選択された側部１７６または１７８とハウジングまたはダクトとの間に、およびこれらに対してシール１７２を形成することができるように、シール部材２５０のために支持物または基材を提供することになる。この形式の構造を使用すると、突出部１７４は閉ループ構造１８２（図４）を形成する連続部材になる。シール部材２５０は、ループ構造１８２の内側１８４またはループ構造１８２の外側１８６のいずれかに係合するか、または隣接することができる。ループ構造１８２の内側１８４に係合すると、シール部材２５０は、突出部１７４とシール部材２５０がループ内に挿入された管状部材のまわりに境界線を画くように、突出部１７４と管状部材との間で圧縮されることが可能である。これは、管状部材の外部分と突出部１７４（およびループ構造１８２）の内側１７６との間に、およびこれらに対して放射シールを形成するはずである。
シール部材２５０はまた、ループ構造１８２の外部分１８６に係合することもできる。この形式の構造を使用すると、ハウジングまたはダクトは突出部１７４とループ構造１８２のまわりに境界線を画き、シール部材２５０を含めて、突出部１７４の外側１７８とハウジングまたはダクトの内部表面との間に、およびこれらに対してシールを形成する。
ある好ましい装置では、シール部材２５０はループ構造１８２の内側１８４と外側１８６の両方に係合するか、またはこれらを覆うように構成される。図５に示す特定の実施形態では、シール部材２５０はその上に、外側１８６から先端１８０を越えて内部１８４へ突出部１７４を覆うように、突出部１７４の先端１８０と係合している。
図４、５、６に注目する。図４は図１の密封システム６０の概略平面図であり、図５はハウジング３０５の中に設置された図１のフィルタ・パック５０の概略部分断面図であり、図６は図４に示す密封システム６０のフレーム構造１７０の概略断面図である。
一般に、本明細書に記載されているようなフレーム構造１７０を使用するときは、フレーム構造１７０はフレーム２０５を含むことになる。フレーム２０５は様々な形状にすることができる。図４に示す特定の実施形態では、フレーム２０５の形状は一般に円形である。図４に示すフレーム２０５は、フィルタ構造１００の第２流れ面１１０に取り付けるために配置され構成され便利である。
図６を見ると、図示された特定の装置において、フレーム２０５は帯、スカート、または従属リップ２５１を有し、この従属リップは一般に円形で、一定の内径を有する。内径はフィルタ構造１００の外径にほぼ等しいことが好ましい。従属リップ２５１は十字筋交い２１０の底２５２の表面から第１距離だけ下方に従属または延長している。従属リップ２５１は、フィルタ構造１００の第２流れ面１１０の周りに放射延長するように配置され形作られている。図５を見ると、図示された特定の装置において、従属リップ２５１は、これがフィルタ構造１００の第２流れ面１１０から第１距離だけ内向きに延びて重複領域２５５を画定するように、濾過材１００の第２流れ面１１０の周りに放射延長している。
フレーム２０５はフィルタ構造１００に確保されていることが好ましい。フレーム２０５をフィルタ構造１００に確保するために様々な方法が可能である。フレーム２０５をフィルタ構造１００に確保するための特に好ましい方法は、接着剤の使用によるものである。図５に示す特定の実施形態では、接着剤が従属リップ２５１とフィルタ構造１００との間の重複領域２５５に適用されている。
接着剤はフレーム２０５をフィルタ構造１００に永続的に貼り付け、流体がフィルタ構造１００とフレーム２０５の間の重複領域２５５を通って漏れることを防ぐことが好ましい。代替実施形態では、フレーム２０５をフィルタ構造１００に一時的に取り付けることもできる。用語「一時的に」によって、フレーム２０５を、密封システム６０またはフィルタ構造１００のいずれも損なうことなく、フィルタ構造１００から除去できることを意味する。
本明細書に示す形式のフレーム２０５の使用中に、内向きの力がフレーム２０５の周囲に加えられる。十字筋交い２１０がフレーム２０５を支持する。用語「支持する」によって、十字筋交い２１０はフレーム２０５がこの周囲にかかる力によって放射状に壊れることを防ぐことを意味する。
再び図６を見ると、図示された特定の突出部１７４は、先端部分２６３または環状密封支持物を含むことが好ましい。図６に示す突出部では、先端部分２６３は一般に円形で、ハウジングまたはダクトの中に挿入するために配置され形成されている。円形の場合には、先端部分２６３は内径を画定する。先端部分２６３と従属リップ２５１との間に、フレーム２０５はステップ２５３を含む。ステップ２５３は、従属リップ２５１のより大きな内径と先端部分２６３のより小さな内径との間に遷移区域を提供する。
図５、６に示す配置にしたがって組み立てると、先端部分２６３は圧縮性シール部材２５０のために支持物を提供する。圧縮性シール部材２５０は、フレーム２０５の先端部分２６３とハウジングまたはダクトの側壁２６０との間で圧縮されるために十分な圧縮性をもつように構成配置されることが好ましい。先端部分２６３と側壁２６０との間で十分に圧縮されると、フィルタ・パック５０と側壁２６０との間にラジアル・シール（半径方向シール）１７２が形成される。
シール部材２５０を先端部分２６３に確保するために様々な方法が可能である。１つの特に便利で好ましい方法は、シール部材２５０を成形して、先端部分２６３の放射外側２７０と先端部分２６３の放射内側２７１の両方に係合し、または両方を覆い、または重複して、先端１８０（図７）を含めることによる。この構成のある特定の実施形態を図７に示す。図７におけるシール部材２５０は先端部分２６３を完全に覆う。
フレーム２０５の先端部分２６３は壁構造または支持構造を画定し、この間に、またはこれに対してラジアル・シール１７２を圧縮性シール部材２５０によって形成することができる。密封システム６０における圧縮性シール部材２５０の圧縮は、８０ポンド（３６ｋｇ）以下、一般的には５０ポンド（２２．７ｋｇ）以下で、例えば約２０〜４０ポンド（９〜１８ｋｇ）の挿入圧の下でラジアル・シールを形成するために十分であり、手で便利かつ容易に交換できるように十分に軽いことが好ましい。圧縮性シール部材２５０の圧縮量は、少なくとも１５パーセント、好ましくは４０パーセント以下で、一般的には２０〜３３パーセントの間にあることが好ましい。用語「圧縮量」によって、先端部分２６３に放射状に向かうシール部材２５０の最外部分の物理的変位は、静止している影響されない状態にあってダクト内部に設置されていないか他の力を受けるシール部材２５０の最外部分のパーセンテージとして見なされる。
図７に注目する。図７は、非圧縮状態にある特定の好ましいシール部材２５０の拡大概略部分図である。図示された好ましい実施形態では、シール部材２５０は、最外寸法（円形の場合には直径）を第１端２６４から第２端２６５まで減少させるステップ付きの断面外形で、望みの密封を達成する。図７に示す特定の装置の輪郭に関する好ましい仕様は次の通りである。すなわち、側面２６０と接合して液密シールを提供するように形成された複数（好ましくは少なくとも３つ）の次第に大きくなるステップを有するポリウレタン発泡材料である。
圧縮性シール部材２５０は、側面２６０と接合するための表面の内径増加勾配を画定する。特に図７に示す例では、圧縮性シール部材２５０は、３つのステップ２６６、２６７、２６８を画定する。ステップ２６６、２６７、２６８の断面寸法または幅は、圧縮性シール部材２５０の第２端２６５からステップ２６６、２６７、２６８の順に増加する。第２端２６５において直径が小さくなっていることによって、ダクトまたはハウジングへの挿入が容易になる。第１端２６４において直径が大きくなって密なシールを確証する。
一般に、放射密封構造を適切に機能させるために、ハウジング３０５またはダクトにエレメントを取り付けると、圧縮性シール部材２５０を圧縮する必要がある。多くの好ましくい構造では、これをその厚さの約１５パーセント〜４０パーセント（約２０〜３３パーセントであることが多い）だけ最も厚い部分において圧縮して、強い丈夫なシールを提供するが、これは今もなお８０ポンド（３６ｋｇ）またはそれ以下、好ましくは５０ポンド（２３ｋｇ）またはそれ以下の程度、一般には２０〜４０ポンド（９ｋｇ〜１８ｋｇ）台の力でエレメントを手で取り付ける結果によって得られるものである。
一般に、フィルタ・パック５０は、ハウジング３０５またはダクトの側壁２６０に対して挿入固定されるように配置形成することができる。図５に示す特定の実施形態では、圧縮性シール部材２５０は側壁２６０とフレーム２０５の先端部分２６３との間で圧縮される。圧縮後に、圧縮性シール部材２５０はその自然の状態にまで外向きに膨張しようとするので、圧縮性シール部材２５０は側壁２６０に対して力を加え、先端部分２６３と側壁２６０との間に、およびこれらに対して放射シール１７２を形作る。
Ｂ．図８、９
図８に注目する。図８はエア・クリーナ３００の概略斜視図である。あるシステムでは、フィルタ・パック５０がエア・クリーナ３００のハウジング３０５の中に挿入されるように設計されている。ハウジング３０５は一般的に、エンジン用の空気取入システムとの空気流連絡におけるダクト構成の一部である。本明細書で使用するように、用語「ダクト構成」または「ダクト」は、配管、チューブ、エア・クリーナのハウジングなどの構造を含むことになる。
様々なハウジングをフィルタ・パック５０と共に使用することができる。図８に示す特定の実施形態では、ハウジング３０５は、本体部材または第１ハウジング区画３１０および着脱式カバーまたは第２ハウジング区画３１５を含む。ある装置では、第１ハウジング区画３１０はトラックなどの対象物に付け加えられている。第２ハウジング区画３１５は、ラッチ装置３２０によって第１ハウジング区画３１０に着脱可能に確保されている。ラッチ装置３２０は複数のラッチ３２５を含むことが好ましい。
ハウジングは様々な断面外形を有することができるが、図示した特定の実施形態では、第１および第２ハウジング区画３１０、３１５は円形である。図示した装置では、第１ハウジング区画３１０は出口領域３３０を有する。出口領域３３０は、使用中に流体がフィルタ・アセンブリ３００を流出できるように設計されている。同様に、第２ハウジング区画３１５は入口領域３３５を有する。入口領域３３５は、使用中に流体がフィルタ・アセンブリ３００に流入できるように設計されている。好ましい構造では、ハウジング３０５は直線ハウジングになる。こうして、出口領域３３０と入口領域３３５は同軸に整列されて、空気が入口領域３３５を通って流れ、同じ方向に出口領域３３０を通って流れることを可能にする。これを図９に見ることができる。
フィルタ・パック５０は、ハウジング３０５の側壁２６０の対して挿入されるように構成配置されていることが好ましい。図９の図示された実施形態では、フレーム２０５と圧縮性シール部材２５０が取り付けられたフィルタ・パック５０の第２端部１１０が第１ハウジング区画３１０の中に挿入される。フィルタ・パック５０は、圧縮性シール部材２５０がフレーム２０５の先端部分２６３と第１ハウジング区画３１０の側壁２６０との間に、およびこれらに対して圧縮されるように、第１ハウジング区画３１０の中に挿入固定されて、これらの間に放射シール１７２を形作る。
図９に示す装置の使用中は、流体は、第２ハウジング区画３１５の入口領域３３５において、３０６において示す方向にハウジング・アセンブリ３００に入る。流体はフィルタ構造１００を通過する。流体はフィルタ構造１００を通過するとき、汚染物が流体から除去される。流体は出口領域３３０において３０７の方向にハウジング・アセンブリ３００を出る。密封システム６０の圧縮性シール部材２５０は放射シール１７２を形成して、フィルタ構造１００を最初に通過することなく、汚染された流体がハウジング・アセンブリ３００を出ることを防ぐことができる。
Ｃ．図１７、１８
フィルタ・パック５０は、適切な程度の濾過が確実に行われるように、追加のセパレータを有することができる。セパレータは、特定の適用と望みの結果に応じて、フィルタ・パック５０の上流またはフィルタ・パック５０の下流のいずれかに位置することができる。これらのセパレータは、ある実施形態ではプレクリーナまたは（安全フィルタまたは二次フィルタなどの）ポストクリーナの形を取ることができる。その上に、これらのセパレータは、フィルタ構造１００の上流または下流のいずれかに位置する単一層または多層の濾過材の形にすることができる。これらの適用に使用される濾過材は一般的には、望まれる濾過の程度および濾過材によって導入される制限条件の量に基づいて選択される。例えば、ある適用では大きな粒子（すなわち葉、チョウ、ごみの塊などの屑）を濾過して出すが、僅かな追加の制限条件を招くこともある。この適用では、ふるいまたは網目などの濾過材の層をフィルタ構造１００の上流に使用することができる。また、フィルタ構造１００のすぐ下流で追加の濾過量を導くことも望ましい。これはフィルタ構造１００の直接下流の単層（または多層）の濾過材によって達成することができる。
図１７に注目する。図１７は、全体的に５０’で示されたフィルタ・パック５０の代替実施形態を示す。フィルタ・パック５０’は図１に示すフィルタ・パック５０と類似して外形づけられ構成されて、異なる点は、第１流れ面１０５’が上流端または入口端１０６’に対応することである。図１７は、上流端１０６’を見たフィルタ・パック５０’の端面図を示す。図１７に示す特定のフィルタ・パック５０’では、上流端全体１０６’は、ガス流がフィルタ構造１００に到達する前にガス流から大きな粒子を分離するために、濾過材の層１０７’によって覆われている。適用と望みの濾過程度と制限条件に応じて、濾過材１０７’を様々な形式にすることができる。多くの代表的な適用において、濾過材１０７’を、チョウ、葉、ごみの塊、およびその他の屑などの粒子を除去できるようにサイズを決める。使用可能なある形式の濾過材は次の特性と性質を有する。すなわち、ポリエステル材料は、重量で繊維の５０％が約１５デニールであり繊維の５０％が約６デニール、繊維を共に保持する結合材は耐油性ゴム改質ＰＶＣ、坪量は６．６オンス／平方ヤード（２２４ｇ／平方ｍ）、厚さは約０．３７インチ（０．９４ｃｍ）、透過率は０．５インチＨ2Ｏ制限条件で約３５００ｆｔ／ｍである。
上述のように、フィルタ構造１００の下流に分離を導入することも望ましい。一例を図１８に示す。図１８は、第２流れ面１１０”から見たフィルタ・パック５５の代替実施形態の端面図である。図１８に示すフィルタ・パック５０”は図１のフィルタ・パック５０と類似して組み立てられているが、異なる点は、フィルタ構造１００の下流に位置する追加のセパレータ１１１”である。様々な実施形態が企画されるが、図１８に示す特定の実施形態では、セパレータ１１１”がフィルタ構造１００の下流に位置する濾過材の層１１２”の形状をなしている。濾過材の層１１２”はフィルタ構造１００に直接隣接しこれに対向することができ、またはフレーム２０５”の下流に置いてもよい。図１８に示す濾過材では、濾過材１１２”はフィルタ構造１００の直接下流にあってフィルタ構造に対向している。すなわち、濾過材１１２”はフィルタ構造１００とフレーム２０５”の十字筋交い２１０”の間にある。
使用される濾過材１１２”の形式は、望みの濾過度合および導入される制限量によって決まる。濾過材１１２”は単層または多層にすることができる。図１８に示す形式では、濾過材１１２”は不織布でひだのない繊維質の深部(depth)濾過材１１３”を含む。深部濾過材１１３”の１つの使用可能な材料は次の特性を有する。すなわち、１層の４．０〜４．８オンス／平方ヤード（１３６〜１６３ｇ／平方ｍ）ポリエステル繊維深部濾過材（混合繊維）、０．５５〜０．７０インチ（１４〜１８ｍｍ）厚さの遊離状態（０．００２ｐｓｉ（０．０００１４ｋｇ／平方ｃｍ）の圧力下で測定）、平均繊維径は約２１．０ミクロン（質量加重平均）または約１６．３ミクロン（長さ加重平均）、透過率（最低）は５００フィート／分（１５２ｍ／分）、有利状態の固体性は約０．６〜１．０％、一般的には０．７％である。
ある適用では、上流フィルタ１０７’と下流フィルタ１１１”を含むフィルタ・パック５０を有することが望まれると予期される。
Ｄ．図１０〜１５
図１０に注目する。図１０はフィルタ・パック４５０の別の実施形態を斜視図で示す。図示した構造では、フィルタ・パック４５０は濾過材４５５と密封システム４６０を含む。濾過材４５５は、濾過材４５５を通過する空気などの流体から汚染物を除去するために設計されている。密封システム４６０は、濾過材４５５をハウジングまたはダクトに対して密封するために設計されている。
ある好ましい装置では、濾過材４５５は、第１流れ面４７１と反対側の第２流れ面４７２を有するフィルタ構造４７０の中に構成されている。図１１に注目する。図１１に示す特定の実施形態では、フィルタ構造４７０は直線流のために形成されている。これは上述のように、濾過しようとする流体がある一定の方向４７７（図１０）に第１流れ面４７１に入り、同じ方向４７８（図１０）に第２流れ面４７２から出ることを意味する。
フィルタ構造４７０はさまざまな外形と断面形状を有することができる。図１１に示す特定の実施形態では、フィルタ構造４７０は非円形断面を有する。特に、図１１の実施形態のフィルタ構造４７０は長円形または「レーストラック」断面形状を有し、これは、フィルタ構造４７０が一対の直線セグメント５１３、５１４いよって接合された第１半円端部５１１と第２半円端部５１２を含むことを意味する。
一般に、フィルタ構造４７０は巻き構造である。すなわちフィルタ構造４７０は、中心の周りに完全にまたは繰返し巻かれた濾過材の層を含む。ある好ましい構成では巻き構造はコイルとなり、この場合、濾過材の層は中心の周りに一連の巻き回数だけ巻かれる。別の好ましい構成では、フィルタ構造４７０はロール構造、一般的には透過性段付き濾過材などの濾過材のロールである。
濾過材構造４７０を製造する多くの異なる方法が使用可能である。ある技法では、図２に示す濾過材１２２のような単面濾過材が中心マンドレル、または巻くための取付け部材を提供する他の構造の周りに巻かれる。中心マンドレルは除去することも、フィルタ構造４７０の中心をはめ込むために残すこともできる。図１１に示す特定の実施形態では、中心コア４５４が濾過材４５５のコイルの中心を占めているものとして図示されている。
図１０、１１には、開いた端と閉じた端を含む段を示すいくつかの部分４７５が図示されている。この部分またはセクション４７５は流れ面全体４７２（ならびに第１流れ面４７１）を示すものと理解されたい。解り易く簡単にするために、流れ面４７２の残りの他部分では段を図示していない。本明細書に説明するシステムおよび装置で使用可能なフィルタ・パック４５０の上面図、底面図、ならびに側面図は、同時係属中で同一譲受人に譲渡された「ＦｉｌｔｅｒＥｌｅｍｅｎｔ Ｈａｖｉｎｇ ＳｅａｌｉｎｇＳｙｓｔｅｍ」（密封システムを有するフィルタ・エレメント）と題する１９９９年２月２６日に提出された米国特許出願第２９／１０１１９３号に図示され、この出願は参照によって本明細書に組み込まれている。
図１の実施形態におけるように、フィルタ・パック４５０は密封システム４６０を含む。好ましい構造では、密封システム４６０はフレーム６０５とシール部材６５０を含む。
本明細書ではさまざまな外形が企画されるが、フレーム６０５の１つの特に好ましい実施形態を図１２に斜視図で示す。
図１２に示す特定の装置では、フレーム６０５は非円形、例えば長円形で特にレーストラック形状を成し、濾過材４５５の第２端５１０に取り付けるために形成されている。特に、フレーム６０５は一般にレーストラック形を成す帯、スカート、または従属リップ６５１を有し、この従属リップ６５１は十字筋交い６１０の底表面６５２からある距離だけ従属するかまたは延びている。従属リップ６５１はフィルタ構造４７０の第２端５７０の周りに放射延長するように配置形成されている。図１０を見ると、図示された実施形態では、フレーム６０５の従属リップ６５１は、この従属リップ６５１がフィルタ構造４７０の第２端５１０にある十字筋交い６１０の底表面６５２からある距離だけ内側に延びて、重複領域５５５（図１５）を画定するように、フィルタ構造４７０の第２端５１０の周りに放射延長している。
フレーム６０５は、多くの方法でフィルタ構造４７０に確保することができる。１つの特に便利な方法は、接着剤によってフレーム６０５をフィルタ構造４７０に確保するものである。図１５に図示された特定の実施形態では、接着剤は上述のようにフレーム６０５とフィルタ構造４７０との間の重複領域５５５に置かれる。
図示した装置を使用している間は、内向きの力がフレーム６０５の周囲に加えられる。半円端部５１１、５１２に対して加えられる内向きの力は、直線セグメント５１３、５１４を屈曲させるか曲げる原因になり得る。直線セグメント５１３、５１４を曲げから防ぐための構造が、フレーム６０５の一部として設けられている。本明細書ではさまざまな構造が企画されるが、図１２に示す特定の実施形態では、十字筋交い６１０が設けられて、直線セグメント５１３、５１４に構造的剛性と支持をもたらす。図１２で解るように、図示された特定の十字筋交い６１０は、対向する直線セグメント５１３、５１４の間にトラス・システム６１２を形成する。トラス・システム６１２は、フレーム６０５の残りの部分と共に単体物として成形されることが好ましい複数の剛性突っ張り６１４を含む。
ある好ましい構造では、フレーム６０５は、フレーム２０５と類似して組み立てられる。したがって、また図１２、１３を見ると、フレーム６０５は先端部分６６３を含む。好ましい装置では、先端部分６６３は環状密封支持物として作用する。図示された構造では、先端部分６６３はフィルタ構造４７０と同じ断面外形を有する。図１２に示す特定の実施形態では、先端部分は非円形で、特定すればレーストラック形状である。好ましい実施例では、また図１３に示す特定の実施形態を見ると、フレーム６０５は先端部分６６３と従属リップ６５１との間にステップ６５３を含む。ステップ６５３は、従属リップ６５１の断面幅と先端部分６６３のより小さな断面幅の間に遷移区域を提供する。
好ましいシステムでは、圧縮性シール部材６５０は図７の圧縮性シール部材２５０と類似の構造を有する。
フィルタ・パック４５０は、ダクトまたはエア・クリーナ・ハウジングの中に設置されることが好ましい。ある好ましい適用では、エア・クリーナ・ハウジングは直線ハウジングになる。図１４は、ある形式の直線ハウジング６７２を有するエア・クリーナ６７０を図示する。図１４では、図示されたハウジングはカバー６７４と本体部材６７６とを有する二分割ハウジングである。カバー６７４は空気流入口６７８を画定する。本体部材６７６は、空気流出口６８０を画定する。ハウジングはさらに、米国特許第２８８７１７７号および同第４１６２９０６号に記載されているようなフィルタ・パック４５０の上流にプレクリーナ装置６７９を有する。これは参照によって本明細書に組み込まれている。図示されているものでは、プレクリーナ装置６７９はカバー６７４の中にある。カバー６７４は、プレクリーナ６７９の中に集められた塵や屑を放出するダスト・エジェクタ６８１を含む。
図１５は、図１４のエア・クリーナ６７０の概略断面図であり、この中に設置されたフィルタ・パック４５０を示す。
圧縮性シール部材６５０はフレーム６０５の側壁６６０と先端部分６６３との間で圧縮される。フィルタ・パック４５０が押込み固定されると、圧縮性シール部材６５０はフレーム６０５（特定すれば、示された特定の実施形態では、先端部分６６３）と側壁６６０との間で、またこれらに対して圧縮される。圧縮後に、圧縮性シール部材６５０は外向きに膨張して自然の状態になろうとして、側壁６６０と共に放射シール６８５を形成しようとするので、圧縮性シール部材６５０は側壁６６０に対して力を加える。
Ｅ．システムと動作方法
本明細書に記載のフィルタ構造および装置は、さまざまなシステムに使用可能である。ある特定の形式のシステムをず１６に全体として７００で概略図示する。図１６では、例えば少なくとも５００ｃｆｍ（１４．１５立方ｍ／分）、一般的には７００〜１２００ｃｆｍ（１９．８１〜３３．９６立方ｍ／分）のある決定された定格空気流を必要とするエンジン７０３を有する車両などの、設備７０２を概略的に示す。設備７０２はバス、長距離ハイウエイ・トラック、オフロード用車両、トラクタ、または動力式ボートなどの海洋への適用品を含むこともできる。エンジン７０３は空気と燃料の混合物を使用して設備７０２に動力を与える。図１６では、空気流は空気取入領域７０５においてエンジン７０３の中へ引き込まれるように示されている。エンジン７０３への空気取入れを任意に高めるような、任意選択としてのターボ７０６は点線で示されている。フィルタ構造７１２と二次エレメント７１３を有するエア・クリーナ７１０は、エンジン７０３とターボ７０６の上流にある。一般に動作中は、空気は矢印７１４の方向に、一次エレメント７１２と二次エレメント７１３を通ってエア・クリーナ７１０の中へ引き入れられる。ここで粒子や汚染物は空気から除去される。清浄化された空気は矢印７１６の方向に下流に向かって流れ、取入れ口７０５の中に入る。ここから空気はエンジン７０３の中へ流れて設備７０２に動力を与える。
Ｆ．変更と取替え
ある好ましい適用例では、本明細書に記載のフィルタ・パックは、これが設置されているどのようなシステムからも取外し可能かつ取替え可能である。例えば、フィルタ・パック５０またはフィルタ・パック６５０がそれぞれ図９および図１５に示すようなエア・クリーナ・ハウジングの中に設置される。ある一定時間使用した後に、フィルタ構造の中の濾過材は閉塞されることになり、フィルタ・パックにおける制限は増加する。好ましい適用例では、フィルタ・パックは定期的に取り替えられて、高過ぎる制限を招くことなく流体からの適切な粒子除去を維持する。
ある適用例では、このフィルタ構造は有用な寿命を有する可視表示器を含む。あるシステムは制限表示器を含み、使用者にフィルタ・パックを変更するための適切な時間に関する情報を提供する。
本明細書に記載のエア・クリーナ装置を便利に使えるようにするには、使用者はフィルタ・パックにアクセスする必要がある。例えば、フィルタ・パックが図９または図１５に示すようなエア・クリーナ・ハウジングの中に設置された場合には、使用者はカバーを本体部材から外して、カバーを本体部材から除去する。これは開口部を露出させることになる。使用者はフィルタ・パックを掴み、ハウジングまたはダクトの側壁に対してフィルタ・パックによって形成された放射シール破る。あるシステムでは、シール部材およびハウジングまたはダクトは、使用者が放射シールを破ってフィルタ・パックを除去するために、約８０ポンド（３６．３ｋｇ）以下、好ましくは５０ポンド（２２．７ｋｇ）以下、またある適用例では１５〜４０ポンド（６．８〜１８．２ｋｇ）の力を加える必要があるように設計される。それから使用者は、本体部材によって形成された開口部を通じてフィルタ・パックを引く。それから古いフィルタ・パックを片付ける。ある好ましいシステムでは、フィルタ・パックは容易に焼却できる非金属材料で作られる。例えば、ある好ましい構造では、フィルタ・パックは少なくとも９５パーセント、一般的には少なくとも９８パーセントの非金属材料を含む。
新しいフィルタ・パックを設置するには、使用者はフィルタ・パックを掴み、これをダクトまたはハウジングの中の開口部を通して挿入する。フィルタ・パックを、シール部材がハウジングの内部環状壁に対して十分に圧縮されて、ハウジング壁とフレームの先端部分との間に、これらに対して放射シールを形成するまで開口部へ挿入する。カバーをフィルタ・パックの露出端を覆うように向け、開口部を閉じる。次にカバーを本体部材に掛け金で締める。
Ｇ．構造例
この節では、一組の動作仕様の例が提供される。これは一例として挙げることを意図するものである。多くのさまざまな代替サイズを使用できる。
１．図１〜８
図２の濾過材１００の軸方向長は３インチ（約８ｃｍ）〜１０インチ（約２５ｃｍ）であり、ある１つの例では約６インチ（約１５ｃｍ）になる。濾過材１００の外径は３インチ（約８ｃｍ）〜１５インチ（約３８ｃｍ）であり、ある１つの例では約１０インチ（約２５ｃｍ）になる。
フレーム２０５（図５）の従属リップ２５１がフィルタ構造１００の第２端１１０（図５）の内側に延びる距離（図５）は、０．２インチ（約５ｍｍ）〜１インチ（約２．５ｃｍ）であり、ある１つの例では０．６インチ（約１．５ｃｍ）になる。従属リップ２５１の直径は３インチ（約７ｃｍ）〜１５インチ（約３８ｃｍ）であり、ある１つの例では約１０インチ（約２５ｃｍ）になる。先端部分２６３の直径は２．５インチ（約６ｃｍ）〜１４インチ（約３６ｃｍ）であり、ある１つの例では９．５インチ（約２４ｃｍ）になる。
フィルタ・エレメントは、少なくとも５平方フィート（０・４７平方ｍ）、一般的には２０〜１３０平方フィート（１．８６〜１２．１平方ｍ）、例えば約４５平方フィート（４．１９平方ｍ）の濾過材表面積を提供する。これは約１立方フィート（２８．３２リットル）以下、一般的には０．０３〜０．５立方フィート（０．８５〜１４．１６リットル）、例えば０．２〜０．４立方フィート（５．６６〜１１．３３リットル）の容積を占める。
２．図９
第１ハウジング区画３１０（図９）の出口領域３３０（図９）の直径は、３インチ（約８ｃｍ）〜１０インチ（約２５ｃｍ）であり、ある１つの例では７インチ（約１８ｃｍ）になる。第２ハウジング区画３１５（図９）の入口領域３３５（図９）の直径は、３インチ（約８ｃｍ）〜１０インチ（約２５ｃｍ）であり、ある１つの例では５．８インチ（約１５ｃｍ）になる。
３．図１０〜１４
フィルタ構造４７０の軸方向長は３インチ（約８ｃｍ）〜１０インチ（約２５ｃｍ）であり、ある１つの例では約６インチ（約１５ｃｍ）になる。半円形の端部５１１、５１２は、１インチ（約２．５ｃｍ）〜５インチ（約１３ｃｍ）の半径を有し、ある１つの例では２．７インチ（約７ｃｍ）の半径を有する。直線セグメント５１３、５１４は０．１インチ（約２．５ｍｍ）以上の長さを有し、ある１つの例では４．９インチ（約１２ｃｍ）になる。
フレーム６０５がフィルタ構造４７０の内側に延びる距離は０．２インチ（約５ｍｍ）〜１インチ（約２．５ｃｍ）であることが好ましく、ある１つの例では０．６インチ（約１．５ｃｍ）である。
フィルタ・エレメントは少なくとも５平方フィート（０．４６平方ｍ）で一般的には２０〜１３０平方フィート（１．８６〜１２．１平方ｍ）、例えば約４５平方フィート（４．１９平方ｍ）の濾過材表面積を提供する。これは約１立方フィート（２８．３２リットル）以下、一般的には０．０３〜０．５立方フィート（０．８５〜１４．１６リットル）、例えば０．２〜０．４立方フィート（５．６６〜１１．３３リットル）の容積を占める。
Ｈ．材料の例
この節では、利用可能な材料の例を挙げる。どの所定材料についても特定して選択することは、濾過の適用によって異なる。言い換えれば、本明細書において使用可能なシステムのために選択された特定の材料は、システム要件に基づいてシステム設計者によって決定される。さまざまな材料が可能である。次の節は、適当であると判った材料の例を挙げる。
濾過材１２２はセルロースを含むことができる。上述のシステムにおいて使用可能な濾過材の一例は次の通りである。すなわちセルロース濾過材は次の特性、約４５〜５５ポンド／３０００平方フィート（８４．７ｇ／平方ｍ）、例えば４８〜５４ポンド／３０００平方フィートの坪量、約０．００５〜０．０１５インチ、例えば約０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）の厚さ、約２０〜２５フィート／分、約２２フィート／分（６．７ｍ／分）のフレージャ透過率、約５５〜６５ミクロン、例えば６２ミクロンの細孔サイズ、少なくとも約７ポンド／平方インチ、例えば８．５ポンド／平方インチ（３．９ｋｇ／平方インチ）の湿潤引張り強度、約１５〜２５ｐｓｉ、例えば約２３ｐｓｉ（１５９ｋＰａ）の機械から出た湿潤破壊強度を備えている。
セルロース濾過材は、例えば５ミクロン以下、ある場合にはサブミクロンのサイズ（直径）を有するような細い繊維によって処理することができる。濾過材に細い繊維を適用するために、さまざまな方法を利用することができる。いくつかのこのような取組み方は、その特徴が、例えば米国特許第５４２３８９２号の第３２欄第４８〜６０行に記載されている。さらに特定すれば、このような方法は米国特許第３８７８０１４号、同第３６７６２４２号、同第３８４１９５３号、第３８４９２４１号に記載され、これらは参照によって本明細書に組み込まれている。１つの代替案は、ＵＬＴＲＡ−ＷＥＢ（登録商標）の名称でＤｏｎａｌｄｓｏｎＣｏｍｐａｎｙによって企業秘密の下で実用化された、従来の濾過材の上に位置する微細高分子繊維の巻取りシートを含む、企業秘密の取組み方である。フィルタ・エレメントの外形構成と密封システムの働きに関しては、どのようにして細い繊維を作るか、および微細繊維を適用するためにどの特定の方法を使用するかには、特別の優先選択はない。結果的に得られる濾過材構造が次の特性、すなわちＳＡＥ細粒塵を使用してＳＡＥＪ７２６Ｃによる試験で平均９９．５％の初期効率であり、個別の試験では９０％以下はなく、またＳＡＥ Ｊ７２６Ｃによる試験で平均９９．９８％の全体効率を有するまでは、十分に微細な繊維が適用されるはずである。
フレーム２０５（図５）は、構造的保全性をもたらしクリープを受けない材料によって作られる。フレーム２０５は、環境に優しくリサイクル可能もしくは容易に焼却できる非金属材料で作られる。フレーム２０５はほとんどがプラスチック、例えばガラス繊維強化プラスチックから作ることができる。１つの使用可能な強化プラスチックはプロピレンまたはナイロンである。もちろん他の適当な材料を使用することはできる。
圧縮性シール部材２５０（図６）は、さまざまな材料から作ることができる。シール部材２５０が圧力を受けて適切な位置でシールを形成することを条件として、特定の優先選択はない。１つの使用可能な材料は発泡ウレタンなどの軟質高分子材料である。１つの使用可能な材料は、１４〜２２ポンド／立方フィート（０．２２〜０．３５ｇ／立方ｃｍ）の「成形」密度を有する最終製品に加工される、発泡ポリウレタンを含む。発泡ポリウレタンは、ミシガン州ＷｙａｎｄｏｔｔｅのＢＡＳＦＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎなどの、さまざまな供給源から入手可能である。発泡ポリウレタンの一例は、ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって譲受人Ｄｏｎａｌｄｓｏｎに独占的に売られるＩ３５４５３Ｒ樹脂およびＩ３０５０Ｕイソシアネートによって作られる材料を含む。
材料は３６．２（重量）部のＩ３０５０Ｕイソシアネートに対して１００重量部のＩ３５４５３Ｒ樹脂の混合比で混合すべきである。樹脂の比重は１．０４（８．７ポンド／ガロン）であり、イソシアネートの比重は１．２０（１０ポンド／ガロン）である。材料は一般的には高動的せん断ミキサで混合される。成分の温度は華氏７０〜９５度（２１〜３５℃）にすべきである。型の温度は華氏１１５〜１３５度（４６〜５７℃）にすべきである。
樹脂材料Ｉ３５４５３Ｒは下記の性状を有する。
（ａ）平均分子量
１）原ポリエーテルポリオール＝５００〜１５，０００
２）ジオール＝６０〜１０，０００
３）トリオール＝５００〜１５，０００
（ｂ）平均官能価
１）全システム＝１．５〜３．２
（ｃ）ヒドロキシル価
１）全システム＝１００〜３００
（ｄ）触媒
１）アミン＝Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ０．１〜３．０ＰＰＨ
２）スズ＝Ｗｉｔｃｏ ０．０１〜０．５ＰＰＨ
（ｅ）界面活性剤
１）全システム＝０．１〜２．０ＰＰＨ
（ｆ）水
１）全システム＝０．０３〜３．０ＰＰＨ
（ｇ）顔料／染料
１）全システム＝１〜５％カーボン・ブラック
（ｈ）発泡剤
１）０．１〜０．６％ＨＦＣ１３４Ａ
Ｉ３０５０Ｕイソシアネートは下記の性状を有する。
（ａ）ＮＣＯ含有量−２２．４〜２３．４重量％
（ｂ）粘性、２５℃におけるｃｐｓ＝６００〜８００
（ｃ）密度＝２５℃において１．２１ｇ／ｃｍ３
（ｄ）初期沸点、５ｍｍＨｇにおいて−１９０℃
（ｅ）蒸気圧＝２５℃において０．０００２Ｈｇ
（ｆ）外観−無色液体
（ｇ）引火点（Ｄｅｎｓｋｙ−Ｍａｒｔｉｎｓ密閉式引火点試験による）＝２００℃
上記は本発明の原理の完全な説明である。本開示の原理にしたがって多くの実施形態を行うことができる。

Claims (45)

  1. フィルタ・エレメント装置であって、
    （ａ）前記フィルタ・エレメント装置は、対向しあう第１端部および第２端部と、前記第１端部における第１流れ面および前記第２端部における第２流れ面と、を有する濾過材を備え、
    （ｂ）前記フィルタ・エレメント装置は、フレーム構造とシール部材とを含む密封システムを備え、
    （ｉ）前記フレーム構造は、前記第１流れ面および第２流れ面の１つから軸方向に突出する延長部を含み、
    （ｉｉ）前記シール部材は前記フレーム構造の前記延長部によって支持され、
    （ｉｉｉ）前記シール部材の少なくとも一部分は前記フレーム構造の前記延長部から半径方向に突出する、ことを特徴とするフィルタ・エレメント装置。
  2. フィルタ・エレメント装置であって、
    （ａ）前記フィルタ・エレメント装置は、対向しあう第１端部および第２端部を有する濾過材を備え、
    （ｂ）前記フィルタ・エレメント装置は、フレーム構造とシール部材とを含む密封システムを備え、
    （ｉ）前記フレーム構造は、前記第１端部および第２端部の１つから軸方向に突出する延長部を含み、
    （ｉｉ）前記シール部材は前記フレーム構造の前記延長部によって支持され、
    （ｉｉｉ）前記シール部材の少なくとも１つの密封部分は前記フレーム構造の前記延長部から半径方向に突出し、
    （Ａ）前記密封部分は、エア・クリーナの密封表面に対して解除可能に圧されるとシールを形成し、前記密封部分はこれと半径方向に隣接する濾過材のない密封システムとを含む、ことを特徴とするフィルタ・エレメント装置。
  3. （ａ）前記延長部は、外側半径方向表面を有するリング構造を含み、
    （ｉ）前記シール部材の前記部分は、前記外側半径方向表面に対して向けられている、ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のフィルタ・エレメント装置。
  4. （ａ）前記リング構造は、前記外側半径方向表面とは反対側の内側半径方向表面と、先端部とを有し、
    （ｉ）前記シール部材は、外側半径方向表面、前記先端部および前記内側半径方向表面に対して向けられている、ことを特徴とする請求項３に記載のフィルタ・エレメント装置。
  5. （ａ）前記リング構造は１つの周囲を規定し、
    （ｉ）前記濾過材は前記リング構造の前記周囲内にある、ことを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載のフィルタ・エレメント装置。
  6. （ａ）前記濾過材は、前記第１端部に第１流れ面を、前記第２端部に第２流れ面を含み、
    （ｂ）前記延長部は、前記第１流れ面および前記第２流れ面の１つから軸方向に突出する、ことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ・エレメント装置。
  7. （ａ）前記濾過材は、複数の縦溝流路を含み、前記縦溝流路の各々は、前記第１流れ面に隣接する第１端部分と前記第２流れ面に隣接する第２端部分とを有し、
    （ｉ）前記縦溝流路の選択された一部は、前記第１端部において開き、前記第２端部分において閉じており、前記縦溝流路の選択された他の一部は、前記第１端部分において閉じ、前記第２端部分において開いている、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフィルタ・エレメント装置。
  8. （ａ）前記濾過材が外周を含み、
    （ｂ）前記フレーム構造は、前記外周を囲み前記外周に固定されたリップ部材を含み、
    （ｉ）前記フレーム構造の前記延長部は前記リップ部材から突出している、ことを特徴とする請求項１、２、６、７のいずれか１項に記載のフィルタ・エレメント装置。
  9. （ａ）前記延長部は、外側半径方向表面、反対側の内側半径方向表面および先端部を有するリング構造を含み、
    （ｂ）前記シール部材は、外側半径方向表面、前記先端部および前記内側半径方向表面に対して向けられている、ことを特徴とする請求項１、２、および請求項６乃至８のいずれか１項に記載のフィルタ・エレメント装置。
  10. （ａ）前記シール部材は、前記延長部の前記先端部から前記リップ部材に向かって増加するステップの断面外形を画定する、ことを特徴とする請求項９に記載のフィルタ・エレメント装置。
  11. （ａ）前記濾過材と前記フレーム構造が円形断面を有する、ことを特徴とする請求項９または１０に記載のフィルタ・エレメント装置。
  12. （ａ）前記リップ部材が前記リング構造の直径より大きい直径を有している、ことを特徴とする請求項１１に記載のフィルタ・エレメント装置。
  13. （ａ）前記濾過材と前記フレーム構造が、一対の直線セグメントによって連結された一対の湾曲端部を含む断面を有する、ことを特徴とする請求項１、２、および請求項６乃至１０のいずれか１項に記載のフィルタ・エレメント装置。
  14. （ａ）前記フレーム構造が、半径方向に支持する十字筋交い部を含む、ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のフィルタ・エレメント装置。
  15. （ａ）前記シール部材が圧縮可能なポリウレタン・フォームを含む、ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のフィルタ・エレメント装置。
  16. （ａ）前記シール部材が、２２ポンド／立方フィート（０．３５ｇ／立方ｃｍ）以下の成形密度を有するポリウレタン・フォームを含む、ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のフィルタ・エレメント装置。
  17. 請求項１に記載のフィルタ・エレメント装置が操作可能に内部に設置されているエンジン空気流システムであって、
    前記フィルタ・エレメント装置は、第１流れ面とこれに対向する第２流れ面とを有する濾過材を含み、密封システムは、フレーム構造とシール部材とを含み、前記フレーム構造は、第１流れ面および第２流れ面の１つから軸方向に突出する延長部を含み、前記シール部材は前記フレーム構造の前記延長部によって支持されており、
    （ａ）前記エンジン空気流システムは、少なくとも５００ｃｆｍ（１４．１５立方ｍ／分）の定格空気流量と空気吸入システムとを有するエンジンを含み、
    （ｂ）前記フィルタ・エレメント装置の前記濾過材は、前記空気吸入システムと流体連結されており、前記濾過材は、空気を前記第１流れ面に通じて前記濾過材内に流し、空気を前記第２流れ面を通じて前記濾過材から排出させるように構成されており、
    （ｃ）前記エンジン空気流システムは、前記延長部とエア・クリーナとの間でこれらに対して前記シール部材によって形成された半径方向のシールを含む、ことを特徴とするエンジン空気流システム。
  18. 請求項２に記載のフィルタ・エレメント装置が操作可能に内部に設置されているエンジン空気流システムであって、
    前記フィルタ・エレメント装置は、対向しあう第１端部および第２端部を有する濾過材を含み、密封システムは、フレーム構造とシール部材とを含み、前記フレーム構造は第１端部および第２端部の１つから軸方向に突出する延長部を含み、前記シール部材は前記フレーム構造の前記延長部によって支持されており、前記シール部材の少なくとも１つの密封部分が前記フレーム構造の前記延長部から半径方向に突出し、前記密封部分はエア・クリーナの密封表面に対して解放可能なように押圧されるとシールを形成し、前記密封部分はこれに半径方向に隣接する濾過材がなく、
    （ａ）前記エンジン空気流システムは、少なくとも５００ｃｆｍ（１４．１５立方ｍ／分）の定格空気流量と空気吸入システムを有するエンジンを含み、
    （ｂ）前記フィルタ・エレメント装置の前記濾過材は、前記空気吸入システムと流体連結されており、
    （ｃ）前記エンジン空気流システムは、濾過材が前記密封部分に半径方向に隣接することなく、前記延長部とエア・クリーナとの間でこれらに対して前記シール部材によって形成された半径方向のシールを含む、ことを特徴とするエンジン空気流システム。
  19. （ａ）前記エア・クリーナは内部環状密封表面を含み、
    （ｂ）前記シール部材は、前記密封表面によって囲まれ、前記半径方向シールは、前記密封表面と前記フレーム構造の前記延長部との間でこれらに対して前記シール部材を圧縮することによって形成される、ことを特徴とする請求項１７または１８のいずれかに記載のシステム。
  20. （ａ）前記濾過材は、対向しあう第１流れ面および第２流れ面とを有し、前記第１流れ面は前記第１端部にあり、前記第２流れ面は前記第２端部にあり、前記濾過材は複数の縦溝流路を含み、前記縦溝流路の各々は、前記第１流れ面に隣接する上流部分と前記第２流れ面に隣接する下流部分とを有し、
    （ｉ）前記縦溝流路の選択された一部は、前記上流部分において開き、前記下流部分において閉じており、前記縦溝流路の選択された他の一部は、前記上流部分において閉じ、前記下流部分において開いている、ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
  21. （ａ）前記フレーム構造は、前記第２流れ面に隣接する前記濾過材パックに固定され、
    （ｉ）前記延長部は前記第２流れ面から軸方向に突出している、ことを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
  22. （ａ）前記濾過材は複数の縦溝流路を含み、前記縦溝流路の各々は、前記第１流れ面に隣接する上流部分と前記第２流れ面に隣接する下流部分とを有しており、
    （ｉ）前記縦溝流路の選択された一部は、前記上流部分において開き、前記下流部分において閉じており、前記縦溝流路の選択された他の一部は、前記上流部分において閉じ、前記下流部分において開いている、ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
  23. （ａ）前記濾過材は、外周を含み、
    （ｂ）前記フレーム構造は、前記外周を囲み前記外周に固定されたリップ部材を含み、
    （ｉ）前記フレーム構造の前記延長部は前記リップ部材から突出している、ことを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載のシステム。
  24. （ａ）前記延長部は、先端部、外側表面および反対側の内側表面を含み、
    （ｂ）前記シール部材は、前記延長部の少なくとも前記外側表面に対して向けられている第１部分を含む、ことを特徴とする請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載のシステム。
  25. （ａ）前記シール部材は、前記先端部に対して向けられている第２部分と、前記内側表面に対して向けられている第３部分とを含む、ことを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
  26. （ａ）前記シール部材は、前記延長部と前記空気流チューブの間でこれらに対して少なくとも１５パーセント圧縮されて、前記半径方向シールを形成する、ことを特徴とする請求項１７乃至２５のいずれか１項に記載のシステム。
  27. （ａ）前記フィルタ・エレメント装置が円形断面を有する、ことを特徴とする請求項１７乃至２６のいずれか１項に記載のシステム。
  28. （ａ）前記フィルタ・エレメント装置が、一対の直線セグメントによって連結された一対の湾曲端部を含む断面を有する、ことを特徴とする請求項１７乃至２６のいずれか１項に記載のシステム。
  29. （ａ）前記エア・クリーナが、前記半径方向シールを形成するために使用する出口チューブを含む、ことを特徴とする請求項１７乃至２８のいずれか１項に記載のシステム。
  30. フィルタ・エレメントを使用可能にする方法であって、
    （ａ）前記方法は、対向しあう第１流れ面および第２流れ面と密封システムとを有するフィルタ・エレメントをダクトに挿入する工程を含み、
    （ｉ）前記密封システムはフレーム構造とシール部材を含み、前記フレーム構造は、前記第１流れ面および前記第２流れ面の１つから軸方向に突出する延長部を含み、前記シール部材は前記フレーム構造の前記延長部によって支えられており、
    （ｂ）前記方法は、前記シール部材を前記フレーム構造の前記延長部と前記ダクトとの間でこれらに対して圧縮して、半径方向シールを形成する工程を含む、ことを特徴とする方法。
  31. （ａ）前記シール部材を圧縮する工程が、前記延長部の外側表面と前記ダクトとの間でこれらに対して前記シール部材を圧縮する、ことを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
  32. （ａ）前記挿入する工程の前に、エア・クリーナ・ハウジングの本体部材からカバーを除去することによって前記ダクトを露出させ、前記ダクトは前記本体部材の内側表面によって規定される、ことを特徴とする請求項３０または３１のいずれかに記載の方法。
  33. （ａ）前記シール部材を圧縮する工程の後に、前記カバーを、前記本体部材と前記フィルタ・エレメントを覆うように方向付ける、ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
  34. （ａ）前記挿入する工程は、複数の縦溝流路を有するフィルタ・エレメントを挿入することを含み、前記縦溝流路の各々は、前記第１端部に隣接する第１端部分と第２端部に隣接する第２端部分とを有し、前記縦溝流路の選択された一部は、前記第１端部分において開き、前記第２端部分において閉じており、前記縦溝流路の選択された他の一部は、前記第１端部分において閉じ、前記第２端部分において開いている、ことを特徴とする請求項３０乃至３３のいずれか１項に記載の方法。
  35. （ａ）前記シール部材を圧縮する工程は、前記シール部材を前記延長部と前記ダクトとの間でこれらに対して少なくとも１５％圧縮することを含む、ことを特徴とする請求項３０乃至３４のいずれか１項に記載の方法。
  36. （ａ）前記フィルタ・エレメントを挿入する工程は、円形断面を有するフィルタ・エレメントを挿入することを含む、ことを特徴とする請求項３０乃至３５のいずれか１項に記載の方法。
  37. （ａ）前記フィルタ・エレメントを挿入する工程は、一対の直線セグメントによって連結された一対の湾曲端部を含む断面を有するフィルタ・エレメントを挿入することを含む、ことを特徴とする請求項３０乃至３５のいずれか１項に記載の方法。
  38. フィルタ・エレメント装置を組み立てる方法であって、
    （ａ）フレーム構造とシール部材とを含む密封システムを準備する工程と、
    （ｂ）対抗しあう第１流れ面及び第２流れ面を有する濾過材構造を準備する工程と、
    （ｃ）前記濾過材構造の前記第１流れ面と前記第２流れ面の１つに前記密封システムを取り付ける工程と、
    を含む、ことを特徴とするフィルタ・エレメント装置を組み立てる方法。
  39. （ａ）前記密封システムを準備する工程は、
    （ｉ）前記フレーム構造が延長部を含み、
    （ｉｉ）前記シール部材が前記延長部によって支持され、かつ、
    （ｉｉｉ）前記シール部材の少なくとも一部分が前記延長部から半径方向に突出している
    システムを準備することを含む、ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
  40. （ａ）前記密封システムを取り付ける工程は、前記フレーム構造の前記延長部が前記第１流れ面および前記第２流れ面の１つから軸方向に突出するように、前記密封システムを前記濾過材構造に対して方向付けることを含む、ことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
  41. （ａ）前記密封システムを前記濾過材構造に固定する工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項３８乃至４０のいずれか１項に記載の方法。
  42. （ａ）前記固定する工程は、接着剤を使用して前記密封システムを前記濾過材構造に固定することを含む、ことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
  43. （ａ）前記濾過材構造を準備する工程は、外周を有する濾過材構造を準備することを含み、
    （ｂ）前記密封システムを準備する工程は、リップ部材を有するフレーム構造を準備することを含み、
    （ｃ）前記取り付ける工程は、前記濾過材構造の外周を覆うように前記リップ部材を方向付けることを含む、ことを特徴とする請求項３８乃至４２のいずれか１項に記載の方法。
  44. （ａ）前記密封システムを準備する工程は、外側半径方向表面、反対側の内側半径方向表面および先端部を有するリング構造を含む延長部を準備することを含み、
    （ｉ）前記シール部材は、前記外側半径方向表面、前記先端部及び前記内側半径方向表面に対して方向付けられている、ことを特徴とする請求項３８乃至４３のいずれか１項に記載の方法。
  45. （ａ）前記濾過材構造を準備する工程は、複数の縦溝流路を含む濾過材を準備することを含み、前記縦溝流路の各々は、前記第１端部に隣接する第１端部分と前記第２端部に隣接する第２端部分とを有し、
    （ｉ）前記縦溝流路の選択された一部は、前記第１端部分において開き、前記第２端部分において閉じており、前記縦溝流路の選択された他の一部は、前記第１端部分において閉じ、前記第２端部分において開いている、ことを特徴とする請求項３８乃至４４のいずれか１項に記載の方法。
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