TW201603866A - 包含其中具有扭曲褶襉的濾材之過濾物件 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種其中具有一有褶襇扭曲濾材之過濾裝置。該濾材具有一大體圓柱形形狀，且包括一第一末端、與該第一末端相對之一第二末端，及向外突出之褶襇。該等褶襇在該過濾裝置內具有一非線性定向。該濾材之該扭曲將該等褶襇之末端環繞該濾材之圓周自一第一位置(P1)移動一距離至一第二位置(P2)。旋轉角之範圍可為自約5度至約1440度。使該濾材扭曲增大該過濾裝置中濾材之有效量，此增大又對應於有效過濾面積(EFA)的一增大。該濾材中之該等褶襇末端的刻意未對準改良該材料之切割能力，移除該材料之挫曲，且改良裁切的品質。
Description
本揭示案大體係關於過濾物件，且更特定言之係關於包含扭曲有褶襇濾材之濾芯。
濾芯為眾所周知的，且在微粒、離子、微生物及其他污染物自藥品、微電子、化學及食品工業中之流體的過濾中得以使用。濾芯通常包括：濾材，其具有以圓柱形組態配置之多個縱向褶襇；有孔籠，其圍繞過濾元件之外周邊而安置以准許流體進入濾芯中；以及有孔核心，其同軸地安置於過濾材料內。端帽位於過濾材料之末端處，以防止流體自濾芯離開。濾材之末端通常藉由將過濾介質之末端裝罐於端帽中而密封，端帽在裝罐步驟期間呈樹脂、熔融熱塑性塑膠或其類似者的形式。
許多過濾裝置完全由含氟聚合物材料建構以滿足耐化學性及耐熱性要求，諸如供在半導體之製造中使用。過濾介質可包括由含氟聚合纖維材料(例如，聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基烷烴(PFA)，及聚偏二氟乙烯(PVDF))
建構之上游及下游排放層，該等材料呈編織材料、非編織材料或網之形式。儘管此等過濾介質提供優越之粒子過濾，但此等材料之可撓本質使過濾裝置的裝配為困難的。舉例而言，過濾介質之低硬度使習知過濾介質插入至有孔籠中為困難的。又，過濾介質經製造為長度大於有孔籠之長度，使得過濾介質之末端修整為適合濾芯的長度。然而，有褶襇過濾介質之可撓性(例如，非剛性)使得切割為極難的，從而導致不平整之邊緣及差的封端。
因此，此項技術中需要容易切割且裝配至濾芯中之過濾介質。
本發明之一實施例係關於一種濾芯總成，其包括：一外籠；一濾材；一內核心部件，其安置於該濾材內；以及端帽，其接合至該濾材之第一末端及第二末端。該濾材具有一大體圓柱形形狀，且包括一第一末端、與該第一末端相對之一第二末端，及向外突出之褶襇。另外，該等褶襇在該濾芯總成內具有一非線性定向。詳言之，在該濾芯總成之一末端處的一褶襇末端在該濾芯總成之相對末端處具有一第二位置，該第二位置與該濾材內之旋轉角相關。該濾材之該旋轉或扭曲將該第二末端處之該褶襇環繞該濾材之圓周移動一距離至該第二位置。又，該濾材之該旋轉增大該濾芯總成之有效過濾面積。旋轉角之範圍可為自約5度至約1440度。
本發明之第二實施例係關於一種包括一圓柱形濾材之濾芯總成，該圓柱形濾材中具有褶襇且包括一外周邊、一內周邊、一第一端面及一第二端面。一端帽接合至該濾材之該第一端面及該第二端面中的每一者。該等褶襇可具有一大體V形組態。又，該濾材可包括一多孔膜、一纖維層及一熱塑性材料。該纖維層經組配來支撐該多孔膜及/或經組配來提供流體遠離該膜之排放。該熱塑性材料沿著該濾材之至少一末端吸入至濾材中。任擇地，該濾材可包括一第二纖維層。該等褶襇具有大於約5度之一旋轉角。該旋轉角可使用下式計算：
其中Lm為該濾材之長度，其中Lc為濾芯之長度，且其中d為該濾材之直徑。
本發明之第三實施例係關於一種形成一扭曲有褶襇濾材之方法，其包括：(1)使該濾材之一第一末端相對於該濾材之一第二末端扭曲；以及(2)利用下式計算在一所指定褶襇之一第一位置與該所指定褶襇之一第二位置之間所形成的一扭曲角：
其中Lm為濾材之長度，其中Lc為濾芯之長度，且
其中d為濾材之直徑。
該等褶襇具有大於約5度之一旋轉角。另外，該等褶襇可具有一大體V形組態。該濾材可包括一多孔膜、一纖維層及一熱塑性材料。
本發明之第四實施例係關於一種形成一扭曲有褶襇濾材之方法，其包括：(1)獲得一圓柱形濾材；以及(2)圍繞該濾材之縱向軸線相對於該濾材之第一末端旋轉第二末端。在使該濾材扭曲之前，該等褶襇沿著該濾材之長度具有一線性或實質上線性定向。該濾材之旋轉將該第二末端處之該等褶襇環繞該濾材之圓周移動一距離至一第二位置，該第二位置不再與該第一位置對準。在旋轉之後，褶襇末端在該濾材之該第二末端處具有一位置，該位置與該濾材內之旋轉角相關。旋轉角之範圍可為自約5度至約1440度。
P1‧‧‧第一位置
P2‧‧‧第二位置
P3‧‧‧位置
θ‧‧‧旋轉角
2、4‧‧‧線
5‧‧‧箭頭
6‧‧‧虛線
10‧‧‧過濾介質/濾材/有褶襇材料
12‧‧‧外籠
13、15‧‧‧孔隙
16‧‧‧褶襇
14‧‧‧內核心部件
20、22‧‧‧端帽組件
30‧‧‧多孔膜
32‧‧‧第一末端
34‧‧‧第二末端
35‧‧‧中間層
36、38‧‧‧外層
40‧‧‧第一纖維層/濾材/有褶襇濾材
50‧‧‧第二纖維層
60‧‧‧濾芯
100‧‧‧過濾物件/過濾裝置/濾芯
200‧‧‧濾芯/過濾裝置
隨附圖式得以包括以提供對本揭示案之進一步理解且併入於本說明書中並構成本說明書之一部分，例示實施例，且連同描述一起用以解釋本揭示案的原理。
圖1為根據本發明之實施例的包含扭曲有褶襇過濾介質之過濾裝置的分解圖；圖2A為根據本發明之至少一實施例的多孔膜包含單一層之濾材內之材料層的示意性說明；圖2B為根據本發明之至少一實施例的多孔膜包含多個層之濾材內之材料層的示意性說明；
圖3A為習知有褶襇過濾介質之示意性說明，該過濾介質具有圍繞縱向軸線定位且沿著縱向軸線在濾材之末端之間線性延伸的V形褶襇；圖3B為根據本發明之至少一實施例的扭曲有褶襇過濾介質之示意性說明，該過濾介質具有圍繞縱向軸線定位且沿著縱向軸線在濾材之末端之間非線性延伸的V形褶襇；圖4A為描繪在扭曲之前之濾材的過濾裝置之示意性橫截面圖，其中褶襇沿著縱向軸線自過濾裝置之第一末端對準至第二末端；圖4B為根據本發明之一實施例的具有扭曲過濾介質之過濾裝置的示意性橫截面圖，其展示在過濾介質已扭曲之後褶襇自第一點至第二點的移動；圖5A為具有非扭曲濾材之過濾裝置的示意性透視圖，其展示褶襇沿著縱向軸線自過濾裝置之第一末端對準至第二末端；圖5B為根據本發明之一實施例的具有扭曲過濾介質之過濾裝置的示意性透視圖，其展示在過濾介質已扭曲之後褶襇自第一點至第二點的移動；圖6為包含非扭曲有褶襇濾材之習知過濾裝置的分解圖；以及圖7為展示以虛線疊加之習知濾芯的照片，該虛線例示濾材在濾芯內之挫曲。
熟習此項技術者將易於瞭解，本揭示案之各種態樣可藉由經組配來執行預期功能的任何數目個方法及設備來實現。應注意，本文所提及之隨附圖式未必按比例繪製，而可經誇示以例示本揭示案之各種態樣，且就此而言，圖式不應解釋為限制性的。
「旋轉」及「經旋轉」等詞可分別與「扭曲」及「經扭曲」可互換地使用。另外，「濾材」及「過濾介質」等詞可在本文中可互換地使用。又，「纖維層」及「纖維狀層」可在本申請案中可互換地使用。
圖1為根據本發明之一或多個實施例的過濾物件100之說明，過濾物件100可完全由含氟聚合物材料建構且可定大小以供在過濾囊(未圖示)內定位。過濾物件100包括具有多個孔隙13之外籠12，孔隙13通過外籠12之表面以使流體能夠流過外籠12，例如，橫向地通過外籠12的表面。自流體流過濾不合需要之微粒的過濾介質10同心地安置於外籠12內。濾材10具有扭曲組態。另外，內核心部件14安置於圓柱形過濾介質10內。內核心部件14亦實質上為圓柱形的且包括孔隙15以准許流體流流過內核心部件14，例如，橫向地通過內核心部件14之表面。因此，過濾介質10安置於內核心部件14與外籠12之間。
過濾裝置100進一步包括安置於濾芯100之相對末端處的端帽組件20、22。端帽組件20、22可包括孔隙(未例示)以准許與內核心部件14流體連通。因此，流體可經
由孔隙流至濾芯100中且流至內核心部件14中。在足夠的流體壓力下，流體將通過孔隙15，通過過濾介質10，且經由外籠12之孔隙13退出濾芯100。
當濾芯100經裝配時，端帽組件20、22經裝罐至過濾介質10上，其中外籠12及內核心部件14安置於端帽組件20、22之間。端帽組件20、22可藉由將端帽組件20、22加熱至一溫度而密封至過濾介質10，該溫度為足夠的以使製造端帽組件之熱塑性塑膠軟化及流動。當熱塑性塑膠處於可流動狀態時，過濾介質10之末端與個別端帽組件20、22接觸以使可流動的熱塑性塑膠吸入(例如，滲透)過濾介質10。此後，端帽組件20、22凝固(例如，藉由冷卻)以形成與過濾介質10之密封件。經裝配之濾芯100(例如，其中端帽組件經裝罐至過濾介質上)可接著在諸如過濾囊之過濾裝置中使用。
應瞭解，過濾裝置之各種其他組態可根據本揭示案來利用，諸如非圓柱形(例如，平面的)過濾裝置。此外，儘管流體之流動描述為自濾芯之外部至濾芯的內部(例如，由外而內流動)，但亦預期，在一些應用中，流體流動可自濾芯之內部發生至濾芯的外部(例如，由內而外流動)。
過濾介質10至少包括多孔膜(例如，多孔含氟聚合物膜)之第一層及至少一纖維層，該至少一纖維層經組配來支撐多孔膜及/或經組配來提供流體遠離該膜之排放。過濾介質10進一步包括熱塑性材料，該熱塑性材料沿著過濾介質10之至少一末端吸入(例如，滲透)於過濾介質10內。
此外，過濾物件100之多孔膜及纖維層的一個或兩個末端可經裝罐來以可密封方式互連過濾介質10的末端。
過濾介質內之多孔膜經組配來在多孔膜位於流體流中時分離粒子與流體流。舉例而言，多孔膜可具有孔大小及經組配來自流體流移除粒子之孔大小分佈。應瞭解，多孔膜可包括單一膜層或多個膜層。在一或多個實施例中，多孔膜為含氟聚合物膜，諸如聚四氟乙烯(PTFE)膜或發脹聚四氟乙烯(ePTFE)膜。根據頒予Bacino等人之美國專利第7,306,729號、頒予Gore之美國專利第3,953,566號、頒予Bacino之美國專利第5,476,589號或頒予Branca等人之美國專利第5,183,545號中所述的方法所製備之發脹聚四氟乙烯(ePTFE)膜可在本文中使用。
多孔膜亦可包括發脹聚合材料，該材料包含官能性四氟乙烯(TFE)共聚物材料，該共聚物材料具有藉由由原纖維互連之節點所表徵的微結構，其中官能性TFE共聚物材料包括TFE與PSVE(全氟磺醯基乙烯基醚)或TFE與另一合適之官能性單體的官能性共聚物，該官能性單體諸如但不限於偏二氟乙烯(VDF)。官能性TFE共聚物材料可例如根據頒予Xu等人之美國專利公開案第2010/0248324號或頒予Xu等人之美國專利公開案第2012/035283號中所述的方法來製備。應理解，遍及本申請案，「PTFE」一詞意味不僅包括聚四氟乙烯，而且包括發脹PTFE、發脹改質PTFE，及PTFE之發脹共聚物，諸如描述於頒予Branca之美國專利第5,708,044號、頒予Baillie之美國專利第
6,541,589號、頒予Sabol等人之美國專利第7,531,611號、頒予Ford之美國專利公開案第2009/0093602號及頒予Xu等人之美國專利公開案第2010/0248324號中。
過濾介質中之纖維層包括形成為銜接結構之多根纖維(例如，纖維、絲、紗等)。纖維層定位為鄰近於多孔膜且在多孔膜下游，以針對該多孔膜提供支撐。纖維層可為編織結構、非編織結構，或針織結構。在一特定實施例中，纖維層為針織結構。纖維層可針對多孔膜提供支撐及/或可針對過濾介質10提供流體排放。纖維層可由纖維或多股含氟聚合物形成，諸如聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烴(PFA)及聚偏二氟乙烯(PVDF)。在一或多個實施例中，纖維狀層包括PTFE纖維，諸如PTFE針織層。
如上文所論述，濾材亦包含熱塑性材料。熱塑性材料可至少通過纖維層之厚度的一部分且至少沿著過濾介質10之第一周邊邊緣被吸入。熱塑性材料亦可沿著過濾介質10之第二周邊邊緣被吸入，其中第二周邊邊緣處於過濾介質10的與第一周邊邊緣相對之側上。供在過濾介質10中使用之合適的熱塑性材料包括但不限於氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烴(PFA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟甲基烷氧基(MFA)，及TFE、六氟丙烯及偏二氟乙烯之三元聚合物(THV)。在至少一示範性實施例中，熱塑性材料為FEP或PFA。
任擇地，濾材可包括由多股諸如PTFE之含氟聚
合物材料製造的第二纖維層，諸如針織結構。此第二纖維層中之纖維結構可實質上類似於第一纖維層中的纖維結構。第二纖維層可安置於第一纖維層之相對側上，使得膜層位於該兩個纖維層之間。熱塑性材料可被吸入通過第一纖維層及第二纖維層。在一實施例中，纖維層中之一者針對膜層提供支撐，而另一纖維層提供排放功能以促進流體遠離膜層之排放。
過濾裝置100(例如，濾芯)之組件可由含氟聚合物製造，且詳言之可由熱塑性含氟聚合物製造，該等組件包括外籠12、內核心部件14及端帽組件20、22。合適之熱塑性含氟聚合物的非限制性實例諸如全氟烷氧基烷烴(PFA)、氟化乙烯丙烯(FEP)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯-氯三氟乙烯(ECTFE)及聚偏二氟乙烯(PVDF)。應注意，含氟聚合物針對諸如在半導體製造期間化學腐蝕性流體之過濾為尤其有用的。
圖2A描繪形成濾材10之材料層的一示範性定向。如所示，過濾介質10可包括多孔膜30、形成上游排放層之第一纖維層40及形成下游排放層之第二纖維層50。箭頭5描繪流體流過濾材10之方向。
在一示範性實施例中，第一纖維層40可包括全氟烷氧基烷烴(PFA)編織層且第二纖維層50可包括由聚四氟乙烯纖維製成之針織層，諸如根據頒予Propst等人之美國公開案第2014/0021145號的教示所製成之該等層。如圖2B中所示，多孔膜30可包括多個膜層，諸如中間層35及
外層36、38。在一示範性實施例中，中間層35包括大體根據頒予Xu等人之美國專利公開案第2012/035283號之教示所製成的發脹官能性含氟聚合物膜，該膜包括四氟乙烯(TFE)與全氟-3,6-二氧雜-4-甲基-7-辛烯-磺醯基氟化物(PSVE)之共聚物，且外層36、38包括可大體根據頒予Branca等人之美國專利第5,814,405號之教示製成的發脹聚四氟乙烯(ePTFE)膜。外層38可藉由使用習知的熱量及/或壓力層壓技術而附接至第二纖維層50(例如，下游排放層)。
過濾物件中有褶襇組態之利用藉由增大濾材10的操作大小而提供增大的過濾性能。如圖1中大體展示，濾材10內之褶襇在濾芯100內具有非線性定向。圖3A描繪具有褶襇16之習知濾材40，褶襇16沿著縱向軸線線性擴張且在濾材40之末端之間為實質上筆直的。轉至圖3B，可見發明性有褶襇濾材10具有大體圓柱形或管狀組態，該組態具有圍繞濾材10定位且在濾材10之末端之間非線性地延伸的褶襇16(例如，向外突出之褶襇)，褶襇16具有倒V形組態。線2、4分別大體描繪圖3A及圖3B之濾材中之褶襇的定向。褶襇16在褶襇16中之鄰近者之間界定V形區域或穀。應瞭解，其他類型及/或形狀之褶襇可替代於或結合具有大體V形組態之褶襇來使用，且此等褶襇及褶襇形式被視為在本發明之範圍內。
在根據本發明之至少一實施例形成扭曲或旋轉之有褶襇濾材時，使褶襇具有線性或實質上線性定向之有
褶襇濾材第一末端固定不動且有褶襇濾材的第二末端圍繞其縱向軸線旋轉。或者，濾材之第一末端及第二末端兩者可同時在相反方向上旋轉。如圖4A及圖5A中示意性地展示，在扭曲之前，過濾裝置100內之褶襇在過濾裝置100的第一末端32及第二末端34處具有相同位置。因此，褶襇之第一位置及第二位置沿著縱向軸線處於相同位置(或實質上相同之位置)。在濾材10已旋轉所要量之後，褶襇在過濾裝置100內之第一末端32及第二末端34處不再具有相同位置，諸如圖4B及圖5B中所示。圖4B及圖5B例示，隨著濾材10在過濾裝置100內旋轉，褶襇在第二末端34處之位置圍繞過濾裝置100之圓周自第一位置(P1)移至第二位置(P2)。
濾材之旋轉角(θ)可藉由量測角θ而判定，角θ由源自過濾裝置100之中心至(1)過濾裝置100之第一末端32處的褶襇之位置(P1)及(2)至過濾裝置100之第二末端34處的相同褶襇之位置(P2)(如圖4B中所示)的虛軸線形成。旋轉角(θ)可藉由合適的量測裝置，諸如藉由量角器來量測，或其可經視覺估計。旋轉角之範圍可為自約5度至約1440度、自約5度至約180度、自約10度至約540度、自約15度至約360度，或自約20度至約180度。或者，旋轉角可大於約5度、大於約10度、大於約20度、大於約180度、大於約360度、大於約540度，或大於約1440度，或甚至更大。應注意，因為圖4A中所描繪之濾材10尚未扭曲，所以旋轉角為零。應注意，濾材10之旋轉的量至少部分地
取決於有褶襇濾材10之包裝密度及/或有褶襇濾材10的厚度。
在另一實施例中，旋轉角(θ)可藉由使用以下方程式來計算：
其中Lm為藉由扭曲或旋轉過濾介質所引起的在過濾裝置中總濾材10的長度，Lc為過濾裝置100之長度，且d為濾材10的直徑。添加至過濾裝置之額外材料可藉由Lm-Lc來判定，Lm-Lc亦即扭曲長度減去未扭曲長度。
轉至圖5B，為了判定長度Lm，在濾芯100之第一末端32處在濾材10內的指定褶襇經識別為P1。在濾芯100之第二末端34處的相同褶襇之位置經識別為P3。濾材10接著如上文所述而扭曲，藉此將濾芯100之第二末端34處的指定褶襇之位置重定位至P2。過濾裝置100中之濾材10的長度(Lm)為自P1至P3之距離。此長度可藉由自過濾裝置100移除有褶襇濾材10及量測自P1至P3之實體距離來判定。自P1至P3之此距離(亦即，Lm)與藉由扭曲或旋轉過濾介質在過濾裝置100中所包括之濾材10的總量相關。
增大過濾裝置100中之濾材10的有效量對應於有效過濾面積(EFA)之增大。過濾裝置之EFA可為至少10%、至少20%、至少30%，或甚至更大。舉例而言，長度為23cm且寬度為1372cm之具有非扭曲、實質上線性褶襇定向
的濾材具有EFA 31556cm2(EFA=L乘W)。對比而言，扭曲的且具有長度25cm及相同寬度1372cm之相同濾材具有EFA 34500cm2。因此，在此假想實例中，與在不旋轉(扭曲)濾材之情況下的同一過濾裝置相比，扭曲、有褶襇濾材在EFA方面具有約9.3%的增大。
如本文所述且如至少圖1中所例示，濾材10內之褶襇在濾芯100內具有非線性定向。對比而言，習知濾芯200中之習知有褶襇濾材40具有線性或實質上線性的定向，如圖6中所示。應注意，在形成習知過濾裝置200時，有褶襇濾材40可在濾芯200內變為挫曲或波狀的，且結果，在濾芯200內在其定向上可能並非完全線性的。
習知濾材40之挫曲藉由疊加於濾芯60內之挫曲褶襇上的虛線6描繪於圖7中。結果，可能存在濾材40內之褶襇的一定程度之無意的稍微未對準。過濾裝置200內之挫曲及濾材40之後續畸變至少部分地歸因於濾材40在其置放至外籠12中的同時不能維持其形狀(例如，缺乏濾材之剛性)，且常常隨著濾材40被迫進入外籠而破裂。
對比而言，藉由扭曲或旋轉濾材10在本發明中所達成之褶襇的刻意未對準移除及/或防止在習知裝置中發生的濾材之挫曲、折疊或其他畸變。亦已判定，藉由使濾材10扭曲而同時將濾材10裝載至外籠12中，使得更容易將濾材10裝載至籠12中。另外，當濾材10扭曲時，過濾裝置100中之有褶襇材料10的裂斷強度顯著地增大。
當軸向負載施加至並未扭曲之濾材時，褶襇對挫
曲及變形的阻力隨濾材之強度及鄰近的褶襇之接近性而變。使濾材扭曲使鄰近的褶襇彼此接觸，從而提供軸向施加之負載在鄰近的褶襇之間的負載轉移且減小或消除褶襇之間可另外發生挫曲之空間。因此，當將濾材裝載至過濾裝置(例如，外籠部件)中時，扭曲濾材與非扭曲濾材相比在所施加軸向負載下對變形及挫曲更具抗性。
當濾材10經製造且隨後插入至外籠12中時，過量之材料10自外籠12的每一末端延伸。此過量之濾材10在籠12置放於濾芯100中之前得以移除。已判定，扭曲、有褶襇濾材10大大改良材料10之切割能力。根據本發明之濾材的刻意扭曲形成剛性或半剛性濾材(例如，褶襇包)，該濾材防止濾材10隨著材料10被切割而破裂。另外，裁切之品質藉由扭曲、有褶襇濾材10與習知的非扭曲有褶襇濾材相比得以大大地改良。詳言之，裁切跨於濾材之末端上為平整的或實質上平整的。濾材之裁切的實質上均勻表面導致位於濾材之外邊緣中的熱塑性材料之均勻或實質上均勻的加熱。另外，表面之均勻性及濾材之切割末端處的熱塑性材料之均勻或接近均勻的加熱使所有或幾乎所有的褶襇能夠在嵌入製程期間與端帽接觸，從而產生改良之濾芯。容易裝載、改良之切割能力及改良之裁切品質減少製造時間且增強最終濾芯的品質。
應瞭解，濾材之刻意旋轉適用於任何濾材，而不管濾材及/或褶襇內之層的形狀、強度及/或厚度，及/或過濾裝置之直徑。舉例而言，濾材之薄或弱層受益於濾材之
扭曲，此係因為，如本文所論述，濾材的硬度(剛性)藉由材料之扭曲而增大。結果，濾材可容易地處置及/或切割。另外，高的褶襇能夠支撐自身抵抗歸因於濾材之扭曲的所施加壓力。在多層級V形褶襇幾何結構中，濾材之扭曲允許褶襇內之多個層級彼此接觸，藉此針對每一個別褶襇產生改良的支撐。在某些褶襇並未自內核心部件之外徑延伸至外籠之內徑的幾何結構之狀況下，藉由旋轉濾材所提供之額外支撐輔助褶襇在壓力跨於過濾材料上施加時抵抗變形及錯位。
又，隨著過濾裝置之直徑增大，濾材之扭曲可輔助材料在此等較大過濾裝置中的裝載及切割。此外，具有大直徑及/或大長度之過濾裝置中之濾材的扭曲可增大EFA。
實例
實例1：非扭曲濾材
具有如圖2B中所示及上文詳細描述之分層組態的25.4cm長及798cm寬的過濾介質得以建構。濾材包括第一末端、第二相對末端，且具有圓柱形、管狀組態，該組態具有圍繞濾材之縱向軸線定位且沿著縱向軸線延伸之倒V形組態的向外突出之褶襇。
濾材插入至其中具有內有孔核心部件之有孔外籠中。籠之內徑(d)及長度(Lc)分別量測為7.6cm及25.4cm。
在褶襇包之第一末端處的褶襇經任意地選擇且
使用標記筆標記(P1)。在外籠之第二末端處的相同褶襇之對應邊緣經定位及標記(P2)。應注意，在第一末端(P1)及第二末端(P2)處之標記沿著濾材之縱向軸線對準，諸如圖5A中所示。描繪同一位置處之兩個末端P1、P2之位置的濾材之橫截面端視圖展示類似於圖4A中所描繪之組態的組態。過濾裝置具有有效過濾面積(EFA)20268cm2。
實例2：扭曲過濾介質
使實例1之濾材的第一末端固定不動，同時第二末端圍繞縱向軸線順時針旋轉直至濾材不能再旋轉之點為止。濾材之扭曲給予材料螺旋狀形狀，類似於圖3中所示之形狀。一旦濾材已旋轉，則在外籠之第一末端處在P1處指定的褶襇追隨其在籠內至其在外籠之第二末端處之位置的路徑。褶襇之旋轉位置藉由標記筆標記為P2。應注意，P1並不與P2對準。褶襇邊緣之位置自P1至P2的位移類似於圖5B中所示之位移。扭曲、有褶襇濾材之橫截面端視圖類似於圖4B中所示之視圖。與第一末端位置P1及第二末端位置P2沿著濾材之縱向軸線線性對準的圖5A中所示之比較性實例的非扭曲濾材對比，扭曲濾材中之褶襇的末端位置P1、P2如圖5B中所示並未沿著濾材之縱向軸線線性對準。
扭曲之程度可使用以下程序藉由旋轉角θ以幾何方式描述。在第二末端處之扭曲濾材的褶襇邊緣經標記為P2之後，濾材逆時針旋轉以使得P2沿著外籠之垂直軸線與P1對準。旋轉角藉由以下操作而視覺估計為約180度：
估計由源自過濾裝置之中心至(1)P1及(2)P2之虛軸線形成的角度，類似於圖4B中所示。
旋轉角亦使用以下方程式計算：
濾芯中之材料的實際長度(Lm)係藉由自外籠移除濾材及量測P1與P2之間的距離而判定。濾材之長度為28.1cm。籠之內徑(d)及長度(Lc)分別量測為7.6cm及25.4cm。有效過濾面積判定為22406cm2。
接下來，在自P1至P2之距離(亦即，Lm)(在比較性實例中標記)與自P1至P3之距離(亦即，Lc)之間的長度差判定為2.7cm。此為濾芯中之濾材之長度的有效增大，該增大計算為與未扭曲組態中之濾材相比約10.5%之扭曲、有褶襇濾材的有效過濾面積(EFA)之增大。
上文已一般地且關於特定實施例描述了本申請案之本發明。熟習此項技術者應顯而易見，在不脫離本揭示案之範疇的情況下，可在實施例中進行各種修改及變化。因此，預期實施例涵蓋本發明之修改及變化，條件為其在所附申請專利範圍及其等效物之範疇內。
4‧‧‧線
10‧‧‧過濾介質/濾材/有褶襇材料
16‧‧‧褶襇
Claims (19)
- 一種濾芯總成，其包含：一外籠；一濾材，其具有同心地位於該外籠內之一圓柱形組態，該濾材包括：一第一末端；一第二末端，其與該第一末端相對；及向外突出之褶襇；一內核心部件，其安置於該濾材內；以及一端帽，其接合至該圓柱形濾材之各自該第一末端及該第二末端，其中一褶襇在該第一端面上具有一第一位置且在該第二端面上具有一第二位置，且其中該第二位置並未沿著該濾材之一縱向軸線與該第一位置對準。
- 如請求項1之濾芯總成，其中該等褶襇具有自約5度至約1440度之一旋轉角。
- 如請求項1之濾芯總成，其中該等褶襇具有一實質上V形組態。
- 如請求項1之濾芯總成，其中該濾材包含：一多孔膜；以及一纖維層，其經組配來支撐該多孔膜，該纖維層包含配置於一銜接結構之多根纖維。
- 如請求項4之濾芯總成，其中該多孔膜係選自聚四氟乙烯及發脹聚四氟乙烯。
- 如請求項4之濾芯總成，其中該銜接結構包含一編織結構、一非編織結構，或一針織結構。
- 如請求項1之濾芯總成，其中該濾材將該濾材之一有效過濾面積增大至少約10%。
- 一種濾芯總成，其包含：具有褶襇之一圓柱形濾材，該圓柱形濾材界定一外周邊、一內周邊、一第一端面及一第二端面；以及一端帽，其接合至該圓柱形元件之各自該第一端面及該第二端面，其中該等褶襇具有如利用下式所計算的大於約5度之一旋轉角(θ)：
- 如請求項8之濾芯總成，其中該等褶襇之該等末端具有自約5度至約1440度之一旋轉角。
- 如請求項8之濾芯總成，其中該等褶襇具有一實質上V形組態。
- 如請求項8之濾芯總成，其中該濾材包含：一第一層，其包含一多孔含氟聚合物膜； 一第二層，其包含經配置來形成一纖維結構之多根含氟聚合物纖維，該纖維結構係選自一編織結構、一非編織結構及一針織結構；以及一熱塑性材料，其通過該纖維層之一厚度的至少一部分且至少沿著該濾材之一第一周邊邊緣。
- 如請求項8之濾芯總成，其中該濾材將該濾材之一有效過濾面積增大至少約10%。
- 一種形成一扭曲有褶襇濾材之方法，其包含：使濾材之一第一末端相對於該濾材之一第二末端扭曲，該濾材包含多個褶襇；以及利用下式計算在一所指定褶襇之一第一位置與該所指定褶襇之一第二位置之間所形成的一扭曲角：
- 如請求項13之方法，其中該濾材包含：一第一層，其包含一多孔含氟聚合物膜；一第二層，其包含經配置來形成一纖維結構之多根含氟聚合物纖維，該纖維結構係選自一編織結構、一非編織結構及一針織結構；以及一熱塑性材料，其通過該纖維層之一厚度的至少一部分且至少沿著該濾材之一第一周邊邊緣。
- 如請求項13之方法，其中該等褶襇具有一實質上V形組態。
- 如請求項13之方法，其中該等褶襇之該等末端具有自約5度至約1440度之一旋轉角。
- 一種形成一扭曲濾材之方法，其包含：獲得一圓柱形過濾元件，該元件包括：一第一端面；一第二端面，其與該第一端面相對；及向外突出之褶襇，每一該褶襇在該第一端面上具有一第一位置且在該第二端面上具有一第二位置，該第一位置及該第二位置實質上與該濾材之一縱向軸線對準；以及圍繞該垂直軸線相對於該第一端面旋轉該第二端面，其中在該旋轉之後，該第一位置並未沿著該濾材之該縱向軸線與該第二位置對準。
- 如請求項17之方法，其中在旋轉之前，該等褶襇具有圍繞該濾材之一縱向軸線定位且沿著該縱向軸線延伸的一實質上V形組態。
- 如請求項17之方法，其中該等褶襇之該等末端具有自約5度至約1440度之一旋轉角。
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