抗冻型水过滤器的制作方法

专利名称：抗冻型水过滤器的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及使用点水过滤产品领域。更具体地说，本发明涉 及用于冰箱内的可更换的滤筒，该滤筒构造为当暴露在冷冻条件下时 防止爆裂。
背景技术：
目前市场上销售的很多冰箱的一个共同特点在于内部水过滤系 统，该水过滤系统能够将已过滤水供应到饮水分配机或者制冰机。在 大多数应用中，这些过滤系统采用能够从源水中去除氯和颗粒物质， 从而使水和冰变得更加干净可口的过滤介质。
设计这些过滤系统时， 一个重要的设计考虑是过滤器所要占用 的空间大小。这是因为过滤器所占用的任何空间都会减小冰箱内可用 的食物储藏空间。一种减少水过滤系统占用空间的方法是采用可更换 滤筒式过滤器。通常，可更换滤筒式过滤器具有足够的过滤能力，在 需要更换新过滤器之前可以一次使用数月。
以前的冰箱水系统设计已经包括通过在房屋连接管和过滤器之 前结合隔离电磁阀以保护水过滤器的装置。该阀仅在需要已过滤水时 才打开，这样消除了在过滤器出现结构故障时发生大量溢水的可能 性。为了降低系统的复杂度和成本，冰箱制造商试图不使用隔离阀，并使过滤器在持续高压下运行。一种代替隔离电磁阀的方法是在过滤 系统本身内设置切断装置。这种切断装置的一个实例是位于歧管内的 弹簧阀，该弹簧阀在拆除滤筒时关闭水供给线。
当从系统中拆除滤筒时，过滤器切断装置起作用，如果当滤筒 还连接在歧管上时某一事件引发滤筒的结构故障，那么这些切断装置 不起作用。如果冰箱没有隔离阀，水会继续在损坏的滤筒中流进流出。 这种持续溢出可能会导致冰箱附近区域的地板损坏。造成滤筒出现结 构损坏的一种情形是当滤筒内的静止水冷冻成固体时。当水变成冰 时，会膨胀并造成过滤器外壳破裂或爆裂。
目前的滤筒设计采用传统的、刚性聚烯烃聚合物，通常为未改 性的填充滑石粉的聚丙烯，因为它们具有耐疲劳、耐化学性、成本低、 不易蠕变和毒性低的特点。然而遗憾的是，这些材料往往具有使其在 冷冻范围内的温度下变得易碎的玻璃化转变温度。除了变得易碎之 夕卜，传统的聚丙烯树脂在玻璃化转变温度之上的温度具有约为5-30% 的极限延伸率。由于聚丙烯同时具有有限弹性和在冷冻温度下易碎的 组合特点，所以对于在必须经受冷冻条件的冰箱水过滤器滤筒中使用 来说，聚丙烯是不够理想的聚合物。

发明内容
通过采用多种技术，本发明滤筒的目前优选的实施例通过如下 方式来避免冷冻时发生故障包含具有所需特性的聚合物，在滤筒内 包括压力吸收元件和/或提高壁强度以抵抗冷冻引起的应力。 一方面， 本发明涉及抗冻型水过滤器。抗冻型水过滤器的目前优选的实施例可 以包括，例如，在此充分阐述的过滤器。本发明还涉及抗冻型水过滤 器作为水过滤系统部件的应用，以及制造抗冻型水过滤器的方法和配 置。
在第一个目前优选的实施例中，过滤器外壳由延伸性和玻璃化 转变特性使过滤器外壳在冷冻状态下能够发生延伸而非破裂的聚合 物构成。聚烯烃化学的进步产生了具有所需强度和弹性特性的聚合 物。已经开发出多种弹性增强的聚烯烃，诸如茂金属改性的聚丙烯或聚乙烯聚合物和共聚物，通过ASTMD638测试过程进行测量，这些 聚烯烃的极限延伸率大于约800%，而传统聚烯烃的标准延伸率大约 为5-30%。同样，可以使用诸如Dow Chemical公司的Dowlex⑧等低 密度聚乙烯聚合物。00 16乂 的极限延伸率大于约750%。此外，可 以采用诸如Equistar公司的Alatho-等高密度聚乙烯聚合物。 Alathoi^的极限延伸率大于约1900%。虽然这些弹性聚烯烃聚合物的 极限延伸率大于约700%，但也可以采用极限延伸率大于约100%的 其他弹性聚烯烃聚合物代替传统聚烯烃。不论所选择的是何种聚合 物，这些弹性增强的聚烯烃都具有高强度、增强的弹性、低蠕变和低 成本的特性。这些改性的聚烯烃聚合物可以用于制造具有更薄的壁， 同时还提供足以经受住冷冻的强度和弹性的过滤器外壳。
在该目前优选的实施例的变化形式中，过滤器外壳可以由多种 聚合物构成。弹性聚烯烃基于其弹性和强度特性可以被选择作为外壳 的聚合物，同时因为强度和刚性特性而被选择作为接口盖的聚合物。
在另一个目前优选的实施例中，在制造时大量的空气滞留在滤 筒内部。这些滞留的空气可以闭孔泡沫或合适的非爆裂性气泡外套的 形式存在。在冷冻时，这些滞留的空气使冰能够通过压缩滞留的空气 而向内膨胀，而不是靠在滤筒外壳上向外膨胀。由于靠在滤筒外壳上 的向外膨胀量减小，所以这种设计可以减小滤筒外壳的壁厚。
在另一个目前优选的实施例中，上述实施例可以以多种构造进 行组合，从而产生这样的过滤器外壳，即，过滤器外壳由具有需要的 弹性和强度特性的聚合物构成，同时在筒式过滤器的内部空间中包括 滞留的空气。
在另一个目前优选的实施例中，可以为过滤器外壳本身采用标 准的未改性聚烯烃结构(最典型的是，未改性的填充滑石粉的聚丙烯) 来设计筒式过滤器。选择在其整个厚度上具有较少孔隙的过滤元件， 从而减少将被冻结的滞留水量。不管未改性的聚丙烯的固有特性如 何，滤筒都可以制造成其壁厚足以抵抗冷冻所引起的减少的水量的膨 胀应力。
在另一个—目前优选的代表性实施例中，本发明的筒式过滤器包括过滤器盖、过滤器外壳和过滤元件。过滤器盖和过滤器外壳都包括 螺纹部分，使得过滤器盖和过滤器外壳可以旋转连接。过滤器盖上的 盖接合部件和过滤器外壳上的外壳接合部件使得过滤器盖和过滤器 外壳可以旋转连接，但是锁定地接合，以防止过滤器盖和过滤器外壳 旋转分离。特别是，解除该锁定结构可能破坏锁定并可能损毁滤筒的 其他元件，在这个意义上说，该锁定结构可以获得永久性密封的筒式 过滤器。下文将阐述具体的锁定结构，锁定结构通常涉及一个元件插 入另一元件，这种插入阻止使滤筒的各元件分离的旋转。在满足这些 一般要素的条件下，可以使用多种锁定结构。


图1是破裂的滤筒的透视图。
图2是抗冻型滤筒的实施例的分解图。
图3是图2所示抗冻型滤筒的端部的透视图。
图4是图2所示抗冻型滤筒的端部的剖面透视图。
图5是抗冻型滤筒的实施例的分解透视图。
图6是图5中所示滤筒的滤筒外壳的剖面透视图。
图7是图5中所示滤筒的滤筒外壳的剖面透视图。
图8是图5中所示滤筒的剖面侧视图。
图9是抗冻型滤筒的实施例的分解透视图。
图10是图9所示滤筒的侧视图。
图11是图9所示滤筒的滤筒端盖的俯视透视图。
图12是图9所示滤筒的滤筒端盖的仰视透视图。
图13是图9中所示滤筒的滤筒外壳的透视图。
图14是图9中所示滤筒的滤筒外壳的侧视图。
图15是图9所示滤筒的剖面侧视图。
图16是图9所示滤筒的剖面侧视图。
图17是抗冻型滤筒的实施例的分解透视图。
图18是图17所示滤筒的剖面侧视图。
图1-9是抗冻型滤筒的实施例的侧视-图。图20是图19所示滤筒的剖面侧视图。
图21是用锁定螺纹装配的筒式过滤器的目前优选的代表性实施
例的分解透视图。
图22是图21所示筒式过滤器的侧视图。
图23是用于图21所示筒式过滤器的可螺纹连接的过滤器盖的 端部透视图。
图24是图23所示可螺纹连接的过滤器盖的带螺纹端的端视图。 图25是图23所示可螺纹连接的过滤器盖的相反方向的端视图。
该图示出相对于图24的相反方向的端视图。
图26是图23所示可螺纹连接的过滤器盖的侧视图。
图27是图23所示可螺纹连接的过滤器盖沿图26中线27-27截
取的剖视图。
图28是用于图21所示筒式过滤器的可螺纹连接的过滤器外壳
的端部透视图。
图29是图28所示可螺纹连接的过滤器外壳的侧视图。
图30是图28所示可螺纹连接的过滤器外壳沿图29中线30-30
截取的剖视图。
图31是图28所示可螺纹连接的过滤器外壳的齿状区域的剖视图。
图32是图21所示筒式过滤器的局部剖视图。
具体实施例方式
图1所示为长期暴露于冷冻条件下的商业上可获得的居民用滤 筒ioo。作为商业上最普遍的代表性滤筒，滤筒100由传统的刚性、 未改性的填充滑石粉的聚丙烯聚合物制成。滤筒100由基本圆柱形的 外壳102和滤筒端盖104构成。滤筒100由偏压端106和接合端108 限定而成。滤筒端盖104包括与配水歧管连接的连接部件110，该连 接部件110在图中示为接插斜面。偏压端106包括在将滤筒100与配 水歧管连接或分离时使用的突出手柄112。很明显，在滤筒100的表 面上有"道沿滤筒IOO的长度方向线性延伸的脆性裂纹114。对于由传统聚烯烃聚合物制成的在实际应用中长时间暴露在冷冻条件下的 滤筒100来说，裂纹114是代表性的失效形式。在从液态水形成冰的
过程中产生的膨胀应力形成裂纹114，从而导致滤筒100爆裂。
图2、图3和图4示出抗冻型滤筒的实施例116。滤筒U6包括 滤筒端盖118和弹性滤筒外壳120。优选的是，滤筒外壳120由弹性 增强的、极限延伸率大于至少约100% (在一些实施例中，极限延伸 率大于约700%，或者为介于这两个延伸率之间的值)的聚烯烃聚合 物制成。合适的聚烯烃聚合物的例子包括茂金属改性的聚丙烯(即， 茂金属塑性体改性的聚丙烯)和聚乙烯(即，茂金属塑性体改性的聚 乙稀)、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、双峰聚乙烯和聚(乙烯-CO-丙烯)。优选的是，滤筒端盖118由与滤筒外壳120相同的改性聚烯 烃聚合物制成。作为选择，滤筒端盖118可由具有粘结特性的其他聚 烯烃聚合物制成，从而使滤筒端盖118可以与滤筒外壳120的弹性聚 烯烃聚合物一起使用。通常，滤筒端盖118和滤筒外壳120可以采用 多种制造方法制成，这些制造方法包括但不局限于注射成型、压縮成 型和挤出。由于滤筒端盖118和滤筒外壳120优选采用相同的聚合物 构成，或者作为选择采用可兼容的聚合物构成，因此可以用多种结合 方法制作滤筒116。结合滤筒端盖118和滤筒外壳120的方法可以包 括但不局限于旋转熔接、热板熔接、电磁辐射加热、声波焊接、粘 接剂结合、激光焊接、或其任意组合。通常，滤筒端盖118包括插入 端121和连接端122。插入端121包括插入面124和插入凸缘126。 连接端122包括连接部件128。滤筒端盖118还包括中心流入孔130 和多个流出孔132。滤筒外壳120包括封闭端134、开口端136、内 腔138、滤筒壁140和密封面142。
在图5、图6、图7和图8中示出抗冻型滤筒的可选实施例144。 滤筒144包括弹性滤筒外壳146和刚性滤筒端盖148。滤筒外壳146 由极限延伸率大于至少约100% (在一些实施例中，极限延伸率大于 约700%，或者为介于这两个延伸率之间的值)的聚烯烃聚合物制成。 合适的聚烯烃聚合物的例子包括茂金属改性的聚丙烯和聚乙烯、低 密度聚乙烯和高密度聚乙烯。滤筒端盖148由诸邻聚丙烯等传统的刚性聚烯烃聚合物制成。通常，滤筒端盖148和滤筒外壳146可以采用 多种制造方法制成，这些制造方法包括但不局限于注射成型、压縮成 型和挤出。在该实施例中，滤筒外壳146包括封闭端150、开口端152、 内腔154、滤筒壁156和密封面158。通常，过滤元件159位于内腔 154内部。内壁表面162中的周向凹槽160位于开口端152处。周向 凹槽160包括多个从内壁表面162伸出的成型凸起部164。如这些图 所示，成型嵌入焊环166位于周向凹槽160内并与成型凸起部164 固定连接。焊环166可以由与刚性滤筒端盖148相同的聚烯烃聚合物 制成，然而，焊环166可以由除了制成滤筒外壳146的聚合物以外的、 可以与刚性滤筒端盖148结合的任意聚合物制成。例如，在制造滤筒 外壳146时，可以将焊环166预成型并置于滤筒外壳146的模具内， 但也可以采用其他嵌入成型技术。这种结合方法可以包括但不局限 于旋转熔接、热板熔接、电磁辐射加热、声波焊接、粘接剂结合、 激光焊接、或其任意组合。通常，滤筒端盖148包括插入端168和连 接端170。插入端168包括插入面172和插入凸缘174。连接端170 包括连接部件176。滤筒端盖148还包括中心流入孔178和多个流出 孔180。在可选实施例中，如果弹性滤筒外壳146的聚合物可以合适 地与刚性滤筒端盖148结合，那么滤筒外壳146可以一体地包括与嵌 入焊环166对应的结构。在该可选实施例中，除了滤筒外壳146只包 括一种材料，而非复合的两种材料之外，结构如图5、图6、图7和 图8所示。
在图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、和图16
中示出抗冻型滤筒的另一可选实施例184。滤筒184包括弹性滤筒外 壳186和刚性滤筒端盖188。滤筒外壳186由极限延伸率大于至少约 100% (在一些实施例中，极限延伸率大于约700%，或者为介于这两 个延伸率之间的值)的聚烯烃聚合物制成。合适的聚烯烃聚合物的例 子包括茂金属改性的聚丙烯和聚乙烯、低密度聚乙烯和高密度聚乙 烯。滤筒端盖188包括诸如聚丙烯等传统的刚性聚烯烃聚合物。通常， 滤筒端盖188和滤筒外壳186可以采用多种制造方法制成，这些制造 方法包括但不局限于注射成型、压縮成型和挤出。—在该实施例中，滤筒外壳186包括封闭端190、开口端192、内腔194和滤筒壁196。 通常，过滤元件19S位于内腔194内部。开口端192包括围绕外表面 204引导面200和周向外螺纹202。滤筒端盖188包括插入端206和 连接端208。插入端206包括插入壁210。插入壁210的直径略大于 开口端192。插入壁210包括带有内螺纹124的内表面212。插入端 206还包括插入止挡件216。连接端208包括连接部件218。滤筒端 盖188还包括中心流入孔220、多个流出孔222和环绕中心流入孔220 的槽223。当滤筒端盖188和滤筒外壳186连接时，会产生间隙224。
图17和图18示出抗冻型滤筒的可选实施例226。滤筒226包括 滤筒外壳228、压縮套筒230、过滤元件232和滤筒端盖234。通常， 滤筒端盖234和滤筒外壳228可以采用多种制造方法制成，这些制造 方法包括但不周限于注射成型、压縮成型和挤出。滤筒外壳228为由 封闭端236、开口端238和内壁240限定的基本圆柱形构造。压縮套 筒230为由套筒内壁242和套筒外壁244限定的基本圆柱形构造。套 筒内壁242限定套筒内腔246。套筒内壁242和套筒外壁244限定密 封的气泡248。密封的气泡248的例子包括以闭孔泡沫或合适的非爆 裂性气泡外套(non-popping bubble wrap)的形式存在的滞留空气。 过滤元件232为由远端250、近端252、元件外壁254、元件壁内256 和连续通孔258限定的基本圆柱形构造。滤筒端盖234包括凸出连接 面260、中心流入孔262、多个流出孔264和颈圈266。
图19和图20示出抗冻型滤筒的另一可选实施例268。滤筒268 包括滤筒外壳270、过滤元件272和滤筒端盖274。通常，滤筒端盖 274和滤筒外壳270可以采用多种制造方法制成，这些制造方法包括 但不局限于注射成型、压縮成型和挤出。滤筒外壳270为由封闭端 276、开口端278和筒壁280限定的基本圆柱形构造。筒壁280具有 由内壁表面284和外壁表面286限定的壁厚282。优选的是，壁厚282 选自约1/8英寸到约1/2英寸的范围。内壁表面284、封闭端276和 开口端278限定内腔288。过滤元件272为由远端290、近端292、 元件外壁294、元件内壁296和连续通孔298限定的基本圆柱形构造。 滤筒端盖174包括凸出连接面300、卞心流入孔302、多个流出孔304和颈圈306。
在图2、图3和图4所示的第一实施例中，滤筒U6包括安装在 内腔138之内的过滤元件(未示出)。该过滤元件在外形和结构上可 能与过滤元件159相似。通过永久性连接滤筒端盖118和弹性滤筒外 壳120而将过滤元件保持在适当位置中。插入面124插入到内腔138 中直到插入凸缘126接触到密封面142为止。将插入凸缘126和密封 面142永久性结合在一起，以完成滤筒116的组装。在实际应用中， 滤筒116的滤筒端盖118与过滤器歧管(未示出)相连。
在图5、图6、图7和图8所示的可选实施例中，滤筒144包括 安装在内腔154内的过滤元件159。过滤元件159可以由多种过滤介 质构成，这些过滤介质包括但不局限于深度过滤介质、绝对过滤介 质、活性炭介质、离子交换介质、及其任意组合。通过永久性连接刚 性滤筒端盖148和弹性滤筒外壳146，可以将过滤元件159保持在适 当位置中。由于刚性滤筒端盖148和弹性滤筒外壳146由不同的聚合 物构成，因此标准的连接方法可能不适用。为了有助于进行连接，可 将焊环166嵌入成型到周向凹槽160内。成型凸起部164促进焊环 166和弹性滤筒外壳146的接合。焊环166可以由与刚性滤筒端盖148 相同的聚合物构成，但是可以使用能够与刚性滤筒端盖148接合的任 何聚合物。插入面172插入到内腔154中，直到插入凸缘174接触到 密封面158为止。可以将刚性滤筒端盖148和弹性滤筒外壳146永久 性结合在一起，从而完成滤筒116的组装。如前所述，弹性滤筒外壳 146可以一体地包括与嵌入焊环166对应的结构，可以采用相同的结 合方法将该结构与刚性滤筒端盖148结合。
在图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15和图16所 示的另一可选实施例中，滤筒184包括安装在内腔194内的过滤元件 198。过滤元件198可以由多种过滤介质构成，这些过滤介质包括但 不局限于深度过滤介质、绝对过滤介质、活性炭介质、离子交换介 质、及其任意组合。通过连接刚性滤筒端盖188和弹性滤筒外壳186， 将过滤元件198保持在适当位置中。将引导面200置于插入端206 中，直到外螺纹202接触到内螺纹214为止。然后，刚性滤筒端盖188和弹性滤筒外壳186通过内螺纹214和外螺纹202可旋转地连接。 优选的是，在将刚性滤筒端盖188旋入弹性滤筒外壳186之前，将一 定量热熔胶或诸如环氧树脂等其他合适的粘接剂施加在槽223上。优 选的是，通过将内部螺纹214和外部螺纹202相结合，热熔胶或粘接 剂用于将刚性滤筒188和弹性滤筒外壳186永久性结合，从而形成完 整的滤筒184。除了将滤筒端盖188和弹性滤筒外壳186相结合以外， 热熔胶或粘接剂将填充间隙224，并且作为防止水泄漏的密封圈或密 封垫。
在图17和图18所示的另一可选实施例中，通过如下方式组装 滤筒226，即，将压縮套筒230放入滤筒外壳228的开口端238内， 使得套筒外壁244和内壁240相接触。然后，将过滤元件232放入压 縮套筒230的套筒内腔246内。过滤元件232可以由多种过滤介质构 成，这些过滤介质包括但不局限于深度过滤介质、绝对过滤介质、 活性炭介质、离子交换介质、及其任意组合。通过连接滤筒端盖234 和滤筒外壳228而将过滤元件232保持在适当位置中。将凸出连接面 260插入过滤元件232的通孔258中。将颈圈266插入滤筒外壳228 的开口端238中，从而有助于实现滤筒端盖234和滤筒外壳228的结 合。可采用任意合适的方法代替接合，这些方法包括但不局限于旋 转熔接、热板熔接、电磁辐射加热、声波焊接、粘接剂结合、激光焊 接、或其任意组合。
在图19和图20所示的另一可选实施例中，通过如下方式组装 滤筒268，即，将过滤元件272放入滤筒外壳270的开口端278内， 使得远端290位于封闭端276附近。过滤元件272可以由多种过滤介 质构成，这些过滤介质包括但不局限于深度过滤介质、绝对过滤介 质、活性炭介质、离子交换介质、及其任意组合。优选的是，过滤元 件272制造成具有较少的内部孔隙，从而有助于减少滞留水量。通过 连接滤筒端盖274和滤筒外壳270而将过滤元件272保持在适当位置 中。将颈圈306插入开口端278，并使得流入孔302和通孔298对准。 可以通过任何合适的方法将滤筒端盖274与滤筒外壳270结合，这些 方法包括但不局限于旋转熔接、热板熔接、电磁辐射加热、声波焊接、粘接剂结合、激光焊接、或其任意组合。
在实践中，将本发明的筒式过滤器与在诸如冰箱等设备中使用
的水过滤系统结合使用。在美国专利No. 5753107、 No. 6027644和 No. 6193884以及名称为"Low Spillage Replaceable Water Filter Assembly (可更换的低溢出水过滤器组件)"的美国专利申请 No.09/918316和名称为"Hot Disconnect Replaceable Water Filter Assembly (可更换的快速分离式水过滤器组件)"的美国专利申请 No. 10/202290中披露了代表性的水过滤系统实例，上述专利和专利 申请的内容在与本发明一致的范围内以引用的方式并入本文。通常， 未经过滤的水从水源(未示出)流到水歧管(未示出)。水从水歧管 导入滤筒。该所述滤筒可以是上述实施例中的任何滤筒。未经过滤的 水流入滤筒、穿过过滤元件、流出滤筒、作为已过滤水进入歧管，然 后到达使用点。在不使用已过滤水时，滤筒的内部空间充满水。如果 滤筒暴露在冷冻状态下，水会开始冷冻并开始膨胀。当水转变成冰并 膨胀时，这些冰会向外膨胀，从而给滤筒造成膨胀应力。
当滤筒116受到膨胀应力时，弹性滤筒外壳120开始拉伸、延 展和变形，而不是爆裂和产生诸如裂纹114等损坏。因为滤筒外壳 120由弹性增强的、极限延伸率增大的聚烯烃聚合物构成，所以滤筒 116可以保持其完整性。
当滤筒144受到膨胀应力时，弹性滤筒外壳146开始拉伸、延 展和变形，而不是爆裂和产生诸如裂纹114等损坏。因为滤筒外壳 146由弹性增强的、极限延伸率增大的聚烯烃聚合物构成，所以滤筒 144可以保持其完整性。此外，刚性滤筒端盖148的强度防止刚性滤 筒端盖148出现拉伸、延展和变形。通过维持其物理外形，刚性滤筒 端盖148保持连接在歧管上，并消除了由于扭曲和与歧管分离而出现 任何漏水的可能性。
当滤筒184受到膨胀应力时，弹性滤筒外壳186开始拉伸、延 展和变形，而不是爆裂和产生诸如裂纹114等损坏。因为滤筒外壳 186由弹性增强的、极限延伸率增大的聚烯烃聚合物构成，所以滤筒 184可以保持其完整性。此外，刚性滤筒端盖188的强度防止刚性滤筒端盖188出现拉伸、延展和变形。通过维持其物理外形，刚性滤筒
端盖188保持连接在歧管上，并消除了由于扭曲和与歧管分离而出现
任何漏水的可能性。
在安装滤筒226之前，压縮套筒230只受到大气压力。 一旦安 装好滤筒226之后，压縮套筒230受到管路压力，使得将压縮套筒 230压縮至第一压縮状态。当暴露于冷冻状态时，冰产生的膨胀应力 将作用于压縮套筒230上，从而压縮气泡248至第二压縮状态。这种 膨胀用于压縮气泡248，从而使得滤筒外壳228不会受到所产生的全 部膨胀力。由于冰膨胀时使压縮套筒230压縮，因此过滤器外壳228 不会受到可能超出滤筒爆裂压力的全部膨胀力。可以改变压縮套筒 230的物理特征(包括厚度和滞留空气体积等)，从而可以调整滤筒 外壳228的壁厚、几何形状或聚合物组分。
当滤筒268暴露于冷冻状态时，优选的是，存在于过滤器外壳 270内的水量足够小，使得冰的膨胀应力不会造成滤筒268的过量拉 伸、延展和变形。使用具有较少滞留水量的过滤元件272,使得只有 更少的水可以冷冻。此外，壁厚282足够厚，以抵抗由可以变成冰的 水引起的膨胀应力。
在上述实施例中，描述了密封滤筒内的过滤材料的多种方法。 根据上述方法，无论过滤器外壳是否基于上述方法设计为抵抗冷冻状 态，通过利用带有锁定螺纹接合机构的两个部件密封过滤器外壳，都 可以获得制造方面的优点。这样，利用自锁接合结构，将两个部件旋 转以使螺纹接合，直到锁定结构接合为止。于是，将滤筒永久性地密 封，而过滤材料位于滤筒内部。
在图21和图22中示出筒式过滤器的另一目前优选的代表性实 施例400，其中，筒式过滤器400包括通过将可螺纹锁定的两个部件 连接而构成的外壳。具体地说，在该实施例中，筒式过滤器400包括 过滤器盖402、过滤器密封件404、过滤阻隔件406、过滤元件408 和过滤器外壳410。过滤器密封件404可以包括类橡胶密封件，例如 由诸如聚丙烯、硅树脂、EPDM、氟化橡胶等合适的弹性体制成的O 形圈。过滤器密封件404可以包括可选的构造，例如与过滤器盖402或过滤器外壳410 —体包覆成型的密封件。过滤阻隔件406包括用于
流体密封并引导来自过滤元件408的水流的阻隔件接合面412。作为 选择或者除此之外，过滤阻隔件406可以连接到过滤器盖402上或与 过滤器盖402 —体成型。当筒式过滤器400完全装配好后，阻隔件通 孔414将过滤器盖402与过滤元件408的内部流体连通。过滤元件 408可以包括具有中空内部的圆柱形过滤元件，从而使得水穿过过滤 壁416到达中空内部而完成过滤过程。过滤壁416可以由合适的过滤 介质构成，例如活性炭介质、陶瓷过滤介质、熔喷纤维介质等等。
如图23、图24、图25、图26和图27所示，过滤器盖402包括 带有接合端418和连接端420的盖体417。接合端418包括具有一对 相对的接合凸起部424a、 424b的突出壁422和多个供给通孔425。 接合凸起部424a、 424b可以具有带有如图26所示的倾斜接合部分 428a、 428b的凸起部426的形式，或者作为选择，接合凸起部424a、 424b可以由例如环绕凸出壁422的连续螺旋螺纹代替，或者在另一 可选实施例中，接合凸起部424a、 424b可以由例如位于凸出壁422 上的多级接合斜面代替。连续螺旋螺纹和多级接合斜面由美国专利申 请No. 11/013269披露，该美国专利申请的内容在与本发明一致的范 围内以引用的方式并入本文。基本上，接合凸起部424a、 424b及其 可选形式确保滤筒与歧管组件的可旋转地可拆接合，从而构成过滤系 统。此外，过滤器盖402可以包括其它合适的特征和构造，从而使得 能够将筒式过滤器400与歧管组件可密封地连接，例如在美国专利 No. 4735716、 4877521和4948505中披露的特征和构造，上述美国专 利的内容在与本发明一致的范围内以引用的方式并入本文。接合端 418还包括带有返回通孔430和一对相对的接合斜面432的歧管接合 面426。供给通孔425和返回通孔430将接合端418和连接端420流 体连接。
连接端420包括内壁434和内分配面436。内壁434具有合适尺 寸的内径438以接合过滤器外壳410上的螺纹。内壁434包括盖螺纹 440。内分配面436包括内凸出壁442和密封槽444。内凸出壁442 包括多个间隔开的盖接合部件445。盖接合部件445可以包括诸如凹槽、空腔和沟槽等接纳件，或者盖接合部件445可以包括诸如斜突起
部、凸起和脊部等凸出部，或者作为选择，盖接合部件445可以包括 接纳件和凸出部的组合。
在一些目前优选的代表性实施例中，可以采用例如聚丙烯等合 适的刚性聚烯烃聚合物制造过滤器盖402。在一些可选的代表性实施 例中，过滤器盖402可以由多种聚合物制造，例如，采用极限延伸率 大于至少约100%的聚烯烃聚合物制造盖体417，同时接合凸起部 424a、 424b通过采用例如嵌入成型等合适的制造方法由刚性聚烯烃 聚合物制成，从而使过滤器盖402具有双重优点，即可以用于抗冻的 增强的弹性，以及用于将筒式过滤器400与歧管组件连接的增强的强 度。
如图28、图29、图30和图31所示，过滤器外壳410通常包括 具有开口端448和封闭端450的外壳本体446。通常，外壳本体446 由外壳外壁452和外壳内壁454限定。外壳外壁452可包括多个间隔 开的抓握凹部456和旋转方向指示器458。外壳外壁452还可以包括 位于开口端448附近的凹区460。凹区460具有凹区外径461，将凹 区外径选择为接近内径438，从而使得过滤器盖402可以与凹区460 接合。凹区460还包括外壳螺纹462和密封面464。外壳外壁454可 包括位于封闭端450处的过滤器定位凸出部466、以及位于开口端448 附近的多个间隔开的外壳接合部件468。外壳接合部件468可以包括 诸如凹槽、空腔和沟槽等接纳件，或者外壳接合部件468可以包括诸 如斜突起部、凸起和脊部等凸出部，或者作为选择，外壳接合部件 468可以包括接纳件和凸出部的组合。在一些目前优选的代表性实施 例中，过滤器外壳410可以由极限延伸率大于至少约100%的聚烯烃 聚合物制成。
可以通过如下方式组装筒式过滤器400，即，采用合适的连接机 理(例如粘接、声波或热学方面的，或者目前为本领域技术人员已知 的或者以后可以使用的其它充分有效的连接方法)，首先连接过滤器 阻隔件406与过滤元件408。然后将过滤元件408引入过滤器外壳410 的开口端448内，从而使得过滤元件408与过滤器定位凸出部466紧靠地接合并定位。在将过滤元件408装入过滤器外壳410之前或者 之后，将过滤器密封件404置于过滤器盖402上的密封槽444之内。
过滤器盖402和过滤器外壳410的取向如图21所示，从而使得 连接端420位于开口端448附近。将凹区460滑动地插入连接端420 以使得外壳螺纹462与盖螺纹440接合。过滤器盖402和过滤器外壳 410于是可以通过外壳螺纹462和盖螺纹440之间的接合而可旋转地 接合，从而将开口端448拉向内分配面436。当开口端448靠近内分 配面436时，过滤器密封件404在密封槽444和密封面464之间沿周 向受压縮，从而实现如图32所示过滤器盖402和过滤器外壳410之 间的流体密封。在其它目前可以想到的构造中，过滤器密封件404 可以布置为形成过滤器盖402和过滤器外壳410之间的流体密封。同 时，过滤器盖402和过滤器外壳410的旋转接合使得盖接合部件445 和外壳接合部件468接合在一起。在一个目前优选的代表性实施例 中，盖接合部件445可以为倾斜的，这样使得盖接合部件445能够与 外壳接合部件468接合以提供单向旋转，同时盖接合部件445与外壳 接合部件468的接合具有沿相反旋方向的锁定结构。如此，通过在过 滤器盖402和过滤器外壳410旋转连接时使盖接合部件445与外壳接 合部件468可以产生棘齿式接合，并且在过滤器盖402和过滤器外壳 410旋转分离的反方向上产生密封盖接合部件445与外壳接合部件 468之间的锁定接合，可以将过滤器盖402可保持地、基本永久性地 连接到过滤器外壳410上。通过改变盖接合部件445与外壳接合部件 468的尺寸、形状、数量和间距，可以具有无限潜力地选择性地构造 盖接合部件445与外壳接合部件468所限定的锁定构造的强度。在一 个目前优选的实施例中，将过滤器盖402和过滤器外壳410螺纹连接 的旋转方向对应于从歧管组件拆卸筒式过滤器400的旋转拆卸方向。
图21至图32所示实施例具有外壳插入密封盖的接合构造。该 构造可以采用相反模式，即设计成外壳具有较大开口端而密封盖具有 凹入连接端，使得插入式密封盖可以与接纳式外壳接合，同时内、外 表面上的螺纹相应地颠倒。
此外，由盖接合部件445与外壳接合部件468的接合构成锁定结构。过滤器盖和外壳的接合部件的构造可以颠倒，例如关于过滤器 和外壳颠倒凸出部件和接纳部件的位置。类似地，过滤器盖和外壳的 接合部件的构造可以包括位于密封盖和外壳上的凸出部件和接纳部
件的组合。此外，可以选择盖接合部件445和外壳接合部件468的数 量，以提供需要的机械强度和设计特征，该数量范围为从1到一个较 大数以及介于这两个数之间的所有数，而且例如盖接合部件445的数 量不一定必须和外壳接合部件468的数量相同。在一些实施例中，单 个盖接合部件445和外壳接合部件468分别圆柱对称，而且这些部件 的接合防止使过滤器盖从外壳上脱离的过滤器盖和外壳的轴向移动。 另外，密封盖接合部件445和外壳接合部件468的位置就可以移动， 只要在螺纹适当接合时元件相互接合以锁定筒式过滤器400就行。
虽然已经公开了本发明的各种实施例的优点，但是本领域的技 术人员可以认识到，这些实施例可以容易地相互组合，从而可以得到 多种抗冻型过滤器实施例。
权利要求
1.一种带有锁定螺纹组件的筒式过滤器，包括过滤器外壳，其包括外壳螺纹和外壳接合部件；过滤器盖，其包括盖螺纹和盖接合部件，所述过滤器盖和所述过滤器外壳通过所述盖螺纹和所述外壳螺纹而可旋转地螺纹连接；以及过滤元件，其被密封在所述筒式过滤器内部，其中，所述外壳接合部件和所述盖接合部件彼此接合，以防止所述过滤器盖和所述过滤器外壳旋转分离。
2. 根据权利要求1所述的筒式过滤器，还包括滤筒密封件，其中，在所述过滤器外壳和所述过滤器盖螺纹连接时，所述滤筒密封 件被压縮，以形成流体密封。
3. 根据权利要求1所述的筒式过滤器，其中，所述过滤器外壳包括弹性增强的聚烯烃聚合物，所述弹性增强 的聚烯烃聚合物的极限延伸率大于约100%。
4. 根据权利要求3所述的筒式过滤器，其中， 所述弹性增强的聚烯烃聚合物的极限延伸率大于约700%。
5. 根据权利要求3所述的筒式过滤器，其中，所述弹性增强的聚烯烃聚合物选自一个群组，所述群组包括茂金属塑性体改性的聚乙稀，茂金属塑性体改性的聚丙烯，低密度聚乙烯，高密度聚乙烯，双峰聚乙烯以及聚(乙烯-co-丙烯)。
6. 根据权利要求3所述的筒式过滤器，其中， 所述弹性增强的聚烯烃聚合物为DowleX 。
7. 根据权利要求3所述的筒式过滤器，其中，所述弹性增强的聚烯烃聚合物为Alathon 。
8. 根据权利要求1所述的筒式过滤器，其中， 所述过滤器盖由传统的刚性聚烯烃聚合物制成。
9. 根据权利要求1所述的筒式过滤器，其中， 所述过滤器盖包括盖体和歧管接合部件，所述盖体由弹性增强的聚烯烃聚合物制成，所述歧管接合部件由刚性聚烯烃聚合物制成。
10. 根据权利要求1所述的筒式过滤器，其中， 所述外壳接合部件包括斜突起部、凹槽、脊部、凸起、或空腔。
11. 根据权利要求1所述的筒式过滤器，其中，所述盖接合部件包括斜突起部、凹槽、脊部、凸起、或空腔。
12. 根据权利要求1所述的筒式过滤器，其中，所述过滤元件包括深度过滤元件，表面过滤元件，活性炭过 滤元件，交叉流过滤元件或陶瓷过滤元件。
13. 根据权利要求1所述的筒式过滤器，其中， 所述过滤器外壳包括多个外壳接合部件。
14. 根据权利要求1所述的筒式过滤器，其中， 所述过滤器盖基本永久性密封到所述过滤器外壳上。
15. 根据权利要求1所述的筒式过滤器，其中，接合的所述外壳接合部件和所述盖接合部件允许所述螺纹紧固性地旋转。
16. —种过滤组件，包括流动歧管，其操作连接到根据权利要求1所述的筒式过滤器。
17. —种制造带有锁定螺纹组件的筒式过滤器的方法，包括 将过滤器盖连接到过滤器外壳上，以限制性地保持过滤元件； 相对于所述过滤器外壳旋转所述过滤器盖，所述过滤器盖具有用于旋转接合到所述过滤器外壳的外壳螺纹上的盖螺纹，通过所述过 滤器盖和所述过滤器外壳的旋转连接，所述过滤器盖上的盖接合部件 与所述过滤器外壳上的外壳接合部件接合；以及使所述盖接合部件与所述外壳接合部件锁定接合，以防止所述 过滤器盖和所述过滤器外壳分离。
18. 根据权利要求17所述的方法，还包括压縮密封部件，以在所述过滤器盖和所述过滤器外壳之间形成 流体密封，在所述过滤器盖和所述过滤器外壳旋转连接时所述密封部 件被压縮。
19. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述过滤器盖上的多个接合部件与所述过滤器外壳上的多个接 合部件接合。
20. 根据权利要求17所述的方法，其中， 所述盖螺纹包括内螺纹，所述外壳螺纹包括外螺纹。
全文摘要
本发明公开一种抗冻型滤筒组件及其制造方法。所述抗冻型滤筒组件包括滤筒，所述滤筒包括过滤器外壳和过滤介质，并且具有选自如下组件中的至少一个组件，即过滤器外壳，其由弹性增强的聚烯烃聚合物制成，该聚合物的延展性和玻璃化转变特性使得外壳在冷冻情况下会拉伸而不是破裂；套筒，其内部滞留大量空气并且设置在滤筒内部；过滤器外壳，其由传统聚烯烃材料构成，其壁厚足以抵抗冷冻产生的膨胀应力。拆开的筒式过滤器包括过滤器盖、过滤器外壳和过滤元件。所述过滤器盖和所述过滤器外壳旋转连接，盖接合部件和外壳接合部件防止所述过滤器盖和所述过滤器外壳旋转脱离。
文档编号B01D27/08GK101287531SQ200580048874
公开日2008年10月15日 申请日期2005年12月12日 优先权日2005年1月4日
发明者卡尔·弗里策, 雅伊梅·L·哈里斯 申请人:3M创新有限公司