具有扩散通道的过滤器和方法

专利名称：具有扩散通道的过滤器和方法
技术领域：
本发明总的涉及过滤器和制造、使用这些过滤器的方法，以及具有这种过滤器的装置。具体地，本发明涉及具扩散通道的过滤器以及制造、使用这种过滤器的方法，以及具有这种过滤器的装置。
过滤器可用于多种情况下。例如，过滤器经常用于电器或光学设备中。当该电器或光学设备加热和冷却时，在装有该设备的一个外壳的内部和外部之间可产生一空气压力差。经常地，该外壳包括一通风口以使空气流动而平衡压力。一般地过滤器设置在该通风口上方以减少污染物流入和/或流出外壳。
计算机磁盘驱动器、特别是硬盘驱动器就是以此方式利用过滤器的一例装置。磁盘驱动器对潮气、化学污染物和颗粒污染物是敏感的，特别是当驱驱动磁头较小并且空气密度增加时，化学污染物、如碳氢酸性气体会凝结到磁盘上并且降低磁头/磁盘界面的质量和/或腐蚀磁头。颗粒污染物会引起静摩擦并且会引起读取/书写错误以及磁头撞坏。
置于一磁盘驱动器中的通风口上方的过滤器一般包括可从空气中过滤颗粒和污染物的过滤材料。为了增加过滤材料的寿命，特别是吸附性过滤材料的寿命，经常在外壳的壳壁内部或在设置于外壳上的一个盖子中设置一长而窄的流道，这样空气可沿流道流动，经过过滤器而进入外壳内部。此流道经常被称为“扩散通道”。设置扩散通道可减少到达过滤器吸附材料和/或磁盘驱动器内部的化学污染物和潮气。
以往，在外壳基部或盖子中的一扩散通道通过在该基部或盖子中铸造或锻造而成。这两种方法都对工具制造者提出了挑战并且难以变化。另一种技术是在一塑料体中设置扩散通道，然后该塑料体装到外壳上。这需要有额外的塑料材料并且占据了驱动器中的极重要的空间。因而，需要对扩散通道进行新的设计。
总的来说，本发明涉及在一层过滤材料中具有扩散通道的过滤器。一个实施例是一种过滤器，具有一构成一通道的通道层薄膜、一固定在通道层薄膜至少一部分上的边界层以构成一通道的非粘性边界，以及与通道流体连通的过滤媒质。该过滤器的结构和设置以一至少一部分流体沿通道流动并且流入过滤媒质。除非有其它说明，流体也可沿相反方向流动。此过滤器可用作一固定在装置外壳中的通风口上的过滤器。
另一实施例是一过滤器，具有一通道层薄膜，并且固定粘结剂和叠层粘结剂设置在该通道层薄膜的相对侧上。一扩散通道和一隔开管路形成在通道层薄膜、固定粘结剂和叠层粘结剂中。扩散通道延伸到通道层薄膜的一侧壁上以形成过滤器中一个孔。边界层由叠层粘结剂叠层到至少一部分通道层薄膜上。一部分边界层构成扩散通道的非粘性边界。该过滤器还包括固定在边界层和通道层薄膜之间的过滤媒质，并且与扩散通道流体连通，且位于管路上方。该过滤器的结构和设置可使流体沿扩散通道流动，进入过滤媒质，并且经管路而退出过滤器。除非有其它说明，流体还可以相反方向流动。
再一个实施例是制造过滤器的方法。通过去除一部分通道层可在通道层薄膜中形成一通道。一过滤层设置成与通道流体连通。一边界层叠层到通道层薄膜上，一部分边界层形成通道的非粘性边界。
对本发明所作的上述概述并没有描述本发明的各个所揭示实施例或每一种实施形式。以下的附图和详细描述可以更详细地解释这些实施例。
结合以下参照附图对本发明各个实施例所述的详细描述，可以更全面地理解本发明，其中多个附图中相同的标号表示相同的部件，其中

图1是根据本发明的一个过滤器实施例的横截面图；图2是图1中过滤器的一通道层的平面图；图3是图1中过滤器的一个边界层的平面图；图4是图1过滤器中所用的另一种边界层的平面图；图5是图1过滤器的横截面图，其中释放衬层已拆除并放在一装置的开口上方，图中示出了使流体流过过滤器的一条路径；图6是根据本发明的过滤器另一种实施例的横截面图；图7是根据本发明的过滤器的第三种实施例的横截面图；图8是根据本发明的过滤器的第四种实施例的横截面图；图9是图8中过滤器的通道层的平面图；图10是图9过滤器的横截面图，其中释放衬层已拆除并放在一装置的开口上方，图中示出了使流体流过过滤器的一条路径；图11是根据本发明的过滤器的第五种实施例的横截面图；图12是根据本发明的、图9所示实施例的变化形式的横截面图；图13是图12中过滤器的通道层的平面图；图14是图12过滤器的横截面图，其中释放衬层已拆除并放在一装置外表面的一开口上方，图中示出了使流体流过过滤器的一条路径；图15是图12过滤器的横截面图，其中释放衬层已拆除并放在一装置内表面的开口上，图中示出了使流体流过过滤器的另一条路径；图16是根据本发明的过滤器第六种实施例的横截面图17是根据本发明的过滤器第七种实施例的横截面图；图18是根据本发明的过滤器第八种实施例的横截面图；图19是根据本发明的过滤器第九种实施例的横截面图；图20是图19过滤器的仰视图，并且可供选择的释放衬层已拆除；以及图21是根据本发明的过滤器第十个实施例的横截面图。
本发明可适用于多种变化和变型，在附图中中已举例地示出了以及在下文中详细地描述了其许多细节。然而，应当理解，其目的并不是将本发明限定成所述的具体实施例。相反地，其目的是覆盖本发明构思和范围中的所有变型、等同特征和变化。
可以认为本发明适用于过滤器和制造、使用过滤一种流体、诸如、举例来说空气或其它气体的过滤器的方法。具体地，本发明是指具有扩散通道的呼吸式过滤器以及制造、使用这些呼吸式过滤器的方法。当然本发明可能并不限于此，通过以下对实例的讨论可获得对本发明多个方面的认识。
如美国专利5,417,743所揭示的一种传统的过滤器设计包括在一层过滤材料中形成一扩散管道。该过滤器包括第一粘性层、一非放气的聚合物薄膜以及第二粘性层。一扩散管道通过在聚合物薄膜和第二粘性固定层中制成一大开口而形成。一较小的开口形成在第一粘性层中并且叠层在该大开口上。空气沿着扩散管道、经过小开口而进入过滤层。
在美国专利5417,743所揭示的过滤器中，扩散管道的一个表面由第一粘性层、具体地是由粘结剂所包围。在扩散通道整个表面上存在粘结剂表明有许多困难。美国专利5,413,743指出薄膜不得太宽或太薄，因为粘性层可能与一相对表面接触而阻塞该扩散管道。该文献还指出粘结剂应当是低放气粘结剂，该粘结剂通过ASTM E-595-84测试，总质量损耗低于1％，以及0.1％的收集到的挥发性可凝结材料。扩散通道的堵塞可能性和大面积露出的粘结剂对设计有所限制，并且会降低最佳操作效率和可靠性。
本发明的过滤器藉由一种新颖的结构可克服这些缺陷，所述结构包括大量减少扩散通道中暴露在粘结剂中的部分。而且，在本发明过滤器的扩散通道中大量减少的粘结剂意味当过滤器边界层暂时与一相对表面接触时发生阻塞的机会极少了。在许多实施例中，与传统的过滤器设计相比，根据本发明所构成的一过滤器效率和可靠性都得以提高，虽然这些效果对本发明并不是必要的。
如图1所示，本发明的一例过滤器100包括一可供选择的释放衬层102、一固定粘结剂104、一通道层106、一叠层粘结剂108、一边界110、媒质叠层粘结剂112和过滤媒质114。一通道116形成在固定粘结剂104、通道层106和叠层粘结剂108中。通过去除一部分固定粘结剂104、通道层106(如图2所示)和叠层粘结剂108可形成该通道。一管路118通过该边界层110(如图3和4所示)和媒质叠层粘结剂112以使流体从通道116流入过滤媒质114，如图5所示(图中释放衬层已拆除)。
固定粘结剂104、叠层粘结剂108和媒质叠层粘结剂112可以是相同的或者是不同的。粘结剂104、108和112通常是位于或施加到、例如通道层106、边界层110和/或过滤媒质114上的一单层粘结剂。这些粘结剂例如可通过涂覆、刷涂、喷涂、浸渍或其它将粘结剂涂到过滤层上的方式而置于适当过滤层上。在一些实施例中，粘结剂可预先涂到一市场上可购得的薄膜上。粘结剂104、108和112还可以是双侧粘结剂薄膜，即包括一粘结剂载体，其两侧面上有粘结剂。粘结剂载体通常是一聚合物薄膜，例如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯或聚氯乙烯薄膜。
粘结剂104、108和112可包括永久、半永久或临时粘结剂。该粘结剂可被所过滤的流体透过或者可以是非渗透性的。合适的粘结剂例如包括环氧树脂、树脂、压敏粘结剂、热熔粘结剂、溶剂基粘结剂、乳胶基粘结剂和接触粘结剂。一例市场上可购得的粘结剂是由3M公司(明尼苏达州圣保罗市)生产的3M 9461P。在一些实施例中，可用其它的叠层技术、如热叠层或声波焊接以取代多个叠层粘结剂108、112中的一种。
在许多实施例中，粘结剂104、108和112仅包括低放气粘结剂。放气是通过粘结剂释放和/或产生气态或其它污染物。由粘结剂或过滤器的其它部件所进行的放气会产生其它的污染物，这些污染物经常引入流体和由过滤媒质114排出。由粘结剂放气产生的流体污染物还可通过减少、最好是使流过过滤器100的流体对粘结剂104、108和112的暴露程度最小而减少。通常，可选择满足ASTM E-595-84说明书、即具有1％或更低的质量损耗和0.1％或更少的聚集挥发性可凝结材料的粘结剂。然而，这对本发明来说并不是必要的。
一般地，过滤器100中的粘结剂104、108和112厚度分别为10μm至150μm，当然也可使用比之厚或较之薄的粘结剂。通常，过滤器100的粘结剂104、108和112的厚度在15μm至50μm范围中。
一可供选择的释放衬层102(见图1)可在使用之前保护固定粘结剂104。一般地，释放衬层102由可从固定粘结剂104上分离的材料构成，而不必从过滤器100的固定粘结剂104上去除相当大的部分、较佳地不必去除任何部分。
通道层106一般由一聚合物和/或金属薄膜构成。这些薄膜常是无孔的，并一对所过滤的流体的渗透性低，特别是在过滤器100操作所需的流体压力下具有低的渗透性。在许多实施例中，通道层在25℃时具有对N2的渗透率为为了比较，按照上述方法对Nomex IIIA工业工作服进行实验，所得到的实验结果列于表2，它是对Nomex IIIA工业工作服进行的三次热人体模型实验的平均值。表2热人体模型试验结果
如上述实验结果所示，本发明具有意想不到的优异的防火能力(例如防烧伤)。当暴露在热通量为2卡/cm2-秒中，本发明的织物可以为人体模型提供防护，预测将产生低至约25％的二级烧伤(被覆盖的人体模型表面面积的25％将遭受二级烧伤)和约13％的三级烧伤(被覆盖的人体模型表面面积的13％将遭受三级烧伤)。Nomex IIIA工业工作服的更高的实验结果说明了本发明意想不到的防火特性。
目前已经描述了本发明最实用和优选的实施方案，但是，应当理解，本发明不限于所公开的方案，正相反，本发明意欲包括权利要求的精神和范围内的各种改进的和等效的方案。
过滤媒质114可包括多种材料。过滤媒质114可包括一个或多个有孔或微孔膜片，一种或多种吸附材料，和/或其它过滤元件。过滤媒质114还包括一个或多个支撑层，如编织或无纺支撑平纹棉织物，和/或用于容纳过滤媒质114中所用材料(例如颗粒、凝胶体或类似材料)的一个或多个薄膜。
在过滤媒质中可使用多种有孔和微孔膜片。膜片中孔的尺寸和膜片厚度通常决定了、至少部分决定了可流过膜片和/或过滤器的颗粒尺寸。另外，膜片可吸附流体中的污染物。
通常有孔或微孔膜片可由聚合物材料制成。适当的有孔或微孔膜片例如包括有孔或微孔聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)和其它聚合物膜片。一种特别适用的膜片由膨胀PTFE构成，所述的PTFE具有节点和微丝。
还可采用吸附性过滤材料。应当理解，吸附性过滤材料包括可通过诸如物理吸附和/或化学吸附方法吸附和/或吸收污染物的材料。吸附过滤材料可包括一种材料或多种材料的混合。吸附过滤材料可去除一种污染物或多种污染物。可去除的污染物例如包括水、水蒸汽、氯化物、硫化氢、氯化氢、二氧化氮、酸性气体和碳氢成分。适当的吸附过滤材料例如包括氧化硅胶、克分子筛、干燥材料、碳颗粒、活性碳、碳酸钾和碳酸钠。
吸附过滤材料例如可以是颗粒、凝胶、片材、网材、片剂、成型件或液体，较佳地它们都在过滤器中保持在位。过滤媒质114可含有在吸附过滤材料周围的有孔薄膜以将这种材料保持在过滤器中。这种有孔薄膜例如可包括聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)，和其它聚合物薄膜。另外，过滤媒质114或过滤器110中的其它过滤层可起到保持吸附过滤材料的作用，或者吸附过滤材料可位于一聚合物薄膜上或其中。
过滤媒质114还包括一个或多个支撑层，如平纹棉织物层以支撑有孔或微孔膜片，或者用于支撑吸附过滤材料。这种支撑层例如可包括如由伸展的或烧结塑料、如聚酯、聚丙烯、聚乙烯和聚酰胺(例如尼龙)制成的编织或无纺织薄膜构成。在一些实施例中，支撑层可以是有孔的并且可使基本上横流流体横贯支撑层并且进入过滤媒质114的其它部分。
一种过滤媒质实例包括一种膨胀的聚四氟乙烯膜片、一有孔聚合物支撑平纹棉织物和吸碳材料。膨胀聚四氟乙烯膜片由媒质叠层粘结剂固定到边界层上。支撑平纹棉织物粘到膨胀聚四氟乙烯膜片上，吸碳材料粘到支撑平纹棉织物上。采用这些层的其它组合方式可形成其它结构的过滤媒质。
通道116例如可以通过去除一部分固定粘结剂104、通道层106和叠层粘结剂108而形成(如图2所示)。这些层的所述部分例如可以用模制-切除或者例如可以采用一冲压装置或一转动冲床去除。在一个实施例中，固定粘结剂104和叠层粘结剂108可同时或依次施加到通道层106上。固定粘结剂104、通道层106和叠层粘结剂108然后被切除以形成通道116。通过切除这三层，通道中的粘结剂数量可减少以限制流体对粘结剂104和108的暴露程度。另外，粘结剂104和/或108可以通过一种有所选择的粘结剂施加技术涂在通道层106上，或者在切除构成通道116的那部分通道层106之后涂在通道层106上。
通道116可以形成一直形或弯曲路径。另外，通道116可以形成为具有一个更复杂的路径，如卷曲路径或螺旋形路径。通道116在一些实施例中可具有两个或多个支路。
通道的厚度一般与固定粘结剂104、通道层106和叠层粘结剂108的组合厚度对应。通道116的宽度可在一个较大范围中变化。通道116的宽度例如可从1mm变化到10mm，当然也可采用较之宽或较之窄的通道。在一些实施例中，通道116的宽度范围在1.5至5mm范围中。通道116的宽度和厚度可以选择以平衡通道116和过滤媒质114之间的过滤器100的压降，虽然这对本发明而言不是必要的。
如图3和4所示，管路118可由边界层110和媒质叠层粘结剂112构成，这样流体可从通道116流到管路118，然后流入过滤媒质114。通常管路118形成在通道116的一个端部上或靠近一个端部以为流体通道116的流体提供较长的路径。管路118可具有与通道116相同的宽度(如图3所示)，或者管路可以较宽或较窄。在另一实施例中，一管路118形成在一边界110′中，这样管路118′如图4所示地伸出通道之外。这可将更多的过滤媒质暴露于流体。
管路118可以通过模制一切除或其它切除、去除一部分边界层110和媒质叠层粘结剂112而构成。在一些实施例中，固定粘结剂104、通道层106和叠层粘结剂108还在管路118形成时切除。
在其它实施例中，如图4所示，管路118仅一部分重叠在通道116上。固定粘结剂104、通道层106和叠层粘结剂108在此情况下不切除，这样来自通道116的流体可流入管路118′并且膨胀以填满较大的横截面区域。在一些这样的实施例中，边界层110′平面中的管路118′的横截面积比通道层106平面中的通道116的横截面积大。
在操作时，过滤器100(释放衬层102已去除)置于一开口120上方，如图5所示，该开口由一装置的外壳或罩壳的表面122构成。开口120与通道116一部分对齐，这样空气可经过开口120并流入通道116。虽然开口120可与通道116上的任何部位对齐，通常较佳的是将与管路118相反的通道116那一端处的开口120对齐以增加流体沿通道116移动的距离。
在一些实施例中(未示)，装置可有一带两个或更多个开口的表面。该过滤器可与这些开口中一个或多个对齐。在一些实施例中，过滤器可具有两个或多个通道(例如与各个开口对齐的一个通道)和/或一个或多个管路。
在一例操作情况下，一装置、如一磁盘驱动器可包括在一罩壳中的电子或其它类形的元件。该罩壳具有一个空气(或另一种流体、如氮气或氦气)中流过其中的开口。过滤器110一般设置在罩壳内部、通风口上方以过滤流入罩壳的空气。空气流过开口120、沿着通道116、经过管路118、进入过滤媒质114和从外部进入罩壳内部。虽然，图中所示空气是沿一特定方向流动的，但将可理解，空气也可沿相反的路径流动以退出罩壳内部。另外，在罩壳中的空气也可经过过滤媒质114中循环。另外，过滤器100还可用在罩壳外部，特别是在来自罩壳内部的空气在离开罩壳之前要被过滤的情况下。
如图6所示，一过滤器200的另一种实施例包括一可供选择的释放衬层202、固定粘结剂226、固定层224、固定层叠层粘结剂204、通道层206、叠层粘结剂208、边界层210、媒质叠层粘结剂212和过滤器媒质214。固定层224和固定粘结剂226包括一可与罩壳中一通风口对齐的孔228。一通道216由固定层叠层粘结剂204、通道层206和叠层粘结剂208构成。一管路218由边界层210和媒质叠层粘结剂212构成。固定层224、通道层206和边界层210一般采用如图1所示实施例中通道层106和边界层110一样的材料制成。固定粘结剂226、固定层叠层粘结剂204、叠层粘结剂208和媒质叠层粘结剂212可包括与如图1所示实施例中固定粘结剂104、叠层粘结剂108和媒质叠层粘结剂112相同的材料制成。过滤媒质214一般采用与图1所示实施例中过滤媒质114相同的材料制成。
一般地，固定层224和固定粘结剂226中的孔228通过模制-切除或者其它切除、去除一部分固定层224和固定粘结剂226而形成。最好，固定层叠层粘结剂204、通道层206和叠层粘结剂208还可与固定层224和固定粘结剂226一起切除。
一般地，固定层224和固定粘结剂226可在通道216已切成之后固定到固定层叠层粘结剂204上。然而，在某些情况下，当切除工具没有切穿固定层224和固定粘结剂226时，通道216可被依次切除。
本发明还有一个实施例300示出在图7中。此实施例特别适用于放在一用于过滤进入罩壳的流体的装置的罩壳外侧。过滤器300包括过滤媒质3 14、媒质叠层粘结剂312、一边界层310、叠层粘结剂308、一通道层306、盖子叠层粘结剂304、一盖子330和固定粘结剂331。一通道316形成于盖子叠层粘结剂304、通道层306和叠层粘结剂308中。一管路318形成于边界层310和媒质叠层粘结剂312中。通道层306和边界层310一般采用与图1所示实施例中通道层106和边界层110一样的材料制成。固定粘结剂331、盖子叠层粘结剂304、叠层粘结剂308和媒质叠层粘结剂312可与图1所示实施例固定粘结剂104、叠层粘结剂108和媒质叠层粘结剂112一样的材料制成。过滤媒质314一般由与图1所示实施例中过滤媒质114一样的材料制成。
外部盖层330置于其它各层上以防止限制流体不经过盖层330中的一开口332或经过过滤媒质314流入或流出过滤器300。盖层330一般由与图1中所示实施例中通道层106或边界层110一样的材料制成。固定粘结剂331可形成于盖层330上，较佳地形成于盖层330周边周围。
在另一实施例中(未示)，固定粘结剂可贯穿过滤媒质扩散和/或贯穿伸出过滤媒质的盖层部分。在此实施例中，固定粘结剂一般是可渗透的和/或一部分过滤媒质通过去除该部分上的固定粘结剂331或者通过不对该部分涂覆固定粘结剂而露出。
如图8和9所示，本发明的过滤器的另一个实施例400具有一流体侧面入口/出口434。过滤器400具有一可供选择的释放衬层402、固定粘结剂404、一通道层406、叠层粘结剂408、一边界层410、媒质叠层粘结剂412、过滤媒质414、一有孔层415和一盖层430。一通道416形成于固定粘结剂404、通道层406和叠层粘结剂408中。通道例如可以通过去除一部分固定粘结剂404、通道层406和叠层粘结剂408而形成(如图9所示)。通道伸到通道层406的一条边上以提供一个或多个侧面入口/出口434。一管路418形成于边界层410和媒质叠层粘结剂412中以使流体从通道416流入过滤媒质414和/或有孔层415。一出口/入口管路436形成于媒质叠层粘结剂412、边界层410、叠层粘结剂408、通道层406和固定粘结剂404中。
通道层406、边界层410和盖层430一般由与图1所示实施例中通道层106和边界层110一样的材料制成。固定粘结剂404、叠层粘结剂408和媒质叠层粘结剂412可包括与图1所示实施例中固定粘结剂104、叠层粘结剂108和媒质叠层粘结剂112一样的材料。过滤媒质414一般由图1所示实施例中过滤媒质114一样的材料制成。
操作中，如图10所示，流体经一个或多个侧面入口/出口434流入，沿着通道416、经管路418进入过滤媒质414，沿着出口/入口管路436和经过一个装置的一表面422中的开口420。流体也可沿相反方向流动。
有孔层415可包括一支撑层(例如一编织或无纺织支撑平纹棉织物)，它可使流体交叉流动而便于流体流到出口/入口通道436。此有孔层一般不是接着媒质叠层粘结剂412放置的，这样至少在一些实施例中，在交叉流过有孔层415和/或流入出口/入口管路436之前，流体流过一个或多个过滤媒质层414。在一些实施例中，没有采用一有孔415，特别是当过滤媒质是有孔时而使流体充分流动。
在图11中示出了此过滤器的另一种型式400′，可以理解，其中标号带撇号以表示与先前实施例描述中类似的部件。在过滤器400′中，边界层410′和媒质叠层粘结剂412′不在管路418′周围延伸并且不伸出其中。这是另一种形成管路418′的方法。在此实施例中的边界层410′和媒质叠层粘结剂412′仅伸到过滤器400′一部分之上。在此实施例中，过滤媒质414′一部分和/或有孔层415′可通过叠层粘结剂408′固定到通道层406′上。此形成管路的方法还可用于图1-10中所示任一种过滤器实施例中。
图12和13中示出了本发明另一个过滤器实施例500。该过滤器500包括一可供选择的释放衬层502、固定粘结剂504、一通道层506、叠层粘结剂508、过滤媒质514、一有孔层515和盖层530。通道516形成在固定粘结剂504、通道层506和叠层粘结剂508中。如图13所示，通道例如可通过去除一部分固定粘结剂504、通道层506和叠层粘结剂508而形成。通道可伸到通道层506的一条边上以提供一个或多个侧面入口/出口534。一出口/入口管路536经由叠层粘结剂508、通道层506和固定粘结剂504形成。一般地，过滤媒质514和有孔层515仅在一部分过滤器500上方延伸，具体地，过滤媒质514如图13所示位于出口/入口管路536上方。
通道层506和盖层530一般由与图1所示实施例中通道层106和边界层110一样的材料制成。固定粘结剂504和叠层粘结剂508可包括与图1所示实施例中固定粘结剂104、叠层粘结剂108和媒质叠层粘结剂112一样的材料制成。
过滤媒质514一般由与图1所示实施例中过滤媒质114所用的相同材料制成。有孔层515一般采用聚合物网或一例如由伸展或烧结塑料、如聚酯、聚丙烯、聚乙烯和聚酰胺(例如尼龙)制成的有孔编织或无纺织聚合材料构成。较佳地，有孔支撑层515可使流体在通道516和过滤媒质514之间交叉流动。在一些实施例中，不采用一有孔层515，特别是当过滤媒质514是有孔时可便于流体充分流动。
在过滤器500中，过滤媒质514仅伸过一部分过滤器500。过滤媒质514和有孔层515可与通道516齐平，并且在一部分通道516上方延伸，或者略离开通道516。此结构的一个优点是可节省材料成本，因为过滤媒质不是完全在过滤器500上延伸。
至少一部分通道516在过滤器500区域中形成，该区域未由过滤媒质514和有孔层515覆盖。盖层530起到在通道516上方的一边界层的作用。在过滤器500未由过滤媒质514覆盖的区域中，如图12和13所示地，盖层530藉由叠层粘结剂508固定到通道层506上。一般地，在盖层530和过滤媒质514和支撑层515边缘之间有一开口空间区以使流体从通道516流入过滤媒质514和/或有孔层515。
图14和15示出了将过滤器分别安装到一罩壳的外表面522和内表面523上的例子。如图14所示，安装到一装置一外表面522上的实例可使流体从罩壳外部流入侧面入口/出口534，沿着通道516进入盖层530和过滤媒质514及可供选择的支撑层515之间的空间，再经过过滤媒质514沿着出口/入口管路536随后经过罩壳中的一个开口520。在此实施例中，来自罩壳外部的流体先流过通道516，然后流过过滤媒质514。来自罩壳内部的流体可沿相反方向流动。
另一种安装过滤器500的实例是安装到罩壳外表面523上，这样，如图15所示，流体先流过过滤媒质514，然后经过通道516。在此实施例中，来自罩壳外部的流体流过罩壳中的一个开口520，沿着出口/入口管路534经过过滤媒质514进入盖层530和过滤媒质514边缘及可供选择的的支撑层515，再沿着通道516而经过侧面入口/出口534。来自罩壳内部的流体可沿相反方向流动。可以理解，还可采用其它将过滤器500安装到罩壳外表面或内表面上的安装方式。
本发明过滤器的其它实施例可以制成为边界层采用一半渗透性薄膜制成，特别是由可过滤流过过滤器的流体的有孔或微孔膜片制成。半渗透薄膜一般至少比图1所示过滤器100中所提及的边界层110的孔多一个数量级。虽然对本发明而言解释是不必要的，但可以想见多数流体流过由半渗透边界层构成的管路而不流过半渗透膜，从而可提供一种扩散通道的效果。在多种应用情况下，采用一半渗透膜所制成的边界层可提供充分过滤作用。然而可以认识到，前述的具有对流体低渗透率的边界层的实施例可能提供更好的过滤效果，因为减少流过边界层的流量可增加流体流过通道的平均距离。
本发明一个过滤器实施例600如图16所示包括一可供选择的释放衬层602、固定粘结剂604、通道层606、叠层粘结剂608、半渗透边界层638、可供选择的支撑层640(和/或媒质叠层粘结剂)和过滤媒质614。一通道616形成在固定粘结剂604、通道层606和叠层粘结剂608中。一管路642形成在半渗透边界层638和可供选择的支撑层640之间。通道层606一般采用与图1所示实施例中通道层106和边界层110相同的材料制成。固定粘结剂604和叠层粘结剂608可包括与图1所示实施例中固定粘结剂104、叠层粘结剂108和媒质叠层粘结剂112相同的材料制成。过滤媒质614一般采用与图1所示实施例过滤媒质114相同的材料制成。
半渗透边界层638一般是一有孔或微孔膜片。合适的有孔或微孔膜片例如包括有孔或微聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚碳酸脂、聚脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)和其它聚合物膜片。一种特别适用于半渗透边界层638中的膜片采用描述为具有节点和细丝的膨胀PTFE材料制成。
一般地，半渗透边界层638的厚度范围例如在25μm至500μm，然而可采用较之厚或较之薄的半渗透边界层638。在许多实施例中，半渗透边界层638的厚度范围在25μm至125μm之间。一般地，半渗透边界层638渗透性比过滤媒质614小。
支撑层640例如可以是一支撑平纹棉织物以支撑半渗透边界层638。这种支撑层的例子包括例如由伸展或烧结塑料、如聚酯、聚丙烯、聚乙烯和聚酰胺(例如尼龙)制成的编织和无纺薄膜制成。
本发明另一过滤器实施例700如图17所示包括一可供选择的释放衬层702、固定粘结剂704、通道层706、叠层粘结剂708、半渗透边界层738、可供选择的支撑层740(和/或媒质叠层粘结剂)、过滤媒质714、有孔层715和盖层730。一通道716形成在固定粘结剂704、通道层706和叠层粘结剂708中。通道716伸到过滤器700的一条边上以如图9所示地提供一侧面入口/出口734。一管742形成在半渗透边界层738和可供选择的支撑层740中。一出口/入口管路形成在叠层粘结剂708、通道层706和固定粘结剂704中。
通道层706和盖层730一般采用与图1所示实施例中通道层106和边界屋110相同的材料制成。固定粘结剂704、叠层粘结剂708和媒质叠层粘结剂712可采用与图1所示实施例中固定粘结剂104、叠层粘结剂108和媒质叠层粘结剂112相同的材料制成。过滤媒质714一般采用与图1所示实施例中过滤媒质114相同的材料制成。
半渗透层738和支撑层740都采用与图14所示实施例中半渗透层638和支撑层640相同的材料制成。一般地，有孔层715可使流体交叉流动以便流体自管路718流到出口/入口管路736。在一些实施例中，不采用有孔层715，特别是当过滤媒质714有孔时以便流体充分流动。此有孔层715一般不与支撑层740相邻放置，这样在交叉流过有孔层715之前，流体可流过一层或多层过滤媒质714。
图17中示出了另一过滤器实施例800。过滤器800包括过滤媒质814、叠层粘结剂808、通道层806、盖子叠层粘结剂804、盖子层830和固定粘结剂831。一部分盖子粘结剂804、盖层806和叠层粘结剂808可去除以形成一通道816。一个或多个孔832可形成于盖层830中以使空气流入和流出过滤器800。
在此实施例中，装置的表面822起到通道816边界层的作用。过滤器800定位成过滤媒质814的某些部分在表面822中一个开口820上方。较佳地，过滤器800定位成开口820位于与孔832相反的那侧过滤器800上。
通道层806和盖层830一般采用与图1所示实施例中通道层106和边界层110相同的材料制成。固定粘结剂831、叠层粘结剂808和盖子叠层粘结剂804可包括与图1所示实施例中固定粘结剂104、叠层粘结剂108和媒质叠层粘结剂112相同的材料。过滤媒质814一般采用与图1所示实施例中过滤媒质14所用的相同材料制成。
图19和20示出了再一种过滤器900，其中有孔层950形成扩散通道。过滤器900包括一可供选择的释放衬层902、固定粘结剂904、聚合物薄膜层906、叠层粘结剂908、过滤媒质914、有孔层950和盖层930。有孔层950伸到过滤器的一条边952上。一入口/出口管路936由固定粘结剂904、聚合物薄膜层906和叠层粘结剂908。空气流入入口/出口管路936、经过过滤媒质914，沿着有孔层950而经有孔层的一条边952退出。可以理解，空气还可沿相反方向流动。
聚合物层906和盖层930一般采用与图1所示实施例中通道层106和边界层110相同的材料制成。固定粘结剂904和叠层粘结剂908可包括与图1所示实施例中固定粘结剂104、叠层粘结剂108和媒质叠层粘结剂112相同的材料。过滤媒质914一般可采用与图1所示实施例中过滤媒质114所用的相同材料制成。有孔层950可以是一聚合物网或例如由伸展或烧结塑料、如聚酯、聚丙烯、聚乙烯和聚酰胺(例如尼龙)制成的编织或无纺织聚合物材料。过滤媒质914和有孔层950通常不盖住整个过滤器。这可使盖层930由有孔层950三侧边上的叠层粘结剂908粘结到聚合物薄膜906上。一般地，有孔层950是由加热或半渗秀粘结剂叠置到过滤器媒质914上的。
一过滤器900’的另一种实施例如图21所示包括仅一个可供选择的释放衬层902、非渗透性固定粘结剂904’、过滤媒质950’和盖层930’。此过滤器包括一由固定粘结剂904’形成的入口/出口管路936’以使空气流出或流入过滤媒质914’。
虽然都是关于一罩壳内部或外部来举例描述本发明过滤器放置情况的，但可以理解，这些过滤器中任何一种还可置于一罩壳内部或外部上。例如，过滤器放置取决于过滤操作是针对流体流入罩壳还是流体流出罩壳。而且，过滤器的放置可以是经过过滤器的流体经扩散通道，然后再经过过滤媒质，或者先经过过滤媒质再经过扩散通道。
不能认为本发明只限于上述的具体实施例，而应当理解本发明包括清楚地限定在所附权利要求书中的所有方面。对本技术领域中的普通技术人员而言，借鉴上述说明书的内容而可对本发明作出多种变化、等同方法替换以及多种结构变化。
权利要求
1.一种过滤器，包括构成一通道的一通道层薄膜；固定在至少一部分所述通道层上的一边界层，所述边界层形成所述通道的非粘性边界；以及设置成与所述通道流体连通的过滤媒质；其中所述过滤器构造和设置成使至少一部分流体沿所述通道流动并进入所述过滤媒质。
2.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器构造和设置成可过滤空气。
3.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤媒质固定在所述边界层上，所述边界层构成一经过所述边界层的管路以使至少一部分流体沿所述通道流过所述管路而进入所述过滤媒质。
4.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器固定在所述边界层和所述通道层薄膜之间。
5.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，还包括位于一部分通道层薄膜和所述边界层第一部分之间的叠层粘结剂，但不在露出于所述通道中的所述边界层第二部分上。
6.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，一叠层粘结剂和一固定粘结剂位于所述通道薄膜的两相对表面上，其中所述通道通过去除一部分所述叠层粘结剂、固定粘结剂和所述通道层薄膜而形成。
7.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤媒质包括一微孔膜片。
8.如权利要求7所述的过滤器，其特征在于，所述微孔膜片包括一聚四氟乙烯膜片。
9.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤媒质包括碳过滤媒质。
10.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述边界层包括一半渗透的薄膜。
11.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述边界层包括一无孔薄膜。
12.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤媒质包括一有孔支撑层。
13.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述通道伸到聚合物薄膜的侧壁以当过滤器位于一表面上时提供一进入所述通道的侧面入口。
14.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述通道层薄膜具有一与所述通道分开的管路，所述过滤器构造和设置成使至少一部分流体沿所述扩散通道进入所述过滤媒质并且经过所述管路。
15.如权利要求14所述的过滤器，其特征在于，所述管路也通过所述边界层构成。
16.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器构造和设置成使至少一部分流体沿所述通道流动并经过所述过滤媒质而退出所述过滤器。
17.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述边界层包括一聚合物或金属薄膜。
18.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述边界层包括一盖层，所述盖层至少一部分安装在所述过滤媒质上方。
19.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述边界层包括一安装有所述过滤器的一装置的表面。
20.一种过滤器，包括一通道层薄膜，固定粘结剂和叠层粘结剂设置在所述通道层薄膜的相对两侧上，所述通道层薄膜、固定粘结剂和叠层粘结剂具有形成于其中的一扩散通道和一管路，所述扩散通道和所述管路隔开并且所述扩散通道伸到所述通道层薄膜的一侧壁上而在所述过滤器中形成一孔；通过所述叠层粘结剂，一边界层叠置到所述通道层的至少一部分上，所述边界层的一部分形成所述扩散通道的一非粘性边界；过滤媒质安装在所述边界层和所述通道层薄膜之间且在所述管路上，与所述扩散通道流体连通；其中所述过滤器构造和设置成使流体流过所述孔、沿着所述扩散通道进入所述过滤媒质并且经所述管路退出所述过滤器。
21.如权利要求20所述的过滤器，其特征在于，所述边界层是无孔的。
22.如权利要求20所述的过滤器，其特征在于，还包括一安装在所述过滤媒质上并与所述扩散通道流体连通的有孔层，所述有孔层构造和设置成使至少一部分流体从所述扩散通道流过所述有孔层而进入所述过滤媒质。
23.一装置，包括一罩壳；一在所述罩壳中的开口；以及一在所述开口上方的过滤器，所述过滤器包括一构成一通道的通道层薄膜；一安装在至少一部分通道层薄膜上的边界层并且形成所述通道的一非粘性边界；以及设置成与所述通道流体连通的过滤媒质；其中，所述过滤器构造和设置成使至少一部分流体从所述开口沿所述通道流入所述过滤媒质。
24.一种制造一过滤器的方法，包括通过去除一部分通道层薄膜而在一通道层薄膜中形成一通道；将一过滤层设置成与所述通道流体连通；以及采用叠层粘结剂将一边界层叠置到所述通道层薄膜上，一部分所述边界层形成所述通道的一非粘性边界。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述通道层薄膜中形成一通道，包括将固定粘结剂和叠层粘结剂置于所述通道层薄膜的两相对表面上并且去除所述通道层薄膜、固定粘结剂和叠层粘结剂的一部分。
26.如权利要求24所述的过滤器，其特征在于，设置所述过滤层包括将所述过滤层固定在所述边界层上。
27.如权利要求24所述的过滤器，其特征在于，设置所述过滤层包括将所述过滤层固定在所述边界层和所述通道层薄膜之间。
28.一种过滤器，包括过滤媒质；位于所述过滤媒质第一侧上并且具有一孔以使流体流过所述过滤媒质的固定粘结剂；一固定在所述过滤媒质的一相对的第二侧上并且伸到所述过滤器一条边上的有孔层；以及一固定在所述有孔层上方并且形成使流体流过所述有孔层的一边界的盖层；其中，所述过滤器构造和设置成使流体从所述固定粘结剂中的所述孔流过所述过滤媒质并进入所述有孔层，而沿着所述有孔层流出所述过滤器的边。
29.如权利要求28所述的过滤器，其特征在于，还包括在所述过滤媒质和所述固定粘结剂之间的一聚合物薄膜，以及在所述聚合物薄膜和所述过滤媒质之间的叠层粘结剂，所述固定粘结剂、聚合物薄膜和叠层粘结剂具有一孔以使流体流入所述过滤媒质。
全文摘要
一种过滤器,具有构成一通道的通道层薄膜,固定到至少一部分通道层薄膜上并形成所述通道的非粘性边界的边界层,以及设置成与所述通道流体连通的过滤媒质。边界层一般包括有孔或半渗透薄膜。过滤器构造和设置成使至少一部分流体沿所述通道流入所述过滤媒质。此过滤器可用于一装置中以作为在该装置罩壳上一通风口上方的过滤器。
文档编号B01D53/22GK1241449SQ9910896
公开日2000年1月19日 申请日期1999年6月30日 优先权日1998年7月13日
发明者D·L·杜马, R·J·洛甘, A·C·达金 申请人:唐纳森公司