专利名称：过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及径向打褶过滤器元件、制造径向打褶过滤器元件的方法和装置，以及对过滤器元件涂覆预涂层和回洗的方法。
筒形过滤器元件是过滤器元件中最普遍的类型，该过滤器元件具有径向伸延的纵向褶，并且该过滤器元件被用于过滤无数的流体，即液体或气体。(“过滤器”和“过滤”在本申请的整个文本中包括两个部分粒子的去除例如在一个可渗透的介质内滤去或截获粒子，和杂物的去除例如利用离子交换树脂或吸着剂去除杂物)。在一种典型的圆筒形有褶过滤器元件中，围绕一个管形芯布置许多褶，从而构成一个圆筒，当从横截面上看去，这种过滤器元件的单个褶从芯体径向向外伸延直到过滤器元件的外周边。成功的设计实践是要在圆筒形过滤器元件上有足够的褶，使相邻的褶沿着芯体的环周彼此接触。但是由于褶的径向几何形状，当离芯体的中心距离增加时，相邻褶之间的间距必然扩大。所以，在典型的圆筒形径向打褶过滤器元件中，在相邻褶之间存在大量无用的空间。
为补偿无用的空间而增大过滤器元件常常是难以实现的。在今天的过滤器制造业，包绕过滤器元件的过滤器室的尺寸已经相当好地标准化了。所以，过滤器设计者的主要任务在于增加过滤器元件的过滤容量，即可用的表面面积，而不是增加它的外部尺寸，从而使过滤器能用于现有的过滤器室中。
虽然圆筒形有褶过滤器元件是非常普遍的，但它们一般未曾用做预涂层过滤器。预涂层过滤器是一种这样的过滤器，其中一种浆料做为一种称之为预涂层的滤饼而使用，涂覆到称之为隔膜的不打褶的可渗透的支撑结构的外部。将预涂层涂覆到隔膜之后，将待过滤的流体导向通过该预涂层和隔膜，在此预涂层用来过滤该流体。普通的有褶过滤器元件未曾用做隔膜，因为在加预涂层或流体从预涂层上流过时，这些褶会倒塌。
本发明提供了一种过滤器，该过滤器包括一个圆筒形的过滤器元件，该元件具有一个端面和一个与端面相连的不可渗透的端盖。该过滤器元件具有许多纵向的褶，每个褶有一对腿。每个腿具有一个第一表面和第二表面。这些褶处于铺叠的状态，其中每个腿的第一表面与相邻腿的第一表面紧密接触，而每个腿的第二表面与相邻腿的第二表面紧密接触，这些接触是处在每个腿的基本上整个高度上和在过滤器元件轴向长度的至少约50%的连续区域上延伸。
本发明还提供了一种过滤器，该过滤器包括一个圆筒形的过滤器元件，该元件具有一内半径、外半径和多个纵向的褶。每个褶具有比内外半径之差大的高度。该过滤器进一步包括缠绕过滤器元件的缠绕件。
由于这些径向褶处于一种铺叠的状态或者由于每个褶的高度大于内外半径之差，褶的高度比同样尺寸的普通过滤器的褶的高度大得多。结果，本发明的过滤器的有用的过滤表面面积大大增加，这是由于上述表面面积与褶的高度成正比所致，从而延长了使用期限。
实施本发明的过滤器可以有一个中空的芯体，有一圆柱形的外周边。它能用于由外向内的流动，即被过滤的流体从外周边经过过滤器元件流入中空的芯体，或者用于由内向外的流动，即流体从中空的芯体经过滤器元件流到外周边。
除了这些过滤器，本发明进一步提供了一种预涂层过滤器，组装过滤器的方法，打褶的方法，打褶的装置和过滤方法，这些全部如由附带的权利要求加以限定的那样。
图1是过滤器透视图。
图2是图1过滤器一部分的横截面视图。
图3是图2中一个褶的放大截面图。
图4是在一端上具有插条的过滤器合成物的一部分的示意透视图。
图5图示了把一个过滤器元件的褶形成一种铺叠状态的方法。
图6～11是表示形成过滤器元件的一种方法和装置的示意图。
图12和13是表示形成过滤器元件的另一种方法和装置的示意图。
图14是图9的一个褶的放大侧视图。
图15是一个打褶装置的侧视图。
图16是图15打褶装置的平面图。
图17是另一个打褶装置的侧视图。
图18是另一个打褶装置的侧视图。
图19～21是表示组装过滤器元件的方法和装置的示意图。
图22是另一个过滤器的剖视图。
图23是一种预涂层过滤器的横截面图。
图24是另一种预涂层过滤器的横截面图。
图1表示本发明的过滤器的第一个实施例。该实施例在形状上大约为一圆筒形，并且包括具有多个纵向褶11的一个打褶过滤器元件10。圆筒芯20可以沿着过滤器元件10的内周边同心放置，并且圆筒状的笼子或缠绕件30沿着过滤器元件10的外周边放置。
如图2和3所示，每个褶11具有两个腿11a，这两个腿在过滤器元件10的外周边的冠部11b上彼此间相互连接，而且在过滤器元件10的内周边的根部11c上与一个相邻的褶11上的一个腿11a相互连接，每一个腿11a具有一个内表面11d，该内表面11d与在同一褶11上的另一个腿11a的内表面11d相对，并且有一个外表面11e，该外表面11e与在同一褶11的一个腿11a的外表面11e相对。当使用过滤器使流体径向向内流过该元件时，腿11a的内表面11d形成过滤器元件10的下游表面，而外表面11e形成过滤器元件10的上游表面。相反，当使用过滤器元件10使流体径向向外流过该元件时，内表面11d和外表面11e分别形成过滤器的上游和下游表面。
如图所示，每个褶11的腿11a的相对内表面11d在腿11a和褶11的整个高度h上以及在过滤器元件10的轴向长度有效部分伸延的连续范围上彼此间紧密接触。此外，相邻褶11的腿11a的相对外表面在相邻褶11和腿11a的整个高度h上以及在过滤器元件10的轴向长度有效部分伸延的连续区域上彼此间紧密接触。在此，褶11和腿11a的高度h(图2所示)以沿腿11a的表面并从过滤器元件10的内周边到外周边延伸方向来测量的。图2和3中的状况可看成为一种被压倒的状态，其中褶11的腿11a的表面是紧密接触的，以及其中每个褶11的高度h大于过滤器元件10的内外周边间的距离(即，图2中的(D-d)/2)。在铺叠的状态下，褶可以伸展在如一种弧形的或有角度的形式、或者处于一种直的、非径向的方向上，而重要的是在相邻褶之间基本上没有空的空间，以及过滤器元件10的内外周边之间的所有可能的体积均由过滤器元件10占据，并能有效地用来过滤。
因为该过滤器元件10由具有有限厚度t的材料来形成，在过滤器元件10自身折回形成褶11的径向内外端上，褶11大致被变成圆形。结果，在褶11的径向内端上，在相邻腿11a的相对内表面11d之间存在小的三角形间隙11f，同样地在褶11的径向外端上，在相邻腿11a的相对外表面11e之间存在小的三角形间隙11g。然而，在本发明中，从沿褶的高度测量的这些间隙11f和11g的高度最好非常小。相邻过滤器元件10内径的间隙11f的高度最好不多于t，尤其是最好不多于约1/2t，其中t是如图3所示的形成过滤器元件10的材料厚度。相邻过滤器元件10外径的间隙11g的高度最好不多于约4t，尤其是最好不多于约2t。褶11在其径向上的内外端越尖，即越不成圆，间隙11f和11g的高度则越小，而过滤器元件10的内外周边之间的体积百分比则越大，该体积用于过滤。
相邻的褶的腿11a的相对面不必在过滤器元件10的整个轴向长度上紧密接触，但在轴向长度上的密切接触的区域长度越大，则越能有效地利用过滤器元件10内外周边之间的空间。所以，相邻腿11a在这样的连续区域上紧密接触，即该区域延伸在过滤器元件10轴向长度的至少约50%为好，至少约75%为更好，最好约95～100%。
过滤器元件10包括过滤器介质和排流部件，该排流部件被设置在过滤器介质的至少一侧上，最好在上游侧，更好的是在上游和下游两侧。该排流部件防止过滤器介质的相对面彼此间接触，并且在这些褶处于铺叠状态时，使流体可均匀地流动到过滤器介质表面的所有部分，或从这些表面的所有部分中均匀地流出。因此，过滤器介质的整个表面积可有效地用来过滤。
在图1的实施例中，过滤器元件10包括一种过滤器介质12的三层复合物、上游排流部件和下游排流部件。上游排流部件为设置在过滤器介质12的上游表面上的上游排流层13的形式，下游排流部件取设置在过滤器介质12的下游表面上的下游排层14的形式。在此，当流体径向向内的流过过滤器时，上游和下游表面可分别看成外表面和里表面，而在过滤器遇到径向向外的流体流时，上游和下游表面可看成里表面和外表面。
在本发明所用的过滤器介质的型号上没有特别的约束，并且它能根据要被过滤的流体及所要求的过滤特性加以选择。该过滤器介质12能用于过滤这样的流体，象液体、气体、或它们的混合物。该过滤器可包括一种多孔薄膜或一种纤维片;它可以有一种均匀的或有梯度的微孔结构以及任何适当有效的微孔尺寸;它可由任何适当材料形成，象天然的或合成的聚合物、玻璃或金属。
过滤器介质12可以包括单层，或多层同样的介质，该介质可将一层放在另一层的顶上直到所要求的厚度。更进一步讲，该过滤器介质可以包括具有不同过滤特性的两层或多层，例如一层用来对第二层的预过滤。
上游和/或下游排流层可以是一个单一的整体的多孔片材的区域，该片材具有细微多孔中央区域，该区域用做过滤器介质;以及粗大多孔的上游和/或下游区域，该区域用做排流层。然而，该排流层最好是与过滤器介质分开的性质不同的层。
上游和下游排流层13和14能用任何具有合适沿边流动特性的材料制成，该特性是指对于以其表面平行的方向流过该层的流体具有适当的阻力。该排流层的沿边流动的阻力最好低得足以使在排流层上的压降小于横跨过滤器介质的压降，借此沿过滤器介质的表面提供一个流体的均匀分布。该排流层可为一种网或筛子、或一种多孔的编织或无纺层的形式。
网或筛子(也称之为网状物)有许多形式。对于高温使用来讲，可利用金属网或筛子，而对于较低温度的使用来讲，聚合物的网实际上是适当的。聚合物网有编织的网和挤出式的网的形式。二者都可使用，但因为挤出式网比较光滑，并因此导致过滤器复合物相邻层间产生较少的磨损，所以一般最好使用挤出式网。挤出式网可以有第一套平行线股和以一个角度与第一套线股相交的第二套平行线股。挤出式网可分为均称的或非均称的。在均称的网中，第一或第二套股都不在被称为网的“机器方向”上伸延，该方向是网从制网机中排出的方向。在非均称的网中，一套线股与机器方向平行地伸延。在本发明中，使用均称的或非均称的网都是可以的。非均称网具有比均称网略小的单位厚度的边缘流动的阻力。因此，对于一个给定的沿边流动阻力来讲，非均称网比均称网薄，使得在使用非均称网的过滤器元件10中的褶数大于使用均称网的同样尺寸的过滤器元件的情况。在另一方面，均称网有这样的优点，即在制造有褶的过滤器元件10时，易于制造。
根据网的厚度和每英寸的线股数可以确定网的特性。对于任何特定值来讲，这些尺寸不受限制，它们能根据网的所要求的沿边流动特性和所要求的强度来选择。一般来讲，网具有至少每英寸10条线股的网数。
在本发明的实施例中，褶的相对面是紧密接触的。因此，褶的每个腿的排流网的线股被压在褶的相邻腿的排流网的线股上。如果在两个相对表面上的网的线股是彼此平行的话，这些线股可具有“嵌套起来”的趋势，即，彼此间嵌合而不是一个躺在另一个上面。这降低了网的排流性能，并且减少了其对过滤器介质所提供的排流的能力。使用非均称网时，要注意的是机器方向的线股放在面向过滤器介质的网的一侧，而不是背朝它，从而在过滤器元件10制成波纹状时防止这些线股嵌套起来。在使用均称网时，没有机器方向的线股，所以没有哪个网面朝向过滤器介质的问题，在过滤器元件10的组装上也省事得多。
无论网是均称的或非均称的，如果网子如下定向的话，便可防止网线股嵌套起来。假定第一套线股位于朝向过滤器介质的网的一侧，而第二套线股由第一套线股与过滤器介质分隔开，如果第二套线股沿着以0到90度之间的角与过滤器元件的纵向轴相交的线伸延的话，当褶处于铺叠状态时，能防止第二套线股嵌套起来。如果第二套线股沿着以0或90度角与该轴相交的线伸延的话，即第二套线股与过滤器元件的轴线平行或者垂直的话，第二套线股有可能嵌套起来。但是，在这些限定之间的任一角度上，第二套线股将不会套起来而是一个躺在另一个的顶上。
如果该网被如此定向的话，当褶假定处于铺叠状态时，一个与在褶的每个腿上的网的第二套线股相切的表面将与这样的一个表面紧密接触，这个表面是与相邻腿的网的第二套线股相切的表面。
适用的挤压聚合物网的特例是那些用Naltex、Zicot和Ultraflo的商标由NallePlastics(奥斯丁、德克萨斯州)生产的产品。
如果过滤器介质为一种纤维铺设的介质，这些网子尤其适合用做排流层。另外，当过滤器介质是薄膜时，因为布比网子通常更加平滑，并产生较少的过滤器复合物相邻层的磨损，所以，纺织的或无纺的布更适合做为排流层。用来做为导流层的合适的无纺布的例子是由Reemay，Inc公司的商标为Reemay2011的聚酯无纺布。
上游和下游排流层13和14可有同样或不同的结构。已经发现当两个排流层13和14具有同样的沿边流动阻力时，横跨过滤器介质12的压降为最低，而且过滤器的寿命最长。所以，无论排流层13和14是否由同一材料制成，它们都被选择使之具有一样的沿边流动阻力。对于制造来讲，用同一材料对于两导流层13和14是方便的，借此确保穿过两个排流层有同样的沿边流动阻力。
另外，上游和下游排流层13和14可以有不同的特性，这些特性可以变化，从而提供所要求的效果。例如，在过滤器复合物的厚度固定之处，例如，为了使壳体内的过滤器介质的表面面积固定，上流排流层的厚度可以大于下游排流层的厚度，这样在过滤器介质的上流侧提供了较大的饼状空间，但它会损失在过滤器介质的下游侧的均匀流动分布。
形成过滤器元件10的过滤器结合物可以包括除了过滤器介质12和排流层13和14外的其它层。例如，在安装有过滤器的流体系统中，为了防止因压强变动期间，褶产生膨胀和收缩，使过滤器介质与排流层发生摩擦接触而导致过滤器介质磨损，可于过滤器介质和一个或两个排流层之间放置一缓冲层。该缓冲层最好由比排流层平滑的材料制成，该材料有比过滤器介质12更高的耐磨损性。例如，当排流层由挤出式的尼龙网制成时，适用的缓冲层的例子是一个聚酯的无纺布，象由Reemay公司以Reemay2250商标出售的上述产品。
形成过滤器元件10的层可利用传统的制造技术，在形成波纹状以前或同时形成一种复合物。
在现有技术中，为了确保在具有紧密间隔的褶的过滤器元件中的适当的排流性能，在褶的面上形成大面积的非规则性是必要的，以便产生排流通道如凹槽。这些一般用模压的方法形成的凹槽大大减少了能用来过滤的过滤器元件的容积。在本发明中，该排流层能提供足够的排流能力，即使当这些排流层相互紧密接触也是如此，在褶上形成如此大面积的不规则性就不是必要的了。所以，形成过滤器元件10的过滤器复合物上的每层可有基本上平坦的表面。
芯20以支撑过滤器元件10的内周边抵抗径向上的力，并且有助于增加过滤器轴向抵抗弯曲的强度和刚性。芯20可以是通用的设计，并可由具有充分强度的任何材料制成，该材料能与要过滤的流体相适配。通过芯20的壁形成开口，从而在芯20的外侧和中心之间允许流体通过。
当过滤器元件10承受由外向里的流体流动时，芯20的存在常常是满足要求的。但是，根据过滤期间，作用在过滤器元件10上的力，可以省去芯20。例如，当穿过过滤器元件10的流体流主要是由里向外时，作用在过滤器元件10上的径向向内的力可以没有或很低，以致于芯20变得不必要，从而能减小过滤器的重量。
本发明的过滤器最好包括这样的部件，该部件把过滤器元件10的褶保持在铺叠的状态。在本实施例中，这个部件由一个外罩30构成，该外罩30环绕着过滤器元件10。该外罩30上一般被设计成带有用于流体流通的开口。制造该外罩30的材料可根据要被过滤的流体和过滤条件加以选择。
通常地，本发明的过滤器在过滤器元件10的一端或两端上装有端盖40(在图1仅描绘出一个)。该端盖40可以是封闭端盖的或开口端盖，制成材料和其外形可根据过滤条件和该端盖要连接的部件材料来选择。尤其是，该端盖40最好被固定到过滤器元件10上，但也可固定到芯20或外罩30上。可以利用一般技术把端盖固定到过滤器元件10上，象利用环氧树脂、利用多重加盖技术(如美国专利NO.4，158，699中所教导的)，或利用磨擦焊。
为了防止在过滤器元件10端部发生的流体泄漏，要求在端盖40和过滤器元件10的端面之间得到良好密封，以防止流体通过该过滤器元件10的端面流出。但是，当过滤器元件10和端盖40由相互间具有较差亲合性的材料制成时，得到良好的密封是困难的。在这种情况下，一个条带形的插件被做成波纹状置入过滤器元件10的端部，上述插件的材料具有与端盖材料良好的亲合性。图4以图解的方式表示过滤器元件的一部分，该过滤器元件具有一个插件15，插件15在过滤器复合物的两层之间成波纹状。当装配端盖时，插件15能在过滤器元件10的两端和端盖40之间产生良好密封。例如，当端盖是由氟聚合物制成时，另一种氟聚合物的条带，象氟化乙烯-丙烯(FEP)树脂可被做为插件15加入在过滤器元件10的端部成波纹状。仅要求该插件15有足够的宽度把过滤器介质结合到端盖上，因此如图4所示，它一般仅延伸过滤器元件10轴线长度的一部分。用于该插件15的典型宽度是约0.5英寸。
图1中所示的过滤器元件10可由多种技术制造，在一种技术中，该过滤器复合物首先被折成波纹片，切出褶至适当的长度或适当数目，然后形成一圆筒形状。之后将波纹片的长边用常用方式相互密封形成一圆筒形的过滤器元件10。然后将过滤器元件10的各褶在将该过滤器元件10插入外罩30时相互铺叠起来。在过滤器元件10装配到外罩30之后，把一个芯20插入到过滤器元件10的空心之中，然后把端盖40附装固定到过滤器元件10的端部，从而形成一完整的过滤器。
图5表示了一个铺叠褶的方法。在该方法中，将过滤器元件10沿纵长方向插入到漏斗形的工具60的入口中，该工具60具有一个邻接外罩的出口(在图5的左侧)。当过滤器元件10被推入到工具60时，它被或用手工或用机器同时地进行扭曲，借此导致褶彼此相靠地铺叠在一起。该工具60的尺寸选择成在其出口处，使该过滤器元件10的外径小到足以让该过滤器元件10滑动进入该外罩30。
在把褶制成圆筒形之前，将波纹片10的褶制成铺叠状态也是可能的。例如，在过滤器复合物穿过一个波纹成形机形成实质上为板形的波纹片之后，在两个平面之间逼压该波纹片来整平该波纹片，并使褶相互铺叠。然后可将被整平的波纹片弯成圆筒形状，片的端部被彼此密封形成一个圆筒形的过滤器元件10。
如果在外侧褶顶上折成有一平滑的圆角的话，比将之折成具有清晰的折痕，则会更加容易地将过滤器元件10的褶铺叠起来。一种产生平滑圆角的方法是在形成波纹状期间，在过滤器波纹复合物的下游侧上放置一个纸的用后可除去层，该纸称之为剥离纸。条带形的剥离纸成为褶的一部分并产生所要求的平滑圆角。然后在波纹成形完成之后和该复合物被制成一圆筒之前，从该复合物上除掉该剥离纸。用于该剥离纸的材料没有限定。一种适用材料的例子是一张平滑的纸。根据波纹状复合物的所要求的弯曲半径来选择该剥离纸的厚度，同时考虑该复合物其它层的厚度。
用于制造过滤器元件10的另一技术允许褶的变形，在该褶上相邻的腿有略微不同的长度。对于许多过滤器元件来讲，特别那些以多层复合物制成的元件，将过滤器元件形成被铺叠的状态，如果每个褶的相邻腿的长度有略微不同的话，则使制造容易和更加可靠。这样的褶可看成有不等腿的褶。
现在参照图6-11描述根据本发明这一方案的打褶方法和装置的优选实施例，这些附图描绘了本发明打褶方法的一个流程。如这些图所示，由一个出褶件和一个限料件在一支撑台上，例如一个平面的打褶台100上形成褶。根据本发明的一个方面，在出褶件和限料件之间形成褶，上述出褶件和限料件以一个锐角，从打褶台100上弯曲或伸延，该角最好小于90°，在约15°到约75°的范围内更好，尤其是在约30°到约60°范围之内，如45°。例如，出褶件可以是打褶楔101的楔形部件，限料件可以是指定为限料刀102的薄板。打褶楔101能相对打褶台100的顶面升起和落下。向前和向后平移，同时限料刀102能相对打褶台100升起和落下。为了方便，打褶台100的表面一般是水平的，但对于本发明的方法来讲水平面不是必须的。
用任何恰当的手段如卷取机104把要打褶的材料103配发到打褶台100上。材料103可是单片或单层，或者是多层，如过滤器介质和一层或多层排流层的多层复合物。在存放在卷取机104之前，这些层被制成复合层，或者单个层被存放在分开的卷取机104上，并同时馈送到打褶台100上，从而在这些层被打褶的同时形成复合物。
如图所示，打褶楔101的前表面101a和限料刀102的后表面102a(该面对着打褶楔101)以相似的但不必相等的锐角相对打褶台100一同倾斜。本发明的方法能形成有不同长度相邻腿的褶，这是因为这些表面以锐角伸延，或因为它们是有弧度的。
图6表示了该打褶周期的开始，其中打褶楔101被定位在图中的A点。在这个位置上，打褶楔101的前表面101a离开限料刀102的后表面102a一个预定的距离，该距离取决于所要形成的褶的高度。打褶楔101的下表面与要打褶的材料磨擦接触，限料刀102的下边沿紧抵压住要打褶的材料103，从而限制材料103。
然后以图7中箭头的方向将打褶楔101从A点向限料刀102移动，这时打褶楔101的下表面保持与要打褶的材料磨擦接触。同时，限料刀102保持固定。由于打褶楔101和要打褶的材料103之间的磨擦接触，打褶楔101朝限料刀102的运动导致置于打褶楔101和限料刀102之间的材料103的一部分从打褶台100的表面向上弯起成为隆出部105。
在打褶楔101仍移动靠近限料刀102时，材料103上的隆出部开始弯折成褶11的形状，如图8所示。打褶楔101进一步前行到图9中的B点，在此材料103被挤出在打褶楔101的前表面101a和限料刀102的后表面102a之间。借此形成一个单个的褶11。
然后限料刀102从打褶台100上升起，同时以图中所示的时针方向回转。在限料刀102升起时，它的后表面沿着褶11滑行，该褶是刚刚成形的，从而进一步靠着打褶楔101的前表面101a挤出该褶11。当限料刀102的后表面102a完全离开褶11的上端时，限料刀102的后表面102a则和打褶楔101的前表面101a相触，如图10所示。然后限料刀102下落，它的后表面102a沿着打褶楔101的前表面101a在打褶楔101和刚成形的褶11之间滑动，直到下沿触到要打褶的材料103，如图11所示。在限料刀102的提起和下落期间，打褶楔101可以实质上保持静止。
接着，在限料刀102保持静止后，接下来使材料103静止，打褶楔101从B点返回到A点完成打褶周期，打褶楔101从B点返回到A的移动路径要使打褶楔101的下表面被提起在要打褶的材料103上面，使材料103不被拉回去。例如，打褶楔101沿图16所指出的B-C-D-A直边路径运动。此外，打褶楔101能沿从B到A所走的弓形路径移动。当楔101返回A点，又重复上述过程。
每当图6～11所示的周期完成后，就产生了一个新的褶，并且它被限料刀102移到右边和已经形成的褶11连在一起，这些褶在图中限料刀102的右侧成为波纹形。通过限料刀102的运动，完成的成批的褶11被越来越多地推向右侧。通过重复上述周期相应的次数，能形成任何所要求数目的褶。该组已完成的褶一般朝着离开打褶台100的端部的方向卷绕。
图12和13表述了压折棒109的操作。除了打褶装置进一步包括一个压折棒109这一区别以外，这些图与图6～11是相近的，该压折棒穿过打褶台100的缝隙110上下运动。在这些图中，当打褶楔101开始从A点向B点移动时，使压折棒109穿过打褶台100上的缝隙110伸出，并伸到打褶台100的表面之上。当压折棒109伸出打褶台100的表面时，它接触到材料103，并施力给材料103，使它恰当地隆起，没有产生任何的皱纹。压折棒的上边缘还可以在材料上形成一个折痕，该折痕可变成褶的顶部或根部。当打褶楔101移近到B点时，压折棒109缩回到打褶台100的下面，使打褶楔101能通过打褶台100上的缝隙110。其他的打褶工序和图6～11相应所述的一致。
图14是褶11的放大视图，该褶能用图6～13所示的工序来形成。该褶具有两个腿11a′、11a″，其中的一个接触到打褶楔101的前表面101a，而另一个接触限料刀102的后表面102a。因为打褶楔101的前表面101a相对打褶台100以一个锐角滑动，所以腿11a′的长度L1短于同一褶11的相邻腿11a″的长度L2，上述腿11a′接触打褶楔101的前表面101a，在此长度是指测量这样的点之间的间距，所述点即被打褶材料自身折返的地方所处的点。如果打褶楔101的前表面101a相对打褶台100的表面以角θ1滑动，而要打褶的材料103的厚度为t的话，则相邻腿11a′、11a″的长度L1和L2的差为L2-L1＝2t/tanθ1。通过适当地选择打褶楔101的角度，能把该长度差设置在一个所要求的值上。由于长度上存在差，用本发明的方法形成的褶容易成形到一种被铺叠的状态。
本发明的打褶装置的许多部件类似于通常利用的推杆型打褶机，如由麻州Chandler机器公司制造的NO.10148型打褶机。如图15和16所示，打褶在一个打褶台100上完成。在一个典型的打褶机中，打褶台100具有两部分100a和100b，它们能相互之间以水平方向移动，从而在两部分之间形成所要求的间隙。当可移动的部分100a、100b用一个间隙隔开时，为了有助于打褶工艺，用图中未示出的驱动装置带动将压折棒109上下运动。如果不用压折棒的话，使打褶台100的两部分100a、100b毗接，或者把打褶台100制成一个构件并略去压折棒。
在图15的实施例中，被打褶的材料是过滤器复合物103，该复合物具有三个不同的层103a、103b、103c，这三层分别经由三个不同的卷取机104a、104b、104c输送到打褶台100上。层103a、103b、103c可以用同样或不同的材料制成。在本例中，位于中间卷取机104上的材料是过滤器介质，而位于顶部和底部卷取机104a和104c上的材料103a和103c是挤出式网，上述被用做为过滤器介质103b上游和下游表面的排流层。
该打褶装置装有一个杆，该杆具有大致为L形的横截面并被称之为推杆111。推杆111被可移动地设置在打褶台100的顶上，从而沿着一个封闭的路径移动，至少该路径的一部分与打褶台100的表面平行伸延。在这个实施例中，推杆111沿着一个四边形封闭路径，即图15中的A′-B′-C′-D′所指的路径由一驱动机构来驱动。当在本发明的打褶装置中不必要使用推杆111时，推杆111和它结合在一起的驱动机构112用做为驱动打褶楔101的普通装置。
利用栓接或其它适当的方式把打褶楔101紧密地固定到推杆111的前端，使二者如一个单一部件运动。根据本发明的一个方面，打褶楔101具有一个前表面101a，该表面具有相对于打褶台100表面的倾角θ1的恒定锐角。最好至少打褶楔101的前表面有这样的宽度，该宽度实质上等于或大于过滤器复合物103的宽度。
当推杆111沿路径A′-B′-C′-D′运动时，打褶楔101沿路径A-B-C-D运动。打褶楔101具有一个下表面，该下表面最好与打褶台100平行地延伸。当推杆111沿路径D′-A′运动时，打褶楔101的下表面落下与要打褶的过滤器复合物103磨擦接触。只要打褶楔101处于与过滤器复合物103的磨擦接触，推杆111的下表面就有可能在推杆沿支路A′-B′运动时从过滤器复合物103上分开。换句话讲，推杆111的下表面没有必要一定与打褶楔101的下表面齐平。推杆111的水平冲程，即沿支路A′-B′的距离可以容易地调整，使得取决于冲程长度的褶的高度能被设置在所要求的值上。当推杆111沿支路B′-C′升起并沿支路C′-D′返回时，打褶楔101沿支路B-C和支路C-D运动，打褶楔101的下表面利用驱动机构112和推杆111提起在过滤器复合物103的上面，使过滤器复合物103不被打褶楔101拉回去。
限料刀102可枢转地安装在一个往复运动件上，该往复运动件一般称为滑块113。滑块113被安放在与打褶楔101相对的宽度方向上，并被驱动装置114沿垂直路径提起和落下。在该实施例的操作过程中，滑块113和推杆111，以及压折棒109的运动的时间选择由一台通用的机械或电气控制装置来控制，该控制装置与它们各自的驱动装置112、114相耦合。限料刀102最好由一个薄刀片来构成，该刀片具有实质上等于或大于过滤器复合物103的宽度的宽度。限料刀102的上端固定到一个棒上，该棒被称之为限料棒115，该限料棒通过在两个滑块113之间的销子116可转动地支撑在滑块113上。限料刀102的下端伸到很接近打褶台100之处，使得能限制复合物103运动，并且限料刀102的下端可被削尖，从而有助于从打褶楔101的前表面101a中隔开已完成的褶。利用图中未示出的偏压件，如弹簧沿图中的时针方向向限料棒115加偏压，使限料刀102被偏压向打褶楔101的前表面101a。可替换的是，限料棒的枢轴被加以选择，使限料刀的重量超过限料刀绕销子的顺时针转矩，借此向打褶楔偏压限料刀。利用图中未示出的止动件，如销钉，防止限料棒115以逆时针方向转过图15中所示的位置。
在所图示的实施例中，限料刀102的后表面102a是平的，该表面对着打褶楔101的前表面101a。根据本发明的另外一方面，当限料刀102处于图15所示的位置时，后表面102a具有一个相对于打褶台100表面的倾角θ2的恒定锐角，该角度与打褶楔101的前表面101a倾角θ1的角度相近。限料刀102后表面102a的倾角可以略小于或等于，但最好略大于打褶楔101的前表面101a倾角θ1，如大于5℃，以致于在打褶楔101和限料刀102之间形成一个楔形的空间。这个楔形的空间有助于形成具备不等长腿的褶。
图17表示了实施本发明的另一个打褶装置的一部分，它与图15和16所示的打褶装置类似。如前述的实施例，限料刀102被固定在限料棒115上，限料棒被两个滑块113经销子116可转动地支撑，上述滑块设置在与打褶楔101相对的宽度方向上的侧边上，在这个实施例中的每个滑块有大致为L形的形状，它具有从打褶台100的表面向上伸的第一腿113a和与打褶台100大致平行的第二腿113b。限料棒115被可转动地固定在第二腿113b上，从而处于如图15所示实施例中限料棒115同样的相对于打褶楔101的位置。每个滑块113的第一腿113a从图15的滑块113的位置分开，从而不干扰压折棒109的运动。打褶台100的两部分100a、100b可相互分开，从而提供在其之间的一个间隙110，该间隙的大小要足以让压折棒109穿过。如前面所述的，该压折棒109被图中未示出的驱动机构提起和落下。该压折棒109具有一个这样的宽度，该宽度实质上等于或大于要打褶的过滤器复合物的宽度。另外，这个实施例的结构和动作类似于图15和16的实施例。
在前面的实施例中，打褶楔和限料刀的相对表面都是平的，这样的话在这些相对表面之间形成的每个褶的腿基本上是直的。但是，当打好褶的过滤器元件以圆筒状成为被铺叠的状态时，如从横截面上看上去每个褶一般都成为弯曲状，褶的每个腿沿着弧形从过滤器元件周边的内侧到外侧伸延。所以，如果在打褶时，以一个弯曲形断面来形成褶的话，就容易形成过滤器元件的被铺叠的褶。
图18表示了能制造弯曲形褶的本发明的另外一个实施例，这种弧形褶包括有不等长的腿。在这个实施例中，打褶件101和限料刀102的相对表面101a、102a至少在打褶时与过滤器复合物接触的这部分上是弯曲的。而弯曲的部位有规则或无规则的变化是与这些相对表面相适应的，在所示的实施例中，这些表面具有一弧形形状。打褶件101具有一个前表面101a，该表面具有这样的曲率半径，该曲率半径最好小于沿限料刀102后表面102a的曲率半径，使得两个表面101a、102a由一个空间分隔开，该空间在尺寸上随着到打褶台100表面的距离的增加而增加。这个空间有助于形成有不等长腿的褶，在所示的实施例中，限料刀102可转动地安装在滑块113上，该滑块与图15的滑块113相类似，打褶台100的两个部分100a、100b毗邻，并且压折棒109被保持在打褶台100下方的非工作位置上。根据图6～13所示的基本方法采取图18的实施例完成打褶，即一个过滤器复合物被铺叠在打褶件101和限料刀102的弯曲表面101a、102a之间，进而形成具有弯曲腿，尤其是不等长腿的褶，这些褶极易形成圆筒状的被铺叠的状态。
采用本发明的方法把过滤器复合物打褶完成之后，将从打褶装置输出的有褶的过滤器复合物切成按过滤器元件的预计尺寸所预定的长度或预定的目数。然后，有褶的过滤器复合物被制成圆筒形，并且用惯用的方式把有褶的过滤器复合物的长度方向的边缘相互间密封，从而形成一个圆筒形的打好褶的部件。然后，该过滤器组合件的褶被制成被铺叠的状态。在该状态上，褶的相邻腿的相对表面在褶的整个高度上相互接触。因为褶有弯曲的和/或不等长的腿，所以所形成的具有铺叠状态的圆筒形的铺叠有褶的过滤器复合件是极易实现的。
图19-21表示了把圆筒形有褶过滤器元件做成被压倒的状态的可适用的方法。一个传统的打过孔的圆筒形芯体20被放在卡盘120上，一个圆筒形的有褶的过滤器元件10如图19所示被自由地放在芯体20上面，上述过滤器元件具有用本发明的方法形成的褶。一个管件122被放在过滤器元件10的上端，并且如图19中箭头所示方向向下压，上述管件具有一个内径，该内径与要被铺叠的过滤器元件10的所要求的外直径相匹配。在被压倒之前，过滤器元件10的褶是松散地束住的，在过滤器元件10上端的褶经常容易地被挤压，而被装配到管件122的下端里。当管件122向下压过过滤器元件10时，过滤器元件10的褶相互间铺叠，直到过滤器元件10的外直径与管件122的内径相匹配。
当管件122的整个长度已经套在过滤器元件10上时，管件122、被铺叠的过滤器元件10芯体20以一个整体从卡盘120上卸下，并被放在如图20所示的另一个卡盘123上。该卡盘123有一个下底座124，该底座用一个连接杆126支撑一个上底座125。上底座可以是盘形形状，并且它最好有比管件122的内径小而比被铺叠的过滤器元件10的外径大的直径。然后，一个传统的有孔的圆筒形外罩30被放在管件122上，并且按图19所示的箭头方向向下压，上述外罩具有与被铺叠的过滤器元件10所要求的外径相匹配的内径。利用卡盘123的上底座125防止过滤器组合件121向下移动，而管件122却可自由移动，使得作用在外罩30上的向下的力带其滑套在铺叠的过滤器元件10上，并在这一工序中卸去了管件122。外罩30被向下推，直到它的下端达到上底座125，并且管件122完全从过滤器元件10中分离，如图20所示。由芯体20、被铺叠的过滤器元件10和外罩30组成的组件从卡盘123上卸去并进行进一步的加工，例如用常规的端封技术在一端或二端上加装端盖。
本发明的过滤器元件比同样内外径的普通有褶过滤器元件具有更大的可用来过滤的表面面积。例如，对于具有如图2和3中所示径向褶的过滤器元件，过滤器元件的总表面面积由下式给出A＝2hNL(1)其中h是褶的高度，N是过滤器元件的褶的数量，以及L是沿过滤器元件轴向测出的褶的长度。
在有褶的过滤器元件中，其中邻接的褶沿过滤器元件的内径彼此间接触，褶的数量大致由下式给出N＝ (π(d+2t))/(2t) (2)其中t是复合物(过滤器介质+排流层+其它层)的厚度。
在没有铺叠的褶的惯用过滤器元件中，褶的高度由下式给出h＝ ((D-d))/2 (3)其中D是过滤器元件的外直径，和
d是过滤器元件的内直径。
相比较，在有象图2所示的被铺叠的褶的过滤器元件中，其中的褶的相邻腿的相对表面在整个褶的长度上紧密接触，能得到的最大褶高度hmax大致由下式给出hmax= (D2-d2)/(4(d+2t)) (4)在实用的有被铺叠褶的过滤器中，褶的高度小于最大的褶高度hmax，因为很难把褶制成完全是刀形边缘的褶。但是，实际褶的高度最好至少为hmax的80%，更好为90%，从而最佳地利用过滤器元件内外径之间的体积。
利用这些公式，可计算出本发明所提供的过滤器面积上的增加量。对于有10英寸长度L、0.175英寸复合物厚度t，1.2英寸内直径d，和2.75英寸外直径D的过滤器元件，由等式(2)给出褶的数量为N＝ (π·(1.2+0.35))/0.35 ＝13常规过滤器的褶的高度和本发明的过滤器的最大褶高度分别由等式(3)和(4)给出
h(常规过滤器)＝ ((2.75-1.2))/2 ＝0.775英寸hmax(被辅叠的褶)＝ ((2.752-1.22))/(4(1.2+0.35)) ＝1.239英寸把这些值加在等式(1)中给出下列表面面积，其中Amax是对于褶的高度hmax的最大可能的表面面积A(常规过滤器)＝2×0.775×13×10＝201.5平方英寸Amax(被铺叠的褶)＝2×1.239×13×10＝322.14平方英寸因此，在该例子中，本发明有铺叠褶的过滤器的最大可能的过滤器表面面积约比有同样内外径的常规有褶过滤器的面积多60%，尽管铺叠褶的实际高度仅为hmax的80%，但实用的过滤器表面面积仍为322.14×80%＝257.71平方英寸，该值比常规值高出28%。
本发明带有被铺叠褶的过滤器元件的所增表面积与有同样内外尺寸的普通过滤器元件相比较，增加了过滤器元件的使用寿命。
更进一步讲，所具有的处于被铺叠状态的褶产生了被均匀支撑的褶，并把集中的负载均分在过滤器元件上。这样减少了褶的移动，和增加了褶在波动的流动系统中保留粒子的能力。此外，当褶处于被铺叠的状态时，过滤器元件的端部表面被紧紧地压实，并且在过滤器元件上安装端盖过程中提供防止过滤器介质损坏的最大保护。
有褶过滤器元件的压降Ap由下式给出，其中过滤器元件具有上游和下游支撑和排流层;
Ap＝(K。h+Km/2h)·(μQ/NL)(5)其中μ＝要过滤的流体的绝对密度Q＝流体的容量流动比K。＝支撑和排流材料的沿边流动阻力系数Km＝过滤器介质的流动阻力系数h＝褶的高度l＝沿过滤器轴向上的褶的长度N＝褶的数量如果除了褶的高度以外，等式(5)中的所有参数是固定的话，则在褶的高度由下式表示时，压降Ap将是最小的h＝(Km/2K。)1/2(6)因此，在过滤器元件的外直径随意选择的情况下，本发明的过滤器的端压降能达到最小，而过滤器的效率通过选择外直径达到最大，使褶的高度满足等式(6)。
除采用外罩以外，其他方案也能用来把褶维持在被铺叠的状态。例如，该外罩可以用多个不相连的环代替，这些环套在过滤器元件10上，从而防止褶松开。另一种维持褶的适当手段是一种薄板材料，该薄板以充分的张力围绕过滤器元件缠绕，从而防止褶从铺叠状态上松开。图22是本发明第二个实施例的剖视图，其中图1的外罩由一个螺旋形的缠绕件50代替，该缠绕件由一种挠性材料的平行排列的条组成，该缠绕件绕过滤器元件10螺旋式地缠绕多圈。缠绕件50可用任何可与被过滤的流体相协调的材料制成。如果缠绕件50完全包住过滤器元件10的外周边，则缠绕件50最好是能渗透的。对于许多应用场合来讲，采用由Reemay公司提供的商标为Reemay的可渗透的、聚合物的无纺材料是适宜的。也可以使用Reemay材料的层制品。其他合适的材料的例子是油板纸和聚酯薄膜。
该缠绕件50可以是相对薄的材料而无须承受大的应力，因此最适于用在过滤器元件10承受由外向内的流体流动的情况。在这种情况下，缠绕件50仅需要强到足以把褶保持在被铺叠的状况，以及在通过过滤器元件10的流体方向瞬时反转期间抵抗所产生的径向向外的力。换句话讲，该缠绕件可以由比较坚固的材料形成，这种材料可抵抗与从内向外流动相对应的相对比较大的应力。可根据要求的过滤条件选择缠绕件50的张力。
该缠绕件50绕过滤器元件10缠绕时，在缠绕件50的相邻圈之间可有交搭或不交搭。例如，缠绕件50的相邻圈以完全不交搭的方式相互间毗连，或者利用交搭的方式毗连，可以绕过滤器元件10缠绕多层缠绕件50。但是，我们发现如果缠绕件50包括裸露的开口的话，与不缠绕的有褶过滤器元件相比，或与完全以缠绕件包住的有褶过滤器元件相比，该过滤器元件10的污物量大大增加。开口可以是在缠绕件50本身的材料上形成的孔，或者是留在缠绕件50相邻圈之间的缝隙。在图22的实施例中，缠绕件50绕过滤器元件10缠绕，从而以相邻圈间螺旋缝隙51的形式留下开口。
为了防止缠绕件50成为不利的负担，缠绕件50开口的尺寸要大得足以让被过滤流体内包含的所有有效的颗粒通过，进一步讲，开口的总面积一般小于圆筒形表面的总表面的50%，上述圆筒形表面由过滤器元件10的褶11的顶部确定。更好的是，开口的总面积在褶11的顶部确定的表面的总面积的从约6%到约30%的范围内。
缠绕件50最好以这样的方式加以固定，该方式可防止缠绕件从过滤器元件10上松开。固定缠绕件的一个方法是把缠绕件用粘合剂，如一种热熔粘合剂贴在过滤器元件10上，在缠绕件绕过滤器元件10缠绕时，把粘合剂加到缠绕件50上。能以在连续的或间断的点上粘合的方式将其加到缠绕件上，上述点上粘合剂的点与缠绕件50的边缘相平行地绕过滤器元件10成一螺线状。此外，如果缠绕件50由聚合材料制成的话，可以用一个热轮(hotwheel)将它熔接到过滤器元件10上，该热轮在转动过滤器元件10时沿过滤器元件10的长度推进。该缠绕件50能直接固定到过滤器元件10上，或者如果在缠绕件50的相邻圈之间有交迭的话，相邻的圈能直接固定到另一个上。也可以绕过滤器元件10缠绕而不直接将两者固定在一起，而仅借助于端盖40或象夹固件这样的其它机械部件固定邻接端盖40的缠绕件50的部分。
通过把过滤器元件放在心轴上，并在把缠绕件绕在过滤器元件上的同时，转动该心轴和过滤器元件的方式，把缠绕件50缠绕在圆筒形的过滤器元件10上。在缠绕的同时，使用象图5所示的漏斗形工具60，使过滤器元件的褶成形为被铺叠的状态。当心轴转动时，工具60可以沿过滤器元件的纵向前进。当褶从工具60的出口排出时，褶将处于被铺叠的状态，缠绕件50绕这种状态下的褶缠绕。
该缠绕件50不局限于单条材料。例如，该缠绕件50可由两条材料组成，它们以双螺旋的方式绕过滤器元件10缠绕。此外，缠绕件50可以用圆环形的方式而不是螺旋形的方式绕过滤器元件10缠绕。
本发明的有褶过滤器元件的许多例子被列在下面。每个过滤器元件的组份按从上游到下游侧的顺序列表如下元件A-外罩内圆筒形元件上游排流层Nalle挤出式聚丙烯网(NIF.013D26×31)过滤器介质具有10微米绝对迁移率(Rbsoluteremovalrating)的熔吹锥形微孔聚丙烯介质下游排流层Nellt挤出式聚丙烯网(NIF.013D26×31)褶的数量＝63褶的高度＝.600英寸外罩内直径＝2.60英寸，芯体外直径＝1.8英寸元件B-外罩内圆筒形元件上游排流层Nalle挤出式聚丙烯网(NIF.013D26×31)预过滤器有10微米绝对迁移率的热吹锥形微孔的聚丙烯介质过滤器介质有6微米绝对迁移率的热吹锥形微孔的聚丙烯介质下游排流层Nalle挤出式聚丙烯网(NIF.013D26×31)褶的数量＝58褶的高度＝0.650英寸外罩内直径＝2.60英寸芯体外直径＝1.8英寸元件C-外罩内圆筒形元件上游排流层Nalle挤出式聚丙烯网(NIF.020S16×16)预过滤器由厚聚丙烯纤维制成的纤维质深度过滤器(fibronsdepthfilter)和90微米绝对迁移率过滤器介质由厚聚丙烯纤维制成的纤维深度过滤器，约0.080英寸厚，20微米绝对迁移率下游排流层Nalle挤出式聚丙烯网(NIF.020S16×16)褶的数量＝24褶的高度＝0.830英寸外罩内直径＝2.45英寸芯体外直径＝1.3英寸元件D-有螺旋形缠绕件的圆筒形元件上游排流层Nalle挤出式尼龙网(NIF.020S15×15)缓冲层Reemay2250无纺聚酯过滤器介质在无纺聚酯基片上有6微米绝对迁移率的玻璃纤维介质下游排流层Nalle挤出式尼龙网(NIF.020S15×15)螺旋缠绕件Reemay2024无纺聚酯，该聚酯以聚酰胺热熔珠固定到过滤器元件上褶的数量＝63褶的高度＝0.750英寸芯体外直径＝1.875英寸元件外直径＝3.02英寸元件E-带螺旋形缠绕件的圆筒形元件上游排流层Nalle挤出式尼龙网(NIF.020S15×15)缓冲层Reemay2250无纺聚酯过滤器介质在无纺聚酯基片上有12微米绝对迁移率的玻璃纤维介质下游排流层Nalle挤出式尼龙网(NIF.020S15×15)螺旋形缠绕件Reemay2024无纺聚酯，该聚酯用聚酰胺热熔珠固定到过滤器元件上褶的数量＝40褶的高度＝0.530英寸芯体外直径＝1.123英寸元件外直径＝1.93英寸元件F-外罩内圆筒形元件上游排流层Reemay2011无纺聚酯上游过滤器介质有0.2微米绝对迁移率的尼龙膜下游过滤器介质同上流介质下游排流层Reemay2011无纺聚酯褶的数量＝127褶的高度＝0.86英寸外罩内直径＝2.65英寸芯体外直径＝1.4英寸元件G-外罩内圆筒形元件上游排流层带有FEP粘合剂的PTFE无纺物过滤器介质UPOO系统薄膜，(商标为Poreflon的可从SumitomoEleetric获得的PTFE薄膜)下游排流层有FEP粘合剂的PTFE无纺物褶的数量＝140褶的高度＝0.49英寸外罩内直径＝2.46英寸芯体外直径＝1.68英寸FEP条在过滤器元件的每个端内成为波纹状，从而有助于把端盖固定到过滤器元件上。
在上面的每个例子中，褶相邻腿的相对表面在过滤器元件的整个轴向长度方向上密切接触。
本发明所述的实施例指定用于径向由外向内的穿过过滤器元件的流体流。但是，也可将本发明的过滤器用于要过滤的由内向外的径向流动流体，该流体被导向穿过过滤器的过滤器元件10的铺叠褶。该流体被上游排流层13沿过滤器介质12的整个上游表面分布，包括那些靠近芯体20的过滤器元件10内深部的过滤器介质12的部分。然后，该流体穿过过滤器介质12，过滤该流体，并在过滤器介质12上或其里面淀积粒子。从过滤器介质12的下游侧，过滤后的流体沿下游排流层14排放，进入有孔的芯体20，然后排出过滤器。
该过滤器可以通过在相反方向穿过过滤器导入一种清洗流体来加以清洗。该清洗流体可以是一种气体，这种气体被回吹通过过滤器，或者它是一种液体，这种液体穿过过滤器回洗。例如，一种回洗的液体，象水，可以从有孔的芯体20的内部导入穿过过滤器元件10的被铺叠的褶11。
该回洗液体被下游排流层沿过滤器介质的整个下游表面分布，包括那些离开芯体20而靠近外罩30或缠绕件50的过滤器介质12的部分。然后，该回洗液体穿过过滤器介质12，从过滤器介质12内或从过滤器介质上游表面上带走粒子。然后，这些粒子穿过上游排流层13涌出，并随同回洗液体从过滤器中排出。流过过滤器元件的回洗液体的量与经由该过滤器元件过滤的流体的量之比约为10，最好在2-4的范围内。
本发明的过滤器适用于广泛的应用领域，一个具体的使用是作为一种预涂层的过滤器。一种预涂层的过滤器130的例子被示于图23中，该过滤器包括一个有孔的芯体20和一个被铺叠的过滤器元件10，该芯体和元件与图1所示的过滤器的芯体和元件相类似。另外，该预涂层的过滤器包括一个缠绕件50和防护件132，缠绕件用于固定预涂层131的隔膜，防护件用来防止预涂层131腐蚀。
为了抵抗径向的力来支撑过滤器元件10和隔膜50，芯体20可以由任何充分坚固的硬质材料构成，如前所述，该材料与要被净化的流体相协调。但是，预涂层的过滤器最好包括一个有孔的芯体，该芯体也可以省略，例如对于该过滤器元件具有能承受径向力的充分的结构上的完整性的场合。
如前所述该过滤器元件10可以是一个单层或多层的复合物，并且可以包括任何合适的过滤器介质以及排流部分和缓冲层。例如，在预涂层的过滤器用于核冷凝水终端过滤器(nucleercondensatepolishing)的场合中，其中要净化的流体是水，该过滤器元件包括一个过滤器介质，该介质被夹在上游排流层和下游排流层之间。每个排流层由聚丙烯挤出式网组成。过滤器介质最好包括一种纤维质介质，该介质由芳香族聚酰胺纤维组成，象以Kevlar商标从DuPontdeNemoursE.I.公司获得的这类材料，这类材料制成纤维并且在纤维束或无纺聚合物基片上粘上树脂，从而形成介质的下游侧，过滤器介质的微孔尺寸尽可能地小，使过滤器元件能截获到全部的粒子，从而在预涂层上的任何细小粒子被过滤器介质挡住，上述细小粒子可穿过隔膜。
过滤器元件的微孔尺寸也可以小得足以截获在被过滤的流体中的额外细粒，这些细粒太小，以致于不能由预涂层131拦截。
隔膜50最好由一个挠性的能渗透的缠绕件组成，该缠绕件如前所述绕着并完全覆盖过滤器元件10缠绕。最好，隔膜50充分地坚固，使它不仅用作预涂层131的支撑，还做为把过滤器元件10保持在被铺叠状态的装置，在过滤期间(在预涂层的过滤器元件承受径向向内的液流时)和回洗期间(在预涂层的过滤器元件承受径向向外的液流时)都起这两个作用。隔膜50最好还坚固到足以抵抗径向向外的压力，该压力是在回洗时作用在预涂层的过滤器上的。一般，这些压力在大约10帕到大约100帕的范围。
优选隔膜50具有一个微孔尺寸，该尺寸能防止在预涂材料上的大多数颗粒通过，允许一块预涂材料构成隔膜的上游表面。如果预涂材料上的最小颗粒穿过隔膜50的话，它们能被过滤器元件10截获，过滤器元件具有很高的排污能力，并因此不会被细小的粒子阻塞。因为隔膜50不必抓住预涂材料上的所有粒子，所以它可以有这样的孔隙度，该孔隙度能使隔膜在长时间地使用后才清洗或替换。
制造隔膜50的材料取决于要过滤的流体的和预涂材料的特性。例如，一种合适的隔膜材料是耐腐蚀金属的编织网，如不锈钢。编法选择要适当，包括方形编法和Dntchtwill编法，因为方形编法比较薄和更易夹固，最好是方形编法。在其他应用中，隔膜可以是聚合物网或无纺聚合物纤维。对于核冷凝水终端过滤来讲，用于隔膜的最佳材料是120×180×0.004(英寸)×0.0035(英寸)方形编法的不锈钢网。
隔膜50可以任何方式加到过滤器元件10上，只要使所有向内穿过过滤器元件10流动的流体必须首先经过隔膜50。在本实施例中，隔膜50是采用有平行侧的条的形式，该条绕过滤器元件10的整个长度缠绕多圈。为了防止预涂材料越过隔膜50，隔膜50的相邻圈最好相互交叠。基于隔膜50的厚度选择交叠量。例如，通过以50%的交叠缠绕隔膜50，能绕过滤器元件10设置双倍厚度的隔膜50。隔膜50不必采用螺旋缠绕的方式，并能被以过滤器元件10的环形方向缠绕来代替。但是，在用窄宽度的隔膜50用来缠绕任何长度的过滤器元件10时，螺旋形缠绕是有利的。象激光切割这样的适当的切割方法能用来确保在隔膜条上不出现尖锐的边。
最好以一种方法限制隔膜50运动，该方法防止隔膜在一般的搬运和操作过程中从过滤器元件10上松开。一种固定隔膜50的方式是由结合剂，象一种热熔粘合剂把隔膜装配到过滤器元件10的外周边上，上述粘合剂在隔膜绕过滤器元件缠绕时加在上面。该结合剂可以以连续或间断的形成珠线的形式加在隔膜上，上述所形成的珠线绕过滤器元件10与隔膜平行地成一螺旋线形。此外，如果隔膜50用聚合材料制造的话，可以用一个热轮把隔膜熔接在过滤器元件10上，该热轮在转动过滤器元件10时沿过滤器元件10的长度行进。取代或除了把隔膜50直接装配到过滤器元件10上以外，如果在隔膜50的相邻圈之间有交叠的话，相邻圈能用焊接或结合的方法彼此直接固定。但在许多情况下，绕过滤器元件10缠绕隔膜50，不直接将二者固定和不把隔膜50的相邻圈彼此固定，而仅通过把隔膜50结合或固定到端盖上，或者用象粘接带或金属带，如不锈钢带来固定相邻过滤器元件10轴向端部的隔膜50的端部就足矣了。
当把预涂用到预涂层的过滤器上，并当要过滤的流体穿过该预涂层的过滤器时，流体径向向内流过该预涂层的过滤器，并由此产生一压力落差。由于该压力落差，一个径向向内的力作用在过滤器元件上。由于这个向内的力，普通的有径向伸出褶的有褶元件会被压缩或毁坏。这个压缩将导致隔膜起皱或变形，并且它还导致预涂层断裂或破裂，这是所不希望的。但是，因为实施本发明这个方面的预涂层的过滤器130的褶彼此间是铺叠的，所以隔膜50可以很坚固地紧紧缠绕着过滤器元件10，而不破坏该褶。在过滤开始之前，过滤器元件10越是密集，则在过滤期间，过滤器元件10、隔膜50、预涂层131的压缩量越小。所以，隔膜50最好以充分的最初张力缠绕过滤器元件，使预涂层131在经受预涂过滤器的工作压力下不断裂。例如，隔膜50可以用宽度上每英寸30磅以上或更多的张力缠绕过滤器元件10。隔膜50的最初张力取决这样的因素，象预涂层的过滤器130的性质和过滤期间的工作压力。最好是，隔膜50以这样的最初张力缠绕，使预涂层的过滤器130直径的压缩不大于约5%，上述压缩是由于过滤时横跨过滤器130上的压力落差产生的。用隔膜50紧紧地缠绕过滤器元件10，不仅在过滤之前压缩了过滤器元件10，而且防止在预涂层的元件上的压力变化期间褶的移动，这种移动会导致预涂层131的断裂。
尽管在褶处于被铺叠状态时，过滤器元件10的褶的相邻腿被挤压成密切接触状态，由于预备了排流层，流体仍能比较容易地沿过滤器介质的上游和下游表面流动。所以，用隔膜50紧紧地缠绕过滤器元件10不损害过滤器130的过滤能力。
隔膜50由防护件132环绕，该防护件作为一种流动较直件防止绕预涂层的过滤器130的流体湍流侵蚀预涂层131，该防护件132还在瞬时支撑该预涂层131，在这期间穿过预涂层过滤器132的径向向内液流的流动被减小或停止。该防护件132能用多种材料制造，这些材料是充分渗透性的，使预涂材料能容易地穿过它。用于防护件的适当材料的例子是一种聚合物编织网，如美国专利4，904，380号公开的，该网能用各种技术绕隔膜50设置。例如，它可以是绕隔膜50缠成螺旋形缠绕件的网带的形式，或者是片材的形式，二者形式都可沿预涂元件完全或仅局部地伸延。
如前所述涂覆预涂层的过滤器还包括被固定到一个或多个芯体上的端盖;铺叠的过滤器元件;和以任何适当方式设置的隔膜。利用端盖固定隔膜50的端部并防止它松开。如在端盖安装之前，用机械约束件象带或条把隔膜50的端部限制住的话，就能把端盖装在该约束件上面。虽然未表示出，但端盖可装有一个普通的密封件，象密封垫或O形圈，用来把预涂层的过滤器与要使用的过滤系统密封连接。
该涂覆预涂层的过滤器进一步包括一个有孔的外罩或类似的部件，该部件环绕防护件132，使防护件132就位并使过滤器增加强度。外罩有在其上形成的开口，该开口最好充分地大，使得不造成流体流动的障碍，并不产生明显的压力落差。该外罩可具有普通的结构，并可用任何与过滤流体相协调的材料制造。
具有铺叠褶的涂覆预涂层的过滤器优于普通有褶过滤器，因为有铺叠褶的预涂层的过滤器具有比有同样内外尺寸的普通有褶过滤器更大的表面面积。这意味着带有铺叠褶的预涂层的过滤器有较长的使用寿命，并能截获预涂层131的细小粒子，这些粒子在扩展的周期穿过隔膜50而未受阻。
此外，因为褶是被铺叠的，当隔膜50绕过滤器元件10缠绕，和当流体流过预涂层131和预涂的过滤器130时，这些褶较好地抵抗了由于这时所产生的压缩力导致的破坏。这些力被沿着每个铺叠褶的腿分散出去，而不是集中在普通径向伸延褶的顶部。从而隔膜50可以更紧地绕被铺叠的过滤器元件10缠绕，并且该被铺叠的过滤器元件10能承受比普通有褶过滤器更大的预涂压力落差。
更进一步讲，褶所具有的被铺叠的状态导致了褶被均匀支撑，并起到将涂覆预涂层的过滤器的集中负载分布开的作用。它减少了褶的运动和增加了褶保留脉冲流动系统中粒子的能力。此外，当褶处于被铺叠状态时，过滤器元件的端部表面是非常紧密的，并更有效地防止了在把端盖安装到过滤器元件端部上时对过滤器介质的损坏。
在涂覆预涂层的过滤器在过滤系统中安装完毕之后，把预涂层131施加到隔膜50上。可以根据要被过滤的流体选择预涂材料，而且本发明的预涂层的过滤器不局限于使用任何特别型号的预涂材料。对于核电厂的冷凝水终端过滤系统来讲，预涂材料常常包括离子交换树脂。此外，该预涂材料可以包括任何其它适当的材料，象硅藻土。预涂层的厚度取决于所要求的过滤特性和/或离子交换特性。可以用任何适当的方法把预涂层131加到隔膜50上，象那些使用预涂层的过滤器的现有过滤系统中通常用的方法。例如，含有预涂材料的浆料由外向内导入预涂过滤器130，直到在隔膜50上和在防护件132内淀积了足够的块状物。
在隔膜50上有了预涂层131，被过滤的流体，一般是一种液体，可以穿过预涂层131、隔膜50，过滤器元件10。该预涂层131可以实现二个目的，一个是通过在预涂层131内截获粒子来消除粒子，另一个是通过离子交换或吸附消除杂质。该过滤器元件10可用来捕获预涂层131的小粒子，上述粒子是从预涂层131中取出并穿过隔膜50。进一步讲，具有大表面积的有褶过滤器元件10有足够小的微孔尺寸，从而可以除去被过滤流体中的小粒子，这些小粒子能穿过预涂层131和隔膜50。因此，该有褶过滤器元件具有比预涂层或隔膜的孔隙率小的孔隙率。
当预涂层已耗尽或者成为颗粒的阻碍以致于跨越隔膜50的压力落差变成难以接受的高值时，用回洗方式把预涂层从隔膜50上除去。回洗是通过与过滤时相反的方向穿过过滤器流过一种回洗流体完成的，例如水，从内向外穿过前述的涂覆预涂层的过滤器。防护件132是充分渗透的，预涂层131能容易地从中移出，然后被适当地除去。再者，既使隔膜50紧紧地缠绕着过滤器元件10。由于预备了排流层，回洗流体能容易地沿过滤器介质的上游和下游表面流动。此外，回洗时回洗流体的流动速率、压力、和其他参数可与普通预涂层的过滤器常用的一样。可以在设置的时间间隔上进行回洗，或者一旦当跨越预涂层过滤器130的压降在过滤期间达到一个预定的水平，则进行回洗，上述预定的水平指过滤器元件10或隔膜50已阻塞了。回洗不仅用来从隔膜50上除去预涂层131，而且用来通过从过滤器元件10排出粒子来清洗过滤器元件10。当预涂层131被回洗除去之后，新的预涂层131可以用同原有的预涂层131同样的方式加上去，该预涂元件能再次用来过滤。
本发明的预涂元件不局限在有铺叠褶的一种，也可以将一个普通有褶元件缠绕隔膜，这种普通有褶元件具有不是铺叠状态的径向伸延的褶，隔膜顶在褶上并最好直接接触褶。但是，这样的普通有褶元件仅能以低得足以消除有褶过滤器元件的褶的变形的张力用隔膜50缠绕。这样，在过滤工作期间，这些褶会有相对运动或受到横跨预涂层的压差被压缩，从而伴随预涂层的破裂导致隔膜变形。然而，在这样的使用中，即在过滤期间横跨有褶过滤器仅出现小的压力落差，而且这些褶仅有小的相对移动，可以以很小的张力绕普通有褶元件缠绕隔膜，能使一个普通的有褶元件用作一个预涂层的元件。
图24表示了本发明的第二种涂覆预涂层的过滤器140。为了克服传统的径向伸延褶的脆弱性能，过滤器元件10的褶形成多个组141，每个组含有多个褶，并且相邻的褶组被楔形支撑件142分开。这种具有被楔形支撑件分组的褶的过滤器元件被详细说明在美国专利4，154，688号上。如前所述第二种预涂层的过滤器140进一步包括端盖和绕过滤器元件10缠绕的隔膜50，并还可以包括一个防护件132。进一步讲，该第二种预涂层的过滤器140可被如前所述地预涂和回洗。楔形支撑件142固定褶，使隔膜50可以绕过滤器元件10紧紧缠绕。此外，第二种预涂层的过滤器元件140能承受大压差。但是，楔形支撑件142减少了有用的过滤面积，这是第二种预涂层过滤器140不如第一种预涂层过滤器130之处。
权利要求
1.一种过滤器，它包括一个圆筒形过滤器元件，该元件具有一个径向的轴、第一和第二端面和多个径向上的摺，每一个褶具有一对腿，每个腿具有第一和第二表面，这些褶处于被铺叠的状态，其中在每个腿的基本上整个高度上以及在该过滤器元件轴向长度的至少约50%的延伸连续区域上，一个腿的第一表面与所述褶的相邻腿的第一表面紧密接触，而所述腿的第二表面与相邻褶的相邻腿的第二表面紧密接触；以及第一不可渗透的端盖连接到该过滤器元件的第一端面上。
2.一种过滤器，它包括一种圆筒形过滤器元件，该元件包括一个径向轴，一个内半径，一个外半径，和多个径向上的褶，每个褶具有比内半径和外半径之间的差值大的高度;和一个绕过滤器元件缠绕的缠绕件。
3.一种组装过滤器的方法，包括制备波纹状的过滤器复合物，该复合物包括具有上游和下游侧的过滤器介质，在该过滤器介质上游侧的上游排流层，和在该过滤器介质下游侧的下游排流层;把复合物制成一个圆筒形的过滤器元件，它具有一个中心和沿径向轴伸延的摺，每一个褶具有第一和第二腿，每个腿具有第一和第二表面;把褶制成被铺叠的状态，在此，在每个腿的基本上整个高度上和在过滤器元件长度的至少约50%延伸的一个连续区域上，每个褶的一个腿的第一表面与所述褶的相邻腿的第一表面紧密接触，而每个腿的第二表面与相邻腿的第二表面紧密接触;以及把褶保持在被铺叠的状态。
4.一种打褶装置，包括一个用来支撑被打褶材料的支撑面;具有第一打褶面的一个打褶件;一个限料件，该限料件具有由一个间隙与第一打褶面分开的第二打褶面，该间隙用来容纳被打褶的材料，第一和第二打褶面的至少一个以相对支撑面的锐角弯曲或伸延;以及用来产生打褶件和限料件相对运动的驱动装置，来压缩在第一和第二打褶面之间间隙内的材料。
5.一种打褶方法，包括把材料放在支撑面上;把材料的一部分插在第一和第二打褶面之间，第一和第二打褶面的至少一个以相对支撑面成一锐角地弯曲或伸延;以及挤压在打褶面之间的该部分材料形成一个褶。
6.一种预涂层的过滤器，包括一个具有径向轴和多个径向褶的有褶过滤器元件，和一个隔膜，它被用来支撑预涂层，该隔膜绕着该过滤器元件周边缠绕并且靠在上面。
7.根据权利要求6的预涂层的过滤器，其中有褶过滤器元件的褶处于被铺叠的状态。
8.一种过滤方法，包括把一种预涂浆料加到隔膜上，并在隔膜上形成预涂层，该隔膜绕有褶过滤器元件缠绕，并且靠在上面;以及使流体连续地流过预涂层、隔膜和过滤器元件来过滤该流体。
9.一种过滤方法，包括使流体沿径向的一个方向流过有褶的过滤器元件，该元件具有处于被铺叠状态的褶，以及使回洗流体以相反的径向方向流过过滤器元件的被铺叠的褶。
全文摘要
本发明描述了一种过滤器元件，该元件具有被压倒的褶，用于制造有被压倒褶的过滤器元件的方法的装置，以及一种有有褶过滤器元件的预涂助滤剂的过滤器。本发明还进一步描述了过滤和回流具有被压倒褶的过滤器的方法。
文档编号B31C99/00GK1091052SQ931129
公开日1994年8月24日 申请日期1993年11月6日 优先权日1992年11月6日
发明者小·R·C·施托耶尔, S·D·霍普金斯, K·M·威廉森 申请人:帕尔公司