非圆柱形过滤元件的制作方法

专利名称：：非圆柱形过滤元件的制作方法
技术领域：
：10本发明涉及一种流体过滤器，用于从气态流，例如空气流中除去杂质。
背景技术：
：在许多工业领域中使用过滤元件，以除去空气传播的污染物，来保护人类，环境，并经常保护关键制造工艺或由该工艺制造的产品。始终有设计不同过滤元件的需求。15
发明内容提供了非圆柱形过滤元件。优选地，所述过滤元件具有至少两个扁平或平面的过滤面板。要过滤的流体，例如空气，通过所述面板，优选通过每个所述面板进入过滤元件。提供了出口孔，它具有大体与过滤器横截面相同的形状。具有三个过滤元件的过滤元件会大体呈三角形状，并具有大体三角形的出口孔。20本过滤元件的设计可以这样，使得在出口孔和任何出口管或管道之间形成轴向与径向的密封。所述过滤元件可以包括一体模制的出口凸缘或轴环，用于连接到出口管。现参见附图，其中类似的附图标记贯穿几个视图表示相应的结构图1是本发明的过滤元件的透视图；图2是图1的过滤元件可操作地连接到出口管的透视图；5[OOll]图3A是图1的过滤元件的端视图；图3B类似于图3A;图4A是过滤元件沿图3A的线4-4的横截面视图，过滤元件包括其上的出口管；图4B是HG.4A的部分的放大截面，示出出口密封的细节；10图5是本发明的过滤元件的第二实施例的透视图；图6A是图5的过滤元件的端视图；图6B类似于图6A;和图6C是图6A的过滤元件沿线6-6的部分的截面视图。具体实施例方式15现参见附图，在图1至图4B中以附图标记10示出了本发明的过滤元件。过滤元件10是流体过滤器，也就是说，过滤元件10从流体流中过滤出或除去杂质。在许多实施例中，过滤元件10是气体过滤器，设置用于从气流中除去杂质。在大多数实施例中，待过滤的气体是空气。过滤元件IO特别适用于飞行器或其他轻型车辆中，用于过滤舱室内空气。在客机中，过滤元件10—般位于20货舱中，在客舱下面。在使用中，过滤元件10在许多实施例中是可拆除地置于外壳，管道或其他结构中。所述外壳、管道或其他结构可能或可能没有完全覆盖住或包住过滤元件10。过滤元件10具有第一端12和相对的第二端14。过滤元件包括过滤面25板16和支撑结构18，将在下面进行描述。面板16和支撑结构18—起在第一端12和第二端14之间形成过滤器内部15。面板16提供进出内部15的流体通路。第二端14包括孔20，它提供进出内部15的流体通路。在图2，4A和4B中，管道44连接至孔20。在优选的构造中，面板16提供进入内部15的流体通路，并因此是进入过滤器10的内部15的入口。因此，待过滤的流体通过面板16，而面板16提供过滤。与面板16成为进入过滤器10的入口一样，孔20提供了从内部15出来的通路，并因此是从过滤器10的内部15的出口。面板16相对内部15径向安置，而孔20相对内部15轴向安置。在这种构造下，当从面板16(例如入口)向孔20(例如出口)运动时，待过滤的流体改变方向，例如转变方向。一般来说，没有空气或其他流体从内部15通过面板16排出。过滤元件10—般是非圆柱形元件。在所示的具体实施例中，过滤元件10是三面的过滤元件11，由3个大体扁平或平面的面板16组成。术语"大体扁平"或"大体平面"，是指面板可能不是完全扁平或平面(即，具有0°的表面角)，而是可能包括轻微的倾斜，凹入的变化，弯曲，或在其表面或结构上有类似情况；总之，"大体平面"或"大体扁平"面板的总体表面角度，从一端到另一端，不大于IO。，优选不大于5。。在一些实施例中，过滤元件10没有圆形或弯曲的表面，例如，提供过滤的面板16。过滤元件10包括至少2个过滤部分或面板16;优选过滤元件10包括至少3个过滤面板16。对于三面过滤元件ll，面板16以第一面板16a，第二面板16b，和第三面板16c表示。应该理解，过滤元件10可以具有任意数量的面板16，不过，随着面板16数量的增加，设计和组装所述过滤器10的成本一般也增加，因此，优选较少的面板16。优选面板16的数量包括3，4，6和8。所述至少2个面板16彼此成角度安置，或它们可以彼此相对安置。所述至少两个面板可以均匀间隔。例如，具有两个面板16的过滤元件可以使面板16彼此相对且相互平行。作为另一个示例，具有三个面板16a，16b,16c的过滤元件10以大约120°间隔开。另外，具有两个面板16的过滤元件可以使面板16相对于彼此成角度，例如，成90°角。应该理解，除了O。之外的其他角度(即，使面板16彼此成平面或共平面)都是合适的。优选地，每个面板16a，16b，16c的尺寸、形状和过滤材料相同，尽管不需要所有的面板具有相同的尺寸、形状和/或者过滤材料。面板16是平面或扁平的；即，它们不是圆形或弯曲的。平面或扁平的特征是由于面板16采用了刚性材料。在以后的实施例中，可能会提供非平面或弯曲的面板，不过，本申请是指采用平面、非弯曲的过滤面板16。面板16由支撑结构18固定在一起，所述支撑结构可以是合适的框架，构件，和材料的任意组合，以对面板16提供支撑并形成内部15和孔20。用于支撑结构18任何部分的合适材料的例子包括金属(例如，铝，钛)，聚合或塑料材料(例如，聚乙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚丙烯，聚碳酸酯，氨基甲酸乙酯或聚氨酯)，合成材料，或其任意组合。在一个实施例中，支撑结构18包括铝金属构架，作为框架以支撑面板16;和硬聚合材料，模制以包裹金属框架，并从元件10的外部密封内部15。在另一个实施例中，支撑结构18包括硬塑料，模制作为框架以支撑面板16;和软聚合材料，模制以包裹硬塑料框架，并从元件10的外部密封内部15。支撑结构18可以包括细节和特征，以将过滤器10接至安装支架或其他支撑结构上。过滤元件10的面板16(或者，对于所示具体实施例，过滤元件11的面板16a，16b,16c)从通过其间的流体中过滤颗粒物和化学污染物。面板16可以包含单个要素或层，来完成从通过其间的流体中除去化学物和颗粒物。不过，如同在优选的实施例中，面板16包括多个要素或层。参见图4A，示出了面板16c具有4层，第一介质层22，第二介质层24，第三介质层26和第四介质层28。用于任何介质层22，24，26，28的合适层的第一个示例，是低压力降刚性物，具有多个通道穿过其间，所述通道具有带有吸附材料的表面。流体沿着通道的方向通过通道，所述通道一般呈直线。存在于流体中的杂质被吸附，吸收，收集，保留，反应，或以其他方式被吸附材料从流体中除去。刚性物可被设置用于除去特定的杂质。例如，可以设计物体用于除去酸性物质，碱性物质，有机物质，或其任意组合。所述刚性物的例子参见美国专利号6,645,271(Sequin等)，该文献的全部公开内容在此被结合入本文。仍处于申请阶段的美国专利申请序列号10/947,732(Ding等)，申请日为2004年9月23日，发明名称为"AdsorptiveFilterElementandMethods(吸附式过滤元件及方法)"，提供了刚性元件，专门设计用于去除含有羰基的化合物；该申请在此被结合入本文。应当理解，刚性元件或本文描述的任何过滤元件，可以从它们的原始设计进行修改，以获得本申请的理想特性。例如，在刚性物的制造过程中的任何时侯，可对物件的基片进行处理，以获得物件理想的最终特性。例如，铝基片可被蚀刻或以其他方式处理，以增加粘合剂至表面的黏附力，或为了其他原因。用于任何介质层22，24，26，28的合适的层的另一个示例，是低压力降纤维物，具有多个通道穿过其间，所述纤维物己充满多种材料，以吸附，吸收，或与杂质反应。仍处于申请阶段的美国专利申请序列号10/928,776(Dallas等)，申请日为2004年8月27日，发明名称为"AcidicImpregnatedFilterElement,andMethods(酸性浸渍的过滤元件及方法)"，提供了浸渍的多孔元件，专门设计用于去除碱性或碱化合物；该申请在此被结合入本文。仍处于申请阶段的美国专利申请序列号10/927，708(Dallas等)，申请日为2004年8月27日，发明名称为"AlkalineImpregnatedFilterElement,andMethods(碱性浸渍的过滤元件及方法)"，提供了浸渍的多孔元件，专门设计用于去除酸性化合物；该申请在此被结合入本文。仍处于申请阶段的美国专利申请序列号ll/016，013(Ding等)，申请曰为2004年12月17日，发明名称为"ImpregnatedFilterElement,andMethods(浸渍的过滤元件及方法)"，提供了浸渍的多孔元件，专门设计用于去除含有羰基的化合物；该申请在此被结合入本文。有关去除碱性物质，酸性物质，含有羰基的化合物，和有机物的其他细节，提供在仍处于申请阶段的PCT申请序列号为US05/30577,申请日为2005年8月25日的申请中。用于任何介质层22，24，26，28的合适的层的第三个示例，是含纤维或颗粒物的过滤层。颗粒层的合适示例包括随意排列的无纺纤维层，传统过滤介质的薄层，和折叠的传统过滤介质。优选使用的过滤介质是HEPA介质。HEPA过滤器在过滤器领域内被认为是"高效颗粒物空气"过滤器。HEPA介质是提供过滤效率的过滤介质。当用基本上单分散的0.3微米微粒进行测试时，HEPA介质具有99.97%去除的最低效率。所述介质可以是任何合适的HEPA介质，并且可由纤维素，聚合物材料(例如，纤维胶，聚丙烯，聚碳酸酯等)，玻璃或玻璃纤维，或自然物质(如棉)制成。其他HEPA介质材料是己知的。微纤维玻璃是HEPA介质的优选材料。用于飞行器用途的合适HEPA介质是商用的H&V"HB-7633"。任何纤维或介质材料可被静电处理，和/或包括一层或多层材料。可以包括一层或多层细纤维，例如美国专利号6,673,136(Gillingham等)中所介绍的。可以以任意顺序提供任何或所有这些不同的介质层，以提供面板16。再次参见图4A，示出面板16具有第一介质层22，第二介质层24，第三介质层26,和第四介质层28。在优选的构造中，第一介质层22是折叠的HEPA过滤元件，设置用于去除颗粒物，第二介质层24是刚性介质，具有浸渍的吸收剂材料(例如美国专利号6,645,271中所介绍的)，第三介质层26是刚性介质，具有浸渍的吸收剂材料(例如美国专利号6,645,271中所介绍的)，和第四介质层28是刚性介质，设置用于去除含羰基的化合物，特别用于去除乙醛(例如美国专利申请号10/947,732所介绍的)。因此，在使用中，要过滤的流体会首先通过HEPA过滤层，然后通过两个刚性层以除去酸性和碱性物质，并然后通过一层以除去乙醛。应当理解，这对于介质层是一个示例性设置，其他的结构也是合适的。例如，没有、一个、两个、或任意数量的介质层可以是刚性的和/或浸渍的，或者不同的层可被充满不同的材料和/或被设置以提供不同的路径通过所述层。已过滤的流体，例如空气，到达过滤元件10的内部15。从内部15，流体通过孔20离开过滤元件10。在元件10的第二端14存在孔20。孔20包括出口孔30，它提供进出内部15的通路。在具体的实施例中，出口孔30是三面的出口孔31，在下文会进一步描述。围绕孔30的是出口轴环或凸缘32。轴环32优选具有圆形外圆周，下面将会描述原因。出口孔30优选具有与面板16的数量相同的侧面数。对于三面过滤元件ll，所述孔是三面出口孔31。孔31，和任何非圆形的孔30，不需要是真的多边形，但可以包括圆的或弯曲的侧面和/或角。例如参见图3A。孔31具有大体三角形状，但具有圆角或圆的拐角和弯曲的侧面；孔31可被认为具有三椭圆或三叶形状。选择出口孔30的形状以对应过滤元件10的总体形状，过滤元件的总体形状取决于面板16的数量。出口孔30优选跟随与内部15相同的大体形状，由面板16和支撑结构18形成。使出口孔30大体对应内部15的形状使得比采用圆形出口有更大的出口孔面积。例如，对于孔31，三个角比圆形出口延伸更长，因此获得更大的出口面积。增加的出口面积是理想的，因为它降低了出口流体的速度，因而减少了压力损失。轴环32被设置以接纳管道44(见图2和4A)并在其间形成无泄漏的密封。轴环32的特定设置提供了对管道44的轴向和径向密封。如在图3A和4B中最佳可见，轴环32包括内周表面34，止块或纵向表面36，内表面34上的斜面边38，和相对于内表面34的外周表面40，和在外表面40的止动唇缘42。内表面34，止块36和斜面边38具有与孔30大体相同的形状，所述孔30在示出的实施例中是孔31。外周表面40和止动唇缘42具有大体圆形形状。轴环32通常可以与支撑结构18—起模制形成；轴环32可以与支撑结构18成一体。这样的构造消除了需要用单独的凸缘连接至过滤元件10。参见图2和4A，管道44被设置以匹配在轴环32内，并且具体地讲，在内周表面34内。管道44被专门设置以匹配孔31的三椭圆或三叶形状。通过使管道44形成与孔31相同的形状，管道44只有3个适当的定向可用，这在某些设置中比不定数量的定向更优选，所述不定数量的定向是指管道是圆形并形成圆形出口孔的情况。管道44包括过渡区域46，它从三椭圆形或三叶形变化成圆形，因而使得过滤元件11可连接至圆形管道系统。如图4A和4B所示，为了将管道44通过孔20连接至过滤元件10,管道44通过斜面38容易地滑入轴环30。管道44被推入密封抵靠内表面34和止块36。在管道44和内表面34之间形成径向密封，并在管道44和止块36之间形成轴向密封。利用带状夹具50来紧固轴环30和管道44。带状夹具50位于轴环32上抵靠外表面40，在轴环32的止动唇缘42和管道44上的边48之间。安置在唇缘42和边48之间提高了夹具50的稳定性，并降低了夹具脱开的可能性。如上所述，轴环32具有圆形的外周。当带状夹具50设置在轴环32上止动唇缘42的后面时，带状夹具50围绕外周与轴环32连续接触，因而，由带状夹具50施加的压力是围绕轴环32和管道44均匀分布的载荷。参见图5和6A，6B，6C,示出了本发明的过滤元件10的第二个实施例。这些附图中过滤元件10的具体实施例是过滤元件100。应当理解，过滤元件10的任何特征可以任何组合用于过滤元件100，反之亦然。过滤元件100具有第一端112和相对的第二端114。过滤元件包括过滤面板116和支撑结构118。面板116和支撑结构118—起在第一端112和第二端114之间形成过滤器内部115。面板116提供流体进出内部115的通路，因而提供进入内部115的入口。第二端114包括孔120，它提供流体进出内部115的通路，并因而提供从内部115的出口。在这个实施例中，第一端112上包括标记;应当理解，任何过滤元件的实施例可包括标记，或，没有标记显示。所述标记可用来识别过滤元件100的制造商，或者用于传达，例如，安装说明。过滤元件100是非圆柱形元件，具体地讲，是三面过滤元件，由三个平面或扁平的面板116构成。过滤元件100没有圆形或弯曲的表面用于过滤。过滤元件100包括至少两个过滤部分或面板U6;在本实施例中，过滤元件100具有三个面板116，以第一面板116a,第二面板116b，和第三面板116c表示。优选地，每个面板116a，116b，116c的大小、形状和过滤材料相同，尽管所有的面板具有相同的大小、形状和/或过滤材料不是必要的。面板116优选是平面或扁平的；即，它们不是圆形或弯曲的。面板116从通过其间的流体中过滤掉颗粒物和化学污染物。面板116可以包括单个要素或层，来完成从通过其间的流体中去除化学物和颗粒物。虽然没有具体示出，本实施例的每个面板116由多个层组成，类似于过滤元件11。适于面板16的相同材料也适用于面板116。过滤元件100的孔120提供进出内部115的通路。在具体的实施例中，孔120是三面出口孔，如下文将进一步描述的，由结构122形成，所述结构122在很多方面类似于过滤元件11的轴环32。结构122包括外表面124和内周表面134。在本实施例中，结构122的外表面124和内表面134具有大体相同的形状，即，它们均大体是三角形，不像过滤元件ll，其中外表面40大体是圆形，而内表面34大体是三角形。孔120和结构122具有与面板116的数量相同的侧面数，即，在本实施例中为三。孔120和结构122具有大体三角形状，但具有圆角或圆形角。选择孔120的形状，和本实施例中结构122的形状以对应过滤元件100的总体形状。参见图6C，示出了结构122的部分的放大图，接近安装支架150,过滤元件100会被安置在支架上。如上所述，结构122类似于过滤元件11的轴环32，除此之外，例如，结构122不像轴环32延伸远离结构18那样，延伸远离结构118。结构122包括槽道，槽或其他保留密封136的凹陷区域。结构122，尤其是密封136，具有低的或无间隙；即，结构122延伸通过过滤元件100的支撑结构118不超过约lcm，优选不大于约0.5cm。在优选的实施例中，结构122与端部114平齐或向端部114凹入。在使用中，过滤元件100会在结构122，尤其在密封136，可操作地密封抵靠支架150，以提供无泄漏的密封。支架150包括突出部分155，延伸朝向过滤元件100。突出部分155可以是径向或斜面边，并具有至少约O.lcm(lmm)的高度，或至少约0.2511的高度。使用前，过滤元件100滑入抵靠支架150就位。具有低或无间隙的结构122便于使过滤元件100滑入至其位置，使支架150和过滤元件100之间所需的间隙最小。当适当安置时，过滤元件100通过密封136与支架150形成轴向密封。取决于突出部分155的构造，也可以形成径向密封。密封136是充分可变形的，挠性的和/或有弹性的，以允许突出部分155嵌入密封136中；密封136—般是低硬度材料。用于密封136的适合材料的示例包括氨基甲酸乙酯，聚乙烯，硅酮，橡胶，和其他类似材料。密封136可以是，例如，巻状密封，可以是成型在位，例如通过一种成分或多种成分的泡沫材料和凝胶注入在位而形成。密封136与突出部分155和支架150的接合应该是没有断开的连续的密封。过滤元件100可以大体水平位置安置，如图所示，使出口大体水平从内部115出来，或者，过滤元件100可以大体垂直位置安置，使出口大体垂直在内部115的上面或下面。过滤元件100包括三个安装元件140和三个安装元件145。在本实施例中，安装元件140既用作手柄，以便于移动和举起过滤元件100,也用作安装机构，以将过滤元件安装和锁定在理想的位置，例如以便使用。安装元件145也将过滤元件IOO安装和锁定在理想的位置。不必要使用所有的三个安装元件140和三个安装元件145;这取决于过滤元件IOO要安装到的外壳，管道或其他结构。例如，可釆用只二个安装元件140连同所有三个安装元件145。也可采用安装元件的其他设置。应当理解，可利用安装元件140来安装元件100，并且可采用独立的结构以便于移动和举起过滤元件，或者，安装元件140可以只用作手柄。参见图3B，4A，6A和6B中的附图标记，以下的特性和尺寸是适合用于过滤元件IO，IOO的示例。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>另外，对于过滤元件10的实施例，在一个方向上最宽的尺寸为约26.3英寸，而在另一个方向上为约22.8英寸。另外，在这个实施例中，轴环32延伸通过面板16约2英寸。孔31的大致直径是15.25英寸，孔31的角的半径为2.75英寸。这样的出口孔具有的面积为约94.7平方英寸；可供比较的圆形出口具有的面积为大约38.5平方英寸。围绕孔31的是外表面40，它随着孔31的形状。外表面40具有的大致直径是10英寸，其角的半径是3.5英寸。不过，应当理解，尽管本发明的许多特征和优点已在前面进行了阐述，连同结构的细节和本发明的功能，但是所公开的只是例证性的，并且可以在细节上进行改变，尤其是部件的形状，尺寸和结构，可在本发明的原理内，在所附权利要求所表述的术语的最广义含义规定的范围内进行变化。权利要求1.一种过滤元件，包括a)至少两个大体平面的过滤面板；b)支撑结构，支撑所述至少两个平面过滤面板，并且同所述至少两个平面过滤面板一起形成内部；和c)非圆形孔，相对所述至少两个大体平面过滤面板轴向安置。2.根据权利要求1所述的过滤元件，包括a)入口，是所述至少两个过滤面板；和b)出口，由所述非圆形孔形成。103.根据权利要求2所述的过滤元件，其中a)所述支撑结构限定所述非圆形孔。4.根据权利要求3所述的过滤元件，其中-a)所述非圆形孔具有内周表面和外周表面。5.根据权利要求4所述的过滤元件，还包括15a)在所述内周表面上的止块。6.根据权利要求4所述的过滤元件，所述内周表面包括a)斜切表面。7.根据权利要求3所述的过滤元件，其中所述非圆形孔包括密封。8.根据权利要求7所述的过滤元件，其中所述密封在槽内。209.根据权利要求1所述的过滤元件，其中-a)所述至少两个大体平面的过滤面板由三个大体平面的过滤面板组成；和b)所述非圆形孔是三椭圆形或三叶形孔。10.根据权利要求l-9中任一权利要求所述的过滤元件，其中a)所述至少两个大体平面的过滤面板包括多层过滤材料。11.根据权利要求10所述的过滤元件，其中a)所述多层过滤材料包括至少一层HEPA介质。12.根据权利要求10或11中任一权利要求所述的过滤元件，其中a)所述多层过滤材料包括至少一层刚性过滤材料，设置用于吸收化学杂质。513.根据权利要求12所述的过滤元件，其中a)所述多层过滤材料包括至少两层刚性过滤材料，设置用于吸收，所述至少两层是不同的。14.一种过滤元件，包括a)三个大体平面的过滤面板；10b)支撑结构，支撑所述三个大体平面的过滤面板，所述支撑结构i)和三个大体平面的过滤面板一起，形成内部；和ii)包括非圆形孔，相对所述三个大体平面的过滤面板轴向安置；c)所述过滤元件还包括围绕所述非圆形孔的密封。15.根据权利要求14所述的过滤元件，其中所述非圆形孔是三椭圆或三叶形15孑L。16.根据权利要求14所述的过滤元件，其中所述密封包括凹入槽中的密封。全文摘要一种过滤元件，具有两个平面的、非弯曲的过滤面板。在优选的实施例中，所述过滤元件具有三个面板，提供大体三角形的过滤元件。过滤元件的出口孔大体随过滤器的构造。也就是说，具有三个过滤面板的过滤元件会具有大体三面的出口孔。所述出口孔优选不是真的多边形，而是包括圆形的或弯曲的侧面和/或角。所述过滤元件包括出口密封结构，可以提供对出口管道系统的轴向和径向密封。文档编号B01D29/01GK101111297SQ200680003690公开日2008年1月23日申请日期2006年2月3日优先权日2005年2月4日发明者D·E·阿达梅克,J·B·米尔斯,R·P·德琼申请人:唐纳森公司