包括保持器的多层过滤器的制作方法

专利名称：包括保持器的多层过滤器的制作方法
包括保持器的多层过滤器本申请要求2008年6月8日提出的美国临时专利申请No.60/942， 869的权益，在此全文并入该申请作为参考。技术领域本公开涉及过滤器，尤其是用于微粒过滤、油水分离和聚结的燃料 过滤器。
背景技术：
燃料会受到多种不同杂质(包括但不局限于微粒和水)的影响。过 去已经设计出大量的燃料过滤器来从燃料中除去这些杂质。对于燃料过滤器而言，增大过滤器介质表面积将产生更大量的流体 流动面积，从而导致更高的过滤性能。因此，设计成具有增加的过滤器 介质表面积来进行过滤的燃料过滤器将是有利的。发明内容文中说明了一种从流体中除去杂质的过滤器，该过滤器设计成性能 得以提高以便具有更长的服务间隔并且维修费用降低，同时保持尺寸紧 凑。公开的过滤器设计成在紧凑的封装内具有多个介质层，增加了介质 表面积，这使得杂质保持性能更高、压降减小并且表面速度降低。在一个实施方式内，过滤器包括围绕过滤器的中心轴线的多个介质 层、内介质保持器和中间介质保持器、中心管和端板。介质层可由单一 长度的过滤器介质形成或者由分离的介质形成。介质层可具有相同或不 同的构造，例如相同或不同的孔隙率，相同或不同的材料，相同或不同 的褶皱构造等。文中所述的概念可在过滤多种流体包括液体、气体等的多种过滤器上实施。当使用液体时，液体可以是燃料例如柴油、汽油等和油。


图1是过滤器结构的一个实施方式的部件的分解立体图。 图2是图1的过滤器的横截面视图。图3A和3B是中心管的一个实施方式的立体图和端视图。图4A和4B是底部端板的一个实施方式的立体图和俯视图。图5A和5B是内介质保持器的一个实施方式的立体图和端视图。图6A是中间介质保持器的一个实施方式的立体图。图6B是扁平构造的中间介质保持器的立体图。图7是在过滤器组装期间的初始设定的实施方式的立体图。图8和9是在过滤器组装期间的第一巻绕阶段的视图。图IO是连接件的一个实施方式的立体图。图11是类似于图2的多层过滤器的横截面视图，但是在中心管和中 间介质保持器之间具有连接件。图12是在使用连接件的过滤器组装期间的第一巻绕阶段的视图。图13A和13B是围绕中心管巻绕的内介质层的视图。图14A和14B是围绕该内介质保持器巻绕的中间介质层的视图。图15A和15B是围绕中间介质保持器巻绕的外介质层的视图。图16A、 16B、 17A和17B是过滤介质可用的褶皱形状的实施例。图18A示出顶部端板的一个实施方式。图18B示出介质盘的一个实施方式。图19示出设置在过滤器的第二端部上的顶部端板的一个实施方式。 图20是多层过滤器的另一个实施方式的端视图。 图21A和21B分别是与图20内的实施方式一起使用的顶部和底部 端板的俯视图和仰视图。图21C是通过图21A的顶部端板的横截面视图。 图22是多层过滤器的再一个实施方式的端视图。 图23A是与图22的过滤器一起使用的介质保持器的立体图。图23B是图23A内的介质保持器的俯视图。图24示出其中保持器位于合适位置的图22内的过滤器。
具体实施方式
说明一种用于从流体除去杂质的具有增大的过滤介质表面积的多层 过滤器。通常，多层过滤器包括中心管，围绕该中心管的第一、第二 和第三介质层，位于该第一和第二介质层之间和/或第二和第三介质层之 间的至少一个保持器，和端板。所述介质层可以是单独的层或者由单一 长度的介质形成。保持器包括三条带子和连接到所述三条带子上的多个 支承条带。保持器构造成保持过滤器的几何形状。在下文的实施例性实施方式中，过滤器可用于过滤各种流体，包括 但不局限于燃料、水、油、空气等。另外，在合适的情况下，文中所述 的概念可用于从流体中除去各种杂质，例如从燃料中除去微粒物质，从 燃料中脱水等。图1和2示出用于过滤流体(例如燃料)并且尤其适合于从燃料中 除去杂质(例如水)的多层过滤器100，该过滤器100包括外介质层160、 中间介质层140和内介质层120。燃料内可包括不同形式的水，包括游离水例如液滴和乳化水。在一 个实施例内，外介质层160设计成当流体从外部进入过滤器100时首先 过滤掉游离水。游离水不会透过外介质层160并且基本余留在过滤器100 外部。中间介质层140设计成聚结大部分乳化水，并且将此时已聚结的 水与燃料分离。重于燃料的水沉积到过滤器100的底部，并且通过底部 端板165上的合适通路排出。到燃料与内介质层120相接触时，大部分 水己被分离，并且在燃料进入中心管110之前内介质层120执行燃料的 最终过滤。过滤器100内包括的中心管110是用于接纳过滤了的燃料的 多孔"D"形管。如图1和2所示，内介质保持器130被夹在内介质层120和中间介 质层140之间，该保持器130用于将介质层120、 140保持在合适位置， 同时使介质层120、 140成形。如下文将详细说明的，内介质保持器130的相对端部形成两个大的保持环112a、 112b，所述保持环在"D"形中心管 110的平坦部分的区域内在内介质层120和中间介质层140之间提供较大 的空间。参照图4A和4B，内介质保持器支座(standoff) 180a、 180b与内介 质保持环112a、 112b对齐底部端板165上的中间介质保持器130。中间 介质保持器155被夹在中间介质层140和外介质层160之间，该保持器 155用于保持介质层140、 160的形状并且在层140、 160之间提供空间。 中间介质保持器155的相对端部形成两个保持环157a、 157b。另外，底 部端板165设置在过滤器100的第一端部188上，而顶部端板2020设置 在过滤器100的第二端部288上。中心管图3A和3B示出可使用的中心管110的一个实施方式。中心管110 具有形成D形的横截面。中心管110具有:第一端部191和第二端部192， 任何一个端部都可围绕"D"形中心管支座504 (未示出)定位；以及平坦 侧面115。中心管110具有多个孔162，过滤了的流体可通过该多个孔进 入管IIO以便随后排出到出口。底部端板图4A和4B示出底部端板165的一个实施方式。底部端板165包括 "D"形中心管支座504，该支座504具有用于定位该"D"形中心管110的 脊部503。在该"D"形中心管支座504内存在"D"形中心管孔520，流体通 过该孔502离开过滤器100。具有脊部181a、 181b的两个内介质保持器 支座180a、 180b在"D，，形中心管支座504的平坦侧面530上对齐，这为 内介质保持器130的端部提供了环绕空间。通过内介质保持器支座180a、 180b的脱水排水管501a、 501b使得被中间介质层140聚结的水从过滤器 IOO排出到集水区(未示出)。底部端板165还包括介质层120、 140、 160 的端部可在该处熔合的区域502，和大致为圆形的外脊部550。只要脊部 550、 181a、 181b、 503足够高以有助于过滤器部件的正确定位，则并不 特别限制所述脊部的具体深度。保持器图5A和5B示出中间介质保持器130的一个实施例。该内介质保持 器130是圆柱形并且包括第一、第二和第三大致为圆形的、垂直间隔开 的带子131a、 131b、 131c，这些带子帮助保持内介质层120和中间介质 层140的形状，同时使得燃料流动的区域最大以使流动阻碍最小。带子 (例如带子131a)的相对端部形成保持环112a、 112b，这些保持环在与 端板165相邻的最下带子的情况下保持环围绕内介质保持器支座180a、 180b定位。保持环112a、 112b还在"D"形中心管110的平坦部分115的 区域内在内介质层120和中间介质层140之间创建空间。同样，第二圆 形带子131b的相对端部也形成两个保持环113a、 113b，并且第三圆形带 子131c的相对端部也形成两个保持环114a、 114b。内介质保持器130还设有第一、第二和第三大致垂直的支承条带 132a、 132b、 132c。条带132a、 132b、 132c和圆形带子131a、 131b、 131c 使得保持器130大致为圆柱形。优选地，第一圆形带子Bla被定位在顶 部，第二圆形带子131b被定位在中间而第三圆形带子131c被定位在底 部。条带132a、 132b、 132c从第一圆形带子131a延伸到第三圆形带子 131c，并且第二条带132b被定位成基本与保持环112a、 112b、 113a、 113b、 114a、 114b相对。第一和第二条带132a、 132c彼此相对，并且定位在第 二条带132b和保持环112a、 112b、 113a、 113b、 114a、 114b之间。参照图6A，中间介质保持器155也大致是圆柱形，并且包括第一、 第二和第三圆形带子801a、 801b、 801c，所述圆形带子帮助保持外介质 层160和中间介质层140的形状。圆形带子801a、 801b、 801c的相对端 部形成保持环157a、 157b、 158a、 158b、 159a、 159b。中间介质保持器 155也包括第一、第二和第三大致垂直的支承条带810a、 810b、 810c。 条带810a、 810b、 810c和圆形带子謝a、謝b、 801c使得保持器155 大致为圆柱形。优选地，第一圆形带子801a被定位在顶部，第二圆形带 子801b被定位在中间而第三圆形带子801c被定位在底部。条带810a、 810b、 810c从第一圆形带子801a延伸到第三圆形带子801c，并且第二条 带謝b被定位成基本与保持环157a、 157b、 158a、 158b、 159a、 159b 相对。第一和第三条带810a、 810c彼此相对，并且定位在第二条带810b和保持环157a、 157b、 158a、 158b、 159a、 159b之间。内介质保持器130和中间介质保持器155的具体材料并不关键。保 持器可由金属、塑料或任何其它类型的适于与燃料或被过滤流体一起使 用的材料制成。优选地，中间介质保持器155的构造和材料使得其是柔 性的，从而中间介质保持器155可如图6B所示地展开。中间介质保持器155的打开构造有助于如图7-9所示的组装过程。 如图7所示，组装过程的一个实施方式的初始设定包括中间介质保持器 155被展开成平坦构造。处于平坦构造的中间介质保持器155被夹在外介 质层160和中间介质层140之间。参照图8和9，该组装过程包括围绕中 心管110巻绕内介质层120，围绕内介质层120巻绕内介质保持器130， 然后围绕内介质保持器130巻绕被夹在外介质层160和中间介质层140 之间的中间介质保持器155。底部端板165上的脊部550、 181a、 181b、 503有助于在组装过程期间定位介质层120、 140、 160和保持器130、 155。优选地，如图11和12所示，中心管110经由连接件960连接到中 间介质保持器155，以通过保持中心管与保持器155 —起被巻绕而进一步 有助于组装过程。图10示出连接件960的一个实施方式。连接件960大 致为矩形，并且具有第一端1100和第二端1105。连接件960沿第二条带 810b延伸。优选地，如图8所示，连接件960的第一端1100连接到第二 条带810b的向内表面970，并且第二端1105连接到"D"形中心管110的 平坦表面115。介质层图13A和13B示出内介质层120如何围绕"D"形中心管110巻绕的 一个实施方式。内介质层覆盖"D"形环，而不是"D"形中心管110的平坦 侧面115。图14A和14B示出中间介质层140如何围绕内介质保持器130巻绕 的一个实施方式。优选地，如图14B所示，中间介质层140沿内介质保 持器130的表面覆盖该保持器130。图15A和15B示出外介质层160如何围绕中间介质保持器155巻绕 的一个实施方式。优选地，外介质层160完全围绕中间介质保持器155巻绕。介质形状的设计并不局限于任何型式。它们可以是褶皱，并且褶皱可以是美国专利No.2627350内所述的"W"褶皱，楔形等。图16A、 16B、 17A和17B示出介质可用的设计的一些实施例。介质层120、 140、 160的具体材料并没有特别限制。例如，内介质 层120、中间介质层140和外介质层160可具有不同的孔隙率。在一个实 施方式内，外介质层160具有足以分离游离水的孔隙率，中间介质层140 具有可分离乳化水的较小孔隙率，并且内介质层120的孔隙率可滤除流 体中的微粒杂质。可选择地，介质层120、 140、 160可具有相同的孔隙 率。在一个实施方案内，介质层120、 140、 160可以以任何合适的方式 (例如使用粘合剂或将介质层120、 140、 160的端部熔合在端板165上) 固定在底部端板165上。在另一个实施方案中，如美国专利No.6641742 内所述的半巻绕2020 (图18A所示)或者图18B所示的平坦端板2010 可固定在过滤器100的第二端部288上。在再一个实施方案内，在过滤 器100的上部端板上可使用如美国专利No.6641742和6758980内所述的 介质盘阀1905 (图19所示)。图20示出包括外介质层205、中间介质层210和内介质层215的多 层过滤器200的另一个实施方式。在下文说明并在图21A-21C示出的端 板204、 206用于封闭过滤器200的端部。在此实施方式内，介质层205、 210、 215由单一长度的介质形成，并且所形成的介质层205、 210、 215 每个都具有相同孔隙率。介质层205、 210、 215在端视图中大致为圆形， 但是它们还可以是椭圆形。多层过滤器200还包括内介质保持器130和中间介质保持器155。 内介质保持器130设置在内介质层215和中间介质层210之间，并且中 间介质保持器155设置在中间介质层210和外介质层205之间。多层过滤器200还可包括"D"形中心管110。内介质层覆盖该"D"形 环，而不是"D，，形中心管110的平坦侧面115。如图20所示，过滤器200限定了单个径向流道220，该流道220允许脏的流体流到内层215和中间层210以便过滤。使用径向流道220使 得有增大的表面积来通过全部三个介质层205、 210、 215进行过滤，从 而使过滤器具有提高了的杂质保持性能、更小的压降和更低的表面速度。参照图21A-21C，顶部端板204用于封闭过滤器200的顶端，而底 部端板206用于封闭底端。底部端板206基本是实心的以密封过滤器200 的底端。顶部端板204包括中心开口 208，该开口 208在使用时基本被定 位在中心管110的上方以允许过滤后的流体通过端板204离开过滤器。 端板204还包括多个沿周向延伸的开口 209，所述开口 209如图21C所 示延伸通过端板204。当端板204位于过滤器200上的合适位置时，开口 209基本位于外介质层205和中间介质层210之间的流道上方，以允许层 205、 210之间的过滤流体通过端板流出过滤器。图22示出包括外介质层305、中间介质层315和内介质层330的多 层过滤器300的另一个实施方式。在此实施方式内，中间介质层330大 致为圆形，并且与过滤器300的中心轴线同心。但是，内介质层330的 形状没有特别限制，并且可以是椭圆形。中间介质层315和外介质层305 大致为椭圆形。介质层305、 315、 330由单一长度的介质形成，并且所 形成的介质层305、 315、 330每个都具有相同的孔隙率。如图22所示，在外层305和中间层315之间限定了大致为月牙形的 流径306。类似地，在中间层315和内层330之间限定了大致为月牙形的 流径308。第一径向流道360通过中间和外介质层315、 305形成，以允 许脏的流体直接到达流径308。另外，第二径向流道370通过内介质层 330和中间介质层315形成，以允许流径306内的过滤后的流体通过大致 为圆形的中心管335离幵过滤器，该中心管335基本被内介质层330环 绕。第一和第二径向流道360、 370被示出为大致沿直径方向彼此相对。通过过滤器300的液流如箭头所示。在流体离开过滤器之前，流体 仅流动通过过滤器的一层，并被该一层过滤。流过外层305的流体到达 流径306，然后经由径向流道370通过中心管335流出。可选择地，待过 滤的流体可通过径向流道360进入流径308。流体可在流径308内扩散， 并且流过内介质层330或者向外流过中间介质层315以到达流径306。流过内层330的流体流过中心管335然后流出过滤器。流过中间层315的 流体经由径向流道370和中心管335流出过滤器。因此，径向流道360、 370使得有增加的表面积来用于通过全部三个介质层305、 310、 330进行 过滤，并且杂质保持性能提高、压降减小并且表面速度降低。多层过滤器300还包括内介质保持器320和中间介质保持器310。 为了方便起见，这些保持器未在图22内示出。中间介质保持器310在图 23A和23B内示出，而图24示出保持器在过滤器300内的合适位置处。 保持器310大致为圆柱形，并且包括第一、第二和第三大致为椭圆形的、 垂直间隔开的带子401a、 401b、 401c，该带子帮助保持外介质层305的 椭圆形状，并且保持月牙状流径306打开。带子401a、 401b、 401c大致 为月牙形，并且其厚度在带子401a、 401b、 401c的相对端部311a、 311b、 412a、 412b、 414a、 414b附近变得更窄。中间介质保持器310还设有第一、第二、第三和第四垂直支承条带 313a、 313b、 312a和312b。支承条带313a、 313b、 312a和312b从第一 椭圆带子401a延伸到第三椭圆带子401c，并且在它们的端部连接到带子 401a、401c而在中部连接到带子401b。条带312a沿带子的相对端部311a、 412a、 414a延伸，而条带312b沿相对端部311b、 412b、 414b延伸。条 带312a和312b间隔开以便在它们之间形成开口 440。条带313a、 313b与带子的相对端部311a、 311b、 412a、 412b、 414a、 414b相对并且大致与支承条带312a、 312b相对地定位。条带313a、 313b 设置成它们从带子沿径向向内突出，并且相互间隔开以形成空间450。过滤器300的内介质保持器320的构造与中间介质保持器310相似， 包括带子(在图24内仅可见一条带子324a)以帮助限定月牙形流径308， 只是对应于条带313a、 313b的条带从所述带子沿径向向外突出以帮助限 定径向流道360，并且内介质保持器的主直径通常小于中间介质保持器 310的主直径。过滤器300的内介质保持器320还用于保持中间介质层 315的椭圆形状。如图24所示，内介质保持器320设置在内介质层330和中间介质层 315之间，而中间介质保持器310设置在中间介质层315和外介质层305之间。中间介质保持器310的第一和第二支承条带313a、 313b设置在径向 流道370内。支承条带313a、 313b使得流道370可保持打开构造以便允 许流体通过径向流道370流到中心管。另外，中间介质保持器310的第 三和第四支承条带312a、 312b嵌入过滤器介质以帮助保持流道360的打 开构造。内介质保持器320包括第一和第二条带323a、 323b，所述条带从间 隔开的带子沿径向向外突出，并且设置在流道360内以保持流道360处 于打开构造。保持器320还包括第三和第四条带322a、 322b，所述条带 设置在带子324a的相对端部321a、 321b上以帮助保持流道370的打开 构造。介质保持器310、 320被定位成使得条带313a、 313b和323a、 323b 定位成彼此相对，从而导致中间介质层315和外介质层305具有中心点 偏离的椭圆形。这在层之间产生月牙形流径306、 308，并且在最接近径 向流道360、 370处该流径的横截面面积较大，在该处将发生大部分流动。本申请内公开的实施方式在所有方面都应被认为是示例性的而不是 限制性的。本发明的范围由所附权利要求指定而不是由前述说明指定； 并且在权利要求的含义和等同范围内的所有改变都将包括在本发明内。
权利要求
1、一种具有中心轴线的多层过滤器，其包括被第二介质层围绕的第一介质层；围绕所述第二介质层的第三介质层；设置在所述第一和第二介质层之间或者在所述第二和第三介质层之间的至少一个保持器，所述保持器构造成保持所述过滤器的几何形状；并且所述第一、第二和第三介质层围绕所述过滤器的所述中心轴线。
2、 根据权利要求1的多层过滤器，该多层过滤器包括在所述第一 和第二介质层之间并且围绕所述第一介质层的内介质保持器，该内介质 保持器保持所述第一介质层的几何形状；和在所述第二和第三介质层之 间的中间介质保持器，该中间介质保持器保持所述第二和第三介质层的 几何形状。
3、 根据权利要求2的多层过滤器，其中所述几何形状是圆柱形。
4、 根据权利要求2的多层过滤器，该多层过滤器还包括中心管；所 述第一介质层围绕该中心管；所述内介质保持器围绕该中心管，并且所 述中间介质保持器围绕所述内介质保持器。
5、 根据权利要求1的多层过滤器，其中，所述第一、第二和第三介 质层由单一长度的介质形成。
6、 根据权利要求1的多层过滤器，其中 所述保持器包括:围绕所述中心轴线的垂直间隔开的第一、第二和第三带子； 在所述第一、第二和第三带子之间延伸并且使这些带子互连的多个 支承条带，所述支承条带大致平行于所述中心轴线延伸。
7、 根据权利要求1的多层过滤器，其中所述第二介质层在俯视图中 看时大致为椭圆形，并且所述第三介质层在俯视图中看时大致为椭圆形； 并且包括在所述第一和第二介质层之间的第一月牙形流径，以及在第二 和第三介质层之间的第二月牙形流径。
8、 根据权利要求7的多层过滤器，其中，所述第二和第三介质层设置成其中心轴线偏离所述过滤器的所述中心轴线。
9、 根据权利要求8的多层过滤器，该多层过滤器还包括通过所述第 二和第三介质层通到所述第二月牙形流径的第一径向流道，和从所述第 一月牙形流径延伸并且通过所述第一和第二介质层的第二径向流道。
10、 根据权利要求1的多层过滤器，其中所述第一、第二和第三介 质层大致为圆形，并且包括通过所述第二和第三介质层的单个径向流道。
11、 根据权利要求1的多层过滤器，该多层过滤器还包括连接到所 述第一、第二和第三介质层的端部的端板，该端板包括用于被过滤流体 的中心开口，和沿径向与该用于被过滤流体的中心开口间隔开的至少一 个其它开口。
12、 根据权利要求11的多层过滤器，该多层过滤器包括多个其它开 口，所述多个其它开口中的每一个具有周向展度，并且紧邻所述第二和 第三介质层之间的流体流径定位在所述端板内。
13、 根据权利要求1的多层过滤器，其中，所述过滤器是微粒过滤 器、聚结过滤器或油水分离过滤器。
14、 一种具有中心轴线的燃料过滤器，其包括 围绕中心管的第一介质层； 围绕所述第一介质层的第二介质层； 设置在所述第一和第二介质层之间的保持器； 围绕所述第二介质层的第三介质层； 设置在所述第二介质层和所述第三介质层之间的保持器； 所述第一、第二和第三介质层围绕所述过滤器的所述中心轴线； 连接到所述第一、第二和第三介质层的第一端的第一端板，和连接到所述第一、第二和第三介质层的第二端的第二端板，所述第一或第二 端板包括用于被过滤燃料的中心开口。
15、 根据权利要求14的燃料过滤器，其中，所述保持器在所述第一 和第二介质层之间以及在所述第二和第三介质层之间限定流体流径。
16、 根据权利要求15的燃料过滤器，其中，所述流体流径是月牙形的。
17、 根据权利要求16的燃料过滤器，其中，所述第一、第二和第三介质层由单一长度的介质形成；并且所述第二和第三介质层在俯视图中看时大致为椭圆形，且其中心轴线偏离所述过滤器的所述中心轴线。
18、 根据权利要求17的燃料过滤器，所述过滤器还包括通过所述第 二和第三介质层通到在所述第一和第二介质层之间的所述月牙形流径的 第一径向流道，以及从在所述第二和第三介质层之间的所述月牙形流径 延伸并且通过所述第一和第二介质层的第二径向流道。
19、 根据权利要求14的燃料过滤器，其中所述第一、第二和第三介 质层大致为圆形，并且包括通过所述第二和第三介质层的单个径向流道。
20、 根据权利要求14的燃料过滤器，其中，所述中心开口在所述第 一端板内，并且在所述第一端板内包括多个额外的开口，所述多个额外 开口中的每一个都具有周向展度，并且紧邻在所述第二和第三介质层之 间的流体流径定位在所述第一端板内。
全文摘要
本发明提供了一种多层过滤器，该多层过滤器包括被第二介质层围绕的第一介质层、围绕该第二介质层的第三介质层以及设置在第一和第二介质层之间或者在第二和第三介质层之间的至少一个保持器。该第一、第二和第三介质层围绕过滤器的中心轴线。该过滤器在紧凑封装内具有多个介质层，增加了介质表面积，这使得杂质保持性能提高、压降减小并且表面速度降低。
文档编号B01D46/52GK101332375SQ20081012491
公开日2008年12月31日 申请日期2008年6月10日 优先权日2007年6月8日
发明者丹尼尔·M·巴可纳, 巴里·韦尔德根, 布赖恩·J·特里, 拉维·耶库拉, 约翰·W·小克莱文杰 申请人:康明斯过滤Ip公司