专利名称：过滤装置及其维护方法和安装方法
技术领域：
本发明揭示一用来过滤诸如气体或液体之类的流体的过滤结构，具体地
说，本发明涉及一具有手柄的过滤部件。
背景技术：
直流过滤部件己被用于对流过其中的流体进行净化的系统中。直流过滤 部件一般具有一入口面以及一相对于该入口面设置的出口面。如此，流体在进入 过滤部件的入口面时沿某一方向流动，并在其流出出口面时具有相同的流动方向。 直流过滤部件一般会被安装在某些类型的管道或套管内。在使用过一段时间后， 过滤部件需要维护、即清洗或完全更换掉。如果维修过滤部件是困难的或不便的， 使用者可能会耽误维修，这就会造成正在被过滤的任何系统的损坏。所以需要改 进直流过滤部件。
发明内容
本发明的一个方面描述一过滤装置，包括(a) —具有彼此相对的第一
端和第二端的过滤部件；所述过滤部件包括至少一瓦楞过滤介质层；以及至少 一靠近于所述至少一瓦楞介质的非瓦楞介质层；(i)所述至少一瓦楞过滤介质层 和所述至少一非瓦楞介质层彼此相连并具有一巻绕结构；(ii)所述至少一瓦楞过 滤介质层包括交替出现的波峰和波谷以形成多条波纹；(A)各所述波纹具有靠近 于所述过滤部件第一端的第一端部，以及靠近于所述过滤部件第二端的第二端部； (B)某些所述波纹在所述第一端部开口并在第二端部被密封；和(C)某些所述波纹 在所述第一端部被密封并在第二端部开口 (iii)所述巻绕结构由至少一层瓦楞 过滤介质和至少一层围绕所述芯部构件的非瓦楞过滤介质构成；(iv)所述芯部构 件包括一细长的非圆形结构；(b)从所述过滤部件的所述第一端沿轴向凸出的一 手柄部件，以操纵控制所述过滤部件；其特征在于，(i)所述手柄部件固定到所 述芯部构件上。根据本发明另一方面， 一用来维护上述过滤装置的方法包括(a)提供 一具有安装在管道内的过滤部件的系统，其中，所述过滤部件包括相对的上游
端和下游端；所述过滤部件具有多条波纹，各所述波纹具有一靠近于过滤部件上 游端的第一端部，以及靠近于过滤部件下游端的第二端部；某些波纹在所述第一 端部开口并在所述第二端部封闭；而某些波纹在所述第一端部封闭并在所述第二 端部开口； (b)握住固定于所述过滤部件上的手柄部件；以及(c)拉动手柄部件 以将所述过滤部件从系统的管道中移出。根据本发明再一方面， 一用来安装上述过滤装置的方法包括(a)提供 一带管道的系统；(b)提供一包括相对的下游端和上游端的过滤部件；多条波 纹，各所述波纹具有靠近于过滤部件上游端的第一端部以及靠近于过滤部件下游端 的第二端部；某些波纹在所述第一端部开口并在所述第二端部封闭；而某些波纹在 所述第一端部封闭并在所述第二端部开口； (C)握住固定于所述过滤部件上的手 柄部件；以及(d)用手柄部件将过滤部件定位在系统的管道中。
图1是按照本发明构思的过滤部件的一实施例的立体图；
图2是按照本发明构思的图1中所描述的过滤部件中的一部分过滤介 质的示意立体图；图3是按照本发明构思的、图1中所描述的过滤部件的主视图；
图4是按照本发明构思机安装在图1中过滤部件上的密封部件的又
一实施例的局部放大主视图；图5是按照本发明构思的过滤部件的第二实施例的立体图；图6是按照本发明构思的、采用图1和图3-5的过滤部件的系统的示意图。
具体实施方式
A图1-5参见图1，图1是过滤组件或过滤部件10的一实施例的立体图。较佳地， 过滤部件10包括过滤介质12、 一手柄部件14以及一密封系统16。过滤介质12被设 计成可将微粒从流过过滤介质12的流体(诸如空气)中去除。手柄部件14较 佳地构造成能够方便地操纵和搬动过滤部件IO,尤其是在维修和换下时。密封系 统16被设计成有助于在过滤介质12和管道内壁之间产生密封。仍旧参照图1，过滤部件10被设计成可允许直流。"直流"这个术语的意思 是流体直接流过过滤部件io，在入口面处流入并在一相对于入口面设置的出口面
处流出，其中，流体进入入口面的方向与其流出出口面的方向是一致的。例如，
过滤部件10界定一第一端20和一相对设置的第二端22。在某些结构中，第一端20 与上游面或上游端对应，而第二端22与下游面或下游端对应。在其它一些结构中， 第一端20可以是下游端而第二端22可以是上游端。直流允许气体流入第一端20并 流出第二端22，由此流入第一端20的气流方向与流出第二端的气流方向相同，直 流模式可减少气流中的端流量。现参见图2，图2是示出用于此过滤结构的某一较佳介质的工作构思的示 意立体图。在图2中，波纹结构总的表示为122。波纹结构122较佳地包括具 有多条波纹124的瓦楞层123以及面层132。图2实施例示出面层132的两部分，即 132A部分(图中所示在瓦楞层123的顶部)以及132B部分(图中所示在瓦楞层123 的底部)。通常地，用于此处所述结构的较佳介质结构125包括固定于底面层132B 的瓦楞层123。当采用巻绕结构的这种介质结构125时，它本身一般会巻起，即底 面层132B会覆盖瓦楞层123顶部。覆盖瓦楞层顶部的面层132由132A标出。应该知 道面层132A和132B就是同一面层132。当使用这类介质结构125时，波纹腔124较佳地形成交替的波峰126和波谷 128。波峰126和波谷128将波纹分成上排和下排。在如图2所示的具体结构中，上 排波纹构成于下游端封闭的波纹腔136，而下排波纹构成于上游端封闭的波纹腔 134。波纹腔134由第一密封边138封闭，该第一密封边138在波纹板130和第二面层 132B之间填充波纹上游端一部分。类似地，第二密封边140使交替的波纹腔136的 下游端封闭。在某些系统中，第一密封边138和第二密封边140沿介质结构125的所 有部分都是直的，且始终不偏离一直线路径。在某些系统中，第一密封边138既是 直的且始终不偏离介质结构125的端部之一或在其附近的一位置，同时第二密封边 140既沿直线延伸又从不偏离介质结构125的一个端部或在其附近的一位置。当采用以介质结构125的形式形成的介质时，在使用过程中，诸如空气之 类的未过滤的流体(阴影箭头144所示)流入波纹腔136。波纹腔136具有开口的诸 上游端(第一端部)146。由于其下游端148由第二密封边140封闭，未过滤的流体 无法通过波纹腔136的下游端(第二端部)148。因此，流体被迫流过波纹板130 或面层132。当未经过滤的流体流过波纹板130或面层132时，流体被净化或过滤。 被净化后的流体由空心箭头150表示。然后流体通过诸波纹腔134(其上游端(第
一端部)151封闭)流过开口的诸下游端(第二端部)并流出波纹结构122。籍由 所示结构，未过滤的流体可流过波纹板130、上面层132A或下面层132B并流入波 纹腔134。—般，可预备介质结构125，然后将其巻曲起来以形成过滤介质的巻绕结 构。当选用这类介质时，所预备的介质结构125包括用密封边138固定于下面层132B 上(如图2所示，不固定于上面层132A)的瓦楞层123。在这些类型结构中，介质 结构125包括在一端的一导边以及在其相对端的一随边，其顶部侧边和底部侧边在 导边和随边之间延伸。术语"导边"表示最先发生弯曲或巻绕的都是该边缘，由此， 它处在巻绕结构的中心或芯部构件位置上或其附近。"随边"是在弯曲或巻绕过程完 成后，位于巻绕结构外侧的边缘。导边和随边应在面层巻拢成巻之前密封在这些类型的介质结构中的瓦 楞、层123和下面层132B之间。虽然可行的方法很多，在一给定的方法中，导边的 密封如下形成(a)将瓦楞层123和下面层132B沿一从顶部侧边缘沿在波峰的最 高点(或顶点)形成一波峰126的波纹124向底部侧边缘延伸的(或从底部侧边缘 向顶部侧边缘延伸)直线或路径切断或割裂；(b)沿所切割的直线或路径在下面层 132B和瓦楞层123之间施加密封剂。随边处密封的形成与导边处密封的形成方法相 似。尽管可使用多种不同类型的密封剂以形成这些密封， 一种可用的材料是不发 泡的密封剂，这种密封剂可从明尼苏达州保尔街的H.B.福勒处购得，其牌号为 HL0842。当使用介质结构125时，可能需要系统设计员将结构125巻绕成过滤装置 的巻绕结构，例如图I中的过滤部件IO。可采用多种方法盘巻或巻绕介质。例如， 介质结构125可绕一芯部构件30或其它部件巻绕以提供一用于巻绕的安装部件。在构造过滤部件10时，通常将一诸如图2所示的过滤介质122的单个面过 滤介质以盘巻或盘旋形的形式巻绕在芯部构件30 (图1)周围。在所示实施例中， 芯部构件30是非圆形的、细长的部件。在其它实施例中，芯部构件30也可以是圆 形的或非细长的，例如正方形或其它形状。当制造过滤部件10时，介质层122牢固 地结合于芯部构件30，以将任何气流阻隔在芯部构件30和介质122的第一盘巻层或 盘旋层之间。在较佳的装置中，芯部构件30延伸过第一端20和第二端22之间的整个轴 向长度。如下面将要进一步解释的那样，在某些较佳实施例中，芯部构件30包括
延伸或轴向凸出于第一端20或在其上方的部分，以与手柄部件14协同工作。当使用诸如过滤部件10之类的巻绕结构时，系统设计者将要确保部件IO 的外圈缘封闭或闭锁在位以防止过滤部件10的展开。实现这个目的有多种方法。 在某些场合中，外圈缘由圈缘层裹住。圈缘层可以是无渗透的粘性材料，诸如在 一侧面上涂有粘合剂的塑料。当使用这类圈缘层时，圈缘层可防止过滤结构10展 开并防止流体通过过滤结构10的外圈缘，从而保持(流体)直流地流过过滤结构 10。在某些场合中，过滤部件10通过用粘合剂或密封剂沿一直线160 (图l) 将介质结构125的随边密封以将随边固定在过滤部件10的外表面上，从而固定成巻 绕结构。例如，可沿直线160施加一热熔粘接带。参见图1，在这里注意到过滤部件10的横截面形状是非圆形的。虽然过 滤部件10的横截面也可以是圆形的，但考虑到安装过滤部件10的容积的几何形状， 非圆形横截面更利于某些场合的应用。这种横截面可允许在一小容积内经济地塞 入相对较大量的介质。在某些较佳结构中，过滤部件10的横截面结构是正圆形。 在图l所示较佳实施例中，过滤部件10界定一跑道形的横截面。"跑道形的横截面" 表示过滤部件10界定一半圆端40和一与之相对的半圆端42。两半圆端40、 42 由一对直线部分44 、 46结合在一起。在较佳结构中，过滤部件10包括固定于过滤部件10的手柄部件。手柄部 件14较佳地构造和设置成可适应一由手部作用的握住力。这可使过滤部件10的操 作和搬动变得方便，特别是在维护和调换时。在较佳的系统中，手柄部件14被固定于部件IO上，以使施加于手柄部件 14的拉力可转化为施加于过滤部件10上的拉力。在多数较佳的系统中，手柄部件 14将固定于芯部构件30。这样，介质12各部分就无需为容纳手柄部件14而设有障 碍体或其它连接件。手柄部件14可用多种方法固定于芯部构件30。例如，手柄部件14可通过 粘合、由螺钉之类的机械连接件固定或用一系链机构栓住而固定。另外，手柄部 件14还可包括一长杆，该长杆可由铰链或机械连接件可枢转地安装至芯部构件30 上。参照图1，在较佳实施例中所示的手柄部件14与芯部构件30结合为一体。 另外，在图l所示较佳实施例中，手柄部件14与芯部构件30—起模制成为一单件。
该单体模制使其制造和组装变得有利和方便。手柄部件14较佳地包括由芯部构件30构成并完全贯穿芯部构件30的开孔 50。在某些较佳的装置中，开孔50仅包括一穿透芯部构件30的单个开孔。在图1所 示实施例中，开孔50包括一单个狭长槽58。该槽58的尺寸较佳地设计成大小可容 纳使用者的手部，如常人的三至四根手指。使用者可将手指插入槽58，抓住手柄 部件14的部分62，然后操作过滤部件IO。参照图5，在某些实施例中，手柄部件14具有一个以上的开孔70。在图5 所示实施例中仅有三个开孔72、 74和76。在其它实施例中仅有两个开孔或四个开 孔。各开孔72、 74、 76呈圆形。各开孔具有的直径较佳地足够大以容纳几根手指 以及戴着手套的几根手指。现参照图3，在图3中示出一密封系统16的侧视图。密封系统16—般包 括固定于过滤部件10外圈缘的一密封件或密封垫90。在一些实施例中，密封件90 可以是一构成一圆形横截面的密封件。在图3所示实施例中，密封件90界定一L 形截面。特别是， 一镶边92围住过滤部件10并包含一基本平行于过滤部件10侧壁 的表面。这里还有一从镶边92伸出或凸出的凸缘94。当插入管道中时，凸缘94 一 般向镶边92偏转或倾斜以有助于产生一唇状密封或轴向式密封。图4示出密封件90的另一实施例。在图4中，镶边96被定位在凸缘98下方。 在该实施例中，当过滤部件10被安装至管道中时，凸缘98离开镶边96并朝向过滤 部件10的第一端20弯曲或偏转。过滤部件10的另一形式揭示在同一天申请的、已一并转让的、名称为"带 手柄的过滤部件"的第29/101,304号美国待批专利申请中。
B.系统实例，图6参见图6，图6例示了一可使用过滤部件10的系统100。该系统100包括一 装置104，例如一诸如车间抽真空器或其它类似装置的空气净化器。装置104 —般 具有驱动一风扇的电机106借此产生真空。过滤部件10可连同在过滤部件10和管道 110间产生密封112的密封件90—起装入管道110中。 一例典型的系统在同一天申请 的、已一并转让的、名称为"空气过滤装置和方法"的、第09/251， 022号美国待批 专利申请中已有描述，该申请包含于此作为参考。在操作中，如富含颗粒的空气的气体如箭头114所示被吸入装置104。然 后气体被抽过过滤部件IO,颗粒物质被清除。然后洁净的空气或气体通过一出口从装置104中排出，如箭头116所示。在某些系统中，该装置104较佳地还包括一位 于过滤部件10上游端的诸如筛或滤网的选用过滤器118以从进入其中的气体内的 大尺寸杂质或碎屑去除。在使用一段时间后，过滤部件10需要维护。例如，当过滤部件10被阻塞 并对进入系统100的流量产生较大的限制时，必须调换过滤部件IO。这可以通过进 入装置104的内部来实现。随即，使用者可用手握住手柄部件14。例如，使用者的 手指将穿过由芯部构件30所构成的开孔50。然后使用者对手柄部件14施加拉力， 此力将转化成作用于过滤部件10的拉力。当拉动过滤部件10时，在管道110和过滤 部件之间的密封112被打破。然后将过滤部件10从装置104中移走。可对过滤部件 IO进行清洗并将其放回原处，或将其抛弃并换上一新的第二过滤部件。为清洗过 滤部件IO，可将过滤部件放置成具有开口的上游端的波纹朝下。使用者可轻拍部 件的下游端以将所积聚在这些波纹内的杂质、灰尘或碎屑倒出。因打开密封112 和从管道110内移出过滤部件10所需的拉力很小，所以用手完全可以操作。例如， 所需要的拉力不超过50磅(220牛顿)， 一般低于30磅(130牛顿)，在某些结构 中仅需15磅(67牛顿)。然后可将过滤部件10重新装入装置104内。这通过握住手柄部件14并将过 滤部件10插入管道110而完成。将过滤部件10插入直至在管道110和过滤部件10之 间产生密封112。使用者可放开或松开手柄部件14并关闭通向装置104的进口。 C.材料示例以下部分提供可用于本文所描述的装置和结构的某些材料示例，当然也 可使用其它材料。过滤介质12可以是具有下列特性的纤维介质净重大约52磅/3000平 方英尺(84.7克/平方米)；厚度大约0.010英寸(0.25mm);大约22英尺/分 钟(6.7米/分钟)的弗雷泽织物透气性；约62微米的孔径；大约8.5磅/英 寸(15牛顿/厘米)的湿抗拉强度；大约23磅/平方英寸(159千帕)的湿加工断 裂强度。该纤维介质可用细纤度纤维处理而成，例如直径为5微米或更细的纤维， 而且在某些场合中可以是亚微米级的。将细纤度纤维用于介质的方法有许多种。 这些方法被描述在诸如第5423892号美国专利中的第32栏、第48-60行。这些 方法在第3878014、第3676242、第3841953号美国专利中有更具体的描述，援 引于此作为参考。另一种方案是一商业秘密的手段，包括置于传统介质之上的细纤度聚合纤维网(唐纳森公司的商业秘密，牌号为ULTRAWEB)。关于过滤部件 的结构和手柄的操作，对下面这些因素；细纤纤维是如何制成的；以及施加细纤 度纤维的具体方法并没有什么特别的讲究。尽可能使用足够细的纤维直到所产生 的介质结构具有下列性质；使用SAE细尘、按照SAE J726C标准测试出平均95 % 的初始效率，(且没有单次测试低于90% );以及按照SAEJ726C标准测试出的平均 99.98%的总体效率。芯部构件30可由一种可提供结构整体性和不会发生蠕变的材料制成。在 较佳的装置中，芯部构件30由一非金属材料制成，这种材料对环境无污染，且可 再回收或易于烧成灰烬。包括手柄部件14的芯部构件30可由大多数塑料材料制成， 例如聚丙烯、ABS。另外，芯部构件30也可由硬纸板构成。密封件90可由一种软性的、可压縮的材料制成。例如，密封件90可由 具有大约2-10磅/立方英尺(32-160千克/米3)密度的聚亚腔酯制成。
D尺寸大小示例下面部分提供多种示例性的结构和尺寸。根据具体应用场合的不同也可 采用其它结构和尺寸。过滤部件10具有一正圆形或跑道形的横截面。相对的直线部分44、 46 之间的宽度可在2-10英寸(5.1-25厘米)的范围内，有一例为5英寸(13厘米) 左右。相对设置的半圆端40、 42之间的长度可在5-30英寸(13-76厘米)的范 围内变动，如15至25英寸(38-64厘米)，在一例子中大约为18英寸(46厘 米)。第一端20和第二端22之间的高度可以在2至30英寸(5.1-76厘米)的范围内 变化，如5至15英寸(13-38厘米)，在一例子中约为8-12英寸(20-30厘米)。 过滤部件可提供至少30平方英尺(2.8平方米)的介质表面积，一般为50-150英 尺(4.6-14平方米)，例如70-100平方英尺(6.5-9.3平方米)。手柄部件14高出第一端20的距离在0.5至5英寸(1.3-13厘米)之间，例 如0.75至2英寸(1.9-5.1厘米)之间，在一例子中大约为1英寸(2.5厘米)。槽58可界定一2-20平方英寸(13-130cm2)之间的开口面积，例如在3-8 平方英寸(19-52cm2)之间，在一例子中大约为4平方英寸(26cm2)。各开孔74,76,78具有在0.75-3英寸(1.9-7.6cm)之间的直径，例如约变 l英寸(2.5cm)。虽然上面的说明、示例和数据详细描述了本发明装置的制造和使用。然
而，本发明还可以有许多实施例。
权利要求
1.一种过滤装置，包括(a)具有相对的第一端(20)和第二端(22)的过滤部件(10)；所述过滤部件包括至少一层瓦楞过滤介质(123)；以及靠近于所述至少一层瓦楞介质的至少一层非瓦楞介质(132) 所述过滤部件具有芯部构件(30)；(i)所述至少一层瓦楞过滤介质和所述至少一层非瓦楞介质彼此相连并具有一卷绕结构；(ii)所述至少一层瓦楞过滤介质包括交替出现的波峰(126)和波谷(128)，以形成多条波纹(124)(A)各所述波纹具有靠近所述过滤部件第一端的第一端部，和靠近所述过滤部件第二端的第二端部；(B)某些所述波纹在所述第一端部开口并在第二端部被密封；和(C)某些所述波纹在所述第一端部被密封并在第二端部开口；(iii)所述卷绕结构包括至少一层瓦楞过滤介质和至少一层非瓦楞过滤介质围绕所述芯部构件的卷绕；(iv)所述芯部构件包括细长的非圆形结构；和，(b)手柄部件(14)固定至所述过滤部件，被构造和设置以适应由人手部分施加的握住力；(i)所述手柄部件通过粘合，或机械连接件，或栓系，或通过铰链，或与芯部构件结合为一体固定至所述芯部构件。
2. 根据权利要求1所述的过滤装置，其中 (a)所述手柄部件和芯部构件模制成一单件。
3. 根据权利要求2所述的过滤装置，其中(a)所述手柄部件包括由芯部构件构成的开孔(50)。
4. 根据权利要求3所述的过滤装置，其中(a)所述手柄部件包括完全贯穿芯部构件的开孔(50)。
5. 根据权利要求4所述的过滤装置，其中 (a)所述开孔(50)包括单个狭长槽(58)。
6.根据权利要求1所述的过滤装置，其中-(a)所述过滤部件(10)具有一截面，包括一对半圆端(40, 42)由一对直 线部分(44， 46)结合在一起；所述过滤部件截面由所述至少一层瓦楞过滤介质 和所述至少一层非瓦楞介质围绕所述细长的非圆形芯部构件而形成。
7. 根据权利要求1所述的过滤装置，其中 (a)所述过滤部件(10)具有非圆形横截面。
8. 根据权利要求1所述的过滤装置，其中(a)所述过滤部件包括固定于所述过滤部件外圈缘的密封件(90)。
9. 根据权利要求8所述的过滤装置，其中 (a)所述密封件形成圆形横截面。
10. 根据权利要求8所述的过滤装置，其中 (a)所述密封件限定L形截面。
全文摘要
一过滤装置，包括一被设计成可用于直流的过滤部件和一固定于过滤部件上的手柄部件。过滤部件一般具有多个波纹，其某些所选波纹在上游部分开口并在下游部分封闭，而某些所选波纹在上游部分封闭并在下游部分开口。在一实施例中，手柄部件被固定到芯部构件上。在某些实施例中，手柄部件和芯部构件是单件模制结构。手柄部件可包括诸如一狭长槽的一个开孔或多个开孔。用来维护一具有直流过滤部件的系统的方法包括握住固定于过滤部件的手柄上，并拉动手柄以将过滤部件从系统中移出。
文档编号B01D46/10GK101347696SQ20081013527
公开日2009年1月21日 申请日期2000年2月23日 优先权日1999年2月26日
发明者J·C·托卡 申请人:唐纳森公司