具有楔形槽的褶状过滤介质的制作方法

专利名称：具有楔形槽的褶状过滤介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及褶状过滤介质、介质组件(pack)、过滤元件，以及介质、介质组件、过滤元件的制造方法。
背景技术：
流体流，如气体和液体，通常在其中携带有污染物质。在许多情况下，希望的是从该流体流中过滤出一些或全部的污染物质。例如，在进入机动车辆和发电设备的发动机中的空气流中、进入气体涡轮机系统中的空气和气体流中、进入不同燃烧炉中的空气和气体流中、以及进入热交换器(例如，加热和空气调节)中的空气和气体流中，通常存在颗粒污染物。发动机润滑剂系统、液压系统、冷却剂系统以及燃料系统中的液体流还可能携带有应该被过滤掉的污染物。对于此类系统而言优选的是，将选定的污染物材料从流体中去除(或使之在流体中的水平降低)。已经开发了多种流体过滤器(气体或液体过滤器)用于减少污染物。然而总体上，仍寻求继续的改进。褶状过滤介质已经使用了很多年，并且被广泛地用于流体过滤应用中，包括气体和液体过滤中。褶状过滤介质在给定的体积内通过将介质来回折叠而提供了较大的介质表面积，这样使得可以在较小的体积中安排大量的介质。褶状介质典型地是由连续的或卷绕的过滤介质片材形成的，其中这些褶皱是垂直于介质的机器方向而形成的。介质的机器方向一般是指介质在从一个来源(例如供应卷材)中出来时的连续方向。该连续方向有时也称为介质的机器方向。因此，这些褶皱折痕总体上横过了介质的连续方向。总体上，第一组褶皱折痕形成了该介质组件的第一面并且第二组褶皱形成了该介质组件的第二面，其中这些第一和第二褶皱折痕是彼此交替的。将会理解的是，在某些实施方案中，在此描述的“面”可以是实质上不平的或不规则的、并且可以是平面的或非平面的。设计含有褶状过滤介质的过滤元件的一个挑战是，当给定体积内的褶皱数目增加时，可能出现不希望的流体流动限制程度。当褶皱被挤压到彼此太靠近时，这种限制变得很关键，这可能导致对过滤器性能的显著干扰。例如，褶皱可能太过靠在一起以致于流体难以进入褶皱之间的区域。由于这种限制，某些现有的褶状过滤器中的介质经修饰以便创造出不均匀的表面，其中沿着该介质表面具有浅的重复弧段的抬升区域。随着具有这种不均匀表面的褶皱被彼此挤压在一起，介质上的抬升区域有助于通过形成辅助流体流动的通道而维持褶皱表面之间的流体流动。虽然具有不均匀表面的褶皱可以提供优点，但其改进受到限制，尤其是关于更深的褶皱构造而言。因此，对于改进的褶状过滤介质存在着需求。

发明内容
本发明是针对褶状过滤介质以及包含该褶状过滤介质的褶状过滤介质组件。这些褶皱组件进而可以形成为过滤元件，过滤元件也是本发明的主题。该介质和介质组件包含在褶皱折痕之间延伸的槽。这些槽是在过滤介质中形成的三维结构，它们提供了沿着褶皱表面的有利的流动路径，这些流动路径允许流体有利地流动穿过该介质、协助控制褶皱间距、辅助对褶皱面提供刚性和结构、并且提供有效的污染物去除。该介质组件中的至少一些槽具有楔形的几何形状。该楔形的几何形状典型地包括沿着其长度在槽的宽度、和/或高度、和/或截面积方面的变化。在褶状介质中使用楔形槽可以具有在过滤性能方面的显著益处。例如，楔形槽可以允许形成更深的褶皱组件而同时在穿过该褶皱组件的流体流动方面提供益处。这样的益处可以通过在介质组件的上游侧 上、在该介质组件的前面附近(在这里流体进入介质组件中)形成具有较大截面积的槽，并且在介质组件的下游侧上、在该介质组件的后面附近(在这里流体离开介质组件)布置具有较大截面积的相反的槽。这种上游和下游的槽截面积的变化可以减小与进入和离开褶皱组件相关的收缩以及膨胀压力损失、并且当流体沿着楔形槽所形成的通道流动时可以减小压力损失。那么因此，楔形槽可以减小褶皱组件的初始压降。通过减小初始压降并且影响沿着槽穿过介质的流动分布，楔形槽可以增大过滤器能力和寿命。在宽度、高度和/或截面积上的变化通常沿着槽的长度是逐渐式的，并且在一些实现方式中这些变化可以是阶梯式的或者非逐渐式的。在大多数实现方式中，这些楔形槽将沿着全部或大部分槽长度展现出基本上均匀的楔度。然而在一些实现方式中，有可能使得这种楔度沿着槽长度发生改变，这样使得该楔度是不均匀的或不连续的。例如，该槽可以从一个楔形区域过渡至一个非楔形区域、到达另一个楔形区域。虽然特定槽的截面积可以从槽的一端到另一端发生变化，但是槽的宽度或槽的高度不需要同时逐渐减小。其实在一些实现方式中，宽度、高度、或二者沿着槽的长度是恒定的或基本上恒定的。如在详细说明中将会解释的，有可能改变一个槽的截面积而不改变其宽度或高度。这可以通过改变槽的侧壁的形状来进行，例如通过沿着槽壁形成脊并且沿着槽改变这些脊的位置。如在此使用的，脊一般是在介质中沿着一个槽的一部分或全部长度的一种限定的弯曲、皱纹、或变形。脊典型地是在介质的曲线中的一种不连续性，在总体上弯曲的介质中不存在。因此，脊一般并不简单地是一条渐变曲线之间的一个拐点，而是曲率中一个更显著的不连续性(例如在本发明的图9A和9B中所示)。如在详细说明中详述的，根据本发明的传授内容所构造的脊能获得专门的楔形槽。特别是，有可能使脊的位置沿着槽的长度改变以便促成这些槽的受控的楔度。因此，沿着槽的长度添加所形成的脊、并且改变这些脊的形状和位置，可以导致槽截面积的显著的逐渐减小；并且这样的逐渐减小可以任选地在不显著改变槽的高度或宽度的情况下进行。本发明的褶状介质进一步的优点在于这些楔形槽允许得到对过滤介质的高利用水平。高利用水平是指在介质中存在较小的遮盖。如在此使用的，遮盖是指相邻的且相接触的介质面之间的接近区域。当上游或下游的相邻介质面相接触时，缺少跨越介质的实质性的压力差或者对于跨越介质的流动存在显著的阻力，该阻力大于在这些片材没有紧密靠近时将会观察到的。总体上，在介质中在与另一个介质片材或流动边界表面存在紧密靠近或接触的位置出现遮盖。这种紧密靠近可能在该位置造成用于驱动流动穿过介质的压力减小。其结果是，被遮盖的介质对过滤介质的过滤性能不够有用。介质遮盖的显著减少可以代表对过滤器性能和设计的重大改进，因为这增加了可用于过滤流体的介质的量。因此，希望的是减少遮盖以便增大可用于过滤的过滤介质的量。减少遮盖增大了过滤介质褶皱组件的灰尘储存能力、增大了给定的压降下流体穿过过滤介质的通过量、和/或减小了给定的总流体流量下该过滤介质褶皱组件的压降。根据本发明的传授内容制造的褶状介质中的槽允许减少介质的遮盖。这种减少是通过控制槽的形状、特别是通过使具有减小的表面积的槽尖端与相邻褶皱上的槽相接触而实现的。尖锐的槽尖端可以通过形成尖锐的半径或限定的尖端来创造，这减小了褶皱之间的遮盖。如在详细说明中将说明的，在本发明的不同的实施方案中，这些尖锐的槽尖端是与沿着该槽的脊一起形成的，以便增大介质表面积、仓Ij造楔形的槽、并且另外控制过滤介质的性能。
虽然沿着一个给定槽遭受遮盖的特定介质面积可能是较小的，但在整个过滤元件上被遮盖的介质总量可能是相当大的。因此，在减小遮盖方面甚至有限改进都可能具有显著的价值。有可能减小过滤元件中被遮盖介质的量而同时修饰槽的几何形状，以便甚至进一步增加在过滤器中存在的有效介质的量。通过减小遮盖，该过滤元件的性能或寿命可以增加，或者该过滤元件的尺寸可以减小而同时维持相同的性能或过滤器寿命。总体上，增强过滤元件的寿命或减小对于给定过滤元件尺寸的过滤器初始压降或者减小对于给定过滤元件性能的过滤元件尺寸都可以称为增强过滤器的性能。本发明的楔形槽可以被构造成具有减少的介质遮盖，即使槽的宽度、高度或截面沿其长度改变；并且这种限制遮盖的能力允许由于将可用介质最大化而提闻过滤器性能。根据本发明制造的褶状介质进一步的优势在于，这些楔形槽可以被构造成使得在生产过程中介质上存在极小的应变，从而允许将相对不可拉伸的介质形成为在从一个褶状介质组件的一个褶皱面到另一个褶皱面的定向延伸的楔形槽。具有高纤维素含量的介质通常由于其低成本而是所希望的，并且本发明允许结合高纤维素的介质并且形成适当的楔形槽而不对介质造成不可接受的损害。同样，具有高玻璃纤维含量的介质也可以使用并且被形成为楔形槽而不造成该介质的不可接受的降级。在某些实施方案中，根据本发明制成的过滤介质褶皱组件被构造有具有不同槽形状的槽，使得在该褶皱组件的上游和下游侧存在不同的开放体积，这是一种在此被称为褶皱组件的体积不对称性的特性。这种褶皱组件体积不对称性在一些实施方案中可以促进污染物质的储存、改进的流动以及更好的过滤作用。褶皱组件体积不对称性对于改进具有浅褶皱组件的过滤器构型中的性能可能是特别有帮助的。褶皱组件体积不对称性与槽的楔度不同，但是将体积不对称性与楔度相结合可以导致对褶皱组件性能以及使用寿命的显著改进。的确，槽的楔度可以用于产生或增大体积不对称性。本发明还针对褶状过滤介质组件。短语“褶状过滤介质组件”是指通过折叠、打褶或以其他方式将过滤介质形成为三维网络所构造或形成的介质组件。褶状过滤介质组件可以更简单地称为介质组件。褶状过滤介质组件任选地可以与在过滤元件中存在的其他特征进行组合，例如密封件、密封件支撑件、以及褶皱组件末端包裹物。总体上，褶状过滤介质组件包括具有形成了该介质组件的第一面的第一组褶皱折痕以及形成了该介质组件的第二面的第二组褶皱折痕的过滤介质，并且该过滤介质在该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间以往复的安排进行延伸。这些褶皱典型地是横过介质的机器方向形成的，但并不要求如此。这些褶皱能以一个角度形成，该角度不同于横过该机器方向的角度。该第一面一般是该褶状过滤介质的入口或出口，并且该第二面是该过滤介质的入口或出口中的另一个。例如，未过滤的流体可以经由该第一面进入该褶状过滤介质组件中，并且过滤后的流体可以经由该第二面离开该褶状过滤介质组件，反之亦然。根据本发明制造的褶状介质可以组装成大量的形状和构型，包括板式过滤器、圆柱形过滤器、以及锥形过滤器。在板式过滤器中，褶状介质典型地以平面的或平板构型延伸，其中由第一组褶皱折痕(也称为褶皱尖端)形成了该褶状介质的第一面并且由第二组褶皱折痕(也称为褶皱尖端)形成了该褶状介质的第二面。这些褶皱折痕形成的第一和第二面是基本上平行的。流体通过一个面流入该板式过滤器并且通过另一个面流出该板式过滤器。 在圆柱形或锥形过滤器中，褶状介质一般被形成为管或锥体(或者是管或锥体的部分区段)，其中该褶状介质的第一面(由第一组褶皱折痕形成)创造了一个内部面并且该褶状介质的第二面(由第二组褶皱折痕形成)创造了一个外部面。在用于空气过滤的圆柱形和锥形过滤器的情况下，空气典型地从该外部面流入该过滤元件而到达该内部面(在有时称为逆向流动过滤器的情况下反之亦然)。以上的发明概述并不旨在描述本发明的每个所披露的实施方案。这是以下详细说明和权利要求书的目的。


联系附图来考虑以下对本发明的不同实施方案的详细说明，可以更全面地理解本发明，在附图中图I是根据本发明的原理的一种过滤元件的透视图。图2A是图I的过滤元件的正视图。图2B是图I的过滤元件的特写正视图。图3A是图I的过滤元件的后视图。图3B是图I的过滤元件的特写后视图。图4是图I的过滤元件的侧视图，示出了将该过滤元件分为图5A-5C中所绘截面的一系列平面。图5A是来自图I的过滤元件的过滤介质的特写透视图，该截面是沿图5的平面A-A ’截取的。图5B是来自图I的过滤元件的过滤介质的特写透视图，该截面是沿图5的平面B-B ’截取的。图5C是来自图I的过滤元件的过滤介质的特写透视图，该截面是沿图5的平面C-C ’截取的。图6是从图I的过滤元件中获取的一片过滤介质的一部分的特写透视图。
图7是从图I的过滤元件中获取的一个单独的槽的特写透视图。图8A是图7所示的一片过滤介质的一部分的截面视图，该截面是沿图7的线A-A’截取的。图SB是图7所示的一片过滤介质的一部分的截面视图，该截面是沿图7的线B-B’截取的。图SC是图7所示的一片过滤介质的一部分的截面视图，该截面是沿图7的线C-C’截取的。图8D是图7所示的一片过滤介质的一部分的截面视图，该截面是沿图7的线D_D’截取的。
图9A-9C是根据本发明的原理的过滤介质的放大的、示意性的截面视图。图10是根据本发明的一个实现方式所构造的槽式介质的放大的截面视图。图IlA是根据本发明的原理的过滤介质组件的一部分的放大的、示意性的截面视图。图IlB是根据本发明的原理的过滤介质组件的一部分的放大的、示意性的截面视图。图12是根据本发明的原理的褶状过滤介质组件的一部分的透视端视图。图13是根据本发明的一个实现方式所制造的过滤介质组件的一部分的放大的局部透视图。图14是根据本发明的一个实现方式所制造的一片槽式过滤介质的放大的局部透视图。图15是一片连续的、成形的、具有浮雕式槽的过滤介质的局部俯视平面图。图16是一片连续的成形的具有浮雕式槽的过滤介质的局部俯视平面图。图17是根据本发明的原理的槽的放大的截面扫描图像，示出了用于测量槽的有效内半径的方法。图18是根据本发明的一个实现方式用于形成槽式介质的设备的示意图。图19A是正从扁平的连续片材转换成槽式并且褶状的介质的过滤介质片材的俯视不意图。图19B是正从扁平连续片材转换成槽式并且褶状的介质的、来自图19A的过滤介质片材的侧面示意图。图20是根据本发明的一个实现方式制造的一种束合(bunching)机构的侧面透视图，该束合机构被配置成将介质在薄片横向上聚拢以便随后形成为槽。图21是根据本发明的一个实现方式制造的一种束合机构以及成形辊的侧面透视图，该束合机构被配置成将介质在薄片横向上聚拢以便随后形成为槽。图22是根据本发明的一个实现方式制造的成形辊的侧面透视图，这些成形辊被配置成在过滤介质中制造槽。图23是根据本发明的一个实现方式制造的替代性成形辊的侧面透视图，这些成形棍被配置成在过滤介质中制造槽。图24是根据本发明的一个实现方式制造的成形辊的分解透视图，该成形辊被配置成在过滤介质中制造槽。
图25是根据本发明的一个实现方式制造的成形辊的截面，该成形辊被配置成在过滤介质中制造槽。图26是图25中所绘的成形辊的一个区段的透视图。图27A至27C是截面图示，展示了一个分段的钳夹辊上这些刻痕条之间的不同间距，这些刻痕条被配置用于在连续介质中形成适当的褶皱折痕。图28是根据本发明的一个实现方式用于形成槽式介质的设备的示意图。图29是根据本发明的一个实现方式用于形成槽式介质的设备的示意图。图30是根据本发明的原理的圆柱形过滤介质组件的一部分的透视图。图31是图30的圆柱形过滤介质组件的一部分的透视图并且示出了穿过该过滤介质组件的从外向内的流动。 图32是有一部分破掉的圆柱形过滤介质的侧面立面图。图33是图32的圆柱形过滤元件的透视图。图34是一种类型的锥形过滤元件的侧面示意性立面图。这些图应被认为是本发明的一般代表，并且将会了解的是它们不是被绘制用于涵盖本发明的所有实施方案，而且它们也不总是按比例绘制的。将会理解的是，根据本发明制造的介质一般将展现出变化。尽管本发明对于多种改性和替代形式是敏感的，但已经通过实例和附图的方式示出了其特殊性，并且将详细进行描述。然而，应当理解，本发明并不限于所描述的这些具体实施方案。与此相反，本发明将覆盖落入本发明精神和范围内的修改、等效物、以及替代方案。
具体实施例方式本发明是针对褶状过滤介质以及过滤介质褶皱组件，它们包含在褶皱折痕之间定向延伸的槽，并且还涉及用于生产褶状过滤介质以及介质褶皱组件的方法和设备。这些槽是在过滤介质中形成的三维结构，这些结构提供了沿着褶皱表面的有利的流动路径、允许流体有利地流动穿过该介质、并且提供了有效的污染物去除。该介质以及褶皱组件中的至少一些槽具有楔形的几何形状。这种楔度典型地提供沿着其长度的至少一部分在槽的宽度、高度、和/或截面积方面的变化而显现。虽然特定槽的截面积可以从槽的一端到另一端发生变化，但是槽的宽度或槽的高度不需要同时逐渐减小。其实在一些实现方式中，宽度、高度、或二者沿着槽的长度是恒定的或基本上恒定的，而槽的截面积改变。在其他实现方式中，这些槽的高度和宽度沿着其长度改变。在宽度、高度和/或截面积上的变化通常沿着槽的长度是逐渐式的，并且在一些实现方式中这些变化可以是阶梯式的或者非逐渐式的。在许多实现方式中，这些楔形槽沿着全部或大部分槽长度展现出基本上均匀的楔度。然而在一些实现方式中，有可能使得这种楔度沿着槽长度发生改变，这样使得该楔度是不均匀的。在一些实现方式中，有可能的是一个或多个槽的仅仅部分展示出楔度，而一个或多个槽的其他部分是基本上直的。总体上，楔形槽不会沿着长度变宽然后变窄。换言之，典型地，在截面积上楔形地变窄的槽不会转变至在截面积上楔形地变宽；并且在截面积上楔形地变宽的槽将不会在截面积上楔形地变窄。然而在一些实现方式中，可能发生不连续的楔形变化，例如一个槽对于其部分长度是在截面积上楔形地变窄、接着在截面积上楔形地变宽、然后再次在截面积上楔形地变窄。在一些这样的实现方式中，该槽的起始和终止截面积不改变，但是截面积沿着该槽的一部分发生楔形变化。在褶状介质中使用楔形槽可以具有在过滤性能方面的显著益处。例如，楔形槽可以允许使用更深的褶皱组件而同时在穿过该介质的流体流动方面提供益处。这样的益处可以通过在介质组件的上游侧上、在前面附近(在这里流体进入介质组件中)使槽具有较大截面积，并且在介质组件的下游侧上、在后面附近(在这里流体离开介质组件)布置也具有较大截面积的相反的槽。这种上游与下游的槽截面积的改变减小了与流体流入褶皱组件相关的褶皱组件面积收缩入口压力损失、以及与流体流出褶皱组件相关的褶皱组件面积膨胀出口压力损失。流动均匀性可以有利地用来减小当流体沿着槽并且穿过楔形槽所形成的介质移动时介质和/或通道的压力损失。在槽中穿过介质的更均匀流动可以提供在槽内更均匀的灰尘负载。于是楔形槽可以用于减小褶皱组件的初始压降。通过减小初始压降并且影响沿着槽穿过介质时的流动分布，楔形槽可以用于增大过滤器的灰尘容量(过滤器寿命)。通 过减小压力损失并且提高流动均匀性，楔形槽还特别适用于将通过反转穿过过滤元件的流体流动而进行脉冲式冲洗的介质。具有楔形槽的褶状介质还可以用于各种其他的过滤应用。该褶状过滤介质组件可以用于过滤可能是气态或液体物质的流体。可以使用该过滤介质来过滤的一种示例性的气态物质是空气，并且可以使用该过滤介质来过滤的示例性的液体物质包括水、油、燃料以及液压流体。该过滤介质组件可以用来从待过滤的流体中分离或去除一种组分的至少一部分。该组分可以是污染物或这种去除或分离作用所针对的另一种物质。示例性的污染物以及去除作用所针对的物质包括特征为固体、液体、气体或其组合的那些。污染物以及去除作用所针对的物质可以包括颗粒、非颗粒、或它们的混合物。去除所针对的物质可以包括能被该介质捕获的化学物种。提及组分和污染物的去除作用应该理解为是指完全的去除或分离或者部分的去除或分离作用。现在参见附图，将对本发明的不同示例性实施方案进行说明。图I至6示出了根据本发明构造的一种示例性的过滤元件。虽然在这个实例的过滤元件中，在相反褶皱面上的示例性槽被显示为沿着整个槽长度是基本上接触的，但应理解的是本发明的槽可以沿着其长度不接触或者可以沿着其长度仅偶尔接触。图I从正面透视图中示出了一种过滤元件100。过滤元件100包括一个框架102，该框架环绕了褶状过滤介质110。图I中示出了过滤介质110的正面108，并且过滤介质110具有在图3中所示的、对应的背面109。此外，该框架具有右侧104、左侧105、顶部106、以及底部107。图2A示出了图I中所绘的过滤元件100的示意性正视图,其中图2B示出了裙状过滤介质110的正面的简化特写视图。该褶状过滤介质110的特写视图描绘了褶皱120的端视图，包括大量褶皱的尖端122以及各个褶皱之间的空间124。将会理解的是，该褶状介质的特写视图仍是基本上示意性的展示、并且因此不旨在作为实际介质的详细展示。过滤介质110的正面108典型地是过滤元件100的“上游”侧，并且背面109 (在图3A和3B中示出)是过滤元件100的“下游”侧。因此在一个典型的实施方案中，流体穿过过滤元件100的流动是从正面108、进入过滤元件的内部、并然后穿过背面109(在穿过过滤介质110的同时)而出来。图3B中所示的背面109描绘了褶皱组件表面的简化示意图，包括多个具有褶皱尖端123的褶皱121以及褶皱121之间的空间125。现在参见图4、5A、5B和5C，这些图示出了具有根据本发明的传授内容制造的楔形槽的裙状介质的一个实例的进一步细节。图4示出了图I中所绘的过滤元件100的右侧板104。在图5A至5C中绘出了平面A-A’、B-B’、以及C-C’的截面。平面A-A’对应于在元件100的正面108附近获取的元件100的截面；平面B-B’对应于在元件100的中心附近、大致在正面108与背面109之间的一半处获取的元件100的截面；平面C-C’对应于在元件100的背面109附近获取的元件100的截面。虽然截面Α Ρ B-B’可以是非常靠近相邻的正面108和背面109而获取的，但典型地在形成褶皱折痕的位置存在槽的至少适度的变形。因此，图5A至5C代表靠近褶皱折痕的截面，但不必直接紧邻这些褶皱折痕。图5A是沿平面A-A’截取的介质110的特写。被认为位于介质组件上游的槽用名称“in”表示(因为流体在这些槽中流入褶皱组件)，而被指定是在介质组件下游的槽用名称“out”表示(因为流体在这些槽中流出褶皱组件)。图5A示出了上游槽210，它们被相邻 的下游槽220包围。通过上游槽210进入褶皱组件的流体能够沿着该槽流动、但最终穿过过滤介质110并然后通过一个下游槽220流出该褶皱(除此之外有少量流体将穿过实际的褶皱折痕)。在图5A中将观察到，上游槽210具有与下游槽220相比显著更大的截面积(在图4的位置A-A’处)。在图5A中还将观察到，在过滤介质110的相邻层之间存在较少的遮盖。随着这些槽更深地延伸进入过滤元件中，上游槽210开始在截面积上减小、或楔形地变窄，而下游槽220可以是截面积上增大、或楔形地变宽。通过图5B中所示的过滤元件的中心，下游槽220的截面积基本上与上游槽210相等。这种楔形变化持续到图5C中所示的截面，在这里上游槽210具有与下游槽220相比显著更小的截面积。要注意的是，这种显著量的楔形变化在所描绘的实施方案中是在沿着槽长度没有增加任何遮盖的情况下完成的，并且同时维持了槽的高度和宽度，并且上游和下游槽各自具有基本上相同的、形成每个槽的介质周长。在这个例子中，仅有每个槽的截面积沿着槽长度变化。如在后面进一步说明的，替代性实施方案可以改变槽的高度和宽度。因此，图5A至5C示出了在褶状介质中构造的楔形槽的一个有用的实施方案，但是仍在本发明的范围之内的替代方案是有可能的。从图5A至5C中也观察到，该楔形槽构型是在相邻槽之间具有较少的介质遮盖、并且可用于过滤的表面积没有变化的情况下实现的。换言之，这些槽的楔形变化是在不改变在上游或下游槽上被暴露介质的量的情况下发生的。在图5A至5C中楔形槽的安排显示了一种实现方式，其中该介质的在正面附近的上游侧具有大的开放槽，并且该介质的在背面附近的下游侧具有大的开放槽。结果是这样的构型该构型允许在许多情况下改进过滤器性能，例如对于较深的褶状过滤元件而言，包括大于2英尺深、大于6英尺深、并且特别是大于10英尺深的那些。图6示出了一片过滤介质250的一个区段，该区段将产生与图5A至5C中所示的槽一致的槽几何形状。一片介质250的这个区段揭示了楔形槽是如何从较大的游槽252转换成较大的下游槽254在这个作为透视图并且不按比例绘制的视图中，数字Xtl和X1是用来表示褶状介质的宽度(或者至少所绘的区段，为4个槽的宽度)。总体上，该褶状介质被形成为使得Xtl和X1是相等的，这允许容易地创造出具有相垂直的侧面的介质。然而，应当理解的是在一些实现方式中Xtl可以大于或小于Xp在这样的构型中，Xc^PX1的差可以通过这样的褶皱组件而展现出该褶皱组件的正面的尺寸与该褶皱组件的背面的尺寸不相同。虽然这样的变体不适合于所有的应用，但改变褶皱组件几何形状的能力对于某些实现方式是有利的。另外有意义的是，在图6中明显的从大到小的槽截面积(以及从小到大的槽截面积)的楔形过渡可以在介质片材250上没有显著应变的情况下产生。特别是，这些槽可以在不过度拉伸该介质的情况下创造，因为形成这些槽的介质的长度在从侧面256到258进行测量时与沿着这些褶皱表面从该褶皱组件的正面到该褶皱组件的背面测量时基本上相等(例如，这些长度在图4中表示的截面A-A’、B-B’、以及C-C’处测量时是基本上相等的)。因此在某些实施方案中，追踪沿着介质的前边缘257的距离可以等于或几乎等于沿着后边缘259的长度。因此，在形成这些槽几何形状时典型地不会发生介质的过度拉伸，这对于使用高纤维素纤维过滤介质和玻璃纤维过滤介质、以及在不降级的情况下不容易拉伸的其他介质来生产槽式介质而言可能是非常重要的特征。在示例性实现方式中，介质在薄片横向上拉伸的量是小于10%、通常小于7. 5%、并且希望的是小于5%。
根据本发明的一个实现方式制造的槽式介质的另一个方面是通过参照图7以及在图8A、8B、8C、和8D中所示的截面来揭示的。所示的槽252从具有大的上游开口的一个正面楔形变化至具有较小的上游开口的背面。这种楔形变化发生的方式通过检查沿着平面A-A’、平面B-B’、平面C-C’、以及平面D-D’截取的截面是明显的，这些平面分别对应于图8A、8B、8C、以及8D。在图8A中，介质255下方的体积通过具有一个脊270而增强，该脊使得该介质从槽252的内部向外延伸。此外，该槽252包括峰260，这些峰从相邻的介质上略微地向上凸出(从而减少了遮盖)。虽然峰260的这种向上凸出是较精细的并且可能难以在视觉上观察到，但它仍有助于减少介质的遮盖。在图8B中所示的截面B-B’处，从槽252逐渐向下，峰260变得甚至更加明确。此夕卜，图8A的峰260的每侧上的单个脊270在峰260的每侧分叉为两个脊270。这两个脊有助于修饰槽的形状，使得槽252的截面积开始显示出从图8A中所示的截面积减小。穿过图8C中的截面C-C’，这种变化继续，在这里峰260仍在，但峰260的每侧上的这两个脊270已经从峰260移动得更远，由此甚至进一步缩小的槽252的截面积。最后，在沿截面D-D’获取的槽252的远端，该槽的截面积甚至更小，其中峰260变为非常轮廓分明的，但仅有一个脊270是明显的，因为第二个脊汇入了槽252的边缘257 (也对应于一个相邻槽的峰)中。图7和8A-8D中所示的槽几何形状描述了一个示例性实施方案，展示了可以如何创造楔形槽，但并不意在代表它是可以形成此类槽的唯一方式。
槽特征以及槽式介质的特性现在将对根据本发明制造的楔形槽的特征进行解释，包括槽脊的存在、槽的宽度和高度、槽的束线(cord)长度、介质束线百分比、介质体积不对称性、槽密度、槽峰半径、以及槽的取向。
槽脊现在参见图9A-9C，示出了适合于构造楔形槽的不同槽式介质片材的截面视图。要注意的是，图9A-9C并不意在成为所有可接受的槽几何形状的比例绘图，而仅示出了示例性的实现方式。
在图9A中，示出了具有槽310的槽式介质片材300的一个区段。此外，介质片材300还在多个槽310之间形成了一个槽312。虽然未在图9A中绘出，但介质310典型地将以大量另外的槽延伸，并且在介质组件中将存在另外的介质片材，如图5A至5C中所示的。槽式介质片材300揭示了提供了优异的过滤性能的多个特征。介质片材300中这些槽310的特征之一是，峰301和303的最高范围具有一个尖锐的尖端或点，而不是简单地一个弯曲表面。一个尖锐的尖端或点可以通过由较小半径组成的槽尖端的一个模型近似得到。尖锐的尖端可能是有用的，因为当来自相反的褶皱面的相邻槽相接触时，大的半径导致介质的遮盖增加。槽310进一步具有峰302和304。在介质片材310中峰302、304比峰301和303更弯曲。然而在其他实现方式中，峰302和304可以被构造成使得它们也是较尖锐的。槽峰301和303可以称为相邻的第一侧峰，而峰302和304可以称为相邻的第二侧峰。某些峰如第一侧峰以及其他峰如第二侧峰的特征是任意的，并且若希望的话可以颠倒。槽310具有一系列脊308，这些脊有助于限定槽310的内部体积和形状。脊可以在介质中由于介质在该位置的变形而产生。该介质可以在该脊处由于对介质施加压力而变形。脊308的位置的变化可以显著影响槽310的楔形变化而同时改变相反的槽312的楔形变化。因此，例如脊308朝更低的褶皱峰304的移动可能导致槽312的截面积增加而同时 减小槽310的截面积。在一些这样的实现方式中，槽的相对宽度与高度比可以改变，而在其他实现方式中这个比率保持基本上恒定。所示的槽式介质300的每个槽310具有两个脊308。脊308沿着槽长度的至少一部分延伸。在一些实施方案中，每个脊308可以表征为一个一般区域,在该区域处槽式介质308a的一个相对更平坦的部分与槽式介质308b的一个相对更陡峭的部分相连。使用术语“脊”旨在表征该介质的一个不被认为是峰的部分。即，可以在峰之间提供脊，并且脊可以被认为不是峰。脊可以被认为是不同斜率的介质部分之间相交线。在一些实现方式中，脊的外观将多少被介质本身中的不规则性掩盖。脊的表征不应该与槽峰混淆。一个总体上更平坦的部分308a和一个总体上更陡峭的部分308b的表征旨在作为表征脊308的存在的一种方式。总体上，更平坦的部分308a和更陡峭的部分308b可以展现某种曲线。即，预期更平坦的部分308a和更陡峭的部分308b将不是完全平面式的，特别是当流体如空气或液体在过滤过程中流经该介质时。更确切地，脊可以是槽式介质的一个区段的轮廓内基本上不同斜率的介质部分之间的一个过渡区域。脊鉴定了该介质的曲率的不连续，例如皱纹或弯曲(例如参见图9A的308)。这种过渡可能是相对突然的。在正常使用下，脊不与来自其他相邻褶皱的脊相接触。脊通过允许对槽的截面积进行标准化和优化而促进了穿过介质组件的流体流动和过滤的效率、增大了特定体积内的介质的量、并且有助于减少相反介质表面上槽之间的遮盖。适当的脊对于使槽的截面积楔形变化而不改变槽的高度和宽度并且不要求介质的显著拉伸是特别有用的。而且，脊可以允许截面积上的楔形变化而不改变槽的总表面积。
对于该示例性槽式片材300，槽式介质308a的相对更平坦的部分在图9A中可以看做该槽式介质的、在峰301与脊308之间延伸的部分。槽式介质308b的相对更陆峭的部分可以表征为该介质的、从峰302延伸到脊308的部分。图9A中所示的介质的脊的存在，有助于在相邻的峰301与302处提供减少的遮盖。脊308的存在有助于增加在相邻的峰(例如峰301与302 ;或301与304)之间存在的介质的量并且有助于使这些峰锐化。
还观察到使用脊产生的楔形槽典型地还具有楔形的脊，例如朝彼此会聚、从彼此分叉、或在槽峰上会聚的脊。这样的会聚在例如以上讨论的图7和8A至8D中是清楚的。脊可以通过在槽式介质的形成过程中将介质沿着槽式片材的一段长度进行打褶、弯曲、折叠、压印或以其他方式的操纵而形成。在形成该槽式介质的步骤中可能希望、但并不总是必须采取步骤来设置脊。设置脊意味着在脊内去除介质中的残余应力，使得该介质趋向于保持所形成的形状。例如，该脊可以通过热处理或湿气处理或其组合来设置。此外，该脊可以在无额外的设置脊的步骤的情况下通过打褶、弯曲或折叠而存在。脊的存在可以通过视觉观察来检测。当脊的存在由于在褶皱折痕处掩盖了槽而可能无法通过观察槽的末端看得特别清楚时，可以切入该过滤元件中并且看到沿着槽的一段长度延伸的一个脊的存在。此外，脊的存在可以(在一些实现方式中)通过以下技术来确立其中该过滤介质加载有灰尘，并且将该槽式片材剥离以揭示出具有一个与该槽式介质上的脊相对应的脊的灰尘饼。该灰尘表面饼的这两个部分之间的相交形成了该脊的印记，它是作为介质曲率的不连续性揭示的。在一个示例性实现方式中，可以用来加载该介质以便填充这些槽从而在槽内提供灰尘饼的灰尘可以表征为ISO细试验灰尘。用一种树脂(如环氧 树脂)浸溃干净的过滤元件、允许该树脂硬化并然后切割成区段，是鉴定根据本发明制造的楔形槽的内部几何形状的另一种有效技术。脊，即便是非常精细的脊，也可以使用这种技术来鉴定。虽然脊是非常有用的，但还有可能具有适当的、带有显著更少的脊、更小范围的脊或根本没有脊的楔形槽。在一些实现方式中，该褶状过滤介质组件中，少于25%的槽在相邻的槽峰之间具有至少一个脊。替代性地，该褶状过滤介质组件中少于50%的槽在相邻的槽峰之间包括至少一个脊。将会理解的是，一些实现方式中，该褶状过滤介质组件中至少75%的槽在相邻的槽峰之间具有至少一个脊。脊的存在的表征应该理解为是指该脊沿着该槽的一段长度存在、但不必沿着该槽的整个长度存在。总体上，该脊可以沿着该槽的一段长度来设置，该长度是足以对所得介质提供所希望的性能，特别是楔形的形式。虽然脊可以沿着槽的整个长度延伸，但有可能的是脊由于在该槽的末端处的影响(例如打褶或折叠)而不延伸该槽的整个长度(100%的槽长度)。优选地，该脊延伸了槽长度的至少10%、更典型地是槽长度的25%。举例而言，脊可以延伸槽长度的至少30%、槽长度的至少40%、槽长度的至少50%、槽长度的至少60%、或槽长度的至少80%、。这样的脊可以沿着槽的长度以连续或不连续的方式延伸。而且，这些脊可以沿着槽均匀分布、或者可以沿着槽的长度不均匀地定位。例如在某些实施方案中，可能希望的是使得这些槽分布成使得他们在介质组件的上游或下游面处具有更多或更少的脊。此外，脊在槽上的位置可以改变以便修饰楔度。例如在一些实现方式中，该褶状过滤介质组件中的这些槽中至少25%包括位于相邻槽峰之间的至少一个脊，该脊沿着该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间的槽长度的至少25%延伸。替代性地，该褶状过滤介质组件中的这些槽中至少25%具有位于相邻槽峰之间的至少一个脊，该脊沿着该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间的槽长度的至少50%延伸。将会理解的是在一些实现方式中，该褶状过滤介质组件中的这些槽中至少50%具有位于相邻槽峰之间的至少一个脊，该脊沿着该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间的槽长度的至少50%延伸。也考虑了替代性的设计并且这些也位于本发明的范围之内。例如在一些实现方式中，该褶状过滤介质组件中的这些槽中至少25%具有位于相邻槽峰之间的脊，这些脊沿着该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间的槽长度的至少10%延伸。在一些实现方式中，该褶状过滤介质组件中的这些槽中至少50%包括位于相邻槽峰之间的至少一个脊，并且该脊沿着该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间的槽长度的至少10%延伸。在一些实现方式中，该褶状过滤介质组件中的这些槽中至少10%包含位于相邻槽峰之间的至少一个脊，并且该脊沿着该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间的槽长度的至少10%延伸。本发明的一个优点是，槽的几何形状(典型地包括槽高度、槽宽度、尖锐的槽峰以及沿着槽的任选的一个或多个脊)允许在过滤介质褶皱组件中包含更大的总介质表面积量，以便改进该介质的利用率并具有最小的遮盖、并且使该介质楔形变化而不过度拉伸该介质。这提供了增大过滤器性能而不增加过滤元件尺寸的能力。
在一些实现方式中，至少25%的槽在相邻峰之间展现出至少一个脊以便实现存在脊的益处。甚至更优选地，至少50%的槽、并且更优选100%的槽在该槽的各个相邻峰之间展现出至少一个脊。
槽宽度、高度以及介质长度除了通过槽峰301、303和脊308的存在来表征槽310，还有可能用宽度、高度和介质高度来表征这些槽。在图9A的槽310中，槽宽度Dl是从峰302的中心点到峰304的中心点测量的。替代性地，槽宽度Dl可以从峰301的中心点到峰303的中心点进行测量。具有重复的规则的槽几何形状时，这两种对Dl的测量是相同的。Dl的绝对尺寸将取决于应用而改变。然而总体上，Dl可以对于各种应用进行扩大或缩小。例如在大的柴油发动机中，Dl可以具有高达O. 5英寸或更大的典型测量值，一般范围是O. I至O. 3英寸。在小的汽油动力的发动机的燃料过滤器中，Dl可以具有O. 010英寸至O. 030英寸的典型测量值。在用于大的燃气涡轮机的过滤器中，Dl可以典型地是从O. I英寸至I. 5英寸。这些槽宽度仅是实例，并且将会理解的是Dl可以根据应用而是可变的。而且将会理解的是，在本发明的一些实现方式中，Dl可以沿着槽的长度变化。本发明的楔形槽的又一个重要的尺寸是距离J，这是从槽峰303垂直于由相反的峰302、304所形成的平面而测量的槽高度。距离J也将根据应用而改变。然而总体上，J可以对于各种应用进行扩大或缩小。例如在大的柴油发动机中，J可以具有从O. 03英寸至
O.08英寸的典型尺寸。在用于小的汽油动力的发动机的燃料过滤器中，J可以具有O. 03英寸至O. 08英寸的典型尺寸。在用于大的燃气涡轮机的过滤器中，J可以典型地是从O. 010英寸至O. 300英寸。在示例性的燃气涡轮机实现方式中，J是例如小于O. 5英寸。这些槽高度仅是实例，并且将会理解的是J可以根据应用而是可变的。而且将会理解的是，在本发明的一些实现方式中，J可以沿着槽的长度变化。在本发明的一些实现方式中也对槽的宽度与高度之比进行调整。槽的宽度与高度之比是槽宽度Dl与槽高度J之比。槽的宽度与高度之比可以按以下等式表示
槽的宽度与高度之比=D1/J
所测量的距离，如槽宽度Dl和槽高度J可以表征为过滤介质的平均值。这样的测量可以沿着槽长度、在每个末端处排除槽长度的某个量(如20%)(归因于在槽中由于形成褶皱折痕所导致的扭曲)来进行。因此，距离Dl和J可以远离槽的末端进行测量，因为槽的末端典型地由于打褶而变形。槽的宽度与高度之比可以在槽的长度上变化或保持不变。提供楔形槽(其中槽的宽度与高度之比在槽的长度上变化)的优点是能够减少相邻介质表面之间的可能接触并且由此减少遮盖。总体上适合的D1/J比率是小于10、更典型地小于8、并且通常小于6。如果D1/J变得太高，则穿过槽的流动可能过于受限，因为槽过短，尽管它们相当宽。而且，该槽在压力荷载下的显著的结构变形变得更有可能，这可能导致下游槽的坍塌。适合的D1/J比率包括大于I、更通常大于I. 5、并且经常大于2。在多数实现方式中，该宽度与高度之比是至少约
2.O、总体上至少2. I、更典型地至少2. 2、通常至少2. 3、任选地至少2. 5、并且任选地至少
3.O。
在示例性的实现方式中，其他适合的D1/J比率包括大于4、大于6、或大于8。因此，适当的范围包括但不限于2至10、4至8、以及5至7的D1/J比率。然而在一些实现方式中，可以使用具有极低D1/J比率的槽(但这样的槽一般更难制造)。例如，小于I. O、小于
0.75、以及小于O. 50的D1/J比率是有可能的。在一些实现方式中，包含非常高或非常低的D1/J值的槽与包含接近O. 5至2. O的值的D1/J的槽相比具有更好的性能。此类D1/J值的适当的范围包括2至8以及O. 075至O. 500。用于表征槽的几何形状的另一个尺寸是尺寸D2，对应于在沿着槽的给定点处沿着槽外周的介质长度。对于槽式介质，D2大于D1。长度D2定义为对于槽式片材300的一个周期而言槽式片材300的长度。在槽式片材300的情况下，距离D2是该槽式片材从峰302到峰304的长度。这个距离包括两个脊308。通过在该槽式介质的两个相邻峰之间提供一个或多个脊，可以相对于现有技术的介质来增加距离D2，导致在给定体积内介质增多。由于存在一个脊或多个脊，有可能提供与例如不具有脊的褶状介质相比具有更多可用于过滤的介质的过滤介质。当与尖锐槽峰相结合用于减少遮盖时，这是特别有价值的。这种介质的增多可以在遮盖增加极少、或没有、或者甚至遮盖减少的情况下实现。D2在楔形槽的设计和制造中是特别有用的参数。如果在沿着褶皱长度的不同区段处D2值变化了一个大于该介质的应变极限的量，则可能发生介质的断裂。因此，沿着褶皱面的D2变化应该受到控制以便将变化保持在介质的应变极限内。槽几何形状的另一个重要的方面是槽宽度(Dl)与沿着槽的介质长度(D2)的相对值。D2/D1值对于描述褶状介质也是有用的。在一些实施方案中，这些槽的、从第一组褶皱折痕延伸到第二组褶皱折痕的至少一部分包括大于I. O、通常至少I. 05、并且往往至少I. I的D2/D1值。在一些实现方式中D2/D1是至少I. 15并且在其他实现方式中是至少I. 20。更高的D2/D1值表示沿着给定槽宽度所提供的介质的量增加、并且还可以导致槽的高度J增加。在一些实现方式中D2/D1是大于I. 30、I. 40、或I. 50。D2/D1的典型范围包括例如从
1.05 至 2. O ;从 I. 10 至 I. 75 ;以及从 I. 20 至 I. 50。类似于槽的宽度与高度之比的、可以提供一种用于理解这些槽的有意义的方式的另一个特性是“开放通道的宽高比”。总体上，开放通道的宽高比可以根据以下等式来确定开放通道的宽高比=D I/C在这个等式中，C是开放通道的槽高度，它是槽高度(J)减去介质厚度(T)(参见图9A)。为了增强介质性能，总体上希望的是提供大于约2. 25、大于约2. 5、大于约2. 75、或大于约3的开放通道的宽度与高度之比。开放通道的宽度与高度之比优选是小于约10、小于约9. 5、小于约9、小于约8. 5、小于约8、小于约7. 5、或小于约6。在示例性的实现方式中，开放通道的宽度与高度之比是从2至7、从3至6、或从4至5。
束线长度、介质束线百分比以及介质密度虽然为了增强过滤介质的性能，减少遮盖是所希望的，但增强过滤介质的性能的另一种技术是增大给定体积内可用于过滤的介质面积的量。图9A-9C中所示的介质构型示出了用于提高在给定体积内存在的介质表面积的量的技术。介质-束线百分比可以帮助衡量槽构型(包括楔形槽)可以如何提供在给定体积内具有提高的介质表面积的一种过滤介质。
本发明的一些实现方式的另一个方面涉及介质的束线长度(CL)以确定介质-束线百分比。束线长度是指从一个峰的中心点到一个相邻峰的中心点的直线距离(例如参见图9A的相邻的峰301、302)。为了将介质厚度的影响最小化，束线长度的测量是从该介质内的一个中心点确定的。介质-束线百分比要求束线长度(CL)的测量结果。束线长度CL与介质长度D2之
间的关系可以表征为介质-束线百分比。介质-束线百分比可以根据以下等式来确定
(( D2)-CL)x 100
介质-束线百分比=_
CL通过在该槽式介质的相邻峰之间提供单个或多个脊，可以相对于现有技术的介质来增加距离D2。由于存在一个脊或多个脊，有可能提供与例如不具有脊的褶状介质相比具有更多可用于过滤的介质的过滤介质。介质-束线百分比的测量值可以用于表征在相邻峰之间提供的介质的量。介质-束线百分比的测量值可以用于表征在相邻峰之间提供的介质的量。在示例性实施方案中，介质-束线百分比是大于1%、替代性地是大于2%、3%、4%、或5%。在一些示例性的实现方式中，介质束线百分比是大于7. 5%、或大于10%。介质束线百分比的适当范围包括例如从O. 1%至15%、从O. 5%至10%，、以及从1%至5%。介质-束线百分比沿着槽的整个长度并不总是相同的，因此在本发明的一些实现方式中，至少25%的槽沿着50%的槽长度展示出至少1%的介质-束线百分比。在替代性的实现方式中，至少25%的槽沿着50%的槽长度展示出至少2%、3%、4%、或5%的介质-束线百分比。由于在相邻峰之间提供一个或多个脊而造成的、在相邻峰之间存在的增多的过滤介质可以通过介质-束线百分比来表征。对于根据本发明制造的槽，介质-束线百分比可以是大于约1%、大于约1.5%、以及大于约2%。在一些实现方式中，介质束线百分比是大于3%、并且任选地大于4%。在一些实现方式中介质束线百分比可以超过5%。介质-束线百分比一般是小于约25%、更典型地是小于约20%。还希望的是在过滤元件中具有相对大量的介质，前提是没有过度的介质遮盖并且穿过介质的流体流动不受损。在此方面，在高度J保持不变的同时介质长度相对于介质宽度(D2/D1)的增大反映了给定体积内介质的增多。因此在褶状过滤器内介质密度的一种衡量是介质的量相对于体积的衡量。这可以使用以下等式来技术
D2
~(D1 X J)总体上，作为对过滤器性能的一种指示，介质密度是通过以介质密度(除其他参数之外)来表征褶状介质而进行优化的。图9A中所示的槽截面是根据本发明所构造的槽的一个实例。图9B中示出了一种替代性的槽构型，示出了包括在相邻峰324与326之间具有四个脊328和329的槽330的槽式介质320。因此，在所描绘的实施方案中，该介质的单个周期长度包括四个脊。应当理解的是，脊328和329不同于峰324、325、和326。介质320可以被提供成使得在相邻峰(例如峰325与326)之间有两个脊328和329。在替代方案中，可以存在三个或更多个脊。槽330类似于在图5A、5B和5C中所示的槽。槽330的楔形变化可以通过改变脊 328,329沿着槽330的长度的位置而实现。因此，如果脊328和329缓慢向下移动(远离峰325并且朝向由峰324和326所创造的平面)，则槽330的截面积将逐渐减小，而相邻槽332的截面积(由峰325与327之间的介质限定的)增加。因此，槽330可以是优选的“上游”槽，该槽在截面积上逐渐楔形变窄直到它在介质组件的背面附近到达其最小面积，而槽332可以是优选的“下游”槽，该槽在截面积上逐渐楔形变宽直到它在介质组件的背面附近到达其最大面积。通过改变脊328、329的位置来改变槽330、332的截面积，有可能在不改变槽内的介质320的总长度的情况下在槽中创造显著的楔度。因为至少两个原因，这是有利的首先，不需要浪费介质来创造楔度，例如通过要求某个介质区域折叠在其他介质区域的上方。其次，通过改变脊328、329的位置而形成图9B中所示的楔形槽避免了显著拉伸该介质的需要，这允许使用高纤维素的介质以及其他相对低拉伸的介质，例如包含玻璃和陶瓷纤维的介质。由此有可能通过改变脊328和329相对于峰324、325和326的位置来使槽330和332楔形变化，而同时保持这些峰之间的距离是相对恒定的(在介质的不规则性的限制下)。槽330和332的高度J和宽度Dl沿着槽的长度不改变(在所描绘的实施方案中)。在替代方案中，还有可能创造在这些相对尺寸上展现出变化的一种楔度。例如，槽330的高度J可以沿着槽的长度减小而同时减小脊328与329之间的距离。脊328、329可以由于该槽式介质的相对更平坦的部分与该槽式介质的相对更陡峭的部分的相交而提供。该槽式介质的相对更陡峭的部分可以表征为槽式介质的在脊329与峰325之间延伸的这个部分、并且可以表征为(例如)在脊328与脊329之间具有一个角度。峰325在该槽式介质的更平坦的部分上方延伸。因此，峰325示出了从相邻的槽式介质上的一个限定的凸起，该凸起有助于减小在相邻的介质褶皱上的槽之间的遮盖。现在参见图9C，描绘了槽式介质340并且组件包括槽350和352。每个槽350包括在相邻峰344与345之间的至少两个脊348和349 (对于在所示截面中每个槽具有总计四个脊)。因此，沿着槽350的长度D2，介质340包括四个脊348和349。槽350和352的楔形变化可以通过移动脊348和349的位置而实现。为了增大槽350下方的面积，将脊348和349远离峰345并且朝向峰344和346移动，如图9C中所示。这导致了槽352的截面积的同时减小、但是可以在极少地需要或不需要拉伸该介质片材340的情况下实现。这种楔形变化也可以例如通过使得脊349在峰345上会聚、通过使脊348在峰344和346上会聚、或通过使这两个脊在彼此上会聚而发生。不要求在各个相邻峰之间存在两个脊。可以存在多于两个或少于两个的脊。如果希望存在脊的交替或者在相邻峰之间间歇地提供脊，则在峰之间可以不存在脊。然而即使在不存在脊时，希望的是具有甚至略尖的峰，如图9C中所示的峰345，因为这样的峰可以提供有意义的遮盖减少。总体上，可以提供一种槽图案，其中该槽图案重复并且包括在相邻峰之间存在多个脊。显示的槽式片材300、320和340是从峰到峰是较对称的。即，这些槽重复地在相邻峰之间具有相同数目的脊。相邻的峰是指沿着槽式介质的长度彼此相继的峰。然而一个介质周期不需要在相邻峰之间具有相同数目的脊，并且该介质能以这种方式表征为不对称的。即，该介质可以被制备为在半个周期上具有脊而在另外半个周期上没有脊。图9A介绍了尺寸D1，是槽宽度，以及D2，是沿着槽的介质长度。在本发明的典型的实现方式中，Dl和D2将沿着一个槽的长度保持恒定。然而在一些实现方式中，有可能沿 着槽长度改变Dl或D2，但是这样的改变典型地是通过沿着相邻槽的长度相反地改变Dl和/或D2而进行抵消。因此，如果一个槽从褶皱组件的一端到另一端在Dl上展现出50%的总增加，则典型地必须的是，相反的相邻槽从该褶皱组件的一端到另一端在Dl上展现出50%的总减小。如果相邻的槽不经历Dl的对应的相反变化，其结果是楔形的褶皱组件，其中该褶皱组件的一个面将具有比相反的面更大或更小的宽度。类似地，如果一个槽从褶皱组件的一端到另一端在D2上展现出50%的总增加，则典型地必须的是，相邻槽从该褶皱组件的一端到另一端在D2上展现出50%的总减小。希望的是保持D2测量值的总和在介质的宽度上是恒定的，否则该介质必定经历显著的拉伸，这对于该纤维素介质而言一般是不可行的。总介质长度不沿着褶皱从一个面到另一个进行改变的这个原则在褶皱折痕也总体上仍然是正确的。必须的是，这些褶皱折痕不要求薄片横向的介质长度比用于形成槽式介质的介质宽度更大。这是正确的，因为形成槽所需的介质的宽度的任何增加都会导致介质上的应变增加。虽然许多合成的介质材料可以经历更多的此类应变而在介质中没有显著劣化，但高纤维素的介质不容易经历多于几个百分比的拉伸。因此，尤其是当使用高纤维素的介质时，希望的是并且通常必须的是，这些褶皱折痕不在褶状介质上施加显著的拉伸力。
介质体积不对称性&截面积不对称性本发明的楔形介质的另一个特征是在一些实现方式中存在介质体积不对称性。当介质褶皱组件的一侧(上游或下游侧)具有与该介质褶皱组件的另一侧不同的体积时，就出现介质体积不对称性。这样的不对称性可以通过构造槽的以及它们楔形变化的方式来创造。如在此使用的，介质体积不对称性一般衡量槽峰所界定的较大介质体积与相反的槽峰所界定的较小介质体积的介质体积比(参见例如图10和11A)。在一些但非全部的实现方式中，较大的介质体积对应于上游的开放介质体积，而较小的介质体积对应于下游的开放介质体积(在使用过程中上游体积可以累积污染物，例如灰尘)。出于各种原因，介质体积不对称性是有益的，原因包括改进流体流动以及改进负载性能。在一些实现方式中，介质将展现出大于1%、大于3%、大于5%、或大于10%的介质体积不对称性。示例性的介质构造展现了大于15%、大于20%、大于50%、大于75%、大于100%、大于150%、以及大于200%的介质体积不对称性。适当的介质体积不对称性包括例如1%至300%,5%至200%、50%至200%、100%至200%、以及100%至150%。楔形槽可以结合介质体积不对称性以便进一步增强过滤器性能。包含楔形槽的介质组件还可以展现出介质截面积不对称性，这是基于任何给定点的介质截面而计算的。在楔形槽中，这种截面积不对称性将随着沿着槽式介质组件的深度的测量位置而变化。将会理解的是，截面积不对称性可能导致介质体积不对称性，但并不总是这种情况，因为楔形介质的截面积可以沿着槽的长度变化从而具有累积效应，即，介质的每侧上的总体积是相等的。而且，介质组件的一个给定截面可以在介质的上游侧显示更高的截面积，但是该介质随后的楔形变化可能造成总体的介质体积不对称性以便在总介质体积上有利于下游侧。在一些实施方案中，该介质组件将具有截面积不对称性，使得该介质的一侧具有的截面积比同一片介质的相反侧面大出至少1%。通常跨越介质的这种截面积差异是大于3%、大于5%、或大于10%。示例性的介质构造展现了大于15%、大于20%、大于50%、大于75%、大于100%、大于150%、以及大于200%的介质截面积不对称性。适当的介质截面积不对称性 范围包括例如1% 至 300%、5% 至 200%、50% 至 200%、100% 至 200%、以及 100% 至 150%。截面积的差异受到槽几何形状的设计的控制。通常沿着槽的脊的存在、数目、以及形状显著影响了、并且通常决定了截面积不对称性的量。这些槽的楔形变化一般会导致沿着槽长度的截面积不对称性的改变。然而，并不总是如此，例如当槽的高度J变化但宽度Dl保持恒定时。在这样的实施方案中，有时有可能通过沿着槽改变脊的相对位置(或以其他方式改变介质沿着槽的分布)而保持总截面积恒定。在截面积上产生差异的槽几何形状可以显著影响穿过这些槽的流动特性。槽的相对截面积的变化典型地导致了该区域内该介质组件的上游和下游部分的截面积的变化如果该介质组件的上游部分经历截面积的增加，则该介质组件的下游部分也将典型地经历截面积的减小。本发明允许订制介质体积不对称性和截面积不对称性以改进过滤器性能。为了进一步理解短语“介质体积不对称性”的意思，请参照图10-12。在图10的情况下，所示的介质400在第一理论平面402与第二理论平面404之间波动。介质体积不对称性是指在介质400的一侧上与介质400的另一侧相比在该介质组件的理论平面402与404之间的体积差。表征理论平面402与404的一种方式是考虑介质400是褶状的并且足够填充的，使得峰406和408接触相反的介质表面，如图Ila中所示。介质体积不对称性是对介质开槽安排而非介质组件内的填充安排的一种衡量。可以看到介质一侧上的开放截面积(图10，面积407)从介质的一个表面延伸至介质同一侧上的槽峰所限定的一条线。这个面积大于在介质的另一侧上的开放截面积(图10，面积409)，该截面积是由该介质的相反表面、以及相反的槽峰所限定的一条线界定的。这些截面积限定了给定的介质截面的介质截面积不对称性。将截面积不对称性从介质组件的上游面延伸到下游面，于是表征了上游体积和下游体积并且进而表征了介质体积不对称性。对于一个褶皱组件，对于槽峰从褶皱折痕延伸或不延伸到褶皱折痕、褶皱折痕之间的介质显示极小的曲率并且基本上平坦(介质中褶皱折痕之间的槽区段的形心基本上落在平面式的表面上)的情况，可以看到上游介质体积是被上游介质表面、褶皱折痕处的邻接表面、以及在槽峰到褶皱折痕的中心线所形成的凸包所包围的体积。可以看到下游介质体积是被下游介质表面、褶皱折痕处的邻接表面、以及在槽峰到褶皱折痕的中心线所形成的凸包所包围的体积。现在参见图11A，所示的褶皱填充安排可以表征为褶皱计数最大值(PCMax)，因为它代表给定体积内褶皱的最大数目，其中这些槽并不彼此扭曲。在图IlA中，示出了介质400的截面视图，其中介质400是在自身上往复打褶的。基于对介质体积不对称性的计算，图IlA中所示的介质安排的介质体积不对称性的值与图IlB中所示的介质安排的介质体积不对称性相同，尽管在图IlB中峰406和408并不接触。因此，介质体积不对称性的定义考虑了当介质被打褶并形成为褶状过滤介质组件时可能存在的、介质表面之间的潜在分离。关于实际的测量，图10的理论平面402和404是基于统计的最大峰值确定的。可以从计算中抛弃畸变。例如，可能存在过高或过低并且不显著性影响过滤介质的填装密度的偶然峰。为计算理论平面402和404的目的不考虑那些峰。此外，应当理解的是可能存在峰跳跃或在显著低于平均槽高度的高度处形成的情况，以便增强体积不对称性。在这些情况下，减小的峰高度不会影响填充密度的计算。总体上，填充密度是指在给定体积内可得的褶皱的数目，其中只有介质表面的峰相接触，如图IlA中所示。 计算“介质体积不对称性”的优点是，该介质的体积(上游体积和下游体积)可以基于该介质进行计算并且结果可能不同于一个过滤元件的实际的上游和下游体积。例如，该介质可以被安排成峰实质上刚好彼此接触的一个面板。在此情况下，一个过滤元件的上游体积和下游体积应该与“介质体积不对称性”计算结果一致。然而替代性地，该介质可以被安排成峰并不彼此接触的一种构型。例如，这些介质表面在板式过滤元件内可以彼此充分分离、或者如在圆柱形过滤元件内的典型情况可以彼此分离。在这些情况下，预计过滤元件中的体积不对称性不同于“介质体积不对称性”计算结果。因此，使用“介质体积不对称性”计算结果是将过滤介质组件的体积不对称性(或体积对称性)的计算结果基于介质本身进行标准化的技术，而与介质在过滤元件中如何排列和填充无关。可能有价值的另一项计算结果是过滤元件中实际的体积不对称性。过滤元件的实际的体积不对称性是指由该元件的上游侧与该元件的下游侧之间的体积差得出的体积不对称性。该介质的排列(例如，面板或圆柱体)可以影响这个值。介质截面积不对称性还可以通过检查一个过滤元件进行计算，但是所希望的是远离褶皱折痕来测量截面积。因此例如，可以沿着槽长度在从褶皱折痕中排除掉三倍槽高度的一个距离上获取介质截面积。远离褶皱折痕计算介质截面积不对称性的原因是为了避免褶皱折痕对介质截面积不对称性的影响。此外，应当理解的是介质截面积不对称性可以沿着槽长度变化。这种变化可能是由于槽的楔形变化。关于介质截面积不对称性，介质的截面积典型地将在介质每一侧上展现出不对称性。如图IlA中所示,一个截面示出了截面积403与截面积405的不对称性。槽的三维结构限定了用于流体流动的开放体积、以及用于累积污染物(如灰尘)的空间。在一些实施方案中，该过滤介质展现的介质体积不对称性是使得该介质一侧上的体积大于在该介质另一侧上的体积。总体上，介质体积不对称性是指含有槽的褶状过滤介质的一个上游侧与一个下游侧之间的体积不对称性。这种介质体积不对称性是由介质开槽安排而非介质组件内的填充安排造成的。
槽密度
增加可用于过滤的过滤介质的量的另一项技术包括增大该介质组件的槽密度。槽密度是指在过滤介质组件中过滤介质的单位截面积的槽数目。槽密度依赖于多个因素，包括槽高度J、槽周期Dl、以及介质厚度T。槽密度可以称为介质组件槽密度并且是在褶皱计数最大值(PCMax)处确定的。PCMax是在不使槽变形的情况下可以制造出的裙皱组件的最大褶皱计数密集程度。总体上，PCMax是指在性能由于槽的变形而变坏之前可以置于给定体积内的褶皱的最大数目。对于板式过滤器，PCMax褶皱密集程度是等于I/(2J)。计算一个过滤元件的介质组件槽密度(P )的等式为
槽的数目
P2 X (介质组件截而积)过滤元件的槽密度可以通过计算槽(包括在该过滤元件的截面积中位于上游的槽以及位于下游的槽)的数目、并将其除以该过滤元件在确定槽数目的位置处的截面积的两倍来计算。总体上，对于规则介质，预期槽密度将在该过滤介质的长度上从进口面到出口面保持相对恒定，反之亦然。 应当理解的是，介质截面积是指该介质的截面积并且不一定是该过滤元件的截面积。该过滤元件可以具有一个旨在接合壳体的一个套管或密封件，该套管或密封件将对该过滤元件提供一个大于该介质截面积的截面积。此外，该介质的截面积是指该介质组件的有效面积、并且不包括该介质组件的对过滤无用的部分(如被该密封件遮挡的面积)。总体上，提供一个具有增大的槽密度的介质组件具有增大一定介质体积内的介质表面积的趋势、并且因此具有增大过滤介质的负载能力的趋势。因此，增大介质的槽密度可以具有增强介质的负载能力的效果。然而，在假定其他因素保持恒定时增大介质的槽密度可能具有增大通过介质的压降的作用。增大过滤介质的槽密度通常是通过减小槽高度(J)或槽周期长度(Dl)或二者而得到。其结果是，槽的尺寸(槽的尺寸是指槽的截面积)随着槽密度的增加而减小。较小的槽尺寸可能具有增大跨过滤介质组件的压降的作用。提及跨过介质组件的压降是指在该介质组件的第一面处相对于在该介质组件的第二面处测量的压力所确定的压差，其中该第一面和第二面是在该介质组件的基本上相反的侧面上提供的。跨过介质组件的压降部分地是取决于槽密度以及槽长度。现在参见图12-14，以参考号450示出了一种褶状过滤介质组件。该褶状过滤介质组件450包括具有机器方向454和横向456的介质452。将该介质折叠以提供第一系列褶皱折痕458以及第二系列褶皱折痕459 (折痕458和459见图12)，其中介质452在第一组褶皱折痕458与第二组褶皱折痕459之间以往复的安排进行延伸。介质452包括多个槽470。这些槽470包括相对尖锐的峰472和474。此外，槽470包括在相邻的峰(例如峰472和474)之间提供的多个脊476。褶状过滤介质组件450包括在其之间形成了开口 486的介质表面482和484、以及在其之间形成了开口 492的介质表面488和490。褶状过滤介质组件450可以具有的特征是具有包括该第一组褶皱折痕458以及这些开口 486的一个第一面485。此外，褶状过滤介质组件450可以具有的特征是具有包括该第二组褶皱折痕460以及开口 492的一个第二面487。因此，空气可以经由第一面492中的开口 486流入褶状过滤介质组件450、穿过介质452以便提供过滤、并且然后经由第二面494中的开口 492而流出褶状过滤介质组件450。在某些情况下，可能有利的是使流体经由第二面494流入该褶状过滤介质组件并且经由第一面485流出该褶状过滤介质组件450。该介质可以包括会聚到一起的脊493。透视示出了这种楔形变化，显示了夸张的脊移动。现在参见图15和16，描绘了根据本发明制造的两种介质安排的多个部分的俯视平面图。在图15中，示出了过滤介质500的一个薄片的简化图，描绘了每个槽的这些部分的位置、但是是在形成槽并且打褶之前(因此，图15示出了处于展平状态下的过滤介质520，描绘了在槽的形成过程中有待定位峰和脊的位置)。每个槽502的外形包括中央的峰504以及相邻的相反侧面的峰506。线510示出了后续的裙皱的位置。图15所示的实施方案被显示为带有六个槽502。每个槽502包括以虚线表示的四个脊508a和508b。这些脊被定位成使得每对脊508a和508b是位于每个槽502的峰504的每侧上。脊508a和508b朝向彼此会聚而创造了一个类似于早先在图7中所示的槽。因此，在峰504的每侧上有一对脊508a和508b，这些脊沿着一个褶皱会聚在彼此之上、然后沿着下一个褶皱彼此分叉、并且在后一个峰中再次会聚在彼此之上。以此方式，有可能使用过滤介质500来改变该褶状介质的截面积。将会观察到，在图15中，中央峰504和相邻的相反侧峰506是彼此平行的， 这允许创造出这样的槽式介质其中这些槽具有恒定的宽度和高度、而同时仍具有沿着其长度的截面积变化。关于图16,显不出介质520具有多个被中央峰524和相邻的相反侧峰526所限定的槽。还绘出了褶皱位置530。图16中所示的介质是展平的，绘出了峰524和相邻的相反侧峰526的位置。在这个实施方案中，这些槽不具有平行的峰524、526。因此，该介质可以用来创造楔形变化的脊而同时改变槽的宽度和高度。在图16所示的实施方案中，创造楔形槽式介质不需要脊。
槽峰半径如以上指出的，典型地，槽峰的特征是减小了褶皱之间遮盖的一个尖锐的半径或一个限定的尖端。这个限定的尖端可以从槽的总体轮廓上延伸而在槽峰处创造一个凸起，该凸起实质性减小了相邻介质的遮盖。虽然将会理解的是给定的槽峰将具有形状上的某种变化并且不一定在其尖端处形成完美的弧，但在一些实现方式中仍有可能鉴定并测量一个实质上对应于槽峰处半径的距离。这个半径可以在槽的内部测量并且作为有效内半径来计算。这个有效内半径通常是小于4毫米、更通常是小于2毫米、往往是小于I毫米、并且任选地小于O. 5_。在一些实现方式中也可以使用更大的半径，尤其对于大槽而言。将进一步理解的是，并不具有不同的或可测量的半径的槽，当它们含有在此说明的其他特征，例如存在脊、介质不对称体积等时，仍落在本发明的范围之内。图17示出了在实际过滤介质上确定的半径的一个实例。半径可以例如通过使用称为局部有效内半径的量度的方法来测量。局部有效内半径被定义为在给定的槽尖端、峰或脊处的最小外部曲率半径减去该槽的平均介质厚度。最小外部曲率半径是与通过跟随一个给定的槽尖端、峰或脊的截面的最外表面所形成的曲线相拟合的一个密切圆的最小曲率半径。用于参考，一个足够平滑的平面曲线在该曲线上的给定点处的密切圆是圆心位于内法线上并且曲率与给定曲线在该点处的该给定曲线相同的一个圆。在替代方案中，可以用来描述可接受的半径(对于某些实施方案)的一个公式是基于槽宽度(Dl)和介质厚度(T)。可以用来描述在可以表征为相对尖锐的半径的一个峰处的半径的示例性公式是(Dl-2T)/8。优选地，相对尖锐的半径具有小于约(D1-2T)/16的半径。虽然这些峰是尖锐的，但在许多实现方式中它们仍包含紧紧弯曲的外表面，有时候近似于具有半径的弧或弯曲。通过提供相对尖锐的峰，可以减小介质表面之间的接触和/或接近，这导致遮盖减少。在过滤过程中，该过滤介质典型地将在压力下偏转，并且这些相对尖锐的峰可以继续减小介质表面之间的接触，因此提供在减少遮盖方面的进一步优点。根据本发明还提供了一种过滤流体的方法。该方法包括这样一个步骤使流体穿过作为过滤元件的一部分而提供的一种褶状过滤介质组件，这是由于未过滤的流体进入该褶状过滤介质组件的第一面或第二面并且流出该褶状过滤介质组件的第一面或第二面中的另一个。待过滤的流体穿过该褶状过滤介质组件的流动可以表征为直通流动。
槽取向可能有利的是具有相对于第一流动面或第二流动面以一个非垂直角度延伸的槽，这取决于该流体是以一个非垂直的角度朝向该第一面还是朝向该第二面流动。通过提供相 对于该褶状过滤介质组件的第一面或第二面成一个非垂直角度的槽，有可能增强流体进入褶状过滤介质组件的流动，这是通过调整该槽角度以便更好地接收流体的流动而该流体不必在进入该褶状过滤介质组件之前转弯。该介质组件的第一面和第二面可以是平行的或不平行的。这些槽延伸的角度可以是相对于第一面、第二面或第一面以及第二面两者进行测量的。因此，这些槽可以被形成为使得它们垂直于第一面或第二面进行延伸、或者可以被提供成相对于第一面或第二面以一个大于O度但小于180度的角度延伸。如果这些槽以O度或180度的角度延伸至一个面，则流体难以经由这些槽进入该褶状过滤介质组件中。总体上，希望的是流体通过穿过这些槽而进入该褶状过滤介质组件。在一些实现方式中，这些槽将以从约85度至95度延伸至一个面，在其他实现方式中以从约60度至120度延伸至一个面、并且在另外的其他实现方式中以从约70度至110度延伸至一个面。优选地，这些槽被提供成以在垂直于该第一面或第二面的约60度的范围内的一个角度延伸。总体上，这个角度是对应于相对于该第一面或第二面为约30度至约150度。此外，这些槽可以被提供成在垂直于该第一面或第二面的约5度之内延伸(对应于相对于该第一面或第二面为约85度至约95度)。可以理想地将这些槽提供成相对于该第一面或第二面垂直地(90度)延伸。
制造带有槽的褶状介质的方法含有槽的褶状介质可以使用多种方法和设备来生产。因此，这些介质、介质褶皱组件、和过滤元件不局限于其制造方法。槽式介质可以通过提供所希望的槽形状的任何技术来制备。因此，本发明不局限于形成槽的具体方法。然而，取决于槽的几何形状以及开槽并且打褶的介质，某些方法在一定程度上是成功的。具有高纤维素含量的干燥介质是相对不可拉伸的、并且如果被拉伸超过仅几个百分比就易于撕裂。相比之下，具有高合成含量的介质通常是更加可拉伸的。这两种类型的介质都适合用于本发明。在介质形成过程中，介质的受限尺寸典型地是介质的宽度，因为制造介质的机器在宽度方向上受限制。介质的长度可以是连续的，直到它被切断或直到它结束。连续方向是指沿着介质长度的介质方向。横向是指横跨介质宽度的介质方向。裙状介质通常包括横过机器方向所形成的褶皱或折痕，因此褶皱的数目和每个褶皱的高度可以按照希望受到控制。褶皱或折痕典型地在横向上形成，使得该介质以交替方式折回到自身上(例如以往复的安排)以便形成具有第一面、第二面以及在该第一面与第二面之间的介质延伸段的一种过滤介质。总体上，待过滤的流体进入该过滤介质组件的第一面和第二面中的一个、并且离开该第一面和第二面中的另一个。提供展现出相对尖锐的峰的槽式介质的示例性技术包括以足以提供相对尖锐的峰的方式来使该槽式介质弯曲、折叠或褶皱。提供相对尖锐的峰的能力取决于多个因素，包括介质本身的组成以及用于提供弯曲、折痕或褶皱的加工设备。总体上，提供相对尖锐的峰的能力取决于该介质的断裂强度和厚度、以及该介质是否含有拉伸的或者抗撕裂或切割的纤维。希望的是避免在槽的形成过程中的撕裂、切割或以其他方式损害该过滤介质。本方法可以利用仅能处理较小量的应变的介质，因为这些褶皱折痕是被形成用于保持总体介质长度相对恒定并且减小应变。总体上，仅能忍受较小量应变的介质组件包括在应变大于仅3%时就具有断裂趋势的介质，例如具有高纤维素含量并且冷而干的介质通常是这种情况。当对于某些介质，应变大于约8%、并且在其他介质中大于约10%、或偶尔大 于约12%时，甚至湿的、暖的介质通常具有断裂趋势。因此，本发明的槽设计以及制造方法在一些实现方式中可以用于具有高纤维素含量的介质。在一些实施方案中，纤维素含量是等于或接近100%。在其他实现方式中，纤维素含量是大于90%、80%、70%、60%或50%.。如之前所示，总介质宽度可以在褶皱的横向上保持恒定。这允许获得导致在介质上总应变相对较小的褶皱折痕构型。因此，可以用于该过滤介质组件中的介质可以表征为在一些实现方式中不能经受大于约8%、在其他实现方式中不能经受大于约10%、或者在另外的其他实现方式中不能经受大于约12%的应变的介质。然而，将会理解的是能够经受高水平的应变的介质也可以用于本发明的不同实现方式。图18绘出了一种用于形成褶状介质的、与在此披露的技术一致的一种系统600。一卷介质620位于一个解绕(unwind)立柱622上,该解绕立柱与用于将介质602束合的束合机构640连通。使介质602穿过束合机构640到达成型辊660和刻痕辊670以便分别进行成型和刻痕。在进入成型辊660和刻痕辊670之后，介质602任选地穿过一个涂覆站675并且进入一个紧缩(reef ing)段680，在这里它沿着刻痕被折叠并且储存在堆积区段612中。介质卷620被用来储存介质602直至加工、并且总体上以这样的构型到达加工位置。这个介质卷620可以包括卷绕在卷620上的多种类型的介质602。总体上，介质602将是平坦的、相对柔性的片材，使得它能够被卷绕并解绕。在多个实施方案中，介质602是一种纤维素介质，但也考虑了其他类型的介质。例如，介质602还可以是一种合成介质，例如聚合物介质的平坦片材。图19A和19B分别描绘了该介质在穿过一个类似于图18所绘的系统时的俯视图和侧视图。第一区段692代表离开介质卷620并被引入该系统之后的介质。第二区段694绘出了总体上在离开束合辊640的加工(由第一竖直截面线表示)之后的介质。第三区段696代表在离开成型和刻痕辊660之后的介质602，并且第四区段698代表在进入该系统的紧缩段680时的介质602。“束合”用来指代介质602所经历的一个过程、并且也指该介质602的一种物理状态，如在图19A和19B的第二区段694中所绘。介质602显示了沿着介质602的长度的实质性平行的波纹604，其中介质602的长度总体上是在机器方向上，换言之，是在平行于介质602穿过各个系统部件的方向上。束合640避免了在介质602被开槽时产生应变，这导致介质602对创造槽以及以其他方式成型该介质的耐受性增加。由于束合该介质602，因为创造了波纹，介质602的宽度略微减小并且介质602的高度略微增加。该束合机构可以具有多种构型、并且将在下面图20的说明中以举例方式更详细进行说明。在该介质的束合640之后，可以将该介质成型660和刻痕，如图19A和19B中的区段696所绘。“成型”沿着介质602的长度在机器方向上形成了槽606，并且“刻痕”在介质602中、垂直于槽606 (总体上在横过机器的方向上)形成了折叠线608。刻痕608总体上具有对应于槽606的形状的独特形状。在一个实施方案中，介质602在两个钳夹辊之间穿过、并且然后在两个刻痕辊之间穿过。在另一个实施方案中，介质602在两个限定了刻痕条的钳夹辊之间穿过。介质的成型和刻痕将在下面更详细进行说明。在多个实施方案中，在将介质成型和刻痕之后可以施加粘合剂，这在图19A或19B中不可见，但对应于图18的涂覆辊675。粘合剂的施加是将少量粘性材料布置在沿着槽尖端的一个点，使得它可以粘合至在折叠该介质后与该点接触的另一个槽上。胶液或粘性材 料(可以使用不同的粘合剂，包括热熔粘合剂、热凝固粘合剂等等)优先以如下方式施加使得避免由于施加该胶液或粘合材料而过度密封该介质。例如，可以参照早先的图11A，该图示出了与相邻褶皱上的槽相接触的槽尖端406和408。粘合剂可以施加在这些位置(例如在槽在尖端406或408处聚在一起的位置)。总体上，存在的粘合剂的量必须足以在生产过程中以及在使用过程中将这些褶皱保持在一起。因此当使用粘合剂时正常地必须在相邻褶皱之间有强力的结合。在一些实施方案中，该粘合剂沿全部槽尖端延伸，但是在其他实现方式中该粘合剂仅沿每个槽尖端的一部分延伸。例如，该粘合剂可以沿着槽尖端间歇式施加、可以主要施加在褶皱折痕附近、可以仅施加在褶皱尖端的一部分上，等等。除了使用粘性材料来粘合楔形槽之外，将会理解的是非楔形的(即，规则的)槽也可以使用粘性材料粘合在一起。该介质还可以与一个涂覆辊675相接触以便递送粘合剂或其他涂料。在涂覆之后或者在替代方案中在成型和刻痕之后，该介质进入紧缩段680。紧缩段680是将介质602沿刻痕线608以手风琴状的方式进行折叠、并如此储存直至进一步加工的地方。随着更多的介质602通过系统600被加工并且被引入紧缩段680中，介质602更多地堆积并且关于这些刻痕线608进行压缩。现在将更详细说明图18的系统600的部件。图20绘出了与在此披露的技术一致的一种束合机构。在至少一个实施方案中，束合机构640具有一个主辊642以及围绕该主辊642的外周、与该主辊642机械连通的多个束合轴650。该多个束合轴650中的每个都被配置成围绕其相应的轴线进行转动。该多个束合轴650的每个轴线651可以围绕主辊642的外周可转动地布置。在所描绘的实施方案中，该多个束合轴650被可转动地布置在该主辊642的每侧上的一个第一轴夹具644以及一个第二轴夹具646上。该第一轴夹具644和第二轴夹具646限定了多个开口，这些开口被配置成用于接纳该多个束合轴中每个轴的每个末端。在替代方案中，该束合机构可以包括处于实质性平面式的安排中的一系列棍(与图20的环形安排相反)，由此介质在它从第一辊穿过而到达最后一个辊时逐渐地被束合。图21绘出了进入该束合机构640、离开束合机构640时被束合、并且进入一对成型辊660的介质602。以下对束合机构的说明可以借鉴图20和图21来理解。在运行中，将介质供给到主辊642的外周上并且使之穿过主辊642并且分开地穿过该多个束合轴650中的每个，其中该多个束合轴650中的每个引入了两个波纹一个波纹与该介质的每一侧相邻，这渐进地并且逐渐地束合该介质。例外之处是第一束合轴652沿着该介质的中央部分引入
一个单一的、第一波纹。如刚才提到的，该介质首先穿过主辊642以及一个第一束合轴652，其中该第一束合轴652限定了第一束合形状653。该第一束合轴652是圆柱形的并且围绕一个中央轴线651转动。在该第一束合轴652上限定的第一束合形状653在介质穿过第一束合形状653与主辊642之间时对该介质施力，这沿着该介质的中央部分创造了一个第一波纹。这样，第一束合轴652的剩余部分的表面很可能不与该介质相接触。在当前的实施方案中，该第一束合形状653是单一的、倒圆的、从第一束合轴6径向延伸的圆盘。该第一束合形状653具有第一束合宽度并且实质上被定位在该介质的宽度中央。
在穿过主辊642以及第一束合轴之后，介质接着穿过一个第二束合轴654以及主辊642。该第二束合轴654限定了一个第二束合形状655，该形状具有第二束合宽度，其中该第二束合宽度是大于第一束合宽度。该第二束合形状655包括该第一束合形状653并且还包括对该第一束合形状的添加部，使得束合该介质是渐增地进行的。这样，该第二束合形状655具有第一束合形状653的圆盘以便沿着介质接合并且强制造成该第一波纹，并且具有一对圆盘，这些圆盘各自与该第一束合形状653的相反侧面相邻。该第二束合形状655并且因此第二束合宽度实质上被定位在该介质的宽度中央。而且,该第二束合轴654的中央盘与该第一束合轴652的中央盘实质上是共半径的，使得该第二束合轴654的中央盘以及该第一束合轴652的中央盘均接合该介质的第一波纹。在该介质穿过第而束合轴654与主辊642之间后，该介质接着穿过一个第三束合轴656以及主辊642。该第三束合轴656限定了一个第三束合形状657，该形状具有大于第二束合宽度的一个第三束合宽度。该第三束合形状657并且因此第三束合宽度实质上被定位在该介质的宽度中央。该第三束合形状657包括该第二束合形状655的三个盘、并且接着包括两个另外的盘与第二束合形状655的每一侧分别对应的各一个。该第三束合形状657的这三个中央盘与第二束合形状655的这些盘总体上是共半径的。然后该介质穿过一个第四束合轴658以及该主辊642，其中该第四束合轴658限定了第四束合形状659，该形状具有大于第三束合宽度的一个第四束合宽度并且实质上被定位在该介质的宽度中央。该第四束合形状659包括该第三束合形状657的五个盘、并且接着包括两个另外的盘与第三束合形状的每一侧分别对应的各一个。该介质接着穿过主辊642与任何附加个数的束合轴650之间，这取决于有待束合的卷宽度，因为在第一束合轴之后的每个束合轴将该介质的束合的部分的宽度增加一个具体的增量，即，两个另外的束合盘的宽度。该第四束合形状659的这五个中央盘与第三束合形状657的这些盘总体上是共半径的。该多个束合轴650中每个递增的束合轴包括它之前的束合轴的形状，以便接合并强制形成该介质的现有形状。该多个束合轴650中的每个对它之前的束合轴的形状增加了一个渐增的量，以便渐增地进行该介质的束合。这些束合盘总体上具有一个特定半径，使得该介质上的每个波纹的深度和宽度沿着该介质的长度实质上是一致的。各个盘总体上是相同的并且等间距的，使得束合在介质宽度上基本上是一致的。随着束合轴的个数增加，可能希望的是使用具有更大半径的主辊642来容纳围绕该主辊的外周的多个束合轴。这样，一种系统可以具有多个主辊，这些主辊可以进行切换并且根据有待束合的介质宽度进行改变。如以上提及的，束合该介质602可以增加该介质的应变耐受性以便经受进一步的成型和加工。这样，在将该介质束合之后，可以通过该系统的其他部件对其进一步成型，例如图21中所绘的钳夹辊660。图22还描绘了用于成型该介质的一对钳夹辊660。在多个实现方式中，成型该介质组件包括沿着介质的长度形成多个槽。总体上通过在束合该介质602之后使该介质穿过两个钳夹辊660之间而将其开槽。这些钳夹棍660在介质穿过钳夹棍660之间时沿着介质长度印制(impress)槽的形状。这样，这些钳夹辊660限定了所希望的槽形状。该对钳夹辊660中的一个第一钳夹辊666可以限定特定的槽形状664，而该对钳夹辊660中的一个第二钳夹辊668可以限定匹配的槽形状662，使得辊660的每侧都强制在该介质上形成相同的槽形状。在另一个实施方案中， 该匹配的槽形状662可以是用于接纳该特定的槽形状664的一个柔韧表面。这些槽总体上是在介质的机器方向上建立的。在一些实施方案中，在该介质穿过钳夹辊660之前或过程中进行加热(例如通过蒸气、红外加热器、加热辊等)、并且在成型过程之后进行冷却。这样，在至少一个实施方案中这些钳夹辊660可以被加热。这些槽可以具有多种构型。在一种构型中，这些槽是楔形的。在另一种构型中，这些槽是基本上直的。在又一种构型中，这些槽是局部楔形的。在另一个实施方案中，该介质是用钳夹辊成型并刻痕的。图23描绘了钳夹辊760，其中一个第一钳夹辊766具有多个刻痕条772，并且一个第二钳夹辊768具有多个刻痕表面770，这些表面各自被配置成接纳对应的刻痕条772中的每个。在一个实施方案中，刻痕表面770可以包括一种可压缩材料。在另一个实施方案中，这些刻痕表面770是由该第二钳夹辊768所限定的开口，这些开口适应对应的刻痕条772中的每个的形状。在又一个实施方案中，这些刻痕表面770是适应每个对应刻痕条772的形状的凹入式匹配表面。将介质刻痕总体上导致了介质在横过机器的方向上间歇地弯曲，该介质将在此处被折叠。这样，刻痕条772可以用于横过介质的宽度来间歇地“冲压”，该介质将在此处被折叠。刻痕条772的轮廓总体上遵循这些局部的槽的轮廓。因此，例如对于具有楔形槽的介质，刻痕条772在局部槽较高时也较高，并且刻痕条772的高度在局部槽的高度减小时减小。因为介质一般被折叠成手风琴形式，使得它首先被折叠至一个特定宽度、然后再次被折回到自身上，因此该介质从交替的侧面依次被刻痕。这样,刻痕条772和刻痕表面770总体上在钳夹辊760的表面上顺次交替，使得第一钳夹辊766和第二钳夹辊768均具有多个刻痕条772和多个刻痕表面770。如图23中所绘，第二钳夹辊768上的一个刻痕条772与第一钳夹辊766上的一个刻痕表面770相匹配。在此处披露的技术的至少一些实施方案中，这些钳夹辊可以被改变以便创造不同形状的介质。在这样的实施方案中，可能希望具有这样的钳夹辊，该钳夹辊包括可以根据所希望得到的介质形状进行更换和改变的多个部件。图24描绘了具有可互换且可切换的部件的分段式钳夹棍866的一个实例(以展开视图不出了棍866)。钳夹棍866具有一个棍底座867，该底座总体上限定了该辊的形状、并且对其提供了一个连接其他部件的表面。多个区段865共同限定了将在介质上印制的槽形状864。交替的刻痕条872和刻痕表面870在该辊的宽度上以圆周的间隔延伸。图25描绘了图24的分段式钳夹辊866的截面图，该图提供了在特定区段865上的槽形状864的一部分的剖视图。图26描绘了图25中所绘的区段865的透视图。区段865限定了一个连接表面869，区段865通过该表面连接到钳夹辊867上。在多个实现方式中，区段865和刻痕条872可以交换、互换、拆除、并且替换以便改变所得的介质形状。在至少一个实施方案中，区段865和/或刻痕条872是栓接的、拧入的、或以其他方式紧固到辊底座867上的位置。在另一个实施方案中，区段和/或刻痕条通过辊底座867、区段865和/或刻痕条872、或二者所限定的一个卡入式紧固件被摩擦性地保持在位。在至少一个实施方案中，每个区段865和钳夹辊867接纳了对准销以便确保恰当的放置。图27a、27b、和27c是截面示意图，展示了图24的分段式钳夹辊866上的刻痕条的不同间距。虽然这些示意图描绘了大体上均匀的区段865，但有可能具有宽度变化的区段 865。图28描绘了与在此披露的技术一致的另一个系统，该系统结合了对介质既成型又刻痕的一个钳夹辊860。一卷介质820位于一个解绕立柱822上，该解绕立柱与用于将介质802束合的束合机构840连通。介质802穿过成型以及刻痕辊860以便将卷材成型和刻痕。在该介质穿过成型以及刻痕辊860之后，它还可以与一个涂覆辊相接触以便递送粘合剂或其他涂料。在离开成型以及刻痕辊860之后，介质进入紧缩段880，在这里它沿着刻痕被折叠并且可以切割成介质褶皱组件。将对图29的替代性束合和成型机构进行说明。如以上说明的，供应介质以穿过一个主辊946的圆周、并且在介质围绕主辊946前进时逐渐被束合。主辊946总体上被配置成用于接纳该介质。一个第一束合和成型棍941被定位在主棍946的外周处并且在主棍946的宽度中央。在多个实施方案中，该第一束合和成型辊941还被定位成使得它将位于穿过主辊946的介质的宽度中央。介质穿过主辊与该第一束合和成型辊941之间，使得由该第一束合和成型辊941施加在介质上的力沿着该介质长度产生一个槽。在介质穿过第一束合和成型辊941以及主辊946之后，它接着穿过一对第二束合辊942，这些辊也被定位在主辊946的外周处。这些第二束合和成型辊942之间的距离是大于第一束合和成型辊941的宽度，并且这些第二束合和成型辊942被配置成对介质施力从而沿着介质的长度、在由于通过在第一束合和成型辊941下方所产生的槽的每一侧上产生一个槽。一对第三束合和成型辊943以及一对第四束合和成型辊944也被定位在主辊946的外周处、并且被配置成对介质施力从而沿着介质的长度在现有这些槽的每一侧上产生一个槽。这样，第三束合和成型辊943之间的距离是大于第二束合和成型辊942之间的距离，并且第四束合944辊之间的距离是大于第三束合和成型辊943之间的距离。第一束合和成型辊941总体上基本上在第二束合和成型辊942、第三束合辊943、以及第四束合和开槽辊944之间的距离中央。在多个实施方案中，存在一对第五束合和开槽辊、一对第六束合和开槽辊、以及一对第七束合辊。总体上,沿着主辊的外周实施了为束合特定宽度的介质所需的那么多对的束合辊。在至少一个实施方案中存在50对束合辊。过滤介质该过滤介质可以作为相对柔性的介质提供，包括含有纤维素纤维、合成纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维或其组合的非纺织纤维材料，通常在其中包含一种树脂，并且有时用另外的材料处理过。一种示例性的过滤介质可以表征为在湿且暖时可以忍受大约高达百分之十二(12%)的应变而不撕裂、但在干且冷时在更低百分比的应变下(如某些介质是低至3%)就断裂的纤维素过滤介质。该过滤介质可以开槽成为不同的槽形状或图案而没有不可接受的介质损伤、并且可以打褶以形成褶状过滤介质。此外，该过滤介质希望具有一种性质，使得它在使用中保持其槽式构型。虽然可获得一些可以忍受大于约百分之十二(12%)的应变的过滤介质，并且可以根据本发明使用这些介质，但这种类型的介质典型地是更昂贵的，因为需要掺入相对大量的合成纤维。在开槽过程中，对介质造成了无弹性变形。这阻止了介质返回至其原始形状。然而，一旦所形成的位移被释放，这些槽有时候趋向于局部弹回，从而仅维持所发生的一部分 的拉伸和弯曲。而且，该介质可以包含树脂。在开槽过程中，该介质可以被加热以便软化该 树脂。当树脂冷却时，它将有助于维持槽形状。该过滤介质可以在其一侧或两侧上配备细纤维材料，例如根据美国专利号6,955, 775,6,673, 136、和7，270，693，通过引用以其全文结合在此。总体上，细纤维可以称为聚合物细纤维(微纤维和纳米纤维)并且可以设置在介质上以便改进过滤性能。细纤维可以在制造过程中的不同阶段加入。例如在一些实现方式中，该介质在形成槽之前包含细纤维，而在其他实现方式中细纤维是作为一个或多个层被加入该槽式介质中。由于在介质上存在细纤维，有可能提供具有减小的重量或厚度的介质而同时获得所希望的过滤特性。因此，在介质上存在细纤维可以提供增强的过滤特性、提供更薄介质的使用、或者二者。可以用于形成细纤维的示例性材料包括聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇聚合物、聚氨酯以及包含各种尼龙(如尼龙6、尼龙4，6、尼龙6，6、尼龙6，10)的共聚物、及其共聚物、聚氯乙烯、PVDC、聚苯乙烯、聚丙烯腈、PMMA、PVDF、聚酰胺、以及它们的混合物。可以依赖于多种技术以增强褶状过滤介质的性能。该技术可以应用于在板式过滤器安排中使用的褶皱过滤介质并且用于在圆柱形或锥形过滤器安排中使用的褶状过滤介质。取决于该褶状过滤介质是旨在用于板式过滤器安排中还是圆柱形或锥形过滤器安排中，可以提供替代的优选项。鉴于本披露，可以理解何时某些优选项对板式过滤器安排是更希望的并且何时某些优选项对圆柱形过滤器安排是更希望的。因此，应当理解的是，对优选项的确定并不旨在表明一种对板式过滤器安排以及圆柱形过滤器安排二者的优选项。此外，应当理解的是，这些优选项可以由于圆柱形过滤器安排旨在是一种可以表征为顺流安排(此时脏空气从圆柱形表面外部流入过滤介质组件)还是一种逆流式过滤介质组件(此外脏物从过滤介质组件的内表面流入过滤介质组件)的安排而发生改变。
褶皱组件以及过滤元件构型根据本发明还提供了过滤元件，这些过滤介质结合了具有槽的介质。提供的过滤元件可以包括褶状过滤介质组件以及相对于该过滤介质组件而布置的一个密封件，使得有待过滤的流体由于通过该介质组件的一个面进入并流出该介质组件的另一个面而穿过了该过滤介质组件。该密封件可以直接附接于该褶状过滤介质组件上或通过一个密封件支撑件间接附接，并且可以被提供用于接合一个壳体以便在壳体与该过滤元件之间提供密封。该密封件可以作为轴向密封件、径向密封件或轴向与径向密封件的组合来提供。卷曲密封件、夹紧密封件以及许多其他形式的密封件也是有可能的。一个过滤元件或滤筒可以提供作为可维护(serviceable)的过滤元件。术语“可维护的”在此背景下意指一种包含过滤介质的过滤元件，其中该过滤元件可以周期性地从对应的空气清洁器上拆卸并且替换。一个包括可维护的过滤元件或滤筒的空气清洁器被构造成用于提供对该过滤元件或滤筒的拆卸、清洁以及更换。总体上，空气清洁器可以包括一个壳体以及一个进入盖，其中该进入盖被提供为用于对用完的过滤元件进行拆卸以及将新的或清洁过的(修理过的)过滤元件插入。在褶状过滤介质上的这些面平行时，形成为面板的褶状过滤介质组件可以称为“直通流构型”，或者用其变体来指代。例如，以面板形式提供的过滤元件总体上可以具有一个流入面和一个流出面，其中流动在基本上相同的直通方向上流入并流出该过滤元件。在一些情况下，每个面可以是总体上平坦的或平面的，其中这两个面彼此平行。然而，与此不同的是，例如在一些应用中，非平面的面是有可能的。 替代性地，进口和出口面能相对于彼此以一个角度来提供，使得这些面是不平行的。此外，过滤元件可以包括一个具有非平面的面的过滤介质组件，并且一个非平面的面可以被认为是不平行于另一个面。过滤介质组件的一个示例性的非平面的面包括形成了以圆柱形安排或锥形安排形成的过滤介质组件的内表面或外表面的一个面。过滤介质组件的另一个示例性的非平面的面包括这样的过滤介质组件，其中这些介质表面具有不一致的或不规则的褶皱深度(例如，一个褶皱的褶皱深度不同于另一个褶皱的褶皱深度)。流入面(有时称为“末端”)可以称为第一面或第二面，并且流出面(有时称为“末端”)可以称为第一面或第二面中的另一个。在含有形成为面板的褶状过滤介质的过滤元件中出现的直通流构型是例如与含有以美国专利号6，039，778中所示类型的圆柱形构型中安排的褶状过滤介质的圆柱形过滤元件不同的，在后者中流动总体上在穿过过滤元件时进行了实质性的转弯。即，在根据美国专利号6，039，778的过滤元件中，流动通过一个圆柱形侧面进入该圆柱形滤筒中、并且接着转弯而通过一个顺流系统中的圆柱形过滤器末端离开。在逆流系统中，流动通过一个末端进入圆柱形滤筒并且接着转弯而通过该圆柱形滤筒的一个侧面离开。在美国专利号5,613,992中示出了这样的逆流系统的一个实例。另一种类型的含有褶状过滤介质的过滤元件可以称为锥形过滤元件，因为该过滤介质组件被安排成锥形形式。现在参见图30和31，在部分地圆柱形的安排中以参考号1000示出了一种过滤介质组件的一部分。该过滤介质组件包括一个第一面1004和一个第二面1006。对于圆柱形安排1000，第一面1004可以被认为是该圆柱形安排的内表面，并且第二面1006可以被认为是该圆柱形安排的外表面。第一面1004可以被提供成具有较大的开口 1005，并且第二面1006可以被提供成具有较小的开口。当过滤介质组件1000扇形展开时，在第二面1006处的褶皱之间提供了增大的间距。因此，当脏空气经由第二流动面1006流入过滤介质组件并且经由第一流动面1004流出过滤介质组件时，图30和31中所示的安排可能是有利的。通过扇形展开该过滤介质组件，可以提供介质表面之间增强的分离以及增大的介质面积(由于缺少遮盖)以便接纳脏空气，并且可以提供较大的体积作为下游或洁净侧的体积，使得流体能以减少的限制而流出该过滤介质组件。由于圆柱形安排1000，可以在开向内表面的侧面上提供相对更大的体积(作为介质组件体积来计算)，并且可以在开向外表面的侧面上提供相对更小的介质组件体积。在其他安排中，该褶状介质围绕一个开放的中央区域进行配置或安排。在图32和33中绘出了这样的过滤器安排的一个实例。参见图32，绘出了一种过滤器安排1030。过滤器安排1030包括第一和第二端盖1032和1034，这些端盖具有在其间延伸的褶状介质1036。褶状介质1036的褶皱总体上在端盖1032与1034之间在一个方向上延伸。图32的具体过滤器安排1030具有一个外部衬层1040，显示为在一个位置处断开，以便观察褶皱。(虽然典型地可以穿过衬层1040来观看褶皱，但图32中所示的安排1030被绘制成没有透过衬层来显示褶皱，以便避免遮挡该安排的其他特征。)所示的外部衬层1040包括金属网，但可以使用多种替代性的外部衬层，包括塑料和纸质的。在一些情况下，简单地不使用外部衬层。同样关注图33，该图是安排1030的一个侧面透视图，示出了端盖1032和1034。示出了褶皱折痕1036，以及外部衬层1040。对于图33的具体安排1030，垂直于褶皱方向的方 向总体上是过滤器安排1030的外周，用双箭头1042表示。所绘的具体过滤器安排1030总体上是圆柱形的，但替代方案是有可能的。典型地，诸如元件1030的元件具有一个开放的端盖(在此情况下对应于端盖1032)以及一个封闭的端盖(在此情况下对应于端盖1034)，但替代方案是有可能的。当与端盖相关地使用时，术语“开放的”意指具有一个开放的中央孔口 1044的端盖，该孔口是用于允许空气在该过滤器安排1030的内部空间1046与外部之间流动而不穿过介质1036。比较而言，一个封闭的端盖是在其中没有孔口的端盖。虽然没有绘出，但槽典型地是安排在从褶状介质1036的外部褶皱折痕垂直地(或接近垂直地)进入该元件内部、朝向内部体积1046的方向上。然而将会理解的是，这些槽不一定垂直于这些外部褶皱折痕延伸。对于端盖1032和1034已经开发了多种安排。这些端盖可以包括模制到该介质上的聚合物材料。替代性地，它们可以包括用适当的粘合剂或灌注剂固定至介质上的金属端盖或其他预成型的端盖。具体的所绘端盖1032和1034是模制的端盖，各自包括可压缩的泡沫聚氨酯。所示的端盖1032具有一个壳体密封件1050，用于在使用中将元件1030密封在壳体内。所绘的密封件1050是一个内部径向密封件，但外部径向密封件和轴向密封件也是有可能的。已经注意到该元件可以包括沿着介质1030内部在端盖1032与1034之间延伸的一个内部衬层1052，如图33中所示，但在一些安排中此类衬层是任选的。如果使用，该内部衬层可以是金属，例如金属网或穿孔金属，或者它可以是塑料或纸(例如)。诸如图32和33中所绘安排的一种安排有时在此称为“圆柱形安排”，使用“圆柱形配置的”介质或者按照类似的表征。不是所有使用管状介质的过滤器安排都被配置成圆柱体。一个实例在图34中展示出。参见图34，一种过滤器安排1100包括打褶的介质延伸段1102，其中褶皱方向在箭头1004的方向上延伸。过滤器安排1100多少是锥形的，具有一个宽末端1106以及一个窄末端1108。在宽末端1106处定位了一个端盖1107，并且在窄末端1108处定位了一个端盖1109。关于该圆柱形安排，可以使用多种开放的和封闭的端盖。对于所绘的具体实例，端盖1107是开放的并且端盖1108是封闭的。过滤器安排1100包括外部支撑屏1010，该屏在端盖1107与1009之间延伸。具体安排1100不包括内部支撑屏，但也可以使用一个。过滤元件1100包括一个密封件安排1112，在此情况下是一个轴向密封件，但内部或外部的径向密封件是有可能的。元件1100包括一个不连续地带螺纹的安装安排1114，用于安装一个壳体。安排1100总体上在2003年10月23日提交的PCT/US2003/33952中详细描述过，其通过引用结合在此。介质褶皱组件以及过滤元件的替代构型是有可能的，例如在标题为“具有褶状介质凹穴的过滤组件及方法”(序列号11/683，287)、颁布给唐纳森公司(Donaldson CompanyInc.)的、公开的美国专利申请号20070209343中传授的，该申请通过引用以其全部内容结合在此。这些过滤元件可以用于各种壳体安排中，并且这些过滤元件可以按照希望定期进行更换或清洁或翻新。清洁可以包括例如机械清洁、脉冲式清洁、或逆流式流体清洁。在空气过滤的情况下，壳体可以作为各种空气清洁或处理应用(包括发动机进气、涡轮机进气、集尘、以及加热和空气调节)的空气清洁器的一部分来提供。在液体过滤的情况下，壳体可以是用于清洁或处理例如水、油、燃料、以及液压流体的液体清洁器的一部分。
以上说明书提供了对本发明的全面说明。因为在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做出本发明的许多实施方案，本发明在于以下所附的权利要求中。
权利要求
1.一种褶状过滤介质组件，包括 (a)具有形成了该介质组件的第一面的第一组褶皱折痕以及形成了该介质组件的第二面的第二组褶皱折痕的过滤介质，使得该过滤介质在该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间以往复的安排进行延伸；以及 (b)在该过滤介质中形成的多个槽，所述槽在该介质组件的第一面与第二面之间延伸； 其中该多个槽的至少一部分展现了从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的楔形变化。
2.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了楔形变化的该部分具有从该介质组件的第一面到第二面的一种基本上均匀的楔形变化。
3.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了楔形变化的该部分具有在截面积上的楔形变化以及从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的一个基本上均匀的高度。
4.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了楔形变化的该部分具有在截面积上的楔形变化以及从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的一个基本上均匀的宽度。
5.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了楔形变化的该部分具有从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的一个基本上均匀的高度。
6.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了楔形变化的该部分具有从该介质组件的第一面到该介质的第二面的一个基本上均匀的宽度。
7.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了截面积上的楔形变化的该部分沿其长度具有基本上均匀的介质表面积。
8.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了截面积上的楔形变化的该部分沿其长度具有逐渐减小的介质表面积。
9.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件,其中该过滤介质包含按该过滤介质中的纤维的重量计至少25%的纤维素纤维。
10.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件,其中该过滤介质包含按该过滤介质中的纤维的重量计至少50%的纤维素纤维。
11.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质包含按该过滤介质中的纤维的重量计至少75%的纤维素纤维。
12.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质具有的干燥拉伸断裂应变阈值是小于5%。
13.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质具有的干燥拉伸断裂阈值是小于7. 5%。
14.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质具有的干燥拉伸断裂阈值是小于10%。
15.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中沿着多个相邻的槽的束线长度是基本上均匀的。
16.如权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该楔形变化是沿着这些槽从半路开始的。
17.根据权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质展现了至少10%的介质体积不对称性。
18.根据权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质展现了至少50%的介质体积不对称性。
19.根据权利要求I所述的褶状过滤介质组件，这些第一槽或这些第二槽中的至少一个在其中形成了一个尖端，使得该尖端延伸超出了该槽的总体轮廓。
20.根据权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中这些槽具有的宽度与高度之宽高比是至少2. O。
21.根据权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中这些槽具有的宽度与高度之宽高比是至少3. O。
22.根据权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中这些槽具有的介质束线百分比是至少1%。
23.根据权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中这些槽具有的介质束线百分比是至少5%。
24.根据权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中这些槽展现了至少I.I的D2/D1值。
25.根据权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中这些第一槽或这些第二槽中的至少一个包括多个具有小于2毫米半径的峰。
26.根据权利要求I所述的褶状过滤介质组件，其中这些第一槽峰或这些第二槽峰中的至少一个具有小于I毫米的半径。
27.根据权利要求I所述的褶状过滤介质组件,其中该褶状过滤介质组件中的这些槽中的至少25%包括位于相邻槽峰之间并且沿着该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间的槽长度的至少25%延伸的至少一个脊。
28.根据权利要求I所述的褶状过滤介质组件,其中该褶状过滤介质组件中的这些槽中的至少25%包括位于相邻槽峰之间的至少两个脊。
29.根据权利要求28所述的褶状过滤介质组件，其中这些脊是彼此不平行的。
30.一种褶状过滤介质组件，包括 (a)具有形成了该介质组件的第一面的第一组褶皱折痕以及形成了该介质组件的第二面的第二组褶皱折痕的过滤介质，使得该过滤介质在该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间以往复的安排进行延伸；以及 (b)在该过滤介质中形成的多个槽，所述槽在该介质组件的第一面与第二面之间延伸； 其中该多个槽中的至少一部分展现了从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的楔形变化，并且其中沿着该多个槽的薄片横向介质长度从该介质组件的第一面到第二面是基本上恒定的。
31.如权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的至少一部分展现了在截面积上从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的楔形变化。
32.如权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了楔形变化的该部分具有从该介质组件的第一面到第二面的一种基本上均匀的楔形变化。
33.如权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了截面积上的楔形变化的该部分具有从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的一个基本上均匀的高度。
34.如权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了截面积上的楔形变化的该部分具有从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的一个基本上均匀的览度。
35.如权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了截面积上的楔形变化的一个部分沿其长度具有基本上均匀的表面积。
36.如权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了截面积上的楔形变化的一个部分沿其长度具有逐渐减小的表面积。
37.如权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质包含按该过滤介质中的纤维的重量计至少10%的纤维素纤维。
38.如权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质包含按该过滤介质中的纤维的重量计至少50%的纤维素纤维。
39.如权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质包含按该过滤介质中的纤维的重量计至少75%的纤维素纤维。
40.如权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质具有的干燥拉伸断裂阈值是小于10%。
41.根据权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质展现了至少10%的介质体积不对称性。
42.根据权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质展现了至少50%的介质体积不对称性。
43.根据权利要求30所述的褶状过滤介质组件，这些第一槽或这些第二槽中的至少一个在其中形成了带有一个尖端的一个峰，使得该尖端延伸超出了该槽的总体轮廓。
44.根据权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中这些槽具有的宽度与高度之宽高比是至少2. O。
45.根据权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中这些槽具有的介质束线百分比是至少1%。
46.根据权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中这些槽展现了至少I.I的D2/D1值。
47.根据权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中这些第一槽或这些第二槽中的至少一个包括多个具有半径小于2毫米的尖端的峰。
48.根据权利要求30所述的褶状过滤介质组件，其中该褶状过滤介质组件中的这些槽中的至少25%包括位于相邻槽峰之间的至少两个脊。
49.根据权利要求48所述的褶状过滤介质组件，其中这些脊是彼此不平行的。
50.一种褶状过滤介质组件，包括 (a)具有形成了该介质组件的第一面的第一组褶皱折痕以及形成了该介质组件的第二面的第二组褶皱折痕的过滤介质，使得该过滤介质在该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间以往复的安排进行延伸；以及 (b)在该过滤介质中形成的多个槽，所述槽在该介质组件的第一面与第二面之间延伸； 其中该多个槽的至少一部分展线了从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的楔形变化，并且其中该介质组件中少于10%的介质被该介质组件中的其他介质遮盖。
51.如权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的至少一部分展现了在截面积上从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的楔形变化。
52.如权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了楔形变化的该部分具有从该介质组件的第一面到第二面的一种基本上均匀的楔形变化。
53.如权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了截面积上的楔形变化的该部分具有从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的一个基本上均匀的高度。
54.如权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了截面积上的楔形变化的该部分具有从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的一个基本上均匀的览度。
55.如权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了截面积上的楔形变化的一个部分沿其长度具有基本上均匀的表面积。
56.如权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该多个槽的、展现了截面积上的楔形变化的一个部分沿其长度具有逐渐减小的表面积。
57.如权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质包含按该过滤介质中的纤维的重量计至少25%的纤维素纤维。
58.如权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质包含按该过滤介质中的纤维的重量计至少50%的纤维素纤维。
59.如权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质包含按该过滤介质中的纤维的重量计至少75%的纤维素纤维。
60.如权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质具有的干燥拉伸断裂阈值是小于10%。
61.根据权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质展现了至少10%的介质体积不对称性。
62.根据权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该过滤介质展现了至少50%的介质体积不对称性。
63.根据权利要求50所述的褶状过滤介质组件，这些第一槽或这些第二槽中的至少一个具有在其中形成的一个包含一个尖端的峰，使得该尖端延伸超出了该槽的总体轮廓。
64.根据权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中这些槽具有的宽度与高度之宽高比是至少2. O。
65.根据权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中这些槽具有的介质束线百分比是至少1%。
66.根据权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中这些槽展现了至少I.I的D2/D1值。
67.根据权利要求50所述的褶状过滤介质组件，这些第一槽或这些第二槽中的至少一个包括带有半径小于2毫米的尖端的峰。
68.根据权利要求50所述的褶状过滤介质组件，其中该褶状过滤介质组件中的这些槽中的至少25%包括位于相邻槽峰之间的至少两个脊。
69.根据权利要求68所述的褶状过滤介质组件，其中这些脊是彼此不平行的。
70.一种褶状过滤介质组件，包括 (a)具有形成了该介质组件的第一面的第一组褶皱折痕以及形成了该介质组件的第二 面的第二组褶皱折痕的过滤介质，使得该过滤介质在该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间以往复的安排进行延伸；以及 (b)在该过滤介质中形成的多个槽，所述槽在该介质组件的第一面与第二面之间延伸； 其中该多个槽的至少一部分展现了从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的楔形变化，并且其中该介质包括按重量计至少50%的纤维素。
71.—种过滤组件，该过滤组件被配置成用于接收一种褶状过滤介质组件,该褶状过滤介质组件包括 (a)具有形成了该介质组件的第一面的第一组褶皱折痕以及形成了该介质组件的第二面的第二组褶皱折痕的过滤介质，使得该过滤介质在该第一组褶皱折痕与该第二组褶皱折痕之间以往复的安排进行延伸；以及 (b)在该过滤介质中形成的多个槽，所述槽在该介质组件的第一面与第二面之间延伸； 其中该多个槽的至少一部分展现了从该介质组件的第一面到该介质组件的第二面的楔形变化。
72.一种用于形成如在此传授的褶状过滤介质组件的方法。
全文摘要
在此提供了用于过滤流体的褶皱过滤介质、介质组件、过滤元件以及方法，该介质在介质表面中包含三维楔形槽，这些槽被配置成用于改进过滤器性能。在某些实施方案中，这些槽具有限定的峰，这些峰减小了相邻褶皱之间的遮盖，这些槽沿着其长度具有脊以便修饰槽的截面几何形状，和/或这些槽横跨该介质提供了体积不对称性。
文档编号B01D46/00GK102781546SQ201180011588
公开日2012年11月14日 申请日期2011年1月25日 优先权日2010年1月25日
发明者G·L·罗克利兹 申请人:唐纳森公司