空气过滤介质包、过滤元件、空气过滤介质及方法

专利名称：空气过滤介质包、过滤元件、空气过滤介质及方法
技术领域：
本发明涉及一种空气过滤介质包，它可用于形成净化空气的过滤元件。本发明还涉及过滤元件，空气过滤介质，及其制造和使用方法。
背景技术：
流体流(例如空气和液体)中携带有杂质物质。在很多情况，希望从流体流中过滤掉某些或所有杂质物质。例如，至机动车辆或发电设备的发动机的空气流，至燃气轮机系统的气流和至各种燃烧炉的空气流，其中都携带有应被过滤的杂质。另外，发动机润滑系统、液压系统、冷却系统或燃料系统中的液体流，也可能携带有应当被过滤的杂质。对于所述系统，优选从所述流体中除去选定的杂质(或使其含量降低)。已经开发了用于减少杂质的各种流体过滤器(空气或液体过滤器)结构。不过，总体上仍在寻求进一步的改进。Z-介质一般是指一种类型的槽纹过滤介质，其中流体进入介质第一面上的槽纹并从介质第二面上的槽纹流出。一般，Z-介质上的面设置在介质的相对端。流体通过一个面上的开口槽纹进入，并通过另一面上的开口槽纹离开。在第一面和第二面之间的某个点，流体从一个槽纹进入另一个槽纹，以进行过滤。Z-介质的早期形式通常指的是波纹形介质，这是因为介质的特征采自于波纹箱板行业。不过，波纹箱板一般设计用于承载负载。因此，槽纹设计可以偏离波纹箱板行业的标准和尺寸进行改动，以提供改进的介质性能。已有了各种公开，对于Z-介质的槽纹形式进行改动。例如，美国专利号5，562，825描述了波纹型式，它示出了利用有点半圆形(截面)的入口槽纹邻近窄的V-形(带有弯曲侧边)出口槽纹(见美国专利号5，562，825的图I和3)。在Matsumoto等人的美国专利号5，049，326中，示出了由具有半管的一个片材连接至具有半管的另一片材而限定的圆形(截面)或管形槽纹，在所得到的平行、直的槽纹之间具有扁平区域。见美国专利号5，049，326的图2。在Ishii等人的美国专利号4，925，561 (图I)中，示出了槽纹被折叠成具有矩形截面，其中槽纹沿其长度成锥形。在WO 97/40918 (图I)中，示出了槽纹或平行的波纹，其具有弯曲的波型(来自相邻的弯曲凸起和凹入的波谷)，但是沿它们的长度成锥形(并因此不是直的)。另外，在WO 97/40918中示出了具有弯曲波型，但具有不同尺寸的波峰和波谷的槽纹。

发明内容
本发明提供了一种空气过滤介质包。所述空气过滤介质包包括多个单面介质层。单面介质层包括槽纹片材，表面片材，和在所述槽纹片材和表面片材之间延伸的多个槽纹，并且槽纹的槽纹长度从过滤介质包的第一面延伸到过滤介质包的第二面。所述多个槽纹的第一部分阻止未过滤的空气流入所述多个槽纹的第一部分，和所述多个槽纹的第二部分阻止未经过滤的空气流出所述多个槽纹的第二部分，以便进入介质包的第一面和第二面中的一个面并从介质包的第一面和第二面中的另一面流出的空气穿过介质，以对空气进行过滤。槽纹片材包括面向表面片材的重复的内峰和背向表面片材的重复的外峰。另外，槽纹片材包括重复的槽纹型式，它包括具有至少一个脊的槽纹沿槽纹长度的至少一部分在内峰和相邻的外峰之间延伸。优选地，槽纹的重复型式包括具有至少一个脊的槽纹在内峰和相邻的外峰之间延伸至少50%的槽纹长度。重复型式的槽纹可以包括任意数量的槽纹，其中型式自身重复。槽纹的数量可以包括一个槽纹，两个槽纹，三个槽纹，四个槽纹等。在重复型式内的一个位置，至少有一个脊在内峰和相邻的外峰之间延伸。有脊在每个内峰和相邻的外峰之间延伸是可行的，但这并不是必须的。重复型式可以包括那些不具有脊在内峰和相邻的外峰之间延伸的槽纹和槽纹部分。在槽纹片材包括具有脊在内峰和相邻的外峰之间延伸一槽纹周期的槽纹的情况下， 槽纹周期可以被称作具有“低接触”(low contact)形状。当槽纹片材包括两个脊在内峰和相邻的外峰之间延伸一槽纹周期，所述槽纹周期的形状可被称作“零应变”(zero strain)。尽管希望有脊在每个相邻峰之间延伸，这不是必须的。可能重复型式具有一个或多个脊在相邻峰之间延伸，而相邻峰之间的一个和多个区域不包括脊。为了获得具有脊在相邻峰之间延伸的优点，可以希望使脊延伸的长度为槽纹长度的至少20 %。优选地，脊延伸槽纹长度的至少40 %，槽纹长度的至少50 %，或槽纹长度的至少 80%。本发明提供了一种空气过滤介质包，它可被表征为包含槽纹的Z-介质，其中所述槽纹在相邻槽纹间包含增加量的介质。表征相邻峰间过滤介质量的技术包括参考线-介质(cord-media)百分比和参考槽纹宽高比。对于本发明的过滤介质包，线-介质百分比可以是至少约6. 2%，并且槽纹宽高比可以大于约2. 2或小于约0. 45。另外，本发明的过滤介质包可被表征为在介质包一侧上的体积(volume)比在介质包另一侧上的体积大至少10%，并且其中槽纹宽高比可以大于约2. 2或小于约0. 45。本发明提供了槽纹介质片材。所述槽纹介质片材包括重复型式的槽纹,它包括内峰和外峰。重复型式的槽纹包括至少一个脊沿槽纹长度的至少50%在内峰和相邻的外峰之间延伸。所述介质包括用于流体过滤的基于纤维素的介质。本发明提供了形成空气过滤介质包和使用空气过滤介质包的方法。


图I是根据现有技术的示例性Z-过滤介质的局部示意性透视图。图2是图I所示现有技术介质的一部分的放大示意性截面图。图3是各种波纹介质定义的示意图。图4a_c是介质的一部分的放大示意性截面图，示出了宽高比。图5a_5c是本发明的介质的一部分的放大示意性截面图。图6是照片，示出了根据图5a的卷绕过滤介质的端视图。
图7是照片，示出了灰尘装载在图6所示过滤介质的透视图，其中槽纹片材的一部分被剥离以露出尘饼。图8是图5b所示介质的锥形槽纹片材的透视图。图9a和9b是图5b和5c所不锥形介质的一系列截面图。图IOa和IOb是本发明的不对称介质的一部分的放·大示意性截面图。图11是与反相轮(inverter wheel)接触之后并且在与折叠轮(folder wheel)接触用于闭合槽纹之前的槽纹的截面图。图12是沿图11的线12-12剖开的槽纹的截面图。图13是沿图9中的线13-13剖开的槽纹的截面图。图14是与折叠轮接触之后的槽纹的截面图。图15是沿图14中的线15-15剖开的槽纹的截面图。图16是沿图14中的线16-16剖开的槽纹的截面图。图17是沿图14中的线17-17剖开的槽纹的截面图。图18是图14所示折叠槽纹的端视图。图19是示例性空气滤清器的剖面图，所述空气滤清器可以包括含有本发明空气过滤介质包的过滤元件。图20是含有本发明空气过滤介质包的过滤元件的局部剖视图。图21是含有本发明空气过滤介质包的过滤元件的透视图。图22是含有本发明空气过滤介质包的过滤元件的透视图。图23是图22的过滤元件的底部透视图。图24是图22和23所示过滤元件的传感器板的侧视图。图25是含有本发明空气过滤介质包的过滤器结构的局部剖视图。图26是空气滤清器的局部剖视图，所述空气滤清器具有含本发明的空气过滤介质包的过滤元件。图27是含有本发明的空气过滤介质包的示例性过滤元件的透视图。图28是含有本发明的空气过滤介质包的示例性过滤元件的透视图。
具体实施例方式 槽纹过滤介质槽纹过滤介质可用于以多种方式提供流体过滤器结构。一种公知的方式为Z-过滤器结构。本文所用的术语“Z-过滤器结构”和“Z-过滤介质”是指一种过滤器结构，其中各波纹状、折叠的、褶皱的、或以其他方式形成的过滤器槽纹被用于限定纵向过滤器槽纹，供流体流过介质；流体沿槽纹在介质的入口和出口流动端(或流动面)之间流动。Z-过滤介质的一些例子披露于美国专利号 5，820，646 ;5，772，883 ;5，902，364 ;5，792，247 ;5，895，574 ；6，210，469 ;6，190，432 ;6，350，296 ;6，179，890 ;6，235，195 ；Des. 399，944 ；Des. 428，128 ；Des. 396，098 ；Des. 398，046 ;和Des. 437，401 ;所述十五篇引用文献中的每一篇在此均被结合入本文作为参考。一种类型的Z-过滤介质利用两个介质部件结合在一起以形成介质结构。所述两个部件为(I)槽纹(例如，波纹状)介质片材；和(2)表面介质片材。表面介质片材通常是非波纹状的，不过它可以是波纹状的，例如与
公开日为2005年8月25日，国际公开号为WO2005/077487中所述的槽纹方向垂直，该文献在此被结合入本文作为参考。另外，表面片材可以是槽纹(例如，波纹状的)介质片材，并且槽纹或波纹可以与槽纹介质片材对齐或成角度。尽管表面介质片材可以是槽纹或波纹状的，它可以具有不是槽纹或波纹状的形式。所述形式可包括扁平片材。当表面介质片材不是槽纹状时，它可被称作非槽纹介质片材或非槽纹片材。利用两种部件结合在一起以形成介质结构，其中两种部件是槽纹介质片材和表面介质片材的这种类型的Z-过滤介质可被称为单面介质。在某些Z-过滤介质结构中，单面介质(槽纹介质片材和表面介质片 材)一起可用于限定具有平行的入口和出口槽纹的介质。在一些情况，槽纹片材和非槽纹片材被固定在一起并随后被卷绕以形成Z-过滤介质结构。所述结构披露于，例如，美国专利号6，235，195和美国专利号6，179，890，上述每篇文献在此被结合入本文作为参考。在某些其他结构中，槽纹介质固定至扁平介质的某些未卷绕部分彼此层叠，形成过滤器结构。这种结构的一个例子披露于美国专利号5，820，646的图11，该文献在此被结合入本文作为参考。一般，Z-过滤介质被卷绕的结构可被称作卷绕结构，而Z-过滤介质被层叠的结构可被称为层叠结构。过滤元件可以具有卷绕结构或层叠结构。通常，槽纹片材/表面片材组合(例如，单面介质)绕其自身卷绕，以形成卷绕的介质包，是通过使表面片材向外进行的。卷绕的某些技术披露于
公开日为2004年9月30日，国际公开号为WO 2004/082795，该文献在此被结合入本文作为参考。结果，所形成的卷绕结构一般具有部分表面片材作为介质包的外表面。本文所用的术语“波纹状”是指介质结构，表示使介质通过两个波纹辊之间(即进入两个辊之间的辊隙或咬合部分)所形成的槽纹结构，其中每个辊具有适于形成所得到介质的波纹效果的表面特征。术语“波纹”不是指由不涉及介质进入波纹辊之间咬合部分的技术而形成的槽纹。不过，术语“波纹的”旨在适用于即使介质在波纹成型之后被进一步修改或变形的情况，例如通过
公开日为2004年I月22日的PCT WO 04/007054中所述的折叠技术，该文献在此被结合入本文作为参考。波纹状介质是槽纹介质的特定形式。槽纹介质是各槽纹延伸通过其间(例如，通过波纹成形或折叠或褶皱而形成)的介质。槽纹介质可以通过可提供希望槽纹形状的任意技术制备。波纹成形可以是可用的技术，用于形成具有特定尺寸的槽纹。当希望增大槽纹的高度(高度是两峰之间的高度)时，波纹成形技术可能不太实用，可能希望折叠或使介质褶皱。一般，介质的褶皱可通过折叠介质实现。折叠介质以提供褶皱的示例性技术包括刻划(scoring)并利用压力以形成折叠。利用Z-过滤介质的过滤元件或过滤器滤芯结构有时被称为“直通流动结构”或其变化形式。一般，在本文中是指，可维修的过滤元件一般具有入口流动端(或面)和出口流动端(或面)，流体沿大体相同的直通方向进入和离开过滤器滤芯。就术语“直通流动结构”的定义来说，其忽略了空气流通过表面介质的最外侧包裹层排出介质包。在某些情况，每个入口流动端和出口流动端可以是大体扁平的或平面的，两者彼此平行。不过，其变化形式，例如非非平面的表面，在某些应用中是可行的。此外，入口流动面和相对的出口流动面的表征不要求入口流动面和出口流动面是平行的。如果需要，入口流动面和出口流动面可以彼此平行。另外，入口流动面和出口流动面可以相对于彼此成一角度，从而所述面不平行。此夕卜，非平面的面可被认为是非平行的面。直通流动结构，例如，与美国专利号6，039，778中所示类型的圆柱形褶皱过滤器滤芯不同，在该文献的滤芯中，流体在通过可维修的滤芯时一般发生相当大的转向。也就是说，在美国专利号6，039，778的过滤器中，在顺流系统，流体通过圆柱形侧面进入圆柱形过滤器滤芯，并随后通过端面转向流出。在逆流系统，流体通过端面进入可维修的圆柱形滤芯并随后通过圆柱形过滤器滤芯的侧面转向流出。所述逆流系统的例子在美国专利号5，613，992 中示出。过滤元件或过滤器滤芯可被称为可维修的过滤元件或过滤器滤芯。本文中，术语“可维修的”是指，含有介质的过滤器滤芯周期性地从相应的空气滤清器中取出并更换。构造了包括可维修的过滤元件或过滤器滤芯的空气滤清器，实现过滤元件或过滤器滤芯的取出和更换。一般，空气滤清器可以包括外壳和检修盖，其中检修盖取出已使用的过滤元件并插入新的或清洁的(再处理后的)过滤元件。
本文所用的术语“z-过滤介质结构”及其变化形式是指下述的任一种或全部单面介质，包含槽纹介质片材和表面介质片材，具有适当的闭合，以抑制空气流在不经过过滤介质过滤的情况下从一个流动面到达另一流动面；和/或，单面介质卷绕或层叠或以其它方式构造或形成为三维网络的槽纹；和/或，包括单面介质的过滤结构；和/或，槽纹介质构造或形成(例如，通过折叠或褶皱)为三维网络的槽纹。一般，希望提供适当的槽纹闭合结构，以阻止流入介质一侧(或面)的未经过滤的空气从介质的另一侧(或面)流出，当成已过滤空气流的部分离开介质。在许多结构中，Z-过滤介质结构被设置形成入口和出口槽纹的网络，入口槽纹在邻近入口面的区域开口并在邻近出口面的区域闭合；而出口槽纹在邻近入口面的区域闭合并在邻近出口面的区域开口。不过，其它的Z-过滤介质结构是可行的，参见例如
公开日为2006年5月4日，Baldwin Filter, Inc.的美国专利公开号2006/0091084A1，它也包括在相对的流动面之间延伸的槽纹，具有密封结构以防止未经过滤的空气流动通过介质包。在本发明的很多Z-过滤结构中，可以使用粘合剂或密封剂来闭合槽纹并提供适当的密封结构，以阻止未经过滤的空气从介质的一侧流向介质的另一侧。塞子、介质的折叠、或介质的压挤可用作闭合槽纹的技术，以阻止未经过滤的空气从介质的一侧(面)流向介质的另一侧(面)。可以提供可替换的Z-过滤结构，利用槽纹介质片材。例如，槽纹介质片材可被折叠以在入口流动面和出口流动面形成闭合。这种类型结构的一个例子可以参见，例如AAF-McQuay Inc.的 US 2006/0151383 和 Fleetguard Inc.的 W02006/13271，描述了槽纹介质具有垂直于槽纹方向的折叠或弯曲(bend)，以便密封槽纹的端部。参见图1，示出了可用作Z-过滤介质的示例性类型的介质I。尽管介质I是现有技术介质的代表，许多描述介质I所用的术语也可以描述本发明的介质的部分。介质I由槽纹(在该例子中为波纹状)片材3和表面片材4形成。一般，槽纹波纹状片材3 —般在本文表征的类型为具有规则的、弯曲的波型的槽纹或波纹7。本文中的术语“波型”是指，交替波谷7b和波峰7a构成的槽纹或波纹型式。本文中的术语“规则的”是指，成对的波谷和波峰(7b，7a)以大体相同的重复波纹(或槽纹)形状和尺寸交替。(另外，通常在规则的结构中，每个波谷7b基本上是每个波峰7a的倒置。)因此，术语“规则的”表示波纹(或槽纹)型式包括波谷和波峰，每一对(包括相邻的波谷和波峰)重复，沿槽纹长度的至少70%在波纹的尺寸和形状上没有显著的变化。本文中的术语“显著的”是指，由用于形成波纹或槽纹片材的工艺或形式的变化而引起的变化，而不是由于介质片材形成槽纹片材3是柔性的这一事实而产生的微小变化。对于重复型式的表征，并不是指在任意给定的过滤结构中，必须出现相同数目的波峰和波谷。介质I可以止于，例如，一对波峰和波谷之间，或者部分沿一对波峰和波谷。(例如，在图I中，局部所示的介质2具有8个完整的波峰7a和7个完整的波谷7b)。另外，相对的槽纹端(波谷和波峰的端部)可以彼此不同。所述端部的变化在上述定义中是忽略的，除非特别说明。也就是说，槽纹端部的变化旨在由上述定义覆盖。在本文的槽纹过滤介质，并且尤其是示例性的介质1，波谷7b和波峰7a可被表征为峰。就是说，波峰7a的最高点可被表征为峰，并且波谷7b的最低点可被表征为峰。槽纹片材3和表面片材4的组合可被称为单面介质5。形成于波谷7b的峰可被称为内峰，因为它们面朝向单面介质5的表面片材3。形成于波峰7a的峰可被表征为外峰，因为它们背对形成单面介质5的表面片材3。对于单面介质5，槽纹片材3包括在7b处的重复内峰，他们 面朝向表面片材4，和在波峰7a处的重复外峰，他们背对表面片材4。术语“规则的”在用于表征槽纹型式时，并不旨在表征可被认为“锥形的”介质。一般，锥形是指沿槽纹的长度方向上槽纹尺寸缩小或增大。一般，锥形的过滤介质可能表现为第一组槽纹，其尺寸从介质的第一端向介质的第二端缩小；和第二组槽纹，其尺寸从介质的第一端向介质的第二端增大。一般，锥形型式不认为是规则的型式。不过，应当理解，Z-介质沿槽纹长度可以包含被认为规则的区域和被认为不规则的区域。例如，第一组槽纹沿槽纹长度的一距离，例如四分之一距离至四分之三距离，可被认为是规则的，并且随后对于槽纹长度的剩余量，由于锥形的存在可被认为是不规则的。另一种可能的槽纹结构是锥形-规则-锥形结构，其中例如，槽纹从第一面至一预定位置成锥形，槽纹随后可被认为是规则的直到第二预定位置，并随后槽纹从第二预定位置至第二面成锥形。另一可替换的结构可以具有规则-锥形-规则结构或规则-锥形结构。可以根据需要构造不同可替换的结构。在本文中的Z-介质一般具有两种类型的“不对称”。一种类型的不对称是指面积不对称，而另一种类型的不对称是指体积不对称。一般，面积不对称是指槽纹截面面积不对称，并且可表现为锥形的槽纹。例如，如果沿槽纹长度在一位置处的槽纹面积不同于沿槽纹长度在另一位置处的槽纹面积，则存在面积不对称。槽纹面积是指槽纹片材与表面片材之间的面积。因为锥形的槽纹表现为从介质包的第一位置(例如端)至第二位置(例如端)尺寸缩小，或从介质包的第一位置(例如端)至第二位置(例如端)尺寸增大，因此有面积不对称。这种不对称(例如，面积不对称)是由锥形引起的一种类型的不对称，结果是具有这种类型不对称的介质可被称为不规则的。另一种类型的不对称可被称为体积不对称，会在下文更详细地加以说明。体积不对称是指在过滤介质包内脏侧体积与干净侧体积之间的差异。如果波型是规则的，则表现为体积不对称的介质可被表征为规则的，如果波型是不规则的，则表现为体积不对称的介质可被表征为不规则的。可以提供Z-介质，其中至少部分槽纹由除了具有粘合剂或密封剂的塞子之外的技术闭合以阻止未经过滤的空气通过。例如，槽纹端可被折叠或压挤以形成闭合。一种提供规则和一致的折叠型式用于闭合槽纹的技术可被称作针刺(darting)。针刺槽纹或针刺一般是指槽纹的闭合，其中所述闭合通过使槽纹成锯齿形并折叠槽纹以形成规则的折叠型式，以使槽纹朝向表面片材压扁，以形成闭合而非通过压挤而实现。针刺一般暗示着这是一种系统的方法，通过折叠槽纹的部分而实现闭合槽纹端，使得槽纹闭合一般是一致和受控的。例如，美国专利公开号US 2006 0163150A1公开了一种槽纹，它在槽纹端具有针刺结构。针刺结构可以具有下述优点，包括，例如，密封所需的密封剂量减少，密封有效性上更高的安全性，和在槽纹的针刺端上希望的流型。Z-介质可以包括具有针刺端的槽纹，并且美国专利公开号US 2006/0163150A1的全部公开内容在此被结合入本文作为参考。应当理解，在槽纹端处针刺的存在不会使介质变得不规则。在本文“弯曲的”波型的表征中，术语“弯曲”是指一种型式，它不是介质的折叠或褶皱形状的结果，而是沿半径曲线形成每个波峰7a的顶点和每个波谷7b的底部。尽管其它形式是可行的，所述Z-过滤介质的通常半径为至少0. 25mm,并且通常不大于3mm。根据上述定义，不弯曲的介质也是可用的。例如，可以希望提供一种半径足够尖的峰，从而它不被认为是“弯曲的”。半径可以小于0. 25mm,或小于0. 20mm。为了减少掩蔽(masking),可以希望提供带有刀口的峰。在峰处提供刀口的能力可以由用于形成介质的设备、介质本身、 和介质所处条件进行限制。例如，希望不切割或撕裂介质。因此，如果刀口在介质中产生切割或撕裂，则使用刀口形成峰是不希望的。另外，介质可能太轻或太重，而不能在部切割或撕裂的情况下提供足够不弯曲的波峰。另外，在形成峰时，工艺期间空气的湿度可能增强，以有助于形成更紧密的半径。图I所示的波纹片材3的特定规则的、弯曲的波型的另一特征是，沿槽纹7的大部分长度，在每个波谷7b和每个相邻波峰7a之间的大致中点30的位置设有曲率倒置的过渡区域。例如，观察图I的背侧或面3a，波谷7b是凹入区域，而波峰7a是凸出区域。当然，当朝向正侧或面3b观察时，侧面3a的波谷7b形成波峰，而面3a的波峰7a形成波谷。在一些情况，区域30可以是直片段，而不是点，曲率在片段30的端部倒置。图I所示特定规则的、弯曲的波型的波纹片材3的一个特征是，各波纹一般是直的。在本文中术语“直的”表示，在边缘8和9之间的长度的至少50%并优选至少70% (通常至少80%)，波峰7a和波谷7b在横截面上基本不改变。术语“直的”结合图I所示的波纹型式，部分区别于WO 97/40918的图I和
公开日为2003年6月12日的PCT国际公开号WO03/47722中所述的波纹介质的锥形槽纹的型式，上述文献在此被结合入本文参考。例如，WO 97/40918的图I所示的锥形槽纹是弯曲的波型，但不是“规则的”型式，或直槽纹型式，如本文所用术语。参见本发明的图I并且如上文所述,介质2具有第一和第二相对的边缘8和9。对于所示的例子，当介质2被卷绕并形成介质包时,一般边缘9会形成介质包的入口端而边缘8形成出口端，当然在某些应用中相反的定向是可行的。在所示的例子中，邻近边缘8具有密封剂,在这里是以密封边(sealant bead) 10的形式，将槽纹片材3和表面片材4密封在一起。密封边10有时会被称作“单面”密封边，因为它是形成单面介质5的波纹片材3和表面片材4之间的密封边。密封边10将邻近边缘8的各槽纹11密封闭合，以阻止空气从中通过。在所示的例子中，邻近边缘9处具有密封剂，在这里是以密封边14的形式。密封边14 一般闭合槽纹15，以在邻近边缘9处阻止未经过滤的流体从其通过。密封边14通常在介质2绕其自身卷绕时被施加，波纹片材3朝向内侧。因此，密封边14会在表面片材4的后侧17和槽纹片材3的侧面18之间形成密封。密封边14有时被称为“卷绕密封边”，因为它通常在介质条2被卷绕成卷绕的介质包时施加。如果介质2被切成条状并且层叠而非卷绕，则密封边14会被称为“层叠密封边”。参见图1，一旦介质I例如通过卷绕或层叠的方式被整合入介质包，它可以如下作业。首先，沿箭头12所示方向的空气会进入邻近端部9的开口槽纹11。由于端部8被密封边10闭合，空气会沿箭头13所示方向通过介质。它随后通过邻近介质包端部8的槽纹15的开口端15a离开介质包。当然，空气流可以沿相反的方向进行作业。一般来说，Z-过滤介质包括槽纹过滤介质固定至表面过滤介质，并且被设置成槽纹在第一和第二相对的流动面之间延伸的介质包。介质包内具有密封剂或密封结构，以确保在第一上游面进入槽纹的空气在不经过介质进行过滤的情况下，不能从下游面离开介质包。换句话说，Z-过滤介质通常使用密封剂结构或其它结构，在入口流动面和出口流动面之间，阻止未经过滤的空气从其通过。另一个其它特征是，第一部分的槽纹被闭合或密封以阻止未过滤的空气流入第一部分的槽纹，和，第二部分的槽纹被闭合或密封以阻止未过滤的空气流出第二部分的槽纹，使得进入介质包的第一面和第二面中的一个并离开介质包的第一面和第二面中的另一个的空气通过介质，以便过滤空气。
·
对于图I所示的具体结构，平行的波纹7a，7b从边缘8到边缘9大体直的整个通过介质。直槽纹或波纹可以在选定的位置(尤其是端部)变形或折叠。在槽纹端部进行闭合的改动一般在上文“规则的”、“弯曲的”和“波型”的定义中被忽视。一般，过滤介质是相对柔性的材料，通常为无纺纤维材料(纤维素纤维，合成纤维或两者)，其内通常包括树脂，有时用其它材料处理。因此，它可以被整合或设置成各种槽纹(例如波纹的)型式，而没有不可接受的介质损伤。另外，它易于卷绕或以其它方式设置以供使用，同样没有不可接受的介质损伤。当然，它必须具有这样的特性，使得它在使用时保持希望的槽纹(例如波纹)结构。在波纹成形或槽纹成形过程中，对介质实施非弹性变形。这能阻止介质返回到其原始形状。不过，一旦张力被释放，槽纹或波纹会倾向于回弹，仅恢复已发生的伸展和弯曲的部分。表面片材有时被固定至槽纹片材，以抑制槽纹(或波纹)片材的这种回弹。另外，通常，介质可以包含树脂。在波纹成形过程中，介质可被加热到树脂的玻璃转变点之上。当树脂随后冷却时，它会有助于保持槽纹的形状。介质的槽纹片材3、表面片材4或两者可以在其一侧或两侧具有细纤维材料，例如根据美国专利号6，955，775，6，673，136，和7，270，693所述，上述文献在此被结合入本文参考。一般，细纤维可被称作聚合物细纤维(微纤维或纳米纤维)，并且可被设置在介质上以改进过滤性能。由于介质上存在细纤维，可能或可希望获得具有减少的重量或厚度同时又获得希望的过滤特性的介质。因此，在介质上存在细纤维可以具有增强的过滤特性，提供使用更轻的介质，或两者。被表征为细纤维的纤维可以具有的直径为约0. 001微米-约10微米，约0. 005微米-约5微米，或约0. 01微米-约0. 5微米。纳米纤维是指直径为小于200纳米或0.2微米的纤维。微纤维是指直径大于0.2微米，但不大于10微米的纤维。可用于形成细纤维的示例性材料包括聚偏二氯乙烯，聚乙烯醇聚合物和共聚物，包括各种尼龙，例如尼龙6，尼龙4，6，尼龙6，6，尼龙6，10，及其共聚物，聚氯乙烯，PVDC，聚苯乙烯，聚丙烯腈，PMMA, PVDF,聚酰胺，及其混合物。仍参见图1，示出了粘接边20，位于槽纹片材3和表面片材4之间，将两者固定在一起。粘接边20可以是例如不连续线的粘合剂。粘接边也可以是点,其中介质片材焊接在一起。综上所述，显而易见，所示的示例性槽纹片材3沿两者相邻接的峰通常不被连续地固定至表面片材。因此，空气可以在相邻的入口槽纹之间流动，并且可替换地在相邻的出口槽纹之间流动，而无需通过介质。不过，已通过入口流动面进入槽纹的未过滤空气不能在不通过至少一个介质片材进行过滤的情况下从出口流动面流出。现参见图2，其中示出了 Z-过滤介质结构40，它采用槽纹(在本例子中为规则的、弯曲波型波纹的)片材43和非波纹状的扁平的表面片材44。点50和51之间的距离Dl限定扁平介质44在给定槽纹53下方的区域52中的延伸距离。点50和51作为槽纹片材43的内峰46和48的中心点。另外，点45可被表征为槽纹片材43的外峰49的中心点。距离Dl限定介质结构40的周期长度或间隔。长度D2限定在相同距离Dl上的槽纹53的弓形介质长度，并且由于槽纹53的形状而当然地大于D1。根据现有技术，对于用于槽纹过滤应用中的通常规则形状的介质，长度D2与Dl之比会在I. 2-2. 0的范围之内，包括端值。空气过 滤器通用的示例性结构具有这样的结构,其中D2为约I. 25xDl至约I. 35xDl。所述介质例如已被商用于Donaldson Powercore Z-过滤器装置中。本文中，比率D2/D1有时被表征为介质的槽纹/平面比或介质拉伸性(media draw)。槽纹高度J是从扁平的表面片材44到槽纹片材43的最高点的距离。换句话说，槽纹高度J是槽纹片材43的交替峰57和58之间的外部高度差。峰57可被称为内峰(该峰面向表面片材44)，而峰58可被称为外峰(该峰背对表面片材44)。尽管图2示出了特定槽纹介质结构的距离D1、D2和J，这些距离也可以被应用于槽纹介质的其它结构，其中Dl是指槽纹的周期长度或在给定槽纹下方的扁平介质的距离，D2是指从低峰到低峰的槽纹介质的长度，而J是指槽纹高度。另一种测量方式可被称为线长度(cord length) (CL)。线长度是指从峰57的中
心点50到峰58的中心点45的直线距离。如果介质厚度影响距离值，则介质的厚度以及从
何处开始或结束具体的距离测量的决定可能影响距离值。例如，线长度(CL)可以具有不同
的值，这取决于是否是从内峰的底部到外峰的底部测量的距离，或是否是从内峰的底部到
外峰的顶部测量的距离。所述距离的差异是介质厚度如何影响距离测量的一个例子。为了
使介质厚度的影响最小化，线长度的测量由介质内的中心点确定。线长度CL和介质长度D2
之间的关系可被表征为介质-线百分比。介质-线百分比可以根据下面的公式确定
% IX ^CL xlOO 介质-线丨'I分比=-----:-^-在波纹纸板业中，已定义了各种标准的槽纹。这包括，例如，标准E槽纹，标准X槽纹，标准B槽纹，标准C槽纹，和标准A槽纹。所附图3结合下文的表I提供了这些槽纹的定义。Donaldson Company, Inc. (DCI),本发明的受让人，已经在各种z_过滤装置中使用了标准A和标准B槽纹的变形。DCI标准B槽纹可以具有约3. 6%的介质-线百分比。DCI标准A槽纹可以具有约6. 3的介质-线百分比。表I和图3还定义了各种槽纹。图2示出了 Z-过滤介质结构40，它采用标准B槽纹作为槽纹片材43。
权利要求
1.一种空气过滤介质包，包括 (a)多个单面介质层，其中所述单面介质层包括槽纹片材、表面片材、和多个槽纹，所述多个槽纹在槽纹片材和表面片材之间延伸并且具有从过滤介质包的第一面延伸到过滤介质包的第二面的槽纹长度； (b)第一部分的多个槽纹阻止未经过滤的空气流入第一部分的多个槽纹，并且第二部分的多个槽纹阻止未经过滤的空气流出第二部分的多个槽纹，使得进入介质包的第一面或第二面中的一个面并且从介质包的第一面或第二面中的另一个面流出的空气通过介质以便实现空气的过滤；和 (c)其中 .i.多个槽纹的至少一部分具有空间不对称性，使得由介质在介质包的一侧形成的空间比由介质在介质包的相对侧形成的空间大至少10%,和 ii多个槽纹的至少一部分在槽纹片材接触表面片材的位置处具有尖的槽纹端。
2.根据权利要求I所述的空气过滤介质包，其中所述槽纹端具有小于.25毫米的半径。
3.根据权利要求I所述的空气过滤介质包,其中所述多个槽纹具有的槽纹宽高比大于.2.2或小于0. 45。
4.根据权利要求I所述的空气过滤介质包，其中所述空间不对称性为约40%到约.200% .
5.根据权利要求I所述的空气过滤介质包，其中所述槽纹片材包括面向表面片材的重复内峰和背离表面片材的重复外峰，并且重复型式的槽纹包括在内峰和相邻的外峰之间沿槽纹长度的至少20%延伸的至少一个脊。
6.根据权利要求5所述的空气过滤介质包，其中所述槽纹片材包括重复型式的槽纹，所述重复型式的槽纹包括在内峰和相邻的外峰之间沿槽纹长度的至少50%延伸的至少一个脊。
7.根据权利要求I所述的空气过滤介质包,包括锥形的槽纹。
8.根据权利要求I所述的空气过滤介质包，其中单面介质被设置成卷绕结构。
9.根据权利要求I所述的空气过滤介质包，其中单面介质被设置成层叠结构。
10.根据权利要求I所述的空气过滤介质包,其中槽纹片材的介质-线百分比为大于约.6. 2%。
11.根据权利要求I所述的空气过滤介质包，其中槽纹片材的介质-线百分比为约.6. 2% -8. 2%。
12.根据权利要求I所述的空气过滤介质包,其中槽纹片材的介质-线百分比为约.7. 0% -16%。
13.根据权利要求I所述的空气过滤介质包，还包括密封件，所述密封件包括密封表面，所述密封表面被构造成沿径向延伸方向接合空气滤清器外壳表面。
14.根据权利要求I所述的空气过滤介质包，还包括密封件，所述密封件包括密封表面，所述密封表面被构造成沿轴向延伸方向接合空气滤清器外壳表面。
全文摘要
本发明提供了一种具有多个单面介质层的空气过滤介质包。所述单面介质层包括槽纹片材，表面片材，和多个槽纹，其中所述槽纹在槽纹片材和表面片材之间延伸并且具有从过滤介质包的第一面延伸到过滤介质包的第二面的槽纹长度。第一部分的多个槽纹阻止未经过滤的空气流入第一部分的多个槽纹，而第二部分的多个槽纹阻止未经过滤的空气流出第二部分的多个槽纹，使得进入介质包的第一面和第二面中的一个面并从介质包的第一面和第二面中的另一个面流出的空气通过介质，以便实现空气的过滤。槽纹片材包括面朝表面片材的重复内峰和背离表面片材的重复外峰。此外，槽纹片材可包括至少一个脊，它沿槽纹长度的至少50％在内峰和相邻外峰之间延伸。本发明还提供了空气过滤介质包、空气过滤介质、及其制造和使用方法的其它特征。
文档编号B01D46/00GK102743930SQ20121018046
公开日2012年10月24日 申请日期2008年2月4日 优先权日2007年2月2日
发明者A·M·马修, G·J·罗克利兹, 欧阳明 申请人:唐纳森公司