空气滤清器结构，其部件及方法

专利名称：空气滤清器结构，其部件及方法
技术领域：
本发明涉及空气滤清器，例如，用于净化车辆和其他设备的发动机助燃空气。本发明提供了优选的部件，组件和方法。
背景技术：
气流中经常携带有颗粒材料。在很多情况，需要从气流中除去某些或全部的颗粒材料。例如，进入机动车辆或发电设备的发动机的进气流中经常包括颗粒材料。所述颗粒材料如果到达相关机构的内部工作区，可能造成重大破坏。因此，对于所述系统来说，优选从相关发动机或其他设备上游的气流中除去颗粒材料。业已开发了用于除去颗粒的多种空气滤清器结构。使用空气滤清器结构的大体趋势是，将ζ-过滤介质结构用作介质包。一般，ζ-过滤介质结构可被表征为包括槽纹介质片材材料固定至表面介质片材材料，形成介质包结构。ζ-过滤结构的例子披露于以下文献中:PCT公开号W097/40918，
公开日为1997年11月6日；美国专利6，190,432和6, 350, 291 ；PCT申请US04/07927，申请日为2004年3月17 H ;美国临时申请60/532，783，申请日为2003年12月22日；PCT公开号03/095068，
公开日为2003年11月20日；PCT公开号W004/007054，
公开日为2004年I月22日；PCT公开号W003/084641，
公开日为2003年10月16日；和，美国临时申请60/543，804，申请日为2004年2月11日；上述引用文献的每一篇的完整内容在此被结合入本文参考。对于某些结构，需要这样的结构，其中，ζ-过滤介质通过外壳的侧面(而不是端部)被装入空气滤清器外壳。所述结构披露于，例如W003/095068中，该文献在此被结合入本文参考。本文所述的选定部件是例如美国临时申请60/567，121，申请日为2004年4月30日；美国临时申请60/604，549，申请日为2004年8月25日；美国临时申请60/649，301，申请日为2005年2月I日JPPCT公开号W005/107924，
公开日为2005年11月17日所述空气滤清器结构中的部件的改进。上述每一篇文献均在此被结合入本文参考。

发明内容
本发明涉及空气滤清器及其部件。披露了空气滤清器及其部件的多种特征和部件特征，包括可维修的过滤器滤芯。本文所披露的选定特征涉及空气滤清器外壳的特征，有利于固定安装主过滤器滤芯；和，主过滤器滤芯的特征，便于安装在所述外壳中。应当指出，不是本文所述的所有特征必须结合在结构中，以便使所述结构具有本发明所述的某些选定优点。


图1是可用于本发明结构的示例Z-过滤介质的局部示意性透视图。图2是图1所示介质的一部分的放大示意性截面图。图3是各种波纹状介质定义的示例的示意图。图4是用于制造图1所示示例介质的可用工艺的示意图。图5是可用于本发明结构的例如介质槽纹的可选末端针刺的放大示意性剖视图。图6是被设置用于安装在本发明的空气滤清器中的第一过滤器滤芯的示意性俯视平面图。图7是图6所示过滤器滤芯的变化形式的示意性局部剖视图。图8是可用于图6所示滤芯的另一外壳密封部件的示意性局部剖视图。图9是可用于图6所示滤芯的另一密封部件的示意性局部剖视图。图10是示出图6的过滤器滤芯的示意性局部剖视图。图11是图6所示过滤器滤芯的示意性侧视图；图11示出在示例安装期间，朝向面对安装者一侧的滤芯的侧面平面图。图12是图6和11所示过滤器滤芯的示意性端视图。图13是图6，11和12所示滤芯的示意性端视图；图13的视图是朝向与图12所示相对的一端。图14是与图6和11-13所示过滤器滤芯一起使用的空气滤清器结构的示意性透视图。图15是总体根据图14的空气滤清器的示意性侧面剖视图；图15的空气滤清器具有改进的入口和出口部分，并且移去了检修盖。图16是图15所示空气滤清器的示意性剖视图，示出安装了如图6所示的过滤器滤芯。图17是沿图16的线17-17的示意性局部剖视图。图18是图17的一部分的放大局部剖视图。图19是图16的一部分的放大示意性局部剖视图。图20是与图14所不不同的另一空气滤清器的不意性侧视图；不出了图20的空气滤清器定向垂直、侧面安装过滤器滤芯。图21是图20所示空气滤清器的入口端视图。图22是沿图21的线22-22的空气滤清器的示意性剖视图，只能观察到容纳在内部的过滤器滤芯的部分。图23是图22的部分的放大局部剖视图。图24是对应图23的空气滤清器的部分的放大局部剖视图，但示出了移去过滤器滤芯的空气滤清器外壳。图25是图20所示空气滤清器的部分的示意性侧视图，移去了检修盖。图26是图25的部分的放大示意性局部视图。图27是图25的部分的端视图。图28是图27的部分的放大局部剖视图。图29是可安装在图20-28所示空气滤清器中的过滤器滤芯的侧视图。图30是图29的部分的放大示意性局部图。图31是图29所示过滤器滤芯的示意性入口端视图。图32是根据本发明的另一种空气滤清器的侧面部分的放大局部图。图33是大体与图23类似的局部剖视图，取图32所示空气滤清器的内部部分，示出了过滤器滤芯的一部分。
具体实施例方式 1.Z-过滤介质结构,概述。槽纹过滤介质可用于以多种方式提供流体过滤器结构。一种公知的方式是ζ-过滤器结构。在本文中，术语"ζ-过滤器结构〃是指这样的过滤器结构，其中，各波纹状、折叠的或以其他方式形成的过滤器槽纹被用于形成纵向过滤器槽纹，以便流体流过介质；流体沿介质的相对入口和出口流动端(或流动面)之间的槽纹流动。ζ-过滤介质的某些例子可以参见以下文献:美国专利 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 ;上述15篇引用文献中的每一篇在此被结合入本文参考。—种类型的ζ-过滤介质,采用两种特定的介质部件结合在一起,形成介质结构。这两种部件是:(I)槽纹(通常为波纹)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，不过它可以是波纹状的，例如，垂直于申请日为2004年2月11日的美国临时申请序列号60/543，804所述的槽纹方向，该文献在此被结合入本文参考。在某些ζ-过滤器结构中，槽纹(通常为波纹)介质片材和表面介质片材一起可用于形成具有平行的入口和出口槽纹的介质。在某些情况，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ζ-过滤介质结构。所述结构披露于，例如U.S.6，235，195和6，179，890，上述文献的每一篇在此被结合入本文参考。在某些其他结构中，槽纹介质固定至扁平介质的某些非卷绕部分彼此层叠，以便形成过滤器结构。这种类型结构的例子披露于5，820，646号专利的图11，该文献在此被结合入本文参考。对于下文所述的具体例子，示出了卷绕结构，尽管许多原理可应用于层叠结构。通常，使槽纹片材/表面片材的组合围绕自身卷绕以形成卷绕的介质包，是使得表面片材向外进行的。用于卷绕的某些技术披露于美国临时申请60/467,521，申请日为2003年5月2日，和PCT申请US04/07927，申请日为2004年3月17日，它们各自被结合入本文参考。所得到的卷绕结构最终一般具有表面片材的一部分作为介质包的外表面。在本文中，术语〃波纹的〃是指介质的结构，表示使介质从两个波纹辊之间通过，即，进入两个波纹辊之间的辊隙或咬合部分而得到的槽纹结构，其中每个波纹辊具有适合在所得到的介质上形成波纹效果的表面特征。术语"波纹"并不用于表示通过不涉及使介质进入波纹辊之间的咬合部分的技术而形成的槽纹。不过，术语"波纹的"适用于即使在波纹形成之后对介质进行进一步的改性或变形的情况，例如通过
公开日为2004年I月22日的PCT W004/007054所述的折叠技术，该文献在此被结合入本文参考。波纹介质是槽纹介质的特定形式。槽纹介质是具有各槽纹(例如通过波纹成型或折叠而形成)延伸通过其间的介质。采用ζ-过滤介质的可维修过滤元件或过滤器滤芯结构有时被称作〃直通流动结构"或它的变化形式。一般，在本文中它表示可维修的过滤元件一般具有入口流动端(或面)和相对的出口流动端(或面)，流体沿大体相同的直通方向进入和离开过滤器滤芯。(对于该定义，术语"直通流动结构"忽视了通过表面介质的最外层排出介质包的空气流)。在本文中，术语"可维修的"是指含有介质的过滤器滤芯定期从相应的空气滤清器中取出和更换。在某些情况，每个入口流动端和出口流动端大体是扁平或平面状的，两端彼此平行。不过，在某些应用中，它的变化形式，例如非平面状表面是可行的。直通流动结构(特别对于卷绕介质包)，例如，不同于如在美国专利6，039，778中所示圆柱形折叠过滤器滤芯类型的可维修过滤器滤芯，该文献在此被结合入本文参考，其中流体在通过可维修滤芯时一般有明显转向。就是说，在6，039, 778号专利的过滤器中，流体通过圆柱体侧面进入圆柱形过滤器滤芯，并然后转向通过端面(顺流系统)排出。在通常的逆流系统中，流体通过端面进入可维修的圆柱形滤芯，并然后转向通过圆柱形过滤器滤芯的侧面排出。所述逆流系统的一个例子在美国专利5，613，992中示出，该文献在此被结合入本文参考。在本文中，术语"ζ-过滤介质结构〃及其变化形式只是表示下述的任意一种或全部:波纹或其他槽纹介质固定至(表面)介质的网，具有适当的密封，以抑制空气流在不通过过滤介质过滤的情况下从一个流动面流向另一个流动面；和/或，所述介质卷绕或以其他方式构造或形成三维槽纹网；和/或，包括所述介质的过滤器结构。在很多结构中，ζ-过滤介质结构被设置用于形成入口和出口槽纹的网络，入口槽纹在靠近入口面的区域开口并在靠近出口面的区域闭合；和，出口槽纹在靠近入口面处闭合并在靠近出口面处开口。不过，其他Z-过滤介质结构是可行的，例如参见US2006/0091084A1，
公开日为2006年5月4日的Baldwin过滤器，也包括在相对的流动面之间延伸的槽纹，具有密封结构，以阻止未经过滤的空气流动通过介质包。在本文的图1中，示出了可用作ζ-过滤介质的示例类型的介质I。介质I由槽纹(在所示例子中为波纹)片材3和表面片材4形成。一般，图1所示(槽纹、波纹)片材3的类型在本文一般被表征为具有规则、弯曲波型的槽纹或波纹7。在本文中，术语"波型"表示交替的波谷7b和波峰7a的槽纹或波纹型式。在本文中，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)形状和大小交替。(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)。术语"规则的"因此表示，波纹(或槽纹)型式包括波谷和波峰，使每一对(包括相邻的波谷和波峰)重复，沿槽纹长度的至少70%的波纹在大小和形状方面没有明显改变。在本文中，术语"明显"是指由于用于形成波纹或槽纹片材的工艺或方式的变化而导致的改变，而不是由于介质片材3是柔性的这一事实而导致的微小变化。对于重复型式的表征，不是指在任何特定的过滤器结构中，必须存在相等数量的波峰和波谷。例如，介质I可以在包括波峰和波谷的一对之间终止或部分沿包括波峰和波谷的一对终止。(例如，在图1中，局部示出的介质I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。所述端部的不同在上述定义中是被忽视的，除非另有说明。就是说，槽纹端的变化试图由上述定义所包含。在表征波纹的〃弯曲〃波型的上下文中，术语〃弯曲〃是指波纹型式，它不是由介质的折叠或折纹形状所造成的，而是每个波峰的顶点7a和每个波谷的底部7b沿半径曲线形成。尽管其他方案是可行的，所述ζ-过滤介质的通常半径为至少0.25_，并通常不大于3_。(还可以采用由上述定义不弯曲的介质)。图1所示波纹片材3的具体规则、弯曲波型的另一特征是，在大致每个波谷和每个相邻波峰之间的中点30，沿槽纹7的大部分长度，设置有过渡区域，在这里曲率倒置。例如，观察图1的背侧或面3a，波谷7b是凹入区域，而波峰7a是凸起区域。当然，当朝向正侧或面3b观察时，面3a的波谷7b形成了波峰；而面3a的波峰7a形成了波谷。(在某些情况，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1所示具体的规则、弯曲波型的波纹片材3的一个特征是各波纹大体是直的。在本文中，〃直的〃表示在边缘8和9之间的长度的至少70%(通常至少80%)，波峰7a和波谷7b的截面没有明显变化。术语〃直的〃在图1所示的波纹型式中，部分区别于W097/40918的图1和
公开日为2003年6月12日的PCT公开号W003/47722中所披露的波纹介质的锥形槽纹型式，上述两篇文献在此被结合入本文参考。例如，W097/40918的图1所示的锥形槽纹是弯曲的波型，而不是"规则的"型式，或直槽纹型式，如在本文所用的术语。参见本发明的图1，如上所述，介质I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I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，尽管在某些应用中相反的取向是可行的。在所示的例子中，靠近边缘8具有密封剂，在这里是以密封剂密封边10的形式，将波纹(槽纹)片材3和表面片材4密封在一起。密封边10有时被称作〃单面〃密封边，因为它是波纹片材3和表面片材4之间的密封边，形成单面或介质条I。密封剂密封边10密封闭合靠近边缘8的各槽纹11，以阻止空气从其通过。在所示的例子中，靠近边缘9具有密封剂，在这里是以密封边14的形式。密封边14 一般在靠近边缘9处闭合槽纹15，以阻止未经过滤的流体通过其内。密封边14通常应用于介质I围绕自身卷绕时，波纹片材3朝向内。因此，密封边14会在表面片材4的背侧17和波纹片材3的侧面18之间形成密封。密封边14有时被称作〃卷绕密封边"，因为它通常应用于条I被卷绕成卷绕介质包。如果介质I被切割成条并且层叠，而不是卷绕的话，密封边14是〃层叠密封边"。参见图1，一旦介质I整合入介质包，例如通过卷绕或层叠，可以如下作业。首先，沿箭头12方向的空气会进入靠近末端9的开口槽纹11。由于末端8被密封边10闭合，空气会沿箭头13所示通过介质。它随后通过靠近介质包末端8处的槽纹15的开口端15a排出介质包。当然，空气流可以沿相反的方向进行作业。用更通用的术语，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。在介质包内具有密封剂或密封结构，以确保在第一上游边缘进入槽纹的空气在没有通过介质过滤的情况下不能从下游边缘离开介质包。换句话说，ζ-过滤介质通常通过密封剂结构或其他结构阻止未经过滤的空气在入口面和出口流动面之间通过。对于本文图1所示的具体结构，平行的波纹7a，7b大体是直的，从边缘8到边缘9完全穿过介质。直槽纹或波纹可以在选定位置，特别在末端变形或折叠。在槽纹末端为闭合而进行的改变在上述〃规则的〃，〃弯曲的〃和〃波型〃定义中一般被忽视。不采用直的、规则的、弯曲波型的波纹(槽纹)形状的Z-过滤器结构是已知的。例如，在Yamada等的U.S.5，562，825的波纹型式中，示出了采用有些半圆形的(截面)入口槽纹邻近窄的V形(具有弯曲的侧面)出口槽纹(参见5，562，825的图1和3)。在Matsumoto等的U.S.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个片材而形成的圆形(截面)或管状槽纹，在所得到的平行的直槽纹之间具有扁平区域，参见Matsumoto' 326号专利的图2。在Ishii等的U.S.4，925，561号专利中(图1),示出了折叠成具有矩形形状的槽纹，其中槽纹沿其长度逐渐收缩。在W097/40918号专利中(图1)，示出了槽纹或平行的波纹，其具有弯曲的波型(来自相邻弯曲的凸起和凹入槽)，但是沿它们的长度方向逐渐收缩(并因此不是直的)。另外，在W097/40918中，示出了具有弯曲的波型，但具有不同大小的形成波峰和波谷的槽纹。一般，过滤介质是相对柔性的材料，通常是无纺纤维材料(纤维素纤维，合成纤维或两者)，经常其内包括树脂，有时用其他材料进行处理。因此，它可以被整形或设置成不同的槽纹，例如波纹型式，而没有不可接受的介质损坏。另外，它能够易于卷绕或以其他方式设置以便使用，同样没有不可接受的介质损坏。当然，它必须具备这样的性质，使得它在使用期间会保持需要的槽纹(例如波纹)结构。在波纹或槽纹成型过程中，使介质发生无弹性变形。这阻止了介质恢复到其原有形状。不过，一旦解除张力，槽纹或波纹会倾向于回弹，仅恢复部分已发生的拉伸和弯曲。表面片材有时连接至槽纹片材，以阻止槽纹(或波纹)片材上的这种回弹。另外，通常，介质包含树脂。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，有助于保持槽纹形状。波纹片材3、表面片材4或两者的介质可以在其一面或两面上提供细纤维材料，例如参见U.S.6，673，136，该文献在此被结合入本文参考。ζ-过滤器结构的一个问题涉及各槽纹端的闭合。通常，提供密封剂或粘合剂，以实现闭合。从上文所述显而易见，在通常的ζ-过滤介质中，尤其是采用直槽纹而非锥形槽纹的介质，需要在上游端和下游端有大的密封剂表面积(和体积)。在这些部位的高质量密封对于所得到介质结构的正常工作是至关重要的。大密封剂体积和面积随之产生了问题。仍然参见图1，示出了在20处的连接密封边位于波纹片材3和表面片材4之间，将两者固定在一起。连接密封边20可以是，例如不连续的粘接剂线。连接密封边还可以是点，将介质片材焊接在一起。通过上文，可以看到，所示的示例波纹片材3通常不是沿两者邻接的波谷或波峰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，并且还可以在相邻的出口槽纹之间流动，而不必通过介质。不过，进入入口槽纹的空气不会在没有通过至少一个介质片材过滤的情况下从出口槽纹排出。现参见图2，其中，示出了 ζ-过滤介质结构40，它采用槽纹(在这里是规则的、弯曲波型的波纹)片材43，和非波纹状扁平表面片材44。点50和51之间的距离Dl在给定波纹状槽纹53下方的区域52形成扁平介质44的延伸部分。对于波纹状槽纹53来说，弧形介质在相同的距离Dl之上的长度D2当然大于D1，这是由于波纹状槽纹53的形状造成的。对于用在槽纹过滤器应用的通常规则形状的介质来说，介质53在点50和51之间的线性长度D2—般是Dl的至少1.2倍。通常，D2在1.2-2.0倍的范围内，包括端点值。空气过滤器的一种特别常见的结构具有这样的构造，其中D2大约为1.25-1.35x Dl。所述介质，例如已被商用于Donaldson Powercore Z-过滤器结构中。在本文，D2/D1的比率有时被表征为波纹介质的槽纹/平面比或介质拉伸性。在波纹纸板行业中，业已定义了不同标准的槽纹。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。附图3结合下文的表A提供了上述槽纹的定义。本发明的受让人唐纳森公司(DCI)已经在多种ζ-过滤器结构中使用了标准A和标准B槽纹的变化形式。这些槽纹也在表A和图3中定义。
权利要求
1.一种空气过滤器滤芯，包括: Ca)介质包，它具有入口流动面和相对的出口流动面； (i)介质包包括多个槽纹，在入口流动面和相对的出口流动面之间延伸；和， (ii)介质包阻止未经过滤的空气在入口流动面和出口流动面之间通过； (b)密封件，靠近出口流动面，并且包括径向向外的径向密封表面；和 (c)预成型支撑，它位于介质包上，靠近入口流动面； (i)预成型支撑上包括第一突出/接收结构的第一部件；第一部件包括第一突出部件，它包括第一和第二侧壁部分，具有彼此不平行和彼此分叉的部分。
2.根据权利要求1所述的空气过滤器滤芯，其中: (a)第一突出/接收结构的第一突出部件的第一和第二侧壁部分彼此分叉，朝向入口流动面的方向延伸。
3.根据权利要求1所述的空气过滤器滤芯，其中: Ca)介质包具有椭圆形外周形状，它具有弯曲侧端和相对侧；和， (b)第一和第二侧壁部分彼此分叉，朝向椭圆形外周形状的弯曲侧端中的一个延伸。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的空气过滤器滤芯，其中: (a)介质包包括槽纹片材固定至表面片材，并且使表面片材向外进行卷绕。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的空气过滤器滤芯，其中: (a)介质包具有第一和第二相对的直侧面以及第一和第二相对的弯曲侧端。
6.根据权利要求5所述的空气过滤器滤芯，其中: (a)预成型支撑包括手柄部件，设置与介质包的弯曲侧端交叠。
7.根据权利要求1和2中任一权利要求所述的空气过滤器滤芯，其中: (a)第一突出/接收结构的第一部件的第一突出部件包括第一锁定顶端，位于第一侧壁部分上，并且远离第二侧壁部分。
8.根据权利要求7所述的空气过滤器滤芯，其中: Ca)介质包具有第一和第二相对的侧面以及第一和第二相对的弯曲端；和， (b)第一锁定顶端朝向第一弯曲端。
9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的空气过滤器滤芯，其中: Ca)预成型支撑上包括第二突出/接收结构的第一突出部件；第二突出/接收结构的第一突出部件包括第一和第二侧壁部分，具有彼此不平行和彼此分叉的部分。
10.根据权利要求9所述的空气过滤器滤芯，其中: (a)第二突出/接收结构的第一突出部件定形和设置为第一突出/接收结构的第一突出部件的镜像，使介质包位于它们之间。
全文摘要
本发明涉及空气滤清器组件及部件。还公开了组装和使用方法。示出了示例的空气滤清器组件。涉及突出/接收结构，用于将过滤器滤芯在外壳内固定在位。还示涉及外壳密封结构，用于使过滤器结构密封至外壳，以及特定的外壳特征和滤芯特征。
文档编号B01D46/52GK103084021SQ201210571459
公开日2013年5月8日 申请日期2007年6月21日 优先权日2006年6月22日
发明者B·A·康佩, R·J·奥森道夫, D·E·阿达梅克, W·R·W·毕晓普, 内尔斯·诺德斯多姆, 约翰·波勒, W·S·维兰 申请人:唐纳森公司