具有高容尘量的过滤器的制作方法

本发明一般地涉及空气过滤器，更具体地涉及板式空气过滤器，该板式空气过滤器例如用在加热、通风和空调(hvac)系统、用于燃气涡轮机的进气口或用于过滤空气的工业过程应用中。

背景技术：

板式空气过滤器通常在强制空气系统(诸如通常称为hvac的加热、通风和空调系统)中以及用于燃气轮机的进气口或用于过滤空气的工业过程应用中用于过滤空气。板式空气过滤器通常包括矩形的过滤介质包，该矩形的过滤介质包由矩形构造的支撑结构支撑，诸如由冲切纸板板式框架或由条、带、稀松布、筛网等和/或由塑料端板框架包围和支撑。

用于板式过滤器的一种常见类型的过滤介质是包括多个峰和谷的褶皱状过滤介质。已知各种现有技术的实施方式来支撑褶皱状过滤介质，使得板式过滤器可在操作期间承受空气压力。这种现有技术包括授予sundet等人的号为6,709,480的美国专利；授予justice的号为5,782,944的美国专利；以及授予crabtree的号为2007/0294988和us2014/0165839的美国专利公开，它们都转让给了本受让人，所有这些的全部公开内容通过引用并入本文。

通常情况下，在板式过滤器的实施方式中，存在相互竞争的利益。一方面，板式过滤器必须提供足够的容尘量而不过早地堵塞，以提供足够的过滤器寿命。另外，过滤器必须通过从已知被夹带在这种强制空气通风系统中的空气中去除足够小的颗粒诸如灰尘和过敏源来提供合适的颗粒捕获效率。

在一些应用中，期望最小效率报告值(minimumefficiencyreportingvalue，merv)值为至少13或更大。

在诸如预过滤器(其具有下游的后过滤器)的其它应用中，较低的merv值(诸如8)是可接受的，如在用于燃气涡轮机的进气口的预过滤器的情况下。本申请也可应用于这些应用。

对于高效过滤器和低效过滤器而言，期望具有高的灰尘负载能力。

在另一方面，在这种应用中，期望不限制空气流动，从而提供开放式过滤器结构，其允许空气容易地流动通过褶皱状的板式过滤器。主要原因在于堵塞是由跨过滤器所经历的压降决定的。另外，限制空气流使得hvac系统更难以输送热的、冷的和/或通风的空气，导致能量损失。用于确定过滤器使用寿命的一个测试是，在跨过过滤器的最终阻力或压降在迎面速度(facevelocity)为每分钟492英尺(150米)下达到1.5英寸(3.8cm)的水柱压强时，评价过滤器的容尘量，这是标准的ashrae52.2-2012测试。因此，虽然需要限制性介质以便实现足够的颗粒捕获效率，但是对于空气流动特性而言需要更开放的介质并防止过早堵塞。

结果，现有技术的板式过滤器通常是这两个竞争的利益之间的折衷。

技术实现要素：

本发明针对可以一起或独立地使用的如下面概述的若干不同方面和特征。

根据一个方面，过滤介质元件包括具有入口面和出口面的过滤介质片，所述过滤介质片被打褶以包括多个褶皱末端，所述多个褶皱末端包括沿着上游的延伸方向的第一组褶皱末端以及沿着向下游的延伸方向的第二组褶皱末端，其中褶皱侧面在所述第一组褶皱末端和所述第二组褶皱末端之间延伸。过滤介质元件还包括多个粘性的元件，所述多个粘性的元件在褶皱侧面的相邻的构件之间延伸，并且附接所述褶皱侧面的相邻的构件以便以间隔关系将所述褶皱末端分开和间隔开。此外，不同的过滤区域包括形成在过滤介质片中的压缩过滤区域和其余过滤区域，以便在不同过滤区域中为过滤介质提供不同的过滤性能。

根据一个特征，压缩过滤区域可覆盖5％和50％之间的过滤介质片，其余过滤区域包括其余部分，并且其中压缩过滤区域限定了压缩厚度，其余过滤区域包括正常厚度，所述压缩厚度比所述正常厚度薄20％至70％之间。在一些更优选的实施例中，压缩过滤区域覆盖8％至20％之间的过滤介质片，并且压缩厚度比正常厚度薄30％至50％之间。

在一些实施例中，压缩厚度可在0.5毫米和1.3毫米之间，并且其中常规厚度在1.5毫米和3毫米之间。

根据一方面和特征，过滤介质元件可具有至少merv13的效率等级，以及根据ashrae52.2-2012标准测量的大于0.040克/立方英寸的相对于体积的容尘量，以及更优选地大于0.055克/立方英寸的相对于体积的容尘量。

其特征是粘性的元件可以沿着连续或不连续的凸圆体铺设在过滤介质片上，所述连续或不连续的凸圆体形成相对于褶皱末端横向延伸的线性路径，连续或不连续的凸圆体铺设在过滤介质片的入口面和出口面两者之上。

另一个特征包括形成在过滤介质片中并与压缩过滤区域和其余过滤区域相交的多个凸起部，所述凸起部被成排地形成，所述凸起部的排横向地延伸到褶皱末端，其中所述凸起部是最接近的褶皱末端，并且其中所述凸起部形成在所述褶皱侧面的相邻的构件中并且朝向彼此突出以在靠近褶皱末端的位置处使得在所述褶皱侧面的相邻的构件之间限定的褶皱谷变窄，并且其中所述粘性的元件在所述凸起部上延伸并且沿着所述排延伸。

在一些实施例中，不同的过滤区域在出口面上形成图案，压缩过滤区域相对于褶皱末端对角地延伸。

另一个特征是压缩过滤区域可形成到出口面中，其中出口面包括分别对应于其余过滤区域和压缩过滤区域的隆起和凹陷。

另一个特征是过滤介质片可以是较粗纤维和较细纤维的复合物，较粗纤维具有大于2微米的直径，以及较细纤维具有小于2微米的直径，其中与过滤介质片材的出口面相比，较粗纤维的较密集的相对覆盖布置在入口面附近，间隔区域与入口面间隔开至少0.2毫米，并且其中与入口面相比，较细纤维的较密集的相对覆盖布置在过滤介质片材的间隔区域内。

另一个特征可以是与入口面相比，细纤维的覆盖可以更接近出口面。

另一个特征可以是过滤介质片是单层的复合物而不是多层层压的。

另一方面针对一种板式过滤器，其包括根据上面或下面的任何方面或特征所述的过滤介质元件。板式过滤器包括边框框架和过滤介质元件，所述过滤介质元件被边框框架包围，并且其中过滤介质元件限定了封套尺寸，其具有在12英寸和36英寸之间的相互垂直的第一和第二跨度；以及1英寸和12英寸之间的深度。

一个特征可以是提供每英寸1.5个和4.5个之间的褶皱。

另一方面针对一种使用根据上面或下面的任何方面或特征所述的板式过滤器元件的方法。该方法包括使空气流动通过空气过滤系统，空气过滤系统包括壳体，该壳体具有将空气输送到hvac系统、用于气体涡轮发动机的进气口和工业过程应用中的至少一个的流动路径，并且板式过滤器安装在壳体中，入口面相对于出口面设置在沿着流动路径的上游。

一个特征是这种方法可在没有脉冲反吹(back-pulse)机制的空气过滤系统中。

另一方面针对使用本文所述的任何过滤介质元件的方法，其包括沿从上游延伸范围到下游延伸范围的方向推进空气流动通过过滤介质元件，以使颗粒被负荷在过滤介质的某一深度内。

以下描述的其它方面也可以结合上述方面或特征使用。

另一方面针对一种过滤介质元件，其包括具有入口面和出口面的过滤介质片，所述过滤介质片被打褶以包括多个褶皱末端，所述多个褶皱末端包括沿着上游延伸方向的第一组褶皱末端以及沿着下游延伸方向的第二组褶皱末端，其中褶皱侧面在所述第一组褶皱末端和所述第二组褶皱末端之间延伸；其中所述过滤介质元件具有至少merv14的效率等级(根据ashrae52.2-2012标准)，以及根据ashrae52.2-2012的大于0.040克/立方英寸的相对于体积的容尘量。

另一方面针对一种过滤介质元件，其包括具有入口面和出口面的过滤介质片，所述过滤介质片被打褶以包括多个褶皱末端，所述多个褶皱末端包括沿着上游延伸方向的第一组褶皱末端以及沿着下游延伸方向的第二组褶皱末端，其中褶皱侧面在所述第一组褶皱末端和所述第二组褶皱末端之间延伸。在过滤介质片中形成包括压缩过滤区域和其余过滤区域的不同过滤区域，从而不同过滤区域中为过滤介质提供不同的过滤特性。压缩过滤区域形成到出口面中，其中出口面包括分别对应于其余过滤区域和压缩过滤区域的隆起和凹陷。

另一方面针对一种制造过滤器的方法，包括：推进过滤介质片通过一个加热器，该过滤介质片具有入口面和出口面，包括压缩过滤区域和其余过滤区域的不同过滤区域形成在过滤介质片中，该过滤介质片在不同的过滤区域中提供具有不同过滤性能的过滤介质；加热所述过滤介质片；然后将过滤介质片材进行压花，使其具有凸起部；对过滤介质片进行刻痕，使其具有刻痕，所述刻痕横向于所述推进的方向延伸；沿着所述过滤介质片并在所述凸起部上铺设连续或不连续的粘性的凸圆体；以及沿着所述刻痕折叠所述过滤介质片，以提供多个褶皱末端，所述褶皱末端包括沿着上游延伸范围方向的第一组褶皱末端和沿着下游延伸范围方向的第二组褶皱末端，褶皱侧面在所述第一组褶皱末端和所述第二组褶皱末端之间延伸；以及多个粘性的元件，其在所述褶皱侧面的相邻的构件之间延伸，并且附接所述褶皱侧面的相邻的构件，以便以间隔关系将所述褶皱末端分开和间隔开。

一个特征是在压花期间，压花将过滤介质片的厚度保持在原始厚度的15％以内。

从下面结合附图的详细描述中，本发明的其它方面、目的和优点将变得更加明显。

附图说明

结合在说明书中并且形成说明书一部分的附图示出本发明的几个方面，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的板式过滤器元件的透视图；

图2是矩形过滤介质包的正视图，该矩形过滤介质包本身可以用作板式过滤器，或者更优选地可以被装入框架，诸如用于图1的板式过滤器中；

图3是图1的通过粘性的间隔件的粘性的凸圆体中一个的局部示意性横截面视图；未显示凸起部、压缩/其余过滤区域，也未显示展平的褶皱末端，以避免在该图中的过度复杂化。(关于这些其它特征的更多细节，参见图4a-4c和图5)。

图4是从入口侧或出口侧观察的被压花的和粘性地间隔的过滤介质的示意性俯视图，这些视图是相同的，并且通过平行于入口面和出口面之一的褶皱末端取得这些视图，未示出压缩/其余过滤区域，并且在该图中胶水不覆盖褶皱末端。

图4a是过滤介质包的横截面，其可沿着图4a的线4a截取；

图4b和图4c是过滤介质的横截面，它们可以分别沿图4a的线4b-4b和4c-4c截取；

图5是过滤介质片的横截面和透视图，该过滤介质片具有压缩和其余过滤区域并且是在褶皱中的压花操作之前示出的过滤介质片，并且示意性地示出了在介质的间隔区域中较细纤维的较密集的聚集，在横截面内绘制仿真线以描绘间隔的区域；

图5a和图5b是图5中所示的横截面的放大部分；

图6是图1中所示板的分解组装图；

图7是根据本发明实施例的穿过过滤介质的横截面的显微照片，示出过滤介质的压缩过滤区域和其余过滤区域以及粗纤维；

图8是根据本发明实施例沿着下游侧方向的过滤介质的照片，示出压缩过滤区域和其余过滤区域，它们通过粘性的间隔件处于褶皱的和被压花的组装形式；

图9是用于形成根据上述实施例的过滤介质的打褶器和方法的示意性侧视图；

图10是在本发明的实施例中可用的凹纹片的下游或出口面的照片，该片尚未刻痕或打褶。

虽然将结合某些优选实施例描述本发明，但是并不意图将其限制于那些实施例。相反，意图是覆盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有替代、修改和等同物。

具体实施方式

图1至图3示出本发明的板式过滤器10的实施例。板式过滤器10通常包括褶皱状过滤介质12，其布置在矩形卡状结构中，并且通过合适的支撑结构(例如矩形塑料框架14)保持在该矩形卡状结构中，如图所示。

褶皱状过滤介质12由相对薄的多孔材料形成，多孔材料诸如聚合物纤维和/或纤维素或玻璃纤维的缠结物，其允许空气容易地通过，但拦截固体颗粒(诸如灰尘、棉绒等)。所示的板式过滤器10特别适用于加热、通风和空调(hvac)系统和其它工业应用，诸如用于燃气涡轮发动机的进气口过滤器(主过滤器或预过滤器)，或其它工业应用，诸如约束动物的建筑物、洁净室过滤、制造或能量过程过滤。过滤介质被折叠成多个褶皱16，以在板式过滤器10的每一侧(入口侧和出口侧)上提供多组褶皱末端35。

褶皱设有在使用(未被遮蔽)期间暴露的褶皱侧面的整个面，其中本文所论述的结构支撑具有通常在1.5个和4.5个褶皱/英寸之间的褶皱密度。

至于尺寸，对于典型的应用而言，板式过滤器10可跨越12英寸至30英寸之间的第一横向跨度18和横向于第一跨度的第二横向跨度20，第二横向跨度20也在约12英寸至30英寸之间。可以垂直于这些跨度18和20测量褶皱深度。

在各种实施例中，褶皱深度可在1英寸和12英寸之间(在这种情况下，考虑到板式过滤器元件仅需要配合该尺寸的包封，分数被向上取整；因此7/8英寸的褶皱的深度将被认为是1英寸深度的过滤器)。对于用于许多工业应用的具有塑料框架的许多实施例而言，褶皱深度在4英寸和12英寸之间，两个横向宽度跨度中的每个跨越12英寸和30英寸之间。

在图1所示的实施例中，并且其也由图3和图6所示，褶皱状过滤介质12的入口侧24和出口侧26中的每一个由框架14支撑，框架14可包括如图6的实施例中所示的组装在一起的多个通道部件。备选地，可以使用纸板框架、边界框架、边缘带框架等。褶皱状过滤介质12沿着矩形周边胶合到框架14的通道，所述矩形周边也在过滤介质和框架之间提供矩形边界密封。

利用这种构造并且利用层压到框架14内表面的粘合剂28，可以看出过滤介质12由沿着框架14的内部延伸的框架通道30支撑。

为了实现有组织的过滤介质构造和对过滤介质12的支撑，本实施例采用粘性的间隔件凸圆体36，其可以是连续的或不连续的，并且在制造过程中通过在褶皱状过滤介质的入口侧24和出口侧26两者上施加的粘性的凸圆线铺设。凸圆体36用于为褶皱状过滤介质提供结构支撑，以将结构保持在矩形过滤介质包22中。

通常情况下，粘性的间隔件凸圆体36是连续或不连续的粘合剂条带，随着介质以连续方式在第二跨度的方向上延伸，粘合剂条带被铺设在入口侧24和出口侧26中的每一个上，以在过滤介质的相对侧上形成粘性的间隔件珠粒体36，从而形成过滤介质包22。

如图3和图4a-4b中所示，粘性的间隔件凸圆体36因此在褶皱末端上向上延伸，并且沿着褶皱侧面向下部分地进入到褶皱的谷中，并且因此至少部分地延伸到在相邻的褶皱侧面之间形成的v形通道中。备选地，在一些实施例中，当粘性的间隔件凸圆体连续铺设时，粘性的凸圆体36可以一直到达这种v形通道的底部。

粘合剂间隔珠粒可以以在1/2和4英寸之间、并且在一些实施例中更优选在1和2英寸之间的一定间隔(相对于下一相邻的粘合剂珠粒)平行铺设。这提供足够的结构支撑以维持具有足够开放体积的褶皱形状和v形通道37，以提供气流而没有不适当的限制。粘合剂间隔珠粒36还提供支撑以防止褶皱塌陷和彼此接触，以防止在操作期间堵塞过滤介质。

例如，v形通道37在使用期间不会显著变形或塌陷，这保持空气流动进入通道以移动通过褶皱侧面的过滤介质。结果，褶皱状过滤介质12的更多的表面积被暴露以用于全过滤和灰尘负荷的目的。此外，该构造允许灰尘层累积，而不过早地填充或阻塞具有这种褶皱密度和支撑结构构造的v形通道37。

为了有助于间隔和结构完整性，优选地提供各种凸起部38以在选择区域处加宽褶皱侧面，其中粘性的间隔件凸圆体36被铺设在该选择区域。这例如可在图4中看到，由此诸如通过每1英寸至2英寸(或在一些其它实施例中，在1/2英寸至4英寸之间，取决于粘性的间隔件凸圆体36的间距)在褶皱侧面34中的热定型和/或压缩成型来形成凸起部。凸起部38提供粘合剂所需桥接跨过相邻褶皱之间的v形通道37的较短跨度。另外，附加的凸起部39可间隔在粘性的间隔件凸圆体凸起部38之间，如所示地也以粘性的间隔件凸圆体凸起部38的类似间距。这些其它的凸起部39不接收胶合凸圆体，而是提供额外的结构支撑，并且也防止沿着褶皱侧面34在过滤介质之间的平坦表面到表面的接触，该接触响应于在使用期间的空气流力。

为了清楚起见，凸起部38和39不应当混淆，并且它们与如本文所述的压缩过滤区域和其余过滤区域不相同。相反，与压缩过滤区域和其余过滤区域相比，在凸起部处介质的厚度可以保持相同(即，如果存在由于压花辊引起的压缩或膨胀，其是不明显的，小于厚度的15％)，通过设计压缩过滤区域和其余过滤区域具有显著不同的过滤介质厚度。

此外，点粘结也不会与压缩过滤区域和其余过滤区域混淆，在该点粘结处不同的分立的介质层以点粘结处结合在一起。具体地，在那些位置处的点粘结通常消除那个区域的过滤，致使非过滤。此外，在实施例中，通常使用或选择一个集成层复合介质，虽然在替代实施例中也可以使用层叠在一起的多个分立层复合物。

参考图2，可以看出这可以提供过滤介质包22，其采用(图4的)粘性的间隔件凸圆体36和凸起部38、39，使得过滤介质包22准备好经由框架14被装框架以用于产生图1所示的板式过滤器。

如在上述实施例中显而易见的那样，为了提供用于支撑成矩形构造的介质的支撑结构，附加于或替代根据上述实施例公开的那些，可以使用各种框架、稀松布、带等。可以使用本申请的各种其它实施例中的支撑结构，诸如在下述中公开的那些：题为“具有散口边缘的自支撑皱褶状板式过滤器(selfsupportedpleatedpanelfilterwithfrayededges)”的号为2012/0167535的美国专利公开；题为“板式过滤器(panelfilter)”的号为2010/0269468的美国专利公开；题为“板式过滤器(panelfilter)”的美国专利2010/0269467；题为“具有框架的板式过滤器(panelfilterwithframe)”的号为7,537,632的美国专利；题为“用于制造过滤器的方法和系统(methodandsystemformakingfilters)”的号为2005/224170的美国专利公开；和号为5,782,944的美国专利。这些专利中的每一个通过引用整体并入本文，因为支撑结构和板式过滤器细节可用作本文具体论述的实施例中那些的替代或补充。

一些实施例可替代地或另外地包括相邻的褶皱侧面34之间的褶皱支撑件和间隔件(图3)。对于配置成在高流率环境中操作的过滤器元件而言，可以沿着褶皱状过滤介质以规则的间距放置间隔件以增加结构刚性并防止介质的变形，间隔件诸如塑料指状间隔件或棒，或以规则间距间隔开的热熔粘合剂。

除了用热定型褶皱来打褶之外，过滤介质还可被压花以增加结构刚性，以进一步增加表面积，并且增加可被操纵到用于板式过滤器的体积中的介质量。对过滤介质压花的方法在号为6,685,833的美国专利中有所描述。号为5,290,447的美国专利、号为5,804,014的美国专利和德国专利申请de19755466a1也描述了压花的方法，其在一些实施例中可以作为附加或替代方案应用于本发明的复合过滤介质。这些专利中的每一个通过引用整体并入本文，因为可以使用这些或其它的打褶和压花技术。

例如，在过滤介质包22的过滤介质上，示出了形成在过滤介质中的一体形成的凸起部38(在褶皱末端35之间以及在入口面和出口面之间延伸的凹槽、折叠或褶皱)和粘性的间隔件凸圆体36，如图1-5中所示。可以提供各种数量和布置的凸起部。粘性的凸圆体在相邻的褶皱末端上并且沿褶皱侧延伸并且如图所示附接到彼此。这为褶皱状过滤包提供了一致的褶皱间隔和结构完整性。相邻的褶皱末端的间隔可在1/2厘米和2厘米之间，以将大量的过滤介质压到包封中，同时保持开放流结构以适应高空气流量。

此外，褶皱末端可以被展平，其两个折皱边缘40和其间的平坦部42如图4中示意性所示，更好地如图4b中所示。在一些实施例中，平坦部42的宽度可在0.5毫米-2.5毫米之间。

为了更利于结构完整性和高空气流量，一些优选实施例可包括在相邻的褶皱侧面34之间的额外褶皱支撑件和间隔件。对于配置成在高流量环境中操作的过滤器元件而言，可沿着褶皱状过滤介质以规则间距放置间隔件以增加结构刚度并防止介质变形，间隔件诸如塑料指状间隔件或以规则间距间隔开的热熔粘合剂。除了用热定型褶皱(例如用双组分过滤介质，该双组分过滤介质具有高熔点的和低熔点的纤维和/或呈纤维形态的高熔点的和/或低熔点的组分的)来打褶之外，过滤介质还可被压花以增加结构刚度，以进一步增加表面积，并且增加可操作到用于板式过滤器的体积中的介质量。这些上述结构中的任何一个可用作支撑结构以保持矩形构造，作为框架(例如冲切框架和/或边缘封边)的替代或补充。

根据各种方面，压花的褶皱状过滤介质12可由非均匀过滤介质片50制成，该过滤介质片50具有入口面52和出口面54(入口面52和出口面54分别面向入口侧24和出口侧26)的。入口面52和出口面54可以沿相对于空气流56的预定取向布置，如本文所述。

过滤介质片50包括不同的过滤区域，包括形成在过滤介质片中的压缩过滤区域58和其余过滤区域60。这在不同过滤区域中为过滤介质提供了不同的过滤特性。

可根据jung等人并转让给依瑞玛过滤器公司(iremafiltergmbh)的号为2013/0269529的美国专利公开来形成压缩过滤区域58和其余过滤区域60，该美国专利公开的全部公开内容通过引用并入本文。可以根据jung等人的进行布置过滤介质。

然而，与jung等人的'529的公开相反，在优选实施例中，压缩过滤区域58形成到出口面54内，使得出口面54包括分别对应于其余过滤区域60和压缩过滤区域58的隆起和凹陷。这产生用于过滤颗粒的不同机制。

此外，在许多应用中，这些过滤器可以不与脉冲反吹(reversepulse)释放机构一起使用，而是用作深度负荷板式过滤器。这可用于提供高效率(例如merv13或14或更高)与高的灰尘负荷能力的结合。

不同的过滤区域可在出口面54上形成图案62，压缩过滤区域包括相对于褶皱或褶皱末端对角地延伸的压缩凹槽或凹陷64。凭借该取向，这可与其余过滤区域60一起在出口面54上产生包状袋。

优选地，压缩过滤区域58覆盖过滤介质片的5％和50％之间，更优选地8％和20％之间(其余过滤区域60包括剩余百分比)。

在一些实施例中，压缩过滤区域58限定压缩厚度，其余过滤区域包括常规厚度，压缩厚度比常规厚度薄20％至70％，更优选地薄30％至50％之间。在形成凹坑的凹槽底部处测量压缩厚度，该凹槽底部提供最薄位置。

在一些实施例中，压缩厚度在0.5毫米和1.3毫米之间，其中由其余过滤区域60限定的常规厚度在1毫米和4毫米之间(更优选地在1.5毫米和3毫米之间)。

板式过滤器尺寸和介质包以及褶皱间隔

通常在板式过滤器领域中，尺寸是相对标准的。常见的尺寸是24英寸×24英寸×4英寸的过滤器。这意味着过滤器将适合该尺寸的包封，但通常稍小以允许容易安装。例如，对于4英寸的过滤器而言，过滤器框架的实际深度可以是3又3/4英寸，褶皱深度可以是约3又1/4英寸。因此，使用这些深度进行有用的测量。

过滤介质

一种优选的过滤介质包括等级标名为tfn80g和tfn83g，其可从德国的帕斯特鲍埃尔-巴伐利亚州(pastbauer-pavelsbach)的依瑞玛过滤器公司(iremafiltergmbh)(在本文中为“依瑞玛(irema)”)商购获得，其具有约2毫米的纤维厚度(loft)或测径厚度。该过滤介质片具有形成的压缩过滤区域和其余区域，然后可通过打褶和压花机以产生板式过滤元件。这些诸如可从依瑞玛(irema)获得的类型的介质具有压缩过滤区域58和其余区域60，在本文中可被称为“凹纹介质”。

其它合适的过滤介质可从其它供应商获得。例如，新泽西州瓦恩兰(vineland)的荃斯韦伯有限责任公司(transweb,llc)的介质等级包括各种永久驻极体过滤介质，其也可以被凹陷成图案并且用于各种实施例中。

各种驻极体过滤介质可具有静电电荷，诸如通过氟原子。例如，氟化聚合物、化学添加剂或等离子体氟化可用于赋予氟原子。

在一个实施例中，过滤介质优选地不是表面负荷介质，但可以是深度负荷过滤介质。可从包含在过滤介质的深度内的和/或施加到出口面的细纤维获得过滤效率，该细纤维小于2微米，且优选地小于1微米。在一个实施例中，过滤介质片可以是较粗纤维和较细纤维的复合物，较粗纤维具有在2微米和10微米之间的平均直径，较细纤维具有小于1微米的平均直径(也称为纳米纤维)。如图7所示可以使用各种不同尺寸的粗纤维，该尺寸是通过上述依瑞玛(irema)过滤介质的横截面。

此外，并且如图7中所示，并且与深度过滤介质一致地，与过滤介质片的出口面54相比，施加较粗纤维的较密集的相对覆盖，其中最粗的纤维布置在入口面52附近。此外，间隔区域66可与入口面52间隔开至少0.2毫米(优选地至少0.5毫米)，诸如图5中示意性地所示(还参见图7)，与入口面52或入口区域相比在2微米以下(并且更优选地在1微米以下)的较细纤维的较密集的相对覆盖被布置在过滤介质片50的间隔区域66中(入口区域70是间隔区域66上游的区域；间隔区域66包括出口区域68)。

考虑到介质可以被认为是深度负荷，与入口面52相比，间隔区域内的细纤维的覆盖优选地更靠近出口面54。这在所示的实施例示例中可以看到，在图7的显微图像中，所示的较细纤维靠近凹纹出口面(在图7中看不到的更细的纳米纤维也可以存在并设置在靠近出口面和/或设置在间隔区域66中)。

在实施例中，过滤介质可包括非织造聚合物(诸如聚烯烃纤维)，其具有的基重为100克/平方米至200克/平方米，介质厚度(在其余过滤区域处测量)为1毫米至4毫米，从而提供高纤维厚度(loft)。高纤维厚度提供高的灰尘负荷量和透气性。

为了提供褶皱的热定型和压花，过滤介质基料优选地包括组分聚合物结构，该组分聚合物结构包含高熔点的聚合物和低熔点的聚合物。

根据平面片材介质测试，在0.5英寸的水柱压力下，所选择的介质可具有在45cfm和600cfm之间的透气率。透气性可取决于应用，因为具有用于燃气涡轮机的merv8应用的预过滤器可具有较高流率的介质，而发动机空气应用可具有较低流率的介质。

根据某些实施例，过滤介质片是较粗纤维和较细纤维的复合物，较粗纤维具有的直径为2微米至10微米，较细纤维具有的直径小于2微米，优选地小于1微米。

根据某些实施例，与过滤介质片的间隔区域相比，较粗纤维的较密集的相对覆盖布置在入口面附近。间隔区域可被限定为与入口面和出口面间隔开至少0.2毫米。

此外，与入口面相比，介质片50可具有布置在过滤介质片的间隔区域中的较细纤维的较密集的相对覆盖。

同样在不同的实施例中，与出口面相比，较细纤维的覆盖可更靠近入口面。

此外，对于更高效率和初级过滤器应用而言，过滤介质元件具有至少merv13的效率等级(根据ashrae52.2-2012标准)，更优选地具有至少merv14的等级。

利用在附图中示出的介质和结构布置以及图6和图7的示例，在merv13或更好的过滤器中可获得比以前高得多的容尘量。具体地，与典型的现有技术不同地，对于标准2英尺×2英尺的过滤器而言，可以实现大于0.040克/立方英寸的相对于体积的容尘量，根据ashrae52.2测量相对于体积的容尘量，事实上可获得大于0.050克/立方英寸，或甚至大于0.060克/立方英寸的相对于体积的容尘量。

在替代实施例中并且为了获得额外的容尘量，聚合物纤维可包含氟或其它媒介以提供静电电荷来提供过滤介质。例如，过滤介质可被充电成带有表面氟化的驻极体，这可根据转让给荃斯韦伯(transweb,llc)的号为6,419,871的美国专利。根据授予jones等人的美国专利5,411,576和5,472,481和/或授予rousseau等人的美国专利5,908,598，其它氟化方法可包括加入含氟化合物。每篇所述专利通过引用并入本文。

制造方法和形成

令人惊奇的是，已经发现，如果控制工艺条件，则可以在压花过程中在不破坏凹纹的情况下用压花类型的打褶机加工凹纹介质。

此外，令人惊讶地，还发现沿着介质的下游或出口面布置凹纹(压缩区域)，同时保持上游或入口面平坦(除凸起部之外)也产生大量的附加的容尘量。

根据某些实施例的加工方法可在市售的打褶和压花机上进行，打褶和压花机如可从德国泰尔托(teltow)的tag有限公司(tag,gmbh)商购获得，并且如由佛罗里达、迈阿密的过滤建议有限责任公司(filtrationadvice，llc)(以前称为lpd技术股份有限公司(lpdtechnologies，inc.))改装，图9中示出打褶器组合件110。

打褶器组合件110具有张紧组合件(未示出)以控制未示出的张力，其从凹纹介质辊112接收连续的过滤介质片50。辊112上的片已经在其中形成了压缩过滤区域58和其余区域60的凹纹，其可采用具有如前所述的带有“凹纹”的类似凹纹的图案62。

在从辊112脱离之后，凹纹介质片50通过烘箱以软化介质以便压花操作。预热设置在处理效率和过滤器性能方面发挥作用，并且取决于运行线的速度，因此烘箱温度可能不如介质温度那么重要。热软化了介质，使其更具有延展性，使得可将凸起赋予到介质内，使得保持形状。设置介质的热和延展性，使得介质在刻痕/压花过程中拉伸而不是破裂。

一旦通过烘箱114，过滤介质被拉动通过打褶和压花辊，打褶和压花辊包括相对于介质的厚度间隔开的上辊116和下辊118。这些辊116、118形成用于粘性的间隔件附接部的凸起部和用于形成褶皱末端和褶皱的刻痕。

与打褶辊116、118的设置相关联的可调节参数可极大地影响处理效率和过滤器性能。如图所示，打褶机工具是一组垂直于过滤介质片50的网幅安装的从动精密钢辊116、118。辊具有结合到辊中的凸起部特征。长度方向的槽也加工到辊中，其以规定的弧长与安装刻痕杆处隔开。辊还包括凹入配合表面，该凹入配合表面允许与突出的凸起和刻痕杆配合。

虽然可以采用打褶组合件110的常规运行，但是辊116、118可以通过以下方式调节，即根据需要调节辊间隙和调节褶皱刻痕杆以产生独立于凸起的更深的刻痕和/或在一些情况下产生较浅的凸起部。除了这些调节之外，可以在线速度和张力方面采用褶皱组合件110的常规运行。

关于辊间隙，即两个辊116、118之间的距离，其是可被调节的。该调节确定了赋予到介质上的凸起和刻痕深度。改变辊间隙和凸起深度可减小赋予到介质上的凸起高度。随着凸起变得更浅，所需的过滤器褶数增加，凸起变得较不明确和较弱(在压力下更容易塌陷)，并且凸起变得不容易被破裂的介质损坏。当凸起被调节以进入更深时：凸起变得更高，这降低了完成的褶皱数，随着形状良好地形成在介质中，凸起变得更强，并且介质损坏的风险增加。与其它介质类型相反，在一个实施例中，介质将另外的变量引入到处理进程中，因为如果“凹纹”被压扁并且在压花过程期间不回弹，则会降低过滤器性能。

当调节辊间隙时，刻痕深度增加或减小。刻痕深度必须足够大以在褶皱聚集过程中引发折叠。可以独立于辊间隙的设置来调节刻痕深度。关于保持与过滤介质片50相关联的“凹纹”的力，可以调节辊116、118之间的打褶辊间隙。

一旦通过辊116、118，现在已被刻痕和压花的介质片50通过粘合剂施加器120、122(顶部和底部施加器)，粘合剂施加器120、122施加合适的粘性的凸圆体36(也参见图2)，通常至少在过滤介质片的上游侧和下游侧两者上的刻痕褶皱末端之上，以连续或不连续的方式，成排地施加凸圆体36，该凸圆体36的排横向于(且优选垂直于)褶皱末端延伸。

牵引辊124最终将片50提供到折叠部分126，折叠部分126收集褶皱并形成褶皱状过滤介质12，该褶皱状过滤介质12具有在图9中的褶皱末端上示意性示出的粘性的凸圆体(参见适于实际配置的其它图1-8)。然后，褶皱状过滤介质12在带式输送机上输送并被运输到切割站130，在那里连续的片被切割成正确的尺寸和矩形形状，以成为矩形过滤介质包22。

通过本发明的实施例，可提高容尘量。例如，由本受让人出售的现有legacy过滤器，该过滤器使用凸起部和粘性的间隔件并通过上述lpd改装的打褶机，其对于两种流行的尺寸而言具有以下性能：

24英寸x24英寸x4英寸-无端板

在1968cfm下的初始气流阻力＝0.46英寸水柱(wc)

merv14的效率

容尘量＝74克

49.1平方英尺的介质。

实际过滤体积2049立方英寸

灰尘/立方英寸＝0.03611

24英寸x24英寸x12英寸-无端板

在1968cfm下的初始气流阻力＝0.38英寸水柱wc

merv15的效率

容尘量＝234克

97.3平方英尺的介质。

实际过滤体积6487立方英寸

灰尘/立方英寸＝0.03607

当通过打褶器处理依瑞玛(irema)tfn83g级凹纹介质，其具有在介质片的下游/出口面上的凹纹或压缩区域时，获得以下结果：

24英寸x24英寸x4英寸-无端板

在1968cfm下的初始气流阻力＝0.44英寸水柱wc

merv14的效率

容尘量＝134克

53.1875平方英尺的介质。

实际过滤体积2049立方英寸

灰尘/立方英寸＝0.06539

24英寸x24英寸x12英寸-无端板

在1968cfm下的初始气流阻力＝0.27英寸水柱wc

merv15的效率

保尘能力＝517.5克

123.78平方英尺的介质。

实际过滤体积6487立方英寸

灰尘/立方英寸＝0.07977

从测试结果可以看出，可以实现几乎两倍的过滤器的容尘量，通过延长替换间隔或者通过在与当前产品相同的范围内提供更低的气流限制来由此降低过滤系统的能量消耗，其增加了产品的价值。

还将理解的是，某些应用可能不需要如此多的改进，因此可以实现较低的效率或较少的容尘量。然而，通过以下措施，容尘量的改善是可见的：(a)在介质的下游侧和出口面上放置凹纹图案(压缩区域)；(b)结合使用凹纹介质与粘性的间隔件和凸起部；(c)选择深度负荷而非表面负荷的介质；以及(d)以一种方式操作打褶机/压花组合件，以保持凹纹的完整性。在实施例中这些中的任何一个是独自有用的，但是在其它实施例中它们中的若干的组合是有利的。

测试标准

对于本文论述的测试和标准而言，适用ansi/ashrae标准52.2-2012。因此，可以使用：得自粉末技术股份有限公司(powdertechnologyinc.)的ashrae#1试验灰尘。该试验灰尘由72％的iso12103-1a2fine、5.0％的研磨棉绒和23％的粉末碳组成。此灰尘规定用于ansi/ashrae标准52.2-2012。测试条件包括10℃和38℃(50°f和100°f)之间的空气温度，20％和65％之间的相对湿度。测试气溶胶应为从水溶液产生的多分散固相干氯化钾(kcl)颗粒。如ansi/ashrae标准52.2-2012测试标准中所述，颗粒应用具有广角的光学颗粒计数器计数。用于测试的面速度为492英尺/分钟，在1.50水柱压力(wg)过滤器限制下测量的累积容尘量。

本文引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利通过引用并入本文，引用程度如同每个参考文献被单独地和具体指明地通过引用并入本文，并在本文中以其全文阐述。

在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)使用的术语“一个”以及“该”和类似的论述应被解释为覆盖单数和复数，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包括”，“具有”，“包含”和“含有”应被解释为开放式术语(即，意味着“包括但不限于”)。除非本文中另有说明，否则本文中数值范围的列举仅旨在用作一种简略表达方法，其分别地引用落在该范围内的每个不同的值的，并且每个不同的值被并入本说明书中，如同其在本文中被单独地列举一样。本文所述的所有方法可以以任何合适的顺序进行，除非本文另有说明或上下文明显矛盾。本文提供的任何和所有实施例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本发明，而不对本发明的范围构成限制，除非另有声明。说明书中的语言不应被解释为：将任何未要求保护的元素指示成对于本发明的实践是必要的。

本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。在阅读前面的描述之后，那些优选实施例的变型对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。本发明人期望技术人员适当地采用这样的变化，并且本发明人希望本发明以本文具体描述以外的方式被实施。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中所述的主题的所有修改和等同物。此外，除非在本文中另有说明或与上下文明显矛盾，否则本发明包括上述元件在其所有可能变型中的任何组合。