專利名稱：空氣過濾介質(zhì)包、過濾元件、空氣過濾介質(zhì)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣過濾介質(zhì)包，它可用于形成凈化空氣的過濾元件。本發(fā)明還涉及過濾元件，空氣過濾介質(zhì)，及其制造和使用方法。
背景技術(shù)：
流體流(例如空氣和液體)中攜帶有雜質(zhì)物質(zhì)。在很多情況，希望從流體流中過濾 掉某些或所有雜質(zhì)物質(zhì)。例如，至機(jī)動車輛或發(fā)電設(shè)備的發(fā)動機(jī)的空氣流，至燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的氣流和至各種燃燒爐的空氣流，其中都攜帶有應(yīng)被過濾的雜質(zhì)。另外，發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)或燃料系統(tǒng)中的液體流，也可能攜帶有應(yīng)當(dāng)被過濾的雜質(zhì)。對于所述系統(tǒng)，優(yōu)選從所述流體中除去選定的雜質(zhì)(或使其含量降低)。已經(jīng)開發(fā)了用于減少雜質(zhì)的各種流體過濾器(空氣或液體過濾器)結(jié)構(gòu)。不過，總體上仍在尋求進(jìn)一步的改進(jìn)。Z-介質(zhì)一般是指一種類型的槽紋過濾介質(zhì)，其中流體進(jìn)入介質(zhì)第一面上的槽紋并從介質(zhì)第二面上的槽紋流出。一般，Z-介質(zhì)上的面設(shè)置在介質(zhì)的相對端。流體通過一個面上的開口槽紋進(jìn)入，并通過另一面上的開口槽紋離開。在第一面和第二面之間的某個點，流體從一個槽紋進(jìn)入另一個槽紋，以進(jìn)行過濾。Z-介質(zhì)的早期形式通常指的是波紋形介質(zhì)，這是因為介質(zhì)的特征采自于波紋箱板行業(yè)。不過，波紋箱板一般設(shè)計用于承載負(fù)載。因此，槽紋設(shè)計可以偏離波紋箱板行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和尺寸進(jìn)行改動，以提供改進(jìn)的介質(zhì)性能。已有了各種公開，對于Z-介質(zhì)的槽紋形式進(jìn)行改動。例如，美國專利號5，562，825描述了波紋型式，它示出了利用有點半圓形(截面)的入口槽紋鄰近窄的V-形(帶有彎曲側(cè)邊)出口槽紋(見美國專利號5，562，825的圖I和3)。在Matsumoto等人的美國專利號5，049，326中，示出了由具有半管的一個片材連接至具有半管的另一片材而限定的圓形(截面)或管形槽紋，在所得到的平行、直的槽紋之間具有扁平區(qū)域。見美國專利號5，049，326的圖2。在Ishii等人的美國專利號4，925，561 (圖I)中，示出了槽紋被折疊成具有矩形截面，其中槽紋沿其長度成錐形。在WO 97/40918 (圖I)中，示出了槽紋或平行的波紋，其具有彎曲的波型(來自相鄰的彎曲凸起和凹入的波谷)，但是沿它們的長度成錐形(并因此不是直的)。另外，在WO 97/40918中示出了具有彎曲波型，但具有不同尺寸的波峰和波谷的槽紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種空氣過濾介質(zhì)包。所述空氣過濾介質(zhì)包包括多個單面介質(zhì)層。單面介質(zhì)層包括槽紋片材，表面片材，和在所述槽紋片材和表面片材之間延伸的多個槽紋，并且槽紋的槽紋長度從過濾介質(zhì)包的第一面延伸到過濾介質(zhì)包的第二面。所述多個槽紋的第一部分阻止未過濾的空氣流入所述多個槽紋的第一部分，和所述多個槽紋的第二部分阻止未經(jīng)過濾的空氣流出所述多個槽紋的 第二部分，以便進(jìn)入介質(zhì)包的第一面和第二面中的一個面并從介質(zhì)包的第一面和第二面中的另一面流出的空氣穿過介質(zhì)，以對空氣進(jìn)行過濾。槽紋片材包括面向表面片材的重復(fù)的內(nèi)峰和背向表面片材的重復(fù)的外峰。另外，槽紋片材包括重復(fù)的槽紋型式，它包括具有至少一個脊的槽紋沿槽紋長度的至少一部分在內(nèi)峰和相鄰的外峰之間延伸。優(yōu)選地，槽紋的重復(fù)型式包括具有至少一個脊的槽紋在內(nèi)峰和相鄰的外峰之間延伸至少50%的槽紋長度。重復(fù)型式的槽紋可以包括任意數(shù)量的槽紋，其中型式自身重復(fù)。槽紋的數(shù)量可以包括一個槽紋，兩個槽紋，三個槽紋，四個槽紋等。在重復(fù)型式內(nèi)的一個位置，至少有一個脊在內(nèi)峰和相鄰的外峰之間延伸。有脊在每個內(nèi)峰和相鄰的外峰之間延伸是可行的，但這并不是必須的。重復(fù)型式可以包括那些不具有脊在內(nèi)峰和相鄰的外峰之間延伸的槽紋和槽紋部分。在槽紋片材包括具有脊在內(nèi)峰和相鄰的外峰之間延伸一槽紋周期的槽紋的情況下，槽紋周期可以被稱作具有“低接觸”(low contact)形狀。當(dāng)槽紋片材包括兩個脊在內(nèi)峰和相鄰的外峰之間延伸一槽紋周期，所述槽紋周期的形狀可被稱作“零應(yīng)變”(zero strain)。盡管希望有脊在每個相鄰峰之間延伸，這不是必須的?？赡苤貜?fù)型式具有一個或多個脊在相鄰峰之間延伸，而相鄰峰之間的一個和多個區(qū)域不包括脊。為了獲得具有脊在相鄰峰之間延伸的優(yōu)點，可以希望使脊延伸的長度為槽紋長度的至少20 %。優(yōu)選地，脊延伸槽紋長度的至少40 %，槽紋長度的至少50 %，或槽紋長度的至少 80%。本發(fā)明提供了一種空氣過濾介質(zhì)包，它可被表征為包含槽紋的Z-介質(zhì)，其中所述槽紋在相鄰槽紋間包含增加量的介質(zhì)。表征相鄰峰間過濾介質(zhì)量的技術(shù)包括參考線-介質(zhì)(cord-media)百分比和參考槽紋寬高比。對于本發(fā)明的過濾介質(zhì)包，線-介質(zhì)百分比可以是至少約6. 2%，并且槽紋寬高比可以大于約2. 2或小于約0. 45。另外，本發(fā)明的過濾介質(zhì)包可被表征為在介質(zhì)包一側(cè)上的體積(volume)比在介質(zhì)包另一側(cè)上的體積大至少10%，并且其中槽紋寬高比可以大于約2. 2或小于約0. 45。本發(fā)明提供了槽紋介質(zhì)片材。所述槽紋介質(zhì)片材包括重復(fù)型式的槽紋,它包括內(nèi)峰和外峰。重復(fù)型式的槽紋包括至少一個脊沿槽紋長度的至少50%在內(nèi)峰和相鄰的外峰之間延伸。所述介質(zhì)包括用于流體過濾的基于纖維素的介質(zhì)。本發(fā)明提供了形成空氣過濾介質(zhì)包和使用空氣過濾介質(zhì)包的方法。


圖I是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的示例性Z-過濾介質(zhì)的局部示意性透視圖。圖2是圖I所示現(xiàn)有技術(shù)介質(zhì)的一部分的放大示意性截面圖。圖3是各種波紋介質(zhì)定義的示意圖。圖4a_c是介質(zhì)的一部分的放大示意性截面圖，示出了寬高比。圖5a_5c是本發(fā)明的介質(zhì)的一部分的放大示意性截面圖。圖6是照片，示出了根據(jù)圖5a的卷繞過濾介質(zhì)的端視圖。
圖7是照片，示出了灰塵裝載在圖6所示過濾介質(zhì)的透視圖，其中槽紋片材的一部分被剝離以露出塵餅。圖8是圖5b所示介質(zhì)的錐形槽紋片材的透視圖。圖9a和9b是圖5b和5c所不錐形介質(zhì)的一系列截面圖。圖IOa和IOb是本發(fā)明的不對稱介質(zhì)的一部分的放大示意性截面圖。圖11是與反相輪(inverter wheel)接觸之后并且在與折疊輪(folder wheel)接觸用于閉合槽紋之前的槽紋的截面圖。圖12是沿圖11的線12-12剖開的槽紋的截面圖。圖13是沿圖9中的線13-13剖開的槽紋的截面圖。圖14是與折疊輪接觸之后的槽紋的截面圖。圖15是沿圖14中的線15-15剖開的槽紋的截面圖。圖16是沿圖14中的線16-16剖開的槽紋的截面圖。圖17是沿圖14中的線17-17剖開的槽紋的截面圖。圖18是圖14所示折疊槽紋的端視圖。圖19是示例性空氣濾清器的剖面圖，所述空氣濾清器可以包括含有本發(fā)明空氣過濾介質(zhì)包的過濾元件。圖20是含有本發(fā)明空氣過濾介質(zhì)包的過濾元件的局部剖視圖。圖21是含有本發(fā)明空氣過濾介質(zhì)包的過濾元件的透視圖。圖22是含有本發(fā)明空氣過濾介質(zhì)包的過濾元件的透視圖。圖23是圖22的過濾元件的底部透視圖。圖24是圖22和23所示過濾元件的傳感器板的側(cè)視圖。圖25是含有本發(fā)明空氣過濾介質(zhì)包的過濾器結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。圖26是空氣濾清器的局部剖視圖，所述空氣濾清器具有含本發(fā)明的空氣過濾介質(zhì)包的過濾元件。圖27是含有本發(fā)明的空氣過濾介質(zhì)包的示例性過濾元件的透視圖。圖28是含有本發(fā)明的空氣過濾介質(zhì)包的示例性過濾元件的透視圖。
具體實施例方式 槽紋過濾介質(zhì)槽紋過濾介質(zhì)可用于以多種方式提供流體過濾器結(jié)構(gòu)。一種公知的方式為Z-過濾器結(jié)構(gòu)。本文所用的術(shù)語“Z-過濾器結(jié)構(gòu)”和“Z-過濾介質(zhì)”是指一種過濾器結(jié)構(gòu)，其中各、波紋狀、折疊的、褶皺的、或以其他方式形成的過濾器槽紋被用于限定縱向過濾器槽紋，供流體流過介質(zhì)；流體沿槽紋在介質(zhì)的入口和出口流動端(或流動面)之間流動。Z-過濾介質(zhì)的一些例子披露于美國專利號 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 ;所述十五篇引用文獻(xiàn)中的每一篇在此均被結(jié)合入本文作為參考。一種類型的Z-過濾介質(zhì)利用兩個介質(zhì)部件結(jié)合在一起以形成介質(zhì)結(jié)構(gòu)。所述兩個部件為(I)槽紋(例如，波紋狀)介質(zhì)片材；和(2)表面介質(zhì)片材。表面介質(zhì)片材通常是非波紋狀的，不過它可以是波紋狀的，例如與
公開日為2005年8月25日，國際公開號為WO2005/077487中所述的槽紋方向垂直，該文獻(xiàn)在此被結(jié)合入本文作為參考。另外，表面片材可以是槽紋(例如，波紋狀的)介質(zhì)片材，并且槽紋或波紋可以與槽紋介質(zhì)片材對齊或成角度。盡管表面介質(zhì)片材可以是槽紋或波紋狀的，它可以具有不是槽紋或波紋狀的形式。所述形式可包括扁平片材。當(dāng)表面介質(zhì)片材不是槽紋狀時，它可被稱作非槽紋介質(zhì)片材或非槽紋片材。利用兩種部件結(jié)合在一起以形成介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中兩種部件是槽紋介質(zhì)片材和表面介質(zhì)片材的這種類型的Z-過濾介質(zhì)可被稱為單面介質(zhì)。在某些Z-過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)中，單面介質(zhì)(槽紋介質(zhì)片材和表面介質(zhì)片材)一起可用于限定具有平行的入口和出口槽紋的介質(zhì)。在一些情況，槽紋片材和非槽紋片材被固定在一起并隨后被卷繞以形成Z-過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)披露于，例如，美國專利號6，235，195和美國專利號6，179，890，上述每篇文獻(xiàn)在此被結(jié)合入本文作為參考。在某些其他結(jié)構(gòu)中，槽紋介質(zhì)固定至扁平介質(zhì)的某些未卷繞部分彼此層疊，形成過濾器結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的一個例子披露于美國專利號5，820，646的圖11，該文獻(xiàn)在此被結(jié)合入本文作為參考。一般，Z-過濾介質(zhì)被卷繞的結(jié)構(gòu)可被稱作卷繞結(jié)構(gòu)， 而Z-過濾介質(zhì)被層疊的結(jié)構(gòu)可被稱為層疊結(jié)構(gòu)。過濾元件可以具有卷繞結(jié)構(gòu)或?qū)盈B結(jié)構(gòu)。通常，槽紋片材/表面片材組合(例如，單面介質(zhì))繞其自身卷繞，以形成卷繞的介質(zhì)包，是通過使表面片材向外進(jìn)行的。卷繞的某些技術(shù)披露于
公開日為2004年9月30日，國際公開號為WO 2004/082795，該文獻(xiàn)在此被結(jié)合入本文作為參考。結(jié)果，所形成的卷繞結(jié)構(gòu)一般具有部分表面片材作為介質(zhì)包的外表面。本文所用的術(shù)語“波紋狀”是指介質(zhì)結(jié)構(gòu)，表示使介質(zhì)通過兩個波紋輥之間(即進(jìn)入兩個輥之間的輥隙或咬合部分)所形成的槽紋結(jié)構(gòu)，其中每個輥具有適于形成所得到介質(zhì)的波紋效果的表面特征。術(shù)語“波紋”不是指由不涉及介質(zhì)進(jìn)入波紋輥之間咬合部分的技術(shù)而形成的槽紋。不過，術(shù)語“波紋的”旨在適用于即使介質(zhì)在波紋成型之后被進(jìn)一步修改或變形的情況，例如通過
公開日為2004年I月22日的PCT WO 04/007054中所述的折疊技術(shù)，該文獻(xiàn)在此被結(jié)合入本文作為參考。波紋狀介質(zhì)是槽紋介質(zhì)的特定形式。槽紋介質(zhì)是各槽紋延伸通過其間(例如，通過波紋成形或折疊或褶皺而形成)的介質(zhì)。槽紋介質(zhì)可以通過可提供希望槽紋形狀的任意技術(shù)制備。波紋成形可以是可用的技術(shù)，用于形成具有特定尺寸的槽紋。當(dāng)希望增大槽紋的高度(高度是兩峰之間的高度)時，波紋成形技術(shù)可能不太實用，可能希望折疊或使介質(zhì)褶皺。一般，介質(zhì)的褶皺可通過折疊介質(zhì)實現(xiàn)。折疊介質(zhì)以提供褶皺的示例性技術(shù)包括刻劃(scoring)并利用壓力以形成折疊。利用Z-過濾介質(zhì)的過濾元件或過濾器濾芯結(jié)構(gòu)有時被稱為“直通流動結(jié)構(gòu)”或其變化形式。一般，在本文中是指，可維修的過濾元件一般具有入口流動端(或面)和出口流動端(或面)，流體沿大體相同的直通方向進(jìn)入和離開過濾器濾芯。就術(shù)語“直通流動結(jié)構(gòu)”的定義來說，其忽略了空氣流通過表面介質(zhì)的最外側(cè)包裹層排出介質(zhì)包。在某些情況，每個入口流動端和出口流動端可以是大體扁平的或平面的，兩者彼此平行。不過，其變化形式，例如非非平面的表面，在某些應(yīng)用中是可行的。此外，入口流動面和相對的出口流動面的表征不要求入口流動面和出口流動面是平行的。如果需要，入口流動面和出口流動面可以彼此平行。另外，入口流動面和出口流動面可以相對于彼此成一角度，從而所述面不平行。此夕卜，非平面的面可被認(rèn)為是非平行的面。直通流動結(jié)構(gòu)，例如，與美國專利號6，039，778中所示類型的圓柱形褶皺過濾器濾芯不同，在該文獻(xiàn)的濾芯中，流體在通過可維修的濾芯時一般發(fā)生相當(dāng)大的轉(zhuǎn)向。也就是說，在美國專利號6，039，778的過濾器中，在順流系統(tǒng)，流體通過圓柱形側(cè)面進(jìn)入圓柱形過濾器濾芯，并隨后通過端面轉(zhuǎn)向流出。在逆流系統(tǒng)，流體通過端面進(jìn)入可維修的圓柱形濾芯并隨后通過圓柱形過濾器濾芯的側(cè)面轉(zhuǎn)向流出。所述逆流系統(tǒng)的例子在美國專利號5，613，992 中示出。過濾元件或過濾器濾芯可被稱為可維修的過濾元件或過濾器濾芯。本文中，術(shù)語“可維修的”是指，含有介質(zhì)的過濾器濾芯周期性地從相應(yīng)的空氣濾清器中取出并更換。構(gòu)造了包括可維修的過濾元件或過濾器濾芯的空氣濾清器，實現(xiàn)過濾元件或過濾器濾芯的取出和更換。一般，空氣濾清器可以包括外殼和檢修蓋，其中檢修蓋取出已使用的過濾元件并插入新的或清潔的(再處理后的)過濾元件。
本文所用的術(shù)語“z-過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)”及其變化形式是指下述的任一種或全部單面介質(zhì)，包含槽紋介質(zhì)片材和表面介質(zhì)片材，具有適當(dāng)?shù)拈]合，以抑制空氣流在不經(jīng)過過濾介質(zhì)過濾的情況下從一個流動面到達(dá)另一流動面；和/或，單面介質(zhì)卷繞或?qū)盈B或以其它方式構(gòu)造或形成為三維網(wǎng)絡(luò)的槽紋；和/或，包括單面介質(zhì)的過濾結(jié)構(gòu)；和/或，槽紋介質(zhì)構(gòu)造或形成(例如，通過折疊或褶皺)為三維網(wǎng)絡(luò)的槽紋。一般，希望提供適當(dāng)?shù)牟奂y閉合結(jié)構(gòu)，以阻止流入介質(zhì)一側(cè)(或面)的未經(jīng)過濾的空氣從介質(zhì)的另一側(cè)(或面)流出，當(dāng)成已過濾空氣流的部分離開介質(zhì)。在許多結(jié)構(gòu)中，Z-過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)被設(shè)置形成入口和出口槽紋的網(wǎng)絡(luò)，入口槽紋在鄰近入口面的區(qū)域開口并在鄰近出口面的區(qū)域閉合；而出口槽紋在鄰近入口面的區(qū)域閉合并在鄰近出口面的區(qū)域開口。不過，其它的Z-過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)是可行的，參見例如
公開日為2006年5月4日，Baldwin Filter, Inc.的美國專利公開號2006/0091084 Al，它也包括在相對的流動面之間延伸的槽紋，具有密封結(jié)構(gòu)以防止未經(jīng)過濾的空氣流動通過介質(zhì)包。在本發(fā)明的很多Z-過濾結(jié)構(gòu)中，可以使用粘合劑或密封劑來閉合槽紋并提供適當(dāng)?shù)拿芊饨Y(jié)構(gòu)，以阻止未經(jīng)過濾的空氣從介質(zhì)的一側(cè)流向介質(zhì)的另一側(cè)。塞子、介質(zhì)的折疊、或介質(zhì)的壓擠可用作閉合槽紋的技術(shù)，以阻止未經(jīng)過濾的空氣從介質(zhì)的一側(cè)(面)流向介質(zhì)的另一側(cè)(面)。可以提供可替換的Z-過濾結(jié)構(gòu)，利用槽紋介質(zhì)片材。例如，槽紋介質(zhì)片材可被折疊以在入口流動面和出口流動面形成閉合。這種類型結(jié)構(gòu)的一個例子可以參見，例如AAF-McQuay Inc.的 US 2006/0151383 和 Fleetguard Inc.的 W02006/13271，描述了槽紋介質(zhì)具有垂直于槽紋方向的折疊或彎曲(bend)，以便密封槽紋的端部。參見圖1，示出了可用作Z-過濾介質(zhì)的示例性類型的介質(zhì)I。盡管介質(zhì)I是現(xiàn)有技術(shù)介質(zhì)的代表，許多描述介質(zhì)I所用的術(shù)語也可以描述本發(fā)明的介質(zhì)的部分。介質(zhì)I由槽紋(在該例子中為波紋狀)片材3和表面片材4形成。一般，槽紋波紋狀片材3 —般在本文表征的類型為具有規(guī)則的、彎曲的波型的槽紋或波紋7。本文中的術(shù)語“波型”是指，交替波谷7b和波峰7a構(gòu)成的槽紋或波紋型式。本文中的術(shù)語“規(guī)則的”是指，成對的波谷和波峰(7b，7a)以大體相同的重復(fù)波紋(或槽紋)形狀和尺寸交替。(另外，通常在規(guī)則的結(jié)構(gòu)中，每個波谷7b基本上是每個波峰7a的倒置。)因此，術(shù)語“規(guī)則的”表示波紋(或槽紋)型式包括波谷和波峰，每一對(包括相鄰的波谷和波峰)重復(fù)，沿槽紋長度的至少70%在波紋的尺寸和形狀上沒有顯著的變化。本文中的術(shù)語“顯著的”是指，由用于形成波紋或槽紋片材的工藝或形式的變化而引起的變化，而不是由于介質(zhì)片材形成槽紋片材3是柔性的這一事實而產(chǎn)生的微小變化。對于重復(fù)型式的表征，并不是指在任意給定的過濾結(jié)構(gòu)中，必須出現(xiàn)相同數(shù)目的波峰和波谷。介質(zhì)I可以止于，例如，一對波峰和波谷之間，或者部分沿一對波峰和波谷。(例如，在圖I中，局部所示的介質(zhì)2具有8個完整的波峰7a和7個完整的波谷7b)。另外，相對的槽紋端(波谷和波峰的端部)可以彼此不同。所述端部的變化在上述定義中是忽略的，除非特別說明。也就是說，槽紋端部的變化旨在由上述定義覆蓋。在本文的槽紋過濾介質(zhì)，并且尤其是示例性的介質(zhì)1，波谷7b和波峰7a可被表征為峰。就是說，波峰7a的最高點可被表征為峰，并且波谷7b的最低點可被表征為峰。槽紋片材3和表面片材4的組合可被稱為單面介質(zhì)5。形成于波谷7b的峰可被稱為內(nèi)峰，因為它們面朝向單面介質(zhì)5的表面片材3。形成于波峰7a的峰可被表征為外峰，因為它們背對形成單面介質(zhì)5的表面片材3。對于單面介質(zhì)5，槽紋片材3包括在7b處的重復(fù)內(nèi)峰，他們面朝向表面片材4，和在波峰7a處的重復(fù)外峰，他們背對表面片材4。術(shù)語“規(guī)則的”在用于表征槽紋型式時，并不旨在表征可被認(rèn)為“錐形的”介質(zhì)。一般，錐形是指沿槽紋的長度方向上槽紋尺寸縮小或增大。一般，錐形的過濾介質(zhì)可能表現(xiàn)為第一組槽紋，其尺寸從介質(zhì)的第一端向介質(zhì)的第二端縮??；和第二組槽紋，其尺寸從介質(zhì)的第一端向介質(zhì)的第二端增大。一般，錐形型式不認(rèn)為是規(guī)則的型式。不過，應(yīng)當(dāng)理解，Z-介質(zhì)沿槽紋長度可以包含被認(rèn)為規(guī)則的區(qū)域和被認(rèn)為不規(guī)則的區(qū)域。例如，第一組槽紋沿槽紋長度的一距離，例如四分之一距離至四分之三距離，可被認(rèn)為是規(guī)則的，并且隨后對于槽紋長度的剩余量，由于錐形的存在可被認(rèn)為是不規(guī)則的。另一種可能的槽紋結(jié)構(gòu)是錐形-規(guī)則-錐形結(jié)構(gòu)，其中例如，槽紋從第一面至一預(yù)定位置成錐形，槽紋隨后可被認(rèn)為是規(guī)則的直到第二預(yù)定位置，并隨后槽紋從第二預(yù)定位置至第二面成錐形。另一可替換的結(jié)構(gòu)可以具有規(guī)則-錐形-規(guī)則結(jié)構(gòu)或規(guī)則-錐形結(jié)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)需要構(gòu)造不同可替換的結(jié)構(gòu)。在本文中的Z-介質(zhì)一般具有兩種類型的“不對稱”。一種類型的不對稱是指面積不對稱，而另一種類型的不對稱是指體積不對稱。一般，面積不對稱是指槽紋截面面積不對稱，并且可表現(xiàn)為錐形的槽紋。例如，如果沿槽紋長度在一位置處的槽紋面積不同于沿槽紋 長度在另一位置處的槽紋面積，則存在面積不對稱。槽紋面積是指槽紋片材與表面片材之間的面積。因為錐形的槽紋表現(xiàn)為從介質(zhì)包的第一位置(例如端)至第二位置(例如端)尺寸縮小，或從介質(zhì)包的第一位置(例如端)至第二位置(例如端)尺寸增大，因此有面積不對稱。這種不對稱(例如，面積不對稱)是由錐形引起的一種類型的不對稱，結(jié)果是具有這種類型不對稱的介質(zhì)可被稱為不規(guī)則的。另一種類型的不對稱可被稱為體積不對稱，會在下文更詳細(xì)地加以說明。體積不對稱是指在過濾介質(zhì)包內(nèi)臟側(cè)體積與干凈側(cè)體積之間的差異。如果波型是規(guī)則的，則表現(xiàn)為體積不對稱的介質(zhì)可被表征為規(guī)則的，如果波型是不規(guī)則的，則表現(xiàn)為體積不對稱的介質(zhì)可被表征為不規(guī)則的?？梢蕴峁㈱-介質(zhì)，其中至少部分槽紋由除了具有粘合劑或密封劑的塞子之外的技術(shù)閉合以阻止未經(jīng)過濾的空氣通過。例如，槽紋端可被折疊或壓擠以形成閉合。一種提供規(guī)則和一致的折疊型式用于閉合槽紋的技術(shù)可被稱作針刺(darting)。針刺槽紋或針刺一般是指槽紋的閉合，其中所述閉合通過使槽紋成鋸齒形并折疊槽紋以形成規(guī)則的折疊型式，以使槽紋朝向表面片材壓扁，以形成閉合而非通過壓擠而實現(xiàn)。針刺一般暗示著這是一種系統(tǒng)的方法，通過折疊槽紋的部分而實現(xiàn)閉合槽紋端，使得槽紋閉合一般是一致和受控的。例如，美國專利公開號US 20060163150 Al公開了一種槽紋，它在槽紋端具有針刺結(jié)構(gòu)。針刺結(jié)構(gòu)可以具有下述優(yōu)點，包括，例如，密封所需的密封劑量減少，密封有效性上更高的安全性，和在槽紋的針刺端上希望的流型。Z-介質(zhì)可以包括具有針刺端的槽紋，并且美國專利公開號US 2006/0163150 Al的全部公開內(nèi)容在此被結(jié)合入本文作為參考。應(yīng)當(dāng)理解，在槽紋端處針刺的存在不會使介質(zhì)變得不規(guī)則。在本文“彎曲的”波型的表征中，術(shù)語“彎曲”是指一種型式，它不是介質(zhì)的折疊或褶皺形狀的結(jié)果，而是沿半徑 曲線形成每個波峰7a的頂點和每個波谷7b的底部。盡管其它形式是可行的，所述Z-過濾介質(zhì)的通常半徑為至少0. 25mm,并且通常不大于3mm。根據(jù)上述定義，不彎曲的介質(zhì)也是可用的。例如，可以希望提供一種半徑足夠尖的峰，從而它不被認(rèn)為是“彎曲的”。半徑可以小于0. 25mm,或小于0. 20mm。為了減少掩蔽(masking),可以希望提供帶有刀口的峰。在峰處提供刀口的能力可以由用于形成介質(zhì)的設(shè)備、介質(zhì)本身、和介質(zhì)所處條件進(jìn)行限制。例如，希望不切割或撕裂介質(zhì)。因此，如果刀口在介質(zhì)中產(chǎn)生切割或撕裂，則使用刀口形成峰是不希望的。另外，介質(zhì)可能太輕或太重，而不能在部切割或撕裂的情況下提供足夠不彎曲的波峰。另外，在形成峰時，工藝期間空氣的濕度可能增強(qiáng)，以有助于形成更緊密的半徑。圖I所示的波紋片材3的特定規(guī)則的、彎曲的波型的另一特征是，沿槽紋7的大部分長度，在每個波谷7b和每個相鄰波峰7a之間的大致中點30的位置設(shè)有曲率倒置的過渡區(qū)域。例如，觀察圖I的背側(cè)或面3a，波谷7b是凹入?yún)^(qū)域，而波峰7a是凸出區(qū)域。當(dāng)然，當(dāng)朝向正側(cè)或面3b觀察時，側(cè)面3a的波谷7b形成波峰，而面3a的波峰7a形成波谷。在一些情況，區(qū)域30可以是直片段，而不是點，曲率在片段30的端部倒置。圖I所示特定規(guī)則的、彎曲的波型的波紋片材3的一個特征是，各波紋一般是直的。在本文中術(shù)語“直的”表示，在邊緣8和9之間的長度的至少50%并優(yōu)選至少70% (通常至少80%)，波峰7a和波谷7b在橫截面上基本不改變。術(shù)語“直的”結(jié)合圖I所示的波紋型式，部分區(qū)別于WO 97/40918的圖I和
公開日為2003年6月12日的PCT國際公開號WO03/47722中所述的波紋介質(zhì)的錐形槽紋的型式，上述文獻(xiàn)在此被結(jié)合入本文參考。例如，WO 97/40918的圖I所示的錐形槽紋是彎曲的波型，但不是“規(guī)則的”型式，或直槽紋型式，如本文所用術(shù)語。參見本發(fā)明的圖I并且如上文所述,介質(zhì)2具有第一和第二相對的邊緣8和9。對于所示的例子，當(dāng)介質(zhì)2被卷繞并形成介質(zhì)包時,一般邊緣9會形成介質(zhì)包的入口端而邊緣8形成出口端，當(dāng)然在某些應(yīng)用中相反的定向是可行的。在所示的例子中，鄰近邊緣8具有密封劑,在這里是以密封邊(sealant bead) 10的形式，將槽紋片材3和表面片材4密封在一起。密封邊10有時會被稱作“單面”密封邊，因為它是形成單面介質(zhì)5的波紋片材3和表面片材4之間的密封邊。密封邊10將鄰近邊緣8的各槽紋11密封閉合，以阻止空氣從中通過。在所示的例子中，鄰近邊緣9處具有密封劑，在這里是以密封邊14的形式。密封邊14 一般閉合槽紋15，以在鄰近邊緣9處阻止未經(jīng)過濾的流體從其通過。密封邊14通常在介質(zhì)2繞其自身卷繞時被施加，波紋片材3朝向內(nèi)側(cè)。因此，密封邊14會在表面片材4的后側(cè)17和槽紋片材3的側(cè)面18之間形成密封。密封邊14有時被稱為“卷繞密封邊”，因為它通常在介質(zhì)條2被卷繞成卷繞的介質(zhì)包時施加。如果介質(zhì)2被切成條狀并且層疊而非卷繞，則密封邊14會被稱為“層疊密封邊”。參見圖1，一旦介質(zhì)I例如通過卷繞或?qū)盈B的方式被整合入介質(zhì)包，它可以如下作業(yè)。首先，沿箭頭12所示方向的空氣會進(jìn)入鄰近端部9的開口槽紋11。由于端部8被密封邊10閉合，空氣會沿箭頭13所示方向通過介質(zhì)。它隨后通過鄰近介質(zhì)包端部8的槽紋15的開口端15a離開介質(zhì)包。當(dāng)然，空氣流可以沿相反的方向進(jìn)行作業(yè)。一般來說，Z-過濾介質(zhì)包括槽紋過濾介質(zhì)固定至表面過濾介質(zhì)，并且被設(shè)置成槽紋在第一和第二相對的流動面之間延伸的介質(zhì)包。介質(zhì)包內(nèi)具有密封劑或密封結(jié)構(gòu)，以確保在第一上游面進(jìn)入槽紋的空氣在不經(jīng)過介質(zhì)進(jìn)行過濾的情況下，不能從下游面離開介質(zhì)包。換句話說，Z-過濾介質(zhì)通常使用密封劑結(jié)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)，在入口流動面和出口流動面之間，阻止未經(jīng)過濾的空氣從其通過。另一個其它特征是，第一部分的槽紋被閉合或密封以阻止未過濾的空氣流入第一部分的槽紋，和，第二部分的槽紋被閉合或密封以阻止未過濾的空氣流出第二部分的槽紋，使得進(jìn)入介質(zhì)包的第一面和第二面中的一個并離開介質(zhì)包的第一面和第二面中的另一個的空氣通過介質(zhì)，以便過濾空氣。 對于圖I所示的具體結(jié)構(gòu)，平行的波紋7a，7b從邊緣8到邊緣9大體直的整個通過介質(zhì)。直槽紋或波紋可以在選定的位置(尤其是端部)變形或折疊。在槽紋端部進(jìn)行閉合的改動一般在上文“規(guī)則的”、“彎曲的”和“波型”的定義中被忽視。一般，過濾介質(zhì)是相對柔性的材料，通常為無紡纖維材料(纖維素纖維，合成纖維或兩者)，其內(nèi)通常包括樹脂，有時用其它材料處理。因此，它可以被整合或設(shè)置成各種槽紋(例如波紋的)型式，而沒有不可接受的介質(zhì)損傷。另外，它易于卷繞或以其它方式設(shè)置以供使用，同樣沒有不可接受的介質(zhì)損傷。當(dāng)然，它必須具有這樣的特性，使得它在使用時保持希望的槽紋(例如波紋)結(jié)構(gòu)。在波紋成形或槽紋成形過程中，對介質(zhì)實施非彈性變形。這能阻止介質(zhì)返回到其原始形狀。不過，一旦張力被釋放，槽紋或波紋會傾向于回彈，僅恢復(fù)已發(fā)生的伸展和彎曲的部分。表面片材有時被固定至槽紋片材，以抑制槽紋(或波紋)片材的這種回彈。另外，通常，介質(zhì)可以包含樹脂。在波紋成形過程中，介質(zhì)可被加熱到樹脂的玻璃轉(zhuǎn)變點之上。當(dāng)樹脂隨后冷卻時，它會有助于保持槽紋的形狀。介質(zhì)的槽紋片材3、表面片材4或兩者可以在其一側(cè)或兩側(cè)具有細(xì)纖維材料，例如根據(jù)美國專利號6，955，775，6，673，136，和7，270，693所述，上述文獻(xiàn)在此被結(jié)合入本文參考。一般，細(xì)纖維可被稱作聚合物細(xì)纖維(微纖維或納米纖維)，并且可被設(shè)置在介質(zhì)上以改進(jìn)過濾性能。由于介質(zhì)上存在細(xì)纖維，可能或可希望獲得具有減少的重量或厚度同時又獲得希望的過濾特性的介質(zhì)。因此，在介質(zhì)上存在細(xì)纖維可以具有增強(qiáng)的過濾特性，提供使用更輕的介質(zhì)，或兩者。被表征為細(xì)纖維的纖維可以具有的直徑為約0. 001微米-約10微米，約0. 005微米-約5微米，或約0. 01微米-約0. 5微米。納米纖維是指直徑為小于200納米或0.2微米的纖維。微纖維是指直徑大于0.2微米，但不大于10微米的纖維?？捎糜谛纬杉?xì)纖維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，包括各種尼龍，例如尼龍6，尼龍4，6，尼龍6，6，尼龍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。仍參見圖1，示出了粘接邊20，位于槽紋片材3和表面片材4之間，將兩者固定在一起。粘接邊20可以是例如不連續(xù)線的粘合劑。粘接邊也可以是點,其中介質(zhì)片材焊接在一起。綜上所述，顯而易見，所示的示例性槽紋片材3沿兩者相鄰接的峰通常不被連續(xù)地固定至表面片材。因此，空氣可以在相鄰的入口槽紋之間流動，并且可替換地在相鄰的出口槽紋之間流動，而無需通過介質(zhì)。不過，已通過入口流動面進(jìn)入槽紋的未過濾空氣不能在不通過至少一個介質(zhì)片材進(jìn)行過濾的情況下從出口流動面流出?，F(xiàn)參見圖2，其中示出了 Z-過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)40，它采用槽紋(在本例子中為規(guī)則的、彎曲波型波紋的)片材43和非波紋狀的扁平的表面片材44。點50和51之間的距離Dl限定扁平介質(zhì)44在給定槽紋53下方的區(qū)域52中的延伸距離。點50和51作為槽紋片材43的內(nèi)峰46和48的中心點。另外，點45可被表征為槽紋片材43的外峰49的中心點。距離Dl限定介質(zhì)結(jié)構(gòu)40的周期長度或間隔。長度D2限定在相同距離Dl上的槽紋53的弓形介質(zhì)長度，并且由于槽紋53的形狀而當(dāng)然地大于D1。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，對于用于槽紋過濾應(yīng)用中的通常規(guī)則形狀的介質(zhì)，長度D2與Dl之比會在I. 2-2. 0的范圍之內(nèi)，包括端值?？諝膺^ 濾器通用的示例性結(jié)構(gòu)具有這樣的結(jié)構(gòu),其中D2為約I. 25xDl至約I. 35xDl。所述介質(zhì)例如已被商用于Donaldson Powercore Z-過濾器裝置中。本文中，比率D2/D1有時被表征為介質(zhì)的槽紋/平面比或介質(zhì)拉伸性(media draw)。槽紋高度J是從扁平的表面片材44到槽紋片材43的最高點的距離。換句話說，槽紋高度J是槽紋片材43的交替峰57和58之間的外部高度差。峰57可被稱為內(nèi)峰(該峰面向表面片材44)，而峰58可被稱為外峰(該峰背對表面片材44)。盡管圖2示出了特定槽紋介質(zhì)結(jié)構(gòu)的距離D1、D2和J，這些距離也可以被應(yīng)用于槽紋介質(zhì)的其它結(jié)構(gòu)，其中Dl是指槽紋的周期長度或在給定槽紋下方的扁平介質(zhì)的距離，D2是指從低峰到低峰的槽紋介質(zhì)的長度，而J是指槽紋高度。另一種測量方式可被稱為線長度(cord length) (CL)。線長度是指從峰57的中
心點50到峰58的中心點45的直線距離。如果介質(zhì)厚度影響距離值，則介質(zhì)的厚度以及從
何處開始或結(jié)束具體的距離測量的決定可能影響距離值。例如，線長度(CL)可以具有不同
的值，這取決于是否是從內(nèi)峰的底部到外峰的底部測量的距離，或是否是從內(nèi)峰的底部到
外峰的頂部測量的距離。所述距離的差異是介質(zhì)厚度如何影響距離測量的一個例子。為了
使介質(zhì)厚度的影響最小化，線長度的測量由介質(zhì)內(nèi)的中心點確定。線長度CL和介質(zhì)長度D2
之間的關(guān)系可被表征為介質(zhì)-線百分比。介質(zhì)-線百分比可以根據(jù)下面的公式確定
% IX ^CL xlOO 介質(zhì)-線丨'I分比=-----:-^-在波紋紙板業(yè)中，已定義了各種標(biāo)準(zhǔn)的槽紋。這包括，例如，標(biāo)準(zhǔn)E槽紋，標(biāo)準(zhǔn)X槽紋，標(biāo)準(zhǔn)B槽紋，標(biāo)準(zhǔn)C槽紋，和標(biāo)準(zhǔn)A槽紋。所附圖3結(jié)合下文的表I提供了這些槽紋的定義。Donaldson Company, Inc. (DCI),本發(fā)明的受讓人，已經(jīng)在各種z_過濾裝置中使用了標(biāo)準(zhǔn)A和標(biāo)準(zhǔn)B槽紋的變形。DCI標(biāo)準(zhǔn)B槽紋可以具有約3. 6%的介質(zhì)-線百分比。DCI標(biāo)準(zhǔn)A槽紋可以具有約6. 3的介質(zhì)-線百分比。表I和圖3還定義了各種槽紋。圖2示出了 Z-過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)40，它采用標(biāo)準(zhǔn)B槽紋作為槽紋片材43。
權(quán)利要求
1.一種槽紋介質(zhì)片材，所述槽紋介質(zhì)片材包括重復(fù)型式的內(nèi)峰和外峰，其中所述重復(fù)型式包括沿槽紋長度的至少50%在內(nèi)峰和相鄰的外峰之間延伸的至少一個脊，并且其中所述介質(zhì)包括基于纖維素的介質(zhì)，用于流體過濾。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的槽紋介質(zhì)片材，其中多個槽紋的至少一部分在槽紋片材接觸表面片材的位置處具有尖的槽紋端。
3.一種過濾介質(zhì)包，包括 (a)多個單面介質(zhì)層，其中所述單面介質(zhì)層包括槽紋片材、表面片材、和多個槽紋，所述多個槽紋在槽紋片材和表面片材之間延伸并且具有從過濾介質(zhì)包的第一面延伸到過濾介質(zhì)包的第二面的槽紋長度； (b)第一部分的多個槽紋阻止未經(jīng)過濾的流體流入第一部分的多個槽紋，并且第二部分的多個槽紋阻止未經(jīng)過濾的流體流出第二部分的多個槽紋，使得進(jìn)入介質(zhì)包的第一面或第二面中的一個面并且從介質(zhì)包的第一面或第二面中的另一個面流出的流體通過介質(zhì)以便實現(xiàn)流體的過濾；和 (c)所述過濾介質(zhì)包的平均介質(zhì)-線百分比為大于6.3%，和 (d)其中所述過濾介質(zhì)包具有不對稱空間結(jié)構(gòu)，使得在介質(zhì)包一側(cè)的空間比介質(zhì)包另一側(cè)的空間大超過10%。
4.一種通過權(quán)利要求3所述的過濾介質(zhì)包過濾空氣的方法，所述方法包括使空氣流入過濾介質(zhì)包的第一面或過濾介質(zhì)包的第二面中的一個面，并且從過濾介質(zhì)包的第一面或過濾介質(zhì)包的第二面中的另一個面流出，其中空氣穿過介質(zhì)以便實現(xiàn)空氣的過濾。
5.一種用于形成權(quán)利要求3所述的過濾介質(zhì)包的方法，所述方法包括卷繞或?qū)盈B單面介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾介質(zhì)包，其中所述槽紋片材包括面向表面片材的重復(fù)內(nèi)峰和背離表面片材的重復(fù)外峰，以及至少一個脊沿槽紋長度的至少50%在內(nèi)峰和相鄰的外峰之間延伸的型式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的過濾介質(zhì)包，其中槽紋片材包括至少兩個脊，所述至少兩個脊沿槽紋長度的至少50%在內(nèi)峰和相鄰的外峰之間延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的過濾介質(zhì)包，其中至少兩個脊被設(shè)置成在內(nèi)峰和相鄰的外峰之間的型式。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾介質(zhì)包，其中所述過濾介質(zhì)包具有的槽紋寬高比為大于.2.5或小于0. 4。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾介質(zhì)包，其中所述過濾介質(zhì)包的平均介質(zhì)-線百分比為大于6. 5%o
11.一種過濾元件，所述過濾元件包括權(quán)利要求3所述的過濾介質(zhì)包和圍繞所述介質(zhì)包的外周延伸的密封件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有多個單面介質(zhì)層的空氣過濾介質(zhì)包。所述單面介質(zhì)層包括槽紋片材，表面片材，和多個槽紋，其中所述槽紋在槽紋片材和表面片材之間延伸并且具有從過濾介質(zhì)包的第一面延伸到過濾介質(zhì)包的第二面的槽紋長度。第一部分的多個槽紋阻止未經(jīng)過濾的空氣流入第一部分的多個槽紋，而第二部分的多個槽紋阻止未經(jīng)過濾的空氣流出第二部分的多個槽紋，使得進(jìn)入介質(zhì)包的第一面和第二面中的一個面并從介質(zhì)包的第一面和第二面中的另一個面流出的空氣通過介質(zhì)，以便實現(xiàn)空氣的過濾。槽紋片材包括面朝表面片材的重復(fù)內(nèi)峰和背離表面片材的重復(fù)外峰。此外，槽紋片材可包括至少一個脊，它沿槽紋長度的至少50％在內(nèi)峰和相鄰?fù)夥逯g延伸。本發(fā)明還提供了空氣過濾介質(zhì)包、空氣過濾介質(zhì)、及其制造和使用方法的其它特征。
文檔編號B01D46/52GK102743931SQ201210181810
公開日2012年10月24日 申請日期2008年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者A·M·馬修, G·J·羅克利茲, 歐陽明 申請人:唐納森公司