具有槽纹闭合结构的z-介质、方法和装置的制作方法

专利名称：具有槽纹闭合结构的z-介质、方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有闭合槽纹的ζ-介质，其中所述ζ-介质可被用于形成过滤元件以 供过滤流体。本发明还涉及用于闭合过滤介质的槽纹的过滤介质包、过滤元件、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 滤出一些或全部杂质物质。例如，流向机动车辆或发电设备的发动机的空气流、流向燃气涡 轮系统的气流和流向各种燃烧炉的空气流中携带有应当被过滤掉的颗粒杂质。此外，发动 机润滑系统、液压系统、冷却系统或燃料系统中的液流可能携带应当被过滤掉的杂质。对于 所述系统，优选从流体中除去选定的杂质物质(或降低杂质在流体中的含量水平)。已经开 发了用于减少杂质的多种流体过滤(空气或液体过滤)装置。不过，总体而言还在寻求继 续的改进。Z-介质一般是指一种类型的槽纹过滤介质元件，其中流体在介质元件的第一面进 入槽纹并从介质元件的第二面流出槽纹。一般，ζ-介质上的面设置在介质的相对端上。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流出。在第一面和第二面之间 的某些点，流体从一个槽纹穿过到另一个槽纹以便进行过滤。早期形式的ζ-介质通常被称为波纹介质，这是因为介质的表征采自波纹状箱纸 板行业。不过，波纹状箱纸板一般设计用于承受载荷。因此，可以偏离标准和波纹状箱纸板 行业的尺寸修改槽纹设计，以提供改进的过滤介质性能。已经提供了用于改变ζ-介质中槽纹的形式的各种公开内容。例如，美国专利号 No. 5，562，825披露了波纹型式，示出了所述波纹型式采用有些半圆形(截面)的入口槽纹 与窄V-形(具有弯曲侧)的出口槽纹相邻(参见美国专利No. 5，562，825的图1和3)。在 Matsumoto等人的美国专利5，049，326中，示出了由具有半管的一种片材连接至具有半管 的另一种片材限定的圆形(截面)或管状槽纹，其中在所得到的平行直槽纹之间具有平坦 的区域。参见美国专利No. 5,049,3 的图2。Ishii等人的美国专利No. 4，925，561 (图 1)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1) 中，示出了具有弯曲波型(相邻的弯曲凸起和凹入波谷)但沿其长度成锥形(并因此不是直的)的槽纹或平行波纹。此外，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。在ζ-介质的情况，需要槽纹闭合技术，以提供一致和可靠的槽纹闭合。此外，在使 用粘合剂提供槽纹闭合的情况，需要使粘合剂的量最小化或减少粘合剂用量的槽纹闭合技 术。

发明内容
本发明提供了一种单面介质。所述单面介质包括槽纹片材，所述槽纹片材固定至 表面片材，并具有第一端和第二端，以便当所述单面介质形成介质包时，第一端或第二端形 成介质包第一面，而第一端或第二端中的另一端形成介质包第二面。在第一端或第二端处 在槽纹片材和表面片材之间提供粘合剂，并且其中槽纹片材和表面片材被压在一起并沿粘 合剂粘合在一起，以便在槽纹片材和表面片材之间提供密封。槽纹片材中至少25%的槽纹 包括至少一个沿着相邻峰之间槽纹长度的至少50%延伸的脊。本发明提供了一种过滤介质包。所述过滤介质包包括单面介质，所述单面介质通 过粘合剂构造以形成介质包，所述介质包具有用于接收脏流体的入口槽纹和用于排出已过 滤流体的出口槽纹。所述脏流体穿过槽纹片材或表面片材以便进行过滤。所述流体可以 是液流或气流。示例性的液流包括发动机润滑系统、液压系统、冷却系统和燃油系统中的流 体。示例性的气流包括空气流，例如流向机动车辆或发电设备的发动机的空气流、流向燃气 涡轮系统的空气流和流向各种燃烧炉的空气流。本发明提供了 一种过滤元件。所述过滤元件包括介质包和围绕所述介质包用于接 合外壳的密封。所述围绕介质包用于接合外壳的密封可以是径向密封。此外，围绕介质包 用于接合外壳的密封可以是轴向密封，例如轴向夹紧密封。本发明提供了一种用于形成单面介质的方法。所述方法包括下述步骤(a)通过 在槽纹片材和表面片材之间施加粘合剂将槽纹片材粘合至表面片材；和(b)在粘合剂的位 置将槽纹片材推向表面片材以形成粘合剂密封；其中槽纹片材中至少25%的槽纹包括至 少一个沿着相邻峰之间槽纹长度的(至少)50%延伸的脊。所述方法还可包括在粘合剂密 封的位置处将槽纹片材和表面片材切割开以便形成第一单面介质和第二单面介质的步骤， 其中所述第一单面介质和第二单面介质均包括阻止未经过滤的流体流过其中的较平坦的 边缘。此外，所述方法可提供一致的槽纹闭合，而不需要在将所述槽纹片材在粘合剂的位置 处推向所述表面片材以形成粘合剂密封的步骤之前提供压凹槽纹片材的槽纹的步骤。


图1是根据现有技术的示例性ζ-过滤介质的局部示意性透视图。图2是图1所示现有技术介质的一部分的放大示意性剖视图。图3是各种波纹介质定义的示意图。图如-c是根据本发明的介质的一部分的放大示意性剖视图。图5是示出根据图如所示弯曲过滤介质的端视图的的照片。图6是示出在图6所示的过滤介质中载有灰尘的透视图，其中槽纹片材的一部分 被剥去以露出灰尘饼。
图7是根据图4b所示介质的成锥形的槽纹片材的透视图。图fe和8b是根据图4b和如所示成锥形的介质的剖视图。图9是闭合ζ-介质的槽纹的工艺的示意性示图。图10是图9所示压摺轮的端视图。图11是图9所示冠状轮(crowning wheel)的侧视图。图12是图11所示冠状轮的一部分的放大端视图。图13是图9所示整平轮的侧视图。图14是图13所示整平轮的一部分的放大端视图。图15是示例性空气滤清器的剖视图，所述空气滤清器可包括过滤元件，所述过滤 元件包含本发明的过滤介质包。图16是包含本发明的过滤介质包的过滤元件的局部剖视图。图17是包含本发明的过滤介质包的过滤元件的透视图。图18是包含本发明的过滤介质包的过滤元件的透视图。图19是图18所示过滤元件的底部透视图。图20是图22和23所示过滤元件的中央板的侧面图。图21是包含本发明的过滤介质包的过滤器装置的局部剖视图。图22是空气滤清器的局部剖视图，所述空气滤清器具有过滤元件，所述过滤元件 包含本发明的过滤介质包。图23是包含本发明的过滤介质包的示例性过滤元件的透视图。图M是包含本发明的过滤介质包的示例性过滤元件的透视图。
具体实施方式
槽纹过滤介质槽纹过滤介质可被用于以各种方式提供流体过滤器结构。一种公知的方式是 Z-过滤器结构。本文中所用的术语“Z-过滤器结构”或“Z-过滤介质”是指一种过滤元件 结构，其中各个波纹状的、折叠的、褶皱状的或以其它方式形成的过滤槽纹被用于限定纵向 过滤槽纹以便流体流过介质；所述流体沿着过滤元件的入口和出口流端(或流面)之间的 槽纹流动。Z-过滤介质过滤元件的一些示例披露于美国专利No. 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均被结合入本文作为引用。可由过滤介质包进行过滤的流体包括气态物质和液态物质。可被过滤的示例性气 态物质包括空气。可被过滤的示例性液态物质包括水、油、燃料、和液压流体。由过滤介质 包进行过滤的优选类型的流体包括空气。一般，大量的讨论涉及过滤空气。不过，应当理 解，过滤介质包可被用于过滤其它的气态物质和其它的液态物质。一种类型的ζ-过滤介质利用两种介质部件连接在一起以形成介质结构。所述两 种部件是(1)槽纹(例如，波纹)介质片材，和，( 表面介质片材。所述表面介质片材通 常是非波纹状的，不过它可以是波纹状的，例如垂直于槽纹方向，如
公开日为2005年8月25
6日的国际公开号WO 2005/077487中所述，该文献在此被结合入本文作为引用。可替换的， 所述表面片材可以是槽纹(例如，波纹)介质片材，并且所述槽纹或波纹可以与槽纹介质片 材对齐或与槽纹介质片材成角度。尽管所述表面介质片材可以是槽纹或波纹状的，它也可 以是非槽纹或非波纹的形式。所述形式可以包括平坦的片材。当表面介质片材不是槽纹状 时，它可被称为非槽纹(状)介质片材或非槽纹(状)片材。利用两种介质部件连接在一起以形成介质结构的所述类型的ζ-过滤介质(其中 所述两种部件是槽纹介质片材和表面介质片材)可被称为“单面介质”或“单面的介质”。 在某些ζ-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)可被用于限定 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，例如美国专利No. 6，235，195和美 国专利No. 6，179，890，这两篇文献中的每一篇被结合入本文作为引用。在某些其它的结构 中，槽纹介质固定至扁平介质的一些非卷绕部分彼此层叠，以形成过滤(器)结构。这种情 况的一个示例披露于美国专利No. 5，820，646的图11中，该文献在此被结合入本文作为引 用。一般，其中ζ-过滤介质被卷绕的结构可被称为卷绕结构，而其中ζ-过滤介质被层叠的 结构可被称为层叠结构。过滤元件可被设置成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)围绕自身卷绕以形成卷绕的介 质包是通过使表面片材定向向外进行的。用于卷绕的一些技术披露于
公开日为2004年9 月30日的国际公开号W02004/082795中，该文献在此被结合入本文作为引用。结果，所得 到的卷绕结构一般具有一部分表面片材作为介质包的外表面。如果需要，单面介质可被卷 绕以便槽纹片材形成介质包的外表面。本文所用的术语“波纹(状)”是指介质中的结构，表示由于使介质穿过两个波纹 辊之间，即进入两个辊之间的辊隙或辊缝所产生的槽纹结构，其中每个辊具有适于在所得 到的介质中产生波纹效果的表面特征。术语“波纹”不是指通过不涉及使介质穿过波纹辊 之间的辊缝的技术所形成的槽纹。不过，术语“波纹(状)的”旨在适用于即使在波纹成 形后对介质进行进一步改动或变形的情况，例如通过
公开日为2004年1月22日的PCT WO 04/007054中所披露的折叠技术，该文献在此被结合入本文作为引用。波纹介质是槽纹介质的一种特殊形式。槽纹介质是具有延伸通过其中的各槽纹 (例如通过波纹成形或折叠成形或褶皱成形而形成)的介质。槽纹介质可以通过任何提供 所需要槽纹形状的技术进行制备。尽管波纹成形对于形成具有特定尺寸的槽纹可能是一种 可用的技术，当需要增大槽纹的高度时(高度是峰之间的高度)，波纹成形技术可能不实用 并且可能需要折叠介质或使介质褶皱。一般，介质的褶皱可通过折叠介质而成。一般，通过 褶皱工艺而形成的槽纹被称为微褶皱(micropleating)。用于折叠介质以具有褶皱的示例 性技术包括刻划并利用压力以形成折叠。采用ζ-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 变形。一般，在本文中表示一般具有入口流端(或面)和出口流端(或面)的可维修过滤 元件，其中进入和离开过滤器滤芯的流体沿大体相同的直通方向流动。对于术语“直通流动 结构”的定义，忽略了通过表面介质的最外层流出介质包的空气流。在一些情况中，每个入 口流端和出口流端都是大致平的或平面的，两者彼此平行。不过，在一些应用中，这种设计 的变形(例如非平表面)是可能的。此外，入口流面和相对的出口流面的表征并不要求入口流面和出口流面是平行的。如果需要，入口流面和出口流面可被设置成彼此平行。可替 换的，入口流面和出口流面可被设置成彼此间成角度，从而两个面不是平行的。此外，非平 面的面可被视为非平行面。例如，直通流动结构与美国专利6，039，778中所示类型的圆柱形褶皱过滤器滤芯 不同，其中在上述专利中流体一般在穿过可维修滤芯时会有显著转向。也就是说，在美国专 利6，039，778的过滤器中，在顺流系统中流体通过圆柱形侧面进入圆柱形过滤器滤芯，并 随后转向通过端面流出。在逆流系统中，流体通过端面进入可维修的圆柱形滤芯并随后转 向通过圆柱形过滤器滤芯的侧面流出。所述逆流系统的示例在美国专利No. 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”是指可定期从相应的空气滤清器中取出并更换的含有介质的过滤器滤芯。包 括可维修的过滤元件或过滤器滤芯的空气滤清器被构造成可取出并更换过滤元件或过滤 器滤芯。一般，空气滤清器可包括外壳和检修盖，其中检修盖用于取出已用过的过滤元件并 插入新的或干净的(整修过的)过滤元件。本文中所用的术语“ζ-过滤介质结构”及其变形是指下列中的任意一个或全部 包含槽纹介质片材和表面介质片材的单面介质，具有适当的闭合以阻止空气在没有穿过过 滤介质进行过滤的情况下从一个流面流向另一个流面；和/或，卷绕或层叠或以其它方式 构造或形成为三维网络的槽纹的单面介质；和/或，包括单面介质的过滤器结构；和/或， 构造或形成(例如通过折叠工艺或褶皱工艺)为三维网络的槽纹的槽纹介质。一般，希望 具有适当的槽纹闭合结构，以阻止流入介质的一个侧面(面)的未经过滤的空气作为已过 滤空气流的一部分从介质的另一侧面(或面)流出而离开介质。在许多结构中，ζ-过滤介 质结构被设置用于形成入口和出口槽纹的网络，入口槽纹在邻近入口面的区域处开口并在 邻近出口面的区域处闭合；并且，出口槽纹在邻近入口面处闭合并在邻近出口面处开口。不 过，其它的ζ-过滤介质结构是可行的，参见Baldwin Filters公司的
公开日为2006年5月 4日的US 2006/0091084A1，它也包括在相对的流面之间延伸的槽纹，带有密封结构以阻止 未经过滤的空气通过介质包。在根据本发明的许多ζ-过滤结构中，粘合剂或密封剂可被用 于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、介质的折叠或介质的压挤可被用作提供槽纹闭合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)的技术。参见图1，示出了可用作ζ-过滤介质的示例类型的介质1。虽然介质1代表现有 技术介质，描述介质1所用的许多术语也可描述本发明的介质的部分。介质1由槽纹(在 示例中为波纹状)片材3和表面片材4构成。一般，槽纹的波纹状片材3具有的类型一般 在本文中被表征为具有规则的、弯曲波型的槽纹或波纹7。本文中术语“波型”是指具有交 替的波谷7b和波峰7a的槽纹或波纹型式。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)形状和尺寸交替。(此外，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，每一对(包括相邻的波谷和波峰)重复，波纹的尺寸和形状在沿着槽纹长 度的至少70%上基本上没有改变。本文中的术语“基本上(substantial)”是指，由用于产 生波纹或槽纹片材的工艺或形式的变化所导致的改变，而非形成槽纹片材3的介质片材是挠性的这一事实所导致的微小变形。关于重复型式的表征，并不意味着在任何给定的过滤 结构中，必须存在相等数量的波峰和波谷。介质1可以止于例如一对波峰和波谷之间，或部 分沿着一对波峰和波谷。(例如，在图1中，局部示出的介质1具有8个完整的波峰7a和7 个完整的波谷7b)。此外，相对的槽纹端(波谷和波峰的端部)可能彼此不同。所述端部的 变形在这些定义中被忽略，除非特别说明。也就是说，上述定义旨在包含槽纹端部的变形。在槽纹过滤介质的上下文中，并尤其是示例的介质1中，波谷7b和波峰7a可被表 征为峰。也就是说，波峰7a的最高点可被表征为峰，并且波谷7b的最低点也可被表征为峰。 槽纹片材3和表面片材4的组合可被称为单面介质5。在波谷7b处形成的峰可被称为内 峰，因为它们面向单面介质5的表面片材3。在波峰7a处形成的峰可被表征为外峰，因为它 们背向形成单面介质5的表面片材3。对于单面介质5，槽纹片材3包括7b处面向表面片 材4的重复的内峰，和在7a处背向表面片材4的重复的外峰。术语“规则的”当用于表征槽纹型式时，并不旨在表征被认为是“锥形的”介质。一 般，锥形是指槽纹在沿着槽纹长度方向上在尺寸上的减小或增大。一般，锥形的过滤介质可 表现为从介质的第一端向介质的第二端在尺寸上减少的第一组槽纹，和从介质的第一端向 介质的第二端在尺寸上增大的第二组槽纹。一般，锥形型式不被视为规则的型式。不过，应 当理解，沿着槽纹长度方向ζ-介质可以包括被视为规则的区域和被视为不规则的区域。例 如，第一组槽纹沿着槽纹长度的一段距离(例如四分之一距离至四分之三距离)可被视为 是规则的，并由于锥形的存在随后对于槽纹长度的剩余量可被视为是不规则的。另一可能 的槽纹结构是具有锥形-规则-锥形结构，例如，其中从第一面至一预选的位置槽纹成锥 形，槽纹随后直到第二预定位置可被视为是规则的，并且随后槽纹直至第二面成锥形。另一 可替换的结构可具有规则-锥形-规则的结构，或规则-锥形结构。如果需要，可以构造不 同的可替换结构。在ζ-介质的上下文中，一般有两种类型的“不对称”。一种类型的不对称被称为面 积不对称，而另一种类型的不对称被称为体积不对称。一般，面积不对称是指槽纹截面积上 的不对称，并可通过锥形槽纹表现。例如，如果沿着槽纹长度方向上在一个位置的槽纹面积 不同于沿着槽纹长度方向上在另一个位置的槽纹面积，则存在面积不对称。因为锥形槽纹 表现为从介质包的第一位置(例如端)向第二位置(例如端)在尺寸上减小或从介质包的 第一位置(例如端)向第二位置(例如端)在尺寸上增大，因而存在面积不对称。这种不 对称(面积不对称)是由锥形而导致的不对称，因此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，并将进行更详细的解释。体积不对 称是指过滤介质包内脏侧空间与干净侧空间之间的差异。如果波型是规则的，表现为体积 不对称的介质可被表征为规则的；而如果波型是不规则的，介质可被表征为不规则的。可以设置Z-介质，其中通过除提供粘合剂或密封件的塞之外的技术至少一部分 槽纹阻止未经过过滤的空气通过。例如，槽纹的端部可被折叠或压挤以形成闭合(结构) (closure) 0 一种提供规则和一致的折叠型式以便闭合槽纹的技术可被称为针刺工艺。针 刺槽纹或针刺一般是指槽纹的闭合，其中所述闭合通过折叠槽纹以形成规则的折叠型式以 便朝向表面片材压扁槽纹以提供闭合而非通过压挤而形成。针刺一般表示系统的方法，通 过折叠槽纹的部分而导致闭合槽纹的端部，因此槽纹闭合大体上是一致和可控的。例如，美 国专利公开号US 2006/0163150A1披露了在槽纹端部具有针刺结构的槽纹。针刺结构可具有(多个)优势，包括例如，减少提供密封所需的密封剂用量，增加密封有效性的安全性，和 在槽纹的针刺端部上的希望流型(flow pattern) 0 Z-介质可包括具有针刺端部的槽纹，并 且美国专利公开号US2006/0163150A1的整个公开内容在此被结合入本文作为引用。应当 理解，在槽纹端部处针刺的存在不会使介质不规则。在表征“弯曲”波型的上下文中，术语“弯曲(的)”是指不是由提供给介质的折叠 或折纹形状所产生的型式，而是每个波峰7a的顶点和每个波谷7b的底部沿着半径曲线而 形成。尽管其它方式是可行的，用于所述ζ-过滤介质的通常半径是至少0. 25mm并通常不 会大于3mm。根据上述定义不弯曲的介质也是可用的。例如，可能希望峰具有的半径足够陡 峭(尖)，从而不被认为是“弯曲的”。一般，如果半径小于0. 25mm，或小于0. 20mm，脊或底部 可被表征为弯曲的、折叠的或折纹的。为了减少掩蔽，可能希望峰具有刀刃(口)。在峰处 设置刀刃(口)的能力可能受限于用于形成介质的设备、介质本身、和介质所处的条件。例 如，希望不要切割或撕开介质。因此，如果刀刃(口)造成介质中的切割或撕裂，利用刀刃 口形成峰可能是不希望的。此外，介质可能太轻或太重，以至于在不切割或撕裂的情况下 不能提供足够非弯曲的峰。此外，可增强加工过程中空气的湿度以帮助在形成峰时形成更 小(tighter)的半径。对于波纹片材3，图1所示具体的规则、弯曲波型的其它特征是在每个波谷7b和每 个相邻波峰7a之间的大约中点30处，沿着槽纹7的大部分长度，设置有曲率倒置的过渡区 域。例如，观察图1的背面或面3a，波谷7b是凹入区域，而波峰7a是突起区域。当然，当朝 向正面或面北观察时，面3a的波谷7b成为波峰；而面3a的波峰7a成为波谷。在一些情 况，区域30可以是直段(部分)而非点，其中在部分30的端部曲率倒置。当区域30被设 置为直段时，图1所示的波型例如可被表征为“弧形-直线-弧形”波型，这是因为在波峰 7a处的重复型式的曲线，在区域30处的直段，以及在波谷7b处的曲线。图1所示的具体规则的、弯曲波型的波纹片材3的一个特征是，各波纹基本上是直 的。在本文中术语“直的”表示，贯穿边缘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在截面上基本不变化。术语“直的”结合图1所示 的波纹型式，部分使所述型式区别于WO 97/40918的图1和
公开日为2003年6月12日的 PCT公开号WO 03/47722中所述的波纹介质的锥形槽纹，上述文献在此被结合入本文作为 引用。例如，WO 97/40918的图1中的锥形槽纹是弯曲的波型，但不是“规贝Γ的波型，或直 槽纹型式，如本文所用的术语。参见图1及上述内容，介质2具有第一和第二相对的边缘8和9。对于所示的示 例，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，尽管在一些应用中相反的定向是可能的。在所示的示例中，与边缘8相邻处设置有密封剂，在这里是以密封剂密封边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。密封剂密封边10在邻 近边缘8处密封闭合各槽纹11，以阻止空气从其通过。在所示的示例中，在邻近边缘9处设置有密封剂，在这里是以密封剂密封边14的 形式。密封剂密封边14 一般在邻近边缘9处闭合槽纹15，以阻止未经过滤的流体通过其 中。密封边14通常在介质2绕其自身卷绕时施加，其中波纹片材3朝向内部。因此，密封边14会在表面片材4的背面17和槽纹片材3的一面18之间形成密封。密封边14有时会 被称为“卷绕密封边”，因为它通常在(介质)条2被卷绕成卷绕介质包时施加。如果介质 2被切成条状并层叠，而非卷绕，密封边14会被称为“层叠密封边”。参见图1，一旦介质1被结合入介质包，例如通过卷绕或层叠，它可以如下作业。首 先，沿箭头12方向的空气会进入邻近端部9的开口槽纹11。由于在端部8处通过密封边 10闭合，空气会如箭头13所示穿过介质。空气随后可通过穿过邻近介质包端部8的槽纹 15的开口端1 流出介质包。当然，作业可以沿相反方向的空气流进行。一般而言，ζ-过滤介质包可被表征为包括槽纹过滤介质固定至表面过滤介质，并 被设置成在第一和第二流面之间延伸的槽纹的介质包。介质包内设置有密封剂或密封结 构，以保证在第一上游流面或边缘进入槽纹的空气在没有通过介质进行过滤的情况下不能 从下游流面或边缘流出介质包。也就是说，在入口流面和出口流面之间ζ-过滤介质包通常 通过密封结构或其它结构阻止未经过滤的空气通过其中。上述的另一其它特征是，第一部 分的槽纹被闭合或密封以阻止未经过滤的空气流入第一部分的槽纹，而第二部分的槽纹被 闭合或密封以阻止未经过滤的空气流出第二部分的槽纹，从而进入介质包的第一面或第二 面中的一个并从介质包的第一面或第二面中的另一个流出的空气穿过介质包以便对空气 进行过滤。对于本文图1所示的具体结构，平行的波纹7a，7b大体是完全直的从边缘8向边 缘9穿过介质。直槽纹或波纹可以在选定的位置被变形或折叠，尤其在端部。在槽纹端部 进行改动以便闭合(槽纹)一般在上述“规则的”、“弯曲的”和“波型”定义中被忽略。一般，过滤介质是相对柔性的材料，通常是(纤维素纤维、合成纤维或两者的)无 纺纤维材料，其中通常包括树脂，有时用其它的材料进行处理。因此，它可以被成形或设置 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，它可易于被卷绕或以 其它方式被设置使用，同样没有不可接受的介质损坏。当然，它必须具有在使用过程中会保 持所要求的槽纹(例如波纹)结构的特性。在波纹成形或槽纹成形工艺中，对介质进行非弹性变形。这阻止了介质回到其原 来形状。不过，一旦释放张力，槽纹或波纹会趋于反弹，只恢复一部分已发生的拉伸和弯曲。 表面片材有时被粘接至槽纹片材，以抑制槽纹(波纹)片材中的这种反弹。另外，介质可包含树脂。在波纹成形工艺中，介质可被加热至树脂的玻璃转化点之 上。当树脂冷却时，这会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具有细纤维材料，例 如根据美国专利6，955，775 ；6, 673，136和7，270, 693所述，上述文献在此被结合入本文作 为引用。一般，细纤维可被称为聚合物细纤维(微米纤维和纳米纤维)并可提供在介质上 以改进过滤性能。由于介质上细纤维的存在，可能或可希望提供具有减少的重量或厚度的 介质，同时获得所希望的过滤性能。因此，介质上细纤维的存在可提供增强的过滤性能，提 供使用更薄的介质，或二者兼具。表征为细纤维的纤维可具有的直径为约0. 001微米至约 10微米，约0. 005微米至约5微米，或约0. 01微米至0. 5微米。纳米纤维是指具有小于200 纳米或0. 2微米的直径的纤维。微米纤维可指具有大于0. 2微米但不大于10微米的直径 的纤维。可用于形成细纤维的示例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，
11聚丙烯腈，PMMA, PVDF，聚酰胺，及其混合物。仍参见图1，示出了附图标记20处的粘接密封边位于槽纹片材3和表面片材4之 间，将二者固定在一起。粘接密封边20可以是例如不连续的粘合剂线。粘接密封边也可以 是将介质片材焊接在一起的点。从上文显而易见，所示的示例槽纹片材3通常不是沿着(槽纹片材和表面片材) 两者连接处的波谷和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，并且可替换的在相邻的出口槽纹之间流动，而不穿过介质。不过，在没有穿过至少一 个介质片材进行过滤的情况下，已通过入口流面进入槽纹的未经过滤的空气不能通过出口 流面从槽纹流出。现在参见图2，其中示出了采用槽纹(在这里是规则的、弯曲波型)片材43和非波 纹扁平的表面片材44的ζ-过滤介质结构40。点50和51之间的距离Dl定义给定槽纹53 下面的区域52中扁平介质44的延伸部分。点50和51被设置为槽纹片材43的内峰46和 48的中心点。此外，点45可被表征为槽纹片材43的外峰49的中心点。距离Dl定义了介 质结构40的周期长度或间距。距离D2定义了在相同的距离Dl之上的弓形介质长度，并且 由于槽纹53的形状而当然大于D1。对于根据现有技术用于槽纹过滤器应用中的通常规则 形状的介质，长度D2对Dl的比率通常在1.2-2.0的范围内，包括端值。常用于空气过滤器 的示例结构具有D2是约1. 25xDl至约1. 35xDl的设置。例如，所述介质被商用于具有规则 的、弯曲波型的Donaldson Powercore Z-过滤器结构中。在这里，比率D2/D1有时被表征 为槽纹/平面比或介质的介质拉伸性。槽纹高度J是从表面片材44至槽纹片材43的最高点的距离。也就是说，槽纹高 度J是槽纹片材43的交替峰57和58之间在外部高程(高度)上的差值。槽纹高度J考 虑了槽纹片材43的厚度。峰57可被称为内峰(朝向表面片材44的峰)，而峰58可被称为 外峰(背向表面片材44的峰)。尽管距离Dl、D2和J应用于图2所示的特定槽纹介质结 构，这些距离可应用于其它结构的槽纹介质，其中Dl是指在给定槽纹之下槽纹的周期长度 或平面介质的距离，D2是指从(较)低峰至(较)低峰的槽纹介质的长度，而J是指槽纹 尚度。另一种测量可被称为线长(cord length) (CL)。线长是指从低峰57的中心 点50到高峰58的中心点45的直线距离。介质的厚度以及决定在何处开始或结束具体 的距离测量可以影响距离值，因为介质厚度影响距离值。例如，线长(CL)可以具有不同 值，取决于距离是否是从内峰的底部测量到外峰的底部或者是否是从内峰的底部测量到 外峰的顶部。该距离上的差异是介质厚度如何影响距离测量结果的例子。为了使介质 厚度的影响最小化，线长的测量由介质内的中心点确定。线长CL和介质长度D2之间的 关系可被表征为介质-线(cord)百分比。介质-线百分比可以根据下面的公式确定
权利要求
1.一种单面介质，包括(a)槽纹片材连接至表面片材并具有第一端和第二端，以便当所述单面介质形成介质 包时，所述第一端或第二端形成介质包第一面，而所述第一端或第二端中的另一个形成介 质包第二面；(b)粘合剂，所述粘合剂设置在所述第一端或第二端处位于槽纹片材和表面片材之间， 并且其中所述槽纹片材和表面片材沿着粘合剂被推压在一起并粘合在一起以便在槽纹片 材和表面片材之间提供密封；和(c)其中所述槽纹片材中至少25%的槽纹包括至少一个脊，所述至少一个脊沿着相邻 峰之间槽纹长度的至少50%延伸。
2.根据权利要求1所述的单面介质，其中所述槽纹片材中至少25%的槽纹包括至少两 个脊，所述至少两个脊沿着相邻相同侧峰之间槽纹长度的至少50%延伸。
3.根据权利要求1所述的单面介质，其中所述槽纹片材表现出的槽纹宽高比大于2.5。
4.根据权利要求1所述的单面介质，其中所述槽纹片材表现出的槽纹宽高比大于3.0。
5.一种过滤介质包，所述过滤介质包包括根据权利要求1所述的单面介质，并被构造 成通过粘合剂边形成具有用于接收脏流体的入口槽纹和用于排出已过滤流体的出口槽纹 的介质包，并且其中所述脏流体穿过所述槽纹片材或表面片材以便进行过滤。
6.根据权利要求5所述的过滤介质包，所述过滤介质包被设置成卷绕结构。
7.根据权利要求5所述的过滤介质包，所述过滤介质包被设置成层叠结构。
8.根据权利要求5所述的过滤介质包，其中所述介质包的槽纹密度大于35槽纹/英寸
9.根据权利要求5所述的过滤介质包，其中所述介质包的槽纹密度大于45槽纹/英寸
10.根据权利要求5所述的过滤介质包，其中所述介质包的槽纹空间不对称性大于 30%。
11.根据权利要求5所述的过滤介质包，其中所述介质包的槽纹空间不对称性大于 70%。
12.根据权利要求5所述的过滤介质包，其中所述介质包包括锥形槽纹。
13.根据权利要求12所述的过滤介质包，其中所述锥形槽纹包括具有第一截面积的第 一端和具有第二截面积的第二端，其中第一截面积和第二截面积是不同的，并且其中通过 将槽纹片材和表面片材推压在一起所提供的密封位于第一端或第二端中的一端处。
14.一种过滤元件，所述过滤元件包括介质包和围绕所述介质包用于接合外壳的密封， 所述介质包包括单面介质和粘合剂边以形成用于接收脏流体的入口槽纹和用于排出已过 滤流体的出口槽纹，所述单面介质包括(a)槽纹片材连接至表面片材并具有第一端和第二端，以便当所述单面介质形成介质 包时，所述第一端或第二端形成介质包第一面，而所述第一端或第二端中的另一个形成介 质包第二面；(b)粘合剂，所述粘合剂设置在第一端或第二端处位于槽纹片材和表面片材之间，并且 其中所述槽纹片材和表面片材沿着粘合剂被推压在一起并粘合在一起以便在槽纹片材和 表面片材之间提供密封；和(c)其中所述槽纹片材中至少25%的槽纹包括至少一个脊，所述至少一个脊沿着相邻 峰之间槽纹长度的至少50%延伸。
15.根据权利要求14所述的过滤元件，还包括从介质包轴向延伸出的手柄。
16.根据权利要求14所述的过滤元件，其中所述介质包的槽纹密度大于35槽纹/英寸2。
17.根据权利要求14所述的过滤元件，其中所述介质包的槽纹密度大于50槽纹/英寸2。
18.根据权利要求14所述的过滤元件，其中所述介质包的槽纹空间不对称性大于 30%。
19.根据权利要求14所述的过滤元件，其中所述介质包的槽纹空间不对称性大于 70%。
20.根据权利要求14所述的过滤元件，其中所述介质包包括锥形槽纹。
21.根据权利要求14所述的过滤元件，其中所述介质包包括非锥形槽纹。
22.根据权利要求14所述的过滤元件，其中围绕介质包用于接合外壳的密封包括径向 密封。
23.根据权利要求14所述的过滤元件，其中围绕介质包用于接合外壳的密封包括轴向 夹紧密封。
24.一种用于形成单面介质的方法，包括(a)通过在槽纹片材和表面片材之间施加粘合剂将槽纹片材粘接至表面片材；和(b)在粘合剂的位置处将所述槽纹片材推压向表面片材以形成粘合剂密封；其中所述 槽纹片材中至少25%的槽纹包括至少一个脊，所述至少一个脊沿着相邻峰之间槽纹长度的 至少50%延伸。
25.根据权利要求M所述的方法，其中在粘合剂的位置处将槽纹片材推压向表面片材 以形成粘合剂密封的步骤包括对槽纹片材和表面片材应用一系列辊，所述一系列辊包括(a)压纹轮，所述压纹轮被构造成将槽纹片材推压向表面片材；(b)冠状轮，所述冠状轮具有一表面用于接合槽纹片材并且进一步将槽纹片材推压向 表面片材；和(c)整平轮，所述整平轮具有一表面被构造用于相对于表面片材整平槽纹片材以便提 供相对平的表面。
26.根据权利要求M所述的方法，还包括 (a)在粘合剂密封的位置处切割开槽纹片材和表面片材以形成第一单面介质和第二单 面介质，其中所述第一单面介质和第二单面介质均包括阻止未经过滤的流体流动穿过其中 的相对平的边缘。
27.根据权利要求沈所述的方法，其中在粘合剂的位置处将所述槽纹片材推压向表面 片材以形成粘合剂密封的步骤之前没有压凹槽纹的步骤的情况下，所述方法提供一致的槽 纹闭合结构。
28.根据权利要求M所述的方法，其中所述粘合剂被应用为连续的粘合剂条。
29.根据权利要求M所述的方法，其中所述粘合剂被应用为不连续的粘合剂条。
全文摘要
本发明涉及一种单面介质。所述单面介质包括槽纹片材连接至表面片材并具有第一端和第二端，以便当所述单面介质形成介质包时，第一端或第二端形成介质包第一面，而第一端或第二端中的另一个形成介质包第二面。在第一端或第二端处的槽纹片材和表面片材之间设置有粘合剂，并且其中槽纹片材和表面片材在粘合剂的位置处被压在一起并粘合在一起以便在槽纹片材和表面片材之间提供密封。槽纹片材中至少25％的槽纹包括至少一个脊，所述至少一个脊沿着相邻峰之间槽纹长度的至少50％延伸。本发明提供了过滤介质包、过滤元件、以及形成单面介质的方法。
文档编号B01D46/52GK102119049SQ200980131047
公开日2011年7月6日 申请日期2009年8月6日 优先权日2008年8月6日
发明者B·A·格罗斯, B·K·尼尔森, T·A·莫伊 申请人:唐纳森公司