过滤介质包，过滤元件和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[000引本申请是申请日为2008年6月26日的PCT国际专利申请，对于除美国之外的所 有指定国W美国公司DonaldsonCompany,Inc.为申请人，仅对于W美国为指定国时W美国 公民GaryJ.Rocklitz、MingOuyang，和印度公民AnithaM.Mathew申请人，并且要求 2007 年6月26日向美国专利商标局提交的美国临时专利申请号60/937, 162的优先权。美国临 时专利申请号60/937, 162的完整公开内容在此被结合入本文引用。
技术领域
[0003] 本发明设及一种可用于过滤流体的过滤介质包和过滤元件。本发明另外还设及制 造和使用过滤介质包的方法。
【背景技术】
[0004] 流体流（例如空气和液体）中携带有杂质。在很多情况下，需要从流体流中过滤 某些或全部杂质。例如，至机动车辆或发电设备的发动机的空气流，至燃气满轮系统的气 流，和至各种燃烧炉的空气流，其中都携带有应当被过滤的颗粒物杂质。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，可能携带有应当被过滤的杂质。对于运 些系统，优选从流体中除去选定的杂质（或使其含量在流体中降低）。已经开发出用于减少 杂质的多种流体过滤器（空气或液体过滤器）结构。不过，总体来说仍在寻求进一步的改 进。
[0005] Z-介质一般是指一种类型的槽纹过滤介质元件，其中流体进入介质元件的第一面 上的槽纹并从介质元件的第二表面上的槽纹流出。一般，Z-介质上的所述面设置在介质的 相对端。流体通过一个面上的开口槽纹进入，并且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个点，流体从一个槽纹进入另一槽纹，W实现过滤。
[0006] 早期形式的Z-介质通常是指波纹状介质，运是因为介质的特征来自于波纹状箱 纸板行业。不过，波纹状箱纸板一般被设计用于承载负荷。因此，槽形设计可W偏离波纹状 箱纸板行业的标准和尺寸进行改进，W具有改进的介质性能。
[0007] 不同的公开出版物已经对Z-介质中的槽纹的形式提出了修改。例如，美国专利 号5, 562, 825描述了波纹型式，示出了采用有些半圆形（截面）的入口槽纹靠近窄的V-形 (具有弯曲侧）出口槽纹（见美国专利号5,562,825的图1和3)。在1曰*3皿〇*〇等人的美 国专利号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所限 定的圆形（截面）或管状槽纹，在所形成的平行的直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1)中，示出了槽纹被折叠 W具有矩形截面，其中槽纹沿着它们的长度方向成锥形。在W0 97/40918(图1)中，示出了 槽纹或平行的波纹，其具有弯曲的波型（由相邻的弯曲凸起和凹入的波谷构成），但是其沿 着它们的长度成锥形（并因此不是直的）。另外，在W0 97/40918中，示出了具有弯曲的波 型但具有不同尺寸的波峰和波谷的槽纹。
【发明内容】
[0008] 根据本发明提供了一种过滤介质包。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。过滤介质包包 括第一部分的槽纹，它们阻止未经过滤的流体流入第一部分的槽纹；和，第二部分的槽纹， 它们阻止未经过滤的流体流出第二部分的槽纹，从而使进入介质包的第一面或第二面中的 一个面并从介质包的第一面或第二面中的另一个面流出的流体通过介质，W实现流体的过 滤。如果需要，过滤介质包可被表征为Z-介质包，并且可W被设置为具有入口槽纹和出口 槽纹，从而使未经过滤的流体经由入口槽纹流入介质包并且经由出口槽纹流出介质包。不 过，应当理解，介质包的槽纹不需要被表征为入口槽纹和出口槽纹。
[0009] 通过从若干种设计标准中进行选择，可W改变或改动过滤介质包的性能。术语"性 能"一般是指增加的使用寿命、增大的载荷能力、减小的压力降、增大的流量、减小的尺寸或 体积等等中的至少一种。例如，过滤介质包可被设计用于一具体应用，W便与某些现有的 Z-介质包相比具有增强的性能。增强性能可W通过，例如，控制掩蔽、槽纹宽高比、槽纹长 度、槽纹密度、槽纹形状、减小塞长度、槽纹锥度、和槽纹空间不对称中的一个或多个获得。 运些技术的任一个可W单独使用或组合使用，W便提供具有希望特性的过滤介质包。
[0010] 申请人已经发现，当控制介质包的其它设计特征时过滤介质包的性能改进的程度 会提高。例如，相对于例如标准B槽纹介质的标准介质包，通过调整单个设计标准例如掩 蔽、槽纹宽高比、槽纹长度、槽纹密度、槽纹形状、塞长度、槽纹锥度、和槽纹空间不对称性， 可W改进介质包的性能。此外，申请人已经发现，由于控制额外的设计标准，可W获得增强 的性能。
[0011] 在一个实施例中，可W控制过滤介质包，使其具有多个槽纹，所述槽纹具有小于5 英寸的平均槽纹长度，并且可W控制使得过滤介质包根据下述公式得出的槽纹密度（P) 为至少35. 0槽纹/英寸2:
[0012]
[0013] 其中，通道的数量是计数得出的，而介质截面积是测量得出的。此外，过滤介质包 可W表现出下述的至少一种：
[0014] (i)第一部分的多个槽纹或第二部分的多个槽纹中至少之一由于塞而被闭合，所 述塞的平均塞长度为小于7mm;
[001引 扣）槽纹宽高比为大于2. 5 ;或
[0016] (iii)槽纹宽高比为小于0. 4。
[0017] 在过滤介质包的另一实施例中，过滤介质包可被设定为具有至少35. 0槽纹/英寸 2的槽纹密度，并且可具有不对称空间结构，W便在介质包一侧的空间比介质包另一侧的空 间大至少10%。
[0018] 在过滤介质包的另一替换性实施例中，过滤介质包可具有的平均槽纹长度为大于 约4英寸，槽纹宽高比为大于2. 5或小于0. 4,W及不对称空间结构，从而介质包一侧的空间 比介质包另一侧的空间大至少10%。
[0019] 在本发明的另一替换性过滤介质包中，过滤介质包可W具有的平均槽纹长度为大 于约8英寸，槽纹宽高比为大于2. 5或槽纹宽高比为小于0. 4,和非不对称空间结构，从而介 质包一侧的空间大于介质包另一侧的空间不超过至少10%。
[0020] 过滤介质包的性能可通过控制槽纹的形状加W改进。例如，槽纹介质可W具有 单个脊，它沿相邻波峰之间的槽纹的至少一部分延伸。该槽纹形状可被称为"低接触（low contact)"。槽纹片材可W包括两个脊，沿相邻波峰之间的槽纹长度的至少一部分延伸。该 槽纹形状可被称为"零应变"或"Y"形。槽纹片材可被构造成具有重复型式的一个、两个或 多个脊，沿内波峰和外波峰之间的槽纹长度的至少50%延伸。重复型式可W设在所有的相 邻波峰之间或小于所有重复波峰的某些重复型式之间，例如每隔一个重复的波峰之间，每 隔两个重复的波峰之间，每隔Ξ个重复的波峰之间等。槽纹介质的部分不需要包括在相邻 波峰之间延伸的脊。
[0021] 可提供包括过滤介质包的过滤元件。过滤元件包括密封件，所述密封件围绕介质 包的外周延伸。密封件可包括密封表面，它被构造成沿径向延伸方向与外壳表面接合，W提 供密封。另外，密封件可包括密封表面，它被构造成沿轴向延伸方向与外壳表面接合，W提 供密封。密封件可W直接连接至介质包或间接（经由其它结构，例如密封支撑）连接至介 质包。
[0022] 本发明提供了制造过滤介质包的方法。所述方法可包括层叠或卷绕多层单面介 质，W形成过滤介质包。
[0023] 本发明还提供了过滤流体的方法。所述方法可包括使流体流入过滤介质包的第一 面或第二面中的一个，并且从过滤介质包的第一面或第二面中的另一个重新获得流体。
[0024] 可W由过滤介质包过滤的流体包括气态物质和液态物质。可W被过滤的示例性气 态物质包括空气。可W被过滤的示例性液态物质包括水、油、燃料和液压流体。
【附图说明】
[00巧]图1是现有技术的示例性Z-过滤介质的局部示意性透视图。
[0026] 图2是图1所示现有技术的介质的一部分的放大示意性剖视图。
[0027] 图3是不同波纹状介质定义的示意图。
[002引图4a-c是介质的一部分的放大示意性剖视图，示出了宽高比。
[0029] 图5a-c是本发明的介质的一部分的放大示意性剖视图。
[0030] 图6是照片，它示出了图5a所示卷绕过滤介质的端视图。
[0031]图7是照片，它示出了载有灰尘的图6所示过滤介质的透视图，其中槽纹片材的一 部分被剥落W露出尘饼。
[0032] 图8是图化所示介质的锥形槽纹片材的透视图。
[0033] 图9a和9b是图化和5c所示锥形介质的剖视图。
[0034] 图10a和1化是本发明的空间不对称介质的一部分的放大示意性剖视图。
[00；3日]图11是与倒置轮（inverterwheel)接触之后并且与折叠轮（folderwheel)接 触W便闭合槽纹之前的槽纹的剖视图。
[0036] 图12是沿图11的线12-12剖开的槽纹的剖视图。
[0037] 图13是沿图11的线13-13剖开的槽纹的剖视图。
[003引图14是与折叠轮接触之后的槽纹的剖视图。
[0039] 图15是沿图14的线15-15剖开的槽纹的剖视图。
[0040] 图16是沿图14的线16-16剖开的槽纹的剖视图。
[0041] 图17是沿图14的线17-17剖开的槽纹的剖视图。
[0042] 图18是图14所示折叠的槽纹的端视图。
[0043] 图19是示例性空气滤清器的剖视图，所述空气滤清器可包括含有本发明的过滤 介质包的过滤元件。
[0044] 图20是含有本发明的过滤介质包的过滤元件的局部剖视图。
[0045] 图21是含有本发明的过滤介质包的过滤元件的透视图。
[0046] 图22是含有本发明的过滤介质包的过滤元件的透视图。
[0047] 图23是图22所示过滤元件的底部透视图。
[0048] 图24是图22和23所示过滤元件的传感器板的侧视图。
[0049] 图25是含有本发明的过滤介质包的过滤器结构的局部剖视图。
[0050] 图26是滤清器的局部剖视图，所述滤清器具有包含本发明的过滤介质包的过滤 元件。
[0051] 图27是含有本发明的过滤介质包的示例性过滤元件的透视图。
[0052] 图28是含有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】
[0053] 槽纹过滤介质
[0054] 槽纹过滤介质可用于W多种方式提供流体过滤结构。一种公知的方式是Z-过滤 结构。本文所用的术语"Z-过滤结构"或"Z-过滤介质"是指运样一种过滤元件结构，其中 各波纹状的、折叠的、權皱的、或W其它方式形成的过滤器槽纹被用于限定纵向过滤槽纹， W便流体流过介质；流体沿过滤元件的入口和出口流动端（或流动面）之间的槽纹流动。 Z-过滤介质的过滤元件的一些例子披露于美国专利号5, 820, 646成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 ;运十五篇引用 文献中的每一篇均在此被结合入本文引用。
[0055] 可W由过滤介质包过滤的流体包括气态物质和液态物质。可W被过滤的示例性气 态物质包括空气。可W被过滤的示例性液态物质包括水、油、燃料、和液压流体。一种由过 滤介质包过滤的优选类型的流体包括空气。一般，大多数讨论设及过滤空气。不过，应当理 解，过滤介质包可用于过滤其它气态物质和其它液态物质。
[0056] -种类型的Z-过滤介质采用两种介质构件结合在一起，W形成介质结构。所述两 种构件是：（1)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W是波纹状的，例如垂直于如公开日为2005年8月25日的国际公 开号W0 2005/077487所述的槽纹方向，该文献在此被结合入本文作为引用。另外，表面片 材可W是槽纹（例如，波纹状）介质片材，并且槽纹或波纹可W与槽纹介质片材对齐或与槽 纹介质片材形成角度。尽管表面介质片材可W是槽纹或波纹状的，它也可W设定为非槽纹 或非波纹的形式。所述形式可w包括扁平片材。当表面介质片材不是槽纹时，它可被称为 非槽纹介质片材或非槽纹片材。
[0057] 采用两种介质构件结合在一起W形成介质结构的所述类型的Z-过滤介质（其中 两种构件是槽纹介质片材和表面介质片材）可W被称为"单面介质"或"单表面介质"。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固定在一起并随后被 卷绕W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,所述每篇文献均在此被结合入本文引用。在某些其它结构中，槽纹介质固定 至扁平介质的一些非卷绕部分彼此层叠，W形成过滤结构。所述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引用。一般，Z-过滤介质被卷绕的 结构可被称为卷绕结构，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W具 有卷绕结构或层叠结构。
[005引通常，槽纹片材/表面片材组合（例如，单面介质）绕其自身卷绕W形成卷绕的介 质包是通过使表面片材向外实现的。卷绕的某些技术披露于公开日为2004年9月30日的 国际公开号W0 2004/082795,该文献在此被结合入本文引用。其结果是，所形成的卷绕结构 一般具有部分的表面片材作为介质包的外表面。如果需要，单面介质可W被卷绕，W便槽纹 片材形成介质包的外表面。
[0059] 本文所使用的表示介质中结构的术语"波纹状"，是指使介质穿过两个波纹漉（即 进入两个漉之间的漉隙或漉缝）所形成的槽纹结构，其中每个漉具有适于在所形成的介质 上产生波纹效果的表面特征。术语"波纹"不是指通过不设及介质进入波纹漉之间的漉缝 的技术所形成的槽纹。不过，术语"波纹状"适用于即使介质在波纹成型之后被进一步改进 或变形的情况，例如通过披露于公开日为2004年1月22日的PCTW0 04/007054所述的折 叠技术，该文献在此被结合入本文作为引用。
[0060] 波纹状（波纹）介质是槽纹介质的特定形式。槽纹介质是各槽纹（例如，通过波 纹成型或折叠或權皱而形成）延伸通过其间的的介质。槽纹介质可W通过能够提供希望槽 纹形状的任意技术来制备。波纹成型可W是形成具有特定尺寸的槽纹的有用技术。当需要 增大槽纹的高度（高度是波峰之间的高程（高度））时，波纹成型技术可能不太实际，而可 能需要折叠或使介质權皱。一般，介质的權皱可通过折叠介质而实现。一般，通过打權（使 介质權皱）而形成槽纹可被称作微打權。折叠介质W便提供權皱的示例性技术包括刻划 (scoring)和利用压力W产生折叠。
[0061] 采用Z-过滤介质的过滤元件或过滤器滤忍结构有时被称为"直通流动结构"或其 变化形式。一般，在本文中表示，可维修的过滤元件一般具有入口流端（或面）和出口流端 (或面），其中流入和流出过滤器滤忍大体沿相同的直通方向。术语"直通流动结构"在本 定义中，忽略那些通过表面介质的最外面卷绕层离开介质包的空