HK1020265B - 槽纹式过滤介质 - Google Patents

Description

槽纹式过滤介质

发明领域

本发明涉及一种槽纹式过滤介质，特别是涉及一种具有能使过滤器的流动阻力为最小的槽的槽纹式过滤介质。

已有技术

利用过滤介质来去除流体内杂质的褶皱式过滤器是众所周知的，并且具有很多种结构。

各种过滤器共有的一个问题是过滤表面积不够大。以前对提高一定过滤器体积下的过滤表面积的各种尝试都不是很成功。褶皱式过滤器是常用的过滤器，它采用了褶皱式的过滤介质来克服上述缺陷。虽然褶皱式过滤介质可以增大过滤面积，但是由于褶皱布置得非常近，以便在某一个给定的体积内能布置更多的过滤介质，致使各褶皱相互之间被压得很紧，因而限制了流动。这种流动阻力可能导致必须增大流速来通过过滤介质，从而增大了过滤器两端的压力差，导致在系统内出现其它的问题。

绝大多数渗透性过滤介质不能提供结构支承，因而过滤器需要壳体来支承过滤材料。这样就增高了制造成本，并且增大了过滤器的重量和尺寸。

为了改善流动阻力并提供较大的介质面积以及过滤效率，可以采用槽纹式过滤器的结构。槽纹式过滤介质能增大单位体积下的介质面积，具有较小的流动阻力和基本上直通的流动。

虽然槽纹式过滤器能提供比已有技术的过滤器设计好的流动特性和效率，但是槽纹式过滤器有可能达到更大的效率和更好的流动特性。各槽的被密封的上游端会对流动有很大的阻挡作用，当与过滤材料结合时，流体流动的一半以上的横截面积将被阻塞。具有较大的横对着流体流动方向的横截面积的过滤器设计可提供改善的流动和阻力特性。

可以看出，需要有一种具有自支承、改善的流动阻力、改善的流动特性以及更高的效率的新的改进型过滤器。特别是，槽纹式过滤器应该具有这样一个前导边缘，它具有较小的阻力，并且与标准的槽纹式设计相比它占据的横截流动面积较小。此外，过滤介质和上游边缘处各槽的封闭端的横截面积应该小于各槽的上游边缘处的敞开面积。这样一种改进的过滤器设计还应该便于制造，不会增加附加的工序。本发明旨在解决与过滤器设计有关的这些和其它一些问题。

                  发明概要

本发明涉及一种槽纹式过滤装置，特别是涉及具有改进流动特性的槽纹式过滤介质。

根据本发明的第一实施例，槽纹式过滤介质包括一介于上层和下层之间的槽纹形中间片材。应该理解，该过滤介质可以是卷绕或层叠的，只需将一单张片材附连于一槽纹形片材，因为各个层可以充当其相邻层的上层或下层片材。此外，可以以螺旋结构绕制成各层。由槽纹材料形成的相邻槽腔的交替的端部在上游侧或下游侧被封闭起来。第一实施例具有从一端向另一端逐渐加宽的楔形槽。上游端封闭的楔形槽腔朝着其敞开的下游端逐渐加宽。相反，下游端封闭的楔形槽腔朝着其敞开的上游端逐渐加宽。

应该理解，在这种结构下，垂直于上游流动方向的过滤介质的面积包括向用来接纳流体的各腔室敞开的一个大的部分。随着流体通过各种过滤片材而被过滤，被过滤的流体流经一加大的下游端。在这种方式下，与标准的槽纹式过滤材料相比，可以大大降低过滤器的流动阻力。此外，波纹密封边材料和过滤片材的上游边缘的百分比大大小于接收上游流体的敞开区域。

根据本发明的第二实施例，槽纹形过滤介质包括不对称的槽，这些槽具有非常尖的波峰和加宽的波谷。在这种方式下，在过滤介质边缘处的上游开口的垂直于流动方向的横截面积大于封闭槽和过滤材料上游边缘的横截面积。这种结构可以提供改善的流动特性，并具有较大的过滤效率和降低的过滤器流动阻力。

根据本发明的第三实施例，槽纹式过滤介质包括一可改善流动的被压扁的上游边缘。根据这一第三实施例，过滤介质的前导边缘包括堵塞了过滤器槽的各交替槽腔的波纹密封边。波纹密封边和槽纹形片材的上游边缘是这样倾斜的，即由一个朝着下游端倾斜的加宽的边缘来拦截流体。当流体与上游边缘相交时，只有前导的片状边缘与上游流体接触，而波纹密封边和槽纹形片材都先后倾斜。在这种构造下，在过滤器的前导边缘处拦截上游流体的过滤介质的阻力和比例都减小。因此，可以获得改善的流体，提高效率，减小过滤器的流动阻力。

构成本发明之特征的这些和其它一些优点和新颖性是在所附 中特别地指出了，并构成权利要求书的一部分。然而，为了更好地理解本发明、其优点、以及利用本发明可达到的目标，下面将结合构成说明书一部分的附图以及有关说明来进一步地描述本发明的各较佳实施例。

                 附图简要说明

在各附图中，相同的字母和标号表示相同或相应的部件。

图1是根据本发明原理的一个具有楔形槽的双面槽纹式过滤介质的第一

实施例的立体图；

图2A-2B是图1所示之过滤介质的制造工艺过程的示意图；

图3是图1所示之过滤介质的端部视图；

图4是用于形成图1所示之过滤介质的一个轧辊的端部视图；

图5是用于图4所示之轧辊的齿的端部详细视图；

图6是根据本发明原理的一个具有不对称槽的过滤介质的第二实施例的立体图；

图7是图6所示之过滤介质的端部视图；

图8是用于形成图6所示之过滤介质的一个轧辊的端部视图；

图9是根据本发明原理的一个具有压扁前槽纹边缘的过滤介质的第三实施例的立体图；

图10是图9所示之过滤介质的端部视图；

图11是图9所示之过滤介质的前导边缘的侧剖视图；

图12是各种槽纹式过滤介质设计的过滤器两端的压力差相对于流过过滤器的空气流量的曲线图；

图13是各种槽纹式过滤介质设计的压力差相对于集尘量的曲线图；

图14是根据本发明原理的一个具有上游密封槽的过滤介质的第四实施例的剖视图，所述各密封槽具有一从过滤介质的上游边缘向内凹进的密封部分；

图15示出了用于形成图9-11所示之过滤介质的前导边缘的方法的侧面示意图；

图16示出了利用如图15所示的方法将一片过滤介质切割成条的侧面示意图；

对较佳实施例的详细描述

现请参见各附图，特别是图1，其中示出了总的由标号100表示的一层双面渗透性槽纹式过滤介质的一部分。第一实施例的槽纹式过滤介质100包括多个楔形槽腔102。槽腔102是由一位于中间的槽纹形片材108形成的，该中间片材在表面片材110(包括第一表面片材112和第二表面片材114)之间形成交替的波峰104和波谷106。波谷106和波峰104将槽102分成上排和下排。在图1所示的结构中，各上排槽形成了在下游端封闭的槽腔122，而下排槽形成了在上游端封闭的槽腔120。槽腔120是由完全充填在中间槽纹形片材108和第二表面片材114之间的槽的上游端截面内的第一端部波纹密封边124封闭的。类似地，第二端部波纹密封边126封闭了交替间隔的槽腔122的下游端。由粘合剂将槽102的波峰104和波谷106粘结于表面片材112和114。槽102和端部密封边124和126可以提供一个结构上无需壳体就能自支承的过滤元件。

在过滤过程中，如实心箭头所示，未经过滤的流体进入上游端敞开的槽腔122。在进入槽腔122之后，未过滤的流体被下游端的第二端部波纹密封边126阻挡。因此，流体被迫通过槽纹形片材108和表面片材110。随着未过滤的流体通过槽纹形片材108或表面片材110，如空心箭头所示，流体将通过过滤介质层而被过滤。随后，流体自由地流经上游端被封闭的槽腔120，并流出过滤介质100的敞开的下游端。在上述的结构下，未过滤的流体可以通过槽纹形片材108、上表面片材112或下表面片材114而被过滤，并进入到上游侧被封闭的槽腔120内。

现请参见图2A-2B，其中示出了槽纹式过滤介质的制造工艺，该过滤介质可以如下文所述的那样层叠或滚轧成过滤元件。应该理解，当对过滤介质进行层压或螺旋压制时，相邻的各层彼此接触，一个表面片材110既充当一个槽纹层的顶部片材，又充当另一槽纹层的底部片材。因此，应该理解，当对各层进行层压或滚轧时，每一槽纹形片材108只需施加一个表面片材110。

如图2A所示，通过一系列的辊子将第一过滤介质片材30输送至一对构成一辊隙的槽纹辊44之间，轧辊44具有相互啮合的波纹表面，以便当第一片材30进入在轧辊44之间时使其形成槽纹。如图2B所示，第一波纹形片材30和过波介质的第二平面片材32被一起送到形成于一个槽纹辊44和一个对置的轧辊45之间的第二辊隙内。在进入槽纹辊44和对置的轧辊45之前，一密封剂涂敷器47沿着第二片材32的上表面涂敷一条密封剂46。在轧制过程开始时，随着第一片材30和第二片材32通过轧辊44和45，两片材可能分离开。然而，随着涂敷密封剂46，密封剂46就在槽纹形片材30和表面片材32之间形成第一端部波纹密封边38。波峰26和波谷28上具有沿着它们的顶点间隔涂敷的或者是附连于表面片材32的波纹密封边42以形成槽腔34。在一边缘处将表面片材32密封于槽纹形片材30而形成的结构是一个单面的可层叠的过滤介质。如果要将多层进行层压或螺旋压制，可在槽纹形片材30的另一边缘上涂敷第二波纹密封边。如果不需要对各层进行层压或螺旋压制，可以将第二波纹密封边涂敷在另一边缘上，并覆盖一第二表面片材。

请重新参见图1，应该理解，各槽102是楔形的。上游端封闭的槽腔120沿着槽的方向逐渐变宽，直到加大的下游开口，如图3所示。类似地，如图3所示，槽腔122具有一加大的上游开口，并朝着封闭端逐渐变窄。在这种方式下，敞开向上游流体的过滤介质的这一部分显著地增大了。此外，随着流体沿着槽流动并通过过滤介质的各壁(或者是中间片材108，或者是表面片材112或114)，流体都将从过滤器下游侧的一个加大的开口端流出。

应该理解，如图4所示，为制造楔形槽102，需要一个特殊的轧辊144。轧辊144包括一外周面，该外周面上具有多个对准的齿146。从图5可以更清楚地看到，楔形齿146从一较窄的第一端向着一较宽的第二端逐渐变宽。应该理解，在一个对置的轧辊145上的互补齿147是从一较窄的第二端向着一较宽的第一端变化的。因此，当中间片材108通过互补辊144之间的辊隙时，过滤介质就被压出槽纹，从而形成沿长度方向交替倾斜的波峰104和波谷106。应该理解，波纹密封边124和126可以提供一种结构上自支承的过滤介质。

如图3所示，最终获得的过滤介质包括具有一封闭上游端的楔形槽腔120和具有一敞开上游端的槽腔122。应该理解，在楔形槽102的情况下，与上游端封闭的槽腔120相比，槽腔122有较大的垂直于流动方向的横截面积。还应该理解，槽腔120的垂直于流动方向的横截面积大于封闭槽腔122以及片材108，112，114之边缘的横截面积。在这种方式下，过滤介质100可以在较小的阻力下过滤较大流量的流体。由于槽腔120和122彼此反向地逐渐收缩，这些槽腔的端部在下游边缘处的尺寸是相反的。在这种构造下，可以理解，在过滤介质100的封闭的下游端，槽腔122的横截面积小得多，而槽腔120的横截面积大得多。因此，流体流入槽腔122的较大的开口，并流出槽腔120的加大并敞开的下游端。在这种构造下，流体可以流过敞开空间大得多并且阻力较小的过滤材料，同时还能在相同的体积下提供足够的过滤介质面积。

现请参见图6，其中示出了总地由标号200表示的本发明第二实施例的具有不对称槽的过滤介质，过滤介质200包括不对称的槽202，它们形成了相当窄的波峰204和较宽的弧形波谷206。波峰204的弧的半径小于不对称槽202的波谷206的弧的半径。过滤介质200包括一中间片材208和表面片材210，表面片材210包括第一上表面片材212和第二下表面片材214。

表面片材210由上游波纹密封边224和下游波纹密封边226连接起来。在这种方式下，片材208、212和214形成了具有封闭上游端的槽腔220和具有封闭下游端的槽腔222。

应该理解，在图6所示的构造下，拦截流体的过滤介质200的上游部分有一属于槽腔222的加大敞口。在这种方式下，槽腔222可以拦截增大的流量，这些流体随后通过片材208、212和214，并通过槽腔220。此外，不对称槽过滤介质200也可以提供一种自支承的过滤器结构。

现请参见图7，槽腔222的敞开端远大于上游端的的波纹密封边224以及垂直于片材108、212和214的流动的表面积。这种布置可以降低过滤器入口处的流动阻力，并可提供改善的流动和集尘性能。

现请参见图8，用于形成这种不对称型槽纹式过滤介质200的轧辊包括沿其外周面布置的多个齿246。第一轧辊244的齿246有一个加宽的外表面，在齿之间形成有狭窄的槽。与之互补的轧辊应具有狭窄的齿和在齿之间形成的加宽的槽，以便与齿246啮合。应该理解，随着轧辊与通过其间的过滤材料的接触，就可以在过滤材料上形成出不对称的波峰和波谷。

现请参见图9，其中示出了本发明的另一个实施例的、总的由标号300表示的压扁的过滤介质。这个压扁的过滤介质包括具有被压扁的上游边缘316的槽302。各槽包括由一槽纹形中间片材308形成的波峰304和波谷306。表面片材310将中间片材308夹在其间而形成槽腔320和322。第一表面片材312与槽纹的上表面接触，而下表面片材314与槽纹的下表面接触。过滤介质300包括一上游波纹密封边324和一下游波纹密封边326。从下游端看，各槽的横截面情况如图10所示。各槽的从上游端看的横截面情况与此相反，敞开和封闭的部分是彼此相对的。

如图11所示，过滤介质300的上游侧包括一沿上游波纹密封边324的压扁边缘316。这样就形成了波纹密封边324和中间片材308的一个斜面328，它与流体的流动相接触。该斜面可以在达到较大流量的同时阻力较小，所以可降低流过过滤介质时的流动阻力。应该理解，在边缘330处接触流体的过滤材料和波纹密封边比拦截流体的敞开面积小，因而可提高效率和流量。

这种倾斜的边缘可以用多种方法来形成，但是图15和图16中示出了一种较佳的方法。如图15所示，在波纹密封边的密封材料凝固之前，用一弧形或圆形的形成元件350压抵上游波纹密封边324，从而提供一种可快速而简便地形成一倾斜表面328的方法。形成工具350可以是一个沿上游波纹密封条滚轧的球体，或者是一个压到介质300上的圆形构件。如图16所示，在形成了凹陷之后，用一刀片360或其它切割工具在上游波纹密封条324处对介质300进行切割，从而形成两条具有倾斜的上游边缘330的过滤介质300。应该理解，在介质300的片材上可以涂敷多组加宽并交替的波纹密封边324和326。当波纹密封边324和326的密封材料凝固时，在波纹密封边324和326处对过滤介质300的片材进行切割，从而形成多个具有被压扁的上游边缘的过滤介质300的片材。

现请参见图14，其中示出了本发明之第四实施例的槽纹式过滤介质400。该槽纹式过滤介质400与其它的槽纹式过滤介质相类似，只是这个槽纹式过滤介质400具有一改型的上游边缘和波纹密封边构造，这将在下文中详细描述。如图14所示，槽纹式过滤介质400包括具有波峰和波谷的槽402，其中的槽腔420的上游端被封闭，而槽腔422的下游端被封闭。然而，与其它的具有在过滤介质的极上游表面处密封的交替的槽腔的槽纹式滤器不同，槽腔420包括从过滤介质400的上游边缘向内凹进并密封该槽腔的波纹密封边424。槽腔422具有位于下游端的波纹密封边426。

可以理解，过滤介质400的优越性能在于，在过滤介质的上游表面上可以积聚较大的颗粒1000。如图14所示，如果颗粒1000足够大，某些槽402就可能被完全堵塞。对已有技术的过滤介质而言，如果有若干个槽被堵塞，由于其相邻的槽在上游侧密封，堵塞物1000会有较大的影响，以致产生增加的绕过被堵塞的槽的流动变向。然而，如图14所示，当槽腔420在它们的上游侧424处密封并从上游边缘向内凹进时，相邻的下游封闭的槽腔422的一堵塞物1000可允许流体流入槽腔420的上游端，并通过密封物424上游的槽纹形片材或其它过滤材料。在这种方式下，流体流入槽腔422，并被迫通过过滤材料流回槽腔420，而槽腔420是向过滤器的下游侧敞开的。这样就可以减少堵塞，并提供较佳的流动性能，不会产生压力升高或其它对过滤器性能的不利影响。在一较佳实施例中，上游密封边424是从距离上游边缘大约1/4″至1″处向内凹进的。在这种方式下，槽纹材料仍能够自支承，并且能减小过滤介质400的上游表面处的堵塞的影响。

如图12所示，图中是以空气流的压力降将具有标准B尺寸槽的槽纹形过滤介质与也具有B尺寸槽的楔形槽过滤介质100作了比较。此外，还拿一标准A尺寸的槽纹形过滤介质与具有A尺寸槽的压扁型槽纹过滤介质300作了比较。应该理解，在这两种情况下，与具有相同过滤器体积和标称槽尺寸的标准槽纹式过滤器结构相比，这种过滤器两端的压力差降低了。

此外，如图13所示，当过滤介质收集了灰尘之后，标准B型槽的压力降比具有楔形过滤介质100的B型槽的压力降高得多。此外，与标准的A型槽相比，具有压扁前导边缘的过滤介质300的A型尺寸槽的初始压降明显地降低了。

应该理解，本发明提供了一种过滤介质，它具有垂直于流动方向的、用于拦截流体的较大的敞开面积。这样就可以减小流动阻力，提高效率。

然而，应该理解，虽然以上描述了本发明的很多特性和优点以及本发明的很多结构上的细节和功能，但是这些内容仅仅是为了说明，在本发明原理的范围内仍可以作出很多细节上的变化，特别是形状、尺寸和零部件的布置等，所有这些变化均应落入由所附权利要求书所涵盖的范围内。

Claims (11)

1.一种过滤结构，包括：

(a)过滤介质，它包括至少一个槽纹形过滤介质片材，该片材具有一上游边缘和一下游边缘；

(i)所述槽纹形过滤介质片材包括多个交替设置的圆形波峰和圆形波谷，从而形成：

(A)在槽纹形过滤介质片材一侧上的第一组相互间隔的槽；第一组槽中的每一个槽均具有大致在所述片材的上游边缘和下游边缘之间延伸的纵向延伸方向；以及

(B)在槽纹形过滤介质片材第二侧上的第二组相互间隔的槽；第二组槽中的每一个槽均具有大致在所述片材的上游边缘和下游边缘之间延伸的纵向延伸方向；

(ii)所述第一组槽中的每一个槽的宽度均沿着所述纵向延伸方向从靠近所述上游边缘的位置向靠近所述下游边缘的位置逐渐变细；以及

(iii)所述第二组槽中的每一个槽的宽度均沿着所述纵向延伸方向从靠近所述下游边缘的位置向靠近所述上游边缘的位置逐渐变细；以及

(b)所述至少一个槽纹形过滤介质片材是由这样的介质构成的，即，该介质通过在一对具有多个楔形齿的槽纹辊之间通过而变得槽纹化；成对槽纹辊中的第一槽纹辊的齿的倾斜方向与成对槽纹辊中的第二槽纹辊的齿的倾斜方向相反；

(c)邻近于所述至少一个槽纹形过滤介质片材的至少一个非槽纹形过滤介质；以及

(d)将所述至少一个非槽纹形过滤介质片材固定于所述至少一个槽纹形过滤介质片材的第一波纹密封边。

2.如权利要求1所述的过滤结构，其特征在于：过滤元件包括至少一个槽纹形过滤介质片材，该片材固定于至少一个非槽纹形介质，并且被卷绕成卷绕结构。

3.如权利要求1所述的过滤结构，其特征在于：

所述第一组槽中的每一个槽在靠近其下游边缘的位置上相对于从中流出的未被过滤的物质而言是封闭的；以及

所述第二组槽中的每一个槽在靠近其上游边缘的位置上相对于要流入其中的未被过滤的物质而言是封闭的。

4.如权利要求3所述的过滤结构，其特征在于：

所述第一组槽中的每一个槽是由靠近其下游边缘位置的所述第一波纹密封边来密封的；以及

所述第二组槽中的每一个槽是由靠近所述上游边缘位置的一第二波纹密封边来密封的。

5.如权利要求1所述的过滤结构，其特征在于：所述第二组槽中的每一个槽是在靠近所述过滤介质的一个选定边缘处被压扁而封闭的。

6.如权利要求5所述的过滤结构，其特征在于：所述选定边缘是所述上游边缘。

7.如权利要求1所述的过滤结构，其特征在于：

(a)所述过滤介质包括一叠槽纹形片材，每一片材均位于两个平的介质片材之间；

(i)所述成叠槽纹形片材中的每一个槽纹形片材包括交替设置的波峰和波谷，从而形成：

(A)设置在槽纹形过滤介质一侧上的第一组槽；以及

(B)设置在槽纹形过滤介质第二侧上的第二组槽；

(ii)所述第一组槽中的每一个槽的宽度均沿着一纵向延伸方向从靠近所述上游边缘的位置向靠近所述下游边缘的位置逐渐变细；以及

(iii)所述第二组槽中的每一个槽的宽度均沿着一纵向延伸方向从靠近所述下游边缘的位置向靠近所述上游边缘的位置逐渐变细。

8.如权利要求7所述的过滤结构，其特征在于：

所述第一组槽中的每一个槽在靠近其下游边缘的位置上相对于从中流出的未被过滤的物质而言是封闭的；以及

所述第二组槽中的每一个槽在靠近其上游边缘的位置上相对于要流入其中的未被过滤的物质而言是封闭的。

9.如权利要求7所述的过滤结构，其特征在于：

所述第一组槽中的每一个槽是由靠近其下游边缘位置的所述第一波纹密封边来密封的；以及

所述第二组槽中的每一个槽是由靠近所述上游边缘位置的一第二波纹密封边来密封的。

10.如权利要求7所述的过滤结构，其特征在于：所述第二组槽中的每一个槽是在靠近所述过滤介质的一个选定边缘处被压扁而封闭的。

11.如权利要求10所述的过滤结构，其特征在于，所述选定边缘是所述上游边缘。