專利名稱：過濾裝置及其維護方法和安裝方法
技術領域：
本發明揭示一用來過濾諸如氣體或液體之類的流體的過濾結構，具體地
說，本發明涉及一具有手柄的過濾部件。
背景技術：
直流過濾部件己被用于對流過其中的流體進行凈化的系統中。直流過濾 部件一般具有一入口面以及一相對于該入口面設置的出口面。如此，流體在進入 過濾部件的入口面時沿某一方向流動，并在其流出出口面時具有相同的流動方向。 直流過濾部件一般會被安裝在某些類型的管道或套管內。在使用過一段時間后， 過濾部件需要維護、即清洗或完全更換掉。如果維修過濾部件是困難的或不便的， 使用者可能會耽誤維修，這就會造成正在被過濾的任何系統的損壞。所以需要改 進直流過濾部件。
發明內容
本發明的一個方面描述一過濾裝置，包括(a) —具有彼此相對的第一
端和第二端的過濾部件；所述過濾部件包括至少一瓦楞過濾介質層；以及至少 一靠近于所述至少一瓦楞介質的非瓦楞介質層；(i)所述至少一瓦楞過濾介質層 和所述至少一非瓦楞介質層彼此相連并具有一巻繞結構；(ii)所述至少一瓦楞過 濾介質層包括交替出現的波峰和波谷以形成多條波紋；(A)各所述波紋具有靠近 于所述過濾部件第一端的第一端部，以及靠近于所述過濾部件第二端的第二端部； (B)某些所述波紋在所述第一端部開口并在第二端部被密封；和(C)某些所述波紋 在所述第一端部被密封并在第二端部開口 (iii)所述巻繞結構由至少一層瓦楞 過濾介質和至少一層圍繞所述芯部構件的非瓦楞過濾介質構成；(iv)所述芯部構 件包括一細長的非圓形結構；(b)從所述過濾部件的所述第一端沿軸向凸出的一 手柄部件，以操縱控制所述過濾部件；其特征在于，(i)所述手柄部件固定到所 述芯部構件上。根據本發明另一方面， 一用來維護上述過濾裝置的方法包括(a)提供 一具有安裝在管道內的過濾部件的系統，其中，所述過濾部件包括相對的上游
端和下游端；所述過濾部件具有多條波紋，各所述波紋具有一靠近于過濾部件上 游端的第一端部，以及靠近于過濾部件下游端的第二端部；某些波紋在所述第一 端部開口并在所述第二端部封閉；而某些波紋在所述第一端部封閉并在所述第二 端部開口； (b)握住固定于所述過濾部件上的手柄部件；以及(c)拉動手柄部件 以將所述過濾部件從系統的管道中移出。根據本發明再一方面， 一用來安裝上述過濾裝置的方法包括(a)提供 一帶管道的系統；(b)提供一包括相對的下游端和上游端的過濾部件；多條波 紋，各所述波紋具有靠近于過濾部件上游端的第一端部以及靠近于過濾部件下游端 的第二端部；某些波紋在所述第一端部開口并在所述第二端部封閉；而某些波紋在 所述第一端部封閉并在所述第二端部開口； (C)握住固定于所述過濾部件上的手 柄部件；以及(d)用手柄部件將過濾部件定位在系統的管道中。
圖1是按照本發明構思的過濾部件的一實施例的立體圖；
圖2是按照本發明構思的圖1中所描述的過濾部件中的一部分過濾介 質的示意立體圖；圖3是按照本發明構思的、圖1中所描述的過濾部件的主視圖；
圖4是按照本發明構思機安裝在圖1中過濾部件上的密封部件的又
一實施例的局部放大主視圖；圖5是按照本發明構思的過濾部件的第二實施例的立體圖；圖6是按照本發明構思的、采用圖1和圖3-5的過濾部件的系統的示意圖。
具體實施方式
A圖1-5參見圖1，圖1是過濾組件或過濾部件10的一實施例的立體圖。較佳地， 過濾部件10包括過濾介質12、 一手柄部件14以及一密封系統16。過濾介質12被設 計成可將微粒從流過過濾介質12的流體(諸如空氣)中去除。手柄部件14較 佳地構造成能夠方便地操縱和搬動過濾部件IO,尤其是在維修和換下時。密封系 統16被設計成有助于在過濾介質12和管道內壁之間產生密封。仍舊參照圖1，過濾部件10被設計成可允許直流。"直流"這個術語的意思 是流體直接流過過濾部件io，在入口面處流入并在一相對于入口面設置的出口面
處流出，其中，流體進入入口面的方向與其流出出口面的方向是一致的。例如，
過濾部件10界定一第一端20和一相對設置的第二端22。在某些結構中，第一端20 與上游面或上游端對應，而第二端22與下游面或下游端對應。在其它一些結構中， 第一端20可以是下游端而第二端22可以是上游端。直流允許氣體流入第一端20并 流出第二端22，由此流入第一端20的氣流方向與流出第二端的氣流方向相同，直 流模式可減少氣流中的端流量。現參見圖2，圖2是示出用于此過濾結構的某一較佳介質的工作構思的示 意立體圖。在圖2中，波紋結構總的表示為122。波紋結構122較佳地包括具 有多條波紋124的瓦楞層123以及面層132。圖2實施例示出面層132的兩部分，即 132A部分(圖中所示在瓦楞層123的頂部)以及132B部分(圖中所示在瓦楞層123 的底部)。通常地，用于此處所述結構的較佳介質結構125包括固定于底面層132B 的瓦楞層123。當采用巻繞結構的這種介質結構125時，它本身一般會巻起，即底 面層132B會覆蓋瓦楞層123頂部。覆蓋瓦楞層頂部的面層132由132A標出。應該知 道面層132A和132B就是同一面層132。當使用這類介質結構125時，波紋腔124較佳地形成交替的波峰126和波谷 128。波峰126和波谷128將波紋分成上排和下排。在如圖2所示的具體結構中，上 排波紋構成于下游端封閉的波紋腔136，而下排波紋構成于上游端封閉的波紋腔 134。波紋腔134由第一密封邊138封閉，該第一密封邊138在波紋板130和第二面層 132B之間填充波紋上游端一部分。類似地，第二密封邊140使交替的波紋腔136的 下游端封閉。在某些系統中，第一密封邊138和第二密封邊140沿介質結構125的所 有部分都是直的，且始終不偏離一直線路徑。在某些系統中，第一密封邊138既是 直的且始終不偏離介質結構125的端部之一或在其附近的一位置，同時第二密封邊 140既沿直線延伸又從不偏離介質結構125的一個端部或在其附近的一位置。當采用以介質結構125的形式形成的介質時，在使用過程中，諸如空氣之 類的未過濾的流體(陰影箭頭144所示)流入波紋腔136。波紋腔136具有開口的諸 上游端(第一端部)146。由于其下游端148由第二密封邊140封閉，未過濾的流體 無法通過波紋腔136的下游端(第二端部)148。因此，流體被迫流過波紋板130 或面層132。當未經過濾的流體流過波紋板130或面層132時，流體被凈化或過濾。 被凈化后的流體由空心箭頭150表示。然后流體通過諸波紋腔134(其上游端(第
一端部)151封閉)流過開口的諸下游端(第二端部)并流出波紋結構122。籍由 所示結構，未過濾的流體可流過波紋板130、上面層132A或下面層132B并流入波 紋腔134。—般，可預備介質結構125，然后將其巻曲起來以形成過濾介質的巻繞結 構。當選用這類介質時，所預備的介質結構125包括用密封邊138固定于下面層132B 上(如圖2所示，不固定于上面層132A)的瓦楞層123。在這些類型結構中，介質 結構125包括在一端的一導邊以及在其相對端的一隨邊，其頂部側邊和底部側邊在 導邊和隨邊之間延伸。術語"導邊"表示最先發生彎曲或巻繞的都是該邊緣，由此， 它處在巻繞結構的中心或芯部構件位置上或其附近。"隨邊"是在彎曲或巻繞過程完 成后，位于巻繞結構外側的邊緣。導邊和隨邊應在面層巻攏成巻之前密封在這些類型的介質結構中的瓦 楞、層123和下面層132B之間。雖然可行的方法很多，在一給定的方法中，導邊的 密封如下形成(a)將瓦楞層123和下面層132B沿一從頂部側邊緣沿在波峰的最 高點(或頂點)形成一波峰126的波紋124向底部側邊緣延伸的(或從底部側邊緣 向頂部側邊緣延伸)直線或路徑切斷或割裂；(b)沿所切割的直線或路徑在下面層 132B和瓦楞層123之間施加密封劑。隨邊處密封的形成與導邊處密封的形成方法相 似。盡管可使用多種不同類型的密封劑以形成這些密封， 一種可用的材料是不發 泡的密封劑，這種密封劑可從明尼蘇達州保爾街的H.B.福勒處購得，其牌號為 HL0842。當使用介質結構125時，可能需要系統設計員將結構125巻繞成過濾裝置 的巻繞結構，例如圖I中的過濾部件IO。可采用多種方法盤巻或巻繞介質。例如， 介質結構125可繞一芯部構件30或其它部件巻繞以提供一用于巻繞的安裝部件。在構造過濾部件10時，通常將一諸如圖2所示的過濾介質122的單個面過 濾介質以盤巻或盤旋形的形式巻繞在芯部構件30 (圖1)周圍。在所示實施例中， 芯部構件30是非圓形的、細長的部件。在其它實施例中，芯部構件30也可以是圓 形的或非細長的，例如正方形或其它形狀。當制造過濾部件10時，介質層122牢固 地結合于芯部構件30，以將任何氣流阻隔在芯部構件30和介質122的第一盤巻層或 盤旋層之間。在較佳的裝置中，芯部構件30延伸過第一端20和第二端22之間的整個軸 向長度。如下面將要進一步解釋的那樣，在某些較佳實施例中，芯部構件30包括
延伸或軸向凸出于第一端20或在其上方的部分，以與手柄部件14協同工作。當使用諸如過濾部件10之類的巻繞結構時，系統設計者將要確保部件IO 的外圈緣封閉或閉鎖在位以防止過濾部件10的展開。實現這個目的有多種方法。 在某些場合中，外圈緣由圈緣層裹住。圈緣層可以是無滲透的粘性材料，諸如在 一側面上涂有粘合劑的塑料。當使用這類圈緣層時，圈緣層可防止過濾結構10展 開并防止流體通過過濾結構10的外圈緣，從而保持(流體)直流地流過過濾結構 10。在某些場合中，過濾部件10通過用粘合劑或密封劑沿一直線160 (圖l) 將介質結構125的隨邊密封以將隨邊固定在過濾部件10的外表面上，從而固定成巻 繞結構。例如，可沿直線160施加一熱熔粘接帶。參見圖1，在這里注意到過濾部件10的橫截面形狀是非圓形的。雖然過 濾部件10的橫截面也可以是圓形的，但考慮到安裝過濾部件10的容積的幾何形狀， 非圓形橫截面更利于某些場合的應用。這種橫截面可允許在一小容積內經濟地塞 入相對較大量的介質。在某些較佳結構中，過濾部件10的橫截面結構是正圓形。 在圖l所示較佳實施例中，過濾部件10界定一跑道形的橫截面。"跑道形的橫截面" 表示過濾部件10界定一半圓端40和一與之相對的半圓端42。兩半圓端40、 42 由一對直線部分44 、 46結合在一起。在較佳結構中，過濾部件10包括固定于過濾部件10的手柄部件。手柄部 件14較佳地構造和設置成可適應一由手部作用的握住力。這可使過濾部件10的操 作和搬動變得方便，特別是在維護和調換時。在較佳的系統中，手柄部件14被固定于部件IO上，以使施加于手柄部件 14的拉力可轉化為施加于過濾部件10上的拉力。在多數較佳的系統中，手柄部件 14將固定于芯部構件30。這樣，介質12各部分就無需為容納手柄部件14而設有障 礙體或其它連接件。手柄部件14可用多種方法固定于芯部構件30。例如，手柄部件14可通過 粘合、由螺釘之類的機械連接件固定或用一系鏈機構栓住而固定。另外，手柄部 件14還可包括一長桿，該長桿可由鉸鏈或機械連接件可樞轉地安裝至芯部構件30 上。參照圖1，在較佳實施例中所示的手柄部件14與芯部構件30結合為一體。 另外，在圖l所示較佳實施例中，手柄部件14與芯部構件30—起模制成為一單件。
該單體模制使其制造和組裝變得有利和方便。手柄部件14較佳地包括由芯部構件30構成并完全貫穿芯部構件30的開孔 50。在某些較佳的裝置中，開孔50僅包括一穿透芯部構件30的單個開孔。在圖1所 示實施例中，開孔50包括一單個狹長槽58。該槽58的尺寸較佳地設計成大小可容 納使用者的手部，如常人的三至四根手指。使用者可將手指插入槽58，抓住手柄 部件14的部分62，然后操作過濾部件IO。參照圖5，在某些實施例中，手柄部件14具有一個以上的開孔70。在圖5 所示實施例中僅有三個開孔72、 74和76。在其它實施例中僅有兩個開孔或四個開 孔。各開孔72、 74、 76呈圓形。各開孔具有的直徑較佳地足夠大以容納幾根手指 以及戴著手套的幾根手指。現參照圖3，在圖3中示出一密封系統16的側視圖。密封系統16—般包 括固定于過濾部件10外圈緣的一密封件或密封墊90。在一些實施例中，密封件90 可以是一構成一圓形橫截面的密封件。在圖3所示實施例中，密封件90界定一L 形截面。特別是， 一鑲邊92圍住過濾部件10并包含一基本平行于過濾部件10側壁 的表面。這里還有一從鑲邊92伸出或凸出的凸緣94。當插入管道中時，凸緣94 一 般向鑲邊92偏轉或傾斜以有助于產生一唇狀密封或軸向式密封。圖4示出密封件90的另一實施例。在圖4中，鑲邊96被定位在凸緣98下方。 在該實施例中，當過濾部件10被安裝至管道中時，凸緣98離開鑲邊96并朝向過濾 部件10的第一端20彎曲或偏轉。過濾部件10的另一形式揭示在同一天申請的、已一并轉讓的、名稱為"帶 手柄的過濾部件"的第29/101,304號美國待批專利申請中。
B.系統實例，圖6參見圖6，圖6例示了一可使用過濾部件10的系統100。該系統100包括一 裝置104，例如一諸如車間抽真空器或其它類似裝置的空氣凈化器。裝置104 —般 具有驅動一風扇的電機106借此產生真空。過濾部件10可連同在過濾部件10和管道 110間產生密封112的密封件90—起裝入管道110中。 一例典型的系統在同一天申請 的、已一并轉讓的、名稱為"空氣過濾裝置和方法"的、第09/251， 022號美國待批 專利申請中已有描述，該申請包含于此作為參考。在操作中，如富含顆粒的空氣的氣體如箭頭114所示被吸入裝置104。然 后氣體被抽過過濾部件IO,顆粒物質被清除。然后潔凈的空氣或氣體通過一出口從裝置104中排出，如箭頭116所示。在某些系統中，該裝置104較佳地還包括一位 于過濾部件10上游端的諸如篩或濾網的選用過濾器118以從進入其中的氣體內的 大尺寸雜質或碎屑去除。在使用一段時間后，過濾部件10需要維護。例如，當過濾部件10被阻塞 并對進入系統100的流量產生較大的限制時，必須調換過濾部件IO。這可以通過進 入裝置104的內部來實現。隨即，使用者可用手握住手柄部件14。例如，使用者的 手指將穿過由芯部構件30所構成的開孔50。然后使用者對手柄部件14施加拉力， 此力將轉化成作用于過濾部件10的拉力。當拉動過濾部件10時，在管道110和過濾 部件之間的密封112被打破。然后將過濾部件10從裝置104中移走。可對過濾部件 IO進行清洗并將其放回原處，或將其拋棄并換上一新的第二過濾部件。為清洗過 濾部件IO，可將過濾部件放置成具有開口的上游端的波紋朝下。使用者可輕拍部 件的下游端以將所積聚在這些波紋內的雜質、灰塵或碎屑倒出。因打開密封112 和從管道110內移出過濾部件10所需的拉力很小，所以用手完全可以操作。例如， 所需要的拉力不超過50磅(220牛頓)， 一般低于30磅(130牛頓)，在某些結構 中僅需15磅(67牛頓)。然后可將過濾部件10重新裝入裝置104內。這通過握住手柄部件14并將過 濾部件10插入管道110而完成。將過濾部件10插入直至在管道110和過濾部件10之 間產生密封112。使用者可放開或松開手柄部件14并關閉通向裝置104的進口。 C.材料示例以下部分提供可用于本文所描述的裝置和結構的某些材料示例，當然也 可使用其它材料。過濾介質12可以是具有下列特性的纖維介質凈重大約52磅/3000平 方英尺(84.7克/平方米)；厚度大約0.010英寸(0.25mm);大約22英尺/分 鐘(6.7米/分鐘)的弗雷澤織物透氣性；約62微米的孔徑；大約8.5磅/英 寸(15牛頓/厘米)的濕抗拉強度；大約23磅/平方英寸(159千帕)的濕加工斷 裂強度。該纖維介質可用細纖度纖維處理而成，例如直徑為5微米或更細的纖維， 而且在某些場合中可以是亞微米級的。將細纖度纖維用于介質的方法有許多種。 這些方法被描述在諸如第5423892號美國專利中的第32欄、第48-60行。這些 方法在第3878014、第3676242、第3841953號美國專利中有更具體的描述，援 引于此作為參考。另一種方案是一商業秘密的手段，包括置于傳統介質之上的細纖度聚合纖維網(唐納森公司的商業秘密，牌號為ULTRAWEB)。關于過濾部件 的結構和手柄的操作，對下面這些因素；細纖纖維是如何制成的；以及施加細纖 度纖維的具體方法并沒有什么特別的講究。盡可能使用足夠細的纖維直到所產生 的介質結構具有下列性質；使用SAE細塵、按照SAE J726C標準測試出平均95 % 的初始效率，(且沒有單次測試低于90% );以及按照SAEJ726C標準測試出的平均 99.98%的總體效率。芯部構件30可由一種可提供結構整體性和不會發生蠕變的材料制成。在 較佳的裝置中，芯部構件30由一非金屬材料制成，這種材料對環境無污染，且可 再回收或易于燒成灰燼。包括手柄部件14的芯部構件30可由大多數塑料材料制成， 例如聚丙烯、ABS。另外，芯部構件30也可由硬紙板構成。密封件90可由一種軟性的、可壓縮的材料制成。例如，密封件90可由 具有大約2-10磅/立方英尺(32-160千克/米3)密度的聚亞腔酯制成。
D尺寸大小示例下面部分提供多種示例性的結構和尺寸。根據具體應用場合的不同也可 采用其它結構和尺寸。過濾部件10具有一正圓形或跑道形的橫截面。相對的直線部分44、 46 之間的寬度可在2-10英寸(5.1-25厘米)的范圍內，有一例為5英寸(13厘米) 左右。相對設置的半圓端40、 42之間的長度可在5-30英寸(13-76厘米)的范 圍內變動，如15至25英寸(38-64厘米)，在一例子中大約為18英寸(46厘 米)。第一端20和第二端22之間的高度可以在2至30英寸(5.1-76厘米)的范圍內 變化，如5至15英寸(13-38厘米)，在一例子中約為8-12英寸(20-30厘米)。 過濾部件可提供至少30平方英尺(2.8平方米)的介質表面積，一般為50-150英 尺(4.6-14平方米)，例如70-100平方英尺(6.5-9.3平方米)。手柄部件14高出第一端20的距離在0.5至5英寸(1.3-13厘米)之間，例 如0.75至2英寸(1.9-5.1厘米)之間，在一例子中大約為1英寸(2.5厘米)。槽58可界定一2-20平方英寸(13-130cm2)之間的開口面積，例如在3-8 平方英寸(19-52cm2)之間，在一例子中大約為4平方英寸(26cm2)。各開孔74,76,78具有在0.75-3英寸(1.9-7.6cm)之間的直徑，例如約變 l英寸(2.5cm)。雖然上面的說明、示例和數據詳細描述了本發明裝置的制造和使用。然
而，本發明還可以有許多實施例。
權利要求
1.一種過濾裝置，包括(a)具有相對的第一端(20)和第二端(22)的過濾部件(10)；所述過濾部件包括至少一層瓦楞過濾介質(123)；以及靠近于所述至少一層瓦楞介質的至少一層非瓦楞介質(132) 所述過濾部件具有芯部構件(30)；(i)所述至少一層瓦楞過濾介質和所述至少一層非瓦楞介質彼此相連并具有一卷繞結構；(ii)所述至少一層瓦楞過濾介質包括交替出現的波峰(126)和波谷(128)，以形成多條波紋(124)(A)各所述波紋具有靠近所述過濾部件第一端的第一端部，和靠近所述過濾部件第二端的第二端部；(B)某些所述波紋在所述第一端部開口并在第二端部被密封；和(C)某些所述波紋在所述第一端部被密封并在第二端部開口；(iii)所述卷繞結構包括至少一層瓦楞過濾介質和至少一層非瓦楞過濾介質圍繞所述芯部構件的卷繞；(iv)所述芯部構件包括細長的非圓形結構；和，(b)手柄部件(14)固定至所述過濾部件，被構造和設置以適應由人手部分施加的握住力；(i)所述手柄部件通過粘合，或機械連接件，或栓系，或通過鉸鏈，或與芯部構件結合為一體固定至所述芯部構件。
2. 根據權利要求1所述的過濾裝置，其中 (a)所述手柄部件和芯部構件模制成一單件。
3. 根據權利要求2所述的過濾裝置，其中(a)所述手柄部件包括由芯部構件構成的開孔(50)。
4. 根據權利要求3所述的過濾裝置，其中(a)所述手柄部件包括完全貫穿芯部構件的開孔(50)。
5. 根據權利要求4所述的過濾裝置，其中 (a)所述開孔(50)包括單個狹長槽(58)。
6.根據權利要求1所述的過濾裝置，其中-(a)所述過濾部件(10)具有一截面，包括一對半圓端(40, 42)由一對直 線部分(44， 46)結合在一起；所述過濾部件截面由所述至少一層瓦楞過濾介質 和所述至少一層非瓦楞介質圍繞所述細長的非圓形芯部構件而形成。
7. 根據權利要求1所述的過濾裝置，其中 (a)所述過濾部件(10)具有非圓形橫截面。
8. 根據權利要求1所述的過濾裝置，其中(a)所述過濾部件包括固定于所述過濾部件外圈緣的密封件(90)。
9. 根據權利要求8所述的過濾裝置，其中 (a)所述密封件形成圓形橫截面。
10. 根據權利要求8所述的過濾裝置，其中 (a)所述密封件限定L形截面。
全文摘要
一過濾裝置，包括一被設計成可用于直流的過濾部件和一固定于過濾部件上的手柄部件。過濾部件一般具有多個波紋，其某些所選波紋在上游部分開口并在下游部分封閉，而某些所選波紋在上游部分封閉并在下游部分開口。在一實施例中，手柄部件被固定到芯部構件上。在某些實施例中，手柄部件和芯部構件是單件模制結構。手柄部件可包括諸如一狹長槽的一個開孔或多個開孔。用來維護一具有直流過濾部件的系統的方法包括握住固定于過濾部件的手柄上，并拉動手柄以將過濾部件從系統中移出。
文檔編號B01D46/10GK101347696SQ20081013527
公開日2009年1月21日 申請日期2000年2月23日 優先權日1999年2月26日
發明者J·C·托卡 申請人:唐納森公司