Блок фильтрующего материала с рифленым и облицовочным листами, имеющий выступы - RU2678678C2
Код документа: RU2678678C2
Чертежи
Описание
Настоящая заявка подана в качестве РСТ международной заявки на патент 7 января 2015 г. от имени Donaldson Company, Inc., национальной корпорации США, заявителя для всех стран, и Scott М. Brown, гражданина США, заявителя и автора изобретения для всех указанных стран, и испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США №61/924696, поданной 7 января 2014 г., и предварительной заявки на патент США №62/077891, поданной 10 ноября 2014 г., содержание которых полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к блокам фильтрующего материала, которые могут использоваться для образования фильтрующих элементов. Изобретение дополнительно относится к фильтрующим элементам и фильтрующему материалу.
Предпосылки создания изобретения
Струи текучей среды, такие как воздушные струи, часто переносят загрязняющий материал. Во многих случаях желательно отфильтровывать некоторые или все загрязняющие материалы от струй текучей среды. Например, загрязнители в виде твердых частиц могут переноситься воздушными струями в двигатели внутреннего сгорания моторизованных транспортных средств или оборудования для выработки электроэнергии. Для таких систем предпочтительно, чтобы выбранный загрязняющий материал, такой как загрязнители в виде твердых частиц, был удален из воздушной струи (или уровень его содержания в воздушной струе был уменьшен).
Различные конструкции фильтров были разработаны для уменьшения загрязнения. Тем не менее, в общем продолжаются поиски улучшений.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение относится к блоку фильтрующего материала, содержащему множество слоев материала, включающих рифленые листы и облицовочные листы, а также к блокам фильтрующего материала, фильтрующим элементам и фильтрующему материалу. В некоторых вариантах осуществления множество рифлей проходит между рифлеными листами и облицовочными листами, при этом первая часть множества рифлей закрыта для прохождения нефильтрованного воздуха в первую часть множества рифлей, и вторая часть множества рифлей закрыта для выхода нефильтрованного воздуха из второй части множества рифлей. Воздух, входящий в одну поверхность блока материала и выходящий из другой поверхности, проходит сквозь материал для обеспечения фильтрации воздуха. В определенных вариантах осуществления рифленый лист содержит множество выступов, при этом по меньшей мере часть выступов соприкасается с облицовочным листом. В других определенных вариантах осуществления облицовочный лист содержит множество выступов, при этом по меньшей мере часть выступов соприкасается с рифленым листом. Следует понимать, что в некоторых реализациях другие части рифлей являются закупоренными, так что закрытие рифлей может происходить на любом конце рифлей или во внутренних областях рифлей (например, на полпути от концов рифлей).
Блок фильтрующего материала может включать в себя выступы, обладающие высотой, например, от 0,2 до 3 миллиметров. В некоторых вариантах осуществления выступы имеют высоту в 0,4-24 раза больше толщины материала, образующего рифленый лист. В одном из вариантов осуществления выступы имеют высоту, которая менее, чем в 3 раза больше толщины материала, образующего рифленый лист. В определенных реализациях выступы имеют высоту по меньшей мере в 2 раза больше толщины материала, образующего рифленый лист. Необязательно выступы составляют от 10 до 90 процентов высоты рифлей в рифленом листе. Таким образом, высота выступов может добавить, например от 10 до 90 процентов к высоте рифлей за исключением выступов. В некоторых вариантах осуществления выступы составляют менее 30 процентов высоты рифлей в рифленом листе. Выступы могут составлять, например, по меньшей мере 15 процентов высоты рифлей в рифленом листе. Выступы составляют от 1 до 20 процентов ширины рифлей в рифленом листе в примерных реализациях. В определенных вариантах осуществления выступы составляют менее 10 процентов ширины рифлей в рифленом листе. Выступы могут составлять, например, по меньшей мере 5 процентов ширины рифлей в рифленом листе.
Выступы между первой поверхностью блока фильтрующего материала и второй поверхностью блока фильтрующего материала могут иметь равную высоту в некоторых вариантах осуществления, но иметь разную высоту в других вариантах осуществления. Выступы между первой поверхностью блока фильтрующего материала и второй поверхностью блока фильтрующего материала могут иметь постепенно уменьшающуюся высоту относительно друг друга.
Блок фильтрующего материала может использоваться для фильтрации текучей среды, представляющей собой газообразное или жидкое вещество. Примерным газообразным веществом, которое может быть отфильтровано с помощью фильтрующего материала, является воздух, и примерные жидкие вещества, которые могут быть отфильтрованы с помощью фильтрующего материала, включают в себя воду, масло, топливо и гидравлическую жидкость. Блок фильтрующего материала может использоваться для отделения или удаления по меньшей мере части компонента от фильтруемой текучей среды.
Компонент может представлять собой загрязнитель или другой материал, который необходимо удалить или отделить. Примерные загрязнители и материалы, которые необходимо удалить, включают в себя материалы, характеризуемые как твердые вещества, жидкости, газы, или их комбинации. Загрязнители и материалы, которые необходимо удалить, могут включать в себя дисперсные вещества, недисперсные вещества или их смесь. Материалы, которые необходимо удалить, могут включать в себя химические соединения, которые могут улавливаться фильтрующим материалом. В определенных реализациях поверхность фильтрующего материала может удалять загрязнители, не пропуская текучие среды (жидкости или газы) сквозь фильтрующий материал, в этом случае рифли могут быть открыты вдоль своей длины, а не закрыты. Следует понимать, что упоминание об удалении компонентов и загрязнителей подразумевает полное удаление или отделение, или частичное удаление или отделение.
Выступы могут быть образованы, например, роликом или другим устройством, содержащим возвышенности и углубления, соответствующие рифлям и выступам, при этом углубления ориентированы параллельно рифлям.
Это краткое изложение является обзором некоторых идей настоящей заявки и не должно расцениваться как исключительная или исчерпывающая трактовка предмета изобретения. Дополнительные подробности можно найти в подробном описании и прилагаемой формуле изобретения. Другие аспекты будут очевидны специалистам в данной области после прочтения и понимания следующего подробного описания и рассмотрения графических материалов, составляющих его часть, каждое из которых не должно восприниматься в ограничивающем смысле. Объем настоящего изобретения ограничен прилагаемой формулой изобретения и ее юридическими эквивалентами.
Краткое описание фигур
Изобретение можно понять в более полном объеме в сочетании со следующими графическими материалами, на которых:
Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе листа рифленого фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе листа рифленого фильтрующего материала и листа облицовочного материала, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 3 представляет собой вид спереди листа рифленого фильтрующего материала и листа облицовочного материала, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 4 представляет собой вид спереди множества листов рифленого и облицовочного материала, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 5 представляет собой вид спереди листа рифленого фильтрующего материала и листа облицовочного материала, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 6 представляет собой вид спереди множества листов рифленого и облицовочного материала, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 7 представляет собой увеличенный вид спереди листа рифленого материала и облицовочного материала, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения, демонстрирующий размеры примерных рифлей.
Фиг. 8 представляет собой увеличенный вид в перспективе листа рифленого материала и облицовочного материала, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения, демонстрирующий размеры примерных выступов на рифлях.
Фиг. 9 представляет собой вид в перспективе листа рифленого фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения, демонстрирующий переменный интервал выступов на рифленом фильтрующем материале.
Фиг. 10 представляет собой вид спереди листа рифленого фильтрующего материала и листа облицовочного материала, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения, изображенному на фиг. 9.
Фиг. 11 представляет собой вид в перспективе листа рифленого фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 12 представляет собой вид спереди листа рифленого фильтрующего материала и листа облицовочного материала, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения, изображенному на фиг. 11.
Фиг. 13 представляет собой вид в перспективе листа рифленого фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения, изображающий одинарные выступы на листе рифленого материала.
Фиг. 14 представляет собой вид спереди листа рифленого фильтрующего материала и листа облицовочного материала, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения, изображенному на фиг. 13.
Фиг. 15 представляет собой вид в перспективе листа рифленого фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 16 представляет собой вид спереди листа рифленого фильтрующего материала и листа облицовочного материала, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения, изображенному на фиг. 15.
Фиг. 17 представляет собой вид в перспективе листа рифленого фильтрующего материала и листа облицовочного материала, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 18 представляет собой вид в перспективе фильтрующего элемента, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 19 является графическим представлением соотношений площади канала и высоты выступов фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно первому примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 20 является графическим представлением длин рифленого и плоского листов фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно первому примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 21 является графическим представлением высот выступов, расположенных выше по потоку и ниже по потоку, фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно первому примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 22 является графическим представлением соотношений площади канала и высоты выступов фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно второму примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 23 является графическим представлением длин рифленого и плоского листов фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно второму примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 24 является графическим представлением высот выступов, расположенных выше по потоку и ниже по потоку, фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно второму примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 25 является графическим представлением соотношений площади канала и высоты выступов фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно третьему примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 26 является графическим представлением длин рифленого и плоского листов фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно третьему примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 27 является графическим представлением соотношений площади канала и высоты выступов фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно четвертому примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 28 является графическим представлением длин рифленого и плоского листов фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно четвертому примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 29 является графическим представлением высот выступов, расположенных выше по потоку и ниже по потоку, фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно четвертому примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 30 является графическим представлением соотношений площади канала и высоты выступов фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно пятому примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 31 является графическим представлением длин рифленого и плоского листов фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно пятому примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 32 является графическим представлением высот выступов, расположенных выше по потоку и ниже по потоку, фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно пятому примерному варианту осуществления изобретения.
Хотя изобретение может иметь различные модификации и альтернативные формы, его характерные особенности были изображены на примерах и графических материалах и будут подробно описаны. Тем не менее, следует понимать, что изобретение не ограничено конкретными описанными вариантами осуществления. Напротив, предполагается, что изобретение охватывает модификации, эквиваленты и альтернативы, находящиеся в пределах идеи и объема изобретения.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к блокам фильтрующего материала для текучей среды, таким как блоки фильтрующего материала для газа или жидкости, содержащим множество слоев материала, включая рифленые листы и облицовочные листы. Фильтруемая газообразная текучая среда может представлять собой, например, воздух. Множество рифлей проходят между рифлеными листами и облицовочными листами. В определенных реализациях первая часть множества рифлей закрыта для прохождения нефильтрованного воздуха в первую часть множества рифлей, и вторая часть множества рифлей закрыта для выхода нефильтрованного воздуха из второй части множества рифлей. Воздух, входящий в блок материала и выходящий из другой поверхности, проходит сквозь материал для обеспечения фильтрации воздуха. В определенных вариантах осуществления рифленый лист содержит множество выступов, при этом по меньшей мере часть выступов соприкасается с облицовочным листом. В других определенных вариантах осуществления облицовочный лист содержит множество выступов, при этом по меньшей мере часть выступов соприкасается с рифленым листом.
В определенных вариантах осуществления повторяющаяся последовательность рифлей содержит по меньшей мере один гребень, проходящий вдоль по меньшей мере части длины рифли между соседними вершинами. Гребень может содержать излом в кривизне рифли между соседними вершинами. Рифли часто также содержат центральную вершину. Часто выступы расположены по обеим сторонам этой вершины. В некоторых вариантах осуществления выступы расположены на самой вершине. В любой из этих двух конфигураций выступы выполнены с возможностью уменьшения экранирования между рифленым листом и облицовочным листом.
Экранирование может относиться к областям материала фильтра, обладающим ограниченным или уменьшенным движением текучей среды, например из-за закупорки или соприкосновения. Экранирование относится к областям, где два листа материала фильтра могут соприкасаться друг с другом и уменьшать движение текучей среды сквозь листы фильтрующего материала, тем самым уменьшая количество полезного материала фильтра.
Выступы обычно представляют собой небольшие выступы или другие удлиненные части, проходящие вверх из поверхности материала. В типичных вариантах осуществления большое количество выступов будет присутствовать на рифленом материале. Выступы, при рассмотрении сверху относительно поверхности материала, могут быть, например, круглыми, овальными, эллиптическими или многоугольными. Обычно выступы будут иметь изогнутые края с тем, чтобы свести к поверхности. Действительно, выступы могут располагаться лишь на одной стороне материала, либо на стороне, расположенной выше по потоку, либо на стороне, расположенной ниже по потоку.
Таким образом, в некоторых реализациях рифли содержат вершины, при этом вершины по существу не соприкасаются с облицовочным листом вдоль
всей длины рифлей, поскольку выступы удерживают рифли на расстоянии от облицовочных листов. В определенных аспектах блок фильтрующего материала включает в себя множество слоев одностороннего материала, включающих рифленый лист, облицовочный лист и множество рифлей, проходящих между рифленым листом и облицовочным листом. Первая часть множества рифлей закрыта для прохождения нефильтрованного воздуха в первую часть множества рифлей, и вторая часть множества рифлей закрыта для выхода нефильтрованного воздуха из второй части множества рифлей, так, что воздух, входящий в одну из первой поверхности или второй поверхности блока материала и выходящий из другой из первой поверхности или второй поверхности блока материала, проходит сквозь материал для обеспечения фильтрации текучей среды (такой как воздух). По меньшей мере один из рифлей содержит по меньшей мере одну область соприкосновения, при этом область соприкосновения содержит по меньшей мере один обособленный участок, проходящий от по меньшей мере одного из облицовочного листа и рифленого листа.
В определенных реализациях блок фильтрующего материала содержит множество слоев одностороннего материала, при этом слои одностороннего материала содержат рифленый лист, облицовочный лист и множество рифлей, проходящих между рифленым листом и облицовочным листом и имеющих длину рифли, проходящую от первой поверхности блока фильтрующего материала ко второй поверхности блока фильтрующего материала. Первая часть множества рифлей закрыта для прохождения нефильтрованного воздуха в первую часть множества рифлей, и вторая часть множества рифлей закрыта для выхода нефильтрованного воздуха из второй части множества рифлей, так, что воздух, входящий в одну из первой поверхности или второй поверхности блока материала и выходящий из другой из первой поверхности или второй поверхности блока материала, проходит сквозь материал для обеспечения фильтрации воздуха. В таких реализациях рифленый лист включает в себя повторяющиеся внутренние вершины, обращенные к облицовочному листу, и повторяющиеся наружные вершины, обращенные от облицовочного листа. Повторяющаяся последовательность рифлей содержит по меньшей мере один гребень, проходящий вдоль по меньшей мере части длины рифли между соседними вершинами. Множество обособленных выступов проходят от рифли и соприкасаются с облицовочным листом, при этом по меньшей мере один из множества выступов расположен между гребнем и вершиной рифли. Обособленные выступы проходят над областью материала, по существу не содержащей выступов.
В некоторых реализациях блок фильтрующего материала содержит множество слоев одностороннего материала, включающих рифленый лист, облицовочный лист и множество рифлей, проходящих между рифленым листом и облицовочным листом. Первая часть множества рифлей закрыта для прохождения нефильтрованного воздуха в первую часть множества рифлей, и вторая часть множества рифлей закрыта для выхода нефильтрованного воздуха из второй части множества рифлей, так, что воздух, входящий в одну из первой поверхности или второй поверхности блока материала и выходящий из другой из первой поверхности или второй поверхности блока материала, проходит сквозь материал для обеспечения фильтрации воздуха. Рифленый лист дополнительно содержит множество выступов, при этом выступы неравномерно распределены вдоль рифленого листа.
Блок фильтрующего материала может содержать множество слоев одностороннего материала, включающих рифленый лист, облицовочный лист и множество рифлей, проходящих между рифленым листом и облицовочным листом. Первая часть множества рифлей закрыта для прохождения нефильтрованного воздуха в первую часть множества рифлей, и вторая часть множества рифлей закрыта для выхода нефильтрованного воздуха из второй части множества рифлей, так, что воздух, входящий в одну из первой поверхности или второй поверхности блока материала и выходящий из другой из первой поверхности или второй поверхности блока материала, проходит сквозь материал для обеспечения фильтрации воздуха. Рифленый лист также включает в себя множество выступов, при этом выступы соприкасаются с облицовочным листом. Выступы по существу отсутствуют на частях рифленого листа, не соприкасающихся с облицовочным листом.
В некоторых вариантах осуществления блок фильтрующего материала содержит множество слоев одностороннего материала, включающих рифленый лист, облицовочный лист и множество рифлей, проходящих между рифленым листом и облицовочным листом. Первая часть множества рифлей закрыта для прохождения нефильтрованного воздуха в первую часть множества рифлей, и вторая часть множества рифлей закрыта для выхода нефильтрованного воздуха из второй части множества рифлей, так, что воздух, входящий в одну из первой поверхности или второй поверхности блока материала и выходящий из другой из первой поверхности или второй поверхности блока материала, проходит сквозь материал для обеспечения фильтрации воздуха. Рифленый лист содержит множество выступов, при этом выступы покрывают лишь часть рифленого листа.
Блок фильтрующего материала может включать в себя множество слоев одностороннего материала, включающих рифленый лист, облицовочный лист и множество рифлей, проходящих между рифленым листом и облицовочным листом. Первая часть множества рифлей закрыта для прохождения нефильтрованного воздуха в первую часть множества рифлей, и вторая часть множества рифлей закрыта для выхода нефильтрованного воздуха из второй части множества рифлей, так, что воздух, входящий в одну из первой поверхности или второй поверхности блока материала и выходящий из другой из первой поверхности или второй поверхности блока материала, проходит сквозь материал для обеспечения фильтрации воздуха. Рифленый лист содержит множество выступов, проходящих от остальной части рифленого листа, при этом выступы имеют непостоянное поперечное сечение на рифленом листе в направлении всех осей.
Далее будут рассмотрены фигуры, где фиг. 1 изображает вид в перспективе рифленого листа 100 фильтрующего материала. Рифленый лист 100 может включать в себя первый край 102 и второй край 104. Рифленый лист 100 может включать в себя один или несколько рифлей 106, таких как канал или вершина и углубление. Рифли 106 могут проходить от первого края 102 ко второму краю 104. Рифленый лист 100 может включать в себя первые рифли 106 с одной стороны рифленого листа 100 и вторые рифли 108 с противоположной стороны рифленого листа 100. Рифли 106, 108 могут быть асимметричными, например, когда форма или площадь поперечного сечения первых рифлей 106 отличается от формы или площади вторых рифлей 108.
При компоновке в блок материала или фильтрующий элемент, первые рифли 106 могут быть закрыты для прохождения нефильтрованного воздуха во вторые рифли 108 таким образом, чтобы воздух во вторых рифлях 108 был отфильтрован. Рифли могут быть скошенными, например, могут иметь большее отверстие на одном из концов по сравнению с другим концом. В варианте осуществления по фиг. 1, рифли являются скошенными, так что первая рифля 106 больше второй рифли 108 у первого края 102 и вторая рифля 108 больше первой рифли 106 у второго края 104. В некоторых вариантах осуществления материал включает в себя скошенные и не скошенные части. Например, первая часть материала может быть скошенной, при этом вторая часть не скошена. В примерном варианте осуществления часть материала, расположенная выше по потоку, является по существу не скошенной на большей части длины рифли, при этом скошена лишь часть, расположенная ниже по потоку. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере половина длины рифлей в направлении вверх по потоку не скошена, в то время как в других вариантах осуществления по меньшей мере три четверти длины рифлей в направлении вверх по потоку не скошены.
Рифленый лист 100 может включать в себя повторяющиеся вершины 112, 114 и множество выступов 116. Выступы 116 могут быть расположены на вершине 112, 114 или рядом с вершиной, например, на небольшом расстоянии от высшей точки вершины. Выступы 116 могут быть прерывистыми, например вдоль рифлей 106 между первым краем 102 и вторым краем 104 могут располагаться части, не содержащие выступа. Выступы 116 могут быть дугообразные, например могут иметь не плоскую верхнюю поверхность. Выступы 116 могут иметь неизменную высоту, размер или форму или разную высоту, размер или форму. Выступы 116 могут иметь постепенно изменяющуюся высоту, так что выступы 116, расположенные ближе к первому краю 102, длиннее или короче выступов, расположенных ближе ко второму краю 104.
Далее рассмотрим фиг. 2, где изображен односторонний материал 200, включающий в себя рифленый лист 210 и облицовочный лист 220. В одном из вариантов осуществления облицовочный лист 220 может быть по существу плоским. В одном из вариантов осуществления облицовочный лист 220 может включать в себя первую поверхность 222 и вторую поверхность 224. Облицовочный лист 220 соприкасается с множеством выступов 216 в рифленом листе 110, что уменьшает экранирование между рифленым листом 210 и второй поверхностью 224 облицовочного листа 220 путем ограничения соприкосновения между рифленым и облицовочным листами 210, 220.
Фиг. 3 изображает материал 300, включающий в себя рифленый лист 310 и облицовочный лист 320. Рифленый лист 310 может включать в себя один или несколько выступов, таких как выступы 317 и 318. Выступы 317 расположены с одной стороны вершины 312 и выступ 318 расположен с противоположной стороны вершины 312. В одном из вариантов осуществления вершины 312 не соприкасаются с облицовочным листом 320 для того, чтобы предотвратить экранирование. Рифленый лист 310 может включать в себя один или несколько гребней 326, как показано на фиг. 3. Гребни 326 могут представлять собой нарушения непрерывности кривизны рифленого листа 310. В одном из вариантов осуществления гребни 326 могут представлять собой точку перегиба, например где рифленый лист 310 изменяется из вогнутого вверх в вогнутый вниз или из вогнутого вниз в вогнутый вверх. В одном из вариантов осуществления первый выступ 317 может быть расположен между гребнем 326 и вершиной 312 рифли. Второй выступ 318 может быть расположен на противоположной стороне вершины 312 и между вершиной 312 и другим гребнем 326. Рифленый лист 310 также может включать в себя один или несколько дополнительных выступов 316, например у вершины 314 на чередующихся вершинах, как изображено на фиг. 3. Следует понимать, что в некоторых реализациях выступы 316, 317, 318 не соприкасаются с облицовочным листом, кроме тех случаев, когда элемент находится под давлением, в результате чего отклонение материала приводит к соприкосновению.
Фиг. 4 изображает вид спереди блока 400 материала, демонстрируя множество рифленых листов 410 и множество облицовочных листов 420. Рифленые листы 410 и облицовочные листы 420 изображены уложенными друг на друга чередующимся образом. Рифленый лист 410 включает в себя рифли 406 и 408. В изображенном варианте осуществления показано, что площадь поперечного сечения рифлей 406 существенно больше площади поперечного сечения рифлей 408. Эта большая площадь поперечного сечения обеспечивает больший объем с одной стороны блока материала. В некоторых вариантах осуществления сторона с наибольшим объемом является расположенной выше по потоку стороной, что обеспечивает больший объем нагрузки пылью на расположенной выше по потоку стороне материала. В изображенном варианте осуществления вершины 412 не соприкасаются с облицовочным листом 420. Соседние вершины 414 также не соприкасается с облицовочным листом 420 в этом изображенном варианте осуществления. Выступы 416, 417, и 418 являются единственными частями рифленого листа 410, по существу соприкасающимися с облицовочным листом 420 в определенных вариантах осуществления.
Эта разница объемов, расположенных выше по потоку и ниже по потоку, может быть охарактеризована как асимметрия объема канала рифли (также называемая асимметрией объема материала). Асимметрия объема материала происходит, когда одна сторона блока материала (расположенная выше по потоку или расположенная ниже по потоку сторона) имеет объем, отличающийся от объема другой стороны блока материала. Такая асимметрия может быть создана посредством способа конструкции рифлей, например путем создания скошенного поперечного сечения рифлей. В настоящем контексте асимметрия объема материала обычно определяет отношение большего объема материала, ограниченного вершинами рифлей, к меньшему объему материала, ограниченному противоположными вершинами рифлей. В некоторых, но не во всех реализациях, больший объем материала соответствует расположенному выше по потоку открытому объему материала, и меньший объем материала соответствует расположенному ниже по потоку открытому объему материала (в ходе эксплуатации расположенный выше по потоку объем может накапливать загрязнители, такие как пыль).
Асимметрия объема материала является преимущественной по разным причинам, включая улучшенное движение текучей среды и улучшенные характеристики нагрузки. В некоторых реализациях материал будет демонстрировать асимметрию объема материала, составляющую более 1%, более 3%, более 5% или более 10%. Примерные конструкции материала демонстрируют асимметрию объема материала, составляющую более 15%, более 20%, более 50%, более 75%, более 100%, более 150% и более 200%. Подходящие диапазоны асимметрии объема материала включают в себя, например, от 1% до 300%, от 5% до 200%; от 50% до 200%; от 100% до 200%; и от 100% до 150%. Скошенные рифли могут содержать асимметрию объема материала для дальнейшего улучшения характеристик фильтрации.
Блоки материала, содержащие скошенные рифли также могут демонстрировать асимметрию площади поперечного сечения материала, которая рассчитывается на основании поперечного сечения материала в любой заданной точке. В скошенной рифле асимметрия площади поперечного сечения может изменяться в зависимости от местоположения измерения вдоль глубины блока рифленого материала. Следует понимать, что асимметрия площади поперечного сечения может привести к асимметрии объема материала, но это происходит не всегда, поскольку скошенные площади поперечного сечения материала могут изменяться вдоль длины рифли с тем, чтобы обладать суммарным эффектом, заключающимся в равенстве общего объема с каждой стороны материала. Кроме этого, заданное поперечное сечение блока материала может указывать на большую площадь поперечного сечения на расположенной выше по потоку стороне материала, но последующий скос материала может привести к тому, что расположенная ниже по потоку сторона будет иметь больший общий объем материала благодаря асимметрии объема материала.
В некоторых вариантах осуществления блок материала будет обладать асимметрией площади поперечного сечения, так что одна сторона материала имеет площадь поперечного сечения, которая по меньшей мере на 1 процент больше, чем у противоположной стороны того же куска материала. Часто разница в площади поперечного сечения в пределах материала будет составлять более 3%, более 5% или более 10%. Примерные конструкции материала демонстрируют асимметрию площади поперечного сечения материала, составляющую более 15%, более 20%, более 50%, более 75%, более 100%, более 150% и более 200%. Подходящие диапазоны асимметрии площади поперечного сечения включают в себя, например, от 1% до 300%, от 5% до 200%; от 50% до 200%; от 100% до 200%; и от 100% до 150%.
Разницы в площади поперечного сечения регулируются конструктивным решением геометрии рифли. Часто наличие, количество и форма гребней вдоль рифли существенно влияет на величину асимметрии площади поперечного сечения. Скошенность рифлей в общем приведет к изменению асимметрии площади поперечного сечения вдоль длины рифли. Тем не менее, это не всегда верно, например в ситуации, когда высота рифли изменяется, но ширина остается неизменной, так что площадь поперечного сечения не изменяется. В таких вариантах осуществления иногда можно сохранять неизменную общую площадь поперечного сечения путем изменения относительного положения гребней вдоль рифли (или другого изменения распределения материала вдоль рифли или путем изменения радиуса рифли).
Геометрия рифли, приводящая к разницам в площади поперечного сечения, может существенно влиять на свойства потока сквозь рифли. Изменения относительной площади поперечного сечения рифлей обычно приводит к изменениям площади поперечного сечения расположенной выше по потоку части и расположенной ниже по потоку части блока материала в этой области: Если происходит увеличение площади поперечного сечения расположенной выше по потоку части блока материала, то площадь поперечного сечения расположенной ниже по потоку части блока материала обычно уменьшается. Настоящее изобретение позволяет настраивать асимметрию объема материала и асимметрию площади поперечного сечения для улучшения характеристик фильтрации.
Фиг. 5 изображает блок 500 материала, включающий в себя рифленый лист 510 и облицовочный лист 520. Рифленый лист 510 может включать в себя один или несколько выступов, таких как выступы 516 и 517. Выступы 516 расположены с одной стороны рифли и выступы 517 расположены с противоположной стороны рифли. Блок материала 500 по фиг. 5 также содержит гребни 526 и 527 вдоль рифлей 506.
Фиг. 6 изображает вид спереди блока 600 материала со множеством рифленых листов 610 и множеством облицовочных листов 620. Рифленые листы 610 и облицовочные листы 620 изображены уложенными друг на друга чередующимся образом, при этом выступы 616 и 617 соприкасаются с облицовочными листами 620. На фиг. 6 изображены рифли 606 и 608. Расположенные выше по потоку концы любой из двух рифлей 606 или 608 обычно закупорены (например бусинковым спаем, хотя следует понимать, что в некоторых реализациях концы рифлей не закупорены, или дополнительная закупорка осуществляется в других областях вдоль по меньшей мере некоторых рифлей), в то время как расположенные ниже по потоку концы других рифлей 606 или 608 обычно закупорены возле расположенного ниже по потоку конца рифли. Таким образом, например, если расположенные выше по потоку концы рифлей 606 закупорены, то расположенные ниже по потоку концы рифлей 606 обычно открыты, в то время как расположенные выше по потоку концы рифлей 608 открыты и расположенные ниже по потоку концы рифлей 608 закрыты. Следует понимать, что часто расположенные выше по потоку рифли (закупоренные в направлении вниз по потоку) имеют объем, превышающий объем расположенных ниже по потоку рифлей.
Далее рассмотрим фиг. 7, где изображен увеличенный вид спереди листа рифленого материала 710 и облицовочного материала 720, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения, демонстрирующий размеры примерных рифлей. Рифленый лист 710 может включать в себя рифли 706. Рифленый лист 710 включает в себя первые рифли 706 с одной стороны рифленого листа 710 и вторые рифли 708 с противоположной стороны рифленого листа 710. Рифли 706 в изображенном варианте осуществления имеют ширину А, измеренную от первой вершины 716 до соседней вершины 716. В примерных вариантах осуществления ширина А составляет от 0,75 до 0,125 дюйма, необязательно от 0,5 до 0,25 дюйма, и необязательно от 0,45 до 0,3 дюйма.
Выступы 717 в изображенном варианте осуществления имеют ширину В. В примерных вариантах осуществления ширина В составляет от 0,2 до 0,02 дюйма, необязательно от 0,15 до 0,05 дюйма, и необязательно от 0,1 до 0,075 дюйма. Ширина В также может быть выражена как кратное толщины F материала, образующего рифленый лист 710. В примерных вариантах осуществления величина ширины В составляет от 20 до 1 величины толщины F материала, образующего рифленый лист 710. В определенных вариантах осуществления величина рифленой ширины В выступов составляет от 10 до 7 величин толщины F материала, образующего рифленый лист 710. В некоторых реализациях выступы 717 имеют ширину, проходящую вдоль большей части или всей ширины рифли, например, расстояние А', изображенное на фиг. 7.
Рифли 706 в изображенном варианте осуществления имеют высоту С. В примерных вариантах осуществления высота С составляет от 0,5 до 0,05 дюйма, необязательно от 0,25 до 0,075 дюйма и необязательно от 0,15 до 0,1 дюйма.
Выступы 717 в изображенном варианте осуществления имеют высоту D. В примерных вариантах осуществления высота D составляет от 0,1 до 0,005 дюйма, необязательно от 0,05 до 0,01 дюйма и необязательно от 0,025 до 0,015 дюйма. Высота D также может быть выражена как кратное толщины материала, образующего рифленый лист 710. В примерных вариантах осуществления величина высоты D составляет от 10 до 0,5 величины толщины материала, образующего рифленый лист 710. В определенных вариантах осуществления величина высоты D выступов составляет от 2 до 1 величины толщины материала, образующего рифленый лист 710. Также на фиг. 7 изображена комбинированная толщина Е выступа 717 и облицовочного листа 720. В определенных вариантах осуществления эта комбинированная толщина Е будет составлять от 0,11 до 0,015 дюйма, или от 0,06 до 0,02 дюйма, или от 0,035 до 0,025 дюйма. Высота выступов 716 может быть подобной высоте выступов 717 или отличаться от нее, и, таким образом, может составлять, например от 0,1 до 0,005 дюйма, необязательно от 0,05 до 0,01 дюйма, и необязательно от 0,025 до 0,015 дюйма.
Фиг. 8 представляет собой увеличенный вид в перспективе листа рифленого материала 810, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения, демонстрирующий размеры примерных выступов 872 на материале, а также демонстрирующий вершину 812 рифли. Выступы 817 изображены с примерной длиной G, высотой Н и шириной I. Высота выступа может относиться к расстоянию между верхней частью выступа и плоской частью фильтрующего материала, представленного линией. В одном из вариантов осуществления средняя высота выступов может находиться в диапазоне от 0,005 дюйма до 0,05 дюйма.
В одном из вариантов осуществления средняя высота выступов на первой поверхности может быть меньше или равной 0,01 дюйма. В одном из вариантов осуществления средняя высота выступов на первой поверхности может быть меньше или равной 0,05 дюйма. В одном из вариантов осуществления средняя высота выступов на второй поверхности может составлять 0,0275 дюйма. В одном из вариантов осуществления средняя высота расположенного выше по потоку выступа может быть по меньшей мере на 50% больше средней высоты расположенного ниже по потоку выступа. В одном из вариантов осуществления выступы могут иметь среднюю высоту, равную 0,017. В одном из вариантов осуществления выступы имеют среднюю высоту, составляющую от 500 до 50 процентов толщины материала.
Размер выступов или ширина выступов могут варьироваться в зависимости от применения. Ширина выступов может варьироваться от 0,2 дюйма до 0,02 дюйма. В одном из вариантов осуществления выступы имеют среднюю ширину, составляющую от 20000 до 200 процентов толщины материала. В одном из вариантов осуществления выступы могут покрывать от 20% до 1% площади поверхности фильтрующего материала.
Фиг. 9 представляет собой вид в перспективе листа рифленого фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения, демонстрирующий переменный интервал выступов на рифленом фильтрующем материале. Рифленый лист 900 может включать в себя первый край 902 и второй край 904. Рифленый лист 900 может включать в себя один или несколько рифлей 906, таких как канал или вершина и углубление. Рифли 906 могут проходить от первого края 902 ко второму краю 904. Рифленый лист 900 может включать в себя первые рифли 906 с одной стороны рифленого листа 900 и вторые рифли 908 с противоположной стороны рифленого листа 900. Рифли 906, 908 могут быть асимметричными, например когда форма первых рифлей 906 отличается от формы вторых рифлей 908. Расстояния между выступами 916 изображены как расстояние D1, D2 и D3. В изображенном варианте осуществления расстояние D1 меньше расстояния D2, которое меньше расстояния D3. Таким образом, в этом примере реализации расстояние между выступами 916 увеличивается при удалении от первого края 902. В других реализациях расстояние между выступами 916 может уменьшаться при удалении от первого края 902.
Фиг. 10 представляет собой вид спереди листа рифленого фильтрующего материала и листа облицовочного материала 920, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения, изображенному на фиг. 9. Облицовочный лист 920 может быть по существу плоским. Облицовочный лист 920 соприкасается с множеством выступов 916 в рифленом листе 900, что уменьшает экранирование между рифленым листом 910 и второй поверхностью 924 облицовочного листа 920 путем ограничения соприкосновения между рифленым и облицовочным листами 910, 920.
Фиг. 11 представляет собой вид в перспективе листа рифленого фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения, демонстрирующий переменный интервал выступов на рифленом фильтрующем материале. Рифленый лист 1100 может включать в себя первый край 1102 и второй край 1104. Рифленый лист 1100 может включать в себя один или несколько рифлей 1106, таких как канал или вершина и углубление. Рифли 1106 могут проходить от первого края 1102 ко второму краю 1104. Рифленый лист 1100 может включать в себя первые рифли 1106 с одной стороны рифленого листа 1100 и вторые рифли 1108 с противоположной стороны рифленого листа 1100. Рифли 1106, 1108 могут быть асимметричными, например когда форма первых рифлей 1106 отличается от формы вторых рифлей 1108. Рифленый лист 1100 на фиг. 11 не содержит гребень, как изображено в других вариантах осуществления, например гребень 326, изображенный на фиг. 3. Вместо этого, рифленый лист 110 содержит изогнутый профиль. Также, в изображенном варианте осуществления вершины рифлей содержат одинарные ряды выступов 1116 и 1118, расположенных на вершине каждой рифли 1106 и 1108.
Фиг. 12 представляет собой вид спереди листа рифленого фильтрующего материала и листа облицовочного материала 1100, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения, изображенному на фиг. 11. Облицовочный лист 1120 может быть по существу плоским. В одном из вариантов осуществления облицовочный лист 1120 может включать в себя первую поверхность 1122 и вторую поверхность 1124. Облицовочный лист 1120 соприкасается с множеством выступов 1116 в рифленом листе 1100, что уменьшает экранирование между рифленым листом 1110 и второй поверхностью 1124 облицовочного листа 1120 путем ограничения соприкосновения между рифленым и облицовочным листами 1110, 1120.
Фиг. 13 представляет собой вид в перспективе листа рифленого фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения, изображающий одинарные выступы на листе рифленого материала 1300. Рифленый лист 1300 может включать в себя первый край 1302 и второй край 1304. Рифленый лист 1300 может включать в себя один или несколько рифлей 1306, таких как канал или вершина и углубление. Рифли 1306 могут проходить от первого края 1302 ко второму краю 1304. Рифленый лист 1300 может включать в себя первые рифли 1306 с одной стороны рифленого листа 1300 и вторые рифли 1308 с противоположной стороны рифленого листа 1300. Рифли 1306, 1308 могут быть асимметричными, например когда форма первых рифлей 1306 отличается от формы вторых рифлей 1308.
Фиг. 14 представляет собой вид спереди листа рифленого фильтрующего материала 1310 и листа облицовочного материала 1320, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения, изображенному на фиг. 13. Облицовочный лист 1320 может быть по существу плоским. В одном из вариантов осуществления облицовочный лист 1320 может включать в себя первую поверхность 1322 и вторую поверхность 1324. Облицовочный лист 1320 соприкасается с множеством выступов 1316 в рифленом листе 1300, что уменьшает экранирование между рифленым листом 1310 и второй поверхностью 1324 облицовочного листа 1320 путем ограничения соприкосновения между рифленым и облицовочным листами 1310, 1320.
Фиг. 15 представляет собой вид в перспективе листа рифленого фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения. Рифленый лист 1500 может включать в себя первый край 1502 и второй край 1504. Рифленый лист 1500 может включать в себя один или несколько рифлей 1506, таких как канал или вершина и углубление. Рифли 1506 могут проходить от первого края 1502 ко второму краю 1504. Рифленый лист 1500 может включать в себя первые рифли 1506 с одной стороны рифленого листа 1500 и вторые рифли 1508 с противоположной стороны рифленого листа 1500. Рифли 1506, 1508 могут быть асимметричными, например когда форма первых рифлей 1506 отличается от формы вторых рифлей 1508.
Фиг. 16 представляет собой вид спереди листа рифленого фильтрующего материала и листа облицовочного материала, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения, изображенному на фиг. 15. Облицовочный лист 1520 может быть по существу плоским. В одном из вариантов осуществления облицовочный лист 1520 может включать в себя первую поверхность 1522 и вторую поверхность 1524. Облицовочный лист 1520 соприкасается с множеством выступов 1516 в рифленом листе 1500, что уменьшает экранирование между рифленым листом 1510 и второй поверхностью 1524 облицовочного листа 1520 путем ограничения соприкосновения между рифленым и облицовочным листами 1510, 1520.
Фиг. 17 представляет собой вид в перспективе листа рифленого фильтрующего материала и листа облицовочного материала 1700, созданных и расположенных согласно варианту осуществления изобретения, включая рифленый лист 1710 и облицовочный лист 1720. Облицовочный лист 1720 может быть по существу плоским. Облицовочный лист 1720 содержит множество выступов 1719, в то время как рифленый лист 1710 в примерном варианте осуществления не содержит выступов. Таким образом, в этом варианте осуществления выступы 1719, выступающие вниз к вершине рифленого листа 1710, уменьшают экранирование между рифленым листом 1710 и поверхностью облицовочного листа 1720 путем ограничения соприкосновения между рифленым и облицовочным листами 1710, 1720.
Фиг. 18 представляет собой вид в перспективе фильтрующего элемента 1800, созданного и расположенного согласно варианту осуществления изобретения. Фильтрующий элемент 1800 содержит множество листов фильтрующего материала. Фильтрующий элемент 1800 может включать в себя блок фильтрующего материала. Блок фильтрующего материала может включать в себя рифленый материал с выступами, как описано в настоящем документе. Фильтрующий элемент может включать в себя корпус, предоставляющий опору для одностороннего материала или выполненный с возможностью установки фильтрующего элемента. В примерных вариантах осуществления фильтрующий элемент 1800 имеет глубину от 2 до 20 дюймов, в других вариантах осуществления фильтрующий элемент 1800 имеет глубину от 2 до 16 дюймов, еще в других вариантах осуществления фильтрующий элемент имеет глубину от 2 до 12 дюймов. В некоторых вариантах осуществления фильтрующий элемент 1800 имеет глубину от 6 до 20 дюймов, в других вариантах осуществления фильтрующий элемент 1800 имеет глубину от 6 до 16 дюймов, еще в других вариантах осуществления фильтрующий элемент 1800 имеет глубину от 6 до 12 дюймов. Подходящие фильтрующие элементы 1800 могут иметь глубину, например, от 6 до 10 дюймов. Конструкции согласно настоящему изобретению, с выступами, разделяющими рифленый и облицовочный листы, являются особенно преимущественными с относительно более глубокими фильтрующими элементами.
В определенных реализациях выступы в фильтрующем материале, описанном здесь, могут иметь высоту, по меньшей мере равную толщине материала. В других реализациях выступы имеют высоту, которая вдвое больше толщины материала; в других реализациях выступы имеют высоту, которая втрое больше толщины материала; в других реализациях выступы имеют высоту, которая вчетверо больше толщины материала; в других реализациях выступы имеют высоту, которая в два-пять раз больше толщины материала; еще в других реализациях выступы имеют высоту, которая в десять раз больше толщины материала.
Выступы также могут быть измерены по их высоте относительно высоты рифли. Высотой рифли является расстояние от облицовочного листа до верхней части рифли. В некоторых реализациях выступы составляют менее 90 процентов высоты рифли, в качестве альтернативы - менее 75 процентов высоты рифли, и в качестве альтернативы - менее 50 процентов высоты рифли. В некоторых реализациях выступы составляют по меньшей мере 10 процентов высоты рифли, в качестве альтернативы - по меньшей мере 20 процентов высоты рифли, и в качестве альтернативы - по меньшей мере 30 процентов высоты рифли. В некоторых реализациях выступы составляют от 10 до 90 процентов высоты рифли; в других реализациях выступы составляют от 20 до 75 процентов высоты рифли, и еще в других реализациях выступы составляют от 25 до 50 процентов высоты рифли.
Выступы также могут быть измерены по их высоте относительно ширины рифли. Шириной рифли является расстояние между соседними вершинами рифленого листа, расположенными на одной и той же стороне. В некоторых реализациях выступы составляют менее 40 процентов ширины рифли, в качестве альтернативы - менее 30 процентов ширины рифли, и в качестве альтернативы - менее 25 процентов ширины рифли. В некоторых реализациях выступы составляют по меньшей мере 1 процент ширины рифли, в качестве альтернативы - по меньшей мере 5 процентов ширины рифли, и в качестве альтернативы - по меньшей мере 10 процентов ширины рифли. В некоторых реализациях выступы составляют от 1 до 40 процентов ширины рифли; в других реализациях выступы составляют от 2 до 20 процентов ширины рифли, и еще в других реализациях выступы составляют от 3 до 10 процентов ширины рифли.
Выступы расположены на вершине, или максимальной точке высоты, рифлей в некоторых реализациях, в то время как в других реализациях выступы расположены с одной стороны или по обеим сторонам вершины рифли. В некоторых реализациях вершина рифли является острой или имеет небольшой радиус, в то время как в других реализациях вершина имеет равномерное закругление или является по существу плоской.
Выступы могут иметь по существу одинаковую высоту или могут иметь разную высоту. Отдельные выступы могут иметь изменяющуюся высоту вдоль их длины или ширины. Кроме этого, значения высоты разных выступов могут изменяться вдоль длины рифли. Изменение значений высоты выступов могут способствовать созданию материала со скошенными рифлями, которые имеют изменяющуюся высоту вдоль своей длины. В некоторых случаях выступы будут увеличиваться при движении от расположенной выше по потоку стороны блока материала к расположенной ниже по потоку стороне. В других реализациях выступы симметрично выровнены по обеим сторонам оси рифли.
Рифленый материал, содержащий выступ на рифлях может обладать асимметрией площади или объема. В контексте z-материала, в общем, асимметрия площади относится к асимметрии площади поперечного сечения рифли и может быть представлена в скошенных рифлях. Например, асимметрия площади существует, если рифленая площадь в одной области вдоль длины рифли отличается от рифленой площади в другой области вдоль длины рифли. Поскольку скошенные рифли демонстрируют уменьшение размера от первой области (например, конца) ко второй области (например, концу) блока материала или увеличение размера от первой области (например, конца) ко второй области (например, концу) блока материала, присутствует асимметрия площади.
Асимметрия объема относится к разнице между объемом грязной стороны и объемом чистой стороны внутри блока фильтрующего материала. Асимметрия объема рифли относится к разнице объема внутри фильтрующего элемента или картриджа фильтра между расположенным выше по потоку объемом и расположенным ниже по потоку объемом. Расположенный выше по потоку объем относится к объему материала, принимающему нефильтрованную текучую среду (например, воздух), и расположенный ниже по потоку объем относится к объему материала, принимающему фильтрованную текучую среду (например, воздух). Фильтрующие элементы могут быть дополнительно охарактеризованы как содержащие грязную сторону и чистую сторону. В общем, грязная сторона фильтрующего материала относится к объему материала, принимающему нефильтрованную текучую среду. Чистая сторона относится к объему материала, принимающему фильтрованную текучую среду, прошедшую через фильтрующий канал с грязной стороны.
В определенных вариантах осуществления материал содержит грязную сторону или расположенный выше по потоку объем, который больше чистой стороны или расположенного ниже по потоку объема. Наблюдалось, что в случае фильтрации воздуха твердые частицы в воздухе оседают на грязной стороне и, как результат, пропускная способность фильтрующего материала может быть определена объемом грязной стороны. Благодаря обеспечению асимметрии объема, возможно увеличить объем материала, доступного для приема грязного воздуха, и тем самым увеличить пропускную способность блока материала.
Фильтрующий материал, обладающий асимметрией объема рифли, может называться блоком материала, обладающим асимметричным расположением объема. Желательно, чтобы материал, демонстрирующий асимметрию объема, обладал асимметрией объема, превышающей приблизительно 10%, превышающей приблизительно 20%, превышающей 30%, и предпочтительно превышающей приблизительно 50%. Примерные диапазоны для асимметрии объема рифли включают в себя от приблизительно 30% до приблизительно 250%, и от приблизительно 50% до приблизительно 200%. В общем, может быть желательно, чтобы расположенный выше по потоку объем превышал расположенный ниже по потоку объем, в тех случаях, когда желательно максимизировать срок службы материала. В качестве альтернативы, могут быть ситуации, в которых желательно минимизировать расположенный выше по потоку объем относительно расположенного ниже по потоку объема. Например, в случае предохранительного элемента, может быть желательно предоставить предохранительный элемент, обладающий относительно малым расположенным выше по потоку объемом, с тем чтобы материал относительно быстро заполнялся и блокировал поток, выполняя функцию индикатора, указывающего на возникновение неисправности в расположенном выше по потоку фильтрующем элементе.
Конфигурации фильтрующего элемента или картриджа фильтра, использующие z-фильтрующий материал, иногда называются «прямоточными конфигурациями» или их вариантами. В общем, в настоящем контексте подразумевается, что обслуживаемые фильтрующие элементы обычно имеют впускной конец (или поверхность) и выпускной конец (или поверхность), при этом поток входит в картридж фильтра и выходит из него в общем в одном и том же прямом сквозном направлении. Термин «прямоточная конфигурация» не учитывает, для этого определения, поток воздуха, проходящий из блока материала через наружную оболочку облицовочного материала. В некоторых случаях, каждый из впускного конца и выпускного конца могут быть в общем плоскими или планарными и располагаться параллельно друг другу. Тем не менее, в некоторых применениях возможны другие варианты, например непланарные поверхности.
Предполагается, что термин «конструкция z-фильтрующего материала» и ее варианты, в настоящем контексте, не больше и не меньше, относятся к одному или ко всему из перечисленного: одинарный облицовочный материал, содержащий лист рифленого материала и лист облицовочного материала с соответствующим закрытием для подавления потока воздуха от одной поверхности потока к другой без фильтрующего канала, проходящего сквозь фильтрующий материал; и/или, одинарный облицовочный материал, свернутый в спираль или сложенный штабелем или другим образом сконструированный или сформированный в виде трехмерной сети рифлей; и/или конструкция фильтра, включающая в себя одинарный облицовочный материал; и/или рифленый материал сконструированный или сформированный (например, путем складывания или гофрирования) в виде трехмерной сети рифлей. В общем, желательно предоставить подходящую схему закрытия рифли для предотвращения выхода нефильтрованного воздуха, который течет в одну сторону (или поверхность) материала, из другой стороны (или поверхности) материала в виде части потока фильтрованного воздуха, выходящего из материала. Во многих схемах конструкция z-фильтрующего материала выполнена с возможностью формирования сети впускных и выпускных рифлей, при этом впускные рифли открыты в области, расположенной рядом с впускной поверхностью, и закрыты в области, расположенной рядом с выпускной поверхностью; и при этом выпускные рифли закрыты рядом с впускной поверхностью и открыты рядом с выпускной поверхностью.
В общем, фильтрующий материал представляет собой относительно гибкий материал, обычно нетканый волокнистый материал (из целлюлозных волокон, синтетических волокон или и тех, и других), часто содержащий смолу, иногда обработанный дополнительными материалами. В некоторых вариантах осуществления волокна материала являются в основном целлюлозными. Материал обычно может быть сформирован или выполнен в виде различных рифленых, например гофрированных, структур, без недопустимого повреждения материала. Также, он может быть легко свернут в спираль или другим образом сконфигурирован для использования, также без недопустимого повреждения материала. Также, материал обычно может содержать смолу. В процессе гофрирования материал может нагреваться выше температуры стеклования смолы. Затем, когда смола остынет, это поможет сохранить рифленые формы.
Фильтрующий материал может быть предоставлен в виде относительно гибкого материала, включая нетканый волокнистый материал, содержащий целлюлозные волокна, синтетические волокна, стекловолокно, керамические волокна или их комбинации, часто включающий в себя смолу, и иногда обработанный дополнительными материалами. Примерный фильтрующий материал может быть охарактеризован как целлюлозный фильтрующий материал, который может выдерживать растяжение до двенадцати процентов (12%), не разрываясь, во влажных и теплых условиях, но который часто будет рваться при меньших процентах растяжения в сухих и холодных условиях (до 3% для некоторых материалов). В одном из вариантов осуществления фильтрующий материал содержит целлюлозу. В одном из вариантов осуществления волокна, образующие фильтрующий материал, могут включать в себя по меньшей мере 25% целлюлозы, по меньшей мере 50% целлюлозы или по меньшей мере 75% целлюлозы. Фильтрующий материал может быть рифленым для формирования рифленого фильтрующего материала без недопустимого ухудшения материала. Кроме этого, фильтрующий материал желательно обладает свойствами, сохраняющими его конфигурацию при эксплуатации. Хотя доступны некоторые фильтрующие материалы, которые могут выдерживать больше двенадцати процентов (12%) растяжения, и такие материалы могут использоваться согласно изобретению, такие материалы обычно более дорогостоящие из-за необходимости внедрять сравнительно большие количества синтетических волокон.
В процессе формирования углублений материал подвергается неупругой деформации. Это предотвращает возвращение материала в первоначальную форму. Тем не менее, после избавления от формирующих смещений, выступы иногда склонны частично спружинивать обратно, сохраняя лишь часть осуществленного растяжения и сгибания. Также, материал может содержать смолу. В процессе формирования углублений материал может нагреваться для того, чтобы размягчить смолу. Когда смола остынет, это поможет сохранить выдавленные формы.
В одном из вариантов осуществления фильтрующий материал может иметь модуль упругости более 10000 фунтов на квадратный дюйм. В одном из вариантов осуществления фильтрующий материал может иметь модуль упругости менее 75000 фунтов на квадратный дюйм.
Фильтрующий материал может содержать материал из тонкого волокна на одной или обеих сторонах, например, согласно патентам США №6955775, 6673156 и 7270693, содержание которых полностью включено в настоящую заявку. В общем, тонкое волокно может называться полимерным тонким волокном (микроволокном и нановолокном) и может быть расположено на материале для улучшения характеристик фильтрации.
Тонкое волокно может быть добавлено на разных этапах производственного процесса. Например, в некоторых реализациях материал будет содержать тонкое волокно перед формированием выступов, в то время как в других реализациях тонкое волокно добавляется в виде слоя или слоев к материалу. В результате присутствия тонкого волокна на материале, можно предоставить материал, обладающий уменьшенным весом или толщиной и в то же время обладающими желаемыми фильтрующими свойствами. Соответственно, наличие тонкого волокна на материале может предоставить улучшенные фильтрующие свойства, способствовать использованию более тонкого материала, или обеспечить и то, и другое. Примерные материалы, которые могут использоваться для формирования тонких волокон, включают в себя поливинилиденхлорид, поливинилспиртовые полимеры, полиуретан и сополимеры, содержащие различные нейлоны, такие как нейлон 6, нейлон 4,6, нейлон 6,6, нейлон 6,10 и их сополимеры, поливинилхлорид, PVDC, полистирол, полиакрилонитрил, РММА, PVDF, полиамиды и их смеси.
На фиг. 19-32 в схематической форме показано отношение различных свойств материалов и элементов для различных примерных вариантов осуществления изобретения. В этих конструкциях на оси x показано расстояние от расположенного ниже по потоку конца рифли. Таким образом, точка «0» представляет собой расположенный ниже по потоку конец рифли, и точка «300» представляет собой точку возле расположенного выше по потоку конца рифли. Расположенный выше по потоку конец рифли находится на поверхности блока материала, где текучие среды, предназначенные для фильтрации, входят в элемент, в то время как расположенный ниже по потоку конец рифли находится на поверхности блока материала, где текучие среды, предназначенные для фильтрации, выходят из элемента. Фиг. 19-21 изображают данные из первого примерного варианта осуществления изобретения. Фиг. 19 является графическим представлением соотношений площади канала и высоты выступов фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно первому примерному варианту осуществления изобретения. В этом примерном варианте осуществления соотношение высоты выступов остается по существу неизменным, в то время как соотношение площади канала, измеряющее площадь канала от расположенной выше по потоку части элемента до расположенной ниже по потоку части элемента, изменяется вдоль расстояния, приблизительно равного 300 мм. Таким образом, соотношение площади поперечного сечения канала выше по потоку к площади поперечного сечения канала ниже по потоку выше на одном конце блока материала, чем на другом. В частности, соотношение площади поперечного сечения канала выше по потоку к площади поперечного сечения канала ниже по потоку демонстрирует явное уменьшение возле конца элемента (рядом с местом выхода текучей среды из элемента). Таким образом, элемент демонстрирует асимметрию площади канала вдоль большей части его длины, при этом площадь поперечного сечения элемента выше по потоку больше площади поперечного сечения ниже по потоку соседних рифлей для большей части длины элемента, но эта разница площади поперечного сечения уменьшается по мере продвижения рифлей к концу элемента, где текучие среды выходят из элемента.
Фиг. 20 является графическим представлением длин рифленого и плоского листов фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно этому первому примерному варианту осуществления изобретения. Фиг. 20 изображает, что «длина D» материала, которая является шириной одной рифли материала (такой как длина, изображенная на фиг. 7 с пометкой «А»), остается по существу неизменной, в то время как длина материала вдоль той рифли (измеренная вдоль поперечного сечения рифли, лежащего в одной плоскости с длиной рифли, которая представлена, например, на фиг. 7 как длина материала вдоль рифли, соответствующая ширине рифли «А»), которая является «длиной S», демонстрирует незначительные отклонения вдоль длины рифли. Эти незначительные отклонения длины S являются результатом изменений длины материала вдоль рифли в результате наличия или отсутствия выступов вдоль каждой рифли.
Фиг. 21 является графическим представлением высот выступов, расположенных выше по потоку и ниже по потоку, фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно первому примерному варианту осуществления изобретения. Фиг. 21 изображает, что высота расположенного выше по потоку выступа меньше высоты расположенного ниже по потоку выступа в этом примерном варианте осуществления. Таким образом, в определенных вариантах осуществления изобретения высота расположенных ниже по потоку выступов больше высоты расположенных выше по потоку выступов. Увеличенные значения высоты расположенных ниже по потоку выступов способствует предотвращению экранирования, поскольку расположенные ниже по потоку выступы иногда находятся под повышенным деформирующим давлением в результате разницы давления между расположенной выше по потоку и расположенной ниже по потоку частями блока материала в условиях нагрузки. В примерном варианте осуществления расположенный выше по потоку и расположенный ниже по потоку выступы, несмотря на разницу в размере по сравнению друг с другом, являются неизменными вдоль длины элемента.
Фиг. 22-24 изображают свойства элемента для второй примерной конструкции, в частности для конструкции с ребристым блоком материала, таким как цилиндрический блок материала. Фиг. 22 является графическим представлением соотношений площади канала и высоты выступов фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно второму примерному варианту осуществления изобретения. Как видно на фиг. 22, соотношение высоты углублений остается по существу неизменным вдоль длины элемента на фиг. 22, но соотношение расположенной выше по потоку площади канала к расположенной ниже по потоку площади канала увеличивается вдоль длины элемента. Это увеличение несколько изменяется для отражения изменений площади, вызванных выступами и оребрением блока материала. Следует понимать, что в некоторых реализациях соотношение площади канала будет демонстрировать эти отклонения, но отклонения будут меньше, чем изображено на фиг. 22.
Фиг. 23 является графическим представлением длин рифленого и плоского листов фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно второму примерному варианту осуществления изобретения. Как видно на фиг. 23, «длина D» материала, которая является шириной одной рифли материала, является постоянной, в то время как длина материала вдоль одной рифли, измеренная в поперечном сечении рифли (перпендикулярно продольному направлению рифли), которая является «длиной S», демонстрирует незначительные отклонения вдоль длины рифли, представляющие изменения высоты выступов.
Фиг. 24 является графическим представлением высот выступов, расположенных выше по потоку и ниже по потоку, фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно второму примерному варианту осуществления изобретения. Фиг. 24 изображает, что высота расположенного выше по потоку выступа меньше высоты расположенного ниже по потоку выступа. Таким образом, в изображенном варианте осуществления значения высоты расположенных ниже по потоку выступов больше значений высоты расположенных выше по потоку выступов. В примерном варианте осуществления расположенный выше по потоку и расположенный ниже по потоку выступы, несмотря на разницу в размере по сравнению друг с другом, являются неизменными вдоль длины элемента.
Фиг. 25 и 26 изображает свойства элементов для третьей примерной конструкции, в частности для конструкции, в которой выступы сужаются в восемь раз относительно друг друга. Фиг. 25 является графическим представлением соотношений площади канала и высоты выступов фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно третьему примерному варианту осуществления изобретения. Фиг. 25 изображает, как соотношение высоты углублений уменьшается вглубь элемента, и таким образом расположенные выше по потоку углубления уменьшаются в размере относительно расположенных ниже по потоку углублений вдоль длины рифлей (при рассмотрении справа налево на фиг. 25, то есть от впускной поверхности к выпускной поверхности блока материала). Фиг. 26 является графическим представлением, изображающим как в этом примерном варианте осуществления высота расположенного выше по потоку выступа уменьшается вдоль рифли, в то время, как высота расположенного ниже по потоку выступа увеличивается, при измерении справа налево на фиг. 26.
Фиг. 27 является графическим представлением соотношений площади канала и высоты выступов фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно четвертому примерному варианту осуществления изобретения, в котором расположенные выше по потоку и расположенные ниже по потоку выступы имеют изменяющиеся значения высоты. Фиг. 28 является графическим представлением длин рифленого и плоского листов фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно этому четвертому примерному варианту осуществления изобретения. Фиг. 29 является графическим представлением высот выступов, расположенных выше по потоку и ниже по потоку, фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно этому четвертому примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 30-32 изображают свойства элементов для пятой примерной конструкции, в частности для конструкции с блоком материала, в котором выступы имеют «волнистое расположение», при котором углубления являются наибольшими у расположенного выше по потоку и расположенного ниже по потоку концов и являются наименьшими в середине элемента. Фиг. 30 является графическим представлением соотношений площади канала и высоты выступов фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно пятому примерному варианту осуществления изобретения, демонстрирующим, как соотношение высоты углублений остается постоянным в этой конфигурации, в то время как отношение площади расположенного выше по потоку канала к площади расположенного ниже по потоку канала уменьшается при приближении к расположенному ниже по потоку концу элемента. Другими словами, асимметрия площади уменьшается при приближении к расположенному ниже по потоку концу элемента. Фиг. 31 является графическим представлением длин рифленого и плоского листов фильтрующего материала, созданных и расположенных согласно пятому примерному варианту осуществления изобретения. Фиг. 32 является графическим представлением высот выступов, расположенных выше по потоку и ниже по потоку, фильтрующего материала, созданного и расположенного согласно пятому примерному варианту осуществления изобретения.
Следует отметить, что, в контексте настоящего технического описания и прилагаемой формулы изобретения, ссылки в форме единственного числа также включают в себя ссылки в форме множественного числа, если в контексте однозначно не указано иначе. Таким образом, например, ссылка на состав, содержащий «соединение» включает в себя смесь двух или более соединений. Также следует отметить, что термин «или» обычно используется в своем смысле, включающем «и/или», если в контексте явным образом не указано иначе.
Также следует отметить, что в контексте настоящего технического описания и прилагаемой формулы изобретения фраза «выполненный с возможностью» описывает систему, аппарат или другую структуру, построенную или выполненную с возможностью исполнения определенного задания или с возможностью получения определенной конфигурации для этой цели. Фраза «выполненный с возможностью» может быть взаимозаменяемой с другими подобными фразами, таким как расположенный и выполненный с возможностью, созданный и расположенный, сконструированный, изготовленный и расположенный и тому подобными.
Настоящее изобретение было описано со ссылкой на разные определенные и предпочтительные варианты осуществления и технологии. Тем не менее, следует понимать, что могут быть внесены многие изменения и модификации, не выходя за пределы объема и идеи изобретения.
Реферат
Изобретение предназначено для фильтрования. Блок фильтрующего материала содержит множество слоев одностороннего материала, включающих рифленый лист, облицовочный лист и множество рифлей, проходящих между рифленым листом и облицовочным листом; первую часть множества рифлей, закрытую для прохождения нефильтрованного воздуха в первую часть множества рифлей, и вторую часть множества рифлей, закрытую для выхода нефильтрованного воздуха из второй части множества рифлей, так что воздух, входящий в одну из первой поверхности или второй поверхности блока материала и выходящий из другой из первой поверхности или второй поверхности блока материала, проходит сквозь материал для обеспечения фильтрации воздуха и при этом по меньшей мере одна из рифлей содержит по меньшей мере одну область соприкосновения между односторонним материалом и рифленым листом, при этом область соприкосновения содержит по меньшей мере один выступ, проходящий от по меньшей мере одного из облицовочного листа и рифленого листа. Повторяющаяся структура рифлей содержит по меньшей мере один гребень, проходящий вдоль по меньшей мере части длины рифли между соседними вершинами. В одном из вариантов осуществления рифленый лист включает в себя множество выступов, соприкасающихся с облицовочным листом. Технический результат: улучшение качества очистки. 7 н. и 67 з.п. ф-лы, 32 ил.
