过滤介质包， 过滤元件和方法 相关申请的交叉引用
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 有指定国以美国公司 Donaldson Company， Inc. 为申请人， 仅对于以美国为指定国时以美国 公民 Gary J.Rocklitz、 Ming Ouyang， 和印度公民 Anitha M.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 本发明涉及一种可用于过滤流体的过滤介质包和过滤元件。 本发明另外还涉及制 造和使用过滤介质包的方法。
背景技术 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， 至燃气涡轮系统的气 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。对于这 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。
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， 以实现过滤。
早期形式的 Z- 介质通常是指波纹状介质， 这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， 槽形设计可以偏离波纹状 箱纸板行业的标准和尺寸进行改进， 以具有改进的介质性能。
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 Matsumoto 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 以具有矩形截面， 其中槽纹沿着它们的长度方向成锥形。在 WO 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 WO 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 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， 以实现流体的过 滤。如果需要， 过滤介质包可被表征为 z- 介质包， 并且可以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。
通过从若干种设计标准中进行选择， 可以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， 以便与某些现有的 z- 介质包相比具有增强的性能。增强性能可以通过， 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。 这些技术的任一个可以单独使用或组合使用， 以便提供具有希望特性的过滤介质包。
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， 可以改进介质包的性能。此外， 申请人已经发现， 由于控制额外的设计标准， 可以获得增强 的性能。
在一个实施例中， 可以控制过滤介质包， 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， 并且可以控制使得过滤介质包根据下述公式得出的槽纹密度 (ρ) 为至少 35.0 槽纹 / 英寸 2 ：
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 可以表现出下述的至少一种 ：
(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 ；
(ii) 槽纹宽高比为大于 2.5 ； 或
(iii) 槽纹宽高比为小于 0.4。
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， 以便在介质包一侧的空间比介质包另一侧的空 间大至少 10％。
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， 以及不对称空间结构， 从而介质包一侧的空间
比介质包另一侧的空间大至少 10％。
在本发明的另一替换性过滤介质包中， 过滤介质包可以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％。
过滤介质包的性能可通过控制槽纹的形状加以改进。例如， 槽纹介质可以具有 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)” 。槽纹片材可以包括两个脊， 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。重复型式可以设在所有的相 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， 每隔三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。
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， 以提 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， 以提 供密封。密封件可以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。
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， 以形成过滤介质包。
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。
可以由过滤介质包过滤的流体包括气态物质和液态物质。 可以被过滤的示例性气 态物质包括空气。可以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 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。
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。
图 3 是不同波纹状介质定义的示意图。
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。
图 5a-c 是本发明的介质的一部分的放大示意性剖视图。
图 6 是照片， 它示出了图 5a 所示卷绕过滤介质的端视图。
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 部分被剥落以露出尘饼。
图 8 是图 5b 所示介质的锥形槽纹片材的透视图。
图 9a 和 9b 是图 5b 和 5c 所示锥形介质的剖视图。
图 10a 和 10b 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。
图 11 是与倒置轮 (inverter wheel) 接触之后并且与折叠轮 (folder wheel) 接 触以便闭合槽纹之前的槽纹的剖视图。
图 12 是沿图 11 的线 12-12 剖开的槽纹的剖视图。
图 13 是沿图 11 的线 13-13 剖开的槽纹的剖视图。
图 14 是与折叠轮接触之后的槽纹的剖视图。
图 15 是沿图 14 的线 15-15 剖开的槽纹的剖视图。
图 16 是沿图 14 的线 16-16 剖开的槽纹的剖视图。
图 17 是沿图 14 的线 17-17 剖开的槽纹的剖视图。
图 18 是图 14 所示折叠的槽纹的端视图。
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。
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。
图 21 是含有本发明的过滤介质包的过滤元件的透视图。
图 22 是含有本发明的过滤介质包的过滤元件的透视图。
图 23 是图 22 所示过滤元件的底部透视图。
图 24 是图 22 和 23 所示过滤元件的传感器板的侧视图。
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。
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。
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。 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
槽纹过滤介质
槽纹过滤介质可用于以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” 是指这样一种过滤元件结构， 其中 各波纹状的、 折叠的、 褶皱的、 或以其它方式形成的过滤器槽纹被用于限定纵向过滤槽纹， 以便流体流过介质 ； 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 ； 5,772,883 ； 5,902,364 ； 5,792,247 ； 5,895,574 ； 6,210,469 ； 6,190,432 ； 6,350,296 ； 6,179,890 ； 6,235,195 ； Des.399,944 ； Des.428,128 ； Des.396,098 ； Des.398,046 ； 和 Des.437,401 ； 这十五篇引用 文献中的每一篇均在此被结合入本文引用。
可以由过滤介质包过滤的流体包括气态物质和液态物质。 可以被过滤的示例性气 态物质包括空气。可以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， 大多数讨论涉及过滤空气。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。
一种类型的 z- 过滤介质采用两种介质构件结合在一起， 以形成介质结构。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， 不过它可以是波纹状的， 例如垂直于如公开日为 2005 年 8 月 25 日的国际公 开号 WO 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 材可以是槽纹 ( 例如， 波纹状 ) 介质片材， 并且槽纹或波纹可以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以是槽纹或波纹状的， 它也可以设定为非槽纹或非波纹的形式。所述形式可以包括扁平片材。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。
采用两种介质构件结合在一起以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 ) 可以被称为 “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 卷绕以形成 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， 以形成过滤结构。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。过滤元件可以具 有卷绕结构或层叠结构。
通常， 槽纹片材 / 表面片材组合 ( 例如， 单面介质 ) 绕其自身卷绕以形成卷绕的介 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 WO 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， 单面介质可以被卷绕， 以便槽纹 片材形成介质包的外表面。 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辊 ( 即 进入两个辊之间的辊隙或辊缝 ) 所形成的槽纹结构， 其中每个辊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” 不是指通过不涉及介质进入波纹辊之间的辊缝 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 PCT WO 04/007054 所述的折 叠技术， 该文献在此被结合入本文作为引用。
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 纹成型或折叠或褶皱而形成 ) 延伸通过其间的的介质。槽纹介质可以通过能够提供希望槽 纹形状的任意技术来制备。波纹成型可以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褶皱。一般， 介质的褶皱可通过折叠介质而实现。一般， 通过打褶 ( 使 介质褶皱 ) 而形成槽纹可被称作微打褶。折叠介质以便提供褶皱的示例性技术包括刻划 (scoring) 和利用压力以产生折叠。
采用 z- 过滤介质的过滤元件或过滤器滤芯结构有时被称为 “直通流动结构” 或其 变化形式。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芯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气流。 在一些情况， 入口流 端和出口流端的每一个大体可以是扁平或平面的， 并且两者彼此平行。 不过， 由此产生的变 形， 例如非平面的表面， 在某些应用中也是可行的。另外， 入口流面和相对的出口流面的特 征并不要求入口流面和出口流面是平行的。 如果需要， 入口流面和出口流面可以彼此平行。 另外， 入口流面和出口流面可以彼此成一角度， 从而所述面不平行。此外， 非平面的表面可 被视为非平行的表面。
直通流动结构， 例如， 不同于美国专利号 6,039,778 中所示的圆柱形褶皱过滤器 滤芯类型， 该该类型中， 流体在穿过可维修的滤芯时一般发生实质转向。就是说， 在美国 专利号 6,039,778 的过滤器中， 在顺流系统， 流体通过圆柱形侧面进入圆柱形过滤器滤芯， 并随后转向通过端面流出。在逆流系统中， 流体通过端面进入可维修的圆柱形过滤器滤 芯， 并随后转向通过圆柱形过滤器滤芯的侧面流出。所述逆流系统的例子在美国专利号 5,613,992 中示出。
过滤元件或过滤器滤芯可被称为可维修的过滤元件或过滤器滤芯。 本文中的术语 “可维修的” 是指， 含有介质的过滤器滤芯从相应的空气滤清器中周期性地取出并更换。包 括可维修的过滤元件或过滤器滤芯的空气滤清器被构造成能够实现过滤元件或过滤器滤 芯的取出和更换。一般， 空气滤清器可以包括外壳和检修盖， 其中检修盖用于取出已使用 ( 用尽 ) 的过滤元件并插入新的或清洁的 ( 修复后的 ) 过滤元件。
本文中所用的术语 “z- 过滤介质结构” 及其变型是指下述结构的任一种或全部 ： 包含槽纹介质片材和表面介质片材的单面介质， 其具有适当的闭合以抑制空气流在不经过 过滤介质进行过滤的情况下从一个流动面到达另一个流动面 ； 和 / 或， 单面介质卷绕或层 叠或以其它方式构造或形成为三维网络的槽纹 ； 和 / 或， 包括单面介质的过滤结构 ； 和/ 或， 槽纹介质构造或形成 ( 例如， 通过折叠或打褶 ) 为三维网络的槽纹。一般， 希望具有适 当的槽纹闭合结构， 以阻止流入介质一侧 ( 或面 ) 的未过滤空气从介质的另一侧 ( 或面 ) 流出， 作为已过滤空气流的部分离开介质。在很多结构中， z- 过滤介质结构被构造用于形 成入口和出口槽纹的网络， 入口槽纹在邻近入口面的区域开口并且在邻近出口面的区域闭 合； 而出口槽纹在邻近入口面处闭合并且在邻近出口面处开口。不过， 其它的 z- 过滤介质 结构也是可行的， 参见例如 2006 年 5 月 4 日公开的 Baldwin Filters， Inc. 的美国专利公 开号 2006/0091084A1， 它也包括在相对的流动面之间延伸的槽纹， 其具有密封结构以防止 未经过滤的空气流过介质包。在本发明的很多 z- 过滤结构中， 可利用粘合剂或密封剂来闭 合槽纹并提供适当的密封结构以阻止未过滤的空气从介质的一侧流向介质的另一侧。塞、 介质的折叠、 或介质的压挤 ( 压紧 ) 可用作闭合槽纹的技术， 以阻止未过滤的空气从介质的 一侧 ( 面 ) 流向介质的另一侧 ( 面 )。
另一 z- 过滤结构可通过采用槽纹介质片材实现。例如， 槽纹介质片材可被折叠， 以便在入口流面和出口流面形成闭合。这种类型的结构的例子可参见， 例如 AAF-McQuay Inc. 的 US 2006/0151383 和 Fleetguard， Inc. 的 WO 2006/132717， 描述了槽纹介质具有折 叠或弯曲处垂直于槽纹方向， 以密封槽纹的端部。
参见图 1， 示出了可用作 z- 过滤介质的示例性类型的介质 1。尽管介质 1 代表现 有技术的介质， 描述介质 1 所用的很多术语也可以描述本发明的介质的部分。介质 1 由槽 纹 ( 在本示例中为波纹状 ) 片材 3 和表面片材 4 形成。一般， 槽纹波纹状片材 3 的类型在 本文中一般被表征为具有规则的、 弯曲的波型的槽纹或波纹 7。在本文中， 术语 “波型” 是指 由交替的波谷 7b 和波峰 7a 构成的槽纹或波纹型式。在本文中， 术语 “规则的” 是指成对的 波谷和波峰 (7b， 7a) 以大体相同的重复波纹 ( 或槽纹 ) 形状和大小交替。( 另外， 在规则的 结构中， 每个波谷 7b 基本上是每个波峰 7b 的倒置。) 因此， 术语 “规则的” 表示， 波纹 ( 或 槽纹 ) 型式包括波谷和波峰， 每一对 ( 包括相邻的波谷和波峰 ) 重复， 波纹沿槽纹长度的至 少 70％在尺寸和形状上没有显著的改变。本文中的术语 “显著的 ( 实质 )” 是指， 由于形成波纹或槽纹片材所用的工艺或形成方式上的变化而导致的改变， 而不是由于形成槽纹片材 3 的介质片材是柔性的这一事实而造成的微小变化。 关于重复型式的表征， 并不表示在任意 给定的过滤结构中， 必须存在相同数目的波峰和波谷。例如， 介质 1 可以止于一对波峰和波 谷之间， 或者部分沿一对波峰和波谷。( 例如， 在图 1 中， 以局部图示出的介质 2 具有 8 个 完整的波峰 7a 和 7 个完整的波谷 7b)。另外， 相对的槽纹端 ( 波谷和波峰端 ) 可以彼此不 同。所述端部的变化在上述定义中可以忽略， 除非特别说明。也就是说， 槽纹端的变化被上 述定义覆盖。
在槽纹过滤介质的上下文中， 并且尤其是示例性介质 1 中， 波谷 7b 和波峰 7a 可被 表征为峰。 也就是说， 波峰 7a 的最高点可被表征为峰， 并且波谷 7b 的最低点可被表征为峰。 槽纹片材 3 和表面片材 4 的组合可被称为单面介质 5。在波谷 7b 处形成的峰可被称为内 峰， 因为它们面向单面介质 5 的表面片材 3。 在波峰 7a 处形成的峰可被表征为外峰， 因为它 们背对形成单面介质 5 的表面片材 3。对于单面介质 5， 槽纹片材 3 包括面向表面片材 4 的 重复的内峰 7b， 和背对表面片材 4 的重复的外峰 7a。
术语 “规则的” 在用于表征槽纹型式时， 并不旨在表征可被认为是 “锥形的” 介质。 一般， 锥形是指在沿槽纹的长度方向上槽纹尺寸的减小或增大。 一般， 锥形的过滤介质可能 表现为第一组槽纹从介质的第一端到介质的第二端在尺寸上减小， 和第二组槽纹从介质的 第一端到介质的第二端在尺寸上增大。一般， 锥形的型式不被视为规则的型式。不过， 应当 理解， z- 介质可以包含沿槽纹长度被视为规则的区域和被视为不规则的区域。例如， 第一 组槽纹沿槽纹长度的一定距离可被视为是规则的， 例如四分之一至四分之三的距离， 而随 后对于槽纹长度的剩余量由于锥形的存在可被认为是不规则的。 另一可行的槽纹结构是具 有锥形 - 规则 - 锥形结构， 其中例如， 槽纹从第一面至一预定位置呈锥形， 随后直至第二预 定位置槽纹可被视为是规则的， 而随后槽纹成锥形至第二面。另一可替换的结构可具有规 则 - 锥形 - 规则结构或者规则 - 锥形结构。不同的可替换结构可根据需要构造。
在 z- 介质的上下文中， 大体有两种类型的 “不对称” 。一种类型的不对称是指面积 不对称， 而另一种类型的不对称是指体积 ( 空间 ) 不对称。一般， 面积不对称是指在槽纹截 面积上不对称， 并且可表现为锥形的槽纹。 例如， 如果在沿槽纹长度方向的一个位置处的槽 纹面积不同于沿槽纹长度方向的另一位置处的槽纹面积， 则存在面积不对称。由于锥形的 槽纹表现为从介质包的第一位置 ( 例如端部 ) 至第二位置 ( 例如端部 ) 在尺寸上减小， 或 从介质包的第一位置 ( 例如端部 ) 至第二位置 ( 例如端部 ) 在尺寸上增大， 存在面积不对 称。该不对称是由于锥形所造成的不对称类型， 因此具有这种不对称类型的介质可被称为 不规则的。另一种不对称类型可被称为体积不对称， 并且会在下文进行更详细地说明。体 积不对称是指在过滤介质包内不洁侧体积和干净侧体积之间的差异。如果波型是规则的， 则表现出体积 ( 空间 ) 不对称的介质可被表征为规则的 ； 如果波型是不规则的， 则介质可被 表征为不规则的。
可以提供 Z- 介质， 其中通过除设有粘合剂或密封剂的塞子之外的技术使至少部 分槽纹闭合以阻止未经过滤的空气通过。例如， 槽纹的端部可以被折叠或压紧 ( 压挤 ) 以 形成闭合。 一种提供规则和一致的折叠型式用于闭合槽纹的技术可被称作针刺 (dart)。 针 刺的槽纹或针刺一般是指槽纹的闭合， 其中所述闭合是通过折叠槽纹以形成规则的折叠型 式， 以使槽纹朝向表面片材被压扁以形成闭合而实现的， 而非通过压挤而实现。 针刺一般意指一种系统的方式， 由于折叠槽纹的部分而闭合槽纹的端部， 使得槽纹闭合一般是一致和 可控的。例如， 美国专利公开号 US 2006/0163150A1 公开了一种在槽纹的端部具有针刺结 构的槽纹。针刺结构可以具有以下优点， 包括例如 ： 用于实现密封所需的密封剂的量减少， 在密封的有效性上具有更高的安全性， 和在槽纹的针刺端上具有希望的流动型式。Z- 介质 可以包括具有针刺端的槽纹， 并且美国专利公开号 US 2006/0163150A1 的完整公开内容在 此被结合入本文作为引用。应当理解， 在槽纹端部存在的针刺不会使介质变得不规则。
在表征 “弯曲的” 波型的上下文中， 术语 “弯曲” 是指这样一种型式， 它不是由于使 介质具有折叠或折纹形状而造成的， 而是每个波峰 7a 的顶点和每个波谷 7b 的底部沿径向 曲线而形成。尽管其它形式是可行的， 但通常所述 z- 过滤介质的半径为至少 0.25mm 并且 通常不大于 3mm。根据上述定义不弯曲的介质也是可用的。例如， 可能需要提供一种半径 十分尖的峰， 从而它不被认为是 “弯曲的” 。一般， 如果半径小于 0.25mm， 或小于 0.20mm， 脊 ( 波峰 ) 或底 ( 波谷 ) 可被表征为弯曲的、 折叠的、 或有折纹的。为了降低掩蔽， 可能需要提 供一种带有刀口 (knife edge) 的峰。在峰处设置刀口的能力可能被用于形成介质的设备、 介质本身、 以及介质所经受的条件所限制。例如， 希望不要切割或撕裂介质。因此， 如果刀 口在介质中导致切割或撕裂， 则可能不希望使用刀口来形成所述峰。 此外， 介质可能太轻或 太重， 从而不能在没有切割或撕裂的情况下实现充分的不弯曲的峰。 此外， 在加工期间空气 的湿度可被增强， 以帮助在形成所述峰时产生更小 ( 紧 ) 半径。
图 1 所示波纹状片材 3 的具体规则的、 弯曲的波型的另一特征是， 在每个波谷 7b 和每个相邻波峰 7a 之间大致的中点 30， 沿槽纹 7 长度的大部分方向， 设置有曲率在此倒置 的过渡区域。例如， 观察图 1 中的背侧或面 3a， 波谷 7b 是凹入区域， 而波峰 7a 为凸出区域。 当然， 当朝向前侧或面 3b 观察时， 面 3a 的波谷 7b 形成波峰， 而面 3a 的波峰 7a 形成波谷。 在一些情况， 区域 30 可以是直段， 而不是点， 在段 30 的端部曲率倒置。当区域 30 被设为直 段时， 图 1 所示的波形， 例如， 可被表征为 “弧线 - 直线 - 弧线” 波型， 这是因为重复型式的 波峰 7a 处的曲线， 区域 30 处的直段， 和波谷 7b 处的曲线。
图 1 所示具体规则的、 弯曲的波型的波纹状片材 3 的一个特征是， 各波纹一般是直 的。在这里术语 “直的” 表示， 在边缘 8 和 9 之间长度的至少 50％， 并且优选至少 70％ ( 通 常为至少 80％ )， 波峰 7a 和波谷 7b 的截面基本上不发生变化。涉及图 1 所示波纹型式的 术语 “直的” ， 部分区别于 WO 97/40918 的图 1 和 2003 年 6 月 12 日公开的 PCT 公开号 WO 03/47722 中所述的波纹介质的锥形槽纹的型式， 上述文献在此被结合入本文作为引用。例 如， WO 97/40918 的图 1 中的锥形槽纹可以是弯曲的波型， 但不是 “规则的” 型式， 或直槽纹 型式， 如本文所用的术语。
参见图 1 并如上文所述， 介质 2 具有第一和第二相对的边缘 8 和 9。对于所示的例 子， 当介质 2 被卷绕并形成介质包时， 一般边缘 9 会形成介质包的入口端， 而边缘 8 形成出 口端， 尽管在某些应用中相反的定向是可行的。
在所示的例子中， 邻近边缘 8 设有密封剂， 在这里是以密封剂密封边 (bead)10 的 形式， 将槽纹片材 3 和表面片材 4 密封在一起。密封边 10 有时被称为 “单面” 密封边， 因为 它是在形成单面介质 5 的波纹片材 3 和表面片材 4 之间的密封边。密封剂密封边 10 密封 闭合边缘 8 附近的各槽纹 11， 阻止空气从其通过。
在所示的例子中， 邻近边缘 9 设有密封剂， 在这里是以密封剂密封边 14 的形式。 密封剂密封边 14 一般闭合槽纹 15， 在邻近边缘 9 处阻止未经过滤的流体从中通过。密封边 14 通常在介质 2 绕其自身卷绕时被施加， 其中波纹片材 3 朝向内卷绕。因此， 密封边 14 会 在表面片材 4 的背侧 17 和槽纹片材 3 的一侧 18 之间形成密封。密封边 14 有时被称为 “卷 绕密封边” ， 因为它通常在 ( 介质 ) 条 2 被卷绕成卷绕的介质包时被施加。如果介质 2 被切 割成条状并且层叠， 而非卷绕， 则密封边 14 会被称为 “层叠密封边” 。
参见图 1， 一旦介质 1 例如通过卷绕或层叠的方式被整合成介质包， 它将如下作 业。首先， 沿箭头 12 所示方向的空气会进入端部 9 附近的开口槽纹 11。由于在端部 8 被 密封边 10 闭合， 空气会沿箭头 13 所示的方向通过介质。空气随后通过槽纹 15 的开口端 15a( 介质包的端部 8 附近 ) 离开介质包。 当然， 也可以沿相反方向的空气流执行所述作业。
一般而言， z- 过滤介质包可被表征为包括槽纹过滤介质固定至表面过滤介质， 并 被设置成槽纹在第一和第二流动面之间延伸的介质包。介质包内具有密封剂或密封结构， 以确保在第一上游流动面或边缘处进入槽纹的空气不能在不通过介质过滤的情况下从下 游流动面或边缘流出介质包。换句话说， z- 过滤介质包通常通过密封剂结构或其它结构阻 止未经过滤的空气在入口流动面和出口流动面之间通过。所述结构的另一其它特征是， 第 一部分的槽纹被闭合或密封， 以阻止未经过滤的空气流入第一部分的槽纹， 而第二部分的 槽纹被闭合或密封， 以阻止未经过滤的空气从第二部分的槽纹流出 ； 从而进入介质包的第 一面或第二面中的一个面并且从介质包的第一面或第二面中的另一面流出的空气穿过介 质， 以便对空气进行过滤。 对于图 1 所示的具体结构， 平行的波纹 7a， 7b 从边缘 8 到边缘 9 大体是直的完全通 过介质。直槽纹或波纹可以在选定的位置 ( 尤其在端部 ) 变形或折叠。在上文 “规则的” 、 “弯曲的” 和 “波型” 的定义中一般忽略在槽纹端部以供闭合的变型。
一般， 过滤介质是相对柔性的材料， 通常为无纺纤维材料 ( 纤维素纤维， 合成纤维 或两者 )， 其内经常包括树脂， 有时用其它材料处理。 因此， 它可以被整合或设置成不同槽纹 ( 例如波纹 ) 型式， 而没有不可接受的介质损坏。另外， 它易于被卷绕或以其它方式设置以 供使用， 同样没有不可接受的介质损坏。当然， 它必须具有这样的特性， 使得它在使用过程 中会保持需要的槽纹 ( 例如波纹 ) 结构。
在波纹成形或槽纹成形过程中， 对介质进行非弹性变形。这能防止介质回到其初 始形状。不过， 一旦张力被释放， 槽纹或波纹会倾向于回弹， 只恢复部分已经发生的伸长和 弯曲。表面片材有时被固定至槽纹片材， 以阻止槽纹 ( 或波纹 ) 片材的这种回弹。
另外， 介质可以包含树脂。 在波纹成形过程中， 介质可被加热至树脂的玻璃转变点 之上。当树脂冷却时， 它会有助于保持槽纹形状。
槽纹片材 3、 表面片材 4 或两者的介质可以在其一面或两面具有细纤维材料， 例如 按照美国专利号 6,955,775， 6,673,136， 和 7,270,693 所述， 上述文献在此被结合入本文作 为引用。一般， 细纤维可以是指聚合物细纤维 ( 微纤维和纳米纤维 )， 并且可以设置在介质 上， 以改进过滤性能。由于介质上细纤维的存在， 可能或希望提供一种介质， 它具有减小的 重量或厚度， 同时获得希望的过滤特性。 因此， 介质上细纤维的存在可以提供增强的过滤特 性， 能提供使用更薄的介质， 或者两者皆有。被表征为细纤维的纤维可以具有的直径为约 0.001 微米至约 10 微米， 约 0.005 微米至约 5 微米， 或约 0.01 微米至约 0.5 微米。纳米纤 维是指纤维的直径为小于 200 纳米或 0.2 微米。微纤维可以表示纤维的直径为大于 0.2 微
米， 但不大于 10 微米。可用于形成细纤维的示例性材料包括聚偏二氯乙烯， 聚乙烯醇聚合 物和共聚物 ( 包括各种尼龙， 例如尼龙 6， 尼龙 4， 6， 尼龙 6， 6， 尼龙 6， 10， 及其共聚物 )， 聚氯 乙烯， PVDC， 聚苯乙烯， 聚丙烯腈， PMMA， PVDF， 聚酰胺， 及其混合物。
仍参见图 1， 在 20 处示出固定密封边 (tack bead)， 它位于槽纹片材 3 和表面片材 4 之间， 将两者固定在一起。固定密封边 20 可以是， 例如， 不连续线的粘合剂。固定密封边 也可以是点， 其中介质片材焊接在一起。
从上文显而易见， 所示的示例性槽纹片材 3 沿波谷或波峰在两者邻接处通常不是 连续地固定至表面片材。 因此， 空气可以在相邻的入口槽纹之间流动， 并且可替换地在相邻 的出口槽纹之间流动， 而不穿过介质。 不过， 已通过入口流动面进入槽纹的未过滤空气不能 在不穿过至少一个介质片材进行过滤的情况下通过出口流动面离开槽纹。
现在参见图 2， 其中示出了采用槽纹 ( 在这里是规则的弯曲的波型 ) 片材 43 和非 波纹状的扁平的表面片材 44 的 z- 过滤介质结构 40。点 50 和 51 之间的距离 D1 限定了在 给定槽纹 53 下方的区域 52 的扁平介质 44 的延伸部。点 50 和 51 被设定为槽纹片材 43 的 内峰 46 和 48 的中心点。此外， 点 45 可被表征为槽纹片材 43 的外峰 49 的中心点。距离 D1 限定介质结构 40 的周期长度或间隔。长度 D2 限定在相同距离 D1 上槽纹 53 的弓形介质长 度， 并且由于槽纹 53 的形状而当然大于 D1。 对于现有技术中槽纹过滤器应用中所用的通常 规则形状的介质， 长度 D2 对 D1 之比通常在 1.2-2.0 的范围之内 ( 包括端值 )。空气过滤器 常用的示例性装置具有一种结构， 其中 D2 为约 1.25×D1 至约 1.35×D1。所述介质， 例如， TM 已被商用于 Donaldson Powercore Z- 过滤器装置中， 所述装置具有规则的弯曲的波型。 本文中， 比率 D2/D1 有时会被表征为介质的槽纹 / 平面比或介质拉伸性 (media draw)。
槽纹高度 J 是从表面片材 44 到槽纹片材 43 的最高点的距离。换句话说， 槽纹高 度 J 是槽纹片材 43 的交替峰 57 和 58 之间的外部高度差。槽纹高度 J 考虑了槽纹片材 43 的厚度。峰 57 可被称作内峰 ( 所述峰朝向表面片材 44)， 而峰 58 可被称作外峰 ( 所述峰背 对表面片材 44)。尽管距离 D1， D2， 和 J 适用于图 2 所示的特定槽纹介质结构， 这些距离也 可被应用于其它结构的槽纹介质， 其中 D1 是指槽纹的周期长度或给定槽纹下方的扁平介 质的距离， D2 是指槽纹介质从较低峰到较低峰的长度， 而 J 是指槽纹高度。
另一种测量方式可被称为线长 (cord length)(CL)。线长是指从低 ( 下 ) 峰 57 的 中心点 50 到上峰 58 的中心点 45 的直线距离。介质的厚度以及决定在何处开始或结束具 体的距离测量可能影响距离值， 因为介质厚度影响距离值。例如， 线长 (CL) 可以具有不同 的值， 这取决于距离是否是从内峰的底部测量到外峰的底部， 或它是否是从内峰的底部测 量到外峰的顶部。距离的这种差异是介质厚度如何影响距离测量的一个例子。为了使介质 厚度的影响最小化， 线长的测量由介质内的中心点确定。线长 CL 与介质长度 D2 之间的关 系可被表征为介质 - 线百分比。介质 - 线百分比可以根据下述公式确定 ：
在波纹纸板行业中， 已经定义了不同标准的槽纹。这包括， 例如， 标准 E 槽纹， 标准 X 槽纹， 标准 B 槽纹， 标准 C 槽纹， 和标准 A 槽纹。附图 3 结合下文表 1 提供了这些槽纹的定 义。Donaldson Company， Inc.， (DCI)， 本发明的受让人， 已经在多种 z- 过滤装置中使 用了标准 A 和标准 B 槽纹的变形。DCI 标准 B 槽纹可以具有约 3.6％的介质 - 线比。DCI 标 准 A 槽纹可以具有约 6.3％的介质 - 线比。各种槽纹也定义在表 1 和图 3 中。图 2 示出了 采用标准 B 槽纹作为槽纹片材 43 的 z- 过滤介质结构 40。
一般， 波纹盒箱行业的标准槽纹结构已被用于定义波纹状介质的波纹形状或大致 的波纹形状。过滤介质的改进性能可通过提供能增强过滤的槽纹结构或构造而获得。在 波纹盒箱板行业中， 选定槽纹的尺寸或波纹的几何形状以提供适于应对载荷的结构。波纹 盒箱行业的槽纹几何形状开发出了标准 A 槽纹或 B 槽纹结构。尽管所述槽纹结构对于处理 ( 应对 ) 载荷是理想的， 通过改变槽纹的几何形状可以增强过滤性能。改进过滤性能的技 术包括选择一般而言改进过滤性能的几何形状和结构， 以及在选定过滤条件下改进过滤性 能的几何形状和结构。 可被改变以改进过滤性能的示例性槽纹几何形状和结构包括槽纹掩
蔽， 槽纹形状， 槽纹宽高比， 和槽纹不对称性。 考虑到槽纹几何形状和结构的多种选择， 过滤 元件可被设置为鉴于不同的槽纹几何形状和结构而具有希望的过滤元件几何形状和结构， 以改进过滤性能。
掩蔽 (Masking)
在 z- 介质的上下文中， 掩蔽是指， 在槽纹片材和表面片材之间附近的区域， 有缺 少显著压力差的地方， 导致过滤介质在使用时缺少可用的过滤介质。 一般， 被掩蔽的介质对 于显著提高过滤介质的过滤性能是没有用的。因此， 希望减少掩蔽， 从而增大可用于过滤 的过滤介质量， 并从而增大过滤介质的容量， 增加过滤介质的通过量， 降低过滤介质的压力 降， 或者上述的某些或全部。
在槽纹片材被设置成如图 2 所示在峰处具有宽半径型式的情况， 在槽纹片材与表 面片材的接触区域附近存在较大面积的过滤介质， 它一般不能用于过滤。可以通过减小峰 的半径或槽纹片材与表面片材之间的接触点 ( 例如， 设置更尖的接触点 ) 来减小掩蔽。当 处于压力作用下时 ( 例如在过滤期间 )， 掩蔽一般考虑介质的偏离。 较大的半径可能导致更 多的槽纹介质朝向表面片材偏离并从而增大掩蔽。通过设置更尖的峰或接触点 ( 例如， 更 小的半径 )， 能够减小掩蔽。
已经试图减小槽纹片材与表面片材之间的接触半径。例如， 参见 Winter 等人的美 国专利号 6,953,124。 减小半径的例子在图 4a 中示出， 其中槽纹片材 70 以槽纹片材 70 中较 尖的峰或接触点 74 和 75 接触表面片材 72 和 73。弯曲的波型， 例如图 1 所示的弯曲波型， 一般提供一种槽纹片材， 它在峰处具有的半径为至少 0.25mm 并且通常不大于 3mm。较尖峰 或接触点可被表征为峰的半径为小于 0.25mm。优选地， 较尖峰或接触峰点可被设置具有的 半径为小于约 0.20mm。 此外， 通过使峰具有的半径小于约 0.15mm， 并且优选小于约 0.10mm， 可以降低掩蔽。峰可被设为没有半径或半径基本上为约 0mm。用于使槽纹介质表现出较尖 峰或接触点的示例性技术包括 ： 以足以提供较尖边缘的方式冲制、 弯曲、 折叠、 或压折槽纹 介质。应当理解， 提供尖锐边缘的能力取决于多个因素， 包括介质本身的成分， 以及用于实 现冲制、 弯曲、 折叠、 或压折的工艺设备。 一般， 提供较尖接触点的能力取决于介质的重量以 及介质是否含有抗撕裂或切割的纤维。 一般， 希望在冲制、 弯曲、 折叠、 或压折的过程中不切 割过滤介质。
尽管希望减小峰 ( 内峰或外峰 ) 的半径以减少掩蔽， 但也不需要使所有峰都具有 减小的半径以减少掩蔽。减少的掩蔽， 以及增强的过滤性能， 可以通过使至少一些峰 ( 例 如， 至少约 20％的峰 ) 具有较尖的峰或接触点来实现。另外， 根据介质的设计， 外峰可以具 有减小的半径或内峰可以具有减小的半径， 或者外峰和内峰均具有减小的半径， 以便减少 掩蔽。
增大介质的表面积
可以通过增大可用于过滤的过滤介质量来提高过滤性能。 减少掩蔽可被视为是一 种增大可用于过滤的介质的表面积的技术。
现在参见图 4a， 槽纹片材 70 可被视为提供了具有类似于等边三角形的截面的槽 纹。由于介质是柔性的， 因此可以预见当介质受到压力例如在过滤期间， 槽纹片材 70 可能 偏离。此外， 图 2 中的槽纹片材 43 可被视为具有类似于三角形的槽纹。一般， 槽纹类似于 等边三角形的槽纹介质与其它槽纹设计相比， 一般具有最少量的可用于过滤的介质， 其中所述其它槽纹设计中周期长度 D1 和槽纹高度 J 彼此相对于另一个， 周期长度或间距 D1 被 增大或减小， 或槽纹高度 J 被增大或减小。
现在参见图 4b 和 4c， 图 4b 涉及槽纹片材 80 在表面片材 82 和 83 之间延伸的介 质。图 4c 示出了一种介质， 其中槽纹片材 90 在表面片材 92 和 93 之间延伸。所示的槽纹 片材 80 具有比图 4a 所示槽纹片材 70 更长的槽纹周期 D1。槽纹片材 80 与图 4a 所示的介 质结构相比， 具有相对于槽纹高度 J 相对更长的周期 D1。现在参见图 4c， 所示的槽纹片材 90 具有比图 4a 中的槽纹片材 70 更短的槽纹周期 D1。所示的槽纹片材 90 与图 4a 所示的 介质结构相比， 具有相对于周期 D1 相对更大的槽纹高度 J。
槽纹介质的结构可通过槽纹宽高比表征。槽纹宽高比是槽纹周期长度 D1 与槽纹 高度 J 之比。槽纹宽高比可以由下面的公式表述 ：
测得的距离例如槽纹周期长度 D1 和槽纹高度 J 可被表征为沿槽纹长度 ( 除各端 处槽纹长度的 20％之外 ) 的过滤介质的平均值。该距离可以远离槽纹的端部进行测量。通 常槽纹的端部具有密封剂或闭合。 在槽纹闭合处计算的槽纹宽高比不必然代表实际发生过 滤的槽纹部分的槽纹宽高比。 因此， 槽纹宽高比的测量可以是槽纹长度上的平均值， 除去当 槽纹在端部处或邻近端部处被闭合时槽纹端部附近的最后 20％的槽纹长度之外， 以消除槽 纹闭合的影响。对于 “规则的” 介质， 可以预见槽纹周期长度 D1 与槽纹高度 J 会沿槽纹长 度相对恒定。相对恒定表示， 槽纹宽高比在槽纹的长度上 ( 除去各端部处槽纹的闭合设计 可能影响宽高比的 20％的长度之外 ) 的变化在约 10％以内。此外， 在 “不规则的” 介质情 况， 例如， 介质具有锥形槽纹， 槽纹宽高比在槽纹的长度上可能变化或保持大致相同。通过 调节槽纹形状使之远离理论上的等边三角形形状， 可以增大在给定空间中可用于过滤的介
质量。 因此， 槽纹宽高比为至少约 2.2， 至少约 2.5， 至少约 2.7， 或至少约 3.0 的槽纹可以具 有增大的可用于过滤的介质的表面积。此外， 提供宽高比为小于约 0.45， 小于约 0.40， 小于 约 0.37， 或小于约 0.33 的槽形设计， 可以提供增大的可用于过滤的介质面积。 一般， 理论上 具有等边三角形形状的槽纹表示槽纹宽高比为约 1.6。
另一种增大可用于过滤的过滤介质量的技术包括增大介质包的槽纹密度。 槽纹密 度是指过滤介质包中过滤介质的每单位截面积中的槽纹数量。槽纹密度取决于多个因素， 包括槽纹高度 J， 槽纹周期 D1， 和介质厚度 T。槽纹密度可被表征为介质包槽纹密度或单面 介质槽纹密度。计算过滤元件的介质包槽纹密度 (ρ) 的公式为 ：
过滤元件的槽纹密度可以通过如下方式计算 ： 计数过滤元件的截面积中通道的数 量 ( 包括那些开口的通道和那些闭合的通道 )， 并且除以确定通道数量的位置处过滤元件 的截面积的两倍。一般， 可以预见槽纹密度贯穿过滤元件的长度从入口流动面到出口流动 面会保持相对恒定， 反之亦然。应对理解， z- 介质横截面是指 ( 卷绕或层叠的 ) 介质的截 面积， 而不必然指过滤元件的截面积。过滤元件可能具有壳套或密封， 旨在接合外壳， 使得
过滤元件的截面积大于介质的截面积。此外， 介质的截面积是指有效面积。也就是说， 如果 介质围绕芯部或芯轴卷绕， 则芯部或芯轴的截面积不是 z- 介质包截面积的部分。此外， 通 道的数量是指有效面积中通道的数量。
计算单面介质的槽纹密度 (ρ) 的另一公式为 ：
在用于计算每单面介质的槽纹密度的公式中， J 是槽纹高度， D1 是槽纹周期长度， 而 T 是槽纹片材的厚度。该可替换公式可被称作用于计算单面介质槽纹密度的公式。单面 介质槽纹密度根据单面介质的结构确定。相反地， 介质包槽纹密度根据组装后的介质包加 以确定。
理论上， 介质包槽纹密度和单面介质槽纹密度应当具有相似的结果。 不过， 可能介 质包以这样的方式进行构造， 使得介质包槽纹密度和单面介质槽纹密度具有不同的结果。
图 2 和 3 所示并在表 1 被表征的标准 B 槽纹提供了一种卷绕的过滤介质， 它的槽纹 2 密度 ( 介质包槽纹密度和单面介质槽纹密度 ) 为约 34 槽纹 / 英寸 。由标准 B 槽纹形成的 介质包可被表征为具有约 34 槽纹 / 英寸 2 的平均槽纹密度。槽纹密度 ( 无论表述为介质包 槽纹密度还是单面介质槽纹密度 ) 可被视为是介质包的平均槽纹密度， 除非另有说明。因 增大 此， 槽纹密度可能有时被称作槽纹密度， 而在另一些时候被称作平均槽纹密度。一般， 平均槽纹密度是指提供一种介质包， 它的槽纹密度大于标准 B 槽纹介质的槽纹密度。例如， 增大的槽纹密度可能是指介质包的槽纹密度大于 35.0 槽纹 / 英寸 2。介质包可具有的槽纹 密度为大于约 36 槽纹 / 英寸 2， 大于约 38 槽纹 / 英寸 2， 大于约 40 槽纹 / 英寸 2， 大于约 45 2 2 槽纹 / 英寸 ， 或大于约 50 槽纹 / 英寸 。介质包可以具有减小的槽纹密度 ( 与标准 B 介质 相比 )， 以提供减小的压力降或流过其间的较少的阻力。例如， 介质包可以具有的介质包槽 2 2 纹密度为小于 34.0 槽纹 / 英寸 ， 小于约 30 槽纹 / 英寸 ， 或小于约 25 槽纹 / 英寸 2。
一般， 提供具有增大槽纹密度的介质倾向于增大介质空间内的介质表面积， 并因 此倾向于增大过滤介质的载荷能力。因此， 增大介质的槽纹密度可以具有增强介质的载荷 能力的效果。 不过， 假设其它因素保持不变， 增大介质的槽纹密度可能具有增大通过介质的 压力降的效果。此外， 减小过滤介质的槽纹密度可能具有减小初始压力降的效果。
增大过滤介质的槽纹密度具有减小槽纹长度 (J) 或槽纹周期长度 (D1) 的效果， 或 两者皆有。结果， 槽纹的大小 ( 槽纹的大小是指槽纹的截面积 ) 倾向于随着槽纹密度的增 大而减小。结果， 较小的槽纹尺寸具有增大通过过滤介质的压力降的效果。一般， 提及通过 介质的压力降时， 是指相对于在介质的第二面处测得的压力在介质的第一面所确定的压力 差， 其中第一面和第二面设置在槽纹的大体相对端。为了获得具有较高槽纹密度同时保持 希望的压力降的过滤介质， 可以减小槽纹长度。槽纹长度是指从过滤介质的第一面到过滤 介质的第二面的距离。在过滤介质用于过滤内燃机空气的情况， 短长度槽纹可被表征为槽 纹长度小于约 5 英寸 ( 例如， 约 1 英寸至约 5 英寸， 或约 2 英寸至约 4 英寸 ) 的那些槽纹。 中等长度槽纹可被表征为长度为约 5 英寸至约 8 英寸的那些槽纹。长的长度槽纹可被表征 为槽纹长度大于约 8 英寸 ( 例如约 8 英寸至约 12 英寸 ) 的那些槽纹。
槽纹形状
另一种增大介质包内可用于过滤的过滤介质量的技术包括选择槽纹形状， 所述槽
纹形状与例如表 1 所述的那些标准槽纹设计相比具有增大的可用于过滤的过滤介质量。一 种提供槽纹形状的技术 ( 所述槽纹形状增大可用于过滤的过滤介质量 ) 是在相邻峰之间形 成脊。 如上文所述， 相邻峰可被表征为内峰和外峰， 取决于峰是面朝表面片材还是背离表面 片材。 图 5a-5c 示出了用于增强过滤性能的代表性示例槽纹形状。 图 5a 所示的槽纹形状可 被称为 “低接触” 槽纹形状。图 5b 和 5c 所示的槽纹形状可被称为 “零应变 (zero strain)” 槽纹形状。一般， “低接触” 名称是指槽纹形状与标准 A 和 B 槽纹介质相比能够增强表面介 质片材之间的槽纹介质片材量， 同时又减小槽纹片材和表面片材之间的接触量 ( 例如， 掩 蔽 ) 的能力。 “零应变” 名称是指槽纹形状沿槽纹的长度提供锥形， 而又不会在介质上引起 不希望水平的应变的能力。一般， 介质中不希望水平的应变 ( 或伸长 ) 可以表示在介质中 产生撕裂或扯裂的应变量， 或者需要使用特殊介质来承受较高水平应变的应变量。 一般， 能 够承受大于约 12％应变的介质可被视为能够承受较高水平应变的特殊介质， 并且该特殊介 质可能比用于承受达到约 12％应变的介质更昂贵。 零应变槽纹片材可以额外在槽纹片材和 表面片材之间提供减少的接触 ( 例如， 减小的掩蔽 )。现在参见图 5a-5c， 介质 110 包括表 面片材 111 和 113 之间的槽纹片材 112， 介质 120 包括表面片材 121 和 123 之间的槽纹片材 122， 而介质 140 包括表面片材 141 和 143 之间的槽纹片材 142。槽纹片材 112 和表面片材 113 的组合可被称为单面介质 117， 槽纹片材 122 和表面片材 123 的组合可被称为单面介质 137， 而槽纹片材 142 和表面片材 143 的组合可被称为单面介质 147。当单面介质 117， 137， 或 147 被卷绕或层叠时， 表面片材 111， 121， 或 141 可以在层叠介质的情况下由另一单面介 质提供， 或在卷绕介质的情况下由相同的单面介质提供。
介质 110， 120， 和 140 可被设置成提供过滤元件， 用于清洁流体， 例如空气。 过滤元 件可被设置为卷绕的元件或层叠的元件。 卷绕的元件一般包括槽纹介质片材和表面介质片 材被卷绕以提供卷绕结构。卷绕结构可以具有被表征为圆形、 长圆形、 或跑道形的形状。层 叠结构一般包括交替层的介质， 所述介质包括槽纹介质片材粘接至表面介质片材。 图 5a-5c 所示的介质 110， 120， 和 140 是穿过介质剖开的剖视图， 示出低接触和零应变形状的槽纹片 材的截面形状。应当理解， 截面形状可以沿槽纹的长度方向延伸。此外， 槽纹可被密封， 以 便介质用作 z- 介质。如果需要， 密封可用粘合剂或密封剂材料提供。
在图 5a 中， 距离 D1 从内峰 114 的中心点到外峰 116 的中心点测得。示出的槽纹 介质 110 对于每个周期长度 D1 或者沿介质长度 D2 具有两个脊 118。脊 118 被设置成沿至 少部分槽纹长度延伸。 一般， 每个脊 118 可被表征为公共区域 (general area)， 槽纹介质的 相对较平坦部分 118a 在这里连接槽纹介质的相对较陡峭部分 118b。脊 ( 例如， 非峰的脊 ) 可被视为不同倾斜度的槽纹部分的相交线。脊可以通过使介质在该位置变形而形成。由于 对介质施加压力， 介质可以在脊处变形。形成脊的技术包括冲制、 折皱 ( 压折 )、 弯曲， 和折 叠。 优选地， 所述脊可通过在波纹成形过程中由冲制而成， 其中波纹辊对介质施加压力以形 成脊。形成槽纹片材和单面介质的示例性技术披露于 2008 年 2 月 4 日向美国专利商标局 提交的美国专利申请序列号 61/025,999 中。美国专利申请序列号 61/025,999 的完整公开 内容在此被结合入本文作为引用。应当认识到， 峰 ( 波峰 ) 可被称作脊。不过， 在本发明的 上下文中， 当脊清楚地设置在峰之间时， 可以从上下文看到所提及的 “脊” 是指 “非峰的脊” 。
对于示例性的槽纹片材 112， 可以在图 5a 中看到， 槽纹介质的相对较平坦部分 118a 作为槽纹介质的部分在外峰 115 和脊 118 之间延伸。从外峰 115 到脊 118 的槽纹介质的相对较平坦部分 118a 相对于表面片材 113 的平均角度可被表征为小于 45°， 并且可为小 于约 30°。槽纹介质的相对较陡峭部分 118b 可被表征为从内峰 116 延伸至脊 118 的介质 部分。 一般， 槽纹介质的相对较陡峭部分 118b( 被表征为在内峰 116 和脊 118 之间延伸 ) 相 对于表面片材 113 的角度可以大于 45°， 并且可以大于约 60°。由于槽纹介质的相对较平 坦部分 118a 和槽纹介质的相对较陡峭部分 118b 之间的角度差异， 可以表征脊 18 的存在。 应当理解， 槽纹介质的相对较平坦部分 118a 的角度和槽纹介质的相对较陡峭部分 118b 的 角度可被确定为形成所述介质段的端点的点之间的平均角度， 并且所述角度从表面片材测 量。
脊 118 可以在形成槽纹介质 12 的过程中沿槽纹片材 112 的长度由冲制、 压折、 弯 曲， 或折叠而成。可能希望但并非必须， 在形成槽纹介质 112 的过程中执行设置脊 118 的步 骤。例如， 脊 118 可通过热处理或湿处理或其组合而设置。此外， 脊 118 可以由于冲制、 压 折、 弯曲， 或折叠以便形成脊而存在， 而不需要额外步骤来设置脊。此外， 脊 118 的特征不应 当与槽纹片材外峰 115 或 119 以及槽纹片材内峰 116 或 114 混淆。大致较平坦部分 118a 和大致较陡峭部分 118b 的表征旨在作为表征脊的存在的一种方式。一般， 可以预见较平坦 部分 118a 和较陡峭部分 118b 会呈曲线状。也就是说， 可以预见较平坦部分 118a 和较陡峭 部分 118b 不会完全是平面的， 尤其是在过滤期间当流体 ( 例如空气 ) 流过介质。不过， 介 质的角度可从脊测量到相应的相邻峰， 以提供那部分介质的平均角度。 图 5a 所示的介质的形状可被称作低接触形状。一般， 低接触形状是指槽纹片材 112 和表面片材 111 之间具有相对较低 ( 小 ) 的接触面积。脊 118 的存在有助于在峰 115 和 119 处实现减小的掩蔽。脊 118 是由于使槽纹片材 112 变形而存在的， 并因此减少了介 质的峰 115 和 119 处的内应力。如果不存在脊 118， 很可能在槽纹片材 112 中存在一定水平 的内张力， 它会导致槽纹片材 112 在峰 115 和 119 处形成较大的半径， 并从而增大掩蔽。结 果， 脊 118 的存在有助于增大相邻峰 ( 例如峰 115 和 114) 之间存在的介质量， 并且有助于 减小峰 ( 例如峰 115) 的半径， 这是由于在一定程度上释放槽纹片材 112 内的张力， 所述张 力在缺少脊的情况下会导致槽纹片材 112 在峰处膨胀或变平。
脊 118 的存在可通过目测法检测。图 6 示出了过滤元件的端视图的照片， 其中槽 纹介质可被表征为具有低接触形状。虽然观察槽纹介质的端部， 低接触形状的存在并不特 别显而易见， 但可以切入过滤元件并可以看到沿槽纹长度延伸的脊的存在。 另外， 脊的存在 可通过图 7 的照片例证的技术加以确认， 其中过滤元件载有灰尘， 并且槽纹片材可从表面 一般， 尘饼上的 片材剥离， 以露出灰尘块 ( 尘饼 )， 所述尘饼具有的脊对应槽纹介质上的脊。 脊反映了具有一平均角度的灰尘表面的部分与具有另一平均角度的灰尘表面的另一部分 相交。灰尘表面块的两个部分的相交处形成脊。可用于装填介质以填满槽纹以便在槽纹内 形成尘饼的灰尘可被表征为 ISO 细测试灰尘 (Fine test dust)。
现在参见图 5a， 槽纹片材 112 在距离 D2 上包括两个脊 118， 其中距离 D2 是指从峰 114 的中心点到峰 116 的中心点的槽纹片材 112 的长度， 并且其中脊不是峰 114， 115， 116 或 119。尽管峰 114 和 116 可被称为内峰， 而峰 115 和 119 可被称为外峰， 所述峰还可被表征 为表面片材峰。一般， 相信介质会被设置成不同的结构 ( 例如卷绕或层叠的 ) 并且槽纹会 被特别设置， 从而通过将峰表征为表面片材峰， 可以忽略内峰和外峰的表征。术语内 ( 峰 ) 和外 ( 峰 ) 的使用是为了便于描述附图所示并且作为单面介质的部分的槽纹。
尽管槽纹片材 112 可以沿每个长度 D2 具有两个脊 118， 但如果需要， 槽纹片材 112 也可以沿每个周期长度 D2 设有单个脊， 并且槽纹片材 112 还可以具有这样一种结构， 其中 一些周期表现为至少一个脊， 一些周期表现为两个脊， 而一些周期表现为没有脊， 或者上述 的组合。 槽纹片材可被设为具有重复型式的槽纹。 重复型式的脊表示波型表现为脊的型式。 脊的型式可以是每个相邻峰之间， 每隔一个相邻峰之间， 每隔两个相邻峰之间， 或者在表现 重复型式的脊时可以在介质的波型上观察到的一些变化。
应当理解， 脊的存在的表征表示脊沿槽纹的长度存在。 一般， 脊可被设置沿槽纹的 长度足以使所形成的介质具有希望的性能。虽然脊可以在整个槽纹长度上延伸， 脊不会在 整个槽纹长度上延伸也是可行的， 这是由于例如， 槽纹端部的影响。 示例性的影响包括槽纹 闭合 ( 例如针刺 ) 和槽纹端部处塞的存在。优选地， 脊在槽纹长度的至少 20％延伸。作为 举例， 脊可以在槽纹长度的至少 30％延伸， 在槽纹长度的至少 40％延伸， 在槽纹长度的至 少 50％延伸， 在槽纹长度的至少 60％延伸， 或在槽纹长度的至少 80％延伸。槽纹的端部可 以某些方式闭合， 并且闭合的结果是， 当从一面观察介质包时可能会或可能不会察觉到脊 的存在。 因此， 将脊的存在表征为沿槽纹长度延伸并不表示脊必须沿槽纹的整个长度延伸。 此外， 在槽纹的端部可能不会发觉到脊。参见图 6 的照片， 其中在槽纹介质的端部发觉到脊 的存在可能有些困难， 尽管可能在距离槽纹端部的一定距离的介质中发觉到脊的存在。
现在参见图 5b， 槽纹介质 120 包括槽纹片材 122 设置在表面片材 121 和 123 之间。 槽纹片材 122 包括内峰 124 和外峰 125 之间的至少两个脊 128 和 129。沿着长度 D2， 介质 122 包括四个脊 128 和 129。 介质的单个周期长度可以包括四个脊。 应当理解， 脊 128 和 129 不是可被称为表面介质峰的峰 124， 125 或 126。介质 122 可以被设置成使得相邻峰 ( 例如 峰 125 和 126) 之间有两个脊 128 和 129。此外， 介质 122 可以被设置成使得相邻峰之间有 一个脊或没有脊。不要求在每个相邻峰之间都有两个脊。如果需要交替地存在脊或者在相 邻峰之间的预定间隔处设置脊， 峰之间可以没有脊。
脊 128 可被表征为槽纹介质的相对较平坦部分 128a 与槽纹介质的相对较陡峭部 分 128b 相连接的区域。一般， 槽纹介质的相对较平坦部分 128a 可被表征为具有小于 45° 并且优选小于约 30°的角度， 其中所述角度是在脊 128 和脊 129 之间并且相对于表面片材 123 而测得的。槽纹介质的相对较陡峭部分 128b 可被表征为具有大于 45°并且优选大于 约 60°的角度， 其中所述角度是从峰 126 至脊 128 并且相对于表面片材 123 而测得的。脊 129 可以是槽纹介质的相对较平坦部分 129a 与槽纹介质的相对较陡峭部分 129b 相交的结 果。 一般， 槽纹介质的相对较平坦部分 129a 对应从脊 128 延伸至脊 129 的介质部分的角度。 一般， 槽纹介质的相对较平坦部分 129a 可被表征为具有的倾斜度小于 45°， 并且优选小于 约 30°。槽纹介质的相对较陡峭部分 129b 可被表征为在脊 129 和峰 125 之间延伸的槽纹 介质的部分， 并且可被表征为在脊 129 和峰 125 之间并且相对于表面片材 123 具有一角度。 一般， 槽纹介质的相对较陡峭部分 129b 可被表征为具有的角度为大于 45°， 并且优选大于 约 60°。
现在参见图 5c， 槽纹介质 140 包括槽纹片材 142 设置在表面片材 141 和 143 之间。 槽纹片材 142 包括内峰 144 和外峰 145 之间的至少两个脊 148 和 149。沿着长度 D2， 介质 140 包括四个脊 148 和 149。介质的单个周期长度可以包括四个脊。应当理解， 脊 148 和 149 不是峰 144 和 145。介质 140 可被设置成使得相邻峰 ( 例如峰 145 和 146) 之间有两个脊 148 和 149。此外， 槽纹片材 140 可被设置成使得其它相邻峰之间有一个脊， 两个脊或没 有脊。并不要求在每个相邻峰之间都有两个脊。如果需要交替地存在脊或者在相邻峰之间 的预定间隔处设置脊， 可以在峰之间没有脊。 一般， 槽纹的型式可被设置成其中槽纹的型式 重复并且在相邻峰之间包括脊的存在。
脊 148 和 149 可被表征为槽纹片材的相对较平坦部分与槽纹片材的相对较陡峭部 分相连接的区域。在脊 148 的情况， 槽纹片材的相对较平坦部分 148a 与槽纹片材的相对 较陡峭部分 148b 连接。在脊 149 的情况， 槽纹片材的相对较平坦部分 149a 与槽纹片材的 相对较陡峭部分 149b 连接。槽纹介质的相对较陡峭部分可被表征为当测量该介质部分相 对于表面片材 143 时， 具有的角度为大于 45°， 并且优选大于约 60°。相对较平坦部分可 被表征为对于该介质部分相对于表面片材 143 具有的倾斜度为小于 45°， 并且优选小于约 30°。
槽纹片材 142 相对于槽纹片材 122 而言可被认为更具有优势来制备， 因为槽纹片 材 142 的包角 (wrap angle) 可以小于槽纹片材 122 的包角。一般， 包角是指在形成槽纹的 步骤过程中由介质折弯所形成的角的总和。对于槽纹介质 142 的情况， 与槽纹介质 122 相 比在形成槽纹的过程中介质折弯更少。结果， 通过槽纹成形以形成槽纹片材 142， 所需要的 介质抗拉强度与槽纹片材 122 相比更低。
所示的槽纹片材 112， 122， 和 142 从峰到峰是相对对称的。也就是说， 对于槽纹片 材 112， 122， 和 142， 槽纹重复在相邻峰之间具有相同数量的脊。相邻峰是指沿槽纹介质的 长度彼此相邻的峰。例如， 对于槽纹介质 112， 峰 114 和 115 可被认为是相邻峰。不过， 介质 的周期不要求在相邻峰之间具有相同数量的脊， 并且介质可以通过这种方式被表征为不对 称。也就是说， 介质可被制备成在周期的一半上具有脊而在周期的另一半上没有脊。
通过在槽纹介质的相邻峰之间设置单个脊或多个脊， 距离 D2 可以相对于现有技 术的介质 ( 例如标准 A 和 B 槽纹 ) 增大。由于存在脊或多个脊， 与例如标准 A 槽纹和 B 槽 纹相比， 提供具有更多可用于过滤的介质的过滤介质是可行的。前述介质 - 线百分比的测 量可用于表征相邻峰之间具有的介质量。长度 D2 被定义为槽纹片材 112， 122， 和 142 的一 个周期的槽纹片材 112， 122， 和 142 的长度。对于槽纹片材 112 的情况， 距离 D2 是从较低峰 114 到较低峰 116 的槽纹片材的长度。该距离包括两个脊 118。对于槽纹片材 122 的情况， 长度 D2 是从较低峰 124 到较低峰 126 的槽纹片材 122 的距离。该距离包括至少四个脊 128 和 129。由于在相邻峰之间设有一个或多个脊 ( 或折纹 ) 而使相邻峰之间存在增大的过滤 介质可被表征为介质 - 线百分比。如前所述， 标准 B 槽纹和标准 A 槽纹分别表现为约 3.6％ 和约 6.3％的介质 - 线百分比。一般， 低接触槽纹 ( 例如， 图 5a 所示的槽形设计 ) 可能表现 约 6.2％至约 8.2％的介质 - 线百分比。优选地， 槽纹表现的介质 - 线百分比大于 5.2％， 并 且优选大于 6.5％。图 5b 和 5c 所示的槽纹设计可以具有约 7.0％至约 16％的介质 - 线百 分比。如果需要， 介质包可被设定成具有的槽纹所表现的介质 - 线百分比为大于约 6.3％， 或大于约 8.3％。
图 5b 和 5c 中的过滤介质 120 和 140 具有其它优点， 具有沿槽纹的长度提供锥形 槽纹的能力， 而不会在介质中产生应变。其结果是， 图 5b 和 5c 中的槽纹形状可被称作零应 变槽纹形状。现在参见图 8 和 9a， 示出了槽纹片材 122 呈锥形结构。在图 9a 中， 示出了槽 纹片材 122 从结构 122a 向结构 122d 成锥形。锥形的结果是， 槽纹介质包括如 122b 和 122c所示的结构。随着槽纹介质从 122a 向 122d 成锥形， 脊 128 和脊 129 接近较低 ( 下 ) 峰 126 并离开上峰 125。因此， 随着槽纹介质 122 从 122a 向 122d 成锥形 ( 倾斜 )， 槽纹片材 122 和表面片材 123 之间的截面表面积减小。对应该截面表面积的减小， 由槽纹片材 122 和接 触上峰 125 的表面片材形成的相应槽纹经历截面表面积的增大。还可以观察到， 随着锥形 朝向 122a 和 122d 处所示的端部结构行进， 脊倾向于合并在一起或变得不太容易彼此区分。 122a 处所示的结构倾向于看似更像是低接触形状。此外， 可以看到， 随着槽纹介质从 122d 向 122a 倾斜 ( 成锥形 )， 脊 128 和脊 129 接近上峰 125。在锥形零应变形状的情况， 槽纹片 材可被表征为在相邻峰之间， 在槽纹长度的至少 30％， 并且优选至少 50％上具有多个脊。
使用过滤介质 120( 其中槽纹片材 122 包含脊 128 和脊 129) 的一个优点是它能够 使槽纹倾斜 ( 成锥形 )， 而不会产生过多的应变， 并且能够使用不需要表现出应变大于 12％ 的过滤介质。一般， 应变可通过下述公式表征 ：
D2 min 是指介质在松弛或无应变情况下的介质距离， 而 D2 max 是指在撕裂之前的 一点在应变下的介质距离。 能够承受高达约 12％的应变而没有扯裂或撕裂的过滤介质在过 滤行业中是非常通用的。常用的过滤介质可被表征为是基于纤维素的。为了增大介质能够 承受的应变， 可以将合成纤维添加至介质。 结果， 使用必须承受大于 12％的应变的介质可能 非常昂贵。 因此， 希望采用一种槽纹结构， 它能够使槽纹成锥形的同时使介质上的应变最小 化， 并且避免需要使用能够承受高于 12％应变的昂贵介质。
现在参见图 9b， 示出了图 5c 的槽纹片材 142 呈锥形 ( 倾斜的 ) 结构， 从位置 142a 延伸至 142b， 并随后至 142c。随着槽纹倾斜 ( 成锥形 ) 至较小截面积 ( 槽纹片材 142 和表 面片材 143 之间的面积 )， 脊 148 和 149 朝向峰 145 移动。也可以反过来说。即， 随着槽纹 的截面积增大， 脊 148 和 149 朝向峰 144 移动。
图 5a-5c 中示例性的槽纹形状与标准 A 和 B 槽纹介质相比， 可有助于减小可能在 峰处被掩蔽的介质面积。另外， 图 5a-5c 所示例的形状与标准 A 和 B 槽纹介质相比， 可有助 于增大可用于过滤的介质量。在图 5a 中， 从表面片材 113 观察槽纹介质 112， 可以看到脊 118 使槽纹具有凹入的外形。从表面片材 111 的方向看， 可以看到脊 118 使在相邻峰之间 延伸的介质具有凸出的外形。现在参见图 5b， 可以看到脊 128 和 129 从槽纹介质 122 的任 一侧从峰到相邻峰具有凹入和凸出的外形。 应当理解， 鉴于脊的存在， 槽纹实际上不是凹入 或凸出的。因此， 脊在弯曲部具有过渡或间断。另一种表征脊的存在的方式是通过观察介 质弯曲部的间断， 其中标准 A 槽纹和 B 槽纹中不存在间断。此外， 还应当理解， 图 5a-5c 和 9a-9b 所示的槽纹形状有些夸大。也就是说， 在形成槽纹介质之后， 介质中可能有一定程度 的弹性或记忆性， 导致介质成弓形或弯曲。此外， 穿过介质的流体 ( 例如空气 ) 的应用可能
导致介质偏离。结果， 根据本发明制备的实际介质不会必然严格按照图 5a-5c 和 9a-9b 所 示的图。
如果需要， 图 5a-5c 所示的单面介质结构可被倒置。例如， 单面介质 117 包括槽纹 片材 112 和表面片材 113。 如果需要， 单面介质可被构造成使得它包括槽纹片材 112 和表面 片材 111。类似地， 如果需要， 图 5b 和 5c 所示的单面介质可被倒置。图 5a-5c 所示单面介质的特征是为了说明本发明的目的。本领域的技术人员应当理解， 可以通过与图 5a-5c 所 示基本相反的方式将槽纹片材与表面片材组合， 来制备单面介质。 也就是说， 在槽纹成形所 述槽纹片材之后， 槽纹片材可以在槽纹片材的任一侧 ( 面 ) 与表面片材组合。
槽纹空间 ( 体积 ) 不对称
槽纹空间 ( 体积 ) 不对称是指在过滤元件或过滤器滤芯中上游空间和下游空间之 间的体积差异。上游空间是指接收未过滤流体 ( 例如空气 ) 的介质的空间， 而下游空间是 指接收已过滤流体 ( 例如空气 ) 的介质的空间。过滤元件还可被表征为具有不洁侧和清洁 侧。一般， 过滤介质的不洁侧是指接收未过滤流体的介质的空间。清洁侧是指接收从不洁 侧经由过滤通道通过的已过滤流体的介质的空间。可能希望具有一介质， 它的不洁侧或上 游空间大于清洁侧或下游空间。 已经观察到， 在过滤空气的情况中， 空气中的颗粒被沉积在 不洁侧， 并因此过滤介质的容量可由不洁侧的体积 ( 容积 ) 确定。通过使空间 ( 体积 ) 不 对称， 可能增大可用于接收不洁空气的介质的空间， 并从而增大介质包的容量。
当上游空间和下游空间之间的差大于 10％时， 存在具有槽纹空间 ( 体积 ) 不对称 的过滤介质。具有槽纹空间 ( 体积 ) 不对称的过滤介质可被称为具有不对称空间 ( 体积 ) 结构的介质包。槽纹空间 ( 体积 ) 不对称可由下述公式表示 ：
优选地， 表现体积不对称的介质具有的体积 ( 容积 ) 不对称性为大于约 10％， 大 于约 20％， 大于 30％， 并且优选大于约 50％。槽纹空间 ( 体积 ) 不对称的示例性范围包括 约 30％至约 250％， 以及约 50％至约 200％。一般， 当希望使介质的使用寿命最大化， 可能 需要使上游体积大于下游体积。 另外， 可能存在下述情况， 其中希望使上游体积相对于下游 体积成最小化。例如， 对于安全元件的情况， 可能希望使安全元件具有相对低的上游体积 ( 容积 )， 以便介质填充并阻止相对较快的流动， 作为表示上游过滤元件已经出现故障的指 示器。
空间 ( 体积 ) 不对称性可通过示出槽纹截面图的照片中测量槽纹的截面积来计 算。如果槽纹形成规则的型式， 该测量会产生槽纹空间 ( 体积 ) 不对称性。如果槽纹不是 规则的 ( 例如， 锥形的 )， 则可以取介质的若干截面并利用可接受的内插法或外推法技术来 计算槽纹空间 ( 体积 ) 不对称性。
槽纹设计可被调整， 以便提供能够增强过滤效果的槽纹不对称性。 一般， 槽纹不对 称性是指形成具有较窄峰和加宽弓形谷或与之相反结构的槽纹， 使得介质的上游体积和下 游体积不同。不对称空间 ( 体积 ) 结构的一个例子披露于 Wagner 等人的美国专利申请公 开号 US 2003/0121845。 美国专利申请公开号 US2003/0121845 的公开内容在此被结合入本 文作为引用。
现在参见图 10a 和 10b， 不对称的槽纹体积由过滤介质 150 和 160 示出， 其中图 10a 和 10b 是例如规则的非锥形槽纹介质的截面图。过滤介质 150 示出了槽纹片材 152 在表面 片材 154 和 155 之间。槽纹片材 152 被设置成在槽纹片材 152 和表面片材 154 之间的空间 ( 体积 ) 大于由槽纹片材 152 和表面片材 155 限定的空间 ( 体积 )。结果， 当需要使上游空 间 ( 体积 ) 或不洁侧空间 ( 体积 ) 最大化时， 由槽纹片材 152 和表面片材 154 之间的区域
限定的体积可用作上游空间或用作不洁侧空间。槽纹过滤介质 160 示出了槽纹片材 162 在 表面片材 164 和 165 之间。槽纹片材被设置成在槽纹片材 162 和表面片材 165 之间提供更 大的空间 ( 体积 )。如果需要， 槽纹片材 162 和表面片材 165 之间的区域可被表征为上游空 间或不洁侧空间。
具有不对称空间 ( 体积 ) 结构的过滤介质可以由存在的规则的槽纹或锥形槽纹而 获得。此外， 具有相对对称锥形槽纹 ( 例如， 各槽纹以相对相同的程度成锥形 ) 的介质可提 供具有缺少不对称空间 ( 体积 ) 结构 ( 小于 10％的体积不对称 ) 的介质。因此， 锥形槽纹 的存在或不存在并不暗示或意味着不对称空间 ( 体积 ) 结构的存在或不存在。具有规则槽 纹结构 ( 例如非锥形的 ) 的介质可能或可能不表现不对称空间 ( 体积 ) 结构。
介质包可被设置成使得介质包中的槽纹是规则和成锥形 ( 倾斜 ) 的。 例如， 槽纹可 被设置成使得沿槽纹的长度， 在长度的一部分上的槽纹是锥形 ( 倾斜 ) 的， 而在长度的另一 部分上的槽纹是规则的。一种示例性结构包括， 例如， 锥形 ( 倾斜 )- 直 - 锥形 ( 倾斜 ) 结 构， 其中槽纹从一面向一预定位置成锥形， 并随后表现为规则的结构直到另一预定位置， 并 随后表现为锥形。锥形 ( 倾斜 )- 直 - 锥形 ( 倾斜 ) 结构的存在可用于帮助提供空间 ( 体 积 ) 不对称性， 并可用于帮助处理载荷和压力降。 针刺的槽纹
图 11-18 示出了用于闭合具有弯曲波型的槽纹的端部的技术。该技术可被称 为针刺， 并且针刺槽纹的一般技术披露于 2006 年 7 月 27 日公开的美国专利公开号 US 2006/0163150。美国专利公开号 US 2006/0163150 的完整公开内容在此被结合入本文作为 引用。
根据本发明可用于闭合过滤介质的槽纹的一种示例性针刺技术在图 11-18 中示 出。尽管图 11-18 所示的针刺技术在上下文的现有技术介质中示出， 该针刺技术也可应用 于本发明的槽纹介质。例如， 图 5a-5c 所示的槽纹介质可按照图 11-18 所示的技术进行针 刺。
一般， 在施加覆面密封边 (facer bead)190 用于将槽纹片材 204 固定至表面片材 206 之后， 可以进行针刺以提供闭合。一般， 并且如美国专利公开号 US2006/0163150 所述， 压凹 (indent) 或针刺轮可用于形成如图 11-13 所示的槽纹 200， 而折叠轮可用于形成如图 14-18 所示的槽纹 200。 如图 11-13 所示， 针刺轮通过压凹或使上峰 204 的部分 202 倒置， 使 上峰 204 的部分 202 变形。术语 “倒置” 及其变化形式表示， 上峰 204 沿朝向表面片材 206 的方向被向内压凹或转向。图 12 是沿由针刺轮形成的倒置部 210 的中点的截面图。倒置 部 210 位于由针刺工艺所形成的一对峰 212， 214 之间。峰 212， 214 一起形成槽纹双峰 216。 槽纹双峰 216 中的峰 212， 214 的高度低于在倒置前上峰 204 的高度。图 13 示出了槽纹 200 在槽纹 200 的一部分的截面， 所述槽纹的部分没有与针刺轮接合， 因此没有被变形。 在图 13 中可以看到， 槽纹 200 的部分保持其初始形状。
尽管图 12 所示的槽纹双峰 216 表示压凹上峰 204 以形成基本上对称的一对峰 212 和 214， 但应当理解， 针刺或压凹的确切位置可能偏离中心。由于压凹或针刺轮的时机和介 质的柔性， 峰 212 和 214 可能具有不同的尺寸， 并且峰 212 和 214 的相对大小跨介质从槽纹 到槽纹可以变化。
现在参见图 14-18。图 14-18 示出了在与折叠轮接合之后针刺部分 198 的截面。
图 18 尤其以截面示出了针刺部分 198 的端视图。可以看到折叠结构 218 形成针刺的槽纹 220， 具有四个折纹 221a， 221b， 221c， 221d。折叠结构 218 包括被固定至表面片材 64 的扁 平第一层 222。示出第二层 224 压抵扁平的第一层 222。第二层 224 优选通过折叠第一层 222 的相对外端 226， 227 而形成。
仍参见图 18， 两个折叠或折纹 221a， 221b 一般会被称为 “上部， 向内的” 折叠或折 纹。文本中的术语 “上部” 表示， 当沿图 11 的方向观察折叠 220 时， 折纹位于整个折叠 220 的上部。术语 “向内的” 是指， 每个折纹 221a， 221b 的折叠线或折纹线彼此相向。
在图 18 中， 折纹 221c， 221d 一般会被称为 “下部， 向外的” 折纹。本文中的术语 “下 部” 是指， 沿图 14 的方向， 折纹 221c、 221d 不像折纹 221a、 221b 那样位于顶 ( 上 ) 部。术语 “向外的” 表示， 折纹 221c， 221d 的折叠线彼此背向。
本文中所用的术语 “上部” 和 “下部” 尤其是指当从图 18 的方向观察时的折叠 220。 也就是说， 它们并不表示当折叠 220 在实际产品中定向以供使用时所指示的方向。
根据上述表征并参见图 18， 可以看到， 在本发明中根据图 18 的优选规则的折叠结 构 218 包括至少两个 “上部， 向内折纹” 。这些向内的折纹是独特的， 并有助于提供一种整体 结构， 其中折叠不会对相邻的槽纹造成显著的侵犯。这两个折纹部分由彼此朝向地折叠图 18 的顶端 212， 214 而形成。
还可以看到第三层 228， 它压抵第二层 224。第三层 228 通过折叠第三层 228 的相 对内端 230， 231 而形成。在某些优选的实施方式中， 表面片材 206 会沿与折叠结构 218 相 对的边缘固定至槽纹片材 196。
观察折叠结构 218 的另一种方式为参照波纹片材 196 的交替的波峰 204 和波谷 205 的几何形状。第一层 222 包括倒置的峰 210。第二层 224 对应双峰 216， 所述双峰 216 朝向倒置的峰 210 折叠， 并且在优选的结构中折叠抵靠倒置的峰 210。应当注意， 倒置的峰 210 和双峰 216( 对应第二层 224)， 位于峰 204 的相对侧上的波谷 205 的外侧。在所示的例 子中， 还有第三层 228， 它从双峰 216 的折叠端部 230， 231 延伸。
图 15-17 示出了在不同部分的槽纹 200 的形状。图 17 示出了槽纹 200 的未变形 部分。在图 15 和 16 中可以看到， 倒置部 210 沿着从它与表面片材 206( 图 18) 接合的位置 延伸到它不再存在的点 ( 图 17)。在图 15 和 16 中， 倒置部 210 以不同的长度与表面片材 206 间隔。
尽管图 18 所示的槽纹闭合表示通过针刺上峰 204 所得到的闭合以形成相对对称 的峰 212 和 214， 应当理解， 如果压凹上峰 204 出现在偏离中心的位置， 则所得到的闭合可能 看起来不同。所得到的闭合可能不像图 18 所示的闭合那样对称。折叠结构可被设置成使 得只有一个折叠顶端被折叠。
根据图 1-18 用于形成针刺的工艺可被称为 “中心压凹” ， “中心倒置” ， “中心针刺” 或 “中心变形” 。同样， 在本文中术语 “中心” 表示， 压凹和倒置出现在相关上峰 80 的顶点或 中心， 由压凹或针刺轮接合。 变形或压凹通常会在本文中被认为是中心压凹， 只要它发生在 脊的中心附近 3mm 范围内。在针刺的上下文中， 术语 “折纹” ， “折叠” ， 或 “折叠线” 表示， 通 过对折介质或折叠介质使其重叠在其自身上而形成边缘， 可以在介质的部分之间设有或不 设有密封剂或粘合剂。
虽然与图 11-18 相关的上下文所述的闭合技术可以形成如图 18 所示的槽纹闭合，也可能在针刺过程中， 由于介质的柔性和介质移动的速度， 使得压凹步骤可能没有精确地 发生在槽纹片材 196 的顶点或峰处。结果， 顶端 112 和 114 的折叠可能不像如图所示那样 的对称。实际上， 顶端 212 和 214 中的一个可能变得有些扁平， 而另一个顶端被折叠。此 外， 在某些槽纹设计中， 可能希望跳过压凹步骤。例如， 槽纹可能具有足够小的高度 (J)， 使 得槽纹可被压合， 以便形成重复的折叠型式， 而不需压凹槽纹顶端的步骤。
塞长度和槽纹高度
Z- 介质有时被表征为具有从介质的入口面延伸到出口面的槽纹， 并且第一部分 的槽纹可被表征为入口槽纹， 而第二部分的槽纹可被表征为出口槽纹。入口槽纹可以在出 口面附近或出口面处设有塞或密封。此外， 出口槽纹可以在入口面附近或入口面处设有塞 或密封。当然， 这种结构的其它形式是可用的。例如， 密封或塞不需要设置在入口面或出 口面处， 或者入口面或出口面附近。如果需要， 密封或塞可以设置成远离入口面或出口面。 在热熔性粘合剂被用作密封或塞的情况， 经常发现在标准 B 槽纹介质中塞的长度为至少约 12mm。塞长度可以通过测量元件的面到塞的内表面而得。申请人发现， 通过减小塞的长度， 可能获得理想特性的过滤介质， 包括增大的载荷容量， 更低的初始压力降， 增大的可用于过 滤的介质表面积， 减小的过滤元件所需的过滤介质量， 或上述的组合。 可以希望具有的塞长 度为小于约 10mm， 小于约 8mm， 小于约 7mm， 并且更优选地小于约 6mm。减小塞长度可以在槽 纹长度相对短 ( 例如， 槽纹长度小于约 5 英寸 ) 的情况下具有提高的性能。对相对较长的 槽纹长度 ( 例如大于 8 英寸 ) 减小塞长度， 可能不如对具有较短槽纹长度的介质减小塞长 度在增强性能上有效。对于较短长度的槽纹， 例如， 槽纹的长度小于约 5 英寸 ( 例如约 2 英 寸至约 4 英寸 )， 减小塞长度至小于约 7mm 或小于约 6mm 可以具有增强的性能。塞长度可被 称为平均塞长度， 并且可被测得为密封第一多个槽纹或密封第二多个槽纹或两者的塞的平 均塞长度。 也就是说， 可以减小存在于介质包的一个面处或所述面附近的塞的平均塞长度。 没有要求平均塞长度是介质包内所有密封的平均塞长度。也就是说， 第一部分的槽纹的平 均塞长度可以不同于第二部分的槽纹的塞长度。如果需要， 平均塞长度可以设为所有密封 ( 例如， 用于第一多个槽纹和第二多个槽纹 ) 的平均塞长度。
减小塞长度的一种示例性技术是， 修整含有将槽纹片材固定至表面片材的密封剂 或粘合剂的单面介质的边缘， 作为减小塞长度的一种方式。也就是说， 在制造过程中， 单面 的宽度可能比所需的更长， 因为单面的宽度会被修整以减小塞长度。 此外， 通过修整介质的 一个面或两个面可以减小塞长度。减小塞长度的另一种技术是， 使用更稠或更黏性的密封 剂材料， 以提供具有较短长度的密封或塞。
槽纹高度 (J) 可以根据所形成的过滤介质的希望槽纹高度或槽纹尺寸进行选择。 可以根据过滤介质的使用条件选择理想的槽纹高度 (J)。在采用本发明介质的过滤元件被 用作采用例如标准 B 槽纹的传统过滤元件的替代品的情况， 高度 J 可以是约 0.075 英寸至 约 0.150 英寸。在采用本发明介质的过滤元件被用作采用例如标准 A 槽纹的传统过滤元件 的替代品的情况， 高度 J 可以是约 0.15 英寸至约 0.25 英寸。
示例性介质定义
在 z- 介质可用于空气过滤应用、 并且尤其是用于过滤内燃机的空气流的情况， 过 滤介质的定义可以根据过滤介质是否旨在使灰尘载荷容量最大化， 使压力降最小化， 或提 供希望水平的载荷容量和压力降， 来进行选择。灰尘载荷容量可以指过滤介质的使用寿命或耐久度。 有时希望设计一种过滤介质， 它能够在需要被更换之前表现出理想的使用寿命。 另外， 在某些环境， 可能更希望设计一种过滤介质， 它能够在希望的压力降范围内工作。过 滤介质的不同定义的选择为定义用于具体环境和具体空气滤清器的过滤介质提供了灵活 性。 此外， 选择过滤介质的不同定义使得人们在设计空气滤清器时具有灵活性， 以符合具体 的环境。
下文所述的示例性过滤介质可以被设定为具有或不具有前文被称为 “低接触” 或 “零应变” 的槽纹形状。槽纹介质的峰之间设有脊或多个脊不是过滤介质所要求的， 但是可 被用于增强性能。
第一示例性过滤介质可被选择用于使灰尘载荷容量最大化。可以选择槽纹密度， 使得它大于由标准 B 槽纹介质制备的过滤介质的槽纹密度。例如， 过滤介质可以被设定为 2 具有的槽纹密度为至少约 35.0 槽纹 / 英寸 ， 其中槽纹密度根据下面的公式计算 ：
其中， 通道的数量通过计数介质截面中的通道确定并且确定介质截面积的位置。 优选地， 槽纹密度可以大于 45 槽纹 / 英寸 2 或大于约 50 槽纹 / 英寸 2。为了减小由于槽纹 密度增大所造成的压力降， 可以减小槽纹长度。例如， 介质可被设定为具有小于 5 英寸的槽 纹长度。由于相对较短的槽纹长度， 可将塞长度设为较短， 以便增大可用于过滤的介质量。 例如， 塞可被设定具有的长度为小于约 7mm， 并且优选小于约 6mm。另外， 可以调整介质的槽 纹空间 ( 体积 ) 不对称性。例如， 介质的槽纹空间 ( 体积 ) 不对称性可被设定为使得上游 空间比下游空间至少大 10％。优选地， 槽纹空间 ( 体积 ) 不对称性可以大于 30％， 并且优 选大于 50％。槽纹介质可被设定具有的槽纹宽高比为至少约 2.7， 并且优选至少约 3.0。
可以选择第二示例性介质， 以具有理想的长使用期限。第二示例性介质可具有中 等槽纹长度。例如， 槽纹长度可以为约 5 英寸至约 8 英寸。第二示例性介质可被设定没有 锥度， 并且可被设定具有的槽纹密度为约 34 槽纹 / 英寸 2， 该槽纹密度约为标准 B 介质的槽 纹密度。第二示例性介质可被设定具有的槽纹宽高比为大于约 2.7， 并且优选大于约 3.0。 此外， 第二示例性介质可被设定具有的槽纹空间 ( 体积 ) 不对称性为大于 20％， 并且优选大 于 30％。
可以提供第三示例性过滤介质， 使得介质表现理想的低压力降。第三示例性过滤 介质可具有较低的槽纹密度为小于约 34 槽纹 / 英寸 2， 并且优选小于约 25 槽纹 / 英寸 2。 此外， 介质的槽纹长度可以是中等长度或较长， 并且可以具有的长度为至少约 5 英寸， 并且 可具有的长度为约 6 英寸至约 12 英寸。第三示例性过滤介质可被设定为具有或不具有槽 纹空间 ( 体积 ) 不对称性。当具有槽纹空间 ( 体积 ) 不对称性时， 介质可具有的槽纹空间 ( 体积 ) 不对称性为大于约 30％， 或大于约 70％。槽纹可以设为锥形 ( 倾斜 ) 的或非锥形 ( 非倾斜 ) 的。
可提供第四示例性过滤介质， 以平衡希望水平的灰尘载荷和希望的压力降。第四 示例性过滤介质可以设定具有相对较长的槽纹。例如， 介质的槽纹长度可以为约 8 英寸至 约 12 英寸。第四示例性过滤介质可以被设定为具有或不具有锥度。
过滤元件
现在参见图 19-28， 所述的过滤元件包括过滤介质包。 过滤介质包可以根据本文所 述的介质包特征， 并且根据示例性介质定义来提供。应当理解， 图 19-28 所示的过滤元件可 以如何被改动， 以便接受本文所表征的介质。例如， 介质可以被设定为卷绕或层叠的， 并且 可被设定为具有所述的槽纹长度和槽纹密度范围。此外， 图 19-20 所示的过滤元件一般被 表征为空气过滤元件， 因为它们可用于过滤空气。
过滤介质包可被设定为包含径向密封的过滤元件的一部分， 如同披露于， 例如， 美 国专利号 6,350,291， 美国专利申请号 2005/0166561， 和国际公开号 WO2007/056589， 上述 文献的公开内容在此被结合入本文作为引用。例如， 参见图 19， 过滤元件 300 包括过滤介 质包 301， 它可以被设置为单面介质的卷绕介质包 302， 并且可以包括第一面 304 和第二面 306。框架 308 可以被设置在介质包 310 的第一端上， 并且可延伸过第一面 304。此外， 框架 308 可包括周边 312 上的阶梯或收缩部， 以及延伸过第一面 304 的支撑 314。密封件 316 可 以设置在支撑 314 上。当过滤元件 301 被导入外壳 320 中时， 密封件 316 与外壳密封表面 322 接合， 以形成密封， 使得未经过滤的空气不能绕过过滤介质包 300。密封件 316 可被表 征为径向密封， 因为密封件 316 包括与密封表面 317， 所述密封表面 317 沿径向方向接合外 壳密封表面 322， 以形成密封。此外， 框架 308 可包括介质包横梁或支撑结构 324， 它有助于 支撑框架 308 并且有助于减少空气过滤介质包 300 的伸缩。 可以设置检修盖 324， 用于将过 滤元件 300 装入外壳 320 中。
过滤介质包可被设为在径向密封结构上具有变形的过滤元件的一部分。如图 20 所示， 密封 330 可被用于将框架 332 固定至介质包 334。如图 19 所示， 框架 308 可被粘合连 接至介质包 301。如图 20 所示， 框架 332 可被设置靠近第一面 336， 并且密封 330 可被设置 使得它可以在不使用额外粘合剂的情况下将支撑 332 固定到介质包 334 上。密封 330 可被 表征为包胶模 (overmold) 密封， 因为它沿密封支撑 338 的两侧展开并且扩展到介质包 334 在第一端 340 处的外表面上。
过滤介质包可被设为美国专利号 6,235,195 的过滤元件的一部分， 该专利文献的 完整公开内容在此被结合入本文作为引用。现在参见图 21， 过滤元件 350 包括具有长圆 形或跑道形状的卷绕介质包 352， 和连接至端部并环绕介质包外部的轴向夹紧密封 (pinch seal)354。所示的轴向夹紧密封 354 设置在介质包的第一面 356 和第二面 358 之间。轴向 夹紧密封 354 包括基部 360 和凸缘部 362。基部 360 可被设置用于连接至介质包。凸缘部 362 可以在两个表面之间被夹紧以形成密封。一个表面可以是包含过滤元件 350 的外壳的 表面。此外， 夹紧凸缘 362 的另一结构可以是检修盖或其它结构设置在外壳内帮助保持密 封， 使得未经过滤的空气穿过介质包， 而不能绕过介质包。 过滤元件 350 可以包括手柄 364， 它从第一面 356 轴向伸出。如果需要， 手柄可以被设置成从第二面 358 轴向伸出。手柄 364 使得人可以从外壳中拉出或取出过滤元件 350。
现在参见图 22-24， 过滤元件由附图标记 400 表示。 过滤元件 400 包括卷绕介质包 402， 手柄结构 404， 和密封结构 406。该过滤元件结构的细节可以在美国专利号 6,348,084 中找到， 该文献的完整公开内容在此被结合入本文作为引用。前述的单面介质可用于制备 过滤元件 400。
手柄结构 404 包括中心板 408， 手柄 410， 和钩结构 412。单面介质可以围绕中心板 408 卷绕， 使得手柄 410 从介质包 402 的第一面 414 轴向伸出。钩结构 412 可以从介质 包 402 的第二面 416 伸出。手柄 410 允许操作者可以从外壳中取出过滤元件 400。钩结构 412 用于连接至横梁或支撑结构 420。钩结构 412 包括钩部件 422 和 424， 其与横梁或支撑 结构 420 接合。横梁或支撑结构 420 可被设置为密封支撑结构 430 的一部分， 从第二面 416 伸出并且包括密封支撑件 432。 密封 434 可被设置在密封支撑件上， 以便在过滤元件 400 和 外壳之间提供密封。当密封 434 旨在通过接触径向朝向密封表面 436 和外壳密封表面来提 供密封时， 密封 434 可被表征为径向密封。
过滤介质包可被设置为如美国专利号 6,348,085 中所示的燃气涡轮系统的一部 分， 该专利文献的完整公开内容在此被结合入本文作为引用。一种示例性燃气涡轮过滤元 件在图 25 中由附图标记 450 示出。过滤元件 450 可包括主过滤元件 452 和二次过滤元件 454。二次过滤元件 454 可被称为安全过滤元件。主过滤元件 452 可被设置为本申请前述 的过滤介质包。过滤介质包可以通过卷绕单面介质或通过层叠单面介质而形成。主过滤元 件 452 和二次过滤元件 454 可以固定在套筒件 460 内。套筒件 460 可包括凸缘 462， 所述凸 缘包括密封 464。安装时， 元件 450 可被设置成使得凸缘 462 和密封 464 靠近支撑 466 并且 通过夹具 200 固定在位， 从而密封 464 提供充分的密封， 使得未经过滤的空气不会绕过过滤 元件 450。 可采用过滤介质包的另一种过滤元件披露于美国专利号 6,610,126， 该文献的完 整公开内容在此被结合入本文作为引用。现在参见图 26， 过滤元件 500 包括过滤介质包 502， 径向密封结构 504， 和灰尘密封或二次密封结构 506。过滤元件 500 可被设置在空气滤 清器外壳 510 内并且可以包括位于过滤元件 5000 下游的安全或二次过滤元件 512。此外， 可以提供检修盖 514， 用于封装外壳 510。外壳 510 和检修盖 514 可以夹紧灰尘密封 506， 因 此灰尘密封 506 可被表征为夹紧密封。
过 滤 介 质 包 可 被 设 置 为 国 际 公 开 号 WO 2006/076479 和 国 际 公 开 号 WO2006/076456 的层叠介质包结构， 上述文献的公开内容在此被结合入本文作为引用。 现在 参见图 27， 过滤元件由附图标记 600 示出， 它包括层叠的块状的介质包 602。块状的层叠介 质包 602 可被表征为矩形或直角 ( 正 ) 平行四边形。 为了密封介质包 602 的相对端， 设置了 侧板 604 和 606。侧板 604 和 606 密封每个层叠的单面介质的前端和尾端。介质包 602 具 有相对的流动面 610 和 612。应当指出， 面 610 和 612 之间没有不需要空气穿过介质包 602 的介质并因此被过滤的流动通道。外周、 周边的外壳密封环 614 设置在空气过滤元件 600 保护性套或板可以设置在介质 上。所示具体的密封环 614 是轴向夹紧密封环。如果需要， 包表面 620 和 622 上。
过滤介质包可被设置为国际公开号 WO 2007/133635 的层叠介质包结构， 该专利 文献的完整公开内容在此被结合入本文作为引用。现在参见图 28， 过滤元件由附图标记 650 示出。过滤元件 650 包括层叠的 z- 过滤介质结构 652， 它在本示例中具有第一入口面 654， 和相对的第二出口面 656。此外， 过滤元件 650 包括上侧 660， 下侧 662， 和相对的侧端 664 和 666。层叠的 z- 过滤介质结构 652 一般包括一个或多个单面介质条的层叠， 其中每 个条包括槽纹片材固定至表面片材。条可以被设为倾斜的结构。所述条被设置成使得槽纹 在入口面 654 和出口面 656 之间延伸。所示的过滤元件 650 包括层叠的 z- 过滤介质包结 构， 它包括两个层叠的介质包部分 670 和 672。密封件 680 可被模制到介质包。
应当理解， 通过观察示例性的附图 19-28， 过滤介质包可被设置成不同的结构， 以 形成过滤元件， 并且随后可被用于不同的外壳结构中以提供增强的性能。
示例
利用过滤介质性能建模 ( 模拟 ) 软件， 将具有包含不同槽形设计的介质的过滤元 件进行比较。过滤元件不是为本示例而构造和测试的。而是， 过滤元件和过滤元件构件的 尺寸， 过滤元件和过滤元件构件的性能和特征， 使用条件， 和空气被过滤的特征被输入模拟 过滤介质性能的计算机程序中。根据对实际 Donaldson Company 过滤介质进行的测试， 来 验证过滤介质性能建模 ( 模拟 ) 软件。计算机软件模拟的结果预计的误差在约 10％以内。 为了评估不同过滤介质设计替换， 相信约 10％以内的误差值足以低到模拟软件可被用于评 估不同的设计选择。为了计算机模拟软件， 所选择的灰尘被表征为 SAE。
表 2-8 包括过滤元件的特征和计算机生成的结果。所述表格利用过滤介质性能模 拟软件确认所评估元件的尺寸。元件尺寸是指元件的整体尺寸。
在每个表中所表征的过滤元件是层叠元件， 它具有对应于最后确认尺寸的深度或 槽纹长度。例如， 在表 2(a) 中， 元件的尺寸为 8 英寸 x12 英寸 x5 英寸， 其中槽纹长度为 5 英寸。对于元件 1， 槽纹类型可被表征为标准 B。对于第 2 和第 3 行， 元件的形状被改变同 时保持元件的体积相对恒定。从元件 4 开始， 槽纹类型不再被认为是标准 B， 并且被表征为 弧形 - 扁平 - 弧形， 这大体描述了槽纹形状具有形成槽纹片材的内峰和外峰的弧形， 以及连 接内峰和外峰的介质的相对扁平部分。 对于元件 17-19， 槽纹类型可被表征为低接触。 低接 触形状大体如图 5(a) 所示。 表 2-8 中的过滤元件另外通过槽纹密度、 空间 ( 体积 ) 不对称性、 槽纹宽 / 高比、 槽纹高度、 槽距、 塞长度和介质厚度来表征。根据所述信息的结果， 计算机模拟软件计算初 始压力降， SAE 细装至 12 英寸水压力降， 容积， 和所需的介质面积。这些值确定了穿过介质 的特定流速。此外， 所述表包括与基本过滤器的对比。一般， 表中的基本过滤器是指该表中 第一列出的元件。结果， 由于对设计的改变， 可以评估不同元件之间的性能变化。
表 2-8 中的数据所例证的一般性教导是 ： 过滤元件设计中的多个变化可以显著提 高性能。此外， 与多个变化相比， 单个变化不必然具有大量的改进。
上述说明书、 示例和数据构成了制造和使用本发明的过滤介质和过滤元件的完整 描述。 由于可以在不背离本发明的精神和范围的前提下作出本发明的各种实施方式， 因此， 本发明的范围由所附的权利要求书确定。