包括具有多层褶状支承结构的过滤介质的过滤元件制造技术

本发明专利技术公开了过滤元件（１２），其包括过滤介质（１８）、上游褶状支承结构（１６）和多层下游褶状支承结构。多层下游支承结构包括第一下游支承层（１９）和第二下游支承层（２２）。第一下游支承层与过滤介质接触并置于过滤介质和第二下游层之间，第一下游支承层经过制造以使其与过滤介质表面接触的点最少，从而增强离开过滤介质的流体流动。第二下游支承层与第一下游支承层接触并且经过制造为方便相对于多层下游褶状支承结构的横向流体流动。本发明专利技术公开的过滤元件可用于具有多种设计的滤筒以提供增强的过滤性能，例如通过增加介质面积和改善流动／通过量以提供增强的过滤性能。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的公开涉及流体过滤装置，更具体地，涉及具有至少两个下游支承结构层、从而提高过滤性能和改善流动/通过量的褶状过滤器。2.相关技术背景过滤为从流体(液体或气体)分离粒子或污染物的过程，其可通过使流体通过允许流体通过同时阻止或捕获粒子的多孔性过滤介质而实现。这种流体过滤在聚合物制品、医药制品的生产，以及矿产和冶金加工、石油精制、水的净化、排放控制、和饮料食品生产中有广泛应用。多年以来，致力于筒形褶状滤筒的设计，使得可被装配到给定外径的滤筒内的过滤介质或有效表面积的量最大化，而不会不利地影响流动或过滤器寿命。褶状过滤元件有与可被装填到预定的过滤器外壳中的过滤介质的最大量有关的流速和通过量限制。由于预先形成的相当标准化的大用户台，该用户台采用了具有设计尺寸的普通过滤罩，和由于其中封闭的过滤元件只容纳一个或多个具有特殊尺寸的过滤元件的构造，过滤器性能的改善变得困难。过滤器设计者的主要任务是增加过滤元件的过滤能力而不是不改变其外部尺寸，即可用的表面积，使得过滤元件可用于现有的滤器罩。改善褶状过滤元件的过滤流动和通过量性能的一个方法是增加存在于过滤器中的过滤介质的量。这可以通过降低过滤介质和褶状支承结构以及排流介质或材料的厚度实现。然而，降低过滤介质的厚度可能危及过滤装置的保留性能，即通过在过滤介质内筛分或捕获粒子而除去粒子的性能。此外，由于不能提供足够的流路，使用越来越薄的支承结构可能对流动和通过量性能产生消极影响。试图优化过滤性能的设计产生了针对增加过滤面积的各种褶状设计和褶状构造，如通过改进的褶状几何形状如“螺旋”或“多褶”结构增加过滤面积。然而，使用螺旋和多褶设计通常需要使用较小的芯(core)以实现所需益处。虽然较小的芯对于液体应用不总是严重的限制，但对于其中通过较小的芯时流动可显著损失的气体应用而言，较小的芯的应用受到了严重的限制。对于现有技术的褶状设计，在标准的辐射状褶状滤筒中，例如Miller Jr.等人的美国专利3,692,184中公开的，可被装填到滤筒中的过滤介质的量受到可被装填到滤筒芯周围的褶状物数目的限制。因此，在过滤元件外周边的相邻褶状物之间有大量的空间隙。因此，在典型的筒形褶状滤筒中，随着到芯的中心的距离增加，在相邻的褶状物之间有许多未使用的空间。此外，褶状物在内周边被高度压缩，由于支承结构压缩而可能阻碍流动。具有辐射状伸展的W型褶状构造的筒型过滤元件，例如在Buckman等人的美国专利3,799,354中公开的，代表了标准的辐射状褶状过滤元件的另一种选择。辐射状的W型褶状构造通过在每两个具有标准高度的褶状物之间提供从过滤器的外周边向内辐射伸展的相对短的褶状物，使褶状的间距最小化，并在过滤元件的外周边附近提供增加的表面积，短的褶状物高度相同并以均匀的频率出现在过滤器圆周周围，即，在每两个全长的褶状物之间有一个短的褶状物。这些较短的褶状物占据了过滤元件外周边附近的空间隙，但由于在褶状物之间仍保留某些未占用空间，其没有使可排列在滤筒内的过滤介质的量最大化。与W型褶状构造有关的一个问题是褶状物密度没有达到最优。辐射状的W型褶状构造也有褶状物移动的问题，这是由于较短的褶状物趋向于朝向过滤器的中心轴向内辐射状移动。由于可能引起过粘结、堵塞、增加过滤器的压降、缩短过滤寿命和降低过滤介质的潜能，不期望发生这种移动。Pall的美国专利4,033,881公开了包括具有不同孔径的多层纸片过滤层的滤筒，其包括带孔的相对刚性的支承结构和具有刚性比纸过滤介质的刚性大的排流件。根据Pall的美国专利4,033,881，“适当的带孔的外部和内部支承结构可由金属或塑料制成，并可以为例如由塑料丝或压出品制成的多孔片或板、或织造或非织造的或挤出的网形式”。如Pall的美国专利4,033,881中的进一步描述，挤出的塑料网可具有多种图案，包括具有双向等直径挤出网络线的网眼组织图案；或一个方向的挤出网络线比另一个方向的宽，形成沿网的纵向、或横向、或周向延伸的棱纹。螺旋型褶状过滤元件可与标准的褶状过滤器相比较，在于其包括在筒形构造中布置的多个纵向的褶状物。然而，在螺旋型褶状过滤器中，褶状物的末端翻转，使过滤元件外径附近的相邻褶状物表面之间的间距最小化，从而可能在等直径的过滤器中提供更大的过滤表面积。在Stoyell等人的美国专利5,543,047中公开了常规的螺旋型褶状过滤元件。Stoyell等人的美国专利5,543,047中的螺旋型褶状过滤元件包括过滤介质、在相对于过滤介质上游布置的上游排流层、和在相对于过滤介质下游布置的下游排流层的三层复合材料。在Stoyell等人的美国专利5,543,047中公开的排流层“可为网眼(mesh)或筛网(screen)或多孔性织造片或非织造片的形式”。Stoyell等人的美国专利5,543,047公开了挤出聚合物网眼形式的排流层，该聚合物网眼经取向和构建，使得相邻褶状物的相对表面在过滤元件长度的相当大部分内彼此密切接触。涉及螺旋型褶状过滤器装置的其它专利包括Briggs的美国专利2,395,449和Stoyell等人的美国专利6,113,784。其它的W型褶状设计在Olsen的美国专利6,315,130有所公开。虽然螺旋型褶状设计和W型褶状设计都提供过滤表面积增加的表面型过滤器，但螺旋型褶状设计没有与W型褶状设计有关的褶状物移动的问题。然而，与W型褶状过滤器相比，螺旋型褶状过滤器翻转的褶状物在过滤器外径附近提供更少的并更难以接近的辐射状流路，使通过过滤器的压降更大。另外，螺旋型褶状过滤器翻转的褶状物的流路更长，因此，在高负荷或大粒子污染物应用中流路更容易堵塞。尽管至今已有的努力，但仍需要为给定的滤筒尺寸和设计提供过滤表面积得到增加、流动/通过量得到改善的过滤器设计，其在被插入到长条状筒形滤筒中时具有传导性并防止褶状物移动。专利技术概述根据本专利技术的公开，可为给定的滤筒尺寸/设计提供具有优异过滤性能的、包括流动得到改善的有利的过滤元件，并且通过选择协调发挥作用以改善总流量的支承材料实现所述流动的改善。本专利技术所构建的过滤元件包括过滤介质；位于过滤介质上游并与其接触的上游褶状支承结构；位于过滤介质下游的多层下游褶状支承结构，包括第一下游支承层和第二下游支承层(a)第一下游支承层与过滤介质接触并置于过滤介质和第二下游层之间，并对第一下游支承层进行构建使其与过滤介质表面接触的点最少。(b)第二下游支承层与第一下游支承层接触并对其进行构建以方便相对于多层下游褶状支承结构的横向流体流动。更具体地，多层下游褶状支承结构包括第一下游支承层和第二下游支承层。第一下游支承层置于过滤介质和第二下游支承层之间，并且对其进行构建使得其与过滤介质表面接触的点最少，从而提高离开过滤介质的流体流动。第一下游支承层由在尽可能少的位置与膜接触的材料构成，从而允许流体，无论液体或是气体，从过滤介质流出并进入位于下面的第二下游支承层。用于制造第一下游支承层的适当的材料为具有高透气性、低厚度、高强度、低纤维直径和/或相对柔软以防止过滤介质磨损的特征的非织造材料。用于制造第一下游支承层的材料优选的例子为聚丙烯或聚酯。在选择性的实施方案中，第一下游支承层可由叠层到过滤介质上的非织造材料制成。然而，通常优选相对于过滤介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
过滤元件，其包括：过滤介质；位于所述过滤介质上游并与其接触的上游过滤介质支承结构；位于所述过滤介质下游的多层下游过滤介质支承结构，所述多层下游支承结构包括第一下游支承层和第二下游支承层，其中：（ａ）所述第一下 游支承层与所述过滤介质接触并置于所述过滤介质和所述第二下游层之间，所述第一下游支承层制造为与所述过滤介质表面接触的点最少；和（ｂ）所述第二下游支承层与所述第一下游支承层接触并且制造为便于相对于所述多层下游褶状支承结构的横向流体流动。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里A卢卡斯，C托马斯保罗，约翰莫尔比，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]