流体过滤器和使用方法
【专利摘要】在本文中提供了多级式过滤器。过滤器可以包括多个面板，每个均包括过滤前表面和平坦背表面，过滤前表面具有彼此分离开以形成竖向通道的第一行竖向延伸的突起部、彼此分离开以形成竖向通道的第二行竖向延伸的突起部，以及一个或多个行的过滤突起部，其中一个或多个行的竖向地彼此分离开、并且在第一行竖向延伸的突起部和第二行竖向延伸的突起部之间延伸。另外，每一行的过滤突起部可以包括彼此分离开以形成过滤通道的过滤突起部，过滤通道的尺寸被构造成接收并且保持规定尺寸的物体。
【专利说明】流体过滤器和使用方法
[0001]相关申请交叉引用
[0002]这一非临时美国专利申请要求2013年I月9日提交的、标题为“FILTERWITHMULTIPLE STAGES TRANSVERSELY ORIENTED” 的美国临时申请61/848671 的优先权权益，该美国临时申请的整体(包括其引述的所有附图标记)通过引用合并入本文。本申请还涉及2013年I 月 17 日提交的、标题为 “FILTER WITH MULTIPLE STAGES TRANSVERSELY ORIENTEDIMPROVED”的美国临时申请61/849，098和2013年3月14日提交的、标题为“FILTER WITHLAYERED CONSTRUCT I ON”的美国临时申请61 /851，987，这些申请的整体(包括其引述的全部附图标记)通过引用合并入本文。
技术领域
[0003]本技术涉及一种过滤器，并且更具体地但不受限地涉及包括交替地且横向地彼此定向的多级层。这些过滤器有利地被构造成过滤携带有微粒的流体，以除去各种大小的微粒。
【背景技术】
[0004]流体过滤器用以分离分散在流体中的微粒物质。例如，流体过滤器用以淡化水、提纯机械装置中的润滑流体，以及从空气或者其它气态流体中除去具体的物质。过滤器的示例包括US 6,524,488，其记载了一种由至少一个结构化聚合物层形成的过滤介质，其中在层内限定结构化表面。这些层可以构造为具有结构化表的堆叠，限定有通过堆叠面的多个有序进口以及相应的有序流体通路，从而形成有序多孔体积。有序流体通路可通过在结构化层的结构化表面中形成的多个流动通道限定，或者可以通过以有序图案在结构化层的结构化表面中形成的多个隆起形成。另外，US 7，282，148记载了不对称滤膜以及制造该不对称滤膜的过程。膜结构在实物上是坚固的，并且适用于多种应用。支承膜可由诸如多孔硅或者氧化硅的材料组成，并且分离膜可由诸如聚合物、沸石膜或者氧化硅的材料组成。所述过程依赖于采纳自微电子行业的步骤。
[0005]另外，US2012/0267249记载一种过滤器，其包括在其中形成有多个纳米通道的膜片。第一表面起电材料沉积在纳米通道的端部上。第一表面起电材料包括表面电荷，以通过静电方式影响电解质溶液中的离子，使得纳米通道将离子反射回到电解质溶液，使离子穿过电解质溶液的流体。另外提供了制造和使用过滤器的方法。
【发明内容】
[0006]根据一些实施例，本技术可以涉及过滤装置，包括多个面板，多个面板中的每个面板均包括过滤前表面和平坦背表面，过滤前表面包括:第一行竖向延伸的突起部，这些突起部彼此分离开以形成竖向通道，所述第一行邻近过滤装置的进口；第二行竖向延伸的突起部，这些突起部彼此分离开以形成竖向通道，所述第二行邻近过滤装置的出口； 一个或多个行的过滤突起部，所述一个或多个行竖向彼此分离开、并且在第一行竖向延伸的突起部和第二行竖向延伸的突起部之间延伸，每一行的过滤突起部包括彼此分离开以形成过滤通道的过滤突起部，这些过滤通道的尺寸被构造成接收并且保持规定尺寸的物体;并且其中多个面板以配合构造堆叠，使得一个面板的过滤前表面与相邻的面板的平坦背表面配合接触。
[0007]根据一些实施例，本技术可以涉及用于过滤流体的基底面板，所述基底面板包括过滤前表面和平坦背表面，所述过滤前表面包括:第一行竖向延伸的突起部，这些突起部彼此分离开以形成竖向通道，所述第一行邻近过滤装置的进口；第二行竖向延伸的突起部，这些突起部彼此分离开以形成竖向通道，所述第二行邻近所述过滤装置的出口；和一个或多个行的过滤突起部，所述一个或多个行竖向彼此分离开、并且在第一行竖向延伸的突起部和第二行竖向延伸的突起部之间延伸，每一行的过滤突起部包括彼此分离开以形成过滤通道的过滤突起部，这些过滤通道的尺寸被构造成接收并且保持规定尺寸的物体。
【附图说明】
[0008]本技术的一些实施例借助附图来说明。将理解，这些附图并非必然是按比例的，并且对于本技术的理解不必要的细节或者使得其它细节难以理解的细节可以被省略。将理解，本技术并非必然局限于在本文中例示的具体实施例。
[0009]图1是过滤器的区段的轴测图。
[0010]图2是过滤器的一个面板的轴测图。
[0011]图3是图2所示的过滤器的一个面板的前视图。
[0012]图4是替代过滤器面板的轴测图。
[0013]图5是另一替代过滤器面板的轴测图。
[0014]图6是图5的特写图。
[0015]图7是另一替代过滤器面板的特写图。
[0016]图8是过滤器的螺旋构造的轴测图。
[0017]图9是过滤器的圆形构造的轴测图。
[0018]图10是过滤器的圆锥形构造的轴测图。
[0019]图11是替代的支路过滤器面板的前视图。
[0020]图12是替代过滤器面板的轴测图。
[0021 ]图13是替代过滤器面板的轴测图。
[0022]图14是替代过滤器面板的轴测图。
[0023]图15是替代过滤器面板的前视图。
[0024]图16是替代过滤器面板的前视图。
[0025]图17是替代过滤器面板的前视图。
[0026]图18是替代过滤器面板的等轴测后视图。
[0027]图19是替代过滤器面板的轴测图。
[0028]图20是替代过滤器面板的轴测图。
[0029]图21是替代过滤器面板的轴测图。
[0030]图22是图21的特写图。
[0031]图23是图22的特写图。
[0032]图24是替代过滤器的后侧剖视图。
[0033]图25是过滤器的区段的轴测图。
[0034]图26是过滤器的一个面板的前视图。
[0035]图27是图26所示的过滤器的一个面板的后视图。
[0036]图28是过滤器的顶截面图。
[0037]图29是过滤器的轴测图。
【具体实施方式】
[0038]在下文描述中，为了说明，阐述许多细节以提供对本公开的透彻理解。但对本领域技术人员将显见的是，本公开的实践可不具有这些具体细节。在其它示例中，结构和装置以块图形式示出，仅为避免模糊本公开。
[0039]在本说明书中对于“一个实施例”或者“实施例”的引述是指结合该实施例描述的特定特征部、结构或者特性包含在本发明的至少一个实施例中。由此，在整个本说明书中的不同位置出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”或者“根据一个实施例”(或者其它具有类似含义的短语)并非必然是全部引述同一实施例。此外，这些特定的特征、结构或者特性可以以任何合适方式在一个或多个实施例中组合。此外，取决于本文论述的上下文，单数术语可以包括它的复数形式，复数术语可以包括它的单数形式。类似地，用连字号连接的术语(例如，“根据需求(on-demand)”)有时可以与其非用连字号连接的版本(例如，“ondemand”)可互换地使用，用大写字母开头的事项(例如，“Software”)可以与其非用大写字母开头的版本(例如，“software”)可互换地使用，复数术语可用或者不用撇号(例如，PE’s或者PEs)标示，并且用斜体字排字的术语(例如，“N+1”)可以与其非用斜体字排字的版本(例如，“N+1”)可互换地使用。这种偶尔可互换使用将不会被认是彼此不一致。
[0040]本文使用的专业词汇仅用于描述具体实施例的目的，并非旨在限制本发明。如本文使用的，单数形式“一”和“该”旨在也包含复数形式，除非上下文另外清楚指示。另外将理解，术语“包括”和/或其变形形式当用在本说明书中时，列举所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或者添加。
[0041 ]在开头应指出，术语“联接”、“被连接”、“连接到”、“电连接”等等在本文中可互换地使用，用以泛指电气/电子连接的状态。类似地，当第一实体以电气方式发送(不管是否通过有线或者无线手段)信息信号(不管是否包含数据信息或者非数据/控制信息)至第二实体和/或从第二实体接收这些信息信号，则认为第一实体与第二实体(或者多个实体)“通信”，而与那些信号的类型(模拟或数字)无关。另外指出，在本文中示出和讨论的各种附图(包含部件示意图)仅用于说明性目的，不是按比例描绘。
[0042]本发明涉及用于过滤或者分离不同尺寸的微粒的过滤器。过滤器的常见用途是在机动车和载重汽车中。过滤器用以从内燃机使用的空气中除去固体微粒。过滤器另外用以从发动机和变速器中使用的油中除去微粒。
[0043]典型地，这些应用中使用的过滤器使用具有孔径的膜片来从空气或者油中除去微粒。通常将材料多次折叠以在小的总面积上形成尽可能大的过滤材料表面积。
[0044]膜片中的小尺寸孔径捕获小尺寸的微粒这些小的孔径另外产生对于从中穿过过滤的流体或者气体的流动的更多限制。在用于内燃机的空气过滤器的情况下，小的孔径可以导致降低的性能和降低的燃料经济性。如果孔径较大，则性能提高，但发动机寿命降低。
[0045]过滤器型结构也可用以将不同大小的微粒从流体分离。微粒的分离可用于从流体分离生物材料或者不同大小的分子。
[0046]水的淡化(desa I i na t i on)是其中将过滤材料用以分离不同大小分子的一个领域。这一任务要求从小的水分子中移去氯化钠分子。关于海水的淡化，氯化钠对水分子的相对量是较高的。由于这一高比率，在处理适中量的水时，较高量的氯化钠被收集在过滤器中。
[0047]根据一些实施例，本技术涉及一种过滤器，该过滤器带有与结构化元件结合的多层面板或者薄膜，这些部件层压在一起以形成系列通道，用以过滤或者捕集规定大小的微粒或者分子。这些面板具有由较宽通道形成的进口区，在此处仅约束大微粒。这些进口区也促进在制造期间的面板开缝。在进口区后是一系列渐窄的通道，用以限制微粒的通过。过滤通道之间的横向通道允许来自不同宽度的相邻通道的交叉矩阵流。
[0048]在【背景技术】中，典型地，一整行结构将包括仅一个宽度的通道。对于典型地用在油过滤中的分路型过滤器，一行可具有不同宽度的通道。例如，在要过滤的一种规定大小的微粒或者分子占有显著百分比的情形中，将存在一系列支路行来收集较大量的规定大小的微粒或者分子。
[0049]另外，矩形横截面的过滤通道允许对于大体圆形微粒或者分子的更有效收集。为减小流动限制，可对通道的前缘和后缘添加倒圆。
[0050]首先参考图1，图1例示了根据本技术构造的过滤器I的示例。流体或者气体从过滤器I的顶表面2或者“进口”流入到过滤器I中。过滤器面板3层叠在一起，其中过滤器面板3的顶部边缘4形成过滤器I的顶表面2。层叠在一起的过滤器面板3的数目将根据设计要求改变，如本领域普通技术人员将清楚的。在一些实施方式中，过滤器面板3的数目可以是数百或数千个。过滤器面板3的宽度也可以根据设计要求或者规范变化，包括但不局限于过滤器的应用(例如，淡化对(versus)车辆座舱的空气过滤)。
[0051]每个面板3包括过滤前表面IA和平坦背表面1B(参见图18)。面板3另外包括沿着面板3的外侧边缘布置的一对凸缘IC和1D。这些凸缘用来对面板3提供结构支撑。另外，当堆叠面板时，这些面板将至少在它们的凸缘处配合在一起。
[0052]示例性过滤器(基底)面板3包括接近面板3的顶表面2布置的第一行竖向延伸的突起部4A，以及接近面板3的底表面布置的第二行竖向延伸的突起部4B。第一行竖向延伸的突起部优选地彼此分离开，以形成竖向通道5A。同样，第二行竖向延伸的突起部优选地彼此分离开，以形成竖向通道5B。
[0053]将理解，竖向延伸的突起部可以包括例如相对于面板3的表面正交延伸的矩形齿状物或者块状物体。这些突起部可具有相对于彼此一致的形状和尺寸，或者可以在形状(例如，正方形、三角形、矩形)和大小(例如，高度、宽度、长度)两方面均不规则。
[0054]过滤器面板3中的竖向通道5A和5B竖向地沿着过滤器面板3的顶部边缘4的水平长度布置。竖向通道5A和5B的数目可以根据设计规范变化。在一些实施方式中，面板3可以包括数百或数千的竖向通道5A和5B。在一些实施方式中，过滤器I的全部通道将布置在一起或者被构造成形成一致样式，从而形成具有一致横截面区域的过滤器I。即使如此，对于过滤器的不同应用，不同样式的过滤器面板可以按变化的或者不规则的样式层叠在一起。
[0055]在一些实施方式中，过滤器面板3包括一个或多个行的过滤突起部5C。例如，图1的面板包括六行过滤突起部。关于竖向延伸的突起部和各行过滤突起部的额外细节相对于图2更详细地说明。
[0056]参考图2，示出了仅一个过滤器面板3ο竖向通道5A和5B相对彼此是大体等距的，并且大小大体相同。每一上部竖向通道5A的宽度理想地大于分散在流体中的大多数微粒。例如，竖向通道5A可以是200微米宽和200微米深。过滤器面板3中的竖向通道5A的水平间隔可以是300微米，而过滤器面板3的整个厚度可以是300微米。
[0057]将理解，厚度越接近通道的深度，则过滤器I的整体密度越大。例如，竖向通道5A的高度可以是500微米。这一较大的尺寸允许过滤器面板3的制造过程中的变化。为更大的易制造性，竖向通道5可以比500微米高。在其它实施例中，如果期望更紧凑的过滤器，则竖向通道5的高度可以短于500微米。
[0058]竖向通道5A在第一交叉通道6中终止。在一个实施例中，第一交叉通道6从竖向通道5A的左侧延伸到竖向通道5A的远右侧。第一交叉通道6的高度可以是200微米，并且将优选地与竖向通道5A的深度相同。
[0059]参考图3，其中示出了过滤器面板3的前视图，以箭头描绘了流体流。所述流离开竖向通道5A，流入第一交叉通道6。
[0060]流体然后遇到多行过滤突起部中的第一行。例如，第一行过滤突起部7A可以包括彼此分离开以形成过滤通道7B的过滤突起部。每一过滤通道定尺寸为接收并且保持规定尺寸的物体，诸如分散在流过面板3的流体中的微粒。
[0061]面板3包括六行的过滤突起部，这些过滤突起部形成过滤通道。给定行的过滤通道具有大致相同的尺寸。另外，过滤通道的尺寸相对于所述行的位置减小。例如，最接近竖向通道5A的所述行的过滤通道的宽度大于最接近紧邻过滤器面板3的出口的竖向通道5B的所述行的过滤通道的宽度。在两者之间的行的过滤通道的宽度连续地变小。
[0062]由此，面板3是“多级式”的，因为它包括多于一行的过滤突起部，这些过滤突起部布置以如下方式捕获分散在流体中的微粒，即使得大微粒被捕获在上部行的过滤突起部中，而逐渐变小的微粒被捕获在形成过滤通道的其它下部行的过滤突起部中。
[0063]应注意到，对于被捕获在本文所述的过滤器中的微粒大小的限制因素可以是过滤通道的宽度或者深度。在一些示例中，由于沉积非常薄材料层的能力，经由深度来控制捕集的微粒大小会是优选的。例如，因光刻技术对突起部的实际尺寸限制是近似14纳米。沉积允许用户将通道深度控制为约略原子的大小，或者近似I纳米。
[0064I流体或者气体能够流入在竖向通道5A正下方的过滤通道7C，或者它能够流到邻近的过滤通道7D。实际上，流体可以向左方或者右方流向任何行的第一过滤通道。在一些实施例中，每一行的第一过滤通道的宽度均比竖向通道5A的宽度窄。
[0065]在一个实施例中，第一行的过滤通道可以是130微米宽，比竖向通道5A窄70微米。水平间隔也可以从竖向通道5的300微米变窄成200微米。如果流体或者气体中的微粒大于该130微米的宽度，则第一行的过滤通道不会允许这些微粒通过。
[0066]应注意到，第一行的过滤通道的深度具有类似于其它通道的宽度，例如200微米。因此，具有小于130微米的较小宽度的不对称微粒能够穿过第一行的过滤通道，即使微粒的一些部分比130微米宽。
[0067]在一些实施例中，第一行的过滤通道7B比竖向通道5A短的多。第一行的过滤通道7B终止在第二交叉通道9中。第二交叉通道9类似于第一交叉通道6，差异在于它的高度更短，例如是180微米。第二交叉通道9最小从左侧竖向通道5A延伸到极右侧的竖向通道5A。
[0068]流体或者气体能够从第二交叉通道9流到在第一行的过滤通道7B正下方的第二行过滤通道10。同样，第二行过滤通道10由彼此分离开的第二行过滤突起部1A形成。如上所述，第二行过滤通道10的宽度可以小于第一行的过滤通道7B的宽度。
[0069]微粒11显示为容纳在第二行的过滤通道中，位于第二行中的两个相邻过滤突起部之间。微粒11的深度影响到是否完全或部分地封阻相邻过滤通道。但在本示例中，微粒11至少部分地封阻相邻的过滤通道。第二交叉通道9允许被封阻的流朝向第二行中的其它过滤通道流动。
[0070]同样，额外行的过滤突起部和过滤通道以更小和小的特征尺寸重复，以形成对微粒收集和固位精确控制的多级式过滤器。在有些情况下，相邻行的过滤突起部可以彼此偏移。例如，第一行的过滤突起部7A可以偏移第二行的过滤突起部1。
[0071]过滤器面板3将典型地通过将特征部模制到塑料膜中制成。用以模制通道的工具相对于过滤器面板3的特征部将是负向的。工具中的特征部可通过精密机加工处理、蚀刻被机加工在工具中，或者这些特征部能够用半导体制造型过程来制成。制造具有微米或者纳米尺寸的特征部的工具的领域中的普通技术人员能够设想制备用于具体过滤器设计的工具的最佳方法。应注意到，半导体型制造过程的精度能够极其高。这导致过滤器I的面板3中的流体通道的极其精确的宽度，从而允许准确且精确地过滤微粒。当过滤器用以分离不同尺寸的微粒时，这是尤其重要的。
[0072]如上所述，在最终行的过滤突起部之后，设有出口竖向通道5B，这些出口竖向通道5B被构造成将过滤后的流体从过滤器I引导出。
[0073]参考图4，示出了单级过滤器的过滤器面板43。单级过滤器将用以分离大于一个尺寸的具体微粒。过滤器面板43包括进口 43、竖向延伸的突起部45和形成过滤通道的一行过滤突起部46。图5示出了分路型滤清器形式的示例性过滤器面板53。面板53包括竖向延伸的突起部55、交叉通道56和形成过滤通道的多行过滤突起部57。图6是图5中的支路区域的特定图。该类型的过滤器将结合通过过滤器多次循环的流体使用，这样的过滤器诸如是用于内燃机的滤油器。
[0074]沿着一行布置有两种不同宽度的过滤通道。一些流体流过窄的通道20，窄的通道20也称为“过滤凹槽”。窄的通道滤出细粒，另外对于所述流具有限制性。大多数流体流过不太限制性的宽通道21(例如，过滤通道)。当极小微粒在首次通过过滤器面板3时即被滤出并不重要时，并且如果对于过滤的限制受到关注，可利用这一类型的过滤器。在流体每次通过过滤器面板3时，越来越多数目的微粒被从流体移去。
[0075]参考图7，示出了另一替代的支路型过滤器设计。两行过滤通道具有窄的20和宽的宽度21过滤通道两者。这一类型的过滤器可用以除去大量规定大小的分子，诸如氯化钠分子。对于海水淡化，盐分子的浓度较高。由此，通过整合多行的支路过滤通道，在流体通道被完全封阻之前，能够由过滤器除去更大量的氯化钠分子。对于咸水淡化，期望实际上从水中除去全部盐。最终行的过滤通道将都比氯化钠分子窄。应注意到，支路行的数量和过滤通道的宽度、深度和长度将根据设计要求和应用规范而变化。
[0076]参考图8，公开了过滤器面板3中的各层的替代构造。通过使一个过滤器面板83以螺旋方式卷起，能够形成圆形的过滤器83。过滤器83可以以棍到棍(rol 1-to-rol I)制造过程来制成。
[0077]参考图9，示出了如图8所示的围起螺旋过滤器91。过滤器I装入在正方形框架51中，螺旋过滤器50的中心孔用中心插塞52填充。这一类型的过滤器组件可用于过滤内燃机使用的空气。
[0078]参考图10，示出了以圆筒方式构造的过滤器91的替代布置。这一类型的布置适用于内燃机油过滤器。
[0079]参考图11，示出了另一布置的过滤器面板1100。分隔壁60允许通道流入多行的同样尺寸的(或不同尺寸的)过滤通道。该类型的布置对于大浓度的一种微粒尺寸的分离也将是有用的，诸如咸水淡化。同样，海水是具有高浓度的一种尺寸微粒的流体的示例。
[0080]参考图12，过滤器面板1200显示为过滤通道的深度等于过滤通道的宽度，从而形成正方形的过滤通道70。这一几何结构将过滤其中微粒的至少两个正交尺寸大于过滤通道的宽度和深度的情形下的微粒。
[0081]参考图13，过滤器面板3的特征部显示为具有斜度或者锥度。棱面1300包括竖向延伸的突起部1305、进口 1310和第一交叉通道1315，以及成行的过滤突起部。斜度或者脱模角是设置在模型中以利于移去模制件或铸件的锥度大小。斜度通常用在模制工序中。斜度所形成的锥度减小了将过滤层从模制工具分离所需的力。通道上的斜度不影响过滤功能。因此，将最可能利用大斜度，而不是小斜度。过滤通道壁的斜度不影响过滤。特别地，它将允许略宽范围内的微粒通过过滤通道。
[0082]参考图14，在面板1400的竖向延伸的突起部和过滤突起部上示出有倒圆81和圆角80。这些倒圆或者圆角可被整合以增强过滤层或者制造过滤层的工具的可制造性。
[0083]参考图15，过滤突起部90A显示为具有角状渐缩壁，使得随着流体流过面板1500的过滤通道，过滤通道90B加宽。这一锥度的添加允许捕获不太可能被捕集在通道中的微粒。这些微粒将仅在过滤通道的进口90处被捕集，而不是在宽出口部分91中捕集。该类型的通道可在流体过滤后需要回收过滤的微粒时张开。这在分离规定大小的细胞或者微粒以稍后用在另一过程中时将是有用的。
[0084]参考图16，过滤器面板1600显示为具有紧接于彼此的两个分隔壁60。过滤器1600另外包括在图1的面板中构建的特征部，诸如进口 4、竖向突起部5A等等。图16另外示出了布置在成行的过滤突起部60A和60B之间的分隔壁60。在竖向方向上的分隔壁(诸如分隔壁60C)的数目也可以是多个。具有较大数目的竖向堆叠分隔壁60将允许过滤器收集大量的规定大小的微粒。应注意到，对于小微粒，分隔壁60的中心-中心间隔可为仅一微米至100微米。在10微米的间隔的情况下，100个分隔壁60能够配合在一个毫米高区域中。
[0085]参考图17，过滤器面板1700示出为具有涂有不同于基底材料的薄层材料的区段1705。这一薄层可以是有吸收能力的，以引起样品成分的分离。这些彼此作用本质上物理性质的，诸如是疏水性(分散的)、偶极-偶极和离子，并且大多数情况下是它们的组合。应注意至IJ，多于一种不同类型材料可沿着过滤路径涂布。不同区域可具有不同尺寸的过滤通道。
[0086]参考图18，过滤器1800示出为具有带电的表面。例如，每个面板的背表面IB可以带电。另外，每个面板的电荷是交替的，使得带正电荷的面板与带负电荷的面板交替。这些电荷可用以将微粒吸引到过滤通道的壁上。如果材料是聚合物，则电荷可被埋置在过滤材料中。导电材料层可添加到过滤器面板的表面，其中外加电压源对导电材料充电。
[0087]参考图19，一些过滤通道显示为比其它通道浅，而在图20中，过滤器显示为在过滤器上具有与流动形成的平面正交地指向的光源2010。同样，过滤器1900和200也均可以包括在图1的面板中构建的特征部，诸如进口 4、竖向突起部5A等等。光探测器2005布置在过滤器的相反侧上。光源和光电探测器可具有一个特定光谱，可以是电磁波谱中的UV、可见光、IR波长或其它波长。这一源/检测器对可用以检测材料的存在，并且更重要地，可用以检测过滤器的具体部位处的材料类型。
[0088]参考图21并参考图22、23中的特写图，示出了空气过滤器的优选构造。参考图23，竖向通道5 (由分离开的竖向延伸的突起部形成)对倾斜通道110供给。在一些实施例中，倾斜通道110从竖向通道5以相对于竖向的近似30°向下延伸。倾斜通道110对微米级过滤通道111供给。数百微米级过滤通道111沿着每一倾斜通道110布置。流体从竖向通道5流到倾斜通道110，并由微米级过滤通道111过滤。流体退出微米级过滤通道111至倾斜的排出通道112。倾斜的排出通道112布置为大体平行于倾斜的过滤通道110。然后，流体从倾斜的排出过滤通道112流到出口竖向通道13。
[0089]参考图24，能够看到过滤器2400的背侧，其中剖切开了一些层。过滤器面板之间的这些层用粘合剂涂布，以确保过滤器面板之间无间隙。这一粘合剂可用在过滤器或者过滤器面板的任何构造中。溶剂或者热和压力也可用以确保过滤器面板之间无间隙。
[0090]首先参考图25，示出了过滤器2500。流体或者气体从过滤器2500的顶表面2流入过滤器I。过滤器面板3层叠在一起，其中过滤器面板3的顶部边缘4形成过滤器2500的顶表面
2。层叠在一起的过滤器面板3的数目将远大于所示的数目。过滤器面板3的数目可以是数百或者数千。过滤器面板3的宽度也将典型地远大于图中所示的宽度。
[0091]过滤器面板3中的竖向通道5竖向地沿着过滤器面板3的顶部边缘4的水平长度布置。竖向通道5的数目将通常远大于图25中所示的数目。在一些实施例中，将存在数百或数千的竖向通道5。典型地，全部的过滤器2500将具有相同的样式。但是，对于不同样式的过滤器2500，具有不同样式的成行过滤突起部的过滤器面板3可以层叠在一起。例如，图2、6、7和11-17中的面板可按照不同组合使用。但图集中例示的任何面板构造和组合也可根据本技术使用。
[0092]参考图26，示出了仅一个过滤器面板3。竖向通道5是大体等距的，并且具有相同尺寸。竖向通道5的宽度将大于要过滤的大多数微粒。竖向通道5可以是一微米宽和0.6微米深。过滤器面板3中的竖向通道5的水平间隔可以是十微米。过滤器面板3的整个厚度可以是一微米。将理解，厚度越接近通道的深度，则过滤器的整体密度越大。
[0093]竖向通道5的高度可以是三微米。这一较大尺寸允许过滤器面板3的制造过程的变化。为更大的易制造性，它们可以更高。如果期望更紧凑的过滤器，则它们也可以更短。
[0094]竖向通道5延伸到过滤器面板3的底部附近。竖向通道5连接到进口交叉通道6。进口交叉通道6从竖向通道5的左侧延伸到极右侧的竖向通道5。进口交叉通道6的高度可以是0.3微米，并且将优选地与竖向通道5的深度相同。设有可按照一微米分隔开的大量进口交叉通道6。
[0095]全部的进口交叉通道6可以连接到竖向通道5。进口交叉通道6将全部具有相似长度。在进口交叉通道6上方，是出口交叉通道8ο交叉通道的隔离壁9将进口交叉通道6与出口交叉通道8分离开。全部的出口交叉通道8连接到出口竖向通道1。
[0096]参考图27，其中示出了过滤器面板3的背侧。在过滤器面板的背侧15上设有浅通道
16。浅通道16示出为从过滤器面板3的边缘4的顶部以大约两微米开始，但浅通道16也能够在顶部边缘处开始，或者在过滤器面板3的远下游开始。
[0097]在一些实施例中，浅通道16的尺寸可以极其浅，例如仅是0.001微米深。同样，通道的深度将确定过滤的微粒的尺寸。浅通道16的宽度可以是0.08微米。将理解，这一尺寸不控制过滤的微粒的大小。为过滤极其小的微米，极其浅的通道是有利的。将理解，关于制造小的特征部，与形成极其窄的通道相反，形成浅通道是优选的，但在有些情况下在，可能需要极其窄的通道，因此过滤器可制造有这样的通道。
[0098]浅通道16向下延伸至过滤器面板的底部边缘附近，并且也可延伸到面板的底部边缘。在本实施例中，以竖向定向示出了浅通道16，但这一定向并不是必要的。如果例如以相对于法线(例如，平行于过滤器的中心线)的30°定向浅通道16，则竖向通道5和出口竖向通道10可以以相同的角度定向。换句话说，浅通道16可以平行于竖向通道。
[0099]参考图28，能够在顶截面图中看到过滤器2800的各种通道的关系。在过滤器面板3的背侧15上的浅通道16连接到位于过滤器面板3后面的第二过滤器面板17的交叉通道隔离壁9。这一关系允许流体从进口交叉通道6流到出口交叉通道8 ο进口交叉通道6设置为低于交叉通道隔离壁9，并且出口交叉通道8在交叉通道隔离壁9之上。
[0100]参考图29，示出了虚线轮廓18，用以例示浅通道16在其接触过滤器面板3时相对于邻接面板的位置。
[0101]应注意到，塑料或者聚合物材料是用于过滤层的优选材料，但也可以使用其它材料，诸如复合材料、金属、玻璃和陶瓷(仅举几个例子)。这两类材料均不像塑料材料那些易于成型，但它们典型地更耐用，并且能够在高温下工作。陶瓷和玻璃典型地不会卷起成为紧密螺旋，除非面板的厚度远小于弯曲半径。公开的薄膜尺寸将允许玻璃或者陶瓷薄膜弯曲成为螺旋。
[0102]虽然以上已经描述了各种实施例，但应理解，它们仅以例示方式给出，而非限制性的。这些描述并非旨在将本技术的范围限制于本文提出的特定形式。因此，优选实施例的外延和范围不应受限于任何上述示例性实施例。应理解，以上描述是例示性的，而不是限制性的。相反，本描述旨在涵盖如可以包含在如由随附权利要求书限定的或者另外地本领域普通技术人员将理解的本技术的精神和范围内的这些替代、修改和等同物。本技术的范围因此不应参考上述描述确定，相反地应参考随附权利要求书以及它们的等同物的完整范围来确定。
【主权项】
1.一种过滤装置，包括: 带有过滤表面的多个面板，过滤前表面包括: 第一行竖向延伸的突起部，这些突起部彼此分离开以形成通道，所述第一行邻近所述过滤装置的进口； 第二行竖向延伸的突起部，这些突起部彼此分离开以形成通道，所述第二行邻近所述过滤装置的出口；和 一个或多个额外行的过滤突起部，所述一个或多个额外行竖向彼此分离开、并且在第一行竖向延伸的突起部和第二行竖向延伸的突起部之间延伸，每一行的过滤突起部包括彼此分离开以形成过滤通道的过滤突起部;和 其中，多个面板以配合构造堆叠，使得一个面板的过滤前表面与相邻的面板的平坦背表面配合接触。2.根据权利要求1所述的过滤装置，其中每一行过滤突起部的宽度和深度限定过滤通道。3.根据权利要求1所述的过滤装置，其中额外一个或多个行的过滤突起部竖向地布置在所述第一行竖向延伸的突起部和所述第二行竖向延伸的突起部之间，以使所述一个或多个行的过滤突起部的过滤通道朝向过滤器的出口逐渐变小。4.根据权利要求1所述的过滤装置，其中相邻行的过滤突起部彼此偏移。5.根据权利要求1所述的过滤器，其中一行过滤突起部中的一个或多个过滤突起部包括过滤凹槽，所述过滤凹槽被构造成过滤尺寸比由所述行的过滤通道捕获的物体小的物体。6.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述多个面板每个均包括布置在面板的外缘上的一对凸缘。7.根据权利要求1所述的过滤器，进一步包括布置在第一行过滤突起部和第二行过滤突起部之间的分隔壁，其中所述分隔壁围绕所述第二行过滤突起部引导流体。8.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述过滤突起部的形状是正方形。9.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述一个或多个行的过滤突起部中的至少一个包括具有给定半径的圆化边缘的或者具有圆角的过滤突起部。10.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述第一行竖向延伸的突起部具有给定半径的圆化边缘或者具有圆角，并且所述第二行竖向延伸的突起部具有给定半径的圆化边缘或者具有圆角。11.根据权利要求1所述的过滤器，其中成行的过滤突起部中的至少一个包括渐缩的过滤突起部，用以形成均在进口端处较窄而在出口端处较大的过滤通道，从而确保物体被捕获在较窄的进口端中。12.根据权利要求1所述的过滤器，进一步包括布置在邻近行的过滤突起部之间的一个或多个涂层。13.根据权利要求12所述的过滤器，其中所述一个或多个涂层是疏水性的、偶极-偶极、离子的或者它们的组合。14.根据权利要求1所述的过滤器，进一步包括施加到所述一个或多个行的过滤突起部中的至少一个上的涂层，其中所述涂层是疏水性的、偶极-偶极、离子的或者它们的组合。15.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述第一竖向延伸的突起部或所述第二行竖向延伸的突起部中的任意一个以比所述一个或多个行的过滤突起部从所述平坦背表面延伸的高度更高的高度正交于所述平坦背表面延伸。16.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述过滤前表面的至少一部分是带电的。17.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述一个或多个额外行的过滤突起部相对于所述第一行竖向延伸的突起部和所述第二行竖向延伸的突起部中的任一者或两者成角度布置。18.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述面板中的至少一个面板卷起到自身上以形成分层的螺旋，使得所述过滤前表面的至少一部分配合所述平坦背表面。19.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述面板中的至少一个卷起成为圆筒形构造。20.—种用于过滤流体的基底面板，所述基底面板包括: 过滤前表面和平坦背表面，所述过滤前表面包括: 第一行竖向延伸的突起部，这些突起部彼此分离开以形成竖向通道，所述第一行邻近所述基底面板的进口； 第二行竖向延伸的突起部，这些突起部彼此分离开以形成竖向通道，所述第二行邻近所述基底面板的出口；和 一个或多个额外行的过滤突起部，所述一个或多个行竖向地彼此分离开、并且在所述第一行竖向延伸的突起部和所述第二行竖向延伸的突起部之间延伸。21.根据权利要求21所述的基底面板，其中所述基底面板卷起到自身上以形成分层的螺旋，使得所述过滤前表面的至少一部分配合所述平坦背表面。22.根据权利要求22所述的基底面板，其中所述基底面板卷起成为圆筒形构造。23.根据权利要求21所述的基底面板，其中每一行过滤突起部的宽度和深度限定过滤通道。24.根据权利要求21所述的基底面板，其中额外一个或多个行的过滤突起部竖向地布置在所述第一行竖向延伸的突起部和所述第二行竖向延伸的突起部之间，使得所述额外一个或多个行的过滤突起部的过滤通道朝向过滤器的出口逐渐变小。25.根据权利要求21所述的基底面板，其中相邻行的过滤突起部彼此偏移。26.根据权利要求21所述的基底面板，其中一行过滤突起部中的一个或多个过滤突起部包括过滤凹槽，所述过滤凹槽被构造成过滤尺寸比由所述行的过滤通道捕获的物体小的物体。27.根据权利要求21所述的基底面板，其中每个面板均包括布置在面板的外缘上的一对凸缘。28.根据权利要求21所述的基底面板，进一步包括布置在第一行过滤突起部和第二行过滤突起部之间的分隔壁，其中所述分隔壁围绕所述第二行过滤突起部引导流体。29.根据权利要求21所述的基底面板，其中所述过滤突起部的形状是正方形。30.根据权利要求21所述的基底面板，其中所述一个或多个行的过滤突起部中的至少一个包括具有给定半径的圆化边缘的或者具有圆角的过滤突起部。31.根据权利要求21所述的基底面板，其中所述第一行竖向延伸的突起部具有给定半径的圆化边缘或者具有圆角，并且所述第二行竖向延伸的突起部具有给定半径的圆化边缘或者具有圆角。32.根据权利要求21所述的基底面板，其中成行的过滤突起部中的至少一个包括渐缩的过滤突起部，用以形成均在进口端处较窄而在出口端处较大的过滤通道，从而确保物体被捕获在较窄的进口端中。33.根据权利要求21所述的基底面板，进一步包括布置在邻近行的过滤突起部之间的一个或多个涂层。34.根据权利要求21所述的基底面板，其中所述一个或多个涂层是疏水性的、偶极-偶极、离子的或者它们的组合。35.根据权利要求21所述的基底面板，进一步包括施加到所述一个或多个行的过滤突起部中的至少一个上的涂层，其中所述涂层是疏水性的、偶极-偶极、离子的或者它们的组入口 ο36.根据权利要求21所述的基底面板，其中所述第一竖向延伸的突起部或所述第二行竖向延伸的突起部中的任意一个以比所述一个或多个行的过滤突起部从所述平坦背表面延伸的高度更高的高度正交于所述平坦背表面延伸。37.根据权利要求21所述的基底面板，其中所述过滤前表面的至少一部分是带电的。38.根据权利要求21所述的基底面板，其中所述一个或多个额外行的过滤突起部相对于所述第一行竖向延伸的突起部和所述第二行竖向延伸的突起部中的任一者或两者成角度布置。
【文档编号】B81B1/00GK106029202SQ201480076095
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年5月1日
【发明人】B.E.理查森
【申请人】想象Tf有限责任公司