具有平衡密封的空气过滤器的制造方法
【专利摘要】提供空气过滤器和集尘器。在一个实施例中，所述空气过滤器包含在第一端耦接到端盖并且在第二端耦接到矩形过滤器凸缘总成的第一侧的过滤器元件。所述矩形过滤器凸缘总成包含对由所述过滤器元件界定的内部区域开放的中心孔隙。矩形垫圈设置在所述过滤器凸缘总成的所述第二侧上并且外接所述中心孔隙。
【专利说明】具有平衡密封的空气过滤器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有平衡密封的空气过滤器以及与所述空气过滤器一起使用的集尘器。
【背景技术】
[0002]在许多集尘系统中，采用具有矩形凸缘的空气过滤器。矩形凸缘延伸超过空气过滤器的外周并且提供用于将空气过滤器安装到集尘器的表面。通过将空气过滤器夹持到设置在分离脏的和清洁的空气室的集尘器中的管板将空气过滤器安装到集尘器。进入集尘器的脏空气室的脏空气穿过空气过滤器，以移除夹带在脏空气中的颗粒。经过滤的空气离开空气过滤器并且穿过管板中的孔进入到清洁空气室中，从清洁空气室中经过滤的清洁空气从集尘器排放到大气中。空气过滤器借助于啮合空气过滤器的凸缘的夹钳密封到管板。在许多系统中，夹持机构包括两个平行的夹持棒，所述夹持棒可以朝向管板驱动，从而啮合凸缘并且抵靠着管板压缩安装到凸缘的垫圈，从而在空气过滤器与管板之间形成密封。为了提供夹持机构与空气过滤器的凸缘之间的良好啮合，凸缘通常是正方形或矩形的。
[0003]图1说明了常规空气过滤器100的俯视透视图。空气过滤器100包含圆柱形过滤器元件110，所述过滤器元件由位于第一端的端盖106和位于第二端的矩形凸缘104界定。图1中所示的矩形凸缘104具有两个短边缘112和两个长边缘114。矩形凸缘104包含:孔隙120以允许空气穿过过滤器元件110离开过滤器100 ;以及环形凹陷通道130，用于收纳过滤器元件110。
[0004]至少一个圆形垫圈108耦接到通常位于凹陷通道130的后侧上的矩形凸缘104，其刚好位于矩形凸缘104的周边的内部。垫圈108紧密地外接孔隙120以抵靠着安装表面(在图1中未示出)以密封过滤器100。圆形垫圈108是与凸缘104的边缘112横向良好间隔开的；通常直接位于罐装在凹陷通道130中的过滤器元件110上方。
[0005]过滤器100常规地紧固到安装表面，向位于紧沿着凸缘104的长边缘114的区域116施加力。在图1中，区域116从凸缘104的长边缘114向内大约1_2英寸延伸，如假想的虚线122所示。因此,随着夹持机构沿长边缘114哨合凸缘104的区域116,夹持力必须通过凸缘104横向传递到垫圈108。因此，垫圈108是非均匀地负载的，这有可能造成潜在的泄漏。举例来说，最接近短边缘112的垫圈108的区域118与最接近长边缘114的垫圈的区域124相比具有较少的负载。此外，在垫圈108负载时将夹持力施加到所述位置的区域116之间的偏移可能引起凸缘104进一步沿短边缘112偏斜，进一步造成施加到垫圈108的密封力的非均一性并且进一步增大空气绕过过滤器100的可能性。
[0006]因此，需要一种具有平衡密封的改进的空气过滤器，其改进了夹持力的均一性。
【发明内容】
[0007]提供空气过滤器和集尘器。在一个实施例中，空气过滤器包含在第一端耦接到端盖并且在第二端耦接到矩形过滤器凸缘总成的第一侧的过滤器元件。矩形过滤器凸缘总成包含对由过滤器元件界定的内部区域开放的中心孔隙。矩形垫圈设置在过滤器凸缘总成的第二侧上并且外接中心孔隙。
[0008]在另一实施例中，集尘器包含具有入口、出口和可由门密封的过滤器接入端口的壳体。管板设置在壳体内。管板在壳体内分隔出脏空气室与清洁空气室。管板具有穿过其中形成的至少一个矩形过滤器孔隙，允许脏空气室与清洁空气室之间的流体连通。安装机构设置在壳体中并且可操作以将空气过滤器的过滤器凸缘总成夹持到管板，使得空气过滤器的出口与矩形过滤器孔隙对齐。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]为了详细地理解本发明的上述特征，可通过参考实施例，所述实施例作出上文简要地概括的本发明的更加具体的描述，且所述实施例中的一些实施例在附图中得以说明。然而，应注意，附图仅说明本发明的典型实施例且因此不应被视为限制本发明的范围，这是因为本发明可准许其它同等有效的实施例。
[0010]图1是本领域中已知的常规空气过滤器的俯视透视图；
[0011]图2是具有至少一个设置在其中的空气过滤器的集尘器的一个实施例的局部切面正视图；
[0012]图3是图2的空气过滤器的一个实施例的俯视透视图；
[0013]图4是图2的空气过滤器的俯视图；
[0014]图5A是沿图4的剖面线5-5截取的图2的空气过滤器的截面图；
[0015]图5B是沿图4的剖面线5—5截取的图2的空气过滤器的一个实施例的截面图；
[0016]图6是详述空气过滤器密封介面的图2的集尘器的局部截面图；
[0017]图7是沿图2的剖面线7-7截取的图2的集尘器的局部截面图；以及
[0018]图8是空气过滤器的另一实施例的正面截面图。
[0019]为了有助于理解，已经使用相同的参考标号在可能的地方表示附图中共有的相同元件。可预期的是，一个实施例的元件和特征可以有利地结合在其他实施例中而无需进一步的引述。
【具体实施方式】
[0020]图2是具有至少一个可替换的空气过滤器216的集尘器200的一个实施例的局部切面正视图。虽然可替换的空气过滤器216被说明为用于集尘器200的一个示例性实施例，但可预期的是，本文所述的空气过滤器的所有实施例可以用于来自不同制造商的不同设计的集尘器中。
[0021]集尘器200包含壳体204，其耦接到空气移动器210，例如风扇或鼓风机，用于通过安装在壳体204中的至少一个可替换的空气过滤器216抽取空气。空气移动器210可以安装到壳体204或者远离壳体204。壳体204是由适合于承受特定集尘器设计的操作压力和负载的刚性材料构造的。壳体204包含入口 230、出口 232和过滤器接入端口 234 (在透视图中部分地示出)，所述过滤器接入端口可以由过滤器接入门236密封。过滤器接入门236可以开启以替换设置在壳体204中的至少一个可替换的空气过滤器216，并且关闭以将壳体的内部与周围环境密封地隔离。壳体204由支腿202支撑并且包含管板218，所述管板将壳体204的内部分隔为脏空气室206和清洁空气室208。脏空气室206与壳体204的入口 230连通，而清洁空气室208与壳体204的出口 232连通。至少一个空气过滤器216密封地安装到管板218，使得通过穿过管板218形成的过滤器孔隙240的从脏空气室206移动到清洁空气室208的空气必须首先通过至少一个空气过滤器216。过滤器孔隙240可以具有任何适合的几何形状，并且优选地是矩形的，如同在图7中所示的集尘器200的截面图中示出的，以允许对空气过滤器216的中心线270与过滤器孔隙240的中心线272之间的未对齐的较大的容许度。空气过滤器216的中心线270和过滤器孔隙240的中心线272在图2中是示为共线性对齐的。对空气过滤器216与过滤器孔隙240之间的未对齐的较大的容许度有利使空气过滤器216阻塞部分过滤器孔隙240的概率最小化，这种阻塞将导致较高的操作压力和不希望的能量消耗的增大。
[0022]在图2中未示出，集尘器200可以视情况包含过滤器清洁系统，所述系统是可操作的以移除在操作过程中形成在空气过滤器上的灰尘层的至少一部分。过滤器清洁系统可以振动、冲击或利用空气喷射以敲击形成在空气过滤器上的灰尘层的至少一部分使其进入到形成在壳体204的下部部分中的集料斗242中。集料斗242包含可以周期性开启的门244，以从集尘器200中移除灰尘或其他过滤材料。
[0023]每个空气过滤器216通过安装机构260密封地安装到管板218。在本领域中通常已知许多不同类型的安装机构260，在壳体204中可以采用其中的任何安装机构。在图2中描绘的示例性实施例中，安装机构260包含通过驱动器264耦接到壳体204或管板218中的一者的一对棒262。驱动器264是可操作的以选择性地朝向和远离管板218移动棒262。当棒262朝向管板218移动到闭合位置时，空气过滤器216密封地推动管板218。当棒262移动到远离管板218的开启位置时，空气过滤器216与管板218间隔开，从而允许通过过滤器接入端口 234移除空气过滤器216。
[0024]在图2中描绘的实施例中，安装机构260的驱动器264包含凸轮部件266和杠杆268。杠杆268可以由(例如)电机、汽缸驱动、由手或其他适合的构件在第一部分和第二部分之间驱动，所述第一部分旋转凸轮部件266到使棒262朝向管板218移位的方位(即，闭合位置)，所述第二部分旋转凸轮部件266到使棒262远离管板218移位的方位(即，开启位置)。在图2中描绘的集尘器200的说明中，位于壳体204的左侧上的安装机构260被表示为处于抵靠着管板218夹持空气过滤器216的闭合位置，而位于壳体204的右侧上的安装机构260被表示为处于隔开棒262与管板218的开启位置，以促进装载替代空气过滤器216 (在透视图中示出为位于右手侧上)。
[0025]图3、图4和图5A是空气过滤器216的一个实施例的俯视透视图、俯视图和截面图。空气过滤器216包含管状过滤器元件302、端盖300和过滤器凸缘总成310。过滤器凸缘总成310包含顶部表面352和底部表面354，界定过滤器凸缘总成310的最上方表面和最下方表面。过滤器凸缘总成310还包含至少一个周边垫圈308。顶部表面352和底部表面354可以是过滤器凸缘总成的一件式整体组件的一部分，如通过图5B示意的过滤器凸缘总成550的凸缘502所说明，或者作为过滤器凸缘总成310的多件式组件，如在图5A中所示。在图5A中描绘的实施例中，过滤器凸缘总成310包括第二凸缘340和第一凸缘342。第二凸缘340可以包含凹陷通道350、第二凸缘孔隙344、顶部表面360和底部表面362，其中第二凸缘340的底部表面362界定过滤器凸缘总成310的底部表面354。第一凸缘342包含内部唇缘358、第一凸缘孔隙346、外部唇缘348、底部表面364和顶部表面366,其中第一凸缘342的顶部表面界定过滤器凸缘总成310的顶部表面352。第一凸缘342的外部唇缘348是从第二凸缘340的凹陷通道350径向良好向外的，并且邻近，即，靠近第二凸缘340的周边。
[0026]第一凸缘342和第二凸缘340可以通过任何适合的方法耦接在一起，例如，焊接、粘合、紧固或按压配适，以及其他接合方法。在图3中描绘的实施例中，凸缘340、342是按压配适在一起的。举例来说，内部唇缘358从第一凸缘342的底部表面364延伸并且按压配适到第二凸缘342的第二凸缘孔隙344中。从第一凸缘342的底部表面364延伸的外部唇缘348邻接第二凸缘340的顶部表面360，因此将过滤器凸缘总成310的顶部表面352和底部表面354保持在介于大约3/8英寸到5/8英寸，例如1/2英寸的间隔开的关系“X”中。顶部表面352和底部表面354的间隔开的关系X有利允许较短的垫圈308的利用。高(例如，高纵横比)的垫圈是难以形成的并且提供不可靠的密封。因此，顶部表面352和底部表面354的间隔开的关系X允许垫圈308的高度维持在经证实具有可靠性的常规的纵横比处。此外，由于由第一凸缘342的顶部表面366界定的顶部表面352良好地延伸超过凹陷通道350上方的区域，所以垫圈308可以从凹陷通道350和过滤器元件302良好地向外放置，以提供如同下文进一步描述的更加平衡的密封。
[0027]过滤器凸缘总成310可以具有矩形外边缘334，然而也可以利用其它几何形状。矩形外边缘334有助于以最小的努力或硬件，使用布置成阵列、以精确地位于管道收集器200内的多个空气过滤器216。如在图3中描绘的空气过滤器216的俯视图中说明的，过滤器凸缘总成310的矩形外边缘334包含邻近于短边缘322的长边缘320。垫圈308近邻长边缘320。外边缘334还可以包含远离管状过滤器元件302延伸出过滤器凸缘总成310的平面的外部唇缘324，以增大过滤器凸缘总成310的刚性。可预期的是，第二凸缘340的外部唇缘324可以紧固到第一凸缘342的外部唇缘348。
[0028]管状过滤器元件302可以由褶状的过滤器介质形成，所述过滤器介质经选择以提供集尘器200经设计的操作参数所希望的压降和效率。过滤器介质可以是织造或非织造过滤材料，包含湿法、熔喷法、干法、针缝式以及复合过滤器介质，以及其他别的。适合于制造管状过滤器元件302的过滤器介质是众所周知并且广泛可用的，举例来说，来自例如，HolIingsworth&Vose公司、Lydall有限公司等供应商。
[0029]端盖300通常是圆盘，管状过滤器元件302的一个开启端部通过粘合剂紧固到所述圆盘。适合于将管状过滤器元件302紧固到端盖300的粘合剂包含聚氨基甲酸酯(polyurethanes)和娃酮(silicone)粘合剂。在一个实施例中，管状过滤器元件302罐装到端盖300以防止空气从其间渗漏。
[0030]管状过滤器元件302的另一开启端部也通过粘合剂紧固在形成在过滤器凸缘总成310的底部表面354中的凹陷通道350中。如上文所述，相同的粘合剂可以用于将管状过滤器元件302紧固到过滤器凸缘总成310。在一个实施例中，管状过滤器元件302罐装到过滤器凸缘总成310以防止空气在其间渗漏。
[0031]过滤器凸缘总成310还包含中心孔隙312。在图5A中描绘的实施例中，内部唇缘358的内部直径界定中心孔隙312。中心孔隙312对由管状过滤器元件302界定的空气过滤器216的内部区域314开放。因此，穿过管状过滤器元件302进入到内部区域314的空气是穿过形成在过滤器凸缘总成310中的中心孔隙312引导出空气过滤器216的。中心孔隙312通常在几何形状上是圆形的，并且具有足够的直径从而不会对以设计的气流速率穿过空气过滤器216的空气增加压降，所述设计的气流速率通常大约是100英尺/每秒的表面速度。
[0032]所述至少一个周边垫圈308紧固到过滤器凸缘总成310的顶部表面352，以在使用期间抵靠着管板218进行密封。垫圈308可以是弹性体材料，例如，硅酮、氯丁橡胶(neoprene)、丁基(butyl)、腈化物(nitrile)、乙丙烯(ethylene propylene)等及相似物。垫圈308可以通过压敏粘合剂附着到过滤器凸缘总成310的第二侧332，或者替代地倾入到适当的位置。
[0033]周边垫圈308位于非常接近过滤器凸缘总成310的外边缘334处并且外接中心孔隙312。在一个实施例中，垫圈308具有在大约1/2英寸到3/4英寸之间的高度，例如，5/8英寸。如在图3中描绘的实施例中说明的，周边垫圈308位于距离过滤器凸缘总成310的短边缘322和长边缘320大体上等距的设置。在一个实施例中，可以利用两个或两个以上周边垫圈308，例如由参考数字304、306标识的内部周边垫圈和外部周边垫圈。
[0034]垫圈308的周边位置是通过顶部表面352的径向扩展启用的，其位于图5A到图5B中描绘的实施例中，并且是由顶部表面352形成的，不限制为仅直接位于在使用单个元件板金属凸缘制造的常规设计中可发现的凹陷通道上方的区域。举例来说，由于第一凸缘342的周边良好地延伸超过凹陷通道350的径向范围到达非常接近过滤器凸缘总成310的外边缘334的位置，所以垫圈可以放置为非常接近外边缘334。下文中参考图6最佳描述了垫圈308的此周边位置的益处。
[0035]图6是图2的集尘器的局部截面图，详述了管板218与过滤器凸缘总成310之间的空气过滤器密封介面。由于周边垫圈308位于沿过滤器凸缘总成310的整个长边缘320处并且在过滤器凸缘总成310的区域604中，其中安装机构260的棒262接触过滤器凸缘总成310，所以由驱动器264施加的朝向管板218促使过滤器凸缘总成310的力与垫圈308线性对齐(即，棒262、垫圈308和管板218是与棒262的运动线性地共同对齐的，如箭头602所说明，从而向与长边缘320对齐的垫圈308的部分370施加均匀的压缩力而无需在过滤器凸缘总成310上生成悬臂力，这可能降低施加到与过滤器凸缘总成310的短边缘322对齐的垫圈308的部分372的力。过滤器凸缘总成310上的悬臂力的大体抵消大体上降低了对于与过滤器凸缘总成310的短边缘322对齐的垫圈308的部分372的压缩力的变化，因为与常规设计相比过滤器凸缘总成310非常不可能偏斜，从而产生管板218密封的更加稳固且可靠的空气过滤器216。此外，由于密封力是更加均匀的分配在垫圈308上的，所以需要较少的密封力，从而允许较轻且不太昂贵的安装机构260。作为额外的益处，均匀邻近过滤器凸缘总成310的外边缘334的垫圈308的位置减少了过滤器凸缘总成310的第二侧332暴露于脏空气室206的面积，从而减少了灰尘或其他颗粒物质的量，所述灰尘或其他颗粒物质在使用期间堆积在过滤器凸缘总成310的第二侧332，而在过滤器交换期间产生脏乱情况。
[0036]图8是空气过滤器800的另一实施例的正面透视图，所述空气过滤器可以与集尘器200以及其他别的一起使用。空气过滤器800类似于上文所述的空气过滤器216，其具有提供有益的密封属性的过滤器凸缘总成310和垫圈308，不同之处在于空气过滤器800包含包袋式过滤器元件802而不是管状过滤器元件302。
[0037]因此，提供的具有均匀地遵循过滤器凸缘的边缘的矩形周边垫圈的空气过滤器提供了均匀且平衡的密封力。均匀且平衡的密封力改进了空气过滤器与集尘器之间的密封，从而改进了利用此类过滤器的集尘器的性能。此外，提供的集尘器對於空气过滤器与集尘器之间的不匹配的对齐具有增大的容许度，从而使得集尘器不太容易受到过滤器未对齐造成的增大的压力损失和功率消耗的影响。
[0038]虽然前述内容是针对本发明的实施例，但在不脱离本发明的基本范围的情况下，可设计出本发明的其它及另外实施例，并且由所附权利要求书确定本发明的范围。
【权利要求】
1.一种空气过滤器，其包括: 端盖; 在第一端耦接到所述端盖的过滤器元件； 具有耦接到所述过滤器元件的第二端的底部表面的矩形过滤器凸缘总成，所述矩形过滤器凸缘总成具有对由所述过滤器元件界定的内部区域开放的中心孔隙；以及 设置在所述过滤器凸缘总成的顶部表面上从所述过滤器元件径向向外并且外接所述中心孔隙的垫圈。
2.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述矩形过滤器凸缘总成包括: 一对短边缘和一对长边缘，其中所述垫圈近邻所述长边缘。
3.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述垫圈是矩形的。
4.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器元件是圆柱形的。
5.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器元件是包袋。
6.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述矩形过滤器凸缘总成包括: 形成在所述底部表面中并且收纳所述过滤器元件的凹陷通道。
7.根据权利要求6所述的空气过滤器，其中所述矩形过滤器凸缘总成包括: 具有安装到所述矩形过滤器凸缘总成上的所述垫圈的第一凸缘；以及 具有形成在所述矩形过滤器凸缘总成中的所述凹陷通道的第二凸缘。
8.根据权利要求7所述的空气过滤器，其中所述第一凸缘按压配适到所述第二凸缘。
9.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器凸缘总成的所述顶部表面与所述底部表面以至少3/8英寸间隔开。
10.一种集尘器，其包括: 具有入口、出口和可由门密封的过滤器接入端口的壳体； 在所述壳体内分隔出脏空气室和清洁空气室的管板，所述管板具有至少一个矩形过滤器孔隙； 安装机构，所述安装机构设置在所述壳体中并且可操作以将空气过滤器的过滤器凸缘总成夹持到所述管板，使得所述空气过滤器的所述出口与所述矩形过滤器孔隙对齐。
11.根据权利要求10所述的集尘器，其中所述安装机构包括: 设置在所述至少一个矩形过滤器孔隙的任何一侧上的一对棒；以及 耦接到每个棒的驱动器。
12.根据权利要求11所述的集尘器，其中所述安装机构的所述驱动器包括: 杠杆；以及 耦接到所述杠杆和所述棒的凸轮部件。
13.根据权利要求10所述的集尘器，其中所述管板的所述至少一个矩形过滤器孔隙包括: 矩形过滤器孔隙的阵列，其中至少两个矩形过滤器孔隙是与每个安装机构相关联的。
14.根据权利要求11所述的集尘器，其中所述管板的所述至少一个矩形过滤器孔隙包括: 矩形过滤器孔隙的阵列，其中至少两个矩形过滤器孔隙是设置在每一对棒之间的。
15.根据权利要求10所述的集尘器，其进一步包括:至少一个空气过滤器，所述空气过滤器包括: 端盖; 在第一端耦接到所述端盖的过滤器元件； 具有耦接到所述过滤器元件的第二端的底部表面的矩形过滤器凸缘总成，所述矩形过滤器凸缘总成具有对由所述过滤器元件界定的内部区域开放的中心孔隙；以及 设置在所述过滤器凸缘总成的顶部表面上从所述过滤器元件径向向外并且外接所述中心孔隙的垫圈。
16.根据权利要求15所述的集尘器，其中所述至少一个空气过滤器进一步包括: 形成在所述底部表面中并且收纳所述过滤器元件的凹陷通道； 具有安装到所述矩形过滤器凸缘总成上的所述垫圈的第一凸缘；以及 具有形成在所述底部表面中的所述凹陷通道的第二凸缘。
17.根据权利要求15所述的集尘器，其中所述垫圈是矩形的。
18.根据权利要求17所述 的集尘器，其中所述垫圈的所述两侧直接位于所述管板与设置在所述至少一个矩形过滤器孔隙的任一侧上的一对棒之间。
19.根据权利要求18所述的集尘器，其中所述过滤器元件是圆柱形的。
20.根据权利要求18所述的集尘器，其中所述过滤器元件是包袋。
【文档编号】F16J15/02GK104010711SQ201280062561
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年8月20日 优先权日:2011年10月18日
【发明者】李·彭德尔顿·摩根, 蒂姆·哈德森 申请人:凯米费勒美国有限公司