過濾介質(zhì)和元件的制作方法
【專利說明】過濾介質(zhì)和元件 巧關(guān)申請(qǐng)的香叉引用
[0001] 本申請(qǐng)根據(jù)35 U.S.C. § 119(e)要求申請(qǐng)日為2013年6月17日的美國(guó)臨時(shí) 申請(qǐng)Serial No. 61/835,881 W及申請(qǐng)日為2013年3月15日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)Serial No. 61/788, 876的優(yōu)先權(quán)，該兩篇專利文獻(xiàn)在此W其全文形式被援引加入本文。
【背景技術(shù)】
[0002] 流體流尤其是空氣和氣體流中通常攜帶有顆粒物質(zhì)。需要從流體流中除去一些或 所有的顆粒物質(zhì)。例如，到機(jī)動(dòng)車輛艙的進(jìn)氣流、計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器的空氣、HVAC空氣、潔凈 室通風(fēng)空氣、到車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電設(shè)備的空氣、引向燃?xì)鉂M輪機(jī)的氣體流和到不同燃燒 爐的空氣流中通常包括顆粒物質(zhì)。在（座）艙空氣過濾器的情況中，希望除去顆粒物質(zhì)W 使乘客舒適和/或?yàn)榱嗣烙^。對(duì)于到發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)鉂M輪機(jī)和燃燒爐的空氣和氣體進(jìn)氣流，希 望除去顆粒物質(zhì)，因?yàn)轭w?？赡軐?duì)所設(shè)及的各種機(jī)構(gòu)的內(nèi)部工作造成實(shí)質(zhì)性損壞。在其它 情況，從（來自）工業(yè)工藝或發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的氣體或廢氣（脫氣）中可能含有顆粒物質(zhì)。在 所述氣體被排放到大氣之前，通常希望實(shí)現(xiàn)從那些（流體）流中有效除去顆粒物質(zhì)。
[0003] 需要越來越高效率的過濾器來得到更清潔的空氣或氣體流。希望低壓，W便對(duì)由 高效率過濾器引起的空氣流具有更少的限制。此外，希望更長(zhǎng)的使用壽命，W減少維修保養(yǎng) 費(fèi)用和過濾器成本，運(yùn)通常在高效率過濾器中是具挑戰(zhàn)性的。因此，仍需要高性能過濾器， 即高效率、低壓降和使用壽命長(zhǎng)的過濾器。
[0004] 在某些環(huán)境（其中要求在高濕度環(huán)境進(jìn)行空氣過濾，例如離岸/近海岸和沿海環(huán) 境）中，傳統(tǒng)的過濾介質(zhì)不適合。例如，所述過濾介質(zhì)可能不是防水的。因此，在所述應(yīng)用 中仍需要新的過濾介質(zhì)。
[0005] 此外，盡管本發(fā)明的過濾介質(zhì)和過濾器可用于不同的應(yīng)用中，但是它們尤其適用 于與燃?xì)鉂M輪過濾系統(tǒng)一起使用。燃?xì)鉂M輪系統(tǒng)可用于產(chǎn)生電力，并且其為了燃燒目的而 利用空氣。由于在運(yùn)些類型的系統(tǒng)中的精密動(dòng)件，助燃空氣需要是干凈的。為了確保干凈 的空氣用于助燃，空氣過濾器已被用于凈化進(jìn)入燃?xì)鉂M輪系統(tǒng)的進(jìn)氣。來自發(fā)電行業(yè)的新 需求較之W前的要求要求更為干凈的空氣進(jìn)入滿輪葉片。傳統(tǒng)的過濾介質(zhì)不具有足夠的性 能特征（例如，足夠高效率的過濾，同時(shí)保持低壓降）來阻止壓縮機(jī)葉片積垢，運(yùn)降低了滿 輪機(jī)的整體效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了過濾介質(zhì)和過濾器元件，尤其用于空氣過濾應(yīng)用。
[0007] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種過濾介質(zhì)，所述過濾介質(zhì)包括：烙噴過濾層，包括烙 噴纖維；和，含玻璃過濾層，包括玻璃纖維。在使用期間，所述層相對(duì)于彼此設(shè)置使得烙噴過 濾層被設(shè)置為正待過濾的空氣流所遭遇的第一層。也就是說，在本發(fā)明的過濾介質(zhì)和過濾 器元件中，烙噴過濾層是最上游層。
[0008] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種空氣過濾介質(zhì)，包括：烙噴過濾層，包括烙噴纖維； 和，高效率含玻璃的過濾層，包括玻璃纖維和多組分粘合纖維；和，可選的支撐層；其中所 述層被設(shè)置和安置成放置在空氣流中。
[0009] 在某些實(shí)施例中，烙噴纖維的平均直徑為大于1. 5微米，而在某些實(shí)施例中為至 少2微米。在某些實(shí)施例中，烙噴層在壓強(qiáng)為17.6psi(即，1.24kg/cm2)下壓縮率為大于 40%。
[0010] 在某些實(shí)施例中，玻璃纖維的平均直徑為小于2微米；而在某些實(shí)施例中為小于1 微米。在某些實(shí)施例中，含玻璃的過濾層包括多組分（例如，雙組分）粘合纖維。
[0011] 在某些實(shí)施例中，過濾介質(zhì)包括支撐層。支撐層在形成權(quán)狀過濾元件時(shí)通常是必 要的。在某些實(shí)施例中，支撐層包括平均直徑為至少5微米的纖維，而在某些實(shí)施例中為至 少10微米。在某些實(shí)施例中，支撐層的剛度/硬度為100克或更大，而在某些實(shí)施例中為 300克或更大。
[0012] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了 一種過濾介質(zhì)，包括：烙噴過濾層，所述烙噴過 濾層包括平均直徑為大于1. 5微米的烙噴纖維；其中烙噴過濾層在壓力為1. 24kg/cm2下的 壓縮率為大于40% ;高效率含玻璃的過濾層，所述過濾層包括玻璃纖維和多組分粘合纖維； 和紡粘支撐層。
[0013] 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供了一種空氣過濾器元件，包括外殼和如本文所述 含纖維過濾介質(zhì)。
[0014] 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供了一種過濾空氣的方法，所述方法包括引導(dǎo)空氣 通過如本文所述的過濾介質(zhì)或過濾器元件。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種設(shè)及引導(dǎo)空氣通過過濾介質(zhì)的方法，所述過濾介質(zhì) 包括：烙噴過濾層，包括烙噴纖維；高效率含玻璃的過濾層，包括玻璃纖維和多組分粘合纖 維；和，支撐層；其中烙噴過濾層是最上游層。
[0016] 在本文中，"高效率"表示本發(fā)明的過濾層、介質(zhì)或元件對(duì)于0. 4微米大小的DE服 顆粒在其額定速率下能夠除去至少70% (按數(shù)量計(jì)）的0.4微米大小的DEHS顆粒。例如， 至少70%的最易穿透粒徑（MPP巧顆粒（其可能小于0.4微米）的過濾效率可被視為"高效 率"。在本文的某些實(shí)施例中，高效率表示在其額定速率下除去至少85 %、至少95 %、至少 99. 5%、至少99. 95%或至少99. 995%的所述的顆粒。在上下文中，"在其額定速率"表示， 當(dāng)過濾元件在其旨在的應(yīng)用中工作在其額定流速（CFM)時(shí)空氣通過介質(zhì)的速率，由介質(zhì)流 速除W過濾元件中的介質(zhì)的平方英尺來確定。
[0017] 術(shù)語"烙噴纖維"是指通過擠壓烙融的熱塑性材料穿過多個(gè)細(xì)的通常圓形的模具 毛細(xì)管為烙融的線狀物或絲狀物成匯合高速率氣體（例如空氣）流而形成的纖維，其使得 烙融的熱塑性材料的絲狀物變細(xì)W減小它們的直徑，可能達(dá)到微纖維直徑。此后，烙噴纖維 由高速率氣體流攜帶并沉積在收集表面上W形成隨機(jī)分散的烙噴纖維的網(wǎng)。通常，烙噴纖 維是微纖維，可W是連續(xù)的或不連續(xù)的，在直徑上一般等于或小于20微米（并通常10微 米），并一般在沉積到收集表面上時(shí)進(jìn)行自粘合。本發(fā)明所用的烙噴纖維優(yōu)選地在長(zhǎng)度上是 基本連續(xù)的。
[0018] 術(shù)語"紡粘纖維"是指通過從具有圓形或其它結(jié)構(gòu)的紡嘴的多個(gè)細(xì)毛細(xì)管擠壓烙 融的熱塑性材料為絲狀物而形成的小直徑纖維，擠壓的絲狀物的直徑隨后快速縮小。紡粘 纖維被澤火并且當(dāng)它們沉積在收集表面上時(shí)一般不發(fā)粘。紡粘纖維一般是連續(xù)的，并且通 常具有的平均直徑大于7微米并通常為10-30微米。
[0019] 術(shù)語"多組分纖維"是指由至少兩種聚合物分別被擠壓但搶在一起W形成一種纖 維而形成的纖維。作為多組分纖維的一個(gè)具體示例雙組分纖維"包括兩種聚合物，跨雙組 分纖維的橫截面安置在基本上恒定設(shè)置的不同區(qū)域中并沿著雙組分纖維的長(zhǎng)度連續(xù)延伸。 所述雙組分纖維的結(jié)構(gòu)可能是例如皮/忍結(jié)構(gòu)，其中一種聚合物被另一種聚合物環(huán)繞，或 者可能是并列結(jié)構(gòu)，或者是"海島型"結(jié)構(gòu)。對(duì)于兩種組分纖維，聚合物可能存在的比率為 75/25、50/50、25/75或任何其它希望的比率。傳統(tǒng)的添加劑例如顏料和表面活性劑可能被 結(jié)合入一種或兩種聚合物流中，或施加至絲狀物表面。
[0020] 術(shù)語"聚合物"包括但不限于均聚物、共聚物，例如嵌段、嫁接、無規(guī)和交替共聚物、 =元共聚物等等，及其共混物和改性物。此外，除非另外特別限定，術(shù)語"聚合物"應(yīng)當(dāng)包括 物質(zhì)的所有可能的幾何結(jié)構(gòu)。運(yùn)些結(jié)構(gòu)包括但不限于全同立構(gòu)、間同立構(gòu)和不規(guī)則的對(duì)稱 性。
[0021] 術(shù)語"靜電充電"是指在電介質(zhì)材料例如聚締控中和/或電介質(zhì)材料上放置電荷 的過程。電荷通常包括在聚合物的表面處或附近俘獲的正或負(fù)電荷的層，或存儲(chǔ)在聚合物 本體中的電荷云。電荷還可包括極化電荷，其被凍結(jié)與分子的偶極子對(duì)準(zhǔn)。使材料經(jīng)受電 荷的方法是本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的。運(yùn)些方法包括例如熱力方法、液體接觸方法、電 子束方法、等離子體方法、和電暈放電方法。
[0022] 術(shù)語"包括"及其變體在所述術(shù)語出現(xiàn)在說明書和權(quán)利要求書中的地方不具有限 制性含義。所述術(shù)語會(huì)被理解為暗示了包括表述的步驟或元件或成組的步驟或元件，但是 不排除任何其它的步驟或元件或成組的步驟或元件。術(shù)語"由…組成"表示包括并限于跟 隨短語"由…組成"后的任何元件或步驟。因此，短語"由…組成"表示所列出的元件是要 求的或強(qiáng)制性的，并且可能不存在其它元件。術(shù)語"基本上由…組成"表示包括在短語之后 列出的任意元件，并且限于不妨礙或有助于公開內(nèi)容中對(duì)于所列元件所指定的活動(dòng)或作用 的其它元件。因此，短語"基本上由…組成（consistingessentiallyof)"表示所列的元 件是要求的或強(qiáng)制性的，但其它元件是可選的并且取決于它們是否實(shí)質(zhì)性影響所列元件的 活動(dòng)或作用可能存在或可能不存在。
[0023] 單詞"優(yōu)選的（preferred)"和"優(yōu)選地（prefer油Iy)"是指在某些情況下可能提 供某些益處的本發(fā)明的實(shí)施例。不過，其它實(shí)施例在相同或其它情況下可能也是優(yōu)選的。另 夕F，記載一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例并不暗示其它實(shí)施例不是可用的，并且也不旨在將其它 實(shí)施例排除在本發(fā)明的范圍之外。
[0024]在本申請(qǐng)中，術(shù)語例如"一種（a)"、"一種（an)"和"所述（the)"不旨在表示僅是 單個(gè)實(shí)體，而是包括可能用于闡述的特定示例的一般類屬。術(shù)語"一種（a)"、"一種（an)" 和"所述（the)"與術(shù)語"至少一個(gè)（atleastone)"可互換使用。
[0025]跟隨有列單的短語"至少一個(gè)的（atleastoneof)"和"包括至少一個(gè)的(comprisesatleastoneof)"是指列單中任意一個(gè)項(xiàng)目和列單中的兩個(gè)或更多個(gè)項(xiàng)目的 任意組合。
[0026] 如本文中所用，術(shù)語"或（or)" -般采用其通常的理解，包括"和/或（and/or)"， 除非內(nèi)容另外明確表示。術(shù)語"和/或（and/or)"表示所列出的元件的一個(gè)或所有或所列 出的元件的任意兩個(gè)或更多個(gè)的組合。
[0027] 另外，在本文中，所有的數(shù)值被假定為通過術(shù)語"大約（油out)"并優(yōu)選地通過術(shù)語 "確切地（exactly)"被改動(dòng)。如本文結(jié)合所測(cè)得的數(shù)量所用，術(shù)語"大約（about)"是指與 測(cè)量的目標(biāo)和所用測(cè)量設(shè)備的精密度相當(dāng)?shù)谋绢I(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行測(cè)量和運(yùn)用一定水平的 注意會(huì)預(yù)料到的在所測(cè)得的量上的變化。
[0028] 另外，在本文中，記載的由端點(diǎn)表示的數(shù)值范圍包括歸入該范圍內(nèi)的所有數(shù)值W 及端點(diǎn)（例如，1-5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5，等等）。本文中，"可達(dá)到（啡扣）"數(shù) 值（例如，可達(dá)到/多達(dá)50)包括數(shù)值（例如，50)。
[0029] 本發(fā)明的上述總結(jié)不旨在描述本發(fā)明的每一個(gè)披露的實(shí)施例或每個(gè)實(shí)施。下文的 描述更為具體地例示了所示的實(shí)施例。在貫穿本申請(qǐng)的若干地方，通過示例列舉提供了指 導(dǎo)，示例可用在不同的組合中。在每種情況，所記載的列舉僅用作代表性的組，并且不應(yīng)被 解釋為排他性列舉。
【附圖說明】
[0030] 結(jié)合下面的附圖可W更為完整地理解本發(fā)明。
[0031] 圖1是本發(fā)明的復(fù)合過濾介質(zhì)的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
[0032]圖2是本發(fā)明的復(fù)合過濾介質(zhì)的另一實(shí)施例的剖視圖。
[0033] 圖3是本發(fā)明的復(fù)合過濾介質(zhì)的另一實(shí)施例的剖視圖。
[0034] 圖4是用于進(jìn)氣系統(tǒng)的過濾器元件的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
[0035] 圖5是具有本發(fā)明的過濾介質(zhì)的另一元件的另一實(shí)施例的透視圖。
[0036] 圖6是用于進(jìn)氣的本發(fā)明的另一過濾器元件的俯視平面圖。
[0037] 圖7是圖6的元件的前視正視圖。
[0038] 圖8是圖7的過濾器元件的右側(cè)正視圖。
[0039] 圖9-13是用于燃?xì)鉂M輪系統(tǒng)的進(jìn)氣的過濾器元件的另一實(shí)施例的示意性剖視 圖。
[0040] 圖14是用于燃?xì)鉂M輪系統(tǒng)的進(jìn)氣的過濾器元件的另一實(shí)施例的透視圖。
[0041]圖15是按照本發(fā)明的原理構(gòu)造的用于燃?xì)鉂M輪進(jìn)氣的過濾系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的 示意性側(cè)視圖。
[0042] 圖16是圖15的系統(tǒng)的俯視圖。
[0043] 圖17是可用于圖15和16的過濾系統(tǒng)的防水過濾器的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
[0044] 圖18是用于圖17的防水過濾器元件的過濾介質(zhì)的示意性剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 本發(fā)明提供了一種過濾介質(zhì)，所述過濾介質(zhì)包括烙噴過濾層和高效率含玻璃過濾 層，W及可選的支撐層。所述過濾介質(zhì)可用于不同的過濾方法，但主要用于空氣過濾技術(shù)。 在具體的應(yīng)用中，本發(fā)明的過濾介質(zhì)優(yōu)選用于燃?xì)鉂M輪過濾系統(tǒng)。
[0046] 烙噴過濾層、高效率含玻璃過濾層和可選的支撐層的相對(duì)定向根據(jù)復(fù)合介質(zhì)的使 用可W不同。通常，只要烙噴過濾層在使用期間被設(shè)置為空氣流所遭遇的第一層（即最上 游層），定向可W不同。在某些實(shí)施例中，支撐層被設(shè)置在烙噴層和含玻璃層之間。在某些 實(shí)施例中，含玻璃層被設(shè)置在烙噴層和支撐層之間。
[0047] 每個(gè)過濾層和支撐層可W是多個(gè)層的合成。例如，烙噴過濾層可W是兩個(gè)或更多 個(gè)不同層的烙噴纖維（在組分和/或纖維直徑上不同）的合成。
[0048] 在某些實(shí)施例中，復(fù)合過濾介質(zhì)包括兩層或更多層的烙噴纖維層。在某些實(shí)施例 中，復(fù)合過濾介質(zhì)包括兩層或更多層含玻璃纖維層。在某些實(shí)施例中，復(fù)合過濾介質(zhì)包括兩 層或更多層支撐層。運(yùn)些層可W按不同的順序排列，只要烙噴過濾層之一是最上游層。
[0049] 如圖1所示，其示出了本發(fā)明的示例性復(fù)合過濾介質(zhì)10,具有至少兩個(gè)過濾層，即 進(jìn)行過濾的層：烙噴過濾層18和含玻璃過濾層20。如在本示例性實(shí)施例中所示，烙噴過濾 層18相對(duì)于空氣流的方向（由箭頭表示）被設(shè)置在含玻璃過濾層20的上游。也就是說， 烙噴過濾層18是在使用期間空氣流所遭遇的第一層。
[0050] 在某些實(shí)施例中，復(fù)合過濾介質(zhì)還包括支撐層（即，基底）。運(yùn)允許過濾介質(zhì)可成 波紋狀和/或成權(quán)狀。支撐層相對(duì)于通過過濾器的空氣流可被設(shè)置在含玻璃過濾層的上游 或下游。圖2示出了過濾器介質(zhì)（即過濾介質(zhì)）10,包括設(shè)置在含玻璃過濾層20的下游側(cè) 上的支撐層22。在圖3中，支撐層22被設(shè)置在含玻璃過濾層20的上游側(cè)上，位于烙噴過濾 層18和含玻璃過濾層20之間。
[0051] 過濾層和支撐層各自的厚度可W相同或不同。因此，圖1-3所示的相對(duì)尺寸不是 限制性的。不過，應(yīng)