CN112983696A - 具有卷绕式过滤器滤芯的切向空气净化器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及具有卷绕式过滤器滤芯的切向空气净化器。描述了过滤***，过滤***具有切向空气净化器和旋流式预净化器，切向空气净化器具有卷绕式介质过滤器元件。过滤器元件的外壁用作壳体的预净化器套筒，以在进入的空气被过滤器元件过滤之前，产生进入的空气的旋流式流动。壳体盖包括将来自切向路径的旋流式流动重新引导成轴向的直通式流动(其被引导穿过过滤器元件的入口流动面)的几何形状。与具有径向流动过滤路径的相似尺寸的圆柱形褶皱式过滤器元件相比，这种过滤***的各实施方案提供了增强的过滤性能和容量。

Description

具有卷绕式过滤器滤芯的切向空气净化器
本申请是申请日为2016年10月11日，申请号为201680058596.8，发明名称为“具有卷绕式过滤器滤芯的切向空气净化器”的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年10月12日提交的题为“TANGENTIAL AIR CLEANER WITHCOILED FILTER CARTRIDGE”的第62/240,296号美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请通过引用以其整体并出于所有目的并入本文。
技术领域
本申请涉及过滤***。
背景
内燃发动机通常燃烧燃料(例如，汽油、柴油、天然气等)和空气的混合物。在进入发动机之前，进入的空气通常通过过滤器元件以在输送到发动机之前从进入的空气除去污染物(例如，微粒、灰尘、水等)。许多过滤***利用预净化器在进入的空气通过过滤器元件之前去除一部分污染物。例如，在利用褶皱式圆柱形过滤器元件的过滤***中，进入的空气可以在径向穿过圆柱形过滤器元件之前在旋流式预净化器中围绕过滤器元件进行循环。然而，使用具有轴向流动过滤器元件(例如，卷绕式过滤器滤芯)的旋流式预净化器导致显著的压降，从而降低过滤***的性能。
概述
各实施方案涉及空气过滤***。一个这样的***包括壳体，壳体在其中界定中心隔室。壳体包括靠近壳体的第一端部定位的径向空气入口和轴向空气出口。该***还包括可移除地联接到壳体的第二端部的盖。该***包括定位在壳体的中心隔室内的过滤器元件。过滤器元件包括盘绕式过滤介质。过滤器元件布置成用于轴向流动过滤，使得待过滤的空气流入过滤器元件的第一轴向面中，流动穿过过滤介质，并且在过滤器元件的第二轴向面处流出过滤器元件。该***还包括定位在盖上的多个反涡旋式叶片(de-swirl vanes)。通过使气流从涡旋流动改变成轴向流动，该多个反涡旋式叶片使气流朝向过滤器元件的第一轴向面按规定路线行进到过滤器元件中。
在一些实施方案中，所述气流穿过所述空气入口进入所述壳体，并且在所述气流到达所述多个反涡旋式叶片之前以涡旋方式围绕所述过滤器元件按规定路线行进。
在一些实施方案中，所述反涡旋式叶片在形状上是螺旋形的。
在一些实施方案中，所述反涡旋式叶片在形状上是线性的。
在一些实施方案中，所述***还包括联接到所述过滤器元件的周向延伸部，所述周向延伸部从所述过滤器元件的所述第一轴向面延伸并且接合所述多个反涡旋式叶片的外部部分。
在一些实施方案中，所述周向延伸部远离所述过滤器元件的中心轴线成角度，从而使所述气流中的污染物朝向所述壳体的内壁转向。
在一些实施方案中，所述***还包括围绕所述过滤器元件的一部分的周向叶片，所述周向叶片产生或增强所述涡旋流动。
在一些实施方案中，所述过滤器元件是第一过滤器元件，并且其中所述***还包括第二过滤器元件，所述第二过滤器元件布置成与所述第一过滤器元件成平行流动配置。
在一些实施方案中，所述过滤器元件包括涡流探测器，所述涡流探测器形成物理屏障以防止由所述涡旋流动分离的污染物进入所述过滤器元件。
在一些实施方案中，所述涡流探测器包括手柄。
在一些实施方案中，所述涡流探测器可移除地联接到所述过滤器元件。
另一个示例性实施方案涉及一种过滤***。该过滤***包括预净化器壳体，该预净化器壳体包括配置成接纳待过滤空气的入口和配置成使空气沿涡旋流动路径移动穿过预净化器壳体的涡旋装置。过滤***还包括过滤器壳体，过滤器壳体在气流方向上定位在预净化器壳体的下游并且配置成接纳来自预净化器壳体的空气。过滤器壳体包括定位在预净化器壳体下游的出口和定位在预净化器壳体和出口之间的中心隔室。过滤***包括定位在中心隔室中的过滤器元件。过滤器元件包括过滤介质和涡流探测器(vortex finder)。过滤介质配置成在空气流动穿过过滤器壳体时过滤空气。涡流探测器包括壁，壁从过滤介质的入口面延伸到预净化器壳体中，涡流探测器防止通过涡旋流动路径从空气分离的污染物进入过滤介质。
在一些实施方案中，所述涡旋装置包括至少一个叶片或翅片。
在一些实施方案中，所述预净化器壳体还包括灰尘出口，所述灰尘出口配置成将通过所述涡旋流动路径从空气分离的污染物从所述预净化器壳体输送出来。
在一些实施方案中，所述涡流探测器包括手柄。
在一些实施方案中，所述涡流探测器包括多个反涡旋式叶片。
另外的示例性实施方案涉及过滤器元件。过滤器元件包括过滤介质，该过滤介质配置成当过滤器元件安装在过滤***中时，在空气流动穿过过滤***的过滤器壳体时，过滤空气。过滤器元件还包括涡流探测器，涡流探测器包括壁。涡流探测器配置成当过滤器元件安装在过滤***中时，从过滤介质的入口面延伸到过滤***的预净化器壳体中。涡流探测器配置成防止从过滤器元件上游的空气分离的污染物进入过滤介质。
在一些实施方案中，所述涡流探测器包括手柄。
在一些实施方案中，所述涡流探测器包括多个反涡旋式叶片。
根据结合附图时进行的以下的详细描述，这些和其它的特征连同其组织和操作的方式将变得明显，其中在所有的下文描述的若干个附图中，相同的元件具有相同的标记。
附图说明
图1是根据示例性实施方案的空气过滤***的侧视图。
图2至图5示出了图1的空气过滤***的各种横截面图。
图6和图7示出了图1的空气过滤***的反涡旋式叶片布置的顶视图。
图8示出了图1的空气过滤***的横截面图，空气过滤***围绕过滤器元件装配有周向延伸部。
图9至图15示出了与具有反涡旋式叶片的空气过滤***和不具有反涡旋式叶片的空气过滤***相比的示例性气流和压降分析。
图16示出了图1的空气过滤***的反涡旋式叶片的特写透视图。
图17示出了根据另一个示例性实施方案的空气过滤***的横截面图。
图18示出了根据另外的示例性实施方案的空气过滤***的横截面图。
图19示出了根据示例性实施方案的过滤***的横截面图。
图20示出了根据另一个示例性实施方案的过滤***的横截面图。
图21示出了根据另外的示例性实施方案的过滤***的横截面图。
图22示出了根据另外的示例性实施方案的过滤***的横截面图。
图23示出了根据一个示例性实施方案的过滤***的横截面图。
图24示出了根据另一个示例性实施方案的过滤***的横截面图。
图25A示出了根据一个示例实施方案的涡流探测器的顶视图。图25B示出了图25A的涡流探测器的横截面图。
图26A示出了根据另一个示例性实施方案的涡流探测器的顶视图。图26B示出了图26A的涡流探测器的横截面图。
具体实施方式
总体上参考附图，描述了过滤***，该过滤***具有旋流式预净化器和带有卷绕式过滤介质过滤器元件的切向空气净化器。过滤器元件的外壁用作壳体的预净化器套筒，以在进入的空气被过滤器元件过滤之前，产生进入的空气的旋流式流动。壳体盖包括将来自切向路径的旋流式流动重新引导成轴向的直通式流动(其被引导穿过过滤器元件的入口流动面)的几何形状。与具有径向流动过滤路径的相似尺寸的圆柱形褶皱式过滤器元件相比，这种过滤***的各实施方案提供了增强的过滤性能和容量。在其它布置中，本文中描述的各实施方案涉及具有集成的涡流探测器的过滤器元件。在这样的布置中，涡流探测器被集成到过滤器元件的端帽或支撑结构中，而不是作为预净化器壳体的一部分。
参考图1，示出了根据示例性实施方案的空气过滤***100的侧视图。空气过滤***100包括形成中心隔室的圆柱形壳体102。壳体102包括径向空气入口104和轴向空气出口106。径向空气入口104和轴向空气出口106靠近壳体102的第一端部定位。壳体102包括盖108。盖108可移除地联接到壳体102的第二端部。壳体102的第二端部与壳体102的第一端部相对。盖108包括灰尘排出端口110。圆柱形过滤器元件112定位在壳体102的中心隔室内。圆柱形过滤器元件112包括盘绕式过滤介质并且布置成用于轴向流动过滤。也就是说，待过滤的空气流入过滤器元件112的第一轴向面(即，过滤器元件112的入口面)，空气穿过盘绕式过滤介质，并且过滤的空气穿过过滤器元件112的第二轴向面(即，过滤器元件112的出口面)排出。过滤器元件112的第二轴向面与轴向空气出口106相邻定位。过滤器元件112的第一轴向面与盖108相邻定位。
在一些布置中，过滤器元件112由围绕过滤器元件112的中心轴线同轴地盘绕的过滤介质的带条形成。带条包括可透过的中心波纹状过滤介质片材(例如，波纹片材)，可透过的中心波纹状过滤介质片材界定平行于中心轴线延伸的多个气流通道。过滤介质包括第一可透过的平坦过滤介质面层片材，第一可透过的平坦过滤介质面层片材设置在波纹片材的第一侧上，用于与波纹片材的第一侧面一起界定第一多个轴向气流通道。过滤介质包括第二可透过的过滤介质面层片材，第二可透过的过滤介质面层片材设置在波纹片材的第二侧上，用于与波纹片材的第二侧一起界定第二多个轴向气流通道。形成的轴向气流通道从过滤介质的第一面(例如，过滤器元件112的入口面)延伸到过滤介质的第二面(例如，过滤器元件112的出口面)。多个轴向气流通道中的每个在过滤介质的第一面或过滤介质的第二面上被交替地密封，使得流入第一轴向气流通道的空气必须穿过过滤介质到达相邻的第二轴向气流通道以离开过滤介质。
在其它布置中，过滤器元件112由具有四面体形状特征的过滤介质和被轧制或分层以形成过滤器元件112的平坦介质形成。在这种布置中，过滤器元件112包括上游入口和下游出口。过滤介质沿多个弯曲线打褶。弯曲线沿轴向方向轴向地延伸并且包括从上游入口轴向地朝下游出口延伸的第一组弯曲线和从下游出口轴向地朝向上游入口延伸的第二组弯曲线。过滤器元件112包括在弯曲线之间以蛇形方式延伸的多个壁节段。壁节段轴向延伸并在其间界定轴向通道。通道具有沿垂直于轴向方向的横向方向的高度。该通道具有沿侧向方向的横向宽度，该侧向方向垂直于轴向方向并垂直于横向方向。弯曲线中的至少一些当在轴向方向上轴向地延伸时在横向方向上渐缩。壁节段以蛇形方式延伸并且界定侧向延伸的蛇形跨度，蛇形跨度具有第一壁节段，第一壁节段与第二壁节段侧向相邻并且通过第一弯曲线结合至所述第二壁节段，并且沿该蛇形跨度以蛇形方式继续至第三壁节段，第三壁节段与第二壁节段侧向相邻并通过第二弯曲线结合至第二壁节段，并且如此沿蛇形跨度类推。蛇形跨度沿侧向方向延伸，使得在横向方向上渐缩的弯曲线的锥形沿侧向方向与蛇形跨度垂直。壁节段包括第一组壁节段，第一组壁节段在上游入口处彼此交替密封，以界定具有开放的上游端部的第一组通道，以及第二组通道，第二组通道与第一组通道交错并且具有封闭的上游端部。壁节段包括第二组壁节段，第二组壁节段在下游出口处彼此交替密封以界定具有封闭的下游端部的第三组通道，以及第四组通道，第四组通道和与第三组通道交错并且具有开放的下游端部。第一组弯曲线包括界定第一组通道的第一弯曲线子集和界定第二组通道的第二弯曲线子集。当第二弯曲线子集从上游入口朝向下游出口轴向延伸到时，该第二弯曲线子集在横向上渐缩。第二组弯曲线包括界定第三组通道的第三弯曲线子集。第四弯曲线子集界定第四组通道。当第四弯曲线子集从下游出口朝向上游入口轴向地延伸时，第四弯曲线子集在横向方向上渐缩。上述四面体过滤介质的详细描述可以在美国专利第8,397,920号中找到，该美国专利通过引用以其全部并出于所有目的并入本文。
如图2和图3中所示，待过滤的空气穿过径向空气入口104进入过滤***100并且遵循流动路径202。空气冲击过滤器元件112的侧壁。然后，空气以如由流动路径202所示的涡旋方式围绕过滤器元件112按规定路线行进，因为过滤器元件112是轴向流动过滤器元件(不是径向流动过滤器元件)。在一些布置中，过滤器元件112的侧壁是不可渗透的套筒，套筒在运输和安装期间保护过滤器元件112的外表面免受损坏。在其它布置中，过滤器元件112的侧壁由可渗透的过滤介质组成。在这样的布置中，少量的空气可以通过过滤器元件侧壁。通过由涡旋气流产生的离心力，涡旋流动路径202将至少一部分污染物(如箭头302所示)与空气(例如，灰尘和尘埃)分离。分离的污染物落入灰尘排出端口110。因此，涡旋流动路径202作为旋流式预净化器而发挥功能。
参考图3至图7，盖108包括多个反涡旋式叶片304。相应地，随着切向流接近壳体102的第二端部，气流的内边缘接合盖108的反涡旋式叶片304。通过使流动路径202的方向从切向涡旋流动(例如，如流动路径202中示出的，如在图2和图3中最佳地看出的)改变成轴向流动(如由箭头306所示)，反涡旋式叶片304使空气朝向过滤器元件112的第一轴向面(即，入口面)按规定路线行进。相应地，反涡旋式叶片304使气流对齐以进入过滤器元件112的第一轴向面，使得空气可以被过滤器元件112过滤。这样做时，通过将流动重新引导到过滤器元件112的入口面中，反涡旋式叶片304将涡旋流动速度头(swirling flow velocityhead)的至少一部分转换回压力，由此降低由过滤***100引起的气流压降。此外，反涡旋式叶片304防止兰金涡流(Rankine vortex)在壳体102内形成。在一些布置中(例如，如图4至图6中所示的)，反涡旋式叶片304在形状上是螺旋形的(例如，对数螺旋、双曲线螺旋或类似螺旋)。在其它布置中，反涡旋式叶片304在形状上是平面的并且径向地偏移(例如，如图7中所示)。在另外的布置中，反涡旋式叶片304包括分流叶片702，分流叶片702提供高密度的叶片，而不需要昂贵的制造成本。
再次参考图3，盖108包括延伸部分308。延伸部分308接合过滤器元件112的心轴310，以在壳体102内使过滤器元件112对齐并固定。当盖108被固定到壳体102(例如，经由卡扣配合连接)时，盖108保持过滤器元件112以防止从壳体102的密封表面312回退(backoff)。密封构件(例如，聚氨酯密封件)在过滤器元件112和壳体102之间形成密封，由此防止空气从径向空气入口104到轴向出口106的绕过。
参考图8，在一些布置中，过滤器元件112包括周向延伸部802。周向延伸部802在过滤器元件112的入口轴向面处联接到过滤器元件112。周向延伸部802包括定位流向环。周向延伸部802与盖108的反涡旋式叶片304的外部部分接合以帮助使过滤器元件112相对于盖108居中(例如，如在区段804中所示)。另外，周向延伸部802的周向壁远离过滤器元件112的中心轴线成角度。成角度的周向壁有助于，在空气通过反涡旋式叶片304朝向过滤器元件112的第一轴向面重新引导并重新引导到该第一轴向面中前，将所预净化的污染物从气流中转向并朝向壳体102的内壁转向。
如上面所讨论的，包含反涡旋式叶片304减少了由过滤***100引起的压降。图9至图15提供了示例性气流分析，其示出了采用反涡旋式叶片304的过滤***中的降低的压降。如图9中所示，示出了针对两个过滤***：具有反涡旋式叶片(X)的第一过滤***和不具有反涡旋式叶片的第二过滤***(O)的无量纲压力损失对无量纲流量的线图900。第一过滤***可以是，例如过滤***100。如此，除了第二***不具有反涡旋式叶片外，第一过滤***包括反涡旋式叶片(例如，反涡旋式叶片304)。第二过滤***与第一过滤***(在布置、尺寸和操作参数方面)大体相同。如曲线图900中所示，第二过滤***比第一过滤***经历更高的无量纲压力损失。
参考图10至图13，示出了第一过滤***和第二过滤***的气流图，以进一步展示第一过滤***的更有效的流动。如图10和图11中所示，图10和图11展示了不具有反涡旋式叶片的第二过滤***的示例性气流路径，气流以涡旋方式进入过滤器元件112的入口面。这不是最佳的，因为过滤器元件112是轴流式过滤器元件。进入到过滤器元件112的非最优气流造成第二过滤***的压降增大。如图12和图13中所示，图12和图13展示了用于具有反涡旋式叶片304的第一过滤***的示例性气流路径，在进入过滤器元件的入口面之前，气流从涡旋流动转变为大体上的轴向流动。因此，当采用反涡旋式叶片304时，与不具有反涡旋式叶片304的布置相比，空气以更优化的气流路径进入过滤器元件112。
参考图14A和图14B，示出了将具有反涡旋式叶片304的第一过滤***(在图14B中以1404示出)的操作气压与不具有反涡旋式叶片304的第二过滤***(在图14A中以1402示出)的操作气压对比的压力轮廓分析图。以1406示出了无量纲压力的数值范围(scale)。如图14A和图14B中所示，具有反涡旋式叶片304的第一过滤***比第二过滤***在过滤器元件的入口面处经历较缓和的压降。
参考图15，示出了针对第一过滤***(具有反涡旋式叶片304)和第二过滤***(不具有反涡旋式叶片304)在过滤器元件112入口和壳体102端部壁之间的中间的平面处截取的切向速度分布1500。如在切向速度分布1500中所示，切向速度通过第一过滤***(即，无涡流芯部1502)的反涡旋式叶片304减小，其中接近1的无量纲切向速度被抑制。
再次参考图3至图7，反涡旋式叶片304形成导引件，导引件将来自涡旋空气路径202的气流转换成由箭头306表示的轴向空气路径。如图16中所示，反涡旋式叶片304的前缘1602定向成使得气流的流动矢量与前缘1602之间的相对角度θ在零度和十度之间。在一些布置中，气流的流动矢量和前缘1602之间的相对角度θ是零度，并导致最小的流动分离。
参考图17，示出了根据示例性实施方案的过滤***1700的横截面图。过滤***1700类似于上面描述的过滤***100。因此，在过滤***100和过滤***1700之间，相同的编号用于描述共同的部件。过滤***1700和过滤***100之间的主要区别在于过滤***1700包括围绕过滤器元件112的一部分的附加的周向叶片1702。在一些布置中，周向叶片1702覆盖过滤器元件112的围绕过滤器元件的该部分的整个圆周。周向叶片1702产生或增强切向的、涡旋的气流路径(例如，图2和图3中所示的路径202)。在一些布置中，周向叶片1702联接到过滤器元件112。在其它布置中，周向叶片1702联接到壳体102的内壁。在每个布置中，周向叶片1702还有助于在过滤器元件112的安装期间使过滤器元件112在壳体102内居中。周向叶片1702还允许径向空气入口104被重新定位为直的径向入口(straight-radialinlet)、部分偏移的径向入口或完全切向的径向入口，因为气流将被周向叶片1702重新定向以产生切向的涡旋的气流路径，以用于预净化。
图18示出了根据另一示例性实施方案的过滤***1800的横截面图。过滤***1800包括壳体1802，该壳体1802具有入口1804和出口1806。过滤***1800还包括两个平行堆叠或嵌套的卷绕式过滤器元件1808和1810。堆叠或嵌套的卷绕式过滤器元件1808和1810各自是是圆柱形过滤器元件，其包括盘绕式过滤介质并且各自被布置成用于轴向的流动过滤。也就是说，待过滤的空气流入过滤器元件1808和1810中的每个的第一轴向面(即，入口面)，空气穿过盘绕式过滤介质，并且过滤的空气穿过过滤器元件1808和1810中的每个的第二轴向面面(即，出口面)从过滤器元件排出。卷绕式过滤器元件1808和1810的堆叠或嵌套的布置提供了增加的灰尘容量，同时避免了单个过滤器元件过滤***(例如，过滤***100和1700)上的过长的轴向过滤器尺寸。
与过滤***100和1700的径向空气入口104相比，过滤***1800的入口1804远离过滤器元件1808和1810轴向地偏移。入口1804被赋予雕刻状渐开线气流形状(sculptedinvolute air flow shape)以建立涡旋式气流。由于入口1804远离过滤器元件1808和1810轴向地偏移，所以允许气流形成涡旋流动，而在过滤器元件1808和1810与内部壳体壁1802之间不具有由狭窄间隙引起的过度挤压和压降(例如，如在过滤***100和过滤***1700中所经历的)。挤压和压降的减小允许壳体1802与过滤器元件1808和1810之间的较小径向间隙。
类似于过滤***100和1700，过滤***1800包括反涡旋式叶片1812。反涡旋式叶片1812沿壳体1802定位在与过滤器元件1808和1810的入口面相邻的位置处。反涡旋式叶片1812使流动路径的方向朝向过滤器元件1808和1810的第一轴向面从切向的涡旋流动(例如，如在流动路径202中示出的，如图2和图3中最佳地看到的，)改变成轴向流动。因此，反涡旋式叶片1812使气流对齐以进入过滤器元件1808和1810的第一轴向面(即，入口面)。
上面描述的过滤***100、1700和1800被描述和示出为使用大体上圆柱形的过滤器元件。但是，过滤***可以修改成接受其它形状的过滤器元件，例如卵形或跑道形元件。上面所描述的过滤***100、1700和1800被描述和示出为仅使用主过滤器元件。然而，过滤***100、1700和1800可以被设计成容纳次级过滤器元件(例如，定位在主过滤器元件之后的过滤器元件)。
如以下关于图19至图26B进一步详细描述的，上面所描述的过滤器元件中的任一个都可以安装有涡流探测器，该涡流探测器用作物理屏障，以防止由旋流式预净化器分离的污染物重新进入过滤器元件上游的进气流。
参考图19，示出了根据示例性实施方案的过滤***1900的横截面图。过滤***1900包括预净化器壳体1902和过滤器壳体1904。预净化器壳体1902在气流路径方向1906上定位在过滤器壳体1904的上游。预净化器壳体1902包括接纳待过滤的空气的入口1908。过滤器壳体1904包括为部件(例如，内燃发动机)提供过滤的空气的出口1910。预净化器壳体1902构造成使穿过入口1908流入预净化器壳体1902的空气在涡旋流动路径1912中移动穿过预净化器壳体1902。如此，预净化器壳体1902可以包括至少一个叶片或翅片1914以引起空气的涡旋流动。通过由涡旋流动路径1912产生的离心力，涡旋流动路径1912将污染物1916的至少一部分(诸如灰尘和尘埃)与空气分离。分离的污染物1916可以穿过灰尘出口1918从预净化器壳体移除。因此，预净化器壳体1902在过滤器壳体1904和过滤器元件1920上游移除污染物1916的至少一部分。
过滤器壳体1904形成中心隔室，该中心隔室构造成可移除地接纳过滤器元件1920。过滤器元件1920包括定位在第一端帽1924和第二端帽1926之间的过滤介质1922。过滤介质1922可以包括上面所描述的过滤介质，包括四面体过滤介质、槽式过滤介质或类似过滤介质中的任何一种。在一些布置中，过滤器元件1920是圆柱形过滤器元件，诸如卷绕式过滤器元件，在卷绕式过滤器元件中，过滤介质1922是卷绕的(例如，围绕芯部，没有中心芯部等)。过滤器元件1920是轴向流动过滤器元件，其中待过滤的空气在第一端帽1924处或穿过第一端帽1924进入过滤器元件1920，流动穿过过滤介质1922并且在第二端帽1926处从过滤器元件1920排出。在一些布置中，第一端帽1924和/或第二端帽1926包括密封件，该密封件形成抵靠过滤器壳体1904和/或预净化器壳体1902的密封，从而防止当空气沿气流路径方向1906从入口1908移动到出口1910时，空气绕过过滤器元件1920。在一些布置中，第一端帽1924和第二端帽1926是开口式端帽。
如图19中所示，过滤器元件1920包括涡流探测器1928。涡流探测器1928包括从过滤介质1922的入口面或从第一端帽延伸并延伸到预净化器壳体1902中的壁。在过滤器元件1920是圆柱形过滤器元件的布置中，涡流探测器1928包括周向壁，周向壁形成不间断的环(例如，圆形的不间断的环)。涡流探测器1928防止与预净化器壳体1902中的空气分离的污染物1916进入过滤器元件1920。涡流探测器1928可以与过滤器元件1920集成一起(例如，作为联接到第一端帽1924的氨基甲酸乙酯或包覆成型的部分)。
参考图20，示出了根据示例性实施方案的过滤***2000的横截面图。过滤***2000类似于过滤***1900。过滤***1900和过滤***2000之间的主要区别是穿过过滤器元件的流动路径和涡流探测器的布置。过滤***2000包括预净化器壳体2002和过滤器壳体2004。预净化器壳体2002在气流路径方向2006上定位在过滤器壳体2004的上游。预净化器壳体2002包括接纳待过滤的空气的入口2008。过滤器壳体2004包括为部件(例如，内燃发动机)提供过滤的空气的出口2010。预净化器壳体2002被构造成使穿过入口2008流入预净化器壳体2002的空气沿涡旋流动路径移动穿过预净化器壳体2002(例如，以与上面关于过滤***1900所描述的类似的方式)。如此，预净化器壳体2002可以包括至少一个叶片或翅片以引起空气的涡旋流动。通过由涡旋气流路径产生的离心力，涡旋流动路径将污染物2016的至少一部分(诸如灰尘和尘埃)与空气分离。分离的污染物2016可以穿过灰尘出口2018从预净化器壳体移除。因此，预净化器壳体2002在过滤器壳体2004和过滤器元件2020上游移除污染物2016的至少一部分。
过滤器壳体2004形成中心隔室，该中心隔室构造成可移除地接纳过滤器元件2020。过滤器元件2020包括定位在第一端帽2024和第二端帽2026之间的过滤介质2022。过滤介质2022可以包括上面所描述的过滤介质(包括褶皱式过滤介质或类似介质)中的任何一种。在一些布置中，过滤器元件2020是圆柱形过滤器元件。在其它布置中，过滤器元件2020是圆锥形过滤器元件。过滤器元件2020是内外流动式过滤介质。相应地，待过滤的空气进入由过滤器元件2020的中心管2027界定的过滤介质2022的内部空间。空气流入内部空间，穿过中心管2027(例如，穿过中心管2027中的穿孔)，穿过过滤介质2022并从出口2010流出。在一些布置中，过滤器元件2020是圆柱形过滤器元件。第一端帽2024包括密封件，该密封件形成抵靠过滤器壳体2004和/或预净化器壳体2002的密封，从而防止当空气沿气流路径方向2006从入口2008移动到出口2010时，空气绕过过滤器元件2020。第一端帽2024是开口式端帽，并且第二端帽2026是封闭式端帽。
如图20中所示，过滤器元件2020包括涡流探测器2028。涡流探测器2028包括从中心管2027在轴向方向上延伸超过第一端帽2024并延伸到预净化器壳体2002中的壁。在过滤器元件2020是圆柱形过滤器元件的布置中，涡流探测器2028包括周向壁，周向壁形成不间断的环(例如，圆形的不间断的环)。涡流探测器2028防止从预净化器壳体2002中的空气分离的污染物2016进入过滤介质2022的内部空间。如上所指出的，涡流探测器2028是中心管2027的延伸部。
参考图21，示出了根据示例性实施方案的过滤***2100的横截面图。过滤***2100类似于上面描述的过滤***1900和过滤***2000。然而，在此，过滤***2100包括具有内外流动型式的V形过滤器元件。过滤***2100包括预净化器壳体2102和过滤器壳体2104。预净化器壳体2102在气流路径方向2106上定位在过滤器壳体2104的上游。预净化器壳体2102包括接纳待过滤的空气的入口2108。过滤器壳体2104包括为部件(例如，内燃发动机)提供过滤的空气的出口2110。预净化器壳体2102构造成使穿过入口2108流入预净化器壳体2102的空气沿涡旋动路径移动穿过预净化器壳体2102(例如，以与上面关于过滤***1900所描述的类似的方式)。如此，预净化器壳体2102可以包括至少一个叶片或翅片2114以引起空气的涡旋流动。通过由涡旋气流路径产生的离心力，涡旋流动路径将污染物2116的至少一部分(诸如灰尘和尘埃)与空气分离。分离的污染物2116可以穿过灰尘出口2118从预净化器壳体移除。因此，预净化器壳体2102在过滤器壳体2104和过滤器元件2120上游移除污染物2116的至少一部分。
过滤器壳体2104形成中心隔室，该中心隔室构造成可移除地接纳过滤器元件2120。过滤器元件2120包括两个面板式过滤器2122(即，褶皱块)，两个面板式过滤器2122各自具有过滤介质并且布置成使得过滤器元件2120的横截面具有V形形状。面板式过滤器2122可以通过框架保持在V形位置中。面板式过滤器2122的过滤介质可以包括上面描述的过滤介质(包括褶皱式过滤介质或类似过滤介质)中的任何一种。在其它布置中，过滤器元件2120包括以圆锥形或圆柱形布置的过滤介质(例如，如上面关于图20所描述的)。在一些布置中，框架包括密封件，该密封件形成抵靠过滤器壳体2104和/或预净化器壳体2102的密封，从而防止当空气沿气流路径方向2106从入口2108移动到出口2110时，空气绕过过滤器元件2120。
如图21中所示，过滤器元件2120包括涡流探测器2128。涡流探测器2128包括从过滤器元件2120延伸到预净化器壳体2102中的壁。涡流探测器2128防止从预净化器壳体2102中的空气分离的污染物2116进入过滤器元件2120。在图21中所示的实施方案中，涡流探测器2128包括形成周向环的壁，其中壁的纵向表面是弯曲的。涡流探测器2128可以与过滤器元件2120集成在一起(例如，作为与框架联接的氨基甲酸乙酯或包覆成型的部分)。在一些布置中，涡流探测器2128在预净化器壳体2102和过滤器壳体2104之间被压缩，从而产生防止进气绕过过滤器元件2120的轴向密封，并从而将过滤器元件2120在过滤器壳体2104内保持在适当位置中。
参考图22，示出了根据示例性实施方案的过滤***2200的横截面图。过滤***2200类似于上面描述的过滤***2100。然而，此处，过滤***2200包括具有外内流动型式(outside-in flow pattern)的两面板式平行布置的过滤器元件。过滤***2200包括预净化器壳体2202和过滤器壳体2204。预净化器壳体2202在气流路径方向2206上定位在过滤器壳体2204的上游。预净化器壳体2202包括接纳待过滤的空气的入口2208。过滤器壳体2204包括为部件(例如，内燃发动机)提供过滤的空气的出口2210。预净化器壳体2202被构造成使穿过入口2208流入预净化器壳体2202的空气在涡旋动路径中移动穿过预净化器壳体2202(例如，以与上面关于过滤***1900所描述的类似的方式)。如此，预净化器壳体2202可以包括至少一个叶片或翅片2214以引起空气的涡旋流动。通过由涡旋气流路径产生的离心力，涡旋流动路径将污染物2216的至少一部分(诸如灰尘和尘埃)与空气分离。分离的污染物2216可以穿过灰尘出口2218从预净化器壳体移除。因此，预净化器壳体2202在过滤器壳体2204和过滤器元件2220上游移除污染物2216的至少一部分。
过滤器壳体2204形成中心隔室，该中心隔室构造成可移除地接纳过滤器元件2220。过滤器元件2220包括以圆柱形方式布置的过滤介质2222。过滤介质2222可以包括上面所描述的过滤介质(包括褶皱式过滤介质或类似过滤介质)中的任何一种。在其它布置中，过滤器元件2220包括两个面板式过滤器，该两个面板式过滤器各自具有过滤介质2222并且以平行的方式布置。在这样的布置中，面板式过滤器可以通过框架保持在所示的形状位置中。在另外的布置中，过滤器元件2220的过滤介质2222以圆柱形或圆锥形的方式布置(例如，如上面关于图20所描述的)。在一些布置中，过滤器元件2220包括框架，该框架可包括密封件，该密封件形成抵靠过滤器壳体2204(在过滤器壳体2204的与出口2210相邻的底部处示出)的密封，从而防止当空气沿气流路径方向2206从入口2208移动到出口2210时，空气绕过过滤器元件2220。框架的顶部部分隔离了过滤器元件2220的邻近预净化器壳体2202的顶端部，使得进入的空气不可以在未首先流动穿过过滤介质的情况下进入过滤器元件2220的内部空间。
如图22中所示，过滤器元件2220包括涡流探测器2228。涡流探测器2228包括从过滤器元件2220延伸到预净化器壳体2202中的壁。涡流探测器2228防止从预净化器壳体2202中的空气分离的污染物2216进入过滤器元件2220。在图22中所示的实施方案中，涡流探测器2228包括形成周向环的壁，壁的纵向表面是弯曲的。涡流探测器2228可以与过滤器元件2220集成在一起(例如，作为与框架联接的氨基甲酸乙酯或包覆成型的部分)。在一些布置中，涡流探测器2228在预净化器壳体2202和过滤器壳体2204之间被压缩，从而产生防止进入的空气绕过过滤器元件2220的轴向密封，并从而将过滤器元件2220在过滤器壳体2204内保持在适当位置中。由于过滤器元件2220是外内流动式过滤器元件，所以涡流探测器包括多个开口，该多个开口允许进入的空气流动穿过涡流探测器2228流到过滤器元件2220的外部，使得进入的空气可以穿过过滤介质并从出口2210流出。
参考图23，示出了根据示例性实施方案的过滤***2300的横截面图。过滤***2300类似于上面描述的过滤***2100。然而，在此，过滤***2300包括具有允许内外流动型式的两个平行间隔开的褶皱块的过滤器元件，而不是过滤***2100的V形形状的过滤器元件2120。
过滤***2300包括预净化器壳体2302和过滤器壳体2304。预净化器壳体2302在气流路径方向2306上定位在过滤器壳体2304的上游。预净化器壳体2302包括接纳待过滤的空气的入口2308。过滤器壳体2304包括为部件(例如，内燃发动机)提供过滤的空气的出口2310。与过滤***2100不同，出口2310是侧面出口或径向出口。预净化器壳体2302被构造成使穿过入口2308流入预净化器壳体2302的空气沿涡旋动路径移动穿过预净化器壳体2302(例如，以与上面关于过滤***1900所描述的类似的方式)。如此，预净化器壳体2302可以包括至少一个叶片或翅片2314以引起空气的涡旋流动。通过由涡旋气流路径产生的离心力，涡旋流动路径将污染物2316的至少一部分(诸如灰尘和尘埃)与空气分离。分离的污染物2316可以穿过灰尘出口2318从预净化器壳体移除。因此，预净化器壳体2302在过滤器壳体2304和过滤器元件2320上游移除污染物2316的至少一部分。
过滤器壳体2304形成中心隔室，该中心隔室构造成可移除地接纳过滤器元件2320。过滤器元件2320包括以圆柱形方式布置的过滤介质2322。过滤介质2322可以包括上面所描述的过滤介质(包括褶皱式过滤介质或类似过滤介质)中的任何一种。在其它布置中，过滤介质2322被布置为两个面板式过滤器，该两个面板式过滤器各自具有过滤介质2322并被布置成使得面板式过滤器彼此平行。面板式过滤器可以通过框架保持在形状中。在另外的布置中，过滤器元件2320的过滤介质2322以圆柱形或圆锥形的方式布置(例如，如上面关于图20所描述的)。过滤器元件2320包括框架，框架具有底部端帽2323。在一些布置中，框架包括密封机构，该密封机构抵靠过滤器壳体2304和/或预净化器壳体2302形成密封，由此防止当空气沿流动路径2306从入口2308移动到出口2310时，空气绕过过滤器元件2320。在一些布置中，过滤器壳体2304包括可移除的盖2325。当过滤器元件2320安装在过滤器壳体2304中时，可移除的盖2325接纳端帽2323。
如图23中所示，过滤器元件2320包括涡流探测器2328。涡流探测器2328包括从过滤器元件2320延伸到预净化器壳体2302中的壁。涡流探测器2328防止从预净化器壳体2302中的空气分离的污染物2316进入过滤器元件2320。在图23中所示的实施方案中，涡流探测器2328包括形成周向环的壁，其中壁的纵向表面是弯曲的。涡流探测器2328可以与过滤器元件2320集成在一起(例如，作为与框架联接的氨基甲酸乙酯或包覆成型的部分)。在一些布置中，涡流探测器2328在预净化器壳体2302和过滤器壳体2304之间被压缩，从而产生防止进入的空气绕过过滤器元件2320的轴向密封，并从而将过滤器元件2320在过滤器壳体2304内保持在适当位置中。
参考图24，示出了根据示例性实施方案的过滤***2400的横截面图。过滤***2400类似于上面描述的过滤***1900、2000、2100、2200和2300。然而，在该实施方案中，过滤***2400包括多个预净化器和涡流探测器。过滤***2400包括预净化器壳体2402和过滤器壳体2404。预净化器壳体2402在气流路径方向2406上定位在过滤器壳体2404的上游。预净化器壳体2402包括接纳待过滤的空气的多个空气入口2408。过滤器壳体2404包括为部件(例如，内燃发动机)提供过滤的空气的出口2410。预净化器壳体2402被构造成使穿过入口2408流入预净化器壳体2402的空气沿涡旋动路径移动穿过预净化器壳体2402(例如，以与上面关于过滤***1900所描述的类似的方式)。这样，入口2408中的每个具有引起空气的涡旋流动的相关联的旋流器2414(例如，至少一个叶片或翅片)。通过由涡旋气流路径产生的离心力，涡旋流动路径将污染物2416的至少一部分(诸如灰尘和尘埃)与空气分离。分离的污染物2416可以穿过灰尘出口2418从预净化器壳体移除。因此，预净化器壳体2402在过滤器壳体2404和过滤器元件2420上游移除污染物2416的至少一部分。
过滤器壳体2404形成中心隔室，该中心隔室构造成可移除地接纳过滤器元件2420。过滤器元件2420包括布置在褶皱块2422中的过滤介质。过滤介质可以通过框架保持图24中所示的形状。褶皱块2422的过滤介质可以包括上面所描述的过滤介质(包括四面体过滤介质、槽状过滤介质、褶皱过滤介质或类似过滤介质)中的任何一种。在一些布置中，框架包括密封件，该密封件形成抵靠过滤器壳体2404和/或预净化器壳体2402的密封，从而防止当空气沿气流路径方向2406从入口2408移动到出口2410时，空气绕过过滤器元件2420。
如图24中所示。过滤器元件2420包括涡流探测器2428。在一些布置中，入口2408中的每个包括相关联的涡流探测器2428。涡流探测器2428包括从过滤器元件2420延伸到预净化器壳体2402中的壁。涡流探测器2428防止从预净化器壳体2402中的空气分离的污染物2416进入过滤器元件2420。涡流探测器2428可以与过滤器元件2420集成在一起(例如，作为与框架联接的氨基甲酸乙酯或包覆成型的部分)。因此，由于涡流探测器2428未被附连到过滤器壳体2404，所以对过滤器壳体2404的检查更容易。在一些布置中，涡流探测器2428在预净化器壳体2402和过滤器壳体2404之间被压缩，从而产生防止进入的空气绕过过滤器元件2420的轴向密封，并从而将过滤器元件2420在过滤器壳体2404内保持在适当位置中。
以上描述的图19至图23的过滤器元件中的任何一个可以被修改以包括如图24中所示的多个较小的预净化器和对应的涡流探测器，与图19至图23中所示的大的预净化器和对应的涡流探测器形成对照。
参考25A和图25B，示出了涡流探测器2500的视图。图25A示出了涡流探测器2500的俯视图。图25B示出了涡流探测器2500的侧横截面图。涡流探测器2500以与上面关于过滤***1900-2400的涡流探测器所描述的相同的方式起作用。因此，可以使用涡流探测器2500来代替过滤***1900-2400中的任何一个的涡流探测器。涡流探测器2500包括主体2502。主体2502界定顶部开口2504和底部开口2506。涡流探测器2500包括横跨顶部开口2504延伸的手柄2508。在一些布置中，手柄2508从图25A和图25B中所示的定向旋转90度，从而使手柄2508的较薄部分在流动方向上对齐，这将造成较少的堵塞以流动穿过涡流探测器2500。当涡流探测器2500联接到过滤器元件时，手柄2508为将过滤器元件安装到过滤器壳体中或从过滤器壳体移除过滤器元件的技术人员提供抓持区域。
参考图26A和图26B，示出了涡流探测器2600的视图。图26A示出了涡流探测器2600的俯视图。图26B示出了涡流探测器2600的侧视横截面图。涡流探测器2600以与上面关于过滤***1900-2400的涡流探测器所描述的相同的方式起作用。因此，可以使用涡流探测器2600来代替过滤***1900-2400中的任何一个的涡流探测器。涡流探测器2600包括主体2602。主体2602界定顶部开口2604和底部开口2606。涡流探测器2600包括延伸跨过顶部开口2604的多个反涡旋式叶片2608。在可选布置中，多个反涡旋式叶片2608可以跨过底部开口2606定位或者定位在顶部开口2604和底部开口2606之间的位置处。多个反涡旋式叶片2608将穿过过滤***的气流从涡旋流动(如由过滤***的预净化器引起的)改变回到轴向流动。这样做时，多个反涡旋式叶片2608减少了穿过过滤***的压降。所描述的反涡旋式叶片2608可以被包含在上面所描述的过滤***中的任何一个中。
上面所描述的涡流探测器，涡流探测器1928、2028、2128、2228、2328、2428、2500和2600中的任何一个可以被修改，以用于具有不同布置的过滤***。例如，涡流探测器可以被修改以与包括切向空气入口(而不是图19至图24中所示的轴向流动空气入口)的预净化器壳体一起工作。另外，所描述的涡流探测器可以被构造为从过滤器元件可拆卸的部件，使得涡流探测器可以与替换过滤器元件一起再使用。
应注意，如在本文中描述各种实施方案的术语“示例”的使用意在表示这样的实施方案是可能的实施方案的可能的示例、表示和/或图示(且这样的术语并不意图暗示这样的实施方案必然是非普通的或最好的示例)。
如在本文使用的术语“联接”和类似术语意指两个构件直接或间接连结到彼此。这样的连结可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这种连接可以通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此一体地形成为单个整体，或者通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件附接至彼此来实现。
本文中对元件的位置(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)的引用仅用于描述图中各种元件的方位。应当指出的是，不同元件的方向可根据其它的示例性实施方案而不同，并且这种变化意在被本公开所包含。
重要的是注意到，各种示例性实施方案的结构和布置仅仅是说明性的。虽然在本公开中只详细描述了几个实施方案，但审阅本公开的本领域技术人员应容易理解，在实质上不偏离本文所述的主题的新颖性教导和优点的情况下，很多修改(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、方位等上的变化)是可能的。例如，示出为整体形成的元件可由多个部分或元件构成，元件的位置可以倒置或者以其它方式改变，并且分立的元件或位置的本质或数目可以发生改变或变化。根据可替代的实施方案，任何工艺或方法步骤的顺序或次序可以改变或者重新排列。另外，来自特定的实施方案的特征可以与来自其它实施方案的特征组合，如将被本领域普通技术人员所理解的。也可在各种示例性实施方案的设计、操作条件和布置上做出其它替代、修改、变化和省略，而不偏离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种过滤***，包括：
预净化器壳体，所述预净化器壳体包括配置成接纳待过滤空气的入口和配置成使空气沿涡旋流动路径移动穿过所述预净化器壳体的涡旋装置；
过滤器壳体，所述过滤器壳体在气流方向上定位在所述预净化器壳体的下游，并且配置成接纳来自所述预净化器壳体的空气，所述过滤器壳体包括定位在所述预净化器壳体的下游的出口和定位在所述预净化器壳体和所述出口之间的中心隔室；和
过滤器元件，所述过滤器元件定位在所述中心隔室中，所述过滤器元件包括过滤介质和涡流探测器，所述过滤介质配置成当空气流动穿过所述过滤器壳体时过滤空气，所述涡流探测器包括壁，所述壁从所述过滤介质的入口面延伸到所述预净化器壳体中，或者所述壁从所述过滤器元件的第一端帽延伸到所述预净化器壳体中，所述涡流探测器防止通过所述涡旋流动路径从空气分离的污染物进入所述过滤介质。
2.根据权利要求1所述的过滤***，其中，所述涡旋装置包括至少一个叶片或翅片。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的过滤***，其中，所述预净化器壳体还包括灰尘出口，所述灰尘出口配置成将通过所述涡旋流动路径从空气分离的污染物从所述预净化器壳体中输送出来。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的过滤***，其中，所述涡流探测器包括手柄。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的过滤***，其中，所述涡流探测器包括多个反涡旋式叶片。
6.根据权利要求5所述的过滤***，其中，所述多个反涡旋式叶片在形状上是平面的。
7.根据权利要求5所述的过滤***，其中，所述多个反涡旋式叶片包括多个分流叶片。
8.根据权利要求5所述的过滤***，其中，所述多个反涡旋式叶片在形状上是螺旋形的。
9.根据权利要求5所述的过滤***，其中，所述多个反涡旋式叶片在形状上是对数螺旋形的。
10.根据权利要求5所述的过滤***，其中，所述多个反涡旋式叶片在形状上是双曲线螺旋形的。
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