过滤介质结构技术领域
本发明涉及机械工程领域。具体地讲，本发明涉及过滤领域。
背景技术
过滤元件被用于从发动机和设备操作所需的或用于其他用途的诸如空气、气体和
各种液体等流体中去除颗粒污染物。通常，通过根据应用对常规过滤介质结构提供密封、装
配、维修、操作等所需的特征来制造过滤元件。这样制造的过滤元件被装配到通常由金属
和/或塑料制成的过滤壳体中，过滤壳体又被结合到流体过滤系统中。
过滤元件的三个非常重要的性能参数是压降、颗粒分离效率和污染物保持能力。
过滤元件的压降是入口处的流体压力与出口处的流体压力之差。颗粒分离效率表示为被过
滤元件去除的污染物颗粒的数量或重量与流入流体的百分比。过滤元件的压降随着使用率
增大而增大，当流入流体所携带的污染物颗粒越来越多地被过滤介质捕获时，导致流动通
道被部分或全部堵塞，从而造成对流体流的限制增加。污染物保持能力是在压降达到应用
中可接受的上限之前由过滤元件去除的污染物的量。过滤元件的污染物保持能力与过滤元
件在实际应用中的寿命相关。
在空气/气体过滤系统中，流体流常常产生很大的噪声，从而导致用户不适。噪声
由空气/气体流中的湍流产生。因此，非常希望具有尽可能低的流动湍流的空气/气体过滤
系统。
良好的过滤元件应当具有最小的压降、最大的颗粒分离效率和最高的污染物保持
能力。在空气/气体过滤的情况下，非常合乎需要的是过滤元件也适合被用于设计具有尽可
能低的湍流的过滤系统，从而实现低的总压降和噪声水平。被用于制造过滤元件的过滤介
质和过滤介质结构的类型在很大程度上决定过滤元件的性能。
长期以来，在现有技术中已知这样的过滤元件：该过滤元件具有装配成圆筒形、圆
锥形、面板型或其他形式的打褶过滤介质结构。在这些过滤介质结构中，入口流动通道的横
截面面积沿流动方向持续减小，而出口流动通道的横截面面积沿流动方向持续增大。横截
面面积的变化产生流体流中的湍流，从而导致更高的压降和过滤介质的更快堵塞。其结果
是，与所期待的过滤介质性能相比，具有打褶过滤介质结构的过滤元件表现出低于预期的
污染物保持能力。
最近，现有技术公开了具有由打褶或槽纹介质产生的过滤介质结构的过滤元件，
其中，通过制作多个并排设置的入口和出口流动通道且具有沿流动方向的平直、均一和相
同的横截面，来实现更具流线型的流体流。与现有技术的早期元件(其具有装配成圆筒形、
圆锥形、面板型或其他形式的打褶过滤介质结构)相比，具有这些过滤介质结构的过滤元件
已被发现能够提供更好的性能。此类过滤元件在现有技术中被称为轴流式过滤元件、直流
式过滤元件等。美国专利No.4589983、No.6946012、No.6953124、No.7276098和No.8007572
公开了由打褶或槽纹介质制成的过滤介质结构的使用。这些过滤介质结构需要介质的打褶
或刻槽纹来制作实现流线型流体流所需的平直、均一通道。
通常，过滤元件制造商从过滤介质供应商获得过滤介质，并且利用具有(带有刻划
刀片或刻划槽的)辊的专用设备来使过滤介质打褶或对过滤介质刻槽纹。打褶或刻槽纹过
程对过滤介质产生不利影响。众所周知，打褶或刻槽纹使过滤介质的原有性质变差，从而导
致低于预期的性能，特别是污染物保持能力。还已知的是，打褶或刻槽纹设备对介质施加的
机械力往往会损坏过滤介质。诸如层压的双层或多层介质、纳米纤维涂层介质、微玻璃介质
等高性能过滤介质在这方面特别脆弱。
还已知的是，在空气/气体过滤中，即使打褶或刻槽纹允许在给定尺寸的过滤元件
中封装更大的介质面积，但由打褶过滤介质结构或槽纹过滤介质结构制成的过滤元件也因
对流体流的限制和由过滤介质结构和元件中的几何形状和其它约束造成的湍流而不会表
现出预期的污染物保持能力。
美国专利No.3962097和No.4271025公开了具有围绕中心支撑件卷绕的多层过滤
介质的滤筒。虽然此类滤筒可以适用于具有低流量的液体过滤，但此类滤筒因对流体流的
高度限制和由狭窄和/或不规则的流动通道造成的流路的快速堵塞而不能用于空气或气体
流的过滤。
因此，需要开发一种能够克服与现有技术相关联的缺点的过滤介质结构。
发明内容
目的
至少一个实施例适于提供本发明的一些目的，这些目的在本文中描述如下：
本发明的一个目的在于提供一种无需过滤介质的打褶或刻槽纹便可形成的过滤
介质结构。
本发明的一个目的在于提供一种这样的过滤介质结构：其具有用于实现流线型流
体流的均匀轴向流体流动通道，从而能够实现相对较小的压降。
本发明的又一目的在于提供一种这样的过滤介质结构：其产生相对较少的湍流，
从而产生相对较少的噪声。
本发明的又一目的在于提供一种这样的过滤介质结构：其中，流动湍流被最小化
且过滤介质面积使用率被最大化，以实现显著降低的限制和较高的污染物保持能力。
阅读以下描述将更清楚本发明的其它目的和优点，以下描述不意欲限制本发明的
范围。
概述：
本发明公开了一种过滤介质结构，其中，两层或两组间隔件和两层过滤介质/材料
以交替顺序进行组合并围绕芯部卷绕，以形成至少两个不同的、连续或分开的线圈状流体
流动通道，这至少两个流体流动通道在径向上相邻但被过滤介质隔开，并且在轴向上从过
滤介质结构的入口侧延伸到出口侧，从而防止过滤介质结构的干净侧与肮脏侧之间的直接
流体流动。位于过滤介质层之间的夹设间隙中的间隔件允许流体流沿轴向基本上不受阻碍
地进出夹设间隙。间隔件具有足够的压缩强度，从而沿流动方向保持流动通道的基本均一
宽度。流动通道中的一者在过滤介质结构的入口侧的轴向端部处对流体流封闭，而另一流
动通道在过滤介质结构的出口侧的轴向端部处对流体流封闭。具有在入口侧处封闭的轴向
端部的流动通道是过滤介质结构的干净侧，而具有在出口侧处封闭的轴向端部的流动通道
是过滤介质结构的肮脏侧。两个流动通道的内端和外端沿着轴向被封闭。过滤介质结构的
入口侧和出口侧的外周边缘能够设置有将过滤介质结构转换成轴流式过滤元件所需的密
封和装配用的密封垫。
可能对于本领域技术人员显而易见的是，除了2层过滤介质和2层间隔件之外，诸
如4、8等偶数倍的层或组的过滤介质和间隔件可以以交替序列进行组合并围绕芯部卷绕，
以制造与本发明所公开的过滤介质结构类似的过滤介质结构。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的过滤介质结构的透视图；
图2示出了图1的过滤介质结构的间隔件的透视图；
图3示出了图1的过滤介质结构的过滤介质的透视图；
图4示出了以交替顺序进行组合的两层图2的间隔件和两层图3的过滤介质的透视
图；
图5示出了图1的过滤介质结构的芯部的透视图；
图6示出了参考图1的'A-A'横截面的过滤介质结构内部和外部的流体的流路的示
意图；
图7示出了参考图1的'B-B'横截面的过滤介质结构内部和外部的流体的流路的另
一示意图；
图8示出了图1的过滤介质结构的入口侧的轴向视图；
图9示出了图1的过滤介质结构的出口侧的轴向视图；以及
图10示出了装配有由图1的过滤介质结构的实施例制成的过滤元件的发动机进气
系统的示意图。
具体实施方式
现在将参考实施例对本发明的过滤介质结构进行描述，该实施例不限制本发明的
范围和界限。所提供的描述仅用于举例说明。
将参考以下描述中的非限制性实施例来说明本文的实施例以及本发明的各种特
征和有利的细节。省略了公知部件和加工技术的描述，以避免不必要地混淆本文的实施例。
本文所用的实例仅仅是为了便于理解可以实施本文的实施例的方式，并进一步使本领域技
术人员能够实施本文的实施例。因此，这些实例不应被解释为限制本文实施例的范围。
具体实施例的描述将充分揭示本文实施例的基本性质，使得在不脱离基本概念的
情况下，其他人通过应用现有的知识可以容易地对这样的具体实施例进行更改和/或修改
以用于各种应用，因此，这样的修改和更改应该意欲被理解为落入所公开的实施例的等同
内容的含义和范围内。应理解的是，本文采用的措辞或术语仅用于描述的目的，而不是进行
限制。因此，虽然根据优选实施例描述了本文的实施例，但本领域技术人员将认识到，可以
在本文所述的实施例的精神和范围内进行修改来实践本文的实施例。
根据本发明，如图1所示，公开了过滤介质结构100，过滤介质结构100使用了过滤
介质20和基本敞开的间隔件10，并且适用于制造轴流式过滤元件。过滤介质结构100具有两
层10a和10b的间隔件10(在图2中示出)和两层20a和20b的过滤介质/材料20(在图3中示
出)，两层间隔件10和两层过滤介质20以交替顺序进行组合(在图4中示出)并且围绕芯部30
(在图5中示出)卷绕，以形成两个不同的、连续的卷状流体流动通道40a和40b(在图6和图7
中示出)。流体流动通道40a和40b在径向上相邻但被过滤介质20隔开，并且在轴向上从过滤
介质结构100的入口侧“I”延伸到出口侧“O”，从而防止过滤介质结构100的干净侧(即，出口
侧“O”)与肮脏侧(即，入口侧“I”)之间的直接流体流动。
间隔件10设置在形成于两层20a和20b过滤介质之间的夹设间隙“G”中，从而允许
流体流在整个过滤介质10上沿轴向进出夹设间隙“G”。间隔件10具有足够的压缩强度和各
折皱上的合适厚度，该间隔件10保持基本均一的宽度，以沿流动方向形成流动通道40a和
40b。在过滤介质结构100的入口侧“I”(其为肮脏侧)的轴向端部处，流动通道40b对流体流
封闭，而在过滤介质结构100的出口侧“O”(其为干净侧)的轴向端部处，流动通道40a对流体
流封闭。各个流动通道40a和40b的内端40ai和40aii以及外端40bi和40bii(在图8和图9中
示出)沿着轴向被封闭。各个流动通道40a和40b的内端40ai和40aii以及外端40bi和40bii
沿轴向被合适的装置或材料封闭。
通常，间隔件10是由塑料或金属制成的起皱式随机分布纤维网、或者由塑料或金
属制成的起皱式网状物、或者起皱式网形金属或泡沫塑料、或者穿孔的或起皱的金属或塑
料、或者可以沿过滤介质结构的轴向和横向中的至少一者连续或不连续的类似元件。作为
选择，间隔件10可以为棒、球、条、线、小珠、环、管、辊、扣形物的形式，或者可以为具有几何
或非几何形状的在轴向和/或横向上连接或不连接的任何其它装置，并且可以为固体形式
或泡沫形式或这两者的组合。间隔件可以在轴向上连续但在横向上不连续并连接/不连接。
间隔件也可以在过滤介质结构的轴向和横向上不连续且不连接。当改变间隔件结构时，这
需要对过滤介质结构本身进行修改，这对于本领域技术人员而言是公知的车间更改，并且
此后不详细描述。
在一个示例性实施例中，间隔件10是由塑料制成的起皱式随机分布纤维网，该纤
维网具有沿过滤介质结构的横向延展的折皱。间隔件10的各个层10a和10b的宽度为100mm、
长度约为5.7m且折皱上的厚度为3mm。
在另一示例性实施例中，间隔件是由直径为3mm、长度约为100mm的多根塑料棒构
成的，这些塑料棒以相邻棒之间存在25mm距离的方式沿轴向铺设。
在又一示例性实施例中，间隔件10由直径为3mm的塑料小珠构成。间隔件在过滤介
质结构的轴向和横向上不连续且不连接。沿横向相邻布置的塑料小珠以25mm的距离放置，
而沿轴向相邻布置的塑料小珠以20mm的距离放置。
在又一个实施例中，间隔件10由直径为3mm且通过沿过滤介质结构的横向延伸的
多根线连接的塑料小珠构成。线足够细，以允许沿轴向的流体流动。
通常，过滤介质20是湿法成网的纤维素介质(cellulose media)、或者湿法成网或
干法成网的合成介质、或者天然或合成的织造介质、或者多种材料层叠介质、或者纳米纤维
涂覆介质、或者微玻璃介质、或者合成开孔泡沫、或者膜等介质。
在一个示例性实施例中，过滤介质20的各个层20a和20b的厚度为0.35mm、宽度为
108m且长度约为5.7m。
芯部30可以由塑料、木材、纸、金属或复合材料制成。芯部30也可以由过滤介质20
或间隔件10形成。芯部30可以为圆筒形或椭圆形或跑道形状或其它类似形状。在一个实施
例中，芯部30具有跑道形状，该跑道形状具有210mm的横截面长尺寸X、18mm的横截面短尺寸
Y和110mm的高度Z。
在许多上述实施例中，芯部可以构造成具有用于减少重量的矩形切口。
在本发明的上述实施例中，消除了常规过滤介质结构所需的打褶和刻槽纹过程。
流路提供了沿轴向的均匀流体流，从而提供了相对较小的压降。均匀的轴向流体流提供了
相对较少的湍流，从而产生了相对较少的噪声。另外，本实施例的过滤介质使过滤介质的使
用率最大化，由此提供了显著更高的污染物保持能力。
虽然本发明的所有实施例被描述为具有两层或两组间隔件和两层过滤介质，但本
发明并不限于使用两层或两组间隔件和两层过滤介质。如可能对于本领域技术人员而言显
而易见的是，能够通过以交替顺序组合4、8、12等层或组的间隔件和过滤介质并围绕芯部卷
绕来制造类似的过滤介质结构。
试验性能：
利用过滤介质结构100的实施例，通过在发动机进气系统的用于密封和装配所需
的外周边缘50a和50b(在图8和图9中示出)处设置合适的密封垫来制造轴流式过滤元件。芯
部具有341mm的横截面长尺寸、15mm的横截面短尺寸和320mm的高度。芯部也具有矩形切口。
过滤介质的厚度为0.35mm、宽度为320mm且长度约为2265mm。间隔件是由塑料制成的起皱式
随机分布纤维网，并且宽度为310mm、长度约为2255mm且折皱上的厚度为3mm。间隔件的沿过
滤介质结构和间隔件的横向延展的折皱在轴向以及横向上均是连续的。
由此制造的轴流式过滤元件被装配在壳体60(在图10中示出)中，壳体60又被装配
在商用车辆的发动机进气系统中。对装配有由本发明的过滤介质结构制成的过滤元件的进
气系统和装配有现有技术的打褶过滤介质的进气系统执行根据ISO 5011的对比试验。所取
得的试验结果列于表1中。
表1：试验结果
在工作状态下，发现所产生的噪声显著小于由现有技术的过滤介质结构制成的过
滤元件所产生的噪声。
技术优势
根据本发明的过滤介质结构具有若干技术优势，包括但不限于以下各项的实现：
·过滤介质结构，其无需打褶或刻槽纹过程便可形成；
·过滤器结构，其具有用于实现流线型流体流的均一轴向流体流通道，从而能够
实现相对较小的压降；
·过滤介质结构，其中，流动湍流被最小化且过滤介质面积使用率被最大化，以实
现显著降低的阻力和较高的污染物保持能力；以及
·过滤器结构，其中，最大面积的过滤介质被用于过滤流体，从而提供显著较高的
污染物保持能力。
在本说明书中，单词“包含”或诸如“包括”或“含有”等变体应理解为隐含包括所述
元件、整数或步骤、或元件组、多个整数或多步步骤，然而并不排除任何其它元件、整数或步
骤、或元件组、多个整数或多步步骤。
表达“至少”或“至少一个”的使用表示一个或多个元件或成分或数量的使用，因为
该使用可以在本发明的实施例中来实现一个或多个所需目的或结果。
包括在本说明书中的对文档、法条、材料、装置、条款等的任何讨论，仅是为了提供
用于本发明的上下文的目的。不应被视为承认这些内容的任何一些或全部形成现有技术基
础的一部分，或者其为当它在本申请的优先权日之前存在于任何地方时与本发明有关的领
域中的公知常识。
各种物理参数、尺寸或数量所提到的数值仅是近似的，并且可以设想的是，比被分
配给该参数、尺寸或数量的数值高/低的值也落入本发明的范围之内，除非说明书中存在相
反的特定说明。
虽然本文对优选实施例的具体特征进行了大量强调，但应该理解的是，不脱离本
发明原理的情况下，可以添加许多额外特征，并且可以在优选实施例进行许多改变。根据本
文的公开内容，本发明优选实施例的这些和其他改变对于本领域技术人员而言将是显而易
见的，由此应清楚理解的是，前述描述性内容将被仅仅解释为对本发明的说明，而不是作为
对本发明的限制。