包括过滤器壳体和至少一个过滤器芯的组件及用于这种组件的过滤器芯

摘要

本发明涉及包括过滤器壳体以及至少一个过滤器芯的组件。该至少一个过滤器芯是管状的，包括设置有过滤装置的管壁和具有用于排出滤过的介质的排出连接部的中心排出通道。管壁包括过滤装置，穿过过滤装置将被过滤的介质可以横过地流过管壁。过滤器壳体包括由侧壁包围的过滤腔，过滤腔内容纳至少一个过滤器芯，使纵向与侧壁平行。过滤腔对于每个过滤器芯具有至少一个出口，各个过滤器芯上的排出连接部与该出口相连。其中过滤腔的侧壁上设置有至少一个用于注入将被过滤的介质的入口，该入口在由至少一个过滤器芯穿过的位置通向过滤腔内。沿着过滤器芯的横向并在入口的层面看到的从过滤器芯到侧壁的最短距离比沿着过滤器芯的横向并在入口的层面下方或上方看到的从过滤器芯到侧壁的最短距离大。此外，本发明还涉及用于本发明的组件的过滤器芯。

说明书

技术领域

本发明涉及到包括过滤器壳体以及至少一个管状过滤器芯的组件，过滤器芯具有管壁和具有用于排出滤过的介质的排出端的中心排出通道，其中管壁包括过滤装置，穿过过滤装置的将被过滤的介质可以横切地流过管壁；

其中，过滤器壳体包括由侧壁包围的过滤腔，过滤腔内容纳至少一个过滤器芯，其纵向与侧壁平行；

其中，过滤腔对于每个过滤器芯具有至少一个出口，各个过滤器芯的排出端与该出口相连；

其中，过滤腔的侧壁上设置有至少一个用于注入将被过滤的介质的入口，该入口在至少一个过滤器芯横过的位置通向过滤腔。

背景技术

这样的组件众所周知。在这样的配置下，将被过滤的介质通过其进入过滤腔的入口沿着设置在过滤腔内的过滤器芯的横向定向，也即将被过滤的介质的流向最初横切过滤器芯的纵向。

为了保证将被过滤的介质在过滤腔上快速散布，这时采用的单凭经验的方法是，过滤器芯到过滤腔侧壁的内表面之间的距离必须至少是入口直径的四分之一。如果在过滤器壳体内有多个过滤器芯，过滤器芯之间的最小侧向间隔通常也采用这种为入口直径的四分之一的最小距离。各个方面的结果使得过滤器壳体的尺寸相对较大。

发明内容

本发明的目的是使过滤器壳体具有紧凑的结构，或者尤其就现有过滤器壳体来说，能提高过滤能力和/或改善过滤效果。

根据本发明，在本发明中达到了上述目的，其中沿着过滤器芯的横向并在入口的层面看到的从过滤器芯到侧壁的最短距离X比沿着过滤器芯的横向并在入口的层面下方或上方看到的从过滤器芯到侧壁的最短距离Y大。本发明基于这种理解：过滤器壳体的壁和过滤器芯之间的以及各个过滤器芯之间的额外空间不是在整个过滤器壳体内都需要，这种额外空间保证将被过滤的介质在过滤腔上充分、均衡和快速地散布，并且基本上在入口层面处就可以提供足够的这种额外空间。这是因为申请人发现，一旦将被过滤的介质散布在过滤腔的横截面上，过滤腔壁与过滤器芯之间以及各个过滤器芯之间的额外空间已经不再需要，或者至少不需要与入口位置处达到同一种程度。

参照优选实施例，正如申请人通过试验发现的，从过滤器芯的纵向看，如果在入口层面处从过滤器芯到侧壁的最短距离增大量在近似入口高度的长度范围内延伸就足够了，尽管这种最短距离的增大量也可以在更大的长度范围上延伸。

根据本发明的优选实施例，X由下式给出：

$>>X>\ge >>1>2>>>(>>A>>2>Q>>>)>>>s>$

其中：A＝入口的表面面积；

Q＝具有较大最短距离X的区域高度。

如果X≥A/4Q，将被过滤的介质的很大一部分通过具有相对较大最短距离X的区域散布在过滤腔上，这样可以使Y采用的传统距离相当地减小。根据本发明，如果X≥A/2Q，Y可以减小到最小。如果出口是圆形的，则 $>>A>=>>\pi >4>sup>>D>1>2>>,>>s>令Q＝D$₁，代入上述两个式子得到：

$>>X>\ge >>>\pi >>D>1>>>16>>>s>和$ >>X>\ge >>>\pi >>D>1>>>8>>>s>$$

根据本发明的另一个优选实施例，Y由下列关系式给出：

A＜B(Y)，优选地A≤2 B(Y)

其中：A＝入口的表面面积；

B(Y)＝Y的函数，过滤器壳体的内横截面的表面面积减去在入口上方或下方层面处所有过滤器芯横截面表面面积的总和。

这样，将在过滤器芯轴线方向引导将被过滤的介质的自由空间设计为最小是有可能的，这也能使过滤器壳体的尺寸减小，或者能使过滤器的尺寸增大。当在圆柱形过滤器壳体中居中地布置单个圆柱形过滤器芯时，这些方程式变为：

其中：A＝入口的表面面积；

D₃＝过滤器壳体的内径；

D₂＝过滤器芯的外径；

且D₃-D₂＝Y。

如果入口是直径为D₁的圆，根据本发明，已经发现Y可以取为

如果过滤器壳体是内径为D₃的圆柱形，假定居中地设置直径为D₂的圆柱形过滤器芯，显然D₃-D₂＝Y，对于直径为D₁的圆形入口，Y的最小值可以由 $>sup>>D>1>2>>=>2>>(sup>>D>3>2>>-sup>>D>2>2>>)>>>s>计算。根据本发明，可以容易地保持这个Y的设计值作为所有设计值的最小值，假设D$₃是其表面面积等于过滤器壳体的内横截面积的圆的直径，D₁相应地等于入口表面的当量直径，为简单起见，计算中假定中心圆柱形滤器芯。这样可用多个过滤器芯代替仅有的一个过滤器芯，并且可继续使用由单个过滤器芯计算得到的Y值。

在通常意义上，在任何情况下圆形都有某一确定直径，这样可以将非圆形表面转换成面积相等的具有特定直径的圆形表面。

因此，滤过的介质也可在输入不停滞的情况下稳定和充分地排出，更优选地A取值如下：

A≤所有过滤器芯的内横截面积的总和。

尤其是在多个过滤器芯的情况下，它们的形状例如是圆柱形，会自然地在它们之间的横向留下间隙，甚至过滤器芯也可能跟过滤腔壁局部接触。这将导致可用过滤面积的一些损失。然而，这在现有技术的设计准则中是不容许的。

根据本发明的另一个实施例，在入口的层面处从过滤器芯到侧壁的最短距离的增大量通过在该层面处管壁的收缩部来实现是有利的。不修改过滤器壳体而将现有的过滤器装置转换为根据本发明的组件是切实可行的。为此仅需修改过滤器芯，而有时过滤器芯也需要替换了。

然而，根据情况，根据本发明，如果在入口的层面处从过滤器芯到侧壁的最短距离的增大量通过在该层面处使侧壁凹进来实现可能更有利。在这种情况下，就不会有太多用作过滤腔侧壁的内面部分的过滤器芯被修改。

同样很清楚，根据本发明，通过在出口层面处使过滤器芯的管壁收缩或在该层面处使过滤腔的侧壁凹进，在入口层面处获得从过滤器芯到侧壁间最短距离的增大量也是可能的。

如果管壁的厚度不足以充分收缩到希望的效果，使过滤腔侧壁凹进也是有效的。

根据本发明的另一个优选实施例，在从过滤器芯到管壁的最短距离已增大的区域内，过滤器芯的管壁不能渗透将被过滤的介质且通常完全封闭。这样会防止将被过滤的介质在流入过滤腔的位置处的压力作用下直接通过过滤器芯壁，这将对过滤效果产生不良影响。

根据本发明的优选实施例，该组件包括3、4或更多个上述过滤器芯，这些过滤器芯相互紧邻设置，且相互平行。

根据本发明的另一个优选实施例，入口层面位于从过滤器芯长度25％到75％的区域内。

这样，根据本发明的组件可用于过滤液体，根据本发明，如果配备过滤液体形式的介质的过滤装置是优选的。

这样，根据本发明的组件可用于过滤气体，如果配备过滤气态介质的过滤装置是优选的。

根据本发明的另一个优选实施例，过滤器芯在入口的一侧做成细过滤器，在入口的另一侧做成粗过滤器。用在这里的术语细过滤器和粗过滤器是彼此相对的，相当于细过滤器既能截留粗过滤器截留的微粒又能截留更小的微粒。细过滤器最好比粗过滤器细至少5倍，例如细过滤器允许大到3μm的微粒通过，粗过滤器允许大到25μm的微粒通过，这就意味着细过滤器比粗过滤器细大约8.3倍。

根据另一方面，本发明涉及用于根据本发明的组件的过滤器芯。根据另一方面，本发明特别涉及限定在本发明的组件内的过滤器芯。

根据再另一方面，本发明涉及到其燃料过滤器或润滑剂过滤器包括根据本发明的组件或过滤器芯的柴油机。

附图说明

参照图中所示说明性的实施例，下面对本发明进行更详细的说明。在图中：

图1示意性地显示了根据本发明的过滤器芯，左侧部分是正视图，右侧部分是剖视图；

图2示意性地显示了根据本发明的组件的纵剖视图；

图3示意性地显示了沿着图2中线III-III所做的剖视图；以及

图4显示了对应于图3的现有技术状态的组件的剖视图。

具体实施方式

图1表示根据本发明的过滤器芯1。该过滤器芯1是管状的，除了管壁的收缩部37外与传统的过滤器芯本质上没有不同。过滤器芯1是管状的，具有顶部挡板2和在底部的排出连接部12。该过滤器芯具有封闭的内壁8、10、11，在位置8处不能渗透将被过滤的介质，而在位置10和11处能够渗透将被过滤的介质。此外，该过滤器芯还具有外壁3、4和8，外壁8在收缩部37处同时用作内壁和外壁。外壁3和4由细筛或穿有微细孔的金属板组成。内壁10和11对应于外壁3和4地形成。过滤装置5位于内壁10与外壁3之间，在内壁11和外壁4之间有相应的过滤装置6。过滤装置5和6可有多种不同的类型，例如可以由精细地折叠成褶状物的滤纸制成，褶状物的折叠线沿着过滤器芯1的纵向L延伸。此外，外壁3、4和内壁10、11也可以用作过滤装置。内壁10和11、外壁3和4以及过滤装置5和6如何精确构造对根据本发明的过滤器芯来说是次要的；只要过滤器芯是如箭头30所示流动基本上横切纵向L进行的类型的过滤器芯，可以采用具有过滤作用的多种方法实现。用于排出通过管壁3、4、5、6、10、11和8(是不可渗透的)的滤过的介质的排出通道9设在过滤器芯1的中心。在本发明的一个优选实施例中，做了这样的设置，将过滤器芯的一部分如位于收缩部8上方的部分3制成细过滤器，而将另一部分如位于收缩部8下方的部分4制成粗过滤器。通过这种方法可以使一部分流体被精细地过滤，这就改善了整个的过滤效果。

如上所述，根据本发明的过滤器芯1在收缩部37处不同于现有技术的过滤器芯。收缩部37是一个区域，在该区域上省略了过滤装置5、6，中断了外壁3、4，封闭了内壁8。收缩部37在顶部和底部由环形盘7定界，环形盘7在过滤器芯1的纵向L上阻止将被过滤的介质由收缩部37流入过滤装置5和6。

收缩部37的收缩距离为π/8 D₁，其中距离D₁为将要讨论的过滤器壳体入口的有效直径。

在纵向L上看，图1所示的过滤器芯长度为H。该长度分为H/4的底部区、长度为H/4的顶部区以及长度为H/2的中间区。根据本发明，收缩部37优选地设置在长度为H/2的中间区上。这可以如图1所示设置在长度为H/2的上述中间区的底部，也可以设置在上述区的顶部或底部与顶部之间的任何位置，例如设置在上述区的中间。

图2所示为根据本发明的组件的纵截面。在图2中箭头III处的剖视图如图3所示。参考图2和图3，根据所示的说明性实施例，本发明的组件包括具有过滤腔35的过滤器壳体20，过滤腔35由侧壁22、顶壁21和设置有出口的底壁26定界。在所示的示例中，有4个过滤器芯1相互平行地设置在过滤腔35内，每个过滤器芯1都通过排出连接部12与底壁26上的出口36相连。在底壁26的下方有收集腔24，用于排出滤过的介质的接管25安装在收集腔24上。此外，过滤器壳体20还设置有用于输入将被过滤的介质的接管27。接管27有一个开向过滤腔35的直径为D₁的入口23。在纵向L上看，该直径D₁对应于收缩部37的长度Q。

在继续描述根据本发明的组件之前，将首先参考图4的剖视图更详细地阐述类似的传统组件。该传统组件假定具有基本上同样的过滤器壳体20，依靠侧壁22围绕成过滤腔35，在过滤腔35内布置有4个传统的过滤器芯40。这些过滤器芯40基本上与图1中的过滤器芯1相同，关于过滤器芯40，其上没有收缩部37，也就是说外壁3、4是完整且连续的，同样过滤装置5、6以及内壁10、11也是这样的，过滤器芯在收缩部位仍然是可渗透的。就这种传统组件来说，传统技术是在过滤器壳体20中布置过滤器芯，使得从过滤器芯外壁到过滤腔35的内壁之间的最小距离至少是D₁/4(见图4)，其中D₁是入口23的直径，将被过滤的介质通过入口23流入过滤腔35。很清楚，这意味着，从剖面方向＝垂直于纵向L来看，过滤器壳体20的尺寸明显大于仅将过滤器芯40容纳在过滤腔35内所需要的最小空间。毕竟，所需要的四周的D₁/4额外空间能够非常迅速地将将要被过滤的介质分散通过过滤腔35。

申请人现在已经认识到仅在入口23通向过滤腔35的层面位置31处形成额外空间就足够了。

根据本发明，可以通过在位置31处的侧壁22内壁上沿管壁22半径方向上设置特定深度的凹槽来产生这个需要的额外空间，该凹槽没有在图中显示。然而，这就意味着管壁通常需要做得更厚，这将不能完全得到一个比较紧凑的装置。然而，这种情况下的优点是过滤腔35内可以填充更多或更大的过滤元件；毕竟过滤元件也可以与侧壁22接触。更多或更大的过滤单元能产生更更高的过滤能力和/或更好的过滤效果。然而，根据本发明，正如参考图1所讨论的，在过滤器芯1上的位置31处设置收缩部37作为过滤器壳体侧壁的局部凹进的补充措施会更合适、更好。如果收缩部37的深度大约为πD₁/8，其中D₁是入口23的直径；如图3所示，每个过滤器芯1就会与过滤器壳体的侧壁22产生接触线28，并且根据图4，同时每个过滤器芯1会与邻近的过滤器芯产生接触线或近乎接触线。这就是说图3中的距离29可以减小到大约为0。每个过滤器芯大约D₁π/8的收缩可以使过滤器壳体20的直径产生显著的减小。

需要指出的是，图3和图4中的过滤器壳体的直径是相等的，并且过滤器芯1和40的直径也是相等的。其原因尤其是为了进一步阐明在上面所说明的图3和图4的区别。与图4所示的现有技术比较，图3中具有稍微小于D/4的相互间距29的结构具有优势。具体是，已经发现改善了过滤效果。如果减小图3中过滤器壳体20的直径或增大过滤器芯的直径、或将另外的第五过滤器芯放置在过滤腔35的中心都将可能得到显著的优点。增大过滤器芯1的直径或将另外的第五过滤器芯居中地放置在中部的结果是能增大过滤能力。

为了进一步说明，图2中过滤器芯1与侧壁22之间的最短距离也在入口23的层面上由X来表示，入口23的层面在区域31上延伸；在区域31上方的区域32和区域31下方的区域33，该最小距离用Y表示。

为了更好的理解，将参考图5的示意图来更详细地阐述本发明所基于的原理：

就圆形进料管来说，入口23的面积A可以这样确定：

$>>A>=>>\pi >4>sup>>D>1>2>>->->->>(>1>)>>>s>$

如果圆形进料管与过滤器壳体是倾斜接合而不是直角接合，该方程也适用于；毕竟讨论的要点是通路的有效面积。当进料管不是圆形时，如果产生等同面积A的数值当作D₁时仍可以使用方程(1)。

为了防止流入的介质在进入过滤器壳体时停滞，最好要保证流动的可用通路面积在入口处就等于或大于A。申请人已经认识到，最初在L方向上没有位移时，介质可以环绕过滤器芯从入口流入。(现有技术假定流体相对于标有箭头“in”的流入方向立即成直角转向流动)。

用于流体的面积由两个尺寸分别为X×Q的矩形面组成。令Q＝D₁，圆柱形过滤器壳体内径为D₃，在中心设置的圆柱形过滤器芯的收缩直径为D₄，这样就得到：

             A＝2(X×Q)＝2((D₃-D₄)×D₁)    (2)

$>>A>=>>\pi >4>sup>>D>1>2>>->->->>(>1>)>>>s>$

$>>>\pi >8>>>D>1>>=>>(>>D>3>>->>D>4>>)>>->->->>(>3>)>>>s>$

也即 $>>>\pi >8>>>D>1>>=>X>->->->>(>4>)>>>s>$

为进一步优化，从垂直于纵向L来看，最好要保证在收缩部37上方和下方的区域内用于流动的面积再次至少等于A。在说明性实施例中这意味着，A等于尺寸分别为的2个环形表面。

也即： $>>A>=>2>>\pi >4>>>(sup>>D>3>2>>-sup>>D>2>2>>)>>->->->>(>5>)>>>s>$

$>>A>=>>\pi >4>sup>>D>1>2>>->->->>(>1>)>>>s>$

 D₃-D₂＝Y                     (6)

对于给定的D₁和D₃或D₂，可以很容易确定Y。然而如果不知道D₃和D₂，显然Y也可以确定为D₁的函数。

该Y值可用作设计中的最小值，包括在非圆形过滤器芯或多个过滤器芯的情况下。对于多个过滤器芯，通过更精确的计算，可以进一步减少Y。