專利名稱：抗凍型水過濾器的制作方法
技術領域：
本發明整體涉及使用點水過濾產品領域。更具體地說，本發明涉 及用于冰箱內的可更換的濾筒，該濾筒構造為當暴露在冷凍條件下時 防止爆裂。
背景技術：
目前市場上銷售的很多冰箱的一個共同特點在于內部水過濾系 統，該水過濾系統能夠將已過濾水供應到飲水分配機或者制冰機。在 大多數應用中，這些過濾系統采用能夠從源水中去除氯和顆粒物質， 從而使水和冰變得更加干凈可口的過濾介質。
設計這些過濾系統時， 一個重要的設計考慮是過濾器所要占用 的空間大小。這是因為過濾器所占用的任何空間都會減小冰箱內可用 的食物儲藏空間。一種減少水過濾系統占用空間的方法是采用可更換 濾筒式過濾器。通常，可更換濾筒式過濾器具有足夠的過濾能力，在 需要更換新過濾器之前可以一次使用數月。
以前的冰箱水系統設計已經包括通過在房屋連接管和過濾器之 前結合隔離電磁閥以保護水過濾器的裝置。該閥僅在需要已過濾水時 才打開，這樣消除了在過濾器出現結構故障時發生大量溢水的可能 性。為了降低系統的復雜度和成本，冰箱制造商試圖不使用隔離閥，并使過濾器在持續高壓下運行。一種代替隔離電磁閥的方法是在過濾 系統本身內設置切斷裝置。這種切斷裝置的一個實例是位于歧管內的 彈簧閥，該彈簧閥在拆除濾筒時關閉水供給線。
當從系統中拆除濾筒時，過濾器切斷裝置起作用，如果當濾筒 還連接在歧管上時某一事件引發濾筒的結構故障，那么這些切斷裝置 不起作用。如果冰箱沒有隔離閥，水會繼續在損壞的濾筒中流進流出。 這種持續溢出可能會導致冰箱附近區域的地板損壞。造成濾筒出現結 構損壞的一種情形是當濾筒內的靜止水冷凍成固體時。當水變成冰 時，會膨脹并造成過濾器外殼破裂或爆裂。
目前的濾筒設計采用傳統的、剛性聚烯烴聚合物，通常為未改 性的填充滑石粉的聚丙烯，因為它們具有耐疲勞、耐化學性、成本低、 不易蠕變和毒性低的特點。然而遺憾的是，這些材料往往具有使其在 冷凍范圍內的溫度下變得易碎的玻璃化轉變溫度。除了變得易碎之 夕卜，傳統的聚丙烯樹脂在玻璃化轉變溫度之上的溫度具有約為5-30% 的極限延伸率。由于聚丙烯同時具有有限彈性和在冷凍溫度下易碎的 組合特點，所以對于在必須經受冷凍條件的冰箱水過濾器濾筒中使用 來說，聚丙烯是不夠理想的聚合物。

發明內容
通過采用多種技術，本發明濾筒的目前優選的實施例通過如下 方式來避免冷凍時發生故障包含具有所需特性的聚合物，在濾筒內 包括壓力吸收元件和/或提高壁強度以抵抗冷凍引起的應力。 一方面， 本發明涉及抗凍型水過濾器。抗凍型水過濾器的目前優選的實施例可 以包括，例如，在此充分闡述的過濾器。本發明還涉及抗凍型水過濾 器作為水過濾系統部件的應用，以及制造抗凍型水過濾器的方法和配 置。
在第一個目前優選的實施例中，過濾器外殼由延伸性和玻璃化 轉變特性使過濾器外殼在冷凍狀態下能夠發生延伸而非破裂的聚合 物構成。聚烯烴化學的進步產生了具有所需強度和彈性特性的聚合 物。已經開發出多種彈性增強的聚烯烴，諸如茂金屬改性的聚丙烯或聚乙烯聚合物和共聚物，通過ASTMD638測試過程進行測量，這些 聚烯烴的極限延伸率大于約800%，而傳統聚烯烴的標準延伸率大約 為5-30%。同樣，可以使用諸如Dow Chemical公司的Dowlex⑧等低 密度聚乙烯聚合物。00 16乂 的極限延伸率大于約750%。此外，可 以采用諸如Equistar公司的Alatho-等高密度聚乙烯聚合物。 Alathoi^的極限延伸率大于約1900%。雖然這些彈性聚烯烴聚合物的 極限延伸率大于約700%，但也可以采用極限延伸率大于約100%的 其他彈性聚烯烴聚合物代替傳統聚烯烴。不論所選擇的是何種聚合 物，這些彈性增強的聚烯烴都具有高強度、增強的彈性、低蠕變和低 成本的特性。這些改性的聚烯烴聚合物可以用于制造具有更薄的壁， 同時還提供足以經受住冷凍的強度和彈性的過濾器外殼。
在該目前優選的實施例的變化形式中，過濾器外殼可以由多種 聚合物構成。彈性聚烯烴基于其彈性和強度特性可以被選擇作為外殼 的聚合物，同時因為強度和剛性特性而被選擇作為接口蓋的聚合物。
在另一個目前優選的實施例中，在制造時大量的空氣滯留在濾 筒內部。這些滯留的空氣可以閉孔泡沫或合適的非爆裂性氣泡外套的 形式存在。在冷凍時，這些滯留的空氣使冰能夠通過壓縮滯留的空氣 而向內膨脹，而不是靠在濾筒外殼上向外膨脹。由于靠在濾筒外殼上 的向外膨脹量減小，所以這種設計可以減小濾筒外殼的壁厚。
在另一個目前優選的實施例中，上述實施例可以以多種構造進 行組合，從而產生這樣的過濾器外殼，即，過濾器外殼由具有需要的 彈性和強度特性的聚合物構成，同時在筒式過濾器的內部空間中包括 滯留的空氣。
在另一個目前優選的實施例中，可以為過濾器外殼本身采用標 準的未改性聚烯烴結構(最典型的是，未改性的填充滑石粉的聚丙烯) 來設計筒式過濾器。選擇在其整個厚度上具有較少孔隙的過濾元件， 從而減少將被凍結的滯留水量。不管未改性的聚丙烯的固有特性如 何，濾筒都可以制造成其壁厚足以抵抗冷凍所引起的減少的水量的膨 脹應力。
在另一個—目前優選的代表性實施例中，本發明的筒式過濾器包括過濾器蓋、過濾器外殼和過濾元件。過濾器蓋和過濾器外殼都包括 螺紋部分，使得過濾器蓋和過濾器外殼可以旋轉連接。過濾器蓋上的 蓋接合部件和過濾器外殼上的外殼接合部件使得過濾器蓋和過濾器 外殼可以旋轉連接，但是鎖定地接合，以防止過濾器蓋和過濾器外殼 旋轉分離。特別是，解除該鎖定結構可能破壞鎖定并可能損毀濾筒的 其他元件，在這個意義上說，該鎖定結構可以獲得永久性密封的筒式 過濾器。下文將闡述具體的鎖定結構，鎖定結構通常涉及一個元件插 入另一元件，這種插入阻止使濾筒的各元件分離的旋轉。在滿足這些 一般要素的條件下，可以使用多種鎖定結構。


圖1是破裂的濾筒的透視圖。
圖2是抗凍型濾筒的實施例的分解圖。
圖3是圖2所示抗凍型濾筒的端部的透視圖。
圖4是圖2所示抗凍型濾筒的端部的剖面透視圖。
圖5是抗凍型濾筒的實施例的分解透視圖。
圖6是圖5中所示濾筒的濾筒外殼的剖面透視圖。
圖7是圖5中所示濾筒的濾筒外殼的剖面透視圖。
圖8是圖5中所示濾筒的剖面側視圖。
圖9是抗凍型濾筒的實施例的分解透視圖。
圖10是圖9所示濾筒的側視圖。
圖11是圖9所示濾筒的濾筒端蓋的俯視透視圖。
圖12是圖9所示濾筒的濾筒端蓋的仰視透視圖。
圖13是圖9中所示濾筒的濾筒外殼的透視圖。
圖14是圖9中所示濾筒的濾筒外殼的側視圖。
圖15是圖9所示濾筒的剖面側視圖。
圖16是圖9所示濾筒的剖面側視圖。
圖17是抗凍型濾筒的實施例的分解透視圖。
圖18是圖17所示濾筒的剖面側視圖。
圖1-9是抗凍型濾筒的實施例的側視-圖。圖20是圖19所示濾筒的剖面側視圖。
圖21是用鎖定螺紋裝配的筒式過濾器的目前優選的代表性實施
例的分解透視圖。
圖22是圖21所示筒式過濾器的側視圖。
圖23是用于圖21所示筒式過濾器的可螺紋連接的過濾器蓋的 端部透視圖。
圖24是圖23所示可螺紋連接的過濾器蓋的帶螺紋端的端視圖。 圖25是圖23所示可螺紋連接的過濾器蓋的相反方向的端視圖。
該圖示出相對于圖24的相反方向的端視圖。
圖26是圖23所示可螺紋連接的過濾器蓋的側視圖。
圖27是圖23所示可螺紋連接的過濾器蓋沿圖26中線27-27截
取的剖視圖。
圖28是用于圖21所示筒式過濾器的可螺紋連接的過濾器外殼
的端部透視圖。
圖29是圖28所示可螺紋連接的過濾器外殼的側視圖。
圖30是圖28所示可螺紋連接的過濾器外殼沿圖29中線30-30
截取的剖視圖。
圖31是圖28所示可螺紋連接的過濾器外殼的齒狀區域的剖視圖。
圖32是圖21所示筒式過濾器的局部剖視圖。
具體實施例方式
圖1所示為長期暴露于冷凍條件下的商業上可獲得的居民用濾 筒ioo。作為商業上最普遍的代表性濾筒，濾筒100由傳統的剛性、 未改性的填充滑石粉的聚丙烯聚合物制成。濾筒100由基本圓柱形的 外殼102和濾筒端蓋104構成。濾筒100由偏壓端106和接合端108 限定而成。濾筒端蓋104包括與配水歧管連接的連接部件110，該連 接部件110在圖中示為接插斜面。偏壓端106包括在將濾筒100與配 水歧管連接或分離時使用的突出手柄112。很明顯，在濾筒100的表 面上有"道沿濾筒IOO的長度方向線性延伸的脆性裂紋114。對于由傳統聚烯烴聚合物制成的在實際應用中長時間暴露在冷凍條件下的 濾筒100來說，裂紋114是代表性的失效形式。在從液態水形成冰的
過程中產生的膨脹應力形成裂紋114，從而導致濾筒100爆裂。
圖2、圖3和圖4示出抗凍型濾筒的實施例116。濾筒U6包括 濾筒端蓋118和彈性濾筒外殼120。優選的是，濾筒外殼120由彈性 增強的、極限延伸率大于至少約100% (在一些實施例中，極限延伸 率大于約700%，或者為介于這兩個延伸率之間的值)的聚烯烴聚合 物制成。合適的聚烯烴聚合物的例子包括茂金屬改性的聚丙烯(即， 茂金屬塑性體改性的聚丙烯)和聚乙烯(即，茂金屬塑性體改性的聚 乙稀)、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、雙峰聚乙烯和聚(乙烯-CO-丙烯)。優選的是，濾筒端蓋118由與濾筒外殼120相同的改性聚烯 烴聚合物制成。作為選擇，濾筒端蓋118可由具有粘結特性的其他聚 烯烴聚合物制成，從而使濾筒端蓋118可以與濾筒外殼120的彈性聚 烯烴聚合物一起使用。通常，濾筒端蓋118和濾筒外殼120可以采用 多種制造方法制成，這些制造方法包括但不局限于注射成型、壓縮成 型和擠出。由于濾筒端蓋118和濾筒外殼120優選采用相同的聚合物 構成，或者作為選擇采用可兼容的聚合物構成，因此可以用多種結合 方法制作濾筒116。結合濾筒端蓋118和濾筒外殼120的方法可以包 括但不局限于旋轉熔接、熱板熔接、電磁輻射加熱、聲波焊接、粘 接劑結合、激光焊接、或其任意組合。通常，濾筒端蓋118包括插入 端121和連接端122。插入端121包括插入面124和插入凸緣126。 連接端122包括連接部件128。濾筒端蓋118還包括中心流入孔130 和多個流出孔132。濾筒外殼120包括封閉端134、開口端136、內 腔138、濾筒壁140和密封面142。
在圖5、圖6、圖7和圖8中示出抗凍型濾筒的可選實施例144。 濾筒144包括彈性濾筒外殼146和剛性濾筒端蓋148。濾筒外殼146 由極限延伸率大于至少約100% (在一些實施例中，極限延伸率大于 約700%，或者為介于這兩個延伸率之間的值)的聚烯烴聚合物制成。 合適的聚烯烴聚合物的例子包括茂金屬改性的聚丙烯和聚乙烯、低 密度聚乙烯和高密度聚乙烯。濾筒端蓋148由諸鄰聚丙烯等傳統的剛性聚烯烴聚合物制成。通常，濾筒端蓋148和濾筒外殼146可以采用 多種制造方法制成，這些制造方法包括但不局限于注射成型、壓縮成 型和擠出。在該實施例中，濾筒外殼146包括封閉端150、開口端152、 內腔154、濾筒壁156和密封面158。通常，過濾元件159位于內腔 154內部。內壁表面162中的周向凹槽160位于開口端152處。周向 凹槽160包括多個從內壁表面162伸出的成型凸起部164。如這些圖 所示，成型嵌入焊環166位于周向凹槽160內并與成型凸起部164 固定連接。焊環166可以由與剛性濾筒端蓋148相同的聚烯烴聚合物 制成，然而，焊環166可以由除了制成濾筒外殼146的聚合物以外的、 可以與剛性濾筒端蓋148結合的任意聚合物制成。例如，在制造濾筒 外殼146時，可以將焊環166預成型并置于濾筒外殼146的模具內， 但也可以采用其他嵌入成型技術。這種結合方法可以包括但不局限 于旋轉熔接、熱板熔接、電磁輻射加熱、聲波焊接、粘接劑結合、 激光焊接、或其任意組合。通常，濾筒端蓋148包括插入端168和連 接端170。插入端168包括插入面172和插入凸緣174。連接端170 包括連接部件176。濾筒端蓋148還包括中心流入孔178和多個流出 孔180。在可選實施例中，如果彈性濾筒外殼146的聚合物可以合適 地與剛性濾筒端蓋148結合，那么濾筒外殼146可以一體地包括與嵌 入焊環166對應的結構。在該可選實施例中，除了濾筒外殼146只包 括一種材料，而非復合的兩種材料之外，結構如圖5、圖6、圖7和 圖8所示。
在圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14、圖15、和圖16
中示出抗凍型濾筒的另一可選實施例184。濾筒184包括彈性濾筒外 殼186和剛性濾筒端蓋188。濾筒外殼186由極限延伸率大于至少約 100% (在一些實施例中，極限延伸率大于約700%，或者為介于這兩 個延伸率之間的值)的聚烯烴聚合物制成。合適的聚烯烴聚合物的例 子包括茂金屬改性的聚丙烯和聚乙烯、低密度聚乙烯和高密度聚乙 烯。濾筒端蓋188包括諸如聚丙烯等傳統的剛性聚烯烴聚合物。通常， 濾筒端蓋188和濾筒外殼186可以采用多種制造方法制成，這些制造 方法包括但不局限于注射成型、壓縮成型和擠出。—在該實施例中，濾筒外殼186包括封閉端190、開口端192、內腔194和濾筒壁196。 通常，過濾元件19S位于內腔194內部。開口端192包括圍繞外表面 204引導面200和周向外螺紋202。濾筒端蓋188包括插入端206和 連接端208。插入端206包括插入壁210。插入壁210的直徑略大于 開口端192。插入壁210包括帶有內螺紋124的內表面212。插入端 206還包括插入止擋件216。連接端208包括連接部件218。濾筒端 蓋188還包括中心流入孔220、多個流出孔222和環繞中心流入孔220 的槽223。當濾筒端蓋188和濾筒外殼186連接時，會產生間隙224。
圖17和圖18示出抗凍型濾筒的可選實施例226。濾筒226包括 濾筒外殼228、壓縮套筒230、過濾元件232和濾筒端蓋234。通常， 濾筒端蓋234和濾筒外殼228可以采用多種制造方法制成，這些制造 方法包括但不周限于注射成型、壓縮成型和擠出。濾筒外殼228為由 封閉端236、開口端238和內壁240限定的基本圓柱形構造。壓縮套 筒230為由套筒內壁242和套筒外壁244限定的基本圓柱形構造。套 筒內壁242限定套筒內腔246。套筒內壁242和套筒外壁244限定密 封的氣泡248。密封的氣泡248的例子包括以閉孔泡沫或合適的非爆 裂性氣泡外套(non-popping bubble wrap)的形式存在的滯留空氣。 過濾元件232為由遠端250、近端252、元件外壁254、元件壁內256 和連續通孔258限定的基本圓柱形構造。濾筒端蓋234包括凸出連接 面260、中心流入孔262、多個流出孔264和頸圈266。
圖19和圖20示出抗凍型濾筒的另一可選實施例268。濾筒268 包括濾筒外殼270、過濾元件272和濾筒端蓋274。通常，濾筒端蓋 274和濾筒外殼270可以采用多種制造方法制成，這些制造方法包括 但不局限于注射成型、壓縮成型和擠出。濾筒外殼270為由封閉端 276、開口端278和筒壁280限定的基本圓柱形構造。筒壁280具有 由內壁表面284和外壁表面286限定的壁厚282。優選的是，壁厚282 選自約1/8英寸到約1/2英寸的范圍。內壁表面284、封閉端276和 開口端278限定內腔288。過濾元件272為由遠端290、近端292、 元件外壁294、元件內壁296和連續通孔298限定的基本圓柱形構造。 濾筒端蓋174包括凸出連接面300、卞心流入孔302、多個流出孔304和頸圈306。
在圖2、圖3和圖4所示的第一實施例中，濾筒U6包括安裝在 內腔138之內的過濾元件(未示出)。該過濾元件在外形和結構上可 能與過濾元件159相似。通過永久性連接濾筒端蓋118和彈性濾筒外 殼120而將過濾元件保持在適當位置中。插入面124插入到內腔138 中直到插入凸緣126接觸到密封面142為止。將插入凸緣126和密封 面142永久性結合在一起，以完成濾筒116的組裝。在實際應用中， 濾筒116的濾筒端蓋118與過濾器歧管(未示出)相連。
在圖5、圖6、圖7和圖8所示的可選實施例中，濾筒144包括 安裝在內腔154內的過濾元件159。過濾元件159可以由多種過濾介 質構成，這些過濾介質包括但不局限于深度過濾介質、絕對過濾介 質、活性炭介質、離子交換介質、及其任意組合。通過永久性連接剛 性濾筒端蓋148和彈性濾筒外殼146，可以將過濾元件159保持在適 當位置中。由于剛性濾筒端蓋148和彈性濾筒外殼146由不同的聚合 物構成，因此標準的連接方法可能不適用。為了有助于進行連接，可 將焊環166嵌入成型到周向凹槽160內。成型凸起部164促進焊環 166和彈性濾筒外殼146的接合。焊環166可以由與剛性濾筒端蓋148 相同的聚合物構成，但是可以使用能夠與剛性濾筒端蓋148接合的任 何聚合物。插入面172插入到內腔154中，直到插入凸緣174接觸到 密封面158為止。可以將剛性濾筒端蓋148和彈性濾筒外殼146永久 性結合在一起，從而完成濾筒116的組裝。如前所述，彈性濾筒外殼 146可以一體地包括與嵌入焊環166對應的結構，可以采用相同的結 合方法將該結構與剛性濾筒端蓋148結合。
在圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14、圖15和圖16所 示的另一可選實施例中，濾筒184包括安裝在內腔194內的過濾元件 198。過濾元件198可以由多種過濾介質構成，這些過濾介質包括但 不局限于深度過濾介質、絕對過濾介質、活性炭介質、離子交換介 質、及其任意組合。通過連接剛性濾筒端蓋188和彈性濾筒外殼186， 將過濾元件198保持在適當位置中。將引導面200置于插入端206 中，直到外螺紋202接觸到內螺紋214為止。然后，剛性濾筒端蓋188和彈性濾筒外殼186通過內螺紋214和外螺紋202可旋轉地連接。 優選的是，在將剛性濾筒端蓋188旋入彈性濾筒外殼186之前，將一 定量熱熔膠或諸如環氧樹脂等其他合適的粘接劑施加在槽223上。優 選的是，通過將內部螺紋214和外部螺紋202相結合，熱熔膠或粘接 劑用于將剛性濾筒188和彈性濾筒外殼186永久性結合，從而形成完 整的濾筒184。除了將濾筒端蓋188和彈性濾筒外殼186相結合以外， 熱熔膠或粘接劑將填充間隙224，并且作為防止水泄漏的密封圈或密 封墊。
在圖17和圖18所示的另一可選實施例中，通過如下方式組裝 濾筒226，即，將壓縮套筒230放入濾筒外殼228的開口端238內， 使得套筒外壁244和內壁240相接觸。然后，將過濾元件232放入壓 縮套筒230的套筒內腔246內。過濾元件232可以由多種過濾介質構 成，這些過濾介質包括但不局限于深度過濾介質、絕對過濾介質、 活性炭介質、離子交換介質、及其任意組合。通過連接濾筒端蓋234 和濾筒外殼228而將過濾元件232保持在適當位置中。將凸出連接面 260插入過濾元件232的通孔258中。將頸圈266插入濾筒外殼228 的開口端238中，從而有助于實現濾筒端蓋234和濾筒外殼228的結 合。可采用任意合適的方法代替接合，這些方法包括但不局限于旋 轉熔接、熱板熔接、電磁輻射加熱、聲波焊接、粘接劑結合、激光焊 接、或其任意組合。
在圖19和圖20所示的另一可選實施例中，通過如下方式組裝 濾筒268，即，將過濾元件272放入濾筒外殼270的開口端278內， 使得遠端290位于封閉端276附近。過濾元件272可以由多種過濾介 質構成，這些過濾介質包括但不局限于深度過濾介質、絕對過濾介 質、活性炭介質、離子交換介質、及其任意組合。優選的是，過濾元 件272制造成具有較少的內部孔隙，從而有助于減少滯留水量。通過 連接濾筒端蓋274和濾筒外殼270而將過濾元件272保持在適當位置 中。將頸圈306插入開口端278，并使得流入孔302和通孔298對準。 可以通過任何合適的方法將濾筒端蓋274與濾筒外殼270結合，這些 方法包括但不局限于旋轉熔接、熱板熔接、電磁輻射加熱、聲波焊接、粘接劑結合、激光焊接、或其任意組合。
在實踐中，將本發明的筒式過濾器與在諸如冰箱等設備中使用
的水過濾系統結合使用。在美國專利No. 5753107、 No. 6027644和 No. 6193884以及名稱為"Low Spillage Replaceable Water Filter Assembly (可更換的低溢出水過濾器組件)"的美國專利申請 No.09/918316和名稱為"Hot Disconnect Replaceable Water Filter Assembly (可更換的快速分離式水過濾器組件)"的美國專利申請 No. 10/202290中披露了代表性的水過濾系統實例，上述專利和專利 申請的內容在與本發明一致的范圍內以引用的方式并入本文。通常， 未經過濾的水從水源(未示出)流到水歧管(未示出)。水從水歧管 導入濾筒。該所述濾筒可以是上述實施例中的任何濾筒。未經過濾的 水流入濾筒、穿過過濾元件、流出濾筒、作為已過濾水進入歧管，然 后到達使用點。在不使用已過濾水時，濾筒的內部空間充滿水。如果 濾筒暴露在冷凍狀態下，水會開始冷凍并開始膨脹。當水轉變成冰并 膨脹時，這些冰會向外膨脹，從而給濾筒造成膨脹應力。
當濾筒116受到膨脹應力時，彈性濾筒外殼120開始拉伸、延 展和變形，而不是爆裂和產生諸如裂紋114等損壞。因為濾筒外殼 120由彈性增強的、極限延伸率增大的聚烯烴聚合物構成，所以濾筒 116可以保持其完整性。
當濾筒144受到膨脹應力時，彈性濾筒外殼146開始拉伸、延 展和變形，而不是爆裂和產生諸如裂紋114等損壞。因為濾筒外殼 146由彈性增強的、極限延伸率增大的聚烯烴聚合物構成，所以濾筒 144可以保持其完整性。此外，剛性濾筒端蓋148的強度防止剛性濾 筒端蓋148出現拉伸、延展和變形。通過維持其物理外形，剛性濾筒 端蓋148保持連接在歧管上，并消除了由于扭曲和與歧管分離而出現 任何漏水的可能性。
當濾筒184受到膨脹應力時，彈性濾筒外殼186開始拉伸、延 展和變形，而不是爆裂和產生諸如裂紋114等損壞。因為濾筒外殼 186由彈性增強的、極限延伸率增大的聚烯烴聚合物構成，所以濾筒 184可以保持其完整性。此外，剛性濾筒端蓋188的強度防止剛性濾筒端蓋188出現拉伸、延展和變形。通過維持其物理外形，剛性濾筒
端蓋188保持連接在歧管上，并消除了由于扭曲和與歧管分離而出現
任何漏水的可能性。
在安裝濾筒226之前，壓縮套筒230只受到大氣壓力。 一旦安 裝好濾筒226之后，壓縮套筒230受到管路壓力，使得將壓縮套筒 230壓縮至第一壓縮狀態。當暴露于冷凍狀態時，冰產生的膨脹應力 將作用于壓縮套筒230上，從而壓縮氣泡248至第二壓縮狀態。這種 膨脹用于壓縮氣泡248，從而使得濾筒外殼228不會受到所產生的全 部膨脹力。由于冰膨脹時使壓縮套筒230壓縮，因此過濾器外殼228 不會受到可能超出濾筒爆裂壓力的全部膨脹力。可以改變壓縮套筒 230的物理特征(包括厚度和滯留空氣體積等)，從而可以調整濾筒 外殼228的壁厚、幾何形狀或聚合物組分。
當濾筒268暴露于冷凍狀態時，優選的是，存在于過濾器外殼 270內的水量足夠小，使得冰的膨脹應力不會造成濾筒268的過量拉 伸、延展和變形。使用具有較少滯留水量的過濾元件272,使得只有 更少的水可以冷凍。此外，壁厚282足夠厚，以抵抗由可以變成冰的 水引起的膨脹應力。
在上述實施例中，描述了密封濾筒內的過濾材料的多種方法。 根據上述方法，無論過濾器外殼是否基于上述方法設計為抵抗冷凍狀 態，通過利用帶有鎖定螺紋接合機構的兩個部件密封過濾器外殼，都 可以獲得制造方面的優點。這樣，利用自鎖接合結構，將兩個部件旋 轉以使螺紋接合，直到鎖定結構接合為止。于是，將濾筒永久性地密 封，而過濾材料位于濾筒內部。
在圖21和圖22中示出筒式過濾器的另一目前優選的代表性實 施例400，其中，筒式過濾器400包括通過將可螺紋鎖定的兩個部件 連接而構成的外殼。具體地說，在該實施例中，筒式過濾器400包括 過濾器蓋402、過濾器密封件404、過濾阻隔件406、過濾元件408 和過濾器外殼410。過濾器密封件404可以包括類橡膠密封件，例如 由諸如聚丙烯、硅樹脂、EPDM、氟化橡膠等合適的彈性體制成的O 形圈。過濾器密封件404可以包括可選的構造，例如與過濾器蓋402或過濾器外殼410 —體包覆成型的密封件。過濾阻隔件406包括用于
流體密封并引導來自過濾元件408的水流的阻隔件接合面412。作為 選擇或者除此之外，過濾阻隔件406可以連接到過濾器蓋402上或與 過濾器蓋402 —體成型。當筒式過濾器400完全裝配好后，阻隔件通 孔414將過濾器蓋402與過濾元件408的內部流體連通。過濾元件 408可以包括具有中空內部的圓柱形過濾元件，從而使得水穿過過濾 壁416到達中空內部而完成過濾過程。過濾壁416可以由合適的過濾 介質構成，例如活性炭介質、陶瓷過濾介質、熔噴纖維介質等等。
如圖23、圖24、圖25、圖26和圖27所示，過濾器蓋402包括 帶有接合端418和連接端420的蓋體417。接合端418包括具有一對 相對的接合凸起部424a、 424b的突出壁422和多個供給通孔425。 接合凸起部424a、 424b可以具有帶有如圖26所示的傾斜接合部分 428a、 428b的凸起部426的形式，或者作為選擇，接合凸起部424a、 424b可以由例如環繞凸出壁422的連續螺旋螺紋代替，或者在另一 可選實施例中，接合凸起部424a、 424b可以由例如位于凸出壁422 上的多級接合斜面代替。連續螺旋螺紋和多級接合斜面由美國專利申 請No. 11/013269披露，該美國專利申請的內容在與本發明一致的范 圍內以引用的方式并入本文。基本上，接合凸起部424a、 424b及其 可選形式確保濾筒與歧管組件的可旋轉地可拆接合，從而構成過濾系 統。此外，過濾器蓋402可以包括其它合適的特征和構造，從而使得 能夠將筒式過濾器400與歧管組件可密封地連接，例如在美國專利 No. 4735716、 4877521和4948505中披露的特征和構造，上述美國專 利的內容在與本發明一致的范圍內以引用的方式并入本文。接合端 418還包括帶有返回通孔430和一對相對的接合斜面432的歧管接合 面426。供給通孔425和返回通孔430將接合端418和連接端420流 體連接。
連接端420包括內壁434和內分配面436。內壁434具有合適尺 寸的內徑438以接合過濾器外殼410上的螺紋。內壁434包括蓋螺紋 440。內分配面436包括內凸出壁442和密封槽444。內凸出壁442 包括多個間隔開的蓋接合部件445。蓋接合部件445可以包括諸如凹槽、空腔和溝槽等接納件，或者蓋接合部件445可以包括諸如斜突起
部、凸起和脊部等凸出部，或者作為選擇，蓋接合部件445可以包括 接納件和凸出部的組合。
在一些目前優選的代表性實施例中，可以采用例如聚丙烯等合 適的剛性聚烯烴聚合物制造過濾器蓋402。在一些可選的代表性實施 例中，過濾器蓋402可以由多種聚合物制造，例如，采用極限延伸率 大于至少約100%的聚烯烴聚合物制造蓋體417，同時接合凸起部 424a、 424b通過采用例如嵌入成型等合適的制造方法由剛性聚烯烴 聚合物制成，從而使過濾器蓋402具有雙重優點，即可以用于抗凍的 增強的彈性，以及用于將筒式過濾器400與歧管組件連接的增強的強 度。
如圖28、圖29、圖30和圖31所示，過濾器外殼410通常包括 具有開口端448和封閉端450的外殼本體446。通常，外殼本體446 由外殼外壁452和外殼內壁454限定。外殼外壁452可包括多個間隔 開的抓握凹部456和旋轉方向指示器458。外殼外壁452還可以包括 位于開口端448附近的凹區460。凹區460具有凹區外徑461，將凹 區外徑選擇為接近內徑438，從而使得過濾器蓋402可以與凹區460 接合。凹區460還包括外殼螺紋462和密封面464。外殼外壁454可 包括位于封閉端450處的過濾器定位凸出部466、以及位于開口端448 附近的多個間隔開的外殼接合部件468。外殼接合部件468可以包括 諸如凹槽、空腔和溝槽等接納件，或者外殼接合部件468可以包括諸 如斜突起部、凸起和脊部等凸出部，或者作為選擇，外殼接合部件 468可以包括接納件和凸出部的組合。在一些目前優選的代表性實施 例中，過濾器外殼410可以由極限延伸率大于至少約100%的聚烯烴 聚合物制成。
可以通過如下方式組裝筒式過濾器400，即，采用合適的連接機 理(例如粘接、聲波或熱學方面的，或者目前為本領域技術人員已知 的或者以后可以使用的其它充分有效的連接方法)，首先連接過濾器 阻隔件406與過濾元件408。然后將過濾元件408引入過濾器外殼410 的開口端448內，從而使得過濾元件408與過濾器定位凸出部466緊靠地接合并定位。在將過濾元件408裝入過濾器外殼410之前或者 之后，將過濾器密封件404置于過濾器蓋402上的密封槽444之內。
過濾器蓋402和過濾器外殼410的取向如圖21所示，從而使得 連接端420位于開口端448附近。將凹區460滑動地插入連接端420 以使得外殼螺紋462與蓋螺紋440接合。過濾器蓋402和過濾器外殼 410于是可以通過外殼螺紋462和蓋螺紋440之間的接合而可旋轉地 接合，從而將開口端448拉向內分配面436。當開口端448靠近內分 配面436時，過濾器密封件404在密封槽444和密封面464之間沿周 向受壓縮，從而實現如圖32所示過濾器蓋402和過濾器外殼410之 間的流體密封。在其它目前可以想到的構造中，過濾器密封件404 可以布置為形成過濾器蓋402和過濾器外殼410之間的流體密封。同 時，過濾器蓋402和過濾器外殼410的旋轉接合使得蓋接合部件445 和外殼接合部件468接合在一起。在一個目前優選的代表性實施例 中，蓋接合部件445可以為傾斜的，這樣使得蓋接合部件445能夠與 外殼接合部件468接合以提供單向旋轉，同時蓋接合部件445與外殼 接合部件468的接合具有沿相反旋方向的鎖定結構。如此，通過在過 濾器蓋402和過濾器外殼410旋轉連接時使蓋接合部件445與外殼接 合部件468可以產生棘齒式接合，并且在過濾器蓋402和過濾器外殼 410旋轉分離的反方向上產生密封蓋接合部件445與外殼接合部件 468之間的鎖定接合，可以將過濾器蓋402可保持地、基本永久性地 連接到過濾器外殼410上。通過改變蓋接合部件445與外殼接合部件 468的尺寸、形狀、數量和間距，可以具有無限潛力地選擇性地構造 蓋接合部件445與外殼接合部件468所限定的鎖定構造的強度。在一 個目前優選的實施例中，將過濾器蓋402和過濾器外殼410螺紋連接 的旋轉方向對應于從歧管組件拆卸筒式過濾器400的旋轉拆卸方向。
圖21至圖32所示實施例具有外殼插入密封蓋的接合構造。該 構造可以采用相反模式，即設計成外殼具有較大開口端而密封蓋具有 凹入連接端，使得插入式密封蓋可以與接納式外殼接合，同時內、外 表面上的螺紋相應地顛倒。
此外，由蓋接合部件445與外殼接合部件468的接合構成鎖定結構。過濾器蓋和外殼的接合部件的構造可以顛倒，例如關于過濾器 和外殼顛倒凸出部件和接納部件的位置。類似地，過濾器蓋和外殼的 接合部件的構造可以包括位于密封蓋和外殼上的凸出部件和接納部
件的組合。此外，可以選擇蓋接合部件445和外殼接合部件468的數 量，以提供需要的機械強度和設計特征，該數量范圍為從1到一個較 大數以及介于這兩個數之間的所有數，而且例如蓋接合部件445的數 量不一定必須和外殼接合部件468的數量相同。在一些實施例中，單 個蓋接合部件445和外殼接合部件468分別圓柱對稱，而且這些部件 的接合防止使過濾器蓋從外殼上脫離的過濾器蓋和外殼的軸向移動。 另外，密封蓋接合部件445和外殼接合部件468的位置就可以移動， 只要在螺紋適當接合時元件相互接合以鎖定筒式過濾器400就行。
雖然已經公開了本發明的各種實施例的優點，但是本領域的技 術人員可以認識到，這些實施例可以容易地相互組合，從而可以得到 多種抗凍型過濾器實施例。
權利要求
1.一種帶有鎖定螺紋組件的筒式過濾器，包括過濾器外殼，其包括外殼螺紋和外殼接合部件；過濾器蓋，其包括蓋螺紋和蓋接合部件，所述過濾器蓋和所述過濾器外殼通過所述蓋螺紋和所述外殼螺紋而可旋轉地螺紋連接；以及過濾元件，其被密封在所述筒式過濾器內部，其中，所述外殼接合部件和所述蓋接合部件彼此接合，以防止所述過濾器蓋和所述過濾器外殼旋轉分離。
2. 根據權利要求1所述的筒式過濾器，還包括濾筒密封件，其中，在所述過濾器外殼和所述過濾器蓋螺紋連接時，所述濾筒密封 件被壓縮，以形成流體密封。
3. 根據權利要求1所述的筒式過濾器，其中，所述過濾器外殼包括彈性增強的聚烯烴聚合物，所述彈性增強 的聚烯烴聚合物的極限延伸率大于約100%。
4. 根據權利要求3所述的筒式過濾器，其中， 所述彈性增強的聚烯烴聚合物的極限延伸率大于約700%。
5. 根據權利要求3所述的筒式過濾器，其中，所述彈性增強的聚烯烴聚合物選自一個群組，所述群組包括茂金屬塑性體改性的聚乙稀，茂金屬塑性體改性的聚丙烯，低密度聚乙烯，高密度聚乙烯，雙峰聚乙烯以及聚(乙烯-co-丙烯)。
6. 根據權利要求3所述的筒式過濾器，其中， 所述彈性增強的聚烯烴聚合物為DowleX 。
7. 根據權利要求3所述的筒式過濾器，其中，所述彈性增強的聚烯烴聚合物為Alathon 。
8. 根據權利要求1所述的筒式過濾器，其中， 所述過濾器蓋由傳統的剛性聚烯烴聚合物制成。
9. 根據權利要求1所述的筒式過濾器，其中， 所述過濾器蓋包括蓋體和歧管接合部件，所述蓋體由彈性增強的聚烯烴聚合物制成，所述歧管接合部件由剛性聚烯烴聚合物制成。
10. 根據權利要求1所述的筒式過濾器，其中， 所述外殼接合部件包括斜突起部、凹槽、脊部、凸起、或空腔。
11. 根據權利要求1所述的筒式過濾器，其中，所述蓋接合部件包括斜突起部、凹槽、脊部、凸起、或空腔。
12. 根據權利要求1所述的筒式過濾器，其中，所述過濾元件包括深度過濾元件，表面過濾元件，活性炭過 濾元件，交叉流過濾元件或陶瓷過濾元件。
13. 根據權利要求1所述的筒式過濾器，其中， 所述過濾器外殼包括多個外殼接合部件。
14. 根據權利要求1所述的筒式過濾器，其中， 所述過濾器蓋基本永久性密封到所述過濾器外殼上。
15. 根據權利要求1所述的筒式過濾器，其中，接合的所述外殼接合部件和所述蓋接合部件允許所述螺紋緊固性地旋轉。
16. —種過濾組件，包括流動歧管，其操作連接到根據權利要求1所述的筒式過濾器。
17. —種制造帶有鎖定螺紋組件的筒式過濾器的方法，包括 將過濾器蓋連接到過濾器外殼上，以限制性地保持過濾元件； 相對于所述過濾器外殼旋轉所述過濾器蓋，所述過濾器蓋具有用于旋轉接合到所述過濾器外殼的外殼螺紋上的蓋螺紋，通過所述過 濾器蓋和所述過濾器外殼的旋轉連接，所述過濾器蓋上的蓋接合部件 與所述過濾器外殼上的外殼接合部件接合；以及使所述蓋接合部件與所述外殼接合部件鎖定接合，以防止所述 過濾器蓋和所述過濾器外殼分離。
18. 根據權利要求17所述的方法，還包括壓縮密封部件，以在所述過濾器蓋和所述過濾器外殼之間形成 流體密封，在所述過濾器蓋和所述過濾器外殼旋轉連接時所述密封部 件被壓縮。
19. 根據權利要求17所述的方法，其中，所述過濾器蓋上的多個接合部件與所述過濾器外殼上的多個接 合部件接合。
20. 根據權利要求17所述的方法，其中， 所述蓋螺紋包括內螺紋，所述外殼螺紋包括外螺紋。
全文摘要
本發明公開一種抗凍型濾筒組件及其制造方法。所述抗凍型濾筒組件包括濾筒，所述濾筒包括過濾器外殼和過濾介質，并且具有選自如下組件中的至少一個組件，即過濾器外殼，其由彈性增強的聚烯烴聚合物制成，該聚合物的延展性和玻璃化轉變特性使得外殼在冷凍情況下會拉伸而不是破裂；套筒，其內部滯留大量空氣并且設置在濾筒內部；過濾器外殼，其由傳統聚烯烴材料構成，其壁厚足以抵抗冷凍產生的膨脹應力。拆開的筒式過濾器包括過濾器蓋、過濾器外殼和過濾元件。所述過濾器蓋和所述過濾器外殼旋轉連接，蓋接合部件和外殼接合部件防止所述過濾器蓋和所述過濾器外殼旋轉脫離。
文檔編號B01D27/08GK101287531SQ200580048874
公開日2008年10月15日 申請日期2005年12月12日 優先權日2005年1月4日
發明者卡爾·弗里策, 雅伊梅·L·哈里斯 申請人:3M創新有限公司