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CN1849162A - 不可压缩的双过滤元件 - Google Patents

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CN1849162A
CN1849162A CNA2004800262333A CN200480026233A CN1849162A CN 1849162 A CN1849162 A CN 1849162A CN A2004800262333 A CNA2004800262333 A CN A2004800262333A CN 200480026233 A CN200480026233 A CN 200480026233A CN 1849162 A CN1849162 A CN 1849162A
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CN
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cylinder
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Pending
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CNA2004800262333A
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马赫什·Z·帕特尔
托马斯·J·哈姆林
约翰·L·普莱克
科纳·奥哈拉
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3M Innovative Properties Co
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
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Publication date
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Abstract

一种液体过滤装置，包括：第一不可压缩的过滤元件(12，32)，其由过滤介质形成；第二不可压缩的过滤元件(10，30)，其由过滤介质形成，第一过滤元件可操作地包含在第二过滤元件中，使得在它们之间可操作地形成第一空间，第一过滤元件在其内部可操作地形成第二空间；入口板，其可操作地连接在第一过滤元件和第二过滤元件的一端上，入口板具有外围边缘和中心区域，第二过滤元件在入口板的外边缘附近可操作地连接到入口板，第一过滤元件在中心区域附近连接到入口板，入口板可操作地与第一过滤元件和第二过滤元件之间的第一空间相通，以引导待过滤的液体流入第一空间。

Description

不可压缩的双过滤元件
相关申请
本申请是Hamlin等人共同拥有的于2003年9月12日提交的名称为“双过滤元件”的美国临时专利申请60/502,387的部分继续申请并且要求该临时专利申请的优先权，该临时专利申请中公开的内容以引用的方式并入本文中。
背景技术
本发明整体涉及流体过滤领域，更具体地，涉及液体过滤系统中使用的过滤元件，该过滤元件目前优选为不可压缩的，并且结合了对在过滤元件之间形成的空间的利用，其中过滤元件具有两个间隔开的过滤介质套筒。
具有同心设置的圆筒形套筒的双过滤元件在本领域中是已知的。授权给M.Gershenson的两个美国专利6,238,560和6,030,531(“Gershenson专利”)描述了这样一种过滤元件，该过滤元件采用了由柔性的袋式过滤介质制成的圆筒形滤筒，从而该过滤元件是可压缩的(collapsible)。在Gershenson专利中所述的过滤元件使用了入口板和终端板，柔性介质牢固地附着于该终端板和入口板上。因为在Gershenson专利中所用的介质是柔性袋式可压缩介质，所以上述专利中的过滤元件需要用如例如保持篮支撑，该保持篮具有同心设置的圆筒形支撑网，在所述圆筒形支撑网之间形成有环形空间，过滤元件以可拆除方式插入所述环形空间内。在Gershenson专利中所述的双过滤元件是可压缩的，从而入口板和终端板可以轴向相向和反向移动。因为Gershenson型过滤元件使用传统的柔性袋式过滤介质，所以该元件是可压缩的，从而在保持篮中难以正确定位。在一些情况下，需要利用调整或操作设备插入这种可压缩的过滤元件，以使其在支撑篮内正确定位。另外，因为Gershenson型过滤元件是可压缩的，所以在过滤器外壳中要使用支撑保持篮。
授权给Gershenson的美国专利No.6,238,560和No.6,030,531及其它专利公开了两个柔性的或可压缩的圆筒形滤筒，但是没有描述使用任何刚性过滤介质。
授权给Gershenson的美国专利No.6,511,598公开了一种筒式设计，该设计描述了使用柔性过滤介质，该介质需要作为过滤元件组成部分的芯/篮进行支撑，但是未提及刚性介质。
美国专利No.4,552,661公开了柔性的袋式过滤介质，并且包括一种管形的过滤介质，但是未提及刚性介质。
授权给Hayward的美国专利No.5,075,004公开了使用柔性的袋式过滤介质，并且包括一种管形的过滤介质，但是未提及刚性介质。
授权给LeSac的美国专利No.5,840,188公开了使用一种过滤袋，该过滤袋包含柔性的过滤介质。
其它现有技术包括皱褶式过滤元件，例如由Pall公司、Filterite公司和其它制造商制造的无芯皱褶式过滤元件，这些过滤元件安装在可重复使用的金属支撑芯或篮之上。然而，如果使用篮的话，公开内容仅包括每个过滤组件有一个圆筒的情况，其中所述过滤组件被设计成从外面流入或者从里面流出。
刚性滤筒提供自支撑结构。因此，无需附加的或单独的支撑结构作为过滤元件的一部分，例如篮或过滤篮。
众所周知，传统的袋式过滤器是柔性的，但是当将该柔性的袋式过滤器插入容器或篮中时，这种柔性会产生问题，即这种插入操作常常需要附加的工具并额外付出努力，以正确、有效地放入篮内。
因为柔性的袋式介质已经被证实是一种欠最佳或欠有效的过滤介质，所以需要一种效率/保持性提高的过滤系统，以更彻底地去除不想要的杂质。
被认为是当前正出售的所有袋式过滤器，包括上述过滤器，一直使用并正在使用柔性的过滤介质。如上所述，过去这些袋式过滤器在往过滤器外壳内安装时已经产生问题。这些现有技术的袋式过滤器不具有使用任何填料型吸附性介质，例如GAC，的灵活性，以提供附加的过滤特征，例如从流体中去除铅或氯。此外，与典型的刚性深度型滤筒相比，尚未证实柔性的袋式介质同样坚固或有效。
利用具有一个圆筒的皱褶式过滤器，导致杂质被俘获在过滤器外面，或者，如果从里向外流出的话，则杂质被俘获在里面，但大的滞留体积/重量使得难以更换过滤器。
因此，需要一种创新的新液体过滤装置，其具有由过滤介质形成的第一不可压缩的过滤元件和由过滤介质形成的第二不可压缩的过滤元件，第一过滤元件可操作地装入在第二过滤元件中，使得在它们之间可操作地形成第一空间，第一过滤元件在其内部可操作地形成第二空间，每个过滤元件在轴向上都是不可压缩的。还需要刚性的、自支撑的过滤介质，该过滤介质无需支撑篮，并且能够承受住施加于其上的正常压差。
发明内容
本发明克服了上述困难。在本发明的一个具体的典型实施例中，滤筒由相对刚性的材料(例如，在可买到的称为Betapure或PolyKLEANTM的筒式过滤器中使用的材料)形成，从而避免了在过滤器外壳中需要支撑篮。
在一个具体的典型的实施例中，两个间隔开的独立的刚性过滤介质圆筒可操作地连接到入口板和下端板，从而提供有效的过滤表面区域，而无需使用在现有技术中所需的支撑篮。换句话说，本发明的滤筒的布置提供了自支撑的过滤元件，并因而无需在现有技术中所需的任何工具就可将过滤介质可操作地定位在过滤容器中。因此，这种间隔开的刚性过滤介质提供了以前在现有技术中被视为不可获得的使用方便性。
在另一具体的典型实施例中，过滤介质是皱褶的、不可压缩的过滤材料(如例如在可买到的称为BetafineD的筒式过滤器中使用的类型)，目前优选的是，该过滤材料在其上游侧和下游侧都具有支撑网。这种结构可以是不可压缩的，但是对于该皱褶的、不可压缩的过滤介质，仍需要使用支撑篮。
在本发明的另一具体的典型实施例中，在目前优选的圆筒形滤筒之间形成目前优选的环形空间，该空间可选择地填充有吸附材料/吸收材料，例如但不限于颗粒活性炭、离子交换材料、铅去除材料、硅藻土或类似的吸附材料。在本发明的此方面中，在第一滤筒和第二滤筒之间的空间填充有吸附材料和/或吸收材料，包括但不限于如图5(a)和5(b)中所示的活性炭粉、硅藻土、阴离子珠或阳离子珠、珍珠岩和硅胶。
目前优选的是，通过以下方式使用这些吸附材料和/或吸收材料：将松散材料分散在混合罐中，从而发生吸附/吸收，然后通过后续的过滤步骤除去该材料。一种替代方法是用吸附材料和/或吸收材料形成填充层，如离子交换柱，然后使流体穿过层厚以能够发生吸附/吸收。然而，已知在过程流体中携带有来自填充层的小吸附/或吸收颗粒，所以需要将这些颗粒过滤掉，以防止污染下游系统。如本文所述，在一次性过滤元件的空间中插入吸附材料和/或吸收材料，克服了必须执行独立的过滤步骤的缺点，并且使整个过滤过程更容易、更快、更清洁。
其它典型实施例包括但不限于一种液体过滤装置，该液体过滤装置包括：第一不可压缩的过滤元件，其由过滤介质形成；第二不可压缩的过滤元件，其由过滤介质形成，第一过滤元件可操作地定位在第二过滤元件中，使得在它们之间可操作地形成第一空间，第一过滤元件在其内部可操作地形成第二空间；入口板，其可操作地连接在第一过滤元件和第二过滤元件的一端上，入口板具有外围边缘和中心区域，第二过滤元件在入口板的外边缘附近可操作地连接到入口板上，第一过滤元件在中心区域附近可操作地连接到入口板上，入口板可操作地与第一过滤元件和第二过滤元件之间的第一空间相通，使得待过滤的液体流入第一空间，每个过滤元件在轴向上都是不可压缩的，当将过滤元件设置在过滤系统中时，使入口板可操作地定位成接收待过滤的液体，使得液体通过入口板进入第一过滤元件和第二过滤元件之间的第一空间，以便穿过过滤元件进行过滤。
因此，本发明的至少一个典型实施例的一个目的是结合与顶板和底板操作连接的两个间隔开的刚性过滤介质结构件，以产生用于液体过滤的过滤元件，其中这种结构提供了有效的过滤表面区域，而无需使用支撑篮(自支撑过滤元件)。
本发明的至少一个典型实施例的另一目的是提供一种过滤介质，该过滤介质具有带上/下游侧支撑网的皱褶材料，其中这种结构是不可压缩的，但要为介质使用支撑篮。
本发明的至少一个典型实施例的又一目的是提供无底板的刚性过滤元件结构，其中与具有底板的结构，如聚合物过滤筒，相比，这种结构提供更大的有效过滤表面区域。
本发明的至少一个典型实施例的再一目的是用吸附材料填充两个间隔开的过滤介质之间的空间/体积，所述吸附材料例如是但不限于GAC(活性炭粉)、离子交换树脂、铅去除介质、硅藻土或类似的粉状吸附介质，其中这种结构规定，在外介质圆筒中，通过填料吸附介质和机械式过滤从流体中除去溶解或未溶解的杂质。
从下面的描述、附图和后附权利要求书中，很容易得出本发明的其它目的和优点。
附图说明
下面将结合附图进一步地描述本发明的其它特征、优点和细节。
图1是示出本发明的刚性滤筒的间隔开的布置的横截面图。
图2是示出不可压缩的滤筒的间隔开的布置的横截面图，其中，套筒由本发明的皱褶的材料制成。
图3是示出具有支撑篮的本发明过滤装置的纵截面图。
图4是示出本发明的具有入口板的刚性过滤介质的布置的横截面图。
图5(a)和图5(b)是示出本发明的典型实施例的简图，其中，空间填充有吸附材料/吸收材料。
具体实施方式
如本发明所用的术语“过滤介质”是指提供液体过滤手段的介质。过滤介质结构可以是刚性的或皱褶的，并且目前优选为圆筒形的形式。
如本发明所用的术语“刚性过滤介质”是指形成为几何形状或无规则形状的介质，过滤元件装配完成后，在不需要支撑篮的情况下，该介质在轴向上是不可压缩的，并且是自支撑的，这种介质包括但不限于例如Cuno Micro-Klean、Betapure和PolyKLEANTM介质或分级密度介质，上述仅为许多可选方案中的几种。
如本发明所用的术语“皱褶的过滤介质”是指形成为几何形状或无规则形状的介质，当过滤元件装配完成时，该介质在轴向上是不可压缩的。
如本发明所用的术语“吸附介质”是指能够填充在两个间隔开的过滤介质之间的空间中、并且通过吸附而不是通过机械式过滤而除去杂质的介质，该介质包括但不限于颗粒炭(GAC)。
如本发明所用的术语“入口板或顶板”是指具有可使流体进入过滤器并接触外壳和/或支撑篮的开口的刚性或半柔性板。该板可以是装配在一起的两个结构件。过滤介质可操作地连接到该板上。
如本发明所用的术语“底板”是指刚性或半柔性板，其提供连接过滤介质的装置以可操作地关闭内外介质元件之间的底部空间。
如本发明所用的术语“篮”是指被穿孔并可操作地连接到底板上的两个几何形状或无规则形状的元件，从而建立中心开口和两个元件部件，目前优选为圆筒，之间的操作连接(不必是刚性连接)。
如本发明所用的术语“GAC”是指用于水过滤的颗粒状活性炭介质。
如本发明所用的术语“MK”是指如Cuno公司制造的RigidMicro-Klean过滤介质。
如本发明所用的术语“BP”是指Betapure过滤介质。
现在参照图1和图3，所示为目前优先地作为圆筒示出的、具有预定几何形状或无规则形状的两个间隔开的刚性过滤介质元件10，12，它们可操作地连接到顶入口板14和底板16，以形成滤筒20。由于刚性介质结构，所以不需要支撑篮。滤筒20一旦形成，就可操作地定位在传统的滤袋外壳22中。如图3所示，外壳盖26压在顶板14上，从而防止流入液体由旁路进入流出液体。如图所示，在合适的应用中使用MK或BP介质是最理想的。
现在参照图2，为了增大有效过滤面积，过滤介质30，32可以是皱褶的。因为通过皱褶增大了过滤介质的表面面积，所以这种皱褶式设计很可能会延长过滤器的寿命。为了防止过滤介质压缩，使用这种皱褶的过滤介质将需要支撑结构件，例如芯或篮(未示出)。目前优选的是，普遍认为，为了使有效过滤面积最大化，皱褶式结构件在操作上是有作用的，其中所述皱褶式结构件包括但不限于在美国专利6,315,130中所公开的皱褶式结构件，该专利所公开的内容以引用的方式并入本文中。目前优选的是，所用的皱褶的介质类似于在上述美国专利6,315,130中所公开的Cuno BetafineXL或BetafineD滤筒。普遍认为，所用的皱褶式几何结构可以是符合Cuno公司的先进打褶工艺标准的皱褶或者在使用环境中有效起作用的任何皱褶式几何结构。
如本领域的技术人员所知的那样，接下来，将内皱褶32部件置于外皱褶30部件内，然后将顶端盖和底端盖安装到这些部件上。完成以后，该组件就类似于如美国专利No.6,238,560和No.6,030,531中所示的DuoFlo过滤元件，这两个专利中的每一篇所公开的内容以引用的方式并入本文中。
现在参照图4，过滤介质可以是刚性的，例如聚合物或其它等同物。在该实施例中，介质元件40，42可操作地连接到内板44和外板46上。因此，无需底板，因为底部包括可操作地连接其它两个介质元件40，42上的刚性过滤介质元件48。
如图所示，外板46可以包括密封装置，如例如O形环或嵌入模内的弹性体50。该过滤器子组件定位在外壳箱54中，并且拧紧外壳盖56以将各个部件固定在可操作的位置上。当拧紧盖56时，O形环50被压缩，从而提供必要的密封。流体从外壳盖的中心入口58流入，穿过过滤介质元件40，42，48，并且从箱54的底部60流出，如图4中箭头所示的。
现在参考图5(a)，所示实施例规定，用其它过滤介质填充在目前优选为圆筒形的两个间隔开的过滤介质元件72，74之间的空间/体积70内，其中所述其它过滤介质包括但不限于GAC、离子交换树脂、铅去除介质、DE或类似的颗粒状介质。在两个间隔开的介质元件之间发生机械式过滤的同时，所示的实施例提供了通过填料吸附介质从流体中除去溶解的或不溶解的杂质的附加特征。另外，这两个间隔开的过滤介质圆筒防止所有的吸附介质泄漏到流出液体内。此外，该实施例需要用类似的过滤介质密封顶板78中的开口76，以在装运/处理过程中固定住吸附材料。
对于本领域的技术人员而言，应该明白，与现有的传统的袋式过滤元件相比，上述所有实施例都产生了改进的液体过滤元件。在几乎所有上述实施例中，本发明过滤元件的刚性不可压缩的结构不需要支撑篮。另外，上述实施例中的某些规定，两个间隔开的过滤元件之间的空间用附加的过滤介质填充。
虽然本文所包含的制品以及用于制造这些制品的装置和方法构成本发明的优选实施例，但是应当理解，本发明不局限于这些特定的制品、装置和方法，并且在不脱离由后附权利要求所界定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变。

Claims (24)

1.一种液体过滤元件，包括：
第一滤筒，其由过滤介质形成；
第二滤筒，其由过滤介质形成，第一滤筒可操作地设置在第二滤筒中，从而在它们之间形成第一空间，第一滤筒在其内部形成第二空间；
入口板，其可操作地连接在第一滤筒和第二滤筒的一个纵向端部上，入口板具有外边缘和中心区域，中心区域对应于第二空间的横截面区域，第二滤筒在入口板的外边缘附近可操作地连接到入口板，第一滤筒在中心圆形区域附近连接到入口板，入口板与第一滤筒和第二滤筒之间的第一空间相通，从而允许待过滤的液体流入第一空间，过滤元件在轴向上是不可压缩的，当将过滤元件设置在过滤系统中时，入口板定向成接收待过滤的液体，使得液体通过入口板进入第一滤筒和第二滤筒之间的第一空间，以便穿过滤筒而进行过滤；以及
结构件，其可操作地连接到第一滤筒和第二滤筒，以便引导流体穿过第一滤筒和第二滤筒。
2.根据权利要求1的液体过滤元件，其中，第一滤筒和第二滤筒由在滤筒的轴向上相对非柔性的过滤介质形成。
3.根据权利要求1的液体过滤元件，其中，过滤介质是刚性的。
4.根据权利要求1的液体过滤元件，其中，过滤介质是皱褶的。
5.根据权利要求1的液体过滤元件，其中，两个过滤介质之间的空间/体积填充有吸附材料。
6.根据权利要求5的液体过滤元件，其中，吸附材料选自于下述群组，所述群组包括：
活性炭粉、离子交换树脂、铅去除介质、硅藻土或这些吸附材料的组合。
7.根据权利要求4的液体过滤元件，其中，皱褶的过滤介质还包括：
在其上/下游侧的支撑网。
8.一种液体过滤元件，包括：
由过滤介质形成的第一圆筒形滤筒和第二圆筒形滤筒，第一滤筒可操作地设置在第二滤筒中，从而在它们之间形成环形空间，第一滤筒在其内部形成圆筒形空间；
基本上圆形的入口板，其连接在第一滤筒和第二滤筒的一个纵向端部上，入口板具有外围边缘和中心圆形区域，中心圆形区域对应于圆筒形空间的横截面区域，第二滤筒在入口板的外围边缘附近可操作地连接到入口板，第一滤筒在中心圆形区域的周边附近可操作地连接到入口板，入口板与第一滤筒和第二滤筒之间的环形空间相通，以使待过滤的液体流入环形空间，过滤元件在轴向上是不可压缩的，当将过滤元件设置在过滤系统中时，入口板定向成接收待过滤的液体，使得液体通过入口板进入第一滤筒和第二滤筒之间的环形空间，以便穿过滤筒进行过滤；以及
结构件，其可操作地连接到第一滤筒和第二滤筒，以便引导流体穿过第一滤筒和第二滤筒。
9.根据权利要求8的液体过滤元件，其中，第一滤筒和第二滤筒由在滤筒的轴向上相对非柔性的过滤介质形成。
10.根据权利要求8的液体过滤元件，其中，过滤介质是刚性的。
11.根据权利要求8的液体过滤元件，其中，过滤介质是皱褶的。
12.根据权利要求8的液体过滤元件，其中，两个间隔开的过滤介质之间的空间/体积填充有吸附材料。
13.根据权利要求12的液体过滤元件，其中，吸附材料选自于下述群组，所述群组包括：
活性炭粉、离子交换树脂、铅去除介质、硅藻土或这些吸附材料的组合。
14.根据权利要求11的液体过滤元件，其中，皱褶的过滤介质还包括：
在其上/下游侧的支撑网。
15.一种液体过滤装置，包括：
第一不可压缩的过滤元件，其由过滤介质形成；
第二不可压缩的过滤元件，其由过滤介质形成，第一过滤元件可操作地定位在第二过滤元件中，使得在它们之间可操作地形成第一空间，第一过滤元件在其内部可操作地形成第二空间；
入口板，其可操作地连接在第一过滤元件和第二过滤元件的一端上，入口板具有外边缘和中心区域，第二过滤元件在入口板的外边缘附近可操作地连接到入口板，第一过滤元件在中心区域附近连接到入口板，入口板可操作地与第一过滤元件和第二过滤元件之间的第一空间相通，从而引导待过滤的液体流入第一空间，每个过滤元件在轴向上都是不可压缩的，当将过滤元件设置在过滤系统中时，入口板可操作地定位成接收待过滤的液体，使得液体通过入口板进入第一过滤元件和第二过滤元件之间的第一空间，以便穿过过滤元件而进行过滤；以及
结构件，其可操作地连接到第一过滤元件和第二过滤元件，以便引导流体穿过第一过滤元件和第二过滤元件。
16.根据权利要求15的液体过滤装置，还包括：
至少一个附加的不可压缩的过滤元件，其由过滤介质形成，并且其可操作地连接第一过滤元件和第二过滤元件。
17.根据权利要求15的液体过滤装置，其中，第一过滤元件和第二过滤元件由在过滤元件的轴向上相对非柔性的过滤介质形成。
18.根据权利要求15的液体过滤装置，其中，过滤介质是刚性的。
19.根据权利要求15的液体过滤装置，其中，两个间隔开的过滤介质之间的空间/体积填充有吸附材料。
20.根据权利要求19的液体过滤装置，其中，吸附材料选自于下述群组，所述群组包括：
活性炭粉、离子交换树脂、铅去除介质、硅藻土或这些吸附材料的组合。
21.根据权利要求15的液体过滤装置，其中，结构件是底板。
22.一种液体过滤系统，包括：
过滤元件，所述过滤元件包括：
第一不可压缩的过滤元件，其由过滤介质形成；
第二不可压缩的过滤元件，其由过滤介质形成，第一过滤元件可操作地定位在第二过滤元件中，使得在它们之间可操作地形成第一空间，第一过滤元件在其内部可操作地形成第二空间；
入口板，其可操作地连接在第一过滤元件和第二过滤元件的一端上，入口板具有外边缘和中心区域，第二过滤元件在入口板的外边缘附近可操作地连接到入口板，第一过滤元件在中心区域附近连接到入口板，入口板可操作地与第一过滤元件和第二过滤元件之间的第一空间相通，从而引导待过滤的液体流入第一空间，每个过滤元件在轴向上都是不可压缩的，当将过滤元件设置在过滤系统中时，入口板可操作地定位成接收待过滤的液体，使得液体通过入口板进入第一过滤元件和第二过滤元件之间的第一空间，以便穿过过滤元件而进行过滤；
结构件，其可操作地连接到第一过滤元件和第二过滤元件，以便引导流体流过第一过滤元件和第二过滤元件；以及
过滤器外壳，过滤元件可操作地定位在过滤器外壳中。
23.根据权利要求22的液体过滤系统，还包括：
支撑篮，过滤元件可操作地定位在支撑篮中，并且支撑篮可操作地定位在过滤器外壳中。
24.一种液体过滤装置，包括：
第一可压缩的过滤元件，其由过滤介质形成；
第二可压缩的过滤元件，其由过滤介质形成，第一过滤元件可操作地定位在第二过滤元件中，使得在它们之间可操作地形成第一空间，其中第一空间填充有吸附材料，第一过滤元件在其内部可操作地形成第二空间；
入口板，其可操作地连接在第一过滤元件和第二过滤元件的一端上，入口板具有外边缘和中心区域，第二过滤元件在入口板的外边缘附近可操作地连接到入口板，第一过滤元件在中心区域附近连接到入口板，入口板可操作地与第一过滤元件和第二过滤元件之间的第一空间相通，从而引导待过滤的液体流入第一空间，每个过滤元件在轴向上都是可压缩的，当将过滤元件设置在过滤系统中时，入口板可操作地定位成接收待过滤的液体，使得液体通过入口板进入第一过滤元件和第二过滤元件之间的第一空间，以便穿过过滤元件进行过滤；以及
结构件，其可操作地连接到第一过滤元件和第二过滤元件，以便引导流体穿过第一过滤元件和第二过滤元件。
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