可调节的空气过滤器技术领域
本公开涉及空气过滤器。更具体地，本公开涉及可用于窗户开口中的可调节尺寸
的空气过滤器系统。
背景技术
窗户可有多种尺寸，并且可包括能够垂直或水平操作的窗扇，以在建筑结构的外
部和内部之间提供气流。建筑结构的居住者通常期望打开窗户，以使新鲜空气进入到住宅、
商店或其他封闭空间的内部中。但是，在许多地方，诸如中国的人口稠密地区，外部空气比
室内空气污染更严重。需要新颖的过滤解决方案来使室外空气的新鲜部分进入，而不使污
染物质或污染物进入。室外污染物可包括较大的颗粒诸如花粉、粉尘和霉菌孢子，以及较小
的颗粒诸如形成PM2.5、细菌和病毒的较小的颗粒。气态室外污染物诸如气味、NOx、SO2、臭氧
等在一些地方也可以是关注的问题。
发明内容
本公开的发明人认识到需要一种窗户过滤器，该窗户过滤器保护使用者免受外部
空气质量污染物的影响，允许新鲜空气通过窗户进入住宅，可由消费者容易地安装和使用，
是通用的以适配大多数窗户尺寸，并且对照明和可见性具有最小的影响。本公开的发明人
发明并发现了解决这些目标中的至少一些目标的设备和方法。
本公开的一些实施方案涉及一种窗户空气过滤器组件，其包括：第一U形框架构件
和第二U形框架构件，该第一U形框架构件和第二U形框架构件可被耦接以形成可调节的框
架组件；和过滤介质组件，该过滤介质组件能够附接到框架组件并且包括可调节长度的过
滤介质；其中窗户过滤器组件能够从塌缩状态扩张到扩张状态。
在一些实施方案中，第一U形框架构件和第二U形框架构件可伸缩地耦接。
在一些实施方案中，第一U形框架构件和第二U形框架构件彼此弹簧加载地接合。
在一些实施方案中，第一U形框架构件和第二U形框架构件包括棘爪、凹口或其他
机构中的至少一者，以选择性地以期望的长度或取向锁定可调节的窗户空气过滤器组件。
在一些实施方案中，第一U形框架构件和第二U形框架构件摩擦地固定到彼此。
在一些实施方案中，第一U形框架构件和第二U形框架构件是相同但不对称的。
在一些实施方案中，框架组件由塑料、金属、纸材、木材和/或硬纸板中的至少一者
制成。
一些实施方案还包括有助于将可调节的空气过滤器保持在窗户内的可调节的元
件。
在一些实施方案中，可调节的元件是弹簧加载的端部构件、橡胶材料或抓持结构
中的至少一者。
在一些实施方案中，通过开口管、凹坑、局部环、粘合剂条、钩环式连接装置和/或
环接合紧固件材料中的至少一者将过滤介质在框架组件中或框架组件上保持在适当位置。
一些实施方案还包括彼此弹簧加载的接合，以提供连续的尺寸可调节性。
在一些实施方案中，过滤介质是扩展表面区域介质、褶状表面区域介质、波纹状表
面区域介质和/或高表面区域介质中的至少一者。
在一些实施方案中，过滤介质是自支承的。
在一些实施方案中，过滤介质具有静电电荷。
在一些实施方案中，过滤介质包括多孔泡沫、非织造布、纸材和/或玻璃纤维中的
至少一者。
在一些实施方案中，过滤介质是线背衬的。在一些实施方案中，窗户过滤器组件能
够自保持所选择的扩张状态和/或塌缩状态的形状。
在一些实施方案中，可以调节窗户过滤器组件以适配各种尺寸的窗户。
在一些实施方案中，窗户过滤器组件具有能够调节以在部分打开的窗户中进行适
配的尺寸。
在一些实施方案中，空气过滤介质是可替换的和/或可移除的。
在一些实施方案中，空气过滤介质可通过下列各项中的至少一者替换：(a)通过沿
着第一U形框架构件或第二U形框架构件的一个侧面的开口长度；(b)通过从可调节的空气
过滤器的主面中的一个主面的插入；和/或(c)通过主端部中的一个端部。
在一些实施方案中，过滤介质是褶状的。
在一些实施方案中，过滤介质具有弹性的或伸长的结构。
在一些实施方案中，过滤介质包括弹性长丝、挤出的弹性长丝和/或弹性网状物中
的至少一者。
在一些实施方案中，组件还包括伸长的褶绉顶端支撑件。
在一些实施方案中，过滤介质是波纹状的。
在一些实施方案中，组件还包括约束带或约束部件。
附图说明
图1是根据本公开的原理的示例性可调节的空气过滤器的侧视图；
图2A是可用于根据本公开的原理的图1的可调节的空气过滤器并且部分未组装的
示例性过滤器框架的侧视图；
图2B是处于组装状态的图2A的过滤器框架的侧视图；
图2C是可用于根据本公开的原理的可调节的空气过滤器的包括弹簧加载的端部
框架的示例性过滤器框架的侧视图；
图3A-图3D是根据本公开的原理的示例性可调节的空气过滤器的剖视图；
图4A是可用于本公开的可调节的空气过滤器并处于扩张状态的示例性褶状过滤
介质组件的透视图；
图4B是沿着线4B-4B截取的图4A的褶状过滤介质组件的剖视图；
图4C是处于塌缩状态的图4A的褶状过滤介质组件的一部分的侧视图；
图5A-图5C是可用于本公开的可调节的空气过滤器的过滤介质的剖视图；
图6A-图6B是根据本公开的原理的在垂直打开的窗户中使用的可调节的空气过滤
器的透视图；以及
图7A-图7B是根据本公开的原理的安装在水平打开的窗户中的可调节的空气过滤
器的透视图。
附图未必按比例绘制；一些特征部可被放大或最小化以示出特定部件的细节。
因此，本文所公开的具体结构和功能细节不被解释为是限制性的，而仅仅被解释
为教导本领域技术人员以不同的方式应用本发明的代表性基础。
具体实施方式
在下文中将参考附图更全面地描述本公开，附图中示出了示例性实施方案。然而，
本公开的范围可以许多不同的形式体现，并且不应理解为限于本文所阐述或示出的实施方
案。
根据本公开的原理的可调节的窗户空气过滤器组件20的一个实施方案在图1中示
出。可调节的空气过滤器20通常被构造成可扩张的且任选地可回缩的，并且自保持在期望
的状态，以供窗户开口中的安装和使用。可调节的空气过滤器20包括过滤介质组件30和框
架组件40。过滤介质组件30包括长度可调节的过滤介质32。框架组件40包括相反的第一框
架构件42和第二框架构件44。下面提供关于各种部件的细节。一般来说，可调节的空气过滤
器20不需要永久围绕过滤介质组件30的完全刚性的框架，并且可被调节以适配各种尺寸的
窗户开口。
另外参考图2A-图2C，可调节的窗户过滤器20的框架组件40具有沿着长轴或纵轴
的可调节的长度。可调节的空气过滤器20旨在需要由使用者进行简单的长度调节以设定框
架组件40的主要尺寸。框架组件40可包括至少两个框架构件42、44，以提供沿着长轴的扩张
和收缩。在一些实施方案中，框架构件42、44是相同但不对称的。如图1所示，当组装时，框架
组件40包含过滤介质组件30。过滤介质组件30是可调节的以对应于框架组件40的调节长
度，如下面更详细地讨论的。可调节的空气过滤器20被构造成沿着纵轴能够容易地调节，并
且通过引导框架构件42、44朝向彼此或远离彼此而收缩或扩张。
图1示出两个框架构件42、44的伸缩接合的一个实施方案。各种联锁几何形状可用
于将伸缩框架构件42、44固定到彼此。在通过操纵框架构件42、44将框架组件40转换到期望
的尺寸或长度时，框架组件40和过滤介质组件30可被固定在所选择的状态。在一些实施方
案中，框架构件42、44包括棘爪、凹口或其他机构，以便一旦设定(未示出)就选择性地以优
选或期望的长度或取向锁定可调节的空气过滤器20。在其他实施方案中，框架构件42、44以
优选的长度摩擦地固定。
具体参考图2A，框架构件42、44的轮廓大体为U形，并且每个框架构件分别包括第
一节段50(a、b)、第二节段52(a、b)，以及在第一节段50(a、b)和第二节段52(a、b)之间延伸
的第三节段54(a、b)。第一节段50和第二节段52彼此平行地延伸，并且第三节段54垂直于第
一节段50和第二节段52两者。在一个实施方案中，第一节段50具有大于第二节段52的长度。
不对称特征部可用于允许沿纵向行进方向的更容易的运动。框架构件40、42是由刚性和轻
质材料诸如例如塑料、金属、纸材、木材和/或纸板构造的。
如图2B所示，当组装时，第一框架构件42的第一节段50a与第二框架构件44的第一
节段50b在直径上相反。换而言之，第一框架构件42的第一节段50a与第二框架构件44的第
二节段52b配合。第一节段50终止于与第三节段54相反的第一端部部分56，并且第二节段52
终止于与第三节段54相反的第二端部部分58。端部部分56、58可以是可滑动地配合的，并且
端部部分56、58至少部分地重叠。在一些实施方案中，第一端部部分56或第二端部部分58在
至少一个方向上大于另一个(即，具有大于另一个的横截面)。在一个实施方案中，端部部分
56、58摩擦地适配在一起。在一些实施方案中，第一节段50a、50b的整个长度具有比第二节
段52a、52b大的横截面宽度。
如图2C所示，可调节的元件60可包括在框架构件42、44的第三节段54中的一个或
多个第三节段上。例如，可调节的元件60可以是弹簧加载的端部构件。可包括弹簧加载的端
部构件60，以允许更容易地安装可调节的空气过滤器20，例如，在框架构件42、44在针对用
户的窗户初始设定尺寸之后被锁定就位的情况。可采用可调节的元件60，特别是整个框架
40不是弹簧加载的。通过在旨在紧密地适配到窗户开口中的可调节的空气过滤器20上提供
少量的可调节性(例如，2mm-50mm的行进)，可调节的元件60可改善产品的安装和移除。另
外，可调节的元件60可有助于将可调节的空气过滤器20保持在打开的窗户腔体内。弹簧加
载端部构件60可包括在一个端部或两个端部上来提供向外的推力，以在使用期间将可调节
的空气过滤器20保持到窗户框架中。可调节的元件60还可提供连续向外推力的益处，该连
续向外推力将有助于在使用期间将过滤器保持在适当位置。可调节的元件60可包括橡胶材
料、微复制抓持表面或其他结构。可调节的空气过滤器还可以其他方式采用橡胶材料或其
他抓持结构，以改善窗户开口中的摩擦适配。
图3A-图3D示出根据本公开的实施方案的可调节的空气过滤器的剖视图。如图所
示，框架构件142、144、242、244在横截面中可以是U形通道。过滤介质组件30被捕获在框架
构件142、144、242、244的U形通道的内部上。适合于捕获褶状过滤介质组件30的边缘34的其
他形状也是可接受的，例如，C形通道或可“夹紧”到过滤介质上的通道。在一些实施方案中，
通过开口管、凹坑、局部环、粘合剂条、钩环式连接装置和/或环接合紧固件材料中的至少一
者将空气过滤介质保持在框架组件中。
在一些实施方案中，过滤器框架240是弹簧加载的，以用于可调节性和易于安装和
移除。图3C-图3D示出包括用于过滤器框架240的弹簧加载的弹簧62的横截面实施方案。通
过沿着框架构件242、244的长度延伸的壁64，弹簧62可与过滤器30分开。在一些实施方案
中，弹簧62不在过滤器框架240的整个长度上行进，并且第一节段250和第二节段252彼此弹
簧加载地接合，一旦安装在窗户中，以提供连续的尺寸可调节性和连续的向外的力。
褶状过滤介质组件30是任选地可替换的。另外参考图1-图2C，过滤介质组件30可
通过具有一个或多个框架构件40、42来重新填充，框架构件40、42包括用于打开的铰链或其
他机构(未示出)，以允许移除用过的过滤介质组件30和插入新的过滤介质组件30。框架节
段50、52、54中的任何或一些框架节段可包括铰接连接部(未示出)，以允许简单的过滤介质
组件30替换。另选地，例如，过滤介质组件30可通过沿着第三节段54的一个侧面的开口长度
替换。另选地，可替换的过滤介质组件30可从可调节的空气过滤器20的主面中的一个主面
插入，并且可需要或可不需要框架构件42、44上的可移动部件；例如，通过过滤介质组件30
的前面或背面装载替换，可实现过滤介质组件的插入和替换。
在图4A-图4C中示出过滤介质组件30的一个实施方案。过滤介质组件30的过滤介
质32是褶状的，并且包括多个褶绉70，每个褶绉包括限定褶绉顶端74的折叠线72和一对相
邻的面板76。如本文所用，术语“褶状的”是指过滤介质，其至少一部分已经被折叠以形成包
括大体平行、相对取向的折叠部的行的构造。每个折叠部称为褶绉。使用本领域中公知的各
种方法和部件(例如，在授予Kubokawa等人的美国专利6,740,137，授予Sundet等人的美国
专利7,622,063以及美国专利申请62/073067中描述的那些方法和部件，这些专利中的每个
专利的全部教导内容以引用方式并入本文)，可在过滤介质32中(或在褶状过滤介质组件30
中)形成褶绉。褶状过滤介质组件30可具有任何期望的形状，包括例如所示的四边形或矩形
形状(术语“矩形”具体包括正方形形状)，限定相反的侧面34a、34b和相反的端部35a、35b。
如下面更具体地讨论的，褶状过滤介质组件可仅由过滤介质或幅材32组成，或者
可包括施加或组装到过滤介质32的一个或多个附加部件或结构，只要所得的过滤介质组件
30可至少从塌缩状态转换到扩张状态，而不损坏过滤介质组件30的结构完整性，并且任选
地可在塌缩状态和扩张状态之间重复转换，而不损坏过滤介质组件30的结构完整性。
组件30的过滤介质32可以是自支承的或非自支承的。如本文所用，术语“自支承过
滤介质或幅材”可描述以下条件中的至少一个：(1)在过滤介质幅材中不需要加强层、粘合
剂或其他加强物情况下抗变形的过滤介质或幅材；或(2)当经受气流时，过滤介质大体保持
其形状，例如在授予Kubokawa的美国专利7,169,202中所述，该专利的全部教导内容以引用
方式并入本文；或(3)具有足够的内聚力和强度以便可悬垂和可处理而基本上没有撕裂或
破裂的幅材或介质。如本文所用，术语“非自支承的”可表示在没有支撑框架和/或支撑格栅
的情况下不能承受由于典型气流所遇到的力的空气过滤介质。
例如，在褶状过滤介质组件30仅由褶状过滤介质32组成的情况下，过滤介质或幅
材32可以是自支承的或非自支承的。在褶状过滤介质组件30由褶状过滤介质或幅材32和支
撑结构组成的情况下，褶状过滤介质32可以是非自支承的，其中附加支撑结构使得褶状过
滤介质组件30整体上是自支承的。例如，过滤介质32可以是线背衬的。
图5A-图5C示出可与可调节的空气过滤器20一起使用的褶状过滤介质的各种示
例。褶状过滤介质在对应于长轴的至少一个方向上是扩张的。图5A示出可用于可调节的空
气过滤器20中的粗褶状过滤器组件130。粗褶状过滤器组件130包含连续地结合到扩张金属
网136并随后被共打褶的过滤介质132，具有由扩张金属网136的弯曲特性和由褶状结构提
供的长度控制的可调节性。图5B示出具有微型褶绉过滤介质232构造的过滤介质组件230，
其可通过具有弹性结构236诸如弹性长丝(例如，聚氨酯弹性纤维)、挤出的弹性长丝或弹性
网状物(诸如，可从Conwed购得)代替通常非伸长的褶绉支撑结构(诸如扩张金属网、塑料网
状物等)来调节尺寸。伸长的褶绉顶端支撑件或弹性结构236可附接到褶状元件顶部和底部
褶绉顶端238中的一者或两者。图5C示出具有波纹状过滤介质332构造的过滤介质组件330，
如在2013年8月16日提交的标题为“可嵌套框架式褶状空气过滤器及其制造方法(Nestable
Framed Pleated Air Filter and Method of Making)”的美国专利申请13/968,609中所
述，并且还可使用2013年8月16日提交的标题为“具有上游桥接长丝的框架式褶状空气过滤
器(Framed Pleated Air Filter with Upstream Bridging Filaments)”的美国专利申请
13/968,626，其中褶绉支撑构件336是弹性长丝(例如聚氨酯弹性纤维)、挤出的弹性长丝或
弹性网状物(例如诸如可从Conwed购得)。
针对过滤介质组件130、230、330选择的特定过滤介质132、232、332可以是任何期
望的过滤介质。一些示例性过滤介质可特别适合于具有特定的期望特性。在一些实施方案
中，过滤介质组件30(以及相应地，过滤介质组件130、230、330)由防潮材料构造。在一些实
施方案中，过滤介质可任选地包括附加的层或特征部，以特别地阻挡或抵挡水，诸如雨水。
在一些实施方案中，静电电荷被任选地赋予到过滤介质32的材料中或材料上。可使用静电
充电介质32，静电充电介质32的许多级别是可用的，并且许多静电充电介质32提供高效率
和低压降。因此，在一些实施方案中，过滤介质32可以是驻极体非织造幅材。可以本领域公
知的各种方式，例如通过水充电、电晕充电等(例如，如美国专利7,947,142(如上所提及)中
所述)将电荷赋予过滤介质32。在其他实施方案中，过滤介质32不是静电充电的。结合活性
炭或用于净化气相污染物的其他材料的另外的多功能介质等级也可结合到过滤器结构中。
在一些实施方案中，过滤介质32可由例如非织造纤维介质构造，所述非织造纤维介质由热
塑性塑料或热固性材料诸如聚丙烯、线性聚乙烯和聚氯乙烯形成。用于过滤介质的其他合
适的非限制性材料包括多孔泡沫、非织造布、纸材、玻璃纤维等。在一些实施方案中，过滤介
质32包括吸引并捕获粉尘、过敏原诸如花粉和霉菌孢子以及来自室外空气的细颗粒污染物
的过滤介质。
可用于过滤介质32的其他非织造幅材可以是高蓬松纺粘幅材，诸如例如在授予
Fox等人的美国专利8,162,153中所描述的，其全部教导内容以引用方式并入本文。在其他
实施方案中，过滤介质32可以是低膨松纺粘幅材，诸如授予Fox等人的美国专利7,947,142
中描述的那些，其全部教导内容以引用方式并入本文。在其他实施方案中，可用于过滤介质
32的非织造幅材由其他技术产生，并且/或者具有其他特征，诸如在授予Shah等人的美国专
利6,858,297(如上所提及)中公开的熔喷非织造幅材。有用的非织造幅材形式的其他非限
制性实例包括双模态纤维直径熔喷介质，诸如在美国专利N7,858,163中描述的双模态纤维
直径熔喷介质，其全部教导内容以引用并入本文。
本可调节的空气过滤器20可用于保护使用者免受外部空气质量污染物的影响。可
使用静电充电介质32，静电充电介质32的许多级别是可用的，并且许多静电充电介质32提
供高效率和低压降。结合活性炭或用于净化气相污染物的其他材料的另外的多功能介质等
级也可结合到过滤介质组件30中。通过结合扩展表面区域并且通过覆盖窗户的适度部分，
结合使用通过静电充电能够实现的低压降幅材，可实现对于过滤器的合理的低压降，这应
当有助于提供通过过滤器的适度气流。与用于相同过滤器周边尺寸的平片相比，褶状结构
可提供显著更低的气流阻力，并且允许新鲜空气通过至少部分打开的窗户进入住宅或建筑
结构。
褶状过滤介质组件130、230、330的材料和构造的方面类似于过滤介质组件30，并
且使得过滤介质组件130、230、330在一些实施方案中可在如图4B中所示的扩张状态和如图
4C中所示的塌缩状态之间重复转换，其中在扩张状态下连续褶绉顶端74之间的间隔距离大
于塌缩状态下连续褶绉顶端74之间的间隔距离。作为参考点，作为单独部件的褶状过滤介
质组件30的“扩张状态”大体对应于作为整体的窗户空气过滤器120、220(例如，图6A和图
6B)的“扩张状态”，除了窗户空气过滤器120、220包括将褶状过滤介质组件30保持在扩张状
态的特定尺寸和形状的附加部件(如上所述)。换句话说，虽然褶状过滤介质组件30可被转
换(例如，拉伸或压实)成多种不同的“扩张状态”和“塌缩状态”中的任何状态。窗户空气过
滤器120、220整体上能够自保持所选择的扩张状态和塌缩状态的形状。
图6A-图6B示出安装在单悬挂或双悬挂的垂直滑动式窗户180中的可调节的空气
过滤器120。图7A-图7B示出安装在水平滑动式窗户中的可调节的空气过滤器280。这些滑动
窗户类型看起来是北美和中国地区的主要类型。可调节的空气过滤器120、220的主要尺寸
的尺寸可调节性提供了适配各种窗户180、280宽度(窗户行进的横向)的可调节性。框架组
件140、240可在一个侧面上被窗户窗扇捕获，并且在三个侧面上被窗户框架捕获。可调节的
空气过滤器120、220扩张到窗户的横向尺寸，并且窗户在过滤器上部分地关闭，以在窗户运
动方向上提供可调节性。在两个窗户段之间可产生小间隙，允许空气从两个窗户段之间的
外部流动并绕过过滤器120、220以进入室内。通过使用泡沫材料片、挡风雨条等(未示出)可
避免这种旁路。可调节的空气过滤器120、220可用在部分打开的窗户中，其中例如只有
10％-30％的窗户区域被阻挡，留下大百分比的窗户区域仍然打开以用于光通过和可见性。
在一些实施方案中，可调节的空气过滤器20还具有约束带或约束部件以防止其从窗户(未
示出)掉落。如上所述，可调节的空气过滤器120、220的长度是可调节的以适配各种窗户尺
寸，并且过滤器框架140、240任选地具有锁定机构，以在扩张以适配窗户时固定尺寸。
本公开的空气过滤器组件可用在动力空气过滤系统中，诸如例如在美国专利申请
62/041501中描述的空气过滤系统，该专利申请的全部内容并入本文。空气过滤介质可以是
卷形式，诸如例如美国专利申请62/041500中描述的卷形式，其全部内容并入本文。空气过
滤介质或组件可包括可扩张元件，如在美国专利申请62/206,928中所描述的，其全部内容
并入本文。
说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似元件，并且不一定
用于描述顺序或时间顺序。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文
描述的本发明的实施方案能够以不同于本文所述或所示的其它顺序操作。
本文所提及的所有参考文献全部内容并入本文。
此外，说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、之上、之下等用于描述的目的并
且不一定用于描述相对位置。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本
文描述的本发明的实施方案能够以不同于本文所述或所示的其它取向操作。
对由端值限定的所有数值范围的表述旨在包括归入该范围内的所有数字(即，1至
10的范围包括例如1、1.5、3.33、和10)。
本文所提及的所有参考文献全部内容并入本文。
本领域中的技术人员将理解，在不偏离其原理的情况下，可对上述实施方案和实
施方式的细节做出许多改变。此外，在不偏离本发明的实质和范围的情况下，对本发明的各
种修改和更改对本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，本申请的范围应当仅由以下
权利要求书以及其等同物所确定。