空气过滤器装置及其制造方法.pdf

本发明涉及一种空气过滤器装置及其制造方法。空气过滤器装置包括空气通道(2)、安装在空气通道(2)中的第一空气过滤器(8)，第一空气过滤器包括设置有至少一个用于空气通流的通道(10a)的过滤器框架(10)，以及包含可充静电纤维的过滤器本体(11)，可充静电纤维附着至过滤器框架(10)，以使过滤器本体(11)实现从过滤器框架(10)到相对于空气流过空气通道(2)的预定流向位于过滤器框架(10)下游一定距离位置处的延伸。空气过滤器装置包括包含滤布的第二空气过滤器，在安装状态下滤布适于横过空气通道(2)延伸，以使空气通道(2)中沿基本纵向流动的空气穿过滤布，并且第二空气过滤器安装在空气通道(2)中的相对于通过空气通道(2)的空气的预定流向位于第一空气过滤器(8)下游的位置处。

1.  一种空气过滤器装置，包括：空气通道(2)；安装在空气通道(2)中的第一空气过滤器(8)，所述第一空气过滤器包括设置有至少一个用于空气通流的通道(10a)的过滤器框架(10)，所述第一空气过滤器还包含可充静电纤维的过滤器本体(11)，所述可充静电纤维附着至过滤器框架(10)，以使过滤器本体(11)实现从过滤器框架(10)到相对于空气流过空气通道(2)的预定流向位于过滤器框架(10)下游一定距离位置处的延伸，其特征在于，所述空气过滤器装置包括第二空气过滤器(9)，所述第二空气过滤器包括滤布，在安装状态下所述滤布适合于横过空气通道(2)延伸，以使空气通道(2)中沿基本纵向流动的空气穿过滤布，并且所述第二空气过滤器安装在空气通道(2)中的相对于通过空气通道(2)的空气的预定流向位于第一空气过滤器(8)下游的位置处。

2.  根据权利要求1所述的空气过滤器装置，其特征在于，所述过滤器装置包括适合于实现所述气流通过空气通道(2)的风扇(4)，所述风扇(4)布置空气通道(2)中位于第二空气过滤器(9)下游的位置中。

3.  根据权利要求2所述的空气过滤器装置，其特征在于，空气通道的至少包括第一空气过滤器(8)和第二空气过滤器(9)的部分具有直的延伸部。

4.  根据权利要求3所述的空气过滤器装置，其特征在于，所述过滤器装置包括限定空气通道(2)的壁元件(1)，并且所述壁元件(1)包括用于将第一空气过滤器(8)安装在空气通道(2)中的第一开口(6)和用于将第二空气过滤器(9)安装在空气通道(2)中的第二开口(7)。

5.  根据前述权利要求中任一项所述的空气过滤器装置，其特征在于，第一空气过滤器(8)可作为整体单元安装在空气通道(2)中。

6.  根据权利要求5所述的空气过滤器装置，其特征在于，第一空气过滤器(8)和第二空气过滤器(9)可作为整体单元安装在空气通道(2)中。

7.  根据权利要求6所述的空气过滤器装置，其特征在于，第一空气过滤器(8)和第二空气过滤器(9)借助周围壳体(12a)彼此连接。

8.  根据前述权利要求中任一项所述的空气过滤器装置，其特征在于，第二过滤器是袋式过滤器(13a)。

9.  根据前述权利要求1-7中任一项所述的空气过滤器装置，其特征在于，第二过滤器是平面过滤器(13b)。

10.  根据前述权利要求1-7中任一项所述的空气过滤器装置，其特征在于，第二过滤器是折叠过滤器(13c)。

11.  一种用于制造空气过滤器装置的方法，所述空气过滤器装置包括空气通道(2)，其中所述方法包括将第一空气过滤器(8)安装在所述空气通道(2)中的步骤，所述第一空气过滤器包括过滤器框架(10)和过滤器本体(11)，所述过滤器框架设置有至少一个用于空气通流的通道(10a)，所述过滤器本体包括可充静电纤维，所述可充静电纤维附着至过滤器框架(10)，以使过滤器本体(11)实现从过滤器框架(10)到相对于空气流过空气通道(2)的预定流向位于过滤器框架(10)下游一定距离位置处的延伸，其特征在于，所述方法还包括将包含滤布的第二空气过滤器(9)安装在空气通道(2)中的步骤，以使所述滤布横过空气通道(2)延伸从而使空气通道(2)中沿基本纵向流动的空气穿过滤布，并且将所述第二空气过滤器安装在空气通道(2)中的相对于通过空气通道(2)的空气的预定流向位于第一空气过滤器(8)下游的位置处。

空气过滤器装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种空气过滤器装置以及一种制造这种空气过滤器装置的方法。
背景技术
空气过滤器装置包括空气通道、安装在空气通道中的第一空气过滤器，其中第一空气过滤器包括过滤器框架和过滤器本体，所述过滤器框架设置有至少一个用于空气通流的通道，所述过滤器本体包括可充静电纤维，可充静电纤维附着至过滤器框架，以使过滤器本体实现从过滤器框架到相对于空气流过空气通道的预定流向位于距过滤器框架的下游一定距离位置处的延伸。
当空气流过上述类型的第一空气过滤器时，过滤器本体中的纤维间具有相互移动，从而其彼此摩擦。当气流通过纤维时所具有的此摩擦和摩擦力使纤维保持充静电。这种类型的空气过滤器通过静电作用和机械作用将微粒与空气分离。这种类型的空气过滤器的特征在于在过滤器的使用寿命期间空气过滤器上的压降基本不变。从而在过滤器的使用寿命期间通过空气过滤器的气流将基本恒定。然而，捕获并保持在纤维表面上的微粒的数量随着时间的推移而不断增加，这导致用于通过静电作用捕获未来的微粒的纤维表面减小。因此空气过滤器的分离度日渐减小。因而通过空气过滤器获得的清洁空气的质量日渐降低。当分离度降至最低的可接受水平时，就要换一个新的空气过滤器了。
WO 95/33569示出了用于从空气中分离出极小微粒的装置。这里使用了一种较老模式的最初提到的第一空气过滤器，其包括附有可充静电带状元件的载体。从第一空气过滤器的带状元件径向向外布置有滤管形式的第二空气过滤器。滤管设置有具有绒毛状结构的可充静电纤维。因此穿过滤管的空气提供了低流阻。第一空气过滤器适合于提供颗粒的预分离。此外，较大的颗粒落下并在底板处被收集。颗粒的这种预分离减小了滤管上的负载。第一空气过滤器还具有通过可充静电带状元件提供静电场的任务。因而，在空气流过第一空气过滤器的同时，位于径向环绕的滤管中的纤维提供充静电。因而滤管的纤维适合于通过静电作用从流过滤管的空气中分离微粒。在空气过滤器的上游设置有用于推动空气流过两个空气过滤器的风扇。风扇设置在这个位置的原因在于，因为当空气穿过滤管时空气径向朝外地分布，因而难以将风扇设置在两个空气过滤器的下游。由于风扇占据此位置，因而未经过滤的空气将流过风扇。从而风扇的灵敏部件有被空气中的颗粒塞住的危险。因此会大幅缩减风扇的使用寿命。
通常，不同类型的屏障滤器用于过滤空气中的微粒。一般地，屏障滤器包括设置有细小通道的滤布，细小通道是为了允许空气通过，而空气中的微粒将被捕获在滤布上。滤布可由纺织材料构成，也可使用其它类型的材料。然而，通道不断地被滤布上所捕获的微粒塞住。通道塞住的同时，屏障滤器的分离度增加。同时，屏障滤器上的压降也增加，这导致流过过滤器的气流减少。然而，流过屏障滤器的减少的气流的影响要比过滤器所增加的分离能力更显著。因此，由屏障滤器提供的清洁空气的量日渐减少。当屏障滤器达到一定的阻塞度时，就要换一个新的过滤器了。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气过滤器装置，所述空气过滤器装置具有长使用寿命，同时在所述空气过滤器装置的基本整个使用寿命期间其能够提供基本恒定量的清洁空气。
此目的通过最初定义的空气过滤器装置实现，该空气过滤器的特征在于其包括第二空气过滤器，该第二空气过滤器包括滤布，该滤布在安装状态下适合于横过空气通道延伸，因此在空气通道中沿基本纵向的方向流动的空气穿过滤布，并且特征在于，第二空气过滤器安装在空气通道中的相对于通过空气通道的空气的预定流向位于第一空气过滤器下游的位置中。滤布相对于其延伸而言通常较薄，但是显然其也可具有相当大的厚度。在空气流过根据本发明的过滤器装置的初始周期中，基本上在第一空气过滤器中发生微粒从空气的所有过滤。到达第二空气过滤器的空气基本上没有微粒。在空气过滤器装置使用一段时间以后，越来越多的颗粒被收集在第一空气过滤器的可充静电纤维表面上。因此，纤维从空气中分离未来颗粒的能力降低。到达布置有第二空气过滤器的下游的空气包含越来越多的微粒。这些微粒在第二空气过滤器的过滤器本体中从空气中被过滤出来。因此第二空气过滤器的滤布的通道将更窄。因此，在第一空气过滤器的分离度日渐降低的同时，第二空气过滤器的分离度日渐增加。从而，所述空气过滤器的组合在其使用寿命的大部分期间提供了从空气中分离微粒的基本恒定的高分离度。
过滤器组合上的总压降由第一空气过滤器上的压降和第二空气过滤器上的压降的总和组成。因此，第一空气过滤器是在工作过程中基本不会被塞住的类型。因此第一空气过滤器上的压降基本恒定。另一方面，第二空气过滤器逐步被塞住。因此，第二空气过滤器上的压降随着过滤器的阻塞度而增加。由于第二空气过滤器仅在过滤器装置的使用寿命尽头被塞住，因此第二空气过滤器上的压降在空气过滤器装置的使用寿命的大部分期间将处于基本恒定的水平。因此，第一空气过滤器和第二空气过滤器上的总压降也将处于基本恒定的水平。因此，与压降有关的穿过过滤器组合的气流也保持基本恒定的水平。因此，在空气过滤器装置的使用寿命的大部分期间，空气过滤器装置能提供基本恒定量的清洁空气。由于使用两个空气过滤器从空气中清除微粒，因此所捕获的微粒将分散在各个空气过滤器上。从而具有多个空气过滤器的空气过滤器装置提供了比仅具有一个空气过滤器的空气过滤器装置更长的使用寿命。因此，空气过滤器装置中的空气过滤器不需要像仅使用一个空气过滤器的情况一样频繁地更换。
根据本发明的一个实施例，过滤器装置包括适合于实现所述气流通过空气通道的风扇，该风扇布置在空气通道中的位于第二空气过滤器下游的位置处。因此，已过滤了微粒的空气穿过风扇。与风扇位于空气过滤器上游的情况相比，风扇接触的微粒少得多。遭遇大量微粒的风扇，通常具有大幅减少的使用寿命。有利地，空气通道的至少包括第一空气过滤器和第二空气过滤器的部分具有直的延伸部。因此，避免了空气通道中的弯曲并且能够将空气通道中的气流损失保持在可以忽略的水平。第一空气过滤器和第二空气过滤器之间的距离应当较小。从而，空气过滤器装置能够被制造得相当紧凑。过滤器装置可包括限定空气通道的壁元件，并且所述壁元件包括用于将第一空气过滤器安装在空气通道中的第一开口和用于将第二空气过滤器安装在空气通道中的第二开口。当空气过滤器已安装在空气通道中时，盖子或类似物可密封开口。
根据本发明的一个实施例，第一空气过滤器可作为独立的整体单元安装在空气通道中。从而，提供了第一空气过滤器在空气通道中的简单快速的安装和拆卸。第一空气过滤器和第二空气过滤器可作为整体单元安装在空气通道中。在此情况下，在限定空气通道的壁元件中仅需要一个开口进行空气过滤器的安装和拆卸。第一空气过滤器和第二空气过滤器可通过周围壳体彼此连接。因此，两个空气过滤器以简单但实用的方式结合在一起。
根据本发明的另一实施方式，第二过滤器包括袋式过滤器。袋式过滤器包括设置有多个袋形部分的滤布。因此，滤布提供了能够用于将微粒从流过袋式过滤器的空气中过滤的大表面。因此，袋式过滤器能够使用较长时间后才被塞住和需要更换。可替换地，第二过滤器可包括折叠过滤器或平面过滤器。
最初提到的目的也可通过权利要求11中所述的方法实现。
附图说明
在下文中，参考附图作为示例描述本发明的优选实施例，其中：
图1示出了根据本发明第一实施例的过滤器装置；
图2示出了根据本发明第二实施例的过滤器装置的横截面视图；
图3示出了根据本发明第三实施例的过滤器装置的横截面视图；
图4示出了根据本发明第四实施例的过滤器装置的横截面视图；
图5示出了空气过滤器上的压降如何随着时间变化的示意图；以及
图6示出了空气过滤器的分离度如何随着时间变化的示意图。
具体实施方式
图1示出了表现为限定内空气通道2的壁元件1的过滤器装置。在此情况中，过滤器装置设置有腿部3，以使其可以被放置在地板表面上。可替换地，其可以被布置在架高位置处并且附靠在壁表面、顶表面或类似处。空气通道2具有位于过滤器装置上端处的空气轴向进口2a和位于过滤器装置下端处的径向出口2b。过滤器装置包括均匀底板1a，其使得空气仅能通过径向出口2b从过滤器装置流出。示意性示出的风扇4适合于实现使强制气流通过空气通道2。过滤器装置包括可打开的盖子5，当该盖子处于关闭位置时将第一开口6和第二开口7密封于空气通道2。当盖子5处于打开位置时，可通过开口6将第一空气过滤器8安装于空气通道2中和从中拆卸以及通过开口7第二空气过滤器9安装于空气通道2中和从中拆卸。
第一空气过滤器8包括至少一个框架10，其设置有由可充静电纤维构成的附着过滤器本体11。然而，在图1中看不到任何过滤器本体11。过滤器框架10由限定用于空气的中间通道10a的纵向距离元件和横向距离元件构成。当空气流过这种空气过滤器8时，空气首先流过所述空气通道10a。此后，空气沿基本纵向的方向流过过滤器本体11流至可充静电纤维。因而，在过滤器本体11中发生相邻纤维间的相对运动，这导致纤维被充静电。因此，在空气中的微粒与充电纤维之间实现静电吸引，这使微粒被捕获在纤维表面上。此外，当空气流过过滤器本体11时，实现微粒的机械分离。图1中示出的第一空气过滤器8包括壳体12，壳体12围绕附有过滤器本体11的三个过滤器框架10，并将它们保持在一起。因此，第一空气过滤器8可作为整体单元被安装在空气通道2中。
第二空气过滤器9包括滤布9a，该滤布在安装状态下适合于横过空气通道2延伸。因此，沿空气通道2的纵向方向流动的空气将穿过滤布9a。滤布9a可由用于空气横穿的纤维构成。滤布9a可由纺织材料制成。根据本发明，相对于空气通过过滤器装置的预定流向，第二空气过滤器9安装在第一空气过滤器8的下游。在图1中，第二空气过滤器9是以袋式过滤器13a为例的。袋式过滤器13a具有包括多个袋形部分的滤布9a。因而，可实现大的过滤表面用于捕获微粒以及空气可从中流过的多个通道。因此，袋式过滤器13a具有相对长的使用寿命。袋式过滤器13a附着在周围框架14a中，以使其可作为整体单元被安装在空气通道2中。
图2示出了根据本发明的另一过滤器装置的横截面视图。此过滤器装置可安装在现有的空气通道、通风通道、清洁聚合物或类似的部件中。过滤器装置在此还包括限定了内空气通道2的壁元件1。空气过滤器8、9安装于其中的内空气通道2设置有进口2a和出口2b。风扇4安装在空气通道2中位于空气过滤器8、9下游的合适位置处。风扇4适合于实现使强制气流通过空气通道2。第一空气过滤器8包括具有距离元件的框架10，距离元件被布置成形成空气通道10a。距离元件10较薄，从而当空气流过空气通道10a时，空气仅提供少量的气流损失。大量可充静电纤维附着至过滤器框架10上端处。纤维从框架10松散地向下悬垂至下端。因此，纤维实现了从过滤器框架10到相对于空气流过空气通道2的预定流向位于过滤器框架10下游一定距离的位置处的延伸。纤维可具有任意长度。有利地，过滤器本体11由大量合成纤维构成，合成纤维可以是聚合物纤维。然而，过滤器本体11可包含其它合成材料或天然材料或这些材料的混合物的纤维。然而，纤维必须具有可充电的特性，以使其能够吸引并约束随空气传输通过过滤器本体的微粒。
在图2中第二空气过滤器9也是以袋式过滤器13a为例的，袋式过滤器13a具有在安装状态下横过空气通道2延伸的滤布。袋式过滤器13a附着在周围框架14a中。这里，具有袋式过滤器13a的周围框架14a附着于壳体12a中，壳体12a也围绕第一空气过滤器8。因此，在此情况下，第一空气过滤器8和第二空气过滤器9可作为整体单元被安装在空气通道2中。
图3示出了根据另一个实施例的过滤器装置的横截面视图。在此第二过滤器9以折叠过滤器13b为例。折叠过滤器13b包括横过空气通道2延伸的折叠滤布。折叠过滤器13b附着在周围框架14b中。图4示出了根据另一个实施例的过滤器装置的横截面视图。在此第二过滤器9以平面过滤器13c为例。平面过滤器13c包括横过空气通道2延伸的基本平面的滤布。平面过滤器13c附着在周围框架14c中。
图5示出了虚线曲线8’，该虚线曲线示意性地示出，在过滤器装置中用作第一空气过滤器8的类型的单独空气过滤器上，压降Δp如何随着时间t变化。当第一空气过滤器8单独使用时，其被认为具有使用寿命t₁。由于在这种空气过滤器中微粒的过滤是沿纤维的纵向方向实现的，所以第一空气过滤器8基本不会被塞住。因此，在过滤器的使用寿命t₁期间，压降Δp仅非常细微地增加。虚线曲线9’示意性地示出了在过滤器装置中用作第二空气过滤器9的类型的单独空气过滤器上压降Δp如何随着时间t变化。认为处于独立状态下的第二空气过滤器9具有使用寿命t₂。由于这种过滤器不断地被塞住，因此过滤器上的压降Δp随着时间t增加。压降Δp可随着时间t基本线性地增加。在此，时间表示使用空气过滤器的时间。
图6示出了虚线曲线8”，该虚线曲线示意性地示出了用作第一空气过滤器8的类型的独立空气过滤器的分离度s如何随着时间t变化。在工作过程中，随着时间的推移，越来越多的微粒被捕获在纤维表面上，这降低了空气过滤器8通过静电作用分离微粒的能力。因此，此类型空气过滤器的分离度随着时间t的推移而降低。虚线曲线9”示意性地示出了构成第二空气过滤器9的空气过滤器的分离度s如何随着时间t变化。由于这种空气过滤器随着时间t的推移不断地被微粒塞住，因此未来的微粒将越来越难通过过滤器。因此，屏障滤器的分离度s随着时间t的推移而增加。
在根据上述的过滤器装置的工作过程中，风扇4提供气流通过各自的空气通道2。风扇4具有位于空气过滤器8、9下游的位置。因此，空气通过第一空气过滤器8被吸入，然后通过第二空气过滤器9。当第一空气过滤器8是新的时，其将提供流过空气通道2的空气中的微粒的主要分离。因此，到达下游布置的第二空气过滤器9的空气相对地不含微粒。从而在初始周期中第二空气过滤器9保持在相对未使用的状态。因此，在初始周期中第二空气过滤器上的压降Δp将仍然保持在初始水平。因此，由于第一空气过滤器8上的压降Δp基本恒定，所以在所述初始周期中空气过滤器8、9的整个压降Δp将基本恒定。然而，第一空气过滤器8的微粒分离能力逐渐降低。因此，第二空气过滤器9承担了越来越多的微粒分离工作。因此，过滤器组合上的压降Δp将逐渐开始增加。然而，直到过滤器组合的使用寿命的末期，才会出现第二空气过滤器9上的压降Δp的大幅度增加，过滤器组合的使用寿命等于独立空气过滤器8、9的总使用寿命t₁+t₂。图5中的实曲线15示出了过滤器组合上的压降Δp如何能够随着时间t变化。
从图6中很明显地，第一空气过滤器8和第二空气过滤器9在分离度s如何随着时间t变化方面具有完全不同的特性。然而，分离度s随着时间t变化不是想要的特性，优选的是具有恒定的分离度s。因此，过滤器组合的分离度s受各个空气过滤器8、9的分离度s的影响。由于第一空气过滤器8的分离度随着时间t的推移降低，而第二空气过滤器的分离度s随着时间t的推移增加，所以在过滤器组合的使用寿命t₁+t₂的大部分时间中，过滤器组合能够提供基本恒定的分离度s。实曲线16示出了分离度如何随着时间t变化。
如果根据上述的空气过滤器装置的风扇4以恒定的效果工作，其提供通过空气过滤器8、9的气流，该气流与空气过滤器8、9上的压降Δp有关。CADR(清洁空气输送速度)是空气过滤器装置能力的衡量标准，并且其被表示成能够输送的清洁空气的量。此衡量标准可被计算为通过空气过滤器的气流与空气过滤器的微粒分离度的乘积。在仅包含用作第一空气过滤器8的空气过滤器类型的空气过滤器装置中，在其整个使用寿命过程中获得基本恒定的通过空气过滤器的气流。另一方面，分离度s随着时间t的推移而降低。因此，这种空气过滤器装置输送清洁空气的能力将随着时间的推移而降低。在仅包含用作第二空气过滤器9的空气过滤器类型的空气过滤器装置中，当过滤器被塞住时获得通过空气过滤器的随着时间的推移而减少的气流。在此，分离度s随着时间的推移而增加，但是此增加并不足以补偿通过空气过滤器9所减少的气流。因此，这种空气过滤器装置输送清洁空气的能力将随时间的推移而降低。根据本发明，空气过滤器装置包括以上所述顺序排列的上述第一空气过滤器8和第二空气过滤器9，在其预期使用寿命t₁+t₂的相当大部分期间提供相对恒定的压降Δp(见曲线15)和恒定的分离度s(见曲线16)。因此，在空气过滤器装置的使用寿命的大部分期间，空气过滤器装置输送新鲜空气的能力将保持在高度恒定的水平。
本发明绝不局限于结合附图所描述的实施例，而是可以在权利要求的范围内自由变化。