包括微穿孔膜的空氣過濾器及使用方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]過濾介質常常用于例如從移動的氣流中過濾顆粒。此類過濾介質常常由纖維材料，例如非織造纖維網組成。
【發明內容】
[0002]廣泛概括地說，本文公開了由包括楔形微穿孔的微穿孔膜和被定位在微穿孔膜的上游側面上的非織造纖維網組成的過濾介質。本文還公開了包括此類過濾介質的框架空氣過濾器以及使用此類過濾介質的方法。在以下【具體實施方式】中，本發明的這些方面和其它方面將顯而易見。然而，在任何情況下，都不應將該廣泛的
【發明內容】
理解為是對可受權利要求書保護的主題的限制，無論此類主題是在最初提交的專利申請的權利要求書中給出還是在修訂的專利申請的權利要求書中呈現，或者另外是在申請過程中呈現。
【附圖說明】
[0003]圖1為從框架空氣過濾器的下游側面觀察，本文所公開的示例性框架空氣過濾器的透視圖。
[0004]圖2為從空氣過濾介質的上游側面觀察，本文所公開的示例性空氣過濾介質的一部分的透視圖。
[0005]圖3為從微穿孔膜的上游側面觀察，本文所公開的示例性微穿孔膜的一部分的透視圖。
[0006]圖4為從空氣過濾介質的上游側面觀察，本文所公開的示例性空氣過濾介質的光學顯微照片。
[0007]圖5為從空氣過濾介質的上游側面觀察，本文所公開的示例性空氣過濾介質的另一光學顯微照片。
[0008]圖6呈現用實驗方法獲得到的各種空氣過濾介質構造的計重和容塵量數據。
[0009]圖7為從框架空氣過濾器的下游側面(沿局部剖面)觀察，本文所公開的另一示例性框架空氣過濾器的透視圖。
[0010]圖8為從構架空氣過濾器的下游側面(沿局部剖面)觀察，本文所公開的另一示例性框架空氣過濾器的透視圖。
[0011]圖9為從框架空氣過濾器的下游側面(沿局部剖面)觀察，本文所公開的另一示例性框架空氣過濾器的透視圖。
[0012]在各圖中，類似的參考標號指示類似的元件。一些元件可以以相同或等同的倍數呈現;在此類情況下，參考標號可以僅指定一個或多個代表性元件，但應當理解，此類參考標號適用于所有此類相同的元件。除非另外指明，否則本文件中的所有圖形和繪圖均未按比例繪制，并且被選擇用于示出本發明的不同實施例的目的。特別地，除非另外指明，否則僅用例示性術語描繪各種部件的尺寸，并且不應從附圖推斷各種部件的尺寸之間的關系。
[0013]盡管本公開中可以使用諸如“頂部”、“底部”、“上部”、“下部”、“下方”、“上方”、“正面”、“背面”、“向上”和“向下”以及“第一”和“第二”的術語，但應當理解，除非另外指出，否則那些術語僅以它們的相對意義使用。如本文所用，作為對特性、屬性或關系的修飾，除非另外具體定義，否則術語“大體”意指特性、屬性或關系將容易被本領域的技術人員認識到，但不要求絕對的精度或完美匹配(例如，對于量化的特性在+/-20%內)；術語“基本上”意指高度的近似(例如，對于量化的特性在+/-20%內)，但再次不要求絕對精度或完美匹配。
[0014]術語“上游”表示面向在空氣處理系統(例如，住宅HVAC系統)中的進入氣流的框架空氣過濾器和/或過濾介質的側面和面。術語“下游”用于表示已過濾的空氣通過其離開過濾介質的側面和面。如本文所用的術語“直徑”(例如開□諸如微穿孔的)，就非圓形(例如，正方形、不規則等)形狀而言，具體地定義為涵蓋“當量直徑”(當量直徑為具有與所述的非圓形形狀相同面積的圓的直徑)。如本文所用，術語“微穿孔”表示開口，其從一個主表面延伸完全通過膜到另一主表面(以便允許空氣流穿過)并且在其最窄點處具有10微米到1000微米的直徑。
【具體實施方式】
[0015]以從下游側面的透視圖在圖1中示出的為如本文所公開的示例性框架空氣過濾器
I。空氣過濾器I包括上游側面2和下游側面3(其名稱可由設置在空氣過濾器I上的信息標記指定)，如圖1所描繪和如上所定義。空氣過濾器I包括空氣過濾介質5和大體安裝在過濾介質5的周邊6上且圍繞過濾介質5的周邊6的框架12。空氣過濾器I形狀上可為帶有拐角4的矩形(具體地包括正方形形狀)，其中過濾介質5因此具有大體矩形的周邊6(在過濾介質5的周邊6中，這不排除不規則部分、凹口、斜截角或成角拐角等等)。框架12可因此采取矩形框架的形式，其帶有各自安裝在過濾介質的四個主邊緣中的一個上的四個主伸長框架部分，并且其中相鄰框架部分匯合以形成如圖1所示的框架12的拐角4。
[0016]示例性空氣過濾介質5的一部分另外詳細地示于圖2中。空氣過濾介質5由微穿孔膜100(另外詳細地示于圖3)組成，所述膜包括第一上游面101和第二下游面102，并且其包括多個楔形微穿孔104，所述微穿孔104從第一面101延伸穿過膜100到第二面102并且允許空氣通過膜。微穿孔的至少一些為楔形的以便具有相對大直徑的寬端部和相對小直徑的窄端部。如本文所公開，微穿孔膜100取向使得微穿孔的寬端部設置在第一上游面101上(SP，以便當置于例如HVAC系統的空氣處理通道中時面向進入氣流)以及微穿孔的窄端部設置在第二下游面102上使得已過濾的空氣穿過其離開過濾介質5。
[0017]空氣過濾介質5還包括非織造纖維網200，其被定位在微穿孔膜100的上游(使得任何進入的空氣在穿過膜100之前必須穿過纖維網200)，其中第一下游面202面向微穿孔膜100(并且其中纖維網200的一些纖維203的至少一些部分與膜100的第一上游面101接觸)并且其中第二上游面201面向進入的氣流。
[0018]如在本文工作實例中詳述，已出乎意料地發現，其中微穿孔膜的微穿孔的寬端部面向上游并且其中非織造纖維網被定位在微穿孔膜的上游的這種類型空氣過濾介質的配置，可允許兩個層(微穿孔膜和非織造纖維網)一起協同工作以提供增強的過濾性能，如例如由在本文實例中提供的計重和容塵量數據所證明。
[0019]示例性微穿孔膜100的一部分示于圖3的分離透視上游圖(其中為便于觀察微穿孔膜100的特征結構已省略圖2的非織造纖維網200)。微穿孔膜100包括第一上游面101和第二下游面102。如上述指出，微穿孔膜100包括從第一面101延伸穿過膜100到第二面102的多個楔形微穿孔104。楔形微穿孔104包括寬端部112和窄端部111，其中術語寬和窄被定義為意指，對于給定的微穿孔，其寬端部具有為窄端部的直徑或當量直徑的至少110%的直徑(或當量直徑，如上述指出)。
[0020]在圖3中所示的一般類型的設計中，微穿孔104的窄端部111可采取至少部分由凸緣114(所述凸緣可具有小于微穿孔膜100的總厚度的例如20%、10%或5%的厚度)限定(例如，至少部分地被凸緣114周向圍繞)的“喉部”113的形式。這種一般類型的設計可通過如下便利地做出:例如壓印或擠出壓印膜以包括由基材層103封端的閉端腔，并且然后執行部分熔融步驟(例如，通過火焰處理，或一般來講通過可提供例如短暫高熱通量的任何合適的熱處理)以在至少一些閉端腔中使基材層的至少一部分移位以制備喉部113。當橫截面觀察時，此類微穿孔可因此表現出“分級的”直徑。即，在一些實施例中，微穿孔104可包括第一部分(例如，“口袋”)，其緊鄰第一面101并且表現出相對大直徑，和具有相對小直徑，并且在兩者之間具有相對清晰的分級變化的第二部分(例如，“喉部”)。應當理解，喉部113的直徑可取決于移位的基材層103的量。在一些實施例中，移位可是相當強力的(使得凸緣114采取非常窄唇緣的形式或可甚至不明顯)。
[0021]不論存在或不存在喉部113，限定微穿孔的至少第一部分的壁123可包括斜坡以便提供由微穿孔表現出的至少一些部分的錐形。傾斜壁123示于圖3的示例性實施例。圖3此外示出其中限定微穿孔104的至少第一部分的壁123由第一組平行肋狀物(rib)124和第二組平行肋狀物125提供的實施例，所述肋狀物組共同提供壁123。此類肋狀物(或任何類型的壁)可包括共同提供微穿孔膜100的上游面的上游面(頂部)126。需注意，限定微穿孔104的壁123可以以任何合適的幾何結構提供并且可提供例如以菱形、六邊形、八邊形、圓形等形式(當從上游方向觀察時)的微穿孔104的至少第一部分。還應當理解，喉部113當存在時，可采取任何形狀(例如，大體圓形、橢圓形、正方形不規則形狀等)。
[0022]在各種實施例中，在膜100中微穿孔104的面積密度可為至少約155個微穿孔/平方厘米、310個微穿孔/平方厘米、465個微穿孔/平方厘米或620個微穿孔/平方厘米(1000個微穿孔/平方英寸、2000個微穿孔/平方英寸、3000個微穿孔/平方英寸或4000個微穿孔/平方英寸)。在另一個實施例中，在膜100中微穿孔104的面積密度可為至多約1550個微穿孔/平方厘米、1240個微穿孔/平方厘米、1085個微穿孔/平方厘米、930個微穿孔/平方厘米或775個微穿孔/平方厘米(10000