空气过滤装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及从传入空气流中过滤粉尘和微粒以减少经过滤空气流中的微粒的空 气过滤装置。
【背景技术】
[0002] 空气包含许多污染物，诸如气味（例如，香烟烟雾）、V0C、微生物（例如，细菌、病 毒、霉菌）、微粒（例如，粉尘），所述污染物在被吸入或以其他方式被人类接触时具有有害 效应。仅微粒就包含死皮、宠物毛肩、尘螨粪便、以及可引起人类免疫应答的其它微观（尺 寸小于5微米）微粒。
[0003] 在本领域中已知旨在从空气移除微粒的若干空气过滤装置。此类空气过滤装置通 常是巨大/笨重的或利用刚性外壳。已试图减少零件并且/或者减小尺寸以获得便利、成本 和 / 或可运输性优点。在转让给Hamilton Beach Brands, Inc. ("HB"）的 US 2009/0038480 中描述了一个此类装置。HB装置是一种空气净化器，其具有容纳在基座内的叶轮并且具有 能够可移除地安装到基座的可折叠空气滤袋。叶轮推进空气通过空气滤袋以从空气移除颗 粒。在一些实施例中，HB装置包括空气可容易地通过或透过的外覆盖件，其在围绕空气过 滤器的框架上滑动。外覆盖件被认为向空气净化器提供美观的外观并且对空气提供支撑。
[0004] 先前空气过滤装置的一个缺陷可能是空气排出装置的排出速度低，这影响过滤性 能。实现用于过滤期望的微粒水平的足够快的排出速度的空气过滤装置可能需要功率更高 的风扇，所述风扇可使装置发出噪声或需要增加装置的尺寸和成本的刚性装置外壳。
[0005] 因此，仍然需要具成本效益地从空气移除微粒并且包括消费者友好型特征结构 (诸如，可运输性和消费者可接受的噪声水平）的改善的空气过滤装置和过滤空气的方法。
【发明内容】
[0006] 根据本发明的一个实施例，提供了一种空气过滤装置，该空气过滤装置包括具有 空气入口和空气出口的基座；功能性地附接到所述基座的风扇，其中当所述风扇被启动时， 所述风扇在约4Pa至约25Pa的压力下使约70CFM至约150CFM的空气移动通过所述空气出 口；与所述空气出口气流连通的空气过滤器；基本上不透气的外部套管，该外部套管包括 第一开口端、第二开口端、以及在第一开口端和第二开口端之间的气流路径，其中所述外部 套管与所述空气出口气流连通，并且在所述第一开口端处可释放地附接到所述基座，并且 其中所述外部套管围绕所述空气过滤器的纵向轴线包封所述空气过滤器；其中当所述装置 被启动时，一定体积的空气排出所述外部套管的所述第二开口端的排出速率为约〇. 6至约 2. 6m/s〇
【附图说明】
[0007] 虽然本说明书通过特别指出并清楚地要求保护本发明的权利要求书作出结论，但 应该相信由下列描述并结合附图可更好地理解本发明，其中：
[0008] 图1示出了根据本发明的空气过滤装置的一个实施例；
[0009] 图2示出了图1中的空气过滤装置的剖视图；
[0010] 图3示出了图1中的空气过滤装置的分解图；
[0011] 图4示出了图2中的装置的剖视图，其仅示出装置的基座（即，移除了外部套管、 空气过滤器以及相关零件的装置）；
[0012] 图5是图4中的基座的分解图；
[0013] 图6示出了根据本发明的空气滤袋的一个实施例；
[0014] 图7A示出了沿着图1和2中的线LA截取的外部套管的剖视节段；图7B示出了根 据本发明的外部套管的另一实施例；
[0015] 图8是根据本发明的示出在使用空气过滤器的情况下随时间推移的颗粒减少的 图；
[0016] 图9为示出根据本发明的空气过滤装置的静压和气流速率、以及与具有空气过滤 器与外部套管之间的不同空间间隙相关联的装置内的压降的图；
[0017] 图10是根据本发明的示出仅风扇、仅带有风扇和空气过滤器的装置、以及整个空 气过滤装置的静压和气流速率的图。
【具体实施方式】
[0018] 参见图1-3,示出了用于过滤空气的装置10的示例性实施例。装置10可包括：基 座20 ;风扇40,其功能性地附接到基座；空气过滤器50,其可释放地附接到基座；以及基本 上不透气的外部套管80。装置10可通过可替换的或可再充电的电池、AC插座（直接AC驱 动或足够的AC/DC电力供应器）、汽车DC电源、太阳能电池等等供电。
[0019] 当具有微粒或其它污染物（尺寸可在约0. 1微米至约30微米的范围内）的输入 空气进入装置10时，通过空气过滤器50过滤输入空气，从而减少输出空气中的微粒。
[0020] 装置10的尺寸可设定成使得其可在桌面上或在生活空间（诸如，具有约22m3至约 75m3的空间的房间）中使用。装置10可具有小于其沿着纵向轴线LA的直立高度的占有面 积以适于小空间。例如，当处在其竖直位置中时，装置可为约20cm至约30cm宽、约20cm至 约30cm深并且沿着纵向轴线LA约45cm至约75cm高。在使用可塌缩零件的情况下，可在 储存期间减小装置10的高度。
[0021] 装置10可通过气流、空气过滤器特性、以及装置构型（例如，外壳、格栅盖、空气过 滤器、以及外部套管构型）来表征。此类方面导致装置10内的压降。在一个实施例中，装 置10可导致约15Pa至约25Pa或约8Pa至约20Pa的总压降。其它实施例可具有导致对风 扇40的更高或更低气流要求的更高或更低压降，以便导致装置10的相同气流。
[0022] 下文更详细描述可被包括在本发明的装置10中的零件中的每个。
[0023] 装詈零件
[0024] 基座和风扇
[0025] 参见图4-5,本发明的装置10可包括由任何已知材料构造的基座20以使电动风 扇40稳定。基座20可包括风扇外壳30和支腿32,该支腿支撑风扇外壳并且使风扇外壳从 支撑表面升高以在空气入口 22定位在基座的下侧上时有利于气流进入空气入口中。基座 20加上支腿32可为约5cm约至约IOcm高，并且具有约20cm至约30cm的直径以减小零件 重量。基座20在基座的第一侧23上具有空气入口 22,并且在基座的第二侧25上具有空 气入口 24。在一些实施例中，基座20可包括对应于空气入口 22和空气出口 24的格栅盖 26a，26b，以及任选地用于过滤大颗粒（例如，毛发）的风扇预过滤器42和风扇盖44以保 持风扇清洁。
[0026] 基座20可具有锥形罩34,其具有第一阶状部36以允许空气过滤器50的附接且带 有第二阶状部38以用于外部套管80的附接。第二阶状部38可在基座20的罩34的下部， 围绕第一阶状部36。罩34可在顶部具有约16cm至约25cm的直径，向下扩张至约20cm至 约 30cm。
[0027] 风扇40功能性地附接到基座20,使得其协助将一定体积的输入空气吸入基座的 空气入口 22中并且使输入空气通过空气出口 24排出，从而推动空气体积通过由外部套管 80界定的气流路径90并且通过也定位在气流路径90中的空气过滤器50。风扇40可在基 座20内部安装在基座20的第一侧23与第二侧25之间。在一些实施例中，风扇40可放置 在空气过滤器50的下游，使得一定体积的空气被拉动通过空气过滤器（与被推动通过空气 过滤器相对），并且空气过滤器在空气通过风扇40之前清洁空气。当测量通过空气过滤装 置的气流时，如本文所用的"下游"是指气流路径中相对于参考位置在时间上较晚的位置。
[0028] 风扇40可包括风扇叶片和电机。旋转的风扇叶片可与装置10静置在其上的表面 相距至少约5cm，以在推进空气进入气流路径90中时避免高压降并且还使吸入的不期望的 碎肩（例如，污垢/毛发）的数量最小化。风扇40可通过向风扇提供小于约25瓦特、或小 于约15瓦特、或小于约8瓦特、或小于约6瓦特的功率的电源来启动或供电。
[0029] 风扇40可设定在预定速度以提供期望的气流速率，或可通过具有用户所选择的 速度的控制件来设定。当在没有空气过滤器50或外部套管80的情况下被启动时，风扇40 可提供从约70立方英尺/分至约150立方英尺/分（"CFM"）或从约80CFM至约130CFM 或从约100CFM至约120CFM的空气。
[0030] 在一个实施例中，轴流式风扇安装在基座20中。在使用轴流式风扇的情况下，期 望的轴流式风扇叶片（也称为叶轮）直径可在叶片的最外点处从顶端到顶端测量，并且可 具有约IOcm至约25cm、或约15cm至约25cm、或约17cm至约20cm的直径，并且与AC或 DC电机、风扇外壳30以及在没有空气过滤器50或外部套管80的情况下递送约70CFM至 约150CFM、或约85CFM至约130CFM、或约100CFM至约120CFM的空气的风扇速度结合。合 适的轴流式风扇包括购自 Conrad Electronics 的 Silverstone S1803212HN、购自 Allied Electronics 的 Orion 0D180APL-12LTB 以及购自 RS Components Intl 的 EBM Pabst 6212 NM。轴流式风扇可显著地比通常用于空气过滤装置中的离心式风扇安静。
[0031] 苧气讨滤器
[0032] 再次参见图1-3,本发明的空气过滤器50从基座20纵向延伸并且与基座20的排 气口 24气流连通。空气过滤器50可包括至少一个附接构件52,该附接构件将空气过滤器 50可释放地附接到基座20。附接构件52可呈夹具、松紧带、抓持材料、钩-环紧固件等等 的形式。一种紧固方法是提供接合电连接到风扇40的机械开关的突片，以在空气过滤器50 被正确接合时使风扇40通电。
[0033] 空气过滤器50可具有约0.1 m2至约Im2 (约I. 08ft2至约10. 76ft2)、或0.1 m2至约 0· 6m2 (约 I. 08ft2至约 6. 46ft2)、或 0· 15m2至约 0· 5m2 (约 I. 6Ift2至约 5. 38ft2)、或 0· 2m2 至约0. 4m2 (约2. 15ft2至约4. 31ft2)的气流表面积。如本文中使用，气流表面积是空气从 其流动通过空气过滤器50的可透过面积。通过将空气过滤器50平坦地放置在单个平面上 而没有任何折叠或褶皱并且接着测量总表面积来测量该气流表面积。空气过滤器50的所 测量的气流表面积不可包括其中物理或化学屏障（例如，过滤器的边缘上的结构或涂料） 阻止气流通过空气过滤器的所述部分的任何面积。使用具有更多的气流表面积的空气过 滤器可为期望的，这是因为其允许空气通过过滤器50的较低面速度，该低面速度降低了压 降。这允许针对给定电力量的来自风扇40的较高气流速率（即，CFM)。较高气流表面积还 允许更安静的装置，因为风扇40需要较少电力。
[0034] 本发明的空气过滤器50可具有约6fpm至约60fpm(约I. 83m/min至约18. 29m/ min)、或约 25fpm 至约 50fpm (约 7. 62m/min 至约 15. 24m/min)、或约 25 至约 40fpm (约 7. 62m/min至约12. 19m/min)的平均面速度。在一个实施例中，空气过滤器面速度为约 36fpm(约10.97m/min)。空气过滤器面速度是空气在排出空气过滤器的外表面时的速度。 空气过滤器的外表面在空气过滤器的内表面的下游，使得空气从空气过滤器50的内表面 流动到其外表面。在其中空气被直接从风扇引导到空气过滤器（即，空气不在风扇与到空 气过滤器的入口之间逃逸）的构型中（如在本发明中），计算空气过滤器面速度：
[0036] 本发明的空气过滤器50可由单纤维层或多个层形成。空气过滤器50可包含非 织造材料。如本文使用且由 European