CN105228721A - 空气过滤装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于过滤空气的装置，该装置包括：基座、功能性地附接到基座的风扇、可释放地附接到基座的空气过滤器、和基本上不透气的外部套管。

Description

空气过滤装置
技术领域
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
空气包含许多污染物，诸如气味(例如，香烟烟雾)、VOC、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、宠物毛屑、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。
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HamiltonBeachBrands,Inc.(“HB”)的US2009/0038480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。
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。
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
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0.6至约2.6m/s。
附图说明
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：
图1示出了根据本发明的空气过滤装置的一个实施例；
图2示出了图1中的空气过滤装置的剖视图；
图3示出了图1中的空气过滤装置的分解图；
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)；
图5是图4中的基座的分解图；
图6示出了根据本发明的空气滤袋的一个实施例；
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；
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；
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；
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
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。
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。
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。
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。
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。
装置零件
基座和风扇
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10cm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。
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。
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。
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屑(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。
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。
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10cm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ConradElectronics的SilverstoneS1803212HN、购自AlliedElectronics的OrionOD180APL-12LTB以及购自RSComponentsIntl的EBMPabst6212NM。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。
空气过滤器
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。
空气过滤器50可具有约0.1m2至约1m2(约1.08ft2至约10.76ft2)、或0.1m2至约0.6m2(约1.08ft2至约6.46ft2)、或0.15m2至约0.5m2(约1.61ft2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。
本发明的空气过滤器50可具有约6fpm至约60fpm(约1.83m/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：
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EuropeanDisposablesandNonwovensAssociation(EDANA)所定义，“非织造材料”是指已通过除了编织或针织以外的任何方法形成网并通过任何方法粘结在一起的任何性质或来源的纤维片、连续细丝或短切纱。非织造材料可由合成纤维或细丝或天然纤维或纤维消费后再回收材料(诸如，聚烯烃(例如，聚乙烯和聚丙烯)、聚酯、聚酰胺)、合成纤维素(例如，)以及它们的共混物构成。还可使用天然纤维，诸如棉花或其共混物。有关如何形成非织造材料的非限制性实例包括熔喷、梳理水刺、梳理树脂粘合、针刺、湿法成网、气流成网、纺粘、以及它们的组合。非织造材料空气过滤器可具有约20至约120gsm的基重，其中非织造材料或过滤介质的基重根据沿循修正后的EDANA40.390(1996年2月)方法的以下方法来测量。
1.优选地使用预切金属模具和模具压机，将至少3片非织造材料或过滤介质切割成特定已知尺寸。每个测试片通常具有0.01m2的面积。
2.使用天平以克为单位测定每个测试片的质量；使用以下方法以克/平方米(“gsm”)为单位计算基重(每单位面积质量)：
3.记录所有测试片的数值平均基重。
4.如果仅有限量的非织造材料或过滤介质可用，那么可测量基重并
将其记录为一片(可能的最大矩形)的基重。
根据本发明的空气过滤器50可根据以下共同转让的美国专利制造：6,305,046；6,484,346；6,561,354；6,645,604；6,651,290；6,777,064；6,790,794；6,797,357；6,936,330；D409,343；D423,742；D489,537；D498,930；D499,887；D501,609；D511,251和/或D615,378。纤维的疏水性或亲水性程度可依据空气过滤器的期望目标，或者根据待移除的微粒或恶臭的类型、所提供的添加剂类型、生物降解性、可获得性、以及此类考虑因素的组合而被优化。
在一个实施例中，空气过滤器50是包括预过滤层、功能层以及支撑层的三层非织造材料。在此方法中，预过滤层在空气过滤器50的上游侧并且充当针对较大微粒(例如，大于10微米)的筛网。当测量通过空气过滤装置的气流时，如本文所用的“上游”是指气流路径90中相对于参考位置在时间上较早的位置。预过滤层由包括水刺聚酯、聚丙烯(“PP”)、或它们的混合物的高蓬松结构组成。功能层捕获较小颗粒(例如，小于约2.5微米)并且可用作包含任何恶臭处理剂的层。功能层可由熔喷或纺粘非织造材料制成。支撑层可包括用于空气过滤器收集颗粒的视觉指示的高对比度粘合/未粘合区域。支撑层提供空气过滤器50所期望的结构/刚度。支撑层可由稀松布或开孔膜制成。
所选择的非织造材料和制造方法的类型可对空气过滤器效率和压降并且继而对风扇40从装置10递送约50至约150CFM的空气所需的压力具有较大影响。具有合适过滤和低压降的一种材料是由带有10-20gsm纺粘PP层来为水刺PET纤维提供结构/支撑的聚对苯二甲酸乙二酯(“PET”)纤维组成的60gsm水刺非织造材料(在本文中统称为“60gsmHET”)。在使用水刺方法的情况下，可运用此构造实现1mm到3mm的厚度，这允许针对相同基重的较低压降。根据沿循修正后的EDANA30.5-90(1996年2月)方法的以下方法来测量厚度。
1.设备设置应包括
a.底部直径；40.54mm(1.596英寸)
b.底部面积：12.90cm2(2in2)
c.底部重量：90.72克(0.2lbs)
d.底部压力：7.03g/cm2(0.1psi、0.69kPa)
e.保压时间：10秒
2.测量至少4个位置，理想的是10个位置。全部应为单层并且没有皱褶。不使材料平滑、不熨烫材料或拉紧材料来移除皱褶。测试片需要大于压力脚的面积。
3.将未起皱褶的样本放置在压力脚下持续保压时间并且以mm为单位测量厚度。
4.记录所有测试片的数均值。
已发现，可期望小于60kg/m3的空气过滤器密度，以提供显著的效率同时还具有低压降。在使用60gsmHET材料的情况下，可提供约20至约60kg/m3的密度。这导致递送针对本文中描述的装置10的良好空气过滤器效率和低压降的非织造材料。这是因为，通过厚度扩展了纤维，从而允许更多的气流路径，从而导致更少的纤维间接触以及更多的可用纤维表面积来捕获颗粒。针对给定基重实现厚度的其它方式包括但不限于空气粘结、气流成网、针刺、以及梳理树脂粘合材料。空气过滤器50的密度使用以下公式来计算：
具有良好过滤但压降较高的另一种非织造材料是包含10gsmPP纺粘(粘结到34gsmPP熔喷、粘结到另一种17gsmPP纺粘非织造材料)的59gsm纺粘/熔喷/纺粘(“SMS”)层合体(在本文中统称为“59SMS”)。两种材料具有类似的基重但具有非常不同的厚度和密度，并且因此具有非常不同的压降。60gsmHET材料具有约1mm至约3mm的厚度，而59SMS结构具有小于约1mm的厚度，从而导致大于60kg/m3的密度。60gsmHET材料具有较低单程效率而且具有低2到3倍的压降，从而允许较高气流速率、较低噪声或给定风扇所需要的较少电力。60gsmHET材料或具有小于约60kg/m3的密度的任何材料还具有能够在开始限制气流之前比密度更高的过滤器(诸如，熔喷或SMS材料)保持更多污垢/微粒的优点，这同样可影响风扇在空气过滤器的整个寿命期间的气流速率。
非织造材料的孔体积分布通过非织造材料的孔隙率来表征。已发现，具有优选孔体积分布的非织造材料在半径小于约50μm的孔中具有至少约15％的总体积、在半径在约50μm至约100μm之间的孔中具有至少约40％的总体积并且在半径大于约200μm的孔中具有至少约10％的总体积，其中使用来自下文示出的累积孔体积测试方法的测量值来计算孔体积分布。
累积孔体积测试方法
对已在测试之前在23℃±2.0℃的温度下并在45％±10％的相对湿度下调理最少12个小时的样本执行以下测试方法。所有测试均在相同的环境条件下并在此类调理室中进行。丢弃任何损坏的产品。不测试具有诸如皱纹、撕裂处、洞等缺陷的样本。根据制造商的说明书校准所有仪器。为了本发明的目的，按本文所述进行调理的样本被认为是干样本(如“干纤维薄片”)。针对被测试的给定材料测量至少四个样本，并且求出来自那四个平行测定的结果的平均值以给出最终记录值。四个平行测定样本中的每个具有55mmx55mm的尺寸。
孔体积测量是在TRI/Autoporosimeter(TextileResearchInstitute)(TRI)/PrincetonInc.ofPrinceton,N.J.,U.S.A.上进行的。TRI/Autoporosimeter是自动的计算机控制的仪器，其用于测量多孔材料中的孔体积分布(例如，在1到1000μm的有效孔半径范围内不同尺寸的孔体积)。使用计算机程序诸如AutomatedInstrumentSoftwareReleases2000.1或2003.1/2005.1；或DataTreatmentSoftwareRelease2000.1(购自TRIPrincetonInc.)以及电子表格程序来捕获并分析所测量的数据。关于TRI/Autoporosimeter、其操作以及数据处理的更多信息可见于以下论文中：在TheJournalofColloidandInterfaceScience(1994)中公开的由B.Miller和I.Tyomkin所著的“LiquidPorosimetry:NewMethodologyandApplications”，卷162，第163-170页，其以引用方式并入本文中。
如本申请中所用，孔隙率测定涉及记录在周围气压改变时进入或离开多孔材料的液体的增量。使测试室中的样本暴露于精确控制的气压改变。当气压增加或降低时，不同大小的孔组排出或吸收液体。孔大小分布或孔体积分布可进一步测定为如由仪器在对应压力下测量的各孔大小组的摄入体积的分布。各组的孔体积等于该液体的量，如在对应气压下由仪器所测。总累积流体摄入测定为所吸收流体的总累积体积。通过以下关系将孔的有效半径与压差联系起来：
压差＝[(2)γcosΘ]/有效半径
其中γ＝液体表面张力，并且Θ＝接触角。
此方法使用上述公式基于常数和设备控制的压力来计算有效孔半径。
通过以用户指定的增量来改变测试室气压来运转自动设备，或通过降低压力(增加孔径)来吸收液体，或增加压力(降低孔径)来排出液体。在每次压力递增时所吸收或排出的液体体积为之前压力设定和目前压力设定之间的所有孔组的累积体积。TRI/Autoporosimeter记录孔体积分布对标本的总孔体积的贡献，并且还记录在给定压力和有效半径下的体积和重量。压力-体积曲线可直接从这些数据构造并且曲线还常常用于描述或表征多孔介质。
在TRI/Autoporosimeter的这种应用中，液体为辛基苯氧基聚乙氧基乙醇(TritonX-100，购自Danbury,CT.的UnionCarbideChemicalandPlasticsCo.，在99.8重量％蒸馏水中的0.2重量％溶液(溶液的比重为约1.0)。仪器计算常数如下：ρ(密度)＝1g/cm3；γ(表面张力)＝31达因/cm；cosΘ＝1。在测试室的多孔板上使用1.2μmMillipore混合纤维素酯膜(MilliporeCorporation，Bedford，MA)；目录号#RAWP09025)。将重约32g的树脂玻璃板(与仪器一起供应)放置在样本上，以确保样本平坦地静置在Millipore过滤器上。不在样本上放置附加的砝码。
运行空白条件(在树脂玻璃板和Millipore过滤器之间没有样本)来考虑测试室内的任何表面和/或边缘效应。从测试样本的可应用孔分组减去为该空白运行测定的任何孔体积。针对测试样本，将重约32g的4cm×4cm树脂玻璃板(与仪器一起供应)放置在样本上，以确保样本在测量期间平坦地静置在Millipore过滤器上。不在样本上放置附加的砝码。
用于该应用的孔径(压力)序列如下(以μm表示的有效孔半径)：10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800。
这些压力值用于产生前进1和后退1曲线。该序列在样本干燥的情况下开始，在压力下降(即，前进1曲线)时浸透样本，并且接着随后在压力再次增加时(即，后退1曲线)排出流体。
TRI/Autoporosimeter测量每个压力水平下的液体累积重量(mg)，并且记录样本的相应累积孔体积。从原始干样本的这些数据和重量，累积孔体积/样本重量的比率可在任何所测量的压力水平下计算，并且以mm3/mg记录。就该测试方法而言，累积孔体积在后退1曲线期间测定，并且以mm3/mg记录，并且从TRI仪器取得。
类似基重下的高厚度和低密度允许过滤器材料具有良好气流，同时还具有许多纤维表面积以静电吸引并且/或者机械过滤颗粒。这种静电有益效果可通过利用在摩电序中带负电以帮助吸引带正电颗粒(如毛发、皮肤以及棉花)的PP纤维或其它材料/涂料来进一步增强。任选地，空气过滤器材料可在制造场所经由电晕处理静电充电，以帮助材料维持电荷以用于在风扇吹动空气通过过滤器材料时吸引小微粒。可递送具有改善的颗粒拾取的另一种方法是在装置中进行离子化以帮助在空气中的颗粒上产生电荷，使得颗粒在带有颗粒的空气经由风扇40通过空气过滤器50时被吸引到过滤器材料。
本发明的空气过滤器50可具有至少约30g/m2、或者至少约50g/m2、或者至少约70g/m2的总基重。本空气过滤器50的总计基重通常不大于约200g/m2、或者不大于约150g/m2并且或者不大于约100g/m2。可使用上述基重公式测量合计基重。
空气过滤器50可包括空气处理剂以改善从空气的微粒移除、使空气清新、提供抗微生物活性等等。空气清新剂可包括抗菌剂、抗病毒剂或抗过敏原剂；离子和非离子表面活性剂；湿润剂；过氧化物；离子和非离子聚合物，包括US2012/0183488和US2012/0183489中描述的那些；金属盐；金属和金属氧化物催化剂(例如，ZPT、Cu、Ag、Zn、ZnO)；pH缓冲剂；生物试剂，包括酶、天然成分以及它们的萃取物；着色剂；以及香料，包括美国公开案2011/0150814、U.S.8,357,359、美国公开案2013/0085204中所述的那些。还预期空气处理剂可包括维生素、草本植物成分或用于鼻部、喉部和/或肺部的其它治疗或医疗活性物质。
在一些实施例中，空气过滤器50包括导电材料和/或碳粒以帮助除去气味并且/或者捕集小分子(VOC等等)。空气过滤器50可在具有基本上平坦表面和开孔或小孔的情况下具有高孔隙率，其可表示大于约50％、或约50％、或约30％、或约25％、或约20％、或约10％的空气过滤器。空气过滤器50内的空隙体积可由形成在诸如发现于泡沫、海绵以及过滤器中的那些材料内的曲折通道组成。表面积可为空气过滤器的体积内的曲折空隙的形式。表面积与维度面积比率可约大于约2或者大于约4。
空气过滤器50可包括添加剂。选择添加剂的类型和含量，使得空气过滤器具有有效移除和保留微粒材料同时维持过滤器的静电特性并且最小化再发射量的能力。因而，添加剂可为非阳离子的，这是因为阳离子添加剂可趋于减弱静电特性。在一个实施例中，空气过滤器50用聚合物添加剂浸渍。合适的聚合物添加剂包括但不限于选自以下的那些：压敏粘合剂、发粘的聚合物、以及它们的混合物。合适的压敏粘合剂包含任选地与增粘性树脂(例如，MirapolTM聚合物)、增塑剂和/或其它任选组分结合使用的粘合剂聚合物。合适的发粘聚合物包括但不限于聚异丁烯聚合物、N-甲基丙烯酸癸酯、以及它们的混合物。聚合物添加剂的粘合特性可提供有效的微粒移除性能。聚合物添加剂的粘合特性可利用质构分析仪测量。合适的质构分析仪可以商品名TA.XT2TextureAnalyser从StableMicroSystems,Ltd.inGodalming,SurreyUK商购获得。
本发明的空气过滤器50可在20到40英尺/分的空气过滤器面速度下具有大于约1克的污垢或约3至约6克的污垢的污垢保持容量，同时使压降的增加幅度小于12.5Pa(0.05"水位表)，或过滤器上的附加污垢的增加压降小于10Pa、或小于5Pa、或小于3.5Pa、或小于2Pa。空气过滤器50的寿命结束可为30天、60天、90天或更多天。经由修正后的ASHRAE52.1-1992方法测量污垢保持容量和由添加污垢导致的压降变化。
1.如方法规定，测量至少2个过滤介质样本，优选地测量6或6个以上过滤介质样本。
2.对至少14"×14"的没有褶裥、皱纹、皱褶等等的平坦过滤器薄片进行测量。接着，跨越过滤器薄片的1ft直径的圆注入颗粒。
3.在测试设备中定向材料，使得颗粒首先命中将首先看到装置中的颗粒的材料的相同侧(如果材料具有取决于定向的不同特性)。如果材料跨越区域是非均一化的，那么样本表示材料。
4.使用被选择以接近地匹配基于用于装置中的空气过滤器表面积和装置中的气流速率的空气过滤器面速度运行测试，加载到6克的污垢，使用ISOFineA2污垢(如ISO12103-1中定义)且以0.5g的增量加载。在每个0.5g的添加之后测量阻力。
本发明的空气过滤器50具有如由下文的修正后的单程ASHRAEStandard52.2方法定义的E2颗粒的约20％-70％的单程过滤效率以及E3颗粒的约50-90％的单程过滤效率。可通过以类似于ASHRAEStandard52.2–2012(“MethodofTestingGeneralVentilationAir-CleaningDevicesforRemovalEfficiencybyParticleSize”)中所述的方式进行测试来测定过滤器的单程过滤特性。测试涉及将网状物配置为平片(例如，没有褶裥、皱褶或折叠)、将平片安装到测试导管中且使平片经受已被干燥且电荷中和的氯化钾颗粒。应选择测试面速度以接近地匹配基于用于装置中的过滤器表面积和装置中的气流速率的装置中的面速度。光学颗粒计数器可用于在一系列十二个粒径范围上测量测试过滤器上游和下游的颗粒的浓度。公式：
可用于测定每个粒径范围的捕获效率。测定测试期间粒径范围中的每个的最小效率，并且测定复合最小效率曲线。从复合最小效率曲线，可对0.3μm和约1.0μm之间的四个效率值进行求平均以提供E1最小复合效率(MCE)，可对1.0μm和3.0μm之间的四个效率值进行求平均以提供E2MCE，并且可对3.0μm和10.0μm之间的四个效率值进行求平均以提供E3MCE。作为比较，HEPA过滤器通常针对E2和E3颗粒具有高于99％的单程效率。
空气过滤器50可采用多种构型。具有高表面积的低成本空气过滤器50的一个构型为将空气过滤器材料折叠/密封成袋的形状，而非具有整体框架的传统褶皱型过滤器。空气滤袋可被设计成使得制造并且提供紧凑形状(经由折叠)以用于在商品陈列架上在流动包裹中或可重新密封的袋中展示。
图6示出一个可能空气滤袋150构型以及具有角撑板66的密封图案，角撑板66非常类似于具有锥形侧面的典型立式袋，不同的是角撑板66处在远端60(即，顶部)处而在典型袋中角撑板处在底部上，从而用作帮助袋站立并且不倒下的基座。仍然参见图6，空气滤袋150可通过折叠且热密封空气过滤器50的两个或更多个边缘64从而在使用空气充气时产生袋或管状形状来形成。空气过滤器50可以产生漏斗状形状的方式来密封，使得其从基座20纵向延伸且沿循外部套管80的形状，但不接触外部套管。为减小远端60处的宽度并允许外部套管80与空气滤袋150的外表面62之间的良好气流，可形成远端60处的锥形密封件和/或角撑板66。空气滤袋150可包括约2cm至约10cm的侧面和/或顶部角撑板(类似于立式袋)，其在密封之前形成以帮助在通过风扇40充气时维持唯一形状，并且帮助在空气滤袋150与外部套管60之间维持用于气流的良好空间间隙。空气滤袋150可在扩张时具有约10cm至约40cm或约10cm至约15cm或约20cm的名义直径以及约35cm至约50cm或约40cm的直立高度，以实现约0.3m2的表面积。热密封边缘64与角撑板66形成气密密封，其在一些实施例中耐受超过约40g/cm的剥离力以阻止分层和/或通过未密封区域的气流。
外部套管
仍然参见图1-3，本发明的装置10包括从基座20纵向延伸的外部套管80。外部套管80包括空气进入到其中的第一开口端82、空气从其排出的第二开口端84以及两者之间的气流路径90。外部套管80在第一开口端82处可释放地附接到基座20，并且因此与空气出口24气流连通。外部套管80围绕空气过滤器50的纵向轴线LA包封空气过滤器50。以此方式，气流在气流路径90中的方向与空气过滤器50和外部套管80的纵向轴线LA大体上对准。虽然图1-3中示出的外部套管80与装置和空气过滤器的纵向轴线对准，但预期外部套管的第二开口端84可轻微地弯曲远离纵向轴线LA，其中第二开口与纵向轴线成约15至约30度之间的角度。
外部套管80可在第一开口端82和第二开口端84处具有7cm到25cm、或约7cm至约23cm、或约7cm至约17cm、或约7cm至约15cm的直径。
第二开口端84可小于第一开口端82，其中外部套管80在第二端处渐缩。外部套管80可为细长的—沿着纵向轴线LA的长度比与其深度和宽度长。外部套管80可沿着纵向轴线LA比空气过滤器50长，以协助捕获通过空气过滤器的气流。在一个实施例中，外部套管80可沿着纵向轴线LA具有约50cm的长度。外部套管80可比空气过滤器50长1cm至约8cm以捕获排出空气过滤器50的气流，并且在下游以将促进满室循环的速度引导空气。
外部套管80可由基本上不透气的任何合适材料制成。如本文中使用，基本上不透气是指当装置在使用中(即，风扇在运转)时在第二开口端84处排出外部套管的空气体积为在第一开口端82处进入外部套管的空气的至少约60％。在一些实施例中，外部套管80是不透气的，使得进入外部套管的空气体积等于排出外部套管的空气体积。另外，在一些实施例中，外部套管80可由能够塌缩到大体上平坦构型或塌缩到小于其直立构型的约30％以易于储存和/或装运的柔性材料(诸如，用于家具装饰材料或户外家具或雨伞中的编织织物、非织造织物、聚乙烯、聚氯乙烯、丙烯酸等等)制成。
已发现具有某个低渗透性水平的外部套管以提供空气抑制存在某种优点。外部套管使10与40％之间的空气通过外部套管以帮助抑制来自风扇、过滤器、装置***的声音。
此外或另选地，外部套管可由帮助抑制声音且在某种程度上吸收振动的柔软和柔性或可塌缩织物(如诸如毡、户外家具织物、室内装饰织物、非织造材料以及其它非刚性材料等等的材料)制成。这与使用刚性注塑塑料作为外壳和用于引导空气并且/或者围绕过滤器密封的构件的大多数空气清洁***显著不同。
现参见图7a和7b，外部套管80可包括框架86(其包括由用户铰接或组装的框架以有助于塌缩以用于储存)以将外部套管80保持在直立构型中。外部套管80的铰接框架86和柔性材料可任选地被折叠或压平或轧制以允许紧凑设计以用于储存。在一些实施例中，外部套管80是无框架的(即，没有纵向延伸的框架)。在此类实施例中，外部套管可由包括整体线圈186(如图7B中示出)的柔性材料制成。另选地，外部套管可为无框架的且由允许外部套管在外部套管80未被用户压缩成塌缩构型或处在包装中时自动扩张到直立位置(即，非塌缩)的柔性、弹簧状材料制成。至少基本上不透气、柔性且弹簧状的合适材料包括硅、弹性织物、非织造材料。材料可为0.25mm至约5mm厚。外部套管80的可塌缩性允许装置10包装在26cm×26cm×15cm到26cm×41cm×15cm的外包装件中。
任选特征结构
可提供控制单元(未示出)以便操作装置10和(更具体地)风扇40。控制单元可被预编程或用户编程以向发射器提供电流或电压脉冲。以此方式，可随时间推移控制液滴尺寸和密度分布。由电源产生的电压时间曲线还可与风扇速度和气流速度同步，使得可在微粒移动通过空气过滤器50时维持最佳微粒收集电势。
化学或物理种类的传感器(未示出)可用于指示空气过滤器50的寿命结束(即，需要替换空气过滤器)并且/或者监测进入和排出装置10的空气的质量。一种提供寿命结束的传感器的方法是使用添加到空气过滤器50的白带或透明带。带的颜色可与空气过滤器50的起始颜色相同，使得其在新的时候不可见，但随着空气过滤器积累微粒且变得肮脏，消费者可在视觉上看到老化/肮脏过滤器与原始过滤器颜色的对比。用于提供寿命结束的空气过滤器的另一方法是使用唯一图案热密封空气过滤器50的纤维，使得不存在通过过滤器50的热密封部分的气流。该热密封部分可为任何期望形状且可按需使用墨水着色以与原始起始颜色匹配。用于寿命结束信号的另一方法是提供接合装置的过滤器突片以启动定时器，所述定时器开启LED或类似光照或声音以提醒消费者更换过滤器。另一唯一方法是提供“止闹”按钮，所述“止闹”按钮允许或提醒用户在某个设定的期望时间(1个星期、1个月等等…)之后再次进行检查。
另外，传感器可测量空气质量。空气质量传感器可用于开启装置10或增大风扇速度。空气质量传感器可邻近空气入口22而安置。空气入口22处的空气质量过滤器与第二开口端84处的空气质量过滤器的组合可向消费者提供装置的性能的清楚信号且展示其功效。
传感器还可用于测定装置的定向，从而在装置10例如不直立的情况下中止其操作。传感器还可用于评估跨越装置10的气流以在其空气入口22或空气出口24被堵塞或风扇40存在故障的情况下中止其操作。
装置10可包括由风扇预过滤盖44容纳的可重复使用或一次性风扇预过滤器42。风扇预过滤器42可由网状泡沫、筛网或各种其它机械构件构成以防止大颗粒或其它物质在风扇叶片或电机上积累。风扇预过滤器42在使用时放置在风扇40的下游以保持风扇叶片清洁。
装置性能
排出速度
空气离开装置10的排出速度对于在房间中提供良好的空气循环使得过滤将在较大空间内发生来说也是重要的。对于中等大小的房间(大约80ft2到140ft2，带有8ft到9ft的天花板)，期望大于约0.4米/秒(“m/s”)的排出速度来使用房间中的气流将1微米到10微米尺寸的气载颗粒移动到装置。对于较大房间(大约150-225ft2，带有8到9英尺的天花板)，期望约0.6m/s或更大的排出速度。在使用这些速度的情况下，目标是在房间的显著部分中实现大于0.003m/s的房间气流速度以将1到10微米之间的气载颗粒移动到装置，所述气载颗粒在所述装置处可被过滤器移除。
认为房间中的在约0.003m/s与约0.25m/s之间的气流速率是将使气载颗粒移动到装置同时还提供良好的舒适性且不提供房间居住者较不期望的类似通风的空气移动的良好气流速率。这可在从装置10离开的气流是从约50至约150CFM时实现，其中空气排出孔或第二开口端84的排出速度可为从约0.5m/s约3.0m/s、或从约0.6m/s至约2.6m/s、或从约0.7m/s约2.0m/s。在风扇40构型和风扇的RPM影响空气CFM的情况下，影响装置10的CFM的其它变量包括：空气过滤器表面积、过滤介质的压降、风扇预过滤器、过滤器与外部套管之间的空间间隙、外部套管的渗透性以及风扇上游和下游的气流路径。这导致完整装置10的从约50CFM至约150CFM、或约60CFM至约100CFM、或约70CFM至约90CFM的气流速率。在外部套管80完全不透气且具有与基座20的气密连接的情况下，可使用以下公式计算空气排出外部套管80的第二开口端84排出速度。
表1示出使用以上计算的排出速度。
表1
当外部套管80以及外部套管与基座20的连接完全不透气时，我们可使用其中进入风扇的体积气流等于退出出口孔的体积流的质量平衡。用于出口速度的计算中的出口孔应为当空气离开装置时装置的最终区域的面积(因此，顶环把手中的把手和/或其它阻塞部不应用于面积计算)。
在外部套管80部分不透气的情况下，可使用以下公式计算空气排出外部套管的第二开口端84排出速度。
通过外部套管的第二开口端的排出气流(以CFM表示)÷出口孔的面积(以ft2表示)
为在通过空气过滤器50的压降最小的情况下维持有效气流，从空气过滤器50径向向外定位外部套管80，从而形成空间间隙100。空间间隙100在80到120CFM的空气下提供小于约8Pa、或小于约6Pa、或小于约4Pa、或小于约2Pa的压降。空气过滤器50和外部套管80可采用任何期望形状(例如，在圆周上由圆柱形外套管或正方形外部套管围绕的圆柱形空气滤袋等等)。在一些实施例中，从空气过滤器50的气流表面区域到外套管80的空间间隙100可为约3mm至约5mm、或至少3mm、或约12mm至约30mm、或大于约20mm。气流表面区域可包括定位为靠近附接构件52的下区域以及定位在附接构件远端的上区域。在风扇40提供约80至约100之间的CFM的情况下，合适的最小空间间隙在下区域处可为至少约3mm，并且远端上区域处的最小空间间隙可为至少约15mm。空间间隙100允许更多气流通过空气过滤器50。如果间隙过小，那么通过空气过滤器的气流可被最小化而引起来自装置10的CFM的减少。
压降
装置10(装置可包括外壳、空气过滤器、外部套管、基座、格栅、风扇、风扇预过滤器以及可限制气流的任何其它组件)的压降在约5与约25Pa之间。带有HEPA或类似HEPA的过滤器的装置通常将在大于70CFM的流速下具有比25Pa大得多的压降。此较高压降导致较高功率消耗(通常大于25瓦特)，以便使用HEPA或类似HEPA的过滤器递送大于70的CFM。因此，使用本发明，可选择将在来自此装置的约5Pa至约25Pa的压降下递送约50CFM至约150CFM，同时保持总装置的噪声小于本文中所述的每声功率测量约50dB(A)同时还在小于25瓦特的低功率消耗下运转的风扇40。
图10示出仅风扇、仅带有风扇和空气过滤器的装置以及整个装置的空气流速。从此图，我们可看到仅带有风扇而没有来自装置的任何额外压降的气流为约110CFM。当将空气过滤器(标称2.5-3ft2平放表面积)附接到风扇时，气流下降至约95CFM。因此，空气过滤器提供约7Pa至约8Pa的压降。这可或多或少地取决于所选择的非织造材料以及滤袋的表面积或过滤器表面的任何涂料或处理。在测量(在风扇被启动的情况下)整个装置的气流时，提供约71CFM的流速。因此，装置提供约14Pa的总压降。可使用如DINENISO5801:2011-11中所述的方法测量风扇本身的体积流速和压力以及部分和整个装置中的体积流速和压力。可通过在所述的不同条件下调整风扇静压来产生图10中示出的风扇曲线。
低噪声
装置10在被启动时(即，在风扇运转的情况下)还可提供低噪声同时递送良好的空气清洁性能。通过空气排出速度驱动空气清洁性能以递送有意义的满室空气循环、过滤器的单程颗粒清洁性能以及装置10的总CFM。可通过测量声压或声功率来测量装置10的噪声。声压水平可小于约50dB(A)、或小于约45dB(A)、或小于约40dB(A)(参考20uPa)。使用定位在地板上方1m的单个麦克风在与装置轴线LA的水平偏移0.2m的情况下测量如本文所述的声压。另选地，可通过根据标准化方法(例如，IEC60704-2-11)测量声功率(参考1pW)来测量噪声。在一些实施例中，装置10没有噪声隔离材料(即，在本文中不识别为装置10的零件或任选零件的任何噪声隔离零件)。
过滤性能
本发明的装置10可在20-40分钟内过滤大于30％或从约40％至约70％的尺寸基本上约0.3微米至约10微米的微粒；其中装置的总压降小于约75Pa、或小于约25Pa、或小于约20Pa、或小于约10Pa、或小于约9Pa；空气排出速度从约0.1至约4.0m/s、或从约0.5m/s至约3m/s、或从约0.8m/s至约3m/s、或从约0.8m/s至约2.6m/s、或从约0.6m/s至约2.6m/s、或从约0.8m/s至约1.8m/s、或从约0.7m/s至约2.0m/s)；且气流速率大于约70CFM或从约70CFM至约150CFM。针对大于1微米的颗粒，本发明的装置10可在20分钟内过滤大于50％的颗粒；其中装置内的压降小于约25Pa、或小于约15Pa、或小于约10Pa；排出速度为约0.5m/s至约3m/s；且气流速率大于约70CFM或从约70CFM至约150CFM。可使用如在本文中的实例中修正的ANSI/AHAM-1-2006)中所述的方法测定空气过滤装置的过滤效率。
实例
微粒移除
构造根据本发明的装置和空气过滤器以用于测试房间中的微粒移除性能。基座为大约25cm×25cm×3cm且涉及将四个NoctuaNF-P12(120mm25mm)风扇并入到带有大约120mm直径的四个孔的基座中以允许气流，使得所有风扇均在同一方向(从搁置表面向上)吹动空气。四个风扇使用适当的接头电连接在一起，并且接着使用来自***式变压器(McMaster-Carrpart#70235K95)的12VDC电力供应器供电。25cm×25cm×3cm基座还具有安装在每个拐角上以升高装置使其离开地板10cm的四根支柱。在装置的顶部上，安装带有大约102cm的周长的空气滤袋且使用弹性构件将空气滤袋固持到装置上。
通过使用单个较大直径风扇(SilverstoneS1803212HN，在大约18cm的直径下)替换用于第一装置中的四个Noctua风扇来使用功率较高的风扇制造第二装置以递送更多压力，其中开口与Silverstone风扇的直径匹配。此第二装置也具有10cm支腿来支撑风扇使其离开地板而不限制气流。Silverstone风扇组合件具有可在8伏特与15伏特之间变化以改变气流速率和压力的独立DC电力供应器。
通过折叠空气过滤器材料且使用VertrodImpulse条式密封机以与制造许多塑料袋(例如，炸薯条袋)相同的方式进行热密封来制造四个不同袋。使用两种不同材料以及两个不同尺寸来制造袋(这影响针对给定流速的过滤器面速度)。一种材料为主要由PET纤维以及中间的17gsm纺粘PP非织造材料组成60gsm水刺非织造材料(“60gsmHET”)。另一种材料为由32gsmPP熔吹组成的59gsm层合体(其中10gsm纺粘PP在一侧上且17gsmPP纺粘在另一侧上)(“59gsmSMS”)。
1.60gsmHET小型袋–102cm周长×大约38cm高–大约400in2的充气时的总过滤器表面积气流，这是归因于袋设计的锥形化。
2.60gsmHET大型袋–102cm周长×大约66cm高–800in2的充气时的总过滤器表面积气流，这是归因于袋设计的锥形化。
3.59gsmSMS小型袋(归因于所要较高压力而使用Silverstone风扇)-与上文的60gsmHET小型袋尺寸相同。
4.59gsmSMS大型袋(归因于所要较高压力而使用Silverstone风扇)-与上文的60gsmHET大型袋尺寸相同。
空气滤袋附接到基座的顶部，其含有凸缘以固持袋且迫使来自四个风扇的所有空气给袋充气，其中所有空气通过滤袋且极少空气或没有空气绕过。空气滤袋在充气时类似于管(其中管附接到基座)且管接着到达形成顶部密封的点。
在空气滤袋的外侧上附接不透气的纸套管，以捕获流动通过空气滤袋的所有空气且迫使其从顶部排出以增大从装置的排出速度。外部套管为来自Ikea的大约25cm×25cm的可塌缩纸外套管(OrgelVretenTM灯罩)。外部套管附接到装置使得其围绕基座密封且使滤袋位于内侧。形成两个不同的外部套管高度。针对短袋，使用23cm高的外套管，并且针对高袋使用66cm高的外套管。当从组装后的装置的顶部观察时，我们将看到滤袋位于装置的中心，在所有侧上存在5mm到10mm的间隙以允许气流。接着，通过测量外部套管的顶部(即，第二开口端)处的出口速度且接着除以气流表面积以得到目标流速来测试带有滤袋和外部套管的装置的气流速率。针对小型袋，测试的期望流速为80CFM，并且针对高袋，测试的期望流速为100CFM。表2捕获在图8中记录的测试条件。
表2
接着，在类似于使用Arizona道路粉尘(源自的PTIInc.的FineAirCleanerTestDust)的ANSI/AHAMAC-1-2006中描述的房间的约3m×3m×3m的房间中放置装置。可在Cortland,NewYork的Intertek测试设施处找到用于此类测试的合适房间和测试设施。如前述ANSI/AHAM方法的第6章节中所描述，在房间中产生粉尘的标准浓度(通常为约200-400颗粒/cc)。在每一个过程中开启装置且在20分钟的时间段内测量从1到10微米的颗粒且如图8中所示那样标绘所述颗粒。除六个测试之外，还记录自然衰减以示出在房间中没有空气过滤装置的情况下的颗粒自然衰减。在开启装置之前，所有六个测试以及自然衰减测试在房间中具有类似的起始颗粒水平，但进行规一化以依照百分比减少来比较所有七个变量。在每个测试之间，使用HEPA空气净化器来使颗粒计数达到非常低的水平，如方法中所述。
使用此方法且测量1到10微米的颗粒，在装置不运行的情况下，1到20微米尺寸的颗粒在20分钟内的自然衰减为约21％。相比之下，当此实例中描述的装置运行时，取决于装置、过滤器以及房间设置条件，房间中的颗粒减少幅度从约40％至最高80％。较大的袋允许较高的气流速率(100CFM)以及较高的单程效率过滤器(即，59gsmSMS)。较高效率的59gsmSMS过滤器需要较高电压与Silverstone风扇。一般来说，图8示出较高的流速和较高的效率两者均提高过滤性能。图8中示出的另一曲线图示出当拐角再循环风扇不开启时外部套管的影响。通常使用前述ANSI/AHAM方法，高流速再循环风扇(大于250CFM/4.25m3/min)在测试期间使房间中的空气循环。这在房间中创建良好的颗粒混合但不始终表示将存在于房间中的内容。因此，如ANSI/AHAM方法中注明，在关闭再循环拐角风扇的情况下进行测试且比较在带有外部套管的情况下的有益效果与在不带有外部套管的情况下的有益效果。在这种情况下，存在10％的过滤性能提高(带有套管的装置的颗粒移除为大约50％而不带有套管的装置的颗粒移除为40％)，这是因为外部套管增大了从装置的排出速度以在房间中引起更多的气流循环且因此移除更多颗粒。在带有较大空气滤袋和外部套管的情况下，针对给定风扇影响甚至更大，这是因为排出速度与过滤器面速度之间的差异增大。归因于装置的空气循环的房间中的颗粒减少还将受到颗粒计数器与测试装置的接近程度的影响。如果颗粒计数器接近装置，那么关闭再循环风扇的影响将较小。如果颗粒计数器在再循环风扇关闭时较接近房间的拐角，那么排出速度(即，具有外部套管)的影响将较高。颗粒计数器与被测试的空气过滤装置相距约1.2m。如果放置在更远处，那么没有套管与存在套管之间的差异将更大，这是因为悬浮且移动颗粒朝向装置所需的空气速度更大。
改变空间间隙的效应
构造四个空气过滤装置：(1)具有空气滤袋的23cm×23cm×66cm的外部套管装置，其中约30％的气流表面积与外部套管接触；均具有不接触外部套管的空气滤袋的(2)25×25×66cm的外部套管装置和(3)30×30×66cm的外部套管装置(后者的空气滤袋与外部套管的内壁之间的空间间隙比前者大)；以及(4)不带有外部套管的装置。空间间隙越大，压降越低。虽然没有外部套管相对于压降是有利的，但缺少外部套管在捕获足够空气以提供必要的排出速度供装置过滤房间中的空气方面具有较差性能。
使用相同的风扇--四个Noctua12V风扇--操作四个所构造的装置，从而在4Pa到8Pa下提供80CFM到120CFM的空气。可通过使用DINENISO5801:2011-11中所述的方法利用风扇对装置进行测试来计算气流和压力。在测试中，将风扇的空气入口侧或装置(风扇、空气过滤器、外部套管组合件)的入口侧或***(风扇、过滤器、套管组合件)的入口侧附接到测试环，从而将空气从测试环向外吹动到自由空间。
图9示出风扇递送的空气数量(即，CFM)与在各种空气数量下产生的压力之间的关系。沿着x轴呈现CFM。沿着y轴呈现压力(用于识别克服***对气流的阻力所需的“推动”的术语)。通常，对于给定风扇功率，随着背压增加，流速降低。这条曲线通过标绘一系列压点对特定流速来构造。
图9还示出当前四个风扇装置和不同气流阻力的特征。这些不同气流阻力由围绕空气过滤器的不同空间间隙产生。将在没有任何额外部件(如围绕过滤器的外部套管)的情况下实现最高流速。在过滤器外侧的仅为自由空气，但不存在在没有外部套管的情况下定义的气流方向。外部套管将在所定义的方向上引导气流且将增大气流阻力，于是，压力在装置内部下降。外部套管与过滤器之间的较小空间间隙增大空气速度但减少气流。有必要优化这些参数(空气速度、流速、压降)以获得能够满足在过滤性能方面的要求的气流。如图9中所见，最小外部套管--23cm×23cm×66cm--节流气流，这是因为空间间隙在空气过滤器的外表面与外部套管的内表面之间的大多数间隙区域中几乎为零。
在整个说明书中，以单数形式涉及的组分应当理解为涉及单个或多个此类组分这两种情况。
在整个说明书中给出的每一数值范围包括落在该较宽数值范围内的每一较窄数值范围，就像这样的较窄数值范围在本文中是明确地写出一样。此外，本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所述的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
除非明确排除或限制，将本文引用的每篇文献，包括任何交叉引用或相关专利或专利申请，全文以引用方式并入本文。任何文献的引用不是对其作为本文所公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术，或其单独地或与任何其它参考文献的任何组合，或者参考、提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，如果此文献中术语的任何含义或定义与以引用方式并入本文的文献中相同术语的任何含义或定义相冲突，将以此文献中赋予该术语的含义或定义为准。
虽然已经举例说明和描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明的实质和范围的情况下可做出多个其它改变和变型。因此，本文旨在将属于本发明范围内的所有这些改变和变型涵盖在所附权利要求中。

Claims (18)

1.一种空气过滤装置，包括：
基座，所述基座具有空气入口和空气出口；
风扇，所述风扇功能性地附接到所述基座，其中所述风扇能够使空气移动通过所述空气出口；
空气滤袋，所述空气滤袋与所述空气出口气流连通，并且包括气流表面区域，当所述装置在使用时，空气从所述气流表面区域排出所述空气滤袋；
基本上不透气的外部套管，所述外部套管包括第一开口端、第二开口端、以及在所述第一开口端和所述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，并且其中所述外部套管围绕所述空气滤袋的纵向轴线包封所述空气滤袋，并且在所述空气滤袋和所述外部套管之间限定空间间隙；
其中所述气流路径中的气流速率为约80CFM至约100CFM，并且所述装置的压降小于约8Pa。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述最小空间间隙为约3mm。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述空气滤袋的所述气流表面区域包括沿纵向轴线定位的下部区域和上部区域，其中所述下部区域处的最小空间间隙为至少约3mm，并且所述上部区域处的最小空间间隙为至少约15mm。
4.根据权利要求1所述的装置，其中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1m/s。
5.根据权利要求所述的装置，其中空气排出所述空气滤袋的面速度为约25fpm至约50fpm。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述空气过滤器具有约0.2m2至约1m2的气流表面积。
7.根据权利要求1所述的装置，其中排出所述外部套管的所述第二开口端的气流速率为进入所述外部套管的所述第一端的气流速率的至少80％。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置的所述压降小于约5Pa。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括小于约25Pa的背压。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述风扇在被启动时在约15Pa至约25Pa的压力下提供约80CFM至约100CFM的气流速率。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置具有小于约45db的噪声水平。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述外部套管是不透气的。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述外部套管包括柔性不透气材料。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述外部套管由柔性材料构造。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述外部套管具有比塌缩位置体积大70％的竖直位置体积。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述基座包括锥形罩，所述锥形罩具有用于接收所述空气过滤器的第一阶状部和用于接收所述外部套管的所述第一开口端的第二阶状部。
17.根据权利要求1所述的装置，还包括空气质量传感器。
18.根据权利要求1所述的装置，还包括寿命结束传感器。
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