專利名稱：可清潔的高效過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可清潔的，高效過濾器結(jié)構(gòu)，其一般可用于過濾應(yīng)用，包括真空吸塵器，集塵器，燃?xì)廨啓C(jī)入口空氣過濾系統(tǒng)，或多種其他應(yīng)用，以便除去氣體或污染的空氣流中的灰塵，污物和其他顆粒物。所述過濾器是極好的除塵和除污結(jié)構(gòu)，在機(jī)械上也堅(jiān)固耐用，并且可以用多種簡單技術(shù)予以方便地清潔。一般，所述過濾器可用于集塵器，燃?xì)廨啓C(jī)入口空氣過濾系統(tǒng)，并且多種其他過濾應(yīng)用可以在不明顯減弱空氣流，效率或其他有利的過濾參數(shù)的情況下工作。一種具體的應(yīng)用包括用于真空吸塵器的濾芯或板，包括可以在潮濕和干燥條件下工作的機(jī)器。
背景技術(shù)：
氣流通常攜帶顆粒材料。在很多場合下，需要從氣流中除去某些或全部顆粒材料。例如，進(jìn)入機(jī)動車輛的發(fā)動機(jī)或發(fā)電設(shè)備的進(jìn)氣氣流，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的氣流，以及進(jìn)入各種燃燒爐的空氣流通常包括夾帶的顆粒材料。所述顆粒材料如果到達(dá)各種相關(guān)設(shè)備的內(nèi)部工作區(qū)，可能導(dǎo)致重大破壞。通常需要從發(fā)動機(jī)，渦輪機(jī)，燃燒爐或其他相關(guān)設(shè)備的上游氣流中除去顆粒材料。
本發(fā)明涉及用在增強(qiáng)效率(例如)HEPA或ULPA基片上的聚合細(xì)纖維合成物。所述細(xì)纖維合成物具有改良的特性，可將它用于多種應(yīng)用中，包括形成纖維，微纖維，納米纖維，纖維網(wǎng)，纖維墊，滲透結(jié)構(gòu)如膜，敷層或薄膜。本發(fā)明的聚合材料是具有物理特征的合成物，其使得具有各種物理形狀或形式的聚合材料能夠抵抗?jié)駳猓瑹?，空氣流，化學(xué)物和機(jī)械應(yīng)力或沖擊的降解作用。
在制造細(xì)纖維過濾介質(zhì)中，業(yè)已使用了多種材料，包括玻璃纖維，金屬，陶瓷，和一系列聚合組合物。業(yè)已將多種纖維成型方法或技術(shù)用于生產(chǎn)小直徑微米和納米纖維。一種方法涉及讓所述材料以熔融材料或以在隨后蒸發(fā)的溶液中的形式通過細(xì)的毛細(xì)管或孔。纖維還可以通過使用通常用于生產(chǎn)合成纖維如尼龍的″噴絲頭″形成。靜電紡紗也是已知的。這種技術(shù)涉及使用皮下注射器針頭，噴嘴，毛細(xì)管或活動滴頭。所述結(jié)構(gòu)提供了聚合物的液體溶液，其隨后被高壓靜電場吸引到收集區(qū)。由于所述材料從所述發(fā)射體中被拉出并且加速通過靜電區(qū)，所述纖維變得非常細(xì)，并能夠通過溶劑蒸發(fā)形成纖維結(jié)構(gòu)。
由于規(guī)章要求越來越嚴(yán)格，還需要工業(yè)集塵設(shè)備以除去加工空氣流中較大比例的越來越小的顆粒。燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)同樣必須除去大量非常小的顆粒，因?yàn)檫@些顆粒的存在可能導(dǎo)致對渦輪葉片無法挽回的破壞。環(huán)境的清潔度，居住者的健康，工業(yè)工藝的效率，工業(yè)設(shè)備的維護(hù)，以及生活的總體美觀需要通過過濾器將亞微細(xì)粒材料容易地從空氣流中除去。
為了達(dá)到將亞微細(xì)粒通過所述系統(tǒng)從空氣流中除去，慣性分離器傾向于只在顆粒材料的通道上設(shè)置物理障礙，所述顆粒材料然后從空氣流中被碰撞進(jìn)入收集箱。紙袋集塵器只是基于袋形的紙過濾器技術(shù)的過濾器。這種紙袋通常被簡單地安裝在空氣流中，以便分離空氣流中的顆粒。
業(yè)已設(shè)計(jì)了更新的過濾器，其具有收集過濾器或平板或圓柱形濾芯。在這些用途中，使用了HEPA過濾材料。通常這種HEPA結(jié)構(gòu)包括延伸的PTFE(拉伸的特氟龍)層帶有一層熔融吹制纖維結(jié)合在過濾器結(jié)構(gòu)上，或者纖維素濾紙層帶有一層熔融吹制纖維結(jié)合在過濾器結(jié)構(gòu)上。這些結(jié)構(gòu)通常僅通過輕敲過濾器或用壓縮空氣流將濾餅或顆粒物從過濾器吹掉進(jìn)行清潔。
更新的過濾器的過濾效率和可清潔能力是重要的。這些過濾器必須能夠除去灰塵和污物，但必須易于清潔而又不損壞過濾器。通常，在實(shí)心物體上輕敲過濾器以除去灰塵和污物可能造成過濾介質(zhì)報(bào)廢或可能造成多層成分分層，因此導(dǎo)致所述過濾器不能通過通道的形成使灰塵和污物通過過濾器結(jié)構(gòu)。另一個失敗的模式出現(xiàn)在當(dāng)細(xì)的灰塵顆粒滯留在過濾介質(zhì)中時，以至灰塵不能通過通常的過濾器清理機(jī)構(gòu)去除，導(dǎo)致降低的真空功率和縮短的過濾器壽命。
本發(fā)明所披露的技術(shù)涉及本發(fā)明受讓人，位于明尼蘇達(dá)州明尼阿波利斯市的唐納森公司(Donaldson Company Inc.)正在進(jìn)行的開發(fā)。本發(fā)明涉及的繼續(xù)技術(shù)開發(fā)，部分與以下美國專利中表征的主題相關(guān)B24,720,292；Des 416,308；5,613,992；4,020,783；和5,112,372。位于明尼蘇達(dá)州明尼阿波利斯市的唐納森公司(Donaldson，Inc.)；同樣擁有上述所指的每個專利，每個專利的全部內(nèi)容在此結(jié)合入本文。
本發(fā)明還涉及被用作耐用HEPA或ULPA基片的聚合材料，可以生產(chǎn)對熱，濕氣，活性材料和機(jī)械應(yīng)力具有改進(jìn)環(huán)境穩(wěn)定性的產(chǎn)品。所述材料可用于形成細(xì)纖維，如具有改良穩(wěn)定性和強(qiáng)度的微纖維和納米纖維材料。隨著纖維尺寸的縮小，這種材料的耐久性越成為問題。這種細(xì)纖維可用于多種用途。在一種應(yīng)用中，過濾器結(jié)構(gòu)可以用這種細(xì)纖維技術(shù)制備。本發(fā)明涉及聚合物，聚合合成物，纖維，過濾器，過濾器結(jié)構(gòu)，以及過濾方法。本發(fā)明的應(yīng)用尤其涉及從液體流中過濾顆粒，例如從空氣流和液體(例如無水和有水液體)流中過濾。所披露的技術(shù)涉及在過濾介質(zhì)中具有一層或多層細(xì)纖維的結(jié)構(gòu)。對于特性和耐久性的組合，可以對合成物和纖維的大小進(jìn)行選擇。
將細(xì)纖維層用于真空袋中的灰塵過濾器真空技術(shù)的一個例子是Emig等(Emiget al.)，美國專利號6,395,064的專利。在濕/干真空吸塵器中的過濾器濾芯使用延伸的PTFE或拉伸的特氟龍的一個例子是Scanlon等(Scanlon et al.)，美國專利號5,783,086的專利。纖維素濾紙/熔融吹制層狀過濾器的一個例子是在Home Depot商店有售的Ridgid-牌VF5000過濾器。平紋HEPA過濾器的一個例子是在www.shop-vac.com有售的Shop-Vac 903-34-00 HEPA筒式過濾器。過濾材料，如平紋HEPA介質(zhì)通常具有高效率，不過通常使用壽命短，并可能因?yàn)榻佑|水而影響質(zhì)量。延伸的PTFE介質(zhì)通常具有非常高的壓力降和中等的HEPA效率。纖維素濾紙/熔融吹制層狀過濾器通常表現(xiàn)出較差的過濾器凈化能力。
在多用途真空吸塵器和濕/干真空系統(tǒng)的市場上，近幾年來對真空吸塵器及其過濾器的性能提出了越來越高的標(biāo)準(zhǔn)。要求這些裝置在住宅，車庫，地下室，商店，院子以及多種工業(yè)環(huán)境中通常很濕或干燥的環(huán)境通過使用真空吸塵器除去氣流中占比例越來越高的越來越小的顆粒。提高的要求滿足了改善健康，減少過敏，改善清潔度，減少周圍環(huán)境顆粒數(shù)量，以及住宅，商店和工業(yè)環(huán)境的其他要求的需要。
存在實(shí)際的需要，試圖通過使用現(xiàn)有的過濾器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)以中等至低的壓力降過濾，延長的使用壽命，以較高的流速除去大量亞微米顆粒的過濾能力和延長的使用壽命。所述優(yōu)選的過濾器可以通過在實(shí)心物體上輕敲或通過簡單的水洗進(jìn)行機(jī)械清理，并可以經(jīng)受重復(fù)使用和清洗周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及層狀過濾介質(zhì)，涉及板式或圓筒式過濾器結(jié)構(gòu)。所述過濾器采用了活性過濾層的獨(dú)特組合，包括至少一高效基片，和至少一細(xì)纖維或納米纖維層以有效除去灰塵，污物和其他顆粒。所述基片類型可以包括HEPA介質(zhì)，玻璃纖維HEPA，ULPA介質(zhì)，95％ DOP介質(zhì)，熔融吹制介質(zhì)，電介體介質(zhì)，纖維素/熔融吹制層狀介質(zhì)等。我們業(yè)已發(fā)現(xiàn)，使用平板或圓柱形結(jié)構(gòu)的過濾器，其內(nèi)合適大小的層組合能夠在適合使用這種獨(dú)特過濾器的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)從機(jī)械上耐用裝置的空氣流中有效除去更細(xì)的灰塵加載物。本發(fā)明的過濾器可以設(shè)計(jì)成作為過濾器結(jié)構(gòu)，以板或圓柱形濾芯插入過濾裝置。所述過濾器包括高效基片層或多個層的組合，至少一層納米纖維或細(xì)纖維形成在基片層或所述層的組合上。對納米纖維層和高效基片進(jìn)行選擇，以便獲得一組平衡的參數(shù)，其允許用戶以較低的壓力降有效除去亞微米顆粒。高效基片(單層或?qū)訝罨Y(jié)構(gòu))按照ASTM1215的測試具有顆粒過濾效率超過80％。我們業(yè)已發(fā)現(xiàn)，高效納米纖維層和高效過濾介質(zhì)的組合提供了相當(dāng)?shù)倪^濾效率，無論使用何種過濾方法清理過濾器都易于清潔，并且具有較低的生產(chǎn)成本。所述層狀結(jié)構(gòu)可以包括一層一系列粗的分離介質(zhì)，將細(xì)纖維從所述基片分離。
本發(fā)明能夠以過濾介質(zhì)，過濾器濾芯，以平板或圓柱形裝置形式使用，可用于多種過濾方法應(yīng)用中。所述應(yīng)用包括過濾氣體和液體流，真空吸塵器，除塵，汽車和其他運(yùn)輸設(shè)備(包括有輪的交通工具和航空設(shè)備上的過濾應(yīng)用)，在唐納森公司(Donaldson Company，Inc.)的Powercore(Z-介質(zhì))應(yīng)用中使用這些材料，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入發(fā)電站氣流的過濾，過濾軍用，民用，工業(yè)和保健院所的市內(nèi)空氣，半導(dǎo)體生產(chǎn)和其他應(yīng)用中減少小顆粒對于健康，有效生產(chǎn)，清潔度，安全性或其他重要目的來說相當(dāng)重要，在軍事應(yīng)用中過濾空氣流以除去當(dāng)?shù)丨h(huán)境中的生物危害或化學(xué)危害材料，對密閉的通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行過濾，這種設(shè)備用于例如航天飛機(jī)，飛機(jī)空氣再循環(huán)，潛水艇，絕對無塵室和其他這類密閉應(yīng)用，作為高效過濾器用在由公用設(shè)施/安全人員，如警察，消防，軍事人員，平民，醫(yī)院人員，產(chǎn)業(yè)工人，和其他需要高效地從吸入的空氣中除去小顆粒的人員使用的呼吸儀器上。
本發(fā)明的過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)還可以用作高效過濾器和液體應(yīng)用。在這類應(yīng)用中，典型的液體材料包括流過導(dǎo)管的含水的和無水的液體，可能遇到位于穿過所述液體流在″閉端″或″橫向流動″方向的過濾器。在閉端過濾中，所述顆粒撞擊過濾器并被除掉。在橫向流動模式中，所述液體流通過所述纖維，同時，納米纖維層的光滑表面形態(tài)增強(qiáng)了介質(zhì)表面來自橫向流動效應(yīng)的清潔能力。將高效納米纖維層用在高效或ULPA層上顯著改善了該結(jié)構(gòu)的使用壽命。
我們業(yè)已發(fā)現(xiàn)，包括濕/干真空系統(tǒng)和shop/vac系統(tǒng)在內(nèi)的真空吸塵器的性能可以通過使用包括至少一層細(xì)纖維和一層高效介質(zhì)的層狀介質(zhì)顯著提高。所述層狀介質(zhì)還可以包括其他過濾和間隔層。所述介質(zhì)可以制成板式或筒式的過濾器結(jié)構(gòu)。我們的實(shí)驗(yàn)表明所述結(jié)構(gòu)能夠以明顯較低的流量和合理的壓力降成功地除去空氣流中的亞微米顆粒。所述結(jié)構(gòu)提供高過濾效率，有效清潔能力，和低生產(chǎn)成本。所述優(yōu)選系統(tǒng)包括一層或多層納米纖維，其設(shè)置在使用基布或粗纖維無紡層作為隔離層的基片上。納米纖維層，基布隔離層和玻璃纖維基片的組合提供了高效，低壓力降，有效的清潔能力和低生產(chǎn)成本，和耐用的機(jī)械穩(wěn)定性，即使面對艱苦的清潔作業(yè)時也是如此。
還提供了用于凈化燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口氣流的方法。所述方法包括使用優(yōu)選的過濾介質(zhì)。通常，所述優(yōu)選的介質(zhì)涉及在空氣過濾器中使用阻隔介質(zhì)，通常為折疊介質(zhì)，和細(xì)纖維，以突出優(yōu)點(diǎn)。
所述過濾介質(zhì)包括至少一個微米或納米纖維網(wǎng)層與基片材料組合成機(jī)械上穩(wěn)定的過濾器結(jié)構(gòu)。這些層共同提供了極好的過濾，高顆粒捕獲，當(dāng)諸如氣體或液體的流體通過所述過濾介質(zhì)時效率在最低流動限制。所述基片可以放置在流體流上游，下游或在內(nèi)層中。多種行業(yè)業(yè)已在近些年對使用過濾介質(zhì)過濾，即從諸如氣體或液體的流體中除去不想要的顆粒給予了很多關(guān)注。這些過濾方法需要微纖維和基片材料的機(jī)械強(qiáng)度，化學(xué)和物理穩(wěn)定性。所述過濾介質(zhì)可適用于多種溫度條件，濕度，機(jī)械振動和震動，夾帶在流體流中的反應(yīng)性和非反應(yīng)性，摩擦或非摩擦性顆粒。另外，所述過濾介質(zhì)通常需要自我凈化能力，使過濾介質(zhì)受反壓力脈沖(短時間的反向流體流動以便除掉顆粒的表面覆蓋層)，機(jī)械振動或其他凈化機(jī)構(gòu)，能夠從所述過濾介質(zhì)表面去除夾帶的顆粒。這種反向凈化可以導(dǎo)致在脈沖或振動清理后顯著改善的(即)減弱的壓力降。在脈沖或振動清理之后，顆粒捕獲效率通常不會改善，不過，這種脈沖或振動清理會降低壓力降，節(jié)省過濾作業(yè)的能量。所述過濾器可以拆卸保養(yǎng)，并可在含水或無水清洗合成物中清洗。加工包括紡細(xì)纖維，然后在多孔基片上形成微纖維的連接網(wǎng)，通?？尚纬伤鼋橘|(zhì)。在紡織工藝中，所述纖維可以構(gòu)成纖維之間的物理聯(lián)結(jié)，以便將所述纖維墊連接成完整的層。然后可以將所述材料制成需要的過濾器形式，如筒狀，扁平的圓盤，罐狀，板狀，袋狀，和囊狀。在所述結(jié)構(gòu)中，所述介質(zhì)可以充分折疊，卷曲或否則放置在支撐結(jié)構(gòu)上。
本發(fā)明的第一方面，它是過濾介質(zhì)或過濾器結(jié)構(gòu)，具有至少一細(xì)纖維或納米纖維層帶有高效基片。在本發(fā)明的第二方面，它是細(xì)纖維或納米纖維層，帶有高滲透性基布層與高效基片組合。本發(fā)明的第三方面是納米纖維或細(xì)纖維層與基布層組合，高效基片層包括第二層基布層與前面的基布層相對。本發(fā)明的第四方面是納米纖維或細(xì)纖維層與基布層組合，高效基片與基布層組合，以及最終的細(xì)纖維或納米纖維層。本發(fā)明的第五方面包括納米纖維或細(xì)纖維層與基片組合，隨后是第二納米纖維或細(xì)纖維層。本發(fā)明的第六方面包括納米纖維層與基布層組合，高效基片層和第二納米纖維層。最后，本發(fā)明的最后方面包括納米纖維層與基片層和基布層組合。上述各個方面，納米纖維或細(xì)纖維層可以被紡到任何附近的可紡基片上，并可根據(jù)需要與活性過濾介質(zhì)中的其他層組合。另外，細(xì)纖維或納米纖維層可被紡到下一個相鄰的層上，用于介質(zhì)或過濾器生產(chǎn)。在上述任何方面，對單一納米纖維，基布或基片層的引用可能意味著所述材料的多個層用在所述高效結(jié)構(gòu)上。所述結(jié)構(gòu)，組合(例如)基片層的每一層可有較低的單層效率，不過，與其他基片層組合可以具有一效率，足以成為本發(fā)明所定義的高效基片。另外，根據(jù)介質(zhì)或過濾裝置的設(shè)計(jì)理念，可以使用多層納米纖維或細(xì)纖維層和多層基布層。


圖1表示圖解數(shù)據(jù)，表示與其他過濾材料相比，過濾器材料在進(jìn)行重復(fù)清潔之后對空氣流的阻力增加。在本應(yīng)用中示出的平板結(jié)構(gòu)上增加的細(xì)纖維層明顯增強(qiáng)了玻璃纖維材料的清潔能力?！迩鍧崱鍓毫档妮^小的增加表明在清潔時從本發(fā)明的纖維中除掉了大量的灰塵和污物。
圖2表示在重復(fù)使用和清潔之后，可以將介質(zhì)的灰塵和污物保持力恢復(fù)到低水平。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)中在對灰塵和污物的裝載和清潔進(jìn)行三次循環(huán)之后，HEPA材料持有的灰塵明顯多于細(xì)纖維HEPA層和PTFE材料。細(xì)纖維層材料實(shí)現(xiàn)了表面裝載，并由于灰塵和污物主要停留在細(xì)纖維層表面上，所述灰塵易于去除，導(dǎo)致出色的可清潔能力。
圖3表示與其他過濾材料重復(fù)循環(huán)相比，本發(fā)明的材料的清潔能力或灰塵裝載量。在達(dá)到實(shí)驗(yàn)的最終壓力降之前，本發(fā)明的細(xì)纖維層介質(zhì)和PTFE材料捕獲的灰塵和污物明顯多于HEPA玻璃纖維材料。換句話說，將細(xì)纖維用在高效介質(zhì)上的較低成本的替代方案，取得了與更昂貴的PTFE材料相當(dāng)?shù)某龎m能力。
圖4表示圖解數(shù)據(jù)，表明本發(fā)明的多層介質(zhì)可被清潔并恢復(fù)到極好的過濾參數(shù)。
圖5表示圖解數(shù)據(jù)，表示HEPA玻璃纖維介質(zhì)在恢復(fù)到原始條件方面不如多層介質(zhì)。
圖6表示圖解數(shù)據(jù)，表示PTFE玻璃纖維介質(zhì)在恢復(fù)到原始條件方面不如多層介質(zhì)。圖4-6表示本發(fā)明的層狀介質(zhì)(圖4)在實(shí)驗(yàn)條件下顯示出極好的除塵能力，可以被清潔并大體恢復(fù)到新的條件，重復(fù)原始材料極好的過濾特性。圖5所示的玻璃纖維HEPA過濾器和圖6所示的PTFE介質(zhì)，均不能獲得極好的可清潔能力，并在三次清潔循環(huán)之后也不能恢復(fù)至高過濾特性。
圖7是筒式過濾件的示意性透視圖。
圖8是圖7所示過濾件的沿圖7中線8-8的示意性剖視圖。
圖9是數(shù)據(jù)圖表，表示與細(xì)纖維中的類似結(jié)構(gòu)相比本發(fā)明的可清潔裝置的前和后脈沖清潔能力和使用壽命。
圖10是發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的示意圖，其中可以使用根據(jù)本發(fā)明的空氣過濾器；圖11是過濾件的一種實(shí)施方案的示意性透視圖，其可用在圖10所示系統(tǒng)中；圖12是可用于圖11所示結(jié)構(gòu)中的一部分過濾介質(zhì)(Z-介質(zhì))的示意性透視圖；圖13是圖11所描述的過濾件安裝在外殼內(nèi)的示意性剖視圖；圖14是用于圖11所示過濾件的密封系統(tǒng)中的可壓縮密封部件的一種實(shí)施方案的分段、放大示意圖；圖15是可用在圖12所示發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的過濾件的另一種實(shí)施方案的示意性透視圖；圖16是圖15所示過濾件安裝在外殼內(nèi)的示意性剖視圖；圖17是可用在圖10所示發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的過濾件和外殼的另一種實(shí)施方案的示意性、分解透視圖；圖18是燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的示意圖，其中可以使用本發(fā)明的過濾件；圖19是可以用在圖18所示燃?xì)廨啓C(jī)空氣吸入系統(tǒng)中的過濾件的一種實(shí)施方案的示意性透視圖；圖20是圖19所示過濾件安裝在管板內(nèi)的后視圖，并有前置過濾器安裝在圖19所示過濾件上游；圖21是圖19所示的空氣過濾器結(jié)構(gòu)，沿圖19的線12-12的放大、示意性、分段的剖視圖。
圖22是微型渦輪機(jī)系統(tǒng)的空氣吸入系統(tǒng)的示意圖，其中可以使用本發(fā)明的過濾件；圖23是處在可操作安裝，以凈化燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)入空氣的過濾件的示意性剖視圖，剖面沿圖24的線14-14，不過處于裝配狀態(tài)；圖24是圖23所示過濾器裝置的分解側(cè)視圖，并處在未組裝的狀態(tài)；圖25是分段的示意性剖視圖，顯示過濾件密封在過濾器外殼內(nèi)；圖26是燃料電池系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口的示意圖，其可采用本文所描述的過濾件；
圖27是過濾器組件的示意性剖視圖，可用于圖26的燃料電池進(jìn)氣系統(tǒng)中；和圖28是過濾器組件的另一種實(shí)施方案的示意性剖視圖，可用于燃料電池系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口中。
圖29是根據(jù)本發(fā)明，包括過濾件的空氣過濾系統(tǒng)的一種實(shí)施方案的部分剖開的側(cè)視圖；圖30是根據(jù)本發(fā)明，包括過濾件和文丘里(Venturi)件的空氣過濾系統(tǒng)的另一種實(shí)施方案的部分剖開的側(cè)視圖；圖31是圖7和8所示過濾件密封在圖30或31所示系統(tǒng)中的放大、示意性剖視圖；圖32是其上裝有文丘里(Venturi)件的過濾件的一種實(shí)施方案的部分剖視圖，可用在圖30所示系統(tǒng)中；和圖33是脈沖噴射清洗系統(tǒng)和文丘里件的平面圖。
圖34是燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)風(fēng)口過濾系統(tǒng)的示意性剖視圖，用于本文所披露的方法中；和圖35是另一種燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的示意性剖視圖，與圖29所示系統(tǒng)類似但更小一些，用于本文所披露的方法中。
圖36是數(shù)據(jù)圖表，表示與沒有細(xì)纖維的類似結(jié)構(gòu)相比本發(fā)明的可清潔裝置的脈沖前和脈沖后效率。
圖37-40表示優(yōu)選的過濾器配置包括圓柱形濾芯，帶密封件的濾芯和平板式結(jié)構(gòu)。
圖41-46是數(shù)據(jù)圖表，表示例4-8所述過濾器的過濾效率的各種測量。
具體實(shí)施例方式
層狀介質(zhì)包括至少一細(xì)纖維或納米纖維網(wǎng)狀層，與高效基片材料組合成機(jī)械上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。所述細(xì)纖維層必須在機(jī)械和化學(xué)上足夠穩(wěn)定，以便獲得灰塵和污物的表面裝載，而不會在使用或清洗時對過濾器內(nèi)的層造成明顯的損傷或破壞。本發(fā)明的過濾介質(zhì)是通過在一層上紡細(xì)纖維，然后在高效基片上形成微纖維的聯(lián)接網(wǎng)生產(chǎn)的。在紡絲過程中，所述纖維可以在纖維之間形成物理結(jié)合，以將纖維墊聯(lián)接形成基片上的完整層。所述層狀介質(zhì)可以包括粗的無紡基布。
本發(fā)明涉及具有改善特性的聚合合成物，可用于形成過濾介質(zhì)，平板或?yàn)V芯上的納米纖維，纖維網(wǎng)，纖維墊等。本發(fā)明的包括微米或納米纖維層的細(xì)纖維可以是纖維，并且直徑大約為0.05-0.5微米。典型的細(xì)纖維層的厚度范圍為所述纖維直徑的大約1-100倍(即大約0.05-50微米)，其基重范圍大約為3×10-7-6×10-5克-cm-2。
可用于本發(fā)明過濾器中的細(xì)纖維或聚合纖維層的聚合材料包括加聚物和縮聚物材料，如聚烯烴，聚縮醛，聚酰胺，聚酯，纖維素醚和酯，聚硫化亞烴，聚芳撐氧，聚砜，改良的聚砜聚合物和其混合物。屬于上述通類的優(yōu)選材料包括聚乙烯，聚丙烯，聚(氯乙烯)，聚甲基丙烯酸甲酯(和其他丙烯酸樹脂)，聚苯乙烯，和其共聚物(包括ABA型嵌段共聚物)，聚(偏二氟乙烯)，聚(偏二氯乙烯)，具有各種水解度(87％-99.5％)交聯(lián)的和非交聯(lián)形式的聚乙烯醇。優(yōu)選的加聚物傾向于玻璃狀(Tg高于室溫)。對于聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯聚合物合成物或合金，或?qū)τ诰哂械涂山Y(jié)晶性的聚偏二氟乙烯和聚乙烯醇材料來說是如此。聚酰胺縮聚物的一類包括尼龍材料。術(shù)語″尼龍″是所有長鏈合成聚酰胺的總稱。通常，尼龍命名法包括系列數(shù)字，如尼龍-6，6表示原始材料是C6二元胺和C6二酸(第一個數(shù)字表示C6二元胺，而第二個數(shù)字表示C6二羧酸化合物)。另一種尼龍可在存在少量水的條件下由ε己內(nèi)酰胺的縮聚制成。這種反應(yīng)形成了尼龍-6(由環(huán)狀內(nèi)酰胺-又被稱作ε-氨基己酸制成)，其是線性聚酰胺。另外，還考慮了尼龍共聚物。共聚物可通過在反應(yīng)混合物中組合各種二元胺化合物，各種二酸化合物和各種環(huán)狀內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)，然后在聚酰胺結(jié)構(gòu)中形成帶有隨機(jī)定位的單體材料的尼龍。例如，尼龍6，6-6，10材料是由環(huán)己二元胺和C6和C10二酸混合物制成的尼龍。尼龍6-6，6-6，10是通過ε氨基己酸，環(huán)己二元胺和C6和C10二酸材料的混合物共聚合而制成的尼龍。
嵌段共聚物在本發(fā)明的加工過程中同樣有用。對于這種共聚物來說，溶劑膨脹劑的選擇是重要的。選擇的溶劑使得兩種嵌段都能溶解在所述溶劑中。一種例子是在二氯甲烷溶劑中的ABA(苯乙烯-EP-苯乙烯)或AB(苯乙烯-EP)聚合物。如果一種成分不溶解于所述溶劑，將會形成凝膠。所述嵌段共聚物的例子是Kraton型苯乙烯-b-丁二烯和苯乙烯-b-氫化丁二烯(乙烯丙烯)，Pebax型e-己內(nèi)酰胺-b-乙撐氧，Sympatex聚酯-b-乙撐氧和乙撐氧的聚亞氨酯和異氰酸酯。
加聚物，如聚偏二氟乙烯，間同立構(gòu)聚苯乙烯，偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，聚乙烯醇，聚醋酸乙烯酯，非晶型加聚物，如聚(丙烯腈)，及其與丙烯酸和甲基丙烯酸酯的共聚物，聚苯乙烯，聚(氯乙烯)及其各種共聚物，聚(甲基丙烯酸甲酯)及其各種共聚物，能夠比較容易地進(jìn)行溶液紡絲，因?yàn)樗鼈冊诘蛪汉偷蜏叵驴扇?。不過，諸如聚乙烯和聚丙烯的高度晶體狀聚合物需要高溫、高壓溶劑，如果對它們進(jìn)行溶液紡絲的話。因此，聚乙烯和聚丙烯的溶液紡絲是非常困難的。靜電溶液紡絲是制造納米纖維和微纖維的一種技術(shù)。
我們還發(fā)現(xiàn)以聚合物混合物，合金形式或交聯(lián)化學(xué)結(jié)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成包括兩種或兩種以上聚合材料的聚合物合成物有相當(dāng)大的優(yōu)勢。我們認(rèn)為，這種聚合物合成物通過改變聚合物的特質(zhì)改善了物理特性，如改善聚合物鏈柔性或鏈能運(yùn)性，增加總分子量和通過聚合材料網(wǎng)絡(luò)的形成提供加強(qiáng)作用。
在這種構(gòu)思的一種實(shí)施方案中，可以將兩種相關(guān)的聚合材料混合在一起以獲得有利的特性。例如，高分子量聚氯乙烯可以與低分子量聚氯乙烯混合。類似地，高分子量尼龍材料可以與低分子量尼龍材料混合。另外，可以將同一大類的不同品種的聚合材料混合在一起。例如，高分子量苯乙烯材料可以與低分子量，高沖擊聚苯乙烯混合。尼龍-6材料可以與尼龍共聚物，諸如尼龍-6；6，6；6，10共聚物混合。另外，具有低水解度的聚乙烯醇，如87％水解的聚乙烯醇可以與具有98-99.9％和更高水解度的完全或過水解的聚乙烯醇混合?；旌衔镏械乃羞@些材料可以使用合適的交聯(lián)機(jī)構(gòu)交聯(lián)。尼龍可以使用能與酰胺鍵結(jié)的氮原子起反應(yīng)的交聯(lián)劑交聯(lián)。聚乙烯醇材料可以使用羥基活性材料交聯(lián)，如一醛，如甲醛，尿素，三聚氰胺-甲醛樹脂及其類似物，硼酸以及其他無機(jī)化合物。二醛，二酸，聚氨酯橡膠，環(huán)氧樹脂和其他已知的交聯(lián)劑。交聯(lián)技術(shù)為本領(lǐng)域所熟知并了解的現(xiàn)象，其中交聯(lián)劑反應(yīng)并且形成聚合物鏈之間的共價鍵，以便顯著提高分子量，化學(xué)抗性，總體強(qiáng)度和對機(jī)械損傷的承受力。
細(xì)纖維可以由聚合物材料或聚合物加添加劑制成。本發(fā)明的一種優(yōu)選模式是包括第一種聚合物和第二種不同聚合物(在聚合物類型，分子量或物理特性方面不同)的聚合物混合物，其在高溫下調(diào)理或處理。所述聚合物混合物可以起反應(yīng)，并且制成單一的化學(xué)物種，或者可以通過退火工藝物理上合并成混合的合成物。退火表示物理變化，如結(jié)晶度，應(yīng)力松弛或定向。優(yōu)選的材料是化學(xué)反應(yīng)形成單一聚合物種，以使微分掃描量熱計(jì)分析顯示單一聚合物材料。所述材料在與優(yōu)選的添加劑材料組合時，可以在微纖維上形成添加劑的表面覆蓋層，在與高溫，高濕和惡劣工作條件接觸時提供親油性，疏水性或其他相關(guān)的改善的穩(wěn)定性。所述類型材料的細(xì)纖維的直徑為大約0.01-5微米。這種微纖維可以具有光滑的表面，包括添加劑材料的分立層或添加劑材料的外部覆蓋層，在聚合物表面部分溶解或合金化，或同時具有這兩種現(xiàn)象。用于所述混合聚合物系統(tǒng)的優(yōu)選材料包括尼龍6；尼龍66；尼龍6-10；尼龍(6-66-610)共聚物和其他線性通常脂族尼龍合成物。通過端基滴定分析了優(yōu)選的尼龍共聚物樹脂(SVP-651)的分子量(J.E.Walz and G.B.Taylor，determination of the molecularweight of nylon，Anal.Chem.Vol.19，Number7，pp448-450(1947)。數(shù)均分子量(Mn)在21,500和24,800間。合成物由三種成分尼龍的熔點(diǎn)溫度的相圖估算，尼龍6大約45％，尼龍66大約20％，尼龍610大約25％.(Page286，Nylon Plastics Handbook，Melvin Kohan ed.Hanser Publisher，New York(1995))。
報(bào)道的SVP 651樹脂的物理參數(shù)為

我們發(fā)現(xiàn)添加材料能夠顯著改善細(xì)纖維形式的聚合材料的特性。通過使用添加材料能夠明顯改善對熱，濕，沖擊力，機(jī)械應(yīng)力和其他不利的環(huán)境影響的承受力。我們發(fā)現(xiàn)在加工本發(fā)明的微纖維材料時，所述添加材料能夠改善疏油特征，疏水特征，并有助于改善所述材料的化學(xué)穩(wěn)定性。我們認(rèn)為，由于這些疏油性疏水性添加劑的存在，以微纖維形式的本發(fā)明的細(xì)纖維得到改善，因?yàn)檫@些添加劑形成了保護(hù)性覆蓋層，離格表面或滲透表面到某種深度，以便改善聚合材料的性質(zhì)。我們認(rèn)為，這些材料的重要特征是存在強(qiáng)疏水性基團(tuán)，所述基團(tuán)優(yōu)選還具有疏油特征。強(qiáng)疏水性基團(tuán)包括碳氟化合物基團(tuán)，疏水性烴表面活性劑或嵌段和主要為烴的寡聚物合成物。所述材料以合成物形式生產(chǎn)，其中部分分子傾向于與提供常見與聚合物物理結(jié)合或連接的聚合物材料兼容，而強(qiáng)疏水性或疏油性基團(tuán)由于所述添加劑與聚合物的結(jié)合，形成保護(hù)性表面層位于該表面上，或者與聚合物表面層形成合金或與其混合。對于添加劑含量為10％的0.2-微米的纖維來說，表面厚度計(jì)算為大約50，如果所述添加劑移向所述表面。認(rèn)為移動會發(fā)生是由于疏油性或疏水性基團(tuán)在塊材材料中不兼容性所致。50厚度對于保護(hù)性覆蓋層來說似乎是合理的厚度。對于0.05-微米直徑的纖維，50厚度相當(dāng)于20％質(zhì)量。對于2微米厚度的纖維，50厚度相當(dāng)于2％質(zhì)量。優(yōu)選的，添加材料的使用量為大約2-25wt.％?？梢耘c本發(fā)明的聚合材料組合使用的寡聚物添加劑包括分子量為大約500至大約5000的寡聚物，優(yōu)選大約500至大約3000包括含氟化學(xué)物，非離子型表面活性劑和低分子量樹脂或寡聚物。被用作本發(fā)明合成物中的添加劑材料的有用材料是叔丁基苯酚寡聚物。所述材料傾向是相對低分子量的芳族酚樹脂。所述樹脂是通過酶促氧化結(jié)合制備的酚醛聚合物。亞甲基鍵的缺乏導(dǎo)致獨(dú)特的化學(xué)和物理穩(wěn)定性。這些酚醛樹脂可以與各種胺和環(huán)氧樹脂交聯(lián)，并且與多種聚合材料兼容。這些酚醛材料的例子包括Enzo-BPA，Enzo-BPA/苯酚，Enzo-TBP，Enzo-COP和其他相關(guān)的酚醛樹脂，是從Enzymol International Inc.，Columbus，Ohio獲得的。
存在多種高效介質(zhì)材料可用于不同應(yīng)用。這些基片介質(zhì)可以包括HEPA，ULPA，HEPA玻璃纖維，95％ DOP，熔融吹制層，電介體纖維層，和纖維素/熔融吹制層狀介質(zhì)。本文所披露的耐用性納米纖維和微纖維可以添加到上述任何介質(zhì)中。這些介質(zhì)可以是紡織物或無紡織物。所述織物可以是單層或多層。每一層可以包括單一成分的紡織或無紡纖維或混合的紡織或無紡纖維。所述層可以與其它層組合，如基布或與其他有用的過濾層。所述基片本質(zhì)可以是親水性的或疏水性的，或者可以經(jīng)過處理以獲得所述特征。所述基片可經(jīng)處理以包括抗菌，殺病毒或其他能力，以便減少感染劑的群體。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括第一層細(xì)纖維。所述細(xì)纖維被固定在介質(zhì)層的表面上。所述裝置的微纖維或納米纖維可以通過常用的靜電紡紗工藝制成。Barris，美國專利號4,650,506詳細(xì)披露了靜電紡紗工藝的裝置和方法，該專利被特別結(jié)合入本文。用于所述工藝中的裝置包括用于容納細(xì)纖維形成聚合物溶液的容器，泵和旋轉(zhuǎn)型發(fā)射儀器或發(fā)射體，將所述聚合物溶液泵送至其處并應(yīng)用。所述發(fā)射體通常包括旋轉(zhuǎn)部分。旋轉(zhuǎn)部分隨后從所述容器中獲得聚合物溶液，并當(dāng)其在靜電場中旋轉(zhuǎn)時，所述靜電場，如下所述，使溶液的液滴加速朝向收集織物的表面。朝向發(fā)射體，但與其分隔的是大體上為平面的網(wǎng)格，所述收集表面(即織物或多層多纖維織物)安置在其上。空氣可以通過所述網(wǎng)格。所述收集表面位于靠近網(wǎng)格相對端。通過適當(dāng)?shù)撵o電壓源在發(fā)射體和網(wǎng)格之間保持高壓靜電位。
在使用時，聚合物溶液從容器泵送到所述旋轉(zhuǎn)部分。網(wǎng)格和發(fā)射體之間的靜電位使所述材料帶有電荷，導(dǎo)致液體以細(xì)纖維的形式從發(fā)射體中噴射，所述纖維被拉向網(wǎng)格，在這里纖維到達(dá)并且收集在基片織物上。對于溶液中的聚合物來說，溶劑在纖維飛至網(wǎng)格時蒸發(fā)脫離纖維；因此所述纖維到達(dá)了所述織物。所述細(xì)纖維與在網(wǎng)格上首先遇到的織物纖維結(jié)合。選擇靜電場強(qiáng)度，以確保聚合材料加速從發(fā)射體到達(dá)所述織物；所述加速足以使得所述材料形成非常細(xì)的微纖維或納米纖維結(jié)構(gòu)。加快或降低收集織物的前進(jìn)速度可以在成型織物上沉積或多或少的發(fā)射纖維，從而可以控制安置其上的每一層的厚度。
納米纖維層的纖維尺寸為大約0.01-2微米或0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5克-cm-2，孔徑大小為大約0.01-100微米。所述基片同樣有一優(yōu)選基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，厚度為大約0.001-0.2英寸。所述纖維介質(zhì)通常是折疊的，并且使用支架和黏合劑材料將過濾介質(zhì)黏合至板或筒狀支架結(jié)構(gòu)上形成濾芯?？偟倪^濾器濾芯以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％或按照ASTM1215測試大約80-99.99995％。濾芯通常能夠以大約5至大約104立方英尺/分鐘的速度使空氣流動并有效清除顆粒物。所述特征是獨(dú)特的并且是本發(fā)明的耐用過濾器的重要方面。
本發(fā)明的過濾器可以由在基礎(chǔ)介質(zhì)或基片層上形成至少一納米纖維或細(xì)纖維層制成。所述多層結(jié)構(gòu)可以包括其他所需的過濾或非過濾層。所述基礎(chǔ)介質(zhì)層可以包括HEPA，ULPA，95％ DOP級，熔融吹制，纖維素/熔融吹制層狀，或電介體介質(zhì)，只要所述介質(zhì)是高效介質(zhì)就行。對本專利申請來說，″高效介質(zhì)″表示按照ASTM1215測試時顆粒清除效率超過80％。
基礎(chǔ)介質(zhì)或基片層可以包括HEPA(High Efficient Particle Arrester高效顆粒捕獲器)過濾器，即100等級(允許少于100個顆粒的尺寸超過0.5微米每立方英尺)。根據(jù)場合，可以用等級10(允許少于10個顆粒的尺寸超過0.3微米每立方英尺)的ULPA(Ultra Low Particle Arrester超低顆粒捕獲器)取代。
一個有用的基礎(chǔ)過濾介質(zhì)或基片層的例子是在使用DOP懸浮顆粒滲透實(shí)驗(yàn)測量時，基礎(chǔ)過濾介質(zhì)允許小于5％-0.0005％的顆粒滲透(效率為95％-99.9995％)。所述基礎(chǔ)過濾介質(zhì)通常是紡織或無紡過濾介質(zhì)由包括天然和合成纖維的短纖維制成?？梢允褂迷诒景l(fā)明的基礎(chǔ)介質(zhì)的纖維包括玻璃纖維，金屬纖維，彈性體纖維，非彈性體聚合物，聚氨酯，聚酯，聚酰胺及其它。
本發(fā)明的基礎(chǔ)介質(zhì)還可以包括無紡織物，特別優(yōu)選熔融吹制的無紡織物，因?yàn)樗鲞^濾器或纖維的微小尺寸，即微型孔隙，以及所述纖維的隨機(jī)收集導(dǎo)致了小孔徑尺寸，高效性和抗顆粒滲透性。所述熔融吹制的無紡織物在合理的壓力降下表現(xiàn)出過濾特性。所述熔融吹制織物可以通過多種已知的熔融驅(qū)動，纖維吹制技術(shù)生產(chǎn)?？梢杂贸Ｓ玫臒崴苄圆牧仙a(chǎn)本發(fā)明的無紡，熔融吹制材料。典型的熔融吹制聚合物包括聚烯烴，如聚乙烯和聚丙烯，聚酯，聚酰胺尼龍和其它合理的Tm的無紡織物。本發(fā)明的熱塑性，熔融吹制，熱壓粘合，人造的，無紡纖維可以具有較輕的重量，在大約0.05和大約10oz-yd-2之間。
本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)層可以包括電介體或摩擦電介體系統(tǒng)。術(shù)語″電介體″或″摩擦電介體″帶電技術(shù)來自由本發(fā)明的基片，介質(zhì)或無紡材料制成的聚合物的結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)致在纖維上永久性形成靜電荷。這種摩擦電或靜電或靜電荷是由材料纖維上電子的不平衡產(chǎn)生。這種電荷通?？梢栽诜菍?dǎo)電表面材料上形成，包括合成的和非合成的，有機(jī)和無機(jī)纖維材料。本發(fā)明的無紡織物可以制成摩擦電介體形式，通過覆蓋層產(chǎn)生摩擦電介體效應(yīng)，通過共擠壓不同材料在強(qiáng)靜電場中紡絲。產(chǎn)生電介體或摩擦電介體效應(yīng)是無紡織物生產(chǎn)的眾所周知的方面，并在多項(xiàng)美國專利中有所披露。電介體或摩擦電介體纖維可以包括合成材料，如聚烯烴，聚酯，聚酰胺，丙烯腈，乙烯基聚合物，亞乙烯基聚合物，聚偏二乙烯聚合物，改性的聚合物，合金，半合成材料，如纖維素乙酸酯和PTFE。所述纖維還可以包括天然材料，如橡膠，乳膠，棉花，棉花混合物，羊毛混合物，纖維素，纖維素衍生物等。一旦轉(zhuǎn)化成摩擦電介體或電介體形式，所述片層可能感應(yīng)超過大約500伏的總的增加的靜電壓，通常在大約500-1000伏范圍內(nèi)。
HEPA基礎(chǔ)層或基片優(yōu)選是用玻璃纖維材料制成。一種例子是合成的玻璃纖維過濾介質(zhì)，有包層的或沒包層的，且呈波紋狀，以增強(qiáng)性能。所述介質(zhì)的表面速度為至少0.1ft/min.，不超過200ft-min-1，通常為大約1-100ft.-min-1。折疊深度不小于0.25英寸，不大于3英寸，通常為0.5-2英寸。折疊長度為至少1英寸，不超過20英寸，通常為3-10英寸。折疊介質(zhì)有上游介質(zhì)表面積為至少2ft2，優(yōu)選為大約3-5ft2。至少有30個折疊，不超過大約150個折疊，通常為大約60-100個折疊。合成的玻璃纖維過濾介質(zhì)可以用低表面能量材料包層，如脂族碳氟化合物材料，可以從圣保羅，明尼蘇達(dá)(St.Paul，Minnesota)的3M公司購買。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選模式中，所述過濾介質(zhì)由形成一多層結(jié)構(gòu)制成，包括在中央的高性能、高效基片，接著是一或多個粗的，無紡間隔層或基布層，接著是一個或多個納米纖維或細(xì)纖維層。這種模式，在與所述高效基片層組合前，細(xì)纖維材料可以在預(yù)紡絲步驟中靜電紡絲至粗的，無紡或基布上。另外，所述基布層可以與所述高效層組合，然后可以將納米纖維或細(xì)纖維層添加到所述預(yù)制的基布基片層上。所述基布可經(jīng)處理，以包括抗菌，殺病毒或其它能力以減少感染劑的群體。
一般，商業(yè)上可用的纖維織物可用作粗的支持物。聚酯，尼龍，和其他合適材料可用作網(wǎng)狀織物或基布。優(yōu)選的是，所述材料包括基布，按照ASTM1215進(jìn)行測試時清除0.78微米顆粒的效率為大約10％或更低或4％或更低，在其上應(yīng)用足夠的細(xì)纖維以提供除去上述0.78微米顆粒的合成物效率為至少10％或更高。這種布置，優(yōu)選地粗纖維織物是具有滲透性的材料，其上沒有細(xì)纖維層，小于2000ft3-min-1，按照ASTM D-737測試時通常范圍在大約10-100ft3-min-1間。一種這樣的纖維織物是Reemay 2011，可以從Old Hickory，Ind.37138的Reemay公司購買。一般，它包括0.7oz/yd2紡粘的聚酯。另外，可以使用Veratec級9408353，紡粘的聚丙烯。所述粗的支持物包括直徑為25-35微米的聚酯纖維的基質(zhì)。
某些附圖的詳細(xì)說明圖1表示圖解數(shù)據(jù)，表明與其他過濾材料相比，過濾材料在進(jìn)行反復(fù)清潔后對空氣流的阻力增加。在本申請中所示出的平板結(jié)構(gòu)上增加的細(xì)纖維層顯著增強(qiáng)了玻璃纖維材料的可清潔能力?！扒鍧崱眽毫档妮^小的增加表明在清潔時從本發(fā)明的纖維上除掉了更大量的灰塵和污物。
圖2表示在反復(fù)使用和清潔之后，所述介質(zhì)的灰塵和污物保持力可以恢復(fù)到低水平。在本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)中，在對灰塵和污物的裝載和清潔進(jìn)行三次循環(huán)之后，HEPA材料比細(xì)纖維HEPA層和PTFE材料持有明顯更多的灰塵。所述細(xì)纖維層狀材料實(shí)現(xiàn)表面裝載，并由于灰塵和污物主要?dú)埩粼诩?xì)纖維層表面上，所述污物易于去除，導(dǎo)致出色的可清潔能力。
圖3表示與其他過濾材料重復(fù)循環(huán)相比，本發(fā)明的材料的清潔能力或灰塵裝載量。在達(dá)到試驗(yàn)的最終壓力降之前，本發(fā)明的細(xì)纖維層狀介質(zhì)和PTFE材料捕獲的灰塵和污物明顯多于HEPA玻璃纖維材料。換句話說，將細(xì)纖維用在高效介質(zhì)上的較低成本的替代方案，獲得了與更昂貴的PTFE材料相當(dāng)?shù)某龎m能力。
圖4表示圖解數(shù)據(jù)，表明本發(fā)明的多層介質(zhì)可被清潔并恢復(fù)到極好的過濾參數(shù)。
圖5表示圖解數(shù)據(jù)，表示HEPA玻璃纖維介質(zhì)在恢復(fù)到原始條件方面不如多層介質(zhì)。
圖6表示圖解數(shù)據(jù)，表示PTFE玻璃纖維介質(zhì)在恢復(fù)到原始條件方面不如多層介質(zhì)。圖4-6表示本發(fā)明的層狀介質(zhì)(圖4)在實(shí)驗(yàn)條件下顯示出極好的除塵能力，可被清洗并大體恢復(fù)到新的條件，再現(xiàn)原始材料極好的過濾特征。圖5所示的玻璃纖維HEPA過濾器和圖6所示的PTFE介質(zhì)均不能獲得極好的可清潔能力，并在三次清潔循環(huán)之后也不能恢復(fù)到高過濾器特性。
參見圖7和8，以透視圖和剖視圖形式示出了一過濾件70。一般，過濾件70包括第一和第二相對的端蓋71，72，管狀的，優(yōu)選圓柱形結(jié)構(gòu)的過濾介質(zhì)73在其間延伸。所述介質(zhì)結(jié)構(gòu)限定了開口的過濾器內(nèi)部74，其在使用時還相當(dāng)于干凈的空氣導(dǎo)管或高壓室。將波紋狀過濾介質(zhì)73的管狀結(jié)構(gòu)固定或粘結(jié)在端蓋71，72上。在所示出的過濾件70中，還有一個內(nèi)部支撐管或襯套75，和外部支撐管或襯套76。每個襯套75，76幫助提供介質(zhì)73的結(jié)構(gòu)完整性或支撐。
參見圖9，圖中表示在所述結(jié)構(gòu)上添加細(xì)纖維層，使得在使用和反向脈沖清潔步驟之后壓力降顯著降低。圖中示出壓力降越低，則壽命越長，過濾參數(shù)越好。
在圖10中，總體上用103示出了系統(tǒng)的示意圖。系統(tǒng)130是系統(tǒng)類型的一種例子，其中可使用本文所述的空氣過濾器裝置和結(jié)構(gòu)。在圖10中，示意性地示出設(shè)備131，如交通工具，有發(fā)動機(jī)132，帶有某些明確額定的空氣流要求，例如，至少370cfm。設(shè)備131可以包括公共汽車，高速公路卡車，越野車輛，拖車，或船舶設(shè)備，如汽艇。發(fā)動機(jī)132供給設(shè)備131動力，使用空氣，燃料混合物。在圖10中，示出空氣流由進(jìn)氣區(qū)域133吸入發(fā)動機(jī)132。虛線示出了可選的渦輪發(fā)動機(jī)134，作為可選地推動空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)132?？諝膺^濾器135有介質(zhì)包136位于發(fā)動機(jī)132和渦輪發(fā)動機(jī)134的上游。一般，在工作時，空氣沿箭頭137所示方向被吸入空氣過濾器135，并且通過介質(zhì)包136。在那里，顆粒和污染物被從空氣中除去。凈化的空氣沿箭頭137流入進(jìn)氣口133。從那里，空氣流入發(fā)動機(jī)132，為交通工具131提供動力。
在發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中，在發(fā)動機(jī)工作期間，引擎罩下面的溫度通常為至少120°F，并經(jīng)常根據(jù)工作條件在140°F-220°F的范圍內(nèi)或更高。所述溫度可能對過濾件的工作效率產(chǎn)生負(fù)面影響。對排放的規(guī)定增加了對發(fā)動機(jī)排氣的限制，導(dǎo)致溫度進(jìn)一步的提高。正如下面所解釋的，以阻隔介質(zhì)和至少一單層，在某些場合下，多層“細(xì)纖維”的合成物的形式構(gòu)造過濾介質(zhì)，能夠改善所述過濾件的特性(特別是工作效率)，超過不是用所述介質(zhì)合成物構(gòu)造的現(xiàn)有過濾件。
參見圖11。圖11是介質(zhì)包140的第一種實(shí)施方案的透視圖。所示出的優(yōu)選的介質(zhì)包140包括過濾介質(zhì)142和密封系統(tǒng)144。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，所述過濾介質(zhì)142被設(shè)計(jì)成從通過過濾介質(zhì)142的流體，諸如空氣中除去顆粒物，同時將密封系統(tǒng)144設(shè)計(jì)成將介質(zhì)包140密封在外殼或?qū)Ч軅?cè)壁上，參見圖13。
圖11-14所示介質(zhì)包140大體在美國專利號6,190,432有描述，在此結(jié)合入本文。
在某些優(yōu)選的裝置中，過濾介質(zhì)142會被設(shè)置直通流動。“直通流動”是指過濾介質(zhì)142被設(shè)置成結(jié)構(gòu)146，其有第一流面148(在所示出的實(shí)施方案中相當(dāng)于入口端)和相對的第二流面150(在所示出的實(shí)施方案中相當(dāng)于出口端)，流體沿一個方向152流入通過第一流面148，并沿相同的方向154從第二流面150流出。當(dāng)使用直進(jìn)式-流動外殼時，一般，流體會沿一個方向進(jìn)入通過外殼的入口，沿相同方向通過第一流面148進(jìn)入過濾器結(jié)構(gòu)146，沿相同方向從第二流面150離開過濾器結(jié)構(gòu)146，并且同樣沿相同的方向通過外殼出口離開所述外殼。
在圖11中，所示的第一流面148和第二流面150呈平面狀且平行。在其他實(shí)施方案中，第一流面148和第二流面150可以是非平面的，例如，截頭錐形。另外，第一流面148和第二流面150不必是彼此平行的。
一般，過濾器結(jié)構(gòu)146應(yīng)當(dāng)是卷繞結(jié)構(gòu)。就是說，結(jié)構(gòu)146通常包括過濾介質(zhì)層，其完全地或重復(fù)地繞中心點(diǎn)卷繞。通常，所述卷繞結(jié)構(gòu)可以是盤卷，其中過濾介質(zhì)層繞中心點(diǎn)卷起一系列的圈。在使用卷繞的成卷結(jié)構(gòu)的裝置中，過濾器結(jié)構(gòu)146可以是過濾介質(zhì)卷，通常是可滲透的有凹槽的過濾介質(zhì)。
參見圖12。圖12是示意性透視圖，表示可用于本發(fā)明過濾器結(jié)構(gòu)的某些優(yōu)選介質(zhì)的工作原理。在圖12中，Z-介質(zhì)的凹槽結(jié)構(gòu)一般用156表示。優(yōu)選的是，凹槽結(jié)構(gòu)156包括波紋狀層157有多個凹槽158和面板160。圖11所示的實(shí)施方案示出面板160的兩個部分，160A(在波紋狀層157之上)和160B(在波紋狀層157之下)。通常，用于本文所述裝置的優(yōu)選介質(zhì)結(jié)構(gòu)162包括波紋狀層157固定在底部面板160B上。將這種介質(zhì)結(jié)構(gòu)162用于卷繞結(jié)構(gòu)時，其通常繞自身卷繞，以至底部面板160B會覆蓋波紋狀層157的頂部。面板160覆蓋所述波紋狀層的頂部以160A表示。應(yīng)當(dāng)理解，面板160A和160B是相同的面板160。
在使用這種類型的介質(zhì)結(jié)構(gòu)162時，凹槽室158優(yōu)選構(gòu)成交替的突起164和槽166。槽166和突起164將凹槽分成上排和下排。在圖12所示的具體結(jié)構(gòu)中，上排凹槽構(gòu)成凹槽室168在下游端178封閉，而凹槽室170有其上游端181封閉形成下排凹槽。凹槽室170由第一端球172封閉，其填充凹槽板171和第二面板160B之間的凹槽的上游端181的一部分。類似地，第二端球174封閉其他凹槽168的下游端178。
在使用以介質(zhì)結(jié)構(gòu)162的形式制造的介質(zhì)時，在使用期間，未過濾的流體，如空氣，進(jìn)入凹槽室168，如帶陰影的箭頭176所示。凹槽室168的上游端169開口。未經(jīng)過濾的流體流不允許通過凹槽室168的下游端178，因?yàn)樗鼈兊南掠味?78被第二端球174封閉。因此，流體被強(qiáng)制通過凹槽板171或面板160進(jìn)行處理。當(dāng)未經(jīng)過濾的流體通過凹槽板171或面板160，所述流體被凈化或過濾。凈化的流體用不帶陰影的箭頭180表示。所述流體然后通過凹槽室170(它們的上游端181封閉)，以流過開口的下游端184，流出凹槽結(jié)構(gòu)156。采用所示出的結(jié)構(gòu)，未經(jīng)過濾的流體可以流過凹槽板171，上面板160A，或下面板160B，并且進(jìn)入凹槽室170。
通常，會準(zhǔn)備介質(zhì)結(jié)構(gòu)162，然后卷繞形成過濾介質(zhì)的卷繞結(jié)構(gòu)146。在選擇使用這種類型的介質(zhì)時，所準(zhǔn)備的介質(zhì)結(jié)構(gòu)162包括波紋狀板157，以端球172固定至下面板160B(參見圖23，不過圖中沒有上面板160A)。
再次參見圖11。在圖11中，示意性地示出了第二流面150。有一部分182，其中所述凹槽包括開口端184和封閉端178。應(yīng)當(dāng)理解的是，該部分182代表整個流面150。為了清楚簡單起見，在流面150的其余部分183沒有示出所述凹槽。在此描述的系統(tǒng)和裝置中使用的介質(zhì)包140的上平面圖和下平面圖，以及側(cè)視圖在申請日為1999年2月26日，標(biāo)題為″具有密封系統(tǒng)的過濾件″(Filter Element Having SealingSystem)的同樣仍處申請階段，共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請?zhí)?9/101,193中示出，在此結(jié)合入本文。
參見圖13，所示出的過濾器結(jié)構(gòu)146安裝在外殼186內(nèi)(其可以是進(jìn)入空氣過濾器179的發(fā)動機(jī)或渦輪機(jī)進(jìn)氣管的一部分)。在所示出的裝置中，空氣在187處流入外殼186，通過過濾器結(jié)構(gòu)146，并且在188處離開外殼186。當(dāng)介質(zhì)結(jié)構(gòu)諸如所示類型的過濾器結(jié)構(gòu)46被用于導(dǎo)管或外殼186上時，需要密封系統(tǒng)144以確?？諝饬鬟^介質(zhì)結(jié)構(gòu)146而不是繞過它。
所示出的具體密封系統(tǒng)144包括框架結(jié)構(gòu)190和密封部件192。當(dāng)使用這種類型的密封系統(tǒng)144時，框架結(jié)構(gòu)190提供支撐結(jié)構(gòu)或支架，密封部件192可壓在其上，以與導(dǎo)管或外殼186形成徑向密封194。
繼續(xù)參見圖13，在所示出的具體實(shí)施方案中，框架結(jié)構(gòu)190包括剛性突出部分196，其從過濾器結(jié)構(gòu)146的第一和第二流面148，150中的其中之一的至少一部分突出或延伸。在圖13所示出的具體結(jié)構(gòu)中，剛性突出部分196從過濾器結(jié)構(gòu)146的第二流面150軸向延伸。
所示的突出部分196有一對相對的側(cè)面198，102通過末端點(diǎn)104連接。在優(yōu)選安置中，第一和第二側(cè)面198，102的其中之一會對密封部件192提供支撐或支架，以使在選定的側(cè)面198或102和外殼或?qū)Ч艿暮线m表面之間形成密封194。當(dāng)使用這種類型的結(jié)構(gòu)時，突出部分196將會是連續(xù)部件，形成封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)106(圖11)。
當(dāng)使用這種類型的結(jié)構(gòu)時，外殼或?qū)Ч芸梢韵薅ㄍ怀霾糠?96和環(huán)狀結(jié)構(gòu)106包括密封部件192，以在突出部分196的外側(cè)102和外殼或?qū)Ч艿膬?nèi)表面110之間形成密封194。
在圖13中所示出的具體實(shí)施方案中，密封部件192同樣接合突出部分196的末端點(diǎn)104，以使密封部件192從外側(cè)102覆蓋突出部分196，蓋過末端點(diǎn)104，并至內(nèi)側(cè)面198。
參見圖11和13，框架190有一帶狀，環(huán)繞的，或下垂的唇緣107，其用于將框架190固定在介質(zhì)結(jié)構(gòu)146上。下垂的唇緣107從橫拉條108處下垂或向下延伸第一距離。
在使用本文所示類型的框架190時，向內(nèi)的力被施加在框架190周圍。橫拉條108支撐框架190。術(shù)語″支撐″是指橫拉條108阻止框架190由于框架190周圍上力的作用而徑向倒塌。
頂端部分104為可壓縮的密封部件192提供支撐。可壓縮的密封部件192優(yōu)選被構(gòu)造和安置成可以充分地壓縮，以壓縮在框架190的頂端部分104和外殼或?qū)Ч艿膫?cè)壁110之間。當(dāng)頂端部分104和側(cè)壁110之間充分壓縮時，在介質(zhì)包140和側(cè)壁110之間形成了徑向密封194。
密封部件192的一種優(yōu)選設(shè)置如圖14所示。框架190的頂端部分104限定壁或支撐結(jié)構(gòu)，在其間并緊靠其由可壓縮的密封部件192可形成徑向密封194?？蓧嚎s的密封部件192在密封系統(tǒng)144的壓縮優(yōu)選在不超過80lbs.的插入壓力下足以形成徑向密封，通常，插入壓力不超過50lbs.，例如，大約20-40lbs.，并且足夠輕以方便并易于手的更換。
在圖14所示的優(yōu)選實(shí)施方案中，密封部件192是階梯形截面構(gòu)造，從第一端112到第二端113具有逐漸縮小的最外部尺寸(圓形時為直徑)，以便獲得理想的密封。對圖14所示特定結(jié)構(gòu)的剖面的優(yōu)選說明如下聚氨酯泡沫材料具有多個(優(yōu)選至少三個)逐漸變大的階梯，設(shè)置成與側(cè)壁110接口，并且提供不漏流體的密封。
可壓縮的密封部件192限定表面內(nèi)徑逐漸加大的梯度，以接口側(cè)壁110。具體地講，在圖14所示例子中，可壓縮的密封部件192限定三個階梯114，115，116。階梯114，115，116的截面尺寸或?qū)挾入S階梯114，115，116距離可壓縮的密封部件192的第二端113的增大而增加。第二端113處的較小直徑使其易于插入導(dǎo)管或外殼。第一端112處的較大直徑確保緊密的密封。
一般，介質(zhì)包140可被安排并設(shè)置成與外殼186或?qū)Ч艿膫?cè)壁110壓力配合。在圖13所示具體實(shí)施方案中，可壓縮的密封部件192被壓在側(cè)壁110和框架190的頂端部分104之間。在壓縮之后，可壓縮的密封部件192對側(cè)壁110施加力，因?yàn)榭蓧嚎s的密封部件192試圖向外膨脹至其本來狀態(tài)，在頂端部分104和側(cè)壁110之間形成了徑向密封94。
多種外殼可與介質(zhì)包140使用。在圖13所示具體實(shí)施方案中，外殼186包括主體部件或第一外殼腔室118，以及可拆卸蓋子或第二外殼腔室120。在某些結(jié)構(gòu)中，第一外殼腔室118固定一物體上，如卡車。第二外殼腔室120通過鎖緊裝置122可拆卸地固定在第一外殼腔室118上。
在圖13所示的實(shí)施方案中，介質(zhì)包140的第二端150帶附著的框架190和可壓縮的密封部件192插入第一外殼腔室118。介質(zhì)包140通過壓配合進(jìn)入第一外殼腔室118中，以至可壓縮的密封部件192被壓在框架190的頂端部分104和第一外殼腔室118的側(cè)壁110之間，以在其間形成徑向密封194。
在使用圖13所示結(jié)構(gòu)時，流體在第二外殼腔室120的入口區(qū)域124沿187所示方向進(jìn)入外殼組件185。流體通過過濾器結(jié)構(gòu)146。隨著流體通過過濾器結(jié)構(gòu)146，污染物被從流體中除去。所述流體在出口區(qū)域128沿188所示方向流出外殼組件185。密封系統(tǒng)144的可壓縮的密封部件192形成徑向密封194，以防止污染的流體在沒有首先通過過濾器結(jié)構(gòu)146的情況下從外殼組件185中流出。
圖15是介質(zhì)包130的另一實(shí)施方案的透視圖。在所示出的結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)包130包括過濾介質(zhì)132和密封系統(tǒng)134。過濾介質(zhì)132被設(shè)計(jì)成從通過過濾介質(zhì)132的流體，諸如空氣中除去污染物。將密封系統(tǒng)134設(shè)計(jì)成使過濾介質(zhì)134與外殼或?qū)Ч苊芊狻?br> 圖15-16所示介質(zhì)包130的結(jié)構(gòu)和幾何形狀，除了在下面的H部分所提供的優(yōu)選的介質(zhì)配方之外，在美國專利號6,190,432中有描述，在此結(jié)合入本文。
在某些優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，過濾介質(zhì)132被設(shè)置成過濾器結(jié)構(gòu)136，具有第一流面138和相對的第二流面140。
過濾器結(jié)構(gòu)136可以具有多種結(jié)構(gòu)和截面形狀。在圖15所示出的具體實(shí)施方案中，過濾器結(jié)構(gòu)136具有非圓形截面，特別地，圖15所示的過濾器結(jié)構(gòu)136的實(shí)施方案具有相向圓形或″跑道″截面形狀?！迮艿馈褰孛嫘螤钍侵高^濾器結(jié)構(gòu)136包括第一和第二半圓形末端141，142，通過一對直段143，144連接在一起。
在圖15中，某些部分146示出了凹槽，包括開口和封閉端，應(yīng)當(dāng)理解的是，該部分或片斷146代表整個流面140(以及第一流面138)。為了清楚和簡單起見，在流面140的其余部分149沒有示出凹槽?？捎糜诒疚乃鱿到y(tǒng)和結(jié)構(gòu)中的介質(zhì)包130的上平面和下平面圖，以及側(cè)視圖在同樣處于申請階段并共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請流水號29/101,193，申請日為1999年2月26日，標(biāo)題為″具有密封系統(tǒng)的過濾件″(Filter Element Having Sealing System)中有描述，在此結(jié)合入本文。
對于圖11所示實(shí)施方案來說，介質(zhì)包130包括密封系統(tǒng)134。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，密封系統(tǒng)134包括框架148和密封部件150。
框架148具有非圓形，例如，相向圓形(部分圓形和長方形)，特別是跑道形，并且被安排和設(shè)置成連接至過濾介質(zhì)132的端部。特別地，框架148具有帶狀或環(huán)狀或下垂的唇緣151，其大體呈跑道形狀。下垂的唇緣151從橫拉條152上下垂或向下延伸一段距離，并且被用于將框架148固定在介質(zhì)包130上。
在使用所示出的結(jié)構(gòu)時，框架148的周邊被施加向內(nèi)的力。向內(nèi)的力施加在半圓形端141，142上會導(dǎo)致直段143，144成弓形或彎曲。提供橫拉條152以提供結(jié)構(gòu)剛性和對直段143，144的支撐。參見圖26，所示出的特定的橫拉條152構(gòu)成了在相對的直段143，144之間的桁構(gòu)系統(tǒng)154。桁構(gòu)系統(tǒng)154包括多個剛性支撐156，優(yōu)選與框架148的其余部分模制成單個件。
框架148的構(gòu)造與框架90類似。因此，框架148包括頂端部分158(圖16)。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，頂端部分158起著環(huán)狀密封支撐的作用。
優(yōu)選的是，介質(zhì)包130被安裝在導(dǎo)管或空氣過濾器外殼中。在圖16中，所示出的外殼是兩件式外殼，包括蓋子160和主體部件162。蓋子160限定氣流入口164。主體部件162限定氣流出口166。所述外殼還包括位于介質(zhì)包130上游的前濾器結(jié)構(gòu)167，如在美國專利號2,887,177和4,162,906中所披露的，在此結(jié)合入本文。在一種示出的結(jié)構(gòu)中，前濾器結(jié)構(gòu)167在蓋子160內(nèi)。蓋子160包括灰塵排出器168，排出收集在前濾器167內(nèi)的灰塵和碎屑。
可壓縮的密封部件150被壓在側(cè)壁170和框架150的頂端部分158之間。由于介質(zhì)包130是壓配合，可壓縮的密封部件150被壓在框架148(具體地講，在所示出的具體實(shí)施方案中，為頂端部分158)和側(cè)壁170之間。在壓縮之后，由于可壓縮的密封部件150試圖向外膨脹到它的本來狀態(tài)，可壓縮的密封部件150對側(cè)壁170施加力，與側(cè)壁170形成徑向密封171。
介質(zhì)132的優(yōu)選配方如下文所述。
圖17中示出了另一種過濾器裝置，一般用174表示。除了下面所描述的優(yōu)選介質(zhì)配方以外，過濾器裝置174在美國專利號5,820,646中有描述，在此結(jié)合入本文。
過濾器裝置174包括安裝在內(nèi)的介質(zhì)包176，由板狀結(jié)構(gòu)178支撐。過濾器裝置174還包括外殼180，其包括主體181和可拆卸的蓋子部件182。板狀結(jié)構(gòu)178將介質(zhì)包176密封在外殼180內(nèi)，并可從外殼中取出和更換。
介質(zhì)包176包括圖22所示構(gòu)造如上述的有凹槽的過濾介質(zhì)184。
在圖18中，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口以200表示。所示出的氣流在箭頭201處被吸入進(jìn)氣系統(tǒng)200。進(jìn)氣系統(tǒng)200包括多個空氣過濾器裝置202，通常固定在管板203上。在優(yōu)選系統(tǒng)中，管板203被構(gòu)造成以相對垂直軸線一定角度固定過濾器裝置202。優(yōu)選的角度為5-25度，例如，大約7度。這使得當(dāng)系統(tǒng)200不工作時，流體可以從過濾器裝置202中排出。
空氣在空氣過濾器裝置202中凈化，然后流向下游在箭頭204處進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)205，即發(fā)電的地方。
在圖22中，微型渦輪機(jī)的進(jìn)氣口的一個例子以210表示。一般，微型渦輪機(jī)是較小版本的燃?xì)廨啓C(jī)，通常被用作備用發(fā)電機(jī)。在某些場合下，所述微型渦輪機(jī)為大約24英寸×18英寸，并且電力輸出通常為30千瓦-100千瓦。這些系統(tǒng)通常具有1000cfm-10,000cfm的氣流。
在圖22中，所示氣流在箭頭212處被吸入進(jìn)氣系統(tǒng)211。進(jìn)氣系統(tǒng)211包括過濾器裝置213。隨著空氣通過過濾器裝置213，空氣在空氣過濾器裝置213中被凈化，然后流向下游在箭頭214處進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)215。燃?xì)廨啓C(jī)隨后通常為發(fā)電機(jī)，流體壓縮機(jī)，或流體泵提供動力。正如下面所討論的，將過濾器裝置構(gòu)造成以阻隔介質(zhì)和至少一層，在某些場合下，多層″細(xì)纖維″的合成物的形式，可以改善過濾器裝置的性能(特別是工作效率)，超過不是用所述介質(zhì)合成物構(gòu)造的現(xiàn)有過濾器。
圖19-21中示出了可用于系統(tǒng)200或系統(tǒng)210上的空氣過濾器裝置202的一個例子?？諝膺^濾器裝置202在共同轉(zhuǎn)讓的U.S.S.N.09/437,867，申請日為1999年11月10日的申請中有描述，在此結(jié)合入本文。一般，空氣過濾器裝置202包括第一，或主過濾件220(圖19和21)和第二過濾件222(圖20和21)，后者起著前置過濾器的作用。術(shù)語″前置過濾器″是指將分離器放置在主要的，第一位的過濾件220的上游，它將大顆粒從氣流中除去。所述主過濾件220和前置過濾件222優(yōu)選固定在套管部件224內(nèi)，其可拆卸地安裝在管板203的孔226中。一般，氣流被吸入系統(tǒng)200，并首先通過前置過濾件222，然后通過主過濾件220。在離開主過濾件220之后，所述空氣被導(dǎo)入發(fā)電機(jī)205。
一般，部件220由有凹槽的或z-形介質(zhì)230構(gòu)造而成，如上面結(jié)合圖2和3所示出的。在圖19中，應(yīng)當(dāng)理解的是，出口面228是以示意的形式示出的。就是說，僅示出了出口面228的一部分具有凹槽。應(yīng)當(dāng)理解的是，在典型的系統(tǒng)中，整個出口面228都是有凹槽的。
過濾件220具有第一端232和相對的第二端234。在圖19所示出的結(jié)構(gòu)中，第一端232相當(dāng)于上游端入口面227，而第二端234相當(dāng)于下游端出口面228。直通流動使得氣體流入第一端232，并且離開第二端234，以至進(jìn)入第一端232的氣流方向與離開第二端234的氣流方向相同。直通流動的方式能夠減少氣流中的紊流量。
介質(zhì)230可以是聚酯合成介質(zhì)，用纖維素，或這些類型的材料的混合物制成的介質(zhì)，并且用細(xì)纖維處理。
優(yōu)選的，前置過濾件222是折疊的結(jié)構(gòu)236，包括多個獨(dú)立的折疊237。折疊237以Z字形方式排列。優(yōu)選的前置過濾件222一般具有圓形截面。
前置過濾件222被設(shè)置成允許直通流動。換句話說，氣流直接通過前置過濾件222，由入口面238進(jìn)入，并從相對設(shè)置的出口面239離開，其中流體流進(jìn)入入口面238的方向與流體流離開出口面239的方向相同。
在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，至少有15個折疊237，不超過80個折疊237，通常為30-50個折疊237。折疊的結(jié)構(gòu)236用介質(zhì)240制成，以折疊237環(huán)繞中心241的形式折疊。介質(zhì)240的有用類型包括玻璃纖維，或另外空氣鋪網(wǎng)式介質(zhì)?？梢允褂玫慕橘|(zhì)240的具體特性包括干燥成網(wǎng)的過濾介質(zhì)，由隨機(jī)取向的聚酯纖維制成，以形成重量為2.7-3.3oz./yd3(92-112g/m3)的網(wǎng)；自由厚度(即，在0.002psi壓力下的厚度)為0.25-0.40英寸(6.4-10.2mm)；滲透性為至少400ft./min(122m/min)。
一般，前置過濾件222能夠可拆卸地并可更換地安裝在套管部件224上。套管部件224將在下面詳細(xì)描述。在某些系統(tǒng)中，通過擠或壓介質(zhì)240的末端點(diǎn)于套管部件224的內(nèi)側(cè)壁，將前置過濾件222固定在套管部件224內(nèi)。
按照本發(fā)明的原理制造的優(yōu)選的過濾器裝置202具有套管部件224固定并且限定主過濾件220。一般，套管部件224將主過濾部件220在系統(tǒng)200中固定在位。優(yōu)選的套管部件224還將前置過濾件222在主過濾件220的上游固定在位。
參見圖19和20，套管部件224優(yōu)選具有一截面與主過濾件的截面匹配。套管部件224包括周壁244，彎曲形式以形成周環(huán)245。套管部件224優(yōu)選相對主過濾件220取向，以使主過濾件220的軸向長度延伸至少30％。在很多典型的結(jié)構(gòu)中，套管部件224會使主過濾件220的軸向長度延伸超過50％。實(shí)際上，在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，套管部件224會使主過濾件220的軸向長度延伸至少整個長度(即100％)。在很多典型應(yīng)用中，套管部件224的半徑為至少10英寸，通常為15-30英寸，而在某些場合下，不超過50英寸。
套管部件224優(yōu)選構(gòu)造和安排帶有密封系統(tǒng)，以將主過濾件220固定在管板203上，抑制空氣繞過主過濾件220。在所示出的實(shí)施方案中，套管部件224包括密封部件壓力凸緣246。凸緣246至少部分，并在很多實(shí)施方案中完全環(huán)繞套管部件224的壁244。密封部件壓力凸緣246作為支持物支撐密封部件248，以便在凸緣246和管板203之間形成密封250。凸緣246從套管部件224的壁244上徑向延伸，并且完全環(huán)繞密封部件224。凸緣246從壁244徑向延伸一距離足以支撐密封部件248。
片夾或固定夾252(圖19)延伸過接頭254，以將套管部件224固定在其最終結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是，固定夾252以永久性方式固定在套管部件224上；例如，通過超聲波焊接固定。
參見圖21?？梢钥闯?，凸緣246將密封部件248支撐在軸向側(cè)面256。密封部件248通常包括圓形襯墊258。襯墊258優(yōu)選通過在襯墊258和凸緣246的側(cè)面256之間的黏合劑固定在凸緣246上。襯墊258放置在凸緣246上，以使襯墊258完全環(huán)繞壁244和主過濾件220。
所示出的結(jié)構(gòu)還包括將套管部件224夾在管板203上的系統(tǒng)。在所示出的實(shí)施方案中，所述夾緊系統(tǒng)包括多個插銷和夾具260。應(yīng)當(dāng)有足夠的插銷和夾具260，以當(dāng)套管部件224可操作地安裝在管板203時在凸緣246和管板203之間形成好的，緊密的密封250；例如，所示為4個夾具260。在圖32中，示出了夾具260的截面。每個夾具260包括杠桿261，突出部262，及板263。板263包括孔，用于容納諸如螺栓264的固定部件，以將夾具260固定在管板203上。突出部262用于對凸緣246施加壓力，并將密封部件248壓在管板203上。杠桿261用于選擇性地移動突出部262朝向和遠(yuǎn)離管板203。在其他實(shí)施方案中，夾具260可以是用手?jǐn)Q緊，如使用蝶型螺母。
在典型的工作中，過濾器裝置202有總的壓力降，約為0.6-1.6英寸水。這包括主過濾件220和前置過濾器222。通常，單是前置過濾器222的壓力降會約為0.2-0.6英寸水，而主過濾件220本身的壓力降約為0.4-1英寸水。
圖23-25中示出了可用于系統(tǒng)304或系統(tǒng)302上的空氣過濾器裝置213的另一個例子。除了下面所提供的優(yōu)選的介質(zhì)配方之外，所述空氣過濾器裝置在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請流水號09/593,257，申請日為2000年6月13日的申請中有描述，在此結(jié)合入本文。
圖24示出分解，未組裝的過濾器裝置213，而圖14示出組裝好可以使用的過濾器裝置213。一般，空氣過濾器裝置213包括濕氣分離器270，過濾器組件272，和過濾器外殼274。在組裝使用時，過濾器外殼274通常固定在管板276內(nèi)。優(yōu)選的是，通過將過濾器外殼274焊接在管板276上，或者通過用螺栓將過濾器外殼274固定在管板276上，將過濾器外殼274固定在管板276內(nèi)。
在組裝時，檢修門278提供進(jìn)入過濾器裝置213的入口，并且允許空氣被吸入系統(tǒng)302。一般，檢修門278被設(shè)計(jì)并構(gòu)造成適用系統(tǒng)的特定外殼，如圖33所示的系統(tǒng)302，在組裝時它被安裝在該系統(tǒng)中并提供進(jìn)入過濾器裝置213的入口。檢修門278還被設(shè)計(jì)并構(gòu)造成允許空氣進(jìn)入圖22的系統(tǒng)210。
檢修門278優(yōu)選包括包括氣流阻力裝置280。一般，氣流阻力裝置280沿特定方向?qū)⒖諝饬饕脒^濾器裝置213，以降低通過系統(tǒng)302的阻力。氣流阻力裝置280還有助于降低噪音。在圖34所示實(shí)施方案中，氣流阻力裝置由多個魚鱗板282示出。魚鱗板282還有助于保護(hù)系統(tǒng)210防止大型物體和水分進(jìn)入系統(tǒng)302，參見圖22。魚鱗板282還有助于降低噪音。
進(jìn)入氣流中的水分可能破壞過濾器組件272的完整性，并且損壞，即導(dǎo)致系統(tǒng)302的內(nèi)部機(jī)構(gòu)生銹。為了解決這一問題，過濾器裝置包括濕氣分離器270。一般，濕氣分離器270在空氣到達(dá)過濾器組件272之前從進(jìn)入的空氣流中分離并且收集水分。在一種實(shí)施方案中，濕氣分離器270包括多個平板狀篩網(wǎng)，例如，金屬絲網(wǎng)。
一般，在進(jìn)入系統(tǒng)302的內(nèi)部機(jī)構(gòu)之前，過濾器組件272從進(jìn)入的空氣流212中除去污染物，見圖33。優(yōu)選的，過濾器組件272被設(shè)計(jì)成允許直通流動，直接通過過濾器組件272，進(jìn)入入口面284，并且從相對設(shè)置的出口面285離開，其中流體流進(jìn)入入口面284的方向與流體流離開出口面285的方向相同。
過濾器組件272包括介質(zhì)包286，由有凹槽的介質(zhì)288卷成圓筒狀而成，如上文結(jié)合圖11和23所述。介質(zhì)288可以是聚酯合成介質(zhì)，用纖維素或這些類型的材料的混合物制成的介質(zhì)，并且用細(xì)纖維覆蓋層或細(xì)纖維層處理。下面提供了優(yōu)選的介質(zhì)配方。
所示出的過濾器組件272包括拔出機(jī)構(gòu)290。拔出機(jī)構(gòu)290被構(gòu)造成允許使用者方便地從過濾器外殼274中取出過濾器組件272。在所示出的方案中，拔出機(jī)構(gòu)290包括手柄292和保留機(jī)構(gòu)294(圖23)。通常，手柄292是球形把手296。在圖23所示裝置中，保留機(jī)構(gòu)294包括連接至球形把手296的螺栓298和位于螺栓另一端的螺母299。另外，拔出機(jī)構(gòu)和所述過濾介質(zhì)芯可以是一個整體。
一般，過濾器外殼274被構(gòu)造成容納和固定過濾器組件272，并且有助于與過濾器組件272密封。在圖16所示裝置中，過濾器外殼274包括過渡區(qū)302，相對外壁304傾斜成一角度至少為10度，優(yōu)選10-210度，最優(yōu)選15度。過渡區(qū)302有助于密封過濾器組件272，在下文將有更詳細(xì)說明。
過濾器外殼274還包括裝配凸緣306。裝配凸緣306通過固定裝置(例如螺栓)將過濾器外殼274固定在管板276上。過濾器外殼274還包括阻擋裝置308。阻擋裝置308將過濾器組件272置于過濾器外殼274內(nèi)，以防止過濾器組件272被推至過濾器外殼274內(nèi)太深。阻擋裝置308還有助于確保過濾器組件272和過濾器外殼274之間的適當(dāng)?shù)拿芊狻?br> 阻擋裝置308包括阻擋物310。優(yōu)選的，阻擋物310從外壁304突出一段距離，足以阻止過濾器組件272繞過阻擋物310。在使用時，過濾器組件272擱在阻擋物310的上表面311上。
過濾器組件272還包括密封墊片312。密封墊片312將過濾器組件272密封在過濾器外殼274內(nèi)，阻止空氣從過濾器組件272和過濾器外殼274之間進(jìn)入系統(tǒng)302并且繞過過濾器組件272。這樣確保了空氣流充分通過過濾器組件272。在所示出的系統(tǒng)中，密封墊片312環(huán)繞過濾器組件272的徑向邊緣延伸。在一種實(shí)施方案中，密封墊片312包括閉孔泡沫塑料；當(dāng)然，密封墊片312可以包括其他合適材料。
在使用時，密封墊片312密封過濾器組件272和過濾器外殼274之間的接合處314。在安裝時，將過濾器組件272插入過濾器外殼274，直到末端315擱在阻擋物310上。由于安裝了過濾器組件272，密封墊片312在過渡區(qū)302被壓縮在過濾器組件272和過濾器外殼274之間，密封接合處314。
在組裝時，過濾器外殼274滑入管板276，直到過濾器外殼274的裝配凸緣306擱在管板276上。然后，過濾器組件272被置于過濾器外殼274內(nèi)。過濾器組件272滑入過濾器外殼274，直到過濾器組件272的末端315擱在阻擋物310上。密封墊片312部分受壓，并且過濾器組件272與過濾器外殼274緊密固定。
在工作時，過濾器裝置213使用如下需過濾的空氣在系統(tǒng)302中沿箭頭212的方向被引入進(jìn)氣系統(tǒng)211。空氣流過過濾器組件272。所述空氣從入口面284進(jìn)入，通過有凹槽的結(jié)構(gòu)288，并且通過出口面285離開。從那里，所述空氣進(jìn)入渦輪機(jī)或發(fā)電機(jī)215。
圖26以330示意性地示出燃料電池進(jìn)氣口。如圖26所示，大氣或周圍空氣331通過入口333進(jìn)入過濾器組件332。在進(jìn)入過濾器組件332之前，大氣331是帶有各種物理(例如顆粒物)和化學(xué)污染物的臟空氣。過濾器組件332從臟空氣中除去各種污染物，以提供干凈的空氣334從過濾器組件332排出。干凈的空氣334是燃料電池335的進(jìn)氣，被用于發(fā)電。
繼續(xù)參見圖26，隨著臟空氣通過外殼336的入口333，大氣331進(jìn)入過濾器組件332，并且前進(jìn)到過濾件338的臟空氣一側(cè)337。在所述空氣通過過濾件338到達(dá)干凈的空氣一側(cè)339時，污染物被過濾件338除去，以提供過濾的空氣334。過濾的空氣334通過外殼336的出口340排出過濾器組件332，并被設(shè)備341使用。
過濾器組件332還可選擇性地包括噪聲抑制件342，以降低或抑制設(shè)備341的噪音或聲音水平。抑制件342可以安裝在外殼336內(nèi)，并在某些實(shí)施方案中，抑制件342由外殼336限定。
設(shè)備341包括壓縮機(jī)343，其提供空氣給燃料電池335，用于催化反應(yīng)。壓縮機(jī)343發(fā)出噪音，通常在3赫茲-30,000赫茲范圍內(nèi)，有時高達(dá)50,000赫茲，距離1米的分貝在85-110dB水平。抑制件342，將上游從壓縮機(jī)343發(fā)出的噪聲水平降低至少3dB，通常至少6dB，優(yōu)選至少25dB。
燃料電池335接收氫燃料345，發(fā)出水和二氧化碳346副產(chǎn)物，并且產(chǎn)生電力347。一般，燃料電池是由兩個電極(陽極和陰極)組成的裝置，在電極之間加有電解液。含有氫的燃料流向陽極，在這里釋放氫電子，留下帶正電荷的離子。所述電子通過外電路運(yùn)動，其中離子通過電解液傳播。在陰極，電子與氫離子和氧結(jié)合形成水和二氧化碳副產(chǎn)物。常見的氧源是空氣。為了加快陰極反應(yīng)，通常使用催化劑。常用于燃料電池反應(yīng)的催化劑包括鎳，鉑，鈀，鈷，銫，釹，和其他稀土金屬。燃料電池中的反應(yīng)物是氫燃料和氧化劑。
通常，″低溫燃料電池″通常在大約70-100℃的溫度，有時高達(dá)200℃下工作。高溫燃料電池通常對化學(xué)污染不太敏感，因?yàn)樗鼈兙哂休^高的工作溫度。不過，高溫燃料電池對顆粒物污染和一些形式的化學(xué)污染敏感，因此，高溫燃料電池能夠從本文所披露的過濾特征中獲益。一種類型的低溫燃料電池通常被稱作″PEM″，是根據(jù)它們用于質(zhì)子交換膜命名。可以與本發(fā)明的過濾器組件組合使用的其他各種類型燃料電池的例子包括，例如，美國專利號6,110,611；6,117,579；6,103,415；和6,083,637，其內(nèi)容在此結(jié)合入本文。各種燃料電池可以通過商業(yè)渠道獲得，例如，Ballard PowerSystems，Inc.of Vancouver，Canada；International fuel cells，of Connecticut；ProtonEnergy Systems，Inc.of Rocky Hill，CT；American fuel cell Corp.of Massachusetts；Siemans AG of Erlangen，Germany；Energy Partners，L.C.of Florida；General Motorsof Detroit，MI；and Toyota Motor Corporation of Japan。
下面所披露的過濾器組件在空氣被用于燃料電池工作之前從大氣空氣中除去污染物。正如下面所說明的，以阻隔介質(zhì)和至少單層，在某些場合下多層“細(xì)纖維”的合成物的形式構(gòu)造過濾器組件，能夠改善所述過濾器組件的性能(特別是工作效率)。所述細(xì)纖維處理在大部分過濾器幾何形狀和環(huán)境中有利于改善過濾器效率。在過濾器溫度超過120°F的某些惡劣環(huán)境下，包括低溫和高溫燃料電池，細(xì)纖維通常能經(jīng)受住并且提供延長的過濾壽命。
圖27表示可用于圖26所示系統(tǒng)的過濾器組件350。過濾器組件350包括外殼352，其限定入口354和出口356。臟空氣通過入口354進(jìn)入過濾器組件350，干凈的空氣通過出口356離開。
置于外殼352內(nèi)的是過濾件358和噪聲抑制件360。抑制件360包括第一共振器361和第二共振器362。第一共振器361被設(shè)計(jì)成能減弱大約900Hz的高峰，第二共振器362被設(shè)計(jì)成能減弱大約550Hz的高峰。
圖27所示的過濾件358大體以類似于過濾件結(jié)構(gòu)40(圖22)構(gòu)造。因此，它包括有凹槽介質(zhì)366(如結(jié)合圖3所述)的介質(zhì)包364，卷繞成過濾件358。
當(dāng)過濾件358與直進(jìn)式-流動外殼352使用時，空氣會以一個方向進(jìn)入通過外殼352的入口354，以相同方向通過第一流面368進(jìn)入過濾件358，以相同方向從第二流面370離開過濾件358，并同樣以相同方向通過出口356離開外殼352。
對于圖11和24所示實(shí)施方案來說，通過壓縮在框架376和外殼的內(nèi)密封表面378之間的密封墊片374形成徑向密封372。
過濾器組件350優(yōu)選還包括一部分被設(shè)計(jì)成通過或吸附或吸收除去大氣中的污染物。在本文中，術(shù)語“吸附”(″adsorb″)，“吸附”(″adsorption″)，“吸附劑”(″adsorbent″)等的含義還包括吸收和吸附機(jī)構(gòu)。
化學(xué)清除部分通常包括物理或化學(xué)吸附材料，例如，干燥劑(即，吸附或吸收水或水汽的材料)或吸附或吸收揮發(fā)性有機(jī)化合物和/或酸性氣體和/或堿性氣體的材料。術(shù)語“吸附劑材料”(″adsorbent material″)，“吸附材料”(″adsorption material″)，“吸附的材料”(″adsorptive material″)，“吸收劑材料”(″absorbent material″)，“吸收材料”(″absorption material″)，“吸收的材料”(″absorptive material″)，及其任何變化形式，意在包括任何通過吸附或吸收除去化學(xué)污染物的材料。合適的吸收材料包括，例如，活性炭，活性炭纖維，浸漬碳，活性氧化鋁，分子篩，離子交換樹脂，離子交換纖維，硅膠，氧化鋁，和硅石。上述任何材料都可以與諸如高錳酸鉀，碳酸鈣，碳酸鉀，碳酸鈉，硫酸鈣，檸檬酸，或其混合物材料組合，包層或浸漬。在某些實(shí)施方案中，所述吸附材料可以與第二種材料組合或浸漬。
吸附材料通常包括微?；蝾w粒狀材料，并且能以細(xì)粒，球，纖維，細(xì)粉，納米結(jié)構(gòu)，納米管，氣凝膠的形式存在，或者可作為包層用于基礎(chǔ)材料上，如陶瓷球，整體結(jié)構(gòu)，紙介質(zhì)，或金屬表面。通常，吸附材料，特別是微?；蝾w粒狀材料作為材料床提供。
另外，吸附材料可以整體或單體形式成型，如大的片狀物，顆粒，球，或折疊或蜂巢結(jié)構(gòu)，可選擇進(jìn)一步成形。至少在某些場合下，所述成形的吸附材料在過濾器組件正?；蝾A(yù)期的使用壽命期間大體保持其形狀。所述成形的吸附材料可以用自由流動顆粒材料與固態(tài)或液態(tài)黏合劑結(jié)合而成，然后將它成形為非自由流動制品。所述成形的吸附材料可以通過，例如，模制，壓縮模制，或擠壓工藝制成。例如，成形的吸附制品在，例如，美國專利號5,189,092(Koslow)，和5,331,037(Koslow)中披露，在此結(jié)合入本文。
用于提供成形制品的黏合劑可以是干的，就是說，是粉末和/或顆粒形式，或者所述黏合劑可以是液體，溶劑化物，或分散的黏合劑。某些黏合劑，如濕固化氨基甲酸酯和通常被稱作“熱熔融物”的材料，可以通過噴霧工藝直接應(yīng)用在所述吸附材料上。在某些實(shí)施方案中，使用臨時液體黏合劑，包括在模制工藝中可被除去的溶劑或分散劑。合適的黏合劑包括，例如，乳膠，微晶纖維素，聚乙烯醇，乙烯-醋酸乙烯聚合物，淀粉，羧甲基纖維素，聚乙烯吡咯烷酮，磷酸二鈣二水合物，和硅酸鈉。優(yōu)選的，成形材料的合成物包括重量至少約為70％，通常重量不超過約98％的吸附材料。在某些場合下，所述成形的吸附劑包括重量為85-95％，優(yōu)選約90％的吸附材料。成形的吸附劑通常包括重量不低于大約2％的黏合劑，和重量不超過大約30％的黏合劑。
用于所述化學(xué)清除部分的合適的吸附材料的另一種實(shí)施方案是包括載體的吸附材料。例如，可以將網(wǎng)絲或基布可用于容納吸附材料和粘合劑?？梢詫⒕埘ズ推渌线m材料用作網(wǎng)絲或基布。通常，任何載體都不超過吸附材料重量的大約50％，并且通常占吸附劑總重量的大約20-40％。帶載體的成形吸附制品中的粘合劑量通常占吸附劑總重量的大約10-50％，吸附材料量通常占吸附劑總重量的大約20-60％。
所述化學(xué)清除部分可以包括強(qiáng)堿性材料用于除去空氣中的酸性污染物，或強(qiáng)酸性材料用于除去空氣中的堿性污染物，或同時包括這兩種材料。優(yōu)選的，所述堿性材料和酸性材料被彼此除掉，以至它們不會彼此取消。在某些實(shí)施方案中，吸附材料本身可能是強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性材料。所述材料的例子包括諸如聚合物顆粒，活性炭介質(zhì)，沸石，粘土，硅膠，和金屬氧化物材料。在其他實(shí)施方案中，強(qiáng)酸性材料和強(qiáng)堿性材料可以作為表面覆蓋層在載體上，諸如顆粒狀微粒，球，纖維，細(xì)粉，納米管，和氣凝膠。作為替代或補(bǔ)充，構(gòu)成酸性或堿性表面的酸性和堿性材料可以在載體的至少一部分存在；這可以實(shí)現(xiàn)，例如，通過用酸性或堿性材料對所述載體材料包層或浸漬。
堿性和酸性材料均可能出現(xiàn)在過濾件的化學(xué)清除部分；不過，優(yōu)選這兩種類型的材料彼此分開，以使它們不會彼此起反應(yīng)并且彼此中和。在某些實(shí)施方案中，所述堿性材料，酸性材料，或兩者，可以由吸附材料，諸如活性炭隔開。
通常出現(xiàn)在大氣中并被認(rèn)為是燃料電池的污染物的酸性化合物的例子包括硫氧化物，氮氧化物，硫化氫，氯化氫，以及揮發(fā)性有機(jī)酸和非揮發(fā)性有機(jī)酸。通常出現(xiàn)在大氣中并被認(rèn)為是燃料電池的污染物的堿性化合物的例子包括氨，胺，酰胺，氫氧化鈉，氫氧化鋰，氫氧化鉀，揮發(fā)性有機(jī)堿和非揮發(fā)性有機(jī)堿。
對于PEM燃料電池來說，陰極反應(yīng)在酸性條件下發(fā)生，因?yàn)椴幌Ｍ嬖趬A性污染物。用于除去堿性污染物的優(yōu)選材料的例子，如氨，是浸漬于檸檬酸的活性炭顆粒床。
可用于圖37所示系統(tǒng)中的過濾器組件的第二個例子在圖39中以分段剖視圖的形式作為過濾器組件380示出。過濾器組件380包括外殼382，限定入口384和出口386。臟空氣通過入口384進(jìn)入過濾器組件380，而干凈的空氣通過出口386離開。聲音抑制件388包括共振器390。過濾件391安裝在外殼382內(nèi)，與過濾件358類似。
過濾器組件380還包括吸附部件392。吸附部件392包括位于末端394，395之間的筒狀的大量炭393。在所示出的組件中，大量炭393是活性炭的中空的，圓形延伸部分397，由熱塑性粘合劑保持在一起。炭393可以按照，例如，美國專利號5,189,092(Koslow)，和5,331,037(Koslow)所披露的技術(shù)生產(chǎn)。在第一端394安裝有密封系統(tǒng)396，而在第二端395安裝有蓋398。
密封系統(tǒng)396在吸附部件392和隔板401之間提供了氣密封。密封系統(tǒng)396被設(shè)計(jì)成將吸附部件392密封在隔板401上，并且在正常條件下，抑制空氣通過吸附部件392和外殼382的側(cè)壁之間的區(qū)域。密封系統(tǒng)396抑制氣流，防止其通過吸附部件392的炭393。密封系統(tǒng)396通常是用柔性的，可壓縮的材料，如聚氨酯制成。
蓋398使離開過濾件358的空氣轉(zhuǎn)向，以使其通過炭393進(jìn)入吸附部件392，而不是軸向通過炭393的柱狀延伸部分。來自過濾件391的空氣撞擊蓋398的外露表面402，并且路徑由″直線″流動改為具有徑向分量的流動。蓋398包括其內(nèi)的孔404，使空氣通過蓋398，以使空氣可以到達(dá)炭393。除了操縱氣流外，蓋398將吸附部件392固定在過濾件391上。
吸附部件392同時起著化學(xué)清除部分和聲音抑制件388的部件的作用。其他吸附部件和吸收材料結(jié)構(gòu)也可以具有化學(xué)清除能力和聲音抑制能力。
本發(fā)明的細(xì)纖維材料可用于多種過濾器應(yīng)用，包括脈沖清潔和非脈沖清潔過濾器，用于集塵，燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口或進(jìn)氣系統(tǒng)；燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣口或進(jìn)氣系統(tǒng)，重型發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口或進(jìn)氣系統(tǒng)，輕型發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口或進(jìn)氣系統(tǒng)；交通工具(火車，汽車，卡車，飛機(jī)等)艙內(nèi)空氣；越野汽車艙內(nèi)空氣，磁盤驅(qū)動器空氣，復(fù)印機(jī)-墨粉去除器；用于商業(yè)或住宅過濾用途的HVAC過濾器。當(dāng)氣體(流體)通過所述過濾器時，過濾器上游一側(cè)通過擴(kuò)散和攔截工作，以截獲并且保留氣流(流體)流中選定大小的顆粒。所述顆粒以灰塵塊的形式收集在過濾器的上游一側(cè)。同時，灰塵塊也開始起著過濾器的作用，提高效率。這種現(xiàn)象有時候被稱作″時效處理″，即效率的發(fā)展超過了原始效率。
本發(fā)明的過濾器結(jié)構(gòu)包括第一層高效介質(zhì)或基片具有第一表面。第一層細(xì)纖維介質(zhì)固定在高效介質(zhì)的第一層的第一表面上。可以用一粗分離層從高效介質(zhì)分離細(xì)纖維。優(yōu)選的，滲透性的粗纖維材料包括平均直徑為至少10微米的纖維，通常并優(yōu)選大約為12(或14)-30微米。同樣優(yōu)選的，滲透性粗纖維材料的第一層包括基重不超過大約200g/m2的介質(zhì)，優(yōu)選大約0.50-150g/m2，最優(yōu)選至少8g/m2。優(yōu)選的，滲透性粗纖維介質(zhì)的第一層至少0.0005英寸(12微米)厚，并通常為0.0006-0.02(15-500微米)厚，優(yōu)選為大約0.001-0.030英寸(25-800微米)厚。
在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，滲透性粗纖維材料層包括這樣的材料，如果通過Frazier滲透性試驗(yàn)從該結(jié)構(gòu)的其余部分分離，會表現(xiàn)出至少1米/min的滲透性，通常并且優(yōu)選2-900米/min。在這里，在提到效率時，除了另有說明，效率是指按照ASTM-1215-89，0.78μ單分散聚苯乙烯球狀顆粒，以20fpm(6.1米/min)測定的效率，如本文所述。
優(yōu)選的，細(xì)纖維層材料是納米和微纖維介質(zhì)層，其中所述纖維的平均纖維直徑不超過大約2微米，一般并且優(yōu)選不超過大約1微米，通常并且優(yōu)選的纖維直徑小于0.5微米，并且在大約0.05-0.5微米的范圍內(nèi)。另外，優(yōu)選的，第一層細(xì)纖維材料固定在滲透性粗纖維材料的第一層的第一表面上，其總厚度不超過大約30微米，更優(yōu)選不超過20微米，最優(yōu)選不超過大約10微米，以及通常并且優(yōu)選的厚度大約為所述層的細(xì)纖維平均直徑的1-8倍(更優(yōu)選不超過5倍)。
本發(fā)明的某些優(yōu)選結(jié)構(gòu)包括一般定義的過濾介質(zhì)，在總的過濾器結(jié)構(gòu)中。用于這種用途的某些優(yōu)選的結(jié)構(gòu)包括介質(zhì)排列成圓柱形，折疊大體縱向延伸的折疊結(jié)構(gòu)，即沿與所述柱狀形式的縱軸相同的方向。對于所述結(jié)構(gòu)來說，所述介質(zhì)可以埋入端蓋中，象傳統(tǒng)的過濾器。如果需要的話，所述結(jié)構(gòu)如果需要可以包括上游襯墊和下游襯墊，用于典型的常用目的。
在某些應(yīng)用中，本發(fā)明的介質(zhì)可以與其他類型的介質(zhì)，例如常規(guī)介質(zhì)結(jié)合使用，以改善總體過濾性能或壽命。例如，本發(fā)明的介質(zhì)可以與常規(guī)介質(zhì)層疊在一起，以用于疊層結(jié)構(gòu)上；或者組合(整體部件)入介質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括一個或多個常規(guī)介質(zhì)區(qū)。它可以用在所述介質(zhì)的上游，以便具有好的裝載；和/或可以將它用在常規(guī)介質(zhì)的下游，作為高效精密過濾器。
本發(fā)明的某些結(jié)構(gòu)還可用于液體過濾系統(tǒng)中，即其中要過濾的顆粒材料攜帶在液體中。另外，本發(fā)明的某些結(jié)構(gòu)可用在集霧器上，例如用于過濾空氣中的細(xì)霧的裝置。
橫向流動膜過濾技術(shù)利用流體成分的分離，通過半透膜，通過對所述膜表面施加壓力和切向流。這包括R/O，UF，納米過濾和微孔過濾工藝。基本上，與引導(dǎo)所有流體流過過濾介質(zhì)(閉端流動)不同，所述流體流經(jīng)薄膜材料；某些流體流過所述薄膜材料(不是太多-也許大約10％)，因此在其余的液體流中集中污染物。所流經(jīng)的液體流還能從介質(zhì)表面上排出任何顆粒，因?yàn)楸∧?和納米纖維)表面加載了碎屑，并且流動的液體的剪切力足夠排出所述顆粒。這類系統(tǒng)被用于各種場合-有時帶集中碎屑的流體流實(shí)際上是產(chǎn)品(生化或制藥加工)；在其他場合下，集中所述碎屑導(dǎo)致較小體積的流出物被處理/保存。有時候所述系統(tǒng)還使用反向脈沖或振動清潔技術(shù)，排除“固體物”。這些過濾器通常被用于獲得或集中有價值的鹽，蛋白，藥品等，并且通過分子大小區(qū)分和分離。采用合適的沖洗技術(shù)，可以延長過濾器壽命并且控制成本。因?yàn)楸∧み^濾器將顆粒限制在源側(cè)，可以通過改變流動方向(逆流)沖洗過濾器。很多薄膜過濾器以橫向流動為特征，其中大部分流體切向運(yùn)動到所述表面，以清除污染物，并且避免阻塞過濾器。只有小部分(大約10％)的流體作為凈化的滲透通過過濾器。流動通過過濾器，如筒式過濾器，所述顆粒更難排除，因?yàn)樗鼈兏畹貪B透到過濾器中心，通常扔掉所述過濾器并且換個新的過濾器比試圖更新所述過濾器更省錢。以橫向流動模式操縱過濾器或?yàn)V膜有助于污染物排除和價值回收過程。通過這樣做，被排除的污染物或有價值的材料被從所述薄膜表面連續(xù)帶走，從而減少了集中層的形成，并且使所述膜不會排斥進(jìn)入的材料，保持高流動，并且允許液體自由地流動。盡管需要對薄膜進(jìn)行定期清潔，橫向流動過濾的自動清洗性質(zhì)使所述薄膜具有在經(jīng)濟(jì)上吸引人的薄膜使用壽命。
橫向流動操作通常屬于三種類型中的一種超濾(UF)，納米過濾(NF)，和超過濾，更常見的是被稱作反滲透(RO)。這三種類型中最常用的是反滲透，因?yàn)樗哂蟹纸怆s質(zhì)或回收有價值的固體材料的綜合能力。機(jī)器通常包括薄膜部件和外殼，相互連接的管子，泵，前置過濾器，控制器以及操作所需要的儀器。
由于膜占RO或UF儀器價值的15-40％，并且必須定期更換，因此需要仔細(xì)選擇。有多種類型的膜可供使用，并且每一種具有它自身的獨(dú)特特征。選擇標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)包括化學(xué)耐受性，機(jī)械適宜性，可清潔性，分離，和流動性能和價格。
對于其他機(jī)械裝置來說，橫向流動過濾儀在設(shè)計(jì)和材料彼此增強(qiáng)時功能最佳。一旦選擇了正確的薄膜，能提供合適的橫向流動速度，壓力和滲透后回收的設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵。廢水比常見飲用水具有更高的起垢傾向，并且需要更保守的設(shè)計(jì)。好的機(jī)器設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)應(yīng)該是一致的操作和分離性能，最低的薄膜清潔和更換頻率，合理的能量消耗和對操作注意的最低要求。
可能沒有比制備膜處理給水設(shè)備更好的投資。所述設(shè)備相對便宜，但仍具有極大的優(yōu)點(diǎn)。例如，多介質(zhì)過濾器能夠非常有效地除去渾濁度和氧化金屬(如鐵和錳)。筒式或袋式過濾器能除去大約五微米的殘余不溶性材料是必須?；瘜W(xué)物泵對注入酸或阻垢劑有用，以保持鹽的可溶性或用于生物控制劑的注入。根據(jù)給水的性質(zhì)，其他設(shè)備諸如澄清器或碳過濾器同樣適用。
由于良好的預(yù)處理，橫向流動機(jī)器中的薄膜不會承受超過它設(shè)計(jì)的負(fù)荷。其結(jié)果是在用戶方面能取得最佳性能，和最低的總體支出。如何確定正確的膜和合適的設(shè)計(jì)和預(yù)處理，是用一種應(yīng)用和試驗(yàn)性的程序開發(fā)所述用途。應(yīng)用試驗(yàn)，或可行性試驗(yàn)，是確定所述機(jī)器特征的第一個步驟。通常是在實(shí)驗(yàn)室或工作臺規(guī)模進(jìn)行，所述應(yīng)用試驗(yàn)表明了試驗(yàn)薄膜類型的雜質(zhì)排除力，化學(xué)物適宜性，和起垢傾向的預(yù)期水平。結(jié)果通常足夠可靠，以將膜的選擇縮小到不超過兩種，并且預(yù)測是否需要任何預(yù)處理設(shè)備。
在應(yīng)用試驗(yàn)中獲得的信息隨后可應(yīng)用于現(xiàn)場先期測試。用幾百個小時進(jìn)行的先期測試可以收集到穩(wěn)態(tài)性能數(shù)據(jù)，用于全面設(shè)計(jì)。給水化學(xué)，清潔頻率和技術(shù)效果的變化在決定穩(wěn)態(tài)操作方面發(fā)揮重要作用。
在應(yīng)用開發(fā)和設(shè)備購買方面與有經(jīng)驗(yàn)的公司合作的重要性再強(qiáng)調(diào)也不為過。廢水應(yīng)用是獨(dú)特的，個性化處理需要有效的評估和對工藝參數(shù)的微調(diào)，橫向流動過濾技術(shù)供應(yīng)商和消費(fèi)者之間的密切配合能取得最佳效果。
多年化學(xué)和采礦作業(yè)受到污染的地下水可以通過反滲透有效地凈化。在得克薩斯州的舊的鈾礦上，例如，地下井抽水通過多介質(zhì)過濾器到RO機(jī)器。RO-純化的水隨后被重新注入地下。集中的污染物被拖走處置或蒸發(fā)。
來自飲料灌裝廠，紙漿和造紙廠，制藥廠和金屬加工廠的廢水通常含有一些雜質(zhì)含量超過管理機(jī)關(guān)允許的水平。超濾(UF)工藝有效降低BOD和COD含量，而RO工藝除去重金屬和溶劑，允許排出凈化的水。在某些場合下，所述凈化水適于在工廠再利用，并且比工廠給水更好。
在一種成分構(gòu)成分解固體含量的主體的情況時，對所述成分的回收通常被證實(shí)在經(jīng)濟(jì)上有吸引力。從電鍍作業(yè)流中回收鎳或其他重金屬，從生活廢水流中分離并回收蛋白，以及從汽車廠的電鍍層沉積(ED)作業(yè)中回收油漆顏料是常見的例子。材料回收能夠?yàn)樽罱K用戶每年節(jié)省購買費(fèi)用數(shù)千美元，或提供可以銷售的產(chǎn)品。并且，純化的水仍然可用于排放或再利用，在這種情況下水循環(huán)可以實(shí)際上關(guān)閉。
根據(jù)本發(fā)明，提供了過濾方法。所述方法通常涉及利用本文所披露的介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行過濾。正如從下面的描述和實(shí)施例中可以看出的，本發(fā)明的介質(zhì)可以是專門設(shè)計(jì)和構(gòu)造，以在相對有效的系統(tǒng)中提供相對長的使用壽命，以突出優(yōu)點(diǎn)。
在專利中示出的各種過濾器設(shè)計(jì)披露并且要求保護(hù)過濾器結(jié)構(gòu)的各個方面和使用所述過濾材料的結(jié)構(gòu)。Engel等，美國專利號4,720,292，披露了用于過濾器組件的徑向密封設(shè)計(jì)，具有大體筒式過濾件設(shè)計(jì)，所述過濾件由相對柔軟的，橡膠狀端蓋密封，具有圓柱形，徑向向內(nèi)的表面。Kahlbaugh等，美國專利號5,082,476，披露了使用深度介質(zhì)的過濾器設(shè)計(jì)，包括泡沫基片有折疊部件與發(fā)明的微纖維材料組合。Stifelman等，美國專利號5,104,537，涉及用于過濾液體介質(zhì)的過濾器結(jié)構(gòu)。液體被夾帶到過濾器外殼中，通過過濾器的外部進(jìn)入內(nèi)部環(huán)形過濾芯，然后恢復(fù)所述結(jié)構(gòu)的有效使用。所述過濾器非常適合用于過濾液壓液體。Engel等，美國專利號5,613,992，示出了典型的柴油機(jī)進(jìn)氣口過濾器結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)從外殼的外面獲得空氣，所述空氣可能包含或不含夾帶的水分。所述空氣通過過濾器，而所述水分可以通至外殼的底部并且能夠從外殼中排出。Gillingham等，美國專利號5,820,646，披露了Z過濾器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)利用特殊的折疊的過濾器設(shè)計(jì)，涉及塞緊的通道，需要液體流通過″Z″形通道中的至少一層過濾介質(zhì)，以獲得適當(dāng)?shù)倪^濾性能。被制作成折疊的Z形形式的所述過濾介質(zhì)可以包括本發(fā)明的細(xì)纖維介質(zhì)。Glen等，美國專利號5,853,442，披露了袋式外殼結(jié)構(gòu)，具有過濾件，可以包含本發(fā)明的細(xì)纖維結(jié)構(gòu)。Berkhoel等，美國專利號5,954,849，示出了集塵器結(jié)構(gòu)，用于處理通常大灰塵量的空氣，以對在環(huán)境空氣中處理工件產(chǎn)生非常大的灰塵量后從氣流中過濾灰塵。最后，Gillingham，美國外觀專利號425,189，披露了使用Z過濾器設(shè)計(jì)的板式過濾器。參見圖29，空氣過濾系統(tǒng)或組件一般用410表示。所示出的系統(tǒng)410有三個部件或模塊，以并排排列方式配置在一起。這種結(jié)構(gòu)可以，例如，具有適合6英尺×10英尺×10英尺空間的尺寸。
圖29中的系統(tǒng)410包括入口或?qū)Ч?11，用于吸入臟的或污染的空氣(即帶顆粒物)。提供出口或?qū)Ч?12，以將清潔的或過濾的空氣從過濾器組件410中排出。系統(tǒng)410的內(nèi)部可以通過檢修門413進(jìn)入。
繼續(xù)參見圖29，以剖開的形式示出了一個側(cè)壁板417，以說明該組件的各個部件的排列。在本實(shí)施方案中，空氣入口411位于上壁板416，以便進(jìn)入的帶有灰塵的空氣或其他污染過的流體沿向下方向進(jìn)入臟空氣室422。這使得該組件能夠利用重力使灰塵通過組件410轉(zhuǎn)移到收集區(qū)414。臟空氣室422由門413，上壁板416，兩對相對的側(cè)壁板417(它們從上板向下延伸)，階梯形壁結(jié)構(gòu)429，和一對傾斜表面423，424限定。傾斜表面423，424部分限定位于該組件底部內(nèi)的收集區(qū)或儲存斗414。
密封至結(jié)構(gòu)框架部件，沿每一個側(cè)壁板417安裝有間隔壁或管板結(jié)構(gòu)428，具有階梯形設(shè)計(jì)，其上安裝組件410的單獨(dú)的過濾件432。管板結(jié)構(gòu)428被密封在所有側(cè)面上，以將臟空氣室422與干凈的空氣室460密封隔絕。安裝在階梯形管板結(jié)構(gòu)428上的過濾件432以階梯形或分隔放置在臟空氣室422中，部分重疊關(guān)系，大體沿向下方向，相對上表面板416的水平面呈銳角傾斜。這樣在過濾器組件410的最上部限定了分配空間433。隨著臟空氣從入口420進(jìn)入組件410，在它被過濾之前被接收在分配空間433中。
所示出的獨(dú)立的過濾件432包括折疊介質(zhì)435，組成各自具有末端的圓柱形管狀部件。除了下面所披露的優(yōu)選的介質(zhì)配方之外，每一個部件432的結(jié)構(gòu)以及它如何支撐管板結(jié)構(gòu)428與美國專利號4,395,269和美國專利號5,562,746的過濾件類似，分別在此結(jié)合入本文。過濾件的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)以及所述過濾介質(zhì)如何形成穩(wěn)定的圓筒形狀并且用端蓋密封披露于美國專利號4,171,963(Schuler)中，在此結(jié)合入本文。
圖31是表示所示出的特定過濾件432如何密封管板428的一個例子。具體地講，第一端蓋433包括軸向延伸的墊片440。墊片440被軛狀組件壓在管板428上，如美國專利號5,803,941所述，以與管板428形成密封441。
再次參見圖29，在所示出的結(jié)構(gòu)中，過濾件432以端對端的關(guān)系成對排列。最接近管板428的每一個過濾件432與管板428密封，而最接近階梯形板429的每一個部件432通過軛狀組件與階梯形板429密封。另外，彼此相鄰并端對端疊放的每一個過濾件432在各自端蓋之間密封至相鄰的過濾件432。
圖30表示空氣過濾系統(tǒng)410′的另一種實(shí)施方案。圖30的結(jié)構(gòu)包括入口411′，出口412′，檢修門413′，和側(cè)板416′，417′。另外，具有臟空氣室422′，干凈的空氣室460′，和管板428′。管板428′將臟的一側(cè)422′與干凈空氣一側(cè)460′隔開。過濾件432′安裝在空氣過濾系統(tǒng)410′內(nèi)，并且靠在管板428′上。圖30的系統(tǒng)410′和圖29的系統(tǒng)410的一個差別是存在文丘里部件470，將在下文進(jìn)一步說明。圖15示意性地表示一個過濾件432′可操作地安裝在管板428′內(nèi)并且與它密封。端蓋433′上的墊片部件440′被壓在管板428′上，以與管板428′形成密封441′。
在干凈的空氣室460，460′中還提供了用于清潔每一個過濾件432，432′的系統(tǒng)。參見圖30，所述系統(tǒng)包括多個脈沖閥465和噴嘴或噴管497。閥465和噴管497置于與管板結(jié)構(gòu)428′的出口孔434(圖15)直接內(nèi)嵌，以將壓縮空氣的射流導(dǎo)入一對過濾件432，432′的開口內(nèi)部438。用于提供壓縮空氣的脈沖閥(或反向脈沖閥)，噴管，管道結(jié)構(gòu)的類型，以及它們的控制和操在本領(lǐng)域公知。
參見圖32和33，所示出的每一個文丘里部件470包括入口鐘口狀部分(或文丘里入口部分)474，和喉道部分476。在所示出的實(shí)施方案中，還有擴(kuò)散部分(或文丘里出口部分)472。喉道部分476置于擴(kuò)散部分472和文丘里入口部分474之間并且使它們相互連接?？諝鈴奈那鹄锊考?70中排出，通過擴(kuò)散器472進(jìn)入干凈的空氣室460′，此時空氣被過濾并以正常過濾氣流方式(即，沒有反向脈沖)從臟空氣室430′通過過濾部件432′。所示出的擴(kuò)散部分472具有分開的(或張開的)，大體上垂直的壁477，以有助于正常過濾條件下的壓力恢復(fù)。喉道部分476可以沿朝向其內(nèi)部方向凹入，如美國專利5,562,746中所披露；或，在圖15中所示出的，其形狀可以為從基線406至出口部分472直徑逐漸變小，如美國專利6,090,173中所披露。
文丘里部件470安裝在管板結(jié)構(gòu)428′上，與過濾部件432′相對，以便文丘里入口部分474置于干凈的空氣室460′中。
繼續(xù)參見圖32，可以看出文丘里部件470通過合適的緊固裝置481連接基線406至管板428′而固定在管板428′上。文丘里部件470的其他細(xì)節(jié)在美國專利號5,562,746和6,090,173中有描述，每個在此結(jié)合入本文。
在圖33中，示意性地示出了脈沖射流系統(tǒng)的噴嘴或噴管497，它與文丘里部件470相隔一段距離482。隨著空氣通過噴管497噴出，非對稱的空氣射流完全紊亂，并且其行為就像無壁剪切流。對于這種類型的空氣流來說，隨著射流離開噴管497并且逆著進(jìn)入的空氣流運(yùn)動，如圖所示的通道483，速度變化擴(kuò)大。文丘里部件470允許這種空氣射流從通道83進(jìn)入過濾件432，432′的內(nèi)部438，438′，導(dǎo)致空氣壓力在端蓋433，434之間的過濾介質(zhì)435，435′的整個長度上均勻分布。
噴管497和文丘里部件470的基線406之間的距離482通常小于25英寸，并且大于10英寸。在某些結(jié)構(gòu)中，所述距離為大約22-23英寸。在其他結(jié)構(gòu)中，所述距離為20-21英寸或更小。這些類型的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了大體上沿過濾介質(zhì)435，435′的延伸部分的整個長度的正清潔壓力微分。
在工作時，空氣或其他顆粒加載的氣態(tài)流體通過空氣入口420，420′和過濾部件432，432′進(jìn)入臟空氣室422，422′。通過過濾介質(zhì)435，435′將顆粒物從空氣流中除去。如下文所述，采用優(yōu)選的介質(zhì)配方，以便產(chǎn)生有利的性能。凈化的空氣流入開口的過濾器內(nèi)部438，438′，并進(jìn)入干凈的空氣室460，460′。如果存在文丘里部件470，干凈的空氣在離開開口的過濾器內(nèi)部438，438′并進(jìn)入干凈的空氣室460，460’時流過文丘里部件470。凈化的空氣通過出口412，412′離開空氣過濾器410，410′。
在過濾間隔之后，過濾件432，432′會覆蓋上一層灰塵或其他顆粒材料。每一個過濾件432，432′由各自的閥465和噴管497進(jìn)入脈沖射流清潔，其將一定量的壓縮空氣從噴管497噴向并且進(jìn)入開口的過濾器內(nèi)部438，438′。如果存在文丘里部件470的話，所述壓縮空氣被導(dǎo)入文丘里部件470的擴(kuò)散部分472。所述射流進(jìn)入開口的過濾器內(nèi)部438，并且以與在過濾時空氣流的正常流動方向相反的方向通過介質(zhì)435，435′。這種空氣射流脈沖將灰塵塊和其他顆粒物從過濾介質(zhì)435，435′的外部敲掉，并且通過重力使它落入儲存斗14。單階段的，自動凈化空氣過濾系統(tǒng)是已知的?？梢酝ㄟ^商業(yè)渠道獲得的一種這樣的系統(tǒng)是Donaldson GDXTM脈沖凈化過濾系統(tǒng)，可以從唐納森公司，明尼阿波利斯(Donaldson Company，Inc.，Minneapolis，Minnesota)獲得。在圖34中，示出了Donaldson GDXTM脈沖凈化過濾系統(tǒng)20的示意性剖視圖。除了用于圖34所示系統(tǒng)的優(yōu)選的介質(zhì)配方之外，圖34所示系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)在美國專利6,123,751中有描述，在此結(jié)合入本文，并且可以從Donaldson公司購買。
參見圖34，系統(tǒng)520包括腔室521，有空氣入口側(cè)522和空氣出口側(cè)523。空氣通過沿空氣入口側(cè)522分布的多個垂直間隔的入口罩526進(jìn)入腔室521。入口罩526起著保護(hù)系統(tǒng)520的內(nèi)部過濾器免受雨，雪和陽光影響的作用。另外，入口罩526是這樣設(shè)計(jì)的，使得進(jìn)入入口罩526的空氣首先沿箭頭527所示的向上的方向?qū)耄缓笥善D(zhuǎn)板528沿箭頭529所示的向下的方向偏轉(zhuǎn)。空氣最初的向上運(yùn)動導(dǎo)致來自空氣流的某些顆粒材料和水分沉淀或積累在入口罩526的下部530。空氣隨后的向下運(yùn)動迫使在腔室521內(nèi)的灰塵向下朝向位于腔室521底部的集塵儲存斗532運(yùn)動。
系統(tǒng)520的腔室521通過隔板538分隔成上游和下游空間534和536。上游空間534通常表示空氣過濾器系統(tǒng)520的″臟空氣部分″，而下游空間通常表示系統(tǒng)520的″干凈的空氣部分″。隔板538限定多個孔540，以便空氣能夠從上游空間534流向下游空間536。每個孔540被位于所述腔室的上游空間的空氣過濾器542或過濾器濾芯覆蓋。過濾器542是這樣排列和設(shè)計(jì)的，在通過孔40之前，空氣從上游空間534通過過濾器542流向下游空間536。
對于所示出的具體的過濾器裝置來說，每一個空氣過濾器542包括一對過濾件。例如，每一個空氣過濾器542包括圓柱形部件544和有些截短的圓錐形部件546。每一個截短的圓錐形部件546包括一個大直徑的末端和小直徑的另一個末端。每一個過濾器542的圓柱形部件544和截短的圓錐形部件546是同軸排列的，并且端對端的連接，使每一個圓錐形部件546的小直徑以密封方式固定在一個圓柱形部件544上。每一個截短的圓錐形部件546的大直徑末端固定在隔板538上，以便在其相應(yīng)的孔540周圍形成環(huán)狀密封。每一個過濾器542大體上是與其相應(yīng)的孔540同軸排列的，并且其縱向軸線是大體上水平的。
每一個過濾部件542，546包括介質(zhì)包560，562，構(gòu)成了管狀結(jié)構(gòu)564，566，并且在所述結(jié)構(gòu)中限定開口的過濾器內(nèi)部568，570。開口的過濾器內(nèi)部568，570也是干凈空氣室。優(yōu)選的，每一個介質(zhì)包560，562是折疊的，并且包括至少部分被一層細(xì)纖維覆蓋的介質(zhì)合成物。優(yōu)選的介質(zhì)合成物的配方在下面描述。
一般，在過濾時，空氣是從上游空間534導(dǎo)入徑向通過空氣過濾器542，進(jìn)入過濾器542的內(nèi)部空間568，570(干凈空氣室)。在過濾之后，空氣從內(nèi)部空間548中流過隔板538，通過孔540，進(jìn)入下游干凈的空氣空間536。然后干凈的空氣從下游空間536中抽出，通過孔550，進(jìn)入未示出的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣口。
隔板538的每個孔540包括安裝在下游空間536的脈沖射流空氣凈化器552。周期性地，脈沖射流空氣凈化器552引導(dǎo)空氣的脈沖射流，如箭頭572所示，使它反向通過相關(guān)的空氣過濾器542，即從過濾件的內(nèi)部空間568，570向外振動或以其他方式排出滯留在空氣過濾器542的過濾介質(zhì)內(nèi)或上的顆粒材料。脈沖射流空氣凈化器552可以從腔室521的頂部到底部順序工作，以便最終將灰塵顆粒材料從過濾器上吹入下面的儲存斗532，以便排出。
諸如在圖34中所示出的結(jié)構(gòu)可能是相當(dāng)大的。用于這種結(jié)構(gòu)上的過濾器對通常包括圓柱形過濾器，約26英寸長，直徑約為12.75英寸，以及截短的圓錐形過濾器，約26英寸長，小直徑約為12.75英寸，大直徑約為17.5英寸。這種結(jié)構(gòu)可用于，例如，過濾進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中的進(jìn)氣，該系統(tǒng)對空氣流的需求為8000-1.2百萬立方英尺/分鐘(cfm)。
在圖35中，示出了燃?xì)廨啓C(jī)的另一種進(jìn)氣過濾系統(tǒng)。除了優(yōu)選的介質(zhì)配方之外，圖35所示的系統(tǒng)可以通過商業(yè)渠道獲得，從Donaldson購買Donaldson GDXTM自動凈化空氣過濾器。在圖35中，提供了Donaldson GDXTM自動凈化空氣過濾器520的示意性剖視圖。圖35所示系統(tǒng)不是現(xiàn)有技術(shù)，因?yàn)槠鋵⒛承﹥?yōu)選的介質(zhì)配方用于過濾進(jìn)氣氣流的方法中。圖35所示的系統(tǒng)520與圖34的系統(tǒng)20類似，除了系統(tǒng)520是更小，更緊湊的裝置。
在圖35中，系統(tǒng)520包括腔室521，具有空氣入口側(cè)522和空氣出口側(cè)523?？諝馔ㄟ^沿空氣入口側(cè)522放置的入口罩526進(jìn)入腔室521。入口罩526有助于引導(dǎo)空氣沿箭頭527所示的向上的方向進(jìn)入入口罩526，然后由偏轉(zhuǎn)板528沿箭頭529所示的向下方向偏轉(zhuǎn)?？諝獾南蛳逻\(yùn)動迫使腔室521中的灰塵向下朝向位于腔室521底部的集塵儲存斗532運(yùn)動。
對于圖34所示的系統(tǒng)10來說，系統(tǒng)520的腔室521通過隔板538分隔成上游和下游空間534和536。上游空間534表示空氣過濾器系統(tǒng)520的″臟空氣部分″，而下游空間總體上表示系統(tǒng)520的″干凈空氣部分″。隔板538限定多個孔540，以允許空氣從上游空間534流向下游空間536。每個孔540被位于所述腔室上游空間534中的空氣過濾器542或過濾器濾芯覆蓋。過濾器542是以這種方式排列和設(shè)計(jì)的，在通過孔540之前，空氣從上游空間534通過過濾器542流向下游空間536。
每個空氣過濾器542包括一對過濾件。例如，每個空氣過濾器542包括圓柱形部件544，和截短的圓錐形部件546。每個截短的圓錐形部件546包括具有大直徑的一端和具有小直徑的另一端。每個過濾器542的圓柱形部件544和截短的圓錐形部件546是同軸排列的，并且端對端連接，使每個圓錐形部件546的小直徑末端以密封方式固定在一個圓柱形部件544上。每個截短的圓錐形部件546的大直徑末端固定在隔板538上，以使在其相應(yīng)的孔540周圍形成環(huán)狀密封。每個過濾器542大體相對其相應(yīng)的孔540同軸排列，并且具有大體上水平的縱向軸線。
每個過濾件544，546包括介質(zhì)包560，562，形成管狀結(jié)構(gòu)564，566，并在該結(jié)構(gòu)內(nèi)限定開口的過濾器內(nèi)部568，570。優(yōu)選的，每個介質(zhì)包560，562是折疊的，并且包括至少部分由一層細(xì)纖維覆蓋的基片合成物。優(yōu)選的介質(zhì)合成物的配方在下面有描述。
一般，在過濾時，空氣從上游空間534導(dǎo)入徑向通過空氣過濾器542進(jìn)入過濾器542的內(nèi)部空間568，570(干凈空氣室)。在過濾之后，空氣從內(nèi)部空間568，570流過隔板538，通過孔540，進(jìn)入下游干凈空氣空間536。然后干凈空氣從下游空間536抽出，通過孔550，進(jìn)入未示出的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣口。
隔板538的每個孔540包括安裝在下游空間536中的脈沖射流空氣凈化器552。脈沖射流空氣凈化器552定期引導(dǎo)空氣的脈沖射流反向流動，如箭頭572所示，通過相關(guān)的空氣過濾器542，即從過濾件的內(nèi)部空間568，570向外振動或以其他方式排出滯留在空氣過濾器542的過濾介質(zhì)內(nèi)或上的顆粒材料。脈沖射流空氣凈化器552可以從腔室521的頂部到底部順序工作，以使從過濾器上吹下的灰塵顆粒材料最終導(dǎo)入下面的儲存斗532，以便排出。
參見圖37，示出了過濾件500的透視圖。過濾件500包括圓柱形過濾器500，包括第一和第二相對的端蓋501和502，有管狀，優(yōu)選圓柱狀結(jié)構(gòu)的過濾介質(zhì)504以折疊形式延伸其間。所述介質(zhì)結(jié)構(gòu)限定開口的過濾器內(nèi)部505，其與使用的干凈空氣導(dǎo)管或空氣室相應(yīng)，另外，可以包括污染空氣流的入射表面。波紋狀過濾介質(zhì)504的管狀結(jié)構(gòu)通常采用粘合劑技術(shù)固定或粘接在端蓋501和502上。在過濾器結(jié)構(gòu)500上，還有內(nèi)部支撐管狀襯墊503，提供介質(zhì)504的結(jié)構(gòu)完整性。
參見圖38，示出了一個過濾件506的透視圖。一般，過濾件506包括第一和第二相對的端蓋508和509，有管狀，優(yōu)選圓柱狀結(jié)構(gòu)的過濾介質(zhì)507延伸其間。所述介質(zhì)結(jié)構(gòu)限定開口的過濾器內(nèi)部505。波紋狀過濾介質(zhì)507的管狀結(jié)構(gòu)通常采用粘合劑技術(shù)固定或粘接在端蓋508和509上。在過濾件506上，還可用錐形的圓柱形密封件510將過濾件安裝到過濾裝置上，用末端密封耦合過濾器至過濾裝置的入口或出口。過濾件506被設(shè)計(jì)成支持污染空氣流的通道，從介質(zhì)507的外部流向過濾介質(zhì)506的內(nèi)部505。
參見圖39，示出了平板過濾件511的透視圖。一般，過濾件511包括矩形外殼513，矩形形式的折疊介質(zhì)514與外殼513結(jié)合，使用常見的粘合劑技術(shù)(未示出)將所述介質(zhì)固定在外殼內(nèi)。折疊介質(zhì)514保持折疊的形式，間隔裝置512將所述介質(zhì)固定成固定的折疊形式。所述間隔介質(zhì)512可以包括預(yù)成形結(jié)構(gòu)，或者可以包括擠壓結(jié)構(gòu)的熱塑間隔材料。外殼513的凸緣部分514可有助于將過濾件511安裝入過濾裝置。將過濾件511設(shè)計(jì)成將干凈空氣部分排出所述折疊介質(zhì)，參見圖39。
圖40是數(shù)據(jù)圖表，示出了例4所述過濾件在10.5-50ft-m-1的空氣速度時的分級效率。
圖41表示例5所示過濾件的類似的分級效率。
圖42表示例6所示過濾件在單一流體速度下的分級效率，用于確定所述介質(zhì)對由于介質(zhì)折疊而導(dǎo)致失效的抗性。
圖43表示例6所示過濾件在所規(guī)定的流速的分級效率。
圖44是數(shù)據(jù)圖表，表示例7所示過濾件在10.5ft-m-1的流速下的分級效率，示出由于葉片折疊或刻痕折疊所導(dǎo)致的阻力。
圖45是數(shù)據(jù)圖表，表示例7所示過濾件在所示出的氣流流速下的分級效率。
圖46是數(shù)據(jù)圖表，表示例8所示過濾件的分級效率，表示當(dāng)所述過濾件與基片相比時，在所示顆粒大小的范圍內(nèi)的效率有不明顯的增加。
實(shí)驗(yàn)本發(fā)明過濾器的平板樣品是通過在一層HEPA級玻璃纖維上形成一層無紡基布制成。在所述基布上放置一層細(xì)纖維。測試所述過濾器板的效率和滲透性，并且與包括基布和HEPA玻璃纖維但沒有細(xì)纖維的過濾器板的性能比較，并且與包括膨脹的PTFE的兩個過濾器進(jìn)行比較。
例1將基重為59lb-3000ft-2，厚度為0.013英寸的玻璃纖維過濾介質(zhì)與兩層紡粘聚酯基布材料組合。將一層基布壓在玻璃纖維過濾介質(zhì)片材的任一側(cè)。所述聚酯基布的厚度為0.007英寸，基重為0.5oz-yd-2。這三層基片在流量為10.5ft-min-1氣流速度下的空氣流阻力為39毫米水。所述基片在10.5ft-min-1氣流速度下的效率(DOP)為99.97％。然后將所述基片材料與靜電紡織納米纖維層結(jié)合。在按照ASTM 1215進(jìn)行測定時，所述聚酰胺納米纖維層的效率為40％，基重為大約0.1gm-m-2。
例2重復(fù)例1，所不同的是，在按照ASTM 1215測定時，所述納米纖維層的效率為70％，并且基重為大約0.2gm-m-2。
例3重復(fù)例1，所不同的是，在按照ASTM 1215測定時，所述納米纖維層的效率為95％，并且基重為大約0.3gm-m-2。
例1-3所披露的介質(zhì)以平板結(jié)構(gòu)形式測試，在實(shí)驗(yàn)中檢測它的過濾特性，包括它的壓力降，灰塵和污垢裝載能力，以及凈化特性。所述參數(shù)是這樣測量的，首先稱取平板介質(zhì)樣品的重量，將所述平板介質(zhì)樣品放入導(dǎo)管，其中所述介質(zhì)接觸速度為10ft-min的空氣流，和速度為大約1.03gm-min的ASHRAE灰塵負(fù)荷。讓所述設(shè)備運(yùn)行，直到通過介質(zhì)的壓力降為30英寸水。然后將所述介質(zhì)從所述導(dǎo)管中取出，并且稱重，以便記錄灰塵載荷。然后將所述介質(zhì)夾在框架上，并且將所述框架裝置在垃圾箱上翻轉(zhuǎn)。某些灰塵馬上掉落，用螺絲刀輕輕敲打所述框架，直到灰塵不再從介質(zhì)上掉落。然后將所述介質(zhì)重新裝載到所述裝置上，并且繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到所述介質(zhì)三次接觸流速為10ft-min的空氣流和1.03gm-min的負(fù)荷。
表1測試的樣品(各兩個)

*用0.3微米NaCl顆粒以10.5fpm的速度測定的效率。
**滲透性是通過所述材料的流量，以fpm為單位，0.5″w.g.根據(jù)ASTMD-737。
例4將玻璃纖維過濾介質(zhì)層壓到濕鋪纖維素/合成混合介質(zhì)上，合成物的特性如下基重為132lb.-3000ft.-2厚度為0.045英寸滲透性為5.1英尺-min-1，0.5″w.g.(Frazier)
機(jī)器方向-Gurley硬度為28,000mg(1.0″×3.5″樣品)。
效率以10英尺/分鐘(DOP)的速度過濾0.3微米顆粒的效率為99.85％然后將此層壓材料與靜電紡絲的納米纖維層組合。在測定時(ASTM 1215)，聚酰胺納米纖維層的效率為98％，基重為大約0.35gm-m-2。測定所述合成物的分級效率，將NaCl用作挑戰(zhàn)性氣溶膠和TSI 8160試驗(yàn)器，采用圖40中所示的介質(zhì)速度范圍。在所有場合下，所述合成物過濾0.3微米顆粒的效率都超過99.97％。
例5將玻璃纖維過濾介質(zhì)層壓到紡粘聚酯基布上。
該合成物的特性如下基重為125lb.-3000ft.-2厚度為0.034英寸滲透性為4.9英尺-min-1，0.5″w.g.(Frazier)機(jī)器方向Gurley硬度為12，867mg(1.0″×3.5″樣品)。
效率以10英尺/分鐘(DOP)過濾0.3微米顆粒的效率為99.97％然后將這種層壓材料與靜電紡絲的納米纖維層組合。在測定時(ASTM 1215)，聚酰胺納米纖維層的效率為98％，基重為大約0.35gm-m-2。測定所述合成物的分級效率，將NaCl用作挑戰(zhàn)性氣溶膠和TSI 8160試驗(yàn)器，采用圖41中所示的介質(zhì)速度范圍。在所有場合下，所述合成物過濾0.3微米顆粒的效率都超過99.97％。
例6將濕鋪纖維素/合成基布材料層壓到玻璃纖維過濾介質(zhì)的一側(cè)。將輕質(zhì)聚酯紡粘材料層壓到所述玻璃纖維過濾介質(zhì)的另一側(cè)。所述層壓結(jié)構(gòu)與一層靜電紡絲納米纖維組合在濕鋪基布上。該合成物介質(zhì)的特性如下基重為99.99lb.-3000ft.-2厚度為0.032英寸滲透性為4.22英尺-min-1，0.5″w.g.(Frazier)Gurley硬度為1336mg(1.0″×3.5″樣品)。
效率以10英尺/分鐘(DOP)過濾0.3微米顆粒的效率為99.987％然后利用旋轉(zhuǎn)刻痕折疊機(jī)折疊該材料至0.75″折疊高度。在折疊之前和之后使用帶NaCl的TSI 8160試驗(yàn)器測定所述介質(zhì)的分級效率；結(jié)果如下所示。在兩種情況下，所述合成物過濾0.3微米顆粒的效率超過99.99％。還測定了例6的介質(zhì)在空氣流速范圍內(nèi)的效率。結(jié)果如圖42-43所示。所有測試表明，過濾0.3微米顆粒的效率超過99.98％。
例7將濕鋪纖維素/合成基布材料層壓到玻璃纖維過濾介質(zhì)的一側(cè)。所述層壓結(jié)構(gòu)與一層靜電紡絲納米纖維組合在濕鋪基布上。該合成物介質(zhì)的特性如下基重為90.77lb.-3000ft.-2厚度為0.029英寸滲透性為3.88英尺-min-10.5″w.g.(Frazier)Gurley硬度為1336mg(1.0″×3.5″樣品)。
效率以10英尺/分鐘(DOP)過濾0.3微米顆粒的效率為99.995％然后采用兩種不同的折疊技術(shù)對這種材料進(jìn)行折疊。首先，使用葉片型折疊機(jī)，折疊高度為0.5″。其次，使用旋轉(zhuǎn)刻痕型折疊機(jī)，折疊高度為0.75″。在折疊之前和之后使用帶NaCl的TSI 8160試驗(yàn)器測定所述介質(zhì)的分級效率；結(jié)果如下所示。在所有場合下，所述合成物過濾0.3微米顆粒的效率超過99.99％。還使用帶NaCl的TSI8160試驗(yàn)器測定所述介質(zhì)在速度變化范圍內(nèi)的效率；結(jié)果如圖44-45所示。在所有場合下，所述合成物過濾0.3微米顆粒的效率都超過99.99％。
例8將帶靜電荷的熔噴材料與濕鋪基布支撐組合。這種基片材料的特性如下基重128gm-m-2厚度0.031英寸滲透性25.1英尺-min-1，0.5″w.g.(Frazier)將所述層壓的基片結(jié)構(gòu)與一層靜電紡絲納米纖維組合在濕鋪基布側(cè)。在用0.8微米聚苯乙烯乳膠顆粒以20英尺/分鐘的速度(ASTM 1215)測試時，納米纖維層的效率為大約70％。所得到的結(jié)構(gòu)的滲透性為17.8英尺-min-1，0.5″w.g.(Frazier)。使用TSI 8160測試儀和NaCl以10.5英尺/分鐘測定所述結(jié)構(gòu)的分級效率。結(jié)果如圖46所示。顯然，暴露于用于靜電紡絲工藝的電場沒有對帶靜電荷的基片材料產(chǎn)生負(fù)面影響。
圖1-7包括所述實(shí)驗(yàn)測試的結(jié)果。圖1表示在三次灰塵加載和凈化周期后每個樣品的氣流阻力增加。例1，2，和3都表現(xiàn)出阻力略有增加，與沒有細(xì)纖維層的PTFE樣品和玻璃纖維HEPA相比較。所述例子的氣流阻力的略有增加表明所述材料的可清潔性有改善。所述灰塵加載到細(xì)纖維層的表面上，并通過常用的過濾器清潔機(jī)構(gòu)方便地去除。
圖2表示在三次灰塵加載和清潔周期之后，每個樣品的重量增加。重量增加表明灰塵被留在樣品中，并代表一定量的灰塵不能通過常用的過濾器清潔機(jī)制從材料上清理掉。本示例的材料和PTFE材料與玻璃纖維HEPA材料相比均表現(xiàn)出適度重量增加。
圖3表示在三次灰塵加載和清潔周期之后加載到每個樣品上的ASHRAE灰塵的總重量。過濾介質(zhì)的壽命與在氣流速度降低到不可接受的水平之前能夠加載到過濾器上的灰塵量相關(guān)。圖3表示在測試期間，相似灰塵量被加載到示例材料和PTFE材料上。相反，玻璃纖維HEPA材料不易清潔，因此在測試中使用較少的灰塵。圖3中所示出的灰塵量導(dǎo)致了圖1所示的最終的干凈氣流阻力。
圖4，5，和6表示EX1，玻璃纖維HEPA，和PTFE樣品的載荷曲線。利用這些載荷曲線的數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖1-3。
圖7表示測試結(jié)果，其中在脈沖清潔測試裝置中將例3的平板介質(zhì)與玻璃纖維HEPA材料進(jìn)行比較。曲線表明，玻璃纖維HEPA材料在脈沖前和脈沖后的壓力降比示例3的材料在脈沖前和脈沖后的壓力降更高，并且增加更快。此測試提供了速度為10個顆粒/立方英尺的碳酸鈣粉塵(Atomite dust)的穩(wěn)定的灰塵加載。碳酸鈣粉塵(Atomite dust)是自由流動的碳酸鈣粉末，具有不規(guī)則的形狀，由Imerys(法國)生產(chǎn)，并且可以從包括George C.Brandt Co.在內(nèi)的多種渠道獲得。碳酸鈣粉塵由以下顆粒組成小于1微米，重量百分比為25％；1-2.5微米，重量百分比為25％；2.5-5微米，重量百分比為30％；5-10微米，重量百分比為18％；10-15微米，重量百分比為2％。對于8″直徑的樣品來說，將氣流速度設(shè)定為9.1英尺/分鐘。每分鐘提供一次40psi的反向脈沖，持續(xù)100毫秒。脈沖清潔過的過濾器在達(dá)到最終壓力降時通常要更換，例3所述介質(zhì)的較低的壓力降表明與沒有納米纖維的玻璃纖維HEPA相比，其具有更好的可清潔性和更長的過濾器壽命。
圖9比較了在脈沖實(shí)驗(yàn)之前和之后玻璃纖維HEPA和例3介質(zhì)的效率。該圖表明了脈沖作用不會降低所述介質(zhì)的效率。這個結(jié)果是令人吃驚的，因?yàn)槊}沖壓力和介質(zhì)運(yùn)動被認(rèn)為會導(dǎo)致微纖維玻璃纖維分離，可能產(chǎn)生空隙，并最終降低介質(zhì)的效率。這一看法被證實(shí)是不正確的，并且對于玻璃纖維HEPA材料和例3的介質(zhì)來說都保持了HEPA的效率。
表2脈沖測試后的分級效率

圖36是數(shù)據(jù)圖表，表示本發(fā)明的可清潔裝置與沒有細(xì)纖維的類似結(jié)構(gòu)相比在脈沖前和脈沖后的效率。脈沖前材料的效率性能是相當(dāng)?shù)?，不過，本發(fā)明材料的脈沖后效率明顯好于沒有細(xì)纖維的對比過濾器。
上述討論，實(shí)例，和數(shù)據(jù)說明了我們目前對本發(fā)明的理解。不過，由于在不超出本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下可以對本發(fā)明作出多種改變，本發(fā)明完全落入以下所附權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種過濾介質(zhì)，包括納米纖維層和高效基片層；納米纖維層的纖維直徑為大約0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，厚度為大約0.05-50微米；所述高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，層厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾基片的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％。
2.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述基片層是帶靜電荷的。
3.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述介質(zhì)層是折疊的，并且包括無紡織物包括紡粘纖維，纖維素纖維，熔融吹制纖維，玻璃纖維或它們的混合物。
4.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述介質(zhì)包括在納米纖維層和基片層之間的基布層。
5.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述聚合物包括加聚物。
6.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，包括縮聚物。
7.如權(quán)利要求6的介質(zhì)，包括尼龍聚合物。
8.如權(quán)利要求5的介質(zhì)，還包括樹脂添加劑，包括低聚物，有分子量為大約500-3000并有芳香族特征，其中所述添加劑易混合在所述縮聚物中。
9.如權(quán)利要求8的介質(zhì)，其中所述添加劑包括低聚物包括苯酚。
10.如權(quán)利要求5的介質(zhì)，其中所述聚合物包括尼龍6和尼龍共聚物包括環(huán)狀內(nèi)酰胺，C6-10二元胺單體和C6-10二酸單體的聚合反應(yīng)物，和樹脂添加劑包括低聚物，分子量為大約500-3000并有芳香族特征，其中所述添加劑易混合在所述縮聚物中。
11.如權(quán)利要求10的介質(zhì)，其中所述聚合反應(yīng)物包括尼龍6，6和尼龍共聚物。
12.如權(quán)利要求10的介質(zhì)，其中所述細(xì)纖維包括微纖維，直徑為大約0.1-0.5微米。
13.如權(quán)利要求10的介質(zhì)，其中所述細(xì)纖維包括納米纖維，直徑為大約0.01-0.2微米。
14.一種濾芯包括過濾件，包括納米纖維層和基片層；納米纖維層的纖維直徑為大約0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，層厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾基片的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％，所述濾芯的總設(shè)計(jì)流速為大約5-10000立方英尺/分鐘。
15.如權(quán)利要求14的濾芯，其中所述濾芯包括平板濾芯。
16.如權(quán)利要求14的濾芯，其中所述過濾介質(zhì)是折疊的。
17.如權(quán)利要求16的濾芯，其中所述折疊的過濾介質(zhì)的折紋深度為大約0.25-大約4英寸。
18.如權(quán)利要求14的濾芯，其中所述濾芯包括柱形濾芯。
19.如權(quán)利要求18的濾芯，其中所述柱形濾芯的周長為大約3-大約50英寸。
20.如權(quán)利要求14的濾芯，其中所述聚合物包括加聚物。
21.如權(quán)利要求14的濾芯，包括縮聚物。
22.如權(quán)利要求21的濾芯，包括尼龍聚合物。
23.如權(quán)利要求20的濾芯，還包括樹脂添加劑，包括低聚物，分子量為大約500-3000并有芳香族特征，其中所述添加劑易混合在所述縮聚物中。
24.如權(quán)利要求23的濾芯，其中所述添加劑包括低聚物包括苯酚。
25.如權(quán)利要求20的濾芯，其中所述聚合物包括聚合合成物，包括尼龍6和尼龍共聚物包括環(huán)狀內(nèi)酰胺，C6-10二元胺單體和C6-10二酸單體的聚合反應(yīng)物，和樹脂添加劑包括低聚物，分子量為大約500-3000并有芳香族特征，其中所述添加劑易混合在所述縮聚物中。
26.如權(quán)利要求25的濾芯，其中所述聚合反應(yīng)物包括尼龍6，6和尼龍共聚物。
27.如權(quán)利要求25的濾芯，其中所述細(xì)纖維包括微纖維，直徑為大約0.1-0.5微米。
28.如權(quán)利要求25的濾芯，其中所述細(xì)纖維包括納米纖維，直徑為大約0.01-0.2微米。
29.一種真空吸塵器包括0.65-500HP的發(fā)動機(jī)，驅(qū)動空氣流以5-600ft-min-1流速通過過濾器，所述過濾器包括納米纖維層和高效基片層；所述納米纖維層的纖維直徑為0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，層厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％。
30.一種過濾器裝置包括介質(zhì)包，它具有部件包括第一和第二相對的流面，和多個凹槽，在所述介質(zhì)包中；(a)所述每個凹槽具有靠近所述第一流面的第一端部，和靠近所述第二流面的第二端部；(b)選定的所述凹槽在所述第一端部開口，在所述第二端部閉合；和選定的所述凹槽在所述第一端部閉合，在所述第二端部開口；(c)所述部件包括納米纖維層和高效基片層；所述納米纖維層的纖維直徑為0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-10微米，厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，層厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％。
31.如權(quán)利要求30的過濾器，其中當(dāng)在140°F的溫度和空氣相對濕度為100％的測試條件下進(jìn)行16小時的測試時，保持超過30％的纖維變化用于過濾目的。
32.如權(quán)利要求30的過濾器，其中所述聚合物包括加聚物。
33.如權(quán)利要求30的過濾器，包括縮聚物。
34.如權(quán)利要求33的過濾器，包括尼龍聚合物。
35.如權(quán)利要求32的過濾器，還包括樹脂添加劑，包括低聚物，分子量為大約500-3000并有芳香族特征，其中所述添加劑易混合在所述縮聚物中。
36.如權(quán)利要求35的過濾器，其中所述添加劑包括低聚物包括苯酚。
37.如權(quán)利要求30的過濾器，還包括(a)密封系統(tǒng)包括框架結(jié)構(gòu)和密封部件；(i)所述框架結(jié)構(gòu)包括從所述第一和第二流面之一軸向突出的延伸部分；(A)所述延伸部分包括具有外徑向表面的環(huán)狀結(jié)構(gòu)；(ii)所述密封部件由所述框架結(jié)構(gòu)的延伸部分支撐；(A)所述密封部件包括彈性密封件；和(B)所述密封部件定向?qū)χ辽偎鐾鈴较虮砻妗?br> 38.如權(quán)利要求37的過濾器，其中(a)所述介質(zhì)包和所述框架結(jié)構(gòu)具有圓形截面。
39.如權(quán)利要求37的過濾器，其中(a)所述介質(zhì)包和所述框架結(jié)構(gòu)具有跑道形狀的截面；和(b)所述框架結(jié)構(gòu)包括徑向支撐的橫拉條。
40.如權(quán)利要求37的過濾器，還包括(a)板狀結(jié)構(gòu)；所述介質(zhì)包安裝在所述板狀結(jié)構(gòu)內(nèi)。
41.如權(quán)利要求37的過濾器，還包括(a)從所述介質(zhì)包的第一表面突出的手柄；所述手柄的大小適合人手。
42.如權(quán)利要求37的過濾器，還包括(a)固定并環(huán)繞在所述介質(zhì)包上的套管部件；(i)所述套管部件朝向相對所述介質(zhì)包，以使所述介質(zhì)包的軸向長度延伸至少30％；和(b)密封部件壓力凸緣至少部分環(huán)繞所述介質(zhì)包；(i)所述密封部件壓力凸緣從所述套管部件徑向延伸，并完全環(huán)繞所述套管部件。
43.一種過濾空氣的方法，該方法包括(a)引導(dǎo)空氣以5-10,000cfm的速度通過介質(zhì)包，所述介質(zhì)包包括基片具有第一和第二相對的流面，所述部件包括多個凹槽在所述介質(zhì)包中；(i)所述凹槽具有第一端部靠近所述第一流面和第二端部靠近所述第二流面；(ii)選定的所述凹槽在所述第一端部開口，在所述第二端部閉合；和選定的所述凹槽在所述第一端部閉合，在所述第二端部開口；(iii)所述部件包括納米纖維層和高效基片層；所述納米纖維層的纖維直徑為0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，層厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器的滲透性為大約1-200ft-min-2，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％。
44.如權(quán)利要求43的方法，其中所述納米纖維在140°F的溫度和空氣相對濕度為100％的測試條件下進(jìn)行16小時的測試時，保持超過30％的纖維不變用于過濾目的。
45.如權(quán)利要求44的方法，其中所述方法包括引導(dǎo)空氣脈沖通過所述介質(zhì)包的步驟，以除掉收集在所述介質(zhì)包中的顆粒。
46.如權(quán)利要求45的方法，其中所述脈沖的定向與正常作業(yè)時空氣的流動方向相反。
47.如權(quán)利要求46的方法，其中所述脈沖除去所述介質(zhì)包中超過50％的顆粒。
48.如權(quán)利要求43的方法，其中(a)所述引導(dǎo)空氣通過介質(zhì)包的步驟包括引導(dǎo)所述空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣口管道，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流的額定量為大約50-500cfm。
49.如權(quán)利要求43的方法，其中(a)所述引導(dǎo)空氣通過介質(zhì)包的步驟包括引導(dǎo)所述空氣通過過濾件，包括所述介質(zhì)包和密封系統(tǒng)；所述密封系統(tǒng)包括框架結(jié)構(gòu)和密封部件；(i)所述框架結(jié)構(gòu)包括從所述第一和第二流面之一軸向突出的延伸部分；(ii)所述密封部件由所述框架結(jié)構(gòu)的延伸部分支撐；和(iii)所述密封部件在所述延伸部分和發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口管道間形成徑向密封。
50.如權(quán)利要求43的方法，其中(a)所述引導(dǎo)空氣通過介質(zhì)包的步驟包括引導(dǎo)空氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口管道。
51.如權(quán)利要求46的方法，其中(a)所述引導(dǎo)空氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口管道的步驟包括引導(dǎo)空氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口管道，包括(i)管板具有至少一個通孔；(ii)套管部件可拆卸和可更換地安裝通過所述孔；所述介質(zhì)包由所述套管部件固定；(iii)凸緣至少部分環(huán)繞所述套管部件；和(iv)密封部件在所述凸緣和管板之間受壓，以在其間形成密封。
52.如權(quán)利要求44的方法，其中(a)所述引導(dǎo)空氣通過介質(zhì)包的步驟包括引導(dǎo)空氣進(jìn)入燃料電池系統(tǒng)的進(jìn)氣口，包括過濾器組件和下游燃料電池。
53.如權(quán)利要求52的方法，其中(a)所述引導(dǎo)空氣通過介質(zhì)包的步驟包括引導(dǎo)空氣進(jìn)入燃料電池系統(tǒng)的進(jìn)氣口，包括位于燃料電池上游的過濾器組件，所述過濾器組件包括(i)外殼具有入口和出口，入口接收臟的大氣進(jìn)入過濾器組件，出口接收來自過濾器組件的干凈空氣；(A)所述介質(zhì)包可操作地安裝在所述外殼中；(ii)聲音抑制部件在所述外殼內(nèi)，所述聲音抑制部件被構(gòu)造和安置成能減弱至少6dB；并且所述燃料電池具有進(jìn)氣端口；所述過濾器組件被構(gòu)造和安置以將來自過濾器組件出口的干凈空氣提供至燃料電池的進(jìn)氣端口。
54.一種空氣過濾器組件，包括(a)外殼，包括空氣入口，空氣出口，隔離壁將所述外殼分隔成過濾室和干凈空氣室；所述隔離壁包括第一氣流孔在其內(nèi)；(b)第一過濾器結(jié)構(gòu)，其位置與所述隔離壁上的第一氣流孔形成氣流連通；所述第一過濾器結(jié)構(gòu)包括折疊的過濾介質(zhì)合成物的延伸部分，限定過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)部干凈空氣室；(i)所述第一過濾器結(jié)構(gòu)被定向使所述過濾器內(nèi)部干凈空氣室與所述隔離壁第一氣流孔形成氣流連通；(ii)所述折疊的過濾件包括納米纖維層和高效基片層；所述納米纖維層的纖維直徑為0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％；和(d)脈沖射流清洗系統(tǒng)定向以引導(dǎo)空氣脈沖進(jìn)入所述過濾器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部干凈空氣室。
55.如權(quán)利要求54的空氣過濾器組件，在140°F的溫度和空氣相對濕度為100％的測試條件下測試16小時之后，保持超過30％的纖維不變，用于過濾目的。
56.如權(quán)利要求54的空氣過濾器組件，其中所述細(xì)纖維包括聚合物。
57.如權(quán)利要求56的空氣過濾器組件，其中所述聚合物包括縮聚物。
58.如權(quán)利要求56的空氣過濾器組件，其中所述聚合物包括加聚物。
59.如權(quán)利要求57的空氣過濾器組件，其中所述聚合物包括尼龍，由環(huán)狀內(nèi)酰胺和C6-10二元胺單體或C6-10二酸單體形成的共聚物除外，和樹脂添加劑包括低聚物，分子量為大約500-3000并有芳香族特征，其中所述添加劑易混合在所述縮聚物中。
60.如權(quán)利要求57的空氣過濾器組件，其中所述縮聚物包括尼龍。
61.如權(quán)利要求54的空氣過濾器組件，還包括(a)第一文丘里部件安裝在所述隔離壁的第一氣流孔，并位于向所述第一過濾器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部干凈空氣室突出的位置；和其中(i)所述脈沖射流清洗系統(tǒng)包括第一吹風(fēng)管，定向以引導(dǎo)空氣脈沖從干凈空氣室進(jìn)入所述第一文丘里部件，并朝向所述第一過濾器結(jié)構(gòu)。
62.如權(quán)利要求54的空氣過濾器組件，其中(a)所述第一過濾器結(jié)構(gòu)包括具有中央孔的第一端蓋，所述過濾介質(zhì)的延伸部分埋在所述第一端蓋內(nèi)。
63.如權(quán)利要求54的空氣過濾器組件，其中(a)所述第一過濾器結(jié)構(gòu)包括軸向排列的第一和第二過濾件；(i)所述折疊的過濾介質(zhì)合成物的延伸部分包括在所述第一過濾件中的介質(zhì)的第一延伸部分，和在所述第二過濾件中的介質(zhì)的第二延伸部分。
64.如權(quán)利要求54的空氣過濾器組件，其中(a)所述隔離壁包括第二氣流孔在其內(nèi)；和其中所述組件還包括(i)第二過濾器結(jié)構(gòu)，其位置與所述隔離壁上的所述第二氣流孔形成氣流連通；所述第二過濾器結(jié)構(gòu)包括折疊的過濾介質(zhì)合成物的延伸部分，限定第二過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)部干凈空氣室；(A)所述第二過濾器結(jié)構(gòu)被定向使所述第二過濾器內(nèi)部干凈空氣室與所述隔離壁的第二氣流孔形成氣流連通；和(B)所述第二過濾器結(jié)構(gòu)的所述折疊的過濾介質(zhì)合成物包括基片至少部分被一層細(xì)纖維覆蓋。
65.如權(quán)利要求54的空氣過濾器組件，其中(a)所述隔離壁包括其上的第二氣流孔；和其中所述組件還包括(i)第二過濾器結(jié)構(gòu)，其位置與所述隔離壁上的所述第二氣流孔形成氣流連通；所述第二過濾器結(jié)構(gòu)包括折疊的過濾介質(zhì)合成物的延伸部分，限定第二過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)部干凈空氣室；(A)所述第二過濾器結(jié)構(gòu)被定向使所述第二過濾器內(nèi)部干凈空氣室與所述隔離壁的第二氣流孔形成氣流連通；和(B)所述第二過濾器結(jié)構(gòu)的所述折疊的過濾介質(zhì)合成物包括基片至少部分被一層細(xì)纖維覆蓋；(ii)第二文丘里部件安裝在所述隔離壁的第二氣流孔，并位于向所述第二過濾器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部干凈空氣室突出的位置；(iii)第二吹風(fēng)管，定向以引導(dǎo)空氣脈沖從所述干凈空氣室進(jìn)入所述第二文丘里部件，并朝向所述第二過濾器結(jié)構(gòu)。
66.一種用于過濾空氣的方法，該方法包括(a)引導(dǎo)空氣通過外殼入口進(jìn)入過濾室；所述外殼包括隔離壁將過濾室從干凈空氣室分離；所述隔離壁包括在它上面的第一氣流孔；(b)在引導(dǎo)空氣進(jìn)入過濾室之后，引導(dǎo)空氣通過第一過濾器結(jié)構(gòu)的折疊的過濾器合成物的延伸部分，進(jìn)入過濾器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部干凈空氣室；第一過濾器結(jié)構(gòu)被置于與隔離壁上的第一氣流孔形成氣流連通；折疊的過濾介質(zhì)合成物的延伸部分限定過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)部的干凈空氣室；(i)第一過濾器結(jié)構(gòu)被定向使過濾器內(nèi)部的干凈空氣室與隔離壁的第一氣流孔形成氣流連通；(ii)所述過濾器合成物包括納米纖維層和高效基片層；納米纖維層的纖維直徑為0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，層厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％；和(c)在引導(dǎo)空氣通過第一過濾器結(jié)構(gòu)的折疊過濾介質(zhì)合成物的延伸部分進(jìn)入過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)部干凈空氣室之后，引導(dǎo)空氣進(jìn)入干凈空氣室并離開所述外殼。
67.如權(quán)利要求66的方法，其中在140°F的溫度和空氣相對濕度為100％的測試條件下測試16小時之后，超過30％的纖維不變，用于過濾目的。
68.如權(quán)利要求66的方法，還包括引導(dǎo)空氣脈沖進(jìn)入過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)部干凈空氣室，至少部分除去收集在折疊過濾介質(zhì)合成物上的顆粒。
69.如權(quán)利要求68的方法，其中所述引導(dǎo)空氣脈沖進(jìn)入所述過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)部干凈空氣室，至少部分除去收集在折疊過濾介質(zhì)合成物上的顆粒的步驟，包括引導(dǎo)空氣脈沖進(jìn)入文丘里部件，其安裝突入第一過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)部干凈空氣室。
70.如權(quán)利要求66的方法，其中所述外殼隔離壁包括多個過濾器結(jié)構(gòu)的折疊過濾介質(zhì)合成物的多個延伸部分，其中每個折疊過濾介質(zhì)合成物的延伸部分限定各自的過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)部干凈空氣室。
71.如權(quán)利要求66的方法，還包括引導(dǎo)空氣脈沖進(jìn)入每個過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)部干凈空氣室，至少部分除去收集在每個折疊過濾介質(zhì)合成物上的顆粒。
72.如權(quán)利要求68的方法，其中所述引導(dǎo)空氣脈沖進(jìn)入每個過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)部干凈空氣室，至少部分除去收集在每個折疊過濾介質(zhì)合成物上的顆粒的步驟，包括引導(dǎo)空氣脈沖進(jìn)入多個文丘里部件，每個部件安裝突入各自的過濾器結(jié)構(gòu)內(nèi)部干凈空氣室。
73.如權(quán)利要求66的方法，還包括振動所述介質(zhì)，以至少部分除去收集在折疊過濾介質(zhì)合成物上的顆粒。
74.一種用于過濾燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)空氣的過濾器結(jié)構(gòu)，所述進(jìn)氣具有環(huán)境溫度和濕度為至少50％RH，所述結(jié)構(gòu)包括，在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口，至少一個過濾件，所述過濾件具有介質(zhì)包，構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)和構(gòu)造限定開口的過濾器內(nèi)部；所述開口的過濾器內(nèi)部是干凈空氣室，所述介質(zhì)包包括介質(zhì)合成物的折疊結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)合成物包括納米纖維層和高效基片層；納米纖維層的纖維直徑為0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，層厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％。
75.如權(quán)利要求74的結(jié)構(gòu)，其中所述細(xì)纖維包括聚合物合成物，包括加聚物或縮聚物。
76.如權(quán)利要求74的結(jié)構(gòu)，其中所述基片包括纖維素纖維，合成纖維或其混合物。
77.如權(quán)利要求76的結(jié)構(gòu)，其中所述縮聚物包括添加劑，包括低聚物，分子量為大約500-3000并有芳香族特征，沒有烷基部分，其中所述添加劑易混合在所述縮聚物中。
78.如權(quán)利要求76的結(jié)構(gòu)，其中所述縮聚物包括尼龍均聚物，尼龍共聚物或其混合物。
79.一種用于過濾燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中空氣的方法，所述燃?xì)廨啓C(jī)在大約140°F-350°F的溫度下工作，吸入的空氣具有環(huán)境溫度，并且濕度為至少50％RH，該方法包括以下步驟(a)在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口附近安裝過濾器，所述過濾器包括至少一個過濾件，所述過濾件具有介質(zhì)包形成管狀結(jié)構(gòu)，限定開口的過濾器內(nèi)部；所述開口的過濾器內(nèi)部是干凈空氣室，所述介質(zhì)包包括介質(zhì)合成物的折疊結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)合成物包括納米纖維層和高效基片層；納米纖維層的纖維直徑為0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％；和(b)引導(dǎo)吸入的空氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口。
80.如權(quán)利要求79的方法，其中所述細(xì)纖維包括加聚物或縮聚物。
81.如權(quán)利要求79的方法，其中所述細(xì)纖維包括縮聚物和添加劑包括低聚物，分子量為大約500-3000并有芳香族特征，不含烷基苯酚部分，其中所述添加劑易混合在所述縮聚物中。
82.如權(quán)利要求80的方法，其中所述縮聚物包括尼龍聚合物。
83.如權(quán)利要求79的方法，其中所述引導(dǎo)空氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口具有至少一個過濾件的步驟，包括引導(dǎo)空氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口具有多個過濾件對，每個過濾件對包括具有所述介質(zhì)包的第一管狀過濾件，密封具有所述介質(zhì)包的第二管狀過濾件的一端；第一和第二管狀過濾件的每一個限定干凈空氣室。
84.如權(quán)利要求79的方法，其中所述引導(dǎo)空氣進(jìn)入具有多個過濾件對的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口的步驟，包括引導(dǎo)空氣進(jìn)入第一管狀過濾件和第二管狀過濾件；其中第一管狀過濾件是柱形，第二管狀過濾件是圓錐形。
85.如權(quán)利要求79的方法，還包括引導(dǎo)空氣脈沖進(jìn)入每個過濾件對的每個干凈空氣室，至少部分除去收集在每個所述介質(zhì)包中的顆粒。
86.一種用于過濾燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的方法，吸入的空氣具有環(huán)境溫度，并且濕度為至少50％RH，(a)引導(dǎo)吸入的空氣進(jìn)入具有至少一個過濾件的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口，所述過濾件具有介質(zhì)包形成管狀結(jié)構(gòu)和構(gòu)造限定開口的過濾器內(nèi)部；所述開口的過濾器內(nèi)部是干凈空氣室，所述介質(zhì)包包括介質(zhì)合成物的折疊結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)合成物包括至少部分由一層細(xì)纖維覆蓋的基片，包括納米纖維層和高效基片層；納米纖維層的纖維直徑為0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，層厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，層厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％；和(b)引導(dǎo)所述空氣通過所述過濾件的介質(zhì)包，進(jìn)入所述開口的過濾器內(nèi)部凈化所述空氣。
87.如權(quán)利要求86的方法，其中所述細(xì)纖維包括加聚物或縮聚物。
88.如權(quán)利要求87的方法，其中所述縮聚物包括尼龍。
89.如權(quán)利要求86的方法，其中所述引導(dǎo)空氣進(jìn)入具有至少一個過濾件的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口的步驟，包括引導(dǎo)空氣進(jìn)入具有多個過濾件對的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口，每一個過濾件對包括具有所述介質(zhì)包的第一管狀過濾件，密封具有所述介質(zhì)包的第二管狀過濾件的一端；每個第一和第二管狀過濾件限定干凈空氣室。
90.如權(quán)利要求86的方法，其中所述引導(dǎo)空氣進(jìn)入具有多個過濾件對的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣口的步驟，包括引導(dǎo)空氣進(jìn)入第一管狀過濾件和第二管狀過濾件；其中所述第一管狀過濾件是柱形，所述第二管狀過濾件是圓錐形。
91.如權(quán)利要求86的方法，還包括引導(dǎo)空氣脈沖進(jìn)入每個過濾件對的每個干凈空氣室，至少部分除去收集在每個所述介質(zhì)包上的顆粒。
92.一種用于人類居住的封閉場所的過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括濾芯，包括過濾件，包括納米纖維層和基片層；納米纖維層的纖維直徑為大約0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，層厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器基片的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％，所述濾芯的總體設(shè)計(jì)流速為大約5-10000立方英尺/分鐘。
93.如權(quán)利要求92的系統(tǒng)，其中所述濾芯包括平板濾芯。
94.如權(quán)利要求92的系統(tǒng)，其中所述過濾介質(zhì)是折疊的。
95.如權(quán)利要求94的系統(tǒng)，其中所述折疊的過濾介質(zhì)的折紋深度為大約0.25-大約4英寸。
96.如權(quán)利要求92的系統(tǒng)，其中所述濾芯包括柱形濾芯。
97.如權(quán)利要求96的系統(tǒng)，其中所述柱形濾芯的周長為大約3-大約30英寸。
98.如權(quán)利要求92的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是軍用結(jié)構(gòu)。
99.一種用于人類運(yùn)輸工具的封閉部分的過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括濾芯，包括過濾件，包括納米纖維層和基片層；納米纖維層的纖維直徑為大約0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，層厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器基片的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至99.99995％，所述濾芯的總體設(shè)計(jì)流速為大約5-10000立方英尺/分鐘。
100.如權(quán)利要求99的系統(tǒng)，其中所述濾芯包括平板濾芯。
101.如權(quán)利要求99的系統(tǒng)，其中所述過濾介質(zhì)是折疊的。
102.如權(quán)利要求101的系統(tǒng)，其中所述折疊的過濾介質(zhì)的折紋深度為大約0.25-大約4英寸。
103.如權(quán)利要求99的系統(tǒng)，其中所述濾芯包括柱形濾芯。
104.如權(quán)利要求103的系統(tǒng)，其中所述柱形濾芯的周長為大約3-大約30英寸。
105.如權(quán)利要求99的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是軍用交通工具。
106.如權(quán)利要求105的系統(tǒng)，其中所述交通工具是坦克，APC，卡車或HMVEE。
107.如權(quán)利要求105的系統(tǒng)，其中所述交通工具是飛機(jī)。
108.一種用于個人呼吸器的過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少罩住嘴和鼻子的面罩，所述面罩包括至少一個進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口包括濾芯，包括過濾件，包括納米纖維層和基片層；納米纖維層的纖維直徑為大約0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，層厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器基片的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％，所述濾芯的總體設(shè)計(jì)流速為大約0.2-3立方英尺/分鐘。
109.如權(quán)利要求108的系統(tǒng)，其中所述濾芯包括平板濾芯。
110.如權(quán)利要求108的系統(tǒng)，其中所述過濾介質(zhì)是折疊的。
111.如權(quán)利要求110的系統(tǒng)，其中所述折疊過濾介質(zhì)的折紋深度為大約0.125-大約2英寸。
112.如權(quán)利要求108的系統(tǒng)，其中所述濾芯包括柱形濾芯。
113.如權(quán)利要求112的系統(tǒng)，其中所述柱形濾芯的周長為大約3-大約30英寸。
114.如權(quán)利要求108的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是軍用面罩。
115.一種用于過濾夾帶有顆粒載荷的液體的過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于液體流的管道，置于液體流的對面是濾芯，濾芯包括過濾件，包括納米纖維層和基片層；納米纖維層的纖維直徑為大約0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，層厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器基片的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％，所述濾芯的總體設(shè)計(jì)流速為大約5-10000立方英尺/分鐘。
116.如權(quán)利要求115的系統(tǒng)，其中所述濾芯包括平板濾芯。
117.如權(quán)利要求115的系統(tǒng)，其中所述過濾介質(zhì)是折疊的。
118.如權(quán)利要求117的系統(tǒng)，其中所述折疊過濾介質(zhì)的折紋深度為大約0.25-大約4英寸。
119.如權(quán)利要求115的系統(tǒng)，其中所述濾芯包括柱形濾芯。
120.如權(quán)利要求119的系統(tǒng)，其中所述柱形濾芯的周長為大約3-大約30英寸。
121.一種用于過濾夾帶有顆粒載荷的液體的過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括液體流具有橫向流動通道通過過濾器表面，所述過濾器包括過濾件，包括納米纖維層和基片層；納米纖維層的纖維直徑為大約0.05-0.5微米，基重為大約3×10-7-6×10-5gm-cm-2，平均孔徑為大約0.01-100微米，厚度為大約0.05-50微米；高效基片層包括無紡層，包括基重為大約0.2oz-yd-2-350lb-3000ft-2，層厚度為大約0.001-0.2英寸，總體過濾器基片的滲透性為大約1-200ft-min-1，0.5英寸(水)ΔP，以10ft-min-1的速度清除0.1微米顆粒的效率為大約35-99.99995％，以10ft-min-1的速度清除0.76微米顆粒的效率為大約80至超過98％，所述濾芯的總體設(shè)計(jì)流速為大約5-10000立方英尺/分鐘；所述過濾器通過一部分流體，并且留下顆粒。
122.如權(quán)利要求121的系統(tǒng)，其中所述濾芯包括平板濾芯。
123.如權(quán)利要求121的系統(tǒng)，其中所述顆粒被回收。
124.如權(quán)利要求121的系統(tǒng)，其中所述濾芯包括柱形濾芯。
125.如權(quán)利要求124的系統(tǒng)，其中所述柱形濾芯的周長為大約3-大約30英寸。
126.如權(quán)利要求1的過濾器，其中當(dāng)在140°F的溫度和空氣相對濕度為100％的測試條件下測試16小時時，保持超過30％的纖維改變，用于過濾目的。
127.如權(quán)利要求5的介質(zhì)，其中所述聚合物是交聯(lián)的。
128.如權(quán)利要求5的介質(zhì)，其中所述聚合物是聚乙烯醇。
129.如權(quán)利要求128的介質(zhì)，其中所述聚乙烯醇是交聯(lián)的。
130.如權(quán)利要求20的濾芯，其中所述聚合物是交聯(lián)的。
131.如權(quán)利要求20的濾芯，其中所述聚合物是聚乙烯醇。
132.如權(quán)利要求131的濾芯，其中所述聚乙烯醇是交聯(lián)的。
133.如權(quán)利要求32的過濾器，其中所述聚合物是交聯(lián)的。
134.如權(quán)利要求32的過濾器，其中所述聚合物是聚乙烯醇。
135.如權(quán)利要求134的過濾器，其中所述聚乙烯醇是交聯(lián)的。
全文摘要
濾芯，通常以柱形或平板形式，可用于干或濕/干真空吸塵器。所述濾芯可以用常用水流沖洗，或者通過在固態(tài)物體上輕輕拍打，或通過使用壓縮氣流清洗，不過即使對于居住或工業(yè)環(huán)境中的亞微米顆粒也具有非常好的過濾特性。所述濾芯具有納米纖維過濾層在基片上的組合。納米纖維層的纖維直徑為大約0.05－0.5微米，納米纖維層的基重為大約3×10
文檔編號B01D46/00GK1809408SQ200480017062
公開日2006年7月26日 申請日期2004年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月19日
發(fā)明者克里斯汀M·格雷厄姆, 蒂莫斯H·格拉夫, 馬克A·戈金斯 申請人:唐納森公司