专利名称：结合无薄膜过滤器和/或用于过滤器整体框架的空气冷却系统的制作方法
技术领域：
本申请通常涉及过滤系统，并且更具体地讲，涉及一种用于防止灰尘、水、和/或其他污染物进入敏感的电子器件壳体的过滤外界空气的空气过滤系统以及结合这种空气过滤器的无线电通讯过滤/电子系统。
背景技术：
作为应用或操作环境的一个背景的例子，例如在移动电话基站和无线电塔的操作中使用的高敏感和贵重的无线电通讯设备通常被容纳在户外的壳体中。这些壳体在尺寸和构造上可能显著变化。一些是装配有门并建造在地面上，并且足够大以掩蔽保养设备的维护和维修人员。其他壳体较小且可能远离地面并部分在高处定位，并且直接安装在无线电塔上，例如安装在无线电塔上的金属壳。因此，存在为无线电通讯基站提供不同类型无线电通讯电子器件壳体的不同方式。这些无线电通讯基站通常遍及全世界设置，许多设置在相当偏远的地区。因为容纳在这些壳体中的电子设备在操作期间一般使用高压电流，在壳体内部可能产生相当大的热量。为确保该高敏感和贵重设备的连续操作不受到过多热量积累的不利影响，壳体可包括一些类型的冷却系统以将壳体中的温度维持在可接受的范围内。这种冷却系统可包括一个或多个设计为将冷空气从壳体外的大气引入同时将壳体内部的热空气排出的风扇。另外，一些壳体可以简单地提供冷空气从外界穿过壳体的流路以冷却容纳在壳体中的电子设备。由于上述的容纳在这些壳体中的电子设备的敏感性，重要或非常期望的是，该壳体防止可能损害设备的外界因素，例如水、污垢、和灰尘进入壳体。在一些系统中，薄膜过滤器被用于确保设备被充分保护而不受水、污垢、和灰尘颗粒的影响。这些系统通常为密封壳体，但具有用于薄膜过滤器的开口和用于排出内部空气的出口。其他系统是完全密封的并通常被称为热交换系统。应当承认，这些系统可能在取决于给定的无线电通讯基站和无线电塔的设置地方的大范围的不同气候和环境下操作。例如，这些无线电通讯基站中许多靠近海洋设置并因此遭受有时称为"盐雾"的含有盐的尘雾或者雾的侵害。因此，这样的无线电通讯基站的操作者将典型地具有用于保护包含在基站内部的其电子设备的特定需要。实际上，采用的一个典型的试验被称为"盐雾试验"，其中，整个箱柜(换句话说，里面安装过滤器的壳体)将被放入环境试验室中并暴露于盐雾喷射30天的条件下，按照GR-487-C0RE标准及根据ASTM B 117标准。在该试验期间，风扇运行将包括盐雾的空气流吸入到过滤元件中。由于盐雾中的湿气颗粒的小尺寸和水的流体特性(处于液态的水容易变形并可容易在尺寸上膨胀或收缩；而不同于传统的为固体并被认为具有固定尺寸的灰尘颗粒)，并且结合盐的复杂情况，可以看出，借助于风扇将空气吸入壳体中来防止穿过过滤介质的湿气通过是相当困难的。当希望将没有雾/尘雾或其他水、灰尘和颗粒的空气引入壳体中以冷却壳体内部时，尤其是如此。因此，过度限制的过滤器将不是令人满意的。此外，温度的变化和温度的波动会进一步产生困难。虽然一个背景例子在上面相当详细地描述，但是应当承认，除无线电通讯行业外，具有许多不同的应用，在这些应用中希望使可能携带有灰尘、湿气和/或盐的外部空气排出壳体内部，而不携带这种灰尘、湿气和/或盐进入壳体内部。例如，生产设施、净化室、材料储存仓库、以及许多其他电子器件壳体同样用被过滤的外界空气排气。因此，许多不同的排气布置和环境是已知的。试图为无线电通讯基站和其他这样的应用提供薄膜过滤元件的现有技术在申请人为Reeck等的6，885，554号美国专利(部分转让给W. L Gore & Associates GMBH)以及ff. L Gore & Associates GMBH(这里称为"Gore")的EP I, 750, 493 Al 中公开，上述两项 专利中并非与本发明公开的内容不一致的内容被结合于此作为参考。其他更早的专利同样公开了用于这种容纳电子设备等的不透水壳体密封件的薄膜过滤元件，例如Kobayashi的6，885，554 号美国专利、Kenji 的 04-0338794 号日本公开文本、Tsutsumi 的 JPH06-031130、George的5，507，847号美国专利、Fuglister的5，901，034号美国专利以及Lchiyasu的EP0，395，331。然而，通常这样的现有技术仅仅试图公开并且被限制为使用"薄膜"类型的过滤器，其按照Gore (例如US 6，218，000)的更早的专利记录，其显然包括从颗粒状物挤出薄的矩形PTFE (亦称注册商标特富龙 )带膜并随后拉伸该膜以在膜内部形成孔隙结构的工艺。虽然市售的来自于Gore的薄膜式过滤器 在目前被认为通过盐雾试验标准，但是这些过滤器像该专利那样需要特殊的薄膜材料，其由于紧的膜结构受到限制并由于薄膜的表面负载特性而非常快速地负载，因此由于增加的限制更快地减少随着时间的流逝的气流并减少寿命。不同的环境将经受不同类型的包括不同颗粒尺寸的不同等级密度的灰尘颗粒。因而，这些类型的过滤器对于可能全球存在的许多不同气候和操作环境来说可能不是最理想的。同样存在一些拒水性非薄膜材料的讨论，例如Kobayashi的US 6，885，554号美国专利，其提到多孔膜或特富龙，而可选择的是各类的拒水纤维材料。其他现有技术针对如专利'554中所提到的冷却水密封闭件的努力为密封的热交换器系统，其利用热交换器来冷却内部空气，这与将新鲜的外部空气引入电子器件壳体相反。然而这些类型的系统不使用过滤器，因为新鲜空气不允许穿透壳体。作为替代，单独的外部和内部风扇使空气循环通过热交换器。这些系统因而一般更贵并且更容易受到热交换单元中热交换效率的影响。各种工业试验标准已经研发用于结合冷却系统的无线电通讯壳体或其他封闭件，也就是说应用于热交换单元和薄膜型过滤单元。这些可能包括例如风驱动雨侵入试验、雨侵入试验(没风，但降雨量大)、草地洒水器试验、风雨密性(weather tightness)和灰尘浸入试验、风阻力试验、抗冲击试验、耐火试验(例如由于灌丛火)以及耐腐蚀或盐雾试验。对于过滤器盐雾试验通常被证明是最困难，因为可能需要在盐雾中经过30天。例如根据一个试验，整个箱柜将被放置在环境试验室中并暴露在盐雾中喷射30天，按照GR-487-CORE并根据ASTM B 117。用于循环外界空气的风扇(即热交换器风扇)在该暴露期间处于运行状态。仅仅防止(带有盐的)湿气穿透过滤元件进入箱柜的过滤器通过该严格的试验。对于过滤器存在严重困难的其他试验是模拟淋雨试验。本发明的目的在于对现有技术提出改进。
发明内容
本发明具有单独或与包括但不仅限于与下面内容结合的可能被请求和保持专利性的几个方面。通常，本发明的许多方面涉及用于无线电通讯行业的无薄膜过滤器，该过滤器根据由许多工业中需要的严格的试验标准和协议可既负载灰尘又防止湿气的侵扰。致密的纤维交缠物提供了一定的毛细管作用和表面张力特性。单独的方面可涉及整体成形的聚合材 料框架，例如发泡的氨基甲酸乙酯、塑溶胶或类似物，其可以整体提供密封。该方面还可以同样用于电子器件壳体的薄膜介质。在本发明的一方面中，一种装置包括具有无线电通讯电子器件的无线电通讯站、包括使无线电通讯电子器件封闭其中的壳体的冷却单元。该壳体具有接收来自于外界环境空气的进气口。该装置进一步包括设置为过滤通过进气口进入的空气的过滤元件。该过滤元件没有薄膜层。该过滤元件包括防止空气中夹带的灰尘和湿气进入以防止无线电通讯电子器件的污染的纤维交缠物。在本发明的另一个方面中，一种过滤器包括适于为面板过滤器提供的防水和防腐蚀的矩形框架、密封地接合该矩形框架的矩形垫圈、以及密封地安装在矩形框架中的过滤介质。该过滤介质具有深度至少大约0.5英寸的褶并且为不含有薄膜层的复合介质。该过滤介质进一步包括载体基底层和层压在其上的效率纤维交缠物。该效率纤维交缠物包括疏水纤维以提供大于MERV 14级的复合介质。在本发明的又一个方面中，一种保护无线电通讯设备的方法包括(a)将电子无线电通讯设备容纳在具有进气口的壳体中；和(b)在进气口中放置过滤器，该过滤器具有密封壳体的密封构件。该被定位的过滤器包括配置为拒水的、与可渗透载体介质层相结合的深度负载介质层。该结合没有任何薄膜层，并且为具有至少MERV 16级的复合过滤介质，其具有孔大小分布，以使得大于50%的孔隙的直径为5到8微米、大于20%的孔隙的直径为8到11微米，和大于15%的孔隙的直径小于6微米。在本发明的再一个方面中，一种装置包括具有将无线电通讯电子器件封闭于其中的壳体的冷却单元。该壳体具有接收来自外界环境空气的进气口、，以及布置为过滤通过进气口进入的空气的过滤元件。该过滤元件被配置为防止空气中夹带的灰尘和湿气进入以防止无线电通讯电子器件污染的纤维交缠物。该过滤元件包括过滤介质、和围绕过滤介质周边延伸的由聚合材料模制的边界框架。该边界框架同样整体地在过滤元件和冷却单元之间提供密封。在本发明的另一个方面中，一种过滤器被配置为在其中封闭无线电通讯电子器件的无线电通讯壳体中使用，其中壳体暴露在外界环境中。过滤器包括大体矩形框架、适于在框架和壳体之间提供密封的密封件、以及在框架内并横过框架延伸以提供褶状过滤器的褶状过滤介质。该褶状过滤介质包括选定的深度负载过滤介质，其具有适于过滤可能在外界环境出现的空气中的灰尘和雾的足以保护无线电通讯电子器件不被雾和灰尘侵害的至少
一个层。当以下的详细说明结合附图理解时，本发明的其他方面、目的和优点将从以下的详细说明中变得更加明显。
结合并形成本发明的一部分的示出本发明的多个方面的附图与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中图I为根据本发明实施例的过滤元件的透视图；图2为根据本发明实施例的利用刚性金属或预成型框架的图I的过滤元件的横截面图； 图2A为根据类似于图2的另一实施例的过滤元件的横截面图，但其中过滤元件包括沿上游侧共同成褶(co-pleated)以附加提供表面过滤预过滤器的附加的纱布材料(scrim material)或金属或塑料网；图2B为根据类似于图2的另一实施例的过滤元件的横截面，但其中过滤元件包括在上游侧跨过褶顶(Pleat tip)粘结以附加提供表面过滤预过滤器的附加的扁平纱布材料或者金属或塑料网；图3是结合包括不同类型的壳体(包括竖立的独立的封闭件和安装在塔上的箱柜)的本发明实施例的无线电通讯基站的示意图，其中每一个壳体结合根据本发明实施例的过滤元件；图4为根据本发明实施例的结合过滤元件的风冷箱柜的示意图；图5为根据本发明实施例的带有氨基甲酸乙酯框架和密封件的过滤元件的剖视图；图6是图IA的过滤元件框架/密封件中使用的加强环一部分的透视图；图7为根据本发明实施例的过滤元件框架/密封件的模具的一部分的剖视图；图8是根据本发明实施例的过滤元件框架/密封件的模具的另一个部分的剖视图；图9是图ID的模具和过滤元件框架/密封件的剖视图；图10是说明根据本发明实施例的复合过滤介质的示意性剖视图；图IOA是说明根据本发明另一个实施例的复合过滤介质的横截面的示意图；图11是显示用于实例2的复合过滤介质的横截面的放大85倍的照片，复合过滤介质包括根据本发明实施例的深度负载介质和基底或载体介质；图12是显示也用于实例2的根据本发明实施例的深度负载过滤介质的横截面的放大800倍的照片；图13是显示了用于根据本发明实施例的复合过滤介质的多种级别的灰尘负载的颗粒尺寸相对于去除效率的图表说明；图14是显示了基于图13图表中示出的多条曲线的合成的最小效率曲线的图表说明；
图15是显示根据本发明实施例的复合过滤介质的孔隙大小分布的图表说明；图16是用于根据本发明实施例的复合过滤介质的平均孔径相对于累积过滤流量百分比的图解说明；以及虽然本发明将关于特定实施例进行描述，但不意味着本发明局限于那些实施例。相反，本发明意图覆盖被看作如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有变化、修改和等同替换。
具体实施例方式图I示出根据本发明实施例的过滤元件100。过滤元件100包括附着于显示为大致矩形的框架104的结构支撑件上以提供面板过滤器的复合过滤介质102。例如框架104形式的结构支撑件可以由铝、不锈钢、发泡氨基甲酸乙酯、塑料、或一些其它适合的材料，所述材料抵抗过滤元件可能遭受的包括可能发生在接近海洋的沿海地区的盐的锈蚀、水溃、热收缩和膨胀以及其它环境影响。虽然，对于无线电通讯过滤应用而言面板过滤器被说明并且是优选的形式，但是结构支撑件可以是其它的形式，例如可支撑圆柱形或椭圆形过滤 介质布置的环形结构支撑构件，环形结构支撑构件例如可以提供径向向内或径向向外的流动，而不是像面板过滤器那样轴向呈直线的流动。过滤元件100还包括大体矩形的密封件106，该密封件106密封地与框架104接合并且优选地被安装并从而被承载以用于接合并密封壳体。密封件106典型的为弹性体的密封材料，例如氨基甲酸乙酯或可以由适于在框架104和其中安装有过滤元件100的壳体之间形成空气密封的一些其它橡胶状的或弹性体密封材料制成的材料。当垫片材料32安装到壳体302 (在图3中)时，垫片材料将轴向压缩(例如，垂直于面板过滤器的平面)以提供轴向压缩密封。其它密封也同样试图包括径向密封、压力密封和偏移密封和挤压垫圈(pinch gasket)。对于过滤器的密封同样可通过壳体或与密封支撑件的表面接合的单独的密封构件提供，然而在这种情况下，密封构件可以在过滤器改变间隔处不改变，由于最终的密封疲劳或其它涉及密封完整性和可靠性的问题所以是不期望的。在上述讨论到的所有这样的情况中(包括分别形成的但永久附着的垫圈、整体和单一形成的垫圈、以及与框架分离并且可被安装在壳体上的单独的垫圈)，垫圈密封地与框架接合以在他们之间提供密封并防止壳体302和密封件之间的渗漏。虽然，在一些实施方式中，复合过滤介质102可以是平板，在所显示的实施例中，复合过滤介质102最优选是褶状的，从而对于给定的体积或分配空间来说增加了框架104内的复合过滤介质102的表面面积。复合过滤介质102的周边一般使用胶粘剂被密封地附着到框架104的内表面，其在过滤介质102和框架104之间提供内部周边密封；这防止了框架104和过滤介质102之间的未过滤空气的短路。对于配置为在高流速环境中操作的过滤元件而言，间隔物，例如塑料指状间隔物或以规则间隔隔开的热熔性胶粘剂，可以以规定的间隔沿着褶状的过滤介质设置以增加结构刚度并防止介质的变形。除了呈褶状以夕卜，复合过滤介质102还可以通过浮雕来增加结构刚度，进一步增加表面积，以及增加可以在平板过滤器容积内操作的介质的数量。使过滤介质浮雕的方法在美国专利6，685，833、5，290，447、5，804，014中描述，并且DE 19755466 Al还描述了在一些实施例中可以应用到本发明的复合过滤介质的浮雕的方法。这些专利中的每一个的全部内容以参考的方式被结合，可以使用这些或其它打褶和浮雕的技术。在用于无线电通讯冷却过滤应用的本发明的各实施例中，褶的深度一般至少大约0.5英寸，并可以是2英寸、4英寸、6英寸、或12英寸(使用"大约"是考虑到该深度经常通过框架的可用深度来测量，并且通常提供一些通常稍小于可用深度的差异)。如图2中所示，过滤介质202被打褶以包括多个具有褶顶206的褶204，褶顶206大体垂直并大体水平地隔开关系延伸，以便在褶204之间通过重力排湿。同样，如图3中所示，位于壳体302 (通常为盒状箱柜)上的过滤器优选不形成在顶板或底板中，而是在顶部和底部之间延伸的四个侧板的一个中，以促进在面板过滤器中的情况下的过滤器200的垂直定向(例如，其中面板过滤器的平面是大体垂直的，其如图所示垂直或包括即使是在对角线也具有足够的垂直分量来促进重力排水)。优选，当安装时，褶204大体垂直设置以便在褶顶206之间形成垂直排水通道，但值得注意的是，在一些结构中，过滤元件被安装为褶水平布置。在一些优选 的实施方式中，为确保预定的安装方向，在壳体302和过滤器200之间的非正方形结构和/或特殊的安装界面定向特征(也可以使用正方形结构)，以确保褶204以大体垂直的方式上下延伸以更好的促进排水。过滤介质202用胶粘剂211附着在框架208上。该框架可以由例如铝的不锈金属或塑料制造。在本发明的实施例中，框架208具有第一 C形通道213，该 通道具有三个侧面，其尺寸被设计为接纳褶状过滤介质202。胶粘剂210可以设置在第一 C形通道213的三个侧面的至少两个侧面上，其中过滤介质202被安置以牢固地将过滤介质202保持在框架208中。框架208具有构造为保持垫片密封件216的第二 C形通道214。同样，对于用于无线电通讯冷却过滤器应用的本发明的各实施例来说，在一些实施例中，面板过滤器具有至少大约6英寸的宽度和至少大约6英寸的长度(宽和长可以相等以形成正方形结构)；但将典型地具有2到6英尺之间的宽度和2到6英尺之间的长度。参考图3，具有复合过滤介质303的过滤元件301被配置为从空气中去除可能对电子设备320的操作造成不利影响的颗粒和湿气。过滤元件301的上游侧的箭头310显示了通过包括过滤元件301的进气口 306进入壳体302的含颗粒的空气。第二箭头312显示了没有颗粒的空气从过滤元件301的下游排出。包括效率、渗透率、孔隙大小分布、基本重量、厚度等的复合过滤介质303的物理性能将在下面论述。图3示出结合本发明任意实施例的过滤元件被典型地使用的环境。该过滤元件301被配置为安装在户外壳体302中，例如可用在无线电通讯基站300中的那些，例如在无线电塔304的基座的壳体。包括进气口 306和出气口 308的户外壳体302被典型地配置为容纳贵重和环境敏感的电子无线电通讯设备320，其被示意地显示为在进气口 306和出气口 308之间沿着空气流布置。在这些壳体302中使用的用于调节其中温度的冷却系统可以包括一个或多个风扇314，其把冷空气从环境中吸入壳体302中以冷却设备320。"风扇"的意思是包括任何离心轮、鼓风机、风扇、叶片、或其它将空气沿着并通过过滤器输送的空气输送装置。同时冷空气进入进气口 306，壳体302内部的热空气通过出气口 308被排到外界环境中。出气口 308还可以包括与过滤元件301类似的过滤器(虽然小得多)或防止在空闲期间或由于压差原因导致的未过滤的空气的回流的止回阀。然而，值得注意的是，一些能利用本发明实施例的壳体可以具有不使用风扇来通过壳体从外界引入冷空气的冷却系统。例如,一些壳体可以简单地通过例如被描绘的进气口 306的开口被通风。在本发明的可替换实施例中，壳体322 (用虚线表示)容纳安装在无线电塔304上的电子设备324，并且其可以连接到在无线电塔304的顶部的发送器325。被固定到无线电塔304的结构构件327的该壳体322明显小于遮蔽型壳体302，这样电子设备324适于从壳体322的外部使用。壳体具有进口 326和出口 328。进口 326和出口 328可以具有配置为阻挡空气流进入入口并且当百叶窗关闭时空气流被阻挡从出口排出的百叶窗开口。百叶窗可以使水和灰尘不到达过滤元件330的过滤介质。在本发明的可替换实施例中，出口 328也可以具有过滤元件(未示出)。风扇330被配置为穿过壳体322从进口 326吸入冷空气并且通过出口 328排出。无论在遮蔽型壳体302或塔上安装的壳体322，过滤元件301、330的过滤介质中的褶将典型地被垂直地安装，这样褶深处捕获的水从过滤元件框架的底部排出。然而，过滤元 件301、330可以被安装为使褶水平延伸。图4示出了结合根据本发明实施例的过滤元件401的风扇冷却单元400。风扇冷却单元400被配置为容纳对温度、湿气、灰尘、盐等敏感的电子器件403。在一个实施例中，风扇冷却单元400包括具有形成在其中的进气口 404和出气口 406防水柜402。箱柜402优选是能够通过多种被提及的试验以防止水的侵入并且连同过滤元件100形成防水封闭件的箱柜。风扇408通过进气口 404吸入空气以冷却电子器件403 (示意性表示)，并且通过出气口 406排出热空气。在本发明可替换的实施例中，风扇冷却单元400包括多个风扇。过滤元件401设置在进气口 404中以从进入的空气中去除湿气和颗粒。第二过滤元件(未示出)也可以设置在出气口 406以确保湿气和颗粒不通过出气口 406进入风扇冷却单元400。风扇冷却单元400可以包括一些类型的用于过滤元件401的保护罩，例如百叶窗面板409，以增加其使用寿命。百叶窗面板409还偏移并且从过滤元件401排水并且沿着壳体402的外部以试图限制湿气与过滤元件401接触。正如下面将被更全面解释的，根据本发明，用于风扇冷却单元400和无线电通讯基站300的壳体302的过滤元件100的复合过滤介质102是没有薄膜材料的。本发明实施例替代使用纤维交缠物，该介质包括高效熔喷介质和/或在此描述的其他这种纤维交缠物。此处描述的介质还可以提供包括低限制和/或大灰尘容纳量的众多的好处。为使该纤维交缠物工作，其经常具有在整个深度上更随机和更开放的结构，毛细管作用和/或水表面张力被实现作为重要的特征以防止湿气流过这样的纤维交缠物。毛细管作用为液体在小直径管中上升或被吸入那些可能通过纤维介质的纤维结构产生的小孔中的趋势。例如，海绵或纸巾通过毛细管作用工作。存在于类似水分子之间的相互吸引力被称为凝聚并使得水滴聚在一起。凝聚是与"表面张力"密切相关并且产生"表面张力"，其可以允许比水密度更高的物质被支撑在水表面上而不沉下去。当水的吸引力与不同材料一起存在时被通常称为粘着。因此在所选的纤维类型以及介质中的孔隙大小之间也存在相互影响。由于毛细管作用足够小的孔防止了水的进入(例如足够小的管将把水捕捉和/或吸入到管中并克服水的重力作用)。熔喷介质例如具有相当大的深度例如具有遍及深度发展的变化的孔隙结构。此夕卜，为促进合理的空气流动，介质应被充分打开以促进充分冷却。然而，另外包括例如多个不同实际无限长度纤维的纤维交缠物易受到可以改变孔径大小和/或过滤性能的变形、拉伸等的影响。为避免薄膜材料的使用，各种渗透性能被注意以恰当地防止湿气的进入并满足无线电通讯行业中通常所需的严格的试验标准，特别是盐雾试验，而同时促进空气流动使得不被过度限制，并且同时提供充足的灰尘装载容量，并且实际上，与表现为表面负载介质并因此可能趋向于很快在介质的表面上堵塞的薄膜材料的过滤介质相比，其被认为具有遍及介质深度的大很多的容量。就发泡氨基甲酸乙酯矩形框架(或也许是具有提供密封的塑料薄片条的塑料框架)而言，密封件可以与作为用来模制框架和密封件的氨基甲酸乙酯的同一池的一部分整体形成为单一的构件。值得期待的是，本发明的实施例包括具有由双硬度聚氨酯泡沫材料制成的整体框架/密封构件的过滤元件，其中相对软的聚氨酯泡沫与相对硬的聚氨酯泡沫结合在一起模制。图5示出了这种过滤元件110。框架112具有相对硬的与软氨基甲酸乙酯部分116结合模制的内氨基甲酸乙酯部分114，其被配置为形成用于壳体302的密封件(如图3所示)。聚氨酯泡沫绕复合介质118的端部模制，因此在复合介质118和框架112之间形成强粘结。在可替换的实施例中，过滤元件110包括整体的、单硬度聚氨酯泡沫框架/密封件。 在另一个实施例中，过滤元件110包括在金属或塑料的可选矩形加强环119(用虚线表示)上模制的整体的、单硬度聚氨酯泡沫框架/密封件以提供一些附加的刚性，如果必须的话。典型地，加强环119将被穿孔这样当聚氨酯泡沫被注入模具时，氨基甲酸乙酯将流过穿孔，从而将加强环119粘结到框架上。氨基甲酸乙酯材料可允许围绕并通过框架流动以将它嵌入其上。图6为根据本发明实施例的加强环119的图解说明。该矩形加强环119包括穿孔121和支架123。加强环119底侧的支架123使加强环119的本体不依靠在模腔的底表面上，因此允许聚氨酯泡沫体完全围绕加强环119。图7中示出的本发明的实施例显示了具有密封件的模制的氨基甲酸乙酯框架是怎样在两个灌注工艺中形成的。过滤元件120包括带有发泡或升起小于可以发泡和膨胀的相对软的氨基甲酸乙酯部分126的相对硬的氨基甲酸乙酯部分124的整体聚氨酯泡沫体框架/密封件122，并且整体聚氨酯泡沫体框架/密封件122包括作为围绕复合介质128的端部的壳体302的密封件(未示出)的垫圈。图6显示了框架/密封件的截面图和其如何在模具130中成型。模具130为自由上升模制，也就是说是敞开的端部，但值得期待的是，封闭式模具也可以用于形成框架/密封件。相对软的氨基甲酸乙酯材料126被注入到模具130的底部，模具130具有圆垫圈。复合介质128的端部设置在模具130的内部，并且软的氨基甲酸乙酯材料126可以允许起泡沫进入与过滤介质的末端的密封啮合以提供与之的周边密封。随后相对硬的氨基甲酸乙酯材料124被注入到相对软的氨基甲酸乙酯材料126的顶部，优选在软的氨基甲酸乙酯材料126完全硫化以前，并且围绕上述复合介质128的端部以形成框架的在周边过滤介质和整体的氨基甲酸乙酯框架/密封件122之间确保密封的剩余部分。硬的氨基甲酸乙酯材料124可以在软的氨基甲酸乙酯材料126完全设置之前注入，这样两整体彼此粘结。同样的氨基甲酸乙酯还可以用于两种浇注，这样不规定一个比另一个更硬或更软。也可以使用塑溶胶或其它这样的聚合材料。图8示出了包括复合过滤介质142和配置为模制邻近于图6中的模制的侧面的复合过滤介质142的侧面146的模具部分144的过滤元件140。复合过滤介质142的侧面146不向下滴入如图6所示的自由升高的模具144中，但依靠在模具突出部分的顶部。模具144中框架/密封件的形成为两个步骤的工序。相对软的聚氨酯泡沫体被注入到模具144中并且与依靠在模具144上的褶的顶部粘结。在氨基甲酸乙酯设置以后，第二相对硬的聚氨酯泡沫被注入到模具144的壁中和复合过滤介质142的端部146之间的空间148中。在两工艺步骤中，软和硬的氨基甲酸乙酯材料流入相邻褶之间的缝隙以提供沿着相对的侧的周边密封。图9显示了模具144和具有聚合物框架/密封件145和过滤介质142的过滤元件140的剖视图。在实施例中，可以是聚氨酯泡沫、塑溶胶或类似材料的整体形成的框架/密封件145为具有相对软的部分126和相对硬的部分124的双硬度材料。具有密封垫片147的软的部分126被首先注入模具144中。如果被模制的材料为聚氨酯泡沫，由于其在模具中升起，则聚氨酯泡沫趋于被过滤介质142吸收。当聚氨酯泡沫下沉时，在过滤介质142和框架/密封件145之间形成粘结。聚氨酯泡沫的硬的部分124被注入到模具144和过滤介质142的端部146之间的空间148中。这样，硬的部分124与更早注入的软的部分126粘 结并且包围过滤介质142的一部分，因此进一步将过滤介质142粘结到整体形成的氨基甲酸乙酯框架/密封件145。预期的过滤介质的实施例的其它期望或优选的特征、能力和特点因此，各种指标和参数已经被预期用于合适的介质，不是所有的指标和参数都是必需的，但注意并预期为对介质的发展是有用的，该介质可以使用表面张力和毛细管效应来抵抗连续的盐雾喷雾暴露的影响，同时风扇与壳体操作通过过滤介质吸入空气，并从而防止湿气穿透过滤器并进入壳体。因而，本发明的实施例可以包括下面描述的一个或多个特点、参数，优选越多越好。特定实施例的一个优选的结构特征为预备分离的载体或基底层以提供成褶性和支撑强度函数(和如果沿着上游侧设置的可选附加灰尘深度负载函数)；结合非常高效的深度负载介质层，该深度负载介质层为由于毛细管作用导致的防止水分渗入和通过深度负载收集小的灰尘颗粒。载体基底层可以位于高效深度负载介质层的上游侧或下游侧。例如，如图10所示，可适用并可以用于在此处讨论的任何实施例中的复合过滤介质102可以包括支撑载体基底支撑层502和一个或多个细纤维交缠物的沉积效率层，该纤维交缠物包括层压到载体基底支撑层502的表面的熔喷纤维。图IOA的实施方式显示了一个沉积在另一个顶部的两个熔喷沉积效率层506、508，底层层压到基底层502。两效率层506、508要么具有同样或类似的熔喷纤维成分和特性，要么具有可替换的不同的纤维成分和特性，以为梯度深度负载或其他的过滤特征作准备。从图11所示的示例性过滤介质的SEM图像看来，一对观察值可以被形成大约用于各种实施例的介质的选择。第一，单根纤维的平均纤维粗度在载体基底支撑层中比在一个或多个沉积层中大得多。例如，基底层中的单根纤维的平均厚度可以在5微米和50微米之间，并更优选在10和35微米之间。同时可以看到纤维粗度的小的可变性可以被提供在基底支撑层中(小于2. 5倍变化并典型的小于最大和最小纤维之间纤维粗度变化差的一倍(除了外部的由纤维的97. 5%测量的统计偏差以外))。带有大体较粗纤维的基底或载体支撑层因而可以提供结构支撑，以经受气流的力并支撑效率层的细纤维抵抗同样的效果，例如当在盐雾状况下无线电通讯应用中受到空气流动条件的影响。这可能是由载体支撑层的纤维的粗为效率层的4到20倍的部分事实造成的。相反，如图12所示，效率层可以包括介于O. 5微米(500纳米)和5微米之间的小的平均直径，以及例如一些纤维接近大约5微米而一些接近大约I微米并且甚至具有以纳米测量厚度的亚微米纤维的纤维尺寸中的大变化范围。因此，纤维粗度的可变性可为至少300%，大于500%，并且也许直到1000% (除例如由纤维的97. 5%测量的统计偏差以外)。纤维变化被认为具有优点，在于细纤维或脆型材料纤维可能更易受到可能随着时间的推移改变孔的大小的变形、破坏等影响。通过选择效率层内部的带有混合不同尺寸的纤维的介质，可以推理细纤维可以提供减小的孔尺寸并形成毛细管作用而在介质的深度内部不过度地形成限制的优点；并且粗纤维可以提供内部支撑。为了维持纤维强度并防止纤维交缠物内部纤维的变形或移动，可期望的是通过热定形、热粘结、溶剂粘结和/或黏附将单根纤维在纤维间的接触点粘结在一起，并因此如实施例预期那样。包括在熔喷或纤维交缠物布置工艺中的附加的工艺或步骤因此是期望的。就纤维材料而言，各种聚合材料可以被选择并且优选提供具有静电电荷以提高捕获效率的这样的纤维是期望的。典型地不吸收性的纤维将是期望的以避免纤维的变形。预 期的是包括但不限于聚丙烯、聚酯、尼龙、聚乙烯、双成分纤维等等的合成纤维，以及可能用于载体基底层和/或效率层的玻璃纤维或者其他的合成纤维。用于载体基底层的材料优选可以被热定型或另外浮雕以为形成褶的功能性做准备。例如，美国专利6，885833、5，290，447和5，804，014，以及德国专利DE 19755466A1，显示合适的载体基底层和压花和成褶技术，其中公开的全部内容在此并入作为参考。当结合效率层并选择可以在成褶之后维持性能的效率层时是优选的，这样效率层可以首先被沉积并且层压到载体层，并随后可采用后续的成褶操作。值得注意的是，例如在褶顶点的一些拉伸或压缩可以在效率层中的成褶期间发生。正如还可以在图11的SEM图像中观察的那样，基底支撑层具有相当开孔结构以通过自身形成相当的透气性。例如，由其自身形成的基底支撑层内部的透气性一般大于318cfm/平方英尺,并优选大于300cfm/平方英尺,在O. 5 "水标处通过Frazier空气渗透性试验测量。基底介质试验样本是一平方米。气流上的限制或约束因素是深度负载效率层，这样通过在O. 5"水标处的Frazier空气渗透试验测量,复合物具有至少IOcfm每平方英尺的综合的透气性，并优选在15到40cfm每平方英尺。该效率层试验样本为100平方厘米。正如通过以下实例示出的，大程度的颗粒捕获率对于小颗粒来说是期望的。已经发现具有大于MERV 14级的过滤介质是期望的。优选，至少MERV 16级并甚至更好是期望的。这样，效率层相当紧以至于通过遍及效率层深度的毛细管作用和表面张力效应对湿气过滤做准备。就与压力特性有关的孔而言，一些期望的特性已经被预期。优选，介质具有大于O. 6psi的平均流动孔隙压力以及小于10微米的平均流动孔隙直径。并且甚至更优选，大于O. Spsi的平均流动孔隙压力和小于8微米的平均流动孔隙直径。大于O. 3psi的泡点压力(bubble point pressure)是同样期望的。如图8和9中一些数据和下面讨论的实例显示的那样，一些期望的效率和孔隙大小特性是被仔细考虑的。例如，复合过滤介质的效率对直径从O. 3和O. 4微米的颗粒来说大于大约90%。此外，为气流提供非常紧的孔隙大小分布。例如，复合过滤介质的孔隙大小分布(其由效率层控制)为优选大于50%的孔隙的直径为从4到8微米；优选孔隙大小的平均直径在5微米到7微米之间；并且优选小于20%的孔隙的直径大于10. 5微米。然而根据另外的测量，通过复合过滤器的90%的累积过滤流量可以以4和6微米之间的平均孔径获得以提供充足的气流，然而小于20%的累积过滤流量通过具有直径大于20微米的孔。此外，优选地，复合过滤介质中最小的孔径为直径小于4微米，大于5%的孔隙尺寸小于5微米。熔喷聚合纤维交缠物(例如两个结合在一起的效率层506、508)优选具有至少大约O. 25毫米并且一般小于I毫米的厚度并且优选介于O. 3毫米和O. 5毫米之间；并且复合过滤介质(结合在一起的基底和效率层)包括至少大约I毫米的厚度，并且优选介于I到3毫米之间的厚度。该介质可以具有介于15和40之间的透气性(Cfm@0. 5" H2O);介于100到200克/平方米之间的基本重量。当效率层为上游时，存在可特别用于小颗粒的至少O. 25毫米的过滤深度，如图13效率图表所暗示(暗示也许小于I微米的小灰尘趋向于深度负载，尽管碎片或大颗粒可以趋向于在介质的表面上或表面内)。该深度还可以参考图11来了解，图11为穿过复合介质的横截面以显示多层。
这提供了具有大于96%的平均合成灰尘重量计重效率的基本上的灰尘容量，并且其中复合过滤器的ASHRAE灰尘容量大于O. 75克每平方英尺。进一步增加和呈斜率变化的深度过滤可以通过使介质换向完成，其中较大的灰尘颗粒将适于载入基底负载层(其为上游)并且实例实例IMERV 14级过滤器被盐雾试验。由Kimberly-Clark制造的过滤介质具有以下特征KC984L为梯度密度、双成分、由聚丙烯制成的三层介质。KC984L的基本重量为从3. 25到3. 4盎司每平方码。透气性为59到87cfm每平方英尺。目标效率是80 %，而利用TSI型8130自动过滤试验机以85升每分钟用O. 3微米的盐粒所确定的最小的滚动平均效率是69%。目标MD Gurley刚性是340毫克，而最小滚动平均刚度是280毫克。在MERV 14介质经历了两天的强化盐雾试验(缩减的5天试验)之后，湿气穿透过滤介质，并因此没有通过盐雾试验。SEM图像建议过滤介质的纤维已经在某些方面被拉伸和/或变形或断裂。纤维之间的间隔看起来已经特别在介质中心的位置被加宽。作为失败的结果，可以推理出更密集、更致密的纤维交缠物介质将具有更好的通过强化盐雾试验的机会。因而，做出进一步的调查和改进。实例2更致密的效率层随后被探寻并选择以被层压到所选择的基底的上游表面上。所选择的基底由Kimberly-Clark制造,行业名称为Intrepid 684L HVAC过滤介质,具有以下报告的性质和特征聚丙烯/聚乙烯基本重量3· 10-3. 40盎司/平方码。Frazier 透气性3l8cfm/ft.2 (最小 303cfm/ft.2 滚动平均值)目标效率48% (最小42%滚动平均值·)-由使用TSI型8130在851pm条件下使用O. I微米计算介质直径的NaCl颗粒确定
MD Gurley刚性325毫克(最小265毫克滚动平均值)具有两层的致密的熔喷聚丙烯材料被制造并层压到由位于新泽西州的Vineland的Transweb、LLC制造的将变成上游表面基底的物质上。介质的SEM图像如图6、7中所示。复合过滤介质由Transweb、LLC制造,其由Transweb LLC命名为行业标识T-Lam级AIRG-002(层压到高层基底上层的熔喷聚丙烯)其物理和过滤描述在下面的表中记录。表I :T_LAM AIRG 002物理和过滤描述
权利要求
1.ー种装置，包括 无线电通讯站，包括无线电通讯电子元件； 冷却単元，包括将无线电通讯电子器件封闭在其中的壳体，该壳体具有接收来自于外界空气环境的空气的进气ロ ；和 过滤元件，布置为过滤通过进气ロ进入的空气，该过滤元件没有薄膜层，过滤元件包括具有纤维交缠物的过滤介质，用于防止空气中携帯的湿气和灰尘的侵入，以防止无线电通讯电子器件的污染。
2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，纤维交缠物为包括至少ー个沉积的深度负载介质，其包括熔喷非织造纤維。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，纤维交缠物被布置在载体基底层的上游并且形成过滤介质的上游过滤表面，熔喷非织造纤维提供深度过滤和湿气过滤的结合，载体基底层提供成褶功能，其中，过滤介质是褶状的。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，纤维交缠物被布置在载体基底层的下游，载体基底层提供第一深度负载过滤能力，熔喷非织造纤维提供第二深度过滤能力与湿气过滤的结合，与第一深度负载过滤能力相比，该第二深度过滤能力具有更高的效率。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，纤维交缠物包括位于载体基底层之上的熔喷非织造纤维的至少两个沉积。
6.如权利要求I所述的装置，其特征在于，纤维交缠物具有大于0.6psi的平均流动孔隙压カ和小于10微米的平均流动孔隙直径。
7.如权利要求I所述的装置，其特征在于，过滤介质被选择为具有至少MERV16级。
8.如权利要求I所述的装置，其特征在于，过滤介质具有大于0.3psi的泡点压力。
9.如权利要求I所述的装置，其特征在于，过滤介质选择为具有孔隙大小分布，至少50%孔隙具有4和8微米之间尺寸；并且具有5和7微米之间的孔隙大小平均直径；并且其中，过滤介质被选择为具有流过直径大于20微米的孔隙的小于20%的累积过滤流量。
10.如权利要求I所述的装置，其特征在于，纤维交缠物主要包括熔喷聚合纤维，该纤维具有至少大约1/4毫米的厚度，并且其中，该纤维交缠物被层压到基底上提供复合过滤介质，所述复合过滤介质具有 I和3毫米之间的厚度； 介于15和40之间的透气性(cfmiO. 5" H2O)； 介于100和200克/平方米之间的基本重量； 孔隙大小分布，使得超过50%的孔隙的直径在5到8微米之间，并且其中，复合过滤介质的孔隙大小分布使得小于20%的孔隙的直径大于10. 5微米； 对于直径为0. 30到0. 40微米的颗粒来说效率大于大约90% ； 大于96%的平均合成灰尘重量捕获，并且其中，复合过滤器的ASHRAE灰尘保持能力大于0. 75克每平方英尺； 通过复合过滤器的90%的累积过滤流量以在4和6微米之间的平均孔隙直径完成；并且 其中复合过滤介质中最小的孔隙大小为直径小于4微米，大于5 %的孔径大小小于5微米。
11.如权利要求I所述的装置，其特征在于，纤维交缠物包括被载体基底层支撑的熔喷聚丙烯聚合物；并且其中，载体基底层包括合成的疏水性介质。
12.如权利要求I所述的装置，其特征在于，过滤介质为褶状的以包括多个褶状的顶点，褶顶点大体垂直并以大体水平的空间关系延伸，以便在褶之间通过重力排出湿气。
13.如权利要求I所述的装置，其特征在于，过滤元件通过符合GR-487-C0RE和根据ASTMB 117的盐雾试验。
14.如权利要求I所述的装置，其特征在干，无线电通讯站进一歩包括无线电塔，并且其中，冷却単元是用于冷却无线电通讯电子器件的风扇冷却単元，该冷却単元包括使空气返回到外界空气环境的出气ロ，并且风扇用于使空气从进气ロ朝向出气ロ移动，并且其中，风扇冷却単元和过滤元件被配置为通过根据MIL-STD-810E、方法506. 3、程序I执行的风驱动雨侵入试验。
15.—种在户外环境中保护电子设备的方法,包括 将电子设备容纳在具有进气ロ的壳体中； 在进气ロ中放置过滤器，该过滤器具有用于密封壳体的密封构件； 选择过滤器，以包括配置为与可滲透的承载介质层结合的拒水的深度负载介质层，从而形成复合过滤介质，其中复合过滤介质没有任何薄膜层。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在干，复合过滤介质具有至少MERV16级以及孔隙大小分布，使得大于50%的孔隙的直径为5到8微米、大于20%的孔隙的直径为8到11微米，以及大于15%的孔隙的直径小于6微米。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，复合过滤介质具有大于96%的平均合成灰尘重量捕获，并且其中，复合过滤器的ASHRAE灰尘保持能力大于0. 75克每平方英尺。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在干，复合过滤介质对5厘米毎秒DOP的处理烟雾的阻カ为从5. 0到8. 0mm/H20,并且其中，由5厘米每秒DOP的处理烟雾造成的复合过滤介质的穿透率小于0.06%。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，复合过滤介质具有大于0.90psi的平均流动孔隙压カ和小于8微米的平均流动孔隙直径。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，过滤介质具有大于0.3psi的泡点压力。
21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，过滤介质选择为具有孔隙大小分布，至少50%孔隙具有在4和8微米之间的尺寸；并且具有5和7微米之间的孔隙大小平均直径；并且其中，过滤介质被选择为具有流过直径大于20微米的孔隙的小于20%的累积过滤流量。
22.如权利要求15所述的方法，其特征在于，深度负载介质包括纤维交缠物，纤维交缠物主要包括熔喷聚合纤维，该纤维具有至少大约1/4毫米的厚度，并且其中，该纤维交缠物被层压到基底上提供复合过滤介质，所述复合过滤介质具有 I和3毫米之间的厚度； 介于15和40之间的透气性(cfmiO. 5" H2O)； 介于100和200克/平方米之间的基本重量； 孔隙大小分布，使得超过50%的孔隙的直径在5和8微米之间，并且其中，复合过滤介质的孔隙大小分布使得小于20%的孔隙的直径大于10. 5微米； 对于直径为0. 30到0. 40微米的颗粒来说效率大于大约90% ；大于96%的平均合成灰尘重量捕获，并且其中，复合过滤器的ASHRAE灰尘保持能力大于0. 75克每平方英尺； 通过复合过滤器的90%的累积过滤流量以在4和6微米之间的平均孔隙直径完成；并且 其中复合过滤介质中最小的孔隙大小为直径小于4微米，大于5 %的孔径大小小于5微米。
23.如权利要求15所述的方法，其特征在干，进ー步包括在无线电通讯基站中布置电子设备，通过出气ロ使空气返回到户外环境中，并且通过进气口和过滤元件输送空气以去除污染物，随后进入壳体以冷却电子设备，井随后将空气排到户外环境。
24.—种装置，包括 冷却元件，包括将无线电通讯电子器件封闭在其中的壳体，该壳体具有接收来自于外界空气环境的空气的进气ロ ；和 过滤元件，布置为过滤通过进气ロ进入的空气，该过滤元件配置为防止空气中携帯的湿气和灰尘的侵入，用于防止无线电通讯电子器件的污染，该过滤元件包括 过滤介质；和 边界框架，由聚合材料模制，围绕过滤介质的周边延伸，该边界框架在过滤元件和冷却単元之间整体地提供密封。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在干，边界框架包括双硬度材料，包括结合在一起的第一材料和第二材料，其具有不同的硬度，其中，具有较低硬度的氨基甲酸こ酯材料被用于形成在过滤元件和冷却単元之间提供密封的垫圈。
26.如权利要求24所述的装置，其特征在于，氨基甲酸こ酯材料为发泡的氨基甲酸こ酷材料，其中，氨基甲酸こ酯材料围绕过滤介质的周边部分模制。
27.如权利要求24所述的装置，其特征在干，进ー步包括加强环，当形成框架时聚合材料模制在该加强环上，聚合材料被整体粘结到过滤介质上。
28.如权利要求27所述的装置，其特征在干，加强环被穿孔并且包括配置为使加强环的本体避免倚靠在模制腔的底表面上的平衡架。
全文摘要
一种用于无线电通讯基站的电子设备冷却单元的过滤器，该电子设备冷却单元适于通过与外界环境相通的开口将新鲜空气吸入冷却单元的壳体。该过滤器包括配置为安装到所述壳体的结构支撑件，密封啮接合结构支撑件并适于与壳体接合的垫圈；以及由结构支撑件支撑的过滤介质，该过滤介质没有薄膜式层并且包括选择为防止水侵入足以通过符合GR-487-CORE和根据ASTM B117的盐雾试验的纤维交缠物。
文档编号B01D39/02GK102802759SQ201080035447
公开日2012年11月28日 申请日期2010年6月11日 优先权日2009年6月12日
发明者L·A·克拉布特里, M·哈里曼, M·赖德 申请人:克拉克空气过滤产品有限公司