合成注入的亲水性过滤器系统的制作方法

本申请要求2013年11月13日提交的美国临时专利申请号61/903,549的优先权，在此引入该美国临时专利申请的公开内容的整体。

背景

本申请一般涉及使用过滤器模块用于从气流中移除微粒的系统、装置和方法。跨越各种行业的各种机器例如计算机、散热器等通常包括进入、通过和/或流出机器的气流。该气流通常包含由机器产生的微粒或者从机器的周围环境进入到气流的微粒。这些微粒可能会损害机器的性能，并且因此对于使用过滤器模块从气流移除这些微粒是有利的。

通过使模块可移除，替换变得更快、更容易。美国专利8,343,247(其通过引用的方式并入本文)示出了一种过滤器壳体，所述过滤器壳体具有用于通过至少一个安装元件和过滤器组件输送机器排气的进气口和出气口，所述至少一个安装元件用于将过滤器模块安装在机器上，所述过滤器组件布置在所述过滤器壳体中且包括至少两个过滤器组，所述至少两个过滤器组在流动方向上串联布置且包括具有过滤器介质的杆状过滤器元件，所述元件以恒定的中心距彼此平行布置且它们的纵向轴线在很大程度上横向于流动的方向，其中两个相邻过滤器组的过滤器元件彼此平行，并且布置成横向于纵向轴线和流动的方向彼此偏置。

从美国专利号6,726,749(其通过引用的方式被并入)已知，这种类型的过滤器装置被设计用于从机器尤其是办公机器的排气中移除空气污染材料。该装置具有紧固装置和多个滤棒，滤棒在过滤器壳体中，该滤棒从流体容器中供应流体，紧固装置用于将所述过滤器壳体安装在机器上，其中过滤器杆被定位在排气气流中。如在美国专利号6.726,749的图7中可以看出，在一个实施例中，过滤器杆排列成行，并且行与行之间相对于彼此偏置。空气污染材料随着它们经过流体润湿后的过滤器杆而被吸收，从而被从排气气流中移除。

这些系统的一个缺点是：该过滤器杆对于制造商来说是困难和昂贵的，并且该过滤器杆的维修和替换相应地费力和繁琐。还不利的是：当过滤器装置在使用时消耗流体，并且流体容器必须定期重新填充以延长它的有用周期以保持过滤器杆的湿润。该填充过程需要格外谨慎或需要配件以防止污染。将重复为过滤器供应流体的需要独立起来，如果在延长使用周期以后或由于严重地污染的机器排气，过滤器杆被严重弄脏，则重修清理或替换过滤器杆或整个过滤器装置可能是必要的，由于单独附接的过滤器棒，这伴随着来自于增加的处理费用或全部更换的高花费。

此外，使用织造过滤材料已被证明是不利的，因为它们难以或不可能清洗和再利用，并且堵得相对较快。本公开提供了一种过滤装置，其制造、使用和更换的成本较低。

技术实现要素：

下列发明内容旨在帮助读者理解整个公开内容和权利要求。权利要求限定本发明的范围，而不是该发明内容限定本发明的范围。

根据一个或更多个示例性实施例的一个方面，提供了用于在各种应用中从空气流移除微粒的过滤器系统，所述气流包括机器排气、在房间中使用散热器的过滤气流以及在例如自动售贷机、自动柜员机(ATM)和汽车中的内部机器气流。该过滤器系统可包括彼此相邻设置的至少第一和第二平行过滤器单元，每一个这样的过滤器单元具有纵向轴线和多个间隔开的且在其间限定间隙的过滤器管。过滤器单元可相对于彼此横向偏置，使得所述第一单元中的间隙与所述第二单元中的过滤器管相邻。过滤器管由能够保持液体吸引剂(attractant)的亲水性材料形成，且可至少部分地由被配制以夹带微粒的吸引剂覆盖。过滤器管可以在它的表面上包括多个孔口，从而增加可用于被所述吸引剂覆盖的表面面积。

替代地，该系统具有仅一个单元或甚至一个管。另外，过滤器管的孔口可以是矩形的，且/或过滤器管可以是筒形的。第一和第二单元可以被结合在一起以形成阵列。整个过滤器系统可以是使用(例如但不限于)诸如聚酰胺6(“PA6”)或类似物的合成材料通过注入模制由单次注入形成的整体元件。使用塑料注入模制工艺生产过滤器单元的构件可能是经济的，尤其是需要大件数时，且可实现一贯高的工件精度水平和质量。在选择待使用的塑料中，可将排气的温度考虑进去，以便在使用期间不由于排气温度而发生在过滤器模块的构件中的不允许的形状改变。

过滤器系统的过滤器管可以是中空的且包括磁条元件。过滤器管可以是中空的且包括连接件，该连接件用于给至少一些管提供真空以从中抽出空气。过滤器管可以是中空的且包括连接件，该连接件用于对至少一些管提供正气流(positive air flow)，以清洗具有微粒的管并清洁孔口。过滤器管在与流动方向垂直的平面中的表面面积可具有比过滤器管之间在与气流方向垂直的平面中的自由通道表面面积大的表面面积。

吸引剂可以是选自由甘油、硅油、精油、石蜡油和胶乳乳液组成的组的流体。吸引剂还可以包括选自由抗菌物质、抗病毒物质、抗真菌物质和杀真菌物质组成的组的物质。吸引剂不需要任何流体容器，并且可具有允许吸引剂抵抗干燥相当长时间时段的分子结构。过滤器管还可以包括选自由抗菌表面、抗病毒表面、抗真菌表面和杀真菌表面组成的组的表面处理。一个或更多个过滤器管可以具有选自由矩形、正方形、三角形、圆形、星形和椭圆形组成的组的横截面形状。

过滤器系统还可以包括用于连接过滤器单元的连接器和接收器，该连接器被设置在第一过滤器单元和第二过滤器单元中的一个单元上，该接收器被设置在第一过滤器单元和第二过滤器单元中的另一个单元上。例如，连接器和接收器可包括连接第一和第二过滤器单元的磁体。磁体也可将第一和第二过滤器单元连接到机器或散热器，用于执行过滤。该磁体还可以用于以各种构造连接第一和第二过滤器单元，以适应各种长度和规格。

根据一个或更多个示例性实施例的另一方面，提供了制作无织造过滤材料的空气过滤器的方法，该方法包括以任何顺序的任何或全部下列步骤；

(a)用一种或更多种亲水性材料形成第一过滤器单元，使得所述第一过滤器单元包括多个管，所述多个管可以在所述管的表面上具有多个孔口，所述管被以并排的大致平行的关系形成，其中在所述管之间有间隙；

(b)用一种或更多种亲水性材料形成第二过滤器单元，使得所述第二过滤器单元包括多个管，所述多个管可以在所述管的表面上具有多个孔口，所述管被以并排的大致平行的关系形成，其中在所述管之间有间隙；

(c)将第一和第二过滤器单元彼此相邻设置，其中所述管在单元之间偏置，以使第一单元中的一个管与第二单元中的间隙相邻；

(d)在流体微粒吸引剂中涂布所述管的至少一部分，所述吸引剂对所述亲水性材料具有亲和力。

该方法可还包括周期性地将真空施加到至少一些所述管的端部，以经由所述孔口将微粒吸引到所述端部。该方法可还包括周期性地将正压力施加到至少一些所述管的端部，以从所述孔口清洗微粒。

根据一个或更多个示例性实施例的又另一个方面，提供了一种过滤管，该过滤管可包括中空管，该中空管可具有穿过该中空管的多个孔口，以增加该中空管的表面面积；该管被形成为具有亲水性表面，以接纳并保持吸引剂流体。所述管也可以至少部分地被能够夹带微粒的吸引剂流体覆盖。

附图的简要说明

图1是根据示例性实施例的具有多个过滤器管的过滤器单元的前视透视图。

图2是根据示例性实施例的过滤器单元的一个面的前视平面图。

图3是根据示例性实施例的过滤器单元的顶视平面示意图。

图4是根据示例性实施例的部分脱离的特写后视透视图。

图5是根据示例性实施例的部分脱离的特写前视透视图。

图6是根据示例性实施例的过滤器单元的后面和端部的侧视透视图。

图7是根据示例性实施例的结合在一起的一对过滤器单元的抬起的前视透视图。

示例性实施例的详细说明

通过介绍的方式，应当指出，在不同描述的实施例中，等同部分由相同的附图标记或构件描述指定，其中包含在整个描述中的公开内容能够在逻辑上被转移到具有相同的附图标记或相同构件描述的等同部分。此外，在描述中选择的位置信息，诸如上方、下方、到……侧等是指在刚描述或图示的图，并且在位置变化的情况下，能够在逻辑上被转移到新的位置。此外，来自图示和描述的示例性实施例的单独特征化特征或特征的组合也能够代表在发明构思中的独立的、创造性的或规定的解决方案。

根据一个或更多个本文所描述的示例性实施例的过滤器系统可用于许多环境(最特别地，办公室机器、电脑显示器等)，所述环境产生微粒或在脏环境中。示例性实施例的过滤模块的以下附加应用领域被列为多个潜在应用的实例：安装在排气管或烟囱的出口中或安装在排气管或烟囱的出口上；用作真空吸尘器的备用过滤器或补充过滤器；用在机动车辆中(例如，作为补充的空气过滤器，或作为用于在车辆内部中的空气的过滤器)；例如作为花粉过滤器；作为在发电厂中的工业过滤器；室内空气系统诸如空调或通风系统的过滤器。在这方面明确提到，针对机器类型的最宽范围，作为过滤器可能使用于供给空气、环境空气或吸入空气。

现在将参考附图描述示例性实施例。应理解，过滤器单元可以与将通过过滤器单元抽吸空气的通风机/风扇(图中未示出)一起使用，但是该过滤器单元并不需要风扇或通风机。此外，安装单元(它将过滤器单元安装到产生排气的机器)在本文中并没有描述，但是可以是在本技术领域中公知的任何安装机构，或通过在以上论述的专利中所描述的那些来描述。

图1是根据示例性实施例的过滤器单元的前视透视图。参考图1，过滤器单元10包括顶板22和底板24、两个侧板25和26以及被设置在顶板22和底板24之间的多个过滤器管20。过滤器管20每个均可以在过滤器管20的两个相反的端部处具有开口端60a和60b。过滤器单元10还可以包括用于将过滤器单元10连接到其它过滤器单元的连接夹52，这将在下文描述。过滤器单元10还可以包括中间交叉部件30。过滤器管20可以穿过中间交叉部件30或者由中间交叉部件30支撑。过滤器单元10可被生产为单个注入模制单元，其具有过滤器管20、顶壁22和底壁24、侧壁25、26，且可选地具有以单杆形成的中间支撑件30(中间梁30)。这在一个步骤中创建了整体装置。

过滤器管20可以由大体上刚性的材料制成，以使过滤器管20本身是自支撑件。此外，过滤器管20可使用可能不独立过滤空气的非织造材料构成，但非织造材料与被施加到过滤器管20的吸引剂相结合能过滤空气，如将在下文论述。过滤器管20可由非吸收性PA6或类似材料构成，但是根据示例性实施例的过滤器管20并不吸收任何液体(包括以下进一步讨论的吸引剂)。这使得能够通过洗涤和用吸引剂重新涂布而清洁该管。更具体地，过滤器单元10可以使用由许多公司诸如制成的PA6来形成。一个版本中，聚酰胺B：来自的PA6(非增强型)被引证为即使在干燥状态下和在低温下也提供具有良好的阻尼特性和高的耐冲击性的坚韧且坚固的材料。Ultramid PA6特征在于特别高的耐冲击性和易于加工。对本公开特别有意义的PA6的特性是它相对于油是亲水性的，这样它会吸引并保留油而不是简单地流失。具有亲水性质的其它材料也可以被使用在根据示例性实施例的过滤器单元中。

过滤器管20可以用油或其它选自诸如甘油、硅油、精油、石蜡油和/或胶乳乳液的流体的组的吸引剂或润湿剂。根据示例性实施例，吸引剂可以是来自瓦克集团(Wacker Chemie AG)的AK 2000型硅油，但是这样的吸引剂仅仅是示例性，并且可以由其它吸引剂代替。机器排气中的空气污染材料诸如灰尘、微尘、超微微粒花粉、孢子、细菌、其它具有固体或液体微粒的气溶胶，且在办公室机器尤其是调色剂粉尘和/或纸磨屑的情况下，当它们与润湿过的过滤介质接触时可有效地机械地结合。气态污染物诸如臭氧、苯、苯酚、二氧化碳、甲醛或难闻的气味也能够被化学地吸收且/或通过与流体接触而被中和。此外，根据过滤器单元的另一个示例性实施例，配备具有抗菌表面的过滤器单元可能是有利的。例如，这可以通过用银特别是纳米级的银或银化合物来涂布或浸渍来实现。此外，为了移除铁磁性微粒诸如来自机器的铁磨屑，一个或更多个示例性实施例提供了可配备有磁性元件或磁性构件(其可以是永久磁铁或电磁铁)的一个或更多个过滤器单元。

根据示例性实施例的过滤器单元，其可能会导致低蒸气压和相应地较低的蒸发速率，这产生较长的使用寿命。这些流体的粘度进一步有利于经由与过滤器管的湿润一起发生的毛细管和亲水性效果而在过滤器管中均匀分布。通过相应调整的高水平粘度和表面张力，直接润湿过滤器管也是可能的，因此过滤器介质通过管上的流体而被有效地形成。

图2是根据示例性实施例的过滤器单元的一个面的前视平面图。图3是根据示例性实施例的过滤器单元的顶视平面示意图。参考图2和图3，根据示例性实施例的过滤器单元可以包括直接彼此相邻设置的第一过滤器单元10和第二过滤器单元12。排气通过过滤器单元10和12而被过滤，其中每一个过滤器包含多个棒状过滤器管20，所述多个棒状过滤器管20被设置使得它们的纵向轴线基本上垂直于气流50的方向，且它们可以以一致的中心距彼此平行。这两个相邻过滤器单元10、12的过滤器管20也可彼此平行。过滤器管20可在它们的开口端60a、60b处通过到管端的直接连接件或通过歧管72和到每一个过滤器管20的单个连接件连接到气源或真空74。将真空连接到过滤器管可帮助把微粒抽吸到管以进一步提高过滤。

各个过滤器管20可以具有圆化横截面的筒形。作为此筒形结构的替代，其它形状诸如正方形、三角形、星形、圆形或椭圆形的横截面也是可行的。过滤器元件的矩形、三角形或圆化(特别是圆形)的实施例就制造技术而言可以更容易地被生产。此外，矩形和圆形筒形形式可有利于过滤器嵌件的对称构造。相反，星形横截面提供了过滤器元件的高的表面与体积比，从而允许较大的过滤器表面被容纳在相对小的空间内。横截面形状也可以用于影响通过过滤器单元的排气的流动，例如，使通过不利于流动的横截面诸如矩形横截面的流动起漩涡，以及强化排气与过滤器管的接触。如果来自机器的排气强而湍急且因此具有潜在的破坏性，那么该横截面形状可被用于使通过有利于流动的横截面诸如三角形横截面的流动平静下来。

根据在图2和图3示出的示例性实施例，在气流50的方向上看，两个过滤器单元10、12的过滤器管20没有在一条直线上串联布置，而是被偏置、彼此平行、垂直于气流50的方向。在图3所示的示例性实施例中，两个结构上统一的过滤器器单元10、12被布置成相对于彼此偏置了半个中心距，从而串联放置的管也相对于彼此偏置，并且在每一种情况下，过滤器单元10的过滤器管20在由相邻过滤器单元12的两个相邻过滤器管20形成的间隙后面定中。如果过滤器管20的宽度大于半个中心距，如在示例性的实例中，微粒基本上不可能直线地穿过过滤器阵列，这迫使流经的排气急剧地重新定向，从而提高了过滤效果。根据示例性实施例，中心间距可以不是统一的，并且管的宽度可以不大于半个中心距。

进一步参考图2和图3，为了吸引黑色金属微粒，磁条70可位于过滤器管20内，或管的本身可以使用涂布有亲水性材料的磁材料构成。过滤器管20可以在与流动方向垂直的平面中具有比在过滤器管之间在与气流方向垂直的平面中的自由通道表面面积大的表面面积。

图4是根据示例性实施例的过滤单元的部分脱离的特写后视透视图。图5是根据示例性实施例的过滤单元的部分脱离的特写前视透视图。参考图4和图5，根据示例性实施例的过滤器单元可包括连接夹52和类似的接合凹部54，使得两个、三个或更多个单元可以如图3和图7所示背对背地结合。此外，该过滤器单元可包括具有管状形状的过滤器管20，但该过滤器管20也可以是椭圆形、多边形或其它形状。每一个过滤器管20也可以包括多个小孔口40，多个小孔口40大体上增加了过滤器管20的有效表面积并为空气提供通道。

孔口40可以是矩形或正方形，但也可以是包括圆化、椭圆形或不规则的其它形状以进一步增大表面积。例如，但不限于，对于具有15cm×15cm规格的过滤器单元，孔口40的直径或对角线量度可约为0.1mm到0.5mm(和0.01mm的任何增量)。

在根据示例性实施例的过滤器单元中，与管材料的亲水性能结合的吸引剂(字“油”将被用作所有可能的吸引剂的通用术语)成为过滤器介质而不需要织造材料。通过创建孔口而大幅地增加管的表面积，用于单个管的过滤器介质大体上大于无孔口的单纯的管(mere tube)。因此，管的载荷能力也实质上较大。如图2所示，此外，当真空被连接到过滤器管时，通过在孔口40处降低过滤器管20的压力将微粒抽吸到过滤器管20。抽出的空气可以被再循环或排出。

随着微粒穿过孔口40，微粒被油/吸引剂截留，因为它们需要使方向调到空心过滤器管20。由于过滤器管20开始承载着微粒或者孔口40被堵塞，过滤量将最终达到很低而没有效的水平。此时，测量从过滤器单元的前方到后方的压力的压力差测试仪将达到表明过滤器应更换、清洁或清洗的预定水平。由于过滤介质是吸引剂，它能够通过在洗涤剂中洗涤该单元而被移除，并且该单元能够被重新上油。由于在示例性实施例中采用的结构，它能够在不需要织造过滤材料的情况下夹带大量微粒。此外，脉冲宽度调制(PWM)风扇可以用于清洗具有微粒的过滤器单元。如果过滤器单元变成微粒过度饱和，则可增加PWM风扇的速度以清洗微粒。饱和水平可以被监控，使得一旦该微粒水平已经达到可以接受的水平，PWM风扇的速度可被减小。

图6是根据示例性实施例的过滤器单元的后面和端部的侧视透视图。参考图6，根据示例性实施例的过滤器单元可以具有各种形状。例如，该过滤器单元可以是矩形，其顶板22的长度大体上大于侧板26的长度。与此相反，在图1所示的过滤器单元包括顶板22、底板24、大小大体上相等的侧板25、26。如图6所示，过滤器单元可以包括多个连接夹52和接合凹部54，以便于将多个过滤器单元结合起来以形成过滤器阵列。

图7是根据示例性实施例结合在一起的一对过滤器单元的抬起的前视透视图。参考图7，两个过滤器单元10、12可构造成背靠背。第一过滤器单元10的过滤器20可以相对于第二过滤器单元12的过滤器管20横向偏置，以便增加空气接合至少一个单元的可能性。在该构造中，当在空气将流过过滤器的方向上看时，第一过滤器单元10中的过滤器管20之间的间隙被第二过滤器12的过滤器管20堵塞。由于微粒比空气重，它们不太可能能够作出在这两个单元中的相邻管之间所需的弧形，且有可能通过离心力接合管中的一个。

根据进一步示例性实施例，将管的纵向轴线取向到流动方向可能是有利的，以便创建较大的活性表面和排气的急剧重新定向。利用过滤元件的这种构造，过滤器模块被构造成较短，从流动方向上看，与多个过滤器嵌件串联。

根据替代性示例性实施例，清洗空气的逆流可被引入到管中以将微粒从孔中清除出。这优选地在当通风机/气流装置被关闭时完成，使得微粒有机会在也被油覆盖的单元的其它部分上被夹带，或者如果单元位于存油罐中，或者单元的基架覆盖有油，则当换气扇被重启时，微粒只会落到这样的带油表面上并被夹带。

除了上述过滤器单元，本公开还提供根据示例性实施例的制造过滤单元的方法，该方法可以包括将多个相邻亲水性管模制到彼此区域相邻但彼此隔开的管阵列中，用吸引剂覆盖管，并使排气经过管阵列使得空气碰到管。

根据示例性实施例的方法还可以包括用以下方式中的一种或多种方式制造不含织造过滤材料的空气过滤器：

(a)使用亲水性材料形成具有多个多孔管的过滤器单元，其中管被以并排大致平行的关系形成，其中在管之间有间隙；

(b)使用亲水性材料形成具有多个多孔管的第二过滤器单元，其中管被以并排大致平行关系形成，在管之间有间隙；

(c)将过滤器单元彼此相邻设置，其中所述管在单元之间偏置，以使第一单元中的一个管与第二单元中的管之间的间隙相邻；

(d)在流体微粒吸引剂中涂布所述管的至少一部分，其中该吸引剂对亲水性材料具有亲和力。

为了增加效率，该方法可包括：将多个管阵列/单元背靠背地但偏置地设置，以使一个单元中的管与管之间的空间与相邻单元中的管相邻，使得当排气正交于管的长度行进时，更可能接合一个或更多个管。

为了进一步提高效率，该方法可以包括在每一个管中形成多个孔以增加可容纳吸引剂的表面面积。为了进一步提高效率，该方法可以包括将真空施加到所述管的端部以将微粒抽吸到孔。也进一步为了提高效率，该方法可包括周期性地将正压力流提供到管的端部以清洗微粒孔，尤其是当通风机不工作时，以使微粒被夹带在重力路径中进一步的吸引剂所位于的其它表面上。

如本文所述的示例性实施例的描述及其应用是示例性的且并非旨在限制权利要求的范围。对于本领域中学习本专利文件的普通技术人员而言，本文公开的示例性实施例的变体和变型是可能和实际的替代，并且会理解示例性实施例的各种元件的替代物和等同物。在不脱离本发明概念的范围和精神情况下，可作出本文所公开的这些示例性实施例的这些和其它变体和变型。