高温过滤器组件的制作方法

发明领域

本发明涉及高效空气过滤器，且更具体地涉及适合于在高温环境中使用的过滤器芯和框架组件。

背景

所谓的hepa型的空气过滤器需要在移除空气中的微粒时以最小99.95％的效率操作。在这样的过滤器的流行结构中，过滤器芯由以z字形方式折叠以形成均一尺寸的多个折叠褶裥(pleat)的过滤器介质的连续片材形成，其中薄的波状间隔片材放置在每个褶裥的相对壁之间。过滤器芯由环绕的箱状框架支撑，介质围绕该框架的整个外围(包括两个褶裥端部和两个介质边缘的整个长度)与该箱状框架密封地接合。在过滤器芯和框架之间的密封的整体性在防止未过滤的空气绕过过滤器时是关键的。

在一些应用中，这种类型的空气过滤器安装在它们被暴露于高温例如大约200℃-500℃时的位置上。在这样的条件下使用的通常的过滤器组件遭遇的问题包括密封件和框架构件的分离和在密封件和框架构件之间的随之发生的空气泄漏、密封件的裂开和粘合剂的粉末化或粉碎。这些问题可能是由于高温和由热膨胀的不同速率、差的粘合和低的强度导致的过滤器组件的差的结构强度两者。在过滤器受到在低温(例如大约25℃)和高温(例如在200℃-500℃的范围内)之间的重复循环的延长时期的应用中，这些问题特别明显。

在baldwin的美国专利第2,884,091号中公开了提供能够经得起高温的在过滤器芯和框架之间的所需密封的问题的早期方法。在这个结构中，细玻璃纤维的弹性垫或覆盖层在过滤器芯和环绕的金属框架之间被压缩。然而，在长期暴露于接近1000°f的温度之后，玻璃纤维开始退火，使垫失去弹性并最终导致在过滤器芯和框架之间的空气泄漏。旨在用于高温应用的另一过滤器结构是在hladik的美国专利第4,199,387号中公开的过滤器结构，该专利涉及使用泥铲将陶瓷粘合剂涂敷到介质的z字形边缘和所插入的间隔构件。使用这种方法，难以得到均一的密封剂深度和均一性，这可导致介质的泄漏或过度堵塞。

在goulet的美国专利第3,581,479号以及wasielewski和hladik的4,227,953中示出过滤器结构和组装方法，其包括将介质的z字形边缘浸没在液体密封剂中，液体密封剂稍后变硬以形成在介质和框架之间的密封。在前一专利中，沟槽或通道穿过顶部和底部框架构件的内表面形成，以用于细长喷嘴的插入，当喷嘴从沟槽退回时，液体粘合剂通过该喷嘴被注入。后一专利的组装方法涉及用液体粘合剂填充浅盘并在其中浸入起褶介质的z字形边缘。浅盘的底部构件成为过滤器外壳的端部，而侧部构件粘合地密封到端部介质褶裥并附着到外壳的端部构件。

为了提供在高过滤器等级比如例如hepa等级h13或更高中的hepa过滤器，所述过滤器能够在延长的时期内在高温下且特别是当受到在低温(例如大约25℃)和高温(例如在200℃-500℃的范围内)之间的重复循环时保持其高过滤效率，需要新的过滤器结构和制造方法。

发明概述

本发明的主要目的是提供hepa空气过滤器结构，其在暴露于高温相对长的时间段时且特别是当受到在低温(例如大约25℃)和高温(例如在200℃-500℃的范围内)之间的重复循环时保持其结构刚性和过滤效率。

另一目的是提供在正常温度和高温下都有效的具有改进的装置的高效空气过滤器，以用于维持手风琴式折叠的起褶的过滤器介质围绕其整个外围与环绕的框架的密封接合。

另一目的是提供具有改进的特征的空气过滤器框架结构，该改进的特征增强框架被放置并借助于最初以液体形式并可硬化到不透空气的固体的密封剂维持与起褶过滤器芯的密封接合的能力。

另一目的是提供不需要烧焊(burn-in)或安装后需要最小烧焊的高效空气过滤器。

本发明人发现，使用现有技术高温过滤器组件类型，已经证明很难实现高过滤效率，例如根据欧洲标准en1822:2009的hepa等级h13或更高，且特别是在范围200℃-500℃中的温度下在延长的使用时期内维持高过滤效率。标准玻璃纤维hepa过滤器介质通常包含至少5％-9％的以重量计的有机树脂粘结剂，例如丙烯酸粘结剂。包括有机粘结剂的常规基于玻璃纤维的hepa过滤器介质的烧焊导致介质的机械强度的损失。在烧焊期间在这样的过滤器中的材料的损失也可导致在最终产品中的恶化或不明确的过滤效率。

在一些高温过滤器中，包括有机粘结剂的起褶的基于玻璃纤维的hepa过滤器介质的z字形端部由无机/陶瓷灌封成分密封到框架。本发明人发现，为了实现高过滤效率，在过滤器介质和无机/陶瓷灌封成分之间的接合部是关键的。包括有机粘结剂的、嵌入无机/陶瓷灌封成分中的基于玻璃纤维的hepa过滤器介质的烧焊可不利地影响接合部的整体性，可能导致泄漏。此外，在使用陶瓷接合剂的现有技术解决方案中，发现裂缝可在陶瓷接合剂中结合机械应力从热和干燥中发展，导致令人不满意的结果。

本发明的目的是处理与现有技术高温过滤器组件类型相关的至少一些缺点。

根据本文示出的方面，提供了用于高温应用的高效空气过滤器组件，其包括：

过滤器芯，其包括以手风琴式折叠方式(inaccordionfashion)折叠以形成具有在两个相对侧上的z字形边缘和在其它两侧上的平板的多个并排褶裥的透气过滤器介质的整体片材，以及在连续褶裥的相对壁之间的间隔构件，

箱状金属框架，其在四侧上在气密接合中围住所述过滤器芯以界定在所述组件的上游侧和下游侧之间延伸的空气流动开口，

其中透气过滤器介质的整体片材的z字形边缘密封地嵌在框架中的固态无机密封剂成分中。

透气过滤器介质的整体片材优选地包括无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质。无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质优选地由玻璃或矿物纤维制备而没有添加通常用于将介质的纤维粘结在一起的有机粘结剂、补强剂或添加剂。这意味着介质大体上没有通常用于将介质的纤维粘结在一起的任何粘结剂、补强剂或添加剂。所谓“大体上没有”意指矿物纤维过滤器介质包括这样的粘结剂、补强剂或添加剂按重量计不多于2％、优选地这样的粘结剂、补强剂或添加剂按重量计不多于1％以及更优选地这样的粘结剂、补强剂或添加剂按重量计不多于0.5％。在本发明中使用的介质优选地由100％玻璃或矿物纤维制成且没有粘结剂。

本发明的实施方式提供优于现有技术解决方案的几个优点。作为例子，密封地嵌在固态无机密封剂成分中的无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质的使用优于嵌在无机/陶瓷灌封成分中的包括有机粘结剂的基于玻璃或矿物纤维的hepa过滤器介质，因为前者将由于在烧焊期间在接合部中的有机粘结剂材料的失去而不恶化。本发明也提供不需要烧焊且可以以高和定义明确的过滤效率被提供、在高温下在延长的使用时期内或在受到在低温(例如大约25℃)和高温(例如在200℃-500℃的范围内)之间的重复循环时不明显恶化的过滤器。

除了其他应用之外，根据本公开的过滤器对在高温下操作的特净过程的保护是有用的，例如在制药处理中的hepa过滤器消毒和去除热原法烤炉和隧道。

根据一些实施方式，无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质是由无粘结剂硼硅酸盐玻璃纤维制成的玻璃纤维过滤器介质。过滤器介质优选地是湿法玻璃或矿物纤维过滤器介质。

可例如提供以薄的波状或起褶的片材或箔片的形式的间隔构件。间隔构件保持褶裥分离并帮助在过滤器介质的最小堵塞的情况下将空气流均匀地分布在过滤器介质表面之上。间隔构件可例如由不锈钢或铝制成。优选地，间隔构件由不锈钢制成。

无机密封剂成分可优选地是地质聚合物成分。

可优选地提供在液体状态中的、可硬化到固体状态的无机密封剂成分。根据一些实施方式，无机密封剂成分是可以在液体状态中提供的、可硬化到固体状态的地质聚合物成分。

过滤器芯以确实地防止微粒围绕过滤器芯绕过或泄漏的方式安装在框架内。将认识到，包含微粒物质的空气如果被允许绕过过滤器芯则将破坏过滤器的有效性。

过滤器组件优选地包括在四侧上在气密或至少不透微粒的接合中围住所述过滤器芯的箱状金属框架。

箱状金属框架优选地是大体上气密的，至少当过滤器组件被组装时。可通过各种密封装置例如无机密封剂成分和可压缩耐热纤维材料的使用来实现大体上气密或至少不透微粒的接合，形成在过滤器芯和框架之间的气密或至少不透微粒的密封。

根据一些实施方式，过滤器芯和固态无机密封剂成分弹性地悬浮在框架内。优选地，过滤器芯和固态无机密封剂成分可相对于框架弹性地移动。

在本发明中，过滤器芯嵌入和固定在固态无机密封剂成分中，使得过滤器芯和固态无机密封剂成分形成单元。该过滤器芯和固态无机密封剂成分单元可以优选地用弹性或柔性方式悬浮在框架内，使得过滤器芯和固态无机密封剂成分单元可在大体上正交于总的空气流动方向的平面中在框架内弹性地移动。弹性悬浮减小或大体上消除在无机密封剂成分、过滤器介质上和在无机密封剂成分和过滤器介质之间的接合部上的、由于在高温期间金属框架的热膨胀引起的有害机械应力。

根据一些实施方式，在所述过滤器芯和所述固态无机密封剂成分之间的弹性悬浮由布置在所述固态无机密封剂成分和框架之间以及在过滤器芯的平板侧和框架之间的可压缩耐热纤维材料提供。可优选地提供以适当尺寸的耐热纤维材料的可压缩垫的形式的可压缩耐热纤维材料。

为了形成将使过滤器芯密封在框架内并防止未过滤的空气绕过并可经得起高温气体的过滤器芯的有效安装，耐热纤维材料的可压缩垫布置在过滤器芯和框架之间。可压缩耐热纤维材料布置在固态无机密封剂成分和框架之间以及在过滤器芯的平板侧和框架之间。

可压缩耐热纤维材料包括极其细的矿物纤维，且足够密集，在高温下在有金属框架的相关热膨胀的情况下也足够密集，以防止空气和相关微粒污染物通过。可压缩耐热纤维材料当布置在过滤器组件中时在厚度上被压缩到其原始厚度的至少一半，优选地到其原始厚度的大约四分之一。因为耐热纤维材料被压缩，因而其能够在金属框架膨胀时膨胀，从而提供在过滤器芯和框架之间的柔性密封。

根据一些实施方式，耐热纤维材料大体上包括玻璃或氧化铝纤维或其组合，优选地，耐热纤维材料大体上包括氧化铝纤维。在耐热纤维材料中优选氧化铝纤维胜过玻璃纤维，因为氧化铝纤维在延长的使用时期内在高温下更好地保持其柔性。氧化铝纤维是设计成在高达1600℃的应用中使用的高纯度多晶纤维。可以生产具有高水平的化学纯度和低水平的渣球含量(非纤维微粒)的氧化铝纤维。纤维直径可以严格地被控制为具有大约3微米的中值，非常低水平的纤维在直径上小于1微米。

在一些实施方式中，布置在固态无机密封剂成分和框架之间的耐热纤维材料被密封在固态无机密封剂成分和框架之间，使得耐热纤维材料不直接暴露于过滤器组件的下游侧。此外，在一些实施方式中，布置在过滤器芯的平板侧和框架之间的耐热纤维材料由透气过滤器介质的整体式片材封装，使得耐热纤维材料不直接暴露于过滤器组件的下游侧。该布置防止来自耐热纤维材料的任何微粒残留物到达过滤器组件的下游侧。

在本公开中，过滤器芯的z字形侧嵌在固态无机密封剂成分中。这可通过用在液体状态中的、可硬化到固体状态的无机密封剂成分大体上填充端部外壳的凹部、将过滤器芯插到端部外壳的凹部内使得过滤器芯的z字形边缘完全浸没在无机密封剂内并接着允许无机密封剂硬化到固体状态来实现。这种方法允许相对低粘性的无机密封剂的使用，这允许控制z字形边缘的浸没深度以提供均匀密封而没有过滤器介质的过度堵塞。本发明人发现，避免在无机密封剂和金属框架之间的直接接触并提供在金属和无机密封剂之间的弹性或柔性中间层很重要。本发明人发现，可通过柔性材料的薄层或衬垫的提供来得到这个效果。因此，根据一些实施方式，无机密封剂成分通过柔性衬垫与框架分离。优选地，过滤器组件可包括布置在框架的内表面处的柔性衬垫，所述柔性衬垫防止在无机密封剂成分和框架之间的直接接触并提供在无机密封剂成分和框架之间的弹性接触，使得支撑框架可在加热时膨胀而不使无机密封剂受到机械应力。根据优选实施方式，柔性衬垫包括hepa过滤器介质的片材。

根据本发明的高效空气过滤器组件保持其结构刚性和高过滤效率，即使当暴露于高温相对长的时间段时，特别是当受到在低温(例如大约25℃)和高温(例如在200℃-500℃的范围内)之间的重复循环时。

根据一些实施方式，本发明的高效空气过滤器组件是根据欧洲标准en1822:2009的hepa等级h13或更高。空气过滤器组件还优选地能够在200℃-500℃范围中的温度下在延长的使用时期内维持根据欧洲标准en1822:2009的h13或更高的hepa等级。

根据一些实施方式，空气过滤器组件的箱状金属框架包括一对大体上相同的矩形侧部外壳和一对大体上相同的矩形端部外壳，该对大体上相同的矩形侧部外壳具有配置成接纳过滤器芯的平板侧的凹部并具有比所述侧部外壳更小的宽度的从侧部外壳的每个端部向外延伸的唇状物，该对大体上相同的矩形端部外壳具有与所述侧部外壳的宽度相等的宽度并具有配置成接纳过滤器芯的z字形侧的凹部。箱状金属框架优选地是气密的，至少当过滤器组件被组装时。

为了确保过滤器芯和固态无机密封剂成分可相对于框架弹性地移动，已经发现箱状金属框架的凹部应优选地具有大体上平滑的内表面。根据一些实施方式，侧部外壳的唇状物的长度大体上对应于端部外壳的凹部的深度。这个配置在框架的侧部外壳和无机密封剂之间的接触点处提供大体上平滑的内表面，这防止由于在高温下金属框架的热膨胀引起的无机密封剂的破裂(snagging)和可能的裂开。

不锈钢是框架以及间隔元件的优选材料。因此，根据一些实施方式，箱状金属框架由不锈钢形成。

已经发现，如果框架在操纵、运输或安装期间受到变形，例如扭转变形，则固态无机密封剂成分可能损坏。通常通过例如使用多个螺栓或类似物抵着过滤器壳体的密封框架夹紧来安装箱状过滤器。不正确或不均匀的夹紧可使过滤器框架受到扭转力，导致固态无机密封剂成分的扭转变形和可能的损坏。为了减小对固态无机密封剂成分的损坏的风险，空气过滤器组件的框架可设置有用于防止变形的加强结构。

根据一些实施方式，箱状金属框架包括加强结构，所述加强结构包括围绕过滤器组件的上游侧的外围布置并固定到金属框架的所有四侧的第一整体式矩形板，使得金属框架的扭转变形被防止。

根据一些实施方式，箱状金属框架包括加强结构，所述加强结构包括围绕过滤器组件的下游侧的外围布置并固定到金属框架的所有四侧的第二整体式矩形板，使得金属框架的扭转变形被防止。

根据一些实施方式，箱状金属框架包括加强结构，所述加强结构还包括布置在金属框架的不同侧处的至少两个加强棒，每个加强棒在第一矩形板和第二矩形板之间延伸并刚性地固定到第一矩形板和第二矩形板。

矩形板和加强棒共同形成围绕箱状框架的外围的加强外骨架型结构，有效地防止框架的扭转变形。为了在过滤器壳体中夹紧期间进一步最小化过滤器组件的变形，加强棒可有利地布置在支撑框架的区域中，当过滤器被夹紧在过滤器壳体中时，负载被施加在该区域中。

在一些现有技术高温过滤器中，存在由来自用于将过滤器芯密封到框架的材料的残余微粒引起的问题。根据一些实施方式，第一和/或第二整体式矩形板的内边缘至少覆盖布置在过滤器芯和框架之间的任何可压缩耐热纤维材料和固态无机密封剂成分。

根据一些实施方式，第一和/或第二整体式矩形板的内边缘分别朝着过滤器组件的上游侧或下游侧形成凸缘，使得连续通道在所述形成凸缘的内边缘和过滤器组件的上游侧或下游侧的外围之间形成。

独创性高效空气过滤器组件包括几个部件，例如过滤器介质、褶裥分离器、无机密封剂、耐热纤维材料、柔性衬垫和框架。优选地，独创性高效空气过滤器组件的所有部件被选择成适合于高温应用，其中过滤器组件重复或连续地被加热到在200℃-500℃的范围内的温度，特别是当过滤器组件受到在低温(例如大约25℃)和高温(例如在200℃-500℃的范围内)之间的重复循环时。

为了实现在过滤器介质和无机密封剂之间的有效密封，过滤器介质的z字形端部浸没在液体状态中的无机密封剂成分中，并接着允许无机密封剂硬化到固体状态。在液体状态中的无机密封剂成分应优选地具有足够低的粘性以有效地湿润并围绕过滤器介质的所浸没的z字形端部形成，使得形成气密密封。

根据本文所示的其它方面，提供了用于制造用于高温应用的高效空气过滤器组件的方法，其包括：

(a)提供过滤器芯，其包括以手风琴式折叠方式折叠以形成具有在两个相对侧上的z字形边缘和在其它两侧上的平板的多个并排褶裥的透气过滤器介质的整体式片材，以及在连续褶裥的相对壁之间的间隔构件，

(b)提供具有配置成接纳过滤器芯的z字形侧的凹部的第一矩形端部外壳；

(c)用在液体状态中的、可硬化到固体状态的无机密封剂成分大体上填充所述第一端部外壳的所述凹部；

(d)将所述过滤器芯插到所述第一端部外壳的凹部内使得过滤器芯的第一z字形边缘完全浸没在所述无机密封剂内；其中透气过滤器介质的整体式片材优选地包括无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质。

根据本文所示的其它方面，提供了用于制造用于高温应用的高效空气过滤器组件的方法，其包括：

(a)提供过滤器芯，其包括以手风琴式折叠方式折叠以形成具有在两个相对侧上的z字形边缘和在其它两侧上的平板的多个并排褶裥的透气过滤器介质的整体式片材，以及在连续褶裥的相对壁之间的间隔构件，

(b)提供具有配置成接纳过滤器芯的z字形侧的凹部的第一矩形端部外壳；

(c)在第一端部外壳的凹部中提供柔性衬垫；

(d)在第一端部外壳的凹部中提供可压缩耐热纤维材料；

(e)用在液体状态中的、可硬化到固体状态的无机密封剂成分大体上填充所述第一端部外壳的所述凹部，由此，柔性衬垫防止在液态无机密封剂成分和框架之间的直接接触；

(f)将所述过滤器芯插到所述第一端部外壳的凹部内使得过滤器芯的第一z字形边缘完全浸没在所述无机密封剂内；

(g)允许在所述第一端部外壳中的无机密封剂硬化到大体上固体状态；

其中透气过滤器介质的整体式片材优选地包括无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质。

根据本文所示的其它方面，提供了用于制造用于高温应用的高效空气过滤器组件的方法，其包括：

(a)提供过滤器芯，其包括以手风琴式折叠方式折叠以形成具有在两个相对侧上的z字形边缘和在其它两侧上的平板的多个并排褶裥的透气过滤器介质的整体式片材，以及在连续褶裥的相对壁之间的间隔构件，

(b)提供一对大体上相同的矩形侧部外壳，其具有配置成接纳过滤器芯的平板侧的凹部并具有比所述侧部外壳更小的宽度的从侧部外壳每个端部向外延伸的唇状物；

(c)提供一对大体上相同的矩形端部外壳，其具有与所述侧部外壳的宽度相等的宽度并具有配置成接纳过滤器芯的z字形侧的凹部；

(d)在侧部外壳的凹部中提供可压缩耐热纤维材料；

(e)将侧部外壳布置在过滤器芯的平板侧上，使得气密接合在侧部外壳和过滤器芯的平板侧之间由可压缩耐热纤维材料形成；

(f)在第一端部外壳的凹部中和侧部外壳的第一对唇状物上提供柔性衬垫；

(g)在第一端部外壳的凹部中提供可压缩耐热纤维材料；

(h)用在液体状态中的、可硬化到固体状态的无机密封剂成分大体上填充所述第一端部外壳的所述凹部，由此，柔性衬垫防止在液态无机密封剂成分和框架之间的直接接触；

(i)将所述过滤器芯和侧部外壳的第一对唇状物插到所述第一端部外壳的凹部内，使得过滤器芯的第一z字形边缘完全浸没在所述无机密封剂中；

(j)允许在所述第一端部外壳中的无机密封剂硬化到大体上固体状态；

(k)在第二端部外壳的凹部中和侧部外壳的第二对唇状物上提供柔性衬垫；

(l)在第二端部外壳的凹部中提供可压缩耐热纤维材料；

(m)用液态无机密封剂成分大体上填充所述第二端部外壳的所述凹部，由此，柔性衬垫防止在液态无机密封剂成分和框架之间的直接接触；

(n)将所述过滤器芯和侧部外壳的所述第二对唇状物插到所述第二端部外壳的凹部内，使得过滤器芯的第二z字形边缘完全浸没在所述无机密封剂中；

(o)允许在所述第一和第二端部外壳中的无机密封剂硬化到固体状态；

其中透气过滤器介质的整体式片材优选地包括无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质。

根据制造方法的一些实施方式，无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质是由无粘结剂硼硅酸盐玻璃纤维制成的玻璃纤维过滤器介质。

根据本文所示的其它方面，提供了在高温应用中的如本文所述的或根据本文所述的制造方法制造的高效空气过滤器组件的使用，其中过滤器组件重复或连续地被加热到在200℃-500℃的范围内的温度，特别是其中过滤器组件受到在低温(例如大约25℃)和高温(例如在200℃-500℃的范围内)之间的重复循环。

本发明还提供以下内容：

1.一种空气过滤器组件，包括：

过滤器芯，其包括透气过滤器介质的整体式片材，所述整体式片材以手风琴式折叠方式折叠以形成具有在两个相对侧上的z字形边缘和在其它两侧上的平板的多个并排褶裥，并且所述过滤器芯包括在连续褶裥的相对壁之间的间隔构件，

箱状金属框架，其在四侧上以气密接合围住所述过滤器芯以界定在所述空气过滤器组件的上游侧和下游侧之间延伸的空气流动开口，

其中透气过滤器介质的所述整体式片材的所述z字形边缘密封地嵌在所述箱状金属框架中的固态无机密封剂成分中。

2)根据1)所述的空气过滤器组件，其中透气过滤器介质的所述整体式片材包括无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质。

3)根据2)所述的空气过滤器组件，其中所述无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质是由无粘结剂硼硅酸盐玻璃纤维制成的玻璃纤维过滤器介质。

4)根据1)-3)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述间隔构件由不锈钢制成。

5)根据1)-4)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述固态无机密封剂成分是能够以液体状态提供的地质聚合物成分，所述地质聚合物成分能硬化到固体状态。

6)根据1)-5)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述过滤器芯和所述固态无机密封剂成分弹性地悬浮在所述箱状金属框架内。

7)根据1)-6)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述过滤器芯和所述固态无机密封剂成分能够相对于所述箱状金属框架弹性地移动。

8)根据7)所述的空气过滤器组件，其中在所述过滤器芯和所述固态无机密封剂成分之间的弹性悬浮由布置在所述固态无机密封剂成分和所述箱状金属框架之间以及在所述过滤器芯的平板侧和所述箱状金属框架之间的可压缩耐热纤维材料提供。

9)根据8)所述的空气过滤器组件，其中所述可压缩耐热纤维材料大体上包括玻璃或氧化铝纤维或其组合，优选地，所述耐热纤维材料大体上包括氧化铝纤维。

10)根据8)或9)所述的空气过滤器组件，其中布置在所述固态无机密封剂成分和所述箱状金属框架之间的所述可压缩耐热纤维材料被密封在所述固态无机密封剂成分和所述箱状金属框架之间，使得所述可压缩耐热纤维材料不直接暴露于所述空气过滤器组件的所述下游侧。

11)根据8)-10)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中布置在所述过滤器芯的所述平板侧和所述箱状金属框架之间的所述可压缩耐热纤维材料由透气过滤器介质的所述整体式片材封装，使得所述可压缩耐热纤维材料不直接暴露于所述过滤器组件的所述下游侧。

12)根据1)-11)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述固态无机密封剂成分通过柔性衬垫与所述箱状金属框架分离。

13)根据1)-12)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述空气过滤器组件包括布置在所述箱状金属框架的内表面处的柔性衬垫，所述柔性衬垫防止在所述固态无机密封剂成分和所述箱状金属框架之间的直接接触并提供在所述固态无机密封剂成分和所述箱状金属框架之间的弹性接触，使得所述箱状金属框架能够在加热时膨胀而不使所述固态无机密封剂成分受到机械应力。

14)根据12)-13)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述柔性衬垫包括hepa过滤器介质的片材。

15)根据1)-14)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述空气过滤器组件是根据欧洲标准en1822:2009的hepa等级h13或更高。

16)根据15)所述的空气过滤器组件，其中所述空气过滤器组件能够在范围200℃-500℃中的温度下在延长的使用时期内维持根据欧洲标准en1822:2009的h13或更高的hepa等级。

17)根据1)-16)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述箱状金属框架包括：

一对大体上相同的矩形侧部外壳，其具有配置成接纳所述过滤器芯的平板侧的凹部并具有比所述侧部外壳小的宽度的从所述侧部外壳的每个端部向外延伸的唇状物，以及

一对大体上相同的矩形端部外壳，其具有与所述侧部外壳的宽度相等的宽度并具有配置成接纳所述过滤器芯的z字形侧的凹部。

18)根据17)所述的空气过滤器组件，其中所述箱状金属框架的凹部具有大体上平滑的内表面。

19)根据17)或18)所述的空气过滤器组件，其中所述侧部外壳的所述唇状物的长度大体上对应于所述端部外壳的所述凹部的深度。

20)根据1)-19)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述箱状金属框架由不锈钢形成。

21)根据1)-20)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述箱状金属框架包括加强结构，所述加强结构包括围绕所述空气过滤器组件的所述上游侧的外围布置并固定到所述箱状金属框架的所有四侧的第一整体式矩形板，使得所述箱状金属框架的扭转变形被防止。

22)根据21)所述的空气过滤器组件，其中所述加强结构还包括围绕所述空气过滤器组件的所述下游侧的外围布置并固定到所述箱状金属框架的所有四侧的第二整体式矩形板，使得所述箱状金属框架的扭转变形被防止。

23)根据1)至20)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述箱状金属框架包括加强结构，所述加强结构包括围绕所述空气过滤器组件的所述下游侧的外围布置并固定到所述箱状金属框架的所有四侧的第二整体式矩形板，使得所述箱状金属框架的扭转变形被防止。

24)根据22)所述的空气过滤器组件，其中所述加强结构还包括布置在所述箱状金属框架的不同侧处的至少两个加强棒，每个加强棒在所述第一整体式矩形板和第二整体式矩形板之间延伸并刚性地固定到所述第一整体式矩形板和第二整体式矩形板。

25)根据24)所述的空气过滤器组件，其中所述加强棒布置在所述箱状金属框架的区域中，当所述空气过滤器组件被夹紧在过滤器壳体中时，负载被施加到所述区域。

26)根据21)-25)中的任一项所述的空气过滤器组件，其中所述第一整体式矩形板和/或所述第二整体式矩形板的内边缘至少覆盖布置在所述过滤器芯和所述箱状金属框架之间的任何可压缩耐热纤维材料和固态无机密封剂成分。

27)根据26)所述的空气过滤器组件，其中所述第一整体式矩形板和/或所述第二整体式矩形板的所述内边缘分别朝着所述空气过滤器组件的所述上游侧或所述下游侧形成凸缘，使得连续通道在形成凸缘的内边缘和所述空气过滤器组件的所述上游侧或所述下游侧的外围之间形成。

28)根据1)所述的空气过滤器组件，其中所述空气过滤器组件用于高温应用，所述高温在200-500℃的范围内。

上面所述的特征和其它特征由下面的附图和详细描述例示。

附图的简要说明

现在参考附图，其为示例性实施方式，且其中相似的元件被相似地编号：

图1a是独创性过滤器的实施方式的透视图；

图1b是独创性过滤器的实施方式的分解透视图；

图2是独创性过滤器的实施方式的横截面视图；

图3是端部外壳的实施方式的透视图；

图4a是框架的实施方式的透视图；

图4b是框架的实施方式的分解透视图。

优选实施方式的详细描述

如图1a和1b所示，本发明的过滤器组件100包括过滤器芯102，该过滤器芯102包括透气过滤器介质的整体式片材，该片材以手风琴式折叠的方式折叠以形成具有在两个相对侧(z字形边缘侧104a、104b)上的z字形边缘和在其它两侧(平板侧106a、106b)上的平板的多个并排褶裥，并且该过滤器芯包括在空气流的上游和下游方向上的在连续褶裥的相对壁之间的间隔构件。这种类型的过滤器芯在本领域中是公知的，并例如在baldwin的美国专利第2,884,091号中被解释。在图1a中，示出过滤器芯具有布置在过滤器芯的平板侧106a、106b上的可压缩耐热纤维材料的垫116a、116b。垫116a、116b可有利地折叠到透气过滤器介质的最后褶裥内或封装在透气过滤器介质的最后褶裥中，使得耐热纤维材料不直接暴露于过滤器组件的下游侧。这个布置防止来自耐热纤维材料的任何微粒残留物到达过滤器组件的下游侧。

过滤器芯被支撑在环绕的箱状金属框架108中并密封到该环绕的箱状金属框架108中，该箱状金属框架108在四侧上在气密接合中围住所述过滤器芯102以界定在组件的上游侧和下游侧之间延伸的空气流动开口。如图1b所示，箱状金属框架108由被维持在与彼此组装关系中的两个相对的端部外壳构件(端部外壳110a、110b)和两个相对的侧部外壳构件(侧部外壳112a、112b)形成。

在本公开的过滤器中使用的过滤器介质的片材包括无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质。

在本发明中使用的玻璃或矿物纤维过滤器介质是无粘结剂的。这意味着该介质大体上没有通常用于将介质的纤维粘结在一起的任何粘结剂、补强剂或添加剂。在本发明中使用的介质优选地由100％玻璃或矿物纤维制成且没有粘结剂。

无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质保持其结构刚性和高过滤效率，即使在暴露于高温相对长的时间段时。

根据一些实施方式，本发明的高效空气过滤器组件是根据欧洲标准en1822:2009的hepa等级h13或更高。空气过滤器组件还优选地能够在范围200℃-500℃中的温度下在延长的使用时期内，且特别是其中该过滤器组件受到在低温(例如大约25℃)和高温(例如在200℃-500℃的范围内)之间的重复循环，维持根据欧洲标准en1822:2009的h13或更高的hepa等级。

在优选实施方式中，无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质是由无粘结剂硼硅酸盐玻璃纤维制成的玻璃纤维过滤器介质。

间隔构件优选地由不锈钢制成。可例如提供以不锈钢的薄的波状的或起褶的片材或箔片的形式的间隔构件。间隔构件保持褶裥分离并帮助在过滤器介质的最小堵塞的情况下将空气流均匀地分布在过滤器介质表面之上。这样的间隔构件的设计在本领域中是公知的。

过滤器芯102以确实地防止微粒围绕过滤器芯绕过或泄漏的方式安装在框架108内。在图2中示出密封布置，图2示出过滤器组件100的竖直横截面。

为了形成过滤器芯102的有效安装(该安装将使过滤器芯密封在框架108内并防止未过滤的空气绕过并可经得起高温气体)，耐热纤维材料的可压缩垫布置在过滤器芯和框架之间。可压缩耐热纤维材料114a、114b、116a、116b布置在过滤器芯的z字形边缘侧104a、104b与框架的端部外壳110a、110b之间以及在过滤器芯的平板侧106a、106b与框架的侧部外壳112a、112b之间(见图2)。通常，耐热纤维材料的可压缩垫114a、114b、116a、116b的形状将对应于过滤器芯侧的形状，且耐热纤维材料的垫的尺寸将对应于或稍微超过过滤器芯侧的尺寸。

可压缩耐热纤维材料包括极其细的矿物纤维，且足够密集，在高温下在有金属框架的相关热膨胀的情况下也足够密集，以防止空气和相关微粒污染物通过。可压缩耐热纤维材料当布置在过滤器组件中时在厚度上被压缩到其原始厚度的至少约一半，优选地到其原始厚度的大约四分之一。因为耐热纤维材料被压缩，因此其能够在金属框架膨胀时膨胀，从而提供在过滤器芯和框架之间的柔性弹性密封。作为例子，具有在大约90-100kg/m³的未压缩状态中的密度和大约10-50mm的厚度的适当材料可被压缩到其原始厚度的至少大约一半。

耐热纤维材料可大体上包括玻璃或氧化铝纤维或其组合。优选地，耐热纤维材料可大体上包括氧化铝纤维。在耐热纤维材料中优选氧化铝纤维胜过玻璃纤维，因为氧化铝纤维在延长的使用时期内在高温下更好地保持其柔韧性。氧化铝纤维是设计成在高达1600℃的应用中使用的高纯度多晶纤维。可以生产具有高水平的化学纯度和低水平的渣球含量(非纤维微粒)的氧化铝纤维。纤维直径可以严格地被控制为具有大约3微米的中间值，非常低水平的纤维在直径上小于1微米。

过滤器芯102的平板侧106a、106b通过布置在过滤器芯的平板侧和框架之间的耐热纤维材料116a、116b被维持在与框架的侧部外壳112a、112b的大体上气密的布置中。由于平板侧的经由耐热纤维材料与侧部外壳的内部接触的大表面区域，因此在侧部外壳处的进一步密封通常是不需要的，以便甚至为非常高效的过滤器也提供防泄漏密封。另一方面，过滤器芯的z字形边缘侧104a、104b提供与端部外壳110a、110b的内部接触的小得多的表面区域，需要用于提供适合于高效过滤器的防泄漏密封的进一步的措施。

由于这个原因，无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质的z字形边缘104a、104b密封地嵌在框架的端部外壳中的包括固态地质聚合物成分118的无机密封剂成分中。固态地质聚合物成分118又进而通过布置在过滤器芯和框架之间的耐热纤维材料的可压缩垫114a、114b被维持在与框架的端部外壳110a、110b的大体上气密的布置中。

如在本文使用的，术语地质聚合物通常指合成的无机聚合物。地质聚合物本质上是矿物化学化合物或包括通过地质聚合反应的过程产生的重复单元的化合物的混合物。可提供在液体状态中的、可硬化到固体状态的地质聚合物成分。在硬化状态中，地质聚合物是耐高温的。地质聚合物包括下列用共价键链接的重复单元(或化学族)中的一个或多个：

-si-o-si-o-siloxo,聚(siloxo)

-si-o-al-o-唾液酸盐,聚(唾液酸盐)

-si-o-al-o-si-o-唾液酸盐-siloxo,聚(唾液酸盐-siloxo)

-si-o-al-o-si-o-si-o-唾液酸盐-disiloxo,聚(唾液酸盐-disiloxo)

-p-o-p-o-磷酸盐,聚(磷酸盐)

-p-o-si-o-p-o-磷酸-siloxo,聚(磷酸-siloxo)

-p-o-si-o-al-o-p-o-磷酸-唾液酸盐,聚(磷酸-唾液酸盐)

-(r)-si-o-si-o-(r)有机-siloxo,聚-硅树脂

-al-o-p-o-铝-磷酸,聚(铝-磷酸)

-fe-o-si-o-al-o-si-o-铁-唾液酸盐,聚(铁-唾液酸盐)

在本公开的过滤器中使用的合适的地质聚合物的例子包括在pct/fr2011/000185中所述的那些。

过滤器芯的z字形边缘侧嵌在固态地质聚合物成分中。这可通过用在液体状态中的、可硬化到固体状态的地质聚合物成分大体上填充端部外壳110a、110b的凹部；将过滤器芯插到端部外壳的凹部内使得过滤器芯的z字形边缘完全浸没在地质聚合物中并接着允许地质聚合物硬化到固体状态来实现。这种方法允许相对低粘性的无机密封剂的使用，这允许控制z字形边缘的浸没深度以提供均匀密封而没有过滤器介质的过度堵塞。如图3所示，为了避免在地质聚合物118a、118b和框架108之间的直接接触并提供在金属和地质聚合物之间的弹性或柔性中间层，可在地质聚合物和金属框架之间放置柔性材料的薄层或衬垫120a、120b。因此，地质聚合物成分通过布置在框架的内表面处的柔性衬垫与框架分离，所述柔性衬垫防止在地质聚合物成分和框架之间的直接接触并提供在地质聚合物成分和框架之间的弹性接触，使得框架可在加热时膨胀而不使变硬的地质聚合物受到机械应力。柔性衬垫120a、120b可以包括hepa过滤器介质的片材。作为例子，可使用具有大约0.5mm的厚度的低阻硼硅酸盐微纤维hepa过滤器介质。

在过滤器组件中，如参考附图在本文所述的，过滤器芯102的z字形边缘侧嵌入和固定在固态地质聚合物成分118中，使得过滤器芯和固态地质聚合物成分形成单元。该过滤器芯和固态地质聚合物成分单元以弹性或柔性方式悬浮在框架内，使得过滤器芯和固态地质聚合物成分单元可在大体上正交于总的空气流动方向的平面中在框架内弹性地移动。弹性悬浮减小或大体上消除在地质聚合物成分、过滤器介质上和在地质聚合物成分和过滤器介质之间的接合部上的、由于在高温期间金属框架的热膨胀引起的有害机械应力。

固态无机密封剂成分优选地覆盖耐热纤维材料，使得耐热纤维材料被密封在固态无机密封剂成分和框架之间。这意味着耐热纤维材料不直接暴露于过滤器组件的下游侧。这个布置防止来自耐热纤维材料的任何微粒残留物到达过滤器组件的下游侧。

参考图4a和4b，空气过滤器组件100的框架108可包括一对大体上相同的矩形侧部外壳112a、112b和一对大体上相同的矩形端部外壳110a、110b，该对大体上相同的矩形侧部外壳112a、112b具有配置成接纳过滤器芯的平板侧的凹部124a、124b并具有比所述侧部外壳更小的宽度的、从所述侧部外壳的每个端部向外延伸的唇状物126a、126b，该对大体上相同的矩形端部外壳110a、110b具有与所述侧部外壳的宽度相等的宽度并具有配置成接纳过滤器芯的z字形侧的凹部122a、122b。端部外壳的凹部以具有一般在2-8cm的范围内、优选地在2-5cm的范围内的深度的浅盘的形状形成，使得凹部可完全容纳耐热纤维材料的可压缩垫以及固态地质聚合物成分和可选的柔性衬垫。

如图4b所示，侧部外壳的唇状物126a、126b允许侧部外壳连接到端部外壳。为了确保过滤器芯和固态地质聚合物成分可相对于框架弹性地移动，箱状金属框架的凹部具有大体上平滑的内表面。相应地，侧部外壳的唇状物126a、126b的长度优选地大体上对应于端部外壳的凹部122a、122b的深度。该配置在框架的侧部外壳和地质聚合物之间的接触点处提供大体上平滑的内表面，这防止由于在高温下金属框架的热膨胀引起的地质聚合物的破裂和可能的裂开。

不锈钢是框架以及间隔元件的优选材料。因此，根据一些实施方式，箱状金属框架由不锈钢形成。侧部外壳和端部外壳可优选地由弯曲且焊接的不锈钢片材形成。如在图4b中所示的，端部外壳和侧部外壳可例如通过螺栓或铆钉被维持在与彼此的组装关系中。

如在图1a、1b、4a和4b中看到的，唇状物可通过向后且向外折叠钢片材的端部部分以便形成唇状物以及凸缘来有利地被形成为钢片材侧部外壳的一体部分，该凸缘适合于例如通过栓接或铆接附接到端部外壳上的相应凸缘。这允许端部外壳和侧部外壳附接到彼此，同时维持框架的平滑内表面。

已经发现，如果框架在操纵、运输或安装期间受到变形，例如扭转变形，则固态地质聚合物成分可能损坏。通常通过例如使用多个螺栓或类似物抵着过滤器壳体的密封框架夹紧来安装箱状过滤器。不正确或不均匀的夹紧可使过滤器框架受到扭转力，导致固态地质聚合物成分的扭转变形和可能的损坏。为了减小对固态地质聚合物成分的损坏的风险，空气过滤器组件的框架可设置有用于防止变形的加强结构。

在如图4a和4b所示的实施方式中，加强结构128包括围绕过滤器组件100的下游侧的外围布置并固定到金属框架108的所有四侧110a、110b、112a、112b的第一整体式矩形板130。加强结构还包括围绕过滤器组件的上游侧的外围布置并固定到金属框架的所有四侧的第二整体式矩形板132。矩形板可优选地由不锈钢形成并通常将具有在1-3mm的范围内的厚度。

可选地，加强结构还包括布置在金属框架的不同侧处的加强棒134，每个加强棒在第一矩形板130和第二矩形板132之间延伸并刚性地固定(例如栓接或焊接)到第一矩形板130和第二矩形板132。可优选地提供以方形剖面管状或实心不锈钢的形式的加强棒134。矩形板和加强棒共同形成围绕箱状框架108的外围的加强外骨架型结构128，有效地防止框架的扭转变形。为了在过滤器壳体中夹紧期间进一步最小化过滤器组件的变形，加强棒可有利地布置在支撑框架的区域中，当过滤器被夹紧在过滤器壳体中时，负载被施加在该区域中。

围绕过滤器组件100的上游侧或下游侧的外围布置的第一和/或第二整体式矩形板130、132的内边缘136、138可至少覆盖布置在过滤器芯和框架之间的任何可压缩耐热纤维材料和固态地质聚合物成分。

围绕过滤器组件的上游侧或下游侧的外围布置的第一和/或第二整体式矩形板130、132的内边缘136、138可分别朝着过滤器组件的上游侧或下游侧形成凸缘，使得在所述形成凸缘的内边缘和过滤器组件的上游侧或下游侧的外围之间形成连续通道。

可以用下面的主要步骤来制造如上面参考图1-3所述的高效空气过滤器组件：

(a)提供过滤器芯，其包括透气过滤器介质的整体式片材，该透气过滤器介质的整体式片材以手风琴式折叠方式折叠以形成具有在两个相对侧上的z字形边缘和在其它两侧上的平板的多个并排褶裥，并且该过滤器芯包括在连续褶裥的相对壁之间的间隔构件，其中透气过滤器介质的整体式片材包括无粘结剂玻璃或矿物纤维过滤器介质；

(b)提供一对大体上相同的矩形侧部外壳，该对大体上相同的矩形侧部外壳具有配置成接纳过滤器芯的平板侧的凹部并具有比所述侧部外壳更小的宽度的、从所述侧部外壳的每个端部向外延伸的唇状物；

(c)提供一对大体上相同的矩形端部外壳，该对大体上相同的矩形端部外壳具有与所述侧部外壳的宽度相等的宽度并具有配置成接纳过滤器芯的z字形侧的凹部；

(d)在侧部外壳的凹部中提供可压缩耐热纤维材料；

(e)将侧部外壳布置在过滤器芯的平板侧上，使得气密接合在侧部外壳和过滤器芯的平板侧之间由可压缩耐热纤维材料形成；

(f)在第一端部外壳的凹部中和侧部外壳的第一对唇状物上提供柔性衬垫；

(g)在第一端部外壳的凹部中提供可压缩耐热纤维材料；

(h)用在液体状态中的、可硬化到固体状态的地质聚合物成分大体上填充所述第一端部外壳的所述凹部，由此，柔性衬垫防止在液态地质聚合物成分和框架之间的直接接触；

(i)将所述过滤器芯和侧部外壳的第一对唇状物插到所述第一端部外壳的凹部内，使得过滤器芯的第一z字形边缘完全浸没在所述地质聚合物中；

(j)允许在所述第一端部外壳中的地质聚合物硬化到大体上固体状态；

(k)在第二端部外壳的凹部中和侧部外壳的第二对唇状物上提供柔性衬垫；

(l)在第二端部外壳的凹部中提供可压缩耐热纤维材料；

(m)用液态地质聚合物成分大体上填充所述第二端部外壳的所述凹部，由此，柔性衬垫防止在液态地质聚合物成分和框架之间的直接接触；

(n)将所述过滤器芯和侧部外壳的第二对唇状物插到所述第二端部外壳的凹部内，使得过滤器芯的第二z字形边缘完全浸没在所述地质聚合物中；

(o)允许在所述第一和第二端部外壳中的地质聚合物硬化到固体状态。

如本文所述，独创性高效空气过滤器组件包括几个部件，例如过滤器介质、褶裥分离器、地质聚合物、耐热纤维材料、柔性衬垫和框架。优选地，独创性高效空气过滤器组件的所有部件被选择成适合于高温应用，其中过滤器组件重复或连续地被加热到在200℃-500℃的范围内的温度。

高效空气过滤器组件在暴露于高温相对长的时间段时且特别是当受到在低温(例如大约25℃)和高温(例如在200℃-500℃的范围内)之间的重复循环时保持其结构刚性和高过滤效率。本发明的高效空气过滤器组件优选地根据欧洲标准en1822:2009是hepa等级h13或更高。空气过滤器组件还优选地能够在范围200℃-500℃中的温度下在延长的使用时期内维持根据欧洲标准en1822:2009的h13或更高的hepa等级。

虽然参考各种示例性实施方式描述了本发明，但是本领域中的技术人员将理解，可做出各种变化且等效形式可代替其元件而不偏离本发明的范围。此外，可做出很多修改以使特定的情况或材料适合于本发明的教导而不偏离其基本范围。因此，意图是本发明不限于用于实现本发明的本文所公开的特定实施方式，而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施方式。