CN101678263A - 空气过滤器 - Google Patents

Abstract

一种空气过滤器(111)包括管道(118，120)，该管道形成延伸于空气过滤器的入口(116)和出口(113)之间的通道，该管道包括从管道壁延伸出的且横越通道的至少一部分的硬毛(310)，用于从流过该管道的空气中除去空气所携带的颗粒。

Description

空气过滤器

技术领域

本发明涉及用于例如电气设备壳体的通风和温度控制的空气过滤器。

背景技术

电气设备壳体通常需要通风，以使电气设备能将废热排放到外部环境中，从而避免过热。在某些应用领域，电气设备要用在偏远地区如移动通信基站，在这种情况下，设备通常长时间无人看管。为了确保设备的温度保持在优选的温度范围内，通常需要附加的冷却通风装置。依据组成，该冷却装置耗电，电能不仅昂贵，而且供电有时限量，该冷却装置还需要维护，以避免代价高昂的失效结论。

在典型的无线电通信基站中，使用射频(RF)信号的电气设备被存放在通风柜内，通风柜自身安置在封闭的机房内，机房提供保护以免受外界条件的影响。通常，柜内的风扇使空气循环流过电气设备以提供冷却，并且机房内的气温通过使用空调装置来维持，该空调装置将电气设备所产生的废热排放到外部环境中。空调装置必须运转，以便将机房内温度维持在需要的范围内，从而确保机房内的设备可靠运转。除电气设备自身运转所需的电能外，空调装置的运行也需要耗费相当多的电能。

在机房电源断电的情况下，呈电池箱(通常是铅酸电池)形式的后备电源通常是必要的。这样的电池也需要在期望的温度范围内存放，该温度范围通常比其它电气设备的温度范围更严格。因此，在一个典型的机房内，空调装置通常运行以将机房内温度维持在内部温度范围里，该内部温度范围取决于电池的要求，而不是电气设备的要求，而电气设备通常能够在更高的温度下运行而不发生任何问题。这导致空调装置不得不比为维持机房内的所有设备正常运行而严格要求的条件更努力地工作。

在温带气候环境如在英国，冷却功率和设备功率之比约为1∶4。因此，如果电气设备所需的功率为4kW，则冷却系统所需的功率将通常为1kW。在热带气候环境，此比例将会增大到1∶3，甚至1∶2。显然在夏天，实际的每天耗电量可能高得多，但这些负荷在冬天可能在某种程度上失调。

因此，与其它电气设备高达4kW的运行功率相比，在典型机房内的空调装置可以按高达1kW的功率运行。这一需求可以通过提供单独的后备电池冷却来降低，允许机房内温度上升到更高的最高温度。例如，确保整个机房内温度保持在20℃以下来适应电池的要求将倾向于比允许最高温度升至35℃高许多地使用功率，其中大多数电气设备在35℃温度仍会正常运转而不出现任何问题。然而，这不会消除对这类机房进行空气调节的需求，因为仍然需要一些制冷来防止在某些情况下超过最高温度。

尤其是当这类机房处于偏远地区时，在机房内使用空调装置存在的另一问题是空调装置的维护和维修。如果空调装置在使用中发生故障，则会使电气设备处于会发生故障的危险中，必须调招专业工程师(通常不同于电气设备工程师)来修理空调装置。这实际上增加了维护这类机房的成本。例如当机房提供自动故障指示时，也无法知道是什么引起了故障。因此，当需要的是空调工程师时，却调招了电气设备工程师。因而，多次检查可能进一步增加了维护操作成本。

代替对机房保持封闭和制冷，一个常用的替换方法是通过布置大型风扇来保持流过机房的高通风量，该风扇被设置成迫使空气流过开设在机房中的通风孔。然而，为了维持期望的温度范围并使机房内外温差最小化，高通风量是必需的，这需要大体积的大功率风扇。另外，被抽吸经过机房的空气易于将污物和灰尘从外部环境抽吸到机房内，因此需要对空气流进行过滤。增加过滤器将不可避免地导致为了保持足够高的空气流量而需要检查和更换过滤器的维护服务。因此，简单地用风扇冷却来代替空调不会完全解决需要单独维护检查的问题，并且不会必然地降低机房的能量需求，这是因为大型风扇需要大的功率输入。高通风量还易于吸入更多的污物和灰尘，导致过滤器最后堵塞。

代替使用空调或大型风扇的一个改进方法是将机房内的电气设备所产生的热量引导至外部环境，例如通过使用从设备机柜延伸到机房外壁的排气管道。随后，通过内部风扇被抽吸到设备机柜的空气被更直接地排放到外部环境，减轻了电气设备所产生的热量对机房的加热。这导致需要经过房间的空气流量更小。由于能量需求更低，于是可以用更小的风扇将机房内的空气抽出，经机房内的通风孔更新了空气。

然而，上述解决方案不能消除维护检查的需要，这是因为机房通风孔内仍会需要空气过滤器，并且这些空气过滤器有时需要更换。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题中的一个或多个。

根据本发明，提供一种包括管道的空气过滤器，管道形成延伸于空气过滤器的入口和出口之间的通道，管道包括从管道壁起延伸横越过该通道的至少一部分的硬毛，用于从流过管道的空气中除去空气所携带的颗粒。

空气过滤器可以构成机房的一部分，其中，空气入口通道被布置安装成能使空气竖直向上流过空气入口通道，从而使空气所携带的颗粒通过入口通道内的硬毛被除去，允许颗粒在重力作用下从入口通道中掉出来。

空气过滤器优选具有入口面积，入口面积显著大于出口面积，从而使空气经入口通道被缓慢吸入并经过硬毛，所携带的颗粒被阻止而无法经过硬毛，从而在重力作用从空气过滤器中掉出来。

本发明的优点包括以下当中的一个或多个：

i)空气过滤器自身不需要运动件，由此降低维护需求；

ii)空气过滤器可按照自清洁方式来布置，由于不需要更换过滤器，所以进一步降低维护需求；

iii)空气过滤器容许低得多的通风冷却功率需求，对于给定的空气流量，允许机房内外温差较小，或者对于相同温度差，允许减小的空气流量；知

iv)空气过滤器可被改装至现有的机房，有效地替代现有的空调(倘若做出了某些其它改进)。

附图说明

现在，将举例并参见附图来描述本发明，其中：

图1以剖面示意图表示具有空气冷却效果的机房；

图2表示一个示例性空气过滤器的局部等轴示意图；

图3表示一个示例性空气过滤器的入口通道的剖面示意图；

图4表示另一个示例性空气过滤器配置的剖视示意图；

图5是一个示例性空气过滤器主体的透视图；

图6a是该空气过滤器主体的正视图；

图6b是该空气过滤器主体的侧视图；

图7是包括示例性空气过滤器入口装置的机房的示意图；

图8是包括示例性空气过滤器入口装置的机房的另一示意图。

具体实施方式

图1示出的是包括一个示例性空气过滤器111的机房110的剖视示意图。空气过滤器111以壁挂式壳体112的形式设置，具有伸入机房110内室115的空气出口113、以及较宽的空气入口116，空气入口被构造成允许经管道从外部环境117吸入空气，该管道按顺序地包括在空气过滤器111的入口116和出口113之间延伸的入口通道118和出口通道120，空气流的方向如箭头119所示。

空气过滤器111优选这样安装在机房110上，使入口通道118的取向允许空气流119竖直向上流过入口通道118，然后竖直向下通过空气出口通道120流向空气出口113。如以下更详细所示，出口通道120优选设置在入口通道118内，尽管其它布置方式也是可行的。

在机房110内室115中示出了电子设备壳体121。设有空气入孔122，以允许空气从内室115进入壳体121，空气流用箭头123表示。还设有另一通风孔124，用于允许空气离开设备壳体121并通过在壳体121顶部的排风罩126进入排风管道125。排气扇127迫使空气离开排风管道125并排出到外部环境117。排气扇127由此提供了呈在内室115中形成局部真空形式的驱动力，用于将空气从外部环境117经空气过滤器111抽吸到内室115。假定机房110在其它方面被充分密封，排气扇127独自就能提供流过机房110的所有空气量，该空气量是冷却内室115和壳体121中的设备所需要的。因为来自设备壳体121的空气被阻止无法在内室115里再循环，所以与牵涉到整个内室115都要空气调节的传统解决方案相比，机房110内的冷却需求降低。

在空气过滤器111内设有过滤介质128，其沿入口通道118的横向延伸并填充该入口通道的至少一部分。过滤介质128包括从管道壁起延伸横越过入口通道118的至少一部分的硬毛，用于从经过管道的空气中除去所携带的颗粒。以下将进一步详细说明硬毛的优选布置。

出口通道120优选具有比入口通道118小的腔道，因而，空气流入空气过滤器的速度足够低，以允许污物和灰尘被阻止无法流过出口通道，而是从入口116掉下来或至少始终被过滤介质截留。管道横截面积优选从入口116处的最大值缩减到出口113处的最小值，流经过滤器111的空气速度相应地从入口116处的最小值增大到出口113处的最大值。

图2表示入口通道118和出口通道120的优选布置，它们一起构成在空气过滤器111的入口116和出口113之间延伸的管道。在图2中，通过平行排列的多个管形件211提供多出口通道120。多出口通道120通过总管210被共同连接到空气过滤器(在图2中不可见)的出口。如箭头119所示，空气流向上流过入口通道118，围绕多个管形件211且在它们之间流动并且流过过滤介质(未示出)，然后向下经过多出口通道120，通过总管210并流向空气过滤器的111的出口。

在图3中示出了图2中的空气过滤器111的入口通道118和出口通道120的横断面示意图。硬毛310结构从围绕入口通道118的壳体112的内壁起延伸出来，并且从形成出口通道120a-d的每个管形件211a-d的内壁起延伸出来。硬毛310优选横向延伸于整个入口通道118，从而流经入口通道118的气流被迫以稳定速度流过入口通道118。

本文所用的术语“硬毛”的定义是要涵盖由柔软弹性材料构成的且至少一端连接到基底材料上的纤维。连接到这种基底材料上的硬毛最好共同呈地毯的形式，因而在基底材料处于任何取向的情况下，硬毛是自由直立的。地毯优选呈人造草皮的形式，其由聚合纤维制成，通常大约为几厘米长，穿透并连接到橡胶软垫上。硬毛可以呈多根单丝的形式，或者可以被微丝化，以便从每个硬毛连接点形成多个丝头，由此提高硬毛的过滤能力。

如图3所示，硬毛310相对于管道壁大致沿径向方向延伸，经过入口通道118的至少一部分。图3中的硬毛如图所示地从壳体112的内表面和管形件211a-d的外表面起径向伸出，由此横越入口通道118。其它布置方式也是可行的，此时，硬毛或是仅从壳体内表面伸出来，例如与个别的出口通道相关，或是从管形件的外表面伸出来，这取决于空气过滤器111的尺寸。

硬毛优选沿空气流经入口通道的总体方向的横向取向，并且优选与空气流方向大约成90度角。当空气垂直进入过滤器111且经过入口通道118时，随空气流过的污物和尘土在经过入口通道118之前因重力作用而沉淀。随后，积聚的污物将因重力作用而逐渐从过滤器111中掉出来，逆着进入空气的流动方向。污物因此能够在正常的运行过程中完全离开过滤器。

空气过滤器111的整体尺寸将主要由对流经入口通道118的空气流速的约束条件来定，而这又取决于机房110的冷却需求。对于典型的机房，例如在用于无线通信基站时，流经入口通道的气流入口速度通常不大于1m/s。这个速度显著低于传统的空气过滤器如与大体积风扇结合使用的空气过滤器所常用的5m/s或更高的速度。不过，在空间要求更关键的情况下，如果仍然可以实现一定过滤，则可能需要更高的空气流速。在此情况下，本文所述的空气过滤器可以在具有更高级别的下游过滤的整个系统中被用作预滤器，例如在机房110内的设备机柜121中不具有定向空气流的系统中。

尽管空气过滤器111的优选实施例在正常情况下能有效地自清洁，但可选的实施例可包括用于清洁入口通道118内的过滤介质的其它机构。在图4中，以剖视示意图形式示出了一个这样的实施例。空气过滤器411包括排水系统，在排水系统中，水(例如雨水)流经带孔的斜顶部420，使水能流过入口通道418并进入排水装置430。设有存水弯管440，用于防止空气从排水装置430中被抽走。

图4所示的实施例还示出了在空气入口通道中的过滤介质的另一种布置方式，在这种情况下，过滤介质通过连接到竖直定向的多个板450上的硬毛毯(未示出细节)来产生。空气出口通道419布置在壳体412的一侧。在正常使用中，空气经顶部420进入过滤器411，竖直向下流过设置在多个板450之间及其周围的硬毛毯，然后向上流过出口通道419，离开出口413。被硬毛截留下的污物和尘土被定期清洗，经过入口通道418并进入排水装置430。

或者，如图4所示的、为硬毛毯提供支承的多个板的布置结构可以与被布置成能按照参照图1至图3所述的方式运行的空气过滤器实施例结合使用，也就是说，空气竖直向上流过入口通道。

在图5、图6a和图6b中示出的分别是根据本发明的示例性空气过滤器主体的透视图、正视图和侧视图。过滤器的主体50呈单件模制构件的形式，例如由聚合材料如ABS真空成型制成。主体50的制造材料优选为耐热阻燃材料并且能经受极端的温度和环境条件。

主体50设有凸缘部52，用于将空气过滤器装到机房如无线电通信间的外壁上，主体设有一系列安装点54，用于在过滤器主体50的内室中安装板，这些板上布置有硬毛，用来截留流经过滤器的颗粒。

过滤器的主体50的斜角部分限定出入口51，沿该入口设有一排入口孔以允许空气进入。入口成一定角度，增大了入口的横截面积，由此降低入口空气流速并提高过滤器截留颗粒的能力。空气入口51的板与过滤器主体的背面之间的优选角度或者空气流过空气过滤器主体的方向大约为45度。

可以设置观察窗53，观察窗布置成朝向主体顶部，以允许看到内室。这允许看到正被除去的颗粒有多少。如果可通过观察孔看到的硬毛是干净的，则过滤器仍然可以运行，即使可通过空气入口51看到的较低处的硬毛是不干净的，当然假定过滤器没有堵塞。随着时间的流逝，当干燥的材料堆积在较低处的硬毛部分上时，堆积的材料会易于从过滤器中掉下来，从而避免过滤器的堵塞。不过在某些情况下，例如在非常多尘和脏污的环境中，过滤器可能需要定期清洁，其做法是，从装有过滤器的机柜中取下过滤器并清洗过滤器部件来清除所有聚集的材料。

图7中示出的是装有包括上述过滤器主体50的示例性空气过滤器70的机房110的另一种形式的示意图。空气通过倾斜的入口51沿箭头75所示方向进入过滤器70。装到壳体外壁上的空气过滤器70包括具有向外伸出的硬毛的多个板71，板71安装在主体50内并且竖直排列，例如大致沿空气流经过滤器70的方向。空气出口73延伸到机房110内室115中，使空气能沿箭头76指示的方向竖直向下进入机房。

与其它实施例一样，空气入口51的横截面积显著大于空气出口73的横截面积，导致空气入口速度降低，这允许空气过滤器从正被抽吸流经过滤器的空气中截获更多的颗粒。

在空气过滤器主体的内表面上，可以设置隔热板72，隔热板起到两个主要的作用。首先，隔热板72的厚度允许容纳要被装到过滤器板71上的不同类型的过滤介质。其次，隔热板72减少了来自外界环境如来自日光照射量的热被传输给流经过滤器的空气。隔热板可以呈如常用于建筑物保温层面的表面覆有铝箔的刚性聚苯乙烯薄板的形状。

在图7所示的实施例中，空气竖直向上流经过滤器，然后竖直向下进入机房110内室115。这种结构具有以下优点，如果需要，允许有与附加冷却装置相接得额外空间。如图8所示，蒸发器单元81可以在出口和机房110地板之间被连接到空气出口73上，用于对进入机房的空气提供附加冷却。蒸发器81被连接到外装热交换装置(未示出)，其优选布置成远离空气入口51。为了使冷却效率最大化，蒸发器81具有出口孔82，其面积大于过滤器空气出口73的面积，从而使空气在流经过滤器后且在进入机房110内室115之前减慢速度。这允许在空气流经蒸发器81时能更长时间地从空气中吸取热量。空气的过冷导致能量浪费，因此蒸发器81优选配置成仅当机房110内的温度超过预定极限气温时才运行。

附加的过滤器也可以被加到空气出口73上，如果需要更高的过滤级，例如为了过滤掉不能用过滤器70滤除的更细小的微米级粒子。可以增加与出口串联的附加过滤器，或许与蒸发器81联合使用。

其它实施例也在如后续权利要求书所限定的本发明范围内。

Claims (17)

1.一种空气过滤器，包括管道，所述管道形成延伸于所述过滤器的入口和出口之间的通道，所述管道包括从管道壁起延伸横越所述通道的至少一部分的硬毛，用于从流经所述管道的空气中除去空气所携带的颗粒。

2.根据权利要求1所述的空气过滤器，其特征是，所述管道包括与所述出口通道相连的入口通道，所述入口通道处排满硬毛，所述硬毛在所述入口通道长度的至少一部分上延伸横越所述入口通道。

3.根据权利要求2所述的空气过滤器，其特征是，所述出口通道具有比所述入口通道小的腔道。

4.根据权利要求3所述的空气过滤器，其特征是，所述入口通道环绕所述出口通道。

5.根据权利要求3或4所述的空气过滤器，其特征是，所述管道的横截面积从所述空气过滤器入口处的最大值减小到所述出口处的最小值。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的空气过滤器，其特征是，所述入口通道包括硬毛，所述硬毛从管道壁起径向朝外延伸经过所述入口通道的至少一部分。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的空气过滤器，其特征是，所述入口通道包括硬毛，所述硬毛从管道壁起径向朝内延伸经过所述入口通道的至少一部分。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的空气过滤器，其特征是，所述硬毛以人造草皮的形式提供，衬加在所述管道的至少一部分上。

9.根据权利要求3所述的空气过滤器，其特征是，所述入口通道具有空气流经面积，其比所述出口通道的最小空气流经面积大至少两倍。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的空气过滤器，其特征是，所述硬毛侧向延伸越过所述通道。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的空气过滤器，其特征是，所述硬毛横越过所述通道。

12.根据权利要求10所述的空气过滤器，其特征是，所述硬毛大体垂直于空气流过所述通道的方向地延伸。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的空气过滤器，其特征是，所述硬毛从布置在所述管道内的一个或多个板上伸出。

14.根据权利要求13所述的空气过滤器，其特征是，所述一个或多个板沿空气流经管道的方向排列。

15.一种包括根据权利要求2至8中任一项所述的空气过滤器的机房，其特征是，所述入口通道被布置成允许要被吸入机房内的空气从外部环境中经所述入口通道竖直向上流动并流向机房内部。

16.根据权利要求15所述的机房，其特征是，包括蒸发器单元，它与所述空气过滤器的出口串联相连并且被布置成能冷却经过滤器进入机房内室的空气。

17.一种基本上参见附图如本文所述的空气过滤器。

Images