CN101896245B - 滤芯结构和具有它的便携式空气净化器 - Google Patents

Abstract

提供了一种便携式灰尘收集空气净化器组件。进出舱门铰接于灰尘收集箱以提供通向滤芯的入口。滤芯可以包括外部环形凸缘，其承载着垫圈，所述垫圈支靠、接合且密封于灰尘收集箱的顶板。

Description

滤芯结构和具有它的便携式空气净化器

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2007年11月9日提交的美国临时专利申请No.60/986,744的优先权，该申请的所揭示和公开的全部内容以引用方式并入本申请。

技术领域

本发明总体上涉及空气净化器，尤其涉及包括滤芯的空气净化器，其可被组合于集尘器例如用于工业过滤的便携式过滤单元中。

背景技术

褶式滤芯和空气净化器壳体是已知的。本发明涉及对这些设计的改进。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种空气净化器组件，包括：颗粒收集箱，其具有限定出开口的顶板；舱门，其安置在所述开口上方；铰链，其将舱门连接到颗粒收集箱，以使舱门能够在打开位置和关闭位置之间绕铰链枢转；滤芯，其安装在所述开口中，滤芯包括过滤介质环以及安装于过滤介质的相反两端的顶部和底部端盖，顶部端盖包括环形凸缘，其相对于过滤介质环径向向外延伸并且承载着密封件，所述密封件围绕所述开口支靠并密封于顶板上。

在另一方面，本发明提供了一种用于空气净化器的滤芯，所述空气净化器具有舱门和颗粒收集箱，所述颗粒收集箱具有带圆形开口的顶板，所述滤芯包括：褶式过滤介质环，其具有大约1和6英寸之间的褶深度，100和1,000平方英尺之间的介质表面面积，以及10和30英寸之间的外径；封闭的底部端盖，其密封连接着褶式过滤介质环的底端；顶部端盖，其密封连接着褶式过滤介质环的顶端，所述顶部端盖具有围绕褶式过滤介质环外周的外部环形壁和从其径向向外突伸的环形凸缘，外部环形壁的尺寸略小于圆形开口，并且凸缘延伸至使其外周大于圆形开口，凸缘承载着环形密封件，该环形密封件至少沿着凸缘的底侧延伸，其中，顶部端盖构成了用于将滤芯支撑在颗粒收集箱中的支撑装置，从而当滤芯被安装于壳体中时，只有顶部端盖和密封件接触颗粒收集箱，并且，滤芯的重量在20和120磅之间。

通过下面结合附图所作的详细描述，本发明的其它方面、目的和优点可以更清楚地展现出来。

附图说明

结合于此并且构成本申请一部分的附图显示了本发明的一些方面，并且与说明书一起用来解释本发明。在附图中：

图1是根据本发明实施方式的便携式空气净化器组件的透视图；

图2是图1中的便携式空气净化器组件沿不同方向所作的透视图，其中空气净化器组件被以局部剖开的方式显示(滤芯未被安装)；

图3是舱门、收集箱顶板和与其接合的滤芯的剖视图(剖线经过滤芯)；

图4是图3一部分的放大图，用于更好地显示滤芯、灰尘收集箱顶板和进出舱门之间的密封接合；

图5是便携式空气净化器组件的一部分的透视图，其中进出舱门被打开且滤芯被部分地抬离灰尘收集箱的中心开口；

图6是便携式空气净化器组件的一部分的侧视图，其中进出舱门被抬高打开且滤芯被部分地抬高；

图7是便携式空气净化器组件的类似于图5的透视图，除了滤芯14压靠并支撑于灰尘收集箱顶板上。

虽然下面将接合特定的优选实施方式来描述本发明，但本发明并不局限于这些实施方式。相反，所有替代、修改和等同替换都被认为包含在权利要求书中限定的本发明的精神和范围内。

具体实施方式

如图中所示，本发明的优选实施方式采用的形式为空气净化器组件10，其大体上包括过滤器壳体12以及容置于壳体12内的可更换且可处置的滤芯14。空气净化器组件被设计成组合起来用作便携式单元，和/或作为局部壁单元用作集尘器，以便在过滤器中来自空气流的颗粒进行局部过滤。这样，典型地为整个空气净化器组件10只配备一个滤芯14。例如，空气净化器组件10可以用作工业集尘器，用于过滤来自可产生颗粒的局部工业区域生产例如焊接操作的颗粒。同样，许多这样的空气净化器组件10可以在排布位置处遍布在不具有通向外界环境的管道系统的制造车间中。实际中，这些空气净化器组件10可被设计成局部过滤空气并将清洁空气返回同一环境中。

过滤器壳体12大体上包括灰尘收集箱18和进出舱门50。过滤器壳体12具有空气进口20(其可以连接至引入管道)，用于接收含颗粒的空气流，和空气出口22，用于将过滤后的清洁空气流传输回到局部环境中。如图中所示，空气净化器组件10和灰尘收集箱18的形式为便携式单元，其可以容易地在轮子24上到处推动，从而可在需要局部过滤的制造场所的各个位置之间移动。

灰尘收集箱18大体上包括两个不同的区域，其中包括空气吸入区26和灰尘收集区28。空气吸入区26大体上包括吹风机30，吹风机包括电动机32和叶轮34，从而可操作以通过空气进口20吸入空气并将引入空气流吹送通过内部端口36进入灰尘收集区28。控制板38可以被设置成便于选择性操作吹风机30并且因此而操作空气净化器组件10。

灰尘收集区28大体上包括箱型壳体结构，其为大致封闭的，除了用于接收引入空气流的内部端口36和竖直穿通顶板44设置的圆形开口42。活门46也可以设置在底端，其可以手工关闭和打开以收集和排空在操作中可能从滤芯14落下的任何灰尘层。滤芯14通过圆形开口42被接纳并且压靠和支撑于顶板44上。

为了紧固滤芯14就位并确保适宜的密封，进出舱门50被设置，其覆盖并接合滤芯14的顶端。舱门50还被用于引导空气流流动通过过滤器并引导其通过便携式空气净化器组件的选定侧排出。优选地，灰尘收集箱的壁和舱门50的壁由钣金材料制成，从而如图所示形成和紧固在一起。如图中所示，舱门包括大致箱型结构，更特别地讲，如剖视图中所示采用长方体的形式，从而包括顶板52、大体上平行于顶板的底板54、被布置成大体上垂直于顶板和底板的两个平行侧板56、前后两个端板58和60。这些板可以彼此分开形成，或者如图所示多个板可以由单一的公共钢板形成并且简单地在角部弯折以提供不同的板。前后端板58、60可以大体上平行，并且优选地如图所示相对于顶板和底板52、54倾斜布置。一对铰链62将后端板60紧固至灰尘收集箱的顶板44。铰链62允许舱门50在示于图1-4的关闭位置和示于图5-7的打开位置之间旋转和枢转运动至少90°并且优选大于该角度。如最佳示于图2，前端板58包括穿孔区64，以提供空气出口用于将过滤后的清洁空气返回局部环境。

为了将舱门50维持在封闭且接合位置并且向滤芯14的顶端提供正轴向挤压力以产生正轴向密封力，闩锁机构被提供。具体地讲，闩锁机构包括布置在彼此面对侧的抽拉闩锁扣68和抽拉闩锁70。优选地，并且如图所示，抽拉闩锁70布置在对置侧板56上，并且闩锁扣68安装于灰尘收集箱的顶板44上。抽拉闩锁70包括弹簧或其它弹性装置以便于当与闩锁扣68处于卡扣位置时提供锁紧和正向力。把手72可选地可以安装于舱门50的顶板52上，以便于由技师手工地打开和关闭进出舱门50。

舱门和闩锁构造的益处在于，当需要拆下和更换滤芯或需要检测时，其允许简单且快速地触及过滤器；和/或在吹风机单元30关闭的情况下能够快速接触到过滤器，以便将压缩空气管线手工地置入滤芯中并且进行吹扫，从而从清洁侧施加的压缩空气能将收集的灰尘层从滤芯另一侧的过滤器表面吹落。这样可以延长过滤器寿命一段时间。此外，滤芯14的重量足以实现在舱门50打开的情况下维持住轴向密封件，因为滤芯14的全部重量向下压靠在密封件上以提供密封力。

为了便于触及滤芯，位于舱门50任一侧的抽拉闩锁70被释放，并且舱门50被枢转经过90°，以确保取出滤芯的路径无阻碍。一旦舱门被打开，使用者可以抓住滤芯14，例如借助于滤芯把手76，该滤芯把手整体设置于或被附连于滤芯14的顶部端盖，从而使用者可将过滤器从过滤器装置拉出。从不需要使用者触摸到过滤器表面，该表面上可能在使用过程中聚集了有害灰尘。在滤芯14被取出后，更换了的过滤器可以通过顶板44快速地插回。一旦密封舱门已被接合，过滤器单元及准备好继续正常操作。

为了容置滤芯14的顶端，底板54包括圆形开口80，其相对于形成在灰尘收集箱18的顶板44中的圆形开口42同心。滤芯14的顶端被接纳并且向上突伸通过舱门中的圆形开口80，如图所示。优选地，底板54还包括矩形垫圈82，其用于缓冲在进出舱门50被打开和关闭时的碰撞。矩形垫圈82可由适宜的弹性体材料制成。

现在来看滤芯14的进一步细节，滤芯大体上包括圆筒形过滤介质环90和顶部和底部端盖92、94。顶部端盖设有滤芯把手76，以便于容易拆下和安装。优选地，滤芯还采用了保护罐体，例如扩展的金属罩，其围绕过滤介质环90的外周并且延伸在顶部和底部端盖92、94之间，以当被插入过滤器装置或从其拆下时防止滤芯受损。典型地，罐体的相反轴向边缘被封入端盖中。

由于这样的便携式空气净化器组件10被繁重地使用，因此希望滤芯能够容易地手工地操控。然而，滤芯14需要提供足够的过滤能力以满足繁重的工业用途，并且最小化过滤器维护期间的停机时间。因此，典型地，滤芯具有1和4英寸之间的高度；20和120磅之间(更典型地45和80磅之间)的重量；和大约10和30英寸之间的直径。例如，一个例子是滤芯具有20英寸直径，大约60磅重量，480平方英尺的介质被加工褶皱成具有3英寸褶深度。褶深度典型地在2和4英寸之间的范围内并且介质的用量典型地在200和1,000平方英尺介质之间。适宜的过滤介质包括褶式过滤器用纸介质，其还可以是复合介质，即包括铺设在过滤介质的表面之一上的高效精细纤维层。

考虑到由于繁重过滤需求导致其具有相当大的重量，因此适宜的安装结构被提供。根据本发明的一个方面的实施方式通过设置顶部端盖92而满足这一要求。可以看到，顶部端盖具有中心开口，其提供了使清洁空气从中经过的出口端口96。此外，顶部端盖92还支撑着整个滤芯14的全部重量，因为其压靠在灰尘收集箱18上。因此，顶部端盖提供了基部支撑结构，用以承载整个滤芯14的全部重量和负荷。为了便于实现这一点，顶部端盖92被适宜地结合至过滤介质的顶端，例如通过适宜的粘合剂如塑料溶胶，其可以容纳于顶部端盖92限定的环形内凹区98内(或者，过滤介质的顶端可以直接嵌入端盖材料中，例如在塑料模制端盖的实施方式中可以实现这一点)。类似地，底部端盖94也可以包括内凹区100，用于接纳适宜的粘合剂，以便结合和封闭过滤介质90的底端。如图所示，底部端盖94被封闭以防止流体流动通过底部端盖。每个端盖92、94被密封附连于过滤介质90的顶端和底端，以防止未过滤空气短路通过过滤介质。更详细地考察顶部端盖92的细节，如最佳显示于图3和4，该结构包括盘形部分102，其上带有一体的内部环形壁104和外部环形壁106。环形凸缘108从外部环形壁径向向外突伸，该环形凸缘与环形壁106构成一体并且围绕着该环形壁。圆形垫圈110配合或模制到该环形凸缘108上，并且沿着底侧提供了轴向密封部分112，该轴向密封部分沿着圆形界面与灰尘收集箱18的顶板44实现密封接合。考虑到频繁的更换停机，垫圈由滤芯承载和提供，以防止密封件疲劳(在密封件仅设置在壳体上时容易疲劳)。优选地，圆形垫圈110还包括接合和缓冲部分114，其沿着环形凸缘108顶侧设置，以接合进出舱门50的底板54。密封部分112、114优选地由包围并且覆盖环形凸缘108外边缘的环形连接部分116连接。垫圈110可以提供为带缝隙的滑动垫圈，其能够被拉伸并装配到凸缘108上，或者可以直接模制在其上。

顶部端盖92可以由金属材料或塑料材料或其它适宜的材料制成。虽然可以采用类似的板厚，但出于成本效率和重量原因，顶部端盖92可以具有、且典型地具有与底部端盖94不同的板厚，并且可具有大得多的板厚，这是因为顶部端盖具有支撑功能。顶部端盖典型地由例如足够重规格的金属材料形成或作为塑料模制件。在任何情况下，其足以承担出现于和/或由环形凸缘106和外部环形壁106承载的扭矩负荷，而不会导致这些区域的任何明显弯曲而影响密封功能(例如密封可以简单地由滤芯的重量提供，例如当进出舱门被打开时)。可以看到，滤芯14直立安置，其顶端118突伸通过灰尘收集箱118和进出舱门50中的开口42和80。

这里引用的所有文献，包括出版物、专利公开物和专利，都以这样的程度并入本申请，即每篇文献都以引用方式将其全部内容并入本申请中，就像在本申请中分别专门记载了一样。

在本发明的申请文件中(尤其是在权利要求书中)所用的术语“一”和“所述”以及类似的表达方式都被认为覆盖了单数和复数形式，除非在此另加指出或与其它文字记载存在明显的矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”被认为是开放式的(即表示“包括，但不局限于”)，除非另加指出。这里提到的数值范围仅仅是一种简洁方式来表示每个相应的数值可以落在该范围内，除非另加指出；并且由此规定的数值范围内的各个具体数值就像在说明书中分别单独列举了一样。这里描述的各种方法可以以任何适宜的次序执行，除非在此另加指出或与其它文字记载存在明显的矛盾。使用这里提供的任何以及全部例子或示例性语言(比如“例如”)，只是用于更好地解释本发明而不是对本发明的范围构成限制，除非另加声明。如果不是在权利要求中提出，说明书中的语言都应被解读为并非实施本发明必不可少的。

本发明的优选实施方式在此被描述，包括使用者所知的实现本发明的最佳实施模式。本领域技术人员在阅读了本说明书后容易对这些优选实施方式做出各种修改。发明人预期技术人员能够适宜地采用这些修改，并且发明人认为本发明能够以除了这里具体描述的方式之外的方式实现。因此，本发明包括在所适用的法律允许范围内对权利要求书中提出的保护对象的全部修改和等同替换。另外，上面描述的各个元件之间的各种可行组合都被认为涵盖在本发明的范围内，除非在此另加指出或与其它文字记载存在明显的矛盾。

Claims (19)

1.一种空气净化器组件，包括：

颗粒收集箱，其具有限定出第一开口的顶板；

舱门，其安置在所述第一开口上方；

铰链，其将舱门连接到颗粒收集箱，以使舱门能够在打开位置和关闭位置之间绕铰链枢转；

滤芯，其安装在所述第一开口中，滤芯包括过滤介质环以及安装于过滤介质的相反两端的顶部端盖和底部端盖，顶部端盖包括环形凸缘，其相对于过滤介质环径向向外延伸并且承载着密封件，所述密封件围绕所述第一开口支靠并密封于顶板上，

其中，处于封闭位置的舱门接合滤芯的顶部端盖以向滤芯的顶部端盖提供正轴向挤压力，

并且其中，舱门包括彼此相隔的顶壁和底壁以及延伸在顶壁和底壁之间并将顶壁和底壁相连的侧壁，底壁限定出第二开口，当舱门处在关闭位置时，滤芯的顶端向上突伸穿过第二开口。

2.根据权利要求1的空气净化器组件，其中，密封件围绕凸缘延伸且包括压缩在底壁和凸缘之间的第一环形部分以及位于凸缘和顶板之间的环形密封部分。

3.根据权利要求2的空气净化器组件，进一步包括位于舱门和颗粒收集箱之间的闩锁机构，其与铰链相隔且具有将舱门压缩在密封件的第一环形部分上的锁闭位置。

4.根据权利要求3的空气净化器组件，其中，侧壁至少部分地被穿孔以提供空气出口。

5.根据权利要求4的空气净化器组件，进一步包括具有吹风机的空气吸入区，所述吹风机被布置成将未过滤空气吹入颗粒收集箱中，径向向内穿过过滤介质。

6.根据权利要求5的空气净化器组件，其中，当滤芯被安装于壳体中时，滤芯被顶部端盖支撑在颗粒收集箱上，只有顶部端盖和密封件接触颗粒收集箱。

7.根据权利要求6的空气净化器组件，其中，舱门的顶壁和底壁平行，其中，侧壁包括两个彼此平行且垂直于顶壁和底壁的第一板，以及两个彼此平行但相对于顶部和底板倾斜的第二板。

8.根据权利要求7的空气净化器组件，其中，由至少部分地穿孔侧壁而形成的穿孔区穿过第二板之一，并被布置成沿对角方向向下朝向地面引导清洁空气排出流。

9.根据权利要求8的空气净化器组件，其中，舱门的第二开口大于顶板中的第一开口，并且在关闭位置与其同心安置。

10.根据权利要求8的空气净化器组件，进一步包括控制板，用于在大气侧操作吹风机。

11.根据权利要求10的空气净化器组件，其中，空气净化器组件是便携式的，其中，颗粒收集箱安装在轮子上。

12.根据权利要求1所述的空气净化器组件，其中，所述滤芯是可更换式滤芯。

13.根据权利要求1所述的空气净化器组件，其中，

所述颗粒收集箱的顶板的开口是为圆形开口，所述滤芯的过滤介质环是褶式过滤介质环，其具有1和6英寸之间的褶深度，100和1,000平方英尺之间的介质表面面积，以及10和30英寸之间的外径，

所述底部端盖是封闭的，其密封连接着褶式过滤介质环的底端，

所述顶部端盖密封连接着褶式过滤介质环的顶端，所述顶部端盖还具有围绕褶式过滤介质环外周的外部环形壁，外部环形壁的尺寸略小于圆形开口，并且所述凸缘延伸至使其外周大于圆形开口，所述密封件至少沿着凸缘的底侧延伸，其中，顶部端盖构成了用于将滤芯支撑在颗粒收集箱中的支撑装置，从而当滤芯被安装于壳体中时，只有顶部端盖和密封件接触颗粒收集箱，并且，滤芯的重量在20和120磅之间。

14.根据权利要求13的空气净化器组件，其中，顶部端盖的板厚和强度不同于底部端盖。

15.根据权利要求13的空气净化器组件，其中，环形密封件是滑动垫圈，其围绕凸缘延伸以覆盖凸缘的顶侧和底侧。

16.根据权利要求13的空气净化器组件，进一步包括围绕着过滤介质的罐体。

17.根据权利要求13的空气净化器组件，其中，顶部端盖和底部端盖限定了环形内凹，内凹中具有粘合材料，以将端盖粘合至褶式过滤介质的相反两端。

18.根据权利要求13的空气净化器组件，其中，滤芯的重量在45和90磅之间，褶深度在2和4英寸之间，且具有300和600平方英尺之间的介质表面面积以及15和25英寸之间的直径。

19.根据权利要求13的空气净化器组件，进一步包括位于顶部端盖上的把手，其横贯在顶部端盖中形成的排出端口。

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