CN110769916A - Hvac家用空气过滤器 - Google Patents

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Abstract

提供一种设备和方法用于使加热、通风和空气调节(HVAC)家用空气过滤器从住宅空间内的空气移除空气传播的分子污染物和挥发性有机化合物(VOC)。所述HVAC家用空气过滤器包括支撑框架，所述支撑框架具有适于在住宅HVAC系统内定向所述HVAC家用空气过滤器的形状和大小。过滤介质保持在所述支撑框架内以从流动通过所述住宅HVAC系统的空气移除所述空气传播的分子污染物和VOC。所述过滤介质包括被配置成跨越所述过滤介质展现相对高的过滤效率和低的空气压力降的介质层的组合。所述支撑框架包括多个细长区段和拐角区段，所述多个细长区段和拐角区段沿着所述过滤介质的周界边缘安置以将所述过滤介质支撑在所述住宅HVAC系统内，以便引导空气通过所述过滤介质。

Description

HVAC家用空气过滤器
优先权
本申请是于2015年12月18日提交的题为“HVAC System Air Filter”的美国专利申请号14/974,092的部分继续申请并且要求其权益，其是于2015年3月25日提交的题为“CabinAir Filter”的美国专利申请号14/668,772的部分继续申请并且要求其权益，所述申请中的每一者的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本公开的领域总体涉及过滤装置。更特定来说，本发明的领域涉及一种用于使HVAC系统空气过滤器从内部建筑物空间内的空气移除空气传播的分子污染物和挥发性有机化合物的设备和方法。
背景技术
加热、通风和空气调节(HVAC)系统通常操作成为内部建筑物空间内的居住者提供最佳室内空气质量。HVAC系统通过调节空气、通过通风和空气过滤移除颗粒污染物以及提供适当建筑物增压来实现最佳室内空气质量。
虽然存在许多不同HVAC系统设计和操作方法，并且每一建筑物设计都是独特的，但是HVAC系统通常共享一些基本设计元素。例如，外部空气（“供应空气”）通常通过空气进气部被抽吸到建筑物的HVAC系统中。一旦在HVAC系统中，供应空气便被过滤以移除颗粒污染物，然后被加热或冷却，并且然后通过空气分布系统在整个建筑物中循环。许多空气分布系统包括返回空气系统，其被配置成从内部建筑物空间抽吸空气，并且使空气（“返回空气”）返回到HVAC系统。返回空气然后与供应空气混合，并且然后被过滤、调节并且在整个建筑物中循环。通常，在建筑物内循环的空气的一部分可以排放到建筑物的外部，以便在建筑物内维持所期望的气压。
如将了解，HVAC系统提供最佳室内空气质量的有效性在很大程度上取决于HVAC系统内的空气过滤器从建筑物内的空气移除颗粒污染物的能力。HVAC系统空气过滤器通常包括被配置成从通过HVAC系统的空气移除固体颗粒（例如粉尘、花粉、霉菌和细菌）的纤维状材料。然而，常规HVAC系统空气过滤器的缺点在于，能够移除非常小的污染物（例如空气传播的分子污染物和挥发性有机化合物(VOC)）的高效空气过滤器趋于限制通过空气过滤器的空气流，从而使HVAC系统更加努力地工作并且消耗更多能量。
常规HVAC系统空气过滤器的另一缺点在于，通常从HVAC系统移除并丢弃脏的或堵塞的空气过滤器，并且然后安装新的HVAC系统空气过滤器。此外，为了增加HVAC系统空气流并且因此降低操作成本，可能不必要地丢弃和更换HVAC系统空气过滤器。考虑到全世界有成千上万的具有HVAC系统的建筑物，可以从垃圾填埋场消除的所丢弃的空气过滤器的体积是惊人的数字。因此，需要一种HVAC系统空气过滤器，其可以被定期清洁和重新使用，并且被配置成用于移除空气传播的分子污染物和VOC，而不妨碍通过HVAC系统的空气流。
发明内容
提供一种设备和方法用于使加热、通风和空气调节(HVAC)家用空气过滤器从住宅空间内的空气移除空气传播的分子污染物和挥发性有机化合物(VOC)。HVAC家用空气过滤器包括支撑框架，所述支撑框架具有适于在住宅HVAC系统内定向所述HVAC家用空气过滤器的形状和大小。过滤介质保持在支撑框架内并且被配置成从流动通过住宅HVAC系统的空气移除空气传播的分子污染物和VOC。过滤介质优选地安置在第一筛网与第二筛网之间，第一筛网和第二筛网中的至少一者包括尼龙，以便防止过滤介质因空气压力所致的弯曲。过滤介质通常包括一个或更多个介质层的组合，所述一个或更多个介质层中的每一者具有独特过滤性质，使得介质层的所述组合跨越过滤介质展现相对高的过滤效率和相对低的空气压力降。支撑框架包括多个细长区段和拐角区段，所述多个细长区段和拐角区段沿着过滤介质的周界边缘安置并且被配置成在住宅HVAC系统内定向所述过滤介质。
在示例性实施例中，一种用于从住宅空间内的空气移除空气传播的分子污染物和挥发性有机化合物(VOC)的加热、通风和空气调节(HVAC)家用空气过滤器包括：支撑框架，所述支撑框架包括适于在住宅HVAC系统内定向所述HVAC家用空气过滤器的形状和大小；以及过滤介质，所述过滤介质保持在所述支撑框架内并且被配置成从流动通过所述住宅HVAC系统的空气移除空气传播的分子污染物和VOC。
在另一示例性实施例中，过滤介质由纸张、泡沫、棉花、纺成玻璃纤维、或其它已知过滤材料、织造或非织造材料、合成或天然材料或其任何组合构成。在另一示例性实施例中，过滤介质被打褶或者以其它方式成形或形成轮廓为增加用于使待清洁的空气流通过的表面面积。在另一示例性实施例中，过滤介质安置在第一筛网与第二筛网之间，第一筛网和第二筛网中的至少一者包括尼龙，并且其中支撑框架包括多个细长区段和拐角区段，所述多个细长区段和拐角区段沿着过滤介质的周界边缘安置并且被配置成在所述住宅HVAC系统内定向所述过滤介质。
在另一示例性实施例中，过滤介质包括一个或更多个介质层的组合，所述一个或更多个介质层中的每一者具有独特过滤性质，使得一个或更多个介质层的所述组合跨越过滤介质展现相对高的过滤效率和相对低的空气压力降。在另一示例性实施例中，过滤介质展现至少38%的过滤效率和大致43.3%的基础过滤效率。在另一示例性实施例中，一个或更多个介质层的所述组合包括第一介质层和第二介质，所述第一介质层包括相对低于所述第二介质层的纤维密度的纤维密度。在另一示例性实施例中，过滤介质包括通常在通过过滤介质的空气流的方向上增加的纤维密度。在另一示例性实施例中，过滤介质包括介于大致96.6克/平方米(gm/m2)与106.8 gm/m2之间的重量。在另一示例性实施例中，过滤介质包括介于大致2.54 mm与大致4.57 mm之间的厚度。在另一示例性实施例中，过滤介质包括介于大致2.08立方米的空气/秒/平方米所述过滤介质(m3/s-m2)与大致2.44 m3/s-m2之间的空气渗透率。
在另一示例性实施例中，过滤介质包括一个或更多个介质层的组合，所述一个或更多个介质层中的每一者具有独特外观，一个或更多个介质层的所述组合被配置成跨越过滤介质展现相对高的过滤效率和相对低的空气压力降，并且所述独特外观被配置成指示通过过滤介质的空气流的优选方向。在另一示例性实施例中，一个或更多个介质层的所述组合包括第一介质层和第二介质，第一介质层包括金色，并且第二介质层包括白色，金色指示过滤介质的空气入口侧，并且白色指示过滤介质的空气出口侧。
在另一示例性实施例中，过滤介质的静电部分被配置成静电地吸引和聚集流动通过所述住宅HVAC系统的空气内的颗粒污染物。在另一示例性实施例中，过滤介质的静电部分包括用被配置成破坏微生物的抗微生物分子的涂层处理的至少一些纤维，所述抗微生物分子包括带正电荷的分子，所述带正电荷的分子分布在所述至少一些纤维中的每一者的圆周周围并且被配置成与过滤介质内的极化纤维配合。在另一示例性实施例中，过滤介质被配置成静电地捕获颗粒污染物并且将香味释放到流动通过所述住宅HVAC系统的空气中，所述过滤介质包括被配置成破坏所捕获的颗粒污染物的抗微生物分子，所述过滤介质包括被配置成将香味释放到通过所述过滤介质的空气中的至少一种物质，其中所述至少一种物质位于抗微生物分子的下游，以便避免香气分子被抗微生物分子毁坏。
在示例性实施例中，一种用于清洁安装在住宅HVAC系统内的加热、通风和空气调节(HVAC)家用空气过滤器的方法，所述方法包括：从住宅HVAC系统移除HVAC家用空气过滤器；从住宅HVAC系统中清除捕获在其中的任何碎片；通过水管从HVAC家用空气过滤器的过滤介质冲洗掉污染物；允许水和污染物从过滤介质排出；以及允许过滤介质干燥。
在另一示例性实施例中，移除HVAC家用空气过滤器进一步包括拆卸包括HVAC家用空气过滤器的支撑框架并且从其移除过滤介质。在另一示例性实施例中，从过滤介质冲洗掉污染物进一步包括使用溶剂从过滤介质移除滤油成分（filter oil composition）。在另一示例性实施例中，允许过滤介质干燥进一步包括向过滤介质施用滤油成分。
附图说明
附图涉及本公开的实施例，其中：
图1示出根据本公开的示例性使用环境的横截面视图，其中HVAC系统空气过滤器并入到建筑物的HVAC系统中；
图2示出根据本公开的包括HVAC家用空气过滤器的住宅HVAC系统的示例性实施例的示意性视图；
图3示出根据本公开的HVAC家用空气过滤器的示例性实施例；
图4示出根据本公开的图3的HVAC家用空气过滤器的拐角的特写透视图；
图5示出被配置成用于通过静电吸引和聚集来捕获颗粒污染物的复合过滤介质的一部分的示例性实施例的横截面视图；并且
图6示出暴露至从上游区域流动到下游区域的空气流内的颗粒污染物的极化纤维和非极化被动纤维（unpolarized passive fiber）的示例性实施例的横截面视图。
虽然本公开受到各种修改和替代形式的影响，但是其具体实施例已经通过附图中的示例显示并且将在本文中详细描述。本发明应理解为不限于所公开的特定形式，但相反地，本发明将涵盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等价方案和替代方案。
具体实施方式
在以下描述中，阐述许多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将显而易见的是，可以在不具有这些具体细节的情况下实践本文中公开的发明。在其它情况下，可以进行特定数字引用，例如“第一部分”。然而，特定数字引用不应被解释为文字顺序，而是解释为“第一部分”不同于“第二部分”。因此，所阐述的具体细节仅是示例性的。具体细节可以变化，但是仍被想到在本公开的精神和范围内。术语“联接”被限定为意味着直接连接到所述部件或通过另一部件间接连接到所述部件。此外，如本文中所使用的，针对任何数值或范围的术语“约”、“大约”或“大致”指示允许所述部分或一批部件如本文中所述针对其预期目的起作用的合适尺寸公差。
一般来说，本公开描述一种用于使加热、通风和空气调节(HVAC)家用空气过滤器从住宅空间内的空气移除空气传播的分子污染物和挥发性有机化合物(VOC)的设备和方法。所述HVAC家用空气过滤器包括支撑框架，所述支撑框架具有适于在住宅HVAC系统内定向所述HVAC家用空气过滤器的形状和大小。过滤介质保持在支撑框架内并且被配置成从流动通过住宅HVAC系统的空气移除空气传播的分子污染物和VOC。过滤介质通常包括被配置成跨越所述过滤介质展现相对高的过滤效率和相对低的空气压力降的一个或更多个介质层的组合。支撑框架包括多个细长区段和拐角区段，所述多个细长区段和拐角区段沿着过滤介质的周界边缘安置并且被配置成在住宅HVAC系统内定向过滤介质，使得流动通过住宅HVAC系统的空气通过所述过滤介质。
图1示出示例性使用环境100，其中空气过滤器104并入到建筑物112的HVAC系统108中，以便清洁通过空气过滤器104抽吸的空气流。虽然图1中示出的建筑物112包括多层办公建筑物，但是应理解，建筑物112可以包括各种可居住结构中的任一者，例如住宅、公寓、托管公寓等等。在通过空气过滤器104之后，空气流通过供应管道系统110按路线引导到一个或更多个建筑物空间116中。建筑物空间116内的空气通过返回管道系统114按路线引导回到HVAC系统108。将了解，建筑物112可以包括多个楼层，每一楼层包括一个或更多个建筑物空间116（如图1中示出），或者可以包括单层建筑物，包括但不限于独立住宅。
图2示出可以用于清洁住宅生活空间116内的空气的住宅HVAC系统108的示例性实施例的示意性视图。住宅HVAC系统108通常包括风扇120，其被配置成从住宅生活空间116抽吸返回空气流124通过空气过滤器104，由此从所述空气流移除空气传播的分子污染物、挥发性有机化合物和其它颗粒污染物。从返回空气流124移除的颗粒污染物捕获在空气过滤器104中。风扇120然后推动清洁空气流128通过空气调节系统132和加热器芯136，并且然后推入到住宅生活空间116中。如将了解，空气调节系统132和加热器芯136根据需要通过分别冷却和加热清洁空气流128来促进在住宅生活空间116内提供一致舒适的温度。如图2中进一步所示，返回空气流124可以与外部空气流126并且与旁通空气流130空气流组合，以便在住宅HVAC系统108内和住宅生活空间116内维持所期望的气压。在一些实施例中，排放空气流134可以进一步并入到住宅HVAC系统108中，以便维持所期望的气压并且允许外部空气流126进入。
图3示出根据本公开的空气过滤器104的示例性实施例。空气过滤器104通常包括保持在支撑框架148内的过滤介质144。支撑框架148被配置成在住宅HVAC系统108内定向空气过滤器104，使得返回空气流124被引导通过过滤介质144。如此，支撑框架148包括适于将空气过滤器104支撑在住宅HVAC系统108内的形状和大小。将了解，支撑框架148的形状和大小将根据针对其旨在使用空气过滤器104的住宅HVAC系统108的品牌和型号变化。
过滤介质144提供使空气流通过并且捕获与空气流一起流动的颗粒和其它污染物的区域。过滤介质144可以由如下构成：纸张、泡沫、棉花、纺成玻璃纤维、或其它已知过滤材料、织造或非织造材料、合成或天然材料或其任何组合。过滤介质144可以被打褶或者以其它方式成形或形成轮廓为增加用于使待清洁空气流通过的表面面积。因此，由于褶皱，过滤介质144的长度通常可以大于空气过滤器104的长度，使得过滤介质144的表面面积大于空气过滤器104的表面面积。
在一些实施例中，过滤介质144可以是包括一个或更多个介质层的复合过滤介质，每一介质层具有独特过滤性质，使得介质层的组合跨越过滤介质144展现相对高的过滤效率和相对低的空气压力降。在图3-4中示出的实施例中，过滤介质144包括第一介质层和第二介质层。第一介质层包括相对低于第二介质层的纤维密度的纤维密度。因此，过滤介质144包括通常在通过过滤介质的空气流的方向上增加的纤维密度。在一个实施例中，如通过利用具有大致85升/分钟的流动速率的0.1 µm粒数中位直径盐(NaCl)气溶胶的TSI型号8130自动过滤器测试仪所测量的，过滤介质144展现至少38%的过滤效率和大致43.3%的基础过滤效率。
包括过滤介质144的介质层的组合通常重量轻且相对薄。在一个实施例中，过滤介质144包括大致3.0盎司/平方码（盎司/码2）的基础重量和在大致2.85与3.15盎司/码2之间的重量范围。在一个实施例中，过滤介质包括大致101.7克/平方米(gm/m2)的基础重量和在大致96.6 gm/m2与106.8 gm/m2之间的重量范围。过滤介质144的基础厚度为大致0.140英寸或3.56毫米(mm)，并且过滤介质144的厚度介于大致0.100英寸(2.54 mm)与0.180英寸(4.57 mm)之间。
在一个实施例中，过滤介质144包括介于大致410立方英尺的空气/分钟/平方英尺过滤介质(cfm)与大致480 cfm之间的空气渗透率，并且包括大致445 cfm的基础空气渗透率。在一个实施例中，过滤介质144的空气渗透率介于大致2.08立方米的空气/秒/平方米过滤介质(m3/s-m2)与大致2.44 m3/s-m2之间，并且过滤介质144的基础空气渗透率为大致2.26 m3/s-m2。
如将了解，至少部分由于上文论述的不同纤维密度，包括过滤介质144的介质层中的每一者通常可以具有独特外观。在一些实施例中，可以想到，介质层的独特外观可以指示通过过滤介质144的空气流的优选方向。例如，在图3-4中示出的实施例中，第一介质层包括金色，并且第二介质层包括白色。因此，空气过滤器104的第一侧具有金色，并且可以指示过滤器的空气入口侧，并且空气过滤器的第二侧具有白色，其可以指示过滤器的空气出口侧。空气过滤器104的第一和第二侧的颜色可以用于确保将空气过滤器正确安装到住宅HVAC系统108中，使得过滤介质144的纤维密度通常在通过空气过滤器104的空气流的方向上增加。
支撑框架148可以包括被合适地配置成用于将空气过滤器104固定在特定住宅HVAC系统108内的各种紧固或支撑结构和材料。为此，在图3中示出的实施例中，支撑框架148包括多个细长区段152和拐角区段156，细长区段152和拐角区段156沿着过滤介质144的周界边缘安置并且被配置成将过滤介质144支撑在住宅HVAC系统108内。然而，在其它实施例中，支撑框架148可以包括被配置成在各种品牌和型号的住宅HVAC系统108内定向空气过滤器104的各种刚性支撑件、形状和凹部中的任一者。因此，应理解，并入到支撑框架148、并且因此整个空气过滤器104中的各种结构、形状和材料可以根据针对其旨在使用空气过滤器104的特定住宅HVAC系统108而变化，而不背离本公开的精神和范围。
将了解，过滤介质144通常保持在支撑框架148内。在图3-4中示出的实施例中，细长区段152和拐角区段156包括U形横截面形状，其开口侧形成适于接收过滤介质144的周界边缘的凹部160。在组装细长区段152和拐角区段156时，如图3-4中所示，凹部160沿着支撑框架148的内部周界延伸，从而使过滤介质144保持在支撑框架内。如图4中最佳所示，拐角区段156包括安置在拐角区段的相对端上以及拐角区段156的相对侧上的折叠部分164。在所示出实施例中，折叠部分156中的每一者包括突片，所述突片朝向凹部160的内部延伸并且被配置成以可滑动方式保持细长区段152的边缘。
如将认识到的，折叠部分156配合以使细长区段152保持在拐角区段156内，如图4中所示。可以想到，折叠部分164以允许从业者将细长区段152插入到拐角区段156中、并且从而组装支撑框架148的一定程度的力来夹持细长区段152（如图3中所示），但是在空气过滤器104的使用期间提供足够摩擦力以维持支撑框架148的组装状态。此外，可以设想，细长区段152与拐角区段156之间的滑动关系通常促进调整支撑框架148的长度和宽度以适应住宅HVAC系统108内的管道的形状和大小的变化。例如，对于针对特定住宅HVAC系统108具有适当大小的空气过滤器来说并不罕见的是，因HVAC系统的组装的变化而允许小的未过滤空气间隙旁通过滤介质。然而，在安装空气过滤器104时，可以调整细长区段152和拐角区段156以修整支撑框架148的长度和宽度，使得基本上所有未过滤空气都通过过滤介质144。
可以想到，可以实现多种紧固件或结构中的任一者以便使过滤介质144保持在支撑框架148内。在一些实施例中，支撑框架148可以包括格栅或类似结构，其将过滤介质144封闭在支撑框架148内，而不限制通过过滤介质144的空气流。在一些实施例中，过滤介质144可以与被配置成因空气流从其中通过而抵抗过滤介质144的弯曲的线支撑件联接。例如，过滤介质可以安置在第一筛网（screen）与第二筛网之间。在图3-4中示出的实施例中，第一和第二筛网由尼龙构成。然而，在其它实施例中，第一和第二筛网可以由刚性材料构成，例如，通过非限制性示例，各种合适塑料或金属中的任一者。
在一些实施例中，支撑框架148可以直接模制到过滤介质144的边缘上，以便使过滤介质保持在所述框架内。在一些实施例中，支撑框架148可以模制到过滤介质144的线支撑件。例如，在其中过滤介质144安置在第一筛网与第二筛网之间的那些实施例中，支撑框架148可以模制到第一和第二筛网上以使过滤介质144保持在支撑框架148内。此外，在一些实施例中，支撑框架148可以包括卷曲部分，其折叠到第一和第二筛网以及过滤介质144上并且使第一和第二筛网以及过滤介质144保持在支撑框架内。然而，应该认识到，将过滤介质144紧固到支撑框架148使得不能从支撑框架148移除过滤介质144。虽然在一些实施例中，可能不能从框架移除过滤介质144，但是应理解，在优选实施例中，可从支撑框架148移除过滤介质144，如本文中所描述的，而不背离本公开的范围。
可以想到，从业者可以周期性地清洁过滤介质144，而非如常规空气过滤器系统通常做的那样更换空气过滤器104。可与设想，可以从住宅HVAC系统108移除空气过滤器104，并且可以然后从住宅HVAC系统108移除任何所捕获的碎片。可以拆卸细长区段152和拐角区段156，以便从支撑框架148释放过滤介质144，并且然后可以使用水管从过滤介质144冲洗掉污染物，从而使过滤器保持清洁并且准备好重新使用。在其中过滤介质144包括滤油成分的一些实施例中，可以使用溶剂从过滤介质144移除滤油。一旦过滤介质144已经充分干燥，便可以施用适当配制的滤油成分并允许其被芯吸到过滤介质144中。细长区段152和拐角区段156可以然后组装到过滤介质144上，如上所述，并且空气过滤器104可以重新安装到住宅HVAC系统108中。本领域的技术人员将显而易见各种其它清洁方法，而不背离本公开的精神和范围。
在其中过滤介质144包括滤油成分的一些实施例中，过滤介质144可以至少包括安置在两个涂覆有环氧树脂的铝线筛网之间的包括4至6层棉纱布的棉纱布部分。然而，如上所述，线筛网可以由尼龙或其它合适热塑性材料构成。可以用上述滤油成分有利地处理棉，以便贯穿包括过滤介质144的微观束导致粘着性。棉的性质允许高体积的空气流，并且在与滤油成分的粘着性组合时形成确保高度空气过滤的强大过滤介质。
在住宅HVAC系统108的操作期间，污染物颗粒粘附到过滤介质144的体积内的纤维并且变成过滤介质144的一部分，所述过程称为“深度加载（depth loading）”。将了解，深度加载允许空气过滤器104捕获并保持比常规空气过滤器显著更多的污染物/单位面积。污染物颗粒被棉纱布层阻挡并且通过滤油成分保持悬浮，并且因此收集在过滤介质144的表面上的污染物在空气过滤器104的大部分使用寿命期间对空气流几乎没有影响。此外，随着过滤介质144收集越来越多体积的污染物和碎片，当返回空气流124在通过过滤介质144内的更深层之前首先通过过滤介质144的表面上的所捕获污染物时，额外程度的过滤动作开始发生。基本上，所捕获的污染物开始充当过滤介质144之前的额外过滤材料来操作。因此，空气过滤器104贯穿过滤器的使用寿命继续展现高度的空气流动和过滤，从而降低住宅HVAC系统108的操作成本。
如将了解，用滤油成分处理过滤介质144通常使得过滤介质144能够通过拦截捕获污染物，由此与返回空气流124一起行进的污染物（例如污垢颗粒）直接接触包括过滤介质144的纤维，并且然后由滤油成分保持在适当位置。更大或更重的颗粒通常通过撞击捕获，由此颗粒的惯性或动量致使其偏离返回空气流124通过过滤介质144的路径，并且替代地，颗粒直接进入到纤维中并由滤油成分捕获。
可以通过扩散捕获具有非常小的大小的颗粒污染物。如将了解，小颗粒受到通过过滤介质144的返回空气流124内的力的高度影响。因速度变化、压力变化和由其它颗粒引起的湍流以及与空气分子的相互作用所致的力通常导致小颗粒遵循随机混乱流动路径通过过滤介质144。因此，小颗粒并不跟随返回空气流124，并且其不稳定的运动导致其与包括过滤介质144的纤维碰撞并且仍被滤油成分捕获。扩散和滤油成分使得空气过滤器104能够捕获大小比包括过滤介质144的纤维之间的开口小得多的颗粒污染物。此外，滤油成分使得空气过滤器104能够贯穿过滤介质144体积捕获污染物，而非像常规空气过滤器常见的那样仅在过滤器的表面上捕获污染物。包括与由滤油成分提供的粘着性联接的过滤介质144的多层棉纤维提供许多污染物保持水平，从而使得空气过滤器104能够比常规空气过滤器可能的情况保持显著更多的污染物/单位面积过滤介质144。
如将了解，本公开的滤油成分对空气过滤器104的增强空气流和过滤性质至关重要。在一些实施例中，滤油成分包括油相制剂（oil formulation），其是非反应性的，具有极佳氧化稳定性，具有良好热稳定性，并且在住宅HVAC系统108的正常操作温度下保持合适粘度。在一些实施例中，滤油成分可以是适于增强过滤介质144的粘着性的油和有色染料的混合物，例如通过非限制性示例，石蜡油、聚-α-烯烃等等。在一些实施例中，滤油成分包括96.74体积%石蜡油、3.20体积%聚-α-烯烃(PAO)和0.06体积%有色染料的混合物。在一些实施例中，滤油成分在100摄氏度下具有介于大致7.2与7.6厘司(cST)之间的粘度。应理解，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以改变特定油和染料以及其颜色和粘度以及其在滤油成分内的单独的浓度。
在一些实施例中，用滤油成分处理的棉纱布层可以与过滤介质144的若干部分联接，其中使用其它过滤机制，从而形成能够从返回空气流124移除空气传播的分子污染物和VOC的复合过滤介质144。在一些实施例中，复合过滤介质144可以由如本文中所述的棉纱布部分和静电部分构成。
图5示出复合过滤介质144的静电部分168的横截面视图，静电部分168可以安置在棉纱布部分的下游并且被配置成用于利用静电吸引和聚集来捕获颗粒污染物。图5的实施例可以被配置成捕获具有约为大致0.3微米的直径的污染物颗粒。复合过滤介质144的静电部分168包括被配置成电气充电到高静电电势的中心筛网172。在一些实施例中，中心筛网172可以被正向充电到大致7,000 VDC。中心筛网172可以在每一侧上由能够被电极化的至少一个纤维层176覆盖。如图5中所示，至少一个可极化纤维层176中的每一者可以由外部接地线筛网180覆盖。将了解，在对中心筛网172正向充电时，可极化纤维176操作成使返回空气流124内的进入颗粒污染物极化，从而致使污染物变得静电地吸引到可极化纤维176。因此，否则将避免与纤维176直接碰撞的颗粒污染物被静电地捕获且捕获在过滤介质144内。
图6示出暴露至从上游区域196流动到下游区域200的空气流192内的颗粒污染物的极化纤维184和非极化被动纤维188的横截面视图。如图6中所示，颗粒污染物与极化纤维184之间的静电吸引使所述污染物均匀分布在极化纤维184的表面上。静电吸引确保否则将在无直接碰撞的情况下经过纤维184并且继续流动到下游区域200的污染物的捕获。不同于极化纤维184，非极化被动纤维188仅依赖于颗粒污染物与纤维之间的直接碰撞，因此允许未碰撞的污染物继续流动到下游区域200。
如图6中进一步示出，与被动纤维188碰撞的污染物趋于积聚在被动纤维188的上游侧上。将了解，随着污染物在被动纤维188的上游侧上的积聚增加，空气流192变得成比例地受到限制。因此，包括非极化被动纤维188的过滤介质易于发生堵塞和比包括极化纤维184的过滤介质通常发生的负载更大的负载。用于确定细粉尘负载与跨越数个空气过滤器装置中的每一者的随之发生的压力降之间的关系的实验测试已经清楚地证明，包括极化纤维184的过滤介质捕获更多污染物，与仅包括非极化被动纤维188的常规过滤介质否则可能的压力降相比，跨越过滤器具有更低的压力降。
在一些实施例中，包括复合过滤介质144的纤维中的至少一些可以用被配置成在接触时破坏微生物的抗微生物分子的涂层处理。优选地，抗微生物分子的涂层基本上环绕所处理的每一纤维束的整个圆周。在一些实施例中，抗微生物分子可以包括被配置成与复合过滤介质144的极化纤维176配合的带正电荷的分子。可以想到，由于许多微生物和VOC带负电荷，因此将抗微生物分子并入到复合过滤介质144中可以静电地捕获颗粒污染物，从而使得空气过滤器104能够从返回空气流124移除直径小至0.001微米或更小的颗粒，例如许多气味、刺激物、有毒化合物等等。
在一些实施例中，包括复合过滤介质144的一部分的纤维状材料可以包括被配置成将香味释放到通过所述复合过滤介质的空气中的至少一种物质。因此，在一些实施例中，空气过滤器104可以被配置成将所期望的香气引入到住宅生活空间116中。可以想到，各种HVAC家用空气过滤器104可以包括不同香味，从而使得用户能够根据所期望的香气选择空气过滤器104。在一些实施例中，特定气味或香气可以通过住宅HVAC系统108分布到住宅生活空间116中，以便通过空气过滤器104提供香气疗法。
在一些实施例中，被配置成释放香味的物质可以并入到包括抗微生物分子的复合过滤介质144中。因此，在一些实施例中，复合过滤介质144可以利用经处理的棉纱布和静电吸引来捕获颗粒污染物，同时将香气释放到住宅生活空间116中。然而，将了解，用于释放香味的物质优选地位于抗微生物分子下游的复合过滤介质144内，以便避免香气分子被抗微生物分子毁坏。
可以想到，香味可以是本技术中已知并且适用于蜡烛中用于赋予气味、香气或香味的任何天然物质、合成材料（并入醛类、酮类、酯类和其它化学成分）或者其组合。在一些实施例中，合适的天然和合成香味/香料物质可以包括由美国食品和药物管理局分别在联邦法规第21章第172.510和172.515节中编译的那些。在一些实施例中，合适香味可以包括香辛油、花油、果油等等。在一些实施例中，合适香味可以包括香味组分，诸如例如苯甲醛、酚类、肉桂醛和酯类、辛二烯、二烯、环己二烯、萜烯等等。在于2003年8月13日提交的题为“Vehicle cabin air filter freshener”的美国专利申请序列号10/544,157中公开关于香气通过空气过滤器的散布以及香味组分的进一步细节，其中的每一者的全部内容以引用方式并入本文中。
应理解，空气过滤器104不仅限于处理建筑物和独立住宅内的空气，而是可以用于乘客、驾驶员以及居住者存在于其中的车辆乘客舱室，例如通过非限制性示例，汽车、卡车、休闲车、公共汽车、具有封闭舱室的土方设备和拖拉机、起重机操作者舱室、各种货物搬运车辆、机车、轨道客车、飞机、直升机、船舶舱室、飞艇舱室等等。此外，空气过滤器104可以并入到除了如图1中所示出的HVAC系统中，例如通过非限制性示例，中心HVAC系统、屋顶HVAC系统、壁挂式HVAC系统以及便携式HVAC系统等等。
虽然已经关于特定变型和说明性附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员将认识到，本发明并不限于所述变型或附图。另外，在上述方法和步骤指示某些事件按某一次序发生的情况下，本领域普通技术人员将认识到，可以修改某些步骤的顺序，并且此类修改是根据本发明的变化。另外，某些步骤可以在可能时在并行处理中同时实施，并且如上所述依序实施。关于在本公开的精神内或等效于在权利要求中发现的发明的本发明的变化的程度，旨在的是本专利还将涵盖这些变化。因此，本公开应理解为不受本文中描述的具体实施例的限制，而是仅受所附权利要求的范围的限制。

Claims (20)

1. 一种用于从住宅空间内的空气移除空气传播的分子污染物和挥发性有机化合物(VOC)的加热、通风和空气调节(HVAC)家用空气过滤器，包括：
支撑框架，所述支撑框架包括适于在住宅HVAC系统内定向所述HVAC家用空气过滤器的形状和大小；以及
过滤介质，所述过滤介质保持在所述支撑框架内并且被配置成从流动通过所述住宅HVAC系统的空气移除所述空气传播的分子污染物和VOC。
2.根据权利要求1所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质由纸张、泡沫、棉花、纺成玻璃纤维、或其它已知过滤材料、织造或非织造材料、合成或天然材料或其任何组合构成。
3.根据权利要求1所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质被打褶或者以其它方式成形或形成轮廓为增加用于使待清洁的空气流通过的表面面积。
4.根据权利要求1所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质安置在第一筛网与第二筛网之间，所述第一筛网和所述第二筛网中的至少一者包括尼龙，并且其中，所述支撑框架包括多个细长区段和拐角区段，所述多个细长区段和拐角区段沿着所述过滤介质的周界边缘安置并且被配置成在所述住宅HVAC系统内定向所述过滤介质。
5.根据权利要求1所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质包括一个或更多个介质层的组合，所述一个或更多个介质层中的每一者具有独特过滤性质，使得一个或更多个介质层的所述组合跨越所述过滤介质展现相对高的过滤效率和相对低的空气压力降。
6.根据权利要求5所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质展现至少38%的过滤效率和大致43.3%的基础过滤效率。
7.根据权利要求5所述的HVAC家用空气过滤器，其中，一个或更多个介质层的所述组合包括第一介质层和第二介质，所述第一介质层包括相对低于所述第二介质层的纤维密度的纤维密度。
8.根据权利要求5所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质包括通常在通过所述过滤介质的空气流的方向上增加的纤维密度。
9. 根据权利要求5所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质包括介于大致96.6克/平方米(gm/m2)与106.8 gm/m2之间的重量。
10. 根据权利要求5所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质包括介于大致2.54 mm与大致4.57 mm之间的厚度。
11. 根据权利要求5所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质包括介于大致2.08立方米的空气/秒/平方米所述过滤介质(m3/s-m2)与大致2.44 m3/s-m2之间的空气渗透率。
12.根据权利要求1所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质包括一个或更多个介质层的组合，所述一个或更多个介质层中的每一者具有独特外观，一个或更多个介质层的所述组合被配置成跨越所述过滤介质展现相对高的过滤效率和相对低的空气压力降，并且所述独特外观被配置成指示通过所述过滤介质的空气流的优选方向。
13.根据权利要求12所述的HVAC家用空气过滤器，其中，一个或更多个介质层的所述组合包括第一介质层和第二介质，所述第一介质层包括金色，并且所述第二介质层包括白色，所述金色指示所述过滤介质的空气入口侧，并且所述白色指示所述过滤介质的空气出口侧。
14.根据权利要求1所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质的静电部分被配置成静电地吸引和聚集流动通过所述住宅HVAC系统的空气内的颗粒污染物。
15.根据权利要14所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质的所述静电部分包括用被配置成破坏微生物的抗微生物分子的涂层处理的至少一些纤维，所述抗微生物分子包括带正电荷的分子，所述带正电荷的分子分布在所述至少一些纤维中的每一者的圆周周围并且被配置成与所述过滤介质内的极化纤维配合。
16.根据权利要求14所述的HVAC家用空气过滤器，其中，所述过滤介质被配置成静电地捕获颗粒污染物并且将香味释放到流动通过所述住宅HVAC系统的空气中，所述过滤介质包括被配置成破坏所捕获的颗粒污染物的抗微生物分子，所述过滤介质包括被配置成将所述香味释放到通过所述过滤介质的空气中的至少一种物质，其中，所述至少一种物质位于所述抗微生物分子的下游，以便避免香气分子被所述抗微生物分子毁坏。
17.一种用于清洁安装在住宅HVAC系统内的加热、通风和空气调节(HVAC)家用空气过滤器的方法，所述方法包括：
从所述住宅HVAC系统移除所述HVAC家用空气过滤器；
从所述住宅HVAC系统中清除捕获在其中的任何碎片；
通过水管从所述HVAC家用空气过滤器的过滤介质冲洗掉污染物；
允许水和污染物从所述过滤介质排出；以及
允许所述过滤介质干燥。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，移除所述HVAC家用空气过滤器进一步包括拆卸包括所述HVAC家用空气过滤器的支撑框架并且从其移除所述过滤介质。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，从所述过滤介质冲洗掉污染物进一步包括使用溶剂从所述过滤介质移除滤油成分。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，允许所述过滤介质干燥进一步包括向所述过滤介质施用滤油成分。
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