CN115040937A - 可再生空气过滤器 - Google Patents

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Abstract

一种用于空气供应应用的耐热可再生空气过滤器的组合件以及使所述空气过滤器的组合件再生的方法(100)，所述耐热可再生空气过滤器组合件包括安装在框架(2)中的透气吸附板(1)，所述板包括耐热结构，所述耐热结构包含用于吸附分子污染物的耐热多孔吸附材料并且被配置成通过解吸再生，以及所述空气过滤器组合件包括在吸附板与框架之间的耐热密封材料(3)，其中耐热密封材料为碳纤维毡材料，所述碳纤维毡材料布置在透气吸附板与框架之间以填充其间的间隙，从而防止未经过滤的空气通过耐热可再生空气过滤器组合件泄漏。

Description

可再生空气过滤器
技术领域
本公开内容涉及用于空气供应应用的耐热可再生分子/AMC空气过滤器组合件和再生方法。
背景技术
用于空气供应应用(例如洁净室应用或用于建筑物的全面通风的HVAC系统)的空气过滤器组合件通常包括保持呈透气吸附过滤器板形式的过滤器元件的框架。过滤器板通常沿着其边缘密封至框架，以防止当空气流过过滤器时空气绕过过滤器板。
许多过滤器设计使用灌封或粘合剂化合物，特别是聚氨酯，所述化合物围绕过滤器板的边缘流动以将过滤器板密封至框架。这种将过滤器板密封至框架的方式在打褶的过滤器板的情况下特别有用，打褶的过滤器板可能难以沿着它们的打褶的边缘或侧面进行密封。通过灌封或粘合剂将过滤器板密封至框架通常提供了可靠的密封。
重要的是，用于空气供应应用的空气过滤器具有足够的空气过滤效率和容量以用于预期目的，使得过滤器满足特定空气过滤应用所设定的要求。
在与洁净室和微电子产业相关的领域中，通过分子过滤器和过滤器元件实现任何分子大小的呈酸、碱、可冷凝物、掺杂剂、氧化剂和挥发性有机化合物(volatile organiccompound，VOC)形式的气态分子污染物(Airborne Molecular Contamination，AMC)的去除。AMC可以导致过程晶片、电路板、工具、仪器等的腐蚀。AMC还可以导致掺杂错误、成核错误、光刻工艺相关的缺陷，晶片、光学器件、透镜的雾化和许多其他问题，这些问题可能引起生产中的成品率损失或对生产设备的损坏。
用于建筑物的全面通风的现代HVAC系统也可以包括分子过滤器，以除去可能构成健康危害的化合物，例如臭氧O3、二氧化氮NO2、二氧化硫SO2和VOC。可能会在室内进一步产生其他化合物，并且如果HVAC系统使用再循环，其他化合物可能会到达HVAC系统。在下文中，术语分子污染物用于指以上讨论的所有不同的化合物，也包括一般过滤的化合物，但限于使用包括升高的温度和/或降低的气压的过程可以从吸附剂上分离的化合物。在20世纪90年代，术语AMC用于半导体生产设施，是指在使用的半导体电路线宽为250nm时看到的损坏情况。后来并且随着线宽越发地减小，AMC的概念中增加了额外的污染化合物，其中主要部分为低分子尺寸的挥发性有机化合物。该后一组特别难以通过吸附过滤器除去，导致过滤器的使用寿命周期短并因此过滤器成本高。
对涉及分子污染物吸附的空气供应应用中的可持续性和成本降低的越来越多的关注导致对可再生空气过滤器的需求不断增加。由于对这样的过滤器所应用的过滤效率的严格要求，传统上认为不可能使洁净室过滤器再生。然而，最近发现，如果用于洁净室环境的空气过滤器的所有部件都由耐热材料制成并具有可以耐受高温的设计，则可以通过对过滤器进行热空气处理以除去被过滤器吸收的分子污染物而以充分的结果进行再生。WO2010/101520A1公开了洁净室空气过滤器的实例，其由通过耐热密封剂(例如聚氨酯)附接至框架的耐热过滤介质组成。
对可持续性和成本降低的关注仍在增加，并因此需要可以满足这些不断增长的需求的用于空气供应应用的可再生过滤器。
发明内容
本公开内容涉及用于空气供应应用的耐热可再生空气过滤器组合件，其包括安装在框架中的透气吸附板，所述板包括耐热结构，所述耐热结构包含用于吸附气态分子污染物的耐热多孔吸附材料并且被配置成通过解吸再生。耐热可再生空气过滤器组合件包括在吸附板与框架之间的耐热密封材料，所述耐热密封材料为碳纤维毡材料，所述碳纤维毡材料布置在透气吸附板与框架之间以填充其间的间隙，从而防止未经过滤的空气通过热可再生空气过滤器组合件泄漏。优选地，安装状态碳纤维毡密封件上的压降显著高于吸附板上的压降，优选高达至少2倍，更优选高达至少5倍，最优选高达至少10倍。透气吸附板在0.7m/秒的面速度下可以适当地表现出小于100Pa，优选小于60Pa的压降。透气吸附板与作为密封材料的可压缩的碳纤维毡材料的组合改善了空气过滤器组合件的再生特性，使得其可以耐受更多数量的再生循环，从而降低成本并使其更具可持续性。
碳纤维毡材料可以优选为可压缩的并且优选可恢复的材料，当安装在空气过滤器组合件中时，其厚度为在安装在透气吸附板与框架之间之前的碳纤维毡材料厚度的50％至70％。碳纤维毡材料可以适当地呈一个或更多个具有至少对应于透气吸附板的周界或周长的组合总长度的条或带的形式。
吸附板可以优选地为打褶的过滤介质板，然后碳纤维毡的一部分可以被折叠以包围过滤介质在吸附板的每一侧的在最外侧的褶处的边缘。碳纤维毡的另一部分可以被布置成基本上平坦地抵靠褶在横过褶方向(cross-pleat direction)上在吸附板的每一侧上的边缘。
可以沿着最外侧的褶布置压紧装置(clamp，夹具)以便将被折叠以包围过滤介质在最外侧的褶处的边缘的碳纤维毡抵靠框架的内侧固定。
耐热结构优选地为自支撑的并且可以包括自支撑载体结构，所述自支撑载体结构保持用于吸附分子污染物的耐热多孔吸附材料，自支撑载体结构可以优选地包含耐热纤维。吸附板还可以包括耐热支撑构件，优选呈具有与吸附板的形状相对应的三维形状的网格的形式。
如果需要，碳纤维毡材料可以包含活性碳纤维以除了密封功能之外增加吸附功能。
吸附板和密封碳纤维毡被适当地安装在框架中，并且框架有利地由可以拆卸的框架元件和固定装置组成，使得碳毡和吸附板可以被移除。
透气吸附板适当地对高达至少300℃的温度的熔化和燃烧耐热，并且有利地被配置成耐受通过在1个大气压下在100℃至300℃的温度下的加热气流的再生，或者透气吸附板可以对高达300℃的温度的熔化和燃烧耐热，并且被配置成耐受通过在50℃至300℃的温度下在低于1个大气压的静压下的加热气流的再生，或者替代地，透气吸附板可以被配置成耐受通过低于1个大气压的抽空和洁净气体再填充步骤的再生。
上述空气供应应用可以优选为洁净室应用或用于建筑物的全面通风的HVAC系统。
本公开内容还涉及使上述空气过滤器组合件再生的方法，所述方法包括以下步骤：将耐热可再生空气过滤器组合件从包括空气供应应用的设施的空气处理系统中的工作位置上拆卸；将耐热可再生空气过滤器组合件安装在再生设备中；进行再生循环直到达到规定的洁净度或脱气(out-gassing)水平；将经再生的耐热可再生空气过滤器组合件从再生设备上拆卸；将经再生的耐热可再生空气过滤器组合件重新安装回其工作位置。该方法可以进一步优选地包括以下步骤：在将耐热可再生空气过滤器组合件从其在包括空气供应应用的设施的空气处理系统中的工作位置上拆卸之后，将其放置在指定的运输容器中并将其运输至包括再生设备的再生设施；以及在将耐热可再生空气过滤器组合件从再生设备上拆卸之后，将其放置在新的指定运输容器中并将其运输回包括空气供应应用的设施；以及任选地在气体洁净条件下储存再生的耐热可再生空气过滤器组合件直到重新投入使用。再生循环可以优选包括使空气过滤器组合件暴露于：a)在1个大气压下在100℃至300℃的温度下的加热气流或在50℃至300℃的温度下在低于1个大气压的静压下的加热气流直到达到期望的分子污染物的解吸；或者b)低于1个大气压的抽空和洁净气体再填充步骤，该步骤可以重复直到达到期望的分子污染物的解吸。
本公开内容还涉及可通过上述方法再生的如上所述的空气过滤器组合件。
附图说明
图1a示意性地示出了根据本公开内容的空气过滤器组合件的一个实例的分解图；
图1b示意性地示出了根据本公开内容的空气过滤器组合件的另一个实例的分解图；
图2a为根据本公开内容的空气过滤器组合件的示意性截面局部图；
图2b为根据本公开内容的空气过滤器组合件的另一个实例的示意性截面局部图；图2c为根据本公开内容的空气过滤器组合件的又一个实例的示意性截面局部图；
图2d为包括如图2e所示的连接杆的空气过滤器组合件的局部透视图；
图2e为也如图2d中示出的连接杆的局部透视图；
图3a至图3c示意性地示出了可以用于根据本公开内容的空气过滤器组合件中的吸附板；
图4示意性地示出了包括支撑构件的吸附板的一部分；
图5为根据本公开内容的使空气过滤器组合件再生的方法的示意图。
具体实施方式
本发明旨在提供用于空气供应应用的耐热可再生空气过滤器组合件，其可以满足对可持续性和成本降低的日益增长的需求，同时如果需要的话适合在需要极高洁净度水平的应用例如半导体和微电子生产中使用。这提供了用可再生替代物代替用于空气供应应用的现有设备中的空气过滤器板的可能性，旨在提供满足先前设定的所有要求同时允许板多次再生的可再生板。这在通常涉及分子污染物的吸附的空气供应应用中以及在特别是用于制造微电子的洁净室和用于建筑物通风的HVAC系统中是有益的。分子污染物的去除中所涉及的物理化学机制可以描述如下：气体/蒸气污染物分子在吸附剂内部扩散，即它们从高浓度区域移动至低浓度区域。扩散速率与两种浓度之间的差异直接相关。由于吸附剂的内表面上的可用位点被保留的气体/蒸气分子占据，因此过滤效率开始下降。内表面的特性(即存在的活性表面基团)和最重要的孔径分布将决定哪些气体或蒸气分子被截留以及它们被吸附至吸附剂的内表面的强度。在物理吸附的有机化合物的情况下，其他决定性的特性是要除去的气体或蒸气分子的分子量和沸点。较小的有机分子将具有较低的沸点并因此变得不那么强烈吸附。当过滤器下游的流出气体/蒸气达到阈值水平时，即达到当前使用周期的最后时，过滤器需要更换为新的，即新的或再生的过滤器。因此，达到阈值水平的时间或空气流量将取决于在特定空气过滤器应用中需要除去的被吸附分子的尺寸，其中与较大的分子相比，较小的分子将导致过滤器更快地达到阈值水平，从而减少使用周期。在使用周期结束时，将过滤器从其工作位置中取出并送去再生，并在其位置处安装新的过滤器。
在本发明中，现在已经认识到，如果透气吸附板具有合适的特性，则碳纤维毡可以用作框架组合件与吸附板之间的密封材料。因此，通过将具有有限压降的透气吸附板与作为密封材料的可压缩碳纤维毡材料组合，在吸附板与框架组合件之间的密封将足以确保“安装状态的”碳纤维毡密封件上的压降(即，使得任何空气流必须在平行于通过空气过滤器组合件的空气流的方向上并且基本上在框架的内壁的方向(即，垂直于毡材料的压缩方向)上通过毡材料)显著高于吸附板上的压降，使其足够紧密以保持并且甚至提高过滤器旨在过滤的气体或蒸气分子的去除效率。优选地，安装状态的碳纤维毡密封件上的压降为吸附板上的压降的至少2倍高，更优选高达至少5倍，最优选高达至少10倍。
用于洁净室应用用过滤器中的过滤介质板与框架之间的密封的传统密封剂通常为灌封材料或粘合剂化合物，尤其是聚氨酯，因为这些材料提供了极其可靠的气密密封。绝对气密密封被认为对于高端颗粒过滤，即对于其中必须没有未经过滤的空气可以绕过过滤器并进入洁净室的高端洁净室应用(例如半导体或微电子生产)中的HEPA和ULPA系列中的过滤器至关重要，并且其也使得在具有更复杂形状的吸附板例如打褶的吸附板的情况下可以获得气密密封。这样的颗粒过滤器的介质板在0.7m/秒的面速度下的压降通常为至少150Pa(玻璃纤维介质)或100Pa(PTFE介质)。此外，打褶的过滤介质板通常可能为易碎的、或者柔软的和柔性的，因此必须通过例如灌封材料或粘合剂牢固地保持在框架中以防止其塌陷或泄漏。迄今为止，相同类型的灌封材料或粘合剂化合物已被用作用于包括具有较低压降的过滤器例如分子吸附过滤器、以及还有旨在用于再生应用的过滤器在内的所有类型过滤器的密封剂。
尽管一些灌封材料或粘合剂化合物是耐热的并且可以耐受多次再生循环，但它们可能在吸附过滤介质耗尽之前遭受损坏，使得密封剂可能达到其寿命终点，而吸附过滤器板在理论上仍可以在更多的再生循环中进一步再生。
本发明涉及用于空气供应应用的耐热可再生空气过滤器组合件，其包括安装在框架中的透气吸附板。所述板包括耐热结构并且被配置为通过解吸再生，所述耐热结构包含用于吸附分子污染物的耐热多孔吸附材料。透气吸附板在0.7m/秒的板面速度下优选表现出小于100Pa的压降，在0.7m/秒的板面速度下优选小于60Pa的压降，或在更低的面速度下相应更低的压降。呈碳纤维毡材料形式的耐热密封材料被布置在吸附板与框架之间，以填充其间的间隙。
在使用中，在空气供应应用中的空气过滤中，碳纤维毡材料将提供吸附过滤器板与框架之间的足够密封，从而防止未经过滤的空气通过热可再生空气过滤器组合件泄漏。由于吸附板的相对低的压降，在0.7m/秒的面速度下适当地15Pa至100Pa，优选15Pa至60Pa，因此待被吸附空气过滤器组合件过滤的空气将通过吸附板。因此，即使可压缩碳纤维毡密封件可能不像由灌封材料或粘合剂制成的密封件那样气密，但它将提供足够的密封，因为碳纤维毡密封件上的压降将超过吸附过滤器板上的压降。
碳纤维毡可以耐受至少与吸收板的空气过滤介质一样多的再生循环。因此，具有规定压降的吸附板和碳纤维毡密封件的组合允许根据针对洁净室应用设定的要求的空气过滤，并且同时提供了这样的过滤器组合件，其中其所有部件都可以耐受与吸附板一样多的再生循环，从而延长过滤器的使用寿命，并因此在符合最苛刻应用的洁净度要求的同时提高可持续性并降低成本。
当吸附板由具有呈珠、颗粒或纤维形式的吸附材料的打褶介质制成时，密封的碳纤维毡材料将有助于防止任何可能量的吸附材料从吸附板的边缘逸出。
用于密封的碳纤维毡可以优选为无脱气(outgassing-free)材料。从纯科学的角度来看，没有材料是完全无脱气的。在本文中，无脱气意指材料在其仅释放痕量的化合物的意义上而言实际上是无脱气的，即，定义为当在指定温度和持续时间下经受测试时小于以μg/g计的极限值。这意味着材料在经受特定测试时不释放大于极限值的总量的挥发性有机化合物。
可以通过不同的测试方法，例如热解吸，随后是中间吸附装置上的动态收集来确定脱气。
测试方法包括以下步骤：
-获得碳纤维毡材料的试件，和
-记录试件在25°、RH 50％和1个大气压下的重量，和
-将其放置在加热的外壳中，该外壳连续经受50℃的氮气或氦气或其他惰性气体的气流，使得通过该气流除去可能脱除的任何可能的挥发性化合物，直到它们到达中间吸附装置，即冷凝和收集化合物的冷阱。该过程在50℃下持续30分钟。
-在从气流中取出样品之后，将冷阱快速加热，以便同时释放全部收集的样品，然后将其通过气流输送到气相色谱-火焰离子化检测器(GC-FID)或气相色谱-质谱(GC-MS)设备中以用于定性和定量测定，以确定释放的挥发性化合物的量，并将其与设定的极限值进行比较。
脱气以每g碳纤维毡测试材料释放的μg挥发性化合物表示。脱气(即如通过以上测试方法获得的从试件中释放的挥发性化合物的量)应＜10μg/g，以在本公开内容的上下文中被视为无脱气。当如上所述进行测试时，非活性炭毡材料的脱气值通常可以＜10μg/g，而活性炭毡材料的脱气值通常可以为约1μg/g。
使用无脱气材料用于密封可以有助于提高洁净度并延长过滤器组合件的吸附板的使用寿命，因为碳纤维密封材料本身在使用期间或在再生期间不释放任何可能被吸附板吸收的不期望的物质。相比之下，传统密封材料例如灌封胶或粘合剂在暴露于高于50℃的温度时可能释放挥发性有机化合物，其可能不必要地负载吸附板的吸附材料并过早耗尽吸附剂，从而不必要地减少板的使用寿命。根据以上定义，吸附板的材料适当地也为无脱气的。
所公开的通过碳纤维毡材料将吸附板密封至框架以获得空气过滤器组合件的方式可以适用于各种类型的吸附板。
吸附板可以具有适合安装在框架中的任何形状。吸附板通常可以具有大致正方形或矩形的形状并且在气流方向上具有一定厚度，并且可以例如具有300×300×20mm至1200×1200×100mm的尺寸。
吸附板适当地为自支撑的并且可以包括优选呈自支撑结构形式的保持(承载)用于吸附分子污染物的耐热多孔吸附材料的耐热载体结构。术语“自支撑”意味着吸附板可以在空气过滤应用中的正常操作条件下保持其三维形状，而无需通过额外的支撑构件来支撑。吸附板的自支撑特性使板对变形有复原力，并因此使得不必需要吸附板与框架之间的粘合连接，因此允许用碳纤维毡材料进行密封。载体结构可以有利地包含保持用于吸附分子污染物的耐热多孔吸附材料的耐热纤维，例如双组分纤维，并且可以呈包含多孔吸附材料的可打褶的片或网的形式(图3a)。如果需要，可以将保持吸附材料的耐热纤维置于两层耐热非织造材料之间。用于空气过滤器组合件中的打褶的过滤介质优选不释放高于如由ISO标准14644-1定义的ISO 6级环境的颗粒。
或者，吸附板可以包括其上粘附有吸附材料的呈蜂窝材料(图3b)或开孔泡沫或其他海绵状材料(图3c)的形式的载体结构。蜂窝结构可以由在纸或陶瓷结构上的活性炭制成，或者可以由可以作为整体碳化和活化的基材构建。专利US 6964695、EP 04724071和US10/344248示出了待通过直接电加热再生的碳整料。基于蜂窝或整料的系统具有可能限制在使用中的灵活性的固定几何形状，并且可能具有比打褶的耐热纤维片略高的压降。
吸附材料可以例如呈吸附珠优选球形珠、或者吸附纤维的形式，并且可以包括能够吸附分子污染物的任何种类的吸附材料，例如活性炭，或者具有类似于例如活性炭的吸附特性，但是具有使得它们非常适合再生的允许良好吸附以及在加热时基本上完全解吸的孔系统尺寸分布的人工/人造吸附剂，例如多孔聚合物吸附剂。一个商业实例是DowexOptiporeTM产品系列。
耐热载体结构在其具有当暴露于再生循环的温度时不熔化或燃烧的耐热纤维和吸附材料的内部三维结构的意义上而言是耐热的。然而，即使内部三维结构(即耐热纤维或者蜂窝或海绵结构)可以耐受高温，吸附板也可以具有当暴露于高温时在某些情况下可能略微下垂的外部三维结构(例如打褶的结构或长方体)。为了防止在再生循环期间变形，吸附板因此还可以包括耐热支撑构件，优选地呈具有与吸附板的形状相对应的三维形状的网格形式的耐热支撑构件。
透气吸附板优选对高至300℃的温度的熔化和燃烧耐热，并且被适当地配置为耐受通过在1个大气压下在100℃至300℃的温度下的加热气流的再生，或者耐受通过在50℃至300℃的温度下在低于1个大气压的静压下的加热气流的再生。或者，透气吸附板可以被配置为耐受通过低于1个大气压的抽空和洁净气体再填充步骤的再生。可以重复这样的抽空和洁净气体填充步骤直到获得期望的再生结果，并且其可以作为分批过程进行。
用于吸附板与框架之间的密封的碳纤维毡材料优选可压缩到其在安装在空气过滤器组合件中时的厚度在最受压缩点处是安装在空气过滤器组合件中之前的最初原始厚度的50％至70％的程度。由于是可压缩的，碳纤维毡材料还可以遵循待密封的板边缘的表面形状并填充其表面中任何微小的不规则性。碳纤维毡材料还可以优选为有弹性的，以便能够适应由于再生循环期间不同材料的热膨胀引起的尺寸变化，此外如果或者当拆卸空气过滤器组合件时使其可以膨胀回到其原始厚度。这也意味着如果板不小心在框架中变得移位，使得框架与之间的间隙增加，碳纤维毡材料可以膨胀，从而保持填充有碳纤维毡材料的框架与吸附板之间的空间，确保保持密封。
可以通过基于ASTM F 36的测试来确定碳纤维毡材料的压缩率和恢复率。
该方法包括在25℃和1个大气压下进行的以下步骤：
·切割1.76cm2碳纤维毡材料的方形试件，并将其放置在平坦的固体表面上
·记录试件的原始厚度(T0)
·将板放置在试件顶部上，该板具有使试件暴露于10N的力的限定重量和与试件相同的面积
·记录试件的压缩厚度(TC)
·从试件上取下板
·记录试件的恢复厚度(TR)
压缩率为C＝100*(T0-TC)/T0，恢复率为R＝100*(TR-TC)/(T0-TC)
适合用作本发明的空气过滤器组合件中的密封材料的碳纤维毡材料在T0为2mm至3mm时可以优选具有C＝30％至80％的压缩率和R＝40％至60％的恢复率。
碳纤维毡材料可以优选通过本领域中可用的方法例如使用先前制造的碳纤维通过梳理、梳理和针刺来获得。可以在文献例如WO 2015/099504A1中找到不同的生产碳纤维毡的方法。
碳纤维毡材料可以有利地包含活性碳纤维，由此意外逸出吸附板反而流经碳纤维毡材料密封件的任何极小气流中的分子污染物将被密封材料吸附，从而进一步提高空气过滤器组合件的效率。活性碳纤维在本领域是可获得的，例如US 7,517,832 B2公开了使用通过例如熔体纺丝制造的纤维状聚合物起始材料(例如，丙烯酸类(PAN)、沥青、人造丝、苯酚)来制造活性碳纤维和相应的毡产品的方法。形成之后，通过聚合物纤维在惰性或低氧环境中碳化，随后使用水和少量氧气或化学活化方法进行活化来生产碳纤维。活性碳纤维具有与颗粒状或粉末状活性炭相比非常快的吸附和解吸速率，具有在低浓度下的大量吸附，并且可以加工成各种形式例如毡、织物和纸。
碳纤维毡材料可以优选呈一个或更多个具有至少对应于透气吸附板的周界或周长的组合总长度的条或带的形式。在吸附板的侧边缘表面基本平坦的情况下，碳纤维毡材料可以平坦地布置在吸附板与框架之间。如果需要，可以将两层或更多层碳纤维毡材料布置在彼此的顶部上，以获得更大的组合厚度。例如，如果吸附板的侧边缘例如沿着打褶的吸附板的边缘具有稍微不平坦的表面，则这可能是有利的。根据吸附板的形状和类型，一层碳纤维毡的厚度可以在1mm至20mm的区间内，但可以适当地为2mm至3mm或3mm至6mm。
如所述的，吸附板可以例如优选地为打褶的吸附板。打褶的吸附板可以具有增加的可用于空气通过的表面积，从而在降低穿过过滤器组合件的压降的同时增加过滤效率。可以首先将制成所述板的吸附材料打褶，此后切割成板。这意味着板可以具有与褶平行的两个第一侧边缘和在横过褶方向上的两个第二侧边缘，即具有锯齿状外观。在本文中，术语“褶”是指过滤材料的位于折叠线每一侧的两个平行部分。这在图2a至2e中示意性地示出。“横过褶方向(cross-pleat direction)”垂直于折叠线。
框架可以有利地是由可以拆卸的框架元件和固定装置组成的框架布置，使得碳毡和吸附板可以从框架上移除。这允许在碳毡和吸附板的使用寿命到期时回收框架并将其用于新的空气过滤器组合件。框架元件被适当地构造以具有中间壁部分和优选基本上垂直地从在其每一侧上的中间部分延伸的第二壁部分，以防止吸附板从框架中掉落。
吸附板和碳纤维毡材料件可以通过插入吸附板与框架的第二壁部分之间的压紧装置适当地保持在空气过滤器组合件的框架中的适当位置。压紧装置可以呈压紧条(clampbar)的形式，所述压紧条适当地具有与吸附板的长度大致对应的长度，并且适当地具有与吸附板与框架元件的第二壁部分之间的距离大致对应的宽度。第一对框架元件可以适当地被布置成保持吸附板的两个第一侧，第二对框架元件可以适当地被布置成保持吸附板的两个第二侧。在呈打褶的过滤介质板形式的吸附板的情况下，第一对框架元件和吸附板的第一侧将平行于吸附板的褶。用于将吸附板和碳纤维毡材料件保持在适当位置的压紧装置的长度方向通常与所述第一对框架元件和吸附板的第一侧基本上平行。压紧装置通常将被布置在吸附板与所述第一对框架元件的每个框架元件之间。第二对框架元件中的一个框架元件优选地通过非永久性紧固件例如螺钉连接到第一对框架元件的框架元件，使得它们被布置成易于组装和拆卸。因此，过滤器框架组合件可以被容易地打开并且吸附板可以被插入或移除。
在吸附板为打褶的过滤介质板的情况下，可以分别在打褶的过滤介质板的第一两个侧边缘的每一者上将碳纤维毡的一部分折叠以包围过滤介质在最外侧的褶处的边缘。由此将碳纤维毡材料件插入过滤材料的最外侧的褶的两个平行部分之间。在这种情况下，可以沿最外侧的褶布置压紧装置，以便将折叠以包围过滤介质在最外侧的褶处的边缘的碳纤维毡抵靠框架的内侧固定。压紧装置可以优选地包括基本平坦的插入件，其长度大致对应于褶的长度。可以将压紧装置的基本平坦件插入过滤材料的最外侧的褶的两个平行部分之间，以将折叠的碳纤维毡材料件保持在适当位置。压紧装置还可以包括框架支撑件，该框架支撑件相对于基本平坦件以一定角度从基本平坦件延伸，所述角度优选为70°至100°。可以将框架支撑件适当地配置成抵靠框架元件的内侧。
当使用如上所述的具有基本平坦的插入件的压紧装置来固定碳纤维毡材料件时，可以将压紧装置的基本平坦件插入过滤材料的最外侧的褶的两个平行部分之间，使得框架支撑件抵靠第二壁部分。
可以将压紧装置定向成使得基本平坦件与框架支撑件之间的角部相比基本平坦的插入件的最外边缘更靠近中间部分。因此，最外侧的褶和因此碳纤维毡材料件将牢固地保持在过滤框架上。在这种情况下，框架支撑件的最外边缘通常将被指向成远离框架元件的中间部分。
或者，可以将压紧装置定向成使得基本平坦件与框架支撑件之间的角部相比基本平坦的插入件的最外边缘更远离中间部分。这种压紧装置定向提供更高的对最外侧的褶的夹持压力，因此碳纤维毡材料件将被夹在插入件的边缘与框架壁之间，由此甚至更牢固地保持在过滤框架上。在这种情况下，框架支撑件的最外边缘通常将指向框架元件的中间部分。
可以将碳纤维毡的另一部分分别平坦地布置在框架与吸附板每一侧的横过褶方向上的褶的边缘之间，即布置在上述两个第二侧边缘处。
可以通过连接杆将吸附板和碳纤维毡材料保持在适当位置并固定在框架中。可以在板的每一侧上布置网或稀松布以保护其免受外力。
无论使用何种类型的压紧装置，都可以将连接杆和压紧装置适当地配置成相互作用以将吸附板保持在框架中的适当位置。例如，可以在压紧装置中设置凹槽，以允许将连接杆插入并安装在压紧装置与第一对框架元件的框架元件第二壁部分之间的框架元件上。在具有基本平坦的插入件和框架支撑件的压紧装置的情况下，凹槽可以被设置为框架支撑件中的切口。在实心压紧条的情况下，凹槽可以呈为连接杆提供空间的凹口的形式。然后可以通过例如紧固件，如螺钉或闩锁或其他合适的紧固装置12，将连接杆固定至框架元件。
或者，连接杆可以在连接杆的每一端处设置有突出舌部和端表面。压紧装置则可以具有用于接收连接杆的突出舌部的开口或凹口，使得在安装时连接杆的舌部将抵靠在开口或凹口的一侧上，并且连接杆的端表面将抵靠在邻近开口或凹口的压紧装置表面上。此外，可以在第二对框架元件之间适当地布置一个或更多个固定杆。固定杆将以一定角度或垂直于连接杆定位，并且可以通过例如紧固件，如螺钉或闩锁或其他合适的紧固装置，适当地固定至第二对框架元件的每一个框架元件，以降低过滤器板凸出(bulging)的风险。固定杆有利地布置在吸附板的两侧上，以提高稳定性。布置在吸附板的每一侧上的网或稀松布可以适当地具有不同的尺寸：因此可以将较小的网或稀松布布置在吸附板的其中压紧装置插入到吸附板与框架元件的第二壁部分之间的一侧上，所述较小的网或稀松布有利地具有与由框架元件形成的框架中的开口相对应的尺寸，而可以将较大的网或稀松布布置在吸附板的另一侧上，所述较大的网或稀松布被适当地插入吸附板与另一个第二框架壁部分之间并且优选地具有大于由框架元件形成的框架中的开口的尺寸。这意味着一旦组装好所有框架元件和较大的网或稀松布，就可以通过放置或移除吸附板、碳纤维毡件、较小的网或稀松布、压紧装置、连接杆和固定杆而有效地组装或拆卸空气过滤器组合件，而无需拆卸框架。
上述框架布置可以与任何种类的吸附过滤介质板结合使用，并且也适用于吸附板与框架之间未布置碳纤维毡的情况。
上述空气过滤器组合件可通过以下方法适当地再生。
本公开内容还涉及使上述空气过滤器组合件再生的方法，其包括以下步骤：
-将耐热可再生空气过滤器组合件从包括空气供应应用的设施的空气处理系统中的工作位置上拆卸；
-将耐热可再生空气过滤器组合件安装在再生设备中；
-进行再生循环，直到达到规定的洁净度或脱气水平；
-将经再生的耐热可再生空气过滤器组合件从再生设备上拆卸；
-将经再生的耐热可再生空气过滤器组合件重新安装回其工作位置。
再生循环包括使空气过滤器组合件暴露于1个大气压下100℃至300℃的温度下的加热气流或低于1个大气压的静压下50℃至300℃的温度下的加热气流，直到实现期望的分子污染物的解吸；或者使其暴露于低于1个大气压的抽空和洁净气体再填充步骤，可以重复该步骤直到实现期望的分子污染物的解吸。该再生温度范围允许具有吸附过滤介质板的空气过滤器组合件再生，该吸附过滤介质板耐受再生温度而不下垂或分解，但其无法经受热解处理。
限定了再生完成时间的规定的洁净度或脱气水平可以例如通过质子转移反应质谱(PTR-MS)设备来确定。在指定的空气流，即过滤器的预期工作空气流下，再生循环结束时合适的脱气值阈值可以例如为0.1ppb(体积)。
当空气过滤器组合件已从其工作位置上拆卸时，其通常被具有相同配置的另一个空气过滤器组合件单元替换，使得在第一空气过滤器组合件再生的同时空气供应应用无需停止运行。当然，可以具有数个在空气处理系统中的工作位置与再生设备之间循环的空气过滤器组合件单元。如果这样的话，可以将当前未使用或处于再生中的单元储存在洁净气体条件下。
再生设备可以位于与空气供应应用相同的位置。然而，布置服务于复数个具有空气供应应用的设施的中央再生设施可能更有效，所述空气供应应用具有其中使用如本文限定的空气过滤器组合件的空气处理系统。在这种情况下，使空气过滤器组合件再生的方法还可以包括：在将耐热可再生空气过滤器组合件从其在洁净室的空气处理系统或其中的生产设备中的工作位置拆卸之后，将其放置在指定的运输容器中，并将其运输至包括再生设备的再生设施；以及在将耐热可再生空气过滤器组合件从再生设备拆卸之后，将其放置在新的指定运输容器中，并将其运输回洁净室设施。任选地，可以将再生的耐热可再生空气过滤器组合件储存在气体洁净条件下直到重新投入使用。一些大的烃类可能无法通过上述再生(即不进行热解)去除。只要不超过再生循环结束时的脱气值，这可能就是可接受的。然而，在若干循环周期之后，可能存在这样的情况：无法通过以上再生方法去除的大的烃类的量可能已在吸附板中累积到无法再达到可接受的脱气值的程度，或者由于大的烃类的累积而导致吸附容量减小，因此两次再生之间的使用时间变得太短。在这种情况下，吸附板可能需要丢弃并替换为新制造的吸附板。
示例实施方案
现在将参照附图描述本公开内容的空气过滤器组合件，附图中示出本公开内容的优选示例实施方案。
图1a至1b和图2a至2d示意性地示出本公开内容的耐热可再生空气过滤器组合件的实例，其包括安装在框架2中的透气吸附板1。吸附板包括耐热载体结构11(参见图3a至3c和图4)，所述耐热载体结构包含用于吸附分子污染物的耐热多孔吸附材料并且被配置成通过解吸再生。空气过滤器组合件包括在吸附板1与框架2之间的耐热密封材料3。耐热密封材料3为碳纤维毡材料，其布置在透气吸附板与框架之间以填充其间的间隙，从而防止在使用期间和再生期间未经过滤的空气穿过热可再生空气过滤器组合件而泄漏。
框架元件被构造成具有中间壁部分2a和在其每一侧上从中间部分2a延伸的第二壁部分2b，以防止吸附板从框架中脱落。框架2由两对框架元件构成：布置成保持吸附板1的两个第一侧(图1a至1b中的左侧和右侧)的第一对框架元件，以及布置成保持吸附板的两个第二侧(图1a至1b中的顶侧和底侧)的第二对框架元件。如所示，在呈打褶的过滤介质板形式的吸附板的情况下，第一对框架元件和吸附板的第一侧将平行于吸附板1的褶。碳纤维毡材料3呈一个或更多个具有至少对应于透气吸附板1的周界或周长的组合总长度的条或带3a、3b的形式。碳纤维毡的条或带3a围绕吸附板折叠，如图2a所示，或者围绕最外侧的褶的边缘折叠，如图2b至2d所示。在图1a至1b和2b至2e的所示实例中，吸附板1为打褶的过滤介质板，并且在打褶的过滤介质板的每一侧1a上碳纤维毡的一部分3a被折叠以包围过滤介质在最外侧的褶7处的边缘6，以及可压缩碳纤维毡的另一部分被平坦地布置在吸附板每一侧的横过褶方向上的褶的边缘上。最外侧的褶是指过滤材料的位于最外侧的折叠线7’的每一侧上的两个平行部分7”，如图2a至2e示意性所示。“横过褶方向”垂直于折叠线，并且为横过褶侧边缘1b提供锯齿形外观。通过这种应用，碳纤维毡材料还将密封吸附板的打褶的介质组合体的边缘，并阻止任何吸附剂颗粒从介质边缘逸出。
折叠以包围过滤介质在最外侧的褶7处的边缘6的碳纤维毡通过沿最外侧的褶布置并插入褶中的压紧装置5保持在适当位置，以便将折叠以包围过滤介质的最外侧的褶处的边缘的碳纤维毡抵靠框架的内侧固定。
如图2a至2d示意性所示，压紧装置5、5’、5”用于将吸附板1和碳纤维毡材料件3a保持在适当位置。压紧装置插入吸附板与框架元件之间。
图2b至2d所示的压紧装置包括平坦的插入件16，该平坦的插入件插入过滤材料的最外侧的褶的两个平行部分1a之间，以将折叠的碳纤维毡材料件3a保持在适当位置。压紧装置还包括框架支撑件17，该框架支撑件相对于基本平坦件以一定角度从平坦件16延伸并且被配置成抵靠框架元件的第二壁部分2b的内侧。
如图2b所示，可以将压紧装置5’定向成使得插入件16与框架支撑件17之间的角部相比插入件的最外边缘更靠近中间壁部分2a。在这种情况下，框架支撑件的最外边缘被指向成远离框架元件的中间壁部分2a。
或者，如图2c所示，可以将压紧装置5”定向成使得插入件16与框架支撑件17之间的角部相比插入件的最外边缘更远离中间壁部分2a。在这种情况下，框架支撑件的最外边缘指向框架元件的中间壁部分2a。图1a至1b示出框架是如何由可以拆卸的框架元件和固定装置构成而使得碳毡和吸附板可以被移除。图1b中的第二对框架元件的顶部框架元件18通过螺钉形式的非永久性紧固件连接至第一对框架元件的框架元件，以易于组装和拆卸。
如图1a至1b所示，吸附板1和碳纤维毡材料例如通过连接杆10保持在适当位置并固定在框架中。在板的每一侧上布置有网或稀松布9、9a、9b以保护其免受外力。如图1a至1b和2b至2c所示，布置在吸附板的每一侧上的网或稀松布具有不同的尺寸：尺寸与由框架元件形成的框架中的开口相对应的较小的网或稀松布9b布置在吸附板1的其中压紧装置5、5’、5”插入吸附板1与框架元件的第二壁部分2b之间的一侧上，以及尺寸大于框架中的开口的较大的网或稀松布9a布置在吸附板的相对侧上，在吸附板与另一个第二框架壁部分之间。
连接杆10和压紧装置5、5’、5”被配置成相互作用以将吸附板保持在框架中的适当位置。在图1a的实例中，在压紧装置中设置有凹槽13以允许连接杆10插入并安装在压紧装置5’与框架元件第二壁2b之间。连接杆通过紧固件12固定至框架元件。
在图1b的实例中，连接杆10在杆的每一端处设置有突出舌部19和端表面20，其也在图2d至2e中示出。压紧装置5”具有用于接收舌部的开口21，在安装时端表面20将抵靠在邻近开口21的压紧装置表面上。此外，固定杆14布置在框架元件之间，并通过紧固件15固定至顶部框架元件和底部框架元件中的每一者。
图3a至3c示出粘附有吸附材料的载体结构的三种替代方案：在图3a中，打褶的耐热纤维片；在图3b中，蜂窝材料；以及在图3c中，海绵状材料。所有这些载体结构都可以用合适的压紧装置选择如图1a至1b中所示的载体结构那样保持在框架组合件中。
图4示出打褶的吸附板，其包括呈具有与吸附板的形状相对应的三维形状的网格形式的耐热支撑构件8。图4中的板的褶被延展示出以使支撑网格可见。
图5示意性地示出使以上空气过滤器组合件再生的方法，其包括以下步骤：将耐热可再生空气过滤器组合件从包括空气供应应用的设施(201)的空气处理系统中的工作位置拆卸(101)；将耐热可再生空气过滤器组合件安装(104)在再生设备中；进行(105)再生循环，直到达到规定的洁净度或脱气水平；将经再生的耐热可再生空气过滤器组合件从再生设备上拆卸(106)；将经再生的耐热可再生空气过滤器组合件重新安装(110)回其工作位置。所述方法还可以包括以下步骤：在将耐热可再生空气过滤器组合件从其在包括空气供应应用的设施(201)的空气处理系统中的工作位置拆卸之后，将其放置在指定的运输容器中(102)，并将其运输(103)至包括再生设备的再生设施(202)；以及在将耐热可再生空气过滤器组合件从再生设备上拆卸之后，将其放置(107)在新的指定运输容器中，并将其运输(108)回包括空气供应应用的设施(201)。所述方法可以任选地包括将再生的耐热可再生空气过滤器组合件储存(109)在气体洁净条件下直到重新投入使用。
本领域技术人员认识到，本公开内容不限于上述优选实施方案。本领域技术人员还认识到，在所附权利要求的范围内可以进行修改和变化。此外，本领域技术人员在实施要求保护的本公开内容时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以理解并实现对所公开的实施方案的改变。

Claims (21)

1.一种用于空气供给应用的耐热可再生空气过滤器组合件，包括安装在框架(2)中的透气吸附板(1)，所述板包括耐热结构，所述耐热结构包含用于吸附分子污染物的耐热多孔吸附材料并且被配置成通过解吸再生，
所述空气过滤器组合件包括在所述吸附板与所述框架之间的耐热密封材料(3)，
其特征在于，耐热密封材料为碳纤维毡材料，所述碳纤维毡材料布置在所述透气吸附板与所述框架之间以填充其间的间隙，从而防止未经过滤的空气通过所述耐热可再生空气过滤器组合件泄漏。
2.根据权利要求1所述的空气过滤器组合件，其中安装状态的碳纤维毡密封件上的压降高于所述吸附板上的压降，优选高达至少2倍，更优选高达至少5倍，最优选高达至少10倍。
3.根据权利要求1或2所述的空气过滤器组合件，其中所述透气吸附板在0.7m/秒的面速度下表现出小于100Pa，优选小于60Pa的压降。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述碳纤维毡材料是可压缩的并且优选可恢复的材料，当安装在所述空气过滤器组合件中时，所述碳纤维毡材料的厚度为在安装在所述透气吸附板与所述框架之间之前的所述碳纤维毡材料的厚度的50％至70％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述碳纤维毡材料呈一个或更多个具有至少对应于所述透气吸附板的周界或周长的组合总长度的条或带的形式。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述吸附板为打褶的过滤介质板，并且碳纤维毡的一部分被折叠成包围所述过滤介质在所述吸附板的每一侧(1a)上在最外侧的褶处的边缘(6)，并且所述碳纤维毡的另一部分被布置成基本上平坦地抵靠所述褶在横过褶方向上在所述吸附板的每一侧上的边缘。
7.根据权利要求6所述的空气过滤器组合件，其中沿着最外侧的褶布置有压紧装置(5)以将被折叠成包围所述过滤介质在最外侧的褶(7)处的边缘(6)的所述碳纤维毡抵靠所述框架的内侧固定。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述耐热结构为自支撑的或包括自支撑载体结构，所述自支撑载体结构保持用于吸附所述分子污染物的所述耐热多孔吸附材料，所述自支撑载体结构优选地包含耐热纤维。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述吸附板还包括耐热支撑构件(8)，优选呈具有与所述吸附板的形状相对应的三维形状的网格的形式。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述耐热碳纤维毡材料密封材料具有在50℃和30分钟下测试时低于10μg/g的脱气值。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述碳纤维毡材料包括活性碳纤维。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述吸附板和所述密封碳纤维毡安装在所述框架中，并且所述框架包括能够拆卸的框架元件和固定装置，使得所述碳毡和所述吸附板能够被移除。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述透气吸附板被配置成耐受通过在1个大气压下在100℃至300℃的温度下的加热气流的再生。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述透气吸附板被配置成耐受通过在50℃至300℃的温度下在低于1个大气压的静压下的加热气流的再生。
15.根据权利要求1至12中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述透气吸附板被配置成耐受通过低于1个大气压的抽空和洁净气体再填充步骤的再生。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述空气供应应用为洁净室应用，例如用于制造半导体或微电子的洁净室应用。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的空气过滤器组合件，其中所述空气供应应用为用于建筑物的全面通风的HVAC系统。
18.一种使根据权利要求1至17中任一项所述的空气过滤器组合件再生的方法(100)，包括以下步骤：
-将所述耐热可再生空气过滤器组合件从包括空气供应应用的设施(201)的空气处理系统中的工作位置上拆卸(101)；
-将所述耐热可再生空气过滤器组合件安装(104)在再生设备中；
-进行(105)再生循环直到达到规定的洁净度或脱气水平；
-将经再生的耐热可再生空气过滤器组合件从所述再生设备上拆卸(106)；
-将所述经再生的耐热可再生空气过滤器组合件重新安装(110)回其工作位置。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括以下步骤：
在将所述耐热可再生空气过滤器组合件从其在包括所述空气供应应用的所述设施(201)的所述空气处理系统中的工作位置上拆卸之后，将所述耐热可再生空气过滤器组合件放置在指定的运输容器中(102)并将所述耐热可再生空气过滤器组合件运输(103)至包括所述再生设备的再生设施(202)；以及
在将所述耐热可再生空气过滤器组合件从所述再生设备上拆卸之后，将所述耐热可再生空气过滤器组合件放置(107)在新的指定运输容器中并将所述耐热可再生空气过滤器组合件运输(108)回包括所述空气供应应用的所述设施(201)；
任选地在气体洁净条件下储存(109)所述经再生的耐热可再生空气过滤器组合件直到重新投入使用。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中所述再生循环包括使所述空气过滤器组合件暴露于
a)在1个大气压下在100℃至300℃的温度下的加热气流或在50℃至300℃的温度下在低于1个大气压的静压下的加热气流直到达到期望的分子污染物的解吸；或者
b)低于1个大气压的抽空和洁净气体再填充步骤，所述步骤可以重复直到已达到期望的分子污染物的解吸。
21.根据权利要求1至17中任一项所述的空气过滤器组合件，所述过滤器按根据权利要求18至20所述的方法可再生。
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