CN1332155C - 过滤设备及其制造和更换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明通常涉及更安全地过滤、特别是更安全地更换过滤器的改进过滤设备。本发明的过滤设备适于过滤流入和流出流体管道的流体。所述过滤设备包括具有一个或多个壁的容器，其中，至少一个所述壁包括至少一个形成在所述壁至少一部分上的过滤元件。所述容器限定一个适于收集流体中污染物的内部。此外，容器包括一个或多个开孔和装置，适于密封地以可移除的方式在至少一个所述开孔处将所述过滤设备连接到所述流体管道，以提供所述过滤设备内部和所述流体管道的流体连通。连接到所述流体管道的所述开孔还适于和/或包括当所述过滤设备从所述管道移除时关闭所述开孔的装置。

Description

过滤设备及其制造和更换方法
技术领域
本发明通常涉及用于空气终端设备(ATD)的供给和/或排气系统，包括一个带有过滤器的外壳，通过过滤器将空气释放到可能存在人、动物、敏感产品或设备的建筑物、房间、小屋和封闭空间等，和/或从中排出。在这些系统中，空气优选地从中央空气供给中部分地接收和返回到中央空气供给，中央空气供给从环境或例如建筑物外部获取空气。
背景技术
通常，建筑物中房间的新鲜空气供给由从建筑物外部吸收的空气所提供。减少较粗的杂质和/或污染物的数量以防止破坏空气供给系统。在一个或另外多个步骤中，在某种程度上处理空气以减少细微杂质，达到建筑物中房间的预期使用的空气质量。
典型地，这种空气处理单元(AHU)和管道工作系统自身可以充当供给到房间的空气的杂质源。这些杂质能够由生产过程残余(例如油)、建造期间的污染和/或使用期间沉积的杂质等所引起。所有这些杂质能够另外造成有机体的生长，该有机体又造成供给到房间的空气另外的杂质。而且，从房间中排出的空气通常经过过滤器或其它装置来去除杂质，同时防止管道系统的污染。空气质量问题的原因之一是房间空气中的杂质，所述空气质量问题甚至能造成所谓的病态建筑(sick building)综合症，。因此，通常必须设计、维护和运行空气处理系统，以便使当地考虑来自室外以及室内的杂质。否则，这些污染将加重这些空气质量问题。
如果是中央系统，建筑物中每个房间杂质的减少是相同的，这些减少实际上常常并不需要或者无用。每个房间的用途可能非常不同，例如在医院中。相应地，这种中央系统将遭受房间引入空气质量相同而目的不同的缺点，这意味着，一些房间可能不需要由中央空气处理单元所提供的空气质量，而另外的房间由于其特殊的用途可能需要比由空气处理单元所提供更高质量的空气。
因此，近来根据房间各自的空气质量要求，设立了包括房间的过滤单元的系统，其中引入空气由中央空气处理单元提供。处理单元去除吸入的空气中较粗的杂质，以避免破坏和阻塞空气分配系统，例如管道系统、分离(split)单元等。然后，将预先过滤的空气分配到每个房间，最终的净化过程在这些房间的每个中发生。使得在一定程度上调整每个过滤单元以适于每个房间的特定需求。
通常，空气终端设备的工作原理是基于所谓的置换通风系统，即，优选地以低速在地板平面上将较冷的空气引入到房间。通过遭遇一个热源，例如人、房间设备等，引入的空气上升并将气态和部分微粒状的污染物携带出所占区域，而同时将新鲜更冷空气引入到该区域。
在本领域已知许多常规的空气终端设备。例如，DE 41 19 503 C2涉及一种用于使空气循环到房间的装置。该装置包括一个外壳，该外科具有较大开孔，用于向装置引入空气流以及从该处排出空气。开孔用易于移除的多孔板、格栅或网格覆盖。在多孔板、格栅或网格的背面以及各自开孔之间，可更换地设置有薄层灰尘过滤器。为了更换过滤器，将多孔板、格栅或网格从外壳移走，更换过滤物质，因此再关闭装置。
EP 0 838 639 A1披露一种用于安装防止灰尘、气体等进入房间的通风箱的装置。。该装置包括用来将通风箱固定于其中的L形外壳。该外壳具有位于壁内部的内部开孔和向下并位于壁外部的外部开孔。内部开孔设有能够垂直滑动以便能从外壳移除的排气过滤器，。此外，内部开孔覆盖有能够打开或关闭的金属盖。在外部开孔附近设置用于吸收来空气的另一个过滤器。通过移走过滤盒、用新的过滤器来置换在过滤盒中的过滤器，然后将过滤盒又嵌入装置中，能够更换两个过滤器。
GB 2 356 359 A披露构成空气再循环系统一部分的一种空气返回寄存器(register)。该设备包括一个外壳、过滤元件、新鲜空气入口和空气出口。将新鲜空气引入外壳到入口，流过过滤单元，从出口流出。在寄存器之下，新鲜空气和现有空气混合用于再循环。然后，空气流过出口进入外壳，经过分离的壁另一边的过滤元件，从与空气分配单元相连的出口流出。为置换过滤元件，松开销，使外壳的底部框架绕绞转动以提供通道。
WO 81/01109 A1披露一种用于安装高效微粒空气(HEPA)过滤器的外壳，包括一个末端开口的管状/空心外壳，在外壳内，和一个用于从外套的一端可滑动地安装高效微粒空气(HEPA)过滤器的滑动结构。缓冲装置将外壳的内部分成各自的腔室，在滑动结构中安装过滤器时，除了通过过滤器之外，腔室之间相互气密性地隔离，并且，这些腔室对于各自的外套开口端之一是可以进入的。此外，每个腔室设有吸气/排气端口；一对用于关闭外套各自的开口端的覆盖构件，每个覆盖构件包括与外套相应端互补的法兰；以及用于将盖构件夹到外套上以实现法兰和外套的各自端气密性配合的各自的夹具和密封装置。
在EP 0 961 088 A2中描述了空气供给终端设备的另一个例子。更确切地，该设备是个低速供给空气的终端设备，用于需要空气供给的房间，其包括：一个能够连接到外部空气供给管道的入口，一个用于将现有供给空气分配到房间中的空气分配单元，以及一个对入口打开并沿设备的纵向从入口延伸至其底部，用于向空气分配单元输送和分配空气的内部空间。该空间由空气分配单元的内部可透气壁在横向限定，并且当可应用时，也由设备的外壁所限定。该设备也包括一个用于节流供给空气流的多孔板。多孔板用于促进供给空气垂直而均匀地分配到在内部空间中以分配板形式布置的空气分配单元。但是，该空气终端设备中不使用过滤器。
同样地，EP 0 442 856 A1披露一种具有外套的供给空气终端设备，该外套具有一个多孔的前盖和一个分配室，空气通过该前盖进入房间，该分配室形成在外套内并用于从供给通道中接收空气。分配室包括一个壁，该壁设有开孔并具有按发散流方式从分配室释放空气的功能。沿与通道输送的空气平行的方向布置该壁，并且该壁具有沿以上方向延伸的相互平行的区域，该区域包括：第一区域，完全在具有与通过通道供给的空气流动方向相比完全向后地释放空气的开孔；和第二区域，具有在基本垂直于上述方向的方向上释放空气的开孔。该空气终端设备不包括过滤器。
DE 197 00 340 A1涉及一种具有滤框的过滤器，滤框里有一种优选地由活性炭载体元件制成的过滤元件。滤框由闭孔(cell)加热成形泡沫材料制成，优选地通过真空形成。至此，泡沫网(web)最初用于提供一种具有完整底部或者底部的一部分的滤框，在成形过程后的第二步中移除该完整底部或者底部的一部分，以提供一种能够将过滤元件嵌入的框。另外的滤框的构建在诸如WO 95/34367 A1、WO98/20961 A1和DE 43 08 399 C2等中得以说明。
此外，已知多种吸尘器，比如象使用带有HEPA过滤材料的滤筒的DysonTM型真空吸尘器。
这些已知的过滤系统仍不令人满意，特别是对于防止杂质有高要求的应用，由于过滤器的更换通常十分麻烦并且涉及多个处理步骤，在此期间典型地至少将一部分由过滤元件捕获的杂质释放到环境中，从而影响过滤系统的整体效率。
考虑到压降的谨慎平衡和过滤器中已捕获的杂质污染空气的风险，有必要时常更换过滤器。由于过滤器从气流中捕获污染物，然后将其存放在过滤介体或过滤介质内，在过滤器长期使用后，对于特定名义流动速率的压降增加，这就导致更高的能量消耗以及更高的成本，最终可能导致通风系统不能克服压降以至不能再给房间提供新鲜空气的状态。此外，如前所述，存在着过滤器中的已捕获的杂质构成空气中另外杂质潜在的基础的风险，例如这种基础将支持微生物的生长。因此，按一定的间隔去除来自气流的这些杂质是重要的，即，需要更换过滤器。
就普通的高质量过滤器而言，只在3-5年后才更换过滤器，期间可能已经大量地释放上述二次杂质。相应地，根据所要求的空气质量，过滤器更换通常在一年或甚至更短的间隔内进行。然而，过滤器更换通常十分麻烦并且涉及多个处理步骤，此外还存在由过滤元件中捕获的污染物引起的另外的污染以及过滤元件更换期间污染物释放的风险。
更确切地，为了更换过滤器，通常需要打开过滤器外壳或者移开盖子，以便取得过滤元件。在取得过滤元件后，从过滤单元中取出过滤元件并用新的元件代替。此后，重新关闭外壳。在该操作期间，过滤器在其使用期间收集的杂质和污染物有可能从过滤元件释放，污染房间。这意味着在敏感房间中(例如在加护病房中)的过滤器更换，要防止在净化和去污之前进一步的使用该房间。这再一次需要额外的时间和费用，并导致房间不能使用的时间延长。为满足用于特定房间的质量标准(卫生标准)，上述情况的确属实。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的过滤设备，克服现有技术的问题，特别是在过滤器更换期间杂质和污染物释放的问题。本发明的另一个目的是提供一种更换过滤设备的改进方法，以及一种低成本制造过滤设备的改进方法。这些目的实现了权利要求的特征。
通常，本发明的基本思想是提供一种过滤设备，其包括一个过滤器外壳，将外壳布置得使得杂质和污染物安全地保存在过滤单元内。通过过滤器外壳的特殊设计来达到该点，外壳在一方面可以封装过滤介质，另一方面可以覆盖外壳的入口/出口。因此，能够避免杂质意外地逃离以及伴随的房间潜在的污染。
更确切地，本发明的过滤设备适用于过滤流入或流出流体管道的流体，其中，过滤设备包括具有一个容器，该容器具有一个或多个壁，至少其中一个壁包括至少一个在壁的至少一部分上形成的过滤元件。容器限定了适于收集污染流体和/或包含在流体中的微粒的一个内部，该容器包括一个或多个开孔和装置，适于在至少一个开孔处密封地以可移除的方式将过滤设备连接到流体管道，使得在过滤设备的内部和流体管道之间提供流体连通。当过滤设备从流体管道移除时，还能够关闭开孔且开孔包括关闭开孔的装置。
容器壁的至少一部分是柔性的。然而，容器壁优选地至少有部分为刚性，以形成至少一个容纳过滤元件的框。通常将一个或多个开孔和过滤元件布置在容器中，使得进入过滤设备的流体流动和从流出过滤设备出来的流体流动基本不平行。更典型地，进入过滤设备的流体流动和从流出过滤设备出来的流体流动之间的角度优选地在大约70-110°的范围之内，更优选地是彼此相对大约90°。
在一个优选实施例中，过滤设备包括通过改变过滤设备、容器和/或过滤元件的几何形状来影响流体流动特性的装置。而且，至少容器的一部分可以是弯曲的并可具有一个或多个半径。此外，至少一个过滤元件的至少一部分可以是弯曲的并可具有一个或多个半径。更特殊地，一个或多个过滤元件和/或容器可以按凹面弯曲或凸面弯曲。例如，容器可以基本上是圆筒形的，其中，容器的横截面能够基本上是弓形或者圆的一部分。而且，容器的形状可能基本上是截头圆锥体形的。
优选地，这些过滤元件覆盖容器的基本部分或者沿其延伸，例如其中基本上整个圆周。优点是，至少一个过滤元件是个打褶过滤元件。使用这种打褶过滤元件，可以增加过滤元件的有效表面积。例如，至少过滤设备的壁的一部分可以由打褶材料形成。可选地和/或额外地，至少过滤设备的壁的一部分可以由平面过滤材料制造。也在曲面结构中优选地设置打褶过滤元件，以便打褶充当用作为流体流动导向的导向口。
通常，本发明中使用的过滤元件可以由任意合适的过滤材料制成。按照本发明的一个优选的实施例，该过滤材料满足ULPA(超低渗透空气)、HEPA(高效微粒空气)和/或细过滤器产品等级标准。典型地，至少一个过滤元件的材料是塑性材料，优选地是非纺织材料，比如吹熔或拼合纤维(split-fiber)材料。更优选地，过滤材料带静电。一个特别优选的过滤材料是具有低压降的非纺织的、吹熔的(或拼合纤维的)、带静电的塑性材料。塑性材料可能是聚烯烃，优选地是聚丙稀或者聚乙烯。
容器可以由任何合适的塑性材料例如PET制成。最优选地，容器加热成形，以简化制造和降低产品成本。典型地，容器通常是塑料泡沫(或发泡(blister))包装的形状。
按照本发明，由于现今顾客和商业化产品的广泛多样，塑料泡沫(或发泡)型外壳是加热成形的。在这些过程中，将热塑性材料板加热到软化点，由低压进入模具成形，冷却，并从板上冲切。所有能够加工成板的热塑树脂通常能够加热成形，只要所用材料的热强度性能允许施加所要求热量。
用于加热成形过程的可能材料是例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚乙烯(PE)。PET和PE由于其优越的材料性能而作为优选的材料。
加热成形相对其它热塑性浇铸或成形过程的优点是，即(i.a.应为i.e.之误)，可能用较低的模具和设备成本形成大表面部件，可能形成极薄壁部件以及生产大量薄壁产品。此外，只要求较低压力，甚至能在其中形成大型量规(heavy-gauge)产品或部件。
只要改进的板温控制、更快地成形和冷却以及修整速度提高得以遵照，加热成形的生产效率在超过修整产品的1100kg/h的范围内。
本发明所使用的加热成形系统优选地是包括模具的真空成形系统，模具限定将制造的产品。在基本真空成形过程中，将塑性板钳夹、加热和紧靠模具表面密封。阴模腔具有多个通向真空室的通风孔。由于模腔应用真空排放气体，大气压迫使板靠近模腔。成形板由于和模具表面(常由铝组成)接触而硬化和冷却，其中，模具通过穿过模具的循环水或者其它冷却液来控制温度。特殊地，从该过程能够获得薄壁板(基本在1.5mm或更小的范围内)，由此，对于更厚的壁(特殊地使用合成纤维)，板侧的空气或者喷雾冷却可能是便利的。
除了只使用真空，通过从相反边施加正的空气压到真空应用压力成形也是可能的。优点是，通过在板和模具之间强加更紧密的接触增加的冷却，将获得更短的成形周期。
除了分离和修整工具，用于加热成形过程的机械特别地包括模具。模具显示将成形产品的形状，而且还显示用于密封地将成形的板连接到模具的密封装置，以及通过从板移除热量来以该形状固定已成形板的冷却装置。
通常有两种机器。一方面，是板料送进(sheet-fed)机器(切板热成形机)，另一方面是从辊(roll)(连续腹板送进(web-fed)热成形机)进料的机器，其中，过程的选择基于将要在辊上处理的板厚作为实际的限制，而不是选择的聚合物的性质。此外，这种机器包括在加热、成形和修整区域导引和放置板的装置、用于加热板的装置、形成和冷却产品的模具以及用于从腹板分离和修整部件的装置。
切板热成形机特别地用于形成具有大表面面积且厚度在1.5-6.3范围内的产品。在该过程中，将形成的板钳夹在钳夹框内，然后移入加热部分或者将加热单元移到钳夹板之上。下一步是将板子钳夹到模具之上，开始加热过程。
连续腹板送进热成形机特别适于一次性用品和包装的大量生产。原材料将从轧制固体(rolled solid)或泡沫板或成对的直接送到挤压模的出口。直接成直线挤压加热成形可具有单个挤压机作为连续板源，或者在多层板情况下可具有一组挤压机。此外，设有在边缘固定腹板的装置、将板加热到成形温度的方法、包含在一个压力盒中用于真空或压力成形的模具、辅助材料分配的可选装置以及将部件从腹板上分离的方法。
加热板或者腹板的装置典型地是金属外皮辐射元件，其中管式加热器在加工方向或横向(这更普遍)运行，加热器置于在板上和板下5-20cm可调整，其中，板在与模具长度相配的至少两个(更普遍的是三个或四个)加热区域上达到成形温度。此外，侧边加热器提供边缘补充。可选地，在加热炉中可使用提供单独的温度控制、通常优选地为PET和PP的陶瓷加热器。而且，可以实现常规炉的介质环境的精确温度控制加热板。然而，这些炉由于传到板上的热系数低，加热慢。接触加热可用于较薄板规，其中，空气压力迫使板靠近加热台板。
导引装置通常包括具有尖销的链，尖销在加热位置之前穿透板，并带其通过成形周期。可选地，也能使用由链上带有的钳夹来夹住板边缘。
加热成形位置将模具组件集合到一起，夹住板，提供辅助嵌入成形运动，在加热成形期间将组件固定在一起，并提供剥除动作来去除产品中形成的咬边。
有利地，一个或多个过滤元件通过粘合、焊接、钳夹、扣接和/或棘爪连接或者这些方法的组合密封地连接到容器壁上。更优选地，过滤元件通过密封层、冷粘合剂、热熔粘合剂或者超声焊接密封地连接到容器上。使用部分过滤介质自身部分作为密封材料来将其与容器壁密封也可以是有利的，如EP 0 649 335 B1或美国专利5,792,228所述。
此外，容器和/或过滤元件可设有降低声音的装置。过滤设备另外可包括至少一个气体过滤元件，优选地是活性炭过滤元件。优选地，使用诸如O型圈这种密封装置将过滤设备密封地与流体管道相连。还优选地是，当将流体设备从流体管道移走时，过滤设备适于覆盖过滤元件和/或包括覆盖过滤元件的装置。更优选地，过滤设备包括一个以可释放的方式连接到容器壁上用于覆盖至少一个过滤元件的盖。过滤设备也可适于安装到其它相同或相似的过滤设备上。典型地，流经过滤设备的流体为空气。
根据本发明的一个实施例，过滤设备包括多个过滤元件，将其布置得以便实现一致的流体流动和/或压力平衡和/或其它的流体流动方式。例如，在过滤设备中，可将两个，三个或者多个具有不同压降特性和/或渗透性的过滤元件设置在彼此之上。典型地，本发明的过滤设备用于空气终端设备的更换和/或通风系统的更换。
使用本发明的过滤设备，房间或建筑物空间的空气质量能得以提高，而不改变中央空气处理系统的总体功能。此外，过滤设备优越地是可移除的，即，过滤单元随同其容器在使用后可完全移除。换言之，过滤器的更换通过更换整个过滤设备来完成，以便由过滤单元收集和/或在容器内的杂质将保留在过滤设备之内。同样地，能够避免过滤设备收集的杂质或污染物对于房间的潜在污染的危险。由于过滤设备(即容器和过滤单元)制造成本低，本发明可移除的过滤设备象常规可更换过滤单元一样合算。例如，使用塑性材料通过真空成形过程形成过滤设备的容器或外壳能够实现这点。通过该成形过程，发泡型容器能够制造成较复杂的形状，而同时保持制造成本较低。
附图简述
此后，将结合附图来说明本发明过滤设备的优选实施例，其中：
图1a和1b是按照现有技术的过滤器实施例；
图2a和2b按照本发明一个实施例的过滤设备；
图3和图3a是具有按照本发明一个实施例的过滤设备的空气终端设备的分解视图；
图4a-4c显示本发明过滤设备的优选的发泡型实施例；
图5是本发明过滤设备的发泡型容器的另一个实施例的透视图；
图6a是穿过按照本发明具有基本均匀空气流的一个实施例的过滤设备的剖面示意面；
图6b是具有基本均匀空气流的本发明过滤设备的可选的实施例；
图7a和7b显示流体管道和过滤设备的过渡；
图8和图9是拼合纤维过滤材料的示范制造过程的示意图；
图10是按照图8和9所示过程所制造的拼合纤维材料的显微图；
图11是HEPA吹制(blown)微纤维过滤材料制造过程的示意图；
图12是图11所示过程制造阶段的更详细的示意图；和
图13是由图11过程所制造的多孔微纤维的显微图。
优选实施例详述
图1中显示现有技术的过滤设备2，将其连接到提供将过滤流体的流体管道4。过滤设备2包括一个法兰或者尾端件6和一个过滤元件或者过滤介质8。如图1b所示，过滤介质8可从尾端件6移走。图1a中，箭头10显示携带污染物或杂质12例如微尘的输入流体。过滤元件8在达到预定的寿命之后必须用新的过滤元件更换。这种更换通常通过从尾端件6上移走过滤元件8来进行，如图1b所示。可以看出，当将过滤元件8移走时，过滤元件内侧以及流体管道的尾端件6内所收集的杂质落出设置的开孔14。这就造成布置过滤设备的场所(例如房间)的意外污染，因为过滤设备特殊地是用于使任何杂质置于该场所之外。
在图2中示意性地显示本发明过滤设备20的一个实施例。过滤设备20以可释放的方式可释放在位置30处与流体管道22相连，适于过滤流入或流出流体管道22的流体，其中，图2所示的实施例中显示第一可选设备。过滤设备20基本包括具有一个或多个壁26的外壳或容器24。容器壁可以是柔性或刚性的，或者部分容器是柔性的而容器其它部分是刚性的。优选地，容器由一种材料制成，容器的刚性和柔性部分用加固肋或其它加固元件构成，设置例如至少在围绕过滤元件28的周向的区域内，从而提供一个将过滤元件28牢固地固定到容器壁26上的框。在过滤器达到其预定的寿命之后，移走过滤器时，整个过滤设备20从流体管道22脱离并移走，如图2b所示。通过合适的装置，如图2b示意性地显示通过顶盖装置，将容器从管道移走后，关闭容器与流体管道22相连接处的容器24的开孔30。可选地，弹簧加载活叶或者任何其它合适的装置都可以设在开孔30附近，或者设在容器24的法兰部分34之内。
图3按照分解方式示意性地显示一种用于空气终端设备(ATD)的示范供给和排气系统。空气终端设备包括已经在图2中提及的流体入口管22，来自中央空气供给的空气流过所述管道供应到本发明的过滤设备20，如箭头36所示。典型地，入口流体管22可以由合适的装置覆盖，并可以通过任何合适的装置安装到房间的壁40上。在所示实施例中，空气终端设备安装在房间的一个角落。
在入口流体管22的下游端部处设有一个法兰(图中未显示)，以便管22能够安装到容器24的法兰部分34。相应地，流体通过开孔30进入过滤设备20，如箭头44所示。如本实施例所示，容器24包括两个垂直布置的侧壁26，面对将要被供给空气的房间的弯曲或者曲面壁部分46，以及顶壁48和底壁50。顶壁48和底壁50是四分之一圆形状，使得弯曲的前壁46沿圆周的四分之一延伸，而两个侧壁26分别沿顶壁和底壁的直线部分延伸。前壁46包括一个较大的开孔或切口52，过滤元件28嵌入其中。过滤元件28本身也是曲面形的，使其与容器24的前壁46的曲面或弯曲形相符合。
如前所述，如现有技术中通常已知而且将随后所述的那样，过滤元件28可以是打褶过滤器。将过滤元件28牢固地嵌入并密封地固定在容器24中，以便实际上过滤从容器24排出的所有流体，如图3示意图的箭头54所示。
图3所示空气终端设备充当换气系统，即，过滤了的空气离开靠近房间底部的过滤设备20，接着由于其温度升高而上升，使得在房间的较高位置将其吸出。图3所示的实施例中，过滤了的空气可以通过再次引入位于房间底部的过滤设备20而从房间再循环。未实现这点，将过滤设备20的容器24连接到另一个过滤设备56，通过所述过滤设备56从房间中吸入空气，如箭头62所示。为达到该目的，如果需要，在过滤设备20和56之间的管道系统中可设有用于维持空气通风的装置。容器24的顶壁48包括第二开孔64，空气通过所述开孔64再次进入第一过滤设备20，然后从此离开过滤元件28进入房间。第二开孔64可设置在顶壁48中第一开孔30的旁边，如图3所示，但是也可选地设置在底壁50中。与第一过滤设备20类似，第二过滤设备56包括具有壁结构的外壳或容器66，所述壁上具有用于容纳过滤元件70的开孔或切口68。此外，过滤设备56包括开孔72，管58与之连接以将流体导入第一过滤设备20。
在房间的更高处，设置有用于将空气排出房间的第三过滤设备74。过滤设备74的结构与第二过滤设备56基本相同，即，包括外壳或容器76，过滤元件78，以及用于将过滤设备74连接到第三排气管84的法兰部分82处的开孔80。排出气流如图3中的箭头86所示。
本发明空气终端设备的功能的概念也如图3右侧的图3a所简要地显示，在图3a示意剖面由点划线所包围。从该示意图中可见，输入气流送进第一过滤设备20，引入房间，通过第二过滤设备再循环，再通过第三过滤设备排出。换言之，来自房间的空气在最终通过第三过滤设备离开之前，通过第二过滤设备部分地再循环到第一过滤设备，再被引入房间。
为移除或更换本发明的过滤设备20，解除过滤设备与入口管22(以及管58，如果存在)的连接，并可将它完全移除，即除去外壳24随同过滤元件28。为了确保由过滤设备收集的所有杂质和污染物被安全地保持在外壳内，过滤设备20的开孔30和64通过各自的关闭装置(例如顶盖32)关闭。
关于本发明的第二和第三过滤设备56和74，不仅顶盖32将开孔72和80自身关闭，而且合适的板盖88分别将过滤元件70和78覆盖，如图3示意所示，以确保没有过滤元件70和78从外边的输入空气中收集的杂质和污染物变松和污染房间。
图4a和4b显示可用于空气终端设备的本发明过滤设备20的另一个优选实施例。按照该实施例，外壳24是通常具有半圆形横截面形状的发泡型外壳，所述外壳24具有后壁26a以及相反的前壁26b。前壁和后壁26a、26b优选地是相同的，以方便其制造。前壁26b具有一个适于接受过滤元件28的开孔或切口88。容器或外壳24限定一个内部，用于收集包含在流体中的微粒和/或其它污染物。除了开口88，容器24还包括至少一个开孔30，过滤设备20能够在所述开孔30处连接到入口/出口管(未显示)。优选地，外壳24设有适于密封地以可移除的方式将过滤设备连接到流体管道的装置。此外，当将过滤设备从流体管道移除时，开孔30包括特殊的装置或另外地适于将其关闭。尽管在图4a和4b实施例中仅显示过滤设备20前壁26b的一个过滤元件28，但是也还有设在设备后壁26a另一个过滤元件，或者甚至可设有多个过滤元件。过滤元件28也可设在两个塑料泡沫(或发泡)壁26a、26b之间，即，可将所述过滤元件从容器外壳24的内部密封地装到后壁应该是26a和/或前壁26b。有利地是，流体流动促使过滤元件靠近各自的壁以促进密封。
图4b中显示过滤设备20的外壳的深度D和宽度W，以及过滤元件28的高度Hf和容器外壳的总高度Hh。
图4c显示过滤设备20’，其中外壳24具有总高度为H的伸长形状，并且将三个过滤元件28a、28b和28c布置在彼此的顶部，每个元件的高度均为Hf。
表1a和1b显示过滤设备20、20’的典型尺寸，用于典型的流体模式(regime)，即，通过本发明的过滤设备的典型的流体流动。对于圆形横截面的过滤设备，外壳的深度D典型地是过滤器半径的大约两倍。例如，具有半径为490mm的圆形过滤器可以设有深度为980mm的外壳。
表1a
  典型过滤器半径   D   W   Hf   Hh   典型流体模式
  Mm   mm   Mm   mm   mm   l/s
  490   100-490   600-700   270   300-700   50-250
  410   90-410   500-600   270   300-700   30-170
  310   70-310   350-500   270   300-700   20-100
  200   60-200   250-400   270   300-700   10-50
表1b
  典型过滤器半径   D   W     Hf  Hh   典型流体模式
  Mm   mm   Mm     mm  mm   l/s
  490   100-490   600-700     270  300-1300   50-250
  410   90-410   500-600     270  300-1300   30-170
  310   70-310   350-500     270  300-1300   20-100
  200   60-200   250-400     270  300-1300   10-50
容器24的材料厚度优选地在0.5-2.5之间的范围内，优选地大约1-1.5mm。为了加强容器的刚性，前壁26b和/或后壁26a可由肋或类似的加强元件构成，提高容器的刚性，同时保持重量和材料的需要量最小。
如图4a-4c所示，开孔30和过滤元件28布置在容器24中，以便流体流入和流出过滤设备20基本不平行。更确切地，通过开孔30流入过滤设备20的流体流动和通过过滤元件28流出过滤设备20的流体流动之间的角度大约是70-110°，优选地是大约90°。
通常，使用塑性材料制造外壳24是有利的，一方面，制造过程简易、价廉，另一方面，从过滤设备在使用之后的可去除性来看也是有利的。两个发泡型容器部件26a和26b典型地通过真空成形制成，最后被粘合、焊接、钳夹、扣接和/或棘爪连接到一起，以保证后壁26a和前壁26b之间的稳定连接。至此，每个容器部件26a和26b可设置一个法兰部分90a和90b，容器部件26a和26b沿所述法兰部分相互连接。这是连接后壁26a和前壁26b的一个例子；然而，也可选地使用另一种提供稳定和不透流体的连接的合适的装置。例如，当通过棘爪连接和扣接时，连接的气密性能够由密封膜确立。也可能使用组合连接技术，例如棘爪连接与粘接(冷胶或热熔粘合剂)。可选地，两部分可通过高频焊接或粘接带相互连接。这种使用两部分26a、26b的外壳结构具有充分刚性来发泡(blister，)外壳，即使两部分自身薄并相当柔软。
除了示出的外壳的半圆形，也可以设置四分之一圆，或者仅半圆的前壁，或者平直前壁。此外，按照本发明，也可能有一个完整的圆构造。在曲面前壁情况下，弯曲可以向内或者向外，即凹面或者凸面。这种结构的优点是，由于结合了打褶过滤元件，能够实现流体流动的喷嘴效应。此外，能够将包含过滤元件的外壳部分分成多个片断，以便过滤设备上可设有多个过滤元件。这种将外壳分成多个部分的一个优点是，使得可使用具有相同形状和尺寸的相同过滤器，以便优化制造成本。例如，一个典型的发泡型外壳可具有三个过滤切口，其中，根据所需流体速率，一个、两个或全部切口设有过滤元件，剩余的切口由合适的顶盖或罩盖关闭以防止流体经过。由此，对于一个相同的外壳，流动和性能模式能够最大化。例如，仅设有一个过滤元件的外壳适合于流体速率50l/s，而设有三个过滤元件相同外壳可适于流体速率150l/s。另外一种优化这种外壳使用的方法是，通过改变过滤器的数目和嵌入过滤元件的过滤等级来改变过滤性能。例如，在流体速率为50l/s时，通过对外壳配置一个过滤元件，性能水平能够达到85％的效率，而在相同的流体速率50l/s下，通过使用三个或多个过滤器，性能水平能够提高到99.995％的效率。
而且，能够设有过滤元件的外壳中的单独部分可以有助于优化过滤设备的流体分布方式。例如，如果进入外壳的流体流动基本垂直于过滤元件位置，非均匀的流体分布造成在过滤表面上非均匀的空气速度。通过改变单个过滤元件上的压力损失(通过在单个过滤介质上更高或更低的压力损失、不同的褶间距、不同的过滤器深度或其它合适的装置)，可以优化流体速率，能够控制整个过滤设备和外壳表面上的空气速度，如图6b示意所示，图中外壳设有三个不同的过滤元件28a、28b和28c。每个过滤元件28a、28b和28c的渗透性从顶部到底部增加，使得每个过滤元件的流动阻力从顶部到底部下降，从而最终实现均匀的流体分布。
可选地，外壳能按特殊的方式成形以优化过滤设备的空气速度和流体分布。例如，包括两个发泡部件26a和26b的外壳可以是呈锥形的，在外壳的上流部分横截面较宽，而下流部分的横截面较窄，如图6a示意所示。可以在一个平面或两个平面内完成，即，具有一个平面过滤元件或一个曲面过滤元件。
图5中显示另一个用于本发明过滤设备的发泡型外壳的可选的实施例。通常，外壳与图4中所述的相似，然而，其形状不是半圆形的，但是后壁26a更合适地是波浪形，具有加固肋，而前壁26b的横截面形状是圆的一部分。从横截面看后壁26是波浪形，就被过滤流体的流动特性而言，所述波浪型被认为是特别有利的。更确切地，在容器24布置开孔的区域中，容器的高度h达到最大，而朝其侧端减少。从而，能够实现均匀的流体分布方式。
图7a和7b显示流体管道22和容器24之间的过渡部分或法兰件23，流体流动由箭头显示。图7a显示通常的过渡，而图7b显示锥形过渡部分或法兰23。过渡部分23具有高度Ht，可以是独立部件，也可以是容器24的组成部分。如果要求充分大的流体管道，锥形过渡部分23可能是有利的，因为通过管道输送大的流量，因而需要管道具有大的横截面，和/或设置外壳24的空间是有限的，例如因为在相应区域中存在其它设备。圆锥过渡部分23允许基本无扰或层流流动，如图7b箭头所示。过渡部分或过渡构件23可包括当其从流体管道移除时关闭过滤设备的装置。
外壳材料
外壳优选地由热塑性材料或非晶体合成聚合物制成，例如，有或没有填充材料的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)以及上述材料的组合。填充物的例子有象二氧化钛、碳化钙、炭黑等使得材料更便宜更坚固的无机物。
制造过程
为提供一种能将其完全移除的可移走的过滤设备，即，容器和过滤元件能完全移除，使用价廉的材料和经济的制造过程。典型地，优选加热成形过程，象真空成形或吹制(blow)成形过程。在这种过程中，将例如PET的原材料挤压以提供平板或腹板。接着，在真空成形过程使用这些板。
按照本发明，容器的前壁和后壁都优选地通过真空成形制造，如通常所知的用于制造塑发泡型元件。为了在后来携带一个或多个过滤元件的容器中设置至少一个开孔，已制造的壁元件可以进行一个加工动作，诸如铣、使用模具和砧的冷模或热模切割或其它切割操作。可选地，也能在浇铸或者成形期间产生一个或多个开孔，尽管视其为具有较低的成本效率。
可选地，能使用喷射铸造法制造外壳。
准备过滤元件
过滤材料通常能够是任意合适的形状和尺寸，而典型地优选平板或打褶过滤元件。特别地，打褶过滤元件是有利的，由于过滤材料被打褶，过滤表面面积相应增加，而同时能减小压降。此外，在过滤材料中包括带静电纤维是有利的。通常，所有满足超低渗透空气(ULPA)、高效微粒空气(HEPA)和/或细过滤等级标准和/或具有壁和用于AHU的材料相同或更高过滤等级的所有过滤材料都是合适的。
特别地，合适的过滤材料是聚丙稀(PP)过滤产品，然而，所述材料没有支撑结构或基底通常不能使用。这些基底可以是任何合适的材料或材料合成物。例如，实用已知的过程能够准备基于聚丙烯的吹制(blown)微纤维(BMF)，例如，如WO95/05232、美国专利5,230,800和5,792,242所述。例如如EP 1 068 889和美国专利6,261,342所述的另外的过滤材料。
图8和9显示用于拼合纤维过滤器生产的一个示范制造过程。如图8所示，最初，薄片由在随后带电并拼合成纤维的材料制成。所述纤维最后存放在一个辊上。如图9示意所示，接着将纤维从多个辊上解开，随后将其切断、打开和放下，以及机械地粘接在以提供拼合纤维腹板，例如，可以从Minnesota Mining and Manufacturing Company，St.Paul，Minnesota，USA得到的FiltreteTM拼合纤维腹板。该制造过程造成具有很高电荷密度的细(fine)矩形纤维。图10显示这种拼合纤维腹板的显微图。
一种特别优选地用于本发明过滤设备的可选的纤维元件是由吹制(blown)微纤维制成的HEPA过滤元件。图11和12显示用于这种过滤材料的示范制造过程。图11可见，熔化吹制过程是一步非纺织过程，其中，高速、高温空气吹动来自挤压机模具尖端熔化的热塑性树脂，以形成一种微细纤维自连腹板。更确切地，挤压机将热塑性树脂输送到压缩预热空气所输送到达的模具，以形成收集在收集器上的微分纤维，并在此粘接以形成腹板。如图11所示，腹板可在一个辊上充电和卷拢。图12显示挤压机和硬模的一个更详细的视图。树脂通过挤压机和过滤器提供给模具，其中，纤维直径通过热空气减小到1-15微米，即，以(10-5)为因子。将这些熔化吹制纤维接着收集到一个收集鼓上，作为一个腹板提供给存放所制造的过滤材料处的充电和卷拢位置。相应的所制造过滤材料的显微图如图13所示。图中可见，按照图11所示过程制造的吹制微纤维细而圆，并典型地高度带电。
本发明基于低成本过滤设备的概念，即，外壳和过滤元件能够完全移除而不仅仅是过滤元件，而基本不提高空气终端设备的维护成本。由于没有杂质和污染物在过滤器移除或置换时能够脱离过滤设备，本发明设备确保更安全更可靠的流体过滤。过滤设备完全关闭，没有污染物能落出过滤元件，以便能够避免以前不可避免的意外的污染能够。

Claims (13)

1.一种适于过滤流入和流出流体管道的流体的过滤设备，所述过滤设备包括具有一个或多个壁的容器，至少一个所述壁包括至少一个形成在所述壁至少一部分上的过滤元件，
容器限定一个适于收集流体中所包含的污染物的内部，以及
容器包括一个或多个开孔和装置，该装置适于密封地以可移除的方式在至少一个所述开孔处将所述过滤设备连接到所述流体管道，以提供所述过滤设备内部和所述流体管道的流体连通，
所述开孔还适于当所述过滤设备从所述管道移除时被关闭并且包括用于关闭所述开孔的装置。
2.如权利要求1所述的过滤设备，其中，所述容器壁至少部分是刚性的以形成至少一个用于固定所述过滤元件的框，并且将一个或多个开孔以及过滤元件布置在容器中，以便过滤设备流入的流体流动和流出的流体流动基本不平行。
3.如权利要求2所述的过滤设备，其中，所述过滤设备流入的流体流动和流出的流体流动之间所限定的角度大约为70°-110°，优选地是大约90°。
4.如权利要求3所述的过滤设备，其中，所述过滤设备包括通过改变所述过滤设备、所述容器和/或所述过滤元件的表面形状来影响流体流动特征的装置。
5.如权利要求4所述的过滤设备，其中，所述一个或多个过滤元件基本覆盖了所述容器的整个圆周。
6.如权利要求1所述的过滤设备，其中，所述容器通常是发泡包装的形式。
7.如权利要求1所述的过滤设备，其中，当将所述过滤设备从所述流体管道移除时，所述至少一个过滤元件适于覆盖所述过滤元件和/或包括覆盖所述过滤元件的装置。
8.如权利要求7所述的过滤设备，其中，包括一个以可移除的方式固定到容器上用于覆盖至少一个所述过滤元件的盖子。
9.一种适于过滤流入和流出流体管道的流体的过滤设备，所述过滤设备包括由两个密封地连接起来的一体的部件形成的容器，所述容器包括至少一个切口和安装在所述开口中的过滤元件，以及至少一个用于和所述流体管道进行流体连通的入口/出口开孔，
所述开孔还适于当所述过滤设备从所述管道移除时被关闭并且包括用于关闭所述开孔的装置。
10.一种用于更换具有一个容器的过滤设备的方法，所述容器具有至少一个开孔用于连接到流体管道和至少一个过滤元件，所述方法包括的步骤是：
(a)解除所述过滤设备和所述流体管道的连接；
(b)利用关闭装置关闭所述开孔；
(c)移走过滤设备；
(d)提供新的过滤设备；以及
(e)连接所述新的过滤设备的所述开孔和所述流体管道。
11.如权利要求10所述的方法，还包括在移走所述旧的过滤设备之前，用覆盖元件覆盖所述至少一个过滤元件的外部的步骤。
12.一种制造包括一个容器和至少一个过滤元件的过滤设备的方法，所述方法包括的步骤是：
(a)加热成形所述容器，所述容器具有至少一个用于连接到流体管道的开孔和至少一个用于接收所述过滤元件的开孔，其中，加热成形容器的步骤包括形成容器第一部件和第二部件的步骤；
(b)给所述第一和第二部件中的至少一个提供所述过滤器接收开口；
(c)将所述第一和第二部件不透流体地彼此连接以形成完整容器；
(d)在连接两个容器部件之前或之后，将至少一个过滤元件安装到至少一个容器接受开孔中；
(e)提供用于关闭适于连接到所述流体管道的所述至少一个开孔的装置。
13.如权利要求12所述的方法，其中，加热成形步骤是真空成形操作。
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