CN204799068U

CN204799068U - 包括具有三层的褶式空气过滤介质的框架式褶式空气过滤器

Info

Publication number: CN204799068U
Application number: CN201520236693.4U
Authority: CN
Inventors: A·R·福克斯; H·加斯加
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2025-04-17

Abstract

本实用新型提供了一种框架式褶式空气过滤器，所述空气过滤器包括褶式空气过滤介质，所述褶式空气过滤介质包括第一加强层、第二吸附剂层以及第三保护层。

Description

包括具有三层的褶式空气过滤介质的框架式褶式空气过滤器

背景技术

常常使用例如褶式空气过滤器的空气过滤器从空气中去除杂质。

发明内容

在广泛的发明内容中，本文公开了框架式褶式空气过滤器，所述框架式褶式空气过滤器包括褶式空气过滤介质，所述褶式空气过滤介质包括第一加强层、第二吸附剂层、以及第三保护层。根据下文的详细说明，这些方面和其它方面将是显而易见的。然而，在任何情况下，这一广泛的发明内容均不应当被解释成限制要求保护的主题，无论这个主题是在如最初所提交的申请中的权利要求书中所提出或是在申请过程中经过修改或以其它方式提出的权利要求书中所提出的。

附图说明

将参考附图对本发明进行进一步描述，其中：

图1是具有框架的示例性框架式褶式空气过滤器在部分剖面中的透视图。

图2是沿图1的线2-2所获得的横截面视图。

图3是图1的空气过滤器中的空气过滤介质的详细横截面图示。

图4是包括示例性未打褶的股线的示例性褶式空气过滤介质的横截面视图。

图5呈现了工作实施例褶式空气过滤器的甲醛去除的实验数据。

在各个图中同样的附图标记指示同样的元件。除非另外指示，否则在本文件中所有的图和附图均不是按比例的并且被选用于图示本发明的不同的实施方案的目的。具体来说，除非如此指示，否则各个部件的尺寸仅是以说明性的方式加以描绘，并且各个部件的尺寸之间的关系并不应当从附图中推断。尽管在本公开中可以使用诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“在……下”、“在……上”、“前部”、“后部”、“外部”、“内部”、“向上”和“向下”以及“第一”和“第二”之类的术语，但是应当了解的是，除非另外指出，否则那些术语仅以它们的相对意义来使用。本领域普通技术人员将了解的是，如本文所用的诸如“基本上不含”等术语并不排除一些极低量的，例如0.1％或更少的物质存在，例如在使用大规模生产设备进行惯常的清洁程序时所述物质可能存在。

具体实施方式

术语

术语“纺粘”表示包含一组熔纺纤维的非织造网，所述熔纺纤维被集合成一团纤维并且粘结以形成非织造网。

术语“熔纺”指的是通过将长丝从一组喷丝孔中挤出并且允许这些长丝冷却并且凝固以形成纤维所形成的纤维，其中所述长丝穿过空气间隙(其可以含有流动的空气流)以帮助使长丝冷却并且穿过抽长(即拉延)单元以至少部分地将长丝拉延。

术语“熔喷”指的是通过将熔融的长丝挤出到经由位于紧邻挤出喷丝孔处的喷气孔引入的会聚的高速空气流中所形成的纤维(以及所得的网)。本领域技术人员将了解纺粘网与熔喷网之间的根本差异，并且将进一步了解的是，熔纺和熔喷纤维和网将特征性地表现出可以将这些纤维和网识别并且彼此区分的特征和标记(例如在构成纤维的材料的分子取向方面的差异，如例如由光学特性(如双折射)、熔融行为等所揭示)。

短纤维意指已被切割或短切到预定长度的纤维。这些纤维将容易与例如熔喷纤维和网以及纺粘纤维和网相区分。

“褶式”意指至少部分已被折叠形成包括大体平行的相反取向的折叠(褶)的行的配置的网。因而，在总体上使网打褶不同于使单根纤维卷曲。

框架式过滤器和介质

图1和2示出了框架式褶式空气过滤器2。框架式褶式空气过滤器2包括褶式空气过滤介质4和支撑框架6，该褶式空气过滤介质4具有第一相对主要表面4a和第二相对主要表面4b以及周边边缘区域4c，该支撑框架6被布置在过滤介质4的至少周边边缘区域周围。如图3中所示，过滤介质4包括第一加强层8，该第一加强层8是第一非织造网；以及第二吸附剂层10，该第二吸附剂层10是包括吸附剂粒子14的第二非织造网。过滤介质4还包括第三保护层7，该第三保护层7是处在第二吸附剂层10的与第一加强层8相对的侧面上的第三非织造网。在一些实施方案中，第三层7可以与第二层10直接接触和/或第一层8可以与第二层10直接接触而不存在居间层。在其它实施方案中，一个或多个居间层可以存在于层8与层10之间和/或层7与层10之间。

第一加强层

第一加强层8可以包括任何合适的第一非织造网。在各种实施方案中，第一非织造网可以是相对刚性的，例如以表现出至少约200mg、300mg、400mg、500mg、700mg、800mg、900mg或1000mg的格利刚度(GurleyStiffness)。如随后所论述，这种高刚度层的存在可以帮助确保空气过滤介质4是可打褶的。合适的第一非织造网可以包括例如气流法网、湿法网、梳理网等。在具体实施方案中，第一非织造网可以是纺粘网。纺粘网可以通过为本领域技术人员熟知的方法，例如Fox的美国专利7947142中所公开的方法来制成，该美国专利7947142以引用的方式并入本文。本领域技术人员将了解的是，纺粘网中的单根纤维和/或纤维的排列将纺粘网与其它类型的网(例如与熔喷网、梳理网、气流法网、湿法网等)区分开来。换句话说，纺粘网对于本领域技术人员来说，基于网中纤维的排列将容易辨认并且可与其它类型的非织造网区分开。(举一个具体的实例，纺粘网将包含基本上连续的纤维，与例如下文所述的短纤维相反。)在其它实施方案中，第一非织造网可以是短纤维网。本领域技术人员将认识到，短纤维是已预先制成，然后已被切割到预定长度(并且已例如通过气流成网、梳理成网、湿法成网等被组装成网)的纤维。在一些实施方案中，第一非织造网可以选自由纺粘网和短纤维网组成的组。

第一非织造网可以由任何合适的成纤聚合物制成，该成纤聚合物例如选自聚烯烃、聚酯、尼龙等。在一个实施方案中，第一非织造网可以由聚丙烯形成。在各种实施方案中，第一非织造网可以表现出至少约60、80、100或120g/m²的基重。在另外的实施方案中，第一非织造网可以表现出最多约200、180、160、140、120或100g/m²的基重。在各种实施方案中，第一非织造网可以表现出大于约8.0％、9.0％、10.0％、11.0％或12.0％的密实度(根据Fox的美国专利号8162153中所概述的程序所测量)。在各种实施方案中，第一非织造网的纤维可以表现出至少约10、20、30或40微米的纤维直径。在各种实施方案中，第一非织造网可以表现出小于约1.0、0.8、0.6或0.4mm水柱(以14厘米/秒的面速度)的气流阻力(即压降，根据Fox的美国专利号8162153中所概述的程序来测量)。

在一些实施方案中，第一加强层的第一非织造网可以基本上不含带电纤维。换句话说，在这些实施方案中，第一非织造网将不包括任何驻极体(其对于本领域技术人员来说公知为准永久性电荷，所述准永久性电荷的存在可以被直接识别)。在这些情况下，第一加强层可以仅主要用于加强空气过滤介质(即，它可以几乎不对或不对细粒进行过滤，尽管它当然可以阻挡或捕捉例如一些非常大的污物或碎片粒子)。在其它实施方案中，第一加强层的第一非织造网可以包括带静电的纤维。在这些实施方案中，第一加强层除提供加强功能之外还可以用以例如过滤细粒。如果第一加强层的第一非织造网要被充电，那么这可以通过任何合适的方法，例如通过使用水赋予非织造网以电荷来完成，如Angadjivand的美国专利号5496507中所教导，或如Sebastian的美国专利公布号2009/0293279中所教导。非织造驻极体网还可以通过如Klaase的美国专利号4588537中所述的电晕充电，或使用如Brown的美国专利号4798850中所述的机械方法赋予纤维以电荷来产生。可以使用这些方法的任何组合。第一加强层可以在被并入到空气过滤介质4中之前；或在形成空气过滤介质4之后被充电。(在任何情况下，可以方便地在使空气过滤介质4打褶之前进行任何这种充电。)在各种实施方案中，第一非织造网(例如如果带电的话)可以表现出小于约50％、40％、30％、20％、10％或5％的穿透％(使用邻苯二甲酸二辛酯作为测试用材料，并且使用Fox的美国专利号7947142中所述的方法来测试)。在替代性实施方案中，第一非织造网(例如如果不带电的话)可以表现出大于约80％、90％或95％的穿透％。

第二吸附剂层

第二吸附剂层10可以包括任何合适的第二非织造物。在一些实施方案中，第二非织造网基本上不含短纤维；在另外的实施方案中，第二非织造网基本上不含纺粘纤维。在具体实施方案中，第二非织造网是熔喷网。

根据定义，第二非织造网包括至少一些是粘结纤维的纤维12。这意指与吸附剂粒子14粘结的纤维。换句话说，第二非织造网的至少一些纤维包含经过选择以使得这些纤维能够与吸附剂粒子熔融粘结以形成包含至少部分被截留在内的吸附剂粒子的非织造网的材料(下文详细论述)。

如果第二非织造网是通过熔喷制成的，那么可以方便地将吸附剂粒子引入到正流动的初始纤维流中(术语初始纤维指的是可能已开始或可能尚未开始凝固成纤维或完成纤维凝固的熔融长丝)。进行这些操作的一般方法公开在Fox的美国专利申请公布号20120272829中，该美国专利申请公布以引用的方式并入本文。此外，在一些实施方案中，可以方便地使将形成第二非织造网的初始纤维(连同被合并到初始纤维流中的吸附剂粒子一起)沉积到第一非织造网(其可以例如被载放在诸如移动带之类的表面上)的主要表面上。可以在初始纤维至少略带粘性(可粘结)的条件下使初始纤维沉积到第一非织造网上。这样的布置可以使得第二非织造网的至少一些纤维与(第一加强层的)第一非织造网的纤维粘结(例如熔融粘结)。以这种方式，第二非织造网可以在单次操作中形成并且与第一非织造网粘结(例如熔融粘结)。

可以使用多种成纤聚合材料形成粘结纤维12。基本上，可以使用在用于制备第二非织造网的条件(例如熔喷条件)下表现出足够的粘结(粘合)特性的任何材料。实例包括热塑性材料，如聚氨酯弹性体材料(例如可以商品名称IROGRAN热塑性聚氨酯(来自德克萨斯州伍德兰市的亨斯迈国际有限责任公司(HuntsmanInternational,LLC,TheWoodlands,TX))和ESTANE热塑性聚氨酯(来自俄亥俄州克利夫兰的路博润公司(LubrizolCorporation,Cleveland,OH.)获得的那些)、聚丁烯弹性体材料(例如可以商品名称CRASTIN(来自特拉华州威尔明顿的杜邦公司(E.I.DuPontdeNemours&Co.,Wilmington,DE))获得的那些)、聚酯弹性体材料(例如可以商品名称HYTREL(来自杜邦公司)获得的那些)、聚醚嵌段共聚酰胺弹性体材料(例如可以商品名称PEBAX(来自宾夕法尼亚州费城的阿科玛公司(ArkemaInc.Philadelphia,PA))获得的那些)、基于聚烯烃的弹性体材料(例如可以商品名称VERSIFY(来自陶氏化学公司(Dow))获得的那些)、以及弹性体苯乙烯嵌段共聚物(例如可以商品名称KRATON(来自德克萨斯州休斯敦的科腾聚合物公司(KratonPolymers,Houston,TX))和SOLPRENE(来自德克萨斯州休斯敦的达龙弹性体公司(DynasolElastomers,Houston,TX))获得的那些)。还可以使用其中纤维的至少一个暴露表面(例如芯壳型纤维的壳部分)表现出足够的粘合特性的多组分纤维(例如芯壳型纤维、可裂膜或并排双组分纤维以及所谓的“海岛型”纤维)。特别合适的聚合材料包括具有约122℉至约320℉的熔点的聚烯烃共聚物。

在一些实施方案中，粘结纤维12可以是第二吸附剂层10中存在的仅有纤维。在其它实施方案中，可以存在其它纤维(例如没有在任何显著的程度上参与粘结吸附剂粒子的纤维)，只要存在足够的粘结纤维12以实现本文所公开的作用即可。在各种实施方案中，粘结纤维12可以占第二吸附剂层10的至少约2重量％、至少约4重量％、以及至少约6重量％。在另外的实施方案中，粘结纤维12可以占第二吸附剂层的不大于约20重量％、不大于约17重量％、以及不大于约15重量％。

在至少一些实施方案中，第二吸附剂层基本上不含任何种类的任何所添加的粘结剂。即，在这些情况下，吸附剂粒子的基本上所有的粘结(以使它们保留在第二吸附剂层中)均是由粘结纤维12进行的。这些实施方案因此不包括呈诸如粒子或粉末、液体，如乳胶、乳液、悬浮液或溶液等形式的粘结剂的存在。

吸附剂粒子

吸附剂粒子14包括至少一些可以捕捉甲醛的粒子。在具体实施方案中，吸附剂粒子包括至少一些活性炭。在具体实施方案中，吸附剂粒子包括至少一些处理过的活性炭，所述处理过的活性炭在此被定义为意指已经过处理以使它捕捉甲醛的能力提高的任何活性炭。合适的处理可以例如为活性炭提供至少一些胺官能团和/或至少一些锰酸根官能团和/或至少一些碘离子官能团。可能合适的处理过的活性炭的具体实例包括已用例如高锰酸钾、脲、脲/磷酸和/或碘化钾处理过的那些活性炭。(可以使用这些处理的任何所需的组合。)可能潜在地适合例如用于去除甲醛的其它吸附剂粒子包括例如处理过的沸石和处理过的活性氧化铝。如果需要的话，这些粒子可以例如连同处理过的活性炭一起被包括在内。

吸附剂粒子可以任何可用的形式提供，包括珠粒、薄片、颗粒或聚集体。除了活性炭之外，其它吸附剂粒子也可以存在以用于任何所需的目的。其它这样的辅助吸附剂包括例如氧化铝和其它金属氧化物；碳酸氢钠；金属粒子(例如银粒子)催化剂，如霍加拉特(hopcalite)(其可以催化一氧化碳的氧化)；纳米级金，其可以催化一氧化碳的氧化；经过诸如乙酸之类的酸性溶液或诸如氢氧化钠水溶液之类的碱性溶液处理的粘土和其它矿物质；离子交换树脂；分子筛和其它沸石；二氧化硅；生物杀灭剂；杀真菌剂和杀病毒剂等。然而，在一些实施方案中，吸附剂粒子基本上由活性炭，例如处理过的活性炭组成。

吸附剂(例如活性炭)的粒度可以根据需要而变化。在各种实施方案中，吸附剂粒子可以具有至少约12筛目(即标称小于1680微米的粒度)、至少约16筛目(<1190微米)、至少约20筛目(<840微米)、至少约40筛目(<425微米)、或至少约60筛目(<250微米)的标准美国筛目尺寸(等级)。在另外的实施方案中，吸附剂粒子可以具有不大于约140筛目(即标称大于105微米的粒度)、100筛目(>150微米)、80筛目(>180微米)、60筛目(>250微米)、50筛目(>300微米)、或45筛目(>355微米)的标准美国筛目尺寸。

本领域技术人员将了解，这些筛目尺寸对应于标称等级而非绝对标准；例如，如果材料被描述为12筛目的材料，则约95％或更多的粒子将穿过12筛目的筛网(并且因此将具有标称小于约1680微米的尺寸)。如果材料被描述为12×20筛目，则95％或更多的所述材料将穿过12筛目的筛网(即小于约1680微米的粒子将穿过12筛目的筛网)并且由20筛目的筛网截留(即大于约841微米的粒子将不能穿过20筛目的筛网)。合适的吸附剂粒度等级可以包括例如12×20、25×45、30×60以及50×100筛目尺寸的颗粒状活性炭。

如果需要的话，可以使用具有不同尺寸范围的吸附剂粒子的混合物(例如双峰式混合物)。合适的吸附剂，例如各种处理过的活性炭可以例如从卡尔康公司(CalgonCorporation)、分子产品公司(MolecularProducts)、兴和公司(KOWA)、雅各比公司(Jacobi)、可乐丽公司(Kuraray)以及奥克斯博活性炭公司(OxbowActivatedCarbon)获得。

在各种实施方案中，第二吸附剂层10可以表现出约100g/m²至约625g/m²的基重。在各种实施方案中，第二吸附剂层10可以表现出至少约100g/m²、至少约150g/m²、至少约200g/m²、或至少约300g/m²的吸附剂粒子的基重。在各种实施方案中，吸附剂粒子可以占第二吸附剂层的总材料的至少约80重量％、85重量％、或90重量％。

第三保护层

空气过滤介质4的第三层7是保护层。这意指第三层覆盖并且保护第二吸附剂层以确保可以使空气过滤介质打褶。已发现，如果第二非织造网(提供空气过滤介质的第二吸附剂层)的主要表面在打褶工艺过程中在暴露的情况下，那么第二非织造网的相邻褶皱的暴露表面上的粘结纤维可能会相互粘连(粘结)。即，使得第二非织造网的纤维能够与吸附剂粒子粘结的特有的可粘结特性令人遗憾地可能会导致第二非织造网的暴露表面在使过滤介质打褶期间相互可能发生粘结(粘连)。因此，特别是如果在带有第二吸附剂层的暴露表面的过滤介质上尝试相对紧密的和/或深的打褶图案，那么空气过滤介质的打褶部分可能会以“风琴褶”方式变得至少有些粘在一起，而不是提供高表面积的褶式结构。因此，第三非织造网提供了保护层，该保护层防止第二吸附剂层的任何暴露的纤维干扰打褶工艺。

提供了第三保护层的第三非织造物基本上由非粘结纤维组成。根据定义，非粘结纤维是在使空气过滤介质打褶时不会相互粘结的纤维。即，非粘结纤维在用于常规的打褶工艺的条件(其常常涉及至少适度高温，例如最多约60℃或85℃或稍微更高、以及高压)下几乎不表现出或不表现出相互粘结的倾向。本领域技术人员将能够容易地识别出这样的纤维。显然，在本文早先被描述为粘结纤维的所有纤维(适用于第二非织造物中)将不符合非粘结纤维(适用于第三非织造物中)的类别。在一些实施方案中，非粘结纤维可以是聚烯烃纤维，例如聚丙烯均聚物。第三非织造物的非粘结纤维可以根据需要带静电或不带静电。

第三非织造物可以任何合适的方式被并入到空气过滤介质中以提供第三保护层。已发现，第二非织造物的纤维能够与第三非织造网的纤维粘结，例如熔融粘结。因此，在一些实施方案中，第三保护层可以例如以与第二非织造网接触的预制的第三非织造网的形式提供。施加例如适量的热和压力可以使得第二非织造物的纤维可以与第三非织造物的纤维进行熔融粘结。(应当指出的是，上文将非粘结纤维定义为在打褶的条件下不可相互粘结并没有排除这些纤维能够由第二非织造网的纤维熔融粘结。)在其它实施方案中，可以使第三非织造网沉积(集合)在第二吸附剂层的顶部，而不是以预制网的形式产生。如果需要的话，可以使用辅助粘结措施，例如通过超声波或粘合剂手段进行隔离的点粘结例如以增强第二吸附剂层10与第一加强层8和/或第三保护层7的粘结。

空气过滤介质

如本文所公开，提供了空气过滤介质4，所述空气过滤介质4包括夹在第一加强层8与第三保护层7之间的第二吸附剂层10。在各种实施方案中，空气过滤介质4可以表现出至少约300g/m²、400g/m²或500g/m²的基重。在另外的实施方案中，空气过滤介质4可以表现出最多约800g/m²、700g/m²或600g/m²的基重。在至少一些实施方案中，空气过滤介质4可以是相对刚性的(例如在很大程度上由第一加强层的刚度帮助)，这可以有助于介质打褶以及在打褶后维持褶皱间距的能力。在各种实施方案中，空气过滤介质可以表现出至少约800mg、1000mg、1200mg、1400mg或1600mg的格利刚度。在各种实施方案中，空气过滤介质4可以表现出小于约8.0、7.0、6.0、5.0或4.0mm水柱(以14厘米/秒的面速度)的气流阻力(即压降)。

使空气过滤介质4打褶；可以使用多种已知的技术来进行褶皱形成和褶皱间隔，包括Siversson的美国专利号4798575、Siversson的美国专利号4976677以及Wenz的美国专利号5389175中所公开的那些技术。可能有用的打褶程序还描述于例如Duffy的美国专利号7235115中。(然而，将了解的是在至少一些实施方案中，可以避免使用刻划打褶，这是因为刻划工艺可能足以粉碎至少一些吸附剂粒子。)将了解的是，如先前所提到，打褶常常涉及使用高温和高压，如例如Heinen的美国专利号7510518中所述。第三保护层的有用性因此将容易被理解。

在各种实施方案中，褶式空气过滤介质4可以每2.5厘米包括约0.5至约5个褶皱。更确切地说，褶皱间距可以是例如约6mm、8mm、10mm或12mm至约50mm、40mm、30mm、20mm或15mm。在各种实施方案中，褶皱高度可以是例如约15mm、20mm、25mm或30mm至约100mm、80mm、60mm或40mm。

空气过滤器2包括支撑框架6。在所图示的实施方案中，框架6被布置在过滤介质4的周边边缘区域周围。对于框架合适的材料包括刨花板或纸板、合成塑料材料和金属。合适的框架构造可能选自例如Pitzen的美国专利号6126707的图1-4中所图示的“掐架”框架构造；'707专利的图5和图6中所图示的“箱式”框架构造；'707专利的图7-11中所图示的混合框架构造；Sundet的美国专利号7503953中所公开的框架构造中的任一种；以及Duffy的美国专利号7235115中所公开的框架构造中的任一种。经常，可以方便地使用“槽式”框架，即具有大体呈U形的横截面(其中“U形”的底部提供框架的侧壁71，该侧壁至少大体上沿框架式褶式过滤器的上游-下游方向取向)，如图1和图2中的示例性实施方案中所示。在图1和图2中所图示的一般类型的一些实施方案中，框架6可以包括中央的大体呈平面的网格状部分6a。在使用期间，这种中央的网格状部分通常被定位到空气过滤器的下游侧上。然而，在其它实施方案中，不需要存在这种中央的网格部分。任何这种框架可以通过任何合适的方法，例如热熔粘结、室温胶合剂等与褶式空气过滤介质4附接。

在一些实施方案中，框架式褶式空气过滤器2可以包括如图1中所示的子框架200。(在图1中，仅示出了子框架200的一部分；然而，在现实中，子框架200可以方便地沿褶式空气过滤介质的所有四个边缘的大部分的或所有的长度延长。)子框架200可以包含任何合适的材料；例如非织造材料(如果需要的话，其可以是相对刚性的材料)。可以通过获得单一长度的材料并且将它切成对应于褶式介质的总周长的所需长度和对应于褶式过滤介质的总深度(在气流方向上)的所需宽度来获得子框架200。然后可以将子框架材料折叠以匹配褶式过滤介质的周边，然后围绕介质的周边卷绕并且与介质的边缘附接。或者，子框架材料可以四段形式提供，每一段将单独地与褶式过滤介质的边缘附接。子框架200可以通过任何合适的方法，例如热熔性粘合剂、胶合剂(例如在室温下施用)等与褶式过滤介质的边缘附接。

框架6然后可以与带有子框架200的褶式过滤介质的周边附接(其中框架6的侧壁71的向内表面与子框架200的向外表面附接；并且对于槽式框架来说，框架的上游凸缘和下游凸缘向内延伸通过子框架200，如图2中所示)已发现，以这种方式提供子框架200可以增强框架6与褶式过滤介质的粘结和/或可以提供更好的边缘密封。考虑到可能存在子框架200，将框架6安装到褶式过滤介质的周边的条件不需要框架(特别是，框架的侧壁71)一定要与过滤介质直接接触(或直接粘结)。

在一些实施方案中，框架式褶式空气过滤器2包括多个未打褶的股线101，如图1、图2以及图4中的示例性实施方案中所示。这些股线与褶式空气过滤介质4的主要表面(例如第一主要表面4a或第二主要表面4b)的褶皱尖端粘结。在一些实施方案中，这些股线可以存在于褶式空气过滤介质4的两个主要表面上。在已使空气过滤介质4打褶之后，将股线101施用于空气过滤介质4的主要表面。图4中的股线被示出与介质不连续接触，但是它们也可以提供与介质连续接触的形式使用。然而，根据定义，股线101并不连同褶式空气过滤介质一起打褶。

股线101可以有助于维持褶式空气过滤介质4的所需褶皱间距。股线101可以是任何合适的类型和布置，并且可以由任何合适的材料制成。它们可以例如格网、稀松布或丝网的形式或以多个伸长的材料条带或长丝形式提供。在一些实施方案中，它们可以采用纸制品(如刨花板)、聚合材料、金属、胶合剂或其组合的伸长条带的形式。在一些实施方案中，它们可以预先存在的层(例如稀松布、结网、格网等)形式提供。在其它实施方案中，它们可以例如被挤出或涂布(以流动的形式)到褶式过滤介质的主要表面上，然后凝固。

无论是哪一种具体的构造和布置，如本文所定义的股线101必须在褶式过滤介质4的主要表面的至少两个褶皱尖端之间延伸并且与所述至少两个褶皱尖端粘结；或者，它必须与其它股线粘结和/或缠结以使得这些股线共同跨接至少两个褶皱尖端之间的距离(与褶皱尖端接触的股线部分中的至少一些与褶皱尖端粘结)。即，在一些示例性实施方案中，这些股线可以采用大体呈线性的构件(例如长丝)的形式，这些构件例如直接在褶皱尖端之间延伸，如图1的股线101的示例性布置中那样。在其它示例性实施方案中，这些股线可以共同由例如非织造网(稀松布)的纤维提供，尽管这些纤维单独地过短和/或取向而使它们不能在褶皱尖端之间延伸，但是它们与其它纤维粘结和/或与其它纤维缠结以共同跨接相邻褶皱尖端之间的距离。在其它示例性实施方案中，这些股线可能共同由例如膨胀金属(例如像可从加利福尼亚州库卡蒙加牧场的瓦尔内尔工具公司(WallnerTooling/Expac,RanchoCucamonga,CA)获得的产品)的股线提供，尽管金属丝的单个段(与其它单个段的接合点之间)可能(或可能没有)长到足以在两个褶皱尖端之间延伸。然而，在至少一些实施方案中，股线101将包含是褶式空气过滤介质的主要面的连续褶皱尖端之间的间距的至少100％、200％、400％或800％的平均长度，和/或将被布置以使得至少一些单个股线在褶式过滤介质的主要表面的至少两个褶皱尖端之间延伸并且与所述至少两个褶皱尖端粘结。

在未打褶的情况下，股线101可以常常包含大体呈平面的配置(如图2中的示例性实施方案中所示)。然而，在一些实施方案中，至少一些股线可以部分地或甚至连续地沿循褶皱的轮廓，如由图4的股线101所举例说明。这些股线以及将它们施用于褶式空气过滤介质的方法详细描述于Duffy的美国专利号7235115中。(要强调的是，至少一些股线至少部分地沿循褶式空气过滤介质的轮廓是可接受的，只要这些股线实际上不连同空气过滤介质一起打褶即可。)

在一些实施方案中，至少一些股线101可以经过取向而至少大体上与褶式过滤介质4的褶皱方向垂直(例如在90度+/-约5度的范围内)(其中褶皱方向意指与褶皱尖端平行的方向)。(看到图1的股线101基本上完全与褶皱方向垂直。)在这些情况下，股线可以在例如三个、四个、八个或更多个褶皱尖端之间延伸并且与这些褶皱尖端粘结。在一些实施方案中，至少一些股线可以是连续的，意指它们沿褶式过滤介质的整个长度延伸。在一些实施方案中，股线101是至少大体上直的；并且这些股线中的至少一些可以至少大体上相互平行。然而，将了解的是，许多布置是可能的。在一些实施方案中，至少一些股线可以与周边框架6附接。在其它实施方案中，没有股线与周边框架6附接。

如上文所指出，股线101不连同褶式过滤介质4一起打褶。实际上，由第一加强层所赋予的刚度(以及股线101(如果存在的话)的帮助)可以允许在一旦形成褶式配置后即维持这种褶式配置。因此，可能不需要提供与褶式过滤介质的主要表面粘结并且连同空气过滤介质一起打褶的任何支撑结构。因此，在一些实施方案中，将不存在与褶式过滤介质的主要表面粘结并且连同过滤介质一起打褶的支撑结构。然而，在其它实施方案中，可以存在这种褶式支撑结构(例如与空气过滤介质以粘合方式粘结并且与其一起打褶的丝网)。

框架式褶式空气过滤器2可以用于期望从空气去除甲醛(并且任选地去除细粒)的任何情形。框架式褶式空气过滤器2因此可以用于任何类型的强制通风系统(例如HVAC系统)中。在具体实施方案中，框架式褶式空气过滤器2可以用于空气净化器(例如室内或家用空气净化器)中。为了可以更充分地了解本文所述的发明，阐述以下实施例。应当了解的是，这些实施例仅是用于说明性目的，而不应当被视为以任何方式限制本发明。

工作实施例

测试方法

使用Fox的美国专利申请公布号20120272829中所概述的一般方法来测定褶皱间距、穿透百分比以及流动阻力(压降)。在平坦的介质上以14厘米/秒的面速度对气流阻力(压降)进行测定并且以毫米水柱为单位报告。以Fox的美国专利号7947142中所述的一般方式测量格利刚度；在本发明的实施例中，样品具有约1.5英寸的长度和2.0英寸的宽度。格利刚度值以毫克为单位来报告，如本领域技术人员将知晓。

通过在具有实现0.5米/秒的过滤器面速度的流动速率的50％湿度的空气流中加热多聚甲醛溶液而产生甲醛。使用来自加利福尼亚州分析仪器公司(CaliforniaAnalyticalInstruments)的光声检测器来测量甲醛浓度。通过下式来计算过滤器甲醛效率：效率％＝100×(1-C_下游(在使用的过滤器)/C_下游(未在使用的过滤器))，其中C是流动的空气流中甲醛的浓度。过滤器甲醛去除容量是通过将图5中从测试开始直到过滤器样品通过5％效率的效率曲线下面积积分并且将它乘以甲醛的质量流量来确定的。从图5中以虚线示出的直到5％效率的最终测量值并且使用线性最佳拟合方程外推结果。这些结果以“吸附剂容量”呈现于下表1中。本领域技术人员将了解各种合适的分析技术可用于测量在这个浓度范围内的甲醛。

工作实施例1

使用与Fox的美国专利申请公布号2012272829的实施例1中所述的程序大体上类似的程序形成三层空气过滤介质。简单地说，将第一非织造网(从佳斯迈威公司(JohnsMannsville)以商品名称568/90获得的纺粘聚酯网，具有92g/m²的基重和0.45mm水柱的气流阻力)放在移动收集器(带)表面上。使顶部有第一非织造网的收集器表面在熔喷装置下方通过以使得(初始)纤维和活性炭粒子的混合流沉积到第一非织造网的顶部。这些纤维由熔融挤出物制成，所述熔融挤出物包含从陶氏化学公司以商品名称Versify4301获得的热塑性弹性体；活性炭是32×60筛目的处理过的活性炭。组合的吸附剂和纤维的组成是约9.9重量％的纤维和约90.1重量％的活性炭。熔喷纤维形成第二熔喷网。熔喷纤维充分地与活性炭粘结(并且相互粘结)以形成第二吸附剂层(该层与由第一非织造物提供的第一加强层粘结)。

使第三非织造物(PCT专利申请序列号US2014/053640中所述的一般类型的纺粘不带电的聚丙烯网，具有39g/m²的基重和0.27mm水柱的气流阻力)与第二吸附剂层的暴露表面接触。在这些条件下，第三非织造物与第二吸附剂层轻度粘结，以提供三层空气过滤介质的第三保护层。

所得的三层空气过滤介质具有574g/m²的基重、1.23mm水柱的气流阻力以及398g/m²的总吸附剂含量(基重)。使用折叠刀式的打褶机以25mm的褶皱高度和12.5mm的褶皱间距使网打褶。打褶装置保持在约80℃。在这些条件下，介质不需要任何支撑材料与介质层合(在打褶之前)以与之一起共同打褶，以成功地形成并且保持褶式形状。在进行打褶工艺之后，将薄纸板的条带以粘合方式与褶式介质的一个主要表面的褶皱尖端附接以维持一致的褶皱间距。

为了评价去除甲醛的能力，不将褶式空气过滤介质加框架，而是将它粘结到测试固定装置中，该测试固定装置防止空气在褶式空气过滤介质的边缘周围泄漏。对褶式空气过滤介质从流动的空气流中去除甲醛的能力进行测试。作为比较实施例，还对可商购获得的30mm厚的蜂窝式空气过滤器(以可从3M公司获得的KJEA-400型号的室内空气净化器供应的类型，并且包含处理过的活性炭和未处理过的活性炭的50:50共混物，总吸附剂基重是约3600g/m²)进行测试。将工作实施例褶式空气过滤器和比较实施例各自暴露于包含8.7ppm甲醛的测试用空气流；该空气流保持在约50％的相对湿度并且以0.5米/秒的面速度流动。如图5中所图示，在整个测试持续时间内，工作实施例1褶式空气过滤器与比较实施例相比表现出高得多的初始甲醛去除效率并且保持在更高的效率。

由工作实施例1相比于比较实施例所表现出的如上文所述而获得的吸附剂容量呈现于表1中。吸附剂容量是通过计算出所捕捉的甲醛的质量(每单位面积的过滤介质)与进行捕捉的吸附剂质量(再次，每单位面积的过滤介质)的比率而获得的。根据上述程序计算吸附剂容量。

表1

明显的是，尽管工作实施例褶式过滤介质含有少于比较实施例一半量(以重量计)的吸附剂，但是它仍能够去除高得多量的甲醛。即，它表现出高得多的吸附剂容量。本领域普通技术人员将了解，高的初始甲醛去除效率和在过滤器的寿命期间的甲醛去除效率与高吸附剂容量组合将会产生有利地高的CADR(洁净空气输出率)。

还使褶式过滤器形成具有370×400mm的尺寸的框架式过滤器。使用硬纸板周边框架，其中框架在过滤器的下游侧上与过滤器面重叠约20mm。将相同的薄纸板条带以粘合方式与褶式介质的一个主要表面的褶皱尖端附接以维持一致的褶皱间距。根据ASHRAE52.2测试方法，以0.5米/秒的面速度对工作实施例1过滤器和具有相等尺寸的比较(蜂窝式)过滤器进行压降和效率测试。工作实施例1表现出16帕的初始气流阻力以及6％的初始E1效率(0.3至1.0微米平均效率)、18％的初始E2效率(1.0至3.0微米平均效率)、和58％的初始E3效率(3至10微米平均效率)；比较(蜂窝式)过滤器具有32帕的初始阻力、1％的E1和7％的E2、以及23％的E3。

工作实施例2

使用上文概述的一般程序形成另一个三层空气过滤介质。在这种情况下，第一非织造物是美国专利号7947142中所述的一般类型的带静电的纺粘网。第一非织造物具有102g/m²的基重、11％的密实度以及16％的穿透百分比(DOP)。

(第二吸附剂层的)熔喷纤维由熔融挤出物制成，该熔融挤出物包含从埃克森美孚公司(ExxonMobil)以商品名称VISTAMAXX2125获得的热塑性弹性体。重量比是8.7重量％的纤维和91.3重量％的与工作实施例1中的活性炭相同的活性炭。

使第三非织造物(与工作实施例1的纺粘聚丙烯网类似的纺粘聚丙烯网，但该纺粘聚丙烯网具有41g/m²的基重和0.30mm水柱的气流阻力)与第二吸附剂层的暴露表面接触，同时第二吸附剂层(和第一加强层)仍处于收集器上。在这些条件下，第三非织造物比在工作实施例1中更强地与第二吸附剂层粘结，以提供三层空气过滤介质的第三保护层。

所得的三层空气过滤介质具有567g/m²的基重、4.41mm水柱的气流阻力以及388g/m²的总吸附剂含量(基重)。使用折叠刀式的打褶机以25mm的褶皱高度和12.5mm的褶皱间距使网打褶。打褶装置保持在约80℃。类似于工作实施例1，介质不需要任何支撑材料与介质层合(在打褶之前)以与之一起共同打褶，以成功地形成并且保持褶式形状。将薄纸板条带以粘合方式与褶式介质的一个主要表面的褶皱尖端附接以维持一致的褶皱间距。

还使褶式过滤器形成具有370×400mm的尺寸的框架式过滤器。使用硬纸板周边框架，其中框架在过滤器的下游侧上与过滤器面重叠约20mm。将相同的薄纸板条带以粘合方式与褶式介质的一个主要表面的褶皱尖端附接以维持一致的褶皱间距。根据ASHRAE52.2测试方法，以0.5米/秒的面速度对在上游具有带电层的工作实施例2过滤器进行压降和效率测试。工作实施例2表现出62帕的初始气流阻力、93％的初始E1、98％的初始E2、以及99.9％的初始E3。

仅为了清楚理解而提供上述实施例，并且应了解的是，它们不构成不必要的限制。实施例中所述的测试和测试结果意在具有说明性而不具有预测性，并且测试程序中的变化预期会产生不同的结果。鉴于所用程序中所牵涉到的通常已知的公差，实施例中的所有数值应当被理解成近似值。

对于本领域技术人员来说将是显而易见的是，本文公开的具体的示例性要素、结构、特征、细节、配置等在很多实施方案中可以被改动和/或组合。所有这些变化方案和组合方案均由本发明人考虑为落入所构思的本发明的范围内，而不仅仅是被选择用作示例性说明的那些代表性设计。因此，本发明的范围不应当限于本文所述的具体说明性结构，而是至少延及由权利要求书的语言所述的结构和那些结构的等同方案。在本说明书中被肯定地叙述为替代方案的任何要素可以根据需要以任何组合形式明确地被包括在权利要求书中或被排除在权利要求书之外。在本说明书中以开放式语言(例如包含和其派生词)叙述的任何要素或要素的组合均被认为是另外以封闭式语言(例如由……组成和其派生词)和部分封闭式语言(例如基本上由……组成和其派生词)叙述的。就如所书写的本说明书与以引用方式并入本文的任何文献中的公开内容之间存在任何抵触或差异来说，将以如所书写的本说明书为准。

Claims

1.一种框架式褶式空气过滤器，所述空气过滤器包括：

褶式空气过滤介质，所述褶式空气过滤介质包括包含多个朝向相反的褶皱的第一主要表面和第二主要表面，并且包括周边边缘区域；以及

支撑框架，所述支撑框架被安装到所述褶式空气过滤介质的周边边缘区域；

其中所述空气过滤介质包括第一加强层，所述第一加强层是第一非织造网；以及第二吸附剂层，所述第二吸附剂层是包括吸附剂粒子的第二非织造网；以及

其中所述框架式空气过滤介质的特征在于第三保护层，所述第三保护层是第三非织造网并且处在所述第二吸附剂层的与所述第一加强层相对的侧面上，

并且其中所述第一加强层的第一非织造网选自由纺粘网和短纤维网组成的组。

2.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述第二吸附剂层的第二非织造网是熔喷网。

3.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述第一加强层的第一非织造网表现出至少约100mg的格利刚度。

4.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述吸附剂粒子是活性炭粒子。

5.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述吸附剂粒子是处理过的活性炭粒子。

6.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述吸附剂粒子是具有约20筛目至约100筛目的标准筛目尺寸的处理过的活性炭粒子。

7.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述第二吸附剂层的第二非织造网包含与至少一些吸附剂粒子粘结的至少一些粘结纤维。

8.如权利要求7所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述第二非织造网的纤维材料基本上由所述粘结纤维组成并且基本上不含任何非粘结纤维。

9.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述第三保护层的第三非织造网基本上由非粘结纤维组成并且基本上不含任何粘结纤维。

10.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中在所述第二吸附剂层与所述第一加强层之间不存在居间层，并且其中所述第二吸附剂层的第二非织造网的至少一些纤维与所述第一加强层的第一纺粘非织造网的至少一些纤维粘结。

11.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中在所述第二吸附剂层与所述第三保护层之间不存在居间层，并且其中所述第二吸附剂层的第二非织造网的至少一些纤维与所述第三保护层的第三非织造网的至少一些纤维粘结。

12.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，前提条件是所述褶式空气过滤器不包括与所述褶式空气过滤介质的第一主要表面或所述褶式空气过滤介质的第二主要表面附接并且连同所述褶式空气过滤介质一起打褶的任何支撑结构。

13.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，所述空气过滤器还包括多个未打褶的股线，所述股线与所述褶式空气过滤介质的主要表面的褶皱尖端粘结。

14.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，前提条件是所述第二吸附剂层的第二非织造网不包括任何短纤维。

15.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述第二吸附剂层的第二非织造网不包括任何添加的粘结剂。

16.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述第一加强层的第一非织造网包括带静电的纤维。

17.如权利要求16所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述空气过滤介质表现出至少约0.3的粒子过滤品质因数。

18.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述第一加强层的第一非织造网基本上不含带静电的纤维。

19.如权利要求18所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述空气过滤介质表现出小于约0.1的粒子过滤品质因数。

20.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，前提条件是所述褶式空气过滤介质的层不包括任何驻极体纤维。

21.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，其中所述支撑框架是具有U形横截面的槽式框架。

22.如权利要求1所述的框架式褶式空气过滤器，所述空气过滤器还包括与所述褶式空气过滤介质的周边边缘附接的非织造子框架，并且其中所述支撑框架至少与所述非织造子框架的外部表面附接。