KR102328137B1 - 복합 공기 필터 - Google Patents

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Abstract

건물 공간 내의 공기로부터 공기중 분자상 오염물질 및 휘발성 유기 화합물(VOC)을 제거하기 위한 난방, 환기 및 공조(HVAC) 공기 필터용 장치 및 방법이 제공된다. 공기 필터는 HVAC 시스템 내에 공기 필터를 배향시키기에 적합한 형상 및 크기를 갖는 지지 프레임을 포함한다. HVAC 시스템을 통해서 유동하는 공기로부터 공기중 분자상 오염물질 및 VOC를 제거하기 위해 복합 필터 매체가 지지 프레임 내에 유지된다. 제1 매체 층의 일부는 주름 가공되며, 비교적 높은 여과 효율 및 필터 매체를 가로질러 낮은 공기 압력 강하를 나타내도록 구성된 매체 층의 조합을 포함할 수 있다. 필터 매체의 제2 부분은 제1 부분에 결합되며 제1 부분과 함께 주름의 균일한 분포를 유지한다.

Description

복합 공기 필터
(상호-참조)
본 출원은, 그 전체가 본 명세서에 참조로 원용되고 발명의 명칭이 "복합 공기 필터(COMPOUND AIR FILTER)"인 2017년 6월 23일자 미국 특허 출원 제15/632,122호 및 2016년 6월 24일자 미국 가특허출원 제62/354,549호의 이익을 청구한다.
본 발명의 분야는 일반적으로 필터 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 분야는 최적의 여과 효율을 보존하기 위해 설치 및 사용 중에 공기 필터의 주름의 변형에 저항하도록 구성된 복합 공기 필터용 장치 및 방법에 관한 것이다.
공기스트림으로부터 입자상 물질을 제거하도록 설계된 공기 필터는 일반적으로 섬유상 재료를 포함하는 장치이다. 이들 섬유상 재료는 공기스트림으로부터 먼지, 꽃가루, 곰팡이 및 박테리아와 같은 고형 미립자를 제거할 수 있다. 공기 필터는 공기 질이 중요한 적용 분야, 특히 건물의 난방, 환기 및 공조(heating, ventilation, and air conditioning: HVAC) 시스템에 사용된다. HVAC 시스템은 일반적으로 건물의 내부 공간 내의 거주자에게 최적의 실내 공기 질을 제공하도록 작동한다. HVAC 시스템은 공조를 수행하고, 공기의 환기 및 여과에 의해 입자 오염물질을 제거하며, 적절한 내부 가압을 제공함으로써 최적의 내부 공기 질을 달성한다.
많은 다양한 HVAC 시스템 설계 및 작동 방법이 존재하고 각각의 건물 설계는 고유하지만, HVAC 시스템은 일반적으로 몇 개의 기본 설계 요소를 공유한다. 예를 들어, 외부 공기("공급 공기")는 일반적으로 공기 취입구를 통해서 HVAC 시스템 내에 유입된다. HVAC 시스템에 들어가면, 공급 공기는 입자 오염물질을 제거하기 위해 여과되고, 이후 가열 또는 냉각되며, 이후 공기 분배 시스템에 의해 건물의 내부 공간 전체에 걸쳐서 순환된다. 많은 공기 분배 시스템은 내부 건물 공간으로부터 공기를 흡입하고 그 공기("복귀 공기")를 HVAC 시스템으로 복귀시키도록 구성된 복귀 공기 시스템을 포함한다. 복귀 공기는 이후 공급 공기와 혼합되며 이어서 여과되고, 조정되어, 건물의 내부 공간 전체에 걸쳐서 순환될 수 있다. 일부 예에서는, 건물 내에 소정 기압을 유지하기 위해 건물 내에서 순환하는 공기의 일부가 외부로 배출될 수 있다.
알게 되듯이, 최적의 내부 공기 질을 제공하기 위한 HVAC 시스템의 유효성은 HVAC 시스템 내의 공기 필터가 건물 내의 공기로부터 입자 오염물질을 제거하는 능력에 크게 의존한다. HVAC 시스템 공기 필터는 통상적으로 HVAC 시스템을 통과하는 공기로부터 먼지, 꽃가루, 곰팡이 및 박테리아와 같은 고형 미립자를 제거하도록 구성된 섬유상 재료를 포함한다. 필터는 종이, 발포체, 면, 방사(spun) 유리섬유 또는 다른 공지된 필터 재료로 제조될 수 있다. 필터 재료는 또한 표면적을 증가시키고 따라서 필터의 효율을 증가시키기 위해 주름 가공될 수 있다. 알게 되듯이, 주어진 면적에서의 주름 개수의 증가는 비례하여 표면적을 증가시킬 것이며 따라서 필터의 효율을 증가시킬 것이다.
종래의 HVAC 시스템 공기 필터의 단점은 주름의 개수 또는 밀도가 증가할수록 필터 재료 내의 주름의 균일한 분포를 유지하는 능력이 일반적으로 감소한다는 것이다. 필터 유닛의 설치 도중의 취급에 의해 또는 사용 도중의 공기 유동 압력에 의해, 조밀하게 주름 가공된 필터에 가해지는 가벼운 힘조차도, 주름을 찌그러뜨리거나 구부려서 위치를 벗어나게 할 수 있다. 여러 주름이 함께 압축되는 경우에는 필터의 표면적이 필터의 효율과 함께 감소될 것이다. 이 효율 감소는 필터의 유효 수명을 단축시킬 수 있으며, HVAC 시스템 공기유동을 증가시키고 그로인해 운영 비용을 감소시키기 위해 필터가 조기에 폐기되도록 촉진하고 있다. 전세계적으로 HVAC 시스템을 구비한 무수히 많은 건물을 고려할 때, 매립지에서 제거될 수 있는 폐기되는 공기 필터의 양은 엄청나다.
따라서, 필터의 표면적 및 전체 효율을 최대화하기 위해 설치 및 사용 중에 주름의 균일한 분포를 유지하도록 구성되는 복합 공기 필터가 요구된다.
본 명세서에 제공되는 것은 건물 내의 공기로부터 공기중 분자상 오염물질을 제거하기 위한 난방, 환기 및 공조(HVAC) 공기 필터이며, 상기 필터는 HVAC 시스템 내에 공기 필터를 배향시키기에 적합한 형상 및 크기를 갖는 지지 프레임; 상기 지지 프레임 내에 유지되고 상기 HVAC 시스템을 통해서 유동하는 공기로부터 공기중 분자상 오염물질을 제거하도록 구성된 제1 매체 층으로서, 제1 매체 층의 적어도 일부가 주름진 구조에 있는 제1 매체 층; 상기 제1 매체 층의 주름의 균일한 분포를 유지하기 위해 제1 매체 층과 결합되는 제2 매체 층; 및 상기 제1 매체 층과 제2 매체 층 중 임의의 층과 결합되고 최적의 여과 효율을 보존하기 위해 주름의 변형에 저항하도록 구성된 하나 이상의 지지층을 포함한다.
본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 지지 프레임이 실질적으로 장방형의 형상을 갖는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 지지 프레임이 제1 매체 층의 둘레를 따라서 연장되는 단일 성형 림(molded rim)을 포함하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 상기 성형 림이 제1 매체 층과 결합되는 와이어 메시를 유지하고 있는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 상기 성형 림이 발포 고무, 실리콘 고무, 및 일체형 스킨 폴리우레탄 발포 고무 중 어느 하나로 구성되는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 제1 매체 층이 종이, 발포체, 면, 방사 유리섬유, 직물 및 합성 또는 천연 재료 중 임의의 것으로 구성되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 제1 매체 층이 인접한 주름 사이에 배치되는 엠보싱 형상을 구비하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 상기 엠보싱 형상이 인접한 주름의 정점이 이들 주름을 이격된 구조로 유지하기 위해 상호 접촉하도록 종방향으로 정렬되는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 상기 엠보싱 형상이 그 본래 형상을 유지하고 주름 부근을 접착시키도록 구성된 접착 스트립을 포함하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 제2 매체 층이 직조 합성 층, 직조 면 층 또는 다른 적절한 재료 중 임의의 것으로 구성되는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 태양에 있어서, 상기 공기 필터는 제2 매체 층이 상기 주름에 수직하게 배치되고 제1 매체 층의 폭을 따라서 연장되는 적절한 접착제의 하나 이상의 라인에 의해 제1 매체 층에 접착되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 밀폐된 공간 내의 공기로부터 공기중 분자상 오염물질 및 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound: VOC)을 제거하기 위한 난방, 환기 및 공조(HVAC) 공기 필터를 구비할 수 있으며, 공기 필터는 HVAC 시스템 내에 공기 필터를 배향시키기에 적합한 형상 및 크기를 갖는 지지 프레임; 상기 지지 프레임 내에 유지되고 HVAC 시스템을 통해서 유동하는 공기로부터 공기중 분자상 오염물질 및 VOC를 제거하도록 구성된 적어도 두 개의 필터 매체 층을 포함하는 복합 필터 매체로서, 상기 적어도 두 개의 매체 층 중 적어도 하나는 다수의 주름을 포함하는, 복합 필터 매체; 및 상기 복합 필터 매체와 결합되고 상기 다수의 주름의 균일한 분포를 유지하도록 구성된 지지층을 포함한다.
본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 상기 지지층이 공기 필터를 통해서 유동하는 공기에 대해 최소 저항을 제공하도록 구성되는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 상기 적어도 두 개의 필터 매체 층 중 적어도 하나가 공기스트림으로부터 휘발성 유기 화합물(VOC)을 제거하도록 구성되는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 상기 공기 필터는 필터가 정전기 부품을 구비하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 태양에서, 공기로부터 공기중 분자상 오염물질 및 휘발성 유기 화합물(VOC)을 제거하는 방법은, 균일하게 배치된 주름을 포함하는 제1 매체 층을 직조 섬유 재료를 포함하는 제2 매체 층과 결합시켜 복합 필터 매체를 형성하는 단계; 상기 복합 필터 매체에 하나 이상의 지지층을 통합시켜 공기 필터에 비교적 큰 구조적 완전성을 부여하는 단계; 상기 복합 필터 매체의 둘레를 따라서 지지 프레임을 연장시키는 단계; 및 복합 필터 매체를 유지하고 HVAC 시스템 내에 공기 필터를 배향시키도록 상기 지지 프레임을 구성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 태양에서, 상기 방법은 상기 연장 단계는 복합 필터 매체가 그 안에 유지되도록 둘레에 림을 성형하는 단계를 추가로 포함하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 상기 방법은 상기 결합 단계가 제1 매체 층에 제2 매체 층을 접착시키기 위해 적절한 접착제의 라인을 제1 매체 층의 폭을 따라서 주름에 수직하게 연장시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 포함할 수 있다.
도면은 본 발명의 실시예를 참조하며;
도 1은 본 발명에 따른, HVAC 시스템 공기 필터가 건물의 HVAC 시스템에 통합되는 예시적 사용 환경의 단면도이고;
도 2는 본 발명에 따른 HVAC 가정용 공기 필터를 포함하는 HVAC 시스템의 예시적 실시예의 개략도이며;
도 3은 본 발명에 따른, 건물의 HVAC 시스템에 사용하도록 구성된 공기 필터의 예시적 실시예의 하류 사시도이고;
도 4는 본 발명에 따른, 건물의 HVAC 시스템에 사용하도록 구성된 공기 필터의 예시적 실시예의 상류 사시도이며;
도 5는 본 발명에 따른, 공기 필터를 통한 공기유동의 방향을 도시하는, 도 3 및 도 4에 도시된 공기 필터의 측면도이고;
도 6은 본 발명에 따른, 공기 필터를 통한 공기유동의 방향을 도시하는, 도 3 및 도 4에 도시된 공기 필터의 측면도이며;
도 7은 본 발명에 따른, 도 3 및 도 4의 공기 필터를 포함하는 복수의 주름의 확대도이다.
본 발명은 다양한 수정 및 대체 형태가 존재하지만, 그 특정 실시예가 도면에 예로서 도시되었으며 본 명세서에서 상세히 설명될 것이다. 본 발명은 개시된 특정 형태에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 하며, 오히려 그 의도는 본 발명의 취지 및 범위 내에 포함되는 모든 수정예, 균등예 및 대체예를 커버하는 것이다.
이하의 설명에서는, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 상세가 제시된다. 그러나 본 명세서에 개시된 발명이 이들 특정 상세 없이 실시될 수도 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우에는 "제1 매체 층"과 같은 특정 숫자 참조가 이루어질 수 있다. 그러나 특정 숫자 참조는 문자적인 순차 순서로 해석되지 않아야 하며 그것보다는 "제1 매체 층"이 "제2 매체 층"과 다르다고 해석되어야 한다. 따라서, 제시된 특정 상세는 단지 예시적인 것이다. 특정 상세는 본 발명의 취지 및 범위 내에서 변경될 수 있고 여전히 그 안에 포함되는 것으로 간주될 수 있다. "결합된다"는 용어는 구성요소에 직접 연결되거나 다른 구성요소를 통해서 구성요소에 간접적으로 연결되는 것을 의미하는 것으로 정의된다. 또한, 본 명세서에서 사용될 때, 임의의 수치 또는 수치 범위에 대한 "약", "대략" 또는 "실질적으로"라는 용어는 구성요소의 일부 또는 집합이 본 명세서에 기재된 그 의도된 목적을 위해 기능할 수 있게 하는 적절한 치수 공차를 나타낸다.
일반적으로, 본 발명은 주거용 또는 상업용 공간 내의 공기로부터 공기중 분자상 오염물질을 제거하기 위한 난방, 환기 및 공조(HVAC) 공기 필터용 장치 및 방법을 기술한다. HVAC 공기 필터는 HVAC 시스템 내에 HVAC 공기 필터를 배향시키기에 적합한 형상 및 크기를 갖는 지지 프레임을 포함한다. 필터 매체는 지지 프레임 내에 유지되며, HVAC 시스템을 통해서 유동하는 공기로부터 공기중 분자상 오염물질을 제거하도록 구성된다. 지지 프레임은 필터 매체의 둘레를 따라서 배치되는 단일 성형 림을 포함할 수 있고, HVAC 시스템 내에 필터 매체를 배향시키도록 구성될 수 있으며, 따라서 HVAC 시스템을 통해서 유동하는 공기는 필터 매체를 통해서 이동된다. 공기 필터는 공기 필터 내에 통합되고 공기 필터에 강도 및 내구성을 제공하도록 구성된 지지층을 구비할 수 있으며, 지지층은 와이어 또는 임의의 유사한 적합한 재료로 제조될 수 있다. 필터 매체는 일반적으로, 비교적 높은 여과 효율 및 필터 매체를 가로질러 비교적 낮은 공기 압력 강하를 나타내도록 구성된 하나 이상의 매체 층의 조합을 포함한다. 필터 매체는 필터 매체의 표면적을 증가시키기 위해 복수의 주름을 구비할 수 있다. 공기 필터는 또한 주름의 균일한 분포를 유지하도록 구성된, 지지층 및 제2 매체 층 중 적어도 하나를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예는 본 명세서에서 장방형 공기 필터와 관련하여 설명 및 도시될 수 있지만, 본 발명은 도시된 정확한 실시예 또는 형상으로 제한되지 않으며 오히려 본 발명은 명백하게 될 다양한 대체로 장방형 형상, 대체로 정방형, 원형, 타원형, 라운드형, 곡선형, 원추형 또는 다른 폐쇄된 둘레 형상을 포함할 수 있음을 알아야 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예는 HVAC 시스템과 함께 사용하는 것에 한정되지 않으며, 다량의 공기를 처리하도록 구성된 다양한 다른 여과 시스템 중 임의의 것에 적용될 수 있다.
도 1은 공기 필터(104)를 통해서 흡입된 공기스트림을 정화하기 위해 건물(112)의 HVAC 시스템(108)에 공기 필터(104)가 통합되는 예시적 사용 환경(100)을 도시한다. 도 1에 도시된 건물(112)은 다층 오피스 빌딩을 포함하지만, 건물(112)은 주택, 아파트, 콘도 등과 같은 다양한 주거용 구조물 중 임의의 것을 포함할 수 있음을 알아야 한다. 공기 필터(104)를 통과한 후, 공기스트림은 공급 배관(110)에 의해 하나 이상의 건물 공간(116)으로 보내진다. 건물 공간(116) 내의 공기는 복귀 배관(114)에 의해 HVAC 시스템(108)으로 되돌아간다. 건물(112)은 도 1에 도시된 바와 같이 각 층이 하나 이상의 건물 공간(116)을 구비할 수 있는 여러 층을 포함할 수 있거나, 단독 주택을 포함할 수 있지만 이것에 한정되지 않는 단층 건물을 포함할 수 있음을 알 것이다.
도 2는 건물 공간(116) 내의 공기를 정화하기 위해 사용될 수 있는 HVAC 시스템(108)의 예시적 실시예의 개략도이다. 그러나, 다른 실시예에서, HVAC 시스템(108)은 제한없이 다양한 건물 중 임의의 건물의 내부 공간 내의 공기를 정화하도록 구성될 수도 있다. HVAC 시스템(108)은 일반적으로 공기 필터(104)를 통해서 건물 공간(116)으로부터 복귀 공기스트림(124)을 끌어당기도록 구성된 팬(120)을 포함하며, 따라서 공기스트림으로부터 공기중 분자상 오염물질 또는 다른 입자 오염물질이 제거된다. 복귀 공기스트림(124)으로부터 제거된 입자 오염물질은 공기 필터(104)에 포집된다. 팬(120)은 이후 청정 공기스트림(128)을 공조 시스템(132) 및 히터 코어(136)를 통해서 건물 공간(116) 내로 밀어넣는다. 알게 되듯이, 공조 시스템(132) 및 히터 코어(136)는 필요에 따라 청정 공기스트림(128)을 각각 냉각 및 가열함으로써 건물 공간(116) 내에 일관된 쾌적한 온도를 제공하는 것을 용이하게 한다. 도 2에 추가로 도시되어 있듯이, 복귀 공기스트림(124)은 HVAC 시스템(108) 내에 및 건물 공간(116) 내에 소망 기압을 유지하기 위해 외부 공기스트림(126)뿐 아니라 바이패스 공기스트림(130)과 조합될 수 있다. 일부 실시예에서는, 소망 기압을 유지하고 외부 공기스트림(126)의 진입을 허용하기 위해 배기 공기스트림(134)이 HVAC 시스템(108)에 추가로 통합될 수 있다.
도 3 및 도 4는 건물에 통합된 HVAC 시스템(108)의 실시예에서 사용하도록 구성되는 공기 필터(104)의 예시적 실시예를 도시한다. 공기 필터(104)는 HVAC 시스템(108) 내에 HVAC 공기 필터를 배향시키기에 적합한 형상 및 크기를 갖는 지지 프레임(304)을 포함한다. 지지 프레임(304) 내에 필터 매체(308)가 유지되며, 이 필터 매체는 HVAC 시스템(108)을 통해서 유동하는 공기로부터 공기중 분자상 오염물질을 제거하도록 구성된다. 지지 프레임(304)은 필터 매체(308)의 둘레를 따라서 배치되는 단일 성형 림(316)을 포함할 수 있다. 성형 림(316)은 성형 발포 고무, 실리콘 고무, 일체형 스킨 폴리우레탄 발포 고무; 또는 관련 기술분야에 공지된 다양한 유사한 재료 중 임의의 것으로 성형될 수 있음을 알아야 한다. 일부 실시예에서, 지지 프레임(304)은 HVAC 시스템(108) 내에 공기 필터(104)를 배향시키기 위해 필터 매체의 둘레를 따라서 적절하게 조립되는 복수의 세장형 섹션 및 코너 섹션을 포함할 수 있다.
도 4에 가장 잘 도시되어 있듯이, 공기 필터(104)는 공기 필터(104)에 통합되고 매체(308)에 강도 및 내구성을 제공하도록 구성되는 와이어 메시(320)와 같은 지지층을 구비할 수 있다. 도 4에 도시된 와이어 메시(320)는 지지 프레임(304) 내에 성형되지만, 와이어 메시(320)는 관련 기술분야에 공지된 다양한 기술 중 임의의 것에 의해 지지 프레임(304)과 결합될 수도 있음을 알아야 한다. 또한, 와이어 메시(320)의 메시 크기는 설계 선택에 기초하여, 도 4에 도시된 것과 다를 수도 있음을 알아야 한다.
일부 실시예에서는, 공기 필터(104)에 비교적 큰 지지를 제공하기 위해 2층 이상의 와이어 메시 층이 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 와이어 메시 층이 공기유동의 방향에 대해 필터 매체(308)의 전방, 후방 또는 내부에 배치될 수 있다. 하나 이상의 와이어 메시(320) 층을 공기유동의 방향에 대해 필터 매체(308)의 전방에 위치시키는 것은 더 큰 입자상 물질을 포획하여, 이 입자상 물질을 필터 매체(308) 내로 이동하기 전에 공기스트림으로부터 제거하도록 작동할 수 있을 것으로 생각된다.
지지 프레임(304) 내에 필터 매체(308)를 유지시키기 위해 다양한 접착제, 체결구 또는 구조물 중 임의의 것이 실시될 수 있을 것으로 생각된다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 지지 프레임(304)은 필터 매체(308)를 통한 공기유동을 제한하지 않으면서 지지 프레임(304) 내의 필터 매체(308)를 둘러싸는 쇠격자(grate) 또는 유사 구조물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 필터 매체(308)는 통과하는 공기스트림으로 인한 필터 매체의 휘어짐에 저항하도록 구성되는 와이어 지지체, 예를 들어 와이어 메시(320)와 결합될 수 있다. 예를 들어, 필터 매체(308)는 제1 와이어 지지체와 제2 와이어 지지체 사이에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 와이어 지지체는 비제한적인 예로서, 다양한 적합한 플라스틱 또는 금속 중 임의의 것과 같은 강성 재료로 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 성형 림(316)은 지지 프레임(304) 내에 필터 매체를 유지시키기 위해 필터 매체(308)의 에지 상에 직접 성형될 수 있다. 일부 실시예에서, 성형 림(316)은 와이어 메시(320)와 같은 제1 지지층, 제2 지지층, 필터 매체(308) 또는 그 임의의 조합 상에 성형될 수 있다. 예를 들어, 필터 매체(308)가 제1 지지층과 제2 지지층 사이에 배치되는 특정 실시예에서, 성형 림(316)은 지지 프레임(304) 내에 필터 매체(308)를 유지하기 위해 제1 및 제2 지지층 상에 성형될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 지지 프레임(304)은 제1 및 제2 지지층 상에 절첩되어 이들을 유지하는 압착 부분을 포함할 수 있으며 이는 지지 프레임(304) 내에 필터 매체(308)를 유지한다.
전술한 바와 같이, 와이어 메시(320)와 같은 제1 지지층은 공기 필터(104)에 추가적인 강도 및 내구성을 제공하기 위해 필터 매체(308)와 결합될 수 있다. 일부 실시예에서 와이어 메시(320)는 필터 매체(308)의 외표면 및 내표면 상에 배치될 수도 있을 것으로 생각된다. 일부 실시예에서, 와이어 메시(320)는 공기 필터(104)를 보강하기 위해 필터 매체(308)와 함께 공동-주름가공되는 분말-코팅된 알루미늄 스크린 와이어를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 필터 매체(308)의 적어도 일부는 본 명세서에 기재되어 있듯이 접착제 또는 다른 체결구에 의해 지지층에 부착될 수 있다. 이는 유리하게 필터 매체(308)의 주름의 균일한 분포를 유지하는데 더 도움이 될 수 있다. 일부 실시예에서, 필터 매체(308)의 내표면은 또한 와이어 메시 보강부를 포함할 수 있다. 와이어 메시 지지체는 강성이 변경될 수 있을 것으로 생각된다. 일부 실시예에서는, 통상의 기술자에게 명백하게 되듯이, 추가적 또는 대안적 보강부가 제공될 수 있다.
도 5 및 도 6은 필터 매체(308)를 통과하는 공기유동(510)의 방향을 나타내는 공기 필터(104)의 측면도이다. 필터 매체(308)는 일반적으로 비교적 높은 여과 효율 및 필터 매체(308)를 가로질러 비교적 낮은 공기 압력 강하를 나타내도록 구성된 하나 이상의 필터 매체 층의 조합을 포함한다. 도 3 내지 도 7에 도시된 실시예에서, 필터 매체(308)는 제1 매체 층(310) 및 제2 매체 층(312)을 포함한다. 제1 매체 층(310)은 필터 매체의 표면적을 증가시키기 위해 다수의 주름(324)을 구비할 수 있다. 주름(324)의 개수 또는 밀도의 증가는 필터 매체(308)의 표면적을 증가시키는 것을 알 것이다. 제1 매체 층(310)은 종이, 발포체, 면, 마, 방사 유리섬유 또는 관련 기술분야에 공지된 다른 필터 재료, 직조 또는 부직 재료, 합성 또는 천연 재료, 또는 그 임의의 조합으로 구성될 수 있을 것으로 생각된다. 일부 실시예에서, 제1 매체 층(310)은 공기스트림으로부터 휘발성 유기 화합물(VOC)을 제거하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제1 매체 층(310)은 공기스트림으로부터 VOC를 제거할 수 있는 부분을 포함할 수 있다. 제1 매체 층(310)의 실시예는 관련 기술분야에 공지된 활성탄 또는 유사 물질을 포함하는, 공기스트림으로부터 VOC를 제거할 수 있는 성분을 구비할 수 있다고 생각된다.
일부 실시예에서, 제1 매체 층(310)은 HVAC 시스템(108)을 통해서 유동하는 공기 내의 입자 오염물질을 정전기적으로 끌어당겨 응집시키도록 구성되는 정전기 부분을 포함할 수 있다. 정전기 부분은 세균을 파괴하도록 구성된 항균 분자의 코팅으로 처리되는 적어도 일부 섬유를 포함할 수 있을 것으로 생각된다. 일부 실시예에서, 항균 분자는 제1 매체 층(310)의 원주 일부 섬유 주위에 분포되고 필터 매체(308) 내에 배치된 분극 섬유와 협동하도록 구성되는 양전하로 대전된 분자로 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 매체 층(310)은 각각 고유 외관을 갖는 하나 이상의 매체 층의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 매체 층의 조합은 비교적 높은 여과 효율 및 필터 매체(308)를 가로질러 비교적 낮은 공기 압력 강하를 나타내도록 구성될 수 있으며 고유 외관은 필터 매체(308)를 통한 공기유동(510)의 바람직한 방향을 나타내도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 매체 층의 조합은 제1 매체 층 및 제2 매체를 포함한다. 제1 매체 층은 크림색을 가지며 제2 매체 층은 회색 층을 갖는다. 알게 되듯이, 크림색은 필터 매체(308)의 공기 진입측을 나타내고, 회색은 필터 매체의 공기 배출측을 나타낸다. 필터 매체(308)의 바람직한 공기 진입측을 나타내기 위해 다양한 색상, 형상, 기호, 로고, 지시서 등이 제한없이 사용될 수 있음을 알 것이다.
도 6 및 도 7에 가장 잘 도시되어 있듯이, 제1 매체 층(310)은 다수의 엠보싱 형상(328)을 구비할 수 있다. 엠보싱 형상(328)은 제1 매체 층(310)이 절첩된 구조에 있을 때 실질적으로 주름의 측부에 배치되도록 주름(324)의 절첩선 사이에 위치한다. 인접한 주름(324)의 엠보싱 형상(328)은 제1 매체 층(310)이 절첩된 구조에 있을 때 대향 엠보싱 형상(328)의 정점이 접촉하도록 종방향으로 정렬된다. 이들 엠보싱 형상(328)은 표면적의 최소 손실을 유지할 뿐 아니라 제1 매체 층(310)에 구조적 완전성을 부여하도록 작동하는 한편으로 주름을 이격된 구성(332)으로 유지하는데 도움이 된다. 일부 실시예에서, 엠보싱 형상(328)은 인접한 주름(324)을 접착하는 동안 그 본래 형상의 대부분을 유리하게 유지하도록 구성된 접착 비드 또는 스트립을 포함한다. 유리하게, 접착 비드 또는 스트립은 공기유동을 필터를 통해서 인도하는데 추가로 도움을 줄 수 있으며, 공기유동이 공기유동(510)의 방향에 수직하게 측방으로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 본 실시예에서 엠보싱 형상(328)은 균일하고, 종방향이며, 공기유동(510)의 방향과 실질적으로 평행하게 배향되는 것으로 개시되어 있지만, 엠보싱 형상(328)의 배향, 형상 및 개수의 임의의 조합은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 것을 알아야 한다.
전술한 바와 같이, 필터 매체(308)는 제1 매체 층(310)과 결합될 수 있는 제2 매체 층(312)을 포함한다. 제2 매체 층(312)은 도 5에 가장 잘 도시되어 있듯이 주름(324)의 균일한 분포를 유지하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 제2 매체 층(312)은 공기유동(510)의 방향에 대해 제1 매체 층(310)의 하류측에 접착되는 직조된 섬유상 재료를 포함한다.
제2 매체 층(312)은 전술한 직조된 섬유상 재료 이외의 재료로 구성될 수도 있음을 알아야 한다. 오히려, 제2 매체 층(312)을 구성하는 재료는 공기유동에 대한 저항을 거의 또는 전혀 제공하지 않으면서 주름(324)의 균일한 분포를 유지하기에 적합한 임의의 재료일 수 있다. 예를 들어, 제2 매체 층(312)은 합성 또는 천연 재료, 유기 또는 무기 재료, 강성 또는 가요성 재료, 면 직물, 나일론 직물, 와이어 메시, 천공된 플라스틱 시트 등으로 이루어질 수 있다.
제2 매체 층(312)은 비제한적 예로서 아교, 클립, 스테이플, 재봉, 핀 등 중 임의의 것과 같은, 관련 기술분야에 공지된 임의의 적절한 고정 수단에 의해 제1 매체 층(310)에 접착될 수 있을 것으로 생각된다. 제2 매체 층(312)은 적절한 고정 구성 중 어느 하나 또는 그 조합에 의해 제1 매체 층(310)에 부착될 수 있을 것으로 생각된다. 일 실시예에서, 제2 매체 층(312)은 주름(324)에 수직하게 배치된 적절한 접착제의 하나 이상의 라인에 의해 제1 매체 층(310)에 접착되며 제1 매체 층(310)의 폭을 따라서 연장된다. 일부 실시예에서 제2 매체 층(312)은 주름의 하류 정점을 따라서 배치된 적절한 접착제의 하나 이상의 라인, 즉 주름의 절첩부와 평행하게 배향되는 접착제의 라인에 의해 제1 매체 층(310)에 접착될 수 있다. 제1 및 제2 매체 층(310, 312)을 접착하기 위해 임의의 적절한 접착제가 제한없이 사용될 수 있을 것으로 생각된다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 매체 층은 예를 들어 다수의 스테이플, 하나 이상의 나사산 라인 또는 그 조합에 의해 기계적으로 함께 체결될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 매체 층은 공기 유동을 더 개선하기 위해 천공부 또는 개구를 구비할 수 있다. 제2 매체 층 내의 천공부 또는 개구의 임의의 개수, 형상, 분포 또는 패턴은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 생각된다. 일부 실시예에서, 제2 매체 층은 주름(324)에 수직하게 배치되고 제1 매체 층(310)의 폭을 따라서 연장되는 적절한 접착제의 하나 이상의 라인으로 구성될 수 있다. 접착제의 하나 이상의 라인 또는 기계적 체결구는 예를 들어 주름을 가로지르는 대각선 각도와 같이, 주름의 배열에 대해 비-수직 각도로 배치될 수도 있을 것으로 생각된다. 일부 실시예에서, 제2 매체 층은 비제한적 예로서 아교, 클립, 스테이플, 재봉, 핀 등 중 임의의 것과 같은, 관련 기술분야에 공지된 적절한 고정 수단으로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 매체 층은 비제한적 예로서 다수의 스테이플, 하나 이상의 나사산 라인, 그 조합 등과 같은 기계적 체결구로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 매체 층은 추가 여과 층으로서 작용할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 매체 층(312)을 포함하는 섬유의 적어도 일부는 접촉시 세균을 파괴하도록 구성된 항균 분자의 코팅으로 처리될 수 있다. 바람직하게, 항균 분자의 코팅은 처리되는 각각의 섬유 스트랜드의 거의 전체 둘레를 둘러싼다. 일부 실시예에서, 항균 분자를 포함하는 제2 매체 층(312)에는 방향제를 방출하도록 구성된 물질이 통합될 수 있다. 방향제는 관련 기술분야에 공지되어 있고 냄새, 향기 또는 향료를 부여하기 위한 양초에 사용하기에 적합한 임의의 천연 물질, 합성 재료(알데히드, 케톤, 에스테르 및 기타 화학 성분을 포함) 또는 그 조합일 수 있을 것으로 생각된다. 일부 실시예에서, 적합한 천연 및 합성 향료/향미 물질은 미국 식품 의약국에 의해 연방 규칙집의 타이틀 21, 섹션 172.510 및 172.515에 각각 수록된 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적합한 방향제는 향미유, 화정유(flower oil), 과실유 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적합한 방향제는 예를 들어 벤즈알데히드, 페놀, 시나믹 알데히드 및 에스테르, 옥타디엔, 디엔, 시클로헥사디엔, 테르펜 등과 같은 방향제 성분을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에 기재된 공기 필터(104)는 건물 및 단독 주택 내의 공기를 처리하는 것에만 한정되는 것으로 해석되지 않아야 하며, 오히려 공기 필터(104)는 인공호흡기, 공기 청정기, 공업용 배기 필터 등과 같은 다량의 공기의 여과 또는 공조를 요구할 수 있는 임의의 시스템에 사용될 수도 있음을 알아야 한다. 또한, 공기 필터(104)는 비제한적 예로서 중앙 HVAC 시스템, 옥상 HVAC 시스템, 벽-장착형 HVAC 시스템 및 휴대용 HVAC 시스템 등과 같은, 도 1에 도시된 것 이외의 HVAC 시스템에 통합될 수 있다.
HVAC 시스템(108)의 실시예에서 사용하도록 구성된 공기 필터(104)를 형성하기 위한 방법은, 복합 필터 매체(308)를 형성하기 위해 제1 매체 층(310)을 제2 매체 층(312)과 결합시키는 단계로서, 제1 매체 층(310)은 균일하게 배치된 주름을 포함하고 제2 매체 층(312)은 직조 섬유 재료를 포함하는, 단계와, 복합 필터 매체(308)에 와이어 메시(320)와 같은 하나 이상의 지지층을 통합시키는 단계를 포함할 수 있다. 이는 유리하게 공기 필터에 비교적 큰 구조적 완전성을 부여한다. 상기 방법은 필터 매체(308)의 둘레를 따라서 지지 프레임(304)을 연장시키는 단계; 및 복합 필터 매체(308)를 유지하고 HVAC 시스템 내에 공기 필터를 배향시키도록 지지 프레임(304)을 구성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
복합 공기 필터(104)를 형성하기 위한 방법은 복합 필터 매체가 그 안에 유지되도록 둘레에 림(316)을 성형하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 복합 공기 필터(104)를 형성하기 위한 방법은 제1 매체 층에 제2 매체 층을 접착시키기 위해 적절한 접착제의 라인을 제1 매체 층의 폭을 따라서 주름에 수직하게 연장시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 특정 변형예 및 예시 도면과 관련하여 설명되었지만, 통상의 기술자라면 본 발명이 기재된 변형예 또는 도면에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 또한, 전술한 방법 및 단계가 특정 순서로 발생하는 특정 이벤트를 나타내는 경우에, 통상의 기술자는 특정 단계의 순서가 변경될 수도 있고 이러한 변경은 본 발명의 변형예에 따른 것임을 알 것이다. 또한, 단계들 중 어떤 것은 가능하다면 병렬 프로세스로 동시에 수행될 수 있을 뿐 아니라 전술한 바와 같이 순차적으로 수행될 수 있다. 본 개시의 사상 내에 있거나 청구범위에서 알아낸 발명과 동등한 본 발명의 변형예가 존재하는 한, 이 특허는 이들 변형예도 커버하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 의해 한정되는 것이 아니라 첨부된 청구범위에 의해서만 한정되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (19)

  1. 건물 내의 공기로부터 공기중 분자상 오염물질을 제거하기 위한 난방, 환기 및 공조(HVAC) 공기 필터이며,
    HVAC 시스템 내에 공기 필터를 배향시키기 위한 형상 및 크기를 갖는 지지 프레임;
    상기 지지 프레임 내에 유지되고 상기 HVAC 시스템을 통해서 유동하는 공기로부터 공기중 분자상 오염물질을 제거하도록 구성된 제1 매체 층으로서, 제1 매체 층의 적어도 일부가 주름진 구조에 있는 제1 매체 층;
    상기 제1 매체 층의 주름의 균일한 분포를 유지하기 위해 제1 매체 층과 결합되는 제2 매체 층; 및
    상기 제1 매체 층과 제2 매체 층 중 임의의 층과 결합되고 최적의 여과 효율을 보존하기 위해 주름의 변형에 저항하도록 구성된 하나 이상의 지지층을 포함하고,
    상기 제1 매체 층은 주름을 이격된 구조로 유지하기 위해 공기유동과 평행한 방향으로 상기 제1 매체 층의 인접한 주름 사이에 배치되는 엠보싱 형상을 포함하고, 상기 엠보싱 형상은 인접한 주름의 정점이 상호 접촉하도록 종방향으로 정렬되고, 각각의 주름은 제1 측면에서 돌출되는 제1 엠보싱 형상과 상기 제1 측면의 맞은 편인 제2 측면에서 돌출되는 제2 엠보싱 형상을 포함하는 공기 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지 프레임은 장방형의 형상을 갖는 공기 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지지 프레임은 제1 매체 층의 둘레를 따라서 연장되는 단일 성형 림을 포함하는 공기 필터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 성형 림은 제1 매체 층과 결합되는 와이어 메시를 유지하고 있는 공기 필터.
  5. 제3항에 있어서, 상기 성형 림은 발포 고무, 실리콘 고무, 및 일체형 스킨 폴리우레탄 발포 고무 중 어느 하나로 구성되는 공기 필터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 매체 층은 종이, 발포체, 면, 방사 유리섬유, 직물, 및 합성 또는 천연 재료 중 임의의 것으로 구성되는 공기 필터.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 엠보싱 형상은 그 본래 형상을 유지하고 주름 부근을 접착시키도록 구성된 접착 스트립을 포함하는 공기 필터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 매체 층은 직조 합성 층 또는 직조 면 층 중 임의의 것으로 구성되는 공기 필터.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 매체 층은 상기 주름에 수직하게 배치되고 제1 매체 층의 폭을 따라서 연장되는 접착제의 하나 이상의 라인에 의해 제1 매체 층에 접착되는 공기 필터.
  12. 밀폐된 공간 내의 공기로부터 공기중 분자상 오염물질 및 휘발성 유기 화합물(VOC)을 제거하기 위한 공기 필터이며,
    난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템 내에 공기 필터를 배향시키기 위한 형상 및 크기를 갖는 지지 프레임;
    상기 지지 프레임 내에 유지되고 HVAC 시스템을 통해서 유동하는 공기로부터 공기중 분자상 오염물질 및 VOC를 제거하도록 구성된 적어도 두 개의 필터 매체 층을 포함하는 복합 필터 매체로서, 상기 적어도 두 개의 매체 층 중 적어도 하나는 다수의 주름을 포함하며 주름을 이격된 구조로 유지하기 위해 공기유동과 평행한 방향으로 인접한 주름 사이에 배치되는 엠보싱 형상을 포함하고, 상기 엠보싱 형상은 인접한 주름의 정점이 상호 접촉하도록 종방향으로 정렬되고, 각각의 주름은 제1 측면에서 돌출되는 제1 엠보싱 형상과 상기 제1 측면의 맞은 편인 제2 측면에서 돌출되는 제2 엠보싱 형상을 포함하는, 복합 필터 매체; 및
    상기 복합 필터 매체와 결합되고 상기 다수의 주름의 균일한 분포를 유지하도록 구성된 지지층을 포함하는 공기 필터.
  13. 제12항에 있어서, 상기 지지층은 공기 필터를 통해서 유동하는 공기에 대해 최소 저항을 제공하도록 구성되는 공기 필터.
  14. 제12항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 필터 매체 층 중 적어도 하나는 공기스트림으로부터 휘발성 유기 화합물(VOC)을 제거하도록 구성되는 공기 필터.
  15. 제12항에 있어서, 상기 필터는 정전기 부품을 포함하는 공기 필터.
  16. 제12항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 필터 매체 층 중 하나는 상기 다수의 주름의 균일한 분포를 유지하도록 구성되는 공기 필터.
  17. 공기로부터 공기중 분자상 오염물질 및 휘발성 유기 화합물(VOC)을 제거하는 방법이며,
    균일하게 배치된 주름을 포함하는 제1 매체 층을 직조 섬유 재료를 포함하는 제2 매체 층과 결합시켜 복합 필터 매체를 형성하는 단계로서, 상기 제1 매체 층은 주름을 이격된 구조로 유지하기 위해 공기유동과 평행한 방향으로 인접한 주름 사이에 배치되는 엠보싱 형상을 포함하고, 상기 엠보싱 형상은 인접한 주름의 정점이 상호 접촉하도록 종방향으로 정렬되고, 각각의 주름은 제1 측면에서 돌출되는 제1 엠보싱 형상과 상기 제1 측면의 맞은 편인 제2 측면에서 돌출되는 제2 엠보싱 형상을 포함하는, 복합 필터 매체를 형성하는 단계;
    상기 복합 필터 매체에 하나 이상의 지지층을 통합시켜 공기 필터에 구조적 완전성을 부여하는 단계;
    상기 복합 필터 매체의 둘레를 따라서 지지 프레임을 연장시키는 단계; 및
    복합 필터 매체를 유지하고 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템 내에 공기 필터를 배향시키도록 상기 지지 프레임을 구성하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 연장 단계는 복합 필터 매체가 그 안에 유지되도록 둘레에 림을 성형하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 결합 단계는 제1 매체 층에 제2 매체 층을 접착시키기 위해 접착제의 라인을 제1 매체 층의 폭을 따라서 주름에 수직하게 연장시키는 단계를 더 포함하는 방법.
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