[发明专利]用于空气清洁的打褶过滤器结构和空气过滤方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于从待过滤气体中过滤气态污染物的方法和设备及所述设备的制造方法。

背景技术

室内空气污染在世界各地的许多城市地区呈现显著的健康危害。在户外(例如，从机动车辆和工业)和室内(从烹饪、吸烟、蜡烛燃烧、香炉燃烧、释气建筑/装饰材料、除气蜡的使用、油漆、抛光剂等等)都遇到空气污染源。室内污染水平往往高于户外。同时，许多人大部分时间在室内居住，并因此可能几乎连续地暴露于不健康的空气污染水平。

改善室内空气清洁度的一种方法是通过在室内安装空气清洁器，空气清洁器能够使室内空气连续地循环通过包括一个或多个空气过滤器的清洁单元。改善室内空气清洁度的另一方法是通过用经过滤的室外空气施加连续的通风。在后一情况中，空气过滤器通常被包括在加热、通风和空气调节(HVAC)系统中，加热、通风和空气调节(HVAC)系统能够进行温度调整、通风且能够通过使从室外抽吸的流通空气在将其释放到室内之前首先通过一个或多个空气过滤器而对其清洁。具有经清洁的室外空气的通风使污染的室内空气移动，并稀释其中的污染水平。

为了从空气中去除空中携带的颗粒，市场上有多种机械除尘过滤器可供选择。机械除尘过滤器包括致密纤维片材/布材料，能够在污染的空气通过过滤器时困住空气中携带的颗粒。为了增加过滤器的表面积，常见的做法使纤维布打褶。过滤器打褶是一种完善的工业处理。

图1a至图1c描绘了从现有技术公知的打褶机械除尘过滤器的简单示例。将单片纤维布材料10折叠以形成打褶过滤器结构12。待过滤的空气14传递透过布的表面，当待过滤的空气14传递透过布的表面时使污染颗粒困在材料中。

为了从空气中去除污染气体，往往利用能够从空气中吸收/去除多种挥发性有机烃气体(VOC)和若干无机气体(NO₂、O₃、氡)的活性碳过滤器。活性碳材料通常作为粒子存在，粒子被包含在透气过滤器框架结构。这里，也使用框架打褶(frame pleating)。然而，打褶也增加过滤器体积并且滤光器框架典型地比其中所含有的碳更昂贵。

为了从空气中去除甲醛和/或小的酸性气体(SO₂、乙酸、甲酸、HNOx)，活性碳本身不是很有效。代替地，可以利用能够从空气中化学吸收这些气体的浸渍的过滤材料。吸收可以凭借酸碱相互作用或通过化学缩合反应发生。活性碳粒子可用作浸渍载体，但亲水性纤维纤维素纸或玻璃纤维片材材料也适用于此目的。

US6071479公开了包括化学浸渍的纸或玻璃纤维材料的波纹状平行板气体过滤器结构的使用。

在图2示出了这种已知的波纹状过滤器结构的示例20，并且在图3中类似地示出了平行板式过滤器结构的示例28。当与具有相同过滤器寿命和过滤器功能的(打褶)粒子过滤器结构相比时，这些过滤器结构的益处与其所引起的相对更低的空气压降和更小的过滤器体积相关联。跨过滤器的较低空气压降源于如下事实：空气流动22平行于活性过滤表面24、30，跨越过滤器表面横向地传递，而不是如例如对于打褶特定过滤器的情况那样垂直地穿过或通过表面(诸如图1a至图1c的示例)。降低的空气压降意味着空气可以以较少的努力通过过滤器结构，减轻了能量成本(过滤器是例如风扇或真空辅助的情况下)，或者允许空气跨装置的较快的流动速率。因此，波纹状或平行板过滤器结构的使用一般优于粒子过滤器结构的使用。

US6071479中提出的用于空气清洁的波纹状过滤器结构和平行板过滤器结构的重要缺点在于其工业制造麻烦。到目前为止，不存在适于以低成本批量制造这些过滤器结构的工业处理。同时，由纤维材料构成的除尘过滤器片材的打褶是工业上成熟的处理(见图1a)。片材打褶扩大了用于捕获空中携带的颗粒的可用过滤器表面积而没有显著地增加过滤器体积。不幸的是，打褶处理在过滤器工业中仅适用于颗粒过滤器。对于旨在从空气中捕获气态污染物的空气过滤器，不存在等同物。对于图1a至图1c中示出的打褶结构，空气(其流动由箭头14指示)必须传递透过纤维过滤片材/布10，以便从微粒污染物中过滤出来。

近来，组合式空气过滤器作为打褶过滤器结构出现在市场上，其中活性碳材料作为细小粒子材料被夹在两个颗粒过滤器片材之间或被粘结到单个纤维颗粒过滤片材上。它们的缺陷在于，过滤器结构内侧仅可以含有非常有限的量的活性碳材料，导致仅短暂的有用活性碳过滤器寿命。这里，空气还必须通过复合过滤器片材，当过滤器结构内侧的活性碳材料的量增加时由此招致了空气压降急剧增加。