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TWI598146B - 具有吸收粒子之空氣過濾器 - Google Patents

具有吸收粒子之空氣過濾器 Download PDF

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TWI598146B
TWI598146B TW100101671A TW100101671A TWI598146B TW I598146 B TWI598146 B TW I598146B TW 100101671 A TW100101671 A TW 100101671A TW 100101671 A TW100101671 A TW 100101671A TW I598146 B TWI598146 B TW I598146B
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安卓 羅伯特 佛克斯
裘納森 馬克 里斯
Original Assignee
3M新設資產公司
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Description

具有吸收粒子之空氣過濾器
本發明大體係關於過濾且更特定言之係關於一種包含吸收粒子之空氣過濾器。
利用加壓空流之加熱、通風、及空調(HVAC)設備(例如用於住宅加熱之強制空氣加熱爐)係經裝備具有過濾器以將空浮污染物(例如灰塵、碎片、花粉、揮發性有機物(VOC)等)自通過該過濾器之氣流中去除。適用於此等設備中之過濾器通常被稱為加熱爐過濾器,並以多個品牌名市售。加熱爐過濾器之實例係由3M公司,St. Paul,MN以商標名Filtrete市售。
包含吸收粒子之空氣過濾器在先前技術中已知。美國專利第6,423,123號(Rosenberg等人)(例如)揭示一種用於液體介質之過濾材料,尤其係平坦製品形式者,包含載體層及吸收層,其中該吸收層係由載有吸收粒子之熔融黏性細線形成。
仍存在對具有低壓降、去除顆粒高效性及去除空氣中之毒氣、水汽及/或氣味高效性及能力之標準住宅HVAC過濾器之需求。本發明提供一種用於去除空氣中毒氣、水汽、及/或氣味之具有低壓降、去除顆粒高效性及去除空氣中毒氣、水汽及/或氣味高效性及能力之包含吸收粒子的住宅HVAC過濾器。
在一態樣中,本發明提供一種用於住宅HVAC系統之空氣過濾器,其包含具有對立的第一及第二個主表面之過濾介質及其中至少部份者圍繞以外框之邊緣區域。該過濾介質包含基底層及吸收層。該基底層係由帶靜電纖維形成且基重為約20至約150 g/m2。該吸收層包含黏性纖維及約100至約500 g/m2吸收粒子。該等黏性纖維占該吸收層的約2至約20重量百分比,該等吸收粒子大小為約12網目至約60網目,且根據ASHRAE 52.2-2007以1.5米/秒面速度測得該過濾器初始壓降不大於約0.32英寸水壓。
在某些更具體的方面,該過濾介質可打褶,每2.5釐米(1英寸)該過濾介質可具有約0.5至約5褶,該等帶靜電纖維可由聚丙烯形成,該等帶靜電纖維之平均有效纖維直徑可為約15微米至約40微米,該吸收層基重可為約100 g/m2至約625 g/m2,該吸收層可包含約100 g/m2至約500 g/m2吸收粒子,該等吸收粒子可包括活性碳、活性氧化鋁、及/或沸石,該過濾器可包含覆蓋網狀層,該外框可由紙板構成,該過濾器可包含連接於第一及第二主表面中至少一者之支撐結構,該支撐結構可由膠液形成,該膠液通常應為平面並連接於該等褶尖端,該支撐結構可為金屬絲網,該金屬絲網通常應為平面,該金屬絲網通常應順應該等褶之輪廓,該過濾介質可包含利用具有至少一個第一尺寸之孔及至少一個第二尺寸之孔之模頭(其中第一孔之尺寸至少比第二孔之尺寸大25%)形成之纖維,根據ASHRAE 52.2-2007測得該過濾器最初E1微粒去除效率至少為約10%,及/或當根據該說明書中所描述檢測方法測量時,該過濾器之介質丁烷去除能力可為至少約0.2 g/m2
在另一態樣中,本發明提供一種用於住宅HVAC系統之空氣過濾器,其包含具有第一及第二對立主表面之過濾介質及邊緣區域,及圍繞該介質邊緣區域至少部份者之外框,其中該過濾介質包含:(i)纖維非織造基底層,及(ii)與該基底層相鄰配置之吸收層,該吸收層包含黏性纖維及黏附於該等纖維之吸收粒子,且其中該過濾器具有:(i)不大於約1.5英寸之厚度,(ii)根據ASHRAE 52.2-2007以1.5米/秒之面速度測得不大於約0.32英寸水壓之初始壓降,(iii)根據ASHRAE 52.2-2007測得至少為約10%之初始E1微粒去除效率,及(iv)當根據該說明書中所描述檢測方法測量時至少為約0.2 g/m2之介質丁烷去除能力。
在某些更具體方面,該過濾介質可打褶,每2.5釐米(1英寸)該褶狀過濾介質可具有約0.5至約5褶,該非織造基底層之基重可為約20 g/m2至約150 g/m2,該非織造基底層可包含帶靜電纖維,該等帶靜電纖維可由聚丙烯形成,該帶靜電纖維之平均有效纖維直徑為約15微米至約40微米,該吸收層之基重可為約100 g/m2至約625 g/m2,該等黏性纖維可占該吸收層之約2至20重量百分比,該吸收層可包含約100 g/m2至約500 g/m2吸收粒子,該等吸收粒子大小可為約12網目至約60網目,該等吸收粒子可包含活性碳、活性氧化鋁、及沸石中之至少一者,該過濾器可包含覆蓋層,該外框可由紙板構成,該過濾器應包含連接於第一及第二主表面中至少一者之支撐結構,該支撐結構可由膠液形成,該膠液支撐結構通常應為平面並連接於該等褶之尖端,該支撐結構可為金屬絲網,該金屬絲網通常應順應該等褶之輪廓,該金屬絲網通常應為平面,且/或該基底層可包含藉由具有至少一個第一尺寸之孔及至少一個第二尺寸之孔之模頭形成之纖維,且其中該第一孔之尺寸比第二孔之尺寸至少大25%。
又另一態樣中,本發明提供一種用於住宅HVAC系統之空氣過濾器,其包含具有對立的第一及第二主表面之過濾介質及邊緣區域,該過濾介質包含:(i)基底層,(ii)包含黏性纖維及約100至約500 g/m2吸收粒子之吸收層,且進一步而言其中該等吸收粒子大小為約12網目至約60網目;及(b)圍繞該介質邊緣區域至少部份者之外框;其中該過濾器具有(i)根據ASHRAE 52.2-2007以1.5米/秒之面速度測得不大於0.32英寸水壓之初始壓降,且具有(ii)根據ASHRAE 52.2-2007測得至少為約10%之初始E1微粒去除效率。
該過濾器優點之一係其在適宜低壓降下提供較高的毒氣/水汽/氣味去除強度。
現參考該等圖示,其中所有視圖中相同的參考數字係指相同或相應部份,圖1及2顯示用於住宅HVAC系統中之空氣過濾器2。該空氣過濾器2通常包含過濾介質4,其具有第一4a及第二4b對立的主表面及邊緣區域4c,及圍繞該過濾介質4邊緣區域至少部份者之外框6。
如圖3中所顯示,圖示過濾介質4包含纖維非織造基底層8,及與該基底層8相鄰配置之吸收層10。應認識到在其他實施例中,可在該基底層8及該吸收層10之間安置其他層。該吸收層10包含黏性纖維12及黏附於該等纖維12之吸收粒子14。
在該圖示實施例中,該過濾介質4經打褶。褶形成及褶間距可利用各種習知技術(包括彼等描述於美國專利第4,798,575號(Siversson)、美國專利第4,976,677號(Siversson)、及美國專利第5,389,175號(Wenz)者)進行。在特定實施例中,每2.5釐米(1英寸)該過濾介質4可包含約0.5至約5褶。
在一實施例中,該纖維非織造基底層8可利用熔噴裝置(例如美國專利第6,858,297號(Shah等人)圖1中所顯示者,其全文內容以引用的方式併入本文)由聚合性纖維(例如聚丙烯)形成。適用於連接該熔噴裝置之模頭尖端顯示於美國專利公開案第2008/0026659號(Brandner等人)圖3中,其全文內容以引用的方式併入本文。其他習知的具有均勻直徑孔之熔噴模頭尖端亦可用於形成該纖維非織造基底層8。
特別適用於形成該基底層之材料包括熔體流率指數為70可購自Total Petrochemicals,Houston,Texas之FINA 3860聚丙烯、0.8重量%可購自Ciba Specialty Chemicals(現為BASF部門),Florham Park,New Jersey之CHIMASSORB 944、及1.2重量%可購自Mitsui Chemicals America,Rye Brook,New York之DX 820聚甲基戊烯。
在一特別可取之實施例中,形成該基底層8之纖維網狀物帶靜電。此可藉由(例如)如美國專利第5,496,507號(Angadjivand等人)(其全文內容以引用的方式併入本文)中所教示般利用水或根據美國專利公開案第2009/0293279號(Sebastian等人)(其全文內容以引用的方式併入本文)中所教示者利用水使該非織造纖維網狀物具有電荷而達成。在一特定實施例中,用於使該基底層8水力充電(hydrocharge)之水可為去離子水。纖維駐極體網狀物亦可藉由如描述於美國專利第4,588,537號(Klaase等人)中之電暈充電或如美國專利第4,798,850號(Brown)中所描述般利用機械方式使該纖維具有電荷而製得。
纖維駐極體網狀物亦可如美國專利Re. 30,782、Re. 31,285、及Re. 32,171(van Turnhout)中所描述般由聚合物薄膜或箔製得。可在將該等聚合物薄膜或箔製成纖維(其隨後將被收集並加工成非織造纖維過濾介質中)之前使其帶靜電。
預先製得適用於形成該基底層8之帶靜電非織造材料亦可以商標名Filtrete GDU-60自3M公司,St. Paul,MN購得。
在一實施例中,該基底層8之基重為約20 g/m2至約150 g/m2。在另一實施例中,該帶靜電纖維之平均有效纖維直徑為約15微米至約40微米。
該吸收層10可利用顯示於美國專利公開案第2006/0096911號(Brey等人)(其全文內容以引用的方式併入本文)圖6中之裝置形成。美國專利公開案第2006/0096911號揭示一種利用熔噴方法製造非織造載有粒子之網狀物之裝置。為利用顯示並描述於美國專利公開案第2006/0096911號中之裝置形成吸收層,熔融成纖聚合性材料以一系列細絲之形式離開模頭孔,並用細化性流體(通常為空氣)使該等細絲變細成為纖維。同時,將吸收粒子加入該等細絲及纖維中。然後收集該吸收粒子及黏性纖維之混合物以形成該非織造粒子負載吸收層10。熟習此項技術者將習知關於利用該裝置進行熔噴之方式之其他詳細內容。
在一態樣中,該吸收層之基重係約100 g/m2至約625 g/m2。在另一實施例中,該等黏性纖維佔該吸收層10之至少約2重量百分比,至少約4重量百分比,及至少約6重量百分比,且不大於該吸收層的約20重量百分比,不大於約17重量百分比,及不大於約15重量百分比。
在一態樣中,該吸收層包含至少約100 g/m2,至少約150 g/m2,及至少約200 g/m2之吸收粒子,且不多約500 g/m2,不大於約400 g/m2,及不大於約300 g/m2之吸收粒子。
特定的吸收粒子14並非本發明之關鍵,只要其等具有用於過濾器之預定最終用途之所需吸收特性即可。希望該等吸收粒子能吸收或吸附預期存在於預定使用條件下之氣體、霧劑或液體。該等吸收粒子可以任何可用形式(包括微珠、薄片、顆粒或聚結物)提供。適宜的吸收粒子包括活性碳、氧化鋁及其他金屬氧化物;重碳酸鈉;可藉由吸附、化學反應、或汞齊化作用將組分自流體中移除之金屬顆粒(例如銀顆粒);微粒型催化劑,例如霍佳劑(hopcalite,其可催化一氧化碳之氧化作用);經酸性溶液(例如乙酸)或鹼性溶液(例如氫氧化鈉水溶液)處理之黏土及其他礦物質;離子交換樹脂;分子篩及其他沸石;二氧化矽;殺生物劑;殺真菌劑及殺病毒劑。活性碳及氧化鋁係特別適用之吸收材料。其他適宜的吸收粒子揭示於美國專利第3,971,373號(Braun)、美國專利第4,429,001號(Kolpin等人)、及美國專利第6,102,039號(Springett等人)中,其等全文內容以引用的方式併入本文中。
所希望之吸收粒子大小可改變。在特定實施例中,該等吸收粒子具有至少約12網目(1680微米)、至少約16網目(1190微米)及至少約20網目(840微米),且不大於約60網目(250微米)、不大於約50網目(300微米)及不大於約45網目(355微米)之標準U.S.網目尺寸。若某材料粒子大小記作12x20網目,則90%或更多該材料將通過12-網目篩(即小於約1680微米之粒子將通過12-網目篩)並被20-網目篩保留(即大於約841微米之粒子將無法通過20-網目篩)。適宜的吸收粒子包括12x20、25x45、及30x60網目大小之顆粒狀活性碳,其可購自Kuraray Chemical Corporation,Canoga Park,California。亦可使用具有不同尺寸範圍之吸收粒子混合物(例如雙峰混合物),惟實務上可能更希望在上游層中使用較大吸收粒子且在下游層中使用較小吸收粒子之多層薄板製品。
特定的黏性纖維12並非本發明之關鍵,只要該等黏性纖維12具有用於過濾器2之預定最終用途之所需吸收特性即可。例如,在一希望態樣中,該等黏性纖維12具有足以黏合及固定該等吸收粒子14,且將該吸收層10與該基底層8黏合之黏性特徵。如本文中所使用黏性纖維係在加工期間足夠膠黏以使該等纖維纖維黏住該等吸收粒子之纖維。因此,黏性纖維包括經加熱變膠黏之預製纖維、由製成纖維之膠黏性材料形成之纖維、及以(例如)壓敏性黏合劑塗覆之非膠黏性預製纖維。
各種成纖聚合性材料可用於形成該等黏性纖維12,包括熱塑性塑膠(例如聚胺甲酸酯彈性材料(例如彼等可以商標名IROGRAN熱塑性聚胺甲酸酯購自Huntsman International,LLC,The Woodlands,TX,及以ESTANE熱塑性聚胺甲酸酯購自Lubrizol Corporation,Cleveland,OH.者);聚丁烯彈性材料(例如彼等可以商標名CRASTIN購自E.I. DuPont de Nemours & Co.,Wilmington,DE者);聚酯彈性材料(例如彼等可以商標名HYTREL購自E.I. DuPont de Nemours & Co.者);聚醚嵌段共聚醯胺彈性材料(例如彼等可以商標名PEBAX購自Arkema Inc. Philadelphia,PA者)及彈性苯乙烯嵌段共聚物(例如彼等可以商標名KRATON購自Kraton Polymers,Houston,TX,and SOLPRENE from Dynasol Elastomers,Houston,TX者)。亦可使用多組分纖維(例如芯鞘纖維、可裂開或並排雙組分纖維及所謂的「海中島」纖維)。
特別適宜的聚合性材料包括熔點為約122℉至約320℉之聚烯烴共聚物。特別適用於形成該等黏性纖維12之材料係可購自Exxonmobil Chemical Company,Houston,TX.之VISTAMAXX 2125特用合成橡膠。
在一希望態樣中,該空氣過濾器2包含外框6。在該圖示實施例中,該外框6圍繞邊緣區域纖維介質4。適用於該外框之材料包括粗紙板、或紙板及合成塑料材料。適宜的外框結構包括美國專利第6,126,707號(Pitzen)圖1-4中圖示之「自束」外框結構,美國專利第6,126,707號(Pitzen)圖5及6中圖示之「盒狀」外框結構,美國專利第6,126,707號(Pitzen)圖7-11中圖示之混合外框結構,美國專利第7,503,953號(Sundet等人)中所描述之任一外框結構,及美國專利第7,235,115號(Duffy等人)中所描述之任一外框結構,其等全文內容以引用的方式併入本文。
在特定態樣中,該外框6可包括沿該過濾介質第一4a及/或第二4b主表面連接之強化或支撐結構。該支撐結構可包括(例如)網狀物、紗布、遮板、或該等材料之長條帶、股線或細絲。該等支撐結構可由(例如)紙製品(例如粗紙板)、聚合性材料、金屬、膠液或其組合物構成。該支撐結構構型應與該等褶之輪廓相匹配,該支撐結構通常應連續地連黏結於該過濾介質4主表面4a、4b其中之一者,且/或該支撐結構通常應為平面且通常黏結於該褶狀過濾介質4尖端。
在圖1及2所示實施例中,該外框6包括第一個通常為平面之支撐結構(其包括沿該過濾介質4第一個主表面4a安置並與其黏結之柵格狀部份6a(圖1))且包括金屬柵格6b(圖2)(其沿該過濾介質第二個主表面4b安置)。在該圖示實施例中,該金屬柵格6b順應該等褶之輪廓。在另一實施例中,該金屬柵格6b通常可為平面並連接於該等褶尖端。該等支撐結構用以增加外框6之強度並維持該等褶之形狀。在使用期間當該過濾器2跨過空氣管道安置時,該支撐結構通常係置於氣流下游。
在某些實施例中,該過濾器2厚度(或深度)小於約1.5英寸,小於1.25英寸或小於1英寸。即,該過濾器2相對薄,且並非大於1.5英寸標稱厚度(例如標準2英寸或4英寸,其分別相當於實際厚度約1.75英寸或3.5英寸)可達到之所謂「深褶」過濾器。因此,在一態樣中,本揭示案之過濾器2通常係指標準1英寸過濾器,其具有1英寸之標稱深度,且具有約3/4英寸至約7/8英寸之實際厚度。如本文中所使用,該過濾器深度可指該外框厚度,或藉由該過濾器2對立的第一及第二個主表面褶尖端所界定之兩個虛平面間之正交距離。
在某些實施例中,根據ASHRAE 52.2-2007以1.5米/秒之面速度測得該過濾器2初始壓降不大於約0.36英寸水壓,約0.34英寸水壓,或約0.32英寸水壓。
在某些實施例中,根據ASHRAE 52.2-2007測得該過濾器2初始E1微粒去除效率為至少約10%,至少約15%或至少約20%。
在某些實施例中,當根據下述技術測量時該過濾介質4之介質丁烷去除能力為至少約0.2克/平方米(g/m2或gsm),至少約0.4 g/m2,或至少約0.6 g/m2
介質丁烷去除能力係利用3.25英寸(0.00535 m2)直徑平坦過濾介質裸環確定。將245升/分鐘(lpm)經加濕至相對濕度為50%並包含每百萬份3.2體積份正丁烷之空氣通過該過濾介質。對原狀態之過濾器進行試驗(即不經調節步驟)。每百萬份3.2份正丁烷濃度可藉由利用乾燥氮氣將質量流量控制器校準為3.02 mL/min流量(在環境溫度及壓力下)並使用0.263之氮/丁烷對之K因子,以保證當將質量流量控制器連接至純正丁烷源時,遞送0.79 ml/分鐘之純丁烷至系統而達成。在使用溫度及壓力下,可使用特定的莫耳體積24.9 L/mol來計算。對正丁烷使用58.12 g/mol之分子量,此產生1.85 mg/min之丁烷遞送率。使用裝備有液態氮氣冷卻MCT探測器及通路長度約10米之氣室之M4001 FTIR分光光度計(可購自Midac Corporation,Irvine,CA)來收集正丁烷峰值數據(約在2965 cm-1處),並可將通過過濾器樣品之正丁烷濃度作為峰高差線性內插至全3.2 ppm丁烷查問值與0 ppm丁烷查問值之間。該介質丁烷去除能力係藉由積分自試驗開始至該過濾器樣品通過5%效率時效率曲線下之面積而確定。彼等熟習此項技術者當明瞭可使用各種適用於測定此濃度範圍中丁烷之分析技術。
現在參考圖4,其說明一種用於製造過濾介質4之方法及設備。在該圖示實施例中,該基底層8係藉由將熔融成纖聚合性材料自第一個模頭16中擠出形成細絲18,藉由(例如)空氣將其細化為纖維20並收集於收集器表面22上而形成。在一實施例中,該等纖維18係藉由具有至少一個第一尺寸之孔及至少一個第二尺寸之孔之模頭16形成,且進一步而言該第一孔之尺寸比該第二孔之尺寸至少大25%。以此方式可形成具有雙峰分佈纖維之非織造基底層8。該非織造基底層8一旦形成便可經進一步處理,例如根據習知技術使其帶靜電。
該吸收層10係藉由將熔融成纖之聚合性材料自第二模頭24中擠出以形成細絲26並將其細化為黏性纖維12而形成。同時,吸收粒子14自斜槽28排出並導入黏性細絲及纖維12流中。該等黏性纖維12及吸收粒子14之混合物落在先前形成之非織造基底層8上,從而形成過濾介質4。接著該過濾介質4可經進一步處理,例如根據習知技術打褶、縱裂、及加框。
在一實施例中,該過濾介質可與纖維非織造覆蓋層(未顯示)一併提供。提供該覆蓋層可能係出於美觀原因及/或有助於在該過濾器2處理期間及/或壽命中保留可能脫離該等黏性纖維12之吸收粒子14。該覆蓋層亦可賦予強度或硬度,其可有助於打褶形狀之形成或保持。若該吸收層係置於賦予結構之基底層上時,該覆蓋層亦可賦予微粒去除效率。
為使描述於本文中之本發明可更充分地被理解而闡述以下實例。應理解此等實例僅係出於說明目的而不應理解為以任何方式限制本發明。
實例
利用下述該等技術測定有效纖維直徑(Effective Fiber Diameter)、%穿透率(% Penetration)、壓降(Pressure Drop)、品質因素(Quality Factor)、初始E1微粒去除效率(Initial E1 Particle Removal Efficiency)、介質丁烷去除能力(Media Butane Removal Capacity)、厚度(Thickness)、褶間距(Pleat Spacing)、及褶長度(Pleat Length)。
有效纖維直徑(Effective Fiber Diameter)
根據闡述於Davies,C. N.「The Separation of Airborne Dust and Particles,」Institution of Mechanical Engineers,London,Proceedings 1B,1952.中之方法計算網狀物有效纖維直徑(EFD)。該試驗係在14 cm/sec.面速度下進行。
%穿透率(% Penetration)、壓降(Pressure Drop)、及品質因素(Quality Factor)
利用包含DOP(鄰苯二甲酸二辛酯)液滴之查問霧劑,將其以85升/分鐘之流速遞送,並利用TSITM Model 8130高速自動化過濾器檢測器(可購自TSI Inc.,Shoreview,MN)評估以測定網狀物樣品(即該基底層或該過濾介質)之%穿透率、壓降及品質因素。針對DOP試驗,該霧劑可包含直徑約為0.185 μm之微粒,且可利用關閉加熱器並打開顆粒中和器運行該自動化過濾器檢測器。經校準光度計可用於該過濾器進口及出口處以測定通過該過濾器之微粒濃度及%微粒穿透率。利用MKS壓力傳感器(可購自MKS Instruments,Andover,MA)測定該過濾器兩端壓降(ΔP,mm H2O)。
下述公式係用於計算QF:
該初始品質因素QF值通常提供可靠的綜合性能指示,其中較高的初始QF值意指較好的過濾性能且較低的初始QF值意指較弱的過濾性能。QF單位與壓降相反(記為1/mm H2O)。
初始微粒去除效率
過濾器過濾性能係藉由描述於ASHRAE Standard 52.2-2007(「Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size」)中之試驗確定。該試驗包括將該網狀物配置為過濾器(例如褶狀及/或加外框過濾器),將該過濾器安裝於試驗管道中並以經乾燥並中和電荷之氯化鉀微粒處理該過濾器。使用1.5米/秒之試驗面速度。使用光學微粒計數器測定一系列十二種微粒尺寸範圍或通道中該試驗過濾器上游及下游之微粒濃度。下述公式係用於計算各管道微粒去除效率:
測定該過濾器兩端壓降。將源於初始效率曲綫之四個0.3及1.0 μm之間效率值平均得出E1初始效率。
介質丁烷去除能力
利用3.25英寸直徑(0.00535 m2)平坦過濾介質裸環確定介質丁烷去除能力。將加濕至相對濕度為50%並包含每百萬份3.2體積份正丁烷之245升/分鐘(lpm)空氣通過該過濾介質。對原狀態(即不經調節步驟)之過濾器進行測試。每百萬份3.2份/之正丁烷濃度可藉由利用乾燥氮氣將質量流量控制器校準為3.02 mL/min流量(在環境溫度及壓力下)並使用0.263之氮氣/丁烷對K-因子以保證當該質量流量控制器連接於純丁烷源時,遞送0.79 mL/min純丁烷至該系統。在使用溫度及壓力下,可使用特定的莫耳體積24.9 L/mol計算。使用分子量為58.12 g/mol之正丁烷,此產生1.85 mg/min丁烷遞送率。可使用裝備以液態氮氣冷卻MCT探測器及通路長度約10米之氣室之M4001 FTIR光度計(可購自Midac Corporation,Irvine,CA)收集正丁烷峰值數據(約為2965 cm-1),並將通過過濾樣品之正丁烷濃度作為峰高差以線性內插至全3.2 ppm丁烷查問值與0 ppm丁烷查問值之間。該介質正丁烷去除能力係藉由整合試驗開始至該過濾器樣品超過5%效率時效能曲綫下之面積測定。
厚度
該基底層網狀物之厚度係藉由獲取(例如藉由模切)一個135 mm直徑該網狀物之圓盤並將102 mm直徑之140 g砝碼置於該網狀物頂部圓心處以測定該網狀物厚度。
褶間距
為確定過濾器中褶之平均間距,則需數出該過濾器中之褶數量,並除以該過濾器縱向(即垂直於該等褶)標稱尺寸(即公佈尺寸)。該褶間距可記作褶/英寸、褶/英尺、釐米/褶等。
褶長度
為確定過濾器中褶之平均長度,則需拆除該過濾器外框及任何外框交叉影線、電線、或其他支撐構件以允許該等褶被打開。將該等褶於平坦表面上打開並以足夠但並未拉伸該介質之張力使其變平整,並測定五個完整褶之最小值。平均褶長度等於總長度除以褶數量。褶長度可以任一長度單位記,例如英寸或釐米。
實例1-7
利用兩種非織造基底層材料製備本發明樣品。第一種基底層材料B1可以商標名Filtrete GDU-60購自3M Company,St. Paul,MN.。
第二種網狀物基底層材料B2係在顯示於美國專利第6,858,297號(Shah等人)圖1中之熔噴設備中利用顯示於美國專利公開案第2008/0026659號(Brandner等人)圖3中之模頭尖端形成。
第二種基底層網狀物B2係由熔體流率指數為70之FINA 3860聚丙烯(可購自Total Petrochemicals,Houston,Texas)與0.8重量% CHIMASSORB 944(可購自Ciba Specialty Chemicals,現為BASF部門,Florham Park,New Jersey)及1.2重量% DX820聚甲基戊烯(可購自Mitsui Chemicals America,Rye Brook,New York)混合形成。
將該等原材料提供於熔融溫度為308℃及產出率為703 g/cm/hr之模頭中。該模頭之每一直徑為0.64 mm之大孔含有9個直徑0.30 mm之小孔且間距為9.8個孔/cm。於18 kPa壓力下將296℃熱氣通過0.76 mm之氣刀間隙。該收集器距離80 cm,且該收集器真空度為900 Pa。使用描述於美國專利公開案第2006/0265169號(Breister等人)中之歧管,並於9℃溫度下以約28 m3/hr/cm之流速提供驟冷空氣。
根據美國專利第5,496,507號(Angadjivand等人)中所教示技術利用去離子水使所收集網狀物水力充電。
評價該等平坦基底層網狀物B1及B2,並將結果記錄與表1A。
過濾介質網狀物係藉由利用描述於美國專利公開案第2006/0096911號(Brey等人)圖6中之裝置製備黏性纖維及吸收粒子並將其等混合物沉積於上述基底層材料B1及B2上形成。該等黏性纖維係由可購自ExxonMobil Chemical Company,Houston,Texas之Vistamaxx 2125特用彈性體形成。該模頭尖端係由具有9.8孔/cm間距之均勻直徑孔組成。該模頭與收集器之距離為17 cm,並未使用收集器真空度。通過間隙為0.76 mm之氣刀提供熱氣至該模頭。Kuraray Chemical Company,Canoga Park,California生產之顆粒狀活性碳在重力作用下以垂直方向進料於水平導向氣流中。將該碳斜槽出口係以垂直及水平二者方向置於鄰近該熔噴模頭出口處。其他處理條件描述於圖1B中。實例6使用基底層B1而實例1-5及7使用基底層B2。
然後測定所形成平坦過濾介質網狀物(即具有黏性纖維及吸收粒子之基底層)之特性。結果記錄於表1C。
總基重係該基底層與該吸收層基重(即該等吸收纖維基重+該等吸收粒子基重)之基重總和。
再測定該過濾介質之介質丁烷去除能力。各實例測定兩個樣品並將其平均(除另外說明之外)。利用Super 77噴霧黏合劑或熱熔融黏合劑將過濾介質樣品層壓於明線金屬絲網加強物。將該經層壓介質打褶並加外框成為具有一件式模切外框之過濾器,以形成20×25×1英寸或16×25×1英寸之最終標稱過濾器尺寸。根據ASHRAE 52.2-2007標準於1.5 m/s之速度下測定各過濾器該初始壓降及初始效率。表1D總結該介質丁烷去除能力及該過濾器壓降及效率值。
*Ex 4係將三個樣品平均。
比較例1-13
比較例1-13係使用含吸收粒子之市售褶狀HVAC過濾器進行。各比較例所使用過濾器製造商、製造商地址、過濾器型號、及尺寸闡述於下述表2A中。
評價該等過濾器並將結果記錄於下表2B中。
*C7使用一個樣品進行。**用於C9介質丁烷去除能力之兩個樣品均係在達到5%試驗閥值之前終止。***C11介質丁烷去除能力係將三個樣品平均。
熟習此項技術者可意識到在不偏離本發明觀念之情況下可對上述發明進行各種變化修改。因此,本發明範疇將僅藉由該等申請專利範圍字面描述結構及彼等結構之相當者限制於此申請書中所描述結構中。
2...空氣過濾器
4...過濾介質
4a...第一主表面
4b...第二主表面
4c...邊緣區域
6...外框
6a...柵格狀部份
6b...金屬柵格
8...基底層
10...吸收層
12...黏性纖維
14...吸收粒子
16...模頭
18...細絲
20...纖維
22...收集器表面
24...模頭
26...細絲
28...斜槽
本發明將進一步參考隨附圖示進行描述,其中:
圖1係根據本發明空氣過濾器之透視圖;
圖2係沿圖1線2-2截得之橫截面視圖;
圖3係圖1空氣過濾器中空氣過濾介質之詳細截面圖示;且
圖4係製造圖3空氣過濾介質之圖示說明。
2...空氣過濾器
4...過濾介質
4a...第一主表面
4b...第二主表面
4c...邊緣區域
6...外框
6a...柵格狀部份

Claims (23)

  1. 一種用於住宅HVAC系統之空氣過濾器,其包含:(a)具有對立的第一及第二主表面及周邊邊緣區域之過濾介質,該過濾介質包含:(i)非織造基底層;(ii)包含黏性纖維及約100至約500g/m2吸收粒子之吸收層,且進一步而言其中該等吸收粒子大小為約12網目至約60網目;及(b)圍繞該介質之周邊邊緣區域之至少一部份設置之外框;其中該過濾器具有:(i)不大於約1.5英寸之厚度,(ii)根據ASHRAE 52.2-2007於1.5米/秒面速度下測得不大於約0.32英寸水壓之初始壓降,及(iii)根據ASHRAE 52.2-2007測得至少為約10%之初始E1微粒去除效率。
  2. 如請求項1之過濾器,其中該過濾介質包括褶。
  3. 如請求項1之過濾器,其中該吸收層之基重為約100g/m2至約625g/m2
  4. 如請求項1或2之過濾器,其另外包含一連接於該第一及第二主表面中至少一者之支撐結構。
  5. 如請求項4之過濾器,其中該支撐結構係金屬絲網。
  6. 如請求項5之過濾器,其中該金屬絲網大致係平面。
  7. 如請求項6之過濾器,其中該金屬絲網大致順應該等褶 之輪廓。
  8. 如請求項1之過濾器,其中該非織造基底層包含具有一個第一尺寸之第一複數個纖維及具有一個第二尺寸之第二複數個纖維,且進一步而言其中該第一尺寸比該第二尺寸大至少25%。
  9. 如請求項1之過濾器,其中該非織造基底層包含帶靜電纖維。
  10. 如請求項9之過濾器,其中該非織造基底層之基重為約20g/m2至約150g/m2
  11. 如請求項1之過濾器,其中該過濾器之介質丁烷去除能力當根據描述於說明書中之試驗方法測定時為至少約0.2g/m2
  12. 一種用於住宅HVAC系統中之空氣過濾器,該空氣過濾器包含:(a)具有第一及第二對立主表面及周邊邊緣區域之過濾介質,該介質包含(i)纖維非織造基底層,及(ii)與該基底層相鄰配置之吸收層,該吸收層包含黏性纖維及黏附於該等纖維之吸收粒子;及(b)圍繞該介質之周邊邊緣區域之至少一部份設置之外框;其中該過濾器具有:(i)不大於約1.5英寸之厚度,(ii)根據ASHRAE 52.2-2007於1.5米/秒之面速度下測得不大於約0.32英寸水壓之初始壓降, (iii)根據ASHRAE 52.2-2007測得至少約10%之初始E1微粒去除效率,及(iv)根據描述於說明書中之試驗方法測得至少約0.2g/m2之介質丁烷去除能力。
  13. 如請求項12之過濾器,其中該過濾介質包括褶。
  14. 如請求項12之過濾器,其中該非織造基底層之基重為約20g/m2至約150g/m2
  15. 如請求項12之過濾器,其中該非織造基底層包含帶靜電纖維,且進一步而言其中該帶靜電纖維係由聚丙烯形成。
  16. 如請求項12之過濾器,其中該吸收層包含約100g/m2至約500g/m2之吸收粒子。
  17. 如請求項16之過濾器,其中該等吸收粒子之大小約為12網目至約60網目。
  18. 如請求項12或13之過濾器,其另外包含連接於該第一及第二主表面中至少一者之支撐結構。
  19. 如請求項18之過濾器,其中該支撐結構係金屬絲網。
  20. 如請求項19之過濾器,其中該金屬絲網大致順應該等褶之輪廓。
  21. 如請求項19之過濾器,其中該金屬絲網大致係平面。
  22. 如請求項12之過濾器,其中該非織造基底層包含具有一個第一尺寸之第一複數個纖維及具有一個第二尺寸之第二複數個纖維,且進一步而言其中該第一尺寸比該第二尺寸大至少25%。
  23. 一種用於住宅HVAC系統之空氣過濾器,其包含:(a)具有對立的第一及第二主表面及周邊邊緣區域之過濾介質,該過濾介質包含:(i)基重為約20至約150g/m2之基底層,該基底層包含帶靜電纖維;(ii)包含黏性纖維及約100至約500g/m2吸收粒子之吸收層,且進一步而言其中該等黏性纖維佔該吸收層的約2至約20重量百分比,且其中該等吸收粒子之大小為約12網目至約60網目;及(b)圍繞該介質之周邊邊緣區域之至少一部份設置厚度不大於約1.5英寸之外框;其中該過濾器之初始壓降根據ASHRAE 52.2-2007於1.5米/秒之面速度下測得不大於約0.32英寸水壓。
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