空氣過濾器的製作方法

2023-09-20 22:28:30

專利名稱：空氣過濾器的製作方法
技術領域：
本實用新型與可用於空氣淨化器中的空氣過濾器有關，尤其是用於具有不同種類汙染物的環境中。
背景技術：
空氣中主要有兩種汙染物:固態的物體和氣態的化學汙染物。固態物體可以包含從釐米級尺寸的物體到微米級的粒子，例如，頭髮，纖維，塵埃燈。氣態的化學汙染物也包括很多種類型。為了過濾不同種類的汙染物，通常的做法是採用不同的過濾器。例如，用無紡布材料製成的空氣過濾器通常用於過濾固態物體，如纖維，頭髮，塵埃，粒子等。包含化學吸附劑的空氣過濾器，依據吸附劑的不同，被用於過濾各種氣態的化學汙染物。當前在本技術領域，已經有將多個空氣過濾器通過層疊的方式放置在一個單一的空氣過濾器的殼體中，以同時過濾固態物體和氣態的化學汙染物。但是，在現有方案中，空氣過濾器中的化學吸附劑和無紡布材料並沒有被固定，或者採用大量的熱熔膠或者紫外線固化溶膠(uv curing adhesive material)的方式來固定,者通常會產生大量的揮發性有機化合物，會進一步降低用於過濾氣態的化學汙染物的空氣過濾器的壽命。在製造過程中，使用具有粘性的材料也會降低生產率。因此，有必要改進空氣過濾器，特別是當需要過濾不同種類的汙染物時。

實用新型內容本實用新型的目的之一在於製造一種空氣過濾器，該濾波器能夠過濾固態汙染物和氣態化學汙染物，尤其能夠減少熱熔粘性材料的使用，如膠水；更好地，當組裝空氣過濾器時，不使用或減少使用熱熔粘性材料。根據本實用新型的一個實施例，提供了一種空氣過濾器，包括:一個由可以被超聲波焊接技術融解的材料製成的3D框架(101)，該框架包括一個上開口，一個底部開口和一個側面的壁；由無紡布製成的第一支撐層，第二支撐層和第三支撐層；包括用於過濾氣態汙染物的吸附劑的第一過濾層，其中，該第一過濾層放置於第一、第二支撐層之間；第二過濾層，用於過濾顆粒性汙染物，其中，該第二過濾層放置於第二、第三支撐層之間；其中，第一支撐層的一部分被通過超聲波焊接技術焊接到框架上。進一步可選地，第一支撐層的一部分也可以被通過超聲波焊接技術焊接到框架上。超聲焊接是將高頻超聲聲學振動應用於通過壓力連在一起的工件來產生牢固的焊接的技術，其可應用於多種材料，如塑料和金屬，尤其可應用於不同材料的連接。在超聲波焊接中，通常不需要連接性的閂、釘子，額外的焊接材料或者粘性材料。為了減少甚至避免由於使用膠水而產生的問題，本實用新型的實用新型人發現在製造層疊式的空氣過濾器時，特別是在組裝的過程中，通過使用超聲波焊接技術可以極大地減少熱熔型粘性材料的使用。因此，空氣過濾器的結構和製造流程也可以被簡化甚至改變。在製造上面提到的空氣過濾器的過程中，尤其是組裝過程中，不用使用膠水，因此可以避免前面提到的一些問題。在另一個實施例中，空氣過濾器進一步包括一個緊固件，用於將該三個支撐層和兩個過濾層固定到框架中。優選地，該緊固件也可以通過超聲波焊接技術被焊接到框架上。在緊固件的一個實施例中，緊固件的表面上布置有多個凸起的點，這些點可以由可以被超聲波焊接技術融解的材料製成。這樣，就不要求整個緊固件必需是由可被融解和焊接的材料製成。在另一個實施例中，第一支撐層可以被焊接到框架的上開口的邊沿上，或者框架的側面的壁上。對於那些比較薄的支撐層，將其焊接到上開口的邊沿上可以增大焊接的面積，因此提高產品的牢固度。第二支撐層可以用類似第一支撐層一樣的方法被焊接，但是也可以被焊接到框架內不的凸起的柱子等凸起物上。在實踐中，也可以將該第二支撐層焊接到已經焊接到一起的框架和第一支撐層之上。在另一個實施例中，緊固件可以插入到三個支撐層和兩個過濾層與框架的側壁之間，當然也可以只插入到部分支撐層和/或部分過濾層與框架的側壁之間。當緊固件或者緊固件上面的凸起點被超聲波焊接技術焊接到框架上後，支撐層和過濾層就被固定到框架內了。實用新型人已經通過在開車環境和幾米高的跌落試驗中驗證了這種空氣過濾器的牢固度。可選地，為了進一步提高支撐層和過濾層在框架內的牢固度，緊固件可以有一個彎曲的部分來覆蓋第三支撐層，這樣，緊固件的一部分位於框架的側面壁和支撐層/過濾層之間，與側面壁平行，而另一部分置於第三支撐層之上，垂直於側面壁。緊固件可以有一定的硬度以阻止支撐層和過濾層的掉落。考慮到固態物體尺寸的差異，在一些實施例中，框架的上開口可以被製成網格的形式，以阻擋一些大的粗的固體，第三支撐層也可以採用相應的材料或者結構來組織一些粗糙的大顆粒，如頭髮和纖維等。在過濾器內部，第一支撐層和第二支撐層可以由不同的材料或者結構製成，以阻止不同尺寸的汙染物，例如從釐米級別到微米級別。本領域技術人員應當理解這些不同的支撐層可以以不同的方式進行組合。在另一個實施例中，第一、第二、第三支撐層以這樣的順序布置，使得阻止的汙染物的尺寸以升序的方式排列。這種布置的第一個優點在於在不同的支撐層過濾不同尺寸的汙染物，可以延長內部支撐層的壽命，第二個優點在於使得包含在第一過濾層中的吸附劑所產生的灰塵可以從第二、第三支撐層那一側跌落出去，而在第二、第三支撐層那一側可以布置一個外部收納盒。這樣可以避免灰塵從框架的上開口處露出，該面通常是淨化過的空氣被排除的地方。本實用新型的其他方面、特徵和/或優勢，可以在閱讀了後面的實施例和附圖後變得清楚明了。

參考結合下文所述的附圖對下文所述的實施例的描述，本實用新型的上述和其它方面的特徵將變得更為明顯，其中相同或相似的附圖標記表示相同或相似的步驟特徵/裝置(模塊):圖1示出來根據本實用新型的一個實施例的空濾過濾器的外觀；圖2示出了根據本實用新型的一個實施例的框架和第一支撐層；圖3示出了根據本實用新型的一個實施例的框架、第一支撐層和第一過濾層；圖4示出了根據本實用新型的一個實施例的框架、第一支撐層、第一過濾層和第
二支撐層；圖5示出了根據本實用新型的一個實施例的框架、第一支撐層、第一過濾層、第二支撐層和第二過濾層；圖6示出了根據本實用新型的一個實施例的框架、第一支撐層、第一過濾層、第二支撐層、第二過濾層和第三支撐層；圖7示出了根據本實用新型的一個實施例的環形緊固件；圖8示出了根據本實用新型的一個實施例的密封件和框架。
具體實施方式
為了降低甚至避免在製造空氣過濾器時使用膠水，本實用新型的實用新型人通過大量的實驗，發現採用超聲波焊接技術可以極大地降低膠水的使用，並且改變了空氣過濾器的結構和製造流程。圖1給出了一個示例性的空氣過濾器的透視圖，其中，三個支撐層，兩個過濾層和緊固件被隱藏在框架中，圖1中不可見。空氣過濾器100包括一個三維框架101，101具有一個上開口 102，一個底部開口 104和側面的牆體106.框架101可以由塑料、金屬或者其他適宜的可以被超聲波焊接技術焊接的材料製成。從費用和易於製造角度來講，建議使用塑料，特別是注入式方法，來製造框架101.可選地，除了使用金屬來製造整個框架，也可以使用不能被超聲波焊接技術焊接的金屬來做框架，同時使用可以被焊接的金屬來做框架中的連接點，這樣，這些由可焊接金屬製成的連接點就可以被融解和焊接到支撐層和/或緊固件。圖2示出了根據本實用新型的一個實施例的框架101的分解圖和第一支撐層110。第一支撐層110的面積基本上與環繞壁106所環繞的內部區域面積相同，或者略小於環繞壁106所環繞的內部區域面積，或者可選地，大於上開口 102的開口面積。其目的是為了將第一支撐層110置於框架101中，能夠與框架101或上開口 102的邊界焊接。對於薄的第一支撐層，與上開口 102焊接在一起能夠增加粘合區域從而提高穩固性。如果將第一支撐層110與環繞壁106焊接在一起，則第一支撐層110需具有一定的厚度，本領域的普通技術人員通過實驗可知曉這些。在第一支撐層110被置於框架101中，例如與上開口 102接觸，之後，超聲焊接處理可以被應用來將第一支撐層110焊接到框架，例如上開口 102的邊界。本實用新型的實用新型人通過大量實驗發現，對於塑料製成的框架，超聲焊接處理使用的頻率可從範圍[10KHZ，80KHZ]中選取，優選地，從範圍[15KHz，70KHz]，中選取，更優選地，從20KHz，30KHz,35KHz 或 40KHz 中選取。在第一支撐層110連到框架101後，第一過濾層120可被置於框架101中，位於第一支撐層110之上，如圖3所示。第一過濾層120可僅包括由化學材料製成的吸附劑，用於吸附氣體化學汙染物。可選擇吸附劑來吸收主要的氣體汙染物或者幾種氣體汙染物。這是說，第一過濾層120可包括僅一種類型的吸附劑，也可以包括多種類型的吸附劑。通過本實用新型提出的空氣過濾器的新型結構和製作方法，本實用新型的一個優點在於第一過濾層120可僅包括吸附劑，而無需封裝，例如，無需使用無紡布材料作為封裝。在框架101中，吸附劑可分散子在第一支撐層110和第二支撐層130之間。這個優點是在添加吸附劑時，可提高生產效率，避免使用熱熔粘性材料或UV光刻工藝。當然，本領域的普通技術人員應能理解，吸附劑也可以封裝為一個單獨的包裝，例如，用無紡布製成的包裝，並簡單置於第一支撐層和第二支撐層之間。這帶來的另一個優點是將第一過濾層的製作與本實用新型描述的空氣過濾器的裝配過程分離開。圖4示出了在一個實施例中的框架101、第一支撐層110、第一過濾層120和第二支撐層130的分解圖。第二支撐層130可被置於框架101中，並通過超聲焊接技術與框架101連接。框架101的結構的不同，導致焊接第二支撐層130的地方也有所不同。例如，對於具有內部凸起的框架101，第二支撐層130可連接到凸起。凸起可以是形成一個封閉邊界的內環，因此第一支撐層110、第二支撐層130和環繞壁106 —起形成一個封閉的空間，以避免第一過濾層110中的吸附劑的洩漏。同樣，可行的是將第二支撐層130連接到環繞壁106，尤其當第二支撐層130具有一定的厚度的時候。更進一步，可行的是，將第二支撐層130連接到已經焊接到框架101的第一支撐層110。在後者中，第一支撐層110和第二支撐層130形成一個封閉的空間以容納第一過濾層120。圖5示出了將第二過濾層140加入到圖4所示實施例中的一個展開圖。第二支撐層140用於過濾顆粒汙染物。根據空濾過濾器所處的環境中的顆粒汙染物的不同，第二過濾層140的材料和結構可以不同，本實用新型對此不加詳述。在一個實施例中，第一和第二過濾層用於過濾不同類型的汙染物，例如第一過濾層用於吸收氣體化學汙染物，第二過濾層用於阻擋顆粒汙染物。當然，可行的是，兩個過濾層都用於吸收氣體化學汙染物，但是不同類型的氣體化學汙染物；或者是都用於阻擋顆粒汙染物，但是不同尺寸的顆粒汙染物。第二過濾層140可由一個獨立的工藝過程生產，然後被放入在框架101中，位於第二支撐層130之上。在裝配過程中，需要用膠水來固定第二過濾層140，第二過濾層140位於第二支撐層140和第三支撐層形成的空間中，可選地，第二過濾層140位於第二支撐層140、第三支撐層和環繞壁106形成的空間中。在圖6中，增加第三支撐層150以來固定空氣過濾器的框架中的第二過濾層140。在圖7中，示出了一個示例性的緊固元件，其用於在空氣過濾器的框架中緊固三個支撐層和兩個過濾層。該緊固件可插在環繞壁106和三個支撐層和兩個過濾層的至少一部分之間。緊固件無需與每個層接觸。緊固元件的目的在於在框架中緊固所有的層。可選地，緊固元件可由使用超聲焊接技術可熔的材料製成，其可以連接框架的環繞壁和這些層的至少一部分，這樣可增加空氣過濾器的穩固性。作為另一個可選的方案，緊固元件無需由可熔材料製成。如圖7所示，緊固元件的一個側面或兩個側面上可分布有一些「點」，這些點由應用超聲工藝可熔的材料製成，因此這些「點」將會熔解以將環繞壁和這些層的至少一部分連接在一起。緊固元件的形狀可以是環形，或者線形的緊固元件也可以用來緊固這些層。實用新型人已經證明性能較好的「點」的尺寸是長度為3-20mm，高度為0.5-lmm,寬度為 0.5-1.5mm。[0036]通過使用緊固元件，空氣濾波器的穩固性和牢固性得到了提高，這在行駛的汽車中，以及一些高度為幾米的降落實驗中得了證明。緊固元件可完全插入在環繞壁與支撐層和過濾層的至少一部分之間。可行的是，還可以擴展緊固元件的寬度，這樣可使得緊固元件的部分可以彎曲以覆蓋第三支撐層的一邊。空氣濾波器的牢固性可以得到進一步的提高，具有一定的硬度或阻力。在本實用新型的一些實施例中，第三支撐層150可以熔解並連接到框架。可行的是，第三支撐層150也可以不熔解，不連接到框架。在後者中，第三支撐層150無需由可熔材料製成。在本實用新型的一些實施例中，三個支撐層的功能是用於支撐或者固定第一和第二過濾層。然後，為了進一步提高過濾效果，尤其是針對顆粒汙染物，這三個支撐層以進一步用於阻擋顆粒汙染物。例如，在一個實施例中，這三個支撐層由不同的材料製成，或者被製成不同的結構，以阻擋不同尺寸的顆粒汙染物。例如，暴露於空氣濾波器之外的第三支撐層，可用於阻擋粗的顆粒，如頭髮、纖維等。第二支撐層可用於阻擋一些中等大小的顆粒物，尤其適用於阻擋那些尺寸大於第二過濾層所阻擋的顆粒物的顆粒物。第一支撐層可用於阻擋通過其他支撐層和過濾層的那些顆粒物，這意味著第一支撐層阻擋的顆粒物的尺寸至少小於第二過濾層阻擋的目標顆粒物。框架的上開口可製成網格的形狀，以阻擋從空氣濾波器的上面掉下來的纖維、頭髮或其它的大尺寸的固態物。在一個實施例中，第一支撐層，第二支撐層和第三支撐層以過濾的顆粒物的尺寸遞增的順來被放置，也就是，第三支撐層用於阻擋粗的或大的物體或顆粒，，第二支撐層用來阻擋中等大小的物體或顆粒，第一支撐層用於阻擋小的物體或顆粒，如灰塵。在使用過程中，尤其在振動的環境中，如汽車、貨車、火車中等，包含在框架中的吸附顆粒可能相互摩擦產生小尺寸的灰塵。在此情形下，優選地，可用第一支撐層來阻擋由吸附劑產生的這些小尺寸的灰塵，從而不能從空氣過濾器的上開口側洩漏出，由於上開口側通常與空氣淨化器的空氣出口相近，該上開口被設計用於排出乾淨和淨化過的空氣。當空氣過濾器朝上放置時，由於吸附劑摩擦產生的灰塵會穿過第二支撐層、第二過濾層和第三支撐層降落，因此建議在空氣過濾器底部放置一個收納箱來接收灰塵，該灰塵可以是被支撐層阻擋住的灰塵或者是空氣過濾器產生的灰塵，放置一個收納箱的優點在於無需打開空氣過濾器和散開顆粒汙染物，即可清除灰塵。圖8描述了一個密封元件，當該空氣過濾器與外部框架接觸時，被用來密封框架和外部框架之間的空間。密封元件的目的是阻止「髒的」或者「未經過濾的」空氣經過該空氣過濾器的框架與外部框架之間的空間洩漏到開放環境中。有了該密封元件，「髒的」空氣就經過第三支撐層、第二過濾層、第二支撐層、第一過濾層和第一支撐層的路徑被吸入到空氣淨化器中。應該注意的是，上面提到的實施例不應被理解為限制本實用新型，本領域的技術人員應當能夠在不偏離本實用新型的精神或者範圍的基礎上設計其他的實現方式。因此，本實用新型的保護範圍應當僅僅被權利要求書所限制。在上文中的說明用以證明，結合附圖的對說明書的詳細描述，應當用於理解本實用新型而不是限制本實用新型。相關的很多替換方案也應當落入所附權利要求書的範圍。權利要求中的任何索引都不應被解釋用於限制權利要求。單詞」包括」並不排斥除了出現在權利要求中的那些元素。在這些元素或者步驟之前的單詞「一個」並不排斥多個元素或者步驟。
權利要求1.用於空氣淨化器中的空氣過濾器，包括: a.一個由可以被超聲波焊接技術融解的材料製成的3D框架(101)，該框架包括一個上開口，一個底部開口和一個側面的壁； b.由無紡布製成的第一支撐層，第二支撐層和第三支撐層； c.包括用於過濾氣態汙染物的吸附劑的第一過濾層，其中，該第一過濾層放置於第一、第二支撐層之間； d.第二過濾層，用於過濾顆粒性汙染物，其中，該第二過濾層放置於第二、第三支撐層之間； 其中，第一支撐層的一部分被通過超聲波焊接技術焊接到框架上。
2.如權利要求1所述的空氣過濾器，其中，所述第二支撐層的一部分也被通過超聲波焊接技術看接到框架上。
3.如權利要求2所述的空氣過濾器，進一步包括一個緊固件，用於將第一、第二、第三支撐層和第一、第二過濾層固定到所述框架中，其中，該緊固件通過超聲波焊接技術被焊接到框架上。
4.如權利要求3所述的空氣過濾器，其中，該緊固件的表面上包括多個凸起的點，這些凸起的點是由可以被超聲波焊接技術融解的材料製成。
5.如權利要求4所述的空氣過濾器，其中，該緊固件的部分被放置和通過超聲波焊接技術焊接到框架的側面的壁上。
6.如權利要求2所述的空氣過濾器，其中，第一支撐層被焊接到框架的上開口的邊沿上，第二支撐層被焊接到框架的任一邊沿上或者框架內的凸起上。
7.如權利要求2或3所述的空氣過濾器，其中，所述超聲波焊接技術所用的頻率位於[10kHz,80KHz]的範圍。
8.如權利要求7所述的空氣過濾器，其中，所述超聲波焊接技術所用的頻率優先選自於[20KHz，30KHz，35KHz，40KHz]集合中的一個。
專利摘要為了降低甚至避免在製造空氣過濾器的過程中使用例如膠水之類的熱熔型材料，本實用新型提出了一個新穎的空氣過濾器。該空氣過濾器包括一個由可以被超聲波焊接技術融解的材料製成的3D框架(101)，該框架包括一個上開口，一個底部開口和一個側面的壁；由無紡布製成的第一支撐層，第二支撐層和第三支撐層；包括用於過濾氣態汙染物的吸附劑的第一過濾層，其中，該第一過濾層放置於第一、第二支撐層之間；第二過濾層，用於過濾顆粒性汙染物，其中，該第二過濾層放置於第二、第三支撐層之間；其中，第一支撐層的一部分被通過超聲波焊接技術焊接到框架上。
文檔編號B01D46/10GK203002132SQ20122057260
公開日2013年6月19日 申請日期2012年10月26日 優先權日2011年10月28日
發明者張宏 申請人:飛利浦(中國)投資有限公司