[0001] 技术领域
[0002] 本公开涉及动力空气过滤器。更具体地，本公开涉及能够在窗户开口中使用的动力空气过滤器系统。
[0003] 背景技术
[0004] 窗户可有各种各样的尺寸，并且可包括可垂直或水平操作的窗扇，以在建筑结构的外部和内部之间提供气流。建筑结构的居住者通常期望打开窗户，以使新鲜空气进入住宅、商店或其他封闭空间的内部。但是，在许多地方，诸如中国的人口稠密地区，外部空气比室内空气污染更严重。需要新颖的过滤解决方案，以让室外空气的新鲜部分进入，而不让污染物质或污染物进入。室外污染物可包括较大的颗粒诸如花粉、粉尘和霉菌孢子，以及较小的颗粒诸如形成PM2.5、细菌和病毒的较小的颗粒。气态室外污染物诸如气味、NOx、SO2、臭氧等在一些地方也可以是关注的问题。
[0005] 发明内容
[0006] 根据上述内容，本公开的发明人认识到需要一种动力空气过滤器，该动力空气过滤器保护使用者免受外部空气质量污染物的影响，允许新鲜空气通过窗户进入住宅，可由消费者容易地安装和使用，是通用的以适配大多数地方，并且/或者对照明和可见性具有最小的影响。在一些实施方案中，动力空气过滤器是窗户空气过滤器。动力空气过滤器具有各种益处，其中至少一个是它们比无动力的(无源)空气过滤器提供更多或增加的进入房间的气流。
[0007] 本公开的发明人发明了空气过滤器，制造空气过滤器的方法和使用空气过滤器的方法的各种实施方案。
[0008] 一些实施方案涉及一种窗户空气过滤器，其包括：具有过滤介质的过滤器组件；和迫使空气通过过滤器组件中的过滤介质的风扇和/或控制单元。在一些实施方案中，风扇和/或控制单元包括：外壳；控制模块；通气孔；和马达。
[0009] 在一些实施方案中，外壳是U形和/或C形中的至少一种。一些实施方案还包括端盖。在一些实施方案中，过滤器组件是柔性的、可调节的和/或可延伸的中的至少一种。
[0010] 一些实施方案还包括位于端盖和风扇和/或控制单元之间的内部连接器。在一些实施方案中，当窗户空气过滤器安装在窗户中时，内部连接器提供向外的推力。在一些实施方案中，内部连接器包括弹簧加载特征部或伸缩特征部中的至少一者。在一些实施方案中，空气过滤器还包括电子器件。一些实施方案还包括锚固装置。
[0011] 在一些实施方案中，过滤器介质在过滤器组件内是可替换的，并且/或者其中过滤器组件是可替换的。在一些实施方案中，过滤介质为以下中的至少一种：防潮的、抗湿的、静电充电的、驻极体非织造幅材和/或非静电充电的。在一些实施方案中，过滤介质包括以下中的至少一种：碳、活性炭、非织造物、热塑性塑料、热固性材料、多孔泡沫、玻璃纤维、纸材、高膨松纺粘幅材、低膨松纺粘纤幅材、熔喷幅材和/或双模态纤维直径熔喷介质。在一些实施方案中，过滤介质是褶状的。在一些实施方案中，过滤介质是自支承和非自支承中的至少一种。
[0012] 一些实施方案涉及一种套件，其包括如上文或本文所描述的空气过滤器，和能够将过滤介质切割成期望尺寸的切割装置。
[0013] 一些实施方案涉及一种套件，其包括如上文或本文所述的空气过滤器，和能够将空气过滤器永久或半永久地附接到窗户的附接装置。在一些实施方案中，附接装置是以下中的至少一者：钉、螺钉、钩、粘合剂和/或带粘合剂背衬的联锁条。
[0014] 附图说明
[0015] 图1是根据本公开的原理的示例性动力空气净化器或过滤器的前视图；
[0016] 图2A是根据本公开的原理的示例性动力空气净化器或过滤器的剖视图；
[0017] 图2B是根据本公开的原理的另一个示例性动力空气净化器或过滤器的剖视图；
[0018] 图3A是图2A的窗户空气净化器的顶视图；
[0019] 图3B是图2B的窗户空气净化器的顶视图；
[0020] 图4A-图4C是根据本公开的原理的用于安装在垂直打开的窗户中的示例性窗户空气净化器或过滤器的透视图；并且
[0021] 图5A-图5B是根据本公开的原理的用于安装在水平打开的窗户中的示例性窗户空气净化器或过滤器的透视图。
[0022] 具体实施方式
[0023] 将详细描述各种实施方案和实施方式。这些实施方案不应理解为以任何方式限制本专利申请的范围，并且在不偏离实施方案和实施方式的实质和范围的情况下，可做出改变和修改。例如，具体参考窗户空气过滤器讨论了许多实施方案、实施方式和实施例，但是这些不应被理解为将应用范围限制到这一个示例性实施方式。此外，本文仅讨论了一些最终用途，但是本文未具体描述的最终用途包括在本申请的范围内。因此，本专利申请的范围应按权利要求书确定。
[0024] 根据本公开的原理的空气净化器或过滤器20的一个示例性实施方案在图1中示出。在一些实施方案中，空气净化器或过滤器可在窗户中使用。图1的空气净化器20包括风扇/控制单元22、过滤器组件24和端盖26。一般来说，空气净化器20能够装配到窗户中以过滤来自室外空气的杂质，从而使其在从空气净化器离开并进入人们将呼吸更清洁的空气的室内时更清洁。在一些实施方案中，风扇22可以是通过过滤器组件24吸入空气并将清洁的空气排放到室内环境的薄型风扇。在一些实施方案中，薄型设计将净化的室外空气递送到室内，而不阻塞窗户区域的相当大部分。在一些实施方案中，薄型窗户空气净化器20可安装在窗沿上，填充横跨窗沿的整个间隙，并且/或者为窗户框架和窗扇提供自密封构造。在一些实施方案中，在水平或垂直滑动的多部件窗户中可采用窗户空气净化器20。
[0025] 在一些实施方案中，风扇/控制单元22包括外壳40、控制模块42、通气孔44、插头46和马达48。在一些实施方案中，风扇/控制单元22和端盖26是刚性结构，但是它们可包括垫圈或其他软的或橡胶状材料，以提供改进的空气密封和抓持到窗户结构表面。在一些实施方案中，由于材料的选择、过滤介质28的几何形状或上述两种情况，过滤器组件24固有地是柔性的。在一些实施方案中，过滤器组件24是伸长的、可调节长度的组件，如下面更详细地描述的。在一些实施方案中，可包括内部连接器30，以在风扇/控制单元22和端盖26之间延伸。在一些实施方案中，连接器30能够在风扇/控制单元22和端盖26之间在纵向方向上进行调节。在一些实施方案中，连接器30可为窗户空气净化器20提供结构支撑，并且可有助于在使用中保持窗户空气净化器20的尺寸完整性，特别是通过提供压缩强度。在一些实施方案中，连接器30可使用弹簧加载的、伸缩式特征部，其在窗户空气净化器20安装在窗户中时可提供恒定的向外推力。在一些实施方案中，向外推力可有助于窗户空气净化器20在各种情况下保持安装。
[0026] 在一些实施方案中，空气过滤器和/或风扇/控制单元包括通常已知类型的电子器件。可在本文所描述的空气过滤器中使用的一些示例性电子器件包括例如用于温度、湿度、颗粒物质(例如，PM2.5)、VOC、其他气体或污染物(例如，臭氧等)的传感器。在一些实施方案中，板载电子控制器可打开或关闭空气过滤器和/或风扇，并且/或者可根据来自这些传感器中的任何传感器的输入来调节风扇速度。一些实施方案可另外地或另选地包括无线通信(例如，Wi-Fi)，使得可远程监控或控制产品。在一些实施方案中，空气过滤器可与其他装置相互作用。在一个示例性实施方案中，空气过滤器可与使用者的智能电话通信。在另一示例性实施方案中，空气过滤器可结合或访问来自其他源的数据(例如，获得本地空气质量测量数据，并且基于所接收的数据修改其操作)。
[0027] 图1的窗户空气净化器20可包括各种过滤器组件。在一些实施方案中，过滤介质28暴露于窗户外部的“脏”空气并且相对于窗户内部的空气进行密封。另外参考图3A和图3B，在一些实施方案中，空气从窗户外部流过过滤介质28，进入风扇/控制单元22，并通过通气孔44进入房间。如图2A-图2B所示，在一些实施方案中，过滤介质28a、28b可形成为平片。在一些实施方案中，过滤介质28a、28b可沿过滤器组件24的整个长度延伸。在一些实施方案中，过滤介质28是可替换的。在一些实施方案中，整个过滤器组件24作为单个可替换单元出售。在一些实施方案中，仅过滤器组件24的过滤介质28作为可替换物品出售，并且过滤器外壳32被认为是永久性的。
[0028] 参考图2A和图2B，在一些实施方案中，过滤器组件24包括过滤器外壳32。在一些实施方案中，过滤器外壳32的横截面可以是C形或U形。在一些实施方案中，该形状连同由过滤器外壳32形成的内部打开腔一起为过滤器组件24提供一些柔韧性。在一些实施方案中，过滤器外壳32可由例如塑料制成。甚至呈C形或U形几何形状的中等厚度的塑料过滤器外壳32也将提供一些柔韧性。在一些实施方案中，当在使用期间过滤器被夹紧在窗户窗扇和窗户框架之间时，过滤器外壳32的柔韧性可用于帮助将过滤器组件24密封到窗户“W”。在一些实施方案中，过滤器外壳32可包括外盖34和内壳体36。在一些实施方案中，还可通过选择用于过滤器组件24的材料来赋予柔韧性，例如使用厚的(例如5mm-25mm)膨胀的聚乙烯泡沫，或者可使用所包括的其他垫圈或挡风雨条材料。在一些实施方案中，外壳体34可以是刚性的或非刚性的。
[0029] 在一些实施方案中，针对窗户空气净化器20选择的特定过滤介质28可特别适合具有本文所描述的特定的期望特性。在一些实施方案中，过滤介质28优选地由防潮材料构成，并且可任选地包括附加的层或特征部，以特别地阻挡或抵挡水，诸如雨水。在一些实施方案中，静电电荷被任选地赋予到过滤介质32的材料中或材料上。可使用静电充电介质32，静电充电介质32的许多级别是可用的，并且许多静电充电介质32提供高效率和低压降。在一些实施方案中，过滤介质32可以是驻极体非织造幅材。可以本领域公知的各种方式，例如通过水充电、电晕充电等(例如，如美国专利7,947,142(以上所提及)中所述)将静电电荷赋予过滤介质28。在其他实施方案中，过滤介质28不是静电充电的。结合活性炭或用于净化气相污染物的其他材料的另外的多功能介质等级也可结合到过滤器结构中。
[0030] 图2A和图3A示出包括非织造幅材介质的过滤介质28a的一个示例性实施方案。在一些实施方案中，过滤介质28a可由例如非织造纤维介质构造，该非织造纤维介质由热塑性塑料或热固性材料诸如聚丙烯、线性聚乙烯和聚氯乙烯形成。用于过滤介质的其他合适的非限制性材料包括多孔泡沫、非织造物、纸材、玻璃纤维等。在一些实施方案中，过滤介质32包括吸引并捕获粉尘、过敏原诸如花粉和霉菌孢子和来自室外空气的细颗粒污染物质的过滤介质。
[0031] 在一些实施方案中，可用于过滤介质28a的其他非织造幅材可以是高蓬松纺粘幅材，诸如在例如授予Fox等人的美国专利8,162,153中描述的，该专利的全部教导内容以引用方式并入本文。在其他实施方案中，过滤介质28a可以是低膨松纺粘幅材，诸如授予Fox等人的美国专利7,947,142中描述的低膨松纺粘幅材，该专利的全部教导内容以引用方式并入本文。在其他实施方案中，可用于过滤介质28a的非织造幅材由其他技术产生，并且/或者具有其他特征，诸如在授予Shah等人的美国专利6,858,297中公开的熔喷非织造幅材，该专利的全部教导内容以引用方式并入本文。有用的非织造幅材形式的其他非限制性实例包括双模态纤维直径熔喷介质，诸如在美国专利7,858,163中描述的双模态纤维直径熔喷介质，该专利的全部教导内容以引用方式并入本文。
[0032] 在一些实施方案中，过滤介质28可以另选地为褶状过滤介质28b，如图2B和图3B中所示，其包括至少一部分，该部分已经被折叠以形成包括大体平行的相反取向的折叠部的行的构造。在一些实施方案中，可使用本领域中公知的各种方法和部件在过滤介质28b中形成褶绉，例如以形成在诸如空气过滤的应用中使用的褶状过滤器，例如授予Kubokawa等人的美国专利6,740,137和授予Sundet等人的美国专利7,622,063中描述的那些，这两个专利的全部教导内容以引用方式并入本文。图2B和图3B示出示例性褶状过滤介质28b。在一个实施方案中，褶状过滤介质28b仅部分地沿过滤器组件24延伸，如图3B所示。在一些实施方案中，褶状过滤介质28b可难以线性切割以适配过滤器组件24的整个长度。在一些实施方案中，过滤器组件24可在过滤器介质28b终止的点处被密封，并且过滤器组件24长度的其余部分可被切割成用于安装的期望长度：其基本上是死空间。
[0033] 在一些实施方案中，过滤介质28可仅由过滤介质或幅材组成，或者可包括施加或组装到过滤介质28的一个或多个附加部件或结构。组件24的过滤介质28可以是自支承的或非自支承的。在过滤介质28由过滤介质或幅材和支撑结构组成的情况下，过滤介质28可以是非自支承的，其中附加支撑结构使得过滤介质28整体上是自支承的。如本文所用，术语“自支承过滤介质或幅材”可描述以下条件中的至少一个：(1)在过滤介质幅材中不需要加强层、粘合剂或其他加强物情况下抗变形的过滤介质或幅材；或(2)当经受气流时，过滤介质通常保持其形状，如在例如授予Kubokawa的美国专利7,169,202中所述，该专利的全部教导内容以引用方式并入本文；或(3)具有足够的内聚力和强度以便可悬垂和可处理而基本上没有撕裂或破裂的幅材或介质。如本文所用，术语“非自支承的”可表示在没有支撑框架和/或支撑格栅的情况下不能承受由于典型气流所遇到的力的空气过滤介质。
[0034] 本窗户空气净化器或过滤器20可用于保护使用者免受外部空气质量污染物的影响。如上所述，可使用静电充电的过滤介质28。可结合活性炭或用于净化气相污染物的其他材料的另外的多功能介质等级也可结合到过滤器组件24中。动力风扇单元22的使用应当比任何无动力的(无源)窗户过滤器提供更多的进入房间的气流。在平静无风条件下，相比打开的窗户，其还将可能提供更多的气流。通过进一步使用由静电充电实现的低压降幅材，可实现附加的气流改善和风扇功率消耗的减少。
[0035] 图4A-图4C示出窗户空气净化器或过滤器20在垂直打开的窗户80中的示例性安装过程。首先，使用切割器具82诸如刀、重型剪刀或类似物体，将过滤介质28切割成一定长度。切口不必是完全直的，因为端盖26附接为非直线切口提供了一些空间。过滤介质28在风扇/控制单元22和端盖26之间附接到过滤器组件24，然后整个窗户空气净化器20被放置在部分打开的窗户中。对于垂直的滑动窗户80，如图4A-图4C所示，窗户空气净化器20被定位在下窗台上。
[0036] 对于水平的滑动窗户180，如图5A-图5B所示，窗户空气净化器20在垂直取向上进行定位，其中风扇外壳30在底部上。在一些实施方案中，来自内部杆或弹簧加载产品30(参见，例如图1)的推力在任一取向上向窗户框架提供保持力。窗户在通向窗户空气净化器20的路径的其余部分上关闭，并且窗户窗扇和窗户空气净化器20之间的接触提供密封，以封闭可允许从外部泄漏到内部的任何间隙。在一些实施方案中，通过使用泡沫材料片、挡风雨条等可避免剩余的小间隙。另外，可任选地包括和附接约束带或其他部件(未示出)，以防止窗户空气净化器20从窗户80、180开口移开和掉出。
[0037] 在一些实施方案中，本公开的空气过滤器包括确保空气过滤器不从窗户掉出的锚固装置。锚固装置可以是任何已知的此种装置，其包括例如将空气过滤器连接到建筑物、房间、住宅或办公室中的墙壁或其他永久的或稳定的结构的带。锚固装置是任选的，并且存在于一些实施方案，其将受益于该增强的安全特征部。例如，在美国，窗户空气过滤器的大多数使用者居住在独户住宅中。在大多数情况下，如果窗户空气过滤器掉出窗户，其将可能会落在灌木丛中，并且这极不可能伤害人。相比之下，在城市环境或人口高度密集的国家，像中国，例如，许多人住在高层公寓中。如果窗户空气过滤器掉出窗户，问题可更显著。在某些情况下，窗户空气过滤器可伤害人或财产。
[0038] 本公开的空气过滤器可放置在任何期望的框架或外壳中。一些示例性框架在例如美国专利申请62/041496和62/041499中进行描述，这两个专利申请的全部内容并入本文。空气过滤介质可以是卷形式，诸如例如美国专利申请62/041500中描述的卷形式，该专利的全部内容并入本文。美国专利62/206,928的空气过滤器组件或介质可在本公开的空气过滤器中使用。
[0039] 说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似元件，并且不一定用于描述顺序或时间顺序。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施方案能够以不同于本文所述或所示的其它顺序操作。
[0040] 本文提及的所有参考文献的全部内容以引用方式并入本文。
[0041] 此外，说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、之上、之下等用于描述的目的并且不一定用于描述相对位置。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施方案能够以不同于本文所述或所示的其它取向操作。
[0042] 对由端值限定的所有数值范围的表述旨在包括归入该范围内的所有数字(即，1至10的范围包括例如1、1.5、3.33、和10)。

[0043] 本领域中的技术人员将会知道，可在不脱离本公开基本原理的前提下对上述实施方案和实施方式的细节做出许多改变。此外，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，对本发明的各种修改和更改对本领域技术人员将是显而易见的。因此，本申请的范围应当仅由以下权利要求书以及其等同物所确定。

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