空气过滤设备的制作方法

1.本公开一般涉及空气净化设备，更具体地，涉及从在两个不同区域之间流动的空气中滤除微粒物质的空气过滤设备。


背景技术：

2.颗粒物质，例如烟、pm2.5和pm10，导致严重的健康危害，尤其是在中国，印度，东南亚的许多地区，西欧和南欧以及全球大多数城市地区。过滤器已被证明能有效地在产生源头捕捉上述物质，例如汽车和工厂的排放物。但是，这种污染的很大一部分来自于不可控的源头(例如，森林大火、汽车轮胎和制动器的磨损等)，因此必须处理周围空气。
3.已经制造并以各种商标销售了去除颗粒物质的各种独立空气净化系统。在这些系统中使用不同的颗粒过滤技术，包括静电除尘器、电离和非织造织物过滤器。然而，这些技术各自具有弊端。静电除尘和电离技术产生次级污染物，例如臭氧，其可与萜烯类反应产生超细和细尺寸范围的有机气溶胶。非织造织物过滤器的高压降导致寿命短和功耗高。虽然静电织物过滤器显示出高的过滤效率和低的压降，但是由于静电电荷被所收集的颗粒中和，性能随着时间而下降。因此，由于所需的高的空气吞吐率，利用这些现有的解决方案来对从室外环境流到室内环境(或从室内环境流到室外环境)的空气进行净化或通风要么无效，要么需要进行不合理的频繁维护(例如，每天或每周更换或清洁过滤器)。
4.因此，需要有效去除颗粒物质并具有低的维护和操作要求的替代性空气过滤设备。


技术实现要素：

5.可参考以下条款描述实施方式，其中在从属条款中列出了优选的特征。
6.条款1：一种空气过滤设备，其包括：主体，其具有内部端和相对的外部端；在主体内提供的陶瓷过滤器，所述陶瓷过滤器的热容量大于或等于750j/kg-k且小于或等于1300j/kg-k；预滤膜，其位于主体内并且在外部端与陶瓷过滤器之间；以及一个或多个风扇，其位于主体内并且被构造用于控制通过陶瓷过滤器的空气的流动。
7.条款2：如条款1所述的空气过滤设备，其中，陶瓷过滤器包括以蜂窝构造布置的多个通道。
8.条款3：如条款2所述的空气过滤设备，其中，陶瓷过滤器被构造用于过滤直径大于或等于0.1微米且小于或等于10微米的颗粒物质。
9.条款4：如条款3所述的空气过滤设备，其中，预滤膜被构造用于过滤直径大于10微米的物质。
10.条款5：如条款2-4中任一项所述的空气过滤设备，其中，陶瓷过滤器包括氧化铝、堇青石、刚玉莫来石和碳化硅中的至少一种。
11.条款6：如条款1-5中任一项所述的空气过滤设备，其中，陶瓷过滤器是蓄热器，其被构造用于储存来自穿过其中的空气的热能。
12.条款7：如条款1-6中任一项所述的空气过滤设备，其还包括与陶瓷过滤器热耦合的加热装置。
13.条款8：如条款7所述的空气过滤设备，其中，加热装置外接(circumscribe)陶瓷过滤器的外表面。
14.条款9：如条款8所述的空气过滤设备，其中，加热装置包括挠性加热器。
15.条款10：如条款1-9中任一项所述的空气过滤设备，其中，所述一个或多个风扇包括第一风扇和第二风扇，第一风扇位于陶瓷过滤器与主体的内部端之间并且被构造用于将空气从主体的外部端吸向主体的内部端，第二风扇位于陶瓷过滤器与主体的外部端之间并且被构造用于将空气从主体的内部端吸向主体的外部端。
16.条款11：如条款10所述的空气过滤设备，其还包括位于第一风扇与主体的内部端之间的降噪模块，所述降噪模块包括隔音棉。
17.条款12：如条款1-11中任一项所述的空气过滤设备，其还包括位于预滤膜与陶瓷过滤器之间的湿度控制模块，所述湿度控制模块被构造用于调整从主体的外部端流向陶瓷过滤器的空气的湿度。
18.条款13：如条款1-12中任一项所述的空气过滤设备，其还包括：压力差传感器，其被构造用于检测陶瓷过滤器的相对端之间的压力差超过压力阈值时的情况；以及警报装置，其通信连接到压力差传感器，以在压力差超过压力阈值时提供视觉警报和声音警报中的至少一种。
19.条款14：一种空气过滤设备，其包括：主体，其具有内部端和相对的外部端；在主体内提供的陶瓷过滤器，所述陶瓷过滤器包括以蜂窝布置的多个通道；加热装置，其外接陶瓷过滤器的外表面；预滤膜，其位于主体内并且在外部端与陶瓷过滤器之间；以及一个或多个风扇，其位于主体内并且被构造用于使空气流动通过陶瓷过滤器。
20.条款15：如条款14所述的空气过滤设备，其中：陶瓷过滤器被构造用于过滤直径大于或等于0.1微米且小于或等于10微米的颗粒物质；并且预滤膜被构造用于过滤直径大于10微米的物质。
21.条款16：如条款14或条款15所述的空气过滤设备，其中，陶瓷过滤器包含堇青石。
22.条款17：如条款14-16中任一项所述的空气过滤设备，其中，加热装置包括挠性加热器。
23.条款18：如条款14-17中任一项所述的空气过滤设备，其还包括第一风扇和第二风扇，第一风扇位于陶瓷过滤器与主体的内部端之间并且被构造用于将空气从主体的外部端吸向主体的内部端，第二风扇位于陶瓷过滤器与主体的外部端之间并且被构造用于将空气从主体的内部端吸向主体的外部端。
24.条款19：一种用于通过空气过滤设备来过滤空气的方法，所述方法包括：以第一操作模式启动第一风扇，以控制空气以第一方向流动通过主体的外部端、预滤膜和空气过滤设备的陶瓷蜂窝过滤器，并且从主体的相对内部端离开；当空气通过预滤膜时，过滤直径大于10微米的物质；当空气通过陶瓷蜂窝过滤器时，过滤直径大于或等于0.1微米且小于或等于10微米的颗粒物质；以及当空气通过陶瓷蜂窝过滤器时，加热陶瓷蜂窝过滤器，从而加热空气。
25.条款20：如条款19所述的方法，其还包括：以第二操作模式启动第一风扇或第二风
扇，以控制空气以相反的第二方向从主体的内部端流向主体的外部端。
26.条款21：如条款19或条款20所述的方法，其中：加热陶瓷蜂窝过滤器包括：启动外接陶瓷蜂窝过滤器的加热装置。
27.条款22：如条款19-21中任一项所述的方法，其还包括：检测陶瓷蜂窝过滤器与主体的外部端之间的第一压力；检测陶瓷蜂窝过滤器与主体的内部端之间的第二压力；计算第一压力与第二压力之间的压力差；以及当压力差超过压力阈值时，提供警报。
28.结合附图，考虑以下具体实施方式能够更完整地理解本文所述实施方式所提供的这些特征和其他特征。
附图说明
29.附图列出的实施方式本质上是说明性和示例性的，并不旨在限制通过权利要求所限定的主题。结合以下附图阅读可以理解如下示意性实施方式的详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：
30.图1根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了示例性空气过滤设备；
31.图2根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了图1的空气过滤设备的示例性过滤器；
32.图3根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了示例性空气过滤设备；
33.图4根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了示例性空气过滤设备；
34.图5根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了图4的空气过滤设备的示例性降噪模块；
35.图6根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了空气过滤设备的示例性降噪模块。
具体实施方式
36.本文所述的实施方式涉及用于对从结构(例如房间或建筑物)外侧流到结构内侧，或从结构内侧流到结构外侧的空气进行过滤的空气过滤设备和方法。所述空气过滤设备包括壳体；在壳体内提供的过滤器；位于壳体内的预滤膜，其用于滤除从结构的外侧流向过滤器的空气中的物质；以及一个或多个风扇，其位于壳体内以控制通过壳体的气流方向。过滤器的比热容允许过滤器用于调整流动通过空气过滤设备，尤其是流到结构中的空气的温度，以使流动通过过滤器的空气的温度更接近室中的空气的温度，从而降低对空气流到其中的室进行加热或冷却的成本。
37.本文更具体描述空气过滤设备以及操作空气过滤设备的各个实施方式。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。
38.本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这样的范围时，另一个实施方式包括自所述一个具体数值始和/或至所述另一具体数值止。类似地，当用先行词“约”将数值表示为近似值时，应理解具体数值构成了另一个实
施方式。还应理解，每个范围的端点在与另一个端点有关及独立于另一个端点时都是重要的。
39.本文所用的方向术语(例如上、下、右、左、前、后、顶、底)仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来暗示绝对的取向。
40.除非另有明确说明，否则本文所述的任何方法不应理解为其步骤需要按具体顺序进行，或者要求使任何设备具有特定取向。因此，如果方法权利要求没有实际叙述其步骤要遵循的顺序，或者任何设备权利要求没有实际叙述各组件的顺序或取向，或者权利要求书或说明书中没有另外具体陈述步骤限于具体顺序，或者没有叙述设备组件的具体顺序或取向，那么在任何方面都不应推断顺序或取向。这适用于解释上的任何可能的非表达性基础，包括：涉及步骤安排的逻辑问题、操作流程、组件的顺序或组件的取向问题；由语法组织或标点派生的明显含义问题和说明书中描述的实施方式的数量或类型问题。
41.除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式的“一个”、“一种”以及“该/所述”包括复数指代。因此，例如，提到的“一种”部件包括具有两种或更多种这类部件的方面，除非文本中有另外的明确表示。
42.现在参考图1，其根据本文所述的一个或多个实施方式，例示了空气过滤设备100。空气过滤设备100显示为位于壁102内，所述壁102限定了结构(例如，具有一个或多个室的房屋、办公楼等)的室104的一侧。应理解，图1例示的壁102仅是形成一部分室104的较大壁的区段。壁102具有面向内部的表面106和面向外部的表面108，它们限定了壁102的厚度。如本文所用的，术语“内部”是指室104的第一侧，其通过一个或多个壁基本上从外环境包围，并且术语“外部”是指室104的相对的第二侧。在一些情况中，室104的外部侧通向外环境，在一些情况中，室的外部侧可以是结构的另一个室的内部侧。尽管本文将空气过滤设备100描述成根据壁102定位(positioned with the wall)，但应理解，空气过滤设备100不限于这种用途，并且可以用于其他情况和位置，其中，空气在可提供有限能耗的两个区域之间过滤和通风，所述两个区域例如地铁站、矿井等中的通风井。
43.作为非限制性实例，空气过滤设备100被安装在室104的壁102内，并且调节从室104的外部侧流到室104的内部侧，或替代性地，从室104的内部侧流到室104的外部侧的空气，如本文更详细所述。应理解，空气过滤设备100在过滤进入室104的空气，同时调节进入室104的空气温度时特别有用，进入室104的空气可能具有与已经在室104中的空气不同的温度，由于所述空气过滤设备100，可以减少因进入的空气而对所述室进行加热或冷却所需的通量。如本文更详细描述的，在室104的相对侧，或者在相邻的室内，可定位有多个空气过滤设备100，并且彼此同时或组合操作，以将空气更有效地引导入或引导出一个或多个室104。
44.仍然参考图1，空气过滤设备100包括壳体110，其包括主体112，所述主体112具有内表面114，其限定了开放内部体积116。主体112具有内部端118和相对的外部端120，它们均开放以提供通向其开放内部体积116的通道并允许气流从中通过。如本文所述，空气过滤设备100允许空气在第一方向上从主体112的外部端120流向其内部端118，以及允许空气在相反的第二方向上从主体112的内部端118流向其外部端120。如图所示，壳体110的主体112具有圆形截面以及沿着纵轴a延伸的长度l。因此，主体112具有直径为d的圆柱或管状几何结构。然而，在其他实施方式中，主体可以具有任何其他合适的几何结构，例如但不限于方
形截面，使得主体具有沿着长度l延伸的矩形几何结构。
45.当空气过滤设备100位于室104的壁102内时，主体112的内部端118位于壁102的面向内部的表面106处或附近，并且主体112的外部端120位于壁102的面向外部的表面108处或附近。在实施方式中，主体112的内部端118和外部端120可以分别与壁102的面向内部的表面106和面向外部的表面108齐平。在实施方式中，主体112的内部端118和外部端120可以分别凹入壁102的面向内部的表面106和面向外部的表面108。在实施方式中，主体112的内部端118和外部端120可以分别从壁102的面向内部的表面106和面向外部的表面108突出。虽然未示出，但是在壁102的各自的面向内部的表面106和/或面向外部的表面108上可以可拆卸地定位盖板，例如屏幕或面板，以覆盖主体112的内部端118和外部端120。
46.空气过滤设备100包括过滤器122，其位于壳体110的主体112的内部端118与外部端120之间并且在主体112的开放内部体积116内，所述过滤器122从流动通过其的空气中去除颗粒物质。过滤器122在沿着主体112的纵轴a的纵向方向上延伸。过滤器122可以具有与主体112的内表面114的形状对应的形状。因此，在实施方式中，过滤器122具有圆柱几何结构，其直径略小于主体112的直径d，以使过滤器122可位于主体112的开放内部体积116内并且与主体112同轴定位。但应理解，过滤器122的直径足够地大，以使得流动通过空气过滤设备100的空气仅流动通过过滤器122而不在过滤器122与主体112之间流动。过滤器122可以任何合适的方式可拆卸地固定于主体112的内表面114，举例来说，例如但不限于紧固件、粘合剂、托架、法兰等。
47.参考图2，其脱离空气过滤设备100来例示过滤器122。在实施方式中，过滤器122是蜂窝过滤器。如本文所用的“蜂窝过滤器”是指包括内部端面124，在纵向上与内部端面124相对的外部端面126，以及由多孔壁130限定的多个通道128的过滤器，所述多孔壁130在内部端面124与外部端面126之间延伸。所述多个通过128在内部端面124和外部端面126处形成栅格。根据实施方式，过滤器122还可以包括光滑的侧壁132，其从过滤器122的内部端面124延伸到过滤器122的外部端面126。
48.在实施方式中，侧壁132和限定过滤器122的多个通道128的多孔壁130可以包含陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷或其任何组合。在实施方式中，过滤器122可以是包含氧化铝、堇青石、刚玉莫来石、碳化硅、铝酸盐、钛酸盐或其任何组合的陶瓷过滤器。在实施方式中，侧壁132和限定过滤器122的多个通道128的多孔壁130可以包含玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷包括无定形相和结晶相。
49.在实施方式中，可以对过滤器122的材料进行选择，使得过滤器122的热容量大于或等于600焦尔/千克/开尔文(j/kg-k)且小于或等于1500j/kg-k，例如，大于或等于700j/kg-k且小于或等于1400j/kg-k，大于或等于750j/kg-k且小于或等于1300j/kg-k，大于或等于800j/kg-k且小于或等于1250j/kg-k，或者大于或等于850j/kg-k且小于或等于1200j/kg-k。因此，如本文更详细描述的，过滤器122起到蓄热器的作用，以用于从在一个方向上流动通过过滤器122的空气吸收热能，并且在空气流动通过通道128并接触储存有热能的过滤器122的多孔壁130和侧壁132时，加热或冷却在相反的方向上流动通过过滤器122的空气。
50.在实施方式中，过滤器122是部分堵塞的蜂窝过滤器，这意味着在给定端面上，每隔一个通道128被堵塞。因此，通道128可以包括多个未堵塞的通道128a和多个堵塞的通道128b。图2例示了过滤器122的透视图，其中，一些通道128是未堵塞的通道128a(无阴影)并
且一些通道128是堵塞的通道128b(阴影)。应理解，在部分堵塞的蜂窝过滤器122中，在内部端面124上未被堵塞的通道128在外部端面126上被堵塞，并且在内部端面124上被堵塞的通道128在外部端面126上未被堵塞。
51.在使用中，周围空气可以进入过滤器122的内部端面124，行进通过在内部端面124处未被堵塞的通道128a，随着空气在堵塞的通道128b中到达外部端面126处的塞物时，导致压力累积。通道128b中的压力累积迫使周围空气穿过堵塞的通道128b的多孔壁130并且在外部端面126处进入未堵塞的通道128a。通过穿过堵塞的通道128b的多孔壁130并进入到未堵塞的通道128a，周围空气中的颗粒物质被捕获在多孔壁130中，从而过滤了周围空气。过滤后的空气离开未堵塞的通道128a。在实施方式中，过滤器122被构造成过滤穿过过滤器122的颗粒物质，所述过滤器122的直径大于或等于0.1微米且小于或等于10微米，例如，大于或等于1微米且小于或等于5微米，或者大于或等于2微米且小于或等于3微米。过滤器122可以在高过滤效率下操作，例如，epm1.0(过滤比1微米小的颗粒物质的效率)为约85％，epm2.5(过滤比2.5微米小的颗粒物质的效率)为约90％，以及epm10(过滤比10微米小的颗粒物质的效率)为约97％。每种颗粒物质尺寸的效率的％值被计算为由过滤器122过滤的颗粒物质的百分比。随着不断使用，过滤效率增加。因此，epm1.0在使用期限中的平均值大于90％，并且epm2.5在使用期限中的平均值大于95％。
52.通道128可以被称为孔道。可基于端面的面积来描述出现的孔道数目。例如，如果外部端面126的表面积为10平方英寸，则外部端面126共有100个孔道，过滤器122的孔道密度应为10个孔道/平方英寸(cpsi)。在实施方式中，过滤器122的孔道密度大于或等于20cpsi且小于或等于800cpsi，例如，大于或等于50cpsi且小于或等于70cpsi，大于或等于100cpsi且小于或等于600cpsi，或者大于或等于150cpsi且小于或等于300cpsi。
53.在一个或多个实施方式中，过滤器122的壁130和侧壁132具有壁厚度，其大于或等于2密耳且小于或等于14密耳，例如，大于或等于4密耳且小于或等于12密耳，大于或等于5密耳且小于或等于8密耳，或者大于或等于7密耳且小于或等于9密耳。
54.根据实施方式，过滤器122的壁130具有壁孔隙率，其大于或等于40％且小于或等于80％，例如，大于或等于50％且小于或等于70％，或者大于或等于55％且小于或等于65％。
55.根据实施方式，用于空气过滤设备100的过滤器122的通道数目和尺寸可以基于在空气过滤设备100上实现某压降所需的过滤表面积的所需量来确定。在实施方式中，过滤表面积大于或等于60m2且小于或等于1500m2，例如，大于或等于250m2且小于或等于1250m2，大于或等于500m2且小于或等于1000m2，或者大于或等于700m2且小于或等于800m2。
56.在实施方式中，过滤器122可以在多孔壁130和/或侧壁132的表面上包括膜或捕捉层，例如，氧化铝颗粒、玻璃粉末等，以提高过滤效率。应理解，向过滤器122的表面添加膜通过进一步限制通过过滤器122的气流而能够影响过滤器122上的压降。
57.当灰尘和颗粒物质积聚在陶瓷和/或玻璃陶瓷蜂窝过滤器122的表面上时，根据本文公开和所述的实施方式的陶瓷、玻璃和/或玻璃陶瓷过滤器122将具有增加的过滤效率。不囿于任何特定理论，认为随着灰尘和其他颗粒物质积聚在陶瓷和/或玻璃陶瓷过滤器122的表面上，灰尘和颗粒物质将填充或阻挡陶瓷和/或玻璃陶瓷过滤器122的多孔壁130的一部分孔，从而使过滤器效率增加。然而，在运行一段时间后，该增加的过滤器效率达到平稳
并且停止增加。此外，随着灰尘和其他颗粒物质积聚在陶瓷和/或玻璃陶瓷过滤器122的表面上，在陶瓷和/或玻璃陶瓷过滤器122上的压降增加。当陶瓷和/或玻璃陶瓷过滤器122上的压降是陶瓷和/或玻璃陶瓷过滤器122的初始压降的2至3倍时，计划清洁或再生陶瓷和/或玻璃陶瓷过滤器122。虽然时间安排可根据工艺参数而变化，但是清洁间隔时间可以是2个月或更长，3个月或更长，或者4个月或更长。另外，不同于许多hepa过滤器和静电过滤器，陶瓷、玻璃和玻璃陶瓷过滤器可以再生，这减少了垃圾填埋场中的废物量并降低了系统运行的长期成本。
58.根据实施方式，过滤器122可以包括帮助清洁被引入到过滤器122中的空气的其他元件。例如，可以将抗微生物，例如，铜、银、金、有机锡、卤化物、异噻唑、咪唑酮、季铵盐、聚合季铵盐等结合到过滤器122中以减少过滤后的空气中的微生物的数目。类似地，过滤器122可包含抗真菌剂，其可以减少过滤后的空气中存在的霉菌和真菌孢子的数目。
59.仍然参考图1，空气过滤设备100包括一个或多个风扇，其用于引导空气通过空气过滤设备100。在实施方式中，风扇134在过滤器122与主体112的内部端118之间提供。如图所示，风扇134包括多个叶片136，但是也设想了风扇134的其他实施方式，例如，无叶片的风扇。在实施方式中，风扇134与主体112和过滤器122同轴。风扇134可以第一操作模式和相对的第二操作模式操作，以控制通过空气过滤设备100的气流方向。当以第一操作模式操作时，风扇134通过主体112的外部端120将空气吸到空气过滤设备100中，并且使空气通过主体112的内部端118离开空气过滤设备100。当以第二操作模式操作时，风扇134通过主体112的内部端118将空气吸到空气过滤设备100中，并且使空气通过主体112的外部端120离开空气过滤设备100。过滤器122可以任何合适的方式可拆卸地固定于主体112的内表面114，举例来说，例如，焊接、紧固件、粘合剂、托架、法兰等。虽然未示出，但应理解，设想了其他实施方式，其中，风扇134位于过滤器122与主体112的外部端120之间，而不是过滤器122与主体112的内部端118之间。
60.通过主体112的内部端118或外部端120进入空气过滤设备100的空气的进口速度(或流动速率)可以大于或等于0.2米/秒(m/s)且小于或等于5m/s，例如，大于或等于1m/s且小于或等于4m/s，或者大于或等于2m/s且小于或等于3m/s。
61.空气过滤设备100可以包括控制单元138，其包括一个或多个能够执行机器可读和可执行指令的处理器，所述指令例如储存在与存储器可操作关联的非瞬时存储器中。所述一个或多个处理器中的每个处理器可以为控制器、集成电路、微芯片、计算机或任何其他计算装置。所述一个或多个处理器连接到通信路径，该通信路径在空气过滤设备100的各个模块之间提供信号互连。通信路径可以将任何数目的处理器彼此通信连接，并且允许连接到所述通信路径的模块在分布式计算环境中操作。具体地，每个模块可以用作可以发送和/或接收数据的节点。如本文所使用的，术语“通信连接”是指连接的部件能够彼此交换数据信号，例如，经由导电介质交换电信号，经由空气交换电磁信号，经由光波导交换光信号等。如图所示，控制单元通信连接到风扇134，使得控制单元138可以将信号发送给风扇134，以控制风扇134在第一操作模式和第二操作模式之间操作。
62.在实施方式中，控制单元138被构造成响应于从远程装置(例如，中央控制单元、移动装置、移动装置、远程计算机等)接收信号，使风扇134在第一操作模式与第二操作模式之间操作。在实施方式中，空气过滤设备100的控制单元138可以与第二空气过滤设备的控制
单元通信，第二空气过滤设备可以位于与空气过滤设备100不同的位置处，并且它们彼此组合操作以使空气在整个室104中更有效地循环。在实施方式中，控制单元138还可以接收来自传感器的信号，传感器未示出，其例如是温度传感器、湿度传感器等，以基于从传感器接收到的数据确定是以第一操作模式还是第二操作模式来操作风扇134。进一步地，控制单元138可以被构造成操作预定时间的风扇134，在预定的时段操作风扇134，或者响应于从本文所述的传感器接收到的后续信号来操作风扇134。
63.仍然参考图1，在实施方式中，空气过滤设备100包括预滤膜140，其位于过滤器122与主体112的外部端120之间并且在主体112的开放内部体积116内。在实施方式中，预滤膜140是金属筛网，其具有多个开口142以用于当空气以第一方向流动通过空气过滤设备100时，在其到达过滤器122之前先从从中通过的空气中去除物质。在实施方式中，形成预滤膜140的开口142以过滤直径大于10微米的颗粒物质。预滤膜140具有与主体112的内表面114的形状对应的形状。因此，在实施方式中，预滤膜140具有圆形截面，其直径略小于主体112的直径d，以使得预滤膜140可位于主体112的开放内部体积116内。但应理解，预滤膜140的直径足够地大，以使得流动通过空气过滤设备100的空气流动通过预滤膜140，而不在预滤膜140与主体112之间流动。在实施方式中，预滤膜140与主体112和过滤器122同轴。预滤膜140可以任何合适的方式可拆卸地固定于主体112的内表面114，举例来说，例如，焊接、紧固件、粘合剂等。
64.在使用中，如本文关于空气过滤设备100延伸通过室104的壁102所述，控制单元138接收指示风扇134以第一操作模式或第二操作模式操作的信号。虽然空气过滤设备100被描述成位于壁102内，但应理解，当被布置在任何其他位置或结构中时，空气过滤设备100的用途是相同的。当空气过滤设备100的风扇134以第一操作模式操作时，通过主体112的外部端120吸取空气，并且使空气以第一方向通过预滤膜140。预滤膜140过滤从中流过的空气，以去除较大的颗粒物质(例如昆虫)，并且防止较大的颗粒物质进一步进入到空气过滤设备100中。随后，空气流动通过过滤器122，从而以本文所述的方式滤除另外更小的颗粒物质，并且空气通过主体112的内部端118离开空气过滤设备100而进入室104。如本文所述，当空气流动通过过滤器122时，随着热能从过滤器122传递到空气，流动通过过滤器122的空气的温度升高或降低。
65.当风扇134以第二操作模式操作时，风扇134旋转，以通过主体112的内部端118从室104吸取空气并引导该空气以第二方向流动通过空气过滤设备100。空气流动通过过滤器122，以滤除来自室104并流向主体112的外部端120的空气中的颗粒物质。由于过滤器122的热容量，过滤器122吸收从中流动通过的空气的热能。如上所述，过滤器122的热容量大于或等于600j/kg-k且小于或等于1500j/kg-k，例如，大于或等于700j/kg-k且小于或等于1400j/kg-k，大于或等于750j/kg-k且小于或等于1300j/kg-k，大于或等于800j/kg-k且小于或等于1250j/kg-k，或者大于或等于850j/kg-k且小于或等于1200j/kg-k。因此，当空气以第二方向流动通过过滤器122时，基于从室104吸取并通过过滤器122的空气的温度，过滤器122的温度升高或降低。
66.因此，当风扇134的操作模式切换回第一操作模式，并且从外侧吸取空气并使其以第一方向通过过滤器122时，基于被过滤器122吸收的热能量，流动通过过滤器122的温度升高或降低。因此，过滤器122调整被引导向室104的空气的温度，以使得空气温度更接近已经
在室104中的空气温度。这减少了通过其他器具(例如空调单元或加热器)来维持室104内的空气的温度所需的通量。
67.作为非限制性实例，当室104内的空气温度低于室104之外的空气温度时，过滤器122的温度通过吸收离开室104的空气的热能而降低。随后，当风扇134用于将空气引导到室104中时，流动通过过滤器122并进入到室104中的空气被过滤器122冷却。在另一个非限制性实例中，当室104内的空气温度高于室104之外的空气温度时，过滤器122的温度通过吸收离开室104的空气的热能而升高。随后，当风扇134用于将空气引导到室104中时，流动通过过滤器122并进入到室104中的空气被过滤器122加热。应理解，在任何一种情况中，过滤器122调整进入室104的空气的温度，以使得流到室104中的空气温度更接近已经在室104中的空气温度。这减少了随着空气从外侧流动到室104中时，室104内的空气温度的任何变化。
68.如上所述，空气过滤设备100可以从远程装置接收操作信号，所述远程装置例如中央控制单元、移动装置、远程计算机、第二空气过滤设备等。作为非限制性实例，空气过滤设备100可以与第二空气过滤设备结合操作，以将空气从室104的一侧引导向室的相反侧。具体地，空气过滤设备100可以引导空气以第一方向流动通过空气过滤设备100并且进入到室104中，同时，第二空气过滤设备引导空气以第二方向流动通过第二空气过滤设备并且离开室104。
69.现在参考图3，该图示出了空气过滤设备100a的一个实施方式。所例示的空气过滤设备100a类似于本文所述的空气过滤设备100，因此，相似零件将用相似的附图标记指代。空气过滤设备100a与本文所述的空气过滤设备100的不同之处在于其包括与主体112和过滤器122同轴定位的第一风扇134a和第二风扇134b。该构造允许，但非必需每个风扇以专有方向操作，而不是图1的风扇134那样用于以两种不同方向交替引导气流。应理解，除了第一风扇134a和第二风扇134b仅采用单一操作模式之外，空气过滤设备100a的第一风扇134a和第二风扇134b的结构与空气过滤设备100的风扇134的结构相同。
70.第一风扇134a在主体112的内部端118与过滤器122之间并且位于壳体110的主体112内。第二风扇134b在主体112的外部端120与过滤器122之间并且位于壳体110的主体112内。如图所示，控制单元138通信连接到第一风扇134a和第二风扇134b。第一风扇134a和第二风扇134b通过控制单元138各自独立操作以在相反的方向上引导空气。例如，在实施方式中，当通过控制单元138操作第一风扇134a时，第一风扇134a从主体112的外部端120吸取空气并且使空气通过主体112的内部端118离开空气过滤设备100a。在该实施方式中，当通过控制单元138操作第二风扇134b时，第二风扇134b从主体112的内部端120吸取空气并且使空气通过主体112的外部端120离开空气过滤设备100a。替代性地，应理解，第一风扇134a可以用于从主体112的内部端118吸取空气并且引导空气通过主体112的外部端120离开空气过滤设备100a，而第二风扇134b可以用于从主体112的外部端120吸取空气并且引导空气通过主体112的内部端118离开空气过滤设备100a。
71.在使用中，控制单元138接收应将空气输送到室104中(图1)还是将空气吸出室104的信号。响应于控制单元138接收信号，第一风扇134a或第二风扇134b中的任一者被启动以引导空气以对应的方向通过空气过滤设备100a。应理解，在该实施方式中，过滤器122以相同的方式起作用，从而从以第二方向离开室104的空气中吸收热能，并且调节以第一方向流到室104中的空气温度。
72.现在参考图4，该图示出了空气过滤设备100b的一个实施方式。所例示的空气过滤设备100b类似于本文所述的空气过滤设备100、100a，因此，相似零件将用相似的附图标记指代。
73.空气过滤设备100b包括第一风扇134a和第二风扇134b，并且还包括湿度控制模块144。但应理解，在一些实施方式中，空气过滤设备100b可以像空气过滤设备100中那样包括单个风扇。在实施方式中，湿度控制模块144位于主体112内，并且可以在过滤器122与主体112的外部端120之间提供，或者替代性地，在过滤器122与主体112的内部端118之间提供。如图所示，湿度控制模块144位于过滤器122与预滤膜140之间，所述预滤膜140在主体112的外部端120附近。进一步地，在包括第一风扇134a和第二风扇134b的实施方式中，可以在预滤膜140与第二风扇134b之间提供湿度控制模块144。
74.湿度控制模块144具有与主体112的内表面114的形状匹配的外周界146。因此，当主体112具有圆形截面时，如本文所示，湿度控制模块144也具有圆形截面，以使得流动通过壳体110的主体112的空气穿过湿度控制模块而不在湿度控制模块144与主体112之间穿过。湿度控制模块144可以任何合适的方式安装于主体112的内表面114并与之同轴，举例来说，例如，使用紧固件，使用粘合剂等。为了接近主体112内的湿度控制模块144，可以拆下预滤膜140。
75.在实施方式中，湿度控制模块144可以包括水分吸收元件148，以用于从穿过湿度控制模块144的空气中吸收水分(湿气)，由此降低空气湿度。水分吸收元件148可以由任何合适的材料形成，例如氯化钙、硅胶等。因此，当空气以第一方向流动通过湿度控制模块144的水分吸收元件148时，水分被从空气中吸除，从而在空气流动离开空气过滤设备100b并进入室104之前，降低空气的湿度。应理解，可能需要更换湿度控制模块144，或者替代地，排掉积聚在水分吸收元件148内并且从穿过其的空气中吸取的水分。如本文所述，通过拆下预滤膜140，可以接近湿度控制模块144。
76.在其他实施方式中，湿度控制模块144可以包括翅片式冷凝管，例如，在制冷装置中常用的那些，因此，在本文中不详细描述。冷凝管的翅片可以包含任何合适的材料，例如氧化铝、铜等。翅片式冷凝管可以通信连接到控制单元138和电源，并且用于增加或减小流动通过空气过滤设备100b的湿度。
77.仍然参考图4，空气过滤设备100b可以包括压力差传感器150，以用于检测过滤器122的内部端面124与过滤器122的外部端面126之间的压力差。虽然压力差传感器150在本文中被描绘成在空气过滤设备100b中，但应理解，也可以在空气过滤设备100、100a中提供压力差传感器150。通过检测内部端面124与外部端面126之间的压力差，可以确定过滤器122被充分堵塞并且应当被更换或清洁以去除已经累积的颗粒物质。在实施方式中，压力差传感器150包括位于过滤器122的内部端面124处的第一压力传感器152和位于过滤器122的外部端面126处的第二压力传感器154。因此，第一压力传感器152检测过滤器122的内部端面124处的空气压力，而第二压力传感器154检测过滤器122的外部端面126处的空气压力。压力差传感器150确定这两种空气压力之间的差异或压力差。压力差传感器150通信连接到电源(或者包括内电源)和控制单元138，以使得控制单元138可以接收来自压力差传感器150的压力差，从而确定压力差是否超过了压力阈值。可以将压力阈值预设或储存在控制单元138中，例如，与控制单元操作性关联的存储器中。在一些实施方式中，可以基于操作人员
的偏好，由操作人员手动改变压力阈值。在其他实施方式中，压力阈值可以检测在空气过滤设备100b内的过滤器122，并且基于过滤器122的特性，例如，尺寸、形状、材料等，自动调整压力阈值。
78.当过滤器122上的压力差超过压力阈值时，控制单元138可以启动警报，以通知用户应更换或清洁过滤器122。警报可以传输到用户装置，例如移动装置或中央操作单元。警报可以是声音警报和/或视觉警报。在实施方式中，空气过滤设备100可以包括警报装置156，其通信连接到控制单元138以接收提供警报的指令。如图所示，警报装置156被包含在压力差传感器150上，其位于空气过滤设备100b的主体112的外部上。因此，当启动警报时，将可识别视觉警报，例如闪烁光或实体光(solid light)。然而，在其他实施方式中，可以在空气过滤设备100b上的任何其他合适位置处提供警报装置156，或者在与空气过滤设备100b分离，但仍通信连接到控制单元138的任何其他合适位置处提供警报装置156。
79.如本文所述，过滤器122可以由特定材料形成并且/或者具有特定的几何结构，以使得过滤器122可以从穿过其的空气中吸收热量。由此，基于过滤器122的温度——其通过吸收先前从室104(图1)吸出的空气中的热量来得到调整，过滤器122可以被动加热或冷却流到室104中的空气。替代性地，在一些实施方式中，可以使用加热装置158主动加热过滤器122。加热装置158可以是挠性的，例如，ptc加热器、线式加热器、卡普顿(kapton)rs加热器等。加热装置158可以在过滤器122的侧壁132上，并且通信连接到电源和以及控制加热装置158的操作的控制单元138。加热装置158被定位成外接并热耦合到侧壁132的与通道128相背的外表面。通过将加热装置158定位在过滤器122的侧壁132上，过滤器122的侧壁132可以从加热装置158吸收热能，并且通过限定通道128的过滤器122的壁130传递热能。加热装置158可以沿着过滤器122的整个长度或者其任何部分延伸。在实施方式中，可以沿着主体112的侧壁132提供多个互连的加热装置158。虽然加热装置158在本文中被描绘成在空气过滤设备100b中，但应理解，也可以在空气过滤设备100、100a中提供加热装置158。
80.仍然参考图4，空气过滤设备100b可以包括降噪模块160。虽然降噪模块160在本文中被描绘成在空气过滤设备100b中，但应理解，也可以在空气过滤设备100、100a中提供降噪模块160。在第一风扇134a与主体112的内部端118之间提供降噪模块160，以减少来自第一风扇134a的噪声散到室104中。在实施方式中，降噪模块160具有与主体112的内表面114匹配的外周界162。因此，当主体112具有圆形截面时，如本文所示，降噪模块160也具有圆形截面，以使得流动通过壳体110的主体112的空气穿过降噪模块160而不在降噪模块160与主体112之间穿过。降噪模块160可以任何合适的方式安装在主体112内并与之同轴，举例来说，例如，使用紧固件，使用粘合剂等。在实施方式中，降噪模块160可以包括隔音材料，例如，棉、聚酯、玻璃棉、岩棉、矿物棉、天然纤维或其任何组合。因此，当第一风扇134a用于引导空气以第一方向通过空气过滤设备100b时，空气穿过通道128和噪声隔离材料，以减少由第一风扇134a产生并被引导到室104中的声音量。
81.参考图5，该图例示了降噪模块160a的一个实施方式，其可以用于本文例示的空气过滤设备100、100a、100b中的任何一个实施方式。然而，本文将参考空气过滤设备100b来描述降噪模块160a。降噪模块160a包括在某方向上堆叠的多个金属片164，所述方向横向于空气流动通过空气过滤设备100b的方向(如箭头所示)。金属片164可以由钢、不锈钢、镀锌钢等形成。如图所示，多个金属片164彼此间隔以限定通道166，所述通道166在主体112内在纵
向方向上延伸。金属片164可以是水平平面形状。每个金属片164可以以本文所述的任何合适方式独立地安装于主体112的内表面114。每个金属片164具有形成于其中的多个孔168。孔168填充有噪声隔离材料170，以吸收通过金属片164之间的通道166传输的噪声。噪声隔离材料170可以包括棉纤维、聚酯纤维、玻璃棉、岩棉、矿物棉、天然纤维或其任何组合。在实施方式中，噪声隔离材料170位于每个金属片164的孔168内，并且使用粘合剂、超声焊接等固定在其中。因此，当第一风扇134a用于引导空气以第一方向通过主体112时，空气穿过通道166并穿越噪声隔离材料170，以减少由第一风扇134a产生，在室104中所接收到的声音量。
82.现在参考图6，该图例示了降噪模块160b的另一个实施方式，其可以用于本文例示的空气过滤设备100、100a、100b中的任何一个实施方式。然而，本文将参考空气过滤设备100b来描述模块160b。降噪模块160b包括多个金属片172，其中，至少一些金属片172被涂层174包裹。金属片172可以由钢、不锈钢、镀锌钢等形成。金属片172在某方向上堆叠，所述方向横向于空气流动通过空气过滤设备100b的主体112的方向(如箭头所示)。如图所示，多个金属片172彼此间隔以限定在纵向方向上延伸的通道176。每个金属片172可以以本文所述的任何合适方式独立地安装于主体112的内表面114。
83.每个金属片172包括第一端部178，第二端部180，以及在第一端部178与第二端部180之间延伸的中间部182。在实施方式中，所述多个金属片172中的一个金属片172是限定了降噪模块160b的纵轴的中心片184，当位于主体112中时，降噪模块160b的纵轴沿着主体112的纵轴a延伸。因此，中心片184具有水平平面形状。如图所示，剩余的金属片172弯曲，以通过相对于第一端部178和第二端部180，使金属片172的中间部182与中心片184(即，降噪模块160b的纵轴)间隔开，来引导空气远离中心片184流动。至少一些金属片172被涂层174单独地包围。在实施方式中，每个金属片172均被涂层174单独地包裹。涂层174包括噪声隔离材料170，以吸收通过金属片172之间的通道176传输的噪声。噪声隔离材料170可以包括多孔泡沫材料，包括棉纤维、聚酯纤维、玻璃棉、岩棉、矿物棉、天然纤维或其任何组合。因此，当第一风扇134a用于引导空气以第一方向通过主体112时，空气穿过通道176并穿越噪声隔离材料，以减少由第一风扇134a产生，在室104中所接收到的声音。
84.根据上述，应理解，本文限定了用于过滤流入或流出结构的室的空气或者在两个不同区域之间流动的空气的空气过滤设备和方法。提供了所述空气过滤设备，并且其包括壳体；在壳体内提供的过滤器；位于壳体内的预滤膜，其用于滤除从结构的外侧流向过滤器的空气中的物质；以及一个或多个风扇，其位于壳体内以控制通过壳体的气流方向。过滤器的比热容允许过滤器用于调整流动通过空气过滤设备，尤其是流到结构中的空气的温度，由此降低对空气流到其中的室进行加热或冷却的成本。
85.对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在覆盖本文所述的各个实施方式的修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求书及其等同内容的范围之内。