许多传统的住宅供暖和冷却系统包括一次性使用的过滤器。这些 过滤器包括框架、纤维过滤材料和支撑过滤材料的滤网等等。在使用 期间，这些过滤器变脏或被阻塞，必须更换。这通过用新的过滤器更 换整个过滤器组件和丢弃旧的过滤器来完成。根据过滤器的用途，一 年可能需要更换几次。因为即使仅仅是过滤材料不能再起作用，框架 和网也随组件一起丢弃了，所以，这样的过滤器存在不必要的浪费和 成本。另外，因为这些过滤器相当笨重，需要时经常购买它们，而不 是库存中保持较大供应。由于购买新的过滤器并不总是方便的，所以 更换可以被延迟，导致系统性能的降低。
传统的过滤器典型地由软的、弱的柔性材料形成，这种材料缺乏 足够的结构完整性来抵抗外力。结果，当打褶时，这样的过滤器展开 后不能很好回复，折叠后不能很好展开。另外，这样的过滤器不能展 开成均一的褶层间隔。因此，如果一个人企图将这样的褶状过滤器安 装在具有用来与褶层相配合、从而维持等间隔并为过滤器提供附加支 撑的肋骨的框架中时，很难将过滤器的褶层与肋骨相配合。所以，这 样的过滤器必须包括辅助的支撑结构，以确保安装处理期间褶层的均 一间隔。然而，这样的支撑结构增加了过滤器的材料成本和制造成本。
带有框架和可拆卸的过滤元件的过滤器组件在现有技术中是公知 的。例如，美国专利No.6,033,453(Weddell，III)披露了一种用于支撑 和保持伸开的、可更换的褶状介质滤芯的可重复使用的框架支架。该 框架包括在一对横向角之间延伸的一对纵向角，所述横向角带有平的 展开金属支撑或增强系统。

但是，上述的过滤器组件具有一定的限制和缺陷。所以，需要一 种过滤器组件，包括框架和自间隔的褶状空气滤芯而不包括辅助的支 撑结构，所述滤芯可以容易地展开以安装在可重复使用的过滤框架中， 由此，过滤器展开时具有均一的间隔和所希望的交叉网的稳定性。
所以，所希望的是，提供一种过滤器组件，包括框架和自间隔的、 可逆折叠和展开的褶状空气过滤器，所述过滤器组件不包括辅助的支 撑结构，当展开和插入可重复使用的过滤框架中时，过滤器组件具有 均一的间隔和交叉网的稳定性，以及可以折叠，以用于紧凑运输、存 储和处理。
本发明提供一种过滤器组件，其包括可重复使用的过滤框架和褶 状的、可逆展开的、自间隔的过滤器，所述过滤器可拆卸地布置在过 滤框架中，所述过滤器包括具有多个褶层的过滤介质，各褶层包括折 叠线，限定出褶顶和一对相邻的面板。
在一个实施例中，过滤框架包括基体和可动地连接于基体的盖。 基体和盖包括铰接地连接在一起的相应的第一侧边缘和第二侧边缘。 基体和盖的第一侧边缘可在关闭位置和打开位置之间移动，在关闭位 置，第一侧边缘接合在一起，以封闭框架中的过滤器，在打开位置， 第一侧边缘移开，以允许过滤器插入框架内。
在一个具体实施例中，基体包括多个对应于过滤介质上的褶层的 横向肋骨，其与过滤介质上的褶层啮合在一起。在一个实施例中，肋 骨是等间距的。
在本发明的另一个方面，基体可包括至少一个纵向导轨，所述纵 向导轨包括对应于各肋骨区域的过滤器褶层的形状的间隔部分。在一 个实施例中，纵向导轨和肋骨设置成单一的格子状结构的形式。
在另一个方面，框架包括用来保持框架中的过滤器的端部的固定 机构。固定机构可包括在基体上的突起，所述突起与盖上的相应的孔 相配合。
在一具体实施例中，过滤器组件包括过滤框架和可更换的自间隔 过滤器，所述过滤框架包括具有多个横向间隔的肋骨的基体和可动地 连接于基体的盖，所述自间隔过滤器可动地布置在过滤框架中，其具 有多个适合与肋骨啮合的褶层。在另外的一个方面，过滤介质的一个 表面中的褶层开口的数目相当于肋骨的数目，过滤器可以被展开，放 入过滤框架中，以致使褶层开口与肋骨相啮合。
在另一个方面，本发明提供一种用于住宅HVAC系统的空气过滤 器组件，其包括可更换的、自间隔的、褶状的滤芯，所述滤芯可以容 易地安装在可重复使用的过滤框架中，不需要在其他情况下连接于滤 芯的辅助的间隔结构的帮助。所述滤芯包括可逆折叠和展开的过滤介 质，所述过滤介质包括多个褶层，各褶层由折叠线限定，折叠线限定 了褶顶和一对相邻的面板。当过滤器展开至过滤框架的长度时，过滤 器处于张力下，当过滤器展开至大于过滤框架的长度时，过滤器具有 弹簧的性质，表现为某种程度的弹性回复。
在另一个方面，本发明提供一种过滤器组件，其包括可更换的、 自间隔的、褶状的滤芯，所述滤芯包括可逆折叠和展开的过滤介质， 所述过滤介质包括多个褶层，各褶层包括限定褶顶和一对相邻的面板 的折叠线，其中，过滤器具有完全展开的长度，其中当滤芯展开至大 于完全展开长度的80％时，滤芯将处于张力下，这样，当滤芯被释放时， 滤芯能够回复到小于完全展开长度的长度。
在另一个方面，当滤芯竖直布置并展开至其完全展开长度以及释 放时，滤芯回复到不大于完全展开长度的80％的长度。在另一个方面， 当滤芯折叠至其完全折叠长度、随后允许自由展开时，滤芯展开至大 于完全折叠长度的400％的长度。
在一个具体方面，过滤器是一种用于住宅HVAC系统的空气过滤 器，其由热塑性聚合物、如聚丙烯形成的纤维非纺织介质构成。在另 一个方面，过滤器褶层通过热定形形成。在其他方面，过滤介质可以 具有一个或多个下列特征：50-80克/平方米(g/m2)的基本重量，690-1024 立方英尺/分(cfm)的渗透率，以及0.5-0.63毫米(mm)的厚度。在又 一个方面，框架包括沿介质的相对的第一端部和第二端部设置的连接 元件，便于使过滤器固定到框架上。
本发明各个方面的优点包括：消除了辅助的间隔结构，从而降低 了材料成本，简化了制造工艺；提供了一个过滤器，当其展开至装入 的过滤框架的长度的时候，过滤器处于张力下，具有弹簧的性质，从 而允许容易地调节过滤器的长度，以与框架的长度相配合，并且允许 褶层与在框架中设置的相应的肋骨对齐；以及提供了褶状过滤器，其 均一地和均匀地展开，具有充分的交叉网稳定性，以防止安装过程期 间在交叉网(即，横向)方向上对过滤器进行折叠，从而改善滤芯在 框架中的把持和安装。

参考附图，将进一步描述本发明，其中：
图1是依照本发明的带有可更换的滤芯的可重复使用的过滤框架 的透视图；
图2是图1的2-2线的剖面图；
图3是图1的3-3线的剖面图；
图4是安装在关闭的过滤框架中的过滤器的透视图；
图5是图4的5-5线的剖面图；
图6是部分展开情况下的过滤器的透视图；
图7是图6的7-7线的剖面图；
图8是完全展开情况下的过滤器的侧剖面图；和
图9是完全折叠情况下的过滤器的侧剖面图。

现在参考附图，其中相同的附图标记表示贯穿几个视图中的相同 或相应的部件，图1-5显示了用于可拆卸的、自间隔的、褶状过滤器8 的可重复使用的过滤框架2，所述过滤框架2包括基体4和可选择的盖6， 所述过滤器6具有适当的尺寸和结构，以装配到基体4中。做为选择， 基体4和盖6的功能也可以反过来，这样，过滤器8布置在盖6中，基体4 用盖6封闭。过滤框架2具有基本上平的长方形构造，尤其适用于住宅 空调系统的空气管道或锅炉中。
过滤器8通常包括具有多个褶层12的过滤介质10。在下文参考图 6-9将更全面地描述过滤器8。
基体4和盖6分别包括外周结构4a、6a，所述外周结构4a、6a分别 具有相应的第一端部16、18和第二端部20、22以及第一侧24、26和第 二侧28、30。多个等间距的横向肋骨32从基体4的第一侧24延伸到基体 4的第二侧28，并与展开的褶层12啮合，以提供对过滤介质10的附加支 撑，维持安装后及使用期间的褶层12的均一的间隔。为了提供各褶层 12的完全和均一的间隔，最好是，肋骨32连续跨过基体4的整个宽度， 而不是模制工序的一部分所需要的间断性，且肋骨具有均一的高度。 另外，肋骨32的数目最好对应于过滤器8的下游侧上的褶层12的数目， 这样，一个肋骨32布置在下游的各褶层开口上。肋骨32可以与基体4的 外周结构4a模制在一起，或者设置成连接于基体4的外周结构4a的电线、 销钉或其他元件。
基体4也可选择地包括从第一端部16延伸至第二端部20的多个纵 向导轨34，所述纵向导轨34与横向肋骨32结合，形成格子状结构。肋 骨32和导轨34可以形成为分开的结构，也可以形成为一体结构。所示 的导轨34带有可选择的三角形形状的间隔部分34a(图2)，所述间隔部 分34a大致与过滤器褶层12的轮廓一致，从而保持褶层12的间隔结构。 各间隔部分34a包括沿导轨34的基体36和邻近相应的肋骨32的顶37(图 5)。肋骨32和导轨34最好由合成塑性材料、例如ABS(丙烯腈-丁二烯 -苯乙烯)或HIPS(耐冲击性聚苯乙烯)形成，但也可以由其他传统材 料、例如金属线或平的金属翅片形成。
盖6包括允许空气从框架2流至过滤器8的中心开口38，以便能够从 空气流中除掉污染物。盖6接合基体4的外周，以使过滤器8固定地保持 在框架2中，并防止空气在过滤器8周围流动。基体4和盖6沿它们各自 的相连的第二侧28、30通过柔性带形式的铰接元件40(图4)枢转连接 在一起。这样，框架2可在打开状态(图1)和关闭状态(图4)之间移 动，在打开状态，基体4和盖6各自的第一侧边缘24、26移开，以允许 过滤器8安装到框架2中，或者从框架2中拆卸，在关闭状态，基体4和 盖6各自的第一侧边缘24、26接合在一起，以将过滤器8封闭在框架2中。 可以认为，任何传统的铰接都可以用来将基体4与盖6连接在一起。或 者，框架2可以具有单件的单一构造，其中，基体4和盖6通过活动的铰 链连接在一起，单件的单一构造例如通过注入成型形成。应当认为， 基体4和盖6也可以形成分开的两个件，它们咬合在一起，或者互锁在 一起。
可选择设置一对锁扣42(图4)，以将框架2保持在其关闭状态， 每个锁扣42包括柔性的悬臂棒元件44(图1)，所述悬臂棒元件44配合 在定位突起46(图1)上。也可以使用其他传统的闭合或机械紧固件， 例如钩环、弹性带、锁等等。
盖6也可选择包括类似于在基体4上设置的横向和/或纵向支撑棒 (未显示)，其用来进一步使过滤介质10保持在框架中。在框架无意 中相反插入空气管道中的情况下，这样的支撑棒可防止过滤介质10从 框架鼓出来。当相反插入时，由于褶层没有被肋骨32支撑，因而使用 时趋向折叠，所以过滤器不会正常工作，但是，过滤介质将保持在框 架2中，以避免对系统的任何破坏。
为保证框架2正确地安装在空气管道6中，即盖6在上游，基体4在 下游，以便空气依次通过盖6、过滤器8和基体4，在框架2上设置一可 视指示器47，其显示框架相对于空气流的正确的方向。可以设置另外 的指示，以保证框架正确地定向在空气管道中。
在基体4的第一端部16和第二端部20上设置的突起48起固定机构 的作用，以便当过滤器8安装在框架2中时，使过滤器8连接在框架2中。 各突起48接合包括在盖6的第一端部18和第二端部22上的定位孔50。其 他的适当的固定机构包括胶粘剂、钩环紧固件、夹子、夹钳、扣环、 挂钩等等。做为选择，过滤器8可通过过滤器的端部简单地搭扣 (capturing)或捏紧在基体4和盖6之间以固定在框架2上。
框架2通常用作在例如锅炉、回风管道窗口空调机组或炉灶罩中使 用的住宅空气过滤器的框架。因此，框架2的深度或厚度通常为1/2英寸 到5英寸，优先在3/4英寸到11/4英寸之间，最好为大约1英寸厚。框架2 的高度通常在5英寸和24英寸之间，优选在10英寸和20英寸之间。框架 2的宽度通常在10英寸和40英寸之间，优选在20英寸和30英寸之间。
为了便于框架2在空气管道上的安装和拆卸，在基体4的端部16、 20和盖6的侧面26上设置有缺口52。缺口沿框架的外周提供了一个窄的 抓握区域，在安装和拆卸处理期间，使用者可以容易地抓住该抓握区 域。
现在参考图6-9，图中更加详细地显示了适合于放置在过滤框架2 中的可更换的、自间隔的褶状过滤器8。″自间隔″通常指的是，在没有 辅助的间隔结构的帮助下，滤芯8在具有等间隔的横向肋骨32的框架2 中容易地展开和布置的能力。在某些方面，它还指过滤器均一地展开 的能力或过滤器从完全折叠状态展开的趋向性。褶层的均一间隔指的 是，褶层以基本上均匀的方式展开，相邻的褶层顶之间的距离在展开 的过滤器的整个长度上基本上相等和恒定。在本发明的另一个方面，″ 自间隔″指的是，当允许自由展开时，褶状过滤器可展开至它的完全折 叠长度的至少500％。
过滤器8包括可逆展开和折叠的褶状过滤介质10，所述过滤介质10 具有进口面54和出口面56。过滤器可以由自支撑介质构成，所述自支 撑介质允许过滤器与不包括肋骨32的过滤框架一起使用。可逆展开和 折叠的构造允许过滤器8折叠成紧凑形式，以运输和存储，以及允许过 滤器8展开至适当长度，以放置和连接在框架2上。该构造也确保可靠 的、均一的网下间隔和交叉网稳定性，这有助于过滤器8的把持和安装。
介质10包括多个褶层12，各褶层12包括限定褶顶62和一对相邻的 面板64的折叠线60。连续褶顶62之间的间距66依赖于过滤器的尺寸， 但通常的范围在大约2毫米到大约40毫米之间。然而，对于大多数的应 用来说，连续褶顶62之间的间距66优选为至少5毫米，最好为至少8毫 米。过滤器10的褶层深度和厚度通常为大约1厘米到大约10厘米(0.4 英寸到4英寸)。对于HVAC应用来说，过滤器10的长度和宽度通常为 30.5厘米×30.5厘米(12英寸×12英寸)到大约50.8厘米×76.2厘米(20 英寸×30英寸)。
沿平行于折叠线60的过滤器8的相对的两端部72、74，可选择设置 细长的连接元件70。连接元件70具有的硬度最好大于过滤介质10的硬 度。连接元件70为过滤器8的两端部72、74提供了增强的硬度，从而， 改善了过滤器8的可把持性，允许过滤器8更加容易地和均一地展开。 另外，连接元件70为两端部72、74提供了增加的强度和刚度，这样， 过滤器8可以快速地和容易地连接于框架2的基体4。
在连接元件70上可选择地设置有与突起48(图1)相配合的孔76， 用于将过滤器8连接到基体4上，并且，当过滤器8放置在基体4中时， 使过滤器8维持在展开状态。为保证安装期间过滤器8在框架2中正确地 定向，孔76和相应的突起48可以设置成不对称的形式，允许过滤器8仅 在一个方向连接到框架2上。也可以采用其他的用于将过滤器8连接到 框架2的传统装置，例如使连接元件70捏紧在基体4和盖6之间、钩环紧 固件、胶粘剂、夹子、夹钳等等。连接元件70可由任何适当的材料形 成，包括金属箔、纸板、卡片板、刨花板、包括塑性薄膜的合成塑料， 或者由多层折叠和层压在一起的过滤介质形成。
用于构造滤芯8的过滤介质10相对较硬，最好可自支撑，且也可以 带有静电。″自支撑″指的是，当受到空气流的影响时，介质通常维持它 的形状。因此，介质是否自支撑，取决于介质本身的物理性能、介质 的几何形状或构造以及介质在最终的具体应用中所处的环境。
一般来说，对于宽度为2英寸、长度为1.5英寸的样本尺寸，具有 大于50毫克的Gurley硬度的介质，更具体地说，对于这样的样本尺寸、 具有大于100毫克的Gurley硬度的介质，用于典型的住宅应用时是自支 撑的。对于硬度值小于这个值的的介质，介质是否自支撑取决于介质 的构造和最终应用。如果介质是自支撑的，不需要支撑肋骨32(图1和 图2)，因为当经受空气流时，介质能够维持它的形状。然而，即使过 滤介质是自支撑的，最好设置支撑肋骨32来改善过滤器的稳定性和综 合性能。
依照褶状滤芯8的特征，当它展开至框架2的长度时，滤芯8处于张 力下。也就是说，褶状结构将倾向于将褶层聚集在一起，从而使得过 滤器回复到较短的长度。依照本发明的另一个方面，当滤芯8展开至大 于其完全展开长度(如图8所示)的80％时，滤芯8将处于张力下，这样， 当滤芯被释放并允许回复到它的平衡长度时，过滤器将回复到小于它 的完全展开长度的长度，优先回复到小于框架2的长度的长度。
如图8所示，滤芯的完全展开长度是当滤芯8展开以致褶层基本上 共面以及滤芯呈现基本上平板形式时产生的长度。企图将滤芯8展开至 超过它的完全展开长度将会使过滤介质10本身处于张力下，最终会导 致介质撕破或破裂。
因此，当滤芯8展开至大于过滤框架2的长度时，滤芯8将呈现某种 程度的弹性回复性，将倾向于弹回小于过滤框架2的长度。也就是说， 滤芯8具有弱弹簧的性质。滤芯8的构造也允许它均匀地和均一地展开。 另外，滤芯8具有充分的交叉网稳定性，以防止滤芯8横向折叠。通过 允许使用者轻轻地分开或合并滤芯8的端部以与框架2的长度相配合， 以及如果设有间隔肋骨32，通过允许使用者将褶层装载到框架的间隔 肋骨32中，这些特征有利于将滤芯8安装到框架2内。
在另一个方面，当滤芯8竖直布置并展开至其完全展开长度并释放 时，滤芯8回复到不大于完全展开长度的80％的长度。当滤芯8折叠至其 完全折叠长度(如图9所示)、随后允许自由展开时，滤芯8将展开至 大于完全折叠长度的400％的长度。在它完全折叠的情况下，滤芯8的相 邻褶层处于面对面地完全接触和重叠的关系。
用于滤芯8所选择的具体的过滤介质对本发明来说是无关紧要的， 只要它可以用来制造打褶时具有所希望的特征的滤芯即可。滤芯8可以 由例如由热塑材料或热固材料、比如聚丙烯、线型聚乙烯和聚氯乙烯 形成的非纺织纤维介质构成。滤芯8通常具有50-80g/m2的基本重量， 57-58lbs(253-423N)的抗拉强度，大于60％的拉伸长度，0.5-0.6mm 的厚度，大于212微米的孔径。另外，为了生产具有所希望的弹性的褶 状过滤器，褶层可通过热定形形成。已发现，热定形能够增加滤芯8的 褶状结构的张力和紧固性，这是使用某种介质时所希望的。
例如，可以利用BBS Melfab 80介质来构成合适的滤芯8，BBS Melfab 80介质是一种可以从英国Gwent Terram有限公司获得的纤维聚 丙烯非纺织介质。可通过打褶Melfab 80介质，然后使褶层热定形来制 造滤芯8。通过热定形形成褶层可利用Rabofsky褶裥机在200的热定形 压盘温度下来完成。通过热定形在该介质上形成褶层，由此制造的滤 芯具有所希望的特征。也就是说，滤芯8是自间隔的，并具有所希望的 弹性，这样，当滤芯8展开至过滤框架2的长度时，滤芯8处于张力下。 因此，当滤芯8展开至大于过滤框架2的长度时，滤芯8呈现弹性回复性， 因而倾向于弹回至小于过滤框架2的长度。
Melfab 80是由聚丙烯纤维形成的非纺织纤维介质。该介质具有大 约0.63mm的厚度，80g/m2的基本重量和690cfm的渗透率。褶状滤芯在 300fpm的表面速度下具有0.13″W.G.的压降，在500fpm的表面速度下 具有0.28W.G.的压降。
为使过滤器8安装到框架2中，将框架2放在表面上，使基体4在盖6 的下方。然后，如图1所示，通过释放锁扣44并向上远离基体4枢转盖6， 打开框架2。然后，通过抓住连接元件70并分开它们将过滤器8展开， 这样使褶层间隔开。接着，将过滤器8放入基体4中，使褶层12啮合在 肋骨32之间。然后，连接元件70上的孔76放在突起48上，以将过滤器8 连接到基体4上。然后，关闭盖6，将过滤器8保持在适当位置，锁扣44 再次连接，将盖和基体4锁定在一起。这样构造的介质10由背部支撑， 当更换过滤器8时，这允许介质的脏侧面朝上，从而不会弄得太脏乱。 通过颠倒上述步骤，从框架2上拆卸过滤器8。
可以认为，过滤器8也可以连接于盖6，而不是连接于基体4。这样， 当框架2关闭时，肋骨32移入褶层12中。但是，很少希望这样，因为可 能需要调节褶层，以使之适当地与肋骨32套叠在一起，而且，在更换 期间，放置脏的过滤器会使脏侧面向下。这随之引起不希望的脏乱。
显而易见，对本领域的普通技术人员来说，在没有脱离上述的发 明构思的情况下，可以进行各种各样的改变和修改。因此，本发明的 范围不局限于在本申请所描述的结构，其仅仅由权利要求书的语句所 描述的结构以及那些结构的等同物来限定。