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空气过滤单元的工作原理

ULS空气过滤系统系列在使用激光进行材料加工的过程中将被污染空气排出激光系统并滤除副产物（颗粒物和烟羽）。

UAC 4000空气过滤系统前视图

UAC 2000和UAC 4000均使用一个四阶段过滤系统（预过滤器、HEPA过滤器及双重活性炭过滤器），以便有效地滤除废气中的副产物。通过传感器监测每个阶段，并在过滤介质需要更换时提示用户。独特的双重活性炭过滤级通过完全耗尽活性炭，延长活性炭过滤器的使用寿命。可变速度排气风机随着颗粒物过滤器的消耗过程保持恒定的空气流速。UAC 2000和UAC 4000通过与ULS激光系统之间的通信，随激光材料加工开启和关闭过滤器，并报告过滤器状态。一个集成CO监控器在周围环境内的CO含量达到危险水平时向用户发出警告。

过滤通路示意图

更高的安全性

全套的传感器对每级过滤过程以及空气流量和周围环境进行监测。这是为了确保过滤系统的正常运行，从而为激光材料加工维持安全的操作环境。

颗粒物过滤和空气流量传感器

压力传感器监测每个颗粒物过滤器两侧的压差，并通过测量随每个过滤器的消耗而增加的背压有效监测性能。空气流量传感器与这些背压传感器配合使用，在背压积聚时的提高空气流量，以维持安全的最小空气流量。如果某一级空气过滤由于任何原因被阻断，气流传感器可检测到空气流量降至最低限值以下并停止激光加工操作。这些传感器共同通过维持足够的排气流量来确保安全的工作环境。

烟羽过滤传感器

由于背压不会随活性炭捕集VOC（烟羽）的吸附过程而增加，因此无法通过压力传感器对活性炭过滤级进行监测。这就使活性炭过滤级状态的监测具有挑战性。一些过滤系统的厂商并不试图对活性炭过滤器级进行监测，而是让用户自己确定活性炭过滤器何时该换。用户得到的说法是工作环境内闻到异味时更换活性炭过滤器。这项方法带有极大的主观性，因此并不是一种安全的方法。

VOC传感器可供使用，而其他厂商会在活性炭过滤级之后部署一种此类传感器作为监测器，但这个解决方案存在一个严重的缺陷。这些传感器会对是否存在多种多样的VOC产生反应，但无法区分不同的化合物，对不同的化合物做出的反应也不同。因此，无法对它们进行校准以测量激光材料加工过程中所产生多种VOC的实际含量。

ULS开发了全新、独有的活性炭过滤级监测方法，能够解决所有上述问题。专利的双活性炭过滤级采用了配备三个VOC传感器的两个活性炭过滤器：一个传感器部署在第一活性炭过滤器的上游，另一个位于第一和第二活性炭过滤器之间，还有一个部署在第二活性炭过滤器之后。中间传感器可检测穿透第一活性炭过滤级的烟羽。中间传感器可与顶部传感器进行对比，以测量第一活性炭过滤级的有效性。顶部和中间传感器感知到相同的烟羽含量时，即表明第一级已经完全耗尽。最后一个活性炭传感器确保即使在烟羽突破第一活性炭过滤级之后，第二级活性炭过滤器仍在继续阻止烟羽通过，不让其进入周围环境。

不同于其它的解决方案，这种围绕双活性炭过滤级部署的三传感器布置能够可靠地监测活性炭过滤效果，同时保护周围环境免受烟羽影响，从而进一步提高激光材料加工的安全性。

环境监测

UAC空气过滤解决方案采用一个内置的一氧化碳传感器来监测周围环境。如果周围环境内的一氧化碳含量超过了安全水平，该传感器将触发警报声以警告用户，并通过与激光系统之间的通信链接停止激光材料加工。这可以防止一氧化碳的进一步产生，直到其含量降至危险限值以下，从而确保操作人员的安全。

更高的投资回报

ULS空气过滤系统经过设计具备针对大批量激光材料加工的高容量过滤级。更换高容量过滤介质的代价可能相当昂贵，因此一个重要的设计考虑因素就是尽可能以最有效和高效的方式使用过滤介质。ULS空气过滤系统通过两种主要方法来解决这个问题，它们提供了更好的长期投资回报。

颗粒物过滤

颗粒物过滤是一种机械屏障过程，它通过让被污染的空气穿过多孔的屏障介质来截留颗粒物，孔径大小的选择阻止了粒径比其更大的颗粒物通过。当大部分孔隙被颗粒物阻塞，被污染空气无法再穿过介质时，颗粒物过滤器即完全耗尽。

一般在颗粒物过滤过程的第二级使用HEPA过滤器，以捕获粒径低至0.3 µm的超细颗粒物。此类介质具有极为精细的结构，很容易于被更大的颗粒物污染。预过滤器通常用于捕获较大的颗粒物，尽可能延长HEPA过滤器的使用寿命。UAC过滤系统使用的高容量预过滤器价格相对较低，并采用表面积很大的折叠布袋结构，可有效捕捉较大颗粒物。使用预过滤器有助于延长HEPA过滤器的使用寿命，从而提高颗粒物过滤子系统的成本效益。

烟羽过滤

用于烟羽过滤级的活性炭过滤介质，是这一细分市场典型过滤解决方案中最昂贵的过滤介质。活性炭过滤介质并非通过屏障过程来捕捉烟羽，而是使用一个称为"吸附"的高容量过滤过程，在此过程中，VOC必须与活性炭介质接触一段时间之后才能被吸附到活性炭中。一般情况下，使用一个具有大表面积和规定厚度的活性炭床来放慢受污染的空气，让VOC在活性炭介质中有一定的停留时间，以便有效地发挥吸附作用。吸附过程从活性炭床层的前缘开始，随着位于活性炭床层前缘的活性炭介质吸收VOC，活性炭介质将逐渐饱和而无法吸收更多的VOC。随着这一过程的继续，床层深处的活性炭介质也开始吸收VOC。活性炭介质的耗尽过程从活性炭床层的前缘向后缘推进。遗憾的是，由于通过活性炭床层气体流量的变动和活性炭介质本身有效性的差异性，活性炭介质从床层顶部到底部的消耗并不均匀。在活性炭介质完全耗尽之前，通常就会有烟羽从一部分床层穿透的问题。如下图所示，在ULS科学家进行的实验中，在发生烟羽穿透时，典型的活性炭过滤床中还有多达三分之一的活性炭介质尚未完全消耗。

图中所示为烟羽穿透顶部活性炭床时尚未消耗的性炭床

当其他厂商的单级活性炭过滤器解决方案发生产品中常见的烟羽穿透问题时，烟羽开始进入周围环境中。用户得到的指导通常是在此时更换活性炭过滤器，即使还有大量的活性炭介质尚未完全耗尽。ULS空气过滤系统中获得专利的双重活性炭过滤级通过在第一个碳床层之后部署第二个床层来解决该问题，在完全消耗第一个碳床层内的活性炭过滤介质的同时，通过第二个碳床层来防止烟羽进入周围环境。此外，前文所述的独有传感器方案让系统能够测量第一级的消耗情况，以便可靠地确定完全耗尽的时间。

该双重活性炭过滤级设计的另一项优点体现在两个活性炭过滤级的相同构造上。它允许用户将部分消耗的第二过滤级移往第一级的位置，并在第二级的位置部署新的过滤级，以便完全消耗之前在第二级内的活性炭介质。通过使用这项独家技术，用户能够在确定介质已经完全耗尽时方更换ULS空气过滤系统的活性炭过滤器，实现对碳介质的最大长期投资回报。

丰富的用户体验

作为让ULS得以为激光材料加工提供定制解决方案的模块化组件生态系统的一部分，ULS空气过滤单元被设计为可与ULS激光系统通信。这使激光系统能够随着激光加工开启和关闭过滤功能，从而减少过滤单元的负荷与经时磨损。通信链接还通过向激光系统传达过滤系统的所有状况，提供丰富的客户体验。这些信息随后可以直接显示在用于操作激光系统的软件用户界面内。当过滤器的使用寿命即将终结时会显示警告信息，给予用户足够的时间来订购替换过滤器。如果由于任何原因而导致无法保持安全的操作环境，例如因过滤系统阻塞而使空气流量不足、过滤器的使用寿命到期或周围环境内的一氧化碳含量升高，也会显示警告并停止激光加工操作。

用户体验还通过行业领先的消声技术而得到增强。为有效地去除和过滤激光材料加工的副产物，需要使用高性能风机来提供足够的空气流量。高噪声级是市面上其它过滤系统的常见投诉。在设计ULS空气过滤产品时，ULS的工程师们非常注重控制噪音问题，最终取得了一个超静解决方案，可以放置在激光系统旁边，所产生的环境噪声级几乎可以忽略不计。

更少的设施需求

当用户考虑采用激光材料加工技术时，他们通常必须进行实地调查，以确保其设施完备，能够支持激光材料加工。费用更加高昂的影响因素之一是安装适当配置的排气设备。必须聘用承包商在设施外部安装适当大小的排气风机，并合理铺设管路接入激光系统内。ULS空气过滤系统可在适当通风的工作区内取代对外部排气设备的需要，降低对设施的影响，减少总拥有成本。

高度可靠并且保养方便

ULS过滤系统拥有多种设计优点，在方便保养和可靠性方面出类拔萃。

过滤器更换

过滤器更换是通过便利的检修门从ULS空气过滤系统的正面进行的。所有的过滤级均使用手动释放机制与它们的密封件贴合，因此不需要使用任何工具。每个过滤器级都被设计为由一名操作员执行更换，其中最重的活性炭过滤介质不到25磅，而其他厂商提供的过滤级的重量可能在60磅以上。这显示了双重活性炭过滤级设计的另一项优点，它将活性炭介质分在两个活性炭床上，因此减轻了每个过滤器的重量，同时提供由两个过滤级合并而成的有效过滤容量。

清洁

在许多激光材料加工应用中，大颗粒物构成了主要的副产物，在副产物流中也正是有它们才迫使需要保养维护过滤系统的大部分常规清洁工作。大颗粒物的绝大部分通过预过滤级拦截下来。为此，ULS空气过滤系统的预过滤级经过精心设计，尽量为用户提供清洁方面的便利。预过滤器连接至一个可拆卸的盒子，可在安装替换的预过滤介质时很容易地从系统中取出以帮助清洁。所有的重颗粒物都被收集在这个可拆卸的盒子内，因此空气过滤系统的其余部分能够保持相对清洁。这减少了整体系统的维护需求。

风机

市面上的某些过滤解决方案常见的成本削减方法之一就是采用有刷风机，它要求在一定的服务时间之后更换换向电刷。这通常需要进行大量的拆卸工作。相比之下，ULS空气过滤系统采用高度可靠的无刷风机，可长期免维护地运行。