HOOGPOREUZE GEPLOOIDE VEZELPLAAT IN HET BIJZONDER VOOR FILTERS
De uitvinding betreft een geplooide vezelplaat met hoge porositeit die in het bijzonder als filtermedium kan toegepast worden.
Filtermedia in plaatvorm uit niet geweven vezelvliezen
en met een porositeit van meer dan 90 % zijn bekend. Deze vezelplaten kunnen bijv. gesinterde metaalvezelvliezen omvatten en
in zigzagvorm geplooid als filterelement aangebracht worden tussen twee cilindrische netwerken die concentrisch opgesteld
zijn zoals bijv. beschreven in de Duitse octrooiaanvrage 2.713.290.
Voor bepaalde filtratietoepassingen zoals bijv. het verwijderen van vaste stofdeeltjes uit gassen, coalescentie en ontmisten bestaat er evenwel een behoefte aan hoogporeuze filtermatten met een aanzienlijke dikte teneinde het scheidingsproces van de diverse fasen doeltreffend te laten verlopen. Er werd nu ondervonden dat deze dikke, min of meer stijve vezelstrukturen moeilijk op kontroleerbare wijze kunnen geplooid worden over een hoek kleiner dan 120[deg.] zonder de vezelstruktuur in de vouwzone ontoelaatbaar te schenden.
De uitvinding verschaft thans een geplooide hoogporeuze vezelplaat omvattende tenminste een vouwzone waar twee aldaar aan
<EMI ID=1.1>
een hoek o( vormen en waarbij de vezelstruktuur in deze vouwzone gaaf blijft. Deze verbetering wordt verkregen door de dikte en de porositeit van de vezelstruktuur in deze vouwzone kleiner te kiezen dan de helft van de dikte, resp. porositeit van de aangrenzende plaatdelen. Door deze maatregel verschaft men een gevoelig verstevigde vouwzone die enerzijds een soort skelet vormt dat bijdraagt tot de sterkte en vormvastheid van de plaat en anderzijds het plooien toelaat op een kontroleerbare wijze.
In een belangrijke uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de plaat vezelvliezen uit aan elkaar gesinterde metaalvezels. Voor bepaalde filtratietoepassingen zoals bijv. bij ontmisten, bij coalescentie of bij het afscheiden van vochtige of viskeuze stofdeeltjes uit gassen is het overigens soms aangewezen dat de vezels, in het bijzonder de metaalvezels, een enigszins ruw oppervlak bezitten teneinde het scheidingsrendement te verhogen.
Verdere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen thans toegelicht worden aan de hand van bijgaande figuren waarin een veel toegepaste uitvoeringsvorm is geïllustreerd.
Figuur 1 toont een dwarsdoorsnede van een zig-zag geplooide vezelplaat. Figuur 2 geeft een voorvervormingsstadium weer van een vlakke vezelplaat voor het achteraf zig-zag plooien. Figuur '3 stelt de aanwending van de vouwzone voor als hulpmiddel voor bevestiging van de vezelplaat. Figuur 4 is een perspektiefschets van een cylindrisch filterelement met zig-zag geplooide vezelplaat tussen steuncylinders.
De hoogporeuze vezelplaat 1 geschetst in figuur 1 heeft een zig-zag vorm met vlakke plaatsekties 2 die onderling verbonden zijn door dunne plaatsekties 3 (met verlaagde porositeit) in de dalen van de zig-zag golf resp. 4 in de toppen van de zig-zag golf. Deze sekties 3 en 4 in de respektievelijke vouwzones bezitten bij voorkeur een gekromd oppervlak 5 dat in het verlengde ligt van de
<EMI ID=2.1>
insluiten. Zodoende verkrijgt men vouwzones die een vlotte plooibewerking toelaten zonder de vezelstruktuur en dus de integriteit van de poreuze plaat in deze zones te schenden. De-uitvinding zal vooral voordelen bieden in de gevallen dat de plaatdikte in de vlakke sekties 2 relatief groot is, d.w.z. tenminste 1,5 mm bedraagt.
Teneinde de gewenste vouwzones in de vezelplaat 1 vast te leggen zal deze bij voorkeur aldaar volgens een lijn of strook door een persbewerking permanent samengedrukt worden teneinde de dikte van de plaat aldaar minstens te halveren en als gevolg daarvan de porositeit aldaar te verlagen. Indien men een zigzagvorm
<EMI ID=3.1>
indrukking afwisselend aan de onderkant, resp. bovenkant van de plaat aangebracht worden zoals getoond in figuur 2.
De vouwzones kunnen ook als bredere stroken ingedrukt worden en daarna dubbelgevouwen zoals geïllustreerd in figuur 3 waarbij ze dan als hulpmiddel fungeren voor bevestiging van de vezelplaat met bijv. klembeugels 6 of randmonturen.
De hoogporeuze geplooide vezelplaten volgens de uitvinding worden in het bijzonder als filterelement toegepast. Wanneer zo een filterel-ement opgebouwd is uit aan elkaar gesinterde metaalvezels zal de plaat bij voorkeur een metaalvezelvlies als
<EMI ID=4.1>
selijk geschonden zouden worden tijdens de persbewerking voor het indrukken van de vouwlijnen. Dergelijke filterelementen zijn bijzonder geschikt gebleken voor het scheiden van twee onderling onmengbare vloeistoffasen door coalescentie.
Het cylindrisch filterlement schematisch weergegeven
in figuur 4 betreft een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding en omvat twee concentrische vloeistof-doorlaatbare.steuncylinders 7, resp. 8 bijv. in de vorm van geperforeerde platen waartussen een in zig-zag geplooide vezelplaat 1 volgens de uitvinding is aangebracht. De opeenvolgende vouwlijnen 3, resp. 4 liggen daarbij aan tegen de binnenwand van de buitenste cylinder 7, resp. tegen de buitenwand van de binnenste cylinder 8.
Indien de filterelementen voor coalescentiedoeleinden worden aangewend zal de metaalvezeldiameter in bovengenoemde kernlaag in de vezelplaat bij voorkeur toenemen in de filtratie-
<EMI ID=5.1>
Een cylindrisch filterelement zoals geschetst in figuur 4 moet vanzelfsprekend aan zijn uiteinden met flenzen 10 afgesloten worden. Een van de flenzen zal daarbij een volle plaat zijn terwijl de andere een centrale opening zal omvatten waarop een doorgang voor het fluidum kan aangesloten worden : hetzij een inlaat voor het te filtreren fluidum wanneer de filtratierichting van binnen de cylinder naar buiten verloopt, hetzij een uitlaat voor het gefiltreerde fluidum in het omgekeerde geval. Deze afsluiting moet lekdicht zijn.
Volgens de uitvinding wordt een lekdichte verbinding met de_flens verkregen door als volgt te werk te gaan bij het assembleren van het filterelement. Men neemt een vezelplaat 1 met een grotere lengte in de richting van de vouwlijnen dan de axiale lengte van de steuncylinders 7 en 8. Zodoende zal de plaat 1 dus laterale randen 9 bezitten die aan beide uiteinden van de cylinders uitsteken. Vervolgens behandelt men deze uitstekende randstroken 9 teneinde de cohesie van de vezelstruktuur aldaar te verzwakken, bijv. door ze op veel plaatsen door te prikken of te kreuken. De vezelplaat wordt aansluitend geplooid in zig-zag vorm en tussen de steuncylinders 7 en 8 gebracht zodat de randen 9 aan beide uiteinden uitsteken. Bij het daarop-
<EMI ID=6.1>
worden de vezelstrukturen in de randstroken 9 zodanig gekompakteerd dat ze na het sinteren een luchtdichte pakkingaring vormen tussen eindflenzen en steuncylinderranden.
Voorbeeld
Een aantal metaalvezelvliezen zoals beschreven bijv. in het U.S.A.-octrooi 3.469.297 werden op elkaar gestapeld tot een totaal gewicht van 3000 g/m<2>. Onderaan en bovenaan in de stapel lag een vlies van 300 g/m<2> uit metaalvezels met een diameter
12 �m en daartussenin lagen vliezen waarin de metaalvezeldiameter
<EMI ID=7.1>
als beschermingslagen. De stapel werd door persen verdicht tot een dikte van nagenoeg 2,5 mm hetgeen de porositeit van de aldus verkregen mat bracht op nagenoeg 91 %. De aldus samengedrukte vezelplaat werd lichtjes gesinterd zodat de ruwheid van de metaalvezels grotendeels behouden bleef. Op onderlinge afstanden van nagenoeg 10 cm werden afwisselend onderaan en bovenaan de plaat diepere vouwlijnen 3 resp. 4 ingedrukt met een breedte van ongeveer
3 mm alwaar de dikte van de vezelmat tot 1 mm werd gereduceerd. De laterale randen 9 van de vezelplaat werden aanzienlijk ver-
<EMI ID=8.1>
vooraf ingeperste vouwlijnen en de twee uiterste vouwlijnen samen-gevoegd en samen gelast. Het aldus in stervorm verkregen cylindrisch filte�ement werd over de inwendige roestvrij stalen steuncylinder 8 met diameter 30 cm heengeschoven zodat langs weerszijden een rand 9 uitstak en hieroverheen werd dan de uitwendige roestvrij stalen steuncylinder 7 met diameter 50 cm geschoven. Tenslotte werden de eindflenzen 10 opgedrukt en het geheel aldus aan elkaar gesinterd op de gebruikelijke wijze.
Alhoewel de uitvinding beschreven werd aan de hand van haar toepassing in filterelementen wordt ze niet geacht daartoe beperkt te zijn. Toepassing als katalysatormat, electrode, schei-
<EMI ID=9.1>
absorberende mat is mogelijk.
Vanzelfsprekend zijn ook andere plooivormen dan het zig-zagvouwen toepasbaar. Balkvormige, prismatische, pyramidale of andere ruimtelijke filterstrukturen, die uit een vlakke plaat ontwikkelbaar zijn, kunnen ontworpen worden, bijv. voor filterzakken, door de vouwlijnen op de gepaste wijze aan te brengen in de opengewikkelde vezelplaat. In de vouwlijnen, die dan de ribben van de ruimtestruktuur vormen, kunnen dan desgewenst randmonturen aangebracht worden ter ondersteuning van het filterelement.
HIGH POROUS PLEATED FIBER PLATE PARTICULARLY FOR FILTERS
The invention relates to a pleated fiber board with a high porosity which can be used in particular as a filter medium.
Plate-shaped filter media made of non-woven fiber membranes
and with a porosity of more than 90% are known. These fiber plates may, for example, comprise sintered metal fiber fleeces and
pleated in zigzag form as a filter element are placed between two cylindrical networks arranged concentrically
are as described, for example, in German patent application 2,713,290.
However, for certain filtration applications such as, for example, removing solid particles from gases, coalescence and demisting, there is a need for highly porous filter mats of considerable thickness in order for the separation process of the various phases to proceed efficiently. It has now been found that these thick, more or less rigid fiber structures are difficult to crimp in a controllable manner over an angle of less than 120 [deg.] Without inadmissibly violating the fiber structure in the folding zone.
The invention now provides a pleated high porous fiberboard comprising at least one folding zone with two thereon
<EMI ID = 1.1>
form an angle o (and the fiber structure in this folding zone remains intact. This improvement is obtained by choosing the thickness and the porosity of the fiber structure in this folding zone to be less than half the thickness or porosity of the adjacent sheet parts. this measure provides a sensitively reinforced folding zone which, on the one hand, forms a type of skeleton which contributes to the strength and shape retention of the plate and, on the other hand, permits folding in a controllable manner.
In an important embodiment of the invention, the plate comprises nonwoven fibrous metal fibers. Incidentally, for certain filtration applications such as, for example, demisting, coalescence or the separation of moist or viscous dust particles from gases, it is sometimes recommended that the fibers, in particular the metal fibers, have a slightly rough surface in order to increase the separation efficiency.
Further details and advantages of the invention will now be elucidated with reference to the annexed figures, in which a widely used embodiment is illustrated.
Figure 1 shows a cross section of a zig-zag pleated fiberboard. Figure 2 shows a pre-deformation stage of a flat fiberboard for zig-zag bending afterwards. Figure 3 represents the use of the folding zone as an aid for fixing the fiberboard. Figure 4 is a perspective sketch of a cylindrical filter element with zigzag pleated fiber plate between support cylinders.
The highly porous fiber sheet 1 outlined in Figure 1 has a zig-zag shape with flat plate sections 2 interconnected by thin plate sections 3 (with reduced porosity) in the valleys of the zig-zag wave, respectively. 4 in the peaks of the zig-zag wave. These sections 3 and 4 in the respective folding zones preferably have a curved surface 5 which is in line with the
<EMI ID = 2.1>
Enclose. Thus, folding zones are obtained which allow a smooth bending operation without violating the fiber structure and thus the integrity of the porous plate in these zones. The invention will offer advantages especially in cases where the sheet thickness in the flat sections 2 is relatively large, i.e. is at least 1.5 mm.
In order to define the desired folding zones in the fiberboard 1, it will preferably be permanently compressed there along a line or strip by a pressing operation in order to at least halve the thickness of the board there and consequently reduce the porosity there. If one has a zigzag shape
<EMI ID = 3.1>
indentation alternately at the bottom, resp. top of the plate as shown in figure 2.
The folding zones can also be pressed in as wider strips and then folded in half as illustrated in Figure 3, then acting as an aid for fixing the fiberboard with e.g. clamping brackets 6 or rim mounts.
The highly porous pleated fiber boards according to the invention are used in particular as a filter element. When such a filter element is built up of sintered metal fibers, the plate will preferably have a metal fiber fleece as
<EMI ID = 4.1>
would be seriously violated during the pressing operation for pressing the fold lines. Such filter elements have proven to be particularly suitable for separating two mutually immiscible liquid phases by coalescence.
The cylindrical filter element is shown schematically
Figure 4 relates to a preferred embodiment according to the invention and comprises two concentric liquid-permeable support cylinders 7, respectively. 8, for example in the form of perforated plates, between which a zig-pleated fiberboard 1 according to the invention is arranged. The successive fold lines 3, respectively. 4 abut against the inner wall of the outer cylinder 7, respectively. against the outer wall of the inner cylinder 8.
If the filter elements are used for coalescing purposes, the metal fiber diameter in the above core layer in the fiber plate will preferably increase in the filtration
<EMI ID = 5.1>
A cylindrical filter element as outlined in Figure 4 must of course be closed at its ends with flanges 10. One of the flanges will be a full plate while the other will include a central opening to which a fluid passage can be connected: either an inlet for the fluid to be filtered when the filtration direction is from the inside of the cylinder or an outlet for the filtered fluid in the reverse case. This closure must be leak-proof.
According to the invention, a leak-tight connection to the flange is obtained by proceeding as follows when assembling the filter element. A fiber sheet 1 having a greater length in the direction of the fold lines than the axial length of the support cylinders 7 and 8 is thus taken. Thus, the sheet 1 will have lateral edges 9 protruding at both ends of the cylinders. These protruding edge strips 9 are then treated in order to weaken the cohesion of the fiber structure there, e.g. by piercing or creasing them in many places. The fiberboard is then pleated in a zig-zag shape and placed between the support cylinders 7 and 8 so that the edges 9 protrude at both ends. When the
<EMI ID = 6.1>
the fiber structures in the edge strips 9 are compacted such that after sintering they form an airtight gasket ring between end flanges and support cylinder edges.
Example
A number of metal fiber webs as described e.g. in U.S.A. Patent 3,469,297 were stacked on top of each other to a total weight of 3000 g / m <2>. At the bottom and top of the stack was a fleece of 300 g / m <2> of metal fibers with a diameter
12 # and in between layers of webs in which the metal fiber diameter
<EMI ID = 7.1>
as layers of protection. The stack was compacted by compression to a thickness of approximately 2.5 mm, which brought the porosity of the mat thus obtained to approximately 91%. The fiber board thus compressed was slightly sintered so that the roughness of the metal fibers was largely retained. At mutual distances of almost 10 cm, deeper folding lines 3 and 3, respectively, were alternately placed at the bottom and top of the plate. 4 with a width of about
3 mm where the thickness of the fiber mat was reduced to 1 mm. The lateral edges 9 of the fiberboard were considerably expanded
<EMI ID = 8.1>
pre-pressed folding lines and the two outer fold lines joined and welded together. The star-shaped cylindrical filter element thus obtained was slid over the inner stainless steel support cylinder 8 with a diameter of 30 cm, so that an edge 9 protruded on either side and the outer stainless steel support cylinder 7 with a diameter of 50 cm was then slid over it. Finally, the end flanges 10 were pressed and the whole thus sintered together in the usual manner.
Although the invention has been described by its application in filter elements, it is not considered to be limited thereto. Use as a catalyst mat, electrode, separator
<EMI ID = 9.1>
absorbent mat is possible.
Naturally, other pleats than the zig-zag folding can also be used. Bar-shaped, prismatic, pyramidal or other spatial filter structures that can be developed from a flat sheet can be designed, e.g. for filter bags, by fitting the folding lines in the open-wound fiberboard in an appropriate manner. In the fold lines, which then form the ribs of the room structure, edge frames can then be provided, if desired, to support the filter element.