BRPI0619115A2

BRPI0619115A2 - elemento de filtro

Info

Publication number: BRPI0619115A2
Application number: BRPI0619115-0A
Authority: BR
Inventors: Malcom David Walker; Roger William Gemmell; Hector Brian Salzwedel
Original assignee: Malcom David Walker; Roger William Gemmell; Hector Brian Salzwedel
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2011-09-13
Also published as: GB0809587D0; CN101321571B; CN101321571A; ZA200804358B; AU2006321204A1; US20080308497A1; GB2446101A; WO2007063504A2; WO2007063504A3

Abstract

ELEMENTO DE FILTRO. A invenção refere-se a um elemento de filtro (10), que inclui pelo menos um corpo enrolado (14), que compreende uma zona de filtração (20), estendida radialmente, com camadas co-enroladas alternadas, permeáveis a líquido, em cada caso, de um material predominantemente celulósico e um material predominantemente de plástico sintético ou polimérico.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTO DE FILTRO".

A presente invenção refere-se a um elemento de filtro. Particu- larmente, a invenção refere-se a um elemento de filtro de corrente radial, a um método para filtrar um líquido e a um método para produzir um elemento de filtro de corrente radial.

De acordo com um aspecto da invenção, é posto à disposição um elemento de filtro de corrente radial, que inclui pelo menos um corpo en- rolado, que compreende uma zona de filtração estendida radialmente, com camadas permeáveis a líquido alternadas, co-enroladas, em cada caso, de um material predominantemente celulósico e um material sintético, predomi- nantemente plástico ou polimérico.

Por "estendida radialmente" é designada uma zona com uma dimensão ou espessura radial, mas, não necessariamente, uma zona que começa no centro de um corpo cilíndrico.

O material de plástico sintético ou polimérico pode ter uma per- meabilidade a líquidos mais alta do que o material celulósico. Isso quer dizer que uma camada de uma espessura específica do material de plástico sinté- tico ou polimérico, deixa passar maior quantidade de um líquido específico, em um período de tempo determinado, em comparação com uma camada da mesma espessura do material celulósico, sob aplicação de pressões dife- renciais iguais. Conseqüentemente, as camadas de material de plástico sin- tético ou polimérico, podem ter uma permeabilidade a líquidos mais alta do que as camadas de material celulósico.

As camadas de material celulósico e/ou material de plástico sin- tético ou polimérico podem incluir mais de uma dobra de, em cada caso, ma- terial celulósico ou material de plástico sintético ou polimérico.

Em uma modalidade da invenção, as camadas de material celu- lósico são formadas de uma extensão de material celulósico de pelo menos duas dobras, por exemplo, duas dobras, e camadas de material de plástico sintético ou polimérico, são formadas de uma extensão de material de plásti- co sintético ou polimérico, de uma única dobra. O material celulósico e o material de plástico sintético ou polimé- rico podem ser compatíveis com óleo e combustíveis de hidrocarboneto lí- quidos, tornando ou elemento de filtro um filtro de óleo ou um elemento de filtro de combustível.

O material celulósico pode ter uma massa básica, para as do- bras combinadas, de entre cerca de 12 g/m2 e cerca de 36 g/m2. Em vez disso, o material celulósico pode ter uma massa básica, para as dobras combinadas, de entre cerca de 16 g/m2 e cerca de 36 g/m2. Em vez disso, o material celulósico pode ter uma massa básica, para as dobras combinadas, de entre cerca de 30 g/m2 e cerca de 36 g/m2, por exemplo, cerca de 33 g/m2.

O material de plástico sintético ou polimérico pode ser poliéster. O poliéster pode ter uma massa básica de entre cerca de 10 g/m2 e cerca de 40 g/m2. Em vez disso, o poliéster pode ter uma massa básica de entre cer- ca de 15 g/m2 e cerca de 35 g/m2. Em vez disso, o poliéster pode ter uma massa básica de entre cerca de 20 g/m2 e cerca de 30 g/m2, por exemplo, cerca de 25 g/m2.

O material de plástico sintético ou polimérico pode ser polipropi- leno.

O elemento de filtro pode incluir um núcleo oco, permeável a líquidos, em torno do qual são enroladas as camadas do corpo enrolado. A permeabilidade a líquidos do núcleo oco pode ser obtida por uma pluralidade de aberturas através de uma parede cilíndrica, tipicamente circular, do nú- cleo oco. Em outras palavras, o núcleo oco pode estar perfurado. O núcleo pode ser de um material celulósico, por exemplo, papelão, e pode ter uma espessura de parede de entre cerca de 1 mm e cerca de 3 mm, por exem- plo, cerca de 2 mm. Em vez disso, o núcleo pode ser de um material de plás- tico sintético ou polimérico e pode ser com uma estrutura semelhante à gaio- la.

O corpo enrolado pode incluir uma zona interna ou de enchimen- to, radialmente espaçada, que se estende radialmente para dentro da zona de filtração e que, desse modo, é concêntrica à zona de filtração. A zona interna ou de enchimento pode estender-se radialmente entre o núcleo e a zona de filtração.

A zona interna ou de enchimento pode compreender camadas enroladas, permeáveis a líquido, predominantemente de um material de plástico sintético ou polimérico. Em uma modalidade da invenção, a zona interna ou de enchimento compreende camadas enroladas, permeáveis a líquido, apenas de um material de plástico sintético ou polimérico, por exem- plo, poliéster, sem quaisquer camadas de material celulósico.

O corpo enrolado pode incluir uma zona externa, estendida radi- almente, que compreende camadas enroladas, permeáveis a líquido, pre- dominantemente de um material de plástico sintético ou polimérico. Quando presente, a zona externa é, desse modo, concêntrica à zona de filtração. Em uma modalidade da invenção, a zona externa compreende camadas enrola- das, permeáveis a líquido, apenas de um material de plástico sintético ou polimérico, por exemplo, poliéster, sem quaisquer camadas de material celu- lósico.

A zona de filtração e/ou a zona externa, quando presente, deve ter uma espessura radial de pelo menos 2 mm.

Pelo menos algumas das camadas permeáveis a líquido, de ma- terial de plástico sintético ou polimérico, da zona externa podem estar solda- das a quente uma à outra ao longo de pelo menos uma costura de solda a quente, que pode estender-se longitudinalmente em relação ao corpo enro- lado.

As extremidades do corpo enrolado podem ser dotadas de co- berturas terminais impermeáveis a líquido. As coberturas terminais podem estar na forma de revestimentos de um material impermeável a líquido, por exemplo, revestimentos emborrachados.

De acordo com outro aspecto da invenção, é posto à disposição um método para filtrar um líquido, sendo que o método inclui forçar o líquido através de um corpo, que compreende camadas alternadas, permeáveis a líquido, predominantemente de um material celulósico e, predominantemen- te, de um material de plástico sintético ou polimérico, sendo que as camadas formam áreas de contato entre as mesmas e a corrente de líquido é normal nas áreas de contato.

As camadas alternadas podem ser camadas co-enroladas, for- mando parte de um corpo enrolado, por exemplo, de um corpo cilíndrico, circular. As camadas alternadas podem ser tais como descritas acima.

O corpo pode ser um corpo enrolado de um elemento de filtro de corrente radial, tal como descrito acima.

O líquido pode ser forçado radicalmente do exterior para o interi- or através do corpo enrolado. Em vez disso, o líquido pode ser forçado radi- calmente do interior para o exterior através do corpo enrolado. Essa caracte- rística do elemento de filtro é vantajosa, uma vez que, desse modo, uma co- nexão incorreta, por descuido, dos tubos de filtro não danifica, necessaria- mente, o elemento de filtro.

O líquido pode ser forçado através do corpo por meio de um di- ferencial de pressão radial ao longo do corpo, de pelo menos cerca de 20 KPa (0,2 bar), mas, tipicamente menos do que cerca de 1 MPa (10 bar).

O método pode incluir remover partículas e água do líquido, que pode ser um óleo ou um combustível.

De acordo com um outro aspecto da invenção, é posto à dispo- sição um método para produzir um elemento de filtro de corrente radial, sen- do que o método incluir co-enrolar uma extensão de um material predomi- nantemente celulósico, permeável a líquido, e uma extensão de um material predominantemente sintético, plástico ou polimérico, permeável a líquido, em torno de um núcleo ou mandril, para formar um corpo enrolado.

O método pode incluir enrolar, primeiramente, uma extensão de um material predominantemente sintético, plástico ou polimérico, permeável a líquido, em torno do núcleo ou mandril, para formar uma zona interna ou de enchimento, estendida radialmente, com uma espessura desejada, e, depois, continuar co-enrolando as extensões de material celulósico e materi- al de plástico sintético ou polimérico, para formar uma zona de filtração, es- tendida radialmente, com uma espessura desejada.

O método pode incluir cessar o enrolamento da extensão de ma- terial celulósico, quando a zona de filtração tiver atingido sua espessura de- sejada, e continuar o enrolamento do material de plástico sintético ou poli- mérico, para formar uma zona externa, de espessura desejada.

O método pode incluir soldar a quente umas às outras pelo me- nos algumas das camadas enroladas da zona externa.

O método pode incluir vedar as extremidades do corpo enrolado. As extremidades do corpo enrolado podem, desse modo, ser dotadas de coberturas ou vedações terminais, permeáveis a líquido, que podem ser tais como descritas acima.

O material celulósico e o material de plástico sintético ou polimé- rico podem ser tais como descritos acima.

O núcleo é oco e pode consistir, predominantemente, em um material celulósico, mas com uma massa básica muito mais alta do que o material celulósico, que forma parte do corpo enrolado, por exemplo, pape- lão. Em vez disso, o núcleo pode ser de um material de plástico sintético ou polimérico e pode ser de uma estrutura semelhante a gaiola.

A invenção abrange um elemento de filtro produzido de acordo com o método da invenção.

A invenção é descrita, agora, apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos diagramáticos anexos, nos quais

Figura 1 mostra uma vista cortada, tridimensional, de um ele- mento de filtro de acordo com a invenção (sem coberturas terminais);

Figura 2 mostra uma vista de cima do elemento de filtro da figura 1 (sem coberturas terminais); e

Figura 3 mostra um corte vertical através do elemento de filtro da

figura 1, tomada em Ill-Ill na figura 2 (sem coberturas terminais).

Com referência aos desenhos, o número de referência 10 indica, em geral, um elemento de filtro de corrente radical de acordo com a inven- ção, que é particularmente apropriado para filtrar óleo ou combustível, por exemplo, diesel. O elemento de filtro 10 compreende um núcleo oco, perme- ável a líquido, de extremidade abertura, ou tubo interno 12, e um corpo enro- lado 14 cilíndrico, circular, enrolado em torno do núcleo 12. O núcleo 12 é cilíndrico circular e é feito de papelão. O núcleo 12 tem uma espessura de parede de cerca de 3 mm. Uma pluralidade de aberturas 16 espaçadas axialmente e circunferencialmente está prevista na parede cilíndrica circular do núcleo 12, tornando o núcleo 12 permeável a líquido. Em outra modalidade da invenção (não mostrada), o núcleo compre- ende um corpo cilíndrico, circular, de um material de plástico sintético ou polimérico, com aberturas retangulares dispostas em fileiras e colunas, dan- do ao núcleo a aparência de uma gaiola ou tela cilíndrica, circular.

O corpo enrolado 14 compreende três zonas, a saber, uma zona de enchimento 18, uma zona de filtração 20 e uma zona externa 22. As zo- nas 18, 20, 22 estendem-se axialmente, de modo que o corpo enrolado 14 tem o mesmo comprimento do núcleo 12, e também dando radialmente a cada zona uma dimensão radial. Desse modo, cada zona 18, 20, 22 é anular em secção transversal ou vista terminal, tal como mostrado na figura 2. Em uma modalidade da invenção, o núcleo 12 tem um diâmetro externo de cer- ca de 34 mm, a zona de enchimento 18 tem um diâmetro externo de cerca de 50 mm, a zona de filtração 20 tem um diâmetro externo de cerca de 93 mm e a zona externa 22 tem um diâmetro externo de cerca de 96 mm. Em outra modalidade da invenção, o núcleo 12 tem um diâmetro externo de cer- ca de 34 mm, a zona de enchimento 18 tem um diâmetro externo de cerca de 65 mm, a zona de filtração 20 tem um diâmetro externo de cerca de 105 mm e a zona externa 22 tem um diâmetro externo de cerca de 110 mm.

A zona de enchimento 18 consiste em camadas enroladas de uma extensão de material de poliéster, com uma massa báica de cerca de 25 g/m2.

A zona de filtração 20 consiste em camadas co-enroladas, alter- nadas, da mesma extensão de material de poliéster e uma extensão de um material celulósico de duas dobras, vendido como "Wipes Jumbo Wiper Roll" (item n° 91020) por Kimberly-Clark os South África Limited (patenteado). Es- sa material celulósico tem uma massa básica para as dobras combinadas de 33 g/m2.

A zona externa 22 consiste, novamente, apenas em camadas enroladas da mesma extensão de material de poliéster. Pelo menos algumas das camadas de poliéster da zona externa 22 estão soldadas a quente umas às outras, deixando duas costuras de solda a quente, ligeiramente espaça- das circunferencialmente.

Desse modo, a zona de enchimento 18 está encaixada entre o núcleo 12 e a zona de filtração 20 e a zona de filtração 20, por sua vez, está encaixada entre a zona de enchimento 18 e a zona externa 22. A fim de pro- duzir o elemento de filtro 10, primeiramente, uma extensão de material de poliéster é enrolada em torno do núcleo 12, até a zona de enchimento 18 ter atingido seu diâmetro desejado. Depois, a extensão de material de poliéster continua a ser enrolada em torno da zona de enchimento 18, junto com uma extensão de material celulósico, até a zona de filtração 20 tiver atingido seu diâmetro desejado. Depois, o enrolamento da extensão de material celulósi- co é cessado, por exemplo, separando ou cortando a extensão de material celulósico, mas a extensão de material de poliéster continua a ser enrolada em torno da zona de filtração, até a zona externa 22 tiver atingido seu diâ- metro desejado. Depois, a extensão de material de poliéster é separada ou cortada e pelo menos algumas das camadas de poliéster da zona externa 22 são soldadas a quente uma à outra, para impedir que o corpo enrolado 14 se desenrole.

Durante o enrolamento do corpo enrolado 14, a extensão de ma- terial de poliéster e a extensão de material celulósico estão sob uma tensão de entre cerca de 2,4 N e 11,8 N, de preferência, entre 2,9 N e cerca de 8,8 N, de modo particularmente preferido, entre cerca de 3,9 N e cerca de 7,8 N, por exemplo, cerca de 5,8 N.

Superfícies terminais anulares 26 opostas do corpo enrolado 14 são vedadas com coberturas terminais impermeáveis a líquido (não mostra- das), tipicamente, na forma de revestimento de um material impermeável a líquido, tal como revestimento emborrachado, ou um material plástico de ABS de alta temperatura, colado sobre as superfícies terminais 26.

Em uso, o elemento de filtro 10 é colocado em uma carcaça de filtro, com uma entrada de líquido e uma saída de produto de filtração, dis- posta de tal modo que o líquido a ser filtrado é forçado radialmente do exte- rior do corpo enrolado 14, através da zona externa 22, da zona de filtração 20 e da zona de enchimento 18, para dentro do interior oco do núcleo 12, do qual o produto de filtração é removido. A direção de corrente, porém, tam- bém pode ser invertida, sem perda de eficiência de funcionamento. Na zona de filtração 20, partículas até um tamanho de partículas de menos de 0,2 μηι são removidas. Qualquer água presente no líquido (tipicamente, óleo ou combustível), também é retida na zona de filtração 20. Uma pressão diferen- cial de entre cerca de 20 KPa (0,2 bar) e cerca de 1 MPa (10 bar) ao longo do corpo enrolado 14 pode ser usada pra forçar o líquido radialmente atra- vés do corpo enrolado 14. Como resultado da presença da zona de enchi- mento 18 e da zona externa 12, que dotam o corpo enrolado 14 de integri- dade estrutural, é possível ao elemento de filtro 10 resistir a essas pressões diferenciais altas.

O depositante constatou que um elemento de filtro semelhante ao elemento de filtro 10 da invenção, mas que compreende, apenas, cama- das enroladas de um material celulósico, não permite que líquidos, tais como combustível ou óleo, sejam filtrados a razões de corrente suficientemente altas, e o depositante também contatou que um filtro desse tipo fica bloque- ado ou obstruído rapidamente demais. Surpreendentemente, o depositante constatou que com o elemento de filtro 10, tal como descrito, a razão da cor- rente de filtro pode ser aumentada por um fator de até 10. A razão para o desempenho surpreendentemente bom do elemento de filtro da invenção, tal como descrito, não está clara para o depositante. Mas, sem querer estar res- trito por teoria, o depositante suspeita que a eficiência e capacidade de filtra- ção excelentes do elemento de filtro 10 têm algo a ver com a interação das fibras celulósicas e fibras sintéticas, plásticas ou poliméricas, e os poros ou interstícios no material celulósico e material de plástico sintético ou poliméri- co nas superfícies de contato entre as camadas de material celulósico e as camadas de material de plástico sintético ou polimérico. Particularmente, o depositante suspeita que os poros maiores do material de plástico sintético ou polimérico, causados pelas fibras maiores do material de plástico sintético ou polimérico, encurtam o caminho que o líquido tem de percorrer através do corpo enrolado 14, e também tornam o caminho menos tortuoso, em compa- ração com um corpo enrolado, que consiste apenas em camadas de material celulósico, com poros ou interstícios menores e fibras menores. Também é possível que as fibras maiores do material de plástico sintético ou polimérico, não bloqueiam ou entopem tão facilmente as passagens através do material celulósico, tal como seria o caso quando são usadas apenas camadas de material celulósico. Surpreendentemente e vantajosamente, parece possível, desse modo, controlar a capacidade de filtração (isto é, razão de corrente de líquido que pode ser filtrado a uma pressão diferencial especificada) e a efi- ciência do elemento de filtro, variando a área de interligação ou contato no elemento de filtro entre as camadas de material de plástico sintético ou poli- mérico, e as camadas de material celulósico.

Claims

1. Elemento de filtro de corrente radial, que inclui pelo menos um corpo enrolado, que compreende uma zona de filtração estendida radialmen- te, com camadas alternadas, permeáveis a líquido, co-enroladas, em cada caso, de um material predominantemente celulósico e um material predomi- nantemente sintético, plástico ou polimérico.

2. Elemento de filtro de acordo com a reivindicação 1, no qual as camadas de material de plástico sintético ou polimérico, têm uma permeabi- lidade a líquido mais alta do que as camadas de material celulósico.

3. Elemento de filtro de acordo com a reivindicação 1 ou reivindi- cação 2, no qual as camadas de material celulósico e/ou de material de plás- tico sintético ou polimérico, incluem mais de uma dobra de, em cada caso, material celulósico ou material de plástico sintético ou polimérico.

4. Elemento de filtro de acordo com a reivindicação 3, no qual as camadas de material celulósico são formadas de uma extensão de material celulósico de pelo menos duas dobras, e as camadas de material de plástico sintético ou polimérico, estão formadas de uma extensão de material de plástico sintético ou polimérico, de uma única dobra.

5. Elemento de filtro de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, no qual o material celulósico e material de plástico sin- tético ou polimérico, são compatíveis com óleo e combustíveis de hidrocar- boneto líquido, tornando o elemento de filtro um elemento de filtro de com- bustível ou óleo.

6. Elemento de filtro de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, no qual o material de plástico sintético ou polimérico é polipropileno é poliéster, com uma massa básica de entre cerca de 10 g/m2 e cerca de 40 g/m2.

7. Elemento de filtro de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, no qual o material de plástico sintético ou polimérico é polipropileno.

8. Elemento de filtro de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, que inclui uma zona interna ou de enchimento, radi- calmente espaçada, que se estende radialmente para dentro da zona de fil- tração e que, desse modo, é concêntrica à zona de filtração.

9. Elemento de filtro de acordo com a reivindicação 8, no qual a zona interna ou de enchimento compreende camadas enroladas, permeá- veis a líquido, predominantemente de um material sintético, plástico ou poli- mérico, sem quaisquer camadas de um material celulósico.

10. Elemento de filtro de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, que inclui uma zona externa, radialmente estendida, que compreende camadas enroladas permeáveis a líquido, predominante- mente de um material de plástico sintético ou polimérico, sem quaisquer ca- madas de um material celulósico.

11. Elemento de filtro de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, no qual extremidades do corpo enrolado estão dotadas de coberturas terminais impermeáveis a líquido.

12. Método para filtrar um líquido, sendo que o método inclui for- çar o líquido através de um corpo, que compreende camadas alternadas, permeáveis a líquido, predominantemente de um material celulósico e, pre- dominantemente, de um material de plástico sintético ou polimérico, sendo que as camadas formam áreas de contato entre as mesmas e a corrente de líquido é normal nas áreas de contato.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, no qual as cama- das alternadas são camadas co-enroladas, formando parte de um corpo en- rolado.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, no qual o corpo é um corpo enrolado de um elemento de filtro de corrente radical de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, inclusive.

15. Método para produzir um elemento de filtro de corrente radi- al, sendo que o método inclui co-enrolar uma extensão de um material pre- dominantemente celulósico, permeável a líquido, e uma extensão de um ma· terial predominantemente de plástico sintético ou polimérico, permeável a líquido, em torno de um núcleo ou mandril, para formar um corpo enrolado.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, que inclui enrolar, primeiramente, uma extensão de um material predominantemente de plásti- co sintético ou polimérico, permeável a líquido, em torno do núcleo ou man- dril, para formar uma zona interna ou de enchimento, estendida radialmente, com uma espessura desejada, e, depois, continuar co-enrolando as exten- sões de material celulósico e material de plástico sintético ou polimérico, pa- ra formar uma zona de filtração, estendida radialmente, para formar uma zona externa, com uma espessura desejada.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, que inclui cessar o enrolamento da extensão de material celulósico, quando a zona de filtra- ção tiver atingido sua espessura desejada, e continuar o enrolamento da extensão de material de plástico sintético ou polimérico, para formar uma zona externa, com uma espessura desejada.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, que inclui soldar a quente uma à outra pelo menos algumas das camadas enroladas da zona externa e vedar as extremidades do corpo enrolado.

19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, inclusive, no qual o núcleo é oco e consiste, predominantemente, em um material celulósico, mas com uma massa básica muito mais alta do que o material celulósico que forma parte do corpo enrolado.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, inclusive, no qual o núcleo é oco e é de um material de plástico sintéti- co ou polimérico.