CN104039416A - 金属纤维网基的过滤器 - Google Patents

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Abstract

一种在其流入侧具有第一金属纤维网的滤膜。该滤膜具有至少两个金属纤维层：细纤维层和至少一层较粗纤维层。细纤维层位于滤膜的流入侧，而至少一层较粗纤维层位于细纤维层的下游。滤膜包括位于其流出侧的叠层，该叠层由一个或多个具有不变且规律的开口的第一二维金属结构组成。滤膜包括由第二金属纤维网和叠层组成的至少一个套件，该叠层由一个或多个具有不变且规律的开口的第二二维金属结构组成；该至少一个套件设置在由一个或多个具有不变且规律的开口的二维金属结构组成的叠层和第一金属纤维网之间。第二金属纤维网与由一个或多个第一二维金属结构组成的叠层直接接触。由一个或多个具有不变且规律的开口的第二二维金属结构组成的叠层中的一个在该至少一层较粗纤维层所在的那侧直接与第一金属纤维网接触。该一个或多个第一二维金属结构、第一金属纤维网、以及由第二金属纤维网和一个或多个第二二维金属结构组成的至少一个套件都通过金属键互相连接。

Description

金属纤维网基的过滤器
技术领域
本发明涉及一种金属纤维过滤器和采用所述过滤器的过滤系统的领域；以及所述过滤器和过滤系统的使用，例如在热气过滤中、油浆过滤中或液体过滤中。
背景技术
通过烧结的金属粉末来提供过滤介质的过滤系统是已知的。然而对于许多应用而言，利用所述烧结的金属粉末能获得的孔隙率水平太低。烧结的金属纤维过滤器具有更高的孔隙率水平，因而具有好得多的过滤性能。因此对于许多应用而言，烧结的金属纤维过滤器是优选的解决方案。
烧结的金属粉末过滤器和金属纤维过滤器的制备方法完全不同。金属粉末可按照最终过滤器的形状设置在模具中。如果需要的话，也可以在模具中布置合适的增强手段(例如，金属滤网或金属筛网)。随后，整体烧结成形。金属纤维过滤器需要用不同的方法制备。提供的金属纤维为二维纤维网。能添加增强层(例如，金属筛网)。这种叠层能烧结成二维板结构，该二维板结构之后可成形为例如接缝处被焊接的柱状结构。
烧结的金属纤维过滤器被用在过滤系统中，例如用于热气过滤、液体过滤或油浆过滤。在已有的系统中，通过例如焊接的金属丝结构(通常在柱状过滤器的情况下为笼状结构，例如柱状笼)将金属纤维过滤器支撑在过滤器的表面上，其中金属纤维过滤器可包含一层或多层例如筛网或展开的金属片的增强层。
一个示例是带有管状或柱状过滤器元件(包含烧结的金属纤维网)和柱状多孔芯部(例如在纵向和周向上由金属丝制成且在金属丝的接触点处被焊接的柱状结构)的过滤器组件。柱状过滤器元件围绕柱状多孔芯部形成。柱状过滤器元件和柱状多孔芯部例如通过钎焊、焊接或胶粘在它们的端部处被附贴至端盖。这类过滤系统的一个问题在于，在多次反脉冲清洁这些过滤器之后会发生失效。
发明内容
本发明的主要目标是提供一种不存在现有技术的缺点的过滤器。本发明的具体目标是提供一种能更好地耐反脉冲清洁的结合的(例如，烧结的)金属纤维过滤器。
根据本发明的第一方面，提供了一种滤膜。该滤膜包括位于其流入侧且选定成作为过滤介质的第一金属纤维网。该第一金属纤维网包括至少两个金属纤维层：细纤维层以及至少一层较粗纤维层。较粗纤维层指的是较粗纤维层中的金属纤维的平均等效直径比用在细纤维层中的金属纤维的平均等效直径要大；细纤维层指的是细纤维层中的金属纤维的平均等效直径比用在较粗纤维层中的金属纤维的平均等效直径要小。该细纤维层位于滤膜的流入侧(优选在滤膜的流入表面)，而该至少一层较粗纤维层位于细纤维层的下游。滤膜还包括位于滤膜的流出侧的叠层，该叠层由一个或多个具有不变且规律的开口的第一二维金属结构组成。
滤膜还包括由第二金属纤维网和叠层形成的至少一个套件，该叠层由一个或多个具有不变且规律的开口的第二二维金属结构组成，其中所述至少一个套件设置在由一个或多个具有不变且规律的开口的二维金属结构组成的叠层所在的一侧和第一金属纤维网所在的另一侧之间。
第二金属纤维网与由一个或多个第一二维金属结构组成的叠层直接接触。
在第一金属纤维网的该至少一层较粗纤维层所在的那侧，叠层中的一个直接与选定成用作过滤介质的第一金属纤维网接触，该叠层由一个或多个具有不变且规律的开口的第二二维金属结构组成。
该一个或多个第一二维金属结构、第一金属纤维网、及由第二金属纤维网和一个或多个第二二维金属结构组成的至少一个套件都通过金属键的方法(例如，通过烧结形成的键或通过焊接形成的键)而互相连接。在优选的实施例中，滤膜可进行变形以用在柱状过滤器中。
滤膜具有足够的强度，从而能不需要支撑地用在过滤器中。这意味着滤膜不需要被支撑在其过滤表面上，而同时能被有效地使用。
过滤器可由根据本发明的滤膜制成。
优选地，以没有对滤膜打褶的方式使用滤膜。滤膜也可被弯曲以将其成形，从而用作柱状或管状过滤器。
滤膜的协同结构及设计特征确保了在反脉冲清洁过滤条件下的较长寿命。
采用根据本发明的滤膜的过滤器的另一优点是反脉冲清洁更有效；与采用现有技术的滤膜相比，残余压降更低。残余压降是已经完成反脉冲清洁后过滤器元件上的压力。
具有不变且规律的开口的二维金属结构指的是由金属制成且具有开口的二维结构。开口按照不变且规律的样式位于二维金属结构中。
能用在本发明中的具有不变且规律的开口的二维金属结构的优选示例是编织丝筛网(筛网)或展开的金属片。优选地，用作具有不变且规律的开口的二维金属结构的编织丝筛网和/或展开的金属片是压延的。
优选地，第二二维金属结构的每单位表面积的重量小于或等于第一二维金属结构的每单位表面积的重量。优选地，第二二维金属结构的开口小于或等于第一二维金属结构的开口。
优选地，第一金属纤维网的细纤维层中的金属纤维的等效纤维直径为0.5至25μm之间，更优选地为0.5至15μm之间。纤维的等效直径指的是面积与纤维的横截面相同的圆的直径。为了有效的过滤性能而选定等效纤维直径。
优选地，第一金属纤维网的较粗纤维层中的金属纤维的等效纤维直径为12至50μm之间。更优选地，第一金属纤维网的至少一层较粗纤维层中的金属纤维的等效直径大于20μm，例如大于25μm，并且优选小于50μm。
优选地，第二金属纤维网包括等效纤维直径大于或等于第一金属纤维网的至少一层较粗纤维层中的金属纤维的等效纤维直径的金属纤维。优选的等效金属纤维直径大于12μm，更优选地大于20μm，例如大于25μm，并且优选小于50μm。
第二金属纤维网可包括设计特征不同(例如，纤维直径不同、纤维长度不同、纤维横截面不同、层厚度不同、孔隙率不同等)的多个纤维层。
为了将滤膜成形(例如，将滤膜弯曲成柱形)时的最佳结果以及在由本发明的滤膜制成的过滤器的使用中的耐反脉冲清洁性，选定不同的金属纤维网中的金属纤维的等效直径的优选范围。
优选地，该滤膜是表面滤膜；并且/或者优选地滤膜用作表面滤膜。颗粒基本上被捕获在第一金属纤维网的细纤维层的表面上。不希望微粒被捕获在第一金属纤维网的所述至少一层较粗纤维层中或第二金属纤维网中，但是不能排除一些颗粒会流过第一金属纤维网的细纤维层进而被捕获在细纤维层的下游的滤膜层中。第一金属纤维网的所述至少一层较粗纤维层和第二金属纤维网的功能主要是界面功能。
在优选的实施例中，第一金属纤维网和/或第二金属纤维网的金属纤维的平均长度为至少5mm，优选地至少10mm。
在优选的实施例中，所用的金属纤维的长度与等效直径的比为500至20000之间。在另一优选实施例中，所用的金属纤维的长度与等效直径的比为40至80之间。
可用在本发明中的金属纤维的示例是不锈钢纤维(例如，AISI316或AISI304)。其他优选的金属纤维由镍基合金(例如，哈氏合金或铬镍铁合金)制成。
其他优选的金属纤维为Fe-Cr-Al合金基纤维(例如，已知的商业牌号FeCrAlloy)。第一组Fe-Cr-Al基合金含有15至25％的Cr以及4至6％的Al(所有百分数为重量百分数)。优选地Al的含量为4.8至5.7％之间。优选的合金成分是还包括Y的Fe-Cr-Al基合金。Y含量的范围为0.03至0.5％，优选地为0.08至0.35％。最优选地，Y的含量为0.25至0.35％。示例为DIN1.4767的钢种。
所述第一组的其他可能的合金成分是还包含至少一种添加元素的Fe-Cr-Al基合金，该添加元素选自包含如下成分的组：Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta以及例如La或Ce的镧系元素。添加元素的含量或添加元素的总数为0.01至1％。
Fe-Cr-Al基合金的其他组含有高达15％的Cr以及20至60％的Al。这些合金还包括至少一种添加元素，该添加元素选自包含如下成分的组：Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta以及镧系元素。
Fe-Cr-Al基合金具有相当好的耐腐蚀和耐高温特性。
金属纤维可通过任何该领域中已知的方法制备，例如可为集束拉拔、或机加工、或刨削、或通过从熔体中抽取而制成。
在优选的实施例中，由一个或多个具有不变且规律的开口的第一二维金属结构组成的叠层的重量小于3.7kg/m2，优选地小于1.5kg/m2，甚至更优选地小于1kg/m2。
优选地，具有不变且规律的开口的二维金属结构由与金属纤维网中的金属纤维相同的金属或金属合金制成。这个特点有利于以协同的方式提高耐反脉冲清洁性。
在优选的实施例中，金属纤维网中的金属纤维基本上定向在与滤膜的表面平行的平面中。这能够通过最初在过滤器上制备金属纤维网作为扁平的二维纤维网而获得，其中金属纤维网的厚度与长度和宽度相比很小，并且其中纤维主要定向在上述平面中。在示例中，用干法成网法(例如，通过梳理技术或通过气流成网技术)将金属纤维制成二维网，其中纤维基本上定向在二维网所在的平面中而非二维网的厚度方向。用来制造一个或多个纤维网的一种替代方法是湿法结网，这种方法对于生产由长度和等效直径的比为40至80之间的金属纤维制成的网尤其有用。
本发明的第二方面是由根据本发明的第一方面的滤膜制成的过滤器。该过滤器可以是柱状过滤器。该过滤器也可以是扁平(平面)过滤器、或具有锥形或其他形状的过滤器。
本发明的第三方面是采用本发明的第一方面所述的滤膜的过滤系统，其中滤膜不是在其流入表面或流出表面上被支撑。流入表面和流出表面指的是滤膜的表面，通过滤膜的该表面要被过滤的流体能从滤膜进入和出来。由于滤膜必须适配在例如外壳内，因此滤膜可在其边缘被支撑。在根据现有技术的过滤系统中，滤膜例如通过焊接的金属丝笼或多孔板而被支撑在其流入和/或流出表面上，在根据本发明的过滤系统中能避免这一点。
在根据本发明且优选的过滤系统中，滤膜不是由多孔的支撑件支撑，而仅在滤膜的边缘处被支撑。
在优选的柱状过滤系统中，柱状过滤器不由中空且多孔的芯部管或笼支撑，而仅在柱状滤膜的边缘处被支撑。
本发明的第四方面是用于生产柱状过滤器(管状过滤器)的方法，其中，滤膜根据本发明的第一方面而提供。为了生产滤膜，不同的滤膜层放置在彼此上，并且滤膜通过金属键而结合。可例如通过烧结或焊接在一个或多个结合操作中获得金属键。这样，获得滤膜(优选地扁平的二维滤膜)。滤膜切成一定尺寸，并弯曲成柱形。弯曲的滤膜的(例如，纵向的)接触边缘被结合在一起(例如，通过焊接、烧结、胶合或钎焊)，从而将柱形封闭。优选地，滤膜在单一的操作中结合，例如在单一的烧结操作中或单一的焊接操作中。
其他形状的过滤器可用类似的方式制成，例如，锥形过滤器。
优选地，在生产一定形状的过滤器(例如，柱状过滤器)的过程中，在接触边缘处进行端对端的钎焊或焊接(无交叠)。
本发明的第五方面是用于流体过滤的方法。该过滤方法可应用于例如气体、油浆或液体。在本方法中，使用根据本发明的第一方面的滤膜及根据本发明的第二方面的过滤系统。在滤膜的流入侧供给流体。流入侧指的是具有第一金属纤维网的滤膜的那一侧。反脉冲用于清洁滤膜。
当过滤气体时，气体可以是热气，例如温度达900℃。优选地，在滤膜上的压降为最大值2巴的情况下进行过滤。
附图说明
图1示出了根据本发明的滤膜的示例。
图2示出了采用根据本发明的滤膜的柱状过滤器的示例的顶视图。
图3示出了采用根据本发明的滤膜的过滤系统。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的滤膜100的示例。箭头110表示在滤膜被用于过滤时流体的流动方向。滤膜包括选定成作为过滤介质的第一金属纤维网120。第一金属纤维网120包括细纤维层123及较粗纤维层127。细纤维层123位于滤膜100的流入侧，较粗纤维层127位于由细金属纤维组成的层123的下游。
滤膜100包括位于其流出侧且由两个第一二维金属结构组成(在本示例中)的叠层130，其中第一二维金属结构具有不变且规律的开口，第一二维金属结构在示例中为编织滤网132和134。
在示例中，滤膜100包括两个由第二金属纤维网142、152和叠层组成的套件140、150，其中叠层由一个或多个具有不变且规律的开口的第二二维金属结构(144,154)组成，该第二二维金属结构在示例中为编织滤网。两个套件140和150设置在所述由一个或多个具有不变且规律的开口的二维金属结构130组成的叠层所在的一侧和所述第一金属纤维网120所在的另一侧之间。
由一个或多个具有不变且规律的开口的第二二维金属结构组成的叠层中的一个(在示例中为144)在较粗纤维层127所在的那侧直接与第一金属纤维网120接触。
第一二维金属结构130、第一金属纤维网120、及由第二金属纤维网142、152和一个或多个第二二维金属结构144、154组成的套件140、150都通过例如由烧结法形成的金属键而互相连接，优选地所述金属键在一个烧结操作中形成。
表I列举了一些根据本发明的滤膜成分的示例。对于第一金属纤维网而言，该表首先指的是细纤维层，然后是较粗纤维层：例如，在示例1中“在300g/m2、直径22μm之上的600g/m2、直径4μm”意味着细纤维层是600g/m2且具有直径为4μm的金属纤维，而较粗纤维层是300g/m2且具有直径为22μm的金属纤维。表I中的直径指的是等效直径。在示例中，所用的是压延筛网。
优选地，细纤维层的比质量(用g/m2表示)大于或等于较粗纤维层的比质量(用g/m2表示)。然而对于本发明而言这不是必需的。作为示例，根据本发明的滤膜成分可以用同样的方式制成与示例4类似，但利用的是由直径为12μm的金属纤维组成且为250g/m2的细纤维层以及由直径为22μm的金属纤维组成且为300g/m2的较粗纤维层。表II对筛网(编织丝筛网)进行说明。作为编织丝筛网的替代，可以采用展开的金属板或展开的金属片，优选地采用压延展开的金属板或片。
表I：根据本发明的滤膜成分的示例
表II：可用于本发明中的编织丝筛网的示例
图2示出了由根据本发明的滤膜210(例如，图1所示的滤膜或表I所述的滤膜)制成的柱状过滤器200的顶视图。扁平(二维)滤膜被弯曲成柱形，同时第一金属纤维网处于柱状过滤器210的外径处。在滤膜的边缘彼此接触的地方形成焊接部220，以封闭柱状过滤器。
图3示出了采用由根据本发明的滤膜制成的柱状过滤器310(例如，图2中的柱状过滤器)的过滤系统300。柱状过滤器310不是在其过滤表面上被支撑。柱状过滤器配装在外壳320内，外壳320具有用于要被过滤的流体的入口340和出口350。柱状过滤器310具有例如通过焊接而连接至其上的不透水端盖380。
流体在过滤系统中的流动是从柱状过滤器310的外部至内部，同时第一金属纤维网定位在柱状过滤器310的外表面上。
在使用中，柱状过滤器通过反脉冲清洁的方法而清洁。

Claims (10)

1.一种滤膜，包括：
选定成用作过滤介质且位于滤膜的流入侧的第一金属纤维网，其中所述第一金属纤维网包括至少两个金属纤维层：细纤维层及至少一层较粗纤维层，其中细纤维层位于所述滤膜的流入侧，所述至少一层较粗纤维层位于所述细纤维层的下游，
所述滤膜还包括位于滤膜的流出侧的叠层，所述叠层由一个或多个具有不变且规律的开口的第一二维金属结构组成，
所述滤膜还包括由第二金属纤维网和叠层组成的至少一个套件，所述叠层由一个或多个具有不变且规律的开口的第二二维金属结构组成，其中所述至少一个套件设置在所述由一个或多个具有不变且规律的开口的二维金属结构组成的叠层所在的一侧和所述第一金属纤维网所在的另一侧之间，
其中，第二金属纤维网与由一个或多个第一二维金属结构组成的叠层直接接触，
其中，所述由一个或多个具有不变且规律的开口的第二二维金属结构组成的叠层中的一个在所述至少一层较粗纤维层所在的那侧直接与第一金属纤维网接触；以及
其中，所述一个或多个第一二维金属结构、所述第一金属纤维网、以及由第二金属纤维网和一个或多个第二二维金属结构组成的至少一个套件都通过金属键互相连接。
2.根据权利要求1所述的滤膜，其中所述第一金属纤维网的所述细纤维层中的金属纤维的等效纤维直径为0.5至25μm之间。
3.根据前面权利要求中的任一项所述的滤膜，其中由一个或多个具有不变且规律的开口的第一二维金属结构组成的叠层的重量小于3.7kg/m2。
4.根据前面权利要求中的任一项所述的滤膜，其中具有不变且规律的开口的所述第一二维金属结构和/或具有不变且规律的开口的所述第二二维金属结构为编织丝滤网或展开的金属片。
5.一种由根据前面权利要求中的任一项所述的滤膜制成的过滤器，所述过滤器是柱状过滤器或者过滤器是扁平过滤器。
6.一种使用根据权利要求1至4所述的滤膜的过滤系统，其中所述滤膜没有被支撑在其流入表面或其流出表面上，而仅被支撑在所述滤膜的边缘处。
7.一种用于生产柱状过滤器的方法，其中
制造根据权利要求1至4所述的滤膜，其中所述滤膜的不同层放置在彼此上，并且滤膜通过金属键而结合，
滤膜被切割成一定的尺寸并且被弯曲成柱形，
弯曲的滤膜的接触边缘结合在一起以便将柱形封闭。
8.根据权利要求7所述的方法，其中滤膜在单个烧结或焊接操作中被结合。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中在接触边缘处进行端对端焊接或钎焊。
10.一种用于过滤流体的方法，
其中在过滤器中设置根据权利要求1至4所述的滤膜，或者提供根据权利要求6所述的过滤系统，
其中将要被过滤的流体供给到所述滤膜的流入侧，
其中使用反脉冲来用于清洁滤膜。
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