CZ307099A3

CZ307099A3 - Vzdušný filtr

Info

Publication number: CZ307099A3
Application number: CZ19993070A
Authority: CZ
Inventors: Anthony Dipl. Chemiker Bsc. Hollingsworth; Oliver Dr. Dipl. Chemiker Staudenmayer; Raplh Berkemann
Original assignee: Freudenberg Carl
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2000-08-16
Also published as: US6387141B1; HU220657B1; EP0993854A1; HU9903194D0; KR100355057B1; AR021222A1; BR9904211A; JP3406254B2; PL194536B1; HUP9903194A2; CA2282856A1; KR20000023331A; ATE416834T1; DE19843000C2; CZ300179B6; DE59914925D1; CA2282856C; DE19843000A1; HUP9903194A3; TR199902147A2

Description

Vzduchový filtr

Oblast techniky

Vynález se týká vzduchového filtru s hloubkovým filtračním materiálem, který obsahuje netkanou látku, rouno, které má stranu znečištěného vzduch a stranu čistého vzduchu, přičemž je rouno zhotovené z adhezně a/nebo kohezně spojených vláken.

Dosavadní stav techniky

Takový vzduchový filtr je znám z DE 44 27 817 Cl.

U filtrů s hloubkovým filtračním materiálem se odlučované částečky odlučují převážně ve filtračním materiálu. Protikladem k těmto jsou povrchové filtry, u kterých se částečky převážně hromadí na povrchu filtračního materiálu jako filtrační koláč.

Z DE 25 250 Al je znám materiál vzduchového filtru složený z laminátu ze dvou vrstev netkané látky. Vrstva netkané látky přivrácená k straně čistého vzduchuje zpevněná proudem vody a je složená z vláken o průměrné jemnosti menší než 2,2 dtex. Vrstva netkané látky přivrácená k straně znečištěného vzduchu má v porovnání s touto hrubší vlákna. Obě vrstvy jsou spolu spojené mechanickým jehlováním. Sice má takové filtrační medium lepší účinnost než čistě mechanicky jehlovaná netkaná látka. Nevýhodou však je, že se při laminování jehlováním vytvoří i ve vrstvě čistého vzduchu dírky od jehel, které se negativně projevují při účinnosti filtru na malé částice.

Netkané látky se osvědčily jako filtrační materiály pro vzduchové filtry a zaručují vynikající filtrační vlastnosti. Avšak známé filtrační materiály nesplňují všechna přání na stabilitu a tuhost filtračního materiálu. Ty jsou jednak důležité při výrobě vzduchových • · ··· ···

-2filtrů, aby se daly vyrobit plisované případně do záhybů skládané filtry s odpovídajícím velkým povrchem filtru. Tuhost je však také velmi důležitá pro funkci filtru, aby se zabránilo nadměrné deformaci filtračního materiálu během provozu. Deformace by způsobila dosednutí filtračního materiálu, následkem čeho by se zvýšil tlakový rozdíl a snížila životnost vzduchového filtru.

Podstata vynálezu

Je úkolem vynálezu uvést vzduchový filtr ze zvláště tuhého filtračního materiálu.

Tento úkol je u vzduchového filtru úvodem uvedeného druhu řešen tím, že vlákna mají provázání zhotovená před adhezním a/nebo kohezním spojením pomocí proudů kapalin směrem od strany čistého vzduchu a že proudem kapaliny přibývá zhuštění vláken od strany znečištěného vzduchu směrem k straně čistého vzduchu tak, že se vytvářejí rozdílně zhuštěné oblasti, ve kterých se odlučují částečky rozdílné velikosti.

Působení proudem kapaliny se může provádět zejména vysokotlakým vodním proudem, jak je to známé z výroby netkaných látek. Přesně zaostřenými proudy vysokotlaké vody pronikajícími netkanou látkou, rounem, a narážejícími na vodopropustný podklad se vlákna zakličkují. Vlákna zachycená proudy vody mají pak smyčkovitý tvar. Přitom je podle vynálezu energie proudu, určená hmotností kapaliny za jednotku doby a tlakem kapaliny, stanovená tak, že narůstá zhuštění vláken od strany znečištěného vzduchu k straně čistého vzduchu. Tím vznikají zhuštěné oblasti, ve kterých se mohou odlučovat částečky rozdílné velikosti.

Od strany čistého vzduchu, společně s adhezní a/nebo kohezní vazbou vláken, proudem kapaliny provedená úprava, vytváří rouno překvapivě vysoké tuhosti, které má současně vynikající filtrační vlastnosti. Je to překvapivé, protože se používá vysokotlaký vodní proud při výrobě netkaných látek za tím účelem, aby se vyrobila rouna s měkkým textilním omakem. Další výhodou je, že úpravou proudem kapaliny docílené 5 mm a • · • ·

-3menší tloušťky filtračního materiálu jsou vhodné pro vzduchový filtr a přídavné kalandrování může býti zbytečné. Navíc se mohou redukovat výrobní náklady, protože se mohou i při jednovrstvém rounu jednou jedinou výrobní operací vyrábět rozdílně zahuštěné oblasti.

Výhodně se předvídá, že vlákna mají zakličkování vytvořená před adhezním a/nebo kohezním spojením proudem kapaliny, ze strany znečištěného vzduchu. Přídavným tryskáním kapaliny ze strany znečištěného vzduchu, které se přednostně provádí jinou energií tryskání než tryskání kapalinou ze strany čistého vzduchu, se může získat zvláště pevný hloubkový filtrační materiál.

Podle výhodného provedení se předvídá, že vlákna mají titr 0,05 až 50 dtex.

Další zlepšení filtračních vlastností se docílí tím, že vlákna obsahují hrubá vlákna a jemná vlákna, přičemž titr hrubých vláken leží minimálně o faktor 6 nad titrem jemných vláken. Vzduchový filtr tak může například míti jemná vlákna s titrem přibližně 1 dtex a hrubá vlákna s titrem přibližně 6 dtex a více.

Ve vzduchovém filtru se pak mohou odlučovat zvláště malé částečky, jsou-li jemná vlákna aspoň částečně tvořená štěpnými vlákny. Štěpná vlákna jsou relatvně hrubá vícekomponentní vlákna v obvyklých titrech vláken schopných mykání, která se dají jednoduše zpracovávat. Rozštěpením štěpných vláken vznikají srovnatelně jemná vlákna. Tímto způsobem se mohou obvyklými metodami vytvářet plošné útvary s mikrovláknovými strukturami.

Výroba vzduchového filtru se zvláště zjednoduší, jsou-li štěpná vlákna vyrobená štěpením vlákna proudem kapaliny.

Zvláště dobrá schopnost ukládat prach ve filtračním materiálu se docílí tím, že hustota media rouna ve směru proudění progresivně narůstá. Vzduchový filtr se • · · · » · ·

I · ·· • ·

·· · ·

-4následkem toho vyznačuje na straně znečištěného vzduchu malou hustotu vláken a velkými póry filtru. V této oblasti se zachycují větší odlučované částečky. Směrem ke straně čistého vzduchu vzduchového filtru narůstá hustota vláken progresivně; odpovídajícím způsobem jsou tam vlákny vytvořené menší póry. Menší k odloučení určené částečky nejdříve prostupují na straně znečištěného vzduchu ležící oblastí s malou hustotou vláken a odlučují se pak v oblasti s vyšší hustotou vláken. Tím se docílí, že se filtr může plnit v celé tloušťce filtračního materiálu odloučenými částečkami. Následkem toho se dá dosáhnout vysoká životnost filtru a trvale nízká tlaková ztráta po celou dobu životnosti filtru.

V dalším rozpracování vynálezu se předvídá, že rouno má minimálně jednu první k straně znečištěného vzduchu přivrácenou vrstvu vláken a jednu druhou vrstvu vláken přivrácenou k straně čistého vzduchu.

Výroba se zvláště zjednoduší tím, že aspoň jedna vrstva vláken je v podstatě vytvořená z předem zpevněné vrstvy rouna a že aspoň jedna druhá vrstva vláken je tvořená v podstatě pavučinou nanesenou na vrstvu rouna, přičemž jsou pavučina a vrstva vláken spolu spojené proudem kapaliny.

Zvláště dobré filtrační vlastnosti se docílí tím, je-li pavučinou tvořená vrstva vláken uspořádaná u vrstvy rouna na straně čistého vzduchu.

Zvláště malé částečky se mohou odlučovat do filtru, obsahuje-li pavučinou tvořená vrstva vláken štěpením vyrobená vlákna.

V dalším rozpracování vynálezu se předvídá, že vrstva vláken přivrácená k straně znečištěného vzduchu obsahuje větší podíl hrubých vláken než vrstva vláken přivrácená k straně čistého vzduchu. Pro vyšší podíl hrubých vláken na straně znečištěného vzduchu se tam vytvářejí větší póry. Přitom se také může předvídat, že hrubá vlákna jsou obsažená výlučně ve vrstvě vláken přivrácené ke straně znečištěného vzduchu.

• · ·· ·· ► · * · ·· · · fr · · · « ► · · « ·· ·· ·· ·· » · · · » · · · ·· · ··· • · • · ··

-5Další zlepšení filtračních vlastností se docílí tím, že se vlákna elektrostaticky nabijí. To se může provádět zvláště úpravou na elektret například úpravou korónou.

Kohezní spojení vláken se může zvláště výhodným způsobem uskutečnit otavením části vláken.

Adhezní spojení se může uskutečnit zvláště jednoduše slepením vláken pojivém. Přednostně se používají dvoupolymerová vazná vlákna.

Zvláště výrobní náklady vzduchového filtru se sníží tím, že je filtrační materiál upraven proudem kapaliny v celém svém průřezu.

Zvláště velký povrch filtru se docílí tím, že je hloubkový filtrační materiál plisován.

Příklady provedení vynálezu

Předmět vynálezu bude v následném pomocí výkresu dále ozřejměn. Ukazují:

Obr. 1 vzduchový filtr podle vynálezu, obr. 2 schematické znázornění průřezu filtračním materiálem podle prvního příkladu provedení, obr. 3 schematické znázornění průřezu filtračním materiálem podle druhého příkladu provedení, obr. 4 průřez štěpným vláknem

Obrázek 1 ukazuje jako filtrační kazetu provedený vynálezecký vzduchový filtr JL Obsahuje filtrační materiál 2, plisovaný paralelně k boční hraně. Filtrační materiál 2 je dokola olemován těsnícím proužkem 3.

·· ·· • · · • ··

I · · · » · · « ·· ·· ·· · • · •·· ··· • · ·· ··

-6Filtraění materiál 2 tvoří na obrázku 2 znázorněné rouno 5. Toto je zhotovené ze syntetických vláken 6 s titrem od 0,05 do 50 dtex a může se vyrobit (například mykáním) pomocí mykacích strojů.

Úpravou vysokotlakou vodou se vytvořilo v rounu 5 provázání vláken 6,

Rouno 5 obsahuje ve směru proudění R oblasti A, B, C rozdílných vlastností, které umožňují odloučení částeček rozdílných velikostí v rozdílných oblastech A, B, C. Rozdílné vlastnosti oblastí A, B, C se ve způsobu provedení znázorněném na obrázku 2 docílí tím, že hustota vláken ve směru proudění R progresivně narůstá od strany znečištěného vzduchu 7 k straně čistého vzduchu 8. Nárůst hustoty vláken se dosáhuje tím, že rouno 5 je ze strany čistého vzduchu 8 podrobeno úpravě proudem vody. Takovou jednostrannou úpravou proudem vody se vlákna 6 rouna 5 na straně čistého vzduchu 8 zahustí silněji než na od proudu vody odvrácené straně znečištěného vzduchu, případně straně přítoku 7. Proto je hustota vláken v oblasti A přivrácené k straně znečištěného vzduchu 7 menší než ve střední oblasti B a tam opět menší než v oblasti C, přivrácené k straně čistého vzduchu 8. Odpovídajícím způsobem narůstá velikost vlákny 6 ohraničených meziprostor nebo pórů rouna 5 od oblasti A směrem k oblasti C. Následkem toho mohou býti za provozu větší částečky odloučené v oblasti A vzduchového filtru, menší částečky v oblasti B a nejjemnější částečky v oblasti C.

Vlákna 6 rouna 5 se po úpravě proudem kapaliny adhezně a/nebo kohezně spojí. Kohezní spojení se může uskutečnit svařením, při kterém vlákna 6 zvýšenou teplotou po nějakou dobu změknou a sousedící vlákna 6 se na bodech doteku, případně tlakem, spojí. Adhezní spojení se může uskutečnit slepením vláken pojivém. Toto se může přimíchat použitím tak zvaných vazných vláken již před zhotovením rouna. Spojení pak probíhá například termickou úpravou, při které změkne plášť vazných vláken a spojí sousedící vlákna 6 místně mezi sebou. Adhezní spojení může vzniknout také použitím tekutého polymerového pojivá, které se následnou tepelnou úpravou vytvrdí.

· · · · • 4 4 ·

4 44

4 4 ·

44 • 4 ·· 4

4 4 4

4 4 4 4 4

4 ·

4 44

444 ·44 ·

4 44

-7Obrázek 3 ukazuje další příklad provedení rouna 5. Vlákna 6 vykazují hrubá vlákna a jemná vlákna 6”, přičemž leží titr hrubých vláken o faktor 6 nad jemnými vlákny. Oblasti A\ B1 rouna 5 s rozdílnými vlastnostmi ve směru proudění R se docílí tím, že se předvídají minimálně dvě vrstvy vláken s rozdílným složením vláken. Straně znečištěného vzduchu 7 přivrácená vrstva vláken, uspořádaná v oblasti A\ má větší podíl hrubých vláken 61 než vrstva vláken přivrácená k straně čistého vzduchu 8, uspořádaná v oblasti B\ Hmotnostní poměr jemných vláken k hrubým vláknům v rounu přitom činí 5 k 95 až 40 k

60. Proudem kapaliny se vytvářejí provázání vláken 61,6”, která spojí vrstvy vláken.

Pro zlepšení odlučování částeček mohou býti vlákna elektricky nabitá. To se může provádět úpravou na elektret zejména koránovou úpravou.

Jemná vlákna 6” mohou aspoň částečně tvořit štěpná vlákna 9. Schematický průřez takovým štěpným vláknem 9 je znázorněn na obrázku 4. Znázorněné štěpné vlákno 9 má první z prvního polymeru zhotovenou komponentu 10 a druhou, z druhého polymeru vytvořenou komponentu 11. U příkladu provedení znázorněném na obrázku 4 je vytvořeno osm segmentů z komponenty 10, přičemž je mezi segmenty uspořádaná ve tvaru vrstev komponenta 11. Při štěpení nebo štípání štěpného vlákna 9 vytváří osm komponentů 10 jedno z na obrázcích 2, 3 znázorněných vláken 6 případně 6”. Titr štípáním štěpného vlákna 9 zhotoveného jemného vlákna 6” může dosahovat dolů až k 0,05 dtex. Neštěpené štěpné vlákno 9 je zřetelně hrubší a může se proto zpracovávat jednoduše tím, že se k rounu 5 přimíchá. Rozštípání štěpného vlákna 9 se provádí tlakem působícím na štěpné vlákno 9 při úpravě proudem vody.

Výhody vynálezeckého vzduchového filtru a způsob jeho výroby budou v následném objasněné dvěma příklady.

·4

I 4 4 · » 4 4 4

444 444 • 4

4 44

4·

4 4 4

4 4 9

4 4 4 4

4 4

44 ·· 44 • 4 4

4 44

4 4

44

-8Příklad 1

Rouno v příkladu 1 má hmotnost hmoty 300g/m² a tloušťku (měřeno podle DIN 53855) 3 mm. Je vyrobeno z mykaného střižového vlákna. Složení vláken činí 40% 0,9 dtex, 10% 6,7 dtex polyesterového vlákna a 50% 2,2 dtex polyesterového bikomponentního vlákna. Provázání vláken se vytváří jednostranným prouděním vody o tlaku mezí 50 a 100 bary. Pak se rouno suší v natavovací peci a aktivováním vazných vláken se spojí.

Toto rouno má tuhost v podélném směru 120 Nmm² (měřeno při ohybovém úhlu 20° podle DIN 53350). Taje přibližně třikrát vyšší než u rouna stejného složení, hmotnosti a tloušťky, které však bylo vyrobeno bez úpravy proudem kapaliny.

Příklad 2

Rouno v příkladu 2 má hmotnost hmoty 170 g/m² a tloušťku (měřenou podle DIN 53855) 0,9 mm. Toto rouno je zhotoveno ze dvou pavučin z mykaného střižového vlákna. Složení vláken první pavučiny, která má 17% celkové váhy, obsahuje 50% polyolefínového štěpného vlákna s 2,2 dtex (neštěpené) a 50% polypropylenového vlákna s 6.7 dtex. Složení vláken druhé pavučiny obsahuje 100% 36 dtex -ového polyolefínového bikomponentního vlákna. Spojení pavučin propojením v nich obsažených vláken se docílí proudem vody o vodním tlaku mezi 50 a 150 bary, bezprostředně následujícím sušením v natavovací peci a aktivováním vazných vláken. Z toho vznikající struktura rouna vykazuje stálý úbytek jemných vláken od strany jemných vláken ke straně hrubých vláken.

Struktura rouna má ohybovou tuhost, ve směru zhotovování, 38,0 Nmm² ( měřeno při ohybovém úhlu 20° podle DIN 53350). Taje třikrát vyšší než u srovnávaného materiálu stejné hmotnosti a tloušťky, který je složen ze tří v různých pracovních úkonech zhotovených vrstev, které byly vyrobené kalandrováním bez úpravy proudem kapaliny.

• 9 99 • · · 9 · 9 9 ·· 99 ·· ··

9 9 · * · · · • 99 · · · · *

9 999 9 999 999 • · · * * «9 99 99 99

-9Následným elektrostatickým nabitím struktury rouna se dociluje filtrační výkon, který dosahuje o 78% větší propustnost vzduchu (podle DIN 53887) než rovněž eletrostaticky upravené třívrstvé srovnávané filtrační medium, při shodném jemném odlučování (podle EN 143) a shodných schopnostech ukládání prachu

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vzduchový filtr s hloubkovým filtračním materiálem (2), obsahujícím stranu znečištěného vzduchu (7) a stranu čistého vzduchu (8) vykazující rouno (5), přičemž je rouno (5) vytvořené z adhezně a/nebo kohezně spojených vláken (6), vyznačující se tím, že vlákna vykazují provázání vytvořená před adhezním a/nebo kohezním spojením proudem kapaliny ze strany čistého vzduchu (8) a že proudem kapaliny narůstá zhuštění vláken (6) od strany znečištěného vzduchu (7) k straně čistého vzduchu (8) tak, že se vytvářejí různě zhuštěné oblasti (A, B, C), ve kterých jsou odlučitelné částice rozdílné velikosti.
2. Vzduchový filtr podle nároku 1, vyznačuj ící se t í m, že vlákna (6) vykazují provázání, vytvořená před adhezním a/nebo kohezním spojením proudem kapaliny směrem od strany znečištěného vzduchu (7).
3. Vzduchový filtr podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vlákna (6) mají titr od 0,05 do 50 dtex.
4. Vzduchový filtr podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačuj ící se tím, že vlákna (6) obsahují hrubá vlákna (6’) a jemná vlákna (6”) přičemž titr hrubých vláken leží o faktor 6 nad titrem jemných vláken (6”).
5. Vzduchový filtr podle nároku 4,vyznačující se tím, že jemná vlákna (6”) jsou aspoň částečně vytvořená štěpením štěpných vláken (9).
6. Vzduchový filtr podle nároku 5, vyznačující se tím, že štěpná vlákna (9) jsou štěpená při úpravě proudem kapaliny.
7. Vzduchový filtr podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že hustota média rouna (5) progresivně narůstá ve směru proudění (R).

·· ♦· • · · · • · ·· • · · * • · · · ·· ··

- 11 • · ·· • · · · • · · · • ··· ··· • · · ·· ··
8. Vzduchový filtr podle jednoho z nároků laž 7, vyznačující se tím, že rouno (5) má minimálně první, straně znečištěného vzduchu (7) přivrácenou vrstvu vláken (A’) a druhou, straně čistého vzduchu (8) přivrácenou vrstvu vláken (B’).
9. Vzduchový filtr podle nároku 8, vyznačující se tím, že nejméně jedna z vrstev vláken (A’, B’) je tvořená v podstatě z předem zhotovené vrstvy rouna a že nejméně jedna druhá vrstva vláken je tvořená v podstatě z pavučiny nanesené na vrstvu rouna, přičemž jsou pavučina a vrstva rouna spolu spojené proudem kapaliny.
10. Vzduchový filtr podle nároku 9, vyznačující se tím,že pavučinou vytvořená vrstva vláken je uspořádaná na straně čistého vzduchu (8) vrstvy rouna.
11. Vzduchový filtr podle nároku 9 nebo 10, vyznačuj ící se tím, že pavučinou vytvořená vrstva vláken obsahuje štěpná vlákna.
12. Vzduchový filtr podle jednoho z nároků 7 až 11, vyznačuj ící se tím, že první, straně znečištěného vzduchu (7) přivrácená vrstva (A’) obsahuje větší podíl hrubých vláken (6’) než druhá vrstva vláken (B’) přivrácená k straně čistého vzduchu (8).
13. Vzduchový filtr podle jednoho z nároků 1 až 12, vyznačuj ící se tím, že vlákna (6) jsou elektrostaticky nabitá.
14. Vzduchový filtr podle jednoho z nároků laž 13, vyznačující se tím, že ke koheznímu spojení vláken dochází svařením vláken (6).

Vzduchový filtr podle jednoho z nároků lažl4, vyznačující se tím, že k adheznímu spojení vláken dochází slepením vláken pojivém.

·· 99 • · · · • · ·· • · · · • · · · ·· ·· ·· ·· • 9 9 * • 9 9 9

9 9 9 999

9 9 9

99 9·

99 ·9

9 9 9

999

-1216. Vzduchový filtr podle jednoho z nároků 1 až 15, v y z η a č uj ί c ί se tím, že filtrační materiál je v celém svém průřezu upraven proudem kapaliny.
17. Vzduchový filtr podle jednoho z nároků 1 až 16, vyznačuj ící se tím, že je hloubkový filtrační materiál plisován.