DE102011110932A1 - Filter material useful in filter of gas pressure control device for purifying gases, which is useful for liquid e.g. propane, butane or butene, comprises sintered thermoplastic polymer in form of solid and self-supporting filter material - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtermaterial für Gasfilter, insbesondere für Filter von Druckregelgeräten für Flüssiggas.The present invention relates to a filter material for gas filters, in particular for filters of pressure regulators for LPG.
Gasdruckregelgeräte dienen der Gasversorgung einer Gasverbrauchseinrichtung mit einem geregelten Verbrauchsdruck. Das Gas, z. B. Flüssiggas wie insbesondere Propan und Butan, wird einer transportablen Gasflasche oder einem stationären Gasbehälter entnommen. Gasflaschen können im Inneren Rost ansetzen, der sich beim Transport löst und dadurch die Düse des Gasdruckregelgerätes verstopfen kann. Ebenso können Verunreinigungen im Gas selbst enthalten sein, die sich an den Gasdruckreglern und den Düsen der Verbrauchsgeräte nachteilig auswirken. Das kann auch bei Gasdruckregelgeräten passieren, die entfernt von einem Gasbehälter angeordnet und durch eine Rohrleitung mit diesem verbunden sind. Verunreinigungen können hier zusätzlich aus der Rohrleitung stammen.Gas pressure regulators serve the gas supply of a gas consumption device with a regulated consumption pressure. The gas, z. As liquefied gas such as propane and butane in particular, is taken from a portable gas cylinder or a stationary gas container. Gas cylinders can start to rust inside, which loosens during transport and can thereby clog the nozzle of the gas pressure regulator. Likewise, impurities may be contained in the gas itself, which adversely affect the gas pressure regulators and the nozzles of the consumer equipment. This can also happen in gas pressure regulators, which are arranged away from a gas container and connected by a pipe with this. Impurities can also come from the pipeline.
Bei Flüssiggas ist ein gleichzeitiges Vorliegen von Partikeln und Verunreinigung des Gases durch Öl besonders problematisch. Dadurch kann ein Schließen des Gasdruckregelgerätes verhindert werden.For LPG, the simultaneous presence of particulates and contamination of the gas by oil is particularly problematic. As a result, closing the gas pressure regulator can be prevented.
Es ist daher Stand der Technik den Gasstrom durch Filter von Verunreinigungen zu befreien. Diese Filter können vor dem Druckregelgerät angeordnet sein oder, vorzugsweise, in dieses integriert werden. Als Filter werden üblicherweise Gewebe, Vliese und ähnliches aus Zellstoff-, Kunststoff- oder Mikroglasfasern, zum Zurückhalten von Partikeln sowie zum Adsorbieren- oder Absorbieren von sonstigen Verunreinigungen u. a. Aktivkohle, Ionenaustauscher, Silikagel in dem Gas verwendet. Bisherige Filtermaterialien haben das Problem, dass Partikel des Filtermaterials in den Gasstrom gelangen können. Auch die Abtrennung von Verunreinigungen wie Öl gelingt nur unbefriedigend.It is therefore state of the art to free the gas flow through filters of impurities. These filters may be arranged in front of the pressure regulator or, preferably, integrated in this. As a filter are usually fabric, nonwovens and the like from pulp, plastic or micro glass fibers, for retaining particles and for adsorbing or absorbing other impurities u. a. Activated carbon, ion exchanger, silica gel used in the gas. Previous filter materials have the problem that particles of the filter material can enter the gas stream. The separation of impurities such as oil succeed only unsatisfactory.
Es besteht somit Bedarf an einem Filtermaterial, welches sowohl Partikel zurückhalten als auch andere Verunreinigungen aus dem Gas abtrennen kann.There is thus a need for a filter material which can both retain particles and separate other contaminants from the gas.
Aus
Überraschend wurde nun gefunden, dass durch Sintern eines Gemisches dieses Granulats und eines thermoplastischen Polymergranulats ein sehr wirksames Filtermaterial für Gase erhalten werden kann.Surprisingly, it has now been found that by sintering a mixture of these granules and a thermoplastic polymer granules, a very effective filter material for gases can be obtained.
Die Erfindung löst daher die oben genannte Aufgabe durch ein Filtermaterial umfassend Calciumsilikathydrat und ein thermoplastisches Polymer, die zu einem festen, selbsttragenden Filtermaterial gesintert sind. Die Aufgabe wird auch durch Verwendung dieses Filtermaterials in einer Gasdruckregeleinrichtung und durch ein Verfahren zur Filtration von Gasen mit dem Filtermaterial gelöst.The invention therefore achieves the above object by a filter material comprising calcium silicate hydrate and a thermoplastic polymer which are sintered into a solid, self-supporting filter material. The object is also achieved by using this filter material in a gas pressure regulator and by a method of filtering gases with the filter material.
Die Sinterung von Filtermaterialien zur Bildung formstabiler Filterblöcke ist an sich bekannt. Zum Beispiel beschreibt
Mit dem in
Als Calciumsilikathydrat wird vorzugsweise ein nach
Besonders bevorzugt sind Granulate mit einer Körnung von 0,1 bis 2 mm, einer spezifischen Oberfläche nach BET von ungefähr 20 bis 30 g/cm3 und einem Schüttgewicht von etwa 545 kg/m3. Gröbere Partikel können durch Mahlen und zu feine Partikel durch Granulieren auf die gewünschte Körnung eingestellt werden. Particularly preferred are granules with a grain size of 0.1 to 2 mm, a BET specific surface area of about 20 to 30 g / cm 3 and a bulk density of about 545 kg / m 3 . Coarser particles can be adjusted to the desired grain size by grinding and particles that are too fine can be granulated.
Es ist bevorzugt, wenn dem Calciumsilikathydrat von 1 bis 10 Gew.-% Ton, vorzugsweise Bentonit, zugemischt sind. Das Calciumsilikathydrat kann insbesondere aus der Schaum- und Porenbetonherstelung stammen, oder durch Hydratisieren von Zement erhalten werden.It is preferred if the calcium silicate hydrate from 1 to 10 wt .-% clay, preferably bentonite, are mixed. The calcium silicate hydrate can be derived, in particular, from foam and aerated concrete production, or obtained by hydration of cement.
Wenn im folgenden von Calciumsilikathydrat die Rede ist, so sind damit sowohl das bevorzugte entsprechend
Als Polymer eignen sich solche thermoplastischen Polymere, die gegenüber dem zu filternden Gas inert sind und eine ausreichend hohe Viskosität besitzen, um bei der Sinterung eine poröse Masse zu bilden. Bevorzugt werden Polyolefine wie Polyethylen oder Polypropylen, insbesondere Polyethylen. Auch Polytetrafluorethylen ist brauchbar.Suitable polymers are those thermoplastic polymers which are inert to the gas to be filtered and have a sufficiently high viscosity to form a porous mass during sintering. Preference is given to polyolefins such as polyethylene or polypropylene, in particular polyethylene. Polytetrafluoroethylene is also useful.
Die Sinterung erfolgt in an sich bekannter Weise. Zunächst werden die Granulate des Calciumsilikathydrats und des thermoplastischen Polymers gemischt. Die Mischung wird in eine Form eingefüllt, auf die Erweichungstemperatur des Polymers erwärmt, ggfs. unter Druck, und nach dem Abkühlen der feste, selbsttragende Filtermaterialblock aus der Form entnommen. Temperatur, Druck und Zeit bei der Erwärmung werden an die Größe des Filterblocks und das Polymer angepasst und außerdem so gewählt, dass das Filtermaterial die gewünschte Porosität aufweist.The sintering takes place in a conventional manner. First, the granules of the calcium silicate hydrate and the thermoplastic polymer are mixed. The mixture is filled into a mold, heated to the softening temperature of the polymer, optionally under pressure, and after cooling, the solid self-supporting filter material block is removed from the mold. Temperature, pressure and time on heating are adjusted to the size of the filter block and the polymer and also chosen so that the filter material has the desired porosity.
Das Massenverhältnis Calciumsilikathydrat zu Polymer beträgt typischerweise von 2:1 bis 0,5:1, vorzugsweise etwa 1:1.The mass ratio of calcium silicate hydrate to polymer is typically from 2: 1 to 0.5: 1, preferably about 1: 1.
Die Form des Filterblocks kann nahezu beliebig sein. Bewährt haben sich zylindrische Formen, aber auch sternförmige Geometrien oder Platten sind, abhängig von der Einbausituation, vorteilhaft.The shape of the filter block can be almost arbitrary. Cylindrical shapes have proven useful, but also star-shaped geometries or plates are advantageous, depending on the installation situation.
Es ist möglich, den erfindungsgemäßen Filter als Kombinationsfilter herzustellen, indem eine oder mehrere Schicht(en) aus einem bzw. mehreren weiteren Filtermaterial(ien) vorgesehen wird(werden). Die Schichten werden dabei vorzugsweise durch Sintern fest verbunden, so dass kein Bypass für das zu filternde Gas möglich ist. Sofern mehr als eine weitere Schicht vorhanden ist können die weiteren Schichten gleich oder verschieden sein. Als weitere Schicht eignen sich z. B. Membranen, Gewebe und insbesondere Fasermaterialien, wobei Mikroglasfasermaterialien besonders bevorzugt sind.It is possible to produce the filter according to the invention as a combination filter by providing one or more layers of one or more further filter material (s). The layers are preferably firmly connected by sintering, so that no bypass for the gas to be filtered is possible. If more than one further layer is present, the further layers may be the same or different. As a further layer z. As membranes, fabrics and especially fiber materials, micro-glass fiber materials are particularly preferred.
Die Fasermaterialien sind vorzugsweise mit einem Bindemittel gebunden. Als Bindemittel eignen sich Polyolefine, Polyvinylfluorid (PVDF), Epoxidharz, Silikate und viele mehr. Bevorzugt werden PVDF und Epoxidharze.The fiber materials are preferably bound with a binder. Suitable binders are polyolefins, polyvinyl fluoride (PVDF), epoxy resin, silicates and many more. Preference is given to PVDF and epoxy resins.
Besonders bevorzugt ist ein Filter mit einer anströmseitigen Schicht aus Fasermaterial, insbesondere Mikroglasfasermaterial und einer daran angesinterten Schicht aus Polymer und Calciumsilikathydrat.Particularly preferred is a filter with an upstream layer of fiber material, in particular micro-glass fiber material and a layer of polymer and calcium silicate hydrate sintered on it.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird ein dreischichtiges Filtermaterial bereitgestellt, das eine erste Schicht aus einem gesinterten Polymergranulat, eine zweite Schicht aus Fasermaterial und eine dritte Schicht aus einem gesinterten Polymergranulat umfasst, wobei Calciumsilikathydrat in einer oder in beiden Schichten aus Polymergranulat eingearbeitet ist.In a further preferred embodiment, a three-layered filter material is provided comprising a first layer of sintered polymer granules, a second layer of fiber material, and a third layer of sintered polymer granules, wherein calcium silicate hydrate is incorporated in one or both layers of polymer granules.
Ebenso kann ein Filter aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial mit weiteren Filtern kombiniert, z. B. in Reihe geschaltet, werden. Hierfür kommen dieselben Materialien wie zuvor für die zweite Schicht genannt in Betracht.Likewise, a filter of the filter material according to the invention combined with other filters, for. B. connected in series. For this purpose, the same materials as previously mentioned for the second layer into consideration.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann in nahezu beliebigen Schichtdicken hergestellt werden. Für den Einsatz in Gasdruckregelgeräten eignen sich beispielsweise zylindrische Formen mit Schichtdicken von 1 bis 50 mm, insbesondere von 3 bis 40 mm. Im Falle von kombinierten Filtermaterialien beträgt die Schichtdicke einer ersten, vorzugsweise Faserfilterschicht von 1 bis 20 mm, vorzugsweise von 3 bis 5 mm und die Dicke der Filterschicht aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial vorzugsweise von 10 bis 30 mm, bevorzugt von 15 bis 20 mm. Es ist zu betonen, dass die Schichtdicke nicht prinzipiell begrenzt ist, Schichtdicken von 500 mm sind für das erfindugnsgemäße Filtwermaterial durchaus möglich.The filter material according to the invention can be produced in virtually any layer thicknesses. For use in gas pressure regulators, for example, cylindrical shapes with layer thicknesses of 1 to 50 mm, in particular from 3 to 40 mm are suitable. In the case of combined filter materials, the layer thickness of a first, preferably fiber filter layer of 1 to 20 mm, preferably from 3 to 5 mm and the thickness of the filter layer of the filter material according to the invention preferably from 10 to 30 mm, preferably from 15 to 20 mm. It should be emphasized that the layer thickness is not limited in principle, layer thicknesses of 500 mm are quite possible for the erfindungnsmäßige Filtwermaterial.
Das Filtermaterial eignet sich hervorragend zur Filterung von Gasen wie Luft, Flüssiggas und komprimierten Gasen. Insbesondere lässt es sich anstelle bisher verwendeter Materialien als Filter in Gasdruckregelgeräten verwenden. Vorteilhaft ist dabei, dass das in sich feste und selbsttragende Filtermaterial keine Stützschichten benötigt und keine Partikel des Filtermaterials in den Gastrom gelangen können. The filter material is ideal for filtering gases such as air, LPG and compressed gases. In particular, it can be used instead of previously used materials as a filter in gas pressure regulators. It is advantageous that the self-supporting and self-supporting filter material requires no support layers and no particles of the filter material can get into the gas stream.
Gewünschtenfalls kann eine Filterwechselanzeige in dem Filtermaterial vorgesehen werden. Geignet ist beispielsweise ein auf die Anströmseite aufgetragener Farbstoff, der sich in der Verunreinigung (z. B. Öl oder Wasser) löst und von dieser in das Filtermaterial eingetragen wird. Die Erschöpfung des Filtermaterials wird dann durch das Sichtbarwerden der Farbe auf der anderen Seite des Filters signalisiert.If desired, a filter change indication may be provided in the filter material. For example, a colorant applied to the inflow side, which dissolves in the contaminant (eg oil or water) and is introduced by this into the filter material, is suitable. The depletion of the filter material is then signaled by the color becoming visible on the other side of the filter.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Einbringen des erfindungsgemäßen Filtermaterials in einen Gasstrom. In einer ersten Ausführungsform wird das Filtermaterial in einen Filter, der in einem Gasdruckregelgerät integriert ist, eingebracht. in einer weiteren Ausführungsform wird das Filtermaterial in einen Filter in einer Gasleitung eingebracht. Bei dem Gas kann es sich um Flüssiggas oder ein komprimiertes Gas handeln. Das Verfahren eignet sich desweiteren zur Abgas- bzw. Abluftreinigung.The inventive method comprises introducing the filter material according to the invention into a gas stream. In a first embodiment, the filter material is introduced into a filter which is integrated in a gas pressure regulator. In a further embodiment, the filter material is introduced into a filter in a gas line. The gas may be LPG or compressed gas. The method is also suitable for exhaust gas or exhaust air purification.
Die Anordnung des Filtermaterials in einem Filtergehäuse erfolgt in an sich bekannter Weise. Das Filtermaterial wird dazu typischerweise mit Endkappen versehen, über die es an dem Gehäuse gedichtet wird. In einer vorteilhaften Variante kann die Abdichtung durch eine entsprechende Formung des gesinterten Materials erfolgen, so dass auf Endkappen verzichtet werden kann.The arrangement of the filter material in a filter housing takes place in a conventional manner. The filter material is typically provided with end caps, over which it is sealed to the housing. In an advantageous variant, the sealing can be effected by a corresponding shaping of the sintered material, so that end caps can be dispensed with.
Ein besonders bevorzugte Anwendung der erfindugnsgemäßen Filter stellt die Filtration von Abluft dar. Hier kann eine nahezu 100%-ige Abscheidung der Ölaerosole erreicht werdne, was bisher mit vertretbarem Aufwand nicht möglich war. Filter für die Abluftfiltration haben typischerweise wesentlich größere Abmessungen als solche für Druckgasregelgeräte. Üblich sind Außendurchmesser von 50 bis 100 mm, vorzugsweise etwa 70 mm und Längen von 300 bis 1000 mm, vorzugsweise etwa 500 mm. Es ist bevozugt, bei diesen Filtern eine innere Stützschicht aus gesintertem Polyethylen vorzusehen.A particularly preferred application of the filters according to the invention is the filtration of exhaust air. Here, almost 100% separation of the oil aerosols can be achieved, which hitherto was not possible with reasonable effort. Filters for the exhaust air filtration typically have much larger dimensions than those for compressed gas control devices. Usual outer diameter of 50 to 100 mm, preferably about 70 mm and lengths of 300 to 1000 mm, preferably about 500 mm. It is preferred to provide these filters with an inner support layer of sintered polyethylene.
Die Erfindung soll anhand der folgenden Figuren und Beispiele erläutert werden, ohne jedoch auf die speziell beschriebenen Ausführungsformen beschränkt zu sein. Soweit nichts anderes angegeben ist oder sich aus dem Zusammenhang zwingend anders ergibt, beziehen sich Prozentangaben auf das Gewicht, im Zweifel auf das Gesamtgewicht der Mischung.The invention will be explained with reference to the following figures and examples, but without being limited to the specifically described embodiments. Unless otherwise stated or necessarily different from the context, percentages are based on weight, in case of doubt on the total weight of the mixture.
Die Erfindung bezieht sich auch auf sämtliche Kombinationen von bevorzugten Ausgestaltungen, soweit diese sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Angaben ”etwa” oder ”ca.” in Verbindung mit einer Zahlenangabe bedeuten, dass zumindest um 10% höhere oder niedrigere Werte oder um 5% höhere oder niedrigere Werte und in jedem Fall um 1% höhere oder niedrigere Werte eingeschlossen sind.The invention also relates to all combinations of preferred embodiments, as far as these are not mutually exclusive. The words "about" or "approximately" in connection with a numerical value mean that at least 10% higher or lower values or 5% higher or lower values and in any
In
Beispiel 1example 1
Die Filtereffizienz erfindungsgemäßer Filtermaterialien und bekannter Filter wurde in einem Prüfstand ermittelt. Dazu wurde mit einem Partikelgenerator ATM 266 ein DEHS Aerosol erzeugt, Das Filtermaterial wurde in einem Gehäuse am Prüfstand befestigt und an einen Partikelzähler angeschlossen. Der Partikelzähler hatte einen Probenahmefluss von 300 l/h, der direkt über den Filter gezogen wurde. Zur Bestimmung der Verteilung der aerodynamischen Größen wurde ein Aerodynamic Particle Sizer APS 3321, TSI. Inc. verwendet. Die geometrische Partikelgröße wurde aus der aerodynamischen Größe durch Division derselben mit der Wurzel der Aerosoldichte berechnet.The filter efficiency of filter materials according to the invention and known filters was determined in a test stand. For this purpose, a DEHS aerosol was generated with a particle generator ATM 266. The filter material was mounted in a housing on the test bench and connected to a particle counter. The particle counter had a sampling flow of 300 l / h, which was drawn directly over the filter. To determine the distribution of the aerodynamic quantities was an Aerodynamic Particle Sizer APS 3321, TSI. Inc. used. The geometric particle size was calculated from the aerodynamic size by dividing it by the root of the aerosol density.
Filter 1 war ein erfindungsgemäßer, gesinterter Filter aus Polyethylen und Penta99 im Gewichtsverhältnis 1:1.
Filter 2 entsprach Filter 1, zusätzlich wurde ein Wannereinsatz verwendet.
Filter 3 war ein erfindungsgemäßer, gesinterter Kombinationsfilter mit einer inneren Schicht aus Mikroglasfasern, die mit PVDF gebunden waren, und einer äußeren Schicht aus Polyethylen und Penta99 im Gewichtsverhältnis 1:1.
Filter 4 war ein kommerziell erhältlicher Filter von der Firma Truma, wie er für Flüssiggase verwendet wird.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. The results are summarized in Table 1.
Beispiel 2Example 2
Für einen gesinterten Kombinationsfilter mit einer inneren Schicht aus mit Epoxidharz gebundenen Mikroglasfasern und einer äußeren Schicht aus Polyethylen und Penta99 im Gewichtsverhältnis 1:1 wurde analog zu Beispiel 1 die Filterwirkung bestimmt, wobei bei einem Massestrom von 300 l/h und von 30 l/h gemessen wurde. Die Ergebnisse fasst Tabelle 2 zusammen. Tabelle 2
Es ist ersichtlich, dass alle erfindungsgemäßen Filtervarianten im Vergleich zu dem kommerzeilen Filter nach dem Stand der Technik eine deutlich bessere Abscheidung der Aerosolpartikel besonders bei den feinen Partikeln bewirken. Die Verunreingung von Gasen kann somit erheblich reduziert werden. Durch den Wannereinsatz wurde dagegen keine Verbesserung erzielt.It can be seen that all filter variants according to the invention bring about a markedly better separation of the aerosol particles, especially in the case of the fine particles, in comparison to the commercial filter according to the prior art. The Verunreingung of gases can thus be significantly reduced. On the other hand, no improvement was achieved by using the tub.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Filterfilter
- 22
- MikroglasfaserschichtMicro glass fiber layer
- 33
- Schicht aus Calciumsilikathadrat und PolymerLayer of calcium silicate and polymer
- 44
- Endkappeendcap
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1897436 A2 [0006, 0010, 0011, 0014] EP 1897436 A2 [0006, 0010, 0011, 0014]
- DE 19844167 [0009] DE 19844167 [0009]
- EP 1488840 A1 [0009] EP 1488840 A1 [0009]
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