DE1457124A1 - Elektrostatische Gasfilter - Google Patents

Elektrostatische Gasfilter

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DE1457124A1
DE1457124A1 DE19651457124 DE1457124A DE1457124A1 DE 1457124 A1 DE1457124 A1 DE 1457124A1 DE 19651457124 DE19651457124 DE 19651457124 DE 1457124 A DE1457124 A DE 1457124A DE 1457124 A1 DE1457124 A1 DE 1457124A1
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filter
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charge
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net
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DE19651457124
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White Jun Frederick Flake
Grace Harold Padget
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EIDP Inc
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EI Du Pont de Nemours and Co
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Description

  • B e s c h r e i b u n g Elektrostatische Gasfilter Die Erfindung befaßt sich mit problemen der AUschei-Ladung von Schwebstoffen in Gasen insbesondere mit @ilfe sehr wirksamer Gasfilter für die Abscheidung von geladenen und ungeladenen feinen Teilchen, vorzugsweise in der Grössenordnung von Uber ca. 0,2 µ aus den sie mitführenden Gasströmen. Bei den erfindungsgemässen Filtereinheiten handelt es sich um eine neuartige Anordnung von einer ineinandergreifenden @asse von speziellen Fäden, Fadenbündeln, Garnen oder Eadenelementen, wobei eine ganz bestimmte elektrostatische Ladung aufrechterhalten wird.
  • Die erfindungsgemässen Filtereinheiten sind ganz besonders zweckmässig bei der Luftreinigung, Klimatisierung und in Belüftungssystemen.
  • Es sind asfilter mit im allgemeinen elektrisch geladenen Massen von Fäden oder Strängen beispielsweise aus den US-Patentschriften 2 597 927 und 2612 966 bekannt, wo Fadenmaterial angewandt wird, welches sich elektrostatisch aufladet, wenn ein Gasstrom dar-über streicht. Es sind andere Filtereinheiten aus der US-Patentschrift 2 573 964 bekannt geworden, wo Filze aus verfilzten natürlichen Fasern anewandt werden, wobei diese Filze mit elektrisch geladenen Teilchen aus einem Rarzmaterial überzogen sind. ei den bekannten Filter einheiten scheint es, daß eine Nettoladung der einen oder der anderen Polarität sich auf der ganhzen Masse der Fäden oder Teilchen entwickelt. Es zeigte sich, daß eine derartige Ladung die e Schwebstoffabscheidung nur in set begrenztem Ausmaß verbessert In der US-Patentschrift 2 740 104 werden Folien oder Gewebe aus Füden oder Garnen beschrieben, die elektrostatisch @ermanent polarisiert wurden. Es scheiht, daß diese Arten von Garen oder Folien positive oder negative La@un@ besitzen und damit auf den Fäden oder Folien eine @ettoladung von null auftritt.
  • Es wurde festgestellt, daß die bekannten Filtereinheiten verschiedene Nachteile und Unzulänglichkeiten as weisen. Bei Filtern beispielsweise, deren gesamte Fadenmasse eine hohe Nettoladunr einer gegebenen Polarität aufweist, zieht die hohe Nettoladung der Filtermasse Ionen der entgegengesetzten Polarität aus der Atmosphäre der Umgebung Sn, ganz gleich ob das Filter in Betrieb steht oder nicht. Da die 3erüiirun dieser Ionen mit entgegengesetzt geladenen Bereichen der Fadenmasse einen Teil der Ladung dieser Bereiche neutralisiert, wird dadurch die Entladung oder Neutralisation der Nettoladung des Filters beschleunigt und damit dessen Wirksamkeit und Betriebszeit verringert. DarUberhinaus werden bei der Abscheidung pon geladenen Schwebstoffen aus einem gasstrom Teilchen mit gleicher Polarität wie die geladene radenmasse des Filtere in einem gewissen Ausmaß von einer Berührung ilt der Fadenmasse zurückgestossen; dadurch wird die Entfernung derartizer Teilchen aus dem Gasstrom behindert oder überhaupt unmöglich. Dies ist sehr unzweckmässig. Bei einer Masse geladener Fäden gleicher Polarität besteht auch noch die Schwiergkeit, die Fäden in einem gewissen Zusammenhalt zu erhalten und zwas wegen gegenseitiger Abstoßung. Die Stabilität einer derartigen hohen ettoladung gegebener Polarität, insbesondere wenn die Ladung nicht fest in den Fäden gebunden ist, ist nicht vllständig suiriedenstellend, da die Berührung init ooer auch die alle von neutralen oder @eerdeten @auteilen zu einem Ableiten oder einer Terschietung der Ladung führt. Auch Filtereinheiten mit Fäden oder Folien, jeweils mit positiv und negativ geladener Bereichen für eine Nettoladung null der Fadenmasse oder Folie, scheinen verschiedene Nachteile aufzuweisen hinsichtlich der Stärke der Ladung, der angestrebten Ladungsverteilung der Wirksamkeit des Feldes für die Schwebstoffabscheidung und der Herstellungeprobleme.
  • Die Erfindung bringt nun neue Gasfiltereinheiten mit einer bemerkenswert hohen Abscheidungsleistung ohne die Nachteile der bekannten Filtereinheiten. Nach der Erfindung enthalt die Filtereinheit im allgemeinen eine gasFurchlässige, lose gepackte Masse aus Fadenelementen, bestehend aus einer 1. Gruppe von Fadenelementen mit einer hohen Dichte der negativen Nettoladung und einer 2. Gruppe von Fadenelementen mit einer hohen Dichte der positiven Nettoladung und unterschiedlichen triboelektrischen Eigenschaften, wobei die Padenelemente der 1. Gruppe im allgemeinen räumlich nahe den einzelnen Fadenelementen der 2. Gruppe angeordnet sind und die Filtereinheit gegebenenfalls vorzugsweise noch eine lonenfalle in Zusammenarbeit mit der Masse der Fadenelemente aufweist, um zu verhindern, daß aus dem Gasstrom Gasionen die Masse der Fadenelemente erreichen und damit deren elektrostaitische Ladung herabsetzen.
  • Es gibt eine ganze Anzahl von Paaren mit genügenden Unterschieden hinsichtlich der triboelektrischen Zigenschaften, die als Elemente bei den erfindungsgemassen Filtereinheiten geeignet sind. Ee wird jedoch die Verwendung eines Gemischs von zwei Fädenarten unterschiedlicher triboelektrischer Eigenschaften bevorzugt und nicht ao sehr Gemische enthaltend FAden mit einem Überzug der einen oder anderen Art. Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Filtereinheiten wird die 1. Gruppe der Fadenelemente von einem bestimmten synthetischen, organischen Polymerisat und die 2. Gruppe der Fadenelemente von einem chemisch unterschiedlichen, synthetischen, oranischen Polymerisat gebildet.
  • Im folgenden sollen einige Begriffte definiert werden und zwar: "hettoladung" (net charge) eines Fadenelements oder einer tasse von Fadenelementen mit sowohl negativer als auch positiver, elektrostatischer Ladung ist die Differenz zwischen aer Ladung des einen Vorzeichens und der Ladung des anderen Vorzeichens oder umgekehrt, wobei immer von des raseren Wert ausgegangen wird.
  • "Ladungspaar" oder "paarige Ladung" (paired net charge) einer lasse aus Fadenelementen mit einer elektrostatischen Ladung im Sinne der Erfindung ist der Wert der negativen Nettoladung einzelner Fadenelemente, dem ein entsprechender Art von positiven Nettoladungen anderer einzelner t'adenelemente gegenüber steht. Die Grösgenordnung der Ladungspaare wird definiert als zweimal die kleinere Summe und zwar 1. die Summe der negativen Nettoladungen der Fadenelemente, welche einzeln eine negative Nettoladung tragen, oder 2. die Summe der positiven Nettoladung von Fadenelementen, welche einzeln eine positive Nettoladung tragen. Um dies zu verdeutliche@ kann folgendes gesagt wurden: In einer Masse von Fadenelementen mit einer paarigen Ladunggieich der Nettoladung der Masse von Fadenelementen als Cranzes ist die Summe der Nettoladungen der Padenelemente, die einzeln eine Nettoladung der vorherrschenden Polarität besitzen, dreimal so groß als die von Fadenelementen mit einzeln einer Nettoladung der untergeordneten Polarität.
  • Dichte der paarigen Ladung (paired net charge density) in einer Masse von Fadenelementen ist der Quotient aus der paarigen Ladung in der Masse und der gesamten Oberfläche der l'adenelementee "Nettoladungsdichte" (net charge density) einer Masse der Fadenelemente ist der Quotient aus der Nettoladung der Masse von Fadenelementen als Ganzes und der gesamten Oberfläche der Fadenelemente in der Xasse.
  • "Fadenelement" (filamentary element) bedeutet Fasern, Fäden, Gerne, Fedenbündel, -stränge und dgl.
  • Die Erfindung wird anhand beiliegender Figuren nkher erläutert: Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemässen Gasfiltreinheit teilweise in Draufsicht mit entfernten Teilen, Fig. 2 ist eine Teilansicht der Filtereinheit aus Fig. 1 entlang der Schnittlinie 2-2.
  • Fie. 3 ist eine schematische Teilansicht der regellosen Anordnun und tage der Fadenelemente in der gasdurchlässigen Filtermasse bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei positiv geladene Teile der Fadenelemente schwarz und negativ geladene Teile weiß gezeichnet sind.
  • Fig. 4 zeigte einelsometrische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, ähnlich der Ausführungsform der Fig. 1, Fig. 5 zeigt in einem Diagramm die Durchlässigkeit des Filters gegen die Dichte der paarigen Ladung.
  • Fig. 6 bringt in einem Diagramm den theoretischen Entstaubungsgrad gegen die Dichte der paarigen Ladung.
  • Die errindunsemasse- Filtereinheit wird zuerst anhand der Figuren im Detail erklärt und dann die Prinzipien und die Funktionsweise diskutiert. Es schliessen sich dann Angben. über die Arten der Faden elemente für die erfindungsgem@sse Filtereinheit an.
  • Die erfindungsgemässe Filtereinheit hat wesentliche Bedeutung bei der Filtrierung von Gasen zur Abscheidung von Schwebstoffen. Sie findet verschiedene industrielle Anwendungen und bietet einige technische Vorteile, so daß ein weites Anwendungsgeblet insbesondere bei der Luftreinigung im Haushalt, in der Industrie und für militärische Zwecke gegeben erscheint.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung dient zum Filtrieren von Luft und ist bei hoher Wirksamkeit für eine Förderleistung von 32 m3/min (1500ft/min) fUr die Belastung von Lebensräumen außgeiegt,-Eine solche bevorzugte Ausführungsform ist in Fig 4 gezeigt, 81e umfaßt ein Gehäuse 1, ein Vorfilter 2 eine Ionenfalle 3, eine Filterpatrone 4 mit einem in Falten gelegten Filtermedium in Form einer innigen @ischung von elektrostatisch geladenen Easern und eine Btromversorgungsanlage 5. Diese Einheit läßt sich in einen (nicht gezeigten) Luftkanal einbauen, der Führungsflansche aufweist fAr einen dichten Anschluß an den Flansch 6 an der Eintrittsseite des Gehäuses 1 und Flansch 7 an der Austrittsseite des Gehäuses 1.
  • Damit wird der Luftkanal und das Gehause 1 zu einer ununterbrochenen Einheit innerhalb des Belüftungssystems verbunden. In dem Luftkanal kann ein gebläse oder dgl. ausserhalb des Filters angeordnet sein, um die zu filtrierende Luft durch die Filtereinheit zu pressen.
  • Das Gehäuse 1 besitzt eine abnehmbare, dicht schließende Stirnplatte 8, befestigt auf der einen Seite des gehäuses 1 mit Hilfe der schrauben 9. Die Schienen 10 und 11 sind fest verbunden mit dem Gehäuse 1 und erstrecken sich rund herum um dessen Innenwand einschließlich der Stirnplatte 8. Flansch 6 und Schiene 10 bildet mit dem dazwischenliegenden Gehäuseteil einen Kanal, in welchem das Vorfilter 2 gleitbar und passend montiert ist. In ähnlicher Weise ist die Ionenfalle 3 in dem kanal zwischen Schiene 10 und lt und dieFilterpatrone 4 zwischen der bchiene 11 und dem Ausgangsflansch 7 des Gehäuses @befestigt. Bei Abnahme der Stirnplatte 8 ist eine Weite des Vorfilters 2, der Ionenfalle 3 und der Filterpatrone 4 zu gänglich. Jedes oder alle diese Bauteile können aus dem Gehäuse 1 ausgezogen werden. Auf ähnliche Weise werden dann die ausgewechselten Bauteile eingeschoben. Ein dichter Abschluß zwischen der Innenseite des Gehäuses 1 und dem Umfang von Vorfilter 2, Ionenfalle 3 und Filterpatrone 4 ist durch Einsetzen der Stirnplatte 8 und Anziehen der Schrauben 9 wieder erreicht. Das Gehäuse 1 kann aus Kunststoff geformt oder aus Folien- oder Blechmaterial zusammengebaut sein.
  • Das Vorfilter 2 ist ein Abfangfilter üblicher Bauart.
  • Es dient zur Abscheidung von großem Staub, Fusseln, Spänen, Papierteilchen und anderen Körpern, die von der Luft mitgenommen werden.
  • Die Ionenfalle 3 in der bevorzugten Ausführungsform enthält drei Netze 13, 14, 15 aus verzinntem Eisendraht, Drahtstärke 0,5 mm (20 mil), Maschenweite 2,36 mm ( 8 mesh), Jeweils von 1,01 - 1,52 mm (0,04 - 0,06 inch) im Abstand voneinander angeordnet, getrennt durch Netze 16, t7 aus isolierendem Kunststoff, Maschenweite 3,36 mm (8 mesh), sa@wichartig angeordnet zwischen den 3 Metallnetzen.
  • Diese 5 Netze sind eben und berühren sich an ihrem Umfang mit Hilfe eines Rahmens 23 aus isolierendem Kunststoffmaterial, wie z. B. Polyamid (Nylon). Das mittlere Netz 14 wird isoliert von den Netzen 13 und 15 und den anderen, Teilen der Filtereinheit mit Ausnahme eines elektrischen Kontakts zu dem Rahmen 23, der einen entsprechenden Anschluß trägt. Auf diese Weise wird das mittlere Netz 14 aus der Stromversorgung 5 auf eine Spannung von 300 V aufgeladen. Die beiden äußeren Netze 13 und 15 sind vorzugsweise geerdet über entsprechende Anschlüsse am Rahmen 23, die leder mit der Erde der Stromversorgung in Verbindung stehen; wegen der Gefahr eines elektrischen Schlages für das überwachende Personal oder beim Arbeiten an der Filtereinheit ist dies so vorgesehen.
  • Die "oberflächliche" (superficiale) Luftgeschwindigkeit in der Ionenfalle beträgt 120m/min (400 ft/min) und damit das Vierfache der Luftgeschwindigkeit im Filtermedium, Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungBgemässen Filtereinheit ist die Ionenfalle für eine sehr lange Filter wirksamkeit bei verbesserter Filterleistung wesentlich bei der neuen Ladungsverteilung und hohen Dichte der paarigen Nettoladung der Fäden des erfindungsgemässen Filtermediums.
  • Die Filterpatrone 4 umfasst ein Filtermedium, vorzugsweise aus einer 12,7 mm (0,5 in.) starken kardierten Padenmasse, 20/u Fadendurchmesser, 11t4 cm (4,5 in.) Fadenlänge, Fäden aus Polyoxymethylen, zusammen mit Fäden aus Polypropylen Fadendurchmesser 20/u, Fadenlänge 11,4 cm (4,5 in.), in solchen Mengen, daß im wesentlichen gleiche Bereiche jeder Fadenart erreicht wird.
  • Päden gleicher Stärke im Bereiche von 15 - 30/u kann man im allgemeinen wirksam anwenden. Feinere Fäden bringen vorteilhafterweise ein höheres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, was für gute Filterleistung vorteilhaft ist, jedoch sind damit höhere Kosten verbunden. Steife Fäden, auch stärker als 30/u können mit feinen Fäden vermischt werden, um eine gekrempelte Fadenmasse zu erhalten, welche nicht zusammenfällt, z. B. durch den Luftwiderstand innerhalb des Filtermediums. Während des Betriebes muß in dem Filtermedium der gewünschte freie Querschnitt (voidfraction) aufrechterhalten werden. B8 ist aber auch möglich, alle feinen Fäden oder Fadenelemente starr und beständig gegen Biegen zu machen, so daß eine Masse aus Fadenelementen erhalten wird, die durch den Luftwiderstand oder die Feldkräfte infolge der Ladung der Fadenelemente nioht zubrammen fällt.
  • Geeignete Fäden besitzen an der Luft bei einer Temperatur von 220C (720F) und einer relativen Feuchte von 33%' einen spezifischen Durchgangswiderstand und einen spezifischen Oberflächen-widerstand - ausgedrückt als äquivalenter spezifischer Oberflächenwiderstand - von mindestens ca. 1018#. Fäden und Fasern ohne eine Textilausrüstung, was immer sie auch sein mag, werden angewandt, da Textilausrüstungen - welche normalerweise fAr handelsübliche Textilfasern angewandt werden um einen Schmier- und/oder antistatischen Effekt zu erreichen - den spezifischen Widerstand der Fäden so herabsetzen, daß eine verbesserte Filterleistung des Filtermediums aus diesem Material sich als @achteil erweist und zwar sowhl bei der Lagerung als auch bei Anwendung.
  • Die elektrostatische Aufladung des Fadenmaterials fUr die neue Ladungsverteilung nach der Erfindung und zum Aufbau der erforderlichen Dichte der paarigen Nettoladung an den Fäden wird erreicht durch ein kardieren oder Krempeln.
  • Mehrfädige Garne jeder Art werden in Stapellängen von ca.
  • 25,4 - 142,4 mm (1 - 6 in.), vorzugsweise ca. 114,3 mm (4,5 in.) geschnitten und dann in eine Kardiervorrichtung oder Erempelmaschine eingeb-racht. Dieses Stapelgarn wird gekrempelt und in eine lasse von innig gemischten und entsprechend geladenen Fasern durch fünfmaligen Durchzug durch eine Krempelmaschine umgewandelt.
  • Für diesen Zweck ist eine übliche Karde mit einem Stahldraht-Belag (steel fillet wire) auf einem Kardenpluisma, Wegnehmer und Vorreißwalze assmmen mit einem mit Stahlsägezähnen versehenen Bezug der Arbeitsrolle und einem Stripper. Geeignet weder Vorrichtungen noch Maßnahmen, die normalerweise zur Entfernung der elektrostatischen Ladung von kardierten Produkten angewandt werden, sollen bei kardierten Fäden für den erfindungsgemässen Zweck zur Anwendung gelangen.
  • Es wird angenommen, daß das Belagsnetz (fillet wire) oder der Bezug darauf während des Kardierens in einer triboelektrischen Zwischenbeziehung (intermediate relationship) zu der Fadenart steht, um die gewünschte elektrostatische Ladung auf den kardierten Fäden zu erreichen. Das Kardieren kann normalerweise in Luft bei Bedingungen des Krempelsaals vorgenommen werden.
  • Es ist jedoch vorteilhafter, die Päden in Luft bei einer Feuchte von weniger als 50% als darüber su karderen Die kardierte Masse wird auf die erforderliche Dicke und den freien Querschnitt in der Grössenordnung von 0,95 - 0,98, vorzugsweise 0,97 verarbeitet. Bei Badenmassen mit gleichen Volumina Fäden aus Polyoxy -methylen und Polypropylen entspricht ein Raumgewicht von 29,6 kg/cm3 (1,95 lbs/cm.ft) einem freien Querschnitt von 0,37. Die Fadenmasse wird dann mit einer Unterlage in Porm eines Kunststoffnetzes 18, Maschenweite 2,36 mm (8 mesh) mit Hilfe eines hochschmelzenden Wachsklebers verbunden, wie er im Handel erhältlich ist in Form von Vinylharzen, beispielsweise "Elvak". Dieser Kleber wird auf die mit der Fadenmasse zu belagende Seite der Unterlage aufgebracht und abgekühlt, nachdem die Fadenmasse und die Unterlage fest aneinandergebracht worden sind.
  • Es ißt aber auch möglioh, die Fadenmasse und eine thermoplastische Netz-Unterlage zu beschichten durch thermische Kantenverstärkung (selb edging) von Rücken an Rücken aufeinandergelegter Streifen. Bei diesem Verfahrensschritt kann den man Streifen auch thermisch ritzen (score) in Querrichtung im Abstand von ungefähr 20 cm (8 in.), um starre Führungskanten 22 der Filterlagen zu erreichen, wenn diese zu der Filterpatrone 4 zusammengebaut werden. Die mit Unterlage versehene Piltermasse 12 wird beschnitten auf 1,4 m2 (15,5 sq.ft.) enthaltend 0,54 kg (1,2 lbs) von gemischtem Fadenmaterial und wird dann in der Art von Bändern (ribbon candy) gefaltet. Das gefaltete Band der mit Unterlage versehenen Fadenmasse wird in einen offenen Rahmen 19 aus Pappe eingebracht und an eilen Berührungslinien für einen im wesentlichen luftdichten Abschluß angeklebt. Dauerhafte Klebstoffe auf der Basis von Kohlenwasserstoff-Kautschuk in flüchtigem Lösungsmittel sind für die ion Zweck geeignet. Diese Berührungslinien umfassen die Wellenlinie 20 zwischen dem unteren Ende des gefalteten Bandes aus mit Unterlage versehener Fadenmasse und dem Bodenteil des Papperahmens sowie die entsprechende Wellenlinie am oberen Ende deB gefalteten Bandes mit dem oberen Teil des Papperahmens und zwei gerade bsrührungslinien 21 (von denen nur eine gezeigt ist) zwischen den Enden des gefalteten Bandes und den Seitenteilen des Papperahmens.
  • Die 80 erhaltene Filterpatrone 4 ist gleitbar in dem Gehäuse 1 montiert und zwar mit der kardierten Fadenmasse in Richtung des Gasstromes und der Unterlage aus Kunststoffnetz gegen die Strömungsrichtung. Bei der Anwendung sind die Vorderseite und die Rückseite der Pilterpatrone offen, um einen freien Durchtritt der zu reinigenden Luft durch das gefaltete Filter medium zu gestatten. Bei der Lagerung ibt die trockene Filterpatrone vollständig eingeschlossen in einen entfernbaren, feuchtigkeitsdicht verschlossenen Sack, um die Zerstörung des Filters durch Eindringen von Feuchtigkeit oder unreiner Luft in das Filtermedium während langer Zeit herab zu setzen. während langer Zeit Die Stromversorgung 5 umfasst einen üblichen Gleichrichter für 300 V Gleichstrom zum Betrieb der Ionenfalle aus einem Net: mit beispielsweise 110 V, 60 Hz. ist eine derartige Stromversorgung nicht vorhanden oder wirtschaftlich verfügbar, so wird die Stromversorgung 5 eine einfache 300 V Trockenbatterie sein; die Stromaufnahme ist weniger als A µ A, wobei eine Klemme mit dem mittleren verzinkten Sisenneta 14 der Ionentalle 3 und die andere Klemme gegen Erde geschaltet ist.
  • Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine sehr kompakte wirksame Luftfiltereinheit. Die Kompaktheit ergibt sioh aus der verbesserten Filter letotung des faserigen Filtermediums mit der neuen Ladungsverteilung naoh der Erfindung, dem gefalteten Filtermedium und der Ionenfalle hoher Wirksamkeit bei höherer Luftgeschwindigkeit von 120 min (400 ft/min) als das Filtermedium von 30 m/min (10 ft/min).
  • Das Gesamtvolumen der bevorzugten Filtereinheit ist nur ein Viertel der üblichen hochwirksamen Abfangsfilter fUr gleiche Luftleistung. Die Luftgeschwindigkeit an der Eintritt4Eeite des Filtermediums ist fünf mal so groß als bei üblichen Filtern. Die Filterfläche des Filtermediums braucht daher nur 1/5 der üblichen Filter zu sein, wobei keine Zunahme des Druckabfalls durch die gesamte Filter einheit auftritt. Die Kompaktheit der bevoraugten Ausführungsform der Erfindung gestattet den Einbau an Stellen, wo übliche Filter nicht verwendbar sind oder nur verbunden mit unerwünschter Einengung des Lebensraumes.
  • Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Filtereinheit ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Es lassen sich mehrere davon Seite an Seite in einEm Filterraum anordnen, um dem Lufteintritt eine grosse Filterfläche au bieten, Ein übliches Abfangfilter (nicht gezeigt) ist normalerweise an der Lufteintrittsseite Jeder Filterein heit vorgesehen. Jede Einheit ist ein in sich geschlossenes Filter der Fig. 1. Sie umfa@t ein. Gehäuse 30, ein. Ionenfalle 31, eine Batterie 32 für 300 V Stromversorgung auf einem Ghas@s 46 und Duleitungen zu der Ionenfalle, ein Filterbett 33 aua kardiertem, innig gemischtem, regellos angeordnetem Fasermaterial, wodurch eln Filtermedium mit dar neuer Ladungsverteilung nach der Erfindung erröteht wird. und schließlich das Netz 94 an der Luftaustrittsseite.
  • Das Gehäuse 30 besteht aus einem verzinkten Eisenblech oder einem anderen Metallblech. Das Gehäuse kann auch imprägnierter Pappe, Kunststofformkörper oder aus einem anderen, elektrisch isolierenden Material bestehen, vorausgesetzt, daß die erforderlichen Anschlüsse für die Bat. terie und ein abnehmbarer Deckel 35 für die Wartung der Batterie 32 vorhanden sind. Das Gehäuse ist so ausgeführt, daß es in einen metallischen Halter eingeschoben werden kann.
  • Dieser ist mit Anschlußstutzen und Flanschen in der Luftleitung versehen, passend zu dem Flansch 36 auf der Luft eintrittsseite des Gehäuses und dem Flansch 37 an der Luftaustrittsseite. Die ganze Einheit mit dem Gehäuse 30 befindet sich in im wesentliohen luftdichter Verbindung innerhalb der L'uftströmung in der Leitung.
  • Die Ionenfalle 31 besteht aus zwei Netzen 38 und 39 und zwar aus verzinktem Eisendraht, Masohenweite t x 1,4 mm (14 x 18 meah) und einem elektrisch isolierenden Netz 40 aus Kunststoff, Maschenweite 1 x 1,4 mm (14 x 18 meeh) zwischen den beiden Metallnetzen. Metallnetz 38 ist an dem Metallgehäuse 30 punktgeschweisst oder gelötet an einem oder mehreren Punkten 41. Das Gehäuse 30 ist mit der einen Klemme der Batterie 32 über den ,Anschluß 44 und die Leitung 45 verbunden. Metallnetz 39 ist vom Gehäuse 30 elektrisch isoliert mit Hilfe eines Winkelrahmens 42 aus geformtem Isoliermaterial, wie Polypropylen oder Vulkanfiber, dieser ruht auf dem Isoliernetz 40 und reicht zwischen den Rand des Metallnetzes 39 und das Gehäuse 30. An das Netz 39 ist an der Stelle 43 ein Anschluß 47 zu der anderen Klemme der Batterie punktgeschweißt oder angelötet. Das Metallnetz 38 und das Gehäuse 0 können geerdet sein, während die Batteriespannung zwischen den Netzen 38 und 39 liegt und damit ein elektrisches Feld für die Ionenabfangung aus der durch die Netze streifenden Luft aufrecht erhalten wird. Die Batterie kann auch in mehrteiligen Anlagen (multiple-leaf installations) durch eine zentrale Stromversorgung, die in üblicher Weise mit mehreren lonenfallen verbunden ist, ersetzt sein.
  • Das Filterbett 33 besteht aus gleichen Volumina Polyoxymethylen-Harz, Dichte 1,@1 g/cm3, und Polypropylen-Harz, Dichte 0,905 g/om3 und zwar in Form von Polyoxymethylenfäden 25/u und Polypropylenfäden 20 µ. Die gesamte Fadenoberfläche verteilt sich zu 45 % 0 auf Polyo:ymethylen una eu 55. auf Polypropylen. Die Fäden sind nicht mit einer Textilausrüstung versehen und zu mehrfädigen Garnen verarbeitet. Sie wurden auf eine Stapellänge von 11,4 cm (4,5 in.) geschnitten, in entsprechenden Mengenverhältnissen gemischt, das Fadengemisch durchlief 5 mal eine übliche Krempelmaschine zur Mischung und elektrostatischen Aufladung der Fäden durch entsprechende Berührung und Reibung an der Karde. Die kardierte Fadenmasse wurde zu einem gleichmässigen Filterbett mit einem Raumgewucht von 2,96 kgtm3 (1,85 lbs/ou.ft) verarbeitet und zwisehen die Netze 39 und 34, die in einem Abstand von 12,7 mm (0,5 in.) in der zusammengebauten Filtereinheit angeordnet sind, eingebracht. Bei dem Prüffilter nach Fig. 1 wurden kleine Büschel von Bardierter Fadenmasse zur Bildung des Filterbetts unter Verwendung von mit Elfenbein bestückten Zangen händisch gepackt. Die kardierte Faden masse in dem Filter F) zeigte 3 Monate nach dem Kardieren eine Dichte der paarigen Nettoladung von 2,28 x 10-9 C/cm2 der gesamten Fadenoberfläche, die Nettoladungadlchte der Fadenmasse als Ganzes betrug jedoch nur 1,7 x 10-11 C/cm2 der gesamten Fadenoberfläche, das ist ein Verhältnis von 134:1.
  • CDas Netz 34 am austrittsende ist ein verzinktes Eisendrahtnetz, Maschenweite 1 x 1,4 mm (14 x 18 mesh) und trägt das Fedenbett. Es kann aber auch aus einem Kunststoffnetz Maschenweite 2,38 mm (8 meah) bestehen, da es nicht wesentlich ist, daß die Batteriespannung zwischen den Netzen 39 und 54 aufrechterhalten wird.
  • Das Filterbett 33 wird getragen von der Ionenfalle 31 in Strömungsrichtung und von dem Netz 34 am Austrittsendegegen die Strmungsrichtung. In grossen Filtereinheiten wird der Raum zwischen Ionenfalle 31 und Netz 34 am Austritt sende aufgeteilt in Zellen mit der Grösse 26,7 x 26,7 x 1,27 cm (10,5 x 10,5 x 0,5 in.) mit Hilfe eines Gitters aus dünnen Stäben von trockenem Holz, Polypropylenstreifen oder ähnlichem elektrisch isolierendem material. Die Netze der Ionenfalle 3t und das Netz 34 werden mit Hilfe üblicher Klebstoffe oder mechanischer isolierender Befestigungsmittel gegen die Kanten der Zellenwand gehalten. Dabei wird der gewünschte Abstand von 12,7 mm (0,5 in.) zwischen lonenfalle 3, und Netz 34 aufrechterhalten.
  • Jede Zelle ist, gleichmässig gepackt mit 37 g der filtrierenden Fadenmiachung. Eine Unterteilung des Filterbetts in dieser Weise vermeidet unerwünschtes Zusammensetzen der Fäden wenn die Filtereinheit gelagert oder an den Schalseiten montiert int.
  • Die Filterleistung eines Prüffiltere entsprechend der Fig. 1 nach der Erfindung und die Leiatung eines üblichen, nichtgeladenen, hochwirksamen Abfangfilters jeweils bei der Luftreinigung über ein allgemein anwendbares Vorfilter - wird in folgenden Aufstellungen erverglichen. Daraus gibt sich bei einer ununterbrochenen Arbeitszeit von 5 Wochen die Wirksamkeit des Luftfilters nach der Erfindung, wobei die Strömungsgeshwindigkeit am Eintritt in die Filtermasse ungefähr 5 mal so groß ist als an der Eintrittsseite der üblichen Filter mit Glasfasern als Filtermedium, Tabelle Tabelle Filter nach hü. Abfangfilter PiRur 1 Filtermasse Polyoxymethylen Glasfasern 25 µ Polypropylen 20 µ 20 µ Luftleistung (cu.ft./min) m@/min. (1500) 32 (1500) 32 Filterfläche (sq.ft.) m2 (15,4) 1,43 (70) 6,5 Luftgeschwindigkeit am Filter (ft./min.) m/min. (97,5) 29,5 (21,4) 6,5 Druckabfall (in.) mm WS (0,20) 5 (0,27) 6,8 Vor dem Filter: Durchschn. Staubgehalt je 300 m 0,295 0,25 Durchschn. Teilchenanzahl im Liter: 0,3-0,5 µ 50.664 54.256 0,5-1 µ 8.264 5.868 1 - 2 µ 363 322 > 2 µ 11,5 12 Nach dem Filtert Durchschn. Staubgehalt je 300 m 0,082 0,10 Durchschn. Teilchenanzahl im Liter: 0,3-0,5 µ 8.903 9.524 0,5-1 689 693 1 - 2 µ 14,8 7,3 > 2 µ 2 2,9 Abscheidungsgrad (N.B.S. Dust-Spot) 89,3 85,7 Verringerung des Staubgehalts % 73,5 60 % abgeschieden 0,3-0,5 µ 82,5 82,3 0,5-1 µ 91,7 88,2 1 - 2 µ 95,8 94,6 > 2 µ 82,6 75,8 Nachdem die Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist und die als Prüfeinheit diente, in der bleichen Anlage 9 Monate arbeitete, stellte man eine Zunahme des Druckabfalls von nur 11,5 % des Anfangswertes und im wesentlichen keine Veränderung des Abscheidungsgrades fest. Die Filtereinheit wurde weiter in Betrieb gehalten. ilun wurde die relative Feuchte der Luft auf ca. 40 - 70% , in der Hauptsache zwischen 50 und 60%, eingestellt.
  • Wo eine noch vollständigere Entfernung von ochwebstoffen aus dRr Luft oder anderen Gasen angestrebt wird oder wo ein grösserer Druckabfall zulässig ist, kann man das Fadenbett der Filtereinheit bis zu einer höheren Dichte packen oder es ersetzen durch einen Filz aus den elektrostatisch aufgeladenen Fäden. Derartige Filze haben meistens einen freien Querschnitt in der Grössenordnung von 0,7 - 0,95.
  • J4 wurde beobachtet, daß bei Wassertröpfohen oder andere elektrisch leitende Flüssigkeiten enthaltenden Ga@en bei den erfindungsgemässen Filtereinheiten eine verbesserte Leistung nur während der Anfangszeit zu erreichen ist, bevor die elektrische Ladung an den Fäden durch die sich aus den Faden abscheidende elektrisch leitende Flüssigkeit abgeleitet worden ist.
  • Trotzdem die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Filtermedien regellos angeordnete Faden elemente sind, wird doch auch eine wirksame Filtrierung nach der Erfindung mit regelmässiger Anordnung von Filterelementen in dem Filtermedium erreicht. Bei der regelmässigen Anordnung liegen die einzelnen Fadenelemente der einen Art mit bestimmten triboelektrischen Eigenschaften henachbart und parallel zu den Fadenelementen der anderen Art mit anderen triboelektrischen Eigenschaften.
  • So kann man z.B. ein offenmaschiges jNetz unter Verin wendung von Schuß- und Kettfäden verweben, welchen jeweils mit ;3ereiche/einzelnen Faden der einen Art und trlboelektrischen Eigenschaften abwechseln mit einzelnen Fäden dor anderen Art und triboelektrischen Eigenschaften. imine ausreichende Anzahl von Lagen eines derartigen Netzes kann man dann über ein grosses Rad aufwickeln um eine mehrlagige Fadenmasse mit gewünschter Dicke und freiem Querachnitt zu erreichen. Der freie Querschnitt läS.t sich einstellen durch die Aufwickelspannung1und die Dicke läßt sich bestimmen durch die Anzahl von Wicklungen des Netzes auf dem Rad. Die Fadenmasse - triboelektrisch aufgeladen durch zerstörungsfreie Verarbeitung entweder noch während sie auf dem Rad ist oder nachdem sie von dem Rad abgezogen wurde - wird aufgeschnitten unter B1ldung von einer Platte. Die mechanische Bearbeitung der Fadenmasse kann beispielsweise erreicht werden, indem das Rad mit einer elastischen Auyenfläche, wie Schwammgummi, versehen, wird und, während sich das Netz auf dem Rad befindet die Schichten des Netzes chen einer Vielzahl von Rollen und der elastischen Auflage der Aufwickelrolle durchgearbeitet wird.
  • Es ist daher auch möglich, die Fadenmasse aufzuladen, nachdem sie bereits von dem Rad geschnitten wurde. Dies geschieht mit Hilfe einer Vielzahl von BlechbieCerollen. Die triboelektrische Aufladung der Fadenmasse kann erleichtert werden durch kleine Walzendurchmesser und grobe Umschlingungswinkel bis ca. 1800 oder auch durch den Durchgang der Fadenmasse durch die Schlitze einer anzahl von schwach ineinandergreifenden mit Zähnen besetzten Rollen. Für die mechanische Bearbeitung und triboelektrische Aufladung von regelmässig angeordneten Fadenelementen sind auch terschiedene Möglichkeiten gegeben.
  • Filtertücher können gewebt und elektrostatisch aufgeladen werden, wie oben erwähnt, und zwar unter Verwendung von mehrfädigen Garnen der beiden Arten anstelle von Sinzeltaden jeder Art oder unter Verwendung von mehrfädigen Garnen mit Fäden jeder Art und triboelektrischen Eigenschaften. Gewebe aus mehrfädigen Garnen haben jedoch eine geringere theoretische Filtrierleistung zusammen mit geringerem Folienquerschnitt in einem Filtermedium. Nicht gewebte, regelmässige Anordnun-. gen von Fadenelementen des Filtermediums können hergestellt werden, beispielsweise durch Aufeinanderschichten der Kett- und der Schußfäden der Fadenelemente und nicht indem sie verflochten werden.
  • Allgemeine Beschreibung des Erfindungsgegenstandes und Betrieb einer erfindungsgemässen Filtereinheit.
  • Die erfindungsgemässen Filtereinheiten enthalten im wesentlichen eine luftdurchlässige Filtermasse, die eine innige Mischung von a) Fasern mit bestimmten triboelektrischen Eigenschaften jeweils mit einer positiven elektro statischen Nettoladung zusammen mit b) Fasern mit davon unterschiedlichen triboelektrischen Eigenschaften und einer negativen elektrostatischen Nettola4ung, der wobei/spezifische Wide. rstand von Fläche und Volumen der Fasern an der Luft bei 22 0C (720F) und 33 * relative Luftfeuchte mindestens 1018 # beträgt und äquivalent dem spezifischen Oberflächenwiderstand im Durchschnitt' ist.
  • Die Dichte der paarigen Nettoladung ist wesentlich größer als die Nettoladung der Fadenelemente und beträgt wünschenswert mindestens 0,5 # 10-9 C/cm2 für die gesamte Faseroberfläche, vorzugsweise jedoch mindestens 1 # 10-9 C/cm2. Es muß zugegeben werden, daß das sehr hohe Werte für die Dichte der paarigen Nettoladung sind, die normalerweise nicht erreicht werden und sehr wirksam sind bei den erfindungsgemässen Filtereinheiten.
  • Die Filtereinheit nach der Erfindung enthält vorzugsweise auch eine Ionenfalle, die mit der oben beschriebenen elektrostatisch geladenen Filtermasse zusammenwirkt. Bs ist leicht einzusehen, daß für nur kurzzeitig wirksame Filter, wie sie beispielsweise in Sigaretten vorliegen, keine Ionenfalle benötigt wird.
  • Der Unterschied in den triboelektrischen Eigenschaften zwischen den Oberilächen von im wesentlichen der Hälfte der Fäden gegenüber der anderen Hälfte ist wesentlich für die Herstellung einer Gruppe von Fäden elementen mit einer Ladung des einen Vorzeichens und einer anderen Gruppe mit einer Ladung des anderen Vorzeichens. Wenn Garnlängen oder Stapelfasern vorzWgxweige mit einer Länge von ca 11,4 cm (4,5 in.) gekrempelt werden von Hand oder auf einer Krempelmaschine unter Bildung einer Fadenmasse, bewirkt die Reibung an der Oberflache der Fäden eine elektrische Aufladung infolge von Triboelektrizität der berührenden Flächen, Ob 1.) ein Übergang der Ladung von einem Faden zum andern unter Bildung von einigen elektrostatisch negativ aufgeladenen Fäden und anderen, elektrostatisch positiv aufgeladenen erfolgt oder 2.) unterschiedlicher Ladungsübergang zwischen der Karde und den triboelektrisch unterschiedlichen Fäden, oder 3.) der Ladungsübergang nach beiden Arten eres folgt, ist nicht geklärt, Ohne Rückaicht darauf ist/jedoch Tatsache, daß die kardierten Fadenmassen, die die Filter nach der Erfindung bilden, im wesentlichen aus gleichen Oberflächenbereichen von Fäden bestehen, die einzeln eine starke positive Nettoladung tragen und anderen Fäden, die einzeln eine'starke negative Nettoladung tragen. Es wird angenommen, daß der Unterschied in den tribcelektrischen Eigenschaften der unterschiedlichen Art der polaren Gruppen der Grundeinheit des chemischen Aufbaus der Fäden zuzuschreiben ist. Jede Ungleichheit zwischen der gesamten positiven Ladung und der geeamten negativen Ladung der Fäden in der Fadenmasse führt zu einer Nottoladung auf der Fadenmasse als Ganzes. Da die Summe der Nettoladungen der einzelnen Fäden des einen Yorzeichent ungefähr entspricht der des anderen Vorzeichens, liegt in der Fadenmasse nur eine geringe Nettoladung vor. Derartige Fadenmassen sind kompakt, wobei die einzelnen Fäden nur eine gering. Neigung itim Abstehen atis der Oberfläche besitzen.
  • In dem Ausmaß als der Wert der positiven Nettoladung auf einzelnen netto-pesitiven Fasern åusgeglichen wird durch einen gleichen Wert negativer Nettoladung auf einzelnen netto-negativen Fasern, liegt kein nennenswertes Feld außerhalb des Handels vor, durch welches neutralisierende Ionen aus der Umgebung an gezogen werden könnten. Durch das innige G@@isch von Stellen positiver Nettoladung auf einigen Fasern mit dicht daneben liegenden Stellen negativer Nettoladung auf anderen Fasern besteht die Neigung, daß die Ladungen durch gegenseitige beziehung stabilisiert werden. Betrachtet man eine Faserlänge mit positiver als Nettoladung,/die eine Platte eines Kondensators und eine benachbarte Faserlänge mit negativer Nettoladung als die andere Platte des Kondensators, so kann man sich vergegenwärtigen, daß die Kapazität umso größer ist, je näher die Faserstücke bis kurz vor einer tatsächlichen Berührung beieinander liegen. Wird folglich die Potentialdifferenz von benachbarten Faserstücken verringert, so wird die Ableitung von Ladung längs der Fasern mit hohem Widerstand vermindert, die zu einem Kurzschließen des Kondensators neigen. Hierdurch wird die paarige Nettoladung stabilisiert, im Vergleich zur Stabilität von gleich großen Ladungen, die alle dasselbe Vorzeichen besitzen, auf den gleichen Flächen.
  • Die paarige Nettoladung auf Fasern mit außerordentlich hohem spezifischen Widerstand selbst in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit bis zu ca 90% bleibt bei Lagerung lange Zeit bestehen. Es wurde z.B. festgestellt, daß eine Masse von geladenen, kardierten Fasern, im wesentlichen aus Polytetrafluoräthylen, die ca zur Hälfte aus positiv geladenen und zur Hälfte aus negativ geladenen Fasern besteht eine durchschnittliche Dichte der paarigen Ladung von i,77.10W9 C/cm2 nach 5 Jahren Lagerung aufweist.
  • Dies ist eine beträchtliche Lagerbeständigkeit für Filter oder Ersatzfilter0 Innerhalb eines Faserbündels mit der neuen Ladungsverteilung herrschen starke nicht gleiohiäßige elektrische Felder zwischen Fasern, die einzeln eine Nettoladung der einen Ladungsart tragen, und dicht benachbarten Fasern mit einer Nettoladung der entgegengesetzten LadungsartO Es scheint jedoch notwendig, daß die Stücke von benachbarten Fasern mit Nettoladungen entgegengesetzten Vorzeichens wenigstens nahezu gleich groß sein müssen wie der örtliche Abstand zwischen den Fasern. Vorzugsweise sind nahezu alle Hohlräume in einer Fasermasse diesen Feldern ausgesetzt. Diese nicht gleichmäßigen slektrischen Felder bewirken in bekannter Neise eine Ladungstrennung auf sonst nicht geladenen Teilchen und ziehen diese Teilchen sowie auch geladene Teilchen zu den geladenen Fasern. Die abgeschiedenen Schwebstoffe werden auf den Fasern durch das elektrische Feld und durch Oberflächenkräfte, wie sie bei einer Adsorption wirksam sind, festgehalten. Die Durchlässigkeit von vergleichbaren Fasermassen aus verschiedenen Materialien für ein Standard-Aerosol, das aus nicht geladenen Dioctylphthalat-Teilchen mit o, 3 y Durchmesser. besteht, ist umso geringer, je größer die Dichte der paarigen Ne,ttoladung auf den Fasern ist. Theoretisch ist die Wirksamkeit des elektrischen Feldes für die Abscheidung von nicht geladenen Teilchen bei einem gegebenen Faserabstand proprtional dem Quadrat der Nettoladungsdichte auf den einzeln entgegengesetzt geladenen Fasern. anders ausgedrückt ist demnach die Durchlässigkeit eines Faserbettes gemäß der Erfindung für ein Aerosol im allgeteinen umso größer (nicht erwünscht), je größer die Nettoladungsdichte auf dem Faserbett als Ganzes ist. Dieser störende Einfluß der Nettoladung auf dem Faserbett scheint überraschend zu sein undim Gegensatz zu der allgemeinen Auffassung zu stehen, daß elektrostatische Ladung die Durchlässigkeit des Faserbettes für Schwebstoffe verringert. Wenn man sich vergegenwärtigt, daß das Potential, bis zu welchem eine Faser geladen werden kann, durch Ladungsableitung in die Luft begrenzt ist, so kann man leicht erkennen, daß ein vollständig geladenes Faserbett mit hoher Nettoladungsdichte notwendigerweise eine geringe Dichte von paariger Ladung auf seinen Fasern haben muß und umgekehrto Es ist anzunehmen, daß man die höchste Dichte von paariger Nettoladung in einem Faserbett erreicht, wenn die spezifische Oberfläche der Fasern aus dem einen Material nahezu gleich groß ist wie die spezifische Oberfläche der Fasern aus dem anderen Material. Dies ermöglicht eine Ladung aller einzeln Faseroberflächen bis zu der durch Ableitung an die Luft auferlegten Grenze, ohne daß eine wesentliche elektrostatische Nettoladung auf dem Faserbett als Ganzes erzeugt wirde Aus diesem Grunde sollten die Fasern auch nahezu den gleichen Durchmesser haben. Werte für diese beiden Parameter (Verhältnis der spezifischen Oberflächen der beiden Faserarten und Verhältnis der Faserdurchmesser) werden umfaßt von dem Maximalwert für die Dichte der paarigen Nettoladung, die ein gegebenes Faserbett annehmen kann, Das Vorhandensein von positiver Nettoladung auf Einzel fasern, die ausgeglichen ist durch negative Nettoladung auf Einzelfasern in der Fasermasse eines Filterbettes, verringert diesen Durchlässigkeit für ein ærosol, hat jedoch keinen Einfluß auf den Druokabfall im Filterbett. Folglich ist die Durchlässigkeit einer beliebigen Schichtdicke eines solchen Filtermediums für ein Aerosol in Bezug aur den Druckabfall in diesem Filter geringer als bei einem nicht geladenen Filtermedium.
  • Der theoretische Entstaubungsgrad (riitration effectiveness) γ eines Faser-Silterbettes errechnet sich nach der Gleichung -ln(@@/100) γ = , #p wirin P0 = Anteil des durch das Filter hindurchdringenden Aerosols in % = = Druckabfall innerhalb des Filters in mm WS,.
  • Man stellt fest, daß der theoretische Entstaubungsgrad eines im übrigen vergleichbaren Faser-Filterbettes größer ist, je höher die Dichte der paarigen Nettoladung auf den Fasern ist. Z.B. wird der theoretische Entstaubungsgrad eines Faserbettes aus entgegengesetzt'geladenen Fasern (siehe Fig. 6) von 10,54 m-1 WS (415 inch-1) bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,80 m/min (5,9 Seet/in), wobei das Faserbett die neue Ladungsverteilung gemäß der Erfindung zeigt, verringert auf 1,83 m-1 WS (72,3 inch-1) bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit, wenn das gleiche Faserbett durch radioaktive Strahlung entladen wurde. Die entsprechenden Werte bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 13,6 m/min (44,7 feet/min) sind o, 648 bzw. 0,0762 m-1 WS (25,5 bzw. 3,0 inch-1).
  • Der theoretische Entstaubungsgrad eines ähnlichen Bettes aus gleichen Volumina Polyoxymethylenharz-Fasern mit 25# Durchmesser und Polypropylen-Fasern mit 20 Durchmesser mit einer Ladungsverteilung gemäß der Erfindung betrug im gleichen Filterelement 11,58 m-1 WS (456 inch 1) bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,8 m/min (5,9 feet/min) und 0,582 m-1 WS (22,9 in bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 13,6 m/min (44,7 feet/min). Diese Fasern wurden ohne Textilausrüstung hergestellt und gemäß der Erfindung durch Kardieren geladen.
  • Bei einer gegebenen Strömungsgesohwindigkeit und unter normalen Arbeitsbedingungen erhöht sich der theoretische Entstaubungsgrad in begrenztem Umfang mit dem freien Querschnitt des Filtermediums. Demnach ist der theoretische Entstaubungsgrad bei einem lose gepackten Bett aus entgegengesetzt geladenen Fasern mit einem freien Querschnitt von 0,97 beim Filtrieren eines Aerosols von ungeladenen Dioctyphthalat-Teilchen mit 0,3 Durchmesser ca 4,95 m-1 WS (195 inch 1) bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 3,48 m/min (11,4 feet/min).
  • Bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit zeigt ein Filz aus den gleichen Fasern mit einem freien Querschnitt von 0,73 einen entsprechenden theoretischen Entstaubungsgrad von nur o, 4t5 m-1 WS (16,3 inoh-1 ).
  • Es ist bekannt, daß Luft gewöhnlich eine geringe Menge Ionen enthält (ca Iooo Ionen/cm3), die durch kosmische Strahlen, Strahlung von natürlichen oder künstlichen radioaktiven Materialien, Blitz, Korona-Entladungen usw. erzeugt werden. Die elektrostatische Nettoladung auf einem faserigen Filtermedium oder eincr filtermasse von Fadenelementen zieht selektiv Ionen aus der LuSt an und wird dadurch kontinuierlich neut@@-ligiert. Da die paarige elektrostatische Nettoladung innerhalb des faserigen Filtermaterials der Erfindung nur ein geringes äußeres elektrisches Peld erzeugt, werden für eine wirksame Neutralisation der paarigen Nettoladung zu wenige Ionen der Luft durch elektrostatische Anziehungen vom Filter angezogen. Wird Jedoch Luft durch das Filter gepreßt, so werden sowohl positive als auch negative Ionen der Luft leicht durch die starken inneren nicht gleichmäßigen elektrischen Felder abgeschieden (99,9 + +). Hierdurch wird die paarige Nettoladung innerhalb des Filtermediums ständig erschöpft und damit die Wirksamkeit und die Kapazität des Filters verringert. Es zeigte sich, daß die kontinuierliche Verschlechterung der Filterwirkung die Gebrauchs fähigkeit des Filters in Ventilatorsystemen auf ca einen Monat begrenzt.
  • Mm dieses Problem zu lösen und Filter von annehmbarer Haltbarkelt herzustellen, wurde eine lonenfalle eingebaut, um die Ionen aus der Luft zu entfernen, kurz bevor diese in die Fasermasse gelangt. Da die Ionen der Luft sich in einem elektrischen Feld mit spezifischer Geschwindigkeit von ca I cm/(sec)(V/cm) bewegen, während geladene Staubteilchen weniger als 1/1000 dieser Geschwindigkeit besitzen, konnte eine lonenfalle erstellt werden, die selektiv die Ionen der Luft, jedoch nicht den Staub abscheidet. Eine einfache Ausführung einer Ionenfalle besteht aus zwei offenmaschigen, metallischen Netzen, die durch ein Netz von Isoliermaterial in Abstand gehalten, werden und auf ein Potential 300 V4 Trockenbatterie geladen sind, das für eine Korona-Entladung nicht ausreicht.
  • Wurde eine solche lonenfalle an der Eintrittsseite zu dem dünnen Filtermedium von besonders geringer Dichte angeordnet (um die Wirkung der Ionen der Luft hervorzuheben), so daß die gesamte zu filternde Luft durch die lonenfalle strömte, unmittelbar bevor sie durch das Filter gelangt, so wurde die Zeit bis zur Verdopplung des Teilchendurchtritts von 24 h auf huber lo ooo h erhöht.
  • Die elektrostatische Nettoladung auf einer Fasermasse kann mit Hilfe eines Faraday' schen Zylinders gemessen werden. FU,r eine solche Prüfung wurden Proben der Masse mit scharfen Scheren oder anderen Schneidwerkzeugen so herausges6bnitten, daß eine Verformung oder ein Verzerren der Proben möglichst vermieden wurde. Beim Schneiden und Handhaben der Proben wurde Sorge getragen, das eine Berührung unter Reibung der Proben mit anderen Feststoffen und Flüssigkeiten vermieden wurde, da eine solche Berührung eine ungewollte Ladung (patch chargen auf den Fasern an der Oberfläche einer Probe hervorrufen kann. Gegebenenfalls werden die Proben mit elfenbeinbestückten Zangen oder dergleichen gehandhabt, da eine Berührung mit feuchten Fingern die Ladung auf den Proben neutralisieren würde, wo die Fasern kurzzeitig stärker elektrisch leitend würden. Vorzugsxeise sollte die Packungsdichte der Proben nahezu die gleiche bleiben wie in den Materialproben.
  • Sowohl die paarige Nettoladung als auch die Nettoladung einer Fasermasse kann ermittelt werden aus Ladungsmessungen, die mit Hilfe eines Meßinstrumentes, z. B, eines Coulometers nach Xoore, US-Patentschrift 2 980 855, durchgeführt werden. Dieses Instrument mißt die Nettoladung auf einer bestimmten Länge oder einem Segment einer Einzelfaser. Es wurde ein Ooulometer nach Moors verwendet, welches die Nettoladung auf einer Länge von 3 cm der Proben mißt. Aus solchen Einzelmessungen auf wenigsten 30 Fasern@ und vorzugsweise auf 100 Fasern wird der prozentuale Anteil der Fasern mit einzeln positiver Nettoladung und der Anteil der Fasern mit einzeln negativer Nettoladung, die paarige Nettoladung und die Nettoladung der Fasermasse berechnet. Demnach wird also die Nettoladung der Einzelfasern durch statistische Näherung ermittelt, wobei die Probenlänge von 3 cm repräsentativ für die ganze Faser genommen wird. Bei der Messung der Nettoladung auf einzelnen Fasern müssen die Vorsichtsmaßnahmen beobachtet werden, die oben hinsichtlich der Messung der Nettoladung einer Fasermasse mit Hilfe eines Faraday'schen Zylinders erwähnt wurden. Diese Messung sollte unmittelbar nach dem Herausschneiden der Faser aus der Masse erfolgen, da die Nettoladung Ionen der Luft anzieht und hierbei fortschreitend neutralisiert wird.
  • Die qualitative Bestimmung der Nettoladung der Einzeifasern erfolgt nach einem lumographischen Pulververfahren. Diese Pulver sind ein Gemisch von gleichen Mengen zweier Sorten feinverteilter Harzteilchon.
  • Eine Teilohenart ist rot gefärbt und negativ geladen, die andere ist grün gefärbt und positiv geladen. Eine Suspension der gemischten Teilchen in Luft wird auf ein Faserbündel gerichtet. Die Teilchen haften selektiv auf der Faseroberfläche entsprechend ihrer Ladung art und der Intensität der örtlichen elektrostatischen Ladung auf dieser Oberfläche, wobei die roten Teilchen stärker auf der positiv (oder weniger negativ) geladenen Faseroberfläche und die grünen Teil@chen mehr auf der negativ (oder weniger positiv) geladenen Paseroberfläche haften. Nan nimmt an, daß die Abscheidung einiger Teilchen Jeder Farbe durch die verschiedenen geladenen Fasern auf dem Vorhandensein von induzierten Ladungen sowie der charakteristischen Ladung auf den Teilchen des lumographischen Pulvers beruht. Die Wirkung der Teilchen kann nachgeprüft werden, indem man beobachtet, ob sie auf einem elektro statisch geladenen Kupferdraht haften oder von ihm abgestoßen werden.
  • Diskussion der Arten von. Fadenelementen oder Fasern.
  • Es ist anzunehmen, daß viele Paare von Materialarten einen ausreichenden Unterschied in der Reibung elektrizität aufweisen, um als Filterelemente gemäß der vorliegenden Erfindung dienen zu können. Vorzugsweise verwendet man ganz aus einem Material bestehende Fasern im Gemisch mit Fasern, die ganz aus einem Material von unterschiedlicher Reibungselektrizität hergestellt sind; Gemische, die Fasern mit einem Überzug des einen oder des anderen Materials enthalten, werden weniger bevorzugt. Jedoch fallen auch überzogene Fadenelemente oder Faeern in den Bereich der Erfindung.
  • Außerdem müssen solche zarten von Fadenelementen oder Fasern ausgewählt werden, die unter den Lager- oder Gebrauchsbedingungen einen hohen spezifischen Widerstand aufweisen, um eine elektrische Leitung längs der Fasern und eine Neutralisierung der Ladung an Berührungspunkten zwischen den einzelnen Fasern möglichst gering zu halten. Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Luftfilter ist es notwendig, daß der spezifische Widerstand jeder Faserart einen bestimmten Wert übersteigt, wie bereits angegeben wurde.
  • Im Folgenden werden dre Paare von Faserarten angegeben, die in den erfindungsgemäßen Filtern verwendet werden können; es sind Beispiele von besonders brauchbaren Fadenelementen für die Herstellung von Faserbettungen, die eine ausreichend hohe Filterwirkung besitzen und äußerst dauerhaft sind; a) Fadenelemente aus Solyoxymethylenharz (+) und Fadenelemente aus Polypropylen (-) b) Fadenelemente aus Polyoxymethylenharz (+) und Fadenelemente aus gebleichtem Polytetrafluoräthylen (-) c) Fadenelemente aus Polyoxymethylenharz (+) und Fadenelemente aus Polyvinylchlorid (-).
  • NaohMolgend werden die Werte für den gesamten spezifischen Widerstand und den Oberflächenwid.rstand' angegeben als äquivalenter Oberf'lächenwiderstand, von Fasern mit 20 Durchmesser aus den verschiedenen Materialien, gemessen in Luft bei 22°C. (72°F.) und 3% relativer Feuchtigkeit, in Ohm angegeben.
  • Gebleichte Polytetrafluoräthylen-Fasern über 1018 Polyoxymethylenharz-Fasern über 1018 Polypropylen-Fasern über 101a Polyvinylchlorid-Fasern 6-1019 Alle obigen Fasern wurden ohne irgendeine Textil ausrüstung hergestellt. Handelsübliche Fasern außer Polytetrafluoräthylen werden normalerweise mit Appretur hergestellt, um die Fasern zu schmälzen und/oder die elektrostatische Ladung auf den' Fasern möglichst dering zu halten. Polytetrafluoräthylen-Fasern mit antlstatischer Ausrüstung sind im Handel erhältalich. Die Polyvinylchlorid-Fasern wurden ohne Weichmacher herz gestellt,' um eine Verringerung des spezifischen Widerstands der Fasern durch diesen Zusatz su vermeiden.
  • Die polyoxymethylen-Fasern wurden aus handelsüblich am Polyoxymethylenharz hergestellt mit oa 0,5 Gew.% eines Wärmestabilisators und ca 0,2 Gew.% (0,2 w/o) Antioxydationsmittel; du Harz hatte eine Schmelzfließgeschwindigkeit (malt flow rate) von ca 5 (Klasse 1 nach ASTM D-2133-62T). Das Harz wurde zu einem mehr fädigen Garn mit Fäden von 3 Denier versponnen; die Garne wurden viermal bei 14000 nit 12,2-36,6 m/min (40 - 12o feet/min) verstreckt. Eine Textilausrüstu@g wurde nicht angewandt.
  • Die Polypropylen-Fasern wurden aus handelsüblichem Polypropylenharz hergestellt, das oa 0,07 Gew.% eines Wärmestabilisators, ca 0,26 Gew. Antioxydationsmittel und ca 0,49 Gew. eines UV-Stabilisators enthielt.
  • Das Harz hatte eine Schmelzfließgeschwindigkeit von ca 11 und einen Schmelzindex von ca 5. Aus dem Harz wurde bei 24o0 0 mit einem Streckverhältnis von io,6 ein achtfädiges Garn aus Fäden von 3 Denier gesponnen.
  • Es wurde keine Textilausrüstung angewandte a) Polyoxymethylen-Fasern und Polypropylen-Fasern.
  • Eine Filtermasse oder ein Faserbett aus handelsüblichem Polyoxymethylenharz mit Textilausrüstung und handelsüblichen Polypropylen-Fasern. zeigte unmittelbar nach dem Mischen der Fasern durch Kardieren eine beträchtlich verbesserte Filterwirkung für ein Aerosol. Nach drei bis vier Tagen wurde jedoch ein betrachtliches Absinken der Wirksamkeit der Filter beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde bei einem ähnlichen Faserbett, das aus nichtausgerüsteten Polyoxymethylen-Fasern und Polypropylen-Fasern hergestellt worden war, keine wesentliche Änderung der ausgezeichneten Filtrierwirkung beobachtet, selbst wenn dieses nach dem Kardieren mehrere Monate gelagert wurde. Es ist anzunehmen, daß die Verbesserung auf dem beträchtlich erhöhten spezifischen Widerstand der Fasern beruht, die ohne die übliche Ausrüstung hergestellt wurden.
  • Bei einem Faser-Filterbett aus nichtausgerüsteten Fasern eines einzigen triboelektrisohen Materials trat jedoch eine sehr schnelle Verschlechterung der Filtrierwirkung auf, obwohl die Fasern einen äquivalenten spezifischen Oberflächenwiderstand huber 10-18 Ohm aufweisen das Filter blieb nicht in Betrieb. Man erkennt dies aus dem Ausmaß der Durchlässigkeit eines 6,35 cm dicken Filterbettes, das mit einem freien Querschnitt von 0,97 gepackt wurde, für ein Aerosol von Dioctylphthalat von 0,3 # Durchmesser Bei einem solchen aus Polypropylen-Fasern von 20 # Durchmesser ohne Teitilausrüstung hergestellten Filterbett erhöhle sich die Durchlässigkeit bei einer Strd.mungsgesohwind,igkeit von 1,8 m/min (5,9 feet/min) von o, 5 unmittelbar nach dem Kardieren der Fasern auf 1,20% nach vier Tagen. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 13,6 m/min (44,7 feet/min) erhöhte sich die Durchlässigkeit von 6,9% auf 9,8%. Unmittelbar nach dem Kardieren hatte das Polypropylen-Faserbett als Ganzes eine negative Nettoladungsdichte von 0,14#10-9 C/cm2 der Faseroberfläche und eine Dichte der paarigen Nettoladung von 0,056#10-9 0/cm2; die Dichte der paarigen Nettoladung ist also nur ungefähr 4o% der Nettoladungsdichte und beruht wahrscheinlich auf der Inhomogenität der Fasern. 80% der Fasern hatten einzeln eine negative Netto ladung und 20% eine positive Nettoladung.
  • Bestand das Faserbett aus ohne Teitilausrüstung hergestellten Polyoxymethylen-Fasern von 25 W Durchmesser, so erhöhte sich die Durch lässigkeit bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,8 m/min (5,9 feet/min) von 2,80 unmittelbar nach dem Kardieren der-Faser auf 24,5% nach vier Tagen. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 13,6 m/min (44,7 feet/min) erhöhte sich die Durchlässigkeit von 28% auf 67%.
  • Unmittelbar nach dem Kardieren hatte das Polyoxymethylen-Faserbett als Ganzes eine positive Nettoladungsdichte von 0,30#10-9 C/cm2 und eine Dichte der paarigen Nettoladung von 0,048#10-9 6/cm2; die Dichte der paarigen Nettoladung betrug nur 16% der Nettoladungsdichte. 80% der Fasern hatten einzeln eine positive Nettoladung und 20% sine negative Nettoladung.
  • Eine überraschend große und andauernde Verbesserung der Wirksamkeit der filter erreichte man, wenn das Filterbett mit gleichen Volumina der oben genannten vorher durch Kardieren gemischten Polypropylen- und Polyoxymethylen-Fasern gepackt wurde0 Die Durchlässigkeit bei 1,8 m/min (5,9 feet/min) betrug einen Monat nach dem Kardieren der Fasern nur 0,01%. Bei 13,6 m/min (44,7 feet/min) wurde eins entsprechende Durchlässigkeit von nur o, 6 ß beobachtet. Zu dieser Zeit hatte das Filterbett als Ganzes eine zu vernachlässigende Nettoladungsdichte von nur 0,017#10-9 0/cm2 und eine überraschend große Dichte der paarigen Nettoladung von 2,28#10-9 0/cm2; etwa die Hälfte der Fasern hatte einzeln eine positive Nettoladung und die andere Hälfte der Fasern eine negative Nettoladung. Die Dichte der paarigen Nettoladung dieses gemischten Faserbettes war einen Monat nach dem Kardieren mehr als 40mal so groß wie die Dichte der paarigen Nettoladung des Polypropylen-Faserbettes unmittelbar nach dem Kardieren und mehr als 47ma1 so groß wie die des Polyotymethylen-Faserbettes sofort nach dem Kardieren. Offensichtlich erreicht man eine hohe Dichte der paarigen Nettoladung und eine überlegene und anhaltende Wirksamkeit der Filter dadurch, daß man Fasern mit hohem spezifischen Widerstand verwendet, und zwar ein kardiertes Gemisch von Fasern aus triboelektrisch unterschiedlichen Materialien. b) Kombination von Polyoxymethylen-Fasern und gebleichten Polytetrafluoräthylen-Fasern.
  • Fasern oder Fadenelemente, die im wesentlichen aus Polytetrafluoräthylen gemäß der US-Patentschrift 2 772 444 hergestellt wurden, können durch ausreichend langes Erhitzen in Luft oder Sauerstoff auf 200 bis 3200a gebleicht werden.
  • Hält man die Temperatur unter 20000, so erreicht man nur eine geringe oder gar keine Bleichwirkung.
  • Steigt die Temperatur Uber ca 320Da, so schmelzen die Fasern zusammen Der bevorzugte Temperaturbereich ist 240 bis 2650C, Die Zeitdauer, während der die Fasern bei der bevorzugten Temperatur gehalten werden, ist nicht kritisch; jedoch erreicht man mit einem weniger als zwei Tage dauernden Erhitzen in Luft nur ein unvollständiges Bleichen, es können bis zu 14 Tage erforderlich sein. Die erforderliche Zeitdauer hängt ab von der Temperatur, der Paokungsdiohte der Fasern und der Zirkulation der Luft oder des Sauerstoffes. Das Blechen wird vorzugsweise in einem Umlaufofen durchgeführt.
  • Gegebenenfalls können die Garne aus Polytetrafluoräthylen-Fäden gebleicht werden, indem man sie einem Gemisch von konzentrierter Schwefelsäure und Salpetersäure aussetzt. Die Geschwindigkeit des Bleichvorganges hängt ab von der Temperatur. Bei 315°C dauert er nur wenige Minuten, bei 12000 mehrere Stunden. Bin geelgnetes Verfahren besteht darin, daß man die Probe in siedende Schwefelsäure legt und gleichzeitig geringe Mengen Salpetersäure durch einen Tropftrichter, der bis zum Boden des Gefäßes reicht, zuführt. Es ist natürlich notwendig, die Fasern in reinem Wasser gründlich zu waschen zur Entfernung von ionisierbaren und elektrisch leitenden Verunreinigungen, damit die trockene Faser den erforderlichen hohen spezifischen Widerstand aufweist.
  • Ein gepacktes Filterbett aus frisch kardierten, gebleichten Polytet'rafluoräthylen-Fasern hatte als Ganzes eine hohe negative Nettoladungsdichte von 0,9#10-9 C/cm2, Jedoch eine Dichte der paarigen Nettoladung von nur 0,016#10-9 9 C/cm2; 95% der Fasern hatten einzeln eine negative Nettoladung und nur 50% eine positive Nettoladung.
  • Trotz der hohen Dichte der negativen Nettoladung auf dem Filterbett war die Durchlässigkeit bei einem Versuch mit einem Dioctylphthalat-Aerosol mit o,3 ¢ Teilchengröße bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,8 m/min (5,9 feet/min) nur ca 1/4 derjenigen eines vergleichbaren Filterbettes aus Polytetrafluoräthylen-Fäden, die entladen wurden, indem man sie radioaktiver Strahlung in Luft aussetzte.
  • Die kardierten, gebleichten Polytetrafluor äthylen-Fasern zeigen also im Vergleich zu einem elektrostatisch entladenen, jedoch sonst vergleichbaren Filterbett nur eine schwach verbesserte Filterwirksamkeit0 Ähnlich hatte ein Bündel von frisch kardierten Polyoxymethylen-Fasern als Ganzes eine positive Nettoladungsdichte von 0,3#10-9 C/cm2, jedoch eine Dichte der paarigen Nettoladung von nur o, o480to o/cm2; 80 der Fasern zeigte einzeln eine positive Nettoladung und 20% eine negative Nettoladung unmittelbar nach dem Kardieren0 Die Filterwirkung dieses Materials war etwa die gleiche wie bei frisch kardierten gebleichten Polytetrafluoräthylen-Fasern.
  • Ein wesentlich besseres und unerwartetes Ergebnis erhielt man mit einem frisch kardierten Gemisch aus gleichen Volumina Polyoxymethylen-Fasern von 25 rb Durchmesser und gebleichten Polytetrafluoräthylen-Fasern von 20 ¢ Durchmesser0 Die Nettoladungsdichte eines Bündels dieser Fasern betrug 0,32#10-9 C/cm2, die Ledungs-Dichte der paarigen Nettoladung war hingegen größer und betrug 1,42#10-9 C/cm2. Die Filterwirkung dieses gemischten Faserbettes war weit besser als die eines kardierten Faserbettes, das entweder nur aus gebleichten Polytetrafluoräthylen-Fasern oder allein aus Polyoxymethylen-Fasern hergestellt war. Die Durchlässigkeit des Filterbettes aus dem Fasergemisch für ein Dioctylphthalat-Aercsol mit -0,3 µ Teilchengröße bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,8 m/min (5,9 feet/min) betrug nur o, 39% derjenigen eines Faserbettes aus gebleichten Polytetrafluoräthylen-Fasern und nur o, 54% derjenigen eines Faserbettes aus Polyoxymethylen-Fasern. In dieser gemischten Fasermasse war die Anzahl der Fasern mit positiver elektrostatischer Ladung gleich groß wie die Anzahl der Fasern mit negativer elektrostatischer Ladung. c) Kombination von PolyoxymethylenFasern und Polyvinylchlorid-Fasern.
  • Die verwendeten Polyvinylchlorid-Pasern waren aus einem opaken, porösen, unter Druck verfließenden Material hergestellt, wie es zur Herstellung von Folien verwendet wird. Dieses Material in Folienform wird transparent, wenn es einem ausreichenden Druck, wie le z.B. beim Anschlag einer Schreibmascbinentype, unterworfen wird.
  • Die verwendeten Polyvinylchlorid-Fasern werden aus einer Lösung des hydrophoben Polymeren in einem Lösungsmittel, das große Anziehungskraft für Wasser hat und nd Hydrate bilden kann, hergestellt. Man bevorzugt eine heiße Lösung des Polymeren in Dimethylacetamid, jedoch kann auch Dimethylformamid als Lösungsmittel verwendet werden. Wird die Lösung in ein geeignetes wässeriges Bad stranggepreßt, so fällt das Polymere augenblicklich in Form eines porösen Polymerisats aus; dieses hat nahezu den gleichen Durchmesser wie der Strom der aus der Spinndüse austretenden polymeren Lösung.
  • Die Poren innerhalb des polymeren Materials sind mit der lösungsmittelhaltigen wEsserigen Phase gefüllt. Das gewaschene und getrocknete Produkt ißt ein äußerst poröses Fadenmaterial des Polymerisats. Die Fäden sind schwach im Verhältnis zu kompakten Fäden aus dem gleichen Polymerisat und vom gleichen Durchmesser. Die Porosität der Fäden kann verringert und ihre Festigkeit ii Verhältnis zu kompakten Fasern gleichen Durchmessers durch Heißverstrecken entsprechend erhöht werden Die für die Erfindung verwendeten Polyvinylchlorid Fasern mit 20 # Durchmesser haben einen Prenraum von etwa 80%. Sie wurden aus Polyvinylchlorid einer Dichte von 1 t,4o vom ohne Zusatz eines Weichmachers und ohne Textilausrüstung hergestellt. ILe Fasern wurden von Hand kardiert und antwickelten eine hohe elektrostatische Ladung. Einzelne Fasern standen anfangs aus der Masse der kardierten Fasern heraus.
  • Bin Bündel dieser frisch kardierten Polyvinyl-Fasern hatte als Ganzes eine hohe begative Netteladungsdichte von 1,09#10-9 C/cm2, jedoch eine Dichte der paarigen Nettoladung von nur 0,33#10-9 C/cm2, 80% der Fasern hatten eine negative Nettoladung und und eine positive, Nettoladung. Trotz der hohen Dichte der negativen Nettoladung auf dem kardierten Faserbett als Ganzes wurde die Durchlässigkeit für ein Dio ctylphthalat-Aero sol mit o,) 3# Teilchendurchmesser bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,8 m/min (5,9 feet/min) auf nur 6,5% derjenigen eines vergleichbaren Filterbettes aus entladenen Polytetrafluoräthylen-Fasern reduziert.
  • Die geringe Verbesserung der Filterwirkung eines kardierten Bettes von Polyoxymethylen-Fasern ist im vorgehenden Abschnitt in Bezug auf Polytetrafluoräthylen-und Polyoxymethylen-Fasern besprochen worden.
  • Eine unerwartete Verbesserung der Filterwirksankeit erhielt man bei einem frisch kardierten Gemisch von gleichen Volumina Polyoxymethylen-und porösen Polyvinylchlorid-Fasern. Die Durchlässigkeit dieses Faserbettes für ein Dioctylphthalat-Aerosol mit Telchengröße 0,3µ bei einer Strö'mungsgeschwindigkeit von 1,8 m/min (5,9 feet/min) betrug nur o,o8% derjenigen eines frisch kardierten Faserbettes, das aus Polyoxymethylen-Fasern allein hergestellt war, und nur 0,2% derjenigen eines frisch kardierten Faserbettes aus porösen Polyvainylchlorid-Fasern allein.
  • Patentansprüche

Claims (10)

  1. P a t e n t a n s p r u c h e lo Filtereinheit für aie Abscheidung von behwebstoffen aus Gasströmen g e k e n n z e i c h n e t durch eine gasdurchlässige, lose gepackte Masse von Fadenelementen bestehend aus einer 1. Gruppe von Fadenelementen mit einer hohen Dichte der negativen elektrostatischen ettoladung und einer 2o Gruppe von triboelektrisch unterschiedlichen Fadenelementen mit einer hohen Dichte der positiven, elektrostatischen Nettoladung, wobei die einzelnen Fadenelemente der beiden Gruppen eng benachbart angeordnet sind, und gegebenenfalls vor dieser Filtermasse eine lonenfalle zur Abscheidung von Gasionen.
  2. 2. Filtereinheit nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Gruppen der Fadenelemente synthetische, organische Polymerisate mit unterschiedlichen triboelektrischen Eigenschaften sind.
  3. 3. i'iltereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fadenelemente beider Gruppen regellos in der Siltermasse angeordnet sind.
  4. 4. Filtereinheit nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Fadenelemente enthalten sind, aeren spezifischer Widerstand der Oberfläche und des Volumens an aer Luft bei 220X und i) ; relativer Feuchte zumindest 1018# äquivalent spezifischer Oerflächenwiderstand im Durchschnitt beträgt.
  5. 5. Filtereinheit nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Fadenelemente enthalten sind, deren Dichte der paarigen Nettoladung mindestens 0,5 x 109 C/cm2 der gesamten Fadenoberfläche beträgt,
  6. 6. Filtereinheit nach Anspruch t bis 5 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gesamtoberfläche der beiden Gruppen der Fadenelemente im wesentlichen gleich ist.
  7. 7. Filtereinheit nach Anspruch 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Fadenelemente beider Gruppen mit einer Stärke zwischen 15 und 30 Xu enthalten sind.
  8. 8. Filtereinheit nach Anspruch 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fadenelemente Stapelfasern iit einer Lange zwischen 2,54 und 15,24 cm sind.
  9. 9. Filtereinheit nach anspruch 1 bis 8, dadurch g e k e n n s e i c h n e t , daß der freie Querschnitt der Filtermasse ca. 0,97 beträgt.
  10. 10. Filtereinheit nach Anspruch 1 bis 9, dadurch g e k e n n s e i c h n e t , daß die Fadenelemente der 1. Gruppe aus Polyoxymethylen und die Fadenelemente der 2. Gruppe aus zolypropylen, Polytetrafluoräthylen oder Polyvinylchlorid bestehen.
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