DE3724806A1 - Process and apparatus for separating off aerosols - Google Patents

Process and apparatus for separating off aerosols

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Abstract

The invention relates to a process for separating off in a filter aerosols contained in a gas stream; in order to achieve simple and reliable separation, it is proposed that molecules be aggregated to the aerosols by condensation or crystallisation and that the particles enlarged in this manner be separated off in the filter (8). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abscheidung von in einem Gasstrom enthaltenen Aerosolen in einem Filter. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durch­ führung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for deposition of aerosols contained in a gas stream in a filter. Moreover, the invention relates to a device for through management of this procedure.

Die Entwicklungen in der Medizin, Chemie, Bakteriologie, Genetik und besonders der Mikroelektronik sind gekennzeich­ net durch immer höhere Anforderungen an die Reinheit von Materialien und Fertigungsbedingungen. Der Reinraumtechnik kommt in diesem Zusammenhang eine stetig wachsende Bedeutung zu.Developments in medicine, chemistry, bacteriology, Genetics and especially microelectronics are identified net by ever higher demands on the purity of Materials and manufacturing conditions. The clean room technology comes in this context, a growing importance to.

In der Mikroelektronik werden Teilchen mit 1/10 µm bereits zu sogenannten Killerpartikeln.In microelectronics particles with 1/10 μm are already too so-called killer particles.

Im Zuge dieser Entwicklung werden die Anforderungen an die Luftfiltermaterialien stetig höher geschraubt. Dies wird z.B. deutlich an den Bezeichnungen für die Hochleistungsfiltermate­ rialien: In the course of this development, the requirements for the Air filter materials screwed steadily higher. This is e.g. clearly by the designations for the high-performance filter mat rials:  

HEPA-FilterHEPA filter High Efficiency Particulate AirfiltersHigh Efficiency Particulate Airfilters VEPA-Filter VeryVEPA filter Very High Efficiency Particulate AirfiltersHigh Efficiency Particulate Airfilters ULPA-Filter UltraULPA filter Ultra High Efficiency Particulate AirfiltersHigh Efficiency Particulate Airfilters

Bei den ULPA-Filtern werden z.B. Abscheidegrade von 99,9999997% aller Teilchen im Bereich von 0,05 µm gefordert.In the ULPA filters, e.g. Separation rates of 99.9999997% all particles in the range of 0.05 microns required.

Diese Abscheidegrade können nur mit außerordentlich dichten Filtermaterialien, z.B. Glasfaserfiltern oder Membranfiltern, erreicht werden.These degrees of separation can only be extremely dense Filter materials, e.g. Glass fiber filters or membrane filters, be achieved.

Die zu reinigenden Luftmengen werden immer größer. So rechnet man z.B. pro m² Reinraumfläche mit 1600 m3 pro Stunde. Die für diese Anwendung bestimmten Filterkassetten enthalten meistens recht große Filterflächen, um den Luftwiderstand und damit den Energiebedarf des Luftfiltersystems in tragbaren Grenzen zu halten.The air quantities to be cleaned are getting bigger and bigger. For example, one calculates per m² cleanroom area with 1600 m 3 per hour. The filter cartridges intended for this application usually contain quite large filter surfaces in order to keep the air resistance and thus the energy requirement of the air filter system within acceptable limits.

Die Filtermaterialien werden meistens in plissierter Form ein­ gesetzt, um ein günstiges Verhältnis von Filterfläche/Filtervo­ lumen zu erzielen. Bei der Faltung der Filtermaterialien und der Einlage von Abstandshaltern muß man immer mit Faserbruch und Fehlstellen und der damit verbundenen Staubbildung rechnen. The filter materials are mostly in pleated form set to a favorable ratio of filter surface / Filtervo lumen. When folding the filter materials and The insertion of spacers must always be done with fiber breakage and defects and the associated dust formation count.  

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit denen Aerosole einfach und sicher abgeschieden werden können.The present invention is based on the object a method and an apparatus of the aforementioned To propose way with which aerosols easy and safe can be separated.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an die Aerosole durch Kondensation oder Kristallisation Mole­ küle angelagert werden und daß die in dieser Weise ver­ größerten Partikel in dem Filter abgeschieden werden. In­ folge dieser Maßnahmen besteht die Möglichkeit, Teilchen, deren Ursprungsgröße weit unter 1 µm liegt, in relativ groben Filtermaterialien abzuscheiden. Der eingangs ge­ schilderte Aufwand, der bisher für die Beseitigung von Aero­ solen erforderlich war, kann dadurch erheblich reduziert werden.According to the invention this object is achieved in that on the aerosols by condensation or crystallization moles be attached and that in this way ver larger particles are deposited in the filter. in As a result of these measures it is possible to use particles, whose original size is well below 1 micron, in relative to deposit coarse filter materials. The ge ge portrayed the effort hitherto for the elimination of Aero Solen was required, can thereby significantly reduced become.

Zweckmäßig wird der zu reinigende Gasstrom mit einem wei­ teren Gasstrom vermischt, welcher das Kondensations- oder Kristallisationsmittel enthält. Geschieht dies unter geeig­ neten physikalischen Bedingungen, dann kommt es zu einer spontanen Kondensation oder Kristallisation an den Aerosolen. Die dadurch gebildeten Molekülverbände werden so groß, daß sie in relativ groben Filtern abgeschieden werden können.Suitably, the gas stream to be cleaned with a white mixed gas stream, which the condensation or Contains crystallizing agent. This happens under suitable Neten physical conditions, then it comes to a spontaneous condensation or crystallization at the aerosols. The molecular assemblies thus formed become so large that they  can be deposited in relatively coarse filters.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an­ hand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles für eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden.Further advantages and details of the invention are intended to be hand of an embodiment shown in the figure for an apparatus for carrying out the inventive Procedure will be explained.

Die Figur zeigt schematisch ein Filtergehäuse 1. Der Einlaß für die zu reinigenden Gase ist mit 2 und der Auslaß für die gereinigten Gase ist mit 3 bezeichnet.The figure shows schematically a filter housing. 1 The inlet for the gases to be cleaned is 2 and the outlet for the purified gases is designated 3 .

Die zu reinigenden Gase treten zunächst in eine Mischkammer 4 ein. Dieser Mischkammer 4 wird außerdem das Kondensations- oder Kristallisationsmittel zugeführt. Dieses geschieht da­ durch, daß ein Trägergasstrom, z.B. im Teilstrom zurückge­ führtes gereinigtes Gas (vgl. gestrichelt eingezeichnete Leitung 5 mit Trägergaspumpe 14), durch einen Behälter 6 geleitet wird, in dem sich das Kondensations- oder Kristallisationsmittel befindet. Als Kondensationsmittel dienen vorwiegend nicht toxische organische oder anorgani­ sche Substanzen mit definiertem Dampfdruck, die als Flüssigkeit oder als Schmelze vorliegen und durch eine Thermostatregelung auf dem gewünschten, gegen­ über der Zimmertemperatur erhöhten Temperaturniveau gehalten werden können. Der Trägergasstrom wird dosiert entweder durch die Flüssigkeit hindurchgedrückt oder über deren Ober­ fläche geführt, so daß eine Dampfsättigung eintritt.The gases to be cleaned first enter a mixing chamber 4 . This mixing chamber 4 is also fed to the condensation or crystallization agent. This happens because by that a carrier gas stream, for example, in the partial flow zurückge led purified gas (see, dashed line 5 with carrier gas pump 14 ) is passed through a container 6 , in which the condensation or crystallization is. As a condensing agent are mainly non-toxic organic or anorgani cal substances with defined vapor pressure, which are present as a liquid or as a melt and can be maintained by a thermostat control to the desired, increased to above room temperature level. The carrier gas flow is metered either pushed through the liquid or guided over the upper surface, so that a vapor saturation occurs.

Beispiele für Kondensations- bzw. Kristallisationsmittel sind Wasser, Propantriol, Sebacinsäure-bis (2-äthyl-hexylester) und bei Zimmertemperatur feste Paraffine.Examples of condensation or crystallization agents are water, propanetriol, sebacic acid bis (2-ethyl-hexylester) and solid paraffins at room temperature.

Der mit dem Kondensations- oder Kristallisationsmittel ge­ sättigte Dampf wird der Mischkammer 4 über eine Verteiler­ einheit 7 zugeführt. Diese umfaßt Düsen und Schikanen, so daß eine intensive Durchmischung mit dem zu reinigenden Gasstrom eintritt. Dadurch kommt es zu spontanen Kondensa­ tionen bzw. Kristallisationen an den Aerosolen, die als Kondensations- oder Kristallisationskerne benutzt werden. Der Durchmesser der dadurch entstehenden Teilchen wird so groß, daß sie in dem sich der Mischkammer anschließenden Filter 8 abgeschieden werden können.The ge with the condensation or crystallization saturated vapor is fed to the mixing chamber 4 via a distributor unit 7 . This includes nozzles and baffles, so that an intensive mixing with the gas stream to be cleaned occurs. This leads to spontaneous Kondensa functions or crystallizations of the aerosols, which are used as condensation or crystallization cores. The diameter of the resulting particles is so large that they can be deposited in the adjoining the mixing chamber 8 filter.

Das Filtermaterial des Filters 8 kann relativ grob gewählt werden. In dieser Filtermatrix werden außerdem die Reste des Kondensations- oder Kristallisationsmittels abgeschieden. The filter material of the filter 8 can be chosen relatively coarse. The remainder of the condensation or crystallization agent is also deposited in this filter matrix.

Vorteilhaft ist es, den Filter 8 als Rollbandfilter aus­ zubilden.It is advantageous to form the filter 8 as a roll band filter.

Obwohl in der Filtermatrix 8 die sonst nur schwer abzuschei­ denden Aerosol-Partikel im Bereich von 0,3 bis 0,5 µm nach ihrer Vergrößerung durch Kondensation oder Kristallisation in der Mischkammer 4 abgeschieden werden können, kann es in einigen Fällen zweckmäßig sein, dem Filter 8 einen Feinfilter 9 nachzuordnen, so daß gegebenenfalls vorhandene, nicht durch Kondensation oder Kristallisation vergrößerte Aerosole abge­ schieden werden können. Die Belastung des Feinfilters 9 bleibt jedoch sehr klein. Die Feinfilterung kann z.B. in einem Glas­ faserfilter oder Membranfilter organischer oder anorganischer Natur stattfinden. Auch eine elektrische Aufladung des Filter­ materials ist möglich.Although in the filter matrix 8 the otherwise difficult to abzushei Denden aerosol particles in the range of 0.3 to 0.5 microns can be deposited after their enlargement by condensation or crystallization in the mixing chamber 4 , it may be appropriate in some cases, the filter 8 rearrange a fine filter 9 , so that any existing, not increased by condensation or crystallization aerosols can be separated abge. The load of the fine filter 9 , however, remains very small. The fine filtering can take place eg in a glass fiber filter or membrane filter of organic or inorganic nature. An electrical charge of the filter material is possible.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, zwischen Grobfilter 8 und Feinfilter 9 eine aus Aktivkohle bestehende Filterschicht 10 anzuordnen, um gegebenenfalls noch vorhandene Spuren von Dampf des Kondensations- oder Kristallisationsmittels adsorptiv oder durch chemische Reaktionen zu beseitigen. Dazu kann es vorteilhaft sein, imprägnierte Aktivkohle als Filtermaterial zu verwenden. Furthermore, it may be expedient to arrange a filter layer 10 consisting of activated carbon between the coarse filter 8 and the fine filter 9, in order to remove any traces of vapor of the condensation or crystallization agent which may still be present by adsorption or by chemical reactions. For this it may be advantageous to use impregnated activated carbon as filter material.

Da als Kondensationsmittel auch Wasserdampf geeignet ist, kann der Zustand der Übersättigung durch die Abkühlung des Gasstromes unter die Taupunkttemperatur erreicht werden. In diesem Fall ist hinter der Mischkammer 4 ein Wärmeaustauscher 11 zur Kühlung und hinter dem Grobfilter 8 ein Wärmeaustauscher 12 als Lufterwärmer vorzusehen. Diese beiden Aggregate können mit einer Wärmepumpe 13 mit geringem Energieverbrauch betrieben werden.Since water vapor is also suitable as condensing agent, the state of supersaturation can be achieved by cooling the gas flow below the dew point temperature. In this case, behind the mixing chamber 4, a heat exchanger 11 for cooling and behind the coarse filter 8 to provide a heat exchanger 12 as an air heater. These two units can be operated with a heat pump 13 with low energy consumption.

Claims (13)

1. Verfahren zur Abscheidung von in einem Gasstrom ent­ haltenen Aerosolen in einem Filter, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die Aerosole durch Kondensation oder Kristallisation Moleküle angelagert werden und daß die in dieser Weise vergrößerten Partikel in dem Filter (8) abgeschieden werden.A process for separating aerosols contained in a gas stream in a filter, characterized in that molecules are attached to the aerosols by condensation or crystallization and that the particles thus enlarged are deposited in the filter ( 8 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu reinigende Gasstrom mit einem Gasstrom vermischt wird, welcher das Kondensations- oder Kristallisations­ mittel enthält.2. The method according to claim 1, characterized in that the gas stream to be cleaned mixed with a gas stream which is the condensation or crystallization contains medium. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der der Aufnahme des Kondensations- oder Kristallisations­ mittels dienende Gasstrom mit dem als Flüssigkeit (z.B. auch Schmelze) vorliegenden Kondensations- oder Kristalli­ sationsmittel derart kontaktiert wird, daß eine Dampf­ sättigung eintritt. 3. The method according to claim 2, characterized in that the inclusion of condensation or crystallization by means of serving gas stream with the liquid (e.g. also melt) present condensation or Kristalli sationsmittel is contacted so that a vapor saturation occurs.   4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu reinigende Gasstrom durch Abkühlung auf die je­ weilige Taupunkttemperatur oder etwas darunter mit Wasser­ dampf übersättigt wird.4. The method according to claim 2, characterized in that the gas stream to be purified by cooling on the ever average dew point temperature or slightly lower with water steam is supersaturated. 5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß gereinigtes Gas als Träger für das Kondensations- oder Kristallisationsmittel dient.5. The method according to claim 2, 3 or 4, characterized that purified gas as a carrier for the condensation or Crystallization agent is used. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aerosole, deren Durchmesser infolge der Anlagerung von Dampfmolekülen vergrößert ist und die Reste des Kondensations- oder Kristallisationsmittels in einer nachgeordneten Filtermatrix (8) aus dem zu reini­ genden Gasstrom abgeschieden werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the aerosols whose diameter is increased due to the addition of vapor molecules and the remainders of the condensation or crystallization agent are deposited in a downstream filter matrix ( 8 ) from the purifying gas stream. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zu reinigende Gasstrom weiterhin durch einen vorzugs­ weise imprägnierten Aktivkohlefilter (10) und/oder einen Feinfilter (9) hindurchgeführt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the gas stream to be purified further by a preference, impregnated activated carbon filter ( 10 ) and / or a fine filter ( 9 ) is passed. 8. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Filtergehäuses (1) eine Mischkammer (4) und mindestens eine Filtermatrix (8) angeordnet sind. 8. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 to 6, characterized in that within a filter housing ( 1 ) a mixing chamber ( 4 ) and at least one filter matrix ( 8 ) are arranged. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Mischkammer (4) ein Grobfilter (8) anschließt.9. Apparatus according to claim 8, characterized in that adjoining the mixing chamber ( 4 ) a coarse filter ( 8 ). 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Grobfilter (8) ein Feinfilter (9) nachgeordnet ist.10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the coarse filter ( 8 ) is followed by a fine filter ( 9 ). 11. Vorrrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Grobfilter (8) und Feinfilter (9) ein Aktiv­ kohlefilter (10), z.B. imprägniert, befindet.11. Vorrrichtung according to claim 9, characterized in that between coarse filter ( 8 ) and fine filter ( 9 ) an activated carbon filter ( 10 ), for example, impregnated, is located. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 zur Durch­ führung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Filtermatrix (8) ein Luftkühler (11) vorgelagert und ein Lufterhitzer (12) nachgeordnet sind.12. Device according to one of claims 8 to 11 for the implementation of the method according to claim 4, characterized in that the filter matrix ( 8 ) upstream of an air cooler ( 11 ) and an air heater ( 12 ) are arranged downstream. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkühler (11) und Lufterhitzer (12) mit einer Wärme­ pumpe (13) betrieben werden.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the air cooler ( 11 ) and air heater ( 12 ) with a heat pump ( 13 ) are operated.
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