DE3780511T2

DE3780511T2 - Hochleistungsgasfilter.

Info

Publication number: DE3780511T2
Application number: DE8787304583T
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Oshitari
Original assignee: WL Gore and Associates Inc
Current assignee: WL Gore and Associates Inc
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2007-05-23
Also published as: EP0246917A3; DE3780511D1; HK115893A; US4877433A; EP0246917B1; EP0246917A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gasfilter, welches zur Schaffung einer hochreinen Arbeitsatmosphäre geeignet ist, wie diese für die Herstellung von verschiedenen elektronischen Geräten erforderlich ist, um deren Qualität zu verbessern.
In der Industrie zur Fertigung elektronischer Präzisionsinstrumente und in der pharmazeutischen Industrie wird für die Produktherstellung ein hoher Grad an staubfreier Atmosphäre verlangt, da ein Anhaften von Staub auf solchen Produkten einen sehr ungünstigen Einfluß ausübt. Um diesem Erfordernis nachzukommen, ist ein Hochleistungs-Filterpapier entwickelt worden, welches dazu befähigt ist, Partikel mit einem Durchmesser von 0,3 um mit einem Wirkungsgrad von mehr als 99,97% einzufangen. Wenn jedoch das Filterpapier aus feinen Glasfasern oder chemischen Fasern hergestellt worden ist, was im allgemeinen der Fall ist, dann ist die Reinheit der Luft, welche mittels eines Filters unter Verwendung des Filterpapiers erzielt worden ist, nicht so hoch wie es von der Leistungsfähigkeit des Filterpapieres erwartet wird, welches als ein Filterpapier gilt, das fast den gesamten Staub eingefangen haben sollte.
Im allgemeinen hat das Filterpapier eine beträchtliche Dicke (z. B. 400 um), um das Filtriervermögen zu erhöhen. Es ist gefunden worden, daß, wenn das Filterpapier benutzt wird, fast der gesamte in dieses eindringende Staub zwischen der Eintritts- Oberfläche und einem Bereich, der ungefähr 200 um tief von der Eintritts-Oberfläche entfernt liegt, eingefangen wird, wie dies durch den dunklen Bereich in der Schnittansicht gemäß Fig. 1 angedeutet ist, so daß reine Luft von der Ausgangs-Oberfläche ausgeht, jedoch ist in der Praxis die Atmosphäre nicht in dem erwarteten Ausmaß gereinigt.
Das Filterpapier wird in herkömmlicher Weise so hergestellt, daß Fasern, wie z. B. Glasfasern und/oder chemische Fasern, die eine entsprechend der erforderlichen Leistung ausgewählte Dicke aufweisen, in mit einem Klebeharz versetzten Wasser vermischt werden, die Mischung entwässert wird, eine Schicht gebildet und diese getrocknet wird.
Die Mischung aus Wasser und Klebeharz sorgt für die Festigkeit des Filterpapiers. Es ist jedoch mit diesem Verfahren unmöglich, zu verhindern, daß sehr kleine Bruchteile von Fasern hergestellt und während des Produktionsablaufes in das Wasser gemischt werden. Hinzu kommt, da eine Vielfältigkeit von feinen Partikeln in dem Wasser enthalten ist, welches für die Papierherstellung verwendet wird, daß eine Vielfältigkeit von feinen Partikeln auftritt, welche auf der Oberfläche und im Inneren des Papierfilters enthalten sind, das durch Entwässern und Trocknen des Papiers hergestellt worden ist.
Es ist möglich, die auf der Oberfläche und im Inneren des Papierfilters enthaltenen feinen Partikel auf der Oberfläche der Fasern mit Hilfe der Haft- oder Klebewirkung des Klebeharzes zu fixieren, welches für die Zwecke der Verfestigung des Filterpapiers in das Wasser gemischt worden ist. Wenn jedoch die Menge an Klebeharz erhöht wird, so daß die Haft- oder Klebewirksamkeit verbessert wird, dann vergrößert sich das Verhältnis der zwischen den Fasern hergestellten, geschlossenen Poren, was ebenfalls den Druckverlust durch das Papier hindurch erhöht. Die Menge an dem verwendeten Klebeharz ist daher im allgemeinen auf einen verhältnismäßig geringen Wert von ungefähr 7 0ß0 in Bezug auf das Gewicht des Filterpapieres begrenzt. Dieser Wert ist jedoch ungenügend, um die gesamte Menge von in dem Papier enthaltenen, feinen Partikeln auf den Faseroberflächen zu fixieren, so daß viele feine Partikeln in dem Filterpapier lose enthalten sind. Wenn eine Vibration oder ein Schlag oder ein Stoß auf das Filterpapier bei dessen Gebrauch einwirkt, wie z. B. aufgrund eines starken Luftstoßes, dann werden infolgedessen die losen, feinen Partikel aus dem Filterpapier entweichen und hierdurch die Reinheit der gefilterten Luft wesentlich herabsetzen. Tabelle 1 Anzahl der Eintauchungen = Teilchen-Druckmesser Teilchenzahl mehr Gesamt
Aus der obigen Tabelle 1 ergeben sich die Ergebnisse von einfachen Experimenten zur Bestimmung des Gehaltes an feinen Partikeln in dem Filterpapier. Ein Standard-Hochleistungs-Filterpapier mit einer Dicke von 0,4 mm und hergestellt aus Glasfasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von ungefähr 0,4 bis 0,7 um zum Auffangen von Partikeln mit einem Durchmesser von 0,3 um mit einem Einfang-Wirkungsgrad von 99,97% wurde getestet. Das Testverfahren bestand darin, daß das Filterpapier in Größen von 4 cm·4 cm geschnitten wurde, welche sodann für eine Minute in 100 cc aus reinem Wasser dreimal eingetaucht wurden. Die nach einer jeden Eintauchung in dem reinen Wasser festgestellten feinen Partikel wurden aufgrund ihres Durchmessers klassifiziert und die Anzahl der feinen Partikel wurde für einen jeden klassifizierten Partikel-Durchmesser gezählt.
Wie aus der Tabelle 1 klar wird, wurden die in dem Filterpapier enthaltenen feinen Partikel nicht durch eine einzige Eintauchung entfernt. Tatsächlich ergab sich die Tendenz, daß die Anzahl der aus dem Filterpapier herausgelösten feinen Partikel sich mit der Anzahl der Eintauchungen erhöht. Die erste Eintauchung ergab insgesamt 926, die zweite Eintauchung ergab insgesamt 1077 und die dritte ergab insgesamt 1102 und bei einer jeden Eintauchung wurden feine Partikel mit einem Partikeldurchmesser von 0,5 bis 0,75 um in der größten Anzahl entfernt. Die Gesamtanzahl der durch die drei Eintauchungen aus dem Filterpapier herausgelösten feinen Partikel betrug 3105. Wenn dies für die Bedingungen eines Standard-Filters errechnet wird, welches innerhalb eines Rahmens mit den Abmessungen 610 mm (Länge)·610 mm (Breite)·150 mm (Tiefe) eingesetzt ist, wodurch sich ein Gesamtoberflächenbereich von 20 m² und ein Einfang-Wirkungsgrad von 99,97% ergibt, dann beträgt die errechnete Gesamtzahl der in dem Filterpapier enthaltenen feinen Partikel 3881·10&sup7;. weiterhin, da selbst nach drei Eintauchungen nicht sämtliche der feinen Partikel in dem Filterpapier entwichen sind, kann die Gesamtanzahl der in dem Filterpapier enthaltenen feinen Partikel größer als 3881·10&sup7; sein. Weil eine geringe Anzahl von diesen Partikeln aufgrund von Stoß oder Vibration freigesetzt worden ist, ist die Gesamtwirksamkeit des Filterpapiers herabgesetzt.
Die Erfindung erkennt somit die Notwendigkeit, das Freigeben von feinen Partikeln aus einem Hochleistungs-Filterpapier während der Anwendung in einem Hochleistungsfilter für die Bildung einer im wesentlichen staubfreien Atmosphäre zu vermeiden.
Dies kann selbstverständlich dadurch erreicht werden, daß ein Filterpapier hergestellt wird, welches lose, feine Partikel nicht enthält, es ist jedoch schwierig, dies ohne eine anderweitige Reduzierung der Wirksamkeit des Filters zu bewerkstelligen. Daher schlägt die Erfindung vor, zu ermöglichen, daß die feinen Partikel in dem Filterpapier gehalten werden und daß sie daran gehindert werden, aus diesem während des Betriebes freigesetzt zu werden.
Die deutsche Patentschrift DE 1 265 555 beschreibt ein Mehrschicht-Filter, welches eine Endschicht mit einer benetzten Fläche sowie eine Rückseite aufweist, welche mit einem nicht-trocknenden Kleber oder Klebstoff versehen ist. Die Patentschrift DE 6 912 526 offenbart ein Filter für Staubteilchen und Farbnebel, welches eine rückwärtige Schicht aus geschäumtem Kunststoff aufweist. Die Patentschrift DE 2 940 712 beschreibt ein Staubfilter, welches aus einem Wirrfaser-Vlies geformt ist, welches mit einer poromerischen Schicht aus Polyurethan beschichtet ist. In keiner dieser Druckschriften werden jedoch die Probleme angesprochen, welche sich daraus ergeben, daß feine Partikel enthalten sind, die von dem Filter selbst ausgehen.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Gasfilter vorgesehen, welches ein aus einem Faserstoff hergestelltes Hochleistungs-Filterpapier mit Eintritts- und Austrittsflächen aufweist, und dieses Gasfilter ist gekennzeichnet durch ein Feinteilchen-Sperrelement, das an der Austritts-Oberfläche des Filterpapieres derart vorgesehen ist, daß diese übereinander liegen, wobei das Feinteilchen-Sperrelement einen dünnen, porösen Film mit einer Vielzahl von Poren mit einem Durchmesser im Bereich von 0,01 bis 15 um aufweist, so daß ein Durchlassen von Feinteilchen aus dem Hochleistungs-Filterpapier im wesentlichen verhindert wird.
Es ist selbstverständlich wünschenswert, daß die Leistung des Filters nicht in anderer Hinsicht ungünstig beeinflußt werden sollte, und daher sollte vorzugsweise die Porosität des Sperrelementes ausreichend sein, damit der Druckabfall eines durch das Filter hindurchströmenden Gases nicht in einer unannehmbaren Weise zunimmt.
In bevorzugter Weise weist der dünne poröse Film einen kontinuierlichen porösen Film aus expandiertem, porösem Polytetrafluoräthylen (PTFE) auf, der eine Vielzahl von sehr kleinen Knoten, eine Vielzahl von sehr kleinen, diese Knoten miteinander verbindenden Fibrillen sowie eine Vielzahl von sehr kleinen, von diesen Knoten und Fibrillen umgebenen Leerräumen enthält. Ein solcher Film kann mit einer Porosität von bis zu 95% und einer Porengröße, die so klein ist wie 0,02 um, hergestellt werden.
Poröse Filme aus anderen synthetischen Harzen mit Porengrößen, welche dazu geeignet sind, das Freigeben von feinen Partikeln aus dem Filterpapier zu verhindern, sind bekannt. Diese besitzen jedoch eine maximale Porosität von ungefähr 30% und führen zu einer Zunahme des Druckabfalls durch das Filterpapier hindurch in einem solchen Ausmaße, daß sie ungeeignet sind.
Da der poröse Film in allgemeinen extrem dünn ist, um den Druckabfall zu minimieren, fehlt es ihm an einer geeigneten mechanischen Festigkeit. Infolgedessen, indem er auf das Filterpapier aufgebracht wird, läßt er sich mit diesem mittels eines Klebers verbinden, um dem Film die erwünschte Festigkeit zu verleihen. Dies hat zwar den Vorteil der Einfachheit, läßt jedoch einen bedeutenden Nachteil insofern zu, als der Film eine verhältnismäßig glatte bzw. ebene Oberfläche aufweist, derart, daß ein beträchtlicher Teil seiner Poren durch den Klebstoff verschlossen wird, was zu einer wesentlichen Herabsetzung hinsichtlich der Porosität führt.
Ein Verfahren zur Überwindung dieses Problems besteht darin, den porösen Film mit den vier Kanten des Filterpapiers zu verbinden oder ihn auf ein Rahmenelement zu montieren, bevor er auf das Filterpapier aufgelegt wird. Jedoch ist die mechanische Festigkeit der nicht-abgestützten Abschnitte des Filmes noch nicht zufriedenstellend.
Daher weist das Sperrelement vorzugsweise auch noch ein atmungsfähiges Trägerelement auf, mit welchem der dünne poröse Film an mehreren beabstandeten Stellen über seine gesamte Oberfläche verbunden ist.
Das Trägerelement kann ein atmungsfähiges Papierelement oder ein atmungsfähiges, netzartiges Stoffelement sein. Durch geeignete Auswahl der Materialien und der Abmessungen kann der dünne poröse Film durch das Trägerelement verstärkt werden, um ihn mit einer zufriedenstellenden mechanischen Festigkeit zu versehen, ohne jedoch die Porosität merklich herabzusetzen.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen werden nunmehr Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils eines Hochleistungs-Filterpapieres, wobei der Verlauf veranschaulicht wird, gemäß welchem der Staub eingefangen wird;
Fig. 2 eine perspektivische teilweise Schnittansicht des Filterpapieres und des Sperrelementes gemäß einem Ausführungsbeispiel eines Filters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3a und 3b jeweils Schnittansichten von zwei Beispielen für aus einem porösen Film bestehende Sperrelemente;
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel zur Veranschaulichung der Art und Weise einer Übereinanderanordnung und einer gegenseitigen Verbindung von einem aus einem porösen Film bestehenden Sperrelement mit einem Filterpapier;
Fig. 5 eine teilweise aufgebrochene, perspektivische Ansicht eines Filters, bei welchem die Erfindung anwendbar ist;
Fig. 6 die Beziehung zwischen Druckabfall und Saugzeit zum einen für ein aus einem porösen Film bestehendes Sperrelement selbst und zum anderen für ein Sperrelement, wenn dieses auf der stromabwärts liegenden Seite eines Hochleistungs-Filterpapier aufgebracht ist;
Fig. 7 einen Apparat, welcher für die Untersuchungen verwendet wird, bei denen der Druckabfall gemessen wird;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung eines zweiten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine Endansicht von Verbindungsrollen, welche für die Herstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8 verwendet werden; und
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung eines dritten Ausführungsbeispieles der Erfindung.
Wie bereits weiter oben erläutert, weist ein Hochleistungs-Filter in Übereinstimmung mit der Erfindung ein Hochleistungs-Filterpapier auf, welches vorzugsweise aus Glasfasern oder anderen chemischen Fasern hergestellt ist, sowie ein Feinteilchen- Sperrelement, welches auf der nach außen weisenden Oberfläche des Filterpapieres vorgesehen ist, derart, daß sie übereinanderliegen. Das Feinteilchen- Sperrelement weist einen porösen Film auf, welcher dazu befähigt ist, das Durchlassen von in dem Filterpapier enthaltenen Feinteilchen zu verhindern, ohne daß hierdurch der Druckabfall wesentlich erhöht wird, und welcher eine große Porosität aufweist. Eine Art der Ausführung ist in Fig. 2 dargestellt, gemäß welcher ein aus einem durchgehenden, dünnen, porösen Film bestehendes Sperrelement (2) auf der Luftaustritts-Oberfläche (3) eines Filterpapieres (1) angeordnet ist. Das Hochleistungs-Filterpapier und das Sperrelement besitzen vorzugsweise einen Einfang-Wirkungsgrad von 99,97%.
Ein bevorzugtes, porös es Material für das Sperrelement besteht aus expandiertem, porösem Polytetrafluorethylen (PTFE). Von diesem Material ist Staub leicht entfernbar, außerdem kann dieses Material die erwünschte Herabsetzung der Freigabe von feinen Partikeln, welche in dem Filterpapier enthalten sind, in zufriedenstellender Weise erreichen. Expandiertes, poröses PTFE ist in dem US- Patent 4 187 390 beschrieben und im Handel von W.L. Gore and Associates erhältlich. Dieses Material weist eine Vielzahl von Knoten (A) auf, eine Vielzahl von Fibrillen (B), welche die Knoten (A) miteinander verbinden, sowie eine Vielzahl von sehr kleinen, länglichen und schmalen Leerräumen (c), welche von den Knoten (A) und den Fibrillen (B) umgeben sind, in einer Weise, wie dies die Mikrofotografien gemäß den Fig. 3 (a) und 3 (b) zeigen.
Wenn dieses Material als ein Filter in einem staubfreien Raum benutzt wird, dann ist es möglich, die Anzahl der darin enthaltenen feinen Partikel bis nahezu Null zu reduzieren. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dieses Material mit Poren herzustellen, deren Durchmesser zwischen 0,02 und 15 um liegen, und somit können leicht Poren mit einem Durchmesser erhalten werden, welcher für die Verwendung des Materials als Sperrelement erforderlich ist. Es ist ebenfalls möglich, nach Wunsch eine Porosität in dem Bereich von 25 bis 95% zu erhalten, und in bevorzugter Weise wird für das Sperrelement eine Porosität von 95% erzielt. Aus der Tabelle 2 ergeben sich die charakteristischen Eigenschaften von expandiertem, porösen PTFE.

Tabelle 2

Eigenschaften Bereich
Porendurchmesser Erforderlicher Durchmesser kann im Bereich von 0,01 bis 15 um erhalten werden
Porosität Erforderliche Porosität kann im Bereich von 25 bis 95% erhalten werden
Zugfestigkeit bis 2.800 kg/m²
Wärmebeständigkeit -240 bis +260ºC
Adhäsionsbeständigkeit haftet leicht ohne Vorbehandlung
Chemische Beständigkeit nicht angreifbar durch fast alle Chemikalien
Die guten Adhäsionseigenschaften von expandiertem, porösem PTFE ermöglichen es darüberhinaus einem Filterpapier, daß dieses mit einem großen Bereich auf die Oberfläche einer aus expandiertem, porösem PTFE bestehenden Membrane aufgebracht werden kann, ohne daß diese irgendeinen Einfluß auf die Porosität des Filterpapiers ausübt. Somit läßt sich die Verbindung von Membrane und Filterpapier miteinander an ausgewählten Punkten mit einem Zwischenraum dazwischen realisieren, wie dies aus der Fig. 4 ersichtlich ist, wodurch die Herstellung erleichtert wird. Die Erfindung kann ebenfalls für Filter für Hochtemperatur-Atmosphären verwendet werden, indem hitzebeständiges Filterpapier aus Glasfasern auf die Oberfläche von expandiertem, porösem PTFE aufgelegt wird, welches eine große Hitzebeständigkeit aufweist. Hinzu kommt, daß die gute chemische Widerstandsfähigkeit von expandiertem, porösem PTFE das Filtrieren von angreifenden Gasen ermöglicht, und zwar dadurch, daß aus Glasfasern oder chemischen Fasern hergestelltes Filterpapier auf die Oberfläche einer aus expandiertem, porösem PTFE bestehenden Membrane aufgebracht wird.
Expandiertes, poröses PTFE, welches zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist, kann einige um dünn sein und Poren mit einem Durchmesser von weniger als 0,1 um aufweisen. Wenn ein solcher Film auf der Einlaßseite eines Filterpapiers angeordnet wird (wie es für viel dickere Schichten bei einem herkömmlichen Staubabscheider bekannt ist) und für die Filtrierung von Luft benutzt wird, welche eine große Menge an Staub enthält, dann wird er innerhalb einer kurzen Zeitspanne verstopft sein. Somit ist die Belastungsfähigkeit gering und der Druckabfall wird innerhalb einer kurzen Zeitspanne wesentlich erhöht. Infolgedessen, selbst wenn" das Filterpapier selbst, auf welches der aus expandiertem, porösem PTFE bestehende Film aufgebracht worden ist, nicht verstopft wird, wird nach einer kurzen Zeitspanne das Filter als Ganzes unbrauchbar werden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, fängt das Filterpapier (1) den Staub zwischen der stromaufwärtsseitigen Oberfläche des Filterpapiers (1) und einem Bereich auf, der etwa einem halben Weg durch das Filterpapier hindurch entspricht, so daß lediglich eine geringe Staubmenge die stromabwärts liegende Seite erreicht. Infolgedessen, wenn ein aus einem Film aus expandiertem, porösem PTFE bestehendes Sperrelement (2) auf der Auslaß-Oberfläche des Filterpapieres (1) vorgesehen ist, d. h. auf dessen stromabwärts liegender Seite, dann muß der Film lediglich eine viel geringere Menge von feinen, in dem Filterpapier enthaltenen Partikeln und die geringe Menge an Staub auffangen, welche von dem Filterpapier freigesetzt wird.
Wenn das Sperrelement (2) auf der Luft-Auslaßseite vorgesehen ist, wie in der Fig. 2 dargestellt, dann wird dementsprechend das Sperrelement (2), verglichen mit dem Filterpapier, in einem viel geringeren Ausmaße verstopft und die Verstopfung des Sperrelementes (2) hat keinen großen Einfluß auf den Druckabfall. Somit ist die Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Filterpapieres aufgrund der in ihm enthaltenen feinen Partikel in effektiver Weise verhindert.

Beispiel

Ein Hochleistungs-Filterpapier mit einer Dicke von 400 bis 500 um, einem Druckabfall von 7 mm Druck- Wassersäule (bezogen auf eine Saugwindgeschwindigkeit von 5,3 cm/sec.) sowie mit einem Einfang-Wirkungsgrad von 90 bis 95% (bezogen auf die Saugwindgeschwindigkeit von 5,3 cm/sec. und Teilchen von 0,3 um im Durchmesser) wurde auf die Oberfläche eines aus expandiertem, porösem PTFE bestehenden Films aufgebracht, welcher eine Dicke von 7 um, einen Druckabfall von 20 mm Wassersäule (bezogen auf die Saugwindgeschwindigkeit von 5,3 cm/sec.), einen Einfang-Wirkungsgrad von 99,97% (bezogen auf die Saugwindgeschwindigkeit von 5,3 cm/sec. und Teilchen von 0,3 um im Durchmesser) sowie Poren mit einem maximalen Durchmesser von 0,3 um aufwies. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, bildet das Hochleistungs- Filterpapier, welches aus Glasfasern oder anderen chemischen Fasern zusammen mit dem als ein Sperrelement dienenden, aus expandiertem porösem PTFE bestehenden Film besteht, ein Filterelement (5) mit einem Oberflächenbereich von 20 m², wobei das Filterelement (5) in einem wellenförmigen Zustand in einem Rahmen (4) befestigt ist, welcher 610 mm lang, 610 mm breit und 150 mm tief ist, welches die Abmessungen eines Standardfilters sind. Wenn dieses Filter unter Verwendung von Luftstaub geprüft wurde, wurde bei einer Windgeschwindigkeit von 17 m³/min. ein Einfang-Wirkungsgrad von 99,995% erhalten. Wie festgestellt wurde, haben sich keine der an dem Hochleistungs-Filterpapier anhaftenden Partikel von diesem Papier losgelöst.
Auf dem Wege einer vergleichenden Untersuchung wurden ein einzelner Film aus expandiertem, porösem PTFE und ein Hochleistungs-Glasfaser-Filterpapier, welches auf seiner Rückseite mit einem Film aus expandiertem, porösem PTFE, wie oben erläutert, versehen wurde, untersucht, um das Verhältnis zwischen dem Druckabfall und der Ansaugzeit für Teilchen von 0,3 um im Durchmesser bei einer Windgeschwindigkeit von 5,3 cm/sec. zu ermitteln. Die Ergebnisse sind aus Fig. 6 ersichtlich. Wie zu erkennen ist, stieg in dem Falle der einzelnen Membrane aus expandiertem, porösem PTFE, wie durch die Kurve A angegeben, der Druckabfall von 20 mm Druck Wassersäule von Beginn an bis zu einem Druckabfall von 42 mm Druck Wassersäule nach einer 25 Stunden-Ansaugung an, somit erhöhte sich der Druckabfall um 22 mm Druck Wassersäule. Im Gegensatz hierzu, d. h. in dem Falle der Membrane aus expandiertem, porösem PTFE, welche die Filterpapier- Rückseite bildete, wie in der Kurve B angegeben, nahm der anfängliche Druckabfall von 27 mm Druck Wassersäule bis zu 29,2 mm Druck Wassersäule zu, somit vergrößerte sich der Druckabfall um lediglich 2,2 mm Druck Wassersäule, was sehr viel weniger ist als bei der einzelnen Membrane A. Infolgedessen kann die Kombination eines Hochleistungs-Filterpapiers und eines Filmes aus expandiertem, porösem PTFE in Übereinstimmung mit der Erfindung ein praktikables Hochleistungs-Filter ergeben, welches von dem Leistungsabfall aufgrund der Freigabe von feinen, in dem Filterpapier enthaltenen Teilchen befreit ist.
In der Tabelle 3 sind die Verteilung der Teilchen- Durchmesser und die Konzentration des Staubes für eine jede Teilchengrößen-Verteilung angegeben, welche in den oben beschriebenen Experimenten benutzt worden ist. Der Apparat, der für die Experimente bezüglich des Druckabfalles benutzt worden ist, ist in Fig. 7 gezeigt, wobei die Bezugsziffern (6) eine Saugpumpe, (7) ein Befestigungselement für das Filterpapier, (8) einen Einklemmflansch, (9) eine Einklemmschraube, (10) ein Druckmeßgerät und (11) einen Verbindungsschlauch bezeichnen.

Tabelle 3

Teilchen-Durchmesser Konzentration (Zahl/500 cc)
(um)
0,3 bis 0,4 15.000
0,4 bis 0,45 7.000
0,45 bis 0,5 3.000
In der Fig. 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, gemäß welchem ein atmungsfähiges, verstärkendes Papierelement (30) auf die gesamte Oberfläche eines dünnen, porösen Filmes (12) aufgelegt worden ist, von denen beide an Stellen (14) sodann miteinander verbunden worden sind, um ein Sperrelement zu bilden, welches ferner auf ein Filterpapier (1) aufgelegt oder mit diesem verbunden worden ist, um eine dauerhafte Übereinanderschichtung zu bilden.
Gemäß einem Beispiel einer solchen Konstruktion ist ein Papierelement (13), welches ein Grundgewicht von 15 bis 20 g/m² und eine Dicke von 0,3 mm aufwies und welches aus Polyethylen-Fasern bestand, auf einen porösen Polytetrafluorethylen-Film (12) aufgelegt worden, welcher eine Dicke von 5 bis 20 um sowie eine Porosität von 95% aufwies. Diese Anordnung ist sodann zwischen Rollen (15) und (16), wie diese in der Fig. 9 gezeigt sind, hindurchgeführt worden, wobei diese Rollen auf 250 bis 300ºC aufgeheizt worden sind. Auf der Oberfläche einer dieser Rollen ist eine Vielzahl von Vorsprüngen (15a) vorgesehen, welche einen Durchmesser von 1 bis 1,5 mm aufweisen und mit Zwischenräumen von ungefähr 5 mm voneinander beabstandet sind, so daß, wenn ein geeigneter Druck angewendet wird, die Verbindung der Anordnung an Stellen hervorgerufen wird, wie durch die schwarzen Punkte (14) in Fig. 8 angegeben. Die resultierende Anordnung ist weiterhin auf die stromabwärts liegende Oberfläche des Filterpapiers (1) aufgebracht worden oder sie ist auf diese Oberfläche aufgebracht und mit dieser verbunden worden, derart, daß das Papierelement (13) eine stirnseitige Fläche des Filterpapiers bedeckt, nachdem auf diese Fläche des Filterpapiers (1) eine wässrige Acrylharz-Emulsion aufgebracht worden ist. Alternativ hierzu ist, wenn das Filterpapier (1) aus chemischen Fasern hergestellt worden ist, eine in einer solchen Art und Weise gebildete Anordnung, daß das Papierelement (13) zwischen das Filterpapier (1) und dem porösen Film (12) angeordnet ist, zwischen den Rollen (15) und (16) gemäß Fig. 9 hindurchführbar, wodurch die Verbindung gleichzeitig zwischen allen drei Elementen bewirkt wird.
In einem Falle, in welchem das Papierelement aus Glasfasern hergestellt worden ist, kann die gesamte Oberfläche des Papierelementes (13) beispielsweise mit einer wässrigen Fluorcarbonharz-Emulsion versehen werden, bei einer Temperatur von ungefähr 150ºC getrocknet, zwischen 400 und 500ºC wärmebehandelt und auf den porösen Film (12) aufgelegt werden, wobei anschließend eine Hindurchführung zwischen den im Bereich von 400 bis 500ºC erhitzten Rollen erfolgt, um hierdurch die Verbindung zu bewirken.
Die resultierende Anordnung wird auf die stromabwärts liegende Oberfläche des Filterpapiers (1) aufgelegt und möglicherweise mit der Oberfläche des Filterpapiers in derselben Art und Weise, wie bereits oben beschrieben, verbunden.
Wie bereits erwähnt, wird der poröse Film (12) an einer Vielzahl von kleinen Punkten, welche auf der gesamten Oberfläche vorhanden sind, mit dem verstärkenden Papierelement (13) verbunden. Falls die Auswahl der Gas-Permeabilität des Papierelementes (13) und der Größe und Anzahl der Punkte auf der Grundlage einer Beziehung zu der erwünschten mechanischen Festigkeit erfolgt ist, dann kann der poröse Film (13) mit einer lediglich geringen Herabsetzung hinsichtlich der Porosität verstärkt werden. Somit gibt das vorliegende Ausführungsbeispiel dazu Anlaß, zu einer höheren mechanischen Festigkeit für das Sperrelement als diejenige zu gelangen, die dann erreicht wird, wenn gerade ein dünner poröser Film benutzt wird, mit dem die vier Umfangskantenabschnitte des Filterpapieres verbunden werden oder an dem ein Rahmen-Element angebracht wird. Darüber hinaus, selbst wenn eine Verbindung des Sperrelementes mit dem Filterpapier (1) durchgeführt wird, sind beide Oberflächen des Filterpapieres (1) und des Papierelementes (13), welches mit dem ersteren zu verbinden ist, als ein Ergebnis der Übereinanderanordnung der bildenden Fasern uneben, und infolgedessen ist das Auftreten von Porenverschluß durch den Kleber gering und besteht keine Gefahr eines hohen Ansteigens hinsichtlich des Druckabfalles.
Durch Experimente ist festgestellt worden, daß in dem Falle eines Filterpapieres (13) mit einem Grundgewicht von 15 bis 20 g/m² und einer Dicke von 0,3 mm, welches mit einem porösen Film (12) aus Fluorkunststoff mit einer Porosität von 95% verbunden worden ist, die Herabsetzung hinsichtlich der Porosität so gering wie nur etwa 8% ist und eine mechanische Festigkeit erreicht wird, welche ausreichend ist, um einem im allgemeinen verwendeten Winddruck von 5,3 cm/sec. standzuhalten. Wenn eine solche Anordnung auf ein Filterpapier aufgebracht wird, ist es somit möglich, ein Hochleistungs-Filterpapier zu erhalten, welches eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist und welches keinen Leistungsabfall aufgrund der Stauberzeugung erleidet.
Fig. 10 veranschaulich eine alternative Ausführungsform bezüglich derjenigen gemäß Fig. 8, wobei nunmehr ein netzartiges Stoffelement (23) anstelle des Papierelementes verwendet und mit der Oberfläche eines dünnen, porösen Filmes (22) verbunden wird, woraufhin die auf diese Weise gebildete Sperrelementen-Anordnung auf ein Filterpapier (1) aufgebracht wird. In dem Falle, in welchem die Anordnung dauernd auf das Filterpapier durch Verbinden aufgebracht wird, wird die Oberfläche des netzartigen Stoffelementes (23) mit der stromabwärtsliegenden Oberfläche des Filterpapieres verbunden, jedoch, wenn die Anordnung lediglich auf das Filterpapier ausgelegt wird, kann entweder der poröse Film (22) oder das netzartige Stoffelement (23) die Oberfläche des Filterpapieres (1) stirnseitig bedecken.
Gemäß einem spezifischen Ausführungsbeispiel dieser Konstruktion wird ein netzartig ausgebildetes Stoffelement (23), welches aus Polyethylen-Fasern hergestellt ist und eine lineare Stärke von 0,3 mm sowie eine Maschengröße von 5 mm·5 mm aufweist, auf einen porösen Film (22) aufgebracht, welcher ähnlich dem bereits früher beschriebenen Film (12) sein kann. Die Anordnung wird zwischen Rollen hindurchgeführt, welche auf 250 bis 300ºC aufgeheizt sind, wobei ein zur Bewirkung der Verbindung geeigneter Druck angewendet wird und wobei die Thermoplastizität des porösen Films (22) und des netzartigen Stoffelementes (23) ausgenutzt wird. Die resultierende Anordnung wird weiterhin auf die stromabwärts liegende Oberfläche des Filterpapieres (1) aufgebracht oder auf diese Oberfläche aufgebracht und mit dieser verbunden, wobei das netzartige Stoffelement (23) das Filterpapier stirnseitig bedeckt, auf welches eine wässrige Acrylharz-Emulsion aufgebracht worden ist, um die Verbindung und damit die permanente Übereinanderlagerung zu bewirken.
Weiterhin, in einem Falle, in welchem das netzartig ausgebildete Stoffelement (23) aus Glasfasern und der poröse Film aus Fluorkunststoff (Fluorcarbonharz) hergestellt ist, kann die gesamte Oberfläche des netzartigen Stoffelementes (23) mit einer wässrigen Fluorcarbonharz-Lösung versehen, bei einer Temperatur von ungefähr 150ºC getrocknet, zwischen 400 und 500ºC wärmebehandelt, auf den porösen Film (22) aufgebracht und sodann zwischen den auf 400 bis 500ºC aufgeheizten Rollen hindurchgeführt werden, um hierdurch die Verbindung zu bewirken. Die resultierende Anordnung wird auf die stromabwärts liegende Oberfläche des Filterpapieres (1) aufgebracht, wobei die Möglichkeit einer Verbindung mit dieser Oberfläche in derselben Art und Weise besteht, wie bereits oben beschrieben.
Der poröse Film (22) wird mit dem netzartig ausgebildeten Stoffelement (23) lediglich in den schmalen, geradlinigen, miteinander verbundenen Abschnitten des Netzes verbunden. Infolgedessen kann durch die Auswahl der linearen Stärke und der Maschengröße des netzartigen Stoffelementes (23) der poröse Film (22) auf Kosten einer lediglich geringen Herabsetzung hinsichtlich der Porosität verstärkt werden. Somit hat dieses Ausführungsbeispiel die gleichen Vorteile, wie diese bereits im Vorangehenden unter Bezugnahme auf die in Fig. 8 dargestellte, zweite Ausführungsform beschrieben sind.
Durch Experimente ist festgestellt worden, daß im Falle eines netzartigen Elementes mit einer linearen Stärke von 0,3 mm und einer Maschenweite von 5 mm·5 mm, wie bereits oben beschrieben, welches mit einem porösen Film aus Fluorcarbonharz mit einer Porosität von 95% verbunden ist, die Herabsetzung hinsichtlich der Porosität bei lediglich 10 bis 15% liegt, wobei eine mechanische Festigkeit erzielt wird, welche ausreichend ist, um einem Winddruck von 5,3 cm/sec. standzuhalten. Wenn eine solche Anordnung auf ein Filterpapier aufgebracht wird, dann ist es möglich, ein Hochleistungs-Filterpapier zu erhalten, welches eine zufriedenstellende mechanische Festigkeit besitzt und keine Leistungsverminderung aufgrund der Stauberzeugung erleidet.
Da poröse Filme, welche aus Fluorkunststoff (Fluorcarbonharz) bestehen, einen hohen Schmelzpunkt besitzen, und falls das Filterpapier aus Glasfasern hergestellt ist, welche mit einem hochtemperaturbeständigen Fluorcarbon oder einem Polyimidharz behandelt worden sind, und der aus Fluorkunststoff (Fluorcarbonharz) bestehende poröse Film durch das netzartige Stoffelement mit diesem Filterpapier verbunden worden ist, dann ist es möglich, ein Filterpapier zur Benutzung bei hohen Temperaturen zu schaffen, wobei dieses Filterpapier bis zu ungefähr 350ºC verwendet werden kann und frei von Stauberzeugung ist.

Claims

1. Gasfilter, umfassend: ein aus einem Faserstoff hergestelltes Filterpapier (1) mit Eintritts- und Austrittsfläche, gekennzeichnet durch ein Feinteilchen-Sperrelement, das an der Austrittsseite (3) des Filterpapiers (1) derart vorgesehen ist, daß sie übereinanderliegen, wobei das Feinteilchen-Sperrelement einen dünnen porösen Film (2; 12; 22) mit einer Vielzahl von Poren mit einem Durchmesser im Bereich von 0,01-15 Mikrometer aufweist, so daß ein Durchlassen von Feinteilen aus dem Hochleistungs-Filterpapier im wesentlichen verhindert wird.

2. Gasfilter nach Anspruch 1, bei dem das Filterpapier (1) aus Glasfasern besteht.

3. Gasfilter nach Anspruch 1, bei dem das Filterpapier (1) aus chemischen Fasern besteht.

4. Gasfilter nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem der dünne poröse Film (2; 12; 22) ein durchgehender Film aus expandiertem, porösem Polytetrafluorethylen (PTFE) ist, der eine Vielzahl kleiner Knötchen, eine Vielzahl kleiner, die Knötchen verbindender Fibrillen und eine Mehrzahl von kleinen, von den Knötchen und den Fibrillen umgebener Leerräumen enthält.

5. Gasfilter nach Anspruch 4, bei dem die maximalen Abmessungen der Leerräume nicht mehr als 0,3 Mikrometer betragen.

6. Gasfilter nach Anspruch 4, bei dem die Porösität des expandierten, porösen PTFE-Films bis zu 95% beträgt.

7. Gasfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Sperrelement außerdem ein atemfähiges Trageelement (13; 23) aufweist, mit dem der dünne poröse Film (12; 22)

an mehreren beabstandeten Stellen (14) an seiner gesamten Oberfläche verbunden ist.

8. Gasfilter nach Anspruch 7, bei dem das Sperrelement an der Auslaßseite des Filterpapiers (1) vorgesehen ist, wobei das Trägerelement (13; 23) dem Filterpapier zugewandt ist.

9. Gasfilter nach Anspruch 8, bei dem das Sperrelement an dem Filterpapier (1) fixiert ist.

10. Gasfilter nach einem der Ansprüche 7-9, bei dem das Trägerelement ein atmungsfähiges Papierelement (13) ist.

11. Gasfilter nach einem der Ansprüche 7-9, bei dem das Trägerelement ein atmungsfähiges, netzartiges Stoffelement (23) ist.

12. Gasfilter nach einem der Ansprüche 7-11, bei dem das Trägerelement (13; 23) und der dünne Film (12; 23) aus Kunststoff bestehen und durch Aufbringung von Wärme und Druck an den beabstandeten Stellen (14) miteinander verbunden sind.

13. Gasfilter nach Anspruch 1 zum Filtern von Luft, bei dem die gesamte Fläche des porösen Films zum Abhalten der Stauberzeugung punktweise mit einem atmungsfähigen Papierelement verbunden und dann über das Filterpapier gelegt ist.

14. Gasfilter nach Anspruch 1 zum Filtern von Luft, bei dem die gesamte Fläche des porösen Films zum Abhalten der Stauberzeugung punktweise mit einem atmungsfähigen netzartigen Stoffelement verbunden und dann über das Filterpapier gelegt ist.