DE69005688T2 - Verfahren und Einrichtung zur Filtration. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterverfahren sowie Filter, die dazu bestimmt sind, einen Gas- und gewöhnlicherweise Luftstrom von trockenen oder nassen, in diesem Strom suspendierten Partikeln zu befreien und das Verfahren zu realisieren. Die Erfindung betrifft insbesondere Filter für Spritzkabinen.
• Um solche Gasströme zu reinigen, benutzt man im allgemeinen entweder die Fliehkraftabscheidung, das heisst, man bewirkt eine Strömungsturbulenz, die die suspendierten Partikel durch Zentrifugalkräfte gegen die Wände schleudert, oder die Siebung, das heisst, den Durchgang des Gasstromes durch eine die partikel zurückhaltende poröse Wand.
• Die in diesem Bereich heute benutzten Filter müssen oft und rasch ausgewechselt werden können, und neue Normen verlangen Rückhafteleistungen von mehr als 90 %, sogar von bis zu 99,5 % und mehr. Diese Filter stellen also auswechselbare Elemente dar, die in geeignet gestaltete Rahmen zu montieren sind.
• Derzeit sind zwei Filtertypen bekannt, deren Funktion auf zwei verschiedenen Prinzipien beruht.
• Einerseits gibt es Filter, die als allgemein ebene Polster aus porösem Material gefertigt sind und die im Gasstrom süspendierten partikel durch Siebung zurückhalten. Diese Filter haben zwei wichtige Nachteile; sie halten Partikel, die kleiner als ihre Maschen oder Poren sind, nicht zurück, so dass sie nicht genügend wirksam sind, oder sie verursachen einen zu grossen Druckabfall, je nachdem ob ihre Maschen oder Poren gross oder klein bemessen sind; sie verschmutzen sehr schnell und bewirken einen schnellen Anstieg des Druckabfalls, der ein häufiges Auswechseln nötig macht.
• Andererseits gibt es doppel- oder dreiwandige Faltenbalgfilter aus undurchlässigem Material, allgemein Karton, deinen Wände entlang jeder zweiten Falte verbunden sind und die verschieden bemessen sind, so dass zwischen den Wänden Kammern gebildet werden. Diese Wände sind mit Öffnungen versehen, die nicht gegenseitig ausgerichtet sind, so dass eine Wirbelströmung des Gases in den Filterkanimern erzwungen wird und die Partikel durch die daher auf sie wirkenden Fliehkräfte gegen die Kammerwände geschleudert werden, wo sie sich ab setzen. Ein solches Filter ist zum Beispiel aus der Patentschrift FR-A-1 260 431 bekannt. Durch die Patentschrift US-A-4 008 060 kennt man ausserdem ein dreiwandiges Faltenbalgfilter aus undurchlässigem Material, dessen dritte Wand namentlich dazu bestimmt ist, die Wirksamkeit des Filters zu erhöhen, indem sie dem Gasstrom einen zusätzlichen gewundenen Pfad aufzwingt. Mit diesen "Trägheits"filtern kann man einen über die Nutzungszeit hinweg konstanten Druckabfall sicherstellen, sie haben aber den Nachteil, dass leichte Partikel nicht zurück gehalten werden, wenn deren Masse nicht dafür ausreicht, dass sie durch auf sie wirkende Fliehkräfte gegen die Wände geschleudert werden. Für bestimmte Farbtypen und insbesondere für Lacke erweisen sich diese Filter daher als wenig wirksam (50 bis 60 % Rückhaltevermögen) und erlauben es nicht, die strengsten Normen einzuhalten.
• Die vorliegende Erfindung bezweckt ein Filterverfahren und die Realisierung eines zweiwandigen Filters mit dem Ziel, die Nachteile der oben angeführten Filter zu beheben und gleichzeitig eine hohe Wirksamkeit zu erreichen, die je nach Farbkategorie und Einsatzbedingungen oberhalb eines zwischen 86 und 99,8 % Rückhaltevermögen gelegenen Bereiches liegt, eine spürbare Erhöhung des Druckverlusts mit der Nutzungsdauer zu vermeiden und eine verhältnismässig grosse Lebensdauer zu erreichen, die im Bereich der Lebensdauer existierender Faltenbalgfilter liegt.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Filterverfahren gemäss Anspruch 1 für einen mit suspendierten Gaspartikeln verschmutzten Gasstrom, insbesondere einen mit Farbpartikeln oder -tröpfchen verschiedener Grösse beladenen Luftstrom.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein wie in Anspruch 4 definiertes Filter.
• Die beigefügte Zeichnung veranschaulicht schematisch und beispielhaft zwei Ausführungsformen des erfindiingsgemässen Filters.
• Figur 1 ist die Schnittzeichnung einer ersten Ausführungsform des Filters entlang der Linie 1-1 der Figur 2.
• Figur 2 ist eine Teilansicht der ersten Ausführungsform des Filters, worin bestimmte Partien der stromauf gelegenen Wand weggenommen wurden.
• Figur 3 ist eine der Figur 1 ähnliche Schnittzeichnung einer zweiten Ausführungsform des Filters.
• Im erfindungsgemässen Filterverfahren werden die grösseren Partikel durch Trägheits- oder Fliehkraft gegen die Kammerwände geschleudert, und zumindest ein Teil des Gasstroms wird durch eine stromab angeordnete poröse Wand aus der Kammer entleert, wodurch die feinsten Partikel zurückgehalten werden.
• Die Porengrösse dieser stromab angeordneten Wand wird in Abhängigkeit der Grösse der feinsten suspendierten Partikel bestimmt, was eine Reinigung des Gasstroms erlaubt, die sich einem Wert von 100 % nähert. Dieses Verfahren, das gleichzeitig die zyklonartige Fliehkraft- oder Trägheits- und die Siebfilterung realisiert, erlaubt es, bisher unerreichte Reinigungsgrade zu erzielen, weil ein Synergieeffekt zwischen den beiden Filterungsweisen wirkt, der sich nicht voraussehen liess. Darüber hinaus können mit diesem Verfahren Gasströme wirksam gereinigt werden, die grobe und feine Partikel sehr unterschiedlicher Abmessungen mit sich führen, was mit einem einfach wirkenden Filter nicht immer erreicht werden kann. Wie wefter unten ersichtlich wird, kann schliesslich dieses Filterverfahren mit einem einfachen Filter realisiert werden, das eine maximale Wirkung ermöglicht, weil die beiden Filterungsweisen an verschiedene Zonen des Filters gebunden sind.
• Die in Figuren 1 und 2 veranschauhchte erste Ausführungsform des Filters umfasst eine erste Wand, die stromauf gelegene Wand 1 aus Papier oder Karton mit stromauf (2) und stromab (3) angeordneten Falten, wo der Gasstrom der Richtung des Pfeils A folgt. Diese stromauf gelegene, undurchlässige Wand 1 ist mit Öffnungen 4 versehen, die im veranschaulichten Beispiel in Reihen angeordnet sind und deren Mifte]punkte auf den stromab liegenden Falten 3 der Wand 1 liegen.
• Dieses Filter umfasst eine zweite Wand, die stromab gelegene Wand 5, die ebenfalls balgartig gefaltet ist wie die strornauf gelegene Wand 1, deren Gesamtlänge und deshalb auch deren Länge zwischen jeweils zwei stromauf gelegenen Falten 6 aber grösser ist als die entsprechenden Werte für die strornauf gelegene Wand 1. Auf diese Weise kommen zwischen den beiden Wänden 1 und 5 Kammern 7 zustande, die in ihrem Querschnitt allgemein V-förmig sind. Wände 1 und 5 sind miteinander entlang ihrer stromauf gelegenen Falten 2 und 6 verklebt. Diese stromab gelegene Wand 5 ist als Matte oder Polster aus nichtgewebten Kunstfasern, zum Beispiel Polyesterfasern, geformt und daher porös. Die Poren oder Zwischenräume dieser Wand 5 sind gleichwohl von geringen Abmessungen, um die feinsten Partikel zurückzuhalten. Schliesslich hat diese zweite, stromab liegende Wand 5 Öffnungen 8, die gegen die Öffnungen 4 der stromauf gelegenen Wand 1 versetzt angeordnet sind. Im veranschaulichten Beispiel sind diese Öffnungen 8 der zweiten Wand 5 in Reihen angeordnet, die zwischen den von den Öffnungen 4 gebildeten Reihen liegen, und sie sind in der Nähe der stromauf liegenden Falten 6 dieser zweiten Wand 5 angebracht.
• Dieses neue Filter bietet eine erhöhte Wirksamkeit, hat aber eine normale Lebensdauer und einen normalen Druckverlust, das heisst Werte derselben Grössenordnung wie bisher existierende Faltenbalgfilter.
• Die erhöhte Wirksamkeit dieses Filters ergibt sich, weil in ihm zwei Wirkungsweisen vereinigt sind, die einen Synergieeffekt aufweisen. Einerseits schleudert die in der Gasfilterströmung erzeugte Turbulenz die groben Partikel gegen die Seitenwände der Kammern 7, aber gleichzeitig werden die feinen, leichten Partikel, die den Wirkungen der Turbulenz nur schwach ausgesetzt sind und das Filter auf einer praktisch geradlinigen Bahn passieren, durch "Siebung" auf der stromab gelegenen Wand 5 in der Zone der Falten 9 dieser Wand 5 zurückgehalten.
• Es ist festgestellt worden, dass der Filterungseffekt durch Trägheft, bei dem die suspendierten Partikel im Gasstrom gegen die Seitenwände der Kammern 7 geschleudert werden, hauptsächlich an den mittleren Zonen dieser seitlichen Wände stattfindet, dagegen wenig oder gar nicht in den Regionen nahe den stromab gelegenen Falten 9 der zweiten Wand 5. Hingegen wirken diese Regionen nahe den Falten 9 hauptsächlich nach dem "Sieb"prinzip und halten feine Partikel zurück, die wenig oder gar nicht von der Turbulenz des Gasstroms beeinflusst werden.
• Es ist diese synergistische Überlagerung zweiter Filterungsprinzipien, Trägheit und Siebung, die darüber hinaus nicht mit den gleichen Regionen der zweiten Wand 5 des Filters verbunden sind, die diesen unerwarteten Effekt hervorruft, nämlich eine höhere Wirksamkeit dieses Faltenbalgfiltertyps, obwohl eine seiner Wände porös ist, was den Prinzipien entgegenläuft, nach denen Trägheitsfilter realisiert werden.
• Dieses aufs erste erstaunliche Ergebnis lässt sich nach mit solchen Filtern ausgeführten Versuchen dadurch erklären, dass die beiden gemeinsam realisierten Filterungsweisen nicht mit denselben Partien der zweiten Wand 5 verbunden sind.
• So wird die Wirksamkeit des Filters verstärkt; die feinen Partikel können gleichermassen zurückgehalten werden, obwohl wegen der Öffnungen 4 und 8 ein praktisch konstanter Druckabfall des Filters während seiner gesamten Nutzungsdauer gesichert ist. Ebenfalls wegen dieser Öffnungen 4 und 8 können die Poren der stromab gelegenen Wand 5 klein dimensioniert sein, ohne dass der Druckabfall erhöht oder die Nutzungsdauer des Filters begrenzt wird, so dass sehr feine Partikel mit einem Filter zurückgehalten werden können, das einen schwachen Druckabfall hervorruft.
• Die durch die Verwendung von Trägheits- und Siebfilterung erreichte Synergie stellt ein ganz erstaunliches, nicht vorhersehbares Ergebnis dar, wodurch sich erklärt, dass, obwohl Trägheits-Faltenbalgülter seit Jahrzehnten existieren, kein Fachmann je auf die Idee gekommen ist, die stromab gelegene undurchlässige Wand eines solchen Filters durch eine stromab gelegene poröse Wand zu ersetzen.
• Dieses neue Filter hat einen weiteren Vorteil, weil es konstruiert werden kann, indem die stromab gelegene Wand 5 als Kunstfasermatte etwas grösser und insbesondere höher ausgelegt werden kann als die stromauf gelegene Wand 1. Dadurch bildet dieser Überschuss an zusammendrückbarem Material eine Dichtung zwischen dem Filter und dem es aufnehmenden Rahmen. In bisher existierenden Filtern muss immer eine spezielle Dichtung vorgesehen werden, weil die durch die Luftfeuchtigkeit verursachten Abmessungsänderungen des Kartons es nicht erlauben, genügend genau zugeschnittene Filter zu realisieren, die ohne Dichtung in einen Rahmen montiert werden können.
• In der zweiten, als Querschnittsansicht in Figur 3 veranschaulichten Ausführungsform ist die erste, stromauf liegende Wand 1' ebenfalls aus nichtgewebten Kunstfasern, also aus porösem Material hergestellt. Die Löcher 4 und 8 sind in gleicher Weise wie in der ersten Ausführungsform angeordnet. Die Verklebung der stromauf liegenden Falten 2 und 6 der Wände 1' und 5 wird bei dieser Ausführung durch Andrücken der Falten 2 und 6 an einen extrudierten Kunststoffstab 10 erreicht, und zwar am Spritzmundstück, das heisst zu einer Zeit, da dieser Stab noch eine genügend hohe Temperatur hat, um den Kunststoff, zumeist Polyester, aus dem die Vliesmattenfasern der Wände 1' und 5 bestehen, zu schnielzen und mit ihm zu verschmelzen. In einer Ausführungsform, in der die beiden Wände aus nichtgewebten Polyesterfasermatten bestehen, ist es nämlich notwendig, die Steifheit des Filters in seiner senkrechten Ausdehnung mit Rippen zu sichern, die hier aus den extrudierten Kunststoffstäben bestehen.
• Dieses Filter funktioniert ähnlich wie das der ersten beschriebenen Ausführungsform, ausser dass die erste, stromauf gelegene Wand 1' porös ist und wenigstens während der anfänglichen Lebenszeit des Filters ebenfalls dazu beiträgt, feine und leichte Partikel durch Siebung zurückzuhalten.

Claims (8)

1. Verfahren zum Filtrieren eines Gasstroms mit Partikeln in Suspension, insbesondere eines Luftstroms mit Partikeln oder Farbtröpfchen verschiedener Grösse, gemäss welchem man einen Gasstrom durch zwei Wände dringen lässt, die von verschiedener Länge zumindest eine Kammer bilden, welche im Querschnitt die Form eines V aufweist, dessen Eingangs - und Ausgangsöffnungen verschoben sind, um eine Wirbelströmung zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass man eine poröse hintere Wand und Eingangs- und Ausgangsöffnungen derartig verschoben verwendet, dass die Wirbelströmung durch Trägheitseffekt das Wegspritzen der Partikel von grösserem Durchmesser in Suspension im Gasstrom hauptsächlich gegen die mittleren Teile der Seitenwände der Kammer bewirkt, während dem die Zentraizone in der Nähe des hinteren Faltens der porösen hinteren Wand der Kammer durch Siebeffekt die feinen Partikel in Suspension im Gasstrom zurückhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gemäss welchem man den Gasstrom durch Kammern fliessen lässt, die nebeneinander liegen und die sich ungefähr senkrecht zum Gasstrom ausdehnen

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Wand der Kammern porös ist.

4. Filter zur Ausführung der Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere für Spritzkabinen, der aus einem Filter des Faltenbalgtyps besteht, mit zwei Wänden von verschiedener Länge, die entlang jedes zweiten Faltens, das heisst entlang der vorderen Falten, verbunden sind, wobei diese beiden Wände mit Öffnungen versehen sind, die Öffnungen der vorderen Wand in Reihen angeordnet sind und jede Öffnung auf die hinteren Falten dieser vorderen Wand ausgerichtet sind, und wobei sich die Öffnungen der hinteren Wand in der Nähe der forderen Falten dieser hinteren Wand befinden, um somit die zur Bildung einer Wirbelströmung des Gasstroms in der sich zwischen den zwei Wänden befindenden Kammer notwendigen Bedingungen zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, dass die fordere Wand aus einer Natte von porösen Fibern besteht, und dass die in dieser hinteren porösen Wand angebrachten Öffnungen in Reihen angeordnet sind, die verschoben sind in Richtung der Falten gegenüber der in der vorderen Wand angebrachten Öffnungen.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide vorderen und hinteren Wände aus einer Matte von porösen Fibern bestehen.

6. Filter nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Wand oder die porösen Wände aus einer Matte von synthetischen, nicht geflochtenen Fibern bestehen.

7. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Wand aus Karton gefertigt ist, und dass die beiden Wände entlang ihrer vorderen Falten zusammengeklebt sind.

8. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderen und hinteren Wände auf Stäbchen aus extrudiertem Plastikmaterial geklebt oder mit diesen verklebt sind, welche Stäbchen als Verstärkungsrippen des Filters dienen.