DE69009732T2

DE69009732T2 - Mehrschichten-Filterpatrone.

Info

Publication number: DE69009732T2
Application number: DE69009732T
Authority: DE
Inventors: Mikio Itoh
Original assignee: Roki Techno Co Ltd
Current assignee: Roki Techno Co Ltd
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1990-03-13
Publication date: 1995-01-12
Anticipated expiration: 2010-03-14
Also published as: ATE106767T1; US5092351A; EP0446389A1; EP0446389B1; DE69009732D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine mehrschichtige Filterpatrone und insbesondere auf eine Filterpatrone mit einer Größe, die geeignet ist, hochviskose Flüssigkeiten zu filtern.
Es gibt eine Flüssigkeitsfilterpatrone, bei der ein Filtermaterial auf einen zylindrischen harten porösen Kern gewickelt ist. Diese Filterpatrone ist zur Verwendung an einem Filtergehäuse (oder Filtergefäß) befestigt. Bei der Verwendung wird zu filternde Flüssigkeit in einem unter Druck gesetzten Zustand der Filterpatrone zugeführt, um hindurch und in die Filterpatrone hineinzugelangen, um nicht gelöste Substanzen in der Flüssigkeit mit dem Filtermaterial abzutrennen.
Eine Patrone für den allgemeinen Gebrauch mit etwa einer Länge von 250 mm, einem Innendurchmesser von 30 mm und einem Außendurchmesser von 64 mm verwendet ein Filtermaterial, welches aus Filterpapier, einem Metallnetz, Keramik, Metallteilchen, aufgeschäumtem Material, usw. besteht. Beim Herstellen einer Filterpatrone mit gleicher Eigenschaft ist ein sogenannter Wickelfilter oder gewickelter Filter am billigsten, bei dem ein Garn bzw. Faden mit großem Durchmesser, der aus einer natürlichen oder synthetischen Faser bzw. Fasern besteht, regelmäßig bzw. gleichmäßig auf einen zylindrischen harten porösen Kern gewickelt ist. Falls die Verwendung anderer Filtermaterialien gewünscht ist, sind Kunstharzbinden, Sintern und chemische Behandlung notwendig, um eine mechanische Festigkeit zu schaffen, die hinreichend ist, dem Flüssigkeitsdruck zu widerstehen. Mit anderen Worten, es ist eine Dichtung für jedes Ende der Patronen erforderlich, um ein Auslecken der Flüssigkeit zu verhindern. Im Gegensatz dazu ist eine Filterpatrone vom Wikkeltyp nur dazu erforderlich, eine vorbestimmte Spannung in dem Garn einzustellen, wenn das Garn gewickelt wird, und es ist keine Dichtung an den Enden der Patronen erforderlich.
Bei der Filterpatrone vom Wickeltyp wird die Flüssigkeit jedoch nicht nur zwischen nebeneinanderliegenden Faserbündeln, sondern auch zwischen nebeneinanderliegenden Fasern, die das Faserbündel bilden, gefiltert. Dementsprechend ist es, wenn es gewünscht ist, eine hochviskose Flüssigkeit zu filtern, notwendig, die Druck abfangende Festigkeit zu erhöhen, so daß keine Deformation des Filtermaterials bewirkt wird. Wenn die Wicklungsspannung jedoch exzessiv erhöht wird, bricht das Filtermaterialgarn, so daß das Wickeln nicht länger durchgeführt werden kann. Wenn auf der anderen Seite das Filtermaterialgarn derartig gezwirnt bzw. verdrillt ist, daß es nicht bricht, gehen sowohl der Filterzwischenraum in dem Faserbündel als auch derjenige zwischen nebeneinanderliegenden Filterbündeln verloren und führen zu einer unpraktischen Filterpatrone, die viele tote Bereiche hat, so daß sie im wesentlichen keine Filtereigenschaft hat. Auf jeden Fall ist die Filterpatrone vom Wickeltyp ungeeignet zum Filtern von hochviskosem Material.
Als ein weiterer Filter, der zwei verschiedene Filtermaterialien verwendet, ist einer bekannt, bei dem Garn gewickelt ist mit eingeschobener Baumwolle in einer schichtartigen bzw. scheibenartigen Form zwischen nebeneinanderliegenden Garnschichten, und die Baumwolle wird mit einem starken Faden angebunden. Bei diesem Filter wird die Flüssigkeit durch kleine Zwischenräume in der Baumwolle selbst gefiltert. Beim Filtern von hochviskoser Flüssigkeit fällt Baumwolle nicht nur zusammen, sondern wird auch geschoben, so daß sie nicht gleichmäßig verteilt ist. Dementsprechend können Partikel in der zu filternden Flüsigkeit nicht vollständig gefiltert werden.
In der DD-A-071 981 wird eine vielschichtige Filterpatrone gezeigt, die einen zylindrischen Kern aufweist, der mit einer aus einem Kunststoff hergestellten Filterschicht schraubenförmig gewickelt ist, die aus einem Trägergewebe und einem feinmaschigen Filtergewebe besteht, das die großen Poren des Trägergewebes ausfüllt.
Die Erfindung hat als ein Ziel, eine vielschichtige Filterpatrone mit einer Druck abfangenden Festigkeit zu schaffen, die hinreichend ist, eine hochviskose Flüssigkeit zu filtern.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine vielschichtige Filterpartone zu schaffen, die weniger tote Bereiche des Filtermaterials hat, einen niedrigen Filterwiderstand zeigt und eine lange Filterlebensdauer hat.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine vielschichtige Filterpatrone zu schaffen, die auch sehr feine Partikel fangen kann und somit eine hohe Filtereffizienz hat. Die Ziele werden durch eine vielschichtige Filterpatrone gemäß Anspruch 1 erreicht.
Die obigen und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht in teilweiser weggebrochener Darstellung, die eine Filterpatrone gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II in Fig. 1; und
Fig. 3 ist ein Diagramm, das Änderungen im Druckverlust und der Filtereffizienz gegen die Zeit aufgezeichnet zeigt.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine vielschichtige Filterpatrone zu schaffen, die die oben genannten Nachteile ausschließt, und bei der nicht gezwirntes bzw. verdrilltes Garn (Faser- bzw. Spinnband) und hartes lineares Material wie z. B. stark gezwirntes bzw. verdrilltes Garn zum Tragen des nicht gezwirnten Garns auf einen zylindrischen harten perforierten Kern gewickelt werden, so daß Zwischengarnporen durch das nicht gezwirnte Garn und das harte lineare Material definiert werden und daß das nicht gezwirnte Garn kontinuierlich durch das harte lineare Material zusammengedrückt und gehalten wird, um eine Deformation des nicht gezwirnten linearen Garns zu verhindern, auch wenn eine hochviskose Flüssigkeit gefiltert wird.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung. Ein zylindrischer harter poröser Kern 10 hat kleine Löcher 11, durch die Flüssigkeit gelangt. Stark gezwirntes Garn 12 und nicht gezwirntes Garn (Faser- bzw. Spinnband) 13 sind auf einen Kern 10 mit hartem linearen Material als Führungsgarn gewickelt, um Zwischengarnporen 14 auszubilden.
Gemäß der Erfindung ist das nicht gezwirnte Garn wie Faser- bzw. Spinngarn in der Lage, eine hinreichende Filtereigenschaft zu gewährleisten. Das harte lineare Material muß solange keine Filtereigenschaft haben, wie es in der Form eines dünnen Garns vorliegt. Weiterhin muß es solange nicht gezwirnt bzw. verdrillt sein, wie es der Spannung hinreichend widerstehen kann, wenn das harte lineare Material gewickelt wird. Weiterhin ist es möglich, mehr als ein stark gezwirntes Garn als das harte lineare Material zu verwenden. Weiterhin kann es aus einem von demjenigen des nicht gezwirnten Garns verschiedenen Material hergestellt werden.
Die Zwischengarnporen werden entweder Matrizen oder Wickelschnittpunkte genannt. Die Größe der Zwischengarnporen und der Grad der Dichtesteigerung, mit der die Zwischengarnporen nach innen hin dünner gemacht werden, kann geeignet ausgewahlt werden, gemäß der Größe und Ausgeglichenheit der Partikel in dem Fluid.
Das Filtergarn der Patronen vom Wickeltyp gemäß des Standes der Technik muß ungefähr zwei Funktionen haben, d. h. eine Funktion des Filterns einer Flüssigkeit mit Fasern, die das Garn bilden und eine Formfunktion des Verhinderns eines Zusammenfalles bzw. Kollaps und eines Nachgebens bzw. Verschiebens des Filtermaterials durch Flüssigkeitsdruck. Gemäß der Erfindung ist das Filtermaterial geradezu wie in einem Knochen- bzw. Gerüstmaterial eingebettet. Dementsprechend kann das Filtermaterial, das aus nicht gezwirntem Garn besteht, die einzige Filterfunktion haben, und das Knochen- bzw. Gerüstmaterial, das aus dem harten linearen Material besteht, kann die alleinige Formfunktion haben. Somit ist es möglich, die zueinander entgegengesetzten Erfordernisse für die Filterpatrone des Standes der Technik zu erfüllen, daß es eine ausgezeichnete Filtereigenschaft haben sollte, die beibehalten werden kann, während sie in der Lage ist, vorbestimmte Zwischengarnporen beizubehalten, auch wenn ein gewisser Druck auf das Filtermaterial angelegt wird.
Um die Funktionen gemäß der Erfindung hinreichend zu gewährleisten, ist die Filterpatrone gemäß der Erfindung geeigneterweise mit einem Bindemittel wie z. B. Acryl-, Epoxy- und Phenolharzen imprägniert, wobei diese Kunstharze später gehärtet werden. Mit diesem Aufbau wird die Druck auffangende Festigkeit weiter verbessert, und ausgezeichnete Effekte können erreicht werden, insbesondere wenn eine hochviskose Flüssigkeit gefiltert wird.
Nun wird ein Beispielsexperiment beschrieben, bei dem ein Lebensdauertest und ein Filtereffizienztest unter Verwendung einer vielschichtigen Filterpatrone gemäß der Erfindung im Vergleich mit dem Filterzylinder des Standes der Technik durchgeführt wurden.
Das Filtermaterial gemäß der Erfindung, das für diese Tests verwendet wurde, wurde durch gleichzeitiges Wickeln eines Filtermaterials, das durch Ausbilden von Polyesterfasern mit einer Faserdicke von 3 D und einer Schnittlänge von 72 mm in eine scheibenartige Form unter Verwendung einer Karde- bzw. Kardierungsmaschine und Formen bzw. Ausbildung dieser scheibenartigen Faser in ein Faser- oder Spinnband mit einer Breite von 15 mm und einer Dichte von 5 g/m gewonnen wurde, und eines stark gezwirnten Garns, das durch Ausbilden von Polyesterfasern mit einer Faserdicke von 3 D und einer Schnittlänge von 72 mm und anschließendem Verzwirnen der Fasern mit 2,5 Umdrehungen pro inc. mit einer Zwirnmaschine gewonnen wurde, auf einen harten porösen Kern unter Verwendung einer Wickelmaschine und mit einer Spannung von 3 kg, so daß die Gesamtlänge 250 mm, der Innendurchmesser 30 mm und der Außendurchmesser 64 mm waren.
Eine Vergleichsfilterpatrone wurde durch Wickeln von Garn gewonnen, das durch Ausbilden von Polyesterfasern mit einer Faserdicke von 3 D und einer Schnittlänge von 72 mm in eine scheibenartige Form unter Verwendung einer Kardierungsmaschine gewonnen wurde, so daß die Dichte 2 g/m war und diese geformte Faser mit 1,5 Umdrehungen pro inc. auf einen harten porösen Kern mit einer Spannung von 2 kg gedreht wurde, so daß die Gesamtlänge 250 mm, der Innendurchmesser 30 mm und der Außendurchmesser 84 mm waren.
Als Testflüssigkeit wurde das Öl "SAE 60" bei einer Temperatur von 40ºC verwendet, wobei kontinuierlich adaptiv gesteuert feine Teststaubpartikel mit einer Rate von 0,03 g/min in 60 Liter von Öl zugeführt wurden, wobei die Flüssigkeit im Test durch die Testfilter mit einer Rate von 15 Litern/Minute gelangte, um einen Anstieg des Druckverlustes aufgrund Verstopfens zu messen. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 gezeigt. In der Zeichnung wird mit A das mit dem Filterzylinder gemäß der Erfindung gewonnene Ergebnis bezeichnet, und mit B das mit dem Vergleichsfilterzylinder gewonnene Ergebnis bezeichnet. Eine Vergleichsmessung der Staubraten bzw. -konzentrationen der Flüssigkeit vor und nach der Filterpatrone wurden gleichzeitig durchgeführt. Die Filtereffizienz ist durch Kurven A' und B' gezeigt (die 100% zum Zeitpunkt einer vollständigen Entfernung sind). Kurve A' wird mit dem Patronenfilter gemäß der Erfindung gewonnen, und Kurve B' wird mit dem Vergleichspatronenfilter gewonnen.
Wie aus den obigen Ergebnissen gesehen werden kann, nimmt bei der vielschichtigen Filterpatrone gemäß der Erfindung das nicht gezwirnte Garn einen größeren Teil des Filters ein, und die toten Bereiche sind nicht so groß wie bei dem Vergleichsfilter (d. h. dem allgemeinen gewickelten Filter). Dementsprechend ist der Filterwiderstand gering und die Filterlebensdauer ist auch groß. Da weiterhin das Filtergarn nicht gezwirntes Garn ist, kann direkt Cilia verwendet werden. Aus diesem Grund können feine Partikel schnell abgefangen werden, wodurch die Filtereffizienz erhöht wird.

Claims

1. Eine mehrschichtige Filterpatrone, die einen zylindrischen harten porösen Kern (10), nicht-gezwirntes bzw. nicht-verdrilltes Garn (13) und hartes lineares Material (12) aufweist, wobei das lineare Material als eine Führung für das nicht gezwirnte Garn mit dem nicht gezwirnten Garn gewickelt ist, wobei es das nicht gezwirnte Garn so trägt, daß Zwischengarnporen (14) zwischen dem nicht gezwirnten Garn und dem harten linearen Material ausgebildet werden, und wobei das nicht gezwirnte Garn und das lineare Material so auf dem Kern gewickelt sind, daß eine Deformation des nicht gezwirnten Garns auf dem Kern verhindert wird.

2. Mehrschichtige Filterpatrone nach Anspruch 1, wobei das harte lineare Material ein stark gezwirntes bzw. verdrilltes Garn (12) ist.

3. Mehrschichtige Filterpatrone nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Filterpatrone mit einem Binde-Kunstharz imprägniert ist, wobei das Binde-Kunstharz später gehärtet ist.

4. Mehrschichtige Filterpatrone nach Anspruch 3, wobei das Binde-Kunstharz ein Material ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Acryl-, Epoxy- und Phenol-Harzen besteht.