DE69104376T2

DE69104376T2 - Anordnung und verfahren zum filtrieren.

Info

Publication number: DE69104376T2
Application number: DE69104376T
Authority: DE
Inventors: Denis Dudrey; John Herman; Brad Kahlbaugh; Susan Reinhart
Original assignee: Donaldson Co Inc
Current assignee: Donaldson Co Inc
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1991-08-29
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2011-08-30
Also published as: EP0553255A1; BR9107045A; CA2094271A1; AU644324B2; ZA917163B; WO1992006767A1; DE69104376D1; US5364456A; AU8924691A; JPH06504475A; EP0553255B1; US5082476A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Filteranordnungen. Spezifischer betrifft sie Anordnungen zum Filtern teilchenförmigen Materials aus Gasflußströmen, zum Beispiel Luftströmen. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zum Erreichen relativ effizienter Entfernung von teilchenförmigem Material aus Gasflußströmen.
Gasströme tragen oft teilchenförmiges, d.h. partikuläres Material darin. In vielen Fällen ist es wünschenswert, einiges oder alles des teilchenförmigen Materials aus dem Gasflußstrom zu entfernen. Zum Beispiel umfassen Lufteinlaßströme für Motoren für motorisierte Fahrzeuge oder Leistungserzeugungsausrüstung, Gasströme, die auf Gasturbinen gerichtet sind, und Luftströme zu verschiedenen Verbrennungsöfen oft teilchenförmiges Material darin. Das teilchenförmige Material kann, sollte es die internen Gänge der verschiedenen miteinbezogenen Mechanismen erreichen, daran erheblichen Schaden verursachen. Es ist daher bevorzugt für derartige Systeme, das teilchenförmige Material aus dem Gasfluß stromaufwärts des Motors, der Turbine, des Ofens oder der anderen betroffenen Ausrüstung zu entfernen.
In anderen Fällen können Produktionsgase oder Abgase aus industriellen Prozessen teilchenförmiges Material darin enthalten, zum Beispiel jene, die durch das Verfahren erzeugt werden. Bevor derartige Gase durch unterschiedliche stromabwärtige, d. h. stromabwärts angeordnete Ausrüstung und/oder an die Atmosphäre entladen werden können oder sollen, kann es wünschenswert sein, erhebliche Entfernung des teilchenförmigen Materials aus diesen Strömen zu erhalten.
Eine Viefalt von Luftfilter- oder Gasfilteranordnungen ist zur Teilchenentfernung entwickelt worden. Aus Gründen, die aus den folgenden Beschreibungen ersichtlich werden, sind Verbesserungen für Anordnungen benötigt worden, die entwickelt worden sind, um diesem Zweck zu dienen.
Ein generelles Verständnis von einigen der grundlegenden Prinzipien und Probleme des Filterentwurfs können durch die Betrachtung der folgenden Arten von Systemen verstanden werden: ein Papierfilter; ein gefalteter Papierfilter; und ein Tiefefilter mit konstanter Dichte. Jeder dieser Typen von Systeme ist bekannt und jeder ist verwendet worden.
Betrachte zuerst ein Papierelement mit einem porösen Papierfilter, der senkrecht zu einem Gasstrom mit teilchenförmigen Material, das darin mitgerissen wird, ausgerichtet ist. Das ausgewählte Filterpapier wird eines sein, das für den Gasfluß permeabel, aber von hinreichend feiner Porosität ist, um den Durchtritt von Teilchen nicht größer als eine ausgewählte Größe dort hindurch zu unterdrücken. Ein einfacher planarer Filteraufbau, der aus einem derartigen Material hergestellt ist, könnte im Betrieb vollständig quer zum Gasflußstrom ausgerichtet sein, zum Beispiel zwischen einer Luftquelle und einer Einlaßsammelleitung für einen Motor. Wenn die Gase durch das Filterpapier treten, wird die stromaufwärts angeordnete Seite des Filterpapiers dagegen Teilchen mit ausgewählter Größe in dem Gasstrom empfangen. Der Filter wird fungieren, um die Teilchen aus dem Gasstrom zu entfernen. Die Teilchen werden als ein Filterkuchen auf der stromaufwärts angeordneten Seite des Papierfilters gesammelt.
Ein einfacher Filterentwurf wie jener, der oben beschrieben ist, ist zumindest zwei größeren Arten von Problemen unterworfen. Zuerst hat ein relativ einfacher Fehler, z.B. ein Riß des Papiers, ein vollständiges Versagen des Systems und somit das Fehlen des Schutzes der stromabwärts angeordneten Ausrüstung zur Folge. Zweitens wird sich teilchenförmiges Material schnell auf der Seite stromaufwärts des Filters aufbauen, und zwar als ein dünner Filterkuchen oder eine dünne Filterschicht, wobei schließlich im wesentlichen der Filter für den Durchtritt von Gas dorthindurch verstopft wird. So könnte von einem derartigen Filter erwartet werden, eine relativ kurze Lebenszeit aufzuweisen, wenn er in einer Anordnung verwendet wird, die im Durchtritt von erheblichen Mengen von Gas dort hindurch miteinbezogen ist, und zwar mit erheblichen Mengen von Teilchenmaterial über der "ausgewählten Größe" darin; "ausgewählte Größe" bedeutet in diesem Zusammenhang die Größe, bei welcher oder oberhalb von welcher ein Teilchen durch den Filter gestoppt oder darin gesammelt wird.
Einleuchtenderweise würde von der Lebenszeit erwartet werden, auf den Oberflächenbereich des Papierfilters, die Rate des Gasflusses durch das System und die Konzentration von Teilchen in dem Trägerstrom bezogen zu sein. Für irgendein gegebenes System wird die "Lebenszeit" eines Filters typischerweise gemäß einem ausgewählten begrenzenden Druckabfall über den Filter definiert. Das heißt, für irgendeine gegebene Anwendung wird dieser Filter seine Lebenszeit vernünftiger Verwendung erreicht haben, wenn der Druckaufbau über dem Filter irgendein definiertes Niveau für diese Anwendung erreicht hat.
Ein alternativer Entwurf zu jenem, der oben beschrieben ist, ist ein gefalteter Papierfilter. Die Anordnung des Filterpapiers in einer gefalteten Konfiguration erhöht im allgemeinen den Oberflächenbereich des Filtermediums, der innerhalb eines gegebenen Querschnittsbereichs oder Raumvolumens vorgesehen ist. Sie wird auch dazu neigen, die Stärke des Systems zu erhöhen. So wird die Lebenszeit des Filters erhöht, und zwar aufgrund der Erhöhung des Oberflächenbereichs für den Eintrag von teilchenförmigem Material dagegen. Jedoch wird, wenn sich eine dünne Schicht von teilchenförmigem Material auf der stromaufwärts angeordneten Oberfläche des Filterelementes sammelt, der Filter noch dazu neigen, verstopft zu werden. So ist die Lebenszeit eines derartigen Filters in vielen Anwendungen relativ kurz. Zusätzlich ist das System wieder erheblichen Problemen unterworfen, sollte ein kleiner Fehler oder Riß sich in dem Papierelement entwickeln.
Es wird bemerkt, daß in vielen Anwendungen von dem zu filternden Gasstrom erwartet werden kann, teilchenförmiges Material von einer Vielzahl von Größen darin aufzuweisen, und/oder daß von der Ausrüstung erwartet werden kann, variierenden Gasflußströmen mit Bezug auf den Teilchengehalt unterworfen zu sein. Betrachte zum Beispiel eine Filteranordnung, die für die Verwendung in motorisierten Fahrzeugen entworfen ist. Es wird bevorzugt sein, daß die Filteranordnungen, die für derartige Fahrzeuge verwendet werden, fähig sind, Teilchen herauszufiltern, die von einem Ausmaß von Submikrometergrößen bis zu 100 Mikrometern reichen. Zum Beispiel kann von Fahrzeugen, die unter Bedingungen abseits der Straße, bei Baugeländen oder bei anderen Geländen (vielleicht Straßen auf dem Land) verwendet werden, wo in der Luft eine Menge an Verunreinigung getragen wird, erwartet werden, daß sie Gasströme antreffen, die einen erheblichen Prozentsatz von ungefähr 10 bis 100 Mikrometer- Material tragen. Das meiste der Luft, welches durch die Luftfilter eines Über-die-Autobahn- (d.h. Fernverkehr-) Lastwagens oder -Automobils tritt, wenn das Fahrzeug keine Staubstürme oder Baugelände antrifft, trägt im allgemeinen sehr wenig Teilchenmaterial über ungefähr 5 Mikrometer in der Größe, aber trägt einen erheblichen Anteil von Submikrometer- bis 5-Mikrometer-bemaßten Materialien. Ein Stadtbus trifft auf der anderen Seite prinzipiell nur Submikrometer-bemaßte Kohlenstoffteilchen in den Gasen an, die in den Filter davon treten. Jedoch kann selbst von Stadtbussen erwartet werden, daß sie zumindest gelegentlich Luft mit größeren Teilchen darin antreffen. Im allgemeinen sollten Filter, die für Fahrzeuge entworfen sind, vorzugsweise fähig sein, erheblichen Schutz von Motoren vor Teilchen in einem Größenbereich von Submikrometer bis 100 Mikrometer hindurch vorzusehen, unabhängig davon, was erwartet wird, die vorherrschenden Arbeitsbedingungen von irgendeinem spezifischen Fahrzeug zu sein. Das heißt, derartige Anordnungen sollten derart entwickelt sein, daß sie nicht schnell verstopfen, und zwar unter einer breiten Vielzahl von Bedingungen, die wahrscheinlich sind, während der Lebenszeit des Fahrzeugs angetroffen zu werden. Dies ist einleuchtenderweise für jedwedes Filtersystem gültig. Jedoch wird mit Bezug auf Fahrzeuge das Problem durch die Tatsache verschärft, daß das Fahrzeug sich von Umgebung zu Umgebung bewegt und so davon erwartet werden kann, eine breite Vielzahl von Bedingungen anzutreffen. Eine "flexible" Anordnung wird zumindest teilweise bevorzugt, so daß ein Aufbau von Filtern in einer relativ breiten Vielzahl von Anwendungen in Benutzung gesetzt werden kann.
Betrachte wieder den Papierfilter und die gefalteten Filteranordnungen, die oben beschrieben sind. Filterpapier (gefaltetes oder anderes) schafft einen exzellenten Filter für Gasströme mit meistens relativ kleinen Teilchengrößen, da Filterpapier mit sehr niedriger Porosität hergestellt werden kann. Jedoch wird, sollte der durch das Filter tretende Gasstrom ursprünglich so sein, einen erheblichen Prozentsatz von Teilchen oberhalb der Submikrometergröße oder eine relativ große Populationsdichte der Submikrometerteilchen darin zu enthalten (oder sich ändern, zu enthalten), der Papierfilter relativ schnell verstopfen, d.h. seine Lebenszeit durch Aufbau des Filterkuchens und die Erzeugung des begrenzenden Differentials erreichen. So würde von einem gegebenen Filterpapier nicht erwartet werden, ein sehr effektives System zum Luftfiltern unter einer breiten Vielzahl von Anwendungen zu sein, insbesondere mit der Erwartung einer relativ langen Lebenszeit. Zusätzlich schaffen, wie oben erklärt, Papierfilteranordnungen im allgemeinen keinen guten Schutz im Fall des Versagens. Das heißt, selbst ein unbedeutendes Reißen oder Zerreißen kann ein nahezu vollständiges Systemversagen zur Folge haben.
In vielen Anwendungen ist ein alternativer Filtertypus, der im allgemeinen als ein "Tiefe"-Filter bezeichnet wird, verfügbar. Ein typischer Tiefefilter ist eine dicke Schicht oder ein dickes Gewebe von fibrösem Material, daß als das "Tiefemedium" bezeichnet wird. Das Tiefemedium wird im allgemeinen im Ausdruck seiner Porosität, Dichte oder dem Prozentsatz Feststoffgehalt definiert. Typischerweise wird es im Ausdruck seines Feststoffgehalts pro Einheitsvolumen definiert, zum Beispiel wäre ein Medium mit einer Festigkeit von 2 bis 3 % eine Tiefemediummatte von Fasern, die derart angeordnet ist, daß näherungsweise 2 - 3 % des Gesamtvolumens das fibröse Material (die Feststoffe) umfassen, wobei der Rest Luft oder Gasraum ist. Ein anderer nützlicher Parameter zum definieren von Tiefemedien ist der Faserdurchmesser. Wenn die Prozentsatz-Festigkeit konstantgehalten wird, aber der Faserdurchmesser verringert wird, nimmt die Porengröße ab; d.h. der Filter wird kleinere Teilchen effektiver einfangen.
Ein typisches Tiefemediumfilter ist ein Tiefemedium mit relativ konstanter (oder gleichförmiger) Dichte, z.B. ein System, in welchem die Festigkeit des Tiefemediums im wesentlichen durch seine Dicke hindurch konstant bleibt. Mit "im wesentlichen konstant" in diesem Zusammenhang wird gemeint, daß nur relativ unbedeutende Fluktuationen der Dichte, wenn überhaupt, durch die Tiefe des Mediums hindurch gefunden werden. Derartige Fluktuationen können z.B. aus einer geringfügigen Kompression einer äußeren Oberfläche, die in Eingriff mit einem Container, in welchem der Filter positioniert wird, gebracht wird, resultieren. Ein Problem bei Tiefemedium- Systemen mit konstanter oder gleichföriniger Festigkeit ist, daß sie nicht ohne weiteres zum effizienten Filtern unter Umständen angepaßt sind, unter welchen es wahrscheinlich ist, daß Luft oder Gasfluß mit verschiedenen Populationen an Teilchengrößen angetroffen wird. Wenn die Prozentfestigkeit des Tiefemediums genügend hoch ist, werden relativ große Teilchen dazu neigen, sich in nur den äußersten oder am weitesten stromaufwärts angeordneten Teilen des Mediums zu sammeln, was zu einer ineffizienten Verwendung der Gesamtmediumtiefe führt. Das heißt, unter derartigen Umständen neigen Teilchen von Feststoffen (insbesondere größere) dazu, auf dem Vorderende oder stromaufwärts angeordneten Ende des Mediums zu "lasten" und dringen nicht sehr tief ein. Dies führt zu verfrühter Verstopfung oder einer kurzen Lebenszeit. Mit "verfrüht" in diesem Zusammenhang wird gemeint, daß, obwohl das Tiefemediumvolumen für eine viel größere "Ladung" an Feststoffen groß genug ist, Verstopfung resultierte, weil die Last stark in Richtung auf das Vorderende beeinflußt war und Blokkierung (und Druckdifferentialerhöhung) zur Folge hat.
Wenn auf der anderen Seite ein Tiefemedium mit relativ niedriger Dichte verwendet wird, wird ein größerer Prozentsatz seines Volumens dazu neigen, mit der Zeit mit größeren Teilchen beladen oder gefüllt zu werden. Dies kann zum Beispiel durch Umverteilung auftreten, wenn Teilchenagglomerate, die anfänglich in stromaufwärts angeordneten Bereichen gebildet sind, aufbrechen und sich einwärts umverteilen. So wäre zur "Lebenszeit" oder beim "begrenzenden Druckdifferential" die Last gleichmäßiger durch die Mediumtiefe verteilt (obwohl völlig gleichförmige Verteilung unwahrscheinlich ist). Jedoch wäre wahrscheinlich, daß relativ kleine Teilchen vollständig durch ein derartiges System getreten wären.
Aus der Beschreibung wird es ersichtlich sein, daß Tiefemedien mit konstanter Dichte nicht besonders gut für Umstände geeignet sind, unter welchen entweder: die Population der Teilchengrößen innerhalb des Luftflusses sich über einen relativ breiten Bereich erstreckt; und/oder der Luftfilter wahrscheinlich eine Vielzahl von Luftströmen (Bedingungen) antrifft, die darin eine Vielzahl von Teilchengrößenverteilungen präsentieren.
Tiefemedium mit sehr niedriger Dichte von der Größenordnung von ungefähr 1 - 3 % und typischer 1 - 2 % Festigkeit wird manchmal als ein "hochspeicherfähiges" Medium bezeichnet. Ein derartiges Medium ist als Filtermedium in HVAC-Filtern (Wärme, Belüftung, Luftklimatisierung) verwendet worden.
Der Ausdruck "Last" und Varianten davon, wie oben verwendet und wie hierauf Bezug genommen, bezieht sich auf den Ort des Eintrags oder Einfangens von Teilchen durch das Tiefemediumfilter.
Wie oben erklärt, wird, wenn die Dichte (d.h. die Prozentfestigkeit) des Tiefemediums erhöht wird, unter konstanten Lastbedingungen der Filter nach der Verwendung dazu neigen, eine größere Last in Richtung auf die stromaufwärts angeordnete Seite zu umfassen. Sollten die Lastbedingungen Luft mit einer Vielzahl von Teilchengrößen darin umfassen, oder sollte der Filter unter einer Vielzahl von Nutzungsbedingungen arbeiten müssen, ist in der Vergangenheit kein Einzeldichtetiefefilter als ein Filter effektiv gewesen. Das heißt, für irgendein Tiefemediumfilter mit gegebenem Festigkeitsprozentsatz wird das Lastmuster abhängig von der Teilchengrößenverteilung innerhalb des zu filternden Luft- oder Gasstromes differieren. So könnte, während die Filtertiefe für eine speziele Teilchengröße optimiert wäre, sie nicht für den Betrieb unter einer Vielzahl von Bedingungen oder mit Gas mit einer Vielzahl von Teilchengrößen darin hinreichend sein. Was benötigt worden ist, ist ein Filtersystem, das für die relativ effiziente Ladung und eine relativ lange Zeit der effektiven Verwendung angepaßt worden ist, und zwar unter einer Vielzahl von Umständen. Was insbesondere benötigt worden ist, ist ein Filter, welcher in der Verwendung Varianzen der Teilchengrößenverteilungen und der dort hindurch tretenden Gasströme gut tolerieren kann; und welcher ohne weiteres auf eine Vielzahl von Arbeitssystemen angewendet werden kann.
Verbesserungen über die Verwendung von Tiefemedien mit konstanter Dichte können durch die Entwicklung eines Gradienten-Tiefemedium-Filtersystems erhalten werden; das heißt, ein System, in welchem das Tiefemedium anstelle von Filterpapier verwendet wird, aber das Tiefemedium nicht mit einer konstanten Fähigkeit, Feststoffe ganz hindurch einzufangen, vorgesehen ist. Ein derartiges bevorzugtes System bezieht das Tiefemedium ein, worin die Fähigkeit, Teilchen (insbesondere kleinere) einzufangen, sich im allgemeinen von einer stromaufwärts angeordneten Seite in Richtung auf eine stromabwärts angeordnete Seite erhöht. In typischen Anwendungen wird die Fähigkeit, Teilchen einzufangen, erhöht, indem ein Gradient ansteigender Dichte (Prozentfestigkeit) geschaffen wird. Sie kann auch durch abnehmende Fasergröße mit der Tiefe erreicht werden, oder einer Kombination der zwei Techniken. Mit "Zunahme" der "Fähigkeit, Teilchen einzufangen" wird in diesem Zusammenhang nicht gemeint, daß die inneren Schichten notwendigerweise mehr Teilchen sammeln, und zwar im Aufbau. Es wird nur gemeint, daß, wenn zwei Schichten separat getestet würden, auf das Aussetzen von Testströmen an Staub die äußerste Schicht der zwei im allgemeinen weniger an Propensität pro Einheitsvolumen zeigen würde, einzufangen oder zu beladen, als die innere Schicht. Auf andere Weise ausgedrückt ist die innerste der zwei Schichten, die verglichen werden, dazu aufgebaut und angeordnet, effektiver kleinere Teilchen einzufangen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine bevorzugte Gradientendichtetiefemediumanordnung stromaufwärts eines zugehörigen gefalteten Papierfilters geschaffen. Vorzugsweise umfaßt das Gradientdichtemedium zumindest vier Bereiche unterschiedlicher Festigkeit, die mit einem äußersten oder am weitesten stromaufwärts angeordneten Bereich von ungefähr 1 bis 2 % Festigkeit beginnt und bis zu einer höchsten Festigkeit von zumindest ungefähr 3 bis 10 % ansteigt. Insbesondere bevorzugt umfaßt die Anordnung zumindest 5 bis 10 Schichten. Vorzugsweise ist die Anordnung derart aufgebaut, daß keine Schicht mehr als ungefähr 60 % der Feststoffe, die auf den Filteraufbau oder das System "laden", beim Gebrauch sammelt oder lädt.
In bevorzugten Anordnungen wird nicht mehr als ungefähr eine 30% bis 50%-Änderung in der Dichte vorgesehen, und zwar zwischen irgendwelchen zwei benachbarten Schritten oder Schichten. Auch umfaßt vorzugsweise außer der äußersten Stufe, d.h. der Stufe mit niedrigster Festigkeit, keine Stufe oder kein Bereich mehr als ungefähr 25 % des Gesamtvolumens des Tiefemediums. Dies soll nicht bedeuten, vorzugschlagen, daß die äußerste Stufe notwendigerweise mehr als 25 % des Tiefemediumvolumens in der Tat umfaßt, sondern nur, daß sie es kann.
In den bevorzugtesten Anordnungen, die als ein Fahrzeugfilter verwendbar sind, wird eine zylindrische Anordnung geschaffen, welche ein System mit fünf bis sechs Schichten (von Tiefemedien) verwendet, die um einen zentralen, gefalteten Papierfilterkern orientiert sind. Die Schichten des Tiefemediums sind mit einem Gradienten bezüglich der Dichte von einem am weitesten stromaufwärts angeordneten Bereich von ungefähr 1 bis 2 % Festigkeit, der in der Dichte zu einer obersten Dichte für die innersten Schichten von ungefähr 5 bis 10 %, insbesondere bevorzugt 5 bis 7 % ansteigt, ausgerichtet. Eine bevorzugte derartige Anordnung wird hierin unten detailliert beschrieben.
Gradientendichtenanordnungen, wie jene, die vorhergehend beschrieben worden sind, sind ziemlich nützlich, insbesondere bei Anwendungen mit spezifischem Zweck. Zum Beispiel können sie für Fernverkehr-Lastkraftwagen oder Busse verwendet werden, z.B. primär für Umstände auf der Straße.
Gradientendichteanordnungen sind jedoch in der Anwendung etwas beschränkt. Sie sind nicht extrem flexibel, da der Gradient im allgemeinen entwickelt ist, um an einen Luftflußstrom mit einer speziellen (vorhergesagten) Teilchengrößenverteilung oder einem Bereich von Teilchengrößenverteilungen darin angepaßt zu sein. Wenn sich die Bedingungen des Gebrauchs des Fahrzeugs beträchtlich ändern, kann das Gradientensystem nicht auf geeignete Weise berechnet sein, um die Last zu behandeln, und kann vorzeitig verstopfen. So kann z.B. eine Gradientendichtenanordnung, die für den Fernverkehr-Gebrauch verwendet worden ist, nicht angemessen sein, sollte das Fahrzeug abseits der Straße oder zu einem erheblichen Ausmaß auf unbefestigten Straßen verwendet werden. Bestimmte bevorzugte Aufbauten von Filteranordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind mit Bezug darauf flexibler, wie unten erklärt wird.
Daher wird gemäß den Prinzipien, die hierin beschrieben sind, ein Filteraufbau geschaffen, welcher eine Seite stromaufwärts und eine Seite stromabwärts aufweist, wobei der Filteraufbau für den Luftfluß dort hindurch von der Seite stromaufwärts zu der Seite stromabwärts angeordnet ist, um Teilchen daraus zu sammeln. Der Filteraufbau umfaßt: eine Papierfilteranordnung, die im wesentlichen benachbart zu der Seite stromabwärts des Filteraufbaus orientiert ist; und eine Tiefemediumfilteranordnung, die stromaufwärts der Papierfilteranordnung orientiert ist. Die Tiefemediumanordnung umfaßt vorzugsweise zumindest vier Schichten des Tiefemediums, wovon jede eine unterschiedliche Prozentfestigkeit von zumindest drei anderen Schichten des Tiefemediums innerhalb der Tiefemediumfilteranordnung aufweist; wobei die zumindest vier Schichten des Tiefemediums eine am weitesten stromaufwärts angeordneten Schicht des Tiefemediums umfassen. Die Schichten des Tiefemediums innerhalb einer Anordnung sollten in Stufen anordnet sein, die in Progression stromabwärts orientiert sind. Keine der Schichten des Tiefemediums außer fakultativ der am weitesten stromaufwärts angeordneten Schicht des Tiefemediums umfaßt vorzugsweise mehr als ungefähr 25 % des Volumens des Tiefemediums in der Tiefemediumfilteranordnung. Vorzugsweise umfaßt die am weitesten stromaufwärts angeordnete Schicht des Tiefemediums nicht mehr als und vorzugsweise nicht weniger als 50 Volumen-% des Tiefemediums in der Tiefemediumfilteranordnung. Auch ist die am weitesten stromaufwärts angeordnete Schicht des Tiefemediums vorzugsweise ein Tiefemedium mit großer Speicherfähigkeit mit einer Prozentfestigkeit von nicht größer als ungefähr 3 % und vorzugsweise 1 - 2 %; und vorzugsweise weisen zumindest drei nächste Schichten des Tiefemediums stromabwärts von der am weitesten stromaufwärts angeordneten Schicht des Tiefemediums jede eine größere Prozentfestigkeit als eine nächste stromaufwärts angeordnete Schicht des Tiefemediums auf; und vorzugsweise weist jede eine Prozentfestigkeit nicht mehr als ungefähr 50 % größer, vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 30 % größer als eine nächste stromaufwärts angeordnete Schicht auf.
Die Prinzipien dieser Erfindung wurden zumindest teilweise entwickelt, um eine Filteranordnung mit verlängerter Lebenszeit oder relativ langer Lebenszeit zu schaffen. Im allgemeinen hat eine Filteranordnung ihre Lebenszeit erreicht, wenn ein begrenzender Druckabfall über das Filtermedium erreicht wird. Während der Verwendung widersetzt sich, wenn teilchenförmiges Material sich auf dem Filter ablädt, der Filter zunehmend dem Gasfluß darüber. Das heißt, der Druckabfall über dem Filter neigt dazu, anzusteigen. Für irgendeine spezifische Anwendung wird der "begrenzende" Druckabfall der Punkt sein, an welchem der Filter ausgewechselt werden muß oder sollte. Zum Beispiel wird, wenn der Filter als ein Luftfilter für eine Einlaßsammelleitung eines Lastkraftwagens verwendet wird, ein Druckabfall von ungefähr 4,9 - 7,5 kPa (20 bis 30 Zoll Wasser) typischerweise der begrenzende Druckabfall sein. Für ein Fahrzeug werden 4,9 - 6,2 kPa (20 bis 25 Zoll Wasser) der begrenzende Druckabfall sein. In industriellen Belüftungssystemen beträgt der begrenzende Druckabfall typischerweise ungefähr 0,75 kPa (3 Zoll Wasser); und für Gasturbinen wird der begrenzende Druckabfall typischerweise 1,2 kPa (5 Zoll Wasser) betragen. In einigen Industrien oder Anwendungen werden die begrenzenden Druckabfälle in Spezifikationen festgesetzt, die auf das System anwendbar sind, oder durch regulatorische Steuerung. Die obigen Zahlen werden nur berichtet, um Beispiele zu schaffen.
Oben wurden bestimmte bevorzugte Systeme gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, welche einen Gradienten des Tiefemediums in einer bevorzugten Weise verwenden. In diesem Abschnitt werden bevorzugte Filteranordnungen, die verwendbar sind, um eine noch größere Flexibilität in verbesserter. Lebenszeit des Betriebs zu erreichen, beschrieben werden. Während diese Anordnungen etwas der Technologie der Gradientenanordnungen darin verwenden, unterscheiden sie sich substantiell aus Gründen, die unten nachfolgend angedeutet sind. Als eine Folge der Differenzen sind sie im allgemeinen "flexibler"; z.B. arbeiten sie im allgemeinen gut über einen breiteren Bereich an Bedingungen oder sie können ohne weiteres für die Verwendungen der Anordnungen von speziellem Aufbau angepaßt sein. In vielen Fällen werden sie auch einfacher und/oder weniger teuer aufzubauen sein.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Filter geschaffen mit einem stromaufwärts angeordneten Bereich aus Tiefemedium mit im wesentlichen konstanter oder gleichförmiger Dichte mit einer Prozentfestigkeit nicht größer als ungefähr 3 % und vorzugsweise 1 - 2 %; und einem stromabwärts angeordneten Bereich des Gradientedichtetiefemediums. Für die Anordnung wird vorzugsweise der Bereich des Tiefemediums mit konstanter Dichte für die operative Beladung von zumindest ungefähr 65 % an Gewicht (und vorzugsweise zumindest 85 %) der zurückgehaltenen Feststoffe innerhalb des Filteraufbaus darin aufgebaut und angeordnet. Der Ausdruck "zurückgehaltene Feststoffe" in diesem Zusammenhang ist beabsichtigt, sich auf die Feststoffe zu beziehen, die während des Betriebs in den Filter geladen werden. Der Ausdruck "operative Belastung" soll bedeuten, sich auf die Beladung an Feststoffen (d.h. das Zurückhalten von Feststoffen in dem Filteraufbau als eine Folge des Aktes des Filterns von Gasen, wie Luft) zu beziehen. Der Ausdruck ist nicht beabsichtigt, innerhalb seiner Bedeutung teilchenförmiges Material zu umfassen, welches vollständig durch den Filteraufbau tritt.
Der Bereich des Gradientendichtetiefemediums ist vorzugsweise für die operative Belastung darin von zumindest 50 Gewichts-% der zurückgehaltenen Feststoffen, die innerhalb des stromaufwärts angeordneten Bereichs nicht zurückgehalten werden, welche aber innerhalb des Filteraufbaus während der Verwendung zurückgehalten werden, aufgebaut und angeordnet.
In bevorzugten Aufbauten ist die Filteranordnung derart aufgebaut und angeordnet, daß das Verhältnis der operativ zurückgehaltenen Feststoffe in dem stromaufwärts angeordneten Bereich des Tiefemediums mit im wesentlichen konstanter Dichte zu den operativ zurückgehalte nen Feststoffen in dem stromabwärts angeordneten Bereich des Tiefemediums mit Gradientendichte zumindest ungefähr 2/1, bevorzugterweise zumindest 5/1 und insbesondere bevorzugt 8/1 beträgt.
In bestimmten bevorzugten Anwendungen wird eine äußere Ausfütterung benachbart einer stromaufwärts angeordneten Seite des Bereichs des Tiefemediums konstanter Dichte orientiert und werden Mittel zum Befestigen der stromaufwärts angeordneten Seite des Bereichs des Tiefemediums konstanter Dichte an der äußeren Ausfütterung vorgesehen. Dies kann beim Gebrauch den Kollaps, d.h. das Zusammenfallen, des Tiefemediums mit konstanter Dichte von geringer Festigkeit in dem stromaufwärts angeordneten Bereich verhindern. Daraus wird, wie erklärt, Vorteil erhalten.
Die Anordnung kann in einer Vielzahl von geometrischen Konfigurationen geschaffen werden, einschließlich: einer zylindrischen Anordnung mit kreisförmigem Querschnitt; einer zylindrischen Anordnung mit ovalem Querschnitt; und einem flachen Aufbau, worin die Luft von einer Seite zu einer anderen durchtritt. Eine auf spezielle Weise vorteilhafte Anordnung für bestimmte Anwendungen ist eine Anordnung mit einem ovalen Querschnitt, worin der Bereich des Gradientendichtetiefemediums von kreisförmigem Querschnitt ist, aber der Bereich des Tiefemediums mit konstanter Dichte mit einem ovalen Querschnitt vorgesehen wird. Eine vorteilhafte derartige Anordnung wird hierin dargestellt.
Ein "Polier-" Filter wird stromabwärts des Bereichs des Gradientendichtetiefemediums vorgesehen. Vorzugsweise ist der "Polier-" Filter eine zellulosische Faser oder ein Papierfilter und in einem bevorzugten Aufbau wird ein zylindrisches geriffeltes Papierelement verwendet.
Bevorzugte Aufbauten gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können auch definiert werden mit Bezug auf: das relative Volumen des Bereichs des Tiefemediums mit konstanter Dichte zu dem Bereich des Gradientendichtetiefemediums und dem absoluten Volumen (oder der Dicke) des Bereichs des Tiefemediums konstanter Dichte und/oder des Bereichs des Gradientendichtetiefemediums. Spezifikationen mit Bezug darauf werden in den detaillierten Beschreibungen hierin unten geschaffen.
Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Filterauf bau mit einem stromaufwärts angeordneten Bereich des Tiefemediums mit im wesentlichen konstanter Dichte vorzugsweise mit einer Prozentfestigkeit von nicht größer als ungefähr 3 % (vorzugsweise 1 - 2 %) geschaffen; und einen stromabwärts angeordneten Bereich des Gradientendichtetiefemediums. Für eine derartige Anordnung wird vorzugsweise der Bereich des konstanten Dichtetiefemediums für die operative Beladung von zumindest 65 Gewichts-% der in dem Filteraufbau zurückgehaltenen Feststoffe darin aufgebaut und angeordnet; und der Bereich des Gradientendichtetiefemediums wird für die operative Belastung darin von zumindest 50 Gewichts-% der zurückgehaltenen Feststoffe, die innerhalb des stromaufwärts angeordneten Bereichs nicht zurückgehalten werden, welche aber innerhalb des Filteraufbaus während des Gebrauchs zurückgehalten werden, aufgebaut und angeordnet. Bevorzugte Aufbauten gemäß der obigen Beschreibung werden derart aufgebaut und angeordnet, daß das Gewichtsverhältnis der operativ zurückgehaltenen Feststoffe in dem Bereich des Tiefemediums mit konstanter Dichte relativ zu dem Bereich eines Gradientendichtetiefemediums zumindest 2/1, bevorzugterweise 5/1 und insbesondere bevorzugt zumindest 8/1 beträgt.
Eine Papierfilteranordnung wird benachbart einer stromabwärts angeordneten Seite des Bereichs des Gradientendichtetiefemediums orientiert; und der Filteraufbau umfaßt eine Ausfütterung stromaufwärts und eine Ausfütterung stromabwärts, und zwar mit ausgewählten Bereichen des Filtermediums, die dazwischen orientiert sind. In bestimmten Aufbauten kann ein Bereich des Tiefemediums mit konstanter Dichte vorzugsweise außerhalb einer Ausfütterung stromaufwärts orientiert sein, z.B stromaufwärts einer stromaufwärts angeordneten Ausfütterung, und zwar für Vorteile, die hierin beschrieben werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden auch bevorzugte Verfahren zum Filtern von teilchenförmigem Material aus einem Gasstrom, wie Luftströmen geschaffen. Die Verfahren beziehen sich im allgemeinen auf das Schaffen von Filteranordnungen (oder verwenden Prinzipien), wie sie hierin beschrieben sind, in einer Weise, um die bevorzugte Belastung an Feststoffen zu erhalten, welche zum Beispiel für die Ausführungsbeispiele, die einen Bereich eines Tiefemediums konstanter Dichte verwenden, ein bevorzugtes Verhältnis des Eintrags von Feststoffen in das Tiefemedium konstanter Dichte gegen das Gradientendichtetiefemedium zur Folge haben. Für bevorzugte Anwendungen wird, wie angedeutet, das Verfahren derart durchgeführt, daß es zumindest ein ungefähr 2/1, besonders bevorzugt zumindest 5/1 und insbesondere bevorzugt zumindest 8/1 -Verhältnis an Feststoffen gibt, die in dem Bereich stromaufwärts des Tiefemediums mit konstanter Dichte relativ zu dem stromabwärts angeordneten Bereich des Gradientendichtetiefemediums eingetragen werden.
Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein bevorzugtes Verfahren zum Filtern teilchenförmigen Materials aus einem Gasstrom geschaffen. Das Verfahren umfaßt im allgemeinen die folgenden Schritte: (1) einen Schritt des Sammelns von zumindest 65 Gewichts-% der gesamten Teilchen, die aus dem Gasstrom in dem Verfahren gesammelt werden, und zwar in einem Tiefemedium mit konstanter Dichte mit einer Prozentfestigkeit nicht größer als ungefähr 3 % und vorzugsweise nicht größer als ungefähr 1 - 2 %; (2) einem Nachfolge- oder stromabwärtigen Schritt, daß zumindest 50 Gewichts-% der Gesamtteilchen, die aus dem Gasstrom gesammelt werden, aber nicht während des Schrittes des Sammelns in dem Tiefemedium mit konstanter Dichte gesammelt wurden, in einem Gradientendichtetiefemedium gesammelt werden; und (3) einem Schritt des Sammelns des Restes der gesamten gesammelten Teilchen in dem Gasstrom mit einem Papierfilter, wobei der Schritt des Sammelns mit einem Papierfilter nach dem Schritt des Sammelns mit einem Gradientendichtetiefemedium durchgeführt wird. Bevorzugte Anwendungen der hierin beschriebenen Verfahren werden aus Beschreibungen hierin von bevorzugten Aufbauten für die Verwendung im Bewirken der Staubsammlung ersichtlich sein.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Luftfilteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Seitendraufsicht der Anordnung, die in Fig. 1 gezeigt ist, dargestellt in einer Umgebung, die einen Luftfilteraufbau für ein Fahrzeug umfaßt; in Fig. 2 sind Teile weggebrochen, um ein internes Detail zu veranschaulichen.
Fig. 3 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht, die allgemein längs Linie 3-3, Fig. 2 genommen ist.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführung einer Luftfilteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 4 ein Element darstellt, das etwas ähnlich zu jenem, welches in Fig. 1 gezeigt ist, abgebildet ist.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Filterelementes aus der Anordnung, die in Fig. 4 dargestellt ist.
Fig. 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die im allgemeinen längs Linie 6-6, Fig. 5 genommen ist.
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer Luftfilteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung und wird in einem der berichteten Beispiele verwendet.
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht, die eine Gradientendichteluftfilteranordnung repräsentiert.
Fig. 9 ist eine fragmentarische, schematische Querschnittsansicht eines Teils der Anordnung, die in Fig. 2 gezeigt ist, und zwar mit weniger Details für ein klareres Verständnis bestimmter Prinzipien dargestellt.
Fig. 10 ist eine Sicht analog zu Fig. 3 einer alternativen Ausführung.
Fig. 11 ist eine Ansicht analog zu den Fig. 4 und 11 einer Gradientendichteanordnung.
Wie erforderlich, wird die folgende detaillierte Beschreibung vorgesehen, um ein Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung und ihrer Anwendung zu vereinfachen. Die Erfindung, wie hierin dargestellt und in den erwähnten Zeichnungen gezeigt, wird in spezifischen exemplarischen Beispielausführungen dargestellt. Es wird bemerkt werden, daß die Prinzipien der Erfindung in einer Vielzahl von Zusammenhängen und in einer Vielzahl von spezifischen Ausführungsbeispielen verwendet werden können. In den Zeichnungen können die relativen Materialdicken und Komponentengrößen übertrieben gezeigt sein, um das Verständnis zu vereinfachen.
Die vorliegende Erfindung wird im allgemeinen in einer spezifischen Anwendung als ein Fahrzeugmotorluftfilter beschrieben werden. Filteranordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung können in einer Vielzahl von Systemen, einschließlich nicht nur als Motorfilter für sich bewegende Fahrzeuge, sondern als Motorfilter für andere Zwecke und allgemein als Luft- oder Gasfilter verwendet werden. Der Ausdruck "Gas", wie hierin verwendet, wird im allgemeinen dazu beabsichtigt sein, sich auf Luftströme, genauso wie auf andere gasförmige Ströme zu beziehen.
Die Bezugszahl 1, Fig. 1, bezeichnet im allgemeinen eine Gas- (Luft-) Filteranordnung für ein Fahrzeug oder dergleichen, die einen Filteraufbau 2 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einbezieht. Es ist der Filteraufbau 2, welcher eine Entfernung von teilchenförmigem Material in Luft, die durch die Luftfilteranordnung 1 fließt, zur Folge hat.
In Fig. 1 ist der Filteraufbau 2 gezeigt, innerhalb eines im allgemeinen zylindrischen Gehäuses positioniert zu sein, das phantomartig bei 5 veranschaulicht ist. Das Gehäuse 5 umfaßt einen Einlaß 6 und einen zentralen Auslaß 7. Durch den Filteraufbau 2 zu filternde Luft tritt: (a) in das Gehäuse 5 durch den Einlaß 6 hinein; (b) durch den Filteraufbau 2; und (c) auswärts aus der Anordnung durch Auslaß 7. Die Anordnung 1 ist eine zylindrische Anordnung, wobei ein zylindrischer Filteraufbau 2 verwendet wird. Derartige Systeme, außer bezüglich des spezifischen Filteraufbaus 2, die hierin beschrieben werden, sind wohlbekannt und werden in weitem Maß verwendet. Eine Vielzahl von Techniken zum Steuern des Luftflusses, um geeignete Filterung innerhalb von Anordnungen, wie jener, die in Fig. 1 gezeigt ist, zu erhalten, sind auch wohlbekannt. Zusätzlich ist eine große Vielzahl von Dichtsystemen für die Anbringung derartiger Systeme an Ausrüstung zum Gebrauch entwikkelt worden.
Eine spezifische Anordung 10 wird in Fig. 2 veranschaulicht. Außer hinsichtlich von Merkmalen, die sich auf den Filteraufbau der vorliegenden Erfindung beziehen, ist die Anordnung 10 von Fig. 2 im allgemeinen wie in der US-A-4 720 292 beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme eingegliedert wird. Die US-A-4 720 292 gehört dem Zessionär der vorliegenden Erfindung.
Die Anordnung 10, Fig. 2, umfaßt im allgemeinen ein Gehäuse 12 mit einem Lufteinlaß 13 und einem Auslaß 14. Das Gehäuse 12 umfaßt ein Ende 15, das durch die Abdekkung 16 eingeschlossen wird. Die Abdeckung 16, die vermittels von Bolzen 17 befestigt ist, kann ohne weiteres für den Zugang zu dem intern aufgenommenen Filteraufbau 20 entfernt werden. So kann zum Beispiel, wenn die Anordnung 10 einmal hinreichend lange genug betrieben worden ist, um das begrenzende Druckdifferential, d.h. seine Lebenszeit zu erreichen, die Abdeckung 16 geöffnet werden, um Zugang zu Anordnung 20 zu erhalten, und zwar zum Wechseln derselben oder zum Reinigen (was auch immer bevorzugt wird).
Die Anordnung 10 umfaßt einen Auslaßkragen 25, der innerhalb des Gehäuseauslaßes 14 empfangen wird. Eine radiale Dichtung bei 26 sorgt für die effektive Dichtung, um sicherzustellen, daß Luft, die in das Gehäuse 12 hineintritt, durch den Filteraufbau 20 treten muß, bevor sie aus dem Gehäuse 10 längs des Weges der Pfeile 27 entweicht. Radiale Dichtungen, wie die Dichtung 26 sind im allgemeinen der Gegenstand der US-A-4 720 292, auf das oben Bezug genommen wurde. In Fig. 2 wird eine derartige Anordnung bloß dargestellt, um anzudeuten, daß ein Filteraufbau wie Aufbau 20 gemäß der vorliegenden Erfindung für die Verwendung mit bevorzugten Radialdichtungsanordnungen angepaßt sein kann, falls gewünscht. Sie können auch in Axialdichtungsanordnungen verwendet werden.
Noch Bezug nehmend auf Fig. 2, wird es ersichtlich sein, daß das Gehäuse 12 und der Einlaß 13 bezüglich der Größe angepaßt sind, so daß ein ringförmiger Raum 30 zwischen einer äußeren Gehäusewand 31 und einer äußeren Wand 35 des Filteraufbaus 20 gebildet wird. Vorzugsweise erstreckt sich der ringförmige Raum 30 vollständig um den Filteraufbau 20 (Fig. 3), um für relativ gleichmäßige Luftflußverteilung längs der zylindrischen äußeren Wand 35 des Aufbaus 20 zu sorgen. Dies wird die relativ gleichmäßige Ladung des teilchenförmigen Materials über das Umfangsausmaß der Anordnung 20 vereinfachen. Der Effekt ist eine relativ lange Lebenszeit.
Noch Bezug nehmend auf Fig. 2, ist die Anordnung 10 und insbesondere der Filteraufbau 20 von einem zylindrischen Typus. Das heißt, die Anordnung 20 legt eine interne zylindrische Bohrung oder einen internen zylindrischen Bereich 40 fest, in Richtung auf welchen zu filternde Luft (Gas) durchgeführt wird, zum Beispiel längs des Wegs, der durch die Pfeile 41 bezeichnet wird. Im Durchtreten aus Bereich 30 zur Bohrung 40 muß dann die Luft durch den Filteraufbau 20 treten. Teilchenförmiges Material wird im allgemeinen innerhalb des Filteraufbaus 20 eingeschlossen werden; so wird Luft, die auswärts aus Bohrung 40 längs des Weges, der durch Pfeile 27 angedeutet ist, tritt, gefiltert worden sein.
Der bevorzugte Filteraufbau 20, wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 veranschaulicht und gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, umfaßt die folgenden Komponenten: eine äußere Ausfütterung 50; einen Stufe-1-Bereich (bei 51) aus Tiefemedium, einen Stufe-2-Bereich (bei 52) aus Tiefemedium; einen Stufe-3-Bereich (bei 53) mit einem gefalteten zylindrischen Papierfilter; und eine internen Ausfütterung 54. Diese Anordnung führt zu erheblichem Vorteil insbesondere mit Bezug auf die Ladung und die Lebenszeit, wie hierin unten erklärt.
Die äußerste oder am weitesten stromaufwärts angeordnete Zone oder Stufe 51 umfaßt eine Staubspeicher- oder ladungszone. Vorzugsweise ist der Filteraufbau 20 so aufgebaut, daß beim normalen Gebrauch und vor oder zum Ende der nützlichen Filterelementlebenszeit zumindest 65 % und insbesondere bevorzugt zumindest 85 Gewichts-% aller Feststoffe, die auf den Filteraufbau 20 "geladen" werden, innerhalb dieser Stufe (51) "geladen", d.h. enthalten oder zurückgehalten werden. Damit dies erhalten werden kann, und zwar unter einer relativ breiten Vielzahl von Verwendungsbedingungen, umfaßt Stufe 1 vorzugsweise ein Tiefemedium 55 mit niedriger Festigkeit oder hoher Speicherfähigkeit. Das heißt, vorzugsweise weist Stufe 1 bei 51 eine Festigkeit von ungefähr 1 - 3 %, insbesondere bevorzugt weniger als ungefähr 2 % auf. Auch ist vorzugsweise das Tiefemedium 55, das in der Staubladungs- oder äußersten Zone von Stufe 1, bei 51 verwendet wird, von einer im wesentlichen konstanten Festigkeit durch seine Tiefe hindurch, und wird als solches durch seinen Gebrauch hindurch aufrechterhalten, d.h. wird nicht beim Gebrauch im wesentlichen kollabiert, d.h zusammenfallen gelassen. Mit "im wesentlichen konstant" wird in diesem Zusammenhang gemeint, daß es vorzugsweise innerhalb von Stufe 1 nicht mehr als ungefähr eine 20 %-Variation der Dichte des Tiefemediums 55 durch seine Tiefenausdehnung innerhalb des Aufbaus 20 hindurch gibt. Insbesondere bevorzugt gibt es weniger als 10 % Variation und die Variation, welche auftritt, liegt nur längs der äußersten und innersten Ränder, wo andere Materialien (z.B. die äußere Ausfütterung 50) angetroffen werden, und einige kleinere Kompression auftreten kann.
Vorzugsweise ist das Material, das für den Gebrauch als Tiefemedium 55 ausgewählt wird, ein Netz aus Material mit Fasergrößen im Bereich von ungefähr 20 - 45 Mikrometern. Derartige Materialien können ohne weiteres aus kommerziellen Quellen erhalten werden. Ein derartiges Material ist ein 1,5%- Festigkeit- Medium mit hoher Speicherfähigkeit aus Polyesterfasern mit zwei Faserarten darin, und zwar einer mit Durchmesser von 27 - 30 Mikrometern und der andere vom Durchmesser ungefähr 39 - 43 Mikrometer, verkauft von Cumulus Fibers, Inc. aus Charlotte, North Carolina, 28208, als Produktbezeichnung 100W067.
Bezug nehmend wiederum auf Fig. 2 umfaßt wie vorhergehend angedeutet, der Filteraufbau 20 unmittelbar benachbart und stromaufwärts von Stufe 1 (bei 51 das Tiefemedium 55 umfassend) eine äußere oder stromaufwärts angeordnete Trägerauskleidung 50. Die Ausfütterung 50 wird vorzugsweise aus einem porösen, relativ starren Material hergestellt, das nicht wahrscheinlich ist, einwärts zu kollabieren, z.B. in einer stromabwärts angeordneten Richtung unter den typischen Betriebsdrücken und Bedingungen für die Anordnung 10. Vorzugsweise umfaßt die Ausfütterung 50 ein zylindrisches Stück aus Metallblech 60 mit einer Vielzahl von Poren oder Öffnungen 61 (Fig. 1) darin, was den Durchtritt von Luft dort hindurch erlaubt. In der Alternative kann ein Kunststoffmaterial, wie relativ starrer Polypropylen- oder Polyethylen- Kunststoff, verwendet werden.
Die äußerste oder am weitesten stromaufwärts angeordnete Ausfütterung 50 kann verwendet werden, um einer Vielzahl von Zwecken zu dienen. Die zwei prinzipiellen betreffen die Aufrechterhaltung der Integrität des Filteraufbaus 20 während der Handhabung und der Zusammenfügung und, falls gewünscht, die Verhinderung des Kollapses des Tiefemediums 55 in Stufe 1 bei 51 während des Betriebs (der Verwendung). Der erstere resultiert, wie verstanden werden wird, aus der Tatsache, daß die Ausfütterung 50, d.h. der Auskleidung 50, das Tiefemedium 55 einschließt, so daß, wenn der Filteraufbau 20 gehandhabt wird, das fibröse Material des Tiefemediums 55 enthalten bleibt. Der letztere betrifft ein einzigartiges Merkmal von bestimmten Versionen des Filteraufbaus 20, das aus den folgenden Beschreibungen verstanden werden wird.
Wie vorhergehend erklärt, ist vorzugsweise das Tiefemedium 55 in dem Stufe 1-Bereich bei 51 ein hochspeicherfähiges Material, d.h. ein Material mit relativ niedriger Feststoffdichte. In einigen Anwendungen kann ein derartiges Material kollabieren, wenn es mit großen Mengen relativ großer Teilchen belastet wird. Unter derartigem Kollaps wäre der Charakter der relativ hohen Speicherfähigkeit oder der niedrigen Dichte des Materials teilweise verloren, was zu weniger Effizienz von Feststoffspeicherung in dem Aufbau 20 führt. Um einer derartigen Wahrscheinlichkeit entgegenzuwirken, wird, für jene Anwendungen, für welche vorhergesehen wird, daß ein Kollaps ein Problem darstellt, das Tiefemedium 55 in Stufe 1 (bei 51) an der äußeren Ausfütterung 50 befestigt oder angeklebt. Dies kann zum Beispiel durch die Verwendung einer dünnen Schicht von stark heftenden Adhäsionsmitteln erreicht werden, z.B. wie bei 62 gezeigt. Die Schicht des Adhäsionsmittels 62 kann eine von irgendeiner einer Vielzahl von für das Erreichen des Anbringens des Tiefemediums 55 an die Auskleidung 50 geeigneten, sein, z.B. durch Berührung damit. Auf diese Weise wird die äußere Ausfütterung 50 dazu neigen, den Kollaps des Tiefemediums 55 unter Druck zu verhindern. Das heißt, die Ausfütterung 50 wird als ein stromaufwärts angeordneter Träger für das Tiefemedium 55 in Stufe 1 bei 51 wirken.
Noch Bezug nehmend auf Fig. 2, wird die Stufe 2 (bei 52) im allgemeinen hierin als eine intermediäre Zone bezeichnet. Die intermediäre Zone 52 des Filtermaterials in dem Filteraufbau 20 gemäß der vorliegenden Erfindung wird im allgemeinen aus einem Material gebildet, das hinreichend ist, um einen erheblichen Teil des verbleibenden Teilchenmaterials von einer Größe, von der beabsichtigt ist, sie durch den Filteraufbau 20 einzufangen, außer dem Material, von dem beabsichtigt ist, es innerhalb der Stufe 1, Zone 51 einzufangen, einzufangen. In einer typischen bevorzugten Anwendung ist die Stufe 2 dazu konstruiert, nicht mehr als ungefähr 6 bis 7 % der Gesamtfeststoffe, die in den Filteraufbau 20 eintreten, dort hindurch durchtreten zu lassen. In vielen bevorzugten Anwendungen kann der Bereich konstruiert werden, um beträchtlich weniger der Feststoffe dort hindurch zu lassen. Im allgemeinen ist für bevorzugte Anwendungen, in welchen das Stufe 1-Medium verwendet wird, um zumindest 85 % der Feststofflast des Filteraufbaus 20 einzufangen, Stufe 2 dazu aufgebaut und angeordnet, zumindest 50 % und vorzugsweise zumindest ungefähr 70 % des Restes zurückzuhalten (zu laden).
Vorzugsweise ist die Stufe 2-Zone bei 52 als ein Gradientendichtetiefemedium mit einem Dichtegradienten von ihrer äußersten oder am weitesten stromaufwärts angeordneten Oberfläche 65 in der Richtung ihrer inneren oder am weitesten stromabwärts angeordneten Oberfläche 66 aufgebaut. Vorzugsweise umfaßt der Bereich ein Tiefemedium mit einer geringsten Festigkeit in Richtung auf die äußere Oberfläche 65 von ungefähr 1 - 2 %; und zwar in der Dichte bis zu einer größten Dichte von zumindest ungefähr 2 - 5 % nahe seiner innersten oder am weitesten stromabwärts angeordneten Oberfläche 66 ansteigend Ein derartigen Gradient kann z.B. erhalten werden, indem multiple Schichten von Medien verschiedenen Dichte innerhalb des Bereichs 52 gewickelt werden. In der Alternative oder in Kombination könnte ein einzelnes Dichtetiefemedium in Schichten unter verschiedener Spannung (Kompression) gewickelt werden, um einen ähnlichen Effekt zu erreichen.
Eine breite Vielzahl von Materialien kann für den Gebrauch als das Tiefemedium in dem Stufe 2-Bereich bei 52 ausgewählt werden. Ein Beispiel wäre, einen Aufbau zu Verwenden, der drei Schichten mit einbezieht, wobei die innersten (oder am weitesten stromabwärts angeordneten) zwei Polyesterfasern von ungefähr 14,5 Mikrometer Durchschnittsdicke, Festigkeit ungefähr 1,5 - 1,8 % freier Zustand umfassen, wie das Produkt 8643, das von Kem-Wove, Inc., Charlotte, North Carolina 28241, erhältlich ist; die äußerste (oder am weitesten stromaufwärts angeordnete) Schicht des Materials umfaßt 119 Gramm (4,2 oz.) Polyester mit der Festigkeit (freier Zustand) von ungefähr 0,8 - 1,4 % (ebenfalls von Kem-Wove erhältlich). Die Materialien würden installiert (kollabiert), so daß die weiter stromaufwärts angeordnete Schicht der "8643"-Schichten eine Festigkeit von ungefähr 1,5 - 2,0 % aufwiesen, die nächste innere Schicht von "8643" eine Festigkeit von ungefähr 2 - 3 % aufwiese und die äußerste Schicht aus 119 Gramm (4,2 oz.)-Polyester eine Festigkeit von ungefähr 1,2 - 1,5 % aufwiese. Dies kann wieder durch geeignete Kompression jeder Schicht erreicht werden.
Der soweit ausgeführte Aufbau mit: der äußeren Ausfütterung 50, Stufe 1 bei 51, wie beschrieben; und Stufe 2 bei 52, wie beschrieben, wird im allgemeinen hinreichend sein, um für das Einfangen von im wesentlichen zumindest 90 Gewichts-% - 95 Gewichts-% allen teilchenförmigen Materials, das in notwendiger und erwünschter Weise innerhalb des Filteraufbaus 20 beim Gebrauch einzufangen oder operativ geladen werden soll, zu sorgen. Es wird vorhergesehen, daß in typischen Anwendungen es wünschenswert sein wird, einen "Polier"-Filter oder Sicherheitsfilter innerhalb oder stromabwärts von Stufe 2 vorzusehen. Eine derartige Anordnung kann verwendet werden, um den Ausflußstrom 27, Fig. 2, vor dem Einschluß darin von irgendwelchen gerissenen Fasern oder ähnlichem Material aus dem Tiefemedium 70 zu schützen und auch jedwedes teilchenförmige Material oberhalb der akzeptierbaren Entwurfsgrenzwerte für den Luftstrom 27, das seinen Weg durch Stufe 1 bei 51 und Stufe 2 bei 52 gemacht hat, einzufangen. Im allgemeinen ist ein Papierfilter 75 ein exzellentes Material für den Gebrauch als der "Polier"-Filter, angedeutet als Stufe 3 bei 53 in Fig. 2. In einer derartigen Anwendung wird es nicht wahrscheinlich sein, daß der Papierfilter 75 sich vorzeitig zusetzt oder zu einer relativ kurzen Lebenszeit für den Filteraufbau 20 führt, da er dafür verantwortlich sein wird, eine nur relativ kleine Menge teilchenförmigen Materials einzufangen, wobei der Hauptteil des teilchenförmigen Materials in dem Gasstrom in dem Tiefemedium von Stufe 1 bei 51 und Stufe 2 bei 52 eingefangen oder geladen worden sein wird. Ein Vorteil für diese Anordnung ist, daß ein Versagen des Papierfilters weniger wahrscheinlich ist, ein erhebliches Problem als für herkömmliche Systeme darzustellen, da das meiste der Feststoffe innerhalb des Tiefemediums zurückgehalten wird.
In Fig. 3, einer Querschnittsansicht eines Teils von Fig. 2, ist ein bevorzugter Aufbau für den Papierfilter 75 veranschaulicht. Vorzugsweise ist der Papierfilter 75 ein gefalteter Papierfilter 80 (Fig. 3). Das heißt, für die gezeigte Ausführungsform ist er eine zylindrische Anordnung, die aus Papier gebildet ist, das in kontinuierlichen Falten 81 (Fig. 3) organisiert ist. Für Anwendungen der vorliegenden Erfindung als ein Fahrzeugfilter, insbesondere mit der allgemeinen zylindrischen Anordnung, wie in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht organisiert, wird es antizipiert, daß der Papierfilter 75 mit Falten von ungefähr 0,63 bis 1,59 Zentimeter (1/4 bis 5/8 Zoll) Tiefe gebildet wird. Weiter wird es für derartige Anwendungen vorhergesehen, daß Papierfiltermaterial mit einer Permeabilität von ungefähr 15,2 bis 18,3 Metern pro Minute (50 - 60 Fuß pro Minute) (nach ASTM D737-75 Test Standard) für den Papierfilter 75 bevorzugt werden wird. Eine Vielzahl derartiger Materialien ist bekannt, einschließlich harzimprägnierter zellulosischer Filtermedien, die kommerziell von Hollingsworth and Vose, East Walpole, Mass. und von Ahlstrom Filtration, Chattanooga, Tenn. erhältlich sind.
Bezug nehmend auf die Fig. 2 und 3 gibt es für die gezeigte Anordnung keine Anforderung an das gefaltete Papierfilter 75, an das Tiefemedium 70 in Stufe 2 bei 52 angehaftet zu werden. Es wird vorhergesehen, daß in typischen Anwendungen keine derartige Bindung an dieser Grenzfläche vorliegen wird.
Für die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Anordnung wird die stromabwärts angeordnete oder interne Ausfütterung 54 unmittelbar innerhalb des Papierfilters 75 oder stromabwärts davon positioniert. Die interne Ausfütterung 54, die mit einer im allgemeinen zylindrischen Konfiguration in Fig. 2 gezeigt ist, schafft Tragen in Richtung auf die Innenseite (oder stromabwärts angeordnete Seite) für den Filteraufbau 20 und insbesondere Unterstützung für den Papierfilter 75 gegen unerwünschten Kollaps während der Handhabung und des Gebrauchs. Vorzugsweise wird die interne Ausfütterung 54 aus einem relativ starren Material, wie einem Metallblech oder Kunststoff gebildet, das im wesentlichen (oder auf geeignete Weise) porös ist, um im wesentlichen freien Durchtritt von Gasen dort hindurch während des Gebrauchs zu gestatten. Bezug nehmend auf Fig. 2 umfaßt für das bevorzugte Ausführungsbeispiel, das beschrieben und gezeigt ist, die interne Ausfütterung 54 einen Metallblechzylinder mit einer Vielzahl von Poren 85 darin.
Für die zylindrische Anordnung eines Filteraufbaus 20, der in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 dargestellt ist, und eine radiale Dichtung 26 in der gezeigten Weise verwendet, wird eine bevorzugte Endaufsatzanordnung verwendet, um den gewünschten Luftfluß zu erleichtern. Es wird aus den folgenden Beschreibungen der Endaufsatzanordnung verstanden werden, daß Vorteil aus der Vielschicht (d.h. Stufe 1, Stufe 2 und Stufe 3) -Konfiguration in Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann, um eine größere oder vorteilhafte Verwendung des internen Filteranordnungs- (oder Gehäuse-) Volumens zu erreichen. Diesbezügliche Details werden hierin unten geschaffen.
Noch Bezug nehmend auf Fig. 2 umfaßt der Aufbau 20 erste und zweite entgegengesetzte Enden 90 und 91. Das Ende 90 ist das Ende, das unmittelbar benachbart dem Auslaß 14 für das Gehäuse 12 positioniert ist. Das Ende 91 ist das entgegengesetzte Ende, das benachbart der Abdeckung 16 positioniert ist.
Der Endaufsatz 95 ist beim Ende 91 positioniert. Der Endaufsatz 95 umfaßt eine Abdeckung über dem Ende 91, um den Durchtritt von Luft dort hindurch zu verhindern. Das heißt, im allgemeinen hindert der Endaufsatz 95 Luft daran, die interne Bohrung 40 ohne den Durchtritt durch die Filterstufen 51, 52 und 53 des Filteraufbaus 20 zu erreichen. In einer typischen Anwendung wird der Endaufsatz 95 eine Abdeckung aus gehärtetem polymerischem Harzmaterial oder dergleichen umfassen, die die zylindrischen Enden 96 der Stufen 51, 52 und 53 des Filteraufbaus 20 vollständig einschließt; benachbarte Teile der Ausfütterungen 50 und 54 einschließt; und auch das Ende 97 der Bohrung 40 einschließt. Vorzugsweise umfaßt der Endaufsatz 95 eine äußere Oberfläche 99 mit einem Vorsprung 100 darauf, der in Richtung auf und in den Eingriff mit der Abdeckung 16 gerichtet ist. Indem der Vorsprung 100 zwischen dem Endaufsatz 95 und der Abdeckung 16 leicht komprimiert wird, kann eine sichere Befestigung und ein sicheres Zurückhalten des Filteraufbaus 20 in der Position erreicht werden. Dies ist im allgemeinen analog zu dem Endaufsatzsystem, das in der US-A-4 720 292 beschrieben ist, auf das oben Bezug genommen wurde.
Das Ende 90 des Filteraufbaus 20 wird durch den Endaufsatz 105 (Fig. 3 und 9) eingeschlossen. Für bevorzugte Ausführungsformen und anders als Endaufsatz 95 umschließt der Endaufsatz 105 den zugehörigen Abschnitt von Bohrung 40 nicht. Stattdessen ist der Endaufsatz 105 ringförmig mit einer Zentralbohrung und umschließt ein äußeres zylindrisches Ende 90 des Filteraufbaus 20, um Luft daran zu hindern, in die Bohrung 40 ohne Durchtritt durch die Filterelemente bei Stufe 1, Stufe 2 und Stufe 3 des Filteraufbaus 20 zu treten. Der Endaufsatz 105 legt eine interne radiale Oberfläche 106 fest, welche verwendet wird, um eine radiale Dichtung 26 mit dem Auslaßkragen 25, wie beschrieben, zu bilden.
Für das spezielle Ausführungsbeispiel, das hierin beschrieben wird, umfaßt der Endaufsatz 105 ein polymerisches Material, das in Verlängerung über dem Tiefemedium 55 von Stufe 1 (bei 51) und dem Tiefemedium 70 von Stufe 2 (bei 52) positioniert ist. Jedoch endet auch für das bevorzugte Ausführungsbeispiel, das gezeigt ist, der gefaltete Papierfilter 75 bei 110 und erstreckt sich nicht so weit aufwärts (in den Fig. 2 und 9). So muß sich der Papierfilter 75 nicht so tief in die Endabdeckung 105, wenn überhaupt, in Richtung auf die Oberfläche 105a erstrecken, wie es die Medien 55 und 70 tun. Dies schafft einen Vorteil, der hierin unten beschrieben wird.
Noch Bezug nehmend auf Fig. 2 umfaßt der Endaufsatz 105, der darin aufgenommen oder eingebettet ist, einen Teil 107 der äußeren Ausfütterung 50 und einen Teil 108 der inneren Ausfütterung 54. Der Teil 107 ist in Verlängerung über dem Papierfilter 75 als eine Folge der internen Biegung 111 in der Ausfütterung 54 positioniert. Da beide Ausfütterungen 50 und 54, in beiden Endaufsätzen, 95 und 105, eingebettet sind, wird ein starkes, einfach handzuhabendes abgeschlossenes System geschaffen.
Vorzugsweise ist zumindest der Teil 120 des Endaufsatzes 105, der sich einwärts in Richtung auf den Auslaßkragen 25 von der internen Ausfütterung 54 erstreckt, ein Kragen aus relativ weichem, komprimierbarem Material, wie Polyurethanschaum oder dergleichen, das ohne weiteres zwischen dem Kragen 25 und der Ausfütterung 54 komprimierbar ist, um die radiale Dichtung 26 zu entwikkeln. Eine derartige Dichtung kann im allgemeinen wie in der US-A-4 720 292 beschrieben sein. Sie kann ein Komposit sein.
Die Anordnung mit Bezug auf den Endaufsatz 105, insbesondere mit Bezug auf den Abschluß des Teils 110 des Papierfilterelementes 75 differiert erheblich von der Anordnung der US-A-4 720 292. Vorteil resultiert aus den Differenzen. Mit Bezug darauf wird die Aufmerksamkeit auf Fig. 9 gerichtet. Fig. 9 ist ein Schema, das Teile von Fig. 2, die sich auf dieses Merkmal der Erfindung beziehen, zwecks Klarheit der Beschreibung veranschaulicht.
Für die in der US-A-4 720 292 gezeigte Anordnung gehörte das Papierelement nicht zu dem Tiefemedium und das Element erstreckte sich zu einem Punkt, welcher für die in den Fig. 2 und 9 veranschaulichte Anordnung dem Gehäuse 12 nahe dem Endaufsatz 105 benachbart wäre. Für die gegenwärtig beschriebene Anordnung, Fig. 9 ist eine derartige Verlängerung nicht erforderlich. Statt dessen erstreckt sich der Endaufsatz 105 abwärts in Richtung auf das Papierfilterelement 55 nahe der Biegung 111.
Diese Anordnung führt zu einem Vorteil. In vorherigen Anordnungen, wie jener der US-A-4 720 292 ist eine Verlängerung des Papierfilterelementes innerhalb des Volumens 125, Fig. 9, d.h. unmittelbar "unterhalb" des Teils 120 des Endaufsatzes 105 nicht durchführbar gewesen. Dem ist so, weil: (1) nicht genügend Raum für die Kompression des komprimierbaren Kragenteils 120 gelassen wurde, und zwar benachbart der inneren Ausfütterung für eine enge radiale Dichtung; und (2) weil das Filterpapier sich zu dem Bereich 105a erstrecken mußte. Das vorliegende multigeschichtete System erlaubt jedoch die Verwendung eines Papierelementes, welches sich nicht in dem Bereich 105a erstreckt und so kann das Papierfilterelement ausgerichtet werden, um das Volumen 125 zu umfassen. Eine Folge ist, daß die vorliegende Anordnung größeren Vorteil aus dem Raum innerhalb eines gegebenen Gehäuses 12 für das Filter ziehen kann oder effizienteren Gebrauch davon machen kann. Es wird bemerkt, daß für die spezifische Anordnung, die in den Fig. 2 und 9 veranschaulicht wird, eine Ausdehnung des Filterelementes 75 in das Volumen 125 durch die Biegung 111 erleichtert wird, die in der internen Ausfütterung 54 vorgesehen ist.
Bis jetzt sind die Stufen 1 und 2, Bereiche 51 und 52 für das Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2 gezeigt ist, für einen Filteraufbau gemäß der vorliegenden Erfindung im allgemeinen mit Bezug auf den Prozentsatz der gesamten "geladenen" Feststoffe oder die Teilchen zur Lebenszeit für den Filteraufbau definiert worden, welche in jedem der zwei Bereiche gefunden würden. Das heißt, der Bereich (Stufe 1) mit hoher Speicherähigkeit ist im allgemeinen definiert worden, als aus einem Material mit hoher Speicherfähigkeit mit hinreichender Dicke hergestellt zu sein, um eine Retention von zumindest ungefähr 65 % oder bevorzugterweise zumindest ungefähr 85 % aller zurückgehaltenen Feststoffe in dem System zu der Lebenszeit des Systems zur Folge zu haben; und der Gradientenbereich, Stufe 2, ist definiert worden, als aus dem Tiefemedium mit einem Gradienten hergestellt worden zu sein, der vorzugsweise ungefähr 1 bis 5 % Festigkeit mit einbezieht, und von einer hinreichenden Tiefe zu sein, um einen erheblichen Teil (zumindest 50 %) der verbleibenden Feststoffe darin zur Lebenszeit, d.h. typischerweise zumindet ungefähr 8 - 17 % der insgesamt zurückgehaltenen Feststoffe, zurückzuhalten. Wiederum ist Stufe 3, der "Polier"-Filter (während es antizipiert wird, daß zur Lebenszeit dagegen etwas kleine Mengen an Feststoffen zurückgehalten werden) im allgemeinen beabsichtigt, derart geschaffen zu sein, daß nur eine sehr kleine Menge an Feststoffen, wie ein Gewichtsprozent der insgesamt zurückgehaltenen oder geladenen Feststoffe dabei gefunden wird, d.h. vorzugsweise weniger als 7 Gewichts-% und insbesondere bevorzugt weniger als 1 Gewichts-%. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der zurückgehaltenen Feststoffe in Stufe 1 bis Stufe 2 für bevorzugte Systeme zumindest 2/1, besonders bevorzugt zumindest ungefähr 5/1 und insbesondere bevorzugt zumindest ungefähr 8/1.
Ein alternatives Verfahren des Charakterisierens der verschiedenen Stufen in einem Filteraufbau gemäß der vorliegenden Erfindung findet durch Bezugnahme auf das Gesamtvolumen des Gesamtfilteraufbau-Tiefemediumvolumens, das durch die verschiedenen Stufen oder Bereiche eingenommen wird, statt. Es wird verstanden werden, daß im allgemeinen das Gesamtfilteraufbautiefemediumvolumen, das für die Beladung der Feststoffe verfügbar ist, das Volumen ist, das durch das hochspeicherfähige Stufe 1- Material und das Stufe 2-Gradientenmaterial zusammenaddiert dargestellt wird. Es wird vorhergesehen, daß im allgemeinen mit hochspeicherfähigem Material, wie hierin definiert, und dem Gradientendichtetiefemedium für Stufe 2, wie hierin beschrieben, für bevorzugte Anwendungen der vorliegenden Erfindung das hochspeicherfähige Material, d.h. Stufe 1-Material zumindest ungefähr 60 %, vorzugsweise mehr als 70 % und insbesondere bevorzugt zumindest ungefähr 80 % des Gesamtvolumens, das durch das Stufe 1-Material und Stufe 2-Material zusammenaddiert repräsentiert wird, einnehmen sollte. Es folgt, daß insbesondere bevorzugt das Stufe 2-Material nicht mehr als ungefähr 40 % des Gesamtvolumens von Stufe 1-Material und Stufe 2-Material zusammenaddiert repräsentieren sollte. Im allgemeinen wird eine derartige Anordnung für Filteraufbauten, die wie hierin beschrieben und im allgemeinen für den Gebrauch mit einer breiten Vielzahl von Teilchengrößen, z.B. Fahrzeugfilter, hergestellt sind, im Erreichen der bevorzugten Last, die hierin beschrieben ist, beim begrenzenden Differential wirksam sein. Dies ist vorteilhaft, da es sicherstellt, daß das Grenzdruckdifferential nach einer ziemlich verlängerten Zeitperiode erreicht werden wird, da die Last auf effiziente Weise durch das System verteilt werden wird und keinen frühzeitigen Druckanstieg erzeugen wird. Es wird auch geglaubt, daß mit kommerziell verfügbaren Tiefemediummaterialien die relativen Volumen wie beschrieben einen kosteneffektiven Weg des Erreichens effektiver Filterung darstellen.
Zu diesem Punkt sind Filteraufbauten gemäß der vorliegenden Erfindung im allgemeinen charakterisiert worden, zumindest: durch den Aufbau in einer Weise, um eine bevorzugte Ladung zu erreichen, und zwar in bestimmten Bereichen oder Stufen der Anordnung; und mit Bezug auf das approximierte Gesamt- und relative Volumen des Filters, das durch die Materialien in den verschiedenen Stufen eingenommen wird. Es wird aus den folgenden Diskussionen verstanden werden, daß diese Prinzipien in einer Vielzahl von Weisen auf eine Vielzahl von Filteraufbauten oder -konfigurationen angewendet werden können, um signifikanten Vorteil zu erhalten.
Die in den Fig. 1, 2, 3 und 9 veranschaulichte Anordnung weist einen im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt, Fig. 3 auf. Mit einer derartigen Anordnung liegt eine alternative Weise des Definierens des Aufbaus von Stufe 1 und 2 mit Bezug auf die Durchschnittstiefe des Mediums in diesen zwei Stufen vor. Dies folgt im allgemeinen aus den Charakteristierungen oben und wie in Fig. 2 gezeigt, die reflektieren, daß der Filteraufbau, der dargestellt ist, einen im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei die verschiedenen Schichten des Filteraufbaus zylindrisch oder von im allgemeinen gleichförmiger Tiefe sind.
Derartige Anordnungen sind für die Schaffung von Filteraufbauten gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb herkömmlicher zylindrischen Gehäuse, z.B. als Fahrzeugfilter gut geeignet. Mit derartigen Anordnungen können bevorzugte Aufbauten gemäß der vorliegenden Erfindung wieder im Ausdruck der Dicke des Tiefemediums in den verschiedenen Stufen definiert werden. Für einen zylindrischen Fahrzeugfilter, wie in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt, wird es vorhergesehen, daß bevorzugte Aufbauten hochspeicherfähiges Medium in Stufe 1 mit einer Dicke von zumindest ungefähr 50 %, vorzugsweise zumindest etwa 60 %, insbesondere bevorzugt ungefähr 70 % und am bevorzugtesten zumindest ungefähr 80 % der Gesamtdicke der zwei Schichten miteinbeziehen wird; das Stufe 2-Tiefemedium umfaßt den Rest des Tiefemediumvolumens. Für ein typisches zylindrisches System, wie jenes, das in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt ist, und aus Materialien mit Prozentfestigkeit, wie hierin oben beschrieben, hergestellt ist, wäre eine Dicke von ungefähr 2,5 bis 3,5 cm für das Stufe 1-Medium und ungefähr 0,5 bis 1,5 cm für das Stufe 2-Medium im allgemeinen hinreichend und wünschenswert für die effektive Filterung insbesondere in Fahrzeugfiltern.
Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung können auf Filteraufbauten mit einer Vielzahl von Konfigurationen angewendet werden, wie entgegengesetzt zu der zylindrischen Konfiguration der Fig. 1, 2 und 3. Zum Beispiel könnte eine im wesentlichen flache oder nahezu flache Anordnung mit dem Stufe 1-Tiefemedium stromaufwärts und dem Stufe 2-Tiefemedium unmittelbar stromabwärts verwendet werden. Eine derartige Anordnung könnte z.B. als ein industrieller Luftfilter auf einem Luftkonditionierungssystem bzw. Luftklimatisiersystem oder dergleichen verwendet werden. Es kann auch als ein Kraftfahrzeugluftfilter in einer Anordnung, die für den Gebrauch einer derartigen Anordnung konfiguriert ist, verwendbar sein.
Im allgemeinen würden für nicht-zylindrische Anordnungen die oben beschriebenen Prinzipien Anwendung finden. Insbesondere wäre die Anordnung vorzugsweise mit dem Tiefemedium in jeder von Stufe 1 und Stufe 2, die allgemein wie oben beschrieben sind, aufgebaut und für den Betrieb wie oben beschrieben ausgewählt. Insbesondere wäre ein Aufbau im allgemeinen bevorzugt und wirksam, der in ähnlicher Weise definiert wird mit Bezug auf: Prozentsatz der Feststoffladung; Natur des Tiefemediums der zwei Stufen; bevorzugtes Gesamtvolumen des Tiefemediums in jeder der zwei Stufen; und für Systeme von gleichförmiger Tiefe, Gesamttiefe für die zwei Bereiche wie beschrieben.
Bestimmte einzigartige Vorteile in der Anwendung der Prinzipien der vorliegende Erfindung (soweit beschrieben) werden aus einer Evaluierung des nicht zylindrischen Ausführungsbeispiels der Fig. 4, 5 und 6 ersichtlich sein. In Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Luftfiltersystems 145 in hinreichendem Detail für ein allgemeines Verständnis der Vorteile, auf die oben Bezug genommen wurde, dargestellt. Das System 145 umfaßt ein Fahrzeugluftfiltersystem 146 mit einem Luftfilteraufbau 150 darin, durch welchen Luft zum Filtern während des Gebrauchs tritt. Es wird bemerkt, daß der Luftfilteraufbau 150 im allgemeinen in der Konfiguration oval ist, und zwar aus der oberen Draufsicht (oder Querschnittsansicht), und so typischerweise innerhalb eines ovalen Gehäuses 151, das in Phantomlinien dargestellt ist, eingeschlossen wäre. Ein Lufteinlaß für das Gehäuse 151 ist im allgemeinen bei 152 dargestellt. Der Auslaß 153 gewährt das Entweichen von gefilterter Luft. Der Auslaß 153 für die in Fig. 4 gezeigte Anordnung ist allgemein kreisförmig und so kann eine radiale Dichtung längs des Bereichs 155 in Verbindung mit Teilen einer Auslaßanordnung, nicht gezeigt, vorgesehen werden. Ein derartiges System kann z.B. ähnlich zum Kragen 25 für die Anordnung sein, die in Fig. 2 gezeigt ist. Das Gehäuse 151 umfaßt eine leichte Auswärtsbauschung im Zentralbereich 156, um die Luftverteilung darin mit effizienter Verwendung des Gesamtgehäusevolumens zu erleichtern.
Ein größerer Unterschied zwischen dem in Fig. 4 gezeigten Aufbau und dem in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Aufbau ist die ovale Gesamtguerschnittskonfiguration für die Anordnung, die in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigt ist, d.h. sie bietet einen ovalen Querschnitt, der in einer Richtung im wesentlichen koplanar mit einem Flußweg von Gas dagegen oder dort hindurch während des Gebrauchs genommen ist. Dies stellt im allgemeinen eine lange enge Seitenerstreckung von einer ersten Sicht und eine lange breite Erstreckung aus einer Sicht in rechten Winkeln zu der ersten Ansicht dar. Ein Luftfilter mit einer derartigen Anordnung kann für das Positionieren innerhalb eines Gesamtsystems vorteilhaft sein, das ein begrenztes Volumen und die Gestalt eines rechteckigen Volumens aufweist, z.B. Teilen des Maschinenabteils von bestimmten Fahrzeugen.
Bezug nehmend auf die Fig. 5 und 6 umfaßt der Luftfilteraufbau 150: eine äußere Ausfütterung 160; einen nächsten inneren Stufe 1-Filterbereich bei 161; einen nächsten inneren Stufe 2-Filterbereich bei 162; einen nächsten inneren Stufe 3-Filterbereich bei 163; eine innere Ausfütterung 164; einen Endaufsatz 166; und einen Endaufsatz 167.
Bezug nehmend auf Fig. 5, ist, wie vorhergehend angedeutet, der Auslaß 153 für die Anordnung, die in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigt ist, im allgemeinen kreisförmig. Eine derartige Anordnung wird vorzugsweise durch die Verwendung einer zugehörigen kreisförmigen (im Querschnitt) porösen inneren Ausfütterung 164 aufgebaut. Bezug nehmend auf Fig. 6 ist unmittelbar auswärts oder stromaufwärts von der kreisförmigen inneren Ausfütterung 164 der Stufe 3-Filter bei 163 vorzugsweise auch im Querschnitt kreisförmig, d.h. ein zylindrischer gefalteter Papierfilter 170. Unmittelbar auswärts oder stromaufwärts vom Papierfilter 170 liegt das Stufe 2- Filtermaterial bei 162, das vorzugsweise ein Gradientendichtetiefemedium umfaßt, das in im allgemeinen zylindrischer Form angeordnet ist, d.h. mit einem kreisförmigen Querschnitt, wie bei 173 angedeutet. Unmittelbar auswärts von, d.h. stromaufwärts von dem zylindrischen Gradientendichtetiefemedium 173 liegt das Stufe 1-Material bei 161, das vorzugsweise ein hochspeicherfähiges Tiefemedium mit konstanter Dichte wie bei 175 angedeutet, umfaßt. Wie durch Überprüfung von Fig. 6 verstanden wird, ist das Medium 175 ausgerichtet, um für die allgemein ovale Anordnung (statt einer zylindrischen Anordnung) zu sorgen. Unmittelbar außerhalb oder stromaufwärts von dem Medium 175 liegt die äußere Ausfütterung 160, die konfiguriert ist, um sich der ovalen Gestalt anzupassen, die durch das Medium 175 vorgesehen wird. Das hochspeicherfähige Medium 175 kann an der Ausfütterung 160 befestigt oder angehaftet werden.
Aus der Überprüfung von Fig. 6 wird es ersichtlich sein, daß die Elemente des Luftfilteraufbaus 150 im allgemeinen kreisförmig wie für das Ausführungsbeispiel (bei 20) der Fig. 1, 2 und 3 angedeutet sind, außer: der Anordnung, die durch das Filtermaterial in Stufe 1 bei 161 vorgesehen wird; und der sich anpassenden Gestalt der äußeren Ausfütterung 160.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Material in den Stufen 1, 2 und 3 wie im allgemeinen vorhergehend beschrieben sein. Das heißt, vorzugsweise wird das Stufe 1-Medium derart aufgebaut und angeordnet, daß zumindest ungefähr 65 %, vorzugsweise zumindest 85 % der Feststoffe, die auf die Luftfilteraufbauanordnung 150 geladen werden, wenn die Lebenszeit erreicht ist, in den Stufe 1-Bereich geladen werden; und vorzugsweise ist die Anordnung so aufgebaut und angeordnet, daß ein erheblicher Teil der verbleibenden geladenen Feststoffe, vorzugsweise zumindest 50 % zur Lebenszeit der Anordnung in Stufe 2 bei 162 gefunden werden. Zusätzlich wirkt vorzugsweise das Stufe 3-Material 163 als ein polierender, schützender, abschließender Filter. Auch ist im allgemeinen vorzugsweise das Material in Stufe 1 bei 161 ein hochspeicherfähiges Tiefemedium, das im allgemeinen wie vorhergehend mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele der Fig. 1, 2 und 3 beschrieben ist, und das Stufe 2- Tiefemedium bei 162 ist vorzugsweise ein Gradientendichtetiefemedium wie für die Stufe 2 des Ausführungsbeispieles beschrieben, das in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist.
Auch ist für bevorzugte Ausführungsbeispiele vorzugsweise das relative Volumen, das durch die Stufen 1 und 2 für das Ausführungsbeispiel, das in Fig. 6 gezeigt ist, im allgemeinen analog zu jenem des Ausführungsbeispiels, das in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist. Das heißt, vorzugsweise umfaßt von dem Gesamtvolumen, das durch die Stufen 1 und 2 dargestellt wird, Stufe 1 nicht weniger als 50 %, vorzugsweise zumindest ungefähr 60 %, insbesondere bevorzugt ungefähr 70 % und am bevorzugtesten ungefähr 80 % des Volumens, wobei das Material in Stufe 2 den Rest des Volumens umfaßt. Dies hat, wie durch Bezug auf Fig. 6 verstanden wird, im allgemeinen zur Folge, daß der Stufe 1-Bereich 161 relativ "flache" entgegengesetzte Seitenbereiche 180 und 181 aufweist; und relativ "tiefe" entgegengesetzte Endbereiche 182 und 183.
Anordnungen, wie in Fig. 6 veranschaulicht, sind für die Evaluierung aufgebaut worden. Überraschenderweise ist es gefunden worden, daß derartige Systeme mit im wesentlichen der gleichen Lebenszeit wie auf ähnliche Weise aufgebaute, aber kreisförmige Systeme wie jene, die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt sind, arbeiten.Mit anderen Worten wurde nicht gefunden, daß die relativ dünnen Teile des Tiefemediums in Stufe 1 bei den Bereichen 180 und 181 einen frühzeitigen Anstieg des Druckdifferentials zur Folge hätten, d.h. ein frühes Erreichen der Filterlebenszeit vor der effizienten Verwendung der relativ dicken Bereiche bei 182 und 183 für die Teilchenlast. Während keine spezielle Theorie mit Bezug auf diese Beobachtung hierin geltend gemacht wird, kann es sein, daß eine Anordnung wie in Fig. 6 veranschaulicht für die hinreichende Umlenkung von Luft durch die dicken Teile 182 und 182 sorgt, wenn die dünnen Teile 180 und 181 verstopft werden, um sich der relativ langen Lebenszeit und der effektiven Ladung anzupassen. Die beobachtete Ladung ist wieder in hohem Maße vorteilhaft, da sie bedeutet, daß ein effizientes System mit relativ langer Lebenszeit ohne eine kreisförmige äußere Anordnung aufgebaut werden kann. Dies kann zu vorteilhafter Verwendung des Raumes führen, da die ovale Anordnung in irgendwelche Motorbereiche oder Abteile eingepaßt werden kann, die zu eng sind, um einen kreisförmigen Aufbau unterzubringen. Es wird bemerkt, daß wiederum die Anordnung von Fig. 6 ohne weiteres gesehen werden kann, als das gleiche Volumen des Stufe 1-Materials bei 161 mit einzubeziehen, wie das Volumen des Stufe 1-Materials für das Ausführungsbeispiel der Fig. 1, 2 und 3; wobei die Differenz in Fig. 6 die Lokalisierung (geometrische Anordnung) des Volumens des Tiefemedium im Bereich 161 ist.
In den meisten anderen Weisen kann die Anordnung der Fig. 4, 5 und 6 im allgemeinen ähnlich zu jener sein, die in den Fig. 1, 2 und 3 veranschaulicht ist, insbesondere mit Bezug auf die Natur der Endaufsätze 166 und 167, außer für die Gesamtovalanordnung; und mit Bezug darauf, den inneren Papierfilter 170 nicht zu weit einwärts in den Auslaßendaufsatz 167 in Richtung auf die Oberfläche 185 zu richten, wodurch eine effizientere Verwendung des internen Volumens herbeigeführt wird.
In einer Weise kann die Anordnung der Fig. 4, 5 und 6 von der Anordnung der Fig 1, 2 und 3 unter einem Nebenaspekt differieren. Weil Seitenbereiche 180 und 181 aus hochspeicherfähigem Material relativ zu den dickeren Bereichen 182 und 183 so dünn sind, kann es schwierig sein, die Anordnung von Fig. 6 ohne etwas Dehnen des hochspeicherfähigen Materials in den Bereichen 180 und 181 zu bilden, d.h. ohne etwas Kollabieren des Tiefemediums darin zu einer größeren Prozentfestigkeit. Es wird vorhergesehen, daß in bevorzugten Ausführungsbeispielen es wünschenswert sein wird, einen derartigen Kollaps zu minimieren, jedoch verfügbare Herstellungstechniken den einfachen Aufbau ohne etwas Dehnen und Kollabieren dabei nicht zulassen können. So kann in den Bereichen 180 und 181 das Medium der Stufe 1 im Vergleich mit dem größeren Prozentsatz des Mediums in Stufe 1 nicht von einer konstanten Festigkeit sein.
Eine alternierende Anwendung der Prinzipien, die hierin beschrieben werden, wird durch die Fig. 10 dargestellt. Fig. 10 ist eine schematische Darstellung und kann ein Element im allgemeinen analog zu jenem umfassen, das mit Bezug auf die Fig. 3 beschrieben ist. Sie ist jedoch dazu beabsichtigt, einen unterschiedlichen Aufbau für den am weitesten stromaufwärts angeordneten oder äußersten Bereich des konstanten Dichtetiefemediums zu reflektieren, z.B. ein hochspeicherfähiges Tiefemedium.
Insbesondere wird, wie vorhergehend erklärt, das meiste der Feststofflast in dem hochspeicherfähigen Bereich auftreten. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann daher das Filterglied, wie in Fig. 10 aufgebaut sein, so daß, wenn Teile des hochspeicherfähigen Tiefemediums vorzeitig verstopft werden, sie ersetzt werden können, während der Rest des Filteraufbaus intakt belassen wird.
Spezifischer auf Fig. 10 Bezug nehmend, umfaßt die Filteranordnung 190 eine innere Ausfütterung 191, ein geriffeltes Papierfilterelement 192, einen Gradientendichtebereich 193, einen hochspeicherfähigen Bereich 194 mit gleichförmiger Dichte, eine äußere Ausfütterung 195 und noch eine weitere äußere Schicht von hochspeicherfähigem Material 196 mit gleichförmig gemachter Dichte. Zusammenaddiert sollten die Bereiche 194 und 196 aufgebaut sein, um analog zu dem Stufe 1-Bereich für die Anordnung von Fig. 2 zu wirken. Beim Gebrauch kann die äußerste Schicht 196 des Materials mit hochspeicherfähiger Dichte entfernt oder ersetzt werden, ohne den Aufbau des Materials innerhalb der Ausfütterung 195 zu beeinflussen. Auf alternative Weise ausgedrückt, ist die äußere Schicht 196 ein "Wickel" um eine Außenseite des Aufbaus, der durch die Ausfütterung 195 zurückgehalten wird. Die innerhalb der verschiedenen Schichten verwendeten Materialien können wie vorhergehend beschrieben sein. Die Endaufsätze können wie vorhergehend beschrieben sein, außer daß sie daran nicht den "Wickel" 196 eingebettet hätten.
Soweit haben in der detaillierten Beschreibung der Erfindung die beschriebenen Anordnungen einen Bereich von Tiefemedium mit gleichförmiger Dichte (zumindest 50 % und vorzugsweise zumindest ungefähr 60 % an Volumen) als eine äußere Schicht zu einem Bereich des Gradientendichtetiefemediums miteinbezogen. Im allgemeinen werden derartige Anordnungen hierin charakterisiert, als einen äußersten Bereich von gleichförmigem Dichtetiefemedium miteinzubeziehen, der mehr als 50 % des Gesamtvolumens des Tiefemediums umfaßt und welcher beim Gebrauch zumindest ungefähr 65 % der zurückgehaltenen Feststoffe innerhalb des Gesamtaufbaus zurückhält. Derartige Anordnungen schaffen, insbesondere, wenn sie wie hierin oben hergestellt und konfiguriert werden, vorteilhafte Vielzweckfiltersysteme. Zum Beispiel könnte ein Fahrzeugluftfilter, der wie oben erklärt aufgebaut und angeordnet ist, nicht nur beim Gebrauch über Fernstrecken verwendet werden, sondern auch für erhebliche Zeitspannen auf unbefestigten Straßen, bei Baugeländen, in Staubstürmen usw..
Es wird vorhergesehen, daß eine vorteilhafte Filteranordnung entwickelt werden kann, und zwar für bestimmte Verwendungen, worin der äußerste oder am weitesten stromaufwärts angeordnete Bereich von Material gleichförmiger Dichte einen erheblich kleineren Teil des Gesamttiefevolumens umfaßt. Dies wird jedoch eine Änderung bezüglich der relativen Naturen der Schichten in dem Gradientenbereich erfordern. Nun sollte spezifisch in derartigen Situationen das Gesamttiefemedium mit zumindest vier und vorzugsweise zumindest fünf oder sechs Schritten der Dichte, wenn sich von einem stromaufwärts angeordneten Teil zu einem stromabwärts angeordneten Teil bewegt wird, gestuft sein. Hierin werden derartige Anordnungen im allgemeinen als Gesamtgradientanordnungen bezeichnet werden, was sie von den Anordnungen unterscheidet, die in dem vorhergehenden Abschnitt beschrieben worden sind, wobei z.B. ein großer Prozentsatz des Tiefemediumvolumens für ein Material mit gleichförmiger Dichte verwendet wird.
Gradientenanordnungen, wie die bevorzugten Anordnungen, die hierin beschrieben sind, werden für den breiten Gebrauch nicht so geeignet wie jene sein, die ein großes Volumen hochspeicherfähigen Materials mit gleichförmiger Dichte auf einer stromaufwärts angeordneten Seite miteinbeziehen. Die Gründe hierfür sind vorhergehend erklärt worden und beziehen im allgemeinen die Tatsache ein, daß, während Gradientenanordnungen für den Gebrauch mit Flußströmen mit einer speziellen Teilchengrößenverteilung darin gut geeignet und berechnet sein können, sie für Vielzweckverwendung nicht geeignet sind, wo gelegentlich große Mengen von relativ großen Teilchengrößen angetroffen werden können. Es kann jedoch vorhergesehen werden, daß, wenn es nicht wahrscheinlich ist, daß extreme Bedingungen, z.B. Baugelände, unbefestigte Straßen usw. für erhebliche Zeitspannen angetroffen werden, ein Gradientendichtesystem als ein Fahrzeugfilter gut geeignet sein kann. Weiter können derartige Systeme als Gasturbinenfilter usw. gut geeignet sein, wobei eine relativ konstante Teilchengrößenverteilung erwartet wird und es nicht wahrscheinlich ist, daß extreme Bedingungen angetroffen werden.
Die Aufmerksamkeit wird auf Fig. 11 gerichtet, welche durch die Verwendung eines Gebrauchsquerschnitts ähnlich zu jenem, der in den Fig. 3 und 10 dargestellt ist, eine bevorzugte Gradientenanordnung wiedergibt. In Fig. 11 wird eine fragmentarische Querschnittsansicht einer zylindrischen Filteranordnung 200 geschaffen. Die Anordnung 200 umfaßt eine poröse äußere Ausfütterung 201; ein Volumen des Tiefemediums 202; einen gefalteten Papierpolierfilter 203 unmittelbar innerhalb von oder stromabwärts des Volumens 202; und die innere Ausfütterung 204.
Die in Fig. 11 veranschaulichte Anordnung verwendet sechs Stufen des Mediums im Volumen 202, die von unserer am weitesten stromaufwärts zu der am weitesten stromabwärts angeordneten Stufe angedeutet ist, respektive 210, 211, 212, 213, 214 und 215.
Vorzugsweise kann jede der Stufen, die im Bereich 202 vorliegt, wie folgt gekennzeichnet werden: keine Stufe oder kein Bereich einer gegebenen Dichte repräsentiert mehr als 50 % des Volumens des Bereiches 202. Der äußerste Bereich 210 ist mit einer niedrigsten Prozentfestigkeit vorgesehen; außer dem äußersten Bereich 210 umfaßt keine Stufe oder kein Bereich mehr als 25 % des Gesamtvolumens, das durch 202 repräsentiert wird und das Tiefemedium umfaßt. Vorzugsweise geben zumindest vier und am bevorzugten alle der Stufen 210 - 215 zunehmende Schritte der Dichte oder Fähigkeit, Material einzufangen, wieder, wobei sich von einer stromaufwärts angeordneten Seite zu einer am weitesten stromabwärts angeordneten Seite bewegt wird. Vorzugsweise werden nicht mehr als ungefähr 30 - 50 % Änderung bezüglich der Dichte vorgesehen, und zwar zwischen irgendwelchen zwei benachbarten Schritten oder Schichten.
In einer bevorzugten Anordnung beginnen die Bereiche mit der Dichte von ungefähr 1 - 2 % im Bereich 210, wobei sie in der Dichte zu einer obersten Dichte von ungefähr 5 - 10 %, vorzugsweise 5 - 7 % ansteigen.
Eine bevorzugte derartige Anordnung für den Gebrauch als ein Fahrzeugfilter ist wie folgt der äußerste Bereich 210 umfaßt Material 100WO67, das vorhergehend beschrieben wurde, mit einer Dicke von 1,28 cm und einer Prozentfestigkeit von 1,10 %; der Bereich 211 umfaßt Material 100WO67, das mit einer komprimierten Dicke von 0,952 cm und einer Prozentfestigkeit von 1,40 % vorgesehen wird; der Bereich 212 umfaßt Material 100WO67 mit einer Dicke von 0,826 cm und einer Prozentfestigkeit von 1,65 %; der Bereich 213 umfaßt Material 100WO67, das mit einer Dicke von 0,58 cm und einer Prozentfestigkeit von 2,40 % vorgesehen wird; der Bereich 214 umfaßt das Medium 7333, das von Hollingsworth and Vose, East Walpole, Mass. erhältlich ist und Polyesterfasern mit 24 Mikrometer Durchschnittsdurchmesser umfaßt, das mit einer Dicke von 0,147 cm und einer Prozentfestigkeit von 6,59 % vorgesehen wird; und der Bereich 215 umfaßt Material 8643, das mit einer Dicke von 0,19 cm und einer Prozentfestigkeit von 5,44 % vorgesehen wird. Es wird bemerkt, daß die gegebene Beschreibung der Prozentfestigkeit des innersten Bereichs 215 geringfügig niedriger als die Prozentfestigkeit des nächstäußersten Bereiches 2/4 % ist. Jedoch wird der Gradient noch aufrechterhalten, da der Faserdurchmesser von 8643 Material beträchtlich kleiner als von 7333 Material ist (14,5 gegen 24 Mikrometer Durchschnittsfasergröße). Der kleinere Durchmesser bedeutet im allgemeinen, daß bei der gleichen oder einer vernünftig nahegelegenen Prozentfestigkeit kleinere Porengrößen im Bereich 215 relativ zu 214 gefunden werden, was bedeutet, daß eine größere Perpensität, um Material einzufangen, dort lokalisiert sein wird. Die beschriebene Anordnung wäre für den Gebrauch als ein Fahrzeugfilter mit einem internen Durchmesser von ungefähr 15,6 cm geschaffen.

Experiment 1

Für Evaluierungszwecke wurde ein Luftfilteraufbau, der einen Bereich von gleichförmiger Dichtetiefe und ein Medium und einen inneren Bereich des Gradientendichtetiefemediums verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt und evaluiert. Im allgemeinen wurde ein zylindrischer Aufbau für die Evaluierung ausgewählt, und zwar mit einer im allgemeinen kreisförmiger Querschnittskonfiguration. Die Anordnung war allgemein wie in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht; jedoch wurde sie nicht in einem ähnlichen Gehäuse evaluiert. Eine schematische Darstellung der für das Testen hergestellten Anordnung ist im allgemeinen in Fig. 7 veranschaulicht.
Das Filterglied, das aufgebaut wurde, hatte im allgemeinen einen äußeren Durchmesser von ungefähr 25,4 cm (10 Zoll), einen inneren Durchmesser von ungefähr 15,2 cm (6 Zoll) und eine Gesamtlänge von ungefähr 40,6 cm (16 Zoll). Das Schema in Fig. 7 gibt im allgemeinen die Anordnung der Stufe 1-, Stufe 2-, und Stufe 3-Materialien wieder, die in der Testprobe verwendet wurden. Die äußerste Zone 190, d.h. das Stufe 1-Material wurde aus hochspeicherfähigem Medium mit 1,5 % Festigkeit aus Polyesterfasern hergestellt, die aus zwei Arten von Fasern gebildet wurden, wobei eine eine Dicke von ungefähr 27 - 30 Mikrometern aufwies, die andere eine Dicke von ungefähr 39 - 43 Mikrometern aufwies. Das verwendete Material wurde von Cumulus Fibers, Inc., Charlotte, North Carolina 28208, Produktbezeichnung 100WO67 erhalten. Der Bereich 190 wurde so hergestellt, um ungefähr 2,79 Zentimeter (1,1 Zoll) dick und von im wesentlichen gleichförmiger Festigkeit hindurch zu sein.
Der Stufe 2-Bereich, der bei 191 angedeutet ist, wurde aus drei Schichten des Tiefemediums mit einer Gesamtdikke (im Aufbau) von ungefähr 1,42 Zentimetern (0,56 Zoll) hergestellt und wurde in einer Form hergestellt, die einen Prozentfestigkeitsgradienten aufwies, der von ungefähr 1,2 % zu ungefähr 2 - 5 % darin anstieg, und zwar von der äußersten Oberfläche 192 zu der innersten Oberfläche 193. Spezifischer wurden drei Schichten des Materials koaxial gewickelt, um Stufe 2 zu bilden.
Die äußersten Schicht von Stufe 2, d.h. die am weitesten stromaufwärts angeordnete Schicht des Materials, das in dem Stufe 2-Bereich der hergestellten Testprobe verwendet wurde, wurde aus einem 119 Gramm (4,2 oz.) -Polyester-Tiefemedium hergestellt, das von Kem-Wove unter dieser Bezeichnung erhältlich ist. In dem freien Zustand weist das Material eine Festigkeit von ungefähr 0,8 - 1,4 % auf. Das Material wurde zu näherungsweise der Hälfte seiner Dicke im freien Zustand kollabiert, wenn es in dem Aufbau umgeschlagen wurde. Die Dicke des Materials in dem Aufbau betrug näherungsweise 0,76 Zentimeter (0,3 Zoll). Die nächstinnere Schicht der drei Schichten von Stufe 2 war ein Polyester-Tiefemedium, das aus Fasern mit einem Durchschnittsdurchmesser von ungefähr 14,5 Mikrometern gebildet war und in dem freien Zustand eine Prozentfestigkeit von ungefähr 1,5 - 2,5 % aufwies. Die innerste der drei Schichten wurde aus dem gleichen Material gebildet. Die Gesamtdicke der zwei Schichten zusammen betrug ungefähr 0,66 Zentimeter (0,26 Zoll), wenn sie umgeschlagen waren. Dies wurde dazu abgeschätzt, näherungsweise zwei Drittel der Dicke des Materials in dem freien Zustand zu betragen (d.h. Festigkeit von ungefähr 2 - 3 %). Das für die innersten zwei Schichten von Stufe 2 verwendete Material war ein Material, das als kommerzielles Produkt Nr. 8463 von Kem-Wove, Inc. aus Charlotte, North Carolina 28241 verkauft wurde.
Aus der obigen Beschreibung von Stufe 2 wird es ersichtlich sein, daß Stufe 2 in einer Weise mit einer Gradientendichte aufgebaut war, die sich von ungefähr 1,2 % zu 2 - 5 % erstreckte.
Das für den Papierfilter verwendete Material war ein von der Donaldson Company geschütztes Medium, das als EN7.1.27 bezeichnet wird. Im allgemeinen umfaßt das Filter ein harzimprägniertes zellulosisches Medium von ungefähr 31,7 Kilogramm (70 Pfund) Basisgewicht, Permeabilität von ungefähr 15,2 - 18,3 Metern pro Minute (50 - 60 Fuß pro Minute). Das Material wurde zu einer gefalteten Anordnung mit einer Faltentiefe von ungefähr 0,95 Zentimetern (3/8 Zoll) gebildet.
Das allgemeine Testverfahren, das verwendet wurde, wird in SAE J726 auf Seite 24,46 gefunden. Für Testzwecke wurde der Filter in einer Freilufttestkammer angeordnet. Ein Luftfluß mit Teststaub darin wurde durch die Anordnung von dem Äußeren zu dem Inneren des Aufbaus gerichtet. Der Luftfluß durch die Anordnung betrug ungefähr 19,8 Kubikmeter pro Minute (700 Kubikfuß pro Minute). Die durch das System gespeiste Luft umfaßte SAE- Feinteststaub darin. Das Material ist standardisierter Teststaub aus oder Siliziumdioxid mit einer Teilchengrößenverteilung an Gewichtsprozent: 0 - 5 Mikrometern, 39 % ± 2 %; 5 - 10 Mikrometern, 18 % ± 3 %; 10 - 20 Mikrometern, 16 % ± 3 %; 20 - 40 Mikrometer, 18 % ± 3 %; 40 - 80 Mikrometer, 9 % ± 3 %; und 80 - 200 Mikrometer vernachlässigbar. Ein SAE-Teststaub ist von Powdered Technology Inc., Burnsville, Minnesota 55337 erhältlich. Die Anordnung wurde laufengelassen, bis eine 63,5 Zentimeter (25 Zoll) Beschränkung, d.h. ein Druckdifferential von 63,5 Zentimetern (25 Zoll) Wasser gemessen wurde.
Die Anordnung wurde dann auseinandergebaut und untersucht. Es wurde gefunden, daß sie ungefähr 3504 Gramm an teilchenförmigem Material enthielt, was einer Teilchenentfernungseffizienz von 99,914 % entspricht. Es wurde gefunden, daß ungefähr 85 - 95 % der Belastung in der äußersten Stufe, d.h. Bereich 190, stattgefunden haben. Diese umfaßt primär 1 - 10 Mikrometerteilchen. In der intermediären Stufe bei 191 fand ungefähr 4 % der Belastung statt. Dies umfaßte hauptsächlich kleinere Teilchen, die fähig waren, durch den äußersten Bereich zu gelangen. Sehr kleine Belastung, weniger als 1 %, wurde auf der Oberfläche des Filterpapieres 193 beobachtet.

Experiment 2

Für Zwecke des allgemeinen Vergleichs wurden Tests mit Anordnungen durchgeführt, die mit einer Gradientendichte ganz hindurch statt dem Aufbau, der mit Bezug auf Fig. 7 beschrieben ist, hergestellt wurden. Ein Schema dieser Anordnung (für den Vergleich hergestellt) ist allgemein in Fig. 8 wiedergegeben. In Fig. 8 ist die Anordnung der verschiedenen Stufen veranschaulicht. Stufe 2 war ähnlich zu jener, die oben für Fig. 7 beschrieben wurde, außer daß nur eine Schicht des Materials 8643 verwendet wurde; d.h. die Schichten waren gleich dick zu den zwei Schichten, die für den vorhergehend beschriebenen Test verwendet wurden. Stufe 3 war allgemein wie oben für Fig. 7 beschrieben. Stufe 1 wurde auf der anderen Seite hergestellt, um eine Gradientendichte aufzuweisen, die sich dort hindurch erstreckt, und zwar von ungefähr 1,3 % Festigkeit bis zu ungefähr 3,9 % Festigkeit.
Im allgemeinen wurde die Gradientendichte von Stufe 1 durch die Verwendung von vier Schichten, z.B. vier Lagen des 100WO67-Materials, das vorhergehend beschrieben wurde, hergestellt. Differenzen bezüglich der Dichte wurden erhalten, indem das Material in den inneren Schichten enger kollabiert wurde. Dies wurde erreicht, indem jede Schicht des Materials auf ein Netzwerk gelegt wurde und die Spannung des Netzwerkes eingestellt wurde, während das Netzwerk um den Zylinderkern, der die Stufen 2 und 3 umfaßt, geschlagen wurde. Im allgemeinen führt stärkere Spannung zu mehr Kollaps der Lage und somit einer höheren Prozentfestigkeit für diese Lage. Die Festigkeiten für jede Schicht, äußerer zu innerer für Stufe 1 werden abgeschätzt, wie folgt gewesen zu sein: 1,1 %; 1,4 %; 1,6 % und 2,4 %.
Keine spezifische Anstrengung wurde unternommen, um Gradientendichtetestproben, die der Testprobe, die oben mit Bezug auf Fig. 7 perfekt identisch waren, zu erzeugen, und zwar außer bezüglich der beschriebenen Differenzen. Jedoch waren im allgemeinen die Außenseitendurchmesser, die Dicken der Stufen 1, 2 und 3 und der Innenseitendurchmesser ungefähr die gleichen. Die Gesamtlänge der Testproben des in Fig. 8 gezeigten Systems variierten plus oder minus ungefähr 10 %, relativ zu der spezifischen Länge des Fig. 7 Tests, der oben beschrieben ist. Jedoch resultieren die Vergleichsfiguren, die unten für die Beladung angegeben werden, aus der Normalisierung auf einen theoretischen Aufbau ähnlicher Länge, basierend auf den beobachteten Daten.
Für die Anordnungen, die oben und in Übereinstimmung mit Fig. 8 beschrieben sind, wurde beträchtliche Ladung der Feststoffe bei der begrenzenden Lebenszeit beobachtet. Im Durchschnitt wurde ungefähr 20 % weniger Material (die 20 %-Zahl resultiert aus der Normalisierung auf die Länge) zur Lebenszeit als für die Anordnung, die gemäß Fig. 7 hergestellt wurde, geladen. Die Effizienz der Entfernung wurde jedoch dazu berechnet, ungefähr die gleiche zu sein.
Es wird verstanden werden, daß, obwohl Labortests, die mit Teststaub durchgeführt wurden, selbst reproduzierbar sind, sie nicht notwendigerweise präzise die Leistungsfähigkeit im Feld wiedergeben. Es kann eine Anzahl von Gründen hierfür geben, einschließlich Variationen der speziellen Zusammensetzung der Luft im Feld gegen die relativ konstante partikuläre Verteilung, die während der Testbedingungen aufrechterhalten werden. Im allgemeinen können Anordnungen gemäß der Erfindung im Ausdruck der Leistungsfähigkeit mit Bezug auf Teststaub gekennzeichnet werden. Ein spezieller Teststaub, der im Kennzeichnen von Fahrzeugfilteranordnungen und Gasmotorgeneratorfilteranordnungen, z.B. Anordnungen, von denen beabsichtigt ist, bis zu einem Druckdifferential von ungefähr 4,9 - 7,5 kPa (20 - 30 Zoll Wasser) verwendbar zu sein, ist SAE-Feinteststaub, der hierin vorhergehend gekennzeichnet wurde. Ein nützliches Material als ein Teststaub zum Testen von Filteranordnungen zum Gebrauch von Gasturbinenanordnungen oder Klimaanlagenanordnungen, usw., d.h. Anordnungen, die dazu beabsichtigt sind, bis zu einem Druckdifferential von ungefähr 1,2 kPa (5 Zoll Wasser) zu wirken, ist ASHRAE-Teststaub. Synthetischer ASHRAE-Staub besteht aus 72 % standardisiertem Luftreinigerteststaubabrieb, 23 Gewichts-% Molocco-Ruß; 5 Gewichts-% Nr. 7-Baumwollfasern, die in einer Wiley-Mühle mit 4 mm Gitter gemahlen wurden. Derartiges Material wird im ASHRAE-Standard 52-76 gekennzeichnet, der hierin durch Bezugnahme eingegliedert wird. (ASHRAE bezieht sich auf die American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Inc., d.h. die Amerikanische Gesellschaft der Heizungs-, Kühlungs- und Luftklimatisierungs-Ingenieure 345 E. 47. Straße, New York, New York 10017.) Ein derartiges Material ist z.B. von Fisher Scientific, Pittsburgh, PA 15219 erhältlich.
Ein bevorzugter Fahrzeugluftfilter, der im allgemeinen analog zu der Anordnung, die in den Fig. 3 und 6 gezeigt ist, und gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut und angeordnet ist, wird, wenn er beim Testen dem SAE-Feinteststaub ausgesetzt ist und bis zu einem Druckdifferential von ungefähr 4,9 - 7,5 kPa (20 - 30 Zoll Wasser) betrieben wird, wirken wie hierin allgemein gekennzeichnet wobei: 65 %, vorzugsweise 75 - 95 % der zurückgehaltenen Feststoffe in Stufe 1 gefunden werden; nicht mehr als ungefähr 7 % der Feststoffe gegen das Papierfilterelement zurückgehalten werden; und der Rest der Feststoffe in Stufe 2 gefunden wird.
Wenn Anordnungen nach Fig. 11, einer Gradientendichteanordnung, die als Fahrzeugluftfilter verwendbar ist, mit SAE-Feinteststaub getestet und bis zu einem Druckdifferential von ungefähr 4,9 - 7,5 kPa (20 - 30 Zoll Wasser) betrieben werden, werden vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 50 - 55 % der Feststoffe in dem äußersten Bereich der Gradientendichteanordnung gefunden und die Summe von ungefähr 90 - 95 % der Feststoffe werden innerhalb des Tiefemediums zurückgehalten, wobei der Rest gegen das Papierfilter zurückgehalten wird.
Wenn eine Anordnung, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und einen relativ großen Stufe 1-Bereich aus Tiefemedium mit gleichförmiger Dichte gemäß den Beschreibungen, die zu den Fig. 1 - 7 gehören, verwendet, für den Gebrauch als ein Gasturbinenfilter hergestellt wird und dann vorzugsweise, wenn mit ASHRAE-Teststaubzusammensetzung wie hierin gekennzeichnet, bis zu einem Druckdifferential von ungefähr 1,2 kPa (5 Zoll Wasser) getestet wird, werden zumindest 65 % und am typischsten bevorzugterweise ungefähr 80 - 95 % der Feststoffe in dem Stufe 1-Material zurückgehalten oder gefunden, nicht mehr als ungefähr 10 % der zurückgehaltenen Feststoffe gegen die Papierfilterelemente gefunden, und der Rest der zurückgehaltenen Feststoffe wird in dem Stufe 2-, Gradientedichte- Bereich gefunden. Es wird vorhergesehen, daß bevorzugte Gasturbinenanordnung oft mit einem Aufbau betrieben werden, der im allgemeinen zu jenem, der in Fig. 10 gezeigt ist, analog sein wird, und zwar mit einem entfernbaren und austauschbaren äußeren Teil von Tiefematerial mit gleichförmiger Dichte. Es wird vorhergesehen, daß dieser Teil des Tiefematerials mit gleichförmiger Dichte für das Zurückhalten des großen Hauptteils der Feststoffe, die in dem Teil mit gleichförmiger Dichte gefunden werden, verantwortlich sein wird.

Claims

1. Ein Filteraufbau für die Entfernung von Partikeln aus einem gasförmigen Strom wie Luft, wobei der Filteraufbau umfaßt:

(a) einen stromaufwärts angeordneten Bereich (51) aus Tiefemedium (55) mit im wesentlichen konstanter Dichte mit nicht mehr als ungefähr einer 20 % Variation bezüglich der Dichte durch seine Tiefenausdehnung hindurch und einer Prozentfestigkeit von nicht größer als ungefähr 3 %;

(b) einen stromabwärts angeordneten Bereich (52) des Tiefemediums, wobei zumindest ein Teil des stromabwärts angeordneten Bereichs des Tiefemediums eine größere Prozentfestigkeit als der stromaufwärts angeordnete Bereich des Tiefemediums aufweist;

(i) wobei der stromaufwärts angeordnete Bereich (51) des Tiefemediums (55) mit konstanter Dichte für die operative Ladung von zumindest 65 Gewichts-% der Feststoffe, die innerhalb des Filteraufbaus zurückgehalten werden, aufgebaut und angeordnet ist; und

(ii) der stromabwärts angeordnete Bereich (52) des Tiefemediums für die operative Ladung von zumindest 50 Gewichts-% der Feststoffe darin aufgebaut und angeordnet ist, die innerhalb des Filteraufbaus zurückgehalten werden, aber nicht innerhalb des stromaufwärts angeordneten Bereichs zurückgehalten werden; und

< c) einen Papierfilter (75), der benachbart einer stromabwärts angeordneten Seite des stromabwärts angeordneten Bereichs des Tiefemediums orientiert ist.

2. Ein Filteraufbau nach Anspruch 1, worin der stromabwärts angeordnete Bereich (52) des Tiefemediums einen Bereich aus Gradientdichtetiefemedium mit einer Variation der Dichte durch seine Tiefenausdehnung umfaßt.

3. Ein Filteraufbau nach Anspruch 2, der derart aufgebaut und angeordnet ist, daß das Verhältnis der operativ zurückgehaltenen Feststoffe in dem Volumen des stromaufwärts angeordneten Bereichs (51) des Tiefemediums (55) mit konstanter Dichte zu dem stromabwärts angeordneten Bereich (52) des Tiefemediums bei zumindest ungefähr 5 zu 1 liegt.

4. Ein Filteraufbau nach Anspruch 2 oder 3 mit:

(a) einer äußeren Ausfütterung (50), die benachbart einer stromaufwärts angeordneten Seite des stromaufwärts angeordneten Bereichs (51) des Tiefemediums (55) mit konstanter Dichte orientiert ist; und

(b) einem Mittel zum Sichern der stromaufwärts angeordneten Seite des stromaufwärts angeordneten Bereichs (51) des Tiefemediums (55) mit konstanter Dichte an der äußeren Ausfütterung (50).

5. Ein Aufbau nach Anspruch 2, worin:

(a) der stromaufwärts angeordnete Bereich des Tiefemediums mit konstanter Dichte mit einem im wesentlichen ovalen Querschnitt (161) vorgesehen ist, der in einer Richtung im wesentlichen koplanar mit einem Flußpfad von Gas gegen den Aufbau beim Gebrauch genommen ist.

6. Ein Aufbau nach Anspruch 5, worin:

(a) der stromabwärts angeordnete Bereich des Tiefemediums mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt (162) vorgesehen ist, der in einer Richtung im wesentlichen koplanar mit einem Flußpfad des Gases gegen den Aufbau beim Gebrauch genommen ist.

7. Ein Aufbau nach Anspruch 6, worin:

(a) der Papierfilter (75) einen zylindrischen Papierfilter (172) umfaßt.

8. Ein Aufbau nach Anspruch 7, worin der Papierfilter einen geriffelten Papierfilter (170) umfaßt.

9. Eine Anordnung nach Anspruch 1, die eine innere Ausfütterung (54) umfaßt, die benachbart einer Seite des Papierfilters (75) entgegengesetzt von dem stromabwärts angeordneten Bereich (52) des Tiefemediums orientiert ist.

10. Ein Filteraufbau nach Anspruch 2, worin:

(a) der stromaufwärts angeordnete Bereich (51) von Dichtemedium (55) mit im wesentlichen konstanter Dichte eine Prozentfestigkeit von nicht mehr als ungefähr 2 % aufweist; und

(b) der stromaufwärts angeordnete Bereich (51) des Tiefemediums (55) von im wesentlichen konstanter Dichte zwei Schichten von Material umfaßt.

11. Ein Filteraufbau nach Anspruch 10, worin:

(a) der stromabwärts angeordnete Bereich (51) des Tiefemediums (55) zwei Schichten von Material umfaßt, die durch eine poröse Ausfütterung (195) getrennt sind.

12. Ein Filteraufbau nach Anspruch 2, worin:

(a) der stromabwärts angeordnete Bereich des Tiefemediums eine Prozentfestigkeit aufweist, die von ungefähr 1 - 2 % bis zu zumindest ungefähr 2 - 5 % im Übergang von einem am weitesten stromaufwärts angeordneten Teil zu einem am weitesten stromabwärts angeordneten Teil ansteigt.

13. Ein Filteraufbau nach Anspruch 2 oder 12, worin der stromaufwärts angeordnete Bereich (51) des Tiefemediums (55) zumindest 60 Volumen-% des Tiefemediums in dem Filteraufbau umfaßt.

14. Ein Filteraufbau nach Anspruch 2, worin der stromaufwärts angeordnete Bereich (51) des Tiefemediums (55) zumindest 70 Volumen-% des Tiefemediums in dem Filteraufbau umfaßt.

15. Ein Filteraufbau nach Anspruch 1, worin die Tiefemediumanordnung umfaßt:

(i) zumindest vier Schichten des Tiefemediums (210, 211, 212, 213, 214, 215) , von welchen jede eine unterschiedliche Prozentfestigkeit von zumindest den anderen dreien der zumindet vier Schichten des Tiefemediums innerhalb der Tiefemediumanordnung aufweist; wobei die zumindest vier Schichten des Tiefemediums eine am weitesten stromaufwärts angeordnete Schicht (210) des Tiefemediums umfassen und in Stufen angeordnet sind, die in stromabwärts angeordneter Progression orientiert sind;

(ii) keine der Schichten des Tiefemediums außer fakultativ der äußersten Schicht des Tiefemediums (210) mehr als 25 Volumen-% des Tiefemediums in der Tiefemediumfilteranordnung umfaßt;

(iii) die am weitesten stromaufwärts angeordnete Schicht (210) des Tiefemediums weniger als 50 Volumen-% des Tiefemediums in der Tiefemediumfilteranordnung umfaßt;

(iv) die am weitesten stromaufwärts angeordnete Schicht (210) des Tiefemediums eine Prozentfestigkeit von 1 - 2 % aufweist, und

(v) nächste drei stromabwärts angeordnete Schichten (211, 212, 213) des Tiefemediums von der am weitesten stromaufwärts angeordneten Schicht jede eine größere Prozentfestigkeit als eine nächste stromaufwärts angeordnete Schicht aufweist; und jede eine Prozentfestigkeit nicht größer als ungefähr 50 % mehr als eine nächste stromaufwärts angeordnete Schicht aufweist.

16. Ein Verfahren des Filterns teilchenförmigen Materials aus einem gasförmigen Strom wie Luft; wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: daß:

(a) zumindest 65 Gewichts-% der Gesamtpartikel, die aus dem Gasstrom gesammelt werden, in einem am weitesten stromaufwärts angeordneten Bereich des Tiefemediums (55) mit konstanter Dichte mit nicht mehr als ungefähr einer 20 % Variation bezüglich der Dichte durch seine Tiefenausdehnung hindurch und mit einer Prozentfestigkeit von nicht größer als ungefähr 2 % gesammelt werden;

(b) zumindest 50 Gewichts-% der Partikel, welche aus dem Gasstrom gesammelt werden, aber welche nicht in dem am weitesten stromaufwärts angeordneten Bereich des Tiefemediums mit konstanter Dichte gesammelt werden, in einem stromabwärts angeordneten Bereich (51) des Tiefemediums gesammelt werden, wovon zumindest ein Teil von großerer Prozentfestigkeit als der stromaufwärts angeordnete Bereich (55) des Tiefemediums ist; wobie der Schritt des Sammels in einem stromabwärts angeordneten Bereich des Tiefemediums nach dem Schritt des Sammelns in einem stromaufwärts angeordneten Bereich des Tiefemediums konstanter Dichte durchgeführt wird; und

(c) ein Teil der Partikel, die aus dem Gasstrom gesammelt werden, mit einem Papierfilter (75) gesammelt werden; wobei der Schritt des Sammelns mit einem Papierfilter stromabwärts von dem Schritt des Sammelns in dem stromabwärts angeordneten Bereich des Tiefemediums durchgeführt wird.

17. Das Verfahren nach Anspruch 16, worin der Schritt des Sammelns in dem stromabwärts angeordneten Bereich des Tiefemediums umfaßt, daß in einem Bereich des Gradientedichtetiefemediums mit einer Variation in der Dichte durch ihre Tiefenausdehnung gesammelt wird.