DE69924303T2

DE69924303T2 - Bewegliche filtereinrichtung

Info

Publication number: DE69924303T2
Application number: DE69924303T
Authority: DE
Inventors: Yuan-Ming Tang; Ricardo Lira; Michael Harms
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: WO2001010537A1; AU5253599A; EP1204454A1; EP1204454B1; JP2003506205A; DE69924303D1; KR100629812B1; KR20020021677A; CA2378333A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft sich bewegende Filtereinrichtungen und insbesondere sich bewegende Filter, die zur Verwendung in Luftzuführungsgebläsen vorgesehen sind.
Partikelluftfilter bestehen herkömmlicherweise aus porösen Medien. Die partikelbeladene Luft wird durch das poröse Medium geleitet, das die Partikel mittels körperlichem Einschluss, Aufschlag, Oberflächenanziehung, Trägheitskräften oder dergleichen entfernt. Bei dem porösen Filtermedium kann es sich um poröse Folien, offenzellige Schaumstoffe, Gewebestoffe, geformte Partikel, Vliesstoffe oder -bahnen und dergleichen handeln. Das Filtermedium kann flach oder dreidimensional (im Allgemeinen eine Zickzackfaltung) geformt sein. Filter vom Durchstromtyp wirken auf den gesamten Luftstrom, der durch das Filtermedium strömt, wobei ein entsprechender Druckabfall und Filterwirkungsgrad festzustellen sind, die für das Medium, seinen Partikelbeladungsgrad und für die Geschwindigkeit und den Druck des Luftstromes kennzeichnend sind. Im Allgemeinen nimmt der Druckabfall in dem Maße zu, wie das Filtermedium mit Partikeln zugesetzt wird, jedoch kann der Filterwirkungsgrad je nach der Art des Mediums und der herausgefilterten Partikel zunehmen oder abnehmen.
Im Allgemeinen sind die meisten Filter während des Betriebes statisch, während die partikelbeladene Luft durch den Filter gedrängt wird. Es wurden aber auch schon sich bewegende Filter vorgeschlagen, beispielsweise um unverbrauchtes Filtermedium im zu filternden Luftstrom zu halten, wie es im US-Patent Nr. 5,560,835 (langsam durch einen Antriebsrotor angetrieben) oder Nr. 4,038,058 und 3,898,066 (das Filtermedium wird durch Luft angetrieben, die auf Rotorblätter auftrifft) vorgeschlagen wurde. Diese Filter funktionieren wie herkömmliche statische Durchstromfilter und haben das damit verbundene Problem, dass sich im Lauf der Zeit ein Druckabfall aufbaut. Filter vom Durchstromtyp wurden auch schon für sich schneller bewegende Vorrichtungen vorgeschlagen, wie beispielsweise sich drehende Plattenlaufwerke (US-Patent Nr. 4,308,041), am Lufteinlass eines Kombinations-Entlüftungsgebläses (US-Patent Nr. 3,392,512), zwischen Gebläseschaufeln eines Lufteinlassgebläses für einen Turbomotor (US-Patent Nr. 3,402,881), an einem Rauchabzugsgebläse (US-Patent Nr. 4,450,756) oder in einem Lufteinlass eines Gebäudebelüftungsgebläses (US-Patent Nr. 3,126,263). Bei den vorgeschlagenen Filtern, die in ein Gebläse eingebaut werden, das der Luftzirkulation dient (beispielsweise US-Patent Nr. 3,402,881 und Nr. 4,450,756), ist das Filtermedium strategisch so positioniert, dass gewährleistet wird, dass die gesamte Luft, die durch das System strömt, durch das Filtermedium geleitet wird. Beim US-Patent Nr. 3,402,881 ist das Filtermedium 100 zwischen Gebläseschaufeln 98 eingewoben und so abgedichtet, dass keine Luft am Filtermedium vorbeiströmen kann. Das erfordert eine periodische Reinigung des Filtermediums. Diese Reinigung erfolgt durch einen komplizierten periodischen Rückstrom von Luft vom Motorkompressor oder einer ähnlichen Druckluftquelle im System. Beim US-Patent Nr. 4,450,756 muss der Filter periodisch herausgenommen und gereinigt oder ausgetauscht werden. Wenn der Filter, obgleich er mit Partikeln zugesetzt ist, nicht ausgetauscht wird, so steigt der Druckabfall am Filter oft auf ein inakzeptabel hohes Maß, wodurch der Luftstrom abgeschnitten wird. Obgleich diese Verringerung des Luftstromes allgemein nicht wünschenswert ist, ist sie bei bestimmten Filteranwendungen schlicht inakzeptabel. In Fahrzeuginnenräumen kann ein Druckanstieg infolge einer Verschmutzung des Filtermediums den Luftstrom drastisch verringern, wodurch die Scheiben gefährlich beschlagen können.
Bei automobilen oder Ofenfilteranwendungen bestand das allgemeine Konzept immer darin, einen Filter an irgendeiner Stelle im Luftstrom (beispielsweise in den Kanälen) dergestalt anzuordnen, dass der gesamte Luftstrom geschnitten wurde. Bei handelsüblichen Anwendungen bestand das nahezu universelle Konzept immer darin, Filter an verschiedenen Stellen zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass in einer Fahrzeug- oder Hausheizungs- und -klimaanlage anzuordnen. Bei diesen Filtern gibt es das Problem, dass sie oft schwer zugänglich sind, sofern sie sich nicht nahe dem Lufteinlass oder Luftauslass befinden. Wenn jedoch der Filter am oder nahe dem Lufteinlass angeordnet ist (wo er allgemein einfach zugänglich ist), so wird nur einströmende Luft oder Umluft gefiltert, aber nicht beides, es sei denn, dass mehrere Filter an dem oder den Lufteinlässen für Frischluft und dem oder den Lufteinlässen für Umluft angeordnet sind. In einer neuartigen Variante dieses allgemeinen Konzepts schlägt US-Patent Nr. 5,683,478 vor, in einem Gebläse der Gebläsemotorbaugruppe einen statischen Filter anzuordnen, der den Luftstrom unmittelbar vor dem Gebläse schneidet, da sowohl Umluft als auch Frischluft, die durch das Gebläse geleitet wird, gefiltert wird.
Im Allgemeinen arbeiten Filtermaterialien, die verwendet werden, mit sehr geringen Druckabfällen, um zu gewährleisten, dass das System den Luftstrom selbst dann nicht auf ein inakzeptabel hohes Maß verringert, wenn der Filter vollkommen zugesetzt ist. Wenn aber das Filtermedium von dem Typ mit sehr geringem Druckabfall ist, so handelt es sich in der Regel um einen Filter mit geringem Wirkungsgrad (beispielsweise eine offene Vliesbahn), mit begrenzter Lebensdauer (beispielsweise geladene Bahnen mit relativ geringem Basisgewicht) oder mit sehr sperriger Form (beispielsweise ein stark zickzackgefalteter Filter), was unzweckmäßig ist, wenn nur begrenzter Raum zur Verfügung steht, wie beispielsweise in der Heizungs- und Klimaanlage eines Auto mobils. Es wurde alternativ vorgeschlagen, dass ein bestimmter Anteil des Luftstromes am Filter vorbeigeht, um zu gewährleisten, dass der Druckabfall nicht in einem inakzeptablen Maß während der Lebensdauer des Filters ansteigt. Eine Filterumgehung dieser Art kann das Problem eines unzulässig verringerten Luftstromes durch die Heizungs- und Klimaanlage infolge eines völlig zugesetzten Filters beseitigen, doch es verringert drastisch den Filterwirkungsgrad, besonders wenn von außen einströmende Luft gefiltert werden soll. Um einen ausreichenden Luftstrom in den Fahrgastraum eines Fahrzeugs zu gewährleisten, sollte der Druckabfall am Filter in einer Heizungs- und Klimaanlage im Verlauf der Filterlebensdauer am besten allenfalls gering sein, unabhängig davon, wie lange er in Gebrauch ist. Gleichfalls sollten Filter in Hausheizungsanlagen den Luftstrom nicht deutlich verringern, selbst wenn sie komplett zugesetzt sind.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Luftfiltereinrichtung zur Verwendung in einer Heizungs-, Belüftungs- oder Klimaanlage oder dergleichen, wo die Filtereinrichtung während des Betriebes allenfalls einen geringen Druckabfall aufweist. Die Luftfiltereinrichtung der vorliegenden Erfindung weist ein Gehäuse mit einem Luftzuführungsgebläse, vorzugsweise einem Gebläse mit einem axialen Lufteinlass und einem radialen Luftauslass, auf. Zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass befindet sich eine axial rotierende Gebläse- und Filtereinheit. Die Gebläse-Filter-Einheiten, wenn sie getrennt voneinander sind, haben eine gemeinsame Drehachse, die allgemein parallel zu dem axialen Lufteinlass des Filtergehäuses verläuft. Die Filtereinheit besteht aus mindestens einem Filterelement mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die benachbarten Vorder- und Rückseiten der Filterelemente sind über wenigstens einen Abschnitt der gesamten Breite und/oder Länge dergestalt voneinander beabstandet, dass Luft in einem Luftkanal, der zwischen den benachbarten Vorder- und Rückseiten gebildet wird, ungehindert strömen kann. Die benachbarten Vorder- und Rückseiten der Filterelemente befinden sich vorzugsweise an verschiedenen Filterelementen. Mehrere Filterelemente sind vorzugsweise in radialer Richtung um die Drehachse herum voneinander beabstandet und sind parallel zur Drehachse angeordnet. Die Gebläse- und Filtereinheiten sind ebenfalls mit Luftbewegungsmitteln versehen, bei denen es sich um Luftbewegungselemente und/oder Luftfilterelemente handeln kann. Die Luftbewegungselemente sind ebenfalls vorzugsweise in radialer Richtung um die Drehachse herum voneinander beabstandet und sind parallel zur Drehachse angeordnet. Die optionalen Luftbewegungsmittel erzeugen den Luftstrom mit einer allgemeinen Luftströmungsrichtung mit einem bestimmten Druckgefälle und einer bestimmten volumetrischen Strömungsrate. Mit dem bevorzugten Gebläse vom Zentrifugaltyp wird die Luft axial zur Drehachse der Gebläse- und Filtereinheit angesaugt und radial nach außen abgegeben. Die Luftbewegungselemente und/oder -filterelemente sind von benachbarten Luftbewegungselementen und/oder Filterelementen dergestalt beabstandet, dass Luft ungehindert zwischen den Luftbewegungselementen und/oder Filterelementen strömen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgenden Zeichnungen veranschaulichen bevorzugte, aber nicht ausschließliche Ausführungsformen der Erfindung.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
3A ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform von 3.
3B ist eine auseinandergezogene Ansicht einer Querschnittsfläche von 3A.
4 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer Luftzuführungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer Luftzuführungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Kurvendarstellung der Reinluftzufuhrrate (RLZR) im Verhältnis zur Durchlässigkeit des Filtermediums, wie in Beispiel 1 beschrieben.
7 ist eine Kurvendarstellung des prozentualen Anteils an Luft, die durch eine Filterschaufel strömt, im Verhältnis zur Geschwindigkeit der Filterschaufel, wie in Beispiel 6 beschrieben.
8 ist eine Kurvendarstellung der Reinluftzufuhrrate (RLZR) im Verhältnis zu dem prozentualen Anteil an Luft, die durch eine Filterschaufel strömt, im Verhältnis zur Geschwindigkeit der Filterschaufel, wie in Beispiel 6 beschrieben.
9 ist eine Kurvendarstellung der Reinluftzufuhrrate (RLZR) im Verhältnis zur Durchlässigkeit des Filtermediums, wie in Beispiel 10 beschrieben.
10 ist eine Kurvendarstellung der Reinluftzufuhrrate (RLZR) im Verhältnis zur Durchlässigkeit des Filtermediums, wie in Beispiel 11 beschrieben.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Luftzuführungseinrichtung der vorliegenden Erfindung weist ein Gehäuse mit einem Lufteinlass und einem Luftauslass auf. Das Gehäuse erstreckt sich im Allgemeinen durchgängig zwischen dem Einlass und dem Auslass, so dass Luft auf keinem anderen Weg in die Einrichtung hineingelangen kann als durch den Einlass und dass Luft auf keinem anderen Weg aus der Einrichtung herausgelangen kann als durch den Auslass. Es können aber kleine Umgehungsentlüftungen vorhanden sein, solange der effektive Luftstrom zum Auslass nicht nennenswert verringert wird. Zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass ist ein Luftzuführungsgebläse angeordnet, der mindestens zwei sich drehende Luftbewegungsmittel aufweist. Die Luftbewegungselemente des Luftzuführungsgebläses sind luftundurchlässig und sind allgemein Gebläseschaufeln, die sich von der Drehmittelachse strahlenförmig nach außen erstrecken oder um die Drehmittelachse herum (beispielsweise in einer Ringanordnung) angeordnet sind. Die sich drehenden Luftbewegungs- und/oder Filterelemente schneiden den Luftstrom zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass und erzeugen einen Bereich mit einem höheren Druck am Luftauslass und einen Bereich mit geringerem Druck am Lufteinlass. Die Luftbewegungs- oder Filterelemente sind in dem Gehäuse dergestalt angeordnet, dass ein relativ kleiner Bereich vorhanden ist, über den die Luft an den Luftbewegungs- und/oder Filterelementen vorbei strömen kann. Luft, die in den am Lufteinlass gebildeten Bereich mit geringerem Druck eintritt, wird in die sich drehenden Luftbewegungs- und/oder Filterelemente hinein- und durch die sich drehenden Luftbewegungs- und/oder Filterelemente hindurchgesaugt und mit einem Druck zum Luftauslass hin gedrängt, der im Allgemeinen mindestens etwa 0,5 mbar (5 mm Wassersäule), bevorzugt mindestens etwa 1,0 mbar (10 mm Wassersäule) über dem Lufteinlassdruck liegt, der in dem am Lufteinlass gebildeten Bereich mit geringerem Druck herrscht.
Das Luftzuführungsgebläse weist mindestens ein Luftfilterelement auf. Das oder die Filterelemente haben eine stromaufwärtige Filterfläche und eine stromabwärtige Filterfläche, wobei wenigstens die stromaufwärtige Filterfläche entlang derselben Drehachse rotiert wie die Luftbewegungselemente. Wie die sich drehenden Luftbewegungselemente sind die Filterelemente vorzugsweise dergestalt am Luftzuführungsgebläse angeordnet, dass im Wesentlichen der gesamte Luftstrom, der durch das Gebläse strömt, ein oder mehrere Filterelemente schneidet, bevor er durch die Luftbewegungselemente oder die Filterelemente zum Luftauslass gedrängt wird. Die Filterelemente bewirken dies, indem sie so in dem Gehäuse angeordnet sind, dass sie sich im Allgemeinen um die gleiche Länge erstrecken wie eventuell vorhandene Luftbewegungsmittel oder -elemente, die eine bestimmte Längenausdehnung aufweisen. Diese bestimmte Längenausdehnung der Luftbewegungsmittel oder -elemente verläuft im Allgemeinen senkrecht zur Richtung der Luftströmung zum Luftauslass hin oder senkrecht zur Drehrichtung der Luftbewegungselemente. Die Luftfilterelemente erstrecken sich über die gesamte Querschnittsfläche des Gehäuses, wobei sich durch diese Querschnittsfläche die Luftbewegungsmittel bewegen und wobei durch diese Querschnittsfläche der Luftstrom zum Luftauslass hin geleitet wird. Jedoch kann gewünschtenfalls ein bestimmter größerer Abschnitt der bestimmten Längenausdehnung eines oder mehrerer Luftbewegungselemente ohne Luftfilterelement konfiguriert sein, wodurch ein Teil des Luftstromes ungefiltert bleibt, indem das eingebaute Filterelement umgangen wird. Wenn mehrere Luftfilterelemente an verschiedenen radialen Positionen des Gebläses angeordnet sind, so kann jedes Filterelement entlang derselben bestimmten Längenausdehnung verschiedene Abschnitte ohne Filtermedium aufweisen.
Jedes Filterelement hat eine stromaufwärtige Filterfläche und eine stromabwärtige Filterfläche. Die stromaufwärtige Filterfläche weist im Allgemeinen in Drehrichtung der Luftbewegungselemente oder Filterelemente des Gebläses, während die stromabwärtige Filterfläche in die Richtung weist, die der Drehrichtung der Luftbewegungs- oder Filterelemente entgegengesetzt ist. Somit bewegt sich die stromaufwärtige Filterfläche in einem Winkel relativ zur Luftströmung in dem Luftzuführungsgebläse, dergestalt, dass die stromaufwärtige Filterfläche auf den sich bewegenden Luftstrom trifft, wodurch ein Teil der Luft durch das Filterelement von der stromaufwärtigen Filterfläche zu einer stromabwärtigen Filterfläche und von der stromabwärtigen Filterfläche zurück in einen neuen Teil des Luftstromes strömen kann. Die stromaufwärtige Filterfläche wirkt wie ein aerodynamischer Körper, wobei Luft mit höherem Druck an dieser Fläche Luft in das und durch das Filterelement zur stromabwärtigen Filterfläche, wo ein geringerer Luftdruck herrscht, drängt.
Zwischen einer benachbarten stromaufwärtigen Filterfläche und stromabwärtigen Filterfläche gibt es entlang des Filterelements in Richtung der bestimmten Längenausdehnung eine Vorderkante des Filterelements und eine primäre Hinterkante, die eine stromaufwärtige Filterfläche bilden. Die Vorderkante des Filterelements wird allgemein axial auswärts der Hinterkante verschoben und/oder befindet sich in Drehrichtung vor der Hinterkante. Es ist möglich, dass eine sekundäre Hinterkante axial auswärts der Vorderkante verschoben wird, beispielsweise dort, wo das Filterelement die Form eines Zickzackfilters oder dergleichen aufweist, wobei sich jedoch die Vorderkante in Drehrichtung vor dieser sekundären Hinterkante befindet. Auf jeden Fall erstrecken sich das oder die Filterelemente nicht durchgängig in Drehrichtung des Gebläses, so dass Luft an einem bestimmten Filterelement in den vorhandenen Luftströmungskanälen vorbei strömen kann. Die Luftströmungskanäle sind allgemein zwischen der stromaufwärtigen Fläche eines Filterelements und einer benachbarten stromabwärtigen Filterfläche – im Allgemeinen einer benachbarten stromabwärtigen Fläche eines Filterelements – angeordnet und sind so voneinander beabstandet, dass Luft mit einem minimalen Druckabfall zum Luftauslass strömen kann (im Allgemeinen durch Luftströmungsdurchgänge wie beispielsweise Löcher, Spalte oder dergleichen, die zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Filterflächen ausgebildet sind). Die benachbarten stromaufwärtigen und stromabwärtigen Filterflächen, welche die Luftströmungskanäle bilden, befinden sich vorzugsweise zwischen einem Filterelement und einem benachbarten Filterelement. Die Luftströmungsdurchgänge (beispielsweise Spalte oder Löcher) dienen dem Zweck, einen im Wesentlichen ungehinderten Luftstrom aus einem Strömungskanal heraus zu ermöglichen, und allgemein entsprechende Luftströmungsdurchgänge (beispielsweise Löcher oder Spalte) ermöglichen einen im Wesentlichen ungehinderten Luftstrom in einen Strömungskanal zwischen benachbarten stromaufwärtigen und stromabwärtigen Filterflächen. Es können jedoch sekundäre Strömungskanäle zwischen stromaufwärtigen und stromabwärtigen Flächen von Filterelementen ausgebildet sein, wo es nur Auslassluftdurchgänge gibt. Diese sekundären Luftkanäle würden im Allgemeinen über einen Filterelement-Filter in strömungsmäßiger Beziehung mit primären Luftkanälen stehen und würden durch Falten oder vergleichbare Richtungsänderungen in dem Filterelement hergestellt sein, wodurch ein Strömungskanal zwischen der stromabwärtigen Filterfläche und einem gegenüberliegenden Abschnitt derselben Filterfläche, der als eine sekundäre stromaufwärtige Filterfläche fungiert, entsteht.
Das Filterelement kann sich im Allgemeinen mindestens durchschnittlich 0,5 cm, bevorzugt mindestens 1 cm, auf der oder den stromaufwärtigen Flächen von der Vorder kante zur Hinterkante erstrecken, jedoch richtet sich die Ausdehnung des Filterelements nach der Größe der Luftzuführungsvorrichtung und ihrer Arbeitsweise. Diese Distanz auf der stromaufwärtigen Fläche zwischen der Vorderkante und der Hinterkante definiert allgemein die Menge an Filtermaterial bzw. -medium, das zum Filtern eines bestimmten Anteils des Luftstromes zur Verfügung steht, wenn dieser Anteil des Luftstromes an der stromaufwärtigen Filterfläche des Filterelements vorbeiströmt. Natürlich steht jener Bruchteil dieses Luftstromanteils, der durch die stromaufwärtige Filterfläche strömt, zur weiteren Filterung als Teil eines neuen Anteils des Luftstromes zwischen der stromabwärtigen Filterfläche und einer benachbarten stromaufwärtigen Filterfläche zur Verfügung.
Das Filterelement weist allgemein Filtermedien auf, die aus einer Faserfilterbahn hergestellt sind, die elektretgeladene Filterfasern umfasst. Bei dem Faserfilter handelt es sich allgemein um eine Vliesfaserbahn, wobei mindestens ein Abschnitt der Fasern, aus denen die Bahn besteht, elektretgeladen ist. Es ist aber möglich, dass eine Filterbahn eine veränderliche Durchlässigkeit zwischen der Vorderkante und der Hinterkante aufweist, wobei Abschnitte entweder über oder unter den bevorzugten Bereichen liegen. Wenn der Filter oder die Filterbahn eine veränderliche Durchlässigkeit aufweist, so befindet sich das durchlässigste Material vorzugsweise auf jenem Abschnitt des Filtermediums mit der niedrigsten Drehzahl (beispielsweise der Abschnitt, welcher der Drehachse am nächsten liegt).
Der bevorzugte Filter besteht aus einer Vliesfaserbahn aus geladenen elektrethaltigen Fasern, wobei es sich hier um jede geeignete offene Vliesbahn aus geladenen Fasern handeln kann. Die Filterbahn könnte aus den geladenen Spleißfasern hergestellt sein, wie sie im US-Patent Nr. 30,782 beschrieben sind. Diese geladenen Fasern können auf herkömmliche Weise zu einer Vliesbahn verarbeitet und optional mit einem Trägergewebe verbunden werden, wie es beispielsweise im US-Patent Nr. 5,230,800 beschrieben ist, das eine äußere Tragschicht bildet. Das Trägergewebe kann eine Spinnvliesbahn, ein Netz, eine Claf-Bahn oder dergleichen sein.
Alternativ kann es sich bei der Vliesfaserfilterbahn um eine schmelzgeblasene Mikrofaservliesbahn handeln, wie sie beispielsweise im US-Patent Nr. 4,817,942 offenbart ist, die während der Herstellung der Bahn mit einer Tragschicht verbunden werden kann, wie es in jenem Patent offenbart ist, oder die anschließend auf eine herkömmliche Weise mit einer Trägerbahn verbunden werden kann. Die schmelzgeblasene Vliesbahn kann geladen werden, nachdem sie hergestellt wurde, und bevor oder nachdem sie mit einer eventuell vorhandenen Tragschicht verbunden wurde. Es ist des Weiteren vorgeschlagen worden, die Mikrofasern zu laden, die zu einer Bahn zusammengefasst wurden. Die schmelzgeblasenen Vliesbahnen werden in der Regel mittels des Verfahrens hergestellt, das in Wente, Van A., "Superfine Thermoplastic Fibers" in Industrial Engineering Chemistry, Band 48, Seiten 1342 ff., (1956), oder im Bericht Nr. 4364 der Naval Research Laboratories, veröffentlicht am 25. Mai 1954, mit dem Titel "Manufacture of Superfine Organic Fibers" von Wente, Van A., Boone, C. D. und Feluharty, E. L. gelehrt wird, wobei die Fasern nach dem Zufallsprinzip zusammengefasst werden, wie beispielsweise auf einem perforierten Siebzylinder oder direkt auf einer Tragbahn oder in der Weise, die in der PCT-Anmeldung Nr. WO 95/05232 beschrieben ist (zwischen zwei in der gleichen Richtung drehenden Trommelkollektoren, die mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren und eine flache Oberfläche und eine gewellte Oberfläche erzeugen). Das zusammengefasste Material kann anschließend erforderlichenfalls verfestigt und geladen werden, wie beispielsweise in der Weise, die im US-Patent Nr. 4,215,682 beschrieben ist. Zu alter nativen Ladungsverfahren, mit denen in der Filterbahnschicht Elektrets gebildet werden, gehören die Verfahren, die in den US-Patenten Nr. 4,375,718 oder Nr. 4,592,815 oder in der PCT-Anmeldung Nr. WO 95/05501 beschrieben sind.
Die Fasern der Vliesfilterbahn können ebenfalls mittels bekannter Verfahren geladen werden, beispielsweise unter Verwendung von Koronaentladungselektroden, von hoch-intensiven elektrischen Feldern oder durch Tribo-Ladung (wie beispielsweise im US-Patent Nr. 4,798,850 beschrieben), wo Fasern mit unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften aneinander gerieben werden, beispielsweise während der Herstellung der Vliesbahn, wodurch die Fasern wechselseitig geladen werden.
Die Fasern, aus denen die Vliesfaserfilterbahn besteht, werden im Allgemeinen aus dielektrischen Polymeren hergestellt, die dergestalt geladen werden können, dass Elektreteigenschaften entstehen. Im Allgemeinen eignen sich Polyolefine, Polycarbonate, Polyamide, Polyester und dergleichen. Bevorzugt sind Polypropylene, Poly(4-methyl-pentene) oder Polycarbonate, wobei diese Polymere frei von Additiven sind, die dazu neigen, Elektreteigenschaften zu entladen.
Die Filtermediumbahn sollte allgemein eine durchschnittliche Durchlässigkeit nach Frazier von etwa 2000 bis etwa 8000 m³/h/m², ganz besonders bevorzugt 3000 bis 6000 m³/h/m², aufweisen. Das Grundgewicht der Filterbahnschicht oder -schichten beträgt allgemein 10 bis 200 g/m², bevorzugt 50 bis 100 g/m². Wenn ein höherer Filterwirkungsgrad benötigt wird, so können zwei oder mehr Filterschichten verwendet werden.
Die Vliesfilterbahn kann auch Additivpartikel oder -fasern enthalten, die auf bekannte Arten integriert werden können, wie es beispielsweise im US-Patent Nr. 3,971,373 oder Nr. 4,429,001 offenbart ist. Wenn bei spielsweise eine Geruchsbeseitigung gewünscht ist, so könnten Sorbenspartikel und -fasern in die Vlieselektretfilterschichtbahn oder in eine Bahn, die mit dieser Filterschichtbahn verbunden ist, integriert werden.
Das Luftfilterelement kann die Form eines allgemeinen planaren Elements aufweisen, wie beispielsweise eine Gebläseschaufel oder ein Gebläseschaufeleinsatz. Es sind auch nicht-planare Formen des Filterelements möglich, wie beispielsweise ein V-förmiger Keil oder eine strukturierte lagenartige Form, wie beispielsweise eine Anordnung benachbarter Spitzen oder Täler oder dergleichen. Das Luftfilterelement wird allgemein durch ein Luftfiltermedium (beispielsweise aus einem Faserfilter) und Stützelementen gebildet. Der Faserfilter kann aus einer oder aus mehreren Schichten aus Faserfilterbahnmaterialien bestehen, wobei diese Filterbahn auf einer oder auf beiden Flächen mit schützenden Deckschichten versehen sein kann. Die schützenden Deckschichten weisen allgemein eine höhere Luftdurchlässigkeit nach Frazier auf als die Faserfilterbahn, allgemein wenigstens 4000 m³/h/m², bevorzugt wenigstens 5000 m³/h/m² oder höher, ganz besonders bevorzugt wenigstens 7000 m³/h/m² oder höher. Die schützenden Deckschichten können Spinnvliesbahnen, Spunlaced-Bahnen, kalandrierte Vliese oder sonstige dünne verfestigte Vliese oder Gewebematerialien sein. Bei der schützenden Deckschicht handelt es sich allgemein um ein Material, das sich nicht dehnt, wenn darauf die Kräfte einwirken, die entstehen, wenn das Filtermedium auf den Luftstrom trifft.
Zusätzlich zu dem Filtermedium können noch weitere Funktionsschichten in die Filtermediumschicht oder -schichten eingebaut werden. Diese weiteren Funktionsschichten können zusätzliche Partikelfilterschichten sein, wie beispielsweise nicht-geladene Faserbahnen, Schaumstofffilterschichten, Gewebefilterschichten und dergleichen. Zu Nichtpartikelfilterschichten, die sich als zusätzliche Funktionsschichten eignen, gehören beispielsweise Schichten, die aus Partikeln oder Fasern hergestellt sind oder solche enthalten, die zur Sorption oder Chemisorption befähigt sind, wie beispielsweise Adsorbenzien, wie beispielsweise Aktivkohlepartikel oder -fasern, Kieselgel oder aktiviertes Aluminiumoxid.
Die Halteelemente des Filtermediums können an den Enden der einzelnen Filtermediumelemente, an den Seiten der einzelnen Filtermediumelemente oder in der Ebene des Filtermediums angeordnet sein. Die Halteelemente können starr oder flexibel sein, sind aber im Allgemeinen so konfiguriert, dass sie das Filtermedium an seinem Platz an den Filterelementen halten, wenn sich das Gebläse dreht. Wenn die Halteelemente an den Enden oder den Seiten des Filtermediums angeordnet sind, so ist das Filtermedium allgemein beispielsweise mittels mechanischer Klemmschellen, Klebung, Harzverguss oder dergleichen an den Halteelementen befestigt. Wenn sich die Halteelemente in der Ebene des Filtermediums befinden, so sind allgemein wenigstens einige der Halteelemente dergestalt an dem Filtermedium angebracht, dass eine seitliche Bewegung oder ein Rutschen des Filtermediums entlang des Filterelements verhindert wird. Strukturelle Stützelemente an der stromabwärtigen Fläche des Filtermediums brauchen nicht dicht am Filtermedium angebracht zu sein, da die Drehbewegung des Gebläses das Filtermedium in einen kraftschlüssigen Eingriff mit diesen Stützelementen drückt.
Bei der Luftzuführungsvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um ein zentrifugales Luftzuführungsgebläse, wie es in 1 gezeigt ist, mit einem axialen Lufteinlass 2, wobei die Luft radial 7 zur Drehachse 6 des Gebläses 1 zugeführt wird. Die Luftbewegungselemente 4 haben eine stromaufwärtige Fläche 11, die allgemein auf die Drehachse ausgerichtet ist, und eine stromabwärtige Fläche 12. Die stromaufwärtige Fläche 11 weist in die Drehrichtung 10 des Gebläses 1. Die stromaufwärtige Fläche 11 ist dergestalt auf die Drehachse 6 ausgerichtet, dass sie, wenn die stromaufwärtige Fläche den Luftstrom schneidet, dem Luftstrom eine im Wesentlichen radiale Bewegungsrichtung verleiht.
Die radiale Richtung des Luftstromes aus dem Gebläse heraus erreicht man am besten, wenn sich die Luftbewegungselemente 4 oder wenigstens ihre stromaufwärtige Fläche 11 in einer Ebene befinden, die allgemein parallel zur Drehachse 6 verläuft, wobei die Luftbewegungselemente 4 aber leicht geneigt sein können. Beispielsweise kann sich die stromaufwärtige Fläche 11 in einer Ebene befinden, welche die Drehachse 6 um etwa 5 bis 10 Grad in jeder Richtung schneidet, und kann dem Luftstrom 7 trotzdem eine im Wesentlichen radiale Richtung verleihen. Wenn sich die Ebene, welche die stromaufwärtige Fläche 11 beinhaltet, in einem Winkel zur Drehachse 6 befindet, so ist dieser Winkel vorzugsweise so angeordnet, dass jede axiale Luftstromkomponente zu der Fläche des Gebläses hin gedrängt wird, die der Fläche des Lufteinlasses 2 gegenüberliegt.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Luftbewegungselemente 4 von der Drehachse 6 auf einer Nabe 8 radial auswärts, wobei jedes Element 4 ein oberes Paneel 16 und ein unteres Paneel 17 aufweist. Es sind zwar acht Luftbewegungselemente 4 gezeigt, es sind aber auch nur zwei Luftbewegungselemente möglich, bevorzugt wenigstens vier. Es können auch mehr Luftbewegungselemente verwendet werden, solange der Abstand zwischen benachbarten Luftbewegungselementen mindestens 0,5 cm, bevorzugt mindestens 1,5 cm beträgt. Zusätzliche Luftbewegungselemente in einem Abstand von weniger als 0,5 cm bewirken allgemein kaum einen weiteren Nutzen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfassen die Luftbewegungselemente 4 außerdem die Filterelemente, wobei das Filtermedium 3 durch Halteelemente 9 gehalten wird. Das Filtermedium 3 wird durch zwei im Wesentlichen identische Halteelementrahmen 9 gehalten, die miteinander und mit dem Filtermedium durch mechanischen Eingriff, Klebstoffe oder dergleichen in Eingriff gebracht werden können.
Die Filterelemente erstrecken sich um eine Längenausdehnung 5 in der Richtung senkrecht zum Luftstrom 7. Die Längenausdehnung 5 erstreckt sich von der Lufteinlasskante 13 des Gebläses bis zur gegenüberliegenden Kante 14. Wenn das Gebläse in einem Gehäuse angeordnet wird, so befinden sich die Gehäuseseitenwände vorzugsweise dicht sowohl neben der Lufteinlasskante 13, außer in einer mittigen Region, die dem Lufteinlass 2 entspricht, als auch der gegenüberliegenden Kante 14. Somit erstreckt sich das Filterelement über die gesamte Längenausdehnung 5 der Querschnittsfläche in dem Gehäuse hinweg, durch die sich die Luftbewegungselemente bewegen, durch welche die vielen Teile des Luftstromes 7 hindurchströmen. Wenn ein größerer Anteil (beispielsweise über 75 Prozent) der Längenausdehnung 5 kein Filtermedium aufweisen würde (wenn beispielsweise alle oberen Paneele 16 blockiert wären), so würden wesentliche Teile des radialen Luftstromes am Gebläse vorbei oder durch das Gebläse hindurch strömen, ohne das Filtermedium 3 zu schneiden, und würden somit ungefiltert bleiben. Relativ dünne Halteelemente 9 an den Kanten 14 und 13 (beispielsweise weniger als 1,3 cm) führen aufgrund der inhärenten Turbulenzen des Luftstromes nicht zu diesem Effekt. Das in 1 gezeigte Filterelement erstrecht sich über die gesamte Breite 18 des Luftbewegungselements 4 von einer Vorderkante 15 zu einer Hinterkante 19. Das Filterelement könnte sich aber auch nur über einen Abschnitt der Breite 18 hinweg erstrecken und trotzdem so funktionieren, dass es im Wesentlichen den gesamten Luftstrom schneidet, wenn auch mit einem geringeren Filterwirkungsgrad.
2 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform eines Zentrifugalgebläses 20 gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind die Luftbewegungselemente 24 wieder Filterelemente, die aus einem Filtermedium 23 und Halteelementen (29, 30 und 31) gebildet werden. Das Filtermedium ist an den Halteelementen 29 beispielsweise mittels Klebstoff befestigt. Die Halteelemente 29 befinden sich in der Ebene des Filtermediums 23 und befinden sich auf der stromabwärtigen Fläche 12 des Filtermediums. Das Filtermedium 23 der Filterelemente erstreckt sich über die gesamte Längenausdehnung 25 der Luftbewegungselemente 24, dergestalt, dass gewährleistet wird, dass der gesamte Luftstrom mit dem Filtermedium 23 der Filterelemente in Kontakt kommt, wenn sich das Gebläse in Drehrichtung 10 dreht. Die obere Halteplatte 30 ist mit einer Lufteinlassöffnung 2 versehen. Die untere Halteplatte 31 kann massiv sein, da keine Luft axial von dieser Fläche des Gebläses abgegeben wird. Die Halteelemente 29 werden zwischen den Halteplatten 30 und 31 gehalten.
Die planare stromaufwärtige Fläche des Luftbewegungselements/Filterelements 24 ist auf die Drehachse ausgerichtet und zu dieser parallel, so dass ein im Wesentlichen vollkommen radialer Luftstrom 7 entsteht. Die stromaufwärtige Fläche 11 bei der in 2 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich jedoch nicht linear in der radialen Richtung wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform, sondern ist vielmehr in der radialen Richtung von der Vorderkante 15 zur Hinterkante 19 gekrümmt. Das Luftbewegungselement und/oder Filterelement kann in beiden Richtungen gekrümmt sein. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die stromaufwärtige Fläche in der radialen Richtung dergestalt gekrümmt, dass die konkave Fläche die stromabwärtige Fläche 12 ist und die konvexe Fläche die stromaufwärtige Fläche 11 ist.
Die 3, 3A und 3B veranschaulichen eine dritte Ausführungsform von Filterelementen, die in einem erfindungsgemäßen Luftzuführungsgebläse verwendet werden. Die Filterelemente 44 sind aus einem zickzackgefalteten Filtermedium 43 hergestellt, das von einer oberen ringförmigen Haltescheibe 45 und einer unteren ringförmigen Haltescheibe 46 gehalten wird. Das Filtermedium 43 wird vorzugsweise ebenfalls durch starre Halteelemente oder durch Haltebänder 47 gehalten, welche die Spitzen oder Enden des Filtermediums an einer oder an beiden ringförmigen Außenflächen schneiden. Die äußeren Faltungsspitzen des Filtermediums werden abgeschnitten, so dass Strömungspassagen 48 entstehen. Die Fläche 58 und die Fläche 59 des gefalteten Filtermediums bilden den primären Strömungskanal 55. Die Filterelemente 44 sind somit V- oder U-förmig, wobei primäre Luftdurchströmungskanäle 55 zwischen der Fläche 58, die zwischen der Kante 51 und der Kante 54 eines benachbarten Filterelements 44 gebildet wird, und der Fläche 59 eines benachbarten Filterelements 44, die zwischen der Kante 54 und der sekundären Kante 52 gebildet wird, gebildet werden. Dieser primäre Luftkanal 55 bildet auch eine Luftpassage. Die Luftpassagen in dieser Ausführungsform können jede geeignete Größe oder Form aufweisen, haben aber durchschnittlich allgemein eine Querschnittsfläche von mindestens 0,02 cm², vorzugsweise mindestens 0,06 cm². Die Querschnittsfläche aller Luftströmungspassagen bei dieser Ausführungsform (auf der Basis der Mindestquerschnittsfläche für Luftströmungspassagen, die sich entlang eines Luftkanals erstrecken) umfasst im Allgemeinen 5 bis 25 Prozent, vorzugsweise 10 bis 20 Prozent, der Gesamtquerschnittsfläche der Filterelemente und aller Strömungspassagen zwischen benachbarten Filterelementen.
Ein sekundärer Luftkanal 56 wird zwischen einer stromabwärtigen Fläche 69, die zwischen der Kante 51 und der Kante 54 gebildet wird, und einer sekundären Fläche 68, die zwischen der Kante 54 und der sekundären Kante 52 gebildet wird, gebildet. Dieser sekundäre Luftkanal hat einen Luftauslass 57, aber keinen Lufteinlass. Somit kann Luft, die von der stromabwärtigen Filterfläche in den Luftkanal 56 eintritt, einen sekundären Luftstrom bilden und aus einer Luftströmungspassage austreten, die durch den Luftauslassspalt 57 gebildet wird, und wieder in den primären Luftstrom 7 eintreten.
Der ringförmige Filter 40 aus den 3 und 3A kann an einem Gebläse 60 mit separaten Luftbewegungselementen 61 in einem Gehäuse, wie in 4 gezeigt, angebracht werden. Die Luftbewegungselemente 61 sind Gebläseschaufeln. Der Abstand zwischen den Kanten (51 und 52) benachbarter Filterelemente bildet Luftströmungskanäle 55, die gewährleisten, dass Luft frei in die Luftfilterelemente hinein- und als radialer Luftstrom 7 herausströmen kann, selbst wenn das Filtermedium 43, das die Filterelemente 44 bildet, vollkommen mit Partikeln zugesetzt ist. Alternativ könnte das Filtermedium auch mit Löchern versehen sein, dergestalt, dass Strömungskanäle zwischen stromaufwärtigen und stromabwärtigen Filterelementflächen gebildet werden, um einen kontinuierlichen Luftstrom zu gewährleisten, selbst wenn das Medium vollkommen zugesetzt ist.
4 veranschaulicht den Filter von 3, der in einem Gehäuse 62 verwendet wird, das einen Lufteinlass 63 und einen Luftauslass 64 aufweist. Die Luftbewegungselemente 61 sind radial von der Drehachse beabstandet und bilden Gebläseschaufeln, die ringförmig an einem radialen Gebläserad 60 angeordnet sind. Der Lufteinlass befindet sich in einem Deckel 66, der auf das Hauptgehäuse 62 passt. Der radiale Luftstrom von dem Gebläserad wird durch den Filter 40 geleitet, wo er die stromaufwärtigen Flächen der Filterelemente 44 schneidet. Der Filter und seine Filterelemente sind in 4 radial auswärts der Luftbewegungselemente dargestellt. Der Filter und seine Filterelemente könnten aber auch radial einwärts der Gebläse-Luftbewegungselemente angeordnet sein, indem sie sich im Inneren des Gebläserades befinden.
5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Filter 80, wie in 3 gezeigt, an einem Gebläserad 84 in einem Gehäuse 85 eines Zentrifugal-Luftzuführungsgebläses, wie es beispielsweise in der Heizungs- und Klimaanlage eines Fahrzeugs verwendet wird, angebracht ist. Der Lufteinlass 82 ist mittig in dem Gehäuse angeordnet, wobei sich der radiale Auslass 90 seitlich nach außen erstreckt und so konfiguriert ist, dass er Luft mit einem Druckgefälle abgibt. Der Filter 80 nimmt das Gebläse 82 über ein Reibungsverbindungsstück in der Mitte 88 des Gebläserades 84 in Eingriff.
Wenn die Luftbewegungsmittel durch die Filterelemente gebildet werden, wie in den 1 und 2 gezeigt, so werden vorzugsweise alle Luftbewegungsmittel ganz oder teilweise durch die Filterelemente gebildet, um zu gewährleisten, dass der gesamte Luftstrom gefiltert wird. Es können aber auch ein oder mehrere Luftbewegungsmittel auf andere Weise, d. h. nicht als Filterelemente, ausgebildet sein, wodurch der Filterwirkungsgrad nachlässt, weil die Luft vorbeiströmt, ohne die Filterelemente zu schneiden. Wo Luftbewegungselemente oder eine Luftschaufel einen Abschnitt der Luftbewegungsmittel bilden, so machen die Luftbewegungselemente vorzugsweise mindestens 25 Prozent der Querschnittsfläche der Luftbewegungsmittel aus, bevorzugt mindestens 75 Prozent der Querschnittsfläche.
Obgleich nicht bevorzugt, kann die Luftzuführungsvorrichtung auch durch ein Axialgebläse gebildet werden, wobei in diesem Fall die Luftbewegungselemente und/oder Filterelemente die Drehachse des Gebläses schneiden. In diesem Fall wird einem großen Anteil des Luftstromes eine axiale Strömungsrichtung verliehen, und der Luftauslass befindet sich an der axialen Seite des Luftzuführungsgebläses gegenüber der Lufteinlassseite. Das oder die Filterelemente erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte Breite 18 der Luftbewegungsmittel, um zu verhindern, dass Luft ungefiltert vorbeiströmt.
Im Betrieb drehen sich die Filterelemente in der Drehrichtung, die den Luftstrom schneidet und dem Luftstrom außerdem eine axiale und/oder radiale Richtung verleiht. Mindestens 95 Prozent des Luftstromes werden gefiltert, indem er wenigstens teilweise durch das Filtermedium der Luftfilterelemente strömt. Die Filterelemente sind relativ zueinander beabstandet oder bilden auf sonstige Weise Luftströmungskanäle, die das Strömen von Luft an den Filterelementen entlang oder vorbei ermöglichen. Diese Luftströmungskanäle haben vorzugsweise Auslässe, die am äußersten Rand des Filterelements angeordnet sind, wo sich der Luftstrom von den Filterelementen fort bewegt, wobei Strömungskanäle durch benachbarte stromaufwärtige und stromabwärtige Flächen des Filterelements oder der Filterelemente definiert werden.
Die Luftströmungspassagen, die sich in den Luftströmungskanälen befinden oder durch die Luftströmungskanäle hindurch verlaufen, ermöglichen den im Wesentlichen unbehinderten Durchgang von Luft durch den Filter, selbst wenn die Filterelemente im Wesentlichen mit Partikeln zugesetzt sind. Dies ermöglicht ein Funktionieren der Filterelemente, ohne dass während ihrer Grenznutzungsdauer nennenswerte Druckabfälle erzeugt werden, wobei es zu nominalen Reduzierungen des Luftstromes durch die Filtervorrichtung kommt. Die Reduzierung des Luftstromes der Filtervorrichtung während der Grenznutzungsdauer der Filterelemente ist im Allgemeinen geringer als 15 Prozent, bevorzugt geringer als 10 Prozent, und ganz besonders bevorzugt weniger als 5 Prozent. In dem Maße, wie die Filter elemente sich mit Partikeln zusetzen, sinkt ihr Filterwirkungsgrad, weil die Durchlässigkeit und Ladung des elektretgeladenen Filtermediums abnimmt.
Insgesamt arbeitet das Filtermedium am besten, wenn es sich in dem bevorzugten Bereich der Luftdurchlässigkeit nach Frazier befindet, und zwar sowohl zu Beginn als auch dann, wenn es ganz oder teilweise mit Partikeln zugesetzt ist. Im Allgemeinen sollten während des Betriebes wenigstens 5 Prozent des Luftstromes durch das Filtermedium strömen, bevorzugt 10 bis 75 Prozent, und ganz besonders bevorzugt 10 bis 50 Prozent. Ein höherer prozentualer Anteil des Luftstromes durch das Filtermedium ist weniger wünschenswert, weil aufgrund des verringerten Basisgewichts, das erforderlich ist, um diese Zunahme des Luftstromes durch das Medium zu ermöglichen, der Wirkungsgrad des Mediums geringer wird. Weil die Durchlässigkeit und der prozentuale Anteil der Luft, die durch das Medium strömt, bei einem nicht-geladenen Filtermedium abnehmen, bleibt die Filterwirkung im Allgemeinen gleich oder nimmt ab. Das erfindungsgemäße geladene Filtermedium hingegen weist eine deutliche höhere Filterwirkung auf, bis die Durchlässigkeit auf unter 2000 m³/h/m² sinkt. Die Wechselwirkung zwischen einem geladenen Medium und der Durchlässigkeit wird nicht vollständig verstanden, aber es ist klar, dass im Fall eines geladenen Filtermediums und einer sich bewegenden Filtervorrichtung gemäß der Erfindung, insbesondere in den bevorzugten Durchlässigkeitsbereichen, die Filterwirkung deutlich zunimmt.
BEISPIELE
Testvorschriften
Reinluftzufuhrrate
Die Reinluftzufuhrrate ist ein Maß der Luftreinigerleistung unter Verwendung einer ANSI-Standardvorschrift mit dem Titel "Verfahren zur Messung der Leistung von tragbaren, über ein Elektrokabel angeschlossenen Haushalt-Raumluftreinigern", ANSI/AHAM AC-1-1988 vom 15. Dezember 1988. Dieses Verfahren wurde wie unten im Abschnitt "Reinigungsdauer (Partikelbeladung)" beschrieben modifiziert, um eine Vielzahl von Filtersystemen und -bauweisen zu berücksichtigen und zu testen. Die Reinluftzufuhrrate (RLZR) ist durch die Gleichung RLZR = V(kc – kn)definiert, wobei V = das Volumen der Testkammer, k_c(1/t_min) = die gemessene Abklingrate der Partikelzählung in der Testkammer als Ergebnis des Betriebes der Luftreinigungsvorrichtung, die anhand der Standardanforderungen getestet wird, und k_c(1/t_min) = die natürliche Abklingrate der Partikelzählung in der Testkammer ohne Vorhandensein einer Luftreinigungsvorrichtung.
Durchlässigkeit nach Frazier
Die Durchlässigkeit nach Frazier, ein Maß für die Luftdurchlässigkeit von Stoffen oder Bahnen, wurde gemäß dem Federal Test Standard 191A, Methode 5450, vom 20. Juli 1978 bestimmt.
Gebläsedruck
Druck, der durch die Miniturbogebläsebaugruppe erzeugt wurde, wurde als die Differenz zwischen dem dynamischen Druck definiert, der zwischen der Vorder- und der Hinterseite jeder Schaufelkomponente erzeugt wurde, während sie sich mit einer bestimmten Drehzahl drehte (d. h. die Differenz des dynamischen Drucks am Filtermedium). Dieser Druck wurde mittels der Bernoullischen Differentialgleichung des statischen Drucks bestimmt, wie in "Fluid Mechanics" von V. L. Streeter und E. B. Wylie, McGraw-Hill Book Co., Seite 101, 1979, be schrieben. Der Druck, der durch die Zentrifugalgebläsekonfiguration erzeugt wurde, ist als die Differenz des Luftfluiddrucks zwischen dem Einlass der Gebläsebaugruppe (d. h. dem Einlass der Schraubeneinheit des Gebläses) und dem dynamischen Druck am Schraubenauslass definiert. Der Druckabfall des sich bewegenden Filters in der Zentrifugalgebläsevorrichtung wurde mittels der oben angesprochenen Bernoullischen Differentialgleichung des statischen Drucks bestimmt.
Reinigungsdauer (Partikelbeladung)
Dieser Test hatte den Zweck, die Rate zu bestimmen, mit der eine Filterkonfiguration die Partikelzählung eines bekannten Luftvolumens in einem Umluftmodus verringerte. Die Testkammer bestand aus einem Plexiglaskasten mit einem Volumen von einem Kubikmeter (m³). Die vordere Seitenwand der Testkammer war mit einer Tür versehen, um Instrumente, Sensoren, Steckdosen usw. in der Kammer unterzubringen. In jeder der beiden benachbarten Seitenwände war eine Anschlussöffnung von 10 cm (4 Inch) vorhanden, die als Einlass- und/oder Auslassanschluss diente, um Partikel in die Kammer einzutragen oder aus der Kammer auszutragen. Eine von drei Anschlussöffnungen mit einem kleinerem Durchmesser von 3,8 cm (1,5 Inch) auf der rückwärtigen Seitenwand der Kammer diente zur Messung des Partikelgehalts in der Testkammer. Die beiden anderen Anschlussöffnungen wurden mit 0,0254 m (1 Inch) durchmessenden Entlüftungsfiltern von 3M, Artikel-Nr. N900 (bei 3M, St. Paul, MN, zu beziehen), versehen, die mit einem Wirkungsgrad von 99,99% Partikel mit einer Größe von ≤ 0,3 μm herausfiltern. Die auf diese Weise geschützten Anschlussöffnungen fungierten als Entlüftungen, um einen ausgeglichenen atmosphärischen Druck zwischen der Testkammer und der Umgebung aufrecht zu erhalten. Im Inneren der Testkammer befanden sich ebenfalls Steckdosen, die von außerhalb der Testkammer bedient wurden. Der Partikelprüfgehalt wurde vor Beginn eines jeden Tests mittels eines tragbaren Raumluftreinigers (bei der Holmes Products Corp., Milford, MA, zu beziehen) auf einen konstanten, kontrollierten Wert eingestellt. Ein Umluftgebläse (bei der Duracraft Corp., Whitinsville, MA, zu beziehen) diente zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Vermischung der Partikelbeladung, bevor der Test begann. Dieses Gebläse wurde während der Rezirkulation auf maximale Drehzahl eingestellt und abgeschaltet, sobald der Partikeltest begann. Der Partikelzählungsanalysator (ein "Portable Plus" HIAC/ROYCO-Partikelzähler, bei der Firma Pacific Scientific, Silver Spring, Maryland, zu beziehen) wurde mittels eines Schlauches mit einem Außendurchmesser von 6,35 mm (1/4 Inch) und einer Länge von 1,22 m (4 Fuß) an die Testkammer angeschlossen. Alle Öffnungen, die in die Testkammer hineinführten, wurden sorgfältig mit Dichtungen oder Dichtmittel abgedichtet, um die Partikelleckverluste während des Tests zu minimieren.
Alle Tests wurden unter Verwendung von Hintergrundpartikel aus der Umgebung mit einer zusätzlichen Papierrauchbelastung durchgeführt, um den anfänglichen Partikelgehalt auf ungefähr 1,41 × 10⁸ Partikel/m³ (4 × 10⁶ Partikel je Kubikfuß) zu bringen. Der Raucherzeuger bestand aus einem Stab aus verfestigtem Papier, der angezündet und einige Sekunden lang in die Testkammer gehalten wurde. Die resultierende Partikelkonzentration lag typischerweise über dem gewünschten Wert, und der Raumluftreiniger diente dazu, für alle Tests die Zählung auf einen konstanten Ausgangswert von 1,41 × 10⁸ Partikeln/m³ (4 × 10⁶ Partikel/ft³) zu bringen. Sobald die gewünschte Partikelkonzentration erreicht war, wurde die sich drehende Filtervorrichtung eingeschaltet, und die Partikelkonzentration in der Kammer wurde alle 30 Sekunden mit einer Rate von 5,66 Litern/min (0,2 ft³/min) geprüft, dergestalt, dass über einen Zeitraum von 10 Minuten eine Partikelabklingkurve aufgezeichnet wurde. Nach jedem Test wurden alle Partikel aus der Kammer entfernt. Neben dem Proto kollieren der Partikelabklingkurven wurden die Spannung, der Stromverbrauch und die Drehzahlen jeder Filterkonfiguration mit Hilfe eines Fluke-Instruments, Modell 87, Everett, Washington, aufgezeichnet. Die Charakterisierung der Filterwirkung jedes sich bewegenden Filters erfolgte gemäß dem Standard ANSI/AHAM AC-1-1988. Abweichungen vom Standard waren die Abmessungen der Testkammer, die Größe des Umluftgebläses, die fehlende Feuchtigkeitssteuerung, die Verwendung eines manuellen Raucherzeugers (Papierrauch), die Häufigkeit der Datenerfassung und die Dauer des Tests (10 Minuten).
Bahndicke
Die Bahndicke wurde mit Hilfe einer elektronischen digitalen Dickenlehre, Modell 721B, bei der Firma Starrett, Athol, MA, zu beziehen, gemessen.
Luftstrom durch die Filtermedien
Der Luftstrom durch die verschiedenen Medien, die als Filtermaterial dienten, wurde gemäß folgender Formel berechnet: Strömung (m3/h) = (QM/QS) × 100wobei Q_M = die Strömung durch das Medium, die unter Verwendung der Gleichung PERM × Filterfläche berechnet wurde, wobei PERM unten definiert ist.
Q_S = die Strömung, die durch das System infolge des Mediums abgegeben wird und die als die Differenz Q_C – Q_F berechnet wird, wobei
Q_F, der Luftstrom infolge des Rahmens der Gebläseschaufeln, wurde ermittelt durch: Betreiben des (unten beschriebenen) Miniturbogebläses mit der angegebenen Drehzahl (die U/min wurden mittels eines Stroboskops ermittelt, Modell 1000, bei der Ametek, Inc., Largo, FL, zu beziehen), Aufzeichnen der Spannung und des Stromverbrauchs entsprechend der Drehzahl für spätere Berechnungen, Bestimmen der Luftgeschwindigkeit (ein Durchschnitt aus drei Datenpunkten) am Gebläseauslass mittels eines handgehaltenen Anemometers (Modell "Velocicalc Plus", bei der TSI, Inc., St. Paul, MN, zu beziehen) und Berechnen der Strömungsrate Q_F durch Multiplizieren der Luftgeschwindigkeit mit der Querschnittsfläche des Auslasses.
Q_C, die kombinierte Luftströmung infolge des Filtermediums und des Rahmens, wurde mittels eines Verfahrens bestimmt, das mit dem identisch war, das zur Bestimmung von Q_F verwendet wurde, mit der Ausnahme, dass die bloßen Turboschaufelrahmen durch Rahmen ersetzt wurden, die mit einem Filtermedium versehen waren.
PERM, die Permeabilität (Durchlässigkeit) des Filtermediums an einer sich bewegenden Turboschaufel, wurde mittels folgender Gleichung berechnet: PERM = (Durchlässigkeit nach Frazier × PA)/PB wobei die Durchlässigkeit nach Frazier des Filtermediums wie oben beschrieben ermittelt wurde.
P_A, der Druck, der auf das Filtermedium einer sich bewegenden Turboschaufel ausgeübt wird, wurde anhand folgender Formel ermittelt: PA = FM/Filterflächewobei F_M – der Druck, der auf das Medium ausgeübt wird – als T_M/(2/3)R definiert ist, wobei T_M = das Dreh moment, das auf das Medium ausgeübt wird, und R = der Radius des Miniturboschaufelrades. Diese Berechnung stützte sich auf die Annahmen, dass das Geschwindigkeitsprofil am Medium dreieckig war, Null an der Achse und Maximum an der Schaufelspitze; dass die Effektivkraft an zwei Dritteln des Schaufelradradius' anlag; und dass das Drehmoment T_M als die Differenz zwischen dem auf die Turboschaufeln wirkenden Drehmoment mit Filtermedium und dem Drehmoment mit lediglich den Turboschaufelrahmen, wie es aus der Berechnung der Drehmoment-Strom-Beziehungen für den in dem Gebläse verwendeten Elektromotor hervorgeht, berechnet werden könnte.
P_B, der Druck auf die Fläche des sich bewegenden Filtermediums in dem Gebläse, wurde bestimmt, indem ein Probenstück des Filtermediums von der Turbogebläseschaufel in eine automatische Filtertestvorrichtung, Modell 8110, von der TSI, Inc. eingelegt wurde und die Strömungsrate durch das Medium auf die Rate eingestellt wurde, die für eine einzelne Turboschaufel berechnet wurde (ein Achtel der Gesamtströmungsrate, und ein Wert für P_B als standardmäßige Maschinenausgangsleistung erhalten wurde.
Testkonfigurationen
Miniturbogebläse
Das Miniturbogebläse bestand aus einer Zentrifugal-Flachschaufel-Filterkonfiguration. Der Gleichstrom-Gebläsemotor, ein 9 cm messender Scheibenankermotor (Artikel-Nr. 090SF10, bei der Hansen Corporation, Princeton, IN, zu beziehen), wurde an einer Montageplatte befestigt, wodurch der Motor außerhalb der Schraubeneinheit angeordnet werden konnte und nur die Motorwelle in die Schraubeneinheit hineinragte, um die Montage der Gebläseschaufeln zu ermöglichen. Ein Schraubengehäuse, das nach standardmäßigen Gebläse konstruktionsprinzipien mit einem Diffusorwinkel von 10 Grad konstruiert war, wurde aus Kunstposterpappe (1,2 mm dick, Katalog-Nr. 666, bei der Crescent Cardboard Co., Wheeling, IL, zu beziehen) hergestellt, die mit einem Heißschmelzklebstoff zusammengeleimt wurde. Die Schraubeneinheit war 6,35 cm hoch, der Einlass hatte einen Durchmesser von 14,3 cm, der rechteckige Auslass hatte einen Querschnitt von 10,8 × 5,7 cm, und das Luftausdehnungsverhältnis der Schraube betrug 1 : 8. Die Welle des Motors war mit einer Aluminiumnabe von 1,9 cm versehen, die acht gleichmäßig voneinander beabstandete Schwalbenschwanzschlitze aufwies, welche die rechteckigen Rahmeneinheiten der einzelnen Gebläseschaufeln aufnahmen. Die Rahmen, die 5,1 cm × 5,7 cm (2 Inch × 2,25 Inch) maßen und ein mittiges, in Längsrichtung ausgerichtetes Halteelement aufwiesen, wurden maschinell aus PVC-Kunststoff herausgearbeitet. Der zusammengebaute runde Querschnitt der Einheit maß etwa 14 cm im Durchmesser. Der Motor wurde über eine spannungsvariable Stromquelle mit Strom versorgt, wodurch die Drehzahl des Gebläses gesteuert und die Leistungsaufnahme des Motors überwacht werden konnte.
Zusatzfilterkonfiguration
Für diese Testkonfiguration wurde eine Zentrifugalgebläsebaugruppe mit einem Gebläserad von 15,25 cm Außendurchmesser, 13,0 cm Innendurchmesser und einer Schaufelhöhe von 4,3 cm mit 38 nach vorn gekrümmten Schaufeln verwendet. Die Gebläsebaugruppe wurde von einem Gleichstrommotor angetrieben, der an eine spannungsvariable Stromquelle angeschlossen war, wodurch die Drehzahl des Gebläses gesteuert und die Leistungsaufnahme des Motors überwacht werden konnte. Die Schraube war nach standardmäßigen Gebläsekonstruktionsprinzipien konstruiert. Der Diffusorwinkel der Schraube betrug 8 Grad. Die in Verbindung mit dieser Testkonfiguration verwendeten Filterelemente hatten eine solche Größe, dass sie von außen auf die Gebläseschaufeln am Gebläserad passten.
Konfiguration für Heizungs- und Klimaanlage in Kraftfahrzeugen
Eine Armaturenbrettbaugruppe, welche die Luftzirkulationskanalkomponenten enthielt, wurde aus einem Ford Taurus ausgebaut und in dieser Testkonfiguration verwendet. Es wurde ein Zugangspaneel in das Gebläsegehäuse geschnitten, um verschiedene Filterelementkonfigurationen in das Gebläserad der Einheit einsetzen zu können. Der Motor wurde über eine spannungsvariable Stromquelle mit Strom versorgt, wodurch die Drehzahl des Gebläses gesteuert und die Leistungsaufnahme des Motors überwacht werden konnte. An die Einlassseite der Heizungs- und Klimaanlage wurde ein 15 cm durchmessender, 130 cm langer Kanal angeschlossen. Ein Heißdrahtanemometer (Modell "Velocicalc Plus") wurde am Ende des Kanals angebracht, um die Luftströmungsrate zu messen. Mittels eines Manometers wurde der Druck gemessen, der am Gebläserad entstand, während die komplette Heizungs- und Klimaanlage installiert war. Dann wurde eine zweite, identische Heizungs- und Klimaanlage modifiziert, indem die Schlangen und Kanäle entfernt wurden und die Ausgangsseite der Einheit auf eine Größe geschnitten wurde, die in den 1 m³ fassenden Kasten passte. Eine massive verschiebbare Ablenkplatte wurde am Ausgang des modifizierten Systems angeordnet, um die Strömung und den Druck des Systems so einstellen zu können, dass die Strömungs- und Druckparameter des Systems dupliziert werden konnten, die vorhanden waren, bevor verschiedene Komponenten entfernt wurden. Diese modifizierte Einheit wurde anschließend für alle Partikel- und Gastests verwendet. Für alle weiteren Strömungs- und Leistungsmessungen wurde die ursprüngliche komplette Heizungs- und Klimaanlage verwendet.
Partikelfiltermedien
GSB30
Ein geladenes Folienfaserfiltermedium mit einem Basisgewicht von 30 g/m² (bei der 3M Co., St. Paul, MN, unter der Bezeichnung "Fitrete" Air Filter Media Type GSB30 zu beziehen).
GSB50
Ein geladenes Folienfaserfiltermedium mit einem Basisgewicht von 50 g/m² (bei der 3M Co. unter der Bezeichnung "Fitrete" Air Filter Media Type GSB50 zu beziehen).
GSB70
Ein geladenes Folienfaserfiltermedium mit einem Basisgewicht von 70 g/m² (bei der 3M Co. unter der Bezeichnung "Fitrete" Air Filter Media Type GSB70 zu beziehen).
GSB150
Ein geladenes Folienfaserfiltermedium mit einem Basisgewicht von 150 g/m² (bei der 3M Co. unter der Bezeichnung "Fitrete" Air Filter Media Type GSB150 zu beziehen).
Schmelzgeblasen
Eine Bahn aus geladenen geblasenen Mikrofasern mit Faserdurchmessern im Bereich von 0,3 μm bis 5 μm und einem Basisgewicht von 70 g/m². Die Bahn wurde im Wesentlichen so hergestellt, wie es im Bericht Nr. 4364 der Naval Research Laboratories, veröffentlicht am 25. Mai 1954, mit dem Titel "Manufacture of Super Fine Organic Fibers" von Van Wente und Mitarbeitern be schrieben ist, und wurde so geladen, wie es im US-Patent Nr. 4,749,348 (Klaase und Mitarbeiter) beschrieben ist.
Glasfaser
Ein handelsübliches Glasfaserpapier mit einem Basisgewicht von 70 g/m² und einem ASHRE-Wirkungsgrad von 95%, bei der Bernard Dumas S.A., Creysse, Frankreich, unter der Bezeichnung B-346W zu beziehen.
Papier
Ein weißes 100%-iges Zellulosepapier, bei Georgia Pacific Papers, Atlanta, GA, unter der Bezeichnung Spectrum-Mimeo zu beziehen, mit einem Basisgewicht von 75 g/m².
Filterbaugruppe
Miniturbogebläseschaufeln
Das Filtermedium wurde in rechteckige Stücke von 5,1 cm × 5,7 cm (2 Inch × 2,25 Inch) geschnitten. Dann wurde eine dünne Heißschmelzklebstoffraupe (Jet Melt, Produkt-Nr. 3748-Q, bei 3M zu beziehen) entlang des Umfangs und auf das mittige Halteelement des Gebläseschaufelrahmens aufgetragen; ein Stück des Filtermediums wurde auf dem Heißklebstoff angeordnet und leicht mit der Hand angedrückt. Dann ließ man den Klebstoff abkühlen, bevor weitere Tests durchgeführt wurden.
Zickzackfilterpatronen
Ein rechteckiges Stück des Filtermediums (mit Abmessungen, mit denen sich – in Abhängigkeit vom Durchmesser des Gebläserades, der Tiefe der Zickzackfaltung und der Dichte der Zickzackfaltung – die gewünschte Länge des Zickzackfiltermediums herstellen ließ) wurde mittels einer Rabofsky-Plisseemaschine (bei der Rabofsky GmbH, Berlin, Deutschland, zu beziehen) zickzackgefaltet. Der zickzackgefaltete Streifen wurde dergestalt in einer Aufspannvorrichtung befestigt, dass die Faltungsspitzen in den gewünschten Abständen gehalten wurden, und es wurden zwei Stück Klebfaden ("String King", bei der H. B. Fuller Co., St. Paul, MN, zu beziehen) über den Faltungsspitzen angebracht, um deren Abstände zu sichern. Der mit Abständen versehene, stabilisierte Zickzackfaltungspack wurde dann um das Gebläserad herumgewickelt (oder in das Gebläserad eingesetzt), und die Faltungsspitzen wurden auf eine exakte Passung zugeschnitten. Der Zickzackfaltungspack wurde dann vom Gebläserad abgenommen, die beiden Enden des Zickzackfaltungspacks wurden zu einer Endlosschleife zusammengeführt, und zwei Stück Klebfaden wurden über die inneren Faltungsspitzen gelegt, wodurch der Zickzackfaltungspack in einer Zylinderform gehalten wurde. Zwei Ringe aus Posterpappe mit dem gleichen Durchmesser wie der zickzackgefaltete Zylinder wurden mittels Heißklebstoff auf der Ober- und der Unterseite der Filterkonstruktion angebracht, um die zylindrische Form des Filters beizubehalten. Die Spitzen des Außendurchmessers der Zickzackfilterkonstruktionen wurden optional intakt gelassen oder vor dem Testen aufgeschlitzt, so dass eine Bypass-Konfiguration entstand.
Beispiel 1
Die Filterleistung verschiedener Filtermedien in Abhängigkeit von der Durchlässigkeit der Medien wurde mittels des oben beschriebenen Tests "Reinigungsdauer (Partikelbeladung)" untersucht. Ein Miniturbogebläse wurde mit jedem der angegebenen Filtermedien ausgestattet und in die Testvorrichtung eingesetzt. Dann wurde eine bekannte Partikelbeladung in den Kasten eingetragen und das Gebläse mit 2900 U/min betrieben.
Die Partikelzählungsdaten für diese Untersuchungen sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1 Partikelzählung im Verhältnis zur Zeit (Partikelzählung × 10⁵)
Das Studium der Daten in Tabelle 1 offenbart, dass, wenn unter vergleichbaren Bedingungen mit einer Konfiguration mit "beweglichen Filtern" gearbeitet wird, porösere Filtermaterialien (d. h. GSB30, GSB50, GSB70, GSB150 und schmelzgeblasen) Partikel effektiver entfernen als weniger durchlässige Materialien (beispielsweise Glasfaser und Papier).
Die Reinluftzufuhrrate (RLZR), die anhand der in Tabelle 1 gezeigten Daten für die verschiedenen Filtermedien berechnet wurde, ist in Tabelle 2 gezeigt und grafisch in 6 dargestellt, wo die RLZR mit der Durchlässigkeit der Filtermedien verglichen wird. Tabelle 2 RLZR im Verhältnis zur Durchlässigkeit der Medien

1. Die Durchlässigkeit nach Frazier wurde so ermittelt, wie es oben in der Testvorschrift für die Ermittlung der Durchlässigkeit nach Frazier beschrieben wurde.
2. Die RLZR wurde so berechnet, wie es in "Verfahren zur Messung der Leistung von tragbaren, über ein Elektrokabel angeschlossenen Haushalt-Raumluftreinigern", ANSI/AHAM AC-1-1988, beschrieben ist.

Die Wechselbeziehung zwischen der Durchlässigkeit der Medien (Durchlässigkeit nach Frazier) und der RLZR ist aus dem Studium der Daten von Tabelle 2 ohne Weiteres ersichtlich. Anhand der Daten ist zu erkennen, dass die beiden Parameter je nach den Anforderungen des kon kreten Einsatzzwecks gegeneinander abgewogen werden können.
Beispiel 2
Die Filterleistung eines Filtermediums in Abhängigkeit von einer sich verändernden Durchlässigkeit des Mediums wurde mittels des Tests "Reinigungsdauer (Partikelbeladung)" untersucht. Ein Medium GSB70, ein GSB70/Posterpappe-Laminat (durch Laminieren der Posterpappe mit dem Medium GSB70 hergestellt, wobei eine Heißschmelzklebstoffraupe entlang des Randes der Posterpappe aufgetragen wurde) und ein Zellulosepapierfiltermedium (oben beschrieben) wurden bei dieser Untersuchung als Filtermedien verwendet. Das Miniturbogebläse wurde nacheinander mit jedem der oben erwähnten Materialien ausgestattet; dann wurde das Miniturbogebläse in der Testvorrichtung angeordnet; eine bekannte Partikelbeladung wurde in den Kasten eingetragen und das Gebläse mit 2900 U/min betrieben. Die Partikelzählungsdaten für diese Untersuchungen sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Tabelle 3 Partikelaustrag im Verhältnis zur Schaufelporosität (Partikelzählung × 10⁵)
Ein Studium der in Tabelle 3 gezeigten Daten zeigt eindeutig, dass überragende Partikelaustragsraten realisiert werden, wenn mehr Luft durch das Filtermedium strömt (nicht rückseitig verstärktes GSB70 im Vergleich zu rückseitig verstärktem GSB70): Die anhand der Daten von Tabelle 3 berechneten RLZR für die Filterkonfigurationen GSB70, GSB70/Papier-Laminat und Papier von 32,5 m³/h (19,1 ft³/h), 8,1 m³/h (13,7 ft³/h) bzw. 1,6 m³/h (2,8 ft³/h) für die drei Medienkonfigurationen untermauern zusätzlich die Bedeutung des Luftstromes durch das Filtermedium für das Erreichen einer guten Filterleistung.
Beispiel 3
Die Filterleistung von zwei identischen Zickzackfilterkonstruktionen in einer "sich bewegenden" und einer "statischen" Konfiguration wurde mittels des oben beschriebenen Tests "Reinigungsdauer (Partikelbeladung)" untersucht. Bei dieser Untersuchung wurde das Miniturbogebläse durch eine (oben beschriebene) Zusatz filter-Testeinheit ersetzt, wobei die Filterelemente bei beiden Konfigurationen außerhalb des Gebläserades angeordnet wurden.
Die Filterelemente wurden wie oben beschrieben unter Verwendung eines Mediums GSB70 zusammengebaut, das etwa 2,55 m (8,4 Fuß) × 4,13 cm (1,62 Inch) maß und zu einer Zickzackfilterpatrone mit einem Außendurchmesser von 19 cm (7,5 Inch), einem Innendurchmesser von 15,75 cm (6,2 Inch) und einer Höhe von 4,13 cm (1,62 Inch) und mit 85 Zickzackfaltungen mit einem Abstand zwischen den Faltungsspitzen von 6 mm umgearbeitet wurde. Nach dem Einsetzen in die Patrone wurden die Faltungsspitzen aufgeschlitzt.
Die "sich bewegende" Filterpatrone wurde direkt auf dem Gebläserad montiert. Der "statische" Filter wurde unmittelbar vor der Oberfläche des Gebläserades angeordnet, indem er dergestalt an dem unbeweglichen Schraubengehäuse angebracht wurde, dass er das Gebläserad im Betrieb nicht berührte. Bei beiden Tests wurde die Zusatzfilter-Testeinheit mit 13 Volt betrieben, und die Partikelzählung der Testkammer wurde überwacht. Die Partikelzählungsdaten für die beiden Testkonfigurationen sind in Tabelle 4 zusammengefasst.
Tabelle 4 "Sich bewegend" im Vergleich zu "Statisch" Filterleistung (% Reinigung)
Obgleich sowohl die "sich bewegende" als auch die "statische" Filterkonfiguration schließlich ähnliche Partikelkonzentrationen in der Testvorrichtung erreichten, geht aus einem Studium der Daten von Tabelle 3 hervor, dass die "sich bewegende" Filterkonfiguration die Partikelzählung rascher verringern konnte als die "statische" Filterkonfiguration. Dieser Leistungsunterschied ist auch in der berechneten RLZR für die "sich bewegende" Filterkonfiguration und die "statische" Filterkonfiguration widergespiegelt (36,6 m³/h im Vergleich zu 25,6 m³/h).
Beispiel 4
Mittels der Miniturbogebläsevorrichtung wurde die Auswirkung der Ladung auf das Filtermedium einer "sich bewegenden" Filterkonfiguration untersucht.
Für die Ermittlung der Filterleistung wurden in dieser Untersuchung ein Medium GSB70 und ein Medium GSB70, das durch Waschen in Isopropylalkohol entladen worden war, verwendet. Das Miniturbogebläse wurde nacheinander mit den beiden Filtermedien ausgestattet. Dann wurde das Miniturbogebläse in die Vorrichtung für den Test "Reinigungsdauer (Partikelbeladung)" eingesetzt; eine bekannte Partikelbeladung wurde in den Kasten eingetragen und das Gebläse mit 2800 U/min betrieben. Die Partikelzählungsdaten für diese Untersuchungen sind in Tabelle 5 angegeben.
Tabelle 5 Auswirkung der Ladung auf die Filterleistung (Partikelzählung × 10⁵)
Die anhand der Daten von Tabelle 5 berechneten RLZR für das geladene Filtermedium GSB70 und das nicht geladene Filtermedium GSB70 betrugen 32,5 m³/h bzw. 8,5 m³/h. Die Daten von Tabelle 5 belegen eindeutig, dass ein geladenes Medium im Vergleich zu einem nicht geladenen Medium in sich bewegenden Filterkonfigurationen eine überragende Filterleistung aufweist.
Beispiel 5
Mittels der Miniturbogebläsevorrichtung wurde die Filterleistung in Abhängigkeit von der Drehzahl des sich bewegenden Filters untersucht.
Ein Miniturbogebläse mit einem Filtermedium GSB70 an seinen Schaufeln (wie oben beschrieben hergestellt) wurde in die Vorrichtung für den Test "Reinigungsdauer (Partikelbeladung)" eingesetzt; eine bekannte Partikelbeladung wurde in den Kasten eingetragen und das Gebläse mit den in Tabelle 6 angegebenen Drehzahlen betrieben. (Die Gebläseschaufeln wurden für jede Testdrehzahl gegen neue Schaufeln mit einem neuen Filtermedium ausgetauscht.) Die Partikelzählungsdaten für diese Untersuchungen sind in Tabelle 6 angegeben.
Tabelle 6 Filterleistung bei verschiedenen Filterdrehzahlen (Partikelzählung × 10⁵)
Tabelle 7 Berechnete Reinluftzufuhrrate bei verschiedenen Gebläseschaufeldrehzahlen
Aus dem Studium der Daten in Tabelle 6 und der berechneten RLZR, die in Tabelle 7 gezeigt ist, geht hervor, dass die Filterleistung des Mediums GSB70 sich in dem Maße entscheidend verbesserte, wie die Drehzahl des Miniturbogebläses angehoben wurde. Es ist einzuräumen, dass diese Daten für die beschriebene Testkonfiguration im Umluftmodus spezifisch sind und dass somit keine absoluten Werte definiert werden können, die für den Zusammenhang zwischen Drehzahl und Filterleistung für alle Filteranwendungen Gültigkeit haben. Die Daten zeigen jedoch eine klare Wechselbeziehung zwischen Filterdrehzahl und Filterleistung, die für jede Kombination von Filtermedium und Vorrichtungskonfiguration optimiert werden muss.
Beispiel 6
Das Miniturbogebläse wurde als ein Modell verwendet, um den Prozentsatz der Luft, die durch verschiedene Filtermedien strömt, in Abhängigkeit von der Drehzahl des Filtermediums zu berechnen. Eine durchschnittliche Geschwindigkeit, die an zwei Dritteln des Durchmessers der Schaufelbaugruppe des Miniturbogebläses abgenommen wurde, und die Durchlässigkeit nach Frazier wurden verwendet, um den Luftstrom durch die verschiedenen Medien zu berechnen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 angegeben und in 7 grafisch dargestellt.
Tabelle 8 Prozentualer Anteil der durch das Filtermedium strömenden Luft in Abhängigkeit von der Filterdrehzahl
Die RLZR für die verschiedenen Medien wurde anschließend für 2900 U/min berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 angegeben und in 8 grafisch dargestellt.
Tabelle 9 Prozentualer Anteil der durch das Filtermedium strömenden Luft im Verhältnis zur Reinluftzufuhrrate (RLZR)
Die Daten in den Tabellen 8 und 9 und die 7 und 8 veranschaulichen deutlich die Wechselbeziehung zwischen der Filterleistung und der durch das Filtermedium strömenden Luft in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit oder Drehzahl, mit der sich das Filtermedium bewegt. Diese Daten lassen darauf schließen, dass die Filterleistung für eine bestimmte Anwendung durch eine entsprechende Auswahl des Filtermediums und seiner zugehörigen Durchlässigkeit und der Geschwindigkeit, mit der das Filtermedium in der partikelhaltigen Atmosphäre bewegt wird, optimiert werden kann.
Beispiele 7–9
In den folgenden Beispielen wurde die Partikelbeladungsleistung und die anschließende Auswirkung auf die Luftzufuhr sich bewegender Filter gemäß der vorliegenden Erfindung untersucht.
Ein Lufteinlasskanal mit einem Durchmesser von 15 cm und einer Länge von 46 cm wurde vertikal über der oben beschriebenen Zusatzfiltereinrichtung in der Mitte des Gebläserades angebracht, wobei Luft oben in den Kanal eintrat und unten austrat. Der Einlasskanal wurde im Inneren einer Strömungsmesshaube, Modell 8370 "Accubalance" von TSI (bei der TSI, Inc., St. Paul, MN 55164, zu beziehen), angeordnet. Der 60 cm × 60 cm messende Boden der Strömungsmesshaube wurde mit einem Bogen Pappe blindverschlossen, wobei der 15 cm durchmessende Kanal durch den Blindverschluss aus Pappe hindurchragte. Auf diese Weise trat alle Luft, die in die Strömungsmesshaube eintrat, durch den 15 cm durchmessenden Kanal und die sich bewegende Filtereinheit aus.
Bei dem für diesen Test verwendeten Teststaub handelte es sich um "PTI Fine" (ISO 12103-1, A2) (bei der Powder Technology Incorporated, Burnsville, MN 55337, zu beziehen), der mit einer Staubzufuhrvorrichtung vom Typ ASHRAE 52.1 dispergiert wurde, wie in der ASHRAE-Publikation Nr. 52.1-92, Seiten 6–8, beschrieben. (Staubzufuhrvorrichtungen sind bei der Air Filter Testing Laboratories, Inc., Crestwood, KY, erhältlich). Die Staubzufuhrrate wurde so gewählt, dass am Lufteinlass des sich bewegenden Filters eine Staubkonzentration von 75 Milligramm pro Kubikmeter entstand. Der dispergierte Staub von der Staubzufuhrvorrichtung wurde mittels Druckluft durch einen Schlauch vom Typ "Tygon" mit einem Innendurchmesser von 2 cm zur Mündung des 15 cm durchmessenden Kanals transportiert. Die Filter wurden mit 15–20 Gramm feinem Teststaub beladen, was eine deutlich höhere Staubbeladung darstellt als die, der eine durchschnittliche Heizungs- und Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs im Verlauf eines einjährigen Normalbetriebes ausgesetzt ist.
Das Gebläse wurde mit 13 Volt angetrieben, wodurch sich das Rad mit 2400 U/min drehte, oder es wurde mit 6,5 Volt angetrieben, wodurch sich das Rad mit 1350 U/min drehte (wie in den folgenden Tabellen angegeben).
Es wurden Patronenfitereinheiten unter Verwendung eines Mediums vom Typ "Fitrete" GSB70, wie oben beschrieben, zu einer Filterpatrone zusammengebaut, die einen Innendurchmesser von 15,2 cm, einen Außendurchmesser von 19,4 cm und eine Höhe von 4,2 cm aufwies und mit 81 Zickzackfaltungen mit einem Abstand zwischen den Faltungsspitzen von 6 mm versehen war. Die Faltungsspitzen am Außendurchmesser der Zickzackfilterkonstruktionen, die in den Beispielen 7 und 8 verwendet wurden, wurden aufgeschlitzt, während sie bei dem in Beispiel 9 verwendeten Filter intakt (unaufgeschlitzt) gelassen wurden.
Beispiel 7
Ein Zickzackfilter mit aufgeschlitzten Faltungsspitzen (wie oben beschrieben hergestellt) wurde gewogen und am Gebläserad angebracht, und die Filtereinheit (mit einem sauberen Filter) wurde mit 13 Volt (8 Ampere) betrieben, was eine Luftströmungsrate von 4,09 Kubikmeter pro Minute (146 Kubikfuß pro Minute) erbrachte.
Dem Gebläse wurde Teststaub vom Typ "PTI Fine" in Schritten von 2 Gramm zugeführt, woraufhin der Spannungs- und Stromverbrauch aufgezeichnet wurde und der Filter vom Gebläserad abgenommen und gewogen wurde. Nach dem Wiegen wurde der Filter wieder am Gebläserad befestigt; die Filtereinheit wurde wieder mit der ursprünglichen Spannung in Betrieb genommen, und die Einheit wurde mit der nächsten Teststaubmenge beaufschlagt. Auf diese Weise wurde die gravimetrische Partikelansammlung gemessen, um sie mit der Gebläseleistung zu vergleichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 angegeben.
Tabelle 10 Korrelationen zwischen Partikelbeladung und Luftstrom
Aus dem Studium der Daten von Tabelle 10 geht hervor, dass die Filtereinheit eine durchschnittliche Partikelaustragseffizienz von 33,7% (was 6,73 g an gesammelten Staub entspricht) bei einer nur minimalen Verringerung (4,9%) der Luftströmungsrate durch die Einheit aufwies.
Beispiel 8
Es wurde eine Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Filterbeladung und Filterleistung wie in Beispiel 7 beschrieben durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die Filtereinheit (mit dem sauberen Filter) mit 6,5 Volt (2,7 Ampere) betrieben wurde, was eine Luftströmungsrate von 2,1 Kubikmeter pro Minute (74 Kubikfuß pro Minute) erbrachte. Die gravimetrischen Daten von Beladung und Filterleistung sind in Tabelle 11 angegeben.
Tabelle 11 Korrelationen zwischen Partikelbeladung und Luftstrom
Aus dem Studium der Daten von Tabelle 11 geht hervor, dass die Filtereinheit eine durchschnittliche Partikelaustragseffizienz von 42,95% (was 8,59 g an gesammelten Staub entspricht) bei einer nominalen Verringerung (9,5%) der Luftströmungsrate durch die Einheit aufwies.
Beispiel 9
Es wurde eine Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Filterbeladung und Filterleistung wie in Beispiel 7 beschrieben durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die Faltungsspitzen des Zickzackfilters nicht aufgeschlitzt waren. Die Filtereinheit (mit dem sauberen Filter) wurde mit 13 Volt (7,5 Ampere) betrieben, was eine Luftströmungsrate von 3,98 Kubikmeter pro Minute (142 Kubikfuß pro Minute) erbrachte. Dem Gebläse wurde Teststaub des Typs "PTI Fine" in Schritten von jeweils 1 Gramm zugeführt, bis insgesamt 5 Gramm zugeführt waren. Danach wurde der Staub in Schritten von jeweils 2 Gramm zugeführt. Die gravimetrischen Daten von Beladung und Filterleistung sind in Tabelle 12 angegeben.
Tabelle 12 Korrelationen zwischen Partikelbeladung und Luftstrom
Aus dem Studium der Daten von Tabelle 12 geht hervor, dass die Filterpatrone mit den intakten (d. h. nicht aufgeschlitzten) Faltungsspitzen zwar eine Partikel-Filtereffizienz von 64,9% (was 9,74 g an gesammelten Staub entspricht) aufwies, dass diese höhere Effizienz aber auf Kosten einer deutlichen Verringerung (18%) der Luftströmungsrate durch die Einheit erreicht wurde. Die Daten in den Tabellen 10 und 11 belegen des Weiteren, dass die gravimetrische Effizienz von sich bewegenden Filtern bei geringeren Drehzahlen höher ist als bei höheren Drehzahlen und dass im Verlauf des Kontakts mit 20 g Teststaub die Filter mit aufgeschlitzten Faltungsspitzen nicht verstopfen und doch gleichzeitig eine brauchbare Partikelaustragsleistung aufweisen.
Beispiel 10
Unter Verwendung der (oben beschriebenen) zweiten Heizungs- und Klima-Konfiguration für Kraftfahrzeuge wurde die Filterleistung verschiedener Filtermedien in Abhängigkeit von der Durchlässigkeit des Mediums mit dem (ebenfalls oben beschriebenen) Test "Reinigungsdauer (Partikelbeladung)" untersucht. Das Gebläserad der Heizungs- und Klimaanlage für Kraftfahrzeuge wurde mit einer Zickzackfilterpatrone ausgestattet, die einen Außendurchmesser von 12,38 cm, einen Innendurchmesser von 10,48 cm und eine Höhe von 5,4 cm aufwies und wie oben beschrieben hergestellt wurde und mit 56 Zickzackfaltungen mit einem Abstand zwischen den Faltungsspitzen von 6 mm versehen war, wobei jede Faltung 10 mm hoch war und aus dem angegebenen Filtermedium (oben beschrieben) hergestellt war. Alle zickzackgefalteten Patronen, die in diesem Beispiel verwendet wurden, hatten intakte Faltungsspitzen (d. h. die Faltungsspitzen waren nicht aufgeschlitzt). Die Gebläseeinheit wurde in die Testvorrichtung eingesetzt; eine bekannte Partikelbeladung wurde in den Kasten eingetragen und das Gebläse mit 2600 U/min (9 Volt) betrieben. Die Partikelzählungsdaten für diese Untersuchungen sind in Tabelle 13 angegeben.
Tabelle 13 Partikelzählung mit intakten Faltungsspitzen im Verhältnis zur Zeit (Partikelzählung × 10⁵)
Aus dem Studium der Daten von Tabelle 13 geht hervor, dass, wenn mit einer "sich bewegenden" Filterkonfiguration unter vergleichbaren Bedingungen gearbeitet wird, porösere Filtermaterialien (d. h. GSB30, GSB50, GSB70 und schmelzgeblasen) Partikel effektiver herausfiltern als weniger durchlässige Materialien (d. h. Glasfaser und Papier).
Die Reinluftzufuhrrate (RLZR), die anhand der in Tabelle 13 gezeigten Daten für die verschiedenen Filtermedien berechnet wurde, ist in Tabelle 14 gezeigt und grafisch in 9 dargestellt, wo die RLZR mit der Durchlässigkeit der Filtermedien verglichen wird. Tabelle 14 RLZR bei intakten Faltungsspitzen im Verhältnis zur Durchlässigkeit der Medien

Die Wechselbeziehung zwischen der Durchlässigkeit der Medien (Durchlässigkeit nach Frazier) und der RLZR bei einer Zickzackfilterpatronenkonfiguration in einer Heizungs- und Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs ist deutlich aus dem Studium der Daten in Tabelle 14 oder von 9 zu erkennen. Sie ist eine Parallele zu der Wechselbeziehung, die mit der Miniturbogebläsekonfiguration aufgezeigt wurde.
Beispiel 11
Beispiel 10 wurde wiederholt, doch es wurde eine Zickzackfilterpatrone mit aufgeschlitzten Faltungsspitzen verwendet, um die Durchlässigkeit des Mediums zu erhöhen. Die Partikelzählungsdaten für diese Untersuchungen sind in Tabelle 15 angegeben.
Tabelle 15 Partikelzählung mit aufgeschlitzten Faltungsspitzen im Verhältnis zur Zeit (Partikelzählung × 10⁵)
Aus dem Studium der Daten von Tabelle 15 geht hervor, dass, wenn mit einer "sich bewegenden" Filterkonfiguration unter vergleichbaren Bedingungen gearbeitet wird, porösere Filtermaterialien (d. h. Konfigurationen mit aufgeschlitzten Faltungsspitzen) in der Lage sind, die Partikelbeladungen auf Werte zu senken, die ungefähr denen gleichen, die mit Filterpatronen mit intakten Faltungsspitzen erreicht werden, dass aber die Reinigung mit einer langsameren Rate erfolgt.
Die Reinluftzufuhrrate (RLZR), die anhand der in Tabelle 15 gezeigten Daten für die verschiedenen Filtermedien berechnet wurde, ist in Tabelle 16 gezeigt und grafisch in 10 dargestellt, wo die RLZR mit der Durchlässigkeit der Filtermedien verglichen wird. Tabelle 16 RLZR bei aufgeschlitzten Faltungsspitzen im Verhältnis zur Durchlässigkeit der Medien

Die Wechselbeziehung zwischen der Durchlässigkeit der Medien (Durchlässigkeit nach Frazier) und der RLZR bei einer Zickzackfilterpatronenkonfiguration in einer Heizungs- und Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs ist deutlich aus dem Studium der Daten in Tabelle 16 oder von 5 zu erkennen. Sie zeigte ein Muster, das der Zickzackfilterpatrone mit intakten Faltungsspitzen ähnelte. Das Erhöhen der Gesamtdurchlässigkeit des Filtermediums durch Aufschlitzen der Faltungsspitzen verringert die RLZR für Filterpatronen, die auf durchlässigeren Filtermedien basieren (GSB30, GSB50 und GSB70), während es die RLZR für Filterpatronen, die auf weniger durchlässigen Filtermedien basieren (schmelzgeblasen, Glasfaser und Papier), beibehält oder erhöht.
Beispiel 12
Unter Verwendung des Tests "Reinigungsdauer (Partikelbeladung)" und der Testkonfiguration für eine Heizungs- und Klimaanlage für Kraftfahrzeuge wurde die Filterleistung von Filtermedien der Typen GSB30, GSB50 und GSB70 und "schmelzgeblasenen" in den Konfigurationen "sich bewegend/geladen", "sich bewegend/nicht geladen" und "statisch/nicht geladen" verglichen. Das Gebläserad einer Heizungs- und Klimaanlage wurde für jeden Testlauf mit einem sauberen Zickzackfilter, der aus den genannten Medien hergestellt wurde, ausgestattet, wobei dieser Zickzackfilter wie oben beschrieben hergestellt wurde. Die Filterpatronen hatten 50 Zickzackfaltungen, eine Beabstandung zwischen den Faltungsspitzen von 6 mm, eine Faltungshöhe von 10 mm, einen Außendurchmesser von 11,43 cm, einen Innendurchmesser von 9,53 cm und eine Höhe von 5,08 cm. Auf der Ober- und Unterseite der Patrone waren Ringe aus Posterpappe angebracht, um die Festigkeit zu erhöhen. Jede Filterpatrone war überdies mit einem 3,81 cm durchmessenden Papierkonus im Inneren der Filterschleife versehen, um ein Vorbeiströmen der Luft im Gebläserad zu vermeiden. Die sich bewegenden Filter wurden mittels Laschen aus Posterpappe direkt am Gebläserad befestigt, und die statischen Filter wurden an einem Haltering angebracht, der aus Posterpappe hergestellt war und auf der Rückseite der Gehäuseeinheit der Gebläsebaugruppe befestigt war, wodurch ein Spalt von 0,635 cm zwischen dem Filter und den Gebläseradseiten und ein Spalt von 0,95 cm zwischen dem Filter und der Basis des Gebläserades entstand. Die statischen Filter wurden ebenfalls mit einem Papierkonus ausgestattet, um ein Vorbeiströmen der Luft im Gebläserad zu vermeiden. Alle Filterkonfigurationen wurden der gleichen Partikelbeladung ausgesetzt. Die Heizungs- und Klimaanlage wurde mit 9 Volt (2800 U/min) betrieben, und die Partikelzählung in der Testvorrichtung wurde zehn Minuten lang in Intervallen von 30 Sekunden überwacht. Die Partikelzählungsdaten für die GSB30-Filter sind in Tabelle 17 angegeben; die Partikelzählungsdaten für die GSB50-Filter sind in Tabelle 18 angegeben; die Partikelzählungsdaten für die GSB70-Filter sind in Tabelle 19 angegeben; und die Partikelzählungsdaten für die schmelzgeblasenen Filter sind in Tabelle 20 angegeben.
Tabelle 17 Filterleistung von GSB30-Medien (% Reinigung)
Tabelle 18 Filterleistung von GSB50-Medien (% Reinigung)
Tabelle 19 Filterleistung von GSB70-Medien (% Reinigung)
Tabelle 20 Filterleistung von schmelzgeblasenen Medien (% Reinigung)
Aus dem Studium der Daten in den Tabellen 17–20 geht eindeutig hervor, dass alle vier untersuchten Medien eine Partikelbeladung in einer sich bewegenden Konfiguration rascher herausfiltern können als in einer statischen Konfiguration und dass dieser Leistungsvorsprung unabhängig davon realisiert wird, ob das Medium geladen oder nicht geladen ist. Eine optimale Partikelaustragsleistung für alle vier Medien wurde bei geladenem Medium erreicht.

Claims

Luftfilter- und -zufuhreinrichtung, aufweisend ein Gehäuse (62; 85) mit einem Lufteinlass (63; 82) und einem Luftauslass (64; 90), zwischen denen ein Luftzuführungsgebläse (1; 20; 60) angeordnet ist, das mindestens zwei sich drehende Luftbewegungselemente (4; 24; 61) aufweist, die den Luftstrom zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass schneiden und am Luftauslass (64; 90) einen Bereich erzeugen, der im Vergleich zum Lufteinlass (63; 82) einen höheren Druck aufweist, wobei das Luftzuführungsgebläse (1; 20; 60) des Weiteren mindestens ein poröses Filterelement (3; 23; 44; 80) aufweist, das mindestens eine stromaufwärtige Filterfläche (12) und mindestens eine stromabwärtige Filterfläche (11) aufweist, die mindestens einen primären Strömungskanal (55) definieren, wobei sich die mindestens eine stromaufwärtige Filterfläche (12) entlang derselben Drehachse (6) dreht wie die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) und wobei sich die stromaufwärtige Filterfläche in einen Abschnitt des Luftstromes durch das Luftzuführungsgebläse (1; 20) hineinbewegt, dergestalt, dass die stromaufwärtige Filterfläche (12) auf einen Teil des sich bewegenden Luftstromes in einem Strömungskanal trifft, wodurch die Luft durch das Filterelement (3; 23; 44; 80) von der stromaufwärtigen Filterfläche (12) zu der stromabwärtigen Filterfläche (11) und von der stromabwärtigen Filterfläche in einen weiteren Teil des Luftstromes in einem Strömungskanal strömen kann, wobei die Filterelemente (3; 23; 44; 80) und/oder die Bewegungselemente (4; 24; 61) des Weiteren Luftströmungspassagen definieren, die einen im Wesentlichen unbehinderten Luftstrom zu den primären Strömungskanälen (55) und zum Luftauslass (64; 90) gestatten, wobei die Luftfilterelemente (3; 23; 44; 80) ein elektretgeladenes Filtermedium mit einer durchschnittlichen Durchlässigkeit nach Frazier von mindestens 2000 m³/h/m² aufweisen.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Filterelement (3; 23; 44; 80) eine Filterbahn aus Vliesfaser aufweist, die mindestens teilweise aus elektretgeladenen Fasern hergestellt ist.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Luftzuführungsgebläse (1; 20; 60) um ein Zentrifugalgebläse handelt, das einen axialen Lufteinlass (2; 82) aufweist, wobei die Luft radial zur Drehachse (6) des Gebläses (1; 20; 60) zugeführt wird, wobei die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) eine stromaufwärtige Fläche (12) aufweisen, die allgemein auf die Drehachse (6) und die Luftströmungspassagen von mindestens teilweise den Lufteinlässen und -auslässen ausgerichtet ist.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) parallel zu den Filterelementen (3; 23; 44; 80) und der Drehachse (6) angeordnet sind.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Luftströmungspassage durch eine stromaufwärtige Fläche (12) eines Filterelements und eine stromabwärtige Fläche (11) eines benachbarten Filterelements gebildet wird.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) radial einwärts der Filterelemente (3; 23; 44; 80) angeordnet sind.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) radial auswärts der Filterelemente (3; 23; 44; 80) angeordnet sind.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) radial auf die Filterelemente (3; 23; 44; 80) ausgerichtet sind.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) die Filterelemente (3; 23; 44; 80) aufweisen.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) mindestens zwei Schaufelelemente aufweisen, die sich von der Drehachse (6) radial auswärts erstrecken.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 10, wobei die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) mindestens vier Gebläseschaufelelemente aufweisen, die sich von der Drehachse (6) radial auswärts erstrecken.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 10, wobei in die Schaufelelemente über mindestens einen Abschnitt ihrer Querschnittsfläche hinweg Filterelemente (3; 23; 44; 80) integriert sind.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 10, wobei die Schaufelelemente sich linear in radialer Richtung erstrecken.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 5, wobei sekundäre Strömungskanäle mit Strömungspassagen versehen sind, die einen im Wesentlichen unbehinderten Luftstrom zum Luftauslass (64; 90) gestatten.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 2, wobei das Filtermedium eine durchschnittliche Durchlässigkeit nach Frazier von 2000 bis 8000 m³/h/m² aufweist.
Luftfilter- und -zufuhreinrichtung nach Anspruch 2, wobei das Filtermedium eine durchschnittliche Durchlässigkeit nach Frazier von 3000 bis 6000 m³/h/m² aufweist.
Verfahren zum Filtern von Teilchen aus einem sich bewegenden Luftstrom, das folgende Schritte aufweist: a. Bereitstellen einer Luftfilter- und -zufuhreinrichtung, aufweisend ein Gehäuse (62; 85) mit einem Lufteinlass (63; 82) und einem Luftauslass (64; 90), zwischen denen ein Luftzuführungsgebläse (1; 20; 60) angeordnet ist, das mindestens zwei sich drehende Luftbewegungselemente (4; 24; 61) aufweist, die so angeordnet sind, dass sie den Luftstrom zwischen dem Lufteinlass (63; 82) und dem Luftauslass (64; 90) schneiden und am Luftauslass einen Bereich erzeugen, der im Vergleich zum Lufteinlass einen höheren Druck aufweist, wobei das Luftzuführungsgebläse (1; 20; 60) des Weiteren einen porösen Filter aufweist, der aus mindestens einem Filterelement (3; 23; 44; 80) gebildet wird, das mindestens eine stromaufwärtige Filterfläche (12) und mindestens eine stromabwärtige Filterfläche (11) aufweist, die mindestens einen primären Strömungskanal (55) definieren, wobei diese Strömungskanäle einen ungehinderten Luftstrom zu einem Luftauslass gestatten, wobei die Luftfilterelemente (3; 23; 44; 80) ein elektretgeladenes Filtermedium mit einer durchschnittlichen Durchlässigkeit nach Frazier von mindestens 2000 m³/h/m² aufweisen; b. Drehen der Luftbewegungselemente (4; 24; 61), um einen sich bewegenden Luftstrom zu erzeugen; c. Drehen der mindestens einen stromaufwärtigen Filterfläche (12) entlang derselben Drehachse (6) wie die Luftbewegungselemente (4; 24; 61), dergestalt, dass sich die stromaufwärtige Filterfläche (12) in einen Teil des sich bewegenden Luftstromes durch das Lüftungsgebläse (1; 20; 60) hineinbewegt; d. Auftreffen eines Teils des sich bewegenden Luftstromes in einem Strömungskanal auf die stromaufwärtige Filterfläche (12); und e. Gestatten einer Luftströmung durch das Filterelement (3; 23; 44; 80) von der stromaufwärtigen Filterfläche (12) zu der stromabwärtigen Filterfläche (11) und von der stromabwärtigen Filterfläche in einen weiteren Teil des Luftstromes in einem Strömungskanal.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Filterflächen des Filterelements mindestens eine Luftströmungspassage definieren, die einen im Wesentlichen ungehinderten Luftstrom von mindestens einem Abschnitt des sich bewegenden Luftstromes durch den Filter gestattet.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Bereich mit hohem Druck mindestens 0,5 mbar (5 mm Wassersäule) über dem Druck der Einlassluft liegt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) radial einwärts der Filterelemente (3; 23; 44; 80) angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) radial auswärts der Filterelemente (3; 23; 44; 80) angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) die Filterelemente (3; 23; 44; 80) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Luftbewegungselemente (4; 24; 61) mindestens vier Gebläseschaufelelemente aufweisen, die sich von der Drehachse (6) radial auswärts erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei in die Schaufelelemente über mindestens einen Abschnitt ihrer Querschnittsfläche hinweg Filterelemente (3; 23; 44; 80) integriert sind.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Bereich mit hohem Druck mindestens 1,0 mbar (10 mm Wassersäule) über dem Einlassdruck liegt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Filtermedium eine durchschnittliche Durchlässigkeit nach Frazier von 2000 bis 8000 m³/h/m² aufweist.