FI94724C - Menetelmä kaasujen suodattimen valmistamiseksi - Google Patents

Description

! 94724

Menetelmä kaasujen suodattimen valmistamiseksi

Keksintö kohdistuu menetelmään kaasujen suodattimen valmistamiseksi/ joka on sijoitettavissa ilmanvaih-5 tokanavaan ja joka sisältää kaasuja suodatusilmasta kemisorptiolla poistavaa materiaalia.

Vahingollisia kaasuja poistetaan tuloilmasta yleisesti suodattimilla, jotka on sijoitettu ilmanvaihtokanavaan 10 ja jotka sisältävät rakeista materiaalia, joka voi olla kemisorption aikaansaavalla materiaalilla impregnoitua alumiinioksidia tai piidioksidia. Tällaisilla suodattimilla pyritään estämään kaasujen pääsy tiloihin, joissa ne voivat olla vahingoksi, ja tällaisia 15 kaasuja ovat mm. rikkidioksidi, typen oksidit, kloori ja kloorivety. Näiden aineiden suodatustarve on tärkeä ja tulee luultavasti lisääntymään mm. seuraavilla osa-alueilla: 20 - ilmanvaihtosuodattimet, etenkin jos ilmanvaihtoon käytetään kiertoilman palautusilmaa kohdepoistolaitteiden suodattimet erityisesti, jos suodatettu ilma palautetaan takaisin työtilaan ajoneuvojen ja työkoneiden tuloilmasuodattimet 25 - puhdastilatekniikka • - elektronisten laitteiden suojaus esim. korroosiota aiheuttavilta kaasuilta erikoistilo jen suodatusratkaisut (suojakaapit, vetokaapit) 30 - toimisto- ja asuintiloissa esiintyvien hajuhaittojen torjunta.

Esimerkiksi rikkidioksidi, typen oksidit, rikkivety, suolahappo tai otsoni aiheuttavat korroosiota metalli-35 pinnoilla, kuten tietokoneen piirikorttien liitoksissa, jo pitoisuuksissa 0,03 - 0,01 ppm. Nämä ovat alhaisempia kuin työilmassa haitallisiksi tunnetut pitoisuudet.

2

Teollisuuspaikkakunnilla ja vilkkaasti liikennöidyillä alueilla ylittävät etenkin rikkidioksidin, typen oksidien ja otsonin pitoisuudet ulkoilmassa moninkertaisesti pitoisuudet, joita herkkien elektroniikka-5 laitteiden moitteeton toiminta edellyttää. Siksi nk. puhdastilat, joissa kyseessä olevia komponentteja ja laitteita valmistetaan, vaativat useimmiten erittäin tehokkaan kaasumaisten haittatekijöiden suodatus-yksikön. Käyttöolosuhteissa hienoelektroniikkalaitteet 10 tulee myös suojata esim. laitekohtaisilla suodatin-yksiköillä niiden luotettavan toiminnan varmistamiseksi .

Ajoneuvoihin ja työkoneisiin on alettu asentaa ja 15 tullaan asentamaan enenevässä määrin tuloilmansuodatti-mia. Näissä kaasumaisten komponenttien suodatus on myös usein yhtä tärkeä kuin hiukkasmaisten epäpuhtauksien suodatus (esim. trukeissa pakokaasujen suodatus ja traktoreissa torjunta-aineiden suodatus).

20

Normaalien suodattimien suodatustehokkuutta voidaan nostaa kasvattamalla suodatinmateriaalin ja suodatettavan kaasun välistä kontaktiaikaa eli viipymäaikaa. Tämä tehdään lisäämällä suodattimen paksuutta, eli 25 sen kerroksen paksuutta, jonka läpi suodatettava ilma : virtaa. Tällöin ongelmaksi tulee kasvava painehäviö, mikä ei ole edullista ilmanvaihtojärjestelmän toiminnalle.

30 Keksinnön tarkoituksena on poistaa em. epäkohdat ja esittää menetelmä sellaisen suodattimen valmistamiseksi, jolla voidaan tehostaa kemisorptioon perustuvaa suodatusta painehäviötä nostamatta. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on 35 pääasiassa tunnusomaista se, että aallotetun pinnaltaan huokoisen kantajamateriaalin muodostamia kerroksia, joissa aaltojen pituussuunta yhtyy ilman läpivirtaus-suuntaan, sijoitetaan päällekkäin, jolloin muodostuu 3 - 94724 erillisiä pitkänomaisia virtauskennoja, jotka yhdessä muodostavat suodattimen läpivirtauskanavan, minkä jälkeen kemisorption aikaansaava liuos imeytetään suodattimen materiaaliin johtamalla liuosta virtausken-5 nojen läpi.

Kemisorption aikaansaava aine voidaan sijoittaa näin suodattimeen yksinkertaisella ja taloudellisella tavalla.

10

Em. kennolla ei aiheuteta virtausvastusta suodatettavalle ilmalle, mutta kontaktipintaa saadaan huomattavasti enemmän verrattuna samaan tilavuuteen kuin rakeisilla materiaaleilla käsiteltävän ilman läpivir-15 taussuunnassa lukuisien pitkänomaisten kapeiden virtauskennojen avulla.

Erään edullisen suoritusmuodon mukaan liuos johdetaan virtauskennojen läpi sijoittamalla läpivirtauskanavan 20 toinen pää liuokseen siten, että läpivirtauskennojen päät tulevat liuospinnan alle ja antamalla aineen levitä kennojen pituussuunnassa kapillaarivaikutuksen ansiosta.

25 Erään edullisen suoritusmuodon mukaan käärimällä « : kokoon taipuisan pohjalevyn ja taipuisan aallotetun levyn yhdistelmä saadaan rakenteeltaan sinänsä tunnettu sylinterimäinen kappale.

30 Vielä erään edullisen suoritusmuodon mukaan suodatin muodostetaan asettamalla peräkkäin erillisiä suodatin-kappaleita, joihin on imeytetty eri liuokset.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittamalla 35 oheisiin piirustuksiin, joissa 4 - 94724 kuva 1 esittää keksinnön mukaista suodatinta perspektiivissä, 5 kuva 2 esittää kuvan 1 suodatinta suoraan edestä ilman virtaussuunnasta nähtynä, kuva 3 esittää tapaa suodattimen valmistamiseksi, 10 kuva 4 esittää suodattimen sijoitusta ilmanvaihto- kanavaan, kuva 5 esittää keksinnön mukaisella suodattimena tehtyjä kokeita rikkidioksidin suodatuk-15 sessa, ja kuva 6 esittää keksinnön mukaisella suodattimena tehtyä koetta typpidioksidin suodatuksessa.

20 Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukainen suodatin perspektiivissä. Suodatin on perusrakenteeltaan samaa tyyppiä kuin esim. US-patentissa 4,391,616 kuvattu pyörivä kappale, jonka tarkoituksena on poistaa kosteutta sen läpi virtaavasta ilmasta. Suodattimen 25 muodostava kappale 1 käsittää pitkänomaisia virtaus-kennoja 2. Kennot on muodostettu sijoittamalla päällekkäin aallotettua pinnaltaan huokoista kantajamateriaa-lia sisältäviä kerroksia, jolloin kennot 2 muodostuvat aallotetun materiaalin aaltojen kohdalle. Aaltojen 30 pohjat ja harjat kulkevat suodattimen läpivirtaussuun-taan, jolloin syntyy niiden suuntaisia, koko suodat-- timen läpi kulkevia virtauskennoja, jotka muodostavat yhdessä suodattimen läpivirtauskanavan.

35 Kuvissa 1 ja 2 esitetty kappale on muodostettu US-patentin 4,391,616 esittämällä tavalla käärimällä päällekkäin asetetut suora taipuisa levy 4 ja aallotet-tu taipuisa levy 3 sylinterimäiseksi kappaleeksi, 5 - 94724 jolloin aallotetun levyn kummallekin puolelle tulee aina suora levy, jolloin yksittäiset kennot 2 rajautuvat aallotetun levyn 3 yksittäisen aallon ja suoran levyn 4 väliin. Valmistustapaa on havainnollistettu 5 kuvassa 3. Aallotettu levy 3 voi olla ohutta rypytettyä (krepattua) alumiinilevyä, jonka molemmille pinnoille on kiinnitetty huokoisen pinnan aikaansaavaa alumiini-oksidia. Suora levy 4 voi olla myös ohut alumiinilevy, jonka molemmille pinnoille on kiinnitetty samalla 10 tavalla alumiinioksidia, jolloin kennojen 2 sisäseinä-mät, jotka muodostuvat em. päällekkäin sijaitsevien levyjen 3 ja 4 pinnoista, ovat rakenteeltaan sellaisia, että niillä on suuri pinta-ala. Luonnollisesti voidaan käyttää myös muita suuret pinta-alat aikaansaavia 15 huokoisia levymäisiä materiaaleja.

On luonnollisesti mahdollista käyttää myös muunlaisia rakenteita, esimerkiksi sellaisia, joissa kappale 1 ei muodostu kahdesta sylinterimäiseksi kappaleeksi 20 kääritystä levystä, vaan se muodostuu päällekkäin pakaksi asetetuista erillisistä levyistä tai pakaksi laskostetuista levyistä, jolloin syntyy samantapaisia virtauskennoja aallotettujen levyjen ansiosta.

25 Kuvissa 1 ja 2 esitetyn suodattimen kennojen seinämien pintaan on kiinnitetty imprengnoimalla kemikaalia, joka reagoi sen kaasun kanssa, joka tulee poistaa käsiteltävästä ilmasta. Tällainen kemisorptioperiaatteella toimiva päällyste voidaan saada aikaan seinämiin 30 liuoksen avulla, johon on liuenneena kemisorption aikaansaava aine. Käytännöllisintä on levittää aine johtamalla kyseistä liuosta virtauskennojen 2 läpi, jolloin aine kiinnittyy huokoisiin suuren pinta-alan omaaviin seinämiin liuoksen impregnoituessa niiden 35 pintaan. Koska virtauskennot 2 muodostavat ohuita kappaleen 1 läpi kulkevia kapillaareja, helpoin tapa impregnoida on upottaa suodattimen toinen pää impreg-noint il luokseen, jolloin kapillaarivoimat imevät 6 - 94724 liuoksen kennojen 2 läpi. Liuottimen haihtumisen jälkeen suodatin on valmis käytettäväksi.

Kuvassa 4 on esitetty mahdollisuus koota suodatin 5 useista kuvissa 1 ja 2 esitetyistä sylinterimäisistä kappaleista 1. Kappaleiden pyöreän muodon ansiosta ne on helppo sijoittaa putkimaiseen ilmanvaihtokanavaan 5, ja tällöin tulee ainoastaan huolehtia kappaleiden 1 ulkopintojen ja kanavan 5 sisäpintojen välin tiivis-10 tämisestä. Kuvassa 4 esitetystä kahdesta kappaleesta 1 kumpikin voi sisältää omaa kemisorption aikaansaavaa materiaalia, jolloin kappaleita voidaan käyttää eri kaasujen poistoon samasta kanavan 5 läpi kulkevasta ilmavirtauksesta. Kappaleet 1 voidaan myös sijoitaa 15 ilmanvaihtokanavaan siten, että ne on helppo vaihtaa uusiin.

Seuraavassa on esitetty eräs esimerkki keksinnön käytöstä.

20

Keksinnön mukainen suodatin valmistettiin autojen kata-lysaattoreihin käytettävästä materiaalista. Suodattimen perusmateriaalina oli ohut alumiinilevy (suora levy 4) ja sen päällä rypytetty (krepattu) alumiinilevy 25 (aallotettu levy 3). Näiden pintaan oli kiinnitetty hienojakoista huokoista alumiinioksidia. Levyt rullattiin yhdessä tiukaksi sylinteriksi. Sylinterin pituussuuntaan muodostui tällöin runsaasti kapeita kapillaareja. Riippuen toisen alumiinilevyn tiheydestä 30 saatiin eri kokoisia kapillaareja. Kokeiltavana oli materiaaleja, joilla saatiin 500 - 1300 kapillaaria ! neliötuumalle, 77,5 - 200 kapillaaria/cm2. Valmis tetut kappaleet olivat halkaisijaltaan 3,4 cm, pituudeltaan 9 cm ja näissä oli noin 1100 kapillaaria/kap-35 pale. Kappaleen tilavuus oli noin 80 ml ja paino 65-70 g. Kappaleet impregnoitiin eri kemikaaleilla upottamalla kappaleen toinen pää impregnointinesteeseen, jolloin kapillaarivoimat imivät nesteen kappaleen läpi.

7 94724

Impregnointiaineina kokeiltiin kaliumpermanganaattia, kaliumjodidia, natriumhydroksidia, metallioksideja ja kaliumkarbonaattia. Kappaleet punnittiin ennen ja jälkeen impregnoinnin ja kuivauksen.

5

Kappaleet liimattiin tiiviisti kahden metallisen suodatinpitimen väliin, joissa molemmissa oli sivuhaarat näytteenottoon. Erilaisilla kappale/kaasu-yhdistel-millä tehtiin erotusastemittauksia kontaktia jän 10 funktiona. Mikäli kontaktiajalla 0,3 sekuntia saavutettiin lähes 100 % ennuste, suodattimena tehtiin kuormituskoe.

Suodattimen sisään menevän kaasun pitoisuus säädettiin 15 kaikissa kuormituskokeissa 1 ppm:ään ja pitoisuutta suodattimen jälkeen mitattiin jatkuvatoimisella kaasu-analysaattorilla. Kaasun kontaktiaika kappaleen kanssa säädettiin 0,3 sekuntiin.

20 Kuten kaupallisilla suodatusmateriaaleilla myös eri kemikaaleilla impregnoiduilla suodattimilla rikkidioksidin erotusaste oli alussa lähes 100 %. Kuvassa 5 on esitetty rikkidioksidin läpäisypitoisuus kuormi-tusajan funktiona eri kemikaaleilla impregnoiduille 25 suodattimille. Merkintä Ά1203 tarkoittaa impregnoima- tonta suodatinta, jossa suodatus on tapahtunut adsorptiolla alumiinioksidin huokosiin.

Kemikaalista riippuen kappaleisiin saatiin impregnoitua 30 eri ainemääriä. Rikkidioksidin rektioyhtälöistä kaliumkarbonaatin, natriumhydroksidin ja kaliumperman-! ganaatin kanssa laskettiin, kuinka paljon suodattunut rikkidioksidi oli kuluttanut impregnointiainetta. Tulokseksi saatiin, että noin puolet kappaleeseen 35 impregnoidusta kemikaalista oli kulunut läpäisyn ollessa noin 5 % ja kontaktiajan 0,3 sekuntia.

8 94724

Typpidioksidin suodatukseen soveltuvan impregnointi-aineen löytäminen osoittautui vaikeaksi. Ainoastaan kaliumjodidilla impregnoitu kappale osoittautui niin 5 tehokkaaksi, että kuormituskoe suoritettiin. Kuvassa 6 on kyseisen kokeen tulokset.

Tutkituille kaasuille osoittautuivat seuraavat impreg-nointiaineet suodatuskapasiteetiltaan tehokkaimmiksi: 10 - rikkidioksidille kaliumkarbonaatti - rikkivedylle kupari - hopea - kromisuolat typpidioksidille kaliumjodidi 15 Keksinnön mukaisen suodatinrakenteen etuja raemaisista suodatusmateriaaleista valmistettuihin suodattamiin verrattuna ovat: suodattimen aiheuttama painehäviö saadaan pienem-20 mäksi saadaan enemmän suodatustehoa noin puolta pienempään tilavuuteen - poikkileikkaukseltaan pyöreä suodatin voidaan sijoittaa suoraan pyöreään ilmanvaihtokanavaan.

25

Suodattimia voidaan luonnollisesti valmistaa eri halkaisijoilla ja eri pituuksilla ilmanvaihtokanavan koosta ja halutusta kapasiteetista riippuen.

«

Claims (4)

9 94724

1. Menetelmä kaasujen suodattimen valmistamiseksi, joka on sijoitettavissa ilmanvaihtokanavaan ja joka 5 sisältää kaasuja suodatusilmasta kemisorptiolla poistavaa materiaalia, tunnettu siitä, että aallotetun pinnaltaan huokoisen kantajamateriaalin muodostamia kerroksia, joissa aaltojen pituussuunta yhtyy ilman läpivirtaussuuntaan, sijoitetaan päällek-10 käin, jolloin muodostuu erillisiä pitkänomaisia virtauskennoja (2), jotka yhdessä muodostavat suodattimen läpivirtauskanavan, minkä jälkeen kemisorption aikaansaava liuos imeytetään suodattimen materiaaliin johtamalla liuosta virtauskennojen (2) läpi. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuos johdetaan kennojen (2) läpi sijoittamalla läpivirtauskanavan toinen pää liuokseen siten, että läpivirtauskennojen (2) päät tulevat liuospinnan 20 alle, ja antamalla liuoksen levitä virtauskennojen pituussuunnassa kapillaarivaikutuksen ansiosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että taipuisan pohjalevyn (4) ja 25 taipuisan aallotetun levyn (3) yhdistelmä kääritään kokoon sylinterimäiseksi suodatinkappaleeksi (l).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suodatin muodos- 30 tetaan asettamalla peräkkäin erillisiä suodatinkap- paleita (1), joihin on imeytetty eri liuokset. 10 - 94724