JP4126099B2 - 焼結したプラスチック粒子からなるフィルター要素 - Google Patents

Description

本発明は、２枚の大きなジグザグの又は波形の第１側壁、当該第１側壁と相互連結する２枚の狭い第２側壁、閉鎖された底側及び対向する開放側を有し、上記第１側壁の山・谷が底側から開放側の方向に延在する、狭く中空のボックス形状を実質的に有した焼結プラスチック粒子のフィルター要素に関し、そのフィルター要素は開放側で細長く少なくとも１つの流れ通路を構成する取付用ヘッドを有する。
ＤＥ ４２１１５２９ Ａ１は、そのようなフィルター要素を開示し、そのヘッドはまた焼結したプラスチック粒子からなっている。フィルターポケット又は薄葉乃至ラメラタイプのフィルター要素としてまた言及される、そのようなフィルター要素は一般に粒子をろ過されるべき液体又はガス状媒体から分離するのに適する。特に好ましい使用分野は、煙道ガスや空気のようなガス状媒体からの固体粒子の分離、及び水や油のような液体又は液滴からの固体粒子の分離である。
フィルター要素は普通はろ過装置において用いられ、ろ過されるべき媒体は、ろ過装置のろ過されていないガス側からフィルター要素の側壁を通ってその中空内部に流れ、そこから流れ通路を通ってろ過装置のクリーンガス側に流れ得る。ろ過装置のろ過されていないガス側とクリーンガス側とが、ろ過装置において実質的に横向きに又は水平に配設された仕切りによって分けられて、クリーンガス側がろ過されていないガス側の上方に位置する。フィルター要素は、ヘッドが上記仕切りに「吊り下げ」されるように取り付けられる。通例、互いに幾つかのフィルター要素が備えられ、その大きな第１側壁が実質的に相互に平行に配設され、それらの大きなほうの延長平面を備え、互いに或る間隔がある。
フィルター要素のヘッドは、いやしくも当該ヘッドでの取り付けを容認する十分な強度を与えられるべく、取付補強シート金属部材を備える。更に、フィルター要素の底側の領域にて、フィルター要素をその底側に固着された踏みレール(foot rail)を経由して補助的に支持するろ過装置での支持体が備えられる。実際的な適用において、上記踏みレールは、その下端で下方に開いたＵ断面を有しその上端でフィルター要素の底側に接着する、がっしりした補強レールである。
フィルター要素のヘッドでの取付補強シート金属部材とろ過装置での下向き方向におけるフィルター要素の補助支持部とは、フィルター要素が稼動中に負荷に抗するのに必要なものである。とりわけヘッドの領域において、フィルター要素自体（固有）で稼動中に引き起こされるウエイトのための高い負荷がフィルター要素に生じる。特定の時間間隔において又はフィルター要素を通るディファレンシャル圧が予め設定された値に達した後に、フィルター要素は、通常のフィルター流れと逆に加圧空気を吹き付けることによってきれいにされ、フィルターのろ過されていないガス側に堆積した粒子がフィルター表面から解放されろ過装置において落下し、そこから取り除かれることとなる。そのようなクリーニングは、フィルター要素に作用するクリーニング吹き付けによって生じる振動又は付加的な負荷を引き起こす。
焼結したプラスチック粒子のフィルター要素で、これまでは、フィルター要素のヘッドの残りのものとの一体製造は、強度的な理由と特に効果的な製造に関する理由の両方で、もっとも最適な結果をもたらすとの印象であった。しかしながら、比較的複雑な形状が製造に必要であって、追加的な補強パーツがフィルター要素に必要で、特に長いフィルター要素では当該フィルター要素の脚部で追加的な支持がろ過装置において必要であるという欠点が残っていた。
それ故に本発明の目的は、より簡単に製造することができ付着されるべき追加的な補強部材を必要としないにも拘わらず十分な強度を有するフィルター要素を入手することにある。
本発明によれば、これは、公知のフィルター要素の構成を前提に、当該フィルター要素が各々第１側壁の１つを含む２個の一体化された半体を備えてなり、合成樹脂の脚部が底側に鋳造され、ヘッドが合成樹脂でなり第１及び第２側壁に鋳造されて、ヘッド高さの第１部分で第１及び第２側壁を外側で取り囲み、ヘッド高さの第２部分で第１及び第２側壁を越えて突出して両側壁の端部でこれらを覆い、ヘッドがヘッド高さの第２部分において少なくとも１つの流れ通路で、２枚の第１側壁の間に閉じ込められたジグザグの又は波形の空間から実質的に矩形の流れ横断面への流れの点から有利な移行部乃至推移部を形成することで達成される。
本発明に係るフィルター要素の簡単な製造の利点は、一方でフィルター要素のろ過部分自体を形成すべく、各々が第１側壁の１つを含む焼結プラスチック粒子の２つの半体を一体化することによって、全く異なる寸法のフィルター要素が１つの単一焼結型のみを用いて製造可能であるという結果を伴って、ここで明らかになる。半体は、焼結されたプラスチック粒子の大まかに言ってプレート形状の外形構成から特定の寸法に切断されなければならない。驚くべきことに、非常に安定したフィルター要素が不安定な半体からこれを一つにすることによって製造可能であることが判明した。合成樹脂の脚部とヘッドの２つの接合された半体に直接的に鋳造する（鋳合わせる）ことは、合成樹脂材料が補助的な補強要素なしでも十分な強さであるので、追加的な節約をもたらす。
合成樹脂が多孔性焼結粒子材料よりも大きな強度を有することは公知である。しかしながら、フィルター要素のヘッドを残りの部分と別に製造することの観点においてフィルター要素全体の良好な強度にとって決定的なものは、側壁からヘッドへの移行部乃至推移部である。本発明によれば、その上部分での側壁は、外側からとその端側からの両方から、ヘッドの合成樹脂から囲まれる。これは２つの材料の間に特に大きな連結範囲をもたらす。連結範囲で好ましくは多孔性材料に入り込んだ合成樹脂材料によって、焼結材料と合成樹脂の間は徐々に移行し、高い強度要求が特に良好なように満たされる。更に、２枚の第１側壁の間に閉じ込められたジグザグの又は波形の空間によって形成されヘッドでの実質的に矩形の流れ横断面への流れの点から有利な移行部乃至推移部が、最適なように第１側壁の全ての部分において側壁からヘッドへ力を移す位置にあり、これは強度に関して更なる肯定的な効果を有する。
本発明に係るフィルター要素の脚部領域での支持は上記要素が比較的長い場合ですら全く必要ないことが判明した。更に驚くべきことに、これまでのろ過装置とは異なるその仕切りが横向きの代わりにエッジでハウジング内に配設されたろ過装置にフィルター要素を取り付けることができるほど当該要素が安定していることが判明した。そして当該フィルター要素は、吊り下げられた位置に比べて、大きな第１側壁の１つへの方向に見て９０°だけ回転した取付位置にある。この取付位置においても、フィルター要素はヘッドに取り付けられ、フィルター要素が拘束なくろ過装置のろ過されていないガス領域に突き出る。これまでの引っ張り力に加え、生じるモーメント付加もあるので、特に高い力がここではフィルター要素に作用することが明らかである。
ヘッドの鋳造は、ヘッドに対する比較的高い設計上の自由度をもたらし、後からの機械加工のないヘッドの製造を容認する。このようにしてのみ、例えば既にヘッドを鋳造している場合に後からの機械加工を要しない滑らかなシール範囲を生じることが可能で、ヘッドの製造の間にガスケットのための溝及び／又は仕切りへの付着のための開口等のような取付手段に鋳造することが可能である。大きな第１側壁に続くヘッド横断補強壁の実質的に平行な長い側壁の間に備えることも可能である。これと対照的に、公知のフィルター要素が、取付補強シート金属部材に取り付ける前にヘッドの後加工を必要とした。
好ましくは、第１側壁の壁部分は狭い第２側壁の間で互いに連結される。好ましくは、両方の第１側壁のピーク部又は波部が互いに近いところで連結される。幾つかの又は全てのピーク部又は波部で連結がなされうる。第１側壁から突き出る連結ウェブを経て連結を確立することができる。納得しにくいことではあるが好ましくはフィルター要素の脚部とヘッドの間の連結は連続する。この相互支持するような大きな側壁の間の連結は、フィルター要素の安定性を相当に増加する。これはまたクリーニングの間に振動することの大きな側壁の感度をとりわけ減少する。特にエッジに位置した仕切りを有したろ過装置における取り付けのために、言い換えれば「側方」取り付けのために、第１側壁の間の連結が実質的に規則的な間隔で備えられフィルター要素の厚みの約０．９〜１．４倍の間の間隔（第１側壁の外側の間のヘッドで測定）で互いに隔たった場合に特に有利であることが判明した。それ故、フィルター要素の側方取付の場合に生じるモーメント負荷は、特に有利なように矩形横断面の個々の小さめのフィルター部分に分布可能である。そして第１側壁の間の連結の少なくとも部分のためにヘッドの横向き補強壁を備えるのが特に好ましい。それ故、引っ張り力と圧力が連結の領域においてもフィルターヘッドに導入可能である。
横断面においてヘッドと脚部の間で縦軸線を備えた細長い長方形の形状を本質において有したフィルター要素は、ジクザグの第１側壁が縦方向に対し実質的に直角に延びる第１壁区分と当該第１壁区分に対して鋭角に延びる第２壁区分とを有しており、側方取付のために特に好ましいことが判明した。とりわけ、第１壁区分に対して鋭角に延びる第２壁区分は、第１壁区分の内側端部分から次の壁区分の外側端部分に延びてもよい。第１壁区分と第２壁区分の間に更に、例えば第１壁区分に実質的に直角に、言い換えれば、縦方向に対し平行に延びる補助壁区分を備えることも可能である。安定性の理由のため、互いに実質的に一様に間隔をおいて第１壁区分を配置することも好ましいかもしれない。そのようなフィルター要素の取り付けは吊り下げられるようにして行われることも可能である。しかしながら、とりわけ側方取付のため横断面においてモミの木の形状を本質において有したこの形態は、第１壁区分と第２壁区分の間で且つ第１壁区分が縦軸線に対し実質的に直角に延びることによる相対的に鋭い角度のために、特に高い強度を備える。このタイプのフィルター要素の設計と請求項１の特徴構成のない又は部分だけを備えるような関連の展開構成とが発明性に富むと考えられることが指摘される。
モミの木構造の場合に、約２０°〜５０°、好ましくは約２５°〜４０°の第１壁区分と第２壁区分の間の角度が特に有利であることが判明した。
本発明は図面に示された実施形態を介して以下に一層詳細に解明されよう。
図１はエッジ配設された仕切りに配置された本発明に係るフィルター要素を示す；
図２は図１でのII-II位置でフィルター要素を切った断面図である；
図３は図１でのIII-III位置でフィルター要素を切った断面図である。
図１は、ジグザグに又は波形に延びる２枚の大きな第１側壁７の１つの方向で見るようにして、脚部３とヘッド５を有したフィルター要素１を示す。狭い第２の側壁３３が第１側壁７を互いに側方につなぎ、ボックス状構造を形成する。更に、ろ過装置の一部であり詳細には描かれていない仕切り９が見られるが、これはろ過装置のろ過されていないガス側１１をクリーンガス側１３から分けている。フィルター要素１はエッジに配設された仕切り９に「側方に」取り付けられたヘッド５を有しており、図はフィルター要素１の所謂クリーンガス側タイプの設備を示している。このタイプの設備で、側壁７，３３を越えて突き出て脚部の方に向いたヘッド５の側方表面は、仕切り９のクリーンガス側に隣接して据え付けられ、フィルター要素１は開口を通って仕切り９に突き出ている。これによって、「クリーンな又はろ過された」ガス側１３からフィルター要素１を変位することが可能である。代替的に、フィルター要素１の所謂ろ過されていないガス側タイプの設備もなお可能である。この設備で、ヘッドは仕切り９のろ過されていないガス側１１に隣接するように付けられた脚部３に向かい合った側方表面を有する。この場合の取り付けと取り外しはろ過されていないガス側を介して行われる。フィルター要素１はまた、側方に取り付けられる代わりに吊り下げられるようにして取り付けられることも可能である。そして仕切り９は、例えば底部に配設されたろ過されていないガス側１１と頂部に配設されたクリーンガス側１３との間のろ過装置での中間階のように備えられる。その上、フィルター要素１のこの吊り下げ設置位置で、フィルター要素の取り付けはクリーンガス側かろ過されていないガス側のいずれかから行うことができる。時にろ過装置の上方にあまり空間が残っておらず、フィルター要素１のクリーンガス側タイプの設備が、それ故、クリーンガス側からの変更が実現できない。フィルター要素１のクリーンガス側タイプの設備に関した側方取り付けによって、概してろ過装置に並んで側方に利用可能な空間があるので、クリーンガス側１３からのフィルター要素１の取り付けを可能とする。フィルター要素１のヘッド５と仕切り９の間で、ガスケット１５が、ろ過されていないガス側１１とクリーンガス側１３の間のシール手段として認められる。
装置の稼動の間、ろ過されるべき媒体は図示されない開口を通って吸引され、ろ過されていないガス側１１から多孔性側壁７，３３を通ってフィルター要素１の中空内部に流れ、そこからヘッド５での流れ通路１９を通ってクリーンガス側１３に吸い込まれる。そこから、再び図示されない開口を通って装置の外側に排出される。ろ過されるべき媒体から分離されるべき固体粒子はフィルター要素１の表面で微細孔層によって保持され、部分的にこれに付着する。付着した固体粒子のこの層は、規則的な間隔で流れの方向と逆向きに圧縮空気のブラストを用いたクリーニングによって吹き付けられ、装置のろ過されていないガス側１１に落とされる。
更に、どの力が図１において図示された側方タイプの取り付けでフィルター要素１に作用するかを容易に認識可能である。主に引っ張り力がヘッド５とフィルター要素１の間の移行部に働くようなろ過装置でのフィルター要素１の従来の吊り下げられたタイプの取り付けと異なって、側方取り付けの場合でのフィルター要素１の突出配置によって、それらの位置にモーメント負荷が、それ故に引っ張り力と圧縮力の両方が働く。例えば、図１において移行部の上領域に、主に移行部に作用する引っ張り力が存在する一方、下部分に、上記移行部で生じる押圧力が存在する。静止負荷に加えて、システムを振動させ特に移行部でダメージを生じうるような圧縮空気のブラストのために生じる動的な負荷があり、特に有害な負荷ピークがクリーンオフの間に生じうる。
図２は、２枚の第１側壁７の間にジグザグ又は波形に閉じ込められた空間１７を描いており、この空間は流れ通路１９に連続し、ヘッド５を通ってクリーンガス側１３に延びている。クリーンガス側タイプの設備が描かれている。これに加えて、仕切り９とヘッド５の間に、ヘッド５に鋳造された溝２１に収容されたガスケット１５を認識することができる。
フィルター要素１の側壁は、実質的に専ら例えばポリエチレンの焼結されたプラスチック粒子でなる多孔性構造である。これらはまた様々なプラスチック粒子の混合物、特に超高分子プラスチック粒子や高分子プラスチック粒子の混合物であってもよい。焼結プロセスにおいて、型内の粒子は接触点で互いに連結するほどに溶融する。孔サイズは、構造の製造の間のプロセスパラメータと粒子サイズを介して制御可能である。これに加えて、フィルター要素の流入側に、例えば微細なポリテトラフルオロエチレン粒子若しくは繊維又は粒子と繊維の混合物の微細孔コーティングを施してもよい。これによって表面ろ過特性が特に良好に制御可能で、ろ過されるべき物質に特に良好に合わせることができる。そのエッジ部分でのみ各々共に接合された粒子からフィルター要素のこの焼結構造で、負荷に抗する特に高い能力が存しないことが容易に認められる。これは、局部的に集中するように負荷が生じる位置で益々守られる。
図２に示された移行部において、側壁７がヘッド高さの第１部分２３でヘッド５によって外側で取り囲まれる一方、ヘッド５の高さの第２部分２５が側壁７を越えて上向きに延び、その上端２７でこれを覆っている。それ故、ヘッド５と側壁７の間の連結範囲は特に大きくなる。側壁７とヘッド５の間で特に詳細な連結をもたらすために、液体合成樹脂の粘性は、前記樹脂が毛管効果のために或る間隔まで粗い孔の側壁７に入り込むように、選択されうる。この毛管効果が構造の局所条件に応じて異なる程度で起こるという事実のため、合成樹脂は構造に異なる深さで入り込み、これによってヘッド５と側壁７の多孔性構造の間で徐々の移行がもたらされる。この移行範囲は図２の左手側に参照番号２８で概略的に示される。
図２は基本的に、ジグザグな第１側壁７が互いに近づくフィルター要素１の位置で当該フィルター要素１を切る断面を示す。しかしながら、図面の右手側がまたハッチングで後ろに位置したパターンの最も外部の壁部分を示す。また流れ通路１９が流れの点から有利なようにヘッド５の上領域における実質的に矩形の横断面の流れからフィルター要素１の内部に移ることを認めることができる。移行部は、最も内側の壁部分から斜め上方外側へ漏斗状に生じ、最も外側の壁部分から実質的に直線状に僅かに傾いて延在する（参照番号３１参照）。
基本的にどのような合成樹脂も、ヘッド５と脚部３をフィルター要素の側壁７に鋳造するのに適する。しかしながら、製造を早めるために、急速硬化の合成樹脂を用いるか、熱供給によって著しく硬化が促進されうるような合成樹脂を用いることがことが好ましい。
図３の断面図は２枚の第１側壁７と狭い第２側壁３３を部分的に示す。更に、フィルター要素１がその縦軸線３５に沿って合体された２つの半体３７，３９からなることが認識可能である。２つの半体３７，３９はまた、接着、焼結、溶接又は異なるやり方で合体することもできる。フィルター要素１の「モミの木状」形状が前景にある本発明のアスペクトで、フィルター要素１の一体化製造がなお可能である。
第２の狭い側壁３３に加えて２つの半体３７，３９もまた壁部分４１，４３に沿って好ましくはヘッド５から脚部３まで互いに連結する。これはより小さなボックス状の要素又は小室への更なる分割をもたらし、それによって、個々の小室がそれ自体既に比較的高い強度を呈するので、フィルター要素１全体の強度を増加する。
第１側壁７は実質的にジグザグなパターンで延び、互いに続く継続した第１壁区分４５と第２壁区分４７で組み立てられている。第１壁区分４５は縦方向３５に対し直角に実質的に等しい間隔をおいて延び、第２壁区分４７は第１壁区分４５の内側端部分４９から次の第１壁区分４５の外側端部分５１に延びる。それ故、フィルター要素１は横断面で実質的にモミの木状の形態を有する。縦軸線に対し直角に延びる第１壁区分４５は、縦軸線３５に対し直角に第１側壁７の特に高い堅さをもたらし、このことは特にフィルター要素１の側方取り付けの際に大きな第１側壁７の曲げ（歪ませ）又は隆起を効果的に防ぐことができる。第２壁区分は第１壁区分と共に比較的鋭い角度を、好ましくは約３０°の範囲で形成し、これは更に堅さを高める。
側方取り付けでの好ましい設備位置において、第２壁区分４７は、図３の断面図において、内側から外方に且つ下方に延びており、フィルター操作の間、粒子はその上に容易には堆積しない。同様にクリーニングオフの間、流れ成分は実質的に第２壁区分４７に対し直角であり、粒子はクリーニングオフの間に縦軸線３５から外側に向かって吹き払われる。
これに加えて、側方取り付けの場合に好ましい流れ方向は頂部から底部に向かってフィルター要素１に沿っており、第２壁区分４７の斜め配置は、これら第２壁区分４７に対する特に良好な流入条件を与える。

Claims (10)

1. ２枚の大きなジグザグ状若しくは波形に延びる第１側壁（７）、当該第１側壁（７）を互いに連結する２枚の狭い第２側壁（３３）、閉じられた底側及び対向する開放側を備えた狭く中空のボックスの形状を有した焼結プラスチック粒子からなるフィルター要素（１）にして、上記第１側壁（７）の山・谷は上記底側から開放側の方向に延在し、上記底側は更に脚部（３）を備えており、少なくとも１つの流れ通路（１９）を構成する固定のための細長いヘッド（５）を上記開放側で有するようなフィルター要素において、
   当該フィルター要素（１）が各々第１側壁（７）の１つを含む２個の一体化された半体（３７；３９）を備えて構成され、
   上記ヘッド（５）と上記脚部（３）が合成樹脂で鋳合わされ、上記ヘッド（５）は、第１及び第２側壁（７；３３）に鋳合わされる結果、ヘッド高さの第１部分（２３）で第１及び第２側壁（７；３３）を外側で取り囲み、ヘッド高さの第２部分（２５）で両側壁の端部（２７）を覆うように第１及び第２側壁（７；３３）を越えて突出しており、
   上記ヘッド（５）が、ヘッド高さの第２部分（２５）にて少なくとも１つの流れ通路（１９）で、２つの第１側壁（７）の間に限定されたジグザグ状乃至波形の空間（１７）から矩形の流れ横断面まで、移行部（３１）を形成し、当該移行部（３１）は最も内側の壁部分から斜め上方外側へ漏斗状に且つ最も外側の壁部分から直線状に又は僅かに傾いて延在する
   ことを特徴とするフィルター要素。
2. 上記ヘッド（５）がガスケット（１５）のための溝（２１）及び／又は固定手段を有していることを特徴とする請求項１に記載のフィルター要素（１）。
3. 上記ヘッド（５）が、底側に向く眺め方向にて平面で見て、少なくとも１枚の横向き補強壁によって互いに支持されたお互いに平行な長い側壁を備えた細長い形態であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルター要素（１）。
4. 上記第１側壁（７）のジクザグ状又は波形のパターンは第１側壁（７）の間で対称面に対し鏡像対称である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルター要素（１）。
5. 上記第１側壁（７）の壁部分（４１；４３）が狭い第２側壁（３３）の間で互いに連結されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルター要素（１）。
6. 上記ヘッドの横向き補強壁が、上記第１側壁（７）の間で連結部をまた形成する位置で備えられることを特徴とする請求項５に記載のフィルター要素（１）。
7. 上記第１側壁（７）の間の連結部が規則的な間隔で配設され、フィルター要素（１）の厚みの０．９〜１．４倍の間隔だけ互いに隔たっていることを特徴とする請求項５又は６に記載のフィルター要素（１）。
8. フィルター要素（１）がヘッド（５）と脚部（３）の間で横断面にて、縦軸線（３５）とジグザグ状に延びる第１側壁（７）を備えた細長い矩形の形状を有し、ジクザグ状に延びる第１側壁（７）が第１及び第２壁区分（４５；４７）を有していて、第１壁区分（４５）が縦軸線（３５）に対し直角に延び、第２壁区分（４７）が第１壁区分（４５）に対し鋭角に延びることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のフィルター要素（１）。
9. 第１及び第２壁区分（４５；４７）の間の角度が２０°と５０°の間であることを特徴とする請求項８に記載のフィルター要素（１）。
10. 微細孔コーティングがフィルター要素（１）の流入側に備えられる、請求項１〜９のいずれか一項に記載のフィルター要素（１）。

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