KR20190008276A - 필터 매체, 요소, 및 방법 - Google Patents

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지안카를로 엠. 이지
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Abstract

섬유 필터 매체로서, 섬유 필터 매체는: 평균 직경이 1 미크론 미만인 미세 섬유를 포함하는 표면 로딩 필터 층; 깊이 로딩 필터 층; 및 지지 층을 포함하고; 그러한 층들은, 표면 로딩 필터 층이 가장 상류의 층이 되도록, 가스 스트림 내에 배치되도록 구성 및 배열된다.

Description

필터 매체, 요소, 및 방법
계속 출원 데이터
본원은 2016년 5월 13일자로 출원된 미국 가출원 제62/336,433호 및 2016년 6월 17일자로 출원된 미국 가출원 제62/351,401호의 이익 향유를 주장하며, 그러한 각각의 가출원의 개시내용의 전체가 본원에서 참조로 포함된다.
유체 스트림, 특히 공기 및 가스 스트림은 종종 미립자 재료를 내부에서 운반한다. 미립자 재료의 일부 또는 전부를 유체 스트림으로부터 제거하는 것이 요구된다. 예를 들어, 모터 동력형 차량의 캐빈으로의 공기 흡기 스트림, 컴퓨터 디스크 드라이브 내의 공기, HVAC 공기, 청정실 환기 공기, 차량 또는 발전 장비를 위한 엔진으로의 공기, 가스 터빈으로 지향되는 가스 스트림, 및 다양한 연소로로의 공기 스트림이 종종 미립자 재료를 내부에 포함한다. 캐빈 공기 필터의 경우에, 승객의 편안함 및/또는 미적 감각을 위해서 미립자 물질을 제거하는 것이 바람직하다. 엔진, 가스 터빈 및 연소로로의 공기 및 가스 흡기 스트림과 관련하여, 미립자 재료를 제거하는 것이 바람직한데, 이는, 미립자가, 관련된 여러 메커니즘의 내부 작업에 대한 실질적인 손상을 유발할 수 있기 때문이다. 다른 경우에, 산업적 프로세스 또는 엔진으로부터의 생산 가스 또는 오프-가스가 미립자 재료를 내부에 포함할 수 있다. 그러한 가스가 대기로 방출되기 전에, 미립자 재료를 그러한 스트립으로부터 실질적으로 제거하는 것이 전형적으로 바람직하다.
보다 청청한 공기 또는 다른 가스 스트림을 획득하기 위해서 점점 더 높은 효율의 필터가 요구된다. 고효율 필터에 의해서 유발되는 가스(예를 들어, 공기) 유동에 대한 적은 제약을 가지기 위해서, 저압이 바람직하다. 또한, 고효율 필터에서 종종 문제가 되는 유지보수 및 필터 비용을 줄이기 위해서 긴 수명이 바람직하다. 따라서, 고성능 필터, 즉 높은 효율, 낮은 압력 강하, 긴 수명의 필터가 계속 요구되고 있다.
본 개시 내용은 특히 가스(예를 들어, 공기) 여과 적용예를 위한 필터 매체 및 필터 요소를 제공한다.
일 실시예에서, 가스 필터 매체(예를 들어, 공기 필터 매체)가 제공되고, 그러한 가스 필터 매체는: 평균 직경이 1 미크론 미만인 미세 섬유를 포함하는 표면 로딩 필터 층; 깊이 로딩 층; 및 지지 층을 포함한다. 사용 중에, 그러한 층들은, 표면 로딩 필터 층이 가장 상류의 층이 되도록, 가스 스트림 내에 배치되게 구성 및 배열된다. 즉, 표면 로딩 필터 층이 필터링되는 가스 스트림(예를 들어, 공기)이 처음 만나는 층으로서 배치되도록(즉, 미세 섬유 필터 층이 가장 상류 층이다), 층들이 서로에 대해서 배치된다. 특정 실시예에서, 본 개시 내용의 필터 매체는 펄스 세정 가능하다.
본 개시 내용의 다른 실시예에서, 본원에서 설명된 바와 같이 하우징 및 필터 매체를 포함하는 가스 필터 요소(예를 들어, 공기 필터 요소)가 제공된다.
본 개시 내용의 다른 실시예에서, 가스(예를 들어, 공기)를 필터링하는 방법이 제공되고, 그러한 방법은 본원에서 설명된 바와 같이 가스를 필터 매체 또는 필터 요소를 통해서 지향시키는 단계를 포함한다.
특정 실시예에서, 깊이 로딩 필터 층은 고효율 유리-함유 필터 층, 용융-취입(melt-blown) 필터 층, 또는 그 조합을 포함한다. 고효율 유리-함유 필터 층은 유리 섬유 및 다-성분 결합제 섬유를 포함할 수 있다. 고효율 용융-취입 필터 층은 평균 직경이 0.5 미크론 내지 10 미크론인 섬유를 포함할 수 있다.
본원에서, 본 개시 내용의 필터 층에 대한 "고효율"은 분당 4 피트(ft/min 또는 fpm)(즉, 초당 2 센티미터(cm/초))에서 0.4 미크론 크기의 DEHS 입자의 (개수 기준으로) 적어도 55%를 제거할 수 있다. 예를 들어, 0.4 미크론의 적어도 70%의 여과 효율이 "고효율"로 간주된다. 본원의 특정 실시예에서, 고효율은 4 ft/분(2 cm/초)에서 그러한 입자의 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 95%, 적어도 99.5%, 적어도 99.95%, 또는 적어도 99.995%를 제거하는 것을 의미한다.
본원에서, 본 개시 내용의 (물결형이거나 물결형이 아닐 수 있는) 복합 필터 매체 및/또는 (전형적으로 물결형 및 주름형인) 필터 요소에 대한 "고효율"은 적어도 EN779:2012에 따른 F9의 효율을 나타낸다. 또한, 본 개시 내용의 (전형적으로 물결형 및 주름형인) "고효율" 필터 요소는 EN1822:2009에 따른 적어도 E10, 또는 적어도 E11, 또는 적어도 E12의 효율을 나타낸다.
"용융-취입 섬유"라는 용어는 용융된 열가소성 재료를, 일반적으로 원형인, 복수의 미세한 다이 모세관을 통해서 용융된 실 또는 필라멘트로서, 수렴하는 고속 가스(예를 들어, 공기) 스트림 내로 압출함으로써 형성되는 섬유를 지칭하고, 그러한 고속 가스 스트림은 용융된 열가소성 재료의 필라멘트를 가늘어지게 하여 그 직경을 감소시키고, 그러한 직경은 미세섬유 직경일 수 있다. 그 후에, 용융-취입 섬유가 고속 가스 스트림에 의해서 운반되고 수집 표면 상에 침착되어 무작위적으로 분산된 용융-취입 섬유의 웹(web)을 형성한다. 전형적으로, 용융-취입 섬유는, 연속적 또는 불연속적일 수 있는 미세섬유이고, 일반적으로 직경이 20 미크론(그리고 종종 10 미크론) 이하이며, 일반적으로 수집 표면 상에 침착될 때 자가 결합된다. 본 발명에서 사용되는 용융-취입 섬유는 바람직하게 길이가 실질적으로 연속적이다.
"다-성분 섬유"라는 용어는, 분리되어 압출되나 함께 스피닝되어 하나의 섬유를 형성하는 적어도 2개의 중합체로 형성된 섬유를 지칭한다. 다-성분 섬유의 특별한 예로서, "이성분 섬유(bicomponent fiber)"는, 이성분 섬유의 횡단면에 걸쳐 실질적으로 일정하게 배치된 구분된 구역들 내에 배열되고 이성분 섬유의 길이를 따라 연속적으로 연장되는 2개의 중합체를 포함한다. 그러한 이성분 섬유의 구성은, 예를 들어, 외피/코어 구성일 수 있고, 하나의 중합체가 다른 중합체에 의해서 둘러 싸이거나 옆으로 나란한 구성 또는 "바다 내의 섬" 구성일 수 있다. 2개 성분의 섬유에서, 중합체들은 75/25, 50/50, 25/75의 비율 또는 임의의 다른 희망 비율로 존재할 수 있다. 색소 및 계면활성제와 같은 통상적인 첨가제가 하나의 또는 둘 모두의 중합체 스트림 내로 통합되거나, 필라멘트 표면에 도포될 수 있다.
"중합체"라는 용어는, 비제한적으로, 동종 중합체, 공중합체, 예를 들어 블록, 그래프트(graft), 무작위적 및 교번적 공중합체, 삼원 중합체 등, 그리고 그 블렌드(blend) 및 변형물을 포함한다. 또한, 달리 구체적으로 제한되지 않는 한, "중합체"라는 용어는 재료의 모든 가능한 기하형태적 구성을 포함할 것이다. 이러한 구성은, 비제한적으로, 동일배열(isotactic), 규칙성 교대배열(syndiotactic), 및 혼성 배열(atactic) 대칭을 포함한다. "공중합체"라는 용어는, 둘 이상의 상이한 단위체 단위(monomeric unit)를 포함하는 중합체를 지칭하고, 그에 의해서 삼원 중합체, 사원 중합체 등을 포함한다.
"포함한다" 및 "포괄한다" 그리고 그 변형의 용어는, 이러한 용어가 상세한 설명 및 청구범위에 나타날 때, 제한의 의미를 가지지 않는다. 그러한 용어는 기술된 단계 또는 요소 또는 단계나 요소의 그룹의 포함을 암시하나, 임의의 다른 단계 또는 요소 또는 단계나 요소의 그룹을 배제하지 않는 것으로 이해될 것이다. "~으로 이루어진"은, "~으로 이루어진"이라는 문구에 후속되는 것을 포함하고, 그러한 것으로 제한된다는 것을 의미한다. 따라서, "~으로 이루어진"이라는 문구는, 나열된 요소가 요구되거나 의무적이라는 것, 그리고 다른 요소가 존재하지 않을 수 있다는 것을 나타낸다. "본질적으로 ~로 이루어진"은 그러한 문구 뒤에 나열된 임의 요소를 포함하고, 나열된 요소에 대한 개시 내용에서 구체화된 활동 또는 작용을 방해하지 않거나 그에 기여하는 다른 요소로 제한된다는 것을 의미한다. 따라서, "본질적으로 ~로 이루어진"이라는 문구는, 나열된 요소가 요구되거나 의무적이라는 것, 그러나 다른 요소가 선택적이고 그리고 나열된 요소의 활동 또는 작용에 실질적으로 영향을 미치는지의 여부에 따라 존재하거나 존재하지 않을 수 있다는 것을 나타낸다.
"바람직한" 및 "바람직하게"라는 단어는, 특정 상황 하에서, 특정 이점을 제공할 수 있는 개시 내용의 실시예를 지칭한다. 그러나, 동일한 또는 상이한 상황에서, 다른 실시예가 또한 바람직할 수 있다. 또한, 하나 이상의 바람직한 실시예에 관한 언급은, 다른 실시예가 유용하지 않다는 것을 암시하는 것이 아니고, 개시 내용의 범위로부터 다른 실시예를 배제하기 위한 것은 아니다.
본원에서, 관사("a", "an" 및 "the")와 같은 용어는 단지 단수 개체만을 의미하기 위한 것이 아니고, 구체적인 예가 설명을 위해서 이용될 수 있는 일반적인 종류(class)를 포함한다. 관사("a", "an" 및 "the")의 용어는 "적어도 하나"라는 용어와 상호 교환 가능하게 이용된다.
목록에 이어지는 "~ 중 적어도 하나" 및 "~ 중 적어도 하나를 포함하는"이라는 문구는 목록 내의 물품 중 임의의 하나 및 목록 내의 둘 이상의 물품의 임의의 조합을 지칭한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 기재 내용에서 달리 명백하게 기술하지 않는 한, "또는"이라는 용어는 일반적으로 "및/또는"을 포함하는 그 일반적인 의미로 이용된다. "및/또는"이라는 용어는 나열된 요소 중 하나 또는 전부 또는 나열된 요소 중 임의의 둘 이상의 조합을 의미한다.
또한 본원에서, 모든 번호는 "약"이라는 용어 그리고 바람직하게 "정확하게"라는 용어에 의해서 변경되는 것으로 가정된다. 본원에서 측정된 양과 관련하여 사용된 바와 같이, "약"이라는 용어는, 측정을 실시하고 측정 대상 및 사용되는 측정 장비의 정밀도에 상응하는 레벨의 주의를 기울이는 당업자가 예상할 수 있는 바와 같은, 측정된 양의 변동을 지칭한다.
또한 본원에서, 종료점에 의한 수치적 범위에 대한 언급은 종료점뿐만 아니라 그러한 범위 내에 포괄되는 모든 숫자를 포함한다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5, 등을 포함한다). 본원에서 숫자 "까지"(예를 들어 50까지)는 그 숫자(예를 들어, 50)를 포함한다.
"범위 내" 또는 "범위 이내"라는 용어(그리고 유사한 서술)는 서술된 범위의 종료점을 포함한다.
본 명세서 전체를 통한 "일 실시예", "실시예", "특정 실시예", 또는 "일부 실시예" 등에 대한 언급은, 실시예와 관련하여 설명된 특별한 특징, 구조, 조성 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서 전체를 통한 여러 장소에서의 그러한 문구의 출현이 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특별한 특징, 구조, 조성 또는 특성을 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합할 수 있다.
본 개시내용의 전술한 요지는 본 개시내용의 각각의 개시된 실시예 또는 모든 구현예를 설명하기 위한 것은 아니다. 이하의 설명은 예시적인 실시예를 보다 특히 예시한다. 본원 전체를 통한 몇몇 장소에서, 예의 목록을 통한 안내가 제공되고, 그러한 예는 다양한 조합으로 이용될 수 있다. 각각의 경우에, 인용된 목록은 단지 대표적인 그룹으로서의 역할을 하고, 배타적인 목록으로서 해석되지 않아야 한다.
개시 내용은, 이하의 도면과 함께 보다 완전히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 복합 필터 매체의 실시예의 일부의 횡단면도이다.
도 2는 본 개시 내용의 복합 필터 매체의 실시예의 횡단면도이다.
도 3은 본 개시 내용의 복합 필터 매체의 실시예의 횡단면도이다.
도 4는 공기 흡기 시스템에서 이용될 수 있는 필터 요소의 일 실시예의 사시도이다.
도 5는 개시 내용의 필터 매체를 갖는 다른 요소의 다른 실시예의 사시도이다.
도 6은 공기 흡기에서 이용될 수 있는 개시 내용의 다른 필터 요소의 평면도이다.
도 7은 도 6의 요소의 정면 입면도이다.
도 8은 도 7의 필터 요소의 우측 입면도이다.
도 9 내지 도 13은 필터 요소의 추가적인 실시예의 개략적 횡단면도이다.
도 14는 필터 요소의 다른 실시예의 사시도이다.
도 15는 달갈형(ovate) 구조를 갖는 필터 요소의 다른 실시예의 사시도이다.
본 개시 내용은 특히 가스(예를 들어, 공기) 여과 적용예를 위한 필터 매체 및 필터 요소를 제공한다.
일 실시예에서, 가스 필터 매체(예를 들어, 공기 필터 매체)는: 평균 직경이 1 미크론 미만인 미세 섬유를 포함하는 표면 로딩 필터 층; 깊이 로딩 필터 층; 및 지지 층을 포함한다.
사용 중에, 그러한 층들은, 표면 로딩 필터 층이 가장 상류의 층이 되도록, 가스 스트림 내에 배치되게 구성 및 배열된다. 즉, 표면 로딩 필터 층(즉, 미세 섬유 필터 층)이 필터링되는 가스 스트림(예를 들어, 공기)이 처음 만나는 층으로서 배치되도록(즉, 미세 섬유 필터 층이 가장 상류 층이다), 층들이 서로에 대해서 배치된다.
특정 실시예에서, 본 개시 내용의 필터 매체는 펄스 세정 가능하다. 펄스 세정 가능성은 (예를 들어, 백 에어 펄스(back air pulse)를 통한) 자가 세정에 있어서 중요하고, 필터 매체가 매우 높은 분진 농도에서 이용될 때, 유용한다. 펄스 세정성은 '예 항목'에서 설명된 수정된 ISO 11057 테스트 방법에 따라 결정될 수 있다.
특정 실시예에서, 복합 필터 매체가 둘 이상의 미세 섬유 필터 층을 포함한다. 특정 실시예에서, 복합 필터 매체는 둘 이상의 깊이 로딩 층(예를 들어, 유리-함유 필터 층, 용융-취입 필터 층, 또는 그 조합)을 포함한다. 특정 실시예에서, 복합 필터 매체가 둘 이상의 지지 층을 포함한다. 이러한 층들은, 하나의 미세 섬유 필터 층이 가장 상류 층이기만 하다면, 다양한 순서로 배열될 수 있다.
각각의 필터 층 및 지지 층이 다수 층의 복합체일 수 있다. 예를 들어, 깊이 로딩 층이, 조성 및/또는 섬유 직경이 상이한 둘 이상의 상이한 용융-취입 섬유의 층으로 이루어진 복합체일 수 있다.
특정 실시예에서, 본 개시 내용의 필터 매체가 적어도 10 밀(mil)(0.25 mm)의 두께를 갖는다. 특정 실시예에서, 본 개시 내용의 필터 매체가 60 밀(1.5 mm) 이하, 또는 30 밀(0.76 mm) 이하의 두께를 갖는다.
본 개시 내용의 예시적인 복합 필터 매체(10)의 일부를 도시한 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 2개의 필터 층, 즉 여과를 실시하는 층: 표면 로딩 층(20), 및 깊이 로딩 필터 층(예를 들어, 유리-함유 필터 층)(22)이 있다. 일 실시예에서, 본 개시 내용의 예시적인 복합 필터 매체(10)를 도시한 도 2에 도시된 바와 같이, 표면 로딩 층(20), 깊이 로딩 필터 층(예를 들어, 유리-함유 필터 층)(22), 및 깊이 로딩 층(22)과 표면 로딩 층(20) 사이에 배치된 지지 층(18)이 있다. 다른 실시예에서, 본 개시 내용의 예시적인 복합 필터 매체(10)를 도시한 도 3에 도시된 바와 같이, 지지 층(18); 표면 로딩 층(20), 및 지지 층(18)과 표면 로딩 층(20) 사이에 배치된 깊이 로딩 필터 층(예를 들어, 유리-함유 필터 층)(22)이 있다.
이러한 예시적인 실시예에서 도시된 바와 같이, 표면 로딩 필터 층(20)은, 화살표로 표시된 가스 유동(예를 들어, 공기 유동)의 방향에 대해서 깊이 로딩 필터 층(22)의 상류에 배치된다. 즉, 표면 로딩 필터 층(20)은 사용 중에 가스(예를 들어, 공기) 스트림과 처음 만나는 층이다.
필터 및 지지 층의 각각의 두께가 동일하거나 상이할 수 있고, 이는 제한적이 아니다. 그러나, 그 두께가 여과 성질에 영향을 미친다는 것을 주목하여야 한다. 매체의 전체적인 두께는, 분진 로딩 용량, 효율, 및 투과도와 같은, 다른 매체 성질에 상당한 영향을 미치지 않고, 최소화되는 것이 바람직하다. 이는, 예를 들어, 바람직하게, 필터 요소의 성질 및 성능(예를 들어, 효율, 압력 강하, 또는 분진 로딩 용량)에 부정적인 영향을 미치지 않고, 필터 요소가 최대량의 매체를 포함하도록, 요소 내에서 더 주름 잡힐 수 있게 한다.
전형적으로, 본 개시 내용의 필터 매체에서, 필터 층, 그리고 바람직하게, 필터 층 및 지지 층은 접착제, 결합제 섬유, 열적 결합, 초음파 결합, 자가-접착으로, 또는 그러한 기술의 조합을 이용하여 함께 접착된다. 바람직한 방법은 접착제, 결합제 섬유, 또는 그 조합의 이용을 포함한다. 특히 바람직한 방법은, 예를 들어, 분말 코팅, 분무 코팅, 또는 미리-형성된 접착 웹의 이용을 포함하는 다양한 기술로 도포된 접착제(압력 감응형 접착제, 핫 멜트 접착제)의 이용을 통한 것이다. 전형적으로, 접착제는 연속적인 층이거나, 요구되는 경우에, 프로세싱 또는 이용 중에 필터 매체가 층 분리되지 않는 한, 접착제가 패터닝될 수 있다. 예시적인 접착제는, 폴리에스테르, 폴리아미드, 아크릴레이트, 또는 그 조합(블렌드 또는 공중합체)과 같은 핫 멜트 접착제를 포함한다.
접착제가 이용된다면, 접착제의 양은 당업자에 의해서 용이하게 결정될 수 있다. 희망하는 레벨은, 매체를 통한 가스 유동에 부정적인 영향을 미치지 않고 층들 사이에 적합한 결합을 제공하는 레벨이다. 예를 들어, 복합 필터 매체의 프레이저(Frazier) 투과도의 감소는 바람직하게 각각의 층의 투과도의 역수의 합의 역수(즉, (1/Aperm + 1/Bperm + 1/Cperm)-1)의 20% 미만, 또는 더 바람직하게 10% 미만이다. 이는 임의의 다른 적층 방법에서도 적용될 수 있다.
강성도를 증가시키고 요소 내에서 보다 양호한 유동 채널을 제공하기 위해서, 필터 매체가 물결형이 될 수 있다. 따라서, 특정 실시예에서, 본 개시 내용의 필터 매체는, (종종 매체 성능을 저하시키는) 매체 손상 없이, 전형적인 고온 물결화 프로세스를 견딜 수 있는 특성을 가져야 한다.
물결화로 또는 물결화 없이, 필터 매체가 다수의 접힘부 또는 주름으로 접힐 수 있고, 이어서 필터 하우징 또는 프레임 내로 설치될 수 있다. 편평한 시트 또는 물결형 시트를 주름 잡는 것이, 비제한적으로, 회전 주름 작업, 블레이드 주름 작업, 및 기타를 포함하는 임의 수의 주름 작업 기술을 이용하여 실행될 수 있다. 물결형 매체는, 미국 특허 제5,306,321호에서 설명된 바와 같이, 주름형 매체에 적용된 몇 개의 주름 지지 메커니즘 중 임의의 하나를 가질 수 있다. 예를 들어, 물결형 알루미늄 분리부, 핫 멜트 비드, 및 (종종 PLEATLOC 주름형 매체로 지칭되는) 요홈부가 이용될 수 있다.
특정 실시예에서, 접힘부가 이격부 형태로 필터 매체 내로 새겨지고, 그에 따라, 매체가 습하거나 과다 로딩된 경우에도, 접힘부의 결합이 효과적인 방식으로 방지된다. 매체의 양 측면 상에서 물결 채널 방향에 수직인 주름 선단부 상의 이러한 오목부는 주름들을 분리 유지하고, 요소 내의 주름 팩을 통한 유동을 위한 가스(예를 들어, 공기)를 위한 보다 양호한 유동 채널을 제공한다. 도 9 내지 도 14에 도시된 것과 같은, 원뿔형 또는 원통형 유형의 요소의 경우에, 주름들의 균등한 분리를 유지하기 위해서, 외측의 오목부는 내측의 오목부보다 깊고 넓을 수 있다.
비-물결형 매체의 경우에, 주름들 사이의 핫-멜트 접착제 비드의 부가 또는 빗 분리부의 이용을 포함하는 것과 같은, 다른 주름 분리 방법이 본원에서 설명된 임의의 매체에서 이용될 수 있다. 주름형 재료가 원통형 또는 "관"으로 형성될 수 있고, 이어서, 예를 들어 접착제(예를 들어, 우레탄계, 핫-멜트 접착제 등), 또는 초음파 용접(즉, 초음파 결합)의 이용을 통해서, 함께 결합될 수 있다.
특정 실시예에서, 본 개시 내용의 필터 층, 복합 필터 매체(편평형 또는 물결형), 및 필터 요소가 "고효율"로 지칭된다. 특정 실시예에서, 본 개시 내용의 고효율 필터 층은 4 ft/분(2 cm/초)에서 0.4 미크론 크기의 DEHS 입자의 (개수 기준으로) 적어도 55%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 95%, 적어도 99.5%, 적어도 99.95%, 또는 적어도 99.995%를 제거할 수 있다. 특정 실시예에서, 본 개시 내용의 (물결형이거나 물결형이 아닐 수 있는) 복합 필터 매체 및/또는 (전형적으로 물결형 및 주름형인) 필터 요소에 대한 "고효율"은 적어도 EN779:2012에 따른 F9의 효율을 나타낸다. 특정 실시예에서, 본 개시 내용의 (전형적으로 물결형 및 주름형인) 고효율 필터 요소는 EN1822:2009에 따른 적어도 E10, 또는 적어도 E11, 또는 적어도 E12의 효율을 나타낸다.
특정 실시예에서, 필터 매체는 가장 많이 침투하는 입자 크기에서의 DEHS 효율 테스트에 따라, 적어도 80%, 또는 80% 초과의 효율을 나타낸다.
특정 실시예에서, 본 개시 내용의 필터 층 및/또는 복합 필터 매체는 양호한 깊이 로딩 특성을 갖는다.
특정 실시예에서, 깊이 로딩 필터 층은 비교적 낮은 충실도(solidity)를 갖는다. 본원에서 사용된 바와 같이, 충실도는, 일반적으로 백분율로 표시되는, 중실체(solid) 섬유 부피를 해당 필터 매체의 총 부피로 나눈 것, 또는 다른 방식으로, 단위 질량당 매체의 부피로 나눈 단위 질량당 섬유 부피의 비율로서, 섬유에 의해서 점유된 매체의 부피 분율(fraction)이다. 충실도를 결정하기 위한 적합한 테스트가 예를 들어 미국 공개 제2014/0260137호에 설명된다. 전형적으로, 평당 인치당 1.5 파운드(psi)(즉, 0.1 kg/cm2)의 압력에서 20 퍼센트(%) 미만, 또는 종종 15% 미만의 충실도가 바람직하다.
특정 실시예에서, 본 개시 내용의 필터 층 및/또는 복합 필터 매체는 큰 강도 및 큰 가요성을 나타낸다. 이는, 층 및/또는 복합 매체가 접히거나 물결화된 후에 비교적 작은 인장 강도의 손실에 의해서 표시될 수 있다. 필터 층 또는 필터 매체의 접힘 또는 물결화 후의 20% 미만의 인장 강도 손실이 바람직하다.
표면 로딩 필터 층
표면 로딩 필터 층은, 필터 층의 부피 또는 두께(즉, "z" 방향)에 대조적으로, 층의 표면에서 입사 입자의 실질적인 부분을 캡쳐하는 필터 층이다. 즉, 표면 로딩 필터 층은 입사 미립자가 표면 로딩 필터 층을 통과하는 것을 중단시킬 수 있고 그리고 포획된 입자의 실질적인 표면 로딩을 획득할 수 있다.
본 개시 내용의 필터 매체의 표면 로딩 필터 층은 평균 섬유 직경이 1 미크론(즉, 1000 나노미터) 미만, 또는 0.5 미크론 이하, 또는 0.3 미크론 이하인 미세 섬유를 포함한다. 이는 나노섬유 및 마이크로섬유를 포함한다. 나노섬유는 직경이 200 나노미터 또는 0.2 미크론 미만인 섬유이다. 마이크로섬유는 직경이 0.2 미크론 초과인, 그러나 10 미크론 이하인 섬유이다. 특정 실시예에서, 미세 섬유는 적어도 0.01 미크론, 또는 적어도 0.05 미크론, 또는 적어도 0.1 미크론의 평균 직경을 갖는다.
특정 실시예에서, 표면 로딩 필터 층은 평방 미터당 1 그램(g/m2 또는 gsm) 미만의 기본 중량을 갖는다. 특정 실시예에서, 표면 로딩 필터 층은 적어도 0.0001 g/m2의 기본 중량을 갖는다.
특정 실시예에서, 표면 로딩 필터 층은 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 또는 적어도 80%의 LEFS 여과 효율을 갖는다. 특정 실시예에서, 미세 섬유 필터 층은 99% 이하, 98% 이하, 97% 이하, 96% 이하, 95% 이하, 94% 이하, 93% 이하, 92% 이하, 91% 이하, 또는 90% 이하의 LEFS 여과 효율을 갖는다.
미세 섬유의 예가 미국 특허 제8,118,901호에 개시되어 있다.
개시 내용의 표면 로딩 필터 층은, 상호 결속 네트(interlocking net)를 형성하기 위해서 결합될 수 있는 미세 섬유의 무작위적 분포를 포함할 수 있다. 여과 성능은 주로 미립자의 통과에 대한 미세 섬유 장벽의 결과로서 얻어진다. 경직도, 강도, 주름도의 구조적 성질은 전형적으로, 필터 매체 내에 포함된 지지 층(예를 들어, 미세 섬유가 접착되는 지지 층)에 의해서 제공된다.
특정 실시예에서, 표면 로딩 필터 층은 미세 섬유 상호 결속 네트워크를 포함할 수 있다. 그러한 네트워크는 전형적으로 마이크로섬유 또는 나노섬유 형태의 미세 섬유 및 섬유들 사이의 비교적 작은 공간을 포함한다. 그러한 공간은 전형적으로, 섬유들 사이에서, 0.01 미크론 내지 25 미크론 또는 종종 0.1 미크론 내지 10 미크론의 범위이다.
특정 실시예에서, 미세 섬유는 1 미크론 미만의 두께를 전체 필터 매체에 부가한다. 서비스에서, 필터는 입사 미립자가 표면 로딩 필터 층을 통과하는 것을 중단시킬 수 있고 그리고 포획된 입자의 실질적인 표면 로딩을 획득할 수 있다. 분진 또는 다른 입사 미립자를 포함하는 입자는 미세 섬유 표면 상에서 분진 케이크(dust cake)를 신속하게 형성하고, 높은 초기의 그리고 전체적인 미립자 제거 효율을 유지한다. 입자 크기가 0.01 미크론 내지 1 미크론인 비교적 미세한 오염물질에서도, 미세 섬유를 포함하는 필터 매체는 매우 큰 분진 용량을 갖는다.
미세 섬유 제조에 유용한 적합한 중합체 재료는 열, 습도, 큰 유량, 역 펄스 세정, 동작 마모, 미크론 이하의 미립자, 사용 시의 필터의 세정 및 다른 요구되는 조건의 바람직하지 못한 영향에 대한 실질적으로 개선된 내성을 갖는다.
미세 섬유 및 그 제조에 이용되는 중합체 재료의 예가 미국 특허 제8,118,901호에 개시되어 있다. 그러한 중합체 재료는, 폴리올레핀, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리에스테르, 셀룰로오스 에테르 및 에스테르, 폴리알킬렌 설파이드, 폴리아릴렌 옥사이드, 폴리설폰, 변성 폴리설폰 중합체 및 그 혼합물과 같은, 부가 중합체 및 축합 중합체 재료 모두를 포함한다. 이러한 일반적인 종류 내에 포함되는 바람직한 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(비닐클로라이드), 폴리메틸메타크릴레이트 (및 다른 아크릴 수지), 폴리스티렌, 및 그 공중 합체(ABA 유형 블록 공중합체 포함), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐리덴 클로라이드) , 가교결합된 및 가교결합되지 않은 형태의 다양한 정도의 가수분해(87% 내지 99.5%)의 폴리비닐알코올을 포함한다. 바람직한 부가 중합체는 유리질(상온 보다 높은 Tg)이 되는 경향이 있다. 이는, 폴리비닐클로라이드 및 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌 중합체 조성물 또는 그 합금, 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리비닐알코올 재료에 대한 경우이다.
폴리아미드 축합 중합체의 하나의 종류로 나일론 재료가 있다. "나일론"이라는 용어는 모든 장쇄형 합성 폴리아미드에 대한 일반적인 명칭이다. 전형적으로, 나일론 명명법은, 시작 재료가 C6 디아민 및 C6 디애시드(처음의 숫자는 C6 디아민을 나타내고 두 번째 숫자는 C6 디카르복실산 화합물을 나타낸다)라는 것을 나타내는 나일론-6,6와 같은 일련의 숫자를 포함한다. 다른 나일론은 소량의 물의 존재 하에서 엡실론 카프로락탐의 중축합에 의해 제조될 수 있다. 이러한 반응은, 선형 폴리아미드인 (엡실론-아미노카프로산으로도 알려져 있는 - 시클릭 락탐으로 제조된) 나일론-6을 형성한다. 또한 나일론 공중합체가 또한 고려된다.
공중합체는 다양한 디아민 화합물, 다양한 디애시드 화합물 및 다양한 시클릭 락탐 구조를 반응 혼합물 내에 조합하고 이어서 폴리아미드 구조 내에 무작위적으로 배치된 단량체 재료를 갖는 나일론을 형성함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 나일론 6,6-6,10 재료는 헥사메틸렌 디아민 및 디애시드의 C6 및 C10 블렌드로부터 제조된 나일론이다. 나일론 6-6,6-6,10은 엡실론아미노카프로산, 헥사메틸렌 디아민, 그리고 C6 및 C10 디애시드 재료의 블렌드의 공중합에 의해서 제조된 나일론이다.
블록 공중합체가 또한 미세 섬유 제조에서 유용할 수 있다. 그러한 공중합체에서, 용매 팽윤제의 선택이 중요하다. 양 블록이 용매 내에 용해될 수 있도록, 용매가 선택된다. 하나의 예는 메틸렌 클로라이드 용매 내의 ABA(스티렌-EP-스티렌) 또는 AB (스티렌-EP) 중합체이다. 하나의 성분이 용매 내에서 용해될 수 없는 경우에, 이는 겔을 형성할 것이다. 그러한 블록 공중합체의 예로는 스티렌-b-부타디엔 및 스티렌-b-수소화 부타디엔(에틸렌 프로필렌)의 KRATON 공중합체, e-카프로락탐-b-에틸렌 옥사이드의 PEBAX 공중합체, SYMPATEX 폴리에스테르-b-에틸렌 옥사이드 및 에틸렌 옥사이드의 폴리우레탄 및 이소시아네이트가 있다.
폴리비닐리덴 플루오라이드, 신디오택틱 폴리스티렌, 비닐리덴 플루오라이드 및 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트와 같은 부가 중합체, 폴리(아크릴로니트릴) 그리고 아크릴산과의 그 공중합체와 같은 비정질 부가 중합체, 그리고 메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리(비닐 클로라이드) 및 그 다양한 공중합체, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 및 그 다양한 공중합체가 비교적 용이하게 용액 스피닝될(solution spun) 수 있는데, 이는 이들이 저압 및 저온에서 용해될 수 있기 때문이다. 그러나, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 고결정질 중합체는, 그들이 용액 스피닝되는 경우에, 고온, 고압 용매를 필요로 한다. 그에 따라, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 용액 스피닝은 매우 어렵다. 미세 섬유를 제조하는 하나의 방법으로 정전기 용액 스피닝이 있다.
특정 실시예에서, 미세 섬유는 단일 중합체 재료를 포함한다. 특정 실시예에서, 미세 섬유는, 제1 중합체 및 상승된 온도에서 컨디셔닝 또는 처리되는 제2의, 그러나 (중합체 유형, 분자량 또는 물리적 성질이 상이한) 상이한, 중합체를 포함하는 중합체 혼합물을 포함한다. 중합체 혼합물이 반응할 수 있고 단일 화학 종으로 형성될 수 있거나, 어닐링 프로세스에 의해서 블렌딩된 조성물로 물리적으로 조합될 수 있다. 어닐링은, 결정화도, 응력 완화 또는 배향과 같은, 물리적 변화를 암시한다. 특정 실시예에서, 시차 주사 열량계 분석이 하나의 중합체 재료를 나타내도록, 중합체 재료들이 하나의 중합체 종으로 화학적으로 반응된다. 유사한 나일론, 유사한 폴리비닐클로라이드 중합체, 폴리비닐리덴 클로라이드 중합체의 블렌드의 양립 가능한 혼합물과 같은 유사한 중합체의 혼합물이 표면 로딩 필터 층의 섬유에서 유용하다.
특정 실시예에서, 미세 섬유는 나일론, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리우레탄, 또는 그 조합(예를 들어, 블렌드 또는 공중합체)을 포함한다.
부가 재료를 또한 이용하여, 고온, 고습도, 및 어려운 동작 조건과 접촉될 때 향유성(oleophobicity), 소수성, 또는 다른 연관된 개선된 안정성을 제공하는 미세 섬유 상의 표면 코팅을 형성할 수 있다. 그러한 미세 섬유는, 부분적으로 용해된 또는 중합체 표면 내에 합금화된, 또는 그 둘 모두의, 부가 재료의 구분된 층 또는 부가 재료의 외부 코팅을 포함하는 매끄러운 표면을 가질 수 있다.
첨가제는 플루오로-계면활성제, 비이온성 계면활성제, 저분자량 수지, 예를 들어 약 3000 미만의 분자량을 갖는 3차 부틸페놀 수지를 포함한다. 수지는, 메틸렌 브릿징 기(methylene bridging group)의 부재하의, 페놀 핵들 사이의 올리고머 결합을 특징으로 한다. 히드록실기 및 3차 부틸기의 위치가 고리 주위에 무작위적으로 배치될 수 있다. 페놀 핵들 사이의 결합은, 무작위적이 아니라, 히드록실기 다음에 항상 발생된다. 유사하게, 중합체 재료는 비스-페놀 A로 형성된 알코올 용해 가능 비-선형 중합 수지와 조합될 수 있다. 그러한 재료는, 알킬렌기 또는 메틸렌기와 같은 임의 브릿징기의 부재하에서 방향족 고리와 방향족 고리를 직접적으로 연결하는 올리고머 결합을 이용하여 형성된다는 점에서, 전술한 3차 부틸페놀 수지와 유사하다.
특정 실시예에서, 중합체 및 선택적 첨가제는 내온도성, 내습도성 또는 내수분성, 및 내용매성을 제공하도록 선택된다. 특정 실시예에서, 중합체 재료 및 선택적인 첨가제는, 필터 효율의 또는 필터 층 내의 유효 미세 섬유의 30%, 50%, 80%, 또는 90%를 유지하면서, 최종적인 용도에 따라, 1시간 또는 3시간의 기간 동안 다양한 동작 온도, 즉 140℉, 160℉, 270℉, 300℉의 온도에서 손상되지 않고 견디도록 선택된다. 이러한 온도를 견디는 것은 낮은 습도, 높은 습도, 및 물 포화된 가스(예를 들어, 공기)에서 중요하다.
특정 실시예에서, 복합 매체가, 상당한 층 분리 없이, 주름, 롤링된 재료, 및 다른 구조를 포함하는 필터 구조물로 프로세스될 수 있게 하는 재료와 매체 구조물의 나머지와의 접착을 제공하도록, 중합체 및 선택적 첨가제가 선택된다.
미세 섬유 필터 층은 이중-층 또는 다수-층 구조를 포함할 수 있고, 필터는 하나 이상의 합성, 셀룰로오스, 또는 블렌딩된 웹과 조합되거나 그에 의해서 분리된 하나 이상의 표면 로딩 필터 층을 포함한다. 다른 바람직한 특색(motif)은 다른 섬유의 혼합물 또는 블렌드 내에 미세 섬유를 포함하는 구조이다.
펄스 세정 적용예에서, 미세 섬유의 극히 얇은 층은 압력 손실을 최소화하고 입자 캡쳐 및 방출을 위한 외부 표면을 제공하는데 도움을 줄 수 있다. 직경이 1 미크론 미만인, 또는 직경이 0.5 미크론 미만인 섬유의 얇은 층이 자가-세정 적용예를 위해서 바람직하다. 미세 섬유와 인접 층(예를 들어, 깊이 로딩 층) 사이의 양호한 접착이 중요하다. 백 펄싱에 의한 표면의 자가 세정은 필터 매체를 반복적으로 회생시킨다. 큰 힘이 표면에 가해짐에 따라, 필터의 내측부로부터 기재를 통해서 표면 로딩 필터 층으로 전달되는 백 펄스 시에, 기판에 불량 접착된 미세 섬유가 층 분리될 수 있다.
깊이 로딩 층
깊이 로딩 층은, 층의 부피 전체를 통해서 입자를 캡쳐하는 필터 층이다. 따라서, 먼지는, 표면 로딩 필터 층의 표면 상에서와 대조적으로, 필터 층의 두께를 통해서 (즉, "z" 방향으로) 캡쳐된다.
깊이 로딩 층은 그 다공도, 밀도 및 중실체 함량 백분율과 관련하여 종종 특성화된다. 예를 들어, 5% 충실도의 매체는, 전체 부피의 약 5%가 중실체(예를 들어, 섬유질 재료)를 포함하고 나머지는 공기 또는 다른 유체로 충진되는 빈 공간이라는 것을 의미한다.
특정 실시예에서, 깊이 로딩 필터 층은 비교적 낮은 충실도를 갖는다. 전형적으로, 깊이 로딩 필터 층은 1.5 psi(즉, 0.1 kg/cm2)의 압력에서 20 퍼센트(%) 미만, 또는 종종 15% 미만의 충실도를 갖는다. 특정 실시예에서, 본 개시 내용의 깊이 로딩 필터 층은 1.5 psi(즉, 0.1 kg/cm2)의 압력에서 적어도 5 퍼센트의 충실도를 갖는다.
특정 실시예에서, 깊이 로딩 필터 층은, 구성의 나머지로부터 분리되어 평가될 때, 적어도 초당 평방미터당 8리터(l/m2/sec), 적어도 20 l/m2/sec, 적어도 40 l/m2/sec, 적어도 80 l/m2/sec, 적어도 100 l/m2/sec, 또는 적어도 200 l/m2/sec의 프레이저 투과도(0.5 인치 물(water)에서 설정된 차등적 압력)를 갖는다. 특정 실시예에서, 깊이 로딩 필터 층은, 구성의 나머지로부터 분리되어 평가될 때, 1000 l/m2-초 이하, 800 l/m2-초 이하, 600 l/m2-초 이하, 400 l/m2-초 이하, 또는 200 l/m2/초 이하의 프레이저 투과도(0.5 인치 물에서 설정된 차등적 압력)를 갖는다.
다른 일반적으로 이용되는 깊이 로딩 필터 층 특성은 섬유 직경이다. 일반적으로 주어진 충실도 백분율에서 작은 직경 섬유는, 더 작은 입자를 포획할 수 있는 능력에 있어서, 필터 매체가 더 효율적이 되게 할 것이다. 작은 섬유는 큰 섬유보다 적은 부피를 차지한다는 사실을 고려할 때, 작은 섬유는 전체적인 충실도 백분율을 높이지 않고 더 많은 수가 함께 팩킹될 수 있다.
깊이 로딩 필터 층이 부피 또는 깊이의 실질적으로 전체를 통해서 미립자를 포획하기 때문에, 그러한 필터 층은 필터 매체의 수명에 걸쳐, 표면 로딩 필터 층에 비해서, 더 큰 중량 및 부피의 미립자로 로딩될 수 있다. 그러나, 깊이 로딩 필터 층은 표면 로딩 필터 층보다 낮은 효율을 갖는 경향이 있다. 그러한 큰 로딩 용량을 촉진하기 위해서, 저-충실도 깊이 로딩 필터 층이 종종 사용을 위해서 선택된다. 이는 큰 평균 세공 크기를 초래할 수 있고, 그러한 큰 평균 세공 크기는 일부 미립자가 필터를 보다 용이하게 통과할 수 있게 하는 가능성을 갖는다. 구배 밀도 시스템 및/또는 표면 로딩 필터 층 부가는 개선된 효율 특성을 제공할 수 있다.
특정 실시예에서, 본 개시 내용의 필터 매체의 깊이 로딩 층은 고효율 필터 층이다. 특정 실시예에서, 고효율 필터 층은 4 ft/분(2 cm/초)에서 0.4 미크론 크기의 DEHS(디-에틸-헥실-세바카트(sebacat)) 입자에 대해서 적어도 55%, 또는 적어도 70%의 여과 효율을 나타낸다. 바람직하게, 여과 효율은 4 ft/분(2 cm/초)에서 가장 많이 침투하는 입자 크기(MPPS)의 입자의 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 95%, 적어도 99.5%, 적어도 99.95%, 또는 적어도 99.995%이다.
특정 실시예에서, 깊이 로딩 층은 4 ft/분(2 cm/초)에서 0.4 미크론 크기의 DEHS(디-에틸-헥실-세바카트) 입자에 대해서 99% 이하, 99.5% 이하, 99.97% 이하, 또는 99.997% 이하의 여과 효율을 나타낸다.
특정 실시예에서, 본 개시 내용의 깊이 로딩 필터 층은, 초기의 2인치 물 기둥 상승(즉, 500 Pa)의 말단 압력 강하에서, 평방 미터당 적어도 1 그램(g/m2 또는 gsm), 적어도 2 g/m2, 적어도 3 g/m2, 적어도 4 g/m2, 적어도 5 g/m2, 적어도 6 g/m2, 적어도 7 g/m2, 적어도 8 g/m2, 적어도 9 g/m2, 또는 적어도 10 g/m2의 염 로딩 용량을 나타낸다. 전형적으로, 염 로딩 용량이 클수록 더 양호한데, 이는 염 로딩 용량이 제품의 수명의 지표이기 때문이다. 특정 실시예에서, 깊이 로딩 필터 층은 초기의 500 파스칼 압력 상승에서 10 g/m2 이하의 염 로딩 용량을 나타낸다.
특정 실시예에서, 깊이 로딩 층은 적어도 0.005 인치(125 미크론) 두께이고, 종종 적어도 0.01 인치(250 미크론) 두께이다. 특정 실시예에서, 깊이 로딩 층은 0.02 인치(500 미크론) 이하의 두께이다.
특정 실시예에서, 깊이 로딩 필터 층은 적어도 10 g/m2, 적어도 20 g/m2, 적어도 30 g/m2, 적어도 40 g/m2, 또는 적어도 50 g/m2의 기본 중량을 갖는다. 특정 실시예에서, 깊이 로딩 필터 층은 150 g/m2 이하, 140 g/m2 이하, 130 g/m2 이하, 120 g/m2 이하, 110 g/m2 이하, 100 g/m2 이하의 기본 중량을 갖는다.
특정 실시예에서, 깊이 로딩 층은 0.3 미크론 NaCl 입자에 대해서 2 인치 물 압력 상승 및 10 ft/분(5.8 cm/초)에서 적어도 0.5 g/ft2(5.4 g/m2)의 분진 로딩 용량을 나타낸다. 특정 실시예에서, 깊이 로딩 층은 0.3 미크론 NaCl 입자에 대해서 2 인치 물 압력 상승 및 10 ft/분(5.8 cm/초)에서 5 g/ft2(53.8 g/m2) 이하의 분진 로딩 용량을 나타낸다.
특정 실시예에서, 깊이 로딩 층은 유리-함유 필터 층, 용융-취입 필터 층, 또는 그 조합을 포함한다.
특정 실시예에서, 깊이 로딩 층은 유리-함유 필터 층을 포함한다. 유리-함유 필터 층의 특정 실시예에서, 그러한 층은 2 미크론 이하, 1 미크론 이하, 또는 0.5 미크론 이하의 평균 직경을 갖는 유리 섬유를 포함한다. 특정 실시예에서, 유리 섬유는 적어도 0.01 미크론, 적어도 0.05 미크론, 적어도 0.1 미크론, 적어도 0.2 미크론, 적어도 0.3 미크론, 또는 적어도 0.4 미크론의 평균 직경을 갖는다.
유리-함유 필터 층은 또한 유리-함유 섬유 이외의 섬유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유리-함유 필터 층은, 결합제 섬유로서 기능하는, 다-성분 섬유, 전형적으로 이성분 섬유를 포함할 수 있다. 바람직한 예는, 저융점 폴리에스테르 외피 및 더 높은 융점 폴리에스테르 코어를 갖는 코어-외피 섬유인 이성분 결합제 섬유이다. 이성분 섬유는 전형적으로 적어도 10 미크론의 섬유 직경을 갖는다.
유리-함유 필터 층은 또한 다-성분 섬유와 구분된 폴리에스테르 섬유를 포함할 수 있다. 본 개시 내용의 바람직한 유리-함유 필터 층은 유리 섬유 및 이성분 결합제 섬유만을 포함한다. 특정 실시예에서, 다-성분 결합제 섬유와 구분된 폴리에스테르 섬유는 10 미크론 내지 14 미크론의 평균 직경을 갖는다.
유리-함유 필터 층의 섬유는 다양한 프로세스에 의해서 만들어질 수 있다. 특정 실시예에서, 유리-함유 필터 층은 습식-배치 프로세스(wet-laid process)를 이용하여 생성된다.
비록 임의의 결합제 수지의 이용을 피하기 위해서 결합제 섬유를 유리-함유 필터 층 내에서 이용하지만, 강도를 더 개선하기 위해서 그러한 수지가 첨가될 수 있다. 적합한 결합제 수지의 예는, HYCAR 26138라는 상표로 오하이오 클리브랜드의 Lubrizol로부터 입수할 수 있는 것과 같은, 용매-계(solvent-based) 또는 수-계 라텍스 수지, 수-계 스티렌 아크릴, 용매-계 페놀릭 및 용매-계 비-페놀릭을 포함한다. 전형적으로, 사용되는 경우, 결합제 수지는, 유리-함유 필터 층의 총 중량을 기초로, 10 중량% 이하, 5 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 양으로 유리-함유 필터 층 내에 존재할 수 있다. 바람직하게, 결합제 수지가 유리-함유 필터 층 내에서 (또는 필터 매체의 임의 층 내에서) 이용되지 않는다.
적합한 유리-함유 필터 층의 예는 미국 특허 제7,309,372호, 제7,314,497호, 제7,985,344호, 제8,057,567호, 및 제8,268,033호, 그리고 미국 공개 제2006/0242933호 및 제2008/0245037호에 개시된 것을 포함한다.
특정 실시예에서, 깊이 로딩 층은 용융-취입 필터 층을 포함한다. 전형적으로, 용융-취입은, 용융 중합체 수지를 압출하고 가열된, 고속 가스(예를 들어, 공기)로 용융 중합체 수지를 인발하여 미세 필라멘트를 형성하는 부직 웹 형성 프로세스이다. 필라멘트는 이동 스크린 상의 웹으로서 냉각 및 수집된다. 그러한 프로세스는 스핀-결합 프로세스와 유사하나, 용융-취입 섬유가 전형적으로 상당히 더 미세하다.
전형적으로, 용융-취입 섬유는 20 미크론 이하의 평균 직경을 갖는다. 특정 실시예에서, 용융-취입 필터 층은 10 미크론 이하, 5 미크론 이하, 4 미크론 이하, 또는 3 미크론 이하의 평균 직경을 갖는 용융-취입 섬유를 포함한다. 특정 실시예에서, 용융-취입 필터 층은 적어도 0.5 미크론, 적어도 1 미크론, 적어도 1.5 미크론, 또는 적어도 2 미크론의 평균 직경을 갖는 용융-취입 섬유를 포함한다. 특정 실시예에서, 용융-취입 섬유는 2 내지 3 미크론의 평균 직경을 갖는다.
특정 실시예에서, 향상된 성능이 요구되는 경우에, 국제 공개 제WO 2013/025445호에서 설명된 바와 같은 스캐폴드 섬유(scaffold fiber)가 용융-취입 필터 층에 포함될 수 있다. 그러나, 큰 레벨의 압축성을 갖는 매체는 국제 공개 제WO 2013/025445호에서 설명된 바와 같은 스캐폴드 섬유를 용융-취입 필터 층 내에서 가지지 않거나 거의 가지지 않는다. 스캐폴드 섬유는 매체 섬유를 위한 지지를 제공하고, 개선된 취급, 더 큰 인장 강도를 부가하고, 그리고 매체에 대한 더 낮은 압축성을 초래한다.
특정 실시예에서, 용융-취입 필터 층은, 제1 주 표면에서의 큰 섬유의 그리고 더 개방된 구조 및 제2 주 표면에서의 작은 섬유 및 덜 개방된 구조로 이루어진 연속적인 구배의 구조를 포함한다. 이러한 구성의 특정 실시예에서, 용융-취입 필터 층의 제2 주 표면은 지지 층에 인접하고, 제1 주 표면은 가장 상류의 표면(즉, 사용 중에 가스(예를 들어, 공기) 스트림과 첫 번째로 만나는 층)으로서 배치된다.
특정 실시예에서, 용융-취입 필터 층은, 용융-취입 복합체의 제1 주 표면에서의 큰 섬유의 그리고 더 개방된 구조 및 용융-취입 복합체의 제2 주 표면에서의 작은 섬유 및 덜 개방된 구조를 갖는, 용융-취입 섬유의 다수의 층으로 이루어진 복합체를 포함한다. 이러한 구성의 특정 실시예에서, 용융-취입 필터 층의 제2 주 표면은 지지 층에 인접하고, 제1 주 표면은 표면 로딩 필터 층에 인접 배치된다.
특정 실시예에서, 용융-취입 섬유는 용융-취입에 적합한 다양한 중합체로부터 준비될 수 있다. 예는, 폴리올레핀(특히 폴리프로필렌), 에틸렌-클로로-트리플루오로-에틸렌, 다른 소수성 중합체, 또는 소수성 코팅 또는 첨가제를 갖는 비-소수성 중합체(예를 들어, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리락트산, 폴리카보네이트, 나일론, 폴리페닐렌 설파이드), 또는 그 조합(예를 들어, 블렌드 또는 공중합체)을 포함한다. 바람직한 중합체는, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 폴리부틸렌과 같은 폴리올레핀이다.
특정 실시예에서, 용융-취입 필터 층은 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 또는 그 조합으로 제조된 섬유를 포함한다. 특히 바람직한 용융-취입 섬유는, 본 개시 내용의 바람직한 필터 매체의 수밀(水密) 특성 향상을 위해서, 폴리프로필렌으로 제조된다.
특정 실시예에서, 용융-취입 필터 층은 소수성이다. 이는, 그러한 층이 물과 90도 초과의 접촉각을 나타낸다는 것을 의미한다. 그러한 층을 만드는 섬유질 재료가 소수성(예를 들어, 폴리올레핀)일 수 있거나, 소수성 첨가제를 포함하거나 소수성 재료로 코팅될 수 있다. 유사하게, 특정 실시예에서, 수밀 특성 향상을 위해서, 유리-함유 필터 층이 소수성 코팅으로 코팅된다. 대안적으로, 깊이 로딩 필터 층이 플라즈마 처리 기술로 처리될 수 있다.
적합한 소수성 재료는 물에 대해서 친화성을 가지지 않거나 거의 가지지 않고, 또는 물을 완전히 밀어내고, 그에 의해서 물이 필터 매체를 통과하는 것을 방지하거나 제한한다. 전형적으로, 소수성 재료는, 물로 테스트될 때, 90도 초과의 접촉각을 나타낸다. 소수성 재료의 예는 플루오로 화학물질, 특히 미국 특허 제6,196,708호에서 설명된 바와 같은 플로오로 중합체를 포함한다.
유용한 플루오로 중합체의 예는 플루오로알킬 부분 또는, 바람직하게, 퍼플루오로알킬 부분을 갖는 것을 포함한다. 이러한 플루오로 중합체는, 예를 들어, 플루오로알킬 에스테르, 플루오로알킬 에테르, 플루오로알킬 아미드, 및 플루오로알킬 우레탄을 포함한다. 종종, 플루오로알킬 및/또는 퍼플루오로알킬 부분은 중합체의 주쇄로부터 연장된다.
플루오로 중합체는 다양한 단량체 유닛을 포함할 수 있다. 예시적인 단량체 유닛은, 예를 들어, 플루오로알킬 아크릴레이트, 플루오로알킬 메타크릴레이트, 플루오로알킬 아릴 우레탄, 플루오로알킬 알릴 우레탄, 플루오로알킬 말레산 에스테르, 플루오로알킬 우레탄 아크릴레이트, 플루오로알킬 아미드, 플루오로알킬 술폰아미드 아크릴레이트 등을 포함한다. 플루오로 중합체는, 예를 들어, 불포화 탄화수소(예를 들어, 올레핀), 아크릴레이트, 및 메타크릴레이트를 포함하는 부가적인 비-플루오로 단량체 유닛을 선택적으로 가질 수 있다. 적합한 플루오로 중합체의 부가적인 예가 미국 특허 제3,341,497호에서 제공되어 있다.
상업적으로 입수할 수 있는 플루오로 중합체는, Huntsman(노스캐롤라이나, 샤롯테)로부터 상표명 OLEOPHOBOL CPX로 입수할 수 있는 것뿐만 아니라, 모두가 3M Co.(미네소타, 세인트 폴)으로부터 입수할 수 있는, 3M 보호 재료 PM-490(비이온성 플루오로 화학물질 수지), 3M 보호 재료 PM-3633(플루오로 중합체 에멀전), 3M L-21484(물 또는 극성 유기 용매 내에서 희석될 수 있는 불화 아미노 염 유도체)을 포함한다.
다른 예시적인, 상업적으로 입수할 수 있는 플루오로 중합체가 수성 에멀전으로 제공된다. 플루오로 중합체는 물 운반체의 제거에 의해서 수성 에멀전으로부터 추출될 수 있다. 이어서, 플루오로 중합체는 유기 용매 내에서 용매화될 수 있다. 플루오로 중합체의 용매화를 돕기 위해서, 아세톤과 같은 화합물이 에멀전 파괴를 위해서 수성 에멀전에 선택적으로 첨가될 수 있다. 또한, 보다 용이한 그리고 신속한 용매화를 위해서, 물의 제거 후에, 플루오로 중합체의 입자가 선택적으로 연마될 수 있다.
그러한 재료를 코팅하는 방법은 통상적이고 당업자에게 잘 알려져 있다. 전형적인 코팅 중량은 적어도 0.5 중량%이고, 종종 3 중량% 이하이다.
지지 층
본 개시 내용의 필터 매체는 지지 층을 포함한다. 지지 층은, 섬유질 재료, 금속 메시, 등을 포함하는, 임의의 다양한 다공성 재료일 수 있다. 전형적으로, 지지 층을 위해서 이용되는 섬유질 재료는 자연 섬유 및/또는 함성 섬유로 제조된다. 이는 직조형 또는 부직형일 수 있다. 이는 스핀 결합, 습식-배치 등이 될 수 있다.
특정 실시예에서, 지지 층은 적어도 5 미크론, 또는 적어도 10 미크론의 평균 직경을 갖는 점유를 포함한다. 특정 실시예에서, 지지 층은 250 미크론 이하의 평균 직경을 갖는 섬유를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 지지 층은 적어도 50 그램/미터2(g/m2 또는 gsm), 또는 적어도 100 gsm의 기본 중량을 갖는다. 특정 실시예에서, 지지 층은 적어도 260 그램/미터2(g/m2 또는 gsm) 이하, 200 g/m2 이하, 또는 150 g/m2 이하의 기본 중량을 갖는다.
특정 실시예에서, 지지 층은 적어도 0.005 인치(125 미크론) 두께이고, 종종 적어도 0.01 인치(250 미크론) 두께이다. 특정 실시예에서, 지지 층은 0.03 인치(750 미크론) 이하의 두께이다.
특정 실시예에서, 지지 층은, 구성의 나머지와 분리되어 평가될 때, 125 Pa에서 적어도 분당 10 입방 피트(ft3/분)()(200 Pa에서 80.2 l/m2/초)의 공기 투과도를 갖는다. 특정 실시예에서, 공기 투과도는, 구성의 나머지와 분리되어 평가될 때, 125 Pa에서 분당 1000 입방 피트(ft3/분)(200 Pa에서 8020 l/m2/초) 이하이다.
특정 실시예에서, 지지 층은 적어도 1000 그램, 또는 종종 적어도 5000 그램의 걸리 경직도(Gurley stiffness)를 갖는다. 특정 실시예에서, 지지 층은 10,000 그램 이하의 걸리 경직도를 가질 수 있다. 걸리 경직도를 측정하는 방법이 TAPPI No. T543에 설명되어 있다.
지지 층(예를 들어, 기재)을 위한 적합한 재료의 예가, 스핀 결합된, 습윤-배치된, 카디드(carded), 또는 용융-취입 부직형을 포함한다. 적합한 섬유는 셀룰로오스 섬유, 유리 섬유, 금속 섬유, 또는 합성 중합체 섬유, 또는 조합일 수 있다. 섬유는 직조 또는 부직 형태일 수 있다. 압출 및 홀 펀칭된, 플라스틱 또는 금속 스크린-유사 재료가 필터 기재의 다른 예이다. 합성 부직물의 예는 폴리에스테르 부직물, 나일론 부직물, 폴리올레핀(예를 들어, 폴리프로필렌) 부직물, 폴리카보네이트 부직물, 또는 그 블렌드 또는 다성분 부직물을 포함한다. 시트-유사 기재(예를 들어, 셀룰로오스, 합성 및/또는 유리 또는 조합 웹)는 필터 기재의 전형적인 예이다. 적합한 기재의 다른 바람직한 예는 스핀 결합에서 폴리에스테르 또는 이성분 폴리에스테르 섬유(유리-함유 필터 층에 대해 본원에 설명된 바와 같음) 또는 폴리프로필렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 이성분 섬유를 포함한다.
특정 실시예에서, 지지 층은 습윤-배치 섬유를 포함한다. 특정 실시예에서, 지지 층은 습윤-배치 셀룰로오스 섬유, 폴리에스테르 섬유, 또는 그 조합을 포함한다.
특정 실시예에서, 지지 층은 소수성이다. 그러한 층을 만드는 섬유질 재료가 소수성(예를 들어, 폴리올레핀)일 수 있거나, 소수성 첨가제를 포함하거나, 유리-함유 필터 층 상의 소수성 코팅에 대해서 본원에서 설명된 것과 같은, 소수성 재료로 코팅될 수 있고, 또는 플라즈마 처리 기술로 처리될 수 있다. 대안적으로, 습윤-배치된다면, 소수성 수지는 습윤-배치 프로세스 중에 도포될 수 있다.
선택적인 스크림 층(scrim layer)
특정 실시예에서, 스크림 층을 이용하여 본 개시 내용의 필터 매체의 경직도를 향상시킬 수 있다. 전형적으로 스크림 층은 표면 로딩 필터 층과 깊이 로딩 필터 층 사이에 배치된다. 스크림 층을 위한 유용한 재료는, 전형적으로, 큰 투과도(즉, "perm")(예를 들어, 1600 l/m2/s 초과)를 가지며 얇으며(예를 들어, 0.005 인치 미만), 그에 따라 편평한 시트 또는 필터 요소 성능에 최소의 영향을 미친다. 그러한 스크림 재료의 예는 오하이오 신시네티의 Midwest Filtration으로부터 상표명 FINON C303NW 및 FINON C3019 NW로 입수할 수 있는 것들을 포함한다. 다른 것들이, 예를 들어, 미국 특허 공개 제2009/0120868호에서 설명된다.
필터 요소 및 용도
이어서, 본 개시 내용의 필터 매체는, 예를 들어, 평판 필터, 카트릿지 필터, 또는 다른 여과 구성요소(예를 들어, 원통형 또는 원뿔형)를 포함하는, 필터 요소(즉, 여과 요소)로 제조될 수 있다. 그러한 필터 요소의 예가 미국 특허 제6,746,517호; 제6,673,136호; 제6,800,117호; 제6,875,256호; 제6,716,274호; 및 제7,316,723호뿐만아니라, 미국 특허 출원 제2014/0260142호에 설명되어 있다.
필터 매체는 물결형일 수 있다. 예시적인 물결은 0.020 내지 0.035 인치(0.5 mm 내지 0.9 mm)의 깊이이다. 이어서, 물결형 필터 매체가 전형적으로 주름 작업되어 주름 팩을 형성하고, 이어서, 당업계에 알려진 바와 같이, 하우징 내로 배치되고 밀봉된다.
본 개시 내용의 필터 요소는, 분진 수집기와 같은 산업용 여과에서, 그리고 상업용 및 가정용 HVAC 시스템에서 이용될 수 있다.
도 4 내지 도 14는, 가스 터빈 공기 흡기 시스템 또는 산업용 공기 청정기에서 이용될 수 있는 본 개시 내용의 필터 요소의 여러 실시예를 도시한다.
도 4에서, 주름형 패널 요소(200)가 사시도로 도시되어 있다. 패널 요소(200)는 주름형 매체(204)의 매체 팩(202)을 포함한다. 주름형 매체(204)는 본원에서 설명된 필터 매체를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 매체 팩(202)은, 도시된 예에서 직사각형 프레임(206)인, 프레임(206) 내에서 유지된다. 프레임(206)은 전형적으로 요소(200)가 흡기 시스템 내에서 관 시트에 대해서 밀봉될 수 있게 하기 위한 가스켓(미도시)을 포함할 것이다. 도 4에서, 표면 로딩 필터 층을 갖는 주름형 매체(204)의 상류 측면이 화살표(207)로 도시된 유입 가스(예를 들어, 공기)와 동일한 측면 상의 205에서 도시되어 있다. 세정된 가스(예를 들어, 공기)는 화살표(208)로 도시되어 있고, 매체의 하류 측면으로부터 매체(204)를 빠져 나간다.
도 5는 포켓 필터 요소(210)의 사시도를 도시한다. 포켓 요소(210)는, 본 개시 내용의 필터 매체를 포함할 수 있는 필터 매체(212)의 층을 포함한다. 도시된 실시예에서, 포켓 요소(210)는 복수의 패널 쌍(213, 214)을 포함하고, 각각의 패널 쌍(213, 214)은 V-유사 형상을 형성한다. 필터 매체(212)는 프레임(216)에 고정된다. 프레임(216)은 전형적으로, 포켓 요소(210)가 관 시트에 대해서 밀봉될 수 있게 하는 가스켓을 수반할 것이다. 그러한 배열에서, 매체(212)는, V의 내측인, 상류 용융-취입 측면(217), 및 V의 외측에 있는, 하류 측면(218)을 갖는다.
도 6 내지 도 8은 소형-주름 또는 다수-V 스타일 요소(220)의 도면을 도시한다. 요소(220)는 필터 매체 팩(224)(도 8)을 유지하는 프레임(222)을 포함한다. 매체 팩(224)은 복수의 소형-주름을 포함한다. 소형 주름은 패널(226) 내에 배열되고, 요소(220)는 본 발명의 매체의 복수의 소형-주름형 패널 쌍(227, 228)(도 6)을 포함하고, 그 각각의 V-유사 형상을 형성한다. 도 6에서, 패널 쌍(227, 228)은 감춰진 선으로 도시되어 있는데, 이는 프레임(222)의 상단 부분이 패널 쌍(227, 228)을 보이지 않게 막기 때문이다. 프레임(222)은, 각각이 주름형 패널 쌍(227, 228)의 각각의 V의 내측 부분으로 이어지는, 복수의 더러운 가스(예를 들어, 공기) 유입구(229)(도 7)를 형성한다. 각각의 주름형 패널 쌍(227, 228)은, V의 내측에 있는, 상류 측면(230), 및 V의 외측에 있는, 하류 측면(231)을 포함한다.
도 9 내지 도 14는 관형, 주름형 필터 요소의 여러 실시예를 도시한다. 도 9는, 상류 측면(244) 및 하류 측면(246)을 갖는 본 개시 내용의 필터 매체를 포함할 수 있는 매체 팩(242)을 갖는 원통형 주름형 요소(240)를 도시한다. 하류 측면(246)은 요소(240)의 내측부 부피의 내측에 위치된다.
도 10은, 원통형 요소(240)가 단부 대 단부로 쌓이도록, 축방향으로 정렬된 2개의 원통형 요소(240)를 도시한다.
도 11에서, 원통형 요소(240)는 부분적으로 원뿔형인 요소(250)와 축방향으로 정렬된다. 부분적으로 원뿔형인 요소(250)는, 본 개시 내용의 필터 매체를 포함할 수 있는 매체 팩(252)을 갖는 관형 요소이다. 그러한 요소는 상류 측면(254) 및 하류 측면(256)을 갖는다. 원뿔형 요소(250)는, 원통형 요소(240)의 직경과 합치되는 직경을 갖는 제1 단부(258)를 갖는다. 원뿔형 요소(250)는 제1 단부(258)의 직경보다 큰 직경을 갖는 제2 단부(260)을 포함하고, 그에 따라 부분적 원뿔을 형성한다.
도 12는 축방향으로 배열되고, 단부 대 단부로 결합된, 2개의 부분적으로 원뿔형인 요소(270, 280)를 도시한다. 요소(270)의 각각은, 본 개시 내용의 필터 매체를 포함할 수 있는 관을 형성하는 매체 팩(272, 282)을 포함한다. 매체 팩(272, 282) 각각은 상류 측면(274, 284) 및 하류 측면(276, 286)을 갖는다.
도 13은 하나의 원뿔형 요소(270)를 도시한다. 요소(270)는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 요소 쌍으로 설치되지 않고 가스 터빈용 흡기 시스템 내에 단독으로 설치되어 이용될 수 있다.
도 14는, 본 개시 내용의 필터 매체를 포함할 수 있는 매체 팩(292)을 갖는 필터 요소(290)의 다른 실시예이다. 매체 팩(292)은 주름 작업되고 관형 형상을 형성한다. 이러한 실시예에서, 관형 형상은 타원형 형상이고, 하나의 예시적인 실시예에서, 타원의 장축에 비교한 단축의 비율은 약 0.7 내지 0.9이다. 매체(292)는 상류 측면(294) 및 하류 측면(296)을 포함한다.
도 15는, 본 개시 내용의 필터 매체를 포함할 수 있는, 달걀형 구조 형태의, 필터 요소의 다른 실시예이다. 필터 요소는, 필터 매체(310)의 제1 단부(312) 및 제2 단부(314)의 각각에 위치된 단부 캡(320)을 갖는 필터 매체(310)를 포함한다. 필터 매체(310)의 제1 단부(312) 상의 단부 캡(320)은, 필터 카트릿지의 내측부 부피에 접근할 수 있게 하는 개구부를 가질 수 있다. 단부 캡(320)이 필터 카트릿지의 내측부 부피에 접근하는 것을 방지하도록 그리고 필터 매체(310)의 제1 단부(312) 상의 단부 캡(320)을 통해서 필터 카트릿지의 내측부 부피에 진입하는 가스(예를 들어, 공기)가 필터 요소 내의 필터 매체를 반드시 통과하여 빠져 나가도록, 필터 매체(310)의 대향 단부 상의 단부 캡(320)이 폐쇄될 수 있다.
도 15를 참조하면, 하나 이상의 대안적인 실시예에서, 양 단부 캡(320)이 개방되어, 필터 요소의 내측부 부피에 접근하게 할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 가스켓(322)이 단부 캡(320) 상에 제공되어, 가스가 통과하여 필터 요소의 내측부 부피 내로 전달되는, 예를 들어 관시트, 벤투리, 또는 다른 구조물 내의, 개구부 위에서 필터 카트릿지를 밀봉할 수 있다. 관 축(311)은 제1 단부(312)와 제2 단부(314) 사이에서 관형 필터 카트릿지를 통해서 연장된다. 본원에서 설명된 필터 카트릿지 내의 필터 매체(310)는 관 축(311) 주위에 위치된 외측부 표면(316) 및 내측부 표면(318)을 형성한다. 내측부 표면(318)은 필터 카트릿지(310)의 내측부 부피에 대면되고, 외측부 표면(316)은 그러한 내측부 부피로부터 멀어지는 쪽으로 대면된다.
도 15의 필터 요소에서, 단부 캡(320)은, 노치(326)가 내부에 위치되는, 예를 들어 선택적인 탭(324) 형태의, 정렬 메커니즘을 포함할 수 있다. 노치(326)는, 필터 카트릿지가 필터 시스템 내에서 장착될 수 있는, 요크(350)의 상부 및 하부 부재(352 및 354)를 수용하기 위한 크기를 가질 수 있다. 노치(326)의 각각은, 하나 이상의 실시예에서, 필터 카트릿지의 내측부 부피에 대면되는 개구부를 가지는 것으로 설명될 수 있고, 노치(326)는 단부 캡(320)의 내부 둘레(328)를 향해서 연장된다. 비록 각각의 노치(326)가 도시된 실시예에서 하나의 탭(324) 내에 형성되지만, 하나 이상의 대안적인 실시예에서, 노치(326)는 단부 캡(320)의 내부 둘레(328)로부터 돌출되는 2개의 부재들 사이에 형성될 수 있고, 노치(326)를 형성하는 2개의 부재는 동일한 구조적 부재가 아니다. 2개의 부재(352 및 354)를 갖는 요크(350)와 조합한 2개의 탭(324)의 이용은, 필터 시스템 내에서 요크(350) 상에 설치될 때 필터 카트릿지가 그 관 축(311)을 중심으로 회전하는 것을 방지 또는 적어도 제한하는데 있어서 유리할 수 있다. 그러한 필터 요소가 미국 특허 공개 제2014/0260142에서 더 구체적으로 설명되어 있다.
앞서서 특성화되고 도 4 내지 도 15에 도시된 필터 요소의 각각이 편평한 매체 또는 물결형 매체일 수 있고 및/또는 가스 터빈 또는 다른 환기 시스템을 위한 흡기 시스템 내에 동작 가능하게 설치될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
동작 시에, 필터링하고자 하는 가스(예를 들어, 공기)는, 관 시트 내에 전형적으로 설치된 각각의 필터 요소 내에서, 상류 측면, 표면 로딩 미세 섬유 필터 층, 그리고 이어서 필터 매체의 하류 측면을 통해서 지향될 것이다. 필터 매체는 가스(예를 들어, 공기) 스트림으로부터 미립자의 적어도 일부를 제거할 것이다. 매체의 하류 측면을 통과한 후에, 필터링된 가스(예를 들어, 공기)는 이어서 가스 터빈으로 지향된다.
예시적인 실시예
실시예 1은 가스 필터 매체이며, 그러한 가스 필터 매체는: 평균 직경이 1 미크론 미만인 미세 섬유를 포함하는 표면 로딩 필터 층; 깊이 로딩 필터 층; 및 지지 층을 포함하고; 그러한 층들은, 표면 로딩 필터 층이 가장 상류의 층이 되도록, 가스 스트림 내에 배치되도록 구성 및 배열된다.
실시예 2는, 펄스 세정 가능한 실시예 1의 필터 매체이다.
실시예 3은 실시예 1 또는 실시예 2의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층이 표면 로딩 층과 지지 층 사이에 배치된다.
실시예 4는 실시예 1 내지 3 중 어느 하나의 필터 매체이며, 미세 섬유가 0.5 미크론 이하의 평균 직경을 갖는다.
실시예 5는 실시예 4의 필터 매체이며, 미세 섬유가 0.3 미크론 이하의 평균 직경을 갖는다.
실시예 6은 실시예 1 내지 5 중 어느 하나의 필터 매체이며, 미세 섬유가 적어도 0.01 미크론의 평균 직경을 갖는다.
실시예 7은 실시예 6의 필터 매체이며, 미세 섬유가 적어도 0.1 미크론의 평균 직경을 갖는다.
실시예 8은 실시예 1 내지 7 중 어느 하나의 필터 매체이며, 미세 섬유가 나일론, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리우레탄, 또는 그 조합을 포함한다.
실시예 9는 실시예 1 내지 8 중 어느 하나의 필터 매체이며, 표면 로딩 필터 층은 적어도 30%의 LEFS 여과 효율을 갖는다.
실시예 10은 실시예 9의 필터 매체이며, 표면 로딩 필터 층은 적어도 70%의 LEFS 여과 효율을 갖는다.
실시예 11은 실시예 10의 필터 매체이며, 표면 로딩 필터 층은 적어도 80%의 LEFS 여과 효율을 갖는다.
실시예 12는 실시예 1 내지 11 중 어느 하나의 필터 매체이며, 표면 로딩 필터 층은 99% 이하의 LEFS 여과 효율을 갖는다.
실시예 13은 실시예 12의 필터 매체이며, 표면 로딩 필터 층은 95% 이하의 LEFS 여과 효율을 갖는다.
실시예 14는 실시예 13의 필터 매체이며, 표면 로딩 필터 층은 90% 이하의 LEFS 여과 효율을 갖는다.
실시예 15는 실시예 1 내지 14 중 어느 하나의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층은 고효율 유리-함유 필터 층, 고효율 용융-취입 필터 층, 또는 그 조합을 포함한다.
실시예 16은 실시예 15의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층은, 유리 섬유 및 다-성분 결합제 섬유를 포함하는 고효율 유리-함유 필터 층을 포함한다.
실시예 17은 실시예 16의 필터 매체이며, 고효율 유리-함유 층은, 유리-함유 층의 총 중량을 기초로, 10 중량% 이하의 결합제 수지를 포함한다.
실시예 18는 실시예 16 또는 17의 필터 매체이며, 고효율 유리-함유 필터 층의 다-성분 결합제 섬유가, 저융점 폴리에스테르 외피 및 고융점 폴리에스테르 코어를 갖는 이성분 섬유를 포함한다.
실시예 19는 실시예 16 내지 18 중 어느 하나의 필터 매체이며, 고효율 유리-함유 필터 층은 다-성분 결합제 섬유와 구분된 폴리에스테르 섬유를 더 포함한다.
실시예 20은 실시예 19의 필터 매체이며, 다-성분 결합제 섬유와 구분된 폴리에스테르 섬유는 10 미크론 내지 14 미크론의 평균 직경을 갖는다.
실시예 21은 실시예 16 내지 20 중 어느 하나의 필터 매체이며, 고효율 유리-함유 필터 층은 평균 직경이 0.4 미크론 내지 0.5 미크론인 유리 섬유를 포함한다.
실시예 22는 실시예 15의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층은 고효율 용융-취입 필터 층을 포함한다.
실시예 23은 실시예 22의 필터 매체이며, 고효율 용융-취입 필터 층은, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 또는 그 조합을 포함하는 용융-취입 섬유를 포함한다.
실시예 24는 실시예 22 또는 23의 필터 매체이며, 고효율 용융-취입 필터 층은 평균 직경이 0.5 미크론 내지 10 미크론인 용융-취입 섬유를 포함한다.
실시예 25는 실시예 24의 필터 매체이며, 고효율 용융-취입 필터 층은 평균 직경이 0.5 미크론 내지 4 미크론인 용융-취입 섬유를 포함한다.
실시예 26은 실시예 25의 필터 매체이며, 고효율 용융-취입 필터 층은 평균 직경이 1 미크론 내지 3 미크론인 용융-취입 섬유를 포함한다.
실시예 27은 실시예 25의 필터 매체이며, 고효율 용융-취입 필터 층은 평균 직경이 2 미크론 내지 3 미크론인 용융-취입 섬유를 포함한다.
실시예 28은 실시예 1 내지 27 중 어느 하나의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층은 적어도 55%의 DEHS 여과 효율을 나타낸다.
실시예 29는 실시예 28의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층은 적어도 70%의 DEHS 여과 효율을 나타낸다.
실시예 30은 실시예 1 내지 29 중 어느 하나의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층은 99.997% 이하의 DEHS 여과 효율을 나타낸다.
실시예 31은 실시예 30의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층은 99.97% 이하의 DEHS 여과 효율을 나타낸다.
실시예 32는 실시예 31의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층은 99.5% 이하의 DEHS 여과 효율을 나타낸다.
실시예 33은 실시예 1 내지 32 중 어느 하나의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층은 150 g/m2 이하의 기본 중량을 갖는다.
실시예 34는 실시예 1 내지 33 중 어느 하나의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층은 적어도 10 g/m2의 기본 중량을 갖는다.
실시예 35는 실시예 1 내지 34 중 어느 하나의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층은 초기의 500 파스칼 압력 상승에서 적어도 1 g/m2의 염 로딩 용량을 나타낸다.
실시예 36은 실시예 1 내지 35 중 어느 하나의 필터 매체이며, 깊이 로딩 필터 층은 초기의 500 파스칼 압력 상승에서 10 g/m2 이하의 염 로딩 용량을 나타낸다.
실시예 37은 실시예 1 내지 36 중 어느 하나의 필터 매체이며, 지지 층은 100 밀리그램 이상의 걸리 경직도를 갖는다.
실시예 38은 실시예 27의 필터 매체이며, 지지 층은 125 Pa에서 적어도 10 ft3/분(200 Pa에서 80.2 l/m2/초)의 공기 투과도를 갖는다.
실시예 39는 실시예 1 내지 38 중 어느 하나의 필터 매체이며, 지지 층은 습윤-배치 섬유를 포함한다.
실시예 40은 실시예 39의 필터 매체이며, 습윤-배치 섬유는 셀룰로오스, 폴리에스테르, 또는 그 조합을 포함한다.
실시예 41은 실시예 1 내지 40 중 어느 하나의 필터 매체이며, 지지 층은 260 g/m2 이하의 기본 중량을 갖는다.
실시예 42는 실시예 1 내지 41 중 어느 하나의 필터 매체이며, 지지 층은 적어도 50 g/m2의 기본 중량을 갖는다.
실시예 43은, 표면 로딩 필터 층과 깊이 로딩 필터 층 사이에 배치된 스크림 층을 더 포함하는 실시예 1 내지 42 중 어느 하나의 필터 매체이다.
실시예 44는, 두께가 적어도 10 밀(0.25mm)인 실시예 1 내지 43 중 어느 하나의 필터 매체이다.
실시예 45는, 두께가 60 밀(1.5 mm) 이하인 실시예 1 내지 44 중 어느 하나의 필터 매체이다.
실시예 46은, 두께가 30 밀(0.76 mm) 이하인 실시예 45의 필터 매체이다.
실시예 47은 실시예 1 내지 46 중 어느 하나의 필터 매체이며, 층들은 접착제, 결합제 섬유, 열적 결합, 초음파 결합, 자가-접착, 또는 그 조합으로 함께 접착된다.
실시예 48은, EN779:2012에 따른 적어도 F9의 효율을 나타내는 실시예 1 내지 47 중 어느 하나의 필터 매체이다.
실시예 49는, 가장 많이 침투하는 입자 크기에서의 DEHS 효율 테스트에 따라, 적어도 80%, 또는 80% 초과의 효율을 나타내는 실시예 48의 필터 매체이다.
실시예 50은, 공기 필터 매체인 실시예 1 내지 49 중 어느 하나의 필터 매체이다.
실시예 51은 실시예 1 내지 50 중 어느 하나의 가스 필터 매체 및 하우징을 포함하는 가스 필터 요소이다.
실시예 52는, EN779:2012에 따른 적어도 F9의 효율을 나타내는 실시예 51의 가스 필터 요소이다.
실시예 53은, EN1822:2009에 따른 적어도 E10의 효율을 나타내는 실시예 52의 가스 필터 요소이다.
실시예 54는, EN1822:2009에 따른 적어도 E11의 효율을 나타내는 실시예 53의 가스 필터 요소이다.
실시예 55는, EN1822:2009에 따른 적어도 E12의 효율을 나타내는 실시예 54의 가스 필터 요소이다.
실시예 56은, 편평한 패널, 원통형, 또는 원뿔형인 실시예 51 내지 55 중 어느 하나의 가스 필터 요소이다.
실시예 57은, 주름 작업된 실시예 51 내지 56 중 어느 하나의 가스 필터 요소이다.
실시예 58은 가스(예를 들어, 공기)를 필터링하는 방법이며, 그러한 방법은 실시예 51 내지 57 중 어느 하나의 필터 요소를 통해서 가스를 지향시키는 단계를 포함한다.
실시예 59는 가스를 필터링하는 방법이며, 그러한 방법은 실시예 1 내지 55 중 어느 하나의 필터 매체를 통해서 가스를 지향시키는 단계를 포함한다.
예
이러한 개시 내용의 목적 및 장점은 이하의 예에 의해서 더 설명되나, 이러한 예에서 인용된 그 특별한 재료 및 양뿐만 아니라, 다른 조건 및 상세 부분이 이러한 개시 내용을 과도하게 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
테스트 방법
염 로딩 테스트
TSI 8130 벤치(bench)를 이용하여, 20 mg/m3의 농도에서 NaCl 염 입자(0.33 ㎛ 질량 중간값 직경)을 갖는 여과 매체의 100cm2의 샘플을 로딩한다. 실제 조건을 나타내도록, 벤치 내의 유량이 선택되었다. 제조자의 표준에 따라 가동되도록 벤치에 대한 다른 설정이 이루어졌다. 매체는, 요청자의 필요성에 따라, 테스트의 종료 전에 dP의 4 인치 내지 10 인치 H2O(1000 내지 2500 Pa)로 로딩된다. 매 분마다, 벤치는 로딩된 염의 양, 통과된 염, 및 매체에 걸친 dP를 측정한다. 이러한 데이터가 벤치에 의해서 기록된다. 테스트의 완료 전 및 후에, 샘플의 중량을 측정하고, 중량차는 로딩된 염이며, 이러한 값은 광도계 교정을 위해서 이용된다.
분당 10 피트(fpm)(5.33 cm/초)의 매체 속도에서 2 인치 H2O 압력 강하 상승까지 로딩될 때 0.5 g/ft2(5.38 g/m2) 초과의 용량을 갖는 매체가 깊이 로딩 매체라는 것이 발견되었다.
세정 가능한 필터 재료의 여과 특성화를 위한 수정된 ISO11057 테스트 방법
필터 매체의 펄스 세정-능력을 결정하기 위해서, 세정 가능 필터 매체의 여과 특성화에 대한 수정된 버전의 ISO11057 테스트 방법이 이용되었다. ISO 표준은 5 개의 페이즈(phase)를 갖는다. 테스트의 페이즈 2는 이하와 같은 수정과 함께 이용되었다:
일차 레그 유량(Primary leg flow rate): 2.54 m3/hr;
이차 레그 유량: 5.07 m3/hr;
최대 제한 1800 Pa;
분진 공급량: 2.0 g/m3;
펄스 강도: 0.1 MPa; 및
테스트마다, 사이클당 200초로, 300번의 총 사이클.
모든 다른 테스트 조건은 동일하게 유지된다.
펄스 직후의 매체에 걸친 압력 강하(dP)가 각각의 사이클에 대해서 기록되었다. 300 사이클 후 최종 dP 그리고 3000 사이클에 대한 외삽(extrapolation) 후의 dP를 이용하여, 펄스 세정 가능 매체의 성능을 비교하였다. 외삽은 대수 또는 승수 방정식(더 큰 R2를 갖는 것)을 (300 펄스에 대한) 데이터에 커브 피팅(curve fitting)함으로써, 이어서 그러한 방정식을 이용하여 3000 펄스에서 dP를 결정함으로써 이루어졌다.
DEHS 효율 테스트
TSI 3160 벤치를 이용하여, 실제 조건을 나타내는 유동에서 100 cm2 샘플 매체의 효율을 테스트하고, 이러한 경우에 분당 4 피트(fpm)의 유동이 이용되었다. 분무기가 DEHS 액적(droplet)의 분포를 생성하고, 미분형 정전 분급기(Differential Mobility Analyzer)(DMA)를 이용하여 DEHS 액적을 단순분산(monodisperse) 입자의 클라우드로 분류한다. 이러한 테스트를 위한 오일 액적 크기는 0.09, 0.1, 0.2, 0.3 및 0.4 ㎛이다. 이어서, 해당 입자 크기에서의 매체 효율을 결정하기 위해서, 응축 입자 계수기(Condensation Particle Counter)(CPC)가 필터 샘플의 상류 및 하류에서 도전 농도(challenge concentration)를 측정한다. 모든 다른 설정은 제조자의 제원에 따른다.
효율이 모든 입자 크기에 대해서 결정된 후에, 시스템은 곡선을 이러한 지점에 피팅시켜, 어떠한 입자 크기가 가장 큰 침투(가장 낮은 효율)와 관련되는지를 결정하고, 이는 가장 많은 침투 입자 크기(MPPS)로 지칭되고 해당 입자 매체 샘플에 대한 피팅된 곡선을 기초로 하는 계산된 침투일 수 있다.
LEFS 테스트
4-인치 직경 샘플이 매체로부터 절취된다. 테스트 시편의 입자 캡쳐 효율은, 20 fpm에서 동작되는 LEFS(LEFS 테스트에 관한 설명에 대해서, ASTM 표준 F1215-89 참조) 벤치에서의 테스트 도전 오염물질로서, 0.8 ㎛ 라텍스 구체를 이용하여, 계산된다.
예
예 1
적층된 필터 매체가 이하의 기술을 이용하여 준비되었다. 유리 및 이성분 PET 섬유의 혼합물을 포함하는 50 gsm 습윤-배치 필터 재료가, (Lauscha Fiber International(독일, 라우스차)로부터의 40% B08 마이크로 유리 섬유 및 Teijin(일본, 오사카)으로부터 60% TJ04BN 이성분 PET 섬유로 이루어진 수정을 갖는) 미국 특허 제7,314,497호의 예 6의 재료와 유사하게 준비되었다. 90% 셀룰로오스 및 10% 폴리에스테르 블렌드 지지 재료로 이루어진 116 gsm 습윤-배치 매체를 매사추세츠 이스트 월폴의 H&V로부터 구매하였다. 시트 성질은 표 1에 기재되어 있다.
[표 1]
Figure pct00001
유리 이성분 층이 상류에 있도록 그리고 셀룰로오스 폴리에스테르 블렌드가 하단에 있도록, 이러한 2개의 롤을 층상화하였다. 스위스의 EMS-Griltech로부터의 과립형 접착제(Griltex 9E)를 4.07 g/m2의 비율로 2개의 층 사이에 도포하였고, 이들을 이어서 265℉에서 열 적층하였다.
적층 후에, 미세 섬유 층이 50 gsm 유리 이성분 층에 도포되었다. 이러한 미세 섬유 층은 크기가 0.2 내지 0.3 미크론이고, 82.4%의 LEFS 효율을 갖는 나일론으로 이루어진 섬유로 구성되었다.
적층되고 나노-섬유 코팅된 매체를 그 편평한 시트 성질에 대해서 테스트하였고, 요소는 EN1822 절차를 이용하여 dP 및 효율에 대해서 테스트되었다. 결과를 표 2에 기재하였다.
[표 2]
Figure pct00002
편평한 시트 매체는 2 인치(5.1 cm) 주름 깊이로 주름 작업되었고, 26 인치(66 cm) 원뿔형 및 원통형 필터 쌍으로 구축되었다. 원뿔형 요소는 요소당 280개의 주름을 가진 반면, 원통형 요소는 230개의 주름을 가졌다. 나노-섬유 층이 상류를 대면하도록, 이러한 요소가 구축되었다.
예 2
적층된 필터 매체가 이하의 기술을 이용하여 준비되었다. 유리 및 이성분 PET 섬유의 혼합물을 포함하는 50 gsm 습윤-배치 필터 재료가, (Lauscha Fiber International(독일, 라우스차)로부터의 40% B08 마이크로 유리 섬유 및 Teijin(일본, 오사카)으로부터 60% TJ04BN 이성분 PET 섬유로 이루어진 수정을 갖는) 미국 특허 제7,314,497호의 예 6의 재료와 유사하게 준비되었다. 90% 셀룰로오스 및 10% 폴리에스테르 블렌드 지지 재료로 이루어진 116 gsm 습윤-배치 매체를 매사추세츠 이스트 월폴의 H&V로부터 구매하였다. 시트 성질은 표 3에 기재되어 있다.
[표 3]
Figure pct00003
유리 이성분 층이 상류에 있도록 그리고 셀룰로오스 폴리에스테르 블렌드가 하단에 있도록, 이러한 2개의 롤을 층상화하였다. 2개의 층은, 각각의 층 사이에서 4.07 g/m2의 비율로 (스위스 EMS-Griltech)의 과립형 접착제인 Griltex 9E를 이용하여 265℉에서 열 적층되었다. 적층 후에, 미세 섬유 층이 116 gsm 습윤-배치 셀룰로오스 폴리에스테르 블렌드 층에 도포되었다. 이러한 미세 섬유 층은 크기가 0.2 내지 0.3 미크론이고, 78%의 LEFS 효율을 갖는 나일론 섬유로 구성되었다. 적층되고 나노-섬유 코팅된 매체를 이러한 편평한 시트 성질에 대해서 테스트하였다. 결과를 표 4에 기재하였다.
[표 4]
Figure pct00004
편평한 시트 매체는 2 인치(5.1 cm) 주름 깊이로 주름 작업되었고, 26 인치(66 cm) 원뿔형 및 원통형 필터 쌍으로 구축되었다. 원뿔형 요소는 요소당 250개의 주름을 가진 반면, 원통형 요소는 210개의 주름을 가졌다. 나노-섬유 층이 상류를 대면하도록, 이러한 요소가 구축되었다.
예 3
적층된 필터 매체가 이하의 기술을 이용하여 준비되었다. 유리 및 이성분 섬유의 혼합물을 포함하는 50 gsm 습윤-배치 필터 재료가, (Lauscha Fiber International(독일, 라우스차)로부터의 50% B08 마이크로 유리 섬유 및 Teijin(일본, 오사카)으로부터 50% 이성분 PET 섬유(TJ04BN)로 이루어진 수정을 갖는) 미국 특허 제7,314,497호의 예 6의 재료와 유사하게 준비되었다. Finon C310NW의 100 gsm 스핀 결합된 지지 재료를 오하이오, 신시네티의 Midwest Filtration으로부터 구매하였다. 시트 성질은 표 5에 기재되어 있다.
[표 5]
Figure pct00005
습윤-배치 층이 상류에 있도록 그리고 스핀 결합된 층이 하류에 있도록, 이러한 2개의 롤을 층상화하였다. 층들은, 각각의 층 사이에서 4.07g/m2의 비율로 과립형 접착제 Griltex 9E(스위스 EMS-Griltech)를 이용하여 275℉에서 열 적층되었다.
이어서, 재료를 인치당 4.5개의 물결(1.77 물결/cm)로 (매체의 와이어 측면에서 피크의 상단으로부터 홈통의 하단까지 z 방향을 따라 거리를 측정한) 0.027 인치(0.69 mm)의 평균 깊이로 물결화하였다. 물결화 후에, 미세 섬유 층이 50 gsm 습윤 배치 층에 도포되었다. 이러한 미세 섬유 층은 크기가 0.2 내지 0.3 미크론이고, 66%의 LEFS 효율을 갖는 나일론 섬유로 구성되었다.
적층되고, 물결 작업되고, 그리고 코팅된 매체를 이러한 편평한 시트 성질에 대해서 테스트하였다. 결과를 표 6에 기재하였다.
[표 6]
Figure pct00006
편평한 시트 매체는 2 인치(5.1 cm) 주름 깊이로 주름 작업되었고, 26 인치(66 cm) 원뿔형 및 원통형 필터 쌍으로 구축되었다. 원뿔형 요소는 요소당 210개의 주름을 가진 반면, 원통형 요소는 176개를 가졌다. 나노섬유 층이 상류를 대면하도록, 이러한 요소가 구축되었다.
예 4
적층된 필터 매체가 이하의 기술을 이용하여 준비되었다. FINON C3019의 18.6 gsm 스핀 결합된 스크림 층을 오하이오, 신시네티의 Midwest Filtration으로부터 구매하였다. 유리 및 이성분 섬유의 혼합물을 포함하는 50 gsm 습윤-배치 필터 재료가, (Lauscha Fiber International(독일, 라우스차)로부터의 50% B08 마이크로 유리 섬유 및 Teijin(일본, 오사카)으로부터 50% 이성분 PET 섬유(TJ04BN)로 이루어진 수정을 갖는) 미국 특허 제7,314,497호의 예 6의 재료와 유사하게 준비되었다. Finon C310NW의 100 gsm 스핀 결합된 지지 재료를 오하이오, 신시네티의 Midwest Filtration으로부터 구매하였다. 시트 성질은 표 7에 기재되어 있다.
[표 7]
Figure pct00007
스크림 층이 상류에 있도록, 습윤-배치 층이 중간에 있도록, 그리고 스핀 결합된 층이 하류에 있도록, 이러한 3개의 롤을 층상화하였다. 그러한 층들은, 각각의 층 사이에서 4.07 g/m2의 비율로 GRILTEX 9E 과립형 접착제(스위스 EMS-Griltech)를 이용하여 275℉에서 열 적층되었다.
이어서, 재료를 인치당 4.5개의 물결(1.77 물결/cm)로 (매체의 와이어 측면에서 피크의 상단으로부터 홈통의 하단까지 z 방향을 따라 거리를 측정한) 0.0248 인치(0.63 mm)의 평균 깊이로 물결화하였다.
물결화 후에, 미세 섬유 층이 18.6 gsm 스핀 결합된 스크림 층에 도포되었다. 이러한 미세 섬유 층은 크기가 0.2 내지 0.3 미크론이고, 66%의 LEFS 효율을 갖는 나일론 섬유로 구성되었다. 적층되고, 물결 작업되고, 그리고 미세 섬유 코팅된 매체를 이러한 편평한 시트 성질에 대해서 테스트하였다. 결과를 표 8에 기재하였다.
[표 8]
Figure pct00008
예 5
적층된 필터 매체가 이하의 기술을 이용하여 준비되었다. 유리 및 이성분 섬유의 혼합물을 포함하는 50 gsm 습윤-배치 필터 재료가, (Lauscha Fiber International(독일, 라우스차)로부터의 50% B04 마이크로 유리 섬유 및 Teijin(일본, 오사카)으로부터 50% 이성분 PET 섬유(TJ04BN)로 이루어진 수정을 갖는) 미국 특허 제7,314,497호의 예 6의 재료와 유사하게 준비되었다. 116 gsm 물결형 셀룰로오스 지지 재료를 매사추세츠 이스트 월폴의 H&V로부터 구매하였다. 시트 성질은 표 9에 기재되어 있다.
[표 9]
Figure pct00009
습윤-배치 층이 상류에 있도록 그리고 셀롤로오스 습윤-배치 층이 하류에 있도록, 이러한 2개의 롤을 층상화하였다. 그러한 층들은, 각각의 층 사이에서 4.07 g/m2의 비율로 Griltex 9E 과립형 접착제(스위스 EMS-Griltech)를 이용하여 275℉에서 열 적층되었다.
적층 후에, 미세 섬유 층이 50 gsm 습윤-배치 층에 도포되었다. 이러한 미세 섬유 층은 크기가 0.2 내지 0.3 미크론이고, 74%의 LEFS 효율을 갖는 나일론 섬유로 구성되었다.
적층되고 미세 섬유 코팅된 매체를 이러한 편평한 시트 성질에 대해서 테스트하였다. 결과를 표 10에 기재하였다.
[표 10]
Figure pct00010
편평한 시트 매체는 2 인치(5.1 cm) 주름 깊이로 주름 작업되었고, 26 인치(66 cm) 원통형 필터 쌍으로 구축되었다. 요소는 요소당 250개의 주름을 가졌다. 나노-섬유 층이 상류를 대면하도록, 이러한 요소가 구축되었다.
예 6
적층된 필터 매체가 이하의 기술을 이용하여 준비되었다. 유리 및 이성분 PET 섬유의 혼합물을 포함하는 50 gsm 습윤-배치 필터 재료가, (Lauscha Fiber International(독일, 라우스차)로부터의 40% B08 마이크로 유리 섬유 및 Teijin(일본, 오사카)으로부터 60% TJ04BN 이성분 PET 섬유로 이루어진 수정을 갖는) 미국 특허 제7,314,497호의 예 6의 재료와 유사하게 준비되었다. 유리, 폴리에스테르, 및 수지 지지 재료로 이루어진 114 gsm 습윤-배치 매체를 매사추세츠 이스트 월폴의 H&V로부터 구매하였다. 시트 성질은 표 11에 기재되어 있다.
[표 11]
Figure pct00011
EN933 재료를 인치당 4.5개의 물결(1.77 물결/cm)로 (매체의 와이어 측면에서 피크의 상단으로부터 홈통의 하단까지 z 방향을 따라 거리를 측정한) 0.0283 인치(0.72 mm)의 평균 깊이로 물결화하였다.
유리 이성분 층이 상류에 있도록 그리고 유리 폴리에스테르 블렌드가 하단에 있도록, 이러한 2개의 롤을 층상화하였다. 2개의 층은, 각각의 층 사이에서 4.07 g/m2의 비율로 (스위스 EMS-Griltech)의 과립형 접착제인 Griltex 9E를 이용하여 265℉에서 열 적층되었다.
적층 후에, 미세 섬유 층이 50 gsm 습윤 배치 층에 도포되었다. 이러한 미세 섬유 층은 크기가 0.2 내지 0.3 미크론이고, 62.4%의 LEFS 효율을 갖는 나일론 섬유로 구성되었다. 적층되고 나노-섬유 코팅된 매체를 이러한 편평한 시트 성질에 대해서 테스트하였고, 결과를 표 12에 기재하였다.
[표 12]
Figure pct00012
편평한 시트 매체는 2 인치(5.1 cm) 주름 깊이로 주름 작업되었고, 26 인치(66 cm) 원뿔형 및 원통형 필터 쌍으로 구축되었다. 원뿔형 요소는 요소당 266개의 주름을 가진 반면, 원통형 요소는 220개의 주름을 가졌다. 나노-섬유 층이 상류를 대면하도록, 이러한 요소가 구축되었다.
본원에서 인용된 특허, 특허 문헌, 및 공개의 완전한 개시 내용은, 그 각각이 개별적으로 포함되는 것과 같이, 그 전체가 참조로 포함된다. 이러한 개시 내용의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고도, 이러한 개시 내용에 대한 다양한 수정 및 변경이 당업자에게 명확할 것이다. 이러한 개시 내용은 본원에서 기술된 예시적인 실시예 및 예에 의해서 과도하게 제한되지 않는다는 것, 그리고 그러한 예 및 실시예는 단지 예로서 제시된 것이고 개시 내용의 범위는 이하에서 본원에 기술된 청구항의 세트에 의해서만 제한된다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (39)

  1. 가스 필터 매체로서:
    평균 직경이 1 미크론 미만인 미세 섬유를 포함하는 표면 로딩 필터 층;
    깊이 로딩 필터 층; 및
    지지 층을 포함하고;
    상기 층들은, 상기 표면 로딩 필터 층이 가장 상류의 층이 되도록, 가스 스트림 내에 배치되도록 구성 및 배열되는, 필터 매체.
  2. 제1항에 있어서,
    수정된 ISO 11057 테스트 방법에 따라 펄스 세정 가능한, 필터 매체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 깊이 로딩 필터 층이 상기 표면 로딩 층과 상기 지지 층 사이에 배치되는, 필터 매체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 섬유가 0.5 미크론 이하의 평균 직경을 가지는, 필터 매체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 섬유가 적어도 0.01 미크론의 평균 직경을 가지는, 필터 매체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 섬유가 나일론, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리우레탄, 또는 그 조합을 포함하는, 필터 매체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 로딩 필터 층이 적어도 30%의 LEFS 여과 효율을 갖는, 필터 매체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 로딩 필터 층이 99% 이하의 LEFS 여과 효율을 갖는, 필터 매체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 깊이 로딩 필터 층은 고효율 유리-함유 필터 층, 용융-취입 필터 층, 또는 그 조합을 포함하는, 필터 매체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 깊이 로딩 필터 층은, 유리 섬유 및 다-성분 결합제 섬유를 포함하는 고효율 유리-함유 필터 층을 포함하는, 필터 매체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 깊이 로딩 필터 층은 고효율 용융-취입 필터 층을 포함하는, 필터 매체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 깊이 로딩 필터 층이 적어도 55%의 DEHS 여과 효율을 나타내는, 필터 매체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 깊이 로딩 필터 층이 99.997% 이하의 DEHS 여과 효율을 나타내는, 필터 매체.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 깊이 로딩 필터 층이 150 g/m2 이하의 기본 중량을 가지는, 필터 매체.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 깊이 로딩 필터 층이 적어도 10 g/m2의 기본 중량을 가지는, 필터 매체.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 깊이 로딩 필터 층이 초기의 500 파스칼 압력 상승에서 적어도 1 g/m2의 염 로딩 용량을 나타내는, 필터 매체.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 깊이 로딩 필터 층이 초기의 500 파스칼 압력 상승에서 10 g/m2 이하의 염 로딩 용량을 나타내는, 필터 매체.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 층이 1000 밀리그램 이상의 걸리 경직도를 갖는, 필터 매체.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 지지 층이 125 Pa에서 적어도 10 ft3/분(200 Pa에서 80.2 l/m2/초)의 공기 투과도를 갖는, 필터 매체.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 층이 습윤-배치 섬유를 포함하는, 필터 매체.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 습윤-배치 섬유가 셀룰로오스, 폴리에스테르, 또는 그 조합을 포함하는, 필터 매체.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 층이 260 g/m2 이하의 기본 중량을 가지는, 필터 매체.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 층이 적어도 50 g/m2의 기본 중량을 가지는, 필터 매체.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 로딩 필터 층과 상기 깊이 로딩 필터 층 사이에 배치된 스크림 층을 더 포함하는, 필터 매체.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 10 밀(0.25 mm)의 두께를 가지는, 필터 매체.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    60 밀(1.5 mm) 이하의 두께를 가지는, 필터 매체.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층들이, 접착제, 결합제 섬유, 열적 결합, 초음파 결합, 자가-접착, 또는 그 조합으로 함께 접착되는, 필터 매체.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    EN779:2012에 따른 적어도 F9의 효율을 나타내는, 필터 매체.
  29. 제28항에 있어서,
    가장 많이 침투하는 입자 크기에서의 DEHS 효율 테스트에 따라, 적어도 80%의 여과 효율을 나타내는, 필터 매체.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    공기 필터 매체인, 필터 매체.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 가스 필터 매체 및 하우징을 포함하는, 가스 필터 요소.
  32. 제31항에 있어서,
    EN779:2012에 따른 적어도 F9의 효율을 나타내는, 가스 필터 요소.
  33. 제32항에 있어서,
    EN1822:2009에 따른 적어도 E10의 효율을 나타내는, 가스 필터 요소.
  34. 제33항에 있어서,
    EN1822:2009에 따른 적어도 E11의 효율을 나타내는, 가스 필터 요소.
  35. 제34항에 있어서,
    EN1822:2009에 따른 적어도 E12의 효율을 나타내는, 가스 필터 요소.
  36. 제31항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    편평한 패널, 원통형, 또는 원뿔형인, 가스 필터 요소.
  37. 제31항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    주름형인, 가스 필터 요소.
  38. 가스 필터링 방법으로서,
    제31항 내지 제37항 중 어느 한 항의 필터 요소를 통해서 가스를 지향시키는 단계를 포함하는, 방법.
  39. 가스 필터링 방법으로서,
    제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 필터 매체를 통해서 가스를 지향시키는 단계를 포함하는, 방법.
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