NO316497B1 - Fiberbelagt filterelement og fremstilling derav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et filterelement som oppviser et egenstabilt, porøst bærerlegeme og et sammenlignet med bærerlegemet finporøst fiberbelegg på bærerlegemet på dettes oppstrømsoverflate for fluid som skal filtreres, hvorved fiberbelegget er bundet delvis ved fiber/fiber-binding og delvis ved fiber/bærerlegeme-bmding, til bærerlegemet

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling av et slikt filterelement

Ved et kjent filterelement av denne type (WO 87/01610) som er betydelig lengre enn den gjennomsnittlige porestørrelse til bærerlegemet samt i fiberbelegningen fordelte og til fibrene bundne finkorn-partikler Ved arbeider i sammenheng med foreliggende oppfinnelse ble det imidlertid funnet at tilveiebringelsen av et slikt filterelement med god finfiltrenngsevne krevet en fiberbelegning med temmelig stor tykkelse, noe som i sin tur øket trykktapet ved gjennomstrømning av mediet som skulle filtreres gjennom filterelementet

Foreliggende oppfinnelse har til oppgave å tilveiebringe et filterelement av den innledningsvis nevnte type som utmerker seg ved et godt kompromiss mellom den i hvert tilfelle ønskede grad av finfiltrenngsevne og et lavt trykktap for det gjennomstrømmende medium som skal filtreres, ved anvendelse av dette filterelement I tillegg tar oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av slike filterelementer

I henhold til et første aspekt ved oppfinnelsen angår den et filterelement med et egenstabilt, porøst bærerlegeme og et sammenlignet med bærerlegemet finporøst fiberbelegg på bærerlegemet på dettes oppstrømsoverflate for fluid som skal filtreres, hvorved fiberbelegget er bundet delvis ved fiber/fiber-binding og delvis ved fiber/bærerlegeme-binding til bærerlegemet, og filterelementet karakteriseres ved at filterbelegget oppviser første fibre hvis lengde er større enn den gjennomsnittlige porestørrelse for bærerlegemet, og andre fibre hvis lengde er tydelig mindre enn lengden til de første fibre for å gi finporøsitet i fiberbelegget

Herved oppnår man at rommene mellom de første fibre fylles opp henholdsvis dekkes med de kortere, andre fibre

De første fibre har som regel en lengde som er tydelig større enn den gjennomsnittlige porestørrelse for bærerlegemet, særlig mer enn dobbelt så stor som den gjennomsnittlige porestørrelse for bærerlegemet De andre fibre har som regel en lengde som er mindre enn den gjennomsnittlige porestørrelse for bærerlegemet, særlig mindre enn halvparten av den gjennomsnittlige porestørrelse i bærerlegemet Fiberbelegget inneholder fortrinnsvis, beregnet på vekt, mer andre fibre enn første fibre, hvorved vektforholdet mellom andre fibre og første fibre fortrinnsvis er større enn 2 1 Fortrinnsvis dreier det seg ved de første fibre og de andre fibre om fibre av det samme materiale og/eller om fibre med omtrent samme diameter-størrelsesorden Hyppig er det tilstrekkelig når mindre enn 10% av den totale vekt av fiberbelegget er førstefibre

I henhold til et andre trekk ved oppfinnelsen er filterelementet karakterisert ved at eventuelle, i fiberbelegget fordelt foreliggende og finkornede partikler utgjør under 30 vekt-%, fortrinnsvis under 20 vekt-%, helst under 10 vekt-% og aller helst 0 til 3 vekt-%, alt beregnet på den totale vekt av fibre og finkornede partikler

Her går man i forhold til den kjente teknikk (WO 87/01610) i motsatt vei idet andelen av finkornede partikler som befinner seg fordelt i fiberbelegget, reduseres betydelig og i ekstremtilfeller sågar reduseres til 0 eller nær 0 Fmfiltrasjonsevnen i ønsket grad bestemmes altså i det vesentlige av fibrene og ikke av de i fiberbelegget finfordelt foreliggende, finkornede partikler

Oppfinnelsen kan virkeliggjøres av filterelementer av et stort antall materialer Hva angår bærerlegemet foretrekkes plast- henholdsvis harpiksmatenaler, keramiske materialer og metalliske matenaler For på rasjonell måte å oppnå det porøse bærerlegemet kan partikler av de nevnte matenaler sintres sammen eller forbindes med hverandre ved hjelp av andre bindingsmekanismer, for eksempel under anvendelse av et bindemiddel Hva fibermatenalet angår foretrekkes keramiske fibre, særlig slike av aluminiumsihkat Man kan imidlertid også arbeide med andre fibre som glassfibre, naturlige fibre, syntetiske, organiske fibre og andre For oppnåelsen av fibre/fiber-bmdingen og fiber/bærerlegeme-bindingen finnes det et stort antall muligheter, særlig sintnng, anvendelse av et adhesiv eller bindemiddel eller også andre

Fortrinnsvis påføres de første fibre som første fiberbeleggs-sjikt og de andre fibre derpå som andre pålegg Herved vil det hyppig skje at de andre fibre delvis trenger inn i rommene mellom de første fibre i det første belegg slik at det i ferdig tilstand ikke foreligger noen klar grense mellom det første fiberbelegg og det andre fiberbelegg Alternativt er det mulig å påføre de første fibre og de andre fibre blandet i et trinn Fortrinnsvis påføres det flere fiberpåfønnger med tiltagende finhet for porøsiteten i retning fra bærerlegemet Denne utførelsesform av filterelementet virkeliggjøres også ved det i forrige avsnitt nevnte fiberbelegg med første fiberpåfønng og andre fiberpåfønng Den her beskrevne utførelsesform tar imidlertid sikte på, på det første fiberbelegg (de første og andre fibre, enten i et felles påført belegg eller to på hverandre adskilte påføringer), minst å gjennomføre en ytterligere fiberpåfønng med fibre av finere porøsitet Dette skjer fortrinnsvis under anvendelse av kortere og/eller tynnere fibre, sammenlignet med den første fiberpåfønng, eventuelt også under anvendelse av fibre av andre matenaler Den minst ene ytterligere fiberpåfønng må vanligvis ikke oppvise mer enn første fibre og andre fibre, den derunder liggende første fiberpåfønng utgjør et ideelt grunnlag for påføring av den minst ene, ytterligere fiberpåfønng

I en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen oppviser filterelementet utenpå fiberbelegningen et belegg av finkornede partikler Disse partikler er fortnnnsvis så små at denne påfønng i det vesentlige bestemmer finfiltrenngsevnen til filterelementet For de finkornede partikler foreligger det store matenal-valgmuligheter, det kan særlig dreie seg om plastpartikler eller uorganiske partikler En særlig foretrukken valgmulighet skal beskrives nærmere nedenfor De finkornede partikler kan være bundet til hverandre og til fiberbelegget slik det er beskrevet ovenfor for bindingen av partiklene av bærerlegemet og fiber/fiber-bindingen henholdsvis fiber/bærer-legemet-bindingen for fiberbelegget

Ytterligere en gjenstand for oppfinnelsen er en fremgangsmåte for fremstilling av et filterelement som oppviser et egenstabilt, porøst bærerlegeme og et sammenlignet med bærerlegemet finporøst fiberbelegg på dettes oppstrømsoverflate, for fluid som skal filtreres, hvorved fiberbelegget delvis er bundet ved fiber/fiber-binding og delvis ved fiber/bærerlegeme-binding, og der fremgangsmåten karaktenseres ved at fibrene for dannelse av fiberbelegget påføres i tørr tilstand på oppstrømsoverflaten av bærerlegemet, fortnnnsvis ved hjelp av en luftstrøm, hvorved det på forhånd på oppstrømsoverflaten er anbragt et adhesiv for tilveiebnngelse av fiber/fiber-bindingen og fiber/bærerlegeme-bindingen, idet et første fiberbelegg av første fibre hvis lengde er større enn den gjennomsnittlige porestørrelse for bærerlegemet og på dette, et andre fiberbelegg av andre fibre, bringes på bærerlegemet, hvorved det benyttes andre fibre med en lengde som tydelig er kortere enn lengden hl de første fibre

Når adhesivet påføres før fibrene blir de påførte fibre hengende under medinnvirkning av adhesivet Da på den annen side fibrene har en iboende tendens til en viss gjenstidig adhesjon, noe som fører til en foreløpig vedhefting til bærerlegemet, også uten adhesiv, er det også mulig å bringe adhesivet inn senere

Det skal påpekes at begrepet "adhesiv" innenfor rammen av oppfinnelsen skal forståes på omfattende måte Herunder menes alle matenaler som for dnft av filterelementet gir en tilstrekkelig fast vedhefting av fibrene til hverandre og til bærerlegemet, særlig adhesiver innenfor den snevrere betydning, plaster henholdsvis harpikser som kan gi den nevnte binding, organiske eller uorganiske bindemidler som natronvannglass Det skal uttrykkelig påpekes at det også kan arbeides med andre bindingsmekamsmer fiber/fiber og fiber/bærerlegeme, særlig med sintnng Det er klart at adhesivet eller bmdemidlet velges på en slik måte og i en slik mengde at de funksjonsnødvendige porer henholdsvis gjennomstrømningspassasjer mellom fibrene, ikke lukkes

Som allerede nevnt påføres det fortnnnsvis flere fiberbelegg der finheten tiltar i retning fra bærerlegemet, og der påfønngen vanligvis skjer efter hverandre Hvert av fiberbeleggene kan oppnås ved en av de beskrevne metoder ifølge oppfinnelsen

I en utførelsesform angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av et filterelement som oppviser et egenstabilt, porøst bærerlegeme og et i sammenligning med bærerlegeme finporøst fiberbelegg på bærerlegemets oppstrøms overflate, for fluid som skal filtreres, hvorved fiberbelegget delvis er bundet ved fiber-fiberbinding og delvis ved fiber-bærerlegeme-binding, til bærerlegemet, og denne fremgangsmåte karaktenseres ved at det på fiberbelegget bonges på et belegg av finkornede partikler

Ytterligere utførelsesformer for dette beleggs-sjikt av finkornede partikler er allerede beskrevet ovenfor

I en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen blir beleggs-sjiktet av finkornede partikler påført under anvendelse av slike partikler som ved tilsiktet dnft av filterelementet skal filtreres ut av en fluid strøm Når man for eksempel skal anvende et filterelement ifølge oppfinnelsen for fjerning av stenstøv som oppstår ved dnft av et knuseanlegg kan dette stenstøv som for eksempel er filtrert ut ved hjelp av et hvilket som helst filter, anvendes for å oppnå beleggs-sjiktet av finkornede partikler ved fremstilling av oppfinnelsens filterelementer

I en ytterligere form av oppfinnelsen arbeider man ved påfønng av fibrene og/eller de finkornede partikler med en sugeluft-strøm bort fra oppstrømsoverflaten av bærerlegemet og gjennom dette Ved hjelp av sugeluft-strømmen blir fibrene og/eller de finkornede partikler målrettet ført dit der de skal utgjøre fiberbelegget

Arbeidet med en sugeluftstrøm gir en foretrukket mulighet til å registrere konsentrasjonen og størrelsen av medførte fremmedpartikler i sugeluft-strømmen efter at den har passert bærerlegemet og derved å avslutte påføring av fibre og/eller finkornede partikler i avhengig av de registrerte verdier, særlig så snart konsentrasjonen og/eller størrelsen av de nedstrøms bærerlegemet ennu foreliggende fremmedstoff-partikler har gått under en på forhånd bestemt terskelverdi Man kan altså fremstille filterelementet samtidig med en separasjonsgrad henholdsvis en separasjonsfinhet efter ønske for eksempel avhengig av filtrenngsoppgaven som filterelementet er bestemt for Ved registrering av konsentrasjonen av fremmedstoff-partikler nedstrøms bærerlegemet kan man også sette disse i relasjon til den registrerte konsentrasjon av medførte fremmedstoff-partikler før møte med filterelementet

En særlig gunstig mulighet ligger i å gjennomføre den beskrevne registrering av konsentrasjonen og/eller størrelsen av de medførte fremmedstoff-partikler når det gjelder påføring av et beleggs-sjikt av finkornede partikler under anvendelse av slike partikler som skal filtreres ut av en fluid strøm ved den tilsiktede drift av filterelementet Dette fører på perfekt måte til et filterelement med en separasjonsfinhet efter mål (sikker oppnåelse av den krevede separasjonsfinhet men ikke unødig langt drevet separasjonsfinhet), og derfor unngår man fremstilling av et filterelement med for høyt trykktap Når man for beleggs-sjiktet av finkornede partikler anvender slike partikler som skal filtreres ut av en fluid strøm ved den tilsiktede dnft av filterelementer ligger man med en registrenng av konsentrasjonen og/eller størrelsen av de medførte fremmedstoff-partikler (for eksempel registrert som mindre enn x mg/m<3> filtrert luft, gjenværende partikler under 1 um størrelse) perfekt nktig når påføringen av beleggs-sjiktet stoppes akkurat når belegget har nådd den nødvendige tykkelse for dette formål

Det skal påpekes at det i forrige avsnitt beskrevne pnnsipp har en betydning som går ut over påføringen av beleggs-sjiktet av finkornede partikler på et fiberbelegg og kan virkeliggjøres uavhengig om det under dette beleggs-sjikt av finkornede partikler befinner seg et fiberbelegg på bærerlegemet eller ikke

I stedet for registrenng av konsentrasjonen og/eller størrelsen av de medførte fremmedstoffpartikler nedstrøms bærerlegemet eller i tillegg til dette, kan man registrere trykktapet i sugeluft-strømmen ved passenng av filterelementet som er under oppbygning Dette trykktap er et indirekte mål for hvor langt påføringen er kommet, henholdsvis på om man har oppnådd et fiberbelegg med den for det angjeldende tilfellet tilstrekkelige filtrenngsaktivitet

På oppstrømsoverflaten av bærerlegemet kan man påføre et antistatisk belegg, fortrinnsvis av sotpartikler, før fibrene påføres De antistatisk virkende partikler kan særlig påføres som dispersjoner eller suspensjoner For påføring av de antistatisk virksomme partikler gjelder det som tidligere er sagt for binding av fibrene

Det skal påpekes at de beskrevne fremgangsmåter ifølge oppfinnelsen på den ene side fortrinnsvis kan tjene for fremstilling av filterelementet ifølge oppfinnelsen slik det er beskrevet ovenfor, men også kan tjene til fremstilling av fiberbelegg som er forskjellige fra disse, på fiberelement-bærere

Oppfinnelsens fiberelementer er i første linje ment for fin-filtrenng av gasser og luft, særlig ved støvfjeming av luft i fabnkasjonshaller ved produksjonsmaskiner og ved fremgangsmåtetnnn, men kan også anvendes for filtrering av væsker Ved tilsvarende matenalvalg kan man imidlertid også filtrere varme gasser som forbrenningsgasser, og varme væsker

Ved oppfinnelsens filterelementer foreligger det typiske gjennomsnittlige porestørrelser for bærerlegemet i området 10 til 100 um, de karakteristiske fiberdiametre ligger i området 0,5 til 8 um Det skal påpekes at det på grunn av oppfinnelsens oppbygning av filter-beleggene er mulig med en sammenligningsvis grov, gjennomsnittlig porestørrelse for bærerlegemet, fordi det er mulig med en sikker broslagning over de åpne porer i bærerlegemet på oppstrømsoverflaten i tillegg til en tildanning av belegg med meget fin porestørrelse som allerede beskrevet I henhold til dette kan man anvende bærerlegemet med meget lav gjennomstrømningsmotstand Man kan uten problemer tildanne filterelementer ifølge oppfinnelsen som alt efter behov så og si fullstendig filtrerer ut fremmedstoffpartikler med en størrelse på over 5 fim, fortrinnsvis over 2 um og aller helst frernmedstoffpartikler med en størrelse på over 0,5 um

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av de vedlagte, skjematiske tegninger der , Figur 1 viser et utsnitt av et filterelement i snitt hvorved snittplanet er loddrett på strømningsoverflaten til filterelementer, og Figur 2 viser et oppnss av et partikkelområde av filterelementet i figur 1, sett i retning av pilen II, hvorved det er tegnet en tilstand med påførte første fibre men før påføring av de andre fibre og et partikkelbeleggs-sjikt

Det skjematisk tegnede fiberelement 2 består av et bærerlegeme 4 som på den i figur 1 til høyre viste oppstrømsoverflate er utstyrt med et fiberbelegg 6 for fluid som skal filtreres Bærerlegemet 4 består av polyetylenpartikler som er sintret til hverandre slik at det oppnås et porøst bærerlegeme 4 med en gjennomsnittlig porestørrelse på ca 30 um Herved kan man på i og for seg kjent måte arbeide slik at man for fremstilling av bærerlegemet 4 blander ultrahøymolekylære polyetylenpartikler og middelmolekylære polyetylenpartikler med hverandre Ved smtnng smelter de lavere molekylære polyetylenpartikler sterkere og danner et bindende skjelett for de høymolekylære polyetylenpartikler 8 som imidlertid også i en viss grad bindes til hverandre ved sintnngen

Fiberbelegget 6 oppviser første fibre 10 hvis lengde er betydelig større enn den gjennomsnittlige porestørrelse for bærerlegemet 4 Med denne lengde slår de første fibre 10 bro over de åpne porer i bærerlegemet 4 på dennes oppstrømsside Videre er det skjematisk tegnet inn andre fibre 12 med betydelig kortere lengde og som fyller fh-rommene mellom de første fibre 10 og danner et, alt efter tilsiktet funksjon for filterelementet 2, mer eller mindre tykt fiberbelegg Fibrene 10,12 er bundet til hverandre og til de ytre polyetylenpartikler 8 på oppstrøms siden ved hjelp av et adhesiv som tegnensk ikke er vist på grunn av det lille volum i ferdig filterelement-tilstand Som eksempel blant mange kan nevnes det kommersielt tilgjengelige adhesiv MOWILITH (varemerke for firma Hoechst AG), en vandig kopolymensat-dispersjon av vinylacetat, etylen og vinylklond Suspensjonen som skal bringes på bærerlegemet 4 kan ha følgende sammensetning

20 vekt-% fibre henholdsvis partikler,

6 vekt-% MOWILITH,

74 vekt-% vann

I fiberbelegget 6 er det fordelt relativt lite finkornede partikler

Utenpå fiberbelegget 6 er det anbragt et belegg av finkornede partikler 16, for eksempel stenstøv Disse partikler 6 er likeledes bundet til hverandre og til fiberbelegget 6 med adhesivet

Når fibrene 10,12 og/eller partiklene 16 påføres dispergert eller suspendert i en væske, arbeider man fortnnnsvis med et dispersjonsadhesiv som bnnges inn samtidig med denne væske

I figur 2 er det angitt en fiberbelegmngstilstand for filterelementet 2 efter påføring av de første fibre 10 men før påfønng av de andre fibre 12 Når derefter de andre fibre 12 på-føres fyller disse de ennu synlige mellomrom mellom de første fibre 10 og danner det i figur 1 viste fiberbelegg 6

Claims (14)

1 Filterelement (2) med et egenstabilt, porøst bærerlegeme (4) og et sammenlignet med bærerlegemet (4) finporøst fiberbelegg (6) på bærerlegemet (4) på dettes oppstrøms-overflate for fluid som skal filtreres, hvorved fiberbelegget (6) er bundet delvis ved fiber/fiber-binding og delvis ved fiber/bærerlegeme-binding til bærerlegemet (4), karakterisert ved at filterbelegget (6) oppviser første fibre (10) hvis lengde er større enn den gjennomsnittlige porestørrelse for bærerlegemet (4), og andre fibre (12) hvis lengde er tydelig mindre enn lengden til de første fibre (10) for å gi finporøsitet i fiberbelegget (6)

2 Filterelement ifølge krav 1, karakterisert ved at de første fibre (10) er påført som et første fiberbelegg og de andre fibre (12) er påført på det første som et andre fiberbelegg

3 Filterelement ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det er påført flere fiberbelegg med tiltagende finhet i porøsiteten i retning bort fra bærerlegemet (4)

4 Filterelement ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at fiber/fiber-bindingen og fiber/bærerlegeme-bindingen er tilveiebragt ved hjelp av et adhesiv

5 Filterelement ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at fiber/fiber-bindingen og fiber/bærerlegeme-bindingen er tilveiebragt ved hjelp av sintnng

6 Filterelement ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det utenpå fiberbelegget (6) er påført et belegg av finkornede partikler (16)

7 Filterelement ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at bærerlegemet (4) er bygget opp av sintrede plastpartikler (8)

8 Fremgangsmåte for fremstilling av et filterelement (2) som oppviser et egenstabilt porøst bærerlegeme (4) og et sammenlignet med bærerlegemet finporøst fiberbelegg (6) på dettes (4) oppstrømsoverflate, for fluid som skal filtreres, hvorved fiberbelegget (6) delvis er bundet ved fiber/fiber-binding og delvis ved fiber/bærerlegeme-bindmg, karakterisert ved at fibrene (10,12) for dannelse av fiberbelegget (6) påføres i tørr tilstand på oppstrømsoverflaten av bærerlegemet (4), fortnnnsvis ved hjelp av en luftstrøm, hvorved det på forhånd på oppstrøms-overflaten er anbragt et adhesiv for tilveiebnngelse av fiber/fiber-bindmgen og fiber/bærerlegeme-bindingen, idet et første fiberbelegg av første fibre (10) hvis lengde er større enn den gjennomsnittlige porestørrelse for bærerlegemet (4) og på dette, et andre fiberbelegg av andre fibre (12), bnnges på bærerlegemet, hvorved det benyttes andre fibre (12) med en lengde som tydelig er kortere enn lengden til de første fibre (10)

9 Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at det tilveiebnnges flere fiberbelegg med tiltagende finhet av porøsiteten i retning bort fra bærerlegemet (4)

10 Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9, karakterisert v e d at det på fiberbelegget 6 er anbragt et påfønngssjikt av finkornede partikler (16)

11 Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at påfønngsbelegget av finkornede partikler (16) er anbragt under anvendelse av slike partikler som ved den tilsiktede anvendelse av filterelementet (2) skal filtreres ut av en fluidstrøm

12 Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 8 til 10, karakterisert ved at det ved påføring av fibrene (10,12) og/eller de finkornede partikler (16) tilveiebringes en sugeluftstrøm fra oppstrømsoverflaten av bærerlegemet og gjennom dette

13 Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at konsentrasjonen og/eller størrelsen av medførte partikler registreres i sugeluftstrømmen efter at den har passert bærerlegemet (4) og at påføringen av fibre (10,12) og/eller finkornede partikler (16) avsluttes avhengig av denne registrenng

14 Fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av kravene 8 til 13, karakterisert ved at det på oppstrømsoverflaten av bærerlegemet (4) er anbragt et antistatisk belegg, fortnnnsvis av sotpartikler, før fibrene (10,12) påføres