SE437617B - Luftfilterelement for avlegsnande av ultrafina partiklar vilka svevar eller er suspenderade i luft - Google Patents

Description

7907352-4 2 varligt problem och för reducering till ett minimum av in- trädet av stoft och mikrober till följd av människor, som kommer in i rummen, leverans av apparater eller instrument etc. ävensom för avlägsnande av det suspenderade stoftet el- ler mikroberna har det s.k. renrum-systemet konventionellt begagnats, vid vilket luften som skall tillföras till rummen först filtreras för rening medelst luftfilter av hög verk- ningsgrad och sedan inblåses från vindlingar eller slingor (vertikalt laminärt strömningssystem) eller genom väggar (horisontalt laminärt strömningssystem).

Emellertid har särskilt på området för IC- och LSI-produk- tion ytterligare utveckling mot ännu mindre storlek och hög- re täthet och precision varit på väg och för förbättringar- na i kvalitet och verkningsförmåga kommer noggrannhet i iso- lering vid ett luftgap av 0,3 pm i fråga medan även på sjuk- hus uppmärksamheten nu riktas på mikrober mindre än 0,3 pm i storlek och starka krav sålunda har ställts på avlägsnan- det av dessa ultrafina partiklar. Mera specifikt uppfyller i de konventionella renrummen, som är försedda med renluft- projektorer utrustade med HEPA-filter, vilka har högre upp- samlingsförmåga än 99,97% för de fina partiklarna av stor- leksordningen 0,3 pm i diameter, renheten icke fordringarna, emedan den visar endast klass l eller högst 100 (d.v.s. an- talet partiklar i l kubikfot luft är 1 respektive 100 på grundval av U.S. Federal Standards 209b) med avseende på de fina partiklarna, som har en större diameter än 0,5 pm och därför har renrummet av högre grad, d.v.s. det s.k. superren- rummet av klass l eller 100 för fina partiklar mindre än 0,3 pm, t.ex. för ultrafina partiklar av 0,1 pm, kommit att er- fordras.

För de ovan beskrivna önskemålen är blotta elektrostatiska stoftavskiljare och konventionellt till budsstående elektro- statiska filter icke endast dyrbara i installation med er- forderliga kraftkällor utan otillräckliga i stoftavlägsnande förmåga gentemot de ultrafina partiklarna som beskrivits v-' 7907352-4 ovan. För övrigt ger användning av endast ett filterblad när det konventionella högeffektiva luftfiltret (HEPA-filter) skall begagnas icke tillräcklig stoftavlägsnande förmåga gentemot de ultrafina partiklarna. För att övervinna den ovan beskrivna olägenheten övervägdes naturligtvis att för- bättra stoftuppsamlingsförmågan antingen genom att stapla upp flera än två blad eller genom att öka tätheten av ett blad, men i det ovanstående fallet blev, ehuru den stoftav- lägsnande förmågan blev förbättrad, tryckförlusten däremot mycket stor och blev icke endast hjälpmedlen såsom fläktar, kanaler etc. skrymmande utan ökades effektbelastningen, var- vid sålunda lämpligheten för den verkliga användningen och tillförlitligheten gick förlorade i stor utsträckning. I det ovanstående sammanhanget kan det, eftersom det konven- tionella luftfiltret med hög verkningsgrad är beroende av partikeluppsamling genom mekanisk filtreringsverkan, vara möjligt att uppsamla fina partiklar om luftgapen mellan fib- rer ytterligare minskas och för uppsamling av finare partik- lar kan det tjäna syftet, om ett filter som har en ännu mindre pordiameter tillverkas för användning. Även genom ovanstående anordning kan de tidigare beskrivna nackdelarna emellertid icke undvikas, medan filtertilltäppning har be- nägenhet att ske, med åtföljande ökning i tryckförlust, vil- ket sålunda resulterar i en kort livslängd av filtret.

Följaktligen är det ett primärt ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett förbättrat luftfilterelement, som har en hög verkningsgrad utan möjligheter till tilltäpp- ning, med avsevärd eliminering av olägenheter som är inne- boende i de konventionella luftfiltren- Enligt föreliggande uppfinning har det förbättrade luftfil- terelementet uppnåtts genom kombinerande av de konventionel- la HEPA-filtren etc. med elektretfilter, varvid sålunda ett filter med hög verkningsgrad, vilket icke har stått till buds enbart genom de kända filtren eller genom elektret- filtren, med fördel erbjuds. Som exempel uppsamlas, när ett ” r i i FOMI-QUALITY 7907352-4 blad av HEPA-filter och ett blad av elektretfilter staplas på varandra, partiklar större än 0,3 pm av HEPA-filtret, medan partiklar mindre än 0,3 pm uppsamlas av elektret- filtret, och därför kan ett filter, som har ytterst hög uppsamlingsförmåga och liten tryckförlust, erhållas. Det är när att märka att eftersom elektretfiltret uppsamlar partik- larna icke genom mekaniskt fint såll utan genom attrahering av de suspenderade partiklarna på ytan av fibrer genom cou- lombkraft härrörande från den därpå rådande ytpotentialen är det fritt från tilltäppning och uppvisar mycket liten ök- ning i tryckförlust med ytterst hög uppsamlingsförmåga som följd.

Med hänvisning till bifogade ritningar skall uppfinningen här nedan beskrivas utförligt._Fig. l (a) till l (g) är schematiska sidosektionsbilder, som visar exempel på speci- fika försök med olika ordningsföljd av de material som for- mats till elektret enligt föreliggande uppfinning och de material som icke formats till elektret med avseende på luft- strömmen och även visar konturformen av varje filtermateri- al. Fig. 2 (a) till 2 (c) är schematiska sidosektionsbilder, som visar anordningarna av filtermaterial, vilka begagnas i de specifika försöken. Fig. 3 (a) till 8 är schematiska si- dosektionsbilder, som visar anordningarna av ovannämnda fil- termaterial och exempel på specifika konstruktioner, vilka huvudsakligen begagnas för superrena rum.

Den elektret som skall begagnas vid föreliggande uppfinning är helt allmänt av bladform. Vid elektreten i bladform fö- rekommer det fall, där den ena ytan därav är laddad till en positiv polaritet och den andra ytan därav till en negativ polaritet eller där respektive ytor därav, som utgör fibrer eller granuler, vilka bildar bladet, är laddade till både positiva och negativa polariteter (t.ex. i det fallet där efter elektretisering av fibrer elektreten är formad till blad av vävt tyg eller icke-vävt tyg). Samma företeelser som beskrivits ovan iakttagas även i annan elektret än bladform- fifioor Q i 'vuUR 7907352-4 -elektreten, t.ex. i elektreten av granulär form, och ge- nom coulomb-kraften etc., som härrör från ytpotentialen hos densamma, attraheras laddade partiklar bland de sus- penderade partiklarna till den i olika polaritet laddade ytan av elektreten, medan neutrala partiklar även attrahe- ras till den närbelägna ytan genom elektrostatisk induk- tion. För övrigt kan den elektret som skall begagnas vid föreliggande uppfinning framställas genom införlivning i lådliknande organ av tyg eller porösa strukturer såsom icke-vävda tyg, cellmaterial eller poröst material som har kontinuerliga blåsor etc. och även granulär elektret el- ler liknande, vilka staplas i flera än ett blad i det er- forderliga antalet eller vikas till sicksack-former etc. för användning.

För de konventionella filtren viks däremot filtren av me- delgod verkningsförmåga (t.ex. NB95-filter), luftfilter av hög verkningsförmåga (HEPA filter) etc. till sicksack-for- mer för verklig användning.

I fig. 1 visas ett exempel på en konstruktion, vid vilken det konventionella filtret och elektret-filtret skall kom- bineras. I figuren visar med heldragna linjer snedstreckade delar elektret-filtret, medan de som är snedstreckade med prickade linjer anger det konventionella filtret. Likaledes är det konventionella filtret representerat med siffran l och elektret-filtret med siffran 2. Elektret-filtret kan in- stalleras på uppströmssidan eller nedströmssidan, men det är lämpligast att anbringa elektretflyret på nedströmssi- dan för utnyttjande av de starka spetsarna av båda filtren för att erhålla ett filter med gynnsamma egenskaper. Partik- lar som har en diameter större än 0,3 pm uppsamlas av det konventionella filtret på uppströmssidan, medan ultrafina partiklar uppfångas av elektret-filtret såsom bekräftas av de försök som utförts av uppfinnaren. Samtidigt har det även bekräftats att tryckförlusten är mindre när elektret-filtret är anordnat på nedströmssidan. Såsom visas i figuren kan upp- POOR QUALITY 7907352-4 samlingsförmågan förbättras genom vikning av filterelemen- tet på ett sicksack-vis med en liten ökning i tryckförlus- ten, ehuru det blir någon ökning i tjockleken. I fig. l vi- sar (a) den konstruktion där elektret-filterbladen är anord- nade med det konventionella filtret av sicksack-typ fasthâl- let däremellan och (b) den konstruktion, vid vilken elektret- -filterbladet är anordnat på nedströmssidan av det konven- tionella filtret av sicksack-typ medan (C) åskådliggör den uppbyggnad, vid vilken elektret-filterbladet är anordnat på nedströmssidan av det bladformade konventionella filtret, (d) föreställer den konstruktion, vid vilken elektret-fil- tret av sicksack-typ är installerat på nedströmssidan av det liknande konventionella filtret av sicksack-typ, (e) vi- sar den anordning, vid vilken endast det på nedströmssidan anbragta elektret-filtret är framställt i sicksack-formen, (f) åskådliggör den uppbyggnad, vid vilken elektret-filter- elementet är anbragt mellan de konventionella filtren av sicksack-typ, och (g) visar den konstruktion, vid vilken det konventionella filtret på nedströmssidan i (f) är modifie- rat till bladformen. Det är här att märka att i filterele- ment-uppbyggnaderna i (f) och (g) kan det konventionella filtret på nedströmssidan vara modifierat till att vara blott och bart stödorgan för understödjande av det däremel- lan anbragta elektret-filtret. Vidare kan filterelementet vara av en sådan typ som innehåller elekretiserade tyger in- uti det konventionella filtret. Det vill säga att filterele- mentet kan vara av en blandtyp av fibrer, som är elektreti- serade, och konventionella filtertyger. För övrigt är det möjligt att utnyttja ett som har en konstruktion, vid vil- ken elektret i pulverform eller granulär form är innesluten i det konventionella filtret av blad-form.

Förbättringar i verkningsförmågan genom användningen av luft- filtren som konstruerats enligt föreliggande uppfinning skall beskrivas nedan med hänvisning till experimentella da- ta. 7907352-4 Det är att märka att exempel här är insatta i och för åskåd- liggörande av föreliggande uppfinning utan någon avsikt att begränsa omfattningen därav.

Exemgel l På nedströmssidan av ett blad av HEPA-filter, som beskrivs nedan, installerades ett blad av elektret-filter, vilket hade egenskaper såsom följer och deras anordning visas i fig. 2 (a).

HEPA-filter: (HEPA.......... "High Efficiency Particulate Air") Material Glasfibrer Tjocklek 0,4 mm ökning 1 vikt so g/m2 Tryckförlust 10 om/S 56 mm vattenpelare Elektret~fllter: Material Polypropylenfibrer Tjocklek 5 mm d ökning 1 vikt 400 g/m2 Tryckförlust 10 om/S 7 mm vattenpelare Exemgel 2 Två blad av elektret-filter, som beskrivs nedan, anordnades med ett blad av det följande HEPA-filtret fasthållet där- emellan, och deras anordningsschema visas i fig. 2 (b).

UEFA-filtufz Detsamma som användes i exempel l.

PGOR Qwjëïlïfïï 7907352-4 8 Elektret-filter: Material polypropylenfibrer Tjocklek 4 mm ökning 1 vikt soo g/m2 Tryckförlust 10 cm/S 5 mm vattenpelare Exemgel 3 Två blad av elektret-filter, som beskrivs nedan installe- rades på nedströmssidan av ett blad av NB95-filter, vil- ket hade egenskaper som följer och deras anordningsschema visas i fig. 2 (c).

NB95-filter: (NB... . . . . ... National Bureau of Standards) Material Glasfibrer Tjocklek 0,4 mm ökning i vikt 90 g/mz Tryckförlust 10 cm/S ll mm vattenpelare Elektret-filter: Detsamma som användes i exempel l.

Resultatet av-verkningsjämförelse är visat i tabell l nedan.

Tabell 1 Exempel Konventionella filter Elektret-filter HEPA HEPA NB95 Viktökning Viktökning 1 2 3 1 b1ad 2 b1aa 1 b1ad 4oo g/m2 aoo g/m2 Tryckförlust 10 cm/S 63 66 26 56 112 16 7 5 mm vattenpe- lare šv 0,111 Nm 000 0,00 0,00 0,20 0,09 45,2 0,01 0,93 É partikel É 0,29 um 000 0,00 0,00 0,01 0,00 13,4 0,00 0,06 partikel Med avseende på den ovan beskrivna inträngningen mättes an- 7907352-4 talet partiklar i 100 cm3 vid luftströmningshastigheten 10 cm/S på nedströmssidan och uppströmssidan av filterele- mentet, varvid förhållandet är framställt i %. Till mätin- strumentet begagnades PMS-laser-aerosolspektrometern.

Såsom framgår av resultaten av försök som beskrivits ovan har enligt uppfinningen med fördel erhållits ett nytt fil- terelement, som har en i hög grad överlägsen filterverkan jämfört med de konventionella filtren eller med det fallet, där endast elektret-filtret användes. I de föregående exemp- len kunde, ehuru ökningen i vikt av det elektreten bildan- de filtret sattes till att vara 300 g/m2 på den undre si- dan, även där filtret hade en ökning i vikt mindre än den ovannämnda, t.ex. 200 g/m2, partiklar med så liten diameter som 0,111 pm fullständigt avlägsnas.

Det bör här framhållas att i mätinstrumenten för mätning av antalet fina partiklar har PMS-laser-aerosolspektrometern, som är i stånd att mäta partiklar vid 0,111 pm den högsta verkningsförmågan och snarare än det sakförhållandet att partiklar som är mindre i diameter än den ovannämnda nivån icke kunna mätas, eftersom partiklarna av 0.lll pm är full- ständigt eliminerade efter passerande genom filterelemen- tet enligt föreliggande uppfinning såsom framgår av ovanstå- ende, antages det att partiklar mindre än 0,111 pm har av- lâgsnats i en betydande mängd, i det att man tar hänsyn till att de icke kunde mätas.

I det följande skall den filterkonstruktion som huvudsak- ligen begagnas för de superrena rummen beskrivas.

Den i fig. 3 (a) visade anordningen är en utföringsform en- ligt tillståndet i fig. 1 (d) och har en sådan konstruktion att det högverksamma bladformiga konventionella filtret och det bladformade elektret-filtret, som respektive lagts i sicksack-former, är anbringade på uppströmssidan och ned- strömssidan såsom visas för att vid kanterna vara fästa vid aai 7907352-4 10 ramen 3 genom lämpliga medel.

Den i fig. 3 (b) visade anordningen är allmänt lik den i fig. 3 (a) och är så konstruerad att det högverksamma bladformiga konventionella filtret, som är anbringat på uppströmssidan och elektretfiltret,som är anbringat på nedströmssidan, var- dera är lagda i sicksack-form genom motsvarande mellanlägg 4 av aluminium och liknande anordnade ett och ett med kanter- na av filtren fästa vid ramen 3 genom lämpliga medel.

Genom blâsning av luft med luftfiltren, som har sådana kon- struktioner som beskrivits ovan, installerade vid blästerhâ- let för det rena rummet omvandlas den förorenade luften till hñgrenad luft, som är väsentligen fri från stoft och mikro- ber, för att blåsas in i det rena rummet, varvid sålunda det höggradigt superrena rummet bildas.

Fig. 4 visar en liten modifikation av anordningen i fig. 3 (b). Vid anordningen i fig. 4 är det bladformiga konventio- nella i sicksack lagda filtret och det i sicksack lagda elektret-filtret anordnade vinkelrätt mot varandra och fig. 4 (a) visar konstruktionen därav sedd från en inre sidorikt- ning, medan fig. 4 (b) förtydligar konstruktionen av fig. 4 (a) sedd uppifrån.

I det att nu hänvisas till fig. 5 har anordningen i fig. 5 (a) en konstruktion, vid vilken på uppströmssidan det hög- verksamma bladformade konventionella filtret, som lagts i sicksack-form genom motsvarande mellanlägg 4 anordnade ett och ett, vid kanterna är fäst vid ramen 3 genom lämpliga me- del på liknande sätt som i fig. 3 (b), medan på nedströms- sidan det bladformade elektret-filtret, som lagts i sick- sack-form, vid kanterna är fäst vid ramen 3 ävenledes genom lämpliga medel på liknande sätt som i fig. 3 (a). Å andra sidan är anordningen i fig. 5 (b) så konstruerad att på upp- strömssidan det högverksamma bladformade konventionella filt- ret, som lagts i sicksack-form, vid kanterna är fäst vid ra- 7907352-4 ll men 3 genom lämpliga medel på liknande sätt som i fig. 3 (a), medan på nedströmssidan det bladformade elektretfiltret, som lagts i sicksack-form genom motsvarande mellanlägg 4 anord- nade ett och ett vid kanterna är fäst vid ramen 3 genom lämp- liga medel på liknande sätt som i fig. 3 (b).

Vid anordningen i fig. 6 är det högverksamma bladformade konventionella filtret, som lagts i sicksack-form genom mot- svarande mellanlägg 4 av aluminium och liknande anordnade ett och ett, vid kanterna fäst vid ramen 3 på uppströmssi- dan genom lämpliga medel på liknande sätt som i fig. 3 (b), medan elektretfiltret, som är framställt genom fyllning av elektret-fibrer och liknande i form av bomull i ramen 3 med en lämplig täthet är anordnat på nedströmssidan. Siffran 5 utvisar det lämpliga antalet stödorgan för understödjande av dessa fibrer etc., vilka är organ av kam-liknande form gjorda av trä, plast eller metalliskt material, metalltråd- nät eller porös platta etc.

För övrigt är vid anordningen i fig. 7 det högverksamma kon- ventionella filtret l, som är vikt i sicksack-form, upptaget i ramen 3 så att det är ytterligare vikt på nytt på sicksack- vis för att vid omkretskanterna vara fäst vid ramen 3 med de respektive bladsidorna av filtret anordnade i approximativt rät vinkel med avseende på luftströmningsriktningen. Under tiden fylls elektret-filtret 2, som är gjort av de bomull- -liknande elektret-fibrerna, etc. i de killiknande mellan- rummen på nedströmssidan av filtret l i en lämplig täthet.

Med siffran 5 är stödorganen för understödjande av de tidiga- re nämnda fibrerna och liknande betecknade. Dessa organ är av kam-liknande form och gjorda av trä, plast eller metal- liskt material, metalltrådnät eller porös platta, etc.

Vidare är vid konstruktionen i fig. 8 det högverksamma kon- ventionella filtret l, som är vikt i sicksack-form, inrymt i ramen 3 så att det är ytterligare vikt återigen i sick- sack-form för att vid sina omkretskanter vara fäst vid ramen 7907352-4 12 3, med de respektive bladsidorna av filtret även riktade approximativt i rät vinkel med avseende på luftströmnings- riktningen. Under tiden fylls det av de bomullsliknande elektret-fibrerna etc. gjorda elektret-filtret 2 i mellan- rum, som är anordnade längs filtret l på nedströmssidan av filtret 1 i en lämplig täthet. Vid denna anordning visar siffran 5 stödorganen för understödjande av elementet av det tidigare nämnda elektret-filtret. Dessa stödorgan är av kam-liknande form och gjorda av trä, plast eller metal- liskt material, metalltrådnät eller porös platta etc. I det ovan beskrivna filterelementet kan, eftersom de bakre 'delarna av stödorganen 5 är försedda med killiknande mellan- rum och följaktligen mindre mängd av elektret-element erford- ras än vid fallet i fig. 7, filterelementet ekonomiskt fram- ställas för låg kostnad utan minskning i verkningsförmâgan.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 1; 7907352-4 Patentkrav

1. Luftfilterelement för avlägsnande av ultrafina partik- lar vilka svävar eller är suspenderade i luft, k ä n - n e t e c k n a t av en ram (3) med en uppströmssida och en nedströmssida för upptagning av filterblad, ett första filterblad (1) av HEPA-filtermaterial väsentligen utan elektrisk laddning på ramens uppströmssida, ett andra filterblad (2) efter det första filterbladet på ramens nedströmssida, vilket andra filterblad är utfört av dielek- triskt material och har en yta med positiv laddning och en yta med negativ laddning.

2. Luftfilterelement enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att nämnda ytor av det andra filterbladet (2) bildas av fibrer med respektive positiv och negativ ladd- ning.

3. Luftfilterelement enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att det andra filterbladet (2) består av ett enda material såsom polypropylen.

4. Luftfilterelement enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att åtminstone det första filterbladet (1) upp- tages i ramen (3) i sicksackform.

5. Luftfilterelement enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att det första (1) och det andra (2) filter- bladet upptages i ramen (3) i sicksackform.

6. Luftfilterelement enligt krav 4 eller 5, k ä n n e - t e c k n a t av stödorgan (4) i form av mellanlägg mel- lan filterbladens sicksackformade partier.

7. Luftfilterelement enligt krav 5 eller 6, k ä n n e - t e c k n a t av att de sicksackformade partierna av det första filterbladet (1) sträcker sig väsentligen parallellt med ett första plan och de sicksackformade 14 7907352-4 partierna av det andra filterbladet (2) sträcker sig väsent- ligen parallellt med ett mot det första planet vinkelrätt andra plan.

8. Luftfilterelement enligt krav 4, k ä n n e t e c k - n a t av att det första filterbladets (1) sicksackformade partier var för sig har sicksackformad profil.