SE449019B - Filterelement - Google Patents

Description

UI 449 019 Z Veckade pappcrselement användes i stor omfattning för gasfilt- rering, emedan den veckade konstruktionen i hög grad ökar den totala pappersyta, som kan upptagas i ett givet filterhölje.

Användning av veckat papper innebär emellertid problem genom att om vecken är placerade så tätt intill varandra, att stoft- bemängd luft ej kan genom-tränga åtminstone största delen av veckens djup, den tillgängliga pappersytan reduceras avsevärt.

Genom att papperet har begränsad styrka och stelhet, speciellt i veckad form, kan förrridning och/eller relativ förskjutning av filterelementets väggar äga rum under de pulserande ström- ningsförhållanden som råder i förbränningsmotorer. Detta med- för vanligen att den tillgängliga pappersytan reduceras genom att separeríngen mellan åtminstone en del av vecken minskas, så att stoftbemängd luft ej helt kan passera mellan dem. Problemet förvärras genom användning av behandlat papper, emedan de stör- re stoftpartiklarna har benägenhet att vidhäfta papperets yta istället för att inbäddas i (och därför tillsluta) porerna i papperet. Om mellanrummen mellan vecken är otillräckliga,resul- terar detta i tíllslutning av själva vecken långt innan den maximala kvarhållande kapaciteten uppnåtts.

Det är vanligt att söka undanröja dessa svårigheter genom präg- ling av utbuktningar, som åtskiljer vecken i papperet före el- ler under veckningen. Ett exempel på detta beskrives i den brit- tiska patentskriften 840757. Alternativt kan papperet helt en- kelt korrugeras på längden före veckningen. Detta har varit praxis sedan många âr men ger föga eller ingen kontroll av veck- separeringen. Gapen mellan vecken är för små för att optimal bnkstid skall uppnås. Samtliga dessa svårigheter förvärras emellertid avsevärt, när ett avsmalnande filterelement använ- des. Dylika element beskrives i den brittiska patentskriften 1507824, där ett veckat papperselement med utformning av en stympad kon med vecken längs efter den lutande sidan av konen beskríres. Ett sådant element benämnes "avsmalnande filterele- ment" i det följande. n bl UI 449 019 -u D Enligt föreliggande uppfinning är vecken i ett veckat avsmal- nande pappersfilterelement försedda med vecken âtskiljande ut- buktningar, vilkas höjd i förhållande till papperets plan grad- vis minskar efter elcmentets längd så att kontrollerad separe- ring av vecken erhålles över åtminstone större delen av ele- mentets längd.

De vecken âtskiljande utbuktningarna på den sida av det vecka- de papperet, som vid användning bildar den yttre ytan av det av- smalnande elementet, föreligger lämpligen i form av avsmalnande präglingar, varvid en avsmalnande prägling kan betecknas som en kontinuerlig deformation som sträcker sig över åtminstone en större del av veckdjupet, så att en rygg bildas, vars höjd i förhållande till papperets plan minskar successivt mot veckets botten. Det är tydligt att veckdjupet hänför sig till djupet av de individuella vecken och ej till bredden av det papper, varav de bildas. Pâ samma sätt är bottnen av ett veck belägen vid bör- jan av den mellan tvâ intilliggande veckväggdelar inneslutna vinkeln.

För åstadkommande av veckseparering på insidan av det avsmal- nande filterelementet är det lämpligt,att utbuktningarna har konstant höjd genom veckets hela djup, fastän denna konstanta höjd gradvis minskar längs vecket. Det har visat sig, att detta förbättrar elementets utförande, speciellt när strömningen genom detsamma går från utsidan till insidan av konen. Denna ström- ningsriktníng är den som normalt användes enligt den brittiska patentskríften 1507824. Utbuktningarna i motstdende veckdelar ligger lämpligen í linje sd att de mötas i en kontinuerlig el- ler diskontinuerlig linje, som sträcker sig från veckets mynning eller tätt intill densamma till dess botten. Detta rmhmerur den höjd som erfordras i utbuktningarna i en väggdel för en given separering mellan motstdende väggdelnr och gör framställningen lättare.

Mellnnrummet mellan de vecken àtshiljnnde utbuktningarna är ej avgörande om tillräckligt antal utbnktningar finnes för att upnrätthalla separeringen av tecken och om de ej ligger sd nära varandra att en otïllbörlig strönníngshegrünsníng uppstår. b! :fn 449 019 4 I praktiken har ett mellanrum upp till cirka l cm mellan när- liggande utbuktningar, som sträcker sig i samma riktning, vi- sat sig tillfredställande.

Höjden på lämpliga avsmalnande präglingar kan vara upp till 1 mm i förhållande till papperets plan, där motstående präglingar ligger i linje för att mötas rygg mot rygfl. De angränsande rygg- delarna kan vara 1-3 mm breda. En lämplig bredd vid basen av en prägling kan vara cirka S mm. Vid dessa lämpliga betingel- ser ger en kombination av behandlat papper och ett avsmalnande element papperet optimal brukstid ifråga om (a) stoftkvarhâllan- de kapacitet och (b) tryckfall över filtret. Detta senare är mycket betydelsefullt, emedan genomflödet i filtret och vid förbränningsmotorer förgasningssystemets effekt pâverkas därav.

Användning av separerande utbuktningar eller präglíngar, som gradvis minskar i höjd enligt uppfinningen resulterar i ett av- smalnande element, där separeringen mellan vecken hålles under kontroll över största delen av veckens längd och djup. Detta re- sulterar även i ett element med exceptionell stelhet vid pulse- rande strömningsförhállanden. Trots den uppenbarligen betydligt ökade kontakten mellan vecken har det visat sig, att ett avsmal- nande element med gradvis minskande höjd på de âtskiljande ut- buktningarna enligt uppfinningen har en mycket större kapacitet för stoftadsorption, mentets brukstid har innan starka tryckfall signalerar att ele- gâtt tillända.

Det skall framhållas, att det i föreliggande sammanhang ej är nödvändigt att ett avsmalnande element skall uppvisa en hög grad av konicitet för veckseparering, som utgör grund för be- stämning av den stoftkvurhâllandc kapaciteten och/eller tryck- fallet i filtret. Även ett"optimalt" avsmalnande element med utbuktningar för veckscparering enligt uppfinningen kan synas innehålla för mycket papper (för många veck) vid den relativt trånga ändenoch för litet papper (för få veck) vid den relativt vida änden. Konicitetsgraden bestänmes av skillnaden mellan de båda elementündnrnas diametrnr, ocn det har visnt'sig, att su litet som cirka 1 eller 1,5 cm skillnad på en elementlängd av exempelvis 25 cm och en medeldinmeter av lS eller 20 cm kan ge upphör till veckseparutionspreblem, om ej tekniken enligt uppfin- ningen tillämpas.

D I LH 449 019 Av denna anledning är det nödvändigt att den ovan beskrivna veckseparationstekniken tillämpas. Det är ej tillräckligt att använda de tidigare kända likformiga utbuktningarna, emedan de ej ger tillräcklig kontroll av veckseparationen elementkonicitet. Detta leder till igensättning ens vid en svag av vecken och följaktligen reduktion av den stoftkvarhdllande kapaciteten.

I en luftrenare med stor volym för en dieselmotor uppnas exem- pelvis den àsvftade brukstídcn (d.v.s. gränsen för godtagbart tryckfall), när cirka 4000 g adsorberats på ett konventionellt rörformigt veckat papperselement. "SAE fine"-stoft användes.

I motsats därtill adsorberade ett avsmalnande element med de âtskiljande utbuktningarna med graderad höjd enligt uçpfinning- en nästan 6000 g stoft, innan brukstiden gàtt tillänia.

En ytterligare fördel enligt uppfinningen har visat si 'JH YGTCL den ovan nämnda stelheten. Hittills har avsmalnande element sta- biliserats genom användning av bindemedel för att fästa de ra- diellt innersta och/eller yttersta delarna av vecken vid de in- re och yttre perforerade hållare av plåt, som vanligen använ- des. Spiralformiga bindemedelsband har använts för detta ända- mål och fastän denna teknik är relativt god, finnes benägenhet för att åtminstone en del av pappersytan döljes, varigenom den stoftadsorperande kapaciteten reduceras. Alltför tätt belägna veck kan även bildas, om elcmcntsatsen ej hnndhaves mei försik- tighet.

Uppíinningen avser även ett luftfilter, som är utrusta: med ele- ment enligt uppfinningen.

I det förut nämnda exemplet jämfördes ett avsmnlnande element enligt uppfinningen med ett konventionellt, rörformigï element, Vid .P35 v Ott som framställts av samma papper. Båda elementen test; genomflöde av 11,3 m°/min och bada visade ett initialtrvckfall av 21,5 cm vattenpelare. Standardstoft leddes till inloppsluft- strömmarna med konstant hastighet ocn trvckfallet i elementen följdes. När detta uppgick till 55,8 cm Lvílket utgjorde den normala lnboratorie-brukstiden för det konventionella elementet vid denna flödeshastighet) stoppades testerna. Detta normala tryckfall efter test-brukstiden uppndddes efter 0.5 H. när det ~ gällde det konventionella filterclemcntet.och efter 1 h ifråga om det avsmalnnnde elementet med de vcckcn dtskíljandf utbukt- fx) UI bl u: 449 019 6 ningarna med graderad höid enliqt föreliggande unnfinninq. Båda elementen vägdes efter testerna och det visade sig, att det kon- f» ventionella elementet hade adsorberat cirka 4000 g stoft, men att elementet med de i höjdled graderade utbuktningarna adsor- berat cirka 6000 g stoft. Eftersom båda elementen hade samma to- v» tala pappersyta, var förbättringen i stoftkvarhâllande förmåga som erhölls med användning av det avsmalnande elementet med i höjdled graderade utbuktningar mycket betydande, vilket visar att antingen en större strömningshastighet kunde användas för samma brukstid eller alternativt en längre brukstid uppnås och utan att öka pappersytan och/eller elementets storlek.

Uppfinningen åskàdliggöres vidare genom följande jämförande exempel.

Ett konventionellt rörformigt filterelement med parallella sidor framställdes av normalt, behandlat filtrerpapper. Papperet korru- gerades lätt på längden före veckníng till 2,5 cm djupa veck och hopsattes till ett rör med en yttre diameter av 19 cm och en längd av 25 cm. Detta rör infördes i ett filterhölje och dess konventionella kapacitet var 7,9 ms/min genomflöde och ett ini- tialtryckfall av 100 mm vattenpelare (manometertryck). Vid test- ning under detta genomflöde kvarhöll elementet 555 g standard- stoft (SAE fine dust) innan testet avslutades vid ett trvckfall av 505 mm vattenpelare (manometertryck),då elementets brukstid var tillünda.

Samma typ av filtrerpapper användes sedan för framställning av ett avsmalnande element som passade för samma totala storlek av ett fílterhölje. Pappcret präglades emellertid enligt förelig- gande uppfinning djup ökades till och korrugerades ej före veckningen. Yeckens 3,8 cm för att utnyttja fördelen av den ökade diametern av den relativt vida änden, som erhölls genom att an- vända ett avsmalnande element.

Trots det ökade veckdjupet mäste den totala pappersytan i fil- terelementet reduceras, till stor del på grund av den uppnådda mycket bättre separeringen av vecken (större och mera likformigl.

Initialtryckfallet var detsamma men vid testning med samma stoft och vid samma genomflöde (7,9 m°/min] och samma slutliga tryck- 1 fall (505 mm vattenpelare), hade elementet kvarhdllit icke mind- bl 'Jl 449 019 I re än 1275 g stoft, en förbättring på mer än 3,5 gånger den av det konventionella elementet kvarhällna mängden.

Vid ett ytterligare försök att àskådliggöra effekten enligt fö- religgande uppfinning framställdes såsom tidigare ett avsmalnat element av konventionellt, lätt korrugerat papper. Elomentet var 45,6 em långt och medeldiametern var 21,5 cm.

Elementet infördes i ett metallhölje och testades vid ett genom- flöde av 16,8 ms/min och ett initialtryckfall av 100 mm vatten- pelare. När tryckfallet uppgick till 500 mm vattenpelare, visade sig elementet innehålla 1440 g standardstoft.

Detta försök upprepades med användning av papper, som var för- sett med utbuktningar enligt uppfinningen. Den totala pappers- ytan (antalet veck) måste reduceras med cirka 10 % på grund av den erhållna ökade och mera likfermíga veckseparationen. Trots den den stoftkvarhàllan- Det- ta var helt att hänföra till användningen av de avsmalnande ut- stora reduktionen av total pappersyta steg de kapaciteten till 1980 g, en förbättring med cirka 35 %. buktningarna enligt uppfinningen, enedan de övriga parametrarna (utom pappersytan) var oförändrade. ' Uppfinningen beskrives närmare under hänvisning till bifogade ritning, där fig. 1 är en schematisk tvärsektion genom tva mot varandra vända veckväggar sedd radiellt i ett avsmalnande element och fig. Z visar i perspektiv delvis i sektion en del av ett an- nat avsmalnande element. l fig. 1 betecknar 2 och J rader av angränsande veckväggar, sem är försedda med utbuktníngar 4 resp. 5, som skiljer vecken frän varandra och sträcker sig längs vecket. Av ritningen framgår att höjden på de individuella utbuktníngarna gradvis minskar fràn elementets bas 6 mot toppen T. På samma sätt utskjuter ra- der av utbuktningar 8,9 i motsatt riktning mot utbuktníngarna - 4 och s för separering av veckväggarna 2 och 5 från närliggande väggar (ej visade). Dessa uthuktníngar minskar även i höjdled pa exaktsamma sätt som uthuktningnrna 4 och S. - I fig. 2 visas en del av ett avsmalnande element 19 mera detal- iernt. I detta fall dtskilis närliggande veck 10,11 genom avsmal- nande präglingar 14 i filtrerpnpperet. Elementets bas bestnr av en ändkdpa 15 av metall, vid vilken veckens ändar är fästa genom 449 019 8 inbäddníng i ett bindcmedelsskikt 16. Inre och yttre perforera- de hållare 17 resp. 18 av metall uppbär elementet 19, som avsmal- nar mot en mindre men i övrigt liknande ändkàpa (ej visad) vid g.. elementets smalare del. Präglingarnas höjd är graderad längs vecken och även radiellt i djupled. Detta element var det som ovan jämfördes med ett konventionellt, rörformigt element.

Claims (5)

449 019 PATENTKRAV

1. Pappersfilterelement med lutande vägg som har formen av stympad kon och med veck som sträcker sig i dess längdrikt~ ning. vilka veck inbegriper utbuktningar (4.5,8.9) präglade i det papper vecket är format av och anordnat att gransa mot ett intilliggande veck for reglering av separationen av intillig- gande veck, k ä n n e t e c k n a t av att höjden pà utbukt- ningarna, vilka är anordnade pà avstand fran varandra längs den lutande väggen, är gradvis avtagande längs elementet för erhållande av en kontrollerad veckseparation över större delen av elementets längd.

2. Filterelement enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att utbuktningarna, som àtskiljer vecken 410,11) har formen av en avsmalnande präglinq (14), som består av en kontinuerlig deformation, vilken sträcker sig over åtminstone en större del av veckets djup för bildning av en as, vars höjd i förhållande till papperets plan minskar successivt mot veckets botten.

3. Filterelement enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av, att utbuktningarna. som àtskiljer vecken och som vid filt- rets anvandning utskjuter fràn papperets plan i riktning mot det avsmalnande elementets yttre yta utgores av avsmalnande praglingar (14) enligt krav 2 och de utbuktningar, som àtskil~ jer vecken och vilka utskguter fràn papperets plan i motsatt riktning har i huvudsak konstant hojd langs dgupet i varje veck.

4. Filterelement enligt nagot av krav 1-3. k a n n e- t e c k n a t av, att utbuktningarna, som àtskiljer vecken, är utbildade att ligga rygg mot rygg intill varandra. nar pap- peret ar infört i ett filterelement. ' 5. Filterelement enligt krav 4. k a n n e t e c k n a t av. att utbuktningarna, som àtskilger vecken, har en hojd av cirka 1 mm i forhàllande till papperets plan och att deras anliggande delar ar 1-3 mm breda. L

5. Användning av filterelement enligt nagot av krav 1-5 i luftfilter för fërbranninqsmotorer.