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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Luftfiltermaterial zur Reinigung von Luft, welches in der Lage
ist, aus der Luft Staub zu entfernen.
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JP-A-Nr. Hei 11-156123 offenbart
eine Luftreinigungsvorrichtung, die in der Lage ist, Staub mit einer
hohen Sammeleffizienz zu sammeln. Die Luftreinigungsvorrichtung
weist eine Kombination einer Grobfiltereinheit, ausgestattet mit
einem groben Luftfiltermaterial, und einer Luftfeinfiltereinheit,
ausgestattet mit einem feinen Luftfiltermaterial auf und ist dafür vorgesehen,
Staub mit einer hohen Sammeleffizienz zu filtern und die Filtermaterialien
für eine
verlängerte
Zeitdauer zu nutzen.
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In dem US-Patent Nr.
2,388,933 wird ein Luftfilter offenbart,
welcher ein Luftfiltermaterial aus Gewebe zum Abfangen von festen
Partikeln aus der Luft umfasst, wobei das Material ein Öl enthält.
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Filterpapier als Luftfiltermaterial
fängt Staubpartikel
in Räumen
zwischen den Fasern. Ein Faservlies- aus chemischen Fasern als Luftfiltermaterial fängt kleine
Staubpartikel mittels statischer Elektrizität, die sich auf den Oberflächen der
chemischen Fasern ansammelt, und fängt große Staubpartikel in den Räumen zwischen
den chemischen Fasern. Deshalb müssen
die Räume
zwischen den Fasern verkleinert werden, um die Reinigungseffizienz,
d.h. die Sammeleffizienz zu verbessern. Die Verkleinerung von Räumen zwischen
den Fasern bringt jedoch eine Erhöhung des Luftstromwiderstandes
des Luftfiltermaterials mit sich und, wenn ein mit einem solchen
Luftfiltermaterial ausgerüsteter
Luftreiniger im Einlasssystem einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet
wird, verringert der Luftreiniger den Wirkungsgrad der Verbrennung
der Verbrennungskraftmaschine.
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Ein Luftfiltermaterial, das durch
Einölen
von Filterpapier gebildet wird, ist in der Lage, Luft mit einer
hohen Reinigungseffizienz durch die kombinierten Wirkungen eines
Einfangens von Staubpartikeln in Räumen zwischen den Fasern und
eines Bindens von Staubpartikeln durch das klebrige Öl zu reinigen. Der
Luftstromwiderstand des Filterpapiers kann jedoch nicht durch Vergrößern der
Räume zwischen den
Fasern des Filterpapiers verringert werden, da das Öl in den
kleinen Räumen
zwischen den Fasern des Filterpapiers durch Oberflächenspannung
gehalten wird. Es ist schwierig, ein Öl in einem Faservlies aus chemischen
Fasern zu halten, da chemische Fasern im Allgemeinen glatte Oberflächen aufweisen und
das Öl
nicht leicht an den Oberflächen
der chemischen Fasern zu haften kann.
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Die vorliegende Erfindung wurde im
Hinblick auf diese Probleme gemacht und es ist deshalb eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Luftfiltermaterial zur Luftreinigung
bereitzustellen, welches in der Lage ist, Luft mit einer hohen Reinigungeffizienz
und bei einem geringen Luftstromwiderstand zu reinigen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Luftfiltermaterial aus einem Faservlies aus chemischen
Hohlfasern gebildet, welche axiale Kanäle oder Bohrungen aufweisen,
die ein Öl
enthalten. Das in den axialen Kanälen der chemischen Fasern enthaltene Öl wird durch
die offenen Enden der axialen bzw. in Längsrichtung der Fasern verlaufenden
Kanäle
ausgeschieden. Deshalb können
große
und kleine Staubpartikel mit einer hohen Sammeleffizienz durch die
kombinierten Wirkungen eines Einfangens von Staubpartikeln in Räumen zwischen
den chemischen Fasern und eines Bindens von Staubpartikeln durch
das Öl
gesammelt werden, selbst wenn die chemischen Fasern grob verteilt
sind, um den Luftstromwiderstand des Luftfiltermaterials zu verringern.
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In dem Luftfiltermaterial zur Reinigung
von Luft ist es bevorzugt, dass die chemischen Hohlfasern enge Öffnungen
aufweisen, die Rissen, Fissuren, Spalten, Sprüngen oder/und Ritzen ähnlich sind, und
die axialen bzw. in Längsrichtung
verlaufenden Kanäle
oder Bohrungen der Fasern erreichen. Das Öl wird durch die engen Öffnungen
ausgeschieden, um die Oberflächen
der chemischen Fasern zu benetzen, sodass Staubpartikel durch das
die Oberflächen der
chemischen Fasern benetzende Öl
gebunden werden können,
wodurch die Reinigungseffizienz des Luftfiltermaterials weiter verbessert
wird.
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Die obigen und andere Gegenstände, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher aus
der folgenden Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen
wird, in denen:
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1 eine
vergrößerte perspektivische
Teilansicht einer chemischen Hohlfaser zur Bildung eines Luftfiltermaterials
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
vergrößerte, perspektivische
Teilansicht einer weiteren chemischen Hohlfaser zur Bildung eines
Luftfiltermaterials ist, welches eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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3 eine
vergrößerte, perspektivische
Teilansicht einer chemischen Hohlfaser ist, welche Fissuren aufweist;
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4 eine
vergrößerte, perspektivische
Teilansicht einer chemischen Hohlfaser ist, welche Risse aufweist;
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5 Tabellen
zeigt, die die Eigenschaften von Luftfiltermaterialien gemäß der vorliegenden
Erfindung und von herkömmlichen
Luftfiltermaterialien zeigen;
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6 ein
schematischer Seitenriss einer Testmaschine zur Messung der Sammeleffizienz
ist;
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7 eine
graphische Darstellung ist, die einen Vergleich von Reinigungseffizienzen
von Luftfiltermaterialien gemäß der Erfindung
und von solchen von herkömmlichen
Luftfiltermaterialien im Hinblick auf Luftstromwiderstände zeigt;
und
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8 eine
graphische Darstellung ist, die einen Vergleich von Luftstromwiderständen von
Luftfiltermaterialien gemäß der vorliegenden
Erfindung und von solchen von herkömmlichen Luftfiltermaterialien
im Hinblick auf Reinigungseffizienzen zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Filtermaterialien zur Luftreinigung gemäß der vorliegenden Erfindung
werden genauer beschrieben im Hinblick darauf, wie sie in einem
Reinigungselement in einem Luftreiniger bzw. Luftfilter, der für das Einlasssystem
einer Kraftstoffverbrennungsmaschine vorgesehen ist, angewendet werden.
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Ein Luftfiltermaterial wird durch
Imprägnieren von
Polyesterhohlfasern P, die ein Faservlies bilden und axiale Kanäle aufweisen,
mit einem Ö1
gebildet. Eine Hohlfaser P, wie in 1 gezeigt,
weist ein glattes Ende P1 auf, wie etwa eines, das durch Schneiden
der Hohlfaser P mit einem scharfen Messer gebildet wird. Eine Hohlfaser
P, wie in 2 gezeigt,
hat ein raues Ende P2, wie etwa eines, das durch Abreissen der Hohlfaser
P gebildet wird. Das in den axialen Kanälen der Hohlfasern P enthaltene Öl tritt
durch die offenen Enden der axialen Kanalöffnungen in den Enden P1 und
P2 aus.
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Die Hohlfaser P hat keine reguläre röhrenförmige Form;
die Hohlfaser P hat Fissuren P3, die bis zu ihrem axialen Kanal
reichen, wie in 3 gezeigt, oder
Risse P4, die bis zu ihrem axialen Kanal reichen, wie in 4 gezeigt. Das im axialen
Kanal enthaltene Öl
kann durch die Fissuren P3 oder die Risse P4 austreten. In einigen
Fällen
werden Fissuren P3 oder Risse P4 vorsätzlich in der Hohlfaser P gebildet, sodass
sich das Öl über die
Oberfläche
der Hohlfaser P ausbreiten kann.
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Vier Beispiele, F1, F2, F3 und F4
von Luftfiltermaterialien gemäß der vorliegenden
Erfindung wurden durch Schneiden von Faservliesen aus Polyesterhohlfasern
hergestellt, imprägniert
mit einem Öl gemäß der vorliegenden
Erfindung und mit verschiedenen Eigenschaften, wie in Tabelle 1
gezeigt, die in 5 gezeigt
ist. Fünf
Vergleichsbeispiele, f1, f2, f3, f4 und f5 von herkömmlichen
Luftfiltermaterialien wurden durch Schneiden von Faservliesen aus
herkömmlichen
runden Polyesterfasern hergestellt, die einen runden Querschnitt
aufweisen und nicht mit einem Öl
imprägniert
sind und verschiedene Eigenschaften aufweisen, wie in Tabelle 2
gezeigt, die in 5 gezeigt
ist. Die Beispiele F1 bis F4 und die Vergleichsbeispiele f1 bis
f5 wurden untersucht, um die Reinigungseffizienz und den Luftstromwiderstand
zu messen. In den Tabellen 1 und 2 wird die Feinheit der Fasern
in Denier (d = 50 mg/450 m) angegeben.
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Die jeweiligen Luftstromwiderstände der
Beispiele F1, F2 und F3 waren im Wesentlichen gleich denen der Vergleichsbeispiele
f1, f2 und f3. Die jeweiligen Reinigungseffizienzen der Beispiele
F4 und F3 waren im Wesentlichen gleich denen der Vergleichsbeispiele
f4 und f5.
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Eine Luftfiltermaterialtestvorrichtung 1,
die in 6 gezeigt ist,
wurde zum Testen der Luftfiltermaterialien hinsichtlich der Reinigungseffizienz
verwendet. Wie in 6 gezeigt,
hat die Luftfiltermaterialtestvorrichtung 1 einen Kanal,
der einen röhrenförmigen Abschnitt
von 70 mm Innendurchmesser aufweist, einen expandierenden Abschnitt,
der sich vom unteren Ende des röhrenförmigen Abschnitts
erstreckt und zu seinem unteren Ende expandiert und einen sich verjüngenden
Abschnitt, der sich vom unteren Ende des expandierenden Abschnitts
erstreckt und sich zu seinem unteren Ende verjüngt. Ein absoluter Filter 2,
der in der Lage ist, Staub vollständig aus Luft zu entfernen,
wurde in einer mittleren Position im röhrenförmigen Abschnitt angeordnet.
Eine Testprobe 3 des Luftfiltermaterials wurde an einer
Position oberhalb des absoluten Filters 2 im röhrenförmigen Abschnitt
des Kanals angeordnet. Standardstaub 4, wie etwa der Teststaub
der Klasse 8 (fein), spezifiziert in JIS Z 8901, zum Testen
des Leistungsvermögens
von Autoluftreinigern bzw. Autoluftfiltern wurde für die Tests
verwendet. Etwa 2 g Standardstaub 4 wurden zu Luft zugegeben,
die bei 1 m3/min durch den Kanal der Luftfiltermaterialtestvorrichtung 1 strömte. Das
Gewicht der Probe 3 vor dem Test und das derselben nach
dem Test wurden gemessen und der Unterschied zwischen dem Gewicht
vor dem Test und dem Gewicht nach dem Test wurde berechnet, um ein
gesammeltes Staubgewicht A zu bestimmen, d.h. das Gewicht des Staubs,
der durch die Probe 3 gesammelt wurde. Das Gewicht des
Absolutfilters 2 vor dem Test und das desselben nach dem
Test wurden gemessen und der Unterschied zwischen dem Gewicht vor
dem Test und dem Gewicht nach dem Test wurde berechnet, um ein absolutes
gesammeltes Staubgewicht B zu bestimmen, d.h. das Gewicht des Staubs,
gesammelt durch den absoluten Filter 2. Die Reinigungseffizienz
wurde unter Verwendung der folgenden Formel berechnet.
Reinigungseffizienz
= {A/(A + B)} × 100
(%)
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Wie in 7 gezeigt,
war die Reinigungseffizienz der Beispiele F1, F2 und F3 der Luftfiltermaterialien
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die Luftstromwiderstände
von 208, 225 bzw. 266 mmAq bei 10 m/s aufweisen, 90 %, während die
Reinigungseffizienz der Vergleichsbeispiele f1, f2 und f3 der herkömmlichen
Luftfiltermaterialien geringer als die der Beispiele F1, F2 und
F3 war. Die Reinigungseffizienz der Beispiele F1, F2 und F3 war
höher als
die der Vergleichsbeispiele f1, f2 und f3 um etwa 5 %, da die vorliegende
Erfindung die Reinigungseffizienz durch Einfangen von Staubpartikeln
durch das aus den axialen Kanälen
der Fasern austretende und die Oberflächen der Fasern benetzende Ö1 zusätzlich zum Einfangen
von Staubpartikeln in Räumen
zwischen den Fasern verbessert, anstelle einer Verbesserung der
Reinigungseffizienz durch Erhöhen
der Dichte der Fasern.
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Es ist aus 8 ersichtlich, welche Vergleichsweise
die Luftstromwiderstände
der Vergleichsbeispiele f4 und f5, die Reinigungseffizienzen von
88 % bzw. 90 % aufweisen und der Beispiele F4 und F3 zeigt, die
jeweils die gleichen Reinigungseffizienzen wie die Vergleichsbeispiele
f4 und f5 aufweisen, dass der Luftstromwiderstand der Luftfiltermaterialien
der vorliegenden Erfindung deutlich kleiner als der von herkömmlichen
Filtermaterialien ist.
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Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich,
umfasst das Luftfiltermaterial der vorliegenden Erfindung chemische
Hohlfasern, die axiale Kanäle
aufweisen, die Öl
enthalten und ist in der Lage, Staubpartikel durch das aus den axialen
Kanälen austretende
und die Oberfläche
der chemischen Hohlfasern benetzende Öl einzufangen zusätzlich zum
Einfangen von Staubpartikeln in Räumen zwischen den chemischen
Hohlfasern. Folglich zeigt das Luftfiltermaterial einen geringen
Luftstromwiderstand gegenüber
durch es strömende
Luft und es ist in der Lage, eine hohe Reinigungseffizienz zu erzielen. Wenn
das Luftfiltermaterial zur Bildung des Reinigungselements eines
Luftreinigers bzw. Luftfilters verwendet wird, der im Einlasssystem
einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet werden soll, kann die
Einlassluft mit einer hohen Reinigungseffizienz gereinigt werden,
und man kann die Verbrennungsmaschine bei einer hohen Verbrennungseffizienz
betreiben, da der Luftstromwiderstand des Reinigungselementes gering
ist.
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Das herkömmliche Luftfiltermaterial,
welches Staubpartikel nur in Räumen
zwischen den Fasern einfängt,
wird mit einer kleinen Menge an Staub verstopft und sein Luftstromwiderstand
steigt deutlich. Da die Ölbenetzung
der Oberflächen
der chemischen Hohlfasern des Luftfiltermaterials der vorliegenden Erfindung
Staubpartikel einfängt,
wird das Luftfiltermaterial nicht leicht verstopft, selbst wenn
eine große Menge
an Staub durch das Luftfiltermaterial gefangen wird und es hat eine
große
Filterkapazität;
d.h. das Luftfiltermaterial der vorliegenden Erfindung hat eine
verlängerte
Lebensdauer.
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Die chemischen Hohlfasern können zusätzlich zu
Fissuren und Rissen viele feine Dornen oder Vorsprünge auf
ihren Oberflächen
aufweisen. Das Öl kann
zwischen solchen feinen Dornen gehalten werden, was die Staubeinfangfähigkeit
der chemischen Hohlfasern erhöht,
wodurch die Reinigungseffizienz verbessert wird.
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Auch wenn die Erfindung in einer
bevorzugten Ausführungsform
speziell beschrieben worden ist, sind darin offensichtlich viele
Veränderungen
und Variationen möglich.
Es sollte deshalb verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung
anders als hierin spezifisch beschrieben ausgeführt werden kann, ohne vom Umfang
und Geist davon abzuweichen.
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Ein Luftfiltermaterial zum Reinigen
von Luft wird aus einem Faservlies aus chemischen Hohlfasern gebildet,
welche Öl
enthaltende, axiale Kanäle aufweisen.
Das Öl
tritt durch die offenen Enden der axialen Kanäle aus, wodurch die Oberflächen der chemischen
Hohlfasern benetzt werden, wodurch die Filterfähigkeit des Luftfiltermaterials
durch Binden von Staubpartikeln durch das klebrige Öl erhöht wird.