DE10100539B4 - Luftfiltermaterial zur Reinigung von Luft - Google Patents

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Abstract

Luftfiltermaterial zur Reinigung von Luft, welches aus einem Faservlies aus chemischen Hohlfasern gebildet ist, welche axiale Kanäle aufweisen, die ein Öl enthalten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfiltermaterial zur Reinigung von Luft, welches in der Lage ist, aus der Luft Staub zu entfernen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • 1 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht einer chemischen Hohlfaser zur Bildung eines Luftfiltermaterials gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 eine vergrößerte, perspektivische Teilansicht einer weiteren chemischen Hohlfaser zur Bildung eines Luftfiltermaterials ist, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 3 eine vergrößerte, perspektivische Teilansicht einer chemischen Hohlfaser ist, welche Fissuren aufweist;
  • 4 eine vergrößerte, perspektivische Teilansicht einer chemischen Hohlfaser ist, welche Risse aufweist;
  • 5 Tabellen zeigt, die die Eigenschaften von Luftfiltermaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung und von herkömmlichen Luftfiltermaterialien zeigen;
  • 6 ein schematischer Seitenriss einer Testmaschine zur Messung der Sammeleffizienz ist;
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 (%)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. Luftfiltermaterial zur Reinigung von Luft, welches aus einem Faservlies aus chemischen Hohlfasern gebildet ist, welche axiale Kanäle aufweisen, die ein Öl enthalten.
  2. Luftfiltermaterial nach Anspruch 1, worin die chemischen Hohlfasern enge rissartige oder fissurenartige Öffnungen aufweisen, die bis zu deren axialen Kanälen reichen.
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