DE102015114059A1

DE102015114059A1 - Filter-Wassermanagement unter Verwendung hydrophilen Materials

Info

Publication number: DE102015114059A1
Application number: DE102015114059.4A
Authority: DE
Inventors: Robert Warren Taylor
Original assignee: BHA Altair LLC
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2016-03-03
Also published as: CN105381649A; US10220353B2; US20160061158A1

Abstract

Ein Medium mit einer hydrophoben Medienlage und einer hydrophilen Matrix, die auf einer Seite der hydrophoben Medienlage angebracht ist, wird zur Verfügung gestellt. Das Medium kann in eine Filterkartusche für ein Luftfiltersystem eines Gasturbinenmotors eingebaut sein. Das Medium kann die Fähigkeit haben, Wassertröpfchen abzuführen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Filtermedien, und insbesondere auf Filtermedien, die in Filterkartuschen und Luftfiltersystemen verwendet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Filtermedien werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet. Eine solche Anwendung für Filtermedien besteht in der Filtration von Fluiden, einschließlich der Filtration von gasförmigen Fluiden. Filtermedien können den Fluss von erwünschten Fluidkomponenten durch das Medium ermöglichen, während sie den Fluss von unerwünschten Partikeln verhindern. Auf diese Weise treten nur erwünschte Fluidkomponenten durch das Filtrationsmedium und durch das Filtrationssystem.
Filtrationssysteme werden oft dazu verwendet, die Luft, die in Verbrennungsmotoren fließt, zu filtern. Eine bestimmte Art von Filtrationssystem wird in Verbindung mit Gasturbinenmotoren verwendet. Diese Art Filtrationssystem kann Filterkartuschen beinhalten, die Filtermedien in verschiedenen Formen und Anordnungen einbeziehen. Da sich die unerwünschten Partikel oder andere Komponenten auf der stromaufwärtigen Oberfläche der Filterkartuschen ansammeln, können die Filterkartuschen auswechselbar sein und können auch Merkmale einbeziehen, die dafür ausgelegt sind, die Lebensdauer der Filterkartuschen zu verlängern. Ein solches Merkmal ist eine Rückpulseinrichtung.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer Hinsicht stellt die Erfindung ein Medium einschließlich einer hydrophoben Medienlage und einer hydrophilen Matrix zur Verfügung. Die hydrophobe Medienlage weist gegenüberliegende erste und zweite Seiten auf. Die hydrophile Matrix ist entlang der ersten Seite der hydrophoben Medienlage angeordnet. Die erste Seite der hydrophoben Medienlage weist einen ersten Teil auf, der von der hydrophilen Matrix verdeckt wird und einen zweiten Teil, der durch offene, von der hydrophilen Matrix festgelegte Bereiche freiliegend ist.
In einer Ausführungsform weist die hydrophobe Medienlage eine poröse Membran auf, die wenigstens entweder ePTFE, PTFE, oder Stretchfilm-Filtermedium beinhaltet. Die poröse Membran weist eine durchschnittliche Porengröße von zwischen 0,01 Mikrometern und 10 Mikrometern auf und eine Luftstromdurchlässigkeit, gemessen nach ASTM D737, von wenigstens 0,1 CFM (0,1699 m³/h).
In einer Ausführungsform weist die hydrophobe Medienlage eine poröse faserförmige Verfilzung unter Einsatz von Fasern, die aus wenigstens entweder Polyolefin, Polyamid, Polyester, Polysulfon, Polyäther, Acryl, Methacrylat, Polystyrol, Polyurethan, Polypropylen, Polyäthylen, expandiertem Polytetrafluoräthylen (ePTFE), gewebtem PTFE oder nicht gewebtem PTFE gebildet sind, auf. Die poröse faserförmige Verfilzung weist eine durchschnittliche Porengröße von zwischen 0,01 Mikrometern und 10 Mikrometern auf und eine Luftstromdurchlässigkeit, gemessen nach ASTM D737, von wenigstens 0,1 CFM (0,1699 m³/h).
In einer Ausführungsform sind die offenen Bereiche größer als 50%, so dass mehr als 50% der ersten Seite der hydrophoben Medienlage freiliegend sind.
In einer Ausführungsform sind die offenen Bereiche größer als 75%, so dass mehr als 75% der ersten Seite der hydrophoben Medienlage freiliegend sind.
In einer Ausführungsform verdeckt die hydrophile Matrix nur zwischen 5% und 15% der ersten Seite der hydrophoben Medienlage.
In einer Ausführungsform beinhaltet die hydrophile Matrix eine Mehrzahl von kontinuierlichen oder nicht kontinuierlichen Streifen, wobei jeder der Mehrzahl von Streifen eine Breite zwischen 0,05 und 2 Millimetern aufweist, eine Länge, die länger ist als die Breite, und eine Tiefenmächtigkeit von zwischen 0,05 und 2 Millimetern.
In einer Ausführungsform weist die hydrophile Matrix eine Mehrzahl von kontinuierlichen oder nicht kontinuierlichen Streifen auf, wobei jeder der Mehrzahl von Streifen eine gesamte Breite und Längenspanne des Mediums überspannt.
In einer Ausführungsform ist das Medium ein Filtermedium. Die hydrophobe Medienlage weist eine durchschnittliche Porengröße von zwischen 0,01 Mikrometern und 10 Mikrometern auf, eine Luftstromdurchlässigkeit, gemessen nach ASTM D737, von wenigstens 0,1 CFM (0,1699 m³/h), eine Luftstromkapazität von ungefähr 3 bis 10 CFM (5,097 bis 16,99 m³/h) bei 0,5 Zoll (1,27 cm) Wasserpegel-Druckverlust, und eine anfängliche Filterwirksamkeit von wenigstens 99,0% für Aerosolpartikel von 0,3 Mikrometer, gemessen nach ASTM D6830.
In einer Ausführungsform beinhaltet die hydrophile Matrix eine chemische Ablagerungsprägung von wenigstens einem beliebigen geeigneten Amin enthaltenden hydrophilen Polymer, wie Polyvinylalkohol-Coaminpolymere.
In einer Ausführungsform wird der hydrophilen Matrix eine dauerhafte hydrophile Behandlung durch Verwendung eines vernetzenden Polymers erteilt.
In einer Ausführungsform beinhaltet die hydrophile Matrix eine Ablagerung von Fasern. Die Faserablagerung beinhaltet Fasern aus Polyactiden oder anderen Polymeren mit hydrophilen Beschichtungen.
In einer Ausführungsform sind die Fasern mit der hydrophoben Medienlage entlang der ersten Seite der hydrophoben Medienlage verfilzt.
In einer Ausführungsform ruft die hydrophile Matrix weniger als 10% Drosselung an der hydrophoben Medienlage hervor, gemessen über einen Luftflussbereich von zwischen 3 bis 10 CFM (5,097 bis 16,99 m³/h) bei einem Druckverlust von 0.5 Zoll (1,27 cm).
In einer anderen Hinsicht stellt die Erfindung ein Luftfiltersystem für einen Gasturbinenmotor (oder eine andere industrielle Anwendung) bereit mit einer Lufteinlass-Gehäusebaugruppe und einer Filterkartusche. Die Lufteinlass-Gehäusebaugruppe ist stromaufwärts des Gasturbinenmotors angeordnet ist und ist so angeordnet, dass sie die Verbrennungsluft, die zu dem Gasturbinenmotor fließt, filtert. Die Filterkartusche ist in der Lufteinlass-Gehäusebaugruppe angeordnet. Die Filterkartusche beinhaltet Filtermedium. Das Filtermedium beinhaltet eine hydrophobe Medienlage und eine hydrophile Matrix. Die hydrophobe Medienlage hat gegenüberliegende erste und zweite Seiten. Die hydrophile Matrix ist entlang der ersten Seite der hydrophoben Medienlage angeordnet. Die erste Seite der hydrophoben Medienlage weist einen ersten Teil auf, der von der hydrophilen Matrix verdeckt wird und einen zweiten Teil, der durch die offenen, von der hydrophilen Matrix festgelegten Bereiche freiliegend ist. Die hydrophobe Medienlage weist eine durchschnittliche Porengröße von zwischen 0,01 Mikrometern und 10 Mikrometern auf, und eine Luftstromdurchlässigkeit, gemessen nach ASTM D737, von wenigstens 0,1 CFM (0,1699 m³/h), eine Luftstromkapazität von ungefähr 3 bis 10 CFM (5,097 bis 16,99 m³/h) bei 0,5 Zoll (1,27 cm) Wasserpegel-Druckverlust, und eine anfängliche Filterwirksamkeit von wenigstens 99,0% für Aerosolpartikel von 0,3 Mikrometer, gemessen nach ASTM D6830.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Luftfiltersystem weiterhin eine Rückpulseinrichtung, die so angeordnet ist, dass sie Luft durch die Filterkartusche pulst, um Staub zu lösen.
In wiederum anderer Hinsicht stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Luftfiltersystems für einen Gasturbinenmotor bereit. Das Verfahren beinhaltet das Ansaugen von Luft durch die Filterkartusche, wobei die Luft periodischem Nebel mit Tröpfchen mit einer durchschnittlichen Tröpfchengröße von zwischen ungefähr 1 und 5 Mikrometer Durchmesser ausgesetzt ist, und das Abführen der Wassertröpfchen von Poren in der hydrophoben Medienlage durch die hydrophile Matrix.
Ein anderer Gesichtspunkt richtet sich auf ein Medium, welches ein hydrophobes Filtermedium beinhaltet, welches gegenüberliegende erste und zweite Seiten aufweist, wobei das hydrophobe Filtermedium wenigstens entweder eine poröse Membran oder eine poröse nicht gewebte poröse Faserverfilzung aufweist, welche eine durchschnittliche Porengröße von zwischen 0,01 Mikrometer und 10 Mikrometer und eine Luftstromdurchlässigkeit, gemessen nach ASTM D737, von wenigstens 0,1 CFM (0,1699 m³/h) aufweist, beinhaltet; und hydrophile Kanäle einstückig mit dem hydrophoben Filtermedium, wobei das hydrophobe Filtermedium offene, zwischen den hydrophilen Kanälen festgelegte Bereiche aufweist, wobei der Luftstrom durch die offenen Bereiche zwischen den ersten und zweiten Seiten durchtreten kann, ohne durch die hydrophilen Kanäle durchzutreten.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein hydrophobes Filtermedium wenigstens entweder ePTFE, PTFE, Fluor enthaltende polymere Fasern oder polymere Fasern mit einer hydrophoben Behandlung auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine zweite Seite des hydrophoben Filtermediums zur strukturellen Unterstützung auf eine Trägerlage laminiert, wobei die Trägerlage allein bezüglich des hydrophoben Filtermediums alleine größere Stützeigenschaften aufweist, wobei die Trägerlage eine durchschnittliche Fasergröße beinhaltet, die im Durchmesser wenigstens 4 mal größer ist als eine durchschnittliche Faser- oder Fibrillengröße des hydrophoben Filtermediums, und/oder eine durchschnittliche Porengröße, die wenigstens 4 mal größer ist als das Filtermedium.
Gemäß einer Ausführungsform sind die hydrophilen Kanäle (auf die hier auch als hydrophile Matrix Bezug genommen wird) auf der ersten Seite, die eine stromaufwärtige Seite für das hydrophobe Filtermedium bildet, gestaltet oder abgelagert.
Gemäß einer Ausführungsform sind die offenen Bereiche größer als 75%, so dass mehr als 75% des Luftstroms durch das hydrophobe Filtermedium die hydrophilen Kanäle umgehen kann.
Gemäß einer Ausführungsform können die hydrophilen Kanäle Streifen sein, die kontinuierlich sind und sich hauptsächlich vertikal erstrecken, um gravitative Entwässerung zu erleichtern.
Andere Gesichtspunkte, Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, offenbar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung einbezogen sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen verschiedene Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung und dienen, zusammen mit der Beschreibung, dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern. In den
Zeichnungen
ist die 1 eine Vorderansicht eines Mediums, die sowohl das Substrat als auch die Matrix gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
ist die 2 eine Schnittperspektive und teilweise schematische Ansicht eines Kartuschenfilters einschließlich des Mediums der 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
ist die 3 eine schematische Seitenansicht eines Luftfiltrationssystems einschließlich des Kartuschenfilters der 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
ist die 4 eine vergrößerte schematische und demonstrative Querschnitts-Seitenansicht in Großaufnahme des Mediums aus 1, die sowohl das Substrat als auch die Matrix gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt, entlang der Linie 6-6 der 1;
ist die 5 eine Vorderansicht eines Mediums, die sowohl das Substrat als auch die Matrix gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform zeigt; und ist die 6 eine vergrößerte schematische und demonstrative Querschnitts-Seitenansicht des Mediums aus 5, die sowohl das Substrat als auch die Matrix gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt, entlang der Linie 6-6 der 1.
Die 7 ist eine Querschnittsdarstellung eines Filtermediums gemäß einer anderen Ausführungsform.
Die 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Plattenfilters, das ein Medium nach einer nochmals anderen Ausführungsform verwendet. Das Plattenfilter kann so, wie es ist, oder als Teil eines Mehrfach-Plattenfilters, wie einer V-Bank-Anordnung (für V-Bank-Filter-Anordnungen, die in einer Ausführungsform verwendet werden können, siehe beispielsweise BHA Altair-Patent US 8328895 für Nicholas, dessen gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird) verwendet werden.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben werden wird, ist nicht beabsichtigt, sie auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Es besteht im Gegenteil die Absicht, alle Alternativen, Abwandlungen und Äquivalente zu erfassen, die von dem Geist und dem Gegenstand der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, umfasst sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein nicht gewebtes poröses Medium wie PTFE oder ePTFE wird auf gewebte oder nicht gewebte Substrate verwendet, aufgebracht oder laminiert, um die Partikelbeseitigungs-Wirksamkeit zu verbessern. Die nicht gewebte obere Oberfläche besteht entwurfsgemäß aus mehreren Mikroporen, welche den Durchtritt von feinen Partikeln zum Substrat minimieren. In der Praxis können einige Umgebungsbedingungen wie ausgedehnte Zeiträume von Nebel, die in Begriffen der Wassertröpfchengröße von 1 bis 5 Mikrometern reichen, dazu führen, dass die obere Lage mit Wasser "zugesetzt" wird. Wenn das Zusetzen stattfindet, verstopfen sich die internen Mikroporen des Filtermediums, und der System-Druckabfall erhöht sich schnell und drastisch, was eventuell dazu führen kann, dass die Vorrichtung in einem industriellen Prozess außer Betrieb genommen wird. Beispielsweise kann bei Luftfiltrationsanwendungen für Gasturbinenmotoren ein Nebelereignis aufgrund des Zusetzens mit Wasser oder des Verstopfens der Mikroporen zu einem schnellen Anstieg des Drucks führen, was zur Folge hat, dass die Gasturbine außer Betrieb genommen wird, was einfach unerwünscht ist.
Die folgenden Ausführungsformen beschreiben die Verwendung von hydrophilen Materialien in Verbindung mit der mikroporösen oberen Lage, um mit der Ansammlung von Wasser fertigzuwerden. Hydrophiles Material kann auf die stromaufwärtige poröse Medienlage aufgedruckt, oder andernfalls auf irgendeine Art auf oder in der mikroporösen oberen Lage abgelagert werden. Alternativ könnten separate Fasern aus hydrophilem Material in das Basismaterial, das die obere mikroporöse Lage enthält, eingetragen werden.
Das hydrophile Muster dient dazu, Wasser, das die Poren der mikroporösen oberen Lage füllt, zu verlagern, um Zusetzen zu verhindern. Das hydrophile Muster stellt daher hydrophile Kanalbildung bereit, durch die Wasser fließen oder sich ansammeln kann. Es ist vorgesehen, dass der Fluss von Wasser von der mikroporösen Lage Wasser daran hindert, alle Poren vollständig zu füllen, um es Luft zu ermöglichen, mit einer annehmbaren Rate weiterhin durch die mikroporöse obere Lage zu fließen, um die Außerbetriebsetzung eines Motors oder einer Gasturbine oder eines anderen Prozesses während eines Vorkommnisses wie eines ausgedehnten periodischen Nebelereignisses, das häufig und sich wiederholend ist, zu verhindern oder wenigstens zu verzögern.
In Übereinstimmung mit bestimmten Gesichtspunkten beinhalten die verschiedenen im Folgenden oder im Vorhergehenden besprochenen Ausführungsformen hydrophile Kanäle und/oder eine hydrophile Matrix, die dazu dient, dass Ansammlungen von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit offene Bereiche von Filtermedium belassen, wobei vorgesehen ist, dass durch diese Bereiche Luftfluss entweder unbegrenzt oder zumindest für eine ausgedehnte Zeitspanne andauern kann, um vorzeitiges Verstopfen oder Zusetzen zu verhindern.
Dies wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn Außenluft gefiltert wird, die Wetterbedingungen wie periodischen Nebelereignissen, die mehrere Stunden dauern können, unterliegt. Des Weiteren können sich Wetterereignisse im Verlauf eines Tages oder mehrerer Tage ändern und zu trockenerer Luft führen, die dann die hydrophile Matrix oder hydrophilen Kanäle und andere Teile des Filtermediums austrocknen kann, um dadurch das Filtermedium für das nächste Ereignis zu regenerieren.
Die Auswahl des Basismaterials für die Gestaltung eines Filtermediums hängt weitgehend von der beabsichtigten Verwendung des daraus ergebenden Filters ab. Wenn das sich daraus ergebende Filter in einem Luftfiltersystem verwendet werden soll, ist es wünschenswert, ein Filtermedium-Basismaterial auszuwählen, das gasdurchlässig ist, während es den Fluss von partikelförmigem Festkörpermaterial und Flüssigkeiten teilweise oder vollständig ausschließt. Beispiele von Materialien, die für die Verwendung als hydrophobe Basislage für das Filtermedium geeignet sind, beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf Polytetrafluoräthylen, auch als PTFE bekannt und hergestellt von DuPont^TM oder anderen und expandiertes Polytetrafluoräthylen, auch als ePTFE bekannt, das von BHA Altair LLC (alias Clarcor Industrial) oder von W.L.Gore & Associates, Inc. oder anderen hergestellt wird.
Andere geeignete Materialien für die hydrophobe Basislage beinhalten Polymermaterialien einschließlich Fluor oder anderen hydrophoben Behandlungen oder andere Fasern, die von Natur aus hydrophob sind.
Membranen und andere Filtermedien zeigen üblicherweise keine einheitliche Verteilung von Porenlage und -größe, sondern sind vielmehr dadurch gekennzeichnet, dass sie durchschnittliche Porengrößen und Porosität aufweisen, also Eigenschaften, die durch das Verfahren der Ausgestaltung des Polymers in die Filtermedium-Substratlage gesteuert werden. Die Auswahl eines geeigneten Materials zur Verwendung in der Substratlage ist ein Mittelweg zwischen zwei Bedenken: Eine größere durchschnittliche Porengröße und eine größere Porosität erlaubt den Durchtritt eines höheren Prozentsatzes von Mikropartikeln, was zu einer niedrigeren Filterwirksamkeit führt, während eine kleinere durchschnittliche Porengröße und niedrigere Porosität einen höheren Prozentsatz von Mikropartikeln blockiert, was zu einer höheren Filterwirksamkeit führt. Ein Filter, das einen höheren Prozentsatz von Mikropartikeln blockiert, hält diese Mikropartikel jedoch notwendigerweise zurück, was zu einer erhöhten Rate von Staub- oder Schmutzansammlung auf der stromaufwärtigen Seite des Filtermediums führt. Ein Filtermedium, das Staub aus der stromaufwärtigen Seite zu rasch ansammelt, wird zu rasch einen Druckabfall entwickeln; als Ergebnis muss das Filtergerät, das das Filtermedium enthält, öfter ausgetauscht werden. Die Auswahl eines Materials zur Verwendung als Substratlage des Mediums muss den doppelten Wünschen nach hoher Filterwirksamkeit und langer Lebensdauer des Filtergeräts Rechnung tragen.
In verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen wird das polymere Medium normalerweise eine durchschnittliche Porengröße von zwischen 0,01 Mikrometern und 10 Mikrometern aufweisen, und eine Luftstromdurchlässigkeit, gemessen nach ASTM D737, von wenigstens 0,1 CFM (0,1699 m³/h). Die durchschnittliche Porengröße des für die Verwendung in dem Filtergerät ausgewählten Mediums wird die Durchlässigkeit des Filtermediums und des Filtergeräts beeinflussen.
Das hydrophobe Material weist eine anfängliche Filterwirksamkeit von wenigstens 99,0% für Aerosolpartikel von 0,3 Mikrometer, gemessen nach ASTM D6830, auf und wobei die hydrophile Matrix weniger als 10% Drosselung an der hydrophoben Medienlage hervorruft, gemessen über einen Luftflussbereich von zwischen 3 bis 10 CFM (5,097 bis 16,99 m³/h) bei einem Druckverlust von 0.5 Zoll (1,27 cm).
Auf der Grundlage ähnlicher Überlegungen weist das für die Substratlage des Filtermediums ausgewählte Material in einer bevorzugten Ausführungsform für viele der typischen betrachteten Anwendungen eine minimale anfängliche Filterwirksamkeit von 99,0% für Aerosolpartikel von 0,3 Mikrometern, gemessen nach dem ASTM D6830-Standardtestverfahren zum Kennzeichnen der Filterwirksamkeit reinigbarer Filtermedien, auf.
Wegen der Filterwirkungen der angesammelten Mikropartikel auf der stromaufwärtigen Seite des Filtermediums wird sich die Filterwirksamkeit über die Lebensdauer des Filtermediums erhöhen. Die Ansammlung von Mikropartikeln wird über der Zeit auch den Druckabfall des Filtergeräts erhöhen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Medium einen relativ niedrigen Druckabfall mit einer Luftflusskapazität von ungefähr 3 bis 10 CFM (5,097 bis 16,99 m³/h) bei einem Wasserpegel-Druckverlust von 0.5 Zoll (1,27 cm) auf.
Die Ansammlung von Mikropartikeln auf der stromaufwärtigen Seite des Filtermediums ist nicht die einzige Ursache einer Erhöhung des Druckabfalls während des Lebens des Filtergeräts. Der Druckabfall wird auch vom Einfang unerwünschter Fluidkomponenten in den Poren des Filtermediums beeinflusst. Im Gegensatz zu unerwünschten Fluidkomponenten, die sich einfach auf der stromaufwärtigen Seite des Filtermediums ansammeln, können Mikropartikel und Flüssigkeiten, die in den Poren des Filtermediums eingefangen werden, nicht durch Mittel wie eine Rückpulsvorrichtung oder manuelles Wegbürsten entfernt werden. Die eingefangenen Mikropartikel und Flüssigkeiten als solche stellen für den Gesamtnutzen des Filtergeräts ein größeres Problem dar als die auf der stromaufwärtigen Seite des Filtermediums angesammelten Mikropartikel.
Zusätzlich zu der oben erwähnten Teillösung der Aufnahme einer Rückpulsvorrichtung wie der in der US-Patentanmeldung Nr. 12/576 566 beschriebenen können die Materialien des Filtermediums so ausgewählt und angeordnet werden, dass sie einigen Einfang von Flüssigkeiten, der zu einer beschleunigten Zunahme im Druckabfall der Filtergeräts führt, verhindern. Obwohl die grundlegenden Ausführungsformen in dieser Anmeldung Flüssigkeiten begrifflich als Wasser und wasserbasierende Lösungen fassen, ist die vorliegende Offenbarung in keiner Weise auf diese Arten von Flüssigkeiten beschränkt und kann insbesondere auf das Problem des Filtermedieneinfangs nicht polarer Lösungsmittelflüssigkeiten wie Toluol, Hexan usw. und das Problem des Filtermedieneinfangs von Petrochemikalien, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Olefine, angewandt werden. Unabhängig von der Art der Flüssigkeit kann das Problem des Filtermedieneinfangs von Flüssigkeitströpfchen durch die richtige Auswahl und Anordnung von Materialien für das Filtermedium angegangen werden. Die voraussichtliche Umgebung für das Filtergerät und die erwarteten Arten von Flüssigkeiten, mit denen das Filtergerät in Kontakt kommt, haben Einfluss darauf, ob die für die Einbeziehung in das Filtermedium ausgewählten Materialien hydrophile, lipophile, oleophile oder andere ähnliche Eigenschaften haben sollten.
Das hier offenbarte Filtermedium beinhaltet eine teilweise hydrophile Beschichtung auf hydrophoben Medien, um die Bewegung von Wassertröpfchen oder anderen polaren Flüssigkeiten, die mit dem Filtermedium in Kontakt kommen, anzuziehen und zu leiten. Für Tröpfchen von anderen Arten von Flüssigkeiten, beispielsweise nicht polaren Lösungen oder Petrochemikalien, kann das Substrat oleophil oder lipophil sein, und die Beschichtung kann oleophil oder lipophil sein. Auf diese Weise zieht die Beschichtung die Tröpfchen an und leitet die Tröpfchen mit der Unterstützung durch die Gravitationskraft und andere äußere Kräfte von den Poren, in denen die Tröpfchen andernfalls hängenbleiben könnten, weg. Wenn die Flüssigkeitströpfchen von den Poren des Filtermediums eingefangen würden, könnten die Tröpfchen aufgrund von Phänomenen wie Kapillarwirkung und schwachen intermolekularen Kräften, wie van der Waals-Kräften, in den Poren hängenbleiben. Das hier offenbarte Filtermedium bezieht eine teilweise Beschichtung mit ein, um Flüssigkeitströpfchen anzuziehen und sie daran zu hindern, in die Poren des Filtermediums einzudringen, wodurch die Erhöhung des Druckabfalls des Filtergeräts aufgrund von Flüssigkeitströpfchen-Einfang verhindert wird.
Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des in dieser Anmeldung offenbarten Filtermediums. Der Bogen 10 aus Medium besteht aus einer hydrophoben Medienlage 12, die von einer hydrophilen Matrix 14 überlagert wird. In der 1 ist die hydrophobe Medienlage 12 als das weiße Material dargestellt, während die hydrophile Matrix 14 als die schraffierten Streifen, welche vertikal über die hydrophobe Medienlage 12 laufen, dargestellt ist. Die hydrophobe Medienlage 12 erstreckt sich über den Bogen 10 aus Medium, weist aber zwei unterschiedliche Teile auf: Der erste Teil wird von der hydrophilen Matrix 14 verdeckt oder bedeckt, während der zweite Teil aus denjenigen offenen oder freiliegenden Gebieten der hydrophoben Medienlage 12 besteht, die um und zwischen den Streifen der hydrophilen Matrix 14 zu sehen sind.
Eine Art, die 1 zu beschreiben, besteht darin, dass die hydrophobe Medienlage 12 eine erste Seite 16 und eine zweite (hier nicht gezeigte) zweite Seite aufweist, und dass die ersten und zweiten Seiten der hydrophoben Medienlage einander gegenüberliegend und parallel zueinander sind. Die parallelen Seiten der hydrophoben Medienlage können wie folgt beschrieben werden: Während die erste Seite 16 eine erste Ebene festlegt und die zweite Seite eine zweite Ebene, überschneiden sich die ersten und zweiten Ebenen der hydrophoben Medienlage nicht mit dem Körper des Filtermediums, sondern erstrecken sich zu und erreichen eine undefinierte Anzahl von Kanten des Bogens 10 aus Medium. Diese Kanten des Bogens 10 aus Medium sind nicht Teil einer der Ebenen, die von den Seiten der hydrophoben Medienlage 12 festgelegt werden.
Bevorzugt ist die erste Seite 16, die die hydrophile Matrix 14 aufweist, im Verhältnis zum Fluidfluss die stromaufwärtige Seite, wenn sie auf einem Filterelement in einem Fluidkreis angeordnet ist. Auf diese Weise kann die hydrophile Matrix mit Wassertröpfchen früher zusammenwirken, bevor sie in der Tiefe des Mediums eingefangen oder zurückgehalten werden.
Die hydrophile Matrix kann sich in einer anderen Ausführungsform alternativ auch auf der zweiten Seite (d.h. der stromabwärtigen Seite), mit keiner Matrix auf der stromaufwärtigen Seite, befinden. Weiterhin kann sich die Matrix 14 in einer weiteren Ausführungsform auch sowohl auf den stromaufwärtigen als auch den stromabwärtigen Seiten 14, 16 befinden.
Es gibt vier Kanten des in der 1 gezeigten Bogens von Filtermedium; in anderen Ausführungsformen kann es mehr Kanten geben oder so wenige wie – im Fall eines in Form eines Kreises geschnittenen Filtermediums – eine einzelne Kante. Die Kanten des Bogens von Filtermedium können ordentlich geschnitten sein, in einem vordefinierten oder willkürlichen Muster geschnitten sein, oder ausgefranst abgerissen sein. Die Zahl oder Lage der Kanten des Bogens von Filtermedium sollte die Funktion des Filtermediums nicht beeinträchtigen, solange das Fluid, das durch das Filtermedium strömt, nicht um die Kanten des Filtermediums fließen kann.
In der 1 befindet sich eine erste Kante 20, eine zweite Kante 22, eine dritte Kante 24 und eine vierte Kante 26. Alle vier Kanten sind im Wesentlichen gerade und erscheinen als gerade Linien. Die erste Kante 20 und die dritte Kante 24 sind im Wesentlichen parallel zueinander, und die zweite Kante 22 und die vierte Kante 26 sind im Wesentlichen parallel zueinander.
Die erste Kante 20 und die zweite Kante 22 stoßen einer ersten Ecke 28 aneinander; die zweite Kante 22 und die dritte Kante 24 stoßen an einer zweiten Ecke 30 aneinander; die dritte Kante 24 und die vierte Kante 26 stoßen an einer dritten Ecke 32 aneinander; und die vierte Kante 26 und die erste Kante 20 stoßen an einer vierten Ecke 34 aneinander. Wie in der 1 gezeigt, können die direkt an die Ecken des Bogens 10 von Filtermedium angrenzenden Teile der hydrophoben Medienlage 12 von der hydrophilen Matrix 14 bedeckt sein, oder nicht. Der direkt an die erste Ecke 28 angrenzende Teil der hydrophoben Medienlage 12 wird nicht von der hydrophilen Matrix 14 bedeckt, während der direkt an die dritte Ecke 32 angrenzende Teil der hydrophoben Medienlage 12 von der hydrophilen Medienlage 14 bedeckt wird. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Anwesenheit der hydrophilen Matrix 14 weder notwendig für die Befestigung der Ecken und Kanten des Bogens 10 von Filtermedium in einer Filterkartusche oder einem anderen Filtergehäuse, noch verhindert sie diese.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die stromabwärtige oder zweite Seite der in 1 nicht sichtbaren hydrophilen Medienlage 12 keine der sichtbaren hydrophilen Matrix 14 ähnliche hydrophile Matrix auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die in 1 nicht sichtbare Seite der hydrophoben Medienlage 12 auf einem gewebten oder nicht gewebten Gewebestoff befestigt oder laminiert sein, wie in späteren Ausführungsformen. Wenn der Stoff ein nicht gewebter Gewebestoff ist, kann er aus entweder verfilzten oder gesponnenen Fasern, die bei Prüfung unter einem Mikroskop kein vorherbestimmtes Muster aufweisen, aufgebaut sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gewebestoff aus gewebtem Fiberglas hergestellt; in einer anderen Ausführungsform ist der Gewebestoff aus synthetischen Nadelfilz-Fasern, wie Polypropylen oder Polyester, hergestellt. Ungeachtet ob der Gewebestoff gewebt ist oder nicht, ist es der Zweck des Gewebestoffs, der hydrophoben Medienlage 12 strukturelle Unterstützung zu geben und der hydrophoben Medienlage 12 dabei zu helfen, mechanischen Kräften Widerstand zu leisten, die zum Einreißen oder Zerreißen des Bogens 10 von Medium führen könnten.
In bestimmten Ausführungsformen trägt der Gewebestoff nicht zu dem gesamten Filter-Wirkungsgrad des Bogens 10 von Medium bei. Das Träger-Stützgewebe stellt normalerweise am meisten Unterstützung zur Verfügung, hat aber nur eine kleine messbare Wirkung auf den Wirkungsgrad, die Durchflusskapazität, die Drosselung oder andere Filterparameter der gesamten beschichteten Verbundstruktur. Weder die hydrophobe Medienlage 12 noch die hydrophile Matrix 14 stellen eine maßgebliche strukturelle Unterstützung zur Verfügung, die es dem Bogen 10 von Medium erlauben würden, seine Gestalt gegenüber Gravitationskräften oder gegenüber den von einem Durchfluss von Fluid bei hoher Geschwindigkeit erzeugten Kräften beizubehalten.
In anderen Ausführungsformen kann die in 1 nicht sichtbare Seite der hydrophoben Medienlage 12 vollständig oder teilweise mit einer anderen Matrix bedeckt sein, die dafür ausgelegt ist, eine andere Wirkung auf die Funktionsweise des Mediums hervorzurufen. In diesen anderen Ausführungsformen kann die Matrix auf der in 1 nicht sichtbaren Seite der hydrophoben Medienlage 12 in demselben Muster oder derselben Gestaltung wie die hydrophile Matrix 14 auf der sichtbaren Seite der hydrophoben Medienlage in 1 aufgebracht werden, oder sie kann nach einem unterschiedlichen Muster oder Gestaltung, die auf dem beabsichtigen Zweck oder der bekannten Wirkung der anderen Matrix beruhen, aufgebracht werden. In einer Ausführungsform kann die Matrix auf der in 1 nicht sichtbaren Seite der hydrophoben Medienlage 12 ein Klebstoff sein; in einer Ausführungsform kann die Klebstoffmatrix, die auf der in 1 nicht sichtbaren Seite der hydrophoben Medienlage 12 aufgebracht wurde, auf der zweiten Seite der hydrophoben Medienlage 12 in der Nähe der Kanten der hydrophoben Medienlage 12 aufgebracht werden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Matrix auf der in 1 nicht sichtbaren Seite der hydrophoben Medienlage 12 ein Gel oder eine andere Substanz sein, die dafür ausgelegt ist, die Luft, die durch das Filtermedium hindurchgetreten ist, zu kühlen.
In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform bedeckt die hydrophile Matrix 14 weniger als ungefähr 50% der Oberfläche der sichtbaren Seite der hydrophoben Medienlage 12. In diesem Zusammenhang bezeichnet die Verwendung des Wortes "ungefähr" eine Fehlerspanne von +/–2%. Der optimale Prozentsatz von der hydrophilen Matrix 14 bedeckter Oberfläche hängt von der Zusammensetzung der hydrophilen Matrix 14, von der Zusammensetzung der hydrophoben Medienlage 12, und von den Umgebungsbedingungen, unter welchen das Filtergerät auslegungsgemäß arbeitet, ab. Die bevorzugte Ausführungsform des hier offenbarten Filtermediums weist eine hydrophile Matrix 14 auf, die weniger als ungefähr 10% der Oberfläche der sichtbaren Seite der hydrophoben Medienlage 12 bedeckt. In ähnlichen Ausführungsformen bedeckt die hydrophile Matrix 14 zwischen 5% und 10% der Oberfläche. In einer anderen Ausführungsform bedeckt die hydrophile Matrix 14 weniger als ungefähr 25% der sichtbaren Seite der hydrophoben Medienlage 12. In anderen Ausführungsformen bedeckt die hydrophile Matrix 14 zwischen ungefähr 10% und ungefähr 50% der sichtbaren Seite der hydrophoben Medienlage 12. Wie bei der Auswahl eines geeigneten Substratmaterials hängt die Bestimmung des Ausmaßes der Oberfläche der hydrophoben Medienlage 12, die von der hydrophilen Matrix 14 bedeckt werden muss, von einer Anzahl von Faktoren ab, die sich alle auf die gewünschte Anwendung des Filtergeräts, das das in 1 gezeigte Medium beinhaltet, beziehen.
Obwohl die hydrophile Matrix 14 das Einfangen von Flüssigkeitströpfchen durch die Poren der hydrophoben Medienlage 12 verhindert oder diese abführt, wäre ein vollständig von der hydrophilen Matrix 14 bedecktes Filter nicht vollkommen. Bestimmte bevorzugte Ausführungsformen des in dieser Anmeldung offenbarten Filtermediums verwenden PTFE und ePTFE, teilweise wegen ihrer Gasdurchlässigkeit und strukturellen Elastizität, sowie ihrer Widerstandfähigkeit gegen chemische Degradation und im Lauf der Zeit eintretenden abrasiven Verschleiß. In bevorzugten Ausführungsformen des hier offenbarten Filtergeräts ändert die Anwendung der hydrophilen Matrix 14 auf nur einem begrenzten Teil der hydrophoben Medienlage 12 die günstigen Eigenschaften des darunter liegenden Substratmaterials nicht wesentlich. Infolgedessen ist es weniger wahrscheinlich, dass ein kleinerer Prozentsatz der Oberfläche der ersten Seite 16 der von der hydrophilen Matrix 14 bedeckten hydrophoben Medienlage 12 die Eigenschaften des darunter liegenden Substratmaterials, welche das Material eine attraktive Wahl für die Einbeziehung in Filtermedien machen, negativ beeinflusst. Diese Bedenken über die nachteilige Beeinflussung der günstigen Eigenschaften des Substratmaterials müssen jedoch gegen die Notwendigkeit abgewogen werden, das Einfangen von Flüssigkeitströpfchen in den Poren des Filtermediums zu verhindern.
In Bezug auf die von der hydrophilen Matrix 14 bedeckte Oberfläche muss eine zusätzliche Unterscheidung vorgenommen werden. In 1 ist das durch die hydrophile Matrix 14 und die offenen Gebiete der hydrophoben Medienlage 12, die sich an den Orten zeigen, an denen keine Matrix vorhanden ist, festgelegte Muster als durchgehende, alternierende Streifen gezeigt. Dies ist nur eine Ausführungsform, und andere Muster für die Anwendung der hydrophilen Matrix können unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen besser funktionieren. Insbesondere kann sich das Muster der hydrophilen Matrix 14 unterscheiden, wenn die Zusammensetzung der Flüssigkeitströpfchen nicht auf Wasser basiert, sondern stattdessen Petrochemikalien mit unterschiedlichen Viskositäten beinhaltet. In einigen zur Verwendung in weniger feuchten Bedingungen bestimmten Ausführungsformen kann das Muster der hydrophilen Matrix 14 nicht einheitlich oder symmetrisch sein oder sich nicht einmal über die ganze Länge oder Breite des Filtermediums erstrecken. Alternative Muster für die Anwendung der hydrophilen Matrix werden weiterhin unter Bezug auf 5 besprochen.
In der 2 ist ein Filtermedium ein einem beispielhaften Filtergerät, welches hier als eine Filterkartusche 50 gezeigt ist, gezeigt. Die in 2 gezeigte Filterkartusche 50 ist eine konische Filterkartusche, aber abhängig von der Anwendung des Filtergeräts können andere Gestaltungen ebenso möglich oder sogar bevorzugt sein. Mögliche Filter können die Form von Kegeln, plissierten Filterplatten, anderen plissierten Filtern, Beuteln, Kerzen, geschichteten Filtern, oder rundgewickelten Filtern annehmen, sind aber nicht auf diese beschränkt. Wegen der konischen Form der Filterkartusche 50 befindet sich die stromaufwärtige Seite des Bogens 10 von Medium außerhalb der Filterkartusche 50.
In dieser Offenbarung bezeichnen die Begriffe "stromaufwärts" und "stromabwärts" allgemein eine Richtung in Bezug auf den Fluss von Fluid durch ein Luftfiltersystem auf einen Gasturbinenmotor oder eine andere industrielle Anwendung zu. Die Richtung des stromaufwärtigen ungefilterten Luftflusses wird durch den Eingangspfeil 52 gezeigt, während die Richtung des stromabwärtigen gefilterten Luftflusses durch den Ausgangpfeil 54 gezeigt ist. Grundsätzlich erfolgt der Luftfluss durch das Filtermedium radial nach innen, und die gefilterte Luft tritt dann axial durch die Öffnung 44 und die entsprechende Flussöffnung in der Rohrplatte 46 aus.
In der 2, die teilweise schematisch ist, ist der Bogen 10 von Medium in einem plissierten Ring 40 (die Falten sind nicht gezeigt), welcher eine gegenüberliegende geschlossene Endkappe 41 und eine offene Endkappe 42 mit einer zentralen Öffnung 44 aufweist, angeordnet. Die Filterkartusche 50 ist auf einer Rohrplatte 46 befestigt, die in einem Gasturbinen-Filtersystem verwendet werden kann (siehe beispielsweise 3). Die Rohrplatten-Anordnung weist eine Dreibeinstütze 56 auf, die eine Struktur für die mechanische Befestigung der Filterkartusche bereitstellt. Ähnliche physikalische Stützen sind in der US-Anmeldung Nr. 12/770 126 beschrieben.
Wie aus der Lage der hydrophilen Matrix 14 auf der Außenseite der Filterkartusche 50 deutlich wird, wird das hier offenbarte Filtergerät von einem Bogen 10 aus Medium gebildet, der vor seinem Einbau in eine Filterkartusche 50 mit der hydrophilen Matrix 14 versehen wird.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren des Aufbringens der hydrophilen Matrix 14 auf den Bogen 10 aus Medium durchgeführt werden, nachdem der Bogen 10 aus Medium in die Filterkartusche 50 plissiert wurde, was unter manchen Gegebenheiten vorteilhaft sein kann.
In der 2 ist der Bogen 10 aus Medium so orientiert, dass sich die Streifen der hydrophilen Matrix 14 in Längsrichtung nicht im Wesentlichen parallel zu der von dem zylindrischen Bereich der Filterkartusche 50 festgelegten Zentralachse erstrecken. In diesem Zusammenhang bedeutet die Redewendung "nicht im Wesentlichen parallel", dass die Streifen der hydro- philen Matrix 14 um mehr als 30° gegenüber der Zentralachse geneigt sind.
Dies ist eine Ausführungsform der Ausrichtung der Streifen der hydrophilen Matrix 14; andere Ausrichtungen sind ebenfalls möglich. Angesichts der horizontalen Ausrichtung der Zentralachse ist die hydrophile Matrix 14 ebenfalls nicht im Wesentlichen parallel zu der horizontalen Ebene, die die Zentralachse enthält. Diese im Wesentlichen nicht horizontale Ausrichtung der hydrophilen Matrix 14 ist wichtig, da sie eine synergistische Verbindung der Gravitationskraft und der hydrophilen Eigenschaften des Matrixmaterials erlaubt.
Mit dieser im Wesentlichen nicht horizontalen Ausrichtung können die Flüssigkeitströpfchen von den Poren in den freiliegenden Gebieten der hydrophoben Medienlage 12 abgeführt und durch Schwerkraftwirkung entwässert werden, um ein offenes Gebiet zu schaffen, das ausreichend frei von Flüssigkeitströpfchen ist, um übermäßigen Druckverlust oder Verlust von Luftfluss zu vermeiden. Etwas Wasser kann sich zwischen den Falten auf der Oberseite sammeln und kann entlang der Unterseite des Filters abtropfen. Die im Wesentlichen nicht horizontale Ausrichtung der Streifen der hydrophilen Matrix 14 erlaubt es den Flüssigkeitströpfchen auf den Streifen der hydrophilen Matrix 14, von der Schwerkraft erfasst zu werden und entlang den Bahnen der Streifen der hydrophilen Matrix 14 hinunterzurollen. Während sie sich auf der hydrophilen Matrix 14 befinden, können sich die Flüssigkeitströpfchen auch in größere Tropfen vereinigen, so dass die Gewichte der vereinigten Tropfen die Kräfte überwinden, die die vertikalen Stellungen der Tropfen bewahren.
Auf der Grundlage der oben beschriebenen Einzelheiten kann die hydrophile Matrix 14 auf bis zu wenigstens drei verschiedene Arten funktionieren: Erstens führt sie die Flüssigkeitströpfchen von den Poren des hydrophoben Medienmaterials ab, wodurch diese Poren von einigen der unerwünschten Fluidbestandteile freigeräumt werden und die Gesamtoberfläche des Bogens 10 von Medium, die eine Anreicherung und eine mögliche Erfassung von Flüssigkeitströpfchen erfährt, verringert wird. Zweitens neigen die Flüssigkeitströpfchen aufgrund der Konzentration der Flüssigkeitströpfchen in kleinen Bereichen der Gesamtoberfläche des Bogens von Material eher dazu, sich zu größeren Tropfen zu verbinden, die von der Gravitationskraft erfasst werden. Auf diese Weise arbeitet die hydrophile Matrix als ein Verbinder, der die Konsolidierung und die mögliche Entfernung unerwünschter Flüssigkeit erleichtert. Drittens stellt die hydrophile Matrix einen kontinuierlichen, oder in anderen Ausführungsformen nicht kontinuierlichen, Weg entlang des Bogens von Material zur Verfügung, entlang dem Flüssigkeitströpfchen traversieren können, was die Entfernung der Flüssigkeitströpfchen von den angesammelten unerwünschten Fluidbestandteilen erleichtert und die Rate der Erhöhung des Druckabfalls verlangsamt. Auf diese Weise kann sie das Wasser konzentrieren, um größere offene Betriebsgebiete übrig zu lassen, die das Verstopfen auf kleinere Gebiete begrenzt.
In der 3 ist die Filterkartusche 50 in eine Ausführungsform eines Luftfiltersystems 60 für einen Gasturbinenmotor 62 eingebaut. Eine Beschreibung eines ähnlichen Luftfiltersystems, welche das offenbarte Filtermedium mit einer hydrophilen Matrix 14 und einer hydrophoben Medienlage 12 nicht enthält, wird in der US-Anmeldung Nr. 13/417 358 gegeben. Das Luftfiltersystem beinhaltet Jalousien 64 über den Eingangskanälen 66 in das Luftfiltersystem 60. Die Jalousien 64 können ihre eigenen Filter beinhalten, die hier als Flachplatten- oder V-Bank-Filter 68 gezeigt sind, die eine andere Filtertechnologie beinhalten und einem anderen Filterzweck dienen können, oder die sich auf das Filtermedium 12 beziehen und dieses verwenden.
Die Eingangskanäle 66 und ein Gebiet, das eine Mehrzahl von Filterkartuschen 50 enthält, bilden zusammen die Lufteinlassgehäuse-Baugruppe 70. Das Gebiet, das die Mehrzahl von Filterkartuschen 50 enthält, ist in dem Luftfiltersystem 60 so angeordnet, dass der Fluss von Fluid, in diesem Fall Verbrennungsluft, durch das Luftfiltersystem 60 zu dem Gasturbinenmotor 62 durch die in den Filterkartuschen 50 montierten Bogen 10 von Medium hindurchtreten muss. Das Luftfiltersystem 60 ist luftdicht in dem Sinn, dass Fluid den Gasturbinenmotor 62 nicht erreichen kann, ohne durch die erste Seite 16 des Bogens 10 von Medium, welcher die unerwünschten Fluidbestandteile entfernt, hindurchzutreten. Wie vorher besprochen kann eine Ausführungsform des Luftfiltersystems eine oder mehrere Rückpulseinrichtungen 72 beinhalten, welche so ausgelegt sind, dass sie regelmäßig Mikropartikel und Flüssigkeitströpfchen entfernen, die sich auf dem Bogen 10 aus Material angesammelt haben.
Wenn das Fluid durch die Filterkartusche 50 des Luftfiltersystems 60 hindurchtritt, sollte das Fluid frei von Partikeln mit einer Größe von mehr als 0,3 Mikrometern sein (d.h. wenigstens 99% wirksam). Wenn sich in dem gefilterten Fluid Partikel von dieser Größe befinden, ist der Bogen 10 von Medium möglicherweise zerrissen oder gerissen und erfordert Ersatz. Alternativ hierzu können Partikel dieser Größe das Filtergerät umgehen und durch das Luftfiltersystem 60 hindurchtreten und den Gasturbinenmotor 62 erreichen, wenn das Filtergerät nicht richtig eingebaut ist. In einem ordnungsgemäß eingebauten und ordnungsgemäß instand gehaltenen Luftfiltersystem 60 wird das gefilterte Fluid jedoch im Allgemeinen keine Partikel mit einer Größe von mehr als 0,3 Mikrometern enthalten.
In der 4 kann der schematische Aufbau einer Ausführungsform der hydrophilen Matrix 14 und der hydrophoben Medienlage 12 klarer erkannt werden. Diese Ansicht zeigt die Knötchen 80 und die Fibrillen 82 des ePTFE-Materials, das in einer bevorzugten Ausführungsform als das Material für die hydrophobe Medienlage 12 dient. In dieser Ausführungsform ist die hydrophobe Medienlage 12 eine poröse faserförmige Verfilzung; in anderen Ausführungsformen kann die hydrophobe Medienlage 12 jedoch ein oder mehrere Bogen einer porösen Membran sein.
Die 4 zeigt in dieser Ausführungsform auch abwechselnde Streifen der hydrophilen Matrix 14. Abhängig von der Zusammensetzung des hydrophilen Materials können die Abmessungen der Streifen 84 der hydrophilen Matrix 14 variieren. In der in 4 gezeigten Ausführungsform haben die Streifen 84 der hydrophilen Matrix 14 eine Breite W1 von zwischen 0,05 und 2 Millimetern. Diese Breiten können für jede der anderen Figuren, oder hier besprochenen Ausführungsformen, angewendet werden. Ein Material, welches stärker hydrophil ist, oder das für ein Filtermedium, das in einer Umgebung mit weniger Feuchtigkeit (oder weniger Nebel) betrieben wird, eingesetzt wird, kann dünnere Streifen 84 der hydrophilen Matrix 14 aufweisen.
In der in 4 gezeigten Ausführungsform weisen die Streifen 84 der hydrophilen Matrix 14 eine Tiefenmächtigkeit D1 von zwischen 0,05 und 2 Millimetern auf. Diese Tiefenmächtigkeit D1 ist von der Ebene, die die äußersten Fasern der hydrophilen Matrix 14 enthält, bis zu der Ebene, die die äußersten Fasern des hydrophoben Mediums 12 enthält, gemessen, obwohl in einigen Ausführungsformen eine faserförmige Verfilzung zwischen der hydrophilen Matrix 14 und der hydrophoben Medienlage 12 vorhanden sein kann, in der sich einige der Fasern der hydrophilen Matrix 14 in die hydrophobe Medienlage 12 hinein erstrecken. Die Tiefenmächtigkeit D1 umfasst nicht diejenigen Fasern der hydrophilen Matrix 14, die sich über die Ebene, die die äußersten Fasern der hydrophoben Medienlage 12 enthält, hinaus erstrecken. Die Tiefenmächtigkeit D1 der Streifen 84 der hydrophilen Matrix 14 kann von dem Widerstand des Materials der hydrophilen Matrix 14 gegen abrasive Zersetzung abhängen, da ein Material, das von dem Filtermedium schneller abgerieben wird, dicker aufgetragen werden muss. Dies trifft insbesondere auf Filtermedien zu, die in Luftfiltersystemen in der Arabischen Halbinsel, der Golfküste der Vereinigten Staaten oder unter anderen ähnlich rauen Bedingungen betrieben werden.
Übliche Luftfiltersysteme filtern partikelförmiges Festkörpermaterial unter milden Umgebungsbedingungen relativ wirksam aus. Moderne Innovationen haben Luftfiltersysteme erlaubt, die auch Festkörper-Mikropartikel, die einen Mikrometer oder ein Submikron im Durchmesser messen, ausfiltern. Flüssigkeitströpfchen von ähnlicher Größe stellen für Luftfiltersysteme jedoch zusätzliche Herausforderungen dar. Wegen der Kapillarwirkung und einzeln schwachen, kumulativ jedoch wirksamen intermolekularen Kräften können, wenn Flüssigkeitströpfchen einer bestimmten Größe den Weg in die Poren des Filtermediums nehmen, die Flüssigkeitströpfchen nicht durch mechanische Mittel, wie durch Abwischen oder Freipulsieren aus den Poren, entfernt werden. Stattdessen muss das Luftfiltersystem abgeschaltet werden, und das Filtergerät muss ersetzt oder getrocknet werden, wenn die Flüssigkeitströpfchen in einem ausreichend hohen Prozentsatz in den Poren des Filtermediums hängenbleiben.
Periodische Nebelereignisse in der Arabischen Halbinsel beinhalten Wassertröpfchen dieser Größe; die Wassertröpfchen haben einen Durchmesser von ungefähr 1 bis 5 Mikrometer. Diese Wassertröpfchen können die Luftfiltersysteme wegen einer schnellen Zunahme des Druckabfalls zusetzen oder zeitweise außer Funktion setzen. Luftfiltersysteme in anderen Umgebungen können ähnliche Probleme mit natürlich auftretenden Wassertröpfchen unterschiedlicher Größe, wie der Meeresfeuchtigkeit an der Golfküste der Vereinigten Staaten, erfahren. In solchen Umgebungen – der Arabischen Halbinsel und der Golfküste – sind periodische Nebelereignisse und Feuchtigkeit nicht die einzigen Herausforderungen, denen sich Luftfiltersysteme ausgesetzt sehen. Die Verbesserungen von Luftfiltersystemen, die dafür ausgelegt sind, die Probleme von Flüssigkeitströpfchen zu verringern, müssen auch hohen Temperaturen, Abrieb durch Sand und anderen strengen Umgebungsbedingungen, denen sich Außen-Luftfiltersysteme in diesen Umgebungen ausgesetzt sehen, Stand halten. Infolgedessen können die Abmessungen, Zusammensetzungen, und andere Kenndaten der Streifen 84 der hydrophilen Matrix 14 und der der hydrophoben Medienlage 12 für die erwarteten Probleme einer bestimmten Umgebung optimiert werden.
Es ist ein Vorteil im Fall von periodischen Nebelereignissen, die normalerweise in der Größenordnung von Stunden dauern, dass die hydrophilen Streifen Wasser ansammeln und die Betriebszeit verlängern können. Des Weiteren wird nach dem Nebelereignis trockenere Luft aus der äußeren Umgebung durch die Filter fließen und auf den hydrophilen Streifen angesammeltes Wasser trocknen und das Medium für das nächste Nebelereignis regenerieren.
In der 5 ist eine andere Ausführungsform eines Musters für die hydrophile Matrix 14 gezeigt. In diesem Muster gibt es nicht kontinuierliche Streifen der hydrophilen Matrix 14, die hier als Rauten 86 gezeigt sind, obwohl Linien gezeigt sind, um anzudeuten, dass kontinuierliche Streifen verwendet werden könnten, um ein kontinuierliches Kreuzmuster zu erzeugen. Obwohl die Rauten 86 der hydrophilen Matrix 14 denselben Prozentsatz der Gesamtoberfläche der ersten Seite 16 des Bogens 10 von Medium wie die Streifen 86 der hydrophilen Matrix 14 der 1 bedecken können, ist das Muster unterschiedlich.
Wenn das Muster oder die Streifen kontinuierlich sind, kann dies vor allem für Filtermedien, die in ein Filtergerät ohne Rücksicht auf die Ausrichtung des Filtermediums eingebaut werden können, nützlich sein; indem sie ein Kreuzmuster aufweisen (siehe beispielsweise 8), wird das Muster der hydrophilen Matrix 14 die Fähigkeit beibehalten, das Entwässern von Flüssigkeitströpfchen und Flüssigkeitstropfen ohne Rücksicht darauf, in welcher Richtung das Filtermedium in dem Filtergerät gedreht wird und ohne Rücksicht darauf, in welcher Richtung das Filtergerät im Verhältnis zum Erdboden orientiert ist, zu erleichtern. Alternativ kann dieses Muster in Filtergeräten, die plissierte Filtermedien beinhalten, verwendet werden.
In einer Ausführungsform wie in 5 gezeigt müssen sich weiterhin die Rauten 86 nicht gegenseitig berühren. Obwohl eine Entwässerung von dem Medium weg nicht erreicht wird, wird eine Ansammlung von Wasser auf den Rautengebieten 86 (und den bedeckten Gebieten 94) als erreicht angesehen, während die Bereiche 96 trockenere Gebiete für den Luftfluss offenhalten.
Andere mögliche Ausführungsformen beinhalten, aber sind nicht beschränkt auf, ein Fischgrätmuster für die hydrophile Matrix 14, ein Muster aus wiederholten Kreisen oder sich schneidenden konzentrischen Kreisen für die hydrophile Matrix 14, oder eine Anbringung der hydrophilen Matrix 14 auf der Oberfläche der ersten Seite 16 der hydrophoben Medienlage 12 derart, dass das Muster einem Schottenkaro oder einem Muster im Stil von Gingan ähnelt.
In der 6 ist eine Ausführungsform des Querschnitts des Filtermediums aus 5 gezeigt. Im Gegensatz zu dem Filtermedium der 4 zeigt dieser Querschnitt eine hydrophile Matrix 14, die durch chemisches Abscheiden aufgetragen wurde. Diese Ausführungsform des Filtermediums zeigt eine Ausführung, bei der lediglich die hydrophobe Medienlage 12 faserförmig ist und die hydrophile Matrix 14 eine andere Form annimmt. In dieser Ausführungsform weist die hydrophile Matrix 14 eine zweite Tiefenmächtigkeit D2 auf; die in 6 gezeigte zweite Tiefenmächtigkeit D2 ist dünner als die in 4 gezeigte erste Tiefenmächtigkeit D1, eine Materialverminderung, die durch alternative Mittel des Aufbringens der hydrophilen Matrix 14 ermöglicht wird. Wie vorstehend besprochen leitet sich die physische Integrität des Filtermediums nicht von dem Material der hydrophoben Medienlage 12, noch der hydrophilen Matrix 14 ab, und daher sollte die Tiefenmächtigkeit der hydrophoben Matrix 14 die physische Integrität des Filtermediums nicht wesentlich beeinträchtigen.
Indem wir uns nun der 7 zuwenden, ist dort eine weitere Ausführungsform eines Filtermediums 100 gezeigt, welches eine hydrophobe Filter-Medienlage 102 beinhaltet, die auf eine Trägersubstrat-Stützlage 104 laminiert wurde. Des Weiteren ist eine hydrophile Matrix in der Form kontinuierlicher Streifen 106 nur auf die Faltenspitzen entlang der stromaufwärtigen Seite des hydrophoben Filtermediums 102 aufgebracht. Insbesondere ist das Gesamtmedium 100 so plissiert, so dass es Falten 108 beinhaltet, wobei die hydrophilen Streifen 106 nur auf den Faltenspitzen 110 angeordnet sind und nach dem Plissieren aufgebracht werden können.
Die Richtung des Luftflusses ist durch 112 gezeigt, was anzeigt, dass die Streifen 106 entlang der stromaufwärtigen Oberfläche angeordnet sind.
Des Weiteren können sich die Streifen 106 in Längsrichtung vertikal erstrecken (beispielsweise der Querschnitt, der horizontal durch das Medium gelegt wurde), um die gravitative Entwässerung zu erleichtern.
Diese Ausführungsform zeigt auch, dass die Trägerlage 104 in besseren Einzelheiten für die strukturelle Unterstützung und Faltbarkeit der Gesamt-Filtermediumstruktur sorgt. Diese gleiche Trägerlage kann bei den anderen hier besprochenen Ausführungsformen eingesetzt werden. Andere für die Ausführungsformen verwendete Parameter, Materialien und Beschreibungen können für diese Ausführungsform ebenfalls verwendet werden und sind auf sie anwendbar.
Weiterhin kann eine zusätzliche hydrophile Matrix in der Form sich vertikal erstreckender Streifen 116 auch entlang den Faltenflanken 108 zusätzlich zu, oder alternativ zu denjenigen entlang der Faltenspitzen aufgebracht werden. Diese müssen sich möglicherweise nicht in regelmäßigen Abständen, wie gezeigt, befinden und können sich an unterschiedlichen Orten entlang der Faltenflanken befinden und können vor dem Plissieren aufgebracht werden. Eine Ausführungsform kann einen der Streifen 116, 116 beinhalten, oder beide.
Das Medium der 7 kann in einem Plattenfilter (einschließlich eines V-Bank-Filters) verwendet werden oder zu einem Ring aufgerollt und beispielsweise in einem wie beispielsweise in 2 gezeigten ringförmigen Filterelement verwendet werden.
Indem wir uns jetzt der 8 zuwenden, ist dort eine weitere Ausführungsform in der Form eines Plattenfilters 200 gezeigt, welches ein Filtermedium 202 beinhaltet, das in einem rechteckigen Einfassrahmen 204 angeordnet ist (wobei nur ein Teil des Rahmens 204 gezeigt wird). Ein Plattenfilter ist im Allgemeinen ein im Wesentlichen ebenes Teil, welches einen rechteckigen Einfassrahmen beinhaltet, in welchem das plissierte Filtermedium 202 gelagert und enthalten ist. Diese Ausführungsform beinhaltet auch eine Trägerstützlage 208, die an die hydrophobe Filtermedienlage 206 laminiert ist und diese strukturell stützt. Wie früher erwähnt, und wie es bei früheren Ausführungsformen der Fall ist, kann die Fasergröße der rohen Lage viermal oder sogar noch viel größer sein als die Fasergröße oder die Faser der hydrophoben Filtermedienlage. Die hydrophobe Filtermedienlage 206 ist auf der stromaufwärtigen Oberfläche der Stützlage 208 angeordnet. Zusätzlich nimmt die hydrophile Matrix die Form von sich kreuzenden Streifen 210, 212 an, die sich gegenseitig schneiden und sich über und entlang der stromaufwärtigen Seite des hydrophoben Filtermediums 206 erstrecken. Unabhängig davon, wie das Plattenfilter 200 orientiert ist, werden sich wenigstens einige der Streifen 210 und 212 ausreichend vertikal erstrecken, um die gravitative Entwässerung in Richtung eines Endes des Plattenfilters, wenn es benutzt wird, zu erleichtern. Diese Plattenfilter können auch in dem oben gezeigten Gasturbinensystem und -anwendung eingesetzt werden, wie auch die anderen oben besprochenen Ausführungsformen.
Alle Bezugnahmen, einschließlich Veröffentlichungen, Patentanmeldungen und Patenten, die hier zitiert werden, werden durch Bezugnahme in demselben Maße so einbezogen, als ob für jede Bezugnahme einzeln und eigens angegeben wäre, dass sie durch Bezugnahme einbezogen werden solle und in ihrer Gesamtheit hier dargelegt wäre.
Die Verwendung der Begriffe "ein" und "eine" und "der"/"die"/"das" und ähnliche Bezeichnungen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindung (insbesondere im Zusammenhang mit den nachfolgenden Ansprüchen) ist so auszulegen, dass sie sowohl den Singular als auch den Plural umfassen, sofern hier nichts anderes angegeben ist oder dies dem Zusammenhang klar widersprechen würde. Die Begriffe "enthaltend", "aufweisend", "beinhaltend" und "enthaltend" sind als offene Begriffe auszulegen (d.h. in dem Sinn "einschließlich, aber nicht beschränkt auf"), falls nichts Anderweitiges angegeben ist. Bei der Wiedergabe von hier erwähnten Wertebereichen ist lediglich beabsichtigt, dass sie als Kurzschrift-Verfahren dafür dienen, auf jeden einzelnen Wert, der in den Bereich fällt, einzeln Bezug zu nehmen, falls hier nichts anderes angegeben ist, und jeder einzelne Wert wird in die Beschreibung durch Bezugnahme einbezogen, wie wenn er einzeln erwähnt worden wäre. Alle hier beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden, sofern hier nichts anderes angegeben ist oder dies dem Zusammenhang klar widersprechen würde. Bei der Verwendung jeglicher Beispiele, oder beispielhafter Sprache (z.B. "wie ..."), für die hier gesorgt wird, ist lediglich beabsichtigt, die Erfindung besser zu erklären, aber sie erlegen dem Gegenstand der Erfindung keine Beschränkung auf, falls nicht anderes beansprucht ist. Keine Wendung in der Beschreibung darf so ausgelegt werden, dass sie ein beliebiges, nicht beanspruchtes Element als wesentlich für die Ausführung der Erfindung bezeichnet.
In dieser Beschreibung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, einschließlich der besten Art und Weise, die Erfindung auszuführen, die den Erfindern bekannt ist. Für Durchschnittsfachleute auf dem einschlägigen Gebiet werden Abwandlungen dieser bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich werden, wenn sie die vorstehende Beschreibung lesen. Die Erfinder erwarten, dass erfahrene Fachleute solche Abwandlungen soweit angemessen verwenden, und die Erfinder beabsichtigen, dass die Erfindung in anderer Art und Weise ausgeführt wird, als sie hier speziell beschrieben ist. Demgemäß umfasst diese Erfindung im Rahmen des anwendbaren Rechts alle Abwandlungen und Äquivalente der in den beigefügten Ansprüchen wiedergegebenen Gegenstände. Weiterhin wird von der Erfindung jede Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Abwandlungen derselben umfasst, sofern hier nichts anderes angegeben ist oder dies dem Zusammenhang klar widersprechen würde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8328895 [0035]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM D737 [0005]
ASTM D737 [0006]
ASTM D737 [0012]
ASTM D6830 [0012]
ASTM D737 [0018]
ASTM D6830 [0018]
ASTM D737 [0021]
ASTM D737 [0045]
ASTM D6830 [0046]
ASTM D6830 [0047]

Claims

Medium einschließlich: einer hydrophoben Medienlage, die gegenüberliegende erste und zweite Seiten aufweist, einer hydrophilen Matrix entlang der ersten Seite des hydrophoben Mediums, wobei die erste Seite des hydrophoben Mediums einen ersten Teil aufweist, der von der hydrophilen Matrix verdeckt wird und einen zweiten Teil, der durch offene, von der hydrophilen Matrix festgelegte Bereiche freiliegend ist.
Medium nach Anspruch 1, bei dem das hydrophobe Medium eine poröse Membran beinhaltet, die wenigstens entweder ePTFE, PTFE, oder Stretchfilm-Filtermedium beinhaltet, wobei die Membran eine durchschnittliche Porengröße von zwischen 0,01 Mikrometern und 10 Mikrometern aufweist und eine Luftstromdurchlässigkeit, gemessen nach ASTM D737, von wenigstens 0,1 CFM (0,1699 m³/h).
Medium nach Anspruch 1, bei dem das hydrophobe Medium eine poröse faserförmige Verfilzung unter Einsatz von Fasern, die aus wenigstens entweder Polyolefin, Polyamid, Polyester, Polysulfon, Polyäther, Acryl, Methacrylat, Polystyrol, Polyurethan, Polypropylen, Polyäthylen, expandiertem Polytetrafluoräthylen (ePTFE), gewebtem PTFE oder nicht gewebtem PTFE gebildet sind, beinhaltet, wobei die poröse faserförmige Verfilzung eine durchschnittliche Porengröße von zwischen 0,01 Mikrometern und 10 Mikrometern aufweist und eine Luftstromdurchlässigkeit, gemessen nach ASTM D737, von wenigstens 0,1 CFM (0,1699 m³/h).
Medium nach Anspruch 1, bei dem die offenen Bereiche größer als 50% sind, so dass mehr als 50% der ersten Seite des hydrophoben Mediums freiliegend sind.
Medium nach Anspruch 1, bei dem die offenen Bereiche größer als 75% sind, so dass mehr als 75% der ersten Seite des hydrophoben Mediums freiliegend sind.
Medium nach Anspruch 1, bei dem die hydrophile Matrix nur zwischen 5% und 15% der ersten Seite des hydrophoben Mediums verdeckt.
Medium nach Anspruch 1, bei dem die hydrophile Matrix eine Mehrzahl von kontinuierlichen oder nicht kontinuierlichen Streifen beinhaltet, wobei jeder der Mehrzahl von Streifen eine Breite zwischen 0,05 und 2 Millimetern aufweist, eine Länge, die länger ist als die Breite, und eine Tiefenmächtigkeit von zwischen 0,05 und 2 Millimetern.
Medium nach Anspruch 1, bei dem die hydrophile Matrix eine Mehrzahl von kontinuierlichen oder nicht kontinuierlichen Streifen beinhaltet, wobei jeder der Mehrzahl von Streifen eine gesamte Breite und Längenspanne des Mediums überspannt.
Medium nach Anspruch 1, bei dem das Medium ein Filtermedium ist, wobei das hydrophobe Medium eine durchschnittliche Porengröße von zwischen 0,01 Mikrometern und 10 Mikrometern aufweist, eine Luftstromdurchlässigkeit, gemessen nach ASTM D737, von wenigstens 0,1 CFM (0,1699 m³/h), eine Luftstromkapazität von ungefähr 3 bis 5 CFM (5,097 bis 8,495 m³/h) bei 0,5 Zoll (1,27 cm) Wasserpegel-Druckverlust, und eine anfängliche Filterwirksamkeit von wenigstens 99,0% für Aerosolpartikel von 0,3 Mikrometer, gemessen nach ASTM D6830.
Medium nach Anspruch 1, bei dem die hydrophile Matrix eine chemische Ablagerungsprägung von wenigstens einem beliebigen geeigneten Amin enthaltenden hydrophilen Polymer, wie Polyvinylalkohol-Coaminpolymere, beinhaltet.
Medium nach Anspruch 1, bei dem der hydrophilen Matrix eine dauerhafte hydrophile Behandlung unter Verwendung eines vernetzenden Polymers erteilt wird.
Medium nach Anspruch 1, bei dem die hydrophile Matrix die Ablagerung von Fasern beinhaltet, welche Fasern aus Polyactiden oder anderen Polymeren mit hydrophilen Beschichtungen beinhalten.
Medium nach Anspruch 12, bei dem die Fasern mit der hydrophoben Medienlage entlang der ersten Seite der hydrophoben Medienlage verfilzt sind.
Medium nach Anspruch 1, bei dem die hydrophile Matrix weniger als 10% Drosselung an der hydrophoben Medienlage hervorruft, gemessen über einen Luftflussbereich von zwischen 3 bis 10 CFM (5,097 bis 16,99 m³/h) bei einem Druckverlust von 0.5 Zoll (1,27 cm).
Luftfiltersystem für einen Gasturbinenmotor oder eine industrielle Anwendung, welches das Medium nach Anspruch 1 beinhaltet, wobei das System einbezieht: eine Lufteinlass-Gehäusebaugruppe, die stromaufwärts des Gasturbinenmotors oder der industriellen Anwendung angeordnet ist, die so angeordnet ist, dass sie den Verbrennungsluftfluss zu dem Gasturbinenmotor oder der industriellen Anwendung filtert; eine Filterkartusche, die in der Lufteinlass-Gehäusebaugruppe angeordnet ist, wobei die Filterkartusche das Medium beinhaltet; wobei die hydrophobe Medienlage eine durchschnittliche Porengröße von zwischen 0,01 Mikrometern und 10 Mikrometern aufweist, eine Luftstromdurchlässigkeit, gemessen nach ASTM D737, von wenigstens 0,1 CFM (0,1699 m³/h), eine Luftstromkapazität von ungefähr 3 bis 10 CFM (5,097 bis 16,99 m³/h) bei 0,5 Zoll (1,27 cm) Wasserpegel-Druckverlust, und eine anfängliche Filterwirksamkeit von wenigstens 99,0% für Aerosolpartikel von 0,3 Mikrometer, gemessen nach ASTM D6830.
Luftfiltersystem nach Anspruch 15, welches weiterhin eine Rückpulseinrichtung beinhaltet, die so angeordnet ist, dass sie Luft durch die Filterkartusche pulst, um Staub zu lösen.
Verfahren zum Betreiben des Luftfiltersystems für einen Gasturbinenmotor oder eine industrielle Anwendung nach Anspruch 15, einschließlich: Ansaugen von Luft durch die Filterkartusche, wobei die Luft periodischen ausgedehnten Zeiträumen von Nebel mit Tröpfchen mit einer durchschnittlichen Tröpfchengröße von zwischen ungefähr 1 und 5 Mikrometer Durchmesser ausgesetzt ist; Abführen der Wassertröpfchen von Poren in der hydrophoben Medienlage durch die hydrophile Matrix.
Medium einschließlich: einem hydrophoben Filtermedium, welches gegenüberliegende erste und zweite Seiten aufweist, wobei das hydrophobe Filtermedium wenigstens entweder eine poröse Membran oder eine poröse gewebte oder nicht gewebte Faserverfilzung, welche eine durchschnittliche Porengröße von zwischen 0,01 Mikrometer und 10 Mikrometer und eine Luftstromdurchlässigkeit, gemessen nach ASTM D737, von wenigstens 0,1 CFM (0,1699 m³/h) aufweist, beinhaltet; und hydrophile Kanäle einstückig mit dem hydrophoben Filtermedium, wobei das hydrophobe Filtermedium offene, zwischen den hydrophilen Kanälen festgelegte Bereiche aufweist, wobei der Luftstrom durch die offenen Bereiche zwischen den ersten und zweiten Seiten durchtreten kann, ohne durch die hydrophilen Kanäle durchzutreten.
Medium nach Anspruch 18, bei dem das hydrophobe Filtermedium wenigstens entweder ePTFE, PTFE, Fluor enthaltende polymere Fasern oder polymere Fasern mit einer hydrophoben Behandlung beinhaltet.
Medium nach Anspruch 18, bei dem die zweite Seite des hydrophoben Filtermediums zur strukturellen Unterstützung auf eine Trägerlage laminiert ist, wobei die Trägerlage allein bezüglich des hydrophoben Filtermediums alleine größere Stützeigenschaften aufweist, wobei die Trägerlage eine durchschnittliche Fasergröße beinhaltet, die im Durchmesser wenigstens 4 mal größer ist als eine durchschnittliche Faser- oder Fibrillengröße des hydrophoben Filtermediums und eine durchschnittliche Porengröße, die wenigstens 4 mal größer ist als das Filtermedium.
Medium nach Anspruch 20, bei dem die hydrophilen Kanäle auf der ersten Seite, die eine stromaufwärtige Seite für das hydrophobe Filtermedium bildet, gestaltet oder abgelagert sind.
Medium nach Anspruch 18, bei dem die offenen Bereiche größer als 75% sind, so dass mehr als 75% des Luftstroms durch das hydrophobe Filtermedium die hydrophilen Kanäle umgehen kann.
Medium nach Anspruch 18, bei dem die hydrophilen Kanäle eine Mehrzahl von kontinuierlichen oder nicht kontinuierlichen Streifen beinhalten, wobei jeder der Mehrzahl von Streifen eine Breite von zwischen 0,05 Millimetern und 2 Millimetern aufweist, eine Länge, die länger ist als die Breite, und eine Tiefenmächtigkeit von zwischen 0,05 und 2 Millimetern.
Medium nach Anspruch 23, bei dem die Streifen kontinuierlich sind und sich hauptsächlich vertikal erstrecken, um gravitative Entwässerung zu erleichtern.
Medium nach Anspruch 18, bei dem das hydrophobe Filtermedium eine Luftstromkapazität von ungefähr 3 bis 5 CFM (5,097 bis 8,495 m³/h) bei 0,5 Zoll (1,27 cm) Wasserpegel-Druckverlust, und eine anfängliche Filterwirksamkeit von wenigstens 99,0% für Aerosolpartikel von 0,3 Mikrometer, gemessen nach ASTM D6830 beinhaltet, und bei dem die hydrophile Matrix weniger als 10% Drosselung an der hydrophoben Medienlage hervorruft, gemessen über einen Luftflussbereich von zwischen 3 bis 10 CFM (5,097 bis 16,99 m³/h) bei einem Druckverlust von 0.5 Zoll (1,27 cm).