DE1632871A1 - Filteraufbau - Google Patents

Description

B β se h r e i b u η g zum Patentgesuch

der Fa. FISPA Societa par Azioni. Corso Raffaallo 17. Turin,

Italian

betraffand:

"Filteraufbau"

Dia Erfindung betrifft einen Filteraufbau für Luftfilter mit hoher Filterujirkung zur Uaruiandung als Flachfilterscheiben und als Ringfilterelemente. Die Flachfilterscheiben können verwendet warden für dia Filterung der Luft bei Klimaanlagen, bei Kompressoren, Maschinen oder Motoren und dgl*, während die Ring« filterelemente bei Filtern von lUärmekraftmaschinBn veruiendet werden können·

Bisher sind bereits einige Konstruktionen mit einer guten Luftfilteruiirkung bekannt, die gegenuiärtig auf verschiedenen Anwendungsgebieten eingesetzt werden* Eine erste Bauart, die besonders für die Ausbildung von Filterelementen in Form von Flachfilterecheiben gedacht ist₉ umfaßt eine Schicht geeigneter Dicke von ililaterial in Form sehr dünner Fasern, z,B, Glaswolle, synthetische oder metallische Fasern, die unterschiedlich angeordnet und zusammengefügt sind und durch geeignete Schutzdraht·»

00988270601

gaien zusammengehalten u/erden. Diese Bauart gibt jedoch Anlaß .zu verschiedenen Nachteilen, weshalb sie auch, bei neueren Konstruktionen nicht mehr zur Anwendung kommt, insbesondere wenn es sich um die Verwendung für Maschinen oder Motoren handelt. Da ein solcher Filteraufbau lediglich eine einzelne flache Schicht bilden kann oder so geformt sein kann, daß er eine leichte Krümmung erhalten kann, ist tatsächlich die Filterfläche sehr verringert, weshalb auch die Speicherkapazität solcher Filterkonstruktionen sehr gering ist. Um eine Filterwirkung mit einem bestimmten Wirkungsgrad zu erhalten, ist es ferner erforderlich, öinem solchen Filteraufbau eine besonders große Dicke zu geben mit dem'Nachteil einer bemerkenswerten Zunahme des Druckabfalles und somit des Widerstandes gegenüber der durch das Filtermaterial hindurchgeführtBn Luft.

Eine zweite Filterbauart, die besonders gedacht ist als Filterelement für Wärmekraftmaschinen, umfaßt einen Filterpapier— streifen, der so gefaltet ist, daß er eine Vielzahl von im Querschnitt V-färmigen Falten nach Art einer Zick-Zack-Faltung aufweist, deren Faltkanten rechtwinklig zu der Längsachse des Streifens verlaufen. Dieser Streifen wird sodann zwischen einem Paar von Drahtgassen angeordnet, um die mechanische Festigkeit der Anordnung zu erhöhen und für die Vermeidung zufälliger Beschädigungen. Dieser Filteraufbau, obgleich er als Ganzes eine große Filterfläche besitzt, ist jedoch mit dem Nachteil einer sehr, geringen Staubspeicherkapazität behaftet, wodurch eins derart aufgebaute Filterscheibe oder ein Filterelement sehr schnell verstopft wird oder einen beträchtlichen Druckabfall verursacht; was beides unannehmbar für die praktische Verwendung ist·

Eine dritte Bauart, die normalerweise ebenfalls für Motoren verwendet wird, umfaßt einen Streifen aus Drahtgaze, auf dam

00 988 2/06 01 _BA0

«3-

1632B71

durch geeignete Herstellungsverfahren kurze Fasern aus synthetischem ,Material unter Bildung einer sogenannten Stoff- Drahtgaze angeordnet sind und der in passender U/eise so gefaltet ist, daß er eine Vielzahl aneinander anschließender Faltungen, mit V-förmigem Querschnitt bildet, deren Kanten rechtwinklig zur Achse des Streifens oder B.andes.-'verlaufen» Wit einem solchen Filteraufbau läßt sich eine sehr hohe Speicherkapazität erreichen, doch ist seine Filterwirkung nicht sehr hoch und fällt beträchtlich ab, wenn der auszufiltrierende Staub sehr fein ist β

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Filterauf« baues mit" hoher Filterwirkung und hoher Staubspeicherkapazität unter Vermeidung der Nachteile der bisher bekannten Filterkonstruktionen.

Der Filteraufbau gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine erste Schicht eines Filtermaterials, bestehend aus einem dünnen Netz, an dem sehr feine Fasern aus synthetischem Material befestigt sind und das in geeigneter Uleise so gefaltet ist, daß seine wirksame Filterfläche erhöht luird, durch eine zweite Schicht oder einen Luftraum und durch eine dritte Schicht aus Filtermaterial, gebildetvon einem Filterpapier, das ebenso in geeigneter Uleise gefaltet ist zwecks Vergrößerung seiner wirksamen Filterflächeo

Ein solcher Filteraufbau hat eine Anzahl vorteilhafter Eigenschaften, wie einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Filterkapazität, eine vollkommene fleidhmäßigkeit des Ulirkungsgra,des bei Änderung der Staubkonzentration in der gefilterten Luft, eine bemerkenswerte Speicherkapazität und einen geringen Druckabfall bei Durchgang der Luft durch das Filtermaterial. Einige

00988 2 V

dieser Eigenschaften haben sich als völlig unerwartet erwiesen und kannten absolut nicht .vorhergesehen werden vor der Verwirklichung dieses Filteraufbaues und seiner.genauen experimentellen Untersuchung durch eine Reihe von Tests, wie weiter unten beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung-dargestellt. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erf.indungsgemäßen. Filteraufbau, angeordnet für die Verwendung in einer Flachfilterscheibe,

Fig· 2 eine Vorderansicht einer Flachfilterscheibe mit dem Filteraufbau gemäß Fig· T,

Fig· 3 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf die Filterscheibe von Fig. 1,

Fig« 4 einen senkrechten Schnitt durch ein Filterelement zur Verwendung an Wotoren, versehen mit dem Filter« aufbau gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf das Filterelement gemäß Fig. 4,

Fig. 6 ein Diagramm, in dem der Druckabfall der durch das Filterelement gemäß der Erfindung und durch zwei andere Filterelemente bekannter Art hindurchströmenden Luft aufgetragen ist gegenüber der an den Filterelementen abgeia-gerteh Staubmenge,

009882/Q601

Fig. 7 ein"Diagramm, bei dem dar Druckabfall der durch das Filterelement gemäß der Erfindung und durch zwei andere Filterelemente bekannter Art hindurchströmenden Luft aufgetragen ist gegenüber der Einsatzzeit dieser Filterelemente,

Fig. 8 ein Diagramm., in dem der Wirkungsgrad oder ,die Filterkapazität des Filterelementes gemäß der Erfindung und .zweier anderer Filterelemente bekannter Art aufgetragen ist gegenüber der Konzentration des durch die Filterelemente hindurchtretenden Staubes und

Fig· 9 einen Schnitt einer anderen Ausfuhrungaform des Filteraufbaues gemäß der Erfindungo

Gemäß Fig_e 1 bis 5 der Zeichnung umfaßt der erfindungsgemäße Filteraufbau eine erste Schicht von Filtermaterial 1, bestehend aus einem dünnen Netz,-, an dessen Oberflächen kurze Fasern 2 aus einem geeigneten synthetischen Material durch geeignete Verfahren angebracht worden sind zur Bildung eines Filterg-eweb.ee,. das in seinem Inneren den dünnen Netzaufbau trägt. Dieser Netzaufbau kann aus einem geeigneten Material, z.B. aus Metall, bestehen. In passender Weise ist das Filtermaterial 1 in Form eines Bandes oder Streifens geschnitten und anschließend derart gefaltet, daß sich eine Vielzahl von im Querschnitt V-förmigen Falten 3 ergibt (Fig.2),deren Faltkanten, oder Ränder quer zur Längsarstreckung dee Bandes oder Streifens angeordnet sind. .

Hinter dem Filtermaterial 1, in Durchtrittsrichtung der Luft, ist ein schmaler Luftraum 4 geeigneter Dicke belassen worden·

009882/0601

Mt Q M

Schließlich ist noch eine Schicht aus Filtermaterial 5 vorgesehen, die aus einem geeigneten Filterpapier geformt und ebenso in Streifenform angeordnet und passend gefaltet ist zwecks Bildung einer Vielzahl von im Querschnitt V-förmigen Falten, die innen in die V-förmigen Falten des Materials 1 eingesetzt sind zwecks Bildung eines einzigen Aufbaues nahezu gleichförmiger Dicke, der aus den drei oben ermähnten Materialien besteht.

ZiueckmäßigerujBise kann der beschriebene Filteraufbau angeordnet sein in flacher Gestalt zur Bildung flacher Filterscheiben oder -tafeln (Fig»2 und 3). In diesem Falle sind die Kanten dieses Aufbaues an der Innenseite geeigneter Rahmen 6 befestigt. Ferner kann dieser Filteraufbau auch in Ringform gefaltet sein (Fig. 4 und 5) zur Bildung eines Filterelementes, das in das Innere der Filtergehäuse an Wärmekraftmaschinen eingesetzt werden kann. In diesem Falle werden die oberen und unteren Kanten des Filteraufbaues an der Innenseite geeigneter Rings 7 festgelegt. Normalerweise bestehen diese Ringe aus Kunststoffmaterial und dienen der Abstützung des Filterelementes.

Die Filterwirkung bei dem beschriebenen Filteraufbau ergibt sich in folgender U/eise. Die durch den Filteraufbau hindurchströmende Luft kommt zuerst in Berührung mit dsm Filtermaterial 1, das eins erste Filterwirkung ergibt, d.h. sowohl eine mechanische Filterwirkung durch das Vorhandensein der Poren und Hohlräume in dsm Material 1, und eins elektrostatische Filtarwirkung aufgrund der spezifischen Eigenschaften der Fasern 2, mit denen das Filtermaterial ausgestattet ist. Es kann gesagt werden, daß die Filterwirkung des [materials 1 vorherrschend auf die Teilchen mit den größten Abmessungen oder dem größten Durchmesser ausgeübt wird, wodurch die Teilchen

. BAD ORIGINAL

009882/0^01

geringeren Durchmessers vOruiiagend zu den darunter .angeordneten Materialien 4 und 5 durchtreten. IKlan hat festgestellt, daß die Luftschicht 4 auch eine wichtige Funktion bei dem Filtervorgang hat* Tatsächlich erhöht dieser. Luftraum 4 die elektröstatischari Eigenschaften der Schicht aus dem Material 1 und gestattet eine gleichförmigere Verteilung der auf die Schicht des Materials 5 zuströmenden Luft. Nach Durchtritt durch die Schichten 1 und 4 strömt die Luft dann durch die Schicht 5, deren Filterwirkung vorherrschend mechanischer Art ist aufgrund der überaus kleinen Poren (Mikroporosität), die irr'.dem. Material dieser Sdhicht vorhanden sind β . .

Es kann deshalb festgestellt werden, daß der Filteraufbau gebildet ist-von Schichten aus Materialien, die eine Differential-* filterwirkung ergeben, wobei die Schicht 1 die Teilchen mit den größeren Abmessungen zurückhält., während die Schicht 5 die Teilehen geringerer Größe abfängt. Diese Differentialwirkuhg verleiht dem Filteraufbau zusammen mit der Luftschicht 4 eine.sehr hohe Filterkapazität öder einen sehr hohen Wirkungsgrad, da jedes Material bei einer Staubfraktion arbeiten soll, deren Teilchengröße am meisten geeignet ist zum Erzielen des höchsten. Wirkungsgrades des betreffenden ,.Materials»' Da die erste Materialschicht 1 die Teilchen mit den größten Abmessungen zurückhält, wird sich ferner für ein bestimmtes Luftvolumen, das durch den, Filteraufbau hindurchströmt, auf dem Material der ersten Schicht eine Staubmenge ansammeln, die bei weitern' größer ist als die an dem Material 5 derdritten Schicht aufgefangene Staubmenge· Dies gestattet einen weiteren rationellen Einsatz der Materialien 1 und 5, da das Material 1 eine beachtlich hohe Speicherkapazität hat, die weitaus größer ist als die des Materials 5, so daß gesagt werden kann, daß die Sättigungsgrenze an diesen beiden Materialschichten gleichzeitig erreicht wird.

f.8-

Um nun die vorteilhaften Eigenschaften besser darzulegen, die in völlig unerwarteter und überraschender Weise erhalten wurden durch die erfindungsgemäße Anordnung der Filtermaterialien 1 und 5 ip der oben beschriebenen LUeise, sei nun bezug genommen auf die in Fig. 6, 7 und 8 dargestellten Diagramme, die von einer Reihe von Laboruntersuchungen erhalten wurden, ausgeführt an solchen Filterelementen, wie sie in Fig. 4, 5 und 6 dargestellt sind.

Die Untersuchungen wurden durchgeführt an drei Filterelementen für Filter von UJärmekraftmaschinen mit Außen- und Innendurchmessern von 128 bzw» 170 mm önd einer Höhe von 72 mm. Eine erste Art von Filterelement (in den Diagrammen mit A bezeichnet) hatte einen Aufbau, der erhalten wurde durch geeignetes Falten eines Bandes oder Streifens von Filterpapier zur Bildung einer Vielzahl von Elementen in der Form im Querschnitt V-förmiger Falten, deren Kanten oder Ränder parallel zu der Achse des Filterelementes lagen_o Eine zweite Art von Filterelement (in den Diagrammen mit B bezeichnet) hatte einen Aufbau, der in der oben beschriebenen Weise erhalten wurde durch Falten eines Streifens von sogenannter Gewebe-Drahtga^e, doh. ein dünnes Netz, auf dem kurze Fasern von synthetischen Materialien angebracht sind, wie oben beschrieben. Schließlich bestand eine dritte Art von Filterelement (in. den Diagrammen mit C bezeichnet) aus dem erfindungsgemäöen Filteraufbau.

Siliziumpulver mit einer Teilchengröße zwischen zwei und 3OyU wurde verwendet, während die Luftstrommenge 1500 l/min betrug.

Von den in dem Diagramm gemäß Fig· 6 (worin der Druckabfall aufgetragen ist gegenüber der an dein Filterelement abge-

-s- 009882/0601 ^ original

lagerten Gesamtstaubmenge) aufgezeichneten Untersuehungsergebnissen läßt sich erkennen, daß der Druckabfall für das erfindungsgemäße Filterelement sehr gering und niedriger (für dia höheren Staubmengen) als bei dan Filtern bekannter Art ist. Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zu dem, u/as man mutmaßlich erwarten könnte zu erhalten durch einfaches Zusammenkuppeln der beiden vorher bekannten Filtermaterialien. Tatsächlich hätte man erwarten können, entweder einen Druckabfall gleich der Summe der durch jedes der beiden Materialien verursachten Druckabfälle zu erhalten oder mindestens gleich demjenigen des Materials mit dem höheren Druckabfall.

Von den in dam Diagramm gemäß Fig. 7 (wobei der· Druckabfall aufgetragen ist gegenüber dar Betriebszeit des Filterelements) aufgezeigten Untarsuchungsergebnissan kann weiter festgestellt werden, daß das Filterelement gemäß der Erfindung den üblichen Grenz-Druckabfall (1QQ mm Wassersäule} in dem Diagramm mit einer gestrichelten Linie angedeutet) nach einer Betriebszeit erreicht, die weitaus länger als die der bekannten Filter ist.

Aus dem in Fig. 8 (in der dar Filterwirkungsgrad oder das Filtarvermögen aufgetragen ist gegenüber der Staubkonzentration in der gefilterten Luft) gezeigten Untersuchungeergebnis kann schließlich festgestellt werden, daß die Leistungsfähigkeit de* erfindungsgemäßen Filters über den Untersuchungezeitraum konstant und höher (in dem gleichere Zeitraum oder einem Teil davon) als diejenige der anderen bekannten Filterelemente ist«

Farner ist au§en»cheinlich» daß an dem in Fig« 1 gezeigten \ fiiteraufbau geeignet· Abwandlungen yorgsnommeR werden können _s '

ohne den Bannten der Erfindung zu vefieieeis«. Inibetöndttre könntn

die Filtermaterialien 1 und 5 beispielsweise in Form zweier voneinander völlig unabhängiger Elemente, konzentrisch oder parallel zueinander, wie in Fig. 9 gezeigt, angeordnet sein« Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, zwei verschiedene Steigungen oder Abmessungen der V-förmigen Elemente in der IKIatarialschicht 1 bziu. in der IKlaterialschicht 5 zu erhalten. Auf diese Weise kann das Filtermaterial 5 z.B„ (wie in Fig. gezeigt) eine größere Filterfläche als das Material 1 haben.

- Patentansprüche ·

.11-

003382/060

Claims (3)

1. P at e nt an s ρ r ü c h β

   Ι«! Filteraufbau für Luftfilter mit hoher Filterwirkung zut _—^ . ■ - ■ .

   Verwendung als Flachfilterscheiben und als Ringfilterelemente, gekennzeichnet durch eine erste Schicht eines Filtermaterials (1), bestehend aus einem dünnen Metz, an dem sehr feine Fasern (2) aus synthetischem Material befestigt sind und das in geeigneter Weise so gefaltet ist, daß seine wirksame Filterfläche erhöht wird, durch eine zweite Schicht oder einen Luftraum (4) und durch eine dritte Schicht aus Filtermaterial (-5), gebildet von einem Filterpapier, das ebenso in geeigneter Weise gefaltet ist zwecks Vergrößerung seiner wirksamen Filterfläche·
2. 2. Filteraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (1,5) der ersten und der dritten Schicht* in Band- oder Streifenform vorliegt.- und daß die Faltung im Querschnitt V-förmig ist mit den Faltkanten rechtwinklig zur Längserstreckung des Streifens oder Bandes.
3. 3. Filteraufbau nach Anspruch 2,'dadurch gekennzeichnet, daß die aus den beiden Filtermaterialstreifen bestehenden. V-förmig gefalteten Filterelemente die gleiche Faltensteigung oder gleiche Abmessungen haben und derart angeordnet sind, daß jedes Element eines Bandes oder Streifens an der Innenseite eines entsprechenden Elementes des anderen Streifens vorliegt.

   4o Filteraufbau nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente mit V-förmiger Faltung aus den beiden Filtermaterialstreifen unterschiedliche Steigung haben und der.·» art angeordnet sind, daß die Elemente eines Bandes oder Streifens· durch einen bestimmten Abstand getrennt sind von den Elementen, des anderen Bandes oder Streifens unter Bildung zweier Sätze

   009 8 8 2/0601

   ■■■-1-2- ' BAD

   von Elementen mit voneinander unabhängiger Faltung und parallel und konzentrisch zueinander angeordnet·

   009882/0601

   lh

   Le e rs e i te