FI121329B - Suodatinlaatta - Google Patents

Description

SUODATINLAATTA

Nyt esillä oleva keksintö koskee imukuivaimessa, erityisesti kapillaarisuotimes-sa käytettävää mikrohuokoista suodatinlaattaa. Suodatinlaatta edustaa huomat-5 tavaa parannusta etenkin mitä tulee laatan paineiskunkestävyyteen.

US-patentissa 4863656 kuvataan menetelmää mikrohuokoisen laatan valmistamiseksi, menetelmän mukaisesti valmistettua suodatinlaattaa ja imukuivainlai-tetta, jossa suodatinlaattoja käytetään. Mainitun US-patentin 4863656 mukai-10 sessa suodatinlaatassa on kaksi vastakkaista imuseinämää, joiden väliin jää rakeisella materiaalilla täytetty sisätila. Ainakin yksi imukuivainlaitteen suodatin-laatoista on sijoitettu siten, että sitä voidaan siirtää altaaseen tai vastaavaan ja edelleen pois altaasta, jossa on kuivattavaa materiaalia. Erään suoritusmuodon mukaan imukuivainlaitteessa on useita suodatinlaattoja, jotka on kehämäisesti 15 kiinnitetty pyörivän akselin ympärille. Kunkin laatan seinämiin kohdistetaan negatiivinen paine, jolloin vesi tai muu neste imeytyy kuivattavasta materiaalista imuseinämien läpi suodatinlaatan sisään ja sen jälkeen negatiivisessa paineessa edelleen pois laattarakenteesta.

? n j ) ) i 3 3 > 3 Ϊ i 3 ’ 20 US-patentissa 5178777 kuvataan menetelmää suodatuskakun poistamiseksi ) > a kapillaaripinnalta, kun neste suodatuskakkua muodostettaessa imetään suoda-tuselementin suodatuspinnan läpi. Tässä US-patentissa 5178777 suoda-tuselementin suodatuspinnalle muodostetaan nestekalvo suodatuselementin j ) J 1 läpi suunnatun käänteispaineen avulla jälkihuuhtelun suorittamiseksi suodatin- „ 25 laatalle. Olennaisen välittömästi nestekalvon muodostamisen jälkeen suoda- 3 i ) 3 3 tuselementin suodatuspintaan suunnataan ainakin yksi kaasupuhallus, jotta Λ Λ suodatuspinnalla sijaitseva suodatuskakku saadaan irrotetuksi.

4 » 3 4 3 3 ^ 9 9 3 3 3 3 3

Kapillaarisuotimissa käytettävät mikrohuokoiset suodatinlaatat suunnitellaan 3 3 I 30 siis kestämään jatkuvaa paineen vaihtelua noin 0,1 barin absoluuttisesta pai- a « *.*·: neesta kakun muodostamis-ja kuivausvaiheen aikana noin 2,0 barin absoluuttiseen paineeseen jälkihuuhteluvaiheen aikana. Laattojen täytyy kestää mainittu , 2 paineen vaihtelu kerran joka pyörähdyksen aikana, mikä tarkoittaa noin puolta miljoonaa paineiskua vuodessa. Siksi on selvää, että mikrohuokoisen suodatin-laatan täytyy olla erittäin luja, jotta laatta kestäisi useita vuosia varsin ankarissa oloissa.

5 Jälkihuuhtelupaine, joka on 2,0 barin absoluuttinen paine, ei vaikuta järin korkealta huokoisen suodatinlaatan kestettäväksi. On kuitenkin käynyt ilmi, että laattoihin kohdistuu muita, paljon säädettyä jälkihuuhtelupainetta korkeampia paineita. Syynä tähän on se, että laajentunut kaasu puristuu romahdusmaisesti 10 kokoon, kun siirrytään tyhjiötilasta jälkihuuhtelutilaan. Syöksyvä vesi aiheuttaa laatassa vasarailmiön, joka voi johtaa lyhyeen, jopa 10 barin painepiikkiin, joskus korkeampaankin. Lujuusvaatimusten lisäksi optimaalinen nestevirtaus edellyttää, että paineen lasku on minimoitu alustarakenteen sisällä. Tämä on tärkeää kakun muodostumisvaiheessa, mutta erityisen tärkeää se on jälkihuuhtelu-15 vaiheessa. Riittämätön jälkihuuhtelu saa suodatinlaatat tukkeutumaan liian nopeasti, mikä laskee suodattimen kapasiteettia. Lisäksi, kun suodatinlaatat ovat tukkeutuneet, virtausvastus kasvaa, ja samoin kasvaa vahingollisten paineiskujen vaara.

»533} ) 3 > » > > V 20 Kapillaarisuotimissa käytetyssä suodatinlaatassa on edullisesti kalvo, jonka > > > j huokosten keskimääräinen koko on noin 1 mikrometri, ja alusta, jonka huokos-’ ten keskimääräinen koko on noin 10 mikrometriä, sekä suoda- tus/jälkihuuhtelukanavat, suodatus/jälkihuuhteluaukot (syöttö/poisto) ja asen- > ) ,JJ nusreiät/tapit suodatinlaatan asentamiseksi suodatuslaitteeseen. Rakenne on „ , 25 riittävän vahva, ja siinä on hyvät virtausominaisuudet sekä suodatteen poiston 3 3 .

että jälkihuuhtelukapasiteetin kannalta. Jos olosuhteet kuitenkin ovat sellaiset, > 3 T että korkeita painepiikkejä esiintyy, tarvitaan rakenne, joka on sekä lujempi että *·]·' virtausominaisuuksiltaan optimaalinen. Jos virtauksen ohjausta ei ole optimoitu,

paine suodatinlaatoissa jakautuu epätasaisesti. Rakenne, joka on suunniteltu ja \ 30 optimoitu korkeintaan 2 barin absoluuttiseen jälkihuuhtelupaineeseen, ei toimi L

3 « *.**: olosuhteissa joissa esiintyy painepiikkejä, vaan paine rasittaa laattoja niin anka rasti, että ne voivat haljeta.

3

Nyt esillä olevan keksinnön tavoitteena on poistaa eräitä tunnetun tekniikan haittapuolia ja toteuttaa parannettu suodatinlaatta käytettäväksi imukuivaimes-sa, erityisesti kapillaarisuotimessa; suodatinlaatan on kestettävä jatkuvia pai-5 neiskuja ja silti säilytettävä hyvät virtausominaisuudet. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät ilmi oheisista patenttivaatimuksista.

Keksinnön mukainen suodatinlaatta, joka on tarkoitettu käytettäväksi imu-kuivaimessa, erityisesti kapillaarisuotimessa, käsittää kalvon jonka huokosen 10 keskimääräinen koko on noin 1 mikrometri ja alustan, jonka päällä kalvo sijaitsee. Suodatinlaatan sisällä on onteloalue, jossa on ontelot suodatteelle ja jälki-huuhtelunesteelle. Suodatinlaatassa on myös ainakin yksi syöttö- tai poistoauk-ko suodatteelle ja jälkihuuhtelunesteelle sekä asennusreiät tai -tapit suodatinlaatan kiinnittämiseksi itse imukuivainlaitteeseen. Keksinnön mukaisesti suoda-15 tinlaattaan tehdyssä ontelossa on tukielimiä, jotka voivat joko muodostaa osan substraatista tai olla erillisiä elimiä. Tukielinten sijoittelu mahdollistaa sen, että suodatettu kiintoaines tai jälkihuuhtelussa käytetty neste virtaa olennaisen samanaikaisesti ja helposti kaikkiin suuntiin, esimerkiksi sekä vaakasuoraan että pystysuoraan, mutta toisaalta tukielinten sijainti on määritelty siten, että suoda-* V 20 tinlaatan rakenne kestää painepiikkien aiheuttaman rasituksen. Lisäksi alustan 3 ) -j J · materiaali on tunnettuun tekniikkaan verrattuna karkeampaa ja huokoisempaa, ' ja siksi suodatetusta kiintoaineesta erkautunut neste virtaa helpommin alusta- materiaalin sisään. Kun virtausvastus on näin minimoitu, painepiikit vähenevät, > 3 ja keksinnön mukaisesta suodatinlaatasta tulee kestävämpi.

25 '* 9 )

J J

Kun tarkastellaan tukielinten asemaa suodatinlaatan onteloalueella, nestevirta-

9 J

J J

*" uksen kannalta ihanteellisin ratkaisu olisi täysin avoin sisätila, ja lujuuden kan- 9 * »3 9 naita ihanteellisin ratkaisu olisi täysin suljettu sisätila. Nesteelle tarvitaan avoin-ta tilaa, ja toisaalta onteloalueen seinämien välille tarvitaan tukielimiä suojaa- 3 3 1“^ 30 maan laattaa rasitukselta; tukielinten muoto ja määrä optimoidaan mitoittamalla *.**: tukielinten kokonaispinta-ala riittäväksi ja sijoittamalla ne riittävän lyhyen väli- Γ matkan päähän toisistaan. I" 4

Keksinnön mukaiset tukielimet käsittävät 10-50 %, edullisesti 15-30 %, onteloalueen kokonaispinta-alasta, kun alustan vetolujuus on 10-40 MPa ja alustan paksuus on 10-15 millimetriä (onteloalueen molemmin puolin). Lisäksi 5 tukielimet on sijoitettu niin, että niiden väliset etäisyydet sietävät korkeaa sisäistä painetta ja ovat korkeintaan 75 millimetriä mitattuna tukielimen reunasta toisen tukielimen reunaan samalla 10-40 MPa:n vetolujuudella ja samalla 10 -15 millimetrin aineenpaksuudella. On selvä, että kun kalvon materiaaliset ominaisuudet muuttuvat, myös tukielinten määrä ja niiden keskinäiset etäisyydet 10 muuttuvat samassa suhteessa.

Näin ollen tukielinten asento ja muoto ovat sellaiset, että keksinnön mukaisen suodatinlaatan sisällä edullisesti vältetään suorat rasituslinjat. Tähän päästään joko tukielinten sopivalla sijoittelulla tai käyttämällä erikokoisia ja -muotoisia tu-15 kielimiä. Tukielimet voivat olla minkä tahansa muotoisia, edullisesti pyöreitä tai soikeita, joka tapauksessa kuitenkin sellaisia, että tukielimen pisimmän ja lyhimmän ulottuvuuden suhde on korkeintaan 1,5 poikkileikkauksessa, joka on suodatinlaatan suodatuspinnan suuntainen. Onteloaluetta ympäröivä reuna voi 3 olla muodoltaan millainen tahansa, mutta edullisesti se on kaareva, jolloin > ϊ > i V 20 mahdolliset rasituslinjat katkeavat. Yksi edullinen muoto tukielimelle on pyöreä 3

J ) J

nappimainen muoto.

; _ · Edelleen painepiikkien välttämiseksi keksinnön mukaisessa suodatin laatassa on suodatinlaatan alustan materiaalista tehty tunnettuun tekniikkaan verrattuna , 25 karkeampaa ja/tai huokoisempaa, jotta neste alustan sisällä voisi helpommin > j virrata ensin alustan sisältä onteloaluetta kohti ja edelleen itse onteloalueelle.

il J

Alusta sisältää hiukkasia, jolloin huokosten keskimääräinen koko alustassa on • 9 »Il *;'·* 5-90 mikrometriä, edullisesti 10 - mikrometriä. Huokoisuusalue on 25 - 80 %, edullisesti 40 - 50 %, alustan kokonaistilavuudesta.

Λ * : 30 » *

Keksinnön mukaisen suodatinlaatan kalvo ja alusta on edullisesti valmistettu samasta materiaalista, vain hiukkaskoko on erilainen. Kalvo ja alusta voidaan 5 valmistaa myös eri materiaaleista. Keksinnön mukainen suodatinlaatta sisältää edullisesti ainakin yhtä keraamista materiaalia, kuten alumiinia, piikarbidia, pii-oksidia, titaanioksidia, zirkoniumoksidia tai kromioksidia, jotka on sintrattu tai lasitettu. Voidaan käyttää myös muita materiaaleja, kuten grafiittia, amorfista 5 hiiltä, sintrattua metalleja, muovia ja selluloosaa. Lisäksi keksinnön mukaista suodatinlaattaa voidaan käyttää myös perinteisissä tyhjökiekkosuodattimissa.

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla oheisiin piirroksiin, joissa 10 Kuvio 1 esittää erästä keksinnön edullista suoritusmuotoa osittain leikattuna si-vukuvantona,

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista suoritusmuotoa nähtynä osittain suunnasta A-A,

Kuvio 3 esittää toista keksinnön edullista suoritusmuotoa osittain leikattuna si-15 vukuvantona, ja

Kuvio 4 esittää kuvion 2 mukaista suoritusmuotoa nähtynä osittain suunnasta B-B.

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisesti suodatinlaattaan 1 on järjestetty asennusreiät 2, i V 20 joista laatta kiinnitetään imukuivaimeen (ei esitetty). Suodatinlaatassa 1 on myös poistoaukko 3, jonka kautta suodate poistetaan suodatinlaatan 1 : sisätilasta 4. Suodatinlaatan 1 se alue, jota käytetään itse suodatukseen, sisältää kalvon 5, jonka huokosten keskimääräinen koko on noin 1 mikrometri, '' ja alustan 6, jolle kalvo 5 on sijoitettu. Alustan 6 sisälle on järjestetty 25 onteloalueita 7, ja näiden onteloalueiden väliin on sijoitettu tukielimiä 8. Tukielimet 8 on valmistettu samasta materiaalista kuin itse alusta 6, ja 3 3 T muodoltaan ne ovat pyöreitä ja nappimaisia suodatinlaatan 1 suodatuspinnan 3 3 %v suuntaisessa poikkileikkauksessa 10.

30 Käytettäessä keksinnön mukaista suodatinlaattaa 1 suodatusprosessissa suo-ί/.ί date virtaa huokoisen kalvon 5 läpi alustaan 6 ja edelleen alustan 6 huokosten 6 kautta alustan sisätilaan 4. Siitä suodate virtaa onteloalueiden 7 kautta poisto-aukkoon 3.

Kuviossa 1 on esitetty myös muutamia rasituslinjoja 9, joiden avulla havainnol-5 listetaan tukielinten 8 sijoittelun merkitystä suorien rasituslinjojen välttämiseksi, kulkevathan rasituslinjat 9 ainakin yhden tukielimen 8 läpi.

Kuvioiden 3 ja 4 mukaisesti keksinnön mukaisessa suodatinlaatassa 21 on asennusreiät 22, joista laatta kiinnitetään imukuivaimeen (ei esitetty). Suodatin-10 laatassa 21 on myös poistoaukko 23, josta suodate poistetaan suodatinlaatan 21 sisätilasta 24. Sillä suodatinlaatan 21 alueella, jota käytetään itse suodatukseen, on kalvo 25, jonka huokosten keskimääräinen koko on noin 1 mikrometri ja alusta 26, jolle kalvo 25 on sijoitettu. Alustan 26 sisällä on onteloalueita 27, ja mainittujen onteloalueiden 27 välille on sijoitettu tukielimiä 28. Tukielimet 28 on 15 valmistettu eri materiaalista kuin itse alusta 26. Osa tukielimistä 28 on muodoltaan pyöreitä ja nappimaisia, mutta useimmat tukielimistä 28 ovat muodoltaan erilaisia.

} Käytettäessä keksinnön mukaista suodatinlaattaa 21 suodatusprosessissa > > > i V 20 suodate virtaa suodatinlaatan 21 läpi samalla tavoin kuin on selitetty edellä ku- 3)1 > i J vion 1 suoritusmuodon yhteydessä.

j )) jj j f ) i ·> 3

J J

3J j 3

j S J J J i J J

d 3 '

J

a L.

a » a ? a a (

Claims (11)

1. Imukuivaimessa, erityisesti kapillaarisuotimessa, käytettävä mikrohuokoinen suodatinlaatta (1,21), joka käsittää kalvon (5,25), jonka huokosten keskimää- 5 räinen koko on noin 1 mikrometri, alustan (6,26), jolle kalvo (5,25) on sijoitettu, ja suodatinlaatan sisätilassa onteloalueen (7,27), jossa on ontelot suodatteelle ja jälkihuuhtelunesteelle; lisäksi suodatinlaatassa on ainakin yksi poistoaukko tai syöttöaukko suodatteelle ja yksi syöttö/poistoaukko jälkihuuhtelunesteelle sekä asennusreiät tai tapit suodatinlaatan kiinnittämiseksi imukuivainlaittee-10 seen, tunnettu siitä, että suodatinlaatan (1,21) sisätilassa sijaitseva onteloalue (7,27) on varustettu tukielimin (8,28), joissa pisimmän ja lyhimmän ulottuvuuden suhde on korkeintaan 1,5 suodatinlaatan pinnan suuntaisessa poikkileikkauksessa (10), jotta neste pääsee virtaamaan olennaisen samanaikaisesti ja helposti kaikkiin suuntiin, ja jotta suodatinlaatan (1,21) rakenne kestää painepiikki-15 en aiheuttamaa rasitusta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suodatinlaatta, tunnettu siitä, että ontelo-alueen tukielimet (8,28) käsittävät 10-50 %, edullisesti 15-30 % onteloalu- J 1 een (7,27) kokonaispinta-alasta. i ) 1 * J 20 i > j " 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suodatinlaatta, tunnettu siitä, että tu- , ‘ kielimet (8,28) on sijoitettu siten, että niiden välinen etäisyys on korkeintaan 75 ;, / millimetriä laskettuna yhden tukielimen reunasta toisen tukielimen reunaan. ) > > ) lii >v 25 4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen suodatinlaatta, tunnettu sii- j a tä, että tukielin (8,28) on muodoltaan kaareva. λ a v * * > a

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen suodatinlaatta, tunnettu sii-tä, että tukielin (8,28) on muodoltaan pyöreä ja nappimainen. ·? ·* I 30 * 4 • » « f ** ** 6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen suodatinlaatta, tun nettu siitä, että tukielin (8,28) on muodoltaan kulmikas. «

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen suodatinlaatta, tunnettu siitä, että tukielin (8.28) on muodoltaan neliömäinen.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen suodatinlaatta, tunnettu siitä, että tukielin (8.28) on muodoltaan kolmiomainen.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen suodatinlaatta, tunnettu siitä, että tukielin (8.28) on muodoltaan kuusikulmio. 10

10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen suodatinlaatta, tunnettu siitä, että tukielin (8,28) kuuluu osana alustaan (6,26).

11. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen suodatinlaatta, tunnettu 15 siitä, että alustan (6,26) huokosten keskimääräinen koko on 5 - 90 mikrometriä, edullisesti 10-60 mikrometriä.

12. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen suodatinlaatta, tunnettu > siitä, että alustan (6,26) huokoisuusalue on 25 - 80 %, edullisesti 40-50 %, J > 3 ' ' ; ;' 20 alustan koko tilavuudesta. > > > > > >

13. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen suodatinlaatta, tunnettu siitä, että kalvo (5,25) ja alusta (6,26) on valmistettu samasta materiaalista. j > i i i >Vj 25 14. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-12 mukainen suodatinlaatta, tun- * 1 nettu siitä, että kalvo (5,25) ja alusta (6,26) on valmistettu eri materiaaleista. 9 3 » t 3 Λ 9 3 3

15. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen suodatinlaatta, tunnettu j > siitä, että suodatinlaatan (1,21) valmistukseen on käytetty ainakin yhtä kerää- 3 3 * 30 mistä materiaalia. e » a e « »a» 3 » «

16. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-14 mukainen suodatinlaatta, tunnettu siitä, että suodatinlaatan (1,21) valmistukseen on käytetty ainakin yhtä sintrattua materiaalia.

17. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-14 mukainen suodatinlaatta, tunnettu siitä, että suodatinlaatan (1,21) valmistukseen on käytetty ainakin yhtä muovimateriaalia.

18. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-14 mukainen suodatinlaatta, tun-10 nettu siitä, että suodatinlaatan (1,21) valmistukseen on käytetty ainakin yhtä hiilipohjaista materiaalia. 3 mj) j ä 3 3 ) ) 3. j -> 3 3 J JJ 3 3 3 > 3 3 > ) J 3 3 3 333 3 3

3 J

3. J Λ * β 3 3 3 3 3 3 * 3 3 3 3 3 J 3 3

3. J 3 3 3 3 3 3 3 # : 1 » »ti ! 3 » 3 “ 3 3 Λ