ФИЛЬТРУЮЩИЙ МОДУЛЬ КАРМАННОГО ТИПА И ФИЛЬТР ТОНКОЙ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА Российский патент 1995 года по МПК B01D46/52 

Изобретение относится к технологии изготовления фильтрующих модулей (ФМ) из волокнистых моатериалов, преимущественно из минеральных волокон (стекловолокна), и могут быть использованы при производстве фильтров тонкой очистки воздуха (ФТОВ), применяемых в радиоэлектронной, атомной, химической, медицинской, биотехнологической промышленности.

Известен фильтр, содержащий фильтрующий модуль, образуемый зигзагообразным рядом самоудерживающихся относительно плоских панелей. Панели соединены между собой с помощью чередующихся относительно потока воздуха верхних и нижних складок. Верхние складки располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга и образуют ряд V-образных карманов для входа воздуха, нижние складки также располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга и образуют ряд V-образных карманов, через которые выходит профильтрованный воздух. Каждая из панелей имеет несколько распорных ребер, выступающих в направлении, поперечном направлению складок, изготовленных заодно с фильтрующим материалов путем отгибания (тиснения) от плоских панелей. Распорные ребра соседних панелей совпадают и имеют сужающиеся концы. Благодаря этому между ребрами соседних панелей создается линейный контакт, обеспечивающий образование полостей между соседними панелями [1]
Недостатком данной конструкции фильтра является необходимость изготовления выступающих распорных ребер путем их выдавливания из плоскости полотна фильтрующего материала. Это вызывает нарушение его целостности и образование разрывов, что резко снижает их надежность функционирования и обусловливает их непригодность для тонкой очистки воздуха.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является фильтр, включающий изготовленный из сплошной ленты фильтрующего материала модуль для фильтра НЕРА и содержащий чередующиеся плоские и гофрированные панели одного размера, на гофрированных панелях которого выполнены V-образные горизонтальные гофры, вдоль которых идут вертикальные поля, расположенные в плоскости ленты (выступы рельефа выполнены на одинаковую высоту по обеим сторонам сплошной ленты). Панели складывают в единый блок по линиям сгибов, идущим между плоскими панелями и вертикальными полями гофрированных панелей [2]
Недостатками данной конструкции фильтрующего блока являются низкая надежность функционирования, обусловленная необходимостью значительной деформации фильтрующего материала на рельефных панелях (поверхность рельефных панелей более чем в два раза выше поверхности плоских панелей), что приводит к нарушению целостности материала и его разрыва по вершинам рельефа, а также необходимость отдельной герметизации блока в корпусе фильтра.

Цель изобретения повышение технологичности изготовления фильтрующих модулей и фильтров тонкой очистки воздуха с их использованием за счет снижения материалоемкости при одновременном повышении надежности их функционирования путем увеличения удельной поверхности фильтрования, повышения степени ламинарности потоков очищенного воздуха, повышения герметичности каналов воздуха и защищенности фильтровального материала от механических повреждений.

На фиг.1 и 3 изображены варианты исполнения рельефных фильтрующих панелей; на фиг. 2, 4-6 схемы образования отдельных фильтрующих элементов (фильтрующих карманов) и их общий вид; на фиг.7 особенности конструктивного исполнения соединения краевых участков плоских и рельефных панелей (ребер жесткости); на фиг.8-9 варианты исполнения фильтрующего модуля с фильтрующими элементами в виде отдельных карманов; на фиг.10-26 варианты исполнения фильтров тонкой очистки воздуха с фильтрующими модулями заявляемой конструкции.

Фильтрующий модуль тонкой очистки воздуха содержит набор отдельных соединенных друг с другом фильтрующих карманов (фиг.3-6), каждый из которых состоит из плоских 1 и рельефных 2 фильтрующих панелей, изготовленных из фильтровального материала, например из супертонкого стекловолокна. Рельефные панели 2 выполнены с плоскими краевыми участками 3 и 4, которые со стороны подвода воздуха расположены в нижней плоскости впадин рельефа, а со стороны отвода воздуха в верхней плоскости вершин рельефа, с образованием двух групп параллельных каналов воздуха, одна из которых открыта со стороны подвода воздуха, а вторая со стороны отвода воздуха. Рельефные панели 2 имеют дополнительные плоские боковые краевые участки 5, расположенные в верхней плоскости вершин рельефа. Размеры (длина и ширина) плоских фильтрующих панелей 1 выполнены одинаковыми с соответствующими размерами рельефных фильтрующих панелей 2. Соответствующие сопрягаемые краевые участки плоских и рельефных панелей в каждом из фильтрующих карманов и между смежными карманами неразъемно соединены друг с другом при помощи клея или сварки.

Для дополнительной боковой герметизации каналов подвода воздуха между соответствующими участками плоских и рельефных панелей установлены дополнительные герметизирующие вставки 6 (фиг.2, 4, 6, 8, 9, 11) или дополнительные монолитные слои герметика 11 (фиг.10). Для обеспечения надежной герметизации модуля в корпусных элементах и/или в присоединительных приспособлениях вентиляционной системы дополнительные вставки или дополнительные слои герметика выполнены в виде сплошного выступающего контура (фиг.9, 11) или боковых фланцев (фиг.14).

Плоские краевые участки панелей импрегнированы закрепляющим (связующим) материалом, например, термореактопластом. Места соединения плоских 1 и рельефных 2 панелей со стороны подвода и/или отвода воздуха выполнены в виде клиновидных ребер 7, направленных острыми вершинами в сторону подвода и/или отвода воздуха (фиг.7). Для придания ребрам дополнительной жесткости внутри клиновидных ребер установлены армирующие элементы 8, выполненные в виде электропроводных или электретных материалов. Клиновидные ребра выполнены с переменной плотностью. В вершинах плотность ребер равна плотности закрепляющего материала (термопласта), а в основании ребер плотности фильтрующего материала панелей (плотности стеклобумаги).

Для повышения защищенности от механических повреждений торцовые стенки каналов воздуха в рельефных панелях со стороны подвода и отвода воздуха дополнительно импрегнированы закрепляющим (связующим) материалом, например кремнийорганический сополимер лестосил (ТУ 38.403-653-90), который наносят путем пропитки латексом, напылением на стадии изготовления фильтрующих панелей перед сборкой фильтрующих карманов или напылением на готовый модуль.

Со стороны входа и/или выхода воздуха фильтрующий модуль содержит корпусные элементы 10, расположенные по периметру модуля, выполненные в виде профилированного замкнутого контура и герметично соединенного с модулем. Профиль сечения контура выбирают L-, H-, Ч- или Т-образным или другого профиля, в зависимости от формы исполнения системы крепления фильтра в вентиляционной системе (фиг.10, 11, 18-26).

Фильтрующий модуль может быть установлен также в традиционный корпус с присоединительными фланцами 15, в корпусные пластины 12, образованный методом намотки композиционный контур 13 или в защитный кожух 14.

Фильтр тонкой очистки воздуха и фильтрующий модуль изготавливают следующим образом.

Штапельное стекловолокно диаметром 0,25 и 0,45 мкм обрабатывают в ролле при концентрации 0,8-1,2% и рН 2,5 и 3,5 до достижения средней длины волокна 100-120 дг по аппарату Иванова.

В подготовленную стекловолокнистую массу вводят связующее, например, поливинилацетатную дисперсию (поливиниловый спирт, жидкое стекло) в количестве до 2% (по сухому) от массы сухого стекловолокна, затем суспензию без разбавления водой (или в случае необходимости при формировании особо сложного рельефа при разбавлении до концентрации 0,1-0,2%) и из полученной суспензии формуют рельефные панели 2 при помощи полых перфорированных форм, профиль поверхности которых соответствует профилю рельефных фильтрующих панелей. Затем рельефные панели сушат и направляют на сборку фильтрующих карманов. Аналогичным образом или путем выделения из плоского листа стеклобумаги изготавливают соответствующие плоские панели 1 и боковые герметизирующие вставки 6.

Из панелей 1 и 2 собирают отдельные фильтрующие карманы. Затем из фильтрующих карманов собирают, путем неразъемного соединения сопрягающихся панелей в виде фильтрующих карманов с ребрами жесткости, фильтрующие модули, боковой контур которых со стороны подвода воздуха герметизируют или неразъемным соединением боковых герметизирующих вставок 6, или монолитными слоями герметика 11. Затем со стороны подвода и/или отвода воздуха герметично при помощи герметика 9 присоединены корпусные элементы, выполненные в виде замкнутых профилированных контуров, плоских пластин, слоистого контура герметизации или коробчатого корпуса с присоединительными фланцами.

Фильтр тонкой очистки воздуха содержит фильтрующий модуль карманного типа заявляемой конструкции и корпусные элементы, выполненные в виде профилированного контура. Профилированные контуры выполняют L-, Ч- (поз. 16, 17) или Н-, Т-образного (поз.18, 19) поперечного сечения, расположенного по периметру фильтрующего модуля со стороны подвода и/или отвода воздуха и герметично соединенного с фильтрующим модулем.

Кроме этого в фильтре тонкой очистки воздуха профилированный контур дополнительно содержит средства герметичного соединения фильтра и присоединительных элементов вентиляционной системы, выполненное, например, в виде присоединительных фланцев 20, выступающих ножевых пластин 21 или замкнутой канавки для герметика 22.

Фильтр тонкой очистки воздуха с фильтрующим модулем карманного типа работает следующим образом.

Фильтр тонкой очистки воздуха посредством средств, соединения фильтра и присоединительных элементов, выполненных в виде присоединительных фланцев 20, выступающих ножевых пластин 21 или замкнутой канавки для герметика 22, герметично устанавливают в вентиляционной системе и подают загрязненный воздух.

Загрязненный воздух попадает в группу параллельных каналов подвода воздуха, образованных выступами рельефа рельефных фильтрующих элементов 2 и плоскими фильтрующими элементами, профильтровывается через фильтровальный материал фильтрующих элементов и отводится через соответствующие параллельные каналы отвод воздуха. Конструкция фильтрующего модуля, обеспечивающая выполнение симметричных друг другу каналов воздуха позволяет подавать воздух с любой из двух сторон фильтра, с которых открыты каналы подвода и отвода воздуха. Это является одним из технических преимуществ заявляемой конструкции.

Общая схема подвода загрязненного и отвода очищенного воздуха представлена на фиг.16-23.

Фильтр тонкой очистки воздуха с фильтрующим модулем заявляемой конструкции работает следующим образом.

Фильтр тонкой очистки воздуха с фильтрующим модулем заявленной конструкции герметично устанавливают в вентиляционную систему. Загрязненный (подлежащий очистке) воздух подают в каналы загрязненного воздуха при помощи средств перемещения воздуха в вентиляционных системах. При прохождении через фильтр воздух равномерно профильтровывается через изоморфный фильтровальный материал фильтрующих панелей, а содержащиеся в нем частицы загрязнений задерживаются фильтровальным материалом. Задерживание частиц загрязнений осуществляется за счет механических или электростатических сил, возникающих между волокнами фильтрующего материала и частицами пыли. Для повышения эффективности пылеулавливания дополнительно электризуют пыль путем подвода к армирующим элементам электрического напряжения или создания на них электростатического потенциала. Очищенный воздух выходит из фильтра через каналы очищенного воздуха и ламинарными потоками подается к рабочим местам чистых производственных помещений.

Конкретные конструктивные особенности отдельных элементов, используемых материалов и особенности средств герметизации фильтрующего модуля в корпусных элементах и в местах крепления фильтра в вентиляционной системе выбирают в зависимости от назначения фильтра и особенностей его эксплуатации, например, в термостойком или паростойком исполнении.

П р и м е р. Смесь стекловолокна диаметром 0,25 и 0,45 мкм в соотношении 1 4 размалывают в ролле при рН 3 и концентрации суспензии 1,0% до получения суспензии с весовым показателем длины волокна 100-120 дцг. Затем в суспензию вводят связующее, например, поливинилацетатную дисперсию в количестве до 2% (по сухому веществу) от массы сухого стекловолокна для придания необходимых при влажном формовании фильтрующих элементов конструкционных показателей формоустойчивости фильтровального материала. Суспензию разбавляют до концентрации 0,5% и подают в устройство формования с отсасывающей вакуумной системой и по- лыми рельефными формами, имеющими рельефную поверхность, соответствующую форме поверхности фильтрующих панелей, например, с высотой гофр 4,5 мм и проводят формирование фильтрующих элементов методом осаждения на рельефные формы. Это позволяет обеспечить изоморфность структуры материала фильтрующих элементов (их равномерную толщину, плотность, величину аэродинамического сопротивления и задерживающей способности).

Сформированные фильтрующие панели сушат горячим воздухом при температуре 100^оС, пропитывают сопрягаемые панели латексом лестосила (или наносят его в другой форме) и после полного высушивания направляют на сборку фильтрующих карманов, фильтрующих модулей, а затем и фильтров. При сборке сопрягаемые панели фильтрующих элементов с целью образования неразъемных ребер жесткости подвергают термообработке при одновременной деформации сопрягаемых панелей. После этого проводят дополнительную боковую герметизацию фильтрующего модуля путем заливки боковых сторон модуля герметиком, например силоксановым медицинским каучуком СКТ-ЛЕСТ-МЕД, который предварительно растворяют в этилацетате или толуоле, а затем отверждают путем введения отвердителя АГМ (ТУ 6-02-724-77) или этилсиликата (ГОСТ 26371-84) или путем установки дополнительных герметизирующих вставок. После изготовления модуля к нему герметично присоединяют профилированные коронки, а затем полученный таким образом фильтр тонкой очистки воздуха испытывают, например, путем продувки воздухом с калиброванными частицами аэрозолей и подсчета частиц в очищенном воздухе на приборе АЗ-З. Эффективность очистки воздуха (задерживающая способность фильтра) для частиц размером 0,3 мкм, для фильтров изготовленных по предлагаемой технологии в обычных производственных помещениях без предварительной продувки очищенным воздухом составила 99,9999% что соответствует требованиям класса 10 чистых производственных помещений по федеральному стандарту США 209 В.

Использование изобретения позволяет изготавливать фильтры тонкой очистки воздуха для чистых производственных помещений класса 10.

Экономический эффект от использования изобретения может быть получен как за счет организации промышленного выпуска остродефицитных, не производящихся в настоящее время, высококачественных фильтров тонкой очистки воздуха, так и за счет экономического и социального эффекта от использования этих фильтров в промышленности, например, за счет увеличения процента выхода качественных изделий, получаемых, например, в чистых производственных помещениях микроэлектронной промышленности, или повышения стерильности помещений в медицине и фармакологии.

Использование: в радиоэлектронной, атомной, химической, медицинской и биотехнологической промышленности. Сущность изобретения: фильтрующий модуль содержит набор соединенных друг с другом чередующихся плоских и рельефных фильтрующих элементов (ФЭ) с плоскими краевыми панелями (П).Все стенки каналов воздуха выполнены изоморфными по структуре фильтровального материала (ФМ), П на рельефных ФЭ расположены в верхней плоскости выступов вершин рельефа. Сопрягаемые части ФЭ неразъемно соединены в виде карманов с образованием ребер жесткости (РЖ). Дополнительное средство герметизации (СГ) каналов воздуха (КВ) выполнено в виде монолитных слоев герметика или герметизирующих вставок, расположенных по периметру между РЖ по периметру ФМ со стороны подвода и/или отвода воздуха. СГ со стороны подвода и/или отвода воздуха выполнено в виде выступающего контура или боковых фланцев. Торцовые стенки КВ и П импрегнированы закрепляющим материалом, РЖ выполнены клиновидной формы и с переменной плотностью материала. Внутри РЖ установлены армирующие элементы из электропроводного или электретного материала. Фильтр тонкой очистки воздуха содержит ФМ и расположенные по периметру со стороны подвода и отвода воздуха и герметично присоединенные к нему корпусные элементы в виде профилированного контура Т-, L-, Ч- или Н-образного сечения, которые дополнительно содержат средство герметичного присоединения к вентиляционной системе в виде выступающих ножевых пластин или замкнутой канавки для герметика. 2 с. и 7 з. п. ф-лы, 26 ил.

1. Фильтрующий модуль карманного типа, содержащий набор соединенных друг с другом чередующихся плоских и рельефных фильтрующих элементов, при этом рельефные фильтрующие элементы выполнены с плоскими краевыми панелями, образующими две группы параллельных каналов воздуха, одна из которых открыта со стороны подвода воздуха, а другая со стороны отвода воздуха, отличающийся тем, что все стенки каналов воздуха выполнены изоморфными по структуре фильтровального материала, плоские краевые панели рельефных фильтрующих элементов расположены в верхней и нижней плоскостях вершин рельефа и неразъемно соединены с соответствующими сопрягаемыми краевыми участками плоских панелей с образованием карманов и ребер жесткости в местах соединения панелей, при этом модуль снабжен средством боковой герметизации каналов. 2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что средство боковой герметизации каналов выполнено в виде монолитных слоев герметика или герметизирующих вставок и установлено между ребрами жесткости в боковых сторонах модуля. 3. Модуль по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что средство герметизации выполнено в виде выступающего контура или боковых фланцев и установлено по периметру модуля со стороны подвода и/или отвода воздуха. 4. Модуль по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что плоские краевые участки сопрягаемых панелей импрегнированы закрепляющим материалом, например термопластом, а места соединения плоских и рельефных элементов со стороны подвода и/или отвода воздуха и/или с боковых сторон выполнены в виде клиновидных ребер, направленных острыми вершинами в сторону подвода и/или отвода воздуха или в боковые стороны. 5. Модуль по п. 3, отличающийся тем, что он снабжен армирующими элементами, установленными в клиновидных ребрах и выполненными, например, в виде металлической проволоки и/или стержней из электропроводных или электретных материалов. 6. Модуль по п. 3, отличающийся тем, что клиновидные ребра выполнены с переменной плотностью материала, при этом в вершинах плотность ребер равна плотности закрепляющего материала, а в основании ребер плотности фильтрующего материала. 7. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что торцевые стенки каналов рельефных фильтрующих элементов со стороны подвода и отвода воздуха импрегнированы эакрепляющим материалом, например лестосилом. 8. Фильтр тонкой очистки воздуха, содержащий корпусные элементы и фильтрующий модуль, включающий набор неразъемно соединенных друг с другом плоских и рельефных фильтрующих элементов, причем рельефные фильтрующие элементы выполнены с плоскими краевыми панелями, расположенными в верхней и/или нижней плоскостях вершин рельефа с образованием двух групп параллельных каналов воздуха, одна из которых открыта со стороны подвода воздуха, а другая со стороны отвода воздуха, и средство боковой герметизации каналов воздуха, отличающийся тем, что корпусные элементы выполнены в виде профилированного контура, например, L-, Н-, Т- или Ч-образного поперечного сечения, расположенного по периметру фильтрующего модуля со стороны подвода и/или отвода воздуха и герметично соединенного с фильтрующим модулем. 9. Фильтр по п. 8, отличающийся тем, что профилированный контур дополнительно содержит средство герметичного соединения фильтра и присоединительных элементов вентиляционной системы, выполненное, например, в виде присоединительных фланцев, выступающих ножевых пластин или замкнутой канавки для герметика.