ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ С ВОЛОКНИСТЫМ ПОКРЫТИЕМ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B01D39/16 

Изобретение относится к фильтрующему элементу, содержащему обладающее собственной стабильностью пористое несущее тело и имеющее по сравнению с несущим телом более мелкие поры волокнистое покрытие несущего тела на его поверхности натекания для фильтруемой жидкой среды, причем волокнистое покрытие связано частично с несущим телом связью волокно/волокно, а частично - связью волокно/несущее тело.

В известном фильтрующем элементе этого вида [1] волокнистое покрытие состоит из волокон, которые существенно длиннее среднего размера пор несущего тела, и из распределенных в волокнистом покрытии и связанных с волокнами мелкозернистых частиц. Было обнаружено, что создание подобного фильтрующего элемента с хорошей фильтрационной способностью требует волокнистого покрытия довольно большой толщины, что увеличивает потерю давления, которую претерпевает фильтруемая среда при прохождении через фильтрующий элемент.

Задача изобретения - изготовление фильтрующего элемента названного выше вида с хорошим компромиссом между соответствующей желаемой степенью фильтрующей способности и незначительной потерей давления для протекающей фильтруемой среды при использовании фильтрующего элемента.

Предлагаемый фильтрующий элемент отличается тем, что волокнистое покрытие имеет первые волокна, длина которых больше среднего размера пор несущего тела, и вторые волокна, длина которых для создания микропористости волокнистого покрытия явно меньше длины первых волокон.

Вследствие этого осуществляется принцип заполнения или же перекрытия пустот между первыми волокнами и более короткими вторыми волокнами.

Первые волокна имеют как правило длину, которая четко больше средней длины пор несущего тела, в частности более чем в два раза по сравнению со средним размером пор несущего тела. Вторые волокна имеют как правило длину которая меньше средней величины пор несущего тела, в частности в два раза меньше, чем средняя величина пор несущего тела. Волокнистое покрытие содержит предпочтительно (измерено в весовых долях) больше вторых волокон, чем первых волокон, причем соотношение веса вторых волокон к первым волокнам предпочтительно больше чем 2 : 1. Предпочтительно речь идет в случае первых волокон и вторых волокон о волокнах их одинакового материала и/или о волокнах приблизительно одинакового класса диаметра. Часто бывает достаточно, если первыми волокнами является менее 10% мас. ч. волокнистого покрытия.

Фильтрующий элемент отличается от известных тем, что содержатся возможные, распределенные в волокнистом покрытии мелкозернистые частицы, 30 мас.%, предпочтительным образом менее 20 мас.%, более предпочтительным образом менее 10 мас.%, наиболее предпочтительным образом 0 - 3 мас.% соответственно по отношению к общему весу волокон и мелкозернистых частиц.

При этом противоположно соответствующему уровню техники [1] очень существенно уменьшают долю распределенных в волокнистом покрытии мелкодисперсных частиц, в экстремальном случае до нуля или ближе к нулю. Итак, способность тонкой фильтрации в желаемой степени обеспечивается в основном волокнами, а не мелкодисперсными частицами, распределенными в волокнистом покрытии. Во втором аспекте изобретения описанные вторые волокна не должны присутствовать, но могут.

Изобретение в части фильтрующих элементов можно осуществить из множества материалов. Что касается несущего тела, то особенно выделяются искусственные материалы или же материалы из синтетической смолы, керамические материалы и металлические материалы. Для рационального получения пористого несущего тела частицы названных материалов могут быть спечены друг с другом или же соединены друг с другом другими соединяющими средствами, как-то использование связующего средства. Что касается материала волокон, то предпочтительны керамические волокна, в частности из силиката алюминия. Но можно работать также с другими волокнами, например стекловолокнами, натуральными волокнами, синтетическими органическими волокнами и другими. Для получения соединения волокно/волокно имеется целый ряд возможностей, в частности, спекание, использование клеящего вещества или связующего средства и т.п.

Предпочтительным образом, первые волокна нанесены в качестве первого слоя волокнистого покрытия, а вторые волокна на них в качестве второго слоя покрытия. При этом часто вторые волокна частично проникают в пустоты между первыми волокнами первого слоя волокнистого покрытия, так что в готовом состоянии более не существует четкой границы между первым слоем волокнистого покрытия и вторым слоем волокнистого покрытия. В качестве альтернативы имеется возможность наносить первые волокна и вторые волокна в смешанном виде в процессе одной операции.

Предпочтительно наносится несколько слоев волокнистого покрытия с величиной пористости, увеличивающейся по направлению от несущего тела. Это строение фильтрующего элемента осуществляется также посредством волокнистого покрытия с первым и вторым слоем волокнистого покрытия. Упомянутая возможность выполнения имеет, однако, своей целью наносить на первое волокнистое покрытие (первое и второе волокно, как в одном общем слое покрытия, так и в двух нанесенных друг за другом покрытиях), по меньшей мере следующий слой волокнистого 1 покрытия с мелкой пористостью. Это происходит, предпочтительно при использовании волокон, которые по сравнению с первым покрытием являются более короткими и/или более тонкими, при необходимости также при использовании волокон из другого материала. По меньшей мере, следующий слой волокнистого покрытия обычно не должен иметь первые и вторые волокна; находящееся под ним первое волокнистое покрытие представляет собой идеальную основу для нанесения, по меньшей мере следующего слоя волокнистого покрытия.

В предпочтительной форме выполнения изобретения фильтрующий элемент имеет с наружной стороны волокнистого покрытия слой покрытия из мелкодисперсных частиц. Эти частицы предпочтительным образом, настолько малы, что этот слой покрытия, в основном, определяет фильтрующую возможность фильтрующего элемента. Для мелкодисперсных частиц имеются широкие возможности выбора материала; они могут быть, в частности, частицами искусственного материала или неорганическими частицами. В частности, предпочтительная возможность выбора поясняется ниже еще более точно. Мелкодисперсные частицы могут быть соединены друг с другом и с волокнистым покрытием таким образом, как это было описано выше для соединения частиц несущего тела и соединения волокно/волокно или волокно/несущее тело волокнистого покрытия.

Указывается на то, что нанесение слоя покрытия из мелкодисперсных частиц на волокнистое покрытие является, с одной стороны, следующей предпочтительной формой выполнения первого и/или второго аспекта изобретения, а, с другой стороны,
представляет собой самостоятельное изобретение, которое предпочтительно, может быть реализовано без присутствия первых волокон и вторых волокон и/или без поддержания на низком уровне доли распределенных в волокнистом покрытии мелкодисперсных частиц.

Другой предмет изобретения - это способ изготовления фильтрующего элемента, который имеет обладающее собственной стабильностью пористое несущее тело и имеющее по сравнению с несущим телом более мелкие поры волокнистое покрытие несущего тела на его поверхности натекания для фильтруемой жидкой среды, причем волокнистое покрытие соединено с несущим телом частично связью волокно/волокно, а частично связью волокно/несущее тело.

В предлагаемом способе волокна для образования волокнистого покрытия наносятся в сухом состоянии на поверхность натекания несущего тела предпочтительно с помощью потока воздуха, причем клеящий материал для создания соединения волокно/волокно и волокно/несущее тело наносится прежде всего на поверхность натекания и/или после нанесения по меньшей мере одной части волокон.

Если клеящее вещество наносится перед волокнами, то нанесенные волокна под воздействием клеящего вещества зацепляются за несущее тело. Поскольку, с другой стороны, волокнам свойственна тенденция определения взаимной спаянности, что ведет к предварительному налипанию на несущее тело и без клея, то есть возможность наносить клеящее вещество дополнительно.

Еще один предмет изобретения - это способ изготовления фильтрующего элемента, который имеет обладающее собственной стабильностью, пористое несущее тело и имеющее по сравнению с несущим телом более мелкие поры, волокнистое покрытие несущего тела на его поверхности натекания для фильтрующей жидкой среды, причем волокнистое покрытие привязано к несущему телу частично связью волокно/волокно, а частично связью волокно/несущее тело.

В данном способе волокна для образования волокнистого покрытия наносятся в сухом состоянии на поверхность натекания несущего тела диспергированными или суспендированными в жидкости, причем клеящий материал для создания соединения волокно/волокно и волокно/несущее тело наносится прежде всего на поверхность натекания и/или после нанесения по меньшей мере одной части волокон и/или содержится в жидксти-носителе.

В отличие от описанных выше способов волокна наносятся равномерно в сыром состоянии, что во многих случаях является особенно рациональным. В качестве особенно пригодных, возможностей нанесения дисперсии или суспензии "волокно в жидкости" следовало назвать набрызгивание, намазывание, накатывание, а также погружение несущего тела в дисперсию или суспензию.

Следует указать на то, что понятие "клеящее вещество" в рамках изобретения следует понимать в очень широком смысле. Под ним понимаются все материалы, которые обеспечивают достаточно прочное для эксплуатации фильтрующего элемента сцепление волокон друг с другом и с несущим телом, в частности клеящие вещества в узком смысле, искусственные вещества или же искусственные смолы, которые могли бы создать названное соединение, органические или неорганические связующие вещества, как-то жидкое натриевое стекло. В частности, в способах согласно изобретению в качестве альтернативы можно работать и с другими средствами сцепления волокно/волокно и волокно/несущее тело, например со спеканием. Понимается, что клеящее вещество или связующее средство выбираются таким образом и используются в таких количествах, что необходимые для функционирования поры или же пустоты, предназначенные для протекания, между волокнами не закрываются.

Как уже упоминалось выше, предпочтительным образом наносится множество слоев волокнистого покрытия, имеющих пористость, которая укрупняется по направлению от несущего тела, а именно, обычно друг за другом. Каждый слой волокнистого покрытия может быть нанесен с помощью одного из описанных способов по изобретению.

И еще один предмет изобретения - это способ изготовления фильтрующего элемента, который имеет обладающее собственной стабильностью, пористое несущее тело и имеющее по сравнению с несущим телом более мелкие поры волокнистое покрытие несущего тела на его поверхности натекания для фильтруемой жидкой среды, причем волокнистое покрытие связано с несущим телом частично связью волокно/волокно, а частично- связью волокно/несущее тело.

В указанном способе на волокнистое покрытие наносится слой покрытия из мелкодисперсных частиц.

Другие высказывания по данному слою покрытия из мелкодисперсных частиц сделаны выше.

В следующей форме выполнения изобретения наносится слой покрытия из мелкодисперсных частиц при использовании таких частиц, которые в случае применения фильтрующего элемента должны отфильтровываться из потока текучей среды. Если, например, есть желание использовать фильтрующий элемент согласно изобретению для удаления породной пыли, которая выпадает при эксплуатации измельчительной установки, то можно, например, использовать эту породную пыль, которая, например, была удалена с помощью какого-либо фильтра, для получения слоя покрытия из мелкодисперсных частиц при изготовлении фильтрующего элемента согласно изобретению.

В следующей форме выполнения изобретения при нанесении волокон и/или мелкодисперсных частиц работают с помощью потока всасывающего воздуха от поверхности натекания несущего тела через него. С помощью потока всасывающего воздуха волокна и/или мелкодисперсные частицы целенаправленно направляются туда, где они должны образовать волокнистое покрытие.

Ведение работ с помощью потока всасывающего воздуха дает предпочтительную возможность определять в потоке всасывающего воздуха, после того как он миновал несущее тело, концентрацию и/или величину захваченных частиц инородных веществ и закончить нанесение волокон и/или мелкодисперсных частиц в зависимости от данных этого определения, в частности, как только концентрация и/или величина частиц инородного вещества, все еще присутствующих за несущим телом, опустилась ниже определенного порогового значения. Итак, фильтрующие элементы можно изготавливать со степенью осаждения или же со степенью измельчения, например, в зависимости от задачи фильтрования, для которой определен соответствующий фильтрующий элемент. При определении концентрации частиц инородного вещества позади несущего тела можно поставить ее во взаимосвязь с определенной концентрацией вовлеченных частиц инородного вещества перед подводимым к фильтрующему элементу потоком.

Особенно благоприятная возможность состоит в проведении описанного определения концентрации и/или величины вовлеченных частиц инородного вещества в случае нанесения слоя покрытия из мелкодисперсных частиц при использовании таких частиц, которые при возможной эксплуатации фильтрующего элемента должны быть отфильтрованы из потока текучей среды. Это ведет к фильтрующему элементу с сепарирующей дисперсностью в соответствии с критерием (надежное достижение требуемой сепарирующей дисперсности, но сепарирующая дисперсность не должна быть без надобности высокой) и тем самым следует избегать изготовления фильтрующего элемента со слишком высокой потерей давления. Если для слоя покрытия из мелкодисперсных частиц используют такие частицы, которые при возможном использовании фильтрующего элемента должны отфильтровываться из потока жидкой среды, то с определением концентрации и/или размера прихваченных частиц инородного вещества (например, определено количество частиц инородного вещества размером менее 1 мкм менее, чем "х" мг/м³ отфильтрованного воздуха) все обстоит великолепно, потому что нанесение слоя покрытия было остановлено именно тогда, когда оно имело необходимую для этого толщину.

Вышеуказанный принцип имеет значение, выходящее за пределы нанесения слоя покрытия из мелкодисперсных частиц на волокнистое покрытие, и может осуществляться независимо от того, имеется ли под этим слоем покрытия из мелкодисперсных частиц волокнистое покрытие на несущем теле или нет.

Вместо определения концентрации и/или величины захваченных частиц инородного вещества позади несущего тела или дополнительно к нему можно определять потерю давления, которое претерпевает поток всасываемого воздуха при прохождении фильтрующего элемента, находящегося в структуре покрытия.

Эта потеря давления является косвенным критерием того, насколько далеко продвинулся вперед процесс покрытия, или же того, получили ли волокнистое покрытие с эффективностью фильтрования, достаточной для данного случая.

На поверхность притекания текущего тела можно наносить антистатическое покрытие,предпочтительно из частиц сажи, еще до того, как будут нанесены волокна. Обладающие антистатическим действием частицы могут, в частности, наноситься в виде дисперсии или суспензии. Для присоединения действующих антистатических частиц действуют аналогичным образом так, как было выполнено для присоединения волокон.

Предлагаемые способы, с одной стороны, предпочтительным образом могут служить для изготовления фильтрующих элементов, согласно изобретению, а также для изготовления отличных от них волокнистых покрытий на несущих телах фильтрующего элемента.

Фильтрующие элементы согласно изобретению предназначены в первую очередь для тонкой фильтрации газов и воздуха, в частности при очистке от пыли воздуха производственных помещений в зоне около производственного оборудования и при выполнении технологических операций, но могут использоваться также и для фильтрации жидкостей. При соответствующем выборе материала могут фильтроваться также и горячие газы, как, например газообразные продукты сгорания и горячие жидкости.

У фильтрующего элемента согласно изобретению, типичные средние размеры пор несущего тела от 10 до 100 мкм, типичные диаметры волокна 0,5 - 8 мкм. На основе структуры волокнистого покрытия становится возможным работать со сравнительно большим средним размером пор несущего тела, поскольку возможно надежное перекрывание открытых пор несущего тела на поверхности приливания и наряду с этим выполнение покрытия с очень мелкими порами. Вследствие этого можно использовать несущие тела с очень незначительным сопротивлением протеканию. Без проблем можно получить фильтрующие элементы, которые при необходимости почти полностью будут отфильтровывать частицы инородных веществ размером свыше 5 мкм, предпочтительно частиц инородного вещества размером более 2 мкм, весьма предпочтительным образом частиц инородного вещества размером более 0,5 мкм.

Предлагаемые описанный первый и второй аспект изобретения могут комбинироваться друг с другом. Далее способ по п. 11 формулы изобретения можно скомбинировать со способом по п. 8 формулы изобретения или со способом, согласно п. 9 формулы изобретения, но не обязательно.

На фиг. 1 изображен фрагмент фильтрующего элемента в разрезе, причем плоскость разреза проходит под прямым углом к поверхности притекания фильтрующего элемента; на фиг. 2 - вид сверху на частичную зону фильтрующего элемента фиг. 1, если смотреть в направлении стрелки 11, при этом изображено состояние с нанесенными первыми волокнами, но до нанесения вторых волокон, и со слоем покрытия из частиц.

Фильтрующий элемент 2 состоит из несущего тела 4, которое на своей представленной на фиг.1 правой поверхности притекания для фильтруемой текучей среды снабжено волокнистым покрытием 6. Несущее тело 4 состоит из полиэтиленовых частиц 8, которые спечены друг с другом, так что образуется пористое несущее тело 4 со средним размером пор, например в 30 мкм. При этом можно работать известным образом так, что для изготовления несущего тела 4 ультравысокомолекулярные полиэтиленовые частицы и среднемолекулярные полиэтиленовые частицы смешиваются друг с другом. В процессе спекания более низкие молекулярные полиэтиленовые частицы приплавляются сильнее и образуют соединяющий каркас для высокомолекулярных полиэтиленовых частиц 8, которые соединяются друг с другом также в процессе спекания.

Волокнистое покрытие 6 имеет первые волокна 10, длина которых существенно больше среднего размера пор несущего тела 4. Этой длиной первые волокна 10 перекрывают открытые поры несущего тела 4 на его стороне прилива. Далее имеются изображенные схематически, вторые волокна 12 существенно меньшей длины, которые заполняют пустоты между первым волокном 10 и образуют более или менее толстый слой волокнистого покрытия в зависимости от заданной фильтрующей функции фильтрующего элемента 2. Волокна 10, 12 соединены друг с другом и с наружными полиэтиленовыми частицами 8 на стороне протекания с помощью клеящего вещества, которое из-за его малого объема невозможно представить на чертеже в готовом состоянии фильтрующего элемента. В качестве примера среди множества возможных называется имеющийся в продаже клей MOWILITH (зарегистрированный товарный знак фирмы Хехст АГ), водная дисперсия сополимера винилацетата, этилена и винилхлорида. Наносимая на несущее тело 4 суспензия может иметь следующий состав: 20 мас,% волокон или частиц; 6 мас.% MOWILITH; 74% воды.

В волокнистом покрытии 6 распределено относительно небольшое количество мелкодисперсных частиц 14.

Снаружи на волокнистое покрытие 6 нанесен слой покрытия из мелкодисперсных частиц 16, например, породная пыль. Эти частицы 16 соединены друг с другом и с волокнистым покрытием 6 также посредством клеящего вещества.

Если волокна 10, 12 и/или частицы 16 наносятся диспергированными или суспендированными в жидкости, то работают предпочтительно дисперсионным клеем, который вводится в эту жидкость.

На фиг. 2 изображено состояние волокнистого покрытия фильтрующего элемента 2 после нанесения первых волокон 10, но перед нанесением вторых волокон 12. Если затем наносятся вторые волокна 12, то они заполняют все еще видимые на фиг. 2 пустоты между первыми волокнами 10 и образуют изображенный на фиг. 1 слой 6 волокнистого покрытия.

Если присутствует слой покрытия из мелкодисперсных частиц 16, то нет необходимости в том, чтобы волокнистое покрытие 6 состояло из первых волокон 10 и вторых волокон 12.

Использование: для тонкой фильтрации газов и фильтрования жидкостей. Сущность: фильтрующий элемент состоит из обладающего собственной стабильностью пористого несущего тела с мелкопористым волокнистым покрытием. По первому аспекту волокнистое покрытие имеет первые волокна, длина которых больше размера пор несущего тела, и имеющие явно меньшую длину вторые волокна. Согласно второму аспекту в волокнистом покрытии содержится менее 30% мелкодисперсных частиц. Для изготовления фильтрующего элемента волокна наносят в сухом состоянии с помощью потока воздуха, причем клеящий материал наносят до того и/или после того. Альтернативно волокна наносят распределенными в жидкости, причем клеящий материал по желанию может содержаться в жидкости. В соответствии со следующим аспектом на волокнистое покрытие наносится слой покрытия из мелкодисперсных частиц. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Фильтрующий элемент (2), который имеет обладающее собственной стабильностью пористое несущее тело (4) и имеющее по сравнению с несущим телом (4) более мелкие поры волокнистое покрытие (6) несущего тела (4) на его поверхности натекания для фильтруемой жидкой среды, причем волокнистое покрытие (6) связано с несущим телом (4) частично связью волокно/волокно, а частично связью волокно/несущее тело, отличающийся тем, что волокнистое покрытие (6) имеет первые волокна (10), длина которых больше, чем средний размер пор несущего тела (4), и вторые волокна (12), длина которых для создания микропористости волокнистого покрытия (6) явно меньше, чем длина первых волокон (10). 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что первые волокна (10) нанесены в качестве первого слоя волокнистого покрытия, а вторые волокна (12) нанесены на них в качестве второго слоя волокнистого покрытия. 3. Элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что наносится несколько слоев волокнистого покрытия с величиной пористости, увеличивающейся по направлению от несущего тела (4). 4. Элемент по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что с помощью клеящего вещества производится соединение волокно/волокно и волокно/несущее тело. 5. Элемент по одному из пп. 1 - 4, отличающийся тем, что с наружной стороны на волокнистое покрытие (6) нанесен слой покрытия из мелкодисперсных частиц (16). 6. Элемент по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что несущее тело (4) состоит из спеченных частиц (8) синтетического материала. 7. Способ изготовления фильтрующего элемента (2), который имеет обладающее собственной стабильностью пористое несущее тело (4) и имеющее по сравнению с несущим телом (4) более мелкие поры волокнистое покрытие (6) несущего тела (4) на его поверхности натекания для фильтруемой жидкой среды, причем волокнистое покрытие (6) соединено с несущим телом (4) частично связью волокно/волокно, а частично связью волокно/несущее тело, отличающийся тем, что волокна (10, 12) для образования волокнистого покрытия (6) наносят в сухом состоянии на поверхность натекания несущего тела (4), предпочтительно с помощью потока воздуха, причем клеящий материал для создания соединения волокно/волокно и волокно/несущее тело нанесен прежде всего на поверхность натекания. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что наносят первый слой волокнистого покрытия из первых волокон (10) а на него второй слой волокнистого покрытия из вторых волокон (12), причем длина вторых волокон (12) явно меньше, чем длина первых волокон (10). 9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что наносят несколько слоев волокнистого покрытия с величиной пористости, увеличивающейся по направлению от несущего тела (4). 10. Способ по одному из пп.7 - 9, отличающийся тем, что на волокнистое покрытие (6) наносят слой покрытия из мелкодисперсных частиц (16). 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что слой покрытия из мелкодисперсных частиц (16) наносят путем использования таких частиц, которые при вероятном использовании фильтрующего элемента (2) должны отфильтровываться из потока текучей среды. 12. Способ по одному из пп.7 - 11, отличающийся тем, что при нанесении волокон (10, 12) и/или мелкодисперсных частиц (16) создают поток всасывающего воздуха, проходящий от поверхности натекания несущего тела (4) через это тело. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что в потоке всасывающего воздуха после того, как он прошел через несущее тело, определяют концентрацию и/или величину захваченных частиц и заканчивают нанесение волокон (10, 12) и/или мелкодисперсных частиц (16) в зависимости от результата этого определения. 14. Способ по одному из пп.7 - 13, отличающийся тем, что на поверхность натекания несущего тела (4) наносят антистатическое покрытие, предпочтительно из частиц сажи, перед тем как будут нанесены волокна (10, 12).