ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ С ПОКРЫТИЕМ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ Российский патент 2010 года по МПК B01D39/20 

Изобретение касается обладающего собственной стабильностью фильтрующего элемента со сквозными порами и с пористым покрытием для поверхностной фильтрации на его приточной поверхности.

Такие фильтрующие элементы известны с рядом сформированных по-разному покрытий.

В основе изобретения лежит задача создать фильтрующий элемент с покрытием для поверхностной фильтрации, которое применимо также для повышенных температур и/или повышенной стабильности против химического воздействия.

Для решения этой задачи покрытие фильтрующего элемента имеет:

(a) первую составляющую из частиц и/или волокон;

(b) неорганическую связующую составляющую, которая связывает частицы и/или волокна первой составляющей;

(c) клей, посредством которого пористое покрытие присоединяется к оставшемуся фильтрующему элементу;

(d) и вторую составляющую, которая как антиадгезионная составляющая ослабляет прилипание отфильтрованного материала на пористом покрытии и облегчает очищение фильтрующего элемента.

Связывание покрытия с оставшимся фильтрующим элементом не должно происходить исключительно за счет клея, но клей в значительной степени участвует в осуществлении этого связывания. С другой стороны, клей дополнительно может участвовать также в соединении друг с другом частиц и/или волокон первой составляющей. Клей имеет увеличивающее эластичность действие для покрытия и для перехода между основным телом фильтрующего элемента и покрытием.

Предпочтительными частицами для первой составляющей являются частицы кизельгура, частицы цеолита, частицы поливинилпиролидона и смеси из них; среди них в высшей степени предпочтительны частицы кизельгура. Предпочтительные волокна для первой составляющей - это керамические волокна. Упомянутые предпочтительные материалы не должны составлять 100% первой составляющей; достаточно, если первая составляющая в значительной степени содержит один или несколько материалов, упомянутых как предпочтительные. С другой стороны, предпочтительно, чтобы первая составляющая состояла по существу только из одного упомянутого предпочтительного материала или смеси из них. Альтернативным, но также предпочтительным является смесь из керамических волокон и одного упомянутого предпочтительного вида частиц или нескольких предпочтительных упомянутых видов частиц.

Связующая составляющая может содержать жидкое стекло или состоять из него. Однако, конечно, предпочтительно, если связующая составляющая не является жидким стеклом. Связующая составляющая базируется предпочтительно на золе, особенно предпочтительно на водной золе. Связующая составляющая включает предпочтительно сшитый SiO₂, или производное от сшитого SiO₂, или сшитый TiO₂, или производное от сшитого TiO₂, или сшитый ZrO₂, или производное от сшитого ZrO₂, или смесь из нескольких ранее упомянутых материалов; эти материалы дают в итоге силы сцепления первичной физической природы в готовом покрытии. Сшитый SiO₂ особенно предпочтителен. Также связующая составляющая не должна состоять на 100% из одного упомянутого в качестве предпочтительного материала или из смеси нескольких таких материалов. Однако предпочтительно, если связующая составляющая состоит в основном из одного упомянутого в качестве предпочтительного материала или смеси из нескольких таких материалов. Производное от SiO₂ означает материал, который содержит, кроме атомов кремния и атомов кислорода, еще органические остатки. Аналогично при TiO₂ и ZrO₂.

Преимущественно клей - это органический дисперсионный клей. Водные дисперсии особенно предпочтительны.

Преимущественно антиадгезионная составляющая является политетрафторэтиленом (в дальнейшем коротко обозначенным ПТФЭ), и/или полиэтиленом (в дальнейшем коротко ПЭ), и/или силиконом. ПТФЭ является в высшей степени предпочтительным. В высшей степени предпочтительным является тот случай, что антиадгезионная составляющая состоит по существу только из ПТФЭ. Особенно выгодная форма выполнения изобретения предусматривает, что покрытие нанесено по способу золь-гель.

Следующая выгодная форма выполнения изобретения состоит в том, чтобы при нанесении покрытия первая составляющая и антиадгезионная составляющая имелись в весовом отношении от 2:1 до 1:20, предпочтительно от 1,5:1 до 1:15, более предпочтительны от 1,5:1 до 1:10, более предпочтительно от 1,5:1 до 1:5, более предпочтительно от 1,5:1 до 1:2. Это имеет значение более предпочтительно для частиц как первой составляющей, и более предпочтительно для кизельгура как первой составляющей, и ПТФЭ как антиадгезионной составляющей.

Еще одна следующая выгодная форма выполнения изобретения состоит в том, чтобы покрытие (по существу только) содержало кизельгур в качестве первой составляющей и (по существу только) ПТФЭ как антиадгезионную составляющую в весовом отношении от 1:1 до 1:2.

Основное тело фильтрующего элемента, т.е. находящийся под покрытием основной каркас фильтрующего элемента, выполнено предпочтительно из взаимно связанных, особенно предпочтительно из спеченных частиц пластмассы. Особенно выгодны частицы полиэтилена.

Тот вариант фильтрующего элемента согласно изобретению, при котором имеются в наличии частицы в качестве первой составляющей покрытия, можно использовать особенно выгодно для фильтрации жидкости или для отделения масляного тумана из газового потока. Особым образом следят здесь за фильтрацией смазочно-охлаждающих материалов; смазочно-охлаждающие материалы - это маслянистые жидкости или эмульсии смазывающих материалов, в частности, в воде, которые вводятся при механической и соответственно шлифовальной, соответственно резании и соответственно иной снимающей (например, электроискровой обработке) обработке деталей. Смазочно-охлаждающий материал, как правило, перекачивается в циркуляционном контуре и содержит, если он покидает место обработки детали, обточенные, отрезанные или снятые частицы обработанной детали. Они должны отфильтровываться, пока смазочно-охлаждающий материал не попал снова в контур к детали. Фильтрация предпочтительно проводится посредством фильтрующего элемента согласно изобретению, который просто погружен в ванну смазочно-охлаждающего материала. Отфильтрованные посторонние частицы остаются висеть на внешней поверхности фильтрующего элемента на покрытии, отфильтрованный смазочно-охлаждающий материал отсасывается из внутренней части фильтрующего элемента. Для периодической очистки фильтрующего элемента циркуляция с помощью насоса ненадолго прерывается на соответствующий период времени и заменяется кратковременным потоком жидкости из очищенного смазочно-охлаждающего материала в обратном направлении, вследствие чего накопленные снаружи покрытия отфильтрованные посторонние частицы падают вниз в ванну со смазочно-охлаждающим материалом и, например, могут удаляться оттуда посредством устройства для удаления шлама.

На основе идеи изобретения можно производить фильтрующие элементы, которые по существу полностью отфильтровывают из жидкости посторонние частицы размером больше 5 мкм, более предпочтительны размером больше 3 мкм. В случае смазочно-охлаждающей жидкости достигается, что точность обработки детали очень высока, так как к месту обработки течет особенно чистая смазочно-охлаждающая жидкость. Фильтрующие элементы согласно изобретению могут производиться для фильтрации газа, посторонние частицы с размером больше 3 мкм, более предпочтительно с размером больше 1 мкм, по существу полностью отфильтровываются. Предпочтительный средний размер пор покрытия лежит в диапазоне от 0,5 до 10 мкм, более предпочтительнее от 1 до 8 мкм, более предпочтительнее от 1,5 до 7 мкм.

Тот вариант фильтрующего элемента согласно изобретению, при котором (далее преобладает или по существу единственный) имеются в наличии в качестве первой составляющей покрытия волокна, можно использовать особенно выгодно для фильтрации газа. Но также и фильтрующие элементы согласно изобретению, при которых (далее преобладают или по существу единственный) имеются в наличии в качестве первой составляющей частицы или смесь частиц и волокон в качестве первой составляющей покрытия, можно использовать для фильтрации газа.

В целом можно использовать согласно изобретению фильтрующие элементы особенно выгодно при ситуациях применения, при которых требуется стабильность при повышенной температуре и/или стабильность при химическом воздействии. Фильтрующий элемент может быть выполнен таким образом, что он выдерживает продолжительную рабочую температуру до 180°C, или может быть выполнен таким образом, что он выдерживает продолжительную рабочую температуру до 150°C, или может быть выполнен таким образом, что он выдерживает продолжительную температуру до 120°C. Химическое воздействие существует, например, при уже упомянутой смазочно-охлаждающей жидкости, другой случай использования с химическим воздействием - это фильтрация отработавших газов. Как случаи применения с теплостойкостью названы фильтры для отработавших газов, фильтры для отделения продукта из газового потока (например, распылительная сушка, сушилки пищевой промышленности) и регенерации материала из газового потока (например, катализатор у реакторов с псевдоожиженнным слоем).

Вместо "первой составляющей" можно говорить также "основной компонент". Вторая составляющая исполняет больше вспомогательную функцию, так как она ослабляет адгезию отфильтрованного материала на пористом покрытии и облегчает очистку фильтрующего элемента.

В выгодной форме выполнения фильтрующий элемент согласно изобретению - это фильтрующий элемент, способный очищаться, например, пульсирующим противотоком. Для этого хорошо, если основное тело имеет такую большую эластичность, что его стенки при импульсе очистки немного деформируются. За счет свойства клея, увеличивающего эластичность, покрытие также может претерпевать такие деформации без отслоения.

Изобретение и предпочтительная форма выполнения изобретения объясняются более подробно в последующем при помощи примеров форм выполнения.

Фиг.1 показывает в разрезе сектор фильтрующего элемента.

Фиг.2 показывает в разрезе сектор фильтрующего элемента другой формы выполнения.

У представленного в качестве сектора на фиг.1 фильтрующего элемента 2 основное тело состоит из частиц 4 полиэтилена, которые являются спеченными в их местах контакта 6. Поры 8 между частицами 4 имеют средний размер, например, от 10 до 60 мкм. Основное тело может, например, быть фигурой прямого полого плоского параллелепипеда с проходящими зигзагообразными стенками с двух больших сторон и одной открытой стороной для нисходящего потока очищенной жидкости или очищенного газа. Альтернатива - это форма полого цилиндра с волнообразной наружной стороной и открытой торцевой стороной.

Покрытие 10 фильтрующего элемента состоит по существу из частиц 12 кизельгура, которые соединены за счет сшитого SiO₂ 14 и соединены посредством органического дисперсионного клея 16 в их местах контакта с частицами 4 полиэтилена основного тела, а также частицами 18 ПТФЭ. Частицы 12 кизельгура так малы, что поры между ними в диаметре менее 3 мкм. При производстве фильтрующего элемента 2 по фиг.1 изготавливается сначала основное тело и затем на его приточную поверхность наносится покрытие либо в жидкотекучей консистенции, либо в густотекучей консистенции до тягучей консистенции, например, распылением, накатыванием, нанесением кистью и так далее.

Наносимая масса покрытия состоит по существу из частиц кизельгура, SiO₂-золей, частиц ПТФЭ, органического дисперсионного клея, воды и небольшого количества поверхностно-активного вещества(ПВА), увлажняющего средства или пеногасителя. Все эти составляющие доступны без проблем на рынке. Масса покрытия является стабильной эмульсией. После нанесения массы покрытия проходит, как правило, при применении несколько повышенной температуры золь-гель-реакция и, наконец, после испарения всей воды образование покрытия в твердом агрегатном состоянии. При золь-гель-реакции и при испарении воды происходит сшивание SiO₂-фазы и вследствие этого связывание кизельгур-частиц между собой.

Весовое отношение кизельгура к ПТФЭ лежит для особенно хороших результатов в диапазоне от 1:1 до 1:2.

Представленный в секторе на фиг.2 фильтрующий элемент 2 отличается от фильтрующего элемента 2 согласно фиг.1 другим покрытием 10. Теперь готовое покрытие 10 по существу состоит из керамических волокон 22, сшитого SiO₂ 24, органического дисперсионного клея 26 и ПТФЭ-частиц 28. Кизельгур-частицы 12 также имеются в наличии в более незначительной массе, чем на фиг.1. То что касается веса покрытия в нанесенном состоянии, имеют значение дальнейшие высказывания, сделанные согласно фиг.1 в связи с примером изготовления (следующие составляющие, консистенция и т.д.).

Поры между керамическими волокнами 22 имеют по существу одинаковые размеры, что и поры между частицами кизельгура 12 в форме выполнения согласно фиг.1. Керамические волокна 22 имеют обычно диаметр меньше 1 мкм и длину от 10 до 30 мкм; они химически состоят обычно по существу из SiO₂/Al₂O₃.

Кизельгур - это ходовое обозначение для материала, который состоит обычно от 70 до 90% из аморфной кремневой кислоты и от 3 до 12% из воды.

В случае силикона как антиадгезионной составляющей чертежи выглядели бы по существу неизменно. В случае ПЭ как антиадгезионной составляющей частица ПЭ были бы больше, чем обозначенные частицы ПТФЭ 18 или 28, и имели бы, например, размер, который несколько меньше, чем размер частиц кизельгура 12. В случае жидкого стекла в качестве неорганической связующей составляющей чертежи выглядели бы по существу неизменно.

Изобретение относится к области фильтрации. Предложен собственно фильтрующий элемент (2) со сквозными порами и с пористым покрытием (10) для поверхностной фильтрации на ее приточной поверхности, где покрытие (10) имеет: (а) первую составляющую из частиц (12) и/или волокон (22); (b) неорганическую связующую составляющую (14, 24), которая связывает частицы (12) и/или волокна (22) первой составляющей; (с) клей (16, 26), посредством которого пористое покрытие (10) присоединяется к оставшемуся фильтрующему элементу; (d) и вторую составляющую (18, 28), которая в качестве антиадгезионной составляющей ослабляет прилипание отфильтрованного материала на пористом покрытии и облегчает очищение фильтрующего элемента. Материал пригоден для работы при повышенных температурах и обладает повышенной стабильностью против химического воздействия. 3 н. и 13 з.п.. ф-лы, 2 ил.

1. Обладающий собственной стабильностью фильтрующий элемент (2) со сквозными порами и с пористым покрытием (10) для поверхностной фильтрации на ее приточной поверхности, где покрытие (10) включает:
(a) первую составляющую из частиц (12) и/или волокон (22);
(b) неорганическую связующую составляющую (14; 24), которая связывает друг с другом частицы (12) и/или волокна (22) первой составляющей;
(c) клей (16; 26), посредством которого пористое покрытие (10) присоединяется к оставшемуся фильтрующему элементу;
(d) и вторую составляющую (18; 28), которая в качестве антиадгезионной составляющей ослабляет прилипание отфильтрованного материала на пористом покрытии и облегчает очищение фильтрующего элемента.

2. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что первая составляющая выбрана из группы, которая состоит из частиц (12) кизельгура, частиц цеолита, частиц поливинилпиролидона и смеси из них.

3. Фильтрующий элемент по п.2, отличающийся тем, что первая составляющая содержит частицы (12) кизельгура.

4. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что первая составляющая содержит керамические волокна (22).

5. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что клеем является органический дисперсионный клей (16; 26).

6. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что антиадгезионной составляющей является политетрафторэтилен (ПТФЭ) (18; 28), и/или полиэтилен (РЕ), и/или силикон.

7. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что покрытие (10) содержит кизельгур (12) в качестве первой составляющей и ПТФЭ (18; 28) в качестве антиадгезионной составляющей в массовом отношении 1:1-1:2.

8. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что имеющее покрытие (10) основное тело фильтрующего элемента (2) сформировано из взаимно связанных частиц (4) пластмассы.

9. Фильтрующий элемент по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что связующая составляющая выбрана из группы, которая состоит из сшитого SiO₂ (14; 24), производного от сшитого SiO₂, сшитого TiO₂ или производного от сшитого TiO₂, сшитого ZrO₂, производного от сшитого ZrO₂ и смеси из них.

10. Фильтрующий элемент по п.9, отличающийся тем, что связующая составляющая содержит сшитый SiO₂ (14; 24).

11. Фильтрующий элемент по п.9, отличающийся тем, что покрытие (10) нанесено по золь-гель способу.

12. Применение фильтрующего элемента по любому из пп.1-11, у которого имеются в наличии частицы (12) в качестве первой составляющей покрытия (10), для фильтрации жидкости или для отделения масляного тумана.

13. Применение по п.12 для фильтрации смазочно-охлаждающей жидкости.

14. Применение по п.12 или 13, по которому посторонние частицы размером менее 5 мкм будут, по существу, полностью отфильтрованы.

15. Применение фильтрующего элемента по любому из пп.1-11, у которого имеются в наличии частицы (12) и/или волокна (22) в качестве первой составляющей покрытия (10), для фильтрации газа.

16. Применение по п.15, по которому посторонние частицы размером более 2 мкм будут в основном полностью отфильтрованы.