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CN111629807B - 包含多孔膜的滤袋 - Google Patents

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CN111629807B CN201780098144.7A CN201780098144A CN111629807B CN 111629807 B CN111629807 B CN 111629807B CN 201780098144 A CN201780098144 A CN 201780098144A CN 111629807 B CN111629807 B CN 111629807B
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Abstract

公开了一种滤袋，其包括多孔膜，所述多孔膜在横向上具有强度以改善耐久性。存在一种用于从气流中过滤颗粒的过滤器组件，该过滤器组件包括支撑子结构和至少部分地围绕支撑子结构的滤袋。滤袋包括多孔膜，该多孔膜具有暴露于气流的上游表面。该多孔膜是轻质的，并且具有将颗粒收集在上游表面上的结构。特别地，多孔膜的泡点为0.06MPa或更高，并且在横向上的强度为100N/m或更高。公开的其他滤袋包括层压体，该层压体包括具有0.06MPa或更高的泡点的多孔膜和用作牺牲材料的第二层。

Description

包含多孔膜的滤袋
技术领域
本发明一般涉及一种包含多孔膜的滤袋。特别地，可以将多孔膜附接到过滤介质或与附接到过滤介质的第二层层压。多孔膜经久耐用，可抵抗清洁周期产生的应力。
背景技术
长期以来，在各种工业领域中，从气流中去除颗粒物一直是一种惯例。用于从气流中过滤颗粒等的常规装置包括但不限于滤袋、滤管、滤筒和滤板。这些过滤元件通常被定向到过滤系统中，通常称为滤袋室，以过滤这种颗粒。根据系统操作的要求，这种过滤系统可以是可清洗的，或者也可以是不可清洗的。
从工业流体流中分离颗粒物质通常使用层压过滤器来完成。这些基于纺织品的层压过滤器从流体流中去除颗粒。当由于颗粒在过滤器上积聚而导致流过纺织品的阻力或压降变得很大时，必须清洁过滤器，并从过滤器中除去颗粒。
在工业过滤市场中，通常通过清洁方法来表征滤袋的类型。最常见类型的清洁技术是反向空气、振摇和脉冲喷射。反向空气和振摇技术被认为是低能清洁技术。
在反向空气过滤技术中，颗粒收集在袋的内部。在清洁过程中，温和的空气反冲洗会使袋子坍塌，并使尘饼破碎脱离袋子，离开袋子底部而进入料斗。
振摇机制也可以清除积聚在袋内部的尘饼。袋顶部与振荡臂相连，该振荡臂在袋中产生正弦波以移出尘饼。
在脉冲喷射过滤中，颗粒被捕获在袋的外部。脉冲喷射清洁技术采用短脉冲的压缩空气，该压缩空气进入滤袋或滤管的内顶部部分。该清洁脉冲的能量使袋膨胀，从而敲掉尘饼。所述袋通常会快速回到笼式支承件，并立即恢复收集颗粒的作用。
在这三种清洁技术中，脉冲喷射对过滤介质的应力最大。但是，近年来，由于以下原因，工业过程工程师越来越多地选择脉冲喷射袋室用于集尘应用：
1.较小的单元尺寸(有时最多为振摇和反向空气过滤的尺寸的1/2或1/4)，原因如下：
(A)较高的体积气流/布面积比(通过介质的较高运行速度)；和
(B)在线清洗允许将单元设计为所需的流速，因此，无需额外的过滤介质区域来进行离线清洗。
2.最少数目的活动部件。
3.要更换的袋的数量较少。
在脉冲喷射袋室中，将袋插入袋室中，并在其内部装有金属笼，以防止其塌陷。包含灰尘的脏空气进入袋室，并在袋外侧上，在此灰尘积聚在表面上。净化后的空气穿过袋，从袋室出来。当足够多的灰尘积聚在袋外侧上而导致通过袋的气流的量减少时，脉冲喷射袋室将高压空气脉冲向后发送通过袋。高压空气和由反脉冲引起的袋内运动的共同作用，迫使积聚的灰尘离开袋，以收集在袋室的下部中。该清洁过程可以每小时发生多次，以保持足够的气流通过袋。
上述袋中的运动是高压空气在袋上施加应力的结果。
美国专利第6,110,243号涉及滤袋组件，其包括支撑结构，例如金属、塑料等的支撑笼，以及没有背衬材料或层的膨胀PTFE膜的过滤介质。如所描述的，滤袋组件还包括支撑盖或笼盖，其安装在支撑件或笼的外表面上，以防止过滤介质与笼接触。
对于滤袋组件，存在不断提高耐久性的问题。因此，显而易见的是，提供一种旨在克服上述限制中的一个或多个限制的改进的滤袋组件将是有利的。
一些示例性实施方式的简要概述
根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于从气流中过滤颗粒的过滤器组件，该过滤器组件包括：滤袋，该滤袋包括过滤介质和多孔膜，该多孔膜的上游表面暴露于气流，而下游表面邻近该过滤介质，其中，多孔膜的泡点为0.06MPa或更高，例如0.09MPa或更高，并且其中多孔膜的横向强度为100N/m或更高，例如175N/m或更高，其中过滤器组件是可清洁的。在一个实施方式中，多孔膜能够承受由清洁过程的应力(例如，振摇或脉冲)引起的结构破坏，所述清洁过程用于从多孔膜的上游表面释放收集的颗粒。多孔膜具有将颗粒收集在上游表面上的结构。此外，多孔膜可以从气流中收集大于97％的直径大于0.07微米的颗粒。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种用于从气流中过滤颗粒的过滤器组件，其包括：滤袋，该滤袋包括过滤介质，多孔膜并且该多孔膜的上游表面暴露于气流，以及第二层，其中第二层设置在过滤介质和多孔膜之间，其中多孔膜的泡点为0.06MPa或更高，例如0.09MPa或更高，其中过滤器组件是可清洁的。与第二层相邻的多孔膜在横向方向上的强度可以是50N/m或更高，例如100N/m或更高，或者175N/m或更高。在一个实施方式中，第二层包含织造纺织品、非织造纺织品或膜。第二层用作牺牲层，防止过滤介质或清洁过程的应力对多孔膜的损坏。在一个实施方式中，第二层在0.5英寸水柱的情况下具有10cfm/ft2的渗透率。可以将第二层层压至多孔膜以形成层压体。或者，第二层可以层压到过滤介质上。
在一个实施方式中，多孔膜包括含氟聚合物膜或聚酯膜。除了高泡点和/或高横向强度，多孔膜还可具有以下一种或多种特征。多孔膜的质量/面积比可以为4.5gsm或更小。多孔膜还可以具有1.36kg或更小的球式顶破强度。另外，多孔膜在0.5英寸水柱下可具有1cfm/ft2的渗透率。此外，多孔膜的厚度为5至50微米。
在一个实施方式中，过滤介质包括织造毡，非织造毡或玻璃纤维材料。根据袋的类型，可以存在与过滤介质相邻的支撑子结构。
在另一个实施方式中，提供了一种袋室过滤器系统，其包括：具有入口和出口的壳体；位于入口和出口之间的壳体内的管板；以及安装到该管板上的一个或多个滤袋组件，其中所述滤袋组件各自包括滤袋，所述滤袋包括过滤介质和多孔膜，所述多孔膜的上游表面暴露于气流，而下游表面与所述过滤介质相邻，其中所述多孔膜的泡点为0.06MPa或更高，例如0.09MPa或更高，并且其中所述多孔膜的横向强度为100N/m或更高，例如175N/m或更高。
在又一个实施方式中，提供了一种袋室过滤器系统，其包括：具有入口和出口的壳体；位于入口和出口之间的壳体内的管板；以及安装到该管板上的一个或多个滤袋组件，其中所述滤袋组件各自包括滤袋，所述滤袋包括过滤介质，多孔膜并且该多孔膜的上游表面暴露于气流，以及第二层，其中所述第二层设置在所述过滤介质与多孔膜之间，其中所述多孔膜的泡点为0.06MPa或更高，例如0.09MPa或更高。
结合以下描述和附图更详细地描述了这些和其他实施方式以及它们的许多优点和特征。
附图简要说明
根据以下非限制性附图，将更好地理解本发明。
图1是由于横向上的膜强度低而具有结构破坏的膜的SEM图像。
图2示出了根据本文公开的实施方式的袋室的示意图。
图3示出了根据本文公开的实施方式的具有与过滤介质相邻的多孔膜的滤袋的剖视透视图。
图4示出了根据本文公开的实施方式的具有滤袋的过滤器组件的透视图，该滤袋具有与过滤介质相邻的多孔膜。
图5示出了根据本文公开的实施方式的具有滤袋的另一个过滤器组件的透视图，该滤袋具有与过滤介质相邻的层压体。
图6是与比较例相比，与过滤介质相邻的多孔膜的压差上升的图。
图7是与比较例相比，与过滤介质相邻的多孔膜的压差上升的图。
发明详述
本领域的技术人员应理解，可通过构造以实施所需作用的任何数量的方法和设备来实现本公开内容的各个方面。还应注意，本文参考的附图不一定是按比例绘制，而是有可能放大以说明本公开的各个方面，就此而言，附图不应视为限制性的。
本文所述的各种实施方式涉及一种滤袋，该滤袋包括过滤介质和相邻的耐用多孔膜，该耐用多孔膜具有紧密的微结构，从而提供改善的可清洁性。为了本发明的目的，0.06MPa或更高的泡点表现出紧密的微结构。微结构紧密的问题在于，这些膜预期具有明显升高的压降，这对滤袋是有害的。还预期另外的薄和/或轻质的膜的压降显著增加，这对滤袋是有害的。在一个实施方式中，多孔膜包括在横向方向上具有高强度的薄的、紧密的膜。在另一个实施方式中，将多孔膜层压至第二层，例如膜。这些实施方式通过使用在横向方向上具有高强度的薄和/或轻质的膜或通过将薄和/或轻质的膜层压到第二层而克服了与压降问题相关的问题，从而提高了滤袋的耐久性和可清洁性。本文所述的滤袋可用于过滤器组件中，以从气流例如废气流中过滤颗粒。在一个实施方式中，可以提供一种高效的集尘滤袋。
在操作期间，滤袋在上游表面上收集颗粒，并且在操作过程中通过清洁将收集的颗粒去除几次。可以通过使用诸如反向空气、振摇和脉冲喷射的清洁技术去除作为尘饼收集在滤袋上的微粒，从而清洁过滤器组件。在一个实施方式中，通过音波喇叭进行的声波清洁可以与这些清洁技术结合使用。清洁操作中使用的音波喇叭产生低频，高分贝的声能-声音范围为60至250Hz，强度最高为150dB。
本发明的实施方式提供了在提供增加的耐久性的同时获得渗透性的优点。随着膜变得更轻和/或更薄，膜在制造过程和清洁过程中更容易受到损坏。尽管以裂缝、撕裂或破裂的形式出现的结构损坏在制造过程中是麻烦的且成本高昂，但可在使用前更换膜。一旦使用，膜上的任何结构损坏都会缩短滤袋的使用寿命，从而造成严重的耐久性问题。
另外，本发明的其他实施方式提供了第二层，其用作多孔膜的牺牲层。这允许将本文所述的薄的、紧密的膜用于过滤介质具有磨蚀性拓扑结构的滤袋，或者用于清洁技术将对滤袋施加应力的滤袋。
本文所述的滤袋可用于需要污染物控制或产品捕获的多种应用中。这包括发电厂，钢铁厂，化学生产商和需要高颗粒收集效率的其他工业公司。根据本发明的示例性实施方式是用于水泥袋室的滤袋。水泥袋室通常采用具有磨蚀性拓扑结构的过滤介质。
磨蚀性拓扑结构是指过滤介质的表面具有形成不光滑表面的边、点或轮廓。这种不光滑的表面能够磨损、撕裂、破裂、割裂或以其他方式损坏相邻的膜。一旦膜受损，滤袋就会失去去除颗粒的效率。
由于清洁过程中清除尘饼而产生的应力，也可能损坏膜。即使在过滤介质表面光滑的情况下，清洁过程中的脉冲也会产生额外的应力，包括磨损应力。在清洁过程中，滤袋相对于支撑子结构和/或过滤介质的反复膨胀和收缩可能会损坏膜。为了克服由损坏引起的问题，本发明的一个实施方式使用横向强度为100N/m或更高，例如120N/m或更高，150N/m或更高，175N/m或更高，或200N/m的膜。横向强度可以通过ASTM方法D412-06a(2006)，使用模具F来确定。横向强度是指在滤袋上的横向方向上的强度，例如，围绕滤袋圆周的方向上的强度。如图所示，横向由箭头(t)表示。横向方向可以是在滤袋的周向宽度的方向上，该方向不平行于滤袋的长度，并且在一些实施方式中可以垂直于滤袋的长度。在一个实施方式中，这种横向强度性质有助于提供一种滤袋，该滤袋具有弹性和耐用的面向外部的膜。与过滤介质相邻的横向强度小于100N/m的膜在承受滤袋上的应力时会发生结构破坏。如图1所示，在横向t上具有94.5N/m的强度的膜1由于在图1的膜中缺乏横向强度而遭受可见的破裂2。这表明膜1较不耐用，并且破裂缩短了滤袋的寿命。
滤袋
本文所述的滤袋包括提供高空气流量和良好的尘饼释放的膜。这使得滤袋易于清洁，同时减少了与滤袋相关的压降。膜可以通过层压或粘附而附接到过滤介质上，或者该膜可以与第二层相邻以形成附接过滤介质的层压体。取决于操作和清洁技术，滤袋可具有多种形状和特征。在一个实施方式中，用于脉冲喷射清洁的滤袋可在一端具有袖口而在另一端具有开口，该开口允许滤袋至少部分地围绕支撑子结构。不管设计如何，具有高横向强度多孔膜的滤袋都有助于增加滤袋的耐久性，这将减少颗粒物的排放，从而符合排放标准。
在典型的袋室中，每个滤袋的长度可以为0.3m至10m，内径为5cm至30cm。滤袋的尺寸可允许将滤袋安装到袋室，安装在支撑子结构上或与支撑子结构配合。应当理解，这些尺寸对于本发明的目的并不一定是限制性的，并且本文公开的实施方式可以用于各种袋室中。
在一个实施方式中，滤袋可以打褶。打褶的滤袋可以增加过滤介质的深度，并使过滤介质暴露于气流中较少的颗粒。
现在参考图2，示出了具有脉冲喷射清洁序列的袋室。在料斗20内部，载有颗粒的气流21在入口22处进入料斗，并通过滤袋23，该滤袋23包括在横向(t)上具有高强度的多孔膜。滤袋可包括附接到过滤介质的多孔膜或包括附接到过滤介质的多孔膜的层压体。料斗20内的管板25防止气流绕过滤袋23。滤袋23通过内部支撑笼26(在滤袋23下方示出)保持打开。气流经过滤袋23并从袋出口29出来后，在出口27处离开清洁空气室。在操作中，颗粒在多孔膜的外部形成尘饼28，如图左侧的袋中所示。在清洁以除去尘饼28时，来自脉冲管30的空气进入滤袋。该空气脉冲32使滤袋膨胀，使尘饼松动，从而使颗粒31聚集在料斗20的底部。如图2右侧的袋中所示，脉冲喷射造成滤袋膨胀。滤袋的反复膨胀和收缩会导致磨损。应当理解，其他清洁技术也会在滤袋上施加应力。本文所述的滤袋的优点在于，多孔膜具有紧密的微结构以及较高的横向强度，这改善了耐久性并减少了清洁周期中由应力引起的结构破坏。
多孔膜
在一个实施方式中，提供了一种用于从气流中过滤颗粒的可清洁滤袋组件，其包括滤袋。该滤袋包括多孔膜，该多孔膜具有暴露于气流的上游表面和附接到该多孔膜的过滤介质。在一个实施方式中，多孔膜的泡点为0.06MPa或更高，例如0.1MPa或更高，或者0.5MPa或更高。在一个实施方式中，多孔膜的横向强度为100N/m或更高，例如150N/m或更高，175N/m或更高，或者200N/m或更高。
本文所述的滤袋中使用的多孔膜具有几个特征，这些特征对于实现本文所述的更高的性能特别有利。该膜能够捕获细小颗粒，具有改进的过滤效率，增加的滤饼释放和增加的使用中的空气流通能力。在一个实施方式中，多孔膜收集气流中多于97％的直径大于0.07微米的颗粒。在另一个实施方式中，多孔膜收集气流中多于99％的直径大于0.07微米的颗粒。当多孔膜附接到过滤介质上时，滤袋具有更高的收集效率。
多孔膜可包含含氟聚合物或聚酯材料。合适的含氟聚合物膜包括通过多种不同方法制备的聚四氟乙烯(PTFE)，包括使PTFE膨胀以形成膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)。其他合适的含氟聚合物可以包括聚偏二氟乙烯(“PVDF”)，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(“FEP”)，四氟乙烯-(全氟烷基)乙烯基醚共聚物(“PFA”)等。
该膜具有孔，以允许流体(空气或液体)通过，同时保留颗粒，例如细粉尘。膜的多孔性质保持差压升高小于0.7MPa，例如小于0.5MPa或小于0.1MPa，如根据ISO测试方法所述的。
在一个实施方式中，多孔膜是具有紧密的微结构的ePTFE膜，该膜的泡点为0.06MPa或更高，例如0.1MPa或更高，或0.5MPa或更高。就范围而言，泡点为0.06至1MPa，例如0.06至0.7MPa或0.07至0.5MPa。ePTFE膜还可以具有0.7微米或更小，例如0.5微米或更小的平均孔径。
ePTFE膜可具有产生孔的多个节点和/或多个原纤维的结构。在一些实施方式中，ePTFE膜基本上是原纤化的并且包含几个节点。PTFE的使用提供了良好的耐热性和化学惰性。多孔ePTFE提供了更高的强度和稳定性，并具有高横向强度，可以承受由脉冲喷射清洁引起的应力。膜上的这些应力有两种类型。一种是由脉冲喷射清洁过程中的突然膨胀引起的。另一种是由于袋突然向其支撑子结构坍塌而引起的。在滤袋的整个使用寿命(可能长达数年)中反复产生应力。对于滤袋的某些应用，每年的运行可能有超过一百万个脉冲周期。
本文中使用的膜的泡点为0.06MPa或更高，横向强度为100N/m或更高，可承受施加气流以从上游表面释放收集的颗粒时的结构破坏，如开裂、撕裂或破裂。对于ePTFE膜，可通过对挤出的PTFE带进行双轴拉伸来获得高横向强度。
尽管膜在横向上的强度可以足够高以防止结构破坏，但是并不需要在侧向上增加强度。侧向方向沿着滤袋的长度延伸并且与横向方向成角度或垂直。在一个实施方式中，侧向强度小于100N/m，例如小于75N/m或小于50N/m。尽管侧向强度可以更高，但对于给滤袋带来好处不是必需的。
多孔ePTFE膜的使用提供了更高的空气流速，即高渗透率，适用于良好的空气过滤。膜是多孔的并且在0.5英寸水柱下具有至少1cfm/ft2的空气渗透率，例如在0.5英寸水柱下至少5cfm/ft2或在0.5英寸水柱下至少10cfm/ft2的空气渗透率。尽管以前是将低透气性与液体流一起使用，但是本发明人已经发现，低透气性膜可以用于具有较高泡点的滤袋中。
轻质膜可以保持空气流动并减轻滤袋的总重量。因此，在一个实施方式中，提供了一种膜，该膜的质量/面积比为4.5gsm或更小，例如4gsm或更小，3gsm或更小，或者1gsm或更小。顺便提及，膜的质量/面积比可以在0.5gsm至4.5gsm的范围内，例如在0.5gsm至4gsm的范围内，或在0.5gsm至3gsm的范围内。质量/面积比大于5gsm的膜较重，并且倾向于具有降低的渗透性，这降低了空气流量。
较薄的膜通常是轻质的并且具有良好的透气性。在一个实施方式中，膜的厚度为5至50微米，例如5至30微米，或10至30微米。在一些实施方式中，膜可以是层状的，以达到期望的厚度。
尽管本发明的膜具有高的横向强度，但是这些膜的球式顶破强度为1.36kg或更小，例如1.26kg或更小，或者1.16kg或更小。球式顶破强度的降低可以使泡点大于0.06MPa的膜在较低的压差上升的情况下维持气流。另外，由于膜附接在过滤介质上，因此希望具有较高的横向强度以减少球式顶破强度。
在一个实施方式中，提供了一种用于从气流中过滤颗粒的可清洁滤袋组件，该滤袋组件包括支撑子结构，以及至少部分地围绕支撑子结构的滤袋，其中，滤袋包括上游表面暴露于气流的多孔膜以及附接到该多孔膜的过滤介质。多孔膜的横向强度为100N/m或更高，并且具有以下性质中的至少两种：0.5英寸水柱下至少为1cfm/ft2的空气渗透率，0.06MPa或更高的泡点，4.5gsm或更小的质量/面积比，5至50微米的厚度，以及1.36kg或更小的球式顶破强度。在另一个实施方式中，多孔膜的泡点为0.06MPa或更高且横向强度为100N/m或更高，并且具有以下性质中的至少一种：0.5英寸水柱下至少为1cfm/ft2的空气渗透率，4.5gsm或更小的质量/面积比，5至50微米的厚度，以及1.36kg或更小的球式顶破强度。
过滤介质
可以使用层压、焊接、缝合、钉固、夹紧或其他合适的附接手段将膜附接到过滤介质。在一个实施方式中，使用连续的粘合剂层或点和网格的不连续粘合剂将膜附接至过滤介质。常见的粘合剂是氟化聚合物粘合剂，例如氟化乙烯丙烯(FEP)共聚物，通常通过用PTFE分散体或FEP水性分散体转移涂布过滤介质的顶表面，将其涂布到过滤介质上。其他有用的粘合剂包括四氟乙烯/全氟丙烯共聚物，聚偏二氟乙烯等。在另一个实施方式中，将多孔ePTFE膜层压到过滤介质的涂覆侧上是通过将膜放置在过滤介质的涂覆侧上并在轻压力下加热至高于粘合剂熔点来实现的。在另一些实施方式中，过滤介质可以包括PTFE或热塑性材料，并且可以被熔化成膜而不需要另外的粘合剂。
在袋室中，过滤介质应能够承受高温而不会降解。过滤介质是可在其上粘附或层压膜的背衬材料。根据气流的化学和/或水分含量，其温度以及其他条件，滤袋可以由玻璃纤维、聚酯、棉、尼龙或其他材料制成。由PTFE、聚酯、聚丙烯、聚苯硫醚、芳族聚酰胺或聚酰亚胺制成的毡和纤维也可用作过滤介质。纤维和长丝如玻璃纤维和PTFE的混纺物也可以用作过滤介质。对于高于400℃的高温应用，织造的PTFE，玻璃纤维或聚酰亚胺可用作过滤介质。
市售的PTFE织物是支撑的PTFE纤维针刺毡。这些毡的重量通常为650-900g/m2，并可以用复丝编织稀松布(130-210g/m2)进行加强。稀松布元件可以由任何聚四氟乙烯制成，但是优选地是膨胀多孔聚四氟乙烯。毡由短纤维(通常为6.7旦尼尔/长丝，或7.4分特/长丝)制成，长度为5-20cm。
在一个实施方式中，可以在过滤介质上添加另一层，例如非织造聚丙烯材料的包裹物或用于在过滤介质的下游侧捕获汞的吸附剂组分。在另一个实施方式中，过滤介质可包含一种或多种用于转化污染物的催化剂，所述污染物例如为NOx、NH3、CO、二噁英、呋喃或臭氧。催化剂可包含活性材料，例如TiO2、V2O3、WO3、MnO2、Pt或Al2O3。利用该催化剂，可以有效地从流体流中去除污染物，例如二噁英、呋喃、NOx、CO等。
图3是过滤器组件100，其包括附接到振摇机构(未示出)的滤袋102。为了说明的目的，滤袋102的各层被切开。滤袋102的一端具有盖116，而另一端具有开口108，以允许清洁的空气通过和离开。过滤器组件100包括用于将过滤器组件100安装到振摇机构(未示出)的线材118。滤袋102包括如本文所述的多孔膜120，其使用粘合剂层124附接到过滤介质122。粘合剂层124可以是连续层或形成不连续层的粘合剂的网格、线或图案。多孔膜120的泡点为0.06MPa或更高，并且在横向(t)上的强度为100N/m或更高。如图3所示，多孔膜120被示出在过滤介质122的内表面上。
支撑子结构
可以在本发明的过滤器元件中使用的支撑子结构可以根据许多条件而广泛地变化，这些条件包括过滤器组件的构造，要过滤的材料的类型，过滤器组件将要并入到其中的过滤系统，清洁机构等。例如，用于本申请的合适的支撑结构包括笼、环或支架，其可以由诸如金属、塑料和天然纤维的材料制造，包括织造或非织造形式，例如纺粘聚酯或非织造芳族聚酰胺毡材料。在一个实施方式中，支撑子结构可以是金属或塑料网。线材支撑笼也可以用作支撑子结构。在另一些实施方式中，支撑子结构可以是刚性的自支撑插入件。
在一个实施方式中，支撑子结构包括笼，该笼可以被构造为一个整体件或由多个件组装而成。笼可具有覆盖物，以在笼和过滤介质之间提供屏障。覆盖物可以减少过滤介质和支撑子结构之间的接触。
图4是过滤器组件100，其包括围绕支撑子结构104安装的滤袋102，该支撑子结构104被示出为金属笼。为了说明的目的，将滤袋102的各层向下拉，但是应当理解，这些层覆盖了支撑子结构104。如图3所示，支撑子结构104是用于脉冲喷射清洁的线材笼。滤袋102的一端具有袖口部分106，而另一端具有开口108，以允许清洁的空气通过和离开。过滤器组件100包括用于将袋安装到管板上的保持部分110。在其他实施方式中，过滤器组件可以具有用于将过滤器组件100固定在袋室内的钩子或其他紧固件。滤袋102包括如本文所述的多孔膜120，其使用粘合剂层124附接到过滤介质122。图4所示的多孔膜120的泡点为0.06MPa或更高，并且在横向(t)上的强度为100N/m或更高。
牺牲材料
尽管在图4中多孔介质被示为直接附接到过滤介质，但是在其他实施方式中，可以在过滤介质和多孔膜之间设置牺牲材料。这种牺牲材料防止过滤介质的磨蚀性拓扑结构引起多孔膜的结构故障。牺牲材料保护了多孔介质，而不会造成颗粒收集的损失。在一个实施方式中，提供了一种用于从气流中过滤颗粒的可清洁的滤袋组件，该滤袋组件包括支撑子结构，以及至少部分地围绕该支撑子结构的滤袋，该滤袋包括膜和包含牺牲材料的第二层的层压体。该层压体可包括多孔膜的暴露于气流的上游表面，而第二层附接于过滤介质。
第二层可包括牺牲材料以产生用于将膜粘附至过滤介质的光滑表面。由于过滤介质的表面粗糙度，当直接附接在一起时，过滤介质可能会刺穿膜。在一个实施方式中，第二层通过在膜和过滤介质之间提供屏障来减少这种情况。过滤介质可刺穿第二层而不会损坏多孔膜。可能在组装过程中或清洁过程中发生这种刺穿。因此，多孔膜保持其颗粒保留并继续运行而不会遭受损害耐用性的结构问题。
在该实施方式中，附接于第二层的多孔膜的横向强度为50N/m或更高，例如为60N/m或更高，或者100N/m或更高。在该实施方式中，由于在多孔膜和过滤介质之间存在第二层，因此与使用附接至过滤介质的多孔膜的实施方式相比，多孔膜可具有相对较低的横向强度。另外，当将多孔膜用作层压体时，多孔膜的泡点为0.06MPa或更高，例如0.2MPa或更高，或者0.5MPa或更高。
第二层可以是织造纺织品、非织造纺织品或膜。在一个实施方式中，可以将诸如含氟聚合物膜或聚酯膜之类的膜用作第二层。用于第二层的合适的膜可以是多孔的，其渗透率为1弗雷泽(Frazier)或更高，例如5弗雷泽或更高。当层压到多孔膜上时，层压体的渗透率可以为2弗雷泽或更高。第二膜层的尺寸和重量可以根据牺牲材料而变化。在一个实施方式中，第二膜层的质量/面积比为0.25至50gsm。
在其他实施方式中，牺牲层可以由各种常规纤维形成，包括但不限于纤维素纤维，例如棉，麻或其他天然纤维，无机纤维，包括玻璃纤维、碳纤维或有机纤维，例如聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚烯烃或其他常规纤维或聚合物材料及其混合物。
层压体中的牺牲材料可以是织造的或非织造的。在织造袋中，纤维通常以典型的织造形式形成为互锁的纤维网。非织造织物通常通过以下方式制成：在没有特定取向的情况下松散地形成纤维，然后将纤维粘合成过滤织物。构造第二层的一种模式是使用毡介质作为基材。毡是一种压缩的，多孔的非织造织物，其是通过铺设离散的天然或合成纤维并使用本领域技术人员已知的通常可用的毡粘合技术将纤维压缩成毡层而制成的。
图5所示的过滤器组件100包括多孔膜120和包含牺牲材料的第二层132的层压体130。滤袋102围绕支撑子结构104安装，该支撑子结构104被示出为金属笼。与图4类似，为了说明的目的，将滤袋102和层压体130的各层向下拉，但是应当理解，这些层覆盖了支撑子结构104。类似于图4，在一端显示了袖口部分106，在另一端显示开口108，以允许清洁的空气通过和离开滤袋102。过滤器组件100具有用于将袋室安装到管板的保持部分110。在另一些实施方式中，过滤器组件100可以具有用于将过滤器组件100固定在袋室内的钩子或其他紧固件。滤袋102包括使用粘合剂层124附接到过滤介质122的层压体130。如上所述，该层压体具有作为多孔膜120的上游表面和作为第二材料132的下游表面。在图5中，第二材料132是膜。当形成为层压体时，多孔膜120的泡点为0.06或更高。在一个实施方式中，多孔膜120还具有在横向(t)上的强度，其为50N/m或更高，例如为100N/m或更高，或者175N/m或更高。
接缝密封带
滤袋可包括至少两个通过接缝连接的相邻边缘部分，以及接缝带，该接缝带包括膨胀含氟聚合物层和用于粘附并密封接缝的材料。接缝带可设置在过滤介质的多孔膜上游表面上和/或下游表面上的接缝的上方。
在一个实施方式中，接缝密封带可包括膨胀含氟聚合物，如美国专利第8,790,432号中所述，该膨胀含氟聚合物在室温下的横向基体模量大于约1,950psi，焓比小于0.6，美国专利文献的全部内容和公开内容通过引用合并于此。
连接过滤介质片的接缝可以通过常规方法形成，例如缝制或热焊接。用于连接过滤介质部分以形成过滤器接缝的线的材料、尺寸和性质取决于过滤介质，用于形成过滤器的其它材料和过滤器的最终用途。滤袋上接缝的缝合方式可以变化。例如，所述接缝可以是对折缝，可以在缝合接缝之前利用在过滤介质的边缘之间插入的粘结条直接缝合接缝，或者可以对接缝进行包缝缝合。
根据本发明方式提供的滤袋具有多种合适的终端用途。具体地，滤袋可用于过滤漆和涂料，特别是水基漆和底漆、化学品、石化产品、水、水性溶液和悬浮液等。本发明的滤袋可用于生产矿物、化学品、金属和能量。最特别地，具有高横向强度的膜的滤袋可用于在水泥厂中使用的袋室中过滤和收集颗粒粉尘排放。滤袋的利用决不限于这些用途，并包括常规滤袋的大部分用途。
鉴于以下非限制性实施例和测试结果，将更好地理解本发明。
测试方法
应理解，虽然下文描述了某些方法和设备，但也可采用本领域普通技术人员确定适用的任何方法或设备。
横向强度
根据ASTM方法D412-06a(2006)的测试方法，使用模具F确定横向强度。使用能够实现等速伸长(CRE)控制的通用测试机测试以狗骨样或哑铃状成形的膜。为了确定横向强度，将哑铃形样品放置在夹具中。夹具分离速率应为500至50毫米/分钟。机器开始施加分离力，并记录断裂力。
空气渗透率--弗雷泽数确定
根据名为ASTM D 737-75的测试方法,即“纺织织物的空气渗透率的标准测试方法”来确定材料的空气渗透率。具体而言，通过将测试样品夹在带垫片的法兰夹具中来测量空气渗透率，该法兰夹具提供大约6平方英寸(3871平方毫米)(2.75英寸(70mm)直径)的圆形区域用于空气流量测量。样品夹具的上游侧连接到与干燥压缩空气源连通的流量计。样品夹具的下游侧向大气开放。
通过在样品的上游侧施加0.5英寸水柱的压力并记录通过在线流量计(浮球式转子流量计)的空气的流速来完成测试。
结果以弗雷泽数(Frazier Number)表示，弗雷泽数是样品在0.5英寸水柱下以立方英尺/分钟/平方英尺计的空气流量。
泡点测试
通过施加压差，可以将表面自由能小于拉伸的多孔PTFE的表面自由能的液体挤出结构。此清理工作将首先从最大的通道进行。然后创建通道，通过该通道可以发生大量空气流动。空气流表现为稳定的小气泡流，其穿过样品顶部的液体层。发生第一次大量空气流动的压力称为泡点，并取决于测试流体的表面张力和最大开口的尺寸。泡点可以用作膜结构的相对量度，并且通常与某些其他类型的性能标准(例如过滤效率)相关。
通过多孔材料公司(Porous Materials Inc.)制造的CFP-1500毛细管流动孔径仪测定泡点。使用西力克油(Silwick oil)作为润湿流体以填充测试膜的孔。西力克油的表面张力为20.1达因/厘米。膜的测试面积为2.84cm2。将金属支撑物放置在样品测试膜下方，以防止膜变形。
泡点是将润湿流体从测试试样的最大孔中置换出来并产生第一连续泡流所需的空气压力，所述第一连续泡流可通过其上升穿过覆盖多孔介质的润湿流体层而检测到。这种测量提供了对最大孔径的估计。
质量/面积
通过以下方法测量样品的质量/面积。使用冲压机(clicker press)，使用面积为2.03英寸2的D412F模具(狗骨形)对四个膜样品进行冲压。测量这四个冲压样品中每一个的质量，并以克为单位记录。
每个样品的质量按以下方式转换为以g/m2为单位的质量/面积。质量/面积(g/m2)＝[用模具D412F冲压的膜样品的质量(g)x 39.372]÷2.03，其简化为：质量/面积(g/m2)＝用模具D412F冲压的膜样品的质量(g)x 763.5。平均值表示为膜的质量/面积，单位为g/m2。
压降
使用方法ISO 11057(第一版；2011年5月15日)测量压降的变化。其中，脉冲后4秒获取残余压降。在老化测试方法中，获取1次循环和2500次循环后的残余压降。dP上升定义为2500次循环和1次循环的残余压降之间的差值：dP上升＝残余dP2500次循环－残余dP1次循环。压降的较低上升表明过滤器组件更易清洁。
颗粒捕获
使用3160型自动过滤器测试仪(TSI)确定颗粒捕获中的过滤效率。测量的流量为32升/分钟。该3160型仪器测试使过滤器应对多达20种在15至800nm范围内的不同单分散粒度。计算每种粒度的穿透值。在测试结束时，3160型仪器生成穿透率与粒度的关系曲线，并生成测试结果的汇总，包括最具穿透力的粒度(MPPS)。
球式顶破强度
该测试通过确定最大断裂载荷来测量介质样品的相对强度。用直径1英寸(2.54cm)的球测试介质，同时将其夹在两个板之间。使用了尚蒂龙(Chantillon)测力计/球式顶破测试。
将介质拉紧放在测量设备中，并通过将网抬高使其与爆裂探针的球接触来施加压力。记录断裂压力。
实施例
实施例1
在不使用粘合剂的情况下，将质量/面积比为2.2gsm，渗透率为2.6cfm/ft2/分钟和泡点为0.09MPa的膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜粘附到PTFE毡上。表1报告了使用脉冲喷射清洁技术的耐久性和清洁性。如表1所示，实施例1显示出有一些损坏但可接受的耐久性，以及优异的可清洁性。
实施例2
以与实施例1类似的方式制备过滤器。表1示出了ePTFE膜的特性。如表1所示，实施例1显示出有一些损坏但可接受的耐久性，以及优异的可清洁性。
比较例A
以与实施例1类似的方式制备过滤器，但是ePTFE膜具有较低的横向强度，如表1所示。由于较低的横向强度，比较例A遭受损坏并且耐久性有限，如表1所示。
比较例B
以与实施例1类似的方式制备过滤器，但是ePTFE膜具有更开放的微结构，如表1所示的较低的泡点0.013MPa所指示的。如表1所示，由于开放结构，比较例B的可清洁性差，因此增加了压降。
Figure BDA0002576958620000171
在实施例1或2与比较例A或B之间比较压差的上升，并在图6中示出。具有紧密的微结构和较高的横向强度的单层膜通过具有100Pa(实施例1)和92Pa(实施例2)的压差上升而显示出显著改善。相反，具有损坏的比较例A具有93Pa的压差上升，而比较例B具有良好的耐久性但具有148Pa的压差上升。
实施例3和4
层压体包含多孔膜作为顶层(面向上游)和与过滤介质相邻的牺牲层(底层)。表2中记录了各层的质量/面积比和渗透率。这些实施例的过滤介质是22盎司的织造玻璃纤维，并且使用PTFE分散体涂料粘附层压体。多孔膜的横向强度大于50N/m。表2报告了使用脉冲喷射清洁技术的耐久性和可清洁性。实施例3和4均显示出优异的耐久性和可清洁性。
Figure BDA0002576958620000172
Figure BDA0002576958620000181
图7是显示实施例3的层压体的压差上升为120Pa且实施例4的层压体的压差上升为42Pa的图。这是优于常规过滤器的显著进步。
为了清楚和理解的目的，现已经详细描述了本发明。然而，本领域技术人员应理解，可以在所附权利要求的范围内进行某些改变和修改。
在前面的说明中，为了进行解释，已经阐述了许多细节以提供对本公开的各种实施方式的理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，某些实施方式可以在没有这些具体细节中的一些、或具有另外细节的情况下实施。
在已经公开了一些实施方式后，本领域技术人员能够认识到，可以在不背离实施方式精神的前提下进行各种改良、替代结构和等价方式。另外,省去了对大量公知的工艺和元件的描述，以免对本发明造成不利的混淆。因此，以上描述不应被视为对本发明或权利要求范围进行限制。
提供数值范围时，也应视作具体公开了该范围的上限和下限之间的以下限单位的最小分数为间隔的各中间数值，除非上下文另有明确说明。涵盖了在所述范围内的任何规定值或未规定的中间值之间的任意更窄的范围以及该规定范围内的任意其它所述值或中间值。所述范围可独立地包含或排除这些较小范围的上限、下限，本发明也包括这些较小范围不包含限值、包含任一或两个限值的各范围，以规定范围内任何限值的明确排除为准。规定范围包含一个或两个限值时，也包括了排除所述限值中的任一或两个的范围。
除非上下文另有明确说明，本文和所附权利要求书所用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数含义。而且当在本说明书和所附权利要求书中使用时，词语“包含”、“包括”、“含有”、“含”、“具有”、“有”和“拥有”旨在表示存在所示特征、整数、步骤或组分，但不排除存在或添加一种或多种其他特征、整数、步骤或组分或其组合。
在下文中，描述了其它实例以便于理解本公开：
E1.一种用于从气流中过滤颗粒的过滤器组件，其包括：滤袋，该滤袋包括过滤介质和多孔膜，该多孔膜的上游表面暴露于气流，而下游表面与该过滤介质相邻，其中，该多孔膜的泡点为0.06MPa或更高，并且其中多孔膜的横向强度为100N/m或更高，其中过滤器组件是可清洁的。
E2.实例E1的过滤器组件，其中，过滤介质包括织造毡、非织造毡或玻璃纤维材料。
E3.实例E1或E2中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜具有将颗粒收集在上游表面上的结构。
E4.实例E3的过滤器组件，其中，多孔膜能够承受由清洁过程的应力引起的结构破坏，该清洁过程从多孔膜的上游表面释放收集的颗粒。
E5.实例E1-E4中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜包括含氟聚合物膜或聚酯膜。
E6.实例E1-E5中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜的横向强度为175N/m或更高。
E7.实例E1-E6中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜的质量/面积比为4.5gsm或更小。
E8.实例E1-E7中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜的球式顶破强度为1.36kg或更小。
E9.实例E1-E8中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜在0.5英寸水柱下的渗透率为1cfm/ft2。
E10.实例E1-E9中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜的厚度为5-50微米。
E11.实例E1-E10中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜的泡点为0.09MPa或更高。
E12.实例E1-E11中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜从气流中收集多于97％的直径大于0.07微米的颗粒。
E13.一种袋室过滤系统，其包括：具有入口和出口的壳体；在入口和出口之间位于壳体内的管板；安装于管板的一个或多个实例E1-E12中任一实例的滤袋组件。
E14.一种用于从气流中过滤颗粒的过滤器组件，其包括：滤袋，该滤袋包括过滤介质，具有暴露于气流的上游表面的多孔膜，以及第二层，其中第二层设置在过滤介质和多孔膜之间，其中多孔膜的泡点为0.06MPa或更高，其中过滤器组件是可清洁的。
E15.实例E14的过滤器组件，其中，多孔膜的泡点为0.09MPa或更高。
E16.实例E14或E15中任一实例的过滤器组件，其中，第二层在0.5英寸水柱下的渗透率为10cfm/ft2。
E17.实例E14-E16中任一实例的过滤器组件，其中，第二层和多孔膜层压在一起形成层压体。
E18.实例E14-E17中任一实例的过滤器组件，其中，第二层包含织造纺织品、非织造纺织品或膜。
E19.实例E14-E18中任一实例的过滤器组件，其中，第二层被层压在过滤介质上。
E20.实例E14-E19中任一实例的过滤器组件，其中，过滤介质包括织造毡、非织造毡或玻璃纤维材料。
E21.实例E14-E20中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜具有将颗粒收集在上游表面上的结构。
E22.实例21的过滤器组件，其中，多孔膜能够承受由清洁过程的应力引起的结构破坏，该清洁过程从多孔膜的上游表面释放收集的颗粒。
E23.实例E14-E22中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜包括含氟聚合物膜或聚酯膜。
E24.实例E14-E23中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜的横向强度为50N/m或更高。
E25.实例E14-E24中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜的横向强度为100N/m或更高。
E26.实例E14-E25中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜的横向强度为175N/m或更高。
E27.实例E14-E26中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜的质量/面积比为4.5gsm或更小。
E28.实例E14-E27中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜的球式顶破强度为1.36kg或更小。
E29.实例E14-E28中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜在0.5英寸水柱下的渗透率为1cfm/ft2。
E30.实例E14-E29中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜的厚度为5-50微米。
E31.实例E14-E30中任一实例的过滤器组件，其中，多孔膜从气流中收集多于97％的直径大于0.07微米的颗粒。
E32.实例E14-E31中任一实例的过滤器组件，其通过脉冲喷射、反向空气或振摇清洁技术进行清洁。
E33.一种袋室过滤系统，其包括：具有入口和出口的壳体；在入口和出口之间位于壳体内的管板；以及安装于管板的一个或多个实例E14-E32中任一实例的滤袋组件。

Claims (19)

1.一种用于从气流中过滤颗粒的过滤器组件，其包括：
滤袋，所述滤袋包括：
过滤介质；
多孔膜，
所述多孔膜具有构造成暴露于气流的上游表面，
所述多孔膜的泡点为0.09-0.21MPa，
当所述多孔膜暴露于灰尘并且根据ISO 11057:2011进行测试时，所述多孔膜在初始测试循环和最终测试循环之间的压降的上升小于0.1MPa；以及
第二层，
其中所述第二层设置在过滤介质和多孔膜之间，
其中所述第二层包括渗透率为1弗雷泽或更高并且质量/面积比为0.25至50gsm的膜，
所述过滤器组件构造成从气流过滤颗粒。
2.如权利要求1所述的过滤器组件，其中，过滤介质包括织造毡、非织造毡或玻璃纤维材料。
3.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，多孔膜具有将颗粒收集在上游表面上的结构。
4.如权利要求3所述的过滤器组件，其中，多孔膜能够承受由清洁过程的应力引起的结构破坏，所述清洁过程使得收集的颗粒从多孔膜的上游表面释放。
5.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，多孔膜包括含氟聚合物膜或聚酯膜。
6.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，多孔膜的横向强度为50 N/m或更高。
7.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，多孔膜的质量/面积比为4.5 gsm或更小。
8.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，多孔膜的球式顶破强度为1.36kg或更小。
9.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，多孔膜在0.5英寸水柱下的渗透率为1 cfm/ft2。
10.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，多孔膜的厚度为5-50微米。
11.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，多孔膜的泡点为0.09 MPa。
12.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，第二层在0.5英寸水柱下的渗透率为10 cfm/ft2。
13.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，第二层和多孔膜层压在一起形成层压体。
14.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，第二层包含织造纺织品、非织造纺织品或膜。
15.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，第二层被层压在过滤介质上。
16.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，多孔膜构造成从气流中收集多于97％的直径大于0.07微米的颗粒。
17.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，所述多孔膜的泡点为0.2Mpa，横向上的强度大于或等于100N/m，厚度为5-30微米。
18.如权利要求1-2中任一项所述的过滤器组件，其中，所述过滤介质包括催化过滤介质。
19.一种袋室过滤系统，其包括：
具有入口和出口的壳体；
在入口和出口之间位于壳体内的管板；
安装于管板的一个或多个如权利要求1-18中任一项所述的滤袋组件。
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