DE10125201A1

DE10125201A1 - Filtereinheit für Luftversorgungssysteme

Info

Publication number: DE10125201A1
Application number: DE10125201A
Authority: DE
Inventors: Mark Simon Ellis; Jeffrey Stamp
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-01-24
Also published as: GB0013017D0; GB2362585A; GB2362585B

Abstract

Es wird eine Filtereinheit mit einem HEPA-Filter mit einem Rückhaltevermögen von mindestens 99,99% vorgeschlagen, welches ohne ein Umschließungsgehäuse ausgebildet ist, wobei abstromseitig des Filters ein Auslaß vorgesehen ist, welcher mit einem Gehäuse zum Umschließen eines Ventilators verbindbar ist, und wobei die Filtereinheit eine Geräuschdämpfung von mindestens 1,8 dB re·-12· W über eine Mitterfrequenz, bezogen auf das Oktavband, von 63 Hz bis 8000 Hz aufweist. Die erfindungsgemäßen Filtereinheiten sind insbesondere geeignet für Luftversorgungssysteme, wobei die Filtereinheit das von dem Ventilator ausgehende Geräusch dämpft. Das System kann insbesondere auch in einem Luftfahrzeugkabinen-Rezirkulationssystem verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtereinheit für Luftversorgungssysteme, und im be sonderen, jedoch nicht ausschließlich, für Luftversorgungssysteme für Luftfahr zeugkabinen-Rezirkulationssysteme.

Wird in dieser Beschreibung von einem Filter bzw. einer Filtereinheit mit einem bestimmten Rückhaltevermögen ausgedrückt in Prozent gesprochen, dann be zieht sich dies auf ein Natriumchlorid-Rückhaltevermögen nach BS 3928.

Eine bekannte Filtereinheit umfaßt ein Filter, bei dem die Luft mit Hilfe eines Ven tilators durch das Filter transportiert wird. Luft von einer Quelle passiert das Filter der Filtereinheit, welches in der Luft mitgeführte Partikel entfernt, bevor die Luft zu dem Punkt weitergeleitet wird, wo sie verwendet wird. Im Falle eines Luft fahrzeugkabinen-Rezirkulationssystems ist die Quelle für die Luft die Kabine, und das Filter entfernt Partikel, bevor die Luft in die Kabine zurückgeführt wird, nach dem sie behandelt wurde.

Filtereinheiten, im besonderen Filtereinheiten für Luftfahrzeugkabinen-Rezirku lationssysteme, müssen eine Reihe von Kriterien erfüllen. Erstens müssen sie eine akzeptabel lange Standzeit haben, um allzu häufige Filterwechsel zu vermei den. "Standzeit" bezieht sich auf die Ansammlung von Partikeln im Filter und die Notwendigkeit eines Filterwechsels, wenn die in dem Filter angesammelte Menge an Partikeln so groß geworden ist, daß ein nicht mehr hinnehmbarer Druckabfall über das Filter erreicht ist. Zweitens müssen sie in einen bestimmten Raum pas sen, so daß die maximalen Abmessungen der Filtereinheit vorgegeben sind. Drittens wird heute - obschon bisherige Filtereinheiten Filter mit z. B. einem Rück haltevermögen von 65% verwendet haben - der Einsatz von Hochleistungs schwebstoff- oder HEPA-Filtern mit einem Rückhaltevermögen von mindestens 99, 99% gefordert, so daß das Filter kleine Partikel, Bakterien und Viren sowie größere Partikel entfernt.

Bisher vorgeschlagene Luftversorgungssysteme ordnen die Filtereinheit in einem geschlossenen Gehäuse an, welches stark geräuschdämpfend wirkt, mit einem aufstromseitigen Abscheider. Wenn nun aber eine Filtereinheit verwendet wird, welche ein HEPA-Filter mit einem Rückhaltevermögen von wenigstens 99,99% aufweist, dann wird ein größeres Filter erforderlich, um eine akzeptable Standzeit zu erzielen, da ein HEPA-Filter mit einem Rückhaltevermögen von mindestens 99, 99% mehr Partikel zurückhalten wird als ein Filter mit einem kleineren Rück haltevermögen. Dementsprechend bleibt kein Platz für das Gehäuse oder den Abscheider, so daß sich eine Neigung zu höheren Ventilatorgeräuschpegeln ergibt.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Filtereinheit bereitgestellt, welche ein HEPA-Filter mit einem Rückhaltevermögen von mindestens 99, 99 umfaßt, wobei das Filter ohne ein Umschließungsgehäuse ausgeführt ist, wobei abstromseitig des Filters ein Auslaß vorgesehen ist, welcher mit einem Gehäuse zum Umschließen eines Ventilators zum Saugen von Luft durch das Filter ver bunden werden kann, wobei die Filtereinheit eine Geräuschdämpfung von min destens 1,8 dB re^-12 W über eine Mittenfrequenz, bezogen auf das Oktavband, von 63 Hz bis 8000 Hz aufweist.

Wie im vorstehenden erwähnt wird ein HEPA-Filter mit einem Rückhaltevermögen von mindestens 99,99% wesentlich mehr Partikel zurückhalten als ein Filter mit einem geringeren Rückhaltevermögen. Angesichts der Tatsache, daß Länge und Durchmesser/Breite des Filters nicht über gewisse vorgegebene Grenzen hinaus vergrößert werden können, bereitet es deshalb Schwierigkeiten, ein derartiges HEPA-Filter mit einer akzeptablen Standzeit bereitzustellen.

Eine Messung, die mit der Standzeit korreliert, wird dadurch erhalten, daß das Filter mit SAE Fine Test Dust (FTD, Teststaub feiner Zusammensetzung) bei g/s = konstant (z. B. nominal 3 g/s) beaufschlagt wird und dann der Druckabfall über das Filter gemessen wird, wobei die Standzeit des Filters bestimmt wird als das Gewicht des bis zum Erreichen eines vorbestimmten Druckabfalls über das Filter anfiltrierte Staubes. Der Druckabfall kann an einem beliebigen Punkt in der Einheit gemessen werden; eine absolute Messung jedoch stellt der Gesamtdruck abfall auf der Austrittsseite des Filters dar. Ein akzeptabler Wert für diesen Druckabfall kann so sein, daß er 11,5 mbar nicht überschreitet.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Filtereinheit bereitgestellt mit einem HEPA-Filter mit einem Rückhaltevermögen von mindestens 99, 99 und einem Gesamtdruckabfall über das Filter von weniger als 11,5 mbar unter mindestens 600 g Staubbeaufschlagung, wobei das Filter eine Länge von weniger als 510 mm aufweist.

Es folgt eine ausführlichere Beschreibung einer als exemplarisches Beispiel dar gestellten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte zeichnerische Darstellung; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Luftversorgungssystems, welches in ein Luftfahrzeugkabinen-Luftrezirkulationssystem einbezogen werden kann und eine Filtereinheit und eine Ventilatoranordnung aufweist;

Fig. 2 eine querschnittliche Darstellung der Filtereinheit von Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Filter elements der Filtereinheit von Fig. 1 und Fig. 2, wobei der Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 4 ausgeführt ist;

Fig. 4 eine Stirnansicht des Filters von Fig. 3;

Fig. 5 ein Schalleistungspegeldiagramm für einen Ventilator der Venti latoranordnung von Fig. 1 ohne die Filtereinheit (punktierte Li nie), für einen Ventilator der Ventilatoranordnung von Fig. 1 mit einem bekannten Filter (strichpunktierte Linie) und für einen Ven tilator der Ventilatoranordnung von Fig. 1 mit dem Filter von Fig. 1 (durchgehende Linie); und

Fig. 6 ein graphische Darstellung, in der der Druckabfall in mbar über das Filter der Filtereinheit der Fig. 1 bis 4 als Funktion des Gesamtgewichts (in Gramm) des dem Filter in einem Luftstrom von 0,35 m³/s zugeführten SAE Fine Test Dust (SAEFTD; SAE- Teststaub feiner Zusammensetzung) aufgetragen ist.

Es wird nun zunächst auf die Fig. 1 bis 4 Bezug genommen, gemäß welchen das System eine Filtereinheit 10 und eine Ventilatoranordnung 11 aufweist.

Die Filtereinheit 10, am besten in den Fig. 2, 3 und 4 zu sehen, umfaßt ein Filterelement 12 und einen Austrittsbereich 13. Das Filterelement 12 umfaßt ein Filter 14, bei dem es sich um ein HEPA-Filter handelt, welches ein Rückhaltever mögen von mindestens 99,99% aufweist und aus einem plissierten und zu ei nem Hohlzylinder geformten Filtermaterial gebildet ist. Die Zahl der Falten kann in einem Bereich von 100 bis 140 liegen, bevorzugt liegt sie jedoch bei 122 Fal ten ±5 Falten. Das Filtermedium 14 kann eine Länge von 450 bis 500 mm aufwei sen, bevorzugt 500 mm ±5 mm. Der Außendurchmesser des Filterelements 14 kann im Bereich von 240 bis 280 mm liegen und beträgt bevorzugt 265 mm ±10 mm. Der Innendurchmesser des Filtermediums 14 liegt bevorzugt im Bereich von 120 bis 150 mm, noch bevorzugter bei 135 mm ±10 mm. Das HEPA-Filter 14 ist aus wirr angeordneten, miteinander verschlungenen Glasfasern gebildet, mit einem Flächengewicht von 73 g/m² und ist ein Filtermaterial, welches von der Firma Lydall Inc. als Grade 3428 lieferbar ist.

Das Filter 14 kann zwischen einem inneren Kern 15 und einem äußeren Stütz korb 16 angeordnet sein. Weiter weist das Filtermedium Endkappen 17 auf.

Der Austrittsbereich 13 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 18, dessen Achse 19 koaxial mit der Achse 20 des Filterelements 12 angeordnet ist. Das Gehäuse 18 ist mit dem Filterelement 12 über eine ringförmige Dichtung 21 dichtend verbun den, welche an einem Ende des Filterelements 12 und an einem Ende des Gehäu ses 18 vorgesehen ist. Das Innere des Gehäuses 18 ist mit einem schallabsor bierenden Schaumstoff 22 ausgekleidet. Das dem Filterelement 12 gegenüber liegende Ende des Gehäuses 18 weist eine ringförmige Fläche 23 auf, die in einer senkrecht zur Achse 20 liegenden Ebene angeordnet ist und einen ringförmigen V-Flansch 25 trägt.

Das Filterelement 12 ist mit dem Austrittsbereich 13 durch eine Klemm- oder Spannanordnung verbunden, welche eine Endplatte 26 aufweist, die über dem dem Gehäuse 18 gegenüberliegenden Ende des Filterelements 12 liegt und in einer im wesentlichen senkrecht zur Filterelementachse 19 liegenden Ebene an geordnet ist, und ein Spannband 27, welches sich zwischen der Platte 26 und dem Austrittsbereich 13 über die Außenfläche des Filterelements 12 erstreckt. Die Montageelemente können Halterungen tragen, von denen eine in Fig. 2 bei 28 gezeigt ist, mit deren Hilfe das System über Tragpunkte des Flugzeug rumpfes (nicht gezeigt) getragen werden kann. Wie ersichtlich werden wird, ist das Filterelement 12 nicht von einem Gehäuse umschlossen.

Die Ventilatoranordnung 11 umfaßt einen Kanal 29 mit einem ringförmigen männlichen V-Flansch 30 welcher mit dem V-Band-Flansch 25 des Austrittsbe reichs 13 derart in Kontakt kommt, daß die Achse 31 des Kanals koaxial mit der Achse 20 des Filterelements 12 und der Achse 19 des Austrittsbereichs 13 ist. Der Kanal 29 ist mit einem schallschluckenden Material 32 ausgekleidet. Der Ka nal 29 enthält einen um die Achse 31 des Kanals drehbaren Ventilator 33.

Das im vorstehenden unter Bezugnahme auf die zeichnerische Darstellung be schriebene System ist in ein Luftfahrzeugkabinen-Luftrezirkulationssystem einge baut, worin Luft aus der Kabine zur Außenseite des Filterelements 12 geleitet wird und wo der Auslaß zu dem Kanal 29 mit einem Luftverteilungssystem zum Zuführen der Luft zur Kabine verbunden ist (beides nicht gezeigt). Im Gebrauch läuft der Ventilator 33 kontinuierlich, um die Luft von der außenseitigen Ober fläche durch das Filterelement 12 in das hohle Innere 34 zu saugen und die Luft dann durch den Austrittsbereich 13 und den Kanal 29 zu leiten, um sie zu der Kabine zurückzuführen. Die im vorstehenden unter Bezugnahme auf die zeich nerische Darstellung beschriebene Filtereinheit soll an die Stelle einer bestehen den Filtereinheit treten, und demnach ist der Raum, den die Filtereinheit belegen oder beanspruchen kann, auf eine maximale Länge von 750 mm und eine maxi male Breite von 270 mm begrenzt.

Wie im vorstehenden erwähnt, hat das Filter 14 kein Umschließungsgehäuse, wo durch das Filter, verglichen mit einem von einem Gehäuse umschlossenen und mit einem aufstromseitigen Abscheider aufgeführten Filter, größer gemacht wer den kann und dennoch in dem zur Verfügung stehenden begrenzten Raum un tergebracht werden kann. Das Vorhandensein eines Gehäuses und eines Abschei ders bewirkt jedoch eine Dämpfung des vom Ventilator verursachten Geräuschs. Das Vorhandensein des HEPA-Filters 14 mit einem Rückhaltevermögen von min destens 99, 99% läßt das Vorhandensein eines Gehäuses oder aufstromseitigen Abscheiders nicht zu, so daß das Ventilatorgeräusch stärker wird.

Die im vorstehenden unter Bezugnahme auf die zeichnerische Darstellung be schriebene Filtereinheit 10 überwindet dieses Problem auf zwei Wegen. Erstens weist das Filter 14 selbst gute geräuschdämpfende Eigenschaften auf. Es wird davon ausgegangen, daß sich diese Geräuschdämpfung aus der Natur des Fil termaterials und/oder der Faltenanordnung und/oder den Abmessungen des Filters ergibt. Zudem ergibt das Vorhandensein des schallschluckenden Mate rials 22 im Austrittsbereich 13 ebenfalls eine geräuschdämpfende Wirkung in Verbindung mit dem Filter 14.

Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, worin die punktierte Linie den Schal leistungspegel des Ventilators 33 ohne Schalldämpfung zeigt. Die strichpunktierte Linie zeigt den Schalleistungspegel des Ventilators 33 mit einem bekannten, von einem Gehäuse umgebenen Filter und einem aufstromseitigen Abscheider an Stelle der Filtereinheit 10, und die durchgehende Linie zeigt den Schalleistungs pegel einer Filtereinheit 10 der unter Bezugnahme auf die zeichnerische Darstel lung beschriebenen Art. Wie ersichtlich, ist der Schalleistungspegel des Luftver sorgungssystems der im vorstehenden unter Bezugnahme auf die Figuren be schriebenen Art deutlich niedriger als derjenige des Ventilators 33 allein wie auch derjenige des Ventilators 33 mit einem bekannten Filter. Es ist offensichtlich, daß die im vorstehenden unter Bezugnahme auf die zeichnerische Darstellung be schriebene Filtereinheit 10 eine Geräuschdämpfung von mindestens 1,8 dB re^-12 W über einen Mittenfrequenzbereich, bezogen auf das Oktavband, von 63 Hz bis 8000 Hz aufweist. Im besonderen kann die Filtereinheit eine Geräusch dämpfung von mindestens 1,8 dB re^-12 W über einen Oktavband-Mittenfre quenzbereich von 63 Hz bis 500 Hz und eine Geräuschdämpfung von mindestens 10 dB re^-12 W über einen Oktavband-Mittenfrequenzbereich von 1000 Hz bis 8000 Hz aufweisen.

Weiter weist das im vorstehenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrie bene Filter 14 eine befriedigende Staubaufnahmefähigkeit für seine Größe auf. Die Staubaufnahmefähigkeit eines Filters ist ein Maß für die Masse der Partikel, die das Filter zurückhalten kann, bevor der Druckabfall über das Filter nicht mehr hinnehmbare Werte annimmt. Das Filter 14, bei dem es sich um ein HEPA-Filter mit einem Rückhaltevermögen von 99, 99% handelt, wird pro Flächeneinheit mehr Partikel zurückhalten als ein Filter mit geringerem Rückhaltevermögen.

Die Staubaufnahmefähigkeit des im vorstehenden unter Bezugnahme auf die Fi guren beschriebenen Filters 14 wurde auf folgendem Wege getestet. Das Filter 14 wurde mit einem Luftstrom von 0,35 m³/s beaufschlagt. In den Luftstrom wurde SAE Fine Test Dust (SAEFTD, SAE-Teststaub feiner Zusammensetzung) mit nominal 3 g/s gegeben. Der Druckabfall über das Filter wurde nach Zeit spannen gemessen, die bekannten Gewichten von Teststaub entsprechen, im vorliegenden Fall in Intervallen, die 100 g Teststaub entsprechen. Es wurden zwei Drücke gemessen: ein Gesamtdruckabfall am Austritt des Filters 14 und ein Druckabfall an einer Anzapfung oder Entnahmestelle im Austrittsbereich 13. Die Entnahmestelle ist die Stelle, an der der Druckabfall aus Gründen der leichten Zugänglichkeit während des Betriebs gemessen wird und mit dem Gesamtdruck abfall korreliert.

Fig. 6 zeigt die Ergebnisse dieses Versuchs. Die Notwendigkeit einer Auswech selung des Filters 14 wird dann als gegeben erachtet, wenn der Gesamtdruck abfall einen Wert von 11,5 mbar erreicht hat. Diese Linie ist in Fig. 6 aufgetra gen, wobei erkennbar wird, daß das Filter 14 einen derartigen Druckabfall erst nach Aufnahme von 659 g SAE Fine Test Dust (SAEFTD) erreicht.

Claims

1. Filtereinheit, umfassend ein HEPA-Filter (14) mit einem Rückhaltevermö gen von mindestens 99,99%, wobei das Filter ohne ein Umschließungsge häuse ausgeführt ist, wobei abstromseitig des Filters (14) ein Auslaß (13) vorgesehen ist, welcher mit einem Gehäuse (29) zum Umschließen eines Ventilators (33) verbindbar ist, wobei die Filtereinheit eine Geräusch dämpfung von mindestens 1,8 dB re^-12 W über eine Mittenfrequenz, be zogen auf das Oktavband, von 63 Hz bis 8000 Hz aufweist.

2. Filtereinheit nach Anspruch 1, wobei die Filtereinheit eine Geräuschdämp fung von mindestens 1,8 dB re^-12 W über einen Oktavband-Mittenfre quenzbereich von 6,3 Hz bis 500 Hz aufweist.

3. Filtereinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Filtereinheit eine Geräuschdämpfung von mindestens 10 dB re^-12 W über einen Oktavband- Mittenfrequenzbereich von 1000 Hz bis 8000 Hz aufweist.

4. Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Filter (14) min destens eine gefältelte Lage eines Filtermediums umfaßt, welche zu einem Hohlzylinder mit einer äußeren Oberfläche und einem hohlen Inneren ge formt ist, wobei die Luft von der äußeren Oberfläche zum Inneren des Fil ters (14) strömt.

5. Filtereinheit nach Anspruch 4, wobei das Filter (14) 100 bis 140 Falten aufweist.

6. Filtereinheit nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Länge des Fil ters (14) in einem Bereich von 450 bis 550 mm liegt.

7. Filtereinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Filter (14) einen Außendurchmesser von 240 mm bis 280 mm und einen Innendurchmesser von 120 mm bis 150 mm aufweist.

8. Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Auslaß (13) mit einem schallabsorbierenden Material ausgekleidet ist.

9. Filtereinheit, umfassend ein HEPA-Filter (14) mit einem Rückhaltevermö gen von mindestens 99,99% und einem Gesamtdruckabfall über das Fil ter (14) von weniger als 11,5 mbar unter einer SAE Fine Dust-Beaufschla gung von mindestens 600 g, wobei das Filter eine Länge von weniger als 510 mm aufweist.

10. Luftfahrzeugkabinen-Luftrezirkulationssystem mit einem Luftversorgungs system, welches eine Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 um faßt.