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ITMI930377A1 - Sistema di filtro - Google Patents

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Publication number
ITMI930377A1
ITMI930377A1 IT000377A ITMI930377A ITMI930377A1 IT MI930377 A1 ITMI930377 A1 IT MI930377A1 IT 000377 A IT000377 A IT 000377A IT MI930377 A ITMI930377 A IT MI930377A IT MI930377 A1 ITMI930377 A1 IT MI930377A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
filter
layer
filter system
fibers
height
Prior art date
Application number
IT000377A
Other languages
English (en)
Inventor
Villiers Pierre De
Ivor Mundell Minnaar
Willem Johannes Christian Prinsloo
Original Assignee
Atomic Energy South Africa
Universal Filtration Proprietary Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atomic Energy South Africa, Universal Filtration Proprietary Ltd filed Critical Atomic Energy South Africa
Publication of ITMI930377A0 publication Critical patent/ITMI930377A0/it
Publication of ITMI930377A1 publication Critical patent/ITMI930377A1/it
Application granted granted Critical
Publication of IT1264344B1 publication Critical patent/IT1264344B1/it

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D50/00—Combinations of methods or devices for separating particles from gases or vapours
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Description

Questa invenzione si riferisce a filtrazione. Essa si riferisce pi? specificatamente ad un sistema di filtro.
Gli inventori ritengono che questa invenzione trover? particolare applicazione nel campo della filtrazione di aria ambiente prima della aspirazione come aria di combustione in un motore a combustione interna quale un motore d1 automobile, un motore industriale (per esempio una turbina a gas) e simili. Questa invenzione ?, comunque, anche applicabile ad altri campi, quali la ventilazione.
Secondo l'invenzione, in modo ampio, ? realizzato un sistema di filtro comprendente un prefiltro sotto forma di un filtro inerziale ed un filtro finale sotto forma di un filtro di fluidi comprendente un elemento di filtro di materiale fibroso avente una certa altezza e che ? di struttura non omogenea per la sua altezza, una prima porzione di altezza, in corrispondenza di un primo lato del filtro che sar? nell'uso un lato a monte, che ? elastica, una seconda porzione di altezza, in corrispondenza di un secondo lato del filtro che sar? nell'uso un lato a valle, che ? di struttura selezionata.
"Filtro inerziale" deve essere interpretato come un dispositivo nel quale la filtrazione viene effettuata dinamicamente generando un flusso di rotazione in una corrente di flusso da filtrare, consentendo a componenti di flusso che hanno una densit? relativamente alta (vale a dire inquinanti sotto forma di particelle) di concentrarsi verso un raggio pi? ampio tenendo conto della forza centrifuga generata dal componente di rotazione del flusso e separando dette particelle a raggio pi? ampio da altri componenti di flusso del flusso che sono di un raggio pi? piccolo. E' una caratteristica di un filtro inerziale che, generalmente, quegli elementi di flusso di densit? pi? elevata (vale a dire inquinanti sotto forma di particelle) che sono separati dal resto della corrente di flusso sono sotto forma di particelle relativamente ampie e che quelle particelle che rimangono nella corrente di flusso sono di una distribuzione di dimensione relativamente ristretta e di -u-nsu dimensione mediana relativamente piccola. Il grado di queste tendenze ? correlato positivamente con l'efficienza del filtro del filtro inerziale. L'importanza di questo diverr? evidente qui di seguito.
In una preferita realizzazione, il filtro inerziale pu? essere sotto forma di almeno un ciclone a flusso assiale o tubo a vortice, oppure una serie di cicloni a flusso assiale o tubi a vortice secondo la descrizione di uno qualunque dei brevetti Italiani 1,229,431; 1,229,432; e 1,229,433 tutti sotto il nome di Cyclofil (Proprietary ) Limited. Le esposizioni di dette descrizioni di brevetti Italiani riferite sopra sono qui incorporate a titolo di riferimento.
Con riferimento all'elemento di filtro del filtro finale, "elastico" deve essere interpretato come avente fibre che, generalmente, non sono attaccate ad altre fibre, vale a dire "libere", lungo porzioni pi? ampie delle loro lunghezze, le quali porzioni libere sono flessibili e sono almeno leggermente resilienti vale a dire aventi una "memoria" od aventi la tendenza a ritornare ad una condizione rilasciata dopo essere state deformate. In contrasto, "struttura selezionata" deve essere interpretata come avente fibre che, generalmente, sono relativamente rigide. Tali fibre possono essere attaccate ad -aJtjre fibre (vale a dire "fuse"), almeno 1n modo intermittente, lungo porzioni ampie delle loro lunghezze.
L'elemento di filtro del filtro finale pu? cambiare progressivamente in struttura dal lato a monte al lato a valle.
L'elemento di filtro pu? essere un elemento di filtro composito comprendente uno strato relativamente di grosso spessore di sovrapposizione o capacitivo verso il primo lato ed uno strato di ripulitura relativamente sottile o strato efficiente verso il secondo lato. Lo strato di grosso spessore di sovrapposizione o capacitivo, in combinazione con lo strato di ripulitura sottile o strato efficiente avranno quindi le caratteristiche descritte in precedenza per l'elemento di filtro.
Invece, l'elemento di filtro pu? essere sotto forma di uno strato relativamente di grosso spessore di sovrapposizione o capacitivo che fa parte di un elemento di filtro composito che comprende, in aggiunta, uno strato di ripulitura relativamente sottile o strato efficiente, lo strato di grosso spessore di sovrapposizione o capacitivo avendo quindi le caratteristiche descritte sopra per l'elemento di filtro, ed essendo disposto per essere nell'uso in corrispondenza di un lato a monte, lo _strato di ripulitura sottile o strato efficiente essendo disposto per essere nell'uso in corrispondenza di un lato a valle. Lo strato di ripulitura pu? quindi essere sotto forma di una falda di materiale fibroso selezionato.
La prima porzione di altezza del filtro finale pu? essere ricavata di materiale selezionato per contenere alcune di fibre naturali, fibre di materiale plastico sintetico, una combinazione di fibre naturali e fibre di un materiale plastico sintetico. Le fibre hanno una classificazione di denari di meno di 10, preferibilmente meno di 5. L'importanza di utilizzare una fibra fine diverr? evidente qui di seguito.
La seconda porzione di altezza pu? comprendere fibre appropriatamente selezionabili per consentire all?elemento di filtro di essere formato della falda elasticizzata di materiale fibroso mediante l'applicazione di calore lateralmente alla seconda porzione di altezza.
A titolo di sviluppo, il filtro inerziale ed il filtro di fluidi possono essere separati spazialmente e possono essere interconnessi attraverso incanalamento. In seguito il filtro inerziale pu? essere alloggiato in una custodia di prefiltro, ed il filtro di fluidi pu? essere alloggiato in una custodia di filtro finale.
L?invenzione ? ora descritta attraverso esempi non limitativi con riferimento ai disegni schematici allegati. Nei disegni
la Figura 1 mostra, in sezione, una prima realizzazione di un sistema di filtro secondo l?invenzione;
la Figura 2 mostra, in una scala ingrandita, in sezione assiale, un singolo ciclone a flusso assiale o tubo a vortice che fanno parte del sistema di filtro di Figura 1;
la Figura 3 mostra, in vista tridimensionale, una serie di cicloni a flusso assiale o tubi a vortice come il ciclone od il tubo a vortice di Figura 2, la serie facendo parte del sistema di filtro di Figura 1; la Figura 4 mostra, in una scala ingrandita, in vista tridimensionale, un filtro di fluidi formato parzialmente che far? parte del sistema di filtro di Figura 1;
la Figura 5 mostra, in una scala molto ingrandita, in modo frammentario, una sezione trasversale attraverso il materiale del filtro di fluidi di Figura 4; la Figura 6 mostra, schematicamente, un'altra realizzazione di un sistema di filtro secondo l'invenzione;
le Figure 7 e 8, mostrano, in viste corrispondenti alla Figura 2, ulteriori--realizzazioni di cicloni o tubi a vortice; e
la Figura 9 mostra, graficamente, la prestazione di un sistema di filtro di automobile secondo l'invenzione, in confronto ad un filtro di cellulosa tipico convenzionale.
Con riferimento alla Figura 1 dei disegni, un sistema di filtro secondo l'invenzione ? generalmente indicato dal numero di riferimento 10. Il sistema di filtro 10, in questa reaiizzazione, comprende una entrata 12 per aria ambiente ed una uscita 14 per aria filtrata. Il sistema di filtro ? alloggiato in una custodia indicata generalmente dal numero di riferimento 16 la quale custodia supporta l'entrata 12 e l'uscita 14. La custodia 16 comprende una base 25 ed un coperchio 26 che si accoppia sopra ed ? fissato alla base 25 come mostrato in 66.
La custodia 16 individua una zona di prefiltro 18, una camera intermedia 20, una zona di filtro finale 22 ed una camera di scarico 24, tutte disposte in serie.
Nella zona di prefiltro 18, ? realizzata una serie 28 di cicloni a flusso assiale o tubi a vortice 30, che saranno descritti in maggior dettaglio con riferimento alle Figure 3 e 2.
I tubi a vortice 30 hanno entrate in comunicazione con l'entrata 12 che ? &otio forma di un diffusore aerodinamico. Aria che deve essere filtrata fluisce nei tubi a vortice dove inquinanti relativamente pesanti sono rimossi dalla corrente di flusso d'aria.
La serie di tubi a vortice ha un serbatoio per inquinanti per l'accumulo degli inquinanti isolati sotto forma di particelle, come polvere, realizzato da un bicchierino per polvere amovibile 32. I tubi a vortice 30, nella realizzazione di Figura 1, vengono azionati senza evacuare la corrente di flusso d'aria. Questo consente ad un bicchierino per polvere compatta 32 (vale a dire non forata) di essere utilizzato il quale viene pulito periodicamente. In altre realizzazioni, ad esempio la realizzazione di Figura 6, viene fatta provvisione di una corrente di flusso di evacuazione di, vale a dire, circa il 10%.
I tubi a vortice 30 hanno uscite che portano nella camera intermedia 20 per condurre la corrente di flusso d'aria prefiltrata nella camera 20.
L'aria prefiltrata ? condotta dalla camera intermedia 20 nella zona di filtro finale 22, nella quale ? realizzato un filtro di fluidi finale 36. Il filtro di fluidi 36 ? contenuto perifericernente in un telaio 65 che ? montato tra la base 25 ed il coperchio 26. La costruzione del filtro di fluidi 36 pu? essere meglio compresa dalla Figura 4_,..
La Figura 3 illustra la serie 28 di tubi a vortice 30. Una pluralit? di tubi a vortice 30 sono disposti in parallelo in formato di matrice. Ciascun tubo a vortice 30 ? posizionato tra una piastra anteriore 38 ed una piastra posteriore 40 che sono parallele e sono distanziate. Il posizionamento ? tale che le entrate 42 dei tubi a vortice 30 sono a livello con aperture realizzate per quello scopo nella piastra anteriore 38. Similarmente, le uscite dei tubi a vortice 30 sono a livello con la piastra posteriore 40 e sono in comunicazione con la camera 20 attraverso aperture realizzate per quello scopo nella piastra posteriore 40. Luci di scarico di inquinanti 44 dei tubi a vortice 30 sono in comunicazione con un volume intermedio alla piastra anteriore 38 ed alla piastra posteriore 40 il quale volume, in corrispondenza di un livello basso, comunica con il bicchierino per la polvere 32 mostrato in Figura 1.
Per contenere gli inquinanti, le pareti laterali 46 si estendono intermedie alla piastra anteriore 38 ed alla piastra posteriore 40, ed una sommit?, non mostrata in Figura 3, ? realizzata al disopra del volume intermedio alla piastra anteriore 38 ed alla piastra posteriore 40. Il bicchierino per la polvere 32 copre il volume dal disotto. - -
La Figura 2 illustra un tubo a vortice 30 in maggior dettaglio. Esso comprende un tubo esterno 48, che
nella realizzazione di Figura 2, ? cilindrico ed individua, in corrispondenza di una sua estremit?, l'entrata 42.
In corrispondenza di una estremit? opposta del tubo esterno 48, esso ha un tubo di estrazione interno
56.che individua, in corrispondenza della sua estremit? esterna, una uscita 60 che ? posizionata nella piastra posteriore 40 come mostrato in Figura 3. Il tubo * di estrazione interno 56 si rastrema verso l'interno
ed ha una imboccatura interna 58 di un diametro pi?
piccolo di e concentrica con il diametro interno del
tubo esterno 48.
Verso l'interno dell'entrata 42, ? realizzato un
generatore di vortice 50 che, nell'uso, genera un
flusso di rotazione. Tenendo conto del flusso di rotazione, i componenti di flusso sono sottoposti a forza
centrifuga. I componenti di flusso di densit? relativamente elevata, generalmente sotto forma di particelle, si concentrano verso la periferia esterna del tubo
esterno. Questo meccanismo di separazione ? continuato
in una zona di separazione 52 a valle del generatore
di vortice 50 ed a monte della imboccatura 58.
Anularmente verso l esterno del tubo di estrazione interno 56? ? individuata una zona periferica esterna 54 che termina nello scarico di inquinanti 44 che ? mostrato in Figura 3, ed attraverso il quale gli inquinanti sono scaricati. Deve essere notato che, specificatamente in questa realizzazione, il volume all'interno della serie 28 ? un volume chiuso e che nessun flusso di aria pulita ha luogo attraverso la zona periferica esterna 54, come era descritto in precedenza .
La porzione centrale del flusso di aria, che ? impoverita di particelle, specialmente particelle di densit? pi? elevata, fluisce attraverso l'imboccatura 58 ed il tubo di estrazione interno 56 attraverso l'uscita 60. Con riferimento alla Figura 1, tale aria prefiltrata fluisce nella camera intermedia 20. Gli inquinanti che si accumulano nel bicchierino per la polvere 32 sono rimossi periodicamente.,
E' importante notare che i tubi a vortice 30 secondo i brevetti italiani indicati in precedenza hanno efficienze elevate, tipicamente superiore al 90% della quantit? con polvere di prova "Standard AC Coarse".. Di conseguenza, pi? del 90% della quantit? di inquinanti tipici nell'aria sono filtrati nella zona di prefiltrazione 18 e meno del 10% della quantit? degli inquinanti tipici sono contenuti nell'aria nella camera intermedia 20.
Con riferimento alla Figura 7, un'altra realizzazione di un ciclone a flusso assiale o tubo a vortice ? indicata dal numero di riferimento 130. Il tubo a vortice 130 ? similare in molti aspetti al tubo a vortice 30 di Figura 2 e numeri di riferimento simili si riferiscono a caratteristiche simili. Il tubo a vortice 130 non ? descritto in dettaglio ed importanza verr? semplicemente riposta su una singola differenza importante.
Il tubo a vortice 130 ha un tubo esterno a tronco di cono 148. Per ragioni descritte completamente nella descrizione del brevetto Italiano N.1.229.432,
il tubo a vortice di Figura 7 ? molto appropriato da utilizzarsi in condizioni di flusso di uscita pulito attraverso lo scarico di inquinanti 144,
Con riferimento alla Figura 8, ancora una ulteriore realizzazione di un ciclone di flusso assiale o tubo a vortice ? indicata dal numero di riferimento 230. Il tubo a vortice 230 ? simile in molti aspetti ai tubi a vortice 30 e 130 e non ? descritto in dettaglio. Numeri di riferimento simili indicano componenti o caratteristiche simili.
Il tubo a vortice 230 ha un tubo esterno 248 che ? parallelo nella zona che genera vortice, e che si svasa o diverge nella zona di separazione 252. E1 un compromesso tra le realizzazioni delle Figure 2 e 7, avere la maggior parte dei vantaggi che si riferiscono alla densit? di riempimento della realizzazione di Figura 2 e mantenere, parzialmente, il vantaggio della realizzazione di Figura 7 riguardo al funzionamento senza flusso di evacuazione.
Con riferimento alla Figura 4, il filtro di fluidi 36, specificatamente in questa reaii zzati one, ? di forma generalmente rettangolare ed ha formazioni a fisarmonica parallele 62 formate da piegatura, per migliorare la sua rigidit?, ma principalmente per aumentare la zona di filtro disponibile. Esso ? contenuto perifericamente nel telaio 65 mostrato in Figura 1 attraverso il quale esso ? montato tra la base 25 ed il coperchio 26. In altre realizzazioni, il filtro di fluidi pu? essere virtualmente di qualsiasi forma o configurazione desiderata, ad esempio poligonale, cilindrico, conico, e simile. Deve essere comunque notato, come diventer? pi? chiaro dalla descrizione di Figura 5, che il filtro di fluidi ha uno spessore od altezza considerevole e che il materiale di filtro sarebbe generalmente piegato e non stirato durante la formatura.
Con riferimento alla Figura 5, il filtro di fluidi 36, in questa realizzazione, ? di costruzione composita formata, come sar? descritto qui di seguito, da uno strato di sovrapposizione o capacitivo 68 che ? anche indicato come uno strato di superficie, ed uno strato di ripulitura od efficiente 70 che ? anche indicato come uno strato posteriore. La formazione del materiale del filtro di fluidi 36 ? descritta qui di seguito. Durante tale formazione, i due strati sono integrati in modo tale che il materiale di filtro ? notato da un osservatore casuale come un singolo strato che ? di struttura non omogenea.
In un primo lato 72, che sar? un lato a monte nell'uso, le fibre sono elastiche. Le fibre, comunque, diventano sempre pi? meno elastiche e diventano disposte pi? densamente appena che l'altezza dal primo lato 72 aumenta. Di conseguenza la struttura molto elastica mostrata in 68.1 in corrispondenza del primo lato 72, supera gradualmente la meno elastica e pi? densa struttura come mostrato in 68.2 lontano dal primo lato 72.
In corrispondenza del secondo lato 74, che sar? un lato a valle nell'uso, le fibre sono selezionate, o fuse e selezionate. Questo viene effettuato mediante l'applicazione di calore.in corrispondenza del secondo lato 74 durante la formazione dell'elemento di filtro 36.
Il materiale dello strato capacitivo 68 e dello strato efficiente 70 e la costruzione dell'elemento di filtro 36 sono ora descritti in maggior dettaglio con riferimento all'esempio di lavorazione seguente.
Esempio di lavorazione:
L'elemento di filtro ? formato da due strati che sono convenientemente indicati rispettivamente come lo strato di superficie e lo strato posteriore e che corrispondono rispettivamente allo strato capacitivo 68 ed allo strato efficiente 70.
Lo strato di superficie ? formato al 100% da filato di poliestere avente una classificazione di spessore di circa 3 denari ed una lunghezza di filato di circa 50 mm.
Lo strato posteriore ? formato da una combinazione di filato di poliestere di 3 denari e 50 mm di lunghezza, di filato di poliestere di 1,5 denari e circa 40 mm di lunghezza ed un filato di bassa fusione a due componenti di 4 denari e circa 50 mm di lunghezza. Le percentuali relative dei componenti e delle fibre dello strato posteriore determineranno il rendimento dello strato efficiente e saranno selezionate come appoggio alle caratteristiche..desiderate prese in considerazione. A titolo di spiegazione? ? menzionato che 11 filato di bassa fusione a due componenti ha una parte interna di poliestere di una temperatura di fusione "standard" di circa 260?, ed un rivestimento di un copoliestere polimero di temperatura di fusione bassa di circa da 110?C a 200?C. Il co-poliesterepolimero ha una alta affinit? con il poliestere standard ed ? di conseguenza in grado di collegare le fibre degli altri componenti attraverso calore.
Le fibre dello strato di superficie e dello strato posteriore mescolate sono separatamente cardate in nastri di quantit? predeterminata. Al fine di ottenere sia nella superficie che nella parte posteriore un nastro di quantit? consistente per unit? di superficie, i nastri dalla macchina di cardatura sono lasciati in diversi strati su un elemento di piegatura incrociato o lappatrice incrociata. I nastri vengono poi singolarmente rinforzati mediante un procedimento di punzonatura di pre-cucitura in cui le fibre dei nastri vengono intrecciate 1n modo allentato. Questo procedimento impartisce al nastro una stabilit? relativa che consente al nastro di essere manipolato con piccola deformazione. La densit? di cucitura dopo questa operazione ? soltanto di circa 10 punzoni per centimetro quadrato .
Lo strato di superficie viene poi assiemato allo strato posteriore mediante una doppia operazione di punzonatura ad aghi avente una densit? di cucitura di circa 70 punzoni per centrimetro quadrato. In questo stadio, le posizioni relative delle fibre l'una rispetto all'altra sono gi? determinate, comunque, la struttura ? ancora allentata con bassa densit? ed ampi vuoti .
L'elemento di filtro ? poi formato durante un complesso procedimento di formatura col calore, in due stadi nei quali, rispettivamente, i fluidi sono fatti passare attraverso un forno riscaldato avente una temperatura d'aria sufficiente a fondere il rivestimento della fibra a due componenti. Il tempo di sosta durante il passaggio dei fluidi ? circa di un minuto. Questa effettua una connessione di calore dei fluidi dove le connessioni tra le fibre sono formate fondendo il rivestimento delle fibre a due componenti presenti nello strato posteriore. In questa maniera, la rigidit? e la stabilit? dei fluidi vengono migliorate e strutture simili a celle vengono create nello strato posteriore. Deve essere notato che tale connessione col calore ha luogo principalmente nello strato posteriore, quando la temperatura della fibra ? alta abbastanza soltanto per fon-der.e i rivestimenti delle fibre a due componenti che sono presenti soltanto nello strato posteriore.
In un secondo stadio, i fluidi sono riscaldati in stampi o tra piastre riscaldate o rulli riscaldati. Durante questo stadio, la dimensione del poro ? diminuita comprimendo i fluidi e quindi portando le fibre pi? vicino l'una all'altra. Le celle formate durante il procedimento di connessione col calore sono compresse e riformate in condizioni di calore senza intaccare la connessione tra le fibre. Questo si risolve in una superficie di cella pi? piccola dovuta alla compressione dei fluidi. Una volta raffreddato, lo spessore e quindi la dimensione della cella si stabilizzano nella loro nuova dimensione. Di conseguenza, in corrispondenza del secondo lato 74, ? formata una superficie relativamente liscia ed altamente porosa. In corrispondenza del primo lato 72, la struttura rimane elastica. Come menzionato in precedenza, con riferimento alla Figura 5, la densit? dello strato di superficie aumenta e la dimensione del vuoto, corrispondentemente, diminuisce con l'altezza aumentata dal lato 72.
A causa della bassa pressione richiesta ed il calore relativamente basso richiesto durante la formatura col calore dei fluidi sono formate celle generalmente non "schermate" durante il procedimento di finitura dei fluidi che impartisce ai fluidi la potenzialit? per una portata elevata, un numero elevato di pori ed una dimensione di poro relativamente omogenea. In relazione ad altri fluidi da filtro questa costruzione realizza l'opportunit? di creare fluidi nei quali qualsiasi caratteristica di filtrazione richiesta pu? essere impartita durante il procedimento di formatura col calore dei fluidi in qualsiasi forma o configurazione richiesta. La relativa costruzione o combinazioni di fibre nello strato posteriore realizzano la versatilit? rispetto alla formabilit? o formazione e la versatilit? rispetto alle caratteristiche di efficienza.
Con riferimento di nuovo alla Figura 1, l'aria prefiltrata nella camera intermedia 20 in seguito fluisce attraverso l'elemento di filtro 36 in cui ha luogo la filtrazione finale, si accumula nella camera di scarico 24 e fluisce al di fuori attraverso l'uscita 14.
E' importante notare che il filtro di fluidi 36 ha una doppia funzione. Il primo lato 72 ed il materiale di filtro adiacente a questo, che ? elastico e di dimensione di altezza relativamente ampia, consentono a particelle di polvere d-i..penetrare relativamente profondamente nel materiale di filtro. Di conseguenza, esso ha una piccola tendenza ad agglomerarsi durante la formazione sulla superficie e di conseguenza a schermare il filtro. Questo aumenta ampiamente la capacit? della polvere. Ulteriormente, dal momento che le fibre sono relativamente fini e poich? esse sono libere lungo le porzioni pi? grandi delle loro lunghezze, esse hanno buone caratteristiche di assorbimento per assorbire polvere, anche particelle di polvere molto piccole.
Lo strato di ripulitura 70 ha una dimensione di poro relativamente ampia - dell'ordine di 90 micron -ed i pori sono relativamente omogenei in dimensione. Questa combinazione consente ad una buona efficienza di essere ottenuta senza perdere le vantaggiose caratteristiche della caduta di pressione.
Durante le prove iniziali, era trovato che l'efficienza di filtrazione del prefiltro ? dell'ordine del 90% della quantit? con polvere di prova "Standard AC Coarse". Gli inquinanti consentiti attraverso il filtro sono attesi sperimentalmente avere una dimensione media di circa da 2 a 3 micron. La caduta di pressione, che rimane costante per la durata del prefiltro ? dell'ordine di 0,5 kPa.
Il filtro di f1uidi-36?ha una efficienza tale che, in combinazione con il prefiltro, l'efficienza del sistema di filtro ? almeno del 99,9% della quantit? con polvere di prova "Standard AC Coarse". Dove ? utilizzato lo strato efficiente 70, ? atteso che g11 inquinanti consentiti dovrebbero avere una dimensione media tipicamente pi? piccola di 1 micron. Il filtro di fluidi 36, inizialmente, ha una caduta di pressione di circa 0,5 kPa e, alla fine della prova, una caduta di pressione di circa 4,5 kPa {tenendo in considerazione la caduta di pressione costante di circa 0,5 kPa sul prefiltro, e la convenzione in prove di capacit? della polvere di terminare la prova quando la caduta di pressione totale ha raggiunto 5 kPa. La capacit? specifica della polvere, vale a dire la quantit? di polvere che pu? essere filtrata per unit? di superficie dell'elemento di filtro, di un tale sistema di filtro secondo l'invenzione ? attesa essere di un ordine di ampiezza maggiore (vale a dire tra circa 5 volte e circa 50 volte maggiore) della capacit? specifica della polvere di un filtro di cellulosa o di carta tipico generalmente correntemente in uso con motori di automobile.
Risultati di prove, ottenuti con "SAE Standard Coarse Dust" in procedure di prova che sono conformi con BS 1701; ISO 5011; -SAE^J726 e DIN 24189, e con un sistema di filtro che utilizza un filtro inerziale del tipo di Figura 7 ed un filtro di fluidi secondo l'E-sempio di Lavorazione descritto qui, erano come segue:
Efficienza > 99,9%.
Caduta di pressione iniziale < 1,3 kPa.
Capacit? specifica della polvere > 8000 gm/m .
La capacit? specifica della polvere era calcolata sulla superficie del filtro del filtro di fluidi. Con riferimento alla Figura 6 dei disegni, un'altra realizzazione di un sistema di filtro secondo la invenzione ? generalmente indicata dal numero di riferimento 110. Questa realizzazione, in molti aspetti, ? similare alla realizzazione di Figura 1 e numeri di riferimento simili si riferiscono a caratteristiche o componenti simili. Di conseguenza, il sistema di filtro 110 non ? di nuovo descritto in dettaglio, ma importanza sar? semplicemente riposta su due differenze import anti.
Il primo vantaggio ? che, nella realizzazione di Figura 6, il prefiltro ed il filtro finale sono separati fisicamente e sono contenuti rispettivamente in una carcassa di prefiltro 116 ed in una carcassa di filtro finale 217. Una uscita 117 della carcassa di prefiltro 116 ? in comunicazione attraverso un condotto, che in questa realizzazione ? un condotto fiessibile 120, con una entrata della carcassa di filtro finale. La carcassa di filtro finale ? direttamente montata come indicato dal numero di riferimento 114 su un collettore di entrata 300. Il funzionamento del sistema di filtro 110 ? simile a quello del sistema di filtro 10.
E' un vantaggio specifico del tipo di sistema di filtro di Figura 6 che esso aggiunge versatilit? e migliora il potenziale per utilizzare un sistema di filtro secondo l'invenzione in applicazioni potenzialmente difficili vale a dire dove lo spazio disponibile per un sistema di filtro ? limitato. Per esempio, 1n tale caso, il prefiltro pu? essere posizionato in corrispondenza di una posizione conveniente lontano dal filtro finale che ? convenientemente vicino al collettore di entrata. Questo vantaggio deve essere visto contro lo stato dell'arte che, secondo un esperimento pratico con sistemi di filtro secondo questa invenzione, tale sistema di filtro pu? essere progettato e costruito per essere compatto - in circostanze specifiche anche pi? compatto - di filtri di carta convenzionali.
Il filtro inerziale in un sistema di filtro secondo l'invenzione pu? essere richiesto funzionare in circostanze, per esempio-.do^ve carichi di polvere eccezionalmente alti sono sperimentati, nelle quali dovrebbe essere vantaggioso avere un flusso di evacuazione finito attraverso lo scarico di inquinanti 44, 144, 244. Poi, vantaggiosamente, lo scarico di inquinanti pu? essere in comunicazione con una uscita attraverso la quale una corrente di flusso di evacuazione altamente concentrata in inquinanti pu? essere scaricata. Vantaggiosamente, nel caso di un motore a combustione interna, tale corrente di flusso di evacuazione pu? essere indotta in uno scarico 80 del motore a combustione interna. Un Venturi, oppure un dispositivo simile a Venturi 82, pu? essere utilizzato a questo riguardo. Un tale dispositivo pu? avere caratteristiche di pressione vantaggiose che possono migliorare il funzionamento del tubo a vortice. Generalmente, se ? utilizzata una corrente di evacuazione, essa pu? essere di un ordine di ampiezza di circa il 10% della corrente di flusso di entrata.
Con riferimento alla Figura 9, la prestazione reale, misurata di un filtro di automobile, convenzionale, esistente ? illustrata graficamente attraverso un tracciato 88 di caduta di pressione rispetto alla quantit? totale in grammi di polvere di prova "AC Coarse" trattenuta sul filtro. Pu? essere visto che la capacit? della polvere del? filtro ? circa 400 grammi in corrispondenza di una caduta di pressione di circa 5 kPa. La prestazione comparativa, realmente misurata di un sistema di filtro secondo l'invenzione e che sostituisce il filtro convenzionale, ? tracciata in 90. La capacit? della polvere ? superiore a 1600 grammi, vale a dire dell'ordine di quattro volte quella del filtro convenzionale.
La capacit? della polvere ? direttamente riferita alla durata di servizio. Di conseguenza, nell'esempio provato, il sistema di filtro secondo l'invenzione ha una durata di servizio utile nominalmente quattro volte rispetto a quella del filtro esistente che viene sostituito.
Gli inventori ritengono ci? come molto importante dal momento che essi osservano che filtri di cellulosa convenzionali correntemente generalmente in uso in motori di automobile sono inerentemente difficilmente appropriati da utilizzarsi come un filtro finale in un sistema di filtro composito del tipo generale al quale questa invenzione si riferisce. Essi hanno anche identificato la natura del problema inerente. Essi hanno previsto che filtri di cellulosa convenzionali richiedono la costruzione di una agglomerazione sulla superficie di filtro di fluidi (riferita anche come "condizionamento') per migliorare l?efficienza della filtrazione. Tale agglomerazione ? formata Idealmente d1 particelle di una distribuzione di dimensione ampia. Essi hanno anche realizzato che la grande richiesta della costruzione di agglomerazione ha inconvenienti inerenti .
In primo luogo, essa limita la capacit? della polvere specifica del filtro. Di conseguenza, filtri convenzionali, in condizioni difficili, richiedono una manutenzione regolare od una sostituzione per impedire alla caduta di pressione di diventare elevata in modo in accettabi1e.
In secondo luogo, la richiesta di costruzione di agglomerazione per migliorare l'efficienza di filtrazione nel caso di filtri di fluidi convenzionali implica che l'efficienza di filtrazione, fino a quando l'agglomerazione ? stata costruita, non ? ottimale. In un sistema di filtro del tipo generale al quale questa invenzione si riferisce, l'aria prefiltrata che entra nello stadio di filtro finale, in confronto con l'aria prima della prefi1trazione , ha un carico di polvere inferiore e la distribuzione di particelle ? pi? ristretta con una dimensione media pi? piccola. Di conseguenza, con un filtro convenzionale come un filtro finale, confrontato con il suo funzionamento con aria che non ? stata prefi1tca.t.?, ? ritardata la costruzione di tale agglomerazione. L'efficienza di filtrazione, prima che la costruzione della agglomerazione ? stata effettuata, ? minore di quella ottimale. Questo ? aggravato dal fenomeno di "sovramanutenzione" che ha luogo quando il filtro di fluidi ? riparato o sostituito prematuramente. La "sovramanutenzione" ha l'effetto che minore filtrazione ottimale ha luogo per una pi? grande percentuale di tempo, riducendo di conseguenza l'efficienza di filtrazione media.
In terzo luogo, se ha luogo un condizionamento con un carico di polvere di distribuzione di dimensione ristretta, ha luogo uno "schermaggio" del filtro. Questo determina un rapido aumento nella caduta di pressione sul filtro. Tale rapido aumento nella caduta di pressione diminuisce la durata di servizio utile di un filtro condizionato.
I suddetti inconvenienti devono essere visti contro una caratteristica inerente di filtri inerziali indicati sopra, vale a dire che la limitazione della distribuzione della dimensione delle particelle e la scarsit? della dimensione media sono correlate positivamente con un aumento nell'efficienza di un filtro inerziale. Tenendo in considerazione che la limitazione della distribuzione della dimensione delle particelle, specialmente, ? -l.a? ragione basilare degli inconvenienti menzionati in precedenza, diventa evidente che l'uso di un prefiltro inerziale in combinazione con un filtro di fluidi convenzionale ?, almeno ad un certo livello, controproducente, e, inoltre, che un aumento nell'efficienza del prefiltro pu? realmente aggravare la situazione.
Di conseguenza, gli inventori osservano che un altro tipo di filtro di fluidi ? richiesto per filtrare aria prefiltrata, essi identificano il problema specifico con filtri convenzionali, e progettano i principi che stanno alla base della presente invenzione.
Il tipo di filtro di fluidi come qui definito fu di conseguenza sviluppato.
E1 quindi un importante vantaggio del filtro di fluidi qui definito che ha luogo una penetrazione sostanziale di inquinanti nel materiale del filtro di fluidi la quale migliora la sua capacit? alla polvere specifica. Questa caratteristica desiderata ? raggiunta avendo la porzione a monte o di prima altezza del filtro di fluidi di struttura elastica. Inoltre, le fibre delle quali il filtro di fluidi ? formato sono fini avendo di conseguenza buone caratteristiche di assorbimento rispetto a particelle piccole. Infine, il filtro di fluidi secondo l'invenzione ha uno strato efficiente per assicurare .jche il filtro di fluidi ha una buona efficienza, in combinazione con una caduta di bassa pressione tenendo conto della dimensione di poro relativamente ampia (tipicamente 90 micron) e della omogeneit? dei pori.
Fotografie, attraverso un microscopio elettronico, di campioni, presi in corrispondenza di differenti altezze, del filtro di fluidi, mostrano chiaramente che ampie particelle sono catturate in corrispondenza del lato a monte del filtro di fluidi, e, progressivamente, particelle pi? piccole sono catturate verso il lato a valle. Queste mostrano chiaramente il principio di filtrazione di altezza, come opposto alla filtrazione attraverso una agglomerazione sulla superficie a monte di un filtro convenzionale.
Di conseguenza, il filtro di fluidi di questa invenzione ha, in combinazione, ed in circostanze d1 una corrente di flusso avente un carico di polvere basso di particelle di distribuzione di dimensione ristretta e piccola dimensione media, una capacit? alla polvere specifica elevata ed una elevata efficienza, rispettivamente assicurate dalla provvisione di una prima porzione di altezza elastica ed una porzione di altezza finale selezionata. Queste caratteristiche, inoltre, consentono al filtro di fluidi di operare bene in combinazione anche con un_,~pr-efiltro inerziale altamente efficiente, consentendo quindi al sistema di filtro di beneficiare dei vantaggi di tale prefiltro inerziale altamente efficiente. Inoltre, il filtro di fluidi non richiede condizionamento (costruzione di una agglomerazione). Di conseguenza esso non ? incline agli inconvenienti di filtrazione inizialmente relativamente inefficiente. La "sovramanutenzione" non ? di conseguenza anch'essa un problema per quanto si riferisce al1 <1 >efficienza.
E' un importante vantaggio che ? realizzato un filtro finale avente le caratteristiche specifiche come descritte in precedenza. La provvisione di un tale filtro finale ora consente ad un sistema di filtro composito del tipo generale al quale questa invenzione si riferisce di essere azionato efficientemente, vale a dire godere dei vantaggi offerti dalla agevolazione della prefi1trazi one, senza introdurre gli svantaggi od inconvenienti di filtri di fluidi convenzionali quando utilizzati come un filtro finale. Di conseguenza, l'invenzione consente il vantaggio generale che un'ampia percentuale di inquinanti viene rimossa in un filtro inerziale che ha una bassa e costante caduta di pressione e di conseguenza una "capacit? alla polvere" illimitata, da ottenere mantenendo una filtrazione finale efficiente.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di filtro comprendente un prefiltro sotto forma di un filtro inerziale ed un filtro finale sotto forma di un filtro di fluidi comprendente un elemento di filtro di materiale fibroso avente una altezza ed essendo di struttura non omogenea, per la sua altezza, una prima porzione di altezza, in corrispondenza di un primo lato del filtro che sar? nell'uso un lato a monte, essendo elastica, una seconda porzione di altezza, in corrispondenza di un secondo lato del filtro che sar? nell'uso un lato a valle, essendo di struttura selezionata.
  2. 2. Sistema di filtro come rivendicato nella rivendicazione 1 in cui il filtro inerziale ? sotto forma di almeno un ciclone a flusso assiale o tubo di vortice.
  3. 3. Sistema di filtro come rivendicato nella rivendicazione 1 o nella rivendicazione 2 in cui l'elemento di filtro del filtro finale cambia progressivamente in struttura dal lato a monte al lato a valle.
  4. 4. Sistema di filtro come rivendicato nella rivendicazione 3 in cui l'elemento di filtro ? un elemento di filtro composito comprendente uno strato di sovrapposizione o capacitivo relativamente grosso di spessore verso il primo?la.to ed uno strato di ripulitura o strato efficiente relativamente sottile verso il secondo lato.
  5. 5. Sistema di filtro come rivendicato nella rivendicazione 3 in cui l'elemento di filtro ? sotto forma di uno strato di sovrapposizione o capacitivo relativamente di grosso spessore che fa parte di un elemento di filtro composito che comprende, in aggiunta, uno strato di ripulitura o strato efficiente relativamente sottile, lo strato di sovrapposizione o capacitivo di grosso spessore essendo disposto per essere nell'uso in corrispondenza di un lato a monte, lo strato di ripulitura o strato efficiente sottile essendo disposto per essere nell'uso in corrispondenza di un lato a valle.
  6. 6. Sistema di filtro come rivendicato nella rivendicazione 5 in cui lo strato di ripulitura ? sotto forma di una falda di materiale fibroso selezionato.
  7. 7. Sistema di filtro come rivendicato nella rivendicazione 4, nella rivendicazione 5 o nella rivendicazione 6 in cui la prima porzione di altezza del filtro finale ? formata di materiale selezionato per contenere una delle fibre naturali, fibre di materiale plastico sintetico, una combinazione di fibre naturali e fibre di un materiale sintetico.
  8. 8. Sistema di filtrO-come rivendicato nella rivendicazi one 7 in cui le fibre hanno una classificazione di denari di meno di 10.
  9. 9. Sistema di filtro come rivendicato in una qualunque della rivendicazione da 4 alla rivendicazione 8 compresa in cui la seconda porzione di altezza comprende fibre selezionabili appropriatamente per consentire all'elemento di filtro di essere formato dalla falda elasticizzata di materiale fibroso mediante la applicazione di calore lateralmente alla seconda porzione di altezza.
  10. 10. Sistema di filtro come rivendicato in una qualunque delle rivendicazioni precedenti in cui il filtro inerziale ed il filtro di fluidi sono separati spazialmente e sono interconnessi attraverso incanalamento .
  11. 11. Sistema di filtro sostanzialmente come qui descritto ed illustrato.
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