CN119013089A

CN119013089A - 分层过滤结构

Info

Publication number: CN119013089A
Application number: CN202380033773.7A
Authority: CN
Inventors: F·弗夏维; S·范登迪杰克
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 2022-04-15
Filing date: 2023-04-14
Publication date: 2024-11-22
Also published as: WO2023198890A1

Abstract

一种具有过滤器入口侧和过滤器出口侧的过滤结构，所述分层过滤结构至少包括：支撑金属网，用于为所述过滤结构提供强度；由金属丝制成的过滤器金属网，用于确定所述过滤结构的过滤率；金属纤维层，位于所述支撑金属网和所述过滤器金属网之间，其中所述金属纤维层的平均孔径尺寸大于所述过滤金属网的孔口宽度，其中所述过滤器金属网具有宽度在10至50微米范围内的孔口，并且所述支撑金属网在每线性英寸长度上具有30至100个网格的开口，并且其中所述支撑金属网、所述金属纤维层和所述过滤器金属网被烧结在一起。

Description

分层过滤结构

技术领域

本发明涉及一种适于微过滤目的的分层过滤结构。术语“微过滤”是指能够保留尺寸在几微米范围内的颗粒的过滤结构。

背景技术

目前可获得的用于诸如微滤的应用和用于原位可清洁过滤介质的过滤器材料方便地包括固定到多孔烧结金属粉末或金属纤维基底的表面的陶瓷膜层。然而，由于高压和用于过滤器层的坚固的机械支撑，过滤过程需要额外的能量，因此这些过滤器层压板两侧的高压降是个显著的缺点。此外，重复反冲是困难的，并且毕竟，陶瓷层非常脆，这不利地影响耐久性。

一种改进是使用金属丝网层代替陶瓷膜层作为过滤器层的支撑件。如美国专利号6889852所公开的，分层过滤结构包括具有两种不同孔隙率的两个烧结过滤器层。一个金属丝网作为支撑件固定到过滤器层的每一侧。分层过滤结构结合了小过滤率和低压降的优点。然而，反复反冲可能不利地引起纤维层的疲劳并导致分层过滤结构的分层。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点。

本发明的另一个目的是提供一种适用于微过滤而不会导致该结构两侧的高压降的过滤结构。

本发明的另一个目的是提供一种过滤结构，其允许重复反冲而不会使分层结构分层。

根据本发明的第一方面，提供了一种具有过滤器入口侧和过滤器出口侧的过滤结构，所述分层过滤结构至少包括：

－支撑金属网，用于为所述过滤结构提供强度，

－由金属丝制成的过滤器金属网，用于确定所述过滤结构的过滤率，

－金属纤维层，位于所述支撑金属网和所述过滤器金属网之间，

其中所述金属纤维层的平均孔尺寸大于所述过滤器金属网的孔口宽度，并且

其中所述支撑金属网、所述金属纤维层和所述过滤器金属网被烧结在一起。

例如，过滤器金属网位于上游侧，因此最接近过滤器入口侧，作为细网从而确定过滤率(rate)，即仍通过过滤器的大部分颗粒的尺寸。支撑金属丝网在下游侧，因此更靠近过滤器出口侧，是坚固的金属丝网，从而支撑过滤结构。

根据本发明，细金属过滤器金属丝网层通过位于所述支撑金属网和所述过滤器金属网之间的金属纤维层固定到金属支撑丝网。此处，支撑丝网的金属丝具有比细金属丝网的金属丝更大的直径。而且，支撑金属丝网的孔口比细过滤器金属丝网的孔口大得多。在这两个金属丝网之间有金属纤维层。不能完全排除该金属纤维层能够具有一定的过滤效果，然而因为金属纤维层的孔尺寸比过滤器金属丝网的孔口宽，所以金属纤维层不能确定过滤结构的过滤率。金属纤维层的主要功能是用作粘合层以将细金属丝网和支撑金属丝网结合在一起。这克服了现有技术过滤器的分层问题，在现有技术中将细过滤网直接烧结到粗支撑网上以将它们连接在一起。在现有技术中，在将细过滤网直接烧结到粗支撑网上之后已经存在脱层的斑点。在现有技术中，通过堆叠几层网以产生从细到粗的梯度网来解决分层问题。根据本发明，金属纤维层用作细过滤网和粗支撑网之间的结合层。在简单的三层结构中，本发明的过滤结构在烧结后没有分层。纤维层可以是无纺金属纤维介质。另外，由于细金属丝网与纤维层和粗支撑金属丝网烧结在一起，细金属丝网的网格结构被良好保持。这有利于具有一致的过滤率并保持低压降。细金属丝网和纤维层之间的烧结结构坚固且不易分层。本发明的过滤结构具有显著提高的寿命。

通常，过滤器两侧的压降大约与其厚度成比例。在这种情况下，过滤器金属丝网的有限厚度将所得压降限制到可接受的程度。由于本发明纤维层的较薄厚度和较大孔隙率，纤维层两侧的压降程度显著低于常规过滤器两侧的压降。因此，整个过滤结构两侧的总压降约等于过滤器金属层两侧的有限压降。一旦进入的流体通过过滤器金属丝网层，它能够立即在纤维层中扩散。

根据本发明，过滤器金属网的金属丝可以具有在10至100微米的范围内并且优选地在20至50微米的范围内的直径，并且具有宽度在10至50微米的范围内的孔口。过滤器金属网可以在每线性英寸(linear inch)长度上具有300至1000个网格的开口。这里，过滤器金属网的孔口尺寸决定了分层过滤结构的过滤率。

纤维层中的金属纤维可以具有在8微米至60微米范围内的直径。金属纤维介质可以与细金属过滤器丝网和金属支撑丝网烧结在一起。烧结的金属纤维层用作两个金属丝网的结合层，从而其厚度可限制在0.05毫米至0.15毫米的范围内。

支撑金属网在每线性英寸长度上具有30至100个网格的开口。支撑金属网的重量可以为300至2000克/平方米。

过滤结构还可包括与过滤器金属网接触的次支撑金属丝网。次支撑金属丝网位于细过滤器金属丝网和过滤器棒的滚筒之间。除了支撑功能外，次金属丝网还具有另一功能和优点。这种次金属丝网在进入流中产生一些湍流，这改善了防污性能。

支撑金属网、过滤器金属网和金属纤维层可以由奥氏体和马氏体不锈钢、镍铬基合金、或哈氏合金制成。优选地，金属支撑网、金属过滤器网和金属纤维层由相同的材料制成，但是它们可以由不同的材料制成。

过滤结构在去除直径为10微米和更大的颗粒方面至少90％有效，并且在去除直径为50微米的颗粒方面至少98％有效。在优选的实例中，过滤结构在去除具有10微米和更大直径的颗粒方面是至少98％有效的。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造过滤结构的方法，所述方法包括：

(a)提供每(线性)英寸长度具有30至100个网格的支撑金属网；

(b)使直径在10至50微米范围内的金属纤维的织物形成与所述支撑金属层接触的金属纤维层；

(c)使由金属丝制成的过滤器金属网与所述金属纤维层接触，以形成分层的夹层组件，以及

(d)烧结所述分层的夹层组件以形成粘结结构。

优选地，金属纤维的织物是无纺和非烧结织物。金属丝的直径为10至100微米，优选为20至50微米。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本发明，其中，

图1示出了现有技术的分层过滤结构的横截面图。

图2示出了根据本发明的分层过滤结构的截面图。

图3(a)－(c)分别示出了三种类型的本发明分层过滤结构的过滤器效率。

具体实施方式

图1示出了现有技术中的分层过滤结构10。分层过滤结构10夹在外笼11和滚筒(drum)12之间。分层过滤结构包括两个或三个无纺金属过滤器层14、15、16，以及分别位于金属过滤器层14、16的每一侧的两个支撑金属丝网17、18。过滤率由两个或三个无纺金属过滤器层14、15、16确定。

如图2所示的截面图所示，分层过滤结构20夹在外笼21和滚筒22之间。根据本发明的分层过滤结构20包括：

支撑金属网27，用于为所述过滤结构提供强度，

由金属丝制成的过滤器金属网26，用于确定所述过滤结构的过滤率，

金属纤维层25，该金属纤维层被定位在所述支撑金属网27与所述过滤器金属网26之间，以及

其中所述支撑金属网27，所述金属纤维层25和所述过滤器金属网26烧结在一起。

根据本发明的第一实施例，支撑金属网27可以是商业上可获得的所谓的K、J、S类网。这些标准网的特性如下表1所示。

表1标准的K、J、S类网

类型	单元	K	J	S
					合金		316L	316L	316L
网格数	#/英寸	40	50	48
					孔口	毫米	0.400	0.318	0.400
线径	毫米	0.250	0.190	0.125
					开口面积	％	37.9	39.2	58.0
重量	克/平方米	1220	910	380
					厚度	毫米	0.50	0.38	0.25
厚度压延	毫米	0.40	0.28	0.14

例如，类型K被当作支撑网。金属纤维层具有300克/平方米的重量并且由具有12微米的平均当量直径的纤维制成。为了比较，制造了三种类型I、II、III的过滤器结构，其中不同的细网用作过滤器金属网。这些类型的过滤器网由不同直径的金属丝制成，并具有不同的孔口或不同的网格数。在下面的表2中示出并比较了这三种类型的分层过滤器结构的规格和特性。

参考表2类型I，根据本发明的分层过滤结构包括支撑金属网，无纺纤维层和细过滤器网。支撑金属网是标准的K类网。无纺层中的纤维是不锈钢316L并且具有12微米的直径。纤维无纺层的重量为300克/平方米。厚度为约0.062毫米。细过滤器网由直径为39微米的不锈钢丝制成。该网每英寸400个网格，并且孔口的宽度为25微米。该过滤器结构的总厚度为0.64毫米。其重量为约600克/平方米。

表2本发明的三种类型过滤器结构的规格和特性

作为另一示例，另一种的纤维介质作为结合层施加在过滤网和支撑网之间。无纺介质中的纤维是不锈钢316L并且具有22微米的直径。纤维无纺层的重量为300克/平方米。厚度为约0.162毫米。支撑金属网是标准的K类网。细过滤器网由直径为39微米的不锈钢丝制成。过滤器网每英寸400个网格，孔口宽度为25微米。该过滤器结构的总厚度约为0.74毫米。通过将较大直径的纤维介质作为结合层，将过滤结构的透气性提高至约1397升/平方分米/分钟。此外，过滤结构的平均流量孔径约46微米，比过滤器网的孔口大得多。

如图2所示的过滤结构可以通过以下方式制成。直径为12微米的不锈钢纤维通过例如US－A－3,379,000中所述的集束拉伸技术获得。然后，通过例如在GB1190844中公开的气流成网织物形成装置生产无纺纤维织物。然后将无纺纤维织物置于支撑型K类金属丝网上。然后将作为过滤器网的细金属丝网置于无纺织物上。这里，支撑金属丝网、细金属丝网和无纺纤维织物可分别预卷绕。由此获得的分层组件在轻压力下烧结在一起，以获得分层过滤结构20。次支撑金属网28可设置成与过滤器金属网26接触。

如上表2所示，本发明的三种类型的过滤结构分别具有孔口尺寸为25、26、30微米的过滤器金属网，其比金属无纺纤维层的孔尺寸小。因此，分层过滤结构的过滤率由细过滤器网决定。

两种类型的常规过滤器A和B及其相应的特性也在表2中列出用于比较。与常规过滤器结构相比，本发明的类型I、II、III过滤结构具有更薄的厚度，并且具有更低的整体重量。这是因为本发明的无纺纤维层的厚度比常规的无纺纤维过滤器层小得多。本发明类型的泡点压力与常规类型B相当并且高于常规类型A的泡点压力。三种类型的本发明过滤结构的过滤率均为约20微米，并且与常规B型过滤器相当。由于过滤器网层的厚度薄，本发明过滤结构的透气性远高于常规过滤器的透气性。

此外，对三种类型的本发明过滤结构进行常规的过滤器效率评估。结果如图3所示。如图3所示，对于大于30微米的颗粒，所有本发明类型的过滤结构具有大于98％的过滤效率。这对于大多数过滤应用是可接受的。

根据本发明的用于过滤结构的材料可以是常规成分，例如不锈钢或后一种成分可用于高温下的气体过滤。

Claims

1.一种具有过滤器入口侧和过滤器出口侧的过滤结构，所述分层过滤结构至少包括：

－支撑金属网，所述支撑金属网用于为所述过滤结构提供强度，

－由金属丝制成的过滤器金属网，所述过滤器金属网用于确定所述过滤结构的过滤率，

－金属纤维层，所述金属纤维层位于所述支撑金属网和所述过滤器金属网之间，

其中所述金属纤维层的平均孔尺寸大于所述过滤器金属网的孔口宽度，

其中所述过滤器金属网具有宽度在10至50微米范围内的孔口，并且所述支撑金属网在每线性英寸长度上具有30至100个网格的开口，以及

2.根据权利要求1所述的过滤结构，其中，所述过滤器金属网的所述金属丝的直径在10至100微米的范围内。

3.根据权利要求1所述的过滤结构，其中，所述过滤器金属网的所述金属丝的直径在20至50微米的范围内。

4.根据前述权利要求中任一项所述的过滤结构，其中，所述金属纤维的直径在8至60微米范围内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的过滤结构，其中，所述过滤器金属网在每线性英寸长度上具有300至1000个网格的开口。

6.根据前述权利要求中任一项所述的过滤结构，其中，所述过滤器金属网在每线性英寸长度上具有300至1000个网格的开口。

7.根据前述权利要求中任一项所述的过滤结构，其中，所述支撑金属网的重量在300至2000克/平方米的范围内。

8.根据前述权利要求中任一项所述的过滤结构，其中，所述过滤结构还包括与所述过滤器金属网接触的次支撑金属网。

9.根据前述权利要求中任一项所述的过滤结构，其中，所述支撑金属网、所述过滤器金属网和所述金属纤维层由相同材料制成。

10.根据权利要求9所述的过滤结构，其中，所述支撑金属网、过滤器金属网和金属纤维层由奥氏体和马氏体不锈钢、镍铬基合金、铬镍铁合金或哈氏合金制成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的过滤结构，其中，所述过滤结构在去除具有30微米和更大的直径的颗粒方面的效率至少是98％。

12.一种制造过滤结构的方法，所述方法包括：

(a)提供每线性英寸长度具有30至100个网格的支撑金属网；

(d)烧结所述分层的夹层组件以形成粘结结构。

13.根据权利要求12所述的制造过滤结构的方法，其中，所述金属纤维的织物是无纺和非烧结的织物。

14.根据权利要求12或13所述的制造过滤结构的方法，其中，来自所述过滤器金属网的所述金属丝的直径在10至100微米的范围内。

15.根据权利要求12或13所述的制造过滤结构的方法，其中，来自所述过滤器金属网的所述金属丝的直径在20至50微米范围内。