DE69916126T2

DE69916126T2 - Filtermedien zur hebung einer strömungskanalschicht mit profilierter kontur

Info

Publication number: DE69916126T2
Application number: DE69916126T
Authority: DE
Inventors: I. Thomas INSLEY; W. Todd JOHNSON
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: CA2361165C; EP1435260A2; EP1435260A3; EP1435260B1; DE69940373D1; EP1154833A1; US6280824B1; AU4952599A; JP2010042406A; US20030118781A1; EP1154833B1; JP2002535125A; DE69916126D1; CA2361165A1; WO2000044472A1; JP5132854B2; US6752889B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein geladenes Filtermedium und Einrichtungen, die mehrere Schichten konturierten Polymerfilms mit einer Struktur aufweisen, die stark geordnete Luftwege definiert.
Allgemeiner Stand der Technik
Ein Luftfiltermedium basiert allgemein auf dem Einfangen von Teilchen durch Kontakt mit einem Filtermedium. Dies kann durch zufälligen Aufprall durch eine Reihe von Aufprallmechanismen geschehen (z. B. direktes Abfangen, Trägheitsaufprall oder Diffusion) oder durch aktives Anziehen von Teilchen an das Medium, im allgemeinen durch elektrostatische Anziehung.
Filtermedien, die auf zufälligen Aufprallereignissen basieren, zeigen im allgemeinen eine vergrößerte Effizienz durch Vergrößern des Flächeninhalts des Filtermediums bei gleichzeitiger Reduzierung der Größe etwaiger offener Räume, die für den Durchtritt von Fluid ohne Aufprall auf das Medium zur Verfügung stehen. Der kosteneffektivste und üblichste Ansatz hat allgemein in der Verwendung von faserartigen Filtermedien bestanden, insbesondere faserartigen Vliesfiltermedien. Fluid wird durch das Filtermedium geschickt, was zu dem Auffangen von Teilchen durch Aufprall mit dem faserartigen Medium führt. Bei diesem Ansatz liegt der Nachteil darin, daß höhere Einfangeffizienzen in der Regel auf Kosten eines hohen Druckabfalls realisiert werden, der durch den Strömungswiderstand des Filtermediums erzeugt wird, wobei der Strömungswiderstand über die Lebensdauer des Filters hinweg signifikant zunehmen kann.
Eine Filtrierung, die ausschließlich auf elektrostatischer Anziehung basiert, wird exemplifiziert durch aktiv geladene leitende Elektrodenplatten, die durch dielektrische Isolatoren getrennt sind, wie etwa in US-A 4,234,324 oder US-A 4,313,741 beschrieben. Bei diesen Einrichtungen werden inhärent geladene Teilchen oder mit einer Ladung induzierte Teilchen wie etwa durch einen Ionisierer zwischen flachen geladenen Elektrodenplatten hindurch geschickt. Diese Einrichtungen weisen im allgemeinen sehr geringe Druckabfälle auf, sind jedoch gegenüber ungeladenen Teilchen ineffektiv und erfordern eine Stromquelle.
Um einige der Vorzüge dieser elektrostatischen Einrichtungen einzufangen, wurde auch vorgeschlagen, auf einem faserartigen Filtermedium permanente oder vorübergehende Ladungen durch eine Vielfalt von Verfahren zu induzieren. Geladene Faserfiltermedien weisen relativ zu vergleichbaren ungeladenen Faserfiltermedien eine größere Effizienz auf, doch weisen sie bei Verwendung in herkömmlichen Filtern vom Durchflußtyp aufgrund des Strömungswiderstands weiterhin signifikante Druckabfälle auf.
Als Verfahren zum Senken dieses Strömungswiderstands und des damit verbundenen Druckabfalls wurde vorgeschlagen, Durchströmungskanalfilter herzustellen, bei denen die Strömungskanalseitenwände durch Teilchen- oder Sorbensfiltermedien ausgebildet werden. Teilchen werden eingefangen, wenn sie diese Filtermedienseitenwände kontaktieren. Angesichts seiner vergrößerten Teilcheneinfangfähigkeiten ist im allgemeinen das Teilchenfiltermedium ein Elektret-geladenes faserartiges Medium, im allgemeinen ein aus geladenen Fasern gebildetes Filtervliesmedium. Beispielsweise weist JP-A-7-144108 darauf hin, daß bekannt ist, aus Elektretgeladenen Vliesfiltermedien Wabenfilter auszubilden (z. B. gefaltete gewellte Filtermedien, die Wellpappe ähneln). Diese Patentanmeldung schlägt vor, die Langzeiteffizienz einer derartigen Filterstruktur dadurch zu erhöhen, daß sie aus einem Filtermedienlaminat aus geladenen schmelzgeblasenen Faserfiltermedien und geladenen gespaltenen Faserfiltermedien ausgebildet wird (z. B. ähnlich zu der, die aus der US-RE 30,782 bekannt ist). JP-A-7-241491 schlägt ein Wabenfilter wie oben vor, wobei die gefalteten Schichten und die flachen Schichten, die die gewellte Wabenstruktur bilden, alternierende Schichten aus Elektret-geladenen Vliesfiltermedien und Sorbensfiltermedien sind (mit Aktivkohle beladene Folie oder dergleichen), wobei die Schicht aus Aktivkohle bevorzugt mit einer Auskleidung (z. B. einem Vlies) ausgebildet ist, das ebenfalls Elektret-geladen sein kann. Aus JP-A-10-174823 ist ein weiterer Filter vom Wabentyp wie oben bekannt, wobei das die Wabenstruktur bildende Filtermaterial aus einem Laminat aus einer Elektret-geladenen Vliesfilterschicht und einer antibakteriellen Filterschicht gebildet ist. Diese Filter vom Wabentyp sind vorteilhaft bei Verwendungen, bei denen ein geringer Druckabfall kritisch ist und die Filtereffizienz bei einem Durchgang weniger wichtig ist; beispielsweise Filter vom Umlauftyp, wie sie in Klimaanlagen, Raumluftreinigungsgeräten oder dergleichen verwendet werden. Diese Wabenfilter werden im allgemeinen durch einen Prozeß ausgebildet, der dem ähnlich ist, der zum Herstellen von Karton verwendet wird, bei dem ein Filtermedium gefaltet und an seinen Spitzen an eine flache Schicht geklebt wird. Diese Anordnungen werden dann gestapelt oder aufgerollt, wobei benachbarte Laminatschichten durch Kleber oder Schmelzkleber verbunden werden können. Das Filtermedium wird vor dem Ausbilden der Wabenstrukturen durch herkömmliche Techniken geladen.
Ein unterschiedlicher Ansatz für einen Filter vom Durchflußtyp wird in US-A 3,550,257 vorgeschlagen, bei dem das geladene Filtermedium ein Film anstatt eines Vliesfiltermediums ist. Die geladenen Filme sind durch Abstandshalterstreifen getrennt, die als Bahnen aus offenzelligem Schaum aus Glasfasern oder gewelltem Kraftpapier beschrieben werden. Es wird beschrieben, daß der Druckabfall von der Porosität der Abstandshalter und dem Raum zwischen den geladenen dielektrischen Filmen abhängt. Aus JP-A-56-10314 ist eine ähnliche Struktur bekannt, bei der eine gewellte Wabenstruktur mit entweder der gefalteten oder flachen Schicht oder beiden ausgebildet wird, die aus einem geladenen Polymerfilm ausgebildet sind (definiert als ein Film oder ein Vlies). Die Schichten werden angeklebt, indem die Vorderkanten der mehrschichtigen Struktur verschmolzen werden. Es wird offenbart, daß der Film durch den Falzprozeß „Falten" erhält. In der verwandten JP-A-56-10312 und JP-A-56-10313 werden ferner aus geladenen Filmen ausgebildete ähnliche filmartige Wabenstrukturen offenbart.
Wenngleich diese Wabenstrukturen angesichts ihres geringen Druckabfalls vorteilhaft sind, sind sie oftmals schwierig herzustellen, insbesondere mit Vliesbahnen mit einem geringeren Flächengewicht, und sie können strukturell instabil sein. Ferner besteht bei diesen Strukturen ein Bedarf an allgemeinen Verbesserungen hinsichtlich der Filtereffizienz.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung eines Filtermediums, das leichter herzustellen ist. Zudem besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Filtermediums mit verbesserter Filtereffizienz.
Um eine oder mehrere der oben erwähnten Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Filtermedium wie in Anspruch 1 definiert bereit.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht eines ersten strukturierten Films, der sich beim Ausbilden des erfindungsgemäßen Filtermedienarrays eignet.
2 ist eine Seitenansicht eines zweiten strukturierten Films, der sich beim Ausbilden des erfindungsgemäßen Filtermedienarrays eignet.
3 ist eine Seitenansicht eines dritten strukturierten Films, der sich beim Ausbilden des erfindungsgemäßen Filtermedienarrays eignet.
4 ist eine Seitenansicht eines vierten strukturierten Films, der sich beim Ausbilden des erfindungsgemäßen Filtermedienarrays eignet.
5 ist eine Perspektivansicht einer Anordnung aus einem konturierten Film und einer flachen Kappenfilmschicht.
5A ist eine Perspektivansicht einer Anordnung aus einem konturierten Film und einer flachen Kappenfilmschicht mit einer zusätzlichen Funktionsschicht.
6 ist eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform des Filtermedienarrays gemäß der Erfindung, die aus der Anordnung von 5 ausgebildet ist.
7 ist eine Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform eines Filtermedienarrays gemäß der Erfindung.
8 ist eine Perspektivansicht einer konturierten Filmschicht mit einer Stabilisierungsschicht aus Strängen.
9 ist eine Perspektivansicht einer konturierten Filmschicht mit einer flachen Filmkappenschicht, die eine Strömungskanalanordnung bildet.
10 ist eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines Filtermedienarrays gemäß der Erfindung.
11 ist eine Perspektivansicht eine. vierten strukturierten Films, der sich zum Ausbilden des erfindungsgemäßen Filtermedienarrays eignet.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung stellt ein Filtermedienarray bereit, das bevorzugt geladene konturierte Filme umfaßt, die in einer Wabenstruktur angeordnet sind, um Fluidströmungswege auszubilden. Das Filtermedienarray der vorliegenden Erfindung umfaßt außerdem Filmschichten, bei denen mindestens einige der Filmschichten Strukturen mit einem großen Seitenverhältnis aufweisen, wie etwa Rippen, Stengeln, Fibrillen oder andere diskrete Höcker, die den Flächeninhalt mindestens einer Fläche der Filmschicht vergrößern.
Filmschichten sind in einem Filtermedienarray so konfiguriert, daß die Konturen der Filmschichten mehrere Einlaßöffnungen durch eine Fläche des Arrays in Fluidwege definieren. Die Fluidwege können durch eine einzige konturierte Filmschicht mit einer Filmkappenschicht oder durch benachbarte konturierte Filmschichten definiert werden. Die Fluidwege weisen ferner Auslaßöffnungen auf, die gestatten, daß Fluid in die Wege eintritt und durch diese hindurchtritt, ohne notwendigerweise durch eine Filterschicht mit einem Strömungswiderstand hindurchzutreten. Die Fluidwege und Öffnungen des Filtermedienarrays als solche werden durch einen oder mehrere Strömungskanäle definiert, die zumindest in einem Teil der konturierten Filmschichten ausgebildet sind. Die Strömungskanäle werden durch Spitzen oder Kämme in der konturierten Filmschicht erzeugt und können jede geeignete Form aufweisen, solange sie so angeordnet sind, daß sie in Verbindung mit einer benachbarten Filmschicht Fluidwege durch das Filtermedienarray herstellen. Beispielsweise können die Strömungskanäle getrennte diskrete Kanäle sein, die durch wiederholende Kämme oder miteinander verbundene Kanäle, die durch Spitzenstrukturen gebildet werden, gebildet werden. Die Strömungskanäle könnten außerdem isolierte Kanäle sein (z. B. geschlossene Täler, die von Spitzen oder Kämmen umgeben sind), die zusammen mit einer weiteren konturierten Filmschicht einen Fluidweg definieren (z. B. dort, wo die Täler an den benachbarten konturierten Filmschichten versetzt sind, um einen durchgehenden gewundenen Weg durch das Filtermedienarray zu erzeugen).
Eine Mehrzahl benachbarter, entweder getrennter oder miteinander verbundener, Strömungskanäle (z. B. eine Serie von Strömungskanälen, die in einer Reihe ausgerichtet sind, die sich eine gemeinsame konturierte Filmschicht teilen) des Filtermedienarrays werden bevorzugt durch eine Serie von Spitzen oder Kämmen definiert, die von einer einzigen konturierten Filmschicht gebildet werden. Diese benachbarten Strömungskanäle definieren eine Strömungskanalschicht. Die Spitzen oder Kämme in den konturierten Filmschichten können durch eine planare oder konturierte Kappenschicht stabilisiert oder getrennt sein. Eine Kappenschicht ist eine Schicht, die sich in Eingriff oder Kontakt mit den Spitzen oder Kämmen auf einer Fläche der konturierten Filmschichten befindet. Die Spitzen oder Kämme an der gegenüberliegenden Fläche der konturierten Filmschicht können ebenfalls mit einer Kappenschicht verbunden sein oder mit dieser in Kontakt stehen. Eine Kappenschicht kann eine konturierte Filmschicht ganz oder nur teilweise bedecken. Falls die Kappenschicht eine planare Filmschicht ist, definieren die Kappenfilmschicht und die zugeordnete konturierte Filmschicht Fluidwege zwischen benachbarten Spitzen oder Kämmen der konturierten Filmschicht, die im Kontakt oder in Eingriff mit der Filmkappenschicht stehen.
Eine Kappenschicht kann außerdem eine Funktionsschicht wie etwa ein Sorbens- oder Teilchenfilter oder eine Stabilisierungsschicht wie etwa eine Serie von Stabilisierungselementarfäden oder ein verstärkter Vlies sein. 8 zeigt eine konturierte Filmschicht 40 mit diskreten stengelartigen Strukturen 46, die an Spitzen 44 der konturierten Filmschicht 40 mit Stabilisierungselementarfäden 42 verbunden sind. Um sich als Filtermedienarray zu eignen, müßte die Ausführungsform von 8 mit einer weiteren Filmschicht, wie etwa einer Kappenfilmschicht oder einer weiteren konturierten Filmschicht, verbunden sein. Wenn eine weitere konturierte Filmschicht mit der Schicht aus Elementarfäden 42 verbunden wäre, würden die Fluidwege durch die beiden Strömungskanalschichten der beiden benachbarten konturierten Filmschichten gebildet werden.
Benachbarte Strömungskanäle, z. B. 14 und 16, in einer Strömungskanalschicht 20, definiert durch eine konturierte Filmschicht 10, können alle genauso wie in 5 gezeigt sein oder unterschiedlich sein, wie in 9 gezeigt. In 9 sind die benachbarten Strömungskanäle 24 und 26 der Strömungskanalschicht 20 getrennte Strömungskanäle, die die gleiche Höhe, aber unterschiedliche Breiten aufweisen. In 5 sind die benachbarten Strömungskanäle 14 und 16 der Strömungskanalschicht 20 getrennte Strömungskanäle, die die gleiche Höhe und die gleichen Breiten aufweisen. Um hergestellt werden zu können, sollten bevorzugt alle oder zumindest der größte Teil der die Strömungskanäle der konturierten Filmschicht bildenden Spitzen oder Kämme im wesentlichen die gleiche Höhe aufweisen. Ferner kann jede benachbarte Strömungskanalschicht 20 des Filtermedienarrays 30 die gleichen Strömungskanalkonfigurationen (wie in 6 gezeigt) aufweisen oder unterschiedlich sein. Die Strömungskanäle benachbarter Strömungskanalschichten eines Filtermedienarrays können ebenfalls ausgerichtet sein (z. B. wie in 6) oder versetzt sein (z. B. unter Winkeln zueinander wie in 7) oder eine beliebige Kombination daraus. Die benachbarten darüber liegenden Strömungskanalschichten eines Filtermedienarrays werden im allgemeinen aus einer einzigen konturierten Filmschicht gebildet, bei der die Strömungskanäle miteinander verbunden, getrennt oder sogar getrennt und isoliert sein können (d. h. sich nicht über die ganze konturierte Filmschicht hinweg erstrecken). Diese Kanäle könnten sich bei Strömungskanälen, die sich über die ganze konturierte Filmschicht hinweg erstrecken, entweder geradlinig oder gekrümmt erstrecken. Bevorzugt sind die Strömungskanäle benachbarter übereinander liegender Strömungskanalschichten im wesentlichen parallel und ausgerichtet (6), doch könnten sie sich auch in divergierenden oder konvergierenden Winkeln befinden. Falls das Filtermedienarray aus zylinderförmig angeordneten Strömungskanalschichten gebildet ist, wie in 10 gezeigt, können diese Strömungskanalschichten aus einer einzigen konturierten Filmschicht 60 mit einer wahlweisen Kappenschicht 62 ausgebildet sein, die in einer Schraubenzieheranordnung oder einer gewendelten Anordnung um eine Mittelachse 64 herum konfiguriert ist. Aus Stabilitätsgründen wird die konturierte Filmschicht während der Herstellung bevorzugt an eine Kappenschicht 62 geklebt und steht in Reibungskontakt mit den anderen Kappenschichten 62a.
Paare konturierter Filmschichten können einander zugewandt sein, wobei die zugewandten Schichten sich wie in 7 gezeigt an ihren jeweiligen Spitzen gegenseitig in Eingriff nehmen oder, wie in den 5, 6 und 10 gezeigt, durch eine oder mehrere Kappenschichten getrennt sind. Wenn die konturierten Filmschichten 31 wie in 7 gezeigt ohne dazwischenliegende Filmschicht in Kontakt stehen, pendeln die Fluidwege zwischen benachbarten, sich schneidenden Strömungskanälen, z. B. 34 und 35, der konturierten Filmschichten 31.
Auch zusätzliche Schichten können zwischen benachbarten konturierten Filmschichten des Filtermedienarrays angeordnet werden. Zusätzliche Funktionsschichten können eine oder mehrere Kappenschichten oder konturierte Schichten bilden und können beispielsweise Sorbensmaterial wie etwa aktivierten Kohlenstoff enthalten, um das Entfernen gasförmiger Verunreinigungen aus dem Luftstrom zu erleichtern. Die Schichten können außerdem Funktionsbehandlungen enthalten, um die Teilchenentfernung zu verbessern oder um weitere Vorzüge bereitzustellen, wie etwa das Bereitstellen von Öl- und Wasserabweisungsvermögen, das Entfernen von Gerüchen, das Entfernen von organischer Materie, das Entfernen von Ozon und das Desinfizieren, Trocknen und Einleiten eines Duftstoffs. Die Behandlung kann das Laden der Schichten zum Ausbilden eines Elektrets, die Oberflächenbeschichtung der Schichten oder den Zusatz von weiteren behandelten Schichten oder Beschichtungen beinhalten.
Die Strömungskanäle stellen gesteuerte und geordnete Fluidströmungswege durch das Filtermedienarray bereit. Die Größe des zu Filterzwecken zur Verfügung stehenden Flächeninhalts wird bestimmt durch den zur Verfügung stehenden Flächeninhalt der Strömungskanäle und die Anzahl und Länge dieser Strömungskanäle im Filtermedienarray. Mit anderen Worten, die Strukturmerkmale der einzelnen Filtermedienschichten, wie etwa die Länge der Strömungskanäle, Kanalkonfigurationen und der Flächen-Flächeninhalt der einzelnen Schichten.
Eine durch eine konturierte Filmschicht bereitgestellte einzelne Schicht von Strömungskanälen kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Funktionsfiltermedienarray umfassen, doch bilden bevorzugt mehrere übereinander liegende Strömungskanalschichten das Funktionsfiltermedienarray. Ein aus gestapelten konturierten strukturierten Filmschichten gebildetes Filtermedienarray stellt eine geordnete oder konstruierte und mechanisch stabile poröse Struktur ohne die Streuung bei der Porengröße und die groben Unregelmäßigkeiten von Vliesfilterbahnen bereit. Etwaige Streuung bei der Porengröße oder etwaige Unregelmäßigkeiten sind auf der Basis der ultimativen Filterbedürfnisse, für die das Filtermedienarray der vorliegenden Erfindung bestimmt ist, geplant und gesteuert. Dadurch wird der Fluidstrom einer gleichförmigen Behandlung unterzogen, während er durch die Strömungskanäle des Filtermedienarrays hindurchtritt, wodurch seine Filtereffizienz verbessert wird. Im allgemeinen verstärken die die Strömungskanäle bildenden konturierten Filmschichten das Filtermedienarray, das eine strukturell stabile Form bildet, die zu einer Vielzahl von sich selbst stützenden Konfigurationen ausgebildet werden kann.
Das Filtermedienarray kann zu einer Vielfalt von Gestalten ausgeformt oder über Objekte gelegt werden, ohne daß die Strömungskanäle zerdrückt und geschlossen werden. Das Filtermedienarray kann auch im voraus zu einer dreidimensionalen Form ausgebildet werden, an das sich das Kleben der Schichten benachbarter Strömungskanäle anschließt, um eine strukturell stabile Form zu erzeugen. Diese Form kann dazu verwendet werden, Luftströmung auf gewünschte Weise ohne einen Rahmen zu lenken oder an einen verfügbaren Raum, wie etwa eine Leitung anzupassen oder eine Stütze für eine weitere Struktur zu erzeugen. Das Filtermedienarray der vorliegenden Erfindung ist relativ stabil und widerstandsfähig gegenüber Bruch, der durch Manipulation des Filtermediums beispielsweise durch Falzen, Handhabung oder Montage verursacht wird. Faserbruch in traditionellen faserartigen Filtern kann insbesondere bei einer Reinraumanwendung zu einer Reihe von Problemen führen.
Die konturierten Filme der Erfindung werden im allgemeinen geladen und werden bevorzugt elektrostatisch geladen, während sie in Verbindung mit einer etwaigen befestigten Kappenschicht oder anderen Schicht konturiert werden. Das elektrostatische Laden, während der Film konturiert wird, vergrößert auf unerwartete Weise die Fähigkeit des konturierten Films, teilchenförmige Materie insbesondere dann aus einem Fluidstrom zu entfernen, wenn der konturierte Film Strukturen mit einem großen Seitenverhältnis aufweist. Diese Verbesserung der Leistung wird relativ zu ansonsten identischen Filtermedienarrays gesehen, die mit vor der Konturierung geladenen Filmen ausgebildet werden.
Diese geschichteten geladenen konturierten Filme werden durch Oberflächenspannungen von mindestens +/– 1,5 kV, bevorzugt mindestens +/– 10 kV, gekennzeichnet, gemessen etwa einen Zentimeter von der Filmoberfläche durch ein Elektrostatikoberflächenvoltmeter (ESVM), wie etwa Modell 341 Auto Bidirektionale-Polar ESVM, erhältlich von Trek Inc., Medina, NY, USA. Die elektrostatische Ladung kann einen Elektret umfassen, bei dem es sich um ein Stück aus dielektrischem Material handelt, der eine elektrische Ladung aufweist, die über längere Zeiträume bestehenbleibt. Zu Elektret-ladbaren Materialien zählen unpolare Polymere wie etwa Polytetrafluorethylen (PTFE) und Polypropylen. Im allgemeinen ist die Nettoladung an einem Elektret Null oder fast Null, und seine Felder sind auf Ladungstrennung zurückzuführen und werden nicht durch eine Nettoladung bewirkt. Durch die entsprechende Auswahl von Materialien und Behandlungen kann ein Elektret konfiguriert werden, der ein externes elektro statisches Feld erzeugt. Ein derartiger Elektret kann als eine elektrostatische Entsprechung eines Permanentmagneten angesehen werden.
Zum Laden dielektrischer Materialien werden üblicherweise mehrere Verfahren verwendet, von denen ein beliebiges verwendet werden kann, um eine in der vorliegenden Erfindung verwendete konturierte Filmschicht oder andere Schichten zu laden, einschließlich Coronaentladung, Erwärmen und Abkühlen des Materials in Gegenwart eines geladenen Felds, Kontaktelektrifizierung, Besprühen der Bahn mit geladenen Teilchen und Besprühen oder Beschießen einer Oberfläche mit Wasserstrahlen oder Wassertropfenströmen. Außerdem kann die Ladefähigkeit der Oberfläche durch den Einsatz von Materialmischungen oder ladungsverbessernden Additiven verbessert werden. Beispiele für Ladeverfahren sind aus den folgenden Patenten bekannt: US-Patentnr. RE 30,782, US-Patentnr. RE 31,285, US-A-5,496,507, US-A-5,472,481, US-A-4,215,682, US-A-5,057,710 und US-A-4,592,815.
Außerdem könnten eine oder mehrere Schichten eine aktive Ladung aufweisen, wie etwa durch den Einsatz eines Films mit einer metallisierten Oberfläche oder Schicht auf einer Fläche, an die eine Hochspannung angelegt ist. Bei der vorliegenden Erfindung könnte dies durch die Hinzufügung einer derartigen metallisierten Schicht neben einer konturierten Schicht oder das Auftragen einer Metallbeschichtung auf einer Schicht erreicht werden. Filtermedienschichten, die derartige metallisierte Schichten umfassen, könnten dann in Kontakt mit einer elektrischen Spannungsquelle angebracht werden, was zu einem elektrischen Fluß durch die metallisierten Medienschichten führt. Beispiele für aktives Laden sind aus US-A-5,405,434 bekannt.
Eine weitere zur Verfügung stehende Behandlungsart ist der Einsatz von fluorchemischen Additiven in Form von Materialzusätzen oder Materialbeschichtungen, die die Fähigkeit einer Filterschicht, Öl und Wasser abzustoßen, sowie die Fähigkeit zum Filtern von öligen Aerosolen verbessern können. Beispiele für derartige Additive findet man in US-A-5,472,481, US-A-5,099,026 und US-A-5.025,052.
Zusätzlich kann eine Filterschicht eingebettet, beschichtet oder auf andere Weise mit einer klebrigen Substanz behandelt werden, die dafür ausgelegt ist, auftreffende Teilchen anzuziehen und festzuhalten. Eine Filterschicht kann außerdem eingebettet, mit einem chemischen Reaktionspartner oder einer anderen Verbindung beschichtet oder auf andere Weise behandelt werden, der oder die dafür ausgelegt ist, auf bestimmte Weise mit dem Fluidstrom zu reagieren, damit entweder die Filtrierung verbessert wird oder ein zusätzliches Ergebnis erhalten wird. Diese Arten von Verbindungen und Ergebnissen ähneln denen, die oben für die Behandlung durch hinzugefügte Schichten aufgeführt sind. Zu diesen Verbindungen können Sorbentien zählen, wie etwa Aktivkohle, Zeolith oder Aluminiumsilicat zum Entfernen von organischen Molekülen oder zur Deodorisierung; deodorisierende Katalysatoren, wie etwa Kupfer-Ascorbinsäure zur Zerlegung von schlecht riechenden Substanzen; Trockenmittel wie etwa Kieselgel, Zeolith, Kalziumchlorid oder Aktivaluminal; ein Desinfektionsmittel wie etwa ein UV-Keimtötungssystem; Duftstoffe wie etwa Gloxal, Methacrylsäureester oder Parfüme; oder Ozonentfernungsmittel einschließlich Metalle wie etwa Mg, Ag, Fe, Co, Ni, Pt, Pd oder Rn oder ein Oxid, das auf einem Träger getragen wird, wie etwa Aluminiumoxid, Siliziumdioxid-Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Diatomeenerde, Siliziumdioxid-Zirconium oder Titanoxid.
Zu Polymeren, die sich beim Ausbilden einer in der vorliegenden Erfindung verwendeten strukturierten Filmschicht eignen, zählen beispielsweise Polyolefine wie etwa Polyethylen und Polyethylen-Copolymere, Polypropylen und Polypropylen-Copolymere, Polyvinylidendifluorid (PVDF) und Polytetrafluorethylen (PTFE). Zu anderen polymeren Materialien zählen Acetate, Celluloseether, Polyvinylalkohole, Polysaccharide, Polyester, Polyamide, Polyvinylchlorid, Polyurethane, Polyharnstoffe, Polycarbonate und Polystyrol. Strukturierte Filmschichten können aus härtbaren Harzmaterialien wie etwa Acrylaten und Epoxiden gegossen und durch eine chemisch geförderte, über freie radikale verlaufende Reaktion, durch Behandlung mit Wärme, UV- oder Elektronenstrahlstrahlung gehärtet werden. Die strukturierten Filmschichten werden bevorzugt aus einem polymeren Material gebildet, das geladen werden kann, nämlich dielektrische Polymere und Mischungen wie etwa Polyolefine oder Polystyrole.
Polymere Materialien einschließlich Polymermischungen können durch Mischungen von plastifizierenden Aktivstoffen oder antimikrobiellen Stoffen in der Schmelze modifiziert werden. Die Oberflächenmodifizierung einer Filterschicht kann durch Dampfabscheidung oder kovalentes Pfropfen von funktionellen Anteilen unter Verwendung ionisierender Strahlung bewirkt werden. Verfahren und Techniken zur Pfropfpolymerisation von Monomeren auf Polypropylen (als Beispiel) durch ionisierende Strahlung sind aus US-A-4,950,549 und US-A-5,078,925 bekannt. Die Polymere können auch Additive enthalten, die den polymeren strukturierten Schichten verschiedene Eigenschaften verleihen.
Die konturierten Filmschichten und Kappenfilmschichten können auf einer oder beiden Flächen definierte strukturierte Oberflächen aufweisen. Die an den konturierten Film- und/oder Kappenfilmschichten der bevorzugten Ausführungsformen verwendeten Strukturen mit einem großen Seitenverhältnis sind im allgemeinen Strukturen, bei denen das Verhältnis der Höhe zum kleinsten Durchmesser oder zur kleinsten Breite größer als 0,1, bevorzugt größer als 0,5, theoretisch bis zu unendlich, ist, wobei die Struktur eine Höhe von mindestens etwa 20 Mikrometern und bevorzugt mindestens 50 Mikrometern aufweist. Falls die Höhe der Struktur mit einem großen Seitenverhältnis größer ist als die 2000 Mikrometer, kann es schwierig werden, den Film zu handhaben, und bevorzugt ist die Höhe der Strukturen kleiner als 1000 Mikrometer. Die Höhe der Strukturen beträgt jedenfalls mindestens etwa 50 Prozent oder weniger der Höhe der Strömungskanäle, bevorzugt 20% oder weniger. Wie in den 1–4 und 11 gezeigt, können die Strukturen auf den Filmschichten 1 in Gestalt von hochstehenden Stengeln oder Vorsprüngen vorliegen, z. B. Pyramiden, Würfelecken, J-Haken, Pilzköpfen oder dergleichen; kontinuierliche oder unterbrochene Kämme; z. B. rechteckige 3- oder v-förmige Kämme 2 mit Kanälen 5 dazwischen oder Kombinationen daraus. Pilzkopfvorsprünge 46 sind in 11 auf einer Filmunterlage 40 gezeigt. Diese Vorsprünge können regelmäßig, zufällig oder intermittierend sein oder mit anderen Strukturen, wie etwa Kämmen kombiniert werden. Die kammartigen Strukturen können regelmäßig, zufällig intermittierend sein, sich parallel zueinander erstrecken oder unter schneidenden oder zusammen nicht schneidenden Winkeln verlaufen und mit anderen Strukturen zwischen den Kämmen wie etwa verschachtelten Kämmen 4 oder Vorsprüngen kombiniert sein. Die Strukturen mit großem Seitenverhältnis können sich allgemein über einen ganzen Film 1 oder nur ein Gebiet davon erstrecken. Die Strukturen stellen, wenn sie in einem Filmgebiet vorliegen, einen Flächeninhalt bereit, der mindestens 50 Prozent größer ist als ein entsprechender planarer Film, bevorzugt mindestens 100 Prozent größer, im allgemeinen bis zu 1000 Prozent oder höher. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Strukturen mit großem Seitenverhältnis kontinuierliche oder intermittierende Kämme, die sich unter einem Winkel zu den Konturen, bevorzugt oktogonal (90 Grad) zu den Konturen der konturierten Filmschicht wie in den 5 und 6 gezeigt über einen substantiellen Teil der konturierten Filmschicht erstrecken. Dies verstärkt die mechanische Stabilität der konturierten Filmschicht in der Strömungskanalanordnung (5) und in dem Filtermedienarray (6). Die Kämme können im allgemeinen relativ zu den Konturen unter einem Winkel zwischen etwa 5 und 175 Grad verlaufen, bevorzugt 45 bis 135, im allgemeinen müssen sich die Kämme nur über ein signifikantes gekrümmtes Gebiet des konturierten Films erstrecken.
Die strukturierten Oberflächen können durch ein beliebiges bekanntes Verfahren zum Herstellen eines strukturierten Films hergestellt werden, wie etwa Verfahren, die bekannt sind aus US-A-5,069,403 und US-A-5,133,516, US-A-5,691,846, US-A-5,514,120, US-A-5,175,030; US-A-4,668,558; US-A-4,775,310; US-A-3,594,863 oder US-A-5,077,870.
Die konturierten Filmschichten werden bevorzugt mit einer Struktur mit großem Seitenverhältnis über mindestens 50 Prozent mindestens einer Fläche, bevorzugt mindestens 90 Prozent, versehen. Kappenfilmschichten und andere Funktionsfilmschichten können ebenfalls aus diesen strukturierten Filmen mit großem Seitenverhältnis ausgebildet werden. Allgemein sollten die Strömungskanäle insgesamt strukturierte Oberflächen aufweisen, die 10 bis 100 Prozent seines Flächeninhalts, bevorzugt 40 bis 100 Prozent seines Flächeninhalts bilden.
Das Filtermedienarray der vorliegenden Erfindung beginnt mit den gewünschten Materialien, aus denen die Schichten ausgebildet werden sollen. Geeignete Folien dieser Materialien mit der erforderlichen Dicke oder mit den erforderlichen Dicken werden mit den gewünschten Oberflächen mit großem Seitenverhältnis ausgebildet, und mindestens einer dieser Filmschichten wird konturiert und dieser konturierte Film wird stabilisiert, indem er mit einer weiteren Kappenschicht, einer konturierten Schicht oder dergleichen verbunden wird, wodurch die Strömungskanäle ausgebildet werden. Die das Filtermedienarray bildenden Strömungskanalschichten, z. B. konturierte Filmschichten und Kappenschichten, können aneinander geklebt werden, mechanisch gehalten oder auf andere Weise in ein stabiles Filtermedienarray gehalten werden. Die konturierten Film- und Kappenschichten können zusammengeklebt werden, wie etwa aus US-A-5,256,231 (Extrusionskleben einer Filmschicht an eine gewellte Schicht) oder US-A-5,256,231 (durch klebendes oder Ultraschallbonden von Spitzen an eine darunter liegende Schicht) bekannt oder durch Schmelzkleben der die Einlaß- und/oder Auslaßöffnung bildenden Außenkanten. Wie in 5 gezeigt, wird ein konturierter strukturierter Film 10 an den Spitzen 12 an einer Fläche 13 der konturierten Filmschicht 10 mit einer planaren strukturierten Kappenfilmschicht 11 verbunden. Eine oder mehrere dieser Strömungskanalschichten 20 wird dann gestapelt oder auf andere Weise geschichtet und werden in einem vorbestimmten Muster oder in einer vorbestimmten Beziehung mit wahlweise zusätzlichen Schichten 15 (5A) orientiert, um wie in 6 gezeigt ein geeignetes Volumen von Strömungskanalschichten 20 in einem Filtermedienarray 30 aufzubauen. Das sich ergebende Volumen von Strömungskanalschichten 20 wird dann durch Schneiden in Scheiben oder auf andere Weise in ein fertiggestelltes Filtermedienarray mit gewünschter Dicke und Gestalt umgewandelt. Dieses Filtermedienarray 30 kann dann im Ist-Zustand verwendet oder montiert oder auf andere Weise zu einem verwendbaren Endformat zusammengebaut werden. Etwaige gewünschte Behandlungen wie oben beschrieben können an jeder geeigneten Stufe des Herstellungsprozesses ausgeführt werden. Außerdem kann das Filtermedienarray gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem anderen Filtermaterial wie etwa einer Schicht aus faserartigem Vliesmaterial über der Flächenoberfläche oder mit einem anderen nicht filterndem Material kombiniert werden, um solche Dinge wie etwa Handhabung, Montage, Zusammenbau oder Verwendung zu erleichtern.
Das Filtermedienarray 30 wird bevorzugt zu seiner Endform ausgebildet, indem das Array mit einem heißen Draht geschnitten wird. Der heiße Draht verschmilzt die jeweiligen Schichten miteinander, während die Filterendform geschnitten wird. Dieses Schmelzen der Schichten ist an der oder den äußersten Fläche(n) des Endfilters. Als solches brauchen mindestens einige der benachbarten Schichten des Filtermedienarrays 30 nicht vor dem Schneiden mit einem heißen Draht miteinander verbunden zu werden. Die Geschwindigkeit der Heißdrahtschneideinrichtung kann justiert werden, um mehr oder weniger Schmelzen der jeweiligen Schichten zu bewirken. Beispielsweise könnte die Geschwindigkeit des heißen Drahtes variiert werden, um stärker oder schwächer geschmolzene Zonen zu erzeugen. Heiße Drähte könnten gerade oder gekrümmt sein, um Filter mit einer unbegrenzten Anzahl potentieller Gestalten herzustellen, einschließlich rechteckig, gekrümmt, oval oder dergleichen. Außerdem könnten heiße Drähte dazu verwendet werden, die jeweiligen Schichten des Filtermedienarrays ohne Schneiden oder Trennen von Filtern zu verschmelzen. Beispielsweise könnte ein heißer Draht das Filtermedienarray durchschneiden und dadurch die Schichten zusammenschmelzen, während die Stücke auf beiden Seiten des heißen Drahtes zusammengehalten werden. Die Stücke verschmelzen bei Abkühlung wieder miteinander, wodurch ein stabiles Filtermedienarray hergestellt wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung verwenden dünne, flexible Polymerfilme mit einer Dicke 9 von unter 200 Mikrometern, bevorzugt unter 100 Mikrometern bis hinunter zu etwa 5 Mikrometern. Dickere Filme sind möglich, erhöhen jedoch im allgemeinen den Druckabfall ohne irgendeinen zusätzlichen Vorteil für die Filterleistung oder die mechanische Stabilität. Die Dicke der anderen Schichten betragen gleichermaßen bevorzugt unter 200 Mikrometer, ganz besonders bevorzugt unter 100 Mikrometer. Die Dicke der das Filtermedienarray bildenden Schichten sind im allgemeinen derart, daß kumulativ weniger als 50 Prozent der Querschnittsfläche des Filtermedienarrays an den Einlaß- oder Auslaßöffnungen durch die Schichtmaterialien gebildet wird, bevorzugt weniger als 10 Prozent. Die übrigen Teile der Querschnittsfläche bilden die Einlaß- oder Auslaßöffnungen. Die Spitzen oder Kämme des konturierten Films weisen im allgemeinen eine Mindesthöhe von etwa 1 mm, bevorzugt mindestens 1,2 mm und ganz besonders bevorzugt mindestens 1,5 mm auf. Falls die Spitzen oder Kämme größer als etwa 10 mm sind, werden die Strukturen und instabil und die Effizienz ist recht niedrig, mit Ausnahme bei sehr langen Filtermedienarrays, z. B. über 100 cm oder länger; bevorzugt betragen die Spitzen oder Kämme 6 mm oder weniger. Die Strömungskanäle weisen im allgemeinen entlang ihrer Länge eine mittlere Querschnittsfläche von mindestens etwa 1 mm², bevorzugt mindestens 2 mm², auf, wobei eine Mindestquerschnittsfläche mindestens 0,2 mm², bevorzugt mindestens 0,5 mm², beträgt. Die größte Querschnittsfläche wird durch die geforderte relative Filtereffizienz bestimmt und beträgt im allgemeinen etwa 1 cm² oder weniger, bevorzugt etwa 0,5 cm² oder weniger.
Die Gestalt der Strömungskanäle wird durch die Konturen der konturierten Filmschicht und die darüber liegende Kappenschicht oder benachbarte befestigte konturierte Filmschicht definiert. Allgemein kann der Strömungskanal jede geeignete Form aufweisen, wie etwa glockenförmig, dreieckig, rechteckig oder eine unregelmäßige Gestalt. Die Strömungskanäle einer einzigen Strömungskanalschicht verlaufen bevorzugt im wesentlichen parallel und kontinuierlich über die konturierte Filmschicht. Strömungskanäle dieser Art auf benachbarten Strömungskanalschichten können jedoch relativ zueinander unter Winkeln verlaufen. Außerdem können sich diese Strömungskanäle von spezifischen Strömungskanalschichten unter Winkeln relativ zu der Einlaßöffnungsfläche oder Auslaßöffnungsfläche des Filtermedienarrays erstrecken.
Bei Gebrauch kann das erfindungsgemäße Filtermedienarray in einer Vielfalt von Anwendungen verwendet werden, bei denen ein geringer Druckabfall wichtig ist, wie etwa Luftanlagenfilter, Kraftfahrzeuginnenraumfilter, Raumluftreinigungsgeräte, Belüftungsfilter, Ofenfilter, Filter für medizinische Atemgeräte, Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscheinrichtungen, Farbsprühfilter, Atemschutzmaskenfilter und dergleichen.
Beschreibung der Ausführungsformen
Beispiele
Kleinteilchen-Provokationstest
Die Filterleistung von Filterkonstruktionen wurde in einem automatischen Filtertester Modell 8110 der Firma TSI Incorporated, St. Paul MN, USA, ausgewertet, wobei eine Provokation mit einem heterodispergierten NaCl-Aerosol (Teilchengröße mit einem zahlenmittleren Durchmesser von 0,1 Mikrometer) bei einer Aerosolkonzentration von 15 mg NaCl/m³ verwendet wurde. Jede Filterkonstruktion wurde sequentiell mit Flächengeschwindigkeiten von 100, 50 und 25 cm/s getestet, wobei der Druckabfall und die Teilcheneinfangeffizienz für die Konstruktion aufgezeichnet wurden. Filterleistungsergebnisse für jede Konstruktion wurden als Teilcheneinfangeffizienz (%) sowie Qualitätsfaktor berichtet, ein Leistungsmaß, definiert durch die Gleichung Q = –ln(xpen)/ΔPwobei x_pen die anteilmäßige Penetration der Teilchenprovokation durch die Filterkonstruktion und ΔP der Druckabfall über den Filter in mm_H2O ist.
Beispiel 1
Polypropylenharz, Typ 2.8 MFI der Firma Fina Oil and Chemical Co., Dallas, Texas, USA, wurde unter Verwendung standardmäßiger Extrusionstechniken zu einem strukturierten Film ausgebildet, wobei das Harz auf eine Auftragwalze mit einer Oberfläche mit Mikronuten extrudiert wurde. Der entstehende gegossene Film wies eine erste glatte Hauptoberfläche und eine zweite strukturierte Hauptoberfläche mit in Längsrichtung angeordneten kontinuierlichen Merkmalen von der Auftragwalze auf. Die Merkmale auf dem Film bestanden aus gleichmäßig beabstandeten ersten Primärstrukturen und verflochtenen Sekundärstrukturen. Die Primärstrukturen waren 182 μm beabstandet und wiesen einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, der 50 μm hoch und an der Basis 55 μm breit war (ein Höhe-Breite-Verhältnis von etwa 1), bei einer Seitenwandverjüngung von 5°. Drei Sekundärstrukturen mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitten, die 25 μm hoch und an der Basis 26 μm breit waren (Höhe-Breite-Verhältnis von etwa 1), bei einer Seitenwandverjüngung von 22°, waren in 26 μm-Intervallen gleichmäßig zwischen den Primärstrukturen beabstandet. Die Basisfilmschicht, von der aus sich die Merkmale erstreckten, war 50 μm dick.
Eine erste Schicht aus strukturiertem Film wurde in eine konturierte Gestalt gewellt und an ihren bogenförmigen Spitzen an einem zweiten strukturierten Film befestigt, um eine Strömungskanallaminatschichtanordnung auszubilden. Das Verfahren umfaßt im allgemeinen das Ausbilden des ersten strukturierten Films zu einer konturierten Folie, das Ausbilden des Films, so daß er bogenförmige Teile aufweist, die von beabstandeten, im allgemeinen parallelen Ankerteilen aus in der gleichen Richtung vorstehen, und das Kleben der beabstandeten, allgemein parallelen Ankerteile des konturierten Films an eine zweite strukturierte Filmunterlagenschicht, wobei die bogenförmigen Teile des konturierten Films von der Unterlagenschicht aus vorstehen. Dieses Verfahren wird ausgeführt, indem erste und zweite erwärmte wellende Elemente oder Walzen bereitgestellt werden, die jeweils eine Achse aufweisen und eine Mehrzahl von über den Umfang beabstandeten, allgemein axial verlaufenden Kämmen enthalten, die um seine Peripherie verlaufen und diese definieren, wobei die Kämme äußere Oberflächen aufweisen und Räume zwischen den Kämmen definieren, die dafür ausgelegt sind, Teile der Kämme des anderen gewellten Elements in einer eingreifenden Beziehung aufzunehmen. Der erste strukturierte Film wird zwischen die eingreifenden Kämme eingeführt, während sich die wellenden Elemente entgegengesetzt drehen. Die Kämme, die die Zahnräder von beiden wellenden Elementen bilden, waren 3,05 mm hoch und wiesen eine 8,5°-Verjüngung von ihrer Basis auf, wobei sie an einer 0,64 mm breiten flachen oberen Oberfläche konvergierten. Der Abstand zwischen den Zähnen betrug 0,5 mm. Der Außendurchmesser der wellenden Elemente zur flachen oberen Oberfläche der Zahnräder betrug 228 mm. Die wellenden Elemente waren in einer gestapelten Konfiguration angeordnet, wobei die obere Walze auf eine Temperatur von 93°C erhitzt und die untere Walze bei einer Temperatur von 33°C gehalten wurde. Die Eingriffskraft zwischen den beiden Walzen betrug 123 Newton pro laufendem cm Zahnbreite. Bei auf diese Weise konfigurierter wellender Vorrichtung wurde der Strukturfilm, wenn er mit einer Walzengeschwindigkeit von 5,3 UpM durch die ineinandergreifenden Zähne der wellenden Elemente hindurch geschickt wurde, in die Zähne des oberen wellenden Elements komprimiert und dazwischen gehalten. Bei dem in den Zähnen des oberen Wellungselements registrierten ersten Film wurde der zweite strukturierte Film über die Peripherie der Walze gelegt und mit Ultraschall mit der in den Zähnen des oberen Wellungsglieds gehaltenen Schicht verschweißt. Die Verschweißung erfolgte zwischen dem ersten und zweiten Film an der oberen Oberfläche der Zähne des Wellungsglieds, indem die Zahnoberfläche als ein Amboß verwendet wurde, gegen den ein Ultraschallhorn wirkte. Die so ausgebildeten gewellten Strömungskanäle waren 1,4 mm hoch bei einer Basisbreite von 1,8 mm und einem Abstand zwischen Wellungen von 0,77 mm. Die Wellungen wiesen eine im allgemeinen gerade, 0,7 mm hohe Seitenwand mit einer bogenförmigen Spitze auf.
Die Strömungskanalschichtanordnung wurde durch das allgemein in US-A-3,998,916 beschriebene Verfahren dadurch, daß es in einem Gitterladegerät einem Hochspannungsfeld ausgesetzt wurde, Elektret-geladen. Die Kanalanordnung wurde zwischen einem ersten und zweiten bestromten Coronadrahtgitter, die gleichmäßig beabstandet waren, positioniert, wobei die Mikrostruktur zum ersten Gitter orientiert war, und die Gitter wurden 30 Sekunden lang bestromt, um die Anordnung zu laden. Die Gitter, die 24 mm beabstandet waren, waren 36,5 cm breit und enthielten sechzehn Coronadrähte mit einem Abstand von 28 mm, wurden mit –10 kV Gleichstrom an dem ersten Gitter und +10 kV Gleichstrom an dem zweiten Gitter bestromt.
Aus den geladenen Strömungskanalschichtbaugruppen wurde ein Filtermedienarray ausgebildet, indem Schichten (5 cm × 5 cm) aufeinander gestapelt wurden, wobei die Kanäle in allen Strömungskanalschichten in einer parallelen Ausrichtung gehalten wurden, derart, daß die Strömungskanalwände einen 90°-Winkel mit einer durch die Einlaßöffnungsfläche des Filtermedienarrays definierten Ebene bildeten (Einfallswinkel 90°). Der Filtermedienarraystapel wurde in eine stabile Filtermedienarraykonstruktion umgewandelt, indem der Stapel mit einem heißen Draht geschnitten wurde, damit man Filter mit einer Tiefe von 5 mm erhielt. Das Schneiden erfolgte, indem der Kanalanordnungsstapel über einen elektrischen widerstandsbeheizten weich getemperten Nickelchromdraht mit einem Durchmesser von 0,51 mm (erhältlich von der Firma Consolidated Electric Wire & Cable, Franklin Park, Illinois, USA) mit einer Bewegungsgeschwindigkeit von etwa 0,5 cm pro Sekunde gefahren wurde. Das durch den heißen Draht induzierte Schmelzausmaß und der Verschmierungsgrad geschmolzenen Harzes wurde sorgfältig gesteuert, um nicht die Einlaß- oder Auslaßöffnungen des Filtermedienarrays zu blockieren. Der Heißdrahtschneidprozeß lieferte nicht nur die gewünschte Filtertiefe, sondern stabilisierte auch die Endanordnung zu einer robusten, gegenüber Zusammenfallen beständigen Struktur, indem sie die vordere und hintere Fläche von Strömungskanalschichtbaugruppen miteinander verschmolz, wodurch ein stabilisiertes Filtermedienarray ausgebildet wurde. Das stabilisierte Filtermedienarray erforderte keine zusätzlichen Komponenten (z. B. Rahmen, Träger oder Verstärkungen), um die Orientierung von Schichten beizubehalten und den Filter zusammenzuhalten.
Die Filterleistung des Filtermedienarrays wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests, dessen Ergebnisse in Tabelle 2 berichtet sind.
Die Filterleistung dieses Filters wurde auch in Relation zu seiner Fähigkeit gekennzeichnet, Teilchen mit einer Größe zwischen eins und fünf Mikrometern einzufangen. Die bei der Auswertung verwendeten Teilchen wurden hergestellt aus ISO Fine Test Dust 12103-1, A2; erhältlich von der Firma PTI Inc., Burnsville, MN, USA. Ein ladungsneutralisiertes Aerosol des Teststaubs mit einer Konzentration von 12 Millionen Teilchen pro Kubikmeter wurde dem Filter mit einer Flächengeschwindigkeit von 100 cm/s zugeführt. Teilchenkonzentrationen vor und hinter dem Filter wurden während des Testablaufs überwacht und die Ist-Einfangeffizienz bestimmt, deren Ergebnisse in Tabelle 1 unten berichtet sind. Der Druckabfall über den Filter hinweg während des Testens betrug 0,53 mm H20. Wie die Daten anzeigen, fängt das Kanalströmungsfiltermedienarray der Erfindung, wenngleich es einen kleinen Druckabfall aufweist, größere Teilchen mit der größten Effizienz am oberen Ende des Teilchengrößebereichs effektiv ein.
TABELLE 1 Filtrierleistung Großteilchenprovokation
Beispiel 2
Ein Filter wurde im wesentlichen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Kanaltiefe 10 mm betrug. Die Filterleistung des Filtermedienarrays wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests, dessen Ergebnisse in Tabelle 2 berichtet sind.
Beispiel 3
Ein Filter wurde im wesentlichen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Kanaltiefe 20 mm betrug. Die Filterleistung des Filters wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests, dessen Ergebnisse in Tabelle 2 berichtet sind.
Beispiel 4
Ein Filter wurde im wesentlichen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Kanaltiefe 40 mm betrug. Die Filterleistung des wurde gekennzeichnet unter Verwen dung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests, dessen Ergebnisse in Tabelle 2 berichtet sind.
Beispiel 5
Ein Filter wurde im wesentlichen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Strömungskanalschichten so gestapelt waren, daß der Strömungskanalanordnungsstapel mit einem Bias von 19° zu den Kanalwänden mit einem heißen Draht geschnitten wurde, um einen Filter herzustellen, in dem die Wände einen 71°-Winkel mit der durch die Filterfläche definierten Ebene bildeten (Einfallswinkel 71°). Diese Filterkonstruktion wies eine behinderte Sichtlinie auf, wenn die Fläche des Filters normal zum Provokationsstrom plaziert wurde, wodurch man eine direkte Aufpralloberfläche für Teilchen erhielt. Die Filtrierleistung des Filters wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests, dessen Ergebnisse in Tabelle 2 berichtet sind.
Vergleichsbeispiel C1
Die Filterleistung eines kommerziell erhältlichen faserartigen Wabenfilters mit alternierenden Schichten aus konturierten und flachen Schichten mit Konturwellungen mit einer nominellen Höhe von 2 mm und einem Abstand von 5 mm, einer Kanaltiefe von 5 mm und einem Einfallswinkel von 90°, der in Klimaanlagenanwendungen verwendet wird, wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests, dessen Ergebnisse in Tabelle 2 berichtet sind.
Vergleichsbeispiel C2
Die Filterleistung eines flachen Elektret-geladenen Filtermediums mit einem sehr geringen Druckabfall (GSB-20-NB-Filtermaterial vom 3M-Filtrete-Typ, erhältlich von 3M, St. Paul, MN, USA) wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests, dessen Ergebnisse in Tabelle 2 berichtet sind.
TABELLE 2 Filterleistung Kleinteilchenprovokation
Beispiel 6
Ein strukturierter Film wurde im wesentlichen wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer daß ein Polypropylenharz mit einem Schmelzindex (MFI) von 2,8 durch ein Propylenharz vom Typ mit MFI 100 erhältlich von der Firma Fina Oil and Chemical Co., ersetzt wurde und die Größe der Oberflächenmerkmale des erhaltenen strukturierten Films größer waren. Die Rippen der ersten Konfiguration wiesen einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, der 70 μm hoch und an ihrer Basis 55 μm breit war, bei einer Seitenwandverjüngung von 5°, und die Rippen der zweiten Konfiguration wiesen einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, der 39 μm hoch und an ihrer Basis 26 μm breit war, bei einer Seitenwandverjüngung von 22°. Die Dicke der Basisfilmschicht, von der aus sich die Merkmale erstreckten, betrug 30 μm.
Der Film wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, gewellt und gleichzeitig auf einen zweiten Film laminiert. Die entstehenden Wellungen der Struktur waren 2 mm hoch und an ihrer Basis 1,8 mm breit bei einem Abstand zwischen Wellungen von 0,77 mm. Die Wellungen wiesen im allgemeinen gerade Seitenwände mit einer Höhe von 1,1 mm mit einer bogenförmigen Oberseite auf. Die Strömungskanalschichtanordnung wurde Elektret-geladen und zu einem Filter ausgebildet, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit einer Kanaltiefe von 10 mm und einem Einfallswinkel von 90°.
Die Filterleistung des Filtermedienarrays wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests bei Flächengeschwindigkeiten von 10 und 20 cm pro Sekunde, dessen Ergebnisse in Tabelle 3 berichtet sind.
Beispiel 7
Ein Filter wurde hergestellt und getestet im wesentlichen wie in Beispiel 6 beschrieben, außer daß die strukturierten Filme einzeln Elektret-geladen wurden, wobei die Ladevorrichtung und der Ladeprozeß, die in Beispiel 1 beschrieben sind, verwendet wurden, bevor sie zu der Strömungskanalanordnung ausgebildet wurden. Die Filterleistung der Filteranordnung wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests bei Flächengeschwindigkeiten von 10 und 20 cm pro Sekunde, dessen Ergebnisse in Tabelle 3 berichtet sind.
Beispiel 8
Ein Filter wurde hergestellt und getestet im wesentlichen wie in Beispiel 6 beschrieben, außer daß weder an die strukturierten Filme noch an die Kanalanordnung eine Elektret-Ladung angewendet wurde. Die Filterleistung des Filters wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests bei Flächengeschwindigkeiten von 10 und 20 cm pro Sekunde, dessen Ergebnisse in Tabelle 3 berichtet sind.
Beispiel 9
Ein Filter wurde hergestellt und getestet im wesentlichen wie in Beispiel 6 beschrieben, außer daß ein mattierter flacher Film, der hergestellt wurde, indem Polypropylenharz mit einem MFI von 100 auf eine mattierte Gießwalze bis zu einer Nennfilmdicke von 60 μm extrudiert wurde, für beide strukturierte Filme substituiert wurde. Die Filterleistung des Filters wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests bei Flächengeschwindigkeiten von 10 und 20 cm pro Sekunde, dessen Ergebnisse in Tabelle 3 berichtet sind.
Vergleichsbeispiele C3
Ein Filter wurde hergestellt und getestet im wesentlichen wie in Beispiel 7 beschrieben, außer daß der mattierte flache Film von Beispiel 9 für beide strukturierten Filme substituiert wurde. Die Filterleistung des Filters wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests bei Flächengeschwindigkeiten von 10 und 20 cm pro Sekunde, dessen Ergebnisse in Tabelle 3 berichtet sind. Die Anfangseffizienz war niedriger als Beispiel 7.
Vergleichsbeispiel C4
Ein Filter wurde hergestellt und getestet im wesentlichen wie in Beispiel 8 beschrieben, außer daß der mattierte flache Film von Beispiel 9 für beide strukturierten Filme substituiert wurde. Die Filterleistung des Filters wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests bei Flächengeschwindigkeiten von 10 und 20 cm pro Sekunde, dessen Ergebnisse in Tabelle 3 berichtet sind. Die Anfangseffizienz war niedriger als Beispiel 8.
Beispiel 10
Ein Filter wurde hergestellt und getestet im wesentlichen wie in Beispiel 6 beschrieben, außer daß der strukturierte Film durch die Ethylen-Propylen-Copolymer-Stammkomponente einer mechanischen Befestigungseinrichtung KN-2397 (von 3M, St. Paul, MN, USA erhältlich) ersetzt wurde. Die Merkmale der Stammkomponente waren zylindrisch geformte Stämme mit einer abgerundeten Pilzoberseite mit einem gleichmäßigen Mittenabstand von 600 μm und einer Dichte von 387 Stämmen/cm². Der zylindrische Teil des Stamms hatte einen Durchmesser von 265 μm und erstreckte sich 246 μm von der Basis und waren mit einer Pilzoberseite mit einer Höhe von 64 μm und einem Durchmesser von 382 μm gekappt. Die Dicke der Basisfilmschicht, von der aus sich die Merkmale erstreckten, betrug 142 μm. Die Filterleistung des Filters wurde gekennzeichnet unter Verwendung des oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstests bei Flächengeschwindigkeiten von 10 und 20 cm pro Sekunde, dessen Ergebnisse in Tabelle 3 berichtet sind.
TABELLE 3 Filterleistung Kleinteilchenprovokation
Die in Tabelle 3 vorgelegten Filterleistungsdaten zeigen deutlich einen Leistungsvorteil für Filterkonstruktionen, die auf strukturierten Filmen oder dem mikrostrukturierten KN-2397-Stammkomponenten-Film basieren, im Vergleich zu auf einem matten Film basierenden Konstruktionen. Die Daten zeigen außerdem einen Leistungsvorteil, wenn entweder der strukturierte Film oder der matte Film als eine Kanalfilteranordnungskonstruktion Elektret-geladen ist. Ein signifikanterer und unerwarteter Leistungsvorteil wurde jedoch realisiert, wenn die Kanalströmungsanordnungen als eine Laminatstruktur Elektret-geladen wurden gegenüber dem, daß die strukturierten Filme vor dem Zusammenbau zu der Strömungskanalanordnung Elektret-geladen wurden.
Beispiel 11
Eine Länge einer einzelnen Schicht aus gewelltem strukturiertem Film, wie in Beispiel 1 beschrieben ausgebildet und geladen, wurde in eine Filterkonstruktion mit Kanälen umgewandelt, die in einer zylindrischen Schraubenkonfiguration ausgerichtet sind. Der Materialstreifen wurde aus dem gewellten Film herausgeschnitten, indem zwei parallele Rasierklingenschnitte mit einem Abstand von 25,4 mm und einem 40° Winkelbias zu den Kanälen entlang der Länge des Films ausgeführt wurden. Dieser Streifen wurde danach auf sich selbst aufgerollt, wobei die beiden Schnittkanten parallel gehalten wurden, um einen zylindrisch konfigurierten Filter mit einem Durchmesser von 4 cm zu erhalten. Die Kanäle des Filters waren wie eine Schraubenlinie mit einem Kanaleinfallswinkel von 50° angeordnet. Die Konfiguration des zylindrischen Filters wurde fixiert, indem ein heißer Draht in der Mitte zwischen den Schnittkanten und normal zu seiner Achse durch den Körper des Zylinders geführt wurde und man die beiden Schnittflächen wieder verschmelzen ließ. Der Filter zeigte einen Druckabfall von 1,5 mm H20 bei einer Einfangeffizienz von 25%, wenn seine Filterleistung mit dem oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstest bei einer Flächengeschwindigkeit von 106 cm/s gekennzeichnet wurde.
Beispiel 12
Eine Strömungskanalschichtanordnungsfolie wurde im wesentlichen wie in Beispiel 1 beschrieben ausgebildet und geladen, außer daß eine Folie aus Filtrete-Filtermaterial vom 3M-Typ GSB-20-NB für die nicht gewellte Schicht der Strömungskanalanordnung substituiert wurde. Der Filter wurde im wesentlichen wie in Beispiel 11 beschrieben montiert, außer daß der Strömungskanalanordnungsstreifen unter einem 90°- Winkelbias zu den Kanälen aus der Folie geschnitten wurde, um einen Filter mit einem 90°-Einfallswinkel herzustellen. Der Filter wies einen Druckabfall von 1,5 mm H₂O bei einer Einfangeffizienz von 17% auf, wenn seine Filterleistung mit dem oben beschriebenen Kleinteilchen-Provokationstest bei einer Flächengeschwindigkeit von 100 cm/s gekennzeichnet wurde.
Beispiel 13
Das wie in Beispiel 1 hergestellte Filtermedienarray wurde in einem Belastungsprovokationstest ausgewertet, bei dem der Filter mit einem durchgehenden Strom vernebelter Teilchen provoziert wurde, während der Druckabfall am Filter überwacht wurde. Die Teilchenprovokation für den Belastungstest war Staub Nr. 15 nach dem Japanese Industrial Standard (JIS), der dem Filter mit einer Konzentration von 0,35 g/m³ und mit einer Flächengeschwindigkeit von 100 cm/s ständig zugeführt wurde. Die verstrichene Zeit der Belastungsprovokation wurde notiert, und das Gewicht der eingefangenen Teilchen wurde gravimetrisch bestimmt, wenn der Druckabfall über den Filter 1,53 mm H₂O erreichte. Ergebnisse des Belastungsprovokationstests werden in Tabelle 4 berichtet.
Vergleichsbeispiel C5
Die Filterleistung des in Vergleichsbeispiel C1 beschriebenen, kommerziell erhältlichen faserartigen Wabenfilters wurde durch das in Beispiel 15 beschriebene Testverfahren auf die Belastungskapazität hin ausgewertet. Ergebnisse des Belastungsprovokationstests sind in Tabelle 4 berichtet.
TABELLE 4 Belastungsprovokationstest
Die in Tabelle 4 dargestellten Filterleistungsdaten zeigen deutlich einen Leistungsvorteil für die Filterkonstruktion der Erfindung auf der Basis eines mikrostrukturierten Films gegenüber dem kommerziell erhältlichen faserartigen Wabenfilter sowohl im Hinblick auf die Lebensdauer als auch die Belastungskapazität des Filters. Der Filter der vorliegenden Erfindung wies eine Leistungslebensdauer und eine Belastungskapazität auf, die um 50% länger beziehungsweise 71% größer waren als die, die die faserartige Wabenfilterkonstruktion des Vergleichsbeispiels C3 aufwies.
Beispiel 14
Ein Filtermedienarray wurde wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt und in einem Kleinteilchen-Leistungslebensdauertest unter Verwendung einer NaCl-Teilchenprovokation ausgewertet, die dem Filter mit einer Konzentration von 15 mg/m3, einer Strömungsgeschwindigkeit von 80 l/min und einer Flächengeschwindigkeit von 100 cm/s durch eine TSI-Testvorrichtung wie der in Beispiel 1 beschriebenen zugeführt wurde. Der Filter wurde über einen Zeitraum von zwei Stunden einem kontinuierlichen Strom der Provokation mit vernebelten Teilchen ausgesetzt, und danach wurde das Gewicht eingefangener Teilchen gravimetrisch bestimmt. Ergebnisse des Kleinteilchen-Leistungslebensdauertests sind in Tabelle 5 berichtet.
Beispiel 15
Ein Filtermedienarray wurde wie in Beispiel 7 beschrieben hergestellt und in einem in Beispiel 14 beschriebenen Kleinteilchen-Leistungslebensdauertest ausgewertet. Ergebnisse des Kleinteilchen-Leistungslebensdauertests sind in Tabelle 5 berichtet.
Vergleichsbeispiel 6
Die Filterleistung eines Flachfilm-Wabenfilters, wie in Beispiel 9 beschrieben hergestellt, wurde durch den in Beispiel 16 beschriebenen Kleinteilchen-Leistungslebensdauertest ausgewertet. Ergebnisse des Kleinteilchen-Leistungslebensdauertests sind in Tabelle 5 berichtet.
TABELLE 5 Kleinteilchen-Leistungslebensdauertest
Die in Tabelle 5 dargestellten Filterleistungsdaten zeigen deutlich einen Leistungsvorteil für beide Filterkonstruktionen der Erfindung im Vergleich zu einem aus einem flachen Film ausgebildeten Filter. Das Gewicht von durch einen Filter der Erfindung eingefangenen Teilchen, bei dem der strukturierte Film vor der Kanalstrukturausbildung geladen wurde, war um 266% größer als der des Flachfilmbeispiels. Bei einem Filter der Erfindung war, wenn die Kanalstruktur Elektretgeladen war, gegenüber dem Vergleichsbeispiel eine Verbesserung um 966 zu sehen.

Claims

Filtermedienarray (30), das mindestens eine durch eine konturierte Polymerfilmschicht (1; 10; 31; 40; 60) definierte Strömungskanalschicht (20) und eine benachbarte zweite Schicht umfaßt, wobei die konturierte Filmschicht (1; 10; 31; 40; 60) eine erste Fläche (13) und eine zweite Fläche aufweist, wobei die konturierte Filmschicht (1; 10; 31; 40; 60) eine Reihe von durch die konturierten Filmschichtkonturen ausgebildeten Spitzen oder Kämmen (2; 12; 44) aufweist, wobei mindestens eine Fläche (13) der konturierten Filmschicht (1; 10; 31; 40; 60) Strömungskanäle (5; 14, 16; 24, 26; 34, 35) definiert, wobei die zweite benachbarte Schicht eine zweite Polymerfilmschicht (11), eine zweite konturierte Polymerfilmschicht (31) oder eine weitere Schicht umfaßt, wobei die konturierte Filmschicht (1; 10; 31; 40; 60) und die benachbarte zweite Schicht mindestens teilweise Fluidwege durch die Strömungskanäle (5; 14, 16; 24, 26; 34, 35) des Filtermedienarrays (30) definieren und mindestens eine einer konturierten Polymerfilmschicht (1; 10; 31; 40; 60) oder einer zweiten Polymerfilmschicht Oberflächenstrukturen mit einem großen Seitenverhältnis über mindestens einen Teil einer Filmschichtfläche aufweisen, wobei die Oberflächenstrukturen mit großem Seitenverhältnis diskrete Vorsprünge (46) sind, die den Flächeninhalt der Filmschichtfläche vergrößern, und wobei die Strukturfilmschichtfläche mit Strukturen mit einem großen Seitenverhältnis mindestens teilweise mindestens einige der Strömungskanäle (5; 14, 16, 24, 26, 34, 35) definiert.
Filtermedienarray (30) nach Anspruch 1, wobei die konturierte Filmschicht (1; 10; 31, 40; 60) elektrostatisch geladen ist.
Filtermedienarray (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Filtermedienarray (30) mindestens zwei Strömungskanalschichten (20) umfaßt.
Filtermedienarray (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht eine Kappenschicht (11; 62, 62a) ist.
Filtermedienarray (30) nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die zweite Schicht eine konturierte Filmschicht (31) ist.
Filtermedienarray (30) nach Anspruch 4, wobei die konturierten Filmschichten (40) an einer Kappenschicht (11; 62, 62a) befestigt sind, wobei die Kappenschicht (11; 62, 62a) eine Stabilisierungsschicht ist, die durchgehende Elementarfäden (42) oder ein verstärktes Vliesmaterial aufweist.
Filtermedienarray (30) nach Anspruch 3, wobei die Gestalt der Strömungskanäle (5; 14, 16; 24, 26; 34, 35) einer Strömungskanalschicht (20) im wesentlichen identisch ist.
Filtermedienarray (30) nach Anspruch 3, wobei die Strömungskanalschichten (20) durch eine Fläche einer konturierten Filmschicht (1; 10; 31; 40; 60) und einer Kappenfilmschicht (11; 62, 62a) in Kontakt mit den Spitzen oder Kämmen (2; 12; 44) dieser Fläche der konturierten Filmschicht (1; 10; 31; 40; 60) gebildet sind.
Filtermedienarray (30) nach Anspruch 3, wobei eine Kappenschicht (11; 62, 62a) mit einer Oberflächenbehandlung oder einem Sorbensfiltermedium vorgesehen sind oder wobei Paare leitender Schichten, die benachbarten nichtleitenden Schichten zugeordnet sind, bereitgestellt werden, wobei die leitenden Schichten an eine Spannungsquelle angeschlossen sind, um über die Strömungskanalschichten (20) ein aktives elektrisches Feld zu erzeugen.
Filtermedienarray (30) nach Anspruch 1, wobei die Strukturen mit einem großen Seitenverhältnis ein Verhältnis Höhe zu kleinstem Durchmesser oder Breite von über 0,1 und eine Höhe von mindestens 20 Mikrometern aufweisen.
Filtermedienarray (30) nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Strukturen mit einem hohen Seitenverhältnis in Gestalt hochstehender Vorsprünge, Kämme oder Kombinationen davon vorliegen und Strömungskanäle (5; 14, 16; 24, 26; 34, 35) Filmschichten mit strukturierter Oberfläche aufweisen, die zwischen 10 und 100 Prozent ihrer Flächeninhalte bilden.
Filtermedienarray (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Flächeninhalt des strukturierten Films mindestens 50% höher ist als der Flächeninhalt eines entsprechenden planaren Films.
Filtermedienarray (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strukturen mit einem großen Seitenverhältnis unter 50% der Höhe der Strömungskanäle (5; 14, 16; 24, 26; 34, 35) sind.
Filtermedienarray (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die die Strömungskanäle (5; 14, 16; 24, 26; 34, 35) bildenden Schichten eine Dicke von unter 200 Mikrometern und die Strömungskanäle (5; 14, 16; 24, 26; 34, 35) entlang ihrer Länge eine mittlere Querschnittsfläche von mindestens 1 mm² aufweisen.
Filtermedienarray (30) nach Anspruch 4, wobei die Kappenschicht (11; 62, 62a) eine planare Filmschicht ist, die die Strömungskanäle (5; 14, 16; 24, 26; 34, 35) mit der konturierten Filmschicht (1; 10; 31; 40; 60) bildet und wobei Strömungskanäle (5; 14, 16; 24, 26; 34, 35) der benachbarten Strömungskanalschichten (20) winklig zueinander verlaufen.