[发明专利]复合材料过滤介质

说明书

相关申请交互参考

本申请是2007年8月22日提交的美国专利申请系列号11/843,228 的部分延续，要求2007年5月5日提交的临时专利申请系列号 60/893,008的优先权。

发明背景

本发明领域一般地涉及复合材料非织造过滤介质，更具体地，涉及 在至少一个表面上涂覆纳米纤维-基层的纺粘非织造过滤介质。

一些已知的过滤介质复合材料结构结合了产生基材的湿法铺层 (wet-laid)造纸工艺和在过滤介质基材的一面或两面上沉积轻质纳米纤 维涂层的静电纺丝技术。一般，介质基材的基础重量是100～120g/m²， 纳米纤维层的基础重量是0.1g/m²或更小。

已经知道，轻质纳米纤维层在高机械应力作用下易受损伤，尤其因 为纳米纤维层是由直径小于500nm，更典型地，100nm的纤维形成的。 已经知道，存在纳米纤维从过滤介质上脱落下来的“脱落”问题，因为 对于依赖于极性引力的传统静电纺丝纤维，纳米纤维与基础介质之间的 引力结合较弱。另外，已知的由静电纺丝法纺成的纳米纤维层在结构上 是二维的或在厚度上是单纤维层，而且当纳米纤维层开裂或断裂时，尘 埃能轻易地透过基础介质基材。纳米纤维层受损后，尘埃可透过基础介 质并造成过滤器操作压降的升高。而且已知的介质基材也有机械应力限 制且在高尘含量下易变形。

上述已知的过滤介质复合材料结构，在用来过滤发电燃气轮机的入 口空气时，在过滤器的整个操作寿命期间都允许细尘颗粒透过过滤器。 一般而言，按ASHRAE52.2-1999试验法在已知操作流率下试验时，这 类已知过滤介质在一般大于7.0mm H₂O的压降下，都将提供捕获0.4μm 颗粒的约55％的新型或清理操作电中性效率，以及小于300的质量因子。 已经知道，由于这种低起始效率，在24,000h操作寿命期间，多达15～ 20lb的尘埃能透过已知过滤介质。涡轮叶片长期暴露在尘埃中会造成涡 轮叶片严重和灾难性的结垢和腐蚀。清理涡轮叶片的现用方法需要定期 从生产线上拆下涡轮，用水洗净叶片。涡轮停机时间很昂贵，因为涡轮 不运转且因此停止发电了。理想的是提供在类似或更低压降下效率比已 知过滤介质更高的过滤介质，以缩短或取消为清理涡轮叶片和/或更换已 损叶片的涡轮停机时间。

发明概述

在一个方面，提供复合材料过滤介质结构。该复合材料过滤介质结 构包括基础基材，该基础基材包括由很多纤维用纺粘法形成的非织造合 成织物。该基材的最低过滤效率，按照ASHRAE 52.2-1999试验法测定， 为约50％。纳米纤维层被沉积在基材的一面。该复合材料过滤介质结构 的最低过滤效率，按照ASHRAE 52.2-1999试验法测定，为约75％。

在另一个方面，提供过滤单元。该过滤单元包括第一端盖、第二端 盖和复合材料过滤介质结构。复合材料过滤介质结构包括基础基材，该 基础基材包括由很多纤维用纺粘法形成的非织造合成织物，该基础基材 的最低过滤效率，按ASHRAE 52.2-1999试验法测定，为约50％。纳米 纤维层被沉积在基材的一面上。该复合材料过滤介质结构的最低过滤效 率，按ASHRAE 52.2-1999试验法测定，为约75％。

附图简述

图1是复合材料过滤介质的典型实施方案的截面示意图。

图2是图1中所示双组分纤维的光学显微镜照片。

图3是图1中所示基础介质基材的光学显微镜照片

图4是图1中所示基础介质基材的粘结图案的顶视图。

图5是包括图1中所示过滤介质的滤筒的侧视图。

图6是包括图4中所示滤筒的过滤器组件的透视图。

图7是按照典型实施方案的基础介质基材在不同基础重量下的分数 效率(fractional efficiency)-粒度关系图。

图8是按照典型实施方案的有纳米纤维层和无纳米纤维层的基础介 质基材与有纳米纤维层和无纳米纤维层的对比基础介质基材的分数效 率-粒度关系比较图。

图9是压降对按照典型发明点的有纳米纤维层和无纳米纤维层的基 础介质基材与有纳米纤维层和无纳米纤维层的对比基础介质基材的比 较条形图。