[发明专利]波形过滤介质和元件

说明书

技术领域

本发明涉及过滤，更具体而言，涉及高容量过滤介质和元件。

背景技术

除去空气中的气载微粒污染物是每个人都关注的。传统上已通过利用织造或非织造织物或纤网的方法实现了气相微粒过滤。这样的系统性能的特征在于：微粒的初始去除或捕获效率是粒度的函数，系统对空气或气流的初始阻力是气体流速或面速度的函数，以及随着过滤元件负载微粒污染物时这两个因素的变化方式。一个常用的量度是介质的α值，其与压降和过滤效率有关，计算如下：

α＝-100＊log((100-效率)/100)/压降

一般而言，期望特定过滤介质具有较高的α值，因为这是介质具有低压降和高效率的指标。例如用于ASHRAE袋滤器的玻璃材料的α值(采用DOP测试获得)为12～16(取决于介质的具体效率)，并且不依赖于任何类型的静电荷而取得该α值。玻璃纸可以具有约12～13的α值。膜材料可以具有约20的α值，而纳米纤维电纺材料可以具有约5～12的α值。所有这些材料均不依赖于任何类型的静电荷而取得这些α值。

使用熔喷、纺粘、梳理非织造物和湿法成网合成材料形成的过滤介质在其带静电时可以具有非常高的α值。然而，当除去电荷时，这些介质的α值就显著下降到远低于使用其它材料制得的介质的α值水平。

因此，仍然需要提供改进的过滤器，更具体而言，需要提供具有改进的α值的过滤介质和过滤元件，包括在使用过程中能保持高α值的那些。

发明内容

在一个实施方案中，提供一种过滤介质，其包含细纤维过滤层和粗支撑层，其中所述粗支撑层保持波形构造的细纤维过滤层并且使过滤层的相邻波的波峰和波谷保持分离。过滤介质层以及各层的多种性质可以改变。在一个实施方案中，粗支撑层在波峰处的纤维量(fiber mass)小于其在波谷处的纤维量。在另一个实施方案中，细纤维过滤层的表面积可以比平面构造的细纤维过滤层的表面积高至少50％，并且更优选高100％。在另一个实施方案中，粗支撑层可以是下游粗支撑层，而过滤介质可以进一步包括上游粗支撑层。细纤维过滤层可布置在上游粗支撑层和下游粗支撑层之间。过滤介质还可以包括布置在下游粗支撑层和上游粗支撑层之间的至少一个附加过滤层。在一个示例性实施方案中，所述至少一个附加过滤层可以由平均直径大于形成细纤维过滤层的纤维的平均纤维直径的纤维形成。

不同层的纤维直径可以不同。在一个实施方案中，上游粗支撑层可以由平均直径大于形成细纤维过滤层的纤维的平均直径但等于或小于形成下游粗支撑层的纤维的平均直径的纤维形成。在一个示例性实施方案中，上游粗支撑层、细纤维过滤层和下游粗支撑层都具有波形构造。在一些情况下，上游粗支撑层、细纤维过滤层和下游粗支撑层中的一者或多者带电。在一个示例性实施方案中，过滤介质具有每英寸约2～6个波。上游和下游粗支撑层可以由例如短纤维层形成，而细纤维过滤层可以是熔喷层和玻璃纤维层中的至少一种。粗支撑层也可以由至少一种粘合纤维和至少一种非粘合纤维形成。

在另一个实施方案中，过滤介质可以包括布置在上游粗支撑层的上游的平面层和布置在下游粗支撑层的下游的平面层中的至少其一。平面层可以由平均直径小于形成上游粗支撑层和下游粗支撑层的纤维的平均直径但大于形成细纤维过滤层的纤维的平均直径的纤维形成。在另一个实施方案中，平面层可以由平均直径大于上游和下游粗支撑层以及细纤维过滤层的纤维形成。在这样的实施方案中，平面层优选布置在下游粗支撑层的下游。

过滤介质还可以具有不同的性质。例如，过滤介质的DOPα值可以大于约9，并且更优选大于约11；使用ASHRAE粉尘负载至1.5英寸H₂O压降时，在25FPM面速度下，容尘量至少为约8g/ft²；在25FPM面速度下，负载约60mg/100cm²的0.26μ颗粒之后，NaCl负载小于约50mmH₂O；透气率的范围为约10CFM～300CFM；定量范围为约70gsm～1100gsm；和/或厚度范围为约1.5mm～25mm。

在又一个实施方案中，提供具有第一纤维层的过滤介质，所述第一纤维层具有形成多个波的波形构造，每个波具有随机的波形和高度，并且每个波具有波峰和波谷，相邻波峰之间彼此间隔一定距离并且相邻波谷之间彼此间隔一定距离。过滤介质还可以包括与第一纤维层结合并且由比形成第一层的纤维更粗的纤维形成的第二纤维层。