[发明专利]具有精细纤维过滤介质的非褶皱管状深度过滤器

说明书

发明领域

本发明大致涉及深度过滤器，并且更具体涉及在这种深度过滤器中采用的一种或多种深度介质的非褶皱管。

背景技术

诸如液体流和气体流（例如，气流）的流体流通常携带固体颗粒和不期望的液滴，它们通常是被夹带于流体流中的不期望的污染物。过滤器通常用于从流体流去除这些颗粒中的一些或全部。

包括使用静电纺工艺形成的精细纤维的过滤介质也已公知。这样的现有技术包括：题为“Filter Material Construction and Method”的美国专利No.5,672,399；题为“Cellulosic/Polyamide Composite”的美国专利公开文献No.2007/0163217；题为“Filtration Medias,Fine Fibers Under 100Nanometers,And Methods”的美国专利公开文献No.2009/0199717；题为“Integrated Nanofiber Filter Media”的美国专利公开文献No.2009/0266759；题为“Filter Media Having Bi-Component Nanofiber Layer”的美国临时专利申请No.61,047,455；题为“Expanded Composite Filter Media Including Nanofiber Matrix and Method”的美国临时专利申请No.61/308,488号；以及题为“Compressed Nanofiber Composite Media”的美国临时专利申请No.61/330,462，这些现有技术的全部公开内容通过在此引用被包含于此。

通常，这种精细纤维已经被配置在表面加载应用中。有文献提议使用包括疏松织物和纳米纤维的可替代层的过滤介质的单一褶皱板形式的梯度深度介质，例如在授予Kahlbaugh等人的美国专利No.6,521,321中。然而授予Kahlbaugh的'321专利建议了应用于液体过滤的可能性，它通过示例证实了并且在说明书中主要集中于空气或气体过滤（例如舱室空气，发动机空气，烟气）。此外，深度过滤被局限于板自身的深度，因为它通常与褶皱结构相关联进行讨论。此外，相信以前的精细纤维（尤其是电纺纤维）大概没有应用于液体应用，由于液体动量以及粘度的存在，具有推动颗粒使之穿过这种精细纤维层的趋势。相信这种精细纤维已经典型地被采用于空气过滤应用中。

发明内容

本发明提供有关非褶皱深度过滤器的改进，其中精细纤维可被配置在深度介质的管内。利用在这里相对于精细纤维的结构和覆盖度描述的技术，一些实施例虽然不是被排外性地限制但对对液体过滤具有特殊应用。

根据一个发明方面，一种过滤元件包括介质厚度至少约1/4厘米的深度介质的非褶皱管。深度介质包括载体纤维和精细纤维。所述载体纤维的平均尺寸大于约600纳米；所述精细纤维被所述载体纤维承载，平均尺寸小于800纳米，载体纤维和精细纤维之间的一定比例被提供，其中精细纤维的尺寸最多为所述载体纤维的四分之一。

例如，电喷或电纺纤维可提供精细纤维。但是，更小的精细纤维是更优选的并且具有好处，使用可具有小于500纳米并且更优选地小于250纳米（并且最优选小于100纳米）的直径的电纺精细纤维是本发明的一个方面。

在许多实施例中并且根据另一发明方面，采用精细纤维的板的多个至少部分层叠的缠绕层被使用。例如，过滤元件可包括第一过滤介质板，所述第一过滤介质板包括至少一个衬底和沉积于其上的至少一层精细纤维，所述板至少部分地绕自身缠绕，以在深度介质的整个深度上形成多层所述第一过滤介质板。

在缠绕实施例中有用的一个特殊板是多层复合物。第一过滤介质板可包括由在所述第一过滤介质板中层叠在一起的多个稀松织物层和精细纤维的多个精细纤维层构成的复合介质。所选精细纤维层在所述第一过滤介质板内被稀松织物间隔开并且分离。过滤介质板自身可具有至少约5,000km/m²的平均尺寸小于500纳米的电纺精细纤维的覆盖度，并且根据不同实施例优选更高。

根据测试，第一过滤介质具有与用于预选的过滤应用的微玻璃过滤介质基本上相对等或更高的过滤效率。因此，它可用作微玻璃过滤介质的替代物并且整个从过滤结构消除微玻璃，在满足合适的应用流动/寿命要求的同时提供高效率。