Аерозольний фільтр

1. Аерозольний фільтр, що містить корпус і високоефективний фільтрувальний матеріал, установлений герметично по поверхні зіткнення з корпусом, який відрізняється тим, що високоефективний фільтрувальний матеріал виконаний із плісированого аркуша з мікроскладками, сформованого в макроскладки, які набрані по висоті фільтра в один або більше рядів, ізольованих один від одного по глибині фільтра, при цьому осі макроскладок паралельні осям мікроскладок, причому гранична висота макроскладки й кількість рядів визначена, виходячи з гідродинамічних умов фільтрування, міцності фільтроматеріалу й глибини фільтра. 2. Аерозольний фільтр за п. 1, який відрізняється тим, що глибина макроскладки принаймні в 7 разів перевищує глибину мікроскладки. 3. Аерозольний фільтр за п. 1, який відрізняється тим, що вершини сторін угорі й унизу герметично скріплені між собою за допомогою пластин і герметика. 4. Аерозольний фільтр за п. 1, який відрізняється тим, що мікроскладки по обидва боки скріплені по U 2 UA 1 3 39119 очищення. Співвідношення фільтруючи х поверхонь фільтруючи х елементів тонкого й попереднього очищення становить від 4:1 до 6:1. Як фільтруючий матеріал фільтра тонкого очищення використовують фільтруючий матеріал на основі скловолокна, що містить сполучне й складається із трьох послідовно розташованих фільтруючи х шарів з різними діаметрами волокон (патент РФ №2200615, МПК:В 01 D 39/16, пр. 13.03.2001). Відомий також фільтр, що містить корпус, у якому розміщені фільтруючі елементи, виконані із зигзагоподібно складеного фільтрувального матеріалу з розташованими між складками роздільниками. Фільтруючі елементи послідовно встановлені в корпусі й виконані із шарів волокнистого фільтрувального матеріалу різної щільності, при цьому перший по потоку забрудненого повітря шар фільтрувального матеріалу виготовлений із великоволокнистого матеріалу з розміром волокон 510мкм із низькою щільністю впакування волокон не більше 0,04, а другий - з тонковолокнистого матеріалу з розміром волокон 0,2-0,4мкм із високою щільністю впакування волокон не більше 0,25. Фільтр дозволяє значно збільшити ресурс роботи за рахунок збільшення його пилоємності без зниження ефективності фільтрації (патент РФ №2192916, МПК: В 01 D 46/52, пр. 27.12.2000 прототип). До недоліків фільтрів цих конструкцій можна віднести наступні. Відомі аерозольні фільтри мають значні аеродинамічні втрати завдяки наявності гофрованих сепараторів, що мають розвинену поверхню, що створює при великій глибині фільтра великий опір каналів, що підводять. У результаті опір у сепараторних каналах стає порівнянним, або навіть більше опору самого фільтруючого матеріалу. Має місце нерівномірна робота фільтруючої поверхні по глибині каналу, оскільки у вхідній зоні каналу фільтра тиск більше, чим у вихідній зоні, так що швидкість фільтрації у вхідній зоні вище, ніж у вихідний. Відповідно на вході ефективність очищення менше ефективності при середній швидкості фільтрації, віднесеної до всієї поверхні фільтра. Наявність сепараторів з алюмінію має також негативні наслідки при утилізації шляхом спалювання аерозольних фільтрів, що відробили, використовуваних в атомній промисловості для одержання корисного продукту (ядерного палива) через наявність наведеної активності металевих елементів (алюмінію). Тобто, не представляється можливим витяг урану безпечним способом. Ці фільтри відрізняє також невисока технологічність, оскільки при установці сепараторів важко витримати геометричні параметри фільтрувальної секції по ширині й глибині каналів. Наявність сепараторів з алюмінію приводить до істотного подорожчання аерозольних фільтрів через високу вартість алюмінію. Розв'язувана задача полягає в створенні аерозольного фільтра з розвиненою фільтруючою поверхнею в межах виділеного об'єму, зниженні опору фільтра й збільшенні його ефективності очищення, пилоємності, а також у рішенні пробле 4 ми утилізації шляхом спалювання аерозольних фільтрів, використовуваних в атомній промисловості. Для рішення поставленої задачі запропонований аерозольний фільтр, що містить корпус і високоефективний фільтруючий матеріал, установлений герметично по поверхні зіткнення з корпусом, виконаний із плісированого аркуша з мікроскладками, розташованими поперек основного потоку повітря й сформованими в макроскладки, набраними в один, або більше рядів по висоті фільтра. При числі рядів більше одного вони ізолюються друг від друга по глибині фільтра непроникними перегородками, а кількість рядів визначена, виходячи з гідродинамічних умов фільтрування (швидкості фільтрації), міцності фільтруючого матеріалу й глибини фільтра. Перехід від однорядної конструкції фільтра до конструкції з більшим числом рядів викликаний необхідністю зниження бічних навантажень від тиску повітря, що фільтрують, на макроскладки. Це тиск для даних гідродинамічних умов і застосовуваного фільтроматеріалу (при його заданій міцності) залежить від величини бічної поверхні макроскладки, тобто ширини її бічної поверхні й довжини. Як показали випробування макетних зразків аерозольних фільтрів із мікро- і макроплісированими складками, для даної швидкості фільтрації й глибини каналу й при деякому критичному значенні висоти макроскладок має місце ефект «парусності» - бічні коливальні рухи макроскладок. У результаті відбувається розрив фільтроматеріалу (склобумаги) переважно в центральній зоні - у місці герметизації матеріалу зі стінками корпуса. При переході до дворядної (і більше) конструкції для даної заданої висоти фільтра й довжини каналів відповідно в 2 і більше разів зменшується відстань між площинами, у яких відбувається кріплення й герметизація фільтроматеріалу зі стінками корпуса. Тим самим знижується момент сили від коливань, що діє на макроскладки фільтроматеріалу, і відповідно розрив фільтроматеріалу не відбувається. При цьому величина фільтруючої поверхні залишається практично такою же, як і при однорядному виконанні фільтра із плісированим фільтроматеріалом - несуттєве зниження фільтруючої поверхні (не більше 2%) обумовлено введенням у конструкцію непроникних перегородок. Глибина макроскладки, принаймні, в 7 разів перевищує глибину мікроскладки. Осі макроскладок паралельні осям мікроскладок. Мікроскладки по своїх вершинах по обидва боки скріплені за допомогою смуг із клейового розплаву або покритих клеєм ниток, покладених перпендикулярно осям мікроскладок. У середній частині фільтра макроскладки з боку виходу повітря можуть додатково втримуватися пов'язаними з ними пластинами або сітками, що кріпляться до внутрішньої поверхні корпуса. Перед секцією високоефективного очищення може бути встановлена секція попереднього очищення, а співвідношення площ фільтруючи х поверхонь секцій високоефективного й попереднього очищення перебуває в межах від 3:1 до 80:1. Сек 5 39119 ція попереднього очищення так само може бути виконана із плісированого аркуша з мікроскладками, що формують макроскладки, або з об'ємного фільтроматеріалу без утворення складок. Секція попереднього очищення може бути виконана знімною. Вершини сторін макроскладок, що примкнені друг до др уга (угорі й унизу), герметично скріплені між собою за допомогою пластин і шару герметика. Матеріали, з яких виготовлений фільтр, є важкогорючими й/або не підтримуючими горіння. Як фільтруючий матеріал високоефективної секції може бути використана, наприклад, склобумага класу Н12/Н13, Н13, Н13/Н14 і Н14 за ДСТ Р 51251-99 з ефективністю очищення Е≥99,95% по найбільш проникаючих частках. Склобумага виготовлена на основі тонковолокнистого фільтруючого матеріалу з товщиною не більше 1,0мм, поверхневою щільністю 60÷80г/м 2 і діаметром волокна 0,2÷0,8мкм. Опір фільтруючого матеріалу при швидкості фільтрації 5см/с становить 300-450Па. Опір потоку повітря фільтра, що фільтрує, менше в порівнянні із прототипом (∆р≥500Па) за рахунок того, що вхідний потік рівномірно розподіляється по численних мікроскладках плісированого матеріалу, що мають невелику глибину й утворюють макроскладки з розвитою поверхнею фільтрації. Технічним результатом фільтра конструкції, що заявляють, є забезпечення рівномірного навантаження фільтруючої поверхні по всій глибині каналу за рахунок вирівнювання тиску середовища, що очищують, на вході в мікроскладки фільтруючого матеріалу, збільшення фільтруючої поверхні в межах виділеного об'єму, і як наслідок зниження аеродинамічних втрат, збільшення ефективності очищення й пилоємності. Іншим технічним результатом є можливість утилізації шляхом спалювання аерозольних фільтрів, що відробили, використовуваних на радіохімічних підприємствах атомної промисловості, з метою одержання корисного продукту (ядерного палива), тобто стає можливим витягати уран безпечним способом. Крім того, при повному виключенні металевих деталей полегшується можливість обпресування фільтрів, що відробили, використовуваних на АЕС, для наступного поховання. Ще одним результатом є зниження матеріалоємності фільтра за рахунок виключення з конструкції фільтра металевих (алюмінієвих) сепараторів, що істотно знижує вартість аерозольного фільтра. Підвищена технологічність виготовлення фільтрів, оскільки виключена трудомістка операція установки сепараторів. На фіг. 1 представлений аерозольний фільтр вид попереду, що складається з однієї секції тонкої із дворядним розташуванням фільтруючого матеріалу, загальний вид. На фіг. 2 - перетин по А-А фіг. 1. На фіг. 3 - аерозольний фільтр, що включає секцію грубого й тонкого очищення, у розрізі, загальний вид. 6 На фіг. 4 - місце 1 фіг. 1, де зображені в збільшеному масштабі мікроскладки плісированого фільтроматеріалу. На фіг. 5 - показаний варіант скріплення мікроскладок смужками клейового матеріалу. Аерозольний фільтр містить корпус 1 і високоефективний фільтруючий матеріал 2, установлений герметично по поверхні зіткнення з корпусом, виконаний із плісированого аркуша з мікроскладками 3, розташованими поперек потоку повітря, що очищається, і сформованими в макроскладки 4, які набрані в один, або більше рядів 5 по висоті фільтра. При числі рядів більше одного вони ізолюються друг від друга по глибині фільтра за допомогою роздільника у вигляді непроникної перегородки 6. Кількість рядів визначають виходячи з гідродинамічних умов фільтрування, міцності фільтруючого матеріалу й глибини фільтра. При цьому глибина макроскладки L1 (фіг. 3), принаймні, в 7 разів перевищує глибину мікроскладки L 2 (фіг. 4). Вершини мікроскладок по обидва боки макроскладок скріплені за допомогою смуг 7 клейового матеріалу або ниток зі штапельного волокна, з нанесеним на них покриттям із клею (фіг. 5), покладених перпендикулярно осям мікроскладок. Осі макроскладок X паралельні осям мікроскладок Y (фіг. 1, 5). Перед секцією високоефективного очищення встановлена секція попереднього очищення 8 (фіг. 3), а співвідношення площ фільтруючи х поверхонь секцій високоефективного й попереднього очищення перебуває в межах від 3:1 до 80:1. Секція попереднього очищення може бути виконана із плісированого аркуша з мікроскладками, що формують макроскладки, або з об'ємного фільтроматеріалу без утворення складок. При цьому максимальне співвідношення площ фільтруючих поверхонь ставиться до випадку, коли фільтроматеріал секції попереднього очищення покладений по вхідному перетину без утворення складок. Секція попереднього очищення може бути виконана знімною. Вершини сторін макроскладок 4 герметично скріплені за допомогою пластин 10 і шару герметику 11 (фіг. 2). Перед фільтруючим елементом для збільшення міцності конструкції може бути встановлена решітка 12 (фіг. 3). Аерозольний фільтр працює в такий спосіб. Повітряний потік, що очищається, надходить у макроскладки фільтруючого матеріалу аерозольного фільтра, рівномірно розподіляється по численних мікроскладках і, пройшовши їх, очищений виходить з аерозольного фільтра. Для очищення технологічного середовища з більшим забрудненням і наявністю часток аерозолю великого розміру (більше 1мкм) повітряний потік попередньо проходить через секцію грубого очищення, установлену перед секцією тонкого очищення. У цьому випадку спектр часток перед секцією тонкого очищення складається переважно із часток субмікронного розміру, за рахунок цього ресурс і пилоємність фільтра збільшуються. 7 39119 Був виготовлений аерозольний фільтр. Прохідний перетин корпуса фільтра має габаритні розміри 610мм-636мм із глибиною фільтра - 570мм. Як фільтруючий матеріал використана склобумага класу Н13, за ДСТ Р 51251-99 з ефективністю очищення Е≥99,95% по найбільш проникаючих частках, діаметром волокна 0,2-0,8мкм з мікроскладками глибиною 25мм і скріпленими по вершинах смужками з ниток, покритих клеєм і покладених в макроскладки глибиною ~500мм і шириною 100мм у два ряди з роздільником у вигляді непроникної перегородки між рядами, що прикріплена до внутрішньої поверхні корпуса. Поверхнева щільність фільтроматеріалу становить 78г/м 2. Вершини макроскладок (фіг. 2) з обох кінців герметично скріплені за допомогою пластин з полімерного матеріалу й шару герметику. Поверхня фільтруючого матеріалу становить 28м 2. Матеріал термо- і вологостійкий в агресивних середовищах і має достатню міцність у місцях вигинів. Як показали результати випробувань напівпромислового зразка аерозольного фільтра у виробничих умовах, при номінальній продуктивності 8 по повітрю, що очищують, рівної 3500м 3/год, конструкція фільтра забезпечує аеродинамічний опір не більше 320Па й ефективність очищення по найбільше проникаючим часткам 99,98% при концентрації аерозолів в повітрі, що очищують, до 1мг/м 3 і швидкості фільтрації до 4см/с. Аерозольні фільтри ефективно працюють при температурі повітря, що очищається, до 100оС постійно й 150оС (короткочасно, протягом 4 годин) і відносної вологості до 99%. Аерозольні фільтри заявленої конструкції є перспективними для тонкого очищення технологічних повітряних середовищ в атомній, хімічній, електронній, медичній і інших галузях промисловості, тому що вони володіють більше розвинутою поверхнею фільтрування, забезпечують рівномірний розподіл швидкості фільтрації по перетину фільтра й тиску по глибині фільтра в порівнянні з фільтрами, що виготовляються із гладкого паперового фільтрувального матеріалу, і не вимагають сепараторів, виготовлених звичайно з алюмінієвої фольги. Аерозольні фільтри заявленої конструкції мають менший опір, збільшену ефективність очищення й збільшену пилоємність. 9 Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун 39119 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601