技术领域
[0001] 本
发明大体涉及用于在集尘器中使用的过滤器组件。具体而言，本发明涉及过滤器袋和层叠式过滤介质。
背景技术
[0002] 用于过滤载有颗粒的气体的集尘器(例如袋滤室)是众所周知的。典型的袋滤室具有壳体，壳体具有含尘气体腔室和清洁气体腔室。这两个腔室由
管板隔开。管板具有多个开口，诸如过滤器袋的过滤器典型地延伸通过该多个开口。过滤器袋从管板上悬垂下来，并且延伸到含尘气体腔室中。载有颗粒的气体被引入含尘气体腔室中。该气体穿过过滤器袋且穿过管板中的开口进入清洁空气腔室中。过滤器袋将颗粒从气体流中分离出来。经过滤的气体从清洁气体腔室排出或被引导以用于其它用途。
[0003] 过滤器袋典型地在线状物笼(wire cage)之上延伸且由线状物笼支承。笼防止过滤器袋在沿正常的过滤方向通过过滤器袋的气体流动期间“塌缩”。过滤器袋还典型地经受清洁循环，在清洁循环中，使气体(例如空气)的加压脉冲射流沿与正常的过滤流动方向相反的方向传送通过过滤器袋。取决于在其中使用集尘器的应用，过滤器袋可由层叠式过滤介质制成。过滤器袋的层叠式过滤介质往往被重复的清洁循环损坏。该损坏降低了过滤器袋的层叠式过滤介质的过滤效率和使用寿命。因此，合乎需要的是具有可比之前已知的过滤器袋和层叠式过滤介质经受相对更多数量的清洁循环而不会损坏的过滤器袋和层叠式过滤介质。
发明内容
[0004] 根据至少一方面，本发明提供了一种改进的层叠式介质和过滤器袋。该改进的层叠式过滤介质和过滤器袋提供了相对更长的使用寿命，同时保持了相对高的过滤效率、相对高的透气性和相对低的压降。
[0005] 本发明的一方面是一种用于在袋滤室中使用的过滤器组件，袋滤室具有管板，管板具有通过其中的开口。该过滤器组件包括可在开口附近与管板连接的笼。该笼包括线状物部件。过滤器袋由笼的线状物部件支承，以使过滤器袋保持在运行状态中且与管板中的开口处于
流体连通。反向脉冲射流清洁系统
定位成以便引导清洁脉冲通过开口且进入过滤器袋中，以进行多个清洁循环。过滤器袋由层叠式过滤介质制成。层叠式过滤介质包括织物衬底。层叠式过滤介质还包括层叠到织物衬底上的隔膜。该隔膜包括
单层的具有二
氧化
钛微粒的共凝聚的(co-coagulated)聚四氟乙烯的膨胀材料。二氧化钛微粒以约0.5％重量至4.5％重量的范围存在于共凝聚的聚四氟乙烯中。
[0006] 本发明的另一方面是一种用于在袋滤室中使用的过滤器袋，袋滤室具有管板，管板具有通过其中的开口。线状物笼可在开口附近与管板连接，以支承过滤器袋且使过滤器袋保持在运行状态中且与管板中的开口处于流体连通。反向脉冲射流清洁系统定位成以便引导清洁脉冲通过该开口且进入过滤器袋中。该过滤器袋由层叠物制成。层叠物包括织物衬底。层叠物还包括层叠到织物衬底上的隔膜。隔膜包括单层的具有二氧化钛微粒的共凝聚的聚四氟乙烯
树脂的膨胀材料。二氧化钛微粒以约0.5％重量至4.5％重量的范围存在于共凝聚的聚四氟乙烯树脂中。根据ASTM D737，在30,000次清洁循环时，过滤器袋的层叠物具有其初始透气性的至少约40％的透气性。
[0007] 本发明的另一方面是一种用于在工业污染控制过滤器袋中使用的过滤介质。该过滤介质包括织物衬底。该过滤介质还包括层叠到织物衬底上的隔膜。隔膜包括单层的具有二氧化钛微粒的共凝聚的聚四氟乙烯树脂的膨胀材料。二氧化钛微粒以约0.5％重量至4.5％重量的范围存在于共凝聚的聚四氟乙烯树脂中。
附图说明
[0008] 通过参照附图阅读以下说明，本发明的另外的特征对于本发明所涉及的领域的技术人员将变得显而易见，其中：
[0009] 图1是反向脉冲射流袋滤室的示意性截面图，其示出了根据本发明的一方面的多个过滤器袋；
[0010] 图2是图1所示的反向脉冲射流袋滤室的一部分的放大视图；
[0011] 图3是根据本发明的一方面的、用于在图1-2所示的过滤器袋中使用的层叠式过滤介质的透视图；
[0012] 图4是图3所示的层叠式过滤介质的一部分的放大截面图；
[0013] 图5是层叠式过滤介质的测试结果的图示，其示出了随清洁循环而变化(as a function of)的透气性；
[0014] 图6是层叠式过滤介质的测试结果的图示，其示出了随清洁循环而变化的粉尘穿透性；且
[0015] 图7是层叠式过滤介质的测试结果的图示，其示出了随清洁循环而变化的压降。
[0016] 部件列表
[0017] 20袋滤室
[0018] 22反向脉冲清洁系统
[0019] 24壳体
[0020] 26入口
[0021] 40过滤器组件
[0022] 42出口
[0023] 44含尘气体气室
[0024] 46清洁气体气室
[0025] 48管板
[0026] 60倾斜壁
[0027] 62开口
[0028] 64开口
[0029] 80过滤器袋
[0030] 82层叠式过滤介质
[0031] 100笼
[0036] 182织物衬底
[0037] 184隔膜
具体实施方式
[0038] 在图1中示出了具有反向脉冲过滤器清洁系统22的集尘器或袋滤室20。袋滤室20包括支承反向脉冲过滤器清洁系统22的封闭壳体24。壳体24由诸如金属片的适当的材料制成。载有颗粒的气体D从入口26流到袋滤室20中。载有颗粒的气体D被多个相对长的过滤器组件40过滤，根据本发明的一方面，该多个相对长的过滤器组件40位于袋滤室
20内。经过滤的气体或清洁气体C通过袋滤室20的出口42离开。
[0039] 由诸如金属片的适当的材料制成的管板48将袋滤室20分成“含尘气体”气室44和“清洁气体”气室46。入口26与含尘气体气室44处于流体连通。出口42与清洁气体气室46处于流体连通。
[0040] 袋滤室20还具有由倾斜壁60限定的积聚室，其位于含尘气体气室44的下端处。积聚室接收和临时存储从载有颗粒的气体D中分离出来的或从过滤器组件40落下的颗粒和其它碎屑。存储的颗粒和碎屑通过开口62离开积聚室。
[0041] 多个开口64(图2)延伸通过管板48。根据本发明的一方面构造的过滤器组件40安装在相应的开口64中。过滤器组件40中的各个安装在相应的开口64中，使得其抵靠管板48而密封。可使用任何适当的安装结构来将过滤器组件40附连、支承和密封到管板48上。
[0042] 当载有颗粒的气体D穿过各个过滤器组件时，过滤器组件40将颗粒从该载有颗粒的气体D中过滤出来。各个过滤器组件40包括由层叠式过滤介质82(图3)制成的过滤器袋80。过滤器袋80形成为具有圆形截面的管状构造。将为显而易见的是，过滤器组件40可为任何期望的长度，以便满足袋滤室20的过滤要求。
[0043] 过滤器袋80同心地位于过滤器组件40的支承部件(例如笼100)周围。过滤器袋80位于笼100的周边周围。笼100由多个沿纵向延伸的线状物部件制成，沿纵向延伸的线状物部件由多个沿周向延伸的线状物部件互连。过滤器袋80和笼100具有取决于袋滤室20的设计要求的相应的长度或轴向范围。过滤器袋80可由任何适当的材料构造，以实现期望的过滤要求和运行状态。
[0044] 反向脉冲清洁系统22包括脉冲阀122(图1和2)。脉冲阀122流体地连接到供应压缩流体(例如空气)的压缩空气歧管或集管124上。脉冲阀122布置成以便引导存储在集管124中的压缩空气通过吹风管126。吹风管126由壳体24支承。
[0045] 吹风管126具有多个喷嘴140。喷嘴140限定了用于从吹风管126输送的清洁空气的通道。喷嘴140定位成距管板24预定距离，并且沿着相应的过滤器组件40的纵向中
心轴线定位，如图2所示。周期性地，促动脉冲阀122以允许压缩空气的脉冲P从歧管124流到吹风管126，通
过喷嘴140并且进入过滤器组件40中，同时袋滤室20的过滤操作继续。袋滤室20在这个清洁操作期间不必停机，所以它不会脱机。
[0046] 在袋滤室20的过滤操作的时期之后，越过各个过滤器组件40的压降将升高，因为从载有颗粒的气体流D中分离出的颗粒在过滤器袋80的外表面处积聚。通过将清洁气体(例如压缩空气)的脉冲P(图2)引导到过滤器组件中的各个的开口端中来周期性地清洁过滤器组件40。这个清洁称为反向脉冲清洁。
[0047] 沿着过滤器筒的纵向中心轴线以发散的模式将反向清洁脉冲P引导到各个过滤器组件40中。反向清洁脉冲P沿“反向”或与正常的过滤气体流相反的方向通过过滤器袋80从过滤器组件40的内部流到过滤器组件的外部。这个清洁脉冲P将移除至少一些、优选大量的积聚在过滤器组件40的外表面上的颗粒，并且降低越过过滤器组件的压降。
[0048] 参看图1，示出了根据本发明的一方面的反向脉冲清洁系统22。反向清洁脉冲P由清洁系统22提供。周期性地完成通过过滤器组件40的开口端将压缩空气的清洁脉冲P引导到各个过滤器组件40中。“周期性”的意思是可对反向脉冲清洁系统22进行编程，或可手动地操作该系统，使得在
选定的时间，将存在被引导到过滤器组件40中的压缩空气的清洁脉冲P。例如，选定的时间可为预定的持续时间之后或在探测到越过过滤器组件40的一定量的压降之后。
[0049] 从喷嘴140射出的清洁脉冲P会沿着过滤器组件40的纵向范围产生压
力波。由于突然发生的压力变化和流向反转的原因，过滤器袋80和积聚的颗粒集结物被从笼100沿径向向外推动。这个重复的运动产生笼100的线状物上的层叠式过滤介质82的弯矩，其可对层叠式过滤介质造成损坏。该损坏可降低过滤效率。
[0050] 积聚的颗粒集结物与过滤器袋80的外表面分离。分离的积聚的颗粒集结物会掉到积聚室中，并且通过开口62离开袋滤室20。然后可(例如)借助于螺旋传送器(未显示)来将颗粒从袋滤室20中运走。
[0051] 过滤器袋80的层叠式过滤介质82(图3-4)包括成织物衬底182和细过滤隔膜184形式的至少两个层。通过任何适当的机制(例如
热层叠或
粘合剂层叠)将隔膜184层叠到织物衬底182上。在通过过滤器袋80的层叠式过滤介质82的正常过滤气体流动期间，隔膜184意在位于织物衬底的上游。织物衬底182可为任何适当的形式和材料。织物衬底
182被示为由玻璃
纤维编织而成。织物衬底182可为编织或非编织材料，例如
丙烯酸树脂、芳族聚酰胺、玻璃纤维、P84、聚酯、聚苯硫醚、聚丙烯和聚四氟乙烯。
[0052] 根据一方面的隔膜184是多孔的，并且优选是多微孔的，其具有由多个小纤维互连的多个
节点的三维矩阵或栅格型结构。制成隔膜184的材料是任何适当的材料，但隔膜184优选地由优选已经至少部分
烧结的膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)制成。
[0053] 节点和小纤维的表面限定了在曲折的路径中、在隔膜的相对的主侧面之间完全延伸通过隔膜184的多个互连的孔隙。隔膜184中的孔隙的适当的平均大小可在0.01至10微米的范围中，且优选在1.0至5.0微米的范围中。
[0054] 大体上，优选通过挤出改性聚四氟乙烯(PTFE)细粉末微粒和
润滑剂的混合物来制造隔膜184。然后对挤出物进行压延。然后使经压延的挤出物沿至少一个方向(优选两个方向)“膨胀”或伸展，以形成在三维矩阵或栅格型结构中连接节点的小纤维。“膨胀”意在指充分地伸展超过材料的弹性极限，以对小纤维引入永久性固定或拉长。然后优选加热或“烧结”隔膜184，以减小和最小化隔膜材料中的残余
应力。但是，在适于所构思的隔膜的使用的情况下，隔膜184可为未烧结或部分烧结的。
[0055] 根据本发明的一方面的隔膜184包含金属氧化物微粒。已经发现，这种隔膜184具有显著改进的性质，例如提高的抗磨损性、提高的弹性强度、提高的
弹性模量，这可增强隔膜的机械
稳定性和/或耐用性。
[0056] 隔膜184优选为单层改性聚四氟乙烯(PTFE)。已经发现适当的改性聚四氟乙烯(PTFE)树脂为具有二氧化钛微粒的共凝聚的聚四氟乙烯，其可根据名称XPH从Solvay购得。改性聚四氟乙烯(PTFE)树脂与适当的润滑剂混合。二氧化钛微粒以约0.5％重量至4.5％重量的范围、优选约1.5％重量至3.0％重量的范围而存在于共凝聚的聚四氟乙烯中。二氧化钛微粒的大小在150至250纳米的范围中。
[0057] 改性PTFE树脂可与润滑剂在V掺合器中混合达1至60分钟之间(优选约20分钟)，例如，直到混合物大致均质为止。适当的润滑剂包括
烃基液体，例如由埃克森美孚化学公司(ExxonMobil Chemical Co)以Isopar商标销售的异链烷烃
溶剂。优选的润滑剂包括Isopar K、Isopar M和/或Isopar G。在某些
实施例中，润滑剂的重量百分比的范围可介于树脂的重量的15％和23％之间，同时使
温度保持在50℉以下。这个重量百分比通常称为“润滑剂率”(lube rate)，其可变化，例如取决于在挤出过程中使用的装备的具体加工参数。
[0058] 在混合之后发生毛细作用，并且树脂/润滑剂混合物可保持在80℉至100℉的温度处高达24小时。在某些方面，温度可更高(例如200℉)或更低(例如40℉)，并且时间可更短(例如1小时)或更长(例如120小时)。在其它实施例中，毛细作用可为可选的。
[0059] 然后树脂/润滑剂混合物被置于筒体中。然后在压力下压挤混合物，以产生预成型品。在一些方面，筒体可为50英寸长，而内径为1至5英寸，并且使用150psi的压力来迫使混合物在
环境温度处变成预成型品。当然，还可使用其它加工参数。
[0060] 通过
柱塞式
挤出机将预成型品挤出成带。在一些方面，挤出在介于90℉和100℉之间的温度处进行。带的最终厚度可在5密
耳和75密耳之间变化，并且优选在35密耳和45密耳之间变化。当然，还可使用其它加工参数。
[0061] 在挤出后，通过使带通
过热的压延机辊子以获得期望的带以及沿机器方向伸展以形成小纤维，来对带进行压延。压延可在介于300℉和400℉之间的温度处且以诸如介于10英尺/分钟(ft/min)和20英尺/分钟之间的适当的速率进行。在压延之后，带可传送经过额外的辊子，以使润滑剂从带上
蒸发掉。当然，还可使用其它加工参数。
[0062] 经压延的带然后进一步沿机器方向(MD)伸展一至十次(之间)。通过拉幅操作来使经MD伸展的带形成为隔膜184。在这个操作期间，经MD伸展的带沿横向方向或横跨方向伸展，以形成相对薄的隔膜184。优选地，伸展以介于30英尺/毫米(ft/mm)和80英尺/毫米之间的线速度进行。经MD伸展的带可沿横向方向伸展1至20次之间(优选10至12次之间)。在拉幅操作期间，带可暴露于不同的温度，例如介于150℉和800℉之间，或例如在200℉处、在500℉处、在650℉处或在700℉处。这些温度可提高或以别的方式随伸展循环或拉幅机内的
位置而变化。
[0063] 在拉幅之后，可对隔膜184进行
热处理，以使隔膜的微观结构稳定。该烧结可在炉子中在介于400℉和750℉之间(优选介于650℉和750℉之间)的温度处进行达介于1和120秒之间(且优选介于10和30秒之间)的时间段。隔膜84的最终厚度的范围可介于0.05密耳和20密耳之间，且优选约0.1密耳至2密耳。
[0064] 准备层叠式过滤介质82的示例性实例，以用于已知的过滤器袋的比较测试。层叠式过滤介质82形成到过滤器袋80中，并且在受控制的测试袋滤室中进行测试。过滤器袋80周期性地从测试袋滤室中移除，以进行性能测试。根据已知的工业测试方法来测试过滤器袋80的层叠物82。在图5-7中示出了比较测试的结果。
[0065] 选择样件1作为用于测试的一个已知的基准过滤器袋产品。样件1代表层叠到已知的芳族聚酰胺织物衬底(NOMEX )上的已知的膨胀聚四氟乙烯隔膜，该芳族聚酰胺织物衬底可作为产品编号为QN004的过滤器袋从BHA集团公司以商业方式获得。
[0066] 还选择样件2作为用于测试的一个已知的基准产品。样件2代表层叠到已知的玻璃纤维织物衬底上的已知的膨胀聚四氟乙烯隔膜，该玻璃纤维织物衬底可作为产品编号为QG061的过滤器袋从BHA集团公司以商业方式获得。
[0067] 准备了样件3来进行测试。样件3包括根据本发明的一方面制成且在上面进行了描述的隔膜184，隔膜184包括具有二氧化钛微粒的共凝聚的聚四氟乙烯的膨胀材料。隔膜184层叠到样件1的已知的芳族聚酰胺织物衬底182(NOMEX )上。
[0068] 还准备了样件4来进行测试。样件4包括根据本发明的一方面制成且在上面进行了描述的隔膜184，隔膜184包括具有二氧化钛微粒的共凝聚的聚四氟乙烯的膨胀材料。隔膜184层叠到样件2的已知的玻璃纤维织物衬底182上。
[0069] 图5中的曲线图上显示了关于清洁循环的(即随清洁循环而变的)、样件的根据工业标准测试(ASTM D737)的透气性。样件1在10,000次清洁循环时失去了其透气性的约三分之一。确定样件1被损坏，如在使用中典型地看到的那样，并且样件1被移除而不进行另外的透气性测试。样件2在20,000次清洁循环时失去了其透气性的约一半。确定样件2被损坏，如在使用中典型地看到的那样，并且样件2被移除而不进行另外的透气性测试。样件3和4在20,000次至40,000次清洁循环时失去了其初始透气性的仅约17％。样件3和4在这点处未被损坏，并且仍然被看作是有用的。显然，由于结合了新的隔膜184，过滤器袋
80的层叠式过滤介质82在模拟的过滤应用中比用于过滤器袋的以前已知的层叠物显著地更耐用。因而，根据ASTM D737，在30,000次清洁循环时，过滤器组件40、过滤器袋80和层叠式过滤介质82呈现了其初始透气性的至少约40％(优选至少约67％并且更优选至少约
80％)的改进的透气性。换句话说，根据ASTM D737，在30,000次清洁循环时，过滤器组件
40、过滤器袋80和层叠式过滤介质82呈现了至少约24CFM(优选至少约4.0CFM，并且更优选至少约4.8CFM)的改进的透气性。
[0070] 在图6的曲线图上显示了关于清洁循环的(即随清洁循环而变的)样件的粉尘穿透性。粉尘穿透性在本文定义为被不能通过反向脉冲清洁来清洁的挑战性粉尘阻塞的过滤介质的表面积的百分比。因而，粉尘穿透性表示待被清洁的层叠式过滤介质82的影响透气性和压降的能力。样件1和2具有很大的百分比(在30,000次清洁循环时分别为40％和50％，且在40,000次清洁循环时分别为60％和70％)的在测试的持续时间里被阻塞的过滤介质。样件3和4具有相对更小的百分比(在30,000次清洁循环时为约3％，在40,000次清洁循环时为约5％)的在测试的持续时间里被阻塞的过滤介质。明显，由于新的隔膜
184的原因，过滤器袋80的层叠式过滤介质82在模拟的过滤应用中比以前已知的层叠物显著地更加可清洁。
[0071] 在图7中的曲线图上显示了关于清洁循环的(即随清洁循环而变的)、样件的根据工业标准测试(ASTM D6830)的压降。所有的样件基本同样执行经过约20,000次清洁循环。在约30,000次清洁循环时，样件1和2经历为其初始压降的约两倍的压降。在约40,000次清洁循环时，对于样件1和2，压降进一步升高。在30,000和40,000次清洁循环时，样件3和4仅经历比其初始压降略微升高的压力。明显，由于新的隔膜184的原因，过滤器袋
80的层叠式过滤介质82在模拟的过滤应用中由于其可清洁性而比以前已知的层叠物显著地更耐用，而不会增加压降。因而，在30,000次清洁循环时，过滤器组件40、过滤器袋80和层叠式过滤介质82显示了越过过滤器袋的层叠式过滤介质的显著地改进的压降结果(通过ASTM D6830测试确定，小于约3.0英寸
水)。换句话说，在30,000次清洁循环时，通过ASTM D6830测试确定，过滤器组件40、过滤器袋80和层叠式过滤介质82显示了越过过滤器袋80的层叠式过滤介质82的改进的压降结果，其增加了初始压降的不到100％。
[0072] 根据上面对本发明的至少一方面的描述，本领域技术人员将想到改进、改变和
修改。在本领域的技术内的这种改进、改变和修改意在由所附
权利要求书
覆盖。所有公开的和要求保护的数量和数值范围是近似的，并且包括至少一些改变和偏差。
