c) Kapsové filtry
Jedná se o filtry ploché skládané tak, že jejich tloušťka je zhruba odpovídající ostatním rozměrům. Výhodou je použití materiálů, ze kterých nelze vytvořit skládané filtry, nevýhodou velké rozměry. Příkladem aplikace je filtr do klimatizační jednotky. [2]
Na obrázku 6 je zobrazen princip kapsového filtru a jeho ukázka.
Výhodou je možnost zpracovat jakýkoliv textilní materiál a nemusí být tuhý oproti skládaným filtrům. Nevýhodou jsou rozměry a cena, neboť z filtračního materiálu se nejprve šijí kapsy, které jsou následně ručně vkládány do rámů. Maximalizace filtrační plochy lze docílit kombinací kapsového a skládaného filtru a využívají se jako kabinové filtry.
d) Patronové filtry
Patronové, neboli svíčkové filtry tvoří vlákenný filtr plochý, nebo skládaný obtočený kolem perforované dutinky (viz obrázek 7). Může být konstruován jako jednorázový i jako čistitelný zpětným protlakem. Lze jej získat i křížovým návinem přástu. Výhodou je velká filtrační plocha při malých rozměrech filtru a samotěsnící schopnost filtrační vrstvy, využívá se především v průmyslu a to pro suchou i mokrou filtraci.
Obrázek 7 - Schéma a ukázka patronového filtru [3]
e) Hadicové filtry
Fungují na podobném principu jako patronové, ale jejich délka může být i několik metrů. Téměř vždy jsou čištěny zpětným protlakem, umístěny vedle sebe ve větším počtu a slouží k filtraci většího množství zachytávaných částic. Schéma ukazuje obrázek 8, částice uvolněné při zpětném protlaku padají do prostoru pod filtry a jsou vysypávány.
Obrázek 8 - Schéma a ukázka hadicového filtru
2.3 Filtrační materiály
Na výrobu vzduchových filtrů se využívá celá řada speciálních filtračních médií ze syntetických, přírodních i skelných vláken pro předfiltraci i hlavní filtraci ve vzduchotechnických a klimatizačních zařízení.
a) Polyuretan
Médium je vysoce odolné proti vlhkosti a je plně regenerovatelné. Struktura filtračního média PPI (měkká pěnová hmota) je odolná proti namáhání, umožňuje mimořádně vysoké náběhové rychlosti při nízkých tlakových ztrátách. Třída filtrace dle EN 779:2012 je G1. Média PPI jsou retikulované PU pěny na polyesterové bázi. Síťová struktura je plně otevřená a neobsahuje žádné uzavřené buňky. Toho se dosahuje při tepelném retikulačním procesu (síťování, mřížkování, praskání, zvrásnění), při kterém se všechny buněčné membrány, které zůstaly po vypěnění, rozbijí a splynou s buněčnými žebry.
Použití: Nasazují se jako předfiltr nebo 1. stupeň filtrace do klimatizačních a větracích jednotek.
b) Přírodní latexové vlákno
Filtrační médium z přírodních latexových vláken pro filtraci hrubých prachových částic. Třída filtrace dle EN 779:2012 je G3.
Použití: Používá se především v potravinářství a lékařství.
c) Syntetické vlákno
Filtrační média se skládají z neuspořádaně poskládaných netkaných zkroucených syntetických vláken rozdílné tloušťky, která jsou zpevněna umělým pojivem (nebo termicky) do pevného a stabilního filtračního rouna. Materiály mají díky progresivní konstrukci vláken extrémně nízké tlakové ztráty a vysokou hromaditelnost prachu.
Materiály jsou nehořlavé, samozhášivé a hygienicky nezávadné.
Použití: Nasazují se jako předfiltr nebo 1. stupeň filtrace do klimatizačních a větracích jednotek a jako stropní filtry v lakovacích kabinách a stříkacích boxech. Používají se na filtraci hrubých prachových částic. Výrazné uplatnění nacházejí také jako předfiltry v lékařství, telekomunikacích a elektrotechnickém průmyslu.
d) Skelné vlákno
Filtrační média ze skelných vláken se používají jako předfiltry v klimatizačních a větracích jednotkách. Jako další stupeň filtrace se zpravidla nasazují kapsové filtry. Tyto filtrační média se skládají z elastických, kroucených, neuspořádaně poskládaných skelných vláken, která jsou v místě styku fixována speciálním plastem. Se snižující se tloušťkou vlákna se filtrační médium směrem ke straně čistého vzduchu zhušťuje a zjemňuje. Tím je dosaženo vysokého stupně odloučení a velké hromaditelnosti prachu.
Použití: Média se používají jako předfiltry v klimatizačních a větracích jednotkách, především pro záchyt hrubých prachových částic v průmyslu, skladovacích a výrobních halách. Využití mají především pro záchyt hrubých prachových částic v průmyslu, skladovacích a výrobních halách, telekomunikačních ústřednách a společenských prostorách.
e) Recyklovaný papír
Ochranný filtr pro záchyt kapek barvy při stříkání. Venturiho efekt v kombinaci se změnami směru vzduchu, v němž jsou obsaženy částečky barev umožňující efektivní a vysoce účinnou ochranu. Všechny typy jsou sestaveny ze dvou skládaných kartonů.
Otvory v přední stěně jsou umístěny asymetricky oproti otvorům ve stěně zadní. Při průchodu vzduchu filtrem dochází ke změně jeho proudění ve všech třech osách. V zadní stěně tvořené hlubšími záhyby tvaru V vznikají kapsy, ve kterých se zachycují oddělené kapalné částice.
Použití: Jsou nasazovány samostatně nebo jako předfiltr u vícestupňových filtračních systémů na odtazích v lakovnách. Působením setrvačné síly zachytávají papírové filtry velmi efektivně aerosolový mrak, který vzniká při stříkání všech typů kapalných barev a laků, pojiv, lepidel, epoxidových pryskyřic, rozpouštědel, asfaltu, gelů, dehtu, teflonu, polyuretanu, vinylu, olejů, tuků, glazury, atd. Všeobecně je možné filtry použít všude tam, kde je potřeba oddělit z proudící mlhoviny tekuté částice. Papírové filtry lze použít samostatně, nebo jako předfiltr u vícestupňových filtračních systémů.
f) Další typy filtračních materiálů
Mezi další technologie a filtrační materiály řadíme materiály uvedené v tabulce 6., které jsou vhodnou kombinací s nanovlákny.
Tabulka 1 - Parametry používaných materiálů
1 rozfukování taveniny horkých vzduchem s nastavením pro tvorbu velmi jemných vláken o průměru 0,5 – 2 µm
Typ textilie Plošná hmotnost Průměry vláken Tloušťka vrstvy Meltblown 1 15 – 100 g/m2 1,01 – 2,5 µm 0,21 – 1,5 mm
2.3.1 Specifikace použitého vzduchového filtračního materiálu
Jde o materiál, který doposud nebyl na trhu výroby filtračních zařízení a jedná se o revoluční způsob, jak docílit téměř maximální účinnosti zachycení bakterií a virů, všechno ale má své úskalí a vlastnosti tohoto materiálu nejsou zcela tak příznivé na výrobu skladů tohoto média, neboť disponuje vlastnostmi menší plošné hmotnosti. Z toho vyplývá, že materiál je velice pružný a nedrží tak svůj tvar. Při tvorbě skladů se musí brát v potaz, že materiál je velice živý a nedrží svůj tvar. Používaný materiál je vyráběný firmou Nanologix. Tato firma se zabývá zpracováním polymerních materiálů zejména ve více komponentních, ale i jedno komponentních aplikacích realizovaných pomocí technologie vstřikování termoplastických a elastomerních materiálů. Výrobní proces, kterým firma disponuje, rovněž zahrnuje technologii skládání filtračních materiálů na bázi mikro skleněných, celulozových či nanovláken na bázi polypropylenu nanesených na nejrůznějších nosičích a obsahujících rozličné druhy inkoroporovaných částic.
Samozřejmostí jsou montážní linky sestávající z plně automatické či poloautomatické montáže vyráběných dílů do sestav a podsestav, kterými jsou nejčastěji prostředky osobní ochrany nejen civilního obyvatelstva. Technologický proces obvykle využívá více komponentních vstřikovacích strojů včetně strojů ke zpracování tekutých silikonů (LSR), robotizovaných pracovišť určených k nanášení lepidel a tmelů či jednoúčelových montážních strojů. [4]
Materiál nese název ANTIVIRUS SMNF57 a skládá ze 4 vrstev:
S ložení textilie AntiVirus SMNF 57 - čtyřvrstvý laminát (SB/MB/NV/SB)
AntiMicrobe - bariéra proti průniku mikroorganismů
o Vnější vrstva: PP spunbond/meltblown 37 g/m2 (SB/MB)
o Vnitřní vrstva: submikronová vlákna polymeru PVDF (polyvinyliden fluorid) (NV)
o Vnější vrstva: PP spunbond 20 g/m2 (SB)
Obrázek 9 - Sruktura čtyřvrstvého laminátu SB/MB /NV/SB [4]
Tabulka 2 - Fyzikální vlastnosti použitého filtračního materiálu [4]
Materiál AntiVirus SMNF 57 byl testován s uvedenými výsledky v Nelson Laboratories a výsledky jsou k dispozici.
Obrázek 10 - Mikroskopický pohled na bakterie a viry zachycené filtračním materiálem AntiVirus SMNF 57 [4]
Zvolený materiál je použit na základě studie. Studie ukázala, že vzhledem k malým vzdálenostem mezi vlákny, které se brzo ucpávají zachycenými částicemi, nelze počítat s velkou životností nanovlákenných filtrů. Proto musíme předpokládat použití předfiltrů před nanovlákny, respektive využití nanovláken jako tenké vrstvy kombinované s jiným materiálem a zlepšující jeho vlastnosti. Vhodným materiálem pro kombinaci s nanovlákny je například vrstva meltblown, nebo vrstva naplavovaných skleněných mikrovláken. [4]
2.3.2 Výsledný produkt – filtrační složenec
Výsledný polotovar znázorněný na obrázku 11 je nazýván válcovým filtračním složencem neboli respirátorovým filtrem, který je posléze vkládán do dýchacích masek.
Respirátor (viz obrázek 12) lze definovat jako zařízení kryjící ústní, případně lícní část obličeje a chránící dýchací orgány proti částicím rozptýleným ve vzduchu [EN 143, 2000] a dýchací maska je respirátor kryjící ústa i nos a obsahující kontejner, do kterého lze vložit vysoce účinný filtr.[2] Uvedený filtrační materiál je poskládán do složence a zalit adhezním materiálem do oboustranných plastových manžet. Manžety jsou tvořeny spodní fixovanou stranou a po usazení filtračního složence je přiklopená druhá část plastové manžety.
Obrázek 12 - Ukázka dýchací masky
Výrobek má vnitřní průměr 40mm, vnější průměr 60mm a šířku 30mm. Pásek s vyhotovenými sklady má 13cm a počet skladů s roztečí 4mm je 33. Respektive 32skladů a posledním 33skladem je slepení nebo přesněji secvaknutí obou konců pásku. Rozměry
Obrázek 11 - Výsledný produkt - filtrační složenec
složence jsou vyobrazeny na obrázku 13. Na základě těchto rozměrů je potřeba přihlížet a přizpůsobit konstrukci stroje na tvorbu ryl a skladů.
Obrázek 13 – Skica výsledného produktu – složence
2.4 Současný stav stroje
Dosavadní stroj je vytvořen na principu tvorby skladů, v čem spočívá i tvorba ryl, a zároveň fixace složených překladů.
Konstrukční uspořádání současného stavu stroje je na obrázku 14 a popis detailu stroje je zohledněn na obrázku 15. Stroj je uzpůsoben na šíři filtračního pásku finálního rozměru, tedy 30mm a tvorba skladů je realizována pomocí pneumaticky horizontálně řízených planžet (5), které jsou opatřeny vyhřívacím systémem pro účinnou tvorbu ryl. Ve spodní části filtračního pásku (1) je současně vedena bikomponentní nit (4) zajištující okamžitou fixaci skladu při jeho tvorbě. Podstatou fixace skladu je přitavení bikomponentní nitě na filtrační
fixační nitě a filtrační materiál. Odtahové zařízení filtračního pásku nebo přesněji podávací válce jsou aktivovány prostřednictvím horního snímače polohy pásku a deaktivován spodním snímačem polohy.
Obrázek 15 - Detail současného stavu stroje: 1 – kotouč návinu pásku filtračního materiálu, 2 – odtahové zařízení (podávací válce), 3 – snímače polohy pásku, 4 – bikomponentní nitě, 5 – pneumaticky řízené planžety, 6 – odtahové zařízení.
Doba, za kterou je současný stroj schopen vytvořit jeden sklad, je 5sekund a cílem nového řešení je snížit čas, za který bude stroj schopen vytvořit jeden sklad filtračního materiálu a zvýšit tím efektivitu výroby a celkovou výtěžnost produktu.
Systém odtahového zařízení (viz obrázek 16) je realizován pomocí pneumatických pohonů, kde horní čelisti zajištují zachycení složence a následný odtah svislým pohybem směrem dolů. Tyto horní čelisti jsou součástí pístu pneumotoru, který je připevněn k pohonu s ozubeným řemenem konající vertikálně přímočarý pohyb. Po určité vzdálenosti odtažení jsou horní čelisti pneumotoru odsunuty a současně jsou vytaženy spodní čelisti po dobu vrácení horních čelistí do počáteční horní polohy.
Obrázek 16 - Systém odtahového zařízení
2.5 Rešerše problematiky zabývající se tvorbou ryl, skladů a fixace filtračních materiálů
Rešerše je zpracována z patentů předních výrobců, které se zabývají výrobou filtrů, filtračních zařízení, filtračních vložek a dalších zařízení zabývající se filtrací či skládanými materiály. Podrobnější informace a popis patentů jsou uvedeny v příloze 2.
Způsob výroby filtračního materiálu – patent DE 102011116947
Vynález přihlášený celosvětově rozšířenou společností Hydac se týká způsobu techniky vynález poskytuje způsob zajišťující jednoduchou a efektivní výrobu filtračních materiálů, které mají lepší stabilizaci geometrie záhybu, a tím zajišťuje vysokou stabilitu.
Obrázek 17 znázorňuje proces tvorby skladů na filtrační vložce (1) pomocí nožového plisovacího stroje s protilehlými pohyblivými plisovacími noži (3). Filtrační vložka se skládá z jednotlivých vrstev filtračního média, které jsou znázorněny plnou, čárkovanou a čerchovanou čarou. V opačném pohybu skládacího nože tvoří působením na filtrační vložky základ záhybu (5) s protilehlým hřbetem záhybu (7), zatímco filtrační vložka se pohybuje ve směru šipky (9) a směrem pohybu.
Mezi sonotrodou (11) a kovadlinou (13), kde na filtrační vložce mezi základem záhybu a hřbetem záhybu efektivně proniká ultrazvuková energie, tvoří svarový spoj (15)
Obrázek 17 - Schéma obvyklého postupu při skládání vložky plisováním nožem [6]
značně vyztužená. Tím, že bylo dosaženo stabilizace plisovací geometrie, filtrační materiál je odolný vůči toku v průběhu filtrace provozních zatížení.
Dutý válec (17), znázorněn na obrázku 18, je vně a v jeho interiéru (19) obklopen nosnými trubkami. Při provádění způsobu podle vynálezu mohou být sonotrody (11) načasovány, kde by každá skládací (svařovací) operace proběhla tak, aby veškeré po sobě jdoucí sklady filtrační vložky (1) mezi základem záhybu (5) a hřbetem záhybu (7) byly svařeny. Také může být svařovací operace vynechána vhodným taktováním v požadovaných záhybech. Zejména sonotrody (11) a příslušná kovadlina (13) jsou ve tvaru pásku, takže svarové spoje (15) mohou být vytvořeny po celé délce L nebo z velké části. [5]
Samonosné skládání filtračního média – patent US2011138760
Předložený vynález vytvořený společností 3M je filtr, který je tvořen kontinuální délkou filtračního média. Filtrační médium má množství záhybů definovaných
Obrázek 18 - Perspektivní pohled na provedení filtračního materiálu vyrobeného způsobem podle vynálezu, který je vytvořen do dutého válce pro filtrační prvek [5]
Obrázek 19 - Schematické znázornění systému pro předtvarování podle tohoto vynálezu [6]
množstvím ohybových linií, z nichž každá ohybová linie tvoří průběžné opačně nakloněné strany povrchu. Množství ohybových linií obsahuje jednu množinu skladových hran a druhé množství skladových žlabů. Adhezní pramen (32) je zásobován na čelní straně filtračního média v nesouvislém styku s tímto filtračním médiem. Adhezní pramen (32) spojuje filtrační médium u záhybu špiček a spojuje filtrační médium v horní části povrchu stěny.
Filtračního médium (12) se posouvá přes vytvářeč záhybů (18), který v jednom provedení je rotačně-drážkovací vytvářeč záhybů (rylovací zařízení). V dalším provedení je filtrační médium rylováno v pravidelně rozmístěných intervalech s konvenčním rylovacím zařízením nebo například laserovou řezačkou. Narylovaný filtrační materiál pokračuje k podávacím válcům (20). V jednom provedení jsou k dispozici ohřívače (22) na bázi infrazáření pro vyztužení záhybů (24). Ve znázorněném provedení na obrázku 19 sklady (24) mohou volně viset předtím, než pokročí k zařízení pro tvorbu skladů s danou roztečí (26). V jiném provedení sklady (24) jsou zachovány v zásobníku nebo žlabu předtím, než pokročí k zařízení pro tvorbu skladů s danou roztečí (26). [6]
Způsob a zařízení pro výrobu filtrů – patent US 4798575
Na obrázku 20 je zobrazen způsob a zařízení pro výrobu filtrů patentován společností Flodins Filter, ve kterém filtrační materiál kontinuálního délky (5) je složen do formy složence (39). Záhyby jsou připojeny na jeho koncích podél bočních okrajů filtračního materiálu a jsou uzavřeny proti sobě tak, že tvoří dráhu vedení filtrovaného média, které se dostává do prostorů mezi záhyby na jedné straně filtračního materiálu, skrze materiál a ven do prostorů mezi záhyby na druhé straně filtračního materiálu.
Během procesu připevnění konců záhybů k sobě navzájem jsou záhyby drženy odděleně od sebe na předem stanovenou vzdálenost mezi jejich vnějšími založenými kraji pomocí zařízení (18) opatřeného množstvím hřebenů (20), které procházejí uvnitř záhybů a drží je tímto způsobem na výše uvedené předem stanovené vzdálenosti od sebe. [7]
Obrázek 20 - Schéma vynálezu [7]
Způsob výroby skládaného filtračního materiálu – patent US 5389175
Uvedený patent je podaný společností Mann & Hummel. Jedná se o způsob a zařízení pro výrobu skládaného filtru z nekonečného pásu filtračního materiálu (1).
Rylovací válce (10) kladou na pásu filtračního materiálu potřebné záhyby. Tkaný filtrační materiál (1) je pak předán s roztečí záhybů do ozubených hřebenů (2), které následně posouvají naskládaný filtrační materiál do rotačního zařízení (3) stanovující patřičnou rozteč. Filtrační pás materiálu podáván dál pomocí předávacího zařízení (12) je potom oddělen na řezačce (5) na kousky vhodných pro další zpracování. [8]
Obrázek 21 - Boční pohled provedení tohoto vynálezu [8]
Způsob výroby trvalých skladů a stroj skládacích nožů s odtahovým zařízením – patent US 7510518
Vynález vydaný společností Karl Rabofsky, který je popsán a zobrazen na obrázku 22, se týká způsobu výroby trvalých přehybů filtračního materiálu (4) a stroje se skládacími noži (1) pro výrobu stálých záhybů. Skládací stroj má alespoň dva skládací nože (2, 3), které konají rotační (R) a translační pohyb (T) vytvářející sklady procházejícího filtračního materiálu (4) a nože, které jsou umístěny jeden proti druhému
vzhledem k filtračnímu materiálu. Skládací kanál (14), který se pohybuje konstantní hnací silou, zasahuje ke skládacím nožům (2, 3) ve skládacím směru (F). Aby se snížily náklady spojené s přestavením stroje se skládacími noži (1) na jiný filtrační materiál, který má být skládaný, kde na konci materiálu, je k dispozici přenosové zařízení (7). Zařízení, které ve vyhazovacím režimu, na které je připojený doraz (24) s nastavitelnou výškou (H), vystupuje do projekční oblasti stálých skladů (26) ve skládacím kanálu (14) a ve skládacím směru (F). [9]
Zařízení pro skládání filtračního materiálu – patent US 6290635
Obrázek 23 znázorňuje zařízení a způsob pro výrobu „cik-cak“ skládaného filtračního elementu z filtračního materiálu (18) odvíjeného z návinu (19), který je dodáván přes podávacího ústrojí na lisovací jednotku (10). Pro definování přesně
Obrázek 22 - Boční pohled vynálezu se skládacími noži [9]
a lisovacím zařízením (23, 24). Lisovací jednotka je vybavena aktivním ultrazvukem a tím je zlepšena operace lisování. Tyto lisovací jednotky jsou přesně na určených místech
tak, aby poté záhyb mohl být vytvořen v oblasti (25). Aby bylo možné definovat mezery záhybů, jsou k dispozici dvě šroubovice (26 a 27), kterými prochází filtrační materiál.
Tyto šroubovice mají klesající stoupání tak, aby vzdálenost mezi záhyby byly zmenšovány ve směru šipky (28). Na pravém konci šneků je pás přenášen na dva dopravní pásy (29 a 30). Tyto dopravní pásy nesou pás filtračního materiálu k dalšímu zpracování.
[10]
Plisovací stroj určený pro výrobu filtrů – patent US4201119
Konkrétní stroj pro vytváření skladů filtračních materiálů byl vyvinut společností MSA Safety. Jedná se o konvenční plisovací stroj na výrobu filtrů, který má bočně pohyblivé nahrnovací planžety a vertikálně pohyblivou vysunovací planžety k sobě rovnoběžné a obvykle umístěny bočně nad stolem. S vertikálně pohyblivým jističem panelu mezi planžetami, jsou obvykle umístěny pod deskou stolu.
Vynález, který je znázorněn na obrázku 24, spočívá ve vysunutí spodních hran nahrnovacích planžet (4, 5) a vysunovacích planžet (3) s větším počtem podélně rozmístěných drážek (18 a 19) pro příjem vzhůru procházejících paralelně oddělených pásků (17) nad filtrační pás (16), rozkládající se podél stolu (1) pod těmito oběma planžetami (18, 19) a rovněž při poskytování horní hrany z vysunovací planžety (3) podélně rozmístěných drážek (13) pro příjem dolů směřujících paralelně oddělených pásků (15) pod filtrační pás (16), pokud je jistící planžeta (3) zdvižena, přičemž záhyby
Obrázek 23 - Schéma plisovacího zařízení filtračního materiálu [10]