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过滤原理

来源:嘉科环保浏览:534发布日期:2022-04-11

机械式空气过滤器去除气流中的颗粒,因为颗粒与过滤介质中的纤维表面接触后会粘附在纤维上。

    颗粒与过滤介质中的纤维接触后过滤的机理为滤除(筛效应),拦截效应, 扩散效应惯性效应 以及静电效应 。过滤原理主要应用于机械式过滤器,并受颗粒大小的影响。静电过滤通过制造工艺的一部分-更换介质实现。

机制

    空气过滤器介质将微粒从空气中过滤出来共采用五种过滤机制。这五种机制分别为:滤除(过筛)、拦截、扩散、惯性分离以及静电吸引。每种机制分别适用一定粒度范围,这是分子过滤技术的主要因素。对于直径大于0.2μm的微粒来说,主要采用惯性分离与拦截机制进行收集过滤,而对于直径小于0.2μm的微粒来说,则主要采用扩散机制进行收集过滤。其中,静电吸引机制是通过对过滤介质负载电荷实现的,是制造工艺流程的一个组成部分。

筛效应

    当介质组成(纤维、筛孔、波纹金属等)之间的缺口尺寸小于粒子直径时,过滤器经过设计捕捉这些颗粒。这种原理广泛应用于大多数过滤器设计中,完全取决于颗粒的直径大小、介质间距和介质密度。

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惯性效应

利用空气方向的快速变化和惯性原理将大量(粒子)从气流中分离出来。处于某个速度的微粒子趋向于保持这种速度,并保持相同的方向继续前进。如果过程粒子浓度很高,一般应用这种原理。并且,在很多情况下,预过滤器模式和更高效的终过滤器均采用这种原理。

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拦截效应

为了实现拦截,一个粒子必须从一个纤维半径距离内进入。颗粒因此与纤维接触并附着其中。拦截原理与嵌入原理相比,不同之处在于被拦截的颗粒较小,且其惯性不能足够使颗粒继续直线运行。因此随空气流动直至与纤维接触。

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扩散效应

    当一个颗粒无规则运动(布朗运动)时,该颗粒碰撞到一根纤维而被捕捉。当一个颗粒逃离介质中的某个区域,通过吸引和捕捉,它在介质中创造一个较低浓度的区域,另一个粒子扩散至该区域将被捕捉。为提高这种吸引的可能性,过滤器的扩散效应要在较低滤速和/或者高密度的微细纤维下起作用,纤维一般为玻璃纤维或者其它纤维材质。粒子在“捕捉区”的时间越多,收集介质(纤维)的表面区域较大,捕捉的机会越大。根据此过滤效应,过滤器制造商采用两种不同的方法——采用更大面积的细玻璃纤维板类型介质或者采用更小面积的高蓬松玻璃纤维介质。

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静电效应

    使用大直径纤维介质的过滤器依靠静电电荷来提高细小颗粒的去除效率。一般情况下选择大直径纤维介质是因为较低的成本和较低的气流阻力。然而,通常随着时间的推移,这些过滤器将失去它们的静电电荷,因为它们表面捕捉的颗粒占据了带电荷基,从而抵消了它们的静电电荷。

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机械式过滤器和静电过滤器

    随着时间的推移,当机械过滤器捕捉越来越多的颗粒后,它们的收集效率和压降值将显著增加。最终,增加的压降值将明显阻碍空气流动,这时,就必须更换新的过滤器了。基于这个原因,通常应随时监测机械式过滤器使用寿命期间的压降值,因为该值将表示何时更换新的过滤器。

    相反地,静电式过滤器由极化的纤维组成,随着时间的流逝或者接触某些化学物质、悬浮微粒或者较高的相对湿度后,可能失去收集效率。静电式过滤器的压降值的增加速度一般比类似效率的机械式过滤器慢。

    因此,与机械过滤器不同,压降值并不作为静电式过滤器需要更换的依据。在挑选通风过滤器时,您应该牢记机械过滤器和静电过滤器之间存在的上述各种区别,因为这些区别将影响您过滤器的性能(随着时间的推移,收集效率下降等),以及维护需求(更换新过滤器的时间表)。

细纤维介质空气过滤器

粗纤维介质空气过滤器

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细纤维介质按照机械式去除原理工作,纤维不会随着时间的推移而失去效率。它们的初始效率与他们使用寿命内实际的效率没有差别,向用户提供他们需求的颗粒去除性能。

/电介体纤维由于较大的尺寸,更方便生产,因此价格也更低。他们主要的颗粒捕捉效果要求在制造过程中让纤维充满电荷。电荷随着颗粒沉积而逐渐消失后,过滤器的效率也逐渐降低。一个关键指数是,当99%的颗粒直径小于1微米——这个范围后,这种类型的过滤器将失去过滤效率。

ANSI/ASHRAE 52.2-1999标准化里有一个介绍性段落,其中详细说明了:

某些纤维介质空气过滤器带有静电电荷,可在制造过程中自然或者人工加载于介质上的。这类过滤器在干净的条件下具有很高的效率,而在他们实际的使用周期内,效率可能随着时间推移而下降。本标准里描述的积灰荷载程序的初始调节步骤可能影响过滤器的效率,但实际运行中不会那么大。因此,测试时的最低效率可能高于实际使用时实现的效率。”

EN779: 2002标准说明:

“某些类型的过滤器介质依靠静电效果在较低的气流阻力下具有高效率。当过滤介质暴露某些环境时,例如油雾或燃烧生成的颗粒,都可能中和掉这些电荷,进而影响过滤器的性能。很重要的一点是,用户应了解电荷消失发生后,过滤器的性能将衰减。附件A中描述的标准测试程序提供了确认这种效率下降过程的方法。该流程用于确认过滤器效率是否取决于静电去除原理,提供静电去除重要性相关的定量信息”

        这些段落很清楚地表明,空气过滤器专家也承认,采用被动的静电电荷过滤原理,时间流逝会影响过滤器的效率。并且专家还说明,使用标准流程测试依靠静电电荷进行过滤的粗纤维过滤器,可能出现不准确的测试结果。


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