Фильтр для улавливания частиц представляет собой устройство, состоящее из волокнистых или пористых материалов, которое удаляет из воздуха такие частицы , как дым , пыль , пыльца , плесень , вирусы и бактерии . Фильтры, содержащие адсорбент или катализатор, такой как древесный уголь (углерод), могут также удалять запахи и газообразные загрязняющие вещества, такие как летучие органические соединения или озон . [1] Воздушные фильтры используются в приложениях, где важно качество воздуха , в частности, в системах вентиляции зданий и в двигателях.
Некоторые здания, а также самолеты и другие созданные человеком среды (например, спутники и космические челноки ) используют фильтрующие элементы из пены, гофрированной бумаги или стекловолокна . Другой метод, ионизаторы воздуха , используют волокна или элементы со статическим электрическим зарядом, которые притягивают частицы пыли. Воздухозаборники двигателей внутреннего сгорания и воздушных компрессоров, как правило, используют либо бумажные , либо пенопластовые , либо хлопковые фильтры. Фильтры с масляной ванной вышли из моды, за исключением нишевых применений. Технология фильтров воздухозаборников газовых турбин значительно улучшилась в последние годы из-за улучшений в аэродинамике и гидродинамике воздушно-компрессорной части газовых турбин.
Высокоэффективный фильтр для улавливания частиц (HEPA), [2] [3] первоначально назывался высокоэффективным поглотителем частиц, но иногда также назывался высокоэффективным улавливателем частиц или высокоэффективным улавливателем частиц, является типом воздушного фильтра. Фильтры, соответствующие стандарту HEPA, имеют множество применений, включая использование в чистых помещениях для изготовления ИС, медицинских учреждениях, автомобилях, самолетах и домах. Фильтр должен соответствовать определенным стандартам эффективности, например, установленным Министерством энергетики США (DOE).
Различные стандарты определяют, что считается фильтром HEPA. Два наиболее распространенных стандарта требуют, чтобы воздушный фильтр удалял (из проходящего через него воздуха) 99,95% (европейский стандарт) [4] или 99,97% (стандарт ASME) [5] частиц, размер которых больше или равен 0,3 мкм .
Фильтр салонного воздуха, также известный в Соединенном Королевстве как фильтр пыльцы, обычно представляет собой гофрированный бумажный фильтр, который размещается в воздухозаборнике наружного воздуха для пассажирского салона транспортного средства. Некоторые из этих фильтров имеют прямоугольную форму и похожи по форме на воздушный фильтр двигателя. Другие имеют уникальную форму, чтобы соответствовать доступному пространству воздухозаборников наружного воздуха конкретных транспортных средств.
Первым автопроизводителем, который включил в свою продукцию одноразовый фильтр для поддержания чистоты вентиляционной системы, был Nash Motors « Weather Eye », представленный в 1940 году. [6]
Многоразовый фильтр радиатора отопителя был доступен в качестве дополнительного аксессуара на моделях Studebaker , начиная с 1959 года, включая автомобили Studebaker Lark (1959-1966), автомобили Studebaker Gran Turismo Hawk (1962-1964) и грузовики Studebaker Champ (1960-1964). Фильтр представлял собой алюминиевую раму с алюминиевой сеткой и располагался непосредственно над радиатором отопителя. Фильтр снимался и устанавливался из моторного отсека через щель в брандмауэре. Длинное тонкое резиновое уплотнение закрывало щель при установке фильтра. Фильтр можно было пропылесосить и промыть перед установкой.
Засоренные или грязные фильтры салона могут значительно уменьшить поток воздуха из вентиляционных отверстий салона, а также ввести аллергены в поток воздуха салона. Поскольку температура воздуха в салоне зависит от скорости потока воздуха, проходящего через сердечник обогревателя , испаритель или оба, засоренные фильтры могут значительно снизить эффективность и производительность систем кондиционирования и отопления автомобиля . [7]
Некоторые фильтры для очистки воздуха в салоне работают плохо, а некоторые производители фильтров для очистки воздуха в салоне не указывают на своих фильтрах минимальный показатель эффективности (MERV). [ необходима ссылка ]
.JPG/1280px-Air_filter,_opel_astra(2).JPG)
.JPG/1280px-Air_filter,_opel_astra(1).JPG)
Фильтр воздуха для сгорания предотвращает попадание абразивных твердых частиц в цилиндры двигателя, где они могут вызвать механический износ и загрязнение масла.
Большинство автомобилей с впрыском топлива используют гофрированный бумажный фильтрующий элемент в виде плоской панели. Этот фильтр обычно помещается в пластиковую коробку, соединенную с корпусом дроссельной заслонки воздуховодами. Старые автомобили, которые используют карбюраторы или впрыск топлива с корпусом дроссельной заслонки, обычно используют цилиндрический воздушный фильтр, обычно диаметром от 100 миллиметров (4 дюйма) до 400 миллиметров (16 дюймов). Он располагается над или рядом с карбюратором или корпусом дроссельной заслонки, обычно в металлическом или пластиковом контейнере, который может включать воздуховоды для обеспечения холодного и/или теплого входящего воздуха, и защищен металлической или пластиковой крышкой. Общий блок (фильтр и корпус вместе) называется воздухоочистителем .
Фильтрующие элементы из гофрированной бумаги являются почти исключительным выбором для автомобильных воздухоочистителей, поскольку они эффективны, просты в обслуживании и экономичны. Термин «бумага» несколько вводит в заблуждение, поскольку фильтрующий материал значительно отличается от бумаги, используемой для письма или упаковки и т. д. Среди тюнеров существует устойчивое мнение , подкрепленное рекламой сменных фильтров не из бумаги, что бумажные фильтры плохо пропускают воздух и, таким образом, ограничивают производительность двигателя. Фактически, пока фильтр из гофрированной бумаги имеет размер, соответствующий объемам воздушного потока, встречающимся в конкретном применении, такие фильтры представляют лишь незначительное ограничение потока, пока фильтр не станет значительно забит грязью. Двигатели строительной техники также используют его. Причина в том, что бумага согнута в форме зигзага, а общая площадь бумаги очень велика, в диапазоне 50 раз больше воздушного отверстия.
Элементы из полиуретановой пены , смоченной маслом, используются в некоторых сменных автомобильных воздушных фильтрах. Пена в прошлом широко использовалась в воздухоочистителях на небольших двигателях газонокосилок и другом силовом оборудовании, но бумажные фильтрующие элементы автомобильного типа в значительной степени вытеснили смоченную маслом пену в этих приложениях. Пенные фильтры по-прежнему широко используются в воздушных компрессорах для пневматических инструментов мощностью до 5 лошадиных сил (3,7 кВт). В зависимости от марки и толщины используемой пены, смоченный маслом пенный фильтрующий элемент может обеспечивать минимальное ограничение воздушного потока или очень высокую грязеемкость, последнее свойство делает пенные фильтры популярным выбором в гонках по бездорожью и других видах автоспорта, где будет сталкиваться с высоким уровнем пыли . Из-за того, как пыль улавливается пенными фильтрами, большие ее объемы могут улавливаться без измеримого изменения ограничения воздушного потока.
Промасленная хлопковая марля используется во все большем количестве автомобильных воздушных фильтров вторичного рынка, продаваемых как высокопроизводительные изделия. В прошлом хлопковая марля имела ограниченное применение в автомобильных воздушных фильтрах оригинального оборудования. Однако с момента появления версий Abarth SS дочерняя компания Fiat поставляет воздушные фильтры из хлопковой марли как фильтры OE.
Сетка из нержавеющей стали — еще один пример среды, которая пропускает больше воздуха. Сетка из нержавеющей стали поставляется с разным количеством ячеек, предлагая разные стандарты фильтрации. В экстремально модифицированном двигателе, где недостаточно места для воздушного фильтра на основе конуса, некоторые предпочитают установить простую сетку из нержавеющей стали поверх турбонагнетателя, чтобы гарантировать, что никакие частицы не попадут в двигатель через турбонагнетатель.
Масляный воздушный фильтр состоит из поддона, содержащего бассейн с маслом, и вставки, заполненной волокном, сеткой, пеной или другим грубым фильтрующим материалом. Очиститель удаляет частицы, приклеивая их к пропитанному маслом фильтрующему материалу, а не с помощью традиционной фильтрации; отверстия в фильтрующем материале намного больше частиц, которые должны быть отфильтрованы. Когда очиститель собран, корпус вставки, содержащий материал, находится на небольшом расстоянии над поверхностью масляного бассейна. Обод вставки перекрывает ободок поддона. Такое расположение образует лабиринтный путь, по которому воздух должен проходить серией U-образных поворотов: вверх через зазор между ободом вставки и поддона, вниз через зазор между внешней стенкой вставки и внутренней стенкой поддона и вверх через фильтрующий материал в корпусе вставки. Этот U-образный поворот на большой скорости перемещает воздух по поверхности масляного бассейна. Более крупные и тяжелые частицы пыли и грязи в воздухе не могут сделать поворот из-за своей инерции , поэтому они падают в масло и оседают на дно базовой чаши. Более легкие и мелкие частицы прилипают к фильтрующему материалу во вставке, который смачивается каплями масла, всасываемыми туда обычным потоком воздуха. Постоянное всасывание масла на фильтрующий материал медленно переносит большую часть более мелких захваченных частиц вниз, и масло капает обратно в резервуар, где частицы накапливаются.
Масляные воздушные фильтры широко использовались в автомобильной промышленности и в двигателях малого объема до широкого внедрения в промышленность бумажных фильтров в начале 1960-х годов. Такие очистители все еще используются в внедорожной технике, где встречаются очень высокие уровни пыли, поскольку масляные воздушные фильтры могут улавливать большое количество грязи относительно их общего размера без потери эффективности фильтрации или воздушного потока. Однако жидкое масло делает очистку и обслуживание таких воздушных фильтров грязными и неудобными, они должны быть относительно большими, чтобы избежать чрезмерного ограничения при высоких скоростях воздушного потока, и они имеют тенденцию увеличивать выбросы выхлопных газов несгоревших углеводородов из -за всасывания масла при использовании в двигателях с искровым зажиганием. [ необходима цитата ]
В начале 20-го века (примерно с 1900 по 1930 год) в некоторых приложениях (автомобили, грузовики, тракторы, а также переносные и стационарные двигатели) использовались воздухоочистители с водяной ванной. Они работали примерно по тем же принципам, что и воздухоочистители с масляной ванной. Например, оригинальный трактор Fordson имел воздухоочиститель с водяной ванной. К 1940-м годам конструкции с масляной ванной вытеснили конструкции с водяной ванной из-за лучшей фильтрующей способности. [8]
Обработка сыпучих материалов включает транспортировку твердых веществ (механический транспорт, пневматический транспорт), которые могут быть в форме порошка. Многие отрасли промышленности обрабатывают сыпучие материалы (горнодобывающая промышленность, химическая промышленность, пищевая промышленность), что требует обработки воздушных потоков, выходящих из процесса, чтобы мелкие частицы не выбрасывались по нормативным причинам или экономическим причинам (потеря материалов). Как следствие, воздушные фильтры располагаются во многих местах процесса, особенно на приемных участках пневматических линий транспортировки [9] , где важно количество воздуха и нагрузка мелкими частицами довольно важна. Фильтры также могут быть размещены в любой точке воздухообмена в процессе, чтобы избежать попадания загрязняющих веществ в процесс, что особенно актуально в фармацевтической и пищевой промышленности. Физические явления, связанные с улавливанием частиц фильтром, в основном инерционные и диффузионные [10].
В соответствии с европейскими стандартами нормализации EN 779 были признаны следующие классы фильтров:
Европейский стандарт EN 779, на котором основана приведенная выше таблица, действовал с 2012 года до середины 2018 года, когда его заменил стандарт ISO 16890. [11]
