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WO2004035177A1 - Adsorptionsfilterelement - Google Patents

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WO2004035177A1
WO2004035177A1 PCT/EP2003/011476 EP0311476W WO2004035177A1 WO 2004035177 A1 WO2004035177 A1 WO 2004035177A1 EP 0311476 W EP0311476 W EP 0311476W WO 2004035177 A1 WO2004035177 A1 WO 2004035177A1
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WO
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filter element
adsorption
element according
component
adsorption filter
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Application number
PCT/EP2003/011476
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Rosenberg
Original Assignee
Mann+Hummel Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Mann+Hummel Gmbh filed Critical Mann+Hummel Gmbh
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Priority to DE10393496T priority patent/DE10393496B4/de
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    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
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    • B60H3/00—Other air-treating devices
    • B60H3/06—Filtering
    • B60H3/0658—Filter elements specially adapted for their arrangement in vehicles

Definitions

  • the invention relates to an adsorption filter element, in particular an adsorption filter element for use as an interior filter in a motor vehicle.
  • Activated carbon is a suitable adsorbent.
  • adsorption filters especially activated carbon filters
  • the adsorption filter picks up this concentration and then releases it again in a clearly lower concentration over a longer period of time (desorption).
  • desorption a certain proportion of the incoming gases cannot be released completely. It remains on the adsorption medium and over the long term blocks the adsorption sites for new gas molecules.
  • inflowing gas peaks can be buffered less well until they are finally so strongly concentrated by the adsorption filter that they can be smelled on the downstream side.
  • DE 197 08 692 A1 discloses a high-performance adsorption filter with two zones, the first of which is distinguished by a high capacity with little pressure loss, while the second consists of an activated carbon sheet having a lower capacity but very good kinetics.
  • DE 41 34 222 A1 describes a filter for passenger cells, which is characterized in that both a particle filter layer and an adsorption layer are applied to the same air-permeable carrier material.
  • DE 39 04 623 A1 discloses a filter, in particular for cleaning the air supplied to a passenger compartment of a vehicle, the filter having a particle filter layer and an adsorber filter layer which are arranged one behind the other in the air flow direction.
  • the particle filter layer is arranged flat next to the adsorber filter layer and folded together with it in a zigzag fashion, i.e., pleated, so that the folded sections of the adsorber filter layer and the folded sections of the particle filter layer lie in the air flow direction and interlock.
  • the aim of the present invention is therefore to provide an effective adsorption filter element which overcomes the disadvantages of the prior art and allows ever longer maintenance intervals with an increasingly restricted installation space.
  • the filter element flowing through being in direct contact with a flow-through and thus very compact built adsorbent package or adsorption storage.
  • the adsorber density can be made 2 to 20 times higher here.
  • the direct contact of the two basic elements surprisingly results in a concentration equalization of the gases adsorbed by the filter element flowing through and the storage medium through which there is no flow, which strongly supports the long-term effect of the filter element.
  • the flexible use of the installation space is optimized in the solution according to the invention in that the adsorption storage device can take any shape and can use dead volume in terms of construction, as long as there is a material connection between the adsorption storage device and the filter medium through which it flows.
  • the filter element used is not limited to the two basic components, but rather a coupling of the two basic elements in chain form is also conceivable, for example.
  • the adsorption storage will be significantly cheaper to manufacture, at least in the case of simple geometric shapes, than the flowed through filter element, i.e. the first component. With separately replaceable filter components, this can result in a considerably longer service life for the filter element at comparatively very low costs.
  • the design of the filter element according to the invention thus offers a whole range of different advantages over the known designs.
  • the non-desorbable gas molecules In order to keep the concentration on the adsorbent as low as possible, the non-desorbable gas molecules must be derived. This is possible if there is a material connection and a concentration gradient. The gas molecules will try to distribute themselves as evenly as possible on the existing surfaces. An adsorption storage offers an enormous surface reservoir. Ultimately, with the embodiment according to the invention, the non-desorbable gas molecules are not pushed away, but rather because of the multiple total capacity of the system, the concentration increase thereof takes place significantly more slowly.
  • the adsorbent in the adsorption storage can consist, for example, of activated carbon, a baked activated carbon / hot-melt adhesive mixture, an activated carbon monolith or zeolites.
  • the first component can contain, for example, an ion exchange material as the adsorbent and can be pleated in a zigzag shape, the pleated layer being able to be constructed from conventional, known adsorption filter media.
  • a PUR foam layer impregnated with an adsorbent is also conceivable.
  • the first component can be connected on the upstream side to a particle filter medium and mechanically reinforced on the downstream side by a nonwoven or a scrim.
  • the fleece can be designed as a particle-blocking fleece, which protects against the blowing off of adsorber particles.
  • the entire filter element according to the invention can be cast into an injection molding frame, and the frame of the filter element can consist of a textile edge band or of reinforced cardboard.
  • a combination of textile edging and reinforcing elements made of extruded polymer material or injection molded parts is also possible, as is a combination of reinforced cardboard and such reinforcing elements.
  • Any free spaces in the installation space of the motor vehicle can be used optimally, since the adsorption storage can take any shape.
  • a great advantage of the adsorption filter element according to the invention is that the filter components are easily separable and can be reassembled.

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Abstract

Es wird ein Adsorptionsfilterelement zur Filtration von Fluiden, insbesondere als Innenraumfilter in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus mindestens zwei Grundkomponenten vorgestellt. Die erste Komponente wird von dem zu filtrierenden Fluid durchströmt, und die zweite Komponente ist ausserhalb der Fluidströmung angeordnet, und die durchströmte Komponente steht in direktem stofflichen Kontakt mit der ausserhalb der Fluidströmung angeordneten Komponente.

Description

Adsorptionsfilterelement
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Adsorptionsfilterelement, insbesondere ein Adsorptionsfilterelement für den Einsatz als Innenraumfilter im Kraftfahrzeug.
Mit zunehmender Verkehrsdichte sind die Insassen von Verkehrsmitteln im Straßenverkehr in steigendem Maße einer Geruchsbelästigung durch Abgase und dgl. ausgesetzt. Es werden daher immer häufiger Luftströme über Adsorptionsfilter gereinigt. Zur Beseitigung der Geruchsbelästigungen ist z.B. Aktivkohle ein geeignetes Adsorbens.
In der Realität treten selten hohe Langzeitbelastungen von geruchsintensiven oder schädlichen Gasen auf. Vielmehr werden, vor allem im Straßenverkehr, vereinzelte Gasspitzen wahrgenommen (vorbeifahrender Zweitakter, Jauchegeruch an Feldern). Überschreitet eine bestimmte Gaskonzentration einen Geruchsschwellenwert, kann dieser Geruch vom Menschen wahrgenommen werden.
Der Einsatz von Adsorptionsfiltern, insbesondere von Aktivkohlefiltern, verhindert im allgemeinen den Durchschlag einer kurzzeitig hohen Gaskonzentration. Das Adsorptionsfilter nimmt diese Konzentration vielmehr auf und gibt sie dann in deutlich niedriger Konzentration auf längere Zeit verteilt wieder ab (Desorption). Ein gewisser Anteil der anströmenden Gase kann aber nicht vollständig wieder abgegeben werden. Er bleibt auf dem Adsorptionsmedium zurück und blockiert über lange Sicht die Adsorptionsplätze für neue Gasmoleküle. Dadurch können anströmende Gasspitzen weniger gut gepuffert werden, bis sie letztlich in so hoher Konzentration durch das Adsorptionsfilter dringend, dass sie abströmseitig gerochen werden können.
Zur Erreichung von höheren Standzeiten im Fahrzeug müssen höhere Adsorptionskapazitäten zur Verfügung gestellt werden, ohne dass gleichzeitig der Bauraum weiter ausgeweitet wird. Die DE 197 08 692 A1 offenbart ein Hochleistungsadsorptionsfilter mit zwei Zonen, wovon sich die erste durch eine hohe Kapazität bei geringem Druckverlust auszeichnet, während die zweite aus einem Aktivkohle-Flächengebilde mit geringerer Kapazität, aber sehr guter Kinetik besteht.
Aus der DE 44 13 606 A1 ist ein Kombifilter aus einem Partikel- und einem Adsorptionsfilter bekannt, das nach dem Nassvliesverfahren in einem Arbeitsgang hergestellt und imprägniert wird.
In der DE 41 34 222 A1 wird ein Filter für Fahrgastzellen beschrieben, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass auf dem gleichen luftdurchlässigen Trägermaterial sowohl eine Partikelfilterschicht wie eine Adsorptionsschicht angebracht sind.
Schließlich offenbart die DE 39 04 623 A1 ein Filter, insbesondere für die Reinigung der einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs zugeführten Luft, wobei das Filter eine Partikelfilterlage und eine Adsorberfilterlage aufweist, die in Luftströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die Partikelfilterlage ist flächig unmittelbar neben der Adsorberfilterlage angeordnet und mit dieser gemeinsam zickzackförmig zusammengefaltet, d.h., plissiert, so dass die Faltabschnitte der Adsorberfilterlage und die Faltabschnitte der Partikelfilterlage in der Luftströmungsrichtung liegen und ineinander greifen.
Allen diesen Filtern ist gemeinsam, dass immer beide Grundkomponenten durchströmt werden und meist kein stofflicher Kontakt vorliegt. Dies wirkt sich nachteilig auf die Standzeit und die Kosten aus. Des weiteren werden diese Filter dem immer stärker eingeschränkten Bauraum in Fahrzeugen nicht gerecht.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein wirkungsvolles Adsorptionsfilterelement bereit zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet und bei gleichzeitig immer stärker eingeschränktem Bauraum immer längere Wartungsintervalle erlaubt.
Erfindungsgemäß wird dies realisiert, indem das durchströmte Filterelement in direktem Kontakt mit einem nichtdurchströmten und damit sehr kompakt aufgebautem Adsorbenspaket oder Adsorptionsspeicher steht. In Relation zum durchströmten Filtermedium kann die Adsorberdichte hier 2 bis 20 mal höher ausgeführt sein. Durch den direkten Kontakt der beiden Grundelemente findet überraschenderweise ein Konzentrationsausgleich der vom durchströmten Filterelement adsorbierten Gase mit dem nichtdurchströmten Speicher statt, welches die Langzeitwirkung des Filterelements stark unterstützt. Die flexible Nutzung des Bauraums wird bei der erfindungsgemäßen Lösung dadurch optimiert, dass der Adsorptionsspeicher beliebige Formen annehmen und bautechnisch tote Volumen nutzen kann, solange eine stoffliche Verbindung des Adsorptionsspeichers mit dem durchströmten Filtermedium besteht.
Gleichzeitig bleiben die positiven Eigenschaften des durchströmten Mediums, insbesondere dessen relativ zum Adsorptionsspeicher niedriger Durchströmungswiderstand erhalten.
Das eingesetzte Filterelement bleibt dabei nicht auf die zwei Grundkomponenten beschränkt, vielmehr ist beispielsweise auch eine Kopplung der beiden Grundelemente in Kettenform denkbar.
Der Adsorptionsspeicher wird zumindest bei einfachen geometrischen Formen deutlich preisgünstiger in der Herstellung sein, als das durchströmte Filterelement, d.h., die erste Komponente. Daraus lässt sich bei getrennt wechselbaren Filterkomponenten eine erheblich verlängerte Lebenszeit des Filterelements bei vergleichsweise sehr niedrigen Kosten realisieren.
Damit bietet die erfindungsgemäße Ausführung des Filterelements eine ganze Reihe unterschiedlicher Vorteile gegenüber den bekannten Ausführungen.
Um die Konzentration auf dem Adsorbens so niedrig wie möglich zu halten, müssen die nicht desorbierbaren Gasmoleküle abgeleitet werden. Dies ist dann möglich, wenn es eine stoffliche Verbindung und einen Konzentrationsgradienten gibt. Die Gasmoleküle werden versuchen sich auf den vorhanden Oberflächen möglichst gleichmäßig zu verteilen. Ein Adsorptionsspeicher bietet hier ein enormes Oberflächenreservoir. Letztlich werden mit der erfindungsgemäßen Ausführung nicht die nicht desorbierbaren Gasmoleküle weggeschoben, sondern aufgrund der mehrfachen Gesamtkapazität des Systems erfolgt die Konzentrationserhöhung derselben zeitlich deutlich langsamer.
Das Adsorbens in dem Adsorptionsspeicher kann bspw. aus Aktivkohle, einem gebackenen Aktivkohle-/Schmelzklebergemisch, einem Aktivkohlemonolithen oder aus Zeolithen bestehen.
Die erste Komponente kann als Adsorbens bspw. ein lonenaustauschmaterial enthalten und kann zickzackförmig plissiert vorliegen, wobei die plissierte Schicht aus üblichen, bekannten Adsorptionsfiltermedien aufgebaut sein kann. Auch eine mit einem Adsorbens imprägnierte PUR-Schaumschicht ist denkbar.
Die erste Komponente kann anströmseitig mit einem Partikelfiltermedium verbunden und abströmseitig durch ein Vlies oder ein Gittergelege mechanisch verstärkt sein. Das Vlies kann als partikelsperrendes Vlies ausgebildet sein, das gegen das Abblasen von Adsorberpartikeln schützt.
Das gesamte erfindungsgemäße Filterelement kann in einen Spritzgussrahmen eingegossen werden, und der Rahmen des Filterelements kann aus einem textilen Umleimer oder aus verstärkter Pappe bestehen. Auch eine Kombination von textilem Umleimer und Verstärkungselementen aus extrudiertem Polymerwerkstoff oder Spritzgussteilen ist möglich, ebenso wie eine Kombination aus verstärkter Pappe und solchen Verstärkungselementen.
Eventuell vorhandene Freiräume im Bauraum des Kraftfahrzeugs können optimal genutzt werden, da der Adsorptionsspeicher jede beliebige Form annehmen kann.
Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Adsorptionsfilterelements liegt darin, dass die Filterkomponenten einfach trennbar und wieder zusammenfügbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Adsorptionsfilterelement zur Filtration von Fluiden, insbesondere als Innenraumfilter in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus mindestens zwei Grundkomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente von dem zu filtrierenden Fluid durchströmt wird, und die zweite Komponente außerhalb der Fluidströmung angeordnet ist, und dass die durchströmte Komponente in direktem stofflichen Kontakt mit der außerhalb der Fluidströmung angeordneten Komponente steht.
2. Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente ein Adsorptionsspeicher ist.
3. Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens in dem Adsorptionsspeicher aus Aktivkohle besteht.
4. Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente ein Adsorbens aus lonentauschermaterial enthält.
5. Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionsspeicher aus einem gebackenen Aktivkohle- / Schmelzklebergemisch besteht.
6. Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionsspeicher aus einem Aktivkohlemonolith besteht.
7. Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionsspeicher aus Zeolithen besteht.
8. Adsorptionsfilterelement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Adsorptionsspeicher und erste Komponente einzeln auswechselbar sind.
9. Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente zickzackförmig plissiert vorliegt.
10. Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die plissierte Filterschicht aus üblichen bekannten Adsorptionsfiltermedien besteht.
1 1. Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente als mit einem Adsorbens imprägnierter PUR-Schaum vorliegt.
12. Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente anströmseitig mit einem Partikelfiltermedium verbunden ist.
13. Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente abströmseitig durch ein Vlies oder Gittergelege mechanisch verstärkt ist.
14. Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente abströmseitig mit einem partikelsperrenden Vlies gegen das Abblasen von Adsorberpartikeln geschützt ist.
15. Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement in einem Spritzgussrahmen eingegossen ist.
16. Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen des Filterelements aus einem textilen Umleimer besteht.
17. Adsorptionsfilterelement, nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen des Filterelements aus verstärkter Pappe besteht.
18. Adsorptionsfilterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen des Filterelements aus textilem Umleimer mit Verstärkungselementen aus extrudiertem Polymerwerkstoff oder Spritzgussteilen besteht.
19. Adsorptionsfilterelement, nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen des Filterelements aus verstärkter Pappe mit Verstärkungselementen aus extrudiertem Polymerwerkstoff oder Spritzgussteilen besteht.
20. Adsorptionsfilterelement, nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen des Filterelements so konzipiert ist, dass etwaige Freiräume im Bauraum optimal nutzbar sind.
21. Adsorptionsfilterelement nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen des Filterelements so konzipiert ist, dass die Filterkomponenten einfach trennbar und wieder zusammenfügbar sind.
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