DE10036493A1

DE10036493A1 - Air filter system consists of two filters arranged in series, with the first filter for filtering out odorous substances, and the second filter for filtering out harmful gases such as toluol and benzole

Info

Publication number: DE10036493A1
Application number: DE2000136493
Authority: DE
Inventors: Thomas Wolff; Peter Brueckner
Original assignee: Helsa Werke Helmut Sandler GmbH and Co KG
Current assignee: Mann and Hummel Innenraumfilter GmbH and Co KG
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2003-04-03

Abstract

The air filter system consists of two filters arranged in series, with the first filter in the form of a passive for filtering out odorous substances with a low boiling point, and the second filter constituted as a regenerate filter for filtering out harmful gases such as toluol and benzole.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftreinigungsystem für ein Kraftfahrzeug, das sich aus zwei hintereinander geschalteten Filtern zusammensetzt, wobei der als erstes durchströmte Filter ein passiver Geruchsfilter und der als zweites durchströmte Filter ein regenerierbarer Schadstofffilter ist. Durch die spezielle Wahl der Sorbentien sind die beiden Filter in ihrer Wirkungswise aufeinander abgestimmt. The invention relates to an air purification system for a motor vehicle, which consists of two filters connected in series, the first through which the filter flows Passive odor filter and the second flow filter is a regenerable pollutant filter is. Thanks to the special choice of sorbents, the two filters work in the same way coordinated.

In Kraftfahrzeugen werden Aktivkohlefilter eingesetzt, um sowohl Schadstoffe als auch Gerüche aus dem Luftstrom, der der Fahrgastzelle zugeführt wird, herauszufiltern. Man kann zwischen drei Stoffklassen unterscheiden, die auf einen solchen Aktivkohlefilter treffen: Hoch siedende Kohlenwasserstoffe wie 1,2,4-Trimethylbenzol oder Dodekan, aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol und Benzol und niedrig siedende Geruchsstoffe. Die hoch siedenden Kohlenwasserstoffe werden von Aktivkohle sehr gut gebunden und können auch bei Temperaturen von 200°C nicht wieder vollständig desorbiert werden. Die aromatischen Kohlenwasserstoffe wie Toluol und Benzol stellen die Schadgase dar, denen man aufgrund ihrer Toxizität große Beachtung schenken muss. Sie werden von Aktivkohle ebenfalls sehr gut adsorbiert, desorbieren aber ab einer gewissen Beladung wieder und können deswegen nicht dauerhaft zurückgehalten werden. Die niedrig siedenden Geruchsstoffe werden nur sehr kurzfristig zurückgehalten und aufgrund ihres sehr niedrigen Adsorptionspotentials bei Durchspülen des Filters mit sauberer Luft wieder desorbiert. Die eigentliche Geruchsfiltration funktioniert deshalb so, dass man mit einer ausreichend großen Aktivkohlemenge einen Geruchspeak soweit abschwächen kann, dass er in seiner Intensität unter die Geruchsschwelle fällt. Die Erfahrungen mit den heute eingesetzten Geruchsfiltern zeigt, dass hierfür eine Menge von mindestens 400 g einer mikroporösen Aktivkohle notwendig ist. Activated carbon filters are used in motor vehicles to remove both pollutants and odors filter out of the air flow that is supplied to the passenger compartment. You can choose between distinguish three substance classes that meet such an activated carbon filter: high-boiling Hydrocarbons such as 1,2,4-trimethylbenzene or dodecane, aromatic hydrocarbons like toluene and benzene and low-boiling odorants. The high-boiling ones Hydrocarbons are very well bound by activated carbon and can also with Temperatures of 200 ° C can not be completely desorbed again. The aromatic Hydrocarbons such as toluene and benzene are the harmful gases that can be Toxicity must pay close attention. You are also very good at activated carbon adsorbs, but desorbs again after a certain load and therefore cannot be permanently withheld. The low-boiling scents only become very withheld for a short time and due to their very low adsorption potential Flushing the filter with clean air desorbed again. The actual smell filtration therefore works in such a way that one with a sufficiently large amount of activated carbon Can weaken the odor peak to such an extent that its intensity is below the odor threshold falls. Experience with the odor filters used today shows that there is a lot for this of at least 400 g of a microporous activated carbon is necessary.

Um die oben beschriebene Desorption von Toluol und Benzol zu vermeiden, sind regenerierbare Filtersysteme entwickelt worden. Durch die Regeneration sollen insbesonders die Schadgase Toluol und Benzol regelmäßig aus der Aktivkohle desorbiert werden, um zu vermeiden, dass sie in den Fahrgastinnenraum gelangen. In der Regel wird die Desorption der Aktivkohle durch Temperaturerhöhung realisiert. In der DE 198 05 011 A1 wird ein regenerierbares Filtersystem beschrieben, bei dem Sorbentien auf einem elektrisch aufheizbaren Metallträger aufgebracht sind. Die Aufheizung der Sorbentien erfolgt hier indirekt durch Aufheizen der Trägersruktur. Auch die DE 198 38 996 A1 beschreibt ein regenerierbares System, bei dem die Sorbentien durch Kontakt mit einem temperaturgeregelten Heizelement aufgeheizt werden. Der Nachteil bei diesen regenerierbaren Systemen ist, dass sie über ihre Standzeit je nach Region einer permanenten Beladung von Hochsiedern ausgesetzt sein können und deswegen ihre Effizienz verlieren können. Um die Hochsieder wieder effizient aus einer mikroporösen Aktivkohle zu desorbieren, sind Temperaturen von 250°C und mehr erforderlich. Aus sicherheitstechnischen Gründen sind solche Temperaturen aber sehr kritisch, da man sich damit schon im Bereich der Selbstentzündung des Systems Aktivkohle-Adsorbat befindet. To avoid the desorption of toluene and benzene described above, regenerable ones are Filter systems have been developed. The regeneration is particularly aimed at the harmful gases Toluene and benzene are regularly desorbed from the activated carbon to avoid them get into the passenger compartment. As a rule, the desorption of the activated carbon is carried out Temperature increase realized. DE 198 05 011 A1 describes a regenerable filter system described, applied to the sorbents on an electrically heatable metal support are. The sorbents are heated indirectly by heating the carrier structure. DE 198 38 996 A1 also describes a regenerable system in which the sorbents can be heated by contact with a temperature-controlled heating element. The disadvantage with These regenerable systems are that depending on the region they have a lifetime permanent loading of high boilers and therefore their efficiency can lose. To efficiently restore the high boilers from a microporous activated carbon desorb, temperatures of 250 ° C and more are required. For security reasons However, such temperatures are very critical for reasons because they are already in the range of Auto-ignition of the activated carbon adsorbate system is located.

Noch einmal zusammengefasst: Passive Geruchsfiltersysteme haben den Nachteil, dass sie Toluol und Benzol nach einer bestimmten Einsatzdauer wieder abgeben und dann zu einer echten Schadstoffquelle werden. Reine regenerierbare Systeme verlieren ihre Effizienz gegenüber den Schadgasen, da sie im Verlauf ihres Einsatzes mit Hochsiedern kontaminiert werden und diese bei den maximal möglichen Regenerationstemperaturen nicht vollständig desorbiert werden können. To summarize again: Passive odor filter systems have the disadvantage that they Release toluene and benzene after a certain period of use and then to one become a real source of pollutants. Pure regenerative systems lose their efficiency against the harmful gases, since they contaminate with high boilers in the course of their use and these are not complete at the maximum possible regeneration temperatures can be desorbed.

Die Lösung des Problems besteht aus einer Kombination eines Geruchsfilters mit einem regenerierbaren Schadstofffilter, wobei die beiden Filter in ihrer Wirkungsweise aufeinander abgestimmt sind. Die Art und die Menge der Sorbentien in jedem Filtersystem sind gezielt auf die geforderte Wirkung ausgerichtet sein. Der Geruchsfilterteil sitzt vor dem Schadstofffilter. Auf diese Weise wird verhindert, dass Hochsieder auf den Schadstofffilter gelangen. Die Menge der Sorbentien in dem Geruchsfiltersystem und die Art der Einbringung in den Luftstrom ist derart, dass eine effiziente Geruchsfiltration und eine sehr gute Schadstoffpufferung gegeben ist. Die Sorbentien des Geruchsfilters müssen eine sehr gute Filtrationswirkung für niedrig siedende Kohlenwasserstoffe haben. Für aromatische Kohlenwasserstoffe muss der Filter eine sehr gute Pufferwirkung haben, d. h. hohe Eingangskonzentrationen müssen zunächst komplett aufgenommen werden um sie anschließend in niedrigen Konzentrationen über einen längeren Zeitraum wieder abzugeben. Der als zweites durchströmte regenerierbare Schadstofffilter ist direkt auf die Filtration von aromatischen Kohlenwasserstoffen ausgelegt. Er nimmt die in niedrigen Konzentrationen von dem Geruchsfilter abgegebenen Schadgase auf und gibt diese durch Regeneration kontrolliert wieder ab. Durch die Kombination zweier solcher aufeinander abgestimmter Filter erhält man einen echten Schadstoff und Geruchsfilter. Zur technischen Realisierung im Kraftfahrzeug können die beiden Filter entweder direkt hintereinander angebracht sein oder an verschiedenen Positionen in dem luftführenden Kanal sitzen. So kann der regenerierbare Schadstofffilter Bestandteil der Klimaanlage sein und der Geruchsfilter im Bereich der Luftansaugung sitzen. The solution to the problem consists of a combination of an odor filter with one regenerable pollutant filter, the two filters in their mode of operation on each other are coordinated. The type and amount of sorbents in each filter system are targeted at the required effect must be aligned. The odor filter part sits in front of the pollutant filter. This prevents high boilers from getting onto the pollutant filter. The amount the sorbents in the odor filter system and the type of introduction into the air flow such that there is efficient odor filtration and very good pollutant buffering. The sorbents of the odor filter must have a very good filtration effect for low-boiling Have hydrocarbons. For aromatic hydrocarbons, the filter must be a very good one Have a buffering effect, d. H. high input concentrations must be complete first are then taken in at low concentrations over a longer period Submit period again. The second flowable regenerable pollutant filter is designed for the filtration of aromatic hydrocarbons. He takes that in low concentrations of harmful gases emitted by the odor filter and releases them controlled by regeneration. By combining two of these matched filters you get a real pollutant and odor filter. For technical The two filters can be implemented in the motor vehicle either directly one behind the other attached or sit at different positions in the air duct. So can the regenerable pollutant filter be part of the air conditioning system and the odor filter in the Sitting area of the air intake.

Advantages over the state of the art

Mit der beschriebenen Lösung liegt ein System vor, das zum einen ein echtes Schadstoffaustragssystem darstellt und zum anderen seine Effizienz für die Filtration der Schadgase nicht verliert. Durch den Einsatz von speziellen Sorbentien für die Aufnahme von Geruchsstoffen im passiven Teil und durch Verwendung von entsprechend auf die Schadgase Toluol und Benzol zugeschnittener Sorbentien im regenerierbaren Teil erhält man die optimale Wirkungsweise hinsichtlich Geruchs- und Schadstofffiltration. Zudem wird der regenerierbare Teil des Filtersystems nicht durch Adsorption von Hochsiedern in seiner Wirkungsweise beeinträchtigt und deswegen über die Standzeit nicht zerstört. With the solution described, there is a system that, on the one hand, is a real one Represents pollutant discharge system and secondly its efficiency for the filtration of Does not lose harmful gases. Through the use of special sorbents for the absorption of Odor substances in the passive part and through the use of the corresponding harmful gases Toluene and benzene tailored sorbents in the regenerable part give the optimal one Mode of action with regard to odor and pollutant filtration. In addition, the regenerable Part of the filter system does not work by adsorption of high boilers impaired and therefore not destroyed over the service life.

embodiments

In einer ersten Ausführungsform kann der Gruchsfilter aus einer PU-Schaummatrix bestehen, auf die Kugelkohlepartikel vom Typ TACT mit einer sehr hohen Rütteldichte von 0.79 g/cm³ und einer BET-Oberfläche von 760 m²/g aufgetragen sind. Aufgrund dieser sehr hohen Schüttdichte ist es möglich, bei einer Anströmfläche von zweimal 18 × 18 cm in einer Filtertiefe von 23 mm eine Aktivkohlemenge von 400 g unterzubringen. Die Adsorber vom Typ TACT haben ein sehr hohes Aufnahmevermögen für niedrig siedende Kohlenwasserstoffe, was durch eine n-Butan- Kapazität bei 35% relativer Feuchte, 23°C, einer Anströmgeschwindigkeit von 0.6 m/s und einer Anströmkonzentration von 80 ppmV von 60 mg n-Butan/g Aktivkohle deutlich wird. Dieses Geruchsfiltersystem hat bei den eben beschriebenen Prübedingungen eine Aufnahmekapazität gegenüber n-Butan von 20 g. In a first embodiment, the gruch filter can consist of a PU foam matrix onto which spherical carbon particles of the TACT type with a very high vibrating density of 0.79 g / cm ³ and a BET surface area of 760 m ² / g are applied. Due to this very high bulk density, it is possible to accommodate an activated carbon amount of 400 g with a flow area of twice 18 × 18 cm at a filter depth of 23 mm. The TACT adsorbers have a very high absorption capacity for low-boiling hydrocarbons, which is due to an n-butane capacity at 35% relative humidity, 23 ° C, a flow velocity of 0.6 m / s and a flow concentration of 80 ppmV of 60 mg n -Butane / g activated carbon becomes clear. Under the test conditions just described, this odor filter system has an absorption capacity of 20 g compared to n-butane.

Der zugehörige Schadstofffilter kann ebenfalls aus zwei Einheiten mit den Abmaßen 18 × 18 cm bestehen. Das Grundgerüst besteht aus einem plissiertem Streckmetallgitter aus V2A Edelstahl. Die Faltenhöhe beträgt in dieser Ausführungsform 4 cm, der Faltenabstand 10 mm, so dass beide Einheiten zusammen 0.5 m² Medienfläche aufweisen. Auf das Streckgitter sind mit einem temperaturstabilen Klebstoff Adsorber vom Typ TAGT mit einer Schüttdichte von 0,5 g/cm³ und einer BET-Oberfläche von 1300 m²/g aufgebracht. Diese Adsorber zeichnen sich durch ein sehr gutes Aufnahmevermögen für Toluol und Benzol aus. Sie besitzen eine sehr gute thermische Leitfähigkeit, wodurch sie besonders gut durch Wärmekontakt mit dem elektrisch aufheizbaren Streckgitter aufgeheizt werden können. Durch regelmäßiges Aufheizen des Streckgitters durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird die Aktivkohle jeweils auf Temperaturen von 200°C gebracht und damit desorbiert. Bei einem Abstand von 7 mm zwischen Geruchs- und Schadstofffilter hat das gesamte Filtersystem eine Tiefe von 70 mm. Der Geruchsfilter allein hat bei einem Luftdurchsatz von 6 kg/h einen Druckabfall von 150 Pa und das regenerierbare System hat bei dem selben Luftdurchsatz allein einen Druckanfall von 70 Pa. Der Druckabfall des gesamten Systems liegt somit unter 250 Pa bei einem Luftdurchsatz von 6 kg/h. The associated pollutant filter can also consist of two units measuring 18 × 18 cm. The basic structure consists of a pleated expanded metal grid made of V2A stainless steel. The fold height in this embodiment is 4 cm, the fold spacing 10 mm, so that both units together have 0.5 m ^{2 of} media area. Adsorbers of the TAGT type with a bulk density of 0.5 g / cm ³ and a BET surface area of 1300 m ² / g are applied to the expanded metal with a temperature-stable adhesive. These adsorbers are characterized by a very good absorption capacity for toluene and benzene. They have very good thermal conductivity, which means that they can be heated particularly well by thermal contact with the electrically heatable expanded metal. By regularly heating the expanded metal by applying an electrical voltage, the activated carbon is brought to temperatures of 200 ° C. and thus desorbed. With a distance of 7 mm between the odor and pollutant filter, the entire filter system has a depth of 70 mm. The odor filter alone has a pressure drop of 150 Pa at an air flow rate of 6 kg / h and the regenerable system has a pressure drop of 70 Pa at the same air flow rate alone. The pressure drop of the entire system is below 250 Pa with an air flow of 6 kg / h.

In einer zweiten Ausführungsform kann der Gruchsfilter aus einem plissiertem Material mit einer Aktivkohleauflage von 1800 g/m² bestehen. Bei einer Tiefe von 30 mm und einem Faltenabstand von 15 mm erhält man bei einer Anströmfläche von 18 × 18 cm eine Aktivkohlemenge vom 230 g. Da wieder das gesamte System aus zwei identischen Einheiten besteht, hat das Geruchsfiltersystem somit 460 g Aktivkohle. Bei der Aktivkohle handelt es sich um ein Granulat auf Kokusnussschalenbasis mit einer Schüttdichte von 0.5 g/cm³ und einer BET-Oberfläche von 1100 m²/g. Diese Aktivkohle hat bei 35% relativer Feuchte, 23°C, einer Anströmgeschwindigkeit von 0.6 m/s und einer Anströmkonzentration von 80 ppmV eine n- Butankapazität von 50 mg n-Butan/g Aktivkohle. Ein solcher Geruchsfilter hat bei den eben beschriebenen Prüfbedingungen eine Aufnahmekapazität gegenüber n-Butan von mehr als 20 g. Der zugehörige regenerierbare Schadstofffilter besteht wieder aus einem plissierten Streckmetallgitter aus V2A Edelstahl. Faltenhöhe und Faltenabstand liegen wieder bei 40 und 10 mm. In dieser Ausführungsform ist ein Aktivkohlegewebe mit einem Flächengewicht von 130 g/m² und einer BET-Oberfläche von 1600 m²/g mit einem temperaturstabilen Klebstoff aufgeklebt. Dieses Aktivkohlegewebe zeichnet sich durch eine extrem gute Spontanität gegenüber Toluol und Benzol aus. Aufgeheizt wird es indirekt durch den Kontakt mit dem Streckmetallgitter, das durch Anlegen einer elektrischen Spannung auf 200°C aufgeheizt werden kann. Der Geruchsfilter allein hat bei einem Luftdurchsatz von 6 kg/h einen Druckabfall von 200 Pa und das regenerierbare System hat bei dem selben Luftdurchsatz allein einen Druckabfall von 150 Pa. Der Druckabfall des gesamten Systems liegt somit unter 360 Pa bei einem Luftdurchsatz von 6 kg/h. In a second embodiment, the gruch filter can consist of a pleated material with an activated carbon layer of 1800 g / m ² . With a depth of 30 mm and a pleat spacing of 15 mm, an activated carbon amount of 230 g is obtained with a flow area of 18 × 18 cm. Since the entire system again consists of two identical units, the odor filter system therefore has 460 g activated carbon. The activated carbon is a granulate based on coconut shell with a bulk density of 0.5 g / cm ³ and a BET surface area of 1100 m ² / g. This activated carbon has an n-butane capacity of 50 mg n-butane / g activated carbon at 35% relative humidity, 23 ° C, a flow velocity of 0.6 m / s and a flow concentration of 80 ppmV. Such an odor filter has an absorption capacity compared to n-butane of more than 20 g under the test conditions just described. The associated regenerable pollutant filter again consists of a pleated expanded metal grid made of V2A stainless steel. Pleat height and pleat spacing are again 40 and 10 mm. In this embodiment, an activated carbon fabric with a basis weight of 130 g / m ² and a BET surface area of 1600 m ² / g is glued on with a temperature-stable adhesive. This activated carbon fabric is characterized by an extremely good spontaneity towards toluene and benzene. It is heated indirectly by contact with the expanded metal grid, which can be heated to 200 ° C by applying an electrical voltage. The odor filter alone has a pressure drop of 200 Pa at an air flow of 6 kg / h and the regenerable system has a pressure drop of 150 Pa at the same air flow alone. The pressure drop of the entire system is below 360 Pa with an air flow of 6 kg / h.

Claims

1. Air filter system, consisting of two filters connected in series, characterized in that the filter through which the first flow is passed is a passive odor filter, which is primarily designed for the filtration of low-boiling odorous substances, and the second filter through which the filter flows is a regenerable system that is used for filtration of harmful gases such as toluene and benzene.

2. Air filter system according to claim 1, characterized in that the first filter is light accessible in the supply air area and the second filter as the main filter in the area of the Air conditioning of the motor vehicle is arranged.

3. Air filter system according to claim 1, characterized in that both filters in the area of Air conditioning are arranged directly one behind the other.

4. Air filter system according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the second flowed through filter consists of activated carbon fabric or knitted fabric that through Applying an electrical voltage is directly heated.

5. Air filter system according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the second flowed through filter consists of a metallic carrier, applied to the sorbents are.

6. Air filter system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the as first flow-through filter consists of a PU foam matrix onto the adsorbents are upset.

7. Air filter system according to claims 1 to 5, characterized in that the first flowed through filter is a pleated odor filter.