DE102009019744A1

DE102009019744A1 - Filtervorrichtung zum Reinigen von Fluiden

Info

Publication number: DE102009019744A1
Application number: DE102009019744A
Authority: DE
Inventors: Richard Eberle; Markus Dewes
Original assignee: Hydac Filtertechnik GmbH
Current assignee: Hydac Filtertechnik GmbH
Priority date: 2009-05-02
Filing date: 2009-05-02
Publication date: 2011-04-14
Also published as: US20120067720A1; CN102428162A; WO2010127770A2; WO2010127770A3; EP2424958A2; CN102428162B; KR20120027290A; US8961752B2; EP2424958B1; KR101754090B1

Abstract

Eine Filtervorrichtung zum Reinigen von Fluiden, insbesondere von Kraftstoffen, die mit organischen Inhaltsstoffen verunreinigt sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Auftrenneinrichtung (10, 14, 22) aus in den Fluiden enthaltenen Wassermolekülen Hydroxylradikale gebildet sind, die die Verunreinigungen, insbesondere organische Inhaltsstoffe, weitestgehend aufoxydieren und in Verbindungen, wie CO, umwandeln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Reinigen von Fluiden, insbesondere von Kraftstoffen, die mit organischen Inhaltsstoffen verunreinigt sind.
Um die Betriebssicherheit von mit flüssigen Kraftstoffen zu versorgenden Antriebseinheiten, wie insbesondere Verbrennungsmotoren, sicherzustellen, ist eine Reinigung der Kraftstoffe unumgänglich. Insbesondere müssen, um das empfindliche Einspritzsystem vor Beschädigungen zu schützen, aus Dieselkraftstoffen, die außer mit mitgeführten Wasseranteilen häufig auch mit organischen Stoffen und Partikeln verunreinigt sind, mittels zugeordneter Filteranordnungen organische Stoffe und Partikel abgeschieden werden, die als Schmutzbeladung innerhalb der betreffenden Filteranordnung verbleiben.
Die Wechselintervalle von Filteranordnungen hängen in der Regel von dem von der betreffenden Filteranordnung erzeugten Strömungswiderstand ab. Mit zunehmender Schmutzbeladung des Filters steigt der am Filtermedium gebildete Differenzdruck und damit der Strömungswiderstand.
Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filtervorrichtung zum Reinigen von Fluiden, insbesondere von Kraftstoffen zur Verfügung zu stellen, die, obgleich sie einfach und wirtschaftlich betreibbar ist, lange Standzeiten betreffender Filtermedien der Filtervorrichtung ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Demgemäss besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass eine Auftrenneinrichtung vorgesehen ist, die die im betreffenden Fluid, insbesondere dem Kraftstoff, enthaltenen Wassermoleküle derart auftrennt, dass Hydroxylradikale gebildet werden. Da Hydroxylradikale chemisch hochreaktive Oxydantien sind, werden organische Stoffe durch Kontakt mit Hydroxylradikalen weitestgehend aufoxydiert.
Während organische Stoffe in Partikelform einen hohen Strömungswiderstand in Filtervorrichtungen verursachen, ist dies bei den durch das Aufoxydieren gebildeten Oxyden, beispielsweise CO₂, nicht der Fall. Dieses Phänomen ist beispielsweise bei Russpartikelfilter im Abgasstrang von Verbrennungsmotoren bekannt. Hier wird eine Oxydation zu Asche durch Regenerierung des Filters, im Allgemeinen durch Hitzezufuhr, eingeleitet, um diese Partikel zu Asche und CO₂ zu veraschen. in ähnlicher Weise sieht die Erfindung bei Fluidfiltervorrichtungen eine „kalte” Oxydation mittels Hydroxylradikalen vor. Im Ergebnis ist eine Reinigungsvorrichtung geschaffen, die sich durch ein wirtschaftliches Betriebsverhalten auszeichnet, insbesondere im Hinblick auf die Verringerung von Filterwechselintervallen.
Hinsichtlich der Erzeugung der Hydroxylradikale ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, dass die Auftrenneinrichtung Hydroxylradikale bildende, als Katalysator wirkende Medien und/oder eine Elektrolysiereinrichtung aufweist.
Bei katalytisch arbeitender Auftrenneinrichtung ist mit besonderem Vorteil als Katalysator dienendes Titandioxid am oder im Filtermedium eines der Filtervorrichtung zugehörigen Filterelementes vorgesehen.
Dabei kann die Anordnung vorteilhaft so getroffen sein, dass Titandioxid als Schicht auf dem Filtermedium aufgebracht ist.
Die Wirksamkeit des Katalysators lässt sich auf einfache und vorteilhafte Weise dadurch verstärken, dass die Anordnung so getroffen ist, dass der Katalysator mit einer Lichtstrahlung, insbesondere im Wellenlängenbereich von 180 bis 300 nm, beaufschlagbar ist.
Diesbezüglich kann so vorgegangen werden, dass die Filtervorrichtung ein Gehäuseteil aufweist, das ein Fenster für einen Strahlungseintritt von natürlichem Licht oder durch eine künstliche Strahlungsquelle erzeugtem Licht zum Katalysator am Filtermedium bildet.
Alternativ kann bei einem strahlungsdicht abgeschlossenen Gehäuseteil der Filtervorrichtung eine Strahlungsquelle innerhalb des Gehäuseteiles vorgesehen sein.
Bei einer elektrolytisch arbeitenden Auftrenneinrichtung kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Elektrolysiereinrichtung mindestens eine bei der Elektrolyse anodisch wirkende Diamantelektrode innerhalb eines ein Filterelement aufnehmenden Gehäuseteiles aufweist.
Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann die Diamantelektrode an einer Endkappe des Filterelementes gebildet sein.
Zur Vervollständigung der Elektrolysiereinrichtung können elektrisch leitfähige, insbesondere aus Edelstahl gebildete Bestandteile des Filtermediums oder anderer Teile des Filterelementes als Kathode der Elektrolysiereinrichtung vorgesehen sein.
Hinsichtlich der Kontaktierung der anodisch und kathodisch wirksamen Elektroden für den Anschluss einer die Elektrolyse bewirkenden Gleichspannungsquelle kann von der im Dokument DE 10 2004 005 202 A1 aufgezeigten Technik Gebrauch gemacht werden.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer und lediglich in der Art einer Symbolskizze vereinfachter Darstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit katalytisch arbeitender Auftrenneinrichtung, wobei zwei alternative Möglichkeiten der Zufuhr einer Lichtstrahlung angedeutet sind, und
2 eine teils aufgeschnitten gezeichnete perspektivische Ansicht eines Filterelementes für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine elektrolytische Auftrenneinrichtung vorgesehen ist.
Während bei der Elektrolyse von Wasser dieses üblicherweise in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird, lässt sich mittels spezieller Elektroden, beispielsweise mittels einer anodisch wirksamen Diamantelektrode, die durch eine Dotierung mit dem Element Bor elektrisch leitfähig ist, eine spezielle Wasserzersetzung erreichen, bei der anstelle von Sauerstoff und Wasserstoff hochreaktive Hydroxylradikale gebildet werden. Anstelle der Auftrennung mittels einer Elektrolysiereinrichtung lassen sich Hydroxylradikale jedoch auch mittels eines mit den mitgeführten Wassermolekülen in Kontakt stehenden Katalysators erzeugen, wofür sich Titandioxid sehr gut eignet. Anhand der 1 ist die Erfindung anhand eines Beispieles erläutert, bei dem das Auftrennen der Wassermoleküle mit dem durch Titandioxid gebildeten Katalysator erfolgt.
Diesbezüglich ist in der 1 eine lediglich symbolartig angedeutete Filtervorrichtung als Ganzes mit 2 bezeichnet, an deren Gehäuse 4 eine Kraftstoffzulaufleitung 6 und eine Kraftstoffablaufleitung 8 angeschlossen sind. Im Gehäuse 4 befindet sich ein Filtermedium 10. Zum Auftrennen des Wassers in Wasserstoff und Hydroxylradikale ist das Filtermedium 10 mit einer Schicht aus als Katalysator wirkendem Titandioxid versehen.
Um die katalytische Wirkung des im Filtergehäuse 4 befindlichen Titandioxids und die Bildung der Hydroxylradikale zu verstärken, ist die Zufuhr elektromagnetischer Strahlung vorgesehen, im vorliegenden Fall in einem Wellenlängenbereich von 180 bis 300 nm. In der 1 sind zwei alternative Möglichkeiten der Strahlungszufuhr angedeutet. In einem Fall befindet sich innerhalb des Filtergehäuses 4 eine Lichtquelle 7. Obwohl lediglich eine Lichtquelle 7 zeichnerisch angedeutet ist, können mehrere Lichtquellen in geeigneter Anordnung und von beliebiger Bauweise vorgesehen sein, beispielsweise eine oder mehrere LED's.
Bei der alternativen Ausführungsform ist am Filtergehäuse 4 ein strahlungsdurchlässiges Wandteil vorgesehen, das ein vorzugsweise UV-durchlässiges Fenster bildet, durch das das Titandioxid mittels einer äußeren Lichtquelle 9 bestrahlbar ist. Diese äußere Lichtquelle 9 kann durch natürliches Licht oder, wie bei der innenliegenden Lichtquelle 7, durch eine Lampe oder mehrere Lampen beliebiger Bauweise sowie strahlende Körper jeder Art gebildet sein, vorzugsweise ebenfalls durch LED's.
Die „kalte” Oxydation verhindert durch das Aufoxydieren organischer Schmutzbeladung einen zu raschen Aufbau des Strömungswiderstandes der Filtervorrichtung 2 durch ansteigenden Differenzdruck am Filtermedium 10, so dass sich die Filterstandzeit verlängert.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 arbeitet die Auftrenneinrichtung elektrolytisch. Das in 2 gezeigte Filterelement 1 weist ein Filtermedium 10 auf, das sich zwischen zwei Endkappen 12, 14 erstreckt, die jeweils mit einem zuordenbaren Endbereich 16, 18 des Filtermedium 10 verbunden sind, wobei sich zwischen dem Endbereich 16 und der Endkappe 12 ein eine Art Isolationsschicht bildendes Klebstoffbett 26 befindet, während der andere Endbereich 18 des Filtermediums 10 zur Innenseite der unteren Endkappe 14 hin fluiddurchlässig ist. Das Filtermedium 10 stützt sich innenumfangsseitig an einem Stützrohr 20 ab.
Die untere Endkappe 14 bildet an ihrer Innenseite eine im Betrieb anodisch wirksame Diamantelektrode 22. Dabei handelt es sich um eine nur wenige Nanometer dicke, kristalline Diamantschicht auf der elektrisch leitfähigen Endkappe 14, wobei der Diamant durch eine Dotierung mit dem Element Bor elektrisch leitfähig gemacht ist. Das elektrochemische Verhalten der Diamantelektrode 22 bei der Elektrolyse mit einer kathodisch wirksamen Elektrode, insbesondere aus Edelstahl, führt zu einer Auftrennung von Wassermolekülen in der Weise, dass anstelle von Wasserstoff und Sauerstoff hochreaktive Hydroxylradikale gebildet werden.
Hinsichtlich der Ausbildung der kathodisch wirkenden Elektrode kann innerhalb des Filtermediums 10, das in der Art einer Filtermatte mehrlagig aufgebaut sein, kann beispielsweise eine Gitterlage aus Edelstahl vorgesehen sein.
Hinsichtlich der Kontaktierung kann, wie bereits erwähnt, von der aus DE 10 2004 005 202 A1 bekannten Technik ausgegangen werden, in der mehrere Bauweisen für Kontaktierungseinrichtungen an Filterelementen offenbart sind und die an die Gegebenheiten beim Betrieb einer Elektrolysiereinrichtung anpassbar sind.
Ungeachtet dessen, ob eine katalytische Auftrennung von Wassermolekülen oder eine Elektrolyse angewendet wird, um Wassermoleküle in hochreaktive Hydroxylradikale und Wasserstoff aufzutrennen, erfolgt durch den Kontakt mit Hydroxylradikalen eine weitestgehende Oxydation organischer Stoffe. Dies führt sozusagen zu einer „kalten Veraschung” von organischen Partikeln mit Entweichen von CO₂ und geringfügigsten, verbleibenden Veraschungsresten, durch die bei Verbleib am Filtermedium kein signifikanter Anstieg des Strömungswiderstandes verursacht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004005202 A1 [0017, 0029]

Claims

Filtervorrichtung zum Reinigen von Fluiden, insbesondere von Kraftstoffen, die mit organischen Inhaltsstoffen verunreinigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Auftrenneinrichtung (10, 14, 22) aus in den Fluiden enthaltenen Wassermolekülen Hydroxylradikale gebildet sind, die die Verunreinigungen, insbesondere organische Inhaltsstoffe, weitestgehend aufoxydieren und in Verbindungen, wie CO₂, umwandeln.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrenneinrichtung Hydroxylradikale bildende, als Katalysator wirkende Medien (10) und/oder eine Elektrolysiereinrichtung (10, 14, 22) aufweist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator dienendes Titandioxid am oder im Filtermedium (10) eines der Filtervorrichtung zugehörigen Filterelementes (1) vorgesehen ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Titandioxid als Schicht auf dem Filtermedium (10) aufgebracht ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator zur Verstärkung seiner Wirksamkeit als Erzeuger der Hydroxylradikale mit einer Lichtstrahlung, insbesondere im Wellenlängenbereich von 180 bis 300 nm, beaufschlagbar ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuseteil (4) aufweist, das ein Fenster für einen Strahlungseintritt von natürlichem Licht oder durch eine künstliche Strahlungsquelle (9) erzeugtem Licht zum Katalysator am Filtermedium (10) bildet.
Filtervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlungsquelle (7) innerhalb des Gehäuseteiles (4) vorgesehen ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolysiereinrichtung mindestens eine bei der Elektrolyse anodisch wirkende Diamantelektrode (22) innerhalb eines ein Filterelement (1) aufnehmenden Gehäuseteiles (4) aufweist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantelektrode (22) an einer Endkappe (14) des Filterelementes (2) gebildet ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch leitfähige, insbesondere aus Edelstahl gebildete Bestandteile des Filtermediums (10) des Filterelementes (1) als Kathode der Elektrolysiereinrichtung vorgesehen sind.