DE102010005113A1

DE102010005113A1 - Filteranordnung

Info

Publication number: DE102010005113A1
Application number: DE102010005113A
Authority: DE
Inventors: Steffan 95482 Trnetschek
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2011-07-21

Abstract

Eine Filteranordnung (1), welche zum Filtern von Luft in einem im abgeschlossenen Raum (10) geeignet ist, umfasst ein Gehäuse (6), welches eine Anströmöffnung (3) zum Einsaugen von Rohluft (RO) und eine Auslassöffnung (5A, 5B) zum Ausgeben von Reinluft (RE) aufweist. Zwischen der Anströmöffnung (3) und der Auslassöffnung (5A, 5B) ist ein Filterelement (2) angeordnet, welches mehrfach zickzackförmig gefaltetes flächiges Filtermaterial (12) umfasst. Das flächige Filtermaterial (12) ist mit Adsorberpartikeln (18) ausgestattet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filteranordnung, welche insbesondere zum Reinigen oder Filtern von Luft, insbesondere von unerwünschten gasförmigen Bestandteilen oder von Gerüchen, in einem Umluftbetrieb geeignet ist. In geschlossenen Räumen, z. B. in Gebäuden, die nicht oder sehr schwach mit der äußeren Umgebung zum Luftaustausch verbunden sind, werden derartige Umluftfilter eingesetzt. In Küchenräumen werden beispielsweise Umluftabzugshauben eingesetzt, die die verschmutzte Luft nicht ableiten, sondern reinigen und wieder in den Raum zurückführen.
Stand der Technik
Insbesondere im Bereich der Haushaltsabzugshauben für den Umluftbetrieb wurden als Filtermaterialien für die Adsorption von gasförmigen Bestandteilen bislang Adsorberplatten eingesetzt. Dabei ist z. B. zwischen zwei begrenzenden Elementen wie beispielsweise flexiblen Matten, Materialbögen, Vliesen, Spritzgussgittern etc. geschüttetes Aktivkohlematerial vorgesehen. Adsorberelemente mit geschüttetem Aktivkohlematerial sind aufwendig und können sich in der Handhabung als unpraktisch erweisen. Um eine ausreichende Reinigung der mit Gerüchen und/oder Gasen angereicherten Luft zu erzielen, muss außerdem ausreichend Aktivkohle im Adsorberelement vorgesehen werden. Die sinnvoll einsetzbare Menge an Aktivkohlepartikeln in den Matten ist jedoch begrenzt, da ansonsten ein zu großer Druckverlust (Luftwiderstand) eintreten kann. Dasselbe Problem tritt bei der Verwendung von mit Aktivkohle imprägnierten retikulierten Schäumen als Filtermaterial auf, die entweder einen hohen Luftwiderstand haben oder nur eine geringe Geruchsreduzierung erlauben.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, konstruktiv einfache und kostengünstige Möglichkeit zum Filtern von Luft im Umluftbetrieb, insbesondere in geschlossenen Räumen von Gebäuden, zu schaffen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch eine Filteranordnung zum Filtern von Luft in einem abgeschlossenen Raum gelöst, welche ein Gehäuse, welches eine Anströmöffnung zum Einsaugen oder Einströmen von Rohluft und eine Auslassöffnung zum Ausgeben oder Auslassen von Reinluft aufweist, und ein zwischen der Anströmöffnung und der Auslassöffnung angeordnetes Filterelement umfasst. Das Filterelement weist mehrfach zickzackförmig gefaltetes flächiges Filtermaterial auf, wobei das flächige Filtermaterial mit Adsorberpartikeln ausgestattet ist.
Durch die zickzackförmige Faltung wird eine besonders große Anströmfläche geschaffen, so dass der Druckverlust und somit der Durchströmwiderstand geringer ist als bei konventionellen Filtermatten mit Adsorberschüttungen. Ferner schafft die Adsorber-, wie z. B. eine Aktivkohleausstattung, ein effizientes Entfernen von Geruchs- und Schadgasstoffen in der zu filternden Rohluft. Durch das auch als plissiertes Filtermaterial bezeichnete Filtermedium ist es möglich, eine ausreichende Menge an Adsorbermaterial anzubringen, so dass insbesondere im Umluftbetrieb eine zuverlässige Filterung erfolgt. Unter flächigem Filtermaterial wird verstanden, dass die Dicke deutlich geringer ist als die Flächenausdehnung. Es sind z. B. Filtermaterialbögen denkbar, die gefaltet sind.
Bei der vorgeschlagenen Anordnung wird die gefilterte Luft wieder in denselben Raum geleitet. Es erfolgt demnach eine Umwälzung der Luft, ohne dass ein Luftaustausch geschieht. Unter einem abgeschlossenen Raum wird verstanden, dass nur ein geringer Luftaustausch, beispielsweise mit der in der Umgebung vorliegenden Außenluft durch eine Öffnung in der Raumwand, erfolgen kann. Als abgeschlossener Raum im Sinne dieser Beschreibung kann beispielsweise ein Zimmer in einem Gebäude, wie etwa eine Küche im Privathaushalt, gelten.
Insofern ist die Anströmöffnung derart eingerichtet, dass die Rohluft aus dem abgeschlossenen Raum eingesaugt wird und ist die Ausströmöffnung derart eingerichtet, dass die Reinluft wieder in den abgeschlossenen Raum geleitet wird.
Bei einer Weiterbildung weist das Gehäuse einen Schacht auf, dessen Querschnitt entlang einer Längsrichtung des Schachtes im Wesentlichen konstant ist. Das Filterelement ist hierbei innerhalb des Schachtes vorgesehen. Diese Gestaltung ist unter dem Gesichtspunkt einfacher Herstellung des Gehäuses vorteilhaft.
Eine Ausgestaltung der Filteranordnung umfasst ferner ein Gebläse zum Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen einer Anströmseite des Filterelements und einer Abströmseite des Filterelements. Das Gebläse, wie z. B. ein Ventilator, kann auf diese Weise einen Volumenstrom von der Anströmseite zur Abströmseite des Filterelements bewirken.
In einer Weiterbildung ist das Filterelement stromab des Gebläses angeordnet. Dies kann den Zugang zu dem Gebläse von der Anströmöffnung her erleichtern.
Bei einer anderen Weiterbildung hingegen ist das Gebläse stromab des Filterelements angeordnet. Ein Verschmutzen des Gebläses durch zuströmende Rohluft kann hierdurch leichter vermieden werden.
Das zickzackförmig gefaltete flächige Filtermaterial bildet gemäß einer Ausgestaltung vorzugsweise einen Faltenpack, welcher zumindest teilweise von einem Filterrahmen umschlossen ist. Der Filterrahmen kann dabei die Faltungen stützen und fixieren, aber auch die Grundlage für eine Abdichtung gegenüber dem Gehäuse bilden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Faltenpack von dem Filterrahmen umlaufend umschlossen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mit Hilfe des Filterrahmens eine Abdichtfunktion gegenüber dem Gehäuse erreicht werden soll. Ferner wird auf diese Weise die Stabilisierung des Faltenpacks weiter verbessert.
Bei einer Weiterbildung ist der Filterrahmen als ein textiles Seitenband, insbesondere aus einem synthetischen Material ausgebildet. Als synthetisches Material kann beispielsweise Polyester zur Verwendung kommen. Ein derart gebildeter Filterrahmen ist vergleichsweise weich und anpassungsfähig. Er ist außerdem sehr einfach, mit geringem Aufwand und kostengünstig herstellbar. Darüber hinaus sind Filterelemente aus einem plissierten Filtermaterial mit einer textilen Ausführung des Seitenbandes eigenstabil und lassen sich gut in ein mit einem geraden Schacht ausgebildetes Gehäuse, beispielsweise in einen Rechteckschacht einer Dunstabzugshaube, integrieren.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Material des textilen Seitenbandes ein Flächengewicht zwischen 100 und 400 g/m², insbesondere zwischen 200 und 300 g/m², auf.
Bei einer Weiterentwicklung der Filteranordnung weist das Filterelement ein Dichtelement zur Abdichtung gegenüber der Innenwandung des Gehäuses auf. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass der Rohluftstrom möglichst vollständig durch das Filtermedium tritt und dadurch gereinigt wird.
Bei einer Ausgestaltung ist das Dichtelement als eine an der Außenseite des Filterrahmens umlaufende bandförmige Dichtung, insbesondere aus einem Polyurethanschaum, vorgesehen. Die Dichtung kann beispielsweise auf die Außenseite des textilen Seitenbandes aufgeklebt sein. Durch ein Komprimieren, also ein Zusammendrücken, der Dichtung beim Einsetzen des Filterelements in das Gehäuse wird durch die entstehende Spannung zwischen Dichtelement und Gehäusewand eine Abdichtung und, zusammen mit der Reibungskraft zwischen Dichtelement und Wand, auf sehr einfache Weise auch eine Fixierung des Filterelements ermöglicht.
In einer anderen Ausgestaltung ist das textile Seitenband gefaltet und das Dichtelement als ein Abschnitt des Seitenbandes ausgebildet. Dies erlaubt einen besonders einfachen Aufbau und eine kostengünstige Herstellung des Filterelements.
In einer Ausgestaltung der Filteranordnung ist das textile Seitenband L-förmig derart gefaltet, dass ein Schenkel des Bandes das Filterelement an dessen schmaler Seite begrenzt, während der andere Schenkel auf Faltkanten des gefalteten Filtermaterials aufliegt. Das Filterelement gewinnt durch diese Maßnahme noch an Stabilität und Handhabbarkeit.
In einer anderen Ausgestaltung ist das textile Seitenband V-förmig derart gefaltet, dass ein Schenkel des Bandes das Filterelement an dessen schmaler Seite begrenzt und der andere Schenkel von dem gefalteten Filtermaterial weg nach außen ragt. Dadurch wird auf sehr einfache Weise eine Möglichkeit der Abdichtung zwischen Filterelement und Gehäusewand geschaffen. Vorzugsweise ist der Winkel zwischen den beiden Schenkeln der V-Form kleiner als 90 Grad. Weiter bevorzugt liegt der Scheitel dieses Winkels auf der Abströmseite des Filterelements.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Filterrahmen mit einem flauschigen und komprimierbaren Material gebildet. Dadurch können die Abdichtfunktion und die Fixierungswirkung sowie zusätzlich die mechanische Stabilisierung des Filterelements durch ein einziges Bauelement erreicht werden. Ein derartiges Filterelement ist somit besonders einfach aufgebaut.
Bei einer Weiterentwicklung weist das Gehäuse von der Wand ausgehend in seinen Innenraum hineinragende Stege auf, welche als Anlagefläche für das Filterelement dienen.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das flächige Filtermaterial eine Adsorberlage, die in einer dreidimensionalen Fasermatrix fixierte Adsorberpartikel aufweist, wobei die gesamte Adsorberlage eine Adsorberpartikelmenge von wenigstens 500 g/m² aufweist.
Die Begriffe Lage und Schicht werden im Folgenden synonym benutzt.
Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass bei für den Umluftbetrieb eingerichteten Filteranordnungen die Adsorberpartikelmenge größer oder gleich 500 g/m², vorzugsweise wenigstens 700 g/m² betragen sollte. Die Adsorberlage hat beispielsweise eine Dicke ≥ 1,5 mm, vorzugsweise eine Dicke ≥ 3 mm. Mit derartigen relativ hohen Adsorberauflagen kann eine ausreichend niedrige innere Randgangigkeit des Mediums oder Spontanität, in der Fachsprache auch als initiale Gasadsorptionseffizienz oder Sofortdurchbruch bezeichnet, gewährleistet werden.
Als Faltenhöhe, also Dicke des sich ergebenden Faltenpacks, sind bevorzugt mindestens 35 mm vorgesehen. Dies erlaubt es vorteilhaft, auf einer gegebenen Anströmfläche eine zur Erfüllung der angestrebten Funktion ausreichende Filtermedienfläche und somit auch eine ausreichende Adsorbermenge bei gleichzeitig niedrigen Druckverlusten (Strömungswiderständen) unterzubringen.
Die Adsorberlage kann z. B. aus mit Adsorberpartikeln beladenen Schmelzkleberfäden gebildet sein. Vorteilhafterweise umfasst die dreidimensionale Matrix, welche die Adsorberlage bildet, gesprühte Kleberfäden, wodurch sich die Fertigung der Adsorberlage sehr günstig gestaltet. Die Schmelzkleberfäden können aus thermoplastischen Hotmelts wie z. B. Polyolefinen, aber auch aus vernetzenden Polyurethanen erzeugt werden, welche sich vor der Vernetzung zu Fäden versprühen lassen.
In einer Ausgestaltung wird eine weitere mögliche Ausführungsform einer dreidimensionalen Adsorberlage mit punktuellen Schmelzkleberbereichen gebildet, welche die Adsorberpartikel in einer Matrix zusammenhalten. Hierbei kann der Schmelzkleber intermittierend aufgesprüht oder in Pulverform zugeführt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Filteranordnung ist die Adsorberlage wenigstens abströmseitig, eventuell aber auch beidseitig, mit einer Abdecklage und/oder Trägerlage versehen. Dies erlaubt es, das Filtermaterial weiter zu stabilisieren. Darüber hinaus ist es hierdurch auf vorteilhafte Weise möglich, gegebenenfalls lockere Adsorberpartikel im Faltenpack zu halten. In diesem Fall sind zweckmäßigerweise die Adsorberlage und die Abdeck- oder Trägerlage(n) gemeinsam plissiert. Der Filterrahmen umschließt dann das Faltenpack aus Adsorberlage und Abdecklage(n).
Es sind in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zwei flächige Filtervlieslagen vorgesehen, deren Beladung mit Adsorberpartikeln je Lage mindestens 500 g/m² beträgt.
In einer weiteren Ausgestaltung werden diese beiden Filtervlieslagen, welche jeweils eine Trägerschicht und eine Adsorberlage, wie sie weiter oben beschrieben wurde, aufweisen, spiegelbildlich in Sandwichart zusammengeführt und miteinander plissiert. Hierbei kommen die beiden Adsorberlagen nach dem Zusammenführen der Filtervlieslagen aufeinander zu liegen. Alternativ hierzu können in einer anderen Ausgestaltung auch mehrere Filtervlieslagen mit Adsorberlage und Abdecklage(n) übereinander gestapelt zusammen plissiert werden. Die Gesamtadsorbermenge beträgt hierbei mindestens 700 g/m².
Das flächige Filtermaterial, die Trägerschicht- und/oder die Deckschicht(en) des flächigen Filtermaterials weisen z. B. ein Vlies, Gelege, Gewirke oder ein Gestrick auf. Vorzugsweise werden Spunbondvliesmaterialien mit Polyester oder Polyester/Polyamid-Anteilen verwendet. Denkbar sind auch Spunbonds mit Kernmantelfasern aus Polyester/Polyester, Polyester/Polyamid oder Polyester/Polypropylen. Als Trägerschicht können jedoch grundsätzlich alle auf dem vorliegenden Gebiet gängigen Materialien Verwendung finden, wobei ein Spunbondmaterial auf Polyester-, Polyolefin- (davon insbesondere auf Polypropylen-), Polycarbonat-, Polyurethan- oder Polyamidbasis bevorzugt ist. Als versprühbare Schmelzkleber für das Fasernetzwerk sind ebenfalls Materialien auf Polyester-, Polyolefin-, Polycarbonat-, Polyurethan- oder Polyamidbasis denkbar.
Bei der vorgeschlagenen Filteranordnung können die Adsorberpartikel von Aktivkohlepartikeln gebildet sein. Die Adsorberpartikel können aber auch von Silicaten, Zeolithen und/oder bevorzugt jedoch von Aktivkohle gebildet sein, welche zur Verleihung von besonderen Adsorptionseigenschaften mit entsprechend wirksamen Substanzen imprägniert sein können. Eine Imprägnierung der Adsorber- und/oder der Trägerschicht(en) mit antimikrobiell wirkenden Substanzen ist ebenso denkbar.
Die Adsorberlage kann darüber hinaus auch andere geeignete Sorptionsmittel und/oder Katalysator-Partikel aufweisen.
Die die dreidimensionale Matrix bildenden Fasern, an denen die Adsorberpartikel, Sorptionsmittel und/oder Katalysator-Partikel partiell fixiert sind, können zumindest teilweise elektrostatisch aufgeladen sein. Diese elektrostatische Aufladung kann, wenn die Matrix aus Kleberfäden besteht, während des Sprühens erfolgen.
Die vorgeschlagene Filteranordnung zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Adsorptionskapazität, Spontanität und eine hohe Luftdurchlässigkeit aus, was gerade bei Umluftanwendungen zur Reduzierung des Geräuschpegels und der Energieaufnahme wichtig ist. Dies beruht auf der Tatsache, dass die Adsorberpartikel äußerst kleinflächig an den Schmelzkleberfäden fixiert sind. Die Adsorberpartikel sind beispielsweise in unregelmäßigen Abständen entlang der Faser um ihren Umfang herum verteilt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Adsorptionsschicht ausschließlich aus diesen, mit Adsorberpartikeln beladenen Schmelzkleberfäden gebildet ist, die an der Trägerschicht kleben. Somit ist auch keine weitere Fixierung der Adsorptionsschicht mittels eines Bindemittels oder durch Nadeln an der Trägerschicht erforderlich.
Durch das feste Haften der Adsorberpartikel an den Schmelzkleberfäden besteht auch bei der Adsorptionsschicht als weitmaschiges, regelloses dreidimensionales Netz nicht die Gefahr, dass sich Adsorberpartikel aus der Adsorptionsschicht lösen. Gleichzeitig wird durch diese Ausbildung der Adsorptionsschicht eine hohe Luftdurchlässigkeit bei hoher Adsorptionskapazität und hoher Spontanität ermöglicht.
Die Schmelzkleberfäden der Adsorptionsschicht bei dem Filterelement sind in einer weiteren Ausgestaltung polymereinheitlich zu der Trägerschicht ausgebildet, was für ein besonders einfaches und kostengünstiges Recycling des Filters von Vorteil ist.
Die Adsorberpartikel sind allgemein von sphärischer und/oder regelloser, d. h. beliebiger Form und besitzen einen Durchmesser im Bereich von 0,05 bis 2 mm. Die hohe Adsorptionskapazität des Filters wird ferner dadurch erreicht, dass der Durchmesser der Adsorberpartikel im Bereich von 0,05 bis 2 mm liegt, wodurch ein günstiges Verhältnis von der adsorbierenden Oberfläche zur Masse der Adsorberpartikel gegeben ist. Für eine möglichst kostengünstige Ausführung mit Aktivkohle wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt Aktivkohle in Granulatform verwendet. Ein Granulat besitzt in der Regel eine Korngrößenverteilung, wobei dessen Korngrößenbereich mit einem gewissen zulässigen Unter- und Überkorn, beispielsweise einem zweiprozentigen Unter- und Überkorn, meist in USmesh (z. B. 30 × 70) oder in mm (bezugnehmend auf das Beispiel in USmesh in etwa 0,2 bis 0,6 mm) angegeben wird. Durch eine fraktionierte Siebanalyse kann ein sogenannter mittlerer Korndurchmesser ermittelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die Adsorberpartikel einen Durchmesser im Bereich von 0,3 bis 1,2 mm. Dadurch wird ein besonders guter Kompromiss aus Druckverlust und Adsorptionsleistung erreicht.
Bei unterschiedlichen Ausführungsformen der Filteranordnung werden je nach angestrebtem Druckverlust als Adsorberpartikel Aktivkohlepartikel, insbesondere auf Kokosnussschalenbasis, mit Korngrößen von 30 × 70 USmesh, 20 × 40 USmesh oder 12 × 35 USmesh verwendet, wobei eine Korngröße von 10 mesh einem Korndurchmesser von 2,0 mm entspricht. Aktivkohle auf der Basis von Kokosnussschalen besitzt für eine Anwendung im Umluftbetrieb eine besonders günstige Verteilung der Mikro-, Meso- und Makroporen und eignet sich somit in besonderem Maße für diese Anwendung. Bei dieser Art von Aktivkohle ist der Anteil an Mikroporen besonders hoch. Die beschriebene besonders günstige Porenverteilung findet sich insbesondere bei Aktivkohlen auf der Basis von Kokosnussschalen, welche einen Aktivierungsgrad mit einer BET-Oberfläche von 800–1300 m², insbesondere von 850–1100 m², aufweisen.
Ein mittlerer Korndurchmesser beträgt vorzugsweise 0,4–1,0 mm. Mit einem derartigen mittleren Korndurchmesser ergibt sich ein besonders vorteilhafter Kompromiss von Druckverlust und Adsorptionsleistung. Besonders günstig sind Korngrößen von 0,5–0,8 mm.
Für Anwendungen im Küchenbereich kann es wegen der dort relativ hohen Luftfeuchten vorteilhaft sein, Aktivkohlen einzusetzen, die eine möglichst kleine Affinität gegenüber Wasser besitzen, d. h. möglichst hydrophob sind. Ansonsten kann die konkurrierende Adsorption von Wasser maßgeblich die Adsorption der eigentlichen Geruchsstoffe und der Zielgase verringern. In einer Ausgestaltung der Erfindung kommen daher Aktivkohlen mit einem Wassergehalt von < 20 Prozent bei 70 Prozent relativer Luftfeuchte zum Einsatz.
Die Schmelzkleberfäden bestehen z. B. aus einem Schmelzkleber, der einen Erweichungsbereich zwischen 75 und 200 Grad Celsius besitzt, insbesondere zwischen 100 und150 Grad Celsius. Derartige Temperaturen sind bei der Verarbeitung leicht und mit geringem Energieeinsatz zu erreichen. Da die Temperaturbeständigkeit des Filters durch seine Erweichungstemperatur begrenzt ist, ist auch der Einsatz eines nachvernetzenden Schmelzklebers möglich, falls der Filter in einer Umgebung mit besonders erhöhter Temperatur eingesetzt werden soll.
Die Schmelzkleberfäden besitzen bei einigen Varianten einen Durchmesser, der mindestens um den Faktor 10 kleiner ist als der Durchmesser der Adsorberpartikel. Dies hat den Vorteil, dass die Schmelzkleberfäden tatsächlich nur mit äußerst geringer räumlicher Ausdehnung mit den Adsorberpartikeln in Kontakt stehen. Ferner ermöglicht dies einen besonders geringen Anteil an Schmelzkleber in dem Filterelement, der vorzugsweise zwischen 2 und 10 Gew.-% liegt, insbesondere zwischen 2,5 und 5 Gew.-%, so dass die Adsorptionsschicht im Wesentlichen von dreidimensional im Raum angeordneten Adsorberpartikeln besteht, deren Oberflächen zum größten Teil frei für das den Filter durchströmende Medium zugänglich sind. Dadurch besitzt das Filtermaterial sehr gute kinetische Eigenschaften.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung besteht in der Ausgestaltung der Filteranordnung als Umluftabzugshaube für eine Küche als abgeschlossener Raum. Während übliche Abluftabzugshauben die nur teilweise gefilterte Luft in die äußere Umgebung ableiten, kann durch die vorgeschlagene Anordnung mit dem plissierten Filterelement und Adsorberpartikeln eine derart gründliche Reinigung der Rohluft, beispielsweise von Küchenabgasen, erfolgen, dass die gefilterte Luft wieder in die Küche geblasen werden kann. Die effiziente Filterung ermöglicht es, ein nur schwaches Gebläse einzusetzen, weil der Strömungswiderstand im Vergleich zu konventionellen Filtermatten geringer ist. Durch schwächere Gebläse wird eine Reduzierung der Geräuschentwicklung sowie der Energieaufnahme möglich. Alternativ können bei gleichbleibenden Gebläsestärken höhere Reinigungsgrade und/oder längere Lebensdauern des Filterelements erzielt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend ferner anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert. Es zeigt dabei:
1: eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Filteranordnung für einen geschlossenen Raum, wobei ein Filterelement stromauf eines Gebläses angeordnet ist;
2A: eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels für ein Filterelement, wobei ein Seitenband mit einem L-förmigen Profil vorgesehen ist;
2B: eine schematische Schnittansicht durch ein Filterelement gemäß 2A, wobei die Schnittebene entlang einer Faltkante verläuft;
2C: eine schematische Schnittansicht durch ein Filterelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei an der Außenseite des Seitenbandes eine Dichtung angeordnet ist;
2D: eine schematische Schnittansicht durch ein Filterelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei zur Abdichtung eine V-förmige Lasche vorgesehen ist;
2E: eine schematische Schnittansicht durch ein Filterelement gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, bei dem ein flauschiges, kompressibles Seitenband vorgesehen ist;
3: eine schematische perspektivische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels für ein Filterelement;
4A, 4B: detaillierte Schnittansichten von beispielhaften Filtermaterialien;
5: eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Filteranordnung als Küchenumluftabzugshaube;
6: eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Filteranordnung für einen geschlossenen Raum, wobei ein Filterelement stromab eines Gebläses angeordnet ist; und
7: eine detaillierte perspektivische Ansicht eines oberen Teils der Filteranordnung gemäß der 6, wobei ein Filterelement gemäß 2C vorgesehen ist.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts Anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Ausführungsform(en) der Erfindung
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Filteranordnung für einen geschlossenen Raum. Es ist gewünscht, den im Wesentlichen abgeschlossenen Raum 10, bzw. die darin enthaltene Luft von Verunreinigungen zu befreien. Dazu ist eine Filteranordnung 1 vorgesehen, die auch als Umluftfilteranordnung bezeichnet werden kann. Die Umluftfilteranordnung 1 umfasst ein Gehäuse 6 mit einer Einströmöffnung 3 und einer zweiteiligen Ausströmöffnung 5A, 5B. In der Strömung zwischen der Einströmöffnung 3 und den Ausströmöffnungen 5A, 5B ist ein Filterelement 2 vorgesehen. Durch die Einströmöffnung 3 kann zu filternde Rohluft RO die Anströmseite AN des Filterelements 2 erreichen, das Filterelement 2, das mit Aktivkohlepartikeln als Adsorbens ausgestattet ist und plissiertes Vliesmaterial 12 umfasst, durchströmen und wieder an der Ausströmöffnung 5A, 5B als Reinluft RE zurück in den Raum 10 eintreten. Ein der Abströmseite AB des Filterelements 2 zugewandtes Gebläse 4 sorgt für eine Druckdifferenz zwischen dem Raum 10 und dem Innenraum des Gehäuses 6: p₁ > p₂> p₃, wobei p_i einen jeweiligen Druck bezeichnet.
Das Filterelement 2 ist aus einem zickzackförmig gefalteten, flachen Filtermedium oder Filtermaterial 12 aufgebaut. Dadurch ist eine große Oberfläche bzw. Filtermedienfläche gewährleistet. In der 2A ist ein beispielhaftes Filterelement 2 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Das insbesondere mit Aktivkohlepartikeln ausgestattete Vliesmaterial 12, bzw. ein Filtermaterialbogen wird dabei plissiert. Man erkennt in der 2A Faltprofile 13 und (in der Orientierung der 2A) obere Faltkanten 14. Auf den Faltprofilen 13 sind L-förmig gefaltete Seitenbänder 15 angebracht. Das beispielhaft dargestellte Seitenband 15 fixiert einerseits die Faltungen und bildet andererseits die Grundlage für eine seitliche Abdichtung, z. B. gegenüber der Gehäusewand. Es ergibt sich eine Faltenhöhe h von typischerweise etwa 35–60 mm. Das Seitenband 15 bildet somit einen Filterrahmen 15. In 2A bedeckt das Seitenband 15 die dreiecksförmigen Stirnseiten der Falten. Es kann beispielsweise aus einem textilen Polyesterspunbondmaterial, z. B. der Gewichtsklasse 250 g/m², gefertigt sein. Dieses Spundbondmaterial kann an seiner Außenseite geritzt und der obere Schenkel der L-Form kann über einen Teil des gefalteten Filtermediums 12 geklappt werden. Damit überdeckt das L-förmige Seitenband 15 gem. diesem Ausführungsbeispiel einen Teil des gefalteten Filtermediums 12. Das Seitenband 15 in L-förmiger Ausgestaltung kann, wie in 2A in durchgezogenen Linien dargestellt, an der Stirnseite des Faltenpacks 16, jedoch auch, wie in gestrichelten Linien zusätzlich eingezeichnet, an der Längsseite des Faltenpacks 16 vorgesehen sein. Durch die Ausgestaltung des vergleichsweise weichen und flexiblen textilen Seitenbandes 15 in L-Form gelingt eine mechanische Stabilisierung des Filterelements 2. Gegenüber einem Filterrahmen in Spritzgussausführung zur Stabilisierung des Filterelements 2 ist die Lösung gemäß 2A mit erheblich geringerem Aufwand verbunden und die Herstellung kann wesentlich kostengünstiger erfolgen. Damit der in die Filteranordnung 1 eintretende Volumenstrom an Rohluft RO möglichst vollständig durch das Filterelement 2 hindurchtritt und damit auch möglichst vollständig gereinigt werden kann, ist es vorteilhaft, an der Außenseite des Filterelements 2 gegenüber der Gehäusewand eine Abdichtung vorzusehen. 2C zeigt beispielhaft, wie eine hier bandförmige Dichtung 21 auf der Außenseite des Seitenbandes 15 befestigt ist. Die Dichtung 21 kann z. B. aus Polyurethanschaum (PUR-Schaum) ausgeführt und auf das Seitenband 15 aufgeklebt werden. PUR-Schaum kann in komprimierbarer Form hergestellt werden. Ist die Dichtung 21 so bemessen, dass sie beim Einsetzen des Filterelements 2 in das Gehäuse 6 zusammengedrückt wird, so bewirkt die entstehende Spannung einerseits eine Abdichtung, andererseits erlaubt sie zusammen mit einer gewissen Reibungskraft an der Wandung des Gehäuses 6 auch ein Fixieren des Filterelements 2 im Gehäuse 6. Eine Fixierung des Filterelements 2 ist zweckmäßig, damit das Filterelement 2 durch den Luftstrom nicht aus seiner Sollposition im Gehäuse gedrückt wird. Auf Befestigungsclipse oder ähnliche Befestigungselemente kann bei dieser Gestaltung des Filterelements 2 verzichtet werden.
Eine weitere Vereinfachung der konstruktiven Gestaltung des Filterelements 2 kann mit dem in 2D gezeigten Ausführungsbeispiel erreicht werden. Wird das Seitenband 15 an der Abströmseite des Filterelements 2 innen geritzt und, wie in 2D abgebildet, in Pfeilrichtung um einen Winkel von mehr als 90 Grad, gegenüber der Ebene des Seitenbandes 15 (angedeutet durch eine gepunktete Linie) entlang der Längsrichtung des Seitenbandes 15 nach oben gefaltet, so kann sich das textile Material des sich ergebenden, in etwa V-förmig abstehenden Abschnitts 22 des Seitenbandes 15 nach dem Einsetzen des Filterelements 2 an die Gehäusewand anlegen und auf diese Weise den Spalt zwischen Filterelement 2 und Gehäusewand abdichten. In 2D sind in durchgezogener und gestrichelter Linie zwei Faltpositionen der Lasche beispielhaft dargestellt.
2E zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Filterelements 2 schematisch in einer Schnittdarstellung entlang der Falten. Das textile Seitenband 15, welches den Filterrahmen bildet, ist bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem komprimierbaren, flauschigen Material gebildet. Die Funktion der Stabilisierung des Filterelements 2 einerseits, die Fixierung des Filterelements 2 im Gehäuse 6 und die Abdichtung gegenüber der Gehäusewand andererseits kann somit mittels eines einzigen Bauelements in Gestalt des flauschigen Seitenbandes 15 erreicht werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann auf zusätzliche Befestigungselemente zur Fixierung des Filterelements 2 im Gehäuse 6 verzichtet werden.
Wenngleich die unter Bezugnahme auf die 2A bis 2E beschriebenen Ausführungsformen des Filterelements besonders vorteilhaft sind so sind natürlich auch andere Geometrien oder Ausführungen denkbar. So ist auch ein angespritzter Filterrahmen mit daran angespritzter Dichtung denkbar. Der Rahmen und die Dichtung können aus demselben Material oder auch in zweikomponentiger Ausführung, bei der die Dichtung aus einem anderen Material als der Rahmen gebildet ist, hergestellt sein.
3 zeigt noch einmal die zweite Ausführungsform für ein Filterelement 2, nun in einer perspektivischen Ansicht. Dabei ist ein Faltenpack 16 von einem textilen Seitenband 15 umschlossen, welches einen Filterrahmen bildet. Auf der Außenseite des Seitenbandes 15 ist eine Dichtung, beispielsweise aus einem Polyurethanschaum, angebracht, insbesondere aufgeklebt.
4A und 4B zeigen Schnittansichten von gefalteten Vliesen, wie sie in dem eingesetzten Filterelement 2 vorgesehen sein können. Denkbar ist dabei insbesondere eine Ausstattung des Filterelementes 2 mit Materialien, wie sie in der DE 198 45 526 A1 oder DE 100 26 902 A1 genannt sind.
Das flächige Filtermaterial ist aus einer Trägerlage oder Trägerschicht 12A, einer Adsorberlage oder Adsorberschicht 19 und einer Decklage oder Deckschicht 12B aufgebaut. Dabei weist die Adsorberschicht ein Netzwerk aus Fasern oder Fäden 17 auf, an die die Adsorberpartikel 18 angebracht sind. Die 4B zeigt einen Ausschnitt des komplexen Netzwerks 17 mit den Aktivkohleteilchen als Adsorberpartikeln 18 der Adsorberschicht 19. Beispielsweise sind mit Adsorberpartikeln 18 beladene Schmelzkleberfäden 17 in Form eines weitmaschigen, regellosen dreidimensionalen Netzes auf einer Trägerschicht 12A angeordnet und bilden insgesamt die Adsorptionsschicht 19.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Umluftfilteranordnung für den Haushaltsbereich. Die im Schnitt schematisch dargestellte Ausgestaltung ist dabei eine Küchen- oder Herdabzugshaube 11 für den Umluftbetrieb. Häufig lassen es die Einbaugegebenheiten in privaten Küchenräumen nicht zu, Abluftkanäle in die äußere Umgebung zu schaffen. Daher sind effizient filternde Filteranordnungen notwendig, die zudem möglichst geräuscharm arbeiten.
In der 5 ist beispielsweise eine Küche 100 gezeigt, in der ein Herd 7 mit Kochstellen und Kochgut 8, 9 steht. Als Rohluft RO gelten dabei die Speisedämpfe, welche meist Feuchtigkeit, Fette und Gase aufweisen.
Die Umluftabzugshaube 11 weist im Wesentlichen dieselben Elemente wie in 1 gezeigt auf. Eine Anströmöffnung 3 des Gehäuses 6 ist mit einem Filterelement 2 verschlossen, und ein Gebläse 4 saugt von der Abströmseite AB Luft an und fördert dieselbe entlang der Pfeile zu den Ausströmöffnungen 5A, 5B, wo die gereinigte Reinluft RE wieder in den Küchenraum 100 eintritt. Durch die Ausgestaltung der Filterelemente 2 mit plissierten Medien und Aktivkohleadsorbern kann der Aufwand für das Gebläse niedrig gehalten werden, da nur ein geringer Luftwiderstand vorliegt. Auch eine geringe Geräuschentwicklung und niedrige Leistungsaufnahme können auf diese Weise erreicht werden. Daneben ist auch die Herstellung des Filterelements einfach realisierbar.
Ferner kann eine Filterelementaufnahme einfach durch einen Schachteinschub geschaffen werden. Beispielsweise ist es möglich, ein im Wesentlichen kastenförmiges Gehäuse mit einem Schacht auszustatten, der derart bemessen ist, dass das Filterelement 2 die Querschnittsfläche des Schachtes im Wesentlichen ausfüllt. Als Auflagefläche dient z. B., wie in der 5 dargestellt, ein umgebogener Steg 20 der Metallwand des Gehäuses 6.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Filteranordnung 1 zum Filtern von Luft in einem abgeschlossenen Raum. Auch die in 6 gezeigte Filteranordnung 1 weist im Wesentlichen dieselben Elemente auf wie die in 1 gezeigte Filteranordnung 1. Der Unterschied zwischen den beiden in 1 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen besteht darin, dass in 6 nunmehr das Filterelement 2 stromab des Gebläses 4 angeordnet ist. Ein durch das Gebläse 4 erzeugter Volumenstrom an Rohluft RO durchströmt also zunächst das Gebläse 4, bevor er in dem Filterelement 2 von den Zielgasen, unerwünschten Gerüchen und dergleichen befreit wird. Stromab des Filterelements 2, also auf der in 6 oberhalb des Filterelements 2 gelegenen Abströmseite AB, entweicht Reinluft RE durch die zweigeteilte Ausströmöffnung 5A, 5B.
In 7 ist ein oberer Abschnitt der Filteranordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 6 dargestellt. In der gezeigten Ausgestaltung weist das Gehäuse 6 beispielsweise einen im Wesentlichen rechteckigen Schacht auf, der nahe seines oberen, verschlossenen Endes mit einer zweiteiligen Ausströmöffnung 5A, 5B in Form von Schlitzen versehen ist. Die vorderen und hinteren Wände des Schachtes sind in 7 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Das Filterelement 2 ist wiederum stromab des in 7 nicht dargestellten Gebläses vorgesehen. Zum Einsetzen des Filterelements 2 in den schachtförmigen Gehäuseteil kann an dessen Vorderseite ein hier ebenfalls nicht abgebildeter Deckel oder ähnliches vorgesehen sein, der z. B. von Schrauben oder Klipsen gehalten wird und bei Bedarf zum Entnehmen oder Einsetzen des Filterelements 2 geöffnet werden kann. Auch die in 7 dargestellte Filteranordnung 1 kann in einer Umluftabzugshaube für eine Küche eingesetzt werden. Der beschriebene Deckel als Zugang zu dem Filterelement 2 befindet sich in diesem Fall dann vorzugsweise an der Frontseite des Abzugsgehäuses.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein hier schematisch gezeigtes Filterelement 2 gemäß 2C mit einer umlaufenden, auf die Außenseite des Seitenbandes 15 aufgeklebten Dichtung 21 in das Gehäuse eingesetzt. Filterelement 2 und der rechteckige Schacht des Gehäuses 6 sind in dem gezeigten Fall derart bemessen, dass das Filterelement 2 durch die Kompression der Dichtung 21 beim Einsetzen im Schacht gehalten wird. Das Filterelement 2 erstreckt sich in 7 über im Wesentlichen die gesamte Querschnittsfläche des schachtartigen Gehäuseteils. Als Anlagefläche für das Filterelement 2 können zusätzlich Stege oder Laschen 20 am Gehäuse vorgesehen sein, die z. B. durch Umbiegen eines Gehäuseabschnittes aus Metall gefertigt sein können. Auch Filterelemente 2 gemäß der anderen Ausführungsbeispiele, wie sie in den 2B, 2D und 2E gezeigt sind, können in der Filteranordnung gemäß 7 eingesetzt werden. Der Einbau des Filterelements 2 kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 in zweckmäßiger und einfacher Weise durch Einschieben des Filterelements in den geraden Schacht und nachfolgendes Schieben des Filterelements 2 nach unten bis zur Anlage an den Stegen 20 erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19845526 A1 [0068]
DE 10026902 A1 [0068]

Claims

Filteranordnung (1) zum Filtern von Luft in einem abgeschlossenen Raum (10) mit einem Gehäuse (6), welches eine Anströmöffnung (3) zum Einströmen von Rohluft (RO) und eine Auslassöffnung (5A, 5B) zum Auslassen von Reinluft (RE) aufweist, und mit einem zwischen der Anströmöffnung (3) und der Auslassöffnung (5A, 5B) angeordneten Filterelement (2), welches mehrfach zickzackförmig gefaltetes flächiges Filtermaterial (12) umfasst, wobei das flächige Filtermaterial (12) mit Adsorberpartikeln (18) ausgestattet ist.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die Anströmöffnung (3) derart eingerichtet ist, dass die Rohluft (RO) aus dem abgeschlossenen Raum (10) eingesaugt wird und die Ausströmöffnung (5A, 5B) derart eingerichtet ist, dass die Reinluft (RE) wieder in den abgeschlossenen Raum (10) geleitet wird.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (6) einen Schacht aufweist, dessen Querschnitt entlang einer Längsrichtung des Schachts im Wesentlichen konstant ist und wobei das Filterelement (2) innerhalb des Schachtes vorgesehen ist.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend ein Gebläse (4) zum Erzeugen einer Druckdifferenz (p₂ – p₁) zwischen einer Anströmseite (AN) des Filterelements (2) und einer Abströmseite (AB) des Filterelements (2).
Filteranordnung (1) nach Anspruch 4, wobei das Filterelement (2) stromab des Gebläses (4) angeordnet ist.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zickzackförmig gefaltete flächige Filtermaterial (12) einen Faltenpack (16) bildet, welcher zumindest teilweise von einem Filterrahmen (15) umschlossen ist.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 6, wobei der Filterrahmen (15) als ein textiles Seitenband (15), insbesondere aus einem synthetischen Material, ausgebildet ist.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Filterelement ein Dichtelement zur Abdichtung gegenüber der Innenwandung des Gehäuses aufweist.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 8, wobei das Dichtelement als eine an der Außenseite des Filterrahmens umlaufende bandförmige Dichtung (21) ausgebildet ist oder wobei das textile Seitenband gefaltet und das Dichtelement als ein Abschnitt (22) des Seitenbandes ausgebildet ist.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Filterrahmen (15) mit einem flauschigen, komprimierbaren Material gebildet ist.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das flächige Filtermaterial (12) eine Adsorberlage (19) umfasst, die in einer dreidimensionalen Fasermatrix (17) fixierte Adsorberpartikel (18) aufweist, und die gesamte Adsorberlage (19) eine Adsorberpartikelmenge von wenigstens 500 g/m² aufweist.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 11, wobei die dreidimensionale Fasermatrix (17) Kleberfäden aufweist.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das flächige Filtermaterial (12) eine Trägerschicht (12A) für die dreidimensionale Fasermatrix (17) und/oder eine Deckschicht (12B) umfasst.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 13, wobei das flächige Filtermaterial (12), die Trägerschicht (12A) und/oder Deckschicht (12B) ein Vlies, Gelege, Gewirke oder Gestrick umfasst.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 13 oder 14, wobei zwei oder mehr Lagen des flächigen Filtermaterials (12) vorgesehen sind, welche jeweils eine Trägerschicht (12A) und eine Adsorberlage (19) aufweisen, und wobei die zwei oder mehr Lagen spiegelbildlich sandwichartig zusammengeführt und gemeinsam plissiert sind.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Adsorberpartikel (18) Aktivkohlepartikel umfassen.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Filteranordnung (1) als Umluftabzugshaube (11) für eine Küche als abgeschlossener Raum ausgeführt ist.