-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung zur Regulierung des Feuchtigkeitsanteils in einem Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
-
Stand der Technik
-
Bekannt sind Filtereinrichtungen zur Wasserabsorption in Hydraulikflüssigkeiten (
DE 196 05 433 A1 ), die in einem Gehäuse eine Filterschicht mit Wasser absorbierenden Polymeren aufweisen, sogenannte Superabsorber, welche ein Vielfaches ihres Volumens an Wasser aufnehmen können. Die Hydraulikflüssigkeit kann dagegen die Filterschicht durchströmen.
-
Eine vergleichbare Filtereinrichtung, bei der der Wasseranteil im Kraftstoff mithilfe eines Superabsorbers als Filterschicht absorbiert wird, ist aus der
DE 10 2009 057 478 A1 bekannt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Filtereinrichtung zu schaffen, welche es erlaubt, den Feuchtigkeitsanteil in einem Fluid zu regulieren.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
-
Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung wird zur Absorption und Desorption des Feuchtigkeitsanteils in einem Fluid eingesetzt, wobei es sich bei dem Fluid um ein gasförmiges oder um ein flüssiges Medium handelt. Die Filtereinrichtung weist in einem Gehäuse ein Absorptionselement auf, das von dem Fluid durchströmt wird. Aufgrund der Absorptionseigenschaften kann der Feuchtigkeitsanteil im Fluid in dem Absorptionselement gespeichert werden, soweit das Absorptionsvermögen noch nicht ausgeschöpft ist. Umgekehrt ist bei entsprechenden Umgebungsbedingungen auch eine Desorption, also ein Freisetzen von Feuchtigkeit aus dem Absorptionselement möglich.
-
Als Materialien für das Absorptionselement kommen als Superabsorber bekannte Materialien in Betracht, die beispielsweise aus hydrophilen Polymerfasern stehen, welche Wasser bzw. Feuchtigkeit aufnehmen und hierbei aufquellen, wobei üblicherweise ein Mehrfaches des Volumens des Absorptionsmaterials an Wasser aufgenommen werden kann. Mit der Absorption des Wassers schließt das polymerisierte Material das Wasser ein. Die hydrophilen Fasern können gegebenenfalls in ein Trägervlies eingebettet sein.
-
Als Fluide, deren Feuchtigkeitsanteil in dem Absorptionselement speicherbar ist, kommen sowohl gasförmige als auch flüssige Medien in Betracht. Bei gasförmigen Medien handelt es sich zum Beispiel um Umgebungsluft, deren Feuchtigkeitsgehalt mithilfe der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung reguliert werden soll, beispielsweise zur Regulierung der Feuchtigkeit in der Atemluft in geschlossenen Räumen wie zum Beispiel Fahrzeuginnenräumen oder Fahrgastkabinen in Flugzeugen oder klimatisierten Räumen in Gebäuden. In Betracht kommt auch die Regulierung des Feuchtigkeitsgehaltes von Gasen für technische Anwendungen, beispielsweise in der Verbrennungsluft für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug oder für die Prozessluft einer Brennstoffzelle. Das gasförmige Medium kann das Absorptionselement passieren.
-
Bei flüssigen Medien handelt es sich beispielsweise um Kraftstoffe oder Hydrauliköle, deren Feuchtigkeitsgehalt in Form von beigemengtem Wasser mithilfe der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung reguliert werden kann. Es ist insbesondere möglich, den Kraftstoff bzw. das Hydrauliköl durch das Absorptionselement zu leiten, so dass der Wasseranteil im Absorptionselement gespeichert wird, wohingegen der Kraftstoff bzw. das Hydrauliköl das Absorptionselement passieren kann.
-
Sowohl bei gasförmigen als auch bei flüssigen Medien ist auch eine Desorption, also eine Abgabe des gespeicherten Wassers aus dem Absorptionselement in den Fluidstrom möglich. Insbesondere bei gasförmigen Medien kann auf diese Weise ein gewünschter Feuchtigkeitsgehalt in dem Fluid eingestellt werden.
-
Bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist dem Absorptionselement eine Temperiereinrichtung zugeordnet, über die die Feuchtigkeitsspeicherkapazität im Absorptionselement steuerbar ist. Die Temperiereinrichtung kann die Temperatur im Absorptionselement beeinflussen, was Auswirkung auf die Feuchtigkeitsspeicherkapazität hat. Beispielsweise wird bei einem Beheizen des Absorptionselements die Desorption, also die Abgabe von Feuchtigkeit beschleunigt. Bei Kühlung kann sowohl die Absorption als auch die Desorption reduziert werden.
-
Als Temperiereinrichtung kommt insbesondere eine Heizeinrichtung in Betracht, bei deren Betätigung die Temperatur im Absorptionselement erhöht werden kann. Grundsätzlich ist als Temperiereinrichtung aber auch eine Kühleinrichtung möglich, über die die Temperatur im Absorptionselement reduziert werden kann. Des Weiteren sind Kombinationen Heiz- und Kühleinrichtungen möglich, so dass über die Temperiereinrichtung sowohl ein Heizen als auch ein Kühlen des Absorptionselementes möglich ist.
-
Die Temperiereinrichtung ist beispielsweise als elektrische Einrichtung ausgeführt, an die eine Spannung angelegt werden kann, so dass ein elektrischer Strom fließt und in einem Temperierelement eine Temperaturänderung bewirkt wird. In einer einfachen Ausführungsvariante ist die Temperiereinrichtung als Heizeinrichtung mit elektrischen Heizfäden ausgeführt, die sich bei Anlegen einer Spannung erwärmen.
-
Möglich ist auch eine Ausführung beispielsweise mit fluiddurchflossenen, insbesondere flüssigkeitsdurchflossenen Leitern in der Temperiereinrichtung, wobei über die Temperatur des Fluids auch die Temperatur des Absorptionselementes bestimmt wird. Je nach Höhe der Temperatur ist hierbei ein Kühlen oder Heizen möglich.
-
Die Temperiereinrichtung ist entweder in das Absorptionselement integriert, was den Vorteil einer Platz sparenden Ausführung hat. Außerdem erfolgt die Temperaturänderung im Absorptionselement bei Betätigung der Temperiereinrichtung in kürzestmöglicher Zeit.
-
Möglich ist aber auch eine Ausführung, bei der die Temperiereinrichtung unmittelbar an das Absorptionselement angrenzt. Die Temperiereinrichtung ist beispielsweise als eine Temperierschicht bzw. -lage ausgebildet, die auf Kontakt zu dem Absorptionselement liegt. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass das Absorptionselement und die Temperiereinrichtung unabhängig voneinander gefertigt werden können und erst im fertiggestellten Zustand in der Weise in der Filtereinrichtung montiert werden, dass diese Bauteile aneinandergrenzen.
-
Das Absorptionselement kann gegebenenfalls mit einem Filterelement kombiniert werden, in welchem eine Filtration des Fluids stattfindet. Das Absorptionselement kann stromauf oder stromab des Filterelementes angeordnet sein. Auch kann das Absorptionselement selbst so ausgeführt sein, dass im Absorptionselement zusätzlich zur Temperierung eine Filtration des Fluids erfolgt.
-
Es kommen grundsätzlich verschiedenartige Geometrien des Absorptionselementes in Betracht. Das Absorptionselement ist beispielsweise quaderförmig oder als Schicht bzw. Lage ausgebildet. Möglich ist auch eine hohlzylindrische Ausführung mit radialer Durchströmung des Absorptionselementes.
-
Die Einstellung des Feuchtigkeitsanteils in dem Fluid kann in gesteuerter oder geregelter Weise erfolgen. Bei einer Regelung wird der Feuchtigkeitsgehalt ermittelt, beispielsweise mit einer Sensoreinrichtung gemessen, wobei die Temperatur in der Temperiereinrichtung als Funktion des ermittelten Feuchtigkeitsgehalts eingestellt wird. Hierbei werden über eine Regel- bzw. Steuereinheit Stellsignale erzeugt, mit denen die Temperiereinrichtung eingestellt wird.
-
Das Absorptionselement kann als homogen aufgebautes Element mit einer definierten Feuchtigkeitsspeicherkapazität ausgeführt sein. In Betracht kommt aber auch eine mehrlagige Ausführung, wobei die verschiedenen Lagen des Absorptionselementes eine unterschiedliche Feuchtigkeitsspeicherkapazität aufweisen. Mindestens eine dieser Lagen, gegebenenfalls mehrere oder alle Lagen im Absorptionselement werden über die Temperiereinrichtung beeinflusst. Hierbei kommen sowohl Ausführungen in Betracht, bei denen die Temperiereinrichtung als Lage bzw. Schicht ausgeführt und an eine der Lagen des Absorptionselementes angrenzt, als auch Ausführungen, bei denen in eine oder mehrere Lagen des Absorptionselementes eine Temperiereinrichtung integriert ist, beispielsweise in Form von Heizfäden.
-
Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung kann auf verschiedene Arten betrieben werden. Die Temperiereinrichtung ist entweder in Abhängigkeit des Feuchtigkeitsgehaltes im Absorptionselement ansteuerbar oder, gemäß einer weiteren Ausführung, in Abhängigkeit des Feuchtigkeitsgehaltes im Fluid, wobei sowohl der Feuchtigkeitsgehalt im Fluid stromauf als auch stromab des Absorptionselementes herangezogen werden kann. Gegebenenfalls kommt auch eine Kombination von Feuchtigkeitsmessungen in Betracht, beispielsweise im Fluid stromauf oder stromab des Absorptionselementes und/oder im Absorptionselement. Des Weiteren können auch weitere Umweltbedingungen bzw. -parameter oder Zustandsgrößen berücksichtigt werden, beispielsweise die Temperatur des Fluids und/oder des Absorptionselementes.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
-
1 einen Schnitt durch eine Filtereinrichtung zur Regulierung des Feuchtigkeitsanteils in einem Fluid, welches durch ein Absorptionselement in einem Gehäuse der Filtereinrichtung geführt wird, wobei das Absorptionselement aus zwei aneinanderliegenden Lagen mit Absorptionsmaterial besteht und über eine Heizschicht temperiert werden kann,
-
2 in einer Ausführungsvariante ein wellenförmiges Absorptionselement einschließlich einer Heizschicht,
-
3 bis 5 ein hohlzylindrisches Filterelement mit integrierter Temperiereinrichtung, dargestellt in verschiedenen Phasen der Temperierung,
-
6 ein Absorptionselement mit integrierter Heizeinrichtung in einem Gehäuse,
-
7 in Alleindarstellung ein Absorptionselement, in das Heizdrähte integriert sind,
-
8 ein Absorptionselement mit einer integrierten Kühlleitung,
-
9 ein Absorptionselement in einer weiteren Ausführungsvariante.
-
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
In 1 ist eine Filtereinrichtung 1 zur Regulierung des Feuchtigkeitsanteils in einem Fluid dargestellt. Die Filtereinrichtung 1 weist in einem Gehäuse 2 ein Absorptionselement 3 auf, das zweilagig ausgebildet ist und zwei aneinandergrenzende Lagen 3a und 3b aufweist, welche jeweils aus einem Absorptionsmaterial bestehen. Das Absorptionsmaterial ist in der Lage, ein Mehrfaches seines Volumens an Wasser zu absorbieren. Als Absorptionsmaterial kommen beispielsweise hydrophile Polymerfasern in Betracht.
-
Das Absorptionselement 3 wird wie mit den Pfeilen markiert von einem feuchtigkeitsbeladenen Fluid durchströmt. Hierbei handelt es sich entweder um ein gasförmiges Fluid, beispielsweise feuchte Luft, oder um ein flüssiges Fluid, beispielsweise Kraftstoff oder Hydrauliköl, welches einen Wasseranteil aufweist. Die Feuchtigkeit im Fluid wird von dem Absorptionsmaterial absorbiert bzw. desorbiert.
-
Abströmseitig befindet sich am Absorptionselement 3 eine Temperiereinrichtung 4 in Form einer Temperierschicht mit integrierten Heizdrähten 5, die an eine Spannungsquelle anschließbar sind. Wenn die Heizdrähte 5 beheizt werden, wird die Temperatur in der Temperiereinrichtung 4 und damit auch in den angrenzenden Lagen 3a und 3b des Absorptionselementes 3 erhöht, wodurch sich die Feuchtigkeitsspeicherkapazität in den Lagen 3a und 3b ändert. Auf diese Weise kann das Absorptions- bzw. Desorptionsverhalten zur Feuchtigkeitsaufnahme bzw. -abgabe im Absorptionselement 3 reguliert werden. Dies kann gegebenenfalls über eine Regelung erfolgen, indem eine oder mehrere Zustandsgrößen des Systems sensorisch ermittelt bzw. aus Sensordaten berechnet werden, wobei ausgehend von diesen Daten in einer Regel- bzw. Steuereinheit Stellsignale zur Einstellung der Temperiereinrichtung 4 erzeugt werden. Beispielsweise wird der Feuchtigkeitsgehalt im Fluid stromauf oder stromab des Absorptionselementes oder der Feuchtigkeitsgehalt im Absorptionselement selbst bestimmt und die Temperiereinrichtung 4 in Abhängigkeit des Feuchtigkeitsgehaltes eingestellt. Auch die Temperatur im Fluid bzw. im Absorptionselement kann als Zustandsgröße bei der Regulierung der Temperiereinrichtung 4 berücksichtigt werden.
-
Die beiden Lagen 3a, 3b des Absorptionselementes 3 können sich im Hinblick auf die Feuchtigkeitsspeicherkapazität unterscheiden. Die beiden Lagen 3a, 3b sind unterschiedlich dick ausgebildet, außerdem können auch Unterschiede im Hinblick auf das gewählte Material bestehen.
-
In 1 ist das Absorptionselement 3 geradflächig bzw. quaderförmig ausgebildet. In 2 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der das Absorptionselement 3 ebenfalls zweilagig mit Lagen 3a und 3b mit einer weiteren, schichfförmigen Temperiereinrichtung 4 ausgebildet ist. Im Unterschied zu 1 ist aber bei 2 das Absorptionselement 3 einschließlich der Temperierschicht 4 wellen- bzw. zickzackförmig ausgeführt.
-
In den 3 bis 5 ist jeweils ein hohlzylindrisches Absorptionselement 3 dargestellt, welches radial von außen nach innen gemäß Pfeil 6 von dem feuchtigkeitsbeladenen Fluid durchströmt wird. Mit dem Pfeil 7 ist die Aufnahme bzw. Abgabe von Feuchtigkeit im Fluid gekennzeichnet. Die Temperiereinrichtung ist unmittelbar in das Material des Absorptionselementes 3 integriert, beispielsweise in Form von Heizdrähten, die durch das Absorptionselement 3 geführt sind und an eine Spannungsquelle angeschlossen werden können.
-
Gemäß 3 sind die Heizdrähte der Temperiereinrichtung nicht unter Spannung gesetzt und geben somit auch keine Wärme ab. Das feuchtigkeitsbeladene Fluid strömt gemäß Pfeil 6 durch das Absorptionselement 3, hierbei erfolgt wie mit Pfeil 7 angedeutet eine Aufnahme von Feuchtigkeit aus dem Fluid und Speicherung im Absorptionselement 3.
-
In 4 werden die Heizdrähte der Temperiereinrichtung unter eine Spannung von beispielhaft 12 V gesetzt und können sich dadurch erwärmen. Die Wärmespeicherkapazität des Absorptionselementes 3 sinkt hierdurch, so dass gemäß Pfeil 7 bereits gespeicherte Feuchtigkeit aus dem Absorptionselement 3 in Strömungsrichtung abgegeben wird.
-
In 5 ist eine weitere Ausführungsvariante des hohlzylindrischen Absorptionselementes 3 dargestellt, bei der bei gesättigtem Absorptionselement 3 ein Bypass 8 durch das Absorptionselement geöffnet wird, indem das hohlzylindrische Absorptionselement 3 in Achsrichtung unter Umgehung des Absorptionsmaterials durchströmt wird. Die Heizdrähte der Temperiereinrichtung werden nicht unter Strom gesetzt. In dieser Ausführung wird vom Absorptionselement 3 weder Feuchtigkeit aus dem Fluid aufgenommen noch Feuchtigkeit in das Fluid abgegeben.
-
Im Ausführungsbeispiel gemäß 6 weist die Filtereinrichtung 1 im Gehäuse 2 ein Absorptionselement 3 mit darin integrierten Heizdrähten 5 auf, welche eine Temperiereinrichtung bilden. Das Absorptionselement 3 wird von dem Fluid in Pfeilrichtung 6 durchströmt, bei dem es sich zum Beispiel um herangeführte Frischluft handelt. Der Feuchtigkeitsanteil in der Luft kann im Absorptionselement 3 gespeichert werden. Durch Anlegen einer Spannung an die Heizdrähte 5 werden diese beheizt und erwärmen das Absorptionselement 3, woraufhin die Feuchtigkeit aus dem Absorptionselement 3 abgegeben und gemäß Pfeil 7 über die Öffnung im Gehäuse 2 abgeführt wird, über die auch die Frischluft gemäß Pfeil 6 herangeführt wird. Die Frischluft weist stromab des Absorptionselementes 3 einen geringeren Feuchtigkeitsgehalt auf und kann beispielsweise einem Fahrzeuginnenraum oder einem Industrie- bzw. Wohnraum zugeführt werden.
-
In 3 ist ein Absorptionselement 3 in Form eines Quaders bzw. einer Schicht in Einzeldarstellung gezeigt. In das Absorptionselement 3 sind Heizdrähte 5 einer Temperiereinrichtung integriert, die durch Anlegen einer Spannung beheizt werden.
-
In 8 sind ebenfalls Heizdrähte 5 in ein Absorptionselement 3 integriert. Die Temperiereinrichtung 4 weist aber zusätzlich noch eine Kühlleitung 9 auf, die durch das Absorptionselement 3 geführt ist und durch die ein Kühlmittel zum Kühlen des Absorptionselementes 3 geleitet werden kann. Diese Ausführung der Temperiereinrichtung 4 mit Heizdrähten 5 und einer Kühlleitung 9 ermöglicht sowohl ein Beheizen als auch ein Kühlen des Absorptionselementes 3.
-
Auch im Ausführungsbeispiel gemäß 9 sind analog zu 7 in ein Absorptionselement 3 Heizdrähte 5 integriert, an die eine Spannung zum Beheizen des Absorptionselementes angelegt werden kann, woraufhin bereits gespeicherte Flüssigkeit desorbiert wird. Zusätzlich sind in das Absorptionselement 3 Duftstofflinien 10 integriert, welche bei Beheizung der Heizdrähte 5 bzw. des Absorptionselementes 3 Duftstoffe an die Umgebung abgeben. Die Duftstoffabgabe erfolgt somit in Abhängigkeit von der Temperatur bzw. der Beheizung des Absorptionselementes 3.
-
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 19605433 A1 [0002]
- DE 102009057478 A1 [0003]
