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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellen-Filterelement, insbesondere für die einer Brennstoffzelle zuzuführende Luft, und ein Brennstoffzellen-Filtersystem mit einem Brennstoffzellen-Filterelement nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Aus der
US 7,758,674 B2 ist ein Filterelement für die einer Brennstoffzelle zuzuführende Luft bekannt. Mithilfe des Filterelements kann die Luft sowohl von Schmutzpartikeln als auch von chemischen Verunreinigungen befreit werden. Hierzu weist das Filterelement ein Filtervlies auf, an dem die Schmutzpartikel abgeschieden werden, sowie eine Schicht aus Aktivkohle, die als Adsorptionsmittel zur Adsorption gasförmiger Bestandteile in der Luft dient.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Maßnahmen ein Filterelement, das Aktivkohle als Adsorptionsmittel aufweist, so auszubilden, dass das Filterelement mit wenig Aufwand austauschbar ist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtersystem so auszubilden, dass das Filterelement mit wenig Aufwand austauschbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Brennstoffzellen-Filterelement, insbesondere ein Brennstoffzellen-Filterelement für die einer Brennstoffzelle zuzuführende Luft, das ein Trägermedium und ein Adsorptionsmittel umfasst. Dabei sind das Trägermedium und das Adsorptionsmittel zu einem einlagigen oder mehrlagigen Körper verbunden, der mit einem Kunststoffrand eingebettet ist. Nach einem anderen Aspekt der Erfindung werden die vorgenannten Aufgaben von einem Filtersystem mit einem solchen Filterelement gelöst.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird ein Brennstoffzellen-Filterelement vorgeschlagen, insbesondere ein Brennstoffzellen-Filterelement für die einer Brennstoffzelle zuzuführende Luft, welches ein Trägermedium und ein Adsorptionsmittel umfasst, wobei das Trägermedium und das Adsorptionsmittel zu einem einlagigen oder mehrlagigen Körper verbunden sind, der in einen Kunststoffrand eingebettet ist.
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Das erfindungsgemäße Filterelement kann vorteilhaft dazu verwendet werden, auf chemischem Wege Verunreinigungen in einem Gasstrom durch Adsorption herauszufiltern. Das Filterelement wird beispielsweise für die Reinigung der einer Brennstoffzelle zuzuführenden Luft eingesetzt, indem gasförmige Verunreinigungen in der Luft adsorbiert werden.
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Das Filterelement weist zum einen ein Trägermedium und zum anderen als Adsorptionsmittel beispielsweise Aktivkohle auf, welche erfindungsgemäß durch den Zusatz von Klebstoff immobilisiert ist. Dies ermöglicht es, dicht gepackt Aktivkohleschichten zu realisieren, die ihre Struktur im Unterschied zu losen Aktivkohleschüttungen auch bei mechanischer Beanspruchung sowie über einen langen Betriebszeitraum beibehalten; Verschiebungen und lokale Verdichtungen der Aktivkohlepartikel, die zu einer Beeinträchtigung der Adsorptionsleistung führen können, werden vermieden. Beeinträchtigungen der Adsorptionsleistung beruhen zum Beispiel auf lokalen Fehlstellen in der Schüttung, was zu Leckagen führen kann. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist durch die Immobilisierung der Aktivkohlepartikel die Luftdurchlässigkeit höher als bei losen Schüttungen mit Aktivkohlepartikeln vergleichbaren Korndurchmessers. Die Immobilisierung der Aktivkohlepartikel hat des Weiteren den Vorteil, dass verschiedenartige Geometrien des Filterelements bzw. der Lagen des Trägermediums und der Aktivkohle erzeugt werden können. In Betracht kommen sowohl rechteckige als auch nicht-rechteckige Zuschnitte. Die Immobilisierung der Aktivkohlepartikel in der Aktivkohleschicht wird durch den Zusatz von Klebstoff erreicht, dessen Kleberfäden an der Oberfläche der Aktivkohlepartikel anhaften und verschiedene Aktivkohlepartikel miteinander verbinden, ohne jedoch die Adsorptionsleistung der Aktivkohle zu beeinträchtigen. Als Klebstoff kommt beispielsweise ein reaktiver Kleber in Betracht, z. B. auf Basis von Polyurethan oder Silan. Möglich ist auch ein thermoplastischer Kleber, der z. B. auf Basis von Polyolefinen hergestellt wird.
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Diese Ausführung ermöglicht die Ausbildung offener Trägerschicht-Aktivkohleschicht-Lagen mit immobilisierter Aktivkohlelage. Derartige Lagen, die als Medienlage bezeichnet werden und eine Trägerschicht sowie eine Aktivkohleschicht umfassen, können aufeinandergestapelt werden, wobei die Durchströmungsrichtung in Stapelrichtung, also orthogonal zur Ebene der Lagen liegt. In bevorzugter Ausführung werden jeweils zwei Medienlagen, die jeweils aus einer Trägerschicht und einer Aktivkohlelage bestehen, in der Weise aufeinandergestapelt, dass die Aktivkohlelagen der beiden Medienlagen unmittelbar aneinandergrenzen; diese zwei Medienlagen bilden zusammen eine Stapeleinheit. Im gestapelten Zustand liegen somit innerhalb einer oberen und einer unteren Trägerschicht zwei verschiedene Aktivkohlelagen unmittelbar aneinander. Derartige Stapeleinheiten können ggf. weiter aufeinandergestapelt werden, um eine gewünschte Gesamtdicke des Filterelements mit einer entsprechenden Filtrationsleistung zu erreichen.
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Des Weiteren ist es möglich, in einfacher Weise verschiedene Aktivkohlesorten pro Lage zu kombinieren, beispielsweise verschiedene Rohstoffe wie Kokosnuss, Steinkohle, Holzkohle oder synthetische Ausgangsstoffe, verschiedene Aktivierungsgrade, verschiedene katalytische Eigenschaften und unterschiedliche Imprägnierungen. Hierdurch ist eine Anpassung an das Zielgasspektrum möglich.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Aktivkohlelage an ihren Längs- und/oder Breitseiten versiegelt, so dass ggf. gemeinsam mit den an den Seitenflächen anliegenden Trägerschichten eine allseitige Begrenzung der Aktivkohlelage realisiert werden kann. Die Versiegelung an den Längs- und/oder Breitseiten erhöht die Stabilität und verbessert die Sicherheit gegen Delaminierung und Verschiebungen in der Aktivkohlelage. Die Versiegelung kann über einen Kunststoff oder Klebstoff erfolgen oder alternativ auch mit einem Seitenband, das an den Seitenflächen aufgeklebt wird, vorgenommen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der ein- oder mehrlagige Körper mit dem Kunststoffrand zusatzstofffrei direkt fest verbunden ist, etwa durch ein Spritzgieß- oder Blasformverfahren. Dies hat den Vorteil, dass Filter und Gehäuse in einem Arbeitsschritt hergestellt werden können; die Einbettung erfolgt direkt im Prozessschritt und es entfällt das Einkleben des Filterelements in das Gehäuse und zudem kann auf ein Seitenband zur Abdichtung verzichtet werden. Darüber hinaus kann hierdurch auch sichergestellt werden, dass zwischen Gehäuse und Filterelement kein Leckagestrom auftritt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Kunststoffrand eine Verbindungsfläche zur Verbindung mit einer Gehäusewand eines Filtersystems aufweisen, in welches das Filterelement einsetzbar ist. Dadurch ist eine definierte Schnittstelle zu der Gehäusewand gegeben, was einen Montageprozess sehr erleichtert. Über die Verbindungsfläche kann das Filterelement beispielsweise in ein Gehäuse eingeschweißt werden.
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Günstigerweise kann der Kunststoffrand einen Verbindungsflansch aufweisen, welcher es ermöglicht, das Filterelement als modulares Teil des gesamten Filtersystems und insbesondere des Gehäuses auszubilden. Dadurch ist weiter im Wartungsfall die Austauschbarkeit des Filterelements sehr erleichtert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Kunststoffrand am Außenumfang und/oder an einer oder zwei Stirnseiten eine Schweiß- und/oder Klebefläche aufweisen. Das Einschweißen des Filterelements ermöglicht auf der anderen Seite eine dauerhafte und zuverlässige Verbindung zum Gehäuse eines Filtersystems. Außerdem ist auf diese Weise auch eine sehr zuverlässige Abdichtung möglich.
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Vorteilhafterweise kann der Körper an einer bestimmungsgemäßen Anströmseite einen Partikelfilter aufweisen, der insbesondere als Partikelfilter mit einem gefalteten Filtermedium ausgebildet sein kann und durch einen oder mehrere Stege bzw. einem Stützgitter stabilisiert sein kann. Der Partikelfilter dient zur Ausfiltrierung von gröberen Partikeln, während die Aktivkohle der chemischen Bindung von Schadstoffen in dem zu filtrierenden Fluid dient. Gefaltete Filtermedien weisen große Oberflächen im Vergleich zu ihrem Volumen auf, weshalb sie sehr effektiv in Filtern einsetzbar sind. Stege oder Stützgitter dienen zur mechanischen Stabilisierung des gesamten Partikelfilters.
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Zweckmäßigerweise können die ein oder mehreren Seitenränder des Körpers vor dem Umspritzen mit einem Dichtelement abgedichtet werden, wodurch sich der Herstellungsprozess vereinfacht, da das Werkzeug, in welches der Körper eingesetzt wird, vor einer möglichen Verschmutzung durch Filtermaterial geschützt wird. Das Dichtelement kann in Form eines Seitenbandes, das beispielsweise aufgeklebt wird, ausgeführt sein.
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Auf diese Weise ist die Aktivkohlelage an ihren Längs- und/oder Breitseiten versiegelt, so dass ggf. gemeinsam mit den an den Seitenflächen anliegenden Trägerschichten eine allseitige Begrenzung der Aktivkohlelage realisiert werden kann. Die Versiegelung an den Längs- und/oder Breitseiten erhöht die Stabilität und verbessert die Sicherheit gegen Delaminierung und Verschiebungen in der Aktivkohlelage.
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In einer günstigen Ausgestaltung können die Partikel des Adsorptionsmittels durch Zusatz von Klebstoff, insbesondere einem reaktiven Kleber oder einem thermoplastischen Kleber, immobilisiert werden, um so unterschiedlichen Formen der Körpergestaltung leicht realisieren zu können.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Trägermedium als Filtervlies oder als ein offenporiger Schaum ausgebildet, beispielsweise als ein Polyurethanschaum, in welchem die Aktivkohle sowie der Klebstoff aufgenommen sind. Es kommen Ausführungen in Betracht, bei denen zur Herstellung des Filterelements zunächst der Klebstoff in den offenporigen Schaum des Trägermediums eingebracht und anschließend die Aktivkohle eingebracht wird. Möglich ist auch die Ausführung, zunächst den Klebstoff auf die Aktivkohle aufzubringen und das Aktivkohle-Klebstoff-Gemisch in den offenporigen Schaum des Trägermediums einzubringen.
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In einer vorteilhaften Ausführung kann das Trägermedium als Trägerschicht ausgebildet sein und die Aktivkohle eine unmittelbar an die Trägerschicht angrenzende Aktivkohlelage bilden, die einseitig oder beidseitig an Trägerschichten angrenzt. Das Trägermedium ist Träger der Aktivkohle oder grenzt zumindest an die Aktivkohleschicht an. Das Trägermedium ist beispielsweise als eine Trägerlage bzw. -schicht ausgeführt, die ggf. eine mechanische Filtration von partikulären Verunreinigungen des zu reinigenden, gasförmigen Fluids übernimmt. In diesem Fall bildet das Trägermedium beispielsweise ein Träger- bzw. Filtervlies, an welchem Schmutzpartikel abgeschieden werden können. Das Filtervlies besteht aus einem mit Glasfasern gefüllten oder ungefüllten Thermoplast wie z. B. aus Polyester, Polyamid, Polyacrylnitril, Polycarbonat oder Polypropylen.
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In der Ausführung des Trägermediums als Trägerschicht bildet die Aktivkohle eine unmittelbar an die Trägerschicht angrenzende Aktivkohlelage, die vorzugsweise über den Klebstoff mit der Trägerschicht verbunden ist. Die Trägerschicht begrenzt somit die Aktivkohlelage zumindest an einer Seite und ist zugleich mit der Aktivkohlelage verbunden.
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Weiter kann die Aktivkohlelage an ihren beiden Seitenflächen von jeweils einer Trägerschicht begrenzt sein; eine zwischenliegende Aktivkohlelage und zwei Trägerschichten bilden eine Medienlage. Zweckmäßigerweise ist die Aktivkohlelage auch mit beiden Trägerschichten verklebt. Eine Medienlage bzw. Stapeleinheit besteht somit aus zwei Trägerschichten und einer zwischenliegenden Aktivkohlelage, wobei ggf. mehrere Stapeleinheiten aufeinandergestapelt werden können.
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Durch eine unterschiedliche Lagenanzahl bzw. Stapeleinheiten können ggf. auch große Höhen bei verhältnismäßig geringen Längen und Breiten des Filterelements verwirklicht werden. Die größere Höhe geht mit längeren Verweilzeiten und einer besseren, effektiven Adsorption einher und führt zu größeren Standzeiten des Aktivkohlefilters.
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In einer weiteren günstigen Ausführungsform können so auch wenigstens zwei Aktivkohlelagen aneinandergrenzen.
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Vorteilhaft kann die bestimmungsgemäße Verwendung des Filterelements in einem Kathodenluftfilter für ein Brennstoffzellensystem sein.
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Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Brennstoffzellen-Filtersystem mit einem Brennstoffzellen-Filterelement, wobei das Brennstoffzellen-Filterelement auswechselbar im Brennstoffzellen-Filtersystem angeordnet ist. Der wesentliche Vorteil eines solchen Filtersystems liegt dabei in der sicheren und stabilen Montage des Filterelements sowie einer sehr wirtschaftlichen Austauschbarkeit des Filterelements im Servicefall.
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In einer Weiterentwicklung kann der Kunststoffrand des Filterelements sogar als Bestandteil eines Gehäuses oder einer Gehäusewand eines Filtersystems ausgebildet sein, wodurch eine Einsparung an Material, Gewicht und Kosten des gesamten Filtersystems möglich wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
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1 in schematischer Darstellung einen Körper eines Brennstoffzellen-Filterelements, der Aktivkohle als Adsorptionsmittel aufweist, mit zwei aufeinandergestapelten Medienlagen, die jeweils aus zwei Trägerschichten mit zwischenliegender Aktivkohlelage bestehen, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 einen Körper eines Brennstoffzellen-Filterelements mit verschiedenen Trägerschichten und Aktivkohlelagen, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 ein in Kunststoff eingebettetes Brennstoffzellen-Filterelement in einem Gehäuse eines Filtersystems, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4 ein in Kunststoff eingebettetes Brennstoffzellen-Filterelement, abgedichtet mit einem Dichtelement, in einem Gehäuse eines Filtersystems, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5 ein kunststoffumspritztes Brennstoffzellen-Filterelement mit einem Verbindungsflansch in einem Gehäuse eines Filtersystems, nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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6 ein kunststoffumspritztes Brennstoffzellen-Filterelement mit einem Partikelfilter, der mit Stegen stabilisiert ist, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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6 ein kunststoffumspritztes Brennstoffzellen-Filterelement mit einem Partikelfilter, der mit Stegen stabilisiert ist, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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7 ein kunststoffumspritztes Brennstoffzellen-Filterelement, das über einen Außenumfang in ein Gehäuse eines Filtersystems gefügt ist, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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8 ein kunststoffumspritztes Brennstoffzellen-Filterelement, das über eine Stirnseite in ein Gehäuse eines Filtersystems gefügt ist, nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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9 ein Brennstoffzellen-Filtersystem mit einem kunststoffumspritzten Brennstoffzellen-Filterelement, das über einen Verbindungsflansch mit dem Gehäuse des Filtersystems verbunden ist, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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In 1 ist in schematischer Darstellung ein Körper 40 eines Brennstoffzellen-Filterelements 10 (in den folgenden Figuren nur als Filterelement 10 bezeichnet) dargestellt, der Aktivkohle als Adsorptionsmittel aufweist, mit zwei aufeinandergestapelten Medienlagen 20, die jeweils aus zwei Trägermedien 12 in Form von Trägerschichten 14 mit zwischenliegender Aktivkohlelage 18 bestehen, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Filterelement 10 dient zur Filtration eines gasförmigen Mediums, wobei über Filterelement 10 sowohl eine mechanische als auch eine chemische Reinigung durchgeführt werden kann. Über das Filterelement 10 kann beispielsweise die einer Brennstoffzelle zuzuführende Luft von Schmutzpartikeln und von chemischen, gasförmigen Substanzen gereinigt werden.
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Das Filterelement 10 weist zumindest zwei aufeinander gestapelte Medienlagen 20 auf, die jeweils aus zwei parallel verlaufenden Trägerschichten 14 und einer zwischenliegenden Aktivkohlelage 18 bzw. eine Kombination mit anderen Medien bestehen. Die Trägerschichten 14 bilden jeweils ein Filtervlies, welches zur Partikelabscheidung eingesetzt wird. Die Aktivkohlelage 18 wirkt als Adsorptionsmittel zur Adsorption von flüchtigen Bestandteilen, die im Gasstrom mitgeführt werden. Die Durchströmungsrichtung erfolgt orthogonal zur Ebene der Trägerschichten 14 bzw. der Aktivkohlelagen 18. Alternativ kann die Trägerschicht 14 auch als offenporiger Schaum ausgebildet sein, in welchem die Aktivkohle und der Klebstoff aufgenommen sind.
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Das Filtervlies der Trägerschichten 14 besteht beispielsweise aus Polyester, Polyurethan, Polyamid, Polyacrylnitril, Polycarbonat, Polypropylen gefüllt mit Glasfasern oder auch ungefüllt, ABS, Thermoplast. Die Aktivkohle in der Aktivkohlelage 18 ist mittels eines Klebstoffes verfestigt bzw. immobilisiert, so dass die einzelnen Aktivkohlepartikel innerhalb der Aktivkohlelage nicht frei beweglich sind, sondern in der Schicht einen festen Platz einnehmen. Als Klebstoff kommt ein reaktiver Kleber, beispielsweise auf Basis von Polyurethan, oder ein thermoplastischer Kleber, beispielsweise auf Basis von Polyolefinen in Betracht. Der Klebstoff weist Kleberfäden auf, die an der Oberfläche der Aktivkohlepartikel anhaften und hierdurch die Verklebung bewirken.
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Die Aktivkohlelage 18 ist außerdem mit beiden Trägerschichten 14 fixiert, welche Bestandteil der jeweiligen Medienlage 20 ist und sich an den beiden Seitenflächen der Aktivkohlelage 18 befindet. An den Stirnseiten, also den Längs- und Breitseiten, kann die Aktivkohlelage 18 mit einer Versiegelung versehen sein, welche der Aktivkohlelage eine zusätzliche Stabilität und Sicherung gegen Delaminierung und Verschiebung verleiht.
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Die einzelnen Medienlagen 20, welche aufeinandergestapelt sind, können entweder lose aufeinandergeschichtet oder ebenfalls durch Verklebung aneinandergehalten sein. Gegebenenfalls kann das Filterelement 10 mehr als zwei Medienlagen 20 aufweisen.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Filterelement 10 ebenfalls mehrere, aufeinandergestapelte Medienlagen 20 aufweist. Jede Medienlage 20 besteht aus einer Trägerschicht 14 und einer Aktivkohlelage 18. In die Aktivkohlelage 18 ist Klebstoff eingebracht, um die Aktivkohlepartikel zu immobilisieren. Die Aktivkohlelage 18 ist mit der zugehörigen Trägerschicht 14, mit der die Aktivkohlelage 18 die Medienlage 20 bildet, über den Klebstoff fixiert.
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Gemäß 2 sind jeweils zwei Medienlagen 20 in der Weise aufeinandergeschichtet, dass die Aktivkohlelagen 18 einander zugewandt sind. Damit ergibt sich eine Stapeleinheit aus zwei Medienlagen 20, die von einer oberen und einer unteren Trägerschicht 14 begrenzt wird, zwischen denen zwei unmittelbar aneinandergrenzende Aktivkohlelagen 18 angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind zwei derartige Stapeleinheiten mit jeweils zwei Medienlagen 20 aufeinandergestapelt. Grundsätzlich können aber auch mehr als zwei Stapeleinheiten aufeinandergeschichtet werden.
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Auch im Ausführungsbeispiel gemäß 2 können die Aktivkohlelagen 18 an ihren Stirnseiten, also den Breitseiten und den Längsseiten, mit einer Versiegelung versehen sein.
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Unmittelbar aufeinanderliegende Aktivkohlelagen 18 sind vorteilhafterweise nicht miteinander verklebt, vielmehr erfolgt die Verklebung nur über die jeweils unmittelbar angrenzende Trägerschicht 14.
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Direkt aufeinanderliegende Trägerschichten 14 der Stapeleinheiten können gegebenenfalls miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Verkleben.
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3 zeigt ein in Kunststoff eingebettetes Filterelement 10 in einem Gehäuse 110 eines Brennstoffzellen-Filtersystems 100 (in den folgenden Figuren nur als Filtersystem 100 bezeichnet), nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Filterelement 10, das aus einem Körper 40 mit drei Medienlagen 20, wobei jede Medienlage 20 beispielsweise wie in 1 dargestellt zwei Trägerschichten 14 mit einer dazwischen liegenden Aktivkohlelage 18 umfassen kann, und einem Partikelfilter 30 besteht, ist in einem Gehäuse 110 mit einem Kunststoffrand 50 eingebettet, das als Teil eines Filtersystems 100 einsetzbar ist. Dabei ist sind die Medienlagen 20 mit ihren Stirnseiten direkt in die Gehäusewand 112 eingespritzt. Der Partikelfilter 30, der insbesondere aus einem gefalteten Filtermedium bestehen kann, weist einen kammartigen Querschnitt mit Kammspitzen und Kammtälern 32 auf. Das Gehäuse 110 kann beispielsweise in einem Spritzgießverfahren hergestellt werden, wobei das Filterelement 10 dabei direkt mit dem Gehäuse 110 fest verbunden wird. Alternativ kann auch ein Blasformverfahren eingesetzt werden, wobei – anders als in den Figuren gezeigt – der Querschnittsübergang zum Reinluftanschluss in geeigneter Weise verrundet ausgeführt wird.
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In 4 ist ein in Kunststoff eingebettetes Filterelement 10, abgedichtet mit einem Dichtelement 60, in einem Gehäuse 110 eines Filtersystems 100, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Hierbei ist die Anordnung des Filterelements 10 ganz ähnlich wie in 3 dargestellt, jedoch sind die Medienlagen 20 des Körpers 40 mit dem Partikelfilter 30 an ihren Stirnseiten mit einem Dichtelement 60, beispielsweise einem Seitenband, verschlossen. Dadurch sind die Medienlagen 20 mit dem Partikelfilter 30 zu einem Paket angeordnet, das in der Fertigung beim Einsetzen in ein Werkzeug leichter zu handhaben ist und das Werkzeug vor einer möglichen Verschmutzung schützt. Auch ist die Abdichtung zwischen den Medienlagen 20 mit dem Partikelfilter 30 zu dem Kunststoffrand 50 der Gehäusewand 112 des Gehäuses 110 zuverlässig darzustellen.
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5 zeigt ein kunststoffumspritztes Filterelement 10 mit einem Verbindungsflansch 120 in einem Gehäuse 110 eines Filtersystems 100, nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Körper 40 direkt in die Gehäusewand 112 eines Gehäuses 110 eines Filtersystems 100 eingespritzt, jedoch stellt der Kunststoffrand 50 nur einen Teil des Gesamtgehäuses des Filtersystems 100 dar, das sich mit einem Verbindungsflansch 120 zu einem Gesamtgehäuse verbinden lässt. Auf diese Weise kann das Filterelement 10 im Wartungsfall leicht ausgetauscht werden.
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In 6 ist ein kunststoffumspritztes Filterelement 10 mit einem Partikelfilter 30, der mit Stegen 52 stabilisiert ist, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Körper 40 des Filterelements 10, der drei Medienlagen 20 mit einem Partikelfilter 30 umfasst, ist mit einem Kunststoffrand 50 umspritzt. Stege 52 sind in den Kammtälern 32 des Partikelfilters 30 angebracht und können beispielsweise Kunststoffstege umfassen, welche die Kammtäler 32 fixieren und ebenfalls in den Kunststoffrand 50 eingespritzt sind. Auf diese Weise ist das gesamte Filterelement 10 auch bei einer mechanischen Belastung durch höhere Fluidströmungsgeschwindigkeiten im Betrieb eines Filtersystems 100 mechanisch gut fixiert. Der Kunststoffrand 50 weist an seiner Außenfläche eine Verbindungsfläche 54 zur Verbindung mit einem Gehäuse 110 eines Filtersystems 100 auf. Die Verbindungsfläche 54 kann beispielsweise als Schweißfläche ausgebildet sein.
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7 zeigt ein kunststoffumspritztes Filterelement 10, das über einen Außenumfang in ein Gehäuse 110 eines Filtersystems 100 gefügt ist, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist ein Filterelement 10, wie es beispielsweise in 6 dargestellt ist, über den Außenumfang des Kunststoffrandes 50, der als Verbindungsfläche 54 in Form einer Schweiß- und/oder Klebefläche ausgeführt sein kann, in ein Gehäuse 110 eines Filtersystems 100 eingeschweißt und so fest mit dem Gehäuse 110 verbunden. Als Fügetechnik können übliche Kunststoffschweißverfahren zum Einsatz kommen. Alternativ kann das Filterelement 10 auch eingeklebt werden.
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In 8 ist ein kunststoffumspritztes Filterelement 10, das über eine Stirnseite 56 in ein Gehäuse 110 eines Filtersystems 100 gefügt ist, nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kunststoffrand 50 des Filterelements 10 über eine Stirnseite 56 mit dem Gehäuse 110 verbunden. Auch hier können übliche Kunststofftschweißverfahren zum Einsatz kommen.
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9 zeigt ein Filtersystem 100 mit einem kunststoffumspritzten Filterelement 10, das mit einem Verbindungsflansch 120 mit einem Gehäuse 110 des Filtersystems 100 verbunden ist, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Gehäuse 110 des Filtersystems 100 besteht in dem Fall aus zwei Gehäusewandteilen 112 und 114. Ein Filterelement 10 ist in den oberen Gehäusewandteil 114 fest gefügt, wie in 7 beschrieben. Alternativ kann der Kunststoffrand 50 des Filterelements 10 Bestandteil des Gehäuses 110 oder eine Gehäusewand 114 sein. Ein weiterer einlagiger Körper 40 mit einer Medienlage 20 kann aber auch noch zusätzlich in den unteren Gehäusewandteil 112 eingefügt sein. Beide Gehäusewandteile sind mit einem Verbindungsflansch 120 verbunden, sodass im Wartungsfall jeweils das Filterelement 10 leicht ausgetauscht werden kann. Der obere Gehäusewandteil 114 wie der untere Gehäusewandteil 112 könnten separat ausgetauscht werden. Das Filtersystem 100 verfügt über einen Einlass 130 und einen Auslass 132, worüber die Durchströmungsrichtung vorgegeben ist. Das Filtersystem 100 kann in dieser Form beispielsweise als Kathodenluftfilter 300 eines Brennstoffzellensystems eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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