DE102018101707B4

DE102018101707B4 - Filtervorrichtung

Info

Publication number: DE102018101707B4
Application number: DE102018101707.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Haltenberger
Original assignee: WEPPLER FILTER GmbH
Current assignee: WEPPLER FILTER GmbH
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2021-12-30
Anticipated expiration: 2038-01-26
Also published as: DE102018101707A1

Abstract

Filtervorrichtung zum Erwärmen von Fluiden, mit einem in einem Fluidreservoir (1) angeordneten Filterelement (5) zur Filterung von über einen Auslaß (7) angesaugtem Fluid, wobei an dem Filterelement (5) eine Mehrzahl elektrisch leitender Heizelemente (10, 15) angeordnet sind, an die eine elektrische Spannung anlegbar ist, wobei die Heizelemente (10, 15) fadenartig ausgebildet sind und aus einem unbeschichteten chemisch beständigen Edelstahl bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (5) von einem Rahmen (4) umschlossen ist, der aus einem leitfähigen Werkstoff besteht und über den die elektrische Spannung an die Mehrzahl elektrisch leitender fadenartiger Heizelemente (10, 15) anlegbar ist, wobei eine Filtereinheit bildend zwei Filterelemente (5) in einem Abstand zueinander an dem Rahmen (4) angeordnet sind, wobei der Auslaß (7) in den Zwischenraum (6) zwischen den Filterelementen (5) mündet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtervorrichtung zum Erwärmen von Fluiden, mit einem in einem Fluidreservoir angeordneten Filterelement zur Filterung von über einen Auslaß angesaugtem Fluid, wobei an dem Filterelement eine Mehrzahl elektrisch leitender Heizelemente angeordnet sind, an die eine elektrische Spannung anlegbar ist, wobei die Heizelemente fadenartig ausgebildet sind und aus einem unbeschichteten chemisch beständigen Edelstahl bestehen.
Derartige Filtervorrichtungen werden z.B. für Fluide wie Kraftstoff, Schmieröl, Harnstofflüssigkeit oder Wasser verwendet, um sie bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts so weit aufzuwärmen, daß sie eine Viskosität aufweisen, die ein Hindurchtreten des Fluids durch das Filterelement und somit ein Filtrieren des Fluids ermöglicht.
Aus der US 2010/0181238 A1 ist eine Filtervorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der jedes einzelne elektrisch leitende Filament mit seinem einen Ende an dem einen Kontaktpin und mit seinem anderen Ende an dem anderen Kontaktpin verbunden ist.
Aus der US 2016/0346715 A1 ist eine Filtervorrichtung bekannt, die einen Topf aufweist, der von einem Filter in ein Zuströmteil und ein Abströmteil unterteilt ist. Das Zuströmteil ist mit einem Zulaufanschluß und das Abströmteil mit einem Ablaufanschluß verbunden. In den Abströmteil ragt ein Heizstab, durch den die darin enthaltene Flüssigkeit aufheizbar ist.
Aus der DE 10 2013 009 200 A1 ist ein rohrartiges Filterelement mit einem Heizmantel bekannt, der aus einem Filtermediumhohlkörper besteht, welcher von einem elektrischen Heizmantel umgeben ist. Der Heizmantel besteht aus einer Mehrzahl von parallel geschalteten elektrischen Heizleitern, die mit ihren Enden über Anschlußeinrichtungen zur Versorgung des elektrischen Heizmantels verbunden sind.
Weiterer Stand der Technik ist der DE 10 2014 212 892 A1 zu entnehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Filtervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die das Fluid bei chemischer Beständigkeit der Heizelemente mit hoher Heizleistung erwärmbar ist und bei einem hohen Fluiddurchsatz durch die Filterelemente auch eine hohe Heizleistung zur Erwärmung des Fluids ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Filterelement von einem Rahmen umschlossen ist, der aus einem leitfähigen Werkstoff besteht und über den die elektrische Spannung an die Mehrzahl elektrisch leitender fadenartiger Heizelemente anlegbar ist, wobei eine Filtereinheit bildend zwei Filterelemente in einem Abstand zueinander an dem Rahmen angeordnet, wobei der Auslaß in den Zwischenraum zwischen den Filterelementen mündet.
Die Ausbildung der Heizelemente aus unbeschichtetem Edelstahl führen dazu, daß von den Heizelementen zumindest weitgehend nur Konvektionswärme und keine Strahlungswärme erzeugt und diese Konvektionswärme zumindest weitgehend vollständig direkt an das Fluid abgegeben wird. Strahlungswärme kann nur feste Körper erwärmen und würde nicht zur Erwärmung des Fluids beitragen. Damit kann mit weniger Energieverbrauch eine hohe Heizleistung erreicht werden.
Die chemische Beständigkeit der Heizelemente ermöglicht es auch chemisch aggressive Fluide zu erwärmen.
Aufgrund der Eigenstabilität der Heizelemente bleibt deren Anordnung und Filtereigenschaft zumindest weitgehend über die Lebenszeit der Filtervorrichtung unverändert.
Auch bleibt die Leitfähigkeit der Heizelemente über die Lebenszeit der Filtervorrichtung zumindest weitgehend unverändert.
Dadurch, daß das Filterelement von einem Rahmen umschlossen ist, der aus einem leitfähigen Werkstoff besteht und über den die elektrische Spannung an die Mehrzahl elektrisch leitender fadenartiger Heizelemente anlegbar ist, entsteht eine vormontierbare Baugruppe, die nur noch in das Fluidreservoir eingesetzt und der Rahmen mit einer Spannungsquelle kontaktiert werden muß.
Ist der Edelstahl der Heizelemente ein nichtrostender austenitischer Chrom-Nickel-Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, insbesondere mit einem Kohlenstoffgehalt <0,1 %, so ist die Wärmeerzeugung der Heizelemente besonders effektiv.
Ein solcher Edelstahl kann insbesondere ein unter der Bezeichnung 1.4303 oder X4CrNi18-12 bekannter Edelstahl sein.
Um eine breitflächige Wärmeerzeugung zu erreichen, können die elektrisch leitenden fadenartigen Heizelemente sich parallel zueinander erstrecken oder ein Geflecht bilden.
Dabei können die Mehrzahl elektrisch leitender fadenartiger Heizelemente in das als Gewebe ausgebildete Filterelement eingewoben oder eingeflochten sind, so daß ein eine Doppelfunktion erfüllendes Bauteil entsteht und so der Montageaufwand reduziert wird.
Zu einer sehr effektiven Wärmeübertragung auf das Fluid führt es, wenn die Mehrzahl elektrisch leitender fadenartiger Heizelemente insbesondere gleichmäßig über die Fläche des flächigen Filterelements verteilt angeordnet sind.
Die Filtereinheit kann im Fluidreservoir innerhalb des Fluids angeordnet sein.
Ist das Fluid eine Harnstofflüssigkeit, die in einem Kraftfahrzeug mittels selektiven katalytischen Reduktion die Stickoxide aus dem Abgas mit hohem Wirkungsgrad reduziert, so wird durch die Erwärmung der Harnstofflüssigkeit diese unabhängig von den jeweils herrschenden Umgebungstemperaturen immer in ausreichend fließfähigem Zustand gehalten und sichert so die selektive katalytische Reduktion der Stickoxide aus dem Abgas.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen

2 eine Draufsicht der Filtervorrichtung im Fluidreservoir nach 1
3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Filterelements im Querschnitt
4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Filterelements im Querschnitt
5 eine Draufsicht der Filterelemente nach den 3 und 4.

In den 1 und 2 ist in einem Fluidreservoir 1 Harnstofflüssigkeit 2 enthalten. Innerhalb der Harnstofflüssigkeit 2 ist eine Filtervorrichtung 3 angeordnet, die einen rechteckigen Rahmen 4 aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere einem elektrisch leitfähigen Kunststoff aufweist. Der Rahmen 4 ist aus einem Oberteil und einem gleichen Unterteil zusammengesetzt.
In einem Abstand zueinander sind die beiden Öffnungen des Rahmens 4 jeweils von einem flächigen Filterelement 5 verschlossen, das aus einem Filtermedium wie z.B. einem Vlies oder einem Filtergewebe besteht. In dem Filtermedium sind über dessen Fläche gleichmäßig verteilt fadenartige Heizelemente 10 aus einem nichtrostenden austenitischen Chrom-Nickel-Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt <0,1% angeordnet.
Von dem Zwischenraum 6 zwischen den beiden Filterelementen 5 führt ein Außlaß 7 durch einen Anschlußstutzen 8 nach außen. An den Anschlußstutzen 8 kann ein Schlauch angeschlossen werden, über den durch die Filterelemente 5 gefilterte Harnstofflüssigkeit 2 dem Fluidreservoir 1 entnommen werden kann.
Der Rahmen 4 weist nach außen hervorstehende Anschlußkontakte 9 auf, über die der Rahmen 4 und die Heizelemente 10 mit einer Spannung beaufschlagbar sind, durch die aufgrund des elektrischen Widerstands der Heizelemente 10 diese erwärmbar sind und damit auch die Harnstofflüssigkeit erwärmen.
Die in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele eines Filterelements 5 weisen eine Schicht aus einem Filtervlies 11 auf, deren eine Seite flächig von einem Schmutzvlies 12 abgedeckt ist.
Die andere Seite des Filtervlieses 11 ist von einer Gewebeschicht 13 abgedeckt, die aus Kunststoffäden 14 und fadenartigen Heizelementen 10 aus einem nichtrostenden austenitischen Chrom-Nickel-Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt <0,1 % besteht, wobei die Kunststoffäden 14 und die fadenartigen Heizelemente 10 ein Kette-/Schuß-Gewebe bilden.
In 4 sind zusätzlich zu dem in 3 vorhandenen Aufbau im Bereich des Filtervlieses 11 noch eine Vielzahl von parallel zueinander sich über die Fläche des Filtervlieses erstreckenden Edelstahlfäden 15 aus einem nichtrostenden austenitischen Chrom-Nickel-Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt <0,1 % angeordnet, die weitere Heizelemente bilden.
Sowohl die Heizelemente 10 als auch die Edelstahlfäden 15 sind entsprechend den 1 und 2 elektrisch leitend mit einem nicht dargestellten Rahmen 4 verbunden und über diesen mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar.
Bezugszeichenliste

1: Fluidreservoir
2: Harnstofflüssigkeit
3: Filtervorrichtung
4: Rahmen
5: Filterelement
6: Zwischenraum
7: Auslaß
8: Auslaßstutzen
9: Anschlußkontakte
10: Heizelemente
11: Filtervlies
12: Schmutzvlies
13: Gewebeschicht
14: Kunststoffäden
15: Edelstahlfäden

Claims

Filtervorrichtung zum Erwärmen von Fluiden, mit einem in einem Fluidreservoir (1) angeordneten Filterelement (5) zur Filterung von über einen Auslaß (7) angesaugtem Fluid, wobei an dem Filterelement (5) eine Mehrzahl elektrisch leitender Heizelemente (10, 15) angeordnet sind, an die eine elektrische Spannung anlegbar ist, wobei die Heizelemente (10, 15) fadenartig ausgebildet sind und aus einem unbeschichteten chemisch beständigen Edelstahl bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (5) von einem Rahmen (4) umschlossen ist, der aus einem leitfähigen Werkstoff besteht und über den die elektrische Spannung an die Mehrzahl elektrisch leitender fadenartiger Heizelemente (10, 15) anlegbar ist, wobei eine Filtereinheit bildend zwei Filterelemente (5) in einem Abstand zueinander an dem Rahmen (4) angeordnet sind, wobei der Auslaß (7) in den Zwischenraum (6) zwischen den Filterelementen (5) mündet.
Filtervorrichtung Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Edelstahl ein nichtrostender austenitischer Chrom-Nickel-Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt <0,1 % ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden fadenartigen Heizelemente (10, 15) sich parallel zueinander erstrecken oder ein Geflecht bilden.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl elektrisch leitender fadenartiger Heizelemente (10, 15) in das als Gewebe oder Geflecht ausgebildete Filterelement (5) eingewoben sind.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl elektrisch leitender fadenartiger Heizelemente (10, 15) über die Fläche des flächigen Filterelements (5) verteilt angeordnet sind.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid eine Harnstofflüssigkeit (2) ist.