DE102019207513A1

DE102019207513A1 - Filter mit mehreren Schichten

Info

Publication number: DE102019207513A1
Application number: DE102019207513.4A
Authority: DE
Inventors: Rajmohan Rajendran
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Robert Bosch Engineering and Business Solutions Pvt Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Bosch Global Software Technologies Pvt Ltd
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Die Erfindung offenbart einen Filter 100 zur Filterung eines Fluids. Der Filter umfasst ein Gehäuse 106, ein erstes Filterelement 102 und ein zweites Filterelement 104. Das erste und das zweite Filterelement liegen in Form von konzentrischen Zylindern vor. Das erste Filterelement 102, bei dem es sich um einen Tiefenfilter handelt, bildet den äußeren Zylinder. Das zweite Filterelement 104, bei dem es sich um einen Oberflächenfilter handelt, bildet den äußeren Zylinder. Die größeren Staubpartikel setzen sich in dem Tiefenfilter über seine gesamte Tiefe hinweg fest. Die kleineren Staubpartikel werden an der Oberfläche des Oberflächenfilters blockiert. Wenn die Fluidströmungsrichtung zur normalen Strömung entgegengesetzt ist, können die Partikel, die von beiden Filterelementen blockiert werden, nicht aus den Filterelement heraus gelangen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Filter, die in der Automobilindustrie gewöhnlich verwendet werden. Die Erfindung offenbart einen Filter, der insbesondere in einem SCR-System (SCR - Selective Catalytic Reduction; selektive katalytische Reduktion) verwendet wird.
Hintergrund der Erfindung
Die Verwendung von mehrschichtigen Filtern in der Automobilindustrie ist allgemein bekannt. Die mehrschichtigen Filter können zur Filterung von Kraftstoff, Öl oder Reduktionsmittel, das bei der Abgasnachbehandlung eingesetzt wird, verwendet werden.
Die US 8524091 B2 des Stands der Technik offenbart eine Einrichtung, ein System und ein Verfahren für einen Filter zur Filterung eines Dosierfluids in einem Abgasnachbehandlungssystem. Das System umfasst einen Dosiertank, der dazu konfiguriert ist, ein Dosierfluid zu enthalten, wobei ein Filtermedium in dem Dosiertank angeordnet ist. Der Filter umfasst mehrere Schichten mit unterschiedlicher Porosität.
Figurenliste
Verschiedene Formen der Erfindung werden in der Beschreibung genauer offenbart und in den anhängigen Zeichnungen dargestellt:

1 veranschaulicht eine schematische Darstellung des mehrschichtigen Filters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
2a und 2b veranschaulichen schematische Darstellungen des SCR-Systems

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
In 1 wird ein Querschnitt eines mehrschichtigen Filters 100 gezeigt. Der mehrschichtige Filter 100 wird einfach als Filter bezeichnet. Der Filter 100 weist zwei Filterelemente, das erste Filterelement 102 und ein zweites Filterelement 104, die in einem Gehäuse 106 angeordnet sind, auf. Der Filter 100 nimmt das zu filternde Fluid durch einen ersten Kanal 108 auf. Das Fluid strömt durch das erste Filterelement 102 und dann durch das zweite Filterelement 104 in den Innenkanal und tritt dann durch einen Zufuhrkanal 109 & einen Rückströmungskanal 110 aus.
Das erste Filterelement 102 ist ein Tiefenfilter, und das zweite Filterelement 104 ist ein Oberflächenfilter. Charakteristisch für den Tiefenfilter ist, dass die Verunreinigungen in seinem Körper über die gesamte Tiefe des Tiefenfilters 102 hinweg gehalten werden. Der Oberflächenfilter 104 blockiert die Verunreinigungen an der Oberfläche. Der Tiefenfilter 102 und der Oberflächenfilter 104 sind konzentrisch ausgebildet und vollständig verbunden, so dass sie wie ein einziger Zylinder aussehen. Der Tiefenfilter 102 bildet den äußeren Zylinder und der Oberflächenfilter 104 bildet den inneren Zylinder.
Normalerweise verläuft die Fluidströmungsrichtung beginnend am ersten Kanal 108 zu dem ersten Filterelement 102 zu dem zweiten Filterelement 104 und dann durch die Kanäle 109 & 110. Diese Strömungsrichtung wird als erste Richtung oder normale Richtung bezeichnet.
Bei einigen Szenarien kann das Fluid in einer im Vergleich zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung strömen. Dies wird als zweite Richtung oder entgegengesetzte Richtung bezeichnet. In der zweiten Richtung tritt Fluid durch die Kanäle 109 & 110 in den Filter ein, strömt durch das zweite Filterelement 104, dann durch das erste Filterelement 102 und tritt dann durch den ersten Kanal 108 aus.
Bei einer Ausführungsform weist der Tiefenfilter mindestens drei Schichten, eine erste Schicht, eine zweite Schicht und eine feinere dritte Schicht, auf. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Tiefenfilter eine einzige Schicht umfassen. Er kann auch zwei Schichten umfassen.
Der Filter 100 ist derart angeordnet, dass der Tiefenfilter größere Verunreinigungen herausfiltert und der Oberflächenfilter die kleineren Verunreinigungen herausfiltert. Die Verunreinigungen werden auch als Staubpartikel oder auch als Partikel bezeichnet.
Es wird angenommen, dass das Fluid in der ersten Richtung strömt. In diesem Fall strömt Fluid zunächst durch den Tiefenfilter 102 und tritt dann in den Oberflächenfilter 104 ein. Es wird angenommen, dass der Tiefenfilter Poren von 75 µm aufweist und der Oberflächenfilter Poren von 20 µm aufweist. Die Staubpartikel, die größer als 75 µm sind, treten nicht in den Tiefenfilter ein. Die Partikel, die kleiner als 75 µm sind, gehen durch den Tiefenfilter hindurch. Die Partikel, die größer als 20 µm sind, werden von dem Oberflächenfilter (104) blockiert. Somit setzen sich die Staubpartikel, die zwischen 75 µm und 20 µm groß sind, in dem Tiefenfilter fest.
Die Struktur des Tiefmaterials ist allseits bekannt, wird also nicht mit Figuren beschrieben. Die Struktur des Tiefenfilters ist derart, dass sich die Staubpartikel lediglich in eine Richtung, d. h. in die erste Richtung, bewegen können. Aufgrund des Zickzackpfads in dem Tiefenfilter strömen die Staubpartikel nicht in der zweiten Richtung, sondern setzen sich in dem Tiefenfilter fest.
Diese Eigenschaft des Tiefenfilters, dass sich die Staubpartikel lediglich in eine Richtung bewegen, ist bei SCR-Systemen, bei denen Fluid in beiden Richtungen durch den Filter 100 strömt, sehr nützlich. Das Fluid strömt in der ersten Richtung, wenn der Motor läuft, und strömt in der zweiten Richtung während des Spülens, sobald der Motor abgestellt wird.
In 2a und 2b wird eine schematische Darstellung eines Zufuhrmoduls 200, das bei einem typischen SCR-System verwendet wird, gezeigt. Es werden lediglich die wichtigen Komponenten gezeigt. Das Zufuhrmodul umfasst einen Ventilblock 204 zur Steuerung der Fluidrichtung, eine Pumpe 206 zur Druckbeaufschlagung des Reduktionsmittels, einen Filter 100 zum Blockieren von Staubpartikeln, die in die Abdichtung des Ventilblocks 204 eindringen. Das SCR-System umfasst das Zufuhrmodul 200, ein Reservoir 202 zum Speichern des Reduktionsmittels und ein Dosiermodul 208. Der Filter 100 ist der in 1 gezeigte Filter. Das Fluid in dem Reservoir ist ein Reduktionsmittel, das Emissionen reduziert, wenn es in den Abgaspfad eines Motors gesprüht wird.
2a zeigt den Strom des Reduktionsmittels, wenn der Motor läuft. Der Ventilblock 204 ist für Strömungsbewegung in der ersten Richtung, wenn der Motor läuft, konfiguriert. Wenn die Pumpe 206 läuft, strömt das Reduktionsmittel aus dem Reservoir 202 in den Ventilblock 204, dann in die Pumpe 206, dann in den Filter 100 und wird dem Dosiermodul 208 zugeführt. Das Dosiermodul 208 spritzt das Reduktionsmittel in den Abgaspfad. Die Pfeile zeigen die Strömungsrichtung des Reduktionsmittels.
2b zeigt den Reduktionsmittelstrom bei abgeschaltetem Motor. Wenn der Motor abgeschaltet ist, muss das Reduktionsmittel in den Rohren in das Reservoir 202 zurückführt werden. Die Steuerung, die nicht gezeigt wird, konfiguriert den Ventilblock 204 zur Strömungsbewegung in der zweiten Richtung. Die Pumpe 206 dreht sich weiterhin in derselben Richtung. Bei diesem Szenario strömt das Fluid von dem Dosiermodul 208 in den Filter 100, dann in den Ventilblock 204, tritt dann in die Pumpe 206 ein und kehrt zu dem Reservoir 202 zurück. Dieser Zyklus wird als Spülzyklus bezeichnet.
Es wird vermerkt, dass das Reduktionsmittel während des Spülzyklus in einer zweiten Richtung in den Filter 100 eintritt, d. h. es tritt in den Kanal 109 & 110 ein, strömt dann durch das zweite Filterelement 104, dann in das erste Filterelement 102 und tritt dann durch den ersten Kanal 108 aus.
Bei typischen Filtern des Stands der Technik, bei denen lediglich ein Oberflächenfilter verwendet wird, werden die Staubpartikel auf der Außenfläche des Oberflächenfilters blockiert, wenn das Reduktionsmittel in der ersten Richtung strömt, d. h. wenn der Motor läuft. Während des Spülzyklus strömt das Reduktionsmittel in der entgegengesetzten Richtung durch den Oberflächenfilter, die Staubpartikel, die auf der Außenfläche des Oberflächenfilters aufgefangen werden, beginnen sich zu dem Ventilblock hin zu bewegen. Diese Staubpartikel sammeln sich an der Abdichtung des Ventilblocks mit der Zeit an. Aufgrund der Staubansammlung an der Ventilblockabdichtung gibt es eine Druckleckage durch die Abdichtung hindurch. Somit gibt es, wenn der Motor gestartet wird, nachdem er abgestellt wurde, wenn die Pumpe zu laufen beginnt, eine Druckleckage aufgrund der Leckage in der Abdichtung des Ventilblocks. Dies führt dazu, dass die Pumpe kein Reduktionsmittel ansaugen kann, was zu einer Fehlfunktion des SCR-Systems führt.
Die vorgeschlagene Erfindung überwindet dies durch das Vorhandensein eines Tiefenfilters 102 und eines Oberflächenfilters 104 als konzentrische Zylinder, wobei der Tiefenfilter den äußeren Zylinder bildet und der Oberflächenfilter den inneren Zylinder bildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung strömt das Reduktionsmittel, wenn der Motor läuft, in der ersten Richtung, die größeren Staubpartikel setzen sich in dem Tiefenfilter 102 fest und kleinere Staubpartikel an der Oberfläche des Oberflächenfilters 104. Während des Spülzyklus beginnt das Reduktionsmittel in die entgegengesetzte Richtung zu strömen. In diesem Fall können sich die Staubpartikel, die sich an der Oberfläche des Oberflächenfilters angesammelt haben, nicht durch den Tiefenfilter und dann zu dem Ventilblock 204 bewegen. Dies liegt daran, dass die Struktur des Tiefenfilters lediglich die Bewegung von Staubpartikeln in einer Richtung, d. h. in der ersten Richtung, gestattet. Somit bleiben Staubpartikel während des Spülzyklus, wenn das Reduktionsmittel in der entgegengesetzten Richtung strömt, festsitzend in dem Oberflächenfilter 102 und strömen nicht zu dem Ventilblock 204. Somit funktioniert die Abdichtung des Ventilblocks 204 normal ohne jegliche Druckleckage.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die Leckage in der Abdichtung des Ventilblocks 204 in den SCR-Systemen und ermöglicht, dass das SCR-System ohne jegliche Fehlfunktion arbeitet. Da die normale Funktionsweise des SCR-Systems sichergestellt wird, werden die vorgeschriebenen Abgasbestimmungen der Fahrzeuge eingehalten.
Die Erfindung nutzt die bekannten Filterelemente zur Verhinderung, dass Staubpartikel in die entgegengesetzte Richtung strömen, wenn das Fluid in die entgegengesetzte Richtung strömt. Dadurch wird wiederum verhindert, dass die Staubpartikel die Abdichtung von Ventilblöcken erreichen, wodurch die Funktionsfähigkeit der Ventilblöcke und des SCR-Systems sichergestellt wird. Durch die Anordnung von zwei Filterelementen in Form eines konzentrischen Zylinders werden die Abgasbestimmungen mühelos erfüllt.
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

US 8524091 B2 [0003]

Claims

Filter (100) zur Filterung eines Fluids, wobei der Filter Folgendes umfasst: - ein Gehäuse (106), - einen ersten Kanal (108) in dem Gehäuse (106) zur Aufnahme des Fluids zur Filterung, - ein erstes Filterelement (102) in Form eines Zylinders, wobei das erste Filterelement (102) in dem Gehäuse (106) angeordnet ist, wobei das erste Filterelement (102) ein Tiefenfilterelement ist, - ein zweites Filterelement (104) in Form eines Zylinders, wobei das zweite Filterelement (104) in dem Gehäuse (106) angeordnet ist, wobei das zweite Filterelement (104) ein Oberflächenfilterelement ist, wobei das zweite Filterelement (104) in Form eines konzentrischen Zylinders in dem ersten Filterelement (102) vorliegt, - einen zweiten Kanal (110) zur Zufuhr des gefilterten Fluids.
Filter (100) nach Anspruch 1, wobei das erste Filterelement (102) und das zweite Filterelement (104) in Form eines konzentrischen Zylinders miteinander in Kontakt sind.
Filter (100) nach Anspruch 1, wobei das erste Filterelement (102) die Staubpartikel in der gesamten Tiefe des ersten Filterelements (102) hält.
Filter (100) nach Anspruch 1, wobei das zweite Filterelement (104) die Staubpartikel an der Oberfläche des zweiten Filterelements (104) hält.
Filter (100) nach Anspruch 1, wobei die Fluidströmung von dem ersten Kanal (108) zu dem zweiten Kanal (110) als erste Richtung bezeichnet wird.
Filter (100) nach Anspruch 1, wobei die Fluidströmung von den Kanälen (109 & 110) zu dem ersten Kanal (108) als zweite Richtung bezeichnet wird.
Filter (100) nach Anspruch 1, wobei das erste Filterelement (102) mindestens zwei konzentrische Schichten, eine äußere Schicht und eine innere Schicht, aufweist, wobei die innere Schicht mit dem zweiten Filterelement (104) in Kontakt ist.
Filter (100) nach Anspruch 1, wobei die äußere Schicht im Vergleich zu inneren Schicht größere Staubpartikel blockiert.
Filter (100) nach Anspruch 1, wobei das erste Filterelement (102) nicht gestattet, dass Staubpartikel, die über die Tiefe des ersten Filterelements (102) hinweg gehalten werden, zu dem ersten Kanal (108) strömen, wenn das Fluid in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, strömt.
Zufuhrmodul (200) für ein SCR-System, wobei das Zufuhrmodul (200) Folgendes umfasst: - eine Pumpe (206) zur Zufuhr von druckbeaufschlagtem Reduktionsmittel, - einen Ventilblock (204) zur Steuerung der Strömungsrichtung des Reduktionsmittels, - einen Filter (100), der ein Gehäuse (106); einen ersten Kanal (108) in dem Gehäuse (106) zur Aufnahme des Fluids zur Filterung; ein erstes Filterelement (102) in Form eines Zylinders, wobei das erste Filterelement (102) in dem Gehäuse (106) angeordnet ist, wobei das erste Filterelement (102) ein Tiefenfilterelement ist; ein zweites Filterelement (104) in Form eines Zylinders, wobei das zweite Filterelement (104) in dem Gehäuse (106) angeordnet ist, wobei das zweite Filterelement (104) ein Oberflächenfilterelement ist, wobei das zweite Filterelement (104) in Form eines konzentrischen Zylinders in dem ersten Filterelement (102) vorliegt; einen zweiten Kanal (110) zur Zufuhr des gefilterten Fluids umfasst.