DE10393496B4

DE10393496B4 - Adsorptionsfilterelement

Info

Publication number: DE10393496B4
Application number: DE10393496T
Authority: DE
Inventors: Gerald Rosenberg
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: DE10393496A5; AU2003278094A1; DE10248518A1; WO2004035177A1

Abstract

Adsorptionsfilterelement zur Filtration von Fluiden als Innenraumfilter in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus mindestens zwei Grundkomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente von dem zu filtrierenden Fluid durchströmt wird, und die zweite Komponente außerhalb der Fluidströmung angeordnet ist, und dass die durchströmte Komponente in direktem stofflichen Kontakt mit der außerhalb der Fluidströmung angeordneten Komponente steht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Adsorptionsfilterelement für den Einsatz als Innenraumfilter im Kraftfahrzeug.
Mit zunehmender Verkehrsdichte sind die Insassen von Verkehrsmitteln im Straßenverkehr in steigendem Maße einer Geruchsbelästigung durch Abgase und dgl. ausgesetzt. Es werden daher immer häufiger Luftströme über Adsorptionsfilter gereinigt. Zur Beseitigung der Geruchsbelästigungen ist z. B. Aktivkohle ein geeignetes Adsorbens.
In der Realität treten selten hohe Langzeitbelastungen von geruchsintensiven oder schädlichen Gasen auf. Vielmehr werden, vor allem im Straßenverkehr, vereinzelte Gasspitzen wahrgenommen (vorbeifahrender Zweitakter, Jauchegeruch an Feldern). Überschreitet eine bestimmte Gaskonzentration einen Geruchsschwellenwert, kann dieser Geruch vom Menschen wahrgenommen werden.
Der Einsatz von Adsorptionsfiltern, insbesondere von Aktivkohlefiltern, verhindert im allgemeinen den Durchschlag einer kurzzeitig hohen Gaskonzentration. Das Adsorptionsfilter nimmt diese Konzentration vielmehr auf und gibt sie dann in deutlich niedriger Konzentration auf längere Zeit verteilt wieder ab (Desorption). Ein gewisser Anteil der anströmenden Gase kann aber nicht vollständig wieder abgegeben werden. Er bleibt auf dem Adsorptionsmedium zurück und blockiert über lange Sicht die Adsorptionsplätze für neue Gasmoleküle. Dadurch können anströmende Gasspitzen weniger gut gepuffert werden, bis sie letztlich in so hoher Konzentration durch das Adsorptionsfilter dringend, dass sie abströmseitig gerochen werden können.
Zur Erreichung von höheren Standzeiten im Fahrzeug müssen höhere Adsorptionskapazitäten zur Verfügung gestellt werden, ohne dass gleichzeitig der Bauraum weiter ausgeweitet wird.
Die DE 197 08 692 A1 offenbart ein Hochleistungsadsorptionsfilter mit zwei Zonen, wovon sich die erste durch eine hohe Kapazität bei geringem Druckverlust auszeichnet, während die zweite aus einem Aktivkohle-Flächengebilde mit geringerer Kapazität, aber sehr guter Kinetik besteht.
Aus der DE 44 13 606 A1 ist ein Kombifilter aus einem Partikel- und einem Adsorptionsfilter bekannt, das nach dem Nassvliesverfahren in einem Arbeitsgang hergestellt und imprägniert wird.
In der DE 41 34 222 A1 wird ein Filter für Fahrgastzellen beschrieben, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass auf dem gleichen luftdurchlässigen Trägermaterial sowohl eine Partikelfilterschicht wie eine Adsorptionsschicht angebracht sind.
Schließlich offenbart die DE 39 04 623 A1 ein Filter, insbesondere für die Reinigung der einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs zugeführten Luft, wobei das Filter eine Partikelfilterlage und eine Adsorberfilterlage aufweist, die in Luftströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die Partikelfilterlage ist flächig unmittelbar neben der Adsorberfilterlage angeordnet und mit dieser gemeinsam zickzackförmig zusammengefaltet, d. h., plissiert, so dass die Faltabschnitte der Adsorberfilterlage und die Faltabschnitte der Partikelfilterlage in der Luftströmungsrichtung liegen und ineinander greifen.
Allen diesen Filtern ist gemeinsam, dass immer beide Grundkomponenten durchströmt werden und meist kein stofflicher Kontakt vorliegt. Dies wirkt sich nachteilig auf die Standzeit und die Kosten aus. Des weiteren werden diese Filter dem immer stärker eingeschränkten Bauraum in Fahrzeugen nicht gerecht.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein wirkungsvolles Adsorptionsfilterelement bereit zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet und bei gleichzeitig immer stärker eingeschränktem Bauraum immer längere Wartungsintervalle erlaubt.
Erfindungsgemäß wird dies realisiert, indem das durchströmte Filterelement in direktem Kontakt mit einem nichtdurchströmten und damit sehr kompakt aufgebautem Adsorbenspaket oder Adsorptionsspeicher steht. In Relation zum durchströmten Filtermedium kann die Adsorberdichte hier 2 bis 20 mal höher ausgeführt sein. Durch den direkten Kontakt der beiden Grundelemente findet überraschenderweise ein Konzentrationsausgleich der vom durchströmten Filterelement adsorbierten Gase mit dem nichtdurchströmten Speicher statt, welches die Langzeitwirkung des Filterelements stark unterstützt. Die flexible Nutzung des Bauraums wird bei der erfindungsgemäßen Lösung dadurch optimiert, dass der Adsorptionsspeicher beliebige Formen annehmen und bautechnisch tote Volumen nutzen kann, solange eine stoffliche Verbindung des Adsorptionsspeichers mit dem durchströmten Filtermedium besteht.
Gleichzeitig bleiben die positiven Eigenschaften des durchströmten Mediums, insbesondere dessen relativ zum Adsorptionsspeicher niedriger Durchströmungswiderstand erhalten.
Das eingesetzte Filterelement bleibt dabei nicht auf die zwei Grundkomponenten beschränkt, vielmehr ist beispielsweise auch eine Kopplung der beiden Grundelemente in Kettenform denkbar.
Der Adsorptionsspeicher wird zumindest bei einfachen geometrischen Formen deutlich preisgünstiger in der Herstellung sein, als das durchströmte Filterelement, d. h., die erste Komponente. Daraus lässt sich bei getrennt wechselbaren Filterkomponenten eine erheblich verlängerte Lebenszeit des Filterelements bei vergleichsweise sehr niedrigen Kosten realisieren.
Damit bietet die erfindungsgemäße Ausführung des Filterelements eine ganze Reihe unterschiedlicher Vorteile gegenüber den bekannten Ausführungen.
Um die Konzentration auf dem Adsorbens so niedrig wie möglich zu halten, müssen die nicht desorbierbaren Gasmoleküle abgeleitet werden. Dies ist dann möglich, wenn es eine stoffliche Verbindung und einen Konzentrationsgradienten gibt. Die Gasmoleküle werden versuchen sich auf den vorhanden Oberflächen möglichst gleichmäßig zu verteilen. Ein Adsorptionsspeicher bietet hier ein enormes Oberflächenreservoir.
Letztlich werden mit der erfindungsgemäßen Ausführung nicht die nicht desorbierbaren Gasmoleküle weggeschoben, sondern aufgrund der mehrfachen Gesamtkapazität des Systems erfolgt die Konzentrationserhöhung derselben zeitlich deutlich langsamer.
Das Adsorbens in dem Adsorptionsspeicher kann bspw. aus Aktivkohle, einem gebackenen Aktivkohle-/Schmelzklebergemisch, einem Aktivkohlemonolithen oder aus Zeolithen bestehen.
Die erste Komponente kann als Adsorbens bspw. ein Ionenaustauschmaterial enthalten und kann zickzackförmig plissiert vorliegen, wobei die plissierte Schicht aus üblichen, bekannten Adsorptionsfiltermedien aufgebaut sein kann. Auch eine mit einem Adsorbens imprägnierte PUR-Schaumschicht ist denkbar.
Die erste Komponente kann anströmseitig mit einem Partikelfiltermedium verbunden und abströmseitig durch ein Vlies oder ein Gittergelege mechanisch verstärkt sein. Das Vlies kann als partikelsperrendes Vlies ausgebildet sein, das gegen das Abblasen von Adsorberpartikeln schützt.
Das gesamte erfindungsgemäße Filterelement kann in einen Spritzgussrahmen eingegossen werden, und der Rahmen des Filterelements kann aus einem textilen Umleimer oder aus verstärkter Pappe bestehen. Auch eine Kombination von textilem Umleimer und Verstärkungselementen aus extrudiertem Polymerwerkstoff oder Spritzgussteilen ist möglich, ebenso wie eine Kombination aus verstärkter Pappe und solchen Verstärkungselementen.
Eventuell vorhandene Freiräume im Bauraum des Kraftfahrzeugs können optimal genutzt werden, da der Adsorptionsspeicher jede beliebige Form annehmen kann.
Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Adsorptionsfilterelements liegt darin, dass die Filterkomponenten einfach trennbar und wieder zusammenfügbar sind.

Claims

Adsorptionsfilterelement zur Filtration von Fluiden als Innenraumfilter in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus mindestens zwei Grundkomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente von dem zu filtrierenden Fluid durchströmt wird, und die zweite Komponente außerhalb der Fluidströmung angeordnet ist, und dass die durchströmte Komponente in direktem stofflichen Kontakt mit der außerhalb der Fluidströmung angeordneten Komponente steht.
Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente ein Adsorptionsspeicher ist.
Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens in dem Adsorptionsspeicher aus Aktivkohle besteht.
Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente ein Adsorbens aus Ionentauschermaterial enthält.
Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionsspeicher aus einem gebackenen Aktivkohle-/Schmelzklebergemisch besteht.
Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionsspeicher aus einem Aktivkohlemonolith besteht.
Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionsspeicher aus Zeolithen besteht.
Adsorptionsfilterelement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Adsorptionsspeicher und erste Komponente einzeln auswechselbar sind.
Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente zickzackförmig plissiert vorliegt.
Adsorptionsfilterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die plissierte Filterschicht aus üblichen bekannten Adsorptionsfiltermedien besteht.
Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente als mit einem Adsorbens imprägnierter PUR-Schaum vorliegt.
Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente anströmseitig mit einem Partikelfiltermedium verbunden ist.
Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente abströmseitig durch ein Vlies oder Gittergelege mechanisch verstärkt ist.
Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente abströmseitig mit einem partikelsperrenden Vlies gegen das Abblasen von Adsorberpartikeln geschützt ist.
Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement in einem Spritzgussrahmen eingegossen ist.
Adsorptionsfilterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen des Filterelements aus einem textilen Umleimer besteht.
Adsorptionsfilterelement, nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen des Filterelements aus verstärkter Pappe besteht.
Adsorptionsfilterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen des Filterelements aus textilem Umleimer mit Verstärkungselementen aus extrudiertem Polymerwerkstoff oder Spritzgussteilen besteht.
Adsorptionsfilterelement, nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen des Filterelements aus verstärkter Pappe mit Verstärkungselementen aus extrudiertem Polymerwerkstoff oder Spritzgussteilen besteht.
Adsorptionsfilterelement, nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen des Filterelements so konzipiert ist, dass etwaige Freiräume im Bauraum optimal nutzbar sind.
Adsorptionsfilterelement nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen des Filterelements so konzipiert ist, dass die Filterkomponenten einfach trennbar und wieder zusammenfügbar sind.