DE3637428C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter zur Adsorption von Staubteilchen und Schadstoffen aus der Luft, und die Verwendung des Filters.

Eine häufige Belästigung entsteht in geschlossenen Räumen durch die über den Luftzutritt mitgeführten Staubteilchen. Dies gilt insbes. während der Pollenflugzeit. Gerade in dieser Zeit ist ein Schutz vor den in großer Zahl umherfliegenden Pollen und Staubteilchen besonders wünschenswert.

Bislang ist ein derartiger Schutz an Lufteintrittsöffnungen nicht vorgesehen. Vielmehr tragen Luftzufuhrschächte und bspw. vorhandene Ventilatoren erheblich zur Staubzufuhr und Staubverteilung bei. Das gilt bspw. für Kaufhäuser, Hotels, Versammlungsräume, Behörden etc. Häufig sind die Belüftungsschächte durch Matten und Siebe geschützt. Diese behindern jedoch den Luftzutritt und können in kurzer Zeit verstopfen.

Die gleichen Gegebenheiten gelten auch für den Fahrgastraum in Kraftfahrzeugen. Dort treten speziell die von vorausfahrenden Fahrzeugen durch den Auspuff ausgestoßenen oder die von der Straße aufgewirbelten Staubteilchen und Schadstoffe in das folgende Fahrzeug ein.

Unter den aufgeführten Belästigungen haben Asthmatiker und pollenempfindliche Personen besonders zu leiden. Dies kann ohne weiteres zu den bekannten asthmatischen oder allergischen Reaktionen führen.

Aus der DE-PS 28 30 707 ist ein Filter aus silikonisierten Glasfasern mit einem hohen SiO₂-Gehalt bekannt. Diese Filter können in Form von Matten, Geweben oder Filzen vorliegen und werden für Staub- und Flammschutzfilter im Untertagebau verwendet. Derartige Filter sind als Vorsatz bei Luftzutrittsschächten oder für die Luftzufuhr in Autos ungeeignet, da sie für diese Zwecke zu schwer sind und auch zu leicht verspröden.

Die DE-PS 29 09 820 beschreibt Filterpapiere, die mit einem Phenol-Formaldehyd-Kondensat imprägniert sind. Diese Filterpapiere werden in Luft- und Ölfiltersystemen für Verbrennungsmaschinen eingebracht. Dieses Papier hat jedoch den Nachteil, daß es beim Härtungsvorgang Wellen aufwirft und außerdem beim Erhitzen während des Härtungsvorganges erhebliche Mengen an Schadstoffen entstehen. Zudem sind die Poren so klein, daß der Lufteintritt durch das Filter in erheblichem Maße behindert wird.

Aus der DE-OS 21 34 587 ist ein Filter der eingangs genannten Art bekannt. Dort besteht das Substrat aus einer losen Schüttung von Schaumstoffteilchen in Form von Schaumstoff- Flocken oder in Form von Schaumstoff-Granulat. Diese Schaumstoffteilchen sind mit sorbierenden und/oder katalytisch wirkenden Stoffen eines Redox-Systems versetzt. Der Schüttung aus Schaumstoffteilchen kann körnige Aktivkohle zugemischt sein. Als Redox-System werden insbes. Oxide mehrwertiger Metalle, wie Mangan-, Eisen-, Kupfer-, Kobalt-, Nickel- sowie Silberoxide verwendet. Durch das Redox-System ist zwar eine gute sorbierende bzw. katalytische Wirkung dieses Filters bezüglich Schadstoffen möglich, die physikalische Filterwirkung bzgl. Staubteilchen, d. h. das Rückhaltevermögen dieses bekannten Filters bzgl. Staubteilchen ist jedoch einzig und allein durch die mittlere Porengröße der Schaumstoffteilchen gegeben. Das heißt, daß zur Filterung von Staubpartikeln mit einer kleinen mittleren Partikelgröße Schaumstoffteilchen mit einer kleinen mittleren Porengröße erforderlich sind. Ein Filter mit solchen kleinporigen Schaumstoffteilchen weist jedoch einen relativ großen Strömungswiderstand auf.

Aus der DE 32 17 299 C2 ist ein Filter zur Entfernung von Schadstoffen aus Gasen bekannt, das ein Substrat aus Schaumstoff aufweist. Das Schaumstoffsubstrat ist mittels eines Binders mit Aktivkohlekörpern imprägniert, die faserförmig ausgebildet sind. Auf den faserförmigen Aktivkohlekörpern kann ein Metall bzw. eine Metallverbindung aus Kupfer, Silber, Zink, Cadmium, Chrom, Mangan, Kobalt, Nickel, Palladium oder Eisen abgeschieden sein, wobei diese Abscheidung insbes. eine gewünschte katalytische Wirkung ergibt. Auch bei diesem bekannten Filter ist die physikalische Filterwirkung für Staubteilchen allein durch die mittlere Größe der offenen Poren des Schaumstoffsubstrates gegeben. Die mittlere Porengröße liegt zwischen dem 3fachen und dem 100fachen der Faserlänge der Aktivkohlefasern, wobei die Faserlänge der Aktivkohlefasern zwischen 5 µm und 1000 µm liegt. Das bedeutet jedoch, daß mit diesem Filter Partikel mit einer mittleren Partikelgröße unter 15 µm nicht gefiltert werden können.

Bei allen diesen bekannten Filtern ist die physikalische Filterwirkung, d. h. das Rückhaltevermögen für Staubpartikel nur durch die mittlere Porengröße des offenporigen Filtersubstrates aus Schaumstoff gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die physikalische Filterwirkung für Staub- und andere Partikel nicht durch die mittlere Porengröße des Schaumstoffsubstrates bestimmt ist, und mit dem eine vergleichsweise gute physikalische Filterwirkung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Substrat offenporig und mit Glyzerin getränkt ist.

Das als Tränkungsmittel eingesetzte Glyzerin ist ein dreiwertiger Alkohol, der unter normalen Bedingungen als eine farblose, sirupartige Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 290°C vorliegt. Der Schmelzpunkt liegt bei 18°C. Unter den üblichen Bedingungen oxidiert Glyzerin nur sehr langsam, wobei sowohl die primäre als auch die sekundäre Hydroxylruppe unter Bildung von Glyzerinaldehyd angegriffen werden.

Die Verwendung von Glyzerin bietet mehrere Vorteile. Es ist unter normalen Bedingungen wenig reaktionsfreudig und gleichzeitig völlig ungiftig. Da der Siedepunkt sehr hoch ist, verdunstet es nicht und steht somit über einen sehr langen Zeitraum in flüssiger Form zu Verfügung. Am Glyzerin werden die Staubpartikel und andere Schadstoffe festgehalten, so daß die Filterwirkung für Staub- und andere Partikel nicht primär von der mittleren Porengröße des als Substrat verwendeten Schaumstoffes abhängig ist. Es kann also ein grobporiges Schaumstoffmaterial mit einem kleinen Strömungswiderstand verwendet werden, wobei die Filterwirkung durch die Adhäsionskräfte zwischen dem flüssigen Glyzerin und den zu filternden Partikeln quasi unabhängig von der Größe der Poren des Schaumstoffsubstrates bestimmt ist. Damit ergibt sich ein Filter mit guten physikalischen Filtereigenschaften.

Nachdem es beim Filter gemäß DE 32 17 299 C2 darum geht, das offenporige Schaumstoffsubstrat mit faserförmigen Aktivkohlekörpern gegebenenfalls mit Katalysatoren oberflächlich zu beschichten, um die katalytische Wirkung des Filters weiter zu verbessern, und weil es sich beim Filter entsprechend der DE-OS 21 34 587 um ein Filter handelt, bei dem das Substrat aus Schaumstoffteilchen einer bestimmen Größe besteht, wobei diese Schaumstoffteilchen mit sorbierenden und/oder katalytisch wirkenden Stoffen eines Redox-Systems versetzt sein können, geht es in beiden Fällen insbes. darum, die chemische Filterwirkung eines Filters, d. h. die Zersetzung der Schadstoffe auf chemischem Wege zu bewirken. Ein Hinweis darauf, die physikalische Wirkung des Filters, d. h. das Festhalten der zu filternden Partikel am Filtersubstrat unabhängig von der Porengröße des Substrates zu bewerkstelligen bzw. mit einfachen Mitteln zu verbessern, d. h. durch Tränkung des Substrats mit Glyzerin, ist diesem Stand der Technik nicht zu entnehmen.

Als Schaumstoff können alle bekannten Schaumstoffe verwendet werden, wobei sich die jeweils notwendigen Eigenschaften aus dem Verwendungszweck ergeben. So müssen die eingesetzten Schaumstoffe einen recht hohen Erweichungspunkt besitzen, falls sie in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, da sie in diesem Falle temperaturbeständig sein müssen. Dagegen kann diese Eigenschaft zurücktreten, wenn keine besondere Temperaturfestigkeit erforderlich ist.

Die einzusetzenden Materialien müssen offenporige Schaumstoffe sein. Es kann sich bspw. um Schaumstoffe aus thermoplastischen Kunststoffen handeln, wie z. B. geschäumtes Polystyrol. Auch Polyurethanschäume lassen sich zu diesem Zweck einsetzen.

Wichtig für die Auswahl der verwendeten Schaumstoffe ist die Porengröße. Auch diese wird jeweils unter den besonderen Anforderungen des jeweiligen Verwendungszweckes ausgewählt. Das bedeutet, daß im Herstellungsverfahren des entsprechenden Schaumstoffes das geeignete Treibmittel und die geeigneten Verfahrensbedingungen für die gewünschte Porengröße berücksichtigt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Filter mit einem Gemisch oder einer Lösung von Glycerin und anderen Stoffen, insbes. Duftstoffen, getränkt. Dadurch soll erreicht werden, daß das Filter nicht nur Schadstoffe abfängt, sondern darüber hinaus bspw. den Fahrgastraum mit einem angenehmen Geruch versieht.

In einer weiteren Ausbildung des Filters wird der Schaumstoff mit Bohrungen für einen rascheren Luftdurchtritt versehen. Der Schaumstoff kann auf einen Kunststoffträgerplatte aufgebracht sein, die gegebenenfalls ebenso mit Bohrungen für den Luftdurchlaß versehen ist. Ein solches Filter kann in Form einer Filterschicht in einem aus mehreren Filter- und Trägerschichten bestehenden Filteraufbau verwendet werden. Dabei kann mindestens eine Schicht auf einer Trägerplatte aus Aktivkohle bestehen. Als zweckmäßig hat es sich hierbei erwiesen, mehrere Filter der oben beschriebenen Art derart übereinanderzuordnen, daß die Bohrungen der einen Schicht gegenüber den Bohrungen der benachbarten Schicht versetzt sind. Derartige Filter bzw. Filteraufbauten sind vorzugsweise in Kraftfahrzugen vor dem Lufteintritt in den Fahrgastraum verwendbar.

Das oben beschriebene Filter kann demnach zu einem mehrschichtigen Filteraufbau zusammengefügt werden. Der Filteraufbau besteht aus mehreren Träger- und/oder Filterschichten, wobei mindestens eine Schicht aus dem zuvor beschriebenen Filter besteht. Eine oder mehrere weitere Schichten können vorzugsweise aus Aktivkohle bestehen, die ebenfalls auf Kunststoffplatten als Träger aufgebracht ist.

Zweckmäßigerweise werden bei einem derartigen Aufbau die Löcher für die Luftdurchführung so angeordnet, daß sie bei zwei hintereinanderfolgenden Schichten sich nicht überdecken, sondern gegeneinander versetzt sind. Dadurch wird erreicht, daß die eintretende Luft ihren Weg nicht durch einen geraden Durchlaß findet, sindern mäanderförmig durch das entstandene System strömt und auf diesem Wege möglichst viel Kontakt mit dem Glycerin hat.

Die erfindungsgemäßen Filter bzw. Filterkombinationen können bspw. in die Luftzutritte von Kaufhäusern oder Konferenzräumen eingesetzt werden. Sie lassen sich auch in Form von schräg angeordneten Platten bspw. in Kamine einbringen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind die Fahrgasträume von Personen- und Lastkraftwagen.

Bei Untersuchungen hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Filteraufbauten den von vorausfahrenden Fahrzeugen herrührenden Schmutz in dem Fahrgastraum erheblich reduzieren. Gleichzeitig wird aber auch die Belästigung durch den Zigarettenqualm des Fahrers erheblich verringert, weil die darin enthaltenen Teilchen sich ebenfalls auf dem getränkten Filter niederschlagen.

Wenn eine der Schichten Aktivkohle enthält, so lassen sich dadurch weitere Schadstoffe aus der in den Personenraum eintretenden Luft entfernen.

Die einzelnen Filter sind entweder in einen entsprechenden Rahmen eingehängt oder werden mit einem Nutstäbchen oder Differenzstückchen untereinander verbunden.

Das einzelne Filter bzw. eine Anzahl Filter können auch von Laien problemlos ausgetauscht werden.

Nachfolgend wird ein Beispiel für einen Filteraufbau und dessen Verwendung beschrieben.

Eine grobporige Schaumstoffplatte mit einer Dicke von 0,3 cm wird mit Löchern von 1 cm versehen. Benachbarte Löcher weisen einen Abstand von 1 cm auf. Die durchbohrte Schaumstoffplatte wird mit einem Kleber auf eine Kunststoffträgerplatte aufgeklebt und zusammen mit anderen, entsprechend vorbereiteten Platten in ein Glycerinbad gehängt. Nach einer Eintauchzeit von ca. 15 min werden die Platten wieder aus dem Bad herausgezogen. Sodann werden sie in ein Spezialregal gegeben, wo das Glycerin abtropfen kann.

Anschließend werden zwei der mit Glycerin getränkten Platten in einem Rahmen unmittelbar hintereinander so angeordnet, daß die Bohrungen gegeneinander versetzt sind. Hinter der zweiten Schaumstoffplatte auf dem Kunststoffträger wird eine Schicht Aktivkohle, die sich ebenfalls auf einer Kunststoffträgerplatte befindet, angeordnet. Auch diese Schicht und die Trägerplatte weisen Bohrungen auf, die gegenüber der benachbarten Schicht in der beschriebenen Weise versetzt sind.

Der Rahmen mit den drei hintereinander angeordneten Schichten getränkter Schaumstoff/Kunststoffträger, getränkter Schaumstoff/Kunststoffträger und Aktivkohle/Kunststoffträger wurde zu Testzwecken in die beiden Luftzuführschächte eines Personenkraftwagens eingebracht. Die Testdauer betrug acht Wochen. Während dieser Zeit wurde festgestellt, daß im Verhältnis zu einem anderen PKW, er nicht mit einem solchen Filteraufbau ausgerüstet war, eine deutliche Reduzierung des Abgasgeruches von vorausfahrenden Dieselfahrzeugen eintrat. Darüber hinaus schlug sich auch ein beträchtlicher Teil des Zigarettenqualms des Fahrers auf dem Filteraufbau nieder, so daß auch diese Belästigung verringert werden konnte. Außerdem ergab sich eine deutlich geringere Verschmutzung der Innenflächen der Scheiben.

Bei weiteren Messungen wurde festgestellt, daß die Luftzufuhr zum Fahrgastraum durch den beschriebenen Filteraufbau um lediglich ca. 7% verringert wird.

Claims (9)

1. Filter zur Adsorption von Staubteilchen und Schadstoffen aus der Luft aus einem Schaumstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff offenporig und mit Glyzerin getränkt ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Glyzerin Duftstoffe beigefügt sind.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff mit Bohrungen für den Luftdurchlaß versehen ist.

4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff auf eine Kunststoffträgerplatte aufgebracht ist, die gegebenenfalls ebenso mit Bohrungen für den Luftdurchlaß versehen ist.

5. Verwendung mindestens eines Filters nach Anspruch 1 bis 4 in Form einer Filterschicht in einem aus mehreren Filter- und Trägerschichten bestehenden Filteraufbau.

6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schicht auf einer Trägerplatte aus Aktivkohle besteht.

7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Filter nach Anspruch 1 bis 4 derart übereinander angeordnet sind, daß die Bohrungen der einen Schicht gegenüber den Bohrungen der benachbarten Schicht versetzt sind.

8. Verwendung des Filters nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Kraftfahrzeugen vor dem Lufteintritt in den Fahrgastraum.

9. Verwendung eines Filteraufbaues nach einem der Ansprüche 5 bis 7 in Kraftfahrzeugen vor dem Lufteintritt in den Fahrgastraum.