DE4432339C2 - Filtereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung mit einem flächigen Träger, an dem Adsorberpartikel fixiert sind, wobei der flächige Träger eine Anzahl zueinander benachbarter flächiger Trägerlagen aufweist, die in einem Filtergehäuse festgelegt sind, das einen Einlaß für ein zu filtrierendes gasförmiges Medium und einen Auslaß für das filtrierte gasförmige Medium aufweist, und wobei die Träferlagen in bezug auf den Einlaß und den Auslaß des Filtergehäuses derartig vorgesehen sind, daß das zu filtrierende gasförmige Medium die Trägerlagen nicht durchdringt sondern nur an den Trägerlagen bzw. den Adsorberpartikeln entlangströmt, und die Trägerlagen ebenflächig ausgebildet und zu einem quaderförmigen Stapel zusammengesetzt sind.

Eine derartige Filtereinrichtung ist aus der DE 40 39 951 A1 bekannt. In dieser Druckschrift ist einleitend von Adsorberpartikeln in Gestalt von kleinen Zylindern die Rede. Diese sind jedoch in einem Schüttfilter, d. h. in loser Form, vorgesehen. Im Zusammenhang mit solchen Schüttfiltern mit Adsorberpartikeln in Gestalt von kleinen Zylindern wird dort ausgeführt daß durch sie der Durchflußwiderstand zu groß wird, wenn sie eine bestimmte Mindestgröße unterschreiten. Deshalb kommen bei der aus dieser Druckschrift bekannten Filtereinrichtung vorzugsweise Adsorberpartikel in Kugelform zur Anwendung, die an einem Träger fixiert sind.

Aus der US 3 925 021 ist eine Filtereinrichtung bekannt, bei der die Trägerlagen mittels eines mindestens einen Teil des Filtergehäuses bildenden Kunststoffmaterials zu einem quaderförmigen Stapel verbunden sind.

Eine Filtereinrichtung mit einem nachgiebigen Rahmen ist aus der DE 92 16 049 U1 bekannt. Bei dieser bekannten Filtereinrichtung handelt es sich insbes. um einen Luftfilter für Verbrennungskraftmaschinen, d. h. um einen Partikelfilter und nicht um einen Adsorberfilter mit Adsorberpartikeln.

Aus der EP 0 383 236 B1 ist eine Filtereinrichtung bekannt, bei welcher ein flächiger Träger zick-zackförmig gefaltet ist. Der flächige Träger ist gasdurchlässig, weil das zu filtrierende gasförmige Medium den flächigen Träger durchdringen muß. Damit der Strömungswiderstand durch die Filtereinrichtung hindurch innerhalb angemessener Werte bleibt, ist es also erforderlich, den Faltabstand zwischen benachbarten Trägerlagen nicht zu klein zu wählen.

Eine Filtereinrichtung mit einem flächigen Träger, der zick- zackförmig gefaltet ist, ist bspw. auch aus der DE-OS 29 41 094 bekannt. Auch hier muß der flächige Träger aus einem gasdurchlässigen Material bestehen, weil das zu filtrierende gasförmige Medium den flächigen Träger durchströmt. Gleiches gilt für die Filtereinrichtungen, wie sie bspw. aus der US-PS 3 651 659 oder aus der DE-OS 25 12 659 bekannt sind.

Eine Filtereinrichtung mit einem flächigen Träger aus einem gasdurchlässigen Material ist bspw. auch aus der DE-OS 24 06 243 bekannt. Um bei dieser bekannten Filtereinrichtung eine gewünschte Formstabilität zu erzielen, wird dort der flächige Träger mit einem flächigen Stabilisierungssystem kombiniert.

Die EP 0 045 516 A1 offenbart eine Filtereinrichtung mit einem flächigen Träger, der zick-zackförmig zu Trägerlagen zusammengefaltet sein kann, oder bei welcher der flächige Träger auf einen gasdurchlässigen rohrförmigen Dorn aufgewickelt ist, um Trägerlagen nach Art einer Wicklung zu realisieren. Auch hier ergibt sich jedoch ein bestimmter Mindestströmungswiderstand für das zu filtrierende gasförmige Medium, weil es den zick-zackförmig gefalteten oder gewickelten flächigen Träger durchströmen muß. Dieser nicht unerhebliche Strömungswiderstand bedingt bei Anwendung einer solchen Filtereinrichtung bspw. in Kombination mit einer Ventilatoreinrichtung eine entsprechende Antriebsleistung derselben. Aus dieser bestimmten Mindestventilatorleistung resultiert wiederum eine entsprechende Geräuschentwicklung, die bspw. auf den Anwendungsgebieten der Fahrzeugheizung, -lüftung, -klimatisierung o. dgl. als störend empfunden wird.

Eine Filtereinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der GB-A 1 026 591 bekannt. Dort ist der flächige Träger auf einen zentralen Dorn aufgewickelt, so daß sich zueinander benachbarte flächige Trägerlagen ergeben, welche die runden Wicklungen eines spiralförmigen Körpers bilden. Bei dieser bekannten Filtereinrichtung durchströmt das zu filtrierende gasförmige Medium nicht den flächigen Träger sondern es strömt an den Wicklungen bzw. an den daran vorgesehenen Adsorberpartikeln entlang, so daß der Strömungswiderstand durch die Filtereinrichtung hindurch im Vergleich mit Filtereinrichtungen der weiter oben genannten Art, bei welchen das zu filtrierende gasförmige Medium den gasdurchlässigen Träger durchströmen muß, relativ gering ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch bei solchen spiralförmig gewickelten Filtereinrichtungen der zuletzt genannten Art bei einer Kombination derselben mit Ventilatoreinrichtungen die von den Ventilatoreinrichtungen bewirkten Vibrationen von der Filtereinrichtung aufgenommen und ungeschwächt weitergeleitet bzw. im Extremfall sogar noch verstärkt werden, was als nachteilig angesehen werden muß.

Die DE-A 43 39 025 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung schadstoffbeladener Abluft durch heterogene Katalyse. Diese Vorrichtung kann eine spiralförmige Wicklung aufweisen, die aus einem nicht metallischen Trägermaterial und einem elektrisch leitenden Gewebeband besteht. Neben einer Katalyse kann dort auch eine selektive Adsorption durchgeführt werden. Auch hier ergeben sich jedoch infolge der spiralförmigen Wicklung bezüglich des Vibrations- und Schallverhaltens die gleichen Eigenschaften wie bei der aus der oben zuletzt genannten GB-A 1 026 591 bekannten Filtereinrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinrichtung der oben genannten Art zu schaffen, bei der der Strömungswiderstand weiter reduziert ist, ohne daß hierdurch die Filter- bzw. Adsorberwirkung beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Filtereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Adsorberpartikel eine von der Kugelform abweichende längliche Gestalt aufweisen und an den Trägerlagen derart fixiert sind, daß sie zumindest annähernd in Strömungsrichtung des zu filternden gasförmigen Mediums orientiert sind.

Dadurch, daß die Adsorberpartikel eine von der Kugelform abweichende längliche Gestalt aufweisen und an den Trägerlagen derartig fixiert sind, daß sie zumindest annähernd in Strömungsrichtung des zu filtrierenden gasförmigen Mediums orientiert sind, ergibt sich eine erhebliche Reduktion des Strömungswiderstandes durch die Filtereinrichtung hindurch ohne Beeinträchtigung der Filter- bzw. Adsorberwirkung.

Durch die Ausbildung der Filtereinrichtung mit einer quaderförmigen Gestalt ergibt sich der Vorteil, daß Schalldämpfereigenschaften erzielbar sind, weil schallbedingte Vibrationen im quaderförmigen Trägerlagen-Stapel überraschenderweise optimal abgebaut werden.

Die Trägerlagen können bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung voneinander unabhängige Gebilde sein. Das Zusammenstapeln solcher voneinander unabhängiger Trägerlagen kann jedoch einen bestimmten Aufwand darstellen, weshalb es auch möglich ist, daß bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung der flächige Träger unter Ausbildung eines Stapels zu den einzelnen Trägerlagen eng zusammengefaltet ist. Im zuletzt genannten Fall bilden die einzelnen Trägerlagen also keine voneinander unabhängigen Gebilde, sondern es wird der flächige Träger zu den einzelnen Trägerlagen unter Ausbildung eines Stapels eng zusammengefaltet.

Bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung durchdringt das zu filtrierende gasförmige Medium den flächigen Träger nicht, sondern es strömt nur an den Trägerlagen des flächigen Trägers und somit an den an den Trägerlagen fixierten Adsorberpartikeln entlang, so daß der Strömungswiderstand durch die Filtereinrichtung hindurch von einer Porosität des flächigen Trägers unabhängig ist. Der flächige Träger kann im Extremfall sogar gasundurchlässig sein. Das bedeutet jedoch, daß für den flächigen Träger gleichsam jedes beliebige Material zur Anwendung gelangen kann. Hierbei kann es sich um ein Vlies, um eine Folie, um ein Blech, d. h. um ein textiles Material, ein Gewebe, ein Gewirk, ein Papier o. dgl. handeln. Es hat sich gezeigt, daß es bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung durch definiertes, mehr oder weniger starkes Zusammenpressen der Trägerlagen gegeneinander möglich ist, den Druckabfall zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Filtereinrichtung und somit auch den Strömungswiderstand wunschgemäß einzustellen. Gleichzeitig können durch eine solche bestimmte Pressung der Trägerlagen die Adsorptionseigenschaften der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung wunschgemäß eingestellt werden.

Vorteilhaft ist es, wenn bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung das Verhältnis von Breite zu Tiefe des quaderförmigen Stapels größenordnungsmäßig bei 1 : 1 oder größer und das Verhältnis von Höhe zu Breite des Stapels mindestens 1 : 1 beträgt, wobei durch die Breite und die Höhe der Einlaß und der Auslag und durch die Tiefe des Stapels der Abstand zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Filtergehäuses festgelegt sind. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von Höhe : Breite des Stapels wenigstens 2 : 1, was bedeutet, daß der Ein- und der Auslag eine Rechteckgestalt besitzen.

Die zueinander eng benachbarten und mit Adsorberpartikeln ausgerüsteten Trägerlagen sind miteinander vorzugsweise mittels eines mindestens ein Teil des Filtergehäuses gebildeten Kunststoffmaterials zum quaderförmigen Stapel verbunden. Hierbei kann es sich um ein Spritzgieß- oder um ein Spritzpreßmaterial handeln, mit welchem die Trägerlagen zum einteiligen quaderförmigen Stapel verbunden werden.

Das Verhältnis der Dicke der einzelnen Trägerlagen zur linearen Abmessung des Adsorberpartikelquerschnitts kann bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung zwischen 1 : 1 und 1 : 10 betragen. Bspw. können die einzelnen Trägerlagen eine Dicke von größenordnungsmäßig 200 µm ind die Adsorberpartikel eine lineare Abmessung ihres Querschnittes von größenordnungsmäßig 200 µm bis 1400 µm aufweisen. Der Abstand zwischen benachbarten Trägerlagen ist hierbei nicht nur von der Dicke der Trägerlagen selbst und von der Größe der an den Trägerlagen ein- oder beidseitig fixierten Adsorberpartikel abhängig, sondern außerdem auch von der Bautiefe der Filtereinrichtung zwischen deren Einlaß und dem Auslaß. Je größer die Bautiefe ist, umso größer kann der Abstand zwischen den benachbarten Trägerlagen sein, ohne daß ein Durchbruch zu befürchten ist.

Bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung hat sich nämlich außerdem gezeigt, daß ihre Durchbrucheigenschaften im Vergleich zu bekannten Filtereinrichtungen der oben genannten Art wesentlich verbessert, d. h. reduziert, ist.

Um die erfindungsgemäße Filtereinrichtung problemlos und einfach in einen gegebenen Filterraum einpassen zu können, ist es zweckmäßig, wenn das Filtergehäuse außenseitig ein nachgiebiges Rahmenelement aufweist. Bei diesem nachgiebigen Rahmenelement kann es sich um ein geschlossenzelliges Schaumstoffmaterial handeln.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht der Filtereinrichtung von vorne,

Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht der Filtereinrichtung gemäß Fig. 1 in Blickrichtung von oben,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Details A in Fig. 1,

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung des Details A einer anderen Ausbildung der Filtereinrichtung,

Fig. 5 eine weiter vergrößerte Darstellung des Details B in Fig. 1,

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Schnittlinie C-C in Fig. 5 zur Verdeutlichung eines Flächenabschnittes einer Trägerlage, die mit Adsorberpartikeln ausgerüstet ist, die eine längliche Gestalt aufweisen, und

Fig. 7 eine Diagrammdarstellung zur Verdeutlichung des Durchbruchverhaltens einer erfindungsgemäßen quaderförmigen Filtereinrichtung im Vergleich mit einer bekannten Filtereinrichtung, bei welcher der poröse flächige Träger von dem zu filtrierenden gasförmigen Medium durchströmt wird.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausbildung der Filtereinrichtung 10 in Ansicht von vorne und in einer Draufsicht. Die Filtereinrichtung 10 weist einen flächigen Träger 12 auf, an dem beidseitig Adsorberpartikel fixiert sind. Der flächige Träger 12 besteht aus einer Vielzahl zueinander eng benachbarter flächiger Trägerlagen 14, die zu einem Quader 16 zusammengesetzt sind. Dabei können die einzelnen flächigen Trägerlagen 14 voneinander unabhängige Gebilde sein, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, oder der flächige Träger 12 kann zu den flächigen Trägerlagen 14 eng zusammengefaltet sein, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die flächigen Trägerlagen 14 bilden einen quaderförmigen Stapel 18, der eine Breite B und eine Höhe H (sh. Fig. 1) und der eine Tiefe T (sh. Fig. 2) aufweist. Durch die quaderförmige Ausbildung des Stapels 18 aus flächigen Trägerlagen 14, d. h. durch die quaderförmige Ausbildung der Filtereinrichtung 10 ergibt sich der Vorteil, daß durch das zu filtrierende Medium bedingte Vibrationen in der Filtereinrichtung 10 auf optimale Weise abgebaut werden. Die Strömungsrichtung des zu filtrierenden gasförmigen Mediums durch die Filtereinrichtung 10 hindurch ist in Fig. 2 durch die Pfeile 20 und 22 angedeutet, wobei der Pfeil 20 dem Einlaß 24 der Filtereinrichtung 10 und der Pfeil 22 dem Auslaß 26 derselben zugeordnet ist. Das zu filtrierende gasförmige Medium wird durch den Einlaß 24 in die Filtereinrichtung 10 eingeleitet. Das filtrierte gasförmige Medium tritt dann am Auslaß 26 aus der Filtereinrichtung 10 aus. Das zu filtrierende gasförmige Medium kommt hierbei mit den einen quaderförmigen Stapel bildenden, eng nebeneinander vorgesehenen flächigen Trägerlagen 14 bzw. mit den an den Trägerlagen 14 fixierten Adsorberpartikeln 28 (sh. die Fig. 5 und 6) in Kontakt, wobei das zu filtrierende gasförmige Medium die Trägerlagen 14 nicht durchdringt sondern nur an den Trägerlagen 14 bzw. an den Adsorberpartikeln 28, mit welchen die Trägerlagen 14 ausgerüstet sind, entlangströmt, was in Fig. 6 durch die Linien 30 angedeutet ist.

Die eng nebeneinander zusammengestapelten und mit Adsorberpartikeln 28 ausgerüsteten Trägerlagen 14 sind miteinander mittels eines Kunststoffmaterials 32 zum quaderförmigen Stapel 18 verbunden. Dieses Kunststoffmaterial 32 bildet mindestens ein Teil eines Filtergehäuses 34, durch das der Ein- und der Auslaß 24, 26 der Filtereinrichtung 10 bestimmt sind. Das Filtergehäuse 34 ist zweckmäßigerweise außenseitig mit einem nachgiebigen Rahmenelement 36 versehen, wodurch es möglich ist, die Filtereinrichtung 10 in einen entsprechenden Filterraum problemlos einzupassen.

In Fig. 5 ist die Dicke einer flächigen Trägerlage 14 mit d und die lineare Abmessung des Adsorberpartikelquerschnittes mit a bezeichnet. Die Dicke d der flächigen Trägerlagen 14 kann bspw. größenordnungsmäßig 200 µ betragen. Die lineare Abmessung a der Adsorberpartikel 28 kann bspw. im Bereich zwischen 200 µm und 1,4 mm oder mehr betragen. Die Adsorberpartikel 28 können mindestens annähernd kugelförmig sein oder vorzugsweise eine von der Kugelform abweichende längliche Gestalt aufweisen. Fig. 6 verdeutlicht derartige von der Kugelform abweichende längliche Adsorberpartikel 28, die zur Reduktion des Strömungswiderstandes des zu filtrierenden gasförmigen Mediums zweckmäßigerweise an den Trägerlagen 14 derartig fixiert sind, daß sie zu der durch die Pfeile 20 und 22 angedeuteten Strömungsrichtung des zu filtrierenden gasförmigen Mediums zumindest annähernd parallel orientiert sind. Diese Orientierung kann bspw. durch die Ausrüstung der flächigen Trägerlagen 14 mit den Adsorberpartikeln 28 in einem elektrostatischen Feld o. dgl. erfolgen.

Gleiche Einzelheiten sind in den Fig. 1 bis 6 jeweils mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, so daß es sich erübrigt, in Verbindung mit allen diesen Figuren alle Einzelheiten jeweils detailliert zu beschreiben.

Fig. 7 zeigt in einer Diagrammdarstellung die Abhängigkeit des Durchbruches D in % einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung gemäß Linie 38 im Vergleich mit dem Durchbruchverhalten einer bekannten Filtereinrichtung bei gleichen Testparametern in Abhängigkeit von der Zeit t, wobei das zeitliche Durchbruchverhalten der bekannten Filtereinrichtung durch die strichlierte Linie 40 verdeutlicht ist. Aus Fig. 7 ist ohne weiteres ersichtlich, daß das Durchbruchverhalten der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung erheblich verbessert ist. So beträgt der N-Butan-Durchbruch nach 15 Min. bei einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung 10 bspw. nur 0,45%, während er bei einer bekannten Filtereinrichtung bei sonst mindestens annähernd gleichen Testparametern 16,3% beträgt.

Claims (7)

1. Filtereinrichtung mit einem flächigen Träger (12), an dem Adsorberpartikel (28) fixiert sind, wobei der flächige Träger (12) eine Anzahl zueinander benachbarter flächiger Trägerlagen (14) aufweist, die in einem Filtergehäuse (34) festgelegt sind, das einen Einlaß (24) für ein zu filtrierendes gasförmiges Medium und einen Auslaß (26) für das filtrierte gasförmige Medium aufweist, und wobei die Trägerlagen (14) in bezug auf den Einlaß (24) und den Auslaß (26) des Filtergehäuses (34) derartig vorgesehen sind, daß das zu filtrierende gasförmige Medium die Trägerlagen (14) nicht durchdringt sondern nur an den Trägerlagen (14) bzw. den Adsorberpartikeln (28) entlangströmt, und die Trägerlagen (14) ebenflächig ausgebildet und zu einem quaderförmigen Stapel (18) zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberpartikel (28) eine von der Kugelform abweichende längliche Gestalt aufweisen und an den Trägerlagen (14) derart fixiert sind, daß sie zumindest annähernd in Strömungsrichtung des zu filternden gasförmigen Mediums orientiert sind.

2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerlagen (14) voneinander unabhängige Gebilde sind.

3. Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flächige Träger (12) unter Ausbildung des Stapels (18) zu den einzelnen Trägerlagen (14) eng zusammengefaltet ist.

4. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Breite (B) zu Tiefe (T) des quaderförmigen Stapels (18) größenordnungsmäßig bei 1 : 1 oder größer und das Verhältnis von Höhe (H) zu Breite (B) des Stapels (18) mindestens 1 : 1 beträgt, wobei durch die Breite (B) und die Höhe (H) der Einlaß (24) und der Auslaß (26) und durch die Tiefe (T) des Stapels (18) der Abstand zwischen dem Einlaß (24) und dem Auslaß (26) des Filtergehäuses (34) festgelegt sind.

5. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerlagen (14) miteinander mittels eines mindestens ein Teil des Filtergehäuses (34) bildenden Kunststoffmaterials (32) zum quaderförmigen Stapel (18) verbunden sind.

6. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke (t) der einzelnen Trägerlagen (14) zur linearen Abmessung (a) des Adsorberpartikelquerschnitts zwischen 1 : 1 und 1 : 10 beträgt.

7. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtergehäuse (34) außenseitig ein nachgiebiges Rahmenelement (36) aufweist.