EP2424958A2 - Filtervorrichtung zum reinigen von fluiden - Google Patents

Filtervorrichtung zum reinigen von fluiden

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EP2424958A2 EP10715708A EP10715708A EP2424958A2 EP 2424958 A2 EP2424958 A2 EP 2424958A2 EP 10715708 A EP10715708 A EP 10715708A EP 10715708 A EP10715708 A EP 10715708A EP 2424958 A2 EP2424958 A2 EP 2424958A2
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filter device
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electrolysis
hydroxyl radicals
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    • C10G2300/201—Impurities

Definitions

  • the invention relates to a filter device for cleaning fluids, in particular fuels that are contaminated with organic ingredients.
  • the replacement intervals of filter arrangements generally depend on the flow resistance generated by the respective filter arrangement. With increasing dirt loading of the filter, the differential pressure formed on the filter medium and thus the flow resistance increases.
  • the invention has the object to provide a filter device for cleaning fluids, in particular of fuels, which, although simple and economical is operable, long service lives related filter media allows the filter device.
  • a significant feature of the invention is that a separation device is provided which separates the water molecules contained in the relevant fluid, in particular the fuel, in such a way that hydroxyl radicals are formed. Since hydroxyl radicals are chemically highly reactive oxidants, organic substances are oxidized by contact with hydroxy I radicals as far as possible.
  • the arrangement is preferably such that the separation device has hydroxyl radical-forming, catalyst-acting media and / or an electrolysis device.
  • titanium dioxide serving as catalyst is particularly advantageously provided on or in the filter medium of a filter element associated with the filter device.
  • the arrangement can advantageously be made so that titanium dioxide is applied as a layer on the filter medium.
  • the effectiveness of the catalyst can be enhanced in a simple and advantageous manner by making the arrangement such that the catalyst can be exposed to light radiation, in particular in the wavelength range from 180 to 300 nm.
  • the filter device has a housing part which forms a window for a radiation entry of natural light or light generated by an artificial radiation source to the catalyst on the filter medium.
  • a radiation source can be provided within the housing part.
  • the arrangement may be such that the electrolysis device has at least one diamond electrode which acts anodically in the electrolysis within a housing part accommodating a filter element.
  • the diamond electrode may be formed on an end cap of the filter element.
  • electrically conductive in particular made of stainless steel components of the filter medium or other parts of the filter element may be provided as the cathode of the electrolysis device.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device according to the invention with a catalytically operating separating device in a schematic and merely simplified manner in the manner of a symbol sketch, with two alternative possibilities of the invention
  • FIG. 2 is a perspective view, partly in section, of a filter element for an exemplary embodiment of the invention, in which an electrolytic separation device is provided.
  • Fig. 1 is a merely symbolically indicated filter device as a whole with 2, to the housing 4, a fuel supply line 6 and a fuel drain line 8 are connected.
  • a filter medium 10 In the housing 4 is a filter medium 10.
  • the filter medium 10 To separate the water into hydrogen and hydroxyl radicals, the filter medium 10 is provided with a layer of titanium dioxide acting as a catalyst.
  • the supply of electromagnetic radiation is provided, in the present case in a wavelength range of 180 to 300 nm.
  • Fig. 1 two alternative ways of supplying radiation are indicated.
  • only one light source 7 is indicated in the drawing, several light sources may be provided in a suitable arrangement and of any construction, for example one or more LEDs.
  • a radiation-permeable wall part is provided on the filter housing 4, which forms a preferably UV-transparent window through which the titanium dioxide can be irradiated by means of an external light source 9.
  • This external light source 9 can be formed by natural light or, as in the internal light source 7, by a lamp or multiple lamps of any design and radiating body of any kind, preferably also by LEDs.
  • the filter element 1 shown in Fig. 2 comprises a filter medium 10 which extends between two end caps 12, 14 which are each connected to an assignable end portion 16, 18 of the Filterrnedium 10, wherein between the end portion 16 and the end cap 12 a one type of insulating layer forming adhesive bed 26 is located, while the other end portion 18 of the filter medium 10 to the inner side of the lower end cap 14 is fluid-permeable.
  • the filter medium 10 is supported on the inner circumference of a support tube 20.
  • the lower end cap 14 forms an anodically effective diamond electrode 22 on its inner side.
  • This is a crystalline diamond layer only a few nanometers thick on the electrically conductive end cap 14, wherein the diamond is rendered electrically conductive by doping with the element boron ,
  • the filter medium 10 which has a multilayer structure in the manner of a filter mat, for example, to provide a grid layer made of stainless steel.

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Abstract

Eine Filtervorrichtung zum Reinigen von Fluiden, insbesondere von Kraftstoffen, die mit organischen Inhaltsstoffen verunreinigt sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Auftrenneinrichtung (10,14,22) aus in den Fluiden enthaltenen Wassermolekülen Hydroxylradikale gebildet sind, die die Verunreinigungen, insbesondere organische Inhaltsstoffe, weitestgehend aufoxydieren und in Verbindungen, wie CO2, umwandeln.

Description

Filtervorrichtung zum Reinigen von Fluiden
Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Reinigen von Fluiden, insbesondere von Kraftstoffen, die mit organischen Inhaltsstoffen verunreinigt sind.
Um die Betriebssicherheit von mit flüssigen Kraftstoffen zu versorgenden Antriebseinheiten, wie insbesondere Verbrennungsmotoren, sicherzustellen, ist eine Reinigung der Kraftstoffe unumgänglich. Insbesondere müssen, um das empfindliche Einspritzsystem vor Beschädigungen zu schützen, aus Dieselkraftstoffen, die außer mit mitgeführten Wasseranteilen häufig auch mit organischen Stoffen und Partikeln verunreinigt sind, mittels zugeordneter Filteranordnungen organische Stoffe und Partikel abgeschieden werden, die als Schmutzbeladung innerhalb der betreffenden Filteranordnung verbleiben.
Die Wechselintervalle von Filteranordnungen hängen in der Regel von dem von der betreffenden Filteranordnung erzeugten Strömungswiderstand ab. Mit zunehmender Schmutzbeladung des Filters steigt der am Filtermedium gebildete Differenzdruck und damit der Strömungswiderstand.
Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filtervorrichtung zum Reinigen von Fluiden, insbesondere von Kraftstoffen zur Verfügung zu stellen, die, obgleich sie einfach und wirtschaftlich betreibbar ist, lange Standzeiten betreffender Filtermedien der Filtervorrichtung ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Demgemäss besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass eine Auftrenneinrichtung vorgesehen ist, die die im betreffenden Fluid, insbesondere dem Kraftstoff, enthaltenen Wasserrnoleküle derart auftrennt, dass Hydroxylradikale gebildet werden. Da Hydroxylradikale chemisch hochreaktive Oxydantien sind, werden organische Stoffe durch Kontakt mit Hydroxy I radikalen weitestgehend aufoxydiert.
Während organische Stoffe in Partikelform einen hohen Strömungswider- stand in Filtervorrichtungen verursachen, ist dies bei den durch das Aufoxydieren gebildeten Oxyden, beispielsweise CO2, nicht der Fall. Dieses Phänomen ist beispielsweise bei Russpartikelfilter im Abgasstrang von Verbrennungsmotoren bekannt. Hier wird eine Oxydation zu Asche durch Regenerierung des Filters, im Allgemeinen durch Hitzezufuhr, eingeleitet, um diese Partikel zu Asche und CO2 zu veraschen. In ähnlicher Weise sieht die Erfindung bei Fluidfiltervorrichtungen eine „kalte" Oxydation mittels Hydro- xylradikalen vor. Im Ergebnis ist eine Reinigungsvorrichtung geschaffen, die sich durch ein wirtschaftliches Betriebsverhalten auszeichnet, insbesondere im Hinblick auf die Verringerung von Filterwechselintervallen.
Hinsichtlich der Erzeugung der Hydroxylradikale ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, dass die Auftrenneinrichtung Hydroxylradikale bildende, als Katalysator wirkende Medien und/oder eine Elektrolysiereinrich- tung aufweist. Bei katalytisch arbeitender Auftrenneinrichtung ist mit besonderem Vorteil als Katalysator dienendes Titandioxid am oder im Filtermedium eines der Filtervorrichtung zugehörigen Filterelementes vorgesehen.
Dabei kann die Anordnung vorteilhaft so getroffen sein, dass Titandioxid als Schicht auf dem Filtermedium aufgebracht ist.
Die Wirksamkeit des Katalysators lässt sich auf einfache und vorteilhafte Weise dadurch verstärken, dass die Anordnung so getroffen ist, dass der Katalysator mit einer Lichtstrahlung, insbesondere im Wellenlängenbereich von 180 bis 300 nm, beaufschlagbar ist.
Diesbezüglich kann so vorgegangen werden, dass die Filtervorrichtung ein Gehäuseteil aufweist, das ein Fenster für einen Strahlungseintritt von natür- lichem Licht oder durch eine künstliche Strahlungsquelle erzeugtem Licht zum Katalysator am Filtermedium bildet.
Alternativ kann bei einem strahlungsdicht abgeschlossenen Gehäuseteil der Filtervorrichtung eine Strahlungsquelle innerhalb des Gehäuseteiles vorge- sehen sein.
Bei einer elektrolytisch arbeitenden Auftrenneinrichtung kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Elektrolysiereinrichtung mindestens eine bei der Elektrolyse anodisch wirkende Diamantelektrode innerhalb eines ein Filterelement aufnehmenden Gehäuseteiles aufweist.
Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann die Diamantelektrode an einer Endkappe des Filterelementes gebildet sein.
Zur Vervollständigung der Elektrolysiereinrichtung können elektrisch leitfähige, insbesondere aus Edelstahl gebildete Bestandteile des Filtermediums oder anderer Teile des Filterelementes als Kathode der Elektrolysiereinrich- tung vorgesehen sein.
Hinsichtlich der Kontaktierung der anodisch und kathodisch wirksamen Elektroden für den Anschluss einer die Elektrolyse bewirkenden Gleichspannungsquelle kann von der im Dokument DE 10 2004 005 202 A1 aufgezeigten Technik Gebrauch gemacht werden.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer und lediglich in der Art einer Symbolskizze vereinfachter Darstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit katalytisch arbeitender Auf- trenneinrichtung, wobei zwei alternative Möglichkeiten der
Zufuhr einer Lichtstrahlung angedeutet sind, und
Fig. 2 eine teils aufgeschnitten gezeichnete perspektivische Ansicht eines Filterelementes für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine elektrolytische Auftrenneinrichtung vor- gesehen ist.
Während bei der Elektrolyse von Wasser dieses üblicherweise in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird, lässt sich mittels spezieller Elektroden, beispielsweise mittels einer anodisch wirksamen Diarnantelektrode, die durch eine Dotierung mit dem Element Bor elektrisch leitfähig ist, eine spezielle Wasserzersetzung erreichen, bei der anstelle von Sauerstoff und Wasserstoff hochreaktive Hydroxyl radikale gebildet werden. Anstelle der Auftrennung mittels einer Elektrolysiereinrichtung lassen sich Hydroxylradikale jedoch auch mittels eines mit den mitgeführten Wassermolekülen in Kontakt stehenden Katalysators erzeugen, wofür sich Titandioxid sehr gut eig- net. Anhand der Fig. 1 ist die Erfindung anhand eines Beispieles erläutert, bei dem das Auftrennen der Wassermoleküle mit dem durch Titandioxid gebildeten Katalysator erfolgt.
Diesbezüglich ist in der Fig. 1 eine lediglich symbolartig angedeutete Filtervorrichtung als Ganzes mit 2 bezeichnet, an deren Gehäuse 4 eine Kraftstoffzulaufleitung 6 und eine Kraftstoffablaufleitung 8 angeschlossen sind. Im Gehäuse 4 befindet sich ein Filtermedium 10. Zum Auftrennen des Wassers in Wasserstoff und Hydroxylradikale ist das Filtermedium 10 mit einer Schicht aus als Katalysator wirkendem Titandioxid versehen.
Um die katalytische Wirkung des im Filtergehäuse 4 befindlichen Titandioxids und die Bildung der Hydroxylradikale zu verstärken, ist die Zufuhr elektromagnetischer Strahlung vorgesehen, im vorliegenden Fall in einem Wellenlängenbereich von 180 bis 300nm. In der Fig. 1 sind zwei alternative Möglichkeiten der Strahlungszufuhr angedeutet. In einem Fall befindet sich innerhalb des Filtergehäuses 4 eine Lichtquelle 7. Obwohl lediglich eine Lichtquelle 7 zeichnerisch angedeutet ist, können mehrere Lichtquellen in geeigneter Anordnung und von beliebiger Bauweise vorgesehen sein, beispielsweise eine oder mehrere LED's.
Bei der alternativen Ausführungsform ist am Filtergehäuse 4 ein strahlungsdurchlässiges Wandteil vorgesehen, das ein vorzugsweise UV-durchlässiges Fenster bildet, durch das das Titandioxid mittels einer äußeren Lichtquelle 9 bestrahlbar ist. Diese äußere Lichtquelle 9 kann durch natürliches Licht oder, wie bei der innenliegenden Lichtquelle 7, durch eine Lampe oder mehrere Lampen beliebiger Bauweise sowie strahlende Körper jeder Art gebildet sein, vorzugsweise ebenfalls durch LED's.
Die „kalte" Oxydation verhindert durch das Aufoxydieren organischer
Schmutzbeladung einen zu raschen Aufbau des Strömungswiderstandes der Filtervorrichtung 2 durch ansteigenden Differenzdruck am Filtermedium 10, so dass sich die Filterstandzeit verlängert.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 arbeitet die Auftrenneinrichtung elektrolytisch. Das in Fig. 2 gezeigte Filterelement 1 weist ein Filtermedium 10 auf, das sich zwischen zwei Endkappen 12, 14 erstreckt, die jeweils mit einem zuordenbaren Endbereich 16, 18 des Filterrnedium 10 verbunden sind, wobei sich zwischen dem Endbereich 16 und der Endkappe 12 ein eine Art Isolationsschicht bildendes Klebstoffbett 26 befindet, während der andere Endbereich 18 des Filtermediums 10 zur I nnenseite der unteren Endkappe 14 hin fluiddurchlässig ist. Das Filtermedium 10 stützt sich in- nenumfangsseitig an einem Stützrohr 20 ab.
Die untere Endkappe 14 bildet an ihrer Innenseite eine im Betrieb anodisch wirksame Diamantelektrode 22. Dabei handelt es sich um eine nur wenige Nanometer dicke, kristalline Diamantschicht auf der elektrisch leitfähigen Endkappe 14, wobei der Diamant durch eine Dotierung mit dem Element Bor elektrisch leitfähig gemacht ist. Das elektrochemische Verhalten der Diamantelektrode 22 bei der Elektrolyse mit einer kathodisch wirksamen Elektrode, insbesondere aus Edelstahl, führt zu einer Auftrenn ung von Wassermolekülen in der Weise, dass anstelle von Wasserstoff und Sauerstoff hochreaktive Hydroxylradikale gebildet werden.
Hinsichtlich der Ausbildung der kathodisch wirkenden Elektrode kann in- nerhalb des Filtermediums 10, das in der Art einer Filtermatte mehrlagig aufgebaut sein, kann beispielsweise eine Gitterlage aus Edelstahl vorgesehen sein.
Hinsichtlich der Kontaktierung kann, wie bereits erwähnt, von der aus DE 10 2004 005 202 AI bekannten Technik ausgegangen werden, in der mehrere Bauweisen für Kontaktierungseinrichtungen an Filterelementen offen- bart sind und die an die Gegebenheiten beim Betrieb einer Elektrolysierein- richtung anpassbar sind.
Ungeachtet dessen, ob eine katalytische Auftrennung von Wassermolekülen oder eine Elektrolyse angewendet wird, um Wassermoleküle in hochreaktive Hydroxy I radikale und Wasserstoff aufzutrennen, erfolgt durch den Kontakt mit Hydro xyl radikalen eine weitestgehende Oxydation organischer Stoffe. Dies führt sozusagen zu einer „kalten Veraschung" von organischen Partikeln mit Entweichen von CCh und geringfügigsten, verbleibenden Ve- raschungsresten, durch die bei Verbleib am Filtermedium kein signifikanter Anstieg des Strömungswiderstandes verursacht wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Filtervorrichtung zum Reinigen von Fluiden, insbesondere von Kraftstoffen, die mit organischen Inhaltsstoffen verunreinigt sind, dadurch ge- kennzeichnet, dass mittels einer Auftrenneinrichtung (10,14,22) aus in den Fluiden enthaltenen Wassermolekülen H yd roxy I radikale gebildet sind, die die Verunreinigungen, insbesondere organische Inhaltsstoffe, weitestgehend aufoxydieren und in Verbindungen, wie CCh, umwandeln.
2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrenneinrichtung Hydroxylradikale bildende, als Katalysator wirkende Medien (10) und/oder eine Elektrolysiereinrichtung (10,14,22) aufweist.
3. Filtervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator dienendes Titandioxid am oder im Filtermedium (10) eines der Filtervorrichtung zugehörigen Filterelementes (1) vorgesehen ist.
4. Filtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Titandioxid als Schicht auf dem Filtermedium (10) aufgebracht ist.
5. Filtervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator zur Verstärkung seiner Wirksamkeit als Erzeuger der Hydroxylradikale mit einer Lichtstrahlung, insbesondere im Wellenlängenbereich von 180 bis 300 nm, beaufschlagbar ist.
6. Filtervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuseteil (4) aufweist, das ein Fenster für einen Strahlungseintritt von natürlichem Licht oder durch eine künstliche Strahlungsquelle (9) erzeugtem Licht zum Katalysator am Filtermedium (10) bildet.
7. Filtervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlungsquelle (7) innerhalb des Gehäuseteiles (4) vorgesehen ist.
8. Filtervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolysiereinrichtung mindestens eine bei der Elektrolyse anodisch wirkende Diamantelektrode (22) innerhalb eines ein Filterelement (1) aufnehmenden Gehäuseteiles (4) aufweist.
9. Filtervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantelektrode (22) an einer Endkappe (14) des Filterelementes (2) gebildet ist.
10. Filtervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch leitfähige, insbesondere aus Edelstahl gebildete Bestandteile des Filtermediums (10) des Filterelementes (1) als Kathode der Elektrolysiereinrichtung vorgesehen sind.
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