EP4259303A1 - Umgebungsluftreinigungsvorrichtung und verwendung eines filterelements in einer umgebungsluftreinigungsvorrichtung - Google Patents

Umgebungsluftreinigungsvorrichtung und verwendung eines filterelements in einer umgebungsluftreinigungsvorrichtung

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EP4259303A1
EP4259303A1 EP21840996.9A EP21840996A EP4259303A1 EP 4259303 A1 EP4259303 A1 EP 4259303A1 EP 21840996 A EP21840996 A EP 21840996A EP 4259303 A1 EP4259303 A1 EP 4259303A1
Authority
EP
European Patent Office
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filter element
filter
ambient air
housing
main
Prior art date
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Pending
Application number
EP21840996.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Gusek
Christoph Schulz
Marc HITTINGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mann and Hummel Life Sciences and Environment Holding Singapore Pte Ltd
Original Assignee
Mann and Hummel Life Sciences and Environment Holding Singapore Pte Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mann and Hummel Life Sciences and Environment Holding Singapore Pte Ltd filed Critical Mann and Hummel Life Sciences and Environment Holding Singapore Pte Ltd
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Definitions

  • the invention relates to an ambient air purification device, in particular for stationary ambient air filtration in the exterior and/or interior, and the use of a filter element in an ambient air purification device.
  • ambient air cleaners for the separation of air pollutants.
  • Such devices usually have a flow-through housing with an inlet and an outlet, in each of which one or more blowers and a filter are arranged, with the filters being classic filter elements made of porous and air-permeable filter media and/or electrostatic precipitator can act.
  • the ambient air cleaners are advantageously set up in places with an increased concentration of pollutants, such as outdoors as well as indoors, tunnels, underground train stations, bus stops, etc.
  • Generic ambient air cleaners are known, for example, from FR 2787175 A or US 2019 160 411 A.
  • HEPA filters are often combined with a pre-filter upstream in the direction of flow, which has a coarser filter fineness than the HEPA filter.
  • the present invention is based on the object of providing an ambient air cleaning device, in particular an interior air cleaner, with at least two filter elements, in which both filter elements, in particular HEPA filter element and pre-filter element, can be replaced independently of one another and which has as few parts as possible .
  • the object is to provide a use of a filter element in an ambient air purification device that rules out incorrect assembly of the filter element.
  • the ambient air purification device is designed in particular for stationary ambient air filtration in the interior and/or exterior. It can be designed as a so-called. Outside air cleaner or inside air cleaner. In the case of an embodiment as an outdoor air purifier, this can be intended to be set up in the public outdoor space, for example at inner-city pollutant hotspots, for example in the immediate vicinity of a road and/or in a tunnel. In the interior, the ambient air cleaning device can be used wherever there is a need for clean room air, such as in offices, workshops, medical facilities and/or private rooms.
  • the ambient air cleaning device has a housing that has at least one air inlet and at least one air outlet. At least one air flow generating device is arranged in the housing, by means of which an air flow can be generated from the air inlet to the air outlet, with a filter device also being present in the housing in terms of flow between the air inlet and the air outlet, which has a main filter element with a plurality of filter medium bodies arranged in a V-shape relative to one another and a pre-filter element upstream of the main filter element in terms of flow and having at least one filter medium body. That The main filter element and the pre-filter element each have a peripheral frame device.
  • the housing has a filter receiving area in which the filter device is received and sealed with respect to the housing.
  • the filter receiving area has a protruding circumferential contact shoulder for sealing contact with a seal of the filter device.
  • a clamping force generating device is also arranged in the housing and is designed to exert an axially directed clamping force on the frame device of the main filter element in an assembled state. In the installed state, the main filter element rests at its upstream end with its frame device on the frame device of the pre-filter element, the clamping force thereby being transferrable to the frame device of the pre-filter element.
  • the frame device of the pre-filter element can be pressed sealingly against the contact shoulder by the clamping force with the interposition of a first circumferential seal.
  • the clamping force is therefore introduced indirectly into the frame device of the pre-filter element, i.e. with the interposition of the frame device of the main filter element.
  • the main filter element does not have its own sealing point in relation to the housing, but instead seals off indirectly via the frame device of the pre-filter element in relation to the housing.
  • the number of housing sealing points is advantageously reduced, which reduces the risk of leaks and allows a coarser tolerance in the axial direction.
  • the main filter element does not have its own housing sealing point, the complexity and number of parts of the system is reduced.
  • Protruding is understood to mean, in relation to the contact shoulder, in particular a radial protrusion, namely in relation to a flow cross section spanned by the frame device of the pre-filter element.
  • An “axially directed clamping force” can also have other force components, as can result from a force application surface of the clamping force generating device that is at an angle to the axial line.
  • An “axially directed clamping force” is therefore a clamping force that has at least an axial component.
  • a frame device is understood to mean a mechanically stable, encircling element which surrounds the filter medium body or bodies of the filter elements and against which the filter medium bodies are sealed.
  • the frame element is set up to enable a separation between an upstream dirty side and a downstream clean side of the filter elements.
  • the main filter element and the pre-filter element are designed separately from one another and can be removed separately from the filter receiving area. This has the advantage that the pre-filter element can be changed without changing the main filter element, which is important in practice since the service life of the pre-filter element is two to three times longer than that of the main filter element.
  • the contact shoulder can be provided, for example, as a housing area with a reduced cross-section or in the form of a radially circumferential rib that protrudes into the filter receiving area.
  • the contact shoulder provides an axial sealing surface and preferably has an extent which is oriented in the normal direction with respect to a main inflow direction (axially).
  • the clamping force generating device can have a clamping rail which can be pressed onto the frame device of the main filter element by a clamping screw.
  • the clamping force generating device can have other means for generating the clamping force, such as a toggle lever mechanism or a quick-action clamping device.
  • the housing can have a parallelepipedal, in particular cubic, shape, for example. However, it can also have a different shape, for example with a circular or elliptical base.
  • the housing can have at least one grille which at least partially spans the air inlet and/or the air outlet.
  • the grille provides tamper protection and keeps out debris that could otherwise damage the airflow generating device
  • the device for generating the air flow can be an axial, diagonal or centrifugal fan, which can be driven by an electric motor.
  • Other drive types that appear suitable to those skilled in the art are possible.
  • the filter device can preferably include an electrical connection.
  • the electrical connection can preferably be made at the low-voltage level.
  • the filter device can also have devices that enable connection at the medium-voltage level.
  • the ambient air cleaning device can have a control device, in particular an electronic control device, with which operating times and strategies can be controlled.
  • the control device is to be coupled to the electric motor in a manner that appears suitable to a person skilled in the art.
  • This V-shaped filter element configuration of the main filter element has proven to be particularly advantageous for use in a stationary ambient air cleaning device, since a particularly large filter surface can be accommodated with a small inflow surface cross section.
  • Directional information such as axial and radial, is to be understood here in relation to a main inflow direction, which is defined by the direction of a normal vector of a plane of the pre-filter element or the plane of the protruding housing-side contact shoulder.
  • the frame of the main filter element can be sealed directly from the housing via the frame of the pre-filter element and the frame of the main filter element does not have its own sealing point with respect to the housing.
  • both the first and the second circumferential seal can be present on the pre-filter element, in particular on its frame device.
  • the first and the second seal are connected to the pre-filter element, in particular non-detachably connected. This has the advantage that new seals are used each time the pre-filter element is replaced, which in practice has to be replaced more frequently than the main filter element. This ensures a permanently reliable sealing of the filter device in relation to the housing.
  • the first and/or second circumferential seal can be present on a surface of a frame device which is directed normally with respect to a main inflow direction. This allows for a reliable axial seal without the application of shear forces to the seal.
  • the housing can comprise at least one service door through which an interior of the housing is accessible, with the filter receiving area of the housing being accessible in particular through the service door.
  • a longitudinal extent of the plurality of filter medium bodies of the main filter element arranged in a V-shape relative to one another can run in a horizontal direction in a predetermined operating orientation of the ambient air purification device.
  • a different arrangement of the filter medium bodies is also possible, such as an orientation of the longitudinal extensions of the filter medium bodies in the vertical direction, i.e. upright.
  • a longitudinal extension is understood to mean an extension direction of the filter medium body, which coincides with the spatial direction in which it has its greatest dimension.
  • At least one of the filter media bodies of the pre-filter element and/or of the main filter element can comprise a bellows made of a pleated filter medium.
  • both the pre-filter element and the main filter element comprise at least one filter medium body with a bellows made of a pleated filter medium.
  • the housing comprises opposite front and rear walls, side walls and top and bottom walls.
  • the air outlet is in particular in a front or rear wall and the air inlet in a side wall.
  • an air flow between the air inlet and the air outlet can experience at least one change of direction in its main flow direction, in particular by 90°.
  • At least one partition can be arranged in the housing, which partition separates the filter receiving area from a fan receiving area.
  • the air flow generating device can be held on the partition and there can be a fluidic connection between the filter receiving area and the blower receiving area. Accommodating the air flow generating device, in particular a motor and/or impeller of the air flow generating device, in a separate fan accommodation area has further acoustic advantages.
  • the housing can have at least one acoustic damping element.
  • the housing is preferably lined on the inside with an acoustic material, in particular an insulating foam or insulating fleece, in the area of the fan receiving area. This measure can significantly reduce the operating noise level.
  • the filter receiving area provides a clean air area, which is separated from an outside raw air area by the sealing contact of the first circumferential seal between the pre-filter element and the contact shoulder of the housing.
  • the frame device of at least the pre-filter element or the main filter element, but preferably both, can consist of or have a pressure-resistant material, preferably a plastic or steel material.
  • the frame device is preferably connected in a fluid-tight manner to the respective filter medium body, in particular to the front edges of the folds of the bellows and to the top edges of the bellows.
  • the frame device can in particular have a hard plastic component injection-molded onto the bellows or be connected to the filter medium body in some other way, for example glued or foamed on.
  • the frame device of the main filter element can have a radially projecting circumferential collar, on which the clamping force generating device acts in the assembled state.
  • At least one of the filter elements can have at least one particle filter medium, preferably a HEPA filter medium, and/or have at least one adsorbent, in particular an activated carbon and/or a zeolite.
  • the filter elements or their respective frame devices can have a polygonal, in particular cuboid, shape.
  • the main filter element preferably comprises the HEPA filter medium and the pre-filter element comprises a “coarser” particle filter medium.
  • the particle filter medium can comprise a spunbonded nonwoven material, in particular a polyethylene terephthalate or polypropylene spunbonded nonwoven material, and/or a needled nonwoven material, in particular a polypropylene or polyethylene terephthalate needled nonwoven, and/or a meltblown layer and/or a multicomponent fiber material, in particular with bicomponent fibers with a polyp propylene/polyacrylonitrile component.
  • the HEPA filter medium comprises at least one membrane layer made of an expanded PTFE.
  • the HEPA filter medium is preferably certified according to ISO 29463 and EN 1822 and meets the requirements of class H13 or H14.
  • the adsorbent can be used to adsorb predetermined noxious gases, such as NO x , CO, NH3, and/or odors.
  • the adsorbent can in particular be part of the filter medium and be present therein as a bed in the form of one or more layer(s).
  • the pre-filter element preferably has a filter medium with an adsorbent.
  • the filter medium of at least one of the filter elements can have at least one further layer which is designed as an antimicrobial and/or antiallergenic layer which has at least one antimicrobial and/or antiallergenic substance. This measure can improve the ambient air quality from another important aspect.
  • the antimicrobial, in particular antibacterial or biocidal, substance protects the filter medium or parts or layers thereof from microorganisms such as fungi or fungal spores, in particular mold or mold spores, bacteria or algae, which are in a living, reproductive or propagating form may be present, is infested or such microorganisms spread in the filter medium or grow through it.
  • the anti-allergenic substance can, for example, render extremely fine pollen particles and other allergens, which cannot always be completely retained by the filter medium, at least partially harmless to the human body or its immune system.
  • Zinc pyrithione in particular can serve as an antimicrobial substance.
  • octa-isothiazobn can be used as an antimicrobial agent.
  • the second filter layer may also contain antimicrobial substances based on nanosilver.
  • the second filter layer can also contain antimicrobial metals and metal compounds, in particular silver, copper and aluminum compounds and/or 2-bromo-2-nitropropane-1,3-diol, other isothiazoline compounds, benzoic acid and its derivatives, benzalkonium halides, water-soluble coenzymes, oil-soluble coenzymes, plant extracts , Antibiotics, biocidal metals, aliphatic and/or aromatic fatty acids and/or quaternary surfactants as antimicrobial substances.
  • antimicrobial metals and metal compounds in particular silver, copper and aluminum compounds and/or 2-bromo-2-nitropropane-1,3-diol, other isothiazoline compounds, benzoic acid and its derivatives, benzalkonium halides, water-soluble coenzymes, oil-soluble coenzymes, plant extracts , Antibiotics, biocidal metals, aliphatic and/or aromatic fatty acids and/or quaternary surfactants as antimicrobial substances.
  • Polyphenols such as catechins, tannide or flavonoids, are particularly suitable as antiallergenic substances.
  • caffeic, gallic, ellaginic, tannic acid, cyanidin, procyanidin, proanthocyanidins, rutin, quercitin, resveratol can be used.
  • Polyphenols preferentially bind anti-allergenic substances, so that the allergic effect can be reduced. Allergen pollen, for example, is denatured by polyphenols.
  • the anti-allergenic substance may also include anti-allergenic enzymes. Antiallergic enzymes split preferentially allergenic proteins into smaller, less harmful components.
  • the filter device is arranged on the suction side with respect to the air flow generating device. This reduces the operating noise level and allows for a less complex sealing of the housing, as there is a relative negative pressure compared to the surroundings in a large part of the housing.
  • the main filter element has at least four, preferably at least six, filter medium bodies arranged in a V-shape relative to one another. This is also known as a V-cell configuration.
  • the filter area of an individual filter medium body in the form of a folded filter bellows can be 0.5 to 3.5 m 2 , preferably 1.7 to 2.7 m 2 , using a non-HEPA particle filter medium.
  • the filter surface per filter medium body can even be 4-7 m 2 since a HEPA filter medium is usually significantly thinner than other filter media.
  • the dimensions of the individual filter medium bodies of the V-cell element of the main filter element can be designed as follows, for example
  • Pleat height 20 - 50 mm
  • the ambient air cleaning device according to the invention can have a third filter element, which is downstream of the main filter element in terms of flow.
  • the third filter element has at least one adsorbent, in particular an activated carbon.
  • the third filter element can be located upstream or downstream of the air flow generating device.
  • the adsorbent of the third filter element may be an adsorbent other than an adsorbent provided in the pre-filter element.
  • certain target gas spectra can advantageously be optimally covered.
  • the third filter element has, in particular, a filter medium folded to form a filter bellows and a frame device surrounding the filter bellows. It can be arranged downstream of the main filter element in a manner that appears suitable to a person skilled in the art.
  • a further aspect of the invention relates to the use of a filter element as a pre-filter element and as a main filter element in an ambient air purification device according to the invention.
  • FIG. 1 isometric view of the ambient air purification device according to the invention.
  • 3-7 isometric representations of the maintenance of the ambient air purification device according to the invention.
  • the ambient air purification device 10 according to the invention and shown in an isometric external view in FIG. 1 has a housing 1 which has an air inlet 15 and an air outlet 14 .
  • the air inlet 15 and the air outlet 14 are each spanned by a grid 16, which protects against access to the interior of the housing 1 and keeps other foreign bodies away.
  • the housing 1 has an essentially cuboid shape and has side walls 12 and an upper and lower wall 11 each.
  • the housing 10 has rounded edges that minimize the risk of injury, which is particularly advantageous when the device according to the invention is installed indoors. Edge roundings are provided on the short edges of the box shape.
  • the air inlet 15 is provided in a side wall 12 and the air outlet 14 in a front wall.
  • the Housing 1 Flowwise between the air inlet 15 and the air outlet 14 is in the Housing 1 has a filter device 2 and an air flow generating device 3 arranged (see FIGS. 2 and 3), which is designed to generate an air flow from the air inlet 15 through the filter device 2 to the air outlet 14 .
  • the air flow generating device 3 of the ambient air purification device 10 shown is a radial fan that is driven by an electric motor.
  • the ambient air purification device 10 according to the invention also has a service door 13 which can be opened for servicing.
  • the air flow generating device 3 has a fan (flow machine) and an electric motor that drives the fan.
  • the fan can be designed by a person skilled in the art as a function of the system characteristic, with known designs such as axial, diagonal and radial fans being suitable in particular.
  • the ambient air purification device 10 has a control device 4.
  • the control device 4 can in particular be an electronic control device with which the operating times and strategies can be controlled.
  • the control device 4 is to be coupled to the electric motor in a manner that appears suitable to a person skilled in the art.
  • the electric motor of the air flow generating device 3 can also be actuated by a simple switch.
  • FIGS. 3 to 7 The service process for replacing the filter elements 2 and further details of the ambient air cleaning device 10 are shown in detail in FIGS. 3 to 7 with the service door 13 open.
  • the service door 13 is hinged and in the closed state is sealed by a seal 132 surrounding the service opening of the housing 1. In its closed state, the service door 13 can be locked in relation to a housing body via locking means 131 and is opened during the service process.
  • the housing 1 has a filter receiving area 17 in which a filter device 2 comprising a main filter element 21 and a pre-filter element 22 (see FIGS. 5 to 9) is arranged.
  • the main filter element 21 has a plurality of filter medium bodies 211 arranged in a V-shape relative to one another, here six pieces.
  • the filter medium bodies 211 can in particular be filter bellows made from a folded filter medium.
  • the main filter element 21 has in particular a HEPA filter medium.
  • the attachment of the filter elements 21 , 22 in the filter receiving area 17 of the housing 1 can be seen in FIG. 4 .
  • the main filter element 21 is braced in the housing 1 via a clamping force generating device 5 which exerts an axial clamping force on its frame device 212 (see FIG. 5).
  • the clamping force generating device 5 has a clamping rail 51 which can exert a clamping force on the frame device 212 of the main filter element 21 via one or more clamping screws 52 .
  • 4 shows the assembled state, ie a state with mounted/tensioned filter elements 21, 22.
  • the clamping screws 52 are loosened and the clamping rail 51 can be radially displaced by means of an L-shaped cutout in the clamping rail 51 that is assigned to the clamping screws 52 and through which the clamping screws 52 are guided, see above that the clamping engagement of the clamping rail 51 on the frame device 212 of the main filter element 21 is released and this can be removed from the housing 1, which can be seen in FIG.
  • the end of the main filter element 21 on the right in the drawing is its upstream end and the end on the left in the drawing is its downstream end.
  • the main filter element 21 is preceded by a pre-filter element 22 which also includes a filter bellows made from a folded filter medium and serves to protect the main filter element 21 and prevents the main filter element 21 from being excessively loaded prematurely.
  • a pre-filter element 22 which also includes a filter bellows made from a folded filter medium and serves to protect the main filter element 21 and prevents the main filter element 21 from being excessively loaded prematurely.
  • the pre-filter element 22 has a frame device 222 which surrounds the filter medium body 221 all around.
  • a second circumferential seal 223 is provided on a downstream side of the frame device 222 (on the left in the drawing), by means of which the frame device 222 of the pre-filter element 22 is sealed off from the frame device 212 of the main filter element 21 in the assembled state.
  • the sealing effect between the frame device 222 of the pre-filter element 22 and the frame device 212 of the main filter element 21 takes place axially.
  • Fig. 8 and 9 the interface of the pre-22 and main filter element 21 is now shown in relation to the housing 1 in longitudinal sectional views, which show the assembled state of the ambient air cleaning device 10.
  • Fig. 9 shows detail A from Fig. 8.
  • the main filter element 21 does not have its "own” seal with respect to the housing 1, but is sealed indirectly via the first circumferential seal 224, which is present between the frame device 222 of the pre-filter element 22 and the protruding contact shoulder 171 of the housing 1.
  • the frame device 222 of the pre-filter element 22 rests on its end facing away from the main filter element 21, i.e. with its upstream side (on the right in the drawing), with the interposition of the first peripheral seal 224 on a protruding peripheral contact shoulder 171 of the filter receiving area 17 of the housing 1 and is the clamping force is pressed against the contact shoulder 171.
  • the actual sealing contact of the filter device 2 occurs in the axial sealing contact between the first circumferential seal 224 and the contact shoulder 171.
  • both the first circumferential seal 224 and the second circumferential seal 223 are arranged on the pre-filter element 22 .
  • the first 224 and/or second seal 223 are not connected to the pre-filter element 22 and are provided loosely.
  • the frame device 212 of the main filter element 21 has a circumferential collar 213 which protrudes radially and provides a force introduction surface for the clamping force generating device 5 .
  • the indirect sealing of the main filter element 21 with respect to the housing 1 according to the invention has the advantage that the main filter element 21 does not require its own sealing point with respect to the housing 21 . As a result, the number of sealing points on the housing is reduced, which reduces the risk of leaks and allows for greater tolerances in the axial direction.
  • the pre-filter element 22 can be changed without changing the main filter element 21 , which is relevant in practice since the service life of the pre-filter element 22 is two to three times longer than that of the main filter element 21 .
  • the frame devices 212, 222 of the filter elements 21, 22 must have a sufficiently high pressure rigidity so that the forces required due to the sealing reaction forces can be transmitted. without failure of the frame assemblies 212, 222 occurring. Therefore, the frame devices 212, 222 are preferably made of a (hard) plastic or steel material.
  • the partition wall has a through-opening that enables fluidic connection of the filter receiving area 17 with the blower receiving area 19 and supports the air flow generating device 3, which is arranged in the through-opening.
  • the fan receiving area 19 is lined with an acoustic insulating material 191, which significantly reduces the operating noise level of the ambient air cleaning device 10 .

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) mit einem Gehäuse (1). In dem Gehäuse (1) ist zumindest eine Filtervorrichtung (2) angeordnet, die ein Hauptfilterelement (21) und ein dem Hauptfilterelement (21) strömungsmäßig vorgelagertes Vorfilterelement (22) umfasst. Der Filteraufnahmebereich (17) weist eine einragende umlaufende Anlageschulter (171) zur dichtenden Anlage einer Dichtung (224) der Filtervorrichtung (2) auf. Im Gehäuse (1) ist eine Klemmkrafterzeugungsvorrichtung (5) angeordnet, mit der eine axial gerichtete Klemmkraft auf die Rahmeneinrichtung (212) des Hauptfilterelements (21) ausgeübt werden kann, wobei die Rahmeneinrichtung (222) des Vorfilterelements (22) unter Zwischenschaltung einer ersten umlaufenden Dichtung (224) durch die Klemmkraft dichtend an die Anlageschulter (171) anpressbar ist. Ferner wird je eine Verwendung eines Filterelements als Vorfilterelement (22) und als Hauptfilterelement (21) offenbart.

Description

Umgebungsluftreinigungsvorrichtung und Verwendung eines Filterelements in einer Umgebungsluftreinigungsvorrichtung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Umgebungsluftreinigungsvorrichtung, insbesondere zur stationären Umgebungsluftfiltration im Außen- und/oder Innenraum, sowie eine Verwendung eines Filterelements in einer Umgebungsluftreinigungsvorrichtung.
Stand der Technik
Weltweit besteht in vielen Ballungszentren das Problem, dass Umgebungsluft durch Industrieabgase, Straßenverkehr und private Feuerstätten vor allem bei widrigen Wetterlagen (kein Regen, Inversion, geringe Windgeschwindigkeiten, kein Luftaustausch zwischen Höhenschichten) Grenzwerte für Feinstaub und/oder Gase wie Ozon, NOx, CO um ein Vielfaches überschreiten kann. Maßnahmen, die zu einer Reduktion der Schadstoffkonzentrationen führen, können entweder in der Vermeidung oder Reduzierung von Emissionen und/oder Abscheidung dieser Schadstoffe aus der Umgebungsluft liegen.
Die gleiche Problematik stellt sich auch in Innenräumen, in denen durch Immisionsquellen im Innenraum selbst, Personen sowie Schadstoffeinträge von außen ein Bedarf besteht, die Luft aufzureinigen.
Es ist ein bereits im Stand der Technik dokumentierter Ansatz, stationär montierte Umgebungsluftreiniger zur Abscheidung von Luftschadstoffen einzusetzen. Solche Geräte verfügen in der Regel über ein durchströmbares Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, in dem jeweils ein oder mehrere Gebläse und ein Filter angeordnet sind, wobei es sich bei den Filtern um klassische Filterelemente aus porösen und für Luft durchlässigen Filtermedien und/oder um Elektroabscheider handeln kann. Die Umgebungsluftreiniger werden vorteilhaft an Orten mit erhöhter Schadstoffkonzentration aufgestellt, etwa im Außenbereich als auch in Innenräumen, Tunneln, unterirdischen Bahnhöfen, Bushaltestellen etc.
Gattungsgemäße Umgebungsluftreiniger sind beispielsweise aus FR 2787175 A oder US 2019 160 411 A bekannt.
Um möglichst viel Filterfläche und damit eine große Abscheidekapazität sowie einen geringen Druckverlust realisieren zu können, kommen in derartigen Umgebungsluftreinigern in der Praxis häufig fluidisch parallel geschaltete und in einer V-Konfiguration zu einander angeordnete Flachfilterbälge zum Einsatz. Diese auch als V-Zellenfilter bezeichneten Filter weisen 4 bis 10 Einzelbälge auf. Dies ist u.a. aus DE 10 2018 129286 B3 bekannt. Um den stetig steigenden Anforderungen an die Innenraumluftqualität entsprechen zu können, kommen in Umgebungsluftreinigern häufig sogenannte HEPA-Filter (High-Efficiency Particulate Air) zum Einsatz. Hierdurch können auch feinste Partikel, sogar bestimmte Viren, gefiltert werden.
HEPA-Filter werden zu deren Schutz und zur Verlängerung der Lebensdauer häufig mit einem in Strömungsrichtung vorgelagerten Vorfilter kombiniert, weicher eine gröbere Filterfeinheit hat als der HEPA-Filter.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Umgebungsluftreinigungsvorrichtung, insbesondere einen Innenraumluftreiniger, mit zumindest zwei Filterelementen bereitzustellen, bei dem beide Filterelemente, insbesondere HEPA-Filterele- ment und Vorfilterelement, unabhängig voneinander ausgewechselt werden können und der eine möglichst geringe Teileanzahl aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Umgebungsluftreinigungsvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Ferner besteht die Aufgabe darin, eine Verwendung eines Filterelements in einer Umgebungsluftreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Fehlmontage des Filterelements ausschließt.
Diese Aufgabe wird durch eine Verwendung gemäß Patentanspruch 17 bzw. 18 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen werden durch die jeweiligen abhängigen Ansprüche angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Umgebungsluftreinigungsvorrichtung ist insbesondere zur stationären Umgebungsluftfiltration im Innen- und/oder Außenraum ausgebildet. Sie kann als sog. Außenluftreiniger oder Innen luftreiniger ausgebildet sein. Bei einer Ausführung als Außen luftreiniger kann diese dazu vorgesehen sein, im öffentlichen Außenraum, etwa an innerstädtischen Schad- stoff-Hotspots, beispielsweise in unmittelbarer Nähe eines Fahrwegs und/oder in einem Tunnel, aufgestellt zu werden. Im Innenraum kann die Umgebungsluftreinigungsvorrichtung überall dort eingesetzt werden, wo Bedarf an sauberer Raumluft besteht, so etwa in Büros, Werkshallen, medizinischen Einrichtungen und/oder Privaträumen.
Die Umgebungsluftreinigungsvorrichtung hat ein Gehäuse, das zumindest einen Lufteinlass und zumindest einen Luftauslass aufweist. In dem Gehäuse ist zumindest eine Luftstromerzeugungsvorrichtung angeordnet, mittels der ein Luftstrom von dem Lufteinlass zu dem Luftauslass erzeugbar ist, wobei in dem Gehäuse ferner strömungsmäßig zwischen Lufteinlass und Luftauslass eine Filtervorrichtung voriiegt, die ein Hauptfilterelement mit einer Mehrzahl an V-förmig zueinander angeordneten Filtermediumkörpern und ein dem Hauptfilterelement strömungsmäßig vorgelagertes Vorfilterelement mit zumindest einem Filtermediumkörper umfasst. Das Hauptfilterelement und das Vorfilterelement weisen jeweils eine umlaufende Rahmeneinrichtung auf. Das Gehäuse weist einen Filteraufnahmebereich auf, in dem die Filtervorrichtung aufgenommen und gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist. Der Filteraufnahmebereich weist eine einragende umlaufende Anlageschulter zur dichtenden Anlage einer Dichtung der Filtervorrichtung auf. In dem Gehäuse ist ferner eine Klemmkrafterzeugungsvorrichtung angeordnet, die dazu ausgebildet ist, in einem Montagezustand eine axial gerichtete Klemmkraft auf die Rahmeneinrichtung des Hauptfilterelements auszuüben. Das Hauptfilterelement liegt in dem Montagezustand an seinem stromaufwärtigen Ende mit seiner Rahmeneinrichtung an der Rahmeneinrichtung des Vorfilterelements an, wobei hierdurch die Klemmkraft auf die Rahmeneinrichtung des Vorfilterelements übertragbar ist. Die Rahmeneinrichtung des Vorfilterelements ist unter Zwischenschaltung einer ersten umlaufenden Dichtung durch die Klemmkraft dichtend an die Anlageschulter anpressbar.
Erfindungsgemäß wird die Klemmkraft daher mittelbar, d.h. unter Zwischenschaltung der Rahmeneinrichtung des Hauptfilterelements, in die Rahmeneinrichtung des Vorfilterelements eingeleitet. Das Hauptfilterelement hat seinerseits keine eigene Dichtstelle gegenüberdem Gehäuse, sondern dichtet mittelbar über die Rahmeneinrichtung des Vorfilterelements gegenüber dem Gehäuse ab. Hierdurch ist vorteilhaft die Anzahl der Gehäusedichtstellen reduziert, was die Gefahr von Leckagen reduziert und eine gröbere Tolerierung in Axialrichtung erlaubt.
Dadurch, dass das Hauptfilterelement keine eigene Gehäusedichtstelle hat, ist die Komplexität und Teileanzahl des Systems reduziert.
Unter "einragend" wird in Bezug zu der Anlageschulter insbesondere ein radiales Einragen, nämlich gegenüber einem von der Rahmeneinrichtung des Vorfilterelements überspannten Durchströmquerschnitt verstanden.
Eine "axial gerichtete Klemmkraft" kann auch andere Kraftkomponenten haben, wie es sich bei einer unter einem Winkel zur Axialen stehenden Kraftangriffsfläche der Klemmkrafterzeugungsvorrichtung ergeben kann. Eine "axial gerichtete Klemmkraft" ist daher eine Klemmkraft, die zumindest eine Axialkomponente aufweist.
Unter einer Rahmeneinrichtung wird ein mechanisch stabiles umlaufendes Element verstanden, welches den oder die Filtermediumkörper der Filterelemente umgibt und gegenüber dem die Filtermediumkörper abgedichtet sind. Das Rahmenelement ist dazu eingerichtet, eine Trennung zwischen einer stromaufwärtigen Rohseite und einer stromabwärtigen Reinseite der Filterelemente zu ermöglichen. Hauptfilterelement und Vorfilterelement sind erfindungsgemäß separat voneinander ausgebildet und getrennt aus dem Filteraufnahmebereich entnehmbar. Dies hat den Vorteil, dass das Vorfilterelement gewechselt werden kann, ohne das Hauptfilterelement zu wechseln, was in der Praxis wichtig ist, da die Lebensdauer des Vorfilterelements zwei- bis dreimal höher ist als die des Hauptfilterelements.
Die Anlageschulter kann beispielsweise als im Querschnitt reduzierter Gehäusebereich bereitgestellt werden oder aber in Form einer radial umlaufenden Rippe, welche in den Filteraufnahmebereich einragt. Die Anlageschulter stellt eine Axialdichtfläche bereit und hat bevorzugt eine Erstreckung, die bezüglich einer Haupteinströmungsrichtung (axial) in Normalrichtung orientiert ist.
Die Klemmkrafterzeugungsvorrichtung kann in Ausführungen eine Klemmschiene, die durch eine Klemmschraube an die Rahmeneinrichtung des Hauptfilterelements pressbar ist, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Klemmkrafterzeugungsvorrichtung andere Mittel zur Erzeugung der Klemmkraft aufweisen, etwa einen Kniehebelmechanismus oder eine Schnellspannvorrichtung.
In Ausführungsformen kann das Gehäuse beispielsweise eine quaderförmige, insbesondere würfelförmige, Gestalt aufweisen. Es kann aber auch eine hiervon abweichende Gestalt haben, etwa mit einer kreis- oder ellipsenförmigen Grundfläche.
In weiteren Ausführungen kann das Gehäuse zumindest ein Gitter aufweisen, das den Lufteinlass und/oder den Luftauslass zumindest teilweise überspannt. Das Gitter stellt einen Eingriffschutz bereit und hält Grobschmutz ab, der ansonsten die Vorrichtung zur Erzeugung des Luftstroms beschädigen könnte
Bei der Vorrichtung zur Erzeugung des Luftstroms kann es sich um ein Axial-, Diagonal- oder Radialgebläse handeln, das von einem Elektromotor angetrieben werden kann. Andere dem Fachmann geeignet erscheinende Antriebsarten sind möglich.
Zum Betrieb des Elektromotors kann die Filtervorrichtung bevorzugt einen elektrischen Anschluss umfassen. Bevorzugt kann der elektrische Anschluss auf Niederspannungsebene erfolgen. Die Filtervorrichtung kann jedoch auch Einrichtungen aufweisen, die einen Anschluss auf Mittelspannungsebene ermöglichen.
Ferner kann die Umgebungsluftreinigungsvorrichtung eine Steuerungsvorrichtung aufweisen, insbesondere eine elektronische Steuerungsvorrichtung, mit der Betriebszeiten und -Strategien gesteuert werden können. Die Steuerungsvorrichtung ist in einer denn Fachmann geeignet erscheinenden Weise mit dem Elektromotor zu koppeln.
Diese V-förmige Filterelementkonfiguration des Hauptfilterelements hat sich für den Einsatz in einer stationären Umgebungsluftreinigungsvorrichtung als besonders vorteilhaft erwiesen, da eine besonders große Filterfläche bei einem geringen Anströmflächenquerschnitt untergebracht werden kann.
Richtungsangaben, wie axial und radial, sind hierin jeweils in Bezug zu einer Haupteinströmrichtung zu verstehen, die durch die Richtung eines Normalenvektors einer Ebene des Vorfilterelements bzw. der Ebene der einragenden gehäuseseitigen Anlageschulter definiert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt zwischen dem Hauptfilterelement und dem Vorfilterelement eine zweite umlaufende Dichtung vor, die die Rahmeneinrichtung des Hauptfilterelements gegenüber der Rahmeneinrichtung des Vorfilterelements abdichtet.
Es kann vorteilhaft die Rahmeneinrichtung des Hauptfilterelements mittelbar über die Rahmeneinrichtung des Vorfilterelements gegenüber dem Gehäuse abgedichtet sein und die Rahmeneinrichtung des Hauptfilterelements keine eigene Dichtstelle gegenüber dem Gehäuse haben.
In Ausführungen können sowohl die erste als auch die zweite umlaufende Dichtung am Vorfilterelement vorliegen, insbesondere an dessen Rahmeneinrichtung. Insbesondere sind die erste und die zweite Dichtung mit dem Vorfilterelement verbunden, insbesondere unlösbar verbunden. Dies hat den Vorteil, dass mit jedem Austausch des Vorfilterelements, welches in der Praxis häufiger als das Hauptfilterelement getauscht werden muss, neue Dichtungen verwendet werden. Dies stellt eine dauerhaft zuverlässige Abdichtung der Filtervorrichtung gegenüber dem Gehäuse sicher.
Die erste und/oder zweite umlaufende Dichtung können an einer bezüglich einer Haupteinströmrichtung normal gerichteten Fläche einer Rahmeneinrichtung vorliegen. Dies erlaubt eine zuverlässige axiale Abdichtung ohne Einwirkung von Scherkräften auf die Dichtung.
Ferner kann das Gehäuse zumindest eine Servicetür umfassen, durch welche ein Innenraum des Gehäuses zugänglich ist, wobei durch die Servicetür insbesondere der Filteraufnahmebereich des Gehäuses zugänglich ist.
Dies bietet den Vorteil, dass ein Servicevorgang (Austausch der mit Schmutz beladenen Filterelemente) deutlich schneller und vom Arbeitsablauf her ergonomischer erfolgen kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Längserstreckung der Mehrzahl an V-förmig zueinander angeordneten Filtermediumkörpern des Hauptfilterelements in einer vorbestimmten Betriebsorientierung der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung in horizontaler Richtung verlaufen.
In diesem Fall spricht man auch von einer liegenden Anordnung der Filtermediumkörper. In anderen Ausführungsformen ist auch eine hiervon abweichende Anordnung der Filtermediumkörper möglich, so etwa eine Orientierung der Längserstreckungen der Filtermediumkörper in vertikaler Richtung, d.h. stehend.
Unter einer Längserstreckung wird eine Erstreckungsrichtung des Filtermediumkörpers verstanden, die mit der Raumrichtung zusammenfällt, in der dieser seine größte Abmessung hat.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann zumindest einer der Filtermedienkörper des Vorfilterelements und/oder des Hauptfilterelements einen Faltenbalg aus einem gefalteten Filtermedium umfassen. Insbesondere umfassen sowohl das Vorfilterelement und das Hauptfilterelement zumindest einen Filtermediumkörper mit einem Faltenbalg aus einem gefalteten Filtermedium.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Gehäuse jeweils einander gegenüberliegende vorder- und rückseitige Wände, Seitenwände sowie obere- und untere Wände umfasst. Der Luftauslass liegt insbesondere in einer vorder- oder rückseitigen Wand vor, und der Lufteinlass in einer Seitenwand. Optional kann ein Luftstrom zwischen Lufteinlass und Luftauslass zumindest eine Richtungsänderung in seiner Hauptströmungsrichtung erfahren, insbesondere um 90°.
In Ausführungen kann in dem Gehäuse zumindest eine Trennwand angeordnet sein, die den Filteraufnahmebereich von einem Gebläseaufnahmebereich trennt. Insbesondere kann die Luftstromerzeugungsvorrichtung an der Trennwand gehaltert sein und eine fluidische Verbindung zwischen dem Filteraufnahmebereich und dem Gebläseaufnahmebereich bestehen. Die Unterbringung der Luftstromerzeugungsvorrichtung, insbesondere eines Motors und/oder Laufrades der Luftstromerzeugungsvorrichtung in einem abgetrennten Gebläseaufnahmebereich hat weitere akustische Vorteile.
Das Gehäuse kann in Ausführungen zumindest ein akustisches Dämmelement aufweisen. Bevorzugt ist das Gehäuse im Bereich des Gebläseaufnahmebereichs innenseitig mit einem Akustikmaterial, insbesondere einem Dämmschaum oder -vlies, ausgekleidet. Diese Maßnahme kann das Betriebsgeräuschniveau beträchtlich senken. Der Filteraufnahmebereich stellt einen Reinluftbereich bereit, der durch die dichtende Anlage der ersten umlaufenden Dichtung zwischen dem Vorfilterelement und der Anlageschulter des Gehäuses von einem außerhalb liegenden Rohluftbereich getrennt ist.
In Ausführungen kann die Rahmeneinrichtung zumindest des Vorfilterelements oder des Hauptfilterelements, bevorzugt jedoch beide, aus einem drucksteifen Werkstoff bestehen oder diesen aufweisen, bevorzugt aus einem Kunststoff oder Stahlwerkstoff.
Die Rahmeneinrichtung ist bevorzugt fluiddicht mit dem jeweiligen Filtermediumkörper verbunden, insbesondere mit den Stirnkanten der Falten des Faltenbalgs sowie mit Kopfkanten des Faltenbalgs. Die Rahmeneinrichtung kann insbesondere eine an den Faltenbalg angespritzte Hartkunststoffkomponente aufweisen oder mit dem Filtermediumkörper auf sonstige Weise verbunden sein, etwa verklebt oder angeschäumt.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform kann die Rahmeneinrichtung des Hauptfilterelements einen radial auskragenden umlaufenden Bund aufweisen, an dem in dem Montagezustand die Klemmkrafterzeugungsvorrichtung angreift.
In Ausführungen kann zumindest eines der Filterelemente zumindest ein Partikelfiltermedium, bevorzugt ein HEPA-Filtermedium, aufweisen, und/oder zumindest ein Adsorbens aufweisen, insbesondere eine Aktivkohle und/oder ein Zeolith. Alternativ oder zusätzlich können die Filterelemente bzw. deren jeweilige Rahmeneinrichtungen eine polygonale, insbesondere quaderförmige, Form aufweisen.
Bevorzugt umfasst das Hauptfilterelement das HEPA-Filtermedium und das Vorfilterelement ein "gröberes" Partikelfiltermedium.
Das Partikelfiltermedium kann ein Spinnvliesmaterial umfassen, insbesondere ein Polyethylen- terephthalat-oder Polypropylen-Spinnvliesmaterial, und/oder ein Nadelvliesmaterial, insbesondere ein Polypropylen- oder Polyethylenterephthalat-Nadelvlies, und/oder eine Meltblownlage und/oder ein Mehrkomponentenfasermaterial, insbesondere mit Bikomponentenfasern mit einer Polyp ropylen/Polyacrylnitril-Komponente.
Das HEPA-Filtermedium umfasst insbesondere zumindest eine Membranlage aus einem expandierten PTFE. Bevorzugt ist das HEPA-Filtermedium nach ISO 29463 und EN 1822 zertifiziert und erfüllt die Anforderungen der Klasse H13 oder H14. Das Adsorbens kann zur Adsorption von vorbestimmten Schadgasen, etwa NOX, CO, NH3, und/oder Gerüchen dienen. Das Adsorbens kann insbesondere Teil des Filtermediums sein und als eine Schüttung in Form einer oder mehrerer Lage(n) darin vorliegen.
Bevorzugt weist das Vorfilterelement ein Filtermedium mit einem Adsorbens auf.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsfomn kann das Filtermedium zumindest eines der Filterelemente zumindest eine weitere Lage aufweisen, die als antimikrobielle und/oder antialler- gene Lage ausgebildet ist, die zumindest einen antimikrobiellen und/oder antiallergenen Stoff aufweist. Durch diese Maßnahme kann die Umgebungsluftqualität unter einem weiteren wichtigen Aspekt verbessert werden.
Der antimikrobielle, insbesondere antibakterielle oder biozide, Stoff schützt das Filtermedium oder Teile bzw. Schichten desselben davor, dass dieses bzw. diese von Mikroorganismen wie z.B. Pilzen oder Pilzsporen, insbesondere Schimmelpilze oder Schimmelpilzsporen, Bakterien oder Algen, welche in lebendiger, fortpflanzungsfähiger oder ausbreitungsfähiger Form vorliegen können, befallen wird bzw. sich solche Mikroorganismen in dem Filtermedium ausbreiten oder dieses durchwachsen.
Der antiallergene Stoff kann beispielsweise feinste Pollenpartikel und sonstige Allergene, die nicht immer von dem Filtermedium vollständig zurückgehalten werden können, für den menschlichen Körper bzw. dessen Immunsystem zumindest teilweise unschädlich machen.
Als antimikrobieller Stoff kann insbesondere Zink-Pyrithion dienen. Alternativ oder zusätzlich kann Octa-isothiazobn als antimikrobieller Stoff verwendet werden. Die zweite Filterschicht kann ferner antimikrobielle Stoffe auf der Basis von Nanosilber enthalten. Die zweite Filterschicht kann auch antimikrobielle Metalle und Metallverbindungen, insbesondere Silber, Kupfer und Aluminiumverbindungen und/oder 2-Brom-2-nitropropan-1,3-diol, weitere Isothiazolinverbindungen, Benzoesäure und deren Derivate, Benzalkoniumhalogenide, wasserlösliche Coenzyme, öllösliche Coenzyme, Pflanzenextrakte, Antibiotika, biozide Metalle, aliphatische und/ oder aromatische Fettsäuren und/oder quartäre Tenside als antimikrobielle Stoffe enthalten.
Als antiallergene Stoffe kommen insbesondere Polyphenole, wie Katechine, Tannide oder Flavonoide, in Frage. Es können insbesondere Kaffee-, Gallus-, Ellagin-, Tanninsäure, Cyanidin, Procyanidin, Proanthocyanidine, Rutin, Quercitin, Resveratol verwendet werden. Polyphenole binden vorzugsweise antiallergene Stoffe, so dass die allergische Wirkung vermindert werden kann. Allergene Pollen werden beispielsweise von Polyphenolen denaturiert. Der antiallergene Stoff kann ferner antiallergene Enzyme aufweisen. Antiallergene Enzyme spalten vorzugsweise allergen wirkende Proteine in kleinere unschädlichere Bestandteile auf.
Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Filtervorrichtung bezüglich der Luftstromerzeugungsvorrichtung saugseitig angeordnet ist. Dies reduziert das Betriebsgeräuschniveau und ermöglicht eine weniger aufwändige Abdichtung des Gehäuses, da in einem Großteil des Gehäuses ein relativer Unterdrück gegenüber der Umgebung herrscht.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Hauptfilterelement zumindest vier, bevorzugt zumindest sechs, jeweils V-förmig zueinander angeordnete Filtermediumkörper aufweist. Dies wird auch als V-Zellen-Konfiguration bezeichnet. Die Filterfläche eines einzelnen Filtermediumkörpers in Form eines gefalteten Filterbalgs kann unter Verwendung eines Non-HEPA Partikelfiltermediums 0,5 bis 3,5 m2, bevorzugt 1,7 bis 2,7 m2, betragen.
Bei Verwendung eines HEPA-Filtermediums kann die Filterfläche pro Filtermediumkörper sogar 4-7 m2 betragen, da ein HEPA-Filtermedium in der Regel deutlich dünner ist als andere Filtermedien.
Die Abmessungen der einzelnen Filtermediumkörper des V-Zellenelements des Hauptfilterelements (in Form von gefalteten Filterbälgen) können dabei beispielhaft wie folgt ausgelegt sein
Länge: 250 - 800 mm
Breite 250 - 600 mm
Höhe: 20 - 50 mm
Faltenhöhe: 20 - 50 mm
Faltenabstand: 3 - 10 mm
In Ausführungen kann die erfindungsgemäße Umgebungsluftreinigungsvorrichtung ein drittes Filterelement aufweisen, das dem Hauptfilterelement strömungsmäßig nachgelagert ist. Insbesondere weist das dritte Filterelement zumindest ein Adsorbens auf, insbesondere eine Aktivkohle. Das dritte Filterelement kann hierbei der Luftstromerzeugungsvorrichtung vor-oder nachgelagert sein. Das Adsorbens des dritten Filterelements kann ein anderes Adsorbens sein als ein Adsorbens, welches im Vorfilterelement vorgesehen ist. Hierdurch können vorteilhaft bestimmte Zielgasspektren optimal abgedeckt werden. Das dritte Filterelement weist insbesondere ein zu einem Filterbalg gefaltetes Filtermedium und eine den Filterbalg umlaufende Rahmeneinrichtung auf. Es kann in dem Fachmann geeignet erscheinender Weise stromabwärts des Hauptfilterelements angeordnet werden. Es ist hierbei auch möglich, dass das dritte Filterelement im Teilstrom oder Bypass durch- bzw. überströmt wird. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft jeweils die Verwendung eines Filterelements als Vorfilterelement und als Hauptfilterelement in einer erfindungsgemäßen Umgebungsluftreinigungsvorrichtung.
Die bezüglich der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung offenbarten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie deren Vorteile sind auf die erfindungsgemäßen Verwendungen übertragbar und umgekehrt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, Beschreibungen und Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 Isometrische Darstellung der erfindungsgemäßen Umgebungsluftreinigungsvorrichtung;
Fig. 2 Weitere isometrische Darstellung der erfindungsgemäßen Umgebungsluftreinigungsvorrichtung;
Fig. 3-7 Isometrische Darstellungen der Wartung der erfindungsgemäßen Umgebungsluftreinigungsvorrichtung;
Fig. 8 Längsschnitt der erfindungsgemäßen Umgebungsluftreinigungsvorrichtung;
Fig. 9 Detail A aus Fig. 8.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
Die erfindungsgemäße und in Fig. 1 in einer isometrischen Außenansicht gezeigte Umgebungsluftreinigungsvorrichtung 10 verfügt über ein Gehäuse 1 , welches einen Lufteinlass 15 sowie einen Luftauslass 14 aufweist. Der Lufteinlass 15 und der Luftauslass 14 sind jeweils von einem Gitter 16 überspannt, welches vor Eingriff in den Innenraum des Gehäuses 1 schützt und sonstige Fremdkörper fernhält. Das Gehäuse 1 hat gemäß dieser Ausführungsform eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt und verfügt über Seitenwände 12 sowie je eine obere und untere Wand 11 . Das Gehäuse 10 weist verrundete Kanten auf, die die Verletzungsgefahr minimieren, was insbesondere bei einer Innenraum-Aufstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft ist. Kantenverrundungen sind jeweils an den kurzen Kanten der Quaderform vorgesehen. Der Lufteinlass 15 ist in einer Seitenwand 12 vorgesehen und der Luftauslass 14 in einer vorderen Wand. Strömungsmäßig zwischen dem Lufteinlass 15 und dem Luftauslass 14 ist in dem Gehäuse 1 eine Filtervorrichtung 2 sowie eine Luftstromerzeugungsvorrichtung 3 angeordnet (siehe Fig. 2 und 3), die dazu ausgebildet ist, einen Luftstrom von dem Lufteinlass 15 durch die Filtervorrichtung 2 zum Luftauslass 14 zu erzeugen. Bei der Luftstromerzeugungsvorrichtung 3 der gezeigten Umgebungsluftreinigungsvorrichtung 10 handelt es sich um ein Radialgebläse, das elektromotorisch angetrieben ist. Die erfindungsgemäße Umgebungsluftreinigungsvorrichtung 10 verfügt ferner über eine Servicetür 13, welche zum Service geöffnet werden kann.
Die Luftstromerzeugungsvorrichtung 3 weist ein Gebläse (Strömungsmaschine) sowie einen Elektromotor auf, der das Gebläse antreibt. Das Gebläse kann vom Fachmann in Abhängigkeit der Systemkennlinie ausgelegt werden, wobei insbesondere bekannte Bauformen wie Axial-, Diagonal und Radialgebläse in Frage kommen.
In Ausführungen verfügt die Umgebungsluftreinigungsvorrichtung 10 über eine Steuerungsvorrichtung 4. Die Steuerungsvorrichtung 4 kann insbesondere eine elektronische Steuerungsvorrichtung sein, mit der Betriebszeiten und -Strategien gesteuert werden können. Die Steuerungsvorrichtung 4 ist in einer dem Fachmann geeignet erscheinenden Weise mit dem Elektromotor zu koppeln. Alternativ kann der Elektromotor der Luftstromerzeugungsvorrichtung 3 auch durch einen einfachen Schalter betätigt werden.
Der Servicevorgang zum Austausch der Filterelemente 2 sowie weitere Details der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung 10 sind in Fig. 3 bis 7 detailliert bei geöffneter Servicetür 13 dargestellt.
Die Servicetür 13 ist schwenkbar angelenkt und wird in geschlossenem Zustand übereine Dichtung 132, die die Serviceöffnung des Gehäuses 1 umläuft, abgedichtet. In ihrem geschlossenen Zustand ist die Servicetür 13 gegenüber einem Gehäusekörper über Verriegelungsmittel 131 verriegelbar und wird beim Servicevorgang geöffnet.
Das Gehäuse 1 weist einen Filteraufnahmebereich 17 auf, in dem eine Filtervorrichtung 2 umfassend ein Hauptfilterelement 21 und ein Vorfilterelement 22 (siehe Fig. 5 bis 9) angeordnet ist. Das Hauptfilterelement 21 verfügt über eine Mehrzahl an V-förmig zu-einander angeordneten Filtermediumkörpern 211 , hier sechs Stück. Bei den Filtermediumkörpern 211 kann es sich insbesondere um Filterbälge aus einem gefalteten Filtermedium handeln. Das Hauptfilterelement 21 weist insbesondere ein HEPA-Filtermedium auf.
In Fig. 4 ist die Befestigung der Filterelemente 21 , 22 in dem Filteraufnahmebereich 17 des Gehäuses 1 zu erkennen. Das Hauptfilterelement 21 wird über eine Klemmkrafterzeugungsvorrichtung 5, die auf dessen Rahmeneinrichtung 212 (siehe Fig. 5) eine axiale Klemmkraft ausübt, im Gehäuse 1 verspannt. Die Klemmkrafterzeugungsvorrichtung 5 weist eine Klemmschiene 51 auf, die übereine oder mehrere Klemmschrauben 52 eine Klemmkraft auf die Rahmeneinrichtung 212 des Hauptfilterelements 21 ausüben kann. Fig. 4 zeigt hierbei den Montagezustand, d.h. einen Zustand mit montierten/verspannten Filterelementen 21 , 22.
Zum Austausch der Filterelemente 21, 22 werden die Klemmschrauben 52 gelöst, und die Klemmschiene 51 kann vermittels eines den Klemmschrauben 52 jeweils zugeordneten L-för- migen Ausschnitts in der Klemmschiene 51 , durch den die Klemmschrauben 52 jeweils geführt sind, radial verlagert werden, so dass der Klemmeingriff der Klemmschiene 51 auf die Rahmeneinrichtung 212 des Hauptfilterelements 21 gelöst wird und dieses aus dem Gehäuse 1 entnommen werden kann, was in Fig. 5 zu sehen ist.
Das in der Zeichnung rechts liegende Ende des Hauptfilterelements 21 ist sein stromaufwärtiges Ende und das in der Zeichnung links liegende Ende sein stromabwärtiges Ende.
An seiner stromabwärtigen Seite ist dem Hauptfilterelement 21 ein Vorfilterelement 22 vorgeschaltet, welches auch einen Filterbalg aus einem gefalteten Filtermedium umfasst und dem Schutz des Hauptfilterelements 21 dient und eine vorzeitige übermäßige Beladung des Hauptfilterelements 21 verhindert.
Das Vorfilterelement 22 verfügt über eine Rahmeneinrichtung 222, welche den Filtermediumkörper 221 umlaufend umgibt. Auf einer stromabwärtigen Seite der Rahmeneinrichtung 222 (in der Zeichnung links) ist eine zweite umlaufende Dichtung 223 vorgesehen, mittels der im Montagezustand die Rahmeneinrichtung 222 des Vorfilterelements 22 gegenüber der Rahmeneinrichtung 212 des Hauptfilterelements 21 abgedichtet wird. Die Dichtwirkung zwischen der Rahmeneinrichtung 222 des Vorfilterelements 22 und der Rahmeneinrichtung 212 des Hauptfilterelements 21 erfolgt axial.
In Fig. 8 und 9 ist nun die Schnittstelle des Vor- 22 und Hauptfilterelements 21 gegenüber dem Gehäuse 1 in Längsschnittansichten gezeigt, die den Montagezustand der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung 10 zeigen. Fig. 9 zeigt hierbei Detail A aus Fig. 8.
Es ist zu erkennen, dass das Hauptfilterelement 21 keine "eigene" Abdichtung gegenüber dem Gehäuse 1 aufweist, sondern mittelbar über die erste umlaufende Dichtung 224, welche zwischen der Rahmeneinrichtung 222 des Vorfilterelements 22 und der einragenden Anlageschulter 171 des Gehäuses 1 vorliegt, abgedichtet wird.
Über die Klemmkrafterzeugungsvorrichtung 5 wird eine axial gerichtete Klemmkraft auf die Rahmeneinrichtung 212 des Hauptfilterelements 21 ausgeübt. An seinem stromaufwärtigen Ende liegt die Rahmeneinrichtung 212 des Hauptfilterelements 21 an der Rahmeneinrichtung 222 des Vorfilterelements 22 unter Zwischenschaltung einer zweiten umlaufenden Dichtung 223 an, wodurch die Klemmkraft auf die der Rahmeneinrichtung 222 des Vorfilterelements 22 übertragen wird, und die Rahmeneinrichtung 212 des Hauptfilterelements 21 gegenüber der Rahmeneinrichtung 222 des Vorfilterelements 22 abgedichtet wird.
Die Rahmeneinrichtung 222 des Vorfilterelements 22 liegt an ihrem dem Hauptfilterelement 21 abgewandten Ende, d.h. mit ihrer stromaufwärtigen Seite (in der Zeichnung rechts), unter Zwischenschaltung der ersten umlaufenden Dichtung 224 an einer einragenden umlaufenden Anlageschulter 171 des Filteraufnahmebereichs 17 des Gehäuses 1 an und wird durch die Klemmkraft gegenüber der Anlageschulter 171 verpresst. In dem axialen Dichtkontakt zwischen der ersten umlaufenden Dichtung 224 und der Anlageschulter 171 entsteht der eigentliche Dichtkontakt der Filtervorrichtung 2.
In einer Ausführung der Erfindung sind sowohl die erste umlaufende Dichtung 224 als auch die zweite umlaufende Dichtung 223 am Vorfilterelement 22 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass mit jedem Austausch des Vorfilterelements 22, welches in der Praxis häufiger als das Hauptfilterelement 21 getauscht werden muss, neue Dichtungen 224, 223 verwendet werden. Dies stellt eine dauerhaft zuverlässige Abdichtung der Filtervorrichtung 2 gegenüber dem Gehäuse 1 sicher. Es sind jedoch auch Ausführungen erfindungsgemäß, in denen die erste 224 und/oder zweite Dichtung 223 nicht mit dem Vorfilterelement 22 verbunden sind und lose vorgesehen sind.
Die Rahmeneinrichtung 212 des Hauptfilterelements 21 hat einen umlaufenden Bund 213, der radial auskragt und eine Krafteinleitungsfläche für die Klemmkrafterzeugungsvorrichtung 5 bereitstellt.
Die erfindungsgemäß mittelbare Abdichtung des Hauptfilterelements 21 gegenüber dem Gehäuse 1 hat den Vorteil, dass das Hauptfilterelement 21 keine eigene Dichtstelle gegenüber dem Gehäuse 21 benötigt. Es ist dadurch die Anzahl der Gehäusedichtstellen reduziert, was die Gefahr von Leckagen reduziert und eine gröbere Tolerierung in Axialrichtung erlaubt.
Ferner kann das Vorfilterelement 22 gewechselt werden, ohne das Hauptfilterelement 21 zu wechseln, was in der Praxis relevant ist, da die Lebensdauer des Vorfilterelements 22 zwei- bis dreimal höher ist als die des Hauptfilterelements 21 .
Zur Ermöglichung dieses vorteilhaften Schnittstellenkonzeptes müssen die Rahmeneinrichtungen 212, 222 der Filterelemente 21, 22 eine ausreichend hohe Drucksteifigkeit haben, so dass die aufgrund der Dichtungsreaktionskräfte erforderlichen Kräfte übertragen werden können, ohne dass es zum Versagen der Rahmeneinrichtungen 212, 222 kommt. Daher sind die Rahmeneinrichtungen 212, 222 bevorzugt aus einem (Hart)Kunststoff oder Stahlwerkstoff hergestellt. Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich eine T rennwand 18, die den Filteraufnahmebereich 17 von einem Gebläseaufnahmebereich 19 trennt. Die Trennwand verfügt über eine Durchgangsöffnung, die eine fluidische Verbindung des Filteraufnahmebereichs 17 mit dem Gebläseaufnahmebereich 19 ermöglicht und trägt die Luftstromerzeugungsvorrichtung 3, die in der Durchgangsöffnung angeordnet ist. Der Gebläseaufnahmebereich 19 ist mit einem akustischen Dämmmaterial 191 ausgekleidet, was das Betriebsgeräuschniveau der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung 10 signifikant senkt.
Bezugszeichen liste
10 Umgebungsluftreinigungsvorrichtung
1 Gehäuse
11 Obere/untere Wand des Gehäuses
12 Seitenwände des Gehäuses
13 Servicetür
131 Verriegelungsmittel
132 Dichtung der Servicetür
14 Luftauslass
15 Lufteinlass
16 Gitter
17 Filteraufnahmebereich
171 Anlageschulter
18 Trennwand
19 Gebläseaufnahmebereich
191 Dämmmaterial
2 Filtervorrichtung
21 Hauptfilterelement
211 Filtermediumkörper des Hauptfilterelements
212 Rahmeneinrichtung des Hauptfilterelements
213 Um laufender Bund
22 Vorfilterelement
221 Filtermediumkörper des Vorfilterelements
222 Rahmeneinrichtung des Vorfilterelements
223 Zweite umlaufende Dichtung
224 Erste umlaufende Dichtung
3 Luftstromerzeugungsvorrichtung
4 Steuerungsvorrichtung
5 Klemmkrafterzeugungsvorrichtung
51 Klemmschiene
52 Klemmschraube

Claims

Ansprüche Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10), insbesondere zur stationären Umgebungsluftfiltration im Innen- und/oder Außenraum, mit einem Gehäuse (1 ), das zumindest einen Lufteinlass (15) und zumindest einen Luftauslass (14) aufweist,
- wobei in dem Gehäuse (1) zumindest eine Luftstromerzeugungsvorrichtung (3) angeordnet ist, mittels der ein Luftstrom von dem Lufteinlass (15) zu dem Luftauslass (1 ) erzeugbar ist,
- wobei in dem Gehäuse (1 ) ferner strömungsmäßig zwischen dem Lufteinlass (15) und dem Luftauslass (14) eine Filtervorrichtung (2) angeordnet ist, welche ein Hauptfilterelement (21) mit einer Mehrzahl an V-förmig zueinander angeordneten Filtermediumkörpern (211 ) und ein dem Hauptfilterelement (21 ) strömungsmäßig vorgelagertes Vorfilterelement (22) mit zumindest einem Filtermediumkörper (221 ) umfasst,
- wobei das Hauptfilterelement (21) und das Vorfilterelement (22) jeweils eine um laufende Rahmeneinrichtung (212, 222) aufweisen, und wobei das Gehäuse (1) einen Filteraufnahmebereich (17) aufweist, in dem die Filtervorrichtung (2) aufgenommen und gegenüber dem Gehäuse (1 ) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Filteraufnahmebereich (17) eine einragende umlaufende Anlageschulter (171 ) zur dichtenden Anlage einer Dichtung (224) der Filtervorrichtung (2) aufweist,
- wobei in dem Gehäuse (1 ) eine Klemmkrafterzeugungsvorrichtung (5) angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, in einem Montagezustand eine axial gerichtete Klemmkraft auf die Rahmeneinrichtung (212) des Hauptfilterelements (21) auszuüben,
- wobei das Hauptfilterelement (21 ) in dem Montagezustand an seinem stromaufwärtigen Ende mit seiner Rahmeneinrichtung (212) an der Rahmeneinrichtung (222) des Vorfilterelements (22) anliegt, wobei die Klemmkraft auf die Rahmeneinrichtung (222) des Vorfilterelements (22) übertragbar ist,
- und wobei die Rahmeneinrichtung (222) des Vorfilterelements (22) unter Zwischenschaltung einer ersten umlaufenden Dichtung (224) durch die Klemmkraft dichtend an die Anlageschulter (171) anpressbar ist,
- wobei die Rahmeneinrichtung (212) des Hauptfilterelements (21) mittelbar über die Rahmeneinrichtung (222) des Vorfilterelements (22) gegenüber dem Gehäuse (1 ) abgedichtet ist und keine eigene Dichtstelle gegenüber dem Gehäuse aufweist.
2. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei zwischen dem Hauptfilterelement (21) und dem Vorfilterelement (22) eine zweite umlaufende Dichtung (223) vorliegt, die die Rahmeneinrichtung (212) des Hauptfilterelements (21) gegenüber der Rahmeneinrichtung (222) des Vorfilterelements (22) abdichtet.
3. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei sowohl die erste (224) als auch die zweite umlaufende Dichtung (223) am Vorfilterelement (22) vorliegen, insbesondere an dessen Rahmeneinrichtung (222).
4. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste (224) und/oder die zweite umlaufende Dichtung (223) an einer bezüglich einer Haupteinströmrichtung normal gerichteten Fläche einer Rahmeneinrichtung (212, 222) vorliegen.
5. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gehäuse (1) zumindest eine Servicetür (13) umfasst, durch welche ein Innenraum des Gehäuses (1) zugänglich ist, wobei durch die Servicetür (13) insbesondere der Filteraufnahmebereich (17) zugänglich ist.
6. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längserstreckung der Mehrzahl an V-förmig zueinander angeordneten Filtermediumkörpern (211) des Hauptfilterelements (21) in der vorbestimmten Betriebsorientierung der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) in horizontaler Richtung verläuft.
7. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Filtermedienkörper (211 , 221 ) des Vorfilterelements (22) und/oder des Hauptfilterelements (21) einen Faltenbalg aus einem gefalteten Filtermedium umfasst, wobei bevorzugt sowohl das Vorfilterelement (22) und das Hauptfilterelement (21) zumindest einen Filtermediumkörper (211, 221) mit einen Faltenbalg aus einem gefalteten Filtermedium umfassen.
8. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) jeweils einander gegenüberliegende vorder- und rückseitige Wände, Seitenwände sowie obere und untere Wände umfasst, wobei bevorzugt der Luftauslass (14) in einer vorder- oder rückseitigen Wand und der Lufteinlass (15) in einer Seitenwand vorliegt, wobei besonders bevorzugt ein Luftstrom zwischen dem Lufteinlass (15) und dem Luftauslass (14) zumindest eine Richtungsänderung in seiner Hauptströmungsrichtung erfährt. 18 Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse zumindest eine Trennwand (18) angeordnet ist, die den Filteraufnahmebereich (17) von einem Gebläseaufnahmebereich (19) trennt, wobei bevorzugt die Luftstromerzeugungsvorrichtung (3) an der Trennwand (18) gehaltert ist und eine fluidische Verbindung zwischen dem Filteraufnahmebereich (17) und dem Gebläseaufnahmebereich (19) besteht. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filteraufnahmebereich (17) einen Reinluftbereich bereitstellt. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmeneinrichtung (212, 222) zumindest des Vorfilterelements (22) oder des Hauptfilterelements (21) aus einem drucksteifen Werkstoff besteht oder diesen aufweist, bevorzugt einen Kunststoff oder einen Stahlwerkstoff. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmeneinrichtung (212) des Hauptfilterelements (212) einen radial auskragenden umlaufenden Bund (213) aufweist, an dem in dem Montagezustand die Klemmkrafterzeugungsvorrichtung (5) angreift. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Filterelemente (21 , 22)
- zumindest ein Partikelfiltermedium, bevorzugt ein HEPA-Filtermedium, aufweist, und/oder
- zumindest ein Adsorbens aufweist, insbesondere eine Aktivkohle und/oder ein Zeolith, und/oder
- zumindest eine antimikrobielle und/oder antibakterielle und/oder antivirale Ausrüstung aufweist und/oder
- eine polygonale, insbesondere quaderförmige, Form aufweist. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung (2) bezüglich der Luftstromerzeugungsvorrichtung (3) saugseitig angeordnet ist. Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptfilterelement (21) zumindest vier, bevorzugt zumindest sechs, jeweils V-förmig zueinander angeordnete Filtermediumkörper (211) aufweist, wobei bevorzugt die Filterfläche eines einzelnen Filtermediumkörpers 0,5 bis 3,5 m2 beträgt, bevorzugt 1 ,7 bis 2,7 m2. 19 Verwendung eines Filterelements als Vorfilterelement (22) in einer Umgebungsluftreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15. Verwendung eines Filterelements als Hauptfilterelement (21) in einer Umgebungsluftreini- gungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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