WO2001091886A1 - Filter insbesondere für ein fahrzeug - Google Patents

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Torsten Rolland
Martina Marx
Thorsten Keibel
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Helsa-Werke Helmut Sandler Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a filter, in particular for a vehicle, with an adsorptive layer which has particulate adsorbents fixed in a three-dimensional fiber matrix.
  • filters for example, in the outside air supply to the passenger compartment of cars and commercial vehicles has undergone rapid development. The majority of all new vehicles are already equipped with such a filter. These filters are, for example, particle filters or combination filters in which a particle filter is combined with an odor filter. Pure carbon filters are used as odor filters in high-quality vehicles. Particle filters or combination filters are connected upstream of these in order to remove particulate contaminations or high-boiling substances from the air flow in a preliminary stage of the activated carbon odor filter "AKGF".
  • AKGF activated carbon odor filter
  • Noise filters are volume-expanding bulk bed filters.
  • the particulate adsorbents are fixed to a reticulated plastic foam material, which is, for example, a polyurethane foam material.
  • the main disadvantages of a pure bed of particle-shaped adsorbents such as the relatively high flow resistance, particle abrasion and leakage during operation - i.e. Tool life eliminated.
  • a deficiency of these known volume-expanded bulk bed filters is that, due to the reduced adsorbent quantity per unit volume, the uptake - i.e. Adsorption capacity is comparatively low.
  • Activated charcoal odor filters for vehicles are essentially characterized by their pressure drop, their storage capacity of odorants, ie for example the n-butane breakthrough curve, and their instant breakthrough after filter.
  • the breakthrough curve should have an S-shaped course.
  • the breakthrough curve should resemble a staircase function, ie after a long as possible zero breakthrough after filter, the rise in the breakthrough curve should then be as steep as possible.
  • the breakthrough after a defined time for the evaluation of the filter can also be used for characterization.
  • Activated charcoal odor filters with spherical adsorbents in the volume-expanded bed, whereby the adsorbents are fixed on a reticulated plastic foam material have the further advantages of a significantly lower flow resistance compared to an activated charcoal odor filter based on granular carbon.
  • Tissue and on it on at least one side with column crowns, supporting columns or bases made of a solidified adhesive in an amount between 50 and 500 g / m 2 of fixed activated carbon grains with a diameter of 0.1 to 0.7 mm, in particular 0.5 mm, described in an air purification device for removing odors and pollutants in motor vehicles or trams and trains.
  • the development generally goes in the direction that the available installation volume for the respective filter is reduced in subsequent generations of vehicles.
  • the adsorptive filter performance should at least remain the same or even be increased.
  • DE 196 12 592 C2 describes a process for increasing the proportion of activated carbon in relation to the installation volume without increasing the flow resistance.
  • a method for producing a filter body from particle-shaped adsorbents fixedly connected to one another by an adhesive is described, the filter body being designed with through-channels.
  • a bottom element provided with through-holes is used with through-holes through which needles are inserted which close off the through-holes.
  • the needles protrude into a housing space delimited by the base element, into which the particulate adsorbents are filled.
  • the end portions of the needles protrude from the bed, which consists of the particulate adsorbents.
  • the particulate adsorbents are then solidified by the adhesive to form the filter body, after which the needles are pulled out of the filter body.
  • Example 2 The filter properties specified in Example 2 below and in the comparison table are achieved by means of the geometrically oriented through-channels, the relatively low proportion of adhesive and the large proportion of particulate adsorbents. From example 2, however, it can be seen that this known filter body does not achieve the desired kinetic data, which is particularly evident in the instant zero breakthrough.
  • EP 0 383 236 B1 describes a filter, in particular for cleaning the air supplied to a passenger compartment of a vehicle, with a zigzag-folded particle-separating adsorptive filter layer, the particle-separating and the adsorptive layer being arranged one behind the other in the direction of flow of the air and the Particle filter layer is arranged flatly directly next to the adsorptive filter layer and is folded together with the adsorptive filter layer in such a zigzag shape that the folded sections of the adsorbent filter layer and the folded sections of the particle filter layer lie in the direction of the air flow and interlock.
  • This filter is a combination filter as mentioned at the beginning, ie a combined particle and odor filter.
  • DE 198 45 526 C2 describes a method for producing a filter material, in particular in the form of sheet material, for fluid media with a carrier layer and an adsorption layer which are loaded with particulate adsorbents
  • Hot melt adhesive threads is formed, wherein at least one hot melt adhesive thread from at least one nozzle in the direction of a spaced along the at least one nozzle
  • Carrier fleece takes place, and this at least one loaded with particulate adsorbents
  • Combination filters with good filter properties can be produced on the basis of this surface filter material combined with a particle filter medium.
  • the surface filter material according to the last-cited patent application 198 45 526 is characterized by an extremely low flow resistance.
  • Combination filters based on this adsorptive surface medium can advantageously be produced in large numbers in a comparatively inexpensive manner.
  • a deficiency of this adsorptive surface filter material consists in its relatively high instantaneous breakthrough and the lack of an S-shaped course of the breakthrough curve, as is known and desired from volume-expanded bulkhead filters of the type mentioned at the beginning. Due to the mostly very small volume of Eiribau in each vehicle, there is also only a limited absorption capacity against odorous substances.
  • Known diameter of (100 to 5000) microns The surface of the particulate adsorbents is covered with spaced-apart binder particles, the average diameter of which is smaller than that of the adsorbents.
  • the particulate adsorbents are also interconnected by binder particles.
  • the occupancy of the carrier material with the adsorbents is more than 200 g / m 2 .
  • Thread count per filament from 1.1 to 16.7 dtex (1 to 15 denier per filament) are crimped staple composite fibers and include a structural component and a relatively lower melting component, and
  • a filter insert for a fluid, in particular air is known, with a multiply folded web made of at least one layer of filter material, the folds of the web each having apex areas and sole areas which run essentially transversely to the longitudinal direction of the web and approximately have the same dimensions, the fluid to be filtered flowing in in the direction of the apex regions and flowing out in the direction of the sole regions, and the folds being arranged at a predeterminable distance from one another and being glued in the region of the end faces.
  • This known filter insert has a frame-shaped layer made of a mixture of paper pulp and curable adhesive.
  • a filter with the features of claim 1, ie in that the adsorption layer of the at least one adsorptive layer contains an amount of at least 1500 g / m 2 , preferably (1780 to 2800) g / m 2 , and one Has a thickness of (4.0 to 6.5) mm, preferably (4.5 to 5.5) mm, at least one adsorptive filter layer being pleated and the pleated structure from the at least one adsorptive layer being laterally enclosed by a filter frame, and wherein the specific amount of adsorbent is> 140 g of particulate adsorbent / dm 3 filter volume, preferably (170 to 260) g of particulate adsorbent / dm 3 filter volume.
  • the flat filter body can have a single flat adsorptive layer, which has a carrier layer and an adsorption layer, the carrier layer being provided on the outflow side.
  • the planar filter body has two planar adsorptive layers, each of which has a carrier layer and an adsorption layer and are pleated with one another, the adsorption layers facing one another and the carrier layers facing away from one another.
  • the three-dimensional fiber matrix of the / each adsorption layer advantageously consists of sprayed adhesive threads, which makes the manufacture of the / each adsorption layer very inexpensive.
  • Loose particulate adsorbents are held in the filter medium by the downstream support layer of the single flat adsorptive layer and in particular by the two support layers facing away from one another of the two flat adsorptive layers.
  • the particulate adsorbents can advantageously be formed from activated carbon particles.
  • the adsorptive layer can also have other suitable sorbents and / or catalyst particles.
  • the fibers forming the three-dimensional matrix, to which the particle-shaped sorbents and / or catalysts are partially fixed, can be at least partially electrostatically charged. This electrostatic charge can, if the matrix consists of adhesive threads, take place during spraying.
  • the filter according to the invention can be constructed in one or more layers.
  • Figure 3 is a representation similar to Figure 2, wherein the flat filter body does not have a single adsorptive layer but two flat adsorptive layers, which are pleated together.
  • the area-expanded bulk bed filter 10 has the following advantages compared to the known volume-expanded bulk bed filters "VES":
  • particle-shaped adsorbents 14 into a predetermined installation volume, that is to say with an intended thickness of the at least one adsorptive layer of (4.0 to 6.5) mm or preferably with an intended total thickness of the two adsorptive layers of (4.0 to 6.5) mm with a correspondingly high amount of adsorbent of 1500 g / m 2 , preferably (1780 to 2800) g / m 2 , the specific loading of the particulate adsorbents 14 in the filter 10 with the
  • the expanded bed filter can be manufactured using a manufacturing technology as is customary for combination filters, from which it follows that the expanded bed filter 10 according to the invention can be inexpensively manufactured in large quantities.
  • the filter examples 1, 2 (state of the art) and A, B and C (invention) mentioned above are explained below and compared in a comparison table. Said exemplary embodiments were measured under the same conditions.
  • the available installation volume was 2400 ml each, the filter height, ie the length dimension in the flow direction, was 40 mm. This results in a filter Cross section of 600 cm 2 .
  • the same type of granular carbon with a grain size between 0.15 mm and 1.00 mm was used in all filter examples.
  • Example 1 Structure 4 layers of reticulated PUR foam with a thickness of 10 mm, which was impregnated with granular carbon, total amount of activated carbon 420 g; corresponds to a specific adsorbent quantity of 175 g / dm 3 installation volume
  • Adsorption capacity of the activated carbon in the filter (mg n-butane per g AK) 30.9 mg / g
  • Example 1 The pressure drop (I), 370 Pa, the amount of activated carbon (II) 420 g and the n-butane storage capacity (III) of 13.0 g of Example 1 are compared to Examples A, B and C of filters according to the invention used as standard values (referred to as normalized).
  • Example 2 Structure 2 layers of 20 mm thick activated carbon plates according to DE 196 12 592 C2 with approx. 30 channels per cm 2 with a diameter of 1.00 mm each total amount of activated carbon 800 g
  • Instant n-butane breakthrough ⁇ 3.00% (250 ppm, 50% rh, 3 kg / min) n-butane breakthrough after 20 sec. ⁇ 3.50% (500 ppm, 50% rh, 3 kg / min)
  • Amount of activated carbon 629 g (corresponds to 2735g / m 2 ); corresponds to 262 g / dm 3
  • Quantity of activated carbon 420 g standardized (H) corresponds to 2800 g / m 2 ); corresponds to
  • Activated carbon amount 410 g (corresponds to 1780 g / m 2 ); corresponds to 171 g / dm 3

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Abstract

Es wird Filter insbesondere für ein Fahrzeug mit einem flächigen Filterkörper beschrieben, der mindestens eine flächige adsorptive Lage (12) aufweist, die eine Trägerschicht (18) und eine Adsorptionsschicht mit in einer dreidimensionalen Fasermatrix fixierten partikelförmigen Adsorbentien (14) aufweist. Vorzugsweise weist der flächige Filterkörper zwei flächige adsorptive Lagen (12) auf, die jeweils eine Trägerschicht (18) und eine Adsorptionsschicht aufweisen und miteinander plissiert sind, wobei die Adsorptionsschichten einander zugewandt und die Trägerschichten voneinander abgewandt sind. Die Adsorbensmenge beträgt wenigstens 1500 g/m2, vorzugsweise (1780 bis 2800) g/m2. Die Dicke des Filters beträgt 4,0 bis 6,5 mm. Das plissierte Gebilde (22) aus der mindestens einen adsorptiven Lage (12) ist von einem Filterrahmen (20) umschlossen. Die spezifische Adsorbensmenge ist > 140 g Adsorbens/dm3 Filtervolumen und beträgt vorzugsweise (170 bis 260) g Adsorbens/dm3 Filtervolumen.

Description

Filter insbesondere für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Filter insbesondere für ein Fahrzeug mit einer adsorptiven Lage, die in einer dreidimensionalen Fasermatrix fixierte partikelförmige Adsorbentien aufweist.
Die Integration von Filtern beispielsweise in die Außenluft-Zuführung zur Fahrgastzelle von Personen- und Nutzkraftwagen hat eine rasante Entwicklung genommen. Ein Großteil aller Neufahrzeuge wird bereits mit einem solchen Filter ausgerüstet. Bei diesen Filtern handelt es sich beispielsweise um Partikelfilter oder um Kombinationsfilter, bei welchen ein Partikelfilter mit einem Geruchsfilter kombiniert ist. In hochwertigen Fahrzeugen werden als Geruchsfilter reine Aktivkohlefilter eingesetzt. Diesen sind anströmseitig Partikelfilter oder Kombinationsfilter vorgeschaltet, um partikuläre Verumeinigungen bzw. um hochsiedende Substanzen in einer Vorstufe des Aktivkohle-Geruchsfilters „AKGF" aus dem Luftstrom zu entfernen. Bei den bislang zum Einsatz gelangenden Aktivkohle-
Gerachsfiltern handelt es sich um volumenexpandierte Schüttbettfilter. Bei diesen sind die partikelformigen Adsorbentien an einem retikulierten Kunststoff-Schaummaterial, bei dem es sich beispielsweise um ein Polyurethan-Schaummaterial handelt, fixiert. Hierbei werden die wesentlichen Nachteile einer reinen Schüttung aus partikelformigen Adsorbentien wie der relativ hohe Strömungswiderstand, der Partikelabrieb und die Leckagenbildung während der Betriebs- d.h. Standzeit eliminiert. Ein Mangel dieser bekannten volumenexpandierten Schüttbettfilter besteht darin, daß infolge der reduzierten Adsorbienten-Quantität pro Volumeneinheit die Aufnahme- d.h. Adsorptionskapazität vergleichsweise niedrig ist.
Aktivkohle-Geruchsfilter für Fahrzeuge werden im wesentlichen über ihren Druckabfall, ihre Speicherkapazität von Geruchsstoffen, d.h. beispielsweise die n-Butan- Durchbruchskurve, und über ihren Sofortdurchbruch nach Filter charakterisiert. Die Durchbruchskurve soll einen S-förmigen Verlauf aufweisen. Idealerweise soll die Durchbruchskurve einer Treppenfunktion ähneln, d.h. nach einem möglichst langen Nulldurchbruch nach Filter soll der Anstieg der Durchbruchskurve dann möglichst steil verlaufen. Neben dem genannten Sofortdurchbruch nach Filter kann zur Charakterisierung auch der Durchbruch nach einer definierten Zeit für die Bewertung des Filters herangezogen werden.
Bekannt sind Aktivkohle-Geruchsfilter, die als partikelförmige Adsorbentien Granulatkohle oder Kugelkohle verwenden. Aktivkohle-Geruchsfilter auf Basis von Granulatkohle zeichnen sich durch ein gutes Aufnahmevermögen für zahlreiche Geruchsstoffe aus. Sowohl ihre Aufhahmekapazität als auch ihr Sofortdurchbruchsverhalten können derartig optimiert sein, daß Geruchsereignisse in der Fahrgastzelle weitestgehend unterbunden werden. Weiter unten und in der ebenfalls weiter unten angegebenen Vergleichstabelle ist als Beispiel 1 ein derartiges Aktivkohle-Geruchsfilter auf Basis von Granulatkohle beschrieben.
Aktivkohle-Geruchsfilter mit kugelförmigen Adsorbienten im volumenexpandierten Schüttbett, wobei die Adsorbienten auf einem retikulierten Kunststoff-Schaummaterial fixiert sind, weisen neben den oben erwähnten Vorteilen im Vergleich mit einem Aktivkohle-Geruchsfilter auf Basis von Granulatkohle den weiteren Vorteil eines deutlich niedrigeren Strömungswiderstandes auf. Ein nicht zu vernachlässigender Nachteil ist jedoch der um ein Mehrfaches höhere Preis für die kugelförmige Aktivkohle.
In der DE 32 28 156 C2 ist ein solcher Filter bzw. die Verwendung eines flexiblen Flächenfilters aus einer luftdurchlässigen flexiblen Trägerschicht, insbesondere einem
Gewebe, und daran auf mindestens einer Seite mit Säulenbekrönungen, Tragsäulen oder - sockeln aus einer erstarrten Haftmasse in einer Menge zwischen 50 und 500 g/m2 fixierten Aktivkohlekörnern eines Durchmessers von 0,1 bis 0,7 mm, insbesondere 0,5 mm, in einem Luftreinigungsgerät zur Beseitigung von Geruchs- und Schadstoffen in Kraftfahrzeugen oder Straßen- und Eisenbahnen beschrieben. Die Entwicklung geht generell in die Richtung, daß sich das zur Verfügung stehende Einbauvolumen für den jeweiligen Filter in nachfolgenden Fahrzeug-Generationen jeweils verkleinert. Die adsorptive Filterleistung soll jedoch zumindest gleich bleiben oder sogar vergrößert sein. Ein Verfahren, den Aktivkohleanteil bezogen auf das Einbauvolumen zu steigern, ohne den Strömungswiderstand zu erhöhen, beschreibt die DE 196 12 592 C2. Hier wird ein Verfahren zur Herstellung eines Filterkörpers aus miteinander durch einen Klebstoff fest verbundenen partikelformigen Adsorbentien beschrieben, wobei der Filterkörper mit Durchgangskanälen ausgebildet ist. Zur Ausbildung der Durchgangskanäle wird ein mit Durchgangslöchern versehenes Bodenelement mit Durchgangslöchern verwendet, durch die Nadeln durchgesteckt werden, die die Durchgangslöcher abschließen. Die Nadeln ragen in einen durch das Bodenelement begrenzten Gehäuseraum hinein, in den die partikelformigen Adsorbentien eingefüllt werden. Die Nadeln stehen mit ihren Endabschnitten aus dem Bett, das aus den partikelformigen Adsorbentien besteht, heraus. Die partikelformigen Adsorbentien werden dann durch den Klebstoff zum Filterkörper verfestigt, wonach die Nadeln aus dem Filterkörper herausgezogen werden. Durch die geometrisch ausgerichteten Durchgangskanäle, den relativ geringen Klebstoffanteil und den großen Anteil an partikelformigen Adsorbentien werden die im weiter unten aufgeführten Beispiel 2 und in der Vergleichstabelle angegebenen Filtereigenschaften erreicht. Aus dem Beispiel 2 ist jedoch ersichtlich, daß dieser bekannte Filterkörper die gewünschten kinetischen Daten nicht erzielt, was insbesondere beim Null-Sofortdurchbruch zum Ausdruck kommt.
Die EP 0 383 236 Bl beschreibt einen Filter, insbesondere für die Reinigung der einer Fahrgastzelle eines Fahrzeuges zugefuhrten Luft, mit einer zick-zack-förmig gefalteten partikelabscheidenden adsorptiven Filterlage, wobei die partikelabscheidende und die adsorptive Lage in Strömungsrichtung der Luft hintereinander angeordnet sind und die Partikelfilterlage flächig unmittelbar neben der adsorptiven Filterlage angeordnet und mit der adsorptiven Filterlage gemeinsam derart zick-zack-förmig zusammengefaltet ist, daß die Faltabschnitte der adsoptiven Filterlage und die Faltabschnitte der Partikelfilterlage in Richtung der Luftströmung liegen und ineinandergreifen. Bei diesem Filter handelt es sich um einen Kombmationsfilter, wie er eingangs erwähnt worden ist, d.h. um einen kombinierten Partikel- und Geruchsfilter. Die DE 198 45 526 C2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials, insbesondere in Form von Flächenware, für fluide Medien mit einer Trägerschicht und einer Adsorptionsschicht, die von mit partikelformigen Adsorbentien beladenen
Schmelzkleberfäden gebildet ist, wobei wenigstens ein Schmelzkleberfaden aus wenigstens einer Düse in Richtung eines beabstandet an der wenigstens einen Düse entlanggeführten
Trägervlieses versprüht wird, wobei das Beladen des wenigstens einen Schmelzkleberfadens mit partikelformigen Adsorbentien im Bereich des Abschnittes zwischen der Düse und dem
Trägervlies erfolgt, und dieser wenigstens eine mit partikelformigen Adsorbentien beladene
Schmelzkleberfaden nachfolgend auf das Trägervlies auftrifft und partiell am Trägervlies haftet. Auf Basis dieses Flächen-Filtermaterials kombiniert mit einem Partikelfiltermedium lassen sich Kombmationsfilter mit guten Filtereigenschaften herstellen. Im Vergleich zu den oben beschriebenen Aktivkohle-Geruchsfiltern zeichnet sich das Flächen-Filtermaterial gemäß der zuletzt zitierten Patentanmeldung 198 45 526 durch einen extrem niedrigen Strömungswiderstand aus. Kombinationsfilter auf der Basis dieses adsorptiven Flächenmediums lassen sich in vorteilhafter Weise vergleichsweise kostengünstig in großen Stückzahlen herstellen. Ein Mangel dieses adsorptiven Flächenfiltermaterials besteht in seinem relativ hohen Sofortdurchbruch und im Fehlen eines S-förmigen Verlaufes der Durchbruchskurve, wie er von volumenexpandierten Schüttbettfiltern der eingangs erwähnten Art bekannt und erwünscht ist. Bedingt durch das meistens sehr kleine Eiribau- Volumen im jeweiligen Fahrzeug resultiert außerdem nur eine begrenzte Aufhahmekapazität gegenüber Geruchsstoffen.
Aus der DE 195 14 887 C2 ist ein adsorbierendes biegsames Filterflächengebilde aus einem luftdurchlässigen biegsamen textilen Trägermaterial und aus darauf mit einem thermoplastischen Bindemittel fixierten partikelformigen Adsorbentien eines mittleren
Durchmessers von (100 bis 5000) μm bekannt. Die partikelformigen Adsorbentien sind auf ihrer Oberfläche mit voneinander beabstandeten Bindemittelpartikeln belegt, deren mittlerer Durchmesser kleiner ist als derjenige der Adsorbentien. Die partikelformigen Adsorbentien sind auch untereinander durch Bindemittelpartikel verbunden. Die Belegung des Trägermaterials mit den Adsorbentien beträgt mehr als 200 g/m2. Das
Flächengebilde kann bei einer Gesamtdicke von (0,5 bis 5) mm und bei mittleren Adsorbens-Durchmessern bis 5000 μm einen Biegeradius von höchstens 5 mm zerstörungsfrei einnehmen. Die DE 693 16 027 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer faserigen, adsorptive Teilchen umfassenden Struktur, wobei das Verfahren das Bilden einer faserigen Stoffbahn in der Trockne umfaßt, die thermoplastische Regenerat-Fasern umfaßt und eine obere und eine untere Oberfläche aufweist. Gekennzeichnet ist dieses bekannte Verfahren durch die Stufen:
a) des anschließenden Verteilens und Einfangens adsorptiver Teilchen einer ausreichenden Größe und eines ausreichenden Gewichts in innen lokalisierten Hohlräumen der offenen, faserigen Stoffbahn , wobei die Fasern eine
Fadenfeinheit pro Filament von 1,1 bis 16,7 dtex (1 bis 15 Denier pro Filament) haben, gekräuselte Stapel-Compositfasern sind und eine strukturelle Komponente und eine relativ niedriger schmelzende Komponente umfassen, und
b) der anschließenden Anwendung von Wärme, vorzugsweise Infrarotwärme, vor jeglicher Anwendung von Druck, auf die faserige Stoffbahn, um die eingefangenen Teilchen mit den Composit-Fasern in der Schmelze zu verbinden, und die Composit-Fasern an den Überkreuzungspunkten thermisch zu verbinden.
Aus der DE 42 15 265 AI ist ein Filtereinsatz für ein Fluid, insbesondere Luft, bekannt, mit einer mehrfach gefalteten Bahn aus mindestens einer Lage Filterstoff, wobei die Falten der Bahn jeweils im wesentlichen quer zur Längsrichtung der Bahn durchlaufende Scheitelbereiche und Sohlenbereiche aufweist und etwa gleiche Abmessungen besitzen, wobei das zu filternde Fluid in Richtung auf die Scheitelbereiche einströmt und in Richtung von den Sohlenbereichen abströmt, und wobei die Falten in einem vorgebbaren Abstand voneinander angeordnet und im Bereiche der Stirnseiten verklebt sind. Dieser bekannte Filtereinsatz weist eine rahmenförmig angeordnete Schicht aus einer Mischung aus Papierbrei und härtbarem Klebstoff auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Filter der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen geringen Strömungswiderstand, eine große Geruchsspeicherkapazität, einen geringen Sofortdurchbruch, einen niedrigen Durchbruch nach einer definierten Zeit und einen S-förmigen Verlauf der Durchbruchskurve aufweist und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einem Filter mit den Merkmalen des Anspruches 1, d.h. dadurch gelöst, daß die Adsorptionsschicht der mindestens einen adsorptiven Lage eine Adsorbensmenge von wenigstens 1500 g/m2, vorzugsweise (1780 bis 2800) g/m2, enthält und eine Dicke von (4,0 bis 6,5) mm, vorzugsweise (4,5 bis 5,5) mm aufweist, wobei mindestens eine adsorptive Filterlage plissiert ist und das plissierte Gebilde aus der mindestens einen adsorptiven Lage von einem Filterrahmen seitlich umschlossen ist, und wobei die spezifische Adsorbensmenge > 140 g partikelförmiges Adsorbens/dm3 Filtervolumen, vorzugsweise (170 bis 260) g partikelförmiges Adsorbens/dm3 Filtervolumen, beträgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Filter kann der flächige Filterkörper eine einzige flächige adsorptive Lage aufweisen, die eine Trägerschicht und eine Adsorptionsschicht aufweist, wobei die Trägerschicht abströmseitig vorgesehen ist. Bevorzugt ist es jedoch, wenn der flächige Filterkörper zwei flächige adsorptive Lagen aufweist, die jeweils eine Trägerschicht und eine Adsorptionsschicht aufweisen und miteinander plisisiert sind, wobei die Adsorptionsschichten einander zugewandt und die Trägerschichten voneinander abgewandt sind.
Die dreidimensionale Fasermatrix der/jeder Adsorptionsschicht besteht in vorteilhafter Weise aus gesprühten Klebstofffäden, wodurch sich die Fertigung der/jeder Adsorptionsschicht sehr günstig gestaltet.
Durch die abströmseitige Trägerschicht der einzigen flächigen adsorptiven Lage und insbesondere durch die beiden voneinander abgewandten Trägerschichten der zwei flächigen adsorptiven Lagen werden lockere partikelförmige Adsorbentien im Filtermedium gehalten. Bei dem erfindungsgemäßen Filter können die partikelformigen Adsorbentien vorteilhafterweise von Aktivkohlepartikeln gebildet sein. Die adsorptive Lage kann auch andere geeignete Sorbienten und/oder Katalysator-Partikel aufweisen.
Die die dreidimensionale Matrix bildenden Fasern, an denen die partikelformigen Sorbienten und/oder Katalysatoren partiell fixiert sind, können zumindest teilweise elektrostatisch aufgeladen sein. Diese elektrostatische Aufladung kann, wenn die Matrix aus Klebstofffäden besteht, während des Sprühens erfolgen.
Der erfindungsgemäße Filter kann ein- oder mehrlagig aufgebaut sein.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisiert dargestellten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Filters sowie aus den unter gleichen Bedingungen vermessenen Ausführungsbeispielen bekannter Filter im Vergleich mit erfindungsgemäßen Filtern. Es zeigen:
Figur 1 perspektivisch einen Abschnitt des Filters,
Figur 2 stark vergrößert und nicht maßstabgetreu das Detail II gemäß Figur 1 einer ersten Ausbildung des Filters, und
Figur 3 eine der Figur 2 ähnliche Darstellung, wobei der flächige Filterkörper nicht eine einzige adsorptive Lage sondern zwei flächige adsorptive Lagen aufweist, die miteinander gemeinsam plissiert sind.
Figur 1 zeigt abschnittweise perspektivisch und nicht maßstabsgetreu eine Ausbildung des Filters 10, bei dem es sich um einen flächenexpandierten Schüttbettfilter „FES" handelt. Der Filter 10 weist mindestens eine flächige adsorptive Lage 12 auf. In Figur 2 ist eine einzige flächige adsorptive Lage 12 schematisch dargestellt. Demgegenüber verdeutlicht die Figur 3 eine Ausbildung, bei der der Filter 10 zwei flächige adsorptive Lagen 12 aufweist. Die/jede adsorptive Lage 12 weist partikelförmige Adsorbentien 14 auf, die durch Klebstoffraden 16 fixiert sind, die in der jeweiligen adsorptiven Lage 12 bzw. Adsorptionsschicht eine dreidimensionale Matrix bilden. Die einzige adsorptive Lage 12 bzw. Adsorptionsschicht gemäß Figur 2 enthält eine Adsorbensmenge von wenigstens 1500 g/m2, vorzugsweise (1780 bis 2800 )g/m2 Entsprechend enthalten die beiden adsorptiven Lagen 12 gemäß Figur 3 gemeinsam eine Adsorbensmenge von wenigstens 1500 g/m2, vorzugsweise (1780 bis 2800) g/m2.
Die adsorptive Lage bzw. Adsorptionsschicht 12 ist bei der Ausbildung gemäß Figur 2 an der einen Trägerschicht 18 vorgesehen und mit der zweiten Trägerschicht 18 abgedeckt. Die einzige adsorptive Lage bzw. Adsorptionsschicht 12 gemäß Figur 2 ist gemeinsam mit den beiden Trägerschichten 18 bzw. Abdecklagen plissiert.
Ein Filterrahmen 20 umschließt das plissierte Gebilde aus der einzigen adsorptiven Lage bzw. Adsorptionsschicht 12 und den beiden Trägerschichten bzw. Abdecklagen 18 seitlich - wie in Figur 1 angedeutet ist.
Figur 3 verdeutlicht schematisch stark vergrößert und nicht maßstabgetreu eine Ausbildung des Filters 10, wobei der flächige Filterkörper zwei flächige adsorptive Lagen 12 aufweist, die jeweils eine Trägerschicht 18 und eine an der entsprechenden Trägerschicht 18 vorgesehene Adsorptionsschicht bzw. adsorptive Lage 12 aufweisen, wobei die beiden flächigen Filterkörper gemeinsam derart plissiert sind, daß die beiden Adso tionsschichten bzw. adsorptiven Lagen 12 einander zugewandt und die Trägerschichten 18 voneinander abgewandt sind.
Das flächenexpandierte Schüttbettfilter 10 weist im Vergleich zu den bekannten volumenexpandierten Schüttbettfiltern „VES" folgende Vorteile auf:
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch das Einbringen von partikelformigen Adsorbentien 14 in ein vorgegebenes Einbauvolumen, d.h. bei einer vorgesehenen Dicke der mindestens einen adsorptiven Lage von (4,0 bis 6,5) mm oder vorzugsweise bei einer vorgesehenen Gesamtdicke der beiden adsorptiven Lagen von (4,0 bis 6,5) mm bei einer entsprechend hohen Adsorbensmenge von 1500 g/m2, vorzugsweise (1780 bis 2800) g/m2, die spezifische Beladung der partikelformigen Adsorbentien 14 im Filter 10 mit der
Dimension (mg Schadstoffaufnahme/g Adsorbens) im Vergleich zu einem volumenexpandierten Schüttbettfilter gesteigert werden kann;
In einem gegebenen Einbauvolumen kann mit dem flächenexpandierten Schüttbettfilter 10 wesentlich mehr Aktivkohle angeordnet werden, so daß die absolute Filterleistung steigt ohne den Druckabfall zu erhöhen (sh. das weiter unten und in der Vergleichstabelle angegebene Beispiel A).
Beim Einbringen der gleichen Menge Aktivkohle wie bei einem volumenexpandierten , Schüttbettfilter reduziert sich der Strömungswiderstand bei einem erfindungsgemäßen Filter deutlich (sh. das weiter unten und in der Vergleichstabelle angegebene Beispiel B).
Um mit dem flächenexpandierten Schüttbettfilter 10 eine vergleichbare Adsorptionsleistung wie bei einem volumenexpandierten Schüttbettfilter zu erzielen, wird weniger Aktivkohle benötigt, wodurch der Strömungswiderstand noch einmal reduziert wird (sh. das unten und in der Vergleichstabelle angegebene Beispiel C).
Das flächenexpandierte Schüttbettfilter 10 nach der Erfindung besitzt eine bessere S- Durchbruchscharakteristik als ein entsprechendes volumenexpandiertes Schüttbettfilter, d.h. sein Sofortdurchbruch und der Durchbruch nach einer definierten Zeit sind vergleichsweise niedrig.
Das flächenexpandierte Schüttbettfilter kann nach einer Fertigungstechnologie hergestellt werden, wie sie für Kombmationsfilter üblich ist, woraus folgt, daß der erfindungsgemäße flächenexpandierte Schüttbettfilter 10 in großen Stückzahlen kostengünstig herstellbar ist.
Nachfolgend werden die oben erwähnten Filter-Beispiele 1, 2 (Stand der Teclrnik) sowie A, B und C (Erfindung) erläutert und in einer Vergleichstabelle gegenübergestellt. Die besagten Ausführungsbeispiele wurden jeweils unter gleichen Bedingungen vermessen. Das zur Verfügung stehende Einbauvolumen betrug jeweils 2400 ml, wobei die Filterhöhe, d.h. die Längenabmessung in Durchströmrichtung 40 mm betrug. Daraus resultiert ein Filter- Querschnitt von 600 cm2. Bei allen Filter-Beispielen wurde derselbe Typ Granulatkohle mit einer Korngröße zwischen 0,15 mm und 1,00 mm verwendet.
Stand der Technik: Beispiel 1 Aufbau: 4 Lagen retikulierter PUR-Schaum einer Dicke von 10 mm, der mit Granulatkohle imprägniert wurde gesamte Aktivkohlemenge 420 g; entspricht einer spezifischen Adsorbensmenge von 175 g/dm3 Einbauvolumen
Ergebnisse: Druckabfall bei 6 kg/min 370 Pa n-Butan-Speicherkapazität 13,0 g (80 ppm, 50% r.F., 3 kg/min)
Adsorptionskapazität der Aktivkohle im Filter (mg n-Butan pro g AK) 30,9 mg/g
n-Butansofortdurchbruch < 0,30 %
250 ppm, 50% r.F., 3 kg/min) n-Butan-Durchbruch nach 20 sec. < 3,00 % (500 ppm, 50% r.F., 3 kg/min)
Der Druckabfall (I), 370 Pa, die Aktivkohlemenge (II) 420 g sowie die n-Butan- Speicherkapazität (III) von 13,0 g des Beispiels 1 werden zum Vergleich mit den Beispielen A, B und C von Filtern gemäß der Erfindung als Normwerte herangezogen (als normiert bezeichnet).
Beispiel 2 Aufbau: 2 Lagen aus 20 mm dicken Aktivkohle-Platten gemäß DE 196 12 592 C2 mit ca. 30 Kanälen pro cm2 mit einem Durchmesser von je 1,00 mm gesamte Aktivkohlemenge 800 g Ergebnisse: Druckabfall bei 6 kg/rnin 200 Pa n-Butan-Speicherkapazität 24,0 g (80 ppm, 50% r.F., 3 kg/min) Adsorptionskapazität der Aktivkohle 30 mg/g im Filter (mg n-Butan pro g AK) n-Butansofortdurchbruch < 3,00 % (250 ppm, 50% r.F., 3 kg/min) n-Butan-Durchbruch nach 20 sec. < 3,50 % (500 ppm, 50% r.F., 3 kg/min)
Filter nach der Erfindung:
Beispiel A
Aufbau: FES mit Fasermatrix aus Klebstofffäden, wobei der gleiche Druckabfall, wie beim AKGF des Beispiels 1 eingestellt wurde (Normierung) Medienfläche
0,23 m2
Aktivkohlemenge 629 g (entspricht 2735g/m2); entspricht 262 g/dm3
Einbauvolumen
Dicke 6,3 mm
Ergebnisse: Druckabfall bei 6 kg/min 370 Pa normiert (T) n-Butan-Speicherkapazität 20,4 g (80 ppm, 50% r.F., 3 kg/min) Adsorptionskapazität der Aktivkohle 32,4 mg/g im Filter (mg n-Butan pro g Ak) n-Butansofortdurchbruch 0,3 %
(250 ppm, 50% r.F., 3 kg/min) n-Butan-Durchbruch nach 20 sec. 1,0 % (500 ppm, 50% r.F., 3 kg/min)
Beispiel B
Aufbau: FES mit Matrix wie im Beispiel A, wobei die gleiche Aktivkohlemenge, wie beim AKGF des Beispiels 1 eingebracht wurde (Normierung) Medienflläche 0,15 m2
Aktivkohlemenge 420 g normiert (H) (entspricht 2800g/m2); entspricht
175 g/dm3 Einbauvolumen
Dicke 6,4 mm
Ergebnisse: Druckabfall bei 6 kg/min 280 Pa n-Butan-Speicherkapazität 14,9 g
(80 ppm, 50% r.F., 3 kg/min)
Adsorptionskapazität der Aktivkohle 35,5 mg/g im Filter (mg n-Butan pro g AK) n-Butansofortdurchbruch < 0,3 %
(250 ppm, 50% r.F., 3 kg/min) n-Butan-Durchbruch nach 20 sec < 2,0 %
(500 ppm, 50% r.F., 3 kg/min)
Beispiel C
Aufbau: FES mit Matrix gemäß Beispiel A, wobei die gleiche n-Butan
Speicherkapazität, wie beim AKGF des Beispiels 1 eingestellt wurde
(Normierung) Medienfläche 0,23 m2
Aktivkohlemenge 410 g (entspricht 1780 g/m2); entspricht 171 g/dm3
Einbauvolumen
Dicke 4,7 mm
Ergebnisse: Druckabfall bei 6kg/min 140 Pa n-Butan-Speicherkapazität 13 g normiert (ELT)
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Claims

Ansprüche :
1. Filter, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem flächigen Filterkorper, der mindestens eine flächige adsorptive Lage (12) aufweist, die eine Trägerschicht (18) und eine
Adsorptionsschicht mit in einer dreidimensionalen Fasermatrix fixierten partikelformigen Adsorbentien (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die Adsorptionsschicht eine Adsorbensmenge von wenigstens 1500 g/m2, vorzugsweise (1780 bis 2800) g/m2, enthält und eine Dicke von (4,0 bis 6,5) mm aufweist, wobei die mindestens eine adsorptive Lage (12) plissiert und das plissierte Gebilde (22) aus der mindestens einen adsorptiven Lage (12) von einem Filterrahmen (20) seitlich umschlossen ist, und wobei die spezifische Adsorbensmenge > 140 g Adsorbens/dm3 Filtervolumen, vorzugsweise (170 bis 260) g Adsorbens/dm3 Filtervolumen, beträgt.
2. Filter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der flächige Filterkörper eine einzige flächige adsorptive Lage (12) mit einer Trägerschicht (18) und einer Adsorptionsschicht aufweist, wobei die Trägerschicht (18) abströmseitig vorgesehen ist.
3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß auch anströmseitig eine Trägerschicht (18) vorgesehen ist.
4. Filter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der flächige Filterkörper zwei flächige adsorptive Lagen (12) aufweist, die jeweils eine Trägerschicht (18) und eine Adsorptionsschicht aufweisen und miteinander plissiert sind, wobei die Adsorptionsschichten (12) einander zugewandt und die Trägerschichten (18) voneinander abgewandt sind.
5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die dreidimensionale Fasermatrix der/jeder Adsorptionsschicht aus gesprühten Klebstofffäden (16) besteht.
6. Filter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die partikelformigen Adsorbentien (14) von Aktivkohlepartikeln gebildet sind.
7. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die adsorptive Lage (12) Sorbienten und/oder Katalysator-Partikel aufweist.
8. Filter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die die Matrix bildenden Fasern (16) zumindest partiell elektrostatisch aufgeladen sind.
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