DE19805011B4

DE19805011B4 - Desorbierbares Sorptionsfilter, insbesondere zur Behandlung der einem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft

Info

Publication number: DE19805011B4
Application number: DE19805011A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Dr.Rer.Nat. Angermann; Roland Burk; Herbert Dr.-Ing. Damsohn; Tilo Rinckleb; Klaus Luz
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1998-02-07
Filing date: 1998-02-07
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2018-02-08
Also published as: DE19805011A1

Abstract

Desorbierbares Sorptionsfilter (25, 30, 35), insbesondere zur Behandlung der einem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft, mit einer Trägerstruktur (1, 31) aus einem elektrisch leitfähigen Material und einem daran haftenden Sorptionsmittel (23) und mit elektrischen Anschlüssen (10, 10') an der Trägerstruktur (1, 31) zum Anlegen einer elektrischen Spannung, wobei die Trägerstruktur (1, 31) aus einem Streckmetallgitter (2, 6, 28, 36, 40) besteht, das aus einem Netz von in einem Winkel (α) zu einer Flächennormalen (FN) stehenden Gitterstegen (3, 3') besteht und die Trägerstruktur (1, 31) mehrere Lagen (11 bis 18, 20, 37) des Streckmetallgitters (2, 2', 2*, 6, 28, 36, 40) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Lagen des Streckmetallgitters (2, 2', 2*) mit unterschiedlichen, selektiv auf verschiedene Gase hin optimierten Adsorbentien beschichtet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein desorbierbares Sorptionsfilter, insbesondere zur Behandlung der einem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Die DE 25 45 556 A1 beschreibt ein Verfahren zur Reinigung von verschmutzter Luft. Zur Durchführung dieses Verfahrens dient ein Sorptionsfilter, bei dem auf einer Trägerstruktur aus einem elektrisch leitfähigen Material ein Sorptionsmittel aufgebracht ist. Die Trägerstruktur umfaßt elektrische Anschlüsse, so daß an der Trägerstruktur eine elektrische Spannung angelegt werden kann. Die Trägerstruktur besteht aus einem Streckmetallgitter, das ein Netz von in einem Winkel zu einer Flächennormalen stehenden Gitterstegen umfaßt.
In der DD 247 154 A1 ist ein Herstellungsverfahren für ein aus Schichten bestehendes Filterpack beschrieben. Dabei werden Filtermaterialbahnen, die beispielsweise aus Streckmetall bestehen, kreuzweise in der Ebene versetzt übereinander gelegt und das Filterpack anschließend durch abwechselndes Überfalten der einen Filtermaterialbahn um die Längskante der anderen Filtermaterialbahn gebildet.
In der DE 42 25 272 A1 ist ein Adsorptionsfilter beschrieben, das aus einer zwei- oder dreidimensionalen Trägerstruktur und daran fixierten Adsorberkörnern besteht. Diese Trägerstruktur besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material und wird durch Stromdurchfluß aufgeheizt. Auf diese Weise kann eine Desorption des Adsorbermaterials erfolgen.
Die DE 195 17 016 A1 beschreibt eine Luftaufbereitungsanlage, insbesondere für einen Fahrzeuginnenraum, mit zumindest zwei Aktivkohlefiltereinheiten, von denen eine elektrisch beheizbar ist und durch einen Abluftstrom desorbiert wird. Gleichzeitig wird über die andere Filtereinheit der zu behandelnde Luftstrom geführt, der schließlich dem Fahrzeuginnenraum zugeleitet wird. Die Aktivkohlefiltereinheiten weisen metallische luftumströmte Trägerkörper auf, die mit Aktivkohle beschichtet sind. Dabei sind die metallischen Trägerkörper als elektrische Heizwiderstände ausgebildet, so daß bei Stromdurchfluß eine ausreichende Erwärmung zur Desorption der Aktivkohle erzeugt wird.
Zur Reinigung der in den Fahrzeuginnenraum geführten Luft werden häufig Geruchsfilter auf Aktivkohlebasis eingesetzt. Diese erfüllen in erster Linie die Funktion einer Pufferung geruchsrelevanter Stoffe. Dabei werden Konzentrationsspitzen gekappt und die adsorbierten Stoffe bei geringer Konzentration unterhalb der Geruchsschwelle wieder langsam abgegeben. Zur Reduktion der integralen Belastung der Insassen durch gesundheitlich relevante Stoffe wie z.B. Benzol, Stickoxyd und Schwefeldioxyd werden Filter mit großer Kohlemenge und somit hoher Aufnahmekapazität eingesetzt, die bis zum Erreichen einer Sättigungsgrenze im Fahrzeug verbleiben und nach einer bestimmten Betriebsdauer bzw. bei Erschöpfen der Aufnahmekapazität ausgetauscht werden. Um diesen kostenintensiven Aufwand für das Auswechseln zu vermeiden und über zumindest annähernd die gesamte Betriebsdauer des Fahrzeugs eine ausreichende Filterkapazität bereit zu halten, wurde in den oben genannten Druckschriften zum Stand der Technik bereits vorgeschlagen, eine Heizeinrichtung vorzusehen, die die Aktivkohle unmittelbar erwärmt. Die bekannten Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß entweder der Bauaufwand relativ groß ist, um den Druckverlust im Filter gering zu halten, oder aber die Einbringung von Wärme in den Sorptionsfilter zum Zwecke der Desorption nicht effektiv genug ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorlegenden Erfindung, ein desorbierbares Sorptionsfilter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, das einfach im Aufbau und kostengünstig in der Herstellung ist, und bei dem eine möglichst gute Adsorption unterschiedlicher Schadstoffe bei anhaltend hoher mittlerer Filtereffizienz erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein desorbierbares Sorptionsfilter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß die Auswahl verschiedener Adsorbentien, welche auf seriell angeordneten Lagen des Streckmetallgitters aufgetragen sind, eine optimale Anpassung der Adsorptionsparameter an das Konzentrationsprofil des abzuscheidenen Spektrums von Schadstoffen ermöglicht. Die aus einem Streckmetallgitter bestehende Trägerstruktur kann mit einer großen Sorptionsmittelmenge beschichtet werden, so daß eine hohe Filtereffizienz bei gleichzeitig geringem spezifischen Druckabfall erreicht wird. Außerdem kann durch mehrere Parameter der ohmsche Widerstand und damit auch die Heizleistung des Streckmetallgitters beeinflußt werden, nämlich Blechdicke, spezifischer Widerstand der Metallegierung, geometrische Maschenparameter des Gitters und dergleichen. Ein weiterer Vorteil liegt in der kostengünstig herstellbaren Kombination von Heizelement und Trägerbauteil und der individuellen Anpassung der Struktur an die luftseitigen und heizleistungstechnischen Anforderungen.
Bei seriell angeordneten Trägerschichten ist es dabei von Vorteil, daß eine erste Lage mit einem Sorbens zur Adsorption von Feuchtigkeit und/oder sauren Gasen beschichtet ist, während eine nachgeordnete Lage mit einem Sorbens zur Abscheidung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Benzol versehen ist.
Erfindungs: gemäß handelt es sich um Anordnungen, bei denen die Trägerstruktur mehrere Lagen des Streckmetallgitters umfaßt. Durch die in einem Winkel zur Flächennormalen, das ist die Grundebene des flächigen Elementes, stehenden Gitterstege sowie die mehreren Lagen des Streckmetallgitters erfolgt eine intensive Verwirbelung der Luft, so daß diese intensiv mit den Adsorbentien in Berührung kommt und ein hoher Stoffaustauschgrad erzielt wird. Dabei können die Lagen des Streckmetallgitters unmittelbar aneinander liegen, was zu einer äußerst stabilen Trägerstruktur führt. Allerdings ist aufgrund der dadurch gegebenen Packungsdichte des Streckmetallgitters das Netz der Gitterstege mit einer größeren Maschenweite auszulegen, da andernfalls der Druckabfall im Sorptionsfilter steigt. Für die Verbindung der unmittelbar aneinander liegenden Lagen des Streckmetallgitters kommt beispielsweise der Einsatz eines Klebemittels oder ein stoffschlüssiges Verbinden, vorzugsweise durch Löten, in Betracht.
Eine andere bevorzugte Ausgestaltung des Sorptionsfilters sieht vor, daß einzelne Lagen im Abstand zueinander ange ordnet sind, wobei zwischen den Lagen Distanzmittel vorgesehen sein können, welche die Luftdurchlässigkeit von einer Lage zur nächsten gewährleisten und gleichzeitig einen elektrischen Kurzschluß vermeiden. Eine aus mehreren einzelnen Lagen mit Distanzmitteln aufgebaute Trägerstruktur kann beispielsweise dadurch gebildet sein, daß die Lagen des Streckmetallgitters unter Zwischenschaltung der Distanzmittel zusammengespannt sind. Bei im Abstand zueinander angeordneten Lagen können je nach Bedarf eine oder mehrere Lagen von einem elektrischen Strom aufheizbar sein, wobei mindestens die vom Luftstrom zuerst beaufschlagte Lage beheizbar sein sollte. Zwischen den einzelnen Lagen oder zwischen Gruppen von Lagen des Streckmetallgitters kann eine elektrische Isolation vorgesehen sein, wodurch sich unterschiedliche Schaltungsmöglichkeiten ergeben, so daß in Anpassung an eine vorbestimmte Spannung eine gewünschte Heizleistung bzw. Erwärmung der Trägerstruktur erreicht wird. Diese Anpassung ist durch parallele oder serielle Schaltung der jeweiligen Lagen zur Erzeugung eines gewünschten ohmschen Widerstandes für die bestimmte Heizleistung gegeben.
Um eine möglichst intensive Berührung der Luft mit den Adsorbentien zu erreichen, ist es zweckmäßig, daß zwei aufeinander folgende Lagen des Streckmetallgitters, bezogen auf die Luftströmungsrichtung, unterschiedlich ausgerichtete Gitterstege aufweisen. Diese unterschiedliche Ausrichtung der Gitterstege kann vorzugsweise durch Drehung der Lagen um einen bestimmten Winkel zueinander erzeugt werden, wobei dieser Winkel als Drehwinkel um die Durchströmungsrichtung der Luft etwa 90° beträgt.
Als alternative Ausgestaltung zur Anordnung mit einzelnen Lagen, die zusammengefügt werden, sind vorzugsweise die La gen durch Abschnitte eines in Falten gelegten (plissierten) Streckmetallgitters gebildet, wobei die Lagen an ihren Enden mit jeweils zwei Lagen verbindenden Bögen versehen sind. Damit eine extreme Formstabilität gegeben ist, sollte das plissierte Streckmetallgitter mit einer äußeren Armierung versehen sein, die sich mindestens an den beiden quer zu den Bögen verlaufenden Seiten der Trägerstruktur erstreckt, so daß der Abstand der Lagen zueinander beibehalten wird. Anstelle einer Armierung oder auch zusätzlich zu dieser kann der Trägerkörper in einem Kunststoffgehäuse, vorzugsweise aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff angeordnet sein, so daß der Trägerkörper als Komplettanordnung in einem Luftführungsgehäuse, beispielsweise einer Heizungs- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges integriert werden kann. Aufgrund der Werkstoffauswahl ergibt sich eine thermisch geschützte Integration des Sorptionsfilters in einem Anlagengehäuse aus konventionellem Werkstoff, ohne daß eine thermische Überbeanspruchung zu befürchten wäre.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung des Sorptionsfilters besteht bezüglich der Trägerstruktur darin, daß die Lagen des Streckmetallgitters durch Faltung von Abschnitten eines streifenförmigen Zuschnitts gebildet sind. Dadurch wird sowohl die Einstückigkeit der aus mehreren Lagen des Streckmetallgitters bestehenden Trägerstruktur als auch eine um jeweils 90° verdrehte Anordnung aufeinanderfolgender Lagen erreicht. Durch die jeweils schräg stehenden Gitterstege wird bei der Durchströmung der Gesamtstruktur eine spiralige Führung der Luft erzeugt, die bei geringem zusätzlichen Druckabfall einen optimalen Stoffaustausch zwischen der zu filternden Luft und den Adsorbentien wirkt. Um vorgegebenen Einbaumaßen und Formen zu entsprechen, wird die Breite des Zuschnitts entsprechend festgelegt und der Win kel, unter dem die Faltekanten zur Längsachse des Zuschnitts verlaufen, bestimmt. Um eine quadratische Form (in Richtung des durchströmenden Luftstroms gesehen) zu erreichen, weisen die Faltkanten einen Winkel zur Längsachse des Zuschnitts von 45° auf. Die Form eines Rechtecks entsteht dadurch, daß die Faltkanten in wechselnder Folge einen Winkel zur Längsachse des Zuschnitts von zum Beispiel 30° und 60° aufweisen und jeweils gegenläufig sind.
Die Abschnitte des plissierten Streckmetallgitters oder gefalteten Zuschnitts sind vorzugsweise im wesentlichen quer zur Luftströmungsrichtung angeordnet, wobei zwei jeweils aufeinanderfolgende Abschnitte einen Winkel von 2° bis 15°, insbesondere von 3° bis 6° zwischen sich einschließen. Durch die Plissierung oder Faltung ergibt sich dabei eine gegensinnige Ausrichtung der Öffnungswinkel in jeweils wechselnder Folge. Die durch das Plissieren entstandenen Bögen können beispielsweise schräg zur Luftströmungsrichtung angeordnet sein, wodurch sich eine asymmetrische Anordnung innerhalb des Luftführungskanals ergibt. Durch diese Ausführung kann unter Ausnutzung der Richtwirkung der schräg gestellten Gitterstege eine Mehrfachdurchströmung der plissierten Struktur unterstützt werden. Als Alternative hierzu können die durch das Plissieren entstandene Bögen in dem Kunststoffgehäuse oder in einem entsprechenden Rahmenteil aufgenommen sein, wodurch eine bessere Zwangsdurchströmung mehrerer, gegebenenfalls auch aller Sorptionsschichten ermöglicht wird. Das Streckmetallgitter weist vorzugsweise eine Materialdicke von 0,1 mm bis 0,5 mm auf, wobei als Material insbesondere rostfreier Stahl, Edelstahl oder Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung in Betracht zu ziehen sind. Der Winkel, den die Gitterstäbe zur Flächennormalen einnehmen, beträgt zweckmäßigerweise etwa 45°.
Bei einer Mischung von Granulat verschiedener Adsorbentien kommen insbesondere Aktivkohle, Aktivkoks, Silicagel und/oder über den Sol-Gel-Prozeß hergestellte anorganische-organische Komposite mit hoher innerer Oberfläche in Betracht. Dabei können die Adsorbentien in Granulatform mit anorganischen-organischen Kompositen mit handelsüblichen Klebstoffen, aber auch als Binder auf dem Streckmetallgitter aufgetragen sein. Darüber hinaus können als Adsorptionsmittel anorganische-organische Komposite vorgesehen sein, die durch Direktbeschichtung auf das Streckmetallgitter aufgetragen sind. Der Vorteil des Einsatzes von anorganischen-organischen Kompositen liegt darin, daß manche Schadstoffe wie z.B. Benzol sich von anorganischen-organischen Kompositen bei gegebener Temperatur schneller und vollständiger thermisch desorbieren lassen als von Aktivkohle.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Streckmetallgitters in vergrößerter Darstellung,
2 einen Ausschnitt einer Seitenansicht mehrerer gestapelter Lagen des Streckmetallgitters,
3 eine perspektivische Ansicht eines plissierten Streckmetallgitters,
4 eine Seitenansicht des Streckmetallgitters gemäß 3,
5 eine Draufsicht auf das Streckmetallgitter gemäß 3,
6 eine selbsttragende Struktur des Sorptionsfilters mit Streckmetallgitter als Armierung,
7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in 6,
8 eine parallelogrammförmige Trägerstruktur in einem Luftkanal,
9 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit IX in 8,
10 eine asymmetrische Anordnung eines plissierten Streckmetallgitters in einem Gehäuse,
11 einen Längsschnitt durch einen Luftkanal mit darin eingesetztem Sorptionsfilter,
12 eine perspektivische Ansicht des plissierten Streckmetallgitters,
13 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit XIII in 11,
14 u. 15 die Darstellung zweier Zuschnitte eines Streckmetallgitters mit unterschiedlichen Faltkanten,
16 eine perspektivische Ansicht eines gefalteten Streckmetallgitters,
17 bis 19 drei verschiedene Darstellungen des gefalteten Streckmetallgitters der 16.
In 1 ist eine Trägerstruktur 1 in perspektivischer Darstellung gezeigt, wobei diese Trägerstruktur 1 aus einem Streckmetallgitter 2 besteht, das eine Vielzahl von maschenartigen Gitterstegen 3 umfaßt, zwischen denen Öffnungen 4 gebildet sind. Dieses Streckmetallgitter 2 dient als Trägerstruktur 1 für Adsorbentien, mit denen das Streckmetallgitter beschichtet wird. Mehrere beschichtete Streckmetallgitter 2 bilden die Trägerstruktur für ein desorbierbares Sorptionsfilter.
Die 2 zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht durch einen Stapel 5 mehrerer Lagen 11 bis 18 aus Streckmetallgitter 2. Dabei sind die Lagen 11 bis 18 des Streckmetallgitters 2, 2', 2* bezüglich der Gitterrichtung um 90° gegeneinander verdreht, das heißt, die oberste Lage 11 ist um 90° gegenüber der zweiten Lage 12 und diese wiederum um 90° gegenüber der dritten Lage 13 verdreht. Ebenso verhält es sich bezogen auf die dritte Lage 13 mit den jeweils nachfolgenden Lagen 14, 15, 16, 17 und 18. Aufgrund des Drehwinkels von 90° stimmt somit eine der Lagen 11 bis 18 mit der jeweils vierten nachfolgenden Lage überein (Beispiel: Lage 12 und 16). Durch diese Anordnung ergibt sich eine je weils andere Ausrichtung der Gitterstege 3 bzw. 3' gegenüber den Gitterstegen der anderen Lagen, was zur Folge hat, daß die durchströmende Luft bezüglich ihrer Richtung abgelenkt wird. In der Darstellung gemäß 2 weisen die Gitterstege 3 zu einer Flächennormalen FN einen Winkel α von ca. 60° auf, wohingegen die Gitterstege 3' in der Lage 14 des Streckmetallgitters 2' in einem gegenläufigen Winkel gleicher Größe angeordnet sind.
Die 3 zeigt eine Trägerstruktur 1 in perspektivischer Darstellung, wobei diese Trägerstruktur aus einem plissierten Streckmetallgitter 6 besteht. Dieses plissierte Streckmetallgitter 6 umfaßt drei parallel zueinander verlaufende Reihen 7, 8, 9, die vorzugsweise aus einem zusammenhängenden Streckmetallgitter in die plissierte Form gebracht sind. Aus diesem Grund sind die jeweiligen Lagen der Plissierung aller drei Reihen 7, 8, 9 zueinander ausgerichtet. Am in 3 vorderen Ende der Reihe 7 ist an dem plissierten Streckmetallgitter 6 eine Lasche 10 vorgesehen, die als Anschluß für einen elektrischen Kontakt dient. Die Richtung des Luftstromes ist mit dem Pfeil LS bezeichnet.
Die 4 zeigt eine Seitenansicht des plissierten Streckmetallgitters 6, das eine Vielzahl von Abschnitten 20 aufweist, die über endseitige Bögen 21 miteinander verbunden sind. Auf der in der Zeichnung rechten Seite des plissierten Streckmetallgitters 6 befindet sich die Lasche 10, die einen ersten elektrischen Anschluß bildet, wohingegen auf der linken Seite des Streckmetallgitters 6 eine weitere Lasche 10' als zweiter elektrischer Anschluß zu sehen ist. Aufgrund der Höhe H und dem relativ geringen Abstand S zweier aufeinanderfolgenden Bögen 21 auf derselben Seite des plissierten Streckmetallgitters 6 ergibt sich eine große Oberfläche der Trägerstruktur 1 für die Aufnahme der Adsorbentien.
In 5 ist eine Draufsicht auf das Streckmetallgitter 6 der 3 gezeigt, woraus ersichtlich ist, daß zwischen den Reihen 7 und 8 ein Schlitz 19 und zwischen den Reihen 8 und 9 ein Schlitz 19' vorgesehen sind. Diese Schlitze 19, 19' erstrecken sich nahezu über die gesamte Länge einer Reihe 7, 8, 9, wobei jeweils zwei benachbarte Reihen 7, 8 bzw. 8, 9 über Brücken 22 bzw. 22' miteinander verbunden sind. Auf diese Weise bilden die Reihen 7, 8, 9 des plissierten Streckmetallgitters 6 eine elektrische Reihenschaltung, deren Einzelwiderstände sich zu einem Gesamtwiderstand zwischen den die elektrischen Anschlüsse bildenden Laschen 10 und 10' addieren.
Die 6 zeigt eine selbsttragende Struktur eines Sorptionsfilters 25, bei der ein Sorptionsmittel 23 auf einem als vorgeformte Armierung dienenden plissierten Streckgitter aufgetragen ist. Durch die Plissierung ergeben sich an der Oberseite des perspektivisch dargestellten Sorptionsfilters 25 eine Vielzahl von Öffnungen 24, so daß die luftbeaufschlagte Oberfläche des Sorptionsfilters äußerst groß ist. Bei einer solchen Anordnung wird das plissierte Streckmetallgitter als vorgeformte Armierungsstruktur für ein abgeformtes Bett einer verklebten Granulatschüttung eines Sorptionsmittels verwendet, in dem das Streckmetallgitter in eine Gießform eingelegt wird und diese mit einer mit Kleber vermischten Granulatschüttung ausgegossen und nach Schließen der Form ausgehärtet wird. Das Klebersystem und die Korngröße des Granulats ist so abgestimmt, daß die verklebte Granulatschüttung einen ausreichenden Durchtritt der zu behandelnden Luft ermöglicht. Aus der Sorptionsmittel schicht 23 ragt die Lasche 10 zum Zwecke der Verbindung mit einer elektrischen Anschlußleitung hervor.
In 7 ist der Schnitt entlang der Linie VII-VII in 6 gezeigt. Es ergibt sich aus dieser Darstellung, daß das in 3 gezeigte plissierte Streckmetallgitter 6 vollständig mit dem Sorptionsmittel 23 überzogen ist, wobei die Abschnitte 20 lediglich mit einem dünnen Überzug des Sorptionsmittels 23 versehen sind und lediglich die beiden endseitigen Abschnitte bzw. Lagen 20 des plissierten Streckmetallgitters eine etwas dickere Sorptionsmittelschicht 23' aufweisen. Ebenso sind die Bögen 21 zwischen den einzelnen Abschnitten 20 vom Sorptionsmittel überzogen, wobei zwischen den die Bögen 21 überdeckenden Bereichen die Öffnungen 24 gebildet sind.
In 8 ist ein in einem Luftkanal 26 eingesetztes Sorptionsfilter 30 gezeigt, das eine Trägerstruktur 31 aus einer Vielzahl von durch Abschnitte 20 gebildeten Lagen und zwischen den Abschnitten befindlichen Bögen 21 umfaßt. Quer zur Richtung eines Luftstroms LS gesehen, ist die Trägerstruktur 31 parallelogrammförmig, so daß die Stirnfläche des Sorptionsfilters 30, bezogen auf die Längsrichtung des Luftkanals 26, unter einem Winkel verläuft. An den beiden Schmalseiten des Parallelogramms sind die Bögen 21 in einen Rahmen 27 aus einem Kunststoffmaterial eingebettet, so daß das Sorptionsfilter 30 formstabil ist und auf einfache Weise in dem Luftkanal 26 befestigt werden kann. Durch diese Form der plissierten Trägerstruktur 31 und der relativen Lage im Luftkanal 26 sind die Bögen schräg zur Luftströmungsrichtung LS angeordnet, wodurch die eintrittseitige Oberfläche für den zu behandelnden Luftstrom enorm groß ist.
Die 9 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit IX in 8, wobei die durch die Abschnitte gebildeten Lagen 20 ohne Beschichtung mit Sorptionsmaterial dargestellt sind. Aus 9 ist zu ersehen, daß die jeweils benachbarten Lagen 20 einen Winkel β von etwa 4° einschließen. Dieser Winkel β kann je nach Ausführung bei plissierten Streckmetallgittern zwischen 2° und 15° betragen, als bevorzugter Winkel werden jedoch 4° bis 10° angesehen. In 9 ist die durch eine Lage 20 gebildete Gerade die Flächennormale FN, zu der die Gitterstege 3 einen Winkel von etwa 50° bis 60° aufweisen. Durch die Schrägstellung der Gitterstege 3 entsteht eine Richtungswirkung für den durchtretenden Luftstrom, so daß es zu einer Mehrfachdurchströmung der plissierten Struktur kommt. Die Materialstärke D des Streckmetallgitters, die der Blechdicke des ebenen Materials vor der Verformung zu einem Streckmetallgitter gemäß 1 entspricht, wird je nach Anforderungen an die Festigkeit sowie die spezifischen Werte des ausgewählten Materials und insbesondere des elektrischen Widerstandes bestimmt, wobei hauptsächlich Materialstärken von 0,1 mm bis 0,5 mm in Betracht zu ziehen sind.
Die 10 zeigt eine asymmetrische Anordnung eines plissierten Streckmetallgitters 28 in einem Kunststoffgehäuse 29, das aus einem hochtemperaturfesten Werkstoff besteht. Dieses Gehäuse 29 ist in dem Luftkanal 26 oder gegebenenfalls auch einem Anlagengehäuse einer Fahrzeugheizungs- und/oder Klimaanlage angeordnet, wobei der hochtemperaturfeste Werkstoff des Kunststoffgehäuses die thermisch geschützte Integration des Sorptionsfilters in einem Gehäuse aus konventionellen Werkstoffen ermöglicht, ohne daß diese Gehäuseteile thermisch überbeansprucht werden.
In 11 ist ein Längsschnitt durch den Luftkanal 26 mit einem darin eingesetzten Sorptionsfilter 35 gezeigt. Dieser Sorptionsfilter 35 weist quer zu Luftströmungsrichtung LS die Form eines Parallelogramms auf und umfaßt mehrere Lagen 20 eines plissierten Streckmetallgittes 36. Die einzelnen Lagen 20 sind über endseitige Bögen 21 miteinander verbunden, wobei die Bögen 21 in einen Kunststoffrahmen 34 eingebettet sind, der zur Erzeugung einer äußerst guten Formstabilität der Trägerstruktur und zur einfachen Befestigung des Sorptionsfilters 35 im Luftkanal 26 dient. Bei der in 11 gezeigten Anordnung muß der zu behandelnde Luftstrom durch alle Lagen 20 des plissierten Streckmetallgitters 36 treten.
Die 12 zeigt eine perspektivische Ansicht des plissierten Streckmetallgitters 6 mit mehreren Lagen 20 und endseitigen, die einzelnen Lagen miteinander verbindenden Bögen 21. Im Gegensatz zu den in den 3 bis 10 beschriebenen plissierten Streckmetallgittern ist das in 11 und 12 gezeigte Streckmetallgitter 36 über die gesamte Breite durchgehend ausgeführt und nicht in einzelne, parallel liegende Streifen unterteilt. Durch eine solche Ausführung wird der elektrische Widerstand erheblich reduziert, was beispielsweise durch die Auswahl eines anderen Werkstoffs oder die Materialdicke im wesentlichen kompensiert werden kann. Natürlich kann auch in Abweichung zur dargestellten Ausführungsform das so gefaltete Streckgitterpaket in Streifen unterteilt sein, die zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes in Reihe geschaltet werden können. Zur elektrischen Isolierung der einzelnen Streifen und zur Unterbindung eines Luftbypasses zwischen den Streifen kann der Rahmen Trennwände aus Kunststoff enthalten.
Die 13 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit XIII in 11. Auch bei dieser Anordnung sind die Gitterstege 3 in einem Winkel zur Flächennormalen FN angeordnet, wobei der Winkel in diesem Ausführungsbeispiel etwa 60° beträgt. Zur Minimierung des Strömungswiderstandes ist das Streckgitterpaket derart parallelogrammartig gefaltet, daß es einen schrägen Einbau in einen Luftkanal ermöglicht und die Gitterstege der Trägerstruktur genau in Strömungsrichtung liegen. Die jeweils aufeinanderfolgenden Lagen 20 verlaufen in einem sehr geringen Winkel zueinander, wobei dieser Winkel vorzugsweise auch 0° betragen kann.
Eine weitere Möglichkeit, mehrlagige Streckmetallgitterstrukturen zu erzeugen, besteht darin, das Material auf geeignete Weise zu falten. Die 14 und 15 zeigen Darstellungen zweier Zuschnitte eines Streckmetallgitters mit entsprechend festgelegten Faltkanten.
In 14 ist ein Zuschnitt 38 gezeigt, der vorzugsweise aus einem in 1 gezeigten Streckmetallgitter besteht. Dieser Zuschnitt 38 weist eine Breite b von beispielsweise 60 mm bis 100 mm, vorzugsweise etwa 70 mm auf. über die Längserstreckung ist der Zuschnitt 38 mit einer Vielzahl von Faltkanten 39 versehen, die schräg zur Längsrichtung des Zuschnitts 38 verlaufen und in wechselnden Richtungen angeordnet sind. Der Winkel γ₁, den die Faltkanten 39 zur Längsrichtung des Zuschnitts 38 einschließen, beträgt 45°. Dementsprechend ist auch die Faltkantenlänge l₁ aller Faltkanten 39 gleich. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Faltkanten 39 ergeben sich Abschnitte 37, die nach dem Falten die jeweiligen Lagen bilden.
Der in 15 gezeigte Zuschnitt 38 stimmt bezüglich seiner äußeren Abmessungen mit demjenigen der 14 überein.
Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführung sind in 15 erste Faltkanten 41 und zweite Faltkanten 42 vorgesehen, die unterschiedlich lang sind und auch unterschiedliche Winkel zu Längsrichtung des Zuschnitts 38 aufweisen. Dabei besitzt eine erste Faltkante 41 eine Länge l₂ und schließt zur Längsrichtung des Zuschnitts 38 einen Winkel γ₂ von 30° ein. Eine zweite Faltkante 42, die sich an die erste Faltkante 41 unmittelbar anschließt, jedoch gegenläufig über die Breite des Zuschnitts 38 reicht, besitzt eine Länge l₃ und liegt in einem Winkel γ₃ zur Längsrichtung des Zuschnitts 38 von 60°.
Die 16 zeigt eine perspektivische Ansicht eines aus einem Zuschnitt 38 der 14 gefalteten Streckmetallgitters 40, wobei aufgrund des Winkels der Faltkanten zwei benachbarte Lagen jeweils um 90° gegeneinander verdreht sind. Durch die schräg zur Flächennormalen stehenden Gitterstege wird bei der Durchströmung der Gesamtstruktur eine spiralige Lenkung der Luft erzeugt, die bei geringem zusätzlichen Druckabfall einen optimalen Stoffaustausch zwischen der zu filternden Luft und den Adsorbentien bewirkt. Dabei soll darauf geachtet werden, daß die einzelnen Lagen dicht übereinander angeordnet sind, jedoch keinen elektrischen Kontakt außer an den Faltkanten 38 zueinander haben.
In den 17 bis 19 sind verschiedene Darstellungen des gefalteten Streckmetallgitters 40 gezeigt, wobei 17 die Seitenansicht der Gesamtanordnung zeigt, das heißt, der zu behandelnde Luftstrom LS trifft von oben auf das gefaltete Streckmetallgitter 40 auf. Die jeweiligen Lagen 37 sind in einem Winkel zueinander angeordnet. 18 zeigt die Draufsicht auf das Streckmetallgitter 40 und 19 zeigt eine weitere Seitenansicht des Streckmetallgitters 40, die jedoch gegenüber der Darstellung in 17, bezo gen auf die Längsachse, um 90° gedreht ist. Wie aus den 17 und 19 deutlich wird, stehen zwei aufeinanderfolgende Faltkanten 39 jeweils rechtwinkelig zueinander, so daß der Zuschnitt 38 letztendlich in Faltabschnitte unterteilt ist, der als fertig gefaltetes Streckmetallgitter 40 um 90°, bezogen auf die Luftströmungsrichtung LS, versetzte Lagen 37 umfaßt.
Als Adsorbentien kommen insbesondere Aktivkohle, Aktivkoks, Silicagel und gegebenenfalls weitere als Granulat zur Verfügung stehende Materialien in Betracht. Als besonders bevorzugt wird der Einsatz von über den Sol-Gel-Prozeß hergestellten anorganischen-organischen Kompositen angesehen. Diese bestehen aus sich gegenseitig durchdringenden anorganischen und organischen Netzwerken, deren chemische Zusammensetzung spezifisch auf die abzuscheidenden Stoffe zugeschnitten werden können. Dabei ist auch eine Direktbeschichtung der Metallträger durch anorganische-organische Komposite als Adsorptionsmittel möglich. Darüber hinaus können anorganische-organische Komposite als Binder für granulierte Adsorptionsmittel benutzt werden.
Mit Hilfe von anorganischen-organischen Kompositen lassen sich bestimmte Schadstoffe wie beispielsweise Benzol bei gegebener Temperatur schneller und vollständiger thermisch desorbieren als von Aktivkohle. Dadurch läßt sich die Temperaturbelastung der Werkstoffe sowohl hinsichtlich Zeitdauer der Belastung als auch hinsichtlich der Absoluttemperatur senken, was die Konstruktion eines thermisch desorbierbaren Sorptionsfilters entscheidend vereinfacht. Während Aktivkohle im wesentlichen alle Kohlenwasserstoffe gleich gut adsorbiert und lediglich im Hinblick auf saure Gase, NO₂, SO₂, eine zusätzliche und damit teuere Aktivierung der Aktivkohle erforderlich ist, kann eine selektive Adsorption von Benzol bei anorganischen-organischen Kompositen durch eine einfache Änderung der chemischen Zusammensetzung bei der Synthese erfolgen. Anorganische-organische Komposite können in unterschiedlicher Form benutzt werden, so lassen diese sich beispielsweise als dünne Schicht auftragen, mit der Granulat aus anorganischen-organischen Kompositen auf einer Trägerstruktur befestigt werden kann. Auf diese Weise wird die Kapazität und die Dynamik eines Schadstoffilters gesteigert.

Claims

Desorbierbares Sorptionsfilter (25, 30, 35), insbesondere zur Behandlung der einem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft, mit einer Trägerstruktur (1, 31) aus einem elektrisch leitfähigen Material und einem daran haftenden Sorptionsmittel (23) und mit elektrischen Anschlüssen (10, 10') an der Trägerstruktur (1, 31) zum Anlegen einer elektrischen Spannung, wobei die Trägerstruktur (1, 31) aus einem Streckmetallgitter (2, 6, 28, 36, 40) besteht, das aus einem Netz von in einem Winkel (α) zu einer Flächennormalen (FN) stehenden Gitterstegen (3, 3') besteht und die Trägerstruktur (1, 31) mehrere Lagen (11 bis 18, 20, 37) des Streckmetallgitters (2, 2', 2*, 6, 28, 36, 40) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Lagen des Streckmetallgitters (2, 2', 2*) mit unterschiedlichen, selektiv auf verschiedene Gase hin optimierten Adsorbentien beschichtet sind.
Sorptionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Lage mit einem Sorbens zur Adsorption von Feuchtigkeit und/oder saueren Gasen und eine nachgeordnete Lage mit einem Sorbens zur Abscheidung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Benzol beschichtet sind.
Sorptionsfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (11 bis 18) des Streckmetallgitters (2, 2', 2*) unmittelbar aneinanderliegen.
Sorptionsfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Lagen (20) im Abstand zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Lagen zur Aufrechterhaltung des Abstandes Distanzmittel vorgesehen sein können.
Sorptionsfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von den im Abstand angeordneten Lagen (20, 37) des Streckmetallgitters (6, 28, 36, 40), mindestens die vom Luftstrom (LS) zuerst beaufschlagte, von einem elektrischen Strom auf heizbar ist.
Sorptionsfilter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Lagen oder Gruppen von Lagen des Streckmetallgitters (2, 2', 2*) Mittel zur elektrischen Isolation vorgesehen sind.
Sorptionsfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Lagen (11 bis 18) in einer elektrischen Parallelschaltung angeordnet sind.
Sorptionsfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Lagen (20, 37) in einer elektrischen Reihenschaltung angeordnet sind.
Sorptionsfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderliegenden Lagen (11 bis 18) des Streckmetallgitters (2, 2', 2*) durch ein Klebemittel miteinander verbunden sind.
Sorptionsfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderliegenden Lagen (11 bis 18) des Streckmetallgitters (2, 2', 2*) stoffschlüssig, vorzugsweise durch Lötung verbunden sind.
Sorptionsfilter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (11 bis 18) des Streckmetallgitters (2, 2', 2*) gegebenenfalls unter Zwischenschaltung der Distanzmittel zusammengespannt sind.
Sorptionsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinanderfolgende Lagen (11 bis 18 bzw. 37) des Streckmetallgitters (2, 2', 2*, 40), bezogen auf die Luftströmungsrichtung (LS), unterschiedlich ausgerichtete Gitterstege (3, 3') aufweisen.
Sorptionsfilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Ausrichtung der Gitterstege (3, 3') durch Drehung der Lagen (11 bis 18, 37) um einen bestimmten Winkel zueinander erzeugt ist, wobei der Winkel vorzugsweise 90° beträgt.
Sorptionsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstruktur (31) in einem Kunststoffgehäuse (29) vorzugsweise aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff angeordnet ist.
Sorptionsfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (20) durch Abschnitte eines plissierten Streckmetallgitters (6, 36) mit am Ende der Lagen (20) vorgesehenen Bögen (21) gebildet sind.
Sorptionsfilter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das plissierte Streckmetallgitter (6) mit einer Armierung versehen ist, die sich mindestens an den beiden quer zu den Bögen (21) verlaufenden Seiten der Trägerstruktur (1) erstreckt.
Sorptionsfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (37) des Streckmetallgitters (40) durch Faltung von Abschnitten eines streifenförmigen Zuschnitts (38) gebildet sind.
Sorptionsfilter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltung des Zuschnitts (38) entlang von Faltkanten (39) erfolgt, die einen Winkel (γ₁) zur Längsachse des Zuschnitts (38) von 45° aufweisen, wobei die Faltkanten (39) in wechselnder Folge gegensinnig verlaufen.
Sorptionsfilter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltung des Zuschnitts (38) entlang von ersten und zweiten Faltkanten (41, 42) erfolgt, die in wechselnder Folge unterschiedliche Winkel (γ₂, γ₃) zur Längsachse des Zuschnitts (38) aufweisen, so daß die Länge (l₂, l₂) der Kanten (41, 42) in Verbindung mit der Breite (b) des Zuschnitts (38) zu einem Filterelement mit der Länge (l₃) und der Breite (l₃) der luftbeaufschlagten Querschnittsfläche führt.
Sorptionsfilter nach Anspruch 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (20) des plissierten Streckmetallgitters (6) oder gefalteten Zuschnitts (38) im wesentlichen quer zur Luftströmungsrichtung (LS) angeordnet sind (8 und 11).
Sorptionsfilter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Plissieren entstandenen Bögen (21) schräg zur Luftströmungsrichtung (LS) angeordnet sind.
Sorptionsfilter nach Anspruch 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die bei einem plissierten Streckmetallgitter (36) gebildeten Bögen (21) in dem Kunststoffgehäuse (34) aufgenommen sind.
Sorptionsfilter nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei aufeinanderfolgende Abschnitte bzw. Lagen (20, 37) einen Winkel von 2° bis 15°, vorzugsweise 3° bis 6°, zwischen sich einschließen.
Sorptionsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Streckmetallgitter (2, 6, 28, 36, 40) eine Materialstärke (D) von 0,1 mm bis 0,5 mm aufweist.
Sorptionsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Streckmetallgitter (2, 6, 28, 36, 40) aus Stahl, vorzugsweise einem rostfreien Stahl besteht.
Sorptionsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Streckmetallgitter (2, 6, 28, 36, 40) aus Edelstahl besteht.
Sorptionsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, das das Streckmetallgitter (2, 6, 28, 36, 40) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Sorptionsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) der Gitterstege (3, 3') zur Flächennormalen (FN) 45° bis 60° beträgt.
Sorptionsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (2, 2', 2*, 20, 37) mit einer Mischung aus verschiedenen Adsorbentien, vorzugsweise in Granulatform, beschichtet sind.
Sorptionsfilter nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Aktivkohle, Aktivkoks, Silicagel und/oder Nanomeren mit hoher innerer Oberfläche vorgesehen sind.
Sorptionsfilter nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß Adsorbentien in Granulatform mit Nanomeren als Binder auf dem Streckmetallgitter (2, 2', 2*, 6, 36, 40) aufgetragen sind.
Sorptionsfilter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorptionsmittel Nanomeren vorgesehen sind, die durch Direktbeschichtung auf das Streckmetallgitter (2, 2', 2*, 6, 36, 40) aufgetragen sind.
Sorptionsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstruktur (1) orthogonal zur Luftströmungsrichtung (LS) im Luftkanal (26) gesehen eine parallelogrammförmige Struktur aufweist.