過濾部件,尤其是空氣過濾部件和具有過濾部件的過濾系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一個過濾部件，尤其是用于作為空氣過濾部件，以及具有這種過濾部件的過濾系統。
【背景技術】
[0002]由EP 1349 638 BI已知一個用于燃料電池系統的過濾部件，其中活性炭作為吸附過濾介質使用。例如建議在圓柱形過濾器里面的活性炭床。過濾部件前置于燃料電池并且用于凈化陰極空氣。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是，實現尤其用于空氣過濾的結實的過濾部件。
[0004]本發明的另一目的是，給出具有這種過濾部件的過濾系統。
[0005]上述目的按照本發明的一個方面通過過濾部件得以實現，該過濾部件具有過濾體，所述過濾體至少局部地包括至少一卷繞層，該卷繞層具有至少一吸附劑，以及按照本發明的另一方面具有過濾系統，該過濾系統具有這種過濾部件。
[0006]本發明的有利擴展結構和優點由其它權利要求、說明書和附圖給出。
[0007]建議一個過濾部件，具有過濾體，具有自身封閉的外側面，該外側面包圍自身封閉的內側面，其中所述內側面圍成中心的通流空間，其中在外側面與內側面之間設置至少一過濾介質，并且其中所述過濾體至少局部地包括具有至少一吸附劑的卷繞層。
[0008]卷繞的層或卷繞層有利地沒有獨立的槽，它們例如在打摺過濾體或者在使用浸漬過濾介質時產生，或者構成確定的通流通道，這易于過濾部件的加工和維護。在過濾部件中無需交替地封閉空氣導引通道，這易于加工。傳統的具有打摺過濾介質的過濾體的過濾部件由于高的通流速度不提供所需的接觸時間，接觸時間負責可靠地吸入或者吸附過濾器中的有害物，這對于用于氣體凈化的過濾器功能或者過濾效率和/或吸附效率是關鍵的。這特別適用于具有大流量的要過濾介質的過濾部件，例如在燃料電池系統，尤其在較高功率等級的燃料電池系統中，例如用于機動車或者靜止應用。通過具有卷繞層的擴展結構所述過濾部件提供足夠長的要過濾介質與吸附劑的接觸時間，在此接觸時間可以凈化要過濾的介質。
[0009]除了卷繞、即過濾部件的厚度，它由卷繞層在過濾部件中的數量和每個卷繞層的厚度給出，卷繞過濾器的形狀也可以改變。除了常見的圓形形狀以外，也能夠實現其它橫截面，例如橢圓形、三角形、多邊形。這些形狀能夠以簡單的方式通過卷繞扁平的載體在適合的內芯上加工。由此能夠最佳地利用結構空間。
[0010]所述過濾部件的設計是不復雜且結實的，并且允許在使用中長的使用壽命。此外例如通過有目的地在過濾部件的徑向和/或軸向上分布其它部件在至少一卷繞層里面可以給定過濾特性。
[0011]所述過濾部件尤其可以是空氣過濾部件。至少一吸附劑可以包括至少一由活性炭、沸石、硅膠、金屬氧化物、分子篩、層狀硅酸鹽、納米粘土族中的原料。
[0012]一般可以在原料選擇方面(例如各種活性炭、沸石、硅膠、金屬氧化物如氧化鋁、氧化銅或氧化錳、分子篩如MOFs (MOF=金屬有機骨架)、層狀硅酸鹽、納米粘土)和/或其面重方面選擇吸附層，用于實現有目的地適配于吸附任務。將由礦物的層狀硅酸鹽組成的納米顆粒稱為納米粘土。
[0013]每個卷繞層的有意義的面重范圍例如位于至少10g/m2至4000 g/m2之間，優選至少 100 g/m2至 2000 g/m 2O
[0014]按照有利的改進方案，所述過濾體包括載體，在其上涂覆具有至少一吸附劑的覆層，并且通過卷繞載體、例如在適合的內芯上以所期望的直徑和所期望的橫截面得到其形狀，例如通過卷繞在具有圓形橫截面的圓柱形內芯上。在此為了固定吸附劑所述載體例如可以由此兩層帶狀支架材料組成，在其間設置吸附層，或者也由單層帶狀支架材料組成，在其上以適合的方式固定吸附劑。在此可以通過不同的方式實現至少一吸附劑的固定，例如通過襯入到粘接物質里面，與粘接絲、粘接點、粘接膜和類似粘接物質置于接觸。
[0015]可以使用任意形式的吸附劑，例如以任意成形的顆粒，以確定成形的顆粒(以球形、小棒形等)、粉末和類似形狀。至少一吸附劑同樣可以適合地浸漬和/或與其它吸附劑和/或吸收劑混合，用于例如從要過濾的介質中蓄積和/或中和和/或轉換不期望的化學組成部分。在此可以在卷繞前以適合的方式這樣實現分布相應的組分在載體上，使得在卷繞后例如多層有目的地具有第一組分，接著的其它卷繞層具有其它或附加的組分，或者可以這樣選擇分布，使得在卷繞的過濾部件中產生一個或多個組分在徑向上的梯度。
[0016]尤其可以在卷繞層里面先后涂覆至少兩種吸收劑和/或吸附劑，并由此在徑向上看去內部卷繞部位(例如超過幾層)里面與在徑向看去外部卷繞部位里面存在不同的吸附劑或吸收劑。在此不強制地將吸附劑或吸收劑涂覆在同一或一體的載體和/或面層介質上。
[0017]可以這樣構成卷繞，使具有不同面重的卷繞層徑向相互銜接，用于實現所期望的吸附效果。例如對于作為過濾的介質在凈端含有的確定的目標氣體可以在卷繞層里面使用完全確定量的為此最佳的吸附劑(例如浸漬的活性炭、沸石、硅膠、金屬氧化物例如氧化鋁、氧化銅、氧化錳、分子篩例如MOFs、層狀硅酸鹽、納米粘土)。與傳統的吸附填料或者吸收泡沫、例如活性炭泡沫相比能夠實現這種卷繞層的確定的入流側和/或排流側的位置。通過有目的地布置確定的吸附層可以對此狀況作出反應，優選在入流側吸附某些氣體分子，優選在排流側吸附其它氣體分子。
[0018]單個吸附層也可以由不同吸附劑的混合物實現(例如不同浸漬的活性炭、沸石、硅膠、金屬氧化物例如氧化鋁、氧化銅、氧化錳、分子篩例如MOFs、層狀硅酸鹽、納米粘土)。
[0019]所述載體用于固定組分顆粒、例如吸附顆粒，并且用于穩定過濾部件的卷繞結構。對此例如無紡布是特別適合的。這些無紡布層也可以有利地承擔部分顆粒過濾。對于從要過濾的介質中較高的顆粒分離率和粉塵蓄積容量有意義的是，在卷繞體中有針對性地構成載體作為顆粒過濾層。代替簡單的無紡布也可以使用細纖維層(例如所謂的熔噴纖維)或者極細和納米纖維層(例如利用靜電紡織制成)。所述顆粒過濾層可以由許多無紡布層或纖維層組成。這些顆粒過濾層可以在入流側和/或排流側和/或作為吸附劑的載體作為卷繞體中的吸附層之間的中間層使用。
[0020]此外能夠實現卷繞的載體層和吸附層與附加的顆粒過濾部件(尤其是打摺)的組入口 ο
[0021]通過例如由無紡布層構成過濾顆粒的層和吸附劑的載體可以將分離顆粒組合到卷繞層結構里面。備選或附加地可以在過濾體內壁和/或外壁上耦聯其它的具有補充的過濾功能的過濾部件，例如作為內壁和/或外壁上的覆層。
[0022]在此具有至少一吸附劑的卷繞層可以由下面有利的變化構造:
a載體具有確定種類的吸附劑，例如確定的活性炭種類，和用于覆蓋吸附劑的飾層介質；
b載體具有由許多不同吸附劑種類組成的吸附劑混合物，例如許多活性炭種類，和用于覆蓋吸附劑的飾層介質；
c載體具有至少兩層不同的吸附劑和用于覆蓋吸附劑的飾層介質； d a至c的變體，沒有用于覆蓋吸附劑的飾層介質；
e a至c的變體，具有或沒有用于覆蓋吸附劑的飾層介質，例如活性炭，具有其它的吸收劑和/或吸附劑，例如分子篩和類似物質。通過這個布置得到在卷繞體橫截面中持久交變的具有不同特性的吸附層或吸收層，它們在加工過濾部件時可以按照需要構成。
[0023]按照有利的改進方案，所述卷繞吸附層在其棱邊上具有封邊。在此所述載體縱棱邊的封邊可以形成端面的端部板。這個端部板可以在卷繞載體時已經形成。在扁平層的兩個側面端部上沿著載體的縱向延伸可以在封閉部件上實現封邊。例如封閉部件可以通過粘接劑、泡沫、熱塑性塑料、卡子、焊接過程或者上述方法的組合形成。也可以設想直接在卷繞過程期間使用熱粘接劑，后面的卷繞層卷繞在前面的卷繞層上并且熱粘接劑在卷繞層的邊緣部位還是足夠液體的，用于通過粘接劑密封地連接前面的卷繞層。
[0024]也可以通過事后熱塑地變形實現在過濾部件端面上的封邊，通過封邊部件在各個端面上熔化并變形。例如可以通過超聲波、熱封、紅外輻射、熱空氣實現熔化并且通過擠壓封邊部件在端面上和其外棱邊上實現變形。
[0025]作為另一選擇也存在使用獨立的端部盤的可能性，如同在油或燃料過濾部件中已知的那樣。
[0026]同樣可以通過上述方法實現載體端部、即第一和/或最后卷繞層的軸向棱邊在卷繞狀態中的封邊。由此可以保證至少一吸附劑在過濾部件卷繞層中的繞流并且抑制泄漏。
[0027]所述卷繞層的端部部位可以適宜地在卷繞的過濾部件的外殼體和/或內殼體上固定。所述固定可以在幾毫米、最好約5毫米至幾厘米的長度和/或寬度上構成。所述固定例如可以隨著粘接最外部和/或最內部的卷繞層在位于去下面的卷繞層上并利用封邊固定，或者通過附加的固定部件如粘接劑、固定網、固定格柵、橡膠、圓柱