专利名称：吸附器、过滤模块、过滤单元和预处理外界空气的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分的用于净化未经处理的气体的吸附器、一种按权利要求14前序部分的带有这种吸附器的过滤模块、一种按权利要求24的前序部分的带这种过滤模块的过滤单元、一种按权利要求27前序部分的带有这种过滤模块的用于预处理外界空气的设备以及按权利要求31前序部分的带有这种过滤模块的用于处理前进气体的设备。
按照本发明这个目的，这种类型的吸附器具有权利要求1表示的特征、这种类型的过滤模块具有权利要求14表示的特征、这种类型的过滤单元具有权利要求25表示的特征、这种类型的用于预处理外界空气的设备具有权利要求27表示的特征并且这种类型的用于处理前进空气的设备具有权利要求31表示的特征。
吸附器的过滤材料由一种导电的吸附材料组成。用这种吸附材料可以非常方便地滤掉在未经处理的气体中的不希望的组分。此外这种导电的吸附材料还可以仅仅通过引导再生空气逆流动方向穿过吸附材料的方法方便地再生。
有利地采用可电力再生的ACF-过滤器作为吸附材料，它们由活性碳纤维织物或无纺布组成。在未经处理的气体穿过这种吸附器时有害物质被挡住，并可以在再生过程中重新去除。为了块速、可靠和受控地再生，吸附材料通过调节技术方法进行电加热，并用通风空气或再生空气流过。按本发明的吸附器在通风设备中可以用于预处理外界空气和含有溶剂或防臭剂的前进空气。
本发明的其他特征由其他权利要求、说明书和附图得到。
图17按本发明的过滤模块的正视图，图18以示意图表示的按本发明的用于预处理外界空气的设备，图19以示意图表示的按本发明的用于处理前进空气的设备。
每个模块2在其正面3以及其背面4上分别具有至少一个入口5和一个出口6(图5)。在入口和出口5、6处分别设有一节气门单元7、8(图1和5)。这些节气门单元7、8具有相互平行设置的节气门9、10，它们可以通过(未画出)的伺服电机打开或关闭。节气门9、10可以使过滤模块2与过滤单元1的总的气流按通风技术隔开。
在每个模块2内，设有数量取决于气流大小的筒管11(图2和5)。如由图5至10所见，筒管11具有一轴12，它由一管子构成，在两个固定在轴12上的底板13、14之间的区域内打排孔。两个底板13、14构成筒管11的端盖。如对于端盖13在图6中所示，端盖具有一中央孔15，其边缘16成直角向内弯曲，并用来安装环形密封件17。它由耐高温的不导电材料组成，并具有一内螺纹18，使得环形密封件17可以拧在轴端的外螺纹上。环形密封件17伸出底板13的环形边缘，并具有一围住该边缘的、往向向外布置的环形凸缘20。底板13拐弯的边缘16紧密地贴合在这个凸缘上。在轴12突出于环形密封件17的末端21上拧上一锁紧螺毋22，它贴合在环形密封件17上。
在轴12的另一端23上拧上一同样的环形密封件24(图9)，它以其末端的环形凸缘25围住用于轴12的穿透孔27的径向向内拐弯的边缘26。边缘26封闭位于底板14中心的穿透孔27。为了环形密封件24的轴向固定，在轴12上装一挡圈28。
两个底板13、14的外边缘29、30(图7和8)直角形拐弯，使得形成一个圆环，在它上面可以缠绕一种ACF-织物31或ACF-无纺布。在相互同心的边缘29、30上具有用于这个织物或无纺布31的(未画出的)张紧芯轴。在拐弯的边缘29、30上可以缠绕许多层。在边缘29、30区域内缠绕的织物31上分别装一夹紧环32、33，用它将织物31夹紧在边缘29、30的外侧上。通过拧在轴12末端21、23上的环形密封件20、24可以改变两个底板13、14之间的距离，并且用这种方法沿轴向夹紧织物31。
在所示和所述实施例中筒管11的外壳由卷绕的ACF-织物31构成。也可以将ACF-织物31或ACF-无纺布卷绕在一由不导电的透气材料组成的圆柱形基体。对于这种基体例如可以采用玻璃丝织物。这个基体以和ACF-织物31相同的方法固定在底板13、14的拐弯的外边缘29、30上。
筒管11朝向节气门单元7的底板13是封闭的，而另一个底板14具有用于过滤过的空气的穿透孔34。这个底板14例如可以做成辐条轮的形状。
模块2具有一正方形壳体35，它例如可以由金属组成。根据气流大小的不同在壳体35内相互并排地设置一个或几个筒管11。在所示实施例中相互以一定间距设置一列三个筒管11。其他筒管位于图5中所示的筒管列旁边一定距离处。全部筒管11都具有上面所述的结构。
如图7所示，一列的相邻筒管11电气串联。导电连接通过并排设置的筒管11的导电底板13进行。因为筒管11是电气串联的，筒管11的电阻增大，电流减小。电压的调节通过一(未画出的)功率调节器进行，它有利地具有一可调节的三相电源部分。
模块壳体35的底板37和盖板36可以做成双层壁的。前壁3和后壁4也可以做成双层壁的。
如图5所示筒管11的端盖14固定在一中间壁38上，它在底板37和盖板36之间延伸。此中间壁具有用于通过端盖14流出的净化了的空气的相应的通道口。
节气门单元7由两部分7′和7″组成。部分7″与壳体盖36相邻，并且只有唯一的一个节气门10。另一部分7′由许多相互平行地重叠设置的节气门10组成。两个部分7′和7″通过模块壳体35前壁3的一中间壁39隔开。
在模块壳体36背面4上的节气门单元8也由两部分8′和8″组成。在所示实施例中它们做得和节气门单元7的部分7′和7″一样，但是相对于它错开180°设置。所有部分7′、7″和8′、8″的节气门相互平行地布置。
相互并排和重叠设置的筒管11具有起吸附作用的过滤材料31，它由于筒管的所述结构可以方便地安装和叠放任意多层。
借助于图2较详细地说明筒管过滤器11的吸附原理。
在一个相界上，例如气相-固相的相界上，可以造成一个相，例如气相的浓度的提高，这称为吸附。决定性的是两个相的界面。如果在吸附时不发生化学反应，则称为物理吸附，这时释放出相当于至少是冷凝热量的热量。为了从湿空气中分离气体和蒸汽，碳特别合适，因为它由于其电子组形是非极化的。吸附的强度取决于待吸附物质的物理性能。水、氧气、氮气在常温下不被吸附，因此在作为过滤介质的碳不会吸附上无意吸附的物质。
在ACF-过滤时(活性碳纤维织物)分为吸附阶段和解吸阶段。在吸附阶段中过滤筒管加载，而在解吸阶段它卸载。在加载过程中待净化气体，所谓的未经处理的气体，被引导通过筒管11，并在这里被净化。
图2表示未经处理的气体的流动方向，它首先沿径向从外部到达ACF-织物31上，并在这里流过织物。在所示实施例中未经处理的气体径向从外向内流动。在流过ACF-织物31时不希望的组分被滤掉。然后未经处理的气体在筒管11之内轴向流动，并作为净化气体从筒管11的底板14中流出。筒管11的另一个底板13做成空气密封的，由此保证，通过织物31向内进入筒管11的气体只能通过底板14上的开口流出。ACF-织物31可以用上面说明过的方法在底板13、14的拐弯的外边缘29、30上缠绕例如5至15层。
在吸附过程中，活性碳纤维31积聚被吸附的物质，在这里面对从外面流入的气体的层比沿流动方向位于深处的织物31层积聚更强。
在一定的时间间隔后，但是最迟在到达允许的或规定的击穿值(这是在净化的空气中的浓度值)后便从吸附运行转换成解吸运行。这时以后面还要说明的方法这样地切换节气门单元7、8的节气门9、10，使得再生气流沿相反的方向流过ACF-织物(图3)。解吸气量可以比吸附量小得多。在解吸过程中ACF-织物31用电流加热。为此在筒管11相互面对面的底板13、14上设有电源接头，其中重叠放置的筒管有利地通过一在其底板13上的连接导线40(图7)相互连接。
相邻筒管的底板14也通过一连接线41相互导电连接(图10)。电流沿筒管11纵向仅仅流过ACF-织物31的导电纤维。电流这样地调节，使织物31的纤维加热到希望的解吸温度，例如200℃。此外还这样地调整电流，使得在解吸气流中的浓度不超过希望值，例如25％UEG。只有当织物31具有规定的温度时，才打开解吸气流。
如图3所示，筒管11在解吸阶段时与按图2的吸附阶段时相比气体沿相反的方向流过，空气沿轴向穿过底板14上的孔流入筒管11，然后沿径向在穿过ACF-织物31后径向向外流出。在吸附阶段时结合在织物31内的气体逐次地重新释放，并且作为前进空气或者输入大气，或者输送给后面的处理级。
因为ACF-织物31的解吸可以以比吸附阶段小得多的流量进行，连接在后面的用于后续处理的器具或方法可以经济地运行。在可燃性物质时浓缩的极限由UEG(爆炸下限)确定。在前进空气设备中典型的数值可以达到20倍。
在外界空气设备中由于大多出现小的输入浓度，可以达到高得多的浓缩倍数，例如200倍。
在前进空气处理过程中，从在低的ppm范围内的未经处理的气体输入浓度出发。在通过过滤单元1后净化气体的输出浓度必须满足环保条件。过滤单元1内的筒管11的净化程度通过ACF-织物或无纺布31的卷绕层数达到。
筒管11的吸附和解吸或再生通过节气门单元7、8的气密性节气门9、10控制，节气门单元设置在过滤模块2的出、入口5、6处。
图4用方阵形式示意表示过滤单元1再生的不同时刻。例如过滤单元1有9个模块2，它们重叠设置成三排。在时刻t1(图4a)第一个用RG表示的模块再生，而其余模块的筒管仍处在吸附阶段。
在稍后的时刻t2(图4b)用后面还要说明的方法这样地切换节气门，使第二个模块转换到解吸或者说再生阶段。其余模块仍处于吸附循环。
相应地按图4c在时刻t3第三个模块转换到再生阶段，而其余模块的筒管仍处于吸附阶段。
在时刻t4(图4d)第4个模块转换到再生阶段，用这种方法各个模块可以顺次转换到再生阶段，而各个其他模块则处于吸附阶段。
图4e表示在时刻t9的这一最后一级，这时第九个模块转换到再生阶段。
各个模块转换到再生阶段有利地根据待处理的废气量和废气浓度循环进行。在再生阶段，用所述方法分别使过滤模块2与未经处理的气体流隔开，并在到达所要求的例如200℃的运行温度后通过通风气流净化，如借助于图3所述的那样。用过的再生气流(它例如只有未处理气流的1/20至1/200)通过一个固有的管网排入大气。
为了能够用常用的电压和有利的几何尺寸工作，模块2内的多个筒管11电气串联，并均匀分配到电源的三相上。图15表示具有分别由各自设置在一个过滤模块2内的相互串联的筒管组成的三个组的优选结构。这里用正视图表示相互并排和重叠设置成三列的筒管11。它们具有图形轮廓，并通过连接导线40、41相互连接。在所示实施例中重叠设置的筒管11相互导电连接。
对于左下方的筒管用箭头表示未经处理的气体如何沿径向进入筒管11。在过滤模块2的其他筒管中待净化未经处理的气体也径向向内流入。在这里未经处理的气体流过ACF织物31，用所述方法将未经处理的气体中不希望的组分留在织物内。
图16表示过滤模块2已转换到解吸阶段的情况。在这种情况下气体沿相反的方向，在本实施例中径向向外流过ACF-织物31。
两个节气门单元7、8的节气门9、10在关闭位置是相互密封的，因此不可能通过它们有空气进入各个过滤模块。图17的正视图表示带有两个部分7′和7″的节气门单元7。位于上面的只有唯一一个节气门9的部分7″显著短于位于它下面的带有多个节气门9的部分7′。在模块壳体35背面4上的节气门单元8的两个部分8′、8″也按同样的方法制作。
在吸附阶段两个节气门单元7和8的部分7″和8″的节气门9和10关闭(图5)。相反部分7′、8′的节气门9、10打开。因此未经处理的气体通过节气门单元7打开的节气门9流入模块壳体35。因为筒管11朝向节气门单元7的端盖13是气密性封闭的，净化空气只能在各个筒管之间流过，如图5中由画出的流动箭头所示。在筒管11之间的区域内未经处理的气体径向向内流入各个筒管11。在流过ACF-织物31时包含在未经处理的气体中的不希望的组分被挡住。气体在筒管11之内轴向流动，并通过端盖14上的孔从筒管11中流出。净化的空气从这里通过节气门单元8打开的节气门10向外流出。
图11表示按图5的过滤模块2在解吸阶段的状况。在这种情况下，两个节气门单元7、8这样地切换，使节气门单元7、8部分7″和8″的两个节气门9、10打开，部分7′、8′的节气门9、9关闭。通过在模块壳体35背面4上的打开的节气门部分8″输入再生空气。它在流过部分8″打开的节气门10以后流入一通道42，此通道一直通到模块壳体35间壁38附近，并且一分配管43垂直通入此通道内。分配管43垂直于筒管11的轴线延伸，筒管的轴12连接在分配管43上。因此通过节气门部分8″输入的再生空气通过通道42流入分配管43，并从那里流入轴12。轴的朝向节气门单元7的另一端是封闭的。因此再生空气在两个端盖之间的区域内径向向外流过打了排孔的管子12的孔。在相邻的筒管11之间的区域内有再生空气流过，它在其流过ACF-织物31时带走吸附在它里面的物质，然后沿朝向节气门部分7″的方向，通过其打开的节气门9从过滤模块2中流出。
因为筒管11的轴12垂直于节气门9、10的转轴放置，保证未经处理的气体或再生空气在过滤模块2内的最佳流动。从节气门部分7″流出的空气作为前进空气继续流动。
图12至14表示一种实施例，其中做成管子的轴12没有设置穿透孔。轴12朝向节气门单元8的末端突出于模块壳体35的间壁38。在这个突出的末端上拧上一锁紧螺母44，它贴合在间壁38上。连同放置在另一个轴端上的锁紧螺毋22将ACF-织物31在轴向无可挑剔地夹紧。除此之外筒管做得和前一个实施形式一样。
为了净化未经处理的气体，将节气门单元7、8部分7′、8′的节气门9、10打开，而节气门部分7″8″的两个节气门9、10关闭。因此未经处理的气体通过节气门部分7′的打开的节气门9流入模块壳体，在相邻的筒管11之间轴向流动，径向穿过ACF-织物31进入筒管。在这里未经处理的气体清除掉不希望的组分，它们以所述方式固着在ACF-织物31内。然后净化的气体在轴12和ACF-织物31之间的区域内沿轴向流向端盖14并通过其穿透孔流出。然后净化空气通过节气门部分8′打开的节气门从模块壳体35中流出。
图14表示按图12的过滤模块在解吸阶段。和在上一个实施形式中一样，在这种情况下节气门单元7、8部分7′8′的节气门9、10关闭，而节气门部分7″、8″的节气门9、10打开。再生空气通过节气门部分8″引入模块壳体35。和前一种实施形式不同，在节气门部分8″上没有将再生空气引到各个筒管11内的管道42、43。再生空气在节气门单元8后面流向筒管11的端盖14，并通过其通道孔流入各个筒管。再生空气首先在轴12和ACF-织物31之间的区域内轴向流动，然后穿过ACF-织物31径向向外流出。现在起携带了(废气)组分的再生空气在各个筒管之间的区域内流向节气门部分7″，并在那里作为前进空气流出。
因为节气门部分7′、8′的节气门9、10在关闭位置相互是密封的，既没有空气能够通过它们从外部进入，也没有空气能从内部到达外界。
在所示实施例中，节气门部分7″、8″分别只配备唯一一个节气门9、10。当然节气门部分7″、8″也可以配备一个以上的节气门。在这种情况下，节气门在关闭位置气密地关闭相应的入口。
图18以示意图表示一用于预处理外界空气的设备。在过滤模块2(例如它设有九个筒管11)前面连接一外界空气设备45，未经处理的气体经过外界空气设备输入过滤模块2。外界空气设备45的结构是公知的，因此不作详细说明。在入口处有一节气门单元46，它后面连接一空气加热器47。空气加热器后面连接两个过滤器48，另一个空气加热器49和一个冷却单元50。未经处理的气体在外界空气设备46中还经过另一个冷却单元51、一冷凝器52、一空气加热器53和一鼓风机54流入过滤模块2。在鼓风机54前后分别连接一消声器55。
在过滤模块2内输入的未经处理的气体以借助于前一实施例说明过的方法引导通过筒管11，在那里包含在未经处理的气体中的不希望的组分被留在ACF-织物31内。然后净化了的未经处理的气体作为净化气体通过节气门单元8向外排出。
图19表示一用于处理前进空气的设备。未经处理的气体通过一输送装置58输入，它由节气门单元46和鼓风机54组成，它前后分别连接一消声器55。未经处理的气体在输送装置58内不像外界空气在按图18的设备中那样进行预处理。未经处理的气体通过节气门单元7流入过滤模块2，在它里面未经处理的气体以所述方法清除了不希望的组分。用这种方法得到的净化气体通过背面的节气门单元8向外流出。除此之外，过滤模块2做得和按图18的实施形式一样。
用节气门部分7″、8″以所述方法控制再生空气的输入。一旦过滤模块2处于吸附阶段，节气门部分7″、8″便关闭。因此未经处理的气体便仅仅通过节气门部分7′打开的节气门流入过滤模块2，并从那里按所述方法流过筒管11。然后净化气体通过节气门部分8′向外流出。
如果筒管11需要再生，那么节气门部分7′、8′的节气门便关闭，节气门部分7″、8″的节气门打开，使得再生空气通过入口56流过各个筒管11。
如图18和19所示，节气门单元7、8的节气门可相互独立地电力驱动。因此在过滤模块2之内单个筒管可以通过相应的切换脱离吸附过程，以进行再生，而未经处理的气体继续流过其余的筒管。为借助于图4所述的那样，用这种方法可以顺次使各个必要的筒管再生，而不必中断吸附过程。
如图18和19所示，带有ACF-织物的筒管11可以最佳地用于预处理外界空气，也可以用于处理前进空气。
权利要求
1.用于净化未经处理的气体的吸附器，具有至少一个过滤元件，其特征为所述过滤元件(31)由导电的吸附材料组成。
2.按权利要求1的吸附器，其特征为所述吸附材料(31)是活性碳。
3.按权利要求1或2的吸附器，其特征为所述吸附材料(31)是一种ACF-织物或ACF-无纺布。
4.按权利要求1至3之任一项所述的吸附器，其特征为所述吸附材料(31)卷绕在一基体(13、14)上。
5.按权利要求4的吸附器，其特征为所述基体(13、14)具有两个端盖，它们装在一轴(12)上。
6.按权利要求5的吸附器，其特征为所述吸附材料(31)以一定距离包围轴(12)。
7.按权利要求1至6之任一项的吸附器，其特征为所述吸附材料(31)处于轴向张紧状态。
8.按权利要求5至7之任一项的吸附器，其特征为所述端盖(13、14)具有一折弯的外边缘(29、30)，吸附材料(31)固定在该外边缘上。
9.按权利要求8的吸附器，其特征为所述吸附材料(31)用一个夹紧环(32、33)固定在端盖(13、14)的拐弯的边缘(29、30)上。
10.按权利要求5至9之任一项的吸附器，其特征为所述吸附材料(31)安装在一由不导电的透气材料组成的基体上。
11.按权利要求5至10之任一项的吸附器，其特征为所述轴(12)在端盖(13、14)之间的区域内设有至少一个用于未经处理的气体的通道孔。
12.按权利要求5至11之任一项的吸附器，其特征为其中一个端盖(13)设计成气密的。
13.按权利要求5至12之任一项的吸附器，其特征为另一端盖(14)是透气的。
14.带有至少一个吸附器的过滤模块，具有一壳体，该壳体具有至少一个用于未经处理的气体的入口和至少一个用于净化气体的出口，其特征为在所述壳体(35)内安装有按权利要求1至12之任一项所述的吸附器(11)，并且用于未经处理的气体的入口可通过一节气门单元(7)关闭。
15.按权利要求14的过滤模块，其特征为用于净化气体的出口(6)可通过一节气门单元(8)关闭。
16.按权利要求14或15的过滤模块，其特征为所述节气门单元(7、8)具有至少一个，尤其是多个节气门(9、10)。
17.按权利要求16的过滤模块，其特征为所述节气门(9、10)是可电动控制的。
18.按权利要求16或17的过滤模块，其特征为所述节气门(9、10)可相互独立地调整。
19.按权利要求14至18之任一项的过滤模块，其特征为在所述壳体(35)内安装有多个吸附器(11)。
20.按权利要求19的过滤模块，其特征为所述吸附器(11)相互平行。
21.按权利要求19或20的过滤模块，其特征为所述吸附器(11)的轴(12)垂直于节气门(9、10)的转轴。
22.按权利要求14至21之任一项的过滤模块，其特征为所述壳体(35)具有用于再生空气的至少一个入口和至少一个出口。
23.按权利要求22的过滤模块，其特征为在用于再生空气的入口上连接至少一个通道(42、43)，所述吸附器(11)连接在该通道上。
24.按权利要求19至23之任一项的过滤模块，其特征为所述吸附器(11)相互导电连接。
25.带有至少两个按权利要求14至24之任一项的过滤模块的过滤单元，其特征为所述过滤模块(2)可单独地切换到一个再生阶段。
26.按权利要求25的过滤单元，其特征为所述过滤模块(2)各自具有至少一个吸附器(11)，它们在吸附阶段期间可有选择地切换到一个再生阶段。
27.用于预处理外界空气的设备，具有至少一个外界空气装置，它后面连接至少一个过滤模块，该模块具有至少一个过滤元件。
28.按权利要求27的设备，其特征为所述过滤元件(31)由导电的吸附材料组成。
29.按权利要求27的设备，其特征为所述过滤元件采用了按权利要求1至13之任一项的吸附器。
30.按权利要求27或28的设备，其特征为在用于吸附阶段和用于再生阶段的过滤元件(31)的前后连接一节气门单元(7、8)。
31.按权利要求29的设备，其特征为所述节气门单元(7、8)可相互独立地调整。
32.用于处理前进空气的设备，具有至少一个鼓风机，它后面连接至少一个过滤模块，该模块具有至少一个过滤元件，其特征为所述过滤元件(31)由导电的吸附材料组成。
33.按权利要求31的设备，其特征为所述过滤元件采用了按权利要求1至13之任一项的吸附器。
34.按权利要求31或32的设备，其特征为在用于吸附阶段和用于再生阶段的过滤元件(31)前后连接一节气门单元(7、8)。
35.按权利要求33的设备，其特征为所述节气门单元(7、8)可相互独立地调整。
全文摘要
本发明涉及一种用于净化未经处理的气体的吸附器，具有至少一个过滤元件，其特征为所述过滤元件(31)由导电的吸附材料组成，本发明还涉及一种带有至少一个所述吸附器的过滤模块、一种用于预处理外界空气的设备或一种用于处理前进空气的设备。
文档编号B01D53/04GK1426829SQ02157558
公开日2003年7月2日 申请日期2002年12月20日 优先权日2001年12月21日
发明者曼弗雷德·伦茨 申请人:M+W山德尔简易工程学有限公司