过滤部件,尤其是空气过滤部件和具有过滤部件的过滤系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一个过滤部件，尤其是用于作为空气过滤部件，以及具有这种过滤部件的过滤系统。
【背景技术】
[0002]由EP 1349 638 BI已知一个用于燃料电池系统的过滤部件，其中活性炭作为吸附过滤介质使用。例如建议在圆柱形过滤器里面的活性炭床。过滤部件前置于燃料电池并且用于净化阴极空气。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是，实现尤其用于空气过滤的结实的过滤部件。
[0004]本发明的另一目的是，给出具有这种过滤部件的过滤系统。
[0005]上述目的按照本发明的一个方面通过过滤部件得以实现，该过滤部件具有过滤体，所述过滤体至少局部地包括至少一卷绕层，该卷绕层具有至少一吸附剂，以及按照本发明的另一方面具有过滤系统，该过滤系统具有这种过滤部件。
[0006]本发明的有利扩展结构和优点由其它权利要求、说明书和附图给出。
[0007]建议一个过滤部件，具有过滤体，具有自身封闭的外侧面，该外侧面包围自身封闭的内侧面，其中所述内侧面围成中心的通流空间，其中在外侧面与内侧面之间设置至少一过滤介质，并且其中所述过滤体至少局部地包括具有至少一吸附剂的卷绕层。
[0008]卷绕的层或卷绕层有利地没有独立的槽，它们例如在打摺过滤体或者在使用浸渍过滤介质时产生，或者构成确定的通流通道，这易于过滤部件的加工和维护。在过滤部件中无需交替地封闭空气导引通道，这易于加工。传统的具有打摺过滤介质的过滤体的过滤部件由于高的通流速度不提供所需的接触时间，接触时间负责可靠地吸入或者吸附过滤器中的有害物，这对于用于气体净化的过滤器功能或者过滤效率和/或吸附效率是关键的。这特别适用于具有大流量的要过滤介质的过滤部件，例如在燃料电池系统，尤其在较高功率等级的燃料电池系统中，例如用于机动车或者静止应用。通过具有卷绕层的扩展结构所述过滤部件提供足够长的要过滤介质与吸附剂的接触时间，在此接触时间可以净化要过滤的介质。
[0009]除了卷绕、即过滤部件的厚度，它由卷绕层在过滤部件中的数量和每个卷绕层的厚度给出，卷绕过滤器的形状也可以改变。除了常见的圆形形状以外，也能够实现其它横截面，例如椭圆形、三角形、多边形。这些形状能够以简单的方式通过卷绕扁平的载体在适合的内芯上加工。由此能够最佳地利用结构空间。
[0010]所述过滤部件的设计是不复杂且结实的，并且允许在使用中长的使用寿命。此外例如通过有目的地在过滤部件的径向和/或轴向上分布其它部件在至少一卷绕层里面可以给定过滤特性。
[0011]所述过滤部件尤其可以是空气过滤部件。至少一吸附剂可以包括至少一由活性炭、沸石、硅胶、金属氧化物、分子筛、层状硅酸盐、纳米粘土族中的原料。
[0012]一般可以在原料选择方面(例如各种活性炭、沸石、硅胶、金属氧化物如氧化铝、氧化铜或氧化锰、分子筛如MOFs (MOF=金属有机骨架)、层状硅酸盐、纳米粘土)和/或其面重方面选择吸附层，用于实现有目的地适配于吸附任务。将由矿物的层状硅酸盐组成的纳米颗粒称为纳米粘土。
[0013]每个卷绕层的有意义的面重范围例如位于至少10g/m2至4000 g/m2之间，优选至少 100 g/m2至 2000 g/m 2O
[0014]按照有利的改进方案，所述过滤体包括载体，在其上涂覆具有至少一吸附剂的覆层，并且通过卷绕载体、例如在适合的内芯上以所期望的直径和所期望的横截面得到其形状，例如通过卷绕在具有圆形横截面的圆柱形内芯上。在此为了固定吸附剂所述载体例如可以由此两层带状支架材料组成，在其间设置吸附层，或者也由单层带状支架材料组成，在其上以适合的方式固定吸附剂。在此可以通过不同的方式实现至少一吸附剂的固定，例如通过衬入到粘接物质里面，与粘接丝、粘接点、粘接膜和类似粘接物质置于接触。
[0015]可以使用任意形式的吸附剂，例如以任意成形的颗粒，以确定成形的颗粒(以球形、小棒形等)、粉末和类似形状。至少一吸附剂同样可以适合地浸渍和/或与其它吸附剂和/或吸收剂混合，用于例如从要过滤的介质中蓄积和/或中和和/或转换不期望的化学组成部分。在此可以在卷绕前以适合的方式这样实现分布相应的组分在载体上，使得在卷绕后例如多层有目的地具有第一组分，接着的其它卷绕层具有其它或附加的组分，或者可以这样选择分布，使得在卷绕的过滤部件中产生一个或多个组分在径向上的梯度。
[0016]尤其可以在卷绕层里面先后涂覆至少两种吸收剂和/或吸附剂，并由此在径向上看去内部卷绕部位(例如超过几层)里面与在径向看去外部卷绕部位里面存在不同的吸附剂或吸收剂。在此不强制地将吸附剂或吸收剂涂覆在同一或一体的载体和/或面层介质上。
[0017]可以这样构成卷绕，使具有不同面重的卷绕层径向相互衔接，用于实现所期望的吸附效果。例如对于作为过滤的介质在净端含有的确定的目标气体可以在卷绕层里面使用完全确定量的为此最佳的吸附剂(例如浸渍的活性炭、沸石、硅胶、金属氧化物例如氧化铝、氧化铜、氧化锰、分子筛例如MOFs、层状硅酸盐、纳米粘土)。与传统的吸附填料或者吸收泡沫、例如活性炭泡沫相比能够实现这种卷绕层的确定的入流侧和/或排流侧的位置。通过有目的地布置确定的吸附层可以对此状况作出反应，优选在入流侧吸附某些气体分子，优选在排流侧吸附其它气体分子。
[0018]单个吸附层也可以由不同吸附剂的混合物实现(例如不同浸渍的活性炭、沸石、硅胶、金属氧化物例如氧化铝、氧化铜、氧化锰、分子筛例如MOFs、层状硅酸盐、纳米粘土)。
[0019]所述载体用于固定组分颗粒、例如吸附颗粒，并且用于稳定过滤部件的卷绕结构。对此例如无纺布是特别适合的。这些无纺布层也可以有利地承担部分颗粒过滤。对于从要过滤的介质中较高的颗粒分离率和粉尘蓄积容量有意义的是，在卷绕体中有针对性地构成载体作为颗粒过滤层。代替简单的无纺布也可以使用细纤维层(例如所谓的熔喷纤维)或者极细和纳米纤维层(例如利用静电纺织制成)。所述颗粒过滤层可以由许多无纺布层或纤维层组成。这些颗粒过滤层可以在入流侧和/或排流侧和/或作为吸附剂的载体作为卷绕体中的吸附层之间的中间层使用。
[0020]此外能够实现卷绕的载体层和吸附层与附加的颗粒过滤部件(尤其是打摺)的组入口 ο
[0021]通过例如由无纺布层构成过滤颗粒的层和吸附剂的载体可以将分离颗粒组合到卷绕层结构里面。备选或附加地可以在过滤体内壁和/或外壁上耦联其它的具有补充的过滤功能的过滤部件，例如作为内壁和/或外壁上的覆层。
[0022]在此具有至少一吸附剂的卷绕层可以由下面有利的变化构造:
a载体具有确定种类的吸附剂，例如确定的活性炭种类，和用于覆盖吸附剂的饰层介质；
b载体具有由许多不同吸附剂种类组成的吸附剂混合物，例如许多活性炭种类，和用于覆盖吸附剂的饰层介质；
c载体具有至少两层不同的吸附剂和用于覆盖吸附剂的饰层介质； d a至c的变体，没有用于覆盖吸附剂的饰层介质；
e a至c的变体，具有或没有用于覆盖吸附剂的饰层介质，例如活性炭，具有其它的吸收剂和/或吸附剂，例如分子筛和类似物质。通过这个布置得到在卷绕体横截面中持久交变的具有不同特性的吸附层或吸收层，它们在加工过滤部件时可以按照需要构成。
[0023]按照有利的改进方案，所述卷绕吸附层在其棱边上具有封边。在此所述载体纵棱边的封边可以形成端面的端部板。这个端部板可以在卷绕载体时已经形成。在扁平层的两个侧面端部上沿着载体的纵向延伸可以在封闭部件上实现封边。例如封闭部件可以通过粘接剂、泡沫、热塑性塑料、卡子、焊接过程或者上述方法的组合形成。也可以设想直接在卷绕过程期间使用热粘接剂，后面的卷绕层卷绕在前面的卷绕层上并且热粘接剂在卷绕层的边缘部位还是足够液体的，用于通过粘接剂密封地连接前面的卷绕层。
[0024]也可以通过事后热塑地变形实现在过滤部件端面上的封边，通过封边部件在各个端面上熔化并变形。例如可以通过超声波、热封、红外辐射、热空气实现熔化并且通过挤压封边部件在端面上和其外棱边上实现变形。
[0025]作为另一选择也存在使用独立的端部盘的可能性，如同在油或燃料过滤部件中已知的那样。
[0026]同样可以通过上述方法实现载体端部、即第一和/或最后卷绕层的轴向棱边在卷绕状态中的封边。由此可以保证至少一吸附剂在过滤部件卷绕层中的绕流并且抑制泄漏。
[0027]所述卷绕层的端部部位可以适宜地在卷绕的过滤部件的外壳体和/或内壳体上固定。所述固定可以在几毫米、最好约5毫米至几厘米的长度和/或宽度上构成。所述固定例如可以随着粘接最外部和/或最内部的卷绕层在位于去下面的卷绕层上并利用封边固定，或者通过附加的固定部件如粘接剂、固定网、固定格栅、橡胶、圆柱