包括多层过滤材料的空气过滤器的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的内部空气过滤器的多层过滤材料。本发明还涉及一种用于车辆的空气调节系统的借助于这种多层过滤材料生产的内部空气过滤器。最后，本发明涉及一种用于车辆的空气调节系统，其装备有至少一个该类型内部空气过滤器。

背景技术：

在车辆中，尤其在公路车辆中，需要将清洁空气供给至车辆内部，优选乘客舱。用于车辆内部的空气供给通常借助于空气调节系统发生，空气调节系统从内部吸入空气，借助于内部空气过滤器清洁空气并且将其返回至内部(循环空气模式)，或者从环境吸入新鲜空气，借助于内部空气过滤器清洁空气并且将其供给至内部(新鲜空气模式)。同样地，在现代空气调节系统的情形下，这种循环模式以及这种新鲜空气模式之间任何数量的中间设定是可行的(混合空气模式)。尽管这种内部空气过滤器起初仅必须从空气中过滤出粗糙杂质，但是用于这种内部空气过滤器和使用的过滤材料的要求不断增加。同时，借助于内部空气过滤器，将实现净化从花粉、细粉尘以及香气吸入的空气。尤其，从吸入的空气移除香气存在困难，这是由于不同香气物质还要求不同过滤材料。但是，如果用于增加数量的不同香气物质需要对应数量的不同过滤材料，空气过滤器的流动阻力会增加，这将妨碍空气调节系统的经济性运行。因此优选使用多层过滤材料；这些多层过滤材料对相应的清洁任务始终表现出优化的折中方案。如果这种空气过滤器能够从空气过滤出这两种微粒杂质，即固体和/或液体杂质以及气态杂质，那么这种空气过滤器还时常被称为混合过滤器。这种混合过滤器通常依靠要求规格说明具体指定，通常考虑以下气体：正丁烷、甲苯、二氧化硫、氮氧化物、臭氧。例如，这些混合过滤器根据iso标准11155第2部分指定。但是，该标准说明书代表大约30年前欧洲城市中心确定的香气。现在的外部空气条件，诸如在欧洲以及尤其在亚洲的城市区域可获得的外部空气条件不同于这些较早的外部空气条件。例如，现在环境空气能够包含传输不能被过滤或者不适当地的香气的胺类以及乙醛，通过根据标准说明书上述提到的混合过滤器。

具有多层过滤材料的过滤元件公知来自de102005016677a1，其中，设置了具有活性炭纤维的活跃层，其布置在流入侧，其后面是流出侧，具有粒状吸附剂的吸附剂层。另一具有活性炭纤维的活跃层毗连流出侧的该吸附剂层。此处使用的吸附剂能够包括活性炭、沸石、环糊精、硅酸盐、离子交换剂以及硅酸铝。

de102012007503a1公开另一吸附过滤介质，其中多个第一过滤层设置有第一吸附物质，多个不同于第一过滤层的第二过滤层设置有第二吸附物质；这些过滤层彼此可替换并且具有不同流动阻力或者压力损失。

另一吸附过滤材料公知于de102009021020a1，包含涂覆有金属阳离子的交换树脂。

技术实现要素：

本发明关注的问题是具体指定一种用于在前言中引证类型的过滤材料的改进实施例，以及用于装备有后者的内部空气过滤元件，以及用于装备有后者的空气调节系统，其特征尤其在于，对多个不同香气物质的有效的清洁作用，具有较低流动阻力。

根据本发明该问题通过独立权利要求的主题解决。有利实施例是从属权利要求的主题。

本发明基于的总体构思是，将过滤材料装备至少三个邻近彼此的层，也即是说，三个层沿过滤材料的流动方向一个分层在另一个上。根据本发明，此处其采用至少一个活跃层的形式，其具有无浸渍活性炭颗粒；浸渍层，其具有浸渍活性炭颗粒；以及离子交换层，其具有离子交换颗粒。因而，提议至少三个功能层用于多层过滤材料，它们在不同清洁供能方面彼此不同。根据本发明，这些清洁功能或者功能层具体地彼此配合，使得建立用于多个香气物质的尤其有效的清洁作用。尤其，已经证明的是，利用具有不同吸附剂的三个提议层，能够特别有效地从相应的气流移除以下污染物：氨气、乙醛、硫化氢、丁酮、三甲胺、己醛、丙酸以及正丁烷。令人惊讶地，许多研究已经证明，这些不同吸附剂的多层布置比这些吸附剂的对应混合物的单层布置呈现更高效率。这是由于原则上仅需要这三个功能层，还能够利用较低流动阻力实施关联的空气过滤元件。

已经发现活跃层布置于离子交换层和浸渍层之间的构造是特别方便的。

对于本申请，已经发现的是，如果离子交换层在安装状态下相对于用于过滤材料的流动方向布置于浸渍层的上游，那么这是有利的。

通过以下实施例能够实现特别高程度的吸附，以下实施例能够二者择一地，或者叠加地，或者以任何期望组合被实施。例如，活跃层的灰分含量能够限制为按重量计算最大值的。活跃层中的灰分含量优选较小，尤其至少小于浸渍层中灰分含量的50％。此外，活跃层能够包括具有的粒径尺寸为30×60或者30×70目的非浸渍活性炭粒子，其中，“目(mesh)”对应于仍能透过具有所述粒径尺寸的细粒的网的目宽度。

浸渍层能够利用活性炭粒子产生，其中，“浸渍”意味着用于碳氢化合物的活性炭粒子的吸附容量已经被添加剂降低。例如，活性炭粒子已经被酸性和/或基本或者碱性溶液处理。例如，浸渍层能够具有被碘化钾浸渍的活性炭粒子。额外地或者可替换地，浸渍层能够具有被碳酸钾(钾碱)浸渍的活性炭粒子。优选给定一种变型，在该变型中，浸渍层具有一部分被碘化钾浸渍的活性炭粒子以及一部分被碳酸钾浸渍的活性炭粒子浸渍。此处，被碘化钾浸渍的比例优选大约被碳酸钾浸渍的比例。尤其，被碘化钾浸渍的比例约两倍于被碳酸钾浸渍的比例。特别有利的成分是，浸渍层具有按重量计算被碘化钾浸渍的10％活性炭颗粒，按重量计算5％的活性炭颗粒被碳酸钾浸渍，其中，按重量计算，剩余物的85％由非浸渍活性炭颗粒和灰分组成。在激活活性炭期间积聚的灰分还具有浸渍效应，这是由于其阻挡活性炭的细孔，从而降低用于碳氢化合物的吸附可的获得的表面积。此处，在各个比例之间上述百分比能够在±2％点之间改变。

离子交换层是吸湿的以及包含离子的实施例是特别有利的，其与水分形成有毒环境。吸湿离子交换层从气流吸收水分。一方面，这通过这样的事实实现：非常少的湿气到达相应的后续层，使得能够在那里积聚的微生物缺乏用于生物生长的必要成分，即水。通过该方式，能够有效地降低微生物的繁殖。另一方面，前述有毒环境通过水与离子结合创建在离子交换层中，其在离子交换层中对生物生长起作用。而且，暴露于该有毒环境的微生物的较大比例在它们穿过离子交换层的路径上被杀死。微生物，诸如，细菌、藻类和真菌，能够积聚在过滤材料上并且增加湿气以及繁殖，使得它们能够进入被引入乘客舱的气流。作为离子交换层的有毒作用的结果，能够降低将乘客暴露于这种微生物。

在另一有利发展中离子交换层包含酸根离子，酸根离子形成酸性环境。例如，这种具有的ph值最大为3.0的酸性环境对微生物极其有害。

离子交换层能够原则上设计成，使得其永久地约束颠覆性阴离子和/或颠覆性阳离子至其本身。离子交换层优选具有阳离子交换剂粒子。尤其，离子交换层能够具有含有硫酸基团的离子交换颗粒。此外，离子交换颗粒能够在形式上至少为局部纤维状并且并入具有过滤材料纤维的非织造材料层。例如，过滤材料纤维能够是塑料纤维或者纤维素纤维或者它们的混合物。还能够想到的是，离子交换剂粒子配置为至少局部为粉末形式，并且将它们并入过滤材料纤维形成的非织造材料层，其中，塑料纤维和/或纤维素纤维能够再次用于非织造材料层。

令人惊讶地，还已经发现的是，维持用于不同功能层的特定序列是尤其有利的。因此，如果活跃层布置于浸渍层和离子交换层之间，优选地，使得活跃层直接毗连浸渍层，另一方面，直接毗连离子交换层，根据优选实施例能够实现增加效率。

除了各个功能层的序列，还惊讶地发现，在流过要清洁的气流的情形下，功能层的特定顺序也是重要的。根据特征在于用于香气物质的清洁作用的尤其高效率的优选实施例，离子交换层布置在流入侧，同时浸渍层布置在流出侧。活跃层再次位于离子交换层和浸渍层之间。

根据另一有利实施例，浸渍层能够包括过滤材料纤维形成的非织造材料并且形成过滤材料的外侧。浸渍层同时用作用于过滤材料的支撑层。根据另一有利实施例，浸渍层能够具有过滤材料纤维形成的非织造材料并且形成过滤材料的外侧。在该情况下，离子交换层用作用于过滤材料的支撑层。如果累积地实施两个上述变型，过滤材料具有精确地三个功能层，即用作支撑层的浸渍层，其优选在流出侧；用作支撑层的离子交换层，其优选在流入侧；以及活跃层，其布置于浸渍层以及离子交换层之间。

在可替换实施例中，一方面，离子交换层能够直接毗连活跃层，另一方面，直接毗连单独额外补充层，在下文中其还能够称为第一补充层，尤其还能够称为流入侧上的补充层。额外地或者可替换地，一方面，浸渍层能够直接毗连活跃层，另一方面，直接毗连单独额外补充层，参考上文已经引证的补充层其还能够称为为第二补充层，尤其还能够称为流出侧的补充层。在累积实施上述变型时，过滤材料精确地具有五层，即，尤其第一补充层、离子交换层、活跃层、浸渍层以及第二补充层，沿流动方向顺序跟随彼此。

在构建的可替换实施例中，能够提供第三单独补充层。在该情况下，一方面，离子交换层直接毗连第一补充层，而浸渍层一方面直接毗连活跃层，另一方面，直接毗连第二补充层。另一方面，离子交换层直接邻近第三补充层，第三补充层又直接邻近活跃层。因而，在该情况下，过滤材料由离子交换层、活跃层、浸渍层以及三个补充层组成。

另一可替换提出了第四补充层。在该情况下，提供的是，一方面，离子交换层直接毗连第一补充层，浸渍层直接毗连第二补充层，离子交换层直接毗连第三补充层，浸渍层直接连接至第四补充层，一方面，活跃层直接毗连第三补充层，另一方面，直接毗连第四补充层。因此，在该情况下，过滤材料由离子交换层、活跃层、浸渍层以及四个补充层组成。

相应的支撑层能够构建为单层或者多层设计。例如，相应的支撑层能够设计为单层或者多层支撑层，其实质上无过滤作用，但是主要用作硬化过滤材料。例如，这种支撑层的特征能够在于，其透过高达1mm粒径尺寸的固体和/或液体粒子。支撑层能够同时透过较大粒子，例如用于具有1mm粒径尺寸的颗粒。在该方案中，支撑层还能够指代为微过滤层。

可替换地，相应的补充层能够构造为单层或者多层粒子过滤层，其特征在于显著的过滤作用，但是通常是相当柔性的。例如，这种粒子过滤层的特征能够在于，其透过具有0.1mm粒径尺寸的液体和/或固体粒子。在该情况下，粒子过滤层设计为微量过滤层。如果其透过0.1μm粒径尺寸的粒子，那么其还能够构造为纳米过滤层。但是，这种粒子过滤层还能够贡献于过滤材料的硬度，在该方案中能够呈现特定支撑作用。

能够优选提供的是，至少一个这种补充层设计为支撑层，透过小于1mm的粒子粒径尺寸。额外地或者可替换地，能够提供的是，至少一个这种补充层构造为粒子过滤层，其不可透过多于0.1mm的粒子粒径尺寸。优选地，能够提供的是，当相应的补充层形成过滤材料的流入侧或者流出侧时，构造为支撑层，其透过小于1mm的粒子粒径尺寸，而相应的补充层如果形成过滤材料的流入侧或者流出侧，能够有利地设计为粒子过滤层，其不可透过多于0.1mm的粒子粒径尺寸。还可想到的是，外部补充层构造为粒子过滤层，内部补充层构造为支撑层。各个层方便地彼此配合，使得沿流动方向，相对于过滤效应产生从粗糙到精细的梯度，使得较粗糙的杂质(诸如，例如粒子)能够首先被捕获，而较精细的杂质能够较深地贯穿进过滤材料。通过该方式，过滤材料的整个厚度能够用于存储杂质。这还保护活跃层免于粒子。例如，补充层的气孔尺寸能够从流入侧至流出侧增加，只要使用两个或多个补充层，尤其从微过滤层经由微过滤层至纳米过滤层。

相邻层能够与粘着剂结合在一起。热连接也是可行的，例如通过增塑。

根据本发明用于车辆的空气调节系统的内部空气过滤设备的内部空气过滤元件具有过滤主体，其借助于上述类型的过滤材料形成。过滤材料优选地在过滤主体中打褶，即折叠。过滤主体能够设计成平面的或者环形的。关联的过滤元件然后设计为扁平过滤元件或者环形过滤元件。但是，原则上，用于过滤主体或者过滤元件的多个其他几何形状也是可想到的。

根据本发明用于车辆的空气调节系是装备有内部空气过滤设备，内部空气过滤设备又装备有至少一个上文引证类型的内部空气过滤元件。离子交换层方便地布置于活跃层的上游，而浸渍层布置于活跃层的下游。

在本发明的内容中，相关细节“上游”和“下游”指代在相的过滤元件的区域中要清洁的气流的流动方向，在操作空气调节系统期间由流过相应过滤元件建立的流动建立。

借助于附图，本发明的进一步重要的特征及优势继续来自从属权利要求、附图以及关联的附图说明。

毫无疑问，以上提到的以及以下仍解释的特征，不仅能够使用在相应的指定的组合中，而且能够使用在其他组合中，或者使用在单个设定中，这并不超出本发明的范围。

本发明实施例的优选示例图示于附图并且更详细解释在以下说明中，其中，相同参考标记指代相同或者类似或者功能相同的部件。

附图说明

在示意性表示图中：

图1示出了高度简化的示意图，图示出空气调节系统的原理，

图2-图6示出了在各种实施例中在每个情况下多层过滤材料的截面图。

具体实施方式

根据图1，未示出的用作提供车辆的车辆内部2的空气调节的空气调节系统1包括内部空气过滤设备3，内部空气过滤设备3装备有至少一个内部空气过滤元件4。在下文中，内部空气过滤设备3还能够简称为过滤设备3。在下文中，内部空气过滤元件4还能够简称为过滤元件4。空气调节系统1进一步包括风扇5，用于生成供给至内部2的气流6。此处气流6通过过滤设备3，也即是说，通过过滤元件4，其结果是，气流6被清洁。同时，风扇5能够从内部2吸入再循环空气7。此外，风扇5能够从车辆的环境8吸入新鲜空气9。借助于翻板阀设备10，能够在再循环空气模式和新鲜空气模式以及混合模式之间转换，在再循环空气模式中仅再循环空气7被吸入并且供给至内部2，在新鲜空气模式中仅新鲜空气9被吸入并且供给至内部2，在混合模式中再循环空气7和新鲜空气9都被吸入并且供给至内部2。为了清楚起见，此处省略了空气调节系统1的另一典型部件，例如加热设备和冷却设备。

过滤元件4具有借助于过滤材料12形成的过滤主体11。过滤材料12方便地折叠在过滤主体11中。在图1的例子中，过滤主体11代表为扁平板的形式。原则上，还能够提供环形过滤主体11。在操作空气调节系统1期间，气流6流过过滤元件4和过滤主体11，因而最终还沿流动方向29流过过滤材料12。因此，取决于构建，当旨在用于正确的安装状态，即当在使用状态中时，过滤材料12能够具有通流方向29，该方向29必须被维持以使过滤材料12、也即是说装备有过滤材料12的过滤元件4能够呈现所要的过滤作用。

在下文中参考图2至图6更详细地解释此处使用的具有多层设计的过滤材料12。

根据图2至图6，此处提出了具有多层设计的过滤材料12，具有至少三个层。在所有实施例中，过滤材料12包括至少一个离子交换层13、至少一个活跃层14以及至少一个浸渍层15。因而，此处提出的过滤材料12包括至少这三个功能层13、14、15，它们起作用以便吸附香气物质。由于各个功能层13、14、15还能够从气流6过滤出微粒杂质，因此过滤元件4还能够称为混合过滤器。

相应的各个功能层13、14、15也能够以一层或者多层方式设计，也即是说，其能够由两个或多个邻接彼此的单独层组成。但是，此处示出的实施例是优选的，在该实施例中至少三个功能层13、14、15，每个设计为一个层。

活跃层14主要具有不可浸渍的活性炭粒子16，也即是说，作为主要成分。非浸渍活性炭粒子16的比例按重量计算优选至少为85％，按重量计算优选至少90％，尤其按重量计算至少95％。活跃层14还能够具有灰分含量，其按重量计算最多5％，按重量计算优选最大3％。该灰分在处理活性炭期间产生，其中，例如，“标准”炭在大约1000℃的高温被激活。非浸渍活性炭粒子16优选具有大约30×60或者30×70目的粒径尺寸。

浸渍层15具有浸渍活性炭粒子17、18。浸渍活性炭粒子17、18的比例按重量计算优选至少5％，按重量计算优选至少10％，按重量计算尤其至少15％。例如，浸渍层15能够具有被碘化钾浸渍的第一活性炭粒子17。额外地或者可替换地，第二活性炭粒子18能够提供的是被碳酸钾浸渍。最终，浸渍层15还能够具有不被添加剂浸渍的第三活性炭粒子19。但是，浸渍层15还能够具有灰分，其在活性炭上具有浸渍作用，这是由于其阻塞活性炭的气孔，从而降低用于碳氢化合物的吸附容量。因此浸渍层15优选具有的灰分含量大于活跃层14中的灰分含量。原则上，浸渍层15的这些非浸渍第三活性炭粒子19能够是也使用在活跃层14中的相同非浸渍活性炭粒子16。用于浸渍层15的优选成分是，其中，按重量计算存在大约10％的被碘化钾浸渍的第一活性炭粒子17，按重量计算大约5％的被碳酸钾浸渍的第二活性炭粒子，以及按重量计算大约85％的非浸渍第三活性炭粒子19以及灰分。在浸渍层15中，因而非浸渍活性炭粒子19具有的比例按重量计算小于85％，优选小于80％。

离子交换层13具有离子交换剂粒子20。这些离子交换剂粒子优选是阳离子交换剂粒子。离子交换颗粒20能够包含硫酸基团。还能够方便地提供的是，离子交换颗粒20在形式上至少局部含纤维并且并入具有过滤材料纤维的非织造材料层。同样可想到的是，离子交换剂粒子20在形式上至少局部为粉末并且将它们集成至具有过滤材料纤维的非织造材料层。同样地，可想到存在含纤维以及粉末离子交换剂粒子20的组合实施例。

各个功能层13、14、15在过滤材料12内具有优选布置或者序列，在过滤材料12中活跃层14布置于离子交换层13和浸渍层15之间。过滤材料12优选不具有中间层，使得活跃层14一方面直接毗连浸渍层15，另一方面直接毗连离子交换层13。在图2至图6中，气流6还用箭头表示以指示在安装状态时跟着发生的通过过滤材料12的流动方向29。因此，过滤材料12具有：面向到来气流6的进入侧流入侧21，其还能够称为进入侧21；以及面向离开后者的离开侧流出侧22，其还能够是称为离开侧22。

离子交换层13相应地优选布置在流入侧上，也即是说，面向流入侧21，而浸渍层15布置在出口侧并且面向流出侧22。

在图2示出的实施例中，离子交换层13具有过滤材料纤维形成的非织造材料23，离子交换颗粒20嵌入过滤材料纤维。由于非织造材料23，离子交换层13充分稳定，使得其能够形成用于过滤材料12的支撑层。因此，在该实施例中，离子交换层13能够形成外侧，在该情况下形成过滤材料12的流入侧21。在该实施例中，浸渍层15还由过滤材料纤维形成的非织造材料24形成，浸渍活性炭粒子17、18以及可能的非浸渍活性炭粒子19也并入过滤材料纤维。因此，浸渍层15还能够通过非织造材料24形成用于过滤材料12的支撑层。在该例子中，浸渍层15因此还形成外侧，即过滤材料12的离开侧22。在图2示出的实施例中，过滤材料12因而准确的具有三个层，即功能层13、14、15，即离子交换层13、活跃层14和浸渍层15。正如以上提到的，相应的功能层13、14、15能够本身是多层。

根据图3，过滤材料12能够在流入侧具有流动侧或者第一补充层25，其然后形成过滤材料12的流入侧21或者入口侧21。补充层25方便地为过滤材料纤维形成的非织造材料，并且能够取决于气孔尺寸设计为支撑层或者设计为粒子过滤层。离子交换层13一方面毗连活跃层14，另一方面直接毗连第一补充层25。如图3所示，为了支撑在流出侧上，过滤材料12能够再次具有被非织造材料24增强的浸渍层15。但是，图4示出的实施例是优选的。

根据图4，除了在流入侧具有第一补充层25，过滤材料12在流出侧具有第二补充层26，其在该情况下形成过滤材料12的流出侧22或者离开侧22。因而浸渍层15一方面毗连活跃层14，另一方面直接毗连第二补充层26。在该实施例中，过滤材料12精确地具有五层，即三个功能层13、14、15和两个补充层25、26。正如提到的，相应的各个层能够在每个情况下构建为多层。第二补充层26方便地也是过滤材料纤维的非织造材料并且能够取决于气孔尺寸构造为支撑层或者粒子过滤层。

可替换地，可想到另一实施例，其模拟图3示出的变型，其中还仅存在一个补充层，即在流出侧22仅存在第二补充层26。在该情况下，与在图2中一样离子交换层13再次被非织造材料23增强。在该情况下，与在图3的情况下一样，过滤材料12现在具有四个层，即三个功能层13、14、15和相应的补充层25或者26。

正如以上提到的，相应的各个层能够再次构造为若干层。

根据图5，在可替换构建中，还能够提供第三单独补充层27。在该情况下，离子交换层13一方面直接毗连第一补充层25，而浸渍层15一方面直接毗连活跃层14，另一方面直接毗连第二补充层26。另一方面，离子交换层13直接毗连第三补充层27，第三补充层27又直接毗连活跃层14。因而，在该情况下，过滤材料12由离子交换层13、活跃层14、浸渍层15以及三个补充层25、26、27组成。各个层13、14、15、25、26、27从流入侧21到流出侧22沿通过过滤材料12的流动方向29如下彼此跟随，正如用于安装状态时：第一补充层25首先到达，接下来按顺序为离子交换层13、第三补充层27、活跃层14、浸渍层15以及最后第二补充层26。

根据图6，还能够提议用于另一实施例的第四补充层28。在该情况下，因而提供的是，离子交换层13一方面直接毗连第一补充层25，浸渍层15一方面直接毗连第二补充层26，该离子交换层13另一方面直接毗连第三补充层27，该浸渍层15另一方面直接毗连第四补充层28，该活跃层14一方面直接毗连第三补充层27，另一方面，直接毗连第四补充层28。因而，在该情况下，过滤材料12由离子交换层13、活跃层14、浸渍层15以及四个补充层25、26、27、28组成。各个层13、14、15、25、26、27、28从流入侧21到流出侧22沿过滤材料12的流动方向29如下彼此跟随，正如用于安装状态时：第一补充层25首先到达，接下来按顺序为离子交换层13、第三补充层27、活跃层14、第四补充层28、浸渍层15以及最终第二补充层26。

如果上述引证的补充层25、26、27、28还具有用于微粒杂质的过滤功能，相应地构造为粒子过滤层，所述过滤功能能够传递至“被动”补充层25、26、27、28，其对应地减轻“主动”功能层13、14、15的这些过滤功能。这些补充层25、26、27、28因而不主动地用作吸附常见气态香气物质，因而尤其包含不活性炭粒子。补充层25、26、27、28因而优选没有活性炭。