过滤器主体、过滤元件和过滤器组件

摘要

本发明涉及一种用于过滤元件（2）的过滤器主体（6），其包括过滤介质（8），过滤介质包括一个在另一个之上布置的多个过滤层（9‑13）。每个过滤层（9‑13）包括至少一种活性材料。所述至少一种活性材料在所有过滤层（9‑13）中是相同的，并且其中，流体可以逐次流过过滤层（9‑13）。过滤器主体（6）具有多个传感器装置（15‑18），其中，在每两个相邻的过滤层（9‑13）之间布置有相应的传感器装置（15‑18），使得传感器装置（15‑18）在过滤器主体（6）的通流方向（DR）上一个接一个地布置，以便在过滤器主体（6）的服务寿命内确定各个过滤层（9‑13）的活性材料的吸着能力。

说明书

技术领域

本发明涉及用于过滤元件的过滤器主体、具有这种过滤器主体的过滤元件以及具有这种过滤元件的过滤器组件。

背景技术

燃料电池过滤器或杀虫剂过滤器常常需要对其服务寿命进行精确预测。然而，对于大多数应用来说，这仅能够用过高的安全裕度来指示，因为环境条件因用户而有很大不同。然而，由于这种燃料电池过滤器或杀虫剂过滤器常常是昂贵的，所以希望实现尽可能长的服务区间。

KR 10 2012 001 001 6525 A涉及一种用于空气净化器的过滤器配置。后者包括要逐次流过的各种过滤级，即活性炭过滤级、气味过滤级、颗粒过滤级、抗菌过滤级和HEPA级。意图发出更换相应过滤层的信号的传感器分别与气味过滤器和抗菌过滤器相关联。

因此，与过滤层相关联的传感器被一个接一个地布置在通流方向上，但是，由于相应过滤级的类型不同，所以不能确定吸着（sorption）能力的逐渐“消耗”；取而代之的是，在那里只确定穿透相应过滤级的二元值。

发明内容

基于这一背景，本发明的目的是提供一种用于过滤元件的改进的过滤器主体。

因此，提出了一种用于过滤元件的过滤器主体。过滤器主体包括过滤介质，该过滤介质包括一个在另一个之上布置的多个过滤层和多个传感器装置，其中分别在两个相邻的过滤层之间布置有传感器装置，使得在过滤器主体的通流方向上的传感器装置一个接一个地布置，以便在过滤器主体的服务寿命内确定各个过滤层的活性材料的吸着能力。过滤层各自包括至少一种活性材料，其中所述至少一种活性材料在所有过滤层中是相同的。其中提供有传感器装置的过滤层可以被逐次流过。优选地，活性材料包括在所有过滤层中相同的至少一种吸着剂或吸着材料。

在本发明的含义中，“相邻”不仅指彼此直接邻接的过滤层，还指彼此间接邻接的过滤层，即，一个或多个附加的、特别是无传感器的过滤层位于其间的这种过滤层。本发明的要点在于能够确定过滤层的吸着能力的消耗，不仅对于整个过滤器主体是“二元的”，而且具有预定数量的中间值，这通过在多个过滤层中布置传感器装置来实现。

为了获得尽可能好的测量精度，优选的是在每个相邻的过滤层之间提供传感器装置。

过滤元件优选为空气过滤元件。特别地，过滤元件是燃料电池过滤器或杀虫剂过滤器。优选地，过滤元件用于机动车辆、卡车、建筑车辆、船只、轨道车辆、农业机械或车辆或飞机。过滤元件也可以用于固定应用中，例如用于建筑技术中。

过滤介质特别是滤纸、过滤织物、成网过滤材料或非织造滤材。特别地，过滤介质可以通过纺粘或熔喷方法生产，或者可以包括施加到非织造材料或纤维素支撑件上的这种纤维层。此外，过滤介质可以是毡制的或针刺的。过滤介质可以包括天然纤维（诸如纤维素或棉花），或者合成纤维（例如聚酯、聚乙烯硫化物或聚四氟乙烯的合成纤维）。过滤介质优选不是折叠的而是平坦的。

过滤介质或各个过滤层优选包括吸着剂或多种不同的吸着剂。本文中，“吸着”应理解为导致物质在相内或在两个相之间的边界面处积累的过程。更准确地说，相内的积累称为吸收，在边界面处的积累称为吸附。吸着剂也可以称为吸着剂（sorbent）或吸着物质（sorbent）。具有吸附剂的吸附或吸收（即，吸着）材料的系统可以称为吸着物。

过滤层的数量和传感器装置的数量分别是任意的。例如，提供第一过滤层、第二过滤层、第三过滤层、第四过滤层和第五过滤层。在这种背景下，传感器装置分别定位在第一过滤层和第二过滤层之间、传感器装置定位在第二过滤层和第三过滤层之间、传感器装置定位在第三过滤层和第四过滤层之间、传感器装置定位在第四过滤层和第五过滤层之间。“通流方向”被定义为流过过滤器主体的流体、特别是空气的流动方向。通流方向从过滤器主体的未净化侧向其清洁侧定向。

待过滤或净化的流体优选为空气。待过滤的流体包括要从流体中去除的物质。这些物质可以是例如气体和/或气味物质。例如，物质可以是正丁烷、挥发性有机物质（Engl.：挥发性有机化合物（VOC））、氮氧化物（NO

在通流方向上看，过滤层一层在一层之上布置。在通流方向上看，传感器装置特别是串联或成排布置。特别地，传感器装置也可以分别紧接着布置在与其相关联的过滤层中。在本文中，相应过滤层的“吸着能力”应理解为相应过滤层通过从流体吸着来去除包含在流体中且要从中去除的物质的适合性。借助于传感器装置，可以检测相应的过滤层是否仍然能够从流体中去除待去除的物质，或者待去除的物质是否穿透相应的过滤层。因此，借助于传感器装置，可以针对每个过滤层确定后者是否仍然从流体中去除待去除的物质。特别地，过滤层在过滤器主体操作之前具有100%的吸着能力。一旦要去除的物质穿透相应的过滤层，则后者具有0%的吸着能力。

由于提供了多个传感器装置，并且由于它们定位在过滤层之间，所以有可能以高精度指示过滤器主体的剩余服务寿命。仅在当最靠近过滤器主体清洁侧定位的传感器装置发出与其相关联的过滤层不再能够吸收或吸着要从流体中去除的物质的信号时的时候，才需要更换过滤器主体。

在实施例中，过滤介质被分成多个单独的过滤层，这些过滤层堆叠在彼此顶部上或者过滤介质被卷绕。在提到的第一种情况下，过滤器主体是堆叠的主体。在第二种情况下，过滤器主体是卷主体。在过滤介质被分成多个单独的过滤层的情况下，过滤介质是多部分构造。各个过滤层堆叠在彼此顶部上。在过滤介质被盘绕的情况下，它可以例如以螺旋形状盘绕到过滤介质的支撑管或中心管上。

在实施例中，过滤层的活性材料包括活性炭（特别是未处理的活性炭、催化活性炭或浸渍活性炭）离子交换剂、吸附剂（特别是高锰酸钾）、化学吸着剂、干燥剂和/或氧化剂。在这种背景下，各个过滤层全都相同地设置有至少一种上述物质，或者各个过滤层设置有不同的物质。例如，这些物质可以胶合到过滤介质。

在实施例中，传感器装置包括光电传感器、电化学传感器和/或气体传感器。借助于光电传感器，例如借助于光电二极管或光电池，可以检测过滤层的颜色变化。当要去除的物质穿透相应的过滤层时，会发生颜色变化。为了产生颜色变化，可以提供着色剂。借助于电化学传感器或气体传感器，要从流体中去除的物质可以在穿透相应的过滤层时被直接检测到。传感器装置一起形成过滤器主体的传感器单元。

在实施例中，每个传感器装置被设计成提供二元信息，该二元信息是：与相应的传感器装置相关联的过滤层是否从待净化的流体中去除了待去除的物质，或者这些物质是否穿透过滤层。二元信息在于提供证据，证明相应的过滤层是否仍然从流体中去除待去除的物质或者不再这样做。

在实施例中，过滤器主体还包括附接到过滤器主体的接触元件，该接触元件与传感器装置操作性地连接。接触元件可以是例如插头或套管。接触元件可以例如借助于电导管与传感器装置操作性地连接。然而，操作性连接也可以是传感器装置和接触元件之间的无线连接。接触元件特别适合于接合过滤元件的过滤器容器的对应接口。例如，接口也可以是插头或套管。

此外，提出了具有这种过滤器主体的过滤元件，特别是燃料电池过滤器或杀虫剂过滤器。除了过滤器主体之外，过滤元件可以包括例如两个端盘，过滤器主体布置在端盘之间。此外，过滤元件可以包括中心管或支撑管，过滤介质盘绕到该中心管或支撑管上以形成过滤器主体。在过滤元件是堆叠式过滤器的情况下，除了板形的过滤器主体之外，过滤元件还可以包括像框架一样围绕过滤器主体的头带或侧带。

此外，提出了一种具有过滤器容器和被接收在过滤器容器中的这种过滤元件的过滤器组件。过滤器容器优选为多部分构造，并且至少包括盖，该盖可以被去除以便更换过滤元件。过滤器容器也可以被称为例如外壳或过滤器外壳。

在实施例中，过滤器容器包括接口，借助于该接口可以读出传感器装置的传感器信号。如前所述，接口可以是插头或套管，过滤器主体的接触元件可以插入其中。然而，该接口也可以直接与传感器装置操作性连接。例如，接口通过电缆连接到传感器装置。替代地，还可以提供接口和传感器装置之间的无线连接，用于读出传感器信号。

在实施例中，传感器装置附接到过滤器容器，使得在将过滤元件引入过滤器容器中时，传感器装置穿入过滤器主体中，并且在从过滤器容器去除过滤元件时，传感器装置能够从过滤器主体中拉出。在这种情况下，传感器装置与过滤器主体不相关，而是与过滤器容器相关。传感器装置可以附接到杆状或矛状元件上，当过滤元件插入过滤器容器中时，该杆状或矛状元件穿入过滤器主体中。替代地，如前所述，传感器装置也可以与过滤器主体相关联，并且例如可以胶合到其上。在这种情况下，传感器装置没有固定地连接到过滤器容器。

附图说明

在这种背景下下，示出了：

图1：过滤器组件的实施例的示意性剖视图；

图2：根据图1的剖面线II-II的过滤器组件的另一示意性剖视图；

图3：用于根据图1的过滤器组件的过滤元件的实施例的示意性透视局部剖视图；

图4：根据图3的过滤元件的另一示意性透视局部剖视图；

图5：过滤器组件的另一实施例的示意性剖视图；和

图6：根据图5的剖面线VI-VI的过滤器组件的另一示意性剖视图。

在各图中，只要没有相反的指示，相同或功能相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了过滤器组件1的实施例的示意性剖视图。图2示出了根据图1的剖面线II-II的过滤器组件1的另一剖视图。图3示出了根据图1的过滤器组件1的过滤元件2的实施例的示意性透视局部剖视图。图4示出了过滤元件2的另一示意性透视局部剖视图。在下文中，同时参考了图1至图4。

过滤器组件1也可以称为过滤系统。过滤器组件1包括过滤器容器3和布置在过滤器容器3中的过滤元件2。过滤器容器3也可以被称为外壳或过滤器外壳。过滤器容器3优选为多部分构造，并且包括至少一个可去除的盖，使得过滤元件2可以被更换。

过滤器组件1优选用作燃料电池过滤器组件或杀虫剂过滤器组件。例如，过滤器组件1可以用于机动车辆、卡车、建筑车辆、船只、轨道车辆、农业机械或车辆或飞机。过滤器组件1也可以用于固定应用中，例如用于建筑技术中。过滤元件2特别适合于过滤空气。特别地，过滤元件2可以是燃料电池过滤器或杀虫剂过滤器。

过滤元件2布置在过滤器容器3内部，即，过滤器容器3的内部4中。在内部4中，还提供了接口5，其功能仍将在下面解释。过滤元件2包括过滤器主体6。过滤器主体6是圆柱形的，特别是纯圆柱形的，并且可以构造成具有相对于中心或对称轴线7的旋转对称性。

除了过滤器主体6之外，过滤元件2可以包括布置在过滤器主体6的端面处的两个端盘，然而这两个端盘在图1至4中未示出。端盘优选由塑料材料制成。例如，端盘可以具体实施为廉价的注射成型塑料部件。端盘也可以由聚氨酯材料制成，特别是在铸模中铸造，优选是发泡的。端盘可以通过铸造连接到过滤器主体6。过滤器主体6布置在端盘之间，并且可以熔合、胶合或焊接到端盘。支撑管或中心管可以被接收在过滤器主体6内。过滤器主体6可以盘绕到该支撑管或中心管上。

过滤器主体6包括过滤介质8。过滤介质8作为卷盘绕到前述中心管上，并因此形成一个在另一个之上的多个过滤层9至13。过滤介质8例如是滤纸、过滤织物、成网过滤材料或非织造滤材。特别地，过滤介质8可以通过纺粘或熔喷方法生产，或者可以包括施加到非织造材料或纤维素支撑件上的这种纤维层。此外，过滤介质8可以是毡制的或针刺的。过滤介质8可以包括天然纤维，（诸如纤维素或棉花）或者合成纤维（例如聚酯、聚乙烯硫化物或聚四氟乙烯的合成纤维）。过滤介质8的纤维可以在加工期间相对于机器方向倾斜和/或横向或随机定向。

相应过滤层9至13包括活性材料，特别是吸着材料。在本文中，“吸着”应理解为是导致物质在相内或在两个相之间的边界面处积累的过程的统称。更准确地说，相内的积累称为吸收，且在边界面处的积累称为吸附。特别地，过滤层9至13各自包括活性炭，特别是未处理的活性炭、催化活性炭或浸渍活性炭、离子交换剂、干燥剂、吸附剂，特别是高锰酸钾、化学吸着剂和/或氧化剂。

特别地，过滤层9至13中的每一者还可以包括着色剂，当相应过滤层9至13的吸着能力耗尽时，该着色剂适合于生成颜色变化。在本文中，“吸着能力”应理解为相应过滤层9至13从待净化流体L、特别是空气过滤待去除的物质的性质，所述物质是例如气体和/或气味物质，特别是正丁烷、挥发性有机物质（Engl.：挥发性有机化合物（VOC）、氮氧化物（NO

在过滤器组件1的操作中，待净化的流体L从过滤元件2的未净化侧RO通过盘绕的过滤介质8到达过滤元件2的清洁侧RL。在这种背景下，过滤器主体6包括从未净化侧RO向清洁侧RL定向的通流方向DR。在通流方向DR上，过滤层9至13定位在彼此的顶部上。

主体6还包括传感器单元14，其适合于确定过滤层9至13的吸着能力。传感器单元14包括分别布置在两个相邻的过滤层9至13之间的多个传感器装置15至18。第一传感器装置15布置在过滤层9、10之间，第二传感器装置16布置在过滤层10、11之间，第三传感器装置17布置在过滤层11、12之间，并且第四传感器装置18布置在过滤层12、13之间。传感器装置15至18可以固定地连接到过滤器主体6。例如，传感器装置15至18被胶合到过滤器主体6。例如，当盘绕过滤介质8时，传感器装置15至18可以被引入过滤层9至13之间。

替代地，传感器单元14也可以与过滤器容器3相关联，使得传感器装置15至18安装在过滤器容器3处。在这种情况下，当将过滤元件2引入过滤器容器3中时，传感器装置15至18穿入过滤器主体6中。因此，当从容器3中取出过滤元件2时，传感器装置15至18再次从过滤器主体6中拉出。这样，在更换过滤元件2时，传感器单元14可以被重复使用任何次数。传感器装置15至18包括例如光电传感器、电化学传感器和/或气体传感器。例如，呈光电池形式的光电传感器可以检测相应过滤层9至13的颜色变化。

在通流方向DR上看，传感器装置15至18一个接一个或串联布置。因此，过滤层9至13的吸着能力可以在过滤器主体6的服务寿命内以阶梯式方式确定。在过滤器组件1的操作中，待净化的流体L在通流方向DR上流过过滤器主体6。因此，首先最外面的过滤层13将失去其吸着能力。因此，一旦要从流体L中去除的物质穿透过滤层13，传感器装置18就发出对应的信号。然而，可以使用过滤元件2，直到最靠近清洁侧RL的传感器装置15发出对应的信号。一旦传感器装置15发出过滤层10不再包括足够吸着能力的信号，过滤元件2就必须被更换。特别地，每个传感器装置15至18适合于提供二元信息，该二元信息是与相应的传感器装置15至18相关联的过滤层9至13是否从待过滤的流体L中去除了待去除的物质，或者这些物质是否穿透相应的过滤层9至13。

传感器装置15至18可以被布置成以便在沿着对称轴线7观察时相对于彼此移位，如图1所示。替代地，在通流方向DR上看，传感器装置15至18也可以一个紧接着一个地布置。

如图4所示，过滤器主体6还可以包括接触元件19，该接触元件19与传感器装置15至18操作性地连接。接触元件19可以例如借助于布置在过滤层9至13之间的电缆或导电路径连接到传感器装置15至18。替代地，从传感器装置15至18到接触元件19的信号传输也可以无线实现。接触元件19适合于与过滤器容器3的接口5相互作用。例如，接触元件19可以是适合于接合接口5的插头，接口5具体实施为反向插头或套管。

图5示出了过滤元件2的另一实施例的示意性剖视图。图6示出了根据图5的剖面线VI-VI的过滤元件2的另一示意性剖面。根据图5和6的过滤元件2与根据图1至4的过滤元件2不同之处基本上在于过滤介质8不是盘绕的，而是分成多个独立的过滤层9至13，过滤层9至13彼此分开并且堆叠在彼此的顶部上。

根据图5和6的过滤元件2的功能在这种背景下对应于根据图1至4的过滤元件2的功能。如图5和6所示，过滤元件2除了过滤器主体6之外还包括侧带20、21以及头带22、23，它们像框架一样围绕过滤器主体6。最终层24、25也可以分别放置在向外定位的过滤层9、13上。最终层24、25可以是例如非织造过滤层。

特别是在燃料电池过滤器或杀虫剂过滤器中，需要关于服务寿命的精确预知。然而，由于不同用户之间的环境条件有很大差异，因此对于大多数应用来说，这只能用过高的安全裕度进行。因为这种燃料电池过滤器或杀虫剂过滤器常常是昂贵的，所以希望尽可能长地提供服务区间。借助于被接收在过滤器主体6中的传感器装置15至18，精确预测过滤元件2的服务寿命是可能的。仅当过滤器主体6的吸着能力几乎被利用完时，才需要更换过滤元件2。

采用的附图标记

1 过滤器组件

2 过滤元件

3 过滤器容器

4 内部

5 接口

6 过滤器主体

7 对称轴线

8 过滤介质

9 过滤层

10 过滤层

11 过滤层

12 过滤层

13 过滤层

14 传感器单元

15 传感器装置

16 传感器装置

17 传感器装置

18 传感器装置

19 接触元件

20 侧带

21 侧带

22 头带

23 头带

24 层

25 层

DR 通流方向

L 流体

RL 清洁侧

RO 未净化侧