專利名稱：吸附式過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有至少一個活性碳顆粒層的吸附式過濾器。
背景技術(shù)：
目前在許多系統(tǒng)中，特別是在汽車空調(diào)中采用所謂的組合過濾器。這里它是用于顆粒分離的帶有連接在后面的用來吸附氣體的活性碳層的顆粒過濾器。這里活性碳層通常由碳粒組成，它可以結(jié)合在一例如由無紡布組成的基體上。這里所用的粒度和碳量是吸附容量、擊穿特性(Durchbruchcharakteristik)和透氣性之間的一個折衷。所用活性碳顆粒的粒度通常在20×60網(wǎng)目(mesh)范圍內(nèi)(按ASTM的D2862-97的網(wǎng)目尺寸)。這相當(dāng)于粒度為0.25mm至0.85mm之間。單位面積上正常的活性碳涂抹量在250-500g/m2之間。
由現(xiàn)有技術(shù)已知大量關(guān)于改善吸附式過濾器的擊穿特性的建議。通常它牽涉到過濾器結(jié)構(gòu)，其中普通的帶有顆粒狀或球狀碳的吸附式過濾器補(bǔ)充一具有高自發(fā)吸附/即時吸附(Spontanadsorption)的過濾區(qū)。
例如由DE19708692已知一種吸附式過濾器，為了改善擊穿特性它在保持盡可能高的透氣性和盡可能高的吸附容量的同時分成兩個過濾區(qū)。第一個過濾區(qū)應(yīng)該接收99％的有害物質(zhì)，從而具有高的容量。第二個區(qū)域應(yīng)該只有小的容量，但是具有高的吸附速度。對于第一個區(qū)域在文獻(xiàn)中建議采用顆粒狀或球狀活性碳(粒度約0.3-1.0mm；總碳量為約400-500g/m2)作為吸附劑，對于第二個區(qū)域最好采用由活性碳組成的紡織平面結(jié)構(gòu)。
用已知過濾器可以達(dá)到非常好的擊穿特性。但這種和文獻(xiàn)中推薦的其它過濾器通常結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜和昂貴，它不僅在材料成本也在制造成本方面沒有優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，這樣地改進(jìn)開頭所述類型的吸附式過濾器，使它在盡可能簡單和成本低廉的結(jié)構(gòu)的情況下具有與普通過濾器相比好得多的擊穿特性。
這個目的用具有權(quán)利要求1特征的吸附式過濾器實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明優(yōu)良的結(jié)構(gòu)在從屬權(quán)利要求中介紹。
按本發(fā)明設(shè)想，在包括至少一個活性碳顆粒層的吸附過濾器中，至少20％重量百分比的活性顆粒具有小于0.180mm的粒度，活性碳的總的面重量在100至500g/m2之間。
本發(fā)明的吸附式過濾器具有非常好的擊穿特性。通過采用較小的粒度大大提高了吸附速度。通常隨著粒度的減小帶來不希望的過濾介質(zhì)透氣性的降低。這按照本發(fā)明通過這樣的方法解決，即所用活性碳的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常用的量，而付出降低吸附容量的代價。與現(xiàn)有技術(shù)中盛行的觀點(diǎn)不同，即高效率的吸附過濾器除了高的吸附速度外還必須具有盡可能大的吸附容量，因此例如由開頭所述的DE 197 08 692 C2所知的高效吸附式過濾器既具有高吸附速度區(qū)，又具有高活性碳成分區(qū)，從而具有高的吸附容量，而本專利發(fā)明人認(rèn)為可以達(dá)到的吸附容量的大小對于過濾器的功能沒有太大意義，這只是人們的主觀猜想。
發(fā)明人特別是認(rèn)識到，在公路交通中存在的有害氣體負(fù)荷大多僅僅作為短時間的濃度高峰出現(xiàn)，它們可以通過一具有高即時吸附的快速反應(yīng)吸附式過濾器非常好地消除，這里吸附容量只起次要作用。此外在帶普通吸附式過濾器的組合過濾器的持續(xù)運(yùn)行測試和主體效率評定范圍內(nèi)(DIN10950“sensorisches Training”和DIN 13725“Olfaktometrie”)顯示，按DIN 71460/2吸附容量的大小不是組合過濾器過濾器壽命或主體氣味降低性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)。
最后按本發(fā)明認(rèn)為小于0.180mm的活性碳顆粒提高到20％重量百分比已經(jīng)造成即時吸附的顯著改善。這里按照本發(fā)明活性碳的總面重量在100和500g/m2之間。這個數(shù)值是過濾介質(zhì)良好的透氣性和足夠的吸附容量之間的一個折衷。如果活性碳的總面重量低于100g/m2的數(shù)值，那么待吸附分子與活性碳接觸的幾率便減小。其結(jié)果是過濾器的吸附效率變差，并且可以出現(xiàn)Channeling效應(yīng)。相反如果超過上限500g/m2，過濾介質(zhì)的透氣性便大大下降。
本發(fā)明的核心在于這樣地合適選擇活性碳細(xì)顆粒成分和粗顆粒成分的涂抹量的混合，使得可以在盡可能好的透氣性和過濾效果的情況下實(shí)現(xiàn)高的吸附速度。在這方面本發(fā)明還包括這樣的吸附式過濾器，它包括由活性碳顆粒組成的混合物，其中混合物包括粗細(xì)成分，這里粗顆粒成分和細(xì)顆粒成分的混合比以及活性碳顆粒的總量這樣選擇，使得實(shí)現(xiàn)本發(fā)明吸附式過濾器的過濾性能。
本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施形式中至少30％，特別優(yōu)先50％以上重量百分比的活性碳顆粒具有小于0.180mm的粒度，從而進(jìn)一步提高吸附速度，而另一方面透氣性足夠好。
在透氣性方面非常良好的數(shù)值還用250g/m2的活性碳總面重量達(dá)到。用在150至230g/m2之間的活性碳總面重量達(dá)到在擊穿性能、透氣性和吸附容量方面特別好的結(jié)果。
活性碳顆粒最好結(jié)合在由無紡布組成的基體材料上或內(nèi)。這方面的技術(shù)是公知的，在專利文獻(xiàn)中有很多說明。
吸附式過濾器特別是可以用在開頭所述類型的組合過濾器中，它包括一顆粒過濾區(qū)，例如由無紡布組成的顆粒過濾器，它可以靜電充電，和包括一有害物質(zhì)吸附區(qū)。
吸附式過濾器也可以和多個顆粒過濾器和/或其它吸附式過濾器-它們例如可以分別針對專門的有害物質(zhì)并具有不同的吸附劑-組合使用?；钚蕴碱w粒和/或用在吸附式過濾器中的吸附劑可以用已知方法局部或整體配備酸性、催化或者堿性(物質(zhì))。
吸附式過濾器可以具有和普通過濾器一樣的幾何形狀，例如做成板式過濾器或之字形過濾器。
還可以設(shè)想，將吸附式過濾器做成過濾筒。這種結(jié)構(gòu)使得可以將過濾器緊湊地布置在一個合適的殼體內(nèi)。
吸附式過濾器可以做成呼吸保護(hù)過濾器。這種結(jié)構(gòu)使得可以用在防護(hù)對肺有害物質(zhì)的裝置中。
吸附式過濾器可以例如用作特別是在自動汽車(KFE)空調(diào)裝置中的組合過濾器的組成部分。這種空調(diào)裝置越來越具有這樣的特征，即在有害氣體含量或者說濃度高時自動地切換到室氣循環(huán)運(yùn)行，這時停止從外部輸入空氣，而是使空氣在汽車內(nèi)部空間內(nèi)循環(huán)流動。為此在空氣入口處設(shè)置有害氣體傳感器，它們測量抽入的空氣的有害氣體含量或者說濃度(主要是碳?xì)浠衔锖偷趸?，并給空調(diào)裝置的控制裝置發(fā)出一個信號，以關(guān)閉所述的循環(huán)空氣閥，從而防止外界空氣中高的有害氣體濃度進(jìn)入乘客車廂。這里的問題是，從在抽吸區(qū)內(nèi)有害氣體濃度超標(biāo)和與之相關(guān)的有害氣體傳感器發(fā)生信號起的時刻到循環(huán)空氣閥完全關(guān)閉為止要經(jīng)過幾秒鐘的時間間隔，在這段時間內(nèi)高濃度的有害氣體進(jìn)入空調(diào)裝置內(nèi)，從而通過組合過濾器。這時有害氣體擊穿過濾器的危險很大。事實(shí)表明，本發(fā)明的吸附式過濾器具有這么高的即時吸附效率，使得即使在高的有害氣體濃度時完全防止在由系統(tǒng)決定的幾秒鐘的循環(huán)空氣閥關(guān)閉時間期間有害氣體擊穿(過濾器)而進(jìn)入汽車內(nèi)部空間。這種效果允許，在采用這里所述的過濾器時在結(jié)構(gòu)上大大簡化循環(huán)空氣閥系統(tǒng)，由此減緩其關(guān)閉性能。由此可以節(jié)省可觀的費(fèi)用。另一方面本發(fā)明的吸附式過濾器的吸附容量對于還沒有促使有害氣體傳感器作出反應(yīng)的較低的有害氣體含量時吸附流過的有害氣體是足夠的。
傳感器部分選擇性地工作，不測量包含在氣味和有害氣體內(nèi)的所有分子。但是吸附式過濾器即使在傳感器未開始工作時仍吸附經(jīng)過它的分子，由此確保，不會出現(xiàn)不希望的有害氣體。
也可以采取使有害物質(zhì)從吸附式過濾器中解吸的措施，例如如通過通入熱空氣加熱過濾器，或提高過濾器的入流量，這時在解吸期間帶有有害氣體的空氣必須通過旁路管道從汽車內(nèi)部空間旁邊引開。
吸附式過濾器與手動操作的循環(huán)空氣閥相結(jié)合也帶來優(yōu)點(diǎn)。
特別是與在有害物質(zhì)含量高時切換到循環(huán)空氣運(yùn)行的可能性相結(jié)合本發(fā)明的吸附式過濾器盡管純粹用測量技術(shù)(按DIN 71460/2)測出的吸附容量較小，但是在實(shí)際使用中在外界空氣有害氣體含量高時過濾器通過關(guān)閉循環(huán)空氣閥“保護(hù)”，因此吸附材料沒有有害氣體負(fù)荷，因此它具有和已知過濾器一樣的使用壽命。在循環(huán)空氣運(yùn)行時吸附式過濾器既可以位于循環(huán)空氣閥的空氣輸入端，因此在循環(huán)空氣閥的關(guān)閉時不再有外部空氣流過，但是也可以位于循環(huán)空氣閥的輸出端，并在循環(huán)空氣運(yùn)行時只有汽車內(nèi)部的空氣流過。與已知過濾器不同在按本發(fā)明的吸附式過濾器中使用效果，亦即主體的氣味減小，顯著改善。
盡管上面結(jié)合在汽車中的應(yīng)用介紹本發(fā)明的吸附式過濾器的性能和優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明的吸附式過濾器絕不局限于這種應(yīng)用。它可以用在任何過濾裝置中，例如用在用于房間調(diào)溫的空調(diào)裝置中和不可移動或可移動的室內(nèi)空氣凈化裝置中。
下面借助于實(shí)施例和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。


附圖中唯一的圖形表示標(biāo)準(zhǔn)過濾器與動態(tài)優(yōu)化過濾器在正丁烷-擊穿測量方面比較的圖表過濾器的制造是有偏差的，這里應(yīng)該考慮到，實(shí)際的活性碳涂抹量可能與理論值相差20g/m2。，其大小在一規(guī)定的粒度以下的活性碳顆粒的份量可以與理論值偏離10％。
測量按適用于汽車內(nèi)部過濾器的氣體吸附標(biāo)準(zhǔn)DIN 71460-2進(jìn)行。
過濾器的具體結(jié)構(gòu)如下組合過濾區(qū)具有一由聚丙烯(PP)組成的單層顆粒過濾器。顆粒過濾器的面重量為60g/m2，過濾材料靜電充電，纖維直徑為20-40μm。
化學(xué)過濾器包括面重量為約43g/m2和纖維直徑為約10至25μm的聚酯(PES)基體材料。它載有顆粒形活性碳。面重量為150、200和250g/m2。粒度為0.106至0.425mm。在這種粒度分布時40％重量百分比以上的顆粒小于0.180mm。
用來進(jìn)行比較的標(biāo)準(zhǔn)組合過濾器具有一帶有靜電充電、面重量為60g/m2、纖維直徑為約30μm的聚丙烯(PP)過濾層的單層顆粒過濾器。
化學(xué)過濾區(qū)包括面重量為350g/m2的顆粒狀活性碳(0.25-0.6mm)，它涂覆在面重量為約50g/m2的PES基體上。粒度為0.25至0.6mm，在這種粒度時只有約1％重量百分比的顆粒小于0.180mm。
測量結(jié)果表示在附圖唯一的圖形中。
圖中的圖表表示測量值，它們在采用四種不同過濾器的情況下在正丁烷擊穿測量時測得。試驗(yàn)用23℃和50％相對濕度的空氣進(jìn)行，流量為180m3/h，空氣帶有80ppm的正丁烷。
在圖中的圖表中可以看到，在標(biāo)準(zhǔn)組合過濾器時大致為約7％的(面積)立即擊穿，這雖然可以通過提高活性碳的總量略微減輕，但不能完全排除，因?yàn)殡S著壓力損失的加大，活性碳量不能任意增加。
而在這里我們所述的組合過濾器時根據(jù)活性碳量的不同立即擊穿顯著減少，亦即在150或200g/m2的活性碳量時在2至3％，在250g/m2的活性碳量時甚至達(dá)到數(shù)值0。此外顯示出，在標(biāo)準(zhǔn)過濾器時擊穿的增長(線)比我們所述的吸附式過濾器時陡得多。在對于循環(huán)空氣閥的關(guān)閉假設(shè)的最大時間間隔10秒鐘后對于標(biāo)準(zhǔn)過濾器正丁烷擊穿的數(shù)值為17％，已經(jīng)比較高，對于具有150,200和250g/m2活性碳的過濾器則低得多，只有10％、5％和3.5％。
權(quán)利要求
1.吸附式過濾器，具有至少一個活性碳顆粒層，其特征為活性碳顆粒的至少20％具有小于0.180mm的粒度，活性碳總的面重量在100至500g/m2之間。
2.按權(quán)利要求1所述的吸附式過濾器，其特征為活性碳顆粒的至少30％具有小于0.180mm的粒度。
3.按權(quán)利要求1或2所述的吸附式過濾器，其特征為活性碳的總面重量在150至230g/m2之間。
4.按權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)所述的吸附式過濾器，其特征為活性碳的基體材料包括無紡布。
5.包括按權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)所述的吸附式過濾器的組合過濾器。
6.按權(quán)利要求5所述的組合過濾器，其特征為用于組合過濾器顆粒過濾區(qū)的材料包括無紡布。
全文摘要
介紹一種具有至少一個活性碳顆粒層的吸附式過濾器，其目的是這樣地改進(jìn)開頭所述類型的吸附式過濾器，使它在盡可能簡單和成本低廉的結(jié)構(gòu)的情況下具有與普通過濾器相比好得多的擊穿特性，其特征為至少20％重量百分比的活性碳顆粒具有小于0.180mm的粒度，活性碳的總面重量為100至500g/m
文檔編號B01D46/00GK1781578SQ20051011751
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者V·布勞恩靈, U·施塔爾, U·費(fèi)爾伯, R·巴德爾, H·沙赫特 申請人:卡爾 弗羅伊登柏格兩合公司