本發(fā)明涉及一種用于化合氣流的組成部分的過濾器，具有承載體和在承載體的表面上涂覆的過濾層。本發(fā)明的目的此外還在于一種用于制造這樣的過濾器的方法，一種這樣的過濾器用于對在交通工具、尤其是飛機(jī)中的呼吸空氣進(jìn)行過濾的應(yīng)用，以及一種配備有根據(jù)本發(fā)明的過濾器的飛機(jī)。

背景技術(shù)：

許多交通工具，尤其是飛機(jī)和例如高速列車通常都壓力密封地建造并且人工地通風(fēng)。飛機(jī)具有增壓艙，其中在旅行飛行高度中調(diào)節(jié)處于外部空氣壓力之上的客艙壓力。

增壓艙的空氣供給通常不僅通過環(huán)流和凈化客艙空氣實(shí)現(xiàn)而且還通過混合外部供給的新鮮空氣實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵诼眯酗w行高度中的外部空氣處于客艙壓力之下，因此待供給的新鮮空氣必須被壓縮。通常，對于新鮮空氣供給來說，來自一個(gè)或者多個(gè)飛機(jī)推進(jìn)器的壓縮機(jī)的空氣流的一部分(所謂的引氣)被分支，冷卻到預(yù)期的溫度水平并且與客艙空氣混合。

噴射推進(jìn)器的引氣會受到燃油剩余物或者油霧的污染，尤其是當(dāng)例如推進(jìn)器的潤滑油進(jìn)入到軸或者類似物的區(qū)域中時(shí)并且由壓縮機(jī)空氣流混合。噴射推進(jìn)器的油包含對人類有危害的成分或者添加劑，例如像磷酸三甲苯酯(TCP)。混合的油殘余物此外會導(dǎo)致在飛機(jī)中不舒服的油的氣味。環(huán)流的客艙空氣同樣會包含有氣味物質(zhì)或者有害物質(zhì)。

因此在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)已知的是，設(shè)置有用于推進(jìn)器的引氣和/或環(huán)流的客艙空氣的過濾器系統(tǒng)。一方面，由顯而易見的使用中公開了例如活性炭過濾器。其具有僅僅相對小的吸附能力并且通過物理吸附可逆地形成有害物質(zhì)，從而其在活性炭過濾器的高負(fù)荷的情況中會再次被釋放。

此外已知的是，來自客艙空氣的不希望的組成部分通過催化氧化反應(yīng)去除(例如US 2003/0188850 A1，US 2009/0227195 A1，US 2010/0158775 A1和US 2005/0053515 A1)。這樣的催化系統(tǒng)在安裝和運(yùn)行中是非常復(fù)雜的，因?yàn)楸仨毘掷m(xù)地滿足運(yùn)行條件，其允許對有害物質(zhì)的催化氧化反應(yīng)，例如用于熱催化的高于200℃的溫度或者用于光催化的UV輻射的供應(yīng)。WO 2013/124168 A1公開了一種用于過濾客機(jī)中的呼吸空氣的過濾器顆粒材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于從氣流、尤其是飛機(jī)的引氣或者客艙空氣中去除有害物質(zhì)、例如像油殘留物的簡單操作且有效的可能性，其能簡單和沒有較大的問題地集成在現(xiàn)有的系統(tǒng)中。

該目的由此實(shí)現(xiàn)，即過濾層具有以下組件：

a)用于物理吸附組成部分的組件，

b)用于化學(xué)吸附組成部分的組件，

c)用于溶解油組成部分的組件，其包含離子液體。

本發(fā)明的目的此外還有一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的過濾器的方法，一種這樣的過濾器用于對在交通工具、尤其是飛機(jī)中的呼吸空氣進(jìn)行過濾的應(yīng)用，以及一種配備有根據(jù)本發(fā)明的過濾器的飛機(jī)。

首先對在本發(fā)明的框架中使用的概念進(jìn)行描述。

概念承載體描述了能由氣流過流或者穿流的基底，其表面能夠至少部分地承載了接下來描述的過濾層。合適的承載體例如由機(jī)動車技術(shù)已知的用于廢氣催化器的承載體構(gòu)成。這樣的承載體在其體積方面具有與較小的穿流阻力結(jié)合的大表面，該穿流阻力允許以較大的氣流量穿流。

在承載體的表面上設(shè)置有過濾層。其與過流的氣體交互作用并產(chǎn)生預(yù)期的過濾效果。過濾層的類型和厚度如此地設(shè)定，即確保過濾器的需要的穿流能力。

根據(jù)本發(fā)明，在過濾器成中包含有三個(gè)組件。概念組件在該上下文中被功能性地理解并且意味著層的部分或者組成部分，其能施加描述的功能。

第一組件用于物理吸附氣流的組成部分。在物理吸附的情況中，被吸收的分子通過通常相對弱的物理學(xué)上的力(化合能通常在4-40kJ/mol的范圍中)化合到(物理吸附的基底的)組件上。該物理吸附通常不會導(dǎo)致被吸收的物質(zhì)的化學(xué)變化并且通常是可逆的。

另外的組件用于化學(xué)吸附氣流的組成部分。在化學(xué)吸附的情況中，(氣流的被化合的組成部分的)吸收物和/或吸收劑(形成用于化學(xué)吸附的基底的組件)化學(xué)地發(fā)生變化?；夏芾缈梢栽?00kJ/mol的范圍中?；瘜W(xué)吸附通常是不可逆的，也就是說化學(xué)吸附的組成部分被持續(xù)地化合。

根據(jù)本發(fā)明，第三組件用于溶解油組成部分。概念油組成部分描述例如來自噴射推進(jìn)器的潤滑油的在氣流中一同輸送的組成部分，通常這樣的油組成部分作為氣溶膠精細(xì)分布地存在于氣流中。所述的組件包含溶劑，油組成部分被輸送到溶劑中并且借此能從氣流中去除。溶劑的汽壓和油組成部分的由此出現(xiàn)的溶解根據(jù)本發(fā)明如此的小，即在相應(yīng)的過濾器的運(yùn)行條件下溶劑和/或溶解不以額定值的程度進(jìn)入到氣流中。以下進(jìn)一步描繪的離子液體被作為溶劑使用。

因此根據(jù)本發(fā)明的過濾器聯(lián)合了三個(gè)組件并進(jìn)而也聯(lián)合了三個(gè)功能。用于物理吸附的組件可以根據(jù)本發(fā)明從活性炭、膨潤土、硅石和沸石構(gòu)成的組中選擇，并且起到快速和有效地物理吸附氣流的開放的組成部分，例如像空氣有害物質(zhì)、氣味或者類似物。

化學(xué)吸附的組件允許持續(xù)地并進(jìn)而不可逆地化合氣流的相應(yīng)的不希望的組成部分。在本發(fā)明的框架中還可能的是，氣流的組成部分首先被物理吸附并進(jìn)而在過濾器的范圍中被確定位置并且接下來實(shí)現(xiàn)物理吸附并進(jìn)而持續(xù)地化合。

用于溶解油組成部分的組件允許持續(xù)可靠地從氣流中去除相應(yīng)的油氣溶膠，借此預(yù)防來自潤滑油的不希望的油氣味以及有害物質(zhì)進(jìn)入到飛機(jī)的客艙空氣中。油組成部分的通過在溶劑中的溶解的去除將油組成部分持續(xù)地化合并且為此具有高的容納容量。

根據(jù)本發(fā)明的過濾器因此允許安全和快速的、但是也持續(xù)和不可逆地去除來自氣流的，尤其是飛機(jī)客艙的呼吸空氣的典型的氣味和有害物質(zhì)組成部分。

本發(fā)明的一個(gè)重要的特征在于，所述的組件是在承載體上的過濾層的組成部分。本發(fā)明獲知，即過濾器作為承載體帶有在其上安裝的過濾層的設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了一種過濾器，其一方面允許具有良好的過濾效果的高氣流流量并且另一方面具有較小的流動阻力，從而其容易地并且尤其是在沒有附加措施的情況下集成到現(xiàn)有的系統(tǒng)中、例如用于為飛機(jī)客艙提供呼吸空氣的系統(tǒng)中。尤其是根據(jù)本發(fā)明通常不需要設(shè)置這樣的措施，例如在呼吸空氣供應(yīng)時(shí)壓力的提升或者提高的泵功率，從而對過濾器的大流動阻力進(jìn)行補(bǔ)償。

承載體根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地從由陶瓷承載體和金屬承載體構(gòu)成的組中選出。由塑料制成的承載體同樣也可以被使用。尤其可以使用這樣的承載體，如其在機(jī)動車的廢氣技術(shù)中使用的催化器承載體。由金屬制成的承載體例如可以具有蜂窩的形式的空腔或者單元，合適的承載體例如在WO 2010/108755 A1中描述。商業(yè)上能夠獲得的承載體例如是Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie有限責(zé)任公司的

根據(jù)本發(fā)明，被使用的承載體的單元密度優(yōu)選在50至1600cpsi(每平米英寸的單元)的范圍中，進(jìn)一步優(yōu)選的是100至1000cpsi和150至500cpsi的范圍。單元壁的厚度優(yōu)選在10-100μm的范圍中，進(jìn)一步優(yōu)選的是在10-50μm。單元在橫截面(垂直于流動方向的截面)中的形狀例如可以是正弦的、矩形的、三角形的或者六邊形的。

根據(jù)本發(fā)明的承載體可以就有外罩，其例如可以具有0.5-5mm、進(jìn)一步優(yōu)選地1-2mm的壁厚。外罩用于對承載體進(jìn)行穩(wěn)定?？商鎿Q的是，也可以放棄外罩并且承載體基本上形狀配合地引入到流動通道中，其壁對承載體進(jìn)行穩(wěn)定。

承載體在流動方向上的長度可以根據(jù)本發(fā)明為10-1000mm、優(yōu)選為10-100mm。通過根據(jù)本發(fā)明的過濾器導(dǎo)致的壓力損失優(yōu)選為10mbar或者更少、進(jìn)一步優(yōu)選為5mbar或者更少。用于物理吸附的組件從由活性炭、膨潤土、硅石和沸石構(gòu)成的組中選擇。

用于化學(xué)吸附的組件根據(jù)本發(fā)明可以合適的氨基酸或者氨基酸序列，尤其是肽或者蛋白。肽通常比蛋白具有更短的鏈，在兩個(gè)概念類別之間獲得平滑的過渡。這樣的肽或者蛋白可以通過化學(xué)吸附來化合有害物質(zhì)，其是所謂的蛋白質(zhì)反應(yīng)基底，也就是化合物，其與用于化學(xué)吸附的組件的蛋白質(zhì)或者蛋白質(zhì)衍生物發(fā)生反應(yīng)并且出現(xiàn)化學(xué)化合。以下除去典型的空氣有害物質(zhì)，如醛(尤其是甲醛)和許多暫時(shí)的有機(jī)化合物(揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC)。合適的氨基酸序列可以例如通過蛋白、例如硬蛋白質(zhì)的水解來制造，此外，例如可以使用諸如像綿羊絨纖維的含角蛋白的纖維。

根據(jù)本發(fā)明，用于溶解油組成部分的組件包括離子液體。離子液體是鹽，其在過濾器的運(yùn)行溫度時(shí)通常是液態(tài)的。典型的是，離子液體在100℃之下的溫度時(shí)是液體的，優(yōu)選也在室溫時(shí)。離子液體具有非常低的、幾乎不能測量的蒸汽壓并且提供用于油組成部分的良好的溶解特性。

優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的離子液體包含從由也許可能的烴基化的咪唑鎓離子、吡啶離子、吡咯烷鎓離子、胍鹽離子、脲陽離子、硫脲離子、哌啶離子、嗎啉離子、銨離子和磷離子構(gòu)成的組中選出的離子以及從由四氟硼酸根、三氟醋酸根、三氟甲基磺酸根、六氟磷酸根、亞膦酸根、甲苯磺酸根、酰亞胺基、酰胺基、硫酸根和鹵離子構(gòu)成的組中選出的陰離子。

在本發(fā)明的優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，過濾層具有矩陣。概念矩陣?yán)斫鉃橐晃镔|(zhì)，其作為結(jié)構(gòu)形成器使用并且承載描述的組件。矩陣的組成部分可以包括用于物理吸附和/或化學(xué)吸附的組件。矩陣此外可以包括粘合劑，例如粘合劑從由甘露糖醛酸鹽、古羅糖鹽、藻酸鹽和膠質(zhì)鹽構(gòu)成的組中選出的粘合劑。該粘合劑例如作為堿性鹽首先以水性溶劑的形式提供。通過堿離子相對于例如堿土離子(有時(shí)是Ca²⁺離子)的交換，可以從溶解的鹽中獲得不溶解的鹽，其借此析出或者被提供并且因此對相應(yīng)的過濾層進(jìn)行定位或者固定。根據(jù)本發(fā)明同樣可能的是，通過合適的有機(jī)陽離子對該提供進(jìn)行影響，例如低聚物或者多聚物離子，如PEI(聚醚酰亞胺)，PDMDAAC(聚(二甲基二烯丙基氯化銨))或者PLL(多聚賴氨酸)。本發(fā)明通過令人驚訝的方式發(fā)現(xiàn)，被使用的離子液體的陽離子也能夠用于進(jìn)行輸送或者位置做出貢獻(xiàn)。

具有所述的粘合劑的這樣的矩陣也可以包圍或者包封離子液體。油在由堿金屬藻酸鹽構(gòu)成的矩陣中的油的包封例如在US 4,389,419中描述。該步驟參考本發(fā)明的公開。

本發(fā)明的目的還在于一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的過濾器的方法，其特征在于以下步驟：

a)提供承載體，

b)為承載體的表面涂覆過濾層。

優(yōu)選的是承載體的表面涂覆有過濾層的組成部分的溶液。其可以進(jìn)一步地通過將承載體浸入到這樣的溶液中或者與該溶液接觸實(shí)現(xiàn)。之后涂層就能優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)固定。這優(yōu)選地通過固化過濾層的粘合劑來實(shí)現(xiàn)。該固化可以通過溫度的影響或者優(yōu)選地通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。尤其是該反應(yīng)可以通過施加另外的組件來實(shí)現(xiàn)。

如果粘合劑例如從由甘露糖醛酸鹽、古羅糖鹽、藻酸鹽和膠質(zhì)鹽構(gòu)成的組中選出，那么其如作為堿性鹽首先以水性溶劑的形式提供并且與另外組分混合。該水性的溶劑被涂覆到承載體的表面上，例如通過浸漬。通過相對于堿土離子來交換堿離子可以從溶解性的鹽中獲得不溶解的鹽，其借此析出或者被提供并且因此對相應(yīng)的過濾層進(jìn)行定位或者固定。這可以通過浸入到堿土離子的溶劑中或者利用堿土離子的溶劑進(jìn)行沖刷實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的另外的目的是根據(jù)本發(fā)明的過濾器用于對在交通工具，尤其是飛機(jī)中的呼吸空氣進(jìn)行過濾的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明，在引氣最初被輸送到客艙的空調(diào)系統(tǒng)中之前，可以實(shí)現(xiàn)對引氣的過濾，從而去除油殘余物和從推進(jìn)器的壓縮機(jī)部分中收集的另外的有害物質(zhì)。可替換地或者附加的是，循環(huán)的客艙空氣被過濾，從而也去除其他的空氣有害物質(zhì)，氣味或者類似物。

本發(fā)明的目的此外還在于一種飛機(jī)，其包含至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的過濾器。該過濾器可以用于對引氣或者循環(huán)的客艙空氣進(jìn)行凈化并且布置在一個(gè)或者多個(gè)以下的安裝區(qū)域中：

-在引氣閥門和冷卻單元之間，

-在冷卻單元和混合單元之間，

-在混合單元和客艙和/或駕駛艙中的供應(yīng)管的出口之間。

所使用的概念接下來結(jié)合實(shí)施例進(jìn)行描述。優(yōu)選的是布置在混合單元和客艙和/或駕駛艙的供應(yīng)管中的出口之前的增壓艙內(nèi)部。

附圖說明

本發(fā)明的實(shí)施例接下來被描述。圖中示出：

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的過濾器；

圖2示意性地示出了飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的過濾器1。具有蜂窩類型的結(jié)構(gòu)的承載體21處于其內(nèi)部。如在圖1的下部細(xì)節(jié)截面圖中可見，在承載體21的上表面上承載有過濾層22。在該實(shí)例中，該過濾器具有200cpsi的單元密度。單元壁由40μm厚的、由材料DIN 1.4767(利用釔和鉿制成合金的含鋁的鐵氧體鉻鋼)構(gòu)成的金屬合金薄膜組成。過濾器的外罩具有1.5mm的厚度，外罩的材料是金屬合金DIN 1.4509(不銹的鐵氧體鉻鋼)。外罩的長度為84.5mm，在每個(gè)縱向端部外罩超出過濾器矩陣5mm。

根據(jù)本發(fā)明的過濾器的制造如下地描述：

實(shí)例1

在900ml水中溶解或者分解接下來的組成部分：

-80-100，優(yōu)選90g膨潤土

-30-60，優(yōu)選45g活性炭

-20-50，優(yōu)選35g甲基咪唑硫酸乙酯，

-2-8，優(yōu)選5g N-(L-α-天門冬氨酰)-L-苯丙氨酸甲酯

-4-8，優(yōu)選6g海藻酸鈉。

如此生產(chǎn)的溶劑或者分散劑被涂覆到承載體21上，優(yōu)選的是將承載體浸入到該溶劑中。如此預(yù)處理的承載體接下來被進(jìn)入到2％的水性氯化鈣溶劑中。通過鈣的進(jìn)入(或者另外的合適的多價(jià)金屬離子)產(chǎn)生不可溶解的藻酸鹽，其用于膠化或者固化過濾層。接下來在空氣流中干燥。在下一步驟中，在固定的過濾層上附加地涂覆離子液體。為此目的，承載體浸入到1-乙基-2-甲基咪唑硫酸乙酯中或者對其噴灑該離子液體并在空氣流中干燥。

實(shí)例2

如在實(shí)例1中一樣，在那里描述的溶劑或者混合物被制造并且涂覆在承載體的表面上。該過濾層的固定然而在第二步驟中直接通過將承載體浸入到1-乙基-2-甲基咪唑硫酸乙酯中并且接下來在空氣流中干燥來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的該變體方案中，也就是說在唯一的步驟中執(zhí)行過濾層的固定或者膠化并且涂覆離子液體。

圖2示意性地示出了客機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)。飛機(jī)的客艙4和駕駛艙5由供應(yīng)管6提供空氣。該空氣是由恒溫處理的新鮮空氣和被過濾的循環(huán)的客艙空氣構(gòu)成的混合物。

新鮮空氣通過來自一個(gè)或者多個(gè)推進(jìn)器7的壓縮機(jī)的所謂的引氣的分支提供?；趬嚎s而變熱的引氣(溫度典型為215℃-260℃)的主要部分被輸送給冷卻單元8并且冷卻到希望的溫度。被冷卻的氣流提供給混合單元9。

使用過的客艙空氣通過管路10從客艙中抽出并且在用于循環(huán)和過濾客艙空氣的裝置11中凈化。該裝置11根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)地工作。在混合單元9中被凈化的、循環(huán)的客艙空氣和被冷卻的新鮮空氣以預(yù)定比例混合并且通過供應(yīng)管6輸送給駕駛艙和客艙。為了調(diào)節(jié)在客艙中的溫度，通過管路12可以分支一部分熱的、還沒冷卻的引氣并且與從混合單元9向駕駛艙5和客艙4輸送的空氣流混合。

根據(jù)本發(fā)明的過濾器可以在這樣的空調(diào)系統(tǒng)中安裝在不同的位置中，其在附圖中以參考標(biāo)號1，2和3標(biāo)示。

在安裝位置1中，還熱的引氣直接在其離開推進(jìn)器7之后被過濾。該安裝位置是有優(yōu)點(diǎn)的，即也許在引氣中存在的油殘留物直接在從推進(jìn)器中噴出之后被過濾并且不會進(jìn)入到空調(diào)系統(tǒng)中。在該位置處的缺點(diǎn)尤其是通過高溫、高流動速度和高壓造成的變得困難的運(yùn)行條件，這使根據(jù)本發(fā)明的過濾器的有效運(yùn)行變得困難。

在可能的安裝位置2的情況中，一方面已經(jīng)冷卻的引氣和另一方面為了溫度調(diào)節(jié)的目的而分支出的引氣的熱部分分別通過至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的過濾器凈化。在此這樣的事實(shí)是有問題的，即必須對具有非常不同的溫度的兩個(gè)空氣流進(jìn)行過濾。

優(yōu)選的是在安裝位置3設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的過濾器并且已經(jīng)加溫的空氣直接在其輸送到駕駛艙5或者客艙4之前被過濾。

該安裝位置3具有各種優(yōu)點(diǎn)。過濾器在該安裝位置處由按比例冷卻的空氣以很少變化的溫度穿流?？諝饬髟诎惭b位置3處的溫度在每種情況中都在100℃以下并且因此允許過濾器的按比例的簡單的因?yàn)榉潜匾绞降哪蜔岬慕Y(jié)構(gòu)。供應(yīng)管6的橫截面通常大(典型的直徑例如150-164mm)，其允許了過濾器的相應(yīng)較大的并進(jìn)而有效的橫截面，該過濾器為此以具有較小的流動速度的略微壓縮的空氣穿流。安裝位置3為此出于維護(hù)的目的而能夠被良好地觸及，因?yàn)槠涮幱谠鰤号摰膬?nèi)部，例如實(shí)現(xiàn)了通過相應(yīng)的開口進(jìn)入到飛機(jī)的前貨艙中的通道。取決于飛機(jī)類型，必要的安裝位置3的數(shù)量是可變的。在A320家族的商業(yè)客機(jī)的情況中，例如需要五個(gè)過濾器，對于波音737則需要三個(gè)過濾器。