CN118201695A - 用于过滤气态流体的圆过滤元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于过滤气态流体的圆过滤元件，其包括颗粒过滤介质本体和有害气体过滤介质本体，颗粒过滤介质本体和有害气体过滤介质本体中的每个均呈中空本体的形式并且围绕内流动室。每个过滤介质本体在其相对端面中的每个上设置有端盘。单独形成的连接元件连接至端盘并且绕临近过滤介质本体的端盘接合。

Description

用于过滤气态流体的圆过滤元件

技术领域

根据权利要求1的前序部分，本发明涉及一种用于过滤气态流体的圆过滤元件，其带有配置为中空本体的用于颗粒过滤的颗粒过滤介质本体和配置为中空本体的用于有害气体过滤的单独的有害气体过滤介质本体。

背景技术

DE 102018215603 A1描述了一种模块化过滤元件，其包括第一原料空气侧过滤模块和定位在下游的第二过滤模块，其每个配置为中空圆柱体并且相对于彼此同心地布置。模块化过滤元件能够用作为燃料电池单元空气过滤器，其用于燃料电池单元应用的空气过滤。在第一原料空气侧过滤模块处发生颗粒分离，同时第二过滤模块包括吸附介质，凭借该吸附介质分离有害气体。每个过滤模块包括在其相对定位的端面处的不透流动(flow-tight)的端盘。带有两个过滤模块的模块化过滤元件接收在壳体罐中，该壳体罐能够由壳体盖闭合。

发明内容

本发明具有的目的是设计一种用于过滤气态流体的圆过滤元件，其带有沿流动方向相继布置的两个过滤介质本体，以这样的方式确保在延长的运行持续期间内的高过滤性能。

该目的是根据具有权利要求1的特征的本发明解决的。从属权利要求提供了合宜的另外的实施例。

根据本发明的圆过滤元件用于过滤气态流体，例如用于过滤空气，并且例如可用在燃料电池单元中。圆过滤元件包括颗粒过滤介质本体，凭借该颗粒过滤介质本体从气态流体分离颗粒，并且该颗粒过滤介质本体配置为中空本体。圆过滤元件还包括用于有害气体过滤的有害气体过滤介质本体，该有害气体过滤介质本体也配置为中空本体并且与颗粒过滤介质本体同心地布置。两个过滤介质本体围绕共同的向内定位的流动室。每个过滤介质本体在两个相对定位的端面处均设置有相应的端盘，该端盘在端面处不透流动地覆盖相应的过滤介质本体。

通过圆过滤元件的流动实现为或者径向地从内部到外部，或者相反地径向地从外部到内部，其中术语“径向”是指相对于圆过滤元件的纵向轴线。在从内部到外部的径向流动的情况下，将未净化的原料流体首先引入到向内定位的流动室中，从流动室发生从内部到外部的通过过滤介质本体的径向流动。在从外部到内部的径向流动的情况下，经净化的流体收集在向内定位的流动室中并且从流动室轴向地排放。

例如，过滤介质本体包括中空圆柱形状或圆锥形状。过滤介质本体能够具有跨其轴向长度(就圆过滤元件的纵向轴线而言)或者不变的横截面表面面积或者变化的横截面表面面积，例如不断增加的横截面表面面积。在垂直于纵向轴线的平面中，过滤介质本体能够具有圆形、椭圆形或细长的横截面形状，例如带有半圆形窄边和平坦纵向边的跑道形状，其中，根据需要，纵向边也能够配置为凸形或凹形。

每个过滤介质本体包括其自身的端盘，两个过滤介质本体的端盘不是一件式构造。为了避免过滤介质本体之间的空气泄漏流动，单独配置的不透流动的连接元件连接到端盘中的一个，且接合相邻过滤介质本体的端盘，并且以这样的方式产生至相邻过滤介质本体的端盘的不透流动的连接。此外，凭借连接元件固定两个过滤介质本体相对于彼此的相对位置。

连接元件不构成壳体部件，但其为圆过滤元件的部件，并且与两个过滤介质本体一起形成结构单元。包括连接元件的圆过滤元件可***到过滤壳体中，其中过滤壳体和圆过滤元件形成过滤装置。

连接元件实现为例如塑料部件。由于连接元件在端盘区域中桥接过滤介质本体之间的距离，不透流动地封闭了位于过滤介质本体之间的环形空间，使得防止了在原料侧和清洁侧之间的空气泄漏流动。

具体地，连接元件配置为环形形状。连接元件配置为独立于过滤介质本体的端盘但固定连接至一个端盘。这是由于例如将端盘形成为优选由软弹性材料制成的铸造部分而实现的，该铸造部分铸造到过滤介质本体的端面上，其中同时连接元件的部段突出到端盘材料中，并且一旦固化则产生端盘和连接元件之间的固定连接。作为端盘材料，例如，聚氨酯或塑料材料是可以想到的。

根据有利的实施例，连接元件的部段突出到两个过滤介质本体之间的中间空间中并且抵靠相邻过滤介质本体的端盘侧向搁置。连接元件的该部段一方面确保两个过滤介质本体之间的不变的相对径向间距。另一方面，该部段确保了至相邻过滤介质本体的端盘的密封紧密(seal-tight)连接，这是由于例如该端盘直接接触连接元件的部段。这确保了空气泄漏流动不能沿轴向方向从两个过滤介质本体之间的中间空间逸出，而是代替地迫使流体沿径向方向流动通过第二过滤介质本体。

根据另一有利实施例，连接元件的部段在背离保持过滤介质本体的一侧处抵靠相邻过滤介质本体的端盘侧向搁置。在连接元件的该部段处还存在额外的密封位置，这是由于相邻过滤介质本体的端盘接触连接元件部段。另外的接触能够轴向地存在于相邻过滤介质本体的端盘和连接元件的接合部分之间。以这样的方式，多达三个密封位置作为整体能够设置在连接元件和不承载连接元件的相邻过滤介质本体的端盘之间：一方面，通过突出在两个过滤介质本体和端盘之间的连接元件的部段，这提供了沿径向方向的密封；另一方面，在连接元件的向外定位的部段和端盘之间，这也构成径向密封；并且最后，轴向地在端盘和连接元件的接合部分之间，这构成轴向密封。以这样的方式，确保了公差补偿和可靠的密封作用。

还有利的是，连接元件的两个侧向部段形成用于不保持过滤介质本体的端盘的接收空间，使得该过滤介质本体(包括其端盘)能够被推到连接元件处的容器中，由此同时产生密封紧密的连接。以这样的方式，圆过滤元件的简单组装是可能的。

根据又一有利实施例，连接元件的另一部段是可支撑在壳体部分处的密封元件的承载件。密封元件可***到形成在连接元件的部段处的接收槽中，其中从接收槽突出的密封元件的部分支撑在壳体部分处，并且以这样的方式提供了连接元件和壳体部分之间的不透流动的连接。该配置具有的优点在于，例如，可在壳体罐和连接元件之间产生不透流动的闭合，使得迫使清洁侧处的流体采取过滤壳体中的为了排放而设置的流出通道。优选地，接收槽轴向向下或向上开放，使得***的密封元件沿轴向方向密封。密封件可布置在壳体罐和待放置于其上的壳体盖之间，使得由封闭元件施加的用于密封件的接触压力用于两个壳体部分的连接。在该实施例中，壳体罐和待放置于其上的壳体盖之间的连接必不能强制实现为不透流动的。

根据有利的实施例，至少一个过滤介质本体布置有支撑框架，具体地支撑栅格。支撑框架包括用于待净化介质的多个流动开口并且同时稳定过滤介质本体。支撑框架优选布置在有害气体过滤介质本体和/或颗粒过滤介质本体的流出侧处。

根据另一有利实施例，连接元件连接至布置在过滤介质本体的壁侧处的支撑栅格。支撑栅格优选地位于径向向内定位的过滤介质本体的向外定位的壁侧处，其中该壁侧优选地同时形成过滤介质本体的流出侧。支撑栅格支撑沿径向方向直接接触的过滤介质本体。支撑栅格具体地固定连接至过滤介质本体的轴向相对定位的端盘，这是由于支撑栅格的部段突出到相应端盘的材料中。支撑栅格能够与连接元件一起实现为一件，其中支撑栅格在过滤介质本体和连接元件的壁侧处大致沿相邻径向外过滤介质本体的轴向端面径向向外延伸。

根据又一有利实施例，一个过滤介质本体或两个过滤介质本体配置为带有多个过滤折叠部的过滤波纹件(filterbellows)。替代地，还可能的是由块形状材料或由卷绕的过滤介质来制造一个或两个过滤介质本体。

根据又一有利实施例，介质层(具体地无纺层)布置在过滤介质本体的壁侧处。介质层降低了过滤介质本体与支撑相应过滤介质本体的邻接部件(具体地支撑栅格)之间的摩擦。由于摩擦降低，能够避免在例如由振动或吹送引起的相对移动的情况下过滤介质本体的变形。

无纺层或者位于两个过滤介质本体之间和/或位于过滤介质本体的外侧处，其中在任何情况下有利的是无纺层布置在支撑栅格与过滤介质本体的壁侧之间。有利地，无纺层布置在有害气体过滤介质本体的流出侧处，使得留住已从过滤介质带走的颗粒(例如，活性炭颗粒)。

根据具体地就具有较大长度的过滤元件而言有利的实施例，过滤介质本体中的至少一个由沿轴向方向连结到彼此的至少两个部分本体组成。例如，部分本体可粘合到彼此。

本发明还涉及一种过滤装置，其带有前述圆过滤元件和用于接收圆过滤元件的过滤壳体。过滤装置可用在燃料电池单元中或燃料电池单元处，例如用在待供应至燃料电池单元的环境空气的供应区域中，以便使环境空气遭受过滤。

附图说明

另外的优点和合宜的实施例可从额外的权利要求、附图描述和附图中获得。其示出在附图中：

图1a通过在过滤壳体中带有圆过滤元件的过滤装置的示意性截面；

图1b图1a的细节Ib的放大图示；

图1c图1a的细节Ic的放大图示；

图1d圆过滤元件的部分截面立体图示；

图2a另一实施例中对应于图1a的带有圆过滤元件的过滤装置的图示；

图2b图2a的细节IIb的放大图示；

图2c图2a的细节IIc的放大图示；

图3a又一实施例中对应于图1a的带有圆过滤元件的过滤装置的图示；

图3b图3a的细节IIIb的放大图示；

图3c图3a的细节IIIc的放大图示。

在附图中，相同的部件以相同的附图标记标识。

具体实施方式

在图1a至图1d中图示了过滤装置1，其带有用于过滤气态流体的第一圆过滤元件2。过滤装置1包括纵向轴线10，其中图1(还有以及图2)仅示出了纵向轴线10的一侧的左截面半部分。例如，过滤装置1用于过滤供应到燃料电池单元的新鲜空气。

圆过滤元件2包括两个过滤介质本体3、4，其实现为用于过滤颗粒的颗粒过滤介质本体3和用于过滤有害气体(诸如，例如二氧化硫、氮氧化物或氨)的有害气体过滤介质本体4。两个过滤介质本体3、4优选地实现为由折叠为锯齿形状的过滤介质制成的过滤波纹件。有害气体过滤介质本体4可包含活性炭，以便以期望的方式吸附有害气体。优选地，活性炭颗粒嵌入有害气体过滤介质本体4的过滤介质中。例如，过滤介质本体3和4实现为圆锥且具有细长扁椭圆截面形状，该截面形状带有两个平行的纵向边和两个凸形窄边。两个过滤介质本体3和4彼此同心布置并且围绕向内定位的流动室11，该流动室11接收未净化的原料流体，并且从该流动室11相对于纵向轴线10从内部到外部地径向流动通过两个过滤介质本体3和4。

圆过滤元件2接收在过滤壳体5中，该过滤壳体5包括壳体罐6和壳体盖7。在壳体盖7处，一体地形成入口8，未净化的原料流体通过该入口8引入并且供应至向内定位的流动室11。在壳体罐7处，一体地形成出口9，经净化的流体通过该出口9排放，在其流动通过两个过滤介质本体3和4之后，沿流动方向向后定位的围绕有害气体过滤介质本体4的外侧处收集该经净化的流体。颗粒过滤介质本体3的向内定位的侧形成原料侧或流入侧，有害气体过滤介质本体4的外侧形成清洁侧或流出侧。

每个过滤介质本体3、4在两个轴向相对定位的端面处均设置有端盘12、13或14、15，该端盘12、13或14、15不透流动地覆盖相应的轴向端面。端盘12至15可铸造到过滤介质本体上。颗粒过滤介质本体3的下端盘12面向壳体罐6的底部，该下端盘12配置为连续的盘并且没有切口。另一方面，同一颗粒过滤介质本体3的上端盘13是带有中心切口的环形，原料空气可通过该中心切口经由空气入口8流到向内定位的流动室11中。

有害气体过滤介质本体4的上端盘15也为环形配置。有害气体过滤介质本体4的下端盘14为闭合配置，其中下端盘14的两部分带有覆盖过滤介质本体4端面的发泡软塑料材料并且带有塑料盘，该塑料盘覆盖至内部的开口并且其嵌入到发泡塑料材料中。如下面将详细解释的，塑料盘可是支撑栅格18的部段18a。作为替代，下端盘14可实现为一件泡沫塑料材料。

实现为不透流动的第一连接元件16位于面向壳体盖7的颗粒过滤介质本体3的上端盘13处，该连接元件16径向向外突出并且配置为环形周向延伸的形状。连接元件16的部段接收在上端盘的材料中并且以此方式固定连接至端盘13。连接元件16接合相邻的径向进一步向外定位的有害气体过滤介质本体4的上端盘15，其中在端盘15和连接元件16之间产生不透流动的连接。从沿径向方向延伸的部分开始，连接元件16的第一部段16a轴向向内突出到两个过滤介质本体3、4之间的中间空间中。第二部段16b在上端盘15的径向向外定位侧处轴向向下突出，使得两个部段16a和16b形成用于有害气体过滤介质本体4的上端盘15的环形容器，上端盘15可***到该容器中。在本文中，用连接元件16或部段16a和16b在端盘15的径向向内定位的侧处以及径向向外定位的侧处形成密封位置。作为替代或额外地，在端盘15的轴向端面与连接元件16之间形成密封位置。原则上，提供三个密封位置中的一个就足够了。连接元件16实现为不透流动的，使得确保至上端盘15的不透流动的连接，并且沿轴向向外方向防止了位于过滤介质本体3、4之间的中间空间中的流体的空气泄漏流动。

支撑栅格18布置在有害气体过滤介质本体4的向外定位的壁侧或套侧处。该支撑栅格18在外侧处围绕有害气体过滤介质本体4，并且在端盘14、15的材料中的端面处嵌入并因此保持在其中。密封件承载件17与支撑栅格18连接为一件。承载件配置为周向延伸的径向向外突出的圈领，其包括用于密封元件19的轴向向下开放的接收槽17a。呈密封环形式的密封元件19可***到接收槽17a中。作为替代，密封元件可被模制上。密封元件19定位在壳体罐6的肩部上并且将原料侧抵靠清洁侧密封。

介质层(例如无纺层)可位于支撑栅格18(其包括多个流动开口)与有害气体过滤介质本体4的向外定位的套侧之间。其形成了针对摩擦的机械保护并且具体地留住了可能从有害气体过滤介质本体4逸出的活性炭颗粒。

支撑栅格18的部段在下端盘14中径向向内延续作为部段18a，其中部段18a在过滤介质内径向地形成为闭合的不透流动的盘。颗粒过滤介质本体3的下端盘12轴向支撑在部段18a处。如图1c中可见的，部段18a包括环形部段，该环形部段沿轴向方向延伸到有害气体过滤介质本体4的内部中。带有下端盘12的内颗粒过滤介质本体3径向支撑在该肋处。

当内颗粒过滤介质本体3***到外有害气体过滤介质本体4中时，两个过滤介质本体3、4因此通过外过滤介质本体4的上端盘15和连接元件16之间的至少一个密封位置密封紧密地连接到彼此。

在圆过滤元件2和过滤壳体5之间还形成有密封位置。在原料流体入口8的区域中，内过滤介质本体3的上端盘13优选地轴向支撑在壳体盖7处而没有密封作用。原料侧和清洁侧之间的密封位置位于径向向外并且由密封元件19实现为轴向密封，该密封元件19支撑在接触壳体罐6的圈领的外过滤介质本体4处。

图1d示出了圆过滤元件2的立体图示，该圆过滤元件2带有外害气体过滤介质本体4和接收于其中的内颗粒过滤介质本体3。连接到内颗粒过滤介质本体3的上端盘13的连接元件16形成径向向外突出的壁部段，该壁部段带有轴向向下延伸的内部段16a和也轴向向下延伸的外部段16b，使得形成了用于接合外有害气体过滤介质本体4的上端盘15的U形容器。

带有密封件承载件17的支撑栅格18包括用于密封元件19的接收槽17a，该支撑栅格18连接到外有害气体过滤介质本体4的上端盘15。

因此，有害气体过滤介质本体4和颗粒过滤介质本体3可以简单的方式连结为单元并且可***到壳体中。另一方面，两个过滤介质本体3、4可容易地再次分离。以这样的方式，例如在其具有不同使用寿命的情况下，仅将两个过滤介质本体3、4中的一个更换为新的并且继续使用另一个是可能的。与一个部件的实施例相比，不需要额外的密封，因为使用外过滤介质本体4的端盘15用于密封。

在图2a至图2c中图示了另一实施例，其原则上具有与第一实施例相同的配置，使得在这方面必须参考上面的描述。在图2a至图2c中，过滤装置也包括圆过滤元件2，该圆过滤元件2包括颗粒过滤介质本体3和围绕的有害气体过滤介质本体4，其围绕向内定位的流动室11。待净化的流体从内部到外部径向地流动通过过滤介质本体3、4。

与图1a至图1d不同，在图2a至图2c中，在有害气体过滤介质本体4的向外定位的壁侧或套侧上没有布置支撑栅格。然而，支撑栅格18位于过滤介质本体3和4之间的中间空间中并且与颗粒过滤介质本体3相互关联。无纺层可位于支撑栅格18和颗粒过滤介质本体3的相邻侧面之间。

支撑栅格18可与连接元件16一起实现为一件，该连接元件16固定连接至颗粒过滤介质本体3的上端盘13，例如嵌入其中。连接元件16的部段16a在过滤介质本体3和4之间沿中间空间的方向轴向突出，并且与有害气体过滤介质本体4的上端盘15形成径向密封位置。第二部段16b轴向向外突出定位成沿轴向方向向下，并且与上端盘15形成另一径向密封位置。额外地或作为替代，上端盘15的轴向端面与连接元件16的径向延伸部分形成密封位置。

有害气体过滤介质本体4的上端盘15包括在径向向内定位的侧处的上肩部；连接元件16的部段16a搁置在其竖直侧处。向内定位的颗粒过滤介质本体3的上端盘13突出到上端盘15的肩部中。有害过滤介质本体4的上端盘15沿径向方向搁置在颗粒过滤介质本体3的支撑栅格18处。支撑栅格18在该区域中可以是闭合配置，并且以这样的方式形成用于有害气体过滤介质本体4的上端盘15的接触肋，使得能够形成额外的密封位置。

连接元件16的径向向外定位的部段16b额外包括接收槽，密封元件19***在该接收槽中，密封元件19支撑在壳体罐6的肩部处。因此，连接元件16同时形成用于密封元件19的密封件承载件。

下端盘14配置为连续的盘。在下端盘14处形成轴向向下定向的中空圆柱套筒，该套筒形状配合地接收在壳体底部处的环形容器中，使得稳定地保持圆过滤元件2。下端盘14优选地由柔性材料(例如聚氨酯泡沫)制成。

连接元件16和支撑栅格18形成共同的连续部件，其在颗粒过滤介质本体3的下端盘12区域中的部段18a中为一件式延续部。支撑栅格18的该部段18a具有盘形配置并且至少部分地由下端盘12的材料包封，使得存在至下端盘12的固定连接。盘形部段18a至少在部段中配置为不透流动的，并且防止从向内定位的流动室11到有害气体过滤介质本体4的、绕过颗粒过滤介质本体3的原料流体的空气泄露流。

在图3a至图3c中所图示的实施例大致对应于根据图2a至图2c的实施例。然而，在图3a至图3c中，外有害气体过滤介质本体4的上端盘15(相对于所图示的包含纵向轴线截面平面)包括大致矩形的横截面形状，类似于颗粒过滤介质本体3的上端盘13，该上端盘13相对于端盘15径向向内移位。因此，外有害气体过滤介质本体4的上端盘15不包括肩部。连接元件16的部段16a位于端盘13和15之间并且搁置在端盘13的径向外侧处以及端盘15的径向内侧处。此外，在该实施例中，内颗粒过滤介质本体3以及外有害气体过滤介质本体4包括支撑栅格18。有害气体过滤介质本体4的径向向外定位的支撑栅格18包括密封件承载件17。作为替代，密封件承载件17还可由沿轴向方向延伸的连接元件16的径向向外定位的部段16b形成。

如在第一实施例中的，外有害气体过滤介质本体4的下端盘14大致具有平面配置。然而，下端盘14也可根据图2a的下端盘14实施。

Claims (12)

1.一种用于过滤气态流体的圆过滤元件，所述圆过滤元件带有配置为用于所述气态流体的颗粒过滤的中空本体的颗粒过滤介质本体(3)，并且带有配置为用于有害气体(例如二氧化硫、氮氧化物、氨)过滤的中空本体的单独有害气体过滤介质本体(4)，所述有害气体过滤介质本体(4)与所述颗粒过滤介质本体(3)同心地布置，其中两个过滤介质本体(3、4)围绕向内定位的流动室(11)，其中每个过滤介质本体(3、4)在其相对定位的端面处包括相应的端盘(12、13、14、15)，其特征在于，单独实施的不透流动的连接元件(16)连接至过滤介质本体(3)的一个端盘(13)，并且接合相邻过滤介质本体(4)的端盘(15)，并且产生至所述相邻过滤介质本体(4)的端盘(15)的不透流动的连接。

2.根据权利要求1所述的圆过滤元件，其特征在于，所述连接元件(16)的部段(16a)突出到所述两个过滤介质本体(3、4)之间的中间空间中，并且侧向接触所述相邻过滤介质本体(4)的端盘(15)。

3.根据权利要求1或2所述的圆过滤元件，其特征在于，所述连接元件(16)的部段(16b)在背离保持过滤介质本体(3)的侧处接触所述相邻过滤介质本体(4)的端盘(15)。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的圆过滤元件，其特征在于，所述连接元件(16)的部段(16b)是用于在壳体部分(6)处支撑的密封元件(19)的承载件。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的圆过滤元件，其特征在于，所述连接元件(16)连接至布置在过滤介质本体(4)的壁侧处的支撑栅格(18)。

6.根据权利要求1至5中的一项所述的圆过滤元件，其特征在于，至少一个过滤介质本体(3、4)、优选地两个过滤介质本体(3、4)配置为过滤波纹件。

7.根据权利要求1至6中的一项所述的圆过滤元件，其特征在于，介质层、具体地无纺层布置在过滤介质本体(3、4)的壁侧处。

8.根据权利要求7所述的圆过滤元件，其特征在于，所述介质层布置在所述两个过滤介质本体(3、4)之间。

9.根据权利要求7或8所述的圆过滤元件，其特征在于，所述介质层布置在过滤介质本体(4)的外侧处。

10.根据前述权利要求中的一项所述的圆过滤元件，其特征在于，所述过滤介质本体(3、4)中的至少一个包括沿轴向方向连结到彼此的至少两个部分本体。

11.一种过滤装置，其带有根据权利要求1至10中的一项所述的圆过滤元件(2)并且带有用于接收所述圆过滤元件(2)的过滤壳体(5)。

12.根据权利要求11所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤装置用在燃料电池单元中或燃料电池单元处。