-
Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung
mit partikelförmigen
Adsorbienten, die ein Filterelement bilden, und mit einer das Filterelement
umschließenden
Einrichtung.
-
Adsorptionsfilter für Gase und
Flüssigkeiten
werden beispielsweise als Schüttbettfilter
ausgebildet. Zur Herstellung eines solchen Schüttbettfilters werden die partikelförmigen Adsorbienten,
bei denen es sich beispielsweise um ein Granulat oder um Formkohle
handelt, in einen Behälter
eingebracht. Der mit den partikelförmigen Adsorbienten gefüllte Behälter wird
dann gerüttelt,
um die partikelförmigen
Adsorbienten zum Filterelement zu verdichten. Durch das Rütteln soll
ein fester Sitz der partikelförmigen
Adsorbienten aneinander erreicht werden, um Bypasseffekte bzw. einen
Sofortdurchbruch des die Filtervorrichtung durchströmenden flüssigen oder
gasförmigen
Mediums zu vermeiden.
-
Um bei Filtervorrichtungen, die beispielsweise
in Fahrzeugen zum Einsatz gelangen und Schüttelbewegungen ausgesetzt sind,
eine Bewegung der partikelförmigen
Adsorbienten gegeneinander zu vermeiden, wird beispielsweise auf
dem Filterelement eine Deckelplatte angeordnet, die federnd gegen
das Filterelement aus partikelförmigen
Adsorbienten drückt.
Damit soll während
des Fahrbetriebes eine Bewegung und Auflockerung des Schüttbettes
aus den partikelförmigen
Adsorbienten vermieden werden.
-
Eine solche Bewegung der partikelförmigen Adsorbienten
gegeneinander bedingt nicht nur die Gefahr einer Bypassbildung sondern
außerdem
durch die Reibung der gegeneinander bewegten partikelförmigen Adsorbienten
einen Abrieb derselben. Auch dieser wirkt sich auf die Filtereigenschaften
nachteilig aus. Um solche Bewegungen der partikelförmigen Adsorbienten
zu vermeiden, werden bei bekannten Schüttbettfiltern beispielsweise
Zwischenschichten aus einem Vliesstoff oder aus anderen elastischen
Materialien angewandt, um auf der Bodenseite des Behälters und
auf der Seite der federnden Deckelplatte ein elastisches festes,
einen Abrieb verhinderndes, Andrücken
am Filterelement zu erreichen.
-
Solche Schüttbettfilter werden üblicherweise
in vertikaler Anordnung eingesetzt, weil horizontale Anordnungen
wiederum zu Bypasseffekten führen
können.
-
Besonders kritisch sind Bypassbildungen
bei Schüttbettfiltern
geringer Bauhöhe,
wie sie beispielsweise als sog. Plattenfilter in V-Zellen eingesetzt
werden. Derartige V-Zellen sind Luftfilter, wie sie für die Reinigung
von Innenräumen
beispielsweise auf Flughäfen
o.dgl. benutzt werden. Bei der Anlieferung dieser Luftfilter vom
Filterhersteller zum Einsatzort sind die oben erwähnten Probleme
aufgrund der transportbedingten Rüttelbewegung oftmals nicht
zu vermeiden. Die ursprünglich
homogene Schüttung
der partikelförmigen
Adsorbienten wird durch dieses Rütteln
zumindest teilweise zerstört,
d.h. es entstehen im Filterelement Verdichtungen und freie Stellen,
d.h. Hohlräume.
Dadurch wird die Adsorptionsleistung eines solchen bekannten Adsorptions-
bzw. Schüttbettfilters
erheblich reduziert.
-
In einem geringeren Umfang entstehen
solche Verdichtungen und freie Stellen bzw. mangelhafte Randdichtigkeiten
auch in Filteranordnungen, bei welchen die partikelförmigen Adsorbienten
an eine Matrixstruktur angeordnet sind. Bei derartigen Filteranordnungen
wird versucht, die besagten Probleme durch Verklebungen der Matrixstruktur
mit dem Rahmenmaterial oder durch ein Überspannen des Filterelementes
im Filtergehäuse
zu vermeiden.
-
Besonders kritisch ist die Bypassbildung
bei höheren
Strömungsgeschwindigkeiten
des zu filternden gasförmigen
oder flüssigen
Mediums im Filter, da sich bekanntermaßen das zu filternde Medium,
bei dem es sich z.B. um einen Luftstrom handelt, stets den Weg des
geringsten Strömungswiderstandes
sucht.
-
In Kenntnis dieser Gegebenheiten
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Filtervorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine Bypassbildung
zwischen dem Filterelement und der das Filterelement umschließenden Einrichtung,
bzw. Verdichtungen und freie Stellen, d.h. Kanäle im Filterelement, vermieden
werden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Anspruches 1, d.h. dadurch gelöst, daß die das Filterelement umschließende Einrichtung
von einem Schrumpfschlauch gebildet ist, in den die partikelförmigen Adsorbienten
in fester Packung eingeschrumpft sind.
-
Bei den partikelförmigen Adsorbienten des Filterelementes
kann es sich um lose Kohle, Granulat oder Formkohle handeln. Die
partikelförmigen
Adsorbienten können
auch an einer Matrixstruktur gebunden sein.
-
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
wird beispielsweise wie folgt vorgegangen: Ein Schrumpfschlauch
wird im ungeschrumpften Original- d.h. Ausgangszustand an seinem
einen Ende dicht verschweißt.
Anschließend
wird der Schrumpfschlauch mit den partikelförmigen Adsorbienten gefüllt. Die
Einfüllseite
wird danach ebenfalls verschweißt.
Anschließend
wird der mit den partikelförmigen
Adsorbienten gefüllte
und beidseitig verschweißte
Schrumpfschlauch einer solchen Temperatur ausgesetzt, daß der Schrumpfschlauch
schrumpft. Hierbei werden die partikelförmigen Adsorbienten in den
geschrumpften Schrumpfschlauch in fester Packung eingeschrumpft.
-
Bei der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
kann der geschrumpfte Schrumpfschlauch dann mit einer Einlaßöffnung und
mit einer Auslaßöffnung ausgebildet
werden. An der Einlaßöffnung und
an der Auslaßöffnung kann
dann jeweils ein Anschlußelement
vorgesehen werden.
-
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß sich in
den geschrumpften Schrumpfschlauch ein Eingangs-Anschlußelement
hineinerstreckt und daß sich
aus dem geschrumpften Schrumpfschlauch ein Ausgangs-Anschlußelement
herauserstreckt. Die Einlaß-
und Auslaßöffnung können also
auch nach Durchführung
des Schrumpfvorgangs nachträglich
im geschrumpften Schrumpfschlauch ausgebildet werden, oder es wird
ein Eingangs-Anschlußelement
und ein Ausgangs-Anschlußelement,
die selbst temperaturstabil sind und nicht schrumpfen, in den Schrumpfschlauch
eingesteckt, bevor dieser endseitig verschlossen bzw. mit den partikelförmigen Adsorbienten
gefüllt
wird. Beim Schrumpfen des Schrumpfschlauches wird dieser dann eng
und dicht an das formstabile Eingangs- und Ausgangs-Anschlußelement
angeschmiegt und fixiert. Desgleichen ist es möglich, daß ein Eingangs-Anschlußelement
und ein Ausgangs-Anschlußelement
derartig gestaltet sind, daß sie
vor Durchführung
des Schrumpfprozesses auf mechanischem Wege durch die Wandung des Schrumpfschlauches
in diesen eingebracht werden. Derartige Anschlußelemente können beispielsweise als nicht
schrumpfende Anschlußstutzen
ausgebildet sein.
-
Bei der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
können
die partikelförmigen
Adsorbienten eine Imprägnierung
aufweisen. Es hat sich nämlich
gezeigt, daß bestimmte
Imprägnierungen,
die bei Schaumstoffstrukturen nicht anwendbar sind, bei der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung,
d.h. bei dem Filterelement aus partikelförmigen Adsorbienten, die in
einen Schrumpfschlauch in fester Packung eingeschrumpft ist, ausgezeichnete
Leistungsdaten besitzen.
-
Erfindungsgemäß können die partikelförmigen Adsorbienten
mit chemisorptiven Zentren imprägniert, d.h.
dotiert sein. Eine derartige chemisorptive Wirkung ist insbesondere
für Stomafilter
essentiell. Eine chemisorptive Wirkung wird bei Aktivkohle jedoch
nur erreicht, wenn sie mit entsprechenden chemisorptiven Zentren imprägniert worden
ist. Für
Stomafilter, d.h. Stomaanwendungen, sind üblicherweise Schwermetall-Imprägnierungen
ausreichend. Die partikelförmigen
Adsorbienten sind vorzugsweise von Aktivkohle gebildet. Filter für Stomaanwendungen
sind beispielsweise in der
EP
0 235 928 A1 oder in der
DE 197 50 545 A1 beschrieben. Einen Schrumpfschlauch
aus Kunststoff offenbart beispielsweise die
EP 0 233 516 A2 .
-
Es hat sich gezeigt, daß bestimmte
Aktivkohle-Imprägnierungen
auf einer Schaumstoffmatrix nicht beständig sind, d.h. daß zwischen
dem Material der Schaumstoffmatrix und der Imprägnierung der Aktivkohle Reaktionen
ablaufen. Das bedeutet, daß sich
bestimmte Aktivkohle-Imprägnierungen
in der praktischen Anwendung – z.
B. bei schaumstoffimprägnierten
Filtermedien – ausschließen. Eine
solche Schaumstoffmatrix besteht beispielsweise aus PU-Schaum. Der
PU-Schaum wird mit Aktivkohle im textiltechnischen Sinne imprägniert.
Beispielsweise kommt als Aktivkohle ASZMTM-Aktivkohle
zur Anwendung. Eine solche ASZMTM-Aktivkohle
zeigt in einer üblichen
Schaumstoffmatrix eine eingeschränkte
chemisorptive Wirkung. Das wird im wesentlichen durch den textilen
Imprägnierprozeß bewirkt.
Im Vergleich mit einem PU-Schaum mit Aktivkohle-Imprägnierung
ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung eine
deutlich verbesserte chemisorptive Wirkung, wie aus der nachfolgenden
Tabelle ersichtlich ist, in der eine vergleichende Untersuchung
zum chemisorptiven Durchbruchsverhalten von Schwefelwasserstoff
eines klassischen Schaumstoff-Filters im Vergleich mit einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
mit einer festen Packung partikelförmiger Adsorbienten in einem
geschrumpften Schrumpfschlauch verdeutlicht ist.
-
-
Beide Filter weisen die gleiche Dimension
auf und wurden mit der gleichen Geschwindigkeit von 200 ml/min bei
23°C durchströmt. Hierbei
bedeutet c1 die Eingangskonzentration des
Schwefelwasserstoffes in ppm und tB die
Durchbruchs- bzw. Haltezeit, d.h. die Zeitspanne, die verstreichen
muß, um
am Filterausgang eine Schwefelwasserstoffkonzentration von 2 ppm
zu messen.
-
Obwohl das Schüttbett im Schrumpfschlauch,
d.h. die erfindungsgemäße Filtervorrichtung
mit einer erheblich höheren
Eingangskonzentration von 400 ppm belastet worden ist, ergibt sich
eine deutlich verbesserte Haltezeit tB.
Unterschiedliche Eingangskonzentrationen wurden bewußt gewählt, um
nicht mehrere Stunden warten zu müssen, um einen Durchbruch von
2 ppm Schwefelwasserstoff zu erzielen – wenn die erfindungsgemäße Filtervorrichtung
wie die Schaumstoffmatrix nur mit 44 ppm beaufschlagt worden wäre.
-
Bei Stomafiltern ist zweckmäßigerweise
an der Einlaßöffnung eine
Feuchtigkeit sperrende, gasdurchlässige Membran angebracht, um
das Filtermedium vor Darminhalt zu schützen. Diese Membran kann beispielsweise
in Form eines kleinen durchlässigen
Pflasters auf der Einlaßöffnung angebracht
sein. Um eine bessere Gasdurchlässigkeit
zu erreichen, kann die genannte Membran größerflächig auf der Filtervorrichtung angeordnet
sein. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die bereits
weiter oben erwähnte
EP 0 235 928 A1 Bezug
genommen.
-
Kommt eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung
bei einem solchen Stomafilter zur Anwendung, so ist sicherzustellen,
daß die
Membran auf dem Schrumpfschlauch nicht fest aufliegt. Damit die
Membran nicht fest auf dem Schrumpfschlauch aufliegt, ist es zweckmäßig, wenn
der geschrumpfte Schrumpfschlauch mit einer strukturierten Oberfläche ausgebildet
ist. Durch die strukturierte Oberfläche des geschrumpften Schrumpfschlauches
können
zur Einlaßöffnung hin
Kanäle
ausgebildet sein. Bei diesen Kanälen
kann es sich also um Leitkanäle
handeln. Die strukturierte Oberfläche kann beim Schrumpfen in
einem in seiner Oberfläche
strukturierten Werkzeug hergestellt werden, d.h. das Schrumpfen
erfolgt in diesem Falle bei einer definierten Pressung, wobei eine
Struktur ausgebildet wird, die Leitkanäle zur Einlaßöffnung hin
gewährleistet.
-
Bei der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
kann es zweckmäßig sein,
wenn der geschrumpfte Schrumpfschlauch mit einem definiert geformten
Rand ausgebildet ist. Im Stomabereich hat es sich beispielsweise
gezeigt, daß es
vorteilhaft ist, eine passend geformte Filtervorrichtung anzuwenden,
die sich an dem geformten vorgegebenen Randbereich eines Stomabeutels
anbringen läßt. Eine
solche Filtervorrichtung mit definiert geformtem Rand ist beispielsweise
dadurch realisierbar, daß der Schrumpfprozeß des Schrumpfschlauches
in einem entsprechend geformten Werkzeug erfolgt.
-
Desweiteren hat sich gezeigt, daß beim Einsatz
von extrudierten schrumpfbaren Profilen bzw. Schrumpfschläuchen mit
einer Fahne sich diese Fahne vorteilhaft im oberen Schweißbereich
eines Stomabeutels mit einbringen läßt, um auf diese Weise eine
sichere, feste, d.h. zuverlässige
Plazierung im Stomabeutel zu erreichen.
-
Erfindungsgemäß kann der Schrumpfschlauch
einen kreisrunden oder vorzugsweise einen abgeplatteten oder ovalen
Ringquerschnitt aufweisen. Bei Einsatz eines solchen Schrumpfschlauches
mit ovalem Ringquerschnitt bleibt die ovale Querschnittskontur nach
dem Schrumpfen erhalten. Auf diese Weise ergibt sich zur Strukturierung
der Einlaßkanäle eine
breitere Fläche
und zur Fixierung des Stomafilters am Stomabeutel eine breitere
Auflagefläche.
-
Weitere Einzelheiten, Merkmale und
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in
der Zeichnung schematisch und nicht maßstabgetreu dargestellten Ausführungsbeispieles
der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung.
Es zeigen:
-
1 einen
Längsschnitt
durch eine Ausbildung der Filtervorrichtung,
-
2 einen
Querschnitt durch eine Ausführungsform
der Filtervorrichtung, und
-
3 eine
der 2 ähnliche
Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform der Filtervorrichtung.
-
1 zeigt
längsgeschnitten
eine Filtervorrichtung 10 mit partikelförmigen Adsorbienten 12,
die ein Filterelement 14 bilden. Das Filterelement 14 ist
von einer Einrichtung 16 umschlossen. Die das Filterelement 14 umschließende Einrichtung 16 ist
von einem Schrumpfschlauch 18 gebildet, in den die partikelförmigen Adsorbienten 12 in
fester Packung eingeschrumpft sind. Der geschrumpfte Schrumpfschlauch 18 weist
eine Einlaßöffnung 20 und
eine Auslaßöffnung 22 auf.
An der Einlaßöffnung 20 ist
ein Eingangs-Anschlußelement 24 und
an der Auslaßöffnung 22 ist
ein Ausgangs-Anschlußelement 26 vorgesehen.
-
Zur Realisierung einer Filtervorrichtung 10 in
Gestalt eines flachen Schüttbettfilters,
das beispielsweise 550 mm lang, 270 mm breit und 40 mm tief ist,
wird ein beispielsweise um 25% gößer dimensionierter Schrumpfschlauch 18 verwendet,
der mit den partikelförmigen
Adsorbienten 12 befüllt
und anschließend
in einem Werkzeug mit einer Bauhöhe
von 40 mm geschrumpft wird, wobei man die Temperatur gezielt erhöht. Es entsteht
ein in sich geschlossener Filterkörper mit den genannten Endabmessungen.
Die an den beiden sich gegenüberliegenden
Hauptflächen
der Filtervorrichtung notwendigen Einlaß- und Auslaßöffnungen
sind kleiner als die Korngröße der partikelförmigen Adsorbienten.
Die Einlaßöffnungen
und die Auslaßöffnungen
werden nach Durchführung
des Schrumpfprozesses mit mechanischen Mitteln wie Nadeln o.dgl.
oder beispielsweise mit Hilfe eines Laserstrahls hergestellt. Es
ergibt sich eine Filtervorrichtung mit absolut fester Adsorbienten-
bzw. Kohlepackung. Das Dichtungsproblem entlang des umlaufenden
Randes der Filtervorrichtung 10 in Bezug auf eine zugehörige Filteraufnahme
kann beispielsweise mittels eines Dichtungselementes aus Schaumstoff
o.dgl. gelöst
werden.
-
Die 1 verdeutlicht
eine Ausbildung der Filtervorrichtung 10 für Testzwecke,
bei welcher der Schrumpfschlauch 18 beispielsweise von
einem PVC-Schlauch mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von
50 mm gebildet ist. Das Schrumpfschlauch- Röhrchen
wird an einem Ende verschweißt,
d.h. dicht verschlossen. Vom anderen, noch offenen Ende her wird
in das Schrumpfschlauch-Röhrchen
dann ASZMTM-Aktivkohlegranulat eingefüllt. Die
Füllhöhe beträgt beispielsweise
40 mm. Anschließend
wird das Einfüllende
durch Verschweißen
dicht verschlossen. Der solchermaßen hergestellte Körper wird
zehn Minuten lang einer Temperatur von 120 °C ausgesetzt, so daß das Schrumpfschlauch-Röhrchen schrumpft.
Hierbei entsteht eine feste Packung der Aktivkohle, d.h. die partikelförmigen Adsorbienten 12 sind
nicht mehr beweglich. Dieses Röhrchengebilde
wird anschließend
am einen Endabschnitt beispielsweise an der Seitenwand mit einer Eintrittsöffnung und
am anderen Endabschnitt beispielsweise an der Seitenwand mit einer
Austrittsöffnung
versehen. Die solchermaßen
realisierte Filtervorrichtung 10 dient zu Test- bzw. Vergleichsmeßzwecken.
Die mit solchermaßen
hergestellten Prüf-Filtervorrichtungen 10 erzielten
Meßdaten
im Vergleich mit Meßdaten
eines gleich großen
Prüflings
mit einer an sich bekannten Schaumstoffmatrix sind in der weiter
oben angegebenen Tabelle angegeben.
-
2 zeigt
schematisch einen Querschnitt durch eine Filtervorrichtung 10,
bei der der Schrumpfschlauch 18 einen ovalen Ringquerschnitt
besitzt. Mit der Bezugsziffer 14 ist das Filterelement
der Filtervorrichtung 10 aus den eine feste Packung bildenden
partikelförmigen
Adsorbienten 12 bezeichnet.
-
3 zeigt
in einer der 2 ähnlichen
Darstellung eine Filtervorrichtung 10 mit einem Filterelement 14 aus
eine feste Packung bildenden partikelförmigen Adsorbienten 12 ,
wobei der geschrumpfte Schrumpfschlauch 18 bzw. das Filterelement 14 mit
einer strukturierten Oberfläche 28 ausgebildet
ist.
-
- 10
- Filtervorrichtung
- 12
- partikelförmige Adsorbienten
(von 10)
- 14
- Filterelement
(von 10)
- 16
- Einrichtung
(von 10)
- 18
- Schrumpfschlauch
(von 10)
- 20
- Einlaßöffnung (von
10)
- 22
- Auslaßöffnung (von
10)
- 24
- Eingangs-Anschlußelement
(an 20)
- 26
- Ausgangs-Anschlußelement
(an 22)
- 28
- strukturierte
Oberfläche
(von 14 bzw. 18)
