WO2012007337A1 - Harnstoff-wasser-lösung-filtersystem - Google Patents

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    • B01D2201/40—Special measures for connecting different parts of the filter
    • B01D2201/403—Special measures for connecting different parts of the filter allowing dilatation, e.g. by heat

Definitions

  • the invention is in the field of liquid filtration, in particular urea filtration.
  • the proper operation of the SCR system requires sufficient resistance of the materials to HWL. It must also be ensured that no catalyst-damaging compounds are contained in the SCR components. Therefore, for example, Viton or, possibly modified, EPDM can be used as sealing material. For plastics Make sure that no harmful additives (from the production and processing of plastics) are included.
  • the operating temperatures of the HWL filters are between -40 ° C and 80 ° C, short-term at max. 90 ° C.
  • the injection system of an SCR system can critically react to contaminants and dirt particles.
  • Particle sources are, for example, impurities from the HWL, wear particles generated in the dosing unit (eg pump) and particles that are entered into the system (eg HWL refueling process and tank ventilation).
  • the filter used has the task of protecting the components of the SCR system from wear and failure.
  • a very particular challenge in the development of SCR systems is that the systems are icing-proof.
  • the HWL as a 32.5% mixture does not freeze like water at 0 ° C, but at about -1 1 ° C.
  • An eis redesign solution can be achieved by the system heat from the outside, for example by electric heaters and engine heat, is supplied. This works in the second case only when vehicle operation. If a vehicle is parked in cold weather, the system must be largely freed from the HWL (eg by pumping empty, blowing empty). Alternatively, the components must be designed to withstand the resulting ice pressure. Since very large forces build up due to ice pressure when freezing a solution in a closed container, it must be considered how the occurring pressure can be compensated.
  • the ice pressure is absorbed by so-called compensation elements.
  • the volume increased by the freezing of the HWL (about 10%) is absorbed or compensated by these compensating elements.
  • expansion tank on the housing side or elastic housing parts are also important that the corresponding liquid volume of the HWL in the system components is kept as small as possible. It should be constructively designed so that no or only a small dead space volume is present.
  • a filter device for liquid filtration in which an elastically deformable expansion element is located in the filter housing, the deformation of which influences the volume of at least one section of the flow path of the liquid to be cleaned.
  • This expansion element can yield elastically under the pressure of the liquid, whereby the space within the filter housing on the side of the filter element which is in contact with the liquid, can be increased.
  • the expansion element ensures by its deformability for an increase in the available volume, so that the very high forces occurring during the freezing process are not passed directly to the filter element and also do not lead to destruction of the filter element can.
  • the deformability of the expansion element prevents an unacceptably high power transmission to the filter element.
  • the filter housing is protected by the expansion element from unacceptably high forces that could lead to destruction and leakage of the filter housing.
  • the invention has for its object to improve such a filter element to the effect that the assembly and the service of the filter element can be facilitated. Another object is to replace an expansion element as in EP 1 510 239 B, which is e.g. a foamed compensating element is through a membrane solution. Another object is to ensure the change of the seal in a filter element change.
  • a HWL filter comprising a housing, a lid and a HWL filter element in which a membrane is attached to the HWL filter element, wherein the membrane separates a compensating volume from a filtration volume and the membrane for sealing is formed between the lid and the housing.
  • a HWL filter element in which a membrane is attached to the HWL filter element, wherein the membrane is adapted to separate a compensating volume of a filtration volume and to act to seal between the cover and the housing.
  • the membrane may be releasably or permanently attached to the filter element.
  • the membrane may be molded or glued, attached or attached to the filter element.
  • the membrane is fixed at least at the sealing point between the lid and housing. If the HWL in the filter expands during freezing, the membrane can deform into the compensation volume and thus increase the filtration volume. Here, the membrane remains fixed at the sealing point between the cover and housing.
  • the membrane is supported by support elements in the compensating volume.
  • the support can be done in the undeformed state.
  • the membrane may be replaced by a, e.g. central, supporting element in the compensation volume are supported approximately centrally.
  • the support may also be in the deformed state, e.g. by various support elements only in the deformed state but not yet in the undeformed state.
  • the HWL filter element may be attached to the lid so that it can be removed together with the lid.
  • a snap, a friction, a bayonet or Screw connection between HWL filter element and lid may be formed.
  • the HWL filter element is a hollow cylindrical filter element with a star-folded bellows.
  • the star-folded bellows can be provided with plastic end discs and / or be glued edge.
  • a so-called foil end disc made of an elastic material may be attached.
  • the membrane can then be connected via the end plate with the filter element.
  • the hollow cylindrical HWL filter element may be provided with an inner tube and / or an outer tube for stabilization.
  • Fig. 2 shows a HWL filter system with a membrane in undeformed (1) and in the deformed (2) state.
  • Fig. 1 shows an example of a schematic SCR system.
  • the SCR system consists of the following components: tank for the aqueous urea solution, urea filter, feed unit, dosing system or dosing unit, SCR catalytic converter and control unit.
  • the HWL filter system 1 comprises a HWL filter element 4, which is pronounced as a hollow cylindrical filter element.
  • the HWL filter element 4 um- Grasp a bellows 5 that is star-folded.
  • the bladder may comprise a cellulosic filter medium, eg, acrylic or epoxy impregnated.
  • the bellows 5 can also be designed as a plastic medium, for example polypropylene meltblown.
  • the bellows 5 is supported by an inner tube 7.
  • One end of the bellows 5 is closed by an end plate 6.
  • a membrane 8 is linked.
  • the membrane forms a circumferential seal 9 between the cover 3 and housing 2.
  • the gasket 9 may e.g. be designed as a thickening of the membrane 8.
  • the membrane separates a compensation chamber 10 from a filtration space 11.
  • the membrane 8 is undeformed.
  • the membrane 8 is deformed, e.g. by liquid expanding in the filtration space, e.g. by freezing HWL associated with a volume expansion. Due to the deformation of the membrane 8, the filtration volume is larger and the compensation volume is reduced.
  • the membrane 8 is in the example of Fig. 2 in the region of the attachment to the end plate 6 inwardly inverted so that a snapping the lid 3 can be achieved with the HWL filter element 4 in this area by a support 12. Supports 13 in the lid can limit the deformation of the membrane 8 during the expansion of the liquid or of the ice in the filtration volume. Cover 3 and housing 4 are screwed in the example of FIG. Other connections, such as bayonet coupling are also conceivable.
  • An outlet 16 is connected to the interior of the HWL filter element 4 via an O-ring 14 at a second end disk 15. In another flow guide and an inlet can be connected here.

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Abstract

HWL-Filter (1) umfassend ein Gehäuse (2), einen Deckel (3) und ein HWL-Filterelement (4), wobei eine Membran (8) ein Ausgleichsvolumen (10) von einem Filtrationsvolumen (11) abtrennt und die Membran (8) zwischen Deckel (3) und Gehäuse (2) dichtet.

Description

Beschreibung
Harnstoff-Wasser-Lösung-Filtersystem
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Flüssigfiltration, insbesondere der Harnstofffiltration.
Stand der Technik
[0002] Die Abgasgrenzwerte im Automobilsektor erfordern technische Lösungen zur Schadstoffminimierung. Neben den Grenzwerten für Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Partikel (PM), für die Lösungen in Form von Dreiwegekatalysatoren und Rußpartikelfiltern bestehen, stehen die Stickoxide im Fokus. Zur effizienten Stickoxidentfernung wurden sogenannte SCR- Katalysatoren (Selective Catalytic Reduction) sowohl für NKW- als auch für PKW-Anwendungen entwickelt. Dieser Katalysator wandelt bei Zugabe von Ammoniak durch chemische Reduktion Stickoxide in Stickstoff und Wasser um. Neben der reinen Katalysatorfunktion werden weitere Systemkomponenten benötigt. Das flüssige Reduktionsmittel (Harnstoff-Wasser-Lösung, HWL) muss ausreichend von Verunreinigungen gesäubert werden. Dies geschieht durch HWL-Filter verschiedener Bauart.
[0003] Der einwandfreie Betrieb des SCR-Systems erfordert eine ausreichende Beständigkeit der Werkstoffe gegenüber HWL. Es muss zudem sichergestellt sein, dass keine katalysatorschädlichen Verbindungen in den SCR- Komponenten enthalten sind. Als Dichtungsmaterial kann daher z.B. Viton oder, eventuell modifiziertes, EPDM eingesetzt werden. Bei Kunststoffen ist darauf zu achten, dass keine schädlichen Additive (aus Herstellung und Bearbeitung der Kunststoffe) enthalten sind. Die Betriebstemperaturen der HWL-Filter liegen bei -40°C bis 80°C, kurzfristig bei max. 90°C.
[0004] Das Einspritzsystem eines SCR-Systems kann kritisch auf Verunreinigungen und Schmutzpartikel reagieren. Partikelquellen sind z.B. Verunreinigungen aus der HWL, in der Dosiereinheit (z.B. Pumpe) generierte Verschleißpartikel und Partikel, die in das System eingetragen werden (z.B. HWL-Tankvorgang und Tankbelüftung). Der eingesetzte Filter hat die Aufgabe, die Komponenten des SCR-Systems vor Verschleiß und Ausfall zu schützen. Als notwendige Filterfeinheit hat sich eine Filterfeinheit (ß x = 100) von 10 μηη bewährt.
[0005] Eine ganz besondere Herausforderung bei der Entwicklung von SCR- Systemen besteht darin, die Systeme vereisungssicher auszuführen. Die HWL als 32,5%ige Mischung gefriert nicht wie Wasser bei 0°C, sondern bei ca. -1 1 °C. Eine eissichere Lösung kann erreicht werden, indem dem System Wärme von außen, z.B. durch elektrische Heizungen und Motorwärme, zugeführt wird. Dies funktioniert im zweiten Fall nur bei Fahrzeugbetrieb. Wird ein Fahrzeug bei kalter Witterung abgestellt, so muss das System weitgehend von der HWL befreit werden (z.B. durch leer pumpen, leer blasen). Alternativ müssen die Komponenten so ausgelegt sein, dass sie dem entstehenden Eisdruck widerstehen. Da sich beim Gefrieren einer Lösung in einem geschlossenen Behälter sehr große Kräfte durch Eisdruck aufbauen, muss überlegt werden, wie der auftretende Druck kompensiert werden kann. [0006] Zur Erreichung der Eissicherheit können verschiedene Lösungen umgesetzt werden. Z.B. wird der Eisdruck durch sogenannte Ausgleichselemente aufgefangen. Das durch das Gefrieren der HWL vergrößerte Volumen (ca. 10%) wird durch diese Ausgleichselemente aufgefangen bzw. kompensiert. Ebenfalls möglich sind Ausgleichsbehälter auf der Gehäuseseite bzw. elastische Gehäuseteile. Wichtig ist zudem, dass das entsprechende Flüssigkeitsvolumen der HWL in den Systemkomponenten so klein wie möglich gehalten wird. Es sollte konstruktiv so ausgelegt sein, dass kein bzw. nur ein geringes Totraumvolumen vorhanden ist.
[0007] Aus der EP 1 510 239 B1 ist z.B. eine Filtereinrichtung zur Flüssigfiltration bekannt, bei der sich im Filtergehäuse ein elastisch verformbares Ausdehnungselement befindet, bei dessen Verformung das Volumen zumindest eines Abschnitts des Strömungswegs der zu reinigenden Flüssigkeit beein- flusst wird. Dieses Ausdehnungselement kann unter dem Druck der Flüssigkeit elastisch nachgeben, wodurch der Raum innerhalb des Filtergehäuses auf derjenigen Seite des Filterelementes, die in Kontakt mit der Flüssigkeit steht, vergrößert werden kann. Insbesondere für den Fall, dass das zugeleitete Medium bei tiefen Temperaturen gefriert und sich hierbei ausdehnt, sorgt das Ausdehnungselement durch seine Verformbarkeit für eine Vergrößerung des zur Verfügung stehenden Volumens, so dass die beim Gefrierprozess auftretenden sehr hohen Kräfte nicht unmittelbar auf das Filterelement geleitet werden und auch nicht zu einer Zerstörung des Filterelementes führen können. Die Verformbarkeit des Ausdehnungselements verhindert eine unzulässig hohe Kraftübertragung auf das Filterelement. Auch das Filtergehäuse wird durch das Ausdehnungselement vor unzulässig hohen Kräften geschützt, die zu einer Zerstörung und zu Undichtigkeit des Filtergehäuses führen könnten.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Filterelement dahingehend zu verbessern, dass die Montage und der Service des Filterelements erleichtert werden. Eine weitere Aufgabe ist der Ersatz eines Ausdehnungselementes wie in der EP 1 510 239 B, das z.B. ein geschäumtes Ausgleichselement ist, durch eine Membranlösung. Eine weitere Aufgabe ist die Sicherstellung des Wechsels der Dichtung bei einem Filterelementwechsel.
Offenbarung der Erfindung
[0009] Diese und weitere Aufgaben werden durch einen HWL-Filter umfassend ein Gehäuse, einen Deckel und ein HWL-Filterelement gelöst, bei dem eine Membran am HWL Filterelement angebracht ist, wobei die Membran ein Ausgleichsvolumen von einem Filtrationsvolumen abtrennt und die Membran zur Dichtung zwischen Deckel und Gehäuse ausgebildet ist.
[0010] Diese und weitere Aufgaben werden durch einen HWL-Filterelement gelöst, bei dem eine Membran am HWL Filterelement angebracht ist, wobei die Membran geeignet ist ein Ausgleichsvolumen von einem Filtrationsvolumen abzutrennen und zur Dichtung zwischen Deckel und Gehäuse aus zu fungieren ist. [001 1] Da die Membran die Dichtung von Deckel und Gehäuse nach außen bildet und am Filterelement angebracht ist, wird mit dem Filterelement die Dichtung gewechselt.
[0012] Die Membran kann lösbar oder unlösbar am Filterelement angebracht sein.
Z.B. kann die Membran am Filterelement angespritzt oder angeklebt, angeknüpft oder aufgesteckt sein.
[0013] Die Membran wird zumindest an der Dichtstelle zwischen Deckel und Gehäuse fixiert. Dehnt sich die im Filter befindliche HWL beim Einfrieren aus, dann kann die Membran sich in das Ausgleichsvolumen hinein verformen und so das Filtrationsvolumen vergrößern. Hierbei bleibt die Membran an der Dichtstelle zwischen Deckel und Gehäuse fixiert.
[0014] In verschiedenen Ausführungsformen wird die Membran durch Stützelemente im Ausgleichsvolumen gestützt. Die Stützung kann im unverformten Zustand geschehen. Z.B. kann die Membran durch ein, z.B. zentrales, Stützelement im Ausgleichsvolumen etwa mittig gestützt werden. Die Stützung kann auch im verformten Zustand geschehen, z.B. durch verschiedene Stützelemente erst im verformten Zustand jedoch noch nicht im unverformten Zustand.
[0015] In einer Ausführungsform kann das HWL-Filterelement derart am Deckel befestigt sein, dass es mit dem Deckel zusammen entnommen werden kann. Hierfür kann z.B. eine Verschnappung, ein Reibschluss, eine Bajonett- oder Schraubverbindung zwischen HWL-Filterelement und Deckel ausgebildet sein.
[0016] In einer Ausführungsform ist das HWL-Filterelement ein hohlzylindrisches Filterelement mit einem sterngefalteten Balg.
[0017] Der sterngefaltete Balg kann mit Kunststoffendscheiben versehen sein und/oder stirnkanten verleimt sein. Eine sogenannte Folienendscheibe aus einem elastischen Material kann angebracht sein.
[0018] Die Membran kann dann über die Endscheibe mit dem Filterelement verbunden sein.
[0019] Das hohlzylindrische HWL-Filterelement kann mit einem Innenrohr und/oder einem Außenrohr zur Stabilisierung versehen sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0020] Fig. 1 zeigt ein SCR-System,
Fig. 2 zeigt ein HWL Filtersystem mit einer Membran in unverformtem (1 ) und in verformtem (2) Zustand.
Ausführungsform(en) der Erfindung
[0021 ] Fig. 1 zeigt exemplarisch ein schematisches SCR-System. Das SCR-System besteht im Wesentlichen aus den Komponenten Tank für die wässrige Harnstofflösung, Harnstofffilter, Fördereinheit, Dosiersystem bzw. Dosiereinheit, SCR-Katalysator und Steuergerät.
[0022] Fig.2 zeigt ein HWL-Filtersystem 1 , umfassend ein Gehäuse 2 und einen Deckel 3. Das HWL-Filtersystem 1 umfasst ein HWL-Filterelement 4, das als hohlzylindrisches Filterelement ausgeprägt ist. Das HWL-Filterelement 4 um- fasst einen Balg 5, der sterngefaltet ist. Der Balg kann ein zellulosebasierendes Filtermedium, das z.B. Acryl- oder Epoxy-imprägniert ist, umfassen. Alternativ kann der Balg 5 auch als Kunststoffmedium, z.B. Polypropy- len-Meltblown, ausgeführt sein. Der Balg 5 wird durch ein Innenrohr 7 gestützt.
[0023] Ein Ende des Balges 5 ist durch eine Endscheibe 6 verschlossen. An die Endscheibe 6 ist eine Membran 8 angeknüpft. Die Membran bildet eine umlaufende Dichtung 9 zwischen Deckel 3 und Gehäuse 2 aus. Die Dichtung 9 kann z.B. als Verdickung der Membran 8 ausgebildet sein.
[0024] Die Membran trennt einen Ausgleichsraum 10 von einem Filtrationsraum 1 1.
In Figur 1 ist die Membran 8 unverformt. In Figur 2 ist die Membran 8 verformt, z.B. durch sich im Filtrationsraum ausdehnende Flüssigkeit, z.B. durch Einfrieren von HWL, das mit einer Volumenausdehnung verbunden ist. Durch die Verformung der Membran 8 wird das Filtrationsvolumen größer und das Ausgleichsvolumen verringert sich.
[0025] Die Membran 8 ist im Beispiel der Fig. 2 im Bereich der Anknüpfung an die Endscheibe 6 derart nach innen gestülpt, dass eine Verschnappung des Deckels 3 mit dem HWL-Filterelement 4 in diesem Bereich durch eine Stütze 12 erzielt werden kann. Stützen 13 im Deckel können die Verformung der Membran 8 bei der Ausdehnung der Flüssigkeit bzw. des Eises im Filtrationsvolumen begrenzen. [0026] Deckel 3 und Gehäuse 4 sind im Beispiel der Fig. 2 verschraubt. Andere Verbindungen, wie z.B. Bajonettkopplung sind ebenfalls denkbar.
[0027] Über einen O-Ring 14 wird an einer zweiten Endscheibe 15 ein Auslass 16 an das Innere des HWL-Filterelements 4 angeschlossen. Bei einer anderen Strömungsführung kann auch ein Einlass hier angeschlossen werden.

Claims

Ansprüche
1. HWL-Filterelement (4) mit einer Membran (8), wobei die Membran (4) geeignet ist, in einem HWL-Filter (1) ein Ausgleichsvolumen (10) von einem Filtrationsvolumen (1 1 ) abzutrennen und zwischen einem Deckel (3) und einem Gehäuse (2) eines HWL-Filters (1 ) abzudichten.
2. HWL-Filterelement nach Anspruch 1 , wobei die Membran am Filterelement angespritzt oder angeklebt, angeknüpft oder aufgesteckt ist.
3. HWL-Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das HWL-Filterelement als hohlzylindrisches Filterelement mit einem sterngefalteten Balg ausgebildet ist.
4. HWL-Filterelement nach Anspruch 3, wobei der sterngefaltete Balg mit Kunst- stoffendscheiben versehen und/oder Stirnkanten verleimt ist.
5. HWL-Filter (1 ) umfassend ein Gehäuse (2), einen Deckel (3) und ein HWL-Filterelement (4) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Membran ein Ausgleichsvolumen (10) von einem Filtrationsvolumen (1 1) abtrennt und die Membran (8) zwischen Deckel (3) und Gehäuse (2) dichtet.
6. HWL-Filter nach Anspruch 5, wobei das HWL-Filterelement derart z.B. über eine Verschnappung, einen Reibschluss, eine Bajonett- oder Schraubverbindung am Deckel befestigt ist, dass es mit dem Deckel zusammen entnommen werden kann.
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