WO2024251489A1 - Flachfilter-filterelement mit wenigstens zwei filtermediumkörpern, filtersystem und verwendung eines flachfilter-filterelements - Google Patents

Flachfilter-filterelement mit wenigstens zwei filtermediumkörpern, filtersystem und verwendung eines flachfilter-filterelements Download PDF

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Daniel Schmid
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    • B01D2271/02—Gaskets, sealings
    • B01D2271/022—Axial sealings

Definitions

  • the invention relates to a flat filter element for filtering a fluid, in particular for filtering air, for a filter system, in particular for an air filter system of a fuel cell system, as well as a filter system for filtering a fluid, in particular for filtering air, in particular of a fuel cell system, with such a flat filter element and a use of a flat filter element in a filter system.
  • Fuel cell systems often require a particle filter and an adsorption filter to filter both particles and harmful gases from the intake air.
  • the filter elements are often designed as flat filters, for example, but other filter element shapes are also used.
  • DE 102009 016 739 A1 discloses a housing for filtering the supply air of a fuel cell, comprising a lower housing part and an upper housing part, which together define a space.
  • the space is divided by at least one filter element into a raw air space and a clean air space.
  • Both the lower housing part and the upper housing part are each assigned an air outlet nozzle for guiding supply air into or out of the space.
  • the filter element is at least partially embedded in a sealing compound.
  • DE 10 201 1 017 444 A1 discloses a replaceable filter module for flange mounting to a wall of a housing which accommodates a fuel cell.
  • the replaceable filter module comprises a filter element with a filter medium.
  • the filter element has a seal which interacts with the housing in the manner of a key-lock connection.
  • EP 3 520 878 B1 discloses a filter element for filtering interior air with at least three filter layers, wherein the filter layers are arranged in a frame and the frame is composed of extruded profile strips.
  • the first filter layer is designed as a pre-filter, the second filter layer as a fine filter and the third filter layer as an adsorption filter.
  • An area is provided for each filter layer in the frame.
  • each profile strip has a protruding shoulder between the second filter layer and the third filter layer, which serves to separate the second filter layer from the third filter layer in the area of the frame.
  • US 2015273985 A1 discloses an interior air filter element which can be installed as a replaceable filter element for an interior air filter for a driver's cab of agricultural and work machines, in particular with spraying or spraying devices for crop protection or fertilizers, in a vehicle-mounted filter housing.
  • the interior air filter element comprises a pre-filter layer, an adsorption filter layer, a fine filter layer, in particular for separating aerosols, and a filter element frame.
  • the geometry of the filter element frame determines a flow direction along which the sucked-in air flows through the filter layers mentioned.
  • the filter element frame has two areas. In the first area of the filter element frame, a first effective cross-sectional area is provided with regard to the flow of the sucked-in air through the filter layers.
  • a corresponding second effective cross-sectional area is provided in the second area.
  • the first area and the second area are separated by a circumferential seal.
  • the circumferential seal serves to separate the dirty side of the interior air filter element from the clean side when the interior air filter element is installed in the filter housing of the interior air filter.
  • the first area is arranged upstream with respect to the seal, the second area is arranged downstream with respect to the seal.
  • the second effective cross-sectional area is only a fraction of the first effective cross-sectional area.
  • the filter layers are attached to the filter element frame by means of adhesive points.
  • US 2021276401 A1 discloses a vehicle interior filter system which comprises a filter module and a further filter module which is arranged downstream of the filter module.
  • Each filter module comprises one or more filter elements.
  • the filter elements of the filter module are folded with a first fold spacing and comprise a gas filter element.
  • the filter elements of the further filter module are folded with a second fold spacing and comprise a particle filter element. The second fold spacing is smaller than the first fold spacing.
  • the filter elements of a filter module are each arranged in a frame.
  • the frame is sealed with a seal against a module housing in which the filter module is arranged. When installed in a filter housing, the module housing is sealed against the filter housing with a front seal.
  • An object of the invention is to provide a service-friendly and cost-effective flat filter element with at least two filter medium bodies for filtering a fluid, in particular for filtering air, for a filter system, in particular for an air filter system of a fuel cell system.
  • a further object is to provide a filter system for filtering a fluid, in particular for filtering air, in particular of a fuel cell system, with such a service-friendly and cost-effective filter element.
  • a further object is to specify a use of such a flat filter element in a filter system.
  • a flat filter element for filtering a fluid, in particular for filtering air for a filter system, in particular for an air filter system of a fuel cell system, with an arrangement of at least two flat filter medium bodies arranged adjacent to one another in an axial direction, which are arranged in the axial direction so that the fluid can flow through one after the other, wherein the filter medium bodies are enclosed on their respective outer circumference with a common circumferential side band, wherein the common side band extends from the downstream filter medium body in the axial direction with a protruding portion to the upstream filter medium body, and wherein the common side band is at least partially embedded in a circumferential cast element at the outermost upstream filter medium body.
  • a filter system for filtering a fluid for filtering air, in particular a fuel cell system, with a filter housing with a fluid inlet and a fluid outlet, and with at least one flat filter element which is arranged between the fluid inlet and the fluid outlet, wherein a sealing surface of a first housing part of the filter housing rests against the cast element of the flat filter element and wherein a housing wall of a second housing part of the filter housing is pressed sealingly against the cast element on an opposite side of the sealing surface.
  • the further object is achieved by using a flat filter element in a filter system for filtering a fluid, in particular for filtering air, in particular for an air filter system of a fuel cell system.
  • a flat filter element for filtering a fluid, in particular for filtering air, for a filter system, in particular for an air filter system of a fuel cell system is proposed, with an arrangement of at least two flat filter medium bodies arranged adjacent to one another in an axial direction, which are arranged so that the fluid can flow through one after the other in the axial direction.
  • the filter medium bodies are enclosed on their respective outer circumference with a common circumferential side band.
  • the common side band extends from the downstream filter medium body in the axial direction with an overhang section to the upstream filter medium body.
  • the common side band is at least partially embedded in a circumferential cast element on the outermost upstream filter medium body.
  • the proposed filter element can be used advantageously for the intake air of fuel cells. Adsorption of pollutants and particle filtration can advantageously be carried out in different filter medium bodies.
  • the two filter medium bodies are connected to one another via the common side band.
  • the common side band extends from the downstream filter medium body in the axial direction with an overhang section to the upstream filter medium body. The overhang section at least partially overlaps an outer circumference of the upstream filter medium body.
  • the side band can be connected to the filter medium bodies using hot melt adhesive, for example.
  • the side band can be formed, for example, from a nonwoven material, in particular a filter fleece, filter fabric or filter scrim.
  • the nonwoven material of the side band can in particular have a lower air permeability than a filter medium of the filter medium body and/or have a higher flexural rigidity than a filter medium of the filter medium body.
  • connection via the side band is sufficient to ensure a stable connection of the filter element, which is also robust enough for handling when installing and changing the filter element.
  • the upstream outer edge of the outermost upstream filter medium body is overmolded with the side band in the form of a circumferential cast element, which fixes the connection between the filter medium bodies and the side band and is also designed as a sealing element for sealing between the raw side and the clean side, as well as for sealing to the housing parts of the filter housing.
  • the upstream filter media body is closer to the upstream side of the filter element than the downstream filter media body, which is located closer to the downstream side of the filter element.
  • the cast element can be produced using a plastic casting process or plastic foaming process, for example from the casting material polyurethane (PUR), in a suitable casting mold.
  • the casting material can be designed as hard foam or soft foam.
  • a foaming process and a casting tool are sufficient to produce the cast element and thus the filter element.
  • the cast element designed as a sealing element can be designed in such a way that a counterforce of the housing parts ensures the seal. The cast element can then be pressed between the housing parts.
  • both filter medium bodies for the two filtration stages are arranged one behind the other in the flow direction in the form of flat filter medium bodies.
  • the two filter medium bodies can be designed as folded bellows, wound bodies, fill (primarily for adsorbing harmful gases), coated honeycomb bodies (primarily for adsorbing harmful gases) or combinations thereof.
  • the height of the filter medium bodies in the axial direction can vary.
  • the flow through the filter element is such that the filter medium body designed as a particle filter is always flowed through first.
  • the filter element can advantageously be sealed to the filter housing in the axial direction. In fuel cell systems, for example, particles and harmful gases can be advantageously filtered out of the intake air.
  • the common side band can extend to an upstream end of the upstream filter medium body and be embedded there in the cast element.
  • the filter medium bodies are firmly connected and additionally advantageously connected to the cast element via the side band.
  • the upstream filter medium body can be embedded in the cast element at its upstream end. This advantageously allows a firm connection between the filter medium body and the cast element to be achieved.
  • At least the outermost downstream filter medium body and at least the outermost upstream filter medium body can be arranged at least partially in the axial direction radially within a circumferential frame element.
  • the filter element can thus advantageously have a frame element as a carrier for the two filter medium bodies.
  • the two filter medium bodies connected via the common side band can be firmly connected to the frame element via the cast element.
  • the frame element offers additional stability, especially for larger filter elements.
  • the frame element can advantageously be manufactured by means of a conventional plastic injection molding process in which liquefied plastic material is injected under pressure into a tool mold and cured.
  • the outermost upstream filter medium body can be connected to the frame element at one of its outer edges, in particular its upstream outer edge, by means of the circumferential cast element. This allows a firm connection to the frame element, which can also be designed as a sealing element for sealing in the filter housing.
  • the frame element can have a collar folded outwards at its upstream end.
  • the collar can be embedded in the cast element. This results in a firm interlocking of the cast element with the frame element. Even filter medium bodies with a higher weight and greater expansion are thus given sufficient stability for installation in the filter housing.
  • the frame element can be pot-shaped and a stiffening element in the form of a stiffening grid can form a base of the pot-shaped frame element at its downstream end.
  • the frame element and the stiffening element can be formed as one piece.
  • the stiffening element can contribute to stiffening the entire filter element, especially in the case of very large, flat filter elements.
  • the two filter medium bodies can be supported against the flow pressure of the fluid to be filtered.
  • the frame element can have interruptions in its circumference, at least in the area of the cast element, for interlocking with the cast element.
  • the interruptions for interlocking with the casting material of the cast element can create a reliable and permanent connection between the cast elements and the frame element.
  • the outermost downstream filter medium body can have an additional filter layer on its downstream side. This can prevent, in particular, discharge of adsorption particles from the downstream filter medium body by the fluid flow.
  • Preferred designs for the additional filter layer are filter media based on cellulose and/or synthetic fibers, in particular nonwoven materials, and/or filter membranes.
  • the filter medium bodies can be designed as a folded filter bellows, and/or as a wound body and/or as a fill, and/or as a coated honeycomb body.
  • the outermost upstream filter medium body can be designed as a particle filter.
  • the outermost downstream filter medium body can be designed as an adsorption filter.
  • the particle filter can be made of cellulose, for example.
  • the adsorption filter can advantageously be designed as an activated carbon filter and/or as an ion exchanger.
  • the cast element can be designed as a sealing element for sealing, in particular in the axial direction, between a raw side and a clean side when the filter element is installed as intended in a filter housing of the filter system.
  • the cast element can be arranged radially outside the at least two filter medium bodies and designed to seal between a first housing part and a second housing part of the filter housing of the filter system.
  • the cast element can fulfill several functions and can be designed both for connecting the two filter medium bodies and for sealing the filter element to the filter housing. By arranging it outside the two filter medium bodies, the cast element can be effectively pressed between the two housing parts. and thus ensure both the sealing between the raw side and the clean side of the filter system and the sealing to the environment.
  • At least one of the two filter medium bodies can be designed as a folded filter bellows, with front edges of folds of at least one of the two filter medium bodies being sealed with a front edge bond.
  • the front edge bond can be at least partially embedded in the cast element. In this way, a secure lateral sealing of the filter medium body via the front edge bond and connection to the cast element is ensured.
  • a filter system for filtering a fluid in particular for filtering air, in particular of a fuel cell system, is proposed, with a filter housing with a fluid inlet and a fluid outlet, and with at least one flat filter element which is arranged between the fluid inlet and the fluid outlet.
  • a sealing surface of a first housing part of the filter housing rests against the cast element of the flat filter element and a housing wall of a second housing part of the filter housing is pressed against the cast element in a sealing manner on an opposite side of the sealing surface.
  • the proposed filter system can be used advantageously for the intake air of fuel cells. Adsorption and particle filtration can advantageously take place in different filter medium bodies.
  • the two filter medium bodies of the filter element are connected to one another via a common side band.
  • the common side band extends from the downstream filter medium body in the axial direction with an overhang section to the upstream filter medium body.
  • the overhang section at least partially overlaps an outer circumference of the upstream filter medium body.
  • the upstream outer edge of the outermost upstream filter medium body is overmolded with the side band in the form of a circumferential cast element, which fixes the connection between the filter medium bodies and the side band and is also designed as a sealing element for sealing between the raw side and the clean side of the filter system, as well as for sealing to the housing parts of the filter housing.
  • the cast element can be produced using a plastic casting process or plastic foaming process, for example from the casting material polyurethane (PUR), in a suitable casting mold.
  • the casting material can be designed as hard foam or soft foam.
  • the cast element designed as a sealing element can be designed in such a way that a counterforce of the housing parts ensures the seal.
  • the cast element can then be pressed between the housing parts.
  • the two filter medium bodies can be designed as folded bellows, wound bodies, fill (primarily for adsorbing harmful gases), coated honeycomb bodies (primarily for adsorbing harmful gases) or combinations thereof.
  • the height of the filter medium bodies in the axial direction can vary.
  • the flow through the filter element is such that the filter medium body designed as a particle filter is always flowed through first.
  • the filter element can advantageously be sealed to the filter housing in the axial direction.
  • particles and harmful gases can be advantageously filtered out of the intake air.
  • the filter element can have a circumferential frame element with a collar running in a lateral direction, which is embedded in the cast element.
  • the collar can be pressed with the cast element between the sealing surface and the end of the housing wall.
  • the filter element can thus advantageously have a frame element as a carrier for the two filter medium bodies.
  • the two filter medium bodies connected via the common side band can be firmly connected to the frame element via the cast element.
  • the frame element offers additional stability, especially for larger filter elements.
  • Examples include:
  • Fig. 1 is an isometric view of a filter system for filtering a fluid, in particular for
  • Fig. 2 is an isometric exploded view of the filter system according to Figure 1;
  • Fig. 3 is an isometric view of a filter element according to another embodiment of the invention.
  • Fig. 4 shows a longitudinal section of a filter element according to another embodiment of the
  • Fig. 5 shows the enlarged detail V according to Figure 4.
  • Fig. 6 is an enlarged detail of a sectional view of a filter element according to a further embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows an isometric view of a filter system 100 for filtering a fluid, in particular for filtering air, in particular a fuel cell system, according to an embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows an isometric exploded view of the filter system 100.
  • the filter system 100 has a filter housing 110 with a fluid inlet 102 and a fluid outlet 104, and with at least one flat filter element 10, which is arranged between the fluid inlet 102 and the fluid outlet 104.
  • the fluid inlet 102 is arranged in a first housing part 112 and the fluid outlet 104 in a second housing part 114.
  • the filter element 10 of the embodiments shown in the figures has a circumferential frame element 50 with a circumferential cast element 20 designed as an axial sealing element. In an embodiment not shown, however, the filter element 10 can also be designed without a frame element 50, only with the cast element 20.
  • the cast element 20 seals the interior of the filter housing 110 against the environment. At the same time, the cast element 20 seals a raw side 60 in the interior of the filter housing 110 against a clean side 62 ( Figure 5).
  • the inflow side 29 of the filter element 10 is directed in the direction of the fluid inlet 102 to the first housing part 112.
  • the fluid enters the filter element 10 from the inflow side 29 and exits the filter element 10 at the outflow side 44 ( Figure 4).
  • screw tabs 58 of the frame element 50 of the filter element 10 are arranged between screw domes 124 and screw tabs 120 of the housing wall 116 of the first housing part 112 and are screwed by means of screws 122, as can be seen in Figure 1.
  • FIG. 3 shows an isometric view of a filter element 10 according to a further embodiment of the invention.
  • glue beads 31 are arranged on the inflow side 29 transversely to the folds 22 of the upstream filter medium body 12 for stiffening and stabilizing the folds 22.
  • Figure 4 shows a longitudinal section of a filter element 10 according to a further embodiment of the invention with a marked section V.
  • Figure 5 shows the enlarged section V according to Figure 4.
  • the flat filter element 10 has an arrangement of at least two flat filter medium bodies 12, 32 arranged one behind the other in an axial direction 80, adjacent to one another.
  • the two filter medium bodies 12, 32 are arranged so that the fluid can flow through them one after the other in the axial direction 80.
  • the flow direction 90 is marked with an arrow in Figure 4.
  • the upstream filter medium body 12 is designed as a particle filter, while the downstream filter medium body 32 is designed as an adsorption filter.
  • the filter medium bodies 12, 32 can be designed, for example, as a folded filter bellows and/or as a wound body and/or as a fill and/or as a coated honeycomb body.
  • the particle filter can be made of cellulose, for example, and the adsorption filter can be made, for example, as an activated carbon filter and/or as an ion exchanger.
  • both filter medium bodies 12, 32 are designed as folded filter bellows.
  • the filter medium bodies 12, 32 are enclosed on their respective outer circumference 26, 46 with a common circumferential side band 70.
  • the common side band 70 extends from the downstream filter medium body 32 in the axial direction 80 with a projection section 72 to the upstream filter medium body 12.
  • the common side band 70 is embedded in the circumferential cast element 20 at the outermost upstream filter medium body 12.
  • the side band 70 can be formed, for example, from a nonwoven material, in particular a filter fleece, filter fabric or filter scrim.
  • the nonwoven material of the side band 70 can in particular have a lower air permeability than a filter medium of the filter medium body 12 and/or have a higher flexural rigidity than a filter medium of the filter medium body 12.
  • the common side band 70 extends to an upstream end 13 of the upstream filter medium body 12 and is at least partially embedded in the cast element 20.
  • the upstream filter medium body 12 is embedded at its upstream end 13 into the cast element 20.
  • the two filter medium bodies 12, 32 are arranged at least in regions in the axial direction 80 radially within a circumferential frame element 50.
  • the upstream filter medium body 12 is connected to the frame element 50 at one of its outer edges 18, 19, namely its upstream outer edge 19, by means of the circumferential cast element 20.
  • the frame element 50 has, at its upstream end of the wall 52, a collar 51 which extends in a lateral direction 82 and is folded over outwards and is embedded in the cast element 20.
  • the collar 51 with the cast element 20 is pressed between a sealing surface 126 of the first housing part 112 ( Figure 2) and a closure 128 of a housing wall 118 of the second housing part 114.
  • the frame element 50 is pot-shaped. At its downstream axial end 54, a stiffening element 30 in the form of a stiffening grid forms a base of the pot-shaped frame element 50.
  • the two filter medium bodies 12, 32 are thus accommodated in the pot-shaped frame element 50 at their full height.
  • the entire filter element 10 achieves sufficient rigidity, even with very large-area filter medium bodies 12, 32.
  • the frame element 50 and the stiffening element 30 can be formed in one piece, whereby even greater stability of the filter element 10 can be achieved.
  • the frame element 50 can further have interruptions in its circumference, at least in the region of the cast element 20, for interlocking with the casting material of the cast element 20.
  • the cast element 20 serves as an axial sealing element for sealing between the raw side 60 and the clean side 62 when the filter element 10 is installed as intended in the filter housing 110.
  • the cast element 20 is arranged radially outside the two filter medium bodies 12, 32 and at the same time seals between the first housing part 112 and the second housing part 114 of the filter housing 110.
  • the Sealing surface 126 of the first housing part 112 ( Figure 2) rests against the cast element 20 and the housing wall 118 of the second housing part 114 is pressed sealingly against the cast element 20 on an opposite side of the sealing surface 126. This allows an advantageous seal to be achieved by the cast part 20.
  • Figure 6 shows an enlarged detail of a sectional view of a filter element 10 according to a further embodiment of the invention.
  • Both filter medium bodies 12, 32 are designed as folded filter bellows.
  • front edges 23 of folds 22 ( Figure 5) of the upstream filter medium body 12 are sealed with a front edge bond 28.
  • the individual folds 22 of the filter medium body 12 cannot be seen in this illustration because they run perpendicular to the image plane.
  • the front edge bond 28 on the outer edge 18 of the filter medium body 12 is at least partially embedded in the upstream cast element 20.
  • the downstream filter medium body 32 has an additional filter layer 56 on its outflow side 44. This can prevent, in particular, discharge of adsorption particles from the downstream filter medium body 32 by the fluid flow.
  • Preferred embodiments for the additional filter layer 56 are filter media based on cellulose and/or synthetic fibers, in particular nonwoven materials, and/or filter membranes.
  • An additional filter layer 56 could also be applied to a different type of downstream filter medium body 32, for example designed as a wound body, as a bed, or as a coated honeycomb body.

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flachfilter-Filterelement (10) zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, für ein Filtersystem (100), insbesondere für ein Luftfiltersystem eines Brennstoffzellensystems, mit einer Anordnung von wenigstens zwei flächigen, in einer axialen Richtung (80) benachbart zueinander angeordneten Filtermediumkörpern (12, 32), die in der axialen Richtung (80) von dem Fluid nacheinander durchströmbar angeordnet sind. Die Filtermediumkörper (12, 32) sind an ihrem jeweiligen Außenumfang (26, 46) mit einem gemeinsamen umlaufenden Seitenband (70) eingefasst. Das gemeinsame Seitenband (70) erstreckt sich von dem stromabwärtigen Filtermediumkörper (32) in axialer Richtung (80) mit einem Überstandsabschnitt (72) zu dem stromaufwärtigen Filtermediumkörper (12), Dabei ist das gemeinsame Seitenband (70) am äußersten stromaufwärtigen Filtermediumkörper (12) zumindest teilweise in einem umlaufenden Gusselement (20) eingebettet. Die Erfindung betrifft ferner ein Filtersystem (100) sowie eine Verwendung eines Flachfilter-Filterelements (10).

Description

Flachfilter-Filterelement mit wenigstens zwei Filtermediumkörpern, Filtersystem und Verwendung eines Flachfilter-Filterelements
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Flachfilter-Filterelement zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, für ein Filtersystem, insbesondere für ein Luftfiltersystem eines Brennstoffzellensystems, sowie ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, mit einem solchen Flachfilter-Filterelement und eine Verwendung eines Flach- Filterelements in einem Filtersystem.
Stand der Technik
Brennstoffzellensysteme benötigen häufig einen Partikelfilter und einen Adsorptionsfilter, um sowohl Partikel als auch Schadgase aus der Ansaugluft zu filtern. Die Filterelemente sind beispielsweise häufig als Flachfilter ausgebildet, jedoch kommen auch andere Filterelementformen vor.
Die DE 102009 016 739 A1 offenbart ein Gehäuse zur Filterung der Zuluft einer Brennstoffzelle, umfassend ein Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil, welche gemeinsam einen Raum begrenzen. Der Raum ist durch mindestens ein Filterelement in einen Rohluftraum und einen Reinluftraum unterteilt. Sowohl dem Gehäuseunterteil als auch dem Gehäuseoberteil ist jeweils ein Luftdurchlassstutzen zur Führung von Zuluft in den Raum oder aus dem Raum zugeordnet. Dabei ist das Filterelement zumindest teilweise in eine Dichtmasse eingebettet.
Die DE 10 201 1 017 444 A1 offenbart ein Wechselfiltermodul zum Anflanschen an eine Wand eines Gehäuses, welches eine Brennstoffzelle aufnimmt. Das Wechselfiltermodul umfasst ein Filterelement mit einem Filtermedium. Das Filterelement weist eine Dichtung auf, welche nach Art einer Schlüssel-Schloss- Verbindung mit dem Gehäuse zusammenwirkt.
Die EP 3 520 878 B1 offenbart ein Filterelement zum Filtern von Innenraumluft mit mindestens drei Filterlagen, wobei die Filterlagen in einem Rahmen angeordnet sind, und der Rahmen aus extrudierten Profilleisten zusammengesetzt ist. Dabei ist die erste Filterlage als Vorfilter, die zweite Filterlage als Feinfilter und die dritte Filterlage als Adsorptionsfilter ausgebildet. Für jede Filterlage ist in dem Rahmen ein Bereich vorgesehen. Weiter weist jede Profilleiste zwischen zweiter Filterlage und dritter Filterlage einen hervorstehenden Absatz auf, der zur Trennung der zweiten Filterlage von der dritten Filterlage im Bereich des Rahmens dient.
Die US 2015273985 A1 offenbart ein Innenraumluftfilterelement, welches als austauschbares Filterelement für einen Innenraumluftfilter für eine Fahrerkabine von Land- und Arbeitsmaschinen, insbesondere mit Spritz- oder Sprühvorrichtungen für Pflanzenschutz oder Düngemittel in ein fahrzeugfestes Filtergehäuse einbaubar ist. Das Innenraumluftfilterelement umfasst eine Vorfilterlage, eine Adsorptionsfilterlage, eine Feinfilterlage insbesondere zur Abscheidung von Aerosolen sowie einen Filterelementrahmen. Der Filterelementrahmen legt durch seine Geometrie eine Strömungsrichtung fest, entlang derer die angesaugte Luft die genannten Filterlagen durchströmt. Der Filterelementrahmen weist zwei Bereiche auf. In dem ersten Bereich des Filterelementrahmens ist eine erste effektive Querschnittsfläche hinsichtlich der Durchströmung der angesaugten Luft durch die Filterlagen vorgesehen. In dem zweiten Bereich ist eine entsprechende zweite effektive Querschnittsfläche vorgesehen. Der erste Bereich und der zweite Bereich sind durch eine umlaufende Dichtung separiert. Die umlaufende Dichtung dient zur Trennung der Rohseite des Innenraumluftfilterelements von der Reinseite, wenn das Innenraumluftfilterelement im Filtergehäuse des Innenraumluftfilters eingebaut ist. Der erste Bereich ist bezüglich der Dichtung stromaufwärts angeordnet, der zweite Bereich ist hinsichtlich der Dichtung stromabwärts angeordnet. Die zweite effektive Querschnittsfläche beträgt dabei lediglich einen Bruchteil der ersten effektiven Querschnittsfläche. Die Filterlagen sind mittels Klebestellen in dem Filterelementrahmen befestigt.
Die US 2021276401 A1 offenbart ein Fahrzeuginnenraum-Filtersystem, welches ein Filtermodul umfasst und ein weiteres Filtermodul, das stromabwärts des Filtermoduls angeordnet ist. Jedes Filtermodul umfasst ein oder mehrere Filterelemente. Die Filterelemente des Filtermoduls sind mit einem ersten Faltenabstand gefaltet und umfassen ein Gasfilterelement. Die Filterelemente des weiteren Filtermoduls sind mit einem zweiten Faltenabstand gefaltet und umfassen ein Partikelfilterelement. Der zweite Faltenabstand ist dabei kleiner als der erste Faltenabstand. Die Filterelemente eines Filtermoduls sind jeweils in einem Rahmen angeordnet. Der Rahmen ist mit einer Dichtung gegen ein Modulgehäuse, in welchem das Filtermodul angeordnet ist, gedichtet. Das Modulgehäuse ist bei Einbau in ein Filtergehäuse mit einer stirnseitigen Dichtung gegen das Filtergehäuse gedichtet.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein servicefreundliches und kostengünstiges Flachfilter-Filterelement mit wenigstens zwei Filtermediumkörpern zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, für ein Filtersystem, insbesondere für ein Luftfiltersystem eines Brennstoffzellensystems, zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, mit einem solchen servicefreundlichen und kostengünstigen Filterelement zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Verwendung eines solchen Flachfilter-Filterelements in einem Filtersystem anzugeben.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einem Flachfilter-Filterelement zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, für ein Filtersystem, insbesondere für ein Luftfiltersystem eines Brennstoffzellensystems, mit einer Anordnung von wenigstens zwei flächigen, in einer axialen Richtung benachbart zueinander angeordneten Filtermediumkörpern, die in der axialen Richtung von dem Fluid nacheinander durchströmbar angeordnet sind, wobei die Filtermediumkörper an ihrem jeweiligen Außenumfang mit einem gemeinsamen umlaufenden Seitenband eingefasst sind, wobei sich das gemeinsame Seitenband von dem stromabwärtigen Filtermediumkörper in axialer Richtung mit einem Überstandsabschnitt zu dem stromaufwärtigen Filtermediumkörper erstreckt, und wobei das gemeinsame Seitenband am äußersten stromaufwärtigen Filtermediumkörper zumindest teilweise in einem umlaufenden Gusselement eingebettet ist.
Die weitere Aufgabe wird gelöst von einem Filtersystem zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, mit einem Filtergehäuse mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass, und mit wenigstens einem Flachfilter-Filterelement, welches zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass angeordnet ist, wobei eine Dichtfläche eines ersten Gehäuseteils des Filtergehäuses an dem Gusselement des Flachfilter-Filterelements anliegt und wobei eine Gehäusewand eines zweiten Gehäuseteils des Filtergehäuses an einer gegenüberliegenden Seite der Dichtfläche dichtend gegen das Gusselement gepresst ist.
Die weitere Aufgabe wird gelöst von einer Verwendung eines Flachfilter-Filterelements in einem Filtersystem, zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, insbesondere für ein Luftfiltersystem eines Brennstoffzellensystems.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Flachfilter-Filterelement zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, für ein Filtersystem, insbesondere für ein Luftfiltersystem eines Brennstoffzellensystems, vorgeschlagen, mit einer Anordnung von wenigstens zwei flächigen, in einer axialen Richtung benachbart zueinander angeordneten Filtermediumkörpern, die in der axialen Richtung von dem Fluid nacheinander durchströmbar angeordnet sind. Die Filtermediumkörper sind an ihrem jeweiligen Außenumfang mit einem gemeinsamen umlaufenden Seitenband eingefasst. Das gemeinsame Seitenband erstreckt sich von dem stromabwärtigen Filtermediumkörper in axialer Richtung mit einem Überstandsabschnitt zu dem stromaufwärtigen Filtermediumkörper. Dabei ist das gemeinsame Seitenband am äußersten stromaufwärtigen Filtermediumkörper zumindest teilweise in einem umlaufenden Gusselement eingebettet.
Das vorgeschlagene Filterelement kann vorteilhaft für die Ansaugluft von Brennstoffzellen eingesetzt werden. Eine Adsorption von Schadstoffen und eine Partikelfiltration kann günstigerweise jeweils in unterschiedlichen Filtermediumkörpern erfolgen. Die beiden Filtermediumkörper sind über das gemeinsame Seitenband miteinander verbunden. Das gemeinsame Seitenband erstreckt sich von dem stromabwärtigen Filtermediumkörper in axialer Richtung mit einem Überstandsabschnitt zu dem stromaufwärtigen Filtermediumkörper. Dabei überlappt der Überstandsabschnitt einen Außenumfang des stromaufwärtigen Filtermediumkörpers zumindest teilweise. Das Seitenband kann beispielsweise mittels Schmelzkleber mit den Filtermediumkörpern verbunden werden. Das Seitenband kann z. B. aus einem Vliesmaterial, insbesondere einem Filtervlies, Filtergewebe oder Filtergelege gebildet sein. Das Vliesmaterial des Seitenbands kann insbesondere eine geringere Luftdurchlässigkeit als ein Filtermedium des Filtermediumkörpers aufweisen und/oder eine höhere Biegesteifigkeit als ein Filtermedium des Filtermediumkörpers aufweisen.
Insbesondere bei kleineren Filtermediumkörpern reicht die Verbindung über das Seitenband aus, um einen stabilen Verbund des Filterelements zu gewährleisten, der auch robust genug für die Handhabung beim Einbau und Wechsel des Filterelements ausgebildet ist.
Die stromaufwärtige Außenkante des äußersten stromaufwärtigen Filtermediumkörpers ist mit dem Seitenband in Form eines umlaufenden Gusselements umspritzt, welches die Verbindung von Filtermediumkörpern und Seitenband fixiert und außerdem als Dichtelement zum Abdichten zwischen Rohseite und Reinseite, sowie zum Abdichten zu den Gehäuseteilen des Filtergehäuses ausgebildet ist.
Der stromaufwärtige Filtermediumkörper ist näher an der Anströmseite des Filterelements als der stromabwärtige Filtermediumkörper, der näher an der Abströmseite des Filterelements angeordnet ist.
Das Gusselement kann mittels eines Kunststoff-Gießprozesses oder Kunststoff-Schäumprozesses, beispielsweise aus dem Gießmaterial Polyurethan (PUR), in einer geeigneten Gießform hergestellt werden. Das Gießmaterial kann als Hartschaum oder Weichschaum ausgebildet sein.
Vorteilhaft reichen ein Schäumprozess und ein Gießwerkzeug, um das Gusselement und damit das Filterelement herzustellen.
Das als Dichtelement ausgebildete Gusselement kann so gestaltet sein, dass eine Gegenkraft der Gehäuseteile für die Abdichtung sorgt. Das Gusselement kann dann zwischen den Gehäuseteilen verpresst werden.
Bei dem vorgeschlagenen Flachfilter-Filterelement sind beide Filtermediumkörper für die zwei Filtrationsstufen in Form von flachen Filtermediumkörpern in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet.
Die beiden Filtermediumkörper können als gefalteter Balg, Wickelkörper, Schüttung (vor allem zur Adsorption von Schadgasen), beschichteter Wabenkörper (vor allem zur Adsorption von Schadgasen) oder aus Kombinationen daraus ausgebildet sein. Die Höhe der Filtermediumkörper in axialer Richtung kann unterschiedlich ausgeführt sein. Die Durchströmung des Filterelements ist derart, dass der als Partikelfilter ausgebildete Filtermediumkörper immer zuerst durchströmt wird. Eine Abdichtung des Filterelements zum Filtergehäuse kann vorteilhaft in axialer Richtung erfolgen. Vorteilhaft können so beispielsweise in Brennstoffzellensystemen Partikel als auch Schadgase aus der Ansaugluft gefiltert werden.
Der zur Verfügung stehende Bauraum kann so besser ausgenutzt werden. Daraus ergeben sich Vorteile in Bezug auf Adsorptionsvermögen, Staubkapazität, Abscheidegrad, und Druckverlust des Filterelements.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filterelements kann sich das gemeinsame Seitenband bis zu einem stromaufwärtigen Ende des stromaufwärtigen Filtermediumkörpers erstrecken und dort in das Gusselement eingebettet sein. Auf diese Weise sind die Filtermediumkörper stabil fest verbunden und über das Seitenband zusätzlich vorteilhaft an das Gusselement angebunden.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filterelements kann der stromaufwärtige Filtermediumkörper an seinem stromaufwärtigen Ende mit in das Gusselement eingebettet sein. Vorteilhaft kann so eine feste Verbindung zwischen Filtermediumkörper und Gusselement erreicht werden.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filterelements können wenigstens der äußerste stromabwärtig angeordnete der Filtermediumkörper und wenigstens der äußerste stromaufwärtig angeordnete der Filtermediumkörper wenigstens bereichsweise in axialer Richtung radial innerhalb eines umlaufenden Rahmenelements angeordnet sein.
Das Filterelement kann so vorteilhaft ein Rahmenelement als Träger für die beiden Filtermediumkörper aufweisen. Die beiden über das gemeinsame Seitenband verbundenen Filtermediumkörper können dabei über das Gusselement mit dem Rahmenelement fest verbunden sein. Das Rahmenelement bietet zusätzliche Stabilität insbesondere für größere Filterelemente.
Das Rahmenelement kann vorteilhaft mittels eines üblichen Kunststoff-Spritzgussprozesses hergestellt werden, bei dem verflüssigtes Kunststoffmaterial unter Druck in eine Werkzeugform gespritzt und ausgehärtet wird.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filterelements kann der äußerste stromaufwärtige Filtermediumkörper an einer seiner Außenkanten, insbesondere seiner stromaufwärtigen Außenkante, mittels des umlaufenden Gusselements mit dem Rahmenelement verbunden sein. Dadurch kann eine feste Verbindung mit dem Rahmenelement erfolgen, die zugleich als Dichtelement zur Abdichtung in dem Filtergehäuse ausgebildet sein kann.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filterelements kann das Rahmenelement an seinem stromaufwärtigen Ende einen nach außen umgelegten Kragen aufweisen. Insbesondere kann dabei der Kragen in das Gusselement eingebettet sein. Dadurch ergibt sich eine feste Verzahnung des Gusselements mit dem Rahmenelement. Auch Filtermediumkörper mit höherem Gewicht und größerer Ausdehnung erhalten so genügend Stabilität zur Montage im Filtergehäuse. Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filterelements kann das Rahmenelement topfartig ausgebildet sein und an seinem stromabwärtigen Ende ein Versteifungselement in Form eines Versteifungsgitters einen Boden des topfartigen Rahmenelements bilden. Insbesondere können das Rahmenelement und das Versteifungselement einstückig ausgebildet sein. Das Versteifungelement kann gerade bei sehr großen flächig ausgedehnten Filterelementen zur Versteifung des gesamten Filterelements beitragen. Außerdem können so die beiden Filtermediumkörper gegen den Strömungsdruck des zu filternden Fluids abgestützt werden.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filterelements kann das Rahmenelement in seinem Umfang zumindest im Bereich des Gusselements Unterbrechungen zur Verzahnung mit dem Gusselement aufweisen. Durch die Unterbrechungen zur Verzahnung mit dem Gießmaterial des Gusselements kann eine zuverlässige und dauerhafte Verbindung zwischen den Gusselementen und dem Rahmenelement eingegangen werden.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filterelements kann der äußerste stromabwärtige Filtermediumkörper auf seiner Abströmseite eine zusätzliche Filterlage aufweisen. Dadurch kann insbesondere ein Austrag von Adsorptionspartikeln aus dem stromabwärtigen Filtermediumkörper durch den Fluidstrom verhindert werden. Als bevorzugte Ausführungen für die zusätzliche Filterlage ergeben sich Filtermedien auf Basis von Zellulose- und/oder Synthetikfasern, insbesondere Vliesmaterialien, und/oder Filtermembranen.
Vorteilhaft können die Filtermediumkörper als gefalteter Filterbalg, und/oder als Wickelkörper und/oder als Schüttung, und/oder als beschichteter Wabenkörper ausgebildet sein.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filterelements kann der äußerste stromaufwärtige Filtermediumkörper als Partikelfilter ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der äußerste stromabwärtige Filtermediumkörper als Adsorptionsfilter ausgebildet sein. Der Partikelfilter kann dabei beispielsweise aus Zellulose ausgebildet sein. Der Adsorptionsfilter kann vorteilhaft als Aktivkohlefilter und/oder als lonentauscher ausgebildet sein.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filterelements kann das Gusselement als Dichtelement zur Abdichtung, insbesondere in axialer Richtung, zwischen einer Rohseite und einer Reinseite bei bestimmungsgemäßem Einbau des Filterelements in einem Filtergehäuse des Filtersystems ausgebildet sein. Insbesondere kann das Gusselement radial außerhalb der wenigstens zwei Filtermediumkörper angeordnet sein und zur Abdichtung zwischen einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil des Filtergehäuses des Filtersystems ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das Gusselement mehrere Funktionen erfüllen und sowohl für die Anbindung der beiden Filtermediumkörper als auch für die Abdichtung des Filterelements zum Filtergehäuse ausgebildet sein. Durch die Anordnung außerhalb der beiden Filtermediumkörper kann das Gusselement wirksam zwischen den beiden Gehäuseteilen verpresst werden und so sowohl die Abdichtung zwischen Rohseite und Reinseite des Filtersystems als auch die Abdichtung zur Umgebung gewährleisten.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filterelements kann wenigstens einer der beiden Filtermediumkörper als gefalteter Filterbalg ausgebildet sein, wobei Stirnkanten von Falten des wenigstens einen der beiden Filtermediumkörper mit einer Stirnkantenverleimung abgedichtet sind. Dabei kann die Stirnkantenverleimung in das Gusselement zumindest teilweise eingebettet sein. Auf diese Weise ist eine sichere seitliche Abdichtung des Filtermediumkörpers über die Stirnkantenverleimung und Anbindung an das Gusselement gewährleistet.
Es wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Filtersystem zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, vorgeschlagen, mit einem Filtergehäuse mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass, und mit wenigstens einem Flachfilter-Filterelement, welches zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass angeordnet ist. Dabei liegt eine Dichtfläche eines ersten Gehäuseteils des Filtergehäuses an dem Gusselement des Flachfilter-Filterelements an und eine Gehäusewand eines zweiten Gehäuseteils des Filtergehäuses ist an einer gegenüberliegenden Seite der Dichtfläche dichtend gegen das Gusselement gepresst.
Das vorgeschlagene Filtersystem kann vorteilhaft für die Ansaugluft von Brennstoffzellen eingesetzt werden. Die Adsorption und Partikelfiltration kann günstigerweise in unterschiedlichen Filtermediumkörpern erfolgen. Die beiden Filtermediumkörper des Filterelements sind über ein gemeinsames Seitenband miteinander verbunden. Das gemeinsame Seitenband erstreckt sich von dem stromabwärtigen Filtermediumkörper in axialer Richtung mit einem Überstandsabschnitt zu dem stromaufwärtigen Filtermediumkörper. Dabei überlappt der Überstandsabschnitt einen Außenumfang des stromaufwärtigen Filtermediumkörpers zumindest teilweise.
Die stromaufwärtige Außenkante des äußersten stromaufwärtigen Filtermediumkörpers ist mit dem Seitenband in Form eines umlaufenden Gusselements umspritzt, welches die Verbindung von Filtermediumkörpern und Seitenband fixiert und außerdem als Dichtelement zum Abdichten zwischen Rohseite und Reinseite des Filtersystems, sowie zum Abdichten zu den Gehäuseteilen des Filtergehäuses ausgebildet ist.
Das Gusselement kann mittels eines Kunststoff-Gießprozesses oder Kunststoff-Schäumprozesses, beispielsweise aus dem Gießmaterial Polyurethan (PUR), in einer geeigneten Gießform hergestellt werden. Das Gießmaterial kann als Hartschaum oder Weichschaum ausgebildet sein.
Das als Dichtelement ausgebildete Gusselement kann so gestaltet sein, dass eine Gegenkraft der Gehäuseteile für die Abdichtung sorgt. Das Gusselement kann dann zwischen den Gehäuseteilen verpresst werden. Die beiden Filtermediumkörper können als gefalteter Balg, Wickelkörper, Schüttung (vor allem zur Adsorption von Schadgasen), beschichteter Wabenkörper (vor allem zur Adsorption von Schadgasen) oder aus Kombinationen daraus ausgebildet sein. Die Höhe der Filtermediumkörper in axialer Richtung kann unterschiedlich ausgeführt sein. Die Durchströmung des Filterelements ist derart, dass der als Partikelfilter ausgebildete Filtermediumkörper immer zuerst durchströmt wird. Eine Abdichtung des Filterelements zum Filtergehäuse kann vorteilhaft in axialer Richtung erfolgen.
Vorteilhaft können so beispielsweise in Brennstoffzellensystemen Partikel als auch Schadgase aus der Ansaugluft gefiltert werden.
Der zur Verfügung stehende Bauraum kann so besser ausgenutzt werden. Daraus ergeben sich Vorteile in Bezug auf Adsorptionsvermögen, Staubkapazität, Abscheidegrad, und Druckverlust des Filtersystems.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Filtersystems kann das Filterelement ein umlaufendes Rahmenelement mit einem in einer lateralen Richtung verlaufenden Kragen aufweisen, der in das Gusselement eingebettet ist. Dabei kann der Kragen mit dem Gusselement zwischen der Dichtfläche und dem Abschluss der Gehäusewand verpresst sein.
Das Filterelement kann so vorteilhaft ein Rahmenelement als Träger für die beiden Filtermediumkörper aufweisen. Die beiden über das gemeinsame Seitenband verbundenen Filtermediumkörper können dabei über das Gusselement mit dem Rahmenelement fest verbunden sein. Das Rahmenelement bietet zusätzliche Stabilität insbesondere für größere Filterelemente.
Das Gusselement kann so gestaltet sein, dass eine Gegenkraft der Gehäuseteile für die Abdichtung sorgt. Die Dichtung kann dann zwischen Rahmenelement und den Gehäuseteilen verpresst werden. Durch die Einbettung des Kragens des Rahmenelements weist das Gusselement eine erhöhte Steifigkeit auf und das Filterelement wird auf stabile Weise in dem Filtergehäuse fixiert.
Es wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Verwendung eines Flachfilter-Filterelements in einem Filtersystem, zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, insbesondere für ein Luftfiltersystem eines Brennstoffzellensystems, vorgeschlagen.
Günstigerweise kann das Filterelement als Partikelfilter und/oder als Adsorptionsfilter, insbesondere als Aktivkohlefilter und/oder als lonentauscher, ausgebildet sein. Vorteilhaft können so beispielsweise in Brennstoffzellensystemen Partikel als auch Schadgase aus der Ansaugluft gefiltert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines Filtersystems zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum
Filtern von Luft, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine isometrische Explosionsdarstellung des Filtersystems nach Figur 1 ;
Fig. 3 eine isometrische Ansicht eines Filterelements nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 einen Längsschnitt eines Filterelements nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung mit einem markierten Ausschnitt V;
Fig. 5 den vergrößerten Ausschnitt V nach Figur 4; und
Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Schnittansicht eines Filterelements nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
Im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „davor“ „dahinter“, „danach“ und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden.
Figur 1 zeigt eine isometrische Ansicht eines Filtersystems 100 zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 2 zeigt eine isometrische Explosionsdarstellung des Filtersystems 100.
Das Filtersystem 100 weist ein Filtergehäuse 1 10 mit einem Fluideinlass 102 und einem Fluidauslass 104, und mit wenigstens einem Flachfilter-Filterelement 10 auf, welches zwischen dem Fluideinlass 102 und dem Fluidauslass 104 angeordnet ist. Der Fluideinlass 102 ist in einem ersten Gehäuseteil 1 12 angeordnet und der Fluidauslass 104 in einem zweiten Gehäuseteil 1 14.
Das Filterelement 10 der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weist jeweils ein umlaufendes Rahmenelement 50 mit einem als axiales Dichtelement ausgebildeten umlaufenden Gusselement 20 auf. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Filterelement 10 jedoch auch ohne Rahmenelement 50, nur mit dem Gusselement 20 ausgebildet sein. Das Gusselement 20 dichtet bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Filterelements 10 in dem zweiten Gehäuseteil 1 14 und über das erste Gehäuseteil 1 12 geschlossenem Filtergehäuse 1 10 das Innere des Filtergehäuses 1 10 gegen die Umgebung ab. Zugleich dichtet das Gusselement 20 eine Rohseite 60 im Inneren des Filtergehäuses 1 10 gegen eine Reinseite 62 ab (Figur 5).
Die Anströmseite 29 des Filterelements 10 ist in Richtung des Fluideinlasses 102 zum ersten Gehäuseteil 1 12 hin gerichtet. Das Fluid tritt von der Anströmseite 29 her in das Filterelement 10 ein und an der Abströmseite 44 (Figur 4) aus dem Filterelement 10 aus.
Bei eingesetztem Filterelement 10 sind Verschraubungslaschen 58 des Rahmenelements 50 des Filterelements 10 zwischen Schraubdomen 124 und Verschraubungslaschen 120 der Gehäusewand 1 16 des ersten Gehäuseteils 1 12 angeordnet und mittels Schrauben 122, wie in Figur 1 erkennbar, verschraubt.
Figur 3 zeigt eine isometrische Ansicht eines Filterelements 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Filterelement 10 sind auf der Anströmseite 29 quer zu den Falten 22 des stromaufwärtigen Filtermediumkörpers 12 Leimraupen 31 zur Versteifung und Stabilisierung der Falten 22 angeordnet.
Figur 4 zeigt einen Längsschnitt eines Filterelements 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem markierten Ausschnitt V. In Figur 5 ist der vergrößerte Ausschnitt V nach Figur 4 dargestellt.
Das Flachfilter-Filterelement 10 weist eine Anordnung von wenigstens zwei flächigen, in einer axialen Richtung 80 benachbart zueinander, hintereinander angeordneten Filtermediumkörpern 12, 32 auf. Die beiden Filtermediumkörper 12, 32 sind in der axialen Richtung 80 von dem Fluid nacheinander durchströmbar angeordnet. Die Strömungsrichtung 90 ist in Figur 4 mit einem Pfeil markiert.
Der stromaufwärtige Filtermediumkörper 12 ist als Partikelfilter ausgebildet, während der stromabwärtige Filtermediumkörper 32 als Adsorptionsfilter ausgebildet ist.
Die Filtermediumkörper 12, 32 können beispielsweise als gefalteter Filterbalg, und/oder als Wickelkörper und/oder als Schüttung, und/oder als beschichteter Wabenkörper ausgebildet sein. Der Partikelfilter kann dabei beispielsweise aus Zellulose ausgebildet sein, der Adsorptionsfilter beispielsweise als Aktivkohlefilter und/oder als lonentauscher. Bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Filtermediumkörper 12, 32 als gefaltete Filterbälge ausgebildet.
Die Filtermediumkörper 12, 32 sind an ihrem jeweiligen Außenumfang 26, 46 mit einem gemeinsamen umlaufenden Seitenband 70 eingefasst. Das gemeinsame Seitenband 70 erstreckt sich von dem stromabwärtigen Filtermediumkörper 32 in axialer Richtung 80 mit einem Überstandsabschnitt 72 zu dem stromaufwärtigen Filtermediumkörper 12. Dabei ist das gemeinsame Seitenband 70 am äußersten stromaufwärtigen Filtermediumkörper 12 in dem umlaufenden Gusselement 20 eingebettet.
Das Seitenband 70 kann z. B. aus einem Vliesmaterial, insbesondere einem Filtervlies, Filtergewebe oder Filtergelege gebildet sein. Das Vliesmaterial des Seitenbands 70 kann insbesondere eine geringere Luftdurchlässigkeit als ein Filtermedium des Filtermediumkörpers 12 aufweisen und/oder eine höhere Biegesteifigkeit als ein Filtermedium des Filtermediumkörpers 12 aufweisen.
Das gemeinsame Seitenband 70 erstreckt sich bis zu einem stromaufwärtigen Ende 13 des stromaufwärtigen Filtermediumkörpers 12 und ist zumindest teilweise in das Gusselement 20 eingebettet.
Der stromaufwärtige Filtermediumkörper 12 ist an seinem stromaufwärtigen Ende 13 mit in das Gusselement 20 eingebettet.
Weiter sind die beiden Filtermediumkörper 12, 32 wenigstens bereichsweise in axialer Richtung 80 radial innerhalb eines umlaufenden Rahmenelements 50 angeordnet. Der stromaufwärtige Filtermediumkörper 12 ist dabei an einer seiner Außenkanten 18, 19, nämlich seiner stromaufwärtigen Außenkante 19, mittels des umlaufenden Gusselements 20 mit dem Rahmenelement 50 verbunden.
Das Rahmenelement 50 weist an seinem stromaufwärtigen Ende der Wandung 52 einen in einer lateralen Richtung 82 verlaufenden, nach außen umgelegten Kragen 51 auf, der in das Gusselement 20 eingebettet ist. Der Kragen 51 mit dem Gusselement 20 ist bei bestimmungsgemäßer Montage des Filterelements 10 in dem Filtergehäuse 100 zwischen einer Dichtfläche 126 des ersten Gehäuseteils 1 12 (Figur 2) und einem Abschluss 128 einer Gehäusewand 1 18 des zweiten Gehäuseteils 1 14 verpresst.
Das Rahmenelement 50 ist topfartig ausgebildet. An seinem stromabwärtigen axialen Ende 54 bildet ein Versteifungselement 30 in Form eines Versteifungsgitters einen Boden des topfartigen Rahmenelements 50. Die beiden Filtermediumkörper 12, 32 sind so in voller Höhe in dem topfartigen Rahmenelement 50 aufgenommen. Dadurch erreicht das gesamte Filterelement 10 eine ausreichende Steifigkeit, auch bei sehr großflächigen Filtermediumkörpern 12, 32. Insbesondere können das Rahmenelement 50 und das Versteifungselement 30 einstückig ausgebildet sein, wodurch noch größere Stabilität des Filterelements 10 erreicht werden kann.
Das Rahmenelement 50 kann weiter in seinem Umfang zumindest im Bereich des Gusselements 20 Unterbrechungen zur Verzahnung mit dem Gießmaterial des Gusselements 20 aufweisen.
Das Gusselement 20 dient als axiales Dichtelement zur Abdichtung zwischen der Rohseite 60 und der Reinseite 62 bei bestimmungsgemäßem Einbau des Filterelements 10 in dem Filtergehäuse 1 10. Das Gusselement 20 ist radial außerhalb der zwei Filtermediumkörper 12, 32 angeordnet und dichtet zugleich zwischen dem ersten Gehäuseteil 1 12 und dem zweiten Gehäuseteil 1 14 des Filtergehäuses 1 10 ab. Die Dichtfläche 126 des ersten Gehäuseteils 1 12 (Figur 2) liegt an dem Gusselement 20 an und die Gehäusewand 1 18 des zweiten Gehäuseteils 1 14 ist an einer gegenüberliegenden Seite der Dichtfläche 126 dichtend gegen das Gusselement 20 gepresst. Dadurch kann eine vorteilhafte Abdichtung durch das Gussteil 20 erreicht werden.
Figur 6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Schnittansicht eines Filterelements 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beide Filtermediumkörper 12, 32 sind als gefalteter Filterbalg ausgebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind dabei Stirnkanten 23 von Falten 22 (Figur 5) des stromaufwärtigen Filtermediumkörpers 12 mit einer Stirnkantenverleimung 28 abgedichtet. Die einzelnen Falten 22 des Filtermediumkörpers 12 sind in dieser Darstellung nicht zu erkennen, da sie senkrecht zur Bildebene verlaufen. Die Stirnkantenverleimung 28 an der Außenkante 18 des Filtermediumkörpers 12 ist in das stromaufwärtige Gusselement 20 zumindest teilweise eingebettet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der stromabwärtige Filtermediumkörper 32 auf seiner Abströmseite 44 eine zusätzliche Filterlage 56 auf. Dadurch kann insbesondere ein Austrag von Adsorptionspartikeln aus dem stromabwärtigen Filtermediumkörper 32 durch den Fluidstrom verhindert werden. Als bevorzugte Ausführungen für die zusätzliche Filterlage 56 ergeben sich Filtermedien auf Basis von Zellulose- und/oder Synthetikfasern, insbesondere Vliesmaterialien, und/oder Filtermembranen.
Eine zusätzliche Filterlage 56 könnte auch auf einen andersartigen, beispielsweise als Wickelkörper, als Schüttung, oder als beschichteter Wabenkörper ausgebildeten stromabwärtigen Filtermediumkörper 32 aufgebracht sein.
Bezugszeichen
10 Filterelement
12 stromaufwärtiger Filtermediumkörper
13 stromaufwärtiges Ende
18 stromabwärtige Außenkante
19 stromaufwärtige Außenkante
20 Gusselement
22 Falte
23 Stirnkante
26 Außenumfang
28 Stirnkantenverleimung
29 Anströmseite
30 Versteifungsgitter
31 Leimraupe
32 stromabwärtiger Filtermediumkörper
44 Abströmseite
46 Außenumfang
50 Rahmenelement
51 Kragen
52 Wandung
54 axiales Ende
56 Filterlage
58 Verschraubungslasche
60 Rohseite
62 Reinseite
70 gemeinsames Seitenband
72 Überstandsabschnitt
80 axiale Richtung
82 laterale Richtung
90 Strömungsrichtung
100 Filtersystem
102 Fluideinlass
104 Fluidauslass
110 Filtergehäuse
112 erstes Gehäuseteil
114 zweites Gehäuseteil
116 Gehäusewand
118 Gehäusewand
120 Verschraubungslasche Schraube Schraubdom Dichtfläche Abschluss

Claims

Ansprüche
1 . Flachfilter-Filterelement (10) zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, für ein Filtersystem (100), insbesondere für ein Luftfiltersystem eines Brennstoffzellensystems, mit einer Anordnung von wenigstens zwei flächigen, in einer axialen Richtung (80) benachbart zueinander angeordneten Filtermediumkörpern (12, 32), die in der axialen Richtung (80) von dem Fluid nacheinander durchströmbar angeordnet sind, wobei die Filtermediumkörper (12, 32) an ihrem jeweiligen Außenumfang (26, 46) mit einem gemeinsamen umlaufenden Seitenband (70) eingefasst sind, wobei sich das gemeinsame Seitenband (70) von dem stromabwärtigen Filtermediumkörper (32) in axialer Richtung (80) mit einem Überstandsabschnitt (72) zu dem stromaufwärtigen Filtermediumkörper (12) erstreckt, und wobei das gemeinsame Seitenband (70) am äußersten stromaufwärtigen Filtermediumkörper (12) zumindest teilweise in einem umlaufenden Gusselement (20) eingebettet ist.
2. Filterelement nach Anspruch 1 , wobei sich das gemeinsame Seitenband (70) bis zu einem stromaufwärtigen Ende (13) des stromaufwärtigen Filtermediumkörpers (12) erstreckt und dort in das Gusselement (20) eingebettet ist.
3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der stromaufwärtige Filtermediumkörper (12) an seinem stromaufwärtigen Ende (13) mit in das Gusselement (20) eingebettet ist.
4. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens der äußerste stromabwärtig angeordnete der Filtermediumkörper (32, 12) und wenigstens der äußerste stromaufwärtig angeordnete der Filtermediumkörper (12, 32) wenigstens bereichsweise in axialer Richtung (80) radial innerhalb eines umlaufenden Rahmenelements (50) angeordnet sind.
5. Filterelement nach Anspruch 4, wobei der äußerste stromaufwärtige Filtermediumkörper (12) an einer seiner Außenkanten (18, 19), insbesondere seiner stromaufwärtigen Außenkante (19), mittels des umlaufenden Gusselements (20) mit dem Rahmenelement (50) verbunden ist.
6. Filterelement nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Rahmenelement (50) an seinem stromaufwärtigen Ende einen nach außen umgelegten Kragen (51 ) aufweist, insbesondere wobei der Kragen (51 ) in das Gusselement (20) eingebettet ist.
7. Filterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Rahmenelement (50) topfartig ausgebildet ist und an seinem stromabwärtigen Ende ein Versteifungselement (30) in Form eines Versteifungsgitters einen Boden des topfartigen Rahmenelements (50) bildet, insbesondere wobei das Rahmenelement (50) und das Versteifungselement (30) einstückig ausgebildet sind.
8. Filterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Rahmenelement (50) in seinem Umfang zumindest im Bereich des Gusselements (20) Unterbrechungen zur Verzahnung mit dem Gusselement (20) aufweist.
9. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der äußerste stromabwärtige Filtermediumkörper (32) auf seiner Abströmseite (44) eine zusätzliche Filterlage (56) aufweist.
10. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der äußerste stromaufwärtige Filtermediumkörper (12) als Partikelfilter ausgebildet ist, und/oder wobei der äußerste stromabwärtige Filtermediumkörper (32) als Adsorptionsfilter ausgebildet ist.
11 . Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gusselement (20) als Dichtelement zur Abdichtung zwischen einer Rohseite (60) und einer Reinseite (62) bei bestimmungsgemäßem Einbau des Filterelements (10) in einem Filtergehäuse (110) des Filtersystems (100) ausgebildet ist, insbesondere wobei das Gusselement (20) radial außerhalb der wenigstens zwei Filtermediumkörper (12, 32) angeordnet ist und zur Abdichtung zwischen einem ersten Gehäuseteil (112) und einem zweiten Gehäuseteil (114) des Filtergehäuses (110) des Filtersystems (100) ausgebildet ist.
12. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der beiden Filtermediumkörper (12, 32) als gefalteter Filterbalg ausgebildet ist, wobei Stirnkanten (23) von Falten (22) des wenigstens einen der beiden Filtermediumkörper (12, 32) mit einer Stirnkantenverleimung (28) abgedichtet sind, wobei die Stirnkantenverleimung (28) in das Gusselement (20) zumindest teilweise eingebettet ist.
13. Filtersystem (100) zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, mit einem Filtergehäuse (110) mit einem Fluideinlass (102) und einem Fluidauslass (104), und mit wenigstens einem Flachfilter- Filterelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zwischen dem Fluideinlass (102) und dem Fluidauslass (104) angeordnet ist, wobei eine Dichtfläche (126) eines ersten Gehäuseteils (112) des Filtergehäuses (110) an dem Gusselement (20) des Flachfilter-Filterelements (10) anliegt und wobei eine Gehäusewand (118) eines zweiten Gehäuseteils (114) des Filtergehäuses (110) an einer gegenüberliegenden Seite der Dichtfläche (126) dichtend gegen das Gusselement (20) gepresst ist.
14. Filtersystem nach Anspruch 13, wobei das Filterelement (10) ein umlaufendes Rahmenelement (50) mit einem in einer lateralen Richtung (82) verlaufenden Kragen (51 ) aufweist, der in das Gusselement (20) eingebettet ist, wobei der Kragen (51 ) mit dem Gusselement (20) zwischen der Dichtfläche (126) und dem Abschluss (128) der Gehäusewand (118) verpresst ist.
15. Verwendung eines Flach-Filterelements (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Filtersystem (100) nach Anspruch 13 oder 14, zum Filtern eines Fluids, insbesondere zum Filtern von Luft, insbesondere für ein Luftfiltersystem eines Brennstoffzellensystems.
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