Filtr standardowy
Filtr wstępny (1) zatrzymuje największe cząsteczki zanieczyszczeń, w tym przede wszystkim kurz. Warstwa z mikrowłókien (2) odfiltrowuje także drobniejsze cząsteczki, np. pyłki i bakterie. Konstrukcja jest stabilna dzięki warstwie nośnej (3).
Standardowy filtr kabinowy:
- chroni pasażerów pojazdu przed pyłkami, pyłem i szkodliwymi substancjami
- ochrania pasażerów (użytkowników) przed gazami szkodliwymi i gazami o nieprzyjemnym zapachu
- chroni układ klimatyzacji
Filtry kabinowe należy wymieniać co 15 000 km lub raz do roku.
Filtry z węglem aktywnym
Dodatkowa warstwa węgla aktywnego (4) skutecznie zatrzymuje szkodliwe i nieprzyjemnie pachnące gazy, takie jak ozon, benzol czy tlenki azotu. Pozostałe elementy są takie jak w filtrze standardowym: filtr wstępny (1), warstwa z mikrowłókien (2), włóknina nośna (3).
Filtr kabinowy z węglem aktywnym:
- chroni pasażerów pojazdu przed pyłkami, pyłem i szkodliwymi substancjami
- ochrania przed gazami szkodliwymi i gazami o nieprzyjemnym zapachu
- ochrania układ klimatyzacji
Filtry kabinowe z węglem aktywnym należy wymieniać co 15 000 km lub raz do roku.
Włóknina
Włóknina (mikrofaza) jest nowym medium filtracyjnym o znacznie większej sprawności od włókien naturalnych. Dzięki temu, że poszczególne włókna są znacznie cieńsze niż używane do tej pory włókna celulozowe (bibuła filtracyjna), mikrofaza ma znacznie większą powierzchnię filtrującą przy zachowaniu tej samej objętości. Dodatkowo, aby zwiększyć powierzchnię filtrującą włóknina w filtrze kabinowym układana jest w plisy.
Po lewej - włókna celulozowe. Włókna są zwarte Zostaje mało wolnej przestrzeni. Mała pojemność na zatrzymane cząstki. Po prawej - włókna sztuczne. Włókna są cienkie. Przy tej samej powierzchni większa pojemność na zatrzymywane cząstki
Włókninę wytwarza się poprzez napylanie na strumień (nić) tworzywa sztucznego substancji klejącej. Całość następnie prasuje i ściska się w ten sposób, aby uzyskać medium filtrujące o oczekiwanych parametrach.
Dzięki możliwości sterowania procesem produkcyjnym do celu konstrukcji filtrów kabinowych wytwarza się włókninę o tzw. konstrukcji stopniowej (gradientalnej). Charakteryzuje się ona tym, że na powierzchni medium filtracyjnego włókna są ułożone rzadziej, a im głębiej są one ułożone gęściej. Dzięki temu uzyskuje się element filtracyjny „pracujący” całą swoją objętością. Na jego powierzchni zatrzymują się duże cząstki pyłów i kurzu, a w głębi najdrobniejsze cząstki sadzy i mgły.
Po lewej - struktura tradycyjna. Największe cząstki koncentrują się w górnej części (na obrzeżu) medium filtracyjnego. Po prawej - struktura stopniowa. Struktura porów jest rzadsza w górnej części. Cząstki zależnie od wielkości gromadzą się w całym medium
Dodatkowo włóknina jest naładowana elektrostatycznie. Umożliwia to separację cząstek znacznie mniejszych niż pory w materiale filtracyjnym (poniżej 1 µm). Małe cząstki przepływającym przez filtr zbliżając się do naładowanych elektrostatycznie włókien „przyklejają się” do nich, gdy siła przyciągania elektrostatycznego przekroczy siłę związaną z pędem powietrza.
Kolejną cechą mikrofazy jest jej mała higroskopijność. Dzięki niej filtry nie deformują się pod wpływem wody jak to mogło mieć miejsce w przypadku bibuły filtracyjnej. Ewentualne deformacje mogą wpływać ujemnie na szczelność filtra. Włóknina wykazuje także własności antyseptyczne (nie jest sprzyjającym środowiskiem dla rozwoju drobnoustrojów). Ogranicza w ten sposób rozwój mikroorganizmów i nasilanie się procesów rozkładu zanieczyszczeń organicznych zatrzymanych przez filtr.
Dzięki tym właściwościom element filtracyjny filtra kabinowego skutecznie zatrzymuje wszelkie zanieczyszczenia o zróżnicowanych rozmiarach, jakie dostają się do wnętrza samochodu. Chroni w ten sposób płuca pasażerów i poprawia komfort podróży.
Wielkości cząstek szkodliwych substancji znajdujących się we wdychanym powietrzu.
Warstwa węgla aktywnego
Węgiel aktywny (aktywowany) to substancja składająca się głównie z węgla pierwiastkowego w formie bezpostaciowej (sadza), częściowo w postaci drobnokrystalicznego grafitu (poza węglem zawiera zwykle popiół, głównie tlenki metali alkalicznych i krzemionkę). W procesie produkcji w surowcu bazowym wytwarzane są rozgałęzione kanały - pory. W zależności od ich wielkości mówimy o makro- (>50 nm), mezo- (2-50 nm) lub mikroporach (
Model powierzchni utlenionego węgla aktywnego
Wielka powierzchnia właściwa węgla aktywnego jest wynikiem istnienia wewnętrznej struktury porowatej odziedziczonej w dużym stopniu po wyjściowym materiale organicznym, a rozwiniętej w procesie wygrzewania w wysokiej temperaturze przy ograniczonym dostępie powietrza. Większość porów to silnie adsorbujące mikropory oraz pełniące głównie rolę kanałów transportowych mezopory. Węgiel aktywny jest często modyfikowany (np. przez usunięcie popiołu lub impregnację związkami chemicznymi), aby zachowując swoje właściwości adsorpcyjne, mógł bardziej specyficznie pochłaniać określony składnik (np. metale ciężkie).
Porowata struktura węgla umożliwia skuteczną adsorbcję
Znaczenie węgla aktywnego podnosi fakt, że jest to substancja nietoksyczna (nawet przy spożyciu), tania w produkcji (otrzymywana m.in. z drewna jako węgiel drzewny oraz z wielu organicznych odpadów, np. z pestek śliwek), a jednocześnie łatwa do utylizacji po zużyciu (przez spalenie). Jeżeli adsorbowane były na przykład metale ciężkie, można je łatwo odzyskać z powstałego popiołu.
W 1771 roku szwedzki badacz Scheele odkrył zjawisko adsorpcji. Polega ono na „przytwierdzaniu” się cząsteczek do powierzchni materiału - sorbentu. Dzięki tak silnie rozwiniętej powierzchni węgiel aktywny jest znakomitym sorbentem - potrafi pochłonąć substancje w ilości blisko 20% własnej masy
Tą właściwość węgla aktywnego wykorzystano w konstrukcji filtrów kabinowych. Warstwa materiału filtracyjnego zawierającego węgiel aktywny umieszczona jest zazwyczaj jako ostatnia. Dopływa do niej powietrze pozbawione już cząstek brudu, sadzy, pyłków i bakterii. Na skutek działania chemisorpcji (cząsteczki reagujące chemicznie z powierzchnią węgla aktywnego) i działania sił van der Waalsa (fizycznego przytwierdzenia cząstki do powierzchni węgla aktywnego) z przepływającego powietrza usuwane są zanieczyszczenia w postaci gazowej jak ozon, węglowodory, związki siarki i azotu, itp.
Z punktu widzenia filtra kabinowego ważny jest sposób naniesienia węgla aktywnego do warstwy włókniny. Ważne jest, aby cząsteczki węgla były we włókninie rozproszone równomiernie i aby były w niej trwale zamocowane (nie wysypywały się z filtra).
Z tego względu w wysokiej jakości filtrach Bosch zastosowano wysokociśnieniowy natrysk węgla aktywnego. Ze względu na wyżej wymienione wymagania ma on zasadniczą przewagę nad stosowanymi w przypadku tańszych odpowiedników metodami mechanicznymi, które rozmieszczają węgiel nietrwale i nierównomiernie. W wyniku tego zakłócony jest przepływ powietrza przez filtr i miejscowy brak separacji szkodliwych gazów.
Cechy warstwy węgla aktywnego:
- Naturalny materiał z łupin orzecha kokosowego, zwęglany i rozdrabniany bez dopływu powietrza
- Tworzenie struktury gąbczastej w parze wodnej o temperaturze dochodzącej do 800°C
- Ogromna powierzchnia: 1 g węgla aktywnego ma powierzchnię wewnętrzną wynoszącą około 1000 m2
- 1 łyżeczka węgla aktywnego odpowiada powierzchni boiska piłkarskiego
