Filtereinrichtung mit Mikrowellenresonator

Vorgestellt wird eine Filtereinheit in deren Filtermaterial ein oder mehrere Mikrowellenresonatoren integriert sind, die eine Überwachung des Beladungsgrades des Filtermaterials während des Betriebs erlauben. Dadurch können Filterwechselintervalle der realen Beladung des Filters angepasst werden.

Problemstellung

Der Wirkungsgrad einer Filtereinheit hängt wesentlich von der Beladung des Filters mit herausgefilterten Inhaltsstoffen ab. Die Beladung kann auf verschiedene Weisen gemessen werden, wie zum Beispiel durch den Druckabfall über die Filtereinheit bei der Durchströmung mit einem bestimmten Volumenstrom, oder über die Massenzunahme durch herausgefilterte Inhaltsstoffe. Beide Verfahren sind komplex, bei letzterem muss zum Beispiel der laufende Prozess unterbrochen und die Filtereinheit gewogen werden. Wenn sich die tatsächliche Beladung einer Filtereinheit allerdings nicht bestimmen lässt, muss sie in der Regel nach einem gewissen Zeitintervall, zu dem eine Beladung die gewünschte Funktion infrage stellt, getauscht oder regeneriert werden. Das Fehlen einer entsprechenden Messmöglichkeit bedingt, dass oftmals Filtereinheiten getauscht werden, obwohl dies noch nicht notwendig wäre. Eine Überwachung des Beladungsgrades von Filtereinheiten im laufenden Betrieb kann deshalb helfen Kosten zu reduzieren.

Unsere Lösung

Vorgestellt wird eine Filtereinheit, mit einem oder mehreren in das Filtermaterial integrierten Mikrowellenresonatoren (Abb. 1):

Einbringen von Fremdmaterial in das elektromagnetische Feld eines Mikrowellenresonators, verschiebt die Resonanzfrequenz einer eingekoppelten Mikrowelle und erhöht zudem die Dämpfung des Resonanzkreises (Abb. 2B/C). Ist ein Mikrowellenresonator also Teil einer Filtereinheit (Abb. 1/2A), so wirkt sich das beim Herausfiltern zwischen das Leitermaterial eingebrachte Material demnach auf die in ihm angeregten Mikrowellen aus. Dies ermöglicht es einen Mikrowellenresonator, der im Filtermaterial integriert ist, zu nutzen, um Rückschlüsse auf die Beladung des Filtermaterials mit den herausgefilterten Inhaltsstoffen oder sogar deren Zusammensetzung, zu ziehen. Die Integration eines Mikrowellenresonators lässt sich dabei einfach und kostengünstig realisieren, indem das Leitermaterial in Form von leitfähigen Fasern oder dünnen Drähten (z.B. als Nahtmaterial), in das Filtermaterial eingenäht, gestickt (Abb. 2A) oder aber auch aufgedruckt oder -gespritzt werden kann. Hierdurch lassen sich solche Filtereinheiten auch weiterhin als kostengünstige Einwegprodukte herstellen.

Vorteile

  • Kostenersparnis durch angepasste Filterwechselzyklen
  • Überwachung des Beladungsgrades von Filtereinheiten im laufenden Betrieb
  • Analyse von gefilterten Stoffen
  • Hinweise auf Filterbeschädigung oder -versagen
  • Kostengünstige Herstellung möglich (z.B. als Einwegfilter)

    Anwendungsbereiche

    • Filtration von Inhaltsstoffen aus Gasen, ggf. auch Flüssigkeiten
    • nutzbar in verschiedensten Filtermaterialien wie poröser Keramik, Gewebe oder Vlies
    • Filtertechnologien für Industrieanwendungen oder Sicherheitstechnologien wie z.B.:
      • Industrieabluft
      • Arbeitsschutz
      • Feuerwehr
      • Katastrophenschutz

    Entwicklungsstand

    Simulationen wurden durchgeführt und ein Prototyp wurde aufgebaut und vermessen (Abb. 2).

    Patentsituation

    DE Patent erteilt: DE102017122809B3
    Internationale Patentanmeldung: WO2019063618A1

    Anmelder:
        Leuphana Universität Lüneburg Stiftung öffentlichen Rechts
        Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

    Weiterführende Informationen

    Aktuelle Publikation der Erfinder:
    Metal-Polymer Hybrid Embroidered Microwave Multiresonator for High-Frequency Sensing: Modelling, Simulation, and Experimental Analysis
    IEEE - 2018 48th European Microwave Conference (EuMC)
    DOI: 10.23919/EuMC.2018.8541718
    M. Schimmack, W. Taute, M. Höft

    Vorarbeiten der Erfinder:
    Modelling, Simulation and Experimental Analysis of a Metal-Polymer Hybrid Fibre Based Microstrip Resonator for High Frequency Characterisation
    Procedia Engineering 168, 2016, Pages 975 - 978
    M. Schimmack, W. Taute, M. Höft

    Kontakt

    Dr. Tilmann Götze
    Patentmanager Physik & Technik
    E-Mail: tgoetze(at)sciencebridge.de
    Tel.: +49 (0) 551 30 724 159
    Referenz: CPA-2020-Ulue
    www.sciencebridge.de

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