Master's Thesis

Principles of Filtration and Filter Testing Methods

Final Thesis 4.69 MB

Author of thesis: Bc. Jakub Sedláček

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. František Lízal, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jakub Elcner, Ph.D.

Abstract:

The thesis focuses on the principles of aerosol particle filtration and methods for testing the efficiency of air filters. The theoretical part describes the basic properties of aerosols and the main mechanisms of particle capture in filter materials. This is followed by an overview of selected standardized methods for testing air filters and a description of the basic structural characteristics of filters, with a focus on automotive cabin filters.
The experimental part deals with the testing of selected cabin filters. The measured parameters included the pressure drop during gradual filter loading with test dust and the filtration efficiency depending on particle size and air flow rate. Measurements were carried out on two commercial filters and one prototype filter. In addition, two further prototype filters were tested for pressure drop, which allowed for a broader comparison.
The results show that the commercial filters achieved more favourable pressure drop values, while the prototype filter exhibited significantly higher filtration efficiency across almost the entire measured particle size range. The comparison therefore confirms the need to consider both factors and to include filter quality as an additional parameter in the overall evaluation. Under the reference conditions, the prototype filter achieved the best overall performance, despite its significantly higher pressure drop.

Keywords:

aerosol filtration, filtration efficiency, pressure drop, cabin filter, filter loading, filter quality

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem řešení, výsledky a závěry své závěrečné práce. V návaznosti na posudky student zodpověděl dotazy oponenta. V rozpravě k DP byly položeny studentovi dále tyto otázky: Profesor Jedelský položil dotaz týkající se důvodů, proč nebyl v rámci prezentované práce realizován větší počet měření. Další dotaz byl zaměřen na graf filtrační účinnosti v závislosti na velikosti částic, konkrétně na příčiny uvedené závislosti. Student na dotazy odpověděl. Dále položil profesor Jedelský dotaz na nejistoty měření. Student v rámci diskuze na dotaz odpověděl. Doc. Fišer položil dotaz týkající se zborcení filtru, ke kterému došlo při experimentálním měření, a jeho možných příčin. Student na dotaz s pomocí odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power and Thermo-fluid Engineering (N-ETI-P)

Specialization

Environmental Engineering (TEP)

Composition of Committee

doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Bc. Jan Fišer, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Patočka, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. František Lízal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Charvát, Ph.D. (člen)

Návrh kvalitního filtru pro kabiny automobilů je komplexní úlohou, neboť je nezbytné dobře vyvážit filtrační účinnost, tlakovou ztrátu a jímavost filtru. Dosažení optimální kombinace těchto charakteristik je třeba experimentálně ověřovat a případně na základě výsledků měření upravovat skladbu či technologii výroby filtru. Diplomová práce pana Jakuba Sedláčka měla za cíl zpracovat přehled norem pro testování filtrů, odhalit jejich slabá místa a provést také samostatný experiment s vybranými vzorky filtrů.

Všechny výše zmíněné cíle pan Sedláček sice splnil, ale bohužel neměl ambici překročit minimální požadavky.  Navzdory výzvám vedoucího již neprojevil zájem provést další měření, které by výrazně zvedlo celkovou kvalitu práce, ať už co se týče rozsahu měřených veličin, nebo většího počtu opakování za účelem robustnějšího statistického zpracování dat. Také rešerše norem pro měření filtrů mohla být hlubší a mohla více využívat specializovanou vědeckou literaturu.

Na druhou stranu je třeba zmínit, že zjišťování charakteristik filtrů je časově poměrně náročné a celkový počet hodin věnovaných měření jistě dosáhl nejméně průměru ostatních studentů magisterského studia. Současně lze konstatovat, že se pan Sedláček samostatně a vědomě rozhodl o rozsahu měření a zohlednil při tom své vlastní schopnosti a časové možnosti, což ukazuje na schopnost reflexe a plánování.

Celkově konstatuji, že práce splnila zadání a z pohledu vedoucího ji hodnotím stupněm C.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání D
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita D
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Jakub Elcner, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zaměřuje na problematiku filtrace aerosolových částic. Práci lze rozdělit na tři logické celky. Teoretickou část (kap. 1-3), v rámci které jsou definovány hlavní jevy a mechanismy, které se k tématu váží, přehled standardizovaných metod určování filtrační účinnosti, převážně formulovaný v závislosti na normách a předpisech, ve kterých jsou metody definovány a lehce nesourodou kapitolu filtry, která čtenáře seznámí se základním dělením filtrů dle jejich struktury a definuje kabinové filtry, na které se práce zaměřuje. V rámci praktické části (kap 4) jsou pak zvoleny a popsány metody, pomocí kterých byly provedeny testy tří vybraných kabinových filtrů, kdy testována byla tlaková ztráta a filtrační účinnost. Poslední, třetí část, ve formě kapitoly DISKUSE pak shrnuje autorovo poznání z dosažených experimentálních výsledků a vybrané kabinové filtry hodnotí na základě parametru „kvalita filtru“. Použitou experimentální metodiku pak v závěru porovnává s normami uvedenými v teoretické části.

Práce samotná působí velice rozpačitým dojmem, a ačkoliv je z prezentovaného textu patrné, že autor musel provést poměrně náročnou literární rešerši řady norem a zároveň velké množství experimentů (desítky) za pomocí řady měřicích přístrojů, v práci samotné toto není nijak náležitě reflektováno. Teoretická část se kromě samotných norem opírá pouze o jeden hlavní zdroj, kterým je Aerosol technology od Williama C. Hindse a nijak se nesnaží o širší perspektivu, kdy mechanismy samotné jsou definovány pouze slovně, nikoliv však pomocí rovnic. Samotné zpracování přehledu norem však považuji za velmi kvalitní a hodnotné. Praktické části práce pak chybí popis jednotlivých měřicích přístrojů, kdy by byl čtenář seznámen s principem jejich fungování (v případě APS a SMPS dle mého důležité) a způsobem jejich užití. Dále by experimentální práci prováděné na jakékoliv trati prospělo její schéma, které by obsahovalo popis jednotlivých části trati a vyznačení měřicích míst. Samotné experimenty byly dle mého názoru provedeny v nejmenším možném rozsahu, kdy z práce není patrná snaha autora o řešení některých problémů (např. problém s nerovnoměrným zanášením filtrů, nebo absence měření filtrační účinnosti zaneseného filtru pro sledování vývoje jeho vlastností během zanášení). Nemluvě o nedostatku opakování některých měření a tím vznikající absence chybových úseček u naměřených hodnot. Výsledky měření (ať už tlakové ztráty, nebo filtrační účinnosti), jsou pak prezentovány ve formě zbytečně vysokého množství grafů, kdy řada z nich (obr. 16, 23, 24, 26, 27, 29, 30, 32) není nutná, neboť obsahuje informaci uvedenou v rámci jiného grafu. Celá práce působí dojmem, že autor, ačkoliv byl zjevně schopný nabýt dostatečné množství teoretických a praktických znalostí k jejímu zdárnému zpracování, vynaložil pouze minimální úsilí k dotažení výsledku do maximální možné formy, což je dle mého názoru škoda.  
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod D
Vlastní přínos a originalita E
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. 2.) Na obr. 16 je v křivce závislosti tlakové ztráty na hmotnosti zachyceného prachu v případě Prototypu patrný pokles tlakové ztráty při nárustu množství prachu na filtru. Čím může být tento pokles způsoben?
  2. 3.) V rovnici 2.1 na straně 16 uvádíte vzorec na výpočet Stokesova čísla. Uveďte, o jaký průměr částice se jedná.
  3. 1.) Vysvětlete, čím může být způsoben rozdíl v nespojitosti trendu hodnot filtrační účinnosti (obr. 25, 28, 31, 33) měřené pomocí přístrojů APS a SMPS.

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová