DE102020203314A1 - Air cleaning arrangement for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftreinigungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen von einem Luftstrom durchströmbaren Kanalabschnitt, in dem eine erste Luftreinigungseinheit (10) zur Entfernung von Partikeln aus dem Luftstrom angeordnet ist,Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Luftreinigungseinheit (10) ausgebildet ist als ein bei Betrieb von dem Luftstrom durchströmter, elektrostatischer Staubabscheider mit einer lonisationszone, in der bei Betrieb ein elektrisches Feld anliegt, sowie mit einer der lonisationszone in Strömungsrichtung nachgeschalteten Abscheidezone, in der sich bei Betrieb in der lonisationszone elektrostatisch geladene Stäube auf wenigstens einer entgegengesetzt geladenen Abscheideplatte (16) ablagern.The invention relates to an air cleaning arrangement for a motor vehicle, comprising a duct section through which an air flow can flow and in which a first air cleaning unit (10) is arranged for removing particles from the air flow ) is designed as an electrostatic dust separator through which the air flow flows during operation, with an ionization zone in which an electric field is applied during operation, and with a separation zone downstream of the ionization zone in the direction of flow, in which electrostatically charged dusts are at least deposited in the ionization zone during operation deposit an oppositely charged separating plate (16).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftreinigungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen von einem Luftstrom durchströmbaren Kanalabschnitt, in dem eine erste Luftreinigungseinheit zur Entfernung von Partikeln aus dem Luftstrom angeordnet ist.The invention relates to an air cleaning arrangement for a motor vehicle, comprising a duct section through which an air flow can flow and in which a first air cleaning unit is arranged for removing particles from the air flow.
Derartige Luftreinigungsanordnungen für Kraftfahrzeuge sind allgemein bekannt. Sie umfassen in der Regel ein Gebläse, welches einen Luftstrom durch einen typischerweise mit Luftleitelementen versehenen Kanal erzeugt, der insbesondere in Luftauslässen in der Fahrgastzelle endet. Bei dem Luftstrom kann es sich um einen Um- oder Frischluftstrom handeln, wobei regelmäßig auch Einstellmöglichkeiten für einen kombinierten Luftstrom vorhanden sind. Insbesondere im Frischluftbetrieb ist es wünschenswert, die Luft vor dem Einblasen in die Fahrgastzelle zu reinigen, um Stäube, wie beispielsweise Straßenstaub, Pollen etc., nicht ins Fahrzeuginnere gelangen zu lassen. Hierzu werden regelmäßig Filter eingesetzt, d. h. poröse Medien, die von dem Luftstrom durchströmt werden und an deren Poren die auszufilternden Stäube hängenbleiben. Um derartige Filter wirkungsvoll zu machen, müssen die Poren vergleichsweise klein sein, wodurch sich allerdings ein erheblicher Strömungswiderstand einstellt. Dies ist für die wesentlich auf Konvektion basierende Innenraumklimatisierung in Kraftfahrzeugen, die regelmäßig nach hohen Luftdurchsätzen verlangt, nachteilig. Zudem setzen sich derartige Filter schnell zu, was ihren Luftwiderstand weiter erhöht.Such air cleaning arrangements for motor vehicles are generally known. As a rule, they comprise a fan which generates an air flow through a duct which is typically provided with air guiding elements and which ends in particular in air outlets in the passenger compartment. The air flow can be a circulating or fresh air flow, with adjustment options for a combined air flow also regularly being available. In fresh air operation in particular, it is desirable to clean the air before it is blown into the passenger compartment so that dust, such as road dust, pollen, etc., does not get into the interior of the vehicle. Filters are used regularly for this, i. H. porous media through which the air stream flows and the dusts to be filtered out stick to their pores. In order to make such filters effective, the pores must be comparatively small, which, however, results in considerable flow resistance. This is disadvantageous for the interior air conditioning in motor vehicles, which is essentially based on convection and which regularly requires high air throughputs. In addition, such filters quickly clog, which further increases their air resistance.
Aus dem Bereich der Haus-, insbesondere der Küchentechnik sind sogenannte elektrostatische Abscheider bekannt, die in Dunstabzugshauben Einsatz finden. In derartigen Dunstabzügen wird Luft angesaugt und durch eine lonisationszone strömen gelassen. In der lonisationszone befindet sich eine typischerweise drahtförmig ausgebildete, auf Hochspannungpotential liegende lonisationselektrode, zwischen der und wenigstens einer benachbarten Gegenelektrode ein hohes elektrisches Feld anliegt. Die lonisationszone durchströmende Gasemoleküle werden teilweise ionisiert. Bei nachfolgenden Kollisionen mit Staubpartikeln geben sie ihre Ladung teilweise an jene ab, sodass die Staubpartikel elektrisch geladen sind. Hinter der lonisationszone durchströmt der Luftstrom eine Abscheidezone, in der nach Art eines Plattenkondensators aufgebaute Abscheideplatten zwischen sich ein weiteres elektrisches Feld erzeugen, in dem die geladenen Staubpartikel je nach ihrer Ladung auf eine der Abscheideplatten abgelenkt werden und dort anhaften. Eine derartige Dunstabzugshaube ist bekannt aus der
Ausgehend von bekannten Luftreinigungsanordnungen für Kraftfahrzeuge ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, deren Strömungswiderstand zu reduzieren, um bei reduziertem Energieaufwand für das Gebläse längere Standzeiten zu ermöglichen.Based on known air cleaning arrangements for motor vehicles, it is the object of the present invention to reduce their flow resistance in order to enable longer idle times with reduced energy consumption for the fan.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die erste Luftreinigungseinheit ausgebildet ist als ein bei Betrieb von dem Luftstrom durchströmter, elektrostatischer Staubabscheider mit einer lonisationszone, in der bei Betrieb ein elektrisches Feld anliegt, sowie mit einer der lonisationszone in Strömungsrichtung nachgeschalteten Abscheidezone, in der sich bei Betrieb in der lonisationszone elektrostatisch geladenen Stäube auf wenigstens einer entgegengesetzt geladenen Abscheideplatte ablagern.This object is achieved in connection with the features of the preamble of claim 1 in that the first air cleaning unit is designed as an electrostatic dust collector through which the air flow flows during operation, with an ionization zone in which an electric field is present during operation, and with one of the Ionization zone in the downstream separation zone in which, during operation in the ionization zone, electrostatically charged dusts are deposited on at least one oppositely charged separation plate.
Der Kerngedanke der Erfindung liegt zunächst darin, anstelle eines echten Filters als Luftreinigungseinheit einen elektrostatischen Staubabscheider einzusetzen, wie er prinzipiell vom dem technisch weit entfernten Gebiet der Haus- und Küchentechnik grundsätzlich bekannt ist.The core idea of the invention is first of all to use an electrostatic dust separator instead of a real filter as an air cleaning unit, as is basically known from the technically distant field of house and kitchen technology.
Wie bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, kann diese als elektrostatischer Staubabscheider ausgebildete, erste Luftreinigungseinheit in Strömungsrichtung einer als passiver Partikelfilter ausgebildeten, zweiten Luftreinigungseinheit vorgeschaltet sein. Dies widerspricht nicht der oben erläuterten Problemdarstellung. Vielmehr kann der Hauptteil der Stäube mittels des elektrostatischen Staubabscheiders dem Luftstrom entzogen werden, sodass sich ein nachfolgend angeordneter Filter zum einen deutlich weniger schnell zusetzt und zum anderen für spezifische Aufgaben konfektioniert sein kann, beispielsweise als Aktivkohlefilter zur Entfernung von unangenehmen Gerüchen. In jedem Fall kann der Gesamt-Strömungswiderstand der Luftreinigungsanordnung geringer ausfallen als bisher bekannt.As provided in a preferred development of the invention, this first air cleaning unit, designed as an electrostatic dust separator, can be connected upstream in the flow direction of a second air cleaning unit, designed as a passive particle filter. This does not contradict the description of the problem explained above. Rather, the main part of the dust can be withdrawn from the air flow by means of the electrostatic dust separator, so that a filter arranged below clogs significantly less quickly and can be tailored for specific tasks, for example as an activated carbon filter to remove unpleasant odors. In any case, the total flow resistance of the air cleaning arrangement can turn out to be lower than previously known.
Ein wesentlicher Grund, der den Fachmann bislang davon abhielt, die grundsätzlich bekannten elektrostatischen Staubabscheider in Kraftfahrzeugen einzusetzen, ist deren Optimierung für den statischen Einsatz. So sind die bekannten, statische Staubabscheider einsetzenden Dunstabzugshauben auf lange Betriebszeiten mit kontinuierlichem, in seiner Stärke gleichbleibendem Luftstrom ausgelegt. Diese statische Situation entspricht jedoch nicht der Problemlage im Kraftfahrzeug. Hier liegen, bedingt durch unterschiedliche Fahrtgeschwindigkeiten und stark variierende, von der Klimatisierungsautomatik vorgegebene Gebläseleistungen, stark unterschiedliche Luftstromstärken vor. Bei isolierter Übernahme bekannter elektrostatischer Staubabscheider in Kraftfahrzeuge würde also eine stark luftstromstärkenabhängige Reinigungswirkung resultieren, was nicht wünschenswert ist.An essential reason that has hitherto prevented the person skilled in the art from using the generally known electrostatic dust separators in motor vehicles is their optimization for static use. The well-known extractor hoods using static dust separators are designed for long operating times with a continuous flow of air that is constant in strength. However, this static situation does not correspond to the problem in the motor vehicle. Here, due to different driving speeds and strongly varying blower outputs specified by the automatic air conditioning, are strong different air flow rates. If known electrostatic dust separators were used in isolation in motor vehicles, a cleaning effect that is strongly dependent on the air flow rate would result, which is not desirable.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass ein mit einer Steuerungseinheit wirkverbundener Partikelmengensensor der ersten Luftreinigungseinheit in Strömungsrichtung nachgeschaltet ist und die Steuerungseinheit eingerichtet ist, das in der lonisations- und/oder Abscheidezone anliegende elektrische Feld in Abhängigkeit von dem Signal des Partikelmengensensors zu steuern. Die Elektroden- und Abscheideplatten-Abstände können dabei für einen maximalen Luftstrom optimiert ausgelegt sein. Die Effizienz der Reinigungswirkung wird durch Anpassung der in der lonisations- und/oder Abscheidezone anliegenden Spannung jeweils bedarfsgerecht angepasst. Die jeweils benötigte Reinigungseffizienz wird dabei abhängig vom jeweils aktuellen Reinigungsergebnis bestimmt.In a further development of the invention, it is therefore provided that a particle quantity sensor, which is operatively connected to a control unit, is connected downstream of the first air cleaning unit in the direction of flow and the control unit is set up to control the electrical field present in the ionization and / or separation zone as a function of the signal from the particle quantity sensor . The electrode and separator plate distances can be optimized for a maximum air flow. The efficiency of the cleaning action is adapted as required by adapting the voltage applied in the ionization and / or separation zone. The cleaning efficiency required in each case is determined depending on the current cleaning result.
Beispielsweise kann ein absoluter Reinigungsbedarf anhand der hinter der ersten Luftreinigungseinheit herrschenden Luftqualität bestimmt werden. Diese sollte oberhalb einer vorgegebenen Mindestqualität bleiben. Eine solche Mindestqualität kann beispielsweise anhand einer Partikeldichte innerhalb eines vom Partikelmengensensor beobachteten Messvolumens, welches von der partikelbelasteten Luft durchströmt wird, bestimmt werden. Die konkrete Natur des Partikelmengensensors spielt dabei keine Rolle. Rein beispielhaft seien jedoch optische, streuungsbasierte Partikeldichtesensoren als mögliche Ausführungsform genannt.For example, an absolute need for cleaning can be determined on the basis of the air quality prevailing behind the first air cleaning unit. This should remain above a specified minimum quality. Such a minimum quality can be determined, for example, on the basis of a particle density within a measurement volume observed by the particle quantity sensor, through which the particle-laden air flows. The specific nature of the particle quantity sensor does not matter. Purely by way of example, however, optical, scatter-based particle density sensors may be mentioned as a possible embodiment.
Die Steuerungseinheit kann dabei eingerichtet sein, die Stärke des elektrischen Feldes gleichsinnig zur Variation einer mittels des Partikelmengensensors gemessenen Partikelmenge zu variieren. Mit anderen Worten soll bei dieser Ausführungsform die Stärke des elektrischen Feldes erhöht werden, wenn die hinter der ersten Luftreinigungseinheit gemessene Partikelmenge steigt.The control unit can be set up to vary the strength of the electric field in the same direction as the variation of a particle amount measured by means of the particle amount sensor. In other words, in this embodiment, the strength of the electric field is to be increased when the amount of particles measured behind the first air cleaning unit increases.
Alternativ zu diesem eher absoluten Ansatz kann in der Steuerungseinheit ein eher relativer Ansatz verfolgt werden. So ist bei einer alternativen Ausführungsform vorgesehen, dass ein mit der Steuerungseinheit wirkverbundener Referenz-Partikelmengensensor der ersten Luftreinigungseinheit in Strömungsrichtung vorgeschaltet und die Steuerungseinheit eingerichtet ist, das in der lonisations- und/oder Abscheidezone anliegende elektrische Feld in Abhängigkeit von einem Differenz- oder Verhältnissignal der Partikelmengensensoren zu steuern. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuerungseinheit eingerichtet ist, die Stärke des elektrischen Feldes gleichsinnig zur Variation des Differenz- oder Verhältnissignals zu variieren. Bei diesem relativen Qualitätsbestimmungsansatz wird also die Partikelmenge vor und hinter der ersten Luftreinigungseinheit gemessen und verglichen. Hieraus ergibt sich, beispielsweise durch Differenz- oder Quotientenbildung ein Maß für die aktuelle Reinigungseffektivität. Die Steuerungseinheit ist dann derart eingerichtet, dass sie das elektrische Feld in der lonisationszone stets so nachregelt, dass eine Mindest-Reinigungseffektivität erzielt wird.As an alternative to this rather absolute approach, a more relative approach can be pursued in the control unit. In an alternative embodiment, it is provided that a reference particle quantity sensor, which is operatively connected to the control unit, is connected upstream of the first air cleaning unit in the direction of flow and the control unit is set up to generate the electrical field present in the ionization and / or separation zone as a function of a difference or ratio signal from To control particle quantity sensors. In particular, it can be provided that the control unit is set up to vary the strength of the electric field in the same direction as the variation of the difference or ratio signal. With this relative quality determination approach, the amount of particles in front of and behind the first air cleaning unit is measured and compared. This results in a measure of the current cleaning effectiveness, for example through the formation of differences or quotients. The control unit is then set up in such a way that it always readjusts the electric field in the ionization zone in such a way that a minimum cleaning effectiveness is achieved.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn in der lonisationszone eine bei Betrieb gegenüber ihrer Umgebung, repräsentiert beispielsweise durch ein geerdetes Gehäuse, spannungsbeaufschlagte, sägeblattförmige lonisationselektrode angeordnet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Elektroden den Kanalabschnitt quer durchsetzen, wobei die Sägezähne der sägeblattförmigen lonisationselektrode in Strömungsrichtung ausgerichtet sind. An den Zahnspitzen der Sägezähne einer derart geformten Elektrode bilden sich besonders hohe Felder, die der beabsichtigten Ionisation zugutekommen. Insbesondere erlaubt eine solche Formgebung insgesamt eine geringere Spannungsbeaufschlagung zur Erzielung der erforderlichen Ionisation.It has been found to be advantageous if a saw-blade-shaped ionization electrode is arranged in the ionization zone, which is acted upon by a voltage in relation to its surroundings, represented for example by a grounded housing. In particular, it can be provided that the electrodes penetrate the channel section transversely, the saw teeth of the saw-blade-shaped ionization electrode being aligned in the direction of flow. Particularly high fields are formed at the tooth tips of the saw teeth of an electrode shaped in this way, which benefit the intended ionization. In particular, such a shape allows a lower voltage application overall to achieve the required ionization.
Zur weiteren Effizienzsteigerung hat es sich als günstig erwiesen, wenn die erste Luftreinigungseinheit eine Mehrzahl parallel zueinander angeordneter lonisations- und zugeordneter Abscheidezonen aufweist. Mit einer solchen Anordnung kann insgesamt die Luftdurchtrittsöffnung vergrößert werden, ohne dass zum Aufbau ausreichend hoher elektrischer Felder übermäßig hohe Spannungen angelegt werden müssten.To further increase efficiency, it has proven to be advantageous if the first air cleaning unit has a plurality of ionization and associated separation zones arranged parallel to one another. With such an arrangement, the overall air passage opening can be enlarged without excessively high voltages having to be applied to build up sufficiently high electrical fields.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further details and advantages of the invention emerge from the following specific description and the drawings.
Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Einzelmoduls einer erfindungsgemäßen Luftreinigungseinrichtung, -
2 eine Seitenansicht des Moduls von 1 sowie -
3 eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Luftreinigungseinrichtung mit vier Modulen gemäß den1 und2 .
-
1 a perspective view of an individual module of an air cleaning device according to the invention, -
2 a side view of the module of FIG. 1 and FIG -
3 a front view of an air cleaning device according to the invention with four modules according to FIG1 and2 .
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.Identical reference symbols in the figures indicate identical or analogous elements.
Die in
Eingangsseitig weist jedes Modul
Mit den Elektroden
Die Messdaten der Partikelmengensensoren
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere ist die konkrete Art und Weise der Partikelmengenmessung in den Sensoren
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- LuftreinigungseinheitAir purification unit
- 1212th
- RichtungspfeilDirection arrow
- 1414th
- lonisationselektrodeionization electrode
- 1616
- AbscheideplatteSeparation plate
- 1818th
- SteuerungsgehäuseControl housing
- 2020th
- PartikelmengensensorParticle quantity sensor
- 2222nd
- Referenz-PartikelmengensensorReference particle quantity sensor
- 100100
- LuftreinigungsmodulAir purification module
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- DE 2146288 A [0003]DE 2146288 A [0003]
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