DE102020214968A1

DE102020214968A1 - Fahrzeugklimagerät zur Konditionierung eines Luftstroms und Verwendung desselben

Info

Publication number: DE102020214968A1
Application number: DE102020214968.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Eberle; Jonathan Bloh
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-06-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugklimagerät (1) zur Konditionierung eines Luftstroms aus Luft und ggf. Störstoffen, mit einem Photokatalysereaktor (2) zur photokatalytischen Aufbereitung eines sich durch das Fahrzeugklimagerät (1) entlang eines Luftpfades (3) hindurcherstreckenden Luftstroms (4). Der Photokatalysereaktor (2) verfügt über eine Strahleranordnung (5) aus photokatalytischen Strahlungsquellen (6) zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen und einen dieser Strahleranordnung (5) zugeordneten bestrahlbaren Filter-Träger (8) zum Wechselwirken mit diesen elektromagnetischen Wellen aus einem photokatalytischen Filtermaterial (9). Der Luftpfad (3) für den Luftstrom (4) führt durch den Photokatalysereaktor (2) hindurch, wobei sich der Filter-Träger (8) durch den Luftstrom (4) erstreckt, so dass der Filter-Träger (8) durchströmbar oder durchströmt ist. Dadurch können sich am Filter-Träger (8) im Luftstrom (4) neben der Luft mitgeführte Störstoffe wie Schadstoffe, organische Schmutzpartikel, nicht organische Schmutzpartikel, Schadgase oder dergleichen am Filter-Träger (8) absetzen. Diese können durch die vorliegend als photokatalytische Selbstreinigung oder photokatalytische Abreinigung bezeichnete Wechselwirkung der elektromagnetischen Wellen mit dem Filter-Träger (8) fortwährend abgereinigt bzw. abgebaut werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugklimagerät zur Konditionierung eines Luftstroms nach dem Gegenstand des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines derartigen Fahrzeugklimageräts.
Bei Fahrzeugklimageräten kommen in der Regel Partikelfilter zum Einsatz, um Störstoffe wie Schadfeststoffe, bspw. organische Schmutzpartikel und nicht organische Schmutzpartikel, und Schadgase, bspw. Ammoniak, Trimethylamin oder Schwefelwasserstoff, aus einem durch das jeweilige Fahrzeugklimagerät durchgeführten Luftstrom zu entfernen. Die sich im Laufe des Betriebs am oder im Partikelfilter ansammelnden Störstoffe können den Luftstrom mit unangenehmen Gerüchen belasten, die weiter stromab, insb. im Fahrgastraum eines Fahrzeugs, unerwünscht sind.
Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, ein verbessertes oder zumindest eine andere Ausführungsform eines Fahrzeugklimageräts bereitzustellen. Insb. soll versucht werden, die geruchsbildenden Störstoffe innerhalb des Fahrzeugklimageräts unschädlich zu machen. Eine weitere Aufgabe besteht in der Angabe einer Verwendung für eine derartiges Fahrzeugklimagerät.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die erstgenannte Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der Beschreibung.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, ein Fahrzeugklimagerät mit einem Photokatalysereaktor auszurüsten, welcher insb. geruchsbildende Störstoffe neutralisiert.
Zu diesem Zweck wird ein Fahrzeugklimagerät zur Konditionierung eines Luftstroms vorgeschlagen, das mit einem Photokatalysereaktor zur photokatalytischen Aufbereitung eines sich durch das Fahrzeugklimagerät entlang eines Luftpfades hindurch erstreckenden Luftstroms ausgerüstet ist, wobei dem Verständnis dieser Erfindung nach der besagte Luftstrom Luft, insb. Frischluft aus der Umgebung, Umluft aus einem Fahrgastraum oder einer Mischung aus Frischluft und Umluft, und Störstoffe aufweist. Der Photokatalysereaktor hat weiterhin eine Strahleranordnung aus photokatalytischen Strahlungsquellen zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen in einem vorgegebenen oder vorgebbaren Wellenlängenbereich und einen dieser Strahleranordnung zugeordneten mittels diesen elektromagnetischen Wellen bestrahlbaren oder bestrahlten Filter-Träger zum Wechselwirken mit diesen elektromagnetischen Wellen und zum Filtrieren des Luftstroms. Der Filter-Träger besteht zweckmäßigerweise aus einem photokatalytischen Filtermaterial, welches in der Praxis auch durch einen porösen Photokatalysator gebildet werden kann. Das Filtermaterial kann die elektromagnetischen Wellen vollständig oder zumindest teilweise absorbieren und im Übrigen reflektieren. Weiterhin ist das Filtermaterial zweckmäßigerweise fluiddurchlässig, bspw. porös, gestaltet, so dass es daher vom Luftstrom durchströmt werden und eine Filtrierung bewirken kann. Weiterhin ist vorgesehen, dass sich der besagte Luftpfad für den Luftstrom insb. vollständig durch den Photokatalysereaktor hindurch erstreckt. Dabei ist der Luftstrom, vorzugsweise wenigstens zu einem Teil oder vollständig, durch den Filter-Träger hindurchgeführt, so dass der Filter-Träger vom Luftstrom durchströmbar oder durchströmt ist. Dadurch realisiert der Filter-Träger eine Wechselwirkung mit den elektromagnetischen Wellen und filtriert zugleich den Luftstrom, so dass der Filter-Träger eine Doppelfunktion erfüllt. Diese Doppelfunktion gewährleistet, dass sich im Luftstrom neben der Luft mitgeführte Störstoffe wie Schadstoffe, organische Schmutzpartikel, nicht organische Schmutzpartikel, Schadgase oder dergleichen am Filter-Träger absetzen. Durch die besagte Wechselwirkung des Filter-Trägers mit den elektromagnetischen Wellen der Strahleranordnung aus photokatalytischen Strahlungsquellen kann eine, insb. eine vollständige oder zumindest teilweise, Absorption der elektromagnetischen Wellen am Filter-Träger erfolgen, wodurch eine Bildung von reaktiven Radikalen bewirkt ist. Diese sind in der Lage, die am Filtermaterial abgesetzten Störstoffe kontinuierlich abzubauen oder zumindest umzuwandeln. Dies wird vorliegend auch als photokatalytische Selbstreinigung oder photokatalytische Abreinigung bezeichnet. Das hat den vorteilhaften Effekt, dass der Filter-Träger fortwährend abgereinigt wird, d.h. Störstoffe, insb. geruchsbildende Störstoffe und/oder Schadgase, kontinuierlich abgebaut werden, so dass der Austausch oder eine mechanische Abreinigung des Filter-Trägers entfallen kann und der Luftstrom praktisch frei von Störstoffen, insb. frei von geruchsbildenden Störstoffen ist. Ferner kann die photokatalytische Abreinigung eine antimikrobielle Wirkung haben.
Zweckmäßigerweise kann der Photokatalysereaktor ein sich entlang einer Reaktorhauptachse erstreckendes Reaktorgehäuse aufweisen, durch das der Luftpfad für den Luftstrom führt. Das Reaktorgehäuse kann einteilig oder mehrteilig und aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt sein. Infrage kommen bspw. Metalle oder Kunststoffe oder Verbundstoffe. Ferner kann das Reaktorgehäuse stromauf (bzgl. des Luftstroms) einen Lufteinlass für den Luftstrom und stromab (bzgl. des Luftstroms) einen Luftauslass für den Luftstrom aufweisen oder bilden. Dadurch können Luft und ggf. Störstoffe einenends in den Photokatalysereaktor einströmen und Luft und ggf. Störstoff-Abbaustoffe anderenends aus dem Photokatalysereaktor ausströmen. Es können natürlich auch mehrere separate Lufteinlässe und Luftauslässe vorgesehen sein. Ferner kann das Reaktorgehäuse einen Installationsraum bilden oder begrenzen, welcher zweckmäßigerweise Komponenten des Photokatalysereaktors schützend aufnimmt und trägt. Der Installationsraum kann insb. in Richtung der Reaktorhauptachse zwischen Lufteinlass und Luftauslass liegen.
Weiter zweckmäßigerweise definiert der Filter-Träger in seiner Hauptausdehnungsrichtung eine Längsachse. Es kann sich dabei um eine Symmetrielängsachse handeln, welche zentral durch den Filter-Träger läuft. Ferner ist der Filter-Träger winkelig, insb. mit einem Winkel im Bereich von größer 0° bis einschließlich 45° zur Reaktorhauptachse ausgerichtet. Der Filter-Träger kann also sozusagen verkippt im Installationsraum angeordnet sein. Dadurch kann bspw. erreicht werden, dass der Luftstrom winkelig auf den Filter-Träger trifft.
Der Filter-Träger ist weiterhin vorzugsweise zumindest abschnittsweise oder vollständig im Installationsraum, also im Inneren des Reaktorgehäuses, angeordnet. Der Filter-Träger kann dabei lose in den Installationsraum eingesteckt und randseitig berührend am Reaktorgehäuse abgestützt sein. Um den lose eingesteckten Filter-Träger am Reaktorgehäuse festzulegen, kann eine kraft- und/oder formschlüssige Fixierung vorgesehen sein, bspw. mittels einer Verschraubung oder einer Klemmung des Filter-Trägers am Reaktorgehäuse.
Weiterhin kann auch die Strahleranordnung aus photokatalytischen Strahlungsquellen vollständig im Installationsraum, also im Inneren des Reaktorgehäuses, angeordnet sein. Dadurch ist die von den photokatalytischen Strahlungsquellen emittierte und die ggf. vom Filter-Träger reflektierte elektromagnetische Strahlung auf den Installationsraum begrenzt, so dass umliegende Komponenten des Fahrzeugklimageräts nicht versehentlich bestrahlt werden.
Zweckmäßigerweise sind die photokatalytischen Strahlungsquellen jeweils als separate zusammenhängende Baueinheit ausgebildet. Dadurch können sie einzeln gehandhabt werden, was bspw. deren Ein- und ggf. Ausbau am Photokatalysereaktor begünstigt.
Die Strahlungsquellen können zweckmäßigerweise berührend an mind. einer dem Filter-Träger zugeordneten Reaktorwand des Reaktorgehäuses fixiert sein. Unter dem Begriff „Reaktorwand“ versteht der Fachmann zweckmäßigerweise eine stoffliche dreidimensionale Struktur, nicht lediglich eine zweidimensionale Fläche.
Weiterhin kann der Filter-Träger den besagten Installationsraum in einen luftauslassseitigen Reinraum, in welchem sich gefilterte und photokatalytisch gereinigte Luft und ggf. Störstoff-Abbaustoffe des Luftstroms befinden, und einen lufteinlassseitigen Rohraum, in welchem sich ungefilterte und photokatalytisch ungereinigte Luft und ggf. Störstoffe des Luftstroms befinden, unterteilen. Der Luftpfad für den Luftstrom erstreckt sich dabei ausgehend vom Lufteinlass winkelig, insb. mit einem Winkel im Bereich von größer 0° bis einschließlich 45°, bezüglich der Reaktorhauptachse durch den Installationsraum hindurch zum Luftauslass, wobei er vom Rohraum kommend durch den Filter-Träger hindurch zum Reinraum übertritt. Dadurch wird der Filter-Träger vom Luftstrom, insb. vollständig, durchströmt, wobei sich Störstoffe am Filter-Träger anreichern können.
Weiter zweckmäßigerweise hat der Filter-Träger zwei Schirmgroßflächen, welche zueinander entgegengesetzt ausgerichtet sind. Die Flächennormalen dieser Schirmgroßflächen können bevorzugt jeweils bezüglich der Längsachse des Filter-Trägers im Wesentlichen quer oder quer ausgerichtet sein. Der Fachmann erkennt, dass der Begriff „im Wesentlichen“ zweckmäßigerweise eine winkelige Verkippung um +/- 5% gegenüber der Längsachse des Filter-Trägers oder einen im Fachbereich üblichen Toleranzbereich meint. Weiterhin kann mind. einer oder jeder Schirmgroßfläche des Filter-Trägers die eine oder jeweils eine oder mind. eine besagte Reaktorwand quer bezüglich der Längsachse des Filter-Trägers oder bezüglich der Reaktorhauptachse gegenüberliegen, wobei diese eine oder jeweils eine oder mind. eine besagte Reaktorwand zweckmäßigerweise wenigstens eine photokatalytische Strahlungsquelle trägt. Dadurch können die von den photokatalytischen Strahlungsquellen bereitstellten und ausgesendeten elektromagnetischen Wellen ungehindert und geradlinig von den jeweiligen Strahlungsquellen durch den zwischen diesen Strahlungsquellen und dem Filter-Träger durchgeführten Luftstrom hindurch auf den Filter-Träger auftreffen. Jedenfalls sind die photokatalytischen Strahlungsquellen einer jeweiligen photokatalytische Strahlungsquellen tragenden Reaktorwand dadurch einer jeweiligen Schirmgroßfläche des Filter-Trägers zugewandt.
Zweckmäßigerweise ist das Reaktorgehäuse quaderförmig gestaltet. Es kann vier Reaktorseitenwände und zwei Reaktorstirnwände aufweisen, wobei sich die vier Reaktorwände jeweils quer zur Reaktorhauptachse paarweise gegenüberliegen und wobei sich die beiden Reaktorstirnwände längs zur Reaktorhauptachse gegenüberliegen. Der besagte Lufteinlass kann zumindest abschnittsweise die eine Reaktorstirnwand und zumindest abschnittsweise eine erste Reaktorseitenwand der vier Reaktorseitenwände vollständig durchsetzen, bspw. unter Ausbildung eines zusammenhängenden Einlassdurchtritts. Ferner kann der Luftauslass zumindest abschnittsweise die andere Reaktorstirnwand und zumindest abschnittsweise eine bezüglich der ersten Reaktorseitenwand quer zur Reaktorhauptachse gegenüberliegend angeordnete zweite Reaktorseitenwand der vier Reaktorwände vollständig durchsetzen, bspw. unter Ausbildung eines Auslassdurchtritts. Da der Lufteinlass und der Luftauslass jeweils nicht nur eine Reaktorstirnwand sondern auch teilweise eine Reaktorseitenwand durchsetzt, ist die jeweilige Luftdurchtrittsfläche relativ großflächig, so dass im Betrieb des Photokatalysereaktors ein entsprechend großer Luftstrom-Volumenstrom bzw. ein Luftstrom-Massestrom entlang des Luftpfads durch den Photokatalysereaktor strömen kann. Ferner können an der ersten und zweiten Reaktorseitenwand jeweils photokatalytische Strahlungsquellen fixiert sein. Man kann sich natürlich auch vorstellen, dass an allen vier Reaktorseitenwänden und/oder den Reaktorstirnwand photokatalytische Strahlungsquellen angeordnet sind, bspw. um eine noch bessere elektromagnetische Bestrahlung des Filter-Trägers mit elektromagnetischen Wellen zu erreichen. Das Reaktorgehäuse könnte statt quaderförmig auch rundzylinderförmig sein und sodann lediglich eine einzige die Strahleranordnung tragende Reaktorumfangswand aufweisen. Davon abweichende Reaktorgehäusegeometrien sind natürlich ebenfalls denkbar. Insgesamt ist dadurch eine relativ kostengünstig und mechanisch einfach herzustellende Bauform des Reaktorgehäuses für den Photokatalysereaktor des Fahrzeugklimageräts angegeben.
Weiter zweckmäßigerweise ist das Filtermaterial Fluid durchlässig gestaltet, wie bereits zuvor erwähnt wurde. Zu diesem Zweck kann es aus porösem Metall, porösem Kunststoff, porösem Verbundstoff oder Glasfasern hergestellt sein. Zumindest die besagten Glasfasern sind gegenüber den von den photokatalytischen Strahlungsquellen ausgesendeten elektromagnetischen Wellen beständig, insb. chemisch inert, wodurch eine relativ hohe Standzeit des Filter-Trägers bzw. des Photokatalysereaktors erreichbar ist. Des Weiteren können die Glasfasern die elektromagnetischen Wellen zumindest teilweise reflektieren, wodurch auch in der Tiefe des Filtermaterials eine photokatalytische Abreinigung bewerkstelligt werden kann.
Um unter Absorption von elektromagnetischen Wellen reaktive Radikale bilden zu können, wird bevorzugt, dass das Filtermaterial des Filter-Trägers ein- oder beidseitig mit photokatalytischem Material beschichtet ist, insb. mit Titandioxid (TiO₂). Um eine relativ große mit elektromagnetischen Wellen bestrahlbare Oberfläche des Filter-Trägers bereitzustellen, kann das Filtermaterial gefaltet, d.h. plissiert, sein. Zweckmäßig ist, wenn das gefaltete Filtermaterial dabei Falze hat oder wirft, welche im Wesentlichen parallel oder parallel bezüglich der Längsachse des Filter-Trägers ausgerichtet sind. Das hat insgesamt den vorteilhaften Effekt, dass der Filter-Träger mit relativ geringem Strömungswiderstand durchspült oder durchspülbar ist und gleichzeitig eine relativ große bestrahlbare Oberfläche bietet.
Weiterhin können die photokatalytischen Strahlungsquellen den Filter-Träger homogen mit elektromagnetischen Wellen bestrahlen. Man kann sich allerdings auch vorstellen, dass die photokatalytischen Strahlungsquellen mind. einen quer oder winkelig zur Längsachse des Filter-Trägers verlaufenden linienartigen Strahlungsvorhang bilden, wodurch eine lokal begrenzte Bestrahlung mittels den elektromagnetischen Wellen erfolgt. Dadurch kann an jeder Stelle des Filter-Trägers eine ausreichende photokatalytische Abreinigung erzielt werden.
Die vorstehend bereits erwähnten, jeweils als Baueinheit ausgeführten separaten photokatalytischen Strahlungsquellen der Strahleranordnung können zweckmäßigerweise in relativ großer Zahl am Photokatalysereaktor eingesetzt werden. Insb. sind die separaten photokatalytischen Strahlungsquellen der Strahleranordnung mit gegenseitigem Längs- und Querabstand längs und quer bezüglich einer Reaktorhauptachse des Photokatalysereaktors verteilt am Photokatalysereaktor angeordnet. Zweckmäßig ist es, wenn die separaten Strahlungsquellen der Strahleranordnung in mehrere Strahlergruppen gruppiert sind. Die Strahlergruppen weisen zweckmäßigerweise jeweils mind. zwei photokatalytische Strahlungsquellen auf, welche bevorzugt unmittelbar, sozusagen berührend, auf einer bezüglich der Reaktorhauptachse rechtwinklig ausgerichteten Verbindungsgeraden und jeweils mit gegenseitigem Abstand in Richtung dieser Verbindungsgeraden angeordnet sind. Die Strahlergruppen können längs entlang der Reaktorhauptachse mit gegenseitigem Abstand in Richtung der Reaktorhauptachse angeordnet sein. Dadurch wird eine homogene und insb. vollflächige Bestrahlung des Filter-Trägers erreicht.
Weiterhin können die photokatalytischen Strahlungsquellen elektromagnetische Wellen in einem, bspw. in Nanometern [nm] zu messenden, Wellenlängenbereich kleiner gleich 390 nm bereitstellen und aussenden. Das Filtermaterial, insb. das mit Titanoxid (TiO₂) beschichtete Filtermaterial, kann elektromagnetische Wellen in diesem Wellenlängenbereich relativ gut absorbieren, so dass verhältnismäßig viele reaktive Radikale gebildet werden, wodurch die photokatalytische Abreinigung im Photokatalysereaktor relativ stark ausfällt. Dadurch können zufriedenstellend hohe Abreinigungsraten, d.h. die Mengen von abgereinigten Störstoffen pro Zeiteinheit, erreicht werden.
Die besagten photokatalytischen Strahlungsquellen lassen sich relativ kostengünstig und mit im Handel erhältlichen Komponenten bereitstellen, wenn sie jeweils von einer UV-LED oder einer UV-Lampe oder einer UV-Röhre gebildet sind. Unter LEDs werden allgemein Halbleiterlichtquellen verstanden. Unter UV-LEDs werden allgemein Halbleiterlichtquellen verstanden, welche elektromagnetische Wellen im Wellenlängenbereich kleiner gleich 390 Nanometer [nm] bereitstellen und aussenden können.
Das Fahrzeugklimagerät weist neben dem Photokatalysereaktor zweckmäßigerweise noch mind. einen Partikelfilter auf, welcher bezüglich des Luftstroms stromauf vor dem Photokatalysereaktor angeordnet ist. Er kann sozusagen als Vor- oder Grobfilter dienen und im Luftstrom mitgeführte Störstoffe filtrieren. Der Filter-Träger kann dadurch insb. vor groben Schmutzpartikeln geschützt werden. Dadurch kann eine vorzeitige Verschmutzung des Photokatalysereaktors verhindert oder zumindest verringert werden.
Zur Lösung der oben genannten weiteren Aufgabe ist eine Verwendung des Fahrzeugklimageräts nach der vorangehenden Beschreibung in einem Fahrzeug vorgesehen, insb. zur Konditionierung eines Luftstroms für einen Fahrgastraum dieses Fahrzeugs. Das Fahrzeugklimagerät kann hierbei unmittelbar in das Fahrzeug integriert und mit Frischluft aus der Umgebung, Umluft aus dem Fahrgastraum oder einer Mischung aus Frischluft und Umluft beaufschlagbar sein und zum Heizen, Kühlen und Entfeuchten des zu konditionierenden Luftstroms vorgesehen sein.
Die Begriffe Filter-Träger und Filter-Strahlungsschirm können synonym verwendet werden.
Zusammenfassend bleibt festzuhalten: Die vorliegende Erfindung betrifft vorzugsweise ein Fahrzeugklimagerät zur Konditionierung eines Luftstroms aus Luft und Störstoffen, mit einem Photokatalysereaktor zur photokatalytischen Aufbereitung eines sich durch das Fahrzeugklimagerät entlang eines Luftpfades hindurcherstreckenden Luftstroms. Der Photokatalysereaktor verfügt über eine Strahleranordnung aus photokatalytischen Strahlungsquellen zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen und einen dieser Strahleranordnung zugeordneten bestrahlbaren Filter-Träger zum Wechselwirken mit diesen elektromagnetischen Wellen aus einem photokatalytischen Filtermaterial. Der Luftpfad für den Luftstrom führt durch den Photokatalysereaktor hindurch, wobei sich der Filter-Träger durch den Luftstrom erstreckt, so dass der Filter-Träger von Luft und ggf. Störstoffen durchströmbar oder durchströmt ist. Dadurch können sich am Filter-Träger im Luftstrom neben der Luft mitgeführte Störstoffe wie Schadstoffe, organische Schmutzpartikel, nicht organische Schmutzpartikel, Schadgase oder dergleichen am Filtermaterial des Filter-Trägers absetzen. Diese können durch die vorliegend als photokatalytische Selbstreinigung oder photokatalytische Abreinigung bezeichnete Wechselwirkung der elektromagnetischen Wellen mit dem Filter-Träger fortwährend abgereinigt bzw. abgebaut werden. Das hat den Vorteil, dass der Luftstrom praktisch frei von Störstoffen, insb. geruchsbildenden Störstoffen, ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines in ein Fahrzeugklimagerät eingebauten Photokatalysereaktors, wobei zur besseren Erkennbarkeit der Komponenten des Photokatalysereaktors dessen Reaktorgehäuse transparent dargestellt ist und
2 eine Seitenansicht des Photokatalysereaktors aus 1, mit Blickrichtung gemäß einem dort eingetragenen Pfeil II, wobei zur besseren Erkennbarkeit der Komponenten des Photokatalysereaktors dessen Reaktorgehäuse erneut transparent dargestellt ist.

Die beiden Zeichnungen zeigen ein im Gesamten mit der Ziffer 1 bezeichnetes Fahrzeugklimagerät, welches exemplarisch in einem Fahrzeug eingesetzt wird, um einen in einen nicht dargestellten Fahrgastraum des Fahrzeugs einleitbaren Luftstrom 4 aus Luft und ggf. Störstoffen zu konditionieren. Das Fahrzeugklimagerät 1 kann bspw. ein sogenanntes HVAC-Klimagerät zur Bereitstellung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungsfunktionen bilden (HVAC: Heating, Ventilation and Air Conditioning). Der Luftstrom 4 kann von Frischluft aus der Umgebung, Umluft aus dem Fahrgastraum des Fahrzeugs oder einer Mischung aus Frischluft und Umluft gebildet sein.
Die 1 illustriert in einer perspektivischen Ansicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines in ein Fahrzeugklimagerät 1 eingebauten Photokatalysereaktors 2, welcher zur photokatalytischen Aufbereitung des Luftstroms 4 eingesetzt wird. Zur besseren Erkennbarkeit der zahlreichen Komponenten des Photokatalysereaktors 2 ist dessen peripheres Reaktorgehäuse 13 transparent dargestellt. In der Praxis ist es bevorzugt opak gestaltet und insb. aus einem Metall, Kunststoff oder einem Verbundstoff aus Metall oder Kunststoff gefertigt.
Das Reaktorgehäuse 13 des Photokatalysereaktors 2 ist exemplarisch von zusammenhängender quaderförmiger Gestalt, was eine relativ kostengünstige und mechanisch einfach zu realisierende Gestaltungsoption für einen Photokatalysereaktors 2 darstellt. Das Reaktorgehäuse 13 dehnt sich entlang einer Reaktorhauptachse 10, entlang einer diesbezüglich rechtwinklig orientierten Reaktorbreitachse 31 und einer bezüglich der Reaktorhauptachse 10 und der Reaktorbreitachse 31 jeweils rechtwinklig orientierten Reaktorhochachse 32 aus. Das Reaktorgehäuse 13 verfügt über vier ebene Reaktorseitenwände 19, 20, 21 und zwei ebene Reaktorstirnwände 22, 23, welche randseitig aneinander festgemacht sind. Eine erste Reaktorseitenwand 19 und eine zweite Reaktorseitenwand 20 dieser vier Reaktorseitenwände 19, 20, 21 sind jeweils parallel zu einer von der Reaktorhauptachse 10 und der Reaktorbreitachse 31 aufgespannten, nicht illustrierten Ebene angeordnet und in Richtung der Reaktorhochachse 32 zueinander beabstandet. Die anderen zwei Reaktorseitenwände 21 der vier Reaktorseitenwände 19, 20, 21 sind jeweils parallel zu einer von der Reaktorhauptachse 10 und der Reaktorhochachse 32 aufgespannten, ebenfalls nicht illustrierten Ebene angeordnet und in Richtung der Reaktorbreitachse 31 zueinander beabstandet. Die Reaktorstirnwände 22, 23 sind jeweils parallel zu einer durch die Reaktorbreitachse 31 und die Reaktorhochachse 32 aufgespannten, auch nicht illustrierten Ebene angeordnet und in Richtung der Reaktorhauptachse 10 zueinander beabstandet. Weiterhin bildet oder begrenzt das Reaktorgehäuse 13, in Richtung der Reaktorhauptachse 10 zwischen den Reaktorstirnwänden 22, 23 sowie in Querrichtung zur Reaktorhauptachse 10 zwischen den Reaktorseitenwänden 19, 20, 21 einen einzigen zusammenhängenden Installationsraum 16, welcher zum Aufnehmen und zum Schutz von Komponenten des Photokatalysereaktors 2 dient. In 1 und 2 ist zu erkennen, dass die eine Reaktorstirnwand 22 einen als Lufteinlass 14 bezeichneten Einlassdurchtritt und die andere Reaktorstirnwand 23 einen als Luftauslass 15 bezeichneten Auslassdurchtritt hat. Der Lufteinlass 14 und der Luftauslass 15 durchsetzen die Reaktorstirnwand 22 und eine erste Reaktorseitenwand 19 bzw. die Reaktorstirnwand 23 und eine zweite Reaktorseitenwand 20 vollständig, so dass das Reaktorgehäuse 13 vom Luftstrom 4 entlang eines sich vom Lufteinlass 14 durch den Installationsraum 16 hindurch bis hin zum Luftauslass 15 erstreckenden Luftpfades 3 durchspülbar ist.
Wie erwähnt, dient der Photokatalysereaktor 2 zur photokatalytischen Aufbereitung des sich durch das Reaktorgehäuse 13 entlang des Luftpfades 3 hindurch erstreckenden Luftstroms 4. Zu diesem Zweck verfügt er über eine mit der Ziffer 5 bezeichnete Strahleranordnung und einen weiter unten beschriebenen Filter-Träger 8.
Die Strahleranordnung 5 ist aus einer Vielzahl von separaten photokatalytischen Strahlungsquellen 6 aufgebaut, welche jeweils zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen in einem Wellenlängenbereich von kleiner gleich 390 Nanometern [nm] ausgebildet sind. Bspw. handelt es sich bei den photokatalytischen Strahlungsquellen 6 jeweils um separate, als Baueinheit ausgebildete UV-LEDs, welche innerhalb des Installationsraums 16 von innen her an die erste Reaktorseitenwand 19 und an die zweite Reaktorseitenwand 20 angebaut sind. Bspw. haben sie dabei zueinander bezüglich der Reaktorhauptachse 10 Längsabstand 29 und/oder Querabstand 30.
Diesen photokatalytischen Strahlungsquellen 6 bzw. der Strahleranordnung 5 ist der besagte Filter-Träger 8 zugeordnet. Er besteht aus einem photokatalytischen Filtermaterial 9 und ist mittels der Strahlungsquellen 6 homogen mit elektromagnetischen Wellen bestrahlbar. Der Filter-Träger 8 hat oder definiert in seiner Hauptausdehnungsrichtung 17 exemplarisch eine Längsachse 18, welche winkelig zur Reaktorhauptachse 10 ausgerichtet ist, vgl. insb. 2. Rein exemplarisch ist zwischen der Reaktorhauptachse 10 und der Längsachse 18 ein Winkel α von 10° aufgespannt. Davon abweichende Winkel sind natürlich auch möglich. Der Filter-Träger 8 ist, mit seinen freien Rändern beidseits an den Reaktorseitenwänden 21 abgestützt, vollständig in den Installationsraum 16 eingesteckt, so dass er von den an den Reaktorseitenwänden 19, 20 angeordneten photokatalytischen Strahlungsquellen 6 großflächig und homogen bestrahlt werden kann und den Installationsraum 16 in einen luftauslassseitigen Reinraum 33 und einen lufteinlassseitigen Rohraum 34 unterteilt. Der Filter-Träger 8 hat oder definiert exemplarisch zwei Schirmgroßflächen 24, 25, welche entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind und jeweils einer der Reaktorseitenwände 19, 20, 21 quer oder winkelig bezüglich der Längsachse 18 des Filter-Trägers 8 bzw. bezüglich der Reaktorhauptachse 10 gegenüberliegen. Das besagte Filtermaterial 9 des Filter-Trägers 8 ist vorliegend aus Glasfasern hergestellt, bspw. handelt es sich um ein Glasfasergewirke. Die Glasfasern sind beidseitig mit Titandioxid (TiO₂), einem photokatalytischem Material, beschichtet. Das Filtermaterial 9 ist weiterhin gefaltet ausgeführt, wodurch die bestrahlbaren Großflächen des Filter-Trägers 8 im Vergleich zu einer nicht gefalteten Variante des Filtermaterial 9 deutlich an bestrahlbarer Fläche gewinnen. Das gefaltete Filtermaterial 9 hat oder wirft durch die Faltung eine Vielzahl von Falze 26, welche im Wesentlichen parallel oder parallel bezüglich der Längsachse 18 des Filter-Trägers 8 verlaufen. Dadurch wird erreicht, dass der Strömungswiderstand des Filter-Trägers 8 trotz der relativ großen bestrahlbaren Großflächen vergleichsweise gering ausfällt.
Der Luftpfad 3 für den Luftstrom 4 ist so durch den Photokatalysereaktor 2 hindurch geführt, dass sich der Filter-Träger 8 durch den Luftstrom 4 erstreckt, wodurch der Luftstrom 4 durch den Filter-Träger 8 hindurch geführt ist. Der Filter-Träger 8 ist mithin vom Luftstrom 4 durchströmbar oder durchströmt. Im Betrieb des Photokatalysereaktors 2 werden dadurch im Luftstrom 4 mitgeführte Störstoffe am Filter-Träger 8 ausgefiltert und abgelagert. Durch die Bestrahlung der Schirmgroßflächen 24, 25 des Filter-Trägers 8 mittels den besagten elektromagnetischen Wellen, insb. durch die Absorption dieser elektromagnetischen Wellen, wird eine photokatalytische Wechselwirkung hervorgerufen, bei der sogenannte reaktive Radikale im und/oder am Filter-Träger 8 gebildet und freigesetzt werden. Diese sind in der Lage, die im Luftstrom 4 neben der Luft mitgeführten Störstoffe sowie die sich am Filter-Träger 8 abgelagerten Störstoffe kontinuierlich abzubauen oder zumindest umzuwandeln. Dies wird vorliegend auch als photokatalytische Selbstreinigung oder photokatalytische Abreinigung bezeichnet. Das hat den vorteilhaften Effekt, dass der Luftstrom 4 sowie der Filter-Träger 8 und ggf. auch das Reaktorgehäuse 13 fortwährend gereinigt werden. Dadurch ist der aus dem Reaktorgehäuse 13 über den Reinraum 33 ausströmende Luftstrom 4 bspw. frei von geruchsbildenden Störstoffen.
Um relativ gute Ergebnisse für die photokatalytische Selbstreinigung zu erzielen, ist exemplarisch vorgesehen, an der ersten und zweiten Reaktorseitenwand 19, 20 jeweils mehrere, die Strahleranordnung 5 bildende, Strahlergruppen 27 aus jeweils einer Vielzahl von einzelnen separaten Strahlungsquellen 6 anzuordnen, vgl. 1. Die Strahlungsquellen 6 einer jeweiligen Strahlergruppe 27 sind dabei berührend auf einer bezüglich der Reaktorhauptachse 10 rechtwinklig ausgerichteten, gedachten Verbindungsgeraden 28 und jeweils mit gegenseitigem Abstand in Richtung dieser Verbindungsgeraden 28 angeordnet. Längs entlang der Reaktorhauptachse 10 sind mehrere solcher Strahlergruppen 27 verteilt, sie haben jeweils in Richtung der Reaktorhauptachse 10 Abstand zueinander.

Claims

Fahrzeugklimagerät zur Konditionierung eines Luftstroms, - mit einem Photokatalysereaktor (2) zur photokatalytischen Aufbereitung eines sich durch das Fahrzeugklimagerät (1) entlang eines Luftpfades (3) hindurcherstreckenden Luftstroms (4), welcher eine Strahleranordnung (5) aus photokatalytischen Strahlungsquellen (6) zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen und einen dieser Strahleranordnung (5) zugeordneten mittels diesen elektromagnetischen Wellen bestrahlbaren oder bestrahlten Filter-Träger (8) zum Wechselwirken mit diesen elektromagnetischen Wellen und zum Filtrieren des Luftstroms (4) aufweist, - wobei sich der Luftpfad (3) für den Luftstrom (4) durch den Photokatalysereaktor (2) hindurch erstreckt, - wobei der Luftstrom (4) durch den Filter-Träger (8) hindurch geführt ist, so dass dieser vom Luftstrom (4) durchströmbar oder durchströmt ist.
Fahrzeugklimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Photokatalysereaktor (2) ein sich entlang einer Reaktorhauptachse (10) erstreckendes Reaktorgehäuse (13) aufweist, durch das der Luftpfad (3) für den Luftstrom (4) führt, wobei das Reaktorgehäuse (13) stromauf einen Lufteinlass (14) für den Luftstrom (4) und stromab einen Luftauslass (15) für den Luftstrom (4) hat, wobei das Reaktorgehäuse (13) in Richtung der Reaktorhauptachse (10) zwischen Lufteinlass (14) und Luftauslass (15) einen Installationsraum (16) bildet oder begrenzt, - wobei der in seiner Hauptausdehnungsrichtung (17) eine Längsachse (18) definierende Filter-Träger (8) mit dieser Längsachse (18) winkelig zur Reaktorhauptachse (10) ausgerichtet im Installationsraum (16) angeordnet ist, - wobei die Strahleranordnung (5) aus photokatalytischen Strahlungsquellen (6) im Installationsraum (16) angeordnet ist.
Fahrzeugklimagerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die photokatalytischen Strahlungsquellen (6) jeweils als separate Baueinheit an mind. einer dem Filter-Träger (8) zugeordneten Reaktorwand (19, 20, 21, 22, 23) des Reaktorgehäuses (13) fixiert sind, - wobei der Filter-Träger (8) den Installationsraum (16) in einen luftauslassseitigen Reinraum (33) und einen lufteinlassseitigen Rohraum (34) unterteilt, - wobei sich der Luftpfad (3) für den Luftstrom (4) ausgehend vom Lufteinlass (14) winkelig bezüglich der Reaktorhauptachse (10) durch den Installationsraum (16) hin zum Luftauslass (15) erstreckt.
Fahrzeugklimagerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass - der Filter-Träger (8) aus einem, insb. eine relativ hohe Porosität aufweisenden, photokatalytischen Filtermaterial (9) hergestellt ist und zwei Schirmgroßflächen (24, 25) hat, welche entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind, wobei die Flächennormalen der Schirmgroßflächen (24, 25) jeweils bezüglich der Längsachse (18) des Filter-Trägers (8) im Wesentlichen quer oder quer ausgerichtet sind, - wobei jeder Schirmgroßfläche (24, 25) die eine oder jeweils eine oder mind. eine Reaktorwand (19, 20, 21, 22, 23) quer bezüglich der Längsachse (18) des Filter-Trägers (8) gegenüberliegt, - wobei die an einer Reaktorwand (19, 20, 21, 22, 23) angeordneten photokatalytischen Strahlungsquellen (6) einer jeweiligen Schirmgroßfläche (24, 25) zugewandt sind.
Fahrzeugklimagerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass - das Reaktorgehäuse (13) quaderförmig ist und vier Reaktorseitenwände (19, 20, 21) und zwei Reaktorstirnwände (22, 23) aufweist, - wobei sich die vier Reaktorwände (19, 20, 21) jeweils paarweise quer zur Reaktorhauptachse (10) gegenüberliegen, - wobei sich die beiden Reaktorstirnwände (22, 23) längs zur Reaktorhauptachse (10) gegenüberliegen, - wobei der Lufteinlass (14) zumindest abschnittsweise die eine Reaktorstirnwand (22) und eine erste Reaktorseitenwand (19) der vier Reaktorseitenwände (19, 20, 21) vollständig durchsetzt, - wobei der Luftauslass (15) zumindest abschnittsweise die andere Reaktorstirnwand (23) und zumindest abschnittsweise eine bezüglich der ersten Reaktorseitenwand (19) quer zur Reaktorhauptachse (10) gegenüberliegend angeordnete zweite Reaktorseitenwand (20) der vier Reaktorwände (19, 20, 21) vollständig durchsetzt, - wobei an der ersten und zweiten Reaktorseitenwand (19, 20) jeweils photokatalytischen Strahlungsquellen (6) fixiert sind.
Fahrzeugklimagerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Filtermaterial (9) aus porösem Metall, porösem Kunststoff, porösem Verbundstoff oder Glasfasern hergestellt ist.
Fahrzeugklimagerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Filtermaterial (9) ein- oder beidseitig mit photokatalytischem Material beschichtet ist, insb. mit Titandioxid (TiO₂).
Fahrzeugklimagerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Filtermaterial (9) gefaltet ist.
Fahrzeugklimagerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass - das gefaltete Filtermaterial (9) Falze (26) hat, die im Wesentlichen parallel oder parallel bezüglich der Längsachse (18) des Filter-Trägers (8) ausgerichtet sind.
Fahrzeugklimagerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die photokatalytischen Strahlungsquellen (6) den Filter-Träger (8) homogen mit elektromagnetischen Wellen bestrahlen.
Fahrzeugklimagerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Strahleranordnung (5) eine Vielzahl von photokatalytischen Strahlungsquellen (6) hat, die mit gegenseitigem Längs- und Querabstand (29, 30) längs und quer bezüglich einer Reaktorhauptachse (10) des Photokatalysereaktors (2) verteilt am Photokatalysereaktor (2) angeordnet sind.
Fahrzeugklimagerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Strahleranordnung (5) mehrere Strahlergruppen (27) aus jeweils mind. zwei Strahlungsquellen (6) aufweist, - wobei die mind. zwei Strahlungsquellen (6) einer Strahlergruppe (27) berührend auf einer bezüglich der Reaktorhauptachse (10) rechtwinklig ausgerichteten Verbindungsgeraden (28) und jeweils mit gegenseitigem Abstand in Richtung dieser Verbindungsgeraden (28) angeordnet sind, - wobei die mehreren Strahlergruppen (27) längs entlang der Reaktorhauptachse (10) und jeweils mit gegenseitigem Abstand in Richtung der Reaktorhauptachse (10) angeordnet sind.
Fahrzeugklimagerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die photokatalytischen Strahlungsquellen (6) elektromagnetische Wellen in einem Wellenlängenbereich kleiner gleich 390 Nanometern [nm] bereitstellen und aussenden, und/oder - dass die photokatalytischen Strahlungsquellen (6) jeweils von einer UV-LED gebildet sind.
Fahrzeugklimagerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Fahrzeugklimagerät (1) einen Partikelfilter aufweist, welcher bezüglich des Luftstroms (4) stromauf vor dem Photokatalysereaktor (2) angeordnet ist.
Verwendung eines Fahrzeugklimageräts nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem Fahrzeug, insb. zur Konditionierung eines Luftstroms für einen Fahrgastraum dieses Fahrzeugs.