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Die Erfindung betrifft ein Filtersystem für eine Klimatisierungsanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie eine Klimatisierungsanlage mit einem solchen Filtersystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Filtersystem oder mit einer solchen Klimatisierungsanlage.
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In modernen Kraftfahrzeugen wird die dem Fahrzeuginnenraum aus der äußeren Umgebung zuzuführende Luft mithilfe von in einer Klimatisierungsanlage des Fahrzeugs vorhandenen Filtern gereinigt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für ein Filtersystem zum Reinigen von Luft zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundidee der Erfindung ist demnach, ein Filtersystem für eine Klimatisierungsanlage dreistufig mit einem Partikelfilter zum Ausfiltern von Grobstaub, mit einer photokatalytischen Filtereinrichtung zum Ausfiltern von Mikroorganismen sowie Schadengasen und geruchserzeugenden Substanzen und mit einem Aktivkohlefilter zum Ausfiltern der verbleibenden, von der photokatalytischen Filtereinrichtung nicht entfernten Schadgase bzw. geruchserzeugenden Substanzen aus der Luft auszustatten. Diese drei Komponenten mit unterschiedlichen Filtereigenschaften sind beim erfindungsgemäßen Filtersystem nacheinander in einem von der zu reinigenden Luft durchströmbaren Luftpfad angeordnet. Die photokatalytische Filtereinrichtung ist dabei stromab des Partikelfilters im Luftpfad angeordnet, und das Aktivkohlefilter ist stromab der photokatalytischen Filtereinrichtung angeordnet. Die zu reinigende Luft durchströmt also sukzessive das Partikelfilter, die photokatalytische Filtereinrichtung und das Aktivkohlefilter.
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Mittels des Partikelfilters - dem Fachmann auch unter der Bezeichnung „Grobstaubfilter“ bekannt - können aus der Luft Staubpartikel größeren Durchmessers entfernt werden. Wird das hier vorgestellte Filtersystem in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, um die Umgebungsluft des Fahrzeugs vor dem Einleiten in den Fahrzeuginnenraum zu reinigen, so dient das Partikelfilter primär dazu, in der Außenluft enthaltene Staub- bzw. Schmutzpartikel mit einem Partikeldurchmesser von mehr als 2,5 µm auszufiltern. Dadurch wird die dem Partikelfilter nachgeschaltete photokatalytische Filtereinrichtung vor Beschädigung durch solche Staubpartikel geschützt.
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Die photokatalytische Filtereinrichtung des Filtersystems umfasst ein photokatalytisches Material sowie ein diesem photokatalytischen Material vorgeschaltetes Feinstaubfilter. Bei der Photokatalyse wird im photokatalytischen Materialdurch Bestrahlung mit Licht eine chemische Reaktion ausgelöst, die an der Oberfläche des Materials Substanzen, insbesondere Radikale erzeugen, die wiederum auf in der Luft enthaltene Mikroorganismen sowie Schadstoffe oder Schadgase etc. zersetzend wirken. Das photokatalytische Material der Filtereinrichtung erlaubt somit die Umsetzung von Mikroorganismen und Schadgasen sowie geruchserzeugenden Substanzen zu H2O und CO2 mittels Photokatalyse. Dies gilt insbesondere für auf dem Feinstaubfilter abgeschiedene Mikroorganismen, welche vom photokatalytischen Material der photokatalytischen Filtereinrichtung eliminiert oder zumindest inaktiviert werden können. Auf diese Weise wird die Luft beim Durchströmen der photokatalytischen Filtereinrichtung von Keimen befreit. Das Feinstaubfilter der photokatalytischen Filtereinrichtung ist bevorzugt zum Ausfiltern von Staubpartikeln mit einem Durchmesser von 2,5 µm oder weniger ausgebildet. Somit können auch vom vorgeschalteten Partikelfilter nicht erfasste Staubpartikel aus der Luft ausgefiltert werden. In der Luft enthaltene und nicht schon von der photokatalytischen Filtereinrichtung eliminierte Schadengase bzw. geruchserzeugenden Substanzen können schließlich mittels des nachgeschalteten Aktivkohlefilters aus der Luft entfernt werden. Im Ergebnis wird mittels der drei Komponenten des Filtersystems eine optimierte Filterwirkung erzielt, bei welcher die zu reinigende Luft von Schmutzpartikeln unterschiedlicher Partikelgröße, von Mikroorganismen und von Schadgasen gereinigt wird.
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Ein erfindungsgemäßes Filtersystem umfasst einen entlang einer Durchströmungsrichtung von Luft durchströmbaren Luftpfad. In dem Luftpfad ist ein Partikelfilter des Filtersystems zum Abscheiden von Partikeln, insbesondere Schmutzpartikeln, aus der Luft angeordnet. In dem Luftpfad ist stromab des Partikelfilters eine als Feinstaubfilter wirkende photokatalytische Filtereinrichtung des Filtersystems angeordnet, die photokatalytisches Material umfasst. Das photokatalytische Material folgt dabei dem Wirkprinzip eines photokatalytischen Reaktors. Auf diese Weise kann die durch den Luftpfad strömende Luft von Geruchsstoffen, also von Substanzen, gereinigt werden, die einen unangenehmen Geruch hervorrufen, wenn die Luft eingeatmet wird. Zu diesen Substanzen zählen etwa Ammoniak, Trimethylamin oder Schwefelwasserstoff. Ebenso ist die photokatalytische Filtereinrichtung geeignet, die Luft zumindest teilweise von Schadgasen wie Kohlenwasserstoffen oder Stickoxiden sowie von Mikroorganismen und von Feinstaub zu befreien.
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In dem Luftpfad ist ferner stromab der photokatalytischen Filtereinrichtung ein Aktivkohlefilter des Filtersystems zum Entfernen von Schadgasen und Gerüchen aus der Luft angeordnet. Das Aktivkohlefilter kann durch eine Schicht aus oder mit Aktivkohle gebildet sein, die auf einer das Partikelfilter bildenden Filterschicht, beispielsweise aus oder mit einem Vlies, angeordnet sein kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Filtersystem einen von Luft durchströmbaren Umluftpfad auf, welcher zwischen dem Partikelfilter und der photokatalytischen Filtereinrichtung in den Luftpfad mündet. Mittels eines solchen Umluftpfads kann bei Verwendung des Filtersystems in einem Kraftfahrzeug Luft, die über den Luftpfad des Filtersystems dem Fahrzeuginnenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt wurde, wieder aus diesem ausgeleitet und zur erneuten Reinigung erneut dem Filtersystem zugeführt werden. Da die dem Fahrzeuginnenraum von außen über das Filtersystem zugeführte Luft keine erneute Grobfilterung zum Ausfiltern von Schmutzpartikeln größeren Durchmessers benötigt, ist es nicht erforderlich, den Umluftpfad stromauf des Partikelfilters wieder in den Luftpfad zu einzuleiten. Vielmehr ist es wie vorgeschlagen sinnvoll und ausreichend, dass der Umluftpfad stromab des Partikelfilters wieder in den Luftpfad mündet, sodass die durch den Umluftpfad geführte Luft mittels der photokatalytischen Filtereinrichtung und dem der photokatalytischen Filtereinrichtung nachgeschalteten Aktivkohlefilter gereinigt wird. Auf diese Weise wird der Partikelfilter des Filtersystems entlastet. Eine maximale Reinigung kann erreicht werden, wenn Luft aus dem Fahrzeuginnenraum über den Umluftpfad und daran anschließend über den Luftpfad-Abschnitt des Filtersystems mit darin angeordneter photokatalytischer Filtereinrichtung und Aktivkohlefilter zirkuliert und somit iterativ gereinigt wird.
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Besonders bevorzugt umfasst der Partikelfilter ein Filtermedium aus Filtermaterial, das zur Separation von Partikeln, insbesondere Schmutzpartikeln, mit einem Partikeldurchmesser von mehr als 2,5 µm ausgebildet ist. Somit können Schmutzpartikel größeren Durchmessers, wie sie typischerweise in der Außenluft vorhanden sind, wirksam aus der Luft vorgefiltert werden, bevor die derart vorgefilterte Luft einer weiteren Filterung mittels der photokatalytischen Filtereinrichtung und mittels des Aktivkohlefilters unterzogen wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das photokatalytische Material durch eine Beschichtung gebildet, die den Luftpfad begrenzt oder/und im Luftpfad angeordnet ist, so dass das photokatalytische Material mit der durch den Luftpfad geführten Luft wechselwirken kann. Diese Variante ist besonders einfach herzustellen und erfordert auch nur wenig Bauraum.
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Zweckmäßig kann das photokatalytische Material, insbesondere der Beschichtung, Titandioxid (TiO2) umfassen oder sein. Titandioxid ist ein Halbleiter. Auf Titandioxid treffendes Licht erzeugt im Material Elektron-Loch-Paare, wenn die Energie der Photonen des Lichts größer als die Bandlücke von Titandioxid ist. Die erzeugten Elektronen oder Löcher können im Titandioxid an die Oberfläche diffundieren und dort Radikale erzeugen, die zur Zersetzung von in der zu reinigenden Luft enthaltenen organischen Substanzen sowie Schadgasen führen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die photokatalytische Filtereinrichtung eine Lichtquelle, die zum Emittieren von Licht ausgebildet ist. Die Lichtquelle ist so in der photokatalytischen Filtereinrichtung angeordnet, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht zumindest teilweise auf das photokatalytische Material trifft, um dieses zu aktivieren. Diese Variante erlaubt eine präzise Steuerung des Filterungsvorgangs der Luft mithilfe von photokatalytischen Reaktionen.
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Besonders bevorzugt kann die Lichtquelle eine Licht emittierende Diode (LED) umfassen oder sein, die vorzugsweise zur Emission von UV-Licht, höchst vorzugsweise mit einer Wellenlänge von höchstens 400 nm, ausgebildet ist. Eine solche LED benötigt nur wenig Bauraum und kann mit hoher Effizienz Licht emittieren.
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Zweckmäßig ist die ie photokatalytische Filtereinrichtung zum Ausfiltern von Staubpartikeln mit einem Durchmesser von 2,5 µm oder weniger ausgebildet. Ein derart ausgebildetes Feinstaubfilter erlaubt es, eine hohe Abscheideleistung für Schmutzpartikel zu erzielen.
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Besonders bevorzugt kann das Aktivkohlefilter ein Aktivkohlemedium-Faltenfilter sein. Ein solches Faltenfilter erlaubt eine effektive Filtrierung von Staubpartikeln mit geringem Durchmesser aus der Luft bei nur geringem Druckverlust.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Klimatisierungsanlage zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums eines Kraftfahrzeugs, welche ein voranstehend vorgestelltes Filtersystem umfasst. Die Vorteile des voranstehend vorgestellten Filtersystems übertragen sich daher auch auf die erfindungsgemäße Klimatisierungsanlage. Die Klimatisierungsanlage kann weitere, hier nicht näher erläuterte, dem Fachmann gleichwohl bekannte und zur Temperierung der Luft erforderliche Komponenten wie etwa Wärmeübertrager, Verdampfer, Kondensator, Verdichter, Expansionseinheit und dergleichen umfassen. Der genaue technische Aufbau der Klimatisierungsanlage zum Temperieren der Luft ist dem Fachmann bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, so dass auf detailliertere Erläuterungen diesbezüglich verzichtet wird.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeuginnenraum sowie mit einem voranstehend vorgestellten Filtersystem oder/und mit einer voranstehend vorgestellten Klimatisierungsanlage. Die Vorteile des voranstehend vorgestellten Filtersystems übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Beim erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug mündet der Luftpfad des Filtersystems stromab des Aktivkohlefilters in den Fahrzeuginnenraum und kommuniziert stromauf des Partikelfilters fluidisch mit der äußeren Umgebung des Kraftfahrzeugs, so dass Außenluft aus der äußeren Umgebung in den Luftpfad des Filtersystems einströmen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kommuniziert der Umluftpfad fluidisch mit dem Fahrzeuginnenraum, so dass Luft aus dem Fahrzeuginnenraum über den Umluftpfad in den Luftpfad zurückgeführt werden kann. Dies erlaubt einen Umluftbetrieb, bei welchem die zwischen dem Filtersystem und dem Fahrzeuginnenraum zirkulierende Luft iterativ gereinigt wird.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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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.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Die einzige 1 illustriert schematisch und stark vereinfacht ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 20. Das Kraftfahrzeug 20 umfasst einen Fahrzeuginnenraum 21, welcher mittels einer Klimatisierungsanlage 23 temperiert werden kann. Die Klimatisierungsanlage 23 kann weitere in 1 nicht dargestellte und zur Temperierung der Luft erforderliche Komponenten wie etwa Wärmeübertrager, Verdampfer, Kondensator, Verdichter, Expansionseinheit und dergleichen umfassen. Das Kraftfahrzeug 20 umfasst ferner ein erfindungsgemäßes Filtersystem 1, welches ein Teil der Klimatisierungsanlage 23 sein kann. Das Filtersystem 1 umfasst einen entlang einer Durchströmungsrichtung DR von Luft L durchströmbaren Luftpfad 2. Im Luftpfad 2 kann ein in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestelltes Gebläse zum Antreiben der Luft L angeordnet sein. Im Luftpfad 2 ist ein Partikelfilter 3 zum Abscheiden von Schmutzpartikeln aus der Luft L angeordnet. Das Partikelfilter 3 umfasst ein Filtermedium 8 aus Filtermaterial 9, das zur Separation von Partikeln, insbesondere Schmutzpartikeln, mit einem Partikeldurchmesser von mehr als 2,5 µm ausgebildet ist.
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Im Luftpfad 2 des Filtersystems 1 ist stromab des Partikelfilters 3 eine als Feinstaubfilter 13 wirkende photokatalytische Filtereinrichtung 4 angeordnet, die photokatalytisches Material 5 zum Wechselwirken mit der durch den Luftpfad 2 geführten Luft L umfasst. Das photokatalytische Material 5 ist durch eine Beschichtung 10 gebildet, die den Luftpfad 2 begrenzt (in 1 nicht gezeigt) oder im Luftpfad 2 angeordnet ist, so dass das photokatalytische Material 5 mit der durch den Luftpfad 2 geführten Luft L wechselwirken und dort vorhandene Schadgase etc. zersetzen kann. Das photokatalytische Material 5 der Beschichtung 10 kann beispielsweise Titandioxid (TiO2) sein. Die Beschichtung aus photokatalytischem Material 5 kann auf einem geeigneten Träger, insbesondere einer Trägerplatte, beispielsweise aus Acrylglas (PMMA), angeordnet sein. Die als Feinstaubfilter 13 wirkende photokatalytische Filtereinrichtung 4 ist zum Ausfiltern von Staubpartikeln mit einem Durchmesser von 2,5 µm oder weniger ausgebildet. Somit können auch vom vorgeschalteten Partikelfilter 3 nicht erfasste Staubpartikel kleineren Durchmessers aus der Luft L ausgefiltert werden.
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Die photokatalytische Filtereinrichtung 4 kann eine, bevorzugt steuerbare, Lichtquelle 11 umfassen. Die Lichtquelle 11 wiederum kann wie in 1 gezeigt mehrere Licht emittierende Dioden (LED) 12 umfassen, die zur Emission von UV-Licht, beispielsweise mit einer Wellenlänge von höchstens 400 nm, ausgebildet sein können. Die Lichtquelle 11 bzw. die LED 12 sind so im oder am Luftpfad 2 angeordnet, dass das von ihnen emittierte Licht zumindest teilweise auf das photokatalytische Material 5 trifft. Somit wird das photokatalytische Material 5 durch Bestrahlung mit dem UV-Licht aktiviert. Somit wirkt dass photokatalytische Material 5 als photokatalytischer Reaktor. Auf diese Weise wird die Luft L wie gewünscht gereinigt..
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Des Weiteren ist im Luftpfad 2 stromab der photokatalytischen Filtereinrichtung 4 ein Aktivkohlefilter 6 zum Entfernen von Schadgasen und Gerüchen aus der Luft angeordnet. Das Aktivkohlefilter 6 kann durch eine Schicht aus oder mit Aktivkohle gebildet sein. Insbesondere kann das Aktivkohlefilter 6 ein Aktivkohlemedium-Faltenfilter sein.
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Wie 1 außerdem erkennen lässt, weist das Filtersystem 1 im Beispiel der 1 einen von Luft L durchströmbaren Umluftpfad 7 auf, welcher zwischen dem Partikelfilter 3 und der photokatalytische Filtereinrichtung 4 in den Luftpfad 2 mündet. Gemäß 1 mündet der Luftpfad 2 stromab des Aktivkohlefilters 6 in den Fahrzeuginnenraum 21 und kommuniziert stromauf des Partikelfilters 3 fluidisch mit der äußeren Umgebung 22 des Kraftfahrzeugs 20. Somit kann Außenluft AL aus der äußeren Umgebung 22 des Kraftfahrzeugs 20 in den Luftpfad 2 des Filtersystems 1 einströmen. Da der Umluftpfad 7 - ebenso wie der Luftpfad 2 - fluidisch mit dem Fahrzeuginnenraum 21 kommuniziert, kann Luft L aus dem Fahrzeuginnenraum 21 über den Umluftpfad 7 in den Luftpfad 2 zurückgeführt werden. Auf diese Weise kann Luft L zwischen dem Filtersystem 1 und dem Fahrzeuginnenraum 21 zirkuliert und somit iterativ gereinigt werden.
