DE102022213816A1

DE102022213816A1 - Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft

Info

Publication number: DE102022213816A1
Application number: DE102022213816.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dallmer; Oliver Tappe; Andrea Obtmeier; Matthias Tonn; Christian Heimermann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-12-16
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2024-06-27
Also published as: WO2024126285A1

Abstract

Um eine Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft bereitzustellen, mit welcher die Menge an adsorbierten gasförmigen Bestandteilen maximiert wird, und welche gleichzeitig eine effektive und energieeffiziente Desorption der aufgenommenen gasförmigen Bestandteile ermöglicht, wird eine Vorrichtung (100) zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft umfassend ein Gehäuse (10) mit einer Lufteintrittsseite (11) und einer Luftaustrittsseite (12) vorgeschlagen, wobei in dem Gehäuse (10) ein Sorptionsmittel (14), mindestens eine Wärmetauscherstruktur (15), und mindestens zwei parallel und unter Ausbildung eines Zwischenraums (17) beabstandet zueinander angeordnete und sich von der Lufteintrittsseite (11) zu der Luftaustrittsseite (12) erstreckende Luftführungsstrukturen (16) angeordnet sind, wobei jede der Luftführungsstrukturen (16) mindestens einen Luftzuführungskanal (18) und mindestens einen Luftabströmkanal (19) umfasst, wobei der mindestens eine Luftzuführungskanal (18) einen Luftaustrittsbereich (22) zum Austritt zugeführter Luft in den Zwischenraum (17) aufweist, wobei der mindestens eine Luftabströmkanal (19) einen Lufteintrittsbereich (23) zum Eintritt von Luft aus dem Zwischenraum (17) aufweist, wobei ferner vorgesehen ist, dass im Zwischenraum (17) ein Trennelement (25) angeordnet ist, welches den Zwischenraum (17) in einen ersten Teilraum (26) und einen zweiten Teilraum (27) unterteilt, und dass das Sorptionsmittel (14) in dem ersten Teilraum (26) und dem zweiten Teilraum (27) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft, umfassend ein Gehäuse mit einer Lufteintrittsseite und einer Luftaustrittsseite, wobei in dem Gehäuse ein Sorptionsmittel, mindestens eine Wärmetauscherstruktur, und mindestens zwei parallel und unter Ausbildung eines Zwischenraums beabstandet zueinander angeordnete und sich von der Lufteintrittsseite zu der Luftaustrittsseite erstreckende Luftführungsstrukturen angeordnet sind, wobei jede der Luftführungsstrukturen mindestens einen Luftzuführungskanal und mindestens einen Luftabströmkanal umfasst, wobei der mindestens eine Luftzuführungskanal einen Luftaustrittsbereich zum Austritt zugeführter Luft in den Zwischenraum aufweist, und wobei der mindestens eine Luftabströmkanal einen Lufteintrittsbereich zum Eintritt von Luft aus dem Zwischenraum aufweist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft.
In vielen technischen Bereichen, beispielsweise im Kraftfahrzeugbau, werden Vorrichtungen zur Entfernung von gasförmigen Bestandteilen, wie beispielsweise Feuchtigkeit oder Kohlenstoffdioxid (CO₂), aus der Luft eingesetzt. Insbesondere im Hinblick auf die Herausforderungen des anthropogenen Klimawandels besteht ein besonderer Bedarf an Vorrichtungen zur Adsorption von CO₂.
Zur Adsorption von CO₂ aus der Luft werden als Sorptionsmittel unter anderem CO₂-affine Adsorbergranulate eingesetzt. Das Adsorbergranulat wird mit CO₂ aus der Umgebungsluft mittels Durchströmen bei Umgebungstemperatur beladen. Wenn ein Sättigungszustand eintritt, wird das CO₂ aus dem Adsorbergranulat unter Wärmeeinfluss desorbiert. Der Wärmeeintrag erfolgt über einen Wärmetauscher.
Für die Aufnahme des CO₂ muss die Weglänge, den die Luft durch das Sorptionsmittel nimmt, auch Durchströmungslänge genannt, möglichst groß sein. Für die Desorption ist es jedoch vorteilhaft, wenn das Sorptionsmittel eine möglichst geringe Schichtdicke, auch Schütthöhe genannt, aufweist, damit der Wärmeeintrag schnell und gleichmäßig erfolgt.
Diese beiden Anforderungen einer möglichst großen Durchströmungslänge und einer möglichst geringen Schichtdicke oder Schütthöhe sind bei bekannten Vorrichtungen zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft nicht miteinander vereinbar.
Aus der US 2022/0193598 A2 ist eine Vorrichtung zur Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Gasstrom unter Verwendung eines Bettes aus Adsorberteilchen bekannt. Die Adsorberteilchen sind in einem Sorptionsmittelvolumen enthalten. Die Vorrichtung umfasst mindestens zwei Einlasskanäle und mindestens zwei Auslasskanäle, die gegenseitig ineinander übergehen und parallel zueinander angeordnet sind. Die Einlasskanäle und die Auslasskanäle sind abwechselnd in beiden seitlichen Ausdehnungen angeordnet, so dass das Sorptionsmittelvolumen durch den Zwischenraum begrenzt wird, der durch die benachbarten Seitenwände der Einlass- und Auslasskanäle begrenzt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft bereitzustellen, mit welcher die Menge an adsorbierten gasförmigen Bestandteilen maximiert wird, und welche gleichzeitig eine effektive und energieeffiziente Desorption der aufgenommenen gasförmigen Bestandteile ermöglicht.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft umfassend ein Gehäuse mit einer Lufteintrittsseite und einer Luftaustrittsseite vorgeschlagen, wobei in dem Gehäuse ein Sorptionsmittel, mindestens eine Wärmetauscherstruktur, und mindestens zwei parallel und unter Ausbildung eines Zwischenraums beabstandet zueinander angeordnete und sich von der Lufteintrittsseite zu der Luftaustrittsseite erstreckende Luftführungsstrukturen angeordnet sind, wobei jede der Luftführungsstrukturen mindestens einen Luftzuführungskanal und mindestens einen Luftabströmkanal umfasst, wobei der mindestens eine Luftzuführungskanal einen Luftaustrittsbereich zum Austritt zugeführter Luft in den Zwischenraum aufweist, wobei der mindestens eine Luftabströmkanal einen Lufteintrittsbereich zum Eintritt von Luft aus dem Zwischenraum aufweist, wobei ferner vorgesehen ist, dass im Zwischenraum ein Trennelement angeordnet ist, welches den Zwischenraum in einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum unterteilt, und dass das Sorptionsmittel in dem ersten Teilraum und dem zweiten Teilraum angeordnet ist.
Von den gasförmigen Bestandteilen zu reinigende Luft tritt durch die Lufteintrittsseite in das Gehäuse ein und durch die Luftaustrittsseite wieder aus dem Gehäuse aus. Hierdurch wird eine Hauptströmungsrichtung der Luft durch das Gehäuse von der Lufteintrittsseite zu der Luftaustrittsseite definiert. Die mindestens zwei Luftführungsstrukturen erstrecken sich von der Lufteintrittsseite zu der Luftaustrittsseite und verlaufen bevorzugt parallel zu der Hauptströmungsrichtung. Die zu reinigende Luft tritt in den mindestens einen Luftzuführungskanal der jeweiligen Luftführungsstruktur ein und tritt anschließend durch den Luftaustrittsbereich des Luftzuführungskanals in den Zwischenraum aus. Im Zwischenraum befindet sich das Sorptionsmittel, bei dessen Durchströmung die gasförmigen Bestandteile aus der Luft aufgenommen bzw. adsorbiert werden. Nachdem die Luft das Sorptionsmittel durchströmt hat, tritt die Luft durch den Lufteintrittsbereich in den mindestens einen Luftabströmkanal der jeweiligen Luftführungsstruktur ein und anschließend aus der Luftaustrittsseite des Gehäuses aus.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass in dem Zwischenraum ein, bevorzugt gasundurchlässiges, Trennelement angeordnet ist, welches den Zwischenraum in einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum unterteilt, und dass das Sorptionsmittel in dem ersten Teilraum und in dem zweiten Teilraum angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft kann in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft auch in anderen technischen Bereichen, insbesondere in stationären Anlagen und/oder Großanlagen, eingesetzt werden.
Das Trennelement ist bevorzugt gasundurchlässig ausgebildet, so dass kein Luftaustausch zwischen dem ersten Teilraum und dem zweiten Teilraum und keine Querströmung zwischen den parallel zueinander angeordneten Luftführungsstrukturen stattfindet. Zudem erstreckt sich das Trennelement weiter bevorzugt ebenfalls von der Lufteintrittsseite zu der Luftaustrittsseite und parallel zu der Hauptströmungsrichtung.
Es wird somit durch den mindestens einen Luftzuführungskanal der jeweiligen Luftführungsstruktur zugeführte Luft durch den mindestens einen Luftabströmkanal derselben Luftführungsstruktur wieder aus dem Gehäuse abgeleitet.
Die Durchströmungslänge, also jene Weglänge, den die Luft für die Aufnahme bzw. Adsorption des gasförmigen Bestandteils durch das Sorptionsmittel durchströmt, entspricht somit im Wesentlichen dem Abstand zwischen dem Luftaustrittsbereich des mindestens einen Luftzuführungskanals zu dem Lufteintrittsbereich des mindestens einen Luftabströmkanals der jeweiligen Luftführungsstruktur. Die Schütthöhe, also jene Schichtdichte des Sorptionsmittels, durch welche die Wärmeübertragung für die Desorption des gasförmigen Bestandteils erfolgt, ist bevorzugt durch den Abstand des Trennelements von den den Zwischenraum begrenzenden Luftführungsstrukturen gegeben. Es findet daher eine Entkopplung oder Trennung von Durchströmungslänge und Schütthöhe statt, das heißt, dass die Durchströmungslänge und die Schütthöhe unabhängig voneinander gewählt oder eingestellt werden können. Das Trennelement verhindert dabei insbesondere eine Querströmung der Luft durch das Sorptionsmittel zwischen den benachbart angeordneten Luftführungsstrukturen. Im Falle einer erfindungsgemäß nicht auftretenden Querströmung würde die dann durch den Abstand der benachbarten Luftführungsstrukturen gegebene Durchströmungslänge zugleich der zu erwärmenden Schichtdicke, also der Schütthöhe des Sorptionsmittels entsprechen. Die Unterbindung einer solchen Querströmung zwischen den Luftführungsstrukturen ermöglicht somit die Entkopplung oder Trennung von Durchströmungslänge und Schütthöhe.
Der Luftaustrittsbereich des mindestens einen Luftzuführungskanals und/oder der Lufteintrittsbereich des mindestens einen Luftabströmkanals sind bevorzugt derart ausgebildet, dass das, bevorzugt granulatförmige, Sorptionsmittel nicht in den mindestens einen Luftzuführungskanal und/oder den mindestens einen Luftabströmkanal eintreten kann. Der Lufteintrittsbereich und/oder der Luftaustrittsbereich können beispielsweise als Lochplatte oder als Gitter ausgebildet sein.
Das Sorptionsmittel kann ein Adsorbergranulat, bevorzugt ein CO₂-affines Adsorbergranulat und/oder ein wasser-affines Adsorbergranulat, sein.
Das Sorptionsmittel kann einen Kunststoff, insbesondere einen Polymer, umfassen. Bei dem Polymer kann es sich insbesondere bevorzugt um Silica oder 5A handeln.
Mit weiterem Vorteil ist der gasförmige Bestandteil CO₂. Entsprechend kann die Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft als CO₂-Adsorber ausgebildet sein. Ferner ist es auch möglich, dass der gasförmige Bestandteil Wasser in der gasförmigen Phase ist. Entsprechend kann die Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft als Lufttrockner ausgebildet sein.
Jede Luftführungsstruktur kann auch mehrere Luftzuführungskanäle und mehrere Luftabströmkanäle umfassen.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft nur genau eine Luftführungsstruktur und eine Wärmetauscherstruktur aufweist, wobei zwischen der Luftführungsstruktur und der Wärmetauscherstruktur ein Zwischenraum ausgebildet ist, wobei in dem Zwischenraum das Sorptionsmittel angeordnet ist. Auf ein Trennelement kann in diesem Fall verzichtet werden.
Bevorzugt sind mindestens drei parallel und beabstandet zueinander angeordnete Luftführungsstrukturen vorgesehen, wobei zwischen jeweils zwei der Luftführungsstrukturen ein Zwischenraum ausgebildet ist, wobei in jedem Zwischenraum je ein Trennelement angeordnet ist, welches den jeweiligen Zwischenraum in einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum unterteilt, und wobei das Sorptionsmittel jeweils in dem ersten Teilraum und in dem zweiten Teilraum angeordnet ist.
Es können insbesondere eine Vielzahl, beispielsweise vier, fünf, sechs oder mehr, Luftführungsstrukturen vorgesehen sein. Dabei sind jeweils zwei der Luftführungsstrukturen unter Ausbildung jeweils eines Zwischenraums parallel und beabstandet zueinander angeordnet. In jedem der Zwischenräume ist je ein Trennelement angeordnet, welches den jeweiligen Zwischenraum in einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum unterteilt. Mit anderen Worten ist die Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen im Wesentlichen in einer quer zur Hauptströmungsrichtung gesehenen Ausdehnung in Schichten aufgebaut, wobei auf eine erste Luftführungsstruktur ein erster Teilraum eines Zwischenraums, ein Trennelement, ein zweiter Teilraum des Zwischenraumes und dann eine zweite Luftführungsstruktur folgt. An die zweite Luftführungsstruktur schließt erneut ein erster Teilraum, ein Trennelement, ein zweiter Teilraum und eine dritte Luftführungsstruktur an. Diese Schichtung kann je nach vorgesehener Anzahl von Luftführungsstrukturen fortgesetzt werden.
Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der mindestens eine Luftzuführungskanal eine an der Lufteintrittsseite angeordnete Lufteintrittsöffnung aufweist, und dass ein an der Luftaustrittsseite angeordnetes Ende des Luftzuführungskanals geschlossen ist, und dass der mindestens eine Luftabströmkanal eine an der Luftaustrittsseite angeordnete Luftaustrittsöffnung aufweist und dass ein an der Lufteintrittsseite angeordnetes Ende des Luftabströmkanals geschlossen ist.
Wenn der Luftzuführungskanal an der Luftaustrittsseite des Gehäuses geschlossen ist, kann die in die Eintrittsöffnung eintretende und zu reinigende Luft nur durch den Luftaustrittsbereich des Luftzuführungskanals in den Zwischenraum beziehungsweise in den ersten Teilraum oder den zweiten Teilraum eintreten und muss folglich das dort angeordnete Sorptionsmittel durchströmen. Entsprechend kann die in das Sorptionsmittel eingeleitete Luft den Zwischenraum beziehungsweise den ersten Teilraum oder den zweiten Teilraum nur durch den Lufteintrittsbereich des Luftabströmkanals verlassen und muss durch die Luftaustrittsöffnung des Luftabströmkanals aus dem Gehäuse der Vorrichtung wieder austreten.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Luftführungsstrukturen plattenförmig und/oder blockförmig ausgebildet sind und bevorzugt plane und/oder ebene Seitenflächen aufweisen.
Die Luftführungsstrukturen sind dabei weiter bevorzugt in etwa quaderförmig ausgebildet. Die Luftführungsstrukturen erstrecken sich von der Lufteintrittsseite zu der Luftaustrittsseite parallel zur Hauptströmungsrichtung. Weiter bevorzugt erstrecken sich die Luftführungsstrukturen einer ersten Richtung oder Ausdehnung quer zur Hauptströmungsrichtung von einer ersten Seite, beispielsweise einer unteren Seite, des Gehäuses, zu einer zweiten Seite, beispielsweise einer oberen Seite, des Gehäuses. Hierdurch wird ein Innenraum des Gehäuses in einer zweiten Richtung oder Ausdehnung senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung und der ersten Richtung oder Ausdehnung in Bereiche aufgeteilt, sodass ein schichtartiger Aufbau der Vorrichtung ausgebildet wird.
Aufgrund der planen oder ebenen Seitenflächen der Luftströmungsstrukturen gibt es keine Taschen oder toten Bereiche innerhalb des Gehäuses, in welchen das Sorptionsmittel eingeschlossen werden kann. Hierdurch wird das Befüllen beziehungsweise Entleeren der Vorrichtung von dem Sorptionsmittel erleichtert.
Der Lufteintrittsbereich des Luftzuführungskanals und/oder der Luftaustrittsbereich des Luftabströmkanals können sich in den Seitenflächen der jeweiligen Luftführungsstruktur befinden.
Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass der mindestens eine Luftzuführungskanal und der mindestens eine Luftabströmkanal in einer Erstreckungsebene der jeweiligen Luftführungsstruktur gesehen nebeneinander angeordnet sind.
Die bevorzugt plattenförmig oder blockförmig beziehungsweise quaderförmig ausgestalteten Luftführungsstrukturen weisen eine, bevorzugt entlang der Hauptströmungsrichtung gemessene, Länge und eine, bevorzugt entlang einer quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden ersten Richtung oder Ausdehnung gemessene, Breite auf. Dabei ist eine entlang einer quer zur Hauptströmungsrichtung und quer zur ersten Richtung bzw. Ausdehnung verlaufenden zweiten Richtung oder Ausdehung gemessene Dicke der Luftführungsstrukturen wesentlich geringer als die Länge und die Breite. Die Länge und die Breite der Luftführungsstrukturen definieren eine Erstreckungsebene der jeweiligen Luftführungsstruktur. Der mindestens eine Luftzuführungskanal und der mindestens eine Luftabströmkanal sind dann bevorzugt in dieser Erstreckungsebene nebeneinander angeordnet. In dem Gehäuse sind der mindestens eine Luftzuführungskanal und der mindestens eine Luftabströmkanal der jeweiligen Luftführungsstruktur senkrecht zur Hauptströmungsrichtung gesehen nebeneinander beziehungsweise übereinander angeordnet.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass in den Luftführungsstrukturen, bevorzugt zwischen dem mindestens einen Luftzuführungskanal und dem mindestens einen Luftabströmkanal der jeweiligen Luftführungsstruktur, kein Sorptionsmittel angeordnet ist.
Somit erfolgt die Adsorption des gasförmigen Bestandteils aus der Luft ausschließlich durch das in dem Zwischenraum beziehungsweise in dem ersten Teilraum und/oder dem zweiten Teilraum angeordnete Sorptionsmittel, wodurch eine Entkopplung bzw. Trennung von Durchströmungslänge und Schütthöhe bevorteilt wird.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Luftzuführungskanal und der mindestens eine Luftabströmkanal eine gemeinsame Wand aufweisen.
Wenn eine Luftführungsstruktur mehrere Luftzuführungskanäle und mehrere Luftabströmkanäle umfasst, können die Luftzuführungskanäle und die Luftabströmkanäle abwechselnd in der Erstreckungsebene der Luftführungsstruktur nebeneinander angeordnet sein. Sind mehrere Luftzuführungskanäle und mehrere Luftabströmkanäle vorgesehen, so kann zwischen jeweils benachbarten Luftzuführungskanälen und Luftabströmkanälen eine gemeinsame Wand vorgesehen sein.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Trennelement die Wärmetauscherstruktur umfasst, und/oder dass das Trennelement die Wärmetauscherstruktur ist.
Mit anderen Worten ist die Wärmetauscherstruktur in dem Zwischenraum zwischen den Luftführungsstrukturen angeordnet. Somit kann ein Wärmeeintrag von der Wärmetauscherstruktur in das Sorptionsmittel zur Desorption der gasförmigen Bestandteile besonders effizient erfolgen.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Wärmetauscherstruktur plattenförmig und/oder blockförmig ausgebildet ist und bevorzugt plane und/oder ebene Seitenflächen aufweist.
Sind sowohl die Seitenflächen der Luftführungsstrukturen und des Trennelementes plan oder eben ausgebildet, so wird ein einfaches Befüllen beziehungsweise Entleeren des Gehäuses der Vorrichtung bevorteilt.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Trennelement eine Trennplatte ist.
Das Trennelement kann somit auch als einfache Trennplatte ausgebildet sein, das heißt insbesondere, dass das Trennelement die Wärmetauscherstruktur nicht umfasst beziehungsweise nicht die Wärmetauscherstruktur ist.
In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Wärmetauscherstruktur in die Luftführungsstruktur integriert ist.
Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Wärmetauscherstruktur mindestens einen Wärmeträgerkanal umfasst, und dass der mindestens eine Wärmeträgerkanal in der gemeinsamen Wand des mindestens einen Luftzuführungskanals und des mindestens einen Luftabströmkanals integriert angeordnet ist.
Mittels des in der gemeinsamen Wand integrierten Wärmeträgerkanals der Wärmetauscherstruktur kann somit zum einen die in den Luftzuführungskanal einströmende Luft erwärmt werden, und die so erwärmte Luft kann zur Erwärmung des Sorptionsmittels eingesetzt werden. Gleichzeitig kann über die Seitenflächen der Luftführungsstruktur Wärme direkt von dem Wärmeträgerkanal in das in dem Zwischenraum beziehungsweise dem ersten Teilraum oder dem zweiten Teilraum angeordnete Sorptionsmittel übertragen werden.
Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass der mindestens eine Wärmeträgerkanal schlangenförmig oder wellenförmig in der Luftführungsstruktur verlaufend angeordnet ist.
Der Wärmeträgerkanal liegt insbesondere bevorzugt in der Erstreckungsebene der Luftführungsstruktur. Sind mehrere Luftzuführungskanäle und/oder Luftabströmkanäle in der jeweiligen Luftführungsstruktur vorhanden, so kann vorgesehen sein, dass der Wärmeträgerkanal in einer Wand eines ersten Luftzuführungskanals verläuft und über das geschlossene Ende des ersten Luftzuführungskanals geführt ist und anschließend in der Wand zwischen dem ersten Luftzuführungskanal und einem benachbart angeordneten ersten Luftabströmkanal weiterverläuft. Anschließend kann der Wärmeträgerkanal über das geschlossene Ende des ersten Luftabströmkanals verlaufen und anschließend in einer weiteren zwischen dem ersten Luftabströmkanal und einem benachbart angeordneten zweiten Luftzuführungskanal befindlichen Wand weiterverlaufen.
Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass sich der mindestens eine Luftzuführungskanal ausgehend von der Lufteintrittsseite in Richtung der Luftaustrittsseite verjüngt, und dass sich der mindestens eine Luftabströmkanal ausgehend von der Luftaustrittsseite in Richtung der Lufteintrittsseite verjüngt.
Da durch den Luftaustrittsbereich des Luftzuführungskanals Luft in den Zwischenraum beziehungsweise den ersten Teilraum oder den zweiten Teilraum austritt, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit der in den Luftzuführungskanal eintretenden Luft in Richtung des an der Luftaustrittsseite angeordneten Endes kontinuierlich ab. Durch Verjüngung und der damit einhergehenden Verringerung des Querschnitts des Luftzuführungskanals kann auch zum an der Luftaustrittsseite gelegenen Ende des Luftzuführungskanals hin eine konstante Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet werden. Entsprechendes gilt für den Luftabström kanal.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Trennelement und/oder die Luftführungsstrukturen Leitbleche aufweisen, wobei die Leitbleche in den Zwischenraum, insbesondere in den ersten Teilraum und/oder in den zweiten Teilraum hineinragen.
Aufgrund der relativen Anordnung der Lufteintrittsbereiche beziehungsweise Luftaustrittsbereiche der Luftzuführungskanäle und Luftabströmkanäle kann es Bereiche innerhalb des Zwischenraumes beziehungsweise des ersten Teilraums und/oder des zweiten Teilraums geben, welche in einem Strömungsschatten liegen und nur geringfügig von der Luft durchströmt werden. Durch Anordnung von in den Zwischenraum beziehungsweise in den ersten Teilraum und/oder den zweiten Teilraum hineinragenden Leitblechen kann die Luftströmung vorteilhaft beeinflusst werden und beispielsweise gezielt in die Bereiche der Strömungsschatten oder von diesen weg geleitet werden.
Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe liegt in der Bereitstellung eines Kraftfahrzeuges mit einer vorbeschriebenen Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen der Luft.
Die Erfindung wird nachstehend näher anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen

1A eine erste Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft in einer Querschnittsansicht,
1B die erste Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft in einer Schnittansicht,
2A eine zweite Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft in einer Querschnittsansicht,
2B die zweite Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft in einer Schnittansicht,
3 eine Luftführungsstruktur für eine Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft, und
4 ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft.

In den Figuren werden dieselben oder einander entsprechende Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1A zeigt eine Vorrichtung 100 zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft in einer Querschnittsansicht. 1 B zeigt die Vorrichtung 100 nach 1A in einer Schnittansicht entlang der Linie A-A nach 1A.
Die Vorrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 10 mit einer Lufteintrittsseite 11 und einer Luftaustrittsseite 12 (1B). Die Lufteintrittsseite 11 und die Luftaustrittsseite 12 definieren eine Hauptströmungsrichtung 13 für die von den gasförmigen Bestandteilen zu reinigende Luft. In dem Gehäuse 10 sind ein Sorptionsmittel 14 und eine Wärmetauscherstruktur 15 angeordnet. Ferner sind in dem Gehäuse 10 mehrere Luftführungsstrukturen 16 angeordnet. Jeweils zwei der Luftführungsstrukturen 16 sind parallel und unter Ausbildung eines Zwischenraumes 17 beabstandet zueinander angeordnet und erstrecken sich von der Lufteintrittsseite 11 zu der Luftaustrittsseite 12 in etwa parallel zu der Hauptströmungsrichtung 13. Jede der Luftführungsstrukturen 16 weist mehrere Luftzuführungskanäle 18 und mehrere Luftabströmkanäle 19 auf. Die Luftzuführungskanäle 18 und Luftabströmkanäle 19 jeder Luftführungsstruktur 16 sind in einer Erstreckungsebene 20 (1B) der jeweiligen Luftführungsstruktur 16 benachbart zueinander und abwechselnd angeordnet. Durch die Anordnung der Luftzuführungskanäle 18 und Luftabströmkanäle 19 sind die Luftführungsstrukturen 16 in etwa platten- oder blockförmig ausgebildet. Die Luftführungsstrukturen 16 weisen plane beziehungsweise ebene Seitenflächen 21 auf. Die Luftzuführungskanäle 18 weisen ferner jeweils einen Luftaustrittsbereich 22 zum Austritt zugeführter Luft in den Zwischenraum 17 auf. Ebenso weist jeder der Luftabströmkanäle 19 einen Lufteintrittsbereich 23 zum Eintritt von Luft aus dem Zwischenraum 17 in den Luftabströmkanal 19 auf. Die Luftaustrittsbereiche 22 beziehungsweise Lufteintrittsbereiche sind dabei in den Seitenflächen 21 der Luftführungsstrukturen 16 angeordnet und in Form von Lochgittern 24 ausgebildet. In den Zwischenräumen 17 zwischen jeweils benachbart zueinander angeordneten Luftführungsstrukturen 16 ist jeweils ein Trennelement 25 angeordnet, welches den jeweiligen Zwischenraum 17 in einen ersten Teilraum 26 und einen zweiten Teilraum 27 unterteilt. Die Trennelemente 25 umfassen zudem auch die Wärmetauscherstrukturen 15 und insbesondere deren Wärmeträgerkanäle 28. Das Sorptionsmittel 14 ist ausschließlich in den ersten Teilräumen 26 und den zweiten Teilräumen 27 angeordnet.
Wie insbesondere in der 1B zu erkennen ist, weist jeder Luftzuführungskanal 18 eine an der Lufteintrittsseite 11 angeordnete Lufteintrittsöffnung 29 auf. An dem an der Luftaustrittsseite 12 angeordneten Ende ist der jeweilige Luftzuführungskanal 18 geschlossen. Jeder Luftabströmkanal 19 weist an der Luftaustrittsseite 12 eine Luftaustrittsöffnung 30 auf und ist an dem an der Lufteintrittsseite 11 angeordneten Ende geschlossen ausgebildet.
Die von den gasförmigen Bestandteilen zu reinigende Luft tritt durch die Lufteintrittsöffnungen 29 der Luftzuführungskanäle 18 in diese ein und anschließend durch die Luftaustrittsbereiche 22 der Luftführungskanäle 18 in den Zwischenraum 17 beziehungsweise in den ersten Teilraum 26 oder den zweiten Teilraum 27 ein. Die Luft strömt dann durch das in dem ersten Teilraum 26 beziehungsweise dem zweiten Teilraum 27 angeordnete Sorptionsmittel 14 und anschließend durch den Lufteintrittsbereich 23 eines benachbarten Luftabströmkanals 19 und tritt dann durch die Luftaustrittsöffnungen 30 an der Luftaustrittsseite 12 aus dem Gehäuse 10 der Vorrichtung 100 wieder aus. Die Strecke 31, die die Luft durch das Sorptionsmittel 14 nimmt, ist die Durchströmungslänge 32. Der Abstand 33 zwischen den Luftführungsstrukturen 16 und dem als Wärmetauscherstruktur 15 ausgebildeten Trennelement 25 wird als Schichtdicke beziehungsweise Schütthöhe 34 bezeichnet. Aufgrund der Anordnung von Luftführungsstrukturen 16 und Trennelementen 25 sind die Durchströmungslänge 32 und die Schütthöhe 34 im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet und können durch Wahl der Abstände der Luftzuführungskanäle 18 und Luftabströmkanäle 19 zueinander bzw. der Luftführungsstrukturen 16 und der Trennelemente 25 zueinander unabhängig voneinander eingestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass zum einen eine große Durchströmungslänge 32 bereitgestellt werden kann, wodurch die Vorrichtung 100 ein großes Adsorptionspotential für die gasförmigen Bestandteile der Luft aufweist, und dass zum anderen die Schütthöhe 34 minimiert werden kann, wodurch der für die Desorption der gasförmigen Bestandteile benötigte Wärmeeintrag in das Sorptionsmittel 14 mittels der Wärmetauscherstrukturen 15 effizienter und gleichmäßiger erfolgen kann. Die innerhalb einer Luftführungsstruktur 16 benachbart angeordneten Luftzuführungskanäle 18 und Luftabströmkanäle 19 weisen gemeinsame Wände 35 auf, sodass zwischen die Luftzuführungskanäle 18 und Luftabströmkanäle 19 kein Sorptionsmittel 14 eindringen kann.
2A und 2B zeigen eine weitere Vorrichtung 100 zur Adsorption gasförmiger Bestandteile der Luft. Im Gegensatz zu der Vorrichtung 100 nach den 1A und 1B ist das Trennelement 25 nicht als Wärmetauscherstruktur 15 sondern als einfache Trennplatte 36 ausgebildet. Die Wärmetauscherstrukturen 15 sind hingegen in die Luftführungsstrukturen 16 integriert, wobei die Wärmeträgerkanäle 28 in den gemeinsamen Wänden 35 der benachbarten Luftzuführungskanäle 18 und Luftabströmkanäle 19 verlaufen. Die Wärmeträgerkanäle 28 der Wärmetauscherstrukturen 15 verlaufen, wie insbesondere in 2A zu erkennen ist, schlangenförmig durch die Luftführungsstrukturen 16. An den Luftführungsstrukturen 16 sind Leitbleche 37 vorgesehen, welche in die Zwischenräume 17 beziehungsweise in die ersten Teilräume 26 und in die zweiten Teilräume 27 hineinragen. Die Leitbleche 37 dienen dazu, die Luftströmung in den ersten Teilräumen 26 und in den zweiten Teilräumen 27 zu beeinflussen, um eine möglichst homogene Durchströmung des Sorptionsmittels 14 zu gewährleisten.
3 zeigt eine Variante einer Luftführungsstruktur 16. Bei der Luftführungsstruktur 16 nach 3 verjüngen sich die Luftzuführungskanäle 18 ausgehend von der Lufteintrittsseite 11 in Richtung der Luftaustrittsseite 12. Entsprechend verjüngen sich die Luftabströmkanäle 19 ausgehend von der Luftaustrittsseite 12 in Richtung der Lufteintrittsseite 11. Hierdurch wird der kontinuierlich abnehmende beziehungsweise zunehmende Luftfluss in den Luftzuführungskanälen 18 und Luftabströmkanälen 19 ausgeglichen, sodass eine im Wesentlichen konstante Strömungsgeschwindigkeit über die gesamte Länge der Luftzuführungskanäle 18 beziehungsweise Luftabströmkanäle 19 gewährleistet werden kann.
4 zeigt ein Kraftfahrzeug 200 mit einer Vorrichtung 100 zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung
200: Kraftfahrzeug
10: Gehäuse
11: Lufteintrittsseite
12: Luftaustrittsseite
13: Hauptströmungsrichtung
14: Sorptionsmittel
15: Wärmetauscherstruktur
16: Luftführungsstruktur
17: Zwischenraum
18: Luftzuführungskanal
19: Lufttabströmkanal
20: Erstreckungsebene
21: Seitenfläche
22: Luftaustrittsbereich
23: Lufteintrittsbereich
24: Lochgitter
25: Trennelement
26: Erster Teilraum
27: Zweiter Teilraum
28: Wärmeträgerkanal
29: Lufteintrittsöffnung
30: Luftaustrittsöffnung
31: Strecke
32: Durchströmungslänge
33: Abstand
34: Schütthöhe
35: Wand
36: Trennplatte
37: Leitblech

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20220193598 A2 [0006]

Claims

Vorrichtung (100) zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft, umfassend ein Gehäuse (10) mit einer Lufteintrittsseite (11) und einer Luftaustrittsseite (12), wobei in dem Gehäuse (10) ein Sorptionsmittel (14), mindestens eine Wärmetauscherstruktur (15), und mindestens zwei parallel und unter Ausbildung eines Zwischenraums (17) beabstandet zueinander angeordnete und sich von der Lufteintrittsseite (11) zu der Luftaustrittsseite (12) erstreckende Luftführungsstrukturen (16) angeordnet sind, wobei jede der Luftführungsstrukturen (16) mindestens einen Luftzuführungskanal (18) und mindestens einen Luftabströmkanal (19) umfasst, wobei der mindestens eine Luftzuführungskanal (18) einen Luftaustrittsbereich (22) zum Austritt zugeführter Luft in den Zwischenraum (17) aufweist, wobei der mindestens eine Luftabströmkanal (19) einen Lufteintrittsbereich (23) zum Eintritt von Luft aus dem Zwischenraum (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Zwischenraum (17) ein Trennelement (25) angeordnet ist, welches den Zwischenraum (17) in einen ersten Teilraum (26) und einen zweiten Teilraum (27) unterteilt, und dass das Sorptionsmittel (14) in dem ersten Teilraum (26) und dem zweiten Teilraum (27) angeordnet ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei parallel und beabstandet zueinander angeordnete Luftführungsstrukturen (16) vorgesehen sind, wobei zwischen jeweils zwei der Luftführungsstrukturen (16) ein Zwischenraum (17) ausgebildet ist, wobei in jedem Zwischenraum (17) je ein Trennelement (25) angeordnet ist, welches den jeweiligen Zwischenraum (17) in einen ersten Teilraum (26) und einen zweiten Teilraum (27) unterteilt, und dass das Sorptionsmittel (14) jeweils in dem ersten Teilraum (26) und in dem zweiten Teilraum (27) angeordnet ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Luftzuführungskanal (18) eine an der Lufteintrittsseite (11) angeordnete Lufteintrittsöffnung (29) aufweist und dass ein an der Luftaustrittsseite (12) angeordnetes Ende des Luftzuführungskanals (18) geschlossen ist, und dass der mindestens eine Luftabströmkanal (19) eine an der Luftaustrittsseite (12) angeordnete Luftaustrittsöffnung (30) aufweist, und dass ein an der Lufteintrittsseite (11) angeordnetes Ende des Luftabströmkanals (19) geschlossen ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Luftzuführungskanal (18) und der mindestens eine Luftabströmkanal (19) in einer Erstreckungsebene (20) der jeweiligen Luftführungsstruktur (16) gesehen nebeneinander angeordnet sind, und/oder dass in den Luftführungsstrukturen (16), bevorzugt zwischen dem mindestens einen Luftzuführungskanal (18) und dem mindestens einen Luftabströmkanal (19) der jeweiligen Luftführungsstruktur (16), kein Sorptionsmittel (14) angeordnet ist, und/oder dass der mindestens eine Luftzuführungskanal (18) und der mindestens eine Luftabströmkanal (19) eine gemeinsame Wand (35) aufweisen.
Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (25) die Wärmetauscherstruktur (15) umfasst, und/oder dass das Trennelement (25) die Wärmetauscherstruktur (15) ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherstruktur (15) plattenförmig und/oder blockförmig ausgebildet ist und bevorzugt plane und/oder ebene Seitenflächen aufweist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (25) eine Trennplatte (36) ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherstruktur (15) in die Luftführungsstruktur (16) integriert ist, wobei bevorzugt die Wärmetauscherstruktur (15) mindestens einen Wärmeträgerkanal (28) umfasst, und wobei weiter bevorzugt der mindestens eine Wärmeträgerkanal (28) in der gemeinsamen Wand (35) integriert angeordnet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeträgerkanal (28) schlangenförmig oder wellenförmig in der Luftführungsstruktur (16) verlaufend angeordnet ist, und/oder dass sich der mindestens eine Luftzuführungskanal (18) ausgehend von der Lufteintrittsseite (11) in Richtung der Luftaustrittsseite (12) verjüngt, und dass sich der mindestens eine Luftabströmkanal (19) ausgehend von der Luftaustrittsseite (12) in Richtung der Lufteintrittsseite (11) verjüngt, und/oder dass das Trennelement (25) und/oder die Luftführungsstrukturen (16) Leitbleche (37) aufweisen, wobei die Leitbleche (37) in den Zwischenraum (17), insbesondere in den ersten Teilraum (26) und/oder in den zweiten Teilraum (27), hineinragen.
Kraftfahrzeug (200) umfassend eine Vorrichtung (100) zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft nach einem der Ansprüche 1 bis 9.