DE19517016A1 - Luftaufbereitungsanlage mit zumindest zwei Aktivkohle-Filtereinheiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftaufbereitungsanlage, insbesondere für einen Fahr­ zeug-Innenraum, mit zumindest zwei Aktivkohle-Filtereinheiten, von denen eine elektrisch beheizbar ist und durch einen Abluftstrom desorbiert wird, während über die andere Filtereinheit der zu behandelnde Luftstrom geführt wird. Zum Stand der Technik wird auf die DE 42 14 246 A1 oder auf die DE 35 17 105 C1 verwiesen.

Aktivkohlefilter sind im Rahmen der Luftaufbereitung für Räume, in denen sich Menschen aufhalten, besonders gut dafür geeignet, gewisse Schadstoffe aus der diesen Räumen zugeführten Frischluft auszufiltern. Derartige Aktivkohlefilter haben daher bereits auch bei Belüftungsanlagen von Fahrzeug-Innenräumen, so bei­ spielsweise von Kraftfahrzeugen, Anwendung gefunden. Jedoch sind diese be­ kannten Aktivkohlefilter üblicherweise Austauschfilter, die nach Sättigung mit Schadstoffen durch eine komplett neue Filtereinheit ersetzt werden müssen. Dieser Austausch ist zum einen kostenintensiv, zum anderen ist im Hinblick auf eine lange Standzeit ein relativ großes Filtervolumen erforderlich, welches vorzuhalten eben­ falls von Nachteil ist.

Als Abhilfemaßnahme können mehrere, beispielsweise zwei Aktivkohle-Filterein­ heiten vorgesehen sein, von denen eine im Absorptionsbetrieb arbeitet und dabei vom zu behandelnden, letztlich in den Fahrzeug-Innenraum gelangenden Luftstrom beaufschlagt wird, während die andere Filtereinheit von einem Abluftstrom unter gleichzeitiger Beheizung desorbiert wird. Dieses Prinzip ist aus der bereits genannten DE 42 14 246 A1 bekannt. In vergleichbarer Weise arbeitet das aus der DE 35 17 105 C1 bekannte Verfahren zum Entfernen von Inhaltsstoffen aus einem Gasstrom durch Absorption an Aktivkohle, bei welchem quasi mehrere Aktivkohle- Filtereinheiten in einer zylindrischen und rotierenden Trommel integriert sind. In dieser Schrift ist auch bereits vorgeschlagen, die Beheizung der Aktivkohle wäh­ rend der Desorptionsphase elektrisch durchzuführen, da dies äußerst praktikabel, zuverlässig und einfach ist.

Allerdings genügen die bekannten Luftaufbereitungsanlagen mit Aktivkohle-Fil­ tereinheiten noch nicht optimal den Anforderungen, die sich aus einem Betrieb in Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen ergeben. Eine im Hinblick auf die­ sen Anwendungsfall weiter verbesserte Luftaufbereitungsanlage aufzuzeigen, ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist in einer ersten Ausführungsform vorgesehen, daß die Filtereinheiten metallische, luftumströmte Trägerkörper aufweisen, die mit Ak­ tivkohle beschichtet sind. In einer zweiten Ausführungsform wird vorgeschlagen, die Aktivkohle-Filtereinheiten als großflächig luftumströmte, elektrisch leitfähige Trägerkörper aus Aktivkohle auszubilden. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Metallische Trägerkörper für die Aktivkohleschicht zeichnen sich durch eine beson­ ders gute Wärmeleitfähigkeit aus, was zur Folge hat, daß diese metallischen Trä­ gerkörper elektrisch besonders gut beheizbar sind. Eine wirkungsvolle Desorption, insbesondere auch in einem kurzen Zeitraum, wird hierdurch ermöglicht. So kön­ nen in einfacher Weise zwischen benachbarten Trägerkörpern und an diesen an­ liegend elektrische Heizelemente, beispielsweise in Form von PTC-Widerständen vorgesehen sein. Daneben ist es im Sinne einer Funktionsvereinigung möglich, die metallischen Trägerkörper selbst als elektrische Heizwiderstände auszubilden. Hierzu kann jede Filtereinheit durch ein Gespinst von mit Aktivkohle beschichtetem Widerstandsdraht gebildet sein.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Trägerkörper selbst vollständig aus Aktivkohle aufgebaut sein. Diese selbsttragende Struktur ist bevorzugt so geformt, daß sich eine möglichst großflächige Luftumströmung ergibt. Ein bekanntes Aktiv­ kohlematerial ist selbst elektrisch leitfähig und kann daher durch Anlegen eines elektrischen Potentials quasi als elektrischer Widerstands-Heizdraht wirken, der sich aufgrund der elektrischen Verlustleistung erwärmt. Zusätzlich kann zur Ver­ besserung der Stromleitfähigkeit vorgesehen sein, dünne Metalldrähte homogen im Aktivkohlematerial einzuarbeiten. Mit all diesen Maßnahmen kann die beladene Aktivkohle-Filtereinheit somit auf einfache Weise elektrisch erwärmt und hierdurch desorbiert werden.

Eine besonders gute Durchströmung jeder Aktivkohle-Filtereinheit - sei es in einer Ausbildung nach Anspruch 1 oder in einer solchen nach Anspruch 4 - mit dem zu behandelnden Luftstrom bzw. mit dem zu Desorptionszwecken hindurchgeführten Abluftstrom ergibt sich, wenn die Filtereinheiten aus Trägerkörpern in Form üblicher Luftheizungs-Wärmetauscherlamellen aufgebaut oder wenn die Trägerkörper der Filtereinheiten wabenartig ähnlich den Trägerkörpern von Abgaskatalysatoren für Brennkraftmaschinen ausgebildet sind. In allen Fällen können schließlich noch Lufttrocknereinheiten in eine erfindungsgemäße Luftaufbereitungsanlage einge­ baut werden, wobei jeweils eine Lufttrocknereinheit einer Aktivkohle-Filtereinheit im Desorptionsbetrieb nachgeschaltet sein kann. Dies bedeutet, daß die Lufttrock­ nereinheit im Adsorptionsbetrieb der Aktivkohle-Filtereinheit vorgeschaltet ist. Hier­ durch wird die Aktivkohle vor Feuchtigkeit geschützt und kann somit mit höherer Effizienz arbeiten, d. h. Schadstoffe speichern. Eine Luftaufbereitungsanlage mit zwei Lufttrocknereinheiten, von denen ähnlich der hier beanspruchten Luftaufbe­ reitungsanlage eine durch einen elektrisch beheizten Abluftstrom desorbiert wird, während über die andere Trocknereinheit der zu behandelnde Luftstrom geführt wird, ist im übrigen in der DE-Zeitung ATZ 97 (1995) 2, Seiten 72 bis 77 beschrie­ ben.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispie­ les. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Prinzipschnitt durch eine Luftaufbereitungsanlage mit zwei Aktiv­ kohle-Filtereinheiten sowie diesen nachgeschalteten Lufttrocknereinhei­ ten sowie

Fig. 2 die Draufsicht auf eine bevorzugte Aktivkohle-Filtereinheit.

Dabei ist der Grundaufbau der Luftaufbereitungsanlage nach Fig. 1 für einen Umlufttrockner aus dem oben genannten Artikel in der ATZ bekannt.

Demnach gelangt über einen Zuluftkanal 1 Frischluft in die Luftaufbereitungsan­ lage 2. Der Zuluftkanal 1 wird unter anderem begrenzt von einem Partikelfilter 3, welches der Zuluftstrom durchdringt und anschließend teilweise durch einen Wär­ metauscher 4 strömt. An den Wärmetauscher 4 schließt sich - abgetrennt durch Trennwände 5 - ein erster Sammelkasten 6a an, in der eine erste Leitklappe 7a angeordnet ist.

Befindet sich die erste Leitklappe 7a in der gezeigten Position, so gelangt der über den Wärmetauscher 4 in den ersten Sammelkasten 6a eintretende Luftstrom zu einer ersten Aktivkohle-Filtereinheit 11, an die sich eine erste Lufttrocknereinheit 21 anschließt. Nach Durchströmen der ersten Aktivkohle-Filtereinheit 11 sowie der ersten Lufttrocknereinheit 21 gelangt aufgrund der Stellung der zweiten Leitklappe 7b im zweiten Sammelraum 6b der Luftstrom als Abluftstrom 8 über eine Abluftöff­ nung 9 in die Umgebung.

Spiegelbildlich zum ersten Sammelraum 6a befindet sich auf der dem Sammel­ raum 6b gegenüberliegenden Seite ein dritter Sammelraum 6c, in dem eine dritte Leitklappe 7c vorgesehen ist. Dabei ist zwischen dem dritten Sammelraum 6c so­ wie dem ersten Sammelraum 6a eine zweite Aktivkohle-Filtereinheit 12 sowie da­ neben eine zweite Lufttrocknereinheit 22 angeordnet, vergleichbar der ersten Fil­ tereinheit 11 sowie der ersten Trocknereinheit 21 zwischen den beiden Sammel­ räumen 6a, 6b. Somit kann aufgrund der gezeigten Stellung der dritten Leitklappe 7c ein Teil des den Partikelfilter 3 durchdringenden Zuluftstromes gemäß den ge­ zeigten Pfeilen die zweite Lufttrocknereinheit 22 sowie die zweite Aktivkohle-Fil­ tereinheit 12 durchdringen und dann über einen Austrittskanal 10 als zu behan­ delnder Luftstrom 13 in den nicht gezeigten Innenraum beispielsweise eines Per­ sonenkraftwagens gelangen.

Nicht figürlich dargestellt ist die Situation, wenn sämtliche Leitklappen 7a, 7b, 7c ihre andere Position einnehmen, d. h. jeweils mit ihrem oberen Ende rechtsseitig zur Anlage kommen und mit ihrem unteren Ende linksseitig an den entsprechen­ den Wänden anschlagen. Dann gelangt der durch den Wärmetauscher 4 hindurch­ tretende Luftstrom zur zweiten Aktivkohle-Filtereinheit 12 und durchdringt an­ schließend die zweite Lufttrocknereinheit 22, um anschließend daran über die Ab­ luftöffnung 9 im dritten Sammelraum 6c in die Umgebung zu gelangen. Hingegen gelangt der am Wärmetauscher 4 vorbeistreichende Luftstromanteil bei der ande­ ren figürlich nicht dargestellten Stellung der Leitklappen 7a, 7b, 7c in den zweiten Sammelraum 6b, um von hier aus zunächst die erste Lufttrocknereinheit 21 und anschließend daran die erste Aktivkohle-Filtereinheit 11 zu durchdringen und da­ nach über den Austrittskanal 10 als zu behandelnder Luftstrom 13 in den Fahr­ zeug-Innenraum zu gelangen. Mit der in Fig. 1 dargestellten und soeben be­ schriebenen Luftaufbereitungsanlage kann der zu behandelnde Luftstrom 13 somit entweder über die erste Baueinheit aus einer Aktivkohle-Filtereinheit 11 sowie einer Lufttrocknereinheit 21 oder über die zweite Baueinheit aus einer Aktivkohle- Filtereinheit 12 sowie der Lufttrocknereinheit 22 geleitet werden. Gelangt der zu behandelnde Luftstrom 13 - wie figürlich dargestellt - über die zweite Lufttrock­ nereinheit 22 und anschließend daran über die zweite Aktivkohle-Filtereinheit 12, so wird der Luftstrom zunächst getrocknet und anschließend von wichtigen Schadstoffen gereinigt. Die beiden Einheiten 12, 22 arbeiten dann im Adsorptions­ betrieb. Gleichzeitig können die beiden anderen Einheiten, nämlich die erste Aktiv­ kohle-Filtereinheit 11 sowie die erster Lufttrocknereinheit 21 desorbiert werden. Dies geschieht durch Wärmezufuhr unter Zuhilfenahme des Abluftstromes 8. Ein Teil der nötigen Wärme wird diesem dabei im Wärmetauscher 4 zugeführt, eine weitere Erwärmung erfolgt in der Aktivkohle-Filtereinheit 11, die elektrisch beheiz­ bar ist. Selbstverständlich ist auch die zweite Aktivkohle-Filtereinheit 12 elektrisch beheizbar, jedoch wird diese Beheizung nur dann aktiviert, wenn diese zweite Ak­ tivkohle-Filtereinheit 12 bei umgekehrter Stellung der Leitklappen 7a, 7c im Desorptionsbetrieb arbeitet.

Eine bevorzugte Ausbildung der elektrisch beheizbaren Aktivkohle-Filtereinheiten 11 bzw. 12 ist in Fig. 2 dargestellt und wird im folgenden erläutert:
Im wesentlichen besteht die Aktivkohle-Filtereinheit 11 bzw. 12 aus mehreren luftumströmten Trägerkörpern 30, die mit Aktivkohle beschichtet sind. Diese luftumströmten Trägerkörper 30 sind dabei in Form üblicher Luftheizungs-Wärme­ tauscherlamellen aufgebaut, d. h. sie weisen zur Vergrößerung der aktiven, mit Aktivkohle beschichteten Oberfläche eine Waben- oder Netzstruktur auf. Zwischen den einzelnen Wärmetauscherlamellen bzw. zwischen einander benachbarten Trägerkörpern 30 sind an diesen anliegend elektrische Heizelemente 31 in Form von PTC-Heizelementen vorgesehen. Wird an diese elektrischen Heizelemente 31 über die Stromanschlüsse 32 ein elektrisches Potential angelegt, so geben die Heizelemente 31 schnell und wirkungsgradoptimal Wärme an die Trägerkörper 30 ab, die sich wegen ihrer metallischen Grundstruktur ebenso effektiv und schnell erwärmen. Eine wirkungsvolle Desorption ist die Folge, wobei - wie bereits in Ver­ bindung mit Fig. 1 erläutert wurde - der Abluftstrom 8 nicht nur die in der voran­ gegangenen Adsorptionsphase von der Aktivkohle aufgenommenen Schadstoffe aufnimmt, sondern anschließend noch genügend Restwärme besitzt, um die stromab der Aktivkohle-Filtereinheit 11 bzw. 12 liegende Lufttrocknereinheit 21 bzw. 22 zu desorbieren.

In Fig. 2 erkennt man weiterhin den kompakten Aufbau der Aktivkohle-Filterein­ heit 11, 12. Demnach sind die wärmetauscherlamellenartigen Trägerkörper 30 ne­ beneinander angeordnet in einem Gehäuse 33 integriert, das endseitig aus Ein­ baugründen mit einem Silikonmantel 34 versehen ist. Dabei können - wie wie­ derum Fig. 1 zeigt - die Aktivkohle-Filtereinheiten 11, 12 beispielsweise über die­ sen Silikonmantel 34 mit den zugeordneten Luftrocknereinheiten 21 bzw. 22 bau­ lich zusammengefaßt sein, da dann eine optimale Nutzung der Wärme des Ab­ luftstroms 8 während der Desorptionsphase gegeben ist. Zusätzlich wird hierbei die jeweilige Lufttrocknereinheit 21 bzw. 22 von der Strahlungsabwärme der zugeord­ neten Aktivkohle-Filtereinheit 11, 12 beaufschlagt. In diesem Sinne, aber auch aus strömungsdynamischen Gründen, können die Durchströmquerschnittsflächen der Aktivkohle-Filtereinheiten 11 bzw. 12 sowie der Lufttrocknereinheiten 21 bzw. 22 aneinander angepaßt sein. Jedoch kann dies sowie weitere Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestal­ tet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (9)

1. Luftaufbereitungsanlage, insbesondere für einen Fahrzeug-Innenraum, mit zumindest zwei Aktivkohle-Filtereinheiten (11, 12), von denen eine elektrisch beheizbar ist und durch einen Abluftstrom (8) desorbiert wird, während über die andere Filtereinheit (11 oder 12) der zu behandelnde Luftstrom (13) ge­ führt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle-Filtereinheiten (11, 12) metalli­ sche, luftumströmte Trägerkörper (30) aufweisen, die mit Aktivkohle be­ schichtet sind.

2. Luftaufbereitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Trägerkörper (30) als elek­ trische Heizwiderstände ausgebildet sind.

3. Luftaufbereitungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Trägerkörpern (30) an diesen anliegend elektrische Heizelemente (31) vorgesehen sind.

4. Luftaufbereitungsanlage, insbesondere für einen Fahrzeug-Innenraum, mit zumindest zwei Aktivkohle-Filtereinheiten (11, 12), von denen eine elektrisch beheizbar ist und durch einen Abluftstrom (8) desorbiert wird, während über die andere Filtereinheit (11 oder 12) der zu behandelnde Luftstrom (13) ge­ führt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle-Filtereinheiten als großflächig luftumströmte, elektrisch leitfähige Trägerkörper aus Aktivkohle ausgebildet sind.

5. Luftaufbereitungsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheiten (11, 12) aus Trägerkörpern (30) in Form üblicher Luftheizungs-Wärmetauscherlamellen aufgebaut sind.

6. Luftaufbereitungsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper der Filtereinheiten (11, 12) wabenartig ähnlich den Trägerkörpern von Abgaskatalysatoren für Brenn­ kraftmaschinen ausgebildet sind.

7. Luftaufbereitungsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper (30) durch ein Gespinst von mit Aktivkohle beschichtetem Widerstandsdraht gebildet sind.

8. Luftaufbereitungsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche sowie mit zumindest zwei Lufttrocknereinheiten (21, 22), von denen eine durch einen warmen Abluftstrom (8) desorbiert wird, während über die andere Luft­ trocknereinheit (21 oder 22) der zu behandelnde Luftstrom (13) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle-Filtereinheiten (11, 12) für den Desorptionsfall in Luftströmungs-Richtung (Abluftstrom 8) direkt vor den Luft­ trocknereinheiten (21, 22) angeordnet sind.

9. Luftaufbereitungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle-Filtereinheiten (11, 12) sowie die Lufttrocknereinheiten (21, 22) in ihren Durchströmquerschnittsflächen an­ einander angepaßt sind.