DE19730291A1 - Vorrichtung zum Reinhalten der Luft im Personeninnenraum eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Rein­ halten der Luft im Personeninnenraum eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt. Durch den Adsorber einer solchen Vorrichtung soll die Zufuhr stören­ der Gerüche, aber auch von toxischen Gasen, insbesondere karzinogenen Stoffen, wie aromatischen Kohlenwasserstoffen, z. B. Benzol, von außen in den Personeninnenraum des Kraft­ fahrzeuges verhindert werden. Zudem sollen in der Innenluft enthaltene gasförmige Stoffe, z. B. Gerüche oder Tabakrauch, beseitigt werden. Bei der bekannten Vorrichtung läßt die Wirksamkeit des Adsorbers jedoch mit der Zeit nach. Damit brechen die Schadstoffe durch den Adsorber mehr und mehr durch, so daß es mit der Zeit nur noch zu einer Einebnung von Schadstoffspitzen kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Reinhal­ ten der Innenluft im Personeninnenraum eines Kraftfahrzeu­ ges mit zeitlich unbegrenzter Wirksamkeit bereitzustellen.

Dies wird erfindungsgemäß mit der im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Vorrichtung erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergege­ ben.

Nach der Erfindung sind also zwei Adsorber vorgesehen, durch die jeweils Außenluft in den Personeninnenraum oder bei Reinigung der Innenluft die Innenluft im Kreislauf ge­ leitet werden kann. Die Adsorber sind wechselweise auf Ad­ sorptionsbetrieb bzw. Desorptionsbetrieb schaltbar. D.h., der eine Adsorber wird durch Desorption der Schadstoffe re­ generiert, während der andere zur Adsorption eingesetzt wird. Damit steht immer ein wirksamer Adsorber zur Verfü­ gung. D.h., mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine einwandfreie Innenluftqualität praktisch über die gesamte Lebensdauer des Kraftfahrzeuges aufrechterhalten.

Bei der Desorption wird die Luft im Gegenstrom durch den Adsorber geleitet.

Zur Erwärmung des Adsorptionsmittels kann der Adsorber mit einer elektrischen Heizeinrichtung versehen sein. Vorzugs­ weise wird jedoch zur Desorption erwärmte Luft verwendet. Die Erwärmung der Desorptionsluft kann beispielsweise durch eine elektrische Heizeinrichtung erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch ein Wärmetauscher verwendet, mit dem die Desorptionsluft durch das Kühlwasser oder die Abgase des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges erwärmt wird. Damit wird elektrische Energie gespart.

Dem Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser wird dabei im allge­ meinen der Vorzug gegeben. Denn zum einen ist der Kühlwas­ serkreislauf für die zu den Adsorbern führenden Desorpti­ onsluftleitungen leichter zugänglich als die Abgasleitung. Auch erfolgt der Wärmeübergang in einem Wärmetauscher von einem flüssigen auf ein gasförmiges Medium, also vom Kühl­ wasser auf die Desorptionsluft schneller als vom Abgas auf die Desorptionsluft. In der Regel reicht die Kühlwassertem­ peratur zur Desorption aus.

Bei Verwendung von Adsorptionsmitteln, die eine höhere Desorptionstemperatur als Aktivkohle zulassen, kann jedoch auch das Erwärmen der Desorptionsluft mit den Abgasen des Verbrennungsmotors interessant sein.

Neben Aktivkohle können als Adsorptionsmittel beispielswei­ se auch Polymere, wie Styrolpolymere, oder unbrennbare Stoffe, wie Zeolithe, insbesondere hydrophobe Zeolithe, oder Silicagel eingesetzt werden. Auch können Gemische ver­ schiedener Adsorptionsmittel verwendet werden, beispiels­ weise Gemische aus Aktivkohle und Zeolith.

Um den Luftwiderstand der Adsorber herabzusetzen, ist es vorteilhaft, das Adsorptionsmittel auf einem luftdurchläs­ sigen Träger vorzusehen. Dabei kann es sich z. B. um Schich­ ten aus porösem Material handeln, beispielsweise Schaum­ stoff, wie Polyurethanschaum, wobei die Schichten im Adsor­ ber als Stapel vorliegen, oder um einen monolithischen Kör­ per, der mit Luftdurchgangskanälen versehen ist. Der Körper kann dabei durch einen Zeolith gebildet sein oder bei­ spielsweise aus Keramik bestehen und an den Durchgangskanä­ len mit Aktivkohle oder einem anderen Adsorptionsmittel be­ schichtet sein.

Der Luftdurchsatz einer solchen Vorrichtung liegt bei einem Personenkraftwagen in der Praxis maximal bei 600 kg Luft unter Normalbedingungen pro Stunde, und bei Normalbetrieb bei ca. 300 kg Luft pro Stunde. Entsprechend sind die Ge­ bläse auszulegen, durch die die Außen- bzw. Innenluft ange­ saugt wird.

Damit sich die Adsorber zur Desorption auf einer hinrei­ chend hohen Temperatur befinden, sind sie vorzugsweise mit einer thermischen Isolierung ummantelt. Damit erfolgt zur Aufrechterhaltung der für die Adsorption erforderlichen niedrigen Temperatur bei Adsorptionsbetrieb zugleich eine thermische Isolierung des Adsorbers gegenüber der warmen Umgebung im Motorraum.

Damit die für den Adsorptionsbetrieb erforderliche niedrige Temperatur des Adsorbers auch bei warmen Außentemperaturen gewährleistet ist, wird die Außenluft und bei Umluftbetrieb ggf. auch die Innenluft durch die Klimaanlage des Kraft­ fahrzeuges geleitet, bevor sie in den Adsorber eintritt. Die Luft wird damit auf ca. 5 bis 18°C abgekühlt. Dadurch erfolgt zugleich eine Luftentfeuchtung, was der Wirksamkeit des Adsorptionsmittels zusätzlich zugute kommt.

Um eine Umweltbelastung durch die desorbierten Schadstoffe zu verhindern, werden sie erfindungsgemäß vorzugsweise ver­ brannt. Dies läßt sich auf elegante Weise dadurch errei­ chen, daß der die desorbierten Schadstoffe enthaltende Desorptionsluftstrom über eine Leitung der Ansaugluft des Motors des Kraftfahrzeuges zugeführt wird.

Das Umschalten der Adsorber auf den Adsorptions- bzw. Desorptionsbetrieb kann auf unterschiedliche Weise erfol­ gen. So ist es möglich, die Umschaltung nach bestimmten Zeitintervallen durchzuführen. Ferner kann zum Umschalten der Adsorber vom Adsorptions- auf den Desorptionsbetrieb jedem Adsorber ein Sensor nachgeschaltet sein. Da die mei­ sten Schadstoffe oxidierbar sind, sind die Sensoren vor­ zugsweise zur Bestimmung oxidierbarer Stoffe ausgelegt.

In der zu reinigenden Luft können jedoch auch nicht adsor­ bierbare, oxidierbare Stoffe enthalten sein, beispielsweise Kohlenmonoxid, so daß bei Vorliegen solcher Stoffe der Sensor am Ausgang des Adsorbers zu einem vorzeitigen Um­ schalten des Adsorbers auf Desorptionsbetrieb führen würde.

Demgemäß ist es vorteilhaft, jedem Adsorber zwei Sensoren zuzuordnen, wobei der eine Sensor den Schadstoffgehalt in der Luft vor dem jeweiligen Adsorber und der andere den Schadstoffgehalt in der Luft nach dem Adsorber erfaßt. Wenn dann der nach dem Adsorber angeordnete Sensor den gleichen oder gar einen höheren Gehalt an oxidierbaren Stoffen als der vor dem Adsorber angeordnete Sensor feststellt, ist dies ein Signal für eine Sättigung des Adsorptionsmittels des Adsorbers und damit zum Umschalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in erster Linie zum Reinhalten der Innenluft eines Pkw bestimmt. Sie kann frei­ lich auch für die Reinhaltung der Luft im Personeninnenraum von Lastkraftwagen oder Bussen eingesetzt werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur schematisch eine Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

Die Vorrichtung weist danach zwei Adsorber 1, 2 in einer Leitung 3, 4 auf, die einerseits zu dem Personeninnenraum 5 des Kraftfahrzeuges und andererseits zu der Außen- oder Frischluft 6 führt.

In jeder Leitung 3, 4 sind personeninnenraumseitig von dem Adsorber 1, 2 eine Heizung 7, 8 und ein Gebläse 9, 10 vor­ gesehen. Die Leitung 3 ist an beiden Enden an ein 3-Wege-Ventil 12, 13 angeschlossen, und die Leitung 4 an ihren En­ den an die 3-Wege-Ventile 14, 15. Das 3-Wege-Ventil 13 ist einerseits mit der zur Außenluft 6 führenden Leitung 16 verbunden, in der die Klimaanlage 17 und ein Gebläse 18 an­ geordnet ist, und andererseits mit einer Zwischenleitung 20, die an das 3-Wege-Ventil 15 angeschlossen ist. An die Leitung 16 kann dabei eine nicht dargestellte Leitung ange­ schlossen sein, mit der Innenluft aus dem Personeninnenraum 5 angesaugt wird, um die Innenluft im Kreislauf zu reini­ gen.

An das 3-Wege-Ventil 12 ist einerseits die Leitung 21 ange­ schlossen, die über die Fahrzeugheizung 22 in den Perso­ neninnenraum 5 führt, und andererseits eine Leitung 23, über die mit dem Gebläse 9 Desorptionsluft angesaugt werden kann. Ferner ist zwischen dem Adsorber 1 und dem Dreiwege­ ventil 13 eine mit einem Ventil 24 absperrbare Leitung 25 angeschlossen, über die die Desorptionsluft nach Durchtritt durch den Adsorber 1 entfernt wird.

Das 3-Wege-Ventil 14 ist einerseits über eine Zwischenlei­ tung 26 an die Leitung 21 an der vom Personeninnenraum 5 abgewandten Seite der Fahrzeugheizung 22, also zwischen der Fahrzeugheizung 22 und dem 3-Wege-Ventil 12 angeschlossen, andererseits an eine Leitung 27 für die Desorptionsluft, wobei die Desorptionsluft nach Durchtritt durch den Adsor­ ber 2 über eine Leitung 28 entfernt wird, die an das 3-Wege-Ventil 15 angeschlossen ist.

Bei Adsorptionsbetrieb des Adsorbers 1 und Desorptionsbe­ trieb des Adsorbers 2 strömt die Frischluft von außen oder die aus dem Personeninnenraum 5 abgesaugte Luft gemäß dem Pfeil 30 über das Gebläse 18 durch die Klimaanlage 17 in den Adsorber 2 und von dort gemäß dem Pfeil 31 über die Fahrzeugheizung 22 in den Personeninnenraum 5 gemäß dem Pfeil 32. Die 3-Wege-Ventile 12 und 13 sperren also die Leitung 3 ab. Das Ventil 24 ist geöffnet.

Gleichzeitig wird gemäß dem Pfeil 33 über die Leitung 23 durch das Gebläse 9 Desorptionsluft in den Adsorber 1 gemäß dem Pfeil 34 gesaugt, wobei die Desorptionsluft nach Durch­ tritt durch den Adsorber 1, also Beladung mit den desor­ bierten Schadstoffen über die Leitung 25 gemäß dem Pfeil 35 entfernt wird. Die beladene Desorptionsluft kann beispiels­ weise der Ansaugluft des Verbrennungsmotors des Kraftfahr­ zeuges zugeführt werden.

Die Desorptionsluft wird dabei durch die Heizung 7, z. B. einen Wärmetauscher, auf Desorptionstemperatur aufgeheizt. Wenn die Adsorptionswirksamkeit des Adsorbers 2 nachläßt, ist der Adsorber 1 durch Desorption regeneriert, so daß der Adsorber 2 auf Desorptionsbetrieb und der Adsorber 1 auf Adsorptionsbetrieb umgeschaltet werden kann. Die Luft­ strömungsrichtung bei Desorptionsbetrieb des Adsorbers 1 und Adsorptionsbetrieb des Adsorbers 1 ist in der Zeichnung mit gestrichelten Pfeilen 30' bis 35' gekennzeichnet. D.h., die 3-Wege-Ventile 12, 13 sind so geschaltet, daß die Lei­ tung 3 mit den Leitungen 16, 21 verbunden sind, wobei die Leitung 23 abgesperrt und die Leitungen 25 geschlossen ist.

Die Leitung 4 wird durch die 3-Wege-Ventile 14 und 15 von den Zweigleitungen 26, 20 abgesperrt, während durch Öffnen des 3-Wege-Ventils 14 über die Leitung 27 von dem Gebläse 10 Desorptionsluft angesaugt wird, die nach Erwärmung mit der Heizung 8, z. B. einem Wärmetauscher, die Schadstoffe im Adsorber 2 desorbiert, wobei die mit den Schadstoffen bela­ dene Desorptionsluft über das geöffnete Ventil 15 in der Leitung 28 z. B. der Absaugluft des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges zugeführt wird.

Die oben beschriebene Erfindung ist in vielfältiger Weise anwendbar und kombinierbar; insbesondere kann unmittelbar vor jedem Absorber ein Filter zu Partikelabtrennung ange­ ordnet sein.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Reinhalten der Luft im Personeninnen­ raum eines Kraftfahrzeuges mit einem Adsorber, durch den die Außenluft in den Personeninnenraum oder bei Reinigung der Innenluft im Personeninnenraum die Innen­ luft im Kreislauf strömt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Adsorber (1, 2) vorgesehen ist, durch den die Außenluft (6) oder im Kreislauf die Innenluft in den Personeninnenraum (5) strömbar ist, wobei der zwei­ te Adsorber (1, 2) bei Adsorptionsbetrieb des einen, ersten Adsorbers (2, 1) in den Desorptionsbetrieb unter Erwärmung und durch Zufuhr von Luft im Gegenstrom schaltbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erwärmung des Adsorptionsmittels die im Gegen­ strom zugeführte Luft erwärmt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher (7, 8) zur Erwärmung der Luft mit dem Kühlwasser oder den Abgasen des Verbrennungsmo­ tors des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der die desorbierten Schad­ stoffe enthaltende Luftstrom der Ansaugluft des Motors des Kraftfahrzeuges zugeführt wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Außenluft (6) den Adsor­ bern (1, 2) über eine Klimaanlage (17) zugeführt wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die mit den Adsorbern (1, 2) gereinigte Luft dem Personeninnenraum (5) über die Fahrzeugheizung (22) zugeführt wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Adsorber (1, 2) mit ei­ ner Wärmeisolierung versehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zum Umschalten der Adsorber (1, 2) vom Adsorptions- auf den Desorptionsbetrieb Sen­ soren vorgesehen sind, die den Schadstoffgehalt in dem aus dem jeweiligen Adsorber bei Adsorptionsbetrieb aus­ tretenden Luftstrom erfassen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Adsorber (1, 2) Sensoren zugeordnet sind, die den Schadstoffgehalt des Luftstroms erfassen, der bei Adsorptionsbetrieb in den Adsorber (1, 2) ein- bzw. aus dem Adsorber (1, 2) austritt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitintervallschaltung zum Umschalten der Adsorber (1, 2) von Adsorptions- auf Desorptionsbetrieb vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor jedem Adsorber (1, 2) ein Filter zur Partikelabtrennung angeordnet ist.