DE19838996A1

DE19838996A1 - Klimaanlage mit Aktivkohlefilter

Info

Publication number: DE19838996A1
Application number: DE19838996A
Authority: DE
Inventors: Noureddine Khelifa; Horst Jirmann
Original assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Current assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2000-03-02
Also published as: BR9903938A; JP2000107545A; US6199397B1

Abstract

Klimaanlage mit einem Aktivkohlefilter zur Reinigung der dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges zugeführten Luft, wobei eine Einrichtung zur Reinigung durch Erwärmung des Filters und der in ihm befindlichen Luft vorgesehen ist und die mit Abfallprodukten belastete Luft mittels eines Reinigungsluftstromes aus dem Filter austreibbar ist, wobei die Aktivkohle in Berührungskontakt zu einer temperaturgeregelten oder temperaturgesteuerten Heizung 5 steht, mit der die Aktivkohle und die in dem Filter 4 befindliche Luft erwärmbar ist, während der Reinigungsluftstrom 3 den Filter durchströmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit einem Aktivkohlefilter zur Reinigung der dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges zuzuführenden Luft, wobei eine Einrichtung zur Reinigung durch Erwärmung des Filters und der in ihm befindlichen Luft vorgesehen ist und die mit Abfallprodukten belastete Luft mittels eines Reinigungsluftstromes aus dem Filter austreibbar ist.

Es ist bekannt, Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen mit Filtern insbesondere mit Aktivkohlefiltern, auszurüsten, um die dem Inneraum zuzuführende Luft von geruchsintensiven und/oder toxischen Bestandteilen zu reinigen. Allerdings läßt die absorbierende Kraft der Aktivkohle mit der Zeit nach, so daß die Aktivkohle gereinigt oder ausgetauscht werden muß. Da der Austausch der Aktivkohlefilter insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit einem großen Aufwand und hohen Kosten verbunden ist, wurden Wege zur effektiven Regeneration der Aktivkohle gesucht.

So ist es beispielsweise bekannt, dem Aktivkohlefilter anströmseitig eine Heizung vorzuschalten, die den Luftstrom durch den Filter und damit den Filter selber erwärmt und zu einer Ausscheidung (Desorbtion) der Rückstände im Filter führt. Der verschmutzte Luftstrom kann dann an die Umgebung abgeführt werden. Nachteilig an dieser vorgeschalteten Heizung ist, daß die Reinigung in einem adiabatischen Prozeß stattfindet. Da sich der Luftstrom beim Durchgang durch den Filter durch Verdampfen der Schadstoffe abkühlt, ist der Desorbtionsprozeß länger und daher der Fremdenergieverbrauch für das Gebläse vergleichsweise hoch.

Es sind andererseits Filter mit Aktivkohlefüllung bekannt, bei denen stabförmige elektrische Heizelemente direkt in die Schüttung der Aktivkohle eingesteckt sind, so daß sie die Aktivkohle selber beheizen. Mit den senkrecht eingesteckten Heizstäben die gleichmäßige Erwärmung des gesamten Filters nicht möglich.

Weiterhin ist es nachteilig, daß die Wärmeübertragung an die den Heizstab umgebende Aktivkohle so gering ist, daß die Heizstäbe besonders stark aufgeheizt werden müssen, um eine für die Reinigung ausreichende Temperatur zu erzeugen. Die stark aufgeheizten Heizstäbe stellen damit eine große Gefahr hinsichtlich einer Entzündung der Kohle bei Kontakt mit den Heizstäben dar. Eine derartige Reinigungsanlage entspricht nicht dem heutigen Sicherheitsstandard, so daß der Einbau in Kraftfahrzeuge unmöglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge mit einer Vorrichtung zur Reinigung des Aktivkohlefilters so auszustatten, daß bei geringem baulichen Aufwand eine gefahrlose und effektive Reinigung möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Klimaanlage nach Anspruch 1 gelöst.

Vorteil der erfindungsgemäßen Heizung ist zunächst, daß im homogen erwärmten Filter eine isotherme Desorption bei einer vorgebbaren und geregelten Temperatur von beispielsweise 90°C stattfindet. Dadurch wird eine Reinigung aller Bereiche und somit eine nahezu vollständige Regeneration des Filters ermöglicht. Bei den eingesetzten Heizbändern und insbesondere bei den Heizelementen der PTC-Heizung (Positive Temperature Coefficient), deren elektrischer Widerstand mit zunehmender Erwärmung bis hin zum Abschalten zunimmt, ist eine Entzündung der Aktivkohle ausgeschlossen, so daß die erfindungsgemäße Heizung dem heutigen Sicherheitsstandard entspricht und in Kraftfahrzeuge eingebaut werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Heizung ist die Temperatur somit ständig kontrollierbar, wobei die Kontrolle und die Regelung der Temperatur über im Filter oder hinter dem Filter integrierten Temperatursensoren erfolgen kann. Besonders vorteilhaft für eine gleichmäßige Erwärmung des Fiters ist es, wenn die Wärmeleitung durch Wärmeleitstege erhöht wird. Generell bietet die erfindungsgemäße Heizung eine hohe Zuverlässigkeit bei geringem Bauraum innerhalb der Klimaanlage.

Gleichzeitig gewährleisten die erfindungsgemäß eingesetzten Heizelemente einen geringen Strömungswiderstand im Filter, so daß die erforderliche Leistung des Gebläsemotors vergleichsweise klein ist. Das führt zu einer erheblichen Reduzierung des elektrischen Energieverbrauches.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist außerdem, daß sie in alle gebräuchlichen Aktivkohlefilter, beispielsweise in Schüttungen von Aktivkohlepellets aber insbesondere auch in monolithisch geformte Filter, integriert werden kann. Vorteil der monolithisch geformten Filter ist, daß sie besonders gut an den Rändern abdichtbar sind und somit Leckströme verunreinigter Luft ausgeschlossen sind. Durch das in Schleifen verlegte Heizband bzw. die im wesentlichen waagerecht angeordneten plattenförmigen Heizelemente der PTC-Heizung wird eine besonders homogene Erwärmung des gesamten Filters gewährleistet.

In einer besonders einfachen Ausführungsform wird die Heizung von einem Widerstandsband gebildet, das meanderförmig in die Aktivkohle eingebettet ist und von einem definierten Strom durchflossenen wird. Diese Art der Heizung wird vorteilhafterweise eingesetzt, wenn die Reinigung im Zuge einer Inspektion in der Werkstatt erfolgt und die Heizung an eine externe wählbare Versorgungsspannung anschließbar ist. In diesem Fall ist es auch vorteilhaft, ein externes Gebläse einzusetzen, das den zur Reinigung nötigen Luftstrom erzeugt. Der Luftstrom ist dabei über eine Öffnung im Gebläsekanal dem Filter anströmseitig zuführbar, während die verunreinigte Luft aus der Anlage ausgeleitet wird.

In einer anderen Ausführungsform wird die Heizung an die Bordspannung des Kraftfahrzeuges angeschlossen, so daß eine Reinigung auch außerhalb der Werkstatt während des Betriebes des Fahrzeuges möglich ist. Auch bei dieser Wartungskosten sparenden, da autarken Reinigung ist sicherzustellen, daß die bei der Reinigung entstehende Abluft vollständig aus dem Gebläsekanal der Klimaanlage ausleitbar ist. Dazu ist es vorteilhaft, wenn der Gebläsekanal abströmseitig hinter dem Filter eine verschließbare Austrittsöffnung aufweist, durch welche die Entsorgung erfolgen kann.

Wie dargelegt ist es vorteilhaft, die Heizung in Monolithen aus Aktivkohle, die als Wabenkörper, perforierte Körper oder als Bündel von Rohren engen Innendurchmessers aufgebaut sind, einzusetzen. Zum Einbau der Heizung werden in den Monolithen an der entsprechenden Stelle Ausnehmungen eingefräst, in welche die Heizelemente eingesetzt werden. In einer anderen Weise der Herstellung, wird die Heizung, die in einen schwammartigen Grundkörper eingebracht ist, von aufwachsender oder aufzuspritzender Aktivkohle eingeschlossen.

Besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen 1 bis 4 dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch den Gebläsekanal einer Klimaanlage,

Fig. 2 einen Aktivkohlefilter mit Heizband,

Fig. 3 einen Aktivkohlefilter mit Heizelementen und

Fig. 4 einen Aktivkohlefilter mit Heizelementen und Wärmeleitstegen.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch den Gebläsekanal 1 einer Klimaanlage dargestellt. Das in der Klimaanlage integrierte Gebläse 2 erzeugt einen Luftstrom 3, der vor dem Eintritt in die Klimaanlage und in den Innenraum eines Kraftfahrzeuges einem Filter, hier einem monolithischen Aktivkohlefilter 4 zur Reinigung zugeführt wird. Im Filter 4 ist eine Heizung 5 in Berührungskontakt zur Aktivkohle angeordnet, die über die Anschlüsse 6 an eine elektrische Spannung versorgt werden kann. Über die geregelte Heizung 5 von etwa 500 W kann der Filter 4 auf eine Temperatur von mindestens 80°C homogen aufgeheizt werden, so daß bei entsprechend angepaßtem Reinigungsluftstrom 3 eine effektive Reinigung des Filters 4 bewirkt wird. Zur Kontrolle der Temperatur ist ein Temperaturfühler 10 in den Filter 4 eingebracht.

Zur Abfuhr der verunreinigten Luft 7 ist in dem Gebläsekanal 1 abströmseitig hinter dem Filter 4 eine Austrittsöffnung 8 vorgesehen, die mittels einer verschwenkbaren Klappe 9 verschließbar ist. Im vorliegenden Zustand ist die Austrittsöffnung 8 geöffnet, so daß der Luftstrom 7 in die Umgebung abgeleitet wird. Dabei verschließt die Klappe 9 in der gezeigten Stellung den zur Heiz- oder Klimaanlage führenden Luftkanal 11. Wegen des erfindungsgemäßen isothermen Reinigungsprozesses hat die aus dem Filter aus tretende verunreinigten Luft 7 etwa dieselbe Temperatur wie die Heizung selber.

In Fig. 2 ist in Seitenansicht einen Aktivkohlefilter 4 mit Heizband 12 dargestellt, das den Filter 4 meanderförmig von oben nach unten durchzieht. Das so angeordnete Heizband 12 bewirkt bei definiertem Stromfluß über die Kontakte 13 eine homogene Erwärmung des Filters 4. Das Heizband ist über die Kontakte 13 an eine externe oder an eine bordeigene Versorgungsspannung anschließbar. Die ebenfalls gezeigte Draufsicht zeigt, daß das Heizband 12 den Filter nahezu in seiner gesamten Breite einnimmt.

Fig. 3 zeigt einen Aktivkohlefilter 4 mit Heizelementen 14, die in regelmäßiger Verteilung in den Monolithen eingebracht sind. Bei den Heizelementen 14 handelt es sich um sogenannte PTC-Heizelemente (Positive Temperature Coefficient), deren elektrischer Widerstand mit zunehmender Erwärmung bis hin zum Abschalten zunimmt. Die Heizelemente 14 sind in Ausnehmungen des Monolithen eingebracht und werden über Anschlußleitungen 15 mit Strom versorgt. In der gezeigten Ausführungsform sind jeweils zwei in einer Ebene angeordnete Heizelemente 14 über dieselben Anschlußleitungen 15 verbunden.

Die unter der Seitenansicht gezeigte Draufsicht macht deutlich, daß die Heizelemente 14 wiederum etwa die gesamte Breite des Monolithen einnehmen.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Heizelemente 14 durch senkrecht in den Monolithen eingebrachte Wärmeleitstege 16 miteinander verbunden sind.

Claims

1. Klimaanlage mit einem Aktivkohlefilter zur Reinigung der dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges zugeführten Luft, wobei eine Einrichtung zur Reinigung durch Erwärmung des Filters und der in ihm befindlichen Luft vorgesehen ist und die mit Abfallprodukten belastete Luft mittels eines Reinigungsluftstromes aus dem Filter austreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle in Berührungskontakt zu einer temperaturgeregelten oder temperaturgesteuerten Heizung (5) steht, mit der die Aktivkohle und die in dem Filter (4) befindliche Luft erwärmbar ist, während der Reinigungsluftstrom (3) den Filter durchströmt.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (5) einen von einem definierten Strom durchflossenes Widerstandsband (12) aufweist, das insbesondere in vertikaler Richtung meanderförmig in die Aktivkohle eingebettet ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (5) elektrisch betriebene Heizelemente (14) aufweist, deren Widerstand mit steigender Erwärmung zunimmt (Positive Temperature Coefficient).

4. Klimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (14) in der Aktivkohle gleichmäßig verteilt eingebettet sind.

5. Klimaanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (14) durch Wärmeleitstege (16) miteinander verbunden sind.

6. Klimaanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (5) über die Bordspannung des Kraftfahrzeuges versorgt wird.

7. Klimaanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (5) an eine externe Versorgungsspannung anschließbar ist.

8. Klimaanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Klimaanlage integriertes Gebläse (2) den zur Reinigung nötigen Luftstrom (3) erzeugt.

9. Klimaanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein externes Gebläse den zur Reinigung nötigen Luftstrom erzeugt, der über eine Öffnung im Gebläsekanal (1) dem Filter (4) anströmseitig zuführbar ist.

10. Klimaanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gebläsekanal (1) hinter dem Filter (4) abströmseitig eine verschließbare Austrittsöffnung (8) aufweist, durch welche die bei der Reinigung entstehende Abluft ausleitbar ist.

11. Klimaanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle mit der Heizung (5) auf Temperaturen zwischen 80-90°C erwärmbar ist.

12. Klimaanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in oder hinter dem Filter (4) ein Temperatursensor eingebettet ist, der in eine Temperaturregelung oder eine Überhitzungssicherung eingebunden ist.

13. Klimaanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung in einem isothermen Prozess stattfindet.

14. Klimaanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Reinigungsluftstromes (3) und damit die Durchströmgeschwindigkeit durch den Filter (4) einstellbar oder regelbar.

15. Klimaanlage nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzufuhr über einer einstellbaren kritischen Temperatur abschaltet.