DE19949934A1 - Filtervorrichtung, insbesondere für Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlagen von Fahrzeugen - Google Patents

Filtervorrichtung, insbesondere für Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlagen von Fahrzeugen

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung, insbesondere für Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlagen von Fahrzeugen, mit einem regenerierbaren Luftfilter zur Adsorption von Schad- und Geruchsstoffen (Sorbaten), insbesondere Aktivkohlefilter, der in mindestens zwei Filtersegmente aufgeteilt ist, die wahlweise von einem sorbatbeladenen Nutzluftstrom und einem der Filterregenerierung dienenden Desorptionsluftstrom durchströmt werden. Zur Konzipierung einer kompakten Filtervorrichtung mit großer aktiver Filterfläche, bei der die für eine Desorptionsleistung optimierte Luftmenge unabhängig von der für die sorbatfreie Belüftung gewünschte Luftmenge eingestellt werden kann, sind die Filtersegmente in stirnseitig offenen Filterschächten aufgenommen, die zu einem kompakten Filterregister mit einem die einen Stirnöffnungen überdeckenden Zuluftkanal und einem die andere Stirnöffnung überdeckenden Abströmkanal aneinandergefügt sind. Jeder Stirnöffnung sind Luftklappen zugeordnet, und jeder Filterschicht steht über nahe den Stirnöffnungen angeordneten Schachtwandausnehmungen mit einem aus zwei Luftkanälen sich zusammensetzenden Desorptionsluftkanal in Verbindung. Die Schachtwandausnehmungen sind dabei so angeordnet, daß sie von den Luftklappen, in deren die Stirnöffnungen der Filterschächte freigebenden Offenstellung verschlossen werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung, insbesondere für Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlagen von Fahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einer bekannten Filtervorrichtung dieser Art (DE 195 17 015 A1) sind die beiden Filtersegmente im Parallelabstand voneinander in einem Filtergehäuse so angeordnet, daß der Gehäuseinnenraum in drei parallele Kammern unterteilt ist. Die über die Filtersegmente miteinande in Verbindung stehenden Kammern sind an einem Stirnende zu einem Luft-Zuströmkanal hin offen während die andere Stirnseite der mittleren Kammer an einem zur Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage des Fahrzeugs führenden Nutzluftkanal angeschlossen ist und die anderen Stirnenden der beiden äußeren Kammern mit der Umgebung (Atmosphäre) des Fahrzeugs in Verbindung stehen. In den drei Kammern ist jeweils eine zweiflügelige Luftklappe schwenkbar so angeordnet, daß sie in ihren beiden Schwenkendstellungen die Kammer jeweils diagonal in zwei Kammerhälften aufteilt. Alle drei Luftklappen werden gleichzeitig betätigt und nehmen die gleiche Schwenkendstellung ein. Stehen die Luftklappen in ihrer einen Schwenkendstellung, so strömt ein Teil der über den Luft- Zuströmkanal zugeführten Luft über das eine Filtersegment zu dem Nutzluftkanal, wobei die in der Luft enthaltenen Geruchs- und Schadstoffe (Sorbate) im Filtersegment adsorbiert, d. h. angelagert, werden, und der andere Teil der Luft durch das andere Filtersegment in die Umgebung ab, wobei die im Filtersegment abgelagerten Schad- und Geruchsstoffe mitgerissen, d. h. desorbiert, werden und das Filtersegment sich regeneriert. Werden die drei Luftklappen in ihre andere Schwenkendstellung umgelegt, so werden die beiden Filtersegmente von den jeweils anderen Luftanteilen durchströmt, so daß nunmehr umgekehrt das eine Filtersegment sich durch Desorption regeneriert und das andere Filtersegment zur Luftreinigung die Schad- und Geruchsstoffe adsorbiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtervorrichtung der eingangs genannten Art kompakt und mit großer aktiver Filterfläche auszuführen, bei der eine für eine hohe Desorptionsleistung optimierte Luftmenge unabhängig von der für eine schad- und geruchsstoffreie Belüftung gewünschte Luftmenge eingestellt werden kann.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung hat den Vorteil, daß die Zahl der Filtersegmente nicht auf zwei beschränkt ist, sondern je nach Bedarf eine Mehrzahl von Filtersegmenten für den Filterbetrieb herangezogen werden kann, wobei durch die registerartige Aneinanderreihung der die Filtersegmente aufnehmenden Filterschächte quer zur Luftströmungsrichtung in den Filterschächten ein kompakter Aufbau der Filtervorrichtung gewährleistet ist. Durch die Klappensteuerung der einzelnen Filterschächte kann einerseits die gewünschte Luftmenge an schad- und geruchsstoffreier Luft (Nutzluft) sehr genau dosiert werden, wobei im Einzelfall auch alle Filtersegmente auf Durchgang für die sorbatbeladene Luft (Adsorptionsluft) gestellt werden können, um einen hohen Nutzluftbedarf zu decken, und kann andererseits die in den mit Sorbat beladenen Filtersegmenten für eine schnelle und vollständige Desorption benötigte Luftmenge (Desorptionsluft) bedarfsgerecht eingestellt werden, wobei sowohl die Desorptionszeit als auch die Desorptionsgeschwindigkeit optimiert werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, in den Filtersegmenten eine vorteilhafte Gegenstromdesorption zu realisieren, bei der die mit Sorbat beladenen Filtersegmente mit einem Desorptionsluftstrom durchsetzt werden, der der Strömungsrichtung der das Sorbat enthaltenen Adsorptionsluft entgegengerichtet ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung mit zweckmäßigen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen in prinzipieller Darstellung:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Filtervorrichtung für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs,
Fig. 2 einen Schnitt der Filtervorrichtung gemäß Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 1 einer Filtervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die in Fig. 1 schematisch im Längsschnitt dargestellte Filtervorrichtung dient zur Ausscheidung von Schad- und Geruchsstoffen aus der der Fahrzeugumgebung entnommenen Luft, wobei die durch Filterung gereinigte, sorbatfreie Nutzluft einer Klimaanlage 10 eines Fahrzeugs zugeführt ist. Dort durchströmt die Nutzluft in bekannter Weise einen Verdampfer 11 und einen Wärmetauscher 12, die in einem Klimakasten 13 angeordnet sind, und gelangt über einen im Klimakasten 13 integrierten Luftverteiler zu Luftausströmern im Fahrzeuginnenraum. Die Luftentnahme aus der Fahrzeugumgebung erfolgt durch Luftansaugung mittels eines hier nicht dargestellten Gebläses.
Die Filtervorrichtung weist ein Filtergehäuse 14 mit einem Zuströmkanal 15 und einem Abströmkanal 16 auf, in dem ein regenerierbares Luftfilter 17 zur Adsorption von Schad- und Geruchsstoffen (Sorbaten) so angeordnet ist, daß es den lichten Querschnitt des Filtergehäuses 14 vollständig überdeckt. Dem Zuströmkanal 15 wird mittels des Gebläses sorbatbeladene Luft aus der Umgebung des Fahrzeugs zugeführt, wozu das Gebläse ausgangsseitig an den Zuströmkanal 15 angeschlossen ist. Der Abströmkanal 16 ist mit dem Lufteinlaß des Klimakastens 13 verbunden. Alternativ kann das Gebläse auch im Abströmkanal 16 angeordnet sein.
Der Luftfilter 17 ist in eine Vielzahl von Filterelementen, im Ausführungskanal der Fig. 1 in sechs Filtersegemente 171- 176, unterteilt. Jedes Filtersegment 171-176 ist in einem stirnseitig offenen Filterschacht 181-186 aufgenommen, wobei die Filterschächte 181-186 parallel zur Strömungsrichtung der sie durchströmenden Luft aneinanderliegen und ein sog. Filterregister 18 bilden. Alle Filterschächte 181-186 werden an der einen Stirnseite von dem Zuströmkanal 15 und an ihrer anderen Stirnseite von dem Abströmkanal 16 überdeckt.
Dem Filterregister 18 ist eine Luftklappenanordnung zum Umschalten der Luftströme auf die einzelnen Filterschächte 181 -186 zugeordnet. Diese Luftklappenanordnung umfaßt eine Vielzahl von Luftklappen 19, die alle als zweiflügelige Schwenkklappen ausgebildet sind und von denen jeweils eine einer jeden Stirnöffnung 20 bzw. 21 der Filterschächte 181- 186 zugeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 mit dem aus insgesamt sechs Filterschächten 181-186 bestehenden Filterregister 18 sind zwölf Luftklappen 19 erforderlich, von denen sechs Luftklappen 19 die zu dem Zuströmkanal 15 weisenden Stirnöffnungen 20 der Filterschächte 181-186 wechselweise sperren und freigeben und sechs Luftklappen 19 die dem Abströmkanal 16 zugekehrten Stirnöffnungen 21 der Filterschächte 181-186 ebenfalls wechselweise verschließen und freigeben. Die beiden jeweils einem Filterschacht 181- 186 zugeordneten Luftklappen 19 sind miteinander zwangsgekoppelt, was in Fig. 1 durch eine strichpunktierte Koppelstange 22 symbolisiert ist. Die Kopplung jedes Paars der Luftklappen 19 ist so, daß beide Luftklappen 19 jeweils die gleiche Schwenkstellung einnehmen, in der sie die beiden Stirnöffnungen 20, 21 des zugeordneten Filterschachtes 181- 186 entweder freigeben oder vollständig absperren.
Jeder Filterschacht 181-186 ist an oder nahe seiner anströmseitigen Stirnöffnung 20 mit einer Schachtwandausnehmung 23 und an oder nahe seiner abströmseitigen Stirnöffnung 21 mit einer Schachtwandausnehmung 24 versehen. Diese Schachtwandausnehmungen 23, 24 sind durch entsprechende Ausbildungen der Schachtwände so angeordnet, daß sie in einer zur Schwenkachse 191 der Luftklappen 19 parallelen Ebene liegen und in derjenigen Schwenkstellung der Luftklappen 19, in deren diese die Stirnöffnungen 20 bzw. 21 der Filterschächte 181-186 freigeben, von den Luftklappen 19 verschlossen werden (vgl. Fig. 2 zu den abströmseitigen Schachtwandausnehmungen 24). Alle Filterschächte 181-186 stehen über die anströmseitigen Schachtwandausnehmungen 23 mit einem ersten Luftkanal 25 und über die abströmseitigen Schachtwandausnehmungen 24 mit einem zweiten Luftkanal 26 in Verbindung. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 mündet der erste Luftkanal 25 über eine Entlüftungsleitung 27 in Atmosphäre, während der zweite Luftkanal 26 mit Zuluft beaufschlagbar ist und hierzu über eine Speiseleitung 28 mit dem Ausgang eines in Fig. 1 nur schematisch angedeuteten Kleingebläses 29 verbunden ist. Das Kleingebläse 29 ist über ein Ansaugleitung 30 mit einem im Klimakasten 13 angeordneten Ansaugstutzen 31 verbunden, der im Luftstrom stromabwärts des Wärmetauschers 12 angeordnet ist, so daß das Kleingebläse 29 aus dem Luftstrom der Klimaanlage 10 Warmluft abzusaugen vermag. Zusätzlich ist das Kleingebläse 29 eingangsseitig über eine zweite Ansaugleitung 32 mit einem im Abströmkanal 16 angeordneten zweiten Ansaugstutzen 33 verbunden, so daß das Kleingebläse 29 auch gefilterte Kaltluft (Nutzluft) aus dem Abströmkanal 16 anzusaugen vermag. Ein Mischglied 34 ermöglicht es, die über die beiden Ansaugstutzen 31, 33 angesaugten Luftmengen zu dosieren.
Wie in Fig. 1 durch elektrische Zuleitungen 35 angedeutet ist, sind die einzelnen Filterschächte 181-186 elektrisch beheizbar, wobei die Heizleistung von einer Stromquelle 36 des Kraftfahrzeugs abgenommen ist. Durch das Erwärmen der Filtersegmente 171-176 wird der Desorptionsvorgang unterstützt und eine schnellere Regenerierung erreicht. Die einzelnen Filtersegmente 171-176 bestehen aus gefaltetem Kohlefasergewebe 37, wobei vorzugsweise sich die Faltungsrichtung in Luftströmungsrichtung der die Filterschächte 181-186 durchströmenden Luft erstreckt, so daß insgesamt eine große aktive Oberfläche des Kohlefasergewebes 37 von der Luft überstrichen wird.
Der Antrieb der Luftklappen 19 erfolgt motorisch, entweder individuell einzeln pro Filterschacht 181-186 oder mechanisch gekoppelt. Dabei werden in einem kompletten Regenerationszyklus die Luftklappen 19 nacheinander für alle Filterschächte 181-186 angesteuert. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 unterliegt momentan das Filtersegment 173 einem zu seiner Regenerierung führenden Desorptionsprozeß, während die übrigen Filtersegmente 171, 172 und 174-176 aktiv zur Filterung der Luft für die Klimaanlage 10 im Adsorptionsmodus arbeiten. Entsprechend sind alle Luftklappen 19 der Filterschächte 181, 182 und 184-186 geöffnet, während das Luftklappen-Paar 19 des Filterschachtes 183 geschlossen ist, so daß dessen beiden Stirnöffnungen 20, 21 abgedeckt sind. Die über den Zuströmkanal 15 aus der Fahrzeugumgebung angesaugte Luft durchströmt die Filterschächte 181, 182 und 184-186, und die Filtersegmente 171, 172 und 174-176 adsorbieren die in der sie durchströmende Luft enthaltenen Schad- und Geruchsstoffe, die sog. Sorbate. Aus den abströmseitigen Stirnöffnungen 21 der Filterschächte 181, 182 und 184-186 tritt sorbatfreie Nutzluft aus, die im Abströmkanal 16 gesammelt und dem Klimakasten 13 zugeführt wird. Das Kleingebläse 29 saugt Warmluft aus dem Klimakasten 13 und/oder Kaltluft aus dem Abströmkanal 16 an und bläst diese als sog. Desorptionsluft in den zweiten Luftkanal 26 ein. Über die abströmseitige Schachtwandausnehmung 24 im Filterschacht 183 strömt die Desorptionsluft im Gegenstromprinzip durch das Filtersegment 173, tritt über die abströmseitige Schachtwandausnehmung 23 in den ersten Luftkanal 25 über und strömt über die Entlüftungsleitung 27 in Atmosphäre ab. Im Filtersegment 183 reißt der Desorptionsluftstrom die im Filtersegment angelagerten Sorbate mit und führt diese in die Atmosphäre ab. Der Desorptionsprozeß wird dabei durch die Beheizung des Filterschachtes 183 unterstützt. Das Filtersegment 173 wird in kürzester Zeit regeniert und steht danach zur aktiven Luftfilterung zur Verfügung, so daß nunmehr die Luftklappen 19 des Filterschachtes 183 geöffnet und z. B. die Luftklappen 19 des folgenden Filterschachtes 184 geschlossen werden. Der vorstehend beschriebene Prozeß wiederholt sich mit der Kombination der Filtersegmente 171- 173 und 175 und 176 im Adsorptionsbetrieb und dem Filtersegment 174 im Desorptionsbetrieb.
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Filtervorrichtung ist insofern gegenüber der vorstehend beschriebenen Filtervorrichtung modifiziert, als der erste Luftkanal 25 nunmehr Zuluft führt und damit an dem Ausgang des Kleingebläses 29 angeschlossen ist, und der zweite Luftkanal 26 über die Entlüftungsleitung 27 an Atmosphäre liegt. Im Desorptionsbetrieb durchströmt der vom Kleingebläse 29 erzeugte Desorptionsluftstrom das jeweilige Filterelement 171 -176 in dem jeweils durch die Luftklappen 19 geschlossenen Filterschacht 181-186 nicht gegen die Strömungsrichtung der sorbatbeladenen Nutzluft sondern in gleicher Richtung. Außerdem ist in der Speiseleitung 28 vom Kleingebläse 29 zu dem ersten Luftkanal 25 ein elektrischer Lufterhitzer 38 angeordnet, mittels dessen die dem ersten Luftkanal 25 zuströmende Zuluft zusätzlich aufgeheizt werden kann. Im übrigen stimmen Aufbau und Wirkungsweise der Luftfiltervorrichtung gemäß Fig. 4 mit dem bzw. der der zu Fig. 1 beschriebenen Luftfiltervorrichtung überein. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Claims (7)

1. Filtervorrichtung, insbesondere für Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlagen von Fahrzeugen, mit einem regenerierbaren Luftfilter (17) zur Adsorption von Schad- und Geruchsstoffen (Sorbat), insbesondere Aktivkohlefilter, der in mindestens zwei Filtersegmente (171-176) aufgeteilt ist, die wahlweise von einem sorbatbeladenen Nutzluftstrom und einem der Filterregenerierung dienenden Desorptionsluftstrom durchströmbar sind, und mit Luftklappen (19) zum Umschalten der Luftströme in den Filtersegmenten (171-176), dadurch gekennzeichnet, daß jedes Filtersegment (171-176) in einem stirnseitig offenen, luftdurchströmbaren Filterschacht (181-186) aufgenommen ist, daß die Filterschächte (181-186) parallel zur Luftströmungsrichtung aneinanderliegen und ihre einen Stirnöffnungen (20) von einem Zuströmkanal (15) und ihre anderen Stirnöffnungen (21) von einem Abströmkanal (16) jeweils überdeckt sind, daß jeder Stirnöffnung (20, 21) der Filterschächte (181-186) eine Luftklappe (19) zum wechselweisen Absperren und Freigeben der Stirnöffnung (20 bzw. 21) gegenüber dem Zu- bzw. Abströmkanal (15 bzw. 16) zugeordnet ist, daß jeder Filterschacht (181-186) über eine nahe der anströmseitigen Stirnöffnung (20) liegende Schachtwandausnehmung (23) mit einem ersten Luftkanal (25) und über eine an oder nahe der abströmseitigen Stirnöffnung (21) liegende Schachtwandausnehmung (24) mit einem zweiten Luftkanal (26) in Verbindung steht, von denen der eine Luftkanal (25 bzw. 26) in Atmosphäre mündet und der andere Luftkanal (26 bzw. 25) mit Zuluft beaufschlagbar ist, und daß die Schachtwandausnehmungen (23, 24) so angeordnet sind, daß sie von den Luftklappen (19) in deren die Stirnöffnungen (20, 21) der Filterschächte (181-186) freigebenden Offenstellung verschließbar sind.
2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der über die abströmseitigen Schachtwandausnehmungen (24) mit den Filterschächten (181-186) korrespondierende zweite Luftkanal (26) mit Zuluft beaufschlagbar ist.
3. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der über die anströmseitigen Schachtwandausnehmungen (23) den Filterschächten (181-186) korrespondierende erste Luftkanal (25) mit Zuluft beaufschlagbar ist.
4. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuluft dem Luftkanal (25, 26) mittels eines Kleingebläses (29) zugeführt ist, das Luft aus dem Abströmkanal (16) und/oder stromabwärts eines Wärmetauschers (12) einer an den Abströmkanal (16) angeschlossenen Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlage (10) ansaugt.
5. Filtervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Speiseleitung (28), die den Gebläseausgang des Kleingebläses (29) mit dem die Zuluft führenden Luftkanal (26, 25) miteinander verbindet, ein vorzugsweise elektrischer Lufterhitzer (38) angeordnet ist.
6. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschächte (181-186) elektrisch beheizbar sind.
7. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtersegmente (171-176) aus gefaltetem Kohlefasergewebe (37) bestehen.
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