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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Behandeln von Schadstoffen, welche
in der Luft der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs vorhanden sind.
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Derzeit
umfassen die Heizungs- und/oder Klimatisierungsanlagen für Kraftfahrzeuge
Filter, welche zum Eliminieren/Filtern der Schadstoffe vorgesehen
sind, welche dazu geeignet sind, in eine Fahrergastzelle eingebracht
zu werden. Diese Filter umfassen im Wesentlichen zwei Typen: Partikel-Filter
und Gas-Filter.
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Die
Partikel-Filter umfassen eine aktive Fläche, welche aus einem Überzug aus
ungewebten Fasern hergestellt ist, welcher in einem steifen Rahmen, beispielsweise
aus Plastikmaterial, montiert ist. Ein solcher Filter gemäß dem Oberbegriffe
des ersten Anspruchs ist in dem Dokument
FR 2 795 656 offenbart. Die Lebensdauer
eines solchen Partikel-Filters in einem Kraftfahrzeug beträgt ungefähr 20 000
km.
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Die
Gasfilter 10, wie sie die 3A und 3B zeigen,
umfassen eine aktive Fläche 12,
welche aus Aktivkohle oder einem anderen Adsorbtionsmittel gebildet
ist, und sind aus Gründer
mechanischen Halterung zwischen zwei Schichten 14,16 eines Überzugs
aus ungewebten Fasern angeordnet. Die Gesamtheit dieser drei Schichten,
welche Zieharmonika-ähnlich
gefaltet ist, um Wellungen oder Falten in V-Form erscheinen zu lassen,
um die Fläche des
Filters zu erhöhen
und den Leistungsverlust zu vermindern, ist ebenfalls in einem steifen
Rahmen montiert. Die Lebensdauer eines solchen Gasfilters beträgt ebenfalls
ungefähr
20 000 km.
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Da
diese zwei Filter-Typen auf die gleichen ungewebten Materialien
zurückgreifen
und eine identische Lebensdauer aufweisen, wurde vorgeschlagen,
wie die 4A und 4B zeigen,
sie in einer einzigen Struktur 20 zusammenzusetzen, welche
als „kombinierter" Filter bezeichnet
wird. In dieser Struktur bildet die erste Überzugs-Schicht 18 ein
Partikel-Filter, welches zum Filtern der in dem zu reinigendem Luftstrom
vorhandenen Partikel vorgesehen ist, wobei dieses Reinigen durch
die nachfolgende Schicht aus Aktivkohle 12 realisiert wird
(wobei die dritte und letzte Schicht 16, wie vorher angegeben, eine
Halte-Funktion sicherstellt). Um eine adäquate Funktionsfähigkeit
zu ermöglichen,
muss selbstverständlich
der Filter derart angeordnet werden/sein, dass die erste Schicht 18 sich
bezüglich
des Luftstroms stromaufwärts
der dritten Schicht 16 befindet.
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Ferner
hat die Anmelderin mit einer am gleichen Tag eingereichten Patentanmeldung
vorgeschlagen, die traditionellen Aktivkohle-Gasfilter durch Gasfilter
eines neuen Typs zu ersetzen, welche eine zentrale Reinigungs-Mittel-Schicht
umfassen, welche das Prinzip der Photokatalyse verwendet und deren Lebensdauer
sehr viel größer ist,
typischerweise 100000 km und mehr, als diejenige der traditionellen Filter.
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Seither
wirft der Lebensdauer-Unterschied zwischen der externen Partikel-Filtrierschicht und dieser
zentralen Reinigungs-Schicht (in einem Verhältnis von 1 zu 5) in solchen
kombinierten Filtern Probleme auf, da er das Wegwerfen der Komponente als
Ganzes impliziert, während
seine zentrale Reinigungs-Schicht, deren Kosten am größten sind,
noch aktiv ist.
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Eine
einfache Lösung
könnte
darin bestehen, den Partikel-Filter vom Gasfilter zu trennen, und diese
in zwei getrennten Träger-Rahmen
anzuordnen. Leider ist eine solche Lösung mit zwei getrennten Filtern
schwierig zu realisieren, da der verfügbare Platz in einer Heiz- und/oder Klimatisierungs-Anlage sehr
begrenzt ist. Ferner lässt
die Vorhandensein zweier Filter die Wartungs-Vorgänge komplexer
werden und ermöglicht
kein Ersetzen eines durch einen ("retrofit"; Nachrüstung-/Umbau-), Filter der
aktuellen kombinierten Filter.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung hat daher eine Vorrichtung zur Luftreinigung bzw. einen
Luftreiniger zum Gegenstand, welcher insbesondere zum das Austauschen der
klassischen kombinierten Filter durch Filter vom photokatalytischen
Typ geeignet ist, und eine optimale Verwendung der zentralen Reinigungs-Schicht
dieser Filter garantiert. Ein Ziel der Erfindung ist auch, einen
Luftreiniger zu realisieren, welcher eine erleichterte Wartung ermöglicht.
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Diese
Ziele werden dank eines Luftreiniger für die Fahrgastzelle eines Fahrzeugs
erreicht, mit: einem Partikelfilter/Reinluftfilter, der eine Überzugsschicht
bzw. einen Bespannung aus ungewebten Fasern umfasst, die als Ziehharmonika
gefaltet ist, um Wellenformen/Wellenbewegungen sichtbar zu machen,
und einem Gasfilter, der aus einer ersten Über zugsschicht aus ungewebten
Fasern besteht, einer zweiten Luftreinigungsschicht, welche die
erste Schicht bedeckt und aus einem Photokatalysatormittel besteht,
das eng mit den Körnern
eines Sorptionsmittels/Adsobtionsmittels verbunden ist, und eine dritte Überzugsschicht
aus ungewebten Fasern, welche die zweite Schicht bedeckt, wobei
alle diese drei Schichten als Ziehharmonika gefaltet sind, um Wellenformen/Wellenbewegungen
sichtbar zu machen, eine Vorrichtung, bei der der Partikelfilter/Reinluftfilter
und der Gasfilter Wellenformen mit der gleichen Teilung bzw. Wiederholfrequenz
aufweisen, die sich genau überlagern,
und zwar so, dass ermöglicht
wird, dass sich die beiden Filter ineinander einfügen, um eine
gemeinsame Struktur zu bilden.
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Die
Erfindung ist dahingehend bemerkenswert, dass der Partikel-Filter-Abschnitt
einfach ersetzt werden kann, wenn er verstopft ist, ohne mit dem
Gasfilter-Abschnitt intervenieren zu müssen, welcher nicht berührt wird,
bis er seinerseits ersetzt wird.
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Das
Sorptionsmittel/Adsobtionsmittel besteht bevorzugt aus Aktivkohle,
Zeolith oder einer Mischung aus beiden, und der Photokatalysator
aus Titan-Oxid.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Klimaanlage der Fahrgastzelle eines
Kraftfahrzeugs, welche ein Lüfteraggregat/Ventilator
umfasst, welches einen Luftstrom in einer Luftverteilungsleitung
abgibt, in welcher der vorher genannte Luftreiniger angeordnet ist.
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Bevorzugt
umfasst die Luftverteilungsleitung eine Öffnung, durch welche der Luftreiniger
eingeführt
wird, und diese Öffnung
der Luftverteilungsleitung kann durch eine Klappe geschlossen werden/sein,
sobald der Luftreiniger in der Leitung platziert ist. Ebenso kann
der Träger-Rahmen
des Partikel-Filters auch diese Verschluss-Klappe der Luftverteilungsleitung
bilden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Andere
Besonderheiten und Vorteile der Einrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich
aus der Lektüre
der folgenden, beispielhaften, aber nicht einschränkenden
Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Luftreinigers gemäß der Erfindung
zeigt;
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1A eine
transversale Schnittansicht des Luftreinigers von 1 ist;
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Luftreinigers gemäß der Erfindung
zeigt;
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2A eine
perspektivische Ansicht des Luftreinigers aus 2 in
zusammengesetztem Zustand ist;
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3A und 3B Teil-Ansichten
sind, welche die verschiedenen Schichten eines Aktivkohle-Filters
gemäß des Standes
der Technik zeigen;
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4A und 4B Teilansichten
sind, welche die verschiedenen Schichten eines kombinierten Filters
gemäß des Standes
der Technik zeigen,
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5 eine
Variante des Trägers/der
Halterung zeigt, welcher das Medium der zweiten Partie der Einrichtung
hält, und
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6 die
Beziehung zwischen dem Zwischenraum zwischen der ersten und der
zweiten Partie und dem Leistungsverlust der Vorrichtung zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsformen
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1 zeigt
in Explosions-Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines Luftreinigers
gemäß der Erfindung,
welcher dazu vorgesehen ist, in einer Luftverteilungsleitung einer
Klimaanlage eines Kraftfahrzeug-Fahrgastzelle montiert zu werden,
welche ein Lüfteraggregat/
einen motorgetriebenen Ventilator umfasst, welches diesen Luftstrom
liefert.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Einrichtung aus zwei trennbaren Abschnitten gebildet,
welche sich ineinanderfügen
(siehe 1A) um eine gemeinsame Struktur
zu bilden, einem ersten Abschnitt 30, welcher einen Gasfilter
vom photokatalytischen Typ bildet, wie in der am gleichen Tag unter
der französischen
Anmeldungs-Nummer 02 04647 eingereichten, und mit «Purification
de l'air de l'habitacle d'un véhicule
automobile par adsorption et photocatalyse» ("Reinigung der Luft der Fahrgastzelle
eines Kraftfahrzeugs mittels Adsorption und Photoka talyse") betitelten Anmeldung
beschrieben ist, und einem zweiten Abschnitt 40, welcher
einen Partikel-Filter bildet. Selbstverständlich muss die Einrichtung,
um eine angemessene Funktionsfähigkeit
zu ermöglichen,
in der Leitung derart angeordnet sein/werden, dass der zweite Abschnitt 40 sich
bezüglich
des Luftstroms stromaufwärts
des ersten Abschnittse 30 befindet.
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Der
Gasfilter umfasst eine dreilagige Struktur mit einer ersten Überzug-Schicht
aus ungewebten Fasern, einer zweiten Luft-Reinigungs-Schicht, welche
die erste Schicht bedeckt und aus einer Photokatalysator-Substanz
gebildet ist, welche innig mit Körnern
eines Sorptionsmittels/Adsorbtionsmittels verbunden ist, und eine
dritte Überzug-Schicht
aus ungewebten Fasern, welche die zweite Schicht bedeckt, wobei
das Medium 32, welches das Ensemble dieser drei Schichten
bildet, als Ziehharmonika gefaltet ist/wird, um Wellenformen oder
V-förmige Falten mit
Schrittweite/Wiederholfrequenz p erscheinen zu lassen.
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Die Überzug-Schichten
können
auf Basis von PP, PA, PET oder PTFE sein. Beispielsweise ist die
Dicke einer Überzug-Schicht
zwischen 0,1 und 2 mm.
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Dieses
Medium ist/wird in einem rechteckigen Träger-Rahmen 34 montiert,
welcher zwei Längsseiten
und gegebenenfalls zwei Querseiten umfasst, und beispielsweise aus
Schaumgummi oder aus steifem Plastikmaterial oder sogar vorteilhafter Weise
aus ungewebten Fasern des gleichen Materials wie die erste und dritte
Medium-Schicht realisiert ist. Das Platzieren des Mediums im Rahmen
wird bevorzugter Weise mittels Spiegel-Löten/-Schweißen oder Heißkleben
(Heiß-Schmelz-Prozess)
oder Umformen/Formen durchgeführt.
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Mit
dieser Struktur vom photokatalytischen Typ absorbiert das Sorptionsmittel/Adsorbtionsmittel die
Schadstoffe sofort, wobei sie in seinen Poren gefangen werden, ohne
sie zu zerstören.
Ferner desorbiert die Photokatalysator-Substanz die Moleküle der auf
der Fläche/Oberfläche des
Sorptionsmittels/Adsorbtionsmittels eingefangenen Schadstoffe, wobei sie
dank Oxydations-Reduktions/Redox-Reaktionen zerstört werden.
Dies erlaubt es, das Sorptionsmittel/Adsorbtionsmittel zu regenerieren,
und in der Folge die Lebensdauer eines solchen Filters in der Größenordnung
des 4 bis 5 fachen derjenigen eines klassischen Aktivkohle-Filters
zu erhöhen,
so dass sie sogar diejenige des Fahrzeugs erreichen kann. Im Falle,
dass diese chemischen Reaktionen nicht abgeschlossen/vollständig abgelaufen
sind, werden die Unter-Produkte mittels des Sorptionsmittels/Adsorbtionsmittels
eingefangen werden, und letztlich durch die Photokatalysator-Substanz
zerlegt.
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Die
Photokatalysator-Substanz ist vorteilhafter Weise Titanoxid (TiO2),
im Wesentlichen in Anatas-Form, oder irgendein anders Metalloxid,
welches die Photokatalyse-Eigenschaft
aufweist, welches mittels chemischer Oxydations-Reduktions/Redox-Reaktionen unter
Einwirkung einer von einer Lichtquelle (nicht dargestellt) erzeugten
UV-Strahlung die Verunreinigungs-Gas-Moleküle zerstört, welche vorteilhafter Weise
in den Träger-Rahmen
dieses Filters oder direkt in die Luftverteilungsleitung integriert
ist (wie in der vorgenannten Anmeldung beschrieben), und das Sorptionsmittel/Adsorbtionsmittel
besteht bevorzugt aus Aktivkohle, aus Zeolith oder einer Mischung
der beiden.
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Der
Partikel-Filter ist eine Struktur, welche umfasst: ein Medium welches
aus zumindest einer Überzugschicht
aus ungewebten Fasern 42 gebildet wird, welche als Ziehharmonika
gefaltet wird, um Wellenformen oder Falten in V-Form und mit einer Schrittweite
p auftreten zu lassen, welche derjenigen des Gasfilters entspricht,
so dass diese Wellenformen exakt überlagert werden können (siehe 1A, wo
zum leichteren Verständnis
der Zeichnung die zwei Filter nicht genau überlagert sind). Dieses Medium
ist mit einem rechteckigen Träger-Rahmen 44 verbunden,
welcher vorteilhafter Weise aus ungewebten Fasern des gleichen Materials
realisiert ist wie der Partikel-Filter, oder beispielsweise auch
aus Schaumgummi oder aus steifem Plastikmaterial auf Basis von PP,
PA, PET oder PTFE besteht, und sein Platzieren im Rahmen wird, wie
vorher beschrieben, bevorzugter Weise mittels Spiegel-Löten/-Schweißen oder
Heißkleben
(Heiß-Schmelz-Prozess)
oder Umformen/Formen durchgeführt.
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6 zeigt
eine Variante des Rahmens des Partikel-Filters 40. Diese
Figur zeigt ein besonders ökonomisches
Mittel zum Beibehalten der Schrittweite p des Mediums, welches den
Partikel-Filter bildet. Tatsächlich
wird dieses Halten mittels Klebe-/Haft-Streifen 5 erreicht,
welche die Kanten/Faltkanten einer Seite des Mediums verbinden.
Die zusätzliche
Dicke, wenn sie zur Dicke des ersten Abschnitts 30 zugefügt wird,
wenn die zwei Abschnitte ineinandergefügt werden/sind, beträgt dann
nicht mehr als ungefähr
2 mm.
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Im
ersten Ausführungsbeispiel
lässt sich
das Zusammensetzen des Luftreinigers sehr einfach durchführen (da
die Wellenformen gleiche Schrittweite aufweisen) indem der Partikel-Filter 40 soweit an/in
den Gasfilter 30 angefügt/eingefügt wird,
bis ihre Rahmen in Kontakt kommen (das Halten des Kontakt-Druckes
zwischen den zwei Filtern wird beispielsweise mittels Klammern oder
Spangen (nicht dargestellt)) sichergestellt. Das Einfügen wird
dadurch erleichtert, dass die longitudinalen Seiten des Mediums 42 mit
Halte-Wänden 46,
welche der Wellenfrom entsprechen (und daher Sägezahn-Form aufweisen) versehen
werden.
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Diese
Struktur zweier trennbarer Abschnitte ist besonders bei der Wartung
interessant, weil es bei verstopftem Partikel-Filter genügt, die
zwei Filter zu trennen und den Partikel-Filter durch einen neuen zu ersetzen,
welcher dann in den ursprünglichen
Gasfilter eingefügt
wird, wobei diese Trennung direkt in der Luftverteilungsleitung
oder außerhalb
bewirkt wer den kann, je nachdem, wieviel Platz zur Demontage/Neu-Montage
verfügbar
ist. Dieser Vorgang kann mehrmals (in der Praxis bis zu 5 Mal) wiederholt
werden, bis der Gasfilter seinerseits verstopft ist und daher ebenfalls
ersetzt werden muss.
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Es
sei angemerkt, dass die Effizienz des Partikel-Filters erhöht werden
kann, indem stromaufwärts
bezüglich
des Luftstroms eine Ionisier-Einrichtung (nicht dargestellt) angeordnet
wird, welche dazu vorgesehen ist, das Filtrieren der kleinen Partikel
(< 0,5 Mikrometer)
zu erleichtern, wobei die Partikel dann ionisiert werden sind, bevor
sie durch den Filter gesammelt werden.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
des Luftreinigers gemäß der Erfindung
ist in Explosions-Ansicht in 2 gezeigt.
In dieser Anordnung wird das Medium 42 gemeinsam mit seinem
Träger-Rahmen 44 realisiert,
beispielsweise mittels Umformen/Ausformen, Spiegel-Löten/-Schweißen oder einem Heißklebe-Verfahren,
wobei der auf diese Weise gebildete Partikel-Filter in Einschub/Schublade-Form 40 dann in
den aus einem Träger-Rahmen 34,
welcher zu demjenigen identisch ist, in welchem das zugehörige Medium 32 montiert
ist, gebildeten Gasfilter 30 eingefügt wird. Idealer Weise kann
es die Symmetrie der Formen erlauben, die zwei Filter ausgehend
von einer gleichen Form zu realisieren. Um andererseits ein perfektes
Einfügen
des Mediums bei der Montage (insbesondere das Einhalten der Schrittweite
der Wellenform) zu ermöglichen,
sind die dem Träger-Rahmen 34, 44 gegenüberliegenden
Seiten mit Halte-Wänden 36, 46 komplementärer Formen
(mit Säge-Zähnen) versehen.
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2A zeigt
den Luftreiniger aus 2 in einer Luftverteilungsleitung 50 platziert.
Diese Leitung ist mit einer Öffnung 52 und
Gleitschienen 54 versehen, welche in der Leitung angeordnet
sind und dazu vorgesehen sind, die Vorrichtung aufzunehmen, welche
dann zwischen ihnen nach Art eines/einer Einschubs/Schublade eingeführt werden
kann, wobei der Träger-Rahmen 44 des
Partikel-Filters 40 die Öffnung 52 der Leitung
nach Art einer Klappe verschließt
(der Halt in der Leitung ist/wird beispielsweise mittels Klammern
oder Spangen (nicht dargestellt) sichergestellt). Diese Öffnung kann
auch durch eine unabhängige
Klappe (nicht dargestellt) verschlossen werden/sein. Mit dieser
Montage-Anordnung wird bei Wartungs-Vorgängen insbesondere das Entfernen des
Partikel-Filters alleine erleichtert, wobei der Gasfilter auf seinen
Gleitschienen in der Leitung in Position verbleibt.
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Als
Beispiel kann die Schrittweite p der Faltung zwischen 7 und 12 mm
umfassen. Die Dicke des ersten Abschnitts 30, welcher den
Gasfilter vom photokatalytischen Typ bildet, kann zwischen 20 und
30 mm umfassen, und die Dicke der zweiten Abschnitts 40,
welcher den Partikel-Filter bildet, kann zwischen 25 und 35 mm umfassen.
Die Kombination dieser Werte- Bereiche erlaubt es, eine Reinigungs-Einrichtung
zu erhalten, welche einen Leistungsverlust bzw. Druckabfall aufweist,
welcher zwischen 100 und 180 Pascals umfasst ist.
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Dieser
Leistungsverlust/Druckabfall kann durch Abrücken des ersten Abschnitts 30 von
dem zweiten Abschnitt 40 um einen Wert, welcher zwischen
5 und 15 mm liegt, reduziert sein/werden, wobei der beste Kompromiss
aus Leistungsverlust und Packungsdichte sich bei dem Wert von 10
mm befindet. 5 zeigt diesen Kompromiss. Die
klein gepunkteten, unterbrochen (durch)gezogenen, groß gepunkteten
beziehungsweise durchgezogenen Kurven 1, 2, 3 und 4 zeigen
den Leistungsverlust bzw. Druckabfall der Reinigungs-Vorrichtung
für einen Luftstrom-Durchsatz
von ungefähr
540 kg/h, 450 kg/h, 270 kg/h beziehungsweise 150 kg/h. Diese Figur
bringt den Kompromiss des Zwischenraums von 10 mm zur Geltung, ab
welchem der Zuwachs an Leistungsverlust bzw. Druckabfall nicht mehr
signifikant ist.