DE69724268T2 - Wärmetauschervorrichtung und methode zur katalytischen behandlung der umgebungsluft - Google Patents

Wärmetauschervorrichtung und methode zur katalytischen behandlung der umgebungsluft Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für das Niedertemperatur-Reinigen der Atmosphäre und im Besonderen das Befähigen der Außenfläche eines Wärmetauschers, wie dem Kühler eines Motorfahrzeugs, zum katalytischen Umwandeln von Schadstoffen in unschädliche Verbindungen, ohne die Funktion des Wärmetauschers negativ zu beeinflussen.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Ein Studium der Literatur zum Umweltschutz zeigt, dass der allgemeine Ansatz darin besteht, in die Umwelt eintretende Abfallströme reaktiv zu reinigen. Wird eine zu große Menge des einen oder anderen Schadstoffs erkannt oder freigesetzt, bestand die Tendenz darin, sich auf die Quelle des Schadstoffs zu konzentrieren. Zum größten Teil werden gasförmige Ströme behandelt, um die Schadstoffe vor dem Eintreten in die Atmosphäre zu reduzieren.
  • Es wurde offenbart, in einen umschlossenen Raum geleitete atmosphärische Luft zu behandeln, um ungewünschte Bestandteile darin zu entfernen. Es gab jedoch bisher nur geringe Anstrengungen zum Behandeln von Schadstoffen, die sich bereits in der Umwelt befinden. Die Umwelt wurde bisher ihren eigenen Selbstreinigungssystemen überlassen.
  • Es sind Quellen bekannt, die vorauswirkendes Reinigen der Umwelt offenbaren. US-Patent Nr. 3.738.088 offenbart eine Luftfiltereinheit zum Reinigen von Verschmutzung in der Umgebungsluft durch Verwendung eines Fahrzeugs als mobile Reinigungsvorrichtung. Eine Vielfalt von Elementen werden in Kombination mit einem Fahrzeug verwendet, um die Umgebungsluft zu reinigen, während das Fahrzeug durch die Umwelt gefah ren wird. Im Besonderen werden Rohrleitungen zum Steuern der Luftstromgeschwindigkeit und zum Leiten der Luft zu verschiedenen Filtereinrichtungen offenbart. Die Filtereinrichtungen können Filter und elektronische Abscheider umfassen. Es werden katalysierte Nachfilter als nützlich für das Behandeln von nichtpartikulärer oder aerosolförmiger Verschmutzung, wie Kohlenmonoxid, unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Stickstoffoxid bzw. Schwefeloxiden und Ähnlichem, offenbart.
  • Ein anderer Ansatz wird in US-Patent Nr. 5.147.429 offenbart. Dort wird eine mobile luftgestützte Luftreinigungsstation offenbart. Im Besonderen umfasst dieses Patent eine lenkbare Luftsammelvorrichtung. Die lenkbare Vorrichtung vertilgt über eine Vielzahl von verschiedenen Typen von darin enthaltenen Luftreinigungsvorrichtungen. Zu den offenbarten Luftreinigungsvorrichtungen gehören Nassabscheider, Filtrationsmaschinen und Fliehkraftsprühwäscher.
  • Die Schwierigkeit bei bisher offenbarten Vorrichtungen zum vorauswirkenden Reinigen der atmosphärischen Luft besteht darin, dass sie neue und zusätzliche Ausstattung erfordern. Selbst das in US-Patent Nr. 3.738.088 offenbarte modifizierte Fahrzeug erfordert Rohrleitungen und Filter, die katalytische Filter umfassen können.
  • Als Reaktion auf die Schwierigkeiten, die mit Vorrichtungen beim vorauswirkenden Reinigen der Atmosphäre verbunden sind, hat der vorliegende Anmelder in der US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 08/589.182, eingereicht am 19. Januar 1996 und unter WO 96/22146 am 25. Juli 1996 veröffentlicht, und der US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 08/589.030, eingereicht am 19. Januar 1996 und als US-Patent Nr. 6200542 am 13. März 2000 erteilt, Vorrichtung verwandter Verfahren zum Behandeln der Atmosphäre durch Verwenden eines sich bewegenden Fahrzeugs offenbart. Bei bevorzugten Ausführungen wird ein Abschnitt des Kühlsystems (z. B. der Kühler) mit einer Katalysator- oder Adsorptionszusammensetzung überzogen. Zusätzlich kann ein mit dem Kühlsystem verbundenes Gebläse operieren, um Luft in funktionellen Kontakt mit dem Kühler zu saugen oder zu blasen. In der Luft enthaltene Schadstoffe, wie Ozon bzw. Kohlenmonoxid, werden dann in nichtverschmutzende Verbindungen (z. B. Sauerstoffgas und Kohlendioxid) umgewandelt.
  • Der vorliegende Anmelder verfügt außerdem über eine anhängige US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 08/412.525, eingereicht am 29. März 1995, zu dem die entsprechende Anmeldung Nr. 348198 für Taiwan am 21. Dezember 1998 veröffentlicht wurde und mit dem Vorrichtungen und Verfahren zum vorauswirkenden Behandeln der Atmosphäre mit katalytischer Zusammensetzung unter Verwendung eines stationären Objekts, wie einem stehenden Kraftfahrzeug, einer Werbefläche, einer Klimatisierungs-Einheit und Ähnlichem, offenbart werden.
  • EP-A-0186477 beschreibt ein Steuersystem mit einem Wärmetauscher zum Entfernen von Wärme aus der Umgebungsluft und einem Ozonabbaukatalysator auf einer Wärmetauschfläche.
  • DE-A-3334992 beschreibt ein Heizsystem für ein Fahrzeug, bei dem die wärmeabstrahlende Fläche des Heizsystem-Wärmetauschers als ein Träger für einen Oxidationskatalysator fungiert.
  • EP-A-0097287 beschreibt einen Wärmetauscher, von dem wenigstens ein Teil mit einer Katalysatorzusammensetzung überzogen ist.
  • DE-A-4007965 beschreibt einen katalytischen Überzug, der auf einen Wasser-, Öl- oder Luftkühler aufgebracht ist.
  • Das Aufbringen einer katalytischen Zusammensetzung auf die Fläche einer Wärmetauschvorrichtung, wie einem Kühler eines Motorfahrzeugs, bringt Probleme mit sich, die die Wärmetauscheigenschaften der Vorrichtung negativ beeinflussen können. Beispielsweise kann die katalytische Zusammensetzung als ein Isolator fungieren und dadurch die Fähigkeit des Kühlers zum Ableiten von Wärme herabsetzen.
  • Es wäre daher ein erheblicher Vorteil auf dem Gebiet der Reduzierung von Verschmutzung, Wärmetauschvorrichtungen zum Behandeln von Luft einzusetzen, um Schadstoffe ohne negative Beeinflussung der Wärmetauscheigenschaften der Vorrichtung zu entfernen. Von weiterem Vorteil auf dem Gebiet wäre es, wenn dieses Problem auf eine wirksame und kostengünstige Weise überwunden werden könnte.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zum Behandeln der Atmosphäre, um Schadstoffe daraus zu entfernen. Eine Wärmetauschvorrichtung, wie ein Kühler eines Motorfahrzeugs, wird so behandelt, dass die Außenfläche davon katalytisch die Umwandlung von Schadstoffen in der Atmosphäre in unschädliche Verbindungen einleitet, ohne die Wärmetauscheigenschaften der Vorrichtung negativ zu beeinflussen, und die katalytische Schicht geschützt und daher gegen Chemikalien, Salze, Verunreinigungen und sonstige Schmutzstoffe widerstandsfähig ist. Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem Wärmetauschvorrichtungen, die dies auf diese Weise durchführen können.
  • Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum katalytischen Behandeln der Atmosphäre bereitgestellt, um Schadstoffe, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Ozon, Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid besteht, in unschädliche Verbindungen umzuwandeln, das das Herstellen von Kontakt der Atmosphäre mit einer Wärmetauschvorrichtung umfasst, wobei 1 bis 99% der Außenfläche der Wärmetauschvorrichtung mit einer katalytischen Schicht überzogen worden sind, die Katalysator umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Manganoxid-Katalysatoren, Edelmetall-Katalysatoren und Kombinationen daraus besteht, die in der Lage sind, die Schadstoffe katalytisch umzuwandeln, wobei die katalytische Schicht des Weiteren mit einem porösen schützenden Überzug überzogen ist.
  • Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Wärmetauschvorrichtung zum katalytischen Behandeln der Atmosphäre bereitgestellt, um Schadstoffe, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Ozon, Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid besteht, in unschädliche Verbindungen umzuwandeln, wobei die Wärmetauschvorrichtung eine Außenfläche umfasst und 1 bis 99% derselben mit einer katalytischen Schicht überzogen ist, die Katalysator umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Manganoxid-Katalysatoren, Edelmetall-Katalysatoren und Kombinationen daraus besteht, die in der Lage sind, die Schadstoffe umzuwandeln, wobei die katalytische Schicht des Weiteren mit einem porösen schützenden Überzug überzogen ist.
  • Bevorzugte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in den Unteransprüchen dargelegt.
  • Der Begriff „Atmosphäre" wird hierin als die Luftmasse definiert, welche die Erde umgibt. Der Begriff „Umgebungsluft" bedeutet die Atmosphäre, die zu der Außenfläche der Wärmetauschvorrichtung hin gesaugt oder geblasen wird. Es ist beabsichtigt, Luft einzuschließen, die entweder zufällig oder durch eine Wärmeeinrichtung erwärmt wurde.
  • Nach der vorliegenden Endung muss die Fläche der Wärmetauschvorrichtung mit einer Substanz ausgestattet sein, die wirksam die katalytische Umwandlung von Schadstoffen in unschädliche Verbindungen einleiten kann. Die Fläche der Wärmetauschvorrichtung ist daher in der Lage, Schadstoffe, wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Ozon in unschädliche Verbindungen, wie Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf, umzuwandeln.
  • Der Begriff „Edelmetall-Katalysator" umfasst bei seiner Verwendung hierin die Edelmetalle selbst sowie Verbindungen, die diese enthalten, wie z. B. Salze von Edelmetallen.
  • Die Außenfläche wird somit mit einer Katalysatorzusammensetzung überzogen. Um jedoch eine Herabsetzung der Wärmetauschfähigkeiten der Wärmetauschvorrichtung zu verhindern, wird die Katalysatorzusammensetzung nicht auf die gesamte Außenfläche der Wärmetauschvorrichtung aufgebracht und wird wahlweise zusätzlich auf eine Fläche der Wärmetauschvorrichtung aufgebracht, die nicht direkt an der Wärmetauschtätigkeit beteiligt ist.
  • Die Wärmetauschvorrichtung ist jede Vorrichtung, die zum Kontaktieren von Fluiden (Gase und Flüssigkeiten) mit verschiedenen Temperaturen operiert, so dass ein Tausch von Wärme durch die Nähe der beiden Fluide erfolgt. Nur zum Zwecke der Darstellung wird hierin der Kühler eines Motorfahrzeugs als ein typisches Beispiel verwendet. Es ist zu berücksichtigen, dass Wärmetauschvorrichtungen, wie sie in Klimatisierungs-Einheiten und Ähnlichem angetroffen werden, zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
  • Die Umgebungsluft wird durch natürliche Windströme oder durch Verwendung einer Luftsaugeinrichtung, wie einem Gebläse oder Ähnlichem, über die Wärmetauschvorrichtung gesaugt, um Umgebungsluft in funktionellen Kontakt mit der Wärmetauschvorrichtung, auf der sich die katalytische Fläche befindet, zu saugen oder zu blasen. Beispielsweise kann das Gebläse in einem Tunnel positioniert sein oder sich als Teil in einem Klimatisierungssystem befinden oder sich, wie zuvor angesprochen, vorzugsweise in Motorfahrzeugen als Teil des herkömmlichen Kühlsystems befinden. Das Gebläse wird typischerweise durch eine Stromquelle, wie einer Batterie, vorzugsweise die bei einem Motorfahrzeug verwendete herkömmliche 12-Volt-Batterie, einer Solarzellenplatte und Ähnlichem, betrieben. Der poröse schützende Überzug schützt die Katalysatorzusammensetzung vor Verschmutzung und vorzeitiger Alterung durch solche Verschmutzungen wie Salz, Schmutz, Öl und Ähnliches und kann wahlweise zusätzlich auf eine Katalysatorzusammensetzung auf Nicht-Wärmetauschflächen aufgebracht werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die folgenden Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile anzeigen, stellen Ausführungen der Erfindung dar und sind nicht als Beschränkung der Erfindung gedacht, wie sie von den Ansprüchen umfasst wird, die Teil der Anmeldung sind.
  • 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Lastkraftwagens, die einen Grill, einen Klimatisierungs-Kondensator, einen Kühler, ein Gebläse und einen Motor zeigt;
  • 2 ist eine Perspektivansicht eines Kühlers von einem Motorfahrzeug;
  • 3 ist ein vergrößerter Querschnitt eines Kühlers;
  • 4 ist eine Teilvorderansicht einer Serie von wellenförmigen Platten eines Kühlers, überzogen mit einer Katalysatorzusammensetzung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist eine Teilvorderansicht einer Serie von wellenförmigen Platten eines Kühlers, überzogen mit einer Katalysatorzusammensetzung nach einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ist eine Hinteransicht eines Kühlers, die die hintere Fläche des Kühlers zeigt, die mit einer Katalysatorzusammensetzung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung überzogen ist; und
  • 7 ist eine Teilperspektivansicht eines Kühlers mit Rippen, die mit einer Katalysatorzusammensetzung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung überzogen sind.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln der Fläche einer Wärmetauschvorrichtung, so dass in Umgebungsluft enthaltene Schadstoffe gut in unschädliche Verbindungen umgewandelt werden können. Wenn eine Katalysatorzusammensetzung auf die Außenfläche des Wärmetauschers aufgebracht wird, bedeckt sie nur einen Abschnitt davon und wird wahlweise zusätzlich auf Nicht-Wärmetauschflächen aufgebracht, um das Verschlechtern der Wärmetauscheigenschaften der Wärmetauschvorrichtung zu verhindern. Die vorliegende Erfindung ist im Besonderen zum Umwandeln von Kohlenwasserstoffen, Ozon und Kohlenmonoxid in unschädliche Verbindungen, wie Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf, angepasst.
  • Die Atmosphärenkontaktfläche ist die Außenfläche von einer Wärmetauschvorrichtung, wie einem Kühler. Jede Wärmetauschvorrichtung, in der ein Strom von Umgebungsluft dort hindurch besteht, kann nach der vorliegenden Erfindung behandelt werden. Von besonderer Bedeutung für die vorliegende Erfindung ist das Befähigen der Außenfläche der Wärmetauschvorrichtung zum katalytischen Umwandeln von Schadstoffen in unschädliche Verbindungen, ohne die Wärmetauschtätigkeit der Vorrichtung negativ zu beeinflussen.
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird die Außenfläche der Wärmetauschvorrichtung (z. B. ein Kühler) teilweise mit einer Katalysatorzusammensetzung überzogen. Im Besonde ren werden 1 bis 99% der Außenfläche, vorzugsweise etwa 25 bis 75%, mit der Katalysatorzusammensetzung überzogen. Um den gewünschten Teilüberzug bereitzustellen, kann der nichtüberzogene Abschnitt mit einem Band oder mit einem Überzug, der ein Material wie Teflon enthält, abgedeckt werden. Die vorliegenden Katalysatorzusammensetzungen umfassen wenigstens einen Manganoxid-Katalysator bzw. wenigstens einen Edelmetall-Katalysator. Die Menge des Manganoxids und die Menge des Edelmetalls können unterschiedlich sein und können auf die in der Atmosphäre enthaltenen Schadstoffe zugeschnitten sein. Allgemein ist der Manganoxid-Katalysator in einer Menge von etwa 0,05 bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,1 bis 2,0 Gew.-%, vorhanden, basierend auf dem Gesamtgewicht der Katalysatorzusammensetzung. Die Menge des Edelmetalls liegt in dem Bereich von bis zu 20 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,5 bis 10 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Katalysatorzusammensetzung.
  • Das Manganoxid, das bei der Katalysatorzusammensetzung verwendet werden kann, umfasst alle Manganoxide, die wirksam Ozon in Sauerstoff bzw. Kohlenmonoxid in Kohlendioxid umwandeln können.
  • Die Edelmetalle werden aus denen ausgewählt, die traditionell in Katalysatoren zur Behandlung von Motorabgasen verwendet werden. Die bevorzugten Edelmetalle sind Platin, Palladium und Gemische davon. Platin ist das bevorzugteste der Edelmetalle. Bei einer bevorzugten Katalysatorzusammensetzung wird das Edelmetall prinzipiell fein an der Oberfläche des Unedelmetall-Katalysators verteilt. Das bedeutet, dass sich wenigstens 50% des Edelmetall-Katalysators auf oder nahe der Oberfläche des Manganoxid-Katalysators befinden, um eine schnelle Umwandlung der Schadstoffe in der Umgebungsluft in unschädliche Nebenprodukte sicherzustellen.
  • Die Katalysatorzusammensetzung ist außerdem mit einem geeigneten Trägermaterial ausgestattet, das vorzugsweise eine hohe Flächengröße aufweist. Die bevorzugten Materialien sind hochtemperaturbeständige Oxide, wie diejenigen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Zerdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, Zirkoniumdioxid und Gemischen davon besteht, wobei Aluminiumoxid der bevorzugteste hochtemperaturbeständige Oxidträger ist. Es wird bevorzugt, dass der hochtemperaturbeständige Oxidträger eine hohe Flächengröße aufweist, um die Menge des katalytischen Materials innerhalb eines gegebenen Einheitsbereichs zu maximieren. Der Begriff „hohe Flächengröße" mit Bezug auf den hochtemperaturbeständigen Oxidträger hat allgemein die Bedeutung, dass die Flächengröße des Trägers wenigstens 100 m2/g beträgt und vorzugsweise in dem Bereich von etwa 100 bis 300 m2/g liegt.
  • Wie zuvor bereits angesprochen, können die Menge des Manganoxid-Katalysators und die Menge des Edelmetall-Katalysators über einen großen Bereich unterschiedlich sein. Bei einer bevorzugten Katalysatorzusammensetzung beträgt das Gewichtsprozentverhältnis des Edelmetall-Katalysators zu dem Manganoxid-Katalysator wenigstens 1 : 1. Ein bevorzugtes Gewichtsverhältnis des Edelmetall-Katalysators zu dem Manganoxid-Katalysator liegt in dem Bereich von etwa 8 : 1 bis 12 : 1.
  • Die Kombination des Manganoxids und des Edelmetalls an der Oberfläche davon stellt eine Katalysatorzusammensetzung bereit, die bei niedrigen Temperaturen operiert, um Kohlenmonoxid und Ozon wirksam in unschädliche Nebenprodukte umzuwandeln.
  • Die Katalysatorzusammensetzung kann durch Eintauch- bzw. Aufsprühtechniken auf die Kühlerfläche aufgebracht werden. Nach der vorliegenden Erfindung wird die Katalysatorzusammensetzung nicht auf die gesamten Wärmetauschflächen des Kühlers und vorzugsweise auf etwa 25 bis 75 Prozent der Kühlerfläche, aufgebracht.
  • Wie zuvor angesprochen, können Bereiche der Atmosphärenkontaktflächen, die nicht zu überziehen sind, mit einem Material bedeckt werden, das das Aufbringen der Katalysatorzusammensetzung darauf verhindert. Zu diesen Materialien gehören übliche Bänder (z. B. Blendenfolie) und Überzugmaterialien, wie diejenigen, die Teflon oder sonstiges Material enthalten, das dem Anhaften durch die Katalysatorzusammensetzung widersteht.
  • Das Abdeckmaterial wird auf die Atmosphärenkontaktfläche aufgebracht, gefolgt von der Katalysatorzusammensetzung für die zu überziehenden Bereiche. Was von der Katalysatorzusammensetzung über den nichtüberzogenen Bereich verspritzt wird, kann entfernt werden, indem zum Beispiel das Abdeckmaterial entfernt wird.
  • Das Muster des Aufbringens der Katalysatorzusammensetzung ist praktisch unbegrenzt, solange die Katalysatorzusammensetzung nicht die gesamte Wärmetauschfläche der Wärmetauschvorrichtung bedeckt. Beispielsweise kann die Katalysatorzusammensetzung in beabstandeten Reihen aufgebracht werden, die sich entlang der Länge der Wärmetauschvorrichtung erstrecken. Alternativ kann die Katalysatorzusammensetzung auf Abschnitte gegenüberliegender Seiten der Wärmetauschvorrichtung aufgebracht werden.
  • Bei einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Katalysatorzusammensetzung zusätzlich auf Nicht-Wärmetauschflächen der Wärmetauschvorrichtung aufgebracht werden. „Nicht-Wärmetauschflächen" bedeutet, dass diese Flächen nicht in den Wärmetausch zwischen jeweiligen Fluiden eingreifen. Wenn sie auf die Flächen aufgebracht werden, gibt es offensichtlich keine Beeinträchtigung der Wärmetauscheigenschaften der Vorrichtung. Entsprechend können die nichtkatalytischen Flächen bis zu ihrer Gesamtheit mit der Katalysatorzusammensetzung überzogen werden, wenn dies gewünscht wird. Zu den Beispielen für nichtkatalytische Flächen für Wärmetausch gehören die hinteren oder rückseitigen Flächen und Erweiterungen der Wärmetauschvorrichtung (z. B. Rippen und Ähnliches), die sich nicht in Kontakt mit den dort durchlaufenden Wärmetausch-Fluiden befinden.
  • Eine nichtkatalytische Fläche des Kühlers kann katalytisch gemacht werden, indem Manganoxid allein oder in Kombination mit Edelmetallen auf die Kühlerfläche aufgebracht wird. Die katalytischen Metalle können durch Verdampfen des Metalls und Auftragen des verdampften Metalls auf die Kühlerfläche aufgebracht werden.
  • Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass es in manchen Fällen wünschenswert ist, eine Katalysatorzusammensetzung zu den löcherigen Flächen hinzuzufügen, um die Umwandlungsraten zu verbessern. Es kann derselbe Typ von Katalysatorzusammensetzungen, wie zuvor beschrieben, verwendet werden. In diesem Fall dürfen die Wärmetauschflächen der Wärmetauschvorrichtung nicht in ihrer Gesamtheit bedeckt werden, um ein Verschlechtern der Wärmetauscheigenschaften zu verhindern.
  • Beim Betrieb der vorliegenden Erfindung wird Luft durch natürliche Windströme oder durch Luftsaugvorrichtungen, wie Gebläse, über die katalytische Fläche gesaugt oder geblasen. Bei an Land verwendeten Motorfahrzeugen sind die Wärmetauschflächen vorzugsweise diejenigen des Kühlers. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass andere Wärmetauschvorrichtungen, wie Klimatisierungs-Kondensatoren und Ähnliches, in einer ähnlichen Weise behandelt werden können.
  • Bei der bevorzugtesten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Atmosphärenkontaktflächen geeignete Flächen eines Kühlers. Durch Behandeln der Kühlerfläche, wie hierin beschrieben, können Schadstoffe gut aus der Atmosphäre entfernt werden, ohne die Wärmetauscheigenschaften des Kühlers zu beeinträchtigen.
  • Die vorliegende Erfindung ist für den auf diesem Gebiet erfahrenen Personenkreis mit Bezug auf die begleitenden 1 bis 7 verständlich. Die vorliegende Erfindung kann auf Wärmetauschvorrichtungen jeden Typs und sowohl auf Wärmetausch- als auch auf Nicht-Wärmetauschflächen angewendet werden. In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ist besonders wichtig, dass die Wärmetauscheigenschaften der Wärmetauschvorrichtung gewahrt bleiben. Wenn die Umgebungsluft auf die katalytische Fläche der Wärmetauschvorrichtung trifft, werden Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid bzw. Ozon katalytisch zur Reaktion gebracht, um unschädliche Nebenprodukte, wie Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf, zu erzeugen.
  • Für diejenigen mit Erfahrung auf dem Gebiet ist ersichtlich, dass, wenn der Wärmetauscher mit einem Fahrzeug in Verbindung gebracht wird, jedes geeignete Fahrzeug eingesetzt werden kann. Zu Fahrzeugen gehören Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Züge, Boote, Schiffe, Flugzeuge, lenkbare Vorrichtungen, Ballone und Ähnliches. Vorzugsweise sind die Atmosphärenkontaktflächen bei einem Motorfahrzeug Flächen, die sich zur Front des Fahrzeugs hin in der Nähe des Kühlsystemgebläses befinden. Zu nützlichen Kontaktflächen gehören die Außenflächen des Kühlers, des Klimatisierungs-Kondensators und von Ähnlichem, die alle innerhalb des Gehäuses des Fahrzeugs befindlich sind und getragen werden.
  • 1 stellt einen Lastkraftwagen (10) in schematischer Form dar, der eine Vielfalt von Fahrzeugbauteilen umfasst, bei denen ein Kühler oder Klimatisierungs-Kondensator Atmosphärenkontaktflächen umfassen. Das Fahrzeug umfasst einen Grill (12), einen Klimatisierungs-Kondensator (14), einen Kühler (16) und ein Kühlergebläse (18). Es ist zu berücksichtigen, dass sich andere Fahrzeugbauteile in dem Lastkraftwagen befinden können.
  • Mit Bezug auf 1 und 2 umfassen die bevorzugten Atmosphärenkontaktflächen die vorderen (13) und seitlichen (15) Flächen des Klimatisierungs-Kondensators (14), die vorderen (17) und seitlichen (19) Flächen des Kühlers (16). Diese Flächen befinden sich innerhalb des Gehäuses (24) des Lastkraftwagens. Sie sind typischerweise unter der Kühlerhaube des Lastkraftwagens zwischen der Front (26) des Lastkraftwagens und dem Motor (28). Der Klimatisierungs-Kondensator (14) und der Kühler (16) können direkt oder indirekt von dem Gehäuse (24) oder einem Rahmen (nicht gezeigt) innerhalb des Hauses getragen werden.
  • 2 zeigt allgemein eine schematische Ansicht einer Kühler/Klimatisierungs-Kondensator-Einheit. Das Kraftfahrzeug umfasst ein Gehäuse (30). Es gibt ein vorderes Ende (32) des Motorfahrzeugs mit einem Grill (12), der an der Front des Gehäuses (30) getragen wird. Ein Klimatisierungs-Kondensator (14), ein Kühler (16) und ein Kühlergebläse (18) können sich innerhalb des Gehäuses (30) befinden.
  • Die Flächen des Klimatisierungs-Kondensators (14) und des Kühlers (16) können nach der vorliegenden Erfindung behandelt werden, um eine katalytische Fläche bereitzustellen, ohne die Wärmetauscheigenschaften der Vorrichtungen negativ zu beeinflussen. Die bevorzugteste Atmosphärenkontaktfläche ist die Außenfläche des Kühlers (16). Ein typischer Kühler hat vordere und hintere Flächen mit beabstandeten flachen Röhren mit einer dazwischen befindlichen Vielzahl von wellenförmigen Kühlerplatten. Im Besonderen und mit Bezug auf 3 wird ein Kühler (16) gezeigt, der beabstandete Röhren (40) für den Strom eines ersten Fluids und einer Serie von wellenförmigen Platten (42) dazwischen umfasst, die eine Leitungsbahn (44) für den Strom eines zweiten Fluids quer zu dem Strom des ersten Fluids definiert. Das erste Fluid, wie Frostschutzmittel, wird aus einer Quelle (nicht gezeigt) über einen Einlass (46) zu den Röhren (40) zugeführt. Das Frostschutzmittel tritt bei einer relativ hohen Temperatur durch den Einlass (46) in den Kühler (16) ein und verlässt den Kühler schließlich durch einen Auslass (48). Das zweite Fluid, wie Luft, durchläuft die Leitungsbahn (44) und gerät dabei in ein Wärmetauschverhältnis mit dem ersten Fluid, das die Röhren (40) durchläuft.
  • Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung können die Flächen der wellenförmigen Platten (42) des Kühlers (16) behandelt werden, um eine katalytische Fläche be reitzustellen, die die Wärmetauscheigenschaften des Kühlers nicht beeinträchtigt. Bei einer Ausführung der Erfindung werden die wellenförmigen Platten (42) in beabstandeten Reihen mit der Katalysatorzusammensetzung überzogen. Mit besonderem Bezug auf 4 wird eine Ausführung der Erfindung gezeigt, bei der wechselnde wellenförmige Platten (42) mit einer Katalysatorzusammensetzung zum Entfernen von Schadstoffen aus der Atmosphäre überzogen sind. Wie im Besonderen in 4 gezeigt, sind die Flächen (42a, 42c, 42e, 42g und 42i) mit der Katalysatorzusammensetzung überzogen, während die Flächen (42b, 42d, 42f, 42h und 42j) dies nicht sind. Als Folge ist der Kühler (18) mit katalytischen Flächen ausgestattet, die Schadstoffe in unschädliche Verbindungen umwandeln können, während er gleichzeitig seine Wärmetauschfunktion auf effiziente Weise durch die ausgesetzten, nichtüberzogenen Flächen ausüben kann.
  • Bei einer anderen Ausführung der Erfindung wird der Katalysatorüberzug auf sämtliche der wellenförmigen Flächen aufgebracht, jedoch nur auf einen Abschnitt davon. Mit Bezug auf 5 ist jede der Platten (42) in einem Abschnitt der Fläche davon überzogen, um eine katalytische Fläche (42j) und eine nichtkatalytische Fläche (42k) bereitzustellen. Bei dieser Ausführung stellt jede wellenförmige Platte eine katalytische Fläche zur Umwandlung von Schadstoffen in unschädliche Verbindungen bereit, während der Kühler befähigt wird, seine Wärmetauschfunktion durch sämtliche der wellenförmigen Platten auszuüben.
  • Nach der vorliegenden Erfindung können Nicht-Wärmetauschflächen des Kühlers oder andere Wärmetauschvorrichtungen zusätzlich mit der Katalysatorzusammensetzung überzogen werden, ohne die Wärmetauscheigenschaften der Vorrichtung zu beeinträchtigen. Im Besonderen können Nicht-Wärmetauschflächen des Kühlers mit der Katalysatorzusammensetzung überzogen werden bzw. es können Nicht-Wärmetauscherweiterungen zu der Wärmetauschvorrichtung hinzugefügt und mit der Katalysatorzusammensetzung überzogen werden.
  • Mit Bezug auf 6 wird eine Ansicht eines Kühlers offenbart, der ein Gehäuse (50) und wellenförmige Platten (42) umfasst, bei denen die hinteren Flächen (52) der wellenförmigen Platten (42) mit der Katalysatorzusammensetzung überzogen sind. Die hinteren Flächen (52) sind Nicht-Wärmetauschflächen, da Umgebungsluft, die in Kontakt mit den hinteren Flächen gerät, bereits durch die Kühlflüssigkeit gekühlt wurde und daher kein Wärmetausch an dem hinteren Ende des Kühlers auftritt.
  • Bei einer anderen Ausführung der Erfindung ist, wie in 7 gezeigt, der Kühler mit wenigstens einem, vorzugsweise mit einer Vielzahl von Vorsprüngen (60) (z. B. Rippen) ausgestattet, die Nicht-Wärmetauschflächen sind. Die Rippen (60) sind auf eine traditionelle Weise (z. B. durch Aufsprühen) mit der Katalysatorzusammensetzung überzogen. Bei Kontakt mit Umgebungsluft können die Flächen der Rippen, die durch Leitung von der Wärmetauschfläche erwärmt werden, in der Luft enthaltene Schadstoffe katalytisch in unschädliche Verbindungen umwandeln.
  • Bei jeder oben beschriebenen Ausführung wird die katalytische Fläche mit einem porösen schützenden Überzug ausgestattet. Der schützende Überzug enthält eine schützende Substanz, die bei Temperaturen von bis zu 100°C stabil ist und gegen Chemikalien, Salze, Verunreinigungen und sonstige Schmutzstoffe, die die Katalysatorzusammensetzung negativ beeinflussen können, widerstandsfähig ist. Kunststoffmaterialien, die diese Kriterien erfüllen, sind bekannt und umfassen Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen (z. B. Teflon) und Ähnliches. Polytetrafluorethylen ist ein bevorzugtes Material für den schützenden Überzug.
  • Der schützende Überzug kann durch Eintauch- und Aufsprühtechniken aufgebracht werden. Ein bevorzugtes Verfahren für das Aufbringen ist das Verwenden eines Aerosolsprays, das keine Halogene enthält.

Claims (23)

  1. Verfahren zum katalytischen Behandeln der Atmosphäre, um Schadstoffe, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Ozon, Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid besteht, in unschädliche Verbindungen umzuwandeln, das das Herstellen von Kontakt der Atmosphäre mit einer Wärmetauschvorrichtung umfasst, wobei 1 bis 99% der Außenfläche der Wärmetauschvorrichtung mit einer katalytischen Schicht überzogen worden sind, die Katalysator umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Manganoxid-Katalysatoren, Edelmetall-Katalysatoren und Kombinationen daraus besteht, die in der Lage sind, die Schadstoffe katalytisch umzuwandeln, wobei die katalytische Schicht des Weiteren mit einem porösen schützenden Überzug überzogen ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das das Aufbringen der katalytischen Zusammensetzung in beabstandeten Reihen auf die Wärmetauschvorrichtung umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Wärmetauschvorrichtung eine Vielzahl von Wellenformen enthält und das Verfahren das Aufbringen der katalytischen Schicht auf einen Teil jeder der Wellenformen umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das das Aufbringen der katalytischen Schicht auf ungefähr 25 bis 75% der Außenfläche der Wärmetauschvorrichtung umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Edelmetall-Katalysator um Platin, Palladium oder Gemische daraus handelt.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Katalysatorzusammensetzung ungefähr 0,05 bis 5 Gew.-% Manganoxid-Katalysator und weniger als ungefähr 20 Gew.-% eines Edelmetall-Katalysators auf Basis des Gesamtgewichtes der Katalysatorzusammensetzung enthält.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich wenigstens 50% des Edelmetall-Katalysators auf der Oberfläche des Manganoxid-Katalysators oder nahe daran befinden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Gew.-%-Verhältnis des Edelmetall-Katalysators zu dem Unedelmetall-Katalysator wenigstens 1 : 1 beträgt.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem schützenden Überzug um Kunststoff handelt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die schützende Substanz aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polyethylen, Polypropylen und Polytetrafluorethylen besteht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, das das Aufsprühen der schützenden Substanz als ein Aerosol auf die Außenfläche der Wärmetauschvorrichtung umfasst.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Wärmetauschvorrichtung um einen Kraftfahrzeugkühler handelt.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es bei der Wärmetauschvorrichtung um einen Kraftfahrzeug-Klimatisierungs-Kondensator handelt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Wärmetauschvorrichtung Teil eines Nicht-Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems ist.
  15. Wärmetauschvorrichtung (14, 16) zum katalytischen Behandeln der Atmosphäre, um Schadstoffe, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Ozon, Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid besteht, in unschädliche Verbindungen umzuwandeln, wobei die Wärmetauschvorrichtung (14, 16) einen Außenfläche umfasst und 1 bis 99% derselben mit einer katalytischen Schicht überzogen ist, die Katalysator umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Manganoxid-Katalysatoren, Edelmetall-Katalysatoren und Kombinationen daraus besteht, die in der Lage sind, die Schadstoffe umzuwandeln, wobei die katalytische Schicht des Weiteren mit einem porösen schützenden Überzug überzogen ist.
  16. Wärmetauschvorrichtung (14, 16) nach Anspruch 15, die eine Nicht-Wärmetausch-Außenfläche (60) umfasst, wobei wenigstens ein Teil derselben mit der katalytischen Schicht überzogen ist.
  17. Wärmetauschvorrichtung nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, wobei die Wärmetausch-Außenfläche mit einer Vielzahl beabstandeter Reihen der Katalysatorzusammensetzung überzogen ist.
  18. Wärmetauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, die eine Vielzahl von Wellenformen (42) umfasst, wobei ein Teil jeder der Wellenformen mit der Katalysatorzusammensetzung überzogen ist.
  19. Wärmetauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei es sich bei dem schützenden Überzug um Kunststoff handelt.
  20. Wärmetauschvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die schützende Substanz aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polyethylen, Polypropylen und Polytetrafluorethylen besteht.
  21. Wärmetauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei es sich bei der Wärmetauschvorrichtung um einen Kraftfahrzeugkühler handelt.
  22. Wärmetauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei es sich bei der Wärmetauschvorrichtung um einen Kraftfahrzeug-Klimatisierungs-Kondensator handelt.
  23. Wärmetauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die Wärmetauschvorrichtung Teil eines Nichtkraftfahrzeug-Klimatisierungssystems ist.
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