EP4633769A1 - Vorrichtung zur adsorption von gasförmigen bestandteilen aus der luft - Google Patents

Vorrichtung zur adsorption von gasförmigen bestandteilen aus der luft

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EP4633769A1
EP4633769A1 EP23821967.9A EP23821967A EP4633769A1 EP 4633769 A1 EP4633769 A1 EP 4633769A1 EP 23821967 A EP23821967 A EP 23821967A EP 4633769 A1 EP4633769 A1 EP 4633769A1
Authority
EP
European Patent Office
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air
space
intermediate space
channel
duct
Prior art date
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Pending
Application number
EP23821967.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Dallmer
Oliver Tappe
Andrea Obtmeier
Matthias Tonn
Christian Heimermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • B01D2259/45—Gas separation or purification devices adapted for specific applications
    • B01D2259/4566—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for use in transportation means

Definitions

  • the present invention relates to a device for adsorbing gaseous components from the air, comprising a housing with an air inlet side and an air outlet side, wherein a sorbent, at least one heat exchanger structure, and at least two air guide structures arranged parallel and spaced from one another to form an intermediate space and extending from the air inlet side to the air outlet side are arranged in the housing, wherein each of the air guide structures comprises at least one air supply channel and at least one air outflow channel, wherein the at least one air supply channel has an air outlet region for the outlet of supplied air into the intermediate space, and wherein the at least one air outflow channel has an air inlet region for the entry of air from the intermediate space.
  • the present invention relates to a motor vehicle with a device for adsorbing gaseous components from the air.
  • CO2-affine adsorbent granules are used as sorbents.
  • the adsorbent granules are loaded with CO2 from the ambient air by flowing through them at ambient temperature.
  • the CO2 is desorbed from the adsorbent granules under the influence of heat.
  • the heat is introduced via a heat exchanger.
  • the path length that the air takes through the sorbent also called flow length
  • the sorbent has as small a layer thickness as possible, also called filling height, so that the heat input occurs quickly and evenly.
  • US 2022/0193598 A2 discloses a device for separating carbon dioxide from a gas stream using a bed of adsorbent particles.
  • the adsorbent particles are contained in a sorbent volume.
  • the device comprises at least two inlet channels and at least two outlet channels which merge into one another and are arranged parallel to one another.
  • the inlet channels and the outlet channels are arranged alternately in both lateral extensions, so that the sorbent volume is limited by the space defined by the adjacent side walls of the inlet and outlet channels.
  • the present invention is based on the object of providing a device for adsorbing gaseous components from the air, with which the amount of adsorbed gaseous components is maximized and which at the same time enables effective and energy-efficient desorption of the absorbed gaseous components.
  • a device for adsorbing gaseous components from the air comprising a housing with an air inlet side and an air outlet side, wherein a sorbent, at least one heat exchanger structure, and at least two air guide structures arranged parallel and spaced apart from one another to form an intermediate space and extending from the air inlet side to the air outlet side are arranged in the housing, wherein each of the air guide structures comprises at least one air supply channel and at least one air outflow channel, wherein the at least one air supply channel has an air outlet region for the outlet of supplied air into the intermediate space, wherein the at least one air outflow channel has an air inlet region for the entry of air from the intermediate space, wherein it is further provided that a separating element is arranged in the intermediate space, which divides the intermediate space into a first partial space and a second sub-space, and that the sorbent is arranged in the first sub-space and the second sub-space.
  • Air to be cleaned of the gaseous components enters the housing through the air inlet side and exits the housing again through the air outlet side. This defines a main flow direction of the air through the housing from the air inlet side to the air outlet side.
  • the at least two air duct structures extend from the air inlet side to the air outlet side and preferably run parallel to the main flow direction.
  • the air to be cleaned enters the at least one air supply duct of the respective air duct structure and then exits through the air outlet area of the air supply duct into the intermediate space.
  • the intermediate space contains the sorbent, through which the gaseous components are absorbed or adsorbed from the air. After the air has flowed through the sorbent, the air enters through the air inlet area into the at least one air outlet duct of the respective air duct structure and then exits from the air outlet side of the housing.
  • a, preferably gas-impermeable, separating element is arranged in the intermediate space, which divides the intermediate space into a first partial space and a second partial space, and that the sorbent is arranged in the first partial space and in the second partial space.
  • the device according to the invention for adsorbing gaseous components from the air can be used in motor vehicles.
  • the device according to the invention for adsorbing gaseous components from the air can also be used in other technical areas, in particular in stationary systems and/or large-scale systems.
  • the separating element is preferably designed to be gas-impermeable, so that no air exchange takes place between the first sub-chamber and the second sub-chamber and no cross-flow between the air guide structures arranged parallel to one another.
  • the separating element also preferably extends from the air inlet side to the air outlet side and parallel to the main flow direction.
  • the flow length i.e. the path length through which the air flows for the absorption or adsorption of the gaseous component by the sorbent, thus corresponds essentially to the distance between the air outlet area of the at least one air supply channel and the air inlet area of the at least one air outflow channel of the respective air duct structure.
  • the filling height i.e. the layer density of the sorbent through which the heat transfer for the desorption of the gaseous component takes place, is preferably given by the distance of the separating element from the air duct structures delimiting the intermediate space. There is therefore a decoupling or separation of the flow length and the filling height, which means that the flow length and the filling height can be selected or adjusted independently of one another.
  • the separating element in particular prevents cross-flow of the air through the sorbent between the adjacent air duct structures. If cross-flow does not occur according to the invention, the flow length given by the distance between the adjacent air duct structures would also correspond to the layer thickness to be heated, i.e. the filling height of the sorbent. The prevention of such cross-flow between the air duct structures thus enables the decoupling or separation of flow length and filling height.
  • the air outlet region of the at least one air supply channel and/or the air inlet region of the at least one air outflow channel are preferably designed such that the sorbent, preferably in granular form, cannot enter the at least one air supply channel and/or the at least one air outflow channel.
  • the air inlet region and/or the air outlet region can be designed, for example, as a perforated plate or as a grid.
  • the sorbent can be an adsorbent granulate, preferably a CO2-affine adsorbent granulate and/or a water-affine adsorbent granulate.
  • the sorbent can comprise a plastic, in particular a polymer.
  • the polymer can particularly preferably be silica or 5A.
  • the gaseous component is CO2. Accordingly, the device for adsorbing gaseous components from the air can be designed as a CC>2 adsorber. Furthermore, it is also possible for the gaseous component to be water in the gaseous phase. Accordingly, the device for adsorbing gaseous components from the air can be designed as an air dryer.
  • Each air duct structure may also include multiple air supply ducts and multiple air outlet ducts.
  • the device for adsorbing gaseous components from the air prefferably has exactly one air guide structure and one heat exchanger structure, with an intermediate space being formed between the air guide structure and the heat exchanger structure, with the sorbent being arranged in the intermediate space.
  • a separating element can be dispensed with.
  • At least three air guiding structures arranged parallel and spaced apart from one another are provided, wherein an intermediate space is formed between two of the air guiding structures, wherein a separating element is arranged in each intermediate space, which divides the respective intermediate space into a first partial space and a second partial space, and wherein the sorbent is arranged in the first partial space and in the second partial space.
  • a large number of air guiding structures for example four, five, six or more, can be provided.
  • Two of the air guiding structures are arranged parallel and spaced apart from one another, forming an intermediate space.
  • a separating element is arranged in each of the intermediate spaces, which divides the respective intermediate space into a first partial space and a second partial space.
  • the device for adsorbing gaseous components is essentially constructed in layers in an extension seen transversely to the main flow direction, with a first partial space of an intermediate space, a separating element, a second partial space of the intermediate space and then a second air guiding structure following a first partial space.
  • the second air guiding structure is again followed by a first partial space, a separating element, a second sub-space and a third air duct structure. This layering can be continued depending on the planned number of air duct structures.
  • the at least one air supply duct has an air inlet opening arranged on the air inlet side, and that an end of the air supply duct arranged on the air outlet side is closed, and that the at least one air outflow duct has an air outlet opening arranged on the air outlet side and that an end of the air outflow duct arranged on the air inlet side is closed.
  • the air entering the inlet opening and to be cleaned can only enter the intermediate space or the first sub-space or the second sub-space through the air outlet area of the air supply duct and must therefore flow through the sorbent arranged there. Accordingly, the air introduced into the sorbent can only leave the intermediate space or the first sub-space or the second sub-space through the air inlet area of the air outflow duct and must exit the housing of the device again through the air outlet opening of the air outflow duct.
  • the air guiding structures are plate-shaped and/or block-shaped and preferably have flat and/or level side surfaces.
  • the air guiding structures are further preferably designed in an approximately cuboid shape.
  • the air guiding structures extend from the air inlet side to the air outlet side parallel to the main flow direction.
  • the air guiding structures further preferably extend in a first direction or extent transverse to the main flow direction from a first side, for example a lower side, of the housing, to a second side, for example an upper side, of the housing.
  • a first direction or extent transverse to the main flow direction from a first side, for example a lower side, of the housing, to a second side, for example an upper side, of the housing.
  • an interior of the housing is divided into regions in a second direction or extent perpendicular to the main flow direction and the first direction or extent, so that a layered structure of the device is formed. Due to the flat or level side surfaces of the airflow structures, there are no pockets or dead areas within the housing in which the sorbent can become trapped. This makes it easier to fill or empty the device of the sorbent.
  • the air inlet area of the air supply duct and/or the air outlet area of the air discharge duct can be located in the side surfaces of the respective air duct structure.
  • the at least one air supply channel and the at least one air outflow channel are arranged next to one another in an extension plane of the respective air guiding structure.
  • the air duct structures which are preferably plate-shaped or block-shaped or cuboid-shaped, have a length, preferably measured along the main flow direction, and a width, preferably measured along a first direction or extension running transversely to the main flow direction.
  • the length and width of the air duct structures define an extension plane of the respective air duct structure.
  • the at least one air supply duct and the at least one air outflow duct are then preferably arranged next to one another in this extension plane. In the housing, the at least one air supply duct and the at least one air outflow duct of the respective air duct structure are arranged next to one another or one above the other, viewed perpendicular to the main flow direction.
  • no sorbent is arranged in the air guiding structures, preferably between the at least one air supply channel and the at least one air outflow channel of the respective air guiding structure.
  • the adsorption of the gaseous component from the air takes place exclusively by the gas in the intermediate space or in the first subspace and/or the second subspace arranged sorbents, which facilitates a decoupling or separation of flow length and filling height.
  • the at least one air supply channel and the at least one air outflow channel have a common wall.
  • an air duct structure comprises several air supply ducts and several air outflow ducts
  • the air supply ducts and the air outflow ducts can be arranged alternately next to one another in the plane of extension of the air duct structure. If several air supply ducts and several air outflow ducts are provided, a common wall can be provided between adjacent air supply ducts and air outflow ducts.
  • the separating element comprises the heat exchanger structure and/or that the separating element is the heat exchanger structure.
  • the heat exchanger structure is arranged in the space between the air duct structures. This allows heat to be introduced from the heat exchanger structure into the sorbent for desorption of the gaseous components particularly efficiently.
  • the heat exchanger structure is plate-shaped and/or block-shaped and preferably has flat and/or level side surfaces.
  • both the side surfaces of the air duct structures and the separating element are flat or level, this facilitates easy filling or emptying of the housing of the device.
  • the separating element is a separating plate.
  • the separating element can thus also be designed as a simple separating plate, which means in particular that the separating element does not comprise the heat exchanger structure or is not the heat exchanger structure.
  • the heat exchanger structure can be integrated into the air duct structure.
  • the heat exchanger structure comprises at least one heat transfer channel, and that the at least one heat transfer channel is arranged integrated in the common wall of the at least one air supply channel and the at least one air outflow channel.
  • the air flowing into the air supply channel can be heated, and the air heated in this way can be used to heat the sorbent.
  • heat can be transferred directly from the heat transfer channel into the sorbent arranged in the intermediate space or the first subspace or the second subspace via the side surfaces of the air guide structure.
  • the at least one heat transfer channel is arranged in a serpentine or wave-like manner in the air duct structure.
  • the heat transfer channel is particularly preferably located in the plane of extension of the air duct structure. If there are several air supply channels and/or air outflow channels in the respective air duct structure, it can be provided that the heat transfer channel runs in a wall of a first air supply channel and is guided over the closed end of the first air supply channel and then continues in the wall between the first air supply channel and an adjacent first air outflow channel. The heat transfer channel can then run over the closed end of the first air outflow channel and then continue in another wall located between the first air outflow channel and an adjacent second air supply channel.
  • the at least one air supply channel tapers from the air inlet side towards the air outlet side, and that the at least one air outflow channel tapers from the air outlet side towards the air inlet side. Since air exits through the air outlet area of the air supply duct into the intermediate space or the first subspace or the second subspace, the flow speed of the air entering the air supply duct decreases continuously in the direction of the end located on the air outlet side. By tapering and the associated reduction in the cross-section of the air supply duct, a constant flow speed can also be ensured towards the end of the air supply duct located on the air outlet side. The same applies to the air outflow duct.
  • the separating element and/or the air guiding structures have guide plates, wherein the guide plates protrude into the intermediate space, in particular into the first partial space and/or into the second partial space.
  • the air inlet areas or air outlet areas of the air supply ducts and air outflow ducts there may be areas within the intermediate space or the first subspace and/or the second subspace that lie in a flow shadow and are only slightly flowed through by the air.
  • baffles that protrude into the intermediate space or the first subspace and/or the second subspace, the air flow can be advantageously influenced and, for example, directed specifically into the areas of the flow shadow or away from them.
  • a further solution to the problem underlying the invention lies in the provision of a motor vehicle with a device as described above for adsorbing gaseous components of the air.
  • Fig. 1A shows a first device for adsorbing gaseous components from the air in a cross-sectional view
  • Fig. 1B the first device for adsorbing gaseous components from the air in a sectional view
  • Fig. 2A shows a second device for adsorbing gaseous components from the air in a cross-sectional view
  • Fig. 2B the second device for adsorbing gaseous components from the air in a sectional view
  • Fig. 3 shows an air guide structure for a device for adsorbing gaseous components from the air
  • Fig. 4 a motor vehicle with a device for adsorbing gaseous components from the air.
  • Fig. 1A shows a device 100 for adsorbing gaseous components from the air in a cross-sectional view.
  • Figure 1B shows the device 100 according to Figure 1A in a sectional view along the line A-A according to Figure 1A.
  • the device 100 comprises a housing 10 with an air inlet side 11 and an air outlet side 12 (Fig. 1B).
  • the air inlet side 11 and the air outlet side 12 define a main flow direction 13 for the air to be cleaned of the gaseous components.
  • a sorbent 14 and a heat exchanger structure 15 are arranged in the housing 10.
  • several air guide structures 16 are arranged in the housing 10. Two of the air guide structures 16 are arranged parallel and spaced from one another to form an intermediate space 17 and extend from the air inlet side 11 to the air outlet side 12 approximately parallel to the main flow direction 13.
  • Each of the air guide structures 16 has several air supply channels 18 and several air outflow channels 19.
  • each air guide structure 16 are arranged adjacent to one another and alternately in an extension plane 20 (Fig. 1B) of the respective air guide structure 16. Due to the arrangement of the air supply channels 18 and air outflow channels 19, the air guide structures 16 are designed approximately in the shape of plates or blocks.
  • the air guide structures 16 have flat or level side surfaces 21.
  • the air supply channels 18 also each have an air outlet region 22 for the outlet of supplied air into the intermediate space 17.
  • each of the air outflow channels 19 has an air inlet region 23 for the entry of air from the intermediate space 17 into the Air outflow channel 19.
  • the air outlet areas 22 and air inlet areas are arranged in the side surfaces 21 of the air guide structures 16 and are designed in the form of perforated grids 24.
  • a separating element 25 is arranged in the spaces 17 between air guide structures 16 arranged adjacent to one another, which divides the respective space 17 into a first subspace 26 and a second subspace 27.
  • the separating elements 25 also comprise the heat exchanger structures 15 and in particular their heat transfer channels 28.
  • the sorbent 14 is arranged exclusively in the first subspaces 26 and the second subspaces 27.
  • each air supply channel 18 has an air inlet opening 29 arranged on the air inlet side 11.
  • the respective air supply channel 18 is closed at the end arranged on the air outlet side 12.
  • Each air outflow channel 19 has an air outlet opening 30 on the air outlet side 12 and is closed at the end arranged on the air inlet side 11.
  • the air to be cleaned of gaseous components enters the air supply ducts 18 through the air inlet openings 29 and then through the air outlet areas 22 of the air guide ducts 18 into the intermediate space 17 or into the first sub-space 26 or the second sub-space 27.
  • the air then flows through the sorbent 14 arranged in the first sub-space 26 or the second sub-space 27 and then through the air inlet area 23 of an adjacent air outflow duct 19 and then exits the housing 10 of the device 100 through the air outlet openings 30 on the air outlet side 12.
  • the distance 31 that the air takes through the sorbent 14 is the flow length 32.
  • the distance 33 between the air guide structures 16 and the separating element 25 designed as a heat exchanger structure 15 is referred to as the layer thickness or filling height 34.
  • the flow length 32 and the filling height 34 are aligned essentially perpendicular to one another and can be adjusted independently of one another by selecting the distances between the air supply channels 18 and air discharge channels 19 and between the air guide structures 16 and the separating elements 25.
  • This has the advantage that, on the one hand, a large flow length 32 can be provided, whereby the device 100 has a large adsorption potential for the gaseous components of the air, and, on the other hand, that the filling height 34 is minimized. can be, whereby the heat input into the sorbent 14 required for the desorption of the gaseous components can be carried out more efficiently and evenly by means of the heat exchanger structures 15.
  • the air supply channels 18 and air outflow channels 19 arranged adjacently within an air guide structure 16 have common walls 35, so that no sorbent 14 can penetrate between the air supply channels 18 and air outflow channels 19.
  • Fig. 2A and 2B show a further device 100 for adsorbing gaseous components of the air.
  • the separating element 25 is not designed as a heat exchanger structure 15 but as a simple separating plate 36.
  • the heat exchanger structures 15, on the other hand, are integrated into the air guide structures 16, with the heat transfer channels 28 running in the common walls 35 of the adjacent air supply channels 18 and air outflow channels 19.
  • the heat transfer channels 28 of the heat exchanger structures 15 run in a serpentine manner through the air guide structures 16, as can be seen in particular in Fig. 2A.
  • Guide plates 37 are provided on the air guide structures 16, which protrude into the intermediate spaces 17 or into the first partial spaces 26 and into the second partial spaces 27.
  • the guide plates 37 serve to influence the air flow in the first sub-chambers 26 and in the second sub-chambers 27 in order to ensure the most homogeneous flow possible through the sorbent 14.
  • Fig.3 shows a variant of an air guide structure 16.
  • the air supply channels 18 taper from the air inlet side 11 towards the air outlet side 12.
  • the air outflow channels 19 taper accordingly from the air outlet side 12 towards the air inlet side 11. This compensates for the continuously decreasing or increasing air flow in the air supply channels 18 and air outflow channels 19, so that an essentially constant flow velocity can be ensured over the entire length of the air supply channels 18 or air outflow channels 19.
  • Fig. 4 shows a motor vehicle 200 with a device 100 for adsorbing gaseous components from the air.

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Abstract

Um eine Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft bereitzustellen, mit welcher die Menge an adsorbierten gasförmigen Bestandteilen maximiert wird, und welche gleichzeitig eine effektive und energieeffiziente Desorption der aufgenommenen gasförmigen Bestandteile ermöglicht, wird eine Vorrichtung (100) zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft umfassend ein Gehäuse (10) mit einer Lufteintrittsseite (11) und einer Luftaustrittsseite (12) vorgeschlagen, wobei in dem Gehäuse (10) ein Sorptionsmittel (14), mindestens eine Wärmetauscherstruktur (15), und mindestens zwei parallel und unter Ausbildung eines Zwischenraums (17) beabstandet zueinander angeordnete und sich von der Lufteintrittsseite (11) zu der Luftaustrittsseite (12) erstreckende Luftführungsstrukturen (16) angeordnet sind, wobei jede der Luftführungsstrukturen (16) mindestens einen Luftzuführungskanal (18) und mindestens einen Luftabströmkanal (19) umfasst, wobei der mindestens eine Luftzuführungskanal (18) einen Luftaustrittsbereich (22) zum Austritt zugeführter Luft in den Zwischenraum (17) aufweist, wobei der mindestens eine Luftabströmkanal (19) einen Lufteintrittsbereich (23) zum Eintritt von Luft aus dem Zwischenraum (17) aufweist, wobei ferner vorgesehen ist, dass im Zwischenraum (17) ein Trennelement (25) angeordnet ist, welches den Zwischenraum (17) in einen ersten Teilraum (26) und einen zweiten Teilraum (27) unterteilt, und dass das Sorptionsmittel (14) in dem ersten Teilraum (26) und dem zweiten Teilraum (27) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft, umfassend ein Gehäuse mit einer Lufteintrittsseite und einer Luftaustrittsseite, wobei in dem Gehäuse ein Sorptionsmittel, mindestens eine Wärmetauscherstruktur, und mindestens zwei parallel und unter Ausbildung eines Zwischenraums beabstandet zueinander angeordnete und sich von der Lufteintrittsseite zu der Luftaustrittsseite erstreckende Luftführungsstrukturen angeordnet sind, wobei jede der Luftführungsstrukturen mindestens einen Luftzuführungskanal und mindestens einen Luftabströmkanal umfasst, wobei der mindestens eine Luftzuführungskanal einen Luftaustrittsbereich zum Austritt zugeführter Luft in den Zwischenraum aufweist, und wobei der mindestens eine Luftabströmkanal einen Lufteintrittsbereich zum Eintritt von Luft aus dem Zwischenraum aufweist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft.
In vielen technischen Bereichen, beispielsweise im Kraftfahrzeugbau, werden Vorrichtungen zur Entfernung von gasförmigen Bestandteilen, wie beispielsweise Feuchtigkeit oder Kohlenstoffdioxid (CO2), aus der Luft eingesetzt. Insbesondere im Hinblick auf die Herausforderungen des anthropogenen Klimawandels besteht ein besonderer Bedarf an Vorrichtungen zur Adsorption von CO2.
Zur Adsorption von CO2 aus der Luft werden als Sorptionsmittel unter anderem CO2-affine Adsorbergranulate eingesetzt. Das Adsorbergranulat wird mit CO2 aus der Umgebungsluft mittels Durchströmen bei Umgebungstemperatur beladen. Wenn ein Sättigungszustand eintritt, wird das CO2 aus dem Adsorbergranulat unter Wärmeeinfluss desorbiert. Der Wärmeeintrag erfolgt über einen Wärmetauscher.
Für die Aufnahme des CO2 muss die Weglänge, den die Luft durch das Sorptionsmittel nimmt, auch Durchströmungslänge genannt, möglichst groß sein. Für die Desorption ist es jedoch vorteilhaft, wenn das Sorptionsmittel eine möglichst geringe Schichtdicke, auch Schütthöhe genannt, aufweist, damit der Wärmeeintrag schnell und gleichmäßig erfolgt.
Diese beiden Anforderungen einer möglichst großen Durchströmungslänge und einer möglichst geringen Schichtdicke oder Schütthöhe sind bei bekannten Vorrichtungen zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft nicht miteinander vereinbar.
Aus der US 2022/0193598 A2 ist eine Vorrichtung zur Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Gasstrom unter Verwendung eines Bettes aus Adsorberteilchen bekannt. Die Adsorberteilchen sind in einem Sorptionsmittelvolumen enthalten. Die Vorrichtung umfasst mindestens zwei Einlasskanäle und mindestens zwei Auslasskanäle, die gegenseitig ineinander übergehen und parallel zueinander angeordnet sind. Die Einlasskanäle und die Auslasskanäle sind abwechselnd in beiden seitlichen Ausdehnungen angeordnet, so dass das Sorptionsmittelvolumen durch den Zwischenraum begrenzt wird, der durch die benachbarten Seitenwände der Einlass- und Auslasskanäle begrenzt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft bereitzustellen, mit welcher die Menge an adsorbierten gasförmigen Bestandteilen maximiert wird, und welche gleichzeitig eine effektive und energieeffiziente Desorption der aufgenommenen gasförmigen Bestandteile ermöglicht.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft umfassend ein Gehäuse mit einer Lufteintrittsseite und einer Luftaustrittsseite vorgeschlagen, wobei in dem Gehäuse ein Sorptionsmittel, mindestens eine Wärmetauscherstruktur, und mindestens zwei parallel und unter Ausbildung eines Zwischenraums beabstandet zueinander angeordnete und sich von der Lufteintrittsseite zu der Luftaustrittsseite erstreckende Luftführungsstrukturen angeordnet sind, wobei jede der Luftführungsstrukturen mindestens einen Luftzuführungskanal und mindestens einen Luftabströmkanal umfasst, wobei der mindestens eine Luftzuführungskanal einen Luftaustrittsbereich zum Austritt zugeführter Luft in den Zwischenraum aufweist, wobei der mindestens eine Luftabströmkanal einen Lufteintrittsbereich zum Eintritt von Luft aus dem Zwischenraum aufweist, wobei ferner vorgesehen ist, dass im Zwischenraum ein Trennelement angeordnet ist, welches den Zwischenraum in einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum unterteilt, und dass das Sorptionsmittel in dem ersten Teilraum und dem zweiten Teilraum angeordnet ist.
Von den gasförmigen Bestandteilen zu reinigende Luft tritt durch die Lufteintrittsseite in das Gehäuse ein und durch die Luftaustrittsseite wieder aus dem Gehäuse aus. Hierdurch wird eine Hauptströmungsrichtung der Luft durch das Gehäuse von der Lufteintrittsseite zu der Luftaustrittsseite definiert. Die mindestens zwei Luftführungsstrukturen erstrecken sich von der Lufteintrittsseite zu der Luftaustrittsseite und verlaufen bevorzugt parallel zu der Hauptströmungsrichtung. Die zu reinigende Luft tritt in den mindestens einen Luftzuführungskanal der jeweiligen Luftführungsstruktur ein und tritt anschließend durch den Luftaustrittsbereich des Luftzuführungskanals in den Zwischenraum aus. Im Zwischenraum befindet sich das Sorptionsmittel, bei dessen Durchströmung die gasförmigen Bestandteile aus der Luft aufgenommen bzw. adsorbiert werden. Nachdem die Luft das Sorptionsmittel durchströmt hat, tritt die Luft durch den Lufteintrittsbereich in den mindestens einen Luftabströmkanal der jeweiligen Luftführungsstruktur ein und anschließend aus der Luftaustrittsseite des Gehäuses aus.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass in dem Zwischenraum ein, bevorzugt gasundurchlässiges, Trennelement angeordnet ist, welches den Zwischenraum in einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum unterteilt, und dass das Sorptionsmittel in dem ersten Teilraum und in dem zweiten Teilraum angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft kann in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft auch in anderen technischen Bereichen, insbesondere in stationären Anlagen und/oder Großanlagen, eingesetzt werden.
Das Trennelement ist bevorzugt gasundurchlässig ausgebildet, so dass kein Luftaustausch zwischen dem ersten Teilraum und dem zweiten Teilraum und keine Querströmung zwischen den parallel zueinander angeordneten Luftführungsstrukturen stattfindet. Zudem erstreckt sich das Trennelement weiter bevorzugt ebenfalls von der Lufteintrittsseite zu der Luftaustrittsseite und parallel zu der Hauptströmungsrichtung. Es wird somit durch den mindestens einen Luftzuführungskanal der jeweiligen Luftführungsstruktur zugeführte Luft durch den mindestens einen Luftabströmkanal derselben Luftführungsstruktur wieder aus dem Gehäuse abgeleitet.
Die Durchströmungslänge, also jene Weglänge, den die Luft für die Aufnahme bzw. Adsorption des gasförmigen Bestandteils durch das Sorptionsmittel durchströmt, entspricht somit im Wesentlichen dem Abstand zwischen dem Luftaustrittsbereich des mindestens einen Luftzuführungskanals zu dem Lufteintrittsbereich des mindestens einen Luftabströmkanals der jeweiligen Luftführungsstruktur. Die Schütthöhe, also jene Schichtdichte des Sorptionsmittels, durch welche die Wärmeübertragung für die Desorption des gasförmigen Bestandteils erfolgt, ist bevorzugt durch den Abstand des Trennelements von den den Zwischenraum begrenzenden Luftführungsstrukturen gegeben. Es findet daher eine Entkopplung oder Trennung von Durchströmungslänge und Schütthöhe statt, das heißt, dass die Durchströmungslänge und die Schütthöhe unabhängig voneinander gewählt oder eingestellt werden können. Das Trennelement verhindert dabei insbesondere eine Querströmung der Luft durch das Sorptionsmittel zwischen den benachbart angeordneten Luftführungsstrukturen. Im Falle einer erfindungsgemäß nicht auftretenden Querströmung würde die dann durch den Abstand der benachbarten Luftführungsstrukturen gegebene Durchströmungslänge zugleich der zu erwärmenden Schichtdicke, also der Schütthöhe des Sorptionsmittels entsprechen. Die Unterbindung einer solchen Querströmung zwischen den Luftführungsstrukturen ermöglicht somit die Entkopplung oder Trennung von Durchströmungslänge und Schütthöhe.
Der Luftaustrittsbereich des mindestens einen Luftzuführungskanals und/oder der Lufteintrittsbereich des mindestens einen Luftabströmkanals sind bevorzugt derart ausgebildet, dass das, bevorzugt granulatförmige, Sorptionsmittel nicht in den mindestens einen Luftzuführungskanal und/oder den mindestens einen Luftabströmkanal eintreten kann. Der Lufteintrittsbereich und/oder der Luftaustrittsbereich können beispielsweise als Lochplatte oder als Gitter ausgebildet sein.
Das Sorptionsmittel kann ein Adsorbergranulat, bevorzugt ein CO2-affines Adsorbergranulat und/oder ein wasser-affines Adsorbergranulat, sein.
Das Sorptionsmittel kann einen Kunststoff, insbesondere einen Polymer, umfassen. Bei dem Polymer kann es sich insbesondere bevorzugt um Silica oder 5A handeln. Mit weiterem Vorteil ist der gasförmige Bestandteil CO2. Entsprechend kann die Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft als CC>2-Adsorber ausgebildet sein. Ferner ist es auch möglich, dass der gasförmige Bestandteil Wasser in der gasförmigen Phase ist. Entsprechend kann die Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft als Lufttrockner ausgebildet sein.
Jede Luftführungsstruktur kann auch mehrere Luftzuführungskanäle und mehrere Luftabströmkanäle umfassen.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft nur genau eine Luftführungsstruktur und eine Wärmetauscherstruktur aufweist, wobei zwischen der Luftführungsstruktur und der Wärmetauscherstruktur ein Zwischenraum ausgebildet ist, wobei in dem Zwischenraum das Sorptionsmittel angeordnet ist. Auf ein Trennelement kann in diesem Fall verzichtet werden.
Bevorzugt sind mindestens drei parallel und beabstandet zueinander angeordnete Luftführungsstrukturen vorgesehen, wobei zwischen jeweils zwei der Luftführungsstrukturen ein Zwischenraum ausgebildet ist, wobei in jedem Zwischenraum je ein Trennelement angeordnet ist, welches den jeweiligen Zwischenraum in einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum unterteilt, und wobei das Sorptionsmittel jeweils in dem ersten Teilraum und in dem zweiten Teilraum angeordnet ist.
Es können insbesondere eine Vielzahl, beispielsweise vier, fünf, sechs oder mehr, Luftführungsstrukturen vorgesehen sein. Dabei sind jeweils zwei der Luftführungsstrukturen unter Ausbildung jeweils eines Zwischenraums parallel und beabstandet zueinander angeordnet. In jedem der Zwischenräume ist je ein Trennelement angeordnet, welches den jeweiligen Zwischenraum in einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum unterteilt. Mit anderen Worten ist die Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen im Wesentlichen in einer quer zur Hauptströmungsrichtung gesehenen Ausdehnung in Schichten aufgebaut, wobei auf eine erste Luftführungsstruktur ein erster Teilraum eines Zwischenraums, ein Trennelement, ein zweiter Teilraum des Zwischenraumes und dann eine zweite Luftführungsstruktur folgt. An die zweite Luftführungsstruktur schließt erneut ein erster Teilraum, ein Trennelement, ein zweiter Teilraum und eine dritte Luftführungsstruktur an. Diese Schichtung kann je nach vorgesehener Anzahl von Luftführungsstrukturen fortgesetzt werden.
Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der mindestens eine Luftzuführungskanal eine an der Lufteintrittsseite angeordnete Lufteintrittsöffnung aufweist, und dass ein an der Luftaustrittsseite angeordnetes Ende des Luftzuführungskanals geschlossen ist, und dass der mindestens eine Luftabströmkanal eine an der Luftaustrittsseite angeordnete Luftaustrittsöffnung aufweist und dass ein an der Lufteintrittsseite angeordnetes Ende des Luftabströmkanals geschlossen ist.
Wenn der Luftzuführungskanal an der Luftaustrittsseite des Gehäuses geschlossen ist, kann die in die Eintrittsöffnung eintretende und zu reinigende Luft nur durch den Luftaustrittsbereich des Luftzuführungskanals in den Zwischenraum beziehungsweise in den ersten Teilraum oder den zweiten Teilraum eintreten und muss folglich das dort angeordnete Sorptionsmittel durchströmen. Entsprechend kann die in das Sorptionsmittel eingeleitete Luft den Zwischenraum beziehungsweise den ersten Teilraum oder den zweiten Teilraum nur durch den Lufteintrittsbereich des Luftabströmkanals verlassen und muss durch die Luftaustrittsöffnung des Luftabströmkanals aus dem Gehäuse der Vorrichtung wieder austreten.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Luftführungsstrukturen plattenförmig und/oder blockförmig ausgebildet sind und bevorzugt plane und/oder ebene Seitenflächen aufweisen.
Die Luftführungsstrukturen sind dabei weiter bevorzugt in etwa quaderförmig ausgebildet. Die Luftführungsstrukturen erstrecken sich von der Lufteintrittsseite zu der Luftaustrittsseite parallel zur Hauptströmungsrichtung. Weiter bevorzugt erstrecken sich die Luftführungsstrukturen einer ersten Richtung oder Ausdehnung quer zur Hauptströmungsrichtung von einer ersten Seite, beispielsweise einer unteren Seite, des Gehäuses, zu einer zweiten Seite, beispielsweise einer oberen Seite, des Gehäuses. Hierdurch wird ein Innenraum des Gehäuses in einer zweiten Richtung oder Ausdehnung senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung und der ersten Richtung oder Ausdehnung in Bereiche aufgeteilt, sodass ein schichtartiger Aufbau der Vorrichtung ausgebildet wird. Aufgrund der planen oder ebenen Seitenflächen der Luftströmungsstrukturen gibt es keine Taschen oder toten Bereiche innerhalb des Gehäuses, in welchen das Sorptionsmittel eingeschlossen werden kann. Hierdurch wird das Befüllen beziehungsweise Entleeren der Vorrichtung von dem Sorptionsmittel erleichtert.
Der Lufteintrittsbereich des Luftzuführungskanals und/oder der Luftaustrittsbereich des Luftabströmkanals können sich in den Seitenflächen der jeweiligen Luftführungsstruktur befinden.
Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass der mindestens eine Luftzuführungskanal und der mindestens eine Luftabströmkanal in einer Erstreckungsebene der jeweiligen Luftführungsstruktur gesehen nebeneinander angeordnet sind.
Die bevorzugt plattenförmig oder blockförmig beziehungsweise quaderförmig ausgestalteten Luftführungsstrukturen weisen eine, bevorzugt entlang der Hauptströmungsrichtung gemessene, Länge und eine, bevorzugt entlang einer quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden ersten Richtung oder Ausdehnung gemessene, Breite auf. Dabei ist eine entlang einer quer zur Hauptströmungsrichtung und quer zur ersten Richtung bzw. Ausdehnung verlaufenden zweiten Richtung oder Ausdehnung gemessene Dicke der Luftführungsstrukturen wesentlich geringer als die Länge und die Breite. Die Länge und die Breite der Luftführungsstrukturen definieren eine Erstreckungsebene der jeweiligen Luftführungsstruktur. Der mindestens eine Luftzuführungskanal und der mindestens eine Luftabströmkanal sind dann bevorzugt in dieser Erstreckungsebene nebeneinander angeordnet. In dem Gehäuse sind der mindestens eine Luftzuführungskanal und der mindestens eine Luftabströmkanal der jeweiligen Luftführungsstruktur senkrecht zur Hauptströmungsrichtung gesehen nebeneinander beziehungsweise übereinander angeordnet.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass in den Luftführungsstrukturen, bevorzugt zwischen dem mindestens einen Luftzuführungskanal und dem mindestens einen Luftabströmkanal der jeweiligen Luftführungsstruktur, kein Sorptionsmittel angeordnet ist.
Somit erfolgt die Adsorption des gasförmigen Bestandteils aus der Luft ausschließlich durch das in dem Zwischenraum beziehungsweise in dem ersten Teilraum und/oder dem zweiten Teilraum angeordnete Sorptionsmittel, wodurch eine Entkopplung bzw. Trennung von Durchströmungslänge und Schütthöhe bevorteilt wird.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Luftzuführungskanal und der mindestens eine Luftabströmkanal eine gemeinsame Wand aufweisen.
Wenn eine Luftführungsstruktur mehrere Luftzuführungskanäle und mehrere Luftabströmkanäle umfasst, können die Luftzuführungskanäle und die Luftabströmkanäle abwechselnd in der Erstreckungsebene der Luftführungsstruktur nebeneinander angeordnet sein. Sind mehrere Luftzuführungskanäle und mehrere Luftabströmkanäle vorgesehen, so kann zwischen jeweils benachbarten Luftzuführungskanälen und Luftabströmkanälen eine gemeinsame Wand vorgesehen sein.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Trennelement die Wärmetauscherstruktur umfasst, und/oder dass das Trennelement die Wärmetauscherstruktur ist.
Mit anderen Worten ist die Wärmetauscherstruktur in dem Zwischenraum zwischen den Luftführungsstrukturen angeordnet. Somit kann ein Wärmeeintrag von der Wärmetauscherstruktur in das Sorptionsmittel zur Desorption der gasförmigen Bestandteile besonders effizient erfolgen.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Wärmetauscherstruktur plattenförmig und/oder blockförmig ausgebildet ist und bevorzugt plane und/oder ebene Seitenflächen aufweist.
Sind sowohl die Seitenflächen der Luftführungsstrukturen und des Trennelementes plan oder eben ausgebildet, so wird ein einfaches Befüllen beziehungsweise Entleeren des Gehäuses der Vorrichtung bevorteilt.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Trennelement eine Trennplatte ist.
Das Trennelement kann somit auch als einfache Trennplatte ausgebildet sein, das heißt insbesondere, dass das Trennelement die Wärmetauscherstruktur nicht umfasst beziehungsweise nicht die Wärmetauscherstruktur ist. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Wärmetauscherstruktur in die Luftführungsstruktur integriert ist.
Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Wärmetauscherstruktur mindestens einen Wärmeträgerkanal umfasst, und dass der mindestens eine Wärmeträgerkanal in der gemeinsamen Wand des mindestens einen Luftzuführungskanals und des mindestens einen Luftabströmkanals integriert angeordnet ist.
Mittels des in der gemeinsamen Wand integrierten Wärmeträgerkanals der Wärmetauscherstruktur kann somit zum einen die in den Luftzuführungskanal einströmende Luft erwärmt werden, und die so erwärmte Luft kann zur Erwärmung des Sorptionsmittels eingesetzt werden. Gleichzeitig kann über die Seitenflächen der Luftführungsstruktur Wärme direkt von dem Wärmeträgerkanal in das in dem Zwischenraum beziehungsweise dem ersten Teilraum oder dem zweiten Teilraum angeordnete Sorptionsmittel übertragen werden.
Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass der mindestens eine Wärmeträgerkanal schlangenförmig oder wellenförmig in der Luftführungsstruktur verlaufend angeordnet ist.
Der Wärmeträgerkanal liegt insbesondere bevorzugt in der Erstreckungsebene der Luftführungsstruktur. Sind mehrere Luftzuführungskanäle und/oder Luftabströmkanäle in der jeweiligen Luftführungsstruktur vorhanden, so kann vorgesehen sein, dass der Wärmeträgerkanal in einer Wand eines ersten Luftzuführungskanals verläuft und über das geschlossene Ende des ersten Luftzuführungskanals geführt ist und anschließend in der Wand zwischen dem ersten Luftzuführungskanal und einem benachbart angeordneten ersten Luftabströmkanal weiterverläuft. Anschließend kann der Wärmeträgerkanal über das geschlossene Ende des ersten Luftabströmkanals verlaufen und anschließend in einer weiteren zwischen dem ersten Luftabströmkanal und einem benachbart angeordneten zweiten Luftzuführungskanal befindlichen Wand weiterverlaufen.
Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass sich der mindestens eine Luftzuführungskanal ausgehend von der Lufteintrittsseite in Richtung der Luftaustrittsseite verjüngt, und dass sich der mindestens eine Luftabströmkanal ausgehend von der Luftaustrittsseite in Richtung der Lufteintrittsseite verjüngt. Da durch den Luftaustrittsbereich des Luftzuführungskanals Luft in den Zwischenraum beziehungsweise den ersten Teilraum oder den zweiten Teilraum austritt, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit der in den Luftzuführungskanal eintretenden Luft in Richtung des an der Luftaustrittsseite angeordneten Endes kontinuierlich ab. Durch Verjüngung und der damit einhergehenden Verringerung des Querschnitts des Luftzuführungskanals kann auch zum an der Luftaustrittsseite gelegenen Ende des Luftzuführungskanals hin eine konstante Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet werden. Entsprechendes gilt für den Luftabströmkanal.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Trennelement und/oder die Luftführungsstrukturen Leitbleche aufweisen, wobei die Leitbleche in den Zwischenraum, insbesondere in den ersten Teilraum und/oder in den zweiten Teilraum hineinragen.
Aufgrund der relativen Anordnung der Lufteintrittsbereiche beziehungsweise Luftaustrittsbereiche der Luftzuführungskanäle und Luftabströmkanäle kann es Bereiche innerhalb des Zwischenraumes beziehungsweise des ersten Teilraums und/oder des zweiten Teilraums geben, welche in einem Strömungsschatten liegen und nur geringfügig von der Luft durchströmt werden. Durch Anordnung von in den Zwischenraum beziehungsweise in den ersten Teilraum und/oder den zweiten Teilraum hineinragenden Leitblechen kann die Luftströmung vorteilhaft beeinflusst werden und beispielsweise gezielt in die Bereiche der Strömungsschatten oder von diesen weg geleitet werden.
Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe liegt in der Bereitstellung eines Kraftfahrzeuges mit einer vorbeschriebenen Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen der Luft.
Die Erfindung wird nachstehend näher anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen
Fig. 1A eine erste Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft in einer Querschnittsansicht,
Fig. 1B die erste Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft in einer Schnittansicht, Fig. 2A eine zweite Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft in einer Querschnittsansicht,
Fig. 2B die zweite Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft in einer Schnittansicht,
Fig. 3 eine Luftführungsstruktur für eine Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft, und
Fig. 4 ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft.
In den Figuren werden dieselben oder einander entsprechende Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig. 1A zeigt eine Vorrichtung 100 zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft in einer Querschnittsansicht. Figur 1B zeigt die Vorrichtung 100 nach Figur 1A in einer Schnittansicht entlang der Linie A-A nach Fig. 1A.
Die Vorrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 10 mit einer Lufteintrittsseite 11 und einer Luftaustrittsseite 12 (Fig.lB). Die Lufteintrittsseite 11 und die Luftaustrittsseite 12 definieren eine Hauptströmungsrichtung 13 für die von den gasförmigen Bestandteilen zu reinigende Luft. In dem Gehäuse 10 sind ein Sorptionsmittel 14 und eine Wärmetauscherstruktur 15 angeordnet. Ferner sind in dem Gehäuse 10 mehrere Luftführungsstrukturen 16 angeordnet. Jeweils zwei der Luftführungsstrukturen 16 sind parallel und unter Ausbildung eines Zwischenraumes 17 beabstandet zueinander angeordnet und erstrecken sich von der Lufteintrittsseite 11 zu der Luftaustrittsseite 12 in etwa parallel zu der Hauptströmungsrichtung 13. Jede der Luftführungsstrukturen 16 weist mehrere Luftzuführungskanäle 18 und mehrere Luftabströmkanäle 19 auf. Die Luftzuführungskanäle 18 und Luftabströmkanäle 19 jeder Luftführungsstruktur 16 sind in einer Erstreckungsebene 20 (Fig. 1B) der jeweiligen Luftführungsstruktur 16 benachbart zueinander und abwechselnd angeordnet. Durch die Anordnung der Luftzuführungskanäle 18 und Luftabströmkanäle 19 sind die Luftführungsstrukturen 16 in etwa platten- oder blockförmig ausgebildet. Die Luftführungsstrukturen 16 weisen plane beziehungsweise ebene Seitenflächen 21 auf. Die Luftzuführungskanäle 18 weisen ferner jeweils einen Luftaustrittsbereich 22 zum Austritt zugeführter Luft in den Zwischenraum 17 auf. Ebenso weist jeder der Luftabströmkanäle 19 einen Lufteintrittsbereich 23 zum Eintritt von Luft aus dem Zwischenraum 17 in den Luftabströmkanal 19 auf. Die Luftaustrittsbereiche 22 beziehungsweise Lufteintrittsbereiche sind dabei in den Seitenflächen 21 der Luftführungsstrukturen 16 angeordnet und in Form von Lochgittern 24 ausgebildet. In den Zwischenräumen 17 zwischen jeweils benachbart zueinander angeordneten Luftführungsstrukturen 16 ist jeweils ein Trennelement 25 angeordnet, welches den jeweiligen Zwischenraum 17 in einen ersten Teilraum 26 und einen zweiten Teilraum 27 unterteilt. Die Trennelemente 25 umfassen zudem auch die Wärmetauscherstrukturen 15 und insbesondere deren Wärmeträgerkanäle 28. Das Sorptionsmittel 14 ist ausschließlich in den ersten Teilräumen 26 und den zweiten Teilräumen 27 angeordnet.
Wie insbesondere in der Fig. 1 B zu erkennen ist, weist jeder Luftzuführungskanal 18 eine an der Lufteintrittsseite 11 angeordnete Lufteintrittsöffnung 29 auf. An dem an der Luftaustrittsseite 12 angeordneten Ende ist der jeweilige Luftzuführungskanal 18 geschlossen. Jeder Luftabströmkanal 19 weist an der Luftaustrittsseite 12 eine Luftaustrittsöffnung 30 auf und ist an dem an der Lufteintrittsseite 11 angeordneten Ende geschlossen ausgebildet.
Die von den gasförmigen Bestandteilen zu reinigende Luft tritt durch die Lufteintrittsöffnungen 29 der Luftzuführungskanäle 18 in diese ein und anschließend durch die Luftaustrittsbereiche 22 der Luftführungskanäle 18 in den Zwischenraum 17 beziehungsweise in den ersten Teilraum 26 oder den zweiten Teilraum 27 ein. Die Luft strömt dann durch das in dem ersten Teilraum 26 beziehungsweise dem zweiten Teilraum 27 angeordnete Sorptionsmittel 14 und anschließend durch den Lufteintrittsbereich 23 eines benachbarten Luftabströmkanals 19 und tritt dann durch die Luftaustrittsöffnungen 30 an der Luftaustrittsseite 12 aus dem Gehäuse 10 der Vorrichtung 100 wieder aus. Die Strecke 31 , die die Luft durch das Sorptionsmittel 14 nimmt, ist die Durchströmungslänge 32. Der Abstand 33 zwischen den Luftführungsstrukturen 16 und dem als Wärmetauscherstruktur 15 ausgebildeten Trennelement 25 wird als Schichtdicke beziehungsweise Schütthöhe 34 bezeichnet. Aufgrund der Anordnung von Luftführungsstrukturen 16 und Trennelementen 25 sind die Durchströmungslänge 32 und die Schütthöhe 34 im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet und können durch Wahl der Abstände der Luftzuführungskanäle 18 und Luftabströmkanäle 19 zueinander bzw. der Luftführungsstrukturen 16 und der Trennelemente 25 zueinander unabhängig voneinander eingestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass zum einen eine große Durchströmungslänge 32 bereitgestellt werden kann, wodurch die Vorrichtung 100 ein großes Adsorptionspotential für die gasförmigen Bestandteile der Luft aufweist, und dass zum anderen die Schütthöhe 34 minimiert werden kann, wodurch der für die Desorption der gasförmigen Bestandteile benötigte Wärmeeintrag in das Sorptionsmittel 14 mittels der Wärmetauscherstrukturen 15 effizienter und gleichmäßiger erfolgen kann. Die innerhalb einer Luftführungsstruktur 16 benachbart angeordneten Luftzuführungskanäle 18 und Luftabströmkanäle 19 weisen gemeinsame Wände 35 auf, sodass zwischen die Luftzuführungskanäle 18 und Luftabströmkanäle 19 kein Sorptionsmittel 14 eindringen kann.
Fig. 2A und 2B zeigen eine weitere Vorrichtung 100 zur Adsorption gasförmiger Bestandteile der Luft. Im Gegensatz zu der Vorrichtung 100 nach den Fig. 1A und 1B ist das Trennelement 25 nicht als Wärmetauscherstruktur 15 sondern als einfache Trennplatte 36 ausgebildet. Die Wärmetauscherstrukturen 15 sind hingegen in die Luftführungsstrukturen 16 integriert, wobei die Wärmeträgerkanäle 28 in den gemeinsamen Wänden 35 der benachbarten Luftzuführungskanäle 18 und Luftabströmkanäle 19 verlaufen. Die Wärmeträgerkanäle 28 der Wärmetauscherstrukturen 15 verlaufen, wie insbesondere in Fig. 2A zu erkennen ist, schlangenförmig durch die Luftführungsstrukturen 16. An den Luftführungsstrukturen 16 sind Leitbleche 37 vorgesehen, welche in die Zwischenräume 17 beziehungsweise in die ersten Teilräume 26 und in die zweiten Teilräume 27 hineinragen. Die Leitbleche 37 dienen dazu, die Luftströmung in den ersten Teilräumen 26 und in den zweiten Teilräumen 27 zu beeinflussen, um eine möglichst homogene Durchströmung des Sorptionsmittels 14 zu gewährleisten.
Fig.3 zeigt eine Variante einer Luftführungsstruktur 16. Bei der Luftführungsstruktur 16 nach Fig. 3 verjüngen sich die Luftzuführungskanäle 18 ausgehend von der Lufteintrittsseite 11 in Richtung der Luftaustrittsseite 12. Entsprechend verjüngen sich die Luftabströmkanäle 19 ausgehend von der Luftaustrittsseite 12 in Richtung der Lufteintrittsseite 11. Hierdurch wird der kontinuierlich abnehmende beziehungsweise zunehmende Luftfluss in den Luftzuführungskanälen 18 und Luftabströmkanälen 19 ausgeglichen, sodass eine im Wesentlichen konstante Strömungsgeschwindigkeit über die gesamte Länge der Luftzuführungskanäle 18 beziehungsweise Luftabströmkanäle 19 gewährleistet werden kann.
Fig. 4 zeigt ein Kraftfahrzeug 200 mit einer Vorrichtung 100 zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft. Bezugszeichenliste
100 Vorrichtung
200 Kraftfahrzeug
10 Gehäuse
11 Lufteintrittsseite
12 Luftaustrittsseite
13 Hauptströmungsrichtung
14 Sorptionsmittel
15 Wärmetauscherstruktur
16 Luftführungsstruktur
17 Zwischenraum
18 Luftzuführungskanal
19 Luftabströmkanal
20 Erstreckungsebene
21 Seitenfläche
22 Luftaustrittsbereich
23 Lufteintrittsbereich
24 Lochgitter
25 Trennelement
26 Erster Teilraum
27 Zweiter Teilraum
28 Wärmeträgerkanal
29 Lufteintrittsöffnung
30 Luftaustrittsöffnung
31 Strecke
32 Durchströmungslänge
33 Abstand
34 Schütthöhe
35 Wand
36 Trennplatte
37 Leitblech

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (100) zur Adsorption von gasförmigen Bestandteilen aus der Luft, umfassend ein Gehäuse (10) mit einer Lufteintrittsseite (11) und einer Luftaustrittsseite (12), wobei in dem Gehäuse (10) ein Sorptionsmittel (14), mindestens eine Wärmetauscherstruktur (15), und mindestens zwei parallel und unter Ausbildung eines Zwischenraums (17) beabstandet zueinander angeordnete und sich von der Lufteintrittsseite (11) zu der Luftaustrittsseite (12) erstreckende Luftführungsstrukturen (16) angeordnet sind, wobei jede der Luftführungsstrukturen (16) mindestens einen Luftzuführungskanal (18) und mindestens einen Luftabströmkanal (19) umfasst, wobei der mindestens eine Luftzuführungskanal (18) einen Luftaustrittsbereich (22) zum Austritt zugeführter Luft in den Zwischenraum (17) aufweist, wobei der mindestens eine Luftabströmkanal (19) einen Lufteintrittsbereich (23) zum Eintritt von Luft aus dem Zwischenraum (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Zwischenraum (17) ein Trennelement (25) angeordnet ist, welches den Zwischenraum (17) in einen ersten Teilraum (26) und einen zweiten Teilraum (27) unterteilt, und dass das Sorptionsmittel (14) in dem ersten Teilraum (26) und dem zweiten Teilraum (27) angeordnet ist.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei parallel und beabstandet zueinander angeordnete Luftführungsstrukturen (16) vorgesehen sind, wobei zwischen jeweils zwei der Luftführungsstrukturen (16) ein Zwischenraum (17) ausgebildet ist, wobei in jedem Zwischenraum (17) je ein Trennelement (25) angeordnet ist, welches den jeweiligen Zwischenraum (17) in einen ersten Teilraum (26) und einen zweiten Teilraum (27) unterteilt, und dass das Sorptionsmittel (14) jeweils in dem ersten Teilraum (26) und in dem zweiten Teilraum (27) angeordnet ist.
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Luftzuführungskanal (18) eine an der Lufteintrittsseite (11) angeordnete Lufteintrittsöffnung (29) aufweist und dass ein an der Luftaustrittsseite (12) angeordnetes Ende des Luftzuführungskanals (18) geschlossen ist, und dass der mindestens eine Luftabströmkanal (19) eine an der Luftaustrittsseite (12) angeordnete Luftaustrittsöffnung (30) aufweist, und dass ein an der Lufteintrittsseite (11) angeordnetes Ende des Luftabströmkanals (19) geschlossen ist.
4. Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Luftzuführungskanal (18) und der mindestens eine Luftabströmkanal (19) in einer Erstreckungsebene (20) der jeweiligen Luftführungsstruktur (16) gesehen nebeneinander angeordnet sind, und/oder dass in den Luftführungsstrukturen (16), bevorzugt zwischen dem mindestens einen Luftzuführungskanal (18) und dem mindestens einen Luftabströmkanal (19) der jeweiligen Luftführungsstruktur (16), kein Sorptionsmittel (14) angeordnet ist, und/oder dass der mindestens eine Luftzuführungskanal (18) und der mindestens eine Luftabströmkanal (19) eine gemeinsame Wand (35) aufweisen.
5. Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (25) die Wärmetauscherstruktur (15) umfasst, und/oder dass das Trennelement (25) die Wärmetauscherstruktur (15) ist.
6. Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherstruktur (15) plattenförmig und/oder blockförmig ausgebildet ist und bevorzugt plane und/oder ebene Seitenflächen aufweist.
7. Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (25) eine Trennplatte (36) ist.
8. Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherstruktur (15) in die Luftführungsstruktur (16) integriert ist, wobei bevorzugt die Wärmetauscherstruktur (15) mindestens einen Wärmeträgerkanal (28) umfasst, und wobei weiter bevorzugt der mindestens eine Wärmeträgerkanal (28) in der gemeinsamen Wand (35) integriert angeordnet ist.
9. Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeträgerkanal (28) schlangenförmig oder wellenförmig in der Luftführungsstruktur (16) verlaufend angeordnet ist, und/oder dass sich der mindestens eine Luftzuführungskanal (18) ausgehend von der Lufteintrittsseite (11) in Richtung der Luftaustrittsseite (12) verjüngt, und dass sich der mindestens eine Luftabströmkanal (19) ausgehend von der Luftaustrittsseite (12) in Richtung der Lufteintrittsseite (11) verjüngt, und/oder dass das Trennelement (25) und/oder die Luftführungsstrukturen (16) Leitbleche (37) aufweisen, wobei die Leitbleche (37) in den Zwischenraum (17), insbesondere in den ersten Teilraum (26) und/oder in den zweiten Teilraum (27), hineinragen.
10. Kraftfahrzeug (200) umfassend eine Vorrichtung (100) zur Adsorption von gasförmigen
Bestandteilen aus der Luft nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
EP23821967.9A 2022-12-16 2023-12-08 Vorrichtung zur adsorption von gasförmigen bestandteilen aus der luft Pending EP4633769A1 (de)

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