KR20240039588A - 수착 필터 엘리먼트 - Google Patents

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겔라제 므바딩가 모우안다 닥터
에플레클리 초스쿤
프로차츠카 요세프
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만 운트 훔멜 게엠베하
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Abstract

본 발명은 수착 필터 장치용 수착 필터 엘리먼트에 관한 것으로 수착 필터 장치용 수착 필터 엘리먼트는 적어도 하나의 흡착제를 갖는 적어도 2개의 수착체를 포함하며, 상기 적어도 2개의 수착체는 V자형으로 배열되고 헤드측이 개방된 중간 공간을 둘러싸며, 그리고 헤드 측의 원주 주위로 이어지는 외부 밀봉 요소를 포함한다. 수착 필터 엘리먼트는 헤드 측에 배열되고 헤드 측의 중간 공간을 한정하는 원주 둘레를 따라 이어지는 내부 밀봉 표면을 더 포함하며, 내부 밀봉 표면은 외부 밀봉 요소에 대해 축방향으로 후퇴되고 중간 공간 내에 배열된다.

Description

수착 필터 엘리먼트{SORPTION FILTER ELEMENT}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2022년 9월 19일에 출원된 유럽 출원 번호 22196307.7의 이익을 주장하며, 이 출원의 전체 개시 내용은 모든 목적을 위해 참조로 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 수착(흡착) 필터 장치(sorption filter device)용 수착(흡착) 필터 엘리먼트(sorption filter element)에 관한 것이다.
적어도 부분적으로 전기적으로 구동되는 차량의 경우, 가능한 가장 긴 주행 거리를 달성하기 위해 가능한 한 많은 에너지를 절약하는 것이 바람직하다. 편안함을 위해 이러한 차량의 실내(승객실)는 일반적으로 공조 시스템(air conditioning system)을 사용하여 공조(air conditioning)될 수 있다. 원하는 에너지 절약과 관련하여, 실내(승객실) 공조용 공조 시스템이 차량 주변에서 가능한 한 작은 양의 신선한 공기를 흡입하여 이를 가열하거나 냉각하는 대신 실내 공기를 재순환하고 공조하는 것이 유리하다.
그러나, 앞서 언급한 승객실 공조를 위한 재순환 모드(recirculation mode)에서, 탑승자 또는 승객의 호기(내쉬는) 공기(exhaled air)에 포함된 물이 승객실에 축적될 수 있으며, 이는 자동차의 창문, 예를 들어 전면 유리 또는 측면 창문의 김서림을 유발할 수 있다. 그 이유는 증발기 열교환기의 이슬점 미달(dew point undershoot)로 인해 발생하는 공조 시스템의 제습 효과를 재순환 모드에서 사용할 수 없기 때문이다. 이는 안전 측면에서 피하거나 최소한 줄여야 한다.
또한, 호기(내쉬는) 공기에 포함된 이산화탄소는 승객실에도 축적될 수 있다. 이는 집중(력) 문제나 심지어 탑승자의 건강 문제로 이어질 수 있다. 이 역시 안전과 건강 측면에서 예방하거나 최소한 줄여야 하는데, 왜냐하면 최악의 경우 승객실(실내) 공기 중 이산화탄소 농도가 지나치게 높으면 사고가 임박할 정도로 운전자의 집중력이 저하될 수 있기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은 자동차의 승객실에서 이산화탄소 및 수분 함량을 감소시키기 위한 메커니즘을 위한 개선된 수착(흡착) 필터 엘리먼트(sorption filter element)를 제공하는 것이다.
따라서, 수착(흡착) 필터 장치용 수착(흡착) 필터 엘리먼트가 제공된다. 수착 필터 엘리먼트는 적어도 하나의 흡착제(흡수제)(sorbent)를 갖는 적어도 2개의 수착체(흡착체)(sorption body)를 포함하며, 여기서 수착체(흡착체)는 V자형으로 배열되고, 수착체(흡착체)는 헤드 측에서 개방된 중간 공간을 둘러싸고, 수착 필터 엘리먼트는 헤드 측의 외주 둘레로 이어지는 외부 밀봉 요소를 포함하며, 수착 필터 엘리먼트는 헤드 측에 배열된 원주 내부 밀봉 표면을 포함하고, 내부 밀봉 표면은 헤드 측의 중간 공간을 한정하는 원주 둘레(주위)로 이어진다. 내부 밀봉 표면은 외부 밀봉 요소에 대해 축 방향으로 뒤로 설정된다(후퇴된다).
실시예에서, 내부 밀봉 표면은 중간 공간 내에, 특히 헤드 측에 가까운 중간 공간의 영역에 배치될 수 있다.
수착(흡착) 필터 엘리먼트는 이산화탄소와 물을 흡착(adsorbing) 및/또는 흡수(absorbing)하는 데 특히 적합하다. 그러나 질소산화물(NOX) 및/또는 휘발성 유기 화합물(VOC)과 같은 물질도 수착 필터 엘리먼트에 의해 흡착 및/또는 흡수될 수 있다. 휘발성 유기 화합물의 예로는 고급 탄화수소가 있다. 수착 필터 엘리먼트는 또한 이산화황(SO2)을 흡착 및/또는 흡수하는 데 적합할 수 있다.
본 문맥에서, "수착(sorption)"은 한 상(phase) 내에서 또는 두 상 사이의 경계면에서 물질, 예를 들어 이산화탄소 또는 물을 농축(enrichment)시키는 과정을 의미한다. 상 내 축적을 흡수(absorption)라고 하고, 경계면(interface)에서의 축적을 흡착(adsorption)이라고 한다. 본 문맥에서 "탈착(desorption)"은 원자 또는 분자, 특히 이산화탄소 또는 물이 고체 표면을 떠나는 과정을 의미한다. 따라서 탈착은 일반적으로 수착의 역과정을 나타낸다. 흡착제(흡수제)(sorbent)에 열을 가함으로써 흡착 및/또는 흡수된 물질이 흡착제(흡수제)에서 방출될 수 있다.
수착 모드(sorption mode)에서, 수착(흡착) 필터 엘리먼트(sorption filter element)는 이산화탄소 및/또는 물과 같은 다양한 물질을 흡착 및/또는 흡수한다. 탈착 모드(desorption mode)에서는 농축된 물질이 수착 필터 엘리먼트에서 방출될 수 있다. 따라서, 수착 필터 엘리먼트가 재생될 수 있다. 탈착 모드에서는 수착 필터 엘리먼트, 특히 흡착제(흡수제)에 열이 가해진다. 수착 필터 엘리먼트(sorption filter element)는 순수한 흡착 필터 엘리먼트(pure adsorption filter element)일 수 있거나 그렇게 지정될 수 있다. 바람직하게는, 수착 필터 엘리먼트는 쉽고 빠르게 교체될 수 있다. 수착 모드(sorption mode)는 또한 순수 흡착 모드(pure adsorption mode)이거나 순수 흡착 모드로 지정될 수 있다. 탈착 모드(desorption mode)는 재생 모드(regeneration mode)로도 지칭될 수 있다.
수착 필터 엘리먼트는 바람직하게는 여러 흡착제를 포함한다. 특히, 이산화탄소를 수착(sorb), 특히 흡착(adsorb)하는 데 적합한 흡착제가 제공될 수 있다. 이 흡착제는 이산화탄소 흡착제 또는 CO2 흡착제로 지칭될 수 있다. 물을 수착, 특히 흡착하는 데 적합한 또 다른 흡착제가 제공될 수 있다. 이 흡착제는 물 흡착제 또는 H2O 흡착제로 지칭될 수 있다. 흡착제는 과립 또는 섬유 형태, 특히 벌크 형태일 수 있다. 특히, 흡착제는 담체 물질(carrier material)을 통해 고정된다. 흡착제(sorbent)는 또한 순수한 흡착제(pure adsorbent)일 수도 있고 그렇게 지정될 수도 있다. 미처리(미여과) 공기(raw air)는 병렬 또는 직렬 방식으로 흡착제를 통해 안내될 수 있다.
탈착 모드(desorption mode)에서, 재생 공기는 밀폐된 공기 체적 또는 환경으로부터 취해질 수 있다. 처음에는 재생 공기는 로딩되지 않는다(unloaded). 탈착 모드에서는 로딩되지 않은 재생 공기에 이산화탄소와 물이 로딩되어 로딩된(loaded) 재생 공기로 환경에 공급된다. 재생 공기가 이산화탄소와 물로 "로딩되지 않는(unloaded)"다는 사실에 의해, 특히 재생 공기는 탈착 모드에 있는 수착 필터 엘리먼트에 저장된 이산화탄소와 물을 흡수할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러나 이것이 로딩되지 않은 재생 공기가 일정량의 이산화탄소와 물을 흡수하는 것을 배제하는 것은 아니다. 그러나 로딩되지 않은 재생 공기는 이산화탄소와 물로 포화되지 않는다.
이와 관련해서, V자형으로 배열된 수착체(흡착체)(sorption body)는 수착체(흡착체)가 서로 경사지게 배열된 것을 의미한다. 중간 공간은 흡착체 사이에 제공되어 중간 공간의 웨지형(wedge-shaped) 기하구조를 형성한다. 중간 공간의 "헤드 측(head side)"은 수착체(흡착체)(sorption body)로부터 멀어지는 쪽을 향하는 중간 공간의 측이다. 외부 밀봉 요소는 유연한 재질로 제조된다. 외부 밀봉 요소는 열린 헤드 측 주위로 이어진다. 바람직하게는, 내부 밀봉 표면은 외부 밀봉 요소 내에 배열된다.
외부 밀봉 요소와 내부 밀봉 표면으로 인해 수착(흡착) 필터 엘리먼트의 독특한 밀봉 경계면(unique sealing interface)이 생성될 수 있다. 이렇게 하면 수착(흡착) 필터 엘리먼트를 잘못 설치하거나 수착(흡착) 필터 장치에 맞지 않는 수착(흡착) 필터 엘리먼트로 교체하는 것을 방지할 수 있다.
실시예에서, 수착 필터 엘리먼트는 2개의 이격된 전면벽을 포함하며, 특히 수착체(흡착체)는 전면벽에 의해 서로 연결된다. 바람직하게는, 수착체(흡착체)를 샌드위치시키는 2개의 전면벽이 제공된다.
실시예에서, 내부 밀봉 표면은 내부의 중간 공간으로 이동된 전면벽의 칼라 섹션(collar section)에 의해 적어도 부분적으로 형성된다.
실시예에서, 수착 필터 엘리먼트는 적어도 2개의 격자형 측벽을 포함하며, 각 측벽은 적어도 하나의 수착체(흡착체)와 이웃하며 및/또는 적어도 부분적으로 흡착제를 둘러싼다. 따라서 측벽은 공기 투과성이다.
실시예에서, 측벽은 흡착제를 향하는 공기 투과성(통기성) 재료로 덮여 있으며, 이 재료는 흡착제를 지탱(지지)한다. 재료는 멤브레인 등일 수 있다.
실시예에서, 전면벽과 측벽은 일체로 형성된다. 전면벽과 측벽은 수착 필터 엘리먼트 본체의 일부이다. 바람직하게는 본체는 사출 성형 부품이다.
실시예에서 수착 필터 엘리먼트는 적어도 전면벽과 측벽을 포함하는 기본 몸체를 포함하며, 여기서 수착체(흡착체)(sorption body)는 기본 몸체에서, 특히 전면벽과 이웃하는 적어도 하나의 측벽 사이에서 교체 가능하게 유지된다. 수착 필터 엘리먼트는 수착체(흡착체)와 기본 몸체 사이에 연결 인터페이스(connection interface)를 포함할 수 있으며, 여기서 연결 인터페이스는 수착체(흡착체)를 기본 몸체에 분리 가능하게 연결하는 연결 수단을 포함할 수 있다. 연결 수단은 적어도 하나의 힌지 수단(hinge means) 및/또는 적어도 하나의 스냅핏 수단(snap-fit means)을 포함할 수 있다.
실시예에서, 전면벽 중 적어도 하나는 안내 트랙을 포함하며, 안내 트랙은 수착 필터 엘리먼트를 축방향으로 안내하기 위해 하우징측 안내 트랙과 맞물리도록 구성된다.
실시예에서, 외부 밀봉 요소 및/또는 내부 밀봉 표면은 직사각형이다. 대안적으로, 외부 밀봉 요소 및/또는 내부 밀봉 표면은 임의의 형상을 가질 수 있다.
실시예에서, 흡착제(흡수제)는 벌크 물질이다. 흡착제는 구형일 수 있다.
실시예에서, 수착 필터 엘리먼트는 제1 흡착제 및 제2 흡착제를 포함한다.
실시예에서, 제1 흡착제는 제2 흡착제와 혼합된다.
실시예에서, 제1 흡착제와 제2 흡착제는 공기 투과성(통기성) 분리 물질에 의해 서로 분리되는 층으로 제공된다. 분리 물질은 멤브레인 등일 수 있다.
또한, 수착 필터 장치(sorption filter device)가 제공된다. 수착 필터 장치는 적어도 하나의 수착 필터 엘리먼트, 및 하우징을 포함하며, 여기서 하우징은 수착 필터 엘리먼트를 수용하기 위한 제1 하우징 부분과 제2 하우징 부분을 포함하며, 제2 하우징 부분은 제1 하우징 부분에 분리 가능하게 연결 가능하며, 상기 제2 하우징 부분은 닫힌 상태에서 하우징을 폐쇄하고, 수착 필터 엘리먼트는 헤드 측이 상기 제2 하우징 부분을 향하는 방식으로 제1 하우징 부분에 수용되고, 하우징은 적어도 하나의 제1 공기 유입구/유출구 및 적어도 하나의 제2 공기 유입구/유출구를 포함하며, 수착 필터 엘리먼트는 제1 공기 유입구/유출구와 제2 공기 유입구/유출구 사이에 유체 방식으로(in a fluidic way) 배열되고, 제1 공기 유입구/유출구 및 제2 공기 유입구/유출구 중 적어도 하나는 제2 하우징 부분에 제공되고, 수착 필터 장치는 수착 필터 엘리먼트와 제2 하우징 부분 사이에 배열된 공기 안내 요소를 포함하고, 공기 안내 요소는 제2 하우징 부분이 장착된 상태에서 헤드 측 중간 공간으로 돌출된다.
또한, 수착 필터 장치에서의 수착 필터 엘리먼트의 사용이 제공된다.
또한, 승객실 내의 CO2 함량을 감소시키기 위한 시스템에서 수착 필터 장치의 사용이 제공된다.
본 발명은 자동차의 승객실에서 이산화탄소 및 수분 함량을 감소시키기 위한 메커니즘을 위한 개선된 수착(흡착) 필터 엘리먼트를 제공한다.
도 1은 자동차의 일 실시예의 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 자동차용 메커니즘의 일 실시예의 개략도이다.
도 3은 도 2에 따른 메커니즘을 위한 수착 필터 장치의 일 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3에 따른 수착 필터 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 5는 도 3에 따른 수착 필터 장치의 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI 교차선에 따른 수착 필터 장치의 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 6의 교차선 VII-VII에 따른 수착 필터 장치의 추가의 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 3에 따른 수착 필터 장치의 추가의 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 3에 따른 수착 필터 장치를 위한 제2 하우징 부분의 일 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 10은 도 9에 따른 제2 하우징 부분의 개략적인 분해 사시도이다.
도 11은 도 3에 따른 수착 필터 장치를 위한 공기 가열 및 안내 메커니즘의 일 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 12는 도 3에 따른 수착 필터 장치를 위한 수착 필터 엘리먼트의 일 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 13은 도 12에 따른 수착 필터 엘리먼트의 개략적인 분해 사시도이다.
도면에서, 동일하거나 기능적으로 동일한 요소에는 달리 표시하지 않는 한 동일한 참조 부호가 부여된다.
도 1은 자동차(1)의 실시예의 개략도를 도시한다. 자동차(1)는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차인 것이 바람직하다. 그러나, 자동차(1)는 내연 기관에 의해 구동될 수도 있다. 자동차(1)는 밀폐된 공기 체적(3)을 둘러싸는 본체(2)를 포함한다. 이 문맥에서 "밀폐된(enclosed)"은 본체(2)가 밀폐된 공기 체적(3)의 경계 또는 기하학적 연장을 정의한다는 것을 의미한다. 그러나 이것은 밀폐된 공기 체적(3)이 자동차(1)의 환경(U)과 공기 교환될 수 없다는 것을 반드시 의미하지는 않는다.
밀폐된 공기 체적(3)은 자동차(1)의 내부 또는 승객실이다. 그러나 밀폐된 공기 체적(3)은 선박, 건설 기계 또는 건설 차량, 철도 차량, 농업 기계 또는 농업용 차량 또는 항공기와 연관될 수도 있다. 그러나 밀폐된 공기 체적(3)은 건물이나 고정 기계의 일부일 수도 있다.
그러나 이하에서는 밀폐된 공기 체적(3)은 자동차(1)의 승객실인 것으로 가정한다. 따라서, 밀폐된 공기 체적(3)은 이후 승객실(passenger compartment)로 지칭된다. 승객실(3)은 난방(heating), 환기(ventilation) 및 공조(air conditioning)(HVAC) 시스템(4)에 의해 공기 조절될 수 있다. 이러한 전기 구동 자동차(1)의 주행 거리를 연장하려면, 가능한 한 많은 에너지를 절약하는 것이 바람직하다. HVAC 시스템(4)을 참조하면, 이는 자동차(1)의 환경(U)으로부터 가능한 한 작은 양의 신선한 공기를 흡입하여 승객실(3)을 공조(air condition)해야 함을 의미한다.
그러나, 승객실(3)에서 흡입된 재순환 공기를 사용하여 승객실(3)을 공조하는 경우, 탑승자 또는 승객의 호기 공기에 포함된 물(H2O)이 승객실(3)에 축적될 수 있으며, 이는 자동차(1)의 창문, 예를 들어 전면 유리 또는 측면 창문의 김서림을 유발할 수 있다. 이는 안전 측면에서 피하거나 최소한 줄여야 한다. 또한, 호기(내쉬는) 공기에 포함된 이산화탄소(CO2)는 승객실(3)에도 축적될 수 있다. 이는 집중력 문제 또는 탑승자의 건강 장애를 초래할 수도 있다. 이 역시 안전과 건강 측면 모두에서 예방되거나 최소한 감소되어야 한다.
도 2는 승객실(3) 내에서 CO2와 H2O, 특히 수증기의 결합된 감소(combined reduction)를 위한 메커니즘(5)의 일 실시예의 개략도를 도시한다. 메커니즘(5)의 도움으로, 이전에 언급된 단점이 방지되거나 그 효과가 최소한 감소될 수 있다. 또한, 순환 공기의 준비는 주변 공기의 흡입이 크게 생략될 수 있음을 의미하므로, 메커니즘(5)은 환경(U)으로부터의 불순물이 승객실(3)에 유입되는 것을 방지하는 데에도 사용될 수 있다.
메커니즘(5)은 제1 수착(흡착) 필터 장치(6)와 제2 수착(흡착) 필터 장치(7)를 포함한다. "수착(sorption)"은 한 상(phase) 내에서 또는 두 상 사이의 경계면(interface)에서 물질의 축적을 초래하는 과정에 대한 집합적인 용어이다. 보다 정확하게는 상 내 농축(enrichment)을 흡수(absorption)라고 하며, 경계면에서의 농축을 흡착(adsorption)이라고 한다. 이는 수착 필터 장치(6, 7)가 CO2 및 H2O와 같은 물질뿐만 아니라 질소 산화물(NOX) 및/또는 휘발성 유기 화합물(VOC)도 흡착 및/또는 흡수하는 데 적합하다는 것을 의미한다. 휘발성 유기 화합물의 예로는 고급 탄화수소가 있다. 수착 필터 장치(6, 7)는 또한 이산화황(SO2)을 흡착 및/또는 흡수하는 데 적합할 수 있다. 그러나 바람직하게는 수착 필터 장치(6, 7)는 순수한 흡착 유닛이거나 그렇게 지정될 수 있다.
수착 필터 장치(6, 7)는 바람직하게는 상호 교환 가능하고, 이하에서 더 설명되는 바와 같이 수착 모드(M1)와 탈착 모드(M2)에서 교대로 작동될 수 있다. 수착 필터 장치(6, 7)는 카트리지 모양이며 카트리지 또는 수착 필터 엘리먼트라고 할 수 있다. 수착 모드(sorption mode)(M1)는 흡착 모드(adsorption mode)라고도 지칭될 수 있다. 탈착 모드(desorption mode)(M2)는 재생 모드(regeneration mode)라고도 불릴 수 있다. 즉, 제2 수착 필터 장치(7)가 탈착 모드(M2)에 있을 때 제1 수착 필터 장치(6)는 수착 모드(M1)에 있고 그 반대도 마찬가지이다. 따라서, 두 수착 필터 장치(6, 7)는 동시에 동일한 모드(M1, M2)에 있을 수 없다. 바람직하게는, 수착 필터 장치(6, 7)는 쉽게 교체될 수 있도록 각각 카트리지 형태를 갖는다.
각각의 수착 필터 장치(6, 7)는 제1 흡착제(8) 및 제2 흡착제(9)를 포함한다. 바람직하게는, 흡착제(흡수제)(sorbent)(8, 9)는 흡착제(adsorbent)이거나 흡착제(adsorbent)로서 지정될 수 있다. 예를 들어, 제1 흡착제(8)는 CO2를 흡착하는 데 적합하다. 따라서, 제2 흡착제(9)는 H2O를 흡착하는데 적합할 수 있다. 따라서 2개의 흡착제(8, 9)는 승객실(3)로부터 H2O 및 CO2를 제거할 수 있다. 제1 흡착제(8)는 작은 원으로 도시되어 있다. 제2 흡착제(9)는 큰 원으로 도시되어 있다. 예를 들어 NOX 또는 VOC를 흡착(흡수)하는 데 적합한 다른 흡착제(흡수제)도 제공될 수 있다. 따라서, 승객실(3) 내 순환 공기를 처리하기 위해 임의 개수의 서로 다른 흡착제(8, 9)가 제공될 수 있다.
예를 들어, 흡착제(8, 9)에 더하여, 미처리 공기(원공기)(raw air)(RO)로부터 미세 입자, NOx 및/또는 VOC를 제거하는 데 적합한 적어도 하나의 추가 흡착제 또는 여러 개의 추가 흡착제(미도시)가 제공된다. 추가 흡착제는 2개의 캐리어 층(carrier layer), 특히 부직포로 제조된 캐리어 층 사이에 도입될 수 있다. 대안적으로, 흡착제(8, 9) 및 추가 흡착제는 함께 혼합될 수 있다. 추가 흡착제는 특히 벌크 형태로 바람직하게는 2개의 캐리어 층 사이에 도입되는 활성탄을 포함할 수 있다. 추가 흡착제 또는 흡착제들은 하나 이상의 혼합 벌크 층을 구축하기 위해 제1 흡착제(8) 및/또는 제2 흡착제(9)와 혼합될 수 있다.
또한, 수착 필터 장치(6, 7)는 CO2 및 H2O 외에도 미처리(미여과) 공기(원공기)(RO)로부터 알레르겐, 박테리아 및/또는 바이러스를 제거하는 데 적합할 수도 있다. 이는 담체 물질(carrier material), 예를 들어 부직포의 기능성 코팅에 의해 또는 흡착제(8, 9)의 기능성 코팅에 의해 수행될 수 있다. 또한, 수착 필터 장치(6, 7)는 편안함(안정감) 측면에서 적어도 하나의 향기 성분을 가질 수 있다.
흡착제(8, 9)는 각각 구형 과립 형태일 수 있다. 바람직하게는 흡착제(8, 9)는 담체 물질에 고정되거나 담체 물질의 도움으로 고정된다. 수착 필터 장치(6, 7)는 각각 원통형, 특히 중공 원통형, 파이형 또는 직사각형 기하학적 형상을 가질 수 있다. "파이형(pie-shaped)" 기하학적 형상은 특히 편평한 원통형 기하학적 형상을 의미한다.
도 2에서, 제1 수착 필터 장치(6)는 앞서 언급한 수착 모드(M1)에 있다. 제2 수착 필터 장치(7)는 탈착 모드(M2)에 있다. 수착 모드(M1)에서는 승객실(3)로부터 CO2 및 H2O가 포함된 미처리(미여과) 공기(원공기)(RO)가 제1 수착 필터 장치(6)로 공급된다. 이를 위해 제1 송풍기(10)가 제공될 수 있다. 미처리(미여과) 공기(원공기)(RO)는 적어도 부분적으로 제1 수착 필터 장치(6)를 통과하며, 흡착제(8, 9)는 CO2 및 H2O의 미처리(미여과) 공기(원공기)(RO)를 정화한다. 정화된 미처리(미여과) 공기(RO)는 청정 공기(RL)로서 승객실(3)로 다시 공급된다.
선택적인 제1 가열 요소(발열체)(11)가 제1 수착 필터 장치(6)에 할당되어, 이의 도움으로 열(Q)이 흡착제(8, 9)에 공급될 수 있다. 수착 모드(M1)에서, 제1 가열 요소(11)는 비활성 상태이며, 따라서 제1 수착 필터 장치(6)에 열(Q)을 공급하지 않는다. 제1 가열 요소(11)는 제1 수착 필터 장치(6)를 통과하는 열선일 수 있으며, 이는 에너지가 공급되어 열(Q)을 도입하여 흡착제(8, 9)를 가열한다. 그러나 열(Q)은 임의의 다른 수단에 의해 도입될 수도 있다. 예를 들어, 열(Q)은 자동차(1)를 구동하는 데 사용되는 전기 모터의 폐열일 수 있다. 열(Q)은 또한 기존 내연 기관, 배터리 냉각 시스템 또는 연료 전지 냉각 회로의 폐열일 수도 있다. 제1 가열 요소(11)는 또한 열 교환기일 수 있거나 열 교환기를 포함할 수 있다.
탈착 모드(M2)에서는, 로딩되지 않은(unloaded) 재생 공기(R1)가 CO2 및 H2O로 로딩된 제2 수착 필터 장치(7)로 공급된다. 제2 송풍기(12)가 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 로딩되지 않은 재생 공기(R1)가 CO2 및 H2O로 "로딩되지 않는(unloaded)"다는 사실에 의해, 로딩되지 않은 재생 공기(R1)는 제2 수착 필터 장치(7)에 저장된 CO2 및 H2O를 흡수할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 즉, 로딩되지 않은 재생 공기(R1)에는 CO2와 H2O가 일부 함유되어 있을 수도 있다. 그러나 로딩되지 않은 재생공기(R1)는 CO2와 H2O로 포화되지 않는다. 예를 들어, 로딩되지 않은 재생 공기(R1)는 승객실(3) 또는 환경(U)으로부터 취해질 수 있다.
또한, 선택적인 제2 가열 요소(13)가 제공되며, 이를 통해 제2 수착 필터 장치(7)가 탈착 모드(M2)에서 가열되어 열(Q)이 제2 수착 필터 장치(7)에 도입된다. 제1 가열 요소(11)와 제2 가열 요소(13)는 바람직하게는 동일한 구성을 갖고 교대로 작동된다. 앞서 언급한 바와 같이, 열(Q)은 예를 들어 전기 모터의 폐열 형태로 공급될 수도 있다. 그러나 앞서 언급한 바와 같이 열(Q)은 기존 내연기관, 배터리 냉각 시스템 또는 연료전지 냉각 회로에서 발생하는 폐열일 수도 있다. 제2 가열 요소(13)는 또한 열 교환기일 수 있거나 열 교환기를 포함할 수 있다.
흡착제(8, 9)는 제2 수착 필터 장치(7)의 탈착 모드(M2)에서 가열될 때, 로딩되지 않은 재생 공기(R1)로 CO2 및 H2O를 방출한다. 즉, CO2와 H2O가 탈착된다. 탈착을 위해서는 55 ℃ 이상의 온도가 바람직하다. 로딩되지 않은 재생 공기(R1)는 제2 수착 필터 장치(7)를 통과하여 CO2 및 H2O를 흡수한 후, 로딩된 재생 공기(R2)로서 제2 수착 필터 장치(7)로부터 배출된다. 특히, 로딩된 재생 공기(R2)는 환경(U)에 공급된다.
도 3은 제1 수착 필터 장치(6)의 일 실시예의 사시도를 나타낸다. 도 4는 제1 수착 필터 장치(6)의 분해 사시도를 나타낸다. 도 5는 제1 수착 필터 장치(6)의 평면도를 나타낸다. 도 6은 도 5의 교차선 VI-VI을 따른 제1 수착 필터 장치(6)의 단면도를 나타낸다. 도 7은 도 6의 VII-VII 교차선을 따른 제1 수착 필터 장치(6)의 추가 단면도를 나타낸다. 도 8은 제1 수착 필터 장치(6)의 추가 단면도를 나타낸다. 이하에서, 도 3 내지 도 8이 동시에 언급될 것이다.
수착 필터 장치(6, 7)는 동일하게 설계된다. 이하에서는 제1 수착 필터 장치(6)만을 언급할 것이다. 그러나, 제1 수착 필터 장치(6)에 관한 모든 설명은 제2 수착 필터 장치(7)에 적용될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다.
제1 수착 필터 장치(6)는 폭 방향 또는 x-방향 x, 높이 방향 또는 y-방향 y 및 깊이 방향 또는 z-방향 z를 갖는 좌표계를 포함한다. x, y, z 방향은 서로 수직으로 배열된다.
제1 수착 필터 장치(6)는 제1 하우징 부분(15)과 제2 하우징 부분(16)을 갖는 하우징(14)을 포함한다. 제2 하우징 부분(16)은 제1 하우징 부분(15)에 부착된다. 제2 하우징 부분(16)은 제1 하우징 부분(15)으로부터 제거될 수 있다. 제1 하우징 부분(15) 및 제2 하우징 부분(16)은 플라스틱 부품, 특히 사출 성형된 플라스틱 부품일 수 있다. 하우징(14)은 제1 공기 유입구/유출구(17)와 제2 공기 유입구/유출구(18)를 갖는다. 제1 공기 유입구/유출구(17)는 제1 하우징 부분(15)에 제공된다. 제2 공기 유입구/유출구(18)는 제2 하우징 부분(16)에 제공된다. 후술하는 바와 같이 청정 공기(clean air)(RL), 미처리(미여과) 공기(원공기)(raw air)(RO) 및 재생 공기(R1, R2)는 공기 유입구/유출구(17, 18)를 통해 안내될 수 있다.
제2 하우징 부분(16)은 복수의 스냅 후크(19)를 포함하며, 그 중 하나에만 참조 부호가 제공된다. 제1 하우징 부분(15)은 복수의 대응 수용 섹션(20)을 포함하며, 그 중 하나에만 참조 부호가 제공된다. 제2 하우징 부분(16)을 제1 하우징 부분(15)에 연결하기 위해, 스냅 후크(19)는 수용 섹션(receiving section)(20)과 결합된다. 제2 하우징 부분(16)은 또한 복수의 가이드 요소(21)를 가지며, 그 중 하나에만 참조 부호가 제공된다. 가이드 요소(21)는 또한 수용 섹션(20)과 결합된다.
제1 하우징 부분(15) 내에는 안내 트랙(22 내지 24)이 제공된다(도 8). 안내 트랙(22 내지 24)의 수는 임의적이다. 바람직하게는, 3개의 안내 트랙(22 내지 24)이 제공된다. 안내 트랙(22) 및 안내 트랙(23, 24)은 제1 하우징 부분(15)의 대향 벽(25, 26)에 제공된다. 각각의 안내 트랙(22 내지 24)은 댐핑 요소(damping element)(27 내지 29)를 갖는다. 댐핑 요소(27 내지 29)는 유연한(flexible) 재료로 만들어진다. 예를 들어, 댐핑 요소(27 내지 29)는 폴리우레탄 등으로 만들어진다. 하우징(14)은 내부(30)를 둘러싼다. 안내 트랙(22 내지 24)은 상기 내부(30) 내에 배열된다.
도 9는 제2 하우징 부분(16)의 일 실시예의 사시도를 도시한다. 도 10은 제2 하우징 부분(16)의 분해 사시도를 도시한다. 이하에서는, 도 9와 도 10이 동시에 언급될 것이다.
제2 하우징 부분(16)은 내부(30)를 향하는 내부 표면(31)을 갖는다. 내부 표면(31)으로부터, 복수의 스냅 후크(32)(그 중 하나만 참조 부호가 제공됨)가 내부(30) 내로 돌출된다. 또한 원통형 부착 섹션(attachment section)(33)은 내부 표면(31)으로부터 내부(30)로 돌출한다. 부착 섹션(33)은 중앙 보어(34)를 갖는다. 보어(34)는 나사산을 가질 수 있다.
공기 가열 및 안내 메커니즘(35)은 제2 하우징 부분(16)에 부착된다. 공기 가열 및 안내 메커니즘(35)은 내부 표면(31)에 기대어 놓인다. 공기 가열 및 안내 메커니즘(35)은 스냅 후크(32)와 부착 섹션(33)에 의해 제2 하우징 부분(16)에 부착된다.
공기 가열 및 안내 메커니즘(35)의 사시도가 도 11에 도시되어 있다. 공기 가열 및 안내 메커니즘(35)은 프레임(36)을 포함한다. 프레임(36)은 스냅 후크(32)와 맞물려 공기 가열 및 안내 메커니즘(35)을 제2 하우징 부분(16)에 부착하는 결합 개구부(engagement opening)(37)를 갖는다. 프레임(36)은 부착 섹션(attachment section)(38)을 갖는다. 부착 섹션(38)은 보어(39)를 갖는다. 프레임(36)의 부착 섹션(38)은 제2 하우징 부분(33)의 부착 섹션(33)에 볼트로 고정될 수 있다.
프레임(36)은 직사각형이고 2개의 대향 측벽(40, 41)과 2개의 대향 전면벽(42, 43)을 포함한다. 결합 개구(37)는 측벽(40, 41)에 제공된다. 부착 섹션(38)은 측벽(41)에 제공된다. 전면벽(42, 43)은 개구(44)를 가지며, 그 중 하나에만 참조 부호가 제공된다.
프레임(36)은 앞서 언급한 바와 같이 제1 가열 요소(발열체)(11)를 수용한다. 그러나, 이 경우, 제1 가열 요소(발열체)(11)는 열선이 아닌 판형 발열체이다. 특히, 제1 가열 요소(11)는 PTC(positive temperature coefficient) 히터이다. 제1 가열 요소(11)는 접착제(45)에 의해 프레임(36)에 접착된다. 접착제(45)는 내열성을 갖는다.
공기 가열 및 안내 메커니즘(35)은 공기 안내 요소(46)를 더 포함한다. 공기 안내 요소(46)와 프레임(36)은 일체로 형성될 수 있다. 공기 안내 요소(46)는 2개의 대향하는 전면벽(47, 48)을 포함한다. 또한, 공기 안내 요소(46)는 2개의 대향하는 제1 측벽(49, 50)과 2개의 대향하는 제2 측벽(51, 52)을 포함한다. 제1 측벽(49, 50)은 서로 경사져 있다. 제2 측벽(51, 52)도 서로 경사져 있다. 측벽(49 내지 52)은 공기 안내 요소(46)의 W자형 단면을 형성한다. 측벽(49 내지 52)은 트러스 형상이고, 복수의 스트럿(strut)(53) 및 스트럿(53)에 의해 서로 분리되는 개구(54)를 포함한다.
가요성 밀봉 요소(flexible sealing element)(55)(도 9 및 도 10)는 공기 안내 요소(46) 주위로 이어진다. 밀봉 요소(55)는 직사각형이다.
이제 도면으로 돌아가면, 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 수착 필터 장치(6)는 수착 필터 엘리먼트(56)를 갖는다. 수착 필터 엘리먼트(56)는 교환 가능하다. 수착 필터 엘리먼트(56)는 흡착제(8, 9)를 포함한다. 수착 필터 엘리먼트(56)의 개략적인 사시도가 도 12에 도시되어 있다. 도 13은 수착 필터 엘리먼트(56)의 개략적인 분해도를 도시한다.
x, y, z 방향은 수착 필터 엘리먼트(56)에 할당될 수 있다. 수착 필터 엘리먼트(56)는 본체(57)와 커버(58)를 포함한다. 커버(58)는 복수의 스냅 후크(59)를 포함하며, 그 중 하나에만 참조 부호가 제공된다. 스냅 후크(59)는 본체(57)의 수용 섹션(60)과 결합된다. 수용 섹션(60) 중 하나에만 참조 부호가 제공된다. 커버(58)는 제2 하우징 부분(16)의 밀봉 표면(62)(도 6)에 기대어 놓이는 밀봉 요소(61)를 포함한다. 밀봉 요소(61)는 가요성이다. 커버(58)는 밀봉 표면(63)을 갖는다. 밀봉 요소(55)는 밀봉 표면(63)에 기대어 놓인다.
밀봉 요소(61) 및 밀봉 표면(62)은 제1 밀봉 평면(E1)(도 6)을 형성한다. 밀봉 요소(55) 및 밀봉 표면(63)은 제2 밀봉 평면(E2)을 형성한다. 높이 방향 y를 따라 보면, 밀봉 평면 E1, E2는 거리 d로 서로 이격되어 있다. 밀봉 평면(E1, E2)은 함께 수착 필터 엘리먼트(56)의 밀봉 계면(sealing interface)(F)을 형성한다.
본체(57)는 제1 하우징 부분(15)의 안내 트랙(22 내지 24)과 결합되는 안내 트랙(64 내지 66)(도 8)을 포함한다. 본체(57)는 2개의 전면벽(67, 68)을 갖는다. 안내 트랙(64)은 전면벽(67)으로부터 돌출한다. 안내 트랙(65, 66)은 전면벽(68)으로부터 돌출한다. 2개의 외측 측벽(69, 70)은 서로 경사져 있다. 외측 측벽(69, 70)은 트러스 형상이다. 외측 측벽(69, 70)은 스트럿(strut)(71)과 개구(72)를 포함한다. 개구(72)는 스트럿(71)에 의해 서로 분리된다. 개구(72)는 유체 투과성 재료(73)에 의해 덮여진다. 재료(73)는 섬유 재료, 예를 들어 플리스 재료(fleece material)일 수 있다.
본체(57)는 내측 측벽(74, 75)을 더 갖는다. 내측 측벽(74, 75)은 서로 경사져 있다. 측벽(69, 74)은 서로 평행하다. 측벽(70, 75)은 서로 평행하다. 내측 측벽(74, 75)은 외측 측벽(69, 70)과 마찬가지로 유체 투과성을 갖는다. 이는 또한 내측 측벽(74, 75)이 트러스 형상이고 앞서 언급한 바와 같이 스트럿(71) 및 개구(72)를 포함한다는 것을 의미한다. 내측 측벽(74, 75)도 재료(73)로 덮여 있다. 흡착제(8, 9)는 측벽(69, 74)과 측벽(70, 75) 사이에 배치된다. 흡착제(8, 9)는 제1 수착체(흡착체)(B1) 및 제2 수착체(흡착체)(B2)의 일부이다. 재료(73)는 수착체(흡착체)(B1, B2)의 일부이다.
흡착제(8, 9)는 도 2에 도시된 바와 같이 혼합될 수 있거나, 또는 도 8에 도시된 바와 같이 분리 물질(76, 77)에 의해 서로 분리될 수 있다. 분리 물질(76, 77)을 수용하기 위한 안내 트랙(78 내지 81)이 제공된다. 분리 물질(76, 77)은 유체 투과성이다. 내측 측벽(74, 75)은 공기 안내 요소(46)를 수용하는 중간 공간(82)(도 6)을 에워싼다. 커버(58)는 개구(83)(도 12 및 도 13)를 포함한다. 공기 안내 요소(46)는 개구(83)를 통해 중간 공간(82)으로 안내된다. 공기 안내 요소(46)의 측벽(49, 50)은 중간 공간(82)으로부터 분리된 내부 공간(84)(도 6)을 에워싼다.
수착 모드(M1)에서, 승객실(3)로부터 CO2 및 H2O가 포함된 미처리(미여과) 공기(raw air)(RO)는 제1 공기 유입구/유출구(17)를 통해 제1 수착 필터 장치(6)로 공급된다. 미처리(미여과) 공기(RO)는 제1 수착 필터 장치(6)를 통과한다. 정화된 미처리 공기(원공기)(RO)는 제2 공기 유입구/유출구(18)를 통해 청정 공기(RL)로서 승객실(3)로 다시 공급된다.
탈착 모드(M2)에서, 로딩되지 않은 재생 공기(R1)는 제2 공기 유입구/유출구(18)를 통해 제1 수착 필터 장치(6)에 공급된다. 로딩되지 않은 재생 공기(R1)는 열(Q)을 로딩되지 않은 재생 공기(R1)에 인가하는 공기 가열 및 안내 메커니즘(35)을 통과한다. 로딩되지 않은 재생 공기(R1)는 수착 필터 엘리먼트(56)를 통과하고, 로딩된 재생 공기(R2)로서 제1 공기 유입구/유출구(17)를 통해 제1 수착 필터 장치(6)를 떠난다.

Claims (14)

  1. 수착 필터 장치용 수착 필터 엘리먼트로서, 상기 수착 필터 엘리먼트는:
    적어도 하나의 흡착제를 갖는 적어도 2개의 수착체로서, 상기 적어도 2개의 수착체는 V자형으로 배열되고, 헤드 측에서 개방된 중간 공간을 둘러싸는 적어도 2개의 수착체;
    헤드측의 외주 주위로 이어지는 외부 밀봉 요소; 및
    헤드 측에 배열되고 헤드 측의 중간 공간을 한정하는 원주 주위로 이어지는 내부 밀봉 표면으로서, 내부 밀봉 표면은 외부 밀봉 요소에 대해 축방향으로 후퇴되고 중간 공간 내에 배열되는, 내부 밀봉 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 수착 필터 장치용 수착 필터 엘리먼트.
  2. 제1항에 있어서,
    수착 필터 엘리먼트는 적어도 2개의 수착체를 서로 연결하는 이격된 전면벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수착 필터 엘리먼트.
  3. 제2항에 있어서,
    내부 밀봉 표면은 그 내부에서 중간 공간으로 이동된 이격된 전면벽의 칼라 섹션을 적어도 부분적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 수착 필터 엘리먼트.
  4. 제2항에 있어서,
    수착 필터 엘리먼트는 적어도 2개의 격자형 측벽을 추가로 포함하며, 각각은 적어도 2개의 수착체 중 적어도 하나에 인접하고 적어도 하나의 흡착제를 적어도 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 수착 필터 엘리먼트.
  5. 제4항에 있어서,
    적어도 2개의 격자형 측벽은 적어도 하나의 흡착제를 향하고 적어도 하나의 흡착제를 유지하는 공기 투과성 재료로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 수착 필터 엘리먼트.
  6. 제4항에 있어서,
    이격된 전면벽과 적어도 2개의 격자형 측벽은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 수착 필터 엘리먼트.
  7. 제4항에 있어서,
    수착 필터 엘리먼트는 적어도 이격된 전면벽과 적어도 2개의 격자형 측벽을 포함하는 기본 몸체를 더 포함하고,
    적어도 2개의 수착체 각각은 이격된 전면벽 사이와 적어도 2개의 격자형 측벽 중 적어도 하나에 인접한 기본 몸체에 교체 가능하게 유지되는 것을 특징으로 하는 수착 필터 엘리먼트.
  8. 제2항에 있어서,
    이격된 전면벽 중 적어도 하나는 수착 필터 엘리먼트를 축방향으로 안내하기 위한 하우징측 안내 트랙과 맞물리도록 구성된 안내 트랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 수착 필터 엘리먼트.
  9. 제1항에 있어서,
    외부 밀봉 요소와 내부 밀봉 표면은 직사각형인 것을 특징으로 하는 수착 필터 엘리먼트.
  10. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 흡착제는 벌크 물질인 것을 특징으로 하는 수착 필터 엘리먼트.
  11. 제1항에 있어서,
    수착 필터 엘리먼트는 제1 흡착제 및 제2 흡착제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 수착 필터 엘리먼트.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 흡착제는 제2 흡착제와 혼합되는 것을 특징으로 하는 수착 필터 엘리먼트.
  13. 제11항에 있어서,
    수착 필터 엘리먼트는 제1 흡착제와 제2 흡착제를 층으로 분리하도록 구성된 공기 투과성 분리 물질을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 수착 필터 엘리먼트.
  14. 수착 필터 장치로서, 수착 필터 장치는:
    제1항에 따른 수착 필터 엘리먼트;
    하우징; 및
    공기 안내 요소를 포함하며;
    하우징은:
    수착 필터 엘리먼트를 수용하기 위해 구성된 제1 하우징 부분;
    제1 하우징 부분에 분리 가능하게 연결될 수 있으며, 닫힌 상태에서 하우징을 폐쇄하도록 구성된 제2 하우징 부분으로서, 수착 필터 엘리먼트는 헤드 측이 제2 하우징 부분을 향하는 방식으로 제1 하우징 부분에 수용되는, 제2 하우징 부분;
    적어도 하나의 제1 공기 유입구/유출구; 및
    적어도 하나의 제2 공기 유입구/유출구로서, 수착 필터 엘리먼트는 제1 공기 유입구/유출구와 제2 공기 유입구/유출구 사이에 유체 방식으로 배열되고, 제1 공기 유입구/유출구 및 제2 공기 유입구/유출구 중 적어도 하나는 제2 하우징 부분에 제공되는, 적어도 하나의 제2 공기 유입구/유출구를 포함하며;
    공기 안내 요소는 수착 필터 엘리먼트와 제2 하우징 부분 사이에 배열되며, 제2 하우징 부분의 장착된 상태에서 헤드 측의 중간 공간으로 돌출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수착 필터 장치.
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