WO1999003693A1 - Vorrichtung zum reinhalten der luft im personeninnenraum eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Reinhalten der Luft im Personeninnenraum eines Kraftfahrzeuges weist zwei Adsorber (1, 2) auf, durch die die Aussenluft (6) oder bei Reinigung der Innenluft im Kreislauf die Innenluft dem Personeninnenraum (5) zugeführt werden kann. Die Adsorber (1, 2) werden wechselweise auf Adsorptionsbetrieb und Desorptionsbetrieb geschaltet, wobei der Adsorber (1, 2) zur Desorption erwärmt und ihm Luft im Gegenstrom zugeführt wird.

Description

Vorrichtung zum Reinhalten der Luft im Personeninnenraum eines Kraftfahrzeuges

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Reinhalten der Luft im Personeninnenraum eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt. Durch den Adsorber einer solchen Vorrichtung soll die Zufuhr störender Gerüche, aber auch von toxischen Gasen, insbesondere karzinogenen Stoffen, wie aromatischen Kohlenwasserstoffen, z.B. Benzol, von außen in den Personeninnenraum des Kraftfahrzeuges verhindert werden. Zudem sollen in der Innenluft enthaltene gasförmige Stoffe, z.B. Gerüche oder Tabakrauch, beseitigt werden. Bei der bekannten Vorrichtung läßt die Wirksamkeit des Adsorbers jedoch mit der Zeit nach. Damit brechen die Schadstoffe durch den Adsorber mehr und mehr durch, so dass es mit der Zeit nur noch zu einer Einebnung von Schadstoffspitzen kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Reinhalten der Innenluft im Personeninnenraum eines Kraftfahrzeuges mit zeitlich unbegrenzter Wirksamkeit bereitzustellen.

Dies wird erfindungsgemäß mit der im Anspruch 1 gekennzeichneten Vorrichtung erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.

Nach der Erfindung sind also zwei Adsorber vorgesehen, durch die jeweils Außenluft in den Personeninnenraum oder bei Reinigung der Innenluft die Innenluft im Kreislauf geleitet werden kann. Die Adsorber sind wechselweise auf Adsorptionsbetrieb bzw. Desorptionsbetrieb schaltbar. D.h., der eine Adsorber wird durch Desorpti- on der Schadstoffe regeneriert, während der andere zur Adsorption eingesetzt wird. Damit steht immer ein wirksamer Adsorber zur Verfügung. D.h., mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine einwandfreie Innenluft- qualität praktisch über die gesamte Lebensdauer des Kraftfahrzeuges aufrechterhalten.

Bei der Desorption wird die Luft im Gegenstrom durch den Adsorber geleitet.

Zur Erwärmung des Adsorptionsmittels kann der Adsorber mit einer elektrischen Heizeinrichtung versehen sein. Vorzugsweise wird jedoch zur Desorption erwärmte Luft verwendet. Die Erwärmung der Desorptionsluft kann beispielsweise durch eine elektrische Heizeinrichtung erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch ein Wärmetauscher verwendet, mit dem die Desorptionsluft durch das Kühlwasser oder die Abgase des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges erwärmt wird. Damit wird elektrische Energie gespart . Dem Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser wird dabei im allgemeinen der Vorzug gegeben. Denn zum einen ist der

Kühlwasserkreislauf für die zu den Adsorbern führenden Desorptionsluftleitungen leichter zugänglich als die Abgasleitung. Auch erfolgt der Wärmeübergang in einem Wärmetauscher von einem flüssigen auf ein gasförmiges Medium, also vom Kühlwasser auf die Desorptionsluft schneller als vom Abgas auf die Desorptionsluft. In der Regel reicht die Kühlwassertemperatur zur Desorption aus .

Bei Verwendung von Adsorptionsmitteln, die eine höhere Desorptionstemperatur als Aktivkohle zulassen, kann jedoch auch das Erwärmen der Desorptionsluft mit den Abgasen des Verbrennungsmotors interessant sein.

Neben Aktivkohle können als Adsorptionsmittel beispielsweise auch Polymere, wie Styrolpolymere, oder unbrennbare Stoffe, wie Zeolithe, insbesondere hydrophobe Zeolithe, oder Silicagel eingesetzt werden. Auch können Gemische verschiedener Adsorptionsmittel verwendet werden, beispielsweise Gemische aus Aktivkohle und Zeo- lith.

Um den Luftwiderstand der Adsorber herabzusetzen, ist es vorteilhaft, das Adsorptionsmittel auf einem luftdurchlässigen Träger vorzusehen. Dabei kann es sich z.B. um Schichten aus porösem Material handeln, beispielsweise Schaumstoff, wie Polyurethanschaum, wobei die Schichten im Adsorber als Stapel vorliegen, oder um einen monolithischen Körper, der mit Luftdurchgangskanälen versehen ist. Der Körper kann dabei durch einen Zeolith gebildet sein oder beispielsweise aus Keramik

bestehen und an den Durchgangskanälen mit Aktivkohle oder einem anderen Adsorptionsmittel beschichtet sein.

Der Luftdurchsatz einer solchen Vorrichtung liegt bei einem Personenkraftwagen in der Praxis maximal bei 600 kg Luft unter Normalbedingungen pro Stunde, und bei Normalbetrieb bei ca. 300 kg Luft pro Stunde. Entsprechend sind die Gebläse auszulegen, durch die die Außenbzw. Innenluft angesaugt wird.

Damit sich die Adsorber zur Desorption auf einer hinreichend hohen Temperatur befinden, sind sie vorzugsweise mit einer thermischen Isolierung ummantelt. Damit erfolgt zur Aufrechterhaltung der für die Adsorption erforderlichen niedrigen Temperatur bei Adsorptionsbetrieb zugleich eine thermische Isolierung des Adsorbers gegenüber der warmen Umgebung im Motorraum.

Damit die für den Adsorptionsbetrieb erforderliche niedrige Temperatur des Adsorbers auch bei warmen Außentemperaturen gewährleistet ist, wird die Außenluft und bei Umluftbetrieb ggf. auch die Innenluft durch die Klimaanlage des Kraftfahrzeuges geleitet, bevor sie in den Adsorber eintritt. Die Luft wird damit auf ca. 5 bis 18 °C abgekühlt. Dadurch erfolgt zugleich eine Luf- tentfeuchtung, was der Wirksamkeit des Adsorptionsmittels zusätzlich zugute kommt.

Um eine Umweltbelastung durch die desorbierten Schadstoffe zu verhindern, werden sie erfindungsgemäß vorzugsweise verbrannt. Dies läßt sich auf elegante Weise

dadurch erreichen, dass der die desorbierten Schadstoffe enthaltende Desorptionsluftstrom über eine Leitung der Ansaugluft des Motors des Kraftfahrzeuges zugeführt wird.

Das Umschalten der Adsorber auf den Adsorptions- bzw. Desorptionsbetrieb kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So ist es möglich, die Umschaltung nach bestimmten Zeitintervallen durchzuführen. Ferner kann zum Umschalten der Adsorber vom Adsorptions- auf den Desorptionsbetrieb jedem Adsorber ein Sensor nachgeschaltet sein. Da die meisten Schadstoffe oxidierbar sind, sind die Sensoren vorzugsweise zur Bestimmung oxidierbarer Stoffe ausgelegt.

In der zu reinigenden Luft können jedoch auch nicht adsorbierbare, oxidierbare Stoffe enthalten sein, beispielsweise Kohlenmonoxid, so dass bei Vorliegen solcher Stoffe der Sensor am Ausgang des Adsorbers zu einem vorzeitigen Umschalten des Adsorbers auf Desorptionsbetrieb führen würde.

Demgemäß ist es vorteilhaft, jedem Adsorber zwei Sensoren zuzuordnen, wobei der eine Sensor den Schadstoffge- halt in der Luft vor dem jeweiligen Adsorber und der andere den Schadstoffgehalt in der Luft nach dem Adsorber erfaßt. Wenn dann der nach dem Adsorber angeordnete Sensor den gleichen oder gar einen höheren Gehalt an oxidierbaren Stoffen als der vor dem Adsorber angeordnete Sensor feststellt, ist dies ein Signal für eine Sättigung des Adsorptionsmittels des Adsorbers und damit zum Umschalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in erster Linie zum Reinhalten der Innenluft eines Pkw bestimmt. Sie kann freilich auch für die Reinhaltung der Luft im Personeninnenraum von Lastkraftwagen oder Bussen eingesetzt werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt .

Die Vorrichtung weist danach zwei Adsorber 1,2 ^'in einer Leitung 3, 4 auf, die einerseits zu dem Personeninnenraum 5 des Kraftfahrzeuges und andererseits zu der Außen- oder Frischluft 6 führt.

In jeder Leitung 3, 4 sind personeninnenraumseitig von dem Adsorber 1, 2 eine Heizung 7, 8 und ein Gebläse 9, 10 vorgesehen. Die Leitung 3 ist an beiden Enden an ein 3-Wege-Ventil 12, 13 angeschlossen, und die Leitung 4 an ihren Enden an die 3-Wege-Ventile 14, 15. Das 3- Wege-Ventil 13 ist einerseits mit der zur Außenluft 6 führenden Leitung 16 verbunden, in der die Klimaanlage 17 und ein Gebläse 18 angeordnet ist, und andererseits mit einer Zwischenleitung 20, die an das 3-Wege-Ventil 15 angeschlossen ist. An die Leitung 16 kann dabei eine nicht dargestellte Leitung angeschlossen sein, mit der Innenluft aus dem Personeninnenraum 5 angesaugt wird, um die Innenluft im Kreislauf zu reinigen.

An das 3-Wege-Ventil 12 ist einerseits die Leitung 21 angeschlossen, die über die Fahrzeugheizung 22 in den

Personeninnenraum 5 führt, und andererseits eine Leitung 23, über die mit dem Gebläse 9 Desorptionsluft angesaugt werden kann. Ferner ist zwischen dem Adsorber 1 und dem Dreiwegeventil 13 eine mit einem Ventil 24 absperrbare Leitung 25 angeschlossen, über die die Desorptionsluft nach Durchtritt durch den Adsorber 1 entfernt wird.

Das 3-Wege-Ventil 14 ist einerseits über eine Zwischenleitung 26 an die Leitung 21 an der vom Personeninnenraum 5 abgewandten Seite der Fahrzeugheizung 22, also zwischen der Fahrzeugheizung 22 und dem 3-Wege-Ventil 12 angeschlossen, andererseits an eine Leitung 27 für die Desorptionsluft, wobei die Desorptionsluft nach Durchtritt durch den Adsorber 2 über eine Leitung 28 entfernt wird, die an das 3-Wege-Ventil 15 angeschlossen ist.

Bei Adsorptionsbetrieb des Adsorbers 1 und Desorptionsbetrieb des Adsorbers 2 strömt die Frischluft von außen oder die aus dem Personeninnenraum 5 abgesaugte Luft gemäß dem Pfeil 30 über das Gebläse 18 durch die Klimaanlage 17 in den Adsorber 2 und von dort gemäß dem Pfeil 31 über die Fahrzeugheizung 22 in den Personeninnenraum 5 gemäß dem Pfeil 32. Die 3-Wege-Ventile 12 und 13 sperren also die Leitung 3 ab. Das Ventil 24 ist geöffnet .

Gleichzeitig wird gemäß dem Pfeil 33 über die Leitung 23 durch das Gebläse 9 Desorptionsluft in den Adsorber 1 gemäß dem Pfeil 34 gesaugt, wobei die Desorptionsluft nach Durchtritt durch den Adsorber 1, also Beladung mit

den desorbierten Schadstoffen über die Leitung 25 gemäß dem Pfeil 35 entfernt wird. Die beladene Desorptionsluft kann beispielsweise der Ansaugluft des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges zugeführt werden.

Die Desorptionsluft wird dabei durch die Heizung 7, z.B. einen Wärmetauscher, auf Desorptionstemperatur aufgeheizt. Wenn die Adsorptionswirksamkeit des Adsorbers 2 nachläßt, ist der Adsorber 1 durch Desorption regeneriert, so dass der Adsorber 2 auf Desorptionsbetrieb und der Adsorber 1 auf Adsorptionsbetrieb umgeschaltet werden kann. Die Luftströmungsrichtung bei Desorptionsbetrieb des Adsorbers 1 und Adsorptionsbetrieb des Adsorbers 1 ist in der Zeichnung mit gestrichelten Pfeilen 30' bis 35' gekennzeichnet. D.h., die 3-Wege-Ventile 12, 13 sind so geschaltet, dass die Leitung 3 mit den Leitungen 16, 21 verbunden sind, wobei die Leitung 23 abgesperrt und die Leitungen 25 geschlossen ist.

Die Leitung 4 wird durch die 3-Wege-Ventile 14 und 15 von den Zweigleitungen 26, 20 abgesperrt, während durch Öffnen des 3-Wege-Ventils 14 über die Leitung 27 von dem Gebläse 10 Desorptionsluft angesaugt wird, die nach Erwärmung mit der Heizung 8, z.B. einem Wärmetauscher, die Schadstoffe im Adsorber 2 desorbiert, wobei die mit den Schadstoffen beladene Desorptionsluft über das geöffnete Ventil 15 in der Leitung 28 z.B. der Absaugluft des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges zugeführt wird.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Reinhalten der Luft im Personeninnenraum eines Kraftfahrzeuges mit einem Adsorber, durch den die Außenluft in den Personeninnenraum oder bei Reinigung der Innenluft im Personeninnenraum die Innenluft im Kreislauf strömt, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Adsorber (1, 2) vorgesehen ist, durch den die Außenluft (6) oder im Kreislauf die Innenluft in den Personeninnenraum (5) strömbar ist, wobei der zweite Adsorber (1, 2) bei Adsorptionsbetrieb des einen, ersten Adsorbers (2, 1) in den Desorptionsbetrieb unter Erwärmung und durch Zufuhr von Luft im Gegenstrom schaltbar ist .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung des Adsorptionsmittels die im Gegenstrom zugeführte Luft erwärmt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (7, 8) zur Erwärmung der Luft mit dem Kühlwasser oder den Abgasen des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist .

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die desorbierten Schadstoffe enthaltende Luftstrom der Ansaugluft des Motors des Kraftfahrzeuges zugeführt wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenluft (6) den Adsorbern (1, 2) über eine Klimaanlage (17) zugeführt wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Adsorbern

(1, 2) gereinigte Luft dem Personeninnenraum (5) über die Fahrzeugheizung (22) zugeführt wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorber (1, 2) mit einer Wärmeisolierung versehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten der Adsorber (1, 2) vom Adsorptions- auf den Desorptionsbetrieb Sensoren vorgesehen sind, die den Schadstoffgehalt in dem aus dem jeweiligen Adsorber bei Adsorptionsbetrieb austretenden Luftstrom erfassen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Adsorber (1, 2) Sensoren zugeordnet sind, die den Schadstoffgehalt des Luftstroms erfassen, der bei Adsorptionsbetrieb in den Adsorber (1, 2) ein- bzw. aus dem Adsorber (1, 2) austritt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitintervallschal- tung zum Umschalten der Adsorber (1, 2) von Adsorptions- auf Desorptionsbetrieb vorgesehen ist.