WO2020200611A1 - Luftfiltervorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einer solchen - Google Patents

Luftfiltervorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einer solchen Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an air filter device with an ionization unit and a separation unit and a motor vehicle with such a unit
  • Motor vehicle is supplied, cleaned by means of particle and / or activated carbon filters of particles, pollutants or harmful gases.
  • electrostatic filters are known from the area of air cleaners for buildings or from industrial areas (flue gas cleaning) to remove dust and
  • FIG. 1 shows schematically an electrostatic filter 1 with an ionization unit 2 through which an air stream 3 to be cleaned flows and generates the electrons that adhere to particles in the air stream 3. Downstream a separation unit 4 is arranged, in which the particles in the air flow 3, due to the electrons adhering to them, to the
  • FIG. 2 schematically shows the basic principle of an electrostatic filter 1.
  • the air stream 3 with particles 5 first flows through the ionization unit 2.
  • the ionization unit 2 has a discharge plate 6, which in turn has a multiplicity of air passage openings 7 (for example round)
  • the ionization unit 2 has a pin plate 9, which in turn has pins 10, between which air passage openings 11 are formed. Tips 12 of the pins 10 extend towards the discharge plate 6 and / or into the air passage openings 7 and generate electrons which are electrically attracted by the positively charged discharge plate 6. More precisely, the electrons migrate from the tips 12 to the edges of the
  • Air passage openings 11 flow. These particles with adhering electrons are provided with reference number 14 downstream of the ionization unit 2 and flow through the separation unit 4 downstream of the ionization unit 2. This has negatively charged plates 15 and positively charged plates 16. As they flow through the separation unit 4, the particles 14 are attracted by the positively charged plate 16 due to their adhering electrons, are electrostatically bound and thus remain in the separation unit 4, more precisely on the plate 16, and adhere there.
  • the flowable area of all ionization units together is greater than 150% of a flowable area of the separation unit.
  • the ionization units in the case of several ionization units, are not arranged in series, i.e. the air flow cannot flow through them one after the other, but are arranged in parallel. Because the flow-through face of the ionization unit is significantly larger than the flow-through face of the separation unit, a higher one can be achieved
  • Electrostatic charging of particles in the air flow i.e. more electrons adhere to the particles in the air flow
  • better cleaning of the air flow is achieved overall.
  • Separation unit is arranged a filter having activated carbon.
  • This filter can be used to filter out any ozone components that may be present from the air flow before it is directed into the passenger compartment.
  • Air filter device designed such that the ionization unit has a discharge plate with air passage openings and a pin plate with air passage openings on which discharge pins are arranged, the tips of which extend to or into the air passage opening (s).
  • Air filter device designed such that the smaller value of a sum of the areas of the air passage openings of the discharge plates and a sum of the areas of the air passage openings of the pin plate forms the flowable area of the at least one ionization unit.
  • the present invention also provides a motor vehicle having such an air filter device.
  • Figure 3 shows schematically an embodiment of a
  • FIG. 3 schematically shows a filter device 101, in particular an electrostatic filter, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the filter device 101 has one or more
  • An air flow 118 leaving the separation unit 104 is an air flow cleaned by the filter device 101, which is downstream of the
  • Filter device 101 flows through a filter 119 having activated carbon.
  • Forms triangle and the two ionization units 102 form the other two legs of the triangle.
  • a wall can be provided between the two ionization units 102. Between two neighboring ones Legs, for example, an angle of 60 ° is included.
  • a single correspondingly curved or angled ionization unit 102 can also be used.
  • Other arrangements are also conceivable.
  • an ionization unit 102 can be used, which is aligned essentially parallel to the separation unit 104 (similar to FIG. 1), but has a larger flowable area than the separation unit, which means that the housing of the filter device extends downstream of such an ionization unit tapered to the separation unit.
  • a trapezoidal arrangement could be used in which the
  • the wall between the two ionization units 102 from FIG. 3 is replaced by a cover running essentially parallel to the separation unit 104, so that overall a trapezoidal shape is created.
  • the flow-through face of the ionization unit 101 is determined by the flow-through face face of the discharge plate 6 or the flow-through face face of the pin plate 9, depending on which is the smaller of the two areas.
  • the flow-through face of the discharge plate 6 is the sum of the areas of the air passage openings 7 of the discharge plate 6.
  • the flow-through face of the pin plate 6 is the sum of the areas of the air passage openings 11 of the pin plate 6.
  • the flowable area is the sum of the
  • a flowable area of the ionization unit is greater than 200% of a flowable area of the separation unit.

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  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftfiltervorrichtung (101) für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einer Ionisationseinheit (102) zum Erzeugen von Elektronen (13), die von einem zu reinigenden Luftstrom (103) durchströmbar ist; einer Abscheideeinheit (104), die stromabwärts der Ionisationseinheit (102) angeordnet ist, zum Erzeugen einer elektrischen Anziehungskraft, mittels der von der Ionisationseinheit (102) erzeugte Elektronen (13) auf der Abscheideeinheit (104) ablagerbar sind, wobei eine durchströmbare Fläche aller Ionisationseinheiten (102) zusammen größer ist als 150% einer durchströmbaren Fläche der Abscheideeinheit (104).

Description

Luftfiltervorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einer solchen
Die Erfindung betrifft eine Luftfiltervorrichtung mit einer lonisationseinheit und einer Abscheideeinheit sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen
Luftfiltervorrichtung.
Derzeit wird die Kabinenzuluft, welche einem Insassenraum eines
Kraftfahrzeugs zugeführt wird, mittels Partikel- und/oder Aktivkohlefilter von Partikeln, Schadstoffen oder Schadgasen gereinigt. Darüber hinaus sind aus dem Bereich von Raumluftreinigern für Gebäude oder aus Industriebereichen (Rauchgasreinigung) elektrostatische Filter bekannt, um Stäube und
Ultrafeinstäube aus einem Luftstrom zu entfernen. Solche elektrostatische Abscheider sind jedoch schwierig bei Fahrzeugen einzusetzen, weil dort deutlich höhere Anforderungen an Bauraum und Volumen des zu
behandelnden Luftstroms bestehen.
Figur 1 zeigt schematisch einen elektrostatischen Filter 1 , mit einer lonisationseinheit 2, die von einem zu reinigenden Luftstrom 3 durchströmt wird und die Elektronen erzeugt, die an Partikel im Luftstrom 3 anhaften. Stromabwärts ist eine Abscheideeinheit 4 angeordnet, in der die Partikel im Luftstrom 3, aufgrund der an sie anhaftenden Elektronen an die
Abscheideeinheit 4 anhaften.
Figur 2 zeigt schematisch das Grundprinzip eines elektrostatischen Filters 1. Der Luftstrom 3 mit Partikeln 5 strömt zuerst durch die lonisationseinheit 2. Die lonisationseinheit 2 weist eine Endladungsplatte 6 auf, die wiederum eine Vielzahl von Luftdurchgangsöffnungen 7 (beispielsweise rund) mit
dazwischen befindlichen Stegen 8 aufweist. Darüber hinaus weist die lonisationseinheit 2 eine Stiftplatte 9 auf, die wiederum Stifte 10 aufweist, zwischen denen Luftdurchgangsöffnungen 11 ausgebildet sind. Spitzen 12 der Stifte 10 erstrecken sich hin zur Endladungsplatte 6 und/oder in die Luftdurchgangsöffnungen 7 und erzeugen Elektronen, die von der positiv geladenen Endladungsplatte 6 elektrisch angezogen werden. Genauer wandern die Elektronen von den Spitzen 12 hin zu Rändern der
Luftdurchgangsöffnungen 7 der Endladungsplatte 6. Einige der Elektronen 13 haften auf dem Weg von den Spitzen 12 zur Endladungsplatte 6 an Partikel 5 an, die beispielsweise entlang von Pfaden 13 durch die
Luftdurchgangsöffnungen 11 strömen. Diese Partikel mit anhaftenden Elektronen sind stromabwärts der lonisationseinheit 2 mit Bezugszeichen 14 versehen und strömen stromabwärts der lonisationseinheit 2 durch die Abscheideeinheit 4. Diese weist negativ geladene Platten 15 sowie positiv geladene Platten 16 auf. Die Partikel 14 werden beim Durchströmen der Abscheideeinheit 4 aufgrund ihrer anhaftenden Elektronen von der positiv geladenen Platte 16 angezogen, elektrostatisch gebunden und somit in der Abscheideeinheit 4, genauer an der Platte 16, Zurückbleiben und dort anhaften.
Nachteilig an einem elektrostatischen Filter, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, ist, dass die Reinigungseffizienz im Kraftfahrzeugbereich nicht ausreichend ist. Aufgrund des Bauraums und der hohen erforderlichen Volumenströme in der Fahrzeugklimatisierung, ist die Effizienz solcher elektrostatischer Filter bei Fahrzeugen deutlich geringer als im Haus- und Industriebereich. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch eine Luftfiltervorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine
Luftfiltervorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit zumindest einer lonisationseinheit zum Erzeugen von Elektronen, die von einem zu reinigenden Luftstrom durchströmbar ist; einer Abscheideeinheit, die stromabwärts der lonisationseinheit angeordnet ist, zum Erzeugen einer elektrischen Anziehungskraft, mittels der von der lonisationseinheit erzeugte Elektronen auf der Abscheideeinheit ablagerbar sind, wobei eine
durchström bare Fläche aller lonisationseinheiten zusammen größer ist als 150% einer durchström baren Fläche der Abscheideeinheit. Insbesondere sind dabei die lonisationseinheiten, im Falle mehrerer lonisationseinheiten, nicht seriell angeordnet, d.h. sie sind vom Luftstrom nicht nacheinander durchströmbar, sondern sind parallel angeordnet. Dadurch, dass die durchström bare Fläche der lonisationseinheit wesentlich größer ist als die durchström bare Fläche der Abscheideeinheit kann eine höhere
elektrostatische Aufladung von Partikeln im Luftstrom (d.h. mehr Elektronen haften an die Partikel im Luftstrom an) erreicht werden, was wiederum zu einem zuverlässigeren Anhaften der elektrostatisch aufgeladenen Partikel in der Abscheideeinheit führt. Dadurch wird insgesamt eine bessere Reinigung des Luftstroms erreicht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist die
Luftfiltervorrichtung derart ausgebildet, dass sich eine
Hauptausdehnungsebene der zumindest einen lonisationseinheit, in der die lonisationseinheit ihre größte Ausdehnung hat, von einer
Hauptausdehnungsebene der Abscheideeinheit, in der die Abscheideeinheit ihre größte Ausdehnung hat, unterscheidet. Diese Ausrichtung ermöglicht, die durchström bare Fläche der lonisationseinheit gegenüber der
durchström baren Fläche der Abscheideeinheit wesentlich zu vergrößern. Dadurch lassen sich die vorstehend erwähnten Vorteile erreichen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist die
Luftfiltervorrichtung derart ausgebildet, dass zwei lonisationseinheiten vorgesehen sind, die zusammen mit der Abscheideeinheit dreiecksförmig angeordnet sind, wobei die Abscheideeinheit einen Schenkel des Dreiecks bildet und die zwei lonisationseinheiten die beiden anderen Schenkel des Dreiecks bilden. Durch eine derartige Anordnung lässt sich die Vergrößerung der durchström baren Fläche der lonisationseinheit realisieren und
gleichzeitig der erforderliche Bauraum möglichst klein halten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist die
Luftfiltervorrichtung derart ausgebildet, dass luftstromabwärts der
Abscheideeinheit ein Aktivkohle aufweisender Filter angeordnet ist. Durch diesen Filter können eventuell vorhandene Ozonbestandteile, aus dem Luftstrom herausgefiltert werden, bevor dieser in den Insassenraum geleitet wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist die
Luftfiltervorrichtung derart ausgebildet, dass die lonisationseinheit eine Endladungsplatte mit Luftdurchgangsöffnungen sowie eine Stiftplatte mit Luftdurchgangsöffnungen aufweist, auf welcher Endladungsstifte angeordnet sind, deren Spitzen sich zu oder in den/die Luftdurchgangsöffnungen erstrecken. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist die
Luftfiltervorrichtung derart ausgebildet, dass der kleinere Wert aus einer Summe der Flächen der Luftdurchgangsöffnungen der Endladungsplatten und einer Summe der Flächen der Luftdurchgangsöffnungen der Stiftplatte die durchström bare Fläche der zumindest einen lonisationseinheit bildet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist die
Luftfiltervorrichtung derart ausgebildet, dass die Abscheideeinheit in
Strömungsrichtung verlaufende Platten aufweist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist die
Luftfiltervorrichtung derart ausgebildet, dass die durchströmbare Fläche der Abscheideeinheit aus den Summen der durchströmbaren Flächen zwischen den Platten gebildet wird.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Luftfiltervorrichtung bereit.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
Figur 1 zeigt schematisch einen elektrostatischen Filter vom Stand der
Technik;
Figur 2 zeigt schematisch das Grundprinzip eines elektrostatischen
Filters; und
Figur 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Luftfiltervorrichtung.
Figur 3 zeigt schematisch eine Filtervorrichtung 101 , insbesondere einen elektrostatischen Filter, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Filtervorrichtung 101 hat eine oder mehrere
lonisationseinheiten 102, welche Partikel (beispielsweise Stäube oder Feinstäube), die in einem die lonisationseinheit 102 durchströmenden Luftstrom 103 enthalten sind elektrostatisch auflädt, so dass sich diese Filtervorrichtung 101 ablagern. Der Aufbau der lonisationseinheit 102 kann beispielsweise dem in Figur 2 dargestellten Aufbau der lonisationseinheit 2 entsprechen mit einer Endladungsplatte 6 und einer Stiftplatte 9, daher wird an dieser Stelle auf die Beschreibung der lonisationseinheit 2 verwiesen. Ebenso ist es möglich für die lonisationseinheit 102 einen Aufbau zu verwenden, bei dem die Elektronen anstatt von Stiften von Sprühdrähten abgegeben werden. In diesem Fall wären anstatt der Endladungsplatte mit Luftdurchgangsöffnungen mehrere in Luftströmungsrichtung verlaufende Platten vorgesehen, die die Massepole bilden. Darüber hinaus hat die Filtervorrichtung 101 eine Abscheideeinheit 104, welche die elektrisch aufgeladenen Partikel, die in einem Luftstrom 117 stromabwärts der lonisationseinheit 102 enthalten sind, aus dem Luftstrom 117 herausfiltert. Dies geschieht nach dem in Figur 2 in Zusammenhang mit Abscheideeinheit 4 beschriebenen Prinzip. Hinsichtlich des Aufbaus der Abscheideeinheit 104 soll vollumfänglich auf die Beschreibung der
Abscheideeinheit 4 gemäß Figur 2 verwiesen sein.
Ein die Abscheideeinheit 104 verlassender Luftstrom 118 ist ein durch die Filtervorrichtung 101 gereinigter Luftstrom, der stromabwärts der
Filtervorrichtung 101 einen Aktivkohle aufweisenden Filter 119 durchströmt.
Im Unterschied zum Stand der Technik, beispielsweise wie in Figur 1 dargestellt, hat die lonisationseinheit 101 eine deutlich größere
durchström bare Fläche als jene aus Figur 1 , was dazu führt, dass die Partikel zuverlässiger elektrostatisch aufgeladen werden können.
Beispielsweise kann die Filtervorrichtung 101 zwei lonisationseinheiten 102 und eine Abscheideeinheit 104 aufweisen, die in Form eines Dreiecks angeordnet sind, wobei die Abscheideeinheit 104 einen Schenkel des
Dreiecks bildet und die beiden lonisationseinheiten 102 die beiden anderen Schenkel des Dreiecks bilden. Zwischen den beiden lonisationseinheiten 102 kann eine Wandung vorgesehen sein. Zwischen zwei benachbarten Schenkeln wird beispielsweise ein Winkel von 60° eingeschlossen. Es kann anstatt der zwei lonisationseinheiten 102 auch eine einzige entsprechend gekrümmte oder abgewinkelte lonisationseinheit 102 verwendet werden. Ebenso sind andere Anordnungen denkbar. Beispielsweise kann eine lonisationseinheit 102 verwendet werden, die im Wesentlich parallel zur Abscheideeinheit 104 ausgerichtet ist (ähnlich wie in Figur 1 ), jedoch eine größere durchström bare Fläche als die Abscheideeinheit aufweist, was bedeutet, dass das Gehäuse der Filtervorrichtung sich stromabwärts einer solchen lonisationseinheit hin zu der Abscheideeinheit verjüngt. Ebenso könnte eine trapezförmige Anordnung verwendet werden, in der die
Wandung zwischen den beiden lonisationseinheiten 102 aus Fig. 3 durch einen im Wesentlichen parallel zur Abscheideeinheit 104 verlaufenden Deckel ersetzt wird, so dass insgesamt eine Trapezform entsteht. Die durchström bare Fläche der lonisationseinheit 101 wird durch die durchström bare Fläche der Endladungsplatte 6 oder die durchström bare Fläche der Stiftplatte 9 bestimmt, je nachdem welche die kleinere der beiden Flächen ist. Die durchström bare Fläche der Endladungsplatte 6 ist dabei die Summe der Flächen der Luftdurchgangsöffnungen 7 der Endladungsplatte 6. Die durchström bare Fläche der Stiftplatte 6 ist dabei die Summe der Flächen der Luftdurchgangsöffnungen 11 der Stiftplatte 6. Im Falle der
Abscheideeinheit 6 ist die durchström bare Fläche die Summe der
durchström baren Flächen welche zwischen den Platten 15, 16 ausgebildet werden.
Erfindungsgemäß ist eine durchström bare Fläche der lonisationseinheit größer ist als 150% einer durchström baren Fläche der Abscheideeinheit. Insbesondere ist eine durchström bare Fläche der lonisationseinheit größer ist als 170% einer durchströmbaren Fläche der Abscheideeinheit.
Insbesondere ist eine durchström bare Fläche der lonisationseinheit größer ist als 200% einer durchströmbaren Fläche der Abscheideeinheit. Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der
vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims

Ansprüche
1. Luftfiltervorrichtung (101 ) für ein Kraftfahrzeug, mit:
zumindest einer lonisationseinheit (102) zum Erzeugen von
Elektronen (13), die von einem zu reinigenden Luftstrom (103) durchströmbar ist;
einer Abscheideeinheit (104), die stromabwärts der lonisationseinheit (102) angeordnet ist, zum Erzeugen einer elektrischen Anziehungskraft, mittels der von der lonisationseinheit (102) erzeugte Elektronen (13) auf der Abscheideeinheit (104) ablagerbar sind,
wobei eine durchströmbare Fläche aller lonisationseinheiten (102) zusammen größer ist als 150% einer durchström baren Fläche der
Abscheideeinheit (104).
2. Luftfiltervorrichtung (101 ) gemäß Anspruch 1 , wobei sich eine
Hauptausdehnungsebene der zumindest einen lonisationseinheit (102), in der die lonisationseinheit (102) ihre größte Ausdehnung hat, von einer Hauptausdehnungsebene der Abscheideeinheit (104), in der die
Abscheideeinheit (104) ihre größte Ausdehnung hat, unterscheidet.
3. Luftfiltervorrichtung (101 ) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei zwei lonisationseinheiten (102) vorgesehen sind, die zusammen mit der Abscheideeinheit (104) dreiecksförmig angeordnet sind, wobei die Abscheideeinheit (104) einen Schenkel des Dreiecks bildet und die zwei lonisationseinheiten (102) die beiden anderen Schenkel des Dreiecks bilden.
4. Luftfiltervorrichtung (101 ) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei luftstromabwärts der Abscheideeinheit (104) ein Aktivkohle aufweisender Filter (119) angeordnet ist.
5. Luftfiltervorrichtung (101 ) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die lonisationseinheit (102) eine Endladungsplatte (6) mit Luftdurchgangsöffnungen (7) sowie eine Stiftplatte (9) mit
Luftdurchgangsöffnungen (11 ) aufweist, auf welcher Endladungsstifte (10) angeordnet sind, deren Spitzen (12) sich zu oder in den/die
Luftdurchgangsöffnungen (11 ) erstrecken.
6. Luftfiltervorrichtung (101 ) gemäß Anspruch 5, wobei der kleinere Wert aus einer Summe der Flächen der Luftdurchgangsöffnungen (7) der
Endladungsplatten (6) und einer Summe der Flächen der
Luftdurchgangsöffnungen (11 ) der Stiftplatte (9) die durchström bare Fläche der zumindest einen lonisationseinheit (102) bildet.
7. Luftfiltervorrichtung (101 ) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Abscheideeinheit (104) in Strömungsrichtung verlaufende Platten (4) aufweist.
8. Luftfiltervorrichtung (101 ) gemäß Anspruch 7, wobei die
durchström bare Fläche der Abscheideeinheit (104) aus den Summen der durchström baren Flächen zwischen den Platten (15, 16) gebildet wird.
9. Kraftfahrzeug mit einer Luftfiltervorrichtung (101 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
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