Adsorptions-Innenraumfilter mit zyklischer Regenerierung für Kraftfahrzeuge
Beschreibung:
Adsorptions-Innenraumfilter sind für die Anwendung in Kraftfahrzeugen zur Reinigung der Zuluft bekannt. Derzeit werden sie in einigen Fahrzeugen bereits serienmäßig eingesetzt. Gängige Innenraumfilter besehen zum einen aus einem Partikelfilter, häufig in Kombination mit einem Aktivkohlefilter, der zur Entfernung gasförmiger Luftverunreinigungen (z.B. Kohlenwasserstoffe, Gerüche, Stickoxide, etc.) dienen soll. Diese Adsorptions- Innenraumfilter dienen der Entfernung von hochsiedeneden Kohlenwasserstoff- Verbindungen und Gerüchen aus der Zuluft der Lüftung.
Üblicherweise werden diese Filter in den Zuluftkanal des Lüftungssystems eingebaut. Die Adsorber-Filter werden üblicherweise in regelmäßigen Abständen (z.B. bei den Inspektionsintervallen) ausgetauscht.
Aktivkohlefilter adsorbieren bekanntlich eine Reihe von gasförmigen Luftverunreinigungen. Dabei werden die Moleküle an die Oberfläche der Aktivkohle angelagert. Die Aufnahmekapazität des Filters ergibt sich folglich aus der verfügbaren freien inneren Oberfläche des Adsorbens. Je mehr Adsorbensmasse zur Verfügung steht, desto größere Mengen an Luftverunreinigungen können aufgenommen werden.
Bekanntlich wird die Adsorption der Luftverunreinigungen bestimmt durch das Sorptionsgleichgewicht zwischen der Konzentration in der Luft einerseits und der Beladung des Adsorbens (also der Konzentration der Schadstoffe auf der Aktivkohle) andererseits Eine bestimmte Beladung X des Adsorbens steht im Gleichgewicht mit einer bestimmten Konzentration c der Luftverunreinigungen in der Luft. Bekanntlich wird das Sorptionsgleichgewicht in hohem Maße beeinflusst durch die Temperatur. Niedrige Temperaturen begünstigen dabei die Adsorption, höhere Temperaturen benachteiligen die Adsorption und begünstigen den umgekehrten Vorgang, die Desorption, bei der die bereits adsorbierten Luftverunreinigungen von der Oberfläche des Adsorbens wieder abgegeben werden und somit wieder in die Luft gelangen können.
Die Betriebsbedingungen des Aktivkohlefilters sind sehr starken Schwankungen unterworfen, deren Auswirkung auf die Adsorption bei diesem Anwendungsfall bisher nur unzureichend berücksichtigt wurden.
• Die Temperaturen im Fahrzeug sind sehr starken witterungsbedingten Schwankungen unterworfen. Dies betrifft sowohl jahreszeitliche Schwankungen als auch stark tageszeitabhängige Schwankungen. Tageszeitliche Schwankungen sind in der warmen Jahrszeit besonders ausgeprägt. Während die Temperatur in der Nacht auf niedrige Werte fallen kann, können im stehenden Fahrzeug tagsüber bei starker Sonneneinstrahlung Temperaturen bis 80°C erreicht werden.
• Dem überlagert werden witterungsbedingt starke Schwankungen der Luftfeuchtigkeit. Die relative Feuchte der Zuluft kann bei feuchtwarmem Wetter nahezu 100% erreichen.
• Hinzu kommen stark schwankende Bedingungen hinsichtlich der Konzentrationen der Luftverunreinigungen in der Zuluft.
Die nachteiligen Auswirkungen dieser schwankenden Betriebsbedingungen werden an späterer Stelle ausgeführt.
Eine weitere Limitierung der Adsorber-Filter ergibt sich aus deren begrenzter Beladungskapazität. Diese ist aus den nachfolgenden Gründen begrenzt:
• Die Verwendung von Adsorbens in Form einer Schuttung wurde zwar eine hohe Adsorptionskapazitat bieten, jedoch weist eine solche Schuttung einen großen Druckverlust bei der Durch Strömung auf Bei der vorliegenden Anwendung scheidet die Verwendung einer Schuttung wegen der zu hohen erforderlichen Leistung des Luftungsgeblases aus
• Die Verwendung von Aktivkohlefasern scheidet in der Regel aus Kostengrunden aus
• Häufig wird daher mit Aktivkohle beschichtetes Fasermatenal verwendet Dabei ist jedoch die aufbringbare Adsorbensmasse gering In der Folge ist auch die Beladungskapazitat dieser Aktivkohlefilter gering
• Da der Druckverlust durch die gesamte Anordnung nicht wesentlich erhöht werden darf sind auch die Große und die Masse des Adsorbers begrenzt
• Die derart begrenzte Masse des Adsorbens bringt zwangsläufig eine nur relativ geringe Beladungskapazitat mit sich
Bei den technisch bekannt gewordenen Aktivkohlefiltem werden die Filter in bestimmten Intervallen (z B bei den Fahrzeuginspektionen) ausgewechselt
Dabei ergeben sich die folgenden Nachteile die üblichen langen Austauschintervalle ziehen eine fortschreitende Beladung des Aktivkohlefilters nach sich Dabei kann für bestimmte Stoffe die Beladungskapazitat des Adsorberfilters überschritten werden In der Folge werden diese Stoffe nicht mehr oder zumindest nicht mehr vollständige von dem Adsorberfilter aufgenommen Bei Stoffen mit einem hohen Siedepunkt und bei Geruchstoffen bewirkt die Adsorption bei den üblichen Austauschintervallen zumindest noch eine gewisse Abreinigung
Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik bei Stoffen mit einm hohen Siedepunkt wurde gefunden, daß bei Stoffen mit einem niedrigen Siedepunkt (also z B gasformigen Kohlenwasserstoffen) die Abreinigung durch Adsorption bereits nach einem kurzen Zeitraum nachlaßt Für eine Entfernung dieser Stoffe aus der Zuluft mußten die Adsorber-Filter nach erheblich kürzeren Zeiträumen ausgetauscht werden
Hinzu kommt, daß die Beladung des Aktivkohlefilters auch von der Konzentration der Luftverunreinigungen in der Eintrittsluft abhangt Bei häufigen Fahrten in stark belasteter Umgebung (z B Tunnel oder Innenstädte) kann daher ein häufigerer Wechsel der Adsorber- Filter erforderlich sein
Ein Austausch der Filter in kurzen Abstanden fuhrt jedoch zu deutlichen Mehrkosten, zumal der Austausch in der Regel durch eine Fachwerkstatt erfolgt
Weitere Nachteile bisher verwendeter Aktivkohlefilter ergeben sich aus folgenden Gesichtspunkten
• Um einen desorptionsfreien Betrieb zu gewährleisten dürfen die Aktivkohlefilter nur bis zu einer geringen Beladung beladen werden Zwar ist bei bestimmten Bedingungen eine weitere, höhere Beladung möglich, jedoch kann dann bei bestimmten Bedingungen (z B bei höheren Temperaturen im Fahrzeug wiederum eine Desorption erfolgen
• Die maximal zulassige Beladung für einen desorptionsfreien Betrieb wird unter anderem begrenzt durch die maximale im Fahrzeug auftretende Temperatur
Zudem ist eine kontinuierliche Aufnahme der Schadstoffe im gesamten Einsatzintervall nicht gewährleistet Der Grund dafür wird aus der folgenden Betrachtung der Adsorptionsbedingungen ersichtlich
• Im unbeladenen Neuzustand werden die Aktivkohlefilter eine gute Adsorption der Luftverunreinigungen aufweisen
• Nach einiger Betriebszeit wird sich eine teilweise Beladung des Aktivkohlefilters einstellen Nach größerer Betriebszeit kann aufgrund des Sorptionsgieichgewichts und
dessen Temperaturabhangigkeit die Wirkung von den Umgebungsbedingungen abhangen
Luftverunreinigungen, die bei niedrigen Temperaturen adsorbiert wurden, können beispielsweise (aufgrund des temperaturabhangigen Sorptionsgleichgewichts) bei höheren Temperaturen wieder desorbieren und damit wieder in die Innenraumluft gelangen
Folgendes Beispiel möge dies erläutern morgens werden bei niedrigen Temperaturen bei einer Fahrt im Stadtverkehr (höhere Konzentration an Luftverunreinigungen) die Luftverunreinigungen am dem Aktivkohlefilter adsorbiert Bei den niedrigen Temperaturen kann der Aktivkohlefilter die Luftverunreinigungen bis zu niedrigen Konzentrationen abreinigen Wahrend der Parkphase mit einer hohen Sonneneinstrahlung erwärmt sich der Innenraum des Fahrzeugs auf Temperaturen bis zu 80°C Je nach Position des Aktivkohlefilters in der Luftzufuhruπg können ähnliche Temperaturen auch im Aktivkohlefilter auftreten Bei diesen Temperaturen liegt das Sorptionsgleichgewicht wesentlich ungunstiger, die Desorption wird begünstigt Dabei können (besonders bei fortgeschrittener Beladung des Aktivkohlefilters) die bereits adsorbierten Luftverunreinigungen von der Oberflache des Aktivkohlefilters wieder abgegeben werden und so in die Innenraumluft gelangen Dabei kann unter ungunstigen Bedingungen die Konzentration der Luftverunreinigungen im Snnenraum deutlich hoher liegen als wenn überhaupt kein Aktivkohlefilter vorhanden wäre Mit zunehmender Betriebszeit und zunehmender Beladung des Aktivkohlefilters wird dieser Vorgang verstärkt auftreten
Bei den bisher bekannten Anordnungen von Aktivkohlefiltem kann dieser Effekt nur durch eine große Baugroße des Aktivkohlefilters oder durch ein sehr häufiges Austauschen des Aktivkohlefilters verringert werden
Ein weiterer nachteiliger Vorgang kann bei besonders hoher Luftfeuchtigkeit auftreten Bei relativen Luftfeuchten über 80% können die für die Adsorption erforderlichen feinen Poren des Aktivkohlefilters durch Wassermolekule vollständig belegt werden (sogenannte Kapillarkondensation) In diesem Fall stehen die feinen Poren für die Adsorption der Luftverunreinigungen nicht mehr zur Verfugung Dadurch wird zum einen die Kapazität des Aktivkohlefilters erheblich verringert, zum anderen kann dabei auch eine Verdrangungsdesorption bereits adsorbierter Luftverunreinigungen erfolgen
Die bisherigen Ausfuhrung zeigen, daß bisherige Adsorptionsfilter - besonders bei fortgeschrittener Beladung - eher als Glattungsfilter betrachtet werden können Dabei werden bei hohen Konzentrationsspitzen zwar die Schadstoffe vom Filter aufgenommen, bei geringen Konzentrationen und insbesondere bei hohen Temperaturen können die bereits adsorbierten Schadstoffe wieder an die Luft abgegeben werden
Aufgrund der beschriebenen Vorgange stellt sich der Einsatz solcher Aktivkohlefilter zumindest für die Entfernung von Schadstoffen mit niedrigem Siedepunkt (z B gasformigen Luftverunreinigungen) bisher unbefriedigend dar
Zur Vermeidung des erforderlichen häufigen Austausches der Adsorber-Filter sind neuerdings Ausfuhrungen bekannt geworden, bei denen der Adsorber-Filter durch eine Regeneration von den aufgenommenen Schadstoffen befreit wird
Ein Nachteil dieser Ausfuhrungen besteht dann daß die Regenerierung im ausgebauten Zustand außerhalb des Fahrzeugs erfolgen muß Damit ergeben sich ähnliche Einschränkungen wie beim Wechsel des Adsorber-Filters
Die bisher bekannt gewordenen Ausfuhrungen mit einer Regenerierung im eingebauten Zustand haben den Nachteil eines hohen zusatzlichen Energiebedarfs, der sich durch die in der Regel elektrische Beheizung des Adsorber-Filters ergibt
Ein weiterer Nachteil dieser Losungen besteht in dem zum Teil erheblichen apparativen Mehraufwand, der den praktischen Einsatz erheblich verteuert
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Anordnung zu entwickeln, mit der auch über einen langen Zeitraum ein zuverlässiger Betrieb der Aktivkohlefilter erfolgen kann Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß wie folgt gelost
Für die Adsorption wird ein Adsorber verwendet, der in einer ersten Ausfuhrung wie ein konventioneller Adsorber oder Aktivkohlefilter aufgebaut sein kann Die volle Adsorptionsleistung dieses Adsorbers wird durch gezielte Desorption in bestimmten Abstanden sichergestellt Die Erfindung stellt sich die weitere Aufgabe, diese Desorption mit kleinstmoglichem apparativem Mehraufwand und mit kleinstmoglichem zusatzlichem Energieaufwand durchzufuhren Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe wie folgt gelost
• In der apparativ einfachsten Anordnung erfolgt die Desorption durch Ruckspulen des Adsorbers Dabei kann durch das vorhandene Luftungsgeblase (das jedoch seine Forderrichtung andern muß) Luft aus dem Innenraum verwendet werden Diese kann in dem für die Fahrzeugheizung ebenfalls vorhandenen Wärmetauscher auf Desorptionstemperatur erhitzt werden Damit ist geringem zusätzlichem apparativem Aufwand eine Desorption möglich
• Der geringste apparative Mehraufwand laßt sich realisieren, wenn der Adsorber in Stillstandszeiten des Kraftfahrzeugs in bestimmten Abstanden durch gezielte Desorption regeneriert wird Die Desorption erfolgt dabei durch vorgewärmte Luft In einer apparativ besonders gunstigen Ausfuhrung wird die Desorptionsluft in dem für die Fahrzeugheizung vorhandenen Heizregister erwärmt In einer besonders effektiven Ausfuhrung kann die Desorption mit zusätzlich vorgereinigter Luft erfolgen
• Die Desorption kann am gunstigsten unmittelbar nach Abstellen des Fahrzeugs erfolgen Zu diesem Zeitpunkt steht überschüssige Restwarme aus der Motorwarme zur Verfugung In diesem Fall kann die Erhitzung der Desorptionsluft durch die Motorwarme erfolgen Die Wärmeübertragung kann durch das Kuhlwasser erfolgen Dabei kann in einer besonders gunstigen Anordnung die Erhitzung der Desorptionsluft durch den zur Fahrzeugheizung ohnehin vorhandenen Wärmetauscher erfolgen
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Erwärmung der Desorptionsluft ebenfalls durch die Motorwarme erfolgen, wobei die Wärmeübertragung jedoch durch 01 aus dem Olkreislauf des Motors übertragen wird In diesem Fall lassen sich höhere Temperaturen bei der Desorption erzeugen Dadurch kann eine noch effektivere Desorption durchgeführt werden
• Das Geblase kann dabei saugseitig, druckseitig oder zwischen den einzelnen Apparaten angeordnet werden
Anordnung des Adsorbers
• In einer besonders gunstigen Anordnung wird der Adsorber -in normaler Luft- Stromungsπchtung gesehen- vor dem Heizregister für die Fahrzeugheizung angeordnet (Fig 1 und Fig 2) Fig 1 zeigt dabei die Durchstromung der Anordnung bei normaler Fahrzeugluftung Dabei werden die Luftverunreinigungen auf dem Adsorber adsorbiert und somit die Luft gereinigt Die gereinigte Luft kann im Wärmetauscher erwärmt werden und nachfolgend dem Innenraum zugeführt werden Fig 2 zeigt die Schaltung wahrend der Regenerierung des Adsorbers Die Luft strömt hierbei entgegengesetzt durch die Anordnung Die Luft wir zunächst im Wärmetauscher erhitzt und strömt nachfolgend durch den Adsorber Dadurch wird das Adsorbens im Adorber erwärmt und somit die Desorption eingeleitet Die Desorptionluft tragt die Luftverunreinigungen aus dem Adsorber aus Nach Abschluß dieses Vorgangs steht der regenerierte Adsorber für eine erneute Adsorption wieder zur Verfugung
• Dadurch kann im einfachsten Fall die Desorption nach Abstellen des Fahrzeugs wie folgt ablaufen
Nach Abstellen des Fahrzeugs wird durch das vorhandene Geblase (welches zur Desorption allerdings die Drehrichtung ändert) ein kleiner Luftstrom aus dem Innenraum angesaugt Dieser Luftstrom wird dann im Wärmetauscher durch das Kuhlwasser erhitzt und nachfolgend durch den Adsorber gefuhrt
Die Temperatur des Kuhlwassers von max ca 110°C (bei leichtem Überdruck im Kuhlsystem) reicht für die Desorption aus In vielen Fallen erreicht das Kuhlwasser unmittelbar nach Abstellen des Motors bedingt durch die fehlende Fahrtkuhlung seine höchste Temperatur, was im praktischen Betrieb durch das Einschalten des Kuhlerventilators deutlich wird
Ein Vorteil dieser Anordnung besteht in dem geringen apparativen Aufwand für die Desorptionsschaltung, da alle Komponenten bereits vorhanden sind Lediglich das Geblase muß bei diesem Betrieb mit umgekehrter Laufrichtung eine kleine Luftmenge fordern
Zudem wird bei dieser Anordnung vermieden, daß im Heizbetrieb vorgewärmte Zuluft durch den Adsorber gefuhrt wird Dadurch bleibt eine bessere Adsorption gewahrleistet
Im Falle von Fahrzeugen mit Klimaanlage kann es besonders gunstig sein, den Adsorber -in normaler Luft-Stromungsπchtung gesehen- nach dem Luftkuhler (Wärmetauscher des Kaltemittelkreislaufs) anzuordnen (Fig 3)
In diesem Fall wird im Kuhlbetrieb gekühlte Luft durch den Adsorber gefuhrt Dadurch wird das Sorptionsgieichgewicht gunstig beemflusst Bei diesem Betrieb können die Luftverunreinigungen auf besonders niedrige Konzentrationen verringert werden Dadurch laßt sich eine besonders hohe Luftqua tat im Innenraum erzeugen
Ein weiterer Vorteil besteht dann, daß - insbesondere bei feuchtwarmer Witterung - im Luftkuhler ein Teil der Luftfeuchtigkeit auskondensiert Daher wird Luft mit einem geringeren Wassergehalt durch den Adsorber gefuhrt Dadurch wird die Anlagerung von Wasser in den Poren des Adsorbers verringert
In Kombination mit dem vorausgegangenen Merkmal ergibt sich bei Fahrzeugen mit Klimaanlage eine besonders gunstige Anordnung des Adsorbers zwischen dem Luftkuhler und dem Wärmetauscher für die Fahrzeugheizung ( Fig 4 ) Fig 4 zeigt diese Anordnung des Adsorbers zwischen dem Wärmetauscher der Kuhlkreislaufs und dem Wärmetauscher des Heizkreislaufs
In diesem Fall lassen sich die Vorteile der beiden vorgenannten Merkmale verbinden
Wird - in Stromungsrichtung gesehen - nach dem Luftkuhler, jedoch vor dem Adsorber ein Wärmetauscher angeordnet, so kann die Luft nach dem Auskondensieren der Feuchte wieder teilweise erwärmt werden, wodurch sich die relative Feuchte der Luft verringert Dadurch wird die Adsorption von Wasser im Adsorber weiter verringert ( Fig 5 ) Fig 4 zeigt diese Anordnung eines zusätzlichen Wärmetauschers zwischen dem Luftkuhler und dem Adsorber
Erhitzung der Desorptionsluft
• Die Desorptionsluft wird, wie vorausgehend beschrieben, im vorhandenen Wärmetauscher durch das heiße Kuhlwasser des Motors erhitzt und nachfolgend durch den Adsorber gefuhrt
• In einer anderen Ausgestaltung kann die Desorptionsluft in einem Wärmetauscher durch Ol aus dem Olkreislauf des Motors erhitzt werden Dadurch lassen sich höhere Temperaturen für die Desorption erzeugen
• Alternativ kann die Desorptionsluft durch eine elektrische Heizung erhitzt werden In diesem Fall kann eine höhere Temperatur der Desorptionsluft erreicht werden
In einer energetisch gunstigen Kombination kann die Desorptionsluft zunächst im vorhandenen Wärmetauscher durch das heiße Kuhlwasser oder durch das heiße 01 des Motors erhitzt werden und nachfolgend durch eine elektrische Heizung weiter erhitzt werden und nachfolgend durch den Adsorber gefuhrt werden (Fig 6 und Fig 7) In diesem Fall kann durch die zusatzlich elektrische Heizung eine höhere Temperatur der Desorptionsluft erreicht werden, wahrend gleichzeitig durch die Vorwarmung durch das Kuhlwasser bzw durch das 01 Energie eingespart wird Fig 6 zeigt eine solche Anodnung einer zusätzlichen elektrischen Beheizung der Desorptionluft in der Betriebsart Lüftung Fig 7 zeigt eine solche Anodnung einer zusatzlichen elektrischen Beheizung der Desorptionluft in der Betriebsart Regenerierung (Desorption)
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Adsorber in wärmeleitender Verbindung mit einem Wärmetauscher stehen der durch Kuhlwasser oder 01 erhitzt wird In diesem Fall wird Warme auch direkt auf das Adsorbens übertragen Dadurch muß nicht die gesamte Warme durch die Desorptionsluft übertragen werden Daher genügt bei dieser Ausgestaltung ein kleinerer Desorptionsluftstrom Somit ist hierbei eine noch kleinere Geblaseleistung ausreichend (vgl Fig 17 20)
Desorptionsluftstrom
• In der apparativ einfachsten Anordnung kann die Desorptionsluft aus dem Innenraum angesaugt werden
• Alternativ kann die Desorptionsluft über eine separate Leitung aus der Außenluft angesaugt werden
• Im Falle der Ansaugung von Außenluft kann diese durch einen kleinen vorgeschalteten Adsorber gereinigt werden (Fig 8 und Fig 9)
• Dieser Adsorber für die Desorptionsluft kann im normalen Fahrbetrieb durch Spulung mit gereinigter und ggf erhitzter Innenraumluft wieder desorbiert werden (Fig 10)
Fig 8 , Fig.9 und Fig 10 zeigen eine beispielhafte Anordnung der Ansaugung der Desorptionsluft aus der Außenluft und der Reinigung dieser Desorptionsluft durch einen zusätzlichen Desorptionsluft-Adsorber Im Normalen Luftungsbetrieb (Fig 8) braucht der zusätzliche Desorptionsluft-Adsorber nicht durchströmt zu werden Fig 9 zeigt die Schaltung wahrend der Regenerierung des Haupt-Adsorbers Dabei wird Außenluft angesaugt, im Desorptionsluft-Adsorber gereinigt, anschließend im Wärmetauscher erhitzt, ggf in einer zusätzlichen elektrischen Heizung weiter erhitzt und daß durch den Adsorber geleitet, wobei dieser Regeneriert (desorbiert) wird In gewissen zeitlichen Abstanden muß dann auch der zusätzliche Desorptionsluft- Adsorber regeneriert werden Die Schaltung hierfür ist in Fig 10 dargestellt
Die Anordnungen in Fig 8 bis Fig 10 zeigen nur beispielhafte Anordnungen Der zusatzliche Desorptionsluft-Adsorber kann z B auch in einer Schaltung ohne zusätzliche elektrischen Heizung angeordnet werden Es ist auch möglich wahrend der Regenerierung des zusätzlichen Desorptionsluft-Adsorbers (Fig 10) einen Teil der Luft dem Innenraum zuzuführen und nur den anderen Teil der Luft für die Desorption des zusätzlichen Desorptionsluft-Adsorbers zu verwenden Außerdem kann die Öffnung der Desorptionsluft-Ansaugleitung durch eine zusätzliche Klappe gesteuert werden
Förderung der Desorptionsluft:
• Die Desorptionsluft kann durch das vorhandene Gebläse gefördert werden, sofern dieses für die Rückwärtsförderung ausgelegt wird.
• Alternativ kann die Desorptionsluft durch ein separates Gebläse gefördert werden. Dies kann zur Förderung von kleinen Desorptionsluftmengen sinnvoll sein. Diese Anordnung kann besonders in Verbindung mit einer elektrischen Heizung sinnvoll sein.
Steuerung der Regenerierzyklen:
• Im einfachsten Fall erfolgt die Desorption in regelmäßigen Abständen nach dem Abstellen des Fahrzeugs. Dabei können im einfachsten Fall bestimmte Zeit-Intervalle für die Desorption vorgegeben werden. Nach Ablauf dieses Intervalls wird die Desorption nach dem nächsten Abstellen des Fahrzeugs automatisch durchgeführt.
• Bei besonderen Anforderungen oder bei einer Fahrt durch besonders belastete Luft könnte zudem manuell eine Desorption angefordert werden. In diesem Fall wird nach dem nächsten Abstellen des Fahrzeugs ein Desorptionszyklus durchgeführt.
• Alternativ kann die Konzentration der Luftverunreinigungen mit einem Sensor gemessen werden. Die Verwendung eines Sensors zur Bestimmung des Durchbruchs des Adsorbers wäre dabei zwar denkbar, jedoch nicht unbedingt sinnvoll, da ein solcher Betriebszustand überhaupt vermieden werden soll.
Günstiger ist es z.B. die Konzentration der Luftverunreinigungen in der einströmenden Umgebungsluft zu messen. Daraus und aus weiteren Daten, z.B. der Temperatur und der Feuchte der einströmenden Luft oder der Temperatur des Adsorbers, der Temperatur des Kühlwassers sowie der Zeit seit der letzten Desorption können dann optimierte Regenerierzyklen berechnet werden. Diese Steuerung hat den Vorteil, daß z.B. im Sommer andere Regenerierzyklen berechnet werden können als im Winter. Zudem kann durch einfache Auswertung dieser Daten eine Adaption der Desorptionszyklen an unterschiedliche klimatische Bedingungen erfolgen.
Ein weiterer Vorteil dieser Messungen besteht darin, daß eine Desorption z.B. bei besonders gering verunreinigter Umgebungsluft durchgeführt werden kann. Durch Nutzung dieser gering belasteten Umgebungsluft braucht die Desorptionsluft nicht vorher gereinigt werden.
• Bei Beheizung der Desorptionsluft über das Kühlwasser kann der Desorptionszyklus durch die Temperatur des Kühlwassers und durch dessen gespeicherte Wärmemenge begrenzt sein.
In diesem Fall kann eine Steuerung aus der Desorptionstemperatur und der Desorptionszeit den erreichten Regenerierzustand berechnen und daraus das nächste Regenerierintervall festlegen.
• In den o.g. Fällen (mit Beheizung durch das Kühlwasser) soll eine Desorption unmittelbar nach Abstellen des Fahrzeugs erfolgen, solange das Kühlwasser noch seine hohe Betriebstemperatur besitzt. Eine Logikschaltung kann die Desorption verhindert, falls im Stand des Fahrzeugs die Lüftung eingeschaltet wird.
• Unter besonders ungünstigen Verhältnissen kann eine Desorption nach den o.g. Ausführungen auch während der Fahrt durchgeführt werden. In diesem Fall steht jedoch während dieser Desorptionszeit die Fahrzeuglüftung und die Fahrzeugbeheizung nicht zur Verfügung.
• Eine besonders komfortable Bauweise ist unter dem Stichwort "Zweikanal Adsorber" beschrieben. Dabei ist eine Regenerierung während des Betriebs des Fahrzeugs möglich.
Die vorstehend beschriebenen Steuerzyklen können bei dieser Anordnung die Desorption eines Kanals auch wahrend der Fahrt auslosen
Zweikanal-Adsorber
Für die kontinuierliche Adsorption von leichtfluchtigen Stoffen sind nur geringe Standzeiten zu erwarten Daher müssen Desorptionszyklen in relativ kurzen Abstanden durchgeführt werden Insbesondere für vielgenutzte Fahrzeuge (z B beruflich genutzte Fahrzeuge, Taxis etc ) kann es daher sinnvoll sein, die Desorption wahrend des Fahrbetriebs zu ermöglichen Mit den vorgenannten Anordnungen ist dies prinzipiell möglich, jedoch kann dann wahrend der Desorption keine Lüftung des Fahrzeugs erfolgen Mit den im folgenden beschriebenen Ausfuhrungen kann ein gleichzeitiger Ablauf von Desorption und Fahrzeugluftung und Fahrzeugheizung erreicht werden
• Eine weitere Variante stellt die Verwendung von zwei getrennten Adsorbem dar Dies entspricht der Verwendung getakteter Aαsorber oder von Rotoradsorbern in verfahrenstechnischen Anwendungen Dabei kann die Desorption eines Adsorbers wahrend des Betriebs des jeweils anderen Adsorbers erfolgen Als Nachteil ist jedoch der erheblich größere apparative Aufwand zu sehen
• Zur Verringerung des apparativen Mehraufwands ist insbesondere die Anordnung jeweils eines Adsorbers in den zwei getrennten Kanälen (z B links und rechts) der Fahrzeugluftung bzw -Klimatisierung möglich Ist eine solche getrennte Heizung/ Klimatisierung im Fahrzeug bereits vorhanden ( z B in Fahrzeugen der gehobenen Klassen, so sind auch zumindest einige der benotigten Komponenten (Wärmetauscher und ggf auch Geblase) ohnehin für beide Luftungskanale vorhanden Wird in diesem Fall in jeden der beiden Luftungs-Kanale ein Adsorber integriert, so kann auf relativ einfache Weise eine getrennte Adsorption und Desorption realisiert werden Dabei ergibt sich zwar wahrend der Desorption eines der Adsorber eine eingeschränkte Funktionalitat des jeweiligen Luftungskanals, dafür ist der apparative Mehraufwand jedoch sehr gering Durch eine Steuerung kann zudem die Desorption zu solchen Zeitpunkten erfolgen, wenn die Lüftung des zweiten Kanals ohnehin nicht benotigt wird
• Bei der vorstehend genannten Bauart erfolgt die Auslegung dabei so, daß im Normalzustand beide Adsorber parallel betrieben werden können Bei nahendem Ablauf des Regenerierintervalls wird dann einer der Adsorber desorbiert, wahrend der andere Adsorber weiter betrieben wird Nach erfolgter Desorption des einen Adsorbers wird dann der andere Adsorber desorbiert (Fig 11 , Fig 12, fig 13) Fig 11 zeigt den Zweikanal- Adsorber mit getrennten Luftungskanalen in der Betriebsart Lüftung Die Schaltung für die Regenerierung von Kanal 1 ist in Fig 12 dargestellt Analog ist die Schaltung für die Regenerierung von Kanal 2 in Fig 13 dargestellt Bei den hier beispielhaft gezeigten Anordnungen besitzt jeder der beiden Kanäle ein eigenes Geblase Möglich sind aber auch Anordnungen mit nur einem Geblase wobei die Strömung der Luft über Klappen gesteuert wird
• Neben der vorstehend genannten Auslegung für eine eingeschränkte Adsorption (z B nur mit reduzierter Luftmenge) wahrend der Desorptionszeit eines der beiden Adsorber kann in einer apparative aufwendigeren Anordnung auch eine Losung mit zwei vollwertigen Adsorbem erfolgen Dies erfordert jedoch eine getrennte Luftfuhrung und die jeweilige Umschaltung der Luftstrome über Klappen (Fig 14, Fig 15, Fig 16) Fig 14 zeigt diese Zweikanal Anordnung in der Betriebsart Lüftung, erkennbar an der in Fig 14 gezeichneten Stellung der Klappen Fig 15 zeigt die Anordnung in der Betriebsart Regenerierung des Kanals 2 Fig 16 zeigt die analoge Anordnung in der Betriebsart Regenerierung des Kanals 1
Am Beispiel von Fig 15 soll die Desorption des Adsorbers in Kanal 2 beschrieben
werden Bei dieser in Fig 15 beispielhaft gezeigten Anordnung wird Außenluft vom Geblase angesaugt, durch die Klappenstellung auf Kanal 1 geleitet, dort im Adsorber gereinigt anschließend in Kanal 2 im Wärmetauscher erhitzt und durch den Adsorber im Kanal 2 gefuhrt, wobei sie diesen Adsorber im Kanal 2 desorbiert Durch die gezeichnete Klappenstellung wird diese Desorptionsluft anschließend an die Umgebung abgegeben
Es ist bei dieser Anordnung auch möglich über die zum Innenraum fuhrende Klappe einen Teilstom der in Kanal 1 gereinigten Luft dem Innenraum zuzuführen und nur den restlichen Luftstrom für die Desorption von Kanal 2 zu verwenden Diese Möglichkeit ist nicht abgebildet Dazu mußte die zum Innenraum fuhrende Klappe teilweise geöffnet werden Dabei laßt sich über den Grad der Klappanoffnung das Verhältnis der Luftmengen zwischen der zum Innenraum fuhrenden Luft und der für die Desorption des Kanals 2 verwendeten Luft einstellen
Ein zusätzlicher Vorteil dieser Zweikanal-Adsorber Losung besteht dann, daß für die Desorption gereinigte Luft zur Verfugung steht
Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß wahrend der Fahrt stets Kuhlwasser gleicher Temperatur zur Verfugung steht Somit ist der Desorptionszyklus zeitlich nicht begrenzt, sondern kann auch über eine längere Zeitspanne erfolgen
Material des Adsorbers
• Ein weiterer Vorteil der erfmdungsgemaßen Losung besteht in der geringeren benotigten Masse an Adsorbens aufgrund der Desorption in kürzeren Intervallen Dadurch können auch teurere Adsorbentien (z B hydrophobe Zeolithe) verwendet werden Bei Verwendung solcher Materialien kann die Aufnahme von Wasser auch bei hoher relativer Luftfeuchte ausgeschlossen werden
Vorrichtung für die Beheizung des Adsorbens
• Die Luft zur Desorption des Adsorbers kann wie in den genannten Ausfuhrungen beschrieben in einem Wärmetauscher erhitzt und nachfolgend dem Adsorber zugeführt werden Dabei wird das Adsorbens im Adsorber durch die heiße Luft erwärmt, was zur Desorption fuhrt
• Es kann vorteilhaft sein, wenn das Adsorbens nicht durch die Luft, sondern durch eine eigene Wärmequelle erhitzt wird In diesem Fall erfolgt die Beheizung des Adsorbens unabhängig vom Luftstrom und insbesondere unabhängig von der Luftmenge Dadurch kann die Desorption auch mit kleineren Luftstrom erfolgen
Dies kann z B dadurch erfolgen, daß das Adsorbens in wärmeleitendem Kontakt mit einer Wärmequelle angeordnet wird Dabei kann, wie in Fig 17 beispielhaft gezeigt, die Wärmequelle aus einem Hohlkörper bestehen, der durch ein Warmetragermedium z B Kuhlwasser oder Motorol durchströmt wird Fig 17 stellt beispielhaft eine mögliche Ausfuhrung dar
Ein wärmeleitende Kontakt mit einer Wärmequelle kann auch dadurch erfolgen, daß Das Adsorbens in Kontakt mit wärmeleitenden Elementen angeordnet wird, die wiederum in Wärmeleitendem Kontakt mit einer Wärmequelle stehen Dadurch kommt ebenfalls ein Warmefluß zwischen der Wärmequelle und dem Adsorbens zustande Fig 18 zeigt diese Anordnung beispielhaft für eine mit einem Warmetrager durchströmten Wärmequelle, darauf angeordneten wärmeleitenden Platten (Rippen) und zwischen diesen Platten angeordnetem Adsorbens
Fig. 19 zeigt eine weitere beipsielhafte Anordnung, bei der in der Art eines
Wärmetauschers wärmeleitende Rippen auf Rohre aufgebracht sind die von einem
Wärmeträger durchströmt werden, und zwischen den Rippen sich das Adsorbens befindet.
Fig 20 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung, bei der die Wärmequelle aus eine elektrische Beheizung besitzt.