WO2003000386A1 - Passenger compartment adsorption filter with cyclic regeneration for motor vehicles - Google Patents
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- B60H2003/0691—Adsorption filters, e.g. activated carbon
Definitions
- Adsorption cabin filters are known for use in motor vehicles for cleaning the supply air. Currently, they are already being used as standard in some vehicles. Common cabin filters consist of a particle filter, often in combination with an activated carbon filter, which is used to remove gaseous air contaminants (e.g. hydrocarbons, odors, nitrogen oxides, etc.). These adsorption cabin filters are used to remove high-boiling hydrocarbon compounds and odors from the ventilation air.
- gaseous air contaminants e.g. hydrocarbons, odors, nitrogen oxides, etc.
- These filters are usually installed in the supply air duct of the ventilation system.
- the adsorber filters are usually replaced at regular intervals (e.g. at the inspection intervals).
- Activated carbon filters are known to adsorb a number of gaseous air pollutants.
- the molecules are attached to the surface of the activated carbon.
- the absorption capacity of the filter therefore results from the available free inner surface of the adsorbent. The more mass of adsorbent available, the greater the amount of air pollution that can be absorbed.
- the adsorption of air pollution is determined by the sorption equilibrium between the concentration in the air on the one hand and the loading of the adsorbent (i.e. the concentration of pollutants on the activated carbon) on the other hand.
- a certain loading X of the adsorbent is in equilibrium with a certain concentration c of the air pollution the air.
- the sorption equilibrium is largely influenced by temperature. Low temperatures favor the adsorption, higher temperatures disadvantage the adsorption and favor the reverse process, the desorption, in which the already adsorbed air contaminants are released again from the surface of the adsorbent and can thus get back into the air.
- the operating conditions of the activated carbon filter are subject to very strong fluctuations, the effects of which on adsorption have so far been insufficiently considered in this application.
- the temperatures in the vehicle are subject to very strong weather-related fluctuations. This affects both seasonal fluctuations and fluctuations depending on the time of day. Daytime fluctuations are particularly pronounced in the warm season. While the temperature can drop to low values at night, temperatures of up to 80 ° C can be reached in the stationary vehicle during the day in strong sunlight.
- a further limitation of the adsorber filters results from their limited loading capacity. This is limited for the following reasons: • The use of adsorbent in the form of a bed would offer a high adsorption capacity, but such a bed shows a large pressure loss in the flow. In the present application, the use of a bed is ruled out because of the too high required power of the ventilation blower
- Fiber material coated with activated carbon is therefore often used. However, the amount of adsorbent that can be applied is low. As a result, the loading capacity of these activated carbon filters is also low
- the filters are replaced at certain intervals (e.g. during vehicle inspections)
- the usual long replacement intervals result in progressive loading of the activated carbon filter.
- the loading capacity of the adsorber filter can be exceeded for certain substances. As a result, these substances are no longer or at least not completely absorbed by the adsorber filter high boiling point and in the case of odorous substances, the adsorption causes at least some cleaning at the usual exchange intervals
- the loading of the activated carbon filter also depends on the concentration of air pollution in the inlet air. For frequent journeys in heavily used environments (eg tunnels or city centers), it may therefore be necessary to change the adsorber filter more often
- the activated carbon filters may only be loaded up to a low load. A further, higher load is possible under certain conditions, but desorption can then take place under certain conditions (eg at higher temperatures in the vehicle)
- the activated carbon filter will be partially loaded. After a longer operating time, due to the sorption balance and whose temperature dependence the effect depends on the ambient conditions
- Air pollutants that have been adsorbed at low temperatures can, for example (due to the temperature-dependent sorption equilibrium) desorb at higher temperatures and thus get back into the indoor air
- the following example may explain this in the morning at low temperatures when driving in city traffic (higher concentration of air pollutants) the air pollutants are adsorbed on the activated carbon filter.
- the activated carbon filter can clean the air pollutants down to low concentrations
- the interior of the vehicle can reach temperatures of up to 80 ° C.
- similar temperatures can also occur in the activated carbon filter.At these temperatures, the sorption equilibrium is much less favorable, and desorption is favored (especially when the activated carbon filter is loaded)
- Already adsorbed air contaminants are released again from the surface of the activated carbon filter and thus get into the indoor air.
- the concentrate Under unfavorable conditions, the concentrate can The air pollution in the snow room is significantly higher than if there were no activated carbon filter at all. With increasing operating time and increasing loading of the activated carbon filter, this process will occur more frequently
- a further disadvantageous process can occur in the case of particularly high atmospheric humidity.
- the fine pores of the activated carbon filter required for the adsorption can be completely occupied by water molecules (so-called capillary condensation).
- the fine pores are no longer available for the adsorption of the air contaminants Grouting
- previous versions show that previous adsorption filters - especially with advanced loading - can rather be regarded as smoothing filters. At high concentration peaks the pollutants are absorbed by the filter, at low concentrations and especially at high temperatures the already adsorbed pollutants can be released into the air again become
- the object of the invention is to develop an arrangement with which the activated carbon filter can also operate reliably over a long period of time. According to the invention, this object is achieved as follows
- An adsorber is used for the adsorption, which in a first embodiment can be constructed like a conventional adsorber or activated carbon filter.
- the full adsorption performance of this adsorber is ensured by targeted desorption at certain intervals.
- the invention has the further object of providing this desorption with the least possible additional equipment and effort To carry out with the least possible additional energy expenditure According to the invention, this object is achieved as follows
- the desorption is carried out by rewinding the adsorber. Air from the interior can be used through the existing ventilation blower (which, however, has to change its direction). This can be heated to desorption temperature in the heat exchanger also available for the vehicle heating. This is low desorption is possible with additional equipment
- the least additional expenditure on equipment can be achieved if the adsorber is regenerated at specific intervals during downtimes of the motor vehicle by targeted desorption.
- the desorption is carried out by preheated air.
- the desorption air is heated in the heating register available for the vehicle heating Desorption can be carried out particularly effectively, with additionally pre-cleaned air
- Desorption can be carried out most favorably immediately after the vehicle has been parked. At this point, excess residual heat is available from the engine heat. In this case, the desorption air can be heated by the engine heat. The heat transfer can take place through the cooling water The desorption air is heated by the heat exchanger that is already provided for vehicle heating
- the desorption air can also be heated by the engine heat, but the heat transfer is transmitted by 01 from the oil circuit of the engine. In this case, higher temperatures can be generated during the desorption. This enables an even more effective desorption to be carried out
- the blower can be arranged on the suction side, pressure side or between the individual devices
- the adsorber seen in normal air flow direction — is arranged in front of the heating register for the vehicle heater (FIG. 1 and FIG. 2).
- FIG. 1 shows the flow through the arrangement in normal vehicle ventilation.
- the air contaminants are adsorbed on the adsorber and thus the air is cleaned.
- the cleaned air can be heated in the heat exchanger and subsequently fed to the interior.
- FIG. 2 shows the circuit during regeneration of the adsorber.
- the air flows in the opposite direction through the arrangement. The air is first heated in the heat exchanger and then flows through the adsorber As a result, the adsorbent in the adsorber is heated and thus the desorption is initiated.
- the desorption air carries the air contaminants out of the adsorber
- the desorption can then proceed as follows after parking the vehicle After parking the vehicle, a small air flow is sucked in from the interior by the existing blower (which, however, changes the direction of rotation for desorption). This air flow is then heated in the heat exchanger by the cooling water and then passed through the adsorber
- the temperature of the cooling water of max. Approx. 110 ° C (with a slight overpressure in the cooling system) is sufficient for desorption.In many cases, the cooling water reaches its highest temperature immediately after the engine is switched off due to the lack of travel cooling, which in practical operation is caused by switching on the Radiator fan becomes clear
- a further advantage is that - especially in warm, humid weather - some of the air moisture condenses in the air cooler. Air with a lower water content is therefore passed through the adsorber, thereby reducing the accumulation of water in the pores of the adsorber
- FIG. 4 shows this arrangement of the adsorber between the heat exchanger of the cooling circuit and the heat exchanger of the heating circuit
- a heat exchanger is arranged after the air cooler, but before the adsorber, the air can be partially heated again after the moisture has condensed out, which reduces the relative humidity of the air. This further reduces the adsorption of water in the adsorber (Fig. 5) Fig. 4 shows this arrangement of an additional heat exchanger between the air cooler and the adsorber
- the desorption air is heated in the existing heat exchanger by the hot cooling water of the engine and then passed through the adsorber
- the desorption air can be heated in a heat exchanger by oil from the oil circuit of the engine. This enables higher temperatures to be generated for the desorption
- the desorption air can be heated by an electric heater. In this case, a higher temperature of the desorption air can be reached In an energetically favorable combination, the desorption air can first be heated in the existing heat exchanger by the hot cooling water or by the hot 01 of the engine and then further heated by an electric heater and then passed through the adsorber (Fig. 6 and Fig. 7) In this case, a higher temperature of the desorption air can be achieved by the additional electrical heating, while at the same time energy is saved by preheating by the cooling water or by the 01
- FIG. 6 shows such an arrangement of an additional electrical heating of the desorption air in the ventilation operating mode
- FIG. 7 shows one such an additional electrical heating of the desorption air in the regeneration mode (desorption)
- the adsorber can be in a heat-conducting connection with a heat exchanger which is heated by cooling water or 01
- heat is also transferred directly to the adsorbent.
- not all of the heat has to be transferred through the desorption air Design of a smaller desorption air flow This means that an even smaller blower output is sufficient (see Fig. 17 20)
- the desorption air can be sucked in from the interior
- the desorption air can be drawn in from the outside air via a separate line
- This adsorber for the desorption air can be desorbed again in normal driving by rinsing with cleaned and possibly heated interior air (Fig. 10)
- FIG. 8 shows an exemplary arrangement of the suction of the desorption air from the outside air and the cleaning of this desorption air by an additional desorption air adsorber.
- FIG. 9 shows the circuit during the regeneration of the main adsorber. Outside air is sucked in, cleaned in the desorption air adsorber, then heated in the heat exchanger, if necessary further heated in an additional electric heater and passed through the adsorber, this being regenerated (desorbed) in certain The additional desorption air adsorber must then be regenerated at intervals.
- the circuit for this is shown in FIG. 10
- FIGS. 8 to 10 only show exemplary arrangements.
- the additional desorption air adsorber can, for example, also be arranged in a circuit without additional electrical heating. It is also possible for part of the air to be regenerated during the regeneration of the additional desorption air adsorber (FIG. 10) lead to the interior and use only the other part of the air for the desorption of the additional desorption air adsorber.
- the opening of the desorption air suction line can be controlled by an additional flap Promotion of desorption air:
- the desorption air can be conveyed by the existing fan, provided that this is designed for backward conveying.
- the desorption air can be conveyed by a separate fan. This can be useful for conveying small amounts of desorption air. This arrangement can be particularly useful in connection with an electric heater.
- desorption takes place at regular intervals after the vehicle has been parked. In the simplest case, certain time intervals can be specified for the desorption. After this interval, the desorption is carried out automatically the next time the vehicle is parked.
- Desorption could also be requested manually for special requirements or when driving through particularly polluted air. In this case, a desorption cycle is carried out after the next parking of the vehicle.
- the concentration of air pollution can be measured with a sensor.
- the use of a sensor to determine the breakthrough of the adsorber would be conceivable, but not necessarily useful, since such an operating state is to be avoided at all.
- desorption e.g. can be carried out if the ambient air is particularly lightly contaminated. By using this slightly polluted ambient air, the desorption air does not need to be cleaned beforehand.
- the desorption cycle can be limited by the temperature of the cooling water and by the amount of heat stored.
- a controller can calculate the regeneration state reached from the desorption temperature and the desorption time and use this to determine the next regeneration interval.
- desorption according to the above Executions can also be carried out while driving. In this case, however, the vehicle ventilation and the vehicle heating are not available during this desorption time.
- Another variant is the use of two separate adsorbents. This corresponds to the use of clocked adsorbers or of rotor adsorbers in process engineering applications. The desorption of one adsorber can take place while the other adsorber is in operation.
- the disadvantage is the considerably greater equipment outlay
- an adsorber in each of the two separate channels (eg left and right) of the vehicle ventilation or air conditioning. If such a separate heating / air conditioning system is already available in the vehicle (eg in vehicles of the higher classes) , so at least some of the required components (heat exchanger and possibly also blower) are available for both ventilation ducts anyway. If an adsorber is integrated in each of the two ventilation ducts, separate adsorption and desorption can be implemented in a relatively simple manner Although there is limited functionality of the respective ventilation duct during the desorption of one of the adsorbers, the additional outlay in terms of equipment is very low. Desorption can also take place at a time when the ventilation of the second duct is not required anyway.
- Fig. 11 shows the two-channel adsorber with separate ventilation channels in the ventilation mode.
- the circuit for the regeneration of channel 1 is shown in Fig. 12
- the circuit for the regeneration of channel 2 is analogous Fig. 13 shown In the arrangements shown here by way of example, each of the two channels has its own blower. Arrangements with only one blower are also possible, the flow of the air being controlled via flaps
- a solution with two full-fledged adsorbents can also be carried out in a more complex arrangement.
- this requires separate air guidance and the respective switching of the Air flows over flaps (Fig. 14, Fig. 15, Fig. 16)
- Fig. 14 shows this two-channel arrangement in the ventilation mode, recognizable by the position of the flaps shown in Fig. 14
- Fig. 15 shows the arrangement in the regeneration mode of duct 2
- Fig. 16 shows the analog arrangement in the regeneration mode of channel 1
- Another advantage of the solution according to the invention is the lower required mass of adsorbent due to the desorption at shorter intervals. This means that more expensive adsorbents (eg hydrophobic zeolites) can be used. When using such materials, the absorption of water can be ruled out even at high relative air humidity
- the air for desorption of the adsorber can be heated in a heat exchanger as described in the above-mentioned embodiments and then fed to the adsorber.
- the adsorbent in the adsorber is heated by the hot air, which leads to desorption
- the adsorbent is heated not by the air but by its own heat source.
- the adsorbent is heated independently of the air flow and in particular independently of the air volume. This means that the desorption can also be carried out with a smaller air flow
- the adsorbent in heat-conducting contact with a heat source.
- the heat source can consist of a hollow body through which a heat transfer medium, for example cooling water or motor oil, flows.
- FIG. 17 is an example a possible execution
- a heat-conducting contact with a heat source can also take place by arranging the adsorbent in contact with heat-conducting elements, which in turn are in heat-conducting contact with a heat source.This also results in a heat flow between the heat source and the adsorbent a heat source through which a heat carrier flows, heat-conducting plates (ribs) arranged thereon and adsorbent arranged between these plates
- Fig. 19 shows another exemplary arrangement, in which in the manner of a
- Heat exchanger fins are applied to pipes by a
- Heat carriers are flowed through, and the adsorbent is located between the ribs.
- FIG. 20 shows a further exemplary embodiment in which the heat source has an electrical heater.
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Abstract
Description
Adsorptions-Innenraumfilter mit zyklischer Regenerierung für KraftfahrzeugeAdsorption cabin filter with cyclic regeneration for motor vehicles
Beschreibung:Description:
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.Adsorption cabin filters are known for use in motor vehicles for cleaning the supply air. Currently, they are already being used as standard in some vehicles. Common cabin filters consist of a particle filter, often in combination with an activated carbon filter, which is used to remove gaseous air contaminants (e.g. hydrocarbons, odors, nitrogen oxides, etc.). These adsorption cabin filters are used to remove high-boiling hydrocarbon compounds and odors from the ventilation air.
Üblicherweise werden diese Filter in den Zuluftkanal des Lüftungssystems eingebaut. Die Adsorber-Filter werden üblicherweise in regelmäßigen Abständen (z.B. bei den Inspektionsintervallen) ausgetauscht.These filters are usually installed in the supply air duct of the ventilation system. The adsorber filters are usually replaced at regular intervals (e.g. at the inspection intervals).
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.Activated carbon filters are known to adsorb a number of gaseous air pollutants. The molecules are attached to the surface of the activated carbon. The absorption capacity of the filter therefore results from the available free inner surface of the adsorbent. The more mass of adsorbent available, the greater the amount of air pollution that can be absorbed.
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.As is known, the adsorption of air pollution is determined by the sorption equilibrium between the concentration in the air on the one hand and the loading of the adsorbent (i.e. the concentration of pollutants on the activated carbon) on the other hand. A certain loading X of the adsorbent is in equilibrium with a certain concentration c of the air pollution the air. As is well known, the sorption equilibrium is largely influenced by temperature. Low temperatures favor the adsorption, higher temperatures disadvantage the adsorption and favor the reverse process, the desorption, in which the already adsorbed air contaminants are released again from the surface of the adsorbent and can thus get back into the air.
Die Betriebsbedingungen des Aktivkohlefilters sind sehr starken Schwankungen unterworfen, deren Auswirkung auf die Adsorption bei diesem Anwendungsfall bisher nur unzureichend berücksichtigt wurden.The operating conditions of the activated carbon filter are subject to very strong fluctuations, the effects of which on adsorption have so far been insufficiently considered in this application.
• 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.• The temperatures in the vehicle are subject to very strong weather-related fluctuations. This affects both seasonal fluctuations and fluctuations depending on the time of day. Daytime fluctuations are particularly pronounced in the warm season. While the temperature can drop to low values at night, temperatures of up to 80 ° C can be reached in the stationary vehicle during the day in strong sunlight.
• Dem überlagert werden witterungsbedingt starke Schwankungen der Luftfeuchtigkeit. Die relative Feuchte der Zuluft kann bei feuchtwarmem Wetter nahezu 100% erreichen.• The weather-dependent fluctuations in air humidity are superimposed on it. The relative humidity of the supply air can reach almost 100% in warm, humid weather.
• Hinzu kommen stark schwankende Bedingungen hinsichtlich der Konzentrationen der Luftverunreinigungen in der Zuluft.• There are also strongly fluctuating conditions with regard to the concentrations of air pollution in the supply air.
Die nachteiligen Auswirkungen dieser schwankenden Betriebsbedingungen werden an späterer Stelle ausgeführt.The adverse effects of these fluctuating operating conditions will be discussed later.
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 ausA further limitation of the adsorber filters results from their limited loading capacity. This is limited for the following reasons: • The use of adsorbent in the form of a bed would offer a high adsorption capacity, but such a bed shows a large pressure loss in the flow. In the present application, the use of a bed is ruled out because of the too high required power of the ventilation blower
• Die Verwendung von Aktivkohlefasern scheidet in der Regel aus Kostengrunden aus• The use of activated carbon fibers is usually excluded for cost reasons
• 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• Fiber material coated with activated carbon is therefore often used. However, the amount of adsorbent that can be applied is low. As a result, the loading capacity of these activated carbon filters is also low
• Da der Druckverlust durch die gesamte Anordnung nicht wesentlich erhöht werden darf sind auch die Große und die Masse des Adsorbers begrenzt• Since the pressure drop through the entire arrangement must not be significantly increased, the size and mass of the adsorber are also limited
• Die derart begrenzte Masse des Adsorbens bringt zwangsläufig eine nur relativ geringe Beladungskapazitat mit sich• The limited mass of the adsorbent inevitably entails only a relatively low loading capacity
Bei den technisch bekannt gewordenen Aktivkohlefiltem werden die Filter in bestimmten Intervallen (z B bei den Fahrzeuginspektionen) ausgewechseltIn the case of the activated carbon filters that have become technically known, the filters are replaced at certain intervals (e.g. during vehicle inspections)
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 AbreinigungThis has the following disadvantages: the usual long replacement intervals result in progressive loading of the activated carbon filter. The loading capacity of the adsorber filter can be exceeded for certain substances. As a result, these substances are no longer or at least not completely absorbed by the adsorber filter high boiling point and in the case of odorous substances, the adsorption causes at least some cleaning at the usual exchange intervals
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 werdenIn contrast to the known state of the art for substances with a high boiling point, it was found that for substances with a low boiling point (e.g. gaseous hydrocarbons) the cleaning by adsorption already subsided after a short period of time. To remove these substances from the supply air, the Adsorber filters can be replaced after significantly shorter periods
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 seinIn addition, the loading of the activated carbon filter also depends on the concentration of air pollution in the inlet air. For frequent journeys in heavily used environments (eg tunnels or city centers), it may therefore be necessary to change the adsorber filter more often
Ein Austausch der Filter in kurzen Abstanden fuhrt jedoch zu deutlichen Mehrkosten, zumal der Austausch in der Regel durch eine Fachwerkstatt erfolgtReplacing the filters at short intervals, however, leads to significant additional costs, especially since the exchange is usually carried out by a specialist workshop
Weitere Nachteile bisher verwendeter Aktivkohlefilter ergeben sich aus folgenden GesichtspunktenFurther disadvantages of previously used activated carbon filters result from the following points of view
• 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• In order to ensure desorption-free operation, the activated carbon filters may only be loaded up to a low load. A further, higher load is possible under certain conditions, but desorption can then take place under certain conditions (eg at higher temperatures in the vehicle)
• Die maximal zulassige Beladung für einen desorptionsfreien Betrieb wird unter anderem begrenzt durch die maximale im Fahrzeug auftretende Temperatur• The maximum permissible load for desorption-free operation is limited, among other things, by the maximum temperature occurring in the vehicle
Zudem ist eine kontinuierliche Aufnahme der Schadstoffe im gesamten Einsatzintervall nicht gewährleistet Der Grund dafür wird aus der folgenden Betrachtung der Adsorptionsbedingungen ersichtlichIn addition, continuous absorption of the pollutants is not guaranteed throughout the entire application interval. The reason for this can be seen from the following consideration of the adsorption conditions
• Im unbeladenen Neuzustand werden die Aktivkohlefilter eine gute Adsorption der Luftverunreinigungen aufweisen• In the new, unloaded condition, the activated carbon filters will have a good adsorption of air pollution
• 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• After some operating time, the activated carbon filter will be partially loaded. After a longer operating time, due to the sorption balance and whose temperature dependence the effect depends on the ambient conditions
Luftverunreinigungen, die bei niedrigen Temperaturen adsorbiert wurden, können beispielsweise (aufgrund des temperaturabhangigen Sorptionsgleichgewichts) bei höheren Temperaturen wieder desorbieren und damit wieder in die Innenraumluft gelangenAir pollutants that have been adsorbed at low temperatures can, for example (due to the temperature-dependent sorption equilibrium) desorb at higher temperatures and thus get back into the indoor air
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 auftretenThe following example may explain this in the morning at low temperatures when driving in city traffic (higher concentration of air pollutants) the air pollutants are adsorbed on the activated carbon filter.At the low temperatures, the activated carbon filter can clean the air pollutants down to low concentrations The interior of the vehicle can reach temperatures of up to 80 ° C. Depending on the position of the activated carbon filter in the air supply, similar temperatures can also occur in the activated carbon filter.At these temperatures, the sorption equilibrium is much less favorable, and desorption is favored (especially when the activated carbon filter is loaded) Already adsorbed air contaminants are released again from the surface of the activated carbon filter and thus get into the indoor air. Under unfavorable conditions, the concentrate can The air pollution in the snow room is significantly higher than if there were no activated carbon filter at all. With increasing operating time and increasing loading of the activated carbon filter, this process will occur more frequently
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 werdenIn the previously known arrangements of activated carbon filters, this effect can only be reduced by a large size of the activated carbon filter or by a very frequent replacement of the activated carbon filter
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 erfolgenA further disadvantageous process can occur in the case of particularly high atmospheric humidity. At relative atmospheric humidity above 80%, the fine pores of the activated carbon filter required for the adsorption can be completely occupied by water molecules (so-called capillary condensation). In this case, the fine pores are no longer available for the adsorption of the air contaminants Grouting On the one hand, this significantly reduces the capacity of the activated carbon filter, and, on the other hand, displacement desorption of air contaminants that have already been adsorbed can also take place
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 werdenThe previous versions show that previous adsorption filters - especially with advanced loading - can rather be regarded as smoothing filters. At high concentration peaks the pollutants are absorbed by the filter, at low concentrations and especially at high temperatures the already adsorbed pollutants can be released into the air again become
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 darDue to the described processes, the use of such activated carbon filters has so far been unsatisfactory, at least for the removal of pollutants with a low boiling point (e.g. gaseous air pollution)
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 wirdIn order to avoid the necessary frequent replacement of the adsorber filter, designs have recently become known in which the adsorber filter is freed of the absorbed pollutants by regeneration
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-FiltersA disadvantage of these designs is that the regeneration must be carried out outside the vehicle when removed. This results in similar restrictions as when changing the adsorber filter
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 ergibtThe previously known versions with regeneration in the installed state have the disadvantage of a high additional energy requirement, which results from the electrical heating of the adsorber filter, as a rule
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 gelostAnother disadvantage of these solutions is the sometimes considerable additional expenditure on equipment, which makes practical use considerably more expensive The object of the invention is to develop an arrangement with which the activated carbon filter can also operate reliably over a long period of time. According to the invention, this object is achieved as follows
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 gelostAn adsorber is used for the adsorption, which in a first embodiment can be constructed like a conventional adsorber or activated carbon filter. The full adsorption performance of this adsorber is ensured by targeted desorption at certain intervals. The invention has the further object of providing this desorption with the least possible additional equipment and effort To carry out with the least possible additional energy expenditure According to the invention, this object is achieved as follows
• 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• In the simplest arrangement, the desorption is carried out by rewinding the adsorber. Air from the interior can be used through the existing ventilation blower (which, however, has to change its direction). This can be heated to desorption temperature in the heat exchanger also available for the vehicle heating. This is low desorption is possible with additional equipment
• 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• The least additional expenditure on equipment can be achieved if the adsorber is regenerated at specific intervals during downtimes of the motor vehicle by targeted desorption. The desorption is carried out by preheated air. In a particularly advantageous embodiment, the desorption air is heated in the heating register available for the vehicle heating Desorption can be carried out particularly effectively, with additionally pre-cleaned air
• 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• Desorption can be carried out most favorably immediately after the vehicle has been parked. At this point, excess residual heat is available from the engine heat. In this case, the desorption air can be heated by the engine heat. The heat transfer can take place through the cooling water The desorption air is heated by the heat exchanger that is already provided for vehicle heating
• 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 werdenIn a further embodiment of the invention, the desorption air can also be heated by the engine heat, but the heat transfer is transmitted by 01 from the oil circuit of the engine. In this case, higher temperatures can be generated during the desorption. This enables an even more effective desorption to be carried out
• Das Geblase kann dabei saugseitig, druckseitig oder zwischen den einzelnen Apparaten angeordnet werden• The blower can be arranged on the suction side, pressure side or between the individual devices
Anordnung des AdsorbersArrangement of the adsorber
• 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• In a particularly favorable arrangement, the adsorber — seen in normal air flow direction — is arranged in front of the heating register for the vehicle heater (FIG. 1 and FIG. 2). FIG. 1 shows the flow through the arrangement in normal vehicle ventilation. The air contaminants are adsorbed on the adsorber and thus the air is cleaned. The cleaned air can be heated in the heat exchanger and subsequently fed to the interior. FIG. 2 shows the circuit during regeneration of the adsorber. The air flows in the opposite direction through the arrangement. The air is first heated in the heat exchanger and then flows through the adsorber As a result, the adsorbent in the adsorber is heated and thus the desorption is initiated. The desorption air carries the air contaminants out of the adsorber
• 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• In the simplest case, the desorption can then proceed as follows after parking the vehicle After parking the vehicle, a small air flow is sucked in from the interior by the existing blower (which, however, changes the direction of rotation for desorption). This air flow is then heated in the heat exchanger by the cooling water and then passed through the adsorber
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 wirdThe temperature of the cooling water of max. Approx. 110 ° C (with a slight overpressure in the cooling system) is sufficient for desorption.In many cases, the cooling water reaches its highest temperature immediately after the engine is switched off due to the lack of travel cooling, which in practical operation is caused by switching on the Radiator fan becomes clear
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 fordernAn advantage of this arrangement is the low outlay on equipment for the desorption circuit, since all components are already present. Only the blower must require a small amount of air in this operation with the direction of rotation reversed
Zudem wird bei dieser Anordnung vermieden, daß im Heizbetrieb vorgewärmte Zuluft durch den Adsorber gefuhrt wird Dadurch bleibt eine bessere Adsorption gewahrleistetIn addition, with this arrangement it is avoided that preheated supply air is passed through the adsorber during heating operation. This ensures better adsorption
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 the case of vehicles with air conditioning, it can be particularly advantageous to arrange the adsorber - seen in normal air flow direction - after the air cooler (heat exchanger of the refrigerant circuit) (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 erzeugenIn this case, cooled air is led through the adsorber in cooling operation. This has a favorable influence on the sorption balance. In this operation, the air pollution can be reduced to particularly low concentrations. This enables a particularly high air quality to be generated in the interior
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 verringertA further advantage is that - especially in warm, humid weather - some of the air moisture condenses in the air cooler. Air with a lower water content is therefore passed through the adsorber, thereby reducing the accumulation of water in the pores of the adsorber
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 HeizkreislaufsIn combination with the preceding feature, a particularly favorable arrangement of the adsorber between the air cooler and the heat exchanger for vehicle heating results in vehicles with air conditioning (FIG. 4). FIG. 4 shows this arrangement of the adsorber between the heat exchanger of the cooling circuit and the heat exchanger of the heating circuit
In diesem Fall lassen sich die Vorteile der beiden vorgenannten Merkmale verbindenIn this case, the advantages of the two aforementioned features can be combined
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 AdsorberIf - seen in the direction of flow - a heat exchanger is arranged after the air cooler, but before the adsorber, the air can be partially heated again after the moisture has condensed out, which reduces the relative humidity of the air. This further reduces the adsorption of water in the adsorber (Fig. 5) Fig. 4 shows this arrangement of an additional heat exchanger between the air cooler and the adsorber
Erhitzung der DesorptionsluftHeating the desorption air
• Die Desorptionsluft wird, wie vorausgehend beschrieben, im vorhandenen Wärmetauscher durch das heiße Kuhlwasser des Motors erhitzt und nachfolgend durch den Adsorber gefuhrt• As described above, the desorption air is heated in the existing heat exchanger by the hot cooling water of the engine and then passed through the adsorber
• 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 erzeugenIn another embodiment, the desorption air can be heated in a heat exchanger by oil from the oil circuit of the engine. This enables higher temperatures to be generated for the desorption
• 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)• Alternatively, the desorption air can be heated by an electric heater. In this case, a higher temperature of the desorption air can be reached In an energetically favorable combination, the desorption air can first be heated in the existing heat exchanger by the hot cooling water or by the hot 01 of the engine and then further heated by an electric heater and then passed through the adsorber (Fig. 6 and Fig. 7) In this case, a higher temperature of the desorption air can be achieved by the additional electrical heating, while at the same time energy is saved by preheating by the cooling water or by the 01 FIG. 6 shows such an arrangement of an additional electrical heating of the desorption air in the ventilation operating mode; FIG. 7 shows one such an additional electrical heating of the desorption air in the regeneration mode (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)In a further advantageous embodiment of the invention, the adsorber can be in a heat-conducting connection with a heat exchanger which is heated by cooling water or 01 In this case, heat is also transferred directly to the adsorbent. As a result, not all of the heat has to be transferred through the desorption air Design of a smaller desorption air flow This means that an even smaller blower output is sufficient (see Fig. 17 20)
Desorptionsluftstromdesorption
• In der apparativ einfachsten Anordnung kann die Desorptionsluft aus dem Innenraum angesaugt werden• In the simplest arrangement, the desorption air can be sucked in from the interior
• Alternativ kann die Desorptionsluft über eine separate Leitung aus der Außenluft angesaugt werden• Alternatively, the desorption air can be drawn in from the outside air via a separate line
• Im Falle der Ansaugung von Außenluft kann diese durch einen kleinen vorgeschalteten Adsorber gereinigt werden (Fig 8 und Fig 9)• If outside air is sucked in, it can be cleaned by a small upstream adsorber (Fig. 8 and Fig. 9)
• Dieser Adsorber für die Desorptionsluft kann im normalen Fahrbetrieb durch Spulung mit gereinigter und ggf erhitzter Innenraumluft wieder desorbiert werden (Fig 10)• This adsorber for the desorption air can be desorbed again in normal driving by rinsing with cleaned and possibly heated interior air (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 dargestellt8, 9 and 10 show an exemplary arrangement of the suction of the desorption air from the outside air and the cleaning of this desorption air by an additional desorption air adsorber. In normal ventilation operation (FIG. 8), the additional desorption air adsorber does not need to be flowed through, FIG. 9 shows the circuit during the regeneration of the main adsorber. Outside air is sucked in, cleaned in the desorption air adsorber, then heated in the heat exchanger, if necessary further heated in an additional electric heater and passed through the adsorber, this being regenerated (desorbed) in certain The additional desorption air adsorber must then be regenerated at intervals. The circuit for this is shown in FIG. 10
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:The arrangements in FIGS. 8 to 10 only show exemplary arrangements. The additional desorption air adsorber can, for example, also be arranged in a circuit without additional electrical heating. It is also possible for part of the air to be regenerated during the regeneration of the additional desorption air adsorber (FIG. 10) lead to the interior and use only the other part of the air for the desorption of the additional desorption air adsorber. In addition, the opening of the desorption air suction line can be controlled by an additional flap Promotion of desorption air:
• Die Desorptionsluft kann durch das vorhandene Gebläse gefördert werden, sofern dieses für die Rückwärtsförderung ausgelegt wird.• The desorption air can be conveyed by the existing fan, provided that this is designed for backward conveying.
• 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.• Alternatively, the desorption air can be conveyed by a separate fan. This can be useful for conveying small amounts of desorption air. This arrangement can be particularly useful in connection with an electric heater.
Steuerung der Regenerierzyklen:Control of the regeneration cycles:
• 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.• In the simplest case, desorption takes place at regular intervals after the vehicle has been parked. In the simplest case, certain time intervals can be specified for the desorption. After this interval, the desorption is carried out automatically the next time the vehicle is parked.
• 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.• Desorption could also be requested manually for special requirements or when driving through particularly polluted air. In this case, a desorption cycle is carried out after the next parking of the vehicle.
• 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.• Alternatively, the concentration of air pollution can be measured with a sensor. The use of a sensor to determine the breakthrough of the adsorber would be conceivable, but not necessarily useful, since such an operating state is to be avoided at all.
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.It is cheaper e.g. measure the concentration of air pollution in the incoming ambient air. From this and from other data, e.g. The temperature and the humidity of the incoming air or the temperature of the adsorber, the temperature of the cooling water and the time since the last desorption can then be used to calculate optimized regeneration cycles. This control has the advantage that e.g. Different regeneration cycles can be calculated in summer than in winter. In addition, by simply evaluating this data, the desorption cycles can be adapted to different climatic conditions.
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.Another advantage of these measurements is that desorption e.g. can be carried out if the ambient air is particularly lightly contaminated. By using this slightly polluted ambient air, the desorption air does not need to be cleaned beforehand.
• Bei Beheizung der Desorptionsluft über das Kühlwasser kann der Desorptionszyklus durch die Temperatur des Kühlwassers und durch dessen gespeicherte Wärmemenge begrenzt sein.• When the desorption air is heated via the cooling water, the desorption cycle can be limited by the temperature of the cooling water and by the amount of heat stored.
In diesem Fall kann eine Steuerung aus der Desorptionstemperatur und der Desorptionszeit den erreichten Regenerierzustand berechnen und daraus das nächste Regenerierintervall festlegen.In this case, a controller can calculate the regeneration state reached from the desorption temperature and the desorption time and use this to determine the next regeneration interval.
• 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.• In the above In cases (with heating by the cooling water) desorption should take place immediately after parking the vehicle, as long as the cooling water is still at its high operating temperature. A logic circuit can prevent desorption if the ventilation is switched on when the vehicle is stationary.
• 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.• Under particularly unfavorable conditions, desorption according to the above Executions can also be carried out while driving. In this case, however, the vehicle ventilation and the vehicle heating are not available during this desorption time.
• 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• A particularly convenient design is described under the keyword "two-channel adsorber". Regeneration during operation of the vehicle is possible. With this arrangement, the control cycles described above can trigger the desorption of a channel even while driving
Zweikanal-AdsorberTwo channel 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 werdenOnly a short service life is expected for the continuous adsorption of volatile substances.Therefore, desorption cycles must be carried out at relatively short intervals.For vehicles that are used a lot (e.g. vehicles used for business purposes, taxis, etc.), it can make sense to enable desorption while driving In the aforementioned arrangements, this is possible in principle, but then no ventilation of the vehicle can take place during the desorption. With the embodiments described below, a simultaneous sequence of desorption and vehicle ventilation and vehicle heating can be achieved
• 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 sehenAnother variant is the use of two separate adsorbents. This corresponds to the use of clocked adsorbers or of rotor adsorbers in process engineering applications. The desorption of one adsorber can take place while the other adsorber is in operation. However, the disadvantage is the considerably greater equipment outlay
• 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• In order to reduce the additional outlay on equipment, it is possible in particular to arrange an adsorber in each of the two separate channels (eg left and right) of the vehicle ventilation or air conditioning. If such a separate heating / air conditioning system is already available in the vehicle (eg in vehicles of the higher classes) , so at least some of the required components (heat exchanger and possibly also blower) are available for both ventilation ducts anyway.If an adsorber is integrated in each of the two ventilation ducts, separate adsorption and desorption can be implemented in a relatively simple manner Although there is limited functionality of the respective ventilation duct during the desorption of one of the adsorbers, the additional outlay in terms of equipment is very low. Desorption can also take place at a time when the ventilation of the second duct is not required anyway
• 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• In the case of the above-mentioned design, the design is such that, in the normal state, both adsorbers can be operated in parallel. When the regeneration interval expires, one of the adsorbers is then desorbed, while the other adsorber continues to operate. After desorption of one adsorber, the other becomes Adsorber desorbed (Fig. 11, Fig. 12, Fig. 13) Fig. 11 shows the two-channel adsorber with separate ventilation channels in the ventilation mode. The circuit for the regeneration of channel 1 is shown in Fig. 12 The circuit for the regeneration of channel 2 is analogous Fig. 13 shown In the arrangements shown here by way of example, each of the two channels has its own blower. Arrangements with only one blower are also possible, the flow of the air being controlled via flaps
• 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• In addition to the above-mentioned design for a restricted adsorption (eg only with a reduced amount of air) during the desorption time of one of the two adsorbers, a solution with two full-fledged adsorbents can also be carried out in a more complex arrangement. However, this requires separate air guidance and the respective switching of the Air flows over flaps (Fig. 14, Fig. 15, Fig. 16) Fig. 14 shows this two-channel arrangement in the ventilation mode, recognizable by the position of the flaps shown in Fig. 14 Fig. 15 shows the arrangement in the regeneration mode of duct 2 Fig. 16 shows the analog arrangement in the regeneration mode of channel 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 abgegebenThe desorption of the adsorber in channel 2 is described using the example of FIG In this arrangement shown by way of example in FIG. 15, outside air is sucked in by the blower, passed through the damper position on channel 1, cleaned there in the adsorber, then heated in channel 2 in the heat exchanger and passed through the adsorber in channel 2, whereby this adsorber is channeled in channel 2 desorbed Due to the drawn flap position, this desorption air is then released into the environment
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 einstellenWith this arrangement it is also possible to supply a partial flow of the air cleaned in duct 1 to the interior via the flap leading to the interior and to use only the remaining air flow for the desorption of duct 2. This option is not shown The ratio of the air quantities between the air leading to the interior and the air used for the desorption of the channel 2 can be set via the degree of the opening of the flap
Ein zusätzlicher Vorteil dieser Zweikanal-Adsorber Losung besteht dann, daß für die Desorption gereinigte Luft zur Verfugung stehtAn additional advantage of this two-channel adsorber solution is that purified air is available for the desorption
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 erfolgenAnother advantage results from the fact that cooling water of the same temperature is always available during the journey. Thus, the desorption cycle is not limited in time, but can also take place over a longer period of time
Material des AdsorbersMaterial of the adsorber
• 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• Another advantage of the solution according to the invention is the lower required mass of adsorbent due to the desorption at shorter intervals. This means that more expensive adsorbents (eg hydrophobic zeolites) can be used. When using such materials, the absorption of water can be ruled out even at high relative air humidity
Vorrichtung für die Beheizung des AdsorbensDevice for heating the adsorbent
• 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• The air for desorption of the adsorber can be heated in a heat exchanger as described in the above-mentioned embodiments and then fed to the adsorber. The adsorbent in the adsorber is heated by the hot air, which leads to desorption
• 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• It can be advantageous if the adsorbent is heated not by the air but by its own heat source. In this case, the adsorbent is heated independently of the air flow and in particular independently of the air volume. This means that the desorption can also be carried out with a smaller air flow
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 darThis can be done, for example, by arranging the adsorbent in heat-conducting contact with a heat source. As shown by way of example in FIG. 17, the heat source can consist of a hollow body through which a heat transfer medium, for example cooling water or motor oil, flows. FIG. 17 is an example a possible execution
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 einesA heat-conducting contact with a heat source can also take place by arranging the adsorbent in contact with heat-conducting elements, which in turn are in heat-conducting contact with a heat source.This also results in a heat flow between the heat source and the adsorbent a heat source through which a heat carrier flows, heat-conducting plates (ribs) arranged thereon and adsorbent arranged between these plates Fig. 19 shows another exemplary arrangement, in which in the manner of a
Wärmetauschers wärmeleitende Rippen auf Rohre aufgebracht sind die von einemHeat exchanger fins are applied to pipes by a
Wärmeträger durchströmt werden, und zwischen den Rippen sich das Adsorbens befindet.Heat carriers are flowed through, and the adsorbent is located between the ribs.
Fig 20 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung, bei der die Wärmequelle aus eine elektrische Beheizung besitzt. FIG. 20 shows a further exemplary embodiment in which the heat source has an electrical heater.
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