DE19651403A1 - Mehrstufiges Luftgütesystem für Fahrzeugkabinen - Google Patents

Description

Die Atemluft in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, wird in erheblichem Maße beeinträchtigt durch die Abgase anderer am Verkehr teilnehmenden Fahrzeuge. Es ist unstrittig, daß die daraus resultierenden Immissionen gesundheitsgefährdend sind. Die Atemluft innerhalb eines Fahrzeuges hätte ideal folgende Eigenschaften:

• - frei von Partikeln, Rußbestandteilen, Gummi-Abrieb, Pollen, Stäuben,
• - frei von gasförmigen Bestandteilen, insbesondere von teilverbrannten Kohlewasser­ stoffen und karziogenen Substanzen wie Benzol, Benzphyren, polyzyklischen Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid, und andere, z. B. dampfförmige Substanzen mehr,
• - frei von Geruchsstoffen, z. B. aus Stoffwechsel-Nebenprodukten stammend.

Bekannt sind Systeme, welche die Probleme teilweise erheblich mildern, ohne daß nach dem heutigen Stand der Technik eine Luftqualität entsteht, die in keiner Weise Anlaß zu Beanstandungen gäbe.

Z.B. sind bekannt sensorgesteuerte Umluftklappen, bei denen stets dann das Einströmen der Außenluft unterbrochen wird und auf Umluftbetrieb umgeschaltet wird, wenn das Fahrzeug eine Zone erhöhter Schadstoffbelastung der Außenluft erreicht. Siehe in diesem Zusammenhang die P 44 14 594, oder andere.

Diese Methode ist zugunsten der Luftqualität in Innenräumen von Automobilen hocheffektiv und hat lediglich die Einschränkung, daß die sogenannte Basis-Belastung unbehindert das Fahrzeuginnere erreicht, da stets nur Spitzenbelastungen abgeschnitten werden. Ferner haben qualifizierte Sensorsysteme für diese Anwendung die an sich richtige Eigenschaft, die Empfindlichkeit des Sensors an die Verkehrsbedingungen anzupassen, um ein Minimum an Luftwechseln in der Kabine zu erreichen, weil auch die von den Passagieren erzeugten Eigengerüche aus der Kabine ausgetragen werden müssen und um die Feuchte aus der Kabine herauszubekommen.

Gerade in hochbelasteten Innenstadt-Situationen muß daher in Kauf genommen werden, daß ein gewisses Quantum an Schadstoffen die Kabine erreicht bzw. in der Kabine selbst als Stoffwechsel-Nebenprodukten der Passagiere oder durch Zigaretten rauchen etc. bei geschlossener Luftklappe und Umluftbetrieb entsteht.

Weiter sind Filter im Lufteinlaß bekannt, die entweder als Partikelfilter ausgebildet sind und aus speziellen, kleinporigen Papierfaltungen bestehen oder aber die als Aktivkohlefilter ausgebildet sind. Meist wird eine Kombination aus beiden Methoden eingesetzt, bei denen die Filterpapiere mit Aktivkohle beschichtet sind.

Filter arbeiten hocheffektiv gegen Stäube und Partikel, wie z. B. Blütenpollen oder Gummiabrieb. Gegen Feinststäube, wie z. B. Ruße mit karziogenen Anteilen arbeiten Filter nur beschränkt. Gase können auch durch Aktivkohlefilter nicht in größerem Maße zurückgehalten werden. Vielmehr werden kleinere Spitzen kurzfristig in der Aktivkohle adsorbiert und später über einen längeren Zeitraum desorbiert. Die kurzfristige Geruchsbelästigung wird daher eingeschränkt ohne daß die Immissionsleistung per summa wesentlich zurückgeht.

Hochleistungsfähige Filter, die mit erheblichem Speichervermögen und als Chemiesorptionsfilter ausgebildet sind, haben ein für den praktischen Einsatz zu großes Volumen und werden als zu teuer angesehen.

Zuletzt sind physikalische Methoden der Luftaufbereitung bekannt, die nach dem Verfahren der Luftionisation arbeiten. Im Wesentlichen handelt es sich um elektrisch arbeitende Ionisationseinrichtungen, bei denen eine hohe Spannung an zwei leitfähige Entladungsflächen angeschlossen wird, welche durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind.

Seit Jahren sind Röhren bekannt, welche eine innere und eine äußere metallische Beschichtung aufweisen. Diese beiden Elektroden werden an eine hohe Wechselspannung angeschlossen. Es kommt dabei an den Oberflächen zu Ladungsumschichtungen, welche insbesondere den Luftsauerstoff mit Elektronen anreichern, also Ionen bilden. Dieser sogenannte "aktive Luftsauerstoff" verfügt über ein hohes chemisches Reaktionspotential und Gerüche werden durch Oxidation eliminiert.

Es kommt weiter zur Produktion von naszierendem Sauerstoff O₁, der das größte bekannte Oxidationsvermögen hat und alle oxidierbaren Substanzen spontan aufoxidiert und insofern unschädlich macht.

Selbst Bakterien und Viren werden durch die beschriebenen Vorgänge vernichtet oder denaturiert und unschädlich gemacht.

Es sind flachbauende Systeme bekannt, welche nach den gleichen physikalischen Prinzipien wie die seit langem bekannten Röhren arbeiten, aber vorteilhaft als Flachbaugruppe ausgebildet sind und daher ein günstigeres Verhältnis Fläche/Volumen haben und einen viel günstigeren Strömungswiderstand aufweisen. Vorteilhaft sind diese Flachbaugruppen zu Registern anreihbar, so daß auf geringem Volumen eine außergewöhnlich hohe aktive Fläche zur Ionisation der vorbeiströmenden Luft genutzt wird. Fig. 2 zeigt einen typischen Aufbau physikalischer Luftaufbereiter, die aus einer Vielzahl von Ionisationsplatten (2.1) bestehen, welche aus einer hermetisch eingeschlossenen inneren Elektrode (2.2) und jeweils außen liegenden Elektroden (2.3) bestehen, welche an eine hohe elektrische Wechselspannung angeschlossen werden.

Ferner sind Luftaufbereiter bekannt, bei denen die Koronarentladung an Spitzen ausgenutzt sind und bei denen die Luft zwischen den elektrischen Potentialen das Dielektrikum bildet. Es sind zuletzt Kombinationen aus Aktivkohlefilter-Matte und Ionisationsapparat bekannt.

Diese Erfindung schlägt vor, derartige kompakte physikalische Luftaufbereiter nach Fig. 1 so in das Belüftungssystem eines Fahrzeuges zu integrieren, daß sowohl die zuströmende Außenluft als auch die im Umluftkreislauf befindliche Luft aufbereitet wird.

Dabei ist 1.1 die Umluftklappe, 1.2 der von der Kabine kommende Umluftzweig, und 1.3 die von außen kommende Zuluft. In der Praxis wird ein derartiges Aggregat (1.4) vorteilhaft im Anschluß an die Wärmetauscher (1.5) der Lüftungs- und Klimaanlage angeordnet sein.

Die Erfindung schlägt weiter vor, vorteilhaft die genannten physikalischen Luftaufbereiter gemeinsam mit sensorgesteuerten Umluftklappen einzusetzen. Vorteilhaft ergänzen sich beide Systeme, weil extreme und nicht aufbereitbare Schadstoffspitzen erfolgreich durch die sensorgesteuerten Umluftklappen von der Kabine ferngehalten werden und der physikalische Luftaufbereiter die Basisbelastung mit typischerweise geringerem Schadstoffanteil aufzubereiten hat.

Weiter schlägt die Erfindung vor, vorteilhaft die genannten physikalischen Luftaufbereiter gemeinsam mit den genannten Partikel- und Schwebstoff-Filtern einzusetzen. Die Systeme ergänzen sich vorteilhaft, weil die physikalische Luftaufbereitung gegenüber Stäuben und Schwebstoffen gegenüber unwirksam ist und weil die genannten Filtersysteme gegenüber gasförmigen oder dampfförmigen Substanzen bzw. gegenüber Gerüchen unwirksam ist.

Die bevorzugte Lösung ist nach Vorschlag dieser Erfindung die Kombination von

• 1. Sensorgesteuerter Umluftklappe
• 2. Filtersystem
• 3. physikalische Luftaufbereitung in ein gemeinsames Luftqualitäts-System.

Vorteilhaft kann in einem solchen System das Sensorsystem die Ionisationsleistung des physikalischen Luftaufbereiters steuern, um die Zahl der produzierten aktiven Ionen an die Konzentration der vorhandenen gasförmigen Luftinhaltsstoffe anzupassen.

Nach Fig. 3 würde das Sensorsignal (3.1) auf die die Ionisationsspannung produzierende Elektronik (3.2) so einwirken, daß an den Ionisator (3.3) eine höhere Spannung angelegt wird, wenn die Schadstoff-Fracht hoch ist und eine geringere Spannung dann angelegt wird, wenn die Schadstoff-Fracht gering ist.

Im gleichen Sinn wird ein zusätzlicher Sensor im Innenraum (3.4) erfindungsgemäß vorgeschlagen, welcher im Umluftbetrieb auf die Elektronik im genannten Sinne einwirkt. Ergebnismäßig soll innerhalb der Kabine stets eine bestimmte Zahl von Ionen befinden. Bei verschmutzter, verrauchter oder belasteter Luft ist die Zahl der Luftionen signifikant geringer als bei normaler, frischer Luft.

Umgekehrt ist es nicht wünschenswert, die Zahl der vorhandenen Luftionen signifikant höher als im Normalfall zu haben.

Die Regelung des physikalischen Luftaufbereitungsgerätes (PLAG) mit Hilfe von Sensoren ist vorteilhaft geeignet, das beschriebene Ziel mit besonders hohem Wirkungsgrad zu erreichen.

In Luftfahrzeugen ist naheliegenden Gründen der Umluftanteil sehr hoch. Im Umluftzweig sind Aktivkohlefilter angeordnet, die die Gerüche aus Stoffwechsel-Nebenprodukten der Passagiere zurückhalten sollen, sowie den Qualm von Zigaretten pp. Die Filter müssen regelmäßig gewechselt werden. Trotzdem tritt oft ein gewisser Eigengeruch desorbierender Filter auf und gerade auf Langstreckenflügen ist die Luftqualität oft wenig befriedigend. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, im Umluftzweig die beschriebenen physikalischen Luftaufbereitungsgeräte anzuordnen und mit einer geeigneten Filtertechnik zu kombinieren und die PLAG durch Sensoren ähnlich Fig. 3 zu steuern.

Der allgemeine erfindungsgemäße Vorschlag ist daher, die an sich bekannten Prinzipien der Luftaufbereitung für den Einsatz im Fahrzeug dahingehend zu kombinieren, daß sie sich ergänzen und insbesondere mit den Möglichkeiten der physikalischen Luftaufbereitung nach den Prinzipien der Luftionisation verkoppelt werden. Erfindungsgemäß wird der physikalische Luftaufbereiter an einem Ort im physikalischem Luftaufbereitungssystem (PLAG) angeordnet, an welchem er bei geöffneter Frischluftzufuhr von dieser durchströmt wird und vorteilhaft oxidierbare Luftbestandteile aufoxidiert und Gerüche und Keime eliminiert und an welchem er bei geschlossener Frischluftzufuhr und Umluftbetrieb diese Umluft aufbereitet und insbesondere im Fahrzeuginneren erzeugte Gerüche aufgrund von menschlichen Stoffwechsel-Nebenprodukten, Zigarettenrauch oder auch (bei Neufahrzeugen) Konzentrationen von Klebstoffverdünnern, Kunststoffausdünstungen etc. eliminiert.

Claims (7)

1. Apparat und Verfahren zur Verbesserung der Luftqualität in Kabinen von Fahrzeugen, insbesondere Automobile und Luftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß ein physikalisches Luftaufbereitungsgerät (PLAG) nach dem Ionisationsprinzip so in das Belüftungssystem eingebaut ist, daß es sowohl die einströmende Außenluft als auch nach Umschaltung auf Umluftbetrieb die Umluft aufbereitet.

2. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das PLAG mit einer sensorgesteuerten und bei erhöhter äußerer Schadstoffkonzentration sich selbständig auf Umluft umschaltenden Klappeneinrichtung kombiniert ist.

3. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das PLAG mit einer die von außen einströmendende Luft filternden Einrichtung kombiniert ist.

4. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das PLAG mit einer sensorgesteuerten und bei erhöhter äußerer Schadstoffkonzentration sich selbständig auf Umluft umschaltenden Klappeneinrichtung und einer die von außen einströmenden Luft filternden Einrichtung kombiniert ist.

5. Apparat und Verfahren nach mindestens einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das PLAG das Signal des die Qualität der Außenluft detektierenden Sensors derart einwirkt, daß die Ionisationsleistung bei erhöhter Schadstoff-Konzentration erhöht wird und bei niedriger Schadstoffkonzentration vermindert wird.

6. Apparat und Verfahren nach mindestens einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das PLAG das Signal eines die Qualität der Kabinenluft detektierenden Sensors derart einwirkt, daß die Ionisationsleistung bei erhöhter Schadstoff-Konzentration erhöht wird und bei niedriger Schadstoffkonzentration vermindert wird.

7. Apparat und Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Qualität der Kabinenluft detektierende Sensor als Ionenzähler ausgebildet ist.