DE3900139A1 - Vorrichtung zum filtern eines einem innenraum eines fahrzeuges zugefuehrten luftstromes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art werden sogenannte Tie­ fenfilter zur Abscheidung von Feinstpartikeln eingesetzt. Über ein Gebläse wird Frischluft angesaugt, die mittels eines Was­ serabscheiders entfeuchtet wird. An einem ersten Filter werden die in der Frischluft mitgeführten Partikeln abgeschieden. Aus dem Innenraum des Fahrzeuges wird ebenfalls über das Gebläse ein Umluftstrom angesaugt, der an einem Umluftfilter gereinigt wird. Vor der Rückführung in den Fahrgastinnenraum wird dieser aus dem Frischluftstrom und dem Umluftstrom sich zusammen­ setzende Gasstrom über eine Kühl- und Heizeinrichtung geführt. Die bei den bekannten Vorrichtungen zum Einsatz kommenden Filter lagern die abgeschiedenen Partikel in ihrem Filtermedium ein, was zu einer im wesentlichen irreversiblen Erhöhung des Druckverlustes des Filters führt. Um eine Überlastung des Gebläses zu vermeiden, ist in gewissen Zeitabständen, abhängig von der aufgetretenen Staubbelastung des Fahrzeuges, eine Auswechslung der Filter erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei einem hohen Ab­ scheidegrad für Feinstpartikeln ein Betrieb bei geringem War­ tungsaufwand, insbesondere ohne Filterwechsel infolge Druckver­ lustanstieg möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bei der neuen Vorrichtung ist der Einsatz eines Elektrofilters vor­ gesehen. Es ist prinzipiell bekannt, zur Abscheidung von Feinstpartikeln aus Gasströmen in der Raumlufttechnik Elektro­ filter einzusetzen, deren Abscheideprinzip darauf beruht, daß die im Gas enthaltenen, flüssigen oder festen Partikeln in ei­ nem elektrischen Feld zunächst aufgeladen und dann abgeschieden werden. Hierzu ist am Elektrofilter mindestens eine Sprühelek­ trode und eine Niederschlagselektrode vorgesehen. Bei bekannten Rohrelektrofiltern ist eine drahtförmige Sprühelektrode inner­ halb einer zylinderförmigen Niederschlagselektrode angeordnet, wobei die Aufladung und Abscheidung der Partikeln im gleichen elektrischen Feld erfolgen. Die im Bereich der Sprühelektrode aufgeladenen Partikeln werden an der Innenfläche der Nieder­ schlagselektrode abgeschieden. Derartige Elektrofilter können auch sehr feine Partikeln gut abscheiden, wobei der Druckver­ lust einerseits gering und vor allem während der Betriebsdauer nicht ansteigend ist. Hierdurch können der Wartungsaufwand und die Energiekosten gering gehalten werden. Ein gewisser Nachteil der bekannten Elektrofilter ist es, daß an der Sprühelektrode auch Gasionen gebildet werden, die insbesondere in Form von Ozon- und Stickoxiden auftreten. Die Ozon- und Stickoxidbildung kann jedoch bei positiver Polung der Sprühelektrode gering ge­ halten werden. Zur Abreinigung der Niederschlagselektroden ist es prinzipiell bekannt, einen Flüssigkeitsstrom an die Nieder­ schlagselektrode zu führen, der die hieran abgeschiedenen Par­ tikeln kontinuierlich entfernt. Ein derartiges Elektrofilter ist jedoch bei einem Fahrzeug nicht ohne weiteres einsetzbar, da die im Betrieb auftretenden Beschleunigungen die Strömung der Reinigungsflüssigkeit stört. Um dies zu vermeiden, sind bei der neuen Vorrichtung Mittel zum Erzeugen einer drallbehafteten Strömung einer an der Niederschlagselektrode entlangfließenden Reinigungsflüssigkeit vorgesehen. Eine derartige drallbehaftete Strömung wird von den im Betrieb des Fahrzeuges auftretenden Beschleunigungen nicht beeinträchtigt. Der wesentliche Vorteil der neuen Vorrichtung liegt darin, daß gegenüber den bekannten Filtern der Druckverlust an dem Elektrofilter sehr gering ist und über die Zeit im wesentlichen konstant ist. Hierdurch kön­ nen der Wartungsaufwand und die Energiekosten sehr gering ge­ halten werden. Auch können relativ kleine Gebläse zur Ansaugung des Rohgases eingesetzt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen aufgeführt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Niederschlagselektrode im wesentlich zylindrisch ausgebildet und die Sprühelektrode innerhalb der Niederschlagselektrode an­ geordnet. Eine drallbehaftete Strömung einer an der Nieder­ schlagselektrode entlangfließenden Reinigungsflüssigkeit wird dadurch erreicht, daß die Niederschlagselektrode drehbar gela­ gert ist und mit einem Drehantrieb versehen ist. Hierdurch wird ein Flüssigkeitsfilm erzeugt, der die an der Innenfläche der Niederschlagselektrode abgeschiedenen Partikeln entfernt und auch von hohen am Fahrzeug auftretenden Beschleunigungen nicht beeinträchtigt wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Reinigungsflüssigkeit in einem Kreislauf geführt ist, wobei im Kreislauf ein Flüssigkeitsfilter zur Abscheidung der in der Reinigungsflüssigkeit vorhandenen Partikeln angeordnet ist. Im Kreislauf ist weiterhin eine Pumpe angeordnet, die die Reini­ gungsflüssigkeit von einer Flüssigkeitsabführung am Elektro: filter zu einer Flüssigkeitszuführung am Elektrofilter führt. Das im Flüssigkeitsfilter für die Reinigungsflüssigkeit ange­ ordnete Filterelement besitzt eine sehr hohe Standzeit.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß im Bereich einer Flüssigkeitszuführung am Elektrofilter mindestens ein Leitteil angeordnet ist, das die Reinigungsflüssigkeit an die Innenfläche der Niederschlagselektrode führt. Dieses Leitteil kann so ausgebildet sein, daß zwischen dem Leitteil und der Niederschlagselektrode ein Ringspalt ausgebildet ist. Die an der Flüssigkeitszuführung einströmende Reinigungsflüssigkeit fließt somit in einem dünnen Film an der Innenfläche der Niederschlagselektrode ab, die mittels eines Drehantriebes in Rotation versetzt wird. Hierdurch entsteht ein besonders stabiler Flüssigkeitsfilm, der infolge der Schwerkraft in den Bereich der Flüssigkeitsabführung fließt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß im Bereich einer Flüssigkeitsabführung am Elektrofilter ein Auffangbehälter für die Reinigungsflüssigkeit angeordnet ist. Die im Auffangbehäl­ ter aufgefangene Reinigungsflüssigkeit wird mittels einer Pumpe über den Flüssigkeitsfilter zur Abscheidung der in der Reini­ gungsflüssigkeit suspendierten Partikeln zur Flüssigkeitszu­ führung geführt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß im Bereich der Flüssigkeitsabführung mindestens ein weiteres Leitteil zur Führung der Reinigungsflüssigkeit in den Auffangbehälter angeordnet ist.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß an einer Außenfläche der Niederschlagselektrode Halteteile angeordnet sind, an denen die Niederschlagselektrode drehbeweglich gelagert ist. Hierzu können ortsfest gelagerte Rollelemente vorgesehen sein, die an den Halteteilen angeordnet sind. Hierdurch wird erreicht, daß die Niederschlagselektrode einerseits relativ zur Fahrzeugkarosserie drehbeweglich gela­ gert ist und andererseits bezüglich ihrer Längsachse in beiden Richtungen fixiert ist.

Der Drehantrieb der Niederschlagselektrode kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß mindestens eines der Roll­ elemente mit einer Antriebseinheit verbunden ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß an der Außen­ fläche der Niederschlagselektrode ein mit einer Hochspannungs­ quelle verbundener Schleifkontakt angeordnet ist.

Um die Ozon- und Stickoxidbildung möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Sprühelektrode mit einem positiven Pol der Hochspannungsquelle und die Niederschlagselektrode mit einem negativen Pol der Hochspannungsquelle verbunden ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung und deren nachfolgender Beschreibung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 den Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung der Längsachse des Elektrofilters gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 ein Prinzipschema der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung (1) ist im Frontbereich eines Fahrzeuges angeordnet, von dem lediglich die Konturen ei­ ner Motorhaube (2) und einer Windschutzscheibe (3) dargestellt ist. Mit der Vorrichtung (1) soll ein Rohgasstrom (4), der sich aus einem Frischluftstrom (5) und einem aus dem Innenraum angesaugten Umluftstrom (6) zusammensetzt gefiltert werden, um dann wahlweise gekühlt oder beheizt und schließlich dem Innen­ raum des Fahrzeuges zugeführt zu werden. Der Frischluftstrom (5) wird über lamellenartige Schlitze (7) an der Motorhaube (2) angesaugt. An einem Wasserabscheider (8), der als Umlenkab­ scheider ausgebildet ist, wird der Frischluftstrom (5) ent­ feuchtet. Der Umluftstrom (6) wird aus dem Innenraum des Fahrzeuges abgesaugt und mit dem Frischluftstrom (5) vermischt.

Die Vorrichtung (1) besitzt einen Rohrelektrofilter (9) zur Ab­ scheidung der im Rohgasstrom (4) mitgeführten Feinstpartikeln. Der Rohrelektrofilter (9) hat eine Sprühelektrode (10), die im Zentrum einer zylinderförmigen Niederschlagselektrode (11) angeordnet ist. Über ein Gebläse (12), das auf der Reingasseite des Rohrelektrofilters (9) angeordnet ist, wird der Rohgasstrom (4) angesaugt. Die mit einer Hochspannungsquelle (13) verbun­ dene Sprühelektrode (10) bewirkt eine Aufladung der im Rohgas­ strom (4) mitgeführten Partikeln. Diese werden dann an der ent­ gegengesetzt geladenen Niederschlagselektrode (11) abgeschie­ den. Der Reingasstrom (14) tritt aus dem Rohrelektrofilter (9) aus und wird vor der Zuführung in den Innenraum des Fahrzeuges wahlweise gekühlt oder beheizt.

Die an der Innenfläche der Niederschlagselektrode (11) des Rohrelektrofilters (9) abgeschiedenen Partikeln werden mit ei­ ner Reinigungsflüssigkeit (15) entfernt, die im Bereich einer Rohgasseite (16) des Rohrelektrofilters (9) zugeführt wird und im Bereich einer Reingasseite (17) wieder abgezogen wird. Die Reinigungsflüssigkeit (15) wird in einem Kreislauf (18) ge­ führt.

Um einen gleichmäßig an der Innenfläche der Niederschlagselek­ trode (11) des Rohrelektrofilters (9) entlangfließenden Flüs­ sigkeitsfilm zu erzielen, ist die Niederschlagselektrode (11) drehbar gelagert und mit einem Drehantrieb versehen. Auch die am bewegten Fahrzeug auftretenden Beschleunigungen können somit die gleichmäßige Strömung der Reinigungsflüssigkeit (15) nicht stören.

Die Reinigungsflüssigkeit (15) wird in einem ringförmigen Auf­ fangbehälter (19) aufgefangen und einem im Kreislauf (18) ange­ ordneten Flüssigkeitsfilter (20) zugeführt. Die in der Reini­ gungsflüssigkeit (15) suspendierten Partikeln werden an einem Filterelement (21) des Flüssigkeitsfilters (20) abgeschieden. Eine ebenfalls im Kreislauf (18) angeordnete Pumpe (22) führt die Reinigungsflüssigkeit (15) wieder in den Bereich der Flüs­ sigkeitszuführung (42) an der Rohrgasseite (16).

Das Rohrelektrofilter (9) besitzt einen sehr geringen Druckver­ lust, der auch bei starken Staubanfall nicht wesentlich an­ steigt, wodurch gegenüber sogenannten Tiefenfiltern ein relativ schwach ausgelegtes Gebläse (12) zum Einsatz kommen kann. Das im Flüssigkeitsfilter (20) eingesetzte Filterelement (21) be­ sitzt eine relativ hohe Standzeit. Die Auswechslung kann im Rahmen der normalen Servicezyklen erfolgen.

Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, sind an der Außenseite der Niederschlagselektrode (11) des Rohrelektrofilters (9) ringförmig ausgebildete Halteteile (23, 24) angeordnet. Die Halteteile (23, 24) werden von Rollelementen (25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32) aufgenommen, die an karosseriefesten Lagerböcken (33, 34, 35, 36) drehbar gelagert sind. Die Anordnung der Rollelemente (25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32) erfolgt derart, daß die Niederschlags­ elektrode (11) in beiden Richtungen ihrer Längsachse fixiert ist. Das Rollelement (32) bildet zusammen mit einem Elektromo­ tor (37) den Drehantrieb (38) der Niederschlagselektrode (11). Im Bereich der Rohgasseite (16) des Rohrelektrofilters (9) ist ein Eintrittsstutzen (39) angeordnet, über den der Rohgasstrom (4) in das Innere des Rohrelektrofilters (9) geführt wird. Der Eintrittsstutzen (39) ragt teilweise in das Innere der Nieder­ schlagselektrode (11) ein. Im Endbereich (39 a) des Eintritts­ stutzens (39) ist an dessen Außenseite ein Leitteil (40) ange­ ordnet, das einen Reinigungsflüssigkeitsstrom (41), der über eine Flüssigkeitszuführung (42) zugeführt wird, an die Innen­ fläche der rotierenden Niederschlagselektrode (11) führt. An dem Leitteil (40) ist eine Umlenkung (43) vorgesehen, die mit der Niederschlagselektrode (11) einen Ringspalt (44) bildet. Durch die Rotation der Niederschlagselektrode (11) wird die Reinigungsflüssigkeit (15) als dünner Flüssigkeitsfilm (45) an der Innenfläche der Niederschlagselektrode (11) verteilt. Da der Flüssigkeitsfilm (45) infolge der Schwerkraft eine in Richtung der Reingasseite (17) des Rohrelektrofilters (9) weisende Komponente aufweist, werden die an der Innenfläche der Niederschlagselektrode (11) abgeschiedenen Partikeln in den Auffangbehälter (19) ausgetragen. Im Bereich der Reingasseite (17) des Rohrelektrofilters (9) ist ein weiteres Leitteil (46) angeordnet, das eine Umlenkung (47) besitzt. Die Umlenkung (47) bildet mit der Niederschlagselektrode (11) einen Ringspalt (48). Das weitere Leitteil (46) bewirkt eine gezielte Führung der Reinigungsflüssigkeit (15) in den Auffangsbehälter (19). Der mit den abgeschiedenen Partikeln beladene Reinigungs­ mittelstrom (41) wird über eine Flüssigkeitsabführung (49) aus dem Auffangbehälter (19) abgeführt.

Die Sprühelektrode (10) ist zwischen Isolatoren (50, 51) ver­ spannt, die im Bereich der Rohgasseite (16) und der Reingas­ seite (17) angeordnet sind. Die Befestigung der Isolatoren (50, 51) erfolgt an Tragteilen (52, 53), die einerseits an dem Ein­ trittsstutzen (39) und andererseits an dem Austrittsstutzen (54) befestigt sind. Die Tragteile (52, 53) sind so ausgeführt, daß der Gasstrom im wesentlichen ungehindert passieren kann.

Die Sprühelektrode (10) ist im Bereich des Isolators (50) über ein Hochspannungskabel (55) mit dem positiven Pol (56) der Hochspannungsquelle (13) verbunden. Der negative Pol (57) der Hochspannungsquelle (13) ist über ein weiteres Hochspannungs­ kabel (58) mit einem Schleifkontakt (59) verbunden. Dieser liegt leitend an der Außenseite der Niederschlagselektrode (11) an.

In der Raumlufttechnik kommt diese Polung des Rohrelektrofil­ ters (9) bevorzugt zum Einsatz, um die Ozon- und Stickoxidbil­ dung gering zu halten. Prinzipiell ist jedoch auch eine umge­ kehrte Polung möglich, insbesondere dann, wenn Maßnahmen zur Verringerung der Ozon- und Stickoxidbeladung getroffen werden.

Wie aus den Fig. 2 und 4 hervorgeht, ist auf der Reingasseite (17) des Rohrelektrofilters (9) nach dem Gebläse (12) ein Ver­ dampfer (60) zur Kühlung des Reingasstromes (14) vorgesehen. Anschließend wird der Reingasstrom (14) einem Heizkörper (61) zugeführt. Weiterhin kann ein in der Zeichnung nicht darge­ stellter Aktivkohlefilter vorgesehen sein. Über eine Verteilung (62) wird der Reingasstrom (14) in den Innenraum des Fahrzeuges geleitet.

Der Flüssigkeitsfilter (20) dient gleichzeitig als Vorratsbe­ hälter für die Reinigungsflüssigkeit (15).

Abschließend sei noch angeführt, daß die Strömungsrichtung des Gasstromes auch im Gegenstrom zur Reinigungsflüssigkeit erfol­ gen kann. Auch die Anordnung des Rohrelektrofilters im Fahrzeug kann prinzipiell auf andere Arten erfolgen. Die in Richtung des Auffangbehälters weisende Strömungskomponente der Reinigungs­ flüssigkeit kann - unabhängig von der Schwerkraft - auch mit an der Niederschlagselektrode vorgesehenen Mitteln zur Führung der Reinigungsflüssigkeit bewirkt werden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Filtern eines einem Innenraum eines Fahrzeuges zugeführten Luftstromes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrofilter (9) vorgesehen ist, das mindestens eine Sprühelektrode (10) und eine Niederschlagselektrode (11) be­ sitzt, der Mittel (38) zum Erzeugen einer drallbehafteten Strö­ mung einer an ihr entlangfließenden Reinigungsflüssigkeit (15) zugeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagselektrode (11) im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und die Sprühelektrode (10) innerhalb der Nie­ derschlagselektrode (11) angeordnet ist, wobei die Nieder­ schlagselektrode (11) drehbar gelagert ist und mit einem Dreh­ antrieb (38) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Reinigungsflüssigkeit (15) in einem Kreislauf (18) geführt ist, wobei im Kreislauf (18) ein Flüssigkeitsfil­ ter (20) zur Abscheidung der in der Reinigungsflüssigkeit (15) vorhandenen Partikeln angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich einer Flüssigkeitszuführung (42) am Elektrofilter (9) mindestens ein Leitteil (40) angeordnet ist, das die Reinigungsflüssigkeit (15) an die Innenfläche der Niederschlagselektrode (11) führt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Leitteil (40) und der Niederschlagselektrode (11) ein Ringspalt (44) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Flüssigkeitsabführung (49) am Elektrofilter (9) ein Auffangbehälter (19) für die Reini­ gungsflüssigkeit (15) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Flüssigkeitsabführung (49) mindestens ein weiteres Leitteil (46) zur Führung der Reinigungsflüssigkeit (15) in den Auffangbehälter (19) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Außenfläche der Niederschlagselek­ trode (11) Halteteile (23, 24) angeordnet sind, an denen die Niederschlagselektrode (11) drehbeweglich gelagert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteteile (23, 24) an ortsfest gelagerten Rollelemen­ ten (25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Rollelemente (25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32) mit einer Antriebseinheit (37) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenfläche der Niederschlagselek­ trode (11) ein mit einer Hochspannungsquelle (13) verbundener Schleifkontakt (59) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtförmige Sprühelektrode (10) zwi­ schen Isolatoren (50, 51) verspannt ist, die an ortsfesten Ein­ und Austrittsstutzen (39, 54) des Elektrofilters (9) befestigt sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektrode (10) mit einem positiven Pol (56) der Hochspannungsquelle und die Niederschlagselektrode (11) mit einem negativen Pol (57) der Hochspannungsquelle (13) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Reingasseite (17) des Elektro­ filters (9) Mittel (60) zum Kühlen eines aus dem Elektrofilter (9) ausströmenden Reingases (14) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Reingasseite (17) des Elektrofil­ ters (9) Mittel (61) zum Erwärmen des Reingases (14) angeordnet sind.