AT402560B - Vorrichtung zur erzeugung einer gerichteten strömung in luft - Google Patents

Description

AT 402 560 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung in Luft unter Ausnutzung des elektrischen Windes, wobei zur Bildung der Gasionen eine drahtförmige Entladungselektrode und nach Bedarf eine Hilfselektrode vorgesehen sind und der Entladungselektrode mindestens zwei parallel zueinander ausgerichtete, auf der der Hilfselektrode abgwandten Seite der Entladungselektrode und im gleichen Abstand von dieser Gegenelektroden angeordnet sind, deren der Entladungselektrode nächstgelegene Mantellinien parallel zur Entladungselektrode verlaufen und die Gegenelektroden, im Querschnitt gesehen, eine der Entladungselektrode zugekehrte konvexe Krümmung aufweisen und der Abstand zwischen den Entladungselektroden und den Gegenelektroden mindestens 50mm beträgt, wobei die Entladungselektroden und Gegenelektroden gegeneinander versetzt angeordnet und die Entladungselektroden in der Mittelebene zwischen zwei Gegenelektroden angeordnet sind.

Bei einer solchen, z.B. aus der WO 86/07 500 bekannten derartigen Vorrichtung sind die Gegenelektroden geerdet, sodaß die Entladungselektroden an einem positiven Potential liegen. Dabei sind die Gegenelektroden rohrförmig ausgebildet und umschließen die Elektrode.

Dadurch ergibt sich jedoch das Problem, daß, da nicht nur die Gegenelektroden geerdet sind, sondern auch die Umgebung derselben, wie z.B. ein das Gebläse umgebendes Gehäuse, die Feldlinien von den Entladungselektroden nicht ausschließlich zu den Gegenelektroden verlaufen, sondern sich auch in der Umgebung verteilen und diese aufgeladen wird. Abgesehen von dem dadurch verminderten Wirkungsgrad kommt es aufgrund der Entladungserscheinungen auch zu einer dadurch bedingten Geräuschentwicklung.

Aus der EP PS 0029421 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung eines gasförmigen Mediums unter Ausnutzung des elektrischen Windes bekannt, die eine drahtförmige Entladungselektrode und mindestens zwei parallel zueinander ausgerichtete, auf einer Seite der Entladungselektrode und im gleichen Abstand zu ihr befindliche Gegenelektroden angeordnet sind, deren jeweils nächstgelegene Kante sich parallel zur drahtförmigen Entladungselektrode erstreckt, wobei der Entladungsstrom zwischen 10-s A/cm2 und 10-' A/cm2 beträgt.

Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Lösung liegt in dem Umstand, daß die bekannte Vorrichtung bereits bei kleinen Geschwindigkeiten der Luft relativ große Mengen an Ozon erzeugt, die durch die Ansteuerung der Entladungselektrode mit negativ gepolter Hochspannung bedingt ist. Außerdem wird dabei nicht nur die Gegenelektrode durch die erzeugten Ionen negativ aufgeladen, sondern auch die Umgebung.

Bei dieser bekannten Lösung weisen die Gegenelektroden an der der Entladungselektrode zugewandten Seite scharfe Kanten auf, sodaß in diesem Bereich sehr hohe Feldstärken auftreten, die ebenfalls zu einer starken Ozonentwicklung beitragen.

Außerdem ist im bekannten Falle ein mehrstufiger Aufbau des Gebläses vorgesehen, wobei in jeder einzelnen Stufe Ozon produziert wird.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet und bei der die Erzeugung von Ozon minimiert ist.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß die Entladungselektroden im wesentlichen auf Erdpotential liegen und die Gegenelektroden auf einem negativen Potential von mindestens 30kV und die den Entladungselektroden zugekehrte konvexe Krümmung der Gegenelektroden einen Radius von mindestens 2mm, vorzugsweise von mindestens 4mm aufweist.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird sichergestellt, daß eine Aufladung der Umgebung, z.B. eines die Elektrodenanordnung umgebenden Gehäuses, unterbleibt, da lediglich die Gegenelektroden auf einem vom Erdpotential unterschiedlichen Hochspannungspotential liegen. Dadurch ergibt sich auch ein entsprechend hoher Wirkungsgrad. Außerdem wird durch den angegebenen Krümmungsradius der Gegenelektroden in den den Entladungselektroden zugekehrten Bereichen sichergestellt, daß die Feldstärke keine extremen Werte erreicht, bei denen es zu einer stärkeren Ozonbildung kommt.

Dabei bedingt der hohe Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Gebläses ebenfalls eine entsprechende Reduzierung der Ozonbildung. So kann das erfindungsgemäße Gebläse mit 1Wh etwa 10m3 mit einer Geschwindigkeit von 2msec_1 bis 100m3 mit einer Geschwindigkeit von 0,5msec_1 bewegen. Dies bedeutet gegenüber dem Wirkungsgrad der Vorrichtung nach der EP-B1-29 421 eine Verbesserung des Wirkungsgrades um das ca. 10-fache.

Die Gegenelektroden weisen vorteilhafterweise zumindest an der der Entladungselektrode zugewandten Seite eine Nickelbeschichtung, Chrombeschichtung oder eine Chrom-Nickel Beschichtung auf. Weiters können die Gegenelektroden zumindest an ihrer der Entladungselektrode zugewandten Seite aus einer korrosionsfesten Legierung mit mindestens einem Hauptbestandteil aus den Elementen Ni, Cr, Co, Ta, W oder Zr hergestellt sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gegenelektroden ein symmetrisches Flügelprofil aufweisen, deren konvex gekrümmte Vorderkante den Entladungselektroden 2

AT 402 560 B zugekehrt ist, wodurch sich der Vorteil einer sehr strömungsgünstigen Führung der Luft im Bereich des Gebläses ergibt.

Dabei ist es im Hinblick auf eine Minimierung der Flächen der spannungsführenden Teile vorteilhaft, wenn die Gegenelektroden aus einem mit einer elektrisch leitenden Beschichtung oder einen Metallteil, z.B. einer Stahlfolie abschnittweise versehenen Träger aus einem elektrisch isolierenden Material, wie z.B. Kunststoff oder Keramik hergestellt sind, wobei die elektrisch leitende Beschichtung oder der Metallteil im den Entladungselektroden zugekehrten Bereichen angeordnet ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehens ein, daß zwischen je zwei ein Flügelprofil aufweisenden Gegenelektroden eine parallel zu deren die Vorderkante und die Hinterkante verbindenden Mittelebene ihres Querschnittes verlaufende elektrisch leitende Platte angeordnet ist, die mit einem Potential verbunden ist, das gegenüber jenem, an dem die Gegenelektroden liegen, unterschiedlich ist. Dadurch ist eine sehr weitgehende Abscheidung von Aerosolen aus der das Gebläse durchströmenden Luft im Bereich der Gegenelektroden möglich.

Um die Ausströmrichtung der Luft aus dem Gebläse variieren zu können, ohne dazu mechanische Leiteinrichtungen vorsehen zu müssen, kann vorgesehen sein, daß mindestens zwei nebeneinanderliegende Gruppen von Gegenelektroden an verschiedenen Hochspannungsquellen liegen, die ihre Spannung gegeneinander unterschiedlich in einem Zeitmaß von Sekunden bis Minuten verändern. Fürden Betrieb der Vorrichtung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die an den Gegenelektroden anliegende Hochspannung sehr deutliche, mindestens 10% ihres absoluten Wertes betragende hochfrequente Wechselstromanteile aufweist.

Eine weitere Verbesserung der Führung des Luftstromes durch das Gebläse ergibt sich, wenn daß die Hilfs- und die Entladungselektroden zu einem symmetrischen Flügelprofil zusammengefaßt sind, wobei die scharfen Hinterkanten den Gegenelektroden zugekehrt sind.

Weiters kann vorgesehen sein, daß die an den Entladungselektroden und den Hilfselektroden anliegende Spannung in Abhängigkeit von den Signalen eines Temperatur- oder Staubsensors geregelt ist, um eine Steuerung des Gebläses in Abhängigkeit von bestimmten Parametern zu ermöglichen.

Um eine gleichmäßige Verteilung der Ladung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn daß die Gegenelektroden in den von den Entladungselektroden abgekehrten Bereichen eine elektrisch leitende Kante aufweisen.

Um eine lange Lebensdauer der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn die längenspezifische Leistung der Entladungselektrode maximal 30 Watt pro Meter, vorzugsweise maximal 10 Watt pro Meter freien Elektrodendraht oder scharfe Elektrodenklinge beträgt.

Weiers kann vorgesehen sein, daß die flügelförmigen Entladungselektroden und die dazugehörenden flügelförmigen Gegenelektroden gekrümmt angeordnet und die abströmende Luft aus der konkaven Seite dieser Anordnung austritt.

Dadurch ergibt sich der Vorteil einer besonders günstigen Führung der Strömung der Luft durch das Gebläse, wobei der Krümmungsradius der Anordnung der Gegenelektroden so gewählt werden kann, daß sich in ihrem Querschnitt gleichbleibende Kanäle zwischen den Gegenelektroden oder den diese aufnehmenden Trägern ergeben, auch wenn die Gegenelektroden einen einem symmetrischen Flügelprofil entsprechenden Querschnitt aufweisen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Fig. 1 ein Diagramm verschiedener Parameter eines erfindungsgemäßen Gebläses und von mechanischen Gebläsen, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Konfigurationen von Entladungselektroden, Hilfselektroden und Gegenelektroden, Fig. 3 eine weitere Ausbildung eines erfindungsgemäßen gaselektronischen Gebläses, Fig. 4 eine Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform einer Entladungselektrode und einer Gegenelektrode, Fig. 5 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Elektrodenanordnung mit einer Entladungselektrode, einer Hilfselektrode und einer Gegenelektrode, Fig. 6 ein gaselektronisches Gebläse mit elektronisch gesteuertem Wechsel der Ausblasrichtung, Fig. 7 ein gaselektronisches Gebläse, in das ein Elektrofilter integriert ist, Fig. 8 ein gaselektronisches Gebläse mit integriertem Elektrofilter, Fig. 9 ein gaselektronisches Gebläse mit Sicherheitsschaltung und Fig. 10 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gebläses.

Die Fig. 1 zeigt eine Gegenüberstellung von Leistungsdaten eines erfindungsgemäßen Gebläses und mechanischen Gebläsen.

Dabei ist der Luftvolumenstrom v in [m3/h] auf der linken Ordinate bzw. die spezifische Gebläsearbeit in [Ws/m3] auf der rechten Ordinate und die Gebläsegeschwindigkeit in [msec-1] auf der Abszisse aufgetragenen. Man sieht, daß für Geschwindigkeiten unter 2msec-1 das erfindungsgemäße gaselektronische Gebläse einem mechanischen Gebläse überlegen ist. 3

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Fig. 2 zeigt die mit einem erfindungsemäßen gaselektronischen Gebläse ezielten Ozonwerte als Funktion der Gebläsegeschwindigkeit. Um diese geringen Werte, die an der Nachweisgrenze moderner Meßgeräte liegen, zu evaluieren, muß man sie mit der maximal erlaubten Arbeitsplatzkonzentration von 100ppb in Beziehung setzen.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gebläses mit drahtförmigen Entladungselektroden 1, die von Hilfselektroden 2 gegen mechanische Beschädigung geschützt sind. Die Drahtstärke beträgt 100um, der Durchmesser der Hilfselektroden 5mm. Jeder Entladungselektrode liegen zwei parallele und gleich weit entfernte Gegenelektroden 3 gegenüber. Weiters teilt sich jede Entladungselektrode 1 ihre beiden Gegenelektroden 3 mit je einer Nachbarin. Die Entladungselektroden und deren Hilfselektroden liegen auf Erdpotential, wogegen die Gegenelektroden auf minus 50kV liegen.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform des gaselektronischen Gebläses, bei der Entladungsdrähte und Hilfselektroden durch scharfe Schneiden 4 ersetzt sind, die zu den Gegenelektroden 3 gerichtet sind. Die Gegenelektroden 3 sind an ihren engsten zueinander liegenden Seiten in zwei zueinander parallelen Platten 5 fortgesetzt, sodaß die bewegte Luft sich in diesen Kanälen ohne Turbulenz fortbewegt. Zwei nebeneinander liegende Einheiten von Entladungselektroden und ihren zwei Gegenelektroden sind nun um ihre gemeinsame Gegenelektrode 3a so gegeneinander verdreht, daß die zu zwei benachbarten Entiadungselektroden gehörenden aber an einer Gegenelektrode ansetzenden Platte 5 und 5a sich zu einem stilisierten Flügel 6 vereinigen, durch diese erfindungsgemäße Anordnung tritt nicht nur eine Fokussierung der Luftströmung auf, sondern die Luftwirbel hinter den Gegenelektroden werden vermieden, da diese Rückseiten strömungstechnisch nicht vorhanden sind.

Fig.5 zeigt Auf- und Grundriß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der messerförmigen Entla-dungdelektrode 4 mit ihrer scharfen Schneide 7, die sich an Ende der Gegenelektrode 3 von ihr zurückzieht wobei die Schneide verschwindet.

Fig.6 zeigt einen Flügel 6 aus Kunststoff mit metallbeschichteter, der Entladungselektrode 1 zugewandter Seite 3 und eine ebenfalls metallbeschichtete Kante 8 an der abgewandten Seite. Die Hilfselektrode 2 trägt nicht nur die drahtförmige Entladungselektrode 1 sondern greift in einem Bogen um den Hochspannung führenden Teil 3 der flügelförmigen Gegenelektrode 6.

Fig.7 zeigt die erfindungsgemäße Ausführungsform mit zwei nebeneinander liegenden Gruppen von flügelförmigen Gegenelektroden 6 und entsprechenden messerförmigen Entladungselektroden, die von zwei verschiedenen Hochspannungseinheiten angesteuert werden. Ändern diese unabhängig voneinander und mit unterschiedlicher zeitlicher Abfolge ihre Spannungswerte, so gibt die jeweils dominierende Gebläseseite die Strömungsrichtung an. Damit kann die Strömungsrichtung des Gebläses erfindungsgemäß ohne bewegte Teile verändert werden. Man sieht an einem Flügel beispielhaft das eingeklemmte Metallblech 3 der Gegenelektrode und zwei verschiedene Ausführungsformen einer metallenen Flügelkante 8.

Fig.8 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit in das Gebläse integrierten Elektrofilter. Zu diesem Zweck werden nur die flügelförmigen Gegenelektroden 6 verlängert und zwischen ihnen die auf unterschiedlichem Potential befindlichen Abscheideplatten 9 angeordnet. Durch die langen lonenwege von der Entladungselektrode 4 zur Gegenelektrode 6 ergibt sich eine hohe spezifische Aufladung der Aerosole, die im Feld zwischen Abscheideplatte und flügelförmiger Gegenelektrode mit hohem Wirkungsgrad abgeschieden werden.

Fig.9 zeigt eine Sicherheitsschaltung, die das Betreiben des Gebläses ohne Berührungsschutz erlaubt. Da das Gebläse für Anwendungen im Haushaltsbereich kaum mehr als 200 U.A Strom benötigt, läßt sich der Innenwiderstand der Hochspannungsquelle so bemessen, daß die Hochspannung berührungssicher ist. Trotzdem erlaubt die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung bereits eine Abschaltung der Hochspannung 10, bevor die Hand einen Hochspannung führenden Teil erreicht hat. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Verbindung Hochspannungsquelle 10 - Entladungselektrode 1 mit einer Brückenschaltung Ri, R2, Ra, R* durchgeführt wird, deren erster Mittelpunkt Mi auf Erde liegt, während der entsprechende zweite Mittelpunkt M2 einem Verstärker V zugeführt wird.

Diese Anordnung hat eine Reihe erfindungsgemäßer Vorteile. Die Brückenschaltung ist so empfindlich, daß bereits der Polarisationsstrom angezeigt wird, der bei der Annäherung einer Hand an die Gegenelektrode 3 auftritt. Erst recht mißt er bei Annäherung kapazitätsarmer Gegenstände den lonenstrom, der dann aus der Gegenelektrode 3 gezogen wird oder auch jenen Strom der fehlt, wenn ein Teil des Entladungsstromes von der Entladungdelektrode 1 zur Gegenelektrode 3 abgezweigt wird.

Fig.10 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausbildung des gaselektronischen Gebläses zu einen Elektrofilter. Die drahtförmigen Entladungselektroden 1 sind zwischen zwei Träger 12 gespannt, die auch die Hilfselektroden 2 halten.

Die Gegenelektroden 3 werden zusammen mit den Filterplatten 9 und den auf gleichen Potential wie die Gegenelektroden 3 befindlichen Feldplatten 11 durch weitere seitlich angeordnete Träger 12 gehalten 4

Claims (11)

1. AT 402 560 B und mit Hilfe zweier vorgeformter Kunststoffplatten 13 zu einer Kasette zusammengefaßt, die aus dem Gesamtgerät entfernt und in einer Geschirrspülmaschine gereinigt werden kann. Vorzugsweise ist die Hochspannungskaskade 14 in einer vorgeformtem Mulde in einer der Kunststoffplatten 13 mit einem Deckel 15 vergossen, in dem die Anschlußkontakte 16 zum Hochspannungstransformator untergebracht sind. Die Vergußmasse 17 ist auf die Temperaturbelastung durch den Waschvorgang ausgelegt. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausführung besteht in der einfachen Zuführung der Hochspannung zu den Gegenelektroden 3, den Filterplatten 9 und den Feldplatten 11 einerseits und andererseits vermeidet man die Verkabelung des Gesamtgerätes mit Hochspannungskabeln, wodurch auch Leckage und Kontamination des Gerätes mit freien Ladungen vermieden wird. Zu diesem Zweck werden die entsprechenden Träger 12 in die vorgeformte Mulde geführt, mit Lötösen 18 versehen und verschraubt. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung in Luft unter Ausnutzung des elektrischen Windes, wobei zur Bildung der Gasionen eine drahtförmige Entladungselektrode und nach Bedarf eine Hilfselektrode vorgesehen sind und der Entladungselektrode mindestens zwei parallel zueinander ausgerichtete, auf der der Hilfselektrode abgwandten Seite der Entladungselektrode und im gleichen Abstand von dieser Gegenelektroden angeordnet sind, deren der Entladungselektrode nächstgelegene Mantellinien parallel zur Entladungselektrode verlaufen und die Gegenelektroden, im Querschnitt gesehen, eine der Entladungselektrode zugekehrte konvexe Krümmung aufweisen und der Abstand zwischen den Entladungselektroden (1) und den Gegenelektroden (3) mindestens 50mm beträgt, wobei die Entladungselektroden (1) und Gegenelektroden (3) gegeneinander versetzt angeordnet und die Entladungselektroden (1) in der Mittelebene zwischen zwei Gegenelektroden (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungselektroden (1) im wesentlichen auf Erdpotential liegen und die Gegenelektroden(3) auf einem negativen Potential von mindestens 30kV und die den Entladungselektroden (1) zugekehrte konvexe Krümmung der Gegenelektroden einen Radius von mindestens 2mm, vorzugsweise von mindestens 4mm aufweist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektroden (3) ein symmetrisches Flügelprofil aufweisen, deren konvex gekrümmte Vorderkante (6) den Entladungselektroden (1) zugekehrt ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei ein Flügelprofil aufweisenden Gegenelektroden (3) eine parallel zu deren die Vorderkante (6) und die Hinterkante verbindenden Mittelebene ihres Querschnittes verlaufende elektrisch leitende Platte (9) angeordnet ist, die mit einem Potential verbunden ist, das gegenüber jenem, an dem die Gegenelektroden (3) liegen, unterschiedlich ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei nebeneinanderliegende Gruppen von Gegenelektroden (83) an verschiedenen Hochspannungsquellen liegen, die ihre Spannung gegeneinander unterschiedlich in einem Zeitmaß von Sekunden bis Minuten verändern.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die an den Gegenelektroden (3) anliegende Hochspannung sehr deutliche, mindestens 10 % ihres absoluten Wertes betragende hochfrequente Wechselstromanteile aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs- und die Entladungselektroden (2, 3) zu einem symmetrischen Flügelprofil (4) zusammengefaßt sind, wobei die scharfen Hinterkanten den Gegenelektroden (3) zugekehrt sind.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Entladungselektroden (1) und den Hilfselektroden (2) anliegende Spannung in Abhängigkeit von den Signalen eines Temperatur- oder Staubsensors geregelt ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektroden aus einem mit einer elektrisch leitenden Beschichtung oder einen Metallteil, z.B. einer Stahlfolie abschnittweise 5 AT 402 560 B versehenen Träger aus einem elektrisch isolierenden Material, wie z.B. Kunststoff oder Keramik hergestellt sind, wobei die elektrisch leitende Beschichtung oder der Metallteil im den Entladungselektroden zugekehrten Bereichen angeordnet ist.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektroden (3) in den von den Entladungselektroden abgekehrten Bereichen eine elektrisch leitende Kante aufweisen.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die längenspezifische Leistung der Entladungselektrode (1) maximal 30 Watt pro Meter, vorzugsweise maximal 10 Watt pro Meter freien Elektrodendraht oder scharfe Elektrodenklinge beträgt.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die flügelförmigen Entladungselektroden (3) und die dazugehörenden flügelförmigen Gegenelektroden gekrümmt angeordnet und die abströmende Luft aus der konkaven Seite dieser Anordnung austritt. Hiezu 10 Blatt Zeichnungen 6