AT505048A1

AT505048A1 - Fenster

Info

Publication number: AT505048A1
Application number: AT0045807A
Authority: AT
Inventors: Reinhard Mag Dipl Ing Dr Posch
Original assignee: Reinhard Mag Dipl Ing Dr Posch
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2008-10-15

Description

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Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind e

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein mindestens zweifach verglastes Fenster, welches in einer beliebigen Weise erwärmt oder gekühlt wird gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die energieeffiziente Beheizung und Kühlung von bewohnten Räumen wird vor dem Hintergrund des Klimawandels, und des notwendigen sorgsamen Umganges mit wertvollen Energieträgern, immer wichtiger.

Herkömmliche Systeme zur Beheizung und Kühlung besitzen in der Regel zwei Nachteile: o Sie sind im Falle von Klimaanlagen mit starken Luftströmungen in den Räumen verbunden, welche für den Menschen unangenehm sind und zahlreiche Beschwerden und Erkrankungen hervorrufen. o Es wird üblicherweise die Raumluft erwärmt oder gekühlt. Für das subjektive Wohlbefinden sind jedoch trotz Heizung oder Klimatisierung vorhandene, kalte oder sehr warme Oberflächen störend. Der Aufenthalt auf einem kalten Fußboden, in der Nähe eines kalten Fensters oder neben einem von der Sonne aufgeheizten Fenster wird als unangenehm empfunden. Es entsteht das Gefühl als ob diese Flächen Hitze oder Kälte „ausstrahlen“. Auf den Einfluss dieser besonders warmen oder kalten Flächen reagiert der Mensch in der Regel dadurch, dass die Raumtemperatur durch Verstellen des Thermostats stärker reguliert wird. Es wird mehr geheizt oder stärker gekühlt als eigentlich notwendig wäre. Die Raumtemperaturen liegen über beziehungsweise unter den Temperaturen die für das Wohlbefinden an und für sich ausreichend wären. Dadurch steigt der Energiebedarf. Gleichzeitig entstehen innerhalb des Raumes verhältnismäßig hohe Temperaturgradlenten, welche als Zugluft unangenehm wahrgenommen werden.

Die kältesten, oder durch Sonneneinstrahlung am meisten aufgeheizten Flächen, in einem Raum sind in der Regel die Fenster. Der größte Wärmeverlust erfolgt in modernen, isolierten Gebäuden durch die Fenster. Moderne Wohnraumarchitektur tendiert zu immer größeren Fensterflächen. Bürobauten und Gebäude mit speziellem Verwendungszweck wie Einkaufszentren, öffentliche Gebäude, Hallenbäder, Wintergärten, Gewächshäuser etc haben ohnedies schon seit Jahrzehnten teilweise sehr großflächige Verglasungen. 1 t ·· ·· • · · • ·; • · · • · · ·· ·· ···· ·♦·· • • • • # ·«· • 0 • • · ·· • ···

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind

Es wird daher seit längerem vorgeschlagen, Fenster direkt zu heizen oder zu kühlen. Dadurch wird ein besseres Raumklima geschaffen und es wird Energie eingespart. Ein Fenster welches auf Raumtemperatur erwärmt oder gekühlt wird, besitzt gegenüber dem Innenraum einen Wärmedurchgangskoeffizienten oder U-Wert von 0, da es aufgrund des nicht vorhandenen Temperaturgradienten zwischen der Raumluft und der dem Innenraum zugewandten Fensteroberfläche zu keinem Wärmestrom kommen kann. Besonders in Räumen mit großen Fensterflächen entsteht dadurch ein Raumklima, welches als entscheidend angenehmer empfunden wird, als wenn die Raumluft zentral erwärmt oder gekühlt wird und die Fensteroberfläche eine Temperatur aufweist, die sich stark von der Raumtemperatur unterscheidet.

Beheizbare und kühlbare Fenster sind bekannt und Stand der Technik. In der Regel handelt es sich dabei um Isolierfenster mit mehreren parallel angeordneten Glasscheiben, zwischen denen sich ein Vakuum oder ein Gas wie zum Beispiel Luft oder ein Edelgas befindet. Dabei wird entweder der Fensterrahmen beheizt oder gekühlt, oder mit Hilfe eines Wärmeübertragers direkt das Gas zwischen den Glasscheiben erwärmt beziehungsweise gekühlt (zum Beispiel Patente DE 31 04 538 A1, DE 40 24 143 A1, US 3 590 913).

Da die Fensterfläche optisch frei bleiben soll, sind die Möglichkeiten zur Anordnung des Wärmeübertragers meistens auf den Bereich im Rahmen oder auf die unmittelbare Nähe des Rahmens beschränkt. Aufgrund der in der Regel hohen Wärmedämmung des verwendeten Füllgases ergibt sich durch diese Anordnungsgeometrie eine sehr ungünstige Temperaturverteilung über die Fensterfläche. Der beheizte, beziehungsweise gekühlte Bereich beschränkt sich auf die Nähe des Rahmens, wohingegen in der Mitte des Fensters, je nach Außentemperatur, unerwünscht niedrige oder hohe Temperaturen bestehen bleiben. Die aufgrund der Temperaturgradienten automatisch einsetzende natürliche Konvektion ist in der Regel nicht ausreichend um eine gute Durchmischung des zwischen den Glasscheiben eingeschlossenen Gasvolumens zu gewährleisten. Dadurch kann nicht genug Wärme zwischen dem zentralen Bereich des Fensters und den beheizten oder gekühlten Randbereichen transportiert werden. Die Beheizung oder Kühlung des Fensters bleibt also ineffizient.

Bei den bisher vorgeschlagenen Fensterheizung- und -kühlsystemen ist daher anzunehmen, dass sich die Bereiche in denen sich eine gute Erwärmung und Kühlung der Fensterscheiben erreichen lässt auf den Rand der Scheibe beschränken, wohingegen zu den zentralen Bereichen der Scheibe hin starke Temperaturgradienten auftreten werden. Will man daher auch den zentralen Bereich der Fensterfläche auf einer bestimmen Temperatur halten, dann ist das ohne zusätzliche Maßnahmen nur möglich wenn die Randbereiche stärker erwärmt oder gekühlt werden. Nur dann kann trotz des vorhandenen Temperaturgradienten die gewünschte Temperatur im Zentrum der Fensterfläche erreicht werden. Dieses zusätzlich notwendige stärkere Heizen oder Kühlen erhöht jedoch den Energiebedarf und vermindert den Wirkungsgrad der Anlage. 2 ·· ·· ··· • · • · • I • · • ··«· • · ··· • ··

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind

Die einzigen Typen von Fenstern, welche die oben beschriebenen Nachteile umgehen, sind solche bei denen die Glasscheibe selbst großflächig beheizt wird, indem zum Beispiel eine elektrisch leitende Schicht auf die Glasfläche aufgetragen wird über welche elektrischer Strom fließt. Durch den hohen Widerstand der leitenden Schicht kommt es zu einer Erwärmung der gesamten Glasfläche. Diese an und für sich elegante Methode hat jedoch den Nachteil, dass elektrische Energie eine sehr hochwertige Energieform darstellt, deren Einsatz für Heizzwecke ineffizient ist. Unter Berücksichtigung der primären Energieverluste bei der Elektrizitätsproduktion in Kraftwerken, weisen rein elektrische Heizungen sehr schlechte thermische Gesamtwirkungsgrade auf. Daher kann ein breiter Einsatz zur Beheizung von Gebäuden nicht wünschenswert sein. Zusätzlich kann mit dieser Methode des elektrischen Heizens keine Kühlung des Fensters erreicht werden.

Bei dem energetisch günstigeren Fenstertyp, bei dem das zwischen den Glasscheiben eingeschlossene Gas durch einen Wärmeübertrager erwärmt oder gekühlt wird, wurden Methoden vorgeschlagen, mit denen die Konvektion und Strömung zwischen den Glasscheiben erzwungenermaßen erhöht und damit die Temperaturverteilung über die Fensterfläche verbessert wird. Dabei kommen mechanische Vorrichtungen wie zum Beispiel Propeller oder mechanische Gebläse zum Einsatz (zum Beispiel Patentnummer OE 304 821)

Damit sind jedoch folgende Nachteile verbunden: • Mechanische Gebläse brauchen verhältnismäßig viel Energie um die Luft zu transportieren. • Sie bestehen aus mechanischen und elektrischen Komponenten, sind reparaturanfällig und daher in Anschaffung und Betrieb relativ teuer. • Wenn Gebläse zwischen den Glasscheiben eingebaut sind, und der Rahmen luftdicht konstruiert ist, dann können diese Gebläse überhaupt nicht gewartet oder ausgetauscht werden. • Zur Lösung dieses Problems wurden magnetisch gekoppelte Antriebe vorgeschlagen, bei denen sich im Inneren des Fensters lediglich der - weitgehend wartungsfreie -mechanische Propeller-Teil befindet und sich das elektrische Antriebssystem außerhalb der Glasscheiben befindet. Der Nachteil dieser Lösung ist jedoch, dass die elektrische Abwärme des Antriebs nicht zur Beheizung des Fensters genutzt werden kann. • Aufgrund der üblicherweise geringen Abstände zwischen den Glasscheiben ist es nicht einfach, geeignete mechanische Gebläse zu konstruieren welche zwischen den Scheiben Platz finden. Gebläse mit großer Leistung, aber kleinen Abmessungen werden in der Regel nur eine stark konzentrierte Strömung erzeugen können welche rasch turbulent wird. 3

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind • Ein wichtiger Grund der gegen den Einsatz mechanischer Gebläse spricht, ist auch die damit verbundene Lärmbelastung. Die großen Fensterflächen stellen Resonanzkörper dar, wodurch eine gute Schalldämmung schwer zu erreichen ist. In Räumen mit mehren Fenstern kann die Geräuschbelastung bei der Verwendung mechanischer Gebläse rasch inakzeptabel werden. Der Einsatz in Wohnräumen oder Büros ist dann nicht vorstellbar.

Das Problem eines effizienten Wärmetransportes über die gesamte Fensterfläche bleibt daher ungelöst. Annahmegemäß ist das der Grund, warum temperierte Fenster bisher so gut wie keine Verbreitung gefunden haben, obwohl damit signifikante Vorteile verbunden wären.

Zweck der Erfindung:

Zweck der vorgeschlagenen Erfindung ist es, Probleme zu lösen welche auftreten, wenn bei einem Fenster Temperaturgradienten parallel zu den Scheiben vorhanden sind. Erfindungsgemäß wird durch lonenwind eine ausreichende Gasströmung innerhalb eines von mindestens zwei Fensterscheiben eingeschlossenen Gasvolumens erzeugt. Dadurch wird eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte Fensterfläche erreicht. Das lonenwindgebläse kommt ohne mechanischen Antrieb aus, ist geräuschfrei, hat einen geringen Energiebedarf und ermöglicht die Erzeugung großflächiger, laminarer Strömungen.

Ein lonenwindgebläse bietet folgende Vorteile: • Sie erzeugt im Vergleich zu mechanischen Gebläsen eine gleichmäßigere und laminare Strömung. • Sie arbeitet völlig geräuschlos. • Sie kommt mit wenigen Watt elektrischer Leistung aus. • Es werden keinerlei mechanisch bewegte oder beanspruchte Teile verwendet. • Das lonenwindgebläse kann in ein luftdicht abgeschlossenes Isolierfenster integriert werden. • Durch die von der vorhandenen Fenstergeometrie nahe gelegten Elektrodenanordnungen gestatten die Erzeugung einer großflächigen Strömung welche für die Beheizung von großen Fensterflächen günstig ist. • Durch die Anordnung und Formgebung der Elektroden kann die Strömungsrichtung innerhalb der Fensterscheiben vorgegeben werden.

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind

Die Anwendung von lonenwind zur gleichmäßigen, geräuschlosen Kühlung ist bekannt und Stand der Technik. Weite Verbreitung hat diese Technik in Kopiergeräten gefunden (Patent DE 3409999 A1). Neuerdings wird lonenwind auch zur Kühlung von elektronischen Halbleiterbauteilen verwendet. Daneben hat die Erzeugung von lonenwind auch in Luftionisatoren, durch welche Raumluft gereinigt und ionisiert wird eine gewisse Verbreitung gefunden (zum Beispiel Patente DE 19920317 A1, DE 19920667 A1, Gebrauchsmuster DE 20211671 U1).

Die spezielle Verwendung von lonenwind zur Erzeugung einer Gasströmung im Inneren von mehrfach verglasten Fenstern zum Zwecke der effizienten Heizung und Kühlung der Fensterflächen ist jedoch neu und wird erfindungsgemäß erstmals vorgeschlagen. Der lonenwind wird dabei durch eine elektrische Entladung erzeugt. Dabei handelt es sich entweder um eine Koronaentladung oder um eine Sprühentladung, da bei atmosphärischen Gasdrücken nur diese in der Lage sind, ausreichende lonenkonzentrationen zu erzeugen. Die begriffliche Abgrenzung zwischen diesen beiden Entladungsformen ist nicht immer ganz klar. Daher wird die Entladung im Folgenden verallgemeinert als Koronaentladung bezeichnet, und es gilt als verstanden, dass von diesem Begriff auch eine Sprühentladung umfasst ist.

Es wird im Detail beschrieben, wie durch geeignete Anordnung der für die elektrische Entladung notwendigen Elektroden ein möglichst starker Gasstrom erzeugt werden kann, wobei die dazu nötige elektrische Energie gering gehalten werden kann. Dabei wird vorhandenes Wissen Ober den vorteilhaften Bau von lonengebläsen angewandt (Patent DD 249 130 A5).

Das Wesen der Erfindung ist daher die neuartige Kombination zweier bekannter Technologien.

Wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist es, im Rahmen der von der Geometrie eines üblichen Fensters vorgegebenen konstruktiven Bedingungen, vorteilhafte Elektrodenanordnungen zur Erzeugung der elektrischen Entladung und eines möglichst starken lonenwinds zu realisieren.

Die Erfindung beinhaltet darüber hinaus Vorschläge die vorhandenen Eigenschaften eines beheizten oder gekühlten Fensters zu nutzen, um besonders einfache und elegante Elektrodenanordnungen zu realisieren, welche in der Herstellung kostengünstig sind und bei denen die Durchsicht durch die Fensterfläche so wenig wie möglich beeinträchtigt wird. Die Erfindung zeigt konstruktive Lösungen auf, bei denen die Elektroden von einem unkundigen Betrachter kaum wahrgenommen werden.

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind

Das Fenster muss mindestens zwei parallele Scheiben aufweisen. Vorteilhafterweise wird es jedoch mindestens drei Scheiben aufweisen. Die beiden äußeren Scheiben bilden ein Isolierfenster und dieses wird nach dem jeweiligen Stand der Technik so gestaltet sein, dass es einen möglichst gute Wärmedämmung und einen möglichst niedrigen Wärmedurchgangskoeffizienten oder U-Wert aufweist. Es kann evakuiert oder mit einem Gas befüllt sein, welches vorteilhafte Leiteigenschaften für Wärme oder Schall besitzt. Die Glasscheiben können auch beschichtet sein, zum Beispiel durch isolierende Materialien oder Metallschichten.

Der prinzipielle Aufbau ist in Fig. 3 wiedergegeben.

Die dem Innenraum zugewandte Scheibe bildet mit einer zweiten, parallel dazu angeordneten Scheibe das eigentliche, beheizbare Fenster, und wird im Folgenden als innere Kammer bezeichnet. Dieses Fenster kann prinzipiell so gestaltet sein, dass der Rahmen Öffnungen enthält welche den Luftein- und austritt ermöglichen. Es kann direkt erwärmtes oder gekühltes Gas in die innere Kammer geleitet werden. Auch in diesem Fall kann mittels lonenwind die Strömung des Gases in der inneren Kammer beeinflusst und das Strömungsverhalten verbessert werden.

In den meisten Fällen werden jedoch alle Glasscheiben seitlich von einem luftdichten Rahmen umgeben sein. In diesem Fall ist der Luftaustausch zwischen innerer Kammer und der Umgebungsluft vollständig unterbunden. Dadurch stellen die bei der Erzeugung des lonenwindes entstehenden Ionen und sonstigen Stoffe wie zum Beispiel Ozon oder NOx kein Problem dar, da sie nicht in die Raumluft oder Außenluft gelangen können.

Im Folgenden wird aber auch beschrieben, wie die Erzeugung von Ozon reduziert werden kann um eine Beeinträchtigung von Bauteilen in der inneren Kammer zu vermeiden. Wärmeübertrager

Das Gas in der inneren Kammer wird in der Regel durch einen Wärmeübertrager erwärmt oder gekühlt.

Der Wärmeübertrager kann dabei auf den Glasscheiben, im oder am Rahmen oder an einer sonstigen Stelle innerhalb der inneren Kammer angeordnet sein. Praktischerweise wird der Wärmeübertrager aber wie in Fig. 1 und 2 entlang des Rahmens oder zumindest in seiner Nähe angeordnet sein müssen, um die Durchsicht durch das Fenster nicht zu sehr zu beeinträchtigen.

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Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind ** **

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist vorteilhaft, wenn das Fenster geheizt und gekühlt werden soll. Beim Heizen ist es vorteilhaft wenn der untere Wärmeübertrager erwärmt wird, beim Kühlen ist es vorteilhaft wenn der obere Wärmeübertrager gekühlt wird. Dadurch setzt eine natürliche Konvektionsströmung des warmen Gases von unten nach oben, beziehungsweise des kalten Gases von oben nach unten ein.

Bei der Anordnung die in Fig. 2 dargestellt ist, setzt ebenfalls eine natürliche Konvektionsströmung ein. In der Fig. 2 ist diese für den Fall dargestellt dass der Wärmeübertrager beheizt wird. Da auch die Seitenränder erwärmt werden, und das Gas in der Mitte des Fensters abkühlt erfolgt die Strömung in der eingezeichneten Richtung.

Durch die beträchtliche Breite und Höhe des Fensters und den im Vergleich dazu kleinen Abstand zwischen den Glasscheiben entsteht aber in der Regel nur eine schwache Konvektionsströmung und daher eine ungünstige Temperaturverteilung über die Fensterfläche. Ohne eine ausreichende Strömung zwischen den Scheiben kann aber der gewünschte Heiz- oder Kühleffekt nicht für die gesamte Fensterfläche erreicht werden, oder nur mit sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen des Wärmeübertragers. Dies beeinträchtigt wiederum den Wirkungsgrad der Anlage.

Kritisch für die Verteilung der Wärme in der inneren Kammer ist daher die Ausbildung einer Gasströmung, welche die Wärme vom Wärmeübertrager wegtransportiert und möglichst gleichmäßig in der inneren Kammer verteilt.

Es kann prinzipiell auch eine Scheibe direkt erwärmt werden. Dies wird in der Regel durch elektrisches Widerstandsheizen erfolgen, indem auf die Glasscheibe eine elektrisch leitende Schicht aufgetragen und diese von einem elektrischen Strom durchflossen wird. In diesem Fall bildet die beheizte Glasscheibe den Wärmeübertrager. Dies ist aber erfindungsgemäß aus Gründen der Energieeffizienz nicht erstrebenswert. Ausserdem sind mit dieser Methode Kühlanwendungen nicht möglich.

Der Wärmeübertrager wird daher vorzugsweise aus einem Hohlkörper bestehen, welcher von einem Wärme- oder Kältemittel durchflossen wird.

Das Wärme- oder Kältemittel kann von außerhalb des Fensters zugeführt werden wie zum Beispiel von einer Zentralheizung oder einer zentralen Klimaanlage.

Das Wärme- oder Kältemittel kann aber auch durch eine Vorrichtung erwärmt oder gekühlt werden, welche in das Fenster beziehungsweise den Fensterrahmen integriert ist. Diese Vorrichtung kann aus Gründen der Energieeffizienz eine Wärmepumpe oder eine Kältemaschine sein. Es kann auch ein durch Solarenergie vorgewärmtes Medium durch den Wärmeübertrager geleitet werden. 7 '····♦·· ·· ·· • · · ♦ · · • ··· · · · · • · ··· ··· • · · · ·· ·♦· ·· ··

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind

Der Hohlkörper kann zum Beispiel als Rohr ausgeführt sein. Er kann auch Lamellen enthalten, schwarz gefärbt sein oder sonst wie ausgeführt sein um die Wärmeabgabe beziehungsweise im Falle der Kühlung die Wärmeaufnahme zu optimieren. Die Anordnung kann auch so ausgeführt sein, dass sich der durchflossene Hohlkörper, außerhalb der inneren Kammer befindet und dass lediglich Lamellen in die innere Kammer reichen. Diese beiden Möglichkeiten sind in Fig. 3 dargestellt.

Der Wärmeübertrager wird von einer Gasströmung umflossen, welche erfindungsgemäß zumindest teilweise durch lonenwind erzeugt wird.

Der lonenwind wird durch elektrische Entladung erzeugt. Im speziellen wird sie durch eine Koronaentladung erzeugt. Dabei sind zumindest zwei Elektroden vorhanden. Zumindest eine Koronaelektrode an der durch die Ausbildung einer hohen elektrischen Feldstärke freie Elektronen und Ionen erzeugt werden. Und es muss zumindest eine Gegenelektrode vorhanden sein, welche die gebildeten Ionen anzieht. Die Ionen werden durch ein elektrisches Feld in Richtung Gegenelektrode bewegt und reißen dabei neutrale Gasmoleküle mit. Dies führt zu einem lonenwind welcher auf die Gegenelektrode gerichtet ist.

Je nach Form der Koronaelektrode und Polarität und Höhe der Spannung welche an die Koronaelektrode angelegt wird, entsteht eine Koronaentladung oder Sprühentladung mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die Spannung die an die Koronaelektrode angelegt wird kann positive oder negative Polarität aufweisen. Es kann von Vorteil sein, die Koronaelektrode im Verhältnis zur Gegenelektrode auf positivem Potential zu halten. Einerseits kann dies den Wirkungsgrad bei einer Luftstromerzeugung verbessern und andererseits wird dadurch die Bildung von Ozon und aggressiven Sauerstoffionen und -radikalen reduziert.

Elektrodenaeometrien

Die Koronaelektrode ist so ausgeführt, dass ein möglichst starker lonenstrom erzeugt wird. Sie besteht entweder aus einem dünnen Draht, oder sie ist mit Spitzen oder Zacken versehen, so dass beim Anlegen einer elektrischen Spannung eine möglichst hohe elektrische Feldstärke in unmittelbarer Nähe der Koronaelektrode entsteht, wodurch wiederum möglichst viele freie Elektronen und Ionen erzeugt werden. Sie kann auch als Stab mit Spitzen, als Sprühgitter oder in Form von einer oder mehreren Spitzen ausgeführt sein. Bei Ausführung als dünner Draht ist eine Dicke in der Größenordnung von 50 Mikrometer und darunter vorteilhaft. Fig. 4 zeigt mögliche Konstruktionen der Koronaelektrode bei denen hohe elektrische Feldstärke durch Spitzen erzeugt wird.

Die Koronaelektrode kann aus einem Material bestehen, welche eine möglichst niedrige Elektronenaustrittarbeit besitzt. Vorzugsweise aus Wolfram oder Tantal. Sie kann zusätzlich mit Cäsium oder Barium oberfiächenbehandelt werden und/oder es kann Thorium zulegiert werden. 8 ' Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind • * · · • · ♦ t « • · · · 1 · · · ♦ · ·« ···· ·· ·· * · · · 4 ··· · · · < • ··· • · 4 ··· ·· ·♦

Die Koronaelektrode wird so angeordnet, dass sie zwischen den Glasscheiben und vorteilhaft parallel zu jenen liegt. Sie ist so auszugestalten dass sie dem Gasstrom keinen großen Widerstand entgegensetzt. Sie kann sich, wie in Fig. 5 dargestellt, über die gesamte Länge oder Breite des Fensters erstrecken oder nur auf Bereiche. Sie kann aber auch nur am Rand angeordnet sein wie in Fig. 13 und 15.

Die Koronaelektrode kann wie in den Fig. 4a, 4b und 4c so ausgeführt sein, dass sie dort Spitzen enthält wo ein lonenwind erzeugt werden soll und dass sie dort wo kein lonenwind erwünscht ist geometrisch so geformt ist dass an diesen Stellen keine hohen elektrischen Feldstärken entstehen.

Eine vorteilhafte Geometrie kann sein, wenn die Spitzen wie in Fig. 4e unterschiedliche Länge aufweisen, so dass an den Stellen an denen ein stärkerer lonenstrom erwünscht ist, die Spitzen eine geringere Entfernung zur Gegenelektrode aufweisen.

Wie weiter unten ausgeführt wird, können die Elektroden auch durch dünne, optisch transparente Metallschichten hergestellt werden, die einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Da in diesem Fall über die Länge der Elektroden ein Spannungsgefälle auftritt, kann dieser Effekt erfindungsgemäß ausgenutzt werden, um den lonenstrom über die Länge der Elektrode zu variieren.

Wenn die Gegenelektrode in Fig. 5a einen hohen Widerstand aufweist, und an den seitlichen Rändern Hochspannung angelegt wird, dann wird aufgrund des Spannungsabfalls zur Mitte, der mittlere Bereich der Gegenelektrode auf einem Spannungspotential liegen, welches näher dem Erdpotential liegt als die an den Randbereichen der Fall ist. Auf diese Weise wird der in der Mitte des Fensters erzeugte lonenwind erfindungsgemäß schwächer sein als an den Rändern.

Die Gegenelektrode ist erfindungsgemäß so ausgeführt und angeordnet, dass sie den entstehenden lonenwind auf den Wärmeübertrager leitet oder das Gas von ihm wegleitet und darüber hinaus eine Strömung innerhalb der inneren Kammer erzeugt, welche die Wärme möglichst gleichmäßig über die Fensterfläche verteilt.

Alle Elektroden können prinzipiell auf positivem oder negativem Spannungspotential oder auf Erdpotential liegen. Das Spannungspotential mehrerer zusammengehöriger Gegenelektroden kann auch unterschiedlich sein, um eine verstärkten Gasstrom in eine Richtung zu erreichen. Wenn zum Beispiel zwei Gegenelektroden an Glasscheiben angebracht sind, und davon eine Elektrode ein höheres Spannungspotential aufweist als die andere, dann wird der Gasstrom verstärkt zu dieser Gegenelektrode hin erfolgen. Auf diese Weise kann die Strömung zu einer Glasscheibe hin gelenkt werden. 9 • · « • · · • · ·

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Elektrodenaeometrien mit geringer Kapazität

Es ist jedoch prinzipiell zu beachten, dass großflächige Gegenelektroden, welche in geringer Distanz parallel zueinander angeordnet sind, eine beachtliche Kapazität haben. Dadurch können beim Kurzschluss hohe Ströme entstehen.

Deshalb wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Elektroden nicht großflächig, sondern in Form von mehreren, kleineren Elektroden oder einzelnen Drähten zu gestalten. Diese können in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sein wie in Fig. 6e, 6f und 7c ersichtlich.

Die einzelnen Teile der Elektrode können dabei auch direkt an den Glasscheiben angebracht sein, ausgeführt sein wie in Fig. 7c.

Es kann von Vorteil sein, wenn der Bereich über den sich die Gegenelektroden in Strömungsrichtung erstrecken, zumindest ein Fünftel der Entfernung zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode beträgt.

Es kann sich als günstig erweisen, Elektroden erfindungsgemäß so auszuführen, dass sie in Form von dünnen, elektrisch leitenden Schichten, mit geringem oder hohem Widerstand, direkt an den Glasscheiben oder an isolierenden Zwischenschichten angebracht sind, wie in Fig. 6c, 7c, 8d und 8e dargestellt. Dies kann durch Kleben, Bedampfen oder sonstige Herstellungsverfahren erfolgen. Wenn diese Schichten ausreichend dünn gehalten werden, dann kann optische Transparenz erreicht werden.

Hochspannunasfestiakeit

Es kann auch von Vorteil sein, diese Schichten nicht direkt auf der Glasscheibe aufzubringen, sondern erfindungsgemäß vorher auf einem isolierenden Material. Dieses Material kann dann, wie in Fig. 7c ersichtlich, an der Glasscheibe befestigt werden. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß die Durchschlagfestigkeit erhöht werden, wenn die aufgetragene Schicht eine Elektrode darstellt, an welche Hochspannung angelegt wird. Die Beschichtung dieser isolierenden Teile, welche nur so groß sein müssen wie die Elektroden selbst, kann auch kostengünstiger sein als wenn die Glasscheibe selbst beschichtet wird.

Um ein Durchschlagen hoher elektrischer Spannungen durch die Glasscheibe zu verhindern, sind folgende Überlegungen anzustellen:

Die Durchschlagfestigkeit von Luft beträgt ca. 2 kV pro mm, jene von Glas ca. 10 kV pro mm und zum Beispiel jene von Plexiglas ca. 35 kV pro mm. 10 ·♦· ···* 99 |9 • · · · · · • ·«· « t « · • · ··· ··· -4· · · · ·♦ ·· ··

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind * * · ·

Wenn die beiden Glasscheiben 10 mm von einander entfernt sind, und sich eine 1mm dicke Elektrode in der Mitte des mit Luft gefüllten Spaltes befindet, dann ist bei Berührung der Glasscheibe eine Isolationsschicht vorhanden welche aus 4,5 mm Luft und der Glasscheibe besteht. Bei einer 2 mm dicken Glasscheibe kann es daher bei einer Spannung von 29 kV theoretisch zum Durchschlagen kommen.

Wird an der Glasscheibe aber beispielsweise eine 1 mm dicke Plexiglasschicht angebracht, dann erhöht sich die Durchschlagspannung bereits auf über 60 kV. Es kann aber auch jedes andere, geeignete Isoliermaterial mit hoher Durchschlagfestigkeit verwendet werden. Optische Transparenz ist dabei von Vorteil.

Eine für alle praktischen Anwendungen ausreichende Durchschlagsfestigkeit lässt sich also dadurch erreichen, indem auf den Glasscheiben eine wenige Millimeter dicke, hochdurchschlagsfeste Isolierschicht aufgetragen wird. Dadurch verbleibt in der Regel noch ein ausreichend dicker Luftspalt um die Strömung nicht zu beeinträchtigen. Wenn das Fenster wie in Fig. 3 zumindest drei Glasscheiben aufweist, dann kann sich eine Isolierung auf der mittleren Scheibe erübrigen, da die beiden äußeren Scheiben gemeinsam mit dem zwischen ihnen eingeschlossenen Gas in der Regel eine ausreichende elektrische Isolierung darstellen werden.

Daher ist es vorteilhaft, wenn bei jenen Elektrodenanordnungen bei denen sehr hohe Spannungen notwendig sind, auf den Bereichen der Glasscheiben welche diesen Elektroden unmittelbar benachbart sind ein transparentes Isoliermaterial aufgebracht wird so wie dies in Fig. 7a und 7b dargestellt ist.

Dasselbe gilt bei jenen in weiterer Folge beschriebenen Anordnungen, bei denen Elektroden wie in Fig. 7c direkt an den Glasscheiben angebracht werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn stattdessen die Elektroden auf Isolatoren aufgebracht, und diese an den Glasscheiben angebracht werden. Wenn die Elektroden aus sehr dünnen Schichten bestehen, und die Isolatoren transparent sind, dann lässt sich mit dieser Vorgehensweise die durchgängige Transparenz des Fensters beibehalten.

Da, wie weiter unten ausgeführt werden wird, die Elektroden aufgrund des geringen lonenstromes auch einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen können, ist es möglich, sie durch metallische Schichten herzustellen, die an den Glasscheiben bzw. isolierenden Schichten aufgetragen werden, und welche so dünn sind, dass sie optisch transparent sind.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Schichten in der Regel kostengünstiger auf kleineren Bauteilen aufgebracht werden können, als auf großflächigen Fensterscheiben. 11

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Elektrodenanordnungen:

Im Folgenden werden verschiedene, günstige Anordnungen und elektrische Schaltungen der Elektroden beschrieben. Dies ist ein kritischer Punkt bei der Umsetzung der Erfindung, da einerseits ein möglichst starker lonenwind erzeugt, der Verbrauch elektrischer Leistung dabei jedoch niedrig gehalten werden soll.

Weiters soll das Entstehen hoher elektrischer Ladungspotentiale durch die Koronaentladung verhindert werden und die ganze Anlage soll im Betrieb gänzlich ungefährlich sein.

Durch die beschriebenen Elektrodenanordnungen ist es möglich, mit einem Entladungsstrom bis maximal einige mA einen Gasfluss von bis zu 100 m3/h zu erreichen. Bei einem Abstand der Glasscheiben im Bereich weniger Zentimeter, und einer Höhe bzw. Breite typischer Fenster im Bereich von einigen Metern ergibt sich ein Volumen in der inneren Kammer von einigen Zehntel m3. Das bedeutet, dass das gesamte Gasvolumen der inneren Kammer pro Minute mehrmals umgewälzt werden kann.

Bei günstiger Elektrodenanordnung liegt der Endladungsstrom jedoch in der Größenordnung von 0,1 mA. Die dazu notwendigen Spannungen können je nach Elektrodenanordnung einige Kilovolt bis 50 kV und darüber betragen. Wie weiter unten ausgeführt wird, sind selbst diese hohen Spannungen aufgrund der sehr geringen Stromstärken ungefährlich und sogar bei direkter Berührung der hochspannungsgeladenen Elektroden würden keine unangenehmen Erscheinungen auftreten. Außerdem liegt die Eleganz der Erfindung darin, dass sich sämtliche spannungsführenden Elektroden innerhalb der Glasscheiben befinden, welche bei modernen Isolierfenstern stets durch den Rahmen luftdicht abgeschlossen sind. Die einzige Möglichkeit eine spannungsführende Elektrode zu berühren entsteht bei einem Bruch des Fensterglases. Wie weiter unten erläutert, wird aber auch dann ein Kurzschlussstrom auf maximal einige Zehntel mA begrenzt, was wiederum eine Berührung gesundheitlich völlig unbedenklich macht. 12 ·♦ ···· ♦··· «· l9 • · · · · · · • · ♦·· · · · · • · · ··· ··« • · · · · # ·· ·· ·*· ··

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind

Die Elektrodenanordnungen zur erfindungsgemäßen Erzeugung eines lonenwindes zwischen zwei Glasscheiben eines Fensters enthalten zumindest eine Koronaelektrode und zumindest eine Gegenelektrode welche den Gasfluss nicht behindert und welche in einer Entfernung und in der gewünschten Strömungsrichtung des Gases nachfolgend angeordnet ist. Der Aufbau und die Anordnung der Elektroden und die an den Elektroden angelegte Spannung ist dergestalt, dass die Koronaelektrode entgegen der gewünschten Strömungsrichtung elektrisch so abgeschirmt ist, dass das Produkt aus der Stärke des lonenstromes in der zur gewünschten Strömungsrichtung entgegen gesetzten Richtung und der Entfernung den dieser unerwünschte lonenstrom durchwandert praktisch null ist oder jedenfalls viel kleiner als das Produkt aus der Stärke des lonenstromes in der gewünschten Strömungsrichtung und der Wanderentfemung des gewünschten lonenstromes von der Koronaelektrode in gewünschter Strömungsrichtung. Weiters beträgt die Entfernung zwischen der Koronaelektrode und dem Teil der Gegenelektrode, welcher den überwiegenden Teil des lonenstromes aufnimmt, mindestens 50 mm und vorzugsweise mindestens 80 mm.

Fig. 6 zeigt die prinzipielle Anordnungsgeometrie.

Der in einer solchen Anordnung erzeugte Gasdurchsatz ist proportional zu der Quadratwurzel des Produktes aus dem gesamten Ionen- oder Koronastrom und seiner lonenwanderungsentfemung. Diese lonenwanderungsentfemung wird bestimmt von der Entfernung zwischen der Koronaeiektrode und dem Teil der Gegenelektrode welche den Großteil des lonenstromes empfängt.

Daraus ist ersichtlich, dass die erzielbare Gasströmung umso größer ist, je höher der lonenstrom ist und je größer die Entfernung zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode ist. Man kann sich dies so vorstellen, dass die Gasströmung dadurch erzeugt wird, dass die Ionen vom elektrischen Feld zur Gegenelektrode transportiert werden und dabei mit ungeladenen Gasmolekülen, welche den Großteil des Gases ausmachen, kollidieren. Dabei übertragen sie auf die ungeladenen Gasmoleküle kinetische Energie, welche in Richtung Gegenelektrode orientiert ist. Dadurch kommt es zu einem Mitnahmeeffekt. Die Ionen reißen ungeladene Gasmoleküle in Richtung Gegenelektrode mit. Je größer die Entfernung zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode ist, umso öfter erfolgen solche Stöße und umso mehr Gasmoleküle können die Ionen mit sich reißen. Physikalisch betrachtet erfolgt eine direkte Umwandlung elektrischer Energie in kinetische Energie, indem Ionen im Gas über ihre freie Weglänge beschleunigt werden, und diese Energie durch Stöße an die neutralen Gasmoleküle abgeben. Je größer der Weg ist den die Ionen zurücklegen müssen, desto öfter kollidieren sie mit neutralen Gasmolekülen, desto mehr elektrische Energie wird bei solchen Stößen in kinetische Energie umgewandelt, und desto stärker wird der dadurch erzeugte Gasstrom. 13

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Da bei höheren lonenströmen der elektrische Leistungsverbrauch der Koronaentladung ansteigt, und ebenso die Erzeugung von Ozon und aggressiven Oxiden, ist es vorteilhaft die Entfernung zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode so weit als möglich zu vergrößern um eine starke Gasströmung bei niedrigen lonenströmen zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird diese Bedingung in sehr vorteilhafter Weise bei der Beströmung von Fensterscheiben erfüllt. Aufgrund der Größe von Fenstern ist es in der Regel kein Problem die beiden Elektroden in größerer Entfernung voneinander anzuordnen als das bei anderen Anwendungen von lonenwindgebläsen typischerweise der Fall ist. Es ist unter bestimmten Voraussetzungen sogar möglich, die Koronaelektrode am Randbereich des Fensters anzuordnen und die Gegenelektrode am entgegen gesetzten Rand der Fensterfläche wie in Fig. 5a und 5c. Dadurch kann ein starker Gasfluss erzeugt und gleichzeitig der ionenstrom und damit der Leistungsverbrauch sehr gering gehalten werden.

Eine praktische Grenze für die Entfernung zwischen den Elektroden wird aber dadurch vorgegeben, dass die für die Koronaentladung notwendige Spannung mit der Entfernung ansteigt und diese nicht auf unbegrenzt hohe Werte erhöht werden kann. lonenströme in unerwünschte Richtung

Der von der Koronaelektrode ausgehende Ionenstrom wird zwar grundsätzlich von der Gegenelektrode angezogen. Wenn das Spannungspotential der Koronaelektrode jedoch nicht dem der Umgebung entspricht, das heißt wenn die Koronaelektrode nicht mit Erdpotential sondern mit Hochspannung verbunden ist, dann wird stets auch ein Teil des lonenstromes zu den die Koronaelektrode umgebenden Gegenständen, vor allem zu den Glasscheiben, dem Rahmen und den vorhandenen Wärmeübertragern fließen.

Die beiden letzteren werden in der Regel auf Erdpotential liegen, und daher ein bevorzugtes Ziel für den Ionenstrom sein. Da nach der oben vorgestellten Formel die Stärke des Gasstromes sogar mit der Entfernung zunimmt die der Ionenstrom zurücklegen muss, wird nicht nur ein Gasstrom in die gewünschte Richtung, nämlich von der Koronaelektrode zu der Gegenelektrode, entstehen, sondern ein, unter Umständen stärkerer, Gasstrom von der Koronaelektrode In die entgegen gesetzte Richtung hin zum Rahmen. 14 ···· ··«· ·· ·· ···· ··«· ·· ·· • · ♦ · ·

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Die einfachste und eleganteste Möglichkeit diesen Effekt zu verhindern ist die, die Koronaelektrode erfindungsgemäß auf dasselbe Potential zu bringen wie die Umgebung, das heißt mit Erdpotential zu verbinden. Dadurch kann außer zur Gegenelektrode kein lonenstrom zu irgendeinem anderen Gegenstand abfließen. Dies hat sehr große praktische Vorteile, da mehrere unangenehme Effekte entstehen wenn die Koronaelektrode auf einen Hochspannungspotential gehalten wird. Diese werden weiter unten beschrieben und sind nur mit relativ aufwendigen Maßnahmen beherrschbar.

Koronaelektrode auf Erdpotential:

Erfindungsgemäß ist es daher von Vorteil, wenn die Koronaelektrode mit Erdpotential verbunden wird und die Gegenelektrode mit einer Hochspannungsquelle verbunden wird. Die Spannung kann positive oder negative Polarität besitzen. In beiden Fällen erfolgt der lonenstrom von der Koronaelektrode zur Gegenelektrode. Es kann jedoch von Vorteil sein, die Koronaelektrode gegenüber der Gegenelektrode auf positives Potential zu bringen, d.h. wenn die Koronaelektrode geerdet ist die Gegenelektrode mit negativer Hochspannung zu verbinden.

Diese elektrische Schaltung ermöglicht einen sehr einfachen Aufbau des lonengebläses wie aus Fig. 6a bis 6f ersichtlich ist.

Dabei befindet sich die Koronaelektrode in der Regel zentriert zwischen den beiden Glasscheiben und erstreckt sich quer zur Strömungsrichtung parallel zu den Glasscheiben. In einem Abstand von mindestens 50 mm, vorzugsweise mindestens 80 mm ist mindestens eine auf Hochspannungspotential liegende Gegenelektrode angeordnet.

Folgende Ausführungen sind vorteilhaft:

Eine oder zwei oder mehrere flache Elektroden wie in Fig. 6a und 6b, welche sich parallel zueinander und parallel zu den Glasscheiben quer zur Strömungsrichtung erstrecken.

Zwei parallele Elektroden können auch so hergestellt werden, dass wie in Fig. 6c direkt auf die Glasscheiben eine leitende Schicht aufgebracht wird welche mit Hochspannungspotential verbunden werden kann. Dabei sind die Glasstärken jedenfalls so zu wählen dass eine ausreichend hohe Durchschlagsfestigkeit gegeben ist.

Es kann auch von Vorteil sein, diese Schichten nicht direkt auf der Glasscheibe aufzubringen, sondern erfindungsgemäß vorher auf einem isolierenden Material. Dieses Material kann dann an der Glasscheibe befestigt werden. 15 ► ··· ···· • ♦

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Die leitende Schicht kann auch einen hohen Widerstand aufweisen. Dadurch ist es möglich, die leitende Schicht auf den Glasscheiben sehr dünn zu halten so dass dadurch die optische Transparenz der Gegenelektrode erreicht werden kann. Der Oberflächenwiderstand kann dabei 100 kOhm und höher betragen.

Optisch besonders vorteilhaft und in der Herstellung einfach und kostengünstig ist es, die Gegenelektrode wie in Fig. 6e in Form von mehreren Drähten auszubilden die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Dabei ist jedoch daraufzu achten, dass der Durchmesser der Drähte groß genug ist damit die Gegenelektrode nicht als Koronaelektrode arbeitet.

Die einfachste Variante der Gegenelektrode ist ein einzelner Draht wie in Fig. 6d.

Da sich die Koronaelektrode auf Erdpotential befindet, kann sie in der unmittelbaren Nähe der Glasscheiben und des Rahmens angebracht werden. Wenn die Gegenelektrode am anderen Ende der Fensterfläche angeordnet wird, ergibt sich dadurch ein sehr großer Abstand zwischen den beiden Elektroden was wiederum zu einer sehr starken Strömungsentwicklung führt. Beziehungsweise sind die gewünschten Gasstromstärken dadurch mit sehr niedrigen ionenströmen erzielbar. Die maximal mögliche Entfernung zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode wird dabei durch die Höhe der Hochspannung vorgegeben die mit steigendem Abstand ebenfalls ansteigt.

Das Kennfeld, welches die zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode nötige Spannung und den dadurch entstehenden Entiadungsstrom in Abhängigkeit vom Eiektrodenabstand angibt, variiert je nach Elektrodenanordnung. Vor allem hängt dieser Zusammenhang sehr stark von der Geometrie der Koronaeiektrode ab. Generell wird der Koronastrom umso größer sein, je stärker ausgeprägte Spitzen vorhanden sind. Er kann dann in einen Sprühstrom übergehen. Weiters steigt der lonenstrom an, wenn die Koronaelektrode nicht aus Stahl, sondern zum Beispiel aus Wolfram besteht.

Es kann erfindungsgemäß auch der Wärmeübertrager als Koronaelektrode ausgebildet sein, indem, wie in Fig. 4d und 5a, auf ihm oder auf seinen Lamellen Vorrichtungen angebracht sind, an denen sich eine hohe Feldstärke bilden kann wie Spitzen, Zacken, Zähne, Drähte usw.. Diese Elemente können auch am Rahmen angebracht sein wie in Fig. 4c, so dass dieser als Koronaelektrode wirkt.

Erfindungsgemäß kann also die Gegenelektrode in Form von Drähten oder schmalen Elementen oder in Form von elektrisch leitenden Schichten, welche auf die Glasflächen aufgebracht werden und transparent sein können, hergestellt werden. Erfindungsgemäß können auch Teile des Wärmeübertragers oder Teile des Rahmens als Koronaelektrode verwendet werden. 16 • · • · • ·

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Dadurch lassen sich mit gegenständlicher Erfindung sehr effiziente, einfache und elegante Konstruktionen realisieren, welche für den Durchschnittsbetrachter kaum als Heiz- beziehungsweise Kühleinrichtung oder Gebläse erkennbar sind. Die Fensterflächen bleiben zum überwiegenden Teil frei von konstruktiven Elementen.

Ein weiterer Vorteil den Wärmeübertrager als Koronaelektrode zu verwenden liegt darin, dass das Gas um die Koronaelektrode herum besonders stark ionisiert ist, was die elektrische Leitfähigkeit des Gases erhöht. Dadurch kann Wärme besonders effektiv zwischen dem Wärmeübertrager und dem Gas übertragen werden.

Eine optisch unauffällige Erzeugung von lonenwind lässt sich mit einer Konstruktion erreichen, bei der der Wärmeübertrager am Rand angeordnet ist, so dass er vom Betrachter nicht bewusst wahrgenommen wird, wenn weiters die Koronaelektrode unauffällig ebenfalls auf Teilen des Rahmens oder des Wärmeübertragers angeordnet ist, und die Gegenelektrode in Form von relativ dünnen Drähten, wie beispielsweise in Fig. 5c, oder transparenten, elektrisch leitenden Schichten, welche an den Glasscheiben angebracht sind, ausgebildet ist. Die in Fig. 5c dargestellte Anordnung lässt sich aber mit Fenstern nicht mehr realisieren welche eine gewisse Größe überscheiten, da die erforderliche Spannung zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode sonst zu groß wird. Es können bei größeren Fenstern aber die in Fig. 5c dargestellten Gegenelektroden auch näher bei der Koronaelektrode angeordnet werden. Wenn sie in Form dünner Schichten direkt an der Glasscheibe angebracht sind, dann kann eine optische Beeinträchtigung auch dann gering gehalten werden, wenn sich die Elektroden in der Mitte des Fensters befinden.

Mit diesen zahlreichen Gestaltungsmöglichkeiten sollte es möglich sein, Elektrodenanordnungen zu konstruieren welche für kommerzielle Anwendung zufrieden stellend sind.

Die folgenden Beschreibungen sollen verdeutlichen, dass es in der Regel stets von großem Vorteil sein wird, die elektrische Schaltung der Elektroden so vorzunehmen, dass die Koronaelektrode auf Erdpotential liegt und die Gegenelektrode auf Hochspannungspotential.

Wenn hingegen die Koronaelektrode auf Hochspannungspotential liegt, dann ist dies unausweichlich mit größeren, elektrischen und strömungstechnischen Schwierigkeiten verbunden. Man kann sich dies leicht so vorstellen, dass die erzeugten Ionen von der Koronaelektrode weg und auf mehr oder weniger sämtliche Teile des Fensters strömen werden, welche sich auf einem stark unterschiedlichen Spannungspotential befinden als die Koronaelektrode. Da dies bei ziemlich allen Bestandteilen des Fensters der Fall sein wird, erfolgt der lonenstrom daher in sehr viele Richtungen. Das ist nur dann sinnvoll, wenn das Gasvolumen mit einer mehr oder wenig ungerichteten Gasströmung durchwirbelt werden soll. Die kontrollierte Erzeugung einer definierten Strömungsrichtung ist damit jedoch äußerst schwierig. 17

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Hinzu kommen elektrostatische Aufladungseffekte, welche vor allem an den Glasflächen ein Problem darstellen können. Die in der Koronaentladung erzeugten Ionen lagern sich an den Glasflächen an und bauen damit eine elektrische Ladung auf der Innenseite der Fensterscheiben auf. Dadurch wird das Verhalten des lonenstroms beeinflusst. Es kann bis zu einem Erliegen der Koronaentladung kommen. Bei hohen Aufladungen kann es weiters beim Berühren der Fensterscheiben zu einem Spannungsüberschlag kommen.

Daher wird es in den allermeisten Fällen stets von großem Vorteil sein, die Koronaelektrode auf Erdpotential zu betreiben.

Die folgenden Ausführungen dienen lediglich dazu, die Probleme aufzuzeigen, die damit verbunden sein können, wenn aus irgendwelchen Gründen die Koronaelektrode doch auf Hochspannungspotential betrieben werden muss. Es werden weiters Möglichkeiten aufgezeigt diese Probleme in den Griff zu bekommen.

Es wird empfohlen, diese Variante nur dann zu wählen, wenn die Glasscheiben, zumindest in den Bereichen in denen sich die Koronaelektrode befindet, mit durchschlagfesten Materialien beschichtet oder die der Berührung ausgesetzte Glasscheibe in einer Dicke ausgeführt wird, welche einen Spannungsüberschlag ausschließt.

Eine gute Lösung für dieses Problem kann dann erreicht werden, wenn die Glasscheiben ganz oder zumindest in den Bereichen um die Elektroden mit elektrisch leitenden Schichten versehen sind, welche geerdet werden. Auf diese Weise wird die Entladungszone abgeschirmt. Dies wird weiter unten beschrieben und ist in Fig. 10a und 10b dargestellt. Bei einer solchen Anordnung können Koronaelektrode und Gegenelektrode vorteilhafter Weise mit Hochspannung entgegen gesetzter Polarität betrieben werden. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Hochspannungsquelle für niedrigere Spannungen dimensioniert werden kann.

Man sieht aber, dass der konstruktive Aufwand schnell ansteigt, wenn die Koronaelektrode nicht geerdet wird.

Koronaelektrode auf Hochspannunospotential

Wenn die Koronaelektrode nicht auf demselben Potential liegt wie die Umgebung, dann wird wie bereits beschrieben, ohne entsprechende Abschirmungsmaßnahmen stets ein Teil des lonenstromes in alle möglichen Richtungen und im speziellen auch in die der Gegenelektrode entgegen gesetzte Richtung fließen. Dadurch entsteht aber kein Gasfluss in nur eine Richtung, sondern auch in die entgegen gesetzte Richtung. 18 ·· ·· • · · · • · · · · • · · · • · · · · · • · ·

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Unter Umständen kann dieser Effekt zur Erreichung einer bestimmten Strömungsverteilung sogar erwünscht sein. Es ist auf diese Weise zum Beispiel möglich, die Koronaelektrode so anzuordnen dass der Gasstrom von der Mitte der Fensterfläche zu den beiden Rändern hin erfolgt. Dies wäre zum Beispiel in Fig. 5b der Fall, wenn die Koronaelektrode in der Mitte des Fensters läge und als Draht ausgeführt wäre, oder Spitzen nach oben und unten ausgebildet hätte. Es ist dabei gar keine Gegenelektrode notwendig, nur die Koronaelektrode, welche auf Hochspannungspotential liegt. Die Funktion der Gegenelektrode wird vom Wärmeübertrager und/oder vom Rahmen übernommen. Dies stellt somit eine extrem einfache, und wenn man berücksichtigt dass die Koronaelektrode aus einem einfachen, dünnen Draht bestehen kann, auch eine sehr kostengünstige und optisch attraktive Verwirklichung gegenständlicher Erfindung dar. In dieser Anordnung sind von der gesamten Heizoder Kühlvorrichtung lediglich der Wärmeübertrager, welcher sich in der Regel in unmittelbarer Nähe des Rahmens befinden wird, und ein sehr dünner Draht vorhanden. Damit ist auch diese Vorrichtung optisch völlig unauffällig.

Wenn jedoch der Gasstrom von der Koronaelektrode in nur eine Richtung erfolgen soll, dann ist es notwendig, den ionenstrom, welcher in die entgegen gesetzte Richtung erfolgt, abzuschirmen. Dies erfolgt am einfachsten dadurch, dass wie in den Fig. 8a bis 8c und 8e von der gewünschten Strömungsrichtung aus gesehen vor der Koronaelektrode eine Schirmelektrode angeordnet ist, welche auf einem Potential derselben Polarität liegt wie die Koronaelektrode.

Dadurch erfolgt eine Abschirmung des lonenstroms in diese Richtung. Das Potential der Schirmelektrode kann gleich hoch sein wie jenes der Koronaelektrode oder höher oder niedriger. Je höher es ist, desto stärker ist die Abschirmwirkung. Das Potential kann durch eine Spannungsquelle festgelegt werden, oder durch einen Widerstand zwischen Koronaelektrode und Schirmelektrode. Die Schirmelektrode kann aber auch auf demselben Potential liegen wie die Koronaelektrode und daher direkt mit dieser elektrisch verbunden sein.

Die Schirmelektrode kann so ausgeführt sein, dass sie sich in Strömungsrichtung vor der Koronaelektrode befindet wie in Fig. 8a bis 8c oder seitlich oder erfindungsgemäß direkt an den Glasscheiben vor der Koronaelektrode wie in Fig. 8e. In diesem Fall kann Sie auch aus einer elektrisch leitenden Schicht bestehen, welche entweder direkt auf die Glasscheibe oder auf einem isolierenden Material aufgebracht wird. Dieses Material kann dann an der Glasscheibe befestigt werden. 19 • · · · • · · · • ♦ · · • · · ·

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Da sich Schirmelektrode und Koronaelektrode auf demselben Spannungspotential befinden können, ist erfindungsgemäß auch eine Kombination beider Elektroden möglich, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist. Die Koronaelektrode besteht dabei beispielsweise aus einem dünnen Draht, und die Schirmelektrode ist in Form eines Bügels so angeordnet, dass die Emission von Ionen nur in eine Richtung erfolgen kann.

Eine zweite Möglichkeit zur Abschirmung des ungewünschten lonenstromes ergibt sich auf natürliche Weise aufgrund der Anordnung der Koronaelektrode zwischen den beiden Glasscheiben. Dabei laden sich die dielektrischen Glasscheiben beim Betrieb der Koronaentladung so auf, dass ein Potential entsteht welches dieselbe Polarität wie die Koronaelektrode besitzt. Wenn diese Ladung möglichst weit vor die Koronaentladung reicht, dann entsteht ein automatischer AbschirmefFekt, welcher den unerwünschten lonenstrom reduziert. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Bereich der diese hohe Ladung enthält mindestens soweit vor die Koronaelektrode reicht, wie der 1,5 fachen Entfernung zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode entspricht. Weiters wird die Abschirmwirkung umso wirkungsvoller, je geringer der Abstand der Koronaelektrode von den aufgeladenen Glaswänden ist, das heißt, je geringer der Abstand zwischen den beiden Glasscheiben ist.

Die technische Nutzung dieses natürlichen Effektes ist jedoch schwieriger und erfordert eine genaue Abstimmung auf die Dimensionen des Fensters und die verwendeten Materialen. Es kann sich als günstig erweisen in dem Bereich, welcher aufgeladen wird und der zur Abschirmung dienen soll, an den Glasscheiben ein dielektrisches Material anzubringen, welches für diesen Abschirmungseffekt bessere Eigenschaften aufweist als die Glasflächen selbst. Dies ist in Fig. 8d dargestellt. Wenn es sich dabei um ein transparentes Material wie Kunststoff oder Kunststofffolien handelt, erfolgt auch keine Beeinträchtigung der Durchsicht durch die Fensterscheiben.

Treiberelektrode:

Es ist vorteilhaft, in der Nähe der Koronaelektrode, in der Nähe der Glasscheiben oder auf den Glasscheiben selbst, eine so genannte Treiberelektrode anzubringen wie dies in den Fig. 7b und 7c, sowie in den Fig. 8b bis 8e dargestellt ist. Die Teiberelektrode besteht aus leitendem oder halbleitendem Material und befindet sich näherer räumlicher Entfernung zur Koronaelektrode als die Gegenelektrode. 20

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Diese Treiberelektrode wird auf einem Spannungspotential gehalten, welches zwischen dem der Koronaelektrode und dem der Gegenelektrode liegt. Der Potentialunterschied zwischen der Treiberelektrode und der Koronaelektrode ist geringer als der Potentialunterschied zwischen der Treiberelektrode und der Koronaelektrode. Dadurch wird der lonenstrom, von der Richtung des Gasflusses aus gesehen, seitlich gebündelt und es gelingt dadurch, höhere lonenströme bei geringeren Spannungen zu erzeugen. Das Potential der Treiberelektrode kann dadurch festgelegt werden, indem eine Spannungsquelle angelegt wird. Es ist jedoch genauso möglich und einfacher, dieses Spannungspotential herzustellen indem die Treiberelektrode mit der Gegenelektrode über einen Widerstand verbunden ist.

Dieser Widerstand kann erfindungsgemäß auch so realisiert werden, dass die Treiberelektrode oder die Gegenelektrode oder beide in direktem Kontakt mit der Glasscheibe stehen wie in Fig. 8d, und dass über die Entfernung zwischen den beiden Elektroden und den spezifischen Widerstand des Glases der gewünschte elektrische Widerstand zwischen den Elektroden hergestellt wird.

Da es wie schon früher beschrieben möglich ist, dass die Gegenelektrode einen hohen Widerstand aufweist, lässt sich dadurch eine sehr elegante und einfache Lösung finden welche in Fig. 8e dargesteilt ist. Dabei besteht die Gegenelektrode aus einer Schicht mit hohem Widerstand, welche an den Glasscheiben selbst oder an isolierenden Körpern angebracht sind, die sich in der Nähe der Glasscheiben befinden oder an den Glasscheiben befestigt sind. Das der Koronaelektrode am weitesten entfernte Ende der Gegenelektrode wird mit dem gewünschten Potential verbunden. Durch den hohen Widerstand der Gegenelektrode baut sich über ihre axiale Länge hinweg das oben beschriebene, gewünschte Potentialgefälle auf und man erhält eine kombinierte Gegen- und Treibereiektrode.

Die Treiberelektrode kann aber, falls der Abstand zwischen den Glasscheiben groß genug ist, auch in Form von Platten, Drähten oder Gittern hergestellt sein wie in den Fig. 7b, 8b und 8c.

Koronaelektrode und Geaenelektrode auf Spannunaspotential

Wenn die Koronaelektrode und die Gegenelektrode auf Spannungspotentialen mit entgegen gesetzter Polarität liegen, dann hat dies den Vorteil, dass die Hochspannungsquelle auf niedrigere Spannungen ausgelegt werden kann. ·♦ ♦· • · · · • · · · • ♦ · * • · · · ·

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In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn über die gesamte Fläche der Glasscheiben, oder zumindest in den Bereichen um und zwischen den Elektroden, eine elektrisch leitende oder halbleitende Schicht aufgebracht wird, welche mit Erdpotential verbunden wird. Dies ist in Fig. 10a dargestellt. Diese Schicht kann zum Beispiel aus einer direkt auf die Glasscheibe aufgebrachten Metallschicht oder auch einem Gitter bestehen welches an den inneren Glasscheiben angebracht wird. Wenn das Fenster nicht durchgehend transparent sein muss, dann kann letzteres eine kostengünstige Variante darstelien.

Dadurch können sich keine, oder zumindest keine hohen, Ladungen auf den Scheiben ausbilden. Wenn diese Schicht mit Erdpotential verbunden wird, dann lässt sich dadurch eine vollständige elektrische Abschirmung der inneren Kammer erreichen. Wenn das Fenster entsprechen groß ist, dann kann es für eine vollständige Abschirmung auch ausreichend sein, wenn sich die leitende Schicht weit genug vor die Koronaelektrode und weit genug nach die Gegenelektrode erstreckt.

Dabei kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn sich die Schicht jeweils vor der Koronaelektrode und nach der Gegenelektrode zumindest soweit erstreckt wie der 2-fachen oder zumindest 1,5-fachen Entfernung zwischen den beiden Elektroden entspricht.

Wenn die Beschichtung von der Gasströmungsrichtung aus gesehen vor der Koronaelektrode endet wie in Abbildung 10b, dann kann sich in dem Bereich vor der Koronaelektrode eine Ladung aufbauen, welche wie oben beschrieben den unerwünschten lonenstrom abschirmen und daher wie eine Schirmelektrode arbeiten kann.

Gasström una

Es können innerhalb der inneren Kammer erfindungsgemäß mehrere Koronaelektroden und zugehörige Gegenelektroden vorhanden sein, um eine möglichst optimale Gasströmung über die gesamte Fensterfläche zu erreichen.

Elektroden können erfindungsgemäß in den Wärmeübertrager integriert sein, beziehungsweise kann der Wärmeübertrager als Elektrode fungieren wie in den Fig. 4d, 5a und 5b. Dadurch steht er im direkten lonenwind.

Es kann weiters von Vorteil sein, die Elektroden erfindungsgemäß über die gesamte Breite oder Länge des Fensters zu spannen, wie in den Fig. 5a, 5b und 12. Dies ist eine günstige Anordnung um ein Gasströmungsprofil zu erzeugen, welches sich über die gesamte Fensterbreite oder -länge erstreckt. 22

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Wenn einzelne Bereiche von der erzwungenen Strömung ausgenommen werden sollen, dann können die Elektroden wie in Abbildung 12 dargestellt über ihre Länge hinweg in Einzelteile getrennt werden. Die Einzelteile können durch Keramik oder anderes, geeignetes Material miteinander verbunden werden. Dadurch entstehen elektrisch voneinander getrennte Teilbereiche der Elektroden, weiche sich auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen befinden können. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, ein gewünschtes Strömungsprofll zu erzeugen.

Die durch lonenwind erzeugte Gasströmung ist weitgehend laminar. Dadurch ist es möglich, eine gleichmäßigere Strömung zu erreichen als das bei herkömmlichen Gebläsen der Fall ist.

Die erzeugte Strömung zwischen den Scheiben kann auf den Rahmen oder den Wärmeübertrager oder von ihnen weg gerichtet sein. Sie kann entlang des Rahmens oder des Wärmeübertragers fliessen. Sie kann zwischen den Glasscheiben zirkulieren oder ein wie immer geartetes Muster aufweisen.

Die Elektroden und der Wärmetauscher können erfmdungsgemäß auch so ausgeführt sein, dass sie sich nur über kürzere Bereiche erstrecken wie in den Fig. 5c und 13a.

Es kann vorteilhaft sein, Elektroden wie in den Fig. 13 und 15 ersichtlich, an den Seitenrändem der Fensterscheiben so anzubringen, dass sie quer zum Rahmen ausgerichtet sind. Dadurch wird ein Gasstrom erzeugt, welcher den Randbereich und den Rahmen entlang fließt. Wenn am Rahmen oder in den Rahmen integriert der Wärmeübertrager angeordnet ist, dann fließt das Gas direkt über den Wärmeübertrager.

Die Koronaelektrode kann dabei stabförmig ausgeführt sein und in den Gasraum hineinragen wie in Abbildung 13 oder sie kann auch über den Rahmen gespannt sein wie in Fig. 5 und 16.

Wenn die Koronaelektrode in Form von Spitzen oder Zacken ausgeführt ist, dann können diese so angebracht werden, dass durch den entstehenden Gasstrom auch ungewöhnlich angeordnete Wärmeübertrager erreicht werden können wie in Fig. 5c.

Die Koronaelektrode kann so ausgeführt sein, dass sie dort Spitzen enthält wo ein lonenwind erzeugt werden soll und dass sie dort wo kein lonenwind erwünscht ist geometrisch so geformt ist dass an diesen Stellen keine hohen elektrischen Feldstärken entstehen wie in Fig. 4b, 4c und 4e. 23 Λ Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind1 ·· ···· ···· »· μ • · · 9 · | | | · • · · · ··· ft · « # ♦ ··* 9« • · · ··· ·· 9* • · • · 9 9 ,99 · · «9

Die Dicke der inneren Kammer kann einige Millimeter bis einige Zentimeter betragen. Dadurch ist bei breiteren Ausführungen der inneren Kammer eine Anordnung der Elektroden möglich wie sie in Fig. 14 dargestellt ist. Die Koronaelektrode ist dabei nahe einer Glasscheibe angebracht. Die Gegenelektrode ist entweder In der Nähe oder direkt auf der Glasscheibe angebracht. Dadurch fließt das Gas zumindest in der Umgebung der Elektroden hauptsächlich entlang der Glasscheibe. Ein geschlossener Kreislauf über die volle Breite oder Höhe des Fensters wie in Fig. 14 entsteht dann, wenn das Gas entlang der anderen Glasscheibe zurückfließen kann.

Die durch den lonenstrom erzwungene Strömungsbewegung des Gases kann erfindungsgemäß durch die Anordnung eines oder mehrerer Wärmetauscher unterstützt werden, so dass die erzwungene Strömung jene Strömung verstärkt, welche durch die natürliche Konvektion entsteht wie in Fig. 13b und 16.

Wenn beispielsweise der Wärmeübertrager entlang des ganzen Rahmens angeordnet ist, dann wird sich das in den Fig. 13b und 16 ersichtliche Strömungsmuster einstellen. Wenn der Wärmeübertrager erwärmt wird, dann wird das Gas nach den Gesetzen der natürlichen Konvektion an den beiden seitlichen Rändern nach oben strömen, wohingegen das in der Mitte des Fensters abkühlende Gas nach unten strömt. Bei Kühlung des Fensters verläuft die Strömung im umgekehrten Sinn.

Wenn es erwünscht ist, dass der durch lonenwind erzeugte Gasstrom die natürlich einsetzende Konvektion lediglich, dann kann die Anordnung der Elektroden zum Beispiel so vorgenommen werden wie in Fig. 13b.

Dabei können Koronaelektroden so angebracht werden, dass sie sich lediglich über bestimmte Bereiche erstrecken wie in Fig. 13b. Die Gegenelektroden können dabei verschiedene Formen haben. Sie können vor allem in Strömungsrichtung des Gases länger sein um ein effektiveres Abließen des lonenstroms zu gewährleisten. Es kann von Vorteil sein, wenn die Länge der Gegenelektrode in Strömungsrichtung zumindest ein Fünftel des Abstandes zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode beträgt. Weiters ist es möglich, die Gegenelektrode weniger weit in den Gasraum ragen zu lassen und stärker auf den Randbereich zu beschränken wenn dies für eine gute Beströmung des Wärmeübertragers ausreichend ist.

Falls sich die Elektroden über die ganze Breite oder Höhe des Fensters erstrecken, dann können bestimmte Bereiche dennoch vom lonenwind ausgenommen werden. Entweder indem die hochspannungsführende Elektrode Bereiche enthält, welche aus Isolatoren bestehen, so dass darüber kein lonenstrom abgeleitet werden kann wie in Fig. 12. Oder es kann die Koronaelektrode so ausgeführt werden, dass sie nur in den Bereichen Spitzen aufweist, in denen der lonenstrom erwünscht ist. 24 • · • ♦ · ♦ ♦ ··· * » · · • · · ♦ · · ··· ···

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Die Strömungsrichtung des Gases kann erfindungsgemäß auch durch die Anordnung von Leitelementen innerhalb der inneren Kammer so geleitet werden, dass dadurch eine gewünschte Strömungscharakteristik entsteht. Solche Leitelemente sind in den Fig. 13a und 16 dargestellt. Es kann vorteilhaft sein, wenn diese Leitelemente aus optisch transparentem Material gefertigt sind.

Umkehrung der Gasströmuna

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass mehrere Koronaelektroden oder mehrere Gegenelektroden vorhanden sind, welche so angeordnet sind, dass der erzeugte Gasstrom in jeweils unterschiedlicher Richtung erfolgt. Erfindungsgemäß wird weiters vorgeschlagen, dass bei Heizung und Kühlung des Fensters unterschiedliche Elektroden betrieben werden und die Gasströmung auf diese Art je nach Betriebszustand des Fensters umgekehrt oder zumindest verändert werden kann.

In Fig. 9 ist eine derartige Anordnung dargestellt. Wenn die linke Gegenelektrode auf Hochspannung gelegt wird, die rechte hingegen auf Erdpotential, dann erfolgt der Gasstrom von rechts nach links.

Wenn die rechte Gegenelektrode auf Hochspannung gelegt wird, die linke hingegen auf Erdpotential, dann erfolgt der Gasstrom von links nach rechts. Auf diese Weise kann die Richtung des Gasstromes umgekehrt werden.

In Fig. 2,13b und 16 ist die natürliche Konvektionsströmung eingezeichnet, welche bei Beheizen des Fensters entsteht. Die Anordnung der Elektroden wird üblicherweise so vorgenommen werden, dass, diese natürliche Konvektionsströmung vom lonenwind unterstützt wird.

Bei einer Kühlung des Wärmeübertragers wird die Strömung in Fig. 2,13b und 16 jedoch in die entgegen gesetzte Richtung erfolgen. Werden die Elektroden nun erfindungsgemäß in der eben beschriebenen Form ausgebildet, dann kann die Strömungsrichtung des lonenwindes ebenfalls elektronisch umgeschaltet werden.

In der Fig. 13a erfolgt die Strömungsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn. Wird nun auf beiden Seiten der Koronaelektroden jeweils eine Gegenelektrode angebracht, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist, und diese abwechselnd auf Hochspannung gelegt, dann kann die Strömung sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt werden. 25 • · · · ····» · · · • ·· · · ·······

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind* ··**··*···* · · * · · * Unerwünschte Gasströmunaen

Bei allen Elektrodenanordnungen ist jedoch stets zu beachten, dass es zu Streueffekten kommen wird. Dass also der lonenstrom nicht nur entlang des kürzesten Weges zur Gegenelektrode fließt, sondern wie in Fig. 15a ersichtlich, auch zu weiter entfernten Bereichen der Gegenelektrode oder zu anderen Gegenelektroden hin abfließen wird. Dies ist insofern problematisch, da wie oben bereits im Detail ausgeführt wurde, die Stärke des durch den lonenstromes erzeugten Gasstromes größer wird, je länger der Weg ist, den der lonenstrom zurücklegt.

Wenn allerdings der Abstand zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode kurz ist im Vergleich zur Entfernung zu anderen Gegeneiektroden oder Bauteilen welche ungewollt als Gegenelektroden wirken, dann wird sich dieser Effekt in Grenzen halten. Bei Anordnungen mit mehreren Gegenelektroden sollte daher ein Mindestabstand zwischen der Koronaelektrode und jenen Gegenelektroden eingehalten werden, zu denen hin kein, bzw. nur ein möglichst geringer, lonenstrom erfolgen soll. Dieser Abstand sollte mindestens das Doppelte der Entfernung betragen die zwischen Koronaelektrode und zugehöriger Gegenelektrode liegt. In Fig. 15a sollte daher die Distanz zwischen den linken Koronaelektroden und den linken Gegenelektroden maximal die Hälfte des Abstandes zwischen den linken Koronaelektroden und den rechten Gegenelektroden betragen.

Wenn es sich jedoch als notwendig erweist den beschriebenen, ungewollten Strom stärker zu unterbinden, dann kann das durch Schirmelektroden geschehen wie in Fig. 15b. Die Elektroden sind dabei geformt wie in Fig. 11.

Es können aber auch separate Schirmelektroden angebracht werden, welche den lonenstrom teilweise abschirmen.

Sicherheit:

Die Spannungen die an die Elektroden angelegt werden, können je nach Abstand zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode einige Kilovolt bis 50 kV und darüber erreichen.

Der durch Ionisierung erzeugte elektrische Stromfluss erreicht typischerweise eine Stärke im Zehntel mA Bereich bis maximal einige mA. Durch günstige Elektrodeanordnungen kann ein ausreichender Gasstromfluss bereits mit lonenströmen erreicht werden, welche unter 0,1 mA betragen. 26

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Generell gilt der Zusammenhang, dass ein hoher Gasstrom entweder durch hohe lonenströme erzeugt werden kann, oder mit niedrigeren lonenströmen wenn der Abstand zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode vergrößert wird. Dadurch erhöht sich allerdings die Spannung die notwendig ist, um die Koronaentladung aufrecht zu erhalten. Denn das Gas zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode stellt einen elektrischen Widerstand dar, an dem ein Teil der Spannung abfällt und der daher nicht mehr für den Bereich unmittelbar um die Koronaentladung zur Verfügung steht.

Die Leistung der elektrischen Entladung beträgt daher wenige Watt. Damit stellt der lonenwind eine sehr energieeffiziente Form der Luftstromerzeugung innerhalb des Fensters dar. Die elektrischen Spannungsquellen können daher für geringe Leistung ausgelegt werden.

Durch die geringen Leistungen ist die Hochspannung ungefährlich. Die Elektroden sollten über einen Schutzwiderstand mit der Hochspannungsquelle verbunden werden, so dass wenn eine der Elektroden geerdet wird, der Kurzschlussstrom höchstens angenähert 0,3 mA erreichen kann. Dieser Widerstand liegt elektrisch in Serie zu den Elektroden und begrenzt den Strom bei Kurzschluss.

Eine solche Stromstärke kann bei direkter Berührung kaum unangenehm gefühlt werden, und ist vollkommen ungefährlich. Einige Millimeter Gasschicht und eine Glasscheibe sind daher als Isolierung in der Regel ausreichend. Es kann gefahrlos das Fensterglas berührt werden. Selbst bei einem Bruch des Glases ist eine direkte Berührung der Koronaelektrode ungefährlich, da die Spannung sofort zusammenbricht.

Darüber hinaus können wie bereits beschrieben Elektroden, welche sich in unmittelbarer Nähe der Glasscheiben befinden, von diesen zusätzlich isoliert werden, indem zwischen den Elektroden und den Glasscheiben oder auf den Glasscheiben selbst transparente, hochdurchschlagfeste Isolatoren angebracht werden.

Da durch die erfindungsgemäßen großen Entfernungen zwischen der Koronaelektrode und der Gegenelektrode hohe Gasströme mit sehr niedrigen Entladungsströmen erzeugt werden können, kann die Hochspannungsquelle entsprechend leistungsschwach dimensioniert werden. Dies reduziert den Energieverbrauch und erhöht die Sicherheit.

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An der Außenseite des Fensters können aber auch Elemente angebracht werden, welche die Bereiche der Glasscheiben, in deren Nähe sich Elektroden befinden, zusätzlich isolieren und gleichzeitig optisch verdecken. Dies wird bei Beachtung der im vorangegangenen beschriebenen Anleitung allerdings hauptsächlich aus psychologischen Gründen notwendig sein. Falls festgestellt wird, dass es Skepsis gegenüber Hochspannungselektroden gibt welche durch die Glasscheiben sichtbar sind, dann können diese Bereiche durch isolierende Kunststoffe abgedeckt werden. Vorteilhafterweise lassen sich diese mit Designelementen des Fensters kombinieren. Für die Durchleitung der Hochspannung in die innere Kammer werden Hochspannungsdurchführungen verwendet, welche am Rahmen montiert werden. Diese müssen gasdicht sein und enthalten üblicherweise Isolierteile aus Keramik, Glas oder Kunststoffen. Erfindungsgemäß können auch handelsübliche Autozündkerzen verwendet werden, um Hochspannung kostengünstig über den Rahmen in die innere Kammer zu leiten.

Wechselspannuna

Es kann beim Dauerbetrieb der Koronaentladung vorteilhaft sein, wenn die Hochspannung immer wieder für kurze Zeit abgeschaltet wird. Dann können sich Ladungen an den Teilen des Fensters abbauen. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die Polarität der Hochspannung vertauscht wird, wenn also niederfrequente Wechselspannung angelegt wird. Bei einer Vertauschung der Polarität ändert sich nämlich die Richtung des lonenstromes nicht. Es ist jedoch zu beachten, dass mehr Ozon erzeugt wird, wenn die Koronaelektrode im Verhältnis zur Gegenelektrode auf negativem Potential liegt. Die Frequenz der Wechselspannung muss weiters niedrig sein, damit es nicht zum Senden elektromagnetischer Wellen kommt.

Beschaffenheit des Füllaases

Das in der inneren Kammer befindliche Gas sollte technisch rein und trocken sein, damit es zu keiner Ablagerung von Schmutzpartikeln aufgrund der Ionisierung kommt. Bei diesem, in elektrostatischen Luftfiltern erwünschten Effekt, werden die in der Luft enthaltenen Schmutz- und Aerosolpartikel durch Stöße mit Ionen aufgeladen und dadurch an den Gegenelektroden abgelagert. Da dies im Sinne der Erfindung nicht erwünscht ist, soll das Gas möglichst rein sein.

Es ist weiters von Vorteil wenn das Gas trocken ist, da dadurch Fehlerströme unterbunden werden. Ein Feuchtigkeitsfilm zwischen den Hochspannungselektroden und Erdpotential wird, aufgrund der hohen Spannungen die Verwendung finden, rasch zu Fehlerströmen oder sogar zur Bildung von Mikrofunken führen.

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind Üblicherweise wird die innere Kammer mit Luft gefüllt werden. Im Prinzip können auch andere Gase verwendet werden, wobei zu beachten ist, dass die physikalischen Eigenschaften der Koronaentladung in Luft am besten bekannt sind und diese bei anderen Gasen teilweise sehr unterschiedlich sein können. Die in der Beschreibung angegebenen Größenordnungen für Spannungen und Entladungsströme sind auf eine Koronaentladung in Luft bezogen.

Nachrüstung existierender Fenster

Die Erfindung kann auch so genutzt werden, dass existierende Fenster mit einer zusätzlichen Scheibe versehen werden und in dem dadurch neu entstehenden Hohlraum Wärmetaucher und Elektroden angebracht werden. Wenn zum Beispiel eine existierende Glaswand, welche in der Regel aus mehreren Fensterelementen besteht, großflächig auf der dem Innenraum zugewandten Seite mit einer Glasscheibe versehen wird, und die Heizvorrichtung inklusive lonengebläse in einem dazwischen verbleibenden Spalt angebracht wird, dann kann dies auch eine optisch elegante und ansprechende Lösung sein. Dieses Verfahren ist allerdings nur anzuwenden an Glasflächen, bei denen die einzelnen Fensterelemente nicht geöffnet werden müssen. In großen Räumen mit Glaswänden oder Glasabdachungen (Einkaufzentren, Schwimmbäder, öffentliche Gebäude, Restaurants etc.), kann aber durch den nachträglichen Einbau solcher Vorrichtungen die Energieeffizienz erhöht und das Raumklima entscheidend verbessert werden. 29

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwincl *·

Figurenübersicht und -beschreibung ln den Figuren stehen die folgenden Zeichen stets für die folgenden Bestandteile der Fensteranordnung: R Rahmen des Fensters W Wärmeübertrager

Gsch Glasscheiben K Koronaelektrode G Gegenelektrode S Schirmelektrode T Treiberelektrode L Leitelemente für die Leitung der Gasströmung HV Hochspannungseinleitung

Fig. 1 zeigt das Fenster welches vom Rahmen umfasst ist. Es ist ein zweiteiliger Wärmeübertrager vorhanden, welcher am oberen und am unteren Teil des Rahmens angeordnet ist. Es kann vorteilhaft sein, bei Kühlung nur den oberen Teil des Wärmeübertragers zu kühlen und bei Heizung nur den unteren Teil zu heizen. Auf diese Weise entsteht bereits eine natürliche Konvektionsströmung, da das warme Gas eine geringere Dichte hat.

Fig. 2 zeigt ein Fenster bei dem der Wärmeübertrager auf allen vier Seiten entlang des Rahmens angebracht ist. Es ist auch die Strömungsrichtung der natürlichen Konvektion eingezeichnet welche entsteht, wenn der Wärmeübertrager geheizt wird. Da sich dadurch das Gas am Rahmen stärker erwärmt, kommt es entlang des Rahmens zu einer Gasströmung nach oben. In der Mitte des Fensters kühlt das Gas ab und sinkt. Bei Kühlung erfolgt die Gasströmung in entgegen gesetzter Richtung.

Fig. 3 zeigt ein Fenster im Schnitt. Es sind 3 Glasscheiben dargestellt, wobei die linke Scheibe gemeinsam mit der mittleren Scheibe der Außenluft zugewandt ist und vorteilhafter Weise als Isolierfenster konstruiert ist. Die rechte Scheibe ist dem Innenraum zugewandt und bildet gemeinsam mit der mittleren Scheibe die innere Kammer welche mit Gas gefüllt ist. Die Scheiben sind durch den Rahmen luftdicht abgeschlossen. Im oberen Teil ist der Wärmeübertrager in Form eines Rohres dargestellt. Im unteren Teil ist der Wärmeübertrager in den Rahmen integriert und mit Lamellen versehen, welche zur Wärmeübertragung in die innere Kammer hineinreichen. Das Wärme- bzw. Kältemittel von dem die Wärmeübertrager durchflossen sind, ist in der Fig. durch Punkte symbolisiert. 30

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwmcl

Fig. 4 zeigt verschiedene Geometrien für die Koronaelektrode bei denen hohe elektrische Feldstärke durch Spitzen erzeugt werden. Fig. 4b und 4c zeigt, wie bestimmte Bereiche von der lonenerzeugung ausgenommen werden können, indem in diesen Bereichen keine Spitzen vorhanden sind. In Fig. 4e nimmt die Stärke des lonenstromes von links nach rechts zu, wenn die Gegenelektrode parallel zur Koronaelektrode liegt, so dass die äußersten Spitzen von links nach rechts gesehen näher zur Gegenelektrode reichen. In Fig. 4 c sind die Spitzen der Koronaelektrode am Rahmen montiert. In Fig. 4 d ist die Koronaelektrode in die Lamellen des Wärmeübertragers integriert.

Fig. 5 zeigt verschiedene Anordnungsmöglichkeiten für die Elektroden.

In Fig. 5 a befindet sich die Gegenelektrode auf Hochspannungspotential. Oie Koronaelektrode ist in den Wärmeübertrager integriert und liegt auf Erdpotential. Der Gasstrom entwickelt sich über die gesamte Breite des Fensters und ist von dem unteren Wärmeübertrager weggerichtet und zum oben Wärmeübertrager hingerichtet.

Fig. 5 b zeigt eine Elektrodenanordnung, bei welcher die Koronaelektrode auf Hochspannungspotential liegt und der auf Erdpotential liegende Wärmeübertrager als Gegenelektrode fungiert. Auch hier wird der Wärmeübertrager auf voller Breite direkt vom lonenwind angestömt.

Fig. 5c zeigt, dass die Elektroden auch quer über die Fensterfläche gespannt werden können, und dass in einem Fenster mehrere Gegenelektroden und Koronaelektroden angeordnet sein können. Die Koronaelektrode befindet sich am oberen Rahmen. Die Gegenelektroden liegen auf Hochspannung und sind als Drähte oder schmale Streifen ausgeführt.

Fig. 6 zeigt typische Elektrodengeometrien in der einfachsten Ausführung, bei denen die Koronaelektrode als Draht ausgeführt und eine oder mehrere Gegenelektroden vorhanden sind. Dies ist typischerweise dann der Fall, wenn die Koronaelektrode auf Erdpotential liegt und daher keine Abschirmmaßnahmen getroffen werden müssen.

In Fig. 6a besteht die Gegenelektrode aus zwei parallel angeordneten Platten oder Gittern, welche parallel zu den Glasscheiben und quer zur gewünschten Strömungsrichtung des Gases angeordnet sind.

In Fig. 6a ist nur eine Platte oder ein Gitter vorhanden.

In Fig. 6c sind die Gegenelektroden direkt an den Glasscheiben angeordnet.

In Fig. 6d besteht die Gegenelektrode aus einem Draht welcher zumindest so dick sein muss, dass daran keine Koronaentladung auftritt.

Fig. 6e zeigt die Gegenelektrode durch mehrere Drähte ausgeführt.

In Fig. 6f ist die Gegenelektrode durch mehrere, flache und schmale Platten oder Gitter ausgeführt, wodurch die Kapazität im Vergleich zu einer großen Platte oder Gitter verringert wird. 31 ·· ·» • · · · • · ♦ · • · · ·

* Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwintf *··* *

Fig. 7 zeigt Anordnungen bei denen die hochspannungsführenden Elektroden von den Glasflächen isoliert sind, indem an den Glasflächen Isolierteile oder isolierende Schichten angebracht werden. Diese werden vorteilhafter Weise aus optisch transparenten Materialien bestehen und sind in den Fig. schraffiert dargestellt. Die Koronaelektrode befindet sich in den dargestellten Anordnungen auf Erdpotential.

In Fig. 7a erstreckt sich die isolierende Schicht nur über den Bereich in dem sich die hochspannungsführende Gegenelektrode befindet.

In 7b ist auch eine Treiberelektrode dargestellt welche sich üblicherweise auf Hochspannung befindet. Daher ist sowohl in dem Bereich in dem sich die Treiberelektrode befindet eine Isolierschicht auf die Glasscheiben aufgetragen, als auch in dem Bereich in dem sich die Gegenelektrode befindet. In der Fig. erstreckt sich diese Schicht zusätzlich auch über den Bereich zwischen den Elektroden.

In Fig. 7c sind die Elektroden direkt, zum Beispiel in Form von dünnen Schichten, auf den Isolatoren aufgebracht.

Fig. 8 zeigt Anordnungen bei denen Schirmelektroden vorhanden sind. Damit wird ein lonenstrom unterbunden, welcher sich nicht in Richtung der Gegenelektroden ausbreitet, sondern in entgegen gesetzter Richtung, wenn sich die Koronaelektrode auf Hochspannungspotential befindet. In Fig. 8b bis 8e sind auch Treiberelektroden vorhanden. Durch diese Treiberelektroden wird der lonenstrom seitlich gebündelt. Es können daher an der Gegenelektrode höhere lonenströme bei niedrigeren Spannungen erreicht werden.

Fig. 8a zeigt eine einfache Ausführung einer Schirmelektrode, welche von der Strömungsrichtung des Gases aus gesehen vor der Koronaeiektrode angeordnet ist.

Fig. 8b zeigt neben der Schirmelektrode auch eine Treiberelektrode. Diese ist in Form von zwei parallelen Platten oder Gittern ausgeführt und diese befinden sich zu beiden Seiten der Koronaelektrode zwischen letzterer und den Glasscheiben. Die Gegenelektrode ist als einzelne Platte oder Gitter ausgeführt.

In Fig. 8c bestehen sämtliche Elektroden aus Drähten. 32 • · · · · ··· · t · · • · · · · ··· ··· * Reinhard Posch: Heiz-und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwind* *··’*··* ···* ··* ··*

In Fig. 8d sind die Treiberelektrode und die Gegenelektrode als Schichten ausgeführt, welche auf den Glasscheiben angebracht sind. Fig. 8d zeigt außerdem, wie links vor der Koronaelektrode ein dielektrisches Material auf die Glasscheibe aufgebracht ist. Wenn sich die Koronaelektrode auf Hochspannung befindet, werden sich Ladungen an diesem dielektrischen Material anlagem. Dadurch kommt es zu einem Abschirmeffekt und die dielektrische Schicht, welche in der Fig. 8d schraffiert dargestellt ist, wirkt gemeinsam mit den daran angelagerten Ladungen als Schirmelektrode. Die Glasstrecke zwischen Treiberelektrode und Gegenelektrode wirkt als hochohmiger, elektrischer Widerstand. Bei geeignetem spezifischen Widerstand des Glases kann auf diese Weise die Treiberelektrode mit der Gegenelektrode elektrisch verbunden werden und dadurch das relative Spannungspotential zwischen diesen beiden Elektroden festgelegt werden. Der Widerstand wird dabie vom Abstand zwischen den beiden Elektroden bestimmt. Falls das Glas für diese Anwendung zu hochohmig ist, kann in dem Bereich zwischen den beiden Elektroden auch eine Schicht mit geeignetem spezifischen Widerstand aufgebracht werden.

In Fig. 8e sind sämtliche Elektroden als Schichten auf den Glasscheiben ausgeführt. Die Schirmelektrode befindet sich vor der Koronaelektrode. Die Gegenelektrode besteht aus einer Schicht mit hohem Widerstand. Die Hochspannung wird am rechten Rand der Gegenelektrode angelegt, welcher der Koronaelektrode am weitesten entfernt ist. Durch den hohen Widerstand der Gegenelektrode erfolgt ein Spannungsabfall entgegen der Strömungsrichtung. Dadurch befindet sich der Teil der Gegenelektrode, welcher sich in unmittelbarer Nähe der Koronaelektrode befindet, auf einem Spannungspotential welches sich zwischen jenem der Koronaelektrode und jedem des rechten Bereiches der Gegenelektrode befindet. Auf diese Weise wirkt der der Koronaelektrode näher liegende Teil als Treiberelektrode. Die Schirmelektrode ist in Fig. 8e nur deshalb dargestellt, um zu zeigen dass sämtliche Elektroden als Schichten auf den Glasscheiben ausgeführt werden können. Im konkreten Fall ist keine Schirmelektrode notwendig, da sich die Gegenelektrode auf Hochspannung und damit die Koronaelektrode auf Erdpotential befindet.

In Fig. 9 ist eine Elektrodenanordnung dargestellt, mit welcher sich die Strömungsrichtung des lonen-und des Gasstromes elektrisch umkehren lässt. Die Koronaelektrode ist mit Erdpotential verbunden.

Wird die rechte Gegenelektrode mit Hochspannung verbunden und die linke mit Erdpotential, dann fließt der Strom von links nach rechts. Wird die linke Gegenelektrode mit Hochspannung verbunden und die rechte mit Erdpotential, dann fließt der Strom von rechts nach links. Diese Anordnung ist dann von Vorteil, wenn durch den lonenstrom Gasströmungen unterstützt werden sollen, welche sich aufgrund natürlicher Konvektion ergeben. Bei bestimmten Anordnungen der Wärmeübertrager kehren sich diese Konvektionsströme um wenn der Wärmeübertrager nicht geheizt, sondern gekühlt wird.

Fig. 10 zeigt vorteilhafte Elektrodenanordnungen, wenn sowohl Koronaelektrode als auch Gegenelektrode auf Hochspannung mit jeweils unterschiedlicher Polarität liegen. 33 ·· ·· • · · · • · · · • · · ·

Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonen&wd

In Fig. 10a sind die Glasscheiben mit einer elektrisch leitenden Schicht beschichtet, welche auf Erdpotential gelegt wird. Dadurch wird der gesamte Bereich elektrisch abgeschirmt. Diese Abschirmung kann auch erfolgen, indem an der Innenseite der Glasscheiben ein Gitter angebracht wird.

In Fig. 10b ist die an den Glasscheiben aufgebrachte, und zu Abschirmzwecken mit Erdpotential verbundene, elektrisch leitende oder halbleitende Schicht nur soweit vorhanden, dass sie von der Gasströmungsrichtung aus gesehen vor der Koronaelektrode endet. Links ist schraffiert dargestellt ein dielektrisches Material auf die Glasscheibe aufgebracht, an welches sich Ladungen anlagern.

Dadurch kommt es zu einem Abschirmeffekt und die dielektrische Schicht wirkt gemeinsam mit den daran angelagerten Ladungen als Schirmelektrode.

Fig. 11 zeigt eine kombinierte Korona- und Abschirmelektrode. Die Koronaelektrode besteht dabei beispielsweise aus einem dünnen Draht, und die Schirmelektrode ist in Form eines Bügels so angeordnet, dass die Emission von Ionen nur in die vom Pfeil gekennzeichnete Richtung erfolgen kann. Eine Emission in die übrigen Richtungen wird abgeschirmt.

In Fig. 12 ist dargestellt, wie Elektroden über die gesamte Breite oder Höhe des Fensters gespannt werden und der lonenstrom trotzdem auf bestimmte Bereiche begrenzt wird. Die Gegenelektrode besteht in der Mitte aus einem Isolator. Die Treiberelektrode enthält in der Mitte einen Bereich, welcher mit Isolatoren von den hochspannungsführenden Randbereichen der Elektrode abgetrennt ist. Obwohl das Spannungspotential der mittleren Teile nicht exakt definiert ist und sich daher in der Regel nicht auf Erdpotential befinden wird, kommt es trotzdem zu einem geringeren lonenstrom in diesen Bereichen, da aufgrund der Isolation die empfangene Ladung nicht abgeleitet werden kann. Zum besseren Verständnis sind Koronaelektrode und Treiberelektrode so dargestellt, dass beide in einer Aufsicht auf die Fensterfläche sichtbar sind, obwohl sie in der Realität üblicherweise so angeordnet sein werden, dass sie sich gegenseitig ganz oder teilweise verdecken.

In Fig. 13a ist dargestellt, wie durch Anordnung mehrerer, kleiner Elektroden eine Strömung erzeugt werden kann, die an den Wärmeübertragern entlang fließt, so dass deren Oberfläche optimal beströmt wird. Die Koronaelektroden befinden sich auf Erdpotential, dadurch sind keine Abschirmmaßnahmen notwendig. In den Ecken sind durchsichtige Leitelemente dargestellt, durch welche das Strömungsverhalten in Teilbereichen optimiert werden kann. 34 «Mt * Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwtfd *··* *··* ···* ··*

In Fig. 13b ist dargestellt, wie durch geschickte Elektrodenanordnung die natürliche Konvektionsströmung verstärkt wird. Die Koronaelektrode ist in den Wärmeübertrager integriert und liegt wieder auf Erdpotential. Die Spitzen sind schematisch und übertrieben groß dargestellt. Daher reichen nur die Gegenelektroden in die Fensterfläche hinein. Wie man an diesem Beispiel erkennen kann, lässt sich das lonengebläse optisch sehr gefällig konstruieren. Die Gegenelektroden können dabei verschiedene Formen haben. Sie können vor allem in Strömungsrichtung des Gases länger sein um ein effektiveres Abließen des lonenstroms zu gewährleisten. Es kann von Vorteil sein, wenn die Länge der Gegenelektrode in Strömungsrichtung zumindest ein Fünftel des Abstandes zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode beträgt. Weiters ist es möglich, die Gegenelektrode weniger weit in den Gasraum ragen zu lassen und stärker auf den Randbereich zu beschränken wenn dies für eine gute Beströmung des Wärmeübertragers ausreichend ist.

In Fig. 14 ist die Gegenelektrode direkt auf einer Glasscheibe angebracht. Die Koronaelektrode ist ebenfalls nahe der Glasscheibe angebracht. Dadurch lässt sich erreichen, dass der lonenstrom stärker an der linken Glasscheibe entlang streicht. Wenn sich die Elektroden über die gesamte Breite des Fensters erstrecken, dann stellt sich bei ausreichend großem Abstand zwischen den Glasscheiben ein Strömungsprofil wie abgebildet ein. Um diese Strömung über die gesamte Höhe des Fensters aufrecht zu erhalten, müssen unter Umständen mehrere Elektrodenkombinationen hintereinander angeordnet werden.

In Fig. 15a wird gezeigt, dass sich auch in den Fällen in denen die Koronaelektrode auf Erdpotential liegt, ein unerwünschter Ionen- und Gasstrom entstehen kann, wenn mehrere Gegenelektroden vorhanden sind. Bei diesen Konstruktionen ist zu berücksichtigen, dass sich die Gegenelektroden zu denen kein lonenstrom stattfinden soll in ausreichender Entfernung zur Koronaelektrode befinden.

In Fig. 15b ist dargestellt wie mithilfe von Schirmelektroden ein unerwünschter lonenstrom unterbunden werden kann. Die kombinierte Korona- und Schirmelektrode weist dabei eine Form auf wie in Fig. 11 dargestellt.

In Fig. 16 ist zu sehen, dass die Elektroden auch abgedeckt werden können. Die beiden strichlierten Linien symbolisieren eine Abdeckung welche sich quer über die Breite des Fensters erstreckt. Die Abdeckung umfasst den gesamten Bereich zwischen den strichlierten Linien und kann aus isolierendem Material gefertigt sein, zum Beispiel aus demselben Material wie der Rahmen. Dadurch wird bei Berührung der Glasscheibe eine zusätzliche Isolierung gegenüber der Hochspannung, welche sich auf der anderen Seite der Glasscheibe befindet, geschaffen. Weiters sind wieder Leitelemente dargestellt. Zum besseren Verständnis sind Koronaelektrode und Treiberelektrode so eingezeichnet, dass beide in einer Aufsicht auf die Fensterfläche sichtbar sind, obwohl sie in der Realität üblicherweise so angeordnet sein werden, dass sie sich gegenseitig ganz oder teilweise verdecken. 35

Claims

·· ·♦ • · · · • · · · • · · · ···· ···· • · • ··· Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwinS *··* »· • · · • · · ·♦· ·· Patentansprüche: 1. Mindestens zweifach verglastes Fenster, welches in einer beliebigen Weise erwärmt oder gekühlt wird dadurch gekennzeichnet, dass durch lonenwind und den dadurch verursachten Gasstrom eine zumindest teilweise erzwungene Strömung des Gases zwischen zumindest zwei Glasscheiben stattfindet.
2. Fenster nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest zwei Glasscheiben ein Gas vorhanden ist, welches direkt oder indirekt erwärmt oder gekühlt wird und in dem lonenwind erzeugt wird.
3. Fenster nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass lonenwind durch eine elektrische Entladung erzeugt wird.
4. Fenster nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Entladung eine Koronaentladung oder eine Sprühentladung ist.
5. Fenster nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der elektrischen Entladung zumindest eine Elektrode vorhanden ist an der freie Elektronen und Ionen entstehen und welche als Koronaelektrode bezeichnet wird, und dass zumindest eine zweite Elektrode vorhanden ist welche den Großteil des lonenstroms empfängt und welche als Gegenelektrode bezeichnet wird, wobei sich beide Elektroden auf positivem oder negativem elektrischem Spannungspotential oder auf Erdpotential befinden können.
6. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest eine Elektrode Hochspannung angelegt ist.
7. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fenster mehrere Koronaelektroden und zugehörige Gegenelektroden vorhanden sind.
8. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Koronaelektroden an Erdpotential angeschlossen sind.
9. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Koronaelektroden im Verhältnis zu den Gegenelektroden auf positivem Spannungspotential befinden.
10. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen um oder zwischen den Elektroden oder an den Glasscheiben hochdurchschlagfeste Isolierteile oder -schichten angebracht sind um das Durchschlagen der Hochspannung durch die Glasscheiben oder sonstige Teile des Fensters zu verhindern.
11. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass an den Glasscheiben oder an elektrisch isolierenden Teilen oder Schichten, welche an den Glasscheiben angebracht sind, elektrisch leitende oder halbieitende Schichten angebracht sind, welche als Elektroden dienen.
12. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass an den Glasscheiben elektrisch leitende oder halbleitende Schichten oder Gitter angebracht sind, welche mit einem bestimmten Spannungspotential verbunden sind, so dass diese Schichten als elektrische Abschirmung dienen. 1 Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenWihd • # • · · · ♦·· ···
13. Fenster nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheiben mit einem Rahmen verbunden sind, welcher den Raum zwischen den Scheiben entweder luftdicht abschließt, oder der Lüftungsöffnungen aufweist, durch welche ein Gas in den Raum zwischen die Scheiben ein-und austreten kann.
14. Fenster nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest 3 parallele Glasscheiben vorhanden sind.
15. Fenster nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Glasscheiben ein Wärmeisolierfenster bilden.
16. Fenster nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das beheizte oder gekühlte Gas technisch rein und trocken ist, so dass verhindert wird, dass im Gas enthaltene Partikel ionisiert werden und sich an geladenen Oberflächen des Fensters und an den Elektroden ablagem oder dass aufgrund der Feuchtigkeit ungewollte elektrische Fehlerströme fließen oder Funken entstehen.
17. Fenster nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das beheizte oder gekühlte Gas Luft ist.
18. Fenster nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung oder Kühlung durch zumindest einen Wärmeübertrager erfolgt, welcher im oder am Rahmen, im Gasraum zwischen den Glasscheiben, oder an den Glasscheiben selbst angebracht ist, oder mit dem Rahmen, mindestens einer Glasscheibe oder dem eingeschlossenen Gas in thermischem Kontakt steht.
19. Fenster nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager zumindest teilweise hohl ist, und von einem flüssigen oder gasförmigen Wärme- oder Kältemittel durchflossen wird,
20. Fenster nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager einen hohen elektrischen Widerstand aufweist und von elektrischem Strom durchflossen wird, wodurch Wärme entsteht.
21. Fenster nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager rohrförmig ausgeführt ist.
22. Fenster nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager mit Lamellen versehen ist oder schwarz gefärbt ist oder sonst auf eine Art und Weise ausgeführt ist welche die Wärmeübertragung zwischen Wärmeübertrager und Gas begünstigt.
23. Fenster nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme- oder Kältemittel von außerhalb des Fensters zugeführt wird.
24. Fenster nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme- oder Kältemittel von einer zentralen Heiz- oder Kühlanlage bereitgestellt wird.
25. Fenster nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme- oder Kältemittel durch eine Vorrichtung, welche in das Fenster oder den Fensterrahmen integriert ist, erwärmt oder gekühlt wird.
26. Fenster nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung eine Wärmepumpe oder eine Kältemaschine ist. 2 ·· ···· ···· Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwtmJ *· ·· ·· • · « • · · ··· ···
27. Fenster nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager oder der Teil des Rahmens, welcher mit dem zwischen den Glasscheiben eingeschlossenen Gas in Kontakt steht, als Elektrode verwendet wird, oder dass an diesen Teilen Koronaelektroden oder Gegenelektroden angebracht werden, welche mit dem Wärmeübertrager oder dem Rahmen in elektrischem oder thermischem Kontakt stehen.
28. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Koronaelektroden aus Wolfram bestehen oder die Elemente Wolfram, Cäsium, Barium oder Thorium enthalten.
29. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Koronaelektroden dort wo ein lonenstrom erzeugt werden soll so geformt sind, dass an der Oberfläche hohe elektrische Feldstärken entstehen, und dass sie dort wo kein lonenstrom erwünscht ist geometrisch so geformt sind, dass an diesen Stellen keine hohen elektrischen Feldstärken entstehen.
30. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden so ausgeführt sind, dass sie eine möglichst geringe elektrische Kapazität aufweisen.
31. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden in Form von Drähten, Gittern oder schmalen Streifen ausgeführt sind.
32. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden aus isolierendem Material ausgeführt werden, auf welche elektrisch leitende oder halbleitende Schichten aufgebracht sind.
33. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden über die gesamte Breite oder die gesamte Höhe der Fensterfläche, oder quer über die gesamte Fensterfläche reichen.
34. Fenster nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung im Wesentlichen das gesamte Gasvolumen erfasst.
35. Fenster nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass die durch lonenwind erzeugte Strömung auf die Wärmetauscher oder von ihnen weg gerichtet ist, oder an Teilen der Wärmeübertrager entlang fließt.
36. Fenster nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden und die Wärmetauscher so angeordnet sind, dass die erzwungene Strömung jene Strömung verstärkt welche durch die natürliche Konvektion entsteht.
37. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden so angeordnet sind, dass das Gas entlang einer Glasscheibe strömt und entlang der zweiten Glasscheibe in entgegen gesetzter Richtung strömt, so dass ein geschlossener Kreislauf entsteht.
38. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elektroden so angeordnet sind oder im Verhältnis zueinander auf einem solchen Spannungspotential liegen, dass die Gasströmung verstärkt auf eine bestimmte Glasscheibe gerichtet ist.
39. Fenster nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung durch Leitelemente geleitet wird.
40. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Koronaelektroden oder Gegenelektroden vorhanden sind, welche so angeordnet sind, dass lonenwind in unterschiedliche Richtungen erzeugt wird, und dass zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Elektroden an Spannung angelegt werden, je nachdem ob das Fenster geheizt oder gekühlt wird. 3 • ·· Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwinci*«
41. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden elektrisch isolierende Teile enthalten um den lonenstrom an diesen Bereichen zu reduzieren oder ganz zu unterbinden.
42. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Elektroden so ausgeführt werden dass sie einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen, zum Beispiel in Form dünner Schichten, so dass durch den Spannungsabfall an diesem Widerstand die Stärke des lonenstromes über verschiedene Bereiche der Elektroden unterschiedlich ist.
43. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand zwischen Elektroden, die mit einer Glasscheibe oder mit einem auf der Glasscheibe angebrachten Material in elektrischem Kontakt stehen, dergestalt festgelegt wird, dass die Glasscheibe selbst oder das an ihr angebrachte Material als elektrischer Widerstand wirkt.
44. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass von der erwünschten Strömungsrichtung des Gases aus gesehen vor der den lonenstrom erzeugenden Koronaelektrode im Gasraum oder an den Glasscheiben eine Schirmelektrode angeordnet ist, welche auf einem Spannungspotential liegt das dieselbe Polarität aufweist wie die Koronaelektrode, wodurch ein lonenstrom der sich entgegen der erwünschten Strömungsrichtung ausbreitet unterbunden oder weitgehend reduziert wird.
45. Fenster nach Anspruch 44 gekennzeichnet dadurch, dass die Koronaelektroden so konstruiert sind, dass Teile von ihnen, an denen keine hohen elektrischen Feldstärken auftreten, als Schirmelektrode wirken, so dass der lonenstrom in bestimmten Richtungen unterbunden oder reduziert ist.
46. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung eines der erwünschten Strömungsrichtung entgegen gesetzten lonenstromes dadurch erfolgt, dass von der erwünschten Strömungsrichtung des Gases aus gesehen vor der den lonenstrom erzeugenden Koronaelektrode entlang der Glasscheiben oder direkt an den Glasscheiben ein dielektrisches Material angebracht ist, über eine Entfernung welche zumindest dem 1,5 fachen der Entfernung zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode entspricht.
47. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der Koronaelektrode eine so genannte Treiberelektrode angeordnet ist, die sich auf einem elektrischen Potential befindet welches zwischen jenem der Koronaelektrode und jenem der Treiberelektrode liegt, wodurch der lonenstrom gebündelt wird und lonenströme erzeugt werden können ohne dass dazu die Spannung zwischen Koronaelektrode und Gegenelektrode erhöht werden muss.
48. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass an den Außenseiten der Fensterscheiben Elemente angebracht werden, welche die Elektroden oder den Wärmetauscher optisch verdecken oder welche die Bereiche der Glasscheiben, welche in der Nähe der Elektroden liegen gegen Berührung elektrisch isolieren.
49. Fenster nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass Hochspannung mit Hilfe von Autozündkerzen in die luftdicht abgeschlossenen Bereiche zwischen den Glasscheiben geleitet wird. 4 Φ· Reinhard Posch: Heiz- und kühlbares Fenster mit Gasströmung durch lonenwfnci * ·· ···· ··· ·· • · · · · · · · · • · · · ··· · · · · • · * · · ··* ·.! » ·
50. Fenster nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass an Elektroden Wechselspannung angelegt wird.
51. Fenster nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass existierende Fenster und Glasflächen erfindungsgemäß nachgerüstet werden, indem zumindest eine zusätzliche Scheibe, Wärmeübertrager und Elektroden angebracht werden. 5