AT509834B1 - Reinigung der zuluft bei fenstern oder lüftungsöffnungen - Google Patents

Abstract

Die Luftverschmutzung stellt eines der gravierenden Probleme der heutigen Zeit dar. Die hier dargestellten Vorrichtungen zur Luftreinigung bestehen aus Hochspannungserzeugung, Elektroden und einer Ionisierungsvorrichtung und werden in den Fensterrahmen integriert. Die Aufgabe die Luft bei einem Fenster oder einer Lüftungsöffnung zu reinigen, wird dadurch bewerkstelligt, dass innen am Fensterrahmen Elektroden angebracht werden, diese Elektroden mit einer Isolierschicht überzogen sind, die auch zur besseren Reinigung abnehmbar sein kann. Weiters ist es auch möglich die Elektroden als Lamellen einer Jalousie auszuführen. Die Hochspannungserzeugung erfolgt durch eine Hochspannungskaskade, bestehend aus Gruppen von Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität, durch potentialgetrennte Sperrwandler deren Ausgänge in Serie geschaltet sind, durch potentialgetrennte Sperrwandler oder Sperrschwinger deren Ausgänge in Kaskade geschaltet sind. Die Ionisierung der Luft erfolgt durch Entladung an Ionisierungselektroden, die vorzugsweise oben am Fensterstock montiert sind, die mit der Hochspannungsquelle verbunden sind.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Luftreinigung, welche im Bereich eines Fensters oder einer Lüftungsöffnung mit einer Jalousie mit Lamellen angeordnet ist und Flächenelektroden zur Abscheidung oder Sammlung von Staub und eine lonisierungsvorrichtung, umfassend eine Hochspannungserzeugungseinrichtung, deren Spannung an lonisierungselekt-roden geschaltet ist, aufweist, wobei sowohl die Flächenelektroden (3,4) zur Abscheidung von Staub als auch die lonisierungselektroden innen- oder rauminnenseitig mit dem Rahmen (1) des Fensters oder der Lüftungsöffnung verbunden sind.

[0002] Die Luftverschmutzung stellt eines der gravierenden Probleme der heutigen Zeit dar. Jährlich steigt die Anzahl der Lungenerkrankungen wie Asthma und Bronchitis. Zusätzlich steigt jährlich die Zahl der an Pollenallergien leidenden Menschen. In der warmen Jahreszeit, in der es oft sinnvoll wäre, bei offenem Fenster zu schlafen oder einfach auch unter Tag die Fenster offen zu haben, ist das für den Pollenallergiker nicht möglich. Dazu und bei der Verbesserung des Klimas in Altbauten ist die hier vorgestellte Erfindung gedacht.

[0003] In Altbauten mit etwas schlecht schließenden Fenstern, die den Vorteil eines leichten kontinuierlichen Luftaustausches ohne zusätzlichen Aufwand haben, kann auf folgende Weise die einfließende Luft gereinigt werden. Dazu ist es nur notwendig, im Fensterrahmen eine leitfähige Fläche zu montieren (diese kann dann zur Oberfläche hin mit Isolierstoff beschichtet sein), an die eine Gleichspannung gelegt wird. Sinnvoller Weise werden ein paar Spitzenelektroden oben am Fensterstock montiert und mit Gleichspannung beaufschlagt. Die Montage oben hat den Vorteil, dass die Elektroden außerhalb des unmittelbaren Handbereichs angeordnet sind. Wenn die elektrische Feldstärke entsprechend hoch ist, kommt es zu einer Ionisierung der Luft. Diese Ionen lagern sich an den Schmutzpartikeln, Pollen, Mikroben, Pilzsporen, Feinstaub u.ä. in der Luft an und diese werden somit elektrisch geladen. Ein äußeres Gleichfeld zieht nun diese geladenen Teilchen an und diese lagern sich dann an den Elektroden, beziehungsweise an der Beschichtung ab und können von dort auf übliche Weise entfernt werden. Ebenso kann es sinnvoll sein, die Elektroden mit einem abnehmbaren Überzug zu versehen, der dann entweder gewaschen oder gleich entsorgt wird.

[0004] Eine weitere Möglichkeit die Elektroden anzuordnen besteht darin sie als Lamellen einer Jalousie anzuordnen. Da der Abstand der Elektroden geringer ist, ist auch nur eine geringere Spannung erforderlich.

[0005] Natürlich können die Elektroden, die Hochspannungserzeugung und die lonisierungsvorrichtung in ein neues Fertigteilfenster mitintegriert werden und dann in Neubauten und bei Altbausanierungen eingesetzt werden.

[0006] In der Patentliteratur findet man viele Vorrichtungen zur Luftreinigung. Gegenüber diesen erfolgt nun eine Abgrenzung.

[0007] In DE 10023630 A1 (Alexander Fürst) wird eine rollartige Vorrichtung zum vorübergehenden Bedecken von Fenstern oder Glastüren sowie Rollläden in Gebäuden behandelt. Diese wird auch als Elektrofilter verwendet, jedoch im Gegensatz zur gegenständlichen Erfindung wird ein bahnförmiger Motivträger auf einer Jalousie aufgebracht, wobei diese luftdurchlässig, schallmindernd, nachleuchtend und ähnliches sein kann. Dieser dient dann auch als Staubfänger. Im gegenständlichen Fall werden die Lamellen der Jalousie direkt an Spannung gelegt und wirken so als elektrisches Luftfilter; es wird keine zusätzliche Einrichtung wie der Motivträger verwendet.

[0008] In DE 10 2005 047 247 A1 (EFS Schermbeck GmbH) wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung der Atemluft mit integrierter Wärmerückgewinnung dargestellt. Dabei handelt es sich um ein selbstständiges Gerät, das nicht in das Fenster integriert ist. Zusätzlich wird die Luft gesaugt oder gedrückt. In der gegenständlichen Erfindung erfolgt keinerlei zusätzliche Bewegung der Luft und die Vorrichtung ist direkt in das Fenster oder die Luftöffnung integriert.

[0009] DE 2044 287 C3 (Medicor Müvek) zeigt ein Gerät zur Luftionisation. Dabei wird eine spezielle sägezahnförmige Elektrodenanordnung verwendet. Weder ist das Gerät in das Fenster oder die Luftöffnungen integriert, noch nutzt sie jalousieförmige Elektroden.

[0010] Es ist ersichtlich, dass in keinem der genannten Patente Elektroden direkt am Fensteroder Türstock montiert sind die als Fläche zum Auffangen der Schmutzteilchen dienen.

[0011] GB2424059 A (CAN-DO CORP. LTD.) zeigt Vorrichtungen zur Belüftung von Gebäuden. Dabei wird die Luft über schmale Kanäle die in den Fensterrahmen integriert sind geleitet.

[0012] Um den Lufttransport durch diese Kanäle zu gewährleisten ist ein Ventilator eingebaut. Zur Reinigung ist weiters in diesem Kanal eine lonisierungsvorrichtung eingebaut. Dadurch werden Staubpartikel elektrisch geladen und können so mit einer Auffangelektrode gesammelt werden. Der wesentliche Unterschied zur gegenständlichen Erfindung ist, dass bei dieser kein Kanal vorgesehen und auch keine forcierte Luftbewegung durch einen Lüfter notwendig ist. Die ganze Fensteröffnung kann als Luftöffnung verwendet werden. Die Elektroden sind z.B. am Rahmen oder in Form von Jalousien angeordnet. Es gibt auch noch eine Abwandlung in GB2424059 A in der Weise, dass das Fenster einen Spalt breit geöffnet ist und dieser als Luftkanal dient. Bei der gegenständlichen ist nicht ein kleiner Kanal erforderlich, der ganze Fensterrahmen steht zur Verfügung.

[0013] US2005051028 A1 (BOTVINNIK, I.Y.) verwendet einen Kanal, durch den die Luft geleitet wird. Im Kanal angeordnet befinden sich Elektroden, die auf Potential oder Erde gelegt werden können. Mit einer Corona Elektrode werden Ionen erzeugt, die sich an die Schmutzpartikel anlagern und diese dadurch elektrisch laden. Die Corona Elektrode liegt vor den Plattenelektroden, sodass die Luft durch eine gerichtete Strömung durch die Platten getrieben werden muss. Bei der gegenständlichen Erfindung gibt es auch die Variante, dass mehrere Elektroden zueinander parallel in Form einer Jalousie angeordnet sind, jedoch ist keine gerichtete Luftströmung erforderlich. Die Jalousie kann auch für andere Zwecke wie Lichtabschattung verwendet werden. Weiters dient der Fensterrahmen als Luftkanal.

[0014] Die Erzeugung der Hochspannung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Relativ einfach ist der Aufbau einer Kaskade, wobei es sinnvoll ist, gegenüber üblichen Kaskaden die Kondensatoren nicht gleich groß zu wählen, sondern für den unteren Spannungsbereich größere Kapazitätswerte zu nehmen als im Bereich der höheren Spannung. Damit wird erreicht, dass der Gesamtkapazitätswert der Kaskade so gering bleibt, dass keine für Mensch und Tier gefährliche Energie in der Gesamtkaskade gespeichert wird und trotzdem der Ladevorgang, bedingt durch die größeren Kondensatoren im unteren Spannungsbereich gut funktioniert. Die Kondensatoren verlieren durch ihre Verluste und der Sperrverluste der Dioden Energie, die zu einem Absinken der Spannung am Kondensator führt. Das Absinken der Spannung erfolgt natürlich bei einem kleinen Kondensator entsprechend schneller als bei einem mit größerem Kapazitätswert.

[0015] Eine weitere Möglichkeit ist die Kaskadierung von kleinen Sperrwandlern oder die Reihenschaltung von kleinen Sperrwandlern. Hier liegt der Vorteil in der Modulbauweise.

[0016] Eine etwas andere Möglichkeit der Hochspannungserzeugung kann mit einem Hochspannungstrafo, vorteilhaft bei höherer Frequenz erfolgen. Ebenso ist das Prinzip des Teslatransformators, eine resonante Energieübertragung über einen Lufttransformator denkbar. Es muss jedoch eine anschließende Gleichrichtung erfolgen, da zwar durch eine Wechselspannung eine Ionisierung der Luft stattfindet, aber keine Trennung der Ladungsträger, die daher auch rasch wieder in den neutralen Zustand übergehen können.

[0017] Die Frage, ob mehrheitlich positive oder negative Ionen erzeugt werden sollen, ist eine Frage der gesundheitlichen Auswirkung von Ionen auf den Körper. Es strömen ja ein Teil der erzeugten Ionen in den Raum, ohne dass sie sich an die umgebenden Platten anlagern. Untersuchungen haben dabei gezeigt, dass mehr negative Ionen in der Luft einen positiven Einfluss auf das Wohlbefinden haben.

[0018] Es sei auch angemerkt, dass die Vorrichtung auch an Türstöcken und dergleichen angebracht werden kann.

[0019] Zusammenfassend ist festzuhalten, dass den Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Luftreinigung, umfassend Elektroden und eine lonisierungsvorrichtung, bestehend aus einer Hochspannungserzeugungseinrichtung, deren Spannung an lonisierungselektroden geschaltet ist, bildet, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass innen bzw. rauminnenseitig am Fensterrahmen oder an dem Rahmen einer Lüftungsöffnung Elektroden befestigt sind, die geerdet oder teilweise an die Hochspannung geschaltet sind.

[0020] Vorteilhaft ist es, wenn die Elektroden mit einer Isolierschicht überzogen sind.

[0021] Weiters kann es günstig sein, wenn die Elektroden mit einer abnehmbaren Isolierschicht überzogen sind.

[0022] Dazu ist erläuternd auszuführen, dass die hier erwähnten Isolierschichten der Elektroden im Wesentlichen zwei Aufgaben übernehmen: einerseits einen teilweisen oder vollständigen Berührschutz der auf Potential liegenden Elektroden, andererseits die Möglichkeit, durch Abnehmen der verschmutzten Isolierschicht die Reinigung der Vorrichtung zu erleichtern.

[0023] Die Funktionsweise der mit Isolierschichten überzogenen Elektroden im Zusammenhang mit der Vorrichtung zur Luftreinigung beruht auf der Wirkung von Influenz und Nachladung der Verluste durch die immer vorhandene, geringe Restleitfähigkeit von Isolatoren. Zum Vergleich sei die elektrostatische Aufladung der äußeren Oberfläche von Bildschirmen bei Röhrenmonitoren genannt.

[0024] Bevorzugter Weise ist vorzusehen, dass die Elektroden als Lamellen einer Jalousie ausgebildet sind. Als Hochspannungserzeugungseinrichtung kommt insbesondere eine Hochspannungskaskade bestehend aus Gruppen von Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität in Frage.

[0025] Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Vorrichtung als Hochspannungserzeugungseinrichtung potentialgetrennte Sperrwandler aufweist, deren Ausgänge in Serie geschaltet sind.

[0026] Weiters kann die neue Vorrichtung als Hochspannungserzeugungseinrichtung potentialgetrennte Sperrwandler oder Sperrschwinger aufweisen, deren Ausgänge in Kaskade geschaltet sind.

[0027] Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass sie zur Ionisierung der Luft Spitzenelektroden aufweist, die am oberen Bereich eines Fensterstocks oder am oberen Teil der Lüftungsöffnung montiert sind.

[0028] Die Erfindung ist im Folgenden an Hand von beispielhaften Zeichnungen nochmals erklärt. Die Figuren 1 bis 5 zeigen die Anordnung der Elektroden und die Figuren 6 bis 8 stellen die Hochspannungserzeugung dar.

[0029] Figur 1 zeigt an Hand eines zweiflügeligen Fensters mit dem Fensterstock (1) und den teilgeöffneten Fensterflügeln (2), die Elektroden (3, 4) sind an den Längsseiten des Fensterstocks angeordnet. Am oberen Teil des Fensterstocks (6) sind die lonisierungs-Spitzenelektroden (7) angebracht. Am Fensterbrett (5) sind keine Elektroden montiert. Bei einem neuen integrierten Fenster könnte im Fensterbrett (5) oder im oberen Teil des Fensterstocks (6) die Hochspannungserzeugung untergebracht werden.

[0030] Figur 2 zeigt ein Fenster mit dem Fensterstock (1) den Fensterflügeln (2) bei dem sich die Elektroden (3, 4) jeweils im unteren (5) und im oberen Teil (6) des Fensterstocks (1) befinden. Die Elektrode (4) im Fensterbrett (5) wird dabei sinnvollerweise auf Erdpotential gelegt. Die lonisierungselektroden befinden sich z.B. wieder am oberen Teil des Fensterstocks (1).

[0031] Figur 3 zeigt ein Fenster, das mit einer Jalousie (8) versehen ist. Dabei werden die einzelnen Lamellen (3, 4) auf unterschiedliches Potential gelegt. Vorteilhaft ist dabei die hohe Feldstärke zwischen den Lamellen, die durch den geringeren Abstand der Elektroden mit einer geringeren Spannung erzeugt werden kann. Die Lamellen sind auf einem Isolator (9) montiert.

[0032] Figur 4 zeigt eine Jalousie (8) mit stehenden Lamellen, die z.B. geerdet sind oder auch auf einer Spannung liegen können, montiert in einem Rahmen (11). Zur Ionisierung dienen dünne mit Hochspannung beaufschlagte Drähte (10). Diese Konstruktion ist auch bei der Jalousie mit waagrechten Lamellen möglich.

[0033] Figur 5 zeigt einen Rahmen, der in den Fensterstock oder einer sonstigen Lüftungsöffnung eingesetzt werden (natürlich kann das Ganze auch direkt in den Fensterrahmen oder die Lüftungsöffnung eingebaut werden), der Rahmen kann vorgefertigt werden und braucht dann nur mehr im Fenster montiert werden. Ein dünner Draht (13) wird isoliert, in der Zeichnung sind Isolatoren (12) angedeutet, montiert und dient als Hochspannungselektrode, die gleichzeitig die lonisierungselektrode dient. Die Gegenelektroden sind am Rahmen montiert.

[0034] Die Isolatoren 9 in den Fig. 3 und 4 und 12 in der Fig. 5 sind nicht die im Anspruch 2 genannten Isolierschichten, sondern Teil der Funktionsisolierung. Diese ist im Sinne von ÖVE EN 60335-1 eine Isolierung zwischen leitenden Teilen unterschiedlicher Potentiale, die nur für die ordnungsgemäße Funktion des Geräts notwendig sind. Sie schützt definitionsgemäß nicht gegen elektrischen Schlag.

[0035] Figur 6 stellt die Hochspannungserzeugung mittels Kondensator-Dioden-Kaskade dar. Die Wechselspannungsquelle (V5) kann z.B. eine harmonische oder eine rechteckförmige Spannung liefern, wobei zur Vermeidung von eventuellen Geräuschen die Frequenz vorzugsweise auf über 20 kHz zu setzen ist, wobei aber anzumerken ist, das es auch bei niedrigeren Frequenzen kaum zu einer Geräuschentwicklung kommt. Die Spannung wird in bekannter Weise mit einer Kaskadenschaltung in eine hohe Gleichspannung, abgegriffen an der Hochspannungsklemme (HV) verwandelt. Wenn ideale Bauelemente verwendet würden und keine Belastung der Quelle vorläge, würde die Spannung auf den Spitzenwert der Wechseleingangsspannung mal der Anzahl der Stufen steigen. Dies ist natürlich, verursacht durch die Verluste der Bauelemente, nicht möglich. Aus Sicherheitsgründen werden die Kapazitätswerte der Kondensatoren gestuft. Im ersten Teil der Kaskade mit den Dioden (D1 .k) werden größere, während im zweiten Teil der Kaskade mit den Dioden (D2.k) kleinere Kondensatoren verwendet.

[0036] Figur 7 stellt die Hochspannungserzeugung mittels ausgangsseitiger Serienschaltung von Sperrwandlern beispielhaft mit vier Stufen dar. Die Sperrwandler werden jeweils gebildet aus je einem aktiven Schalter (M1; M2; M3; M4), beispielhaft durch einen n-Kanal MOSFET repräsentiert, mit zugehöriger Ansteuerung, dargestellt durch Spannungsquellen (V1; V2; V3; V4), je zwei auf einem Magnetkern befindliche gekoppelte Wicklungen (L1, L8; L2, L7; L3, L6; L2, L5), wobei eine Wicklung (L1; L2; L3; L4) einerseits an die positive Klemme der Gleichspannungsversorgung (V5) und andererseits an den aktiven Schalter (hier der Drainanschluss) geschaltet ist, die zweite Wicklung jeweils an die Serienschaltung einer Diode (D4, D3, D2; D1) mit einem Kondensator (C4, C3, C2, C1) geschaltet. Die Kondensatoren (C4, C3, C2, C1) sind in Serie geschaltet und bilden den Ausgangskreis für die Hochspannung.

[0037] Figur 8 stellt die Hochspannungserzeugung mittels ausgangsseitiger Serienschaltung von Sperrwandlern beispielhaft mit vier Stufen dar. Die einzelnen Sperrwandler sollten dabei als selbstschwingende Sperrwandler realisiert werden, damit diese keine Verbindung zur Masse benötigen. Statt selbstschwingender Sperrwandler können auch kaskadierte Sperrschwinger, wie sie schon seit langem bekannt sind, verwendet werden. Jede Stufe arbeitet dann autark und erfordert keine Verbindung zum Bezugspotential.

[0038] Aus Sicherheitsgründen ist in Serie zur Hochspannungserzeugung ein hochohmiger Widerstand (typisch realisiert durch die Serienschaltung von Widerständen) zu schalten.

[0039] Die Aufgabe die Luft bei einem Fenster oder sonstigen Lüftungsöffnung zu reinigen, wird erfindungsgemäß dadurch bewerkstelligt, die Flächenelektroden (3,4) geerdet und die lonisie-rungselektroden an die Hochspannungseinrichtung geschaltet sind, und dass die einzelnen Lamellen der Jalousie teilweise als Flächenelektroden für die Abscheidung von Staub und teilweise, nämlich an ihren Kanten, als lonisierungselektroden fungieren oder dass die einzel- nen Lamellen der Jalousie als Flächenelektroden für die Abscheidung von Staub fungieren.

[0040] Diese Elektroden können mit einer Isolierschicht überzogen sein, die auch (zur besseren Reinigung) abnehmbar sein kann.

[0041] Die Hochspannungserzeugung erfolgt durch eine Hochspannungskaskade, welche aus einer Gruppe von Dioden und Kondensatoren besteht, wobei die Kondensatoren unterschiedliche Kapazitäten aufweisen, oder durch potentialgetrennte Sperrwandler deren Ausgänge in Serie geschaltet sind, oder durch potentialgetrennte Sperrwandler oder Sperrschwinger deren Ausgänge in Kaskade geschaltet sind.

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Luftreinigung, welche im Bereich eines Fensters oder einer Lüftungsöffnung mit einer Jalousie mit Lamellen angeordnet ist und Flächenelektroden zur Abscheidung oder Sammlung von Staub und eine lonisierungsvorrichtung, umfassend eine Hochspannungserzeugungseinrichtung, deren Spannung an lonisierungselektroden geschaltet ist, aufweist, wobei sowohl die Flächenelektroden (3,4) zur Abscheidung von Staub als auch die lonisierungselektroden innen- oder rauminnenseitig mit dem Rahmen (1) des Fensters oder der Lüftungsöffnung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelektroden (3,4) geerdet und die lonisierungselektroden an die Hochspannungseinrichtung geschaltet sind, und dass die einzelnen Lamellen der Jalousie teilweise als Flächenelektroden für die Abscheidung von Staub und teilweise, nämlich an ihren Kanten, als lonisierungselektroden fungieren oder dass die einzelnen Lamellen der Jalousie als Flächenelektroden für die Abscheidung von Staub fungieren.
2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden-Lamellen mit einer fixen oder mit einer abnehmbaren Isolierschicht überzogen sind.
3. 3. Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungserzeugungseinrichtung eine Hochspannungskaskade umfasst, welche aus einer Gruppe von Dioden und Kondensatoren besteht, wobei die Kondensatoren unterschiedliche Kapazitäten aufweisen.
4. 4. Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Hochspannungserzeugungseinrichtung potentialgetrennte Sperrwandler aufweist, deren Ausgänge in Serie geschaltet sind.
5. 5. Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Hochspannungserzeugungseinrichtung potentialgetrennte Sperrwandler oder Sperrschwinger aufweist, deren Ausgänge in Kaskade geschaltet sind. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen