Einrichtung zur Verbesserung der bioklimatischen Eigenschaften der Luft von Räumen.
Es ist bereits bekannt, dass die bioklimatisehen Eigenschaften der Luft durch Einleitung von elektrisch geladenen Flüssigkeits-, insbesondere Wasserteilchen (Flüssig keitsionen) verbessert werden können. Es wurde auch vorgeschlagen, die elektrisch geladenen Flüssigkeitsteilchen unmittelbar in die die Vorrichtung umgebende Atmosphäre diffundieren zu lassen.
Es hat sich bei der praktischen Durch- führung dieser Vorschläge gezeigt, dass, wenn nicht sehr hohe Spannungen von mindestens mehreren tausend Volt für die Ionisierung der Flüssigkeitsteilchen verwendet wurden, entweder die erreichte Ionenzahl (Elementarentladungsdichte) nicht hinreichend war oder die Feuchtigkeit der Luft in unzulässigem Masse erhöht wurde.
Diese Schwierigkeiten traten besonders dann in den Vordergrund, wenn die geladenen Teilchen unmittelbar in die Atmosphäre diffundieren sollten. Bei den Luftkonditionie- rungsanlagen war hingegen die Verwendung von hoheren Spannungen ohne weiteres mög- lich ; desgleichen bestand auch die Möglich- keit, die Anfangsfeuchtigkeit der Luft herabzusetzen.
Einrichtungen mit einer sehr hohen Ionisierungsspannung waren ihrer Kostspieligkeit, ihrem Raumbedarf und ihrer Gefähr- lichkeit wegen nicht geeignet, dort verwendet zu werden, wo, wie in Wohnungen oder in Lehr-oder Vortragssälen oder dergleichen, ortsfeste, geräumige Einrichtungen nur mit besonderen Schwierigkeiten untergebracht werden konnten und die Möglichkeit der fachmännischen Überwachung des Hochspannungsgerätes nicht besteht.
Es wurde gefunden, dass, wenn die Flüs- sigkeit genügend fein zerstäubt und eine mit der Flüssigkeit in unmittelbarem'Kontakt stehende Ionisierungselektrode verwendet wird, überraschenderweise auch mit unter 1500 Volt liegenden Ionisierungsspannungen und ohne unzulässige Erhöhung der Luftfeuchtigkeit eine Ionenzahl, welche die Gro- ssenordnung 103/cm3 Luft überschreitet, erzielt werden kann.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verbesserung der bioklimatischen Eigen- schaften der Luft von Räumen durch Erzeugung und Diffusion von elektrisch geladenen Flüssigkeits-, insbesondere Wasserteilchen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung weist dementsprechend eine mit der zu zerstäubenden Flüssigkeit in unmittelbarem Kontakt stehende lonisierungselektrode, eine zur Lieferung einer unter 1. 500 Volt liegenden elektrischen Spannung geeignete, mit der Ionisie- rungselektrode in elektrischer Verbindung stehende Spannungsquelle und eine Zerstäubungsvorrichtung auf, welche derart ausgebildet ist, eine so feine Zerstäubung zu ermöglichen, dass das mittlere Volumen der zer stäubten Flüssigkeitsteilchen so klein ist, dass das Gesamtvolumen der zur Erzeugung von 103 Flüssigkeitsionen (mit je einer Elemen tarladung) nötigen Flüssigkeitsteilchen höch- stens 10-5,
vorteilhaft nicht mehr als 10-6 ci' beträgt.
Die n¯tige Feinheit der Zerstäubung, das hei¯t das noch zulässige mittlere Volumen der Teilchen, hÏngt von der Hoche der Ionisie- rungsspannung sowie von der Anordnung und Ausbildung der Ionisierungselektrode ab. Im allgemeinen genügt eine Zerstäubung, bei welcher das mittlere Volumen der Teilchen 10-9 em3 nicht übersteigt. Bei unter 1000 Volt, z. B. bei etwa 300/600 Volt liegenden Ionisierungsspannungen, welche z.
B. ihrer einfachen Isolierungs-und Gleichrich- tung wegen besonders vorteilhaft sind, ist eine noch feinere Zerstäubung zweckmässig, bei wel'eher das mittlere Volumen z. B. unter 10-ici cm3 liegt, das heisst wo zur Erzeugung von 103 Ionen höchstens 108 cjir Volumen benötigt werden.
Vorrichtungen fiir sehr feine Zerstäu bung von Fliissigkeiten sind bereits an und f r sich und auch im Zusammenhang mit der Luftionisierung bekannt geworden. Es wurde aber bisher nicht erkannt, mindestens in der einsehlägigen Literatur nirgends erwähnt, dass durch die Kombination der feinen Zer stäubung und einer mit der Flüssigkeit in unmittelbarem Kontakt stehenden Elektrode die Möglichkeit besteht, die zur Ionisierung n¯tige elektrische Spannung so erheblich, wie gefunden, herabzusetzen.
Die Herabsetzung der zur Ionisation loti- gen Spannung besitzt insbesondere in Zusammenhang mit ortsfreien, also trag-bzw. fahrbar ausgebildeten Vorrichtungen, zur Behandlung der Luft von einzelnen Räumen, z. B. von Wohnzimmern, LehrsÏlen oder dergleichen, eine Reihe bedeutender Vorteile.
Die Spannungsquelle wird bei den niedri- geren Spannungen viel wohlfeiler, einfacher und kleiner. In dem Falle, in welehem eine unipolare Ionisation erwünscht ist, ist die Gleichrichtung niedrigerer Spannungen unvergleichbar einfacher als bei Spannungen von mehreren tausend Volt.
Einer der wichtigsten Vorteile folgt aber aus der Tatsache, daR die Durchschlagsge- fahr bei niedrigeren Spannungen praktisch aufhort, so dass die Apparatur derart ausgebildet werden kann, dass bei Berührung irgendwelcher, von au¯en erreichbaren Bestandteile ein gefährlicher Dauerstrom oder Stromstoss nicht auftreten kann.
Bei Einrichtungen, welche in Privatwoh- nungen oder dergleichen zur Verwendung gelangen, wo also unerfahrene Personen die Einrichtung behandeln oder sie berühren können, ist damit zu rechnen, dass trotz aller Warnungstafeln oder dergleichen mter Spannung liegende Teile doch ber hrt werden.
F r die Ungefährlichkeit einer solchen Einrichtung ist demnach unerlässlich, dass die berührbaren Teile entweder spannungsfrei sind oder aber derart geschaltet werden, dass das Auftreten eines gefährlichen Stromes bzw.
Stromstosses bei etwaiger Berührung ausgeschlossen bleibt.
Dank der Ausschlie¯ung der Durch- schlagsgefahr kann die gewiinschte Berüh- rungssicherheit der Vorrichtung ausser der Abschirmung der unter Spannung stehenden Bestandteile (was allein meistens nicht genügt) auf Grund der neuen Erkenntnis restlos erreicht werden, wonach der Stromver- brauch an der Ionisierungselektrode auch bei für die Behandlung von mehreren hundert me Luft dimensionierten Einrichtungen so gering ist, dass der Widerstand des Stromkrei- ses vor den von au¯en erreichbaren Bestandteilen.
(innerer Widerstand des Gerätes) so hoeh und die von aussen kurzschliessbare Kapazität so niedrig gewählt werden können, dass der beim Kurzschluss entstehende Dauerstrom oder Stromstoss nicht einmal den Schwellenwert der Fühlbarkeit bersteigt. So z. B. kann der innere Widerstand so hoch und die von aussen kurzschlie¯bare Kapazität so klein sein, dass die StÏrke des Kurzschluss- dauerstromes unter 10 Milliampere und die Strommenge des kapazitiven Stromstosses unter 10 Mikrocoulombs liegt. Bei mit höherer Spannung arbeitenden Einrichtungen, also bei denjenigen, bei welchen die Durchschlags gefahr nicht beseitigt ist, kann diese oder nur eine ähnliehe Sicherheit nicht erzielt werden.
Von den versehiedenen Typen von Zerstäubungsvorriehtungen eignen sich für die Zweeke der Erfindung besonders jene, welche mit einem Luftstrom arbeiten. Durch den Luftstrom werden die in der Nähe der Ioni- sierungselektrode befindliehen Flüssigkeits- ionen weiterbefördert, wodurch in der Nähe der Elektrode eine Verminderung der Ionendichte und damit die Herabsetzung der Rück- wirkung derRaumladung auf denIonisations- Vorgang- und eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Ionisierung erzielt werden können. Bei der Verwendung einer derartigen Zerstäubungsvorrichtung kann dementspre- chend die lonisierungsspannung noch weiter vermindert werden.
Zweeks weiterer Verbesserung des lonisierungswirkungsgrades und weiterer Mögliehkeit der Herabsetzung der Ionisierungsspannung wird die Ionisierungs- elektrode zweckmässig mit einer Spitze versehen. Bei den oben erwähnten Zerstäubevor riehtungen mit Luftstrom hat sich eine Anordnung der gespitzten Elektrode an der der Luftdüse näher liegenden Seite der Flüssig- keitsdüse besonders vorteilhaft erwiesen. Die gespitzte lonisierungselektrode kann vorteilhaft aus der leitenden, z. B. metallischen, Flüssigkeitsdüse selbst ausgebildet werden, indem die Düse derart schräg abgeschnitten wird, dass an ihrer der Luftdüse zugewandten Wandseite eine scharfe Spitze entsteht.
Es wurde gefunden, dass bei einer solchen Ausbildung der Düse bzw. einer solchen Anordnung der gespitzten Ionisationselektrode der grösste Teil der Flüssigkeit an der Wand der Düse bis zur Spitze folgt und nur dort, das heisst an der Stelle der grössten Ladungsdichte, zerstäubt wird.
Auf der beiliegenden Zeichnung wird eine beispielsweise Ausführungsform der er findungsgemässen Einrichtung veranschau- lieht, wobei
Fig. 1 eine Seitenansicht der ganzen Einrichtung zeigt.
Fig. 2 stellt eine ähnliche Abbildung der Zerstäubevorrichtung und des Flüssigkeits- behälters in grösserem Massstab dar.
Fig. 3 veranschaulicht die Vorderansicht des Zerstäubers.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Längs- schnitt der Luft-und der Feuehtigkeitsdüsen, und schliesslich
Fig. 5 stellt das Schaltschema der Einrichtung dar.
Die dargestellte Einrichtung weist einen Sockel 10 auf, über welchen die Zerstäu bungsvorrichtung 11 angeordnet ist. Im Innern des Sockels 1 0 befindet sich ein elektricher Motor 31, welcher einen-nicht dargestellten-Luftkompressor antreibt. Der Motor und der Luftkompressor sind vorteilhaft in an sich bekannter Weise derart ausgebildet und/oder akustisch isoliert, dass ihr Geräusch, um eine Arbeits-oder Ruhestörung durch das Brummen der Vorrichtung zu vermeiden, in unmittelbarer Nähe unter dem in einem grossstädtischen, geschlossenen Raum wahrnehmbaren Geräuschniveau liegt. Der Motor 31 wird durch den Netzstrom gespeist (Fig. 5).
Das Starkstromnetz liefert gleich- falls den Strom zur Ionisierungsspannungsquelle, welche aus dem Transformator 32, 35 und 38 und der Gleichrichterschaltung 36, 37, 39, 41, 42 besteht, welche ebenfalls im Sockel 10 angeordnet sind.,
Der Sockel 10 ist von oben durch den Deckel 12 aus isolierendem Material, z. B.
Kunstharz, Holz oder dergleichen, abgeschlossen.
Auf dem Sockel sitzt ein Behälter 13, zweckmässig aus Glas, in dem sich die zu zer stäubende Flüssigkeit, z. B. etwas Seesalz enthaltendes Wasser, befindet. Der Behälter 13 ist mit dem Deckel 14 abgeschlossen, welcher mittels zwei an den metallischen Teller 28 angelenkter federnder Arme 27 in seiner Lage gehalten wird.
Eine vertikale R¯hre 15 führt durch den Deckel 14 und trägt an ihrem untern Ende einen Filter 16, welcher in die im Behälter befindliche Flüssigkeit eintaucht. Die R¯hre endet oben in der Düse 17, welche bei 18 schräg abgeschnitten ist, so dass hier die Spitze 19 entsteht (Fig. 4). Die Düse ist vorteilhaft aus leitendem Material hergestellt ; und dient als lonisierungselektrode. Die Düse 17 ist in Form eines Kapillarrohres ausgebildet ; ihr innerer Durchmesser beträgt zweckmässig weniger als 0, 5 mm, z. B. 0, 3 mm.
Der Deckel 14 trägt eine Führung 20, in welcher der zweiteilige Stein 21 gleiten kann.
Die beiden Teile des Steines 21 sind hohl ausgebildet und Lunfassen die Stange 22, an deren oberem Ende der Kopf 23 der Luftleitung 25 mit der Luftdüse 24 sitzt. Die F hrung 20 ist derart angeordnet, dass die Be wegvmgsrichtung der Luftdüse 24 sich in einer vertikalen Ebene, welche durch die Flüssigkeitsdüsenspitze 19 geht, befindet.
Die Schrauben 26 dienen zum Festklemmen des Steines 21 in der Führung.
Die biegsame Röhre 25, welche an ihrem sichtbaren Teil mit einem Metallüberzug ver- sehen werden kann, besteht aus isolierendem Material, so dass der Luftleitungskopf 23 elektrisch nicht mit dem Sockel 10 und dadurch mit der Erde verbunden ist. Die Röhre 15 ist auch von der Erde isoliert.
Wie bereits erwähnt, befindet sich die elektrische Spannungsquelle der Ionisierungs vorriehtung in dem Sockel 10.
Die Punkte 29, 30 des Schaltschemas kön- nen mit dem Wechselstrom-Spannungsnetz oder mit einer andern Weehselstromquelle verbunden werden. Der Sehalter 33 dient zur Unterbrechung des Stromes und dadurch zum Stillsetzen der Vorrichtung. Der Motor 31 ist gemäss dem Schaltschema direkt an die Netzspannung angeschlossen ; er kann aber auch durch einen zweckmässig als Auto- transformator ausgebildeten Transformator den Strom erhalten, um die Vorrich- tung für versehiedene Netzspannungen benützen zu können. Dies kann auch durch Vorschaltwiderstände erreicht werden.
Zwecks Ableitung von etwaigen hochfrequenten Strö- men ist parallel mit dem Motor 31 ein Kondensator 34 eingeschaltet.
Der Transformator besteht aus einer Pri märwicklung 32 und zwei Sekundärwicklun- gen 35 und 38, von welchen die Wicklung 35 zur Heizung der Kathode 36 der Gleiehrichterröhre 37 dient. Als Gleichrichterröhre ist in der Zeichnung eine Triode dargestellt, da es sich nur um sehr kleine Stromstärken handelt. Das Gitter 40 und die Anode 39 der R¯hre sind mit dem einen Ende, die Kathode 36 mit dem andern Ende der Sekundärwick- lung 38 verbunden. Parallel mit der Gleich riehterstreeke ist ein Kondensator 41 und ein Potentiometer 42 geschaltet. Die Spannungsquelle ist bei 43 geerdet.
Die Gleichrichterstrecke kann mit dem Potentiometer 42 auch in Serien geschaltet werden, falls der Widerstand des Potentiometers entsprechend kleiner ist als der Widerstand des Gleichrichters in der Sperrichtung.
Die Gleichrichterstrecke kann auch aus einem Trockengleichrichter bestehen, da der Verbrauch an gleichgerichtetem Strom, wie schon erwähnt, verschwindend gering ist.
Um bei der parallel geschalteten Gleiehrichterstrecke eine Überlastung des Gleich richters zu vermeiden, wird zweekmässig ein genügend hoher Widerstand, entweder in Form eines besonderen Widerstandes oder durch hochohmige Ausbildung der Sekundär- wicklung 38, in Reihenschaltung mit der Gleiehriehterstrecke angeordnet.
Die gleichgerichtete, nach dem Beispiel negative Spannung wird durch den hochohmigen Widerstand und der Leitung 28a der Ionisierungselektrode zugeführt. Der Widerstand 44, welcher einige Megohms betragen kann, hat zur Folge, dass ein Kurzschlussdauerstrom durch die Ionisierelektrode nach der Erde bei 50Q Volt starker gleich- gerichteter Ionisierungsspannung nur die Grössenordnung von 10-4 Ampere betragen kann, so dass er tief unter dem Sehwellen- wert der Fühlbarkeit liegt.
Die Einrichtung arbeitet wie folgt :
Naeh Anschluss der Vorrichtung an die Netzspannung und Schliessen des Schalters 33 wird der Motor 31 in Bewegung gesetzt und die durch den nicht dargestellten Kompressor komprimierte Druckluft strömt durch den Kopf 23 und die Düse 24 aus. Die aus- strömende Luft saugt die Flüssigkeit durch die Düse 17 und zerstäubt dieselbe bei der Spitze 19. Da die Flüssigkeitsteilchen in der NÏhe der Spitze 19, das heisst an der Stelle zer stäubt werden, wo die Ionisierfähigkeit der Elektrode am grössten ist, erhalten diese grösstenteils eine elektrische Ladung.
Die erzeugte feine Zerstäubung der Fl ssigkeit hÏngt ab vor allem 1. von der Depression bei der Düsenmündung und
2. von der auf die Strömung der Flüssig- keit ausgeübten hydrostatischen oder hydrodynamischen Drosselwirkung.
Der erstgenannte Faktor kann durch die relative Anordnung und die Abmessungen der beiden Düsen und den Druck der Druckluft geregelt werden.
Der zweite Faktor hängt von der Niveau- differenz zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und der Düsenmündung, dem Luftdruck ber dem Flüssigkeitsspiegel und der Ausbildung und den Abmessungen der Flüssig- keitsleitungen und der Düsen ab.
Die günstigsten Abmessungen und Werte können durch Versuche eingestellt werden.
Im allgemeinen erhÏlt man eine sehr feine Zerstäubung, wenn die Depression bei der Düsenmündung mindestens einige hundert Millimeter Wassersäule beträgt, wobei die auf die strömende Flüssigkeit ausgeübte Drosselwirkung so hoeh ist, daR die Austrittsgeschwindigkeit durch die D senm ndung nur einen Bruchteil, zweckmässig höchstens 30% der der Depression ohne Drosselwirkung entsprechenden Austrittsgeschwindigkeit beträgt.