CH702993A1 - Elektrofilter und Klimagerät mit einem Elektrofilter. - Google Patents

Abstract

Ein Elektrofilter für die Reinigung eines Luftstroms umfasst mindestens zwei im Abstand zueinander angeordnete, plattenförmige erste Elektroden (6), wobei zwischen benachbarten ersten Elektroden (6) jeweils eine zweite Elektrode (7) angeordnet ist, die aus einem Draht besteht, der quer zur Strömungsrichtung der Luft verläuft und einen Durchmesser von bevorzugt 50 µm aufweist. In Strömungsrichtung nach der zweiten Elektrode (7) ist mindestens eine dritte, plattenförmige Elektrode (8) angeordnet.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Elektrofilter für die Reinigung eines Luftstroms, ein Klimagerät mit einem solchen Elektrofilter und ein Verfahren für den optimalen Betrieb des Elektrofilters.

[0002] Elektrofilter werden beispielsweise in Klimageräten und Klimaanlagen eingesetzt, um in der Luft enthaltene Schadstoffe und Geruchsstoffe herauszufiltern. Elektrofilter arbeiten mit Koronaentladung. Die Elektroden sind derart ausgebildet, dass möglichst wenig Ozon erzeugt wird, da sonst nach dem Elektrofilter ein Mittel zum Abbau des Ozons angeordnet werden muss, damit die gesetzlichen Ozongrenzwerte nicht überschritten werden.

[0003] Aus der EP 707 178 ist es bekannt, im Kanalsystem einer Klimaanlage für ein Gebäude Ozongeneratoren anzuordnen, um Keime abzutöten und Schad- und Geruchsstoffe abzubauen, und das Ozon vor dem Austritt aus dem Kanalsystem wieder abzubauen.

[0004] Aus der DE 19 933 180 ist ein Apparat zur Entstaubung, Deodorierung und Sterilisierung von Luft bekannt, bei dem Ozon mittels eines von einem Hochspannungsgenerator gespeisten Ionisationsmoduls erzeugt wird.

[0005] Aus der CN 2 746 295 ist ein Gerät für die Behandlung von Raumluft bekannt, die einen elektrostatisch arbeitenden Reiniger und einen Ozongenerator aufweist.

[0006] Aus der WO 03/080 375 ist eine Luftbehandlungsanlage für ein Fahrzeug bekannt, das einen mit Koronaentladung arbeitenden Ozongenerator aufweist.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochwirksame und kostengünstige Vorrichtung für die Reinigung eines Luftstroms zu entwickeln.

[0008] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch einen Elektrofilter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Ein Klimagerät mit einem erfindungsgemässen Elektrofilter umfasst die Merkmale des Anspruchs 5 und ein optimales Verfahren zum Betrieb des Elektrofilters umfasst die Merkmale des Anspruchs 6.

[0009] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und nicht massstäblich gezeichnet. <tb>Fig. 1<sep>zeigt in seitlicher Ansicht einen Elektrofilter, <tb>Fig. 2<sep>zeigt den Elektrofilter in einem Schnitt entlang der Linie I-I der Fig. 1, <tb>Fig. 3<sep>zeigt in seitlicher Ansicht einen weiteren Elektrofilter, <tb>Fig. 4<sep>zeigt ein Messelement und einen Regler zum optimalen Betrieb des Elektrofilters, und <tb>Fig. 5<sep>zeigt einen Luftkanal eines Klimageräts mit einem Elektrofilter, der im Bereich des Elektrofilters verbreitert ist.

[0010] Die Fig. 1 zeigt in seitlicher Ansicht einen Elektrofilter für die Reinigung eines Luftstroms, der durch einen zwischen einem Lufteinlass 1 und einem Luftauslass 2 gebildeten Luftkanal strömt. Die Fig. 2 zeigt den Elektrofilter in einem Schnitt entlang der Linie I-I der Fig. 1. Die Strömungsrichtung der Luft ist durch einen Pfeil 3 dargestellt. Der Elektrofilter enthält eine Ionisationsstufe 4 und eine nachgeordnete Kollektorstufe 5. Die Ionisationsstufe 4 ist gebildet durch mindestens zwei, im Beispiel vier im Abstand zueinander angeordnete, plattenförmige erste Elektroden 6, zwischen denen jeweils eine zweite Elektrode 7 angeordnet ist, die aus einem Draht besteht, der quer zur Strömungsrichtung der Luft verläuft. Der Draht ist jeweils in der Mitte zwischen zwei benachbarten ersten Elektroden 6 angeordnet. Die Kollektorstufe 5 ist gebildet durch die ersten Elektroden 6 und dritte, plattenförmige Elektroden 8, die in der Mitte zwischen benachbarten ersten Elektroden 6 und in Strömungsrichtung der Luft gesehen nach einer der zweiten Elektroden 7 angeordnet sind. Die Elektroden 6, 7 und 8 sind mit einem Hochspannungsgenerator 9 verbunden. Die elektrischen Leitungen sind durch gestrichelte Linien und deren Verbindungen mit den Elektroden 6 bzw. 8 durch schwarze Kreise dargestellt. Der Hochspannungsgenerator 9 ist eingerichtet, um zwei voneinander unabhängige Spannungen zu liefern, nämlich eine erste Spannung U1, die zwischen den Elektroden 7 und 6 anliegt, und eine zweite Spannung U2, die zwischen den Elektroden 8 und 6 anliegt.

[0011] Die Fig. 3 zeigt in seitlicher Ansicht einen weiteren Elektrofilter für die Reinigung eines Luftstroms, bei dem die Kollektorstufe 5 anders ausgebildet ist. Bei der Kollektorstufe 5 des ersten Ausführungsbeispiels gemäss den Fig. 1und 2 ist pro Draht = Elektrode 7 eine Elektrode 8 vorhanden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist pro Draht = Elektrode 7 eine weitere Elektrode 6 vorhanden, die in Strömungsrichtung der Luft nach dem Draht angeordnet ist, und es sind pro Draht zwei Elektroden 8 vorhanden, die jeweils zwischen zwei benachbarten Elektroden 6 angeordnet sind. Auch hier wird im Betrieb die Spannung U1 zwischen den zweiten Elektroden 7 und den ersten Elektroden 6 und die Spannung U2 zwischen den dritten Elektroden 8 und den ersten Elektroden 6 angelegt.

[0012] Die ersten Elektroden 6 verlaufen wie dargestellt bevorzugt nahtlos von der Ionisationsstufe 4 zur Kollektorstufe 5, könnten aber auch zwischen der Ionisationsstufe 4 und der Kollektorstufe 5 unterbrochen sein.

[0013] Die Aufgabe der Ionisationsstufe 4 besteht darin, in der vorbei strömenden Luft einerseits Ionen zu erzeugen, um in der Luft vorhandene Schadstoffe, Geruchsstoffe und Partikel zu ionisieren, und andererseits Ozon zu erzeugen. Die Erzeugung von Ionen erfolgt mittels Koronaentladung. Koronaentladung tritt auf, sobald die elektrische Feldstärke zwischen den Elektroden 6 und 7 einen gewissen Schwellwert überschreitet. Der Schwellwert hängt von verschiedenen Parametern ab, beispielsweise von der Luftdichte, der Feuchtigkeit und Temperatur der Luft. Die zweite Elektrode 7, die ein Stück Draht ist, hat eine im Vergleich zu den ersten Elektroden 6 stark gekrümmter Fläche und erzeugt in ihrer unmittelbaren Umgebung ein sehr starkes elektrisches Feld, wodurch Luftmoleküle ionisiert werden. Um Ozon zu erzeugen, muss das elektrische Feld so stark sein, dass die kinetische Energie der im elektrischen Feld beschleunigten Ionen und/oder Elektronen ausreicht, um Sauerstoffmoleküle in zwei freie Sauerstoffatome aufzuspalten, die sich mit anderen Sauerstoffmolekülen zu Ozon vereinigen.

[0014] Bei Elektrofiltern nach dem Stand der Technik ist die Erzeugung von Ozon unerwünscht, da Ozon für den Menschen ein Reizgas ist. Um Ozon in nennenswerten Anteilen zu erzeugen, werden erfindungsgemäss folgende Massnahmen zur Ausgestaltung und für den Betrieb der Ionisationsstufe 4 vorgeschlagen, die zwar einzeln, bevorzugt aber in Kombination zur Anwendung kommen können: Der Durchmesser des Drahts, der die zweite Elektrode 7 bildet, wird gegenüber den in Elektrofiltern üblichen Verhältnissen markant verkleinert. Er liegt mit Vorteil im Bereich zwischen 40 um und 60 µm, und beträgt typischerweise 50 µm, höchstens 100 µm. Der Abstand zwischen einer ersten, plattenförmigen Elektrode 6 und einer benachbarten zweiten, drahtförmigen Elektrode 7 wird auf einen relativ kleinen Wert verringert, der im Bereich von etwa 4 mm bis etwa 15 mm, vorteilhafterweise im Bereich von etwa 4 mm bis 6 mm, liegt. Die vom Hochspannungsgenerator 9 im Betrieb gelieferte Spannung U1, die zwischen den Elektroden 7 und 6 anliegt, liegt möglichst nahe unterhalb der Spannung, bei der ein elektrischer Durchschlag erfolgt. Die Oberfläche des Drahts, der die zweite Elektrode 7 bildet, wird durch eine dünne Schicht aus einem Edelmetall veredelt, vorzugsweise durch eine Schicht aus Gold oder Platin oder Silber, um eine langsam fortschreitende Oxidation des Drahts zu verhindern.

[0015] Die Kollektorstufe 5 dient dazu, die ionisierten Schadstoffe, Geruchsstoffe und Partikel an der ersten Elektrode 6 abzuscheiden. Die zwischen den Elektroden 8 und 6 anliegende Spannung U2 erzeugt ein elektrisches Feld, das die ionisierten Teilchen in Richtung auf die Elektroden 6 beschleunigt. Das in der Ionisationsstufe 4 erzeugte Ozon ist elektrisch neutral und passiert daher die Kollektorstufe 5.

[0016] Die vom Hochspannungsgenerator 9 im Betrieb gelieferte Spannung U1, die zwischen den Elektroden 7 und 6 anliegt, liegt vorzugsweise möglichst nahe unterhalb der Spannung UD, bei der ein elektrischer Durchschlag erfolgt. Da die Durchschlagspannung UD von mehreren Faktoren abhängig ist, ist mit Vorteil ein Messelement 10 vorhanden, das eingerichtet ist, einen drohenden elektrischen Durchschlag vor dessen tatsächlichem Auftreten zu erkennen. Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Messelement 10 ein Stromsensor ist, der den Strom misst, der in der zur zweiten Elektrode 7 führenden Leitung fliesst. Das Ausgangssignal des Stromsensors wird mit Vorteil einem Regler 11 zugeführt, der die Spannung U1 so regelt, dass der Strom einen vorgegebenen Grenzwert IG nicht überschreitet. Der Grenzwert IG ist so gewählt, dass die Spannung U1mit Sicherheit kleiner als die Durchschlagspannung UDist.

[0017] Der erfindungsgemässe Elektrofilter ist somit auch ein Ozongenerator. Der Elektrofilter eignet sich insbesondere für die Verwendung in einem Klimagerät, wobei das erzeugte Ozon vor dem Auslass der Luft in einen Raum wieder abgebaut werden muss auf einen Wert, der die einschlägigen Normen erfüllt. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Aktivkohlefilters. Die Fig. 5 zeigt einen Luftkanal 12 eines Klimageräts, das einen erfindungsgemässen Elektrofilter aufweist, bei dem der Querschnitt des Luftkanals 12 im Bereich des Elektrofilters vergrössert ist (In der Fig. 5 ist der Elektrofilter dargestellt durch seine Ionisationsstufe 4 und Kollektorstufe 5). Dadurch wird erreicht, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in der Ionisationsstufe 4 und in der Kollektorstufe 5 geringer ist als im restlichen Bereich des Luftkanals 12.

[0018] Der in der Fig. 1 gezeigte Aufbau des Elektrofilters kennzeichnet sich dadurch aus, dass der Abstand zwischen den ersten Elektroden 6 und den zweiten Elektroden 7 so klein wie technisch möglich gehalten werden kann. Dies führt dazu, dass die vom Hochspannungsgenerator 9 zu erzeugende Spannung U1 minimiert ist und der Hochspannungsgenerator 9 dadurch kostengünstig herstellbar ist.

Claims (6)

1. Elektrofilter für die Reinigung eines Luftstroms, mit einem zwischen einem Lufteinlass (1) und einem Luftauslass (2) gebildeten Luftkanal und einem Hochspannungsgenerator (9), wobei der Elektrofilter erste, zweite und dritte Elektroden (6, 7, 8) umfasst, die eine Ionisationsstufe (4) und eine in Strömungsrichtung der Luft nachfolgende Kollektorstufe (5) bilden, wobei mindestens zwei plattenförmige erste Elektroden (6) im Abstand zueinander angeordnet sind, wobei in der Ionisationsstufe (4) zwischen benachbarten ersten Elektroden (6) jeweils eine zweite Elektrode (7) angeordnet ist, die aus einem Draht besteht, der quer zur Strömungsrichtung der Luft verläuft und einen Durchmesser von höchstens 100 µm aufweist, wobei in der Kollektorstufe (5) mindestens eine dritte, plattenförmige Elektrode (8) angeordnet ist, und wobei die Elektroden (6, 7, 8) derart mit dem Hochspannungsgenerator (9) verbunden sind, dass im Betrieb zwischen den ersten Elektroden (6) und den zweiten Elektroden (7) eine erste Spannung anliegt und dass zwischen den ersten Elektroden (6) und den dritten Elektroden (8) eine zweite Spannung anliegt.

2. Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Drahts im Bereich zwischen 40 µm und 60 µm liegt.

3. Elektrofilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht, der die zweite Elektrode (7) bildet, mit einer dünnen Schicht aus einem Edelmetall veredelt ist.

4. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messelement (10) vorhanden ist, um einen vom Hochspannungsgenerator (9) zu den zweiten Elektroden (7) fliessenden Strom zu messen.

5. Klimagerät mit einem Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrofilter in einem Luftkanal (12) angeordnet ist und dass der Querschnitt des Luftkanals (12) im Bereich des Elektrofilters vergrössert ist.

6. Verfahren zum Betrieb eines Elektrofilters nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom gemessen wird, der in einer vom Hochspannungsgenerator (9) zu den zweiten Elektroden (7) führenden Leitung fliesst, und dass eine vom Hochspannungsgenerator (9) gelieferte Spannung derart geregelt wird, dass der Strom einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet.