CH702993A1

CH702993A1 - Electric filter for use in air conditioner for cleaning air flow, comprises air channel and high voltage generator, which are formed between air inlet and air outlet

Info

Publication number: CH702993A1
Application number: CH00602/10A
Authority: CH
Inventors: Urs A Weidmann
Original assignee: Mentus Holding Ag
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2011-10-31

Abstract

The electric filter comprises an air channel and a high voltage generator (9), which are formed between an air inlet (1) and an air outlet (2). The electric filter has three electrodes (6,7,8), which forms an ionization stage (4) and a collector stage (5) following in the direction of flow of the air. The electrodes are connected with the high-voltage generator. Independent claims are also included for the following: (1) a method for operating an electric filter; and (2) an air conditioner.

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. The invention relates to an electrostatic filter for the purification of air flow, an air conditioner with such an electrostatic filter and a method for the optimal operation of the electrostatic precipitator.

[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. Electrostatic precipitators are used for example in air conditioners and air conditioning systems to filter out airborne pollutants and odors. Electrostatic precipitators work with corona discharge. The electrodes are designed in such a way that as little ozone as possible is generated, since otherwise a means for decomposing the ozone must be arranged after the electrostatic precipitator so that the legal ozone limits are not exceeded.

[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. From EP 707 178 it is known to arrange in the duct system of an air conditioner for a building ozone generators to kill germs and reduce pollutants and odors, and to reduce the ozone before exiting the duct system again.

[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. From DE 19 933 180 an apparatus for dedusting, deodorization and sterilization of air is known, is generated in the ozone by means of an ionization module fed by a high voltage generator.

[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. From CN 2 746 295 a device for the treatment of indoor air is known which has an electrostatically operating cleaner and an ozone generator.

[0006] Aus der WO 03/080 375 ist eine Luftbehandlungsanlage für ein Fahrzeug bekannt, das einen mit Koronaentladung arbeitenden Ozongenerator aufweist. From WO 03/080 375 an air treatment plant for a vehicle is known, which has a working with corona discharge ozone generator.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochwirksame und kostengünstige Vorrichtung für die Reinigung eines Luftstroms zu entwickeln. The invention has for its object to develop a highly effective and cost-effective device for the purification of air flow.

[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. The above object is achieved by an electrostatic filter with the features of claim 1. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims. An air conditioner with an inventive electrostatic filter comprises the features of claim 5 and an optimal method for operating the electrostatic filter comprises the features of claim 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.The invention will be explained in more detail by means of embodiments and with reference to the drawing. The figures are drawn schematically and not to scale. <Tb> FIG. 1 <sep> shows a side view of an electrostatic precipitator, <Tb> FIG. 2 <sep> shows the electric filter in a section along the line I-I of FIG. 1, <Tb> FIG. 3 <sep> shows in lateral view another electrostatic filter, <Tb> FIG. 4 <sep> shows a measuring element and a regulator for optimum operation of the electrostatic precipitator, and <Tb> FIG. Fig. 5 shows an air duct of an air conditioner with an electrostatic filter widened in the area of the electrostatic precipitator.

[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. Fig. 1 shows a side view of an electrostatic filter for the purification of an air flow, which flows through a formed between an air inlet 1 and an air outlet 2 air duct. 2 shows the electrostatic precipitator in a section along the line I-I of FIG. 1. The flow direction of the air is represented by an arrow 3. The electrostatic precipitator contains an ionization stage 4 and a downstream collector stage 5. The ionization stage 4 is formed by at least two, in the example four spaced, plate-shaped first electrodes 6, between each of which a second electrode 7 is arranged, which consists of a wire, which runs transversely to the flow direction of the air. The wire is in each case arranged in the middle between two adjacent first electrodes 6. The collector stage 5 is formed by the first electrodes 6 and third, plate-shaped electrodes 8, which are arranged in the middle between adjacent first electrodes 6 and in the flow direction of the air after one of the second electrodes 7. The electrodes 6, 7 and 8 are connected to a high voltage generator 9. The electrical lines are shown by dashed lines and their connections to the electrodes 6 and 8 by black circles. The high voltage generator 9 is arranged to provide two independent voltages, namely a first voltage U1, which is applied between the electrodes 7 and 6, and a second voltage U2, which is applied between the electrodes 8 and 6.

[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. Fig. 3 shows a side view of another electrostatic filter for the purification of an air flow, in which the collector stage 5 is formed differently. In the collector stage 5 of the first embodiment according to FIGS. 1 and 2, an electrode 8 is present per wire = electrode 7. In this embodiment, there is another electrode 6 per wire = electrode 7, which is arranged downstream of the wire in the flow direction of the air, and there are two electrodes 8 per wire, which are each arranged between two adjacent electrodes 6. Again, during operation, the voltage U1 is applied between the second electrodes 7 and the first electrodes 6 and the voltage U2 between the third electrodes 8 and the first electrodes 6.

[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. As shown, the first electrodes 6 preferably run seamlessly from the ionization stage 4 to the collector stage 5, but could also be interrupted between the ionization stage 4 and the collector stage 5.

[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. The object of the ionization stage 4 is to generate ions in the passing air on the one hand to ionize existing pollutants, odors and particles in the air, and on the other hand to generate ozone. The generation of ions takes place by means of corona discharge. Corona discharge occurs as soon as the electric field strength between the electrodes 6 and 7 exceeds a certain threshold. The threshold value depends on various parameters, such as the air density, humidity and temperature of the air. The second electrode 7, which is a piece of wire, has a strongly curved surface compared to the first electrodes 6 and generates in its immediate vicinity a very strong electric field, whereby air molecules are ionized. To generate ozone, the electric field must be strong enough for the kinetic energy of the electric field accelerated ions and / or electrons to split oxygen molecules into two free oxygen atoms that combine with other oxygen molecules to form ozone.

[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.In electrostatic precipitators according to the prior art, the generation of ozone is undesirable because ozone is an irritant gas to humans. In order to produce ozone in significant proportions, according to the invention, the following measures are proposed for the design and operation of the ionization stage 4, which may be used individually, but preferably in combination: The diameter of the wire forming the second electrode 7 is markedly reduced compared to the usual ratios in electrostatic precipitators. It is advantageously in the range between 40 microns and 60 microns, and is typically 50 microns, at most 100 microns. The distance between a first plate-shaped electrode 6 and an adjacent second wire-shaped electrode 7 is reduced to a relatively small value ranging from about 4 mm to about 15 mm, advantageously ranging from about 4 mm to 6 mm. The voltage supplied by the high voltage generator 9 in operation voltage U1, which rests between the electrodes 7 and 6, is as close as possible below the voltage at which an electrical breakdown occurs. The surface of the wire forming the second electrode 7 is finished by a thin layer of a noble metal, preferably a layer of gold or platinum or silver, to prevent slowly progressing oxidation of the wire.

[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. The collector stage 5 serves to deposit the ionized pollutants, odors and particles on the first electrode 6. The voltage U2 applied between the electrodes 8 and 6 generates an electric field which accelerates the ionized particles in the direction of the electrodes 6. The ozone generated in the ionization stage 4 is electrically neutral and therefore passes through the collector stage 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. The voltage supplied by the high voltage generator 9 in operation voltage U1, which rests between the electrodes 7 and 6, is preferably as close as possible below the voltage UD, in which an electrical breakdown occurs. Since the breakdown voltage UD is dependent on a number of factors, it is advantageous if there is a measuring element 10 which is set up to detect an impending electrical breakdown before it actually occurs. FIG. 4 shows an exemplary embodiment in which the measuring element 10 is a current sensor which measures the current flowing in the line leading to the second electrode 7. The output signal of the current sensor is advantageously fed to a controller 11, which regulates the voltage U1 so that the current does not exceed a predetermined limit value IG. The limit value IG is selected so that the voltage U1 is certainly smaller than the breakdown voltage 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. The inventive electrostatic precipitator is thus an ozone generator. The electrostatic precipitator is particularly suitable for use in an air conditioner, wherein the generated ozone must be degraded before the outlet of the air in a room to a value that meets the relevant standards. This is done for example by means of an activated carbon filter. 5 shows an air duct 12 of an air conditioning unit which has an inventive electrostatic precipitator in which the cross section of the air duct 12 in the region of the electrostatic filter is enlarged (in FIG. 5, the electrostatic filter is represented by its ionization stage 4 and collector stage 5). This ensures that the flow velocity of the air in the ionization stage 4 and in the collector stage 5 is less than in the remaining region of the air channel 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. The structure of the electrostatic precipitator shown in Fig. 1 is characterized in that the distance between the first electrode 6 and the second electrode 7 can be kept as small as technically possible. As a result, the voltage U1 to be generated by the high-voltage generator 9 is minimized and the high-voltage generator 9 can thereby be produced cost-effectively.

Claims

An electric filter for purifying an air flow, comprising an air channel formed between an air inlet (1) and an air outlet (2) and a high voltage generator (9), the electrostatic filter comprising first, second and third electrodes (6, 7, 8), which form an ionization stage (4) and a collector stage (5) following in the flow direction of the air, wherein at least two plate-shaped first electrodes (6) are arranged at a distance from one another, wherein in the ionization stage (4) between adjacent first electrodes (6) in each case a second electrode (7) is arranged, which consists of a wire which is transverse to the flow direction of the air and has a diameter of at most 100 microns, wherein in the collector stage (5) at least a third, plate-shaped electrode (8) is arranged, and wherein the electrodes (6, 7, 8) are connected to the high voltage generator (9) such that in operation a first voltage is applied between the first electrodes (6) and the second electrodes (7) and that between the first electrodes (6) and the third electrodes (8) is applied a second voltage.

2. Electric filter according to claim 1, characterized in that the diameter of the wire is in the range between 40 microns and 60 microns.

3. The electrostatic filter according to claim 1 or 2, characterized in that the wire forming the second electrode (7) is finished with a thin layer of a noble metal.

4. Electrostatic precipitator according to one of claims 1 to 3, characterized in that a measuring element (10) is provided to measure a current flowing from the high voltage generator (9) to the second electrodes (7).

5. Air conditioner with an electrostatic precipitator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electrostatic filter is arranged in an air channel (12) and that the cross section of the air channel (12) in the region of the electrostatic filter is increased.

6. A method for operating an electrostatic precipitator according to one of claims 1 to 4, characterized in that a current is measured, which flows in one of the high voltage generator (9) to the second electrode (7) leading line, and that one of the high voltage generator (9 ) supplied voltage is controlled such that the current does not exceed a predetermined limit.