DE10013841A1 - Vorrichtung zur automatischen Steuerung von Anlagen zur Luftionisation und Luftaufbereitung - Google Patents

Vorrichtung zur automatischen Steuerung von Anlagen zur Luftionisation und Luftaufbereitung

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Abstract

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen elektrischen und nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Einladung arbeitenden Ionisations- und Ozonisierungsapparat nach PCT/EP96/01609, welcher entsprechend der Lehre von P10004326.7 in seinem Arbeitspunkt stabilisiert ist, durch Aufschaltung einer von einem die Luftqualität detektierenden Sensor gewonnenen Störgröße situationsadaptiert zu betreiben. DOLLAR A Das Sensorsignal wird erfindungsgemäß gleichzeitig genutzt, um ein luftqualitätsbezogenes Schaltsignal zu erzeugen, welches dann, wenn eine erheblich erhöhte Schadstoffkonzentration der Luft detektiert wird, durch Eingreifen in die Lenkung der Luftströme das Einbringen der Schadstoffe in Gebäude, Räume oder Fahrzeugkabinen zu verhindern. DOLLAR A Es kann auch die Förderleistung der lufttechnischen Anlage als Funktion der Luftqualität beeinflußt werden. DOLLAR A Das Sensorsignal wird weiter genutzt, um die Funktion und Leistungsfähigkeit eines im Lufteinlaß angeordneten Luftfilters zu bewerten. DOLLAR A Am Beispiel einer Kfz-Lüftung sind Funktionszusammenhänge der Erfindung beschrieben.

Description

Es ist bekannt, daß nach dem Prinzip der dieelektrisch behinderten Entladung Luft ionisiert und ozonisiert werden kann mit dem Ziel, in der Luft enthaltene Gerüche und Keime oxidativ abzubauen. Seit 1857 wird als Ionisator die sogenannte Siemens-Röhre eingesetzt. In P 199 31 366.0 sind geeignete, sehr flache und kleine Ionisationsmodule beschrieben.
Problematisch ist, daß sich die Produktionsmenge von Ozon den unterschiedlichsten Beaufschlagungen der Luft mit Geruchsstoffen anpassen muß, weil stets ein bestimmtes Verhältnis von Ozon zu den luftgetragenen, oxidierbaren Luftbestandteilen bestehen muß. Wird zuwenig Ozon produziert, ist die Wirkung der Anlage unzureichend. Wird zuviel Ozon produziert, kann Ozon überschießen und belästigend wirken.
Der Wirkungsgrad derartiger Anlagen wird nach P 199 33 180.4 durch den Einsatz eines Sorbtionskatalysators erhöht, welcher strömungstechnisch nach den Ionisatoren angebracht ist. Auf den Oberflächen des Sorbtionskatalysators werden sowohl oxidierbare Luftbestandteile als auch Bakterien, sowie aktive Sauerstoffionen und Ozon aufkonzentriert. Damit wird jene kritische Konzentration beider Fraktionen erreicht, welche eine chemische Reaktion der beiden Fraktionen erst möglich macht. Vorteilhaft ist, daß überschüssiger Ozon vom Sorbtionskatalysator zerstört wird, sodaß kein Ozon an die Umgebung abgegeben wird.
In P 100 04 326.7 ist eine elektrische Regelmethode beschrieben, bei der die bei der dieelektrischen Entladung typischen elektrischen Phänomene vorteilhaft derart ausgewertet werden, daß ein geschlossener elektrischer Regelkreis entsteht, welcher den automatisch geregelten Betrieb der Ionisatoren/Ozonisatoren (d. h. Bauteile, die nach dem Prinzip der dieelektrisch behinderten Entladung funktionieren) in einem festgelegten, sicheren Arbeitsbereich ermöglichen.
Es ist weiter bekannt, daß oxidische Halbleistersensoren ihre elektrischen Parameter dann verändern, wenn oxidierbare oder reduzierbare Gase auf die Wirkschicht des Sensors einwirken und daß mit den so ermittelten Signalen derartiger Sensoren klima- und lüftungstechnische Anlagen sinnvoll und situationsabhängig zu steuern sind.
In PCT/EP 84 00 286 ist eine Sensorik beschrieben, welche die Lüftung eines Automobils derartig steuert, daß immer dann, wenn das Fahrzeug in eine Zone erhöhter Luftbelastung einfährt, die Lüftung von Normalbetrieb auf Umluftbetrieb umgeschaltet wird, und damit die hochbelastete Luft nicht die in Fahrzeugkabine hineinläßt.
In PCT/EP 96/01609 ist eine Ionisations-Anordung zur Anwendung in Automobilen beschrieben, bei der die Ionisationsmodule im Luftstrom vor den Wärmetauschern (Heizung, Kühlen) und nach der Umluftklappe angeordnet sind. Erfindungsgemäß wird dadurch erreicht, daß einerseits oxidierbare Luftbestandteile (Gerüche, Keime, Gase) aufoxidiert und insofern vernichtet werden, und daß andererseits die auf der feuchten Oberfläche des Verdampfers (Kühlers) siedelnden Keime und Pilze wirkungsvoll vernichtet werden.
In dieser Erfindung wird vorgeschlagen, eine Sensoranordnung als Bestandteil der Luftaufbereitungsanlage so zu integrieren, daß der Sensor die Belastung der Luft mit vorzugsweise oxidierbaren Luftinhaltsstoffen detektiert und ein aufbereitetes, von Quereinflüssen wie Feuchte, Temperatur und Luftgeschwindigkeit befreites Signal zur Verfügung stellt.
Erfindungsgemäß wird dieses Signal als Störgrößenaufschaltung so in den Regelkreis des Ionisationsapparates eingespeist, daß der Arbeitspunkt des Reglers in Abhängigkeit vom Sensorsignal gleiten kann.
Die Steuerfunktion erfolgt gewichtet und sinngemäß nach dieser Logik:
Höhere Luftbelastung = Höhere Ozonproduktion
Keine Luftbelastung = geringe Ozonproduktion
Fig. 1) zeigt das Prinzip der Erfindung:
Dabei ist:
  • 1. Sensorelement mit Wirkschicht und Heizung
  • 2. Mikroprozessor zur Sensorsignalauswertung und zur Heizungsregelung des Sensors
  • 3. Heizungsregler für den Sensor
  • 4. Steuerspannung vom Lüftgütesensor zur Hochspannungserzeugung für den Ionisator/Ozonisator
  • 5. Regelspannungserzeugung und Regelspannungsverstärker des Hochspannungserzeugers für den Ionisator/Ozonisator
  • 6. Hochspannungserzeuger
  • 7. Regelspannung zur Einwirkung auf den Hochspannungserzeuger
Die Funktionszusammenhänge sind wie folgt:
Das Ionisatonsmodul/der Ozonisierer (6) wird von einem Hochspannungsgenerator (7) mit Hochspannung vorzugsweise einer Größenordnung von 4-6 KV und einer Frequenz von 20- 40 khz versorgt.
Der das Ionisationsmodul durchfließende Strom fließt durch eine elektrische Spule oder durch einen elektrischen Widerstand (9). In diesem so gebildeten Spannungsteiler wird ein für die Ionisationsstärke typisches Signal abgegriffen und über einen Regelspannungserzeuger (5) geleitet, sodaß eine konstante Ionisationsleistung entsteht nach folgender Logik:
Weniger Ionisationsleistung als vorgegeben = Hochspannung anheben
Mehr Ionisationsleistung als vorgegeben = Hochspannung absenken
Vom Ergebnis her ist durch diese Methode die Entladungstätigkeit des Ionisatonsmoduls weitgehend konstant, und dies unabhängig von klimatischen Einflüssen oder von der Exemplartoleranz der Ionisationsmodule.
Im zugeführten Luftstrom ist ein Luftgüte-Sensor (1) angeordnet, welcher eine Wirkschicht und eine Heizung hat. Die Heizung wird über einen elektrischen Heizungsregler (3) so geregelt, daß die Temperatur der Wirkschicht konstant ist. Schadstoffbezogene Veränderungen der elektrischen Daten der Wirkschicht werden von einem elektrischen Steuer- und Auswertegerät (2) ausgewertet, welches als Mikroprozessor ausgebildet ist. Das in diesem Auswertegerät aufbereitete Sensorsignal ist bevorzugt rechnerisch von Einflüssen der Luftfeuchte, der Luftströmung und der Lufttemperatur befreit und wird als Störgröße über eine elektrische Leitung (4) so auf den Regelverstärker (5) aufgeschaltet, daß der Arbeitspunkt der Anordnung in Abhängigkeit vom Störgrößensignal gleiten kann.
Dies erfolgt nach der Logik:
Mehr Luftbelastung = Hochspannung anheben
Gute Luft = Hochspannung auf vorgegebenem, minimalen Wert
Aus den Daten des Luftgüte-Sensors können mithilfe geeigneter Signalverarbeitung Schaltsignale zur Beeinflussung der Arbeitsweise der lufttechnischen Anlage erzeugt werden.
Zum Beispiel wird in einem Automobil die Ionisationseinrichtung hinter der Umluftklappe und vor dem Luftkühler (Verdampfer) bzw. Heizer angeordnet, um die Luft von Geruchsstoffen und Bakterien zu befreien und um die Besiedlung des Luftkühlers mit Keimen und Pilzen zu unterbinden.
Der Luftgüte-Sensor wird im Luftstrom vorzugsweise unmittelbar vor den Ionisationsmodulen angeordnet und hat wesentlich die erfindungsgemäße Funktion, die Ionisationsleistung der Luftqualität zu steuern.
Dazu kann das Sensorsignal so aufbereitet werden, daß dann, wenn die Qualität der zugeführten Außenluft sich über ein bestimmtes Maß hinaus verschlechtert, ein Schaltsignal ausgelöst wird, welches die Luftklappe in die Position "Umluft" stellt.
Nunmehr ist der Sensor der rückgeführten Kabinenluft ausgesetzt. Wird die Kabinenluft durch z. B. Tabakrauch in erhöhtem und über ein festgelegtes Maß hinaus belastet, wird dies vom Sensor festgestellt und es wird ein Schaltimpuls erzeugt, welcher die Umluftklappe wieder auf Normalbetrieb stellt, d. h., es strömt wieder Außenluft ein.
In Automobilen wird die Umluftklappe zumeist über ein Klimasteuergerät kontrolliert. Hier liegen Informationen über den Schaltzustand (Zuluft oder Umluft) vor.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, diese Daten mit den Sensordaten zu korrelieren, sodaß die Luftklappe stets in einer Position steht, die die situationsbezogen jeweils maximal erreichbare Luftqualität ermöglicht.
Fig. 2 erläutert die Funktionszusammenhänge in dieser Anwendung der Erfindung, welche selbstverständlich nicht auf die Lüftungssysteme von Automobilen beschränkt ist, sondern sinngemäß bei der Belüftung von Gebäuden, Räumen und anderen lüftungstechnischen Anwendungen Einsatz findet.
Dabei ist:
Bezugszeichenliste
1
Lufteinlaß (von Außenluft)
2
Eingangsluftfilter, z. B. Aktivkohle oder Fließstofffilter
3
Umluftklappe, gezeichnet in Position Umluft
4
Ionisationsmodule nach dem Prinzip der elektr. behinderten Entladung
5
Luftkühler (Verdampfer)
6
Luftheizer
7
Sorbtionskatalysator zur Ozonvernichtung
8
Kabine
9
Umluftkanal
10
Ansteuerleitung zu den Ionisations-Modulen
11
elektrisch geregelter Hochspannungserzeuger
12
Auswerteschaltung des Luftqualitäts-Sensors
13
Störgrößensignal als Funktion der Luftqualität
14
Elektrische Verbindung für das Schaltsignal zum Klimasteuergerät
15
Luftqualitäts-Sensor
16
Elektrische Leitung vom Luftqualitäts-Sensor zum Auswertegerät
17
Klimasteuergerät
18
Motor zur Verstellung der Umluftklappe
19
Elektrische Leitung vom Klimagerät zum Umluftklappenmotor
20
Ventilator
Vorteilhaft wird durch die beschriebene Ausformung der Erfindung erreicht, daß kostensparend die Erzeugung des Steuersignals zur Situationsanpassung der Ionisatonsstärke (Störgrößenaufschaltung) und die Erzeugung von Schaltsignalen zum Zwecke der Luftführung mit einem einzigen Sensor erfolgt.
Bei der Anwendung im Automobil löst die Erfindung das bei außenluftbasierter Steuerung der Luftführung auftretende Problem, daß sich unbemerkt in der Kabine bedenkliche Zustände der Luftqualität aufbauen können, z. B. dann, wenn in der Kabine stark geraucht wird.
Dies kann vorteilhaft bei Anwendung der Erfindung nicht erfolgen, weil die Umschaltung durch Vergleich der Qualität der zuletzt zugeführten Außenluft mit der aktuellen Qualität der rückgeführten Kabinenluft erfolgt. Die Rückschaltung auf Außenluft erfolgt dann, wenn die Qualität der Kabinenluft schlechter wird als die zuletzt zugeführte Außenluft.
Weiter wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das zum Zwecke der Störgrößenaufschaltung erzeugte und die Luftqualität abbildende Signal in geeigneter Form zur Anzeige zu bringen. Damit kann visuell der Nutzer über die Qualität der ihm zugeführten Luft informiert werden. Wird, - wie in Figur - 2 - vorgeschlagen, durch interaktive Auswertung des Sensorelementes das Sensorsignal von Einflüssen der Luftfeuchte, der Lufttemperatur und der Lufströmung befreit, wird entgegen zu den bekannten einfachen Luftqualitäts-Anzeigen (zumeist basierend auf einem Spannungsteiler, der sich aus einem Sensor und einem ohmschen Widerstand bildet.) die wahre Luftqualität, also die Quantität der in der Luft anwesenden oxidierbaren Luftbestandteile zur Anzeige gebracht.
Eine weitere nützliche Möglichkeit ergibt sich aus der Tatsache, daß der Luftgüte-Sensor hinter dem in Automobilen zumeist vorhandenen Eingangs-Luftfilter angeordnet wird. Luftfilter haben die Eigenschaft, Gase und Dämpfe zu adsorbieren.
Die adsorbierten Gase und Dämpfe werden im Anschluß zeitverzögert wieder abgegeben (desorbiert).
In Fig. 3) ist prinzipiell der zeitliche Funktionsmechanismus dargestellt.
Dabei ist
  • 1. Gasimpuls von z. B. 30 sek. Dauer, z. B. einer Prüfsubstanz wie Cyklohexan
  • 2. Gaskonzentration unmittelbar nach dem Filter bei nicht beladenem, leistungsfähigen Filter
  • 3. Gaskonzentration unmittelbar nach dem Filter bei erschöpftem, beladenem Filter
Es ist zu erkennen, daß der Gasimpuls durch einen leistungsfähigen Filter eine typische Verzerrung erfährt, wie er in sogenannten elektrischen Tiefpaßfiltern ebenfalls beobachtet wird.
Der Gradient (Anstieg der Gaskonzentration nach dem Filter) ist bei erschöpften Filtern deutlich steiler als bei leistungsfähigen Filtern.
Bei erschöpften Filtern ist aus diesem Grund die Signaldynamik deutlich höher als bei leistungsfähigen Filtern.
Die Signalauswertung des Luftgütesensors bewertet erfindungsgemäß die durchschnittliche Signaldynamik über die Zeit und gewinnt daher eine Information zur Befähigung des Filters zur temporären Adsorbtion von Gasen oder Dämpfen.
Diese Information wird von der Signalauswertung des Luftgütesensors als Schaltsignal herausgegeben und zeigt an, daß der Eingangsluftfilter erschöpft ist und gewechselt werden sollte.
Die Lehre der beschriebenen Erfindung ist nicht auf die beispielhaft dargestellten Anwendungen beschränkt sondern kann vorteilhaft immer dann in lufttechnischen Anlagen eingesetzt werden, in denen elektrisch geregelte Ionisations- bzw. Ozonisationsapparate eingesetzt werden, welche durch Luftgütesensoren situationsadaptiert gesteuert werden, wobei die Signalauswertung der Luftgütesensoren zielorientiert so ausgeführt ist, sodaß neben der Steuerung der Ionisationsleistung zusätzlich sinnvolle und zusätzliche Eingriffe in die Luftführung möglich werden.

Claims (6)

1. Anordnung zur Aufbereitung von Luft in lufttechnischen Anlagen, so z. B. in Raumluftreinigungsgeräte, für die Gebäudeklima- und Lüftungstechnik als auch in der Belüftung von Automobilen, wobei die Luft mithilfe elektrisch betriebener, z. B. nach dem Prinzip der dieelektrisch behinderten Entladung arbeitender Luftionisations- bzw. Ozonisatoren mit aktiven Sauerstoffionen und Ozon angereichert wird mit dem Ziel, Gerüche und Bakterien oxidativ zu zerstören, bestehend aus einem oder mehreren
  • 1. Ionisationsmodulen, arbeitend nach dem Prinzip der dieelektrisch behinderten Entladung
  • 2. und einer elektrischen Ionisationsquelle, die auf konstante Ionisationsleistung geregelt sein kann,
dadurch gekennzeichnet, daß strömungstechnisch vor den Ionisationsmodulen ein Sensor zur Detektion oxidierbarer Luftbestandteile angeordnet ist, dessen Ausgangssignal der Luftqualität entspricht und welche als Störgröße so auf den Regelkreis der geregelten Hochspannungsquelle aufgeschaltet wird, daß dem Sinne nach die Ionisationsleistung mit zunehmender Konzentration an oxidierbaren Luftbestandteilen gesteigert wird.
2. Anspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal elektronisch so ausgewertet wird, daß aus dem Sensorsignal Schaltsignale abgeleitet werden, mit denen die Luftführung der lufttechnischen Anlage beeinflußt werden kann.
3. Anspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal elektronisch so ausgewertet wird, daß aus dem Sensorsignal Schaltsignale abgeleitet werden, mit denen die geförderte Luftmenge der lufttechnischen Anlage beeinflußt werden kann.
4. Anspruch nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit den so gebildeten Schaltsignalen die Umluftklappe einer Automobil-Klimaanlage dann von Zuluftbetrieb auf Umluftbetrieb umgeschaltet wird, wenn die zugeführte Luft bestimmte, festgelegte Qualitätskriterien unterschreitet.
5. Anspruch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Schaltsignalen die Umluftklappe einer Automobil-Klimaanlage dann von Umluftbetrieb auf Zuluftbetrieb umgeschaltet wird, wenn die im Umluftkreislauf befindliche Luft eine schlechtere Qualität hat, als eine frei festgelegte proportionale Größe des Luftqualitätswert der Zuluft vor dem Umschalten auf Umluftbetrieb.
6. Anspruch nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal derart ausgewertet wird, daß die durchschnittliche Dynamik über eine festgelegte Zeit bewertet wird und daß dann, wenn die Dynamik des Signals einen bestimmten Wert überschreitet, ein Schaltsignal erzeugt wird, welches die Erschöpfung eines Filters im Lufteinlaß anzeigt.
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