DE10134707A1

DE10134707A1 - Verfahren zur geregelten Ionisation von Gasen, Gasgemischen, Gas-Dampf-Gemischen oder Flüssigkeits-Gas- Gemischen

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Publication number: DE10134707A1
Application number: DE10134707A
Authority: DE
Original assignee: KEUNE ACHIM
Current assignee: Gsb Mbh De; Kolb Thomas De
Priority date: 2001-07-21
Filing date: 2001-07-21
Publication date: 2003-02-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur geregelten Erzeugung oder Herstellung ionisierter Gase, Gasgemische, Gas-Dampf-Gemische, Flüssigkeits-Gas-Gemischen durch Regelung und/oder Steuerung der zur Ionisation notwendigen Ionisationsenergie, deren Form und der Art der Energiezuführung in direkter und/oder indirekter Abhängigkeit von Einflussgrößen der zum Erreichend der Ionisation notwendigen Energie sowie die messtechnische Aufnahme dieser Einflussgrößen.
Bislang wurden ionisierte, Gase, Gasgemische oder Gas-Dampf-Gemische, in Folge auch Medium genannt, dadurch erzeugt, dass über Photoionisation mittels entsprechender Quellen wie UV-Lampen oder Ionisation unter Nutzung elektrischer Felder und damit verbundener Koronarentladungen positiv oder negativ geladene Moleküle oder Atome gebildet wurden. Entsprechende Geräte zur Ionisation sind seit der massenhaften Nutzung des elektrischen Stromes bekannt und im Einsatz. Dabei wurden bis zum heutigen Zeitpunkt keine oder nur einfache Steuer- und Regeleinheiten sowie Leistungsteile für diese Geräte oder Ionisationsquellen verwendet, welche die Vielzahl vorhandener Störgrößen wie Reduktions- und Oxydationspotential mitgeführter Laststoffe, Zusammensetzung des Mediums, Einfluss vorhandener anderer chemischer Begleit- und Fremdstoffe, Belastungen durch Keime oder das Vorhandensein von Radikalen oder Gasen im atomaren Zustand, die durch eine ungeregelte oder mangelhaft geregelte Ionisation selbst aus dem zu ionisierenden Medium gebildet werden können oder im Medium schon vorhanden sind, nicht beachtet.
Der Einsatz solcher Ionisationsanlagen reicht beispielsweise von der Luftbehandlung zur Luftreinhaltung in raumlufttechnischen Anlagen und Klimaanlagen, wie beispielsweise dem Abbau vorhandener Geruchsbelastungen welche vorrangig aus Kohlenwasserstoffen bestehen, über die Keimfreihaltung von Luft in Produktionseinrichtungen und Lebensmittellagern bis zur Abluftbehandlung produktionstechnischer Anlagen mit toxischer oder gefährlicher Abluft bestehend aus Kohlenwasserstoffen.
Die bisher verwendeten Steuer- und Regeleinrichtungen beschränken sich lediglich auf die Erfassung von vorrangig physikalischen Störgrößen wie Feuchtigkeit und Volumenströmen bei Gasen wie z. B. Luft. In Einzelfällen wird mit einfachen Mitteln das Vorhandensein von Fremd- oder Begleitstoffen, wie beispielsweise Geruchsbelastungen in seiner Gesamtheit, über das Oxydationspotential aufgenommen.
Ebenfalls in Einzelfällen findet eine Messung von einzelnen Radikalen wie z. B. Ozon in der Luft statt. Dabei genutzte Gegenmaßnahmen beschränken sich auf ein zeitlich befristetes auch intervallmäßiges Abschalten der Ionisationseinheit oder ein zeitlich begrenzte Absenkung der Leistung der Ionisationseinheit.
Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Steuerung und/oder Regelung von Ionisationsprozessen sowie die messtechnische Aufnahme vorhandener Störgrößen dergestalt, dass als Eingangssignal alle technisch erfassbaren Daten des Mediums und der Einzelgase, welche zur Bestimmung der Ladungsenergie notwendig sind, kontinuierlich erfasst und verarbeitet werden und die Ausgabe eines kontinuierlichen Ausgangssignals des Reglers und/oder der elektronischen Steuerung als Führungsgröße und/oder Sollwert für die Steuerelektronik des Leistungsteiles, welches den Ionisationseinheiten vorgeschaltet ist, vorliegt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass den Ionisationseinheiten, wie z. B. Entladungsröhren zur Koronarentladung, ein Leistungsteil vorgeschaltet ist und dieses Leistungsteil von einer Steuereinheit gesteuert wird. Das Leistungsteil kann dabei als Wechselstromsteller, Drehstromsteller oder Wechselrichter ausgeführt sein. Die Steuereinheit ist von einem Regler und/oder einer elektronischen Steuerung überlagert.
Der Regler und/oder die elektronische Steuerung sind so ausgeführt, dass durch die Eingangssignale in die Steuerung alle technisch erfassbaren Daten des Mediums und der Einzelgase, welche zur Bestimmung der Ladungsenergie notwendig sind getrennt und/oder in ihrer Gesamtheit digital und/oder analog kontinuierlich erfasst und verarbeitet werden. Die Erfassung der Daten kann dabei an einer und/oder verschiedenen Stellen des Gesamtsystems einzeln oder mehrfach, so z. B. zu- und/oder abluftseitig erfolgen.
Dabei werden thermodynamische Daten wie Temperatur, absolute oder relative Luftfeuchte, aerodynamische Daten wie Volumenstrom und Strömungsgeschwindigkeit, Gaszusammensetzung in seiner Gesamtheit oder in einzelnen vorher ausgewählten und festgelegten Stoffgruppen qualitativ und/oder quantitativ, Ionisations- und/oder Radikalisierungsgrad, sowie Keimbelastung qualitativ und/oder quantitativ für das gesamte Medium und/oder einzelne, speziell zu behandelnde Gase aufgenommen.
Die Messdatenerfassung der Gaszusammensetzung, der darin enthaltenen Fremdstoffe wie Geruchsstoffe und/oder der Keimbelastung erfolgt über herkömmliche Sensoren mit elektrischem digitalen oder analogen Ausgangsignal wie beispielsweise Zinnoxidsensoren und/oder durch optoelektronische und/oder mikromechanische Sensoren wie beispielsweise Einzelschwingquarze oder Arrays und/oder spektroskopische Sensortechnik und/oder Biosensoren. Eine Kombination aus verschiedenen Sensoren ist möglich.
Die einzelnen Daten in Form von Quantitäten und/oder Qualitäten können an der elektronischen Steuer- oder Regeleinheit abgelesen werden und stehen über eine Datenschnittstelle als Parallel- oder serielle oder USB-Schnittstelle für Computer und/oder über Modem/Funkmodem wie z. B. UMTS-Modem und/oder einer Datenfernleitung einer zusätzlichen externen Ver- und Bearbeitung, Diagnose und Kontrolle, oder Eingriff in die Steuer- oder Regeleinheit zur Verfügung. Eine weitere Möglichkeit der Datenverarbeitung und -nutzung für über- oder untergeordnete Steuer- und Regelprozesse ist die Aufschaltung der gewonnenen Messdaten auf die Gebäudeleittechnik.
Im Ergebnis wird ein kontinuierliches oder diskontinuierliches Ausgangssignal des Reglers und/oder der Steuerung als Führungsgröße und/oder Sollwert für die Steuerelektronik des Leistungsteils ausgegeben. Das ausgegebene Regel- oder Stellsignal ist dergestalt, dass es als elektrisches Signal

- als positive und/oder negative trigonometrische Halbwelle, vorrangig Sinus- oder Cosinus-Funktion, in Impulsform mit festem oder variablen Impulsabstand
- als positive und/oder negative trigonometrische Funktion oder als Intervall dieser Funktion mit festem oder variablen Intervallabstand einweg- oder zweiweggleichgerichtet
- als trigonometrische Funktion, vorrangig Vollwellenimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
- als Rechteckfunktion oder -intervall und/oder positiven und/oder negativen Rechteckimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
- als Trapezkurve oder -intervall und/oder positiven und/oder negativen Trapezimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
- als Dreieckkurve oder -intervall und/oder positiven und/oder negativen Dreieckimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
- als Sägezahnkurve oder -intervall und/oder positiven und/oder negativen Sägezahnimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
- als Normalverteilungskurve oder -intervall und/oder positiven und/oder negativen Normalverteilungsimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
- als e-Funktion oder -intervall und/oder positiven und/oder negativen e-Funktionsimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
- als Kombination der Anstriche 1-9 in Abhängigkeit vom zu behandelnden Medium oder dessen mitgeführter Fremdstoffe, Bakterien, Keime und Viren
- in Abhängigkeit vom zu behandelnden Medium und seiner geforderten Ionisationsenergie amplitudengeregelt und/oder frequenzgeregelt und/oder amplitudenmoduliert und/oder impulsgeregelt, mit einer Flankensteigung bei linearen Funktionen von 0,1-90°
- als Führungsgröße der elektronischen Steuerung und/oder Regelung über einen frei programmierbaren Algorithmus den Anforderungen an die Gas- und/oder Medienzusammensetzung, den darin enthaltenen Fremdstoffen und Keimen und den darüber gewonnenen Erkenntnissen über neue chemische Verbindungen gewonnen wird
- eine variable Regelung und Stellung des Verhältnisses von ionisiertem Anteil des Mediums und radikalisiertem Anteil ermöglicht
- als Halbwelle und/oder Halbfunktion in seiner Amplitude, Kreisfrequenz, Periodendauer, Frequenz, Phasenverschiebung, Polarität, Impulsfolge und dem Impulsabstand einzeln variierbar ist und die einzelnen Halbwellen oder Halbfunktionen überlagert

Die Regelung kann durch einfaches Umschalten als Steuerung und/oder Messeinrichtung genutzt werden, wobei manuell das Ausgangssignal eingestellt wird.
Durch die Kombination der möglichen Funktionen sowie durch Änderung der Impulsfolge, des Impulsabstandes, der Amplitude, Phasenverschiebung, Frequenz und/oder des Anstieges ist es möglich, gezielt auf die emittierte Energie einzuwirken und damit Radikale atomarer oder molekularer Größe zu bilden oder vorhandene Radikale atomarer und/oder molekularer Größe zu zerstören und/oder in einen gewünschten ionisierten Zustand zu versetzen.
Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren in Ausführung als Steuerung
Fig. 2 das erfindungsgemäße Verfahren in Ausführung als Regelung
Fig. 3 das erfindungsgemäße Verfahren als Regelung mit Störgrößenaufnahme eingangs und ausgangs der Regelstrecke
Fig. 4 Beispiel der Änderungsgrößen am Spannungsdiagramm/Funktionsdiagramm
Fig. 5-13 Spannungsdiagramme unterschiedlicher Stellgrößen oder Reglerausgangsgrößen
Fig. 14 das erfindungsgemäße Verfahren in Ausführung als Kaskadenregelung

Ausführungsbeispiel 1

Ausführung als Steuerung

Fig. 1 zeigt eine Steuereinheit, bei welcher die Störgrößen wie Fremdbelastung des Mediums vor der Steuereinheit und dem Leistungsteil mittels geeigneter Mess- und Sensortechnik kontinuierlich aufgenommen werden (1). Bei den Störgrößen handelt es sich um thermodynamische Größen wie Dichte, Temperatur und Luftfeuchte, um aerodynamische Größen wie Luftgeschwindigkeit und Volumenstrom, um Ionisations- bzw. Radikalisierungsgrad sowie Gaszusammensetzung und Fremdbelastung durch Laststoffe wie flüchtige Kohlenwasserstoffe und/oder Keime (Z₁ . . . Z_n) (2).
Die ermittelten Daten (2) werden der Steuereinheit (3) zugeführt und über einen vorab in der Steuereinheit programmierten oder digital fest verschalteter Programmablauf ausgewertet, und eine entsprechende Stellgröße (4) für das Leistungsteil (5), welche auch frei einstellbar sein kann, ausgegeben.
Dabei werden für die Datenerfassung der Gaszusammensetzung ein oder mehrere Sensoren verwendet, die Qualität, d. h. Art der Zusammensetzung, und Quantität, d. h. Menge der einzelnen Gase, ermitteln. Die Erfassung erfolgt kontinuierlich oder diskontinuierlich unter Abgabe eines elektronisch verwertbaren analogen oder digitalen Signals. In gleicher Form werden Keime qualitativ und quantitativ erfasst und ein entsprechendes Signal der Steuereinheit zur Verfügung gestellt. Als Sensoren können hier optoelektronische Elemente, herkömmliche hochintegrierte Zinnoxidelemente wie Mischgassensoren aber auch mikromechanische Sensoren wie Schwingquarze oder spektroskopische oder Biosensoren zum Einsatz kommen.
Als Stellgröße wird über das der Steuerung interne Programm kontinuierlich ein Signal oder eine Signalfolge abgegeben, durch welche das Leistungsteil (5) und in Folge die Ionisationseinheit (6) entsprechend der ankommenden Lasten reagieren kann. Dabei ermöglicht der Programmablauf in der Steuerung die gezielte Ionisation einzelner Gase, z. B. molekularer Sauerstoff als Oxydationsmittel aber auch Reduktionsmittel oder Verbindungen daraus sowie andere Gasverbindungen oder Fremdstoffe im Medium oder Aerosole, durch unterschiedliche, dem Ionisationspotential der Gase entsprechenden Spannungskurven oder Kurvenzusammensetzungen und Kurvenfolgen, deren Polarität (positiv oder negativ) und/oder deren Impulsfolge und/oder deren Frequenz und/oder deren Amplitude und/oder deren Kurvenform.
In Folge werden durch die ionisierten Gase und/oder im Verhältnis zu den ionisierten Gasen stell- und regelbaren ggf. teilweise oder ganz radikalisierten Gase durch Oxydation und/oder Reduktion Fremdstoffe mit hohem Oxydationspotential oder Reduktionspotential aboxidiert. Dieser Oxydationsprozess wird unter den gegebenen thermodynamischen und aerodynamischen Kenngrößen ausgelöst, beschleunigt und gefördert. In gleicher Weise reagieren Keime mit den ionisierten und z. T. radikalisierten Gasanteil. Zzgl. können diese Gase in ihrem ionisierten oder radikalisiertem Zustand gezielt für nachfolgende chemische oder andere Produktionsprozesse als Reaktionskomponente verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 2

Ausführung als Regelung

Fig. 2 zeigt eine Regeleinheit, bei welcher die Störgrößen wie Fremdbelastung des Mediums nach der Regeleinheit und Regelstrecke mittels geeigneter Mess- und Sensortechnik kontinuierlich aufgenommen werden (7). Bei den Fremdgrößen handelt es sich um thermodynamische Größen wie Dichte, Temperatur und Luftfeuchte, um aerodynamische Größen wie Luftgeschwindigkeit und Volumenstrom, um Ionisations- bzw. Radikalisierungsgrad, Gaszusammensetzung sowie Fremdbelastung durch Laststoffe wie flüchtige Kohlenwasserstoffe und/oder Keime (Y₁ . . . Y_n) (8).
Die ermittelten Daten (8) werden der Regeleinheit (9) zugeführt und über einen vorab in der Regeleinheit programmierten oder digital fest verschaltetem Programmablauf ausgewertet, als Messdaten zur Verfügung gestellt und eine entsprechende Reglerausgangsgröße für das Leistungsteil (5) ausgegeben.
Für die Datenerfassung der Gaszusammensetzung werden ein (21) oder mehrere (Z₁ . . . Z_n) Sensoren verwendet, die Qualität, d. h. Art der Zusammensetzung, und Quantität, d. h. Menge der einzelnen Gase, ermitteln. Die Erfassung erfolgt kontinuierlich unter Abgabe eines elektronisch verwertbaren analogen oder digitalen Signals. In gleicher Form werden Keime qualitativ und/oder quantitativ erfasst und ein entsprechendes Signal der Regeleinheit zur Verfügung gestellt. Als Sensoren können hier optoelektronische Elemente, herkömmliche hochintegrierte Zinnoxidelemente wie Mischgassensoren aber auch mikromechanische Sensoren wie Schwingquarze oder spektroskopische sowie Biosensoren zum Einsatz kommen. Die Sensortechnik kann in der Regelung jeweils dem neuesten Stand der Technik angepasst werden.
Als Reglerausgangsgröße (17) wird über das der Regelung interne Programm kontinuierlich ein Signal oder eine Signalfolge abgegeben, durch welche das Leistungsteil (5) und in Folge die Ionisationseinheit (6) entsprechend den abgehenden Lasten reagieren kann. Dabei ermöglich der Programmablauf in der Regelung die gezielte Ionisation einzelner Gase, z. B. molekularem Sauerstoff als Oxydationsmittel, aber auch Reduktionsmittel oder Verbindungen daraus sowie andere Gasverbindungen, durch unterschiedliche, dem Ionisationspotential der Gase entsprechenden Spannungskurven, deren Polarität (positiv oder negativ) und/oder deren Impulsfolge und/oder deren Frequenz und/oder deren Amplitude und/oder deren Kurvenform. In Folge werden durch diese ionisierten Gase und/oder im Verhältnis zu den ionisierten Gasen stell- und regelbaren ggf. teilweise oder ganz radikalisierten Gase, durch Oxydation und/oder Reduktion Fremdstoffe mit hohem Oxydationspotential oder Reduktionspotential aboxidiert. Dieser Oxydationsprozess wird unter den gegebenen thermodynamischen und aerodynamischen Kenngrößen ausgelöst, beschleunigt und gefördert. In gleicher Weise reagieren Keime mit den ionisierten und z. T. radikalisierten Gasanteilen.
Zzgl. Können diese Gase in ihrem ionisierten oder radikalisiertem Zustand gezielt und in einem ständigen Soll-Ist-Wert Vergleich für nachfolgende chemische oder andere Produktionsprozesse als Reaktionskomponente verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 3

Ausführung als Regelung mit Störgrößenaufnahme eingangs und ausgangs der Regelstrecke

Fig. 3 zeigt eine Regeleinheit, bei welcher die Störgrößen wie Fremdbelastung des Mediums vor (1) und nach (7) der Regeleinheit und Regelstrecke mittels geeigneter Mess- und Sensortechnik kontinuierlich aufgenommen werden. Bei den Fremdgrößen handelt es sich um thermodynamische Größen wie Dichte, Temperatur und Luftfeuchte, um aerodynamische Größen wie Luftgeschwindigkeit und Volumenstrom, Gaszusammensetzung sowie Fremdbelastung durch Laststoffe wie flüchtige Kohlenwasserstoffe und/oder Keime (Z₁ . . . Z_n) (2), um Ionisations- bzw. Radikalisierungsgrad und ebenfalls Gaszusammensetzung sowie Fremdbelastung durch Laststoffe wie flüchtige Kohlenwasserstoffe und/oder Keime (Y₁ . . . Y_n) (8).
Die ermittelten Daten (2, 8) werden der Regeleinheit (9) zugeführt und über einen vorab in der Regeleinheit programmierten oder digital fest verschaltetem Programmablauf ausgewertet, als Messdaten zur Verfügung gestellt und eine entsprechende Reglerausgangsgröße für das Leistungsteil (5) ausgegeben.
Für die Datenerfassung der Gaszusammensetzung werden ein oder mehrere Sensoren verwendet, die getrennt Qualität, d. h. Art der Zusammensetzung, und Quantität, d. h. Menge der einzelnen Gase, ermitteln. Die Erfassung erfolgt kontinuierlich unter Abgabe eines elektronisch verwertbaren analogen oder digitalen Signals. In gleicher Form werden Keime qualitativ und quantitativ erfasst und ein entsprechendes Signal der Regeleinheit zur Verfügung gestellt. Als Sensoren können hier optoelektronische Elemente, herkömmliche hochintegrierte Zinnoxidelemente aber auch mikromechanische Sensoren wie Schwingquarze oder Arrays oder spektroskopische oder Biosensoren zum Einsatz kommen. Die Sensortechnik kann in der Regelung jeweils dem neuesten Stand der Technik angepasst werden.
Als Reglerausgangsgröße wird über das der Regelung interne Programm kontinuierlich ein Signal oder eine Signalfolge abgegeben, durch welche das Leistungsteil (5) und in Folge die Ionisationseinheit (6) entsprechend den abgehenden Lasten reagieren kann. Dabei ermöglich der Programmablauf in der Regelung die gezielte Ionisation einzelner Gase, z. B. molekularem Sauerstoff als Oxydationsmittel, aber auch Reduktionsmittel oder Verbindungen daraus sowie andere Gasverbindungen, durch unterschiedliche, dem Ionisationspotential der Gase entsprechenden Spannungskurven, deren Polarität (positiv oder negativ) und/oder deren Impulsfolge und/oder deren Frequenz und/oder deren Amplitude und/oder deren Kurvenform.
Durch Ausschalten der Messgrößen Y₁-Y_n aus dem Programmalgorithmus kann die vorhandene Regelung als Steuerung verwendet werden.
In Folge werden durch diese ionisierten Gase und/oder im Verhältnis zu den ionisierten Gasen einstell- und regelbaren ggf. teilweise oder ganz radikalisierten Gase, durch Oxydation und/oder Reduktion Fremdstoffe mit hohem Oxydationspotential oder Reduktionspotential aboxidiert. Dieser Oxydationsprozess wird unter den gegebenen thermodynamischen und aerodynamischen Kenngrößen ausgelöst, beschleunigt und gefördert. In gleicher Weise reagieren Keime mit den ionisierten und z. T. radikalisierten Gasanteilen.
Zzgl. Können diese Gase in ihrem ionisierten oder radikalisiertem Zustand gezielt und in einem ständigen Soll-Ist-Wert Vergleich für nachfolgende chemische oder andere Produktionsprozesse als Reaktionskomponente verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 4

Beispiel der Änderungsgrößen am Spannungsdiagramm/Funktionsdiagramm

Fig. 4 stellt die möglichen variablen Größen der ausgehenden Stell- oder der Reglerausgangsgröße anhand einer trigonometrischen Funktion als positiver und in Folge negativer Sinus-Halbwellenimpuls dar. Dabei wird aufgrund der vorher ermittelten Ionisationsenergie des zu behandelnden Mediums in Zusammenhang mit den einzelnen zur Verfügung stehenden Messgrößen und des daraus resultierenden Algorithmus, welcher ein Bestandteil des Programms in der Steuerung oder Regelung ist, die Amplitude [A] (10) der Halbwelle und/oder die Frequenz (f = 1/T) der gesamten Funktion und/oder die Periodendauer der Halbwelle [T/2] (11) und/oder die Phasenverschiebung [f] (12) und/oder der Impulsabstand [t_i] (13) sowie die Polarität der einzelnen Halbwellen (14, 15) eingestellt. Wird ein ausgegebenes Stell- oder Regelsignal in Form einer linearen Funktion, beispielsweise einer Dreieckfunktion, gewählt, so ist der Funktionsanstieg [α] (16) gleichfalls einstellbar.

Ausführungsbeispiel 5

Spannungsdiagramme unterschiedlicher Stellgrößen oder Reglerausgangsgrößen

Im Ausführungsbeispiel sind verschiedene Möglichkeiten der Form der Stellgröße oder Reglerausgangsgröße dargestellt, die Gase, Gasgemische, Gas-Dampf-Gemische, Flüssigkeiten oder Flüssigkeits-Gas-Gemische in einen ionisierten Zustand versetzen.
Fig. 5 stellt eine Kombination aus Sinus-Vollwellenimpulsen mit festem oder variablen Impulsabstand [t_i] (14) dar. Dabei sind die Amplitude, Periodendauer und die Phasenverschiebung der trigonometrischen Funktion konstant.
In Fig. 6 wird zum Erreichen der Ionisationsenergie des Sauerstoffanteils in der Raumluft in Abhängigkeit der Störgrößen eine Folge von Sinus-Halbwellenimpulsen positiv (15) und/oder negativ (16) mit variablen Impulsabstand [t_i], veränderlicher und/oder konstanter Amplitude (11) sowie Sinus-Funktionsintervallen ein- und zweiweggleichgerichtet verwendet.
Fig. 7 stellt ein Rechteckkurvenintervall in Impulsform mit variablem Impulsabstand (14) dar.
Fig. 8 zeigt eine Normalverteilungskurve als Funktionsintervall sowie positiven und negativen Impuls mit variablem Impulsabstand (14).
Fig. 9 stellt die Verwendung einer elektrischen Stell- oder Regelgröße in Form eines positiven (15) und/oder negativen (16) Rechteckimpulses mit variablem Impulsabstand (14) dar.
Fig. 10 zeigt die Stell- oder Regelgröße in Form einer e-Funktion und eines e- Funktionsimpulses mit variablen Impulsabstand (14).
Fig. 11 zeigt ein Trapezkurvenintervalle als Kombination von positiven (15) und/oder negativen (16) Trapezimpulsen variablen Impulsabstandes (14).
Fig. 12 zeigt Sägezahnkurvenintervall als Kombination von positiven (15) und/oder negativen (16) Sägezahnimpulsen variablen Impulsabstandes (14).
Fig. 13 stellt ein Dreieckkurvenintervall als Kombination von positiven (15) und/oder negativen (16) Dreieckimpulsen und variablen Impulsabständen (14) dar.
Eine beliebige Kombination aus den Kurven der Fig. 5 bis 13 ist in Abhängigkeit von dem zu ionisierenden Medium wie beispielsweise Gasgemischen oder Aerosolen möglich.

Ausführungsbeispiel 6

Ausführung als Kaskadenregelung

Fig. 14 zeigt eine Regeleinheit in Kaskadenstruktur, bei welcher die Störgrößen wie Fremdbelastung des Mediums ausgangs der Regelstrecke mittels geeigneter Mess- und Sensortechnik kontinuierlich aufgenommen werden. Bei den Fremdgrößen handelt es sich um thermodynamische Größen wie Dichte, Temperatur und Luftfeuchte, um aerodynamische Größen wie Luftgeschwindigkeit und Volumenstrom, Gaszusammensetzung sowie Fremdbelastung durch Laststoffe wie flüchtige Kohlenwasserstoffe und/oder Keime (Z₁ . . . Z_n) (7), um Ionisations- bzw. Radikalisierungsgrad und ebenfalls Gaszusammensetzung sowie Fremdbelastung durch Laststoffe wie flüchtige Kohlenwasserstoffe und/oder Keime (Y_n, Y_m) (8a, 8b).
Die ermittelten Daten (7, 8a, 8b) werden den Regeleinheiten (9a, 9b) zugeführt und über einen vorab in der Regeleinheit programmierten oder digital fest verschaltetem Programmablauf ausgewertet, als Messdaten zur Verfügung gestellt und entsprechende Stellgrößen oder Reglerausgangsgrößen (17a, 17b) für das Leistungsteil (5) ausgegeben. Dabei bildet die Stellgröße des übergeordneten Regelkreises (9b) die Führungsgröße des unterlagerten Regelkreises (9a).
Für die Datenerfassung der Gaszusammensetzung werden ein oder mehrere Sensoren verwendet, die getrennt Qualität, d. h. Art der Zusammensetzung, und Quantität, d. h. Menge der einzelnen Gase, ermitteln. Die Erfassung erfolgt kontinuierlich unter Abgabe eines elektronisch verwertbaren analogen oder digitalen Signals. In gleicher Form werden Keime qualitativ und quantitativ erfasst und ein entsprechendes Signal der Regeleinheit zur Verfügung gestellt. Als Sensoren können hier optoelektronische Elemente, herkömmliche hochintegrierte Zinnoxidelemente aber auch mikromechanische Sensoren wie Schwingquarze oder Arrays oder spektroskopische oder Biosensoren zum Einsatz kommen. Die Sensortechnik kann in der Regelung jeweils dem neuesten Stand der Technik angepasst werden.
Als Reglerausgangsgrößen (17a, 17b) werden über das den Regelungen jeweils interne Programm kontinuierlich Signale oder Signalfolgen abgegeben, durch welche das Leistungsteil (5) und in Folge die Ionisationseinheit (6) entsprechend den abgehenden Lasten reagieren kann. Dabei ermöglich der Programmablauf in der Regelung die gezielte Ionisation einzelner Gase, z. B. molekularem Sauerstoff als Oxydationsmittel, aber auch Reduktionsmittel oder Verbindungen daraus sowie andere Gasverbindungen, durch unterschiedliche, dem Ionisationspotential der Gase entsprechenden Spannungskurven, deren Polarität (positiv oder negativ) und/oder deren Impulsfolge und/oder deren Frequenz und/oder deren Amplitude und/oder deren Kurvenform.
In Folge werden durch diese ionisierten Gase und/oder im Verhältnis zu den ionisierten Gasen einstell- und regelbaren ggf. teilweise oder ganz radikalisierten Gase, durch Oxydation und/oder Reduktion Fremdstoffe mit hohem Oxydationspotential oder Reduktionspotential aboxidiert. Dieser Oxydationsprozess wird unter den gegebenen thermodynamischen und aerodynamischen Kenngrößen ausgelöst, beschleunigt und gefördert. In gleicher Weise reagieren Keime mit den ionisierten und z. T. radikalisierten Gasanteilen.
Zzgl. können diese Gase in ihrem ionisierten oder radikalisiertem Zustand gezielt und in einem ständigen Soll-Ist-Wert Vergleich für nachfolgende chemische oder andere Produktionsprozesse als Reaktionskomponente verwendet werden. Bezugszeichenliste 1 Störgrößen vor Ionisationseinheit
2 Messgrößen vor Ionisationseinheit
3 Steuereinheit
4 Stellgröße
5 Leistungsteil
6 Ionisationseinheit
7 Störgrößen nach Ionisationseinheit
8 Messgrößen nach Ionisationseinheit
8a untergeordnete Einzelmessgröße für Kaskadenregelung
8b übergeordnete Einzelmessgröße für Kaskadenregelung
9 Regeleinheit
9a unterlagerte Regelung
9b übergeordnete Regelung
10 Amplitude
11 Periodendauer
12 Phasenverschiebung
13 Impulsabstand
14 positive Polarität
15 negative Polarität
16 Funktionsanstieg
17 Reglerausgangsgröße
17a Reglerausgangsgröße untergeordneter Regelkreis
17b Reglerausgangsgröße überlagerter Regelkreis

Claims

1. Verfahren zur geregelten Erzeugung oder Herstellung ionisierter Gase, Gasgemische, Gas-Dampf-Gemische oder Fluid-Gasgemische dergestalt, als die zum Erreichen der Ionisation und/oder Radikalisierung notwendigen Energie und die Form und/oder die Art der Energiezuführung in direkter und/oder indirekter Abhängigkeit von Einflussgrößen durch Regelung und/oder Steuerung stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung und/oder Steuerung von Ionisationsgeräten auf Basis elektrischer Felder, Koronarentladungen, Photoionisation und/oder Strahlenionisation und/oder elektromagnetischen Wechselfeldern von Gasen, Gas-Dampf-Gemischen und/oder Gasgemischen der Form dergestalt ausgeführt ist, als die Steuerung und/oder Regelung durch Rückkopplung der Entladung bzw. des Aufladungsprozesses stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass der/den Ionisationseinheit/-en ein Leistungsteil und/oder ein Wandler für die Umwandlung elektrischer Signale vorgeschaltet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsteil als Wechselstromrichter, Drehstromsteller oder Wechselrichter ausgeführt ist.

5. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem elektrischen Leistungsteil ein Wandler zur Umwandlung der elektrischen Ausgangssignale in andere Emissionsquellen wie Photoemitter zur Photoionisation nachgeschaltet werden kann.

6. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsteil von einer Steuerelektronik gesteuert wird.

7. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerelektronik ein Regler und/oder elektronische Steuerung überlagert ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Regler aus mehreren Regelkreisen bestehen kann und diese so miteinander verbunden sind, dass die Stellgrößen der überlagerten Regelkreise die Führungsgröße für die unterlagerten Regelkreise bilden und so eine Kaskadenstruktur entsteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass Hilfsregelgrößen verwendet werden können.

10. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler und/oder die elektronische Steuerung dergestalt ausgeführt ist, dass als Eingangssignale in die Steuerung und/oder Regelung alle erfassbaren Daten des Mediums und der Einzelgase, welche zur Bestimmung der Ladungsenergie der Ionisationsenergie und der Bildung von Radikalen notwendig sind, kontinuierlich erfasst und verarbeitet werden.

11. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangssignale unabhängig voneinander, getrennt und einzeln als digitales oder analoges Signal gewonnen werden.

12. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangssignale folgende Messgrößen umfassen: thermodynamische Messgrößen wie Temperatur, absolute und/oder relative Feuchte, Dichte, aerodynamische Messgrößen wie Druck, Strömungsgeschwindigkeit, Volumenstrom, Massestrom, Gaszusammensetzung qualitativ - Art der Gase, und quantitativ - Menge der Gase, Ionisationsgrad, Radikalisierungsgrad und Keimbelastung quantitativ - Gesamtkeimzahl und qualitativ - Art der einzelnen Keime, Pilze, Sporen, Bakterien, Viren, einzeln und getrennt voneinander kontinuierlich erfasst werden.

13. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die eingegangenen Signale und Messgrößen optisch über Display oder akustisch durch z. B. einen Signalton bei Überschreiten eines Soll-Wertes dargestellt werden können und die Regelung und/oder Steuerung somit die Funktion einer Messeinrichtung erfüllt.

14. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die eingegangenen Signale und Messgrößen über eine oder mehrere Schnittstellen wie serielle Datenschnittstelle, parallele Datenschnittstelle, USB-Schnittstelle und/oder Internet-Modem und/oder Funkmodem/UMTS extern abgerufen und der Programmalgorithmus online bearbeitet werden kann.

15. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die eingegangenen Signale und Messgrößen in der Steuerung und/oder Regelung befristet abgespeichert und bei Bedarf auf einen Massenspeicher übertragen oder als Ausdruck abgerufen und/oder optisch im Display als grafische Funktion oder alphanumerischer Wert angezeigt werden können.

16. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die eingegangenen Signale und Messgrößen über eine Datenschnittstelle auf die Gebäude- und Anlagenleittechnik der gesamten, mit der Ionisationseinheit ausgerüsteten Anlage umgelegt werden können.

17. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabe eines kontinuierlichen Ausgangssignals des Reglers und/oder der Steuerung als Führungsgröße und/oder Sollwert für die Steuerelektronik des Leistungsteils vorgenommen wird.

18. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsteil dergestalt ausgeführt ist, dass das Ausgangssignal für die Ionisationseinheit als
als positive und/oder negative trigonometrische Halbwelle, vorrangig Sinus- oder Cosinus-Funktion, in Impulsform mit festem oder variablen Impulsabstand
als positive und/oder negative trigonometrische Vollfunktion oder als Intervall dieser Funktion mit festem oder variablen Intervallabstand einweg- oder zweiweggleichgerichtet
als trigonometrischer Sinus-Vollwellenimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
als Rechteckfunktion oder -intervall und/oder positivem und/oder negativem Rechteckimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
als Trapezkurve oder -intervall und/oder positivem und/oder negativem Trapezimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
als Dreieckkurve oder -intervall und/oder positiven und/oder negativem Dreieckimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
als Sägezahnkurve oder -intervall und/oder positiven und/oder negativen Sägezahnimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
als Normalverteilungskurve oder -intervall und/oder positiven und/oder negativen Normalverteilungsimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
als e-Funktion oder -intervall und/oder positiven und/oder negativen e-Funktionsimpuls mit festem oder variablen Impulsabstand
als Kombination der Anstriche 1-9 in Abhängigkeit vom zu behandelnden Medium oder dessen mitgeführter Fremdstoffe, Bakterien, Keime und Viren
in Abhängigkeit vom zu behandelnden Medium und seiner geforderten Ionisationsenergie amplitudengeregelt und/oder frequenzgeregelt und/oder amplitudenmoduliert und/oder impulsgeregelt, mit einer Flankensteigung bei linearen Funktionen von 0-90° vorliegen kann
als Führungsgröße der elektronischen Steuerung und/oder Regelung über einen frei programmierbaren Algorithmus den Anforderungen an die Gas- und/oder Medienzusammensetzung, den darin enthaltenen Fremdstoffen und Keimen und den darüber gewonnenen Erkenntnissen über neue chemische Verbindungen gewonnen wird
eine variable Regelung und Stellung des Verhältnisses von ionisiertem Anteil des Mediums und radikalisiertem Anteil ermöglicht
als Halbwelle und/oder Halbfunktion in seiner Amplitude, Kreisfrequenz, Periodendauer, Frequenz, Phasenverschiebung, Polarität, Impulsfolge und dem Impulsabstand einzeln variierbar ist und die einzelnen Halbwellen und/oder Halbfunktionen und/oder Vollwellen und/oder Funktionsintervalle auch unterschiedlicher Funktionen überlagert werden können,
vorliegen kann.

19. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Ionisationsspannung bei Verwendung einer trigonometrischen Grundfunktion als Ausgangssignal des Leistungsteils für die Ionisationseinheit 2.400 V mit einer maximalen Abweichung von +/- 10% beträgt.

20. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des zu ionisierenden und/oder ionisiert vorliegenden Gases, Gasgemischs oder den Fremdstoffen zu dem Grad dessen Radikalisierung, über einen Programmalgorithmus geregelt und/oder gesteuert und somit gezielt Einfluss auf die Quantität der Bildung und/oder den Abbau von Radikalen atomarer und/oder molekularer Größe genommen werden kann.

21. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabe der Reglerausgangs- und/oder Stellgrößen durch manuelle Einstellung frei programmierbar und somit wählbar sein können.

22. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass als Messfühler und Sensoren Bauteile verwendet werden, die ein elektronisch verwertbares kontinuierliches Ausgangssignal abgeben.

23. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Messfühler oder Sensoren verwendet werden, die Keime, Mikroorganismen, Bakterien, Viren, Pilze und/oder Sporen als Einzelbestandteil oder Organismengruppen quantitativ und/oder qualitativ erfassen.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoren elektronische Sensoren, mikromechanische Bauteile, optische, optoelektronische Sensoren. Online- Biosensoren, Online-Chemosensoren und/oder Kombinationen aus diesen verwendet werden können.

25. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangssignal für die Steuerung oder Regelung der Ionisationsgrad des Mediums verwendet werden kann.