DE102008062415A1

DE102008062415A1 - Ionisierungsvorrichtung für Luftbehandlungsanlagen

Info

Publication number: DE102008062415A1
Application number: DE102008062415A
Authority: DE
Inventors: Manfred H Langner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-07-01
Also published as: CN102369063A; JP2012512016A; CA2749037A1; AU2009335325A1; US20110247499A1; CN102369063B; EP2376231A1; WO2010075958A1; KR20110125207A

Abstract

Eine Ionisierungsvorrichtung (1) für Luftbehandlungsanlagen weist zwei Elektroden auf, die mit einer eine Wechselspannung erzeugende Hochspannungsquelle verbindbar sind und zwischen denen eine dielektrisch behinderte Entladung zur Erzeugung eines Plasmas herbeigeführt werden kann, wobei jede Elektrode ein verformbares Gebilde (2, 3) mit einem elektrischen Leiter aufweist, der mit einem dielektrischen Material (7) ummantelt ist und wobei die beiden verformbaren Gebilde (2, 3) derart relativ zueinander festgelegt sind, dass sich die beiden verformbaren Gebilde (2, 3) mindestens bereichsweise berühren und einen ausreichend geringen Abstand zueinander aufweisen, um die dielektrisch behinderte Entladung herbeiführen zu können. Die beiden verformbaren Gebilde (2, 3) weisen jeweils eine hand- oder fadenförmige Formgebung auf und bestehen aus einem ummantelten Metalldraht (6), der plastisch verformbar ist. Die beiden verformbaren Gebilde (2, 3) sind miteinander verwoben und bilden ein textiles Flächengebilde bzw. ein Gewebe. Die beiden verformbaren Gebilde (2, 3) weisen jeweils einen Durchmesser von weniger als 3 mm auf. Jeweils benachbarte Kreuzungspunkte (8) der beiden verformbaren Gebilde (2, 3) weisen einen Abstand von mehr als 5 mm, vorzugsweise von mehr als 10 mm, auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionisierungsvorrichtung für Luftbehandlungsanlagen mit zwei Elektroden, die mit einer eine Wechselspannung erzeugenden Hochspannungsquelle verbindbar sind und zwischen denen eine dielektrisch behinderte Entladung zur Erzeugung eines Plasmas herbeigeführt werden kann.
Es sind verschiedene elektrisch betreibbare Vorrichtungen zur Reinigung, Filterung oder thermischen Behandlung von Luft bekannt. Derartige Vorrichtungen werden vielfältig eingesetzt, um beispielsweise in geeigneter Weise aufbereitete, klimatisierte oder entfeuchtete Zuluft zur Verfügung zu stellen oder verunreinigte Abluft vor einem Austritt ins Freie zu reinigen, zu filtern oder von mitgeführten Schwebeteilchen oder Gerüchen zu befreien.
Die überwiegende Anzahl der aus der Praxis bekannten elektrischen Filtervorrichtung betrifft elektrostatische Filter, die vorzugsweise zur Abscheidung von Staub und anderen Schwebeteilchen verwendet werden. Zwischen zwei Elektroden wird dabei eine Potentialdifferenz, bzw. ein statisches elektrisches Feld erzeugt. In einer Luftströmung mitgeführte Schwebeteilchen werden in dem elektrischen Feld ionisiert bzw. elektrisch aufgeladen und anschließend von den Niederschlagselektroden mit entgegengesetztem elektrischen Potential angezogen bzw. dort abgeschieden.
Die vorgegebene Potenzialdifferenz muss dabei ausreichen, um die Schwebeteilchen während des Durchströmens durch die Filtervorrichtung elektrisch aufzuladen und anschließend abzuscheiden. Derartige Elektrofilter werden häufig als Elektro-Staubabscheider eingesetzt.
Es sind weiterhin Ionisierungsvorrichtungen beispielsweise für Luftfilteranlagen und dergleichen bekannt, die zwei üblicherweise beabstandete Elektroden aufweisen, zwischen denen ein Plasma erzeugt werden kann. Die regelmäßig als Plattenkondensator ausgestalteten Elektroden werden mit einer Hochspannungsquelle verbunden, so dass eine Potenzialdifferenz von mehreren KV zwischen den Elektroden erzeugt werden kann. Durch Anlegung einer geeigneten Wechselspannung können zwischen den beiden Elektroden befindliche Teilchen und größere Moleküle zumindest teilweise angeregt oder ionisiert werden. Bei einer geeigneten Anregung des Plasmas können auf diese Weise komplexe Molekülverbindungen, die als Geruchsbelästigung empfunden werden, in einzelne Bestandteile aufgespalten werden, die geruchsneutral sind.
Für eine derartige Plasmaerzeugung geeignete Elektroden sind beispielsweise aus DE 20 2006 014 800.0 bekannt. Die jeweiligen Abmessungen der Elektroden müssen in Abhängigkeit von der gewünschten Filter- oder Reinigungswirkung ausreichend groß dimensioniert sein, um einerseits mit einer wirtschaftlich zweckmäßigen geringen Wechselspannung im Bereich von beispielsweise 1 KV–10 KV betrieben werden zu können und andererseits eine hinreichende Ionisierung der in der das Plasma durchströmenden Luft enthaltenen Teilchen gewährleisten zu können. Die bekannten Elektroden sind deshalb oftmals großflächig und sperrig, so dass sie beispielsweise in Dunstabzugshauben oder industriellen Filteranlagen eingesetzt und verwendet werden können, aber nicht zur Verwendung in Luftfilteranlagen in Kraftfahrzeugen mit einem sehr beengten Raumangebot geeignet erscheinen.
Als Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird es demzufolge angesehen, Elektroden der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, dass eine vergleichbar effektive Erzeugung einer dielektrisch behinderten Entladung bzw. eines Plasmas bei möglichst geringem Raumbedarf möglich wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jede Elektrode ein verformbares Gebilde mit einem elektrischen Leiter aufweist, der mit einem dielektrischen Material ummantelt ist und dass die beiden verformbaren Gebilde sich mindestens bereichsweise berührend oder einen ausreichend geringen Abstand zueinander aufweisend festlegbar sind, um die dielektrisch behinderte Entladung herbeiführen zu können. Untersuchungen des Anmelders haben überraschenderweise ergeben, dass die bislang verwendeten platten- oder gitterförmigen starren Leiter, die als notwendige Voraussetzung zur Erzeugung eines Plasmas angesehen wurden, nicht zwingend erforderlich sind und auch mit verformbaren Gebilden Elektroden gebildet werden können, zwischen denen eine geeignete dielektrisch behinderte Entladung herbeigeführt werden kann, um ein für die Luftbehandlung geeignetes Plasma erzeugen zu können.
Derartige Elektroden, die im Wesentlichen aus einem verformbaren Gebilde bestehen, welches elektrisch leitend mit einer Hochspannungsquelle verbindbar ist, können in einfacher Weise verformt und dadurch an unterschiedliche Formgebungen angepasst werden. So können die beiden relativ zueinander festgelegten verformbaren Elektroden auch gekrümmt, gewickelt oder in unregelmäßiger bzw. zufälliger Weise zusammengedrückt oder nahezu beliebig verformt werden, um beispielsweise ein vorgegebenes Raumvolumen besser ausnutzen zu können, das von der zu behandelnden Luft durchströmt wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die beiden verformbaren Gebilde jeweils eine band- oder fadenförmige Formgebung aufweisen. Derartige Gebilde sind einfach und kostengünstig herstellbar und ermöglichen bei geeigneter Materialwahl und in Abhängigkeit von den im Einzelfall gewählten Abmessungen eine nahezu beliebige Verformung, ohne dass dabei eine Beschädigung des verformbaren Gebildes oder eine Beeinträchtigung der Funktion der Elektrode befürchtet werden muss.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass jede Elektrode einen ummantelten Draht aufweist, der plastisch verformbar ist. Derartige mit einem geeigneten dielektrischen Material ummantelte Drähte sind kostengünstig handelsüblich erhältlich. Durch geeignete Ausnutzung der plastischen Eigenschaften können die ummantelten Drähte miteinander verbunden oder beispielsweise sich kreuzend oder umwickelnd festgelegt werden und dabei ohne größeren Aufwand und ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen eine ausreichende Formstabilität aufweisen, um bei den vorgesehenen Betriebsbedingungen und in der vorgegebenen Formgebung dauerhaft die Erzeugung des gewünschten bzw. notwendigen Plasmas gewährleisten zu können.
Gemäß einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die beiden verformbaren Gebilde miteinander verwoben sind. Die vorzugsweise fadenförmigen verformbaren Gebilde können dabei mit den bekannten Webtechniken miteinander verwoben werden und bilden ein Gewirke bzw. ein Gewebe mit näherungsweise textilen mechanischen Eigenschaften. Die miteinander verwobenen Elektroden weisen dabei eine große Anzahl beabstandet zueinander angeordnete Kreuzungspunkte auf, an denen sich die beiden verformbaren Gebilde berühren können. Durch Anlegen einer geeigneten Wechselspannung wird zwischen den beiden Elektroden eine Potenzialdifferenz erzeugt, so dass bevorzugt an den Kreuzungspunkten und in deren unmittelbaren Umgebung ein Plasma erzeugt wird, welches Teilchen der diese Bereiche durchströmenden Luftströmung ionisiert und größere Moleküle, Partikel oder flüssigkeitströpfchen in kleinere Bestandteile oder geruchslose Komponenten zerlegt.
Die miteinander verwobenen Elektroden bilden zweckmäßigerweise ein Gewebe bzw. ein textiles Flächengebilde, das gegebenenfalls mehrlagig, komplex gekrümmt oder an den Rändern abgewinkelt oder umgelegt und an nahezu jede Raumkörperformgebung angepasst werden kann.
Um eine angestrebte Flexibilität und Verformbarkeit des verformbaren Gebildes bzw. der Elektroden zu unterstützen ist vorgesehen, dass die verformbaren Gebilde einen Durchmesser von weniger als 2 mm aufweisen. Bei derartigen Abmessungen, die in Abhängigkeit von dem verwendeten Material auch deutlich weniger als 1 mm oder aber mehr als 2 mm betragen können, kann gleichzeitig gewährleistet werden, dass bei Kreuzungspunkten oder Bereichen größter Annäherung zwischen den verformbaren Gebilden ein für die jeweilige Luftbehandlung ausreichendes Plasma erzeugt werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass jeweils benachbarte Kreuzungspunkte der beiden verformbaren Gebilde einen Abstand von mehr als 5 mm, vorzugsweise von mehr als 10 mm aufweisen. Durch die Vorgabe einer derartigen Maschenweite kann sichergestellt werden, dass eine die Elektroden durchströmende Luftströmung auch bei einer mehrlagigen Anordnung eines Elektrodengewebes die Elektrodenanordnung durchströmen kann, ohne dass durch die Elektrodenanordnung ein übermäßiger Strömungswiderstand erzeugt und die vorgegebene bzw. angestrebte Strömungsführung unangemessen beeinträchtigt wird.
Es hat sich gezeigt, dass es insbesondere im Hinblick auf eine angestrebte hohe Lebensdauer der Elektroden trotz der jeweiligen Beanspruchung durch das erzeugte Plasma zweckmäßig ist, dass das dielektrische Material ein kohlenstoffarmes Material ist. Bei einem dielektrischen Material, welches in größerer Anzahl Kohlenstoffatome aufweist, würden die einzelnen Kohlenstoffatome aus dem Materialverbund gelöst werden, so dass das dielektrische Material beschädigt und gegebenenfalls vollständig zerstört würde. Diese Gefahr besteht beispielsweise bei der Verwendung eines mineralisch-keramischen Materials oder bei Verwendung eines Silikonharzes nicht in gleichem Maße.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens näher erläutert, welches in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:
1 eine schematische Draufsicht auf eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung einer dielektrischen behinderten Entladung bzw. eines Plasmas, mit zwei fadenförmigen verformbaren Gebilden, die jeweils mit einer eine Wechselspannung erzeugenden Hochspannungsquelle verbunden sind und
2 eine Schnittansicht der in 1 dargestellten Elektrodenanordnung längs der Linie II-II in 1.
Die in den Figuren dargestellte Ionisierungsvorrichtung 1 für Luftbehandlungsanlagen weist zwei fadenförmige verformbare Gebilde 2, 3 auf, die jeweils mit einem Ausgang 4, 5 einer Hochspannungsquelle verbunden sind, die eine Wechselspannung mit einer Ausgangsspannung innerhalb eines Bereichs von beispielsweise 1 bis 10 KV mit einer vorgegebenen Frequenz in einem Bereich zwischen einigen Hertz und einigen Kilohertz oder mehr erzeugen kann.
Die beiden verformbaren Gebilde 2, 3 bestehen jeweils aus einem elektrisch leitenden Metalldraht 6, der mit einem kohlenstoffarmen dielektrischen Material 7 ummantelt bzw. vollständig isolierend umgeben ist. Der Durchmesser des Metalldrahts 6 beträgt 1–2 mm. Die Dicke der Ummantelung mit dem dielektrischen Material 7 beträgt weniger als 1 mm.
Die beiden fadenförmigen verformbaren Gebilde, 2, 3, die jeweils eine Elektrode bilden, sind miteinander verwoben und bilden ein Gewebe bzw. ein Flächengebilde mit näherungsweise textilen Eigenschaften. Insbesondere an Kreuzungspunkten 8 von unmittelbar aufeinander liegenden, sich berührenden verformbaren Gebilden 2 und 3 wird bei Anlegen einer geeigneten Wechselspannung ein Plasma erzeugt, das in der Luftströmung mitgeführte Partikel, Flüssigkeitströpfchen oder größere Moleküle in einzelne Bestandteile und Komponenten zerlegen kann, die geruchsneutral sind und unbedenklich in die Umgebung abgeführt werden können. Untersuchungen haben ergeben, dass eine derartige Elektrodenanordnung auch in vorteilhafter Weise dazu geeignet ist, flüchtige organische Verbindungen (VOC) in einzelne und für die Umwelt unbedenkliche Bestandteile zu zerlegen.
Wird das in den Figuren exemplarisch dargestellte Gewebe von einer in Richtung der Pfeile 9 geführten Luftströmung durchströmt, so wird die größte Ionisierungswirkung an den voneinander beabstandeten Kreuzungspunkten 8 und den diese Kreuzungspunkte 8 unmittelbar umgebenden Bereichen erreicht. Wird der Abstand einzelner Kreuzungspunkte 8 voneinander und damit eine Maschenweite des Gewebes im Hinblick auf eine möglichst geringe Beeinträchtigung der Luftströmung so groß gewählt, dass zwischen den einzelnen Kreuzungspunkten 8 größere Bereiche verbleiben, in denen kein Plasma erzeugt wird, so kann die Ionisierungsvorrichtung zweckmäßigerweise ein in Strömungsrichtung mehrlagig angeordnetes Gewebe aufweisen, so dass durch den mehrfachen Durchtritt der Luftströmung durch beabstandet voneinander angeordneten Gewebelagen eine insgesamt ausreichende Filter- bzw. Reinigungswirkung erreicht werden kann.
Weitere Vorteile bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Elektroden ist die Möglichkeit, diese Elektroden ungefährdet während des Betriebs beispielsweise zu können oder mit Flüssigkeiten in Kontakt bringen zu können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202006014800 [0006]

Claims

Ionisierungsvorrichtung für Luftbehandlungsanlagen mit zwei Elektroden, die mit einer eine Wechselspannung erzeugenden Hochspannungsquelle verbindbar sind und zwischen denen dielektrisch behinderte Entladung zur Erzeugung eines Plasmas herbeigeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode ein verformbares Gebilde (2, 3) mit einem elektrischen Leiter aufweist, der mit einem dielektrischen Material (7) ummantelt ist und dass die beiden verformbaren Gebilde (2, 3) sich mindestens bereichsweise berührend oder einen ausreichend geringen Abstand zueinander aufweisend festlegbar sind, um die dielektrisch behinderte Entladung herbeiführen zu können.
Ionisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden verformbaren Gebilde (2, 3) jeweils eine band- oder fadenförmige Formgebung aufweisen.
Ionisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode einen ummantelten Metalldraht (6) aufweist, der plastisch verformbar ist.
Ionisierungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden verformbaren Gebilde (2, 3) miteinander verwoben sind.
Ionisierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbaren Gebilde (2, 3) einen Durchmesser von weniger als 2 mm aufweisen.
Ionisierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils benachbarte Kreuzungspunkte (8) der beiden verformbaren Gebilde (2, 3) einen Abstand von mehr als 5 mm, vorzugsweise von mehr als 10 mm aufweisen.
Ionisierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material (7) ein kohlenstoffarmes Material ist.