DE102012012286B4

DE102012012286B4 - "lonisierungsvorrichtung zur Anreicherung eines Luftstroms mit negativ geladenen lonen"

Info

Publication number: DE102012012286B4
Application number: DE102012012286.1A
Authority: DE
Inventors: Ralf Mönkemöller; Marcus Richter
Original assignee: Paragon AG
Current assignee: Paragon AG
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: DE102012012286A1

Abstract

Eine Ionisierungsvorrichtung (1) zur Anreicherung eines Luftstroms (2) mit negativ geladenen Ionen (3) hat einen Luftkanal (4), durch den hindurch der mit negativ geladenen Ionen (3) anzureichernde Luftstrom (2) strömt, und einen Emitter (5) für negative Ladungen, mittels dem der Luftstrom (2) mit negativen Ladungen beaufschlagbar und so mit negativ geladenen Ionen (3) anreicherbar ist.
Um langfristig sicherzustellen, dass der Luftstrom (2) in möglichst großem Ausmaß negativ geladene Ionen (3) mit sich durch den Luftkanal (4) der Ionisierungsvorrichtung (1) transportieren kann, wird vorgeschlagen, dass die Ionisierungsvorrichtung (1) ein Mittel (8) zur Erzeugung positiver Ladungen aufweist, mittels dem auf der dem Luftstrom (2) abgewandten Außenseite (9) der Kanalwandung (7) des Luftkanals (4) ein positives elektrisches Feld erzeugbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionisierungsvorrichtung zur Anreicherung eines Luftstroms mit negativ geladenen Ionen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Raumluft mit negativ geladenen Ionen anzureichern, um hierdurch das Wohlbefinden von Personen zu steigern.
Bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen wird diese Anreicherung in Luftkanälen bewerkstelligt. Der diese Luftkanäle durchströmende Luftstrom wird mit negativen Ladungen beaufschlagt, wodurch negativ geladene Ionen im Luftstrom entstehen.
In einem ersten Schritt werden bei der Erzeugung negativ geladener Ionen Elektronen mit einer äußerst geringen Masse erzeugt. Diese sind leicht ablenkbar. Diese Elektronen lagern sich aufgrund des Dipolmomentes von Wasser an Wassermolekülen an und lassen so negativ geladene Klein-Ionen entstehen. Die Luftkanäle, durch die hindurch der Luftstrom geführt wird, bestehen häufig aus Kunststoffen mit geringen Oberflächen- bzw. Volumenleitfähigkeiten. Dies führt beim Betrieb derartiger Ionisierungsvorrichtungen aufgrund der Anlagerung eines Teils der freien Elektronen zu einer Aufladung der Oberfläche, wobei man üblicherweise von statischer Aufladung spricht. Je nach Werkstoff, Luftfeuchte und anderen Einflussparametern können Ladungen von mehreren 100 Volt entstehen.
Diese Ladungen spielen insbesondere bei geometrisch engen Luftkanälen oder Ausströmdüsen durch das mit diesen Ladungen einhergehende negative elektrische Feld insoweit eine besondere Rolle, als sie eine Barriere für die feinen Elektronen bilden. Diese können aufgrund ihrer geringen Bewegungsenergie und ihrer starken elektrischen Ladung diese Barriere bzw. dieses Sperrfeld, welches in den Luftkanal hineinwirkt, nicht mehr passieren. Der vorstehend geschilderte Effekt kann dazu führen, dass nach kurzer Zeit das negative elektrische Feld auf der Innenseite der Kanalwandung des Luftkanals so groß ist, dass keine Wirkung der Ionisierungsvorrichtung mehr messbar ist.
Aus der EP 1 688 151 A1 ist eine Luftreinigungsvorrichtung bekannt, zu der eine Ionisierungsvorrichtung zur Anreicherung eines Luftstroms mit negativ geladenen Ionen gehört. Es ist ein Luftkanal vorgesehen, durch den hindurch der mit negativ geladenen Ionen anzureichernde Luftstrom strömt. Mittels eines Emitters für negative Ladungen wird der Luftstrom mit negativen Ladungen beaufschlagt und entsprechend mit negativ geladenen Ionen angereichert. Darüber hinaus ist neben dem Emitter für negative Ladungen ein Mittel zur Erzeugung positiver Ladungen vorgesehen.
Die DE 26 58 287 C3 zeigt eine Ionisierungsvorrichtung, bei der ein gesteuerter Ladungsabfluss ermöglicht wird. Die Ionisierungsvorrichtung zur Erzeugung negativer Ionen weist ein isolierendes Gehäuse auf, in dem eine an eine Gleichspannungsquelle angeschlossene Ionisierungselektrode und dieser gegenüber ein an der Innenfläche des Gehäuses anliegender, mit Masse verbundener Leiter angeordnet ist. Ein gesteuerter Ladungsabfluss der an der Ionisierungselektrode erzeugten negativen Ladungen wird durch einen an der Innenseite des Gehäuses angebrachten und mit Masse verbundenen elektrischen Leiter erzielt.
Die WO 2010/014 423 A2 beschreibt ein tragbares Luftreinigungsgerät, das neben einem am Lufteinlass angeordneten elektrostatischen Filter am Luftauslass eine Ionisationselektrode zur Freisetzung von negativen Ladungen aufweist. Zur Vermeidung einer elektrostatischen Aufladung der Gehäuseöffnung in Nachbarschaft der Ionisationselektrode sowie zur Aufrechterhaltung eines konstanten Spannungspotentials am Luftauslass ist am Außenrand desselben eine Ableitungselektrode mit einem bedeutend niedrigerem Potential - oder geerdet - angeordnet.
Aus der JP 2004-044 882 A ist ein Luftreinigungsgerät mit einem Luftkanal bekannt, bei dem neben einem Anionen-Emitter in Strömungsrichtung eine fotokatalytische UV-Sterilisationsstrecke sowie ein Aktivkohlefilter zur Adsorption von positiven Ionen vorgesehen ist. Durch die Adsorption der positiven Ionen soll eine Reduktion der freigesetzten negativen Ionen vermieden werden.
Aus der WO 2010/036 176 A1 ist ein Luftreinigungsgerät bekannt, bei dem in einem Luftkanal eine an den einen Pol einer Hochspannungsquelle angeschlossene Koronaentladungselekrode und eine an den anderen Pol der Hochspannungsquelle angeschossene Ziel-/Gegenelektrode ringförmig um die Entladungselektrode angeordnet sind. Die Koronaentladungselektrode ist an den negativen Pol der Hochspannungsquelle angeschlossen und die Gegenelektrode ist geerdet. Die mit der Koronaentladung erzeugte Ionenwolke wandert direkt zur Gegenelektrode.
Ausgehend von dem vorstehend geschilderten gattungsgemäßen Stand der Technik gemäß der EP 1 688 151 A1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ionisierungsvorrichtung zur Anreicherung eines Luftstroms mit negativ geladenen Ionen zur Verfügung zu stellen, die dauerhaft einen großen Wirkungsgrad bei der Anreicherung des Luftstroms mit negativ geladenen Ionen sichert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein das vorstehend geschilderte negative elektrische Feld kompensierendes positives elektrisches Feld geschaffen, wobei aufgrund der Anordnung dieses positiven elektrischen Feldes auf der Außenseite der Kanalwandung des Luftkanals sichergestellt wird, dass keine Ausbringung gesundheitlich bedenklicher positiv geladener Ionen aus der Ionisierungsvorrichtung stattfindet. Die erfindungsgemäße Ionisierungsvorrichtung ist unabhängig davon realisierbar, ob die für die Ausgestaltung des Luftkanals vorgesehenen Werkstoffe eine geringe Oberflächen- bzw. Volumenleitfähigkeit haben oder ob diese Werkstoffe quasi keine Leitfähigkeit haben. Der positive Effekt des positiv geladenen elektrischen Feldes ist somit unabhängig von dem Werkstoff des Luftkanals nutzbar. Indem die Außenfläche der Kanalwandung positiv geladen wird, bildet sich das positive elektrische Feld aus. Positiv geladene Ionen können jedoch nicht in den Luftstrom, der den Luftkanal durchströmt, ausgebracht werden. Erfindungsgemäß wird durch die positiven Ladungen auf der Außenseite des Kanals ein positives elektrisches Feld erzeugt, das die negative Ladung auf der Innenseite der Kanalwandung soweit neutralisiert, dass stets eine ausreichend große Zahl negativer Ladungen den Luftkanal passieren kann.
Bei einem entsprechenden erfindungsgemäßen Ionisierungsverfahren zur Anreicherung eines Luftstroms mit negativ geladenen Ionen wird der Luftstrom mit negativen Ladungen beaufschlagt und so mit negativ geladenen Ionen angereichert, wobei ein positives elektrisches Feld auf einer dem mit negativen Ladungen beaufschlagten Luftstrom abgewandten Seite eines den mit negativen Ladungen beaufschlagten Luftstrom führenden Luftkanals erzeugt wird.
Das Mittel zur Erzeugung positiver Ladungen kann beispielsweise durch Elektretmaterial realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionisierungsvorrichtung kann das Mittel zur Erzeugung positiver Ladungen als Emitter für positive Ladungen ausgebildet sein, mittels dem das positive elektrische Feld berührungslos auf der dem Luftstrom abgewandten Außenseite der Kanalwandung des Luftkanals aufbringbar ist.
Alternativ ist es möglich, das Mittel zur Erzeugung positiver Ladungen durch eine flächige leitfähige Elektrode auszugestalten.
Darüber hinaus kann, sofern der Werkstoff der Kanalwandung des Luftkanals über eine ausreichende Oberflächenleitfähigkeit verfügt, das Mittel zur Erzeugung positiver Ladungen auch als Kontaktelektrode ausgebildet sein.
Des Weiteren ist es möglich, das Mittel zur Erzeugung positiver Ladungen als leitfähiges Gewebe, z.B. als Drahtnetz, auszugestalten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ionisierungsvorrichtung prinzipiell darstellt.
Eine in der einzigen Figur gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ionisierungsvorrichtung 1 dient dazu, in einem Luftstrom 2, der einem in der Figur nicht explizit gezeigten Innenraum zugeführt werden soll, negativ geladene Ionen 3 zu erzeugen. Wenn Raumluft negativ geladene Ionen 3 in ausreichendem Ausmaß enthält, wird das Wohlbefinden derjenigen Personen gesteigert, die sich in dem Raum befinden, der mit dem Luftstrom 2 belüftet wird.
Zu der Ionisierungsvorrichtung 1 gehört ein Luftkanal 4, durch den hindurch der Luftstrom 2 geführt wird.
Am Luftkanal 4 ist ein Emitter 5 für negative Ladungen angeordnet, mittels dem der den Luftkanal 4 durchströmende Luftstrom 2 mit negativen Ladungen beaufschlagt wird. Hierdurch entstehen im Luftstrom 2 die negativ geladenen Ionen 3.
Die negativ geladenen Ionen 3 werden vom Luftstrom 2 mitgeführt und lagern sich aufgrund des Dipolmomentes von Wasser an Wassermolekülen an. Wassermoleküle und mit diesen die negativ geladenen Ionen 3 lagern sich darüber hinaus auf der Innenseite 6 der Kanalwandung 7 des vom Luftstrom 2 durchströmten Luftkanals 4 an. Das so auf der Innenseite 6 der Kanalwandung 7 entstehende negative elektrische Feld hindert aufgrund des von ihm auf die negativ geladenen Ionen 3 ausgeübten Abstoßungseffekts den Durchtritt der negativ geladenen Ionen 3 durch den Luftkanal 4 in Richtung auf dessen Ausgang. Um diesen Abstoßeffekt zu neutralisieren bzw. zu kompensieren, weist die Ionisierungsvorrichtung 1 ein Mittel 8 zur Erzeugung positiver Ladungen auf. Dieses Mittel 8 zur Erzeugung positiver Ladungen ist so in der Ionisierungsvorrichtung angeordnet, dass mittels ihm auf bzw. an der Außenseite 9 der Kanalwandung 7, die nicht durch den Luftstrom 2 kontaktiert wird, positiv geladene Teilchen angelagert werden können, die für die Entstehung eines positiven elektrischen Feldes sorgen. Dieses positiv geladene elektrische Feld neutralisiert bzw. kompensiert die Wirkung des auf der Innenseite 6 der Kanalwandung 7 vorhandenen negativen elektrischen Feldes, so dass, wie in der Figur dargestellt ist, negativ geladene Ionen 3 mit dem Luftstrom 2 quasi ungehindert durch den Luftkanal 4 der Ionisierungsvorrichtung 1 strömen können.
Die kontinuierliche Versorgung eines Innenraums mit negativ geladenen Ionen 3 ist mittels des Luftstroms 2 somit möglich, ohne dass der Luftstrom 2 mit gesundheitlich bedenklichen positiv geladenen Ionen in Berührung käme bzw. solche in ihm angereichert würden.
Durch das Mittel 8 zur Erzeugung positiver Ladungen der Ionisierungsvorrichtung 1 wird auf der Außenseite 9 der Kanalwandung 7 des den Luftstrom 2 führenden Luftkanals 4 ein positives elektrisches Feld erzeugt, das die negative Ladung auf der Innenseite 6 der Kanalwandung 7 soweit neutralisiert, dass in jedem Fall eine ausreichend große Anzahl negativ geladener Ionen 3 den Luftkanal 4 passieren kann.
Als Mittel 8 zur Erzeugung positiver Ladungen kann Elektretmaterial, ein Emitter für positive Ladungen, mittels dem ein positives elektrisches Feld berührungslos auf der dem Luftstrom 2 abgewandten Außenseite 9 der Kanalwandung 7 des Luftkanals 4 aufbringbar ist, eine flächige leitfähige Elektrode, eine Kontaktelektrode, sofern die Kanalwandung 7 des Luftkanals eine ausreichende Oberflächenleitfähigkeit aufweist, oder ein leitfähiges Gewebe, z.B. ein Drahtnetz, dienen.

Claims

Ionisierungsvorrichtung zur Anreicherung eines Luftstroms (2) mit negativ geladenen Ionen (3), mit einem Luftkanal (4), durch den hindurch der mit negativ geladenen Ionen (3) anzureichernde Luftstrom (2) strömt, einem Emitter (5) für negative Ladungen, mittels dem der Luftstrom (2) mit negativen Ladungen beaufschlagbar und so mit negativ geladenen Ionen (3) anreicherbar ist, und einem Mittel (8) zur Erzeugung positiver Ladungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (8) zur Erzeugung positiver Ladungen so in der Ionisierungsvorrichtung (1) angeordnet ist, dass auf der dem mit negativ geladenen Ionen (3) angereicherten Luftstrom (2) abgewandten Außenseite (9) der Kanalwandung (7) des vom mit negativ geladenen Ionen (3) angereicherten Luftstrom (2) durchströmten Luftkanals (4) ein positives elektrisches Feld erzeugbar ist.
Ionisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mittel (8) zur Erzeugung positiver Ladungen durch ein Elektretmaterial realisiert ist.
Ionisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mittel (8) zur Erzeugung positiver Ladungen als Emitter für positive Ladungen ausgebildet ist, mittels dem ein positives elektrisches Feld berührungslos auf der dem Luftstrom (2) abgewandten Außenseite (9) der Kanalwandung (7) des Luftkanals (4) aufbringbar ist.
Ionisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mittel (8) zur Erzeugung positiver Ladungen durch eine flächige leitfähige Elektrode ausgebildet ist.
Ionisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Werkstoff der Kanalwandung (7) des Luftkanals (4) eine ausreichende Oberflächenleitfähigkeit aufweist und das Mittel (8) zur Erzeugung positiver Ladungen als Kontaktelektrode ausgebildet ist.
Ionisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mittel (8) zur Erzeugung positiver Ladungen als leitfähiges Gewebe, z.B. als Drahtnetz, ausgebildet ist.
Ionisierungsverfahren zur Anreicherung eines Luftstroms (2) mit negativ geladenen Ionen (3), bei dem der Luftstrom (2) mit negativen Ladungen beaufschlagt und so mit negativ geladenen Ionen (3) angereichert wird und bei dem ein positives elektrisches Feld erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das positive elektrische Feld auf einer dem mit negativen Ladungen beaufschlagten Luftstrom (2) abgewandten Außenseite eines den mit negativen Ladungen beaufschlagten Luftstrom (2) führenden Luftkanals (4) erzeugt wird.
Ionisierungsverfahren nach Anspruch 7, bei dem das positive elektrische Feld mittels eines Elektretmaterials, mittels eines Emitters für positive Ladungen, mittels einer flächigen leitfähigen Elektrode, mittels einer Kontaktelektrode oder mittels eines leitfähigen Gewebes, z.B. eines Drahtnetzes, erzeugt wird.