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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ionisierung von Luft mit einem Plasmagenerator, welcher eine plasmaerzeugende Hochspannungszone aufweist.
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Ionisatoren oder Plasmageneratoren erzeugen hohe elektrische Felder, mit welchem Gase, bspw. Luft durch elektrische Anregung (Koronaentladung, elektrische Feldemission) ionisiert werden. Die hierbei erzeugten negativen Ionen binden Feinstaubpartikel und Keime und werden daher zur Luftreinigung eingesetzt. Auch organische Verbindungen, zu denen bspw. Gerüche gehören, werden gebunden und können dadurch aus der Luft entfernt werden.
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Bei einem Kontakt der Luft-Sauerstoffatome mit den von einem lonisator erzeugten negativen Ionen werden Hyperoxid(O2 -)-Radikale gebildet. Diese Hyperoxid(O2 -)-Radikale reagieren mit Wasserdampf der Luft und bilden dabei Hydroxid(OH-)-Radikale. Zusätzlich wird auch Ozon in der ionisierten Luft erzeugt. Wenn die O2 --Radikale mit Ozon reagieren, wird die OH--Radikalproduktion noch beschleunigt. Die Radikale oxidieren effizient organische Moleküle und reinigen dadurch die Luft. Auch negative Ionen und Ozon wirken ihrerseits als Luftreiniger. Die dabei erzeugten OH--Radikale gehören zu den meist antiseptischen Verbindungen. Zum Beispiel bei einem Geruchentfernungsvorgang akkumulieren sich Ozon und Radikale und bauen die in Form von organischen Verbindungen vorliegenden Geruchsstoffe ab. Bei einer Oxidationsreaktion wandelt sich der Geruchsstoff in unschädliches Kohlendioxid, Wasserdampf und Sauerstoff um.
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Ein lonisator kann beispielsweise als Hochspannungseinheit mit mindestens zwei elektrisch leitender Elektroden ausgeführt sein, zwischen denen im Bereich einer Hochspannungszone ein Hochspannungspotential aufgebaut wird. Die Elektroden sind so in einem Luftstrom ausgerichtet, dass die Luft zumindest teilweise negativ ionisiert und positive Ionen mindestens teilweise neutralisiert werden. Eine der Elektroden ist als Nadelelektrode ausgeführt, an die die Hochspannung angelegt wird, wodurch das Feld am spitzen Ende der Nadelelektrode fokussiert wird. Da die Nadelelektrode nur einen schmalen Ionenerzeugungsbereich als plasmaerzeugende Hochspannungszone aufweist, ist die sich ergebende Menge an erzeugten Ionen gering. Die Ionengenerierungsmenge kann erhöht werden, indem die Spannung gesteigert wird, jedoch wird das elektrische Feld am spitzen Ende der Nadelelektrode so intensiv, dass eine Beschädigung der Spitze der Nadelelektrode nicht ausgeschlossen ist.
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Ein lonisator kann auch mit einem piezoelektrischen Transformator zur Erzeugung von Atmosphärendruck-Plasmen aufgebaut werden. Ein solcher piezoelektrischer Transformator ist balkenförmig mit einem Anregungsbereich und einem Hochspannungsbereich aufgebaut, wobei die Ansteuerung des Anregungsbereichs in einem Resonanzbetrieb mit einer hochfrequenten Niederspannung erfolgt, so dass im Hochspannungsbereich die für die Ionisierung des Mediums, bspw. von Luft erforderliche Hochspannung erzeugt wird.
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So ist ein lonisator bzw. Plasmagenerator aus der
DE 101 29 0 41 A1 bekannt, bei welchem die mittels des piezoelektrischer Transformators erzeugte Hochspannung auf ein Ionisationsmodul ausgekoppelt wird, welches mindestens zwei Elektroden aufweist, von denen wenigstens eine Elektrode als Nadelelektrode zur Erzeugung einer Spitzenionisation ausgebildet ist. Die Auskopplung der Hochspannung erfolgt bspw. mit einem Übertrager.
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Die
DE 10 2005 032 890 A1 beschreibt ebenso einen Plasmagenerator mit einem piezoelektrischen Transformator, von dem gleichzeitig auch die Funktion einer Hochspannungselektrode übernommen wird, so dass keine Hochspannungselektroden erforderlich sind.
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Wie oben bereits ausgeführt, erfolgt die Inaktivierung von Feinstaubpartikeln, Keimen und organischen Verbindungen über eine Zwischenreaktion mittels Wasserdampf zu den Hydroxid (OH)-Radikalen. Bei den oben genannten bekannten Plasmageneratoren wird dieser Wasserdampf aus der vorhandenen Luft verwendet.
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Unter dem Markennamen Panasonic wird ein Nanoe™-Luftreinigungssystem basierend auf elektrostatisch zerstäubten Nanowassertröpfchen auf dem Markt angeboten. In die mit Nanoe™ elektrostatisch zerstäubten Nanowassertröpfchen sind eine große Anzahl von negativen Ionen, vor allem OH-Radikale eingekapselt. Zur Kondensation von Wasser wird ein Peltierelement im lonenerzeugungsbereich eines Ionisators eingesetzt, um eine möglichst große Anzahl von OH-Ionen zu erzeugen. Nachteilig an einem solchen Nanoe™-Luftreinigungssystem ist die Verwendung eines teuren und ineffizienten Peltierelementes.
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Es ist Aufgabe der Erfindung einen Plasmagenerator der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die Erzeugung einer großen Anzahl von Oxid(OH)-Radikalen effizient verbessert wird, insbesondere ohne eine Verwendung von teuren Bauelementen, wie bspw. eines Peltierelementes.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Plasmagenerator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Eine solche Vorrichtung zur Ionisierung von Luft mit einem Plasmagenerator, welcher eine plasmaerzeugende Hochspannungszone aufweist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- - zur Erzeugung von Hydroxid-Ionen die Hochspannungszone von einem Hydroxidsystem mit feststofflichen Hydroxid umgeben ist, und
- - das Hydroxidsystem ausgebildet ist, bei einem durch die Plasmaerzeugung in der Hochspannungszone initiierten Wärmeeintrag in das Hydroxidsystem Wasser zu desorbieren.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung wird um die plasmaerzeugende Hochspannungszone, in welcher in der Luft die Ionen erzeugt werden, ein Hydroxidsystem als Reaktionssystem angeordnet. Mit der Ionisierung der Luft im Bereich der Hochspannungszone entsteht Wärme die zu einem Temperaturanstieg in dieser Hochspannungszone und damit zu einem Wärmeeintrag in das Hydroxidsystem führt. Dies führt zu einer Desorption des Wassers aus dem feststofflichen Hydroxid, welches zu einem Feuchtigkeitseintrag in der Hochspannungszone führt und dadurch die Produktion von OH--Ionen erhöht wird. Bei einem Nichtbetrieb des Plasmagenerators kühlt das Hydroxidsystem ab und absorbiert hierbei das Wasser aus der Hochspannungszone.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird energieeffizient eine große Menge an OH--Ionen erzeugt.
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Vorzugsweise kann als Hydroxid ein Metallhydroxid, wie bspw. Natriumhydroxid (2NaOH) oder Calciumhydroxid (Ca(OH)2) eingesetzt werden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Plasmagenerator als piezoelektrischer Transformator ausgebildet. Hierbei kann die von der Hochspannungsseite des piezoelektrischen Transformators erzeugte Hochspannung auf wenigstens zwei Elektroden mit wenigstens einer Nadelelektrode ausgekoppelt werden, wie dies aus der
DE 101 29 0 41 A1 bekannt ist. Hierbei unterbleibt aufgrund der hohen Luftfeuchtigkeit in der Hochspannungszone eine Überhitzung der Spitze der Nadelelektrode, wodurch eine Beschädigung derselben weitestgehend vermieden wird.
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Es kann auch ein gemäß der
DE 10 2005 032 890 A1 aufgebauter piezoelektrischer Transformator verwendet werden, welcher gleichzeitig auch die Funktion der Hochspannungselektroden übernimmt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Plasmagenerator mit einer spitzenförmigen Entladungselektrode ausgebildet ist, an welcher eine mittels eines Hochspannungstransformators erzeugte Hochspannung anlegbar ist. Auch bei dieser Ausführung des Plasmagenerators unterbleibt aufgrund der hohen Luftfeuchtigkeit in der Hochspannungszone eine Überhitzung der Spitze der Nadelelektrode, wodurch eine Beschädigung derselben weitestgehend vermieden wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine einzige beigefügte 1 ausführlich beschrieben. Diese 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Ionisierung von Luft als Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die gemäß 1 sehr stark schematisierte Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Ionisierung von Luft umfasst als zentrale Komponente einen Plasmagenerator 2 mit einer plasmaerzeugenden Hochspannungszone 2.1 als Ionenerzeugungsbereich. Im Bereich dieser Hochspannungszone 2.1 wird ein an der Vorrichtung 1 vorbeigeführte Luftstrom L ionisiert, wodurch negative Ionen in dem Luftstrom L entstehen.
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Die Hochspannungszone 2.1, in welcher die negativen Ionen in dem Luftstrom L erzeugt werden, wird senkrecht zur Längsachse A des Plasmagenerators 2 von einem Hydroxidsystem 3 als weitere zentrale Komponente umgeben, welches als Behälter 3.2 für ein feststoffliches Hydroxid 3.1 ausgebildet ist und den Plasmengenerator 2 radial umschließt. Als Hydroxid 3.1 kann ein Metallhydroxid, wie bspw. Natriumhydroxid (NaOH) oder Calciumhydroxid (Ca (OH)2) verwendet werden, das in Pulverform vorliegt.
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Durch die Ionisierung der Luft des Luftstromes L im Bereich der Hochspannungszone 2.1 werden diejenigen Komponenten des Plasmagenerators 2, welche in dem Luftstrom L direkt die Ionisierung bewirken, also bspw. eine Nadelelektrode des Plasmagenerators 2 erwärmt, wodurch es zu einem Wärmeeintrag P2 in das Hydroxid 3.1 des Hydroxidsystems 3 kommt. Dieser Wärmeeintrag P2 in das Hydroxid 3.1 führt zu einer Desorption von Wasser aus dem Hydroxid 3.1, welches als Wasserdampf 5 die Feuchtigkeit der Luft im Bereich der Hochspannungszone 2.1 erhöht. Die Desorption ist mit Pfeilen P1 angedeutet.
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Mit der nun erhöhten Feuchtigkeit im Bereich der Hochspannungszone 2.1 des Plasmagenerators 2 reagieren die von den negativen Ionen gebildeten Hyperoxid(O2 -)-Radikale mit dem Wasserdampf 5 der Luft des Luftstromes L und bilden dabei eine große Menge an Hydroxid(OH-)-Radikale 4. Bei einem Nichtbetrieb des Plasmagenerators 2 kühlt das Hydroxidsystem 3 ab und absorbiert hierbei das Wasser aus der Hochspannungszone 2.1 in das Hydroxid 3.1.
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Zur Realisierung des Plasmagenerators 2 der Vorrichtung 1 können unterschiedliche Versionen verwendet werden.
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So kann zur Erzeugung einer Hochspannung der Plasmagenerator
2 mit einem piezoelektrischen Transformator ausgeführt werden. Hierbei kann die von der Hochspannungsseite des piezoelektrischen Transformators erzeugte Hochspannung auf wenigstens zwei Elektroden mit wenigstens einer Nadelelektrode ausgekoppelt werden, wie dies bspw. aus der eingangs beschriebenen
DE 101 29 0 41 A1 bekannt ist. Die Hochspannungszone
2.1 wird hierbei von der Spitze der Nadelelektrode gebildet. Hierbei unterbleibt aufgrund der hohen Luftfeuchtigkeit in der Hochspannungszone
2.1 des Plasmagenerators
2 eine Überhitzung der Spitze der Nadelelektrode, wodurch eine Beschädigung derselben weitestgehend vermieden wird.
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Des Weiteren kann auch ein gemäß der
DE 10 2005 032 890 A1 aufgebauter piezoelektrischer Transformator verwendet werden, welcher gleichzeitig auch die Funktion der Hochspannungselektroden übernimmt. Die Hochspannungszone
2.1 wird bei dieser Ausführung eines Plasmagenerators
2 von diesen Hochspannungselektroden gebildet.
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Zur Erzeugung der Hochspannung kann anstelle des piezoelektrischen Transformators ein Hochspannungstransformator verwendet werden, dessen Hochspannung einer spitzenförmigen Entladungselektrode zugeführt wird. Diese spitzenförmige Entladungselektrode bildet die Hochspannungszone 2.1. Auch bei dieser Ausführung des Plasmagenerators unterbleibt aufgrund der hohen Luftfeuchtigkeit in der Hochspannungszone 2.1 eine Überhitzung der Spitze der Nadelelektrode, wodurch eine Beschädigung derselben weitestgehend vermieden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Ionisierung von Luft
- 2
- Plasmagenerator der Vorrichtung 1
- 2.1
- Hochspannungszone des Plasmagenerators 2
- 3
- Hydroxidsystem der Vorrichtung 1
- 3.1
- feststoffliches Hydroxid des Hydroxidsystems 3
- 3.2
- Behälter des Hydroxidsystems 3
- 4
- OH--Radikal des Luftstromes L
- 5
- Wasserdampf
- A
- Längsachse des Plasmagenerators 2
- L
- Luftstrom
- P1
- Desorption von Wasser anzeigende Pfeile
- P2
- Wärmeeintrag in das Hydroxid 3.1
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10129041 A1 [0006, 0016, 0025]
- DE 102005032890 A1 [0007, 0017, 0026]
