DE102018126847A1

DE102018126847A1 - Ionisatorelement für einen Elektroabscheider sowie entsprechend ausgestatteter Elektroabscheider sowie Raumbelüftungseinheit

Info

Publication number: DE102018126847A1
Application number: DE102018126847.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-04-30
Also published as: WO2020083444A1; DE112019005310A5

Abstract

Ein lonisatorelement (16) für einen Elektroabscheider (12) weist ein oder mehrere kathodisch mit Hochspannung beaufschlagbare, in einem zu reinigenden Gasstrom anordbare Leiter (20) aus Wolfram oder aus einem wolframhaltigen Metall auf, wobei wenigstens einer der Leiter (20) einen Gesamtdurchmesser von kleiner gleich 0,2 mm aufweist und aus mehreren verdrillten Einzellitzen (22a-c) aus Wolfram oder aus einem wolframhaltigen Metall gebildet ist, wobei der Durchmesser der Einzellitzen (22a-c) jeweils 0,15 mm, vorzugsweise 0,1 mm, nicht übersteigt. Hierdurch lässt sich im Vergleich zu einem ohne Einzellitzen „massiv“ ausgebildeten Leiter eine effektivere Ionisation und/oder eine verringerte Ozonbildung bei besserer Verarbeitbarkeit realisieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lonisatorelement für einen Elektroabscheider sowie einen mit einem derartigen lonisatorelement ausgestatteten Elektroabscheider sowie eine Raumbelüftungseinheit, insbesondere für dezentrale Wohnraumbelüftungsanlagen, mit einem derartigen Elektroabscheider.
Aus der WO 2017/121 429 A1 ist der Einsatz von Elektrofiltern bei kontrollierten dezentralen Wohnraumbelüftungssystemen mit Wärmerückgewinnung bekannt.
In den vergangenen Jahren wurde erkannt, welch gravierende Auswirkungen in der Luft befindliche Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von 10 µm oder weniger - der sog. Feinstaub - auf die menschliche Gesundheit haben können. Da konventionelle Filter, wie z.B. Filtermatten, hinsichtlich ihrer Filterleistung insbesondere bei kleineren Partikeln, wie Feinstäuben, nicht sehr leistungsfähig sind, jedenfalls dann nicht, wenn größere Druckverluste vermieden werden sollen, wurden im Rahmen der o.g. Druckschrift mit Hochspannungen von einigen Kilovolt betriebene Elektroabscheider oder Elektrofilter (auch als Anordnungen für elektronische Staubabscheidung bekannt) für den Einsatz bei dezentralen Wohnraumbelüftungsanlagen vorgeschlagen. Hierbei werden die in der Luft vorhandenen Partikel durch elektrische Ladungen abgeschieden.
Für die Raumluftreinigung werden insbesondere zweistufige Elektroabscheider nach dem sog. Penney-Prinzip verwendet. Dabei werden die abzuscheidenden Partikel zunächst durch einen sog. Ionisator elektrisch aufgeladen. Dies erfolgt durch sog. Coronaentladungen mittels in der Regel positiv geladener (und in der Regel auch ungeheizter) Coronadrähte, die in der Nähe von negativ geladenen Platten angeordnet sind. Die Luft mit den geladenen Partikeln gelangt sodann in einen sog. Kollektor, der aus parallel zueinander angeordneten, jeweils gegensätzlich geladenen Platten besteht. Die geladenen Partikel schlagen sich auf den Platten (insbesondere den negativ geladenen Platten) nieder, so dass die Luft hinter den Platten weitgehend partikelfrei ist.
Die lonisationsdrähte werden in bekannter Weise besonders vorteilhaft aus Wolfram oder einer vergleichbaren Verbindung mit einer niedrigen Festkörper-Austrittsarbeit (z.B. Wolfram mit Thorium-, oder Bariumbeschichtung, oder Wolfram-Rhenium, ggf. mit einem schützenden Edelmetallüberzug, z.B. einer Goldschicht) oder aus einem Wolfram-Oxidmischmetall gefertigt.
Die Ausbildung der Ionisatoren bzw. Coronadrähte und deren Beaufschlagung mit Hochspannung ist zum einen für die Wirksamkeit der Raumluftreinigung, aber zum anderen auch für die Entstehung von Ozon von entscheidender Bedeutung.
Diese beiden Parameter - Wirksamkeit und Ozonbildung - stehen allerdings grundsätzlich in einem gewissen Zielkonflikt, da eine wirksamere Ionisation in der Regel mit einer vermehrten Entstehung von Ozon einhergeht, wobei die entstehende Ozonkonzentration aufgrund der toxischen Wirkung des in die Raumluft abgegebenen und sich dort ansammelnden Ozons unbedingt begrenzt werden sollte.
Es hat sich herausgestellt, dass das Verhältnis zwischen Ionisationsleistung und Ozonbildungsrate günstig beeinflusst werden kann, indem die lonisationsdrähte möglichst dünn gestaltet werden.
Nun sind aber der Herstellung und Verarbeitung und Langzeitstabilität von dünnen wolframmetallhaltigen Drähten, die insbesondere in einem Element wie dem lonisator eines Elektroabscheiders in einer Wohnraumbelüftungsanlage eingesetzt werden sollen und daher relativ robust sein sollten, fertigungstechnische Grenzen gesetzt.
Dünne Wolframdrähte und vergleichbare Drähte neigen nämlich dazu, nach einem Knick schnell zu reißen und sich nach der erforderlichen Ablängung zusammenzuziehen.
Deshalb lassen sich Wolframdrähte und vergleichbare Drähte mit Durchmessern im Bereich von 0,2 mm nicht mehr ohne Weiteres sinnvoll verarbeiten bzw. für die gewünschten Zwecke mit der gewünschten Robustheit einsetzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein robustes und zuverlässig zu fertigendes und zu verarbeitendes lonisatorelement, einen Elektroabscheider mit einem derartigen lonisatorelement sowie eine dezentrale Wohnraumbelüftungsanlage mit einem derartigen Elektroabscheider zu schaffen, bei denen eine optimale Feinstaubfilterung bei kompakten Baugrößen in besonders ozonarmer Weise ermöglicht wird.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt mittels eines lonisationselements mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, mittels eines Elektroabscheiders mit den Merkmalen des Patentanspruches 5 sowie mittels einer Raumbelüftungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruches 6.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen erläutert.
Erfindungsgemäß weist ein lonisatorelement für einen Elektroabscheider ein oder mehrere kathodisch mit Hochspannung beaufschlagbare, in einem zu reinigenden Gasstrom anordbare Leiter aus Wolfram oder aus einem wolframhaltigen Metall auf, wobei wenigstens einer der Leiter (bevorzugt aber sämtliche Leiter) einen Gesamtdurchmesser von kleiner gleich 0,2 mm aufweisen und aus mehreren verdrillten Einzellitzen aus Wolfram oder aus einem wolframhaltigen Metall gebildet sind, wobei der Durchmesser der Einzellitzen jeweils 0,15 mm, vorzugsweise 0,1 mm, nicht übersteigt.
Ein aus mehreren Einzellitzen verdrillter Leiter lässt sich wesentlich leichter verarbeiten und bietet deshalb die Möglichkeit, die Einzellitzen wesentlich dünner zu wählen.
Aufgrund der Verdrillung könnten deshalb auch Litzen mit d < 0,1mm Verwendung finden, vorzugsweise mit d ≤ 0,075 mm, ggf. mit d ≤ 0,050 mm, evtl. sogar Litzen mit d ≤ 0,025mm.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass ein derartiger verdrillter Leiter ein günstigeres Verhältnis aus Ionisationsleistung und Ozongenerierung erlaubt als ein klassischer, aus einem einzigen Metallkörper gebildeter „Draht“.
Dies kann mit der höheren Flexibilität und Stabilität eines litzenhaltigen Drahts oder Leiters erklärt werden, so dass der verwendete Gesamtquerschnitt für einen Leiter gegenüber einem klassischen Draht reduziert werden kann.
Zum anderen weisen die Oberflächen der verdrillten Einzellitzen offenbar eine reduzierte Ozonemission gegenüber entsprechend leistungsfähigen Drähten auf.
Der oder die Leiter des lonisatorelements können in einer Ausführungsform ganz oder teilweise aus Wolfram, aus Wolfram mit einer dünnen (vorzugsweise nur eine oder wenige atomare Monolagen) Thoriumschicht, aus Wolfram mit einer dünnen (ebenfalls vorzugsweise nur eine oder wenige atomare Monolagen) Bariumschicht, aus Wolfram-Rhenium oder aus einem Oxidmischmetall aus wenigstens Wolfram und Bariumoxid mit einer dünnen äußeren Bariumschicht hergestellt sein. Als zusätzlicher Korrosionsschutz kann außerdem eine dünne Edelmetallschicht, z.B. eine Goldschicht, vorgesehen sein.
Vorzugsweise kann jeder Leiter wenigstens drei verdrillte Litzen aufweisen.
Durch die verdrillte Ausbildung können die den Leiter bildenden Litzen einen Durchmesser kleiner oder gleich 0,075 mm (vorzugsweise sogar noch kleiner, z.B. kleiner oder gleich 0,05 mm) aufweisen.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein zweistufiger Elektroabscheider nach dem Penney-Prinzip mit mindestens einem lonisatorelement in Reihe wie vorstehend beschrieben, sowie eine entsprechend ausgestattete Raumbelüftungseinheit, insbesondere für eine dezentrale Wohnraumbelüftungsanlage, vorgeschlagen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft näher erörtert.
Es zeigen:

1 eine perspektivische schematische Ansicht einer kombinierten Elektroabscheider-/Wärmespeichereinheit mit einem erfindungsgemäßen lonisatorelement;
2 eine perspektivische schematische Explosionsdarstellung eines für eine Wohnraumbelüftungsanlage ausgestalteten Elektroabscheiders nach dem Penney-Prinzip ohne integrierte Wärmespeichereinheit; und
3 und 4 schematische Ansichten eines Leiters für ein erfindungsgemäßes lonisatorelement.

1 zeigt ein Wärmespeichelement 10 für eine dezentrale Wohnraumbelüftungseinheit, das mit mit einem Elektroabscheider 12 (dessen Kollektorelemente sich in das Wärmespeicherelement 10 hinein erstrecken) zu einer gemeinsamen Einheit 14 verschränkt ist, wobei die Verschränkung mit einem Wärmespeicherelement für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend ist, vgl. hierzu auch 2.
Der Elektroabscheider 12 arbeitet mehrstufig nach dem Penny-Prinzip und besteht aus einem Ionisator 16, der durch eine mit positiver Hochspannung beaufschlagte Leiterharfe gebildet wird (es können auch mehrere Leiterharfen parallele angeordnet werden), und einem in Wirkungsrichtung nachgeschalteten Kollektor, der im Wesentlichen aus alternierend positiv und negativ mit Hochspannung geladenen Kondensatorplatten 18 besteht. Die entsprechenden Hochspannungszuführungen und -Netzteile sind nicht dargestellt.
Die Leiterharfen 20 des Ionisators 16 sind in Form eines parallelen Gitters angeordnet.
2 zeigt schematisch in einer Explosionsdarstellung einen für die Integration in eine Raumbelüftungseinheit ausgestalteten Elektroabscheider 12 nach dem Penney-Prinzip ohne integrierten Wärmeabscheider. Hierbei sind die erfindungsgemäß aus Einzellitzen gebildeten Sprühelektrodenleiter in Form mehrerer, in Längsrichtung hintereinander angeordneter Leiterharfen 20 angeordnet, die den Ionisator 156 bilden und ungefähr mittig jeweils zwischen jeweils zwei auf Gegenpotential liegenden plattenförmigen Kollektorelektroden 18 angeordnet sind.
Erfindungsgemäß (vgl. auch die 3 und 4) sind die einzelnen Leiter 20 aus einem dünnen Wolframdraht oder einem wolframhaltigen Metall mit einem Gesamtdurchmesser kleiner oder gleich 0,2 mm hergestellt, wobei wenigstens ein (im Beispiel jeder) Leiter aus mehreren - im Beispiel drei - Einzellitzen 22a-c mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 0,15 mm oder bevorzugt mit einem noch geringeren Durchmesser, insbesondere von z.B. 0,1 mm oder dünner, und besonders bevorzugt mit einem Durchmesser von etwa 0,075 mm, 0,05 mm oder gar 0,025 mm oder geringer, gebildet ist.
Für die weiteren Einzelheiten, insbesondere die Einbettung der in 1 dargestellten Einheit in eine dezentrale Wohnraumbelüftungsanlage und die mögliche raumsparende Kombination eines Elektroabscheiders mit dem vorstehend beschriebenen lonisatorelement und einer dezentralen Wohnraumbelüftungseinheit sowie Steuerungsaspekte wird auf die bereits eingangs zitierte WO 2017/121 429 A1 verwiesen, die durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen werden soll.
Es sei in diesem Zusammenhang allerdings ausdrücklich betont, dass das erfindungsgemäße lonisatorelement nicht nur bei einem Elektroabscheider nach dem Penney-Prinzip und nicht nur in Zusammenhang mit einer dezentralen Wohnraumbelüftungsanlage wie vorstehend beschrieben eingesetzt werden kann, sondern, dass dieses Prinzip auch universell für andere Anwendungen einsetzbar ist, bei denen eine besonders effektive, aber ozonarme Coronaentladung erzielt werden soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2017/121429 A1 [0002, 0032]

Claims

lonisatorelement (16) für einen Elektroabscheider (12), aufweisend ein oder mehrere kathodisch mit Hochspannung beaufschlagbare, in einem zu reinigenden Gasstrom anordbare Leiter (20) aus Wolfram oder aus einem wolframhaltigen Metall, dadurch gekennzeichnet, dass dass wenigstens einer der Leiter (20) einen Gesamtdurchmesser von kleiner gleich 0,2 mm aufweist und aus mehreren verdrillten Einzellitzen (22a-c) aus Wolfram oder aus einem wolframhaltigen Metall gebildet ist, wobei der Durchmesser der Einzellitzen (22a-c) jeweils 0,15 mm, vorzugsweise 0,1 mm, nicht übersteigt.
lonisatorelement (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Leiter (20) ganz oder teilweise hergestellt ist oder sind • aus Wolfram, oder • aus Wolfram mit einer dünnen Thoriumschicht, oder • aus Wolfram-Rhenium mit einer dünnen Goldbeschichtung, oder • aus Wolfram mit einer dünnen Bariumschicht, oder • aus einem Oxidmischmetall aus wenigstens Wolfram und Bariumoxid mit einer dünnen äußeren Bariumschicht.
lonisatorelement (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Leiter (20) wenigstens drei verdrillte Einzellitzen (22a-c) aufweist.
lonisatorelement (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Leiter (20) bildenden Litzen (22a-c) einen Durchmesser kleiner oder gleich 0,075mm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,05 mm aufweisen.
Zweistufiger Elektroabscheider nach dem Penney-Prinzip, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein lonisatorelement (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Raumbelüftungseinheit, insbesondere für eine dezentrale Wohnraumbelüftungsanlage, mit - einem Luftkanal, der zu einem Einbau in eine Außenwand eines Gebäudes mit einer im Wesentlichen horizontalen Erstreckung ausgebildet ist, - wenigstens einem in dem Luftkanal angeordneten reversierbaren Lüftermittel, und - wenigstens einem in dem Luftkanal angeordneten Wärmespeicherelement (10), dadurch gekennzeichnet, dass - in dem Luftkanal außerdem wenigstens ein zweistufiger Elektroabscheider nach Anspruch 5 angeordnet ist.