DE102020121987A1 - air purification unit - Google Patents
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- B64D2013/0603—Environmental Control Systems
- B64D2013/0651—Environmental Control Systems comprising filters, e.g. dust filters
Abstract
Eine Luftreinigungseinheit mit zumindest einem von zu reinigender Luft durchströmbaren Elektrofiltermodul (2), das zumindest eine erste Elektrode (22) und zumindest eine zweite Elektrode (24) aufweist, zwischen denen die zu reinigende Luft hindurchströmt und zwischen denen durch Anlegen einer von einem Stromversorgungsmodul (7) bereitgestellten elektrischen Hochspannung ein elektrisches Feld erzeugbar ist, wobei dem Elektrofiltermodul (2) in Strömungsrichtung (V) der zu reinigenden Luft ein mechanisches Filtermodul (3) mit zumindest einem mechanischen Filterelement (30), das vorzugsweise als Partikel- oder Schwebstofffilter, beispielsweise als HEPA-Filter, ausgebildet ist, nachgeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass in dem mechanischen Filterelement (30) oder im mechanischen Filtermodul (3) hinter dem mechanischen Filterelement (30) zumindest eine dritte Elektrode (26) vorgesehen ist, wobei zwischen der zumindest einen zweiten Elektrode (24) und der zumindest einen dritten Elektrode (26) durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein elektrisches Feld erzeugbar ist. An air cleaning unit with at least one electrostatic filter module (2) through which the air to be cleaned can flow, which has at least one first electrode (22) and at least one second electrode (24), between which the air to be cleaned flows and between which a power supply module ( 7) an electrical field can be generated using the electrical high voltage provided, with the electrostatic precipitator module (2) having a mechanical filter module (3) with at least one mechanical filter element (30) in the direction of flow (V) of the air to be cleaned, which is preferably used as a particle or suspended matter filter, for example designed as a HEPA filter, is characterized in that at least a third electrode (26) is provided in the mechanical filter element (30) or in the mechanical filter module (3) behind the mechanical filter element (30), with between the at least one second electrode (24) and the at least one third electr or (26) an electrical field can be generated by applying an electrical voltage.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftreinigungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine solche Luftreinigungseinheit zum Einsatz in Fahrzeugen und ganz besonders zum Einsatz in Luftfahrzeugen.The present invention relates to an air cleaning unit according to the preamble of patent claim 1. In particular, the invention relates to such an air cleaning unit for use in vehicles and very particularly for use in aircraft.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Es existieren eine Vielzahl von Luftreinigungsgeräten unterschiedlicher Bauart. Einfache Filtersysteme arbeiten mit sogenannten HEPA-Filtern um Partikel mit Größen bis ca. 0,3-0,1 µm effektiv herauszufiltern. Außerdem existieren elektrische Filtereinrichtungen, so genannte Luftionisatoren, die Ionen produzieren, welche sich an Kleinstpartikel anlagern oder durch die Erzeugung von Mikrooxidation in direkter Nähe der Ionisationsprozesse Partikel und Gerüche zerstören. Hierbei werden vielfach sogenannte Ionisationsröhren verwendet oder Corona-Entladungen an speziellen Elektroden erzeugt. Bei den bisher üblichen Ausführungen wird die Ionisation durch dünne Drähte, die im Luftstrom aufgespannt sind, erzeugt. Teilweise werden auch Plattenanordnungen oder Röhren-Systeme verwendet. Insbesondere die Platten-Ionisatoren sind jedoch auf eine Baugröße von mehreren Metern Plattenlänge und Plattenabstände von einigen Zentimetern ausgelegt. Dadurch lassen sich Plattenionisatoren derzeit nicht in bestehende Klimatisierungs-Systeme, insbesondere in Verkehrsflugzeugen, einbauen, da die Bauart und die relativen Dimensionen von Plattengröße und Plattenabständen nicht den engen Bauverhältnissen in einem Fahrzeug, besonders in einem Luftfahrzeug, gerecht werden. Außerdem müssen sehr hohe elektrische Spannungen von 20 kV bis 70 kV verwendet werden. Ionisatoren mit Drähten lassen sich ebenfalls nicht einsetzen, da diese systembedingt nur in direkter Nähe zum Draht durch die dort auftretende Verengung der Feldlinien eine wirksame Ionisation erzeugen und somit nur bei geringen Luftgeschwindigkeiten effektiv funktionieren.There are a large number of air purification devices of different designs. Simple filter systems work with so-called HEPA filters to effectively filter out particles with sizes up to approx. 0.3-0.1 µm. There are also electrical filter devices, so-called air ionizers, which produce ions that attach themselves to the smallest particles or destroy particles and odors by generating micro-oxidation in the immediate vicinity of the ionization processes. Here, so-called ionization tubes are often used or corona discharges are generated on special electrodes. In the designs that have been customary up to now, the ionization is generated by thin wires stretched in the air flow. Plate arrangements or tube systems are sometimes also used. However, the plate ionizers in particular are designed for a size of several meters with a plate length of a few centimeters. As a result, plate ionizers cannot currently be installed in existing air conditioning systems, particularly in commercial aircraft, since the design and the relative dimensions of plate size and plate spacing do not do justice to the cramped structural conditions in a vehicle, particularly in an aircraft. In addition, very high electrical voltages of 20 kV to 70 kV must be used. Ionizers with wires cannot be used either, as due to the nature of the system, they only generate effective ionization in the immediate vicinity of the wire due to the narrowing of the field lines that occurs there and therefore only work effectively at low air speeds.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Aus der
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Luftreinigungseinheit zu verbessern, so dass sie sich bei kompaktem Aufbau in bestehende Klimaanlagen-Systeme einbinden lässt und Partikel bis zu Partikelgrößen von weniger als 0,1 µm, insbesondere zum effektiven Einsatz gegen Viren, ausfiltert.The object of the present invention is therefore to improve a generic air cleaning unit so that it can be integrated into existing air conditioning systems with a compact design and filters out particles down to particle sizes of less than 0.1 μm, in particular for effective use against viruses.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Luftreinigungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved by an air cleaning unit having the features of patent claim 1.
Eine Luftreinigungseinheit mit zumindest einem von zu reinigender Luft durchströmbaren Elektrofiltermodul, das zumindest eine erste Elektrode und zumindest eine zweite Elektrode aufweist, zwischen denen die zu reinigende Luft hindurchströmt und zwischen denen durch Anlegen einer von einem Stromversorgungsmodul bereitgestellten elektrischen Hochspannung ein elektrisches Feld erzeugbar ist, wobei dem Elektrofiltermodul in Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft ein mechanisches Filtermodul mit zumindest einem mechanischen Filterelement, das vorzugsweise als HEPA-Filter ausgebildet ist, nachgeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass in dem mechanischen Filterelement oder im mechanischen Filtermodul hinter dem mechanischen Filterelement zumindest eine dritte Elektrode vorgesehen ist, wobei zwischen der zumindest einen zweiten Elektrode und der zumindest einen dritten Elektrode durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein elektrisches Feld erzeugbar ist.An air cleaning unit with at least one electrostatic filter module through which the air to be cleaned can flow, which has at least one first electrode and at least one second electrode, between which the air to be cleaned flows and between which an electrical field can be generated by applying an electrical high voltage provided by a power supply module, wherein A mechanical filter module with at least one mechanical filter element, which is preferably designed as a HEPA filter, is arranged downstream of the electric filter module in the direction of flow of the air to be cleaned, is characterized in that in the mechanical filter element or in the mechanical filter module behind the mechanical filter element, at least a third Electrode is provided, wherein an electric field can be generated between the at least one second electrode and the at least one third electrode by applying an electrical voltage.
VORTEILEADVANTAGES
Das Elektrofiltermodul der erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit bildet hierbei ein zweistufiges Elektrofilter, dessen erste Stufe die zumindest eine erste Elektrode und die zumindest eine zweite Elektrode aufweist und einen Ionisator bildet, und dessen zweite Stufe von der zumindest einen zweiten Elektrode und der zumindest einen dritten Elektrode gebildet ist. In der zweiten Elektrofilterstufe ist ein mechanisches Filter, vorzugsweise ein Partikel- oder Schwebstofffilter, wie beispielsweise ein HEPA-Filter, zumindest teilweise integriert.The electrostatic filter module of the air cleaning unit according to the invention forms a two-stage electrostatic filter, the first stage of which has the at least one first electrode and the at least one second electrode and forms an ionizer, and the second stage of which is formed by the at least one second electrode and the at least one third electrode. A mechanical filter, preferably a particle or suspended matter filter, such as a HEPA filter, is at least partially integrated in the second electrostatic filter stage.
Innerhalb der zweiten Elektrofilterstufe wird zwischen der zumindest einen zweiten Elektrode und der zumindest einen dritten Elektrode ein zweites elektrisches Feld aufgebaut, welches bewirkt, dass die zuvor geladenen Partikel aus dem Ionisator in Richtung des mechanischen Filters gezogen werden und dort im Filtermaterial gesammelt werden. Die Erfindung implementiert einen effizienten Ionisator, der mit niedrigeren Spannungen betrieben werden kann, um auch in EMV-empfindlichen Umgebungen, insbesondere in Verkehrsflugzeugen, weniger elektromagnetische Störungen zu emittieren.Within the second electrostatic precipitator stage, a second electric field is built up between the at least one second electrode and the at least one third electrode, which causes that the previously charged particles are drawn from the ionizer towards the mechanical filter and are collected there in the filter material. The invention implements an efficient ionizer that can be operated at lower voltages in order to emit less electromagnetic interference even in EMC-sensitive environments, especially in commercial aircraft.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 10.Further preferred and advantageous design features of the air cleaning unit according to the invention are the subject matter of
Vorzugsweise sind die zumindest eine erste Elektrode und die zumindest eine zweite Elektrode als Plattenelektroden ausgebildet.The at least one first electrode and the at least one second electrode are preferably designed as plate electrodes.
Vorteilhaft ist dabei, wenn die als Plattenelektrode ausgebildete zumindest eine erste Elektrode in Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft kürzer ist als die ebenfalls als Plattenelektrode ausgebildete zumindest eine zweite Elektrode, wobei die zumindest eine zweite Elektrode in stromabwärtiger Richtung und/oder in stromaufwärtiger Richtung über die Platte der zumindest einen ersten Elektrode hinaus steht.It is advantageous if the at least one first electrode designed as a plate electrode is shorter in the flow direction of the air to be cleaned than the at least one second electrode also designed as a plate electrode, with the at least one second electrode extending in the downstream direction and/or in the upstream direction over the plate which protrudes at least one first electrode.
Bevorzugterweise weist die zumindest eine erste Elektrode zumindest einen sich im Wesentlichen in der Plattenebene gelegenen elektrisch leitenden Nadelfortsatz () auf, der sich in stromabwärtiger Richtung und/oder in stromaufwärtiger Richtung über den Plattenrand der Plattenelektrode hinaus erstreckt.The at least one first electrode preferably has at least one electrically conductive needle extension () located essentially in the plane of the plate, which extends in the downstream direction and/or in the upstream direction beyond the plate edge of the plate electrode.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die mit anderen Ausgestaltungen kombinierbar ist, ist die zumindest eine dritte Elektrode an die elektrische Masse angeschlossen und sowohl an der zumindest einen ersten Elektrode als auch an der zumindest einen zweiten Elektrode liegt eine gegen Masse gemessen elektrisch positive Spannung an, wobei die positive Spannung an der zumindest einen ersten Elektrode höher ist als die positive Spannung an der zumindest einen zweiten Elektrode.According to an advantageous embodiment of the invention, which can be combined with other embodiments, the at least one third electrode is connected to the electrical ground and both the at least one first electrode and the at least one second electrode have an electrically positive voltage measured against ground , wherein the positive voltage at the at least one first electrode is higher than the positive voltage at the at least one second electrode.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die ebenfalls mit anderen Ausgestaltungen kombinierbar ist, ist die zumindest eine dritte Elektrode röhrenförmig ausgebildet und in einem röhrenförmigen Luftaustrittskanal des ringzylindrisch ausgebildeten mechanischen Filterelements angeordnet.According to a further advantageous embodiment of the invention, which can also be combined with other embodiments, the at least one third electrode is tubular and is arranged in a tubular air outlet channel of the ring-cylindrical mechanical filter element.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die mit anderen Ausgestaltungen kombinierbar ist, liegt im Betrieb zwischen der zumindest einen ersten Elektrode und der zumindest einen zweiten Elektrode eine regelbare Gleichspannung an und zwischen der zumindest einen zweiten Elektrode und der zumindest einen dritten Elektrode liegt im Betrieb eine konstante Gleichspannung an. Die Spannungshöhe in der ersten Elektrofilterstufe wird somit regelbar ausgeführt und von einer elektronischen Steuerung unter Berücksichtigung von Messgrößen wie Anionen-Menge, Ozon-Gehalt und Überschlag-Detektion dynamisch auf einen maximalen Spannungswert geregelt.According to yet another advantageous configuration of the invention, which can be combined with other configurations, during operation there is a controllable DC voltage between the at least one first electrode and the at least one second electrode, and between the at least one second electrode and the at least one third electrode operate at a constant DC voltage. The voltage level in the first electrostatic precipitator stage is thus designed to be adjustable and is dynamically regulated to a maximum voltage value by an electronic controller, taking into account measured variables such as anion quantity, ozone content and flashover detection.
Vorteilhaft ist bei allen Ausführungsformen der Erfindung, wenn in Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft hinter der Anordnung aus der zumindest einen ersten Elektrode und der zumindest einen zweiten Elektrode zumindest ein Sensor zur Überwachung des Ozongehalts der Luft vorgesehen ist.It is advantageous in all embodiments of the invention if at least one sensor for monitoring the ozone content of the air is provided downstream of the arrangement of the at least one first electrode and the at least one second electrode in the direction of flow of the air to be cleaned.
Vorteilhaft ist es auch, wenn zusätzlich oder alternativ in Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft hinter der Anordnung aus der zumindest einen ersten Elektrode und der zumindest einen zweiten Elektrode zumindest ein Sensor zur Überwachung der Anionen-Menge vorgesehen ist.It is also advantageous if at least one sensor for monitoring the amount of anions is additionally or alternatively provided behind the arrangement of the at least one first electrode and the at least one second electrode in the direction of flow of the air to be cleaned.
Schließlich ist es bei allen Ausführungsformen der Erfindung von Vorteil, wenn die Höhe der elektrischen Spannung, die zwischen der zumindest einen ersten Elektrode und der zumindest einen zweiten Elektrode anliegt, durch eine Regelung dynamisch bestimmt ist.Finally, in all of the embodiments of the invention, it is advantageous if the magnitude of the electrical voltage that is present between the at least one first electrode and the at least one second electrode is determined dynamically by regulation.
Außerdem ist die Erfindung gerichtet auf ein eine erfindungsgemäße Luftreinigungseinheit aufweisendes Luftreinigungssystem, insbesondere ein Fahrzeuginnenraum-Luftreinigungssystem, sowie auf eine ein solches Luftreinigungssystem aufweisende Belüftungs- und Klimaanlagen, insbesondere für ein Fahrzeug beziehungsweise in einem Fahrzeug.The invention is also directed to an air cleaning system having an air cleaning unit according to the invention, in particular a vehicle interior air cleaning system, and to a ventilation and air conditioning system having such an air cleaning system, in particular for a vehicle or in a vehicle.
Die Erfindung ist zudem gerichtet auf ein Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, mit zumindest einer derartigen, erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit. The invention is also aimed at a vehicle, in particular an aircraft, with at least one such air cleaning unit according to the invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.Preferred exemplary embodiments of the invention with additional design details and further advantages are described and explained in more detail below with reference to the attached drawings.
Figurenlistecharacter list
Es zeigt:
-
1 eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit; -
2 eine perspektivische Schnittansicht der ersten Elektrofilterstufe; -
3 eine perspektivische Seitenansicht und -
4 eine perspektivische Detailansicht der ersten und zweiten Elektroden der ersten Elektrofilterstufe.
-
1 an exploded perspective view of an air cleaning unit according to the invention; -
2 a perspective sectional view of the first electrostatic filter stage; -
3 a perspective side view and -
4 a perspective detailed view of the first and second electrodes of the first electrostatic precipitator stage.
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELENILLUSTRATION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Im unteren Gehäuse 12 ist ein Ionisator 20 eines Elektrofiltermoduls 2 angeordnet, der eine erste Elektrofilterstufe 21 mit als Plattenelektroden ausgebildeten ersten Elektroden 22 und mit als Plattenelektroden ausgebildeten zweiten Elektroden 24 bildet (
Im oberen Gehäuse 10 ist ein mechanisches Filtermodul 3 mit einem als Schwebstofffilter 31, beispielsweise als HEPA-Filter, ausgebildeten mechanischen Filterelement 30 angeordnet. Das mechanische Filtermodul 3 ist als ringzylindrische Filterpatrone mit einer radial äußeren Eintrittsfläche 32 für die zu reinigende Luft und einem als innerer Abluftkanal ausgebildeten Luftaustrittskanal 33 ausgestaltet, dessen Umfangsfläche eine Austrittsfläche 34 für die gereinigte Luft bildet. Die gereinigte Luft strömt durch eine (nicht gezeigte) seitliche Öffnung im oberen Gehäuse 10 wieder nach außen, wie es durch den Pfeil V' symbolisiert ist.In the
Im Inneren des den Luftaustrittskanal 33 bildenden Abluftkanals ist eine ringzylindrisch ausgestaltete dritte Elektrode 26 angeordnet, deren die Elektrodenfläche bildende elektrisch leitende Zylinderwand 27 gelocht ist oder aus einem Netz oder Gitter besteht. Die dritte Elektrode 26 bildet zusammen mit den zweiten Elektroden 24 des Ionisators 20 eine zweite Elektrofilterstufe 23.In the interior of the exhaust air duct forming the air outlet duct 33 there is a ring-cylindrical
Im oberen Gehäuse 10 sind Sensoren 4, 5 zur Überwachung der Ionisationsleistung, beispielsweise ein Sensor 4 zur Überwachung der Anionen-Menge und ein Sensor 5 zur Überwachung des Ozongehalts der Luft hinter dem Ionisator vorgesehen.In the
In
In Strömungsrichtung V hinter dem Ionisator 20 ist im oberen Gehäuse 10 eine Reihe von UV-Lichtquellen 6 (vorzugsweise UVC-Lichtquellen) in Strömungsrichtung V vor dem mechanischen Filter 3 angeordnet.A row of UV light sources 6 (preferably UVC light sources) is arranged in the flow direction V behind the
Die als Plattenelektroden ausgebildeten ersten und zweiten Elektroden 22, 24 des Ionisators 20 sind über eine nicht gezeigte elektrisch leitende Verbindung mit einem als regelbare Hochspannungsquelle ausgebildeten und in
Somit ergibt sich trotz geringeren Spannungen als in herkömmlichen Systemen ein starkes elektrischen Feld (typisch bis zu 900 kV/m) durch die relativen Potenziale der Elektroden 22, 24 innerhalb des Ionisators 20 und ein weiteres, schwächeres Feld zwischen dem gesamten Ionisator 20 und der dritten Elektrode 26 im Inneren des mechanischen Filters 3, welches die im Ionisator 20 geladen Teilchen in Richtung des mechanischen Filters 3 beschleunigt und somit dort abscheidet.Thus, despite lower voltages than in conventional systems, there is a strong electric field (typically up to 900 kV/m) due to the relative potentials of the
Wie in
An den (in Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft) Vorder- und Rückseiten der kürzeren Platten der ersten Elektroden 22 sind elektrisch leitende Nadelfortsätze 28 angebracht, die sich in stromabwärtiger Richtung und/oder in stromaufwärtiger Richtung über den Plattenrand der jeweiligen Platte hinaus erstrecken. Die Länge des jeweiligen Nadelfortsatzes beträgt beispielsweise das 0,7-fache des Plattenabstands zwischen benachbarten ersten und der zweiten Elektroden 22, 24. Der Abstand der Nadelfortsätze einer Platte zueinander beträgt beispielsweise mindestens das 1,5-fache des Plattenabstands zwischen benachbarten ersten und der zweiten Elektroden 22, 24.On the (in the flow direction of the air to be cleaned) front and back sides of the shorter ones Plates of the
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.Reference signs in the claims, the description and the drawings are only intended for a better understanding of the invention and are not intended to limit the scope of protection.
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Luftreinigungseinheitair purification unit
- 22
- Elektrofiltermodulelectrostatic precipitator module
- 33
- mechanisches Filtermodulmechanical filter module
- 44
- Sensor zur Überwachung der Anionen-MengeSensor for monitoring the amount of anions
- 55
- Sensor zur Überwachung des OzongehaltsSensor for monitoring the ozone level
- 66
- UV-LichtquelleUV light source
- 77
- Stromversorgungsmodulpower supply module
- 1010
- oberes Gehäuseupper case
- 1111
- Lufteinlassair intake
- 1212
- unteres Gehäuselower case
- 2020
- Ionisatorionizer
- 2121
- erste Elektrofilterstufefirst electrostatic filter stage
- 2222
- erste Elektrodenfirst electrodes
- 2323
- zweite Elektrofilterstufesecond electrostatic filter stage
- 2424
- zweite Elektrodensecond electrodes
- 2525
- Durchlasspassage
- 2626
- dritte Elektrodethird electrode
- 2727
- Zylinderwandcylinder wall
- 2828
- Nadelfortsatzneedle extension
- 3030
- mechanisches Filterelementmechanical filter element
- 3131
- SchwebstofffilterHEPA filter
- 3232
- radial äußere Eintrittsflächeradially outer entry surface
- 3333
- Luftaustrittskanalair outlet channel
- 3434
- Austrittfläche exit surface
- VV
- Strömungsrichtungflow direction
- V'V'
- Strömungsrichtungflow direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- US 5330559 A [0003]US5330559A [0003]
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