DE10236196A1

DE10236196A1 - Air cleaning device

Info

Publication number: DE10236196A1
Application number: DE10236196A
Authority: DE
Inventors: Werner Schroeder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: EP1530487A1; AU2003258584A2; WO2004014442A1; CA2494917A1; AU2003258584A1; DE10236196B4; JP2006500976A; CN1681537A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Luftreinigungsgerät zur Verminderung von Schadstoffen in der Luft mit einem Ionisator, der einer Luftströmung ausgesetzt ist und der seitens einer Treiberstufe mit Ionisationsleistung zur Ionisierung der durch die Luftströmung zugeführten Luft beaufschlagbar ist, und mit einem Gassensor zur Messung von Schadstoffkonzentrationen. Um ein Luftreinigungsgerät zu schaffen, das eine bedarfsgerechte Luftreinigung auch dann ermöglicht, wenn sich die Schadstoffkonzentrationen schnell ändern und/oder Extremwerte annehmen, ist vorgesehen, dass die Treiberstufe, der Ionisator und der Gassensor mit einem Regler in einem geschlossenen Regelkreis derart zusammenwirken, dass das Ausgangssignal des Gassensors einem vorgegebenen Sollwert im Wesentlichen entspricht.The invention relates to an air purification device for reducing pollutants in the air with an ionizer which is exposed to an air flow and which can be acted upon by a driver stage with ionization power for ionizing the air supplied by the air flow, and with a gas sensor for measuring pollutant concentrations. In order to create an air purification device that enables air purification to meet requirements, even if the pollutant concentrations change quickly and / or assume extreme values, it is provided that the driver stage, the ionizer and the gas sensor interact with a controller in a closed control loop in such a way that this Output signal of the gas sensor essentially corresponds to a predetermined target value.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftreinigungsgerät zur Verminderung von Schadstoffen in der Luft mit einem Ionisator, der einer Luftströmung ausgesetzt ist und der seitens einer Treiberstufe mit Ionisationsleistung beaufschlagbar ist, wobei die durch die Luftströmung zugeführte Luft in Abhängigkeit von der Ionisationsleistung ionisierbar ist, und mit einem Gassensor zur Messung von Schadstoffkonzentrationen.The invention relates to an air purification device for reduction of pollutants in the air with an ionizer that is exposed to air flow is and can be acted upon by a driver stage with ionization power is being through the air flow supplied Air depending is ionizable by the ionization power, and with a gas sensor for measuring pollutant concentrations.

Es ist grundsätzlich bekannt, mit sogenannten Ionisatoren Raum- oder Atemluft zur Verminderung von Schadstoffen zu behandeln. Schadstoffe bzw. Geruchsstoffe bilden meist komplexe und große Moleküle, die durch den Ionisator in kleinmolekulare Fragmente aufgespalten werden. Gleichzeitig bilden sich durch die Ionisation Radikale und hier insbesondere Sauerstoffradikale, die dann mit den aufgespaltenen Fragmenten oxidieren können. Der Ionisator basiert dabei auf einer kontrollierten Gasentladung, die zwischen zwei Elektroden und einem dazwischen liegenden Dielektrikum stattfindet. Die Gasentladung stellt eine Barriereentladung dar, wobei das Dielektrikum als dielektrische Barriere wirkt. Hierdurch werden zeitlich begrenzte Einzelentladungen erreicht, die vorzugsweise homogen über die gesamte Elektrodenfläche verteilt sind. Charakteristisch für diese Barriereentladungen ist, dass der Übergang in eine thermische Bogenentladung durch die dielektrische Barriere verhindert wird. Die Entladung bricht ab, bevor die bei der Zündung entstehenden hochenergetischen Elektronen (1–10 eV) durch Thermalisierung ihre Energie an das umgebene Gas abgeben.It is basically known with so-called Ionizers room or breathing air to reduce pollutants to treat. Pollutants or odorous substances usually form complex and large molecules that are broken down into small molecular fragments by the ionizer. At the same time, radicalization forms here and here especially oxygen radicals, which then split with the Can oxidize fragments. The ionizer is based on a controlled gas discharge between two electrodes and a dielectric in between takes place. The gas discharge represents a barrier discharge the dielectric acting as a dielectric barrier. hereby temporary individual discharges are achieved, which are preferably homogeneous over the entire electrode area are distributed. Characteristic of these barrier discharges is that the transition into a thermal arc discharge through the dielectric barrier is prevented. The discharge stops before the ignition occurs high-energy electrons (1-10 eV) release their energy to the surrounding gas through thermalization.

Insbesondere für den Haushaltsbereich sind bereits verschiedene Anwendungen für ein derartiges Luftreinigungsgerät vorgeschlagen worden. Beispielsweise ist es aus DE 198 10 497 A1 bekannt, ein derartiges Luftreinigungsgerät in einer Toilette zur Beseitigung von Gerüchen vorzusehen. Hierzu leiten geeignete Absaugvorrichtungen mit Luftführungen am oberen Spülrand des WC Beckens oder in einem Hohlkanal im Toilettensitz die belastete Luft zu dem Ionisator, um eine Verminderung der Geruchsbelästigung zu erreichen.Various applications for such an air cleaning device have already been proposed, in particular for the household sector. For example, it's off DE 198 10 497 A1 known to provide such an air cleaning device in a toilet to remove odors. For this purpose, suitable suction devices with air ducts on the upper rinsing edge of the toilet bowl or in a hollow channel in the toilet seat direct the polluted air to the ionizer in order to reduce odor nuisance.

Ein Problem beim Betreiben des Ionisators ist die Ansteuerung des Ionisators mit einer bedarfsgerechten Ionisationsleistung. Wird der Ionisator mit zu wenig Ionisationsleistung beaufschlagt, erfolgt eine unbefriedigend niedrige Ionisation, während bei zu hoher Ionisation mitunter zu viel Ionen und Radikale freigesetzt werden, die beim Benutzer den Eindruck des Geruchs eines scharfen Ätz- bzw. Säuberungsmittels hinterlassen. In diesem Betriebszustand kommt es neben der Bildung von Ionen auch zur Produktion von Ozon, dessen Überproduktion ebenfalls unerwünscht ist.There is a problem in operating the ionizer the control of the ionizer with a needs-based ionization performance. If too little ionization power is applied to the ionizer, there is an unsatisfactorily low ionization, while at too high ionization sometimes too much ions and radicals released that give the user the impression of the smell of a sharp etching or cleaning agent leave. In this operating state it comes alongside education of ions also for the production of ozone, the overproduction of which is also undesirable.

Zur Lösung dieses Problems beschreibt WO 98/26482 eine Luftreinigungsvorrichtung mit einem Ionisator, dessen Versorgungsspannung über einen Gassensor gesteuert wird. Bei dem Gassensor handelt es sich dabei um einen Metalloxid-Halbleiter-Sensor, dessen Widerstand mit zunehmender Konzentration bestimmter Gase (in der Regel oxidierbare Gase oder Dämpfe, beispielsweise Schwefelwasserstoff, Wasserstoff, Ammoniak, Äthanol oder Kohlenmonoxid) abnimmt. Die Widerstandsänderung ist somit ein Maß für die Belastung der Luft mit bestimmten Schadstoffen. Gemäß WO 98/26482 wird die Ionisationsleistung, mit der der Ionisator beaufschlagt wird, sensorgesteuert mit zunehmender Schadstoffkonzentration bis zu einem Maximumwert gesteigert. Dies bedeutet also, dass bei einer von dem Gassensor gemessenen niedrigen Schadstoffkonzentration der Ionisator mit einer entsprechend niedrigen Ionisationsleistung beaufschlagt wird, während bei einer von dem Gassensor gemessenen hohen Schadstoffkonzentration der Ionisator auch mit einer entsprechend hohen Ionisationsleistung angesteuert wird. Zur Ergänzung dieser Sensorsteuerung beschreibt WO 98/26482 außerdem den Einsatz eines zusätzlichen Ionisationssensors und/oder Ozonsensors. Da der Luftgütesensor bei der Sensorsteuerung voraussetzungsgemäß die Schadstoffkonzentration der zugeführten Luft misst und damit strömungstechnisch vor dem Ionisator angeordnet ist, dienen der zusätzliche Ionisationssenor und/oder Ozonsensor dazu, eine immer noch unerwünschte Ozonkonzentration in der gereinigten Luft festzustellen, um daraufhin gegebenenfalls die Ionisationsleistung entsprechen zu korrigieren.To solve this problem describes WO 98/26482 an air cleaning device with an ionizer, whose supply voltage over a gas sensor is controlled. The gas sensor is thereby a metal oxide semiconductor sensor, the resistance of which increasing concentration of certain gases (usually oxidizable Gases or vapors, e.g. hydrogen sulfide, hydrogen, ammonia, ethanol or carbon monoxide) decreases. The change in resistance is thus a measure of the load the air with certain pollutants. According to WO 98/26482, the ionization power, with which the ionizer is applied, sensor-controlled with increasing pollutant concentration increased to a maximum value. So this means that at a low pollutant concentration measured by the gas sensor the ionizer with a correspondingly low ionization power is acted upon while at a high pollutant concentration measured by the gas sensor the ionizer also with a correspondingly high ionization capacity is controlled. Supplementing this sensor control also describes the use of an additional one in WO 98/26482 Ionization sensor and / or ozone sensor. Because the air quality sensor the sensor concentration presupposes the pollutant concentration the supplied Measures air and therefore fluidically The additional ionization sensor and / or ozone sensor are used in front of the ionizer an undesirable ozone concentration in the cleaned air to determine if necessary correct the ionization power accordingly.

Eine der WO 98/26482 entsprechende Sensorsteuerung ist auch in DE 43 34 956 A1 beschrieben. In DE 43 34 956 A1 ist ein Zinndioxid-Gassensor vorgeschlagen, der die oxidierbaren Raumluftbestandteile detektiert. Wenn dieser Gassensor eine größere Raumbelastung feststellt, dann wird der Ionisator auch mit einer höheren Ionisationsleistung angesteuert. Zusätzlich wird der Einsatz eines Feuchtesensors und eines Strömungssensors vorgeschlagen, um die Ionisationsleistung auch dann zu erhöhen, wenn eine größere Luftmenge oder eine größere Luftfeuchte gemessen wird.A sensor control corresponding to WO 98/26482 is also shown in DE 43 34 956 A1 described. In DE 43 34 956 A1 a tin dioxide gas sensor is proposed, which detects the oxidizable indoor air components. If this gas sensor detects a larger space load, then the ionizer is also controlled with a higher ionization power. In addition, the use of a moisture sensor and a flow sensor is proposed in order to increase the ionization capacity even when a larger amount of air or a higher humidity is measured.

Ein Nachteil der bekannten Steuerungsverfahren aus WO 98/26482 und DE 43 34 956 A1 ist die Tatsache, dass die verwendeten Gassensoren einen begrenzten Messbereich und zusätzlich eine verhältnismäßig langsame Reaktionszeit haben. Der begrenzte Messbereich führt dazu, dass eine Sensorsteuerung der Ionisationsleistung in den Randbereichen des Messbereichs nicht möglich ist. Befindet sich die Schadstoffkonzentration beispielsweise unterhalb des niedrigsten Messwertes des Gassensors, so wird der Ionisator entweder abgeschaltet oder wird auf einem vorgegebenen Minimalwert der Ionisationsleistung weiter betrieben. Bei sich schnell ändernden Schadstoffkonzentrationen führt die langsame Reaktionszeit des Sensors außerdem dazu, dass die bedarfsgerechte Ansteuerung des Ionisators erst nach einer gewissen Verzögerung erfolgt. Diese Verzögerung ist beispielsweise bei der Beseitigung von Gerüchen in einer Toilette nachteilhaftt, da gerade bei einer sprungförmigen Erhöhung der Geruchstoffe eine sofortige Beseitigung der Geruchstoffe durch den Ionisator erwünscht ist.A disadvantage of the known control methods from WO 98/26482 and DE 43 34 956 A1 is the fact that the gas sensors used have a limited measuring range and also a relatively slow response time. The limited measuring range means that sensor control of the ionization power in the edge areas of the measuring range is not possible. If the pollutant concentration is below the lowest measured value of the gas sensor, for example, the ionizer is either switched off or continues to be operated at a predetermined minimum value of the ionization power. With rapidly changing pollutant concentrations, the slow response time of the sensor also means that the The ionizer is only activated after a certain delay. This delay is disadvantageous, for example, in the removal of odors in a toilet, since an immediate removal of the odorants by the ionizer is desirable, especially in the event of a sudden increase in the odorants.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Luftreinigungsgerät zu schaffen, das eine bedarfsgerechte Luftreinigung auch dann ermöglicht, wenn sich Schadstoffkonzentrationen schnell ändern und/oder Extremwerte annehmen.The object of the invention is therefore an air purifier to create air purification that meets requirements, when pollutant concentrations change quickly and / or extreme values accept.

Diese Aufgabe wird durch ein Luftreinigungsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Verminderung von Schadstoffen mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.This task is accomplished with an air purifier Features of claim 1 and a method for reducing Solved pollutants with the features of claim 18.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die Treiberstufe, der Ionisator und der Gassensor mit einem Regler in einem geschlossenen Regelkreis derart zusammenwirken, dass das Ausgangssignal des Gassensors einem vorgegebenen Sollwert im wesentlichen entspricht. Während also nach dem Stand der Technik eine Sensorsteuerung vorgeschlagen wird, bei der die Sensorkennlinie in Abhängigkeit von der gemessenen Schadstoffkonzentration durchlaufen wird, beschreibt die Erfindung einen grundsätzlich anderen Weg. Gemäß der Erfindung wird der Gassensor lediglich in einem bestimmten Arbeitspunkt betrieben, der durch den Sollwert des Regelkreises vorgegeben ist. Der Gassensor liefert also als Ausgangssignal immer einen Wert, der im wesentlichen mit dem Sollwert übereinstimmt, während der Regler dafür verantwortlich ist, beim Ionisator gerade diejenige Ionisationsleistung einzustellen, die den Ausgang des Gassensors auf dem besagten Sollwert hält.An essential feature of the invention is that the driver stage, the ionizer and the gas sensor with a controller interact in a closed control loop in such a way that the output signal of the gas sensor a predetermined setpoint in essentially corresponds. While a sensor control is therefore proposed according to the prior art where the sensor characteristic is dependent on the measured Pollution concentration is run through, describes the invention basically one other way. According to the invention the gas sensor is only operated at a certain working point, which is specified by the setpoint of the control loop. The gas sensor always delivers a value as an output signal that essentially agrees with the target value, while the controller for it is responsible for that ionization power to set, which keeps the output of the gas sensor at said setpoint.

Um dieses Ziel zu erreichen, muss allerdings eine gewisse Rückkopplung zwischen dem Gassensor und dem Ionisator vorhanden sein. Die Notwendigkeit dieser Rückkopplung sowie der Zusammenhang zwischen der Rückkopplung und der Anordnung des Gassensors in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator wurden allerdings im Stand der Technik bisher ebenfalls noch nicht erkannt. Die im Stand der Technik beschriebenen Anordnungen des Gassensors beziehen sich lediglich auf Anordnungen, die strömungstechnisch vor dem Ionisator liegen, so dass die erfindungsgemäße Regelkreiswirkung nicht eintreten kann.To achieve this goal however, some feedback be present between the gas sensor and the ionizer. The need this feedback as well as the relationship between the feedback and the arrangement of the gas sensor in relation to the air flow and in relation to the ionizer have not yet been used in the prior art either recognized. The arrangements of the described in the prior art Gas sensors only refer to arrangements that are fluid lie in front of the ionizer, so that the control loop effect according to the invention cannot occur.

Demgegenüber beruht die Erfindung weiterhin auf der Erkenntnis, dass der Gassensor in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator derart angeordnet ist, dass bei offenem Regelkreis eine Änderung des Ausgangssignals des Gassensors aufgrund einer sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration in der durch die Luftströmung zugeführten Luft durch eine Änderung der Ionisationsenergie kompensierbar ist, so dass das Ausgangssignal des Gassensors auf seinen Ursprungswert zurückführbar ist. Die Rückkopplung zwischen Ionisator und Gassensor muss durch die Anordnung des Gassensors in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator also so herbeigeführt werden, dass sich am Gassensor die Wirkung des Ionisators und die Wirkung der in der Luftströmung enthaltenen Schadstoffkonzentrationen überlagern können.In contrast, the invention is still based based on the knowledge that the gas sensor in relation to the air flow and is arranged in relation to the ionizer such that when open Control loop a change of Output signal of the gas sensor due to a sudden change the concentration of pollutants in the air supplied by the air flow through a change the ionization energy can be compensated, so that the output signal of the gas sensor can be traced back to its original value. The feedback between the ionizer and the gas sensor must be by the arrangement of the gas sensor in terms of air flow and in relation to the ionizer so that the gas sensor the effect of the ionizer and the effect of those contained in the air flow Superimpose pollutant concentrations can.

Ein offener Regelkreis im Sinne der Erfindung liegt dann vor, wenn eine elektrische Rückkopplung zwischen dem Ausgangssignal des Gassensors und dem Regler unterbrochen ist.An open control loop in the sense of Invention exists when there is electrical feedback interrupted between the output signal of the gas sensor and the controller is.

Eine sprungförmige Änderung der Schadstoffkonzentration als Testfunktion für den offenen Regelkreis liegt im Sinne der Erfindung dann vor, wenn sich die Schadstoffkonzentration in der dem Ionisator durch die Luftströmung zugeführte Luft zu einem bestimmten Zeitpunkt von einem ersten konstanten Wert um eine bestimmte Sprunghöhe auf einen zweiten konstanten Wert ändert. Bei einer praktischen Versuchsanordnung bedeutet dies, dass eine gegebenenfalls vorgesehene Umluft der Luftströmung unterbrochen werden muss, damit die Schadstoffkonzentration in der dem Ionisator zugeführten Luftströmung voraussetzungsgemäß vor und nach der sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration konstant bleibt und nicht zusätzlich durch die vom Ionisator abgeführte Luftströmung beeinflusst wird.A sudden change in the concentration of pollutants as a test function for In the sense of the invention, the open control loop is present if the concentration of pollutants in the ionizer airflow supplied Air at a certain time from a first constant value by a certain jump height changes to a second constant value. With a practical Experimental arrangement means that a possibly provided Circulating air of the air flow must be interrupted so that the pollutant concentration in the air flow supplied to the ionizer before and after the jump change the pollutant concentration remains constant and not additionally through the dissipated by the ionizer airflow being affected.

Vorzugsweise werden bei der Sprungamplitude der sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration typische Änderungen der Schadstoffkonzentration zugrunde gelegt. Typische Änderungen der Schadstoffkonzentration in der Luftströmung können für den jeweiligen Anwendungsfall ermittelt werden, indem die zu erwartenden Änderungen der Schadstoffkonzentration ihrer voraussichtlichen Häufigkeit nach in einem Histogramm aufgetragen werden. Als typisch können beispielsweise alle Fälle angenommen werden, die innerhalb +/–10 % eines Häufigkeitsmaximums liegen. Soll also beispielsweise in einem Raum das Luftreinigungsgerät den Geruch von auftretendem Zigarettenqualm vermindern, so wird als typische Änderung der Schadstoffkonzentration die zu erwartende Luftbelastung durch Zigarettenqualm gegenüber einer normalen Luftbelastung zugrunde gelegt. Erfindungsgemäß muss nunmehr der Gassensor in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator derart angeordnet sein, dass die besagte Änderung der Schadstoffkonzentration in der Luftströmung durch eine Änderung der Ionisationsenergie wieder kompensierbar ist, so dass das Ausgangssignal des Gassensors auf seinen Ursprungswert zurückführbar ist, der in dem Beispielsfall dem Ursprungswert der normalen Luftbelastung entspricht. Je größer also der zu erwartende Einfluss der Änderung der Schadstoffkonzentration ist, desto näher muss auch der Gassensor an dem Ionisator angeordnet sein. Sind dagegen nur kleine Änderungen der Schadstoffkonzentration zu erwarten, so sollte der Gassensor nicht zu nahe an den Ionisator angeordnet sein, da ansonsten das Ausgangssignal des Gassensors leicht in die Begrenzung kommen kann. In jedem Fall muss der Gassensor aber einen bestimmten Mindestabstand zum Ionisator einhalten, damit die Rückkopplung zwischen Ionisator und Gassensor nicht aus, um die auftretenden Änderungen der Schadstoffkonzentration zu kompensieren und damit das Ausgangssignal erfindungsgemäß im Bereich eines vorgegebenen Sollwertes zu halten.The jump amplitude of the sudden change in the pollutant concentration is preferably based on typical changes in the pollutant concentration. Typical changes in the pollutant concentration in the air flow can be determined for the respective application by plotting the expected changes in the pollutant concentration according to their expected frequency in a histogram. For example, all cases that lie within +/- 10% of a frequency maximum can be assumed to be typical. If, for example, the air purification device is to reduce the smell of cigarette smoke occurring in a room, the expected change in the concentration of pollutants is based on the expected air pollution from cigarette smoke compared to normal air pollution. According to the invention, the gas sensor must now be arranged in relation to the air flow and in relation to the ionizer in such a way that said change in the pollutant concentration in the air flow can be compensated for by a change in the ionization energy, so that the output signal of the gas sensor can be returned to its original value, which corresponds to the original value of normal air pollution in the example case. So the greater the expected influence of the change in the pollutant concentration, the closer the gas sensor must be to the Io be arranged. If, on the other hand, only small changes in the pollutant concentration are to be expected, the gas sensor should not be arranged too close to the ionizer, since otherwise the output signal of the gas sensor can easily be limited. In any case, however, the gas sensor must maintain a certain minimum distance from the ionizer so that the feedback between the ionizer and the gas sensor is not sufficient in order to compensate for the changes in the pollutant concentration that occur and thus to keep the output signal in the range of a predetermined setpoint value according to the invention.

Eine weitere Erkenntnis der Erfindung besteht darin, dass als Messglied der Regelschleife handelsübliche Gassensoren zur Messung von Schadstoffkonzentrationen verwendet werden können. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise bereits eine für den Menschen störende Überproduktion von Ozon durch den Ionisator vermieden werden kann, so dass die ansonsten hierfür verwendeten Ionisationssensoren oder Ozonsensoren nicht unbedingt benötigt werden.Another finding of the invention is that the measuring element of the control loop is commercially available gas sensors can be used to measure pollutant concentrations. It has shown that in this way it is already a human disruptive overproduction of Ozone can be avoided by the ionizer, so that otherwise therefor ionization sensors or ozone sensors not necessarily used needed become.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verminderung von Schadstoffen in der Luft wird mit dem erfindungsgemäßen Luftreinigungsgerät der Sollwert auf eine bestimmte Schadstoffkonzentration eingestellt, dem Ionisator schadstoffhaltige Luft zugeführt und schadstoffverminderte Luft vom Ionisator abgeführt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die abgeführte Luft im Umluftbetrieb ganz oder teilweise dem Ionisator wieder zugeführt wird, um den Wirkungsgrad der Luftreinigung zu erhöhen.In the method according to the invention to reduce pollutants in the air with the air purification device according to the invention, the setpoint set to a certain pollutant concentration, the ionizer polluted air supplied and polluted air is removed from the ionizer. To a preferred embodiment provided that the discharged All or part of the air in recirculation mode is returned to the ionizer, to increase the efficiency of air purification.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Wirkungsweise des Luftreinigungsgerätes durch den Messbereich des Gassensors nicht grundsätzlich begrenzt ist. Da der Gassensor erfindungsgemäß in einem durch den Sollwert vorgegebenen Arbeitspunkt betrieben wird, können auch Änderungen der Schadstoffkonzentration durch das Luftreinigungsgerät behandelt werden, die über den Messbereich des Gassensors hinausgehen. Im Falle einer herkömmlichen Sensorsteuerung würde das Ausgangssignal des Gassensors demgegenüber in die Begrenzung laufen und würde damit auch die Ansteuerung des Ionisators bzw. der Treiberstufe begrenzen. Die Begrenzungen des Luftreinigungsgerätes sind demnach vom Prinzip her nur durch die Begrenzung der Ionisationsleistung bedingt. Durch entsprechende Maßnahmen kann allerdings die Ionisationsleistung zusätzlich gesteigert werden, wie beispielsweise durch das Zuschalten weiterer Ionisatoren und/oder Gebläse zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung. Dem erfindungsgemäßen Luftreinigungsgerät eröffnet sich damit ein weites Feld möglicher Anwendungen vom Haushaltsbereich bis zur industriellen Reinigung großer Luftmengen.A major advantage of the invention is that the mode of operation of the air purification device is determined by the measuring range of the gas sensor is not fundamentally limited. Since the Gas sensor according to the invention in one If the operating point specified by the setpoint is used, changes can also be made the concentration of pollutants treated by the air purifier that are about the Go beyond the measuring range of the gas sensor. In the case of a conventional one Sensor control would In contrast, the output signal of the gas sensor is limited and would thus also the control of the ionizer or the driver stage limit. The limits of the air purifier are therefore in principle only by limiting the ionization power conditionally. Through appropriate measures However, the ionization performance can be increased, such as for example by connecting additional ionizers and / or fan to increase the flow velocity the air flow. The air cleaning device according to the invention opens up making a wide field possible Applications from household to industrial cleaning greater Airflows.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine entsprechende Auslegung des Reglers ein Einschwingverhalten des geschlossenen Regelkreises ermöglicht, dessen Einschwingzeit unter der Zeitkonstante des Gassensors liegt. Dies kann beispielsweise durch einen differenziellen Anteil im Regler erreicht werden, wodurch bereits bei kleinen Änderungen des Ausgangssignals des Gassensors große Stellgrößen an der Treiberstufe hervorgerufen werden.Another advantage of the invention consists in an appropriate interpretation of the controller Transient response of the closed control loop enables whose settling time is below the time constant of the gas sensor. This can be caused, for example, by a differential component in the controller can be achieved, even with small changes in the output signal of the gas sensor large Manipulated variables at the Driver stage are caused.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Treiberstufe einen Hochspannungstransformator umfasst, an dessen Sekundärseite eine oszillierende Hochspannung erzeugbar ist. Die dem Ionisator zugeführte Ionisationsleistung ist vor allem durch den Scheitelwert der oszillierenden Hochspannung und/oder durch das Pulsen der oszillierenden Hochspannung beeinflussbar. Vorzugsweise umfasst die Treiberstufe eine Schaltung zur Pulsweitenmodulation, mit der der Hochspannungstransformator primärseitig ansteuerbar und der Scheitelwert und/oder das Pulsverhältnis der sekundärseitig oszillierenden Hochspannung einstellbar ist. Bei einer Reihenschaltung bestehend aus Hochspannungstransformator und Resonator, der eingangsseitig mit einer Gleichspannung gespeist wird, kann das pulsweitenmodulierte Signal gleichgerichtet und dem Eingang des Resonators zugeführt werden. Der Resonator liefert wiederum eine oszillierende Spannung an die Primärseite des Hochspannungstransformators, so dass der Scheitelwert an der Sekundärseite des Hochspannungstransformators damit proportional zum Pulsweitenverhältnis ist. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die an der Sekundärseite abgegebene Hochspannung gepulst wird. Dies bedeutet, dass der Ionisator nur mit einer bestimmten Anzahl von Vollwellen beaufschlagt wird, bevor dann die oszillierende Hochspannung wieder unterbrochen wird. Die damit im Mittel zugeführte Ionisationsleistung ist ebenfalls proportional zum Pulsweitenverhältnis. Das Pulsweitenverhältnis kann aus dem gleichen Pulsweitenmodulationssignal gewonnen werden, das am Eingang des Resonators anliegt, oder aber es wird für diesen Zweck ein weiteres Pulsweitenmodulationssignal erzeugt.According to a preferred embodiment it is provided that the driver stage is a high voltage transformer includes, on its secondary side an oscillating high voltage can be generated. The ionizer supplied Ionization performance is mainly due to the peak value of the oscillating high voltage and / or can be influenced by pulsing the oscillating high voltage. The driver stage preferably comprises a circuit for pulse width modulation, with which the high-voltage transformer can be controlled on the primary side and the Peak value and / or the pulse ratio of the oscillating on the secondary side High voltage is adjustable. With a series connection of high voltage transformer and resonator, the input side is fed with a DC voltage, the pulse width modulated Signal rectified and fed to the input of the resonator. The resonator in turn supplies an oscillating voltage to the primary of the high voltage transformer, so that the peak value at the Secondary side of the High-voltage transformer is therefore proportional to the pulse width ratio. additionally or alternatively it can be provided that the output on the secondary side High voltage is pulsed. This means that the ionizer only with a certain number of full waves before then the oscillating high voltage is interrupted again. The thus supplied on average Ionization power is also proportional to the pulse width ratio. The Pulse-width ratio can be obtained from the same pulse width modulation signal, that is at the input of the resonator, or else it is for this Another pulse width modulation signal is generated for the purpose.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die sekundärseitig oszillierende Hochspannung mit einem Scheitelwert im Bereich von 1 kV bis 10 kV und mit einer Frequenz im Bereich von 10 kHz bis 50 kHz einstellbar ist.According to a further preferred embodiment it is provided that the oscillating on the secondary side High voltage with a peak value in the range from 1 kV to 10 kV and adjustable with a frequency in the range from 10 kHz to 50 kHz is.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Ionisator aus einem Glasrohr, dessen Innenwandung mit einem Lochblech als erste Elektrode ausgekleidet ist und dessen Außenwandung mit einem Drahtgewebe als zweite Elektrode umgeben ist, wobei zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode die oszillierende Hochspannung der Treiberstufe anliegt. Alternativ ist selbstverständlich jede andere Form des Ionisators denkbar, wie beispielsweise eine plattenförmige Anordnung oder auch Kombinationen von Röhrenanordnung und plattenförmiger Anordnung.According to a preferred embodiment the ionizer made of a glass tube, the inner wall of which is covered with a Perforated sheet is lined as the first electrode and its outer wall is surrounded by a wire mesh as the second electrode, wherein between the first electrode and the second electrode the oscillating High voltage of the driver stage is present. Alternatively, of course, everyone is another form of the ionizer is conceivable, such as a plate-shaped arrangement or combinations of tube arrangements and more plate-shaped Arrangement.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, dass der Gassensor aus einem Metalloxidsensor besteht, dessen Widerstand sich bei Reaktionen mit Gasen verändert. Das Metalloxid ist dabei auf einem Substrat aufgebracht, das mit einem Heizelement auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird. Vorzugsweise wird dabei ein Gassensor verwendet, der keine Widerstandsänderung gegenüber sich ändernder Sauerstoffkonzentration in der Luft zeigt. Es hat sich gezeigt, dass mit derartigen Gassensoren eine besonders zuverlässige Regelung der Schadstoffkonzentration möglich ist. Das Metalloxid kann dabei beispielsweise aus Zinndioxid bestehen.According to a preferred embodiment it is further provided that the gas sensor consists of a metal oxide sensor exists, the resistance of which changes when reacting with gases. The Metal oxide is applied to a substrate with a Heating element is kept at a predetermined temperature. Preferably a gas sensor is used that does not change the resistance across from changing Shows oxygen concentration in the air. It has shown, that with such gas sensors a particularly reliable control the pollutant concentration possible is. The metal oxide can consist of tin dioxide, for example.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lufteintrittsöffnung des Gassensors in Bezug auf die den Ionisator umströmende Luft einen Abstand von ca. 0,5 cm bis 5,0 cm, vorzugsweise ca. 1,0 cm bis 2,0 cm von der Oberfläche des Ionisators aufweist. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Abständen üblicherweise der Aussteuerungsbereich des Gassensors mit dem Aussteuerungsbereich des Ionisators und dem Wertebereich üblicher Schadstoffkonzentrationen in Einklang gebracht werden kann.According to a further preferred embodiment it is provided that the air inlet opening of the gas sensor is related to the one flowing around the ionizer Air a distance of about 0.5 cm to 5.0 cm, preferably about 1.0 cm to 2.0 cm from the surface of the ionizer. It has been shown that at these distances usually the modulation range of the gas sensor with the modulation range of the ionizer and the range of values for common pollutant concentrations can be reconciled.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sollwert am Gerät manuell einstellbar ist. Der Bediener hat damit die Möglichkeit, bei normaler Schadstoffkonzentration der Luft eine für ihn angenehme Betriebsweise des Gerätes vorzugeben. Besonders vorzugsweise ist die Anordnung des Gassensors dabei derart gewählt, dass der vorgegebene Sollwert einem mittleren Bereich bezogen auf den gesamten Aussteuerungsbereich des Ausgangssignals des Gassensors entspricht. Da nämlich erfindungsgemäß der Regelkreis dafür sorgt, dass die von dem Gassensor gemessene Schadstoffkonzentration dem Sollwert im wesentlichen entspricht, wird der Gassensor damit in einem Bereich betrieben, der eine maximale Aussteuerbarkeit beim Einschwingungsvorgang des geschlossenen Regelkreises ermöglicht.According to a further preferred embodiment it is intended that the setpoint on the device can be set manually. This enables the operator to with a normal concentration of pollutants in the air, a pleasant one for him Operating mode of the device pretend. The arrangement of the gas sensor is particularly preferred chosen such that the specified setpoint is in a middle range in relation to the entire modulation range of the output signal of the gas sensor equivalent. Because there according to the invention, the control loop ensures that the pollutant concentration measured by the gas sensor The gas sensor is therefore in operated an area that maximum modulation at Transient process of the closed control loop enables.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Luftströmung durch Konvektion erzeugt wird, die bei kleinen Hausgeräten beispielsweise von der Erwärmung zugeführten Luft an den elektrischen Bauteilen des Gerätes her rühren kann.According to a further preferred embodiment it is intended that the air flow through Convection is generated, for example by the small household appliances warming supplied Air can come from the electrical components of the device.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist ein Lüfter zur Erzeugung der Luftströmung vorgesehen. Es wurde erkannt, dass die Luftströmung ebenfalls einen Einfluss auf die Arbeitsweise des Regelkreises haben kann. Befindet sich der Gassensor beispielsweise strömungsseitig vor dem Ionisator, so ist die Kopplung zwischen Ionisator und Gassensor bei gleichem Abstand des Gassensors zur Oberfläche des Ionisators geringer im Vergleich zu einer Anordnung, bei der der Gassensor strömungsseitig hinter dem Ionisator angeordnet ist.According to another preferred embodiment is a fan to generate the air flow intended. It was recognized that air flow also had an impact on how the control loop works. Is located the gas sensor, for example, on the flow side in front of the ionizer is the coupling between the ionizer and the gas sensor less at the same distance from the gas sensor to the surface of the ionizer compared to an arrangement in which the gas sensor is on the flow side is arranged behind the ionizer.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist deshalb vorgesehen, dass ein Zusatzregler die Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung zusätzlich derart regelt, dass das Ausgangssignal des Gassensors einem vorgegebenen Sollwert im wesentlichen entspricht. Insbesondere hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, dass der Zusatzregler zugeschaltet wird, sobald in dem Regelkreis bestehend aus Ionisator, Treiberstufe, Gassensor und Regler eine Begrenzung auftritt. Der Zusatzregler muss in diesem Fall derart wirken, dass die aufgetretene Begrenzung sinnvoll ausgeglichen werden kann.According to a further preferred embodiment it is therefore provided that an additional regulator controls the flow rate the air flow additionally regulates such that the output signal of the gas sensor a predetermined Mainly corresponds to the setpoint. In particular, it has proven to be expediently pointed out that the additional controller is switched on as soon as in the control loop consisting of ionizer, driver stage, gas sensor and controller one Limitation occurs. In this case, the additional controller must do this have the effect that the limitation that has occurred can be sensibly compensated for.

Die Wirkungsweise des Regelkreises hängt selbstverständlich in hohem Maße davon ab, welcher Reglertyp eingesetzt wird. Ist das Übertragungsverhalten der übrigen Regelkreisglieder, also des Ionisators, der Treiberstufe und des Gassensors, durch geeignete Identifikationsmethoden ermittelt worden, kann der Reglerentwurf grundsätzlich nach den zur Verfügung stehenden Methoden der Regelungstechnik erfolgen. Als klassische Regelkreisglieder bieten sich zunächst ein P-Regler, ein PI-Regler oder PID-Regler an. Den einfachsten Fall stellt der P-Regler dar, der allerdings prinzipiell eine Regeldifferenz zwischen dem vorgegebenen Sollwert und der von dem Gassensor gemessenen Schadstoffkonzentration benötigt, um eine Stellgröße abgeben zu können. Wird der Verstärkungsfaktor des P-Reglers allerdings hoch genug gewählt, so kann die Regeldifferenz vernachlässigt werden. Ein hoher Verstärkungsfaktor des P-Reglers ist allerdings nur zulässig, soweit noch ein ausreichender Signal/Rausch-Abstand am Ausgangssignal des Gassensors vorliegt. Sollte der Signal/Rausch-Abstand am Ausgangssignal des Gassensors für die Verwendung eines P-Reglers dagegen nicht mehr ausreichen, so bietet sich die Verwendung eines PI-Reglers an. Durch sein integratives Verhalten ist der PI-Regler in der Lage, eine bleibende Stellgröße auch bei einer verschwindenden Regeldifferenz zu liefern. Somit kann also bei Verwendung eines PI-Reglers grundsätzlich das Verschwinden der Regeldifferenz bei eingeschwungenem Regelkreis erreicht werden. Um das Einschwingverhalten des Regelreises zu beschleunigen, wird dem PI-Regler üblicherweise ein Differenzialglied hinzugefügt, wodurch ein PID-Regler entsteht. Das Differentialverhalten des PID-Reglers kann dazu führen, dass bei schnellen Änderungen der Schadstoffkonzentration oder des Sollwertes Begrenzungen in den Regelkreisgliedern auftauchen. In diesem Fall ist es von Vorteil, die oben erwähnte Zuschaltung eines Zusatzreglers für die Strömungsgeschwindigeit vorzusehen. Kommt der Ionisator also mit seiner Ionisationsleistung an die obere Begrenzung, so kann der Zusatzregler statt dessen eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung vorsehen.How the control loop works of course hangs in to a high degree depends on which type of controller is used. Is the transfer behavior the other control loop elements, the ionizer, the driver stage and the gas sensor suitable identification methods have been determined, the controller design in principle according to the available methods of control engineering. As a classic Control loop elements initially offer a P controller, a PI controller or PID controller. The simplest case is the P controller which, in principle, is a control difference between the specified Setpoint and the pollutant concentration measured by the gas sensor needed to issue a manipulated variable to be able to. Becomes the gain factor of the P controller, however, is high chosen enough the control difference can thus be neglected. A high gain factor of the P controller is only permitted, however if there is still a sufficient signal / noise ratio at the output signal of the gas sensor is present. If the signal / noise ratio at the output signal of the Gas sensor for the use of a P controller, however, is no longer sufficient, so it is advisable to use a PI controller. Through his integrative behavior is the PI controller capable of a permanent manipulated variable too to deliver with a vanishing control difference. So can So when using a PI controller, the disappearance of the Control difference can be achieved with a steady control loop. In order to accelerate the settling behavior of the control rice, the PI controller usually added a differential link which creates a PID controller. The differential behavior of the PID controller can do this lead that with quick changes the pollutant concentration or the setpoint limits in surface of the control loop. In this case, it is advantageous the one mentioned above To provide an additional controller for the flow rate. So the ionizer comes to the upper one with its ionization power Limitation, the additional controller can instead increase the flow rate the air flow provide.

Neben den klassischen Reglertypen P-Regler, PI-Regler und PID-Regler können selbstverständlich auch andere Regler vorgesehen werden, wie beispielsweise ein regelbasierender Fuzzy-Regler oder ein Zustandsregler. Ein regelbasierter Fuzzy-Regler oder auch ein Zustandsregler bieten sich insbesondere dann an, wenn durch den Regler neben der gemessenen Schadstoffkonzentration weitere Messgrössen verarbeitet werden sollen. Grundsätzlich ist es nämlich denkbar, das Regelkreisverhalten durch zusätzliche Sensoren, wie beispielsweise einen Feuchtesensor und/oder einen Ionisationssensor und/oder einen Ozonsensor zu verbessern.In addition to the classic controller types P controller, PI controller and PID controller, other controllers can of course also be provided, such as a rule-based fuzzy controller or a state controller. A rule-based fuzzy controller or a state controller are particularly useful if the controller is to process other measured variables in addition to the measured pollutant concentration. In principle, it is conceivable to improve the control loop behavior by means of additional sensors, such as a moisture sensor and / or an ionization sensor and / or an ozone sensor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:The invention is explained below different embodiments explained in more detail with reference to the accompanying drawings. These show:

1: ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines Gassensors mit einer Sprungfunktion als Eingang, 1 : a block diagram for the transmission behavior of a gas sensor with a step function as input,

1b: die Antwortfunktion am Ausgang 150 mit einer Sprungamplitude von 1, 1b : the response function at the output 150 with a step amplitude of 1,

1c: die Antwortfunktion am Ausgang 150 mit einer Sprungamplitude von 2,5, 1c : the response function at the output 150 with a jump amplitude of 2.5,

2a: ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten einer Sensorsteuerung mit einer Sprungfunktion als Eingang, 2a : a block diagram for the transmission behavior of a sensor control with a step function as input,

2b: die Antwortfunktion am Ausgang 250 mit einer Sprungamplitude von 1, 2 B : the response function at the output 250 with a step amplitude of 1,

2c: die Antwortfunktion am Ausgang 250 mit einer Sprungamplitude von 2,5, 2c : the response function at the output 250 with a jump amplitude of 2.5,

3a: ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines offenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration, 3a : a block diagram for the transmission behavior of an open control loop with a step function of the pollutant concentration,

3b: die Antwortfunktion am Ausgang 350 mit einer Sprungamplitude 1, 3b : the response function at the output 350 with a jump amplitude 1 .

4a: ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines offenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion der Ionisierungsleistung, 4a : a block diagram for the transmission behavior of an open control loop with a step function of the ionization power,

4b: die Antwortfunktion am Ausgang 450 mit einer Sprungamplitude von 1, 4b : the response function at the output 450 with a step amplitude of 1,

4c: die Antwortfunktion am Ausgang 450 mit einer Sprungamplitude von –1, 4c : the response function at the output 450 with a step amplitude of -1,

5a: ein Blockschaltbild für den Signalfluss eines geschlossenen Regelkreises, 5a : a block diagram for the signal flow of a closed control loop,

5b: ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines geschlossenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration, 5b : a block diagram for the transmission behavior of a closed control loop with a step function of the pollutant concentration,

5c: die Antwortfunktionen an den Ausgängen 550 und 551 mit einer Sprungamplitude von 1, 5c : the response functions at the outputs 550 and 551 with a step amplitude of 1,

6a: ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines geschlossenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion des Sollwertes und einer darauf folgenden Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration, 6a : a block diagram for the transmission behavior of a closed control loop with a step function of the setpoint and a subsequent step function of the pollutant concentration,

6b: die Antwortfunktionen an den Ausgängen 650 und 651 mit Sprungamplituden jeweils von 1 und 6b : the response functions at the outputs 650 and 651 with step amplitudes of 1 and

7: die Empfindlichkeitscharakteristik eines Zinndioxid-Gassensors. 7 : the sensitivity characteristic of a tin dioxide gas sensor.

1a zeigt ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines Gassensors mit einer Sprungfunktion als Eingang. Als Modell für das Übertragungsverhalten eines Gassensors 110 wurde demnach die Reihenschaltung von 2 PT1-Gliedern 111, 112 und einem Begrenzungsglied 113 angenommen. Als Eingangfunktion liegt eine sprungförmige Erhöhung der Schadstoffkonzentration 101 an, wobei die entsprechende Antwortfunktion am Ausgang 150 abgegriffen werden kann. Die folgenden Parameter wurden zugrunde gelegt:
PT1-Glieder 111, 112: Zeitkonstante = 10,0s, Übertragungswert = 1,0.
Begrenzung 113: Obergrenze = 2,0, Untergrenze = – 2,0. 1a shows a block diagram for the transmission behavior of a gas sensor with a step function as an input. As a model for the transmission behavior of a gas sensor 110 became the series connection of 2 PT1 elements 111 . 112 and a limiter 113 accepted. As an input function there is a sudden increase in the concentration of pollutants 101 with the corresponding response function at the output 150 can be tapped. The following parameters were used:
PT1 elements 111 . 112 : Time constant = 10.0s, transfer value = 1.0.
limit 113 : Upper limit = 2.0, lower limit = - 2.0.

Es wurde somit angenommen, dass das Ausgangssignal des Gassensors sich in einem Bereich von –2,0 Volt bis 2,0 Volt aussteuern lässt.It was thus assumed that the output signal of the gas sensor in a range from -2.0 volts to 2.0 volts leaves.

1b zeigt die Antwortfunktion am Ausgang 150 mit einer Sprungamplitude von 1. Auf eine Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration antwortet der Gassensor somit wie erwartet verzögert und nähert sich nach ca. 60 Sekunden exponentiell der Sprungamplitude von 1 an. 1b shows the response function at the output 150 with a step amplitude of 1. The gas sensor thus responds to a step function of the pollutant concentration with a delay, as expected, and approaches the step amplitude of 1 exponentially after about 60 seconds.

1c zeigt die Antwortfunktion am Ausgang 150 mit einer Sprungamplitude von 2,5. Beim Erreichen des Wertes 2,0 wird die Begrenzung 113 wirksam, so dass die Antwortfunktion nach ca. 30 Sekunden beim Wert 2,0 konstant bleibt und sich der Sprungamplitude von 2,5 nicht weiter annähern kann. 1c shows the response function at the output 150 with a step amplitude of 2.5. When the value is reached 2 . 0 becomes the limit 113 effective so that the response function remains constant after approx. 30 seconds at the value 2.0 and cannot approach the jump amplitude of 2.5 any further.

2a zeigt ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten einer Sensorsteuerung mit einer Sprungfunktion als Eingang. Eine Sensorsteuerung nach dem Stand der Technik wie beispielsweise gemäß WO 98/26482 oder gemäß DE 43 34 956 A1 besteht ihrem grundsätzlichen Aufbau nach aus einem Gassensor 210 mit einer nachfolgenden Treiberstufe 220. Der Gassensor 210 besteht wie in 1a aus 2 PT1-Gliedern 211, 212 und einer Begrenzung 213, wobei die Parameter ebenfalls denjenigen aus 1a entsprechen. Als Modell für die Treiberstufe 220 wurde ein P-Glied 221 mit einer nachgeschalteten Begrenzung 222 zugrunde gelegt. Als Parameter wurden angenommen:
P-Glied 221: Übertragungsbeiwert = 250,0
Begrenzer 222: Obergrenze = 500 V, Untergrenze = –500,0 V. 2a shows a block diagram for the transmission behavior of a sensor control with a step function as an input. A sensor control according to the prior art, such as, for example, according to WO 98/26482 or according to DE 43 34 956 A1 basically consists of a gas sensor 210 with a subsequent driver stage 220 , The gas sensor 210 exists as in 1a from 2 PT1 links 211 . 212 and a limit 213 , with the parameters also being those 1a correspond. As a model for the driver stage 220 became a P-term 221 with a downstream limitation 222 based on. The following were assumed as parameters:
P element 221 : Transfer coefficient = 250.0
limiter 222 : Upper limit = 500 V, lower limit = –500.0 V.

Dies bedeutet, dass gemäß 2a die Ausgangsspannung des Gassensors 210 von der Treiberstufe 220 mit dem Faktor 250 in eine Hochspannung umgesetzt wird, wobei allerdings zur Vereinfachung die in der Praxis auftretenden Offsets nicht berücksichtigt wurden. Übliche Ausgangspannungen eines in einem Spannungsteiler verschalteten Gassensors liegen beispielsweise im Bereich von 1 V bis 5 V und werden durch die Treiberstufe in eine Hochspannung von beispielsweise 1000 V bis 2000 V übersetzt. Für das Modell des Regelkreises sind diese Offsets allerdings nicht weiter von Bedeutung und können bei Bedarf jederzeit auf einfache Weise hinzugefügt werden.This means that according to 2a the output voltage of the gas sensor 210 from the driver stage 220 is converted into a high voltage by a factor of 250, although the offsets that occur in practice were not taken into account for simplification. Typical output voltages of a gas sensor connected in a voltage divider are, for example, in the range from 1 V to 5 V and are converted into a high voltage of, for example, 1000 V to 2000 V by the driver stage translated. However, these offsets are of no further importance for the control loop model and can be easily added at any time if necessary.

Zur Untersuchung des Übertragungsverhaltens der Sensorsteuerung gemäß 2a wurde wiederum angenommen, dass am Eingang eine sprungförmige Erhöhung der Schadstoffkonzentration 201 wirkt, die am Ausgang 250 der Treiberstufe 220 aufgenommen wird.To investigate the transmission behavior of the sensor control according to 2a it was again assumed that a sudden increase in pollutant concentration at the entrance 201 that acts at the exit 250 the driver stage 220 is recorded.

2b zeigt die Antwortfunktion am Ausgang 250 mit einer Sprungamplitude von 1. Um die Sprungamplitude in 2b ebenfalls darstellen zu können, wurde diese allerdings um den Faktor 250 vergrößert. Wie erwartet, zeigt sich gemäß 2b die gleiche Antwortfunktion wie in 1b, nunmehr allerdings gestreckt um den Faktor 250 aufgrund der nachgeschalteten Treiberstufe 220. 2 B shows the response function at the output 250 with a step amplitude of 1. To change the step amplitude in 2 B To be able to display, however, this was enlarged by a factor of 250. As expected, shows up according to 2 B the same answer function as in 1b , but now stretched by a factor of 250 due to the downstream driver stage 220 ,

2c zeigt schließlich die Antwortfunktion am Ausgang 250 mit einer Sprungamplitude von 2,5, wobei aus Darstellungsgründen die Sprungamplitude wiederum um den Faktor 250 vergrößert wurde. Aufgrund der erhöhten Sprungamplitude von 2,5 werden die Begrenzungen 213 bzw. 222 wirksam, so dass nach ca. 30 Sekunden die Antwortfunktion gemäß 2c bei 500 V konstant bleibt. 2c finally shows the response function at the output 250 with a jump amplitude of 2.5, the jump amplitude again being increased by a factor of 250 for reasons of illustration. Due to the increased jump amplitude of 2.5, the limitations 213 respectively. 222 effective, so that after approx. 30 seconds the response function according 2c remains constant at 500 V.

Das dargestellte Übertragungsverhalten gemäß 2a, 2b und 2c entspricht im wesentlichen den bekannten Sensorsteuerungen für Luftreinigungsgeräte mit Ionisatoren. Im Gegensatz dazu schlägt die Erfindung den Aufbau eines geschlossenen Regelkreises vor, bei dem sich am Schadstoffsensor die Wirkungen der Schadstoffkonzentration und der Luftionisation seitens des Ionisators in geeigneter Weise überlagern und kompensieren. Ein Blockschaltbild für den Signalfluß eines in dieser Weise geschlossenen Regelkreises ist in 5a dargestellt und wird weiter unten erläutert. Um einzelne Komponenten des Regelkreises zu analysieren, ist gemäß 3a zunächst ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines offenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration dargestellt.The shown transmission behavior according to 2a . 2 B and 2c corresponds essentially to the known sensor controls for air cleaning devices with ionizers. In contrast to this, the invention proposes the construction of a closed control loop in which the effects of the pollutant concentration and air ionization on the part of the ionizer are appropriately superimposed and compensated for on the pollutant sensor. A block diagram for the signal flow of a control loop closed in this way is shown in 5a shown and will be explained below. To analyze individual components of the control loop, according to 3a First a block diagram for the transmission behavior of an open control loop with a step function of the pollutant concentration is shown.

Seinem grundsätzlichen Aufbau nach besteht der offene Regelkreis gemäß 3a aus einem Regler 340, einer nachfolgenden Treiberstufe 320 sowie dem darauf folgenden Ionisator 330. Erfindungsgemäß sollen sich nunmehr am Eingang des Gassensors 310 die Wirkungen des Ionisators 330 und der in der Luftströmung enthaltenen Schadstoffe überlagern. Die Modellbildung dieses Umstandes erfolgt in dem Blockschaltbild gemäß 3a durch die Summationsstelle 303, auf die sowohl eine Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration 301 sowie über die Übertragungsstrecke 332 der Ionisator 330 einwirkt. Die Parameter des Gassensors 310 sind mit den in 1a angegebenen Parameters identisch. Da gemäß 3a zunächst nur das Verhalten des Gassensors bei einer Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration isoliert betrachtet werden soll, sind die Parameter der übrigen Regelkreisglieder zunächst noch nicht von Bedeutung und werden daher in den folgenden Figuren erst an geeigneter Stelle erläutert.According to its basic structure, the open control loop exists 3a from a controller 340 , a subsequent driver stage 320 and the subsequent ionizer 330 , According to the invention should now be at the entrance of the gas sensor 310 the effects of the ionizer 330 and superimpose the pollutants contained in the air flow. This situation is modeled in the block diagram according to 3a through the summation point 303 , on which both a step function of the pollutant concentration 301 as well as over the transmission link 332 the ionizer 330 acts. The parameters of the gas sensor 310 are with the in 1a specified parameters are identical. Because according to 3a Initially, only the behavior of the gas sensor in the event of a step function of the pollutant concentration is to be considered in isolation, the parameters of the other control loop elements are initially not important and are therefore only explained at a suitable point in the following figures.

3b zeigt die Antwortfunktion am Ausgang 350 mit einer Sprungamplitude 1. Da gemäß 3a ein offener Regelkreis vorausgesetzt wurde, resultiert die Antwortfunktion gemäß 3b ausschließlich von der sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration und entspricht damit der Antwortfunktion gemäß 1b. 3b shows the response function at the output 350 with a jump amplitude 1 , Because according to 3a if an open control loop has been assumed, the response function results in accordance with 3b exclusively from the sudden change in the pollutant concentration and thus corresponds to the response function according to 1b ,

4a zeigt ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines offenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion der Ionisationsleistung. Der offene Regelkreis besteht wie in 3a wiederum aus einem Regler 440, einer Treiberstufe 420, einem Ionisator 430 sowie einem Gassensor 410. An der Summationsstelle 403 wirkt in diesem Fall ausschließlich der Ionisator 430 ohne einen weiteren zusätzlichen Einfluß seitens der Schadstoffkonzentration, die nunmehr in der dem Ionisator zugeführten Luftströmung konstant gehalten wird. 4a shows a block diagram for the transmission behavior of an open control loop with a step function of the ionization power. The open control loop is as in 3a again from a controller 440 , a driver stage 420 , an ionizer 430 as well as a gas sensor 410 , At the summation point 403 in this case only the ionizer works 430 without any further influence on the part of the pollutant concentration, which is now kept constant in the air flow supplied to the ionizer.

Um eine Sprungfunktion der Ionisationsleistung im Blockschaltbild gemäß 4a zu untersuchen, wurde zwischen dem Regler 440 und der Treiberstufe 420 die Summationsstelle 405 eingefügt, auf die die Sprungfunktion 404 einwirkt. Die Parameter der Blöcke 411, 412, 413 des Gassensors 410 sind identisch mit den Parametern des Gassensors 110 gemäß 1a. Weiterhin sind die Parameter der Blöcke 421, 422 der Treiberstufe 420 identisch mit den Parametern der Treiberstufe 220 gemäß 2a. Der Ionisator 430 wurde durch ein einfaches P-Glied 431 mit dem folgenden Parameter modelliert:
P-Glied 431: Übertragungsbeiwert = –0,004.According to a step function of the ionization power in the block diagram 4a was investigating between the controller 440 and the driver stage 420 the summation point 405 inserted to which the jump function 404 acts. The parameters of the blocks 411 . 412 . 413 of the gas sensor 410 are identical to the parameters of the gas sensor 110 according to 1a , Furthermore, the parameters of the blocks 421 . 422 the driver stage 420 identical to the parameters of the driver stage 220 according to 2a , The ionizer 430 was through a simple P-term 431 modeled with the following parameter:
P element 431 : Transfer coefficient = –0.004.

Der Ausgang des Ionisators wirkt über die Strecke 432 direkt auf die Summationsstelle 403 ohne jegliche Verzögerung ein. Es wurde also hier angenommen, dass der Gassensor 410 in unmittelbarer Nähe zum Ionisator 430 angeordnet ist. Bei einem größeren Abstand zwischen Ionisator 430 und Gassensor 410 ist beispielsweise auf der Strecke 432 ein Totzeitglied einzufügen. Das Übertragungsverhalten des P-Glied des 431 entspricht damit einer Übersetzung der an dem Ausgang der Treiberstufe 420 anliegenden Änderung der Hochspannung in eine von dem Gassensor 410 zu messende Änderung der Schadstoffkonzentration.The output of the ionizer acts over the distance 432 directly to the summation point 403 without any delay. So it was assumed here that the gas sensor 410 in close proximity to the ionizer 430 is arranged. With a larger distance between ionizer 430 and gas sensor 410 is on the line, for example 432 insert a dead time element. The transfer behavior of the P-element of the 431 corresponds to a translation of the output of the driver stage 420 pending change in high voltage into one from the gas sensor 410 Change in pollutant concentration to be measured.

4b zeigt die Antwortfunktion am Ausgang 450 mit einer Sprungamplitude von 1. Eine Erhöhung der Eingangsspannung an der Treiberstufe 420 um 1 Volt resultiert damit in eine Erniedrigung der Ausgangsspannung des Gassensors von ebenfalls 1 Volt, wobei die Zeitfunktion sich hier wiederum aus dem Übertragungsverhalten der beiden PT1-Glieder 412, 413 ergibt. Das gegenläufige Verhalten ist dadurch zu erklären, dass eine Erhöhung der Ionisationsleistung mit einer Verminderung von Schadstoffen in der Luftströmung einhergeht. Dementsprechend zeigt 4c die Antwortfunktion am Ausgang 450 mit einer Sprungamplitude von –1. Hier ist ebenfalls ein gegenläufiges Verhalten festzustellen, da eine Erniedrigung der Ionisationsleistung eine Erhöhung der Schadstoffkonzentration in der Luftströmung zur Folge hat. 4b shows the response function at the output 450 with a step amplitude of 1. An increase in the input voltage at the driver stage 420 1 volt results in a 1 volt decrease in the output voltage of the gas sensor, the time function here again resulting from the transmission behavior of the two PT1 elements 412 . 413 results. The opposite behavior can be explained by the fact that an increase in ionization capacity is accompanied by a decrease in pollutants in the air flow. Accordingly shows 4c the response function at the output 450 with a step amplitude of –1. Here is just if contrary behavior can be determined, since a decrease in the ionization capacity leads to an increase in the pollutant concentration in the air flow.

Die Messungen am offenen Regelkreis gemäß 3a, 3b bzw. 4a, 4b, 4c zeigen auf, wie die erfindungsgemäße Anordnung des Gassensors in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator auf einfache Weise festgestellt werden kann. 3b zeigt das Ausgangssignal des Gassensors bei offenem Regelkreis aufgrund einer Änderung der Schadstoffkonzentration in der Luftströmung. Aufgrund dieser Änderung steigt das Ausgangssignal am Gassensor von 0 V auf 1 V.The measurements on the open control loop according to 3a . 3b respectively. 4a . 4b . 4c show how the arrangement of the gas sensor in relation to the air flow and in relation to the ionizer can be determined in a simple manner. 3b shows the output signal of the gas sensor with an open control loop due to a change in the pollutant concentration in the air flow. Due to this change, the output signal at the gas sensor increases from 0 V to 1 V.

Erfindungsgemäß muss nun der Gassensor in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator derart angeordnet sein, dass diese Änderung durch eine Änderung der Ionisationsenergie bei offenem Regelkreis kompensierbar ist, so dass das Ausgangssignal des Gassensors auf seinen Ursprungswert zurückführbar ist. 4b zeigt das Ausgangssignal des Gassensors bei offenem Regelkreis bei einer Änderung der Ionisationsenergie und gleichzeitig konstanter Schadstoffkonzentration in der dem Ionisator zugeführten Luftströmung. Das Ausgangssignal des Gassensors 450 ändert sich in diesem Fall von 0 V auf –1 V, wenn am Eingang der Treiberstufe die Spannung von 1 V erhöht wird. Die in diesem Fall simulierte Anordnung des Gassensors in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator entspricht also genau dem gewünschten Effekt, dass die in 3b dargestellte Änderung des Ausgangsignals des Gassensors aufgrund einer entsprechenden Änderung der Ionisationsenergie gemäß 4b kompensierbar ist. In der Praxis können entsprechende Versuche zu 3a und 4a durchgeführt werden, um die besagte Kompensationswirkung am offenen Regelkreis zu verifizieren.According to the invention, the gas sensor must now be arranged in relation to the air flow and in relation to the ionizer in such a way that this change can be compensated for by a change in the ionization energy when the control loop is open, so that the output signal of the gas sensor can be returned to its original value. 4b shows the output signal of the gas sensor with an open control loop when there is a change in the ionization energy and at the same time constant pollutant concentration in the air flow supplied to the ionizer. The output signal from the gas sensor 450 In this case it changes from 0 V to –1 V if the voltage at the input of the driver stage is increased from 1 V. The arrangement of the gas sensor simulated in this case in relation to the air flow and in relation to the ionizer thus corresponds exactly to the desired effect that the in 3b shown change in the output signal of the gas sensor due to a corresponding change in the ionization energy 4b is compensable. In practice, corresponding attempts can be made 3a and 4a be carried out in order to verify the said compensation effect on the open control loop.

Im folgenden wird nun das Verhalten des geschlossenen Regelkreises näher erläutert. Hierzu zeigt 5a zunächst ein Blockschaltbild für den prinzipiellen Signalfluss des geschlossenen Regelkreises. Der geschlossene Regelkreis besteht aus den oben bereits beschriebenen Regelkreisgliedern, also einem Gassensor 510, einem Regler 540, einer Treiberstufe 520 und einem Ionisator 530. Die Treiberstufe 520 besteht wiederum aus einer Spannungsquelle 525, einem Pulsweitenmodulator 526, einem Resonator 527 sowie einem Hochspannungstranformator 528.The behavior of the closed control loop is now explained in more detail below. This shows 5a First a block diagram for the basic signal flow of the closed control loop. The closed control loop consists of the control loop elements already described above, i.e. a gas sensor 510 , a regulator 540 , a driver stage 520 and an ionizer 530 , The driver stage 520 again consists of a voltage source 525 , a pulse width modulator 526 , a resonator 527 and a high voltage transformer 528 ,

Eine von der Spannungsquelle 525 gelieferte Gleichspannung wird von dem Pulsweitenmodulator 526 in Impulse mit einem von dem Regler 540 vorgegebenen Pulsweitenverhältnis und einer von einem nicht weiter dargestellten Taktgenerator mit vorgegebener Taktrate umgewandelt. Bei Glättung dieser Pulse ergibt sich eine dem Pulsweitenverhältnis proportionale Gleichspannung, die einem Resonator 527 zugeführt wird. Der Resonator 527 ist mit dem nachfolgenden Hochspannungs-Transformator 528 so beschaltet, dass er zum einen bei Einspeisung einer Gleichspannung auf einer Arbeitsfrequenz im Bereich von ca. 25 kHz bis 35 kHz selbsttätig anschwingt und zum anderen eine sekundärseitig oszillierende Hochspannung liefert, deren Scheitelwert annähernd proportional zur Eingangsspannung des Resonators 527 bzw. zur eingestellten Pulsweite des Pulsweitenmodulators 526 ist. Die von dem Hochspannungstransformator 528 gelieferte oszillierende Hochspannung mit Scheitelwerten im Bereich von beispielsweise 1,0 kV bis 2,0 kV wird an die beiden Elektroden des Ionisators 530 angelegt.One from the voltage source 525 DC voltage is supplied by the pulse width modulator 526 in pulses with one of the controllers 540 predefined pulse width ratio and converted by a clock generator, not shown, with a predefined clock rate. When these pulses are smoothed, a direct voltage proportional to the pulse width ratio results, that of a resonator 527 is fed. The resonator 527 is with the subsequent high voltage transformer 528 wired in such a way that, on the one hand, it vibrates automatically when a DC voltage is fed in at a working frequency in the range from approx. 25 kHz to 35 kHz and, on the other hand, supplies a high voltage oscillating on the secondary side, the peak value of which is approximately proportional to the input voltage of the resonator 527 or the set pulse width of the pulse width modulator 526 is. The one from the high voltage transformer 528 Delivered oscillating high voltage with peak values in the range of, for example, 1.0 kV to 2.0 kV is applied to the two electrodes of the ionizer 530 created.

Der Ionisator 530 wird von der zu reinigenden Luft 500 umströmt, wobei strömungsseitig hinter der Ionisationsröhre 530 der Gassensor 510 angeordnet ist. Optional kann die Luftströmung im Fall des geschlossenen Regelkreises teilweise oder ganz durch Umluftbetrieb zurückgeführt werden. Der Gassensor 510 liefert sein Ausgangssignal zum Regler 540, der aufgrund des Sollwertes 547 einen Soll-Istwertvergleich durchführt und gemäß dem zugrunde liegenden Regelalgarithmus das Pulsweitenverhältnis des Pulsweitenmodulators 526 einstellt.The ionizer 530 is from the air to be cleaned 500 flows around, on the flow side behind the ionization tube 530 the gas sensor 510 is arranged. Optionally, in the case of the closed control loop, the air flow can be partially or completely returned by recirculation mode. The gas sensor 510 delivers its output signal to the controller 540 based on the setpoint 547 carries out a target / actual value comparison and the pulse width ratio of the pulse width modulator in accordance with the underlying control algorithm 526 established.

5b zeigt ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines geschlossenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration. Der geschlossenen Regelkreis gemäß 5b geht aus dem offenen Regelkreis gemäß 3a dadurch hervor, dass das Ausgangssignal 550 des Gassensors über den Zweig 514 zu dem Regler 540 zurückgeführt ist. Die Blöcke des Gassensors 510, der Treiberstufe 520 sowie des Ionisators 530 mit den zugehörigen Parametern sind dabei identisch zu den angegebenen Parametern des Gassensors 310 gemäß 3a bzw. der Treiberstufe 420 und den Ionisators 430 gemäß 4a, so dass diesbezüglich auf die Beschreibung gemäß 3a und gemäß 4a verwiesen werden kann. 5b shows a block diagram for the transmission behavior of a closed control loop with a step function of the pollutant concentration. The closed loop according to 5b goes out of the open loop according to 3a characterized in that the output signal 550 of the gas sensor over the branch 514 to the controller 540 is returned. The blocks of the gas sensor 510 , the driver stage 520 and the ionizer 530 with the associated parameters are identical to the specified parameters of the gas sensor 310 according to 3a or the driver stage 420 and the ionizers 430 according to 4a , so that in this regard according to the description 3a and according to 4a can be referred.

Der Aufbau des Reglers 540 wird nunmehr im einzelnen beschrieben. Der Sollwert 547 wird im Regler auf die Subtraktionsstelle 546 geführt. Die hierdurch ermittelte Regeldifferenz gelangt über das P-Glied 541 zu dem darauf folgenden PID-Regler. Der PID-Regler besteht wiederum aus einem P-Glied 542, einem DT1-Glied 543 und einem I-Glied 544, deren Ausgänge mit der Summationsstelle 545 zu dem Ausgang 551 zusammengefasst werden. Der Ausgang 551 liefert die Stellgröße, die als Eingang für die Treiberstufe 520 dient. Die Parameter des Reglers 540 wurden wie folgt festgelegt:
Sollwert 547: Sollwert = 0
P-Glied 541: Übertragungsbeiwert = –1
P-Glied 542: Übertragungsbeiwert = 2
DT1-Glied 543: Übertragungsbeiwert = 8,
Zeitkonstant = 2 s
I-Regler 544: Übertragungsbeiwert = 0,2 1/Sekunde, entsprechend einer Intrikationskonstante von 5 s.The structure of the controller 540 will now be described in detail. The setpoint 547 is in the controller on the subtraction point 546 guided. The control difference determined in this way passes through the P-element 541 to the following PID controller. The PID controller in turn consists of a P-element 542 , a DT1 link 543 and an I-link 544 whose outputs with the summation point 545 to the exit 551 be summarized. The exit 551 provides the manipulated variable that acts as an input for the driver stage 520 serves. The parameters of the controller 540 were determined as follows:
setpoint 547 : Setpoint = 0
P element 541 : Transfer coefficient = –1
P element 542 : Transfer coefficient = 2
DT1 543 : Transfer coefficient = 8,
Constant time = 2 s
I controller 544 : Transfer coefficient = 0.2 1 / second, corresponding to an intrication constant of 5 s.

Das geschlossene Regelkreisverhalten wird nun untersucht anhand der Sprungfunktion 501, die einer sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration in der Luftströmung entspricht. Hierbei werden die Zeitsignale am Ausgang des Gassensors 550 und am Ausgang des Reglers 551 dargestellt.The closed control loop behavior is now examined using the step function 501 that a sudden change in pollutant con concentration in the air flow corresponds. Here the time signals at the output of the gas sensor 550 and at the output of the controller 551 shown.

5c zeigt die Antwortfunktionen an den Ausgängen 550 und 551 mit einer Sprungamplitude von 1. 5c shows the response functions at the outputs 550 and 551 with a step amplitude of 1.

Anhand des Ausgangssignals des Gassensors 550 wird deutlich, dass trotz einer sprunghaften Änderung der Schadstoffkonzentration der Regelkreis in der Lage ist, das Ausgangssignal 550 wieder auf den Sollwert 547 zurückzuführen. Nach einer Erhöhung des Ausgangssignals auf ca. 0,25 erreicht das Ausgangssignal nach ca. 40 Sekunden wieder seinen ursprünglichen Wert und nähert sich dann mit einem kleinen Überschwinger innerhalb weiterer 40 Sekunden dem Sollwert wieder an. Die Ausgangsgröße 551 des Reglers 540 sorgt dagegen dafür, dass die Treiberstufe 520 mit einem ausreichenden Eingangswert beaufschlagt wird, damit an der Summationsstelle 503 die aufgetretene Änderung der Schadstoffkonzentration kompensiert werden kann. Nach ca. 25 Sekunden hat die Stellgröße 551 ihren maximalen Wert erreicht und nähert sich von da an dem Endwert 1,0, was einer Eingangsspannung von 1,0 V am Eingang der Treiberstufe 520 entspricht. Aus 5c ist zu entnehmen, dass das Einschwingverhalten des geschlossenen Regelkreises im wesentlichen von dem Zeitverhalten des Gassensors 510 bestimmt wird, soweit auf der Strecke 532 zwischen Ionisator 530 und Gassensor 510 keine zusätzlichen Verzögerungen auftreten. Die Zeitkonstante des Gassensors lässt sich dabei mit einer Anordnung ermitteln, wie diese in 1a gezeigt ist. Die Zeitkonstante der aufgenommenen Sprungfunktion 150 entspricht dabei näherungsweise derjenigen Zeit, in der die Sprungfunktion 150 den Wert (1 – 1/e) erreicht hat, wenn angenommen wird, dass das gesamte Übertragungsverhalten des Gassensors näherungsweise durch ein einzelnes PT1-Glied angenähert wird.Based on the output signal from the gas sensor 550 it becomes clear that despite a sudden change in the pollutant concentration, the control loop is able to output the signal 550 back to the setpoint 547 due. After increasing the output signal to approx. 0.25, the output signal returns to its original value after approx. 40 seconds and then approaches the setpoint again with a small overshoot within a further 40 seconds. The initial size 551 of the controller 540 however, ensures that the driver stage 520 is supplied with a sufficient input value so that at the summation point 503 the change in the pollutant concentration that has occurred can be compensated for. After approx. 25 seconds the manipulated variable has 551 reaches its maximum value and from there approaches the final value 1 . 0 what an input voltage of 1.0 V at the input of the driver stage 520 equivalent. Out 5c it can be seen that the settling behavior of the closed control loop essentially depends on the time behavior of the gas sensor 510 is determined as far as on the route 532 between ionizer 530 and gas sensor 510 no additional delays occur. The time constant of the gas sensor can be determined using an arrangement such as that in 1a is shown. The time constant of the jump function recorded 150 corresponds approximately to the time in which the step function 150 has reached the value (1 - 1 / e) if it is assumed that the entire transmission behavior of the gas sensor is approximated by a single PT1 element.

Sollte dagegen die Strecke 532 zwischen Ionisator 530 und Gassensor 510 eine Verzögerung aufweisen (beispielsweise aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung, wenn der Gassensor von dem Ionisator entfernt angeordnet ist), so kann für diese Verzögerungszeit eine Nebenbedingung aufgestellt werden, um das Einschwingverhalten des geschlossenen Regelkreises nicht unnötig zu verlangsamen. Als Nebenbedingung kann demnach formuliert werden, dass die Verzögerungszeit des Ausgangssignals des Gassensors bei offenem Regelkreis und bei konstanter Schadstoffkonzentration auf eine Änderung der Ionisationsenergie unterhalb der oben definierten Zeitkonstante des Gassensors liegen sollte. Im vorliegenden Fall lässt sich die Zeitkonstante des Gassensors 510 aus der Zeitfunktion gemäß 1b zu ca. 20 Sekunden bestimmen. Zur zeitlichen Optimierung des Einschwingverhaltens des geschlossenen Regelkreises sollte damit der Gassensor in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator die zusätzliche Nebenbedingung erfüllen, dass die Verzögerungszeit der Strecke 532 ebenfalls unter 20 Sekunden liegt. In der Regel ist diese Nebenbedingung leicht zu erfüllen, indem der Gassensor entsprechend dicht an dem Ionisator angeordnet wird.However, the route should 532 between ionizer 530 and gas sensor 510 have a delay (for example due to the flow velocity of the air flow when the gas sensor is arranged away from the ionizer), a secondary condition can be set up for this delay time in order not to unnecessarily slow down the settling behavior of the closed control loop. As a secondary condition, it can therefore be formulated that the delay time of the output signal of the gas sensor with an open control loop and with a constant pollutant concentration for a change in the ionization energy should be below the time constant of the gas sensor defined above. In the present case, the time constant of the gas sensor can be 510 from the time function according to 1b determine to about 20 seconds. In order to optimize the settling behavior of the closed control loop over time, the gas sensor should therefore fulfill the additional constraint in relation to the air flow and in relation to the ionizer that the delay time of the route 532 is also less than 20 seconds. As a rule, this secondary condition can be easily met by arranging the gas sensor appropriately close to the ionizer.

6a zeigt ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines geschlossenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion des Sollwertes und einer darauf folgenden Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration. Das Blockschaltbild gemäß 6a unterscheidet sich von dem Blockschaltbild gemäß 5b lediglich dadurch, dass als Sollwert nunmehr eine Sprungfunktion 648 anliegt und dass die sprungförmige Änderung der Schadstoffkonzentration 601 erst nach einer gewissen Totzeit 602 erfolgt. Als Parameter für die Totzeit wurden 100 s angenommen. Ansonsten entspricht das Blockschaltbild gemäß 6a dem Blockschaltbild gemäß 5b, so dass hinsichtlich der übrigen Komponenten auf die dortige Beschreibung verwiesen werden kann. 6a shows a block diagram for the transmission behavior of a closed control loop with a step function of the setpoint and a subsequent step function of the pollutant concentration. The block diagram according to 6a differs from the block diagram according to 5b only in that a step function is now used as the setpoint 648 is present and that the sudden change in pollutant concentration 601 only after a certain dead time 602 he follows. 100 s were assumed as parameters for the dead time. Otherwise the block diagram corresponds to 6a according to the block diagram 5b , so that reference can be made to the description there with regard to the other components.

Der geschlossene Regelkreis gemäß 6a wird also zunächst mit einer Änderung des Sollwertes 648 beaufschlagt und wird nach Ablauf der Totzeit 602 zusätzlich mit einer Änderung der Schadstoffkonzentration 601 beaufschlagt. In 6b sind die entsprechenden Antwortfunktionen an den Ausgängen 650 und 651 dargestellt. Die gestrichelte Linie am Wert 2 zeigt zusätzlich die Begrenzung an, die der Begrenzung der Treiberstufe 620 unter Berücksichtigung des Übertragungsbeiwertes des P-Gliedes 621 entspricht.The closed loop according to 6a is initially with a change in the setpoint 648 and is applied after the dead time 602 additionally with a change in the pollutant concentration 601 applied. In 6b are the corresponding response functions at the outputs 650 and 651 shown. The dashed line at value 2 additionally indicates the limitation, that of the limitation of the driver stage 620 taking into account the transfer coefficient of the P-element 621 equivalent.

Die sprungförmige Erhöhung des Sollwertes 648 bewirkt zunächst aufgrund des Differenzialanteils 643 des Reglers 640 eine hohe Stellgröße 651. Nach 60 Sekunden ist der Regelkreis sodann auf den neuen Sollwert eingeschwungen, so dass am Ausgang 650 des Gassensors nunmehr das Ausgangssignal mit dem Wert –1,0 anliegt. Nach 100 Sekunden erfolgt sodann eine zusätzliche Aufschaltung der sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration, woraufhin die Stellgröße 651 erneut ansteigt, um diesmal das Ausgangssignal 650 des Gassensors auf dem Wert –1 zu halten, Aufschlussreich ist hier die Interpretation der Bereiche 623 und 624. Aufgrund der Begrenzung 622 der Treiberstufe 620 können nämlich die Regelgrößen oberhalb des Wertes 2,0 bzw. unterhalb des Wertes –2,0 nicht an den Ionisator 630 weitergegeben werden. Wie bereits oben erwähnt, ist es daher sinnvoll, in diesen Bereichen zusätzliche Maßnahmen vorzusehen, um eine höhere Ionisationsleistung bereitzustellen, beispielsweise durch Zuschalten eines zusätzlichen Gebläses und/oder durch Zuschalten weiterer Ionisatoren.The sudden increase in the setpoint 648 causes initially due to the differential component 643 of the controller 640 a high manipulated variable 651 , To 60 Seconds, the control loop has then settled to the new setpoint, so that at the output 650 the gas sensor now has the output signal with the value -1.0. To 100 The jump in the pollutant concentration changes, followed by the manipulated variable 651 increases again, this time around the output signal 650 of the gas sensor at the value –1, the interpretation of the ranges is revealing here 623 and 624 , Because of the limitation 622 the driver stage 620 can namely the controlled variables above the value 2 . 0 or below the value –2.0 not to the ionizer 630 be passed on. As already mentioned above, it therefore makes sense to provide additional measures in these areas in order to provide a higher ionization capacity, for example by switching on an additional fan and / or by switching on further ionizers.

7 zeigt die Empfindlichkeitscharakteristik eines Zinndioxid-Gassensors. Aufgetragen ist die auf Luft bezogene relative Widerstandsänderung des Zinndioxid-Elements in Abhängigkeit der Schadstoffkonzentration verschiedener Schadstoffe. Wie die Linie 701 zeigt, ist der Zinndioxid-Gassensor unempfindlich gegenüber Luft bzw. Sauerstoff. Für HS, Wasserstoff, Ammoniak, Äthanol und CO bestehen dagegen ausgeprägte Empfindlichkeiten bei steigender Schadstoffkonzentration. Für den Haushaltsbereich hat sich herausgestellt, dass eine stabile Regelung insbesondere dann erreicht werden kann, wenn die Regelung auf die Empfindlichkeitskurve 702 von CO eingestellt wird. 7 shows the sensitivity characteristic of a tin dioxide gas sensor. The air-related relative change in resistance of the tin dioxide element is plotted as a function of the pollutant concentration of various pollutants. Like the Li never 701 shows, the tin dioxide gas sensor is insensitive to air or oxygen. HS, hydrogen, ammonia, ethanol and CO, on the other hand, have pronounced sensitivities with increasing pollutant concentrations. For the household sector, it has been found that stable regulation can be achieved in particular if the regulation is based on the sensitivity curve 702 is set by CO.

Claims

Air purification device for reducing pollutants in the air, with an ionizer which is exposed to an air flow and which can be acted upon by a driver stage with ionization power for ionizing the air supplied by the air flow, and with a gas sensor for measuring pollutant concentrations, characterized in that the Driver stage, the ionizer and the gas sensor interact with a controller in a closed control loop in such a way that the output signal of the gas sensor essentially corresponds to a predetermined setpoint value, the gas sensor being arranged in relation to the air flow and in relation to the ionizer in such a way that when the Control loop a change in the output signal of the gas sensor due to a sudden change in the pollutant concentration in the air supplied by the air flow can be compensated for by a change in the ionization energy, so that the output signal of the gas sensor on its Original value is traceable.

Air cleaning device according to claim 1, characterized in that the driver stage one High-voltage transformer comprises, on the secondary side of one oscillating high voltage can be generated.

Air cleaning device according to claim 2, characterized in that the driver stage a Circuit for pulse width modulation includes with the high voltage transformer primary side controllable and the peak value and / or the pulse ratio of the secondary side oscillating high voltage is adjustable.

Air cleaning device according to claim 3, characterized in that the secondary side oscillating high voltage with a peak value in the range of 1 kV to 10 kV and with a frequency in the range of 10 kHz to 50 kHz is adjustable.

Air cleaning device according to one of the claims 2-4, thereby characterized in that the ionizer consists of a glass tube, the Inner wall is lined with a perforated plate as the first electrode and its outer wall is surrounded by a wire mesh as the second electrode, wherein between the first electrode and the second electrode the oscillating High voltage of the driver stage is present.

Air cleaning device according to one of the claims 1-5, thereby characterized that the gas sensor consists of a metal oxide sensor, whose resistance changes depending changes from the concentration of certain gases.

Air cleaning device according to claim 6, characterized in that the metal oxide Tin dioxide exists.

Air cleaning device according to one of the claims 1-7, thereby characterized in that the air inlet opening of the gas sensor to the one flowing around the ionizer Air on the exhaust side a distance of about 0.5 cm to 2 cm, preferably approx. 1 cm from the surface of the ionizer.

Air cleaning device according to one of the claims 1-8, thereby characterized that the setpoint on the device can be set manually.

Air cleaning device according to one of the claims 1-9, thereby marked that a fan to generate the air flow is provided.

Air cleaning device according to claim 10, characterized in that an additional regulator the speed of the fan additionally regulates such that the output signal of the gas sensor a predetermined Mainly corresponds to the setpoint.

Air cleaning device according to claim 11, characterized in that the additional regulator is switched on as soon as in the control loop consisting of ionizer, Driver stage, gas sensor and controller a limitation occurs.

Air cleaning device according to one of the claims 1-12, characterized in that the controller from a P controller or a PI controller or a PID controller exists.

Air cleaning device according to one of the claims 1-12, characterized in that the controller next to the measured Pollutant concentration, other measured variables can be processed.

Air cleaning device according to claim 14, characterized in that to the controller flow sensor and / or a moisture sensor and / or an ionization sensor and / or an ozone sensor is connected to process further measured variables.

Air cleaning device according to one of the claims 14-15, characterized in that the controller from a rule-based Fuzzy controller exists.

Air cleaning device according to one of the claims 14-15, characterized in that the controller consists of a state controller consists.

Process for the reduction of pollutants in the air with an air purifier according to one of the claims 1-17, at which the setpoint is based on a certain pollutant concentration is set in which polluted air is fed to the ionizer and where polluted air is removed.