DE10236196B4 - Air cleaning device - Google Patents

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Abstract

Luftreinigungsgerät zur Verminderung von Schadstoffen in der Luft,
mit einem Ionisator (530), der einer Luftströmung (500) ausgesetzt ist und der seitens einer Treiberstufe (526, 527, 528) mit Ionisationsleistung zur Ionisierung der durch die Luftströmung zugeführten Luft beaufschlagbar ist, und
mit einem Gassensor (510) zur Messung von Schadstoffkonzentrationen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Treiberstufe, der Ionisator und der Gassensor mit einem Regler (540) in einem geschlossenen Regelkreis derart zusammenwirken, dass das Ausgangssignal des Gassensors einem vorgegebenen Sollwert (547) im wesentlichen entspricht,
wobei der Gassensor (510) in Bezug auf die Luftströmung (500) und in Bezug auf den Ionisator (530) 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.Air purifier for reducing pollutants in the air,
an ionizer (530) exposed to an air flow (500) and subject to ionization power from a driver stage (526, 527, 528) for ionizing the air supplied by the air flow, and
with a gas sensor (510) for measuring pollutant concentrations,
characterized,
in that the driver stage, the ionizer and the gas sensor cooperate with a controller (540) in a closed loop such that the output signal of the gas sensor essentially corresponds to a predetermined desired value (547),
wherein the gas sensor (510) is arranged with respect to the airflow (500) and with respect to the ionizer (530) such that open loop variation of the output of the gas sensor is due to a sudden change in pollutant concentration in the air supplied by the airflow is compensated by a change in the ionization, so that the output signal of the gas sensor is traceable to its original value.

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Figure 00000001

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 The invention relates to an air cleaning device for reducing pollutants in the air with an ionizer exposed to a flow of air is and can be acted upon by a driver stage with ionization is, by the air flow supplied Air in dependence 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 to treat pollutants. Form pollutants or odors mostly complex and big molecules which are split by the ionizer into small-molecule fragments become. At the same time form by the ionization radicals and here in particular oxygen radicals, which then split with the Can oxidize fragments. The ionizer is based on a controlled gas discharge, that between two electrodes and an intervening dielectric takes place. The gas discharge is a barrier discharge, wherein the dielectric acts as a dielectric barrier. This will be achieved temporally limited single discharges, preferably homogeneous over the entire electrode surface are distributed. Characteristic of these barrier discharges is that the transition in a thermal arc discharge through the dielectric barrier is prevented. Discharge breaks off before it is ignited high-energy electrons (1-10 eV) by thermal energy their energy to the surrounding gas.

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.In particular, in the household sector, various applications have already been proposed for such an air cleaning device. For example, it is off DE 198 10 497 A1 known to provide such an air cleaning device in a toilet to eliminate odors. For this purpose, suitable suction devices with air ducts at the upper flushing edge of the toilet bowl or in a hollow channel in the toilet seat direct the contaminated air to the ionizer, in order to achieve a reduction of the 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.One Problem when operating the ionizer is the control of the ionizer with a needs-based ionization performance. Will the ionizer subjected to too little ionization, there is an unsatisfactory low ionization while if ionization is too high, too many ions and radicals are released which gives the user the impression of the smell of a sharp etching or cleaning agent leave. In this operating condition, it comes next to the education of ions also for the production of ozone, whose overproduction is also undesirable.

Zur Lösung dieses Problems beschreibt WO 98/26482 A1 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 A1 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 98/2648 A1 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/öder Ozonsensor dazu, eine immer noch unerwünschte Ozonkonzentration in der gereinigten Luft festzustellen, um daraufhin gegebenenfalls die Ionisationsleistung entsprechen zu korrigieren.to solution In this problem, WO 98/26482 A1 describes an air purification device with an ionizer whose supply voltage is controlled by a gas sensor becomes. The gas sensor is a metal oxide semiconductor sensor, its resistance with increasing concentration of certain gases (usually oxidizable gases or vapors, for example hydrogen sulphide, Hydrogen, ammonia, ethanol or carbon monoxide) decreases. The resistance change is thus a measure of the load the air with certain pollutants. According to WO 98/26482 A1, the ionization power, with the ionizer is applied, sensor-controlled with increasing Pollutant concentration increased to a maximum value. This means that when measured by the gas sensor low Pollutant concentration of the ionizer with a correspondingly low Ionizing power is applied while at one of the gas sensor measured high pollutant concentration of the ionizer also with a correspondingly high ionization power is controlled. to complement this sensor control WO 98/2648 A1 also describes the Use of an additional Ionization sensor and / or ozone sensor. As the air quality sensor in the sensor control, as required, the pollutant concentration the supplied Air measures and thus fluidically In front of the ionizer, serve the additional Ionisationssenor and / or the ozone sensor to that, a still unwanted one To determine ozone concentration in the purified air, in order to subsequently if necessary, to correct the ionization power.

Eine der WO 98/26482 A1 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 corresponding sensor control WO 98/26482 A1 is also in DE 43 34 956 A1 described. In DE 43 34 956 A1 a tin dioxide gas sensor is proposed, which detects the oxidizable air constituents. If this gas sensor detects a larger volume load, then the ionizer is also driven with a higher ionization power. In addition, the use of a humidity sensor and a flow sensor is proposed in order to increase the ionization performance, even if a larger amount of air or a greater humidity is measured.

Ein Nachteil der bekannten Steuerungsverfahren aus WO 98/2648 A1 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 Gerüchstöffe durch den Ionisator erwünscht ist.A disadvantage of the known control methods of WO 98/2648 A1 and DE 43 34 956 A1 is the fact that the gas sensors used a limited measuring range and in addition a ratio moderately slow reaction time. The limited measuring range means that a sensor control of the ionization power in the peripheral areas of the measuring range is not possible. If the pollutant concentration is, for example, below the lowest measured value of the gas sensor, then the ionizer is either switched off or is operated at a predetermined minimum value of the ionization power. With rapidly changing pollutant concentrations, the slow reaction time of the sensor also means that the demand-driven control of the ionizer takes place only after a certain delay. This delay is disadvantageous, for example, in the elimination of odors in a toilet, since an immediate elimination of the odorant through the ionizer is desirable especially in a jump-like increase in odors.

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.task The invention therefore is to provide an air cleaning device, that allows a need-based air purification even then if pollutant concentrations change rapidly and / or extremes 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.These The object is achieved by an air cleaning device having the features of the claim 1 and a method for reducing pollutants with the features of claim 18 solved.

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.One An essential feature of the invention is that the driver stage, the Ionizer and the gas sensor with a regulator in a closed Coordinate loop such that the output signal of the gas sensor corresponds to a predetermined setpoint substantially. So while According to the prior art, a sensor control is proposed, where the sensor characteristic depends on the measured Pollutant concentration is passed, describes the invention a basically different way. According to the invention if the gas sensor is only operated at a certain operating point, which is predetermined by the setpoint of the control loop. The gas sensor So always delivers as output signal a value that essentially matches the setpoint, while the regulator for it is responsible for the Ionisator just that ionization power adjust the output of the gas sensor on said setpoint holds.

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.Around However, achieving this goal requires some feedback be present between the gas sensor and the ionizer. The need this feedback and the relationship between the feedback and the arrangement of the gas sensor with respect to the air flow and with respect to the ionizer However, in the prior art have not been so far recognized. The arrangements described in the prior art of the Gas sensors relate only to arrangements that fluidly lie in front of the ionizer, so that the control circuit effect according to the invention can not 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, based the invention further on the realization that the gas sensor in Reference to the airflow and with respect to the ionizer is arranged such that when open Control circuit a change of Output signal of the gas sensor due to a sudden change the pollutant concentration in the air supplied by the air flow by a change the ionization energy is compensatable, so that the output signal of the gas sensor is traceable to its original value. The feedback between ionizer and gas sensor must be determined by the arrangement of the gas sensor in terms of airflow and so in terms of the ionizer so brought about that at the gas sensor the effect of the ionizer and the effect of the 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.One open loop within the meaning of the invention then exists when a electrical feedback between the output of the gas sensor and the controller interrupted 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 jump-shaped change the pollutant concentration is a test function for the open loop within the meaning of the invention then, when the pollutant concentration in the air supplied to the ionizer by the air flow to a certain Time from a first constant value by a certain jump height to one second constant value changes. In a practical test arrangement, this means that a possibly provided circulating air flow must be interrupted, thus the pollutant concentration in the air flow supplied to the ionizer, as required, before and after the jump-like change the pollutant concentration remains constant and not in addition discharged from 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 eine bestimmte Mindestnähe zum Ionisator einhalten, damit die Rückkopplung zwischen Ionisator und Gassensor noch ausreicht, um die auftretenden Änderungen der Schadstoffkonzentration zu kompensieren und damit das Ausgangssignal erfindungsgemäß im Bereich eines vorgegebenen Sollwertes zu halten.Preferably At the jump amplitude of the jump-like change of the pollutant concentration, typical changes are made based on the pollutant concentration. Typical changes the pollutant concentration in the air flow can for the particular application be determined by the expected changes in the pollutant concentration their expected frequency after being applied in a histogram. For example, as typical all cases which are within +/- 10% of a frequency maximum lie. So, for example, in a room, the air purifier should smell reduce the occurrence of cigarette smoke, so is typical change the pollutant concentration the expected air pollution by Cigarette smoke over a normal air pollution. According to the invention now the gas sensor with respect to the air flow and with respect to the ionizer be arranged such that the said change in the pollutant concentration in the air flow by a change the ionization energy is compensated again, so that the output signal of the gas sensor is traceable to its original value, in the example case the original value of normal air pollution. The bigger, then the expected influence of the change in the Pollutant concentration is, the closer the gas sensor must be be arranged on the ionizer. Are on the other hand only small changes the pollutant concentration expected, so should the gas sensor not be too close to the ionizer, otherwise the Output signal of the gas sensor can easily come into the limit. In any case, the gas sensor must comply with a certain minimum proximity to the ionizer, so that the feedback between the ionizer and gas sensor is still sufficient to the changes occurring Compensate the pollutant concentration and thus the output signal according to the invention in the area to hold a predetermined setpoint.

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.A Further knowledge of the invention is that as a measuring element the control loop commercially available Gas sensors used to measure pollutant concentrations can be. It has been shown that in this way already one for humans disturbing overproduction of ozone can be avoided by the ionizer, so that the otherwise for this used ionization sensors or ozone sensors not necessarily 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.at the method according to the invention To reduce pollutants in the air with the air purifier of the invention, the target value adjusted to a certain pollutant concentration, the ionizer supplied pollutant-containing air and pollutant-reduced air removed from the ionizer. After a preferred embodiment is provided that the discharged Air in recirculation mode is completely or partially 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.One An essential advantage of the invention is that the mode of action of the air cleaning device not fundamentally limited by the measuring range of the gas sensor is. Since the gas sensor according to the invention in one by the desired value operated operating point can also changes the pollutant concentration through the air purifier to be treated over go beyond the measuring range of the gas sensor. In the case of a conventional one Sensor control would By contrast, the output signal of the gas sensor run into the limit and would so that the control of the ionizer or the driver stage limit. The limitations of the air purifier are according to the principle only by limiting the ionization power conditionally. By appropriate measures However, the ionization power can be additionally 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 so that a broad field is 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.One Another advantage of the invention is that a corresponding Design of the controller a transient response of the closed Control loop allows whose settling time is below the time constant of the gas sensor. This can be done, for example, by a differential component in the controller be achieved, which already at small changes of the output signal the gas sensor is great Command values at the driver stage be 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 comprises a high-voltage transformer, on the secondary side of which an oscillating high voltage can be generated. The ionization power supplied to the ionizer can be influenced, above all, by the peak value of the oscillating high voltage and / or by the pulsing of the oscillating high voltage. Preferably, the driver stage 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 secondary-side oscillating high voltage can be set. In a series circuit consisting of high voltage transformer and resonator, which is fed on the input side with a DC voltage, the pulse width modulated signal gleichge directed and supplied to the input of the resonator. The resonator in turn provides an oscillating voltage to the primary side of the high voltage transformer so that the peak on the secondary side of the high voltage transformer is thus proportional to the pulse width ratio. Additionally or alternatively, it may be provided that the high voltage delivered at the secondary side is pulsed. This means that the ionizer is charged only with a certain number of full waves before the oscillating high voltage is interrupted again. The average ionization power supplied is also proportional to the pulse width ratio. The pulse width ratio can be obtained from the same pulse width modulation signal applied to the input of the resonator, or else a further pulse width modulation signal is generated for this 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.To a further preferred embodiment is provided that the secondary side oscillating high voltage with a peak in the range of 1 kV to 10 kV and with a frequency in the range of 10 kHz to 50 kHz is adjustable.

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.To a preferred embodiment the ionizer consists of a glass tube whose inner wall with a perforated plate is lined as a first electrode and its outer wall is surrounded with a wire mesh as a second electrode, wherein between the first electrode and the second electrode, the oscillating High voltage of the driver stage is applied. Alternatively, of course, every another form of the ionizer conceivable, such as a plate-like arrangement or combinations of tube arrangement and 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.To a preferred embodiment is further provided that the gas sensor from a metal oxide sensor whose resistance changes with reactions with gases. The Metal oxide is applied to a substrate that with a Heating element is maintained at a predetermined temperature. Preferably In this case, a gas sensor is used, which does not change the resistance across from changing Oxygen concentration in the air shows. It has shown, that with such gas sensors a particularly reliable control the pollutant concentration possible is. The metal oxide may 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.To a further preferred embodiment is provided that the air inlet opening of the gas sensor in relation on the air 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 of conventional 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.To a further preferred embodiment it is provided that the setpoint can be set manually on the device. The operator has the option at normal pollutant concentration of the air a pleasant for him Operation of the device pretend. Particularly preferably, the arrangement of the gas sensor chosen so that the predetermined setpoint value is based on a middle range the entire modulation range of the output signal of the gas sensor equivalent. Because namely according to the invention the control loop ensures the pollutant concentration measured by the gas sensor corresponds to the Setpoint substantially corresponds, the gas sensor is thus in operated in a range of maximum modulation in the Transient action of the closed loop allows.

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.To a further preferred embodiment is provided that the air flow is produced by convection, which in small household appliances, for example from the warming supplied Air can stir on the electrical components of the device ago.

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.To another preferred embodiment is a fan for generating the air flow intended. It was recognized that the air flow also has an influence on the operation of the control loop can have. Is located the gas sensor, for example, on the flow side in front of the ionizer, so is the coupling between ionizer and gas sensor at the same distance of the gas sensor to the surface of the ionizer lower in comparison to an arrangement in which the gas sensor 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 controller additionally controls the flow velocity of the air flow in such a way that the output signal of the gas sensor substantially corresponds to a predetermined desired value. In particular, it has been found to be expedient that the additional regulator is switched on as soon as a limitation occurs in the control loop consisting of ionizer, driver stage, gas sensor and regulator. The additional regulator must act in this case, that the occurred limitation can be compensated meaningfully.

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.The Operation of the control loop depends Of course to a great extent depending on which controller type is used. Is the transmission behavior the other control circuit links, So the ionizer, the driver stage and the gas sensor, through suitable identification methods have been determined, the controller design in principle after the available stationary methods of control engineering. As a classic Control circuit elements are initially a P-controller, a PI controller or PID controller. The simplest case is the P-controller, However, in principle, a control difference between the predetermined setpoint and the pollutant concentration measured by the gas sensor to deliver a manipulated variable to be able to. Will the gain factor of the P controller, however chosen high enough so the control difference can be neglected. A high gain factor however, the P-controller is only allowed if it is still sufficient Signal / noise ratio present at the output signal of the gas sensor. Should the signal / noise ratio on the output signal of the gas sensor for the use of a P-controller on the other hand, the use of a PI controller on. Its integrative behavior is the PI controller able to maintain a constant control value even with a vanishing one To deliver control difference. Thus, when using a PI controller basically the disappearance of the control difference with steady loop be achieved. To accelerate the transient response of the control loop, becomes the PI controller usually added a differential element, creating a PID controller. The differential behavior of the PID controller can do this to lead, that with quick changes the pollutant concentration or the setpoint limits in emerge from the loop elements. In this case, it is beneficial the above mentioned Provision of an additional controller for the flow rate. So the ionizer comes with its ionization power to the top Limitation, the additional controller may 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.Next Of course, the classic controller types P-controller, PI-controller and PID-controller can also be used other regulators are provided, such as a rule-based one Fuzzy controller or a state controller. A rule-based fuzzy controller or a state controller are particularly suitable if through the controller next to the measured pollutant concentration more metrics to be processed. In principle, it is conceivable the control loop behavior by additional sensors, such as a humidity sensor and / or an ionization sensor and / or a To improve ozone sensor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:in the The following is the invention with reference to various 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 of the transmission behavior of a gas sensor with a jump function as input,

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

1c: die Antwortfunktion am Ausgang 150 mit einer Sprungamplitude von 2,5, 1c : the answer 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 of the transmission behavior of a sensor controller with a step function as input,

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

2c: die Antwortfunktion am Ausgang 250 mit einer Sprungamplitude von 2,5, 2c : the answer 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 of the transmission behavior of an open loop with a jump function of the pollutant concentration,

3b: die Antwortfunktion am Ausgang 350 mit einer Sprungamplitude 1, 3b : the answer 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 of the transmission behavior of an open loop with a jump function of the ionization power,

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

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

5a: ein Blockschaltbild für den Signalfluss eines geschlossenen Regelkreises, 5a : a block diagram for the signal flow of a closed 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 loop with a jump function of the pollutant concentration,

5c: die Antwortfunktionen an den Ausgängen 550 und 551 mit einer Sprungamplitude von 1, 5c : the answer functions at the outputs 550 and 551 with a jump 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 of the transmission behavior of a closed 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 answer functions at the outputs 650 and 651 with jump amplitudes each 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 of the transmission behavior of a gas sensor with a jump function as input. As a model for the transmission behavior of a gas sensor 110 was therefore the series circuit of 2 PT1 members 111 . 112 and a limiting member 113 accepted. The input function is a sudden increase in the pollutant concentration 101 on, 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, transmission 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 itself in a range of -2.0 Volts can be controlled up to 2.0 volts.

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 answer function at the output 150 with a jump amplitude of 1. The gas sensor responds as expected to a jump function of the pollutant concentration and approximates exponentially to the jump amplitude of 1 after approx. 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 answer function at the output 150 with a jump amplitude of 2.5. When the value reaches 2.0, the limit becomes 113 effective, so that the response function remains constant after about 30 seconds at the value 2.0 and the jump amplitude of 2.5 can not approach more.

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 of the transmission behavior of a sensor controller with a jump function as input. A sensor control according to the prior art such as according to WO 98/26482 or according to DE 43 34 956 A1 Its basic structure consists of a gas sensor 210 with a subsequent driver stage 220 , The gas sensor 210 exists as in 1a from 2 PT1 members 211 . 212 and a limit 213 , where the parameters are also those of 1a correspond. As a model for the driver stage 220 became a P-member 221 with a downstream limit 222 based on. As parameters were assumed:
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 with the factor 250 is converted into a high voltage, however, for simplicity, the occurring in practice offsets were not taken into account. 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 translated by the driver stage into a high voltage of, for example, 1000 V to 2000 V. However, for the model of the loop, these offsets are not significant and can be easily added at any time as needed.

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 was again assumed that at the entrance a jump-like increase in the pollutant concentration 201 that works 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 answer function at the output 250 with a jump amplitude of 1. To the jump amplitude in 2 B However, this was also a factor 250 increased. As expected, it shows up 2 B the same answer function as in 1b , but now stretched by the factor 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 answer function at the output 250 with a jump amplitude of 2.5, where, for purposes of illustration, the jump amplitude again by the factor 250 was enlarged. Due to the increased jump amplitude of 2.5, the limits become 213 respectively. 222 effective, so that after about 30 seconds the answer function according to 2c remains constant at 500V.

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 illustrated transmission behavior according to 2a . 2 B and 2c essentially corresponds to the known sensor controls for air purifiers with ionizers. In contrast, the invention proposes the construction of a closed loop in which superimpose and compensate for the effects of pollutant concentration and air ionization on the part of the ionizer in the pollutant sensor in a suitable manner. A block diagram of the signal flow of a loop closed in this manner is shown in FIG 5a and will be explained below. To analyze individual components of the control loop is according to 3a First, a block diagram for the transmission behavior of an open loop with a jump function of the pollutant concentration 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 loop complies with 3a from a regulator 340 , a subsequent driver stage 320 and the following ionizer 330 , According to the invention now at the entrance of the gas sensor 310 the effects of the ionizer 330 and superimpose the pollutants contained in the air flow. The modeling of this circumstance takes place in the block diagram according to 3a through the summation point 303 to which both a jump function of pollutant concentration 301 as well as over the transmission route 332 the ionizer 330 acts. The parameters of the gas sensor 310 are with the in 1a identical parameter. As according to 3a Initially, only the behavior of the gas sensor in a jump function of the pollutant concentration is to be considered isolated, the parameters of the other control circuit elements are initially not important and are therefore explained in the following figures only at a suitable location.

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 answer function at the output 350 with a jump amplitude 1 , As according to 3a an open loop has been assumed, the response function results according to 3b exclusively by the sudden change of 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 of the transmission behavior of an open loop with a jump function of the ionization power. The open loop is the same as in 3a turn from a regulator 440 , a driver stage 420 , an ionizer 430 and a gas sensor 410 , At the summation point 403 acts in this case, only the ionizer 430 without any further additional influence from 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.To a jump function of the ionization power in the block diagram according to 4a to investigate was between the regulator 440 and the driver stage 420 the summation point 405 inserted on 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 became by a simple P-member 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. It was therefore assumed here that the gas sensor 410 in the immediate vicinity of the ionizer 430 is arranged. At a greater distance between ionizer 430 and gas sensor 410 is for example on the track 432 insert a deadtime element. The transmission behavior of the P element of the 431 thus corresponds to a translation of the at the output of the driver stage 420 adjacent change of high voltage in one of 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 answer function at the output 450 with a jump amplitude of 1. An increase of the input voltage at the driver stage 420 By 1 volt thus results in a lowering of the output voltage of the gas sensor also 1 volt, the time function here again from the transmission behavior of the two PT1 members 412 . 413 results. The opposite behavior can be explained by the fact that an increase of the ionization performance is accompanied by a reduction of pollutants in the air flow. Accordingly shows 4c the answer function at the output 450 with a jump amplitude of -1. Here, too, a contrary behavior is observed, since a reduction in the ionization power has an increase in the pollutant concentration in the air flow result.

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 loop according to 3a . 3b respectively. 4a . 4b . 4c show how the inventive arrangement of the gas sensor with respect to the air flow and with respect to the ionizer can be determined in a simple manner. 3b shows the output signal of the open-loop gas sensor due to a change in pollutant concentration in the airflow. 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 with respect to the air flow and with respect to the ionizer such that this change can be compensated by a change of the open-loop ionization energy, so that the output signal of the gas sensor can be traced back to its original value. 4b shows the output signal of the open-loop gas sensor with 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 of the gas sensor 450 In this case it changes from 0 V to -1 V if the voltage of 1 V is increased at the input of the driver stage. The simulated in this case arrangement of the gas sensor with respect to the air flow and with respect to the ionizer thus corresponds exactly to the desired effect that the in 3b illustrated change of the output signal of the gas sensor due to a corresponding change in the ionization energy according to 4b is compensable. In practice, appropriate tests may be required 3a and 4a be performed to verify the said open loop compensation effect.

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.In the following, the behavior of the closed loop will be explained in more detail. This shows 5a First, a block diagram for the basic signal flow of the closed loop. The closed control loop consists of the control circuit elements already described above, ie 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 as well as 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 supplied DC voltage is from the pulse width modulator 526 in pulses with one of the controller 540 predetermined pulse width ratio and converted by a clock generator not shown with a predetermined clock rate. When these pulses are smoothed, a direct voltage proportional to the pulse width ratio results, which is a resonator 527 is supplied. The resonator 527 is with the subsequent high-voltage transformer 528 connected so that it on the one hand on supply of a DC voltage to a working frequency in the range of about 25 kHz to 35 kHz self-oscillating and on the other hand delivers a secondary side oscillating high voltage whose peak value is approximately proportional to the input voltage of the resonator 527 or to the set pulse width of the pulse width modulator 526 is. The from the high voltage transformer 528 supplied 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, with the flow side behind the ionization tube 530 the gas sensor 510 is arranged. Optionally, in the case of the closed loop, the airflow may be partially or completely recirculated by recirculation. The gas sensor 510 delivers its output signal to the controller 540 , due to the setpoint 547 performs a desired-actual value comparison and according to the underlying Regelalgarithmus the pulse width ratio of the pulse width modulator 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 of the transmission behavior of a closed loop with a jump function of the pollutant concentration. The closed loop according to 5b goes from the open loop according to 3a characterized by the fact 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 ionizer 430 according to 4a , so in this regard to the description in accordance with 3a and according to 4a can be referenced.

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 to the subtraction point 546 guided. The resulting control difference passes through the P-element 541 to the following PID controller. The PID controller again consists of a P-element 542 , a DT1 link 543 and an I-member 544 , their outputs with the summation point 545 to the exit 551 together to get nabbed. The exit 551 supplies the manipulated variable, which is the input for the driver stage 520 serves. The parameters of the controller 540 were set as follows: setpoint 547 : Setpoint = 0 P element 541 : Transfer coefficient = -1 P element 542 : Transfer coefficient = 2 DT1 543 : Transfer coefficient = 8, time constant = 2 s I controller 544 : Transfer coefficient = 0.2 1 / second, corresponding to an intrusion 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 loop behavior is now examined using the step function 501 , which corresponds to a sudden change in the concentration of pollutants in the air flow. Here, the time signals at the output of the gas sensor 550 and at the output of the regulator 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 jump 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 of the gas sensor 550 It becomes clear that, despite a sudden change in the pollutant concentration, the control loop is able to control the output signal 550 back to the setpoint 547 due. After an increase in 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 within a further 40 seconds with a slight overshoot. The output size 551 of the regulator 540 on the other hand ensures that the driver stage 520 is applied with a sufficient input value, so that at the summation point 503 the occurred change of the pollutant concentration can be compensated. After approx. 25 seconds, the manipulated variable has 551 reaches its maximum value and approaches from there to the final value 1 . 0 , giving an input voltage of 1.0V at the input of the driver stage 520 equivalent. Out 5c It can be seen that the transient response of the closed loop substantially of the timing of the gas sensor 510 is determined, as far as on the track 532 between ionizer 530 and gas sensor 510 no additional delays occur. The time constant of the gas sensor can be determined with an arrangement such as this in 1a is shown. The time constant of the recorded jump function 150 corresponds approximately to the time in which the jump function 150 has reached the value (1 -1 / e), assuming that the total transmission behavior of the gas sensor is approximately 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.Should, however, the route 532 between ionizer 530 and gas sensor 510 have a delay (for example, due to the flow rate of the air flow when the gas sensor is located away from the ionizer), a constraint can be set for this delay time, so as not to unnecessarily slow down the transient response of the closed loop. Accordingly, it can be formulated as a secondary condition that the delay time of the output signal of the gas sensor should be below the above-defined time constant of the gas sensor when the control loop is open and the pollutant concentration is constant. In the present case, the time constant of the gas sensor can be 510 from the time function according to 1b to determine about 20 seconds. In order to optimize the transient response of the closed loop in time, the gas sensor should therefore fulfill the additional constraint with respect to the air flow and with respect to the ionizer, that the delay time of the track 532 also less than 20 seconds. In general, this constraint is easy to meet by the gas sensor is arranged according to 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 loop with a jump 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 now as a setpoint a jump function 648 is present and that the sudden change in the pollutant concentration 601 only after a certain dead time 602 he follows. 100 s were assumed as parameters for the dead time. Otherwise corresponds to the block diagram according to 6a according to the block diagram 5b , so that with regard to the other components can be made to the description there.

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 So first with a change of the setpoint 648 is acted upon and 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 the value 2 also indicates the limitation that is the limit 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 of the setpoint 648 initially due to the differential component 643 of the regulator 640 a high manipulated variable 651 , To 60 Seconds the loop is then settled to the new setpoint, so that at the output 650 of the gas sensor now the output signal with the value -1,0 is applied. To 100 Seconds then takes place an additional connection of the sudden change in the pollutant concentration, whereupon the manipulated variable 651 rises again, this time the output signal 650 of the gas sensor to the value -1. Revealing here is the interpretation of the areas 623 and 624 , Due to the limitation 622 the driver stage 620 namely, the controlled variables above the value 2.0 or below the value -2.0 can not reach 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 power, for example by connecting an additional fan and / or by connecting additional 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. Plotted is the air-related relative change in resistance of the tin dioxide element as a function of the pollutant concentration of various pollutants. Like the line 701 shows, the tin dioxide gas sensor is insensitive to air or oxygen. For HS, hydrogen, ammonia, ethanol and CO, however, there are pronounced sensitivities with increasing pollutant concentration. For the household sector, it has been found that a stable control can be achieved, in particular, if the regulation is based on the sensitivity curve 702 is set by CO.

101101
Sprungfunktion Schadstoffkonzentrationstep function pollutant concentration
110110
Gassensorgas sensor
111111
PT1-GliedPT1
112112
PT1-GliedPT1
113113
Begrenzungsgliedlimiting member
150150
Ausgang Gassensoroutput gas sensor
201201
Sprungfunktion Schadstoffkonzentrationstep function pollutant concentration
210210
Gassensorgas sensor
211211
PT1-GliedPT1
212212
PT1-GliedPT1
213213
Begrenzungsgliedlimiting member
220220
Treiberstufedriver stage
221221
P-GliedP element
222222
Begrenzungsgliedlimiting member
250250
Ausgang Gassensoroutput gas sensor
301301
Sprungsfunktion Schadstoffkonzentrationstep function pollutant concentration
303303
SummationsstelleSummation point
310310
Gassensorgas sensor
311311
Begrenzungsgliedlimiting member
312312
PT1-GliedPT1
313313
PT1-GliedPT1
320320
Treiberstufedriver stage
321321
P-GliedP element
322322
Begrenzungsgliedlimiting member
330330
Ionisatorionizer
331331
P-GliedP element
332332
Übertragungsstrecketransmission path
340340
Reglerregulator
350350
Ausgang Gassensoroutput gas sensor
403403
SummationsstelleSummation point
404404
Sprungfunktion Ionisationsleistungstep function ionization
405405
SummationsstelleSummation point
410410
Gassensorgas sensor
411411
Begrenzungsgliedlimiting member
412412
PT1-GliedPT1
413413
PT1-GliedPT1
420420
Treiberstufedriver stage
421421
P-GliedP element
422422
Begrenzungsgliedlimiting member
430430
Ionisatorionizer
431431
P-GliedP element
432432
Strecke Ionisator – Gassensorroute Ionizer - gas sensor
440440
Reglerregulator
450450
Ausgang Gassensoroutput gas sensor
500500
Luftströmungairflow
501501
Sprungfunktion Schadstoffkonzentrationstep function pollutant concentration
503503
SummationsstelleSummation point
510510
Gassensorgas sensor
511511
Begrenzungsgliedlimiting member
512512
PT1-GliedPT1
513513
PT1-GliedPT1
514514
Rückführungszweig des RegelkreisesFeedback path of the control loop
520520
Treiberstufedriver stage
521521
P-GliedP element
522522
Begrenzungsgliedlimiting member
525525
Spannungsquellevoltage source
526526
PulsweitenmodulatorPulse width modulator
527527
Resonatorresonator
528528
HochspannungstransformatorHigh Voltage Transformer
530530
Ionisationsröhreionisation
531531
P-GliedP element
532532
Strecke Ionisator – Gassensorroute Ionizer - gas sensor
540540
Reglerregulator
541541
P-GliedP element
542542
P-GliedP element
543543
DT1-GliedDT1
544544
I-GliedI-element
545545
SummationsstelleSummation point
546546
Subtraktionsstellesubtraction
547547
Sollwertsetpoint
550550
Ausgang Gassensoroutput gas sensor
551551
Ausgang Regleroutput regulator
601601
Sprungsfunktion Schadstoffkonzentrationstep function pollutant concentration
602602
Totzeitdead
603603
SummationsstelleSummation point
610610
Gassensorgas sensor
611611
Begrenzungsgliedlimiting member
612612
PT1-GliedPT1
613613
PT1-GliedPT1
620620
Treiberstufedriver stage
621621
P-GliedP element
622622
Begrenzungsgliedlimiting member
623623
Begrenzung der Ionisationsleistunglimit the ionization power
624624
Begrenzung der Ionisationsleistunglimit the ionization power
630630
Ionisatorionizer
631631
P-GliedP element
632632
Strecke Ionisator – Gassensorroute Ionizer - gas sensor
640640
Reglerregulator
641641
P-GliedP element
642642
P-GliedP element
643643
DT1-GliedDT1
644644
I-GliedI-element
645645
SummationsstelleSummation point
646646
Subtraktionsstellesubtraction
648648
Sprungsfunktion Sollwertstep function setpoint
650650
Ausgang Schadstoffsensoroutput pollutant sensor
651651
Ausgang Regleroutput regulator
701701
Empfindlichkeitskurve Luft bzw. Sauerstoffsensitivity curve Air or oxygen
702702
Empfindlichkeitskurve Schadstoffesensitivity curve pollutants

Claims (18)

Luftreinigungsgerät zur Verminderung von Schadstoffen in der Luft, mit einem Ionisator (530), der einer Luftströmung (500) ausgesetzt ist und der seitens einer Treiberstufe (526, 527, 528) mit Ionisationsleistung zur Ionisierung der durch die Luftströmung zugeführten Luft beaufschlagbar ist, und mit einem Gassensor (510) zur Messung von Schadstoffkonzentrationen, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberstufe, der Ionisator und der Gassensor mit einem Regler (540) in einem geschlossenen Regelkreis derart zusammenwirken, dass das Ausgangssignal des Gassensors einem vorgegebenen Sollwert (547) im wesentlichen entspricht, wobei der Gassensor (510) in Bezug auf die Luftströmung (500) und in Bezug auf den Ionisator (530) 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.Air purifier for reducing pollutants in the air, with an ionizer ( 530 ), the air flow ( 500 ) is exposed and by a driver stage ( 526 . 527 . 528 ) can be acted upon with ionization power for the ionization of the air supplied by the air flow, and with a gas sensor ( 510 ) for measuring pollutant concentrations, characterized in that the driver stage, the ionizer and the gas sensor with a controller ( 540 ) cooperate in a closed loop such that the output signal of the gas sensor a predetermined setpoint ( 547 ) substantially corresponds, wherein the gas sensor ( 510 ) with respect to the air flow ( 500 ) and in relation to the ionizer ( 530 ) is arranged such that when the control loop is open, 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 is compensated by a change in the ionization, so that the output signal of the gas sensor is traceable to its original value. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberstufe einen Hochspannungstransformator (528) umfasst, an dessen Sekundärseite eine oszillierende Hochspannung erzeugbar ist.Air cleaning device according to claim 1, characterized in that the driver stage comprises a high-voltage transformer ( 528 ), on the secondary side of which an oscillating high voltage can be generated. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberstufe eine Schaltung zur Pulsweitenmodulation (526) umfasst, mit der der Hochspannungstransformator primärseitig ansteuerbar und der Scheitelwert und/oder das Pulsverhältnis der sekundärseitig oszillierenden Hochspannung einstellbar ist.Air purification device according to claim 2, characterized in that the driver stage comprises a circuit for pulse width modulation ( 526 ), with which the high-voltage transformer can be controlled on the primary side and the peak value and / or the pulse ratio of the secondary-side oscillating high voltage can be set. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundärseitig oszillierende Hochspannung mit einem Scheitelwert im Bereich von 1 kV bis 10 kV und mit einer Frequenz im Bereich von 10kHz bis 50kHz einstellbar ist.Air cleaning device according to claim 3, characterized in that the secondary side oscillating high voltage with a peak in the range of 1 kV to 10 kV and with a frequency in the range of 10kHz to 50kHz is adjustable. Luftreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator (530) aus einem Glasrohr besteht, 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.Air cleaning device according to one of claims 2-4, characterized in that the ionizer ( 530 ) consists of a glass tube whose inner wall is lined with a perforated plate as a first electrode and the outer wall is surrounded with a wire mesh as the second electrode, wherein between the first electrode and the second electrode, the oscillating high voltage of the driver stage. Luftreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (510) aus einem Metalloxidsensor besteht, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von der Konzentration bestimmter Gase ändert.Air cleaning device according to one of claims 1-5, characterized in that the gas sensor ( 510 ) consists of a metal oxide sensor, the resistance of which changes depending on the concentration of certain gases. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxid aus Zinndioxid besteht.Air cleaning device according to claim 6, characterized in that the metal oxide Zinndioxid exists. Luftreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteintrittsöffnung des Gassensors (510) in Bezug auf die den Ionisator (530) umströmende Luft abluftseitig einen Abstand von ca. 0,5 cm bis 2 cm, vorzugsweise ca. 1 cm von der Oberfläche des Ionisators aufweist.Air cleaning device according to one of claims 1-7, characterized in that the air inlet opening of the gas sensor ( 510 ) with respect to the ionizer ( 530 ) air flowing around the air side has a distance of about 0.5 cm to 2 cm, preferably about 1 cm from the surface of the ionizer. Luftreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert (547) am Gerät manuell einstellbar ist.Air cleaning device according to one of claims 1-8, characterized in that the setpoint ( 547 ) is manually adjustable on the device. Luftreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lüfter zur Erzeugung der Luftströmung (500) vorgesehen ist.Air cleaning device according to one of claims 1-9, characterized in that a fan for generating the air flow ( 500 ) is provided. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzregler die Drehzahl des Lüfters zusätzlich derart regelt, dass das Ausgangssignal des Gassensors einem vorgegebenen Sollwert (547) im wesentlichen entspricht.Air cleaning device according to claim 10, characterized in that an additional controller, the speed the fan additionally controls such that the output signal of the gas sensor a predetermined setpoint ( 547 ) substantially corresponds. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzregler zugeschaltet wird, sobald in dem Regelkreis bestehend aus Ionisator, Treiberstufe, Gassensor und Regler eine Begrenzung auftritt.Air cleaning device according to claim 11, characterized characterized in that the additional controller is switched on as soon as in the control loop consisting of ionizer, driver stage, gas sensor and regulator a limitation occurs. Luftreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (540) aus einem P-Regler oder einem PI-Regler oder einem PID-Regler besteht.Air cleaning device according to one of claims 1-12, characterized in that the controller ( 540 ) consists of a P controller or a PI controller or a PID controller. Luftreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Regler (540) neben der gemessenen Schadstoffkonzentration weitere Messgrößen verarbeitbar sind.Air cleaning device according to one of claims 1-12, characterized in that by the controller ( 540 ) in addition to the measured pollutant concentration other parameters are processed. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an den Regler (540) ein Strömungssensor und/oder ein Feuchtesensor und/oder ein Ionisationssensor und/oder ein Ozonsensor zur Verarbeitung weiterer Messgrößen angeschlossen ist.Air cleaning device according to claim 14, characterized in that the controller ( 540 ) a flow sensor and / or a humidity sensor and / or an ionization sensor and / or an ozone sensor for processing further measured variables is connected. Luftreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 14–15, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (540) aus einem regelbasierten Fuzzy-Regler besteht.Air purification device according to one of claims 14-15, characterized in that the regulator ( 540 ) consists of a rule-based fuzzy controller. Luftreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 14–15, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (540) aus einem Zustandsregler besteht.Air purification device according to one of claims 14-15, characterized in that the regulator ( 540 ) consists of a state controller. Verfahren zur Verminderung von Schadstoffen in der Luft mit einem Luftreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1–17, bei dem der Sollwert (547) auf eine bestimmte Schadstoffkonzentration eingestellt wird, bei dem schadstoffhaltige Luft dem Ionisator (530) zugeführt wird und bei dem schadstoffverminderte Luft abgeführt wird.A method for reducing pollutants in the air with an air cleaning device according to any one of claims 1-17, wherein the setpoint ( 547 ) is adjusted to a certain pollutant concentration at which pollutant-containing air the ionizer ( 530 ) is supplied and is discharged at the reduced-polluted air.
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