DE19842068A1 - Air transport system for transporting air in electrostatic fields ionizes the air and moves it between two electrodes using D.C. voltage towards gas-transmissive electrode at positive voltage - Google Patents

Air transport system for transporting air in electrostatic fields ionizes the air and moves it between two electrodes using D.C. voltage towards gas-transmissive electrode at positive voltage

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Abstract

The system ionizes the air to be transported and moves it between two electrodes (3,4) with the aid of an applied D.C. voltage towards the gas-transmissive electrode supplied with a positive voltage. The positive electrode has a surface that is predominantly taken up by through holes of any size. A volume flow of up to 5,000 mm<2>h is attainable.

Description

In vielen technischen Aufgaben ist es notwendig, Luft zu transportieren. Zum Beispiel für Lüfter im Bereich der Gebäudetechnik, Ventilatoren in technischen Geräten, oder in Raumluftfiltern bzw. klimatechnischen Geräten.In many technical tasks, it is necessary to transport air. For example for fans in the field of building technology, fans in technical Devices, or in room air filters or air conditioning devices.

Dabei werden in der Regel Propeller (axiale Gebläse) oder mit entsprechend angeordneten Lamellen versehene Walzen (radiale Gebläse) eingesetzt, die durch Motoren angetrieben werden.Usually propellers (axial blowers) or with corresponding arranged slats provided rollers (radial blowers) used by motors are driven.

Gemeinsam ist diesen Lüftern, daß sie Laufgeräusche erzeugen, die zum Teil von den Motoren und deren Lagern stammen, oder aber auch von den Luftwirbeln stammen, die sich turbulent von den Propellern bzw. Lamellen ablösen.What these fans have in common is that they produce running noises, some of them Motors and their bearings come from, or also come from the air vortices that arise detach turbulently from the propellers or fins.

In vielen Fällen wird das von Lüftern ausgehende Geräusch als störend empfunden. Jedoch kann meistens auf den Lüfter als solchen nicht verzichtet werden, so daß die Komfortminderung durch die akustische Belästigung hingenommen werden muß:
Lüfter in Personal-Computern
Lüfter in Fax- oder Kopiergeräten oder in Druckern
Lüftern in Raumluftfiltern, -Befeuchtern, -Klimageräten, Heizgeräten.In many cases, the noise emitted by fans is perceived as annoying. However, the fan as such can usually not be dispensed with, so that the reduction in comfort due to the acoustic annoyance must be accepted:
Fans in personal computers
Fans in fax or copying machines or in printers
Fans in room air filters, humidifiers, air conditioners, heaters.

Die hier vorgestellte Erfindung hat die Aufgabe, lautlose Lüfter ohne bewegliche Teile zu ermöglichen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten nicht sehr groß sein sollen.The invention presented here has the task of silent fans without moving parts enable. This is particularly useful if the flow velocities shouldn't be very big.

Das zugrundeliegende Prinzip ist, Luftionen in einem elektrostatischen Feld zu beschleunigen und damit zu transportieren.The underlying principle is to keep air ions in an electrostatic field accelerate and thus transport.

Fig. 1 zeigt in etwa den prinzipiellen Aufbau. Fig. 1 shows approximately the basic structure.

In einem Luftkanal (1) sind die beiden das elektrische Feld bewirkende Elektroden angeordnet (3; 4), die über die Anschlüsse (5) an eine elektrische Gleichspannung angeschlossen werden.The two electrodes causing the electrical field are arranged in an air duct ( 1 ) ( 3 ; 4 ) and are connected to a direct electrical voltage via the connections ( 5 ).

Luftionen können erzeugt werden, indem eine Elektrode des elektrostatischen Feldes als Nadel oder als sehr dünner elektrischer Draht oder als Kohlefaserbündel ausgeformt ist (3). An den jeweiligen Spitzen kommt es zu Spannungsüberhöhungen, so daß an diesen Punkten der sogenannte Korona-Effekt auftritt und elektrische Ladung, also Elektronen, von diesen Spitzen auf Luftmoleküle übertragen werden.Air ions can be generated by shaping an electrode of the electrostatic field as a needle or as a very thin electrical wire or as a carbon fiber bundle ( 3 ). Voltage peaks occur at the respective tips, so that the so-called corona effect occurs at these points and electrical charge, that is, electrons, are transferred from these tips to air molecules.

Die Luftionen sind negativ, weil sie ein oder mehrere Elektronen mehr haben.The air ions are negative because they have one or more electrons more.

Im elektrischen Feld werden die Ionen in Richtung der positiven Pols im Feld beschleunigt. Die positive Elektrode (4) ist als Gitter oder als Ring ausgeformt. Die in Richtung auf die Elektrode beschleunigten Ionen werden nur zum Teil von dieser Elektrode "eingefangen". Der größte Teil jedoch fliegt durch die gitterförmig ausgeformte Elektrode hindurch und verläßt damit das elektrische Feld, welches sich nur zwischen den beiden Polen des elektrischen Feldes befindet.In the electric field, the ions are accelerated in the direction of the positive poles in the field. The positive electrode ( 4 ) is designed as a grid or as a ring. The ions accelerated towards the electrode are only partially "captured" by this electrode. Most of it, however, flies through the grid-shaped electrode and thus leaves the electric field, which is only between the two poles of the electric field.

Die beschleunigten Ionen reißen bei ihrer Bewegung auch normale Luftmoleküle mit.The accelerated ions also carry normal air molecules with them when they move.

Es kommt daher zu einem Lufttransport, vom negativen Pol in Richtung des positiven Poles des elektrischen Feldes.Air is therefore transported from the negative pole towards the positive pole of the electric field.

Luftionen, insbesondere Sauerstoff-Ionen haben die Neigung, sich teilweise zum dreiatomigen Sauerstoffmolekül (O3, Ozon) zu verbinden. Ozon ist ein unangenehm riechendes Gas, welches in Konzentrationen von < 0.1 ppm gesundheitsschädlich ist. Es ist daher sinnvoll, eine katalytisch wirkende Sorbtionszone im Anschluß an die beschriebene Ionenpumpe einzusetzen. Als Sorbator kann z. B. eine dünne Schicht Aktivkohle eingesetzt werden, welche nur einen geringen Strömungswiderstand aufweist. Die Ozonmoleküle werden auf der A-Kohle adsorbieren und dabei zerfallen.Air ions, especially oxygen ions, tend to combine partially to form the tri-atomic oxygen molecule (O 3 , ozone). Ozone is an unpleasant smelling gas, which is harmful to health in concentrations of <0.1 ppm. It is therefore sensible to use a catalytically active sorption zone following the ion pump described. As a sorbator z. B. a thin layer of activated carbon can be used, which has only a low flow resistance. The ozone molecules will adsorb on the charcoal and thereby decay.

Weil gleichzeitig auch oxidierbare Luftinhaltsstoffe als auch Geruchsstoffe als auch Bakterien und Keime ionisiert werden und anschließend ebenfalls auf der A-Kohle adsorbieren, werden auf der Oberfläche der A-Kohle sowohl die oxidierbaren Luftinhaltsstoffe als auch Ozon aufkonzentriert. Damit kommt es zu reaktionsfähigen Konzentrationen beider Gasgruppen, so daß die oxidierbaren Luftbestandteile mit dem Ozon reagieren und damit oxidativ zerstört werden.Because at the same time oxidizable air constituents as well as odorous substances as well Bacteria and germs are ionized and then also on the activated carbon adsorb, both the oxidizable are on the surface of the activated carbon Concentrated air substances as well as ozone. This leads to reactive  Concentrations of both gas groups so that the oxidizable air components with the ozone react and thus be oxidatively destroyed.

Ergebnismäßig passiert die Luft den Sorbator einigermaßen ungehindert, während Ozon und oxidierbare Luftinhaltstoffe fast vollständig zurückgehalten werden.As a result, the air passes the Sorbator somewhat unhindered, while ozone and oxidizable air contents are almost completely retained.

Neben Aktivkohle können auch andere Materialien in der Sorbtionsschicht eingesetzt werden. Insbesondere sind Sintermetall-Barrieren oder Barrieren aus Metallwolle erprobt worden.In addition to activated carbon, other materials can also be used in the sorption layer become. Sintered metal barriers or barriers made of metal wool have been tested in particular been.

Sinnvoll ist es, die Aktivkohle durch chemische Behandlungen so auszurüsten, daß das gewünschte Ziel weiter unterstützt wird. Insbesondere die Beschichtung der Kohle mit Metalloxiden beschleunigt den Zerfall der Ozonmoleküle.It makes sense to equip the activated carbon with chemical treatments so that the desired goal is further supported. In particular, the coating of the coal Metal oxides accelerate the decay of the ozone molecules.

Die Geschwindigkeit der Luftionen und insbesondere der von der "Ionenpumpe" aufbaubare Luftdruck kann erhöht werden, indem mehrere wie oben beschriebene Anordnungen hintereinandergeschaltet werden.The speed of the air ions and in particular that which can be built up by the "ion pump" Air pressure can be increased by using several arrangements as described above be connected in series.

Fig. 2 zeigt prinzipiell eine solche Anordnung. Fig. 2 shows in principle such an arrangement.

Wieder sind in einem Luftkanal (8) sogenannte Sprühelektroden (3) angeordnet, welche aus Nadeln, sehr dünnen Drähten oder Kohlefaserbündeln bestehen.So-called spray electrodes ( 3 ), which consist of needles, very thin wires or carbon fiber bundles, are again arranged in an air duct ( 8 ).

Die Gegenelektrode besteht aus Gittern (4). Die das Gitter durchfliegenden Ionen gelangen in das elektrische Feld der nächsten Sprühelektrode. An diese Elektroden wird eine elektrische Gleichspannung (11) angelegt.The counter electrode consists of grids ( 4 ). The ions passing through the grid enter the electrical field of the next spray electrode. An electrical direct voltage ( 11 ) is applied to these electrodes.

Dabei wird diese Elektrode so angeordnet, daß sich kein elektrisches Feld gegenüber der in Strömungsrichtung rückwärts liegenden Gitterelektrode aufbauen kann. Dies kann durch eine geeignete elektrische Abschirmung erfolgen (9).This electrode is arranged in such a way that no electric field can build up in relation to the grid electrode lying backwards in the direction of flow. This can be done using suitable electrical shielding ( 9 ).

Es können prinzipiell beliebig viele Stufen realisiert werden mit dem Ziel, vor der Sorbtionszone (5) einen Luftdruck zu erzeugen, der einen ausreichenden Luftstrom durch die Sorbtionszone zum Ausgang hindurchtreibt (6).In principle, any number of stages can be implemented with the aim of generating an air pressure in front of the sorption zone ( 5 ), which drives a sufficient air flow through the sorption zone to the exit ( 6 ).

Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, daß der vorstehend beschriebenen Anordnung eine Ionisationsstufe (7) vorgeschaltet wird. Dabei wird bevorzugt eine nach dem Prinzip der sogenannten Siemensröhre arbeitende Anordnung eingesetzt, die an eine hohe Wechselspannung (10) angeschlossen wird. Nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten elektrischen Entladung werden Elektronen auf die Umgebungsluft übertragen und insofern in großer Menge Ionen erzeugt. Gelangen diese Ionen in das elektrische Feld der Elektroden (3, 4), werden sie sofort in Richtung auf die Gitterelektrode beschleunigt.According to the invention it is further proposed that the arrangement described above is preceded by an ionization stage ( 7 ). An arrangement based on the principle of the so-called Siemens tube is preferably used, which is connected to a high alternating voltage ( 10 ). According to the principle of dielectrically impeded electrical discharge, electrons are transferred to the ambient air and so ions are generated in large quantities. If these ions get into the electric field of the electrodes ( 3 , 4 ), they are immediately accelerated towards the grid electrode.

Die Ionenproduktion bleibt in diesem Fall nicht allein der Feldstärkeüberhöhung an den Spitzen der Sprühelektroden überlassen. Der Massestrom ionisierter Moleküle und der damit einhergehende Luftstrom wird durch diese Maßnahme erhöht.In this case, the ion production does not remain solely due to the increase in field strength at the Leave tips of the spray electrodes. The mass flow of ionized molecules and thus accompanying air flow is increased by this measure.

In den praktischen Anordnungen werden insbesondere kaskadierte, hintereinandergeschaltete elektrische Felder eingesetzt, um eine große Luftmenge realisieren zu können.In the practical arrangements, cascaded, cascaded electrical fields used to a large amount of air to be able to realize.

Die Erfindung ist vorteilhaft in zahlreichen Applikationen einsetzbar, etwa wie folgt:
In einem der Lehre der Erfindung folgenden Raumluft-Aufbereitungsgerät wird die Luft vorteilhaft und absolut geräuschlos durch Ionenpumpen transportiert. Die Reinigung der Luft von Geruchsstoffen und von Bakterien und Partikeln erfolgt durch eine mechanische Vorreinigung durch einen mechanischen Filter, durch Oxidation der Geruchsstoffe einmal in der Luft mithilfe aktiver Sauerstoff-Ionen und durch Reaktion der in der Sorbtionszone aufkonzentrierten Geruchsstoffe mit den aktiven Sauerstoffionen.The invention can advantageously be used in numerous applications, for example as follows:
In a room air treatment device following the teaching of the invention, the air is advantageously and absolutely noiselessly transported by ion pumps. The air is cleaned of odorants and bacteria and particles by mechanical pre-cleaning through a mechanical filter, by oxidation of the odorants once in the air using active oxygen ions and by reaction of the odorants concentrated in the sorption zone with the active oxygen ions.

Dieses Gerät kann relativ flach ausgeführt werden, wobei die aktive Fläche des Gerätes sehr groß sein kann, wobei eine Vielzahl einzelner Ionenpumpen vorhanden ist. Damit ist ein Volumenstrom von bis zu 5.000 m2/h erreichbar, was in technisch bekannten Konzepten nur unter Inkaufnahme erheblicher Lauf- und Strömungsgeräusche möglich ist. This device can be made relatively flat, and the active area of the device can be very large, with a large number of individual ion pumps being present. This means that a volume flow of up to 5,000 m 2 / h can be achieved, which is only possible in technically known concepts if considerable running and flow noises are accepted.

Die ausströmende Luft ist sowohl frei von Partikeln, frei von Keimen und frei von Geruchsstoffen. Derartige Geräte werden erfolgreich sowohl im privaten Bereich als auch im Bereich von Krankenhäusern, Praxen, Büros, Produktionsstätten etc. eingesetzt.The outflowing air is both free of particles, free of germs and free of Odorants. Such devices are successful both in the private sector and in Area of hospitals, medical practices, offices, production facilities etc. used.

In weiteren Anwendungen wird durch eine Ionenpumpe mit Sorbtionszone und Ionisationszone eingesetzt, um Gerüche und Bakterien zu bekämpfen.In other applications, an ion pump with a sorption zone and Ionization zone used to fight odors and bacteria.

Das kann vorteilhaft in der Lebensmittelproduktion und Lebensmitteldistribution erfolgen, bis hin zum Einsatz in häuslichen Kühlschränken.This can be done advantageously in food production and distribution until towards use in domestic refrigerators.

Um technische Geräte wie Computer, Drucker, Kopierer und andere elektronische Geräte zu belüften, kann ebenfalls die erfindungsgemäße Ionenpumpe eingesetzt werden.To technical devices such as computers, printers, copiers and other electronic devices too ventilate, the ion pump according to the invention can also be used.

Besonders vorteilhaft ist auch hier, daß der Luftaustausch absolut geräuschlos erfolgt.It is also particularly advantageous here that the air exchange takes place absolutely silently.

Die Lehre der Erfindung kann variiert werden.The teaching of the invention can be varied.

Gemeinsam ist die Kombination von zwischen mit hoher Gleichspannung betriebenen Elektroden gebildeten elektrostatischen Feldern, in welchen negative Luft-Ionen in Richtung zur positiven Elektrode beschleunigt werden. Dabei kann die negative Elektrode als sogenannte Sprühelektrode ausgebildet sein, die selbst Luftionen aufgrund des Koronareffektes (Spitzenentladung) erzeugt.Common is the combination of those operated with high DC voltage Electrodes formed electrostatic fields in which negative air ions are directed towards accelerated to the positive electrode. The negative electrode can be used as So-called spray electrode can be formed, the air ions due to the Coronary effect (peak discharge) generated.

Diese Anordnung treibt die ionisierte Luft durch eine Sorbtionszone.This arrangement drives the ionized air through a sorption zone.

Dieser Anordnung kann eine Ionisationszone vorgeschaltet werden, bei der Ionisatoren eingesetzt werden, welche nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten elektrischen Entladung arbeiten. Vorzugsweise werden Flachionisatoren entsprechend der deutschen Patentanmeldung P xxx aus 1996 eingesetzt.This arrangement can be preceded by an ionization zone, in which ionizers are used, which operate on the principle of dielectric barrier electrical Work discharge. Flat ionizers are preferred according to the German Patent application P xxx from 1996 used.

Der Gesamtanordnung kann ein Partikelfilter vorgeschaltet werden.A particle filter can be connected upstream of the overall arrangement.

Claims (13)

1. Lufttechnische Einrichtung zur Förderung von Luft, dadurch gekennzeichnet, daß die zu befördernde Luft ionisiert wird und in einem zwischen zwei Elektroden mithilfe von angelegter Gleichspannung in Richtung auf die mit positiver Spannung beaufschlagte gasdurchlässige Elektrode bewegt wird.1. Air technology device for conveying air, characterized in that the air to be transported is ionized and moved in a between two electrodes with the help of applied DC voltage in the direction of the gas-permeable electrode acted upon by positive voltage. 2. Lufttechnische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode als überwiegend mit beliebiger Geometrie durchbrochene Fläche ausgebildet ist.2. Ventilation system according to claim 1, characterized in that the positive Electrode is designed as a surface which is predominantly perforated with any geometry. 3. Lufttechnische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode als Gitter ausgebildet ist.3. Ventilation system according to claim 1, characterized in that the positive Electrode is designed as a grid. 4. Lufttechnische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode als Ring ausgebildet ist.4. Ventilation system according to claim 1, characterized in that the positive Electrode is designed as a ring. 5. Lufttechnische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stufen von elektrostatische Felder bildenden Elektrodenpaare hintereinandergeschaltet sind.5. Ventilation system according to claim 1, characterized in that several stages of pairs of electrodes forming electrostatic fields are connected in series. 6. Lufttechnische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Luftaustritt eine Sorbtionszone eingerichtet ist.6. Ventilation system according to claim 1, characterized in that before the air outlet a sorption zone is set up. 7. Lufttechnische Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sorbtionszone aus Aktivkohle besteht.7. Ventilation system according to claim 6, characterized in that the sorption zone consists of activated carbon. 8. Lufttechnische Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sorbtionszone aus Metallgewebe besteht.8. Ventilation system according to claim 6, characterized in that the sorption zone consists of metal mesh. 9. Lufttechnische Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sorbtionszone aus mit Übergangsmetallen beschichteten Materialien besteht.9. Ventilation system according to claim 6, characterized in that the sorption zone consists of materials coated with transition metals. 10. Lufttechnische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor den elektrostatische Felder bildenden Elektrodenpaare eine Ionisationsstufe geschaltet ist, welche nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten elektrischen Entladung arbeitet.10. Ventilation system according to claim 1, characterized in that before the an ionization stage is connected to pairs of electrodes forming electrostatic fields, which works on the principle of dielectric barrier electrical discharge. 11. Lufttechnische Anlage nach Anspruch mindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtanordnung aus Ionisationsstufe, elektrostatischer Beschleunigungsstufe und Sorbtionsstufe ein Partielfilter vorgeschaltet ist. 11. Ventilation system according to claim at least one of the preceding claims, characterized in that the overall arrangement of ionization, electrostatic Acceleration level and sorption level is a particle filter upstream.   12. Lufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Felder bildenden Elektrodenpaare parallel geschaltet werden.12. Air conditioning system according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the pairs of electrodes forming electrical fields are connected in parallel become. 13. Lufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Felder bildenden Elektrodenpaare parallel und hintereinander geschaltet werden können.13. Air conditioning system according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the pairs of electrodes forming electrical fields in parallel and can be connected in series.
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