DE202004012352U1 - Mehrstufig arbeitendes Gerät zur Luftaufbereitung - Google Patents

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Abstract

Apparat zum Zweck der Luftaufbereitung, bestehend aus
– Gehäuse
– Gebläse
– Partikelfilter im Lufteinlaß
– Hochspannungsgenerator
– Ozonerzeuger zur Produktion von Ozon und Ionen
– ein aus modifizierter Aktivkohle bestehenden Katalysator
dadurch gekennzeichnet, dass die aufbereitete Luft vor dem Ausströmen mit Ionen angereichert wird.

Description

  • Aufgabenstellung und Beschreibung des Standes der Technik Menschen atmen am Tag ca. 20.000 Liter Luft ein und verbringen – zumindest in Industrieländern, – mehr als 95% ihrer Zeit in Innenräumen.
  • Die Qualität der Atemluft ist wichtig für Wohlbefinden und Gesundheit. Mangelhafte Luftqualität kann zahlreiche Krankheiten insbesondere solche der Atemwege z.B. (Asthma) Erschöpfungszustände, psychische Irritationen und Allergien auslösen.
  • Gute, „frische" Luft dagegen unterstützt das Wohlbefinden, wirkt sich positiv auf vegetative und psychische Befindlichkeiten aus.
  • Gute Atemluft wird im Allgemeinen definiert als
    • – frei von Partikeln und Stäuben
    • – frei von Bakterien, Pilzen und deren Sporen, sowie sonstiger Allergene
    • – frei von ungesunden Gasen und Dämpfen
    • – frei von unangenehmen Gerüchen.
  • Es sind zahlreiche Apparate und Verfahren vorgeschlagen worden, um Luft so aufzubereiten, daß die oben geschilderte Qualität erreicht wird.
  • Die einfachste Methode ist, die Luft durch ein engmaschiges Filter zu treiben. Wie in 1 ersichtlich, ist in einem Gehäuse (1.1) ein Gebläse (1.2) untergebracht, welches Luft durch ein Partikelfilter (1.3) drückt. Im einfachsten Fall handelt es sich um ein Gewebe oder um ein Papierfilter geringer Maschenweite, welches Partikel im μ- Bereich zurückhält.
  • Weiter ist bekannt, daß Partikelfilter (1.3) durch ein Aktivkohle- Filter zu ersetzen. Vorteilhaft absorbiert ein Aktivkohle- Filter Dämpfe mit vorzugsweise niedrigem Siedepunkt. Weil Gerüche oft an Mikro- Partikel oder an Aerosole gebunden sind und oft chemische Substanzen mit niedrigem Siedepunkt sind, werden von Aktivkohle-Filtern neben Partikeln auch Gerüche zurückgehalten. Es sind sogenannte Kombi- Filter bekannt, bei denen in einer Baugruppe durch mehrlagigen Aufbau Aktivkohle- Filter mit einem Partikelfilter kombiniert sind.
  • Nach 2 sind höherwertige Filtergeräte bekannt, bei denen im Einsaugbereich ein Partikelfilter (2.1) angeordnet ist, wobei ein Gebläse (2.2) die Luft durch einen Aktiv-Kohlefilter (2.3) aus dem Gehäuse (2.4) drückt. Die Effizienz dieser Geräte ist gegenüber Partikeln und gegenüber Aerosolen gut.
  • Nachteilig ist allen Filtern nach diesem Prinzip, daß von den Filtern eingespeicherte Gase, Dämpfe und Geruchsstoffe über das Prinzip der Desorption wieder abgegeben werden. Aus diesem Grunde ist ein sehr häufiger Filterwechsel erforderlich. Nachteilig ist weiter, daß vor allem bei relativ feuchter Luft angesaugte und eingespeicherte Bakterien und Pilze auf dem Filter Kolonien bilden und mit der Luftströmung Sporen als auch Bakterien als auch Proteinfragmente in die Umgebungsluft tragen.
  • In den aufgeführten Patentanmeldungen
    Figure 00020001
    sind verschiedene Methoden vorgeschlagen worden, um diesen Problemen unter Einsatz von Ionisations- und Ozonisierungsapparaten abzuhelfen.
  • Beispielhaft wird das Problem mit einem Apparat nach 3 behandelt. In den vorstehend zitierten Druckschriften ist der Stand der Technik dazu umfassend beschrieben.
  • Der prinzipielle Aufbau des Apparates nach 3 ähnelt dem Aufbau in 2, jedoch wird der Luft Ozon und Sauerstoff- Ionen zugesetzt, welche von einem elektrischen und mit Hochspannung (3.2) betriebenem Entladungsapparat (3.1) erzeugt werden. Auf der Oberfläche des, in Strömungsrichtung nachgeschalteten modifizierten Katalysators (3.3), reagiert Ozon und auch die im energetisch angeregten Zustand befindlichen Sauerstoff- Ionen mit oxidierbaren Substanzen aller Art. Bakterien, Viren und Pilze werden vernichtet. Organische Substanzen wie geruchstragende Gase oder Dämpfe werden oxidativ vernichtet oder vermindert. Apparate dieser Art werden in den vorstehend benannten Patenten / Patentanmeldungen umfänglich beschrieben.
  • Die aus Apparaten wie 3 ausgeblasene Luft ist frei von Stäuben, Partikeln, Bakterien und Viren und weitgehend von Geruchsstoffen befreit. Allerdings enthält die Luft auch keine in energetisch angeregtem Zustand befindlichen Sauerstoff- Ionen mehr.
  • Es wird beobachtet, daß sogenannte „frische" Luft subjektiv als wohltuend und angenehm empfunden wird, wenn die Atemluft Ionen und eine kleine Menge Ozon (O3) enthält. Ionen können eine positive (ein Elektron zu wenig) oder eine negative Ladung (ein Elektron zuviel) haben. In der Natur treten beide Ladungen auf, wobei meistens negative Ionen mit einem Verhältnis von ungefähr 1:1,5 überwiegen.
  • Ionen haben die Neigung, sich an luftgetragene Partikel anzulagern und diese zu veranlassen, gemeinsam mit weiteren Partikeln zu aglomerieren und sogenannte Cluster zu bilden. Diese Großpartikel – oft Gerüche oder Bakterien tragend – können auf Grund ihres Gewichtes zu Boden sinken (sedimentieren) oder haften an Oberflächen an. Jedenfalls verschwinden die Partikel und deren Cluster aus der Atemluft.
  • Vor allem negative Ionen haben positiven Einfluß auf Menschen und Tiere. Es wird davon gesprochen, daß negative Ionen wie Atmungs- Katalysatoren wirken und die Fähigkeit des Organismus unterstützen, Sauerstoff aus der Luft in das Blut gelangen zu lassen.
  • Der Volksmund weiß, daß ein kurzer Spaziergang an der „frischen" (innen- angereicherten) Luft dem Wohlbefinden dient und etwa leichte Kopfschmerzen oder Übelkeit schnell vertreibt. Häufige Lüftung von Räumen wird seit dem 19. Jahrhundert unter anderen vom Mediziner und Nobelpreisträger Robert Koch und vom Begründer der modernen Lüftungstechnik und Lufthygiene, Max von Pettenkofer als Krankheiten und Befindlichkeitsstörungen vorbeugend empfohlen.
  • Das zu lösende Problem
  • Aus diesem Grunde werden Ionisations- Apparate zahlreich angeboten, welche die Luft in Innenräumen – welche normalerweise keine oder sehr geringe Ionenzahlen haben – mit vor allem negativen Ionen künstlich anreichern sollen. Nachteilig ionisieren diese Ionisationsgeräte auch luftgetragene Partikel aller Art und erzeugen nicht vorhersehbare Reaktionen und erleichtern unter Umständen die Lungengängigkeit von Bakterien oder Nanopartikeln. Es muß gefordert werden, nur reine Luft zu ionisieren. Um eine naturidentische Ionenzahl in Räumen mittlerer Größe aufbauen zu können, muß eine entsprechend hohe Ionenzahl erzeugt werden, weil Ionen ihre Ladung an Oberflächen aller Art und an luftgetragene Kleinstpartikel, Bakterien, Viren und Nanostäube abgeben.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Luft in einem mehrstufigen Verfahren aufzubereiten:
    • 1. Vorreinigung durch mechanischen Filter (Vorfilter)
    • 2. Anreicherung der Luft mit Ozon und mit Ionen
    • 3. Abreinigung der Luft von Bakterien, Viren, Proteinen und organischen Substanzen (Dämpfen) auf der Oberfläche eines meist aus modifizierter Aktivkohle bestehenden Katalysators durch oxidative Effekte.
    • 4. Anreicherung der ausgeblasenen Reinluft mit überwiegend negativen Ionen.
  • 4 zeigt den erfindungsgemäßen Apparat.
  • Die von einem Gebläse (4.3) angesaugte Luft (4.1) wird im Vorfilter (4.2) von Partikeln und Stäuben gereinigt. Ein Ozonerzeuger (4.4) wird von einem Hochspannungsgenerator (4.5) mit einer hohen Wechselspannung versorgt und produziert Ozon und Ionen. Auf der Oberfläche des aus modifizierter Aktivkohle bestehenden Katalysators (4.6) reagieren luftgetragene organische Substanzen mit dem Ozon und den im energetisch angeregten Zustand befindlichen Sauerstoff-Ionen. Ein Entladungsapparat (4.7) wird durch einen Hochspannungsgenerator (4.8) über ein hochspannungsfestes und oft abgeschirmtes Kabel (4.11) mit einer hohen negativen Gleichspannung versorgt. Durch Entladungsvorgänge und durch Elektronenaustritt aus der Elektrode wird die vorbeiströmende Luft (Luftsauerstoff) ionisiert und es werden negative Ionen erzeugt, welche durch ein Schutzgitter (4.9) wie eine „Ionenwolke" (4.12) aus dem Gerät austreten.
  • In der Raumluft geben die energetisch aktivierten, negativen Sauerstoffionen ihre Ladung (zusätzliches Elektron) an luftgetragene Partikel ab. Dazu gehören auch Bakterien, Viren und Proteinfragmente, welche zu Clustern aglomerieren und sedimentieren oder sich an Oberflächen anlagern. Die Mehrheit der Ionen gibt die Ladung an irgendwelche Oberflächen ab.
  • Obwohl ein leistungsfähiges Gerät nach 4 die Menge von ca. 300 Milliarden energetisch aktivierte Sauerstoffionen/ Sekunde produziert, ergibt sich nach einiger Zeit in mittelgroßen Räumen ein mittleres Elektroklima mit ca. 200–2000 Ionen / cm³, was der Ionenzahl in gesunder Umgebungsluft (Seeklima, Bergklima) entspricht. Würde das Gerät eine geringere Menge von Ionen produzieren, würde kein nennenswerter Einfluß auf das Elektroklima in Innenräumen meßbar sein.
  • Ionisation von Sauerstoffmolekülen erfolgt meist nach dem Prinzip der Koronar-Entladung. Dabei wird eine hohe Gleichspannung auf einen elektrischen Leiter geschaltet, welcher in einer nadelfeinen Spitze ausläuft. An der Spitze erfolgt eine starke Feldstärkenüberhöhung. Im starken elektrischen Feld werden Sauerstoff-Moleküle ionisiert, indem Elektronen von der Spitze des Ionisators auf die Sauerstoffmoleküle springen.
  • Alternativ zur Spitzenionisation kann nach 5 längs eines sehr dünnen elektrischen Leiters (5.1) eine Feldstärkeüberhöhung auftreten. Daher eignet sich auch ein sehr dünner elektrischer Leiter zur Anwendung in Ionisations- Apparaten. Der sehr dünne elektrische Leiter ist isoliert aufgespannt (5.2) wobei die mechanische Spannung über eine Feder (5.3) besorgt wird, und wird über einen elektrischen Anschluß (5.4) mit einer sehr hohen Gleichspannung versorgt, welche typisch im Bereich zwischen 5–10KV befindlich ist.
  • Wenn der dünne elektrische Leiter aus Kohlefasern besteht, stehen vom eigentlichen Leiter zahlreiche extrem dünne Kohlefasern ab, welche jeweils koronare Entladungen begünstigen. Die Ausbeute an Ionen ist in diesem Fall sehr hoch.
  • Erfindungsgemäß wird ein weiterer Weg vorgeschlagen.
  • Ein dünner Leiter aus Kupfer (6.1) wird mit einer Schicht (6.2) aus Barium- Oxid beschichtet, welche mit einer thermischen Behandlung auf dem Leiter fxiert wird. Dabei dringen Barium- Atome in die obersten Schichten des Kupferleiters ein und vermindern drastisch die Elektronenaustrittsarbeit im elektrischen Feld. Die Ausbeute energetisch aktivierter Sauerstoffionen ist bei dieser Methode sehr hoch.
  • Die Ausbeute und die Robustheit kann weiter gesteigert werden, wenn der sehr dünne Kupferleiter vor der Beschichtung mit Barium- Oxid verzinnt wird. Das Zinn wird bei der thermischen Behandlung weitgehend in Zinndioxid umgewandelt, in welches Barium- Atome beim nachfolgenden Prozeß hineindiffundieren und die Elektronenaustrittsarbeit verringern.
  • Alternativ zu Barium- Oxid kann ein Barium- Salz, etwa Barium- Chlorid oder Barium-Nitrat eingesetzt werden. Bei der thermischen Behandlung zerfällt das Barium- Salz und Barium- Atome dringen in die obersten Schichten der Metallschicht ein.
  • Sollen bei großen Luftumsätzen sehr große Mengen von Ionen erzeugt werden, wird erfindungsgemäß nach 7 vorgeschlagen, in einem isolierenden Rahmen (7.1) mäanderförmig vorstehend beschriebene sehr dünne und bedarfsweise mit die Elektronenaustrittsarbeit vermindernden Beschichtungen versehenen Drähte (7.2) zu spannen. Die Drähte können auch parallel gespannt werden und von einer einzigen Seite mit der Speisespannung verbunden (7.3) sein oder können gitterförmig oder in anderer Geometrie gespannt sein. Die Größe des Rahmens wird so gewählt, daß er dem Querschnitt des Luftaustritts entspricht. Die Ansteuerung mit Hochspannung erfolgt über hochspannungsfeste elektrische Widerstände (7.4), um den maximalen Strom zu begrenzen und um im Falle einer Berührung die Gefahr eines gefährlichen Stromschlages auszuschließen.
  • Der Ionisations- Apparat und insbesondere seine spannungsführenden Teile sind zum Schutz vor elektrischen Schlägen gegen Berührung zu sichern. Ein geerdeter engmaschiger Metallkäfig würde Ionen absorbieren und den Wirkungsgrad abschwächen.
  • Sinnvoller ist es, den Ionisations- Apparat mit einem Gitter aus Kunststoff zu sichern, wie in Fig. 4.9 dargestellt. Der Kunststoff lädt sich im Ionen-Strom statisch auf, weil Kunststoff ein Isolator ist. Dies bedeutet, daß sich negativ geladene Ionen in großer Zahl auf der Oberfläche des Kunststoffes anlagern. Die in der Summe sehr große negative Ladung erzeugt ein so großes elektrisches Feld, daß neue Ionen – welche ebenfalls negativ geladen sind – abgestoßen werden. Als Ergebnis sperrt ein Kunststoffgitter als Ergebnis dieser Spiegelladung den Luftaustritt für Ionen völlig ab. Als Lösung wird erfindungsgemäß angegeben, den Kunststoff elektrisch leitfähig zu machen. Dies erfolgt durch spezielle Kunststoffe, welche mit die Leitfähigkeit erhöhenden Zusätzen versehen sind.
  • Alternativ ist es möglich, durch elektrisch leitende Lacke oder durch Karbon-Beschichtungen oder durch Metallisieren die Leitfähigkeit der Deckeloberfläche herabzusetzen.
  • In jedem Fall wird der leitfähig gemachte Deckel mit dem Pluspol der Hochspannung elektrisch verbunden, wie Fig. 4.10 zeigt.
  • Es ist sinnvoll, den Pluspol der Hochspannung auf Erdpotential zu schalten, wie Fig. 4.13 zeigt.
  • Vorteilhaft wird durch den erfindungsgemäßen Apparat Atemluft gereinigt und aufbereitet und durch Ionisation in einen Zustand gebracht, welcher identisch ist mit natürlicher, gesunder Luft.
  • Die Erfindung kann in zahlreichen Varianten genutzt werden. Gemeinsam ist allen Varianten, daß zur Luftaufbereitung ein mehrstufiges System genutzt wird, in welchem die Luft mechanisch vorgereinigt wird, in einem inneren System mit Ozon und mit energetisch aktivierten Ionen angereichert wird, einen aus modifizierter Aktivkohle bestehenden Katalysator aufweist auf dessen Oberfläche organische Substanzen mit Ozon und Ionen reagieren, und daß die ausströmende Luft elektrisch ionisiert wird.

Claims (8)

  1. Apparat zum Zweck der Luftaufbereitung, bestehend aus – Gehäuse – Gebläse – Partikelfilter im Lufteinlaß – Hochspannungsgenerator – Ozonerzeuger zur Produktion von Ozon und Ionen – ein aus modifizierter Aktivkohle bestehenden Katalysator dadurch gekennzeichnet, dass die aufbereitete Luft vor dem Ausströmen mit Ionen angereichert wird.
  2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ionen mit Hilfe von gleichgerichteter Hochspannung mit Nadel-Ionisatoren nach dem Koronar-Prinzip erzeugt werden.
  3. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , das in der ausströmenden Luft ein sehr dünner elektrische Leiter aufgespannt ist, der Ionen nach dem Prinzip der lokalen Feldstärkenüberhöhung produziert.
  4. Apparat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Kohlefasern bestehender elektrische Leiter in der ausströmenden Luft aufgepannt ist, welcher mit Hochspannung gespeist wird und nach dem Prinzip der koronaren Spitzenentladung Ionen erzeugt.
  5. Apparat nach nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Draht mit einer die Elektronenaustrittsarbeit verminderten Beschichtung versehen ist.
  6. Apparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Beschichtung Barium enthält.
  7. Apparat nach nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Barium-Beschichtung auf den sehr dünnen elektrischen Leiter nach Anspruch 3 aufgetragen ist, welcher eine Zinn/Blei- Beschichtung trägt.
  8. Apparat nach mindestens einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter als – Mäander – Harfe – Gitter – parallel zueinander gespannt sind.
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