DE202009014001U1

DE202009014001U1 - Filtersystem bestehend aus einem Elektretfilter und einer vorgeschalteten Ionisationseinheit zur Erhöhung der Leistung des Elektretfilters und Verlängerung der Standzeit dessen bezüglich seiner elektrischen und elektrostatischen Eigenschaften

Info

Publication number: DE202009014001U1
Application number: DE200920014001
Authority: DE
Original assignee: BOLST KLAUS; Bolst Klaus Dr-Ing
Current assignee: BOLST KLAUS; Bolst Klaus Dr-Ing
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2019-10-16

Abstract

Filterkombination als Luftfilter, wobei die Leistung des in der Filterkombination verwendeten Elektretfilters in Bezug auf seine Abscheidefähigkeit von anorganischen und organischen Feinstpartikeln sowie Inaktivierung von organischen Stoffen wie Gerüchen und Mikroorganismen auf Grundlage der Ausnutzung seiner spezifischen elektrostatischen Eigenschaft, erhöht, und über die gesamte Standzeit des Elektretfilters so erhalten wird, dass die Standzeit des Elektretfilters hauptsächlich vom mechanischen Verschmutzungsgrad, also von dem Druckverlust des Filters abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkombination aus einem Elektretfilter und einer oder mehreren vorgeschalteten Systemeinheiten zur Ionisation der zugeführten Luft besteht, welche kontinuierlich oder diskontinuierlich negative oder positive Ionen oder eine Kombination aus beiden, so erzeugen, dass durch Abbau und Entladung der ionisierten Luft eine gemessene Ionenzahl von 500 Kleinionen p. cm³ vor dem Elektretfilter nicht unterschritten wird und gleichzeitig der gesamte Zuluftstrom gleichmäßig ionisiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtersystem bestehend aus einem Elektretfilter und einer vorgeschalteten Ionisationseinheit zur Erhöhung des Abscheidegrades des Elektretfilters bezüglich luftgetragener anorganischer und organischer Stoffe und Partikel wie Fein- und Feinststäube, Gerüche, Keime und Mikroorganismen, sowie die Verlängerung der Standzeit des Elektretfilters so, dass diese vorrangig vom mechanischen Verschmutzungsgrad, also dem Druckverlust des Filters selbst abhängt.
Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Elektretfilter, deren Wirkungsweise und Betrieb bekannt. Unter einem Elektret versteht man ein elektrisch isolierendes Material, das quasi-permanent gespeicherte elektrische Ladungen oder quasi-permanent ausgerichtete elektrische Dipole enthält und somit ein quasi-permanentes elektrisches Feld in seiner Umgebung oder in seinem Inneren erzeugt. Es weist somit an gegenüberliegenden Flächen elektrische Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens auf, wobei diese Polarisation sich nicht nur auf die Oberfläche beschränkt, sondern sich durch das ganze Volumen des Dielektrikums erstreckt. Heute werden Elektrete meist aus Polymeren (u. a. Polytetrafluorethylen, Polytetrafluorethylenpropylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyvinylidenfluorid und einige seiner Copolymere) hergestellt, teilweise aber auch aus anorganischen Dielektrika wie Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, u. a. beschrieben in DE 000069408699 T2 . Technisch werden Elektrete in für bestimmte Anwendungen in sehr großen Stückzahlen eingesetzt. So z. B. als Membranen in Schallwandlern (Elektret-Mikrofon oder Kopfhörer) – EP 000001257150 A3 , als Quelle eines quasi-permanenten elektrischen Feldes in Strahlungs-Dosimetern, als Ultraschall-wandlerschichten in der Medizintechnik, als Infrarot-Bewegungsmelder sowie in jüngster Zeit als permanent elektrisch geladene Filter oder auch Abscheidefilter in der Lüftungstechnik mit elektrisch und mechanisch wirksamen Fasergewebe, wie in AT 000000282016B und DE 000069419272 T2 beschrieben. Bisher wurden Leistungssteigerungen dieser Art von Filtern in der Lüftungstechnik meist durch neue Herstellungsverfahren oder die Auswahl von Ausgangsmaterialien mit spezifischen Eigenschaften erreicht. So beschreibt AT 000000270022 B ein Verfahren zur Herstellung von Elektret und AT 000000380126 B6 ein Elektret in Form von fasrigem Bahnenmaterial. Für den Einsatz als Filter beschreibt AT 000000282016B die Verwendung von Elektretfiltern zur Filtrierung von Rauch und das schon erwähnte DE 000069419272 T2 ein ölnebelbeständiges Elektret. Für den Einsatz in der Luftfiltertechnik sind enge Grenzen hinsichtlich des Abscheidegrades produktions- und materialbedingt gesetzt, so dass die Standzeiten von Elektretfiltern nicht endlos erhöht werden können. So hat der Elektretfilter in der Lüftungstechnik zwei praktisch genutzte Eigenschaften. Zum einen ist die mechanische Filterung von mitgeführten Partikeln aufgrund der sehr feinfasrigen Struktur gewünscht und notwendig. Zum anderen ist die Eigenschaft der permanenten elektrischen Ladung und damit die Abscheidung von entgegengesetzt geladenen, in der Luft mitgeführten Partikeln von erheblichem Vorteil. Beide Effekte überlagern sich und erhöhen gegenüber rein mechanisch wirkendem Filtermaterials die Abscheideleistung im Praxisbetrieb deutlich.
Nachteilig ist, dass der Elektretfilter faktisch einen passiven elektrostatischen Abscheider mit überlagerter Funktion eines Feinfilters darstellt. Unter einem passiven Abscheider ist zu verstehen, dass die elektrische Ladung des Filters nahezu konstant, nicht von aussen, sowie unabhängig von den zugeführten Luftverunreinigungen, ist, und sich logischerweise mit der Stärke der Ablagerungen auf dem Filter, die wie ein Isolator wirken, und dem natürlichen Alterungsprozess des Filtermaterials abbaut oder nicht angepasst werden kann. Auch regelmäßige Reinigungen des Elektretfilters können aufgrund der meist extremen Feinfasrigkeit des Filtermaterials die Standzeiten des Filters nur begrenzt erhöhen, da ultrafeine Partikel oft haften bleiben. Eine Erhöhung der elektrostatischen Leistung, also der Abscheidung von in der Luft mitgeführten Partikeln aufgrund des natürlichen Ladungspotenzials des Elektrets ist materialbedingt begrenzt.
Aufgabe der Erfindung ist, die Leistung des Elektretfilters als Luftfilter bezüglich seiner Abscheidefähigkeit von anorganischen und organischen Feinstpartikeln und Inaktivierung von organischen Stoffen wie Gerüchen und Mikroorganismen auf Grundlage der Ausnutzung seiner spezifischen elektrostatischen Eigenschaft zu erhöhen und über die gesamte Standzeit des Elektretfilters so zu erhalten, so dass dessen Standzeit hauptsächlich vom mechanischen Verschmutzungsgrad, also von dem Druckverlust des Filters abhängt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Filterkombination in der Form geschaffen wird, dass vor dem Elektretfilter eine Ionisationseinheit angebracht und kontinuierlich oder in definierten Zeitabständen betrieben wird, welche die zugeführte Luft und die darin enthaltenen mitgeführten Stoffe wie Keime, Bakterien und Feinststäube ionisiert und damit elektrostatisch auflädt. Dabei ist die Ionisationseinheit so angebracht, dass eine Entladung der Luft über die Kanalstrecke bis zum Elektretfilter gering gehalten aber auch gleichzeitig der gesamte Luftstrom samt Partikeln elektrisch aufgeladen oder ionisiert wird. In Folge wird dieser Prozeß des einfachen Verständnisses halber als ionisierte oder elektrisch aufgeladene Luft bezeichnet. Durch die Ionisation der dem Elektretfilter zugeführten Luft wird auf dem Elektretfilter zusätzlich ein Ladungspotenzial kontinuierlich erzeugt, wodurch dieser sein vorhandenes elektrisches Ladungspotenzial nicht nur behält, sondern auch deutlich erhöht. Der natürliche alterungsbedingte Verschleiß Elektretfilters durch Zusetzen des feinfasrigen Gewebes wird durch die Erhöhung der elektrostatischen Eigenschaften über die Zuführung ionisierter Luft ausgeglichen und substituiert. Von Vorteil ist dabei, dass die Zuführung von elektrischen Ladungen über ionisierte Luft auch dann noch eine nahezu gleichbleibende Filterwirkung garantiert, wenn die Fasern des Elektretfilters schon umfassend, d. h. oberflächlich komplett, mit Feinststäuben, Aerosolen oder Keimen und Bakterien belegt sind. Die Stärke der vorgeschalteten Ionisation der Luft, sowie die Polarität – also vorrangig positiv oder negativ geladen – kann entsprechend der Art der Luftverschmutzung eingestellt werden, womit das Anwendungsspektrum der Elektretfilter deutlich erhöht wird. Die dabei verwendete Ionisationseinheit kann wahlweise mit 230 V, 24 V oder 12 V Speisespannung betrieben und zusätzlich mit einer Steuerung oder Regelung der Lüftungsanlge verbunden werden. Von Vorteil ist zudem die Zuführung von definierten Mengen Ozon vor dem Elektretfilter. Durch die Zuführung von Ozon werden auf der Oberfläche abgelagerte organische Luftinhaltsstoffe, welche sich als Geruchspartikel aber auch Keime und Bakterien ablagern, zusätzlich aboxidiert und abgetötet, so dass die Verschmutzung des Elektretfilters faktisch nur oder überwiegend aus anorganischen Stoffen besteht. Damit können ausgediente und der Entsorgung zugeführte Elektretfilter, ohne als Keimerzeuger zu fungieren, länger bis zur Entsorgung gelagert werden. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Filterkombination sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird durch nachstehende Prinzipskizze, 1, und an drei einfachen Ausführungsbeispielen, 2 bis 4, näher erläutert.
Es zeigen:
1 stellt die standardmäßige Ausführung und Anordnung der Bauteile und Systembaugruppen der erfindungsgemäßen Filterkombination dar
2 Erfindungsgemäße Filterkombination in einem Lüftungskanal mit zusätzlicher nachgeordneter Ionisationseinheit
3 Erfindungsgemäße Filterkombination in einem Lüftungskanal mit zusätzlichem vorgeschaltetem Ozonerzeuger zum Abbau organischer Ablagerungen auf dem Elektretfiltermaterial
4 Erfindungsgemäße Filterkombination in einem Lüftungskanal mit zusätzlicher nachgeordneter Ionisationseinheit und Ozonerzeuger zur Sauerstoffaktivierung der Zuluft
Die Prinzipskizze 1 stellt die standardmäßige Ausführung und Anordnung der Bauteile und Systembaugruppen der erfindungsgemäßen Filterkombination dar. Dabei wird anorganisch oder organisch belastete Zuluft (0) in einem Lüftungskanal (1) über eine Ionisationseinheit (2), welche einen definierten Abstand zum Elektretfilter (3) hat, dem Elektretfilter (3) zugeführt und ionisiert. Der Abstand der Ionisationseinheit (2) zum Elektretfilter (3) ist so gewählt, dass über die Zuführungsstrecke (4) nur eine geringe Entladung der ionisierten Zuluft (0) über den Lüftungskanal (1) stattfinden kann, aber gleichzeitig die Zuluft durchgängig über den Kanalquerschnitt ionisiert wird. Durch die Ionisation der Zuluft, und damit zusätzlichen elektrischen Aufladung des Elektretfilters (3), wird dessen elektrostatischer Leistungsverlust nicht nur ausgeglichen, sondern seine Abscheideleistung in Bezug auf seine elektrostatischen Eigenschaften, erhöht und aufrechterhalten. Die Lebensdauer des Elektretfilters (3) ist somit vorrangig durch dessen verschmutzungsbedingten, also mechanischen, Druckverlust im Luftkanal abhängig.
Auführungsbeispiel 1
Erfindungsgemäße Filterkombination in einem Lüftungskanal mit zusätzlicher nachgeordneter Ionisationseinheit
2 stellt die erfindungsgemäße Filterkombination in zusätzlicher Kombination mit einer nachgeordneten Ionisationseinheit dar. Dabei wird anorganisch oder organisch belastete Zuluft (0) in einem Lüftungskanal (1) über eine Ionisationseinheit (2), welche einen definierten Abstand zum Elektretfilter (3) hat, dem Elektretfilter (3) zugeführt und ionisiert. Der Abstand der Ionisationseinheit (2) zum Elektretfilter (3) ist so gewählt, dass über die Zuführungsstrecke (4) nur eine geringe Entladung der ionisierten Zuluft (0) über den Lüftungskanal (1) stattfinden kann, aber gleichzeitig die Zuluft durchgängig über den Kanalquerschnitt ionisiert wird.
Da ionisierte Luft bei Kontakt insbesondere mit Einbauten hoher Flächendichte, wie z. B. Elektretfiltern, sich entlädt, jedoch für Raumluft die Zuführung ionisierter Luft aus hygienischen und gesundheitlichen Gründen oft erwünscht ist, wird die Zuluft nach der erfindungsgemäßen Filterkombination aus Elektretfilter und vorgeschalteter Ionisationseinheit erneut durch eine Ionisationseinheit (6) ionisiert und ein Ladungszustand der Zuluft so aufgebaut, dass am Lüftungsauslass eine Ionenzahl von mindestens 500 negativen Kleinionen/cm³ gemessen werden können.
Auführungsbeispiel 2
Erfindungsgemäße Filterkombination in einem Lüftungskanal mit zusätzlichem vorgeschaltetem Ozonerzeuger zum Abbau organischer Ablagerungen auf dem Elektretfiltermaterial
3 stellt die erfindungsgemäße Filterkombination in zusätzlicher Kombination mit einer vorgeschalteten Ozoneinheit dar. In der erfindungsgemäßen Filterkombination wird anorganisch oder organisch belastete Zuluft (0) in einem Lüftungskanal (1) über eine kontinuierlich arbeitende Ionisationseinheit (2), welche einen definierten Abstand zum Elektretfilter (3) hat, diesem zugeführt. Der Abstand der Ionisationseinheit (2) zum Elektretfilter (3) ist so gewählt, dass über die Zuführungsstrecke (4) nur eine geringe Entladung über den Lüftungskanal (1) stattfindet, jedoch auch die zugeführte Luft (0) durchgängig über den Kanalquerschnitt ionisiert wird. Zusätzlich zu dieser Filterkombination wird eine geringe Menge Ozon unabhängig von der Ionisationseinheit in einem Ozonerzeuger (7) erzeugt und der Zuluft zugemischt. Durch den Ozonanteil werden abgelagerte, oxidable Stoffe wie Geruchsstoffe, Keime und Bakterien auf der Oberfläche des Elektretfilters aboxidiert und abgetötet. Die Ozonmenge ist dabei in Abhängigkeit der belasteten Zuluft durch Steuerung oder Regelung so gewählt, dass nur noch eine Restozonbelastung der Zuluft nach dem Elektretfilter unterhalb der gesundheitlich bedenklichen Grenzwerte vorliegt.
Auführungsbeispiel 3
Erfindungsgemäße Filterkombination in einem Lüftungskanal mit zusätzlicher nachgeordneter Ionisationseinheit und Ozonerzeuger zur Sauerstoffaktivierung der Zuluft
4 stellt die erfindungsgemäße Filterkombination in zusätzlicher Kombination mit einer nachgeschalteten Ozoneinheit (9) und Ionisationseinheit (10) dar. Dabei wird anorganisch oder organisch belastete Zuluft (0) in einem Lüftungskanal (1) über eine Ionisationseinheit (2), welche einen definierten Abstand zum Elektretfilter (3) hat, dem Elektretfilter (3) zugeführt und ionisiert. Der Abstand der Ionisationseinheit (2) zum Elektretfilter (3) ist so gewählt, dass über die Zuführungsstrecke (4) nur eine geringe
Entladung der ionisierten Zuluft (0) über den Lüftungskanal (1) stattfinden kann, aber gleichzeitig die Zuluft durchgängig über den Kanalquerschnitt ionisiert wird. Da sich die Zuluft (0) im Elektretfilter (3) entlädt, also ihr Ladungspotenzial an den Elektretfilter abgibt, kann die aus dem Elektretfilter austretende, gereinigte Luft als elektrostatisch inaktiv oder neutral bezeichnet werden. Der Ozongehalt ist in Abhängigkeit vom Gehalt der vor dem Elektretfilter zugeführten Luft (0) ebenfalls geringer und in den meisten Fällen so gering, dass ein gewünschter Hygieneeffekt im am Lüftungsauslass anschließenden Raum nicht mehr eintritt. Dies ist der Fall, wenn der Ozongehalt der Zuluft nach dem Elektretfilter unter 5 μg/m³ sinkt. Um die Zuluft nach dem Elektretfilter wieder in einen aktiven Zustand zu versetzen, wird diese in Kombination zusätzlich zur Ionisation vor dem Elektretfilter nochmals nach dem Elektretfilter mit einer Ionisationseinheit (6) kontinuierlich ionisiert und mit Ozon durch einen zusätzlichen Ozonerzeuger (8) so angereichert, dass ein Ozongehalt der Zuluft von max. 25 μg/m³ am Auslass des Lüftungskanals vorliegt.

0: Zuluft vor Elektretfilter
1: Lüftungskanal
2: Ionisationseinheit
3: Elektretfilter
4: Abstand Ionisationseinheit zu Elektretfilter
5: Ionisierte Luft
6: Ionisationseinheit nach Elektretfilter
7: Ozonerzeuger vor Elektretfilter
8: Ozonerzeuger nach Elektretfilter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 000069408699 T2 [0002]
- EP 000001257150 A3 [0002]
- AT 000000282016 B [0002, 0002]
- DE 000069419272 T2 [0002, 0002]
- AT 000000270022 B [0002]
- AT 000000380126 B6 [0002]

Claims

Filterkombination als Luftfilter, wobei die Leistung des in der Filterkombination verwendeten Elektretfilters in Bezug auf seine Abscheidefähigkeit von anorganischen und organischen Feinstpartikeln sowie Inaktivierung von organischen Stoffen wie Gerüchen und Mikroorganismen auf Grundlage der Ausnutzung seiner spezifischen elektrostatischen Eigenschaft, erhöht, und über die gesamte Standzeit des Elektretfilters so erhalten wird, dass die Standzeit des Elektretfilters hauptsächlich vom mechanischen Verschmutzungsgrad, also von dem Druckverlust des Filters abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkombination aus einem Elektretfilter und einer oder mehreren vorgeschalteten Systemeinheiten zur Ionisation der zugeführten Luft besteht, welche kontinuierlich oder diskontinuierlich negative oder positive Ionen oder eine Kombination aus beiden, so erzeugen, dass durch Abbau und Entladung der ionisierten Luft eine gemessene Ionenzahl von 500 Kleinionen p. cm³ vor dem Elektretfilter nicht unterschritten wird und gleichzeitig der gesamte Zuluftstrom gleichmäßig ionisiert wird.
Filterkombination als Luftfilter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als vorgeschaltete Systemeinheit zur Ionisation und elektrostatischen Aufladung der Zuluft und der darin enthaltenen Partikel ein Plattenkondensator, welcher wahlweise kontinuierlich oder diskontinuierlich eine negative oder positive Spannung anliegen hat, verwendet wird.
Filterkombination als Luftfilter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als vorgeschaltete Einheit ein Ozonerzeuger, welcher neben Ozon auch eine bestimmte Menge Kleinionen erzeugt, verwendet wird.
Filterkombination als Luftfilter nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Elektretfilter und die Ionenerzeuger wechselbar und reinigbar und damit wiedereinsetzbar sind und der Elektretfilter seine ursprünglichen Eigenschaften zu mindestens 75% behält.
Filterkombination als Luftfilter nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Systemeinheiten zur Erzeugung elektrostatisch geladener Zuluft wechselbar vor dem Elektretfilter angeordnet sind.