DE2143280A1

DE2143280A1 - Elektrostatischer Luftfilter

Info

Publication number: DE2143280A1
Application number: DE19712143280
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: SOLTIS CH
Current assignee: SOLTIS CH
Priority date: 1971-02-09
Filing date: 1971-08-30
Publication date: 1972-08-31
Also published as: FR2124215B1; US3763633A; CA943078A; GB1316016A; FR2124215A1

Description

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S 610 Charles W. Soltis, 647 West Forrest, Houston, Texas, USA

Elektrostatischer Luftfilter

FOr Haushalts - wie auch industrielle Klimaanlagen stehen heutzutage entweder elektrostatische Luftfilter oder Glas-'faser-Luftfilter zur Verfügung. Während Glasfaserfilter, die bei fast allen Warmluftheizungen verwendet werden, swar billig sind, jedoch nur als Grobfilter bezeichnet werden können und Teilchen unter 10 Mikron praktisch nicht erfassen, sind elektrostatische Luftfilter außerordentlich wirkungsvoll. Die bekannten elektrostatischen Luftfilter haoen jedoch gewisse Nachteile. So sind die Anschaffungs- und Montagekosten verhältnismäßig hoch, sodaß sie für Privathaushalte nicht in Frage kommen. Außerdem sind die Einheiten allgemein umfangreich und sie passen daher nicht in jedes System. Schließlich muß die Sammelzelle alle zwei bis drei Monate ausgebaut und ausgewaschen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe sugrunde einen elektrostatischen Luftfilter zu schaffen, der in Haushalts- und kleinen industriellen Klimaanlagen verwendet werden kann und in der Lage ist, die üblichen Glasfaser-Luftfilter zu ersetzen, wobei ein hoher Wirkungsgrad bei relativ geringem Druckabfall angestrebt wird. Dabei sollen mindestens 90% der Teilchen, die größer als 1 Mikron sind, zurückgehalten werden.

Der erfindungsgemäße elektrostatische Luftfilter ißt gekennzeichnet durch eine Filterainheit, die mindestens eine Schicht eines dielektrischen Filterraediums aufweist, aowie Mittel sur Erzeugung eines elektrostatischen Hochßpannungsion:!lei«rung3-feldes in dem Filter, um einen Ionenstrom durch dan Filtermedium zu bewirken, wobei die Ionen auf die sehr feinen Schwe-

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beteilchen auf traf fen. \mä ihre Maöeia hlasung fuf das Filtermedium be?rirken.

Der erfindungsg-.emäße Luftfilter kann in Dicken von nur 25 mm hergestellt werden- sod.&ß er ohne weiteres anstelle der üblichen Glasfaser-Filter eingesetst werden k&nn. Ds\her sind auch keine Veränderungen der Luftführungen erforderlich. Die Kosten des erfindungsgemäßen Luftfilters betragen nur einen Bruchteil der bisher bekannten elektrostatischen Luftfilter.

»Weitere Einzelheiten und Merkmal© der Erfindung argeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in densn ein Ausführungsbeispiel <?.er Erfindung dargestellt ist. Es seigt:

Fig. 1 eine Ansicht einer üblichen Klimaanlage, bei welcher der erf'indungsgemäße elektrostatische Luftfilter verwendet werden kann,

Fig. 2 eine auseinandergebogene perspektivische Darstellung der Einzelteile des erfindungsgemäßen Filtere,

Fig. 3 eine perspektivische Teilansiehi dar Filtereinheit des in Fig. 2 gezeigten Filters., in Werfen Filtermedium ein Drahtnetz eingebettet ist,

Fig. H einen Längsschnitt durch den kompletten Fi It-sr mit einem leitenden Vorfilter und zvei Schichten eines dielektrischen Filtermedium3, die mit positiv und negativ geladenen Flächen zusammenwirken, und

Fig. 5 eine schematische Dlrstellung des in Fig. 4 gazeigten

Filters, in der gezeigt ist, auf welche Weise die elektrostatische Ladung für den Ionenfluß innerhalb des Filters erzeugt wird.

In Fig. 1 ist mit 10 eine elektrostatische Luftreinigung^anlage bezeichnet, die mit dem Heizgerät 1"- in Verbindung steht

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und mit diesem ein Teil einer Klimaanlage bildet. Die Luftreinigungsanlage 10 enthält in jedem Fall eine Filteranlage Ik₃ einen Netzanschlußteil 16 und ein diese beiden Teile verbindendes Hochspannungskabel 18.

Die Filteranlage Ik ist in der Lage, sowohl große Staub- und Fusselteilchen als auch sehr feine Teilchen in der Größenordnung von 1 Mikron bis zu 90St und darüber einschließlich Staub, Pollen, Bakterien und ander« Luftverunreinigungen zurückzuhalten. Die Filteranlage I¹I weist eine Filtereinheit 19 auf, die mit einem leitenden Vorfilter 20 zum Entfernen grober Staub- und Fuseelteilchen versehen ist. Die Filtereinheit 19 enthalt weiterhin zwei dielektrische Filterschichten 22 und 2k, die zusammen die Samraelzelle 21 des Filters bilden und zwischen denen ein Metallgitter 26 angeordnet ist. Das Vorfilter 20 und die Sammelzelle 21 sind durch einen gemeinsamen Rahmen 28 zusammengehalten. Die genannte Filtereinheit ist in einem Gehäuse 30 angeordnet, das aus einem Rahmen 32, einem vorderen Sieb 3k und einem hinteren Sieb 36 besteht.

Das Vorfilter 20 kann aus einer 12 mm dicken geschäumten Aluminiumfolie bestehen, die mit irgendeiner der handelsüblichen klebrigen Beschiohtungen beschichtet werden kann, wenn es notwendig ist, die Wirksamkeit des Vorfilters zu erhöhen. Die Filterschichten 22 und 2k können aua 6 mm dicken Polyesterfaserplatten bestehen, zwischen denen das Gitter 26 angeordnet ist, das von einem handelsüblichen 8-Mesh-Sieb (Sieb Mit oa 2,Maos Maschenweit· und 0,8 mm Drahtstärke) gebildet ist. Di· Filterschiehten 22 und 2k können auch aus anderen dielektrischen Stoffen bestehen, beispielsweise einem Schaumkunststoff mit offenen Zellen, der leicht ausgewaschen wordin kann.

Das Gitter 26 ist durch eine Lit· se 38 über das Hochspannungskabel 18 rait dem Pluspol des Netzanschlußteiles 16 verbunden.

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Dieser Netzanschlußteil 16 stellt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Spannungsquelle von 3000 Volt Gleichstrom dar und liefert einen Strom von ImA. Die besten Ergebnisse in Bezug auf den Filterwirkungsgr'ad bei geringer Ozonerzeugung haben sich bei einer Spannung zwischen 2500 und 3^00 Volt ergeben. Infolge der sehr geringen Stromstärke ist keine Gefährdung gegeben und der Stromverbrauch ist entsprechend niedrig _g sodeß die Betriebskosten gering sind.

Das vordere Sieb 34 und das hintere Sieb 36 sind über das zweiadrige Kabel 18 mit dem Minuspol des Netzanschlußteiles 16 verbunden. Dieser Minuspol ist gleichzeitig geerdet, βοlaß das gesamte System mit Ausnahme des Sitters 26 geerdet ist. Da das Aluminiumvorfilter 20 elektrisch leitend ist und in engen Kontakt mit dem vorderen oder Luft"Eintrittssieb 34 kommt, ist es ebenfalls geerdet und nimmt eine negativ«· Ladung an. Die beiden Filterschichten 22 und 24 sind dielektrisch und isolieren somit das positive Gitter 26 von den negativ geladenen vorderen und hinteren Sieben 34 und 36. Wenn die Filtereinheit 19 in das von dem Rahmen 32 und den Sieben 34 und 36 gebildete Gehäuse eingesetzt und die Litze 38 durch das Kabel 18 mit dem Netzanechlußgerät 16 verbunden ist, so fließen negative Ionen von dem negativen Vorfilter 20 und dem negativen hinteren Sieb 36 zu dem Gitter 26. Die Sammelzelle 21 ist so ausgebildet, daß die Filterschichten 22 und 21 bein Einbau etwas zusammengedrückt werden, sodaß sie etwa einen Abstand von 4,75 nm zwischen dem positiven Gitter 26 und den negativen Flächen halten. Dieser Abstand ist ziemlich wichtig, da ein zu geringer Abntand einen übersehlag hervorrufen kann und ein zu großer Abstand den Ionenfluß erheblich verringert.

Wenn die negativen Ionen von den negativen Flächen zum positiven Gitter 26 strömen, treffen sie auf die in der durchströmenden Luft enthaltenen Staubteilchen und veranlassen diese.,

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sich auf den Filterschichten 22 und 24 niederzuschlagen. Die Filterschichten 22 und 24 bilden einen zickzackförmigen Pfad für die Teilchen, der die Teilchen zwingt, den Weg der Ionen zu kreuzen, die sich im wesentlichen senkrecht ssu der Oberfläche des Qitters 26 und parallel zur Luftströmung bewegen. Aufgrund ihrer dielektrischen Eigenschaften bilden die Filterschichten 22 und 24 zusammen Kit den benachbarten positiv und negativ geladenen Flächen eine Art Kondensator. Die Teilchen treten in das negative Feld des Aluminiumvorfilters 20 ein und durchqueren den ersten "Ionen-Schauer" in der ersten Filterschicht 22, wobei sie beginnen, sich auf bzw. in dieser Schicht niederzuschlagen. Die noch nicht niedergeschlagenen Teilchen gelangen nun in den zweiten "Ionen-Schauer" in der zweiten Filterschicht 24 und schlagen sich dort nieder. Eine interess&nte Eigenschaft dieser Ausführung besteht darin, daß die Filtereinheit 19 umso wirksamer wird, je verschmitzter die Filterschichten 22 und 24 sind, vermutlich deswegen, weil die kleinen Teilchen sich an den Fasern der Schichten 22 und 24 anlagern und die Oberfläche zum Sammeln der Teilchen vergrößern. Diese Eigenschaft ist gerade entgegengesetzt der Eigenschaft normaler elektrostatischer Luftfilter, die umso wirkungsloser werden, je verschmutzter sie sinä.

Wie vorher ausgeführt ist, halten das vordere Sieb 34 und das

hintere Sieb 36 zusammen mit dem Rahmen 38 die waschbare oder wegwerfbare Filtereinheit 19 in ihrer Lage in der Luftfilteranlage. Das vordere Sieb 34 ist im allgemeinen mit größeren Öffnungen versehen als das hintere Sieb 36, wodurch große Staubteilchen bis *zu dem Aluminiumvorfilter 20 gelangen können. Diese vorderen Offnungen haben beispielsweise die Form von Quadraten mit 18 mm Seitenlänge. Das hintere Sieb 36, das das negative Gitter für die austretende Luft bildet, weist quadratische Offnungen von beispielsweise 6 mm Seitenlänge auf. Diese Offnungen können auch noch kleiner sein, jedoch hat sich gezeigt,

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daß bei diesen Maßen ein günstiges Verhältnis zwischen Druckabfall und Prozentsatz der Öffnungen gageben ist. Wenn der
Qitterabstand dieses Siebes 36 zu groß ist, strömen die Ionen nicht gut su dem positiven Gitter 26 innerhalb der Filterschichten 22 und 24.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann grundsätzlich
das vordere Sieb 34 auch zwischen dem Vorfilter 20 und .der
Filterschicht 22 angeordnet werden, in welchem Falle das Vorfilter 20 aus flichtleitendem Stoff bestehen kann. Schließlich könnten auch die gegenüberliegenden Seiten der Filterzelle 21 mit elektrisch leitenden, jedoch luftdurchlässigen Flächen
oder Beschichtungen versehen werden» in welchem Falle auf die Siebe 34 und 36 verziehtet werden könnte.

Bei einem anderen ausgeführten elektrostatischen Luftfilter
gemäß der Erfindung besteht das Filtergehäuse aus perforiertem Aluminium mit 64g offener Fläche. Das Vorfilter 20 wurde aus geschäumtem Aluminium hergestallt und die Filters chi cht en bestanden aus Polyester mit offenen Kellen und zwar speziell aus flexiblem Polyurethanschaum. Das Anodengitter bestand aus 8-Meeh galvanisiertem Stahldraht. Der die Filtereinheit umgebende Rahmen sowie die Abstandshalter zwischen dem Anodengitter und den Eintritts- und Auatrittssieben bestanden aus Hart-PVC.

In einer normalen Haushalta-Klimaanlage hatte das wegwerfbare Vorfilter 20 und die Filtereinheit 19 eine Lebensdauer von etwa 2-3 Monaten. Dabei wurden über 90* aller über 1 Mikron liegenden Teilchen ausgefiltert, was jeden Vergleich mit den wesentlich teureren elektronischen Luftfiltern aushält, die im Handel erhältlich sind. Außerdem zeigten Untersuchungen mit
einem Mast-Ozonmesser, daß die Menge des erzeugten Ozons vernachlässigbar iet untf über eine Periode von 2k Stunden kein

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nennenswerter Ozonaufbau stattfand. AuSerden* zeigten sich überzeugende therapeutische Vorteile für Allergstiker.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß der erfindungsgemäße Luftfilter folgende Vorteile bietet:

1. Kompakte Ausführung, da ein Hochleistungsluftfilter mit einer Dicke von weniger als 25 mm zur Verfügung steht.

2. Die Filtermedien und die Qitteranordnung ge**Ihr leisten einen wirksamen lonenstrom.

3. Aufgrund der Billigkeit der verwendeten Stoffe kann die Filtereinheit als Einwegfilter verwandet werden.

4. Die Montage ist einfach, da die 3iuweg-^i?.te?einheit aufgrund ihrer Abmessungen die üblichen Glasfaserfilter mit geringerer Wirksamkeit ersetzen kann.

5* Der Druckabfall ist gering, da durch die Kombination von Filtermaterialien mit elektrostatischen Filtereinrichtungen eine maximale Filtrierung innerhalb der zulässigen Druckab« fallbereicheder üblichen Klimaanlagen ermöglich*; wird.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausftthi'ungsbeispiel beschränkt. Der Filter kann z.B. auch die Form einer Rolfe haben, die gedreht werden kann, um von Ze:li: au Zeit einen neuen Abschnitt zu verwenden oder es können auch mehrere Filtereinheiten oder mehrere einzelne Schichten vorgesehen werden, um unter Inkaufnahme eines etwas größeren Druckabfalles eine stärkere Filterwirkung zu erzielen. Es können also ohne weiteres mehrere Filter oder Filterschichten hintereinander geschaltet werden, um in Industrieanlagen eingesetzt werden zu können, welche Filter von 5 oder 7,5 cm Dicke erfordern. In solchen Fällen können die Filterachichten von Schaumstoffen mit offenen Poren gebildet werden, die unterschiedliche Porengrößen haben um unterschiedliche Druckabfälle über die Dicke des Filters zu erreichen.

- Patentansprüche 209836/1022

Claims

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Patentansprüche

Elektrostatischer Luftfilter, gekennzeichnet durch eins Filtereinheit (19) mit mindestens einer Schicht (22,24) aus dielektrischem Filtermaterial und Mitteln (26,34,36) zur Erzeugung eines elektrostatischen Hochspannungs"Ionisationsfeldes, um einen Ionenstrom durch das Filtermaterial zu erzeugen, wobei die Ionen auf die sehr feinen Schwebeteilchen auftreffen und ihre Niederschlagung auf das Filtermaterial bewirken.

" 2. Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Filterschicht (22,24) relativ dünn ist und daß ein Netsanschlußgeräfc (16) zwecks Erzeugung einer relativ hohen Spannung bei relativ niedriger Stromstärke vorgesehen ist, das mit Elektroden (26,34, 36) in der Filtereinheit (19) verbunden i3t.

3. Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 1, gekennseichnet durch zwei Filtarschichten (22*2*0 aus dielektrischem Material, zwischen denen ein elektrisch leitendes Gitter (26) angeordnet ist,

4. Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 3» dadurch ge-"

" kennzeichnet, daß auf gegenüberliegenden Seiten der Filterschichten (22,24) zwei in einem Abstand voneinander befindliche elektrisch leitende und aufladbare Flächen (34,36) vorgesehen sind.

5. Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschichten (22,24) aus Polyesterfasern oder aus einem Kunstschaumstoff mit offenen Poren besteht.

6. Elektrostatischer Luftfilter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorfilter (20) nahe vor

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einem der Filterechichten (22,24) auf der Einströmseite der Filtereinheit (19) angeordnet ist.

7. Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorfilter (20) aus geschäumter Aluminiumfolie besteht.

,8. Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorfilter (20) und die Filtereinheit (19) zueinander mittels eines umgebenden Rahmens (28) festgelegt sind.

9* Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daft der Vorfilter (20) aus geschäumtem Aluminium mit einer Dicke von etwa 12 mm besteht, daß jede der Pilterschichten (22,24) aus Polyesterfasern besteht und 6 mm dick ist und daß das elektrisch leitende Gitter aus einer einzigen Lage eines Drahtsiebes mit ca. 2,4 mm Maschenweite gebildet ist.

10. Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er so beschaffen ist, daß er zumindest 90Ji der Partikel zurückhält, die eine Größe von 1 Mikron und d»~über haben.

11. Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei elektrisch leitende perforierte Platten (34,36) in einem Abstand voneinander angeordnet sind und zwischen sich den Vorfilter (20) und die Filtereinheit (19) aufnehmen.

12. Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß um den Umfang des Vorfilters (20) und der Filtereinheit (19) herum und zwischen den perforierten Platten (34,36) ein Rahmen (32) aus nichtleitendem Werkstoff

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angeordnet ist, der das Vorfilter (20) und die Filtereinheit (19) in einem vorbestimmten Abstand von den perforierten Platten (34 und 36) hält.

13· Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierten Platten (34 und 36) an den Minuspol und das «wischen den Filterschichten (22, 24) angeordnete Gitter (26) an den Pluspol einer Stromquelle angeschlossen ist, sodaß Ionen vor der vorderen perforierten Platte (34) durch die eine Filterschicht (22) su den Gitter (26) und die Ionen von der hinteren perforierten Platte (36) durch die andere Filterschicht (24) zu dem Gitter (26) strömen, auf die Schwebeteilchen in dem zu filternden Luftstrom auf treffen und diese auf die Filterschichten niederschlagen.

14. Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 13» gekennzeichnet durch eine Stromquelle, die eine Spannung zwischen 2500 und 3500_s vorzugsweise 3000 Volt Gleichstrom liefert.

15· Elektrostatischer Luftfilter nach Anspruch 1£* dadurch gekennzeichnet, daß die vordere perforierte Platte (34) grössere Offnungen hat als die hintere perforierte Platte (36), und daß die Öffnungen in der vorderen Platte (34) quadratisch mit einer Seitenlange von etwa IS mm und die öffnungen in der hinteren Platte (36) quadratisch mit einer Seitenlänge von etwa 6 va sind.

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