DE2234179A1 - Elektrostatisches filter - Google Patents

Description

Elektrostatisches Filter

Die Erfindung bezieht sich auf elektrostatische Filter zur Luftreinigung. Luftreinigung wird hier im allgemeinen Sinne verstanden als Reinigung der Atemluft in geschlossenen Räumen won Schwebstoffen aller Art wie organischem oder anorganischem Staub, Rauchpartikeln und Molekülen chemischer Verbindungen, insbesondere der aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffe. ' -

Die Technik der elektrostatischen Filter wurde bisher im wesentlichen für den Einsatz in technischen Produktionsbetrieben, insbesondere zur Reinigung der Abgase uon Feuerungen, der Gichtgase won Hochöfen u, dgl. entwickelt. Es handelt sich hier um Einrichtungen mit erheblichem technischen Aufwand, die in den Rauchzügen fest installiert sind. - In jüngster Zeit wird das elektrostatische Filter auch für die Luftverbesserung und -reinigung in Betriebs- und Wohnräumen eingesetzt, indem ein Gebläse geladene Teilchen enthaltende Luft zwischen an einer hohen Gleichspannung liegenden Filterelektroden hindurchdrückt oder hindurchsaugt. Dabei macht man sich die Vorteile des elektrostatischen Filters zunutze, die in seinem geringen Strömungswiderstand und seiner hohen Ausbeute auch bei klein-

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sten Teilchen in der Größenordnung v/on 10 yu liegt. Der geringe Strömungswiderstand ermöglicht es, bereits mit

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Gespräche am Fernsprecher haben keine rechtsverbindliche Wirkung I

Brief vom Blatt 2 Dipl.-Ing. G. Schliebs

_an Deutsches Patentamt, München Patentanwalt

kleinen Gebläsen mit geringem Stromverbrauch einen fürWbhn- und Betriebsräume ausreichend großen Luftdurchsatz zu erzielen. Die hohe Bandbreite der Filterung ermöglicht es, die Atemluft auch von Schweb- und Geruchsstoffen zu reinigen, deren Vorhandensein nach !Klenge oder Dauer iuenn nicht die Gesundheit, so doch zumindest das tUohlbefinden zu beeinträchtigen geeignet ist·

Bei den Anwendungen des elektrostatischen Filters in diesem Rahmen eriueist es sich jedoch noch als nachteilig, daß die adsorbierten oder absorbierten Moleküle vieler chemischer Verbindungen, insbesondere der schweren gesättigten und ungesättigten Kohlenuiasserstof f e, bei abgeschaltetem Gerät, wenn also das statische Gleichfeld zwischen den Filterelektroden verschwindet, wieder von den Filterelektroden abdampfen, und ztuar um so schneller, je höher die Umgebungstemperatur ist, und mit der normalen Luftbewegung aus dem Gerät wieder in den Raum austreten. Dies hat seine Ursache darin, daß die Bindungskräfte solcher lYlolekülverbindungen nur schwach sind (Van-der-Waals-Typ)

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, das bekannte elektrostatische Filter für Zwecke der Luftreinigung in der Ujeise zu verbessern, daß abgesc tiiedene IKloleküle organischer Verbindungen nicht wieder oder nur in unschädlicher Form von den Filterelektroden abdampfen können,

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, bei einem elektrostatischen Filter der eingangs beschriebenen Art den Luftspalt zwischen Filterelektroden entgegengesetzter Polarität, z.T. mit Wirkstoffen auszufüllen, welche die im Gleichfeld zu den Filterelektroden bewegten Teilchen dauerhaft adsorbieren oder absorbieren und/oder durch eine chemische Umwandlung in unschädliche Verbindung überführen. Unter unschädlich werden hierbei solche Verbindungen verstanden, die, wie eingangs erwähnt, weder die Gesundheit noch das Wohlbefinden beeinträchtigen. In der praktischen Ausführung kann mindestens

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Brief vom Blatt 3 Dlpi.-Ing. G. Sdiliei»

« " Deutsches Patentamt, München ¹¹ * * ' ' *

eine der Filterelektroden mit dem erfindungsgemäßen Wirkstoff beschichtet sein, oder ein mit dem Wirkstoff beschichteter oder getränkter Träger ist frei in dem Spalt zwischen je zwei Filterelektroden angeordnet. Im besonderen können auch beide Ausführungen zugleich angewendet werden, wobei insbesondere verschiedene bzw. auf verschiedene Weise u/irksame Stoffe eingesetzt werden können.

Zu den erfindungsgemäßen li/irkstoffen zählen zunächst rein mechanisch adsorbierende Stoffe großer Oberfläche wie Aktivkohle, Kieselgur, Zeolithe, Gele u. dgl., sodann aber insbesondere zur Beseitigung der Schujermoleküle aromatischer, übel riechender !/erbindungen alle auf diese oxidierend oder reduzierend wirkenden Verbindungen, bevorzugt solche, die bei Raumtemperatur in Anwesenheit eines Katalysators eingesetzt werden können - sog. "Kaltverbrennung" -, oder in besonderen Fällen auch solche, die durch eine Zusatzheizung auf eine höher liegende Reaktionstemperatur erwärmt werden müssen.

Desodorierende Filter mit Aktivkohle u. dgl. sind zwar bekannt, jedoch werden sie quer durchströmt und bieten der Luftströmung einen erheblichen Widerstand. Die erfindungsgemäße Verwendung solcher Stoffe in einem elektrostatischen Filter selbst statt in einem vor- oder nachgeschalteten Zusatzfilter konventioneller Art erlaubt den Bau kleiner Geräte, die einen hohen Luftdurchsatz haben bei besserer Filterwirkung.

fin it dem Filteraufbau nach der Erfindung wird zwischen den polarisierten Filterelektroden ein geschichtetes Dielektrikum geschaffen. Daraus folgen als elektxische Kriterien für die Eignung eines Wirkstoffes, daß seine dielektrischen Verluste niedrig sein müssen und ebenso seine Dielektrizitätskonstante, damit sich das auf die das Filter durchsetzende Luft und die in ihr enthaltenen Teilchen wirkende Gleichfeld im wesentlichen im verbleibenden freien Luftspalt zwischen den Filterelektroden ausbildet.

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Brief vom Blatt 4 7 ? ^ Λ 1 7 Q ^DiP'-^|ne. ©· Sehliebs

«n Deutsches Patentamt, München * * O H I / 3 -Patentanwalt

Mit der Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, als Filter in intermittierend betriebenen Geräten zur Luftreinigung in geschlossenen Räumen ausschließlich oder zusätzlich zu den üblichen, quer durchströmten Staubfiltern alektrostatische FiI-ter einzusetzen und deren große Vorteile in Bezug auf den Leistungsbedarf und die Bandbreite ihrer spezifischen Wirksamkeit auszunützen, ohne daß in den Betriebspausen die abgefilterten Teilchen mieder in die Umgebungsluft austreten.

Soweit die -eingesetzten Wirkstoffe mit der Zeit gesättigt oder verbraucht werden, lassen sich die beschichteten Filterelektroden oder die Einsätze zwischen ihnen in bekannter Weise auswechselbar gestalten. Der Einsatz kann dann je nach Art des Wirkstoffs regeneriert oder gereinigt oder, wenn beides nicht möglich ist, durch einen frischen Einsatz ersetzt werden. Im Falle der Reinigung muß der Wirkstoff nach der Reinigung erneut aufgebracht werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Träger gewellt oder gefaltet und so zwischen den Filterelektroden angeordnet, daß die das Filter durchsetzende Luft längs der Wellungen bzw. Falten strömt. Dadurch wird eine besonders große Wickfläche geschaffen, und der Strömungswiderstand bleibt noch eine Größenordnung kleiner als der eines quer durchströmten Filters gleichen Aufbaus. Ferner lassen sich mit dem Träger als Abstandshalter die Filterelektroden zu einer Filterpatrone aufwickeln, die axial durchströmt wird, je nach Anwendungsfall nahezu beliebigen Querschnitt haben und zu mehreren zu Filtersätzen paketiert werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung an einigen Beispielen erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematisehen Darstellungen als Ausschnitte in starker Vergrößerung:

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Brief vom Blatt 5 .«***,** ι»_Λ Dip Wo«. Q.Schli.b»

an Deutsches Patentamt, Oifüncben

Fig.. t eine beschichtete

Fig. 2 eine Anordnung im Luftspalt zwischen zwei Filterelektroden mit Abstand zu diesen und

Fig. 3 eine Abwandlung dar Äusführungsform nach Fig« 2£

Fig. 4_f5 Beispiele für kleine * insbesondere tragbare Luft.-- und 6 Eainigungsgeräte mit mindestens einem elektrostatischen Filter,

In Fig« 1 ist ein Ausschnitt aus einer z.B. plattenförmigen Filterelektrade 1: dargestellt , die als Außenelektrode eines Elektradensatzes auf ihrer der (nicht dargestellten) Gegenelektrode zugewendeten Fläche mit einem Wirkstoff 2, z.B. Aktivkohle* beschichtet ist.

Die, Filterelektrade kann eine Metallplatte, eine metallisierte Kunststoffplatte oder eine Folie sein und bevorzugt ein. Wetz, dessen Waschen mit dem liiirkstoff ausgefällt sind» oder ein metallisiertes Geiuebe, das mit dem Wirkstoff" getränkt ist. Der lilirkstoff kann auch selbst leitend sein.

Fig., 2t zeigt eine Anordnung des IMrkstoffes auf einem Träger 4 im Luftspalt 5 zwischen den gegenpoligen Filterelektroden 20; 1 und '3* Für die Ausführung dieses Trägers gilt das zuvor für die Elektrode Gesagte..

Fig. 3 zeigt eine Abwandlungsform zu Fig. 2i Hier ist der Träger 6 des IMrkstoffes zur Vergrößerung seiner Oberfläche wellenförmig im Luftspalt 5 angeordnet und berührt die Filterelektroden \_r 3 abwechselnd linienförmig. Der Träger 6 kann z.B. aus gekrepptem Wellpapier bestehen, das vor oder nach dem Einbau zwischen die Fiitereiektroden mit einem Wirkstoff getränkt wurde, oder auch aus einem Gewebe, das seine Steifigkeit in seiner Struktur besitzt oder erst nach der Tränkung durch, den Wirkstoff erhält*

Brief vom Blatt 6 *» «* O JT 1 f Λ Dipl.-Ing. G. Schliefet

Deutsches Patentamt, München 2Z34 I /α Patentanwalt

Aus diesen Grundformen, die sich in Einzelheiten noch variieren lassen - z.B. können mehrere Wirkstoff-Schichten übereinandergelegt oder die Ausführung nach Fig. 1 mit der nach Fig. 2 oder 3 kombiniert werden -, können Planfilter oder Filterufickel» sog. Filterpatronen, hergestellt werden.

In Fig. 4 ist im Querschnitt ein tragbares Luftreinigungsgerät einer Farm dargestellt, wie sie won elektrischen Zusatzr heizgeräten für Wahn- oder Arbeitsräume bekannt ist (z.B. aus der deutschen Patentschrift 1 212 703). In einem Gehäuse 10 ist ein sog. Querstromgebläse angeordnet, d.h. ein Gebläse, dessen mit Lamellen 110 besetzte Rotorwalze zweimal vom Luftstrom durchsetzt wird. Die Luft wird durch ein Gitter 13 im Gehäuse 11 und durch ein mechanisches Abscheidfilter 14 für groben Staub, Haare, Fäden u. dgl. hindurch in Pfeilrichtung F-, über einen Ansaugraum 18 angesaugt und verläßt das Gehäuse hinter der Rotorwalze mieder durch die Auslasschlitze 15 in Pfeilrichtung F_?. Der Ausblaskanal oder Diffusor wird hier zwischen den isoliert im Gehäuse 10 zwischen Stirnscheiben 7 angeordneten Filterelektroden 1, 3 eines elektrostatischen Filters gebildet, in u/elchem hinter einem Gitter von Sprühelektroden 16, an denen die von der Luft mitgeführten Teilchen elektrisch aufgeladen werden, ein in Erstreckungsrichtung parallel zur Welle 111 der Rotorwalze 11 gefalteter Träger 17 für Wirkstoffe angeordnet ist, mit denen die im Luftstram mitgeführten, im quer zu diesem gerichteten elektrostatischen Feld zwischen den Filterelektroden 1, 3 g^gen eine der beiden Elektroden bewegten Teilchen dauerhaft absorbiert oder chemisch neutralisiert werden. Nach dem Öffnen des Gitters 13 kann das Abscheidungsfilter 14 entnommen und gesäubert werden.

Nach dem Öffnen der die Ausblasschlitze 15 enthaltenden Frontseite 19 des Gehäuses kann auch der Träger 17 nach einer Zeit, innerhalb deren sich die Wirkstoffe verbraucht haben, ausgewechselt werden.

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Brief vom Blatt 7 99T/ 17Q Dipl.-Ing. G'. Sdili»bi

^an Deutsches Patentamt, München Patentanwalt

Fig. 4 gibt nur das Schema eines vorzugsweise transportablen Luftreinigungsgerätes mit einem erfindungsgemäßen elektrosta- . tischen Filter wieder. Nicht dargestellt sind z.B. der Ständer oder Fuß des Gerätes, der auf der Unterseite des Gehäuses 10 angeordnet sein kann, der lYlotor, der die Lüfterwelle 111 antreibt, und das Netzteil, welches aus dem Wechselstromnetz die Hochspannung für die Filterelektroden 1, 3 erzeugt; Motor und Netzteil können z.B. an den Stirnseiten des Gehäuses TO angeordnet sein. Schließlich können im Ausblaskanal des Gebläses ein Heizregister zur Erwärmung und eine weitere Vorrichtung zur Befeuchtung der gereinigten Luft angeordnet sein.

Fig. 5 zeigt ein Gerät mit im wesentlichen zylindrischem Gehäuse 20, welches axial von einem Luftstrom besetzt wird, der von einem Axialgebläse mit Flügelrad 21 und Motor 22 erzeugt wird. Die Luft wird durch das Fanggitter 23 angesaugt, durchsetzt das mechanische Grobfilter 14, streicht an den Sprühelektroden 16 vorbei und durchsetzt dann mehrere kreissymmetrisch angeordnete Filterpatronen 24, die als Wickel der Anordnung nach Fig. 3 ausgeführt sind. Die gereinigte Luft verläßt das Gehäuse 20 durch das Austrittsgitter 25.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Aust'rittsseite des Gerätes bei abgenommenem Austrittsgitter 25. Den Kern des Gerätes im Bereich der Filterpatronen 24 füllt das Hochspannungsnetzteil 26 aus. Statt dessen kann - bei entsprechender Wahl der Durchmesserverhältnisse - auch der 'Kernraum durch eine weitere Filterpatrone ausgefüllt und das Netzteil z.B. im (nicht dargestellten) Ständer untergebracht sein.

Wie die beiden Ausführungsbeispiele zeigen, kann die Erfindung außerordentlich vielseitig und bei Geräten unterschiedlichster Formgebung ausgeführt werden.

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Brief vom Blatt θ ,. Dipl.-Ing. G. Schliebs

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Falls die als Wirkstoff verwendeten chemischen Verbindungen ihre optimale Wirkung bei höheren als Raumtemperaturen entfalten und dieses Optimum auszunützen in Anbetracht der Durchschnittsgeschwindigkeit der zu reinigenden Luft und/oder der Baulänge des Filters geboten ist, kann der Wirkstoff bzw. sein Träger auch direkt oder indirekt erwärmt u/erden, z.B. durch eine liiiderstandsbeheizung der Filterelektroden oder dadurch, daß das in Verbindung mit Fig. 4 eru/ähnte Heizregister in den Ansaugraum 18 oder in den Ausblaskanal vor das Filter gelegt wird.

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Claims (1)

β« Döcjrteettes Patentamt,. München ££-3% i /el f* Elefet.imsta.t.iscrhes: Filter m;it air einer ftoh;ere Eleichspannung liegenden FiXfceEelßfetrQ-döFi,, zwischen denen geladene Teilchen ent hai tender Luft hindurchstrorrrfc * dadurch· gekennzeichnet ,, daß: der Luftspalt |5) ziuiscHien; FilfeerRlektEQ;d:eri (ΐp 3) S enftgegengssetzter Polarität zum1 Teil mit Ul/irkstesffenv ausgefüllt ist,, welche d;ie in* Gleicfctfslefc zu; den: FxltBirelektroden beujregtera T eil ehern dauerhaft adsorbieren erde« absorbieren un-d/odsr durch eine ehemische tirauiandlung in; unschädliche y/eEfein düngen über/führren«. o 2. ElektEostatischas Filter nach Anspruch 1-^ dadurchi gekennzeichnet, daß nrindestens eine der Filter eis ktxQ-den· (1;r 3^) mit eijiem Wirkstoff (2)- beschicktet is;t fFigi., I)*. 3>* ElekCröstatisches Filter nach jPtnspruch= tr dadurch· g;ekennzeichnet,, daß ein mit dem üJir'ltstöff fjeschichteter- oder- getränkter Träger (4^ 6) frei in dem Luftspalt (5} zumischen. Je zufei Filterelektroden (1if 3) angeordnet ist (Fig^ 2|* 4# Elekferostatisches Filter nach Anspruch 3, dadurch gekenndaB der Träger (6) gewellt oder gefaltet und? so; ά&η FiI torelektrode η (tr 3) angeordnet istf d;aß 2§ die das Filter öurchisetzerede Luft langes der Falter« stförot (Fig* 3^4). 5# ElektrostatisEhe-s Filtef näehs firvspEEfCh. 4.f, dadttrchze£ö,teet.r daß die Filter©lekfcrciden> fi r3) mit dem {&} als Abstandshalter: zu einer FiIt er patrone aufgewickelt 2i sind (Fig* 5)· &* llektfestafcisch-esH Filter nach- Ansprecht ~2t düfeft ein nretaliisiertes Gewebe alö Filtereiektröde> in? dessen Gewebem^aschen der Pi.Fkstoff eingebrachitt ist«. 7i Elektrostatisdhes filter haclrr ftnsprucN 2fgekennzeiehinet 3Ö durcN ein; Efcafttneüz e»ls Filterelöktröde^ in dessen der Wirkstoff eingebracht ist* Brief vom Blatt 10 DipL-Ing. G, Sdilieb« Deutsches Patentamt, München £23h- ί ta Patentanwalt 8. Elektrostatisches Filter nach einem oder mehreren der υατ— hergehenden Ansprüche* gekennzeichnet durch die Verwendung; von adsorbierenden Werkstoffen großer Oberfläche, wie Aktiv/kohle, Kieselgur, Zeolithe, Gele u. dgl. 9. Elektrostatisches Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7t gekennzeichnet durch die Verwendung won die Teilchen oxidierenden oder reduzierenden Verbindungen,, uz.ie Kaliumpermanganat, Natriumpersulfat. - TQ. Elektrostatisches Filter nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Zusatzheizung für den Träger (4„. 6) des oxidierenden oder reduzierenden Wirkstoffe.

1.ΐ« Elektrostatisches Filter nach Anspruch iQ_r dadurch gekennzeichnet jf daß die dem Filter zuströmende Luft erwärmt ist.

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