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Verfahren zur Verbesserung des Raumklimas und Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Es ist bekannt, das Raumklima durch Ionisierung der Luft zu verbessern.
Es wird dadurch das Milieu sowohl für Menschen und Tiere als auch für Pflanzen verbessert.
Diese Eigenschaft wird den negativen kleinen Luftionen zugeschrieben. Untersuchungen
haben ergeben, daß durch die negativen Luftionen die Lebensbedingungen verbessert
werden, und man hat daher bisher zu diesem Zwecke die Raumluft mit negativen Luft
Ionen angereichert. Um hiebei einen genügenden Effekt zu erreichen, mußte eine hohe
negative Luftionenkonzentration in der Größenordnung von 105 bis 106 Ionen/cm3 geschaffen
werden. Die Erzeugung einer solchen hohen Luftionenkonzentration durch Coronaentladung
hat aber auch eine Erhöhung des Gehaltes an Ozon und
Stickoxyden
zur Folge. Ozon und Stickoxyde sind aber wegen ihrer Giftigkeit für Mensch und Tier
unzuträglich. Es hat sich herausgestellt, daß die Sicherheitsgrenze bereits bei
der Erzeugung einer Luftionenkonzentration von 107 Ionen/cm3 überschritten wird.
Diese Sicherheitsgrenze soll möglichst weit unterschritten werden, um schädigende
Einflüsse zu vermeiden, jedoch war anderseits wieder ein Effekt in bezug auf die
Verbesserung des Raumklimas nur mit hohen Luftionenkonzentztionen erreichbar.
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Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden,
und besteht im wesentlichen darin, daß die Raumluft sowohl mit negativen als auch
mit positiven, insbesondere kleinen, Luft- und/oder Hydrolonen künstlich angereichert
wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll die Anreicherung
der Raumluft in einem Verhältnis von negativen zu positiven Ionen von 5 bis 8 Teilen
zu 3 bis 5 Teilen, vorzugsweise in einem Verhältnis von ungefähr 5 zu 4-erfolgen.
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Es hat sich gezeigt, daß bei gleichzeitiger Anreicherung der Raumluft
mit negativen und positiven Luftionen die Gesamtionenkonzentration bei Erreichung
eines ausreichenden Effektes wesentlich geringer gehalten werden kann als bei Anreicherung
der Raumluft mit negativen Ionen allein, obwohl die günstigere Wirkung in bezug
auf die Verbesserung des Raumlimas den negativen Ionen zugeschrieben wird. Gemäß
der Erfindung wird die Raumluft vorzugsweise auf einen Gesamtgehalt an negativen
und positiven Ionen in der Größenordnung von 8.102 bis 5.ion pro cm3 angereichert.
Bei einer solchen Anreicherung mit negativen und positiven Ionen insbesondere in
einem Verhältnis von etwa 5 zu 4 von negativen Ionen zu positiven Ionen wird der
gleiche Effekt in bezug auf die Verbesserung des Raumklimas erreicht wie bei einer
Anreicherung mit negativen Ionen allein auf eine 6 3 Ionenkonzentration von 105
bis 10 Ionen pro cm Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren agewandte Ionenkonzentration
liegt somit um mehrere Größenordnungen niedriger als bei den bekannten Verfahren.
Die Bildung von Ozon, Ozoniden und Stickoxyden ist daher praktisch eliminiert und
es ist damit jeder schädliche Einfluß durch Vergiftung der Raumluft vermieden.
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Für die Zwecke einer Luftentstaubung ist es bekannt, eine Ionisierung
durch positive und negative Coronaentladungen an der gleichen Entladungsstelle bzw.
an den gleichen Coronaspitzen durchzuführen. Hier handelt es sich aber darun, die
Staubteilchen aufzuladen. Eine Anreicherung der Raumluft mit positiven und negativen
Ionen kann dadurch nicht erzielt werden, da die negativen und positiven Luftionen,
welche nicht für die Aufladung des staubes ausgenützt werden, rekombinieren und
daher für die Anreicherung der Raumluft unwirksam werden.
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Für die Verbesserung der Raumluft können negative und positive Coronaentladungen
gemäß der Erfindung nur dann ausgenützt werden, wenn die Ionisierung der Luft durch
gleichzeitige räumlich voneinander getrennte negative und positive Coronaentladungen
erfolgt, so daß durch die räumliche Trennung der negativen und positiven Coronaentladungen
eine Rekombination vermieden wird.
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Den Luftionen weist man folgende chemische Formel zu: (02)#, (02)+,
~ H30.(HSO)-,C02 zu(1120) und/oder (n20)+, um nur die wichtigsten ionisierten Moleküle
zu nennen. In reiner Bergluft ist ihr Gesamtanteil zwischen 5.102 und 5.in3 Ionen
pro cm3, und zwar meist in einem Verhältnis von 4 : 5 negative zu positive Ionen.
Wieso bei der künstlichen Anreicherung der Raumluft mit Ionen das umgekehrte Verhältnis
günstiger ist, konnte noch nicht erforscht werden.
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Die Luftionen entstehen durch die ionisierende Wirkung von radioaktiven
Stoffen, kosmischer Strahlung und durch elektrische Entlådungen. Dabei werden ein
oder mehrere Elektronen aus der Elektronenhülle eines Atoms oder Moleküls herausgeschlagen.
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Diese ionisierten Atome oder Moleküle lagern sich in kurzer Zeit an
ein neutrales Atom oder Molekül an. Es entstehen dabei positive oder negative Atom-
oder Molekül ionen. Etwa zehn bis zwölf Molekülanlagerungen bilden einen Komplex,
den man als Klein-Ionen oder kleine Ionen bezeichnet.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
zur Verbesserung des Raumklimas ist im wesentlichen gekennzeichnet durch einen bipolaren
Hochspannungsgenerator,
dessen Pole mit voneinander getrennten Ionisierungselektroden,
insbesondere Coronaelektroden wie beispielsweise Coronaspitzen oder feinen Drähten,
verbunden sind. Hiebei kann das negative und das positive Potential des Hochspannungsgenerators
entsprechend dem gewünschten Verhältnis von negativen zu positiven Ionen eingestellt
sein. Hiebei können die beiden Pole des Hochspannungsgenerators von Hochspannungstransformatoren
gespeist sein, deren Übersetzungsverhältnisse entsprechend dem gewünschten Verhältnis
von negativen zu positiven Ionen eingestellt oder einstellbar sind. Ist das Übersetzungsverhältnis
der beiden verwendeten Hochspannungstransformatoren gleich, so ist das Verhältnis
negativer zu positiver Luftionen 5 : 4.
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Erhöht man das übersetzungsverhältnis der positiven Spule um 20 %,
so ist der Ionenausstoß beider Polaritäten derselbe.
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Das gewünschte Verhältnis von negativen zu positiven Ionen kann aber
auch durch Wahl der Anzahlen von negativen und positiven Coronaelektroden erreicht
oder mitbestimmt seil.
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Die Ausbildung kann so getroffen sein, daß die Frequenz des Hochspannungsgenerators
zwischen 0,9 und 1000 Hz liegt und vorzugsweise regulierbar ist. In der Grundlagenforschung
über die physiologische Einwirkung der Luftionen hat sich gezeigt, daß die Frequenz
der Entladungen von erheblicher Bedeutung ist. Frequenzen im Bereiche über 10 Hz
bis einige Hundert Hz haben tonisierende Wirkung, Frequenzen unter 5 Hz sedierende
Effekte. Je nach Dimensionen der RC-Glieder am Oszllatorteil, die auch als variable
angebracht werden können, läßt sich die Pulsfolgefrequenz regulieren. Man hat es
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Hand, die Frequenz der Entladungen entsprechend
einzustellen.
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Die Hochspannungsspitzen der pulsierenden Ausgangsspannung des Hochspannungsgenerators
liegen zweckmäßig über 4 kV. Der pulsierende Betrieb ergibt an sich bereits eine
Herabstzung der Bildung von Ozon bzw. Ozoniden und Stickoxyden.
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Bei einer einfachen Ausführungsform der Erfindung können als Hochspannungstransformatoren
handelsübliche Autozündspulen verwendet werden.
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Die räumliche Trennung der Coronaentladungsstellen kann dadurch erreicht
werden, daß die mit dem negativen Pol des Hochspannungsgenerators verbundenen Coronaspitzen
und die mit dem positiven Pol des Hochspannungsgenerators verbundenen Coronaspitzen
entgegengesetzt gerichtet sind oder daß die Richtung dieser Spitzen zumindest divergiert.
Die Emissionen sind dann entgegengesetzt, so daß eine Rekombination vermieden wird.
Es können aber auch die Coronaspitzen unterschiedlicher Polarität an verschiedenen
Enden des Raumes, dessen Klima verbessert werden soll, angeordnet und zueinander
gerichtet sein, in welchem Falle dann die große räumliche Entfernung eine rasche
Rekombination verhindert.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltung dargestellt.
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Die Schaltung wird über Klemmen 1 und 2 mit Gleichspannung von etwa
12 Volt versorgt, wobei zweckmäßig der an Klemme 2 liegende Pluspol der Spannungsquelle
geerdet ist. Die Stromversorgung kann aus einem nicht dargestellten Akkumulator
oder auch durch eine gleichgerichtete Wechselspannung erfolgen.
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Die Betriebsspannung ist für Wechselstrom durch einen Kondensator
3 überbrückt und an einer über einen Vorwiderstand 4 angeschlossenen Z-Diode 5 kann
eine stabilisierte Spannung abgenommen werden. Diese stabilisierte Spannung dient
als Versorgungsspannung für einen Oszillator, der durch eine integrierte Baugruppe
6 mit einer äußeren Beschaltung durch einen Widerstand 7 und einen Kondensator 8
gebildet ist. Durch Wahl der WeRe des Widerstandes 7 und des Kondensators 8 kann
die Frequenz des vom Oszillator erzeugten Steuersignals festgelegt werden.
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Dabei kann der Widerstand 7 stufenlos verstellbar und erforderlichenfalls
der Kondensator 8 in Stufen umschaltbar sein.
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Das vom Oszillator erzeugte Steuersignal kann ein Tastverhältnis von
etwa 8 msec. zu 2,5 msec haben und gelangt über eine Leitung 9 an die Basis eines
Treibertransistors 10, der als Emitterfolger einen Leistungstransistor ii ansteuert.
Beide Transistoren werden jeweils durch die positiv gerichteten Impulse mit etwa
2,5 msec Dauer leitend. Zur sicheren Sperrung des Leistungstransistors il in den
Impulspausen ist dessen Emitter über eine vorgespannte Diode 12 mit dem negativen
Pol der Versorgungsspannung
verbunden.
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Zur Hochspannungserzeugung liegen im Kollektorkreis des Leistungstransistors
11 die Primärwicklungen von zwei Hochspannungstransformatoren, welche von handelsüblichen
Autozündspulen mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 90 gebildet sind. Zum Schutz
des Leistungstransistors il gegen Selbstinduktionsspannungsspitzen, welche beim
Sbergang des Transistors vom leitenden in den gesperrten Zustand an den Primärwicklungen
der Hochspannungstransformatoren auftreten, liegt zwischen dem Kollektor des Leistungstransistors
11 und den Primärwicklungen der Hochspannungstransformatoren ein Widerstand 15,
der auch zur Strombegrenzung dient, und parallel zu der aus der Kolektor-Emitterstreci:e?des
Leistungstransistors 11 und der Diode 12 gebildeten Reihenschaltung ist eine Z-Diode
16 geschaltet, durch welche die Selbstinduktionsspannungsspitzen der Primärwicklungen
der Hochspannungstransformatoren 13 und 14 am Leistungstransistor il auf etwas weniger
als 100 Volt begrenzt werden. Einem ähnlichen Zweck dient ein Kondensator 17, der
zu den antiparallel angeschlossenen Primärwicklungen der Hochspannungstransformatoren
parallel geschaltet ist. Bedingt durch die Art der Anschaltung der Primärwicklungen
der Hochspannungstransformatoren tritt bei jeder plötzlichen Unterbrechung des Kollektorstromes
des Leistungstransistors il am Ende der Hochspannungswicklung des Hochspannungstransformators
13 ein negativer Hochspannungsimpuls und am Ende der IIochspannungswicklung des
llochspannungstransformators 14 ein positiver Hochspannungsimpuls auf. Die Dauer
dieser Hochspannungsimpuls hängt von der Belastung der Hochspannungstransformatoren
ab und liegt in der Größenordnung von 0,3 msec. Nach dem durch die Stromunterbrechung
in der Primärwicklung verursachten Hochspannungsimpuls klingt die Spannung an der
Hochspannungswicklung in Form einer gedämpften Schwingung ab, deren Kennwerte von
der Induktivität, der Kapazität und der Dämpfung der Anordnung abhängen. Zur Ausnützung
der maximalen Spannung ist an das Ende jeder llochspannungswicklung über eine flochspannungsdiode
18 bzw. 19 je eine Kondensatorkette 20 bzw. 21 angeschlossen, deren von den Hochspannungsdioden
abgewandte Ende mit
dem positiven Pol der Versorgungsspannung, welcher
vorzugsweise geerdet ist, verbunden sind. An den hochspannungsseitigen Enden der
beiden Kondensatorketten sind über Schutzwiderstände 22 und 23 Coronaelektroden
24 bzw. 25 angeschlossen.
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Die Schaltung ist zur Erzeugung von hochspannung von etwa 8 bis 10
kV ausgelegt, wobei die Coronaelektrode 24 negatives Potential und die Coronaelektrode
25 positives Potential aufweist.
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Das gewünschte Verhältnis von negativen zu positiven Ionen von etwa
5 : 4 kann durch Wahl der Anzahlen von negativen und positiven;? Coronaelektroden
erreicht oder mitbestimmt werden oder es können negative und positive Potentiale
unterschiedlicher Höhe erzeugt werden. Letzteres wäre durch Wahl von Hochspannungstransformatoren
13 und 14 mit unterschiedlichem Übersetzungsverhältnis, gegebenenfalls auch schon
durch Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes mit der Primarwicklung eines der
beiden Hochspannungstransformatoren oder auch durch Wahl unterschiedlicher Kapazitätswerte
für die Kondensatorketten 20 und 21 möglich. Die primärseitige Energieversorgung
der Hochspannungstransformatoren mit Stromimpulsen von etwa 2,5 msec Dauer ermöglicht
gerade die Erreichung des Sättigungsstromes am Ende jedes Impules und damit eine
ökonomische Betriebsweise der Schaltung mit geringem Energieverbrauch und kleiner
Verlustleistung an den elektrischen Bauteilen.
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Durch die Erzeugung von negativen und positiven Luft- und/ oder llydroionen
an räumlich getrennten Coronaelektroden wird der gewünschte Effekt einer Verbesserung
des Raumklimas bereits mit einer wesentlich geringeren Anzahl Ionen pro Volumseinheit
erzielt als im Falle der früher üblichen Anreicherung der Raumluft ausschließlich
mit negativen Ionen. Die durch die Erfindung ermöglichte Herabsetzung der zur Ionenerzeugung
erforderlichen elektrischen Energie hat auch eine wesentliche Verminderung der bei
elektrischen Entladungen unvermeidlichen Bildung von Schadstoffen, wie Ozon, Ozoniden
und Stickoxyden, zur Folge. Durch den Impulsbetrieb der Schaltung wird die In der
Zeiteinheit gebildete Menge an solchen Schadstoffen noch geringer. Außerdem kfindie
Impulsfolgefrequenz des Oszlilatas,
zweckmäßig bei gleichbleibender
Impulsdauer, im Hinblick auf physiologische Erfordernisse gewählt werden, da auch
die Frequenz elektrischer Entladungen Einfluß auf den Organismus hat.
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Die schaltungsmäßige Ausbildung des Hochspannungsgenerators ist nicht
auf das in der Zeichnung dargestellte und vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
mit Anwendung von zwei gesonderten Hochspannungstransformatoren für die positive
und die negative Hochspannung beschränkt, sondern es könnte auch mit einem einzigen
Hochspannungstransformator das Auslangen gefunden werden, der dann allerdings primärseitig
entweder mit abwechselnd positiven und negativen Stromimpulsen oder mit einer elektrischen
Schwingung von beispielsweise zeitlich sinusförmigem Verlauf angesteuert werden
muß, damit über an das Ende der einzigen Ilochspannungswicklung gegensinnig angeschlossene
Hochspannungsdioden sowohl eine negative als auch eine positive Hochspannung abnehmbar
sind.
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Schließlich müßten in diesem letzterewähnten Fall auch nicht beiden
Hochspannungsdioden mit dem Ende der Uochspannungswicklung verbunden sein, sondern
es könnte eine davon, beispielsweise jene für die positive Hochspannung, an eine
Anzapfung der Hochspannungswicklung angeschlossen sin.
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Die vollständige Einrichtung kann als Kompaktgerät mit daran angeordneten
divergierenden, insbesondere entgegengesetzt gerichteten, Coronaspitzen für beide
Polaritäten ausgebildet sein oder es kann zur ständigen Verwendung in ein und demselben
Raum der Hochspannungsgenerator etwa in eine .
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Wandkasten untergebracht sein, während die Coronaelektroden an den
Raumwänden in großen Abständen voneinander und in einer solchen Höhe angeordnet
sind, daß sie von auf dem Boden stehenden Personen nicht berührt werden können.
Schließlich kann auch noch die Möglichkeit vorgesehen werden, für besondere Anwendungszwecke
die positiven und die negativen Coronaelektroden über gesonderte Schalter an den
Hochspannungsgenerator anzuschließen.
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Patentansprüche: