DE2545905B2

DE2545905B2 - Einrichtung für die Ionisierung der Raumluft

Info

Publication number: DE2545905B2
Application number: DE2545905A
Authority: DE
Inventors: William Donald; Greensboro N.C Best Robert Harper; Harris (V-StA.)
Original assignee: Burlington Industries Inc
Current assignee: Burlington Industries Inc
Priority date: 1974-10-18
Filing date: 1975-10-14
Publication date: 1979-06-21
Also published as: DE2545905A1; US4107756A; CA1038026A; DE2545905C3; FR2307387A1; US3942072A; FR2307387B1; IT1047842B; FR2307306A1; FR2307306B3; JPS5180193A; GB1509410A; JPS5710559B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Ionisierung der Raumluft von Riiumen, denen Luft über einen Kanal zuführbar ist, wobei in den Zuführkanal zwei unter Gleichspannung stehende Elektroden eingebaut sind, die von der im Kanal beförderten Luft nacheinander durchströmt werden.

In nahezu jedem Raum, insbesondere in Betriebsstatten, wie Textilfabriken, herrscht entweder eine positive oder eine negative elektrische Aufladung der Raumluft. In den meisten Fällen wirft diese Aufladung keine Schwierigkeiten auf. In bestimmten Fällen, insbesondere bei dem Betrieb von Textilmaschinen, wie Webstühlen oder dergleichen, kann jedoch selbst eine schwache elektrische Aufladung die einwandfreie Arbeitsweise der Maschinen beeinflussen. Beispielsweise wird die unerwünschte Ablagerung von Faserflug auf Maschinenteilen hervorgerufen. Aus diesem Grund wird in solchen Räumen die Einhaltung einer weitgehend elektrisch neutralen Atmosphäre oder einer vorgeladenen Atmosphäre angestrebt, welche der beim Herstellungsvorgang erzeugten Aufladung entgegengesetzt ist.

Es ist bekannt, eine bestimmte Aufladung oder Ionisierung in einem Raum dadurch herzustellen, daß Ionen mit einer der Polarität der vorhandenen Raumladung entgegengesetzten Polarität eingeführt werden, bis ein im wesentlichen neutraler Ladungszustand erreicht ist.

Eine dazu geeignete Einrichtung beschreibt die DE-AS 1261295. Die bekannte Einrichtung reichert die Raumluft, die über einen Kanal, vorzugsweise mit

den negativen Ionen an einer ersten Elektrode an, sorgt aber gleichzeitig dafür, daß die im Übermaß vorhandenen positiven Ionen an einer vorgeschalteten, ebenfalls negativ aufgeladenen Absorberelektrode absorbiert werden. Bei Gleichstrombetrieb ist es ferner möglich, die Polarität beider Elektroden (Ionisator und Absorber) auf ein positives Potential zu bringen. Zwar ist dem Stand der Technik auch zu entnehmen, daß zur allgemeinen Anreicherung der Raumluft mit positiven und negativen Ionen gleichzeitig zwei gegenüberstehende Ionisator-Elektroden auch mit Wechselstrom betrieben werden können, jedoch ist diese Maßnahme nicht geeignet, einen gezielten Ionisierungsgrad der Raumluft hervorzurufen. Da außerdem bei Wechselstrom nur die Spannungsspitzen eine Ionisierung hervorrufen können, arbeitet die bekannte Anlage naturgemäß dann sehr wirtschaftlich. Insgesamt ist die bekannte Einrichtung auch dazu nicht geeignet, in einem Regelkreis eingesetzt zu werden, da die verwendete Schaltung hierzu nicht geeignet ist.

Gegenüber dem Stand der Technik stellt sich daher die Aufgabe, eine Ionisierungseinrichtung zu schaffen, die bei relativ geringem technischem Aufwand einen hohen Ionisierungsgrad des gesamten Luftstroms erzielt. Besonderes Augenmerk soll darauf gelegt werden, daß mit Hilfe der Einrichtung das Verhältnis von positiven und negativen Ionen beliebig einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung gemäß Erfindung dadurch gelöst, daß

a) an die beiden Elektroden Spannung entgegengesetzter Polarität angelegt wird und daß die beiden Elektroden als Ionisationselektroden ausgebildet sind,

b) und bei der zwei voneinander unabhängige Schaltkreise vorhanden sind, über die jeweils die Stärke der an die zugehörigen Elektroden angelegte Spannung einstellbar ist.

Zwar ist weiterhin eine Einrichtung bekannt (DE-OS 2412693), die mit zwei gegensätzlich gepolten Spitzenelektroden unter Ausnutzung des Ccrona-Effektes arbeitet. Die letztgenannte Einrichtung zielt drauf ab, die Raumluft sowohl mit negativen als auch mit positiven ionisierten Teilchen anzureichern, wobei die Anreicherung in einem bestimmten Verhältnis zwischen negativen und positiven Ionen erfolgen soll. Dabei wird eine konstante Hochspannung benutzt, und die Ionisierungselektroden sind in großem Abstand voneinander angeordnet. Sie sind nicht in einen Luftkanal eingebaut, so daß es nicht möglich ist, die gesamte, zugeführte Raumluft mit den Elektroden in Wechselwirkung zu bringen. Auch eine beliebig variierbare Einstellung der Verhältnisses von positiven und negativen Ionen erscheint bei der bekannten Einrichtung schwer praktizierbar.

Für die Elektrodenanordnung gemäß Erfindung hat es sich herausgestellt, daß bei Anordnung zweier auf Abstand stehender Gitter in einem Luftzuführungskanal bei gleichzeitiger Aktivierung beider Gitter zur Erzeugung sowohl positiver als auch negativer Ionen überraschenderweise ein niedrigeres Potential zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Aufladung der Atmosphäre erforderlich ist als bei einem einzigen, positiven Gitter. Außerdem können Übersteuerungsprobleme wesentlich verringert werden.

Bei Versuchen hat es sLh gezeigt, daß ein Abstand der Gitter zueinander von 150-500 mm, vorzugsweise

von 305 mm, optimale Ergebnisse liefert. Weiterhin ist vorteilhaft, daß das Gitter aus einer Vielzahl getrennter, feiner Drähte besteht, die mit einem Abstand von etwa 76 mm zueinander ungefähr parallel zueinander verlaufen.

Obgleich die Gründe für diese überraschenden Ergebnisse noch nicht völlig geklärt sind, wird angenommen, daß die Wechselwirkung zwischen jedem Gitter und den Ionen der entgegengesetzten Polarität sowie die resultierende Beschleunigung oder Verzögerung dieser Ionen infolge dieser Wechselwirkung zu besonders stark ionisierten und damit stabilen Teilchen führt. Weiterhin wird angenommen, daß durch Justierung des Gitters, das an die gleiche Polarität wie die des zu neutralisierenden elektrischen Feldes angeschlossen ist, ein Übersteuern beim Neutralisierungsvorgang ausgeschaltet wird.

Weitere Unteransprüche beziehen sich auf konstruktive Einzelheiten der Gitter.

Falls die Gitter Teil eines Regel?·;-iises bilden, ist es zweckmäßig, daß zu dem Regelkreis venigstens ein Meßfühler zur Bestimmung von Größe und Polarität des im Raum herrschenden elektrischen Feldes und ein mit dem Meßfühler und den Gittern verbundener Schaltkr; is gehören, mit dem die Spannung an einem oder beiden Gittern entsprechend einem vorgegebenen Sollwert für den Zustand der Raumluft einstellbar ist.

Weitere Unteransprüche beziehen si.h auf spezielle schalttechnische Maßnahmen für den Regelkreis.

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und des Regelkreises anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Teilseitenansicht zweier Gitter, die in den Kanal einer Klimaanlage eingebaut sind,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines eingebauten Gitters,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des oberen Gitteranschlusses, und

Fi jj. 4 ein elektrisches Schaltbild eines Regelkreises zur Steuerung der Gitterspannungen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfir.dungsgemäßen Gitterkonstruktion ist in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Die Gitter 20 und 22 sind in den Luftkanal einer Klimaanlage eingebaut, welcher die zu ionisierende Luft führt. Es hat sich gezeigt, daß für den Fall, daß positive Ionen zugeführt werden müssen, optimale Ergebnisse bei einer Einrichtung erzielt werden, wenn das an die negative Stromversorgung angeschlossene Gitter so angeordnet wird, daß der Luftstrom zuerst das negative Gitter und dann das positive Gitter durchströmt. Bei de¹¹· Anordnung gemäß Fig. 1 steht folglich das Gitter 20 unter negativer Spannung, während das Gitter 22 vorzugsweise unter einer positiven Spannung steht.

Umgekehrt ist die Anordnung, wenn negative Ionen zugeführt werden sollen. Das positive Gitter wird dann zuerst und anschließend das negative Gitter vom Luftstrom durchströmt. In diesem Falle wäre das Gitter 20 gemäß Fig. 1 das positive und das Gitter 22 das negative Gitter.

In jedem der beiden vorgenannten Fälle ist außerdem das für die Aktivierung des zweiten, später durchströmten Gitter* erforderliche Potential überraschend geringer als erwartet.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist jedes Gitter 20 und 22 zwei L-förmige Aluminiumschienen 24 und

26 auf. Jede dieser Schienen ist an den gegenüberliegenden Wänden eines aus Metall bestehenden Kanals mit Hilfe von Isolierpfosten montiert. Der Kanal 30 besitzt bei dem Ausführungsbeispiel einen quadratischen Querschnitt mit einer Kantenlänge von etwa "' 91 X 91 cm, kann jedoch jede beliebige Größe oder Form besitzen. Die Schiene 26 ist an der Wand des Kanals 30 mit Hilfe von Isolierpfosten 32, 34 und 36 montiert, während die L-Schiene 24 mit Hilfe von zwei Isolierpfosten 38 unf 40 gehaltert ist. Eine aus Kunst- ^ln stoff bestehende Isolierschiene 42 ist mit Hilfe einer Anzahl von Befestigungselementen, die an auf Abstände verteilten Stellen an der Schiene 42 angebracht sind, fest mit der L-Schiene 26 verbunden. Auf ähnliche Weise sind über die Länge der Schiene 24 mehrere ' "> Befestigungselemente auf Abstand verteilt. Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann jedes dieser Befsstigünsseleme"» einfach hüs einer Schraub? 4^ mit zwei darauf aufgesetzten Zwischenscheiben 46 und 48 bestehen, so daß ein Diaht 50 zwischen den Scheiben -" 46 und 48 um die Schraube 44 herumgeschlungen werden kann.

Der Draht 50 wird in einem ununterbrochenen Stück zwischen den Schienen 24 und 26 gespannt. Die zwischen den Befestigungselementen der Schiene 42 -~> verlaufenden Abschnitte werden entfernt, um einen Kurzschluß zu verhindern, falls der Draht 50 reißen und unmittelbar auf den Boden des Kanals 30 fallen sollte.

Die obere Schiene 24 ist vorzugsweise auf die deut- s" lieh in Fig. 3 dargestellte Weise mit Klemmen 54 und 56 an eine Hochspannungsversorgung angeschlossen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Gitter 20 mit einer negativen und das Gitter 22 mit einer positiven Hochspannungsversorgung verbunden. r>

Fig. 4 zeigt eine Schaltung zur Anlegung der jeweils richtigen positiven und negativen Spannungen an die Gitter 20 und 22. Ein Meßfühler 100 liefert ein elektrisches Ausgangssignal, das als Funktion der Größe und der Polarität des elektrischen Feldes in ■>» dem Raum variiert, dessen Ladung neutral oder auf einem gewünschten (positiven oder negativen) Ladungspegel gehalten werden soll. Dieser spezielle Meßfühler lie^fert ein Ausgangssignal, das zwischen

0 V und 1 V Gleichstrom variiert, wobei eine Span- -n nung von + 0,5 V einen neutralen Umgebungszustand angibt, während der Bereich von 0 bis 0,5 V ein positives und der Bereich von 0,5 bis 1 V ein negatives elektrisches Feld bezeichnet. Die Meßgeräteskala kann auch z. B. so geändert werden, daß sie zwi- v> sehen - 5 V und + 5 V liegt, wobei der Neutralzustand bei Massepotential liegt. In jedem Fall wird bei diesem speziellen Meßfühler das zwischen 0 V und

1 V liegende Ausgangssignal durch einen Operationsverstärker 102 verstärkt, welcher das Ausgangssignal des Meßfühlters 100 beispielsweise um den Faktor 10 verstärkt. Ebenso wird das Ausgangssignal des Meßfühlers 100 an einen zweiten Operationsverstärker 104 angelegt, der ein ähnlich verstärktes, aber invertiertes Ausgangrsignal liefert.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 102 wird an die Basis eines Transistors 106 über ein Potentiometer 108 angelegt, das zur Einstellung der Ansprechempfindlichkeit und der Arbeitsweise der Steuerschaltung regelbar ist.

Der Kollektor des Transistors 106 ist an eine Vollweggleichrichterschaltung (Brücke) 112 aus Dioden 114, 116, 118 und 120 angeschlossen. Dabei ist der Kollektor des Transistors 106 an die Verzweigung zwischen den Dioden 118 und 120 angeschlossen, die jeweils einen Zweig der Brücke 112 bilden. Die Verzweigung zwischen den Dioden 114 und 116 ist ähnlich, ebenso wie der Emitter des Transistors 106, an Masse angeschlossen. Eine positive Hochspannungsversorgung 130 weist zwei Eingänge 132 und 134 auf, von denen einer unmittelbar zwischen die Verzweigung zwischen den Dioden 114 und 120 geschaltet ist, während der andere über eine Wicklung 136 an die Verzweigung zwischen den Dioden 116 und 118 angeschlossen ist. Die Wicklung 136 bildet mit der Wicklung 138 einen Transformator, bei dem ein Wechselstromsignal von z. B. 115 V, 60 Hz an die Wicklung 138 angelegt wird.

Wenn sich der Transistor 106 in seinem Sperrzustand befindet, kann kein Strom über die Brücke 112 fließen; ans diesem ftrnnd erscheint am Ausgang der Hochspannungsversorgung 130, die über ein verstellbares Potentiometer 150 an das Gitter angeschlossen ist, keine Spannung, so daß das Gitter seinerseits keine Ionen erzeugt. Wenn jedoch das vom Meßfühler 100 gelieferte Signal in einem Bereich liegt, welcher die Notwendigkeit für die Erzeugung von positiven Ionen entsprechend der Einstellung des Potentiometers 108 anzeigt, wird der Transistor 106 durchgeschaltet, so daß ein Strom über diesen Transistor zu Masse fließt. Die Stromstärke hängt dabei vom Durchschaltzustand des Transistors 106; die positive Hochspannungsversorgung 130 erzeugt eine Ausgangsspannung einer auf das Eingangssignal bezogenen Größe, so daß durch das in dem Kanal 30 befindliche positive Gitter 22 Ionen erzeugt werden.

Auf die gleiche Weise wird das durch den Transistor 160 umgekehrte Ausgangssignal des. Verstärkers 104 an die Basis eines weiteren Transistors 162 angelegt, wobei seine Größe mittels eines Potentiometers 164 geregelt wird. Ebenso wie der Transistor 106 ist der Transistor 162 zwischen zwei Zweige einer Vollweggleichrichterschaltung 168 aus Dioden 170,172, 174 und 176 eingeschaltet. Dabei ist der Kollektor des Transistors 162 zwischen die Dioden 172 und 174 eingeschaltet, während die Verzweigung zwischen den Dioden 170 und 176 an Masse liegt. Eine negative Hochspannungsversorgung 180, welche der positiven Hochspannungsversorgung 130 mit Ausnahme des Vorzeichens ihres Ausgangssignals entspricht, ist auf ähnliche Weise über die Wicklung 182 eines Transformators 184 an den Voüweggleichrichter 168 angeschlossen. Der Transformator 184 besitzt ebe-falls eine Primärwicklung 186, an welche eine Wechselspannung von z. B. 115 V, 60 Hz angelegt wird. Das Ausgangssignal der negativen Hochspannungsversorgung wird, ähnlich wie vorher, über ein Potentiometer 200 an das Gitter 20 angelegt.

So oft der Meßfühler eine Abweichung von einem Neutralzustand feststellt, wird ein Signal erzeugt, das nach Verstärkung durch die Verstärker 102 und 104

Negatives
Gitter

Positives
Gitter

Wirkungsgrad

mm	uA	kV	mm	μΑ	kV	76%
152	165	13,5	152	125	11,5	94%
305	90	15,0	305	75	13	36%
457	110	15,0	457	40	8-12	20%
610	125	14,0	610	25	8-12

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die Transistoren 106 und 162 in deren Durchschaitzu- Klimaanlage verwendet werden, um einen in einem

stand versetzt, wobei die positive und die negative negativen Ladungszustand befindlichen Raum in ei-

Spannung gleichzeitig an die Gitter 20 bzw. 22 ange- nem Neutralzustand zu halten,

legt werden. Der Wirkungsgrad bemißt sich in bezug auf einen

Die obenstehende Tabelle gibt die gemessenen · Wirkungsgrad von 100% bei idealen Bedingungen,

Spannungen und Amperewerte für positive und nega- wobei Stromverbrauch und Ionenerzeugung in ein

tive Gitter der beschriebenen Art an, die in einer Verhältnis gesetzt sind.

Hierzu .i Blatt Zeichnungen

Claims

20 Patentansprüche:

1. Einrichtung für die Ionisierung der Raumluft von Räumen, denen Luft über einen Kanal zuführbar ist, wobei in den Zuführkanal zwei mit Gleichspannung beaufschlagte Elektroden eingebaut sind, die von der im Kanal geförderten Luft nacheinander durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden Elektroden >° (20, 22) Spannung entgegengesetzter Polarität angelegt wird und daß die beiden Elektroden als Ionisierungselektroden ausgebildet sind, und daß zwei voneinander unabhängige Schaltkreise vorhanden sind, über die jeweils die Stärke der an >⁵ die zugehörigen Elektroden angelegten Spannung einstellbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungselektroden zwei drahtbespannte Gitter (20, 22) sind, welche hintereinander in einem Abstand zueinander zwischen 150...500 mm, vorzugsweise 305 mm aufgestellt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gitter aus einem Rahmen -"> besteht, der mit einer Anzahl in-i wesentlichen parallel gespannter feiner Drähte (50) bespannt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den einzelnen Drähten (50) ungefähr 76 mm beträgt. > <·

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen folgende Teile aufweist: Eine mit einer Gleichspannung versorgte Metallschiene (24), eir -t parallel zu dieser verlaufende Isolierschiene (42), mehrere über r> die Länge der Schienen auf Abstand verteilte Befestigungselemente (44, 46, 48) zur Befestigung der Drähte zwischen den Befestigungselementen an den Schienen sowie Isolatoren (38, 40) zur Halterung der Schienen im Ober- bzw. Unterteil "> eines Luftkanals.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine L-förmige Aluminium-Profilschiene als leitende Schiene (24) und eine weitere derartige Profilschiene (26) zwischen der Isolier- -n schiene (42) und den Isolatoren.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter (20, 22) Teil eines Regelkreises bilden, zu dem wenigstens ein Meßfühler (100) zur Bestimmung von Größe und Po- ~> <> larität des im Raum herrschenden elektrischen Feldes und ein mit dem Meßfühler und den Gittern verbundener Schaltkreis gehören, mit dem die Spannung an einem oder beiden Gittern entsprechend einem vorgegebenen Sollwert für den Zu- v> stand der Raumluft einstellbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis umfaßt:

a) eine Vollweggleichrichterbrücke (112; 168) mit vier Zweigen, "o

b) eine Stromversorgung, die an ihren Eingangsklemmen ein gleichgerichtetes Signal empfängt und ein Gleichstrom-Hochspannungsausgangssignal liefert,

c) einen Transformator (184) mit einer an eine *>'> Wechselstromversorgung angeschlossenen Primärwicklung und einer zwischen die eine Eingangsklemme und die Verzweigung zwisehen dem ersten und dem zweiten Brückenzweig geschaltete Sekundärwicklung, wobei die andere Eingangsklemme der Stromversorgung an die Verzweigung zwischen dem dritten und dem vierten Brückenzweig angeschlossen ist,

d) und einen elektronischen Schalter (106; 160) mit einem Durchschalt- und einem Sf irrzustand, der an den Meßfühler angeschlossen ist, um in Abhängigkeit vom Regelsignal zwischen seinen Zuständen umzuschalten, und der an die Verzweigung zwischen dem ersten und dem dritten Zweig angeschlossen ist und in seinem Durchschaltzustand diese Verzweigung an Masse legt, während die Verzweigung zwischen dem zweiten und dem vierten Brückenzweig an Masse angeschlossen ist, so daß dann, wenn sich der Schalter in seinem Sperrzustand befindet, kein Strom über den Gleichrichter und folglich auch nicht über die Stromversorgung fließt, während im Durchschaltzustand des Schalters Strom über diesen und folglich auch über die Stromversorgung fließt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß. der Schalter einen Widerstand besitzt, der in Abhängigkeit vom Eingangssignal des Meßfühlers variiert.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter ein Transistor (106; 160) ist.