DE2809054C2

DE2809054C2 -

Info

Publication number: DE2809054C2
Application number: DE2809054A
Authority: DE
Inventors: Carl M. Dr. Wien At Fleck
Original assignee: FLECK CARL M DR; KNOBLICH CAMILLO ING WIEN AT
Current assignee: FLECK CARL M DR; KNOBLICH CAMILLO ING WIEN AT
Priority date: 1977-03-10
Filing date: 1978-03-02
Publication date: 1989-10-26
Also published as: GB1598957A; JPS6048879B2; CH626706A5; DE2809054A1; IT7867506A0; FR2383536A1; JPS53112696A; IT1107132B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Obergegriff des Anspruches 1.

Bei diesen bekannten Ionisatoren werden von der Oberfläche des Drahtes durch Feldemission Elektronen emittiert, welche sich an Gasmolekülen und Staubteilchen anlagern. Die vom Draht in allen Richtungen abgegebenen Elektronen bzw. Ionen bewirken in kurzer Zeit eine Aufladung der in der unmittelbaren Nähe des Ionisators befindlichen Auflagefläche oder der Haltevorrichtungen. Da das durch diese unerwünschte Aufladung erzeugte hohe elektrostatische Potential den für eine Emission wichtigen Potentialabfall um den Emissionsdraht wesentlich vermindert, kommt es zu einer wesentlichen Einschränkung der Elektronen- bzw. Ionenemission.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist bereits in der US-PS 32 343 432 ein Reflektorschirm beschrieben, der den Draht einseitig umgibt und der über einen Widerstand von 1 - 1000MΩ an Erde liegt. Durch einen Teil der gegen den Reflektorschirm abgestrahlten Elektronen (Ionen) entsteht an dem Widerstand ein Potentialabfall, der den Reflektorschirm auf ein für die Abstoßung der übrigen Elektronen notwendiges Potential bringen soll, d. h., daß bei dieser bekannten Vorrichtung das Hochspannungspotential am Reflektorschirm die gleiche Polarität wie das Hochspannungspotential des Drahtes aufweist und in seiner Absoluthöhe zwischen dem Erdpotential und dem Hochspannungspotential des Drahtes liegt. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch in der Praxis nur bedingt funktionswirksam, da für einen brauchbaren Potentialabfall einerseits ein hoher Elektronen (Ionen)-Strom zum Reflektorschirm fließen muß, andererseits ein extrem dünner Draht und ein weit entfernter Schirm notwendig sind.

Aus der US-PS 32 96 491 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von geladenen Aerosolen bekannt, bei welcher einem Draht eine Flüssigkeit in Längsrichtung zugeführt wird, welche durch eine auf einem vom Draht unterschiedlichen Potential liegende platten- oder gitterförmige Elektrode weggerissen und damit zerstäubt wird. Da bei dieser bekannten Vorrichtung stets eine der Elektroden (Draht bzw. Platte/Gitter) geerdet ist, können mit dieser Vorrichtung in erster Linie geladene Flüssigkeitströpfchen hergestellt werden. Eine Erzeugung von Gasionen mit dieser bekannten Vorrichtung ist zwar möglich, doch ist dabei die Ausbeute gering, da Gasionen wegen ihrer geringen Masse sich zum größten Teil sofort gegen die Gegenelektrode bewegen, um dort entladen zu werden; so daß sich nur ein geringer Teil der Gasionen über die Plattenelektrode hinweg in den Raum hin ausbreitet. Außerdem sind dazu sehr hohe Spannungen und zwar bis 70 kV und mehr erforderlich.

Häufig ist bei Vorrichtungen der genannten Art auch erwünscht, die biologische Wirkung von ionisierten Luftmolekülen auf den Menschen durch die eines im Raum wirkenden Wechselfeldes zu ergänzen. Denn es ist bekannt, daß nicht nur Luftionen sondern auch elektrische Felder mit niederfrequenter Modulation positive Wirkungen auf Menschen ausüben. Es wurde schon festgestellt, daß ein elektrisches Feld mit einer 10 Hz-Frequenzmodulation bei den Schülern einer Klasse bessere Lernerfolge und gesteigerte Aufmerksamkeit bei Testaufgaben hervorgerufen haben.

Mit den bekannten Vorrichtungen ist dieser zusätzliche Effekt nur mit großem Aufwand zu erreichen, da bei ihnen das Potential von Draht und Reflektorschirm bzw. Platte/Gitter nicht unabhängig voneinander einstellbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs bekannten Art zu schaffen, bei der nicht nur mit hoher Ausbeute Gasionen erzeugt und in den Raum emittiert werden, sondern auch die Emissionsleistung des Drahts auf einfache Weise gesteuert und gleichzeitig die Erzeugung von Wechselfeldern im Raum ermöglicht werden kann. Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs angeführten Art durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruches 1 erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Reflektorschirme relativ kleiner Abmessungen verwendet werden, ohne daß die Wirkung des Reflektorschirmes verloren geht. Dadurch können die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ohne Schwierigkeiten als handliche Tischgeräte ausgeführt werden. Es können Hochspannungsquellen sehr kleiner Leistung verwendet werden. Eine Berührung sowohl des Drahtes als auch des Reflektorschirmes ist absolut ungefährlich, da die Spannung sofort bei Berührung zusammenbricht. Üblicherweise sind zwischen dem Draht bzw. dem Reflektorschirm und der Hochspannungsquelle Strombegrenzungswiderstände vorgesehen. Die Emissionsleistung des Drahtes kann relativ leicht gesteuert bzw. stabilisiert werden indem der Schirm auf negativeres (positiveres) Potential gebracht wird, als dem freien Potentialverlauf V (r) um einen ungestörten Draht nach der Formel

entspricht. Dabei ist r _i der Drahtdurchmesser, r _a die mittlere korrigierte Entfernung zu in der Nähe befindlichen Auflageflächen und V₀ das Potential des Drahtes. Die Reflexionswirkung des Schirmes kann auf einfache Weise erhöht werden, indem das Potential des Schirmes etwas erhöht wird. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht somit darin, daß Reflektorschirm auf einem Potential anliegt, welches zumindest gleich, vorzugsweise jedoch höher ist als das Potential welches auf Grund des durch die elektrische Ladung am Draht erzeugten elektrischen Feldes an dem Ort der Ränder des Auslaßbereiches des Reflektorschirms vorherrschen würde, wenn der Draht ohne Reflektorschirm aufgestellt wäre.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Hochspannungspotential des Drahtes gemeinsam mit dem Hochspannungspotential des Reflektorschirmes einstellbar ist. Das Potential des Drahtes liegt üblicherweise 5000 V über jenem des Reflektorschirmes, d. h., daß das Potential am Draht vorzugsweise 10 000 bis 15 000 V beträgt.

Zur Erzeugung von Wechselfeldern liegt bei einer Weiterbildung der Erfindung an dem Reflektorschirm ein zwischen einem oberen und unteren Wert mit einer Frequenz von 1 bis 20 Hz, vorzugsweise 3 bis 12 Hz, pulsierendes Hochspannungspotential. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun näher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Ionen in schematischer Darstellung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine Perspektivansicht eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 2;

Fig. 4 ein als Tischgerät ausgeführtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Reflektorschirm von zylindrischem Querschnitt;

Fig. 6 ein Diagramm mit der Spannungsverteilung um den Draht bei einer Vorrichtung nach Fig. 5; und

die Fig. 7 und 8 zwei Ausführungsformen von Schaltungen zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Potentials am Reflektorschirm.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Ionen gezeigt. Die Vorrichtung besitzt einen, etwa aus Aluminium bestehenden Reflektorschirm 1 mit zwei nach außen divergierenden Platten 2, 3 und einem mit den beiden Platten 2, 3 verbundenen Kanal 4 von U- förmigem Querschnitt. In Längsrichtung des Schirms 1 ist ein Draht 5 zwischen zwei Halteeinrichtungen 6 gespannt. Die Halteeinrichtungen 6 sind an den Seitenteilen des Gehäuses (nicht gezeigt) befestigt. Sowohl der Draht 5 als auch der Schirm 1 liegen getrennt an einem Hochspannungspotential der gleichen Polarität. Zu diesem Zweck ist eine Hochspannungsschaltung 7 für den Draht 5 und den Schirm 1 vorgesehen. Die Hochspannungsschaltung 7 kann von bekannter Bauart sein; durch sie wird aus der Netzwechselspannung von 220 V eine Gleichspannung bis zu 20 kV erzeugt, die über einen Regelwiderstand 10 steuerbar ist. Zur Messung der Spannung und des Stromes sind ein Voltmeter 9 und ein Ampèremeter 8 vorgesehen. In Fig. 7 wird von der Hochspannungsschaltung 7 entweder nur ein positives oder nur ein negatives Hochspannungspotential an den Draht 5 und an den Schirm 1 angelegt, je nachdem ob die Erzeugung positiver oder negativer Ionen gewünscht wird. Die Spannung am Schirm 1 kann durch Verstellen des Abgriffes 11 an der Hochspannungsschaltung 7 eingestellt werden, d. h., daß die Spannung am Draht 5 und am Schirm 1 den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden kann. Der Draht 5 besitzt einen Durchmesser von 50 µm oder darunter und besteht vorzugsweise aus Wolfram oder Tantal. Zur Erhöhung der Emissionsfähigkeit des Drahtes kann der Draht 5 mit Cäsium oder Barium oberflächenbehandelt werden und/oder dem Draht Thorium zulegiert werden. Die Elektronenemission des Drahtes 5 kann weiters durch Verminderung des Durchmessers des Drahtes 5, durch Vergrößerung der Länge des Drahtes 5 und durch Erhöhung des am Draht anliegenden Hochspannungspotentials (Verstellung des Potentiometers 10) erhöht werden. Am Ampèremeter 8 kann die Emissionsstärke des Drahtes 5 und damit gleichzeitig die Menge der erzeugten Ionen abgelesen werden. Der Schirm 1 wird auf ein Hochspannungspotential gelegt, das mindestens 3 kV beträgt, vorzugsweise jedoch zwischen 5 und 10 kV liegt. Bei Einschaltung der beschriebenen Vorrichtung kommt es zu einer kontinuierlichen Ionenerzeugung rund um den Draht 5, wobei die Ionen vom Schirm 1 abgestoßen und in den freien Raum bewegt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besitzt der Schirm 1 zwei vom oberen Rand der Platten 2, 3 abstehende Leisten 12, welche zur Befestigung des Schirmes an den Wänden (nicht gezeigt) eines Kunststoffgehäuses dienen. In den Kanal 4 ist ein Leitungsrohr 18 aus Kunststoff (Fig. 3) eingesetzt, welches mehrere nach außen gerichtete Auslaßschlitze 14 aufweist. An das Leitungsrohr 18 kann ein Gebläse und/oder ein Aerosolaufbereiter (nicht gezeigt) angeschlossen sein, so daß ein kontinuierlicher in den Raum austretender Strom ionisierter Luft bzw. von Aerosolen erhalten werden kann. In den Kanal 4 können auch Leuchtstoffröhren (nicht gezeigt) eingesetzt werden, so daß eine mit einem Ionisator kombinierte Leuchte erhalten wird.

In der Fig. 4 ist ein Tischgerät mit einem Kunststoffgehäuse 17 dargestellt, welches mit einer Leuchte 13 kombiniert ist. Mit 19 ist ein Voltmeter, mit 20 eine Sicherungsanzeige, mit 15 der Regler für die Regelung der Spannung des Drahtes 5 und mit 16 der Schalter für das Aus- und Einschalten der Leuchtstoffröhre 13 bezeichnet.

Die beschriebene Vorrichtung kann sowohl zur Erzeugung negativer als auch positiver Ionen verwendet werden. Zu diesem Zweck wird die Hochspannung am Emissionsdraht durch einen Taktgeber in einem einstellbaren Rhythmus umgepolt oder es können zwei zu einer Einheit zusammengesetzte Vorrichtungen der beschriebenen Art vorgesehen werden, bei denen die Spannungen an den Drähten unterschiedliche Polarität aufweisen.

In Fig. 5 ist mit 5 wieder der Emissionsdraht und mit 1 ein zylinderförmiger Reflektorschirm bezeichnet. Der Reflektorschirm 1 hat einen parallel zur Achse des Emissionsdrahtes 5 verlaufenden Auslaßbereich 21, welcher durch die Ränder 22 begrenzt ist und einen Öffnungswinkel vorzugsweise von 60-160° besitzt. Im Diagramm nach Fig. 6 ist der Potentialverlauf um den ungestörten Emissionsdraht 5, d. h. bei Fehlen des Schirmes 1 durch die Kurve dargestellt, wobei auf der Abszisse der Abstand r vom Emissionsdraht 5 und auf der Ordinate das absolute Potential U aufgetragen ist. Im Abstand r vom Emissionsdraht 5 herrscht beim Fehlen eines Schirmes 1 ein Potential U _r vor. Es wird nun der zylinderförmige Metallschirm 1 an ein Potential gelegt welches mindestens so hoch wie das Potential U _r ist. In Fig. 5 wurde der Schirm 1 auf ein Potential U _s gelegt. Der Schirm 1 liegt somit um den Betrag Δ U _r über dem Potential U _R.

Für das Austreten der Luftionen aus dem Auslaßbereich 21 (Fig. 5) ist in erster Linie das Potential an den Rändern 22 des Schirmes 1 maßgebend, an dessen Ort bei einem gedachten zylindrischen Schirm 1 und bei Anordnung des Emissionsdrahtes 5 in der Zylinderachse bei einem ungestörten Feld das gleiche Potential vorherrscht wie an jedem anderen Teil des Schirmes. Man kann den Emissionsdraht 5 entweder aus der Zylinderachse in die Lage 5′ verschieben oder die Ränder 22 nach innen näher zum Draht 5 biegen (siehe gestrichelte Linie in Fig. 5). Da der Schirm 1 aus Metall ist, liegen am gesamten Schirm 1 jeweils das Potential U _s an. Dies bedeutet, daß die Ränder 22 (Abstand r₁) um die Potentialdifferenz Δ U₁ und der Mittelbereich (Abstand r₂) des Schirmes 1 um die Potentialdifferenz Δ U₂ über jenem Potential (U₁ bzw. U₂) liegen, welches bei ungestörtem Feld an den jeweiligen Orten des fiktiven Schirmes vorherrschen würde. Da die Potentialdifferenz Δ U₂ größer ist als die Potentialdifferenz Δ U₁, wird damit ein unnützer Stromfluß zwischen Schirm 1 und Emissionsdraht 5 verhindert und ein guter Emissionswirkungsgrad erreicht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Schirm 1 über zwei in Serie geschaltete Hochohmwiderstände 23, 24 an ein Hochspannungspotential - U angeschlossen, welches so eingestellt ist, daß es dem ungestörten Potential um den Draht 5 an dem Ort des Schirmes 1 entspricht. Bei eintretender Ionenemission wird anfangs ein großer Teil der Ionen an den Schirmzylinder 1 abfließen. Dadurch tritt an den Hochohmwiderständen 23, 24 ein Spannungsabfall auf, der die Feldstärke zwischen dem Draht 5 und dem Schirm 1 herabsetzt bzw. das Potential des Schirmes 1 in Richtung Drahtpotential verschiebt und so mehr Ionen durch den Auslaßbereich 21 lenkt. Der Fall, daß die Emission ganz aussetzt, kann nicht auftreten, da in diesem Fall kein Spannungsabfall an den Hochohmwiderständen 23, 24 auftreten würde.

In Fig. 5 sind Teile des Schirmes durch Stäbe 25 gebildet, welche nur über den Hochohmwiderstand 23 an der Hochspannungsquelle -U liegen. Der mantelförmige Teil 1 des Schirmes liegt dadurch auf einem höheren Potential als die Stäbe 25, wodurch der Ionenfluß zu dem Teil 1 unterdrückt wird. Bei einer Spannung der Quelle -U von -6kW und einer Drahtspannung von -10 kV tritt am Teil 1 etwa eine Spannung von -6,3 kV und an den Stäben 25 eine Spannung von -6,2 kV auf.

Der Schirm 1 kann auch als Gitter oder als Vollzylinder ausgeführt sein, in welchen den Auslaßbereich 21 bildende Schlitze vorgesehen sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 liegt der Reflektorschirm 1 über eine Funkenstrecke 26 an einem Hochspannungspotential U _sch. Parallel zur Funkenstrecke 26 ist ein Kondensator 27 geschaltet. Der Draht 5 liegt an einem Hochspannungspotential U _D. Bei der Schaltung nach Fig. 8 ist der Reflektorschirm 1 über eine Parallelschaltung eines Kondensators 28 und einer Funkenstrecke 29 an Erde angeschlossen. In Serie zur Funkenstrecke 29 liegt ein Widerstand 30. Der Schirm 1 liegt über einen Widerstand 31 an einem Hochspannungspotential U, an welches auch der Draht 1 angeschlossen ist. Auf Grund der durch den Ionenstrom erfolgenden Aufladung des Schirmes 1 und durch entsprechende Wahl der Zünd- bzw. der Löschspannung der Funkenstrecke 26 bzw. 29 und der Kapazität 27 bzw. der Kapazität 28 und des Widerstandes 30 wird am Schirm 1 ein zwischen einem oberen (etwa 7 kV) und unteren (etwa 5 kV) Wert pulsierendes Hochspannungspotential erhalten, welches mit einer Frequenz von 1-20 Hz, vorzugsweise von 3-12 Hz pulsiert.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Ionen, insbesondere zur Ionisierung der Luft, mit einem an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen Draht aus elektrisch leitendem Material und einem im Abstand vom Draht angeordneten auf einem Hochspannungspotential liegenden, den Draht teilweise umgebenden Reflektorschirm, wobei das Hochspannungspotential am Reflektorschirm die gleiche Polarität aufweist wie das Hochspannungspotential des Drahtes und zwischen dem Erdpotential und dem Hochspannungspotential des Drahtes liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektorschirm (1) gegen Erde isoliert und an die Hochspannungsquelle (7) oder an eine getrennte Hochspannungsquelle angeschlossen ist und daß das Hochspannungspotential am Reflektorschirm (1) mindestens 3000 V beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektorschirm (1) auf einem Potential liegt, welches zumindest gleich, vorzugsweise jedoch höher ist als das Potential, welches auf Grund des durch die elektrische Ladung am Draht (5) erzeugten elektrischen Feldes an dem Ort der Ränder (22) des Auslaßbereiches (21) des Reflektorschirms vorherrschen würde, wenn der Draht (5) ohne Reflektorschirm aufgestellt wäre.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (22) des Auslaßbereiches (21) des Reflektorschirmes (1) näher zum Draht (5) angeordnet sind als der verbleibende Teil des Reflektorschirmes (1).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektorschirm (1) als Zylindermantel ausgebildet ist, dessen Achse mit der Drahtachse übereinstimmt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektorschirm (1) als Zylindermantel ausgebildet ist und daß der Draht (5′) aus der Zylinderachse in Richtung der Auslaßöffnung (21) verschoben ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektorschirm (1) teilweise oder ganz als Gitter ausgeführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochspannungspotential des Drahtes (5) gemeinsam mit dem Hochspannungspotential des Reflektorschirmes (1) einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektorschirm (1) durch Einsetzen in ein isolierendes Kunststoffgehäuse (17) gegen Erde isoliert ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektorschirm (1) durch Einsetzen in ein isolierendes Kunststoffgehäuse (17) gegen Erde isoliert ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Reflektorschirm (1) ein zwischen einem oberen und unteren Wert mit einer Frequenz von 1 bis 20 Hz pulsierendes Hochspannungspotential liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Reflektorschirm (1) liegende Hochspannungspotential mit einer Frequenz zwischen 3 und 12 Hz pulsiert.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hochspannungsquelle und Reflektorschirm (1) oder Reflektorschirm (1) und Erde eine Funkenstrecke (26; 29) eingeschaltet ist, zu welcher ein Kondensator (27; 28) parallel geschaltet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochspannungspotential am Reflektorschirm (1) zwischen 5000 V und 10 000 V liegt.