DE2844997A1 - Luftreinigung in klimaanlagen - Google Patents
Luftreinigung in klimaanlagenInfo
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Description
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Patentanmeldung · ο
Lul'treinigung in Klimaanlagen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung der Luft in Klimaanlagen, die durch eine bisher noch nicht bekannte
Hintereinanderschaltung verschiedener Reini&un£selemente
und noch nicht gebräuchlichen Zustande Anaerun.-en der Luft
gekennzeichnet ist.
Es sollen daiüit aus der Raumluft Keilte, Gerüche, gas- und
dampfförmige Schadstoffe, sowie neben den filterbaren Stauben
vor alleit die lungengüngigen Aerosole bis zu Durchmessern
<0,1 /uti entfernt werden. Bei der Entfernung der Gerüche and
der gasförmigen, flüssigen oder dampfforu-igen Schadstoffe
ist es Zweck der Erfindung, diese durch photocheinische Reaktionen
untereinander bzw. unter Zuhilfenahme zu^efu^ter stoffe
in unschädlichere und/oder wasserlöslichere Stoffe zu überführen uüd diese dann in einen. Wäscher oder/und i*a;ikuhler
abzuscheiden. Die endgültige Entfernung aus dea. Wasserkreislauf
erfolgt dann über »Vasserreinigungsanlagen oder durch
den Austausch des Wassers.
Das Verfahren lehnt sich an den SelbstreiniöUn^suiechanisinus
unserer Atmosphäre an.
Zur Luftreinigung in Klimaanlagen werden derzeit vor allem
Einrichtungen zur Abscheidung von Stauben verendet, nach
die Abscheidung von Feinstauben, z. B. durch Elektroabscheider, oder von feinen Flüssigkeitstropfen, sowie die Absorption
an Aktivkohlefiltern, durch die eine Reihe auch ^asfdr&iger
Schadstoffe entfernt werden können, sowie die Entkeimung der Luft oder des rtaschwassers in Klimaanlagen durch
UV-FÖhren, die Zuführeng von Dampf oder die Peinzerstäubang
von A'asser iait Schleuderscheibenzerstaubern oder die Aufnahme
des SOo in den herkömmlichen zur Befeuchtung verwendeten
Wäschern, sind bekannt. Die entkeimende und b;eruchöveru.iiidernae
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Wirkung der Ionisation der'Luft durch Korona-Entladungen
oder durch die Ionisation mit radioaktiven Einrichtungen oder durch den Lenardeffekt sind ebenfalls bekannt und werden
besonders für die Entkeimung und Geruchsverminderung, z.B. in Kühlhäusern, eingesetzt.
Nachteil der Ionisationseinrichtungen, die derzeit eingesetzt werden, ist es, daß Gerüche und Keime zwar entfernt
und Stäube aufgeladen werden, aber ihre nachträgliche Entfernung an Reinigungseinrichtungen unterlassen wird. Ebenso
■Äle hinter Elektroabscheidern werden dabei Schwebsteffe
lungengängiger und lagern sich in den Atemwegen eher ab. Ionisationseinrichtungen werden in dieser Effindung so eingesetzt,
daß mehrere Ionisationseffekte sinnvoll so kombiniert werden, daß sowohl langlebige als auch kurzlebige
Kleinionen verschiedener stofflicher Zusammensetzung entstehen und auf die Kurzlebigkeit des naszierenden Sauerstoffs
mit der Anordnung der Ionisationsquellen Rücksicht genommen wird. Beim Einsatz von UV-Strahlern allein ist die
Entkeimung der Luft nur teilweise möglich. Auch eine sehr große Anzahl von UV-Leuchten erbringt nur eine unvollkommene
Entkeimung der Luft, wie z.B. Grün (1; S. 60) untersucht hat. Es wurden für die Entkeimung UV-Söhren mit der
Wellenlänge von 254· nm eingesetzt, die auf die Zerstörung
der Lebensfähigkeit von Mikroorganismen angelegt ist. Die UV-Strahlung, wie sie zur Selbstreinigung der Luft in größeren
Höhen als Wellenlängenverteilung vorliegt, wurde dabei nicht simuliert. Auf die Erzeugung naszierenden Sauerstoffs
aus der Photosynthese wurde die Bestrahlung mit UV in Klimaanlagen bisher nicht ausgerichtet. Sie würde die
Reinigungswirkung des Blattgrüns ersetzen.
Zur Beseitigung von Schadstoffspuren ist der Aktivkohlefilter nur selektiv einsetzbar und hat einen relativ großen
Widerstand im Luftweg. Letzteres trifft auch auf die Filter, insbesondere auf die Schwebstoffilter, ^u. Diese haben den
Nachteil, daß die Luft an den abgelagerten Staub- und Schadstoffteilen
vorbei muß und dadurch ihre Geruchsqualitat leidet.
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Elektroabscheider sond vor allem deshalb wieder aus Klimaanlagen
entfernt worden, weil sie Ozon und nitrose Gase erzeugen. Durch positive Ionisationsspannung (Penney) wurde
die Schadetoffbildung zwar vermindert, aber ein Mangel an
negativen Kleinionen in der Luft bewirkt. Außerdem haben sie den Nachteil, daß der durchgehende Peinstaubanteil in Form
von Großionen in der Raumluft wiedergefunden wird, was raan an den Niederschlagen an Absaugöffnungen und anderen Gegenständen
erkennen kann. Die in der Luft vorhandene elektrische Leitfähigkeit (Kleinionendichte) wird polar verschoben.
Dies gibt der Raumluft einen stumpfen unangenehmen Geschmack. Durch den erfindungsgemäßen Einbau zwischen zwei
nassen Reinigern wird der Ε-Abscheider mit negativer Ionisierung wieder möglich.
Die Dampfzuführung und der Betrieb von Sprühdüsenwäschern
erfolgt derzeit mit dem Zweck, Luft zu befeuchten. Der Wasseraustausch im Wäscher erfolgt nach dem Gesichtspunkt
der Härtebildnerzunahme im Wasser. Es besteht das Vorurteil, daß der Wäscher kein „Wäscher" im engeren Sinne sei, sondern
nur ein Luftbefeuchter. Die meisten mit nicht aufbereitetem Wasser arbeitenden Wäscher bringen bei der Zerstäubung sowohl
einen Teil der Wasserrückstände als auch der Waese-rkeime
in die Luft. Zur Geruchsbeseitigung tragen sie selten bei, sondern erzeugen bei schlechter Wasserwirtschaft lueist
zusätzliche Gerüche.
Besprühte Lamellenkühler sind ebenfalls bekannt, werden aber aus thermodynamischen Gründen und nicht zu Reinigungszwecken
ausgelegt.
Die Auslegung der Wasserwirtschaft, ausgerichtet auf die Löslichkeit von Schadstoffen ist beim Wäscherbetrieb in
Klimaanlagen derzeit unbekannt. Eine Folge davon ist, daß z.B. auf die Schwefelsäurebildung durch die S02-Aufnähme
beim Wasserwechsel keinerlei Rücksicht genoaunen wird. Die Folge ist die Korrosion der Anlagen.
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Auch Zerstäuber, insbes. Schleuderscheibenzerstauber, sind
in der Klimatechnik durchaus bekannt, werden jedoch meist
nur als Befeuchter eingesetzt, dian weiß, dao bei der Feinzerstäubung
die Keime und Rückstände des wassers besondere stark in die Luft kommen und zu Ablagerungen and anderen
Belästigungen führen. Neuerdings wurde bekannt, daß durch JV-Bestrahlung des Wäschers in Schleuderscheibenbefeuchtern
die Verteilung von Wasserkeimen in die Luft vermieden wird.
Die Zustandsänderung in einem mit wasser arbeitenden Aäscher
oder in wäscherähnlichen Einrichtungen, wie z.B. Oberflächenbefeuchtern, ist zwar in der Fachliteratur bekannt und wurde
praktisch zu Kühlzwecken vereinzelt ausgeführt, nicht untersucht wurde dagegen die Reinigungswirkung von Kühlwäschern.
Ebenso ungebräuchlich ist der Dampfzusatz zu Reinigungszwecken mit Zustandsänderungen im Nebelgebiet des h-X-Diagramms
für feuchte Luft.
Die luftseitigen Widerstände der Tropfenabscheider von
Wäschern oder der Lamellen von Kühlern müssen bei der derzeitigen Bauweise ganzjahrlich in Kauf genommen werden, obwohl
eine Befeuchtung meist nur in einigen Monaten im Jahr erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Druckverluste im Luftweg zu verringern und/oder die Reinigungswirkung verschiedener
bekannter Einrichtungen durch eine den Selbst-' reinigungsmechanismus in der Atmosphäre nahekommenden
Zusammenschaltung und Betriebsweise zu verbessern. Dies insbesondere mit dem Ziel, gasförmige Schadstoffe, z.B.
solche aus den Autoabgasen und Feuerungen stammendensoA'ie
dampfförmige und flüssige Aerosole besser als es die bisherigen
Hinrichtungen im Einzelnen konnten, aus der Luft abzuscheiden.
Oiese Aufgabe wird erfindunp;sr$emäiS dadurch gelöst, daii
einem Hchleuderaeheibenbereuchter eine üV-Bestrahlan^ xüit
der 254· nxc-iVellenlänge entgegen dem Luftstrom angeordnet
wird, dem ein Elektroabscheider, eine in Richtung des
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Luftstroms blickende UV-Bestrahlung· der «elienlängenverteilung,
wie sie in 3000 m Höhe vorliegt, nachgeschaltet ist, hinter dem ein Wäscher oder/und töaßkühler liegt.
Die Betriebsweise ist hier dadurch gekennzeichnet, daii
ein Wäscher oder/und Wauskdhler ganzjahilich in der Klimaanlage
in Betrieb ist.
Er kann im Winter adiabatisch und im Sommer als Kühlwäscher
oder Waßkühler betrieben werden, kann jedoch auch nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ganzjährlich
als Kühlwäscher eingesetzt werden, wobei die Befeuchtung durch den adiabatisch arbeitenden frchleuderscheibeuzerstäuber
oder einen danach zusätzlich angeordneten Dampfzusatz oder durch beides zusammen erfolgt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die sich für den Umbau von älteren Klimaanlagen, die eine Dampfbefeuchtung
haben, eignet, ist der Dampfzusatz nicht nach der Vorwärmung,
sondern vor der Vorwärmung der zu befeuchtenden Luft mit einer Zustandsänderung ins Webelgebiet hinein
vorgesehen.
In einer weiteren Ausgestaltung werden in die Einrichtung,
vor der Befeuchtung ein Gleichfeld- und ein Hochfrequenzgitter (bekannt als Kosatron) und/oder Ionisationseirarichtungen
nach dem Korcnaprinzip oder mit radioaktiver, ^inrichtungen
für negative und/oder positive Ionisation angeordnet.
Eine weitere Ausgestaltung, der Erfindung gestattet eb, Jen
Düsenstock des Wäschers oder aie Lamellen des waiikühlers
auf ein elektrisches Potential zu bringen, ao daii eine
Potentialdifferenz zu den erwähnten Ionisationseinrichtungen, und/oder zu dem Kollektor des Elektroabscheiuers
und/oder bei elektrisch abgeschalteten Kollektor zu de«.
Potential der Sprühelemente des ElekCroabscheiaers hergestellt
wird.
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Die mit der Erfindung eriielbaren Vorteile bestehen darin,
daii bei der Teilchenabscheidung die öligen, flüssigen, fettigen, also durch Wasser schwer benetzbaren Stäube im
Elektroabscheider und die wasserlöslichen, also g,at benetzbaren
Schadstoffe im Wäscher abgeschieden werden. Der Vorteil
der Befeuchtung der Luft vor dem Eintritt; in den Elektroabscheider
liegt in einer Halbierung der Ozonentjvicklung und die Wachschaltung des Wäschers im Vorteil des ;iuswascbens
des Restozons, das gleichzeitig zur Entkeimung im Ääscherwasserkreislauf beiträgt. Die Kombination der entkeimenden
Wirkung von Ionisationsquellen und UV-Strahlern gestattet es, eine geringere Anzahl von UV-Rohren einzubauen.
Die Geruchsentfernung wird durch die Kombination von ionenerzeugenden Elementen, wie z.B. den Schleuderbcheibenbefeuchter
und/oder vorgeschalteten Ionengeneratoren und/oder nachgeschalteten Sprühdrähten des Elektroabscheider
und der Wirkung des nachgeschalteten UV-'.Teils,
der sich auf die Herstellung naszierenden Sauerstoffs, wie sie in großen Höhen mit den kleineren UV-1Aellenlangen vonstatten
geht, sowie der nachfolgenden Auswaschung oxidierter und wasserlöslicher gewordener Geruchsverbindungen begünstigt.
Dies trifft auch auf photochemische Reaktionen zu, die durch das Zusammenwirken der Sprühelektroden der elektrischen
Reiniger bei gleichzeitiger UV-Bestrahlung in den Wellenlängen, die speziell den Absorptionsspektren des Sauerstoffs
entsprechen, zur Überführung von bis dahin schwer wasserlöslichen Schadstoffverbindungen in wasserlöslichere
Verbindungen udd dem anschließenden Auswaschen zustande kommen. Die Schaltung hat z.E. den Vorteil, daß die Entstehung
von Ozon im Elektroabscheider die gleichzeitig vorhandenen Stickoxyde unter UV-Bestrahlung (E) etwa nach
folgenden Reaktionen umsetzt:
2Ό
, + E—>2 O2 + 2 O+-* 3
WO + Ο, ->
WO2 + Op ujaa bei Gv-überschuh
2 NO2 + O5-M2O5 + O2,
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'J':·' .-:.":J* \ ö 28AA997
3
JSgOi- ist bereits gut wasserlöslich und bildet in Beuchter
Luft iSUOc + HqO —>
2 ΗΛΟ-, , welches unbegrenzt wasserlöslich
ist.
Die eine Ausgestaltung der Erfindung sieht die Benutzung eines in der lonisationsspannung regelbaren Elektroabscheiders
vor, die jeweils so eingestellt -wird, dad eine gewisse
Ozonerzeugung stattfindet aber nur so viel, daß nach den erwähnten Umsetzungen und dew folgenden Ausw&scbprozeß (Ozon
ist tfut wasserlöslich) dieser den in reiner Außenluft herrschenden
Ozongehalt nicht übersteigt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wäre in einfacher
Aeise dadurch denkbar, daß in einer bestehenden Anlage der vorhandene, für die winterliche Befeuchtung gedachte wäscher,
der sonst die übrige Zeit nicht in Betriebist, durch die Zuschaltung eines Kühlers im Wasserkreislauf zum Kühlwäscher
gemacht wird, der das gesamte Jahr hindurch läuft und ganzjahrlich
insbesondere gasförmige Schadstoffe aufnimmt.
Einen Komfortgrad hoher wäre die gleichzeitige Reinigung des Kreislaufwassers über eine Umkehrosmose, wobei das Zusatzwasser
über eine'n Mischbettfilter gereinigt werden luüßte.
Die Schaltung lief.« "darauf hinaus, daß ganz jährlich ein mit
Regenwassergüte arbeitender Wäscher in Betrieb ist, der während der Sommer-» und Übergangsmonate mit kaltem wasser
arbeitet, um dorVdie Luft während des Waschprozesses nicht zu be- sondern^gegebenänfalls auch zu entfeuchten. Bei dieser
Ausführung miiiäte wahrscheinlich das Wasser-Luftverhalfcnis
vergrößert wjerden, weil für die Kühlung im wäscher eine größe.c-4 Oberfläche als für die Befeuchtung erforderlich ist.
In Kraftfahrzeugen brauchte die Reinigungsschaltung nur im
Bedarfsfälle und getrennt von der Kühlung oder Erwärmung
der Luft oder aucji' geaieiLnsam mit ihr, eingeschaltet werden.
Aird über Lanl ^^fahrea, kann man die Reinigung aus- in
SsiIüSgSgebieten bj&l größerer Verkehrsdichte dagegen einschalten.
"' *
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Die Erfindung gestattet wahlweise je nach dem Kouifortansprueh
und je nach den., ob es auf Energieeinsparung oder
extrem hohe Luftgute, wie z.B. in Krankenhausern, ankommt,
verschieden aufwendige Zusammenschaltungen, von denen im
folgenden einige skizziert sind.
Kommt es auf Energieeinsparung an,·so spielen auch die
Aiderstände im Luftweg eine Rolle* Man wird die Befeuchtung dann mit einem adiabatischearbeitenden Schleuderscheibenbefeuchter
nur soweit durchführen, dai^ eine anschließende
Tropfenabscheidung unnötig wird. Um ^mpenenergie für einen
Wäscher zu sparen, wird man sich auf feinen, besprühten Lamellenkühler,
der mit einer geringerep, Wassermenge, die mit energiesparenden Verteileinrichtungen\aufgebra>cht wird und
einen Elektroabscheider beschränken. %a%. hat im\ Einzelfall
zu prüfen, äbdder Energieaufwand für ei^en faschier mit geringen
Druckverlusten im Luftweg abe^? eiftsprechendem Energieaufwand
für Pumpenenergie besser \ät als die\umgekehrten
Verhältnisse bei einem besprühten Kühler. U1Ur dle^. Abscheidung
gasformiger Schadstoffe ist die filiüart^ge Oberfläche
bei besprühten Kühlern günstiger als seltr kleine Tropfendurchmesser
bei Waschern. (Dem Eindringet von gasförmigen Schadstoffen in einer nicht-chemischen Lö'eungsreaktion
wird durch die bei kleinen Tropfefidurchmes^ern zunehmerj.ie'
Oberflächenspannung der Phasengrenaschicht W großer Äi*raer3tand
entgegengesetzt. Bei Adsorptionsvorkängen hingegen
ist die Vergrößerung der Oberfläche b?\ kAfijaen Tropfen
gunstig. Sollen Peinstaube fester Konsistenz entfernt werden,
ist der Wäscher günstiger, will mai^vga^fÖi*kige Schadstoffe
vorwiegend entfernen, so ist der S)berf\bä.chennsiskühler
vorteilhafter. Für die Erzielung einer e^trem hohen
Luftgüte lohnt sich die Kombination beider
In alten Anlagen kann die vorhandene ßampfbefeucfe.tung zu
ReinigungszwecV-en dann eingesetzt werdet, wenn si« nicht
nach der Vorwärmung sondern vor der Vorwärmung ins öebelgebiet
hinein erfolgt. Sie kann kOmbiniei\t\werden, indem
i^an die Dampfmenge vergrößert und wahlweise Keinem Kühlvor
gang anschließt, der bis zum Taupunkt des gewünschten
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Zuluftzustandes führt. Der Betrieb mit gekühltem Wasser
lohnt sich immer dann, wenn die mit abnehmender Aassertemperatur
zunehmende Löslichkeit bestimmter Schadgase ausgenutzt werden soll. Danach bestimmt sich auch die wahl der
Kühlwassertemperatur. Der Austausch oder der wechsel der Wassermenge zu Reinigungszwecken im i^aßteil der Anlage wird
im jeweiligen Anwendungsfall von den dort in der Luft vorwiegend
vorkommenden Schadstoffen und deren Löslichkeit im Wasser bestimmt.
Eine weitere Ausführungrsmöglichkeit des Erfindongsgeaankens
ist die Herstellung naszierenden Sauerstoffs, nicht allein durch UV-Bestrahlung der Luft, sondern zusätzlich über
photocheiLische Reaktion von iwikroorganisuien, z.B. Blaual^en.
Flache Algenbehälter aus UV-durchlässigem Quarzglas werden
vor dem Aäscher so angeordnet, daß auch deren Stoffwechselprodukte
für chemische Reaktionen mit Schadstoffen genutzt werden, wobei eine Beleuchtung mit hohem UV-Anteil darüber
angeordnet ist. Damit ist auch eine Verminderung des COo-Gehaltes
der Luft möglich.
[Ό Grün, L.: ZbI. Bakt. Hyg., I. Abt. Grig. B 1^, 50-bO
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Claims (10)
1.) Schaltung zur Reinigung von Luft in Kliiaa- und Lüftungsanlagen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Ionisationseinrichtung
einem Befeuchter nachgeschaltet und/oder die Anordnung von UV-Röhren, die einen Wellenlängenbereich des natürlichen
UV-Lichtes in 3000 m Höhe abstrahlen, einen danach gelegenen, entweder adiabatisch oder/und auch mit gekühltem
und gereinigtem Wasser arbeitenden Wäscher vorgeschaltet ist,
2. Schaltung nach 1) gekennzeichnet dadurch, daß die Ionisationseinrichtung
aus den Sprühdrähten eines Elektroabscheiders besteht, welche wahlweise zeitlich als auch örtlich mit
einer sowohl positiven als auch negativen Ionisationsspannung betrieben werden kann, oder/und ein üblicher Elektroabscheider
für Klimaanlagen in Richtung des Luftstroms nachgeschaltet ist.
3. Schaltung wie in 1) und 2) gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich vor der Ionisationseinrichtung UV-Röhren im AeI-lenlängenbereich
von 254- nm mit den Reflektoren gegen die
Luftströmungsrichtung liegend angeordnet sind.
4. Schaltung nach 1) bis 3) gekennzeichnet dadurch, daß
nach oder anstatt der Befeuchtung durch einen Zerstäuber ein Dampfzusatz erfolgt, der im Winter- wie im Sommerbetriebsfall
zu Reinigungszwecken ins Nebelgebiet hinein durchgeführt wird.
5. Schaltung nach 1) gekennzeichnet dadurch, daß unter
der UV-Bestrahlung nach dem Elektroabscheider oder der Ionisationseinrichtung eine Hydrokultur mit besonders stark
stoffwechselnden Mikroorganismen oder Pflanzen (z.B. Blaualgen)
angeordnet wird, womit die Abgabe naszlerenden Bauerstoffs
vergrößert werden kann.
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6. Schaltung wie unter 1) zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß eine radioaktive Ionisationseinrichtung z. B. mit
Polonium 210 im Bypass zu der bisher beschriebenen Anlage angeordnet ist, wobei die hochionisierte Luft vor Eintritt
ia den Naiiteil wieder zugeführt wird.
7. Schaltung nach 1) dadurch gekennzeichnet, daß entweder anstatt des Wäschers ein besprühter Lamellenkühler eingesetzt
wird oder hinter den käscher ein solcher zugeschaltet wird.
8. Schaltung nach 1) bis 7) gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil des gereinigten Luftstromes im Kreislauf· durch die
beschriebenen Reinigungseinrichtungen geführt wird und diese großer ausgelegt werden, als sie für einen einmaligen Durchpanp;
der für die raumlufttechnische Anlage erforderlichen Luftrcen^e sein müßte.
^. Schaltung nach 1) und 6) gekennzeichnet dadurch, daß
die radioaktiven Elemente einen Abstand voneinander haben, der der Reichweite der «^-Strahlung entspricht, so daß der
gesamte von der Luft beströmte Querschnitt unter oC-Beschuß
liee,t.
10. Schaltung wie in 1) und 2) gekennzeichnet dadurch, daß die lonisationsspannung des Elektroabscheider durch
den Reetozongehalt der aus der Anlage tretenden Raumluft
p:erefcrelt wird.
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